CN102080219B - 立式成膜装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立式成膜装置及其使用方法。该立式成膜装置的使用方法在不存在产品用被处理体的状态的处理容器内，进行用覆膜包覆处理容器的内壁的覆膜处理，接着，在收纳有保持了产品用被处理体的状态的保持构件的处理容器内，进行在产品用被处理体上形成规定的膜的成膜处理。在覆膜处理中，将第1处理气体和第2处理气体交替地供给到处理容器内且均不将第1处理气体和第2处理气体等离子化就供给到处理容器内。在成膜处理中，一边利用等离子体生成系统将第1处理气体和第2处理气体中的至少一种气体等离子化而供给到处理容器内一边将第1处理气体和第2处理气体交替地供给到处理容器内。

Description

立式成膜装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及用于在半导体晶圆等被处理体上形成氮化硅膜(SiN膜)等薄膜的立式分批式成膜装置及其使用方法，更具体地讲是涉及降低处理容器内的金属污染的半导体处理技术。在此，半导体处理是指，为了通过在半导体晶圆、LCD(LiquidCrystal Display)这样的FPD(Flat Panel Display)用的玻璃基板等被处理体上以规定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等来制造在该被处理体上包含半导体器件、连接于半导体器件的配线、电极等的构造物而实施的各种处理。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，存在对硅晶圆所代表的半导体晶圆形成氮化硅膜等薄膜的成膜处理。在该成膜处理中，经常采用通过化学蒸镀法(CVD)一并在多个半导体晶圆上成膜的立式分批式热处理装置。
近年来，随着半导体器件的微细化、高集成化的发展，寻求优质的氮化硅膜等薄膜。作为能够实现优质薄膜的技术，提出了一种这样的技术，即，通过在交替供给Si源气体和氮化气体的同时以原子层水平、或者分子层水平交替反复地成膜的ALD(atomic layer deposition)来形成SiN膜。例如，作为Si源气体可使用吸附性良好的二氯硅烷(DCS；SiH2Cl2)，作为氮化气体可使用将氨(NH3)等离子化而成的气体。
在该立式分批式热处理装置中，处理容器、晶圆舟皿等采用石英。在反复进行成膜处理之后，为了去除反应生成物而进行清洁处理。并且，在下一个成膜处理之前进行覆膜处理，用与产品膜(是指通过成膜处理形成在晶圆上的生成物膜)相同材料的覆膜来包覆处理容器的内壁、晶圆舟皿等的表面。其目的在于，抑制来自这些构件(石英制)的微粒、Na等污染物等飞散而污染产品膜。在通过等离子ALD形成产品膜的成膜装置中，为了提高控制简易性、成品率，以往也通过等离子ALD来进行该覆膜处理(国际公开第WO2004/044970号(专利文献1))。
但是，在使用上述专利文献1的技术的情况下，对于利用覆膜处理后的成膜处理形成的产品膜中产生的Na污染，难以满足越发严苛的要求。为了消除该弊端，提出了一种在覆膜时不使用等离子体、而使用同时流入DCS气和NH3气的热(thermal)CVD的技术(国际公开第WO2007/111348号(专利文献2))。
但是，本发明人等发现利用热CVD进行覆膜处理时，在处理容器内的低温部、例如底部附近覆膜的厚度不充分，无法充分防止Na污染。在这种情况下，在覆膜较薄的部分，处理容器内的石英构件被成膜处理时的等离子体溅射，Na等的污染物等飞散。
发明内容
本发明的目的在于提供能够稳定地降低通过等离子体ALD形成的产品膜中的Na浓度的立式分批式成膜装置及其使用方法。
本发明的第1技术方案是一种立式成膜装置的使用方法，其中，上述成膜装置包括：能够保持真空的立式的处理容器；将多个被处理体以多层保持的状态保持在上述处理容器内的保持构件；设置在上述处理容器的外周且用于加热上述被处理体的加热器；用于向上述处理容器内供给第1处理气体的第1处理气体供给系统；用于向上述处理容器内供给第2处理气体的第2处理气体供给系统；安装于上述处理容器且用于将气体等离子化的等离子体生成系统；以及用于对上述处理容器内进行排气的排气系统，上述方法包括以下工序：在不存在产品用被处理体的状态的上述处理容器内，进行用覆膜包覆上述处理容器的内壁的覆膜处理，在此，将上述处理容器内的温度设定为覆膜温度，将上述第1处理气体和第2处理气体交替地供给到上述处理容器内且均不利用上述等离子体生成系统将上述第1处理气体和第2处理气体等离子化就供给到上述处理容器内，利用上述第1处理气体和第2处理气体之间的反应形成上述覆膜；接着，在收纳有保持了上述产品用被处理体的状态的上述保持构件的上述处理容器内，进行在上述产品用被处理体上形成规定的膜的成膜处理，在此，将上述处理容器内的温度设定为比上述覆膜温度低的成膜温度，一边利用上述等离子体生成系统将上述第1和第2处理气体中的至少一种气体等离子化一边将上述第1和第2处理气体交替地供给到上述处理容器内，利用上述第1和第2处理气体之间的反应形成上述规定的膜。
本发明的第2技术方案是一种立式成膜装置，该成膜装置包括：能够保持真空的立式的处理容器；将多个被处理体以多层保持的状态保持在上述处理容器内的保持构件；设置在上述处理容器的外周且用于加热上述被处理体的加热器；用于向上述处理容器内供给第1处理气体的第1处理气体供给系统；用于向上述处理容器内供给第2处理气体的第2处理气体供给系统；安装于上述处理容器且用于将气体等离子化的等离子体生成系统；用于对上述处理容器内进行排气的排气系统；以及用于控制上述装置的动作的控制部，上述控制部执行包括以下工序的程序：在不存在产品用被处理体的状态的上述处理容器内，进行用覆膜包覆上述处理容器的内壁的覆膜处理，在此，将上述处理容器内的温度设定为覆膜温度，将上述第1处理气体和第2处理气体交替地供给到上述处理容器内且均不利用上述等离子体生成系统将上述第1处理气体和第2处理气体等离子化就供给到上述处理容器内，利用上述第1处理气体和第2处理气体之间的反应形成上述覆膜；接着，在收纳有保持了上述产品用被处理体的状态的上述保持构件的上述处理容器内，进行在上述产品用被处理体上形成规定的膜的成膜处理，在此，将上述处理容器内的温度设定为比上述覆膜温度低的成膜温度，一边利用上述等离子体生成系统将上述第1和第2处理气体中的至少一种气体等离子化一边将上述第1和第2处理气体交替地供给到上述处理容器内，利用上述第1处理气体和第2处理气体之间的反应形成上述规定的膜。
本发明的第3技术方案是一种能够由计算机读取的非临时的存储介质，该存储介质在计算机上工作，存储有用于控制立式成膜装置的程序，其中，上述程序在执行时使计算机控制上述立式成膜装置，从而进行上述第1技术方案的方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的半导体处理用的立式分批式成膜装置的一个例子的纵剖视图。
图2是图1所示的成膜装置的横剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的装置的使用方法的流程图。
图4是表示编入到图3所示的方法中的成膜处理的气体供给时机的时间图。
图5是表示编入到图3所示的方法中的覆膜处理的气体供给时机的时间图。
图6是表示在进行等离子体ALD、热CVD、热ALD、短热ALD的覆膜处理之后通过等离子体ALD在晶圆上形成SiN产品膜的实验中的、底部的晶圆上的SiN产品膜中的Na含量的坐标图。
图7是表示通过等离子体ALD和热ALD形成的SiN膜中的Cl含量的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，在以下说明中，对具有大致相同的功能和结构的构成要件标注相同的附图标记，仅在必要的情况下进行重复说明。
图1是表示本发明的实施方式的半导体处理用的立式分批式成膜装置的一个例子的纵剖视图，图2是图1所示的成膜装置的横剖视图。另外，在图2中省略了加热机构。
成膜装置100具有下端开口且上部被闭塞的圆筒体状的处理容器1。该处理容器1整体例如由石英形成，在该处理容器1内的上端部附近设有石英制的顶板2，顶板2的下侧区域被封闭。另外，例如利用不锈钢以圆筒体状成形的分流器3夹着O型密封圈等密封构件4连结在该处理容器1的下端开口部。
上述分流器3支承处理容器1的下端，能够以多层载置作为被处理体的多张、例如50～100张半导体晶圆W的石英制的晶圆舟皿5能够从该分流器3的下方插入到处理容器1内。该晶圆舟皿5具有3根支柱6(参照图2)，其利用形成于支柱6的槽来支承多张晶圆W。
该晶圆舟皿5隔着石英制的保温筒7载置在载置台8上，该载置台8支承在旋转轴10上，该旋转轴10将打开或关闭分流器3的下端开口部的、例如不锈钢制的盖部9贯穿。
而且，在该旋转轴10的贯穿部设有例如磁性流体密封件11，其将旋转轴10气密地密封并能够以使该旋转轴10旋转的方式支承该旋转轴10。在盖部9的周边部与分流器3的下端部之间设有例如由O型密封圈构成的密封构件12，由此，保持处理容器1内的密封性。
上述旋转轴10安装在支承于例如舟升降机等升降机构(未图示)上的臂13的前端，其使晶圆舟皿5和盖部9等一体地升降而插入到处理容器1内或者自处理容器1内脱离。另外，也可以将上述载置台8固定设置于上述盖部9侧，不使晶圆舟皿5旋转地进行晶圆W的处理。
成膜装置100还具有用于向处理容器1内供给用作氮化气体的含氮气体、例如氨(NH3)气的含氮气体供给机构14、用于向处理容器1内供给Si源气体、例如二氯硅烷(DCS)气体的Si源气体供给机构15、用于向处理容器1内供给作为吹扫气体的惰性气体、例如氮(N2)气的吹扫气体供给机构16、用于向处理容器1内供给清洁气体、例如HF气体或F2气体等含氟气体的清洁气体供给机构41。
含氮气体供给机构14具有含氮气体供给源17、自气体供给源17引导含氮气体的气体配管18、连接于该气体配管18且向内侧贯穿分流器3的侧壁并向上方弯曲而沿着铅垂方向延伸的由石英管构成的气体分散喷嘴19。在气体分散喷嘴19的铅垂部分，在与晶圆舟皿5的晶圆支承范围相对应的上下方向的整个长度上隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔19a。能够自各气体喷出孔19a沿水平方向朝向处理容器1大致均匀地喷出含氮气体、例如NH3气体。
Si源气体供给机构15具有Si源气体供给源20、自气体供给源20引导Si源气体的气体配管21、连接于该气体配管21且向内侧贯穿分流器3的侧壁并向上方弯曲而沿着铅垂方向延伸的由石英管构成的气体分散喷嘴22。在此，Si源气体的气体分散喷嘴22设有两根(参照图2)。在各气体分散喷嘴22的铅垂部分，也在与晶圆舟皿5的晶圆支承范围相对应的上下方向的整个长度上隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔22a。能够自各气体喷出孔22a沿水平方向朝向处理容器1内大致均匀地喷出Si源气体、例如DCS气体。另外，Si源气体的气体分散喷嘴22也可以仅是1根。
吹扫气体供给机构16具有吹扫气体供给源23、自气体供给源23引导吹扫气体的气体配管24、连接于该气体配管24且贯穿分流器3的侧壁地设置的由较短的石英管构成的气体喷嘴25。作为吹扫气体，可以优选使用惰性气体、例如N2气体。
清洁气体供给机构41具有清洁气体供给源42和自气体供给源42延伸的气体配管43。气体配管43在中段分支而连接于气体配管18和气体配管21。
在气体配管18、21、24、43上分别设有开闭阀18a、21a、24a、43a及质量流量控制器这样的流量控制器18b、21b、24b、43b。由此，能够分别将含氮气体、Si源气体、吹扫气体及清洁气体控制流量地供给。
在上述处理容器1的侧壁的一部分形成有等离子体生成机构30，该等离子体生成机构30用于生成用作氮化气体的含氮气体的等离子体。该等离子体生成机构30具有从外侧覆盖开口31并气密地焊接于处理容器1的外壁的等离子体分隔壁32，该开口31是通过沿着上下方向以规定的宽度切除上述处理容器1的侧壁而上下细长地形成的。等离子体分隔壁32呈截面凹部状且上下细长地形成，例如由石英形成。
另外，等离子体生成机构30具有沿着上下方向互相相对地配置在该等离子体分隔壁32的两侧壁的外表面的细长的一对等离子体电极33、及通过供电线34连接于该等离子体电极33的、用于供给高频电力的高频电源35。于是，通过自高频电源35向上述等离子体电极33施加例如13.56MHz的高频电压，能够产生含氮气体的等离子体。另外，该高频电压的频率并不限定为13.56MHz，也可以采用其他的频率例如400kHz等。
通过形成上述等离子体分隔壁32，处理容器1的侧壁的一部分成为以凹部状向外侧凹陷的状态，等离子体分隔壁32的内部空间成为一体地连通于处理容器1的内部空间的状态。另外，等离子体分隔壁32的内部空间和开口31在上下方向上形成得足够长，从而能够在高度方向上覆盖保持于晶圆舟皿5的全部晶圆W。
含氮气体的气体分散喷嘴19在处理容器1内向上方延伸的中途向处理容器1的径向外方弯曲，沿着上述等离子体分隔壁32内的最深处部分(距处理容器1的中心最远的部分)朝向上方立起。因此，在高频电源35被连通而在两电极33之间形成高频电场时，自气体分散喷嘴19的气体喷出孔19a喷射来的含氮气体、例如NH3气体被等离子化而朝向处理容器1的中心扩散流动。
在上述等离子体分隔壁32的外侧，将上述等离子体分隔壁32覆盖地安装有例如由石英构成的绝缘保护覆盖构件36。另外，在该绝缘保护覆盖构件36的内侧部分还设有未图示的制冷剂通路，例如通过流入冷却的氮气，能够将上述等离子体电极33冷却。
Si源气体的两根气体分散喷嘴22立起地设置在处理容器1的内侧壁的夹着上述开口31的位置。能够自形成于该气体分散喷嘴22的多个气体喷出孔22a朝向处理容器1的中心方向喷出Si源气体、例如DCS气体。
另一方面，在处理容器1的与开口31相反的一侧的部分设有用于将处理容器1排成真空的排气口37。该排气口37通过沿着上下方向切除处理容器1的侧壁而细长地形成。以截面コ字状成形的排气口覆盖构件38利用焊接并以覆盖排气口37的方式安装在处理容器1的与该排气口37相对应的部分。该排气口覆盖构件38沿着处理容器1的侧壁向上方延伸，其在处理容器1的上方形成气体出口39。于是，利用包含真空泵等的真空排气机构VEM自该气体出口39进行抽真空。另外，围绕该处理容器1的外周地设有用于将该处理容器1及其内部的晶圆W加热的筒体状的加热机构40。
成膜装置100的各构成部的控制、例如通过阀18a、21a、24a、43a的打开或关闭来供给各气体和停止供给各气体、质量流量控制器18b、21b、24b、43b的气体流量控制、真空排气机构的排气控制、及高频电源35的通断控制、通过控制加热机构40进行的晶圆W的温度控制等利用例如由微型处理器(计算机)构成的控制器50来进行。在控制器50上连接有用户界面51，该用户界面51由为了操作者管理成膜装置100而进行命令的输入操作等的键盘、将成膜装置100的运转状况可视化地显示的显示器等构成。
在控制器50上连接有存储部52。存储部52存储有用于通过控制器50的控制来实现由成膜装置100执行的各种处理的控制程序、用于与处理条件相应地使成膜装置100的各构成部执行处理的程序、即制程程序。制程程序例如存储于存储部52中的存储介质。存储介质既可以是硬盘、半导体存储器等固定型的存储介质，也可以是CD-ROM、DVD、闪存器等便携式的存储介质。另外，也可以自其他的装置例如通过专用线路适当地传送制程程序。
于是，根据需要，制程程序按照来自用户界面(interface)51的指示等被自存储部52读取，通过控制器50执行遵照读取的制程程序的处理，成膜装置100在控制器50的控制下实施目标处理。
接着，对使用如上所述那样构成的成膜装置进行的本实施方式的装置的使用方法进行说明。图3是表示本发明的实施方式的装置的使用方法的流程图。图4是表示编入到图3所示的方法中的成膜处理的气体供给时机的时间图。图5是表示编入到图3所示的方法中的覆膜处理的气体供给时机的时间图。
在本实施方式中，依次反复进行在成膜处理之前进行的覆膜处理(处理1)、在晶圆上形成SiN膜的成膜处理(处理2)、成膜处理后的清洁处理(处理3)。
处理1的覆膜处理是为了使微粒、杂质等不会自处理容器1的晶圆舟皿5、保温筒7这样的石英构件飞散到处理过程中的晶圆W上而进行的处理。在覆膜处理中，通过在处理容器1内将未搭载产品晶圆的晶圆舟皿5载置于保温筒7的状态下使晶圆舟皿5自处理容器1的下方上升来加载到被加热至规定温度的处理容器1内。接着，通过由盖部9封闭分流器3的下端开口部，将处理容器1内形成为密闭空间。接着，通过不采用后述的等离子体的热ALD，用SiN覆膜来包覆处理容器1、晶圆舟皿5、保温筒7、气体分散喷嘴19、22的表面。此时的条件除了不采用等离子体和处理容器1内的温度较高之外，与以下说明的处理2的成膜处理大致相同。另外，覆膜处理也可以通过在晶圆舟皿5上搭载仿真晶圆来进行。
接着，在处理2的成膜处理中，在常温条件下在被覆膜包覆的晶圆舟皿5上搭载例如50～100张晶圆W。接着，通过使搭载有晶圆W的晶圆舟皿5自处理容器1的下方上升来加载到被预先控制为规定温度的处理容器1内。接着，通过由盖部9封闭分流器3的下端开口部，将处理容器1内形成为密闭空间。作为晶圆W，能够例示出直径300mm的晶圆，但并不限定于此。
然后，对处理容器1内进行抽真空而维持在规定的工艺压力。与此同时，控制向加热机构40供电，使晶圆温度上升而维持在工艺温度。然后，在使晶圆舟皿5旋转的状态下开始成膜处理。
如图4所示，此时的成膜处理通过交替地反复进行工序S1和工序S2、即所谓的等离子体ALD来进行。在工序S1中，将Si源气体、例如DCS气体供给到处理容器1中，使DCS气体吸附在晶圆W上。在工序S2中，将作为氮化气体的含氮气体、例如NH3气体等离子化并供给到处理容器1中，使吸附在晶圆W上的Si源气体氮化。在这些工序S1与工序S2之间，实施自处理容器1内去除残留在处理容器1内的气体的工序S3a、S3b。
具体地讲，在工序S1中，在T1的期间里，自Si源气体供给机构15的气体供给源20经由气体配管21和气体分散喷嘴22从气体喷出孔22a向处理容器1内供给Si源气体、例如DCS气体。由此，使Si源气体吸附在半导体晶圆上。此时的期间T1例如为2～30sec。另外，在采用DCS的情况下，Si源气体的流量例如为1～5L/min(slm)。另外，此时的处理容器1内的压力例如为66.65～666.5Pa(0.5～5Torr)，优选为266.6～600Pa(2～4.5Torr)。
作为Si源气体，除DCS(二氯硅烷)之外，还可以采用一氯硅烷(Monochlorosilane：MCS)、六氯乙硅烷(HCD)、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、六甲基二硅氮烷(Hexamethyldisilylamine：HMDS)、四氯化硅(Tetrachlorosilane：TCS)、二硅胺烷(Disilylamine：DSA)、三甲硅烷基氨(Trisilylamine：TSA)、双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)等其他硅烷类气体。
在工序S2中，作为含氮气体，从含氮气体供给机构14的气体供给源17经由气体配管18和气体分散喷嘴19从气体喷出孔19a喷出例如NH3气体。此时，将等离子体生成机构30的高频电源35连通而形成高频电场，利用该高频电场将含氮气体、例如NH3气体等离子化。然后，将这样被等离子化的含氮气体供给到处理容器1内。由此，吸附于半导体晶圆W的DCS被氮化而形成SiN。该处理期间T2例如为5～120sec的范围。另外，含氮气体的流量根据半导体晶圆W的搭载张数而不同，但在NH3气体的情况下例如为0.5～10L/min(slm)。另外，高频电源35的频率并没有特别的限定，例如为13.56MHz。作为功率，可采用5～1000W，优选采用10～200W。另外，此时的处理容器1内的压力能够例示出13.33～266.6Pa(0.1～2Torr)，优选例示出13.33～120Pa(0.1～0.93Torr)。
在这种情况下，作为含氮气体，除NH3气体之外，还能够列举出N2气体、N2H4气体等，利用高频电场将它们等离子化来用作氮化剂。
另外，在工序S1与工序S2之间进行的工序S3a、S3b是在工序S1之后或者工序S2之后去除残留在处理容器1内的气体而在以下一个工序中发生期望的反应的工序。在此，在对处理容器1进行真空排气的同时，作为吹扫气体，自吹扫气体供给机构16的气体供给源23经由气体配管24和气体喷嘴25向处理容器1内供给惰性气体、例如N2气体。作为该工序S3a、S3b的期间T3a、T3b例如为2～15sec。另外，作为吹扫气体的流量，例如为0.5～15L/min(slm)。另外，该工序S3a、S3b只要能够去除残留在处理容器1内的气体，也可以不供给吹扫气体，而在停止供给所有气体的状态下继续进行抽真空。但是，通过供给吹扫气体，能够在短时间内去除处理容器1内的残留气体。
这样，在供给作为Si源气体的DCS气体的工序S1与供给被等离子体激励的含氮气体的工序S2之间夹着自处理容器1内去除气体的工序S3a、S3b而交替地反复供给。由此，能够逐层地反复层叠SiN膜的薄膜而形成规定厚度的SiN膜。此时的重复次数根据欲得到的SiN膜的膜厚来适当地决定。
对于该成膜时的晶圆温度(成膜温度)，只要能够利用等离子体ALD形成健全的膜即可，在使用DCS气体的情况下成膜温度为150～650℃的范围，优选成膜温度为350～650℃的范围，更优选成膜温度为350～630℃的范围。
在对规定批数的晶圆W反复进行以上的成膜处理之后，进行处理3的清洁处理。在清洁处理中，通过在处理容器1内将未搭载产品晶圆的晶圆舟皿5载置于保温筒7的状态下使晶圆舟皿5自处理容器1的下方上升来加载到被加热至规定温度的处理容器1内。接着，通过由盖部9封闭分流器3的下端开口部，将处理容器1内形成为密闭空间。接着，一边对处理容器1内进行排气，一边自清洁气体供给源42经由气体配管43、18、21、气体分散喷嘴19、22向处理容器1内供给作为清洁气体的例如HF气体、F2气体等含氟气体。由此，将附着于处理容器1的内壁、晶圆舟皿5、保温筒7、气体分散喷嘴19、22的反应生成物去除。清洁处理时的处理容器1内的温度优选为300～500℃的范围，更优选为300～450℃的范围。
在处理3的清洁处理后进行上述处理1的覆膜处理，之后，进行在处理2的在晶圆W上形成SiN膜的成膜处理。这样反复进行处理1～处理3。
在利用等离子体ALD形成产品膜的成膜装置中，以往该种覆膜也利用等离子体ALD来进行，这一点是根据以下的理由。即，通过在覆膜处理中也使用与成膜处理相同的条件，能够简单地控制装置。另外，由于等离子体ALD能够提高循环速率(成膜速率)，因此，缩短了形成覆膜所需的时间，能够提高装置的使用效率。另外，为了防止产品膜的污染，覆膜需要具有至少50nm左右的厚度。
但是，在利用等离子体ALD进行覆膜处理时，在覆膜处理后的成膜处理所形成的产品膜中的Na含量比较高。这种情况下的Na的产生部位、机理虽然并未明确地确定，但推测其原因在于作为石英构件的处理容器1、晶圆舟皿5、保温筒7等被等离子体溅射。因该溅射而从这些石英构件中或者其最表面产生的Na残留在覆膜上，在成膜处理时飞散到处理容器1内的晶圆W上。
在通过热CVD进行覆膜处理时，覆膜处理时不采用等离子体，因此，能够降低产品膜中的Na含量。但是，在晶圆舟皿5的底部侧的晶圆W中，产品膜中的Na含量会增多。其原因在于，通过热CVD形成的覆膜无法在整个处理容器1内具有充分的厚度。例如，在处理容器1内的底部附近覆膜的厚度变小，成膜时的底部附近的石英产品被等离子体溅射而产生Na。
因此，在本实施方式中，如上所述那样通过不采用等离子体的热ALD来进行处理1的覆膜处理。另外，该热ALD的处理条件、例如Si源气体(DCS)和氮化气体(NH3)的流量及供给时间能够根据如上所述那样自处理容器1、晶圆舟皿5、保温筒7产生的、作为污染物含在晶圆W的SiN膜中的Na的含量来预先设定。
以往，在SiN膜的ALD过程中，一般认为在供给作为含氮气体的NH3气体时必须施加等离子体。但是，采用本发明可明确，在覆膜处理的情况下，只要适当地控制温度，即使不采用等离子体，也能够形成充分的遮蔽效果的覆膜。通过这样利用不采用等离子体的ALD来进行覆膜处理，在形成覆膜时，不会由于等离子体的溅射而导致石英构件产生Na，因而，能够防止在下一个成膜处理所形成的SiN产品膜的Na污染。而且。在作为Si源气体采用DCS气体等含氯气体的情况下，通过热CVD形成的覆膜中的Cl浓度比等离子体ALD的情况高。由于Na利用Cl被捕捉到覆膜中，因此，能够进一步防止在下一个成膜处理所形成的SiN产品膜的Na污染。另外，通过热CVD形成的覆膜能够在整个处理容器1内具有充分的厚度，从而能够防止在下一个成膜处理中由于等离子体的溅射导致石英构件产生Na。
具体地讲，如图5所示，该处理1的覆膜处理通过交替地反复进行工序S11和工序S12的、所谓的热ALD来进行。在工序S11中，使Si源气体、例如DCS气体吸附在处理容器1的内表面等上。在工序S 12中，不将作为氮化气体的含氮气体、例如NH3气体等离子化就将其供给到处理容器1，使吸附在处理容器1的内表面等上的Si源气体氮化。在这些工序S11和工序S12之间实施自处理容器1内去除残留在处理容器1内的气体的工序S13a、S13b。
此时，使处理容器1内的加热温度高于处理2的成膜处理的温度。具体的加热温度优选为550～670℃的范围，更优选为590～630℃的范围。对于其他的条件，工序S11、S12、S13a、S13b能够在与处理2的工序S1、S2、S3a、S3b大致相同的条件下进行。另外，这些气体供给工序的期间T11、T12能够为与T1、T2同样的范围。
但是，覆膜处理的吹扫工序的期间T13a、T13b可以短于成膜处理的吹扫工序的期间T3a、T3b。具体地讲，能够使要供给Si源气体之前的吹扫工序的期间T13a为1～5sec，使刚刚供给Si源气体之后的吹扫工序的T13b为1～10sec。T13a/T3a的范围被设定为0.2～1，优选被设定为0.2～0.6。T13b/T3b的范围被设定为0.1～1，优选被设定为0.14～0.57。T13a/T13b的范围被设定为0.1～5，优选被设定为0.4～0.7。由此，能够将覆膜中的Cl浓度控制在最适合捕捉Na的浓度。
接着，对于图1所示的装置，说明为了确认本实施方式的效果而进行的实验。
将未搭载晶圆的石英制的晶圆舟皿5以载置在石英制的保温筒7上的状态搬入到石英制的处理容器1内。接着，将处理容器1内密封，在处理容器1内利用HF气体进行清洁处理。接着，进行等离子体ALD(比较例CE1)、热CVD(比较例CE2)、热ALD(实施例PE1)、及缩短了吹扫时间的短热ALD(实施例PE2)这4种覆膜处理。
在等离子体ALD(比较例CE1)和热ALD(实施例PE1)中，使Si流动之前的吹扫时间为3sec，Si流动之后的吹扫时间为7sec(CE1与PE1之差取决于是否存在等离子体)。在短热ALD(实施例PE2)中，使Si流动之前的吹扫时间为1sec，Si流动之后的吹扫时间为3sec。
通用于4种覆膜处理(CE1、CE2、PE1、PE2)而采用DCS气体作为Si源气体，采用NH3气体作为含氮气体，采用N2气体作为吹扫气体。对于DCS气体、NH3气体、N2气体的流量，DCS：1～2L/min(slm)，NH3：1～10L/min(slm)，N2：0.5～5L/min(slm)。处理容器内的温度为630℃。处理容器内的压力为13.33～666.5Pa。
在分别进行了这4种覆膜处理之后，将搭载有100张晶圆的晶圆舟皿5以载置在保温筒7上的状态搬入到处理容器1内。接着，将处理容器1内密封，在处理容器1内进行利用等离子体ALD来形成SiN膜(产品膜)的成膜处理。该成膜处理除了使成膜温度为550～630℃之外，在与上述等离子体ALD的覆膜处理大致相同的条件下进行。在形成SiN产品膜之后，利用IPC质量分析装置分别对晶圆舟皿的顶部和底部的晶圆测定膜中的Na含量。
图6是表示在进行等离子体ALD、热CVD、热ALD、短热ALD的覆膜处理之后利用等离子体ALD在晶圆上形成SiN产品膜的实验中的、底部晶圆上的SiN产品膜中的Na含量的曲线图。如图6所示，在利用等离子体ALD进行覆膜处理的情况(比较例CE1)下，SiN产品膜中的Na含量高到大于1.0×1016[atoms/cm3]。另外，在利用热CVD进行覆膜处理的情况(比较例CE2)下，SiN产品膜中的Na含量高到大于1.0×1016[atoms/cm3]。相对于此，在利用热ALD和短热ALD进行覆膜处理的情况(实施例PE1、PE2)下，SiN产品膜中的Na含量低到小于1.0×1016[atoms/cm3]。即，能够确认实施例PE1、PE2与比较例CE1、CE2相比能够整体上降低SiN产品膜中的Na含量。
接着，在采用DCS气体作为Si源气体而利用等离子体ALD形成SiN膜的情况和利用热ALD形成SiN膜的情况下，利用IPC质量分析装置测定膜中的Cl含量。图7是表示利用等离子体ALD和热ALD形成的SiN膜中的Cl含量的曲线图。如图7所示，是否存在等离子体，Cl浓度明显存在差异。能够确认在利用热ALD的情况的Cl浓度较高，通过利用热ALD进行覆膜处理，能够期待由更高浓度的Cl带来的Na捕捉效果。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，利用Si源气体和含氮气体形成氮化硅膜。取而代之，本发明可以应用于利用将第1及第2处理气体中的至少一种等离子化的等离子体ALD来形成其他的薄膜、例如氧化硅膜、氮氧化硅膜的情况。
另外，在上述实施方式中，用覆膜包覆处理容器内壁、晶圆舟皿(保持构件)、保温筒。但是，用覆膜至少包覆处理容器内壁即可。并且，在上述实施方式中，将等离子体生成机构一体地组装于处理容器。取而代之，也可以相对于处理容器独立地设置等离子体生成机构，采用在处理容器之外预先将气体等离子化并导入到处理容器中的远程等离子体装置。
并且，在上述实施方式中，完全交替地供给DCS气体和NH3气体。但是，也可以在供给DCS气体时也供给NH3气体等，并不一定必须完全交替地供给。
另外，被处理体并不限定于半导体晶圆，也可以将本发明应用于LCD玻璃基板等其他基板。

Claims (11)

1.一种立式成膜装置的使用方法，其用于形成SiN膜，其中，
上述成膜装置包括:能够保持真空的立式的处理容器，上述处理容器整体由石英形成，从上述处理容器中或者其最表面产生作为污染物的Na；将多个被处理体以多层保持的状态保持在上述处理容器内的保持构件；设置在上述处理容器的外周且用于加热上述被处理体的加热器；用于向上述处理容器内供给含有Si和Cl的Si源气体的第1处理气体供给系统，作为上述第1处理气体供给系统的Si源气体供给机构具有引导Si源气体的气体配管、连接于该气体配管且向内侧贯穿分流器的侧壁并向上方弯曲而沿着铅垂方向延伸的由石英管构成的气体分散喷嘴，Si源气体的上述气体分散喷嘴设有一根或两根，在各气体分散喷嘴的铅垂部分，在与晶圆舟皿的晶圆支承范围相对应的上下方向的整个长度上隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔，能够自各气体喷出孔沿水平方向朝向处理容器内大致均匀地喷出Si源气体，；用于向上述处理容器内供给NH3气体的第2处理气体供给系统，作为上述第2处理气体供给系统的含氮气体供给机构具有引导含氮气体的气体配管、连接于该气体配管且向内侧贯穿分流器的侧壁并向上方弯曲而沿着铅垂方向延伸的由石英管构成的气体分散喷嘴，在上述气体分散喷嘴的铅垂部分，在与晶圆舟皿的晶圆支承范围相对应的上下方向的整个长度上隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔，能够自各气体喷出孔沿水平方向朝向处理容器大致均匀地喷出含氮气体，上述含氮气体为NH3气体；安装于上述处理容器且用于将从上述第二气体分散喷嘴喷出的NH3气体等离子化的等离子体生成系统；以及用于对上述处理容器内进行排气的排气系统；
上述使用方法包括以下工序：
在不存在产品用被处理体的状态的上述处理容器内，进行用覆膜包覆上述处理容器的上述内壁的覆膜处理；
接着，在收纳有保持着上述产品用被处理体的状态的上述保持构件的上述处理容器内，进行在上述产品用被处理体上形成上述SiN膜的成膜处理，
上述覆膜处理和上述成膜处理分别多次反复进行这样的循环，以分别多次层叠薄膜而将覆膜和SiN膜形成到预定厚度，该循环包括以下工序：
第1供给工序，通过上述第一气体分散喷嘴喷出上述Si源气体向上述处理容器内供给上述Si源气体，而不向上述处理容器内供给上述NH3气体，由此，形成因上述Si源气体而产生的吸附层；
第1吹扫工序，接在上述第1供给工序之后，不向上述处理容器中供给上述Si源气体和上述NH3气体，并对上述处理容器进行排气；
第2供给工序，接在上述第1吹扫工序之后，通过上述第二气体分散喷嘴喷出上述NH3气体向上述处理容器内供给上述NH3气体，而不向上述处理容器内供给上述Si源气体，由此，使上述吸附层氮化；以及
第2吹扫工序，接在上述第2供给工序之后，不向上述处理容器中供给上述Si源气体和上述NH3气体，并对上述处理容器进行排气，
其中，上述覆膜处理通过在循环期间将上述处理容器设定为覆膜温度并且在不将上述Si源气体和上述NH3气体等离子化的状态下将上述Si源气体和NH3气体供给到上述处理容器内而以热原子层沉积的方式形成覆膜，
上述成膜处理通过在循环期间将上述处理容器内的温度设定为比上述覆膜温度低的成膜温度以等离子原子层沉积的方式形成上述SiN膜，其中，上述第1供给工序是将上述Si源气体供给到上述处理容器而不将上述Si源气体等离子化的步骤，上述第2供给工序是将上述NH3气体供给到上述处理容器同时利用上述等离子体生成系统将上述NH3气体等离子化的步骤，
上述覆膜处理使用如下条件来控制上述覆膜中的来源于上述Si源气体且用于捕捉Na的Cl的浓度，使得该条件包括：将上述覆膜处理的第1吹扫工序的时间长度T13a与上述成膜处理的第1吹扫工序的时间长度T3a之比T13a/T3a设定为0.2～0.6范围内的值；将上述覆膜处理的第2吹扫工序的时间长度T13b与上述成膜处理的第2吹扫工序的时间长度T3b之比T13b/T3b设定为0.14～0.57范围内的值。
2.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述覆膜温度为550～670℃，上述成膜温度为350～650℃。
3.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述覆膜处理在收纳有未保持上述产品用被处理体的上述保持构件的上述处理容器内进行，上述保持构件的表面也被上述覆膜包覆。
4.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述使用方法在上述覆膜处理之前还包括这样的工序，即，在不存在上述产品用被处理体的状态的上述处理容器内，进行将附着于上述处理容器的上述内壁上的反应生成物去除的清洁处理，在此，在对上述处理容器内进行排气的同时供给清洁气体。
5.根据权利要求4所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述清洁气体是含氟气体。
6.根据权利要求5所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
在上述清洁处理中，将上述处理容器内的温度设定为300～500℃的清洁温度。
7.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述Si源气体是从由二氯硅烷、一氯硅烷、六氯乙硅烷、四氯化硅构成的群中选择的一种。
8.根据权利要求2所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述覆膜温度为590～630℃。
9.根据权利要求2所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述成膜处理的第1供给工序和第2供给工序将上述处理容器的压力分别设定为66.65～666.5Pa和13.33～266.6Pa。
10.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
上述条件包括将上述覆膜处理的第1吹扫工序的时间长度T13a与上述覆膜处理的第2吹扫工序的时间长度T13b之比T13a/T13b设定为0.4～0.7范围内的值。
11.根据权利要求1所述的立式成膜装置的使用方法，其中，
在上述成膜处理和上述覆膜处理中，第1吹扫工序和第2吹扫工序包括向上述处理容器供给惰性气体。
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