KR100274754B1

KR100274754B1 - 성막장치 및 성막방법

Info

Publication number: KR100274754B1
Application number: KR1019940020358A
Authority: KR
Inventors: 히에키 리; 도미히로 요네나가
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론주식회사
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2014-08-18
Also published as: US5711815A; KR950006969A

Abstract

성막장치는, 성막면을 가지는 반도체웨이퍼를 수용하고, 그 중에서 반도체웨이퍼에 대하여 성막처리를 행하는 챔버와, 그 막을 형성하기 위한 처리가스를 반도체웨이퍼의 성막면으로 공급하는 처리가스 공급계와, 반도체웨이퍼를 가열하여 성막가스를 분해하고, 웨이퍼상에 막을 형성하기 위한 가열체와, 반도체웨이퍼의 성막면의 뒷면쪽으로부터 반도체웨이퍼의 둘레부로 향하여 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급계와, 반도체웨이퍼에 대하여 성막을 행할 때에, 막이 형성되는 면의 둘레부를 덮는 위치에 위치되고, 그 때에 그 바깥둘레가 상기 피처리체의 바깥둘레로부터 돌출하도록 설치되는 링부재를 구비하고 있다. 이 링부재에 의하여, 퍼지가스의 실질적으로 전부가 상기 피처리체의 바깥쪽으로 흐르는 유로가 형성된다.

Description

성막장치 및 성막방법

제1도 및 제2도는 종래의 성막장치의 요부를 나타내는 단면도

제3도는 본 발명의 일형태에 관한 열 CVD 성막장치를 나타내는 단면도

제4도는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼의 일예를 나타내는 단면도

제5A도는 본 형태의 효과를 파악하기 위한 모델장치를 나타내는 단면도

제5B도는 비교를 위하여 사용한 모델장치를 나타내는 단면도

제6도 및 제7도는 실시예에 관한 장치에 의하여 반도체 웨이퍼상에 형성된 W막의 막두께 분포를 나타내는 그래프

제8도 내지 제11도는 비교예에 관한 장치에 의하여 반도체 웨이퍼형상으로 형성된 W막의 막두께 분포를 나타내는 그래프

제12도 및 제13도는 본 형태에 관한 성막장치의 변형예를 나타내는 부분 단면도

제14도는 본 발명의 다른 형태에 관한 열 CVD 성막장치를 나타내는 단면도

제15도는 제14도의 장치의 링체 및 그 구동기구를 나타내는 사시도

제16도는 제14도의 장치의 요부를 확대하여 나타내는 단면도

제17도는 본 형태의 장치에 의하여 성막한 상태를 나타내는 모식도

제18도는 더욱 다른 형태를 실시하기 위한 열 CVD 성막장치를 나타내는 단면도

제19A도 내지 제19C도는 본 형태에 관한 방법의 공정을 설명하기 위한 도면

제20도는 본 형태를 실시한 때의 반도체 웨이퍼 및 웨이퍼 얹어놓는대의 온도변화의 일예를 나타내는 그래프

제21도는 본 형태를 실시한 때의 반도체 웨이퍼 및 웨이퍼 얹어놓는대의 온도변화의 다른 예를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 얹어놓는대 10 : 히터

11 : 가스유로 12 : 가이드

13 : 누름부재 14 : 가스유로

20, 70 : 처리실 21 : 처리가스 공급관

22 : 진공펌프 23 : 배기관

31 : 지지틀 32 : 링체

33 : 링체 33a : 유통공

34 : 앉어놓는대 41 : 배기실

42 : 배기구멍 43 : 외벽면

51 : 퍼지가스 공급관 52 : 가열램프

53 : 저항발열히터 62 : SiO₂막

63 : TiN 막 64 : W 막

71 : 돌출부 71a : 돌출부

72 : 순환통로 73 : 배기구멍

74 : 바닥벽 75 : 퍼지가스 공급로

81 : 처리가스 공급관 82 : 가스 도입실

83 : 가스 확산판 84 : 얹어놓는대

85 : 지지틀 90 : 링체

91 : 누름링부 92 : 접촉부

92a : 누름면 93 : 지지체

95 : 지지플레이트 96 : 가이드봉

97 : 볼나사 97a, 98a : 풀리

98 : 모우터 99 : 전달벨트

100 : 투과창 101 : 가열실

102 : 가열램프 103, 104 : 회전판

105 : 회전축 106 : 회전기구

107 : 냉각공기 도입구 110 : 열전쌍

121 : 온도설정부 122 : 전력제어부

131 : 전원 132 : 신호케이블

141 : 폴리실리콘 142 : 산화실리콘막

143 : 홀 144 : W 막

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체 상에 CVD(Chemica1 Vapor Deposition)에 의하여 원하는 막을 형성하는 성막장치 및 성막방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서는, 실리콘 등의 반도체 웨이퍼의 표면에 집적회로를 형성하는 목적에서, 예를들면 CVD 장치를 사용한 박막의 형성이 이루어지고 있다.

이와같은 박막형성공정에서 반도체 웨이퍼의 데두리부나 이면에 대하여 성막을 피하지 않으면 안되는 경우가 있다. 예를들면, 미세 콘덕트 홀 내에 텅스텐(W)을 채워 넣기 위하여 WF₆가스 등의 성막가스를 사용하여 웨이퍼 표면에 대하여 CVD 처리를 하는 경우, 웨이퍼의 테두리부나 이면에는 SiO₂가 형성되어 있기 때문에, SiO₂막상에 W막이 생성되지 않도록 하는 것이 필요하다. 왜냐하면, W막은 SiO₂와의 밀착성이 나빠서 쉽게 떨어지기 때문에, SiO₂막에 W막이 부착하면, W막이 떨어져서 파티클로서 흩날리고, 웨이퍼의 오염으로 이어지기 때문이다.

그래서 종래는, 예를들면 반도체 웨이퍼의 표면에 열 CVD 처리에 의하여 W막을 형성하는 경우에, 제 1 도에 나타낸 바와 같이, 처리실의 중앙에 배치된 웨이퍼 얹어놓는대(1)의 주위에, 윗방향을 향하여 퍼지가스, 예를들면 N₂가스를 뿜어 내도록 가스유로(11)를 형성하는 한편, 이 가스유로(11)로부터 내뿜어진 퍼지가스가 반도체 웨이퍼(S)의 데두리부로 부터 반도체 웨이퍼(S)의 안쪽을 향하면서 윗쪽으로 빠져 나가도록 단면 형상이 L자형의 링형상의 가이드(12)에 의하여 웨이퍼의 테두리부를 둘러 싸도록 되어 있다.

또, 다른 예로서는, 제 2 도에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 얹어놓는대 (1)의 웨이퍼 테두리부 및 웨이퍼 얹어놓는대(1)의 표면에 밀접하는 링형상의 누름부재(13)의 저면을 향하여 퍼지가스를 뿜도록 웨이퍼 얹어놓는대(1)의 주위에 가스유로(14)를 형성하고 있다.

이들의 열 CVD 장치에 의하여 반도체 웨이퍼 상에 성막을 하는 경우에는, 웨이퍼 얹어놓는대(1)에 내장되어 있는 히터(10)에 의하여 웨이퍼를 가열하고, 성막가스, 예를들면 WF₆가스를 처리실의 상부로부터 웨이퍼를 향하여 도입함과 동시에, 예를들면 처리실의 측부에서 배기하는 것에 의하여 웨이퍼 표면에 W막이 성막된다.

그리고, 제 1 도의 장치에서는, 퍼지가스의 화살표와 같이 웨이퍼의 테두리부로부터 그 안쪽 상부를 향하여 흐르기 때문에, 성막가스의 웨이퍼 테두리부에의 회전유입이 저지되며, 이 결과 웨이퍼 테두리부나 이면에 대한 W막의 부착이 방지된다.

또, 제 2 도의 장치에서는, 누름부재(13)에 의하여 웨이퍼의 테두리부가 마스크 되어 있고, 이 누름부재(13)의 하면에 불어진 퍼지가스의 일부가 누름부재(13)와, 웨이퍼 얹어놓는대(1) 및 웨이퍼 사이의 간격을 통하여 화살표와 같이 웨이퍼의 테두리부로부터 그 안쪽을 향하여 흐르기 때문에, 성막가스의 웨이퍼 테두리부에의 회전유입이 저지된다.

그러나, 제 1 도 및 제 2 도에 나타내는 방법에서는, 퍼지가스가 웨이퍼의 테두리부로부터 중심부를 향하여 흐르기 때문에, 웨이퍼의 표면에 있어서의 성막가스의 흐름이 웨이퍼의 테두리부에 가까운 부분과 중심부와의 사이에서 달라져 버리고, 이 결과 막두께의 균일성이 나쁘게 되며, 또 웨이퍼의 이면측에서 파티클이 발생하면, 이 파티클이 퍼지가스에 의하여 웨이퍼의 표면에 옮겨져서 부착하기가 쉽다고 하는 문제가 있다.

한편, 반도체 디바이스는 DRAM으로 대표되는 바와 같이 고집적화, 미세화가 진행되고 있으며, 디바이스의 구조, 프로세스에서 여러가지 개량, 검토가 요구되고 있다. 그 중에서도 배선기술은 종래의 수퍼터막에서는 0.5㎛정도의 미세한 콘택홀이나 통과구멍의 채워넣기에 대응하는 것이 매우 곤란하기 때문에, 특히 그 요구가 강하다. 그리고, 미세한 배선층을 형성하는 바람직한 기술로서 구멍 내에 W을 CVD법에 의하여 메꾸어 넣는 기술(W-CVD 법)이 검토되고 실용화되어 가고 있다.

W-CVD 법중에서도 브라케트 W-CVD 법이라고 불리우는 메워넣기법은, 마이그레이션 배선에 강하고, 특히 통과구멍의 메워넣기에서는 열 스트레스에 강한 등의 이점이 있기 때문에, 유효한 방법이다. 이 방법에서는 산화막을 패턴에칭하여 콘택홀이나 통과구멍 등의 구멍이 형성된 웨이퍼에 대하여 WF₆가스 등의 처리가스를 사용하여 구멍이 메워지도록 W막을 성막하며 그 후 산화막이 노출할 때까지 W막을 에칭(에치백)하여 구멍 내에 W을 남기고, 배선층을 형성한다.

이 경우에 종래는 진공용기인 처리실 내에 설치된 히터를 내장한 얹어놓는대 상에 반도체 웨이퍼를 재치하여 히터에 의하여 웨이퍼를 소정의 성막온도로 가열함과 동시에, 처리실을 배기하여 소정의 진공도로 유지하면서 처리가스, 예를들면 WF₆가스를 웨이퍼 표면에 공급하며, 이것에 의하여 WF₆가스의 열분해에 의하여 생성된 W를 웨이퍼 표면에 퇴적시키고, W막을 형성하고 있다.

성막온도가 너무 높으면, 메워넣기 특성이 나쁘게 되어 보이드 발생의 원인 등으로 된다. 한편, 이 온도가 너무 낮으면 모폴로지(W막의 표면상태)가 나쁘게 되어 W막의 표면이 거칠게 되며, 이것에 의하여 에치백한 때에 이 표면상태가 W의 메워넣기 부분의 표면에 전사되어 후의 스테퍼에 의한 광학상(光學像)의 형성에 문제를 일으킨다.

따라서, 메워넣기 특성 및 모폴로지의 양쪽도 만족하는 온도에 웨이퍼 표면이 유지되도록 히터의 발열량을 제어할 필요가 있다.

이 경우에, 모폴로지의 최적온도와, 메워넣기 특성의 최적온도에 열림이 있기 때문에, 성막온도를 메워 넣을 때에 보이드가 발생하지 않는 온도영역으로 설정하면, W막의 표면의 거칠기를 그다지 작게 하는 것이 가능하지 않다. 그런데 최근에는 상술한 바와 같이 패턴선폭이 매우 미세화하고 있기 때문에, 종래의 레벨 표면 거칠기에서는 스테퍼에 의한 리소그래피 공정에서 정밀도가 높은 광학상이 얻어지지 않게 될 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 막두께의 균일성을 손상하지 않고 피처리체의 피처리면의 이면 및 테두리부에의 성막을 유효하게 방지할 수 있는 CVD를 적용한 성막장치 및 성막방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 피처리체의 구멍을 가지는 면에 성막하는 성막방법에 있어서, 그 구멍 내의 메워넣기층의 특성과, 그 표면 거칠기가 모두 양호한 성막방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 1 관점에 의하면, 막이 형성되는 면을 가지는 피처리체를 수용하고, 그 안에서 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 챔버와,

상기 막을 형성하기 위한 처리가스를 상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면에 공급하는 처리가스 공급수단과,

상기 성막가스에 의하여 상기 피처리체의 막이 형성될 면에 성막을 하기 위한 성막수단과,

상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면과 반대측으로부터 상기 피처리체의 테두리부를 향하여 퍼지가스를 향하여 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급수단과,

상기 피처리체에 대하여 성막을 할 때에, 막이 형성될 면의 테두리부를 덮는 위치에 위치되고, 그 때에 그 바깥 테두리가 상기 피처리체의 바깥 테두리로부터 돌출되도록 설치되는 링부재를 구비하며,

상기 링부재에 의하여 상기 퍼지가스의 실질적으로 전부가 상기 피처리체의 바깥쪽으로 흐르는 유로가 형성되는, 성막장치가 제공된다.

본 발명의 제 2 관점에 의하면, 막이 형성되는 면을 가지는 피처리체를 챔버 내에 수용하는 공정과,

챔버 내의 피처리체의 막이 형성되는 면의 테두리부에 접하도록, 또 바깥 테두리가 피처리체의 바깥 테두리보다도 돌출하도록 링형상 부재를 배치하는 공정과,

상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면에 대하여 상기 막을 형성하기 위한 처리가스를 공급하는 공정과,

상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면과 반대측으로부터 상기 피처리체의 테두리부를 향하여 퍼지가스를 공급하는 공정을 구비하며,

상기 링형상부재에 의하여, 상기 퍼지가스의 실질적으로 전부가 상기 피처리체의 바깥쪽으로 흐르는 유로가 형성되는, 성막방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 관점에 의하면, 막이 형성되는 면을 가지는 피처리체를 수용하고, 그 안에서 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 챔버와,

상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면과 반대측으로부터 상기 피처리체의 테두리부를 향하여 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급수단과,

상기 링부재에 의하여 상기 퍼지가스의 실질적으로 전부가 상기 피처리체의 바깥쪽으로 흐르는 유로가 형성됨과 동시에, 상기 링부재와 상기 피처리체 사이에 형성된 막과 상기 피처리체에 형성된 막이 연속하지 않을 정도의 폭의 간격이 형성되는, 성막장치가 제공된다.

본 발명의 제 4 관점에 의하면, 구멍이 형성되는 면을 가지는 피처리체를 챔버 내에 배치하고, 그 면에 처리가스를 공급하여 화학적 기상반응에 의하여 구멍이 형성된 면에 성막하는 성막방법으로서,

상기 피처리체를 제 1 온도로 가열하여, 상기 피처리체의 상기 면에 성막을 하는 제 1 공정과,

제 1 공정 후, 상기 피처리체를 제 1 온도보다도 높은 제 2 온도로 가열하여 다시 성막을 속행하는 제 2 공정을 포함하는 성막방법이 제공된다.

[실시예]

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

제 3 도는 본 발명의 일 실시형태에 관한 열 CVD 장치를 나타내는 단면도이다.

처리실(20)은 그 안에서 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 S에 대하여 성막을 하기 위한 것이며, 기밀하게 시일되어 있다. 이 처리실(20)의 꼭대기부에는, 예를들면 성막가스로서의 WF₆가스 및 캐리어 가스로서의 N₂가스, H₂가스를 포함하는 처리가스를 공급하기 위한 처리가스 공급관(21)이 연결되어 있다.

처리실(20) 내의 처리가스 공급관(21)의 아래쪽에는, 웨이퍼(S)를 지지하기 위한 지지틀(31)이 후술하는 배기실(41)의 내측의 의벽면(43)에 설치되어 있다.

또, 처리실(20) 내에는 지지틀(31)에 지지되는 반도체 웨이퍼(S)의 표면(박막형성면)의 테두리부를 덮기 위한 링체(32)가, 웨이퍼(S)의 표면에 대하여 접근과 분리가 자유롭게, 예를들면 웨이퍼 표면을 덮는 위치와 그 위쪽 위치 사이에서 상하로 되도록 설치되어 있다. 그리고, 링체(32)의 상하운동은 실린더 등으로 구성되는 구동기구(33)에 의하여 달성된다.

이 링체(32)는, 반도체 웨이퍼 표면의 테두리부를 덮은 때에는 바깥 테두리부가 웨이퍼 바깥쪽으로 돌출되도록 예를들면 제 3 도에 나타내는 웨이퍼와의 중복부분(A)이 약 1∼3mm, 돌출부분(B)이 약 10∼20mm로 된다.

또, 처리실(20)의 내벽에는 지지틀(31)에 지지되는 웨이퍼 주위에 웨이퍼 바깥면과 소정간격을 뚫어서 처리가스를 배기하기 위한 배기실(41)이 고리형상으로 형성되어 있다. 이 배기실(41)의 상면은, 웨이퍼가 지지체(31)에 지지되는 때에, 웨이퍼 상의 링체(32)의 하면 사이에 높이 방향으로 예를들면 약 1mm의 간격(C)이 형성되도록 설정되어 있으며, 이 예에서는 링체(32)와 배기실(41) 사이의 간격은, 후술의 퍼지가스 유로를 형성하고 있다.

또, 배기실(41)의 상벽에는 배기구멍(42)이 형성되어 있으며, 또 배기실(41)의 저부에는, 진공펌프(22)에 접속된 배기관(23)이 연결되어 있다.

또, 처리실(20)내의 웨이퍼의 이면측에는, 상술한 링체(32)의 돌출부분(웨이퍼의 바깥쪽에 돌출한 바깥 테두리부)에, 반도체 웨이퍼(S)의 이면측으로부터 예를들면 N₂가스로 이루어지는 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급부를 이루는 퍼지가스 공급관(51)이 설치되어 있으며, 이 퍼지가스 공급관(51)은 배기실(41) 내를 통과하며, 배기실(41) 내측의 외벽면(43)에 구멍부(51a)를 가지고 있다.

또, 처리실(20)의 저부근방에는, 반도체 웨이퍼(S)를 그 이면으로부터 가열하기 위한 가열램프(52)가 웨이퍼(S)와 대향하도록 배치되어 있다.

이와같이 구성된 성막처리장치에서는, 우선 피처리체인 반도체 웨이퍼(S)를, 도시하지 않은 반송아암에 의하여 도시하지 않은 반출입구를 통하여 지지틀(31) 상에 얹어놓으며, 그 후 링체(32)를 상하기구(33)에 의하여 웨이퍼의 표면의 테두리부에 눌러 붙이도록 설치한다. 반도체 웨이퍼(S)로서는, 예를 들면 제 4 도에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(61)의 전면에 SiO₂막(62)이 형성되고, 또 그 표면에 TiN 막(63)이 형성된 것이 사용된다.

이어서 가열램프(52)를 점등하여 웨이퍼를 예를들면 450℃로 가열함과 동시에, 진공펌프(22)에 의하여 배기구멍(42) 및 배기실(41)을 통하여 배기하면서, 처리가스 공급관(21)으로부터 처리실(20)내에, 예를들면 WF₆, N₂, H₂로 구성되는 처리가스를 공급하며, 처리실(20) 내를 소정의 압력, 예를들면 50Torr로 유지한다. 이 때 처리가스는 웨이퍼의 표면 상에 균일하게 공급되며, WF₆가스가 웨이퍼의 열에 의하여 분해되어 W(텅스텐)이 웨이퍼의 표면에 퇴적되며 W막(64)이 성막된다.

한편, 퍼지가스공급관(51)우로부터는 웨이퍼 뒷면측으로부터 링체(32)로 향하여 퍼지가스가 공급되고, 이 퍼지가스의 거의 전부는, 제 3 도에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 반도체웨이퍼 S 상의 링체(32)와 배기실(41)과의 사이의 유로를 통하여, 웨이퍼의 둘레가장자리로부터 바깥쪽으로 흐른다. 이 때문에 처리가스의 웨이퍼의 둘레가장자리 및 뒷면으로의 돌아들어감이 저지되고, 이 결과 반도체웨이퍼 S 의 둘레가장자리나 뒷면에 대한 W 막의 부착이 방지됨과 함께, 퍼지가스는 웨이퍼로 향하여 흐르는 처리가스의 흐름을 방해하지 않고 웨이퍼 S 의 바깥쪽으로 흐르므로, 웨이퍼 S 의 표면에 대하여 균일한 성막을 행하는 것이 가능하다.

다음에 이 형태에 기초하여 성막한 경우의 효과를 확인하기 위하여, 이하와 같은 실험을 행하였다.

상기 구조를 가지는 모델장치를 준비하고, 제 5A 도에 나타낸 바와같이, 반도체웨이퍼 S와 링체(32)의 겹친부분 A을 2mm, 링체(32)와 배기실(41)의 간격 C을 1mm로 설정하고, 퍼지가스의 웨이퍼의 둘레가장자리로부터 바깥쪽으로 흐르도록 하였다. 이 장치내에 있어서, 퍼지가스의 유량을 변화시켜 상술한 웨이퍼의 성막처리를 행하고, 그 결과 형성된 박막에 대하여 시트저항을 측정하고, 이 값으로부터 막두께를 계산하여 구하였다.

이 때의 성막가스 및 캐리어가스의 유량에 대하여는, 각각 WF₆가스 : 50 SCCM, H₂가스 : 1500 SCCM, N₂가스 : 4500 SCCM 으로 설정하고, 웨이퍼 표면상 온도 : 450℃, 처리실내 압력 : 50Torr 의 하에서, 퍼지가스의 유량이 0 SCCM, 1000 SCCM 의 경우에 대하여 실험을 행하였다(실험예). 또한, 퍼지가스로서는 N₂가스를 이용하였다.

또한, 비교실험을 행하기 위하여, 제 5B 도에 나타낸 바와 같이, 링체(32)를 반도체웨이퍼 S의 표면상이 아니고 배기실(41)상에 배열하고, 링체(32)의 하면과 웨이퍼 S의 상면과의 사이에 간격 E을 열어가면서, 링체(32)의 안쪽둘레부분을 웨이퍼 S의 표면측 위쪽으로 돌출시켜, 링체(32)와 겹치는 부분 D을 4mm, 링체(32)와 웨이퍼 S의 간격 E을 1mm로 설정하고, 퍼지가스가 웨이퍼의 둘레가장자리로부터 안쪽으로 흐르도록 구성한 장치를 이용하여, 이 장치내에 있어서 상술한 실험예 1와 마찬가지의 실험을 행하였다.

성막가스 및 캐리어가스의 유량에 대하여는, 각각 WF₆가스 : 50 SCCM, H₂가스 : 1500 SCCM, N₂가스 : 3000 SCCM으로 설정하고, 퍼지가스의 유량이 0 SCCM, 300 SCCM, 500 SCCM, 1500 SCCM의 경우에 대하여 실험을 행하였다(비교예), 그 밖의 조건은 실험예 1와 마찬가지 이다.

각 실험결과를, 실험예에 대하여는 표 1 및 제 6 도, 7 도에, 비교예에 대하여는 표 2 및 제 8 도 내지 제 11 도에 각각 나타낸다. 여기서 표 1, 2 에는, 웨이퍼의 뒷면으로의 W막의 부착의 유무와, 웨이퍼면 내에 있어서의 W막의 시트저항의 표준편차를 나타내고, 제 6 도 내지 제 11 도에는 웨이퍼 면내에 있어서의 W막의 막두께 분포를 나타내고 있다.

여기서 제 5 도 내지 제 10 도중의 횡축은 웨이퍼 상의 위치를 인치로 나타내고, 종축은 막두께를, 그 평균치를 0으로 한 백분비(%)로 나타내고 있다.

[표 1]

[표 2]

표 1에 나타낸 바와 같이, 실험예에서는 퍼지가스를 유량 1000 SCCM 으로 공급한 경우는, 웨이퍼의 뒷면으로의 W막의 부착이 없고, 또한 퍼지가스공급의 유무에 의하여는 웨이퍼표면에 형성된 W막의 시트저항의 표준편차의 차는 거의 발생하지 않는 것이 인정되었다. 시트저항은 W막의 막두께와 거의 반비례의 관계에 있으므로, 시트 저항의 표준편차의 차가 퍼지가스의 유량의 변화에 의하여 생기지 않는다는 것은, 웨이퍼 표면상에 형성된 W막의 막두께의 균일성이, 퍼지가스의 유량의 변화에 의하여는 변하지 않는다는 것을 의미하고 있다. 그리고, 이것은 제 6 도, 제 7 도에 나타낸 W막의 막두께분포로부터도 분명하다.

한편 비교예에서는, 표 2 에 나타낸 바와 같이, 퍼지가스를 유량 1500 SCCM 으로 공급한 경우에는, 웨이퍼로의 뒷면으로의 W막으로의 부착이 없으나, 유량이 그 이하의 500 SCCM, 300 SCCM인 경우에는 부착이 있고, 또한, 퍼지가스의 유량이 증가함에 따라서, 웨이퍼 표면에 형성된 W막의 시트저항의 표준편차가 현저하게 증대하는 것이 인정되었다. 즉, 제 7 도 내지 제 10 도에 나타낸 바와 같이, 퍼지가스의 유량에 비례하여 W막의 막두께분포의 균일성이 극단적으로 악화하는 것이 인정 되었다.

이상의 실험으로부터 확인되는 바와 같이, 이 형태의 성막장치에서는, 웨이퍼의 둘레가장자리부를 링체로 덮음으로써, 웨이퍼의 뒷면측으로부터 공급된 퍼지가스를, 웨이퍼의 둘레가장자리로부터 바깥쪽으로 유통되도록 하였기 때문에, 처리가스의 웨이퍼의 둘레가장자리로의 돌아들어감이 저지되고, 이 결과 웨이퍼의 둘레가장자리부나 뒷면에 대한 W막의 부착이 효과적으로 방지됨과 함께, 퍼지가스는 웨이퍼로 향하여 균일하게 흐르는 처리가스의 흐름을 방해하지 않고 웨이퍼의 바깥쪽으로 유통하므로, 웨이퍼의 성막이 균일하게 행해진다. 또한, 웨이퍼의 뒷면으로의 W막의 부착이 없기 때문에, 웨이퍼의 뒷면에서의 파티클의 발생이 억제되고, 이 때문에 웨이퍼의 오염을 방지하는 것이 가능하다.

이 형태의 성막장치는 상술한 장치에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 제 12 도나 제 13 도에 나타낸 바와 같이 구성하는 것도 가능하다. 제 12 도에 나타낸 장치는, 제 3 도에 나타낸 장치에 있어서, 지지틀(31)의 대신에 얹어놓는대(34)를 배치하고, 그 위에 웨이퍼를 얹어놓는 것이며, 또한 제 13 도에 나타낸 장치는, 제 12 도에 나타낸 장치에 있어서, 웨이퍼의 표면상에 배치되는 링체(32)를, 웨이퍼의 표면만이 아니고 둘레 끝단면 및 이것을 둘러싸는 웨이퍼 얹어놓는대(34)의 표면영역에 밀접한 링체(33)에 대신한 것이다. 또한, 이 링체(33)에는 유통공(33a)이 얹어놓는대(24)와 배기실(31)의 사이에 형성된 유로에 연이어 통하여 형성되어 있으며, 웨이퍼의 뒷면측이 공급된 퍼지가스가, 이 유통공(33a)을 통하여 웨이퍼의 둘레가장자리부로부터 바깥쪽으로 향하여 유통가능하도록 되어 있다.

제 12, 13 도와 같이 구성된 장치에 있어서도, 웨이퍼의 뒷면쪽으로부터 공급된 퍼지가스가 웨이퍼의 둘레가장자리로부터 바깥쪽으로 유통하므로, 상술한 제 3 도에 나타낸 장치와 마찬가지의 효과를 가진다. 또한, 제 12, 13 도에 나타낸 장치에서는, 얹어놓는대(34)중에 예를들면 저항 발열히터(53)가 형성되어 있으며, 이것에 의하여 웨이퍼 S를 가열하는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시형태에 있어서의 링체라 함은 고리형상 구조체를 의미하는 것으로서, 그 형상은 피처리체의 형상에 맞추어 임의 선택되는 것이며, 예를 들면 피처리체가 다각형 형상이라면, 링체는 다각형 형상의 고리형상체로 된다. 또한 이 링체는, 처리실의 바깥에서 피처리체 상에 얹어놓은 후에, 처리실내로 반입하도록 하여도 좋다.

다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

상기 실시형태의 성막장치로는, 웨이퍼의 성막처리를 행하는 때에, 웨이퍼의 처리표면과 함께 링체의 바깥 표면에도 성막되나, 링체의 바깥 표면 및 웨이퍼의 피처리면상에 연속하여 형성된 박막이 절단되고, 이때 이 절단부위 부근이 박막이 파괴되고, 파티클을 발생시킬 우려가 있다.

이 실시형태의 장치는, 종전의 형태의 이러한 점을 개량한 것이다.

제 14 도는 이 형태에 관한 열 CVD 성막장치를 나타내는 단면도이다. 처리실(70)은 그 중에서 피처리체로서의 반도체웨이퍼 S에 대하여 성막을 행하기 위한 것우로서, 기밀하게 씨일되어 있다. 이 처리실(70)의 꼭대기부에는, 예를 들면 성막가스로서의 WF₆가스 및 캐리어가스로서의 N₂가스, H₂가스를 포함하는 처리가스를 공급하기 위한 처리가스 공급관(81)이 연결되어 있으며 그 하단부에는 가스도입실(82)이 형성되어 있다. 또한, 가스 도입실(82)의 하면에는, 처리가스를 처리실(70)내로 예를들면 샤워식으로 공급하기 위한 가스확산판(83)이 설치되어 있다.

처리실(70)내의 가스도입실(82)의 아래쪽에는, 반도체 웨이퍼 S를 지지하기 위한 얹어놓는대(84)가 수평으로 설치되어 있으며, 이 얹어놓는대(84)는 측벽(71)의 후술하는 돌출부(71a)에 뚫어형성된 얹어놓는대 지지틀(85)에 고정되어 있다. 또한, 처리실(70)내에는, 얹어놓는대(84)에 얹어놓인 반도체웨이퍼 S의 표면(박막형성면)의 둘레 가장자리부를 덮기 위한 링체(90)가, 웨이퍼 S의 표면에 대하여 붙이고 떼기가 자유롭게, 예를 들면 웨이퍼의 표면을 덮는 위치와 그 위쪽위치의 사이에서 위아래로 운동하도록 설치되어 있다. 그리고, 링체(90)의 상하운동은 지지체(93)에 의하여 연결된 구동장치(94)에 의하여 달성된다.

처리실(70)의 측벽(71)의 일부는 얹어놓는대(84) 및 그 아래쪽 영역을 둘러싸도록 처리실(70)의 내부로 돌출한 돌출부(71a)를 형성하고 있다. 이 돌출부(71a)의 안쪽둘레 가장자리부의 상단부는, 웨이퍼가 얹어놓는대(84)상으로 얹어놓여, 이 측벽(71)의 돌출부(71a)와 링체(90)의 사이의 간극이 후술하는 퍼지가스의 유로를 이루고 있다.

측벽(71)에는 처리실(70)을 냉각하기 위한 냉각수의 순환통로(72)가 형성됨과 함께, 도시하지 않은 진공펌프에 접속되어 처리실(70)내를 소정의 압력으로 유지하는 배기구멍(73)이 형성되어 있다. 또한, 처리실(70)의 바닥벽(74) 및 측벽(71)의 돌출부(71a)에는, 웨이퍼의 뒷면측 즉 얹어놓는대(84)의 방향으로 향하여 예를들면 N₂가스로 이루어지는 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급로(75)가 형성되어 있다.

처리실(70)의 저부에는, 예를 들면 석영제의 투과창(100)이 부착되며, 이 투과창(100)의 아래쪽에는 가열실(101)이 배열설치되어 있다. 가열실(101)에는 반도체웨이퍼 S를 가열하기 위한 가열수단을 구성하는 복수의 가열 램프(102)가 상하 2장의 회전판(103), (104)의 소정 위치에 고정되어 있으며, 이 회전판(103), (104)은 회전축(105)을 통하여 회전기구(106)에 접속되어 있다.

또한, 가열실(101)의 측부에는, 처리실(70)내 및 투과창(100)의 과열을 방지하기 위하여 냉각공기를 도입하기 위한 냉각공기 도입구(107)가 형성되어 있다.

상기 링체(90)는, 제 15 도 및 제 16 도에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼의 둘레부 전체를 덮도록 형성된 고리형상체의 누름링부(91)와, 누름링부(91)의 뒷면쪽의 예를들면 6군데에, 둘레방향으로 간격을 열고 설치된 접촉부(92)로 구성되어 있다. 누름링부(91)는 웨이퍼의 표면의 둘레가장 자리부를 덮을 때는, 그 바깥둘레가장자리부가 웨이퍼의 바깥쪽으로 돌출하고, 안쪽둘레부가 웨이퍼의 성막처리를 행하는 부분을 덮도록, 예를 들면 웨이퍼와의 중첩부분 A이 약 4∼6mm, 돌출부분 B이 약 20∼30mm로 되도록 구성되어 있다.

또한, 접촉부(92)의 아래면은 웨이퍼의 둘레부를 밀어누르는 누름면(92a)으로 이루어지며, 이 접촉부(92)에 의하여 누름링부(91)의 뒷면과 웨이퍼의 표면과의 사이에 균일하게 간극이 형성된다.

이 간극은, 아주 넓으면(접촉부(92)의 높이가 크면) 웨이퍼의 성막 처리시에 처리가스가 당해 간극의 속까지 들어가고, 이것에 의하여 접촉부(92)와 웨이퍼 S의 표면의 사이에서 연속하여 성막되어 버리며, 또한 퍼지가스가 웨이퍼의 표면으로 돌아들어가고 만다. 이것에 대하여 상기 간극이 좁으면 누름링부(91)의 안쪽단면측에 형성된 막과 웨이퍼측에 형성된 막이 단절되지 않고 연속해버리므로, 접촉부(92)의 높이는 양자의 균형으로 결정할 필요가 있다.

또한, 접촉부(92)를 안쪽으로 붙여버리면 접촉부(92)의 안끝단면에 막이 부착하여 웨이퍼측의 막과 연속해버리고, 해당 안끝단면을 바깥쪽으로 붙여버리면 밀어누름면적이 작게되어 웨이퍼에 대한 밀어누름힘이 작게된다. 그래서 이러한 점을 고려하여 각 크기를 설정하는 것이 중요하며, 이 실시 예에서는, 누름링부(91)로부터 접촉부(92)의 안둘레부까지의 거리 C가 예를들면 2∼4mm, 웨이퍼의 둘레부와 누름면(93)의 접촉부분의 폭 D이 예를들면 2mm, 접촉부(92)의 높이 E가 예를들면 10㎛∼200㎛ 로 설정된다. 또한, 누름링부(91)의 둘레부의 하단부와 돌출부(71a)의 거리 F가 예를들면 0.5∼3mm로 되도록 설정된다.

상기 구동기구(94)는, 제 15 도에 나타낸 바와 같이, 지지플레이트(95)에 나사결합한 볼나사(97)를, 모우터(98)에 의하여 풀리(97a), (98a)에 의하여 풀리(97a), (98a)에 걸린 전달벨트(99)를 통하여 구동하고, 이것에 의하여 링체(90)를 0.1mm 단위의 정밀도로 가이드봉(96)을 따라서 상하 운동하도록 구성된다.

다음에, 이와 같이 구성된 장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저 예를 들면 제 4 도와 같은 구조를 가지는 피처리체로서의 반도체웨이퍼 S를, 도시하지 않은 반송아암에 의하여 도시하지 않은 반출 입구를 통하여 얹어놓는대(84)상에 얹어놓고, 그 후 링체(90)를 구동기구(94)에 의하여 하강시켜서 웨이퍼 S 의 표면의 둘레부를 밀어누른다. 다음에 가열램프(102)를 ON으로 하여 웨이퍼 S를 예를들면 350∼500℃로 가열함과 함께, 도시하지 않은 진공펌프에 의하여 배기공(73)을 통하여 배기하면서, 처리가스공급관(81), 가스도입실(82) 및 가스확산판(93)을 통하여 예를 들면 WF₆가스 및 캐리어가스로 이루어지는 처리가스를 예를들면 10∼200SCCM의 유량으로 처리실(70)내로 공급하고, 처리실(70) 내를 예를 들면 50Torr 정도의 압력으로 유지한다. 여기서 WF₆가스는 웨이퍼의 열에 의하여 분해되고, W(텅스텐)가 생성되고, 웨이퍼 S의 표면에 W막이 퇴적된다.

이때, 반도체웨이퍼 S의 표면과 함께, 링체(90)의 누름링부(91)의 표면이나 안둘레부, 안둘레부의 뒷면도W 막이 성막되나, 누름링부(91)에 의한 간극이 형성되어 있으므로, 제 17 도에 나타낸 바와 같이 W막이 웨이퍼측과 누름링부(91)측으로 분리되고, 이 부분에서의 막의 연속이 방지되며, 또한 이미 상술한 바와 같이 이 간극내에 W막이 형성되는 것도 좋다.

한편 퍼지가스공급로(75)로부터는 웨이퍼의 표면측으로부터 링체(90)로 향하여 퍼지가스가 예를 들면 1100cc/min∼2000cc/min의 유량으로 공급되고, 이 가스의 거의 전부는, 제 16 도에 화살표로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼상의 링체(90)와 측벽(71)의 돌출부(71a)의 사이의 유로를 통하여, 웨이퍼의 둘레부로부터 바깥쪽으로 흐른다. 이 때문에 처리가스의 웨이퍼의 둘레부 및 뒷면으로의 돌아들어감이 저지되고, 이 결과 웨이퍼의 둘레부나 뒷면에 대한 W막의 부착이 저지됨과 함께, 퍼지가스는, 웨이퍼로 향하여 흐르는 처리가스의 흐름을 방해하는 일이 없이 웨이퍼의 바깥쪽으로 흐르므로, 웨이퍼의 표면으로의 성막이 균일하게 행해진다. 또한, 링체(90)의 안둘레부의 뒷면과 웨이퍼의 표면의 사이의 간극이 10㎛∼200㎛ 정도로 형성되어 있으므로, 이 간극을 통하여 퍼지가스가 웨이퍼표면으로 돌아들어오는 일이 없다.

이와 같이 하여 웨이퍼의 성막처리를 행한 후에, 링체(90)를 상하기구(94)에 의하여 웨이퍼의 위쪽으로 끌어올리고, 웨이퍼의 표면의 둘레부로부터 꺼내고, 웨이퍼를 도시하지 않은 반송아암에 의하여 도시하지 않은 반출입구를 통하여, 처리실(70)의 의부로 반출한다.

이와 같이 상술한 실시예에서는, 웨이퍼의 둘레부를 링체(90)로 덮음으로써, 웨이퍼의 뒷면측으로부터 공급된 퍼지가스를, 웨이퍼의 둘레부로부터 바깥쪽으로 유통시키도록 하였으므로, 처리가스의 웨이퍼의 둘레부로의 돌아들어옴이 저지되고, 이 결과 웨이퍼의 둘레부나 뒷면에 대한 W막의 부착이 효과적으로 저지됨과 함께, 퍼지가스는 웨이퍼로 향하여 균일하게 흐르는 처리가스의 흐름을 방해하지 않고 웨이퍼의 바깥쪽으로 유통시키기 때문에, 웨이퍼의 막형성이 균일하게 행해진다.

또한, 링체(90)의 내부둘레부의 뒷면과 웨이퍼의 표면의 사이에는 소정의 간격의 간극이 형성되어 있으므로, W막이 링체(90)로부터 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 연속하여 형성되지 않고 각각에 분리되고, 따라서 링체(90)를 반도체웨이퍼 S로부터 떼어내는 때에 W막이 절단되는 일은 없으므로, W막의 찢어짐에 의한 파티클의 발생이 억제되고, 웨이퍼의 오염을 방지하는 것이 가능하다.

다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

이 실시형태는, 상기 2개의 실시형태와는 달리, 피처리체에 매립된 층을 형성하는 성막방법을 전제로 하여, 매립층의 매립특성과, 그 표면거칠기를 양립시키는 것을 의도하는 것이다.

제 18 도는 이 실시형태의 방법을 실시하기 위한 열 CVD 성막장치의 일예를 나타내는 도면이다. 이 장치는, 제 14 도에서 생략하고 있는 가열팸프(102)의 온도제어기구가 나타내어져 있는점 및 링체(90)이 형성되어 있지 않은점을 제외하고, 기본적으로 제 14 도의 장치와 마찬가지로 구성되어 있다. 따라서, 제 14 도와 마찬가지의 것은 동일한 부호를 부여하여 설명은 생략한다. 또한, 이 실시형태에서 의도하는 효과를 얻기위하여는 링체(90)를 설치할 필요가 없으나, 링체(90)를 설치함으로써, 상술한 효과가 부가되므로 보다 바람직하다.

이 실시형태에 있어서는, 얹어놓는대(84)가, 열용량이 적은 것이 사용된다. 여기서 얹어놓는대(84)의 열용량이 적은것이라 함은, 재질 자체의 열용량이 적은 것에 한하는 것이 아니고, 두꺼운 것등도 고려하여 결과적으로 열용량이 작은 것을 의미한다. 구체적으로는 얹어놓는대(84)는, 열흡수효율이 높은 것 예를 들면 아몰포스 카본, 카본그라파이트, 콤포지트 카본등의 카본계의 재질, 또는 SiC 등의 흑색이 아닌 재질로 미리 성막하여 전체를 불투명으로 한 것등을 바람직하게 이용하는 것이 가능하다. 또한, 그 판두께에 대하여는 예를들면 0.5∼3mm정도가 바람직하다. 그 직경에 대하여는 웨이퍼(10)의 지름과 대략 같은(그 얹어놓는면이 웨이퍼의 얹어놓는면적과 대략 같은 면적을 가짐)것이 바람직하며, 웨이퍼 S의 직경을 기준으로 하여 예를 들면 - 10mm(웨이퍼의 둘레로부터 안쪽으로 10mm 위치하는 크기)∼+20mm(웨이퍼의 둘레로부터 바깥쪽으로 20mm 위치하는 크기) 정도로 설정한다.

얹어놓는대(84)의 윗면에는 온도검출수단으로서의 열전쌍(110)이 설치되어 있으며, 이 열전쌍(110)에 의하여 웨이퍼 S의 예를들면 뒷면 둘레부의 온도가 검출된다. 상기 가열램프(102)의 전원(131)으로부터 인출된 신호케이블(132)은, 온도설정 부(121)나 전력 제 어부(122)등을 포함하는 제어부(120)에 온도검출신호를 신호케이블(111)을 통하여 도입함과 함께, 이 온도검출신호와, 소정의 온도설정 프로그램등을 갖춘 온도설정부(121)의 설정신호에 기초하여 전력제어부(122)에 의하여 가열램프(102)의 조사량이 제어된다.

다음에 이와 같이 구성되는 장치를 이용하여 행해지는 본 실시형태의 방법의 일예에 대하여 설명한다.

먼저 피처리체인 반도체웨이퍼 S예를 들면 제 19A 도에 나타낸 바와 같이 폴리실리콘(141)의 표면에 산화실리콘막(142) 및 콘택트홀이나 관통구멍등의 피매립부인 홀(143)이 형성된 웨이퍼 S를 도시하지 않은 반송수단에 의하여 얹어놓는대(84)상에 얹어놓는다. 다음에 가열램프(102)에 의하여 얹어놓는대(84)를 가열하고, 얹어놓는대(84)상의 반도체웨이퍼 S 를 가열함과 함께, 도시하지 않은 진공펌프에 의하여 배기공(73)을 통하여 배기한다.

제 20 도는, 종축 및 횡축에 각각 온도 및 시간을 취한 그래프이며, 점선은 웨이퍼 얹어놓는대(84)의 온도변화, 실선은 웨이퍼 S의 온도변화를 나타낸다. 또한, 이 그래프에 있어서 t₀는 웨이퍼 S를 웨이퍼얹어놓는대(84)에 얹어놓은 시점, t₁은 처리가스의 공급개시점을 나타낸다.

이 그래프와 프로세스를 대응시키면서 설명한다. t₀의 시점에 가열램프(102)를 ON으로 함으로써 웨이퍼 얹어놓는대(84)를 통하여 반도체웨이퍼 S가 간접적으로 가열되고, 급속하게 웨이퍼 S의 온도가 상승한다. 그리고, 웨이퍼 S를 온도가 예를 들면 425℃로 된 후(t₁1의 시점), 이 온도로 유지하면서, 가스공급원(도시 않됨)으로부터 처리가스 공급관(81)에 의하여 예를 들면 WF₆가스, H₂가스, Ar가스 및 N₂가스를 각각 80 SCCM, 750 SCCM, 900 SCCM 및 100 SCCM 의 유량으로 처리실(70) 내로 공급하고, 배기공(73)으로부터 배기함으로써 처리실(70)내를 소정의 압력 예를 들면 50Torr 로 유지한다. 이와 같이 하여 WF₆가스는 웨이퍼 S의 열에 의하여 분해되어 W(텅스텐)가 생성되고, 웨이퍼 S의 표면에 W막이 성막된다.

이 성막공정을 예를 들면 50초 행하고, 그 후(t₂의 시점의 후) 처리가스의 공급을 정지함과 함께 가열램프(102)의 전력을 조정하여 그 조사량을 크게 하고, 웨이퍼(10)의 온도를 예를 들면 475℃까지 60초간 상승시킨다. 그 후(t₃의 시점의 후) 처리가스의 공급을 개시하여 성막을 행한다. 이 때의 처리가스의 유량은, 예를들면 Ar가스, N₂가스에 대하여는 앞의 프로세스와 같은 유량으로 설정하고, WF₆가스 및 H₂가스에 대하여는 각각 40 SCCM(앞의 프로세스의 반분의 유량) 및 1500 SCCM(앞의 프로세스의 2 배의 유량)으로 설정한다. 그리고 이 성막공정을 예를 들면 50초 행한 후, t₄의 시점에서 처리가스의 공급을 정지한다.

이 예에서는 웨이퍼 S를 425℃로 설정하여 행한 성막공정은 제 2 의 공정이다. 또한, 425℃, 475℃는 각각 제 1 의 온도, 제 2 의 온도이다.

제 1 의 공정에서는 예를 들면 제 19B 도에 나타낸 바와 같이 홀(143)내에 W막(144)이 매립되고, 계속하여 제 2 의 공정에서는 제 19C 도에 나타낸 바와 같이, 홀(143)을 넘어서 W막(144)이 형성된다.

이때의 일련의 온도콘트롤은, 웨이퍼(10)의 시간에 대한 온도패턴이 제 20 도와 같은 패턴으로 되도록, 온도설정부(121)내에 온도설정프로그램을 조립함으로써 행해진다. 또한, 웨이퍼 얹어놓는대(84)의 온도는, 웨이퍼 S가 얹어놓기전에 미리 제 1 의 온도 예를 들면 425℃로 설정되어 있어도 좋다.

제 21 도는 이 경우의 웨이퍼얹어놓는대(84)의 온도(점선) 과 얹어놓는대(84)의 온도(실선)를 나타내는 도면이다.

상술한 예에 따르면, 성막공정을 2개의 공정으로 나누어 전단의 제 1 의 공정에서는 웨이퍼 S를 홀(143)의 매립에 적절한 온도 예를 들면 425℃로 가열하여 성막을 행하고, 홀(143)이 매립된 후의 제 2 의 공정에서는 모폴로지를 좋게 하기에 적절한 온도 예를 들면 475℃로 가열하여 성막을 행하고 있으므로, 양호한 매립 즉 보이드의 형성이 억제된 균일한 매립을 행하는 것이 가능함과 함께, 성막된 W막(144)의 표면이 매끄럽게 되고, 따라서 그 후 에칭을 행할 때의 W막(144)의 표면도 전사되어 매끄러우므로, 패턴의 선폭이 미소화하여도 예를 들면 스텝퍼에 의한 리소그래피 공정에 있어서의 지장이 억제된다.

그리고, 가열램프(102)를 가열원으로 하고 있으므로, 웨이퍼 S를 제 1 의 공정의 온도로부터 제 2 의 공정의 온도로 온도상승시키는 때에 가열율이 높다. 이것에 대하여, 두꺼운 웨이퍼 얹어놓는대에 저항발열체를 설치하여 웨이퍼를 가열하는 경우에는 저항발열체에 의한 온도변화가 둔 하므로 상술한 온도까지 승온시키기에는 수십분을 요하고, 양산라인에 올리는 것은 현실적으로 곤란하다.

또한, 가열램프(102)에서 웨이퍼 S를 직접 가열하는 경우에는 웨이퍼(10)의 뒷면 상태로부터 반사율이 변화하므로 항상 웨이퍼(10)를 소정온도로 가열하는 것이 곤란하지만, 상술한 예에서는 웨이퍼 얹어놓는대(84)를 통하여 간접적으로 가열하고 있으므로, 웨이퍼 S 의 뒷면의 상태로 좌우되지 않고 항상 소정온도로 가열하는 것이 가능하며, 안정한 성막처리를 실현하는 것이 가능하다.

이상에 있어서, 제 1 의 공정으로부터 제 2 의 공정으로의 이행의 타이밍은, 홀의 일부를 매립한 때, 혹은 홀의 전부를 매립한 후의 어느것의 경우라도 좋다. 또한, 제 1 의 공정, 제 2 의 공정의 웨이퍼의 온도는, 상술한 예에 한정되는 것은 아니나, WF₆에 의한 W의 매립의 경우, 예를 들면 바람직한 범위로서 각각 350∼450℃, 400∼500℃로 설정된다.

그리고, 또한 제 1 의 공정, 제 2 의 공정의 사이에, 이들 프로세스 온도의 사이의 프로세스 온도에 의한 중간공정이 포함되어 있어도 좋으며, 제 1 의 공정, 제 2 의 공정의 온도는 각각 반드시 일정하지 않아도 좋다. 또한, 본 발명에 의하여 매립되는 피매립부는, 콘택트 홀이나 관통구멍을 위시하여 그 밖의 라인형상의 오목부, 또는 국부적인 예를 들면 섬형상으로 배열된 구멍등을 포함하는 것이다. 또한, 이 방법은 W의 매립에 한하지 않는다. 또한 피처리체로서는 반도체웨이퍼에 한하지 않고 액정기판의 제조공정에 있어서의 글래스기판등이라도 좋다.

Claims

막이 형성되는 면을 가지는 피처리체를 수용하고, 그 안에서 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 챔버와,

상기 막을 형성하기 위한 처리가스를 상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면에 공급하는 처리가스 공급수단과,

상기 성막가스에 의하여 상기 피처리체의 막이 형성될 면에 성막을 하기 위한 성막수단과,

상기 피처리체에 있어서의 막이 형성될 면과 반대측으로부터 상기 피처리체의 테두리부를 향하여 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급수단과,

상기 피처리체에 대하여 성막을 할 때에, 막이 형성될 면의 테두리부를 덮는 위치에 위치되고, 그 때에 그 바깥 테두리가 상기 피처리체의 바깥 테두리로부터 돌출되도록 설치되고, 상기 피처리체와의 사이에 간극이 제공되는 링부재를 구비하며,

상기 링부재에 의하여 상기 퍼지가스의 전부가 상기 간극을 통과하지 않고 상기 피처리체의 바깥쪽으로 흐르는 상기 링부재의 상기 외부끝단을 지나 연장되는 유로가 형성되고, 상기 간극은 상기 피처리체에 형성된 상기 막이 상기 링부재에 형성된 막과 연속되지 않도록 간격을 가지며, 상기 링부재는 상기 피처리체의 상기 표면에 형성된 상기 막의 균일성의 향상을 위해, 모든 파지가스에 대하여 상기 링부재의 상기 외부끝단을 지나 연장되는 상기 유로를 형성하도록 기능하며, 상기 간극은 피처리체에 형성된 막과 상기 링부재에 형성된 막 사이에 불연속성을 만드른 기능을 하는 성막장치.
제 1 항에 있어서, 상기 성막수단은 상기 피처리체를 가열하는 가열체를 구비하고, 이것에 의하여 처리가스를 분해하여 상기 피처리체상으로 막이 형성되는 성막장치.
제 1 항에 있어서, 상기 링형상 부재를 상기 피처리체에 접한 처리위치와 상기 피처리체로부터 격리한 후퇴위치의 사이에서 이동하는 이동수단을 더욱 구비하고 있는 성막장치.
제 1 항에 있어서, 상기 링형상부재와 상기 피처리체의 사이의 간극은, 그 사이에 복수의 스페이서를 개재시킴으로써 형성되는 성막장치.
제 1 항에 있어서, 상기 피처리체의 뒷면에서 상기 피처리체를 지지하는 수단을 더욱 포함하며, 상기 지지하는 수단은 퍼지가스를 통과하도록하여 상기 퍼지가스는 상기 지지수단을 통하고 상기 링부재의 외부끝단을 지나는 유로를 따라 흘러가도록 하는 성막장치.
제 5 항에 있어서, 상기 지지하는 수단은 상기 피처리체를 지지하여 피처리체의 뒷면을 퍼지가스에 노출시킨 성막장치.
처리하기 위한 상부영역과 가열하기 위한 하부영역으 가지는 챔버와,

처리가스를 상부영역에 공급하기 위한 수단과,

챔버에 제공되는 하부영역으 규정하는 고리형상부재와,

상기 고리형상부재로부터 하부영역으로 연장되고, 서로 인접한 사이에서 퍼지가스유로를 규정하는 원주상의 공간을 형성하고, 피처리체가 상부영역과 하부영역 사이에 위치되고 제 1 고리형상퍼지가스유로가 피처리체와 고리형상부재 사이에서 규정되기 위해, 처리가스에 의하여 막이 형성되는 윗면을 가지는 피처리체를 지지하기 위한 연장된 끝단부를 각각 가지는 복수의 지지아암과,

상부영역에 설치되고 피처리체의 상기 윗면의 테두리부를 덮고, 막이 형성되는 피처리체의 바깥테두리로부터 수평적으로 돌출하는 바깥테두리를 가지며, 고리형상부재와의 사이에서 제 2 고리형상퍼지가스유로를 규정하는 링부재와,

퍼지가스가 상부영역으로 퍼지가스유로와 제 1 및 제 2 고리형상퍼지가스유로를 통하여 흐르도록, 퍼지가스를 하부영역으로 공급하는 수단과, 그리고,

지지수단에 의해 지지된 피처리체와 하부영역에서의 퍼지가스를 가열하기 위한 수단을 포함하여 구성되며,

상기 링부재는 링부재의 뒷면과 피처리체의 윗면과의 사이에 간극을 형성하기 위한 수단을 포함하며, 상기 간극은 피처리체의 윗면에 형성된 막이 링부재에 형성된 막과 연속되지 않도록 그리고 퍼지가스가 상기 간극을 통하여 흐르지 않도록 간격을 가지는 것을 특징으로 하는 성막장.
제 7 항에 있어서, 상기 고리형상부재는 윗벽과, 윗벽 아래로 위치한 고리형상 배기실과, 윗벽에 형성된 복수의 배기구멍을 가져서, 상부영역에 흐르는 퍼지가스는 고리형상부재의 윗벽을 따라 흐르고 배기구멍을 통해 배기실 내로 배기되는 것을 특징으로 하는 성막장치.
제 7 항에 있어서, 상기 간극을 형성하는 수단은 상기 링부재에 대해 원주방향으로 일정한 간격을 두고 링부재의 뒷면으로부터 연장된 복수의 접촉부를 포함하고, 각 접촉부는 막형성처리 동안에 피처체의 윗면의 원주부에 접촉하는 뒷면을 가지는 것을 특징으로 성막장치.
제 7 항에 있어서, 상기 지지아암을 피처리체의 뒷면이 하부영역에 노출되도록 피처리체를 지지하며, 피처리체의 뒷면은 직접적으로 퍼지가스에 노출되며 가열수단에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 성막장치.