CN108950520A - 成膜方法、成膜装置以及存储介质 - Google Patents

成膜方法、成膜装置以及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及成膜方法、成膜装置以及存储介质。提供一种能够利用侧流方式或横流方式的批量式的立式成膜装置来控制被处理体上的反应活性种的浓度分布的成膜技术。配置被收纳在能够保持真空的处理容器内的多个被处理体，从设置在多个被处理体的侧方的规定的位置的成膜原料气体供给部沿着多个被处理体的表面供给成膜原料气体，在利用被处理体上由成膜原料气体产生的反应活性种在多个被处理体上统一地形成规定的膜时，通过从设置在与规定的位置不同的位置的浓度调整用气体供给部向多个被处理体的表面供给浓度调整用气体，来控制多个被处理体上的反应活性种的浓度分布。

Description

成膜方法、成膜装置以及存储介质
技术领域
本发明涉及在半导体晶圆等被处理体上形成规定的膜的成膜方法、成膜装置以及存储介质。
背景技术
以往，在半导体器件的制造中，作为能够对半导体晶圆(以下，也简称为晶圆)以高生产率进行成膜处理的成膜装置，已知一种批量式的立式成膜装置。
随着半导体器件的尺寸的细微化以及晶圆的大口径化，作为能够进行更加均匀的成膜的批量式的立式成膜装置，利用了如下的侧流方式或横流方式的成膜装置：在处理容器内的基板的保持区域垂直地配置在与各晶圆对应的位置处具有多个气体喷出孔的气体喷射器(气体分散喷嘴)，并且在与气体喷射器相向的位置处设置排气口，从各气体喷出孔沿着各晶圆的表面供给处理气体来形成均匀的气体流(例如专利文献1)。
专利文献1：日本特开2011-135044号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，半导体器件持续细微化、复杂化，即使利用上述专利文献1中记载的技术，膜的均匀性也不充分。特别是在形成有图案的所谓的图案晶圆中存在如下的微加载效应的问题：即使晶圆上的成膜原料气体的浓度均匀，成膜原料气体在到达晶圆的中央部之前被消耗，晶圆中央部的膜厚变薄。
该问题意味着，即使半导体晶圆上的成膜原料气体的浓度均匀，也无法形成均匀的膜。即，为了形成均匀的膜，需要控制晶圆上的成膜原料气体的浓度分布。
因此，期望一种利用专利文献1中记载的侧流方式或横流方式的批量式的立式成膜装置控制成膜原料气体的浓度分布从而控制膜厚的技术。
然而，由于形成有在侧流方式或横流方式的批量式的立式成膜装置中形成的、气体喷射器→晶圆→排气口这样的成膜原料气体的流动的体系，因此越朝向排气口侧则成膜原料气体发生反应而形成的反应活性种越变高。这种倾向与成膜原料气体所具有的物性密切相关，因此为了操作反应活性种的浓度分布，需要大幅地变更处理条件、装置结构。另外，使进行一次分解后反应活性种的浓度上升的区域低浓度化也困难，因此难以通过控制成膜原料气体的分布来控制反应活性种的浓度分布。
因而，本发明的课题在于提供一种能够利用侧流方式或横流方式的批量式的立式成膜装置控制被处理体上的反应活性种的浓度分布的成膜技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的第一观点提供一种成膜方法，配置被收纳在能够保持真空的处理容器内的多个被处理体，从设置在所述多个被处理体的侧方的规定的位置的成膜原料气体供给部沿着多个被处理体的表面供给成膜原料气体，利用被处理体上由成膜原料气体产生的反应活性种在多个被处理体上统一地形成规定的膜，该成膜方法的特征在于，从设置在与所述规定的位置不同的位置的浓度调整用气体供给部向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体，由此控制所述多个被处理体上的所述反应活性种的浓度分布。
本发明的第二观点提供一种成膜装置，在多个被处理体上统一地形成规定的膜，其特征在于，具备：处理容器，其能够保持真空，并用于收容所述多个被处理体；成膜原料气体供给部，其设置在所述多个被处理体的侧方的规定的位置，沿着所述被处理体的表面供给成膜原料气体；浓度调整用气体供给部，其设置在与所述规定的位置不同的位置，向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体；以及控制部，其控制来自所述成膜原料气体供给部和所述浓度调整用气体供给部的所述成膜原料气体和所述浓度调整用气体的供给，其中，所述控制部使原料气体从所述原料气体供给部向所述处理容器内的所述被处理体的表面供给，并通过使浓度调整用气体从所述浓度调整用气体供给部向所述处理容器内的被处理体的表面供给，来控制所述被处理体上形成的由所述成膜原料气体产生的反应活性种的浓度分布。
本发明的第三观点提供一种存储介质，存储有用于在计算机上进行动作来控制成膜装置的程序，该存储介质的特征在于，所述程序在执行时使计算机控制所述成膜装置，以进行上述第一观点的成膜方法。
发明的效果
根据本发明，从与供给成膜原料气体的位置不同的位置向被处理体表面供给浓度调整用气体，由此能够在被处理体上控制由成膜原料气体产生的反应活性种的浓度分布。
附图说明
图1是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的基本结构的纵截面图。
图2是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的基本结构的水平截面图。
图3是用于说明由图1、图2所示的成膜装置利用HCD气体使Si沉积时的作为反应活性种的SiCl2的浓度分布的图。
图4是表示本发明的第一实施方式的第一例所涉及的成膜装置的水平截面图。
图5是表示本发明的第一实施方式的第二例所涉及的成膜装置的水平截面图。
图6是表示本发明的第一实施方式的第三例所涉及的成膜装置的水平截面图。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的成膜装置的水平截面图。
图8是表示基本结构的成膜装置的模拟结果的图。
图9是表示第一实施方式的第一例的模拟结果的图。
图10是表示第一实施方式的第二例的模拟结果的图。
图11是表示第一实施方式的第三例的模拟结果的图。
图12是表示基本结构的成膜装置的模拟结果的图。
图13是表示第二实施方式的第一模拟结果的图。
图14是表示第二实施方式的第二模拟结果的图。
附图标记说明
1：处理容器；5：晶舟；14：成膜原料气体供给机构；15：非活性气体供给机构；20、23：气体分散喷嘴；41：排气装置；42：加热机构；60A～60F：浓度调整用气体分散喷嘴；101、102、103、104：成膜装置；W：半导体晶圆(被处理体)。
具体实施方式
以下，参照所附附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对具有大致相同的功能和结构的构成要素附加相同的附图标记并省略重复的说明。
<成膜装置的基本结构>
图1是表示用于实施本发明的成膜方法的成膜装置的基本结构的纵截面图，图2是图1所示的成膜装置的水平截面图。
在此，以如下的成膜装置为例进行说明：将六氯乙硅烷(HCD；Si2Cl6)用作硅原料，通过交替地供给HCD气体和氧化剂的原子层沉积法(ALD)来形成SiO2膜。
本例的成膜装置100具有与横流方式的批量式立式成膜装置相同的结构。成膜装置100具有下端开口的有顶的圆筒体状的处理容器1。该处理容器1的整体例如由石英形成，在该处理容器1内的上端部附近设置有石英制的顶板2来封闭其下侧的区域。另外，形成为圆筒体状的金属制的歧管3经由O环等密封构件4连结于该处理容器1的下端开口部。
歧管3对处理容器1的下端进行支承，石英制的晶舟5从该歧管3的下方插入处理容器1内，该晶舟5以多层的方式载置有多片例如50片～100片半导体晶圆(硅晶圆)W来作为被处理基板。该晶舟5具有三根杆6(参照图2)，利用形成于杆6的槽(未图示)来支承多片晶圆W。
该晶舟5隔着石英制的保温筒7被载置于台8上，该台8被支承在旋转轴10上，该旋转轴10贯通用于将歧管3的下端开口部打开和关闭的金属(不锈钢)制的盖部9。
而且，在该旋转轴10的贯通部设置有磁性流体密封件11，一边气密地对旋转轴10进行密封一边以使旋转轴可旋转的方式对旋转轴进行支承。另外，在盖部9的周边部与歧管3的下端部之间插入设置有用于保持处理容器1内的密封性的密封构件12。
旋转轴10例如被安装在臂13的前端，该臂3被升降机等升降机构(未图示)支承，从而使晶舟5和盖部9等一体地升降来相对于处理容器1内插入和脱离。此外，也可以将台8固定地设置于盖部9侧，以使晶舟5不旋转的方式进行晶圆W的处理。
另外，成膜装置100具有：成膜原料气体供给机构14，其向处理容器1内供给HCD气体来作为成膜原料气体；非活性气体供给机构15，其供给用作吹扫气体的非活性气体、例如N2气体、Ar气体等；以及氧化剂供给机构16，其供给氧化剂、例如O2气体与H2气体的混合气体、O2气体、O3气体等。
成膜原料气体供给机构14具有成膜原料气体供给源18、用于从成膜原料气体供给源18引导成膜原料气体的气体配管19以及连接于该气体配管19用于向处理容器1内引导成膜原料气体的气体分散喷嘴20。
非活性气体供给机构15具有非活性气体供给源21、用于从非活性气体供给源21引导非活性气体的气体配管22以及用于向处理容器1内引导非活性气体的气体分散喷嘴23。
氧化剂供给机构16具有氧化剂供给源24、用于向处理容器内引导氧化剂的气体配管25以及用于向处理容器1内引导氧化剂的气体分散喷嘴26。
气体分散喷嘴20、23以及26由石英构成，在歧管3的侧壁向内侧贯通并朝向上方弯曲后垂直地延伸。在这些气体分散喷嘴20、23以及26的垂直部分，遍及与晶舟5的晶圆支承范围对应的上下方向的长度来以与晶圆W的间隔对应的规定的间隔分别形成有多个气体喷出孔20a、23a以及26a(20a、26a仅在图2中图示)。由此，能够从各气体喷出孔20a、23a以及26a沿水平方向朝向处理容器1内的各晶圆W的表面大致均匀地喷出气体。
在气体配管19、22、25中分别设置有开闭阀19a、22a、25a以及流量控制器19b、22b、25b。
处理容器1具备收容划分壁32，该收容划分壁32气密地焊接于处理容器1的外壁，用于收容气体分散喷嘴20、23以及26。收容划分壁32例如由石英形成。收容划分壁32呈截面凹状，用于覆盖形成于处理容器1的侧壁的开口31。开口31沿上下方向细长地形成，使得能够沿上下方向覆盖被支承于晶舟5的所有半导体晶圆W。在由收容划分壁32限定的内侧空间配置有用于喷出上述成膜原料气体的分散喷嘴20、用于喷出非活性气体的分散喷嘴23以及用于喷出氧化剂的分散喷嘴26。从分散喷嘴20喷出的成膜原料气体、从分散喷嘴23喷出的非活性气体以及从分散喷嘴26喷出的氧化剂经由开口31被供给到处理容器1的内部。
在实施方式中，气体分散喷嘴20、23、26在后述的收容划分壁32内的不同位置各设置一根，但也可以将任一根气体分散喷嘴设置两根以上。另外，也可以对喷嘴20连接非活性气体配管并将非活性气体作为载气来与原料气体一起喷出。另外，也可以对喷嘴26连接非活性气体配管并将非活性气体作为载气来与氧化剂一起喷出。
在与开口31相向的处理容器1的侧壁部分设置有用于对处理容器1内进行真空排气的排气口37。该排气口37与晶舟5对应地沿上下方向细长地形成。在处理容器1的与排气口37对应的部分安装有排气口盖构件38，该排气口盖构件38以覆盖排气口37的方式形成为截面U字形。该排气口盖构件38沿处理容器1的侧壁向上方延伸。在排气口盖构件38的下部连接有用于经由排气口37对处理容器1进行排气的排气管39。排气管39上连接有排气装置41，该排气装置41包括用于控制处理容器1内的压力的压力控制阀40和真空泵等，由排气装置41经由排气管39对处理容器1内进行排气。即，成膜装置100是使从分散喷嘴20、23、26分别喷出的成膜原料气体、非活性气体、氧化剂通过晶圆W的表面从排气口37排出的横流方式的成膜装置。
另外，以包围处理容器1的外周的方式设置有对处理容器1及其内部的晶圆W进行加热的筒体状的加热机构42。
成膜装置100具有控制部50。控制部50进行成膜装置100的各构成部的控制、例如通过阀19a、22a、25a的开闭来控制各气体的供给和停止、利用流量控制器19b、22b、25b进行气体流量的控制、利用排气装置41进行排气控制以及利用加热机构42进行晶圆W的温度的控制等。控制部50具有主控制部、输入装置、输出装置、显示装置以及存储装置，其中，主控制部具有CPU(计算机)来进行上述控制。在存储装置中设置有存储介质，该存储介质保存有用于控制由成膜装置100执行的处理的程序、即处理制程，主控制部调用存储介质中存储的规定的处理制程，基于该处理制程进行控制以使得利用成膜装置100进行规定的处理。
接着，对如以上那样构成的成膜装置的基本结构的处理动作进行说明。基于控制部50的存储部的存储介质中存储的处理制程来执行以下的处理动作。
最初，在晶舟5上例如搭载50片～150片以规定图案形成有上述那样的沟槽、孔、布线等的半导体晶圆W(图案晶圆)，在回转台8上隔着石英制的保温筒7载置搭载有晶圆W的晶舟5，通过利用升降机等升降机构(未图示)使晶舟5上升来从下方开口部向处理容器1内搬入晶舟5。
此时，利用筒体状的加热机构42预先对处理容器1内进行加热，使得处理容器1内的温度成为适于成膜的范围的规定温度。然后，在一边供给非活性气体一边将处理容器1内调整为适于成膜的规定的范围的压力之后，间歇性地将阀19a和阀25a打开和关闭，使利用HCD气体进行的Si沉积步骤与利用氧化剂进行的氧化步骤以间隔着对处理容器1内进行吹扫的方式来交替地进行，通过ALD形成SiO2膜。
利用流量控制器19b、22b、25d将成膜中的各气体流量控制为规定的流量。
在成膜结束后，在仍继续供给非活性气体的状态下将阀19a和阀25a关闭来结束成膜，一边利用排气装置41经由排气管39对处理容器1内进行排气，一边利用非活性气体对处理容器1内进行吹扫。然后，在将处理容器1内恢复为常压之后，利用升降机构(未图示)使晶舟5下降来从处理容器1内搬出晶舟5。
另外，随着半导体器件的细微化，包括细微的凹凸图案的晶圆的表面积比增大。在此，表面积比是在相同直径的晶圆中将形成有细微的凹凸图案的晶圆(以下，也称为图案晶圆)的表面积W1除以没有形成凹凸图案的半导体晶圆(以下，称为裸晶圆)的表面积W2而得到的值(W1/W2)。
在用统一处理多片晶圆的批量式装置形成规定的膜的情况下，为了在晶圆W上均匀地形成规定的膜，一边使半导体晶圆旋转一边实施成膜，但在该方法中，半导体晶圆的中心部处于离成膜原料气体的供给口最远的位置。
在形成了这种图案晶圆的情况下，成膜原料气体的消耗率增大，对于裸晶圆而言产生离成膜原料气体的供给口最远的中心部的膜厚与周边部的膜厚相比变薄的微加载效应。而且，通过发明人的实验获知在表面积比和成膜的处理条件下该膜厚的减少量成为大致固有的值。
也就是说，为了在形成有凹凸图案的半导体晶圆上均匀地形成规定的膜，需要确立能够考虑形成了裸晶圆的情况下的膜厚分布与形成了图案晶圆的情况下的膜厚分布之差来控制成膜的处理方法。
向半导体晶圆进行的膜的沉积由成膜原料气体进行热分解后生成的反应活性种的浓度引起。因此，为了控制半导体晶圆面内的膜厚分布，需要确立能够控制反应活性种、即成膜原料的浓度分布的方法。
然而，上述基本结构的成膜装置100是如下的横流方式：在Si沉积步骤中，作为成膜原料气体的HCD气体与非活性气体一起从分散喷嘴20喷出，并在沿着晶圆W的表面流动而从排气口37排出，因此形成气体喷射器→晶圆→排气口这样的成膜原料气体的流动，被导入到炉内的成膜原料气体通过晶圆为止为1m～2m的长度，认为在晶圆位置处气体的热分解是进行途中的状态。因而，必然地，越朝向排气口侧，则由于以下的(1)所示的反应式导致HCD越分解，越易于产生作为反应活性种的SiCl2，如图3的示意图所示那样形成其浓度在排气侧附近部分变高的分布。
Si2Cl6→SiCl2+SiCl4···(1)
这种倾向与处理容器内的成膜气体所具有的物性密切相关，因此为了操作反应活性种的浓度分布，需要大幅地变更处理条件、装置结构。另外，使进行一次分解后反应活性种的浓度升高的区域低浓度化也困难，因此难以控制成膜原料气体的分布来控制反应活性种的浓度分布。即，仅利用上述基本结构的成膜装置100的结构，即使想要为了控制膜厚而改变SiCl2浓度即HCD气体浓度分布(峰位置)，也无法改变一度形成的气体浓度分布。
<用于实施本发明所涉及的方法的装置的第一实施方式>
在此，对能够解决上述点的成膜方法进行了研究。
以下，对用于实施本发明所涉及的方法的装置的第一实施方式进行说明。
本发明人在对在侧流方式或横流方式的批量式立式成膜装置中调整成膜原料气体的浓度分布的方法进行了研究之后发现，在向处理容器1内供给成膜原料气体时，向处理容器1内的期望位置喷出浓度分布调整用气体是有效的。
因此，在本实施方式中，在处理容器1内的晶圆W的周围的期望位置配置具有与气体分散喷嘴20、23、26相同构造的气体分散喷嘴，并从该气体分散喷嘴的气体喷出孔对各晶圆的表面喷出浓度调整用气体。
图4是表示第一实施方式的第一例所涉及的成膜装置的水平截面图。本例的成膜装置101除了具有图1、图2所示的成膜装置100的构成要素以外，还具有在处理容器1的周围的收容划分壁32的两侧分别沿上下方向细长地形成的凹部70A和70B以及分别设置在凹部70A和70B中的浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B。关于浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B，遍及与晶舟5的晶圆支承范围对应的上下方向的长度来以与晶圆W的间隔对应的规定的间隔分别形成有多个浓度调整用气体喷出孔60Aa和60Ba。由此，能够从各浓度调整用气体喷出孔沿水平方向朝向处理容器1内的各晶圆W的表面喷出浓度调整用气体。此外，控制部50也能够进行浓度调整用气体的供给控制(图5～图7的成膜装置也同样)。
浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B的下部沿水平方向弯曲，在贯通歧管3的侧壁后向外侧延伸。在浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B的端部分别连接有气体配管61A和61B的一端，在气体配管61A和61B的另一端分别连接有浓度调整用气体供给源62A和62B。此外，在气体配管61A和61B中分别设置有开闭阀61Aa、61Ba以及流量控制器61Ab、61Bb。
图5是表示第一实施方式的第二例所涉及的成膜装置的水平截面图。本例的成膜装置102除了具有图1、图2所示的成膜装置100的构成要素以外，还具有在处理容器1的周围的收容划分壁32与排气口37的中间的位置处分别以相向的方式沿上下方向细长地形成的凹部70C和70D以及分别设置在凹部70C和70D中的浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D。关于浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D，遍及与晶舟5的晶圆支承范围对应的上下方向的长度来以与晶圆W的间隔对应的规定的间隔分别形成有多个浓度调整用气体喷出孔60Ca和60Da。由此，能够从各浓度调整用气体喷出孔沿水平方向朝向处理容器1内的各晶圆W的表面喷出浓度调整用气体。
浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D的下部沿水平方向弯曲，在贯通歧管3的侧壁后向外侧延伸。在浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D的端部分别连接有气体配管61C和61D的一端，在气体配管61C和61D的另一端分别连接有浓度调整用气体供给源62C和62D。此外，在气体配管61C和61D中分别设置有开闭阀61Ca、61Da以及流量控制器61Cb、61Db。
图6是表示第一实施方式的第三例所涉及的成膜装置的水平截面图。本例的成膜装置103除了具有图1、图2所示的成膜装置100的构成要素以外，还具有在处理容器1的周围的排气口盖构件38的两侧分别沿上下方向细长地形成的凹部70E和70F以及分别设置在凹部70E和70F中的浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F。关于浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F，遍及与晶舟5的晶圆支承范围对应的上下方向的长度来以与晶圆W的间隔对应的规定的间隔分别形成有多个浓度调整用气体喷出孔60Ea和60Fa。由此，能够从各浓度调整用气体喷出孔沿水平方向朝向处理容器1内的各晶圆W的表面喷出浓度调整用气体。
浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F的下部沿水平方向弯曲，在贯通歧管3的侧壁后向外侧延伸。在浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F的端部分别连接有气体配管61E和61F的一端，在气体配管61E和61F的另一端分别连接有浓度调整用气体供给源62E和62F。此外，在气体配管61E和61F中分别设置有开闭阀61Ea、61Fa以及流量控制器61Eb、61Fb。
作为浓度调整用气体，例如能够适当使用N2气体、Ar气体等非活性气体。
在如上所述的第一～第三例中，在Si沉积步骤中，通过从各个浓度调整用气体分散喷嘴的喷出孔喷出浓度调整用气体，能够使作为成膜原料气体的HCD气体的浓度分布高的部分沿喷出孔喷出方向移动。在该情况下，能够通过调整来自各浓度调整用气体分散喷嘴的浓度调整用气体的流量来控制调整量。
根据第一实施方式，在成膜时，在规定位置处配置浓度调整用气体分散喷嘴，通过从浓度调整用气体分散喷嘴喷出规定量的浓度调整气体，能够控制处理容器1内的晶圆W表面的成膜原料气体的分布(反应活性种的分布)。
由此，能够抑制在排气口37的附近形成成膜原料气体的浓度高的部分或能够使因加载效应而膜厚变薄的晶圆中心部的成膜原料气体的浓度提高。因此，能够抑制成膜原料的沉积膜厚的面内不均匀。
另外，如果能够形成晶圆W中心部的成膜原料气体的浓度高的分布，不使晶圆W旋转也能够使成膜原料的沉积膜厚变得均匀。
此外，在本实施方式的第一～第三例中，将浓度调整用气体分散喷嘴在规定的位置处各配置两个，但浓度调整用气体分散喷嘴的个数以及配置位置并不限定于上述第一～第三例，根据成膜原料气体的分布来适当地进行设定即可。
<第二实施方式>
图7是表示第二实施方式所涉及的成膜装置的水平截面图。本实施方式的成膜装置104除了具有图1、图2所示的成膜装置100的构成要素以外，还在处理容器1的周围具有上述第一实施方式的第一～第三例中的所有浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F。这些分散喷嘴60A～60F分别连接有气体配管61A～61F的一端，气体配管61A～61F的另一端分别连接有浓度调整用气体供给源62A～62F。此外，在各气体配管61A～61F中分别设置有开闭阀61Aa～61Fa以及流量控制器61Ab～61Fb。
在本实施方式中，根据预先掌握的成膜原料气体(HCD气体)的分布来控制来自各浓度调整用气体分散喷嘴的浓度调整用气体的喷出、停止以及喷出流量，由此能够将处理容器1内的晶圆W表面的成膜原料气体的分布(反应活性种的分布)控制为期望的分布。关于该情况下的控制，基于在控制部50中预先掌握的成膜原料气体分布来控制来自各浓度调整用气体分散喷嘴的浓度调整用气体的喷出、停止以及喷出流量，使得成为期望的成膜原料气体分布即可。
由此，对于各种成膜原料气体分布而言，能够更加有效地实现以下效果：抑制在排气口37的附近形成成膜原料气体的浓度高的部分、使因加载效应而膜厚变薄的晶圆中心部的成膜原料气体的浓度提高。因此，能够与成膜原料气体的分布无关地使成膜原料的沉积膜厚的面内均匀性变得良好。
另外，通过控制来自各浓度调整用气体分散喷嘴的浓度调整用气体的流量，能够比较容易地形成晶圆W中心部的成膜原料气体的浓度高的分布，不使晶圆W旋转，也更易于实现使成膜原料的沉积膜厚变得均匀。
此外，在本实施方式中，示出了在处理容器1的周围设置有六个浓度调整用气体分散喷嘴的例子，但浓度调整用气体分散喷嘴的个数并不限定于此。越使浓度调整用气体分散喷嘴的个数增加，越能够进行细致的控制。但是，优选考虑装置成本等设为适当的个数。
<模拟结果>
接着，对模拟结果进行说明。
[基本结构的成膜装置的模拟结果]
首先，在如图1和图2所示那样的基本结构的批量式立式成膜装置中，对变更了成膜原料气体的喷出位置和喷出量以及非活性气体的喷出位置和喷出量的情况下的处理容器1内的成膜原料气体的浓度分布实施了基于热流体分析的模拟。
此外，在模拟时，考虑在半导体晶圆上形成的规定的膜的膜厚是因成膜原料气体发生热分解后生成的反应活性种的浓度引起的，并非成膜原料气体的浓度分布，而是模拟了反应活性种的浓度分布。
在本模拟中，假定通过ALD形成SiO2膜时的、基于HCD(Si2Cl6))气体的热分解进行的Si沉积工序并实施了模拟。
此外，HCD的热分解依赖于用上述(1)式表示的反应式，在本模拟中，设为热分解后的SiCl2是有助于硅膜的成膜的反应活性种，模拟了SiCl2的浓度分布。
以下示出具体的模拟条件。
成膜原料气体：HCD(六氯乙硅烷(Si2Cl6))气体
非活性气体：N2气体
处理容器内温度：600℃
半导体晶圆W间的间距：x mm
处理容器内表面与半导体晶圆W的间隙：3x mm
处理容器内的压力(排气口37附近)：30Pa(0.225Torr)
图8是表示该情况下的模拟结果的图。此外，在图8中，气体供给部及排气口与图2中的气体供给部及排气口相反。在以下的图9～图14中也同样。
在图8中表示对从图2的成膜原料气体用的分散喷嘴20和作为吹扫气体的非活性气体用的分散喷嘴23分别以如下所示的流量喷出HCD气体和N2气体的情况下的SiCl2的浓度分布进行模拟而得到的结果。此外，在图8的模拟结果中，用灰度等级表示SiCl2的浓度，示出颜色越浓(越接近黑色)则浓度越高的情况。
HCD气体和N2气体的气体流量如以下那样。此外，在本模拟中，设为从气体分散喷嘴20喷出了HCD气体和作为载气的N2气体两种气体。
·气体分散喷嘴20：
HCD气体300sccm+N2气体1500sccm
·气体分散喷嘴23：
N2气体1500sccm
根据图8所示的模拟结果获知，随着从气体分散喷嘴20喷出的HCD气体向排气口37行进，SiCl2的浓度变高，以及因从气体分散喷嘴23喷出的N2气体的影响，SiCl2的浓度分布在气体分散喷嘴23侧且排气口37侧出现浓度最高的区域(以下，也称为高浓度区域)。此外，发明人确认了以下内容：在实机中不使半导体晶圆旋转而以与上述模拟条件相同的条件进行了成膜时的膜厚分布与在上述模拟结果中得到的反应活性种的浓度分布大致一致。
[第一实施方式的成膜装置的模拟结果]
接着，模拟了以下情况下的SiCl2的浓度分布：除了配置图8所示的喷出成膜原料气体和载气的气体分散喷嘴20以及喷出吹扫用的非活性气体的气体分散喷嘴23以外，还如第一实施方式的第一～第三例所示那样配置有浓度调整用气体分散喷嘴。此外，设为基本的模拟条件与上述“基本结构的成膜装置的模拟”的情况相同，设为来自气体分散喷嘴20和23的气体的流量也相同。
图9～图11是其模拟结果。图9与第一例对应，是设置有图4的浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B的情况。图10与第二例对应，是设置有图5的浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D的情况。图11与第三例对应，是设置有图6的浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F的情况。在这些情况下，使从浓度调整用气体分散喷嘴喷出的非活性气体的流量变化并进行了模拟。
具体地说，在图9～图11所示的模拟中，将从各浓度调整用气体分散喷嘴喷出的HCD气体(成膜原料气体)和N2气体(非活性气体)的气体流量各设为以下三种情况。
(第一例的条件)
·图9的(a)
浓度调整用气体分散喷嘴60A：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60B：N2气体1000sccm
·图9的(b)
浓度调整用气体分散喷嘴60A：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60B：N2气体5000sccm
·图9的(C)
浓度调整用气体分散喷嘴60A：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60B：N2气体10000sccm
(第二例的条件)
·图10的(a)
浓度调整用气体分散喷嘴60C：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60D：N2气体1000sccm
·图10的(b)
浓度调整用气体分散喷嘴60C：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60D：N2气体5000sccm
·图10的(c)
浓度调整用气体分散喷嘴60C：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60D：N2气体10000sccm
(第三例的条件)
·图11的(a)
浓度调整用气体分散喷嘴60E：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60F：N2气体1000sccm
·图11的(b)
浓度调整用气体分散喷嘴60E：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60F：N2气体5000sccm
·图11的(c)
浓度调整用气体分散喷嘴60E：N2气体1000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60F：N2气体10000sccm
(第一例的模拟结果)
首先，对图9所示的第一例的模拟结果进行说明。在第一例的模拟中是图4的情况下的模拟结果，该情况是指除了配置气体分散喷嘴20和23以外，在气体分散喷嘴23的上侧位置配置有浓度调整用气体分散喷嘴60A，在气体分散喷嘴20的下侧位置配置有浓度调整用气体分散喷嘴60B。此外，在图9的模拟结果中，用灰度等级表示SiCl2的浓度，示出颜色越浓(越接近黑色)则浓度越高的情况。
根据图9所示的模拟结果获知，在受到从浓度调整用气体分散喷嘴60A和60B喷出的N2气体的影响后，与图8所示的模拟结果相比，SiCl2的高浓度区域向图9所示的箭头的方向、即处理容器1的中央部移动。另外，在图9所示的模拟结果中获知SiCl2的高浓度区域以朝向纸面左上方提升的方式移动。考察出这是由于从浓度调整用气体分散喷嘴60B喷出的N2气体以绕入SiCl2的高浓度区域的下侧的方式流向排气口37。另外，获知随着从浓度调整用气体分散喷嘴60B喷出的N2气体的流量增加，高浓度区域以在气体分散喷嘴20与排气口37之间延伸的方式移动。
(第二例的模拟结果)
接着，对图10所示的第二例的模拟结果进行说明。在第二例的模拟中是图5的情况下的模拟结果，该情况是指除了配置气体分散喷嘴20和23以外，在收容划分壁32与排气口37的中间的处理容器1的侧壁部分的上侧配置有浓度调整用气体分散喷嘴60C，在下侧配置有浓度调整用气体分散喷嘴60D。此外，在图10的模拟结果中，用灰度等级表示SiCl2的浓度，示出颜色越浓(越接近黑色)则浓度越高的情况。
根据图10所示的模拟结果获知，在受到从浓度调整用气体分散喷嘴60C和60D喷出的N2气体的影响之后，与图8所示的模拟结果相比，SiCl2的高浓度区域向图10所示的箭头的方向、即气体分散喷嘴60C的方向移动。考察出这是由于受到从离SiCl2的浓度高的区域近的气体分散喷嘴60D喷出的气体的影响大。并且，从浓度调整用气体分散喷嘴60D喷出的N2气体在向SiCl2的高浓度区域的下侧喷出之后流向处于左侧的排气口37。因此，考察出SiCl2的高浓度区域以朝向浓度调整用气体分散喷嘴60C提升的方式移动。另外，获知随着从浓度调整用气体分散喷嘴60D喷出的N2气体的流量增加，SiCl2的高浓度区域从浓度调整用气体分散喷嘴60D离开，向浓度调整用气体分散喷嘴60C的方向移动。
(第三例的模拟结果)
接着，对图11所示的第三例的模拟结果进行说明。在图11所示的模拟中是图6的情况下的模拟结果，该情况是指除了配置气体分散喷嘴20和23以外，在处理容器1的侧壁的排气口37的上侧配置有浓度调整用气体分散喷嘴60E、在下侧配置有浓度调整用气体分散喷嘴60F。此外，在图11的模拟结果中，用灰度等级表示SiCl2的浓度，示出颜色越浓(越接近黑色)则浓度越高的情况。
根据图11所示的模拟结果获知，由于从浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F喷出的N2气体的影响，与图8所示的模拟结果相比，SiCl2的高浓度区域向图11所示的箭头的方向、即从浓度调整用气体分散喷嘴60E和60F离开的方向移动。另外，根据图11所示的结果获知，受到从浓度调整用气体分散喷嘴60F喷出的N2气体的影响更强。考察出这是由于从离SiCl2的浓度高的区域近的浓度调整用气体分散喷嘴60F的喷出的气体的影响大。还获知，随着从浓度调整用气体分散喷嘴60F喷出的N2气体的流量增加，SiCl2的高浓度区域从浓度调整用气体分散喷嘴60F离开。
[第二实施方式的成膜装置的模拟结果]
接着，模拟了以下情况下的SiCl2的浓度分布：除了配置图8所示的喷出成膜原料气体和载气的气体分散喷嘴20以及喷出吹扫用的非活性气体的气体分散喷嘴23以外，如第二实施方式所示那样在处理容器1的周围配置有6根浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F。此外，设为基本的模拟条件与上述“基本结构的成膜装置的模拟”的情况相同，设为来自气体分散喷嘴20和23的气体的流量也相同。浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F大致等间隔(约每隔60度)配置在晶圆W的周围。
图13和图14是分别表示第一模拟结果和第二模拟结果的图。在图13和图14中，从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的非活性气体(N2气体)的流量不同。
此外，在图13和图14中，(a)示出SiCl2的浓度分布自身的模拟结果，(b)示出将(a)的模拟结果标准化后的浓度分布、即相对的浓度分布。在(a)中，当非活性气体的喷出量多时，SiCl2的浓度变淡，但通过进行标准化，对比度变得更强。当浓度变淡时，成膜速度降低，但能够通过延长处理时间来应对成膜速度的降低。因而，只要能够控制成膜原料气体(或者反应活性种)的相对的浓度分布即可，因此在(b)中示出对比度强的标准化后的SiCl2的浓度分布。
此外，为了比较，在图12的(a)和(b)中分别示出图8所示的基本结构的SiCl2的浓度分布自身的模拟结果以及标准化后的浓度分布、即相对的浓度分布。
(第一模拟结果)
在图13所示的第一模拟中，将从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体(非活性气体)的气体流量均设为1000sccm。
根据图13的(a)所示的第一模拟结果获知，在受到从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体的影响之后，与图12的(a)所示的模拟结果相比SiCl2的高浓度区域以从喷出成膜原料气体的气体分散喷嘴20向排气口37延伸的方式向处理容器1内的中央部移动。另外，获知由于从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体的合计流量多，因此SiCl2的浓度整体上变低(颜色变淡)。另一方面，根据图13的(b)的被标准化后的SiCl2的浓度分布获知，处理容器1内的中央部的SiCl2的浓度变高，周边部的SiCl2的浓度变低，能够有效地控制SiCl2的浓度分布。
(第二模拟结果)
在图14所示的第二模拟中，将从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体(非活性气体)的气体流量设为如下那样。
浓度调整用气体分散喷嘴60A：N2气体100sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60B：N2气体500sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60C：N2气体100sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60D：N2气体500sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60E：N2气体7000sccm
浓度调整用气体分散喷嘴60F：N2气体3000sccm
根据图14的(a)所示的第二模拟结果获知，通过控制从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体，与图12的(a)所示的模拟结果相比，SiCl2的高浓度区域向处理容器1内的中央部移动。另外，还获知即使与图13所示的例子相比，高浓度区域也进一步被控制为接近圆形的形状。但是，由于从浓度调整用气体分散喷嘴60A～60F喷出的N2气体的合计流量多，因此SiCl2的浓度整体上变低(颜色变淡)。另一方面，根据图14的(b)的被标准化后的SiCl2的浓度分布更加明确地确认了处理容器1内的中央部的SiCl2的浓度变高，周边部的SiCl2的浓度变低。
如上所述，根据模拟结果确认了在与喷出处理容器的周围的成膜原料气体的位置不同的规定位置配置浓度调整用气体分散喷嘴来喷出浓度调整用的非活性气体，由此能够控制晶圆上的成膜原料气体的浓度分布。特别是在处理容器的周围配置多个浓度调整用气体分散喷嘴并控制这些喷嘴的流量，由此能够更加有效地控制SiCl2的浓度，能够将偏向排气侧的SiCl2的浓度分布控制为晶圆中心部高且周缘部低的理想的分布。
基于此获知，根据本实施方式，能够控制成膜原料气体(反应活性种)的分布，从而能够控制在图案晶圆中产生的加载效应。
此外，在实验例中，模拟了成膜原料气体发生热分解后生成的反应活性种的浓度分布，认为只要能够控制成膜原料气体的浓度分布，就能够也对成膜原料气体发生热分解后生成的反应活性种的浓度分布进行控制。另外，通过对ALD中的吹扫气体、用作载气的非活性气体以及用作浓度调整用气体的非活性气体的流量进行调整，也能够对成膜原料气体(获知反应活性种)的浓度进行控制。也就是说，能够控制成膜原料气体(获知反应活性种)的浓度和相对的浓度分布这双方。
<其它应用>
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围内进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，示出了在使用作为Si原料气体的HCD气体和氧化剂进行ALD时的Si沉积步骤中利用了本发明的例子，但并不限于此，在使用其它成膜原料气体和其它反应气体进行ALD的情况下也能够利用本发明。
另外，在上述实施方式中，作为成膜原料气体，使用了HCD气体，作为反应活性种，使用了该HCD气体发生热分解后生成的SiCl2，但成膜原料气体自身也可以是反应活性种。
并且，本发明对ALD中的如原料沉积那样的短时间的处理有效，但在CVD时也能够应用本发明。
另外，示出将半导体晶圆用作被处理体的情况，但并不限于此，也能够应用于平板显示器用的玻璃基板、陶瓷基板等其它基板，这是不言而喻的。

Claims (17)

1.一种成膜方法，配置被收纳在能够保持真空的处理容器内的多个被处理体，从设置在所述多个被处理体的侧方的规定的位置的成膜原料气体供给部沿着多个被处理体的表面供给成膜原料气体，利用被处理体上由成膜原料气体产生的反应活性种在多个被处理体上统一地形成规定的膜，该成膜方法的特征在于，
从设置在与所述规定的位置不同的位置的浓度调整用气体供给部向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体，由此控制所述多个被处理体上的所述反应活性种的浓度分布。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述浓度调整用气体供给部从互不相同的多个位置向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体。
3.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，
从所述容器内的与所述规定的位置相向的位置进行排气。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
一边使所述多个被处理体旋转一边进行成膜。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在所述处理容器的周围配置多个所述浓度调整用气体供给部，控制来自这些多个浓度调整用气体供给部的浓度调整用气体的供给和停止以及控制来自各浓度调整用气体分散喷嘴的供给量，从而控制所述反应活性种的浓度分布。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述浓度调整用气体是非活性气体。
7.根据权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
所述原料气体是六氯乙硅烷Si2Cl6，所述反应活性种是SiCl2，所述非活性气体是N2气体。
8.根据权利要求7所述的成膜方法，其特征在于，
在通过使利用所述六氯乙硅烷进行的Si沉积与利用氧化剂进行的Si的氧化交替重复的原子层沉积法来形成硅氧化膜时，在进行所述Si沉积时供给所述浓度调整用气体来控制作为所述反应活性种的SiCl2的浓度分布。
9.一种成膜装置，在多个被处理体上统一地形成规定的膜，该成膜装置的特征在于，具备：
处理容器，其能够保持真空，并用于收容所述多个被处理体；
成膜原料气体供给部，其设置在所述多个被处理体的侧方的规定的位置，沿着所述被处理体的表面供给成膜原料气体；
浓度调整用气体供给部，其设置在与所述规定的位置不同的位置，向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体；以及
控制部，其对来自所述成膜原料气体供给部和所述浓度调整用气体供给部的所述成膜原料气体和所述浓度调整用气体的供给进行控制，
其中，所述控制部使原料气体从所述原料气体供给部向所述处理容器内的所述被处理体的表面供给，并通过使浓度调整用气体从所述浓度调整用气体供给部向所述处理容器内的被处理体的表面供给，来控制所述被处理体上形成的由所述成膜原料气体产生的反应活性种的浓度分布。
10.根据权利要求9所述的成膜装置，其特征在于，
所述浓度调整用气体供给部从互不相同的多个位置向所述多个被处理体的表面供给浓度调整用气体。
11.根据权利要求9或10所述的成膜装置，其特征在于，
在所述处理容器内的与所述成膜原料气体供给部相向的位置具有排气口。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
还具备使所述多个被处理体旋转的旋转机构，
所述控制部控制所述旋转机构，从而一边使所述多个被处理体旋转一边进行成膜。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
在所述处理容器的周围配置多个所述浓度调整用气体供给部，所述控制部控制来自这些多个浓度调整用气体供给部的浓度调整用气体的供给和停止以及控制来自各浓度调整用气体分散喷嘴的供给量，从而控制所述反应活性种的浓度分布。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述浓度调整用气体是非活性气体。
15.根据权利要求14所述的成膜装置，其特征在于，
所述原料气体是六氯乙硅烷Si2Cl6，所述反应活性种是SiCl2，所述非活性气体是N2气体。
16.根据权利要求15所述的成膜装置，其特征在于，还具有：
氧化剂供给部，其向所述处理容器内供给氧化剂；以及
吹扫气体供给部，其向所述处理容器内供给吹扫气体，
所述控制部通过使利用所述六氯乙硅烷进行的Si沉积与利用氧化剂进行的Si的氧化交替重复的原子层沉积法来形成硅氧化膜，在所述Si沉积时，供给所述浓度调整用气体来控制作为所述反应活性种的SiCl2的浓度分布。
17.一种存储介质，存储有用于在计算机上进行动作来控制成膜装置的程序，该存储介质的特征在于，
所述程序在执行时使计算机控制所述成膜装置，以进行根据权利要求1至8中的任一项所述的成膜方法。
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