專利名稱：成膜方法及成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立式批量型CVD裝置中的成膜方法、用于進(jìn)行該成膜方法的裝 置，特別是，涉及一種在半導(dǎo)體晶圓等被處理基板上形成反應(yīng)生成膜的半導(dǎo)體處理技術(shù)。在 此，半導(dǎo)體處理是指以下各種處理通過在晶圓、LCD (Liquid CrystalDisplay :液晶顯示 器)那樣的FPD(Flat Panel Display :平板顯示器)用玻璃基板等被處理基板上以規(guī)定的 圖案形成半導(dǎo)體層、絕緣層、導(dǎo)電層等，在該被處理基板上用于制造包括半導(dǎo)體器件、連接 到半導(dǎo)體器件的配線、電極等的結(jié)構(gòu)物而實(shí)施的各種處理。
背景技術(shù)：
在構(gòu)成半導(dǎo)體集成電路的半導(dǎo)體器件的制造中，在被處理基板、例如半導(dǎo)體 晶圓上實(shí)施成膜、蝕刻、氧化、擴(kuò)散、改性、退火、自然氧化膜的去除等各種處理。US 2006/0286817 Al公開了立式的(所謂批量型的)熱處理裝置中的這種半導(dǎo)體處理方法。 在該方法中，首先，將半導(dǎo)體晶圓從晶圓盒移載到立式的晶圓舟皿上，并多級(jí)支承。在晶圓 盒中例如能收納25片晶圓，能夠在晶圓舟皿上載置30 150片晶圓。接著，晶圓舟皿從處 理容器的下方被裝載到處理容器的內(nèi)部，并且處理容器被氣密地封閉。接著，在對(duì)處理氣體 的流量、處理壓力、處理溫度等各種處理?xiàng)l件進(jìn)行控制的狀態(tài)下，進(jìn)行規(guī)定的熱處理。
為了提高半導(dǎo)體集成電路的特性，重要的是提高半導(dǎo)體器件的絕緣膜的特性。作 為半導(dǎo)體器件中的絕緣膜使用Si02、PSG(PhosphO Silicate Glass :磷硅酸玻璃)、P(由等 離子CVD形成的)-SiO、P(由等離子CVD形成的)-SiN、SOG(Spin On Glass :旋制氧化硅玻 璃)、Si3^(氮化硅膜)等。特別是，氮化硅膜的絕緣特性比氧化硅膜的絕緣特性較好、以及 還作為蝕刻抑制膜、層間絕緣膜而充分發(fā)揮作用，因此具有被大量使用的趨勢(shì)。
作為在半導(dǎo)體晶圓表面上形成上述那樣的氮化硅膜的方法已知有以下方法作為 硅源氣體使用硅烷(SiN》、二氯硅烷(DCS:S迅Cg、六氯乙硅烷(HCD:Si2Cl6)、雙叔丁基氨 基硅烷(BTBAS:SiH2(NH(C4H9)))2、 (t_C4H9NH)2SiH2等含硅氣體，通過熱CVD (Chemical Vapor D印osition :化學(xué)氣相沉積)進(jìn)行成膜。例如使用BTBAS+NH3(參照US 5， 874， 368A)或者 Si2Cl6+NH3等氣體組合并通過熱CVD來形成氮化硅膜。 近年來，隨著半導(dǎo)體集成電路的進(jìn)一步高集成化以及高微細(xì)化的要求，期望減輕 半導(dǎo)體器件的制造工序中的熱過程，并提高器件特性。在立式處理裝置中也期望對(duì)符合上 述要求的半導(dǎo)體處理方法進(jìn)行改進(jìn)。例如，在作為成膜處理的一種的CVD (Chemical Vapor D印osition :化學(xué)氣相沉積)中存在一邊間歇地供給原料氣體等一邊以每一層或者每幾層 反復(fù)形成原子或者分子級(jí)厚度的層的成膜的方法(例如，參照日本特開平2-93071號(hào)、日本 特開平6-45256號(hào)公報(bào)、US 6， 165， 916A)。通常，將這種成膜方法稱為ALD (Atomic layer D印osition :原子層沉積)或者M(jìn)LD (Molecular Layer D印osition :分子層沉積)，由此，即 使不將晶圓暴露在那種程度的高溫下也能夠進(jìn)行作為目的的處理。 例如，在使用作為含硅氣體的二氯硅烷(DCS)和作為氮化氣體的朋3來形成氮化 硅膜(SiN)的情況下，進(jìn)行以下那樣的處理。即，隔著吹掃期間對(duì)處理容器內(nèi)交替且間歇地供給DCS和NH3氣體。在供給NH3氣體時(shí)施加RF(高頻)，由此在處理容器內(nèi)生成等離子并 促進(jìn)氮化反應(yīng)。在此，首先，通過將DCS供給到處理容器內(nèi)，在晶圓表面上以分子級(jí)吸附一 層或者多層DCS。在吹掃期間中排除多余的DCS。接著，通過供給朋3并生成等離子，在低 溫下通過氮化形成氮化硅膜。反復(fù)進(jìn)行這樣的一系列工序，從而完成規(guī)定厚度的膜。
近年來，出于提高成膜率、膜中的硅濃度的需要，已知在原料氣體的供給管線上設(shè) 置了固定容量的緩沖罐的裝置(日本特開2004-006801號(hào))。在緩沖罐中臨時(shí)填充大量原 料氣體，接著，放出該緩沖罐內(nèi)的原料氣體并將原料氣體間歇地供給到處理容器內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高成膜率和膜質(zhì)的立式批量型CVD裝置中的
成膜方法、以及用于進(jìn)行該成膜方法的裝置和由計(jì)算機(jī)能夠讀取的介質(zhì)。 本發(fā)明的第一技術(shù)方案是一種成膜方法，其用于在立式批量型CVD裝置中，在收
納隔開間隔層疊的多個(gè)被處理基板并且能夠選擇性地供給原料氣體和反應(yīng)氣體的處理容
器的處理區(qū)域內(nèi)，通過上述原料氣體和上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)而在上述被處理基板上形成反
應(yīng)生成膜，上述成膜方法構(gòu)成為反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)并將每次循環(huán)形成的薄膜進(jìn)行層疊，上
述循環(huán)是交替進(jìn)行以下工序吸附工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體，將上述
原料氣體吸附在上述被處理基板的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上
述反應(yīng)氣體，并使上述反應(yīng)氣體與吸附在上述被處理基板的表面上的上述原料氣體發(fā)生反
應(yīng)，上述吸附工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體一邊隔著停止對(duì)
上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的中間子工序來進(jìn)行多次對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料
氣體的供給子工序，上述反應(yīng)工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體
一邊對(duì)上述處理區(qū)域連續(xù)供給上述反應(yīng)氣體。 本發(fā)明的第二技術(shù)方案是一種成膜裝置，其是立式批量型CVD裝置，包括處理容 器，其具有處理區(qū)域，用于收納隔開間隔層疊的多個(gè)被處理基板；支承構(gòu)件，其在上述處理 區(qū)域內(nèi)支承上述被處理基板；加熱器，其對(duì)上述處理區(qū)域內(nèi)的上述被處理基板進(jìn)行加熱； 排氣系統(tǒng)，其用于對(duì)上述處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行排氣；原料氣體供給系統(tǒng)，其用于對(duì)上述處理區(qū)域 供給原料氣體；反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給反應(yīng)氣體；以及控制部，其 控制上述裝置的動(dòng)作，其中，上述控制部被預(yù)先設(shè)定為執(zhí)行成膜方法，該成膜方法用于在上 述處理區(qū)域內(nèi)通過上述原料氣體和上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)而將反應(yīng)生成膜形成在上述被處 理基板上，上述成膜方法構(gòu)成為反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)并將在每次循環(huán)形成的薄膜進(jìn)行層疊， 上述循環(huán)是交替進(jìn)行以下工序吸附工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體，將上 述原料氣體吸附在上述被處理基板的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給 上述反應(yīng)氣體，并使上述反應(yīng)氣體與吸附在上述被處理基板的表面上的上述原料氣體發(fā)生 反應(yīng)，上述吸附工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體一邊隔著停止 對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的中間子工序來進(jìn)行多次對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原 料氣體的供給子工序，上述反應(yīng)工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給原料氣體一 邊對(duì)上述處理區(qū)域連續(xù)供給上述反應(yīng)氣體。 本發(fā)明的第三技術(shù)方案是一種介質(zhì)，其能夠通過計(jì)算機(jī)讀取，用于立式批量型CVD 裝置，包括用于在處理器上執(zhí)行的程序指令，上述裝置包括處理容器的處理區(qū)域，其中，上述處理容器收納隔開間隔層疊的多個(gè)被處理基板并且能夠選擇性地供給原料氣體和反應(yīng) 氣體，在此，上述程序指令被上述處理器執(zhí)行時(shí)，由上述裝置執(zhí)行上述第一技術(shù)方案的成膜 方法。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的成膜裝置(立式批量型CVD裝置)的剖視圖。
圖2是表示圖1圖示的裝置的一部分的橫剖俯視圖。 圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的成膜方法中的、氣體供給、RF(高頻)施加、以及 向緩沖罐的填充的方式的時(shí)間圖。 圖4是表示比較例的成膜方法中的、氣體供給、RF(高頻)施加、以及向緩沖罐的 填充的方式的時(shí)間圖。 圖5A是表示通過本發(fā)明的實(shí)施例和比較例進(jìn)行成膜的薄膜的成膜率的表。
圖5B是表示通過本發(fā)明所涉及的實(shí)施例和比較例進(jìn)行成膜的薄膜的折射率的坐 標(biāo)圖。 圖6是表示供給到緩沖罐內(nèi)的DCS氣體的填充時(shí)間和緩沖罐內(nèi)的壓力之間的關(guān)系 的表。 圖7是表示填充到緩沖罐內(nèi)的DCS氣體的填充時(shí)間和從緩沖罐放出該氣體時(shí)的處 理容器內(nèi)的壓力之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人在本發(fā)明的開發(fā)過程中對(duì)在半導(dǎo)體處理中關(guān)于氮化硅膜等的成膜方法
的以往技術(shù)的問題點(diǎn)進(jìn)行了研究。其結(jié)果，本發(fā)明人得到了如下所述那樣的見解。 S卩，在形成這種薄膜時(shí)，有時(shí)要求增加成膜率或者控制膜中的硅濃度例如增加硅
濃度。在這種情況下，如上所述，在作為原料氣體的含硅氣體的氣體通路上設(shè)置緩沖罐，通
過對(duì)該緩沖罐反復(fù)進(jìn)行原料氣體的填充和放出，能夠間歇地將大量的氣體供給到處理容器內(nèi)。 然而，在實(shí)際的成膜裝置中，限制能夠與裝置整體尺寸有關(guān)地設(shè)置的緩沖罐的容 量(體積)，因此無法無限制地設(shè)置大容量的緩沖罐。作為其對(duì)策，還可以考慮較高設(shè)定將 原料氣體臨時(shí)填充到緩沖罐內(nèi)時(shí)的罐內(nèi)的壓力。但是，在安全對(duì)策上，必須避免填充到緩沖 罐內(nèi)的原料氣體在預(yù)定的壓力以上。另外，當(dāng)一次性地使較高壓力的氣體大量地流動(dòng)時(shí)，未 反應(yīng)的原料氣體等也與排氣氣體一起一次性地大量排氣。其結(jié)果，導(dǎo)致超過用于去除排氣 氣體中的有害成分而設(shè)置在排氣系統(tǒng)中的除害單元的處理能力，有害氣體成分有可能被排 出到系統(tǒng)外。 因而，在間歇地供給原料氣體時(shí)，期望一邊保持安全性一邊將大量的原料氣體供
給到處理容器內(nèi)。另外，與此同時(shí)，期望不僅能夠提高成膜率，還能夠?qū)δぶ械挠稍蠚怏w
產(chǎn)生的元素的濃度進(jìn)行控制，例如增加膜中的由原料氣體產(chǎn)生的元素的濃度。 下面，參照附圖來說明根據(jù)這種見解而構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，在下面的
說明中，對(duì)具有大致相同的功能以及結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同附圖標(biāo)記，僅在需要的情況
下進(jìn)行重復(fù)說明。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的成膜裝置(立式批量型CVD裝置)的剖視圖。圖 2是表示圖1圖示的裝置的一部分的橫剖俯視圖。該成膜裝置2具有能夠選擇性地供給包 括作為含硅氣體的二氯硅烷(DCS)氣體的第一處理氣體和包括作為氮化氣體的氨(NH3)氣 體的第二處理氣體的處理區(qū)域。成膜裝置2構(gòu)成為在這種處理區(qū)域內(nèi)在被處理基板上形成 氮化硅膜。 成膜裝置2具有處理容器4，該處理容器4收納隔開間隔層疊的多個(gè)半導(dǎo)體晶圓 (被處理基板)并進(jìn)行處理，在內(nèi)部規(guī)定有處理區(qū)域5，呈下端開口的有頂部的圓筒形狀。處 理容器4整體例如由石英形成。在處理容器4內(nèi)的頂部上配置有石英制的頂部板6而被密 封。在處理容器4的下端開口上夾著0形密封圈等環(huán)狀構(gòu)件10連結(jié)有成形為圓筒狀的歧 管(manifold)8。此外，也能夠不獨(dú)立設(shè)置歧管8，以圓筒形狀的石英制處理容器構(gòu)成整體。
歧管8例如由不銹鋼構(gòu)成，支承處理容器4的下端。通過歧管8的下端開口，石英 制的晶圓舟皿12升降，由此晶圓舟皿12被裝載到處理容器4中或從處理容器4中卸載。在 晶圓舟皿12上多級(jí)載置有多個(gè)半導(dǎo)體晶圓W作為被處理基板。例如，在本實(shí)施方式的情況 下，在晶圓舟皿12的支柱12A上例如能夠以大致等間距、多級(jí)支承50 100片左右的直徑 300mm的晶圓W。 晶圓舟皿12隔著石英制的保溫筒14而被載置在工作臺(tái)16上。工作臺(tái)16被支承 在旋轉(zhuǎn)軸20上，該旋轉(zhuǎn)軸20貫穿對(duì)歧管8的下端開口進(jìn)行開閉的例如不銹鋼制的蓋體18。 在旋轉(zhuǎn)軸20的貫穿部上例如配置有磁性流體密封件22，氣密地密封旋轉(zhuǎn)軸20，并且能夠支 承旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸20。在蓋體18的周邊部和歧管8的下端部上例如配置有由0形密封圈等 構(gòu)成的密封構(gòu)件24，用于保持容器內(nèi)的密封性。 旋轉(zhuǎn)軸20例如被安裝在臂26的前端上，該臂26被由晶圓舟皿升降機(jī)等升降機(jī)構(gòu) 25支承。通過升降機(jī)構(gòu)25，晶圓舟皿12以及蓋體18等一體地升降。另外，旋轉(zhuǎn)軸20被臂 26內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)時(shí)，晶圓舟皿12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此晶圓舟皿12上的晶圓以通過這些晶圓 的中心的垂直的軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。此外，也可以將工作臺(tái)16設(shè)置為固定到蓋體18偵"不 使晶圓舟皿12旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行晶圓W的處理。 在歧管8的側(cè)部上連接有氣體供給部，該氣體供給部用于將規(guī)定的處理氣體供給 處理容器4內(nèi)的處理區(qū)域5。氣體供給部包括第二處理氣體供給系統(tǒng)28、第一處理氣體供給 系統(tǒng)30、以及吹掃氣體供給系統(tǒng)36。第一處理氣體供給系統(tǒng)30供給包括DCS ( 二氯硅烷) 氣體的第一處理氣體作為含硅氣體。第二處理氣體供給系統(tǒng)28供給包括氨(NH3)氣體的 第二處理氣體作為氮化氣體。吹掃氣體供給系統(tǒng)36供給惰性氣體、例如N2氣體作為吹掃 氣體。根據(jù)需要對(duì)第一以及第二處理氣體中混合適當(dāng)量的載氣，但是，下面，為了容易進(jìn)行 說明，僅在需要的情況下提及載氣。 具體地說，第二以及第一處理氣體供給系統(tǒng)28、30分別具有氣體分散噴嘴38、40， 該氣體分散噴嘴38、40由石英管構(gòu)成，向內(nèi)側(cè)貫穿歧管8的側(cè)壁并向上方向彎曲延伸(參 照?qǐng)Dl)。在各氣體分散噴嘴38、40上以沿著其長(zhǎng)度方向(上下方向)并且橫跨晶圓舟皿12 上的晶圓W整體的方式隔著規(guī)定間隔形成多個(gè)氣體噴射孔38A、40A。氣體噴射孔38A、40A 根據(jù)需要以形成與晶圓舟皿12上的多個(gè)晶圓W平行的氣流的方式在水平方向上大致均勻 地分別供給對(duì)應(yīng)的處理氣體。這種功能為噴嘴38、40被稱為氣體分散噴嘴的理由。另一方 面，吹掃氣體供給系統(tǒng)36具有貫穿歧管8的側(cè)壁而設(shè)置的較短氣體噴嘴46。
8
噴嘴38、40、46經(jīng)由氣體供給管線(氣體通路)48、50、56分別與NH3氣體、DCS氣 體、以及N2氣體的氣體源28S、30S、36S相連接。另外，噴嘴38、40經(jīng)由氣體供給管線54、55 分別與用作輔助氣體(作為載氣或者吹掃氣體而發(fā)揮作用)的惰性氣體、例如^氣體的氣 體源54S相連接。氣體供給管線48、50、54、55、56上配置有質(zhì)量流量控制器那樣的流量控 制器48A、50A、54A、55A、56A和開閉閥48B、50B、54B、55B、56B。由此，分別進(jìn)行流量控制的同 時(shí)能夠供給NH3氣體、DCS氣體以及N2氣體。此外，輔助氣體的氣體供給管線54、55在開閉 閥48B、50B的下游的位置分別與NH3氣體以及DCS氣體的氣體供給管線48、50相連接。
另外，上述DCS氣體的氣體供給管線50的途中、即在流量控制器50A和開閉閥50B 之間配置有臨時(shí)儲(chǔ)存被填充的DCS氣體(原料氣體)的緩沖罐57。在緩沖罐57的下游側(cè) 配置開閉閥50B，在緩沖罐57的上游側(cè)配置開閉閥57B。因而，能夠通過打開上游側(cè)的開閉 閥57B而將DCS氣體填充到緩沖罐57。另外，能夠通過打開下游側(cè)的開閉閥50B而將被填 充到緩沖罐57內(nèi)的DCS氣體向下游側(cè)放出。緩沖罐57的容量(體積)也取決于裝置整體 的大小，例如為1 2升左右。 在處理容器4的側(cè)壁的一部分上沿著處理容器4的高度方向配置有氣體激勵(lì)部
66。在與氣體激勵(lì)部66相對(duì)的處理容器4的相反的一側(cè)配置有為了對(duì)其內(nèi)部氣氛進(jìn)行真
空排氣而例如通過在上下方向上削掉處理容器4的側(cè)壁而形成的細(xì)長(zhǎng)排氣口 68。 具體地說，氣體激勵(lì)部66具有通過沿著上下方向以規(guī)定寬度削掉處理容器4的側(cè)
壁來形成的上下細(xì)長(zhǎng)的開口 70。開口 70被氣密地焊接在處理容器4的外壁上的石英制的
罩(等離子生成箱)72覆蓋。罩72突出到處理容器4的外側(cè)而呈截面凹部狀并且具有上
下細(xì)長(zhǎng)的形狀。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，形成從處理容器4的側(cè)壁突出并且一側(cè)向處理容器4內(nèi)開口的氣體 激勵(lì)部66。即，氣體激勵(lì)部66的內(nèi)部空間與處理容器4內(nèi)的處理區(qū)域5相連通。開口 70 形成為在上下方向上充分長(zhǎng)，使得能夠在高度方向上罩住晶圓舟皿12所保持的所有晶圓 W。此外，也有時(shí)在該開口 70上設(shè)置具有多個(gè)狹縫的狹縫板。 在罩72的兩側(cè)壁的外側(cè)面上以沿著其長(zhǎng)度方向(上下方向)相對(duì)的方式配置有 細(xì)長(zhǎng)的一對(duì)電極74。電極74上經(jīng)由供電線78連接有等離子產(chǎn)生用高頻電源76。通過對(duì) 電極74例如施加13. 56MHz的高頻電壓，在一對(duì)電極74之間形成用于激勵(lì)等離子的高頻電 場(chǎng)。此外，高頻電壓的頻率并不限于13. 56MHz，也可以使用其它頻率、例如400kHz等。
第二處理氣體的氣體分散噴嘴38在晶圓舟皿12上的最下級(jí)的晶圓W的下面的位 置向處理容器4的半徑方向外方彎曲。之后，氣體分散噴嘴38在氣體激勵(lì)部66內(nèi)的最內(nèi) 部(距處理容器4的中心最遠(yuǎn)的部分)的位置垂直立起。如圖2所示那樣，氣體分散噴嘴 38被設(shè)置在被一對(duì)相對(duì)的電極74夾著的區(qū)域(高頻電場(chǎng)最強(qiáng)的位置)、即被設(shè)置在向主要 的等離子實(shí)際產(chǎn)生的等離子產(chǎn)生區(qū)域PS的外側(cè)離開的位置。從氣體分散噴嘴38的氣體噴 射孔38A噴射的包括NH3氣體的第二處理氣體朝向等離子產(chǎn)生區(qū)域PS噴射，在此，選擇性 地進(jìn)行激勵(lì)(分解或者活化)，在這種狀態(tài)下，被供給到晶圓舟皿12上的晶圓W上。
在罩72的外側(cè)上以覆蓋該罩72的方式例如安裝由石英構(gòu)成的絕緣保護(hù)罩80。在 絕緣保護(hù)罩80的內(nèi)側(cè)的、與電極74相對(duì)的部分配置由制冷劑通路構(gòu)成的冷卻機(jī)構(gòu)(未圖 示)。在制冷劑通路內(nèi)通過例如流過作為制冷劑的冷卻的氮化氣體來冷卻電極74。此外， 在絕緣保護(hù)罩80的外側(cè)配置屏蔽構(gòu)件(未圖示)，該屏蔽構(gòu)件覆蓋絕緣保護(hù)罩80并防止高頻的泄露。 在氣體激勵(lì)部66的開口 70的外側(cè)附近、即開口 70的外側(cè)(處理容器4內(nèi))的一 側(cè)上垂直立起地配置第一處理氣體的氣體分散噴嘴40。從形成在氣體分散噴嘴40上的氣 體噴射孔40A朝向處理容器4的中心方向噴射包括DCS氣體的第一處理氣體。
另一方面，在與氣體激勵(lì)部66相對(duì)設(shè)置的排氣口 68上以覆蓋該排氣口 68的方式 通過焊接安裝有由石英構(gòu)成的截面成形為日語"-"字狀的排氣口罩構(gòu)件82。排氣口罩構(gòu) 件82沿著處理容器4的側(cè)壁向上方延伸，在處理容器4的上方形成有氣體出口 84。在氣體 出口 84上連接有配置了真空泵等的真空排氣系統(tǒng)86。真空排氣系統(tǒng)86具有與氣體出口 84連結(jié)的排氣通路88，并從排氣通路88的上游側(cè)依次配置有調(diào)整處理容器4內(nèi)的壓力的 壓力調(diào)整閥90、真空泵92、去除不需要物質(zhì)的除害單元93。利用真空排氣系統(tǒng)86，能夠一 邊將處理容器4內(nèi)保持成規(guī)定的壓力一邊進(jìn)行抽真空。作為除害單元93也可以與排氣氣 體中的要除去的氣體成分相對(duì)應(yīng)地使用干式、燃燒式或者濕式中的任一種除害單元。
以包圍處理容器4的方式配置有對(duì)處理容器4內(nèi)的氣氛以及晶圓W進(jìn)行加熱的加 熱器。在處理容器4內(nèi)的排氣口 68附近配置有用于控制加熱器的熱電偶(未圖示)。
并且，成膜裝置2具有由對(duì)裝置整體的動(dòng)作進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的主控制部 96。主控制部96按照預(yù)先存儲(chǔ)在主控制部96所帶的存儲(chǔ)部98中的處理制程程序，例如根 據(jù)所形成的膜的膜厚、成分等條件來進(jìn)行后述的成膜處理。在該存儲(chǔ)部98中還預(yù)先存儲(chǔ)有 處理氣體流量與膜的膜厚、成分之間的關(guān)系作為控制數(shù)據(jù)。因而，主控制部96能夠根據(jù)這 些存儲(chǔ)的處理制程程序、控制數(shù)據(jù)來對(duì)升降機(jī)構(gòu)25、氣體供給系統(tǒng)28、30、36(包括向緩沖 罐57供給DCS氣體、從氣體源54S供給N2氣體)、排氣系統(tǒng)86、氣體激勵(lì)部66、加熱器等進(jìn) 行控制。此外，存儲(chǔ)介質(zhì)例如為磁盤(軟盤、硬盤( 一例為存儲(chǔ)部98所包括的硬盤)等)、 光盤(CD、 DVD等)、磁光盤(MO等)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。 接著，對(duì)使用圖1所示的裝置來進(jìn)行的成膜方法(所謂ALD或者M(jìn)LD成膜)進(jìn)行 說明。在該成膜方法中，通過ALD或者M(jìn)LD在半導(dǎo)體晶圓W上形成氮化硅膜。因此，對(duì)收納 了晶圓W的處理區(qū)域5內(nèi)選擇性地供給包括作為含硅氣體的二氯硅烷(DCS)氣體的第一處 理氣體和包括作為氮化氣體的氨(NH3)氣體的第二處理氣體。由此，交替反復(fù)進(jìn)行多次以 下工序吸附工序，其用于使DCS氣體吸附到晶圓W的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于使氨 氣體與吸附在晶圓W的表面上的DCS氣體發(fā)生反應(yīng)并形成硅氮化物的薄膜。具體地說，通 過以下操作進(jìn)行成膜處理。
成膜處理 首先，將多片、例如保持有50 100片300mm大小的晶圓W的常溫的晶圓舟皿12 裝載到設(shè)定為規(guī)定溫度的處理容器4內(nèi)，并密閉處理容器4。接著，對(duì)處理容器4內(nèi)進(jìn)行抽 真空并保持為規(guī)定的處理壓力，并且待機(jī)到使晶圓溫度上升并穩(wěn)定為成膜用的處理溫度為 止。接著， 一邊使晶圓舟皿12旋轉(zhuǎn)， 一邊分別進(jìn)行流量控制并從氣體分散噴嘴40、38間歇地 供給DCS氣體以及氨氣體。此外，從氣體分散噴嘴40、38連續(xù)地供給輔助氣體⑨2氣體)。
從氣體分散噴嘴40的氣體噴射孔40A以形成與晶圓舟皿12上的多個(gè)晶圓W平行 的氣體流的方式供給包括DCS氣體的第一處理氣體。在這期間，DCS氣體被處理區(qū)域5的 加熱溫度活化，DCS氣體的分子、或者由這些分子分解而產(chǎn)生的分解生成物的分子或者原子 被吸附在晶圓上。
另一方面，從氣體分散噴嘴38的氣體噴射孔38A以形成與晶圓舟皿12上的多個(gè) 晶圓W平行的氣體流的方式供給包括NH3氣體的第二處理氣體。在供給第二處理氣體時(shí)， 如后述那樣，將氣體激勵(lì)部66設(shè)定為ON狀態(tài)。 當(dāng)將氣體激勵(lì)部66設(shè)定為0N狀態(tài)時(shí)，第二處理氣體在通過一對(duì)電極74之間的等 離子產(chǎn)生區(qū)域PS時(shí)被激勵(lì)并一部分被等離子化。此時(shí)，例如，生成W、MT、NH/、NH/等自由 基(活性種)(標(biāo)記"*"表示為自由基)。這些自由基從氣體激勵(lì)部66的開口 70朝向處理 容器4的中心流出，以層流狀態(tài)被供給到晶圓W相互之間。 上述自由基與附著在晶圓W的表面上的DCS氣體的分子等發(fā)生反應(yīng)，由此在晶圓 W上形成薄膜。此外，與此相反，即使在晶圓W的表面附著有由NH3氣體產(chǎn)生的自由基、分解 生成物的分子或者原子的部位流動(dòng)DCS氣體的情況下，也產(chǎn)生同樣的反應(yīng)，在晶圓W上形成 氮化硅膜。 圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的成膜方法中的、氣體供給、RF(高頻)施加、以及 向緩沖罐的填充的方式的時(shí)間圖。如圖3所示，在該實(shí)施方式的成膜方法中，反復(fù)進(jìn)行多次 由第一至第四工序Tl T4構(gòu)成的循環(huán)，對(duì)在每個(gè)循環(huán)中形成的硅氮化物的薄膜進(jìn)行層疊， 由此得到最終厚度的氮化硅膜。 具體地說，在第一工序T1中，對(duì)處理區(qū)域5供給DCS氣體，另一方面，保持對(duì)處理 區(qū)域5供給氨氣體(在圖3中表示為NH》的切斷。換言之，第一工序T1是對(duì)處理區(qū)域5供 給DCS氣體并將DCS的分子等吸附到晶圓W的表面上的吸附工序。在吸附工序中，一邊保 持供給氨氣體的切斷一邊隔著停止對(duì)處理區(qū)域5供給DCS氣體的中間子工序Tib來進(jìn)行多 次(在圖3中兩次)對(duì)處理區(qū)域5供給DCS氣體的供給子工序Tla。 在第三工序T3中，對(duì)處理區(qū)域5供給氨氣體，而保持對(duì)處理區(qū)域5供給DCS氣體 的切斷。在第三工序T3中，將RF電源76設(shè)定為ON狀態(tài)，利用氣體激勵(lì)部66來對(duì)氨氣體 進(jìn)行等離子化，由此將氨氣體在被激勵(lì)的狀態(tài)下供給到處理區(qū)域5。換言之，第三工序T3是 對(duì)處理區(qū)域5供給氨氣體并使由氨(NH3)產(chǎn)生的自由基與吸附在晶圓W的表面的DCS的分 子等發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)工序。在反應(yīng)工序中， 一邊保持供給DCS氣體的切斷， 一邊對(duì)氨氣體進(jìn) 行等離子化，連續(xù)地對(duì)處理區(qū)域5供給氨氣體。 在第二工序T2以及第四工序T4中，保持對(duì)處理區(qū)域5供給DCS氣體以及氨氣體 的切斷。將第二以及第四工序T2、T4用作對(duì)殘留在處理容器4內(nèi)的氣體進(jìn)行排除的吹掃工 序。在此，吹掃是指一邊流動(dòng)N2氣體等惰性氣體一邊對(duì)處理容器4內(nèi)進(jìn)行真空排氣或者保 持所有供給氣體的切斷并對(duì)處理容器4內(nèi)進(jìn)行真空排氣，由此去除處理容器4內(nèi)的殘留氣 體。另外，也可以第二以及第四工序T2、T4的前半部分僅進(jìn)行真空排氣，后半部分一并進(jìn)行 真空排氣和供給惰性氣體。 在本實(shí)施方式中，在成膜處理中，以真空泵92連續(xù)工作的方式設(shè)定排氣系統(tǒng)86。 由此，在整個(gè)第一至第四工序T1 T4中，繼續(xù)對(duì)處理容器4內(nèi)進(jìn)行真空排氣。另外，在整 個(gè)第一至第四工序T1 T4中，連續(xù)供給作為輔助氣體的^氣體并促進(jìn)各氣體的流動(dòng)。因 此，輔助氣體在供給子工序Tla以及第三工序T3中作為原料氣體、反應(yīng)氣體的載氣而發(fā)揮 作用，并且在中間子工序Tlb、第二工序T2、以及第四工序T4中發(fā)揮如下作用運(yùn)送由反應(yīng) 產(chǎn)生的反應(yīng)副生成物、未反應(yīng)的氣體成分并從處理容器4內(nèi)通過排氣系統(tǒng)86排出。此外， 在中間子工序Tlb、第二工序T2以及第四工序T4中，也有時(shí)停止輔助氣體，使殘留物質(zhì)與排氣氣體一起流動(dòng)并從處理容器4內(nèi)通過排氣系統(tǒng)86排出。此外，由除害組件93去除在排 氣氣體中包含的有害成分。 如圖3所示，在第一工序(吸附工序)T1中多次、在此兩次脈沖狀供給作為原料氣 體的DCS氣體。充填或者補(bǔ)給到緩沖罐57(參照?qǐng)D1)內(nèi)的DCS氣體全部放出到處理容器 4內(nèi)，由此進(jìn)行該各脈沖供給。 通過設(shè)置在緩沖罐57的上游側(cè)的開閉閥57B的開閉來進(jìn)行向緩沖罐57內(nèi)的DCS 氣體的填充(補(bǔ)給)的開始和結(jié)束。在本實(shí)施方式中，在第一工序(吸附工序)T 1的中間 子工序Tlb中和第三工序(反應(yīng)工序)T3中分別對(duì)緩沖罐57進(jìn)行填充DCS氣體(填充期 間T6)。在對(duì)處理容器4內(nèi)供給DCS氣體時(shí)，通過打開設(shè)置在緩沖罐57的下游側(cè)的開閉閥 50B，利用壓力差，能夠?qū)⒕彌_罐57內(nèi)的大量的DCS氣體朝向處理容器4內(nèi)一下子放出。
此外，在處理開始時(shí)，預(yù)先向緩沖罐57內(nèi)填充規(guī)定量的DCS氣體，能夠從最初的吸 附工序T1的第一次供給子工序Tla向處理容器4內(nèi)供給大量的DCS氣體。另外，在向緩沖 罐57內(nèi)填充DCS氣體的情況下，出于安全對(duì)策方面的考慮，設(shè)定為限制填充時(shí)間而使緩沖 罐57內(nèi)的壓力不會(huì)過度上升。 如上所述，在一次的吸附工序T1中，從緩沖罐57放出多次、在此放出兩次DCS氣 體，使DCS氣體吸附到晶圓W的表面上。因此，能夠保持安全性的同時(shí)使大量的DCS氣體吸 附到晶圓W的表面上來提高成膜率。另外，能夠更準(zhǔn)確地控制形成在晶圓W上的氮化硅膜 中的Si的濃度，例如能夠增加Si的濃度。另外，以時(shí)間分割來供給DCS氣體，因此即使除 害組件93的處理能力較小，也能夠可靠地去除排氣氣體中的有害成分。與此相對(duì)，當(dāng)增加 緩沖罐內(nèi)的填充壓力并一次供給過量的DCS氣體時(shí)，除害組件93的處理能力產(chǎn)生問題。
在圖3中，將供給子工序Tla設(shè)定為大約3秒鐘，將中間子工序Tlb設(shè)定為大約11 秒鐘，將第二工序T2設(shè)定為大約11秒鐘，將第三工序T3設(shè)定為大約20秒鐘，將第四工序 T4設(shè)定為大約3秒鐘。在DCS氣體的流量為2slm的情況下，將向緩沖罐57的一次的填充 期間T6設(shè)定為大約8秒鐘。將第三工序T3中的NH3氣體流量設(shè)定為5slm。將作為輔助氣 體的N2氣體的流量設(shè)定為0. 2slm。由第一至第四工序Tl T4的一個(gè)循環(huán)形成的膜厚為 0. 10 0. 13nm左右。因而，如果目標(biāo)厚度為例如50nm，則反復(fù)該循環(huán)450 500左右。其 中，這些時(shí)間、厚度僅表示一例，并不限于該數(shù)值。 處理溫度在450 70(TC的范圍內(nèi)例如大約630°C。被設(shè)定為使處理壓力在 0. 133 1330Pa的范圍內(nèi)發(fā)生變化，在吸附工序Tl時(shí)在上述壓力范圍內(nèi)壓力變大。
此外，在本實(shí)施方式中，在第一工序(吸附工序)T1的中間子工序Tlb中和第三工 序(反應(yīng)工序)T3中分別向緩沖罐57填充DCS氣體。但是，特別是，如果一個(gè)循環(huán)內(nèi)的第 二次填充在該循環(huán)的吸附工序與下一個(gè)循環(huán)的吸附工序?yàn)橹沟钠陂g的話，則也可以在任一 個(gè)位置進(jìn)行。另外，如果在緩沖罐57內(nèi)的上限壓力值以內(nèi)，則也可以不設(shè)置上游側(cè)的開閉 閥57B或者將該開閉閥57B設(shè)定為常開狀態(tài)而設(shè)定為始終將DCS氣體填充到緩沖罐57中 的狀態(tài)。在這種情況下，一邊繼續(xù)將DCS氣體填充到緩沖罐57中的狀態(tài)一邊間歇地朝向處 理容器4進(jìn)行緩沖罐57的打開。 另外，在本實(shí)施方式中，在一個(gè)循環(huán)中的吸附工序T1中以兩次脈沖狀將DCS氣體 (原料氣體)供給到處理容器4內(nèi)。作為替代，也可以在一次的吸附工序T1中以三次以上 脈沖狀供給DCS氣體。在這種情況下，也在DCS氣體的各脈沖狀的供給之前，每次向緩沖罐57內(nèi)填充DCS氣體。 另外，在成膜處理中，晶圓舟皿12在1分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈左右，因而，晶圓也以通過 晶圓的中心的垂直的軸為中心旋轉(zhuǎn)。關(guān)于這一點(diǎn)，最好晶圓舟皿12的旋轉(zhuǎn)與來自氣體分散 噴嘴40的氣體噴射孔40A的DCS氣體的噴射時(shí)刻不同步。其原因在于，如果同步，則有可 能對(duì)晶圓軸向的相同部分總是噴射DCS氣體并且該部分的厚度大于其它部分，膜厚的面內(nèi) 均勻性變差。 在此，在本實(shí)施方式中，對(duì)晶圓舟皿12的旋轉(zhuǎn)和來自氣體噴射孔40A的DCS氣體 的噴射時(shí)機(jī)進(jìn)行相關(guān)控制，設(shè)定為相互不會(huì)同步。由此，在每次噴射DCS氣體時(shí)，對(duì)在半導(dǎo) 體晶圓W的周向上的不同的位置進(jìn)行供給，能夠改善膜厚的面內(nèi)均勻性。其中，在一次的吸 附工序T 1中進(jìn)行噴射三次以上DCS氣體的情況下，至少對(duì)兩個(gè)不同位置分散供給，從而得 到一定程度的效果。 關(guān)于晶圓的旋轉(zhuǎn)周期(旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間)，當(dāng)增加該值時(shí)(降低晶圓的旋轉(zhuǎn)速 度)，能夠進(jìn)一步分散DCS氣體的噴射。但是，當(dāng)過于降低晶圓的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，有可能由 于其它原因而降低形成在晶圓W上的膜的面內(nèi)均勻性。另一方面，當(dāng)過于提高晶圓的旋 轉(zhuǎn)速度時(shí)，對(duì)形成在晶圓W上的膜產(chǎn)生物理性的不良影響。因而，晶圓旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間 (one-revolution time)X在6秒鐘 120秒鐘的范圍內(nèi)、最好在12秒鐘 60秒鐘的基本 范圍內(nèi)按照以下式來進(jìn)行設(shè)定。 此外，在以下式中，X為晶圓旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，Ll為供給子工序Tla的時(shí)間長(zhǎng)度， L2為中間子工序Tlb的時(shí)間長(zhǎng)度，N為一個(gè)吸附工序Tl內(nèi)的供給子工序Tla的次數(shù)(DCS 脈沖數(shù))。該次數(shù)N在實(shí)際應(yīng)用中為5以下、最好為3以下的正整數(shù)。 在上述基本范圍內(nèi)，晶圓旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X在使晶圓的旋轉(zhuǎn)速度較慢的情況下能 夠以下式(1)表示，在使晶圓的旋轉(zhuǎn)速度較快的情況下能夠以下式(2)表示。
X = (Ll+L2) X (1+ a )…(1) 在此，將a設(shè)定為滿足0. 2 < a 、優(yōu)選滿足0. 5 < a 、更優(yōu)選滿足0. 8 < a 。
X = (L1+L2)+2X (l+P)…(2) 在此，將P設(shè)定為滿足0. 15 < P < 0. 8、優(yōu)選滿足0. 2 < P < 0. 6、更優(yōu)選滿足 0. 25 < P < 0. 4。 以下表示按照式(1) 、 (2)進(jìn)行的計(jì)算例。 (A)例如，如上所述，在L1 = 3秒鐘、L2 = 11秒鐘的情況下，如下所示那樣導(dǎo)出晶 圓旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X。 式(1)成為X二 (3+ll)X(l+a) = 14X(l+a)秒鐘。因而，X的值成為16.8
< X、優(yōu)選為21 < X、更優(yōu)選為25. 2 < X(單位為秒鐘)。 式(2)成為X = (3+ll)+2X (l+e) = 7X (l+e)秒鐘。因而，X的值成為8. 05
< X < 12. 6、優(yōu)選為8. 4 < X < 11. 2、更優(yōu)選為8. 75 < X < 9. 8(單位為秒鐘)。 但是，作為更佳的方式，在上述基本范圍內(nèi)，能夠使用式(3)算出晶圓旋轉(zhuǎn)一圈的 時(shí)間。 X = (Ll+L2) XNX (1+ Y )…(3) 在此，將Y設(shè)定為滿足-0. 13 < Y < +0. 3、優(yōu)選滿足-0. 2 < Y < +0. 2、更優(yōu)選 滿足-0. 1 < Y < +0. 1、進(jìn)一步優(yōu)選滿足-0. 05 < Y < +0. 05。
以下表示按照式(3)進(jìn)行的計(jì)算例。 (B)例如，如上所述，在L 1 = 3秒鐘、L2 = 11秒鐘、N = 2的情況下，如下所示那 樣導(dǎo)出晶圓旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X。 式(3)成為X = (3+11) X2X (l+Y) = 28X (l+Y)秒鐘。因而，X的值為19.6
< X < 36. 4、優(yōu)選為22. 4 < X < 33. 6、更優(yōu)選為25. 2 < X30. 8、進(jìn)一步優(yōu)選為26. 6 < X
< 29. 4(單位為秒鐘)。 (C)另外，在Ll = 2秒鐘、L2 = 8秒鐘、N = 3的情況下，如下所示那樣導(dǎo)出晶圓 旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X。 式(3)成為X = (2+8) X3X (l+Y) = 30X (l+Y)秒鐘。因而，X的值為21 < X
< 39、優(yōu)選為24 < X < 36、更優(yōu)選為27 < X < 33、進(jìn)一步為28. 5 < X < 31. 5 (單位為秒 鐘)。 此外，在上述實(shí)施方式中，在第一處理氣體供給系統(tǒng)30的氣體供給管線50途中設(shè) 置緩沖罐57，對(duì)該緩沖罐57臨時(shí)填充DCS氣體(原料氣體)。但是，在所使用的原料氣體的 量較少的情況下，也可以代替緩沖罐57而使氣體供給管線50本身具有緩沖罐的功能。在 這種情況下，既可以設(shè)置開閉閥50B、57B這兩者，或者也可以僅設(shè)置任一個(gè)開閉閥。
即使在這種結(jié)構(gòu)的情況下，通過對(duì)與前面說明的實(shí)施方式相同的開閉閥50B、57B
進(jìn)行開閉操作，也能夠發(fā)揮與前面的實(shí)施方式相同的作用效果。
實(shí)驗(yàn)1 使用上述實(shí)施方式的實(shí)施例PE的成膜方法以及比較例CE的成膜方法來成膜氮化 硅膜，測(cè)量氮化硅膜的成膜率和折射率(依賴于Si濃度)。在比較例CE中，在圖1所示的 裝置中，在一次吸附工序中采用了僅供給一次DCS氣體的供給方式。圖4是表示比較例的 成膜方法中的、氣體供給、RF(高頻)施加、以及向緩沖罐填充的方式的時(shí)間圖。
在該圖4所示的比較例CE中，在吸附工序中僅進(jìn)行一次將DCS氣體供給處理容器 內(nèi)。因而，在此，交替逐次反復(fù)進(jìn)行向處理容器內(nèi)供給DCS氣體和供給NH3氣體。將填充到 緩沖罐內(nèi)的DCS氣體向下游側(cè)打開來進(jìn)行DCS氣體的供給。 在實(shí)施例PE的成膜方法中，各工序的期間如上所述那樣為Tla二3秒鐘、Tlb二 11 秒鐘、T2 = 11秒鐘、T3 = 20秒鐘、T4 = 3秒鐘、T6(填充)=8秒鐘。另一方面，在實(shí)施例 CE的成膜方法中，各工序的期間為T11(吸附)二3秒鐘、T12(吹掃)二14秒鐘、T13(氮 化)=20秒鐘、114(吹掃)=3秒鐘、116(填充)=8秒鐘。分別將處理壓力以及處理溫 度這兩者設(shè)定為相同，處理壓力在O. 133 1330Pa的范圍內(nèi)發(fā)生變化，將處理溫度設(shè)定為 630°C。在晶圓舟皿上載置了 117片半導(dǎo)體晶圓W。 圖5A、圖5B是表示通過實(shí)施例PE和比較例CE進(jìn)行成膜的硅氮化薄膜的成膜率和 折射率的表。在圖5A中縱軸表示成膜率(nm/循環(huán))。在圖5B中縱軸表示折射率。在圖 5A、圖5B中，將晶圓舟皿的上段部的晶圓的平均值表示為"TOP"，中段部的晶圓的平均值表 示為"CTR"，下段部的晶圓的平均值表示為"BTM"。 如圖5A所示，關(guān)于氮化硅膜的每一個(gè)循環(huán)的成膜率，比較例CE的成膜率為 0. 079 0. 084nm左右。與此相對(duì)，實(shí)施例PE的成膜率為0. 124 0. 128nm左右，在實(shí)施例 PE的情況下與比較例CE相比可知能夠?qū)⒊赡ぢ侍岣?0 60%左右。
如圖5B所示，關(guān)于氮化硅膜的折射率，比較例CE的折射率為2. 018 2. 037左
14右。與此相對(duì)，實(shí)施例PE的折射率為2. 116 2. 166左右，在實(shí)施例PE的情況下與比較例 CE相比可知能夠提高薄膜的折射率。已知該折射率依賴于原料氣體(DCS氣體)中的作為 元素成分的Si濃度，Si濃度越高折射率越大。因而，在實(shí)施例PE的情況下，通過改變一次 的吸附工序中的DCS氣體的供給次數(shù)或者改變一次的DCS氣體的供給時(shí)的供給子工序Tla 的時(shí)間長(zhǎng)度，期望能夠自由地控制所形成的膜中的Si濃度。
實(shí)驗(yàn)2 研究填充到緩沖罐57內(nèi)的DCS氣體的安全性以及向處理容器內(nèi)供給的DCS氣體 的安全性。圖6是表示向緩沖罐內(nèi)供給的DCS氣體的填充時(shí)間和緩沖罐內(nèi)的壓力之間的關(guān) 系的坐標(biāo)圖。在圖6中，橫軸表示填充時(shí)間(秒鐘)，縱軸表示緩沖罐內(nèi)的壓力(Torr)。能 夠?qū)CS氣體確保安全性的緩沖罐57內(nèi)的壓力上限為600Torr (79. 98kPa)。
如圖6所示，越增加向緩沖罐內(nèi)的DCS氣體的填充時(shí)間，緩沖罐內(nèi)的壓力越直線 上升，到達(dá)作為壓力的上限值的600Torr的填充時(shí)間為15. 5秒鐘左右。在此，參照?qǐng)D3的 (E)，能夠理解作為填充時(shí)間的T6為少于上述15. 5秒鐘的8秒鐘，充分確保緩沖罐57的安 全性。 并且，如上所述， 一并研究放出填充到緩沖罐內(nèi)的DCS氣體時(shí)的處理容器4的安 全性。圖7是表示填充到緩沖罐內(nèi)的DCS氣體的填充時(shí)間和從緩沖罐放出該氣體時(shí)的處 理容器內(nèi)的壓力之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖。在圖7中，橫軸表示填充時(shí)間(秒鐘)，縱軸表示處 理容器內(nèi)的壓力(Torr)。能夠確保處理容器4內(nèi)的DCS氣體的安全性的壓力的上限值為 10Torr(1333Pa)。 從圖7可知，即使向緩沖罐57內(nèi)的填充時(shí)間到達(dá)圖6的情況下的作為安全時(shí)間的 上限的15. 5秒鐘，處理容器4內(nèi)的壓力也遠(yuǎn)低于作為上限值的10Torr的6Torr (800Pa)左 右，根據(jù)這一點(diǎn)也能夠理解能夠充分確保安全性。
變形例 在上述實(shí)施方式中，利用氣體激勵(lì)部66使包含作為反應(yīng)氣體的NH3氣體的第二處 理氣體活化，但是，也可以不使用該氣體激勵(lì)部66。另外，在該實(shí)施方式中，在氣體供給管線 50上僅設(shè)置一個(gè)緩沖罐57，但是也可以在氣體供給管線50上串聯(lián)設(shè)置多個(gè)、例如兩個(gè)緩沖 罐57 (也包括開閉閥50B、57B)，并交替使用這些緩沖罐57。 在上述實(shí)施方式中，作為薄膜例示對(duì)氮化硅膜進(jìn)行成膜的情況。代替該氮化硅膜， 本發(fā)明也能夠適用于對(duì)包括雜質(zhì)例如硼等的氮化硅膜等、硅氧化膜、硅酸氮化膜進(jìn)行成膜 的情況。 在上述實(shí)施方式中，作為第一處理氣體中的含硅氣體例示DCS氣體。關(guān)于這一 點(diǎn)，作為含硅氣體能夠使用從由二氯硅烷(DCS)、六氯乙硅烷(HCD)、硅烷[SiHj、乙硅烷 [Si2He]、六甲基二硅胺烷(HMD S)、四氯硅烷(TCS)、二硅氨烷(DSA :Disilylamine)、三甲硅 烷基氨(TSA :trisilylamine)、雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)、二 (二甲氨基)硅烷(BDEAS : Bis (dimethylamino) si lane) 、二異丙基氨基硅焼(DIPAS :diisopropylaminosilane)、三 (二甲氨基)硅烷(3DMAS)構(gòu)成的組選擇的一種以上的氣體。 作為原料氣體，代替含硅氣體能夠使用有機(jī)金屬化合物氣體。作為該有機(jī)金屬化 合物氣體能夠使用從由三甲基鋁(TMA)、四(二甲胺基)鉿(TDMAH)、四(乙基甲胺基)鉿 (TEMAH)、四(二乙基氨基)鋯(TEMAZ)、四(二甲氨基)鈦(TDMAT)構(gòu)成的組選擇的一種以上的氣體。 作為反應(yīng)氣體，代替氮化氣體(NH3氣體)，根據(jù)處理方式，還能夠使用氧化氣體或 者還原氣體。 作為被處理基板，例示了半導(dǎo)體晶圓，該半導(dǎo)體晶圓包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等 化合物半導(dǎo)體基板。并且，作為被處理基板，本發(fā)明也能夠適用于液晶顯示裝置的玻璃基 板、陶瓷基板等。
權(quán)利要求
一種成膜方法，其用于在立式批量型CVD裝置中，在收納隔開間隔層疊的多個(gè)被處理基板并且能夠選擇性地供給原料氣體和反應(yīng)氣體的處理容器的處理區(qū)域內(nèi)，通過上述原料氣體和上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)在上述被處理基板上形成反應(yīng)生成膜，其中，上述成膜方法構(gòu)成為反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)并將每次循環(huán)形成的薄膜進(jìn)行層疊，上述循環(huán)是交替地進(jìn)行以下工序吸附工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體，使上述原料氣體吸附在上述被處理基板的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體，并使上述反應(yīng)氣體與吸附在上述被處理基板的表面上的上述原料氣體發(fā)生反應(yīng)，上述吸附工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體一邊隔著停止對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的中間子工序來進(jìn)行多次對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的供給子工序，上述反應(yīng)工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體一邊對(duì)上述處理區(qū)域連續(xù)供給上述反應(yīng)氣體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，上述循環(huán)還進(jìn)行主中間工序，該主中間工序用于分別在上述吸附工序和上述反應(yīng)工序之間以及上述反應(yīng)工序之后，不對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體和上述反應(yīng)氣體，并且對(duì)上述處理區(qū)域進(jìn)行排氣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，從沿著上述處理區(qū)域配置的、并且多個(gè)氣體噴射孔沿垂直方向隔開間隔地形成的氣體分散噴嘴供給上述原料氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的成膜方法，其中，在上述循環(huán)中，上述被處理基板以一定旋轉(zhuǎn)速度在上述處理容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，對(duì)上述旋轉(zhuǎn)速度和上述供給子工序的時(shí)機(jī)進(jìn)行相關(guān)控制，使得在進(jìn)行一次上述吸附工序內(nèi)、對(duì)上述被處理基板的周向上的不同位置供給上述原料氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的成膜方法，其中，當(dāng)將上述供給子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)l、將上述中間子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2時(shí)，上述被處理基板旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X處于6秒鐘 120秒鐘的范圍內(nèi)并以下式(1)、(2)中的任一個(gè)表示，在此，a滿足0. 2 < a ， p滿足0. 15 < P < 0. 8，X = (Ll+L2) X (l+a ) (1)X = (Ll+L2) +2X (l+e ). (2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的成膜方法，其中，當(dāng)將上述供給子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)l、將上述中間子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2、將上述吸附工序內(nèi)的上述供給子工序的次數(shù)設(shè)為N且N為5以下的正整數(shù)時(shí)，上述被處理基板旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X處于6秒鐘 120秒鐘的范圍內(nèi)并以下式(3)表示，在此，y滿足-0.3< y < +0. 3，X = (Ll+L2) XNX (1+y). (3)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，上述方法構(gòu)成為將上述原料氣體供給到配置在上述處理容器外的緩沖罐內(nèi)并臨時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存，與上述供給子工序相對(duì)應(yīng)地從上述緩沖罐對(duì)上述處理區(qū)域放出上述原料氣體，與上述中間子工序相對(duì)應(yīng)地從上述緩沖罐停止對(duì)上述處理區(qū)域放出上述原料氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其中，上述方法構(gòu)成為在上述供給子工序中，不對(duì)上述緩沖罐供給上述原料氣體，在上述中間子工序中，對(duì)上述緩沖罐供給上述原料氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其中，在上述緩沖罐的下游且上述處理容器的外側(cè)的位置，上述原料氣體與惰性氣體混合之后，被供給到上述處理區(qū)域，在上述循環(huán)中持續(xù)供給上述惰性氣體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，上述反應(yīng)工序具有通過等離子激勵(lì)機(jī)構(gòu)對(duì)上述反應(yīng)氣體進(jìn)行了激勵(lì)的狀態(tài)下將上述反應(yīng)氣體供給到上述處理區(qū)域的激勵(lì)期間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，上述原料氣體包括從由二氯硅烷、六氯乙硅烷、硅烷、乙硅烷、六甲基二硅氨烷、四氯硅烷、二硅氨烷、三甲硅烷基氨、雙叔丁基氨基硅烷、二 (二甲氨基)硅烷、二異丙基氨基硅烷、三(二甲氨基)硅烷構(gòu)成的組選擇的一種以上的含硅氣體，上述反應(yīng)氣體包括從由氮化氣體、氧化氣體、還原氣體構(gòu)成的組選擇的一種以上的氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜方法，其中，上述原料氣體包括從由三甲基鋁、四(二甲氨基)氧化鉿、四(乙基甲基氨基)氧化鉿、四(乙基甲基氨基)鋯、四(二甲氨基)鈦構(gòu)成的組選擇的一種以上的有機(jī)金屬化合物氣體，上述反應(yīng)氣體包括從由氮化氣體、氧化氣體、還原氣體構(gòu)成的組選擇的一種以上的氣體。
13. —種成膜裝置，其是立式批量型CVD裝置，包括處理容器，其具有處理區(qū)域，收納隔開間隔層疊的多個(gè)被處理基板；支承構(gòu)件，其在上述處理區(qū)域內(nèi)支承上述被處理基板；加熱器，其對(duì)上述處理區(qū)域內(nèi)的上述被處理基板進(jìn)行加熱；排氣系統(tǒng)，其對(duì)上述處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行排氣；原料氣體供給系統(tǒng)，其對(duì)上述處理區(qū)域供給原料氣體；反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其對(duì)上述處理區(qū)域供給反應(yīng)氣體；以及控制部，其控制上述裝置的動(dòng)作，其中，上述控制部被預(yù)先設(shè)定為執(zhí)行如下的成膜方法，該成膜方法用于在上述處理區(qū)域內(nèi)通過上述原料氣體和上述反應(yīng)氣體的反應(yīng)而將反應(yīng)生成膜形成在上述被處理基板上，上述成膜方法構(gòu)成為反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)并將每次循環(huán)形成的薄膜進(jìn)行層疊，上述循環(huán)是交替地進(jìn)行以下工序吸附工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體，使上述原料氣體吸附在上述被處理基板的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體，并使上述反應(yīng)氣體與吸附在上述被處理基板的表面上的上述原料氣體發(fā)生反應(yīng)，上述吸附工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述反應(yīng)氣體一邊隔著停止對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的中間子工序來進(jìn)行多次對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體的供給子工序，上述反應(yīng)工序構(gòu)成為一邊保持切斷對(duì)上述處理區(qū)域供給上述原料氣體一邊對(duì)上述處 理區(qū)域連續(xù)供給上述反應(yīng)氣體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成膜裝置，其中，上述原料氣體供給系統(tǒng)具有氣體分散噴嘴，該氣體分散噴嘴用于供給上述原料氣體， 其沿著上述處理區(qū)域配置，并且多個(gè)氣體噴射孔沿垂直方向隔開間隔地形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的成膜裝置，其中，上述裝置具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使上述被處理基板與上述支承構(gòu)件一起在上述處 理容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，上述控制部被預(yù)先設(shè)定為，使得在上述循環(huán)內(nèi)使上述被處理基板在上述處 理容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，對(duì)上述旋轉(zhuǎn)速度和上述供給子工序的時(shí)機(jī)進(jìn)行相關(guān)控制，使得在一次上述 吸附工序中，對(duì)上述被處理基板的周向上的不同位置供給上述原料氣體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的成膜裝置，其中，當(dāng)將上述供給子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)l、將上述中間子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2時(shí)，上 述被處理基板旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X處于6秒鐘 120秒鐘的范圍內(nèi)并以下式(1)、(2)中的任 一個(gè)表示，在此，a滿足0. 2 < a ， p滿足0. 15 < P < 0. 8，X = (Ll+L2) X (l+a ) (1)X = (Ll+L2) +2X (l+e ). (2)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的成膜裝置，其中，當(dāng)將上述供給子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)l、將上述中間子工序的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2、將上 述吸附工序內(nèi)的上述供給子工序的次數(shù)設(shè)為N且N為5以下的正整數(shù)時(shí)，上述被處理基板 旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間X處于6秒鐘 120秒鐘的范圍內(nèi)并以下式(3)表示，在此，y滿足-0.3 < y < +0. 3，X = (Ll+L2) XNX (1+y). (3)
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成膜裝置，其中，上述原料氣體供給系統(tǒng)包括緩沖罐，其在將上述原料氣體供給到上述處理區(qū)域的氣 體供給管線上被配置在上述處理容器外；以及開閉閥，其在上述處理區(qū)域與上述緩沖罐之 間被配置在上述氣體供給管線上，上述控制部被預(yù)先設(shè)定為進(jìn)行以下控制將上述原料氣體供給到上述緩沖罐內(nèi)并臨時(shí) 進(jìn)行存儲(chǔ)，與上述供給子工序和上述中間子工序相對(duì)應(yīng)地分別打開和關(guān)閉上述開閉閥。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的成膜裝置，其中，上述控制部被預(yù)先設(shè)定為進(jìn)行以下控制在上述供給子工序中，不對(duì)上述緩沖罐供給 上述原料氣體，在上述中間子工序中，對(duì)上述緩沖罐供給上述原料氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成膜方法及成膜裝置。在立式批量型CVD裝置中，成膜方法構(gòu)成為反復(fù)多次循環(huán)并將每次循環(huán)形成的薄膜進(jìn)行層疊。循環(huán)是交替地進(jìn)行以下工序吸附工序，其用于使原料氣體吸附在被處理基板的表面上；以及反應(yīng)工序，其用于使反應(yīng)氣體與吸附原料氣體發(fā)生反應(yīng)。吸附工序構(gòu)成為一邊保持切斷反應(yīng)氣體的供給一邊隔著停止對(duì)處理區(qū)域供給原料氣體的中間子工序來進(jìn)行多次對(duì)處理區(qū)域供給原料氣體的供給子工序。反應(yīng)工序構(gòu)成為一邊保持切斷原料氣體的供給一邊對(duì)處理區(qū)域連續(xù)供給反應(yīng)氣體。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101713067SQ20091017960
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月4日
發(fā)明者松永正信, 野寺伸武, 長(zhǎng)谷部一秀 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社