JP2005019499A - Device and method for forming film - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスの反応により被処理体に対して成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスは、高集積化に伴って多層構造が採用され、また薄膜化、微細化が進んでいることから、半導体製造工程における熱処理プロセスについて、前工程で形成された膜に対する熱履歴をできるだけ少なくするために低温化が要請されている。例えばCMOSのソース、ドレイン間には不純物を拡散する拡散層が形成され、この拡散層は益々浅くなる傾向にあるが、その後の熱処理プロセスにおいてプロセス温度が高いと拡散層が熱により再拡散してその深さが設計値よりも大きくなってしまう。また一部のデバイスの電極材料については、ニッケルを使用することが検討されているが、ニッケルの融点は低いため、低温プロセスの実現化が要請されている。
【0003】
例えば窒化シリコン膜は、比誘電率が高いことから物理的膜厚が大きくてもシリコン酸化膜と同等の電気的特性が得られ、リーク電流の防止効果が大きいなどゲート絶縁膜として有望な膜である。この窒化シリコン膜は、例えばジクロロシランガスとアンモニアガスとを減圧雰囲気において770℃程度のプロセス温度で反応させて半導体ウエハ(以下ウエハという)上に成膜される(例えば特許文献1)。しかしながら上述の事情によりこの成膜プロセス温度を下げる技術を開発する必要に迫られている。
【0004】
一方例えば図8に示す装置が提案されている。この装置は、処理室11、加熱手段が内蔵された載置台12、窓部材13、窓部材13内に設けられたガス供給部14、光源室15及びエキシマー光源などの光源部16を備えており、載置台12上に基板10を載置した後、所定の真空雰囲気まで減圧し、ガス供給部14から処理ガスを処理室11内に供給すると共に光源部16から基板10に光を照射して基板10上に成膜するものである。この手法によれば、光エネルギーにより処理ガスを励起して成膜反応をアシストしているので、プロセス温度を低下させることができる利点がある。
【0005】
【特許文献1】特開2001―308085号公報:段落0018
【特許文献2】特開2002―305153号公報:段落0029、図1
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図9に示す装置は、基板10の表面のシリコンが処理ガスにより酸化、窒化されるような反応であれば適用できるが、例えば2種類の原料ガスの反応により成膜を行う場合には、窓部材13にも成膜されてしまうため、光の透過が妨げられてしまう。このため適用できるガス種が限定されてしまうという課題がある。
【0006】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は光エネルギーを用いることにより成膜温度の低温化を図り、また光透過窓において成膜による光の透過が妨げられるという不具合がない成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る成膜装置は、被処理体が搬入される第1の反応容器と、第1の原料ガスを前記第1の反応容器内に供給する第1のガス供給部と、を備え、被処理体の表面に第1の原料ガスの分子を吸着させる第1の反応部と、
この第1の反応部にて処理が行われた被処理体が搬入される第2の反応容器と、そのガス単独では成膜が行われない第2の原料ガスを前記第2の反応容器内に供給する第2のガス供給部と、光エネルギーを被処理体の表面に与える光照射手段と、を備え、被処理体の表面に吸着されている第1の原料ガスの分子と第2の原料ガスの分子とを、前記光エネルギーにより反応させて反応生成物を得る第2の反応部と、
前記第1の反応部にて処理された被処理体を第2の反応部に搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
この発明において、「前記光エネルギーにより反応させて反応生成物を得る」とは、光エネルギーと共に他のエネルギー例えば熱エネルギーを併用して反応生成物を得る場合も含む意味である。またこの発明は、第1の反応部内に搬入された被処理体を加熱手段で加熱するようにしてもよいし、また第2の反応部内に搬入された被処理体を加熱手段で加熱するようにしてもよい。前記搬送手段は、被処理体が載置され、第1の反応容器内の処理雰囲気または第2の反応容器内の処理雰囲気に置かれる載置部と、この載置部を第1の反応容器と第2の反応容器との間で移動させる駆動機構と、第1の反応容器の開口部または第2の反応容器の開口部を気密に塞ぐシール部とを備えた構成としてもよい。
【0009】
また本発明では、例えば第1の反応容器の開口部を気密に塞ぐ第1のシャッター機構と、第2の反応容器の開口部を気密に塞ぐ第2のシャッター機構とが設けられる。また第2の原料ガスは、第2の反応部にて被処理体に供給する代わりに第1の反応部にて被処理体に供給するようにしてもよく、この場合第1の反応部にて被処理体の表面に第1の原料ガスの分子及び第2の原料ガスの分子が吸着されることとなる。
【0010】
本発明によれば、光エネルギーにより反応を促進させるようにしているため、成膜温度の低温化を図ることができる。そして原料ガスの吸着を行う反応容器とは別に光エネルギーを与えるための反応容器を設けているため、光透過窓が成膜されて光の透過が妨げられるという不具合がない。
【0011】
本発明に係る成膜方法は、被処理体を第1の反応容器内に搬入する工程と、
前記第1の反応容器内に第1の原料ガスを供給して被処理体の表面に第1の原料ガスの分子を吸着させる工程と、
次いで前記被処理体を第1の反応容器から第2の反応容器内に搬送する工程と、
そのガス単独では成膜が行われない第2の原料ガスを前記第2の反応容器内に供給すると共に光エネルギーを被処理体の表面に与え、被処理体の表面に吸着されている第1の原料ガスの分子と第2の原料ガスの分子とを、前記光エネルギーにより反応させて反応生成物を得る工程と、を備え、
上述の各工程からなる一連の工程を少なくとも1回以上行うことを特徴とする。
【0012】
前記被処理体を第1の反応容器から第2の反応容器内に搬送する工程の例としては、第1のシャッター機構により第1の反応容器の開口部を開いて第1の反応容器から被処理体を搬出する工程と、被処理体を第2の反応容器内に搬入した後、第2のシャッター機構により第2の反応容器の開口部を閉じる工程と、が含まれる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の成膜装置の実施の形態について説明する。この成膜装置は図1に示すように互いに横方向に隣接する第1の反応部2及び第2の反応部3を備えている。第1の反応部2は気密な第1の反応容器21を備えており、この反応容器21の上部には、第1の原料ガスを供給するガスシャワーヘッド4が被処理体であるウエハWが載置される載置台62に対向するように設けられている。このガスシャワーヘッド4は、下面側に多数のガス孔41が穿設されると共に、ガス供給路であるガス供給管42を介して第1の原料ガスこの例ではジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスの供給源であるガス供給源43と希釈ガスである窒素(N2)ガスのガス供給源44とに接続されている。V1、V2はバルブ、45、46は流量調整部であるマスフローコントローラであり、この例ではガスシャワーヘッド4、ガス供給管42及びガス供給源43、44などにより第1のガス供給部が構成されている。第1の反応容器21の底部には、被処理体であるウエハWが搬入出される開口部22が形成されており、この開口部22を閉じる第1のシャッター機構100が設けられている。
【0014】
第2の反応部3は気密な第2の反応容器31を備えており、この反応容器31の上部には、第2の原料ガスを供給するガス供給管5が設けられている。このガス供給管5は第2の原料ガスこの例ではアンモニア(NH3)ガスの供給源であるガス供給源51と窒素ガスのガス供給源52とに接続されている。V3、V4はバルブ、53、54は流量調整部であるマスフローコントローラである。この例では、ガス供給管5、ガス供給源51、52などにより第2のガス供給部が構成されている。
【0015】
更に第2の反応容器31の上部には載置台62に対向するように光照射手段32が設けられており、この例では光照射手段32は、内面が光反射面とされるハウス33内に光源であるバリア放電エキシマーランプ34を配置し、ハウス33の下面に光透過窓30を設けて構成される。なお33aは光照射手段32の配置空間と処理雰囲気とを気密に区画するためのプレートである。第2の反応容器31の底部には、被処理体であるウエハWが搬入出される開口部35が形成されており、この開口部35を閉じる第2のシャッター機構200が設けられている。
【0016】
第1の反応容器21及び第2の反応容器31の下方側には反応容器21及び31と気密に区画された搬送室6が設けられ、この搬送室6内にはウエハWを第1の反応容器21と第2の反応容器31との間で搬送するための搬送手段60が設けられている。この搬送手段60は、図2にも示すように前記開口部22、35を気密に閉じる蓋体61と、この蓋体61の上に設けられ、ウエハWを加熱するための加熱手段をなす例えば抵抗発熱体からなるヒータ62aを備えた載置部である載置台62と、蓋体61を昇降させかつ横方向に移動させるための駆動機構63と、を備えている。蓋体61の表面部には第1の反応容器21あるいは第2の反応容器31の底壁との間を気密にシールするためのシール材であるOリング61a(図1参照)が取り付けられている。駆動機構63は、図2に示すように蓋体61を保持するアーム63aと、このアーム63aを昇降させるための昇降機構63bと、この昇降機構63bを水平移動させるための水平移動機構63cと、を備えている。載置台62には、前記搬送室6とゲートバルブG1を介して気密に区画された予備室71内の搬送アームとの間でウエハWの受け渡しができるようにウエハWを載置面から浮かせることができるように図示しない例えば3本の昇降ピンが内蔵されている。
【0017】
更に搬送室6内には、第1の反応容器21の開口部22を開閉するための蓋体23を昇降自在に駆動する第1のシャッター機構100と、第2の反応容器31の開口部35を開閉するための蓋体36を昇降自在に駆動する第2のシャッター機構200とが設けられており、これら蓋体23、36には夫々Oリング23a、36a(図1参照)が取り付けられている。図2には蓋体23とこの蓋体23を昇降させる昇降機構23bとが示されている。蓋体23、36の下限位置は搬送手段60が水平移動するときの高さ位置よりも下方側になるように設定されている。
【0018】
前記搬送室6と、例えば多関節アームからなる搬送アーム72が配置された予備室71とが、ゲートバルブG1を介して気密に接続されると共に、この予備室71には、ゲートバルブG2を介してキャリア室73が気密に接続されている。キャリア室73は、ウエハWを所定枚数棚状に保持したキャリアCを載置する昇降台74と、このキャリアCを搬入あるいは搬出するための開口部75を開閉するゲートドアGDとを備えている。
【0019】
また第1の反応容器21、第2の反応容器31、搬送室6及び予備室71には、夫々排気管81、82、83及び84が接続され、これら排気管81〜84はそれぞれ自動圧力調整機能及び遮断機能を備えたAPC(Automatic Pressure Control)ゲートバルブ85〜88を介して真空排気手段である真空ポンプ8に接続されると共に、夫々排気管81、82、83及び84には、圧力センサS1、S2、S3、及びS4が設けられている。APCゲートバルブ85〜88は、制御部80内のシーケンスプログラムに基づいて出力される圧力制御信号と圧力センサS1〜S4からの信号とによって制御され、その結果第1の反応容器21、第2の反応容器31、搬送室6及び予備室71内の圧力が予め設定された圧力値に調整される。
【0020】
更にまた搬送室6、予備室71及びキャリア室73には夫々パージガスである窒素ガスを供給するためのガス供給管64、76及び77が接続されており、これらガス供給管64、76及び77は、夫々バルブV5、V6及びV7を介して窒素ガスのガス供給源78に接続されている。
【0021】
次に上述の成膜装置の作用について説明する。先ず被処理体である基板例えばウエハWが複数枚収納されたキャリアCが外部からキャリア室73内に搬入され、ゲートドアGDが閉じられる(図1参照)。このときキャリア室73内は窒素ガス雰囲気かつ陽圧とされており、また装置内への大気の進入を防ぐためにゲートバルブG1、G2が閉じられている。続いてゲートバルブG2が開かれた後、搬送アーム72によりキャリアC内のウエハWが取り出されて予備室71内に搬入されゲートバルブG2が閉じられる。その後予備室71内がAPCゲートバルブ88により搬送室6内の真空度と同等の真空度に制御される。
【0022】
その後図3(a)に示すようにゲートバルブG1が開かれ、搬送アーム72が搬送室6内に進入して、既述の載置台62上に設けられた図示しない昇降ピンとの協働動作によりウエハWが搬送手段60の載置台62の上に受け渡される。このとき第1の反応室21の開口部22及び第2の反応室31の開口部35は、夫々蓋体23及び36により閉じられている。そしてゲートバルブG1が閉じられた後、図3(b)に示すように搬送手段60が第2の反応容器31の下方側に退避し、次いで蓋体23が下降して第1の反応容器21の開口部22が開く。しかる後搬送手段60が第1の反応容器21の下方側に水平移動し、更に上昇して搬送手段60の蓋体61により開口部22が気密に閉じられる。図の矢印の符号は動作の順番を示している。
【0023】
こうして図3(c)に示すようにウエハWが第1の反応容器21内に搬入されると、第1の反応容器21内の環境が処理雰囲気に整えられる。即ちAPCゲートバルブ85により処理圧力例えば1333Pa(10Torr)以下の所定の圧力に調整され、また載置台62に内蔵されているヒータ62a(図1参照)によりウエハWが例えば200〜600℃の間で設定された処理温度に加熱される。そして上記の処理圧力に調整しながらガスシャワーヘッド4から第1の原料ガスであるジクロロシランガスを第1の反応容器21内に供給すると、ジクロロシランの分子がウエハWの表面に物理吸着されて単分子層が形成される。図4(a)にこの様子を模式的に示しておく。
【0024】
しかる後ジクロロシランガスの供給を止め、ガスシャワーヘッド4からパージガスである不活性ガス例えば窒素ガスを30秒間反応容器21内に供給してから、窒素ガスの供給を止めて真空ポンプ8により引き切り状態とする。次いで図5(a)に示すように搬送手段60を下降させ更に第2の反応容器31の下方側まで水平移動させた後、蓋体23を上昇させて第1の反応容器21の開口部22を閉じる。続いて図5(b)に示すように搬送手段60を第1の反応容器21の下方側まで水平移動させ、蓋体36を下降して第2の反応容器31の開口部35を開くと共に、搬送手段60を移動させてウエハWを第2の反応容器31内に搬入し、蓋体61により当該開口部35を気密に閉じる。
【0025】
こうして図5(c)に示すようにウエハWが第2の反応容器31内に搬入されると、第2の反応容器31内の環境が処理雰囲気に整えられる。即ちガス供給管5から窒素ガスを流しながらAPCゲートバルブ86により処理圧力例えば1333Pa(10Torr)以下の所定の圧力に調整され、また載置台62に内蔵されているヒータ62a(図1参照)によりウエハWが例えば200〜600℃の間で設定された処理温度に加熱される。そして上記の処理圧力に調整しながらガス供給管5から第2の原料ガスであるアンモニアガスを第2の反応容器31内に供給すると共にエキシマーランプ34からエキシマー光(真空紫外線)をウエハWに照射する。ウエハW表面には、載置台62内のヒータ62aの加熱による熱エネルギーに加えてエキシマー光による光エネルギーが与えられるので、図4(b)に示すように、ジクロロシランの分子とアンモニアの分子とが反応して窒化シリコン(SixNy)の単分子層が生成されると共に、塩化アンモニウム(NH4Cl)が副生成する。
【0026】
しかる後アンモニアガスの供給を止め、ガス供給管5からパージガスである不活性ガス例えば窒素ガスを30秒間反応容器31内に供給してから、窒素ガスの供給を止めて真空ポンプ8により引き切り状態とする。次いで図6(a)に示すように搬送手段60を下降させ更に第1の反応容器21の下方側まで水平移動させた後、蓋体36を上昇させて第2の反応容器31の開口部35を閉じる。
【0027】
以上の工程によりウエハWの表面に窒化シリコンの単分子膜が成膜された後、ジクロロシランガスの吸着工程及びアンモニアガスの反応工程のサイクルを複数回繰り返して窒化シリコン分子を積層し、所定の膜厚例えば1nm〜50nmの厚さの窒化シリコン膜が得られる。なお上記のサイクルは複数回行ってもよいが、1回のみ行ってウエハWを搬出してもよく、そのサイクル数は、要求される膜厚に応じて設定される。ウエハWに対して所定のサイクル数が実行された後、図6(b)に示すようにゲートバルブG1が開かれ、搬送手段60に載置されているウエハWは搬送アーム71により予備室72内に搬出され、既述と逆の工程によりキャリアC内に戻される。
【0028】
搬送室60及び予備室71の間でウエハWの搬送を行うときの雰囲気については、上述の例に限らず、例えば搬送室60及び予備室71を窒素ガスによる大気圧雰囲気としてもよく、この場合搬送室6内にウエハWが搬入されてゲートバルブG1が閉じられた後、搬送室6内を真空引きすればよい。
【0029】
上述の実施の形態によれば、エキシマーランプ34による光エネルギーにより、ジクロロシランとアンモニアとの反応を促進させて窒化シリコン膜を成膜するようにしている。つまり反応に必要なエネルギーの一部を光エネルギーによりアシストしているため、加える熱エネルギーがその分少なくて済み、結果として処理温度を低くすることができる。このため半導体製造工程において前工程で形成された膜に対して熱履歴の影響を抑えることができると共に、電極材料として融点の低い材料を用いることができることからデバイス設計の自由度が大きくなる。
【0030】
そしてウエハWの表面へのジクロロシランの吸着を第1の反応容器21で行い、光エネルギーのアシストによるアンモニアとジクロロシランとの反応を第2の反応容器31で行っているので、第2の反応容器31においてはウエハW上でしか成膜がされず、またアンモニアはそれ自体では成膜が起こらないので、この結果エキシマーランプ34の光が透過する光透過窓30には成膜されない。従って処理を繰り返し行っても、予定としている光強度で光エネルギーをウエハWの表面に供給することができる。またプラズマを用いずに光エネルギーにより成膜をアシストしていることからウエハWの表面に対するダメージは実質全くない。
【0031】
本発明の成膜装置は上述の構成に限らず例えば図7に示すように構成してもよい。この例では第1の反応部2及び第2の反応部3を上下に配置し、第1の反応容器21及び第2の反応容器31の側面にウエハWの搬送口24、37を夫々形成してゲートバルブG3、G4により開閉するように構成されている。また第1の反応容器21及び第2の反応容器31に隣接して搬送室9が設けられ、この搬送室9内には、昇降自在な例えば多関節アームからなる搬送手段90が設けられている。この装置においては、図示しない予備室から搬送手段90にウエハWが受け渡された後、搬送手段90から第1の反応容器21内の載置台25に受け渡され、ここで処理されたウエハWは搬送手段90により第2の反応容器31内の載置台38に搬送されて処理されることとなる。
【0032】
窒化シリコン膜を生成するための第1の原料ガスとしては、ジクロロシランガスの他、テトラクロロシラン(SiCl4)ガス、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)ガス、ビスターシャルブチルアミノシラン(C8H22N2Si)ガスなどを用いることができる。また本発明は窒化シリコン膜を成膜することに限らず、他の薄膜を成膜する場合にも適用できる。具体例を挙げれば、第1の原料ガスとしてTEOS(テトラエチルシリケート:Si(OC2H5)4)を用いると共に、第2の原料ガスとして酸素ガスを用い、ウエハ上にシリコン酸化膜(SiO2膜)を成膜するプロセス、
第1の原料ガスとして四塩化チタン(TiCl4)ガスを用いると共に第2の原料ガスとしてアンモニアガスを用い、ウエハ上にチタンナイトライド(TiN)膜を成膜するプロセス、
第1の原料ガスとして四塩化チタン(TiCl4)ガスを用いると共に第2の原料ガスとして水素(H2)ガスを用い、ウエハ上にチタン(Ti)膜を成膜するプロセス、などである。
【0033】
なお第1の原料ガスは、そのガス単独で成膜が行われるガスであってもよいが、第2の原料ガスとしては、光透過窓30への反応生成物の堆積を防止するためにアンモニアガスや酸素ガスなどのようにそのガス単独では成膜が行われないガスであることが必要である。また第1の反応容器21内にて第1の原料ガスをウエハWの表面に物理吸着させるにあたっては、必ずしもウエハWを加熱しなくてもよく、また第2の反応容器31内においては、光エネルギーと加熱エネルギーとを併用せずに光エネルギーのみをウエハW表面に与えるようにしてもよい。なお被処理体としてはウエハに限らず例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板などであってもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、原料ガスを用いて被処理体上に成膜するにあたって光エネルギーにより反応を促進させるようにしているため、基板の加熱温度を低くすることつまり成膜温度の低温化を図ることができ、またプラズマ照射などに比べて被処理体の表面の損傷が抑えられる。更にまた原料ガスを基板に吸着させるための反応室と光エネルギーを基板に照射して反応生成物を得るための反応室とを別々に設けているため、光透過窓が成膜されて光の透過が妨げられるという不具合がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。
【図2】上記の成膜装置に用いられる搬送手段を示す斜視図である。
【図3】上記の成膜装置において、第1の反応室内にウエハを搬入する様子を示す説明図である。
【図4】第1の反応室における基板表面の状態及び第2の反応室における基板表面の状態を模式的に示す説明図である。
【図5】上記の成膜装置において、第1の反応室から第2の反応室にウエハを搬送する様子を示す説明図である。
【図6】上記の成膜装置において、第1の反応室から第2の反応室にウエハを搬送する様子を示す説明図である。
【図7】本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す断面図である。
【図8】従来の熱処理装置を示す略解構成図である。
【符号の説明】
W 半導体ウエハ
2 第1の反応部
21 第1の反応容器
22 開口部
23 蓋体
24 開口部
25 載置台
3 第2の反応部
30 光透過窓
34 エキシマランプ
35 開口部
36 蓋体
37 開口部
38 載置台
4 ガスシャワーヘッド
5 ガス供給管
6 搬送室
60 搬送手段
61 蓋体
62 載置台
71 予備室
72 搬送アーム
73 キャリア室
C キャリア
81〜84 排気管
9 搬送室
91 搬送手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film on an object to be processed by reaction of a source gas.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor devices have adopted a multi-layered structure along with higher integration, and are becoming thinner and finer. Therefore, the heat history for the film formed in the previous process is minimized in the heat treatment process in the semiconductor manufacturing process. In order to achieve this, lower temperatures are required. For example, a diffusion layer for diffusing impurities is formed between the source and drain of the CMOS, and this diffusion layer tends to become shallower. However, if the process temperature is high in the subsequent heat treatment process, the diffusion layer is re-diffused by heat. The depth becomes larger than the design value. Further, although it is considered to use nickel as an electrode material for some devices, since the melting point of nickel is low, realization of a low temperature process is demanded.
[0003]
For example, a silicon nitride film is a promising gate insulating film because it has a high relative dielectric constant, and even if the physical film thickness is large, it can provide the same electrical characteristics as a silicon oxide film and has a large effect of preventing leakage current. is there. This silicon nitride film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) by, for example, reacting dichlorosilane gas and ammonia gas at a process temperature of about 770 ° C. in a reduced pressure atmosphere (for example, Patent Document 1). However, it is necessary to develop a technique for lowering the film forming process temperature due to the above-described circumstances.
[0004]
On the other hand, for example, an apparatus shown in FIG. 8 has been proposed. The apparatus includes a
[0005]
[Patent Document 1] JP 2001-308085 A: Paragraph 0018
[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2002-305153: Paragraph 0029, FIG.
[Problems to be solved by the invention]
However, the apparatus shown in FIG. 9 can be applied as long as the reaction is such that silicon on the surface of the
[0006]
The present invention has been made under such a background. The purpose of the present invention is to reduce the film forming temperature by using light energy, and to prevent light transmission by film formation in the light transmission window. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus and a film forming method free from defects.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A film forming apparatus according to the present invention includes a first reaction container into which an object to be processed is carried, and a first gas supply unit that supplies a first source gas into the first reaction container, A first reaction section for adsorbing molecules of the first source gas on the surface of the object to be processed;
A second reaction container into which the object to be processed that has been processed in the first reaction section is carried, and a second source gas that is not formed by the gas alone, are supplied into the second reaction container. A second gas supply unit that supplies the light to the surface of the object to be processed, and a light irradiation unit that applies light energy to the surface of the object to be processed, and the first source gas molecules adsorbed on the surface of the object to be processed and the second A second reaction part that reacts the source gas molecules with the light energy to obtain a reaction product;
Transporting means for transporting the object processed in the first reaction section to the second reaction section.
[0008]
In the present invention, “reacting with light energy to obtain a reaction product” means to include a case where a reaction product is obtained using light energy together with other energy such as thermal energy. In the present invention, the object to be processed carried into the first reaction unit may be heated by the heating means, or the object to be treated carried into the second reaction unit may be heated by the heating means. It may be. The transport means includes a mounting unit on which a target object is mounted and placed in a processing atmosphere in the first reaction container or a processing atmosphere in the second reaction container, and the mounting part is used as the first reaction container. It is good also as a structure provided with the drive mechanism moved between the 1st and 2nd reaction container, and the seal part which airtightly blocks the opening part of the 1st reaction container or the opening part of the 2nd reaction container.
[0009]
In the present invention, for example, a first shutter mechanism that hermetically closes the opening of the first reaction vessel and a second shutter mechanism that hermetically closes the opening of the second reaction vessel are provided. The second source gas may be supplied to the object to be processed in the first reaction part instead of being supplied to the object to be processed in the second reaction part. Thus, the molecules of the first source gas and the molecules of the second source gas are adsorbed on the surface of the object to be processed.
[0010]
According to the present invention, since the reaction is promoted by light energy, the film formation temperature can be lowered. In addition, since a reaction vessel for applying light energy is provided separately from the reaction vessel for adsorbing the raw material gas, there is no problem that the light transmission window is formed to prevent the transmission of light.
[0011]
A film forming method according to the present invention includes a step of carrying an object to be processed into a first reaction vessel,
Supplying a first source gas into the first reaction vessel to adsorb molecules of the first source gas on the surface of the object to be processed;
Next, a step of conveying the object to be processed from the first reaction container into the second reaction container;
A first raw material gas that is not formed by the gas alone is supplied into the second reaction vessel and light energy is applied to the surface of the object to be processed, and is adsorbed on the surface of the object to be processed. A step of reacting the molecules of the source gas and the molecules of the second source gas with the light energy to obtain a reaction product,
A series of steps including the steps described above is performed at least once.
[0012]
As an example of the step of transporting the object to be processed from the first reaction container into the second reaction container, the opening of the first reaction container is opened by the first shutter mechanism and the object to be treated is removed from the first reaction container. A step of unloading the processing object and a step of closing the opening of the second reaction container by the second shutter mechanism after the object to be processed is loaded into the second reaction container are included.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a film forming apparatus of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus includes a
[0014]
The
[0015]
Further, light irradiation means 32 is provided on the upper part of the
[0016]
Below the
[0017]
Further, in the
[0018]
The
[0019]
Further,
[0020]
Furthermore,
[0021]
Next, the operation of the above film forming apparatus will be described. First, a carrier C in which a plurality of substrates to be processed, for example, wafers W are stored, is carried into the
[0022]
Thereafter, as shown in FIG. 3A, the gate valve G1 is opened, and the
[0023]
Thus, when the wafer W is loaded into the
[0024]
Thereafter, the supply of dichlorosilane gas is stopped, and an inert gas such as nitrogen gas, such as nitrogen gas, is supplied from the
[0025]
Thus, when the wafer W is loaded into the
[0026]
Thereafter, the supply of ammonia gas is stopped, and an inert gas such as nitrogen gas, for example, nitrogen gas, is supplied from the
[0027]
After the monolayer film of silicon nitride is formed on the surface of the wafer W by the above steps, the cycle of the adsorption process of dichlorosilane gas and the reaction process of ammonia gas is repeated a plurality of times to stack silicon nitride molecules, and a predetermined film A silicon nitride film having a thickness of, for example, 1 nm to 50 nm is obtained. Although the above cycle may be performed a plurality of times, the wafer W may be carried out only once and the number of cycles is set according to the required film thickness. After a predetermined number of cycles have been executed for the wafer W, the gate valve G1 is opened as shown in FIG. 6B, and the wafer W placed on the transfer means 60 is transferred to the
[0028]
The atmosphere when the wafer W is transferred between the
[0029]
According to the embodiment described above, the silicon nitride film is formed by promoting the reaction between dichlorosilane and ammonia by the light energy from the
[0030]
Since the adsorption of dichlorosilane to the surface of the wafer W is performed in the
[0031]
The film forming apparatus of the present invention is not limited to the above-described configuration, and may be configured as shown in FIG. In this example, the
[0032]
As the first source gas for generating the silicon nitride film, tetrachlorosilane (SiCl4) gas, hexachlorodisilane (Si2Cl6) gas, Vistabutylbutylaminosilane (C8H22N2Si) gas, or the like can be used in addition to dichlorosilane gas. The present invention is not limited to the formation of a silicon nitride film, but can be applied to the case of forming other thin films. As a specific example, TEOS (tetraethyl silicate: Si (OC2H5) 4) is used as the first source gas and oxygen gas is used as the second source gas to form a silicon oxide film (SiO2 film) on the wafer. Filming process,
A process of forming a titanium nitride (TiN) film on the wafer using titanium tetrachloride (TiCl4) gas as the first source gas and ammonia gas as the second source gas;
A process of forming a titanium (Ti) film on a wafer by using titanium tetrachloride (TiCl4) gas as the first source gas and hydrogen (H2) gas as the second source gas.
[0033]
The first source gas may be a gas for forming a film by itself, but the second source gas may be ammonia in order to prevent reaction products from being deposited on the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the reaction is promoted by light energy when forming a film on a target object using a source gas, the heating temperature of the substrate is lowered, that is, the film forming temperature is reduced. The temperature can be lowered, and damage to the surface of the object to be processed can be suppressed as compared with plasma irradiation or the like. Furthermore, since a reaction chamber for adsorbing the source gas to the substrate and a reaction chamber for irradiating the substrate with light energy to obtain a reaction product are separately provided, a light transmission window is formed and light is transmitted. There is no problem that transmission is hindered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a transfer unit used in the film forming apparatus.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a wafer is carried into a first reaction chamber in the film forming apparatus.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a state of a substrate surface in a first reaction chamber and a state of a substrate surface in a second reaction chamber.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which a wafer is transferred from a first reaction chamber to a second reaction chamber in the film forming apparatus.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a wafer is transferred from a first reaction chamber to a second reaction chamber in the film forming apparatus.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
Claims (12)
この第1の反応部にて処理が行われた被処理体が搬入される第2の反応容器と、そのガス単独では成膜が行われない第2の原料ガスを前記第2の反応容器内に供給する第2のガス供給部と、光エネルギーを被処理体の表面に与える光照射手段と、を備え、被処理体の表面に吸着されている第1の原料ガスの分子と第2の原料ガスの分子とを、前記光エネルギーにより反応させて反応生成物を得る第2の反応部と、
前記第1の反応部にて処理された被処理体を第2の反応部に搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置。A first reaction container into which the object to be processed is carried, and a first gas supply unit for supplying a first source gas into the first reaction container, and a first gas is provided on the surface of the object to be processed. A first reaction section for adsorbing source gas molecules;
A second reaction container into which the object to be processed that has been processed in the first reaction section is carried, and a second source gas that is not formed by the gas alone, are supplied into the second reaction container. A second gas supply unit that supplies the light to the surface of the object to be processed, and a light irradiation unit that applies light energy to the surface of the object to be processed, and the first source gas molecules adsorbed on the surface of the object to be processed and the second A second reaction part that reacts the source gas molecules with the light energy to obtain a reaction product;
A film forming apparatus comprising: a transport unit configured to transport the object processed in the first reaction unit to the second reaction unit.
前記第1の反応容器内に第1の原料ガスを供給して被処理体の表面に第1の原料ガスの分子を吸着させる工程と、
次いで前記被処理体を第1の反応容器から第2の反応容器内に搬送する工程と、
そのガス単独では成膜が行われない第2の原料ガスを前記第2の反応容器内に供給すると共に光エネルギーを被処理体の表面に与え、被処理体の表面に吸着されている第1の原料ガスの分子と第2の原料ガスの分子とを、前記光エネルギーにより反応させて反応生成物を得る工程と、を備え、
上述の各工程からなる一連の工程を少くとも1回以上行うことを特徴とする成膜方法。Carrying the object to be processed into the first reaction vessel;
Supplying a first source gas into the first reaction vessel to adsorb molecules of the first source gas on the surface of the object to be processed;
Next, a step of conveying the object to be processed from the first reaction container into the second reaction container;
A first raw material gas that is not formed by the gas alone is supplied into the second reaction vessel and light energy is applied to the surface of the object to be processed, and is adsorbed on the surface of the object to be processed. A step of reacting the molecules of the source gas and the molecules of the second source gas with the light energy to obtain a reaction product,
A film forming method characterized in that a series of steps including the steps described above is performed at least once.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2010103484A (en) * | 2008-09-29 | 2010-05-06 | Adeka Corp | Semiconductor device, apparatus and method for manufacturing the same |
JP2012503338A (en) * | 2008-09-19 | 2012-02-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | CVD reactor having a plurality of processing levels and a biaxial motor lift mechanism |
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2003
- 2003-06-24 JP JP2003179064A patent/JP2005019499A/en active Pending
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