CN102677021B - 成膜方法及成膜装置 - Google Patents

成膜方法及成膜装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102677021B
CN102677021B CN201210045124.2A CN201210045124A CN102677021B CN 102677021 B CN102677021 B CN 102677021B CN 201210045124 A CN201210045124 A CN 201210045124A CN 102677021 B CN102677021 B CN 102677021B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
processing vessel
gas
unstripped gas
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210045124.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102677021A (zh
Inventor
铃木启介
周保华
张德清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of CN102677021A publication Critical patent/CN102677021A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102677021B publication Critical patent/CN102677021B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/345Silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52Controlling or regulating the coating process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02312Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour

Abstract

本发明提供成膜方法和成膜装置。该成膜方法通过向基板交替供给至少第1原料气体和第2原料气体而在基板上堆积由第1原料气体和第2原料气体的反应产生的反应生成物质的薄膜。该方法包括:不向用于收容基板的处理容器内供给气体而对处理容器内进行真空排气的步骤;向处理容器内供给非活性气体直到处理容器内成为规定压力的步骤;在处理容器内的真空排气停止的状态下向以规定压力充满了非活性气体的处理容器内供给第1原料气体的步骤;停止供给第1原料气体并且对处理容器内进行真空排气的步骤;向处理容器内供给第2原料气体的步骤;停止供给第2原料气体并且对处理容器内进行真空排气的步骤。

Description

成膜方法及成膜装置
技术领域
本发明涉及通过向基板交替供给至少第1原料气体和第2原料气体而在基板上堆积由第1原料气体和第2原料气体的反应生成的反应生成物质的薄膜的成膜方法及成膜装置。
背景技术
在半导体集成电路的制造工艺中,例如为了堆积绝缘膜,有时采用向半导体晶圆等基板交替供给用于生成该绝缘膜的两种原料气体的原子层堆积(ALD)法。ALD法由于能利用原料气体相对于基板自我限制性地吸附的性质而具有膜厚均匀性优异这样的优点,且由于利用交替供给的循环数来决定膜厚而具有膜厚控制性优异这样的优点(例如参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2004-6801号公报
但是,在堆积薄膜的情况下,也未必限于优选具有优异的膜厚均匀性。例如,在利用以往的减压化学堆积(LPCVD)法堆积氮化硅膜、接着蚀刻该氮化硅膜的情况下,有时优选该氮化硅膜具有在基板中央附近厚、朝向基板周缘变薄这样的的膜厚分布。这是由于:为了抑制伴随图案的微细化而产生的微负载效果,堆积具有上述那样的膜厚分布的薄膜,考虑该膜厚分布来决定蚀刻曲线。
因此,例如在从膜厚控制性的观点出发使用ALD法堆积薄膜的情况下,虽然ALD法是膜厚均匀性优异的堆积法,但也要在后续的工艺谋求堆积具有优选的膜厚分布的薄膜。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的,其目的在于提供能够堆积具有期望的膜厚分布的薄膜的成膜方法及成膜装置。
采用本发明的第1技术方案,提供通过向基板交替供给至少第1原料气体和第2原料气体而在基板上堆积由第1原料气体和第2原料气体的反应产生的反应生成物质的薄膜的成膜方法。该方法包括:不向用于收容基板的处理容器内供给气体而对处理容器内进行真空排气的步骤;向处理容器内供给非活性气体直到处理容器内成为规定压力的步骤;在处理容器内的真空排气停止的状态下向以规定压力充满了非活性气体的处理容器内供给第1原料气体的步骤;停止供给第1原料气体并且对处理容器内进行真空排气的步骤;向处理容器内供给第2原料气体的步骤;停止供给第2原料气体并且对处理容器内进行真空排气的步骤。
附图说明
图1是本发明的实施方式的成膜装置的概略图。
图2是图1的成膜装置的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的成膜方法的流程图。
图4是表示在图1及图2所示的成膜装置中实施本发明的实施方式的成膜方法时的处理容器内的压力变化的一例的压力图(chart)。
图5是表示利用本发明的实施方式的成膜方法堆积的氮化硅膜的膜厚分布的曲线图。
图6是表示利用本发明的实施方式的成膜方法堆积的氮化硅膜的膜厚均匀性的曲线图。
图7是用于说明产生膜厚分布的理由的图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的非限定性的例示的实施方式。在所有附图中,关于相同或相应的构件或部件标注相同或相应的附图标记,并省略重复的说明。另外,附图中表示的不是构件或部件之间的相对比,因此,具体的尺寸应该参照以下非限定性的实施方式由本领域技术人员决定。另外,在附图及以下的说明中,有时使用Torr作为压力单位(1Torr=133.3Pa)。
图1是示意性表示本实施方式的ALD装置的纵剖视图,图2是图1的ALD装置的横剖视图。
如图1所示,ALD装置80具有例如由石英形成的处理容器1,该处理容器1具有下端开口的有顶的圆筒体状。在处理容器1内的上方设有石英制的顶板2。另外,在处理容器1的下端开口,夹着O型密封圈等密封构件4连结有例如由不锈钢成形为圆筒体状的歧管3。
歧管3作为用于支承处理容器1的下端的支承构件起作用,并且从分别与设于歧管侧面的多个贯通孔相连接的配管向处理容器1内供给规定的气体。在歧管3的下部,夹着例如由O型密封圈构成的密封构件12连结有用于开闭歧管3的下端开口部的例如不锈钢制的盖部9。盖部9在中央具有开口,旋转轴10气密地贯穿该开口。在旋转轴10的上端部安装有工作台8。在工作台8上隔着石英制的保温筒7设有晶圆舟皿5。晶圆舟皿5具有3根支柱6(参照图2),利用形成于支柱6的槽能支承多张晶圆W。旋转轴10利用未图示的旋转机构绕中心轴线旋转,从而晶圆舟皿5也能旋转。
旋转轴10的下端部安装于被未图示的升降机构以能上下运动的方式支承的臂13上。利用臂13的上下运动将晶圆舟皿5搬入到处理容器1内或从处理容器1内搬出。另外,在旋转轴10和盖部9的开口之间设有磁性流体密封件11,由此来密封处理容器1。
另外,ALD装置80具有用于向处理容器1内供给含氮气体的含氮气体供给机构14、用于向处理容器1内供给含Si气体的含Si气体供给机构15和用于向处理容器1内供给非活性气体的非活性气体供给机构16。
含氮气体供给机构14具有:含氮气体供给源17;用于引导来自含氮气体供给源17的含氮气体的含氮气体配管17L;与含氮气体配管17L相连接、向内侧贯穿歧管3的侧壁后向上方弯折并铅垂地延伸的、由石英管构成的含氮气体分散喷嘴19。在含氮气体分散喷嘴19的铅垂部分,隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔19a,能从各气体喷出孔19a沿水平方向朝向处理容器1内大致均匀地喷出含氮气体。
另外,在含氮气体配管17L上设有开闭阀17a和用于控制含氮气体的流量的流量控制器17b。由此,能控制含氮气体的供给的开始/停止及流量。
含Si气体供给机构15具有:含Si气体供给源20;用于引导来自含Si气体供给源20的含Si气体的含Si气体配管20L;与含Si气体配管20L相连接、向内侧贯穿歧管3的侧壁后向上方弯折并铅垂地延伸的、由石英管构成的含Si气体分散喷嘴22。在图示的例子中,设有两根含Si气体分散喷嘴22(参照图2),在各含Si气体分散喷嘴22沿其长度方向隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔22a。由此,能从各气体喷出孔22a沿水平方向朝向处理容器1内大致均匀地喷出含Si气体。另外,含Si气体分散喷嘴22也可以仅为1根。
另外,在含Si气体配管20L上设有开闭阀20a、流量控制器20b、缓冲容器180及开闭阀20c。例如通过在关闭开闭阀20c的状态下打开开闭阀20a,从含Si气体供给源20以规定流量流出含Si气体,能在缓冲容器180内暂时积存含Si气体。然后,若关闭开闭阀20a而打开开闭阀20c,则能向处理容器1内供给规定量的含Si气体。
非活性气体供给机构16具有非活性气体供给源41和与非活性气体供给源41相连接、与含Si气体配管20L合流的非活性气体配管41L。由于非活性气体配管41L与含Si气体配管20L合流,因此,非活性气体从含Si气体分散喷嘴22向处理容器1内喷出。另外,在非活性气体配管41L上设有开闭阀41a和用于控制非活性气体的流量的流量控制器41b。由此,能控制非活性气体的供给的开始/停止及流量。
在处理容器1的侧壁的一部分上形成有用于形成含氮气体的等离子体的等离子体生成机构30。该等离子体生成机构30具有沿上下细长地形成于处理容器1的侧壁的开口31、和以从外侧覆盖开口31的方式气密地焊接于处理容器1的外壁的等离子体分隔壁32。等离子体分隔壁32构成截面凹部状而沿上下细长地形成,例如由石英形成。由于等离子体分隔壁32,处理容器1的侧壁的一部分呈凹部状向外侧凹陷,等离子体分隔壁32的内部空间与处理容器1的内部空间相连通。另外,开口31以能在高度方向上覆盖被保持于晶圆舟皿5上的所有晶圆W的方式沿上下方向形成得足够长。
另外,等离子体生成机构30具有高频电源35和细长的一对等离子体电极33、33,该一对等离子体电极33沿上下方向以相互相对的方式配置在该等离子体分隔壁32的两侧壁的外表面上;该高频电源35通过供电线34与等离子体电极33、33相连接而向等离子体电极33、33供给高频电力。并且,通过从高频电源35对等离子体电极33、33施加例如13.56MHz的高频电压,能产生含氮气体的等离子体。另外,该高频电压的频率不限定于13.56MHz,也可以是其他频率,例如是400kHz等。
含氮气体分散喷嘴19在处理容器1内在向上方延伸的中途向处理容器1的径向外方弯折,沿着等离子体分隔壁32的直立面朝向上方延伸。因此,在从高频电源35向等离子体电极33、33之间施加高频电压、在两电极33、33之间形成有高频电场时,从含氮气体分散喷嘴19的气体喷出孔19a喷出的含氮气体被等离子化后流向处理容器1的中心。
在等离子体分隔壁32的外侧,以覆盖该等离子体分隔壁32的方式安装有例如由石英构成的绝缘保护罩36。另外,在该绝缘保护罩36的内侧设有未图示的制冷剂通路,通过在该制冷剂通路中流通例如被冷却了的氮气,能冷却等离子体电极33、33。
两根含Si气体分散喷嘴22直立设于夹着处理容器1的侧壁的开口31的位置,能从形成于含Si气体分散喷嘴22的多个气体喷出孔22a朝向处理容器1的中心方向喷出含Si气体。
另外,作为含Si气体,可以使用二氯硅烷(DCS)、六氯乙硅烷(HCD)气体、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、四氯化硅(TCS)、二甲硅烷基胺(DSA)、三甲硅烷基胺(TSA)、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)等。另外,作为含氮气体,可以使用氨气(NH3)、联氨(N2H2)等。
另一方面,在处理容器1的与开口31相对的部分设有用于对处理容器1内进行排气的排气口37。该排气口37是通过沿上下细长地削掉处理容器1的侧壁而形成的。如图2所示,在处理容器1的外侧,以覆盖排气口37的方式通过焊接安装有成形为截面凹部状的排气口罩构件38。排气口罩构件38沿处理容器1的侧壁向上方延伸,在处理容器1的上方划分出气体出口39。并且,气体出口39经由处理容器1的主阀MV及压力调整器PC与真空泵VP相连接,由此能对处理容器1内进行排气。真空泵VP最好是含有例如机械升压泵和涡轮分子泵。
另外,以包围处理容器1的外周的方式设有用于加热处理容器1及其内部的晶圆W的框体状的加热单元40(在图2中省略加热单元40)。
ALD装置80的各构成部的控制、例如利用开闭阀17a、20a~20c、41a的开闭进行的各气体的供给/停止、利用流量控制器17b、20b、41b进行的气体流量的控制及高频电源35的开(ON)/(OFF)关控制、加热单元40的控制等例如通过由微处理器(计算机)构成的控制器50进行。控制器50连接有由工程管理者为了管理ALD装置80而进行指令的输入操作等的键盘、用于显示ALD装置80的工作状况的显示器等构成的用户界面51。
另外,控制器50连接有存储部52,该存储部52存储用于利用控制器50的控制实现在ALD装置80执行的各种处理的控制程序、用于根据处理条件使ALD装置80的各构成部执行处理的各种程序(或制程程序)。程序包含在ALD装置80执行后述的成膜方法的堆积程序。另外,各种程序能被存储于存储介质52a而被存储于存储部52。存储介质52a可以为硬盘、半导体存储器,也可以为CD-ROM、DVD、闪存器等移动式的设备。另外,也可以从其他装置通过例如专用线路将制程程序适当传输给存储部52。
而且,通过根据需要利用来自用户界面51的指示等从存储部52调出任意的程序来使控制器50执行,能在控制器50的控制下在ALD装置80进行期望的处理。即,在执行堆积程序的情况下,控制器50控制ALD装置80的各构成部而作为执行成膜方法的控制部起作用。
下面,除了之前参照的图1及图2之外还参照图3及图4以在ALD装置80进行成膜的情况为例说明本发明的实施方式的成膜方法。另外,在以下的说明中,使用DCS气体作为含Si气体,使用氨作为含氮气体。
首先,将晶圆W搭载于晶圆舟皿5上,利用臂13将晶圆舟皿5收容于处理容器1内。然后,在未向处理容器1内供给任何气体(关闭开闭阀17a、20c及41a)的情况下打开处理容器1的主阀MV,将压力控制器PC的压力调整阀全部打开,利用真空泵VP将处理容器1内排气至极限真空度(图3的步骤S31)。
在对处理容器1内排气了规定时间之后,在步骤S32(图3)中,关闭主阀MV,一边利用流量控制器41b控制来自氮气供给源41的氮气的流量一边通过非活性气体配管41L、含Si气体配管20L及含Si气体分散喷嘴22向处理容器1内供给氮气。由此,处理容器1内的压力与氮气的流量相应地增加,例如能为0.05Torr以上。
另外,在这期间,在关闭了连结合Si气体供给源20和处理容器1的含Si气体配管20L的开闭阀20c的状态下打开开闭阀20a,一边利用流量控制器20b控制来自含Si气体供给源20的DCS气体的流量一边在缓冲容器180内积存DCS气体。此时,积存在缓冲容器180内的DCS气体的量(DCS气体分子数)设定为能利用DCS气体分子覆盖被晶圆舟皿5支承的晶圆W的表面,具体情况也可以根据预备实验决定。
接着,在步骤S33(图3)中,在关闭了主阀MV的状态下关闭非活性气体配管41L的开闭阀41a而停止供给氮气,并且打开开闭阀20c,从而向处理容器1内供给被积存在缓冲容器180内的DCS气体。由此,如图4所示,处理容器1内的压力与供给来的DCS气体的量相应地上升,并且处理容器1内成为氮气与DCS气体的混合气体气氛,在晶圆W的表面吸附有DCS气体。
供给DCS气体之后,关闭开闭阀20c并且打开主阀MV,将处理容器1内排气至极限真空度(图3的步骤S34)。由此,如图4所示,处理容器1内的压力降低,处理容器1内的气相中的DCS气体被排出。
接着,在步骤S35中,从高频电源35对等离子体电极33、33施加例如13.56MHz的高频电压,并且打开开闭阀17a,一边控制来自含氮气体供给源17的NH3气体的流量一边向处理容器1内供给NH3。通过该供给,如图4所示,处理容器1内的压力被维持为与NH3气体的流量相应的压力。另外,在等离子体电极33、33之间生成等离子体,NH3气体被活性化而生成离子、自由基等活性种。活性种流向被晶圆舟皿5支承的晶圆W,与吸附在晶圆W表面的DCS气体发生反应,在晶圆W的表面生成氮化硅。
由NH3气体产生的活性种和DCS气体反应经过了足够的时间之后,停止供给NH3气体,并且打开处理容器1的主阀MV,将处理容器1内排气至极限真空度(图3的步骤S36)。
以下,重复上述步骤规定次数(能获得期望的膜厚的次数)(图3的步骤S37及步骤S37:NO),在到达规定次数的时刻(步骤S37:YES),氮化硅膜的堆积结束。具体而言,在打开主阀MV而将处理容器1内排气至极限真空度之后,关闭主阀MV而向处理容器1内供给氮气,使处理容器1内的压力返回到大气压。接着,利用臂13将晶圆舟皿5从处理容器1中撤出而利用规定的装载/卸载器将晶圆W取出,从而氮化硅膜的堆积结束。
接着,参照图5及图6说明利用上述成膜方法堆积氮化硅膜的实验及其结果。在该实验中,在供给DCS气体之前,使关闭ALD装载80的主阀MV而向处理容器1内供给氮气的步骤(图3的步骤S32)中的处理容器1内的压力为0.08Torr、2.67Torr、3.24Torr及3.91Torr,分别在晶圆上堆积氮化硅膜,调查膜厚分布相对于处理容器内的压力的变化。
图5是表示由该实验得到的氮化硅膜的膜厚分布的曲线图,横轴表示晶圆的径向的位置(mm),纵轴表示膜厚(mm)。如图所示,在处理容器1内的压力为0.08Torr的情况下,氮化硅膜具有在晶圆的大致中央部的膜厚较薄、在晶圆外周部区域的膜厚变厚的凹状的膜厚分布。另一方面,在处理容器1内的压力为2.67Torr、3.24Torr及3.91Torr的情况下,氮化硅膜具有在晶圆的大致中央部的膜厚较厚、在晶圆外周部区域的膜厚变薄的凹状的膜厚分布。即,可知:在处理容器1内的压力从0.08Torr升高时,从凹状的膜厚分布变化为凸状的膜厚分布。因此,通过对供给DCS气体之前的处理容器1内的压力进行调整,能控制氮化硅膜的膜厚分布形状。
另外,图6是表示由该实验获得的氮化硅膜的膜厚均匀性的曲线图。如图所示,随着处理容器1内的压力从2.67Torr升高至3.24Torr、3.91Torr,膜厚均匀性变差,一并考虑图5所示的结果可知,随着压力升高而膜厚分布形状进一步成为凸状。另外,在处理容器1内的压力从0.08Torr升高时,从凹状的膜厚分布向凸状的膜厚分布变换,该变换点约为0.5Torr。即,在ALD装置80中,氮化硅膜的膜厚分布在从约0.08Torr到约0.5Torr的压力范围内呈凹状,在约0.5Torr以上的压力范围内呈凸状。
作为能如上所述地利用供给DCS气体之前的处理容器1内的压力来控制膜厚分布的理由,可以考虑为如下所述。
首先,在供给DCS气体之前的处理容器1内的压力比较低的情况下,被供给到处理容器1内的DCS气体如图7的(a)的上段的箭头A所示,DCS气体能从含Si气体分散喷嘴22的气体喷出孔22a到达较远的位置。这是由于:若处理容器1内的压力降低,则气体分子的平均自由行程变长。在该情况下,假使不旋转晶圆舟皿5而交替地供给DCS气体和NH3气体,则如图7的(a)的中段所示,被晶圆舟皿5(支柱6)支承的晶圆W的面内的膜厚从接近气体喷出孔22a的端部(近端部)到较远的端部(远端部)均匀地变薄。在该状况下,若为了使晶圆W上的膜厚均匀化而使晶圆舟皿5旋转而堆积氮化硅膜,则近端部和远端部的膜厚相抵消而膜厚被均匀化,如图7的(a)的下段所示,该膜厚分布呈凹状。
另一方面,在供给DCS气体之前的处理容器1内的压力比较高的情况下,处理容器1内的氮气分子会妨碍DCS气体的流动,如图7的(b)的上段的箭头B所示,DCS气体只能到达晶圆W的中央部左右。在该情况下,假使不旋转晶圆舟皿5而交替地供给DCS气体和NH3气体,则如图7的(b)的中段所示,晶圆W上的薄膜的膜厚虽然从近端部到中央部逐渐变薄但仍是比较厚的,但从中央部到远端部变得相当薄。在该状况下若使晶圆舟皿5旋转而堆积氮化硅膜,则远端部的比较厚的膜厚被近端部的极薄的膜厚相抵消,因此,晶圆W面内的接近外缘的外周部区域的膜厚变薄,晶圆W的大致中央部的膜厚变厚。结果如图7的(b)的下段所示,晶圆W面内的膜厚分布呈凸状。
如以上说明,采用本发明的实施方式,即使利用ALD法堆积氮化硅膜,也能实现具有期望的膜厚分布的薄膜。
以上,参照几个实施方式及实施例说明了本发明,但本发明不限定于上述的实施方式及实施例,参照权利要求书能各种变形或变更。
例如,在步骤S35中供给NH3气体的情况下,对ALD装置80的等离子体电极33、33供给高频电力而将NH3气体等离子化,但也可以不将NH3气体等离子化地供给NH3气体而利用晶圆W的热使NH3气体分解,通过将吸附在晶圆W上的DCS气体氮化来堆积氮化硅膜。
在步骤S32中,在关闭了主阀MV之后供给氮气,但也可以在打开主阀MV的状态下供给氮气,在成为规定压力的时刻关闭主阀MV并且停止供给氮气,在步骤S33中向处理容器1内供给DCS气体。即,主阀MV在向处理容器1内供给DCS气体时关闭即可。另外,在打开主阀MV的状态下供给氮气时,也可以利用压力调整器PC调整处理容器1内的压力。
另外,在步骤S32中向处理容器1内供给氮气的情况下,也可以与关于含Si气体使用缓冲容器180的情况同样地使用缓冲容器。即,在步骤S32之前在缓冲容器内积存氮气,在步骤S32中从缓冲容器向处理容器1内一口气供给氮气。由此,能在短时间内进行气体置换而缩短处理时间。
另外,在步骤S33中,向处理容器1内供给被积存在缓冲容器180内的DCS气体,但也可以不使用缓冲容器180而一边利用流量控制器17b控制来自含氮气体供给源17的氮气的流量一边向处理容器1内供给氮气。
另外,在步骤S32中向处理容器1内供给氮气,但也可以代替氮气而使用氦气(He)、氩气(Ar)等稀有气体。
另外,在使用含Si气体和含氧气体作为原料气体形成氧化硅膜的情况下,也能获得同样的效果。作为含氧气体,例如可以使用臭氧(O3)气体。另外,也可以使用氧气而利用等离子体活性化,再向吸附有含Si气体的晶圆W供给。
在供给含Si气体之前向处理容器1内供给非活性气体,使处理容器1内成为规定压力,但该压力根据处理容器1的尺寸、非活性气体的种类、所使用的原料气体等而有所不同。另外,也可以根据在后续的工艺中优选的膜厚分布决定规定的压力。例如优选通过进行预备实验、模拟来决定该压力。
另外,也可以在ALD装置80中设有吹扫气体供给源和为了将来自吹扫气体供给源的吹扫气体供给到处理容器1内而贯穿歧管3后到达处理容器1内的吹扫气体供给管,由此,向处理容器1内供给吹扫气体(非活性气体)。这样,在将晶圆舟皿5收容在处理容器1内时,通过向处理容器1内供给吹扫气体,能容易地用吹扫气体置换处理容器1内的空气。另外,也可以在供给DCS气体(或NH3气体)之后,在利用吹扫气体对处理容器内进行了吹扫之后供给NH3气体(或DCS气体)。由此,能抑制DCS气体和NH3气体在气相中反应,能可靠地进行氮化硅膜的ALD。
另外,图3的步骤S32中的(供给DCS气体之前的)非活性气体如上所述优选通过含Si气体配管20L和含Si气体分散喷嘴22供给到处理容器1内。这样,处理容器1内的非活性气体的流动模式与之后供给的DCS气体的流动模式大致相同,因此,几乎不会阻碍DCS气体的流动,而能向晶圆均匀地供给DCS气体。假使从上述的吹扫气体供给管供给非活性气体,非活性气体过多地阻碍DCS气体的流动,结果有可能导致膜厚分布变差。当然,若从吹扫气体供给管供给非活性气体、处理容器1内的非活性气体的流动稳定后供给DCS气体,则能抑制非活性气体过多地阻碍DCS气体的流动。
本申请基于2011年2月24日向日本专利局申请的日本特许出愿2011-038509号主张优先权,并将其全部内容引用在此。

Claims (8)

1.一种成膜方法,其通过向基板交替供给至少第1原料气体和第2原料气体而在上述基板上堆积由上述第1原料气体和上述第2原料气体的反应产生的反应生成物质的薄膜,
该成膜方法包括:
不向用于收容上述基板的处理容器内供给气体而对上述处理容器内进行真空排气的步骤;
向上述处理容器内供给非活性气体直到上述处理容器内成为规定压力的步骤,上述规定压力是根据所期望的膜厚分布形状来确定的,其中,若上述所期望的膜厚分布形状呈凹状,则将上述规定压力调整为在0.08Torr到0.5Torr的压力范围内;若上述所期望的膜厚分布形状呈凸状,则将上述规定压力调整为在0.5Torr以上的压力范围内;
在上述处理容器内的真空排气停止的状态下向以上述规定压力充满了上述非活性气体的上述处理容器内供给上述第1原料气体的步骤;
停止供给上述第1原料气体并且对上述处理容器内进行真空排气的步骤;
向上述处理容器内供给上述第2原料气体的步骤;
停止供给上述第2原料气体并且对上述处理容器内进行真空排气的步骤。
2.根据权利要求1所述的成膜方法,其中,
上述非活性气体是氮气和稀有气体中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的成膜方法,其中,
上述非活性气体从用于向上述处理容器内供给上述第1原料气体的配管向上述处理容器内供给。
4.根据权利要求1所述的成膜方法,其中,
该成膜方法还包括在缓冲容器内积存上述第1原料气体的步骤,该缓冲容器设于将上述第1原料气体的供给源和上述处理容器连结起来的配管上,
在供给上述第1原料气体的步骤中,从上述缓冲容器供给上述第1原料气体。
5.一种成膜装置,其包括:
处理容器,其能收容基板;
第1原料气体供给部,其用于向上述处理容器内供给第1原料气体;
第2原料气体供给部,其用于向上述处理容器内供给第2原料气体;
非活性气体供给部,其用于向上述处理容器内供给非活性气体;
排气部,其用于对上述处理容器内进行真空排气;
控制部,其以下述方式控制上述第1原料气体供给部、上述第2原料气体供给部、上述非活性气体供给部及上述排气部;
上述方式是指:不向上述处理容器内供给气体而对上述处理容器内进行真空排气,向上述处理容器内供给非活性气体直到上述处理容器内成为规定压力,上述规定压力是根据所期望的膜厚分布形状来确定的,在上述处理容器内的真空排气停止的状态下向以上述规定压力充满了上述非活性气体的上述处理容器内供给上述第1原料气体,停止供给上述第1原料气体并且对上述处理容器内进行真空排气,向上述处理容器内供给上述第2原料气体,停止供给上述第2原料气体并且对上述处理容器内进行真空排气;其中,若上述所期望的膜厚分布形状呈凹状,则将上述规定压力调整为在0.08Torr到0.5Torr的压力范围内;若上述所期望的膜厚分布形状呈凸状,则将上述规定压力调整为在0.5Torr以上的压力范围内。
6.根据权利要求5所述的成膜装置,其中,
上述非活性气体是氮气和稀有气体中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的成膜装置,其中,
上述第1原料气体供给部包含配置在上述处理容器内的气体供给管,
该气体供给管用于向上述处理容器内供给上述非活性气体。
8.根据权利要求5所述的成膜装置,其中,
该成膜装置还包括用于积存上述第1原料气体的缓冲容器,该缓冲容器设于将上述第1原料气体的供给源和上述处理容器连结起来的配管上,
在供给上述第1原料气体时,从上述缓冲容器供给上述第1原料气体。
CN201210045124.2A 2011-02-24 2012-02-24 成膜方法及成膜装置 Active CN102677021B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-038509 2011-02-24
JP2011038509A JP5886531B2 (ja) 2011-02-24 2011-02-24 成膜方法および成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102677021A CN102677021A (zh) 2012-09-19
CN102677021B true CN102677021B (zh) 2016-01-20

Family

ID=46809554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210045124.2A Active CN102677021B (zh) 2011-02-24 2012-02-24 成膜方法及成膜装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8734901B2 (zh)
JP (1) JP5886531B2 (zh)
KR (1) KR101555572B1 (zh)
CN (1) CN102677021B (zh)
TW (1) TWI557269B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8409352B2 (en) * 2010-03-01 2013-04-02 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of manufacturing semiconductor device, method of manufacturing substrate and substrate processing apparatus
JP5824372B2 (ja) * 2012-01-25 2015-11-25 東京エレクトロン株式会社 処理装置及びプロセス状態の確認方法
JP5807084B2 (ja) * 2013-09-30 2015-11-10 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6243290B2 (ja) * 2014-05-01 2017-12-06 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
JP6415215B2 (ja) * 2014-09-26 2018-10-31 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
JP2016134569A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 株式会社東芝 半導体製造装置
JP6512860B2 (ja) * 2015-02-24 2019-05-15 東京エレクトロン株式会社 熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム
JP7407521B2 (ja) * 2019-04-26 2024-01-04 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
CN113651542B (zh) * 2021-09-16 2023-03-17 安徽光智科技有限公司 石英舟或石英管表面镀膜的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1831192A (zh) * 2005-03-11 2006-09-13 东京毅力科创株式会社 半导体处理用成膜方法、成膜装置和存储介质
CN101962756A (zh) * 2009-07-22 2011-02-02 东京毅力科创株式会社 半导体处理用的成批化学气相沉积方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030081144A (ko) * 2002-04-11 2003-10-17 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 종형 반도체 제조 장치
JP4695343B2 (ja) * 2002-04-11 2011-06-08 株式会社日立国際電気 縦型半導体製造装置
JP3947126B2 (ja) 2002-04-11 2007-07-18 株式会社日立国際電気 半導体製造装置
JP4607637B2 (ja) * 2005-03-28 2011-01-05 東京エレクトロン株式会社 シリコン窒化膜の形成方法、シリコン窒化膜の形成装置及びプログラム
WO2007111348A1 (ja) * 2006-03-28 2007-10-04 Hitachi Kokusai Electric Inc. 基板処理装置
JP4863296B2 (ja) * 2007-06-22 2012-01-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP2009062606A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Seiko Epson Corp マスクの製造方法およびマスク製造装置
JP2009132961A (ja) * 2007-11-29 2009-06-18 Tokyo Electron Ltd 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP4959733B2 (ja) * 2008-02-01 2012-06-27 東京エレクトロン株式会社 薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1831192A (zh) * 2005-03-11 2006-09-13 东京毅力科创株式会社 半导体处理用成膜方法、成膜装置和存储介质
CN101962756A (zh) * 2009-07-22 2011-02-02 东京毅力科创株式会社 半导体处理用的成批化学气相沉积方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI557269B (zh) 2016-11-11
TW201247931A (en) 2012-12-01
KR20120097334A (ko) 2012-09-03
JP2012175057A (ja) 2012-09-10
US8734901B2 (en) 2014-05-27
US20120269969A1 (en) 2012-10-25
JP5886531B2 (ja) 2016-03-16
KR101555572B1 (ko) 2015-09-24
CN102677021A (zh) 2012-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102677021B (zh) 成膜方法及成膜装置
US10081868B2 (en) Gas supply nozzle, substrate processing apparatus, and non-transitory computer-readable recording medium
CN102691048B (zh) 成膜方法及成膜装置
JP4506677B2 (ja) 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP5190307B2 (ja) 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP5977364B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体
US9963785B2 (en) Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
JP4179311B2 (ja) 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
CN101962756B (zh) 半导体处理用的成批化学气相沉积方法及装置
CN102732854B (zh) 成膜装置和成膜方法
CN102080219B (zh) 立式成膜装置及其使用方法
US9263269B2 (en) Reaction tube, substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US20170162386A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US20180179628A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
KR102374386B1 (ko) 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
US10074535B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
JP6091940B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR20210083181A (ko) 막 형성 방법 및 시스템
KR20200112692A (ko) 처리 장치 및 처리 방법
JP6987021B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US10340134B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and recording medium
US20160284543A1 (en) Substrate processing apparatus, program and method of manufacturing semiconductor device
US20230187180A1 (en) Substrate Processing Apparatus, Substrate Processing Method, Method of Manufacturing Semiconductor Device and Non-transitory Computer-readable Recording Medium
KR20220109317A (ko) 성막 방법 및 처리 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant