TW202100788A - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題為在使用使原料氣化而生成的原料氣體來於處理容器內的基板形成特定膜之成膜裝置中，即便在低壓下而仍可進行適當的排氣來進行適當的成膜處理。

其解決手段為一種成膜裝置，係於基板形成特定膜之成膜裝置，具有：處理容器，係構成為可減壓，且被導入有使液體原料或固體原料經氣化而生成的成膜原料氣體；載置台，係設置於該處理容器內來載置該基板；以及收納體，係設置於該處理容器的下方，且和該處理容器的底部所設置之排氣口相通；該收納體係具有會收納該載置台的支撐組件之收納部，以及設置於該收納部的側部並開口於該收納部內，且和排氣裝置相通之分歧管部；該處理容器內之該載置台的下面側係形成有可供該載置台上的氛圍從該載置台的周緣部外側流入之排氣空間；該收納部的水平剖面積係小於該排氣空間的水平剖面積；該收納部之入口的剖面積係小於該收納部之出口的剖面積。

Description

成膜裝置及成膜方法
本揭示係關於一種成膜裝置及成膜方法。
專利文獻1中係記載一種化學氣相沉積裝置，其特徵為係在具備反應室、真空排氣裝置、以及連結該反應室與該真空排氣裝置的分歧管之減壓化學氣相沉積裝置(LPCVD裝置)中，會使得該反應室與該分歧管間的傳導率較該真空排氣裝置的排氣速度要來得充分大。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001-257171號公報
本揭示相關之技術係在使用使原料氣化而生成的原料氣體來於處理容器內的基板形成特定膜之成膜裝置中，即便在低壓下而仍可進行適當的排氣來進行適當的成膜處理。
本揭示之一樣態係於基板形成特定膜之成膜裝置，具有：處理容器，係構成為可減壓，且導入有液體原料或固體原料經氣化而生成的成膜原料氣體；載置台，係載置該處理容器內所設置之該基板；以及收納體，係設置於該處理容器的下方，且和該處理容器的底部所設置之排氣口相通；該收納體係具有會收納該載置台的支撐組件之收納部，以及設置於該收納部的側部，並開口於該收納部內且和排氣裝置相通之分歧管部；該處理容器內之該載置台的下面側係形成有可供該載置台上的氛圍從該載置台上的緣部外側流入之排氣空間；該收納部的水平剖面積係小於該排氣空間的水平剖面積；該收納部之入口的剖面積係小於該收納部之出口的剖面積。
依據本揭示相關之技術，便可在使用使得原料氣化而生成的原料氣體來於處理容器內的基板形成特定膜之成膜裝置中，即便在低壓下而仍可進行適當的排氣來進行適當的成膜處理。
1:成膜裝置
10:處理容器
11:側壁
12:底壁
12a:排氣口
13:頂壁
13a:隔壁
20:原料氣體供應機構
21:供應管
22:供應部
23:閥
24:妨礙板
30:載置台
31:支撐組件
31a:凸緣
32:升降機構
33:伸縮管
40:收納體
41:收納部
41a:環狀部
41c:底壁
41d:開口端部
41e:擴大開口部
42:分歧管部
42a:入口開口部
42b:出口開口部
42c:開口端部
43:APC閥
44:排氣裝置
A、B:容積
E:排氣空間
K:間隙
S:處理空間
W:晶圓
100:控制部
圖1係概略顯示實施型態相關之成膜裝置的構成概略之說明圖。
圖2為圖1的成膜裝置中之收納體的立體圖。
圖3係概略顯示圖2之收納體的平面之說明圖。
圖4係概略顯示收納體之其他範例的平面之說明圖。
在半導體元件之製造工序中，會對半導體晶圓(以下稱作「晶圓」。)重複進行用以形成金屬膜等特定膜之成膜處理等各種處理，藉此於晶圓上製造出所需的半導體元件。
然而，在成膜處理中，會有加熱固體原料或液體原料來使其氣化而成為成膜原料氣體的情況。例如，在形成釕(Ru)膜的情況，係加熱為固體原料之Ru3(CO)12來使其昇華，並藉由載置氣體來將所生成的原料氣體導入成膜裝置的處理容器內。
關於這一點，專利文獻1所揭示之技術中已揭露一種化學氣相沉積裝置，如前述般，其特徵為係在具備反應室、真空排氣裝置、以及連結該反應室與該真空排氣裝置的分歧管之減壓化學氣相沉積裝置(LPCVD裝置)中，會使得該反應室與該分歧管間的傳導率較該真空排氣裝置的排氣速度要來得充分大。然而，作為實現此之裝置構成，僅是記載了分歧管與圓筒形反應爐並未被加以區隔而成為一體，且係透過閘閥及傳導閥來被直接安裝在分歧管，並經由渦輪分子幫浦及旋轉幫浦來被排氣之構成。
上述般專利文獻1所揭示之技術為一種將複數基板載置於上下方向之批次式處理裝置，基板的加熱係取決於反應爐的外側所設置之加熱器。又，專利文獻1所揭示之技術的裝置並未具有能夠讓基板上下地升降之功能，而僅僅是將基板載置於一般來說被稱作晶舟之具有複數槽縫的開放容器。
上述專利文獻1所揭示之技術並無法直接應用在一片片地個別進行處理之單片式成膜裝置。對於單片式成膜裝置來說，處理的均勻性極為重要，例如於晶圓等基板形成釕(Ru)膜之情況，已被要求將基板載置於內建有加熱器之載置台上，並從基板的正上方來供應原料氣體，且從基板的周緣部來均等地排氣等，而關於排氣亦被要求要能夠均勻地進行。並且，前述載置台為了進行基板的搬出入，而必須於載置台下面側設置有上下升降機構，如此便會難以將專利文獻1揭示的技術直接應用在上述般之裝置構成，又，依然殘存著均勻地排氣之課題。
本揭示之技術係在上述般之單片式成膜裝置中，即便是使處理容器內為例如1Torr以下的低壓下，而仍可進行均勻的排氣，來進行適當的成膜處理。
以下，便針對本實施型態相關之成膜裝置及成膜方法，參見圖式來加以說明。此外，本說明書及圖式中，針對實質具有相同的功能構成之要素係賦予相同的符號而省略重複說明。
圖1係概略顯示本實施型態相關之成膜裝置1的構成概略之說明圖，係以剖面來顯示成膜裝置1的一部分。本實施型態之成膜裝置1係構成為使用為固體原料之Ru3(CO)12來作為成膜原料，以於作為基板之晶圓W上形成Ru膜。
如圖1所示，成膜裝置1係具有構成為可減壓且會收納作為基板的晶圓W之處理容器10，以及將成膜原料氣體供應至處理容器10之原料氣體供應機構20。
處理容器10係使用例如金屬材料(例如鋁合金)來將其內部構成為圓筒狀。處理容器10的側壁11係設置有晶圓W的搬出入口(圖中未顯示)，該搬出入口係設置有會開閉該搬出入口之閘閥(圖中未顯示)。
原料氣體供應機構20係具有會儲存前述固體原料之原料槽。然後，使得該原料槽內所儲存之固體原料昇華而成為氣體，並連同載置氣體(例如CO)一起通過供應管21，而從處理容器10內的上方中心所設置之供應部22來供應至處理容器10內。供應管21係設置有閥23。又，供應管21係設置有用以將供應管21內的原料氣體維持在特定溫度之加熱機構(圖中未顯示)。
處理容器10內係設置有會水平地載置晶圓W且俯視觀看下呈圓形之載置台30。載置台30的內部係設置有用以加熱晶圓W之加熱器(圖中未顯示)或冷卻器的流道(圖中未顯示)。載置台30的下面側中央部係設置有用以支撐載置台30且穿插處理容器10之底壁12中央所形成的排氣口12a之支撐組件31。
支撐組件31的下端係連接於升降機構32。藉由後述控制部100所控制之升降機構32的驅動，則載置台30便可在上方的第1位置與下方的第2位置間上下地移動。圖1係顯示載置台位在第1位置之狀態。
前述第1位置為對晶圓W進行成膜處理之處理位置。藉由位在處理位置之載置台30與從處理容器10的頂壁13而延伸於載置台30的周緣部之環狀隔壁13a，則載置台30的上側便會形成有處理空間S。此外，當載置台30位在處理位置時，載置台30的上面周緣部與隔壁13a的下面之間會形成有環狀的間隙K，處理空間S內的氛圍會透過此間隙K而從載置台30的下面側被排氣。
前述第2位置為在會從處理容器10所設置之前述搬出入口(圖中未顯示)進入至處理容器10內之晶圓W的搬送機構(圖中未顯示)與載置台30的下方所設置之升降銷(圖中未顯示)之間傳遞晶圓W時，載置台30會待機之待機位置。
處理容器10內之載置台30的上方係與載置台30呈平行地設置有妨礙板24，來作為會在處理空間S內形成原料氣體的流動之氣流形成組件。妨礙板24為會將處理空間S上下地區隔之組件，且被支撐在支撐組件(圖中未顯示)。藉由此妨礙板24，則從頂壁13的中央所設置之前述供應部22被供應之原料氣體便會在沿著妨礙板24的上面朝外側移動後，從妨礙板24外側的部分移動至下側，並朝載置台30上之晶圓W的上面方向流動。
排氣口12a係設置有圖2亦有顯示般之收納體40。更詳細地敘述，該收納體40係具有會收納支撐組件31之收納部41，以及與收納部41成為一體之分歧管部42。然後，收納部41上面的環狀部41a係與底壁12之排氣口12a的周邊部氣密地連接。
分歧管部42的入口開口部42a從正面觀看為矩形，係開口於收納部41內。分歧管部42的出口開口部42b為圓形。分歧管部42的出口開口部42b係設置有具有作為壓力調整閥的功能之APC閥43。APC閥43係具備自動壓力調整功能及阻隔功能，會依據來自後述控制部100的控制訊號來控制該APC閥43的開合度且控制排氣流量等。本實施型態中，APC閥43係使用直徑為200mm且容許差壓為7.0Torr者。APC閥43的後段側係連接有排氣裝置44。可使用例如渦輪分子幫浦來作為排氣裝置44。本實施型態中係使用具有1500L/s的能力之渦輪分子幫浦。
在收納部41之底壁41c的外側處，支撐組件31係設置有凸緣31a。然後，該凸緣31a的上面與收納部41之底壁41c的下面之間係圍繞支撐組件31的外周般地設置有伸縮管33。藉由此伸縮管33，便不會在收納部41的底壁41c處之支撐組件31的貫穿部分失去氣密性。
上述構成相關之成膜裝置1中，收納部41的水平剖面積係設定為較排氣空間E的水平剖面積要來小。例如，收納部41的水平剖面積為排氣空間E之水平剖面積的50%以下之面積，更佳為25%至35%。又，本實施型態中，處理容器10的底壁12中央所形成之排氣口12a與收納部41的水平剖面積係相同
然後，成膜裝置1之收納體40中，收納部41的入口剖面積係小於收納部41的出口剖面積，亦即小於分歧管部42之入口開口部42a的面積。換言之，分歧管部42的入口剖面積(入口開口部42a的面積)係設定為較收納部41的入口剖面積要來得大。此外，圖3所示之分歧管部42的容積B係具有與收納部41的容積A相同或以上的大小。亦即，容積B≧容積A。
甚者，本實施型態相關之成膜裝置1中，如圖3所示般地，收納部41的入口處之分歧管部42側的開口端部41d，與分歧管部42的出口(亦即，位在APC閥43側的出口開口部42b處之最靠近收納部41的開口端部42c)在俯視觀看下係位在同一直線上。
然後，收納部41的入口形狀係如圖3所示般地在俯視觀看下為非正圓形，且於分歧管部42側具有擴大開口部41e。亦即，係具有於圍繞支撐組 件31之大約3/4圓形的開口形成有朝分歧管部42側突出之擴大開口部41e，而整體地為非正圓形之入口形狀。
上述方式所構成之成膜裝置1係設置有控制部100。控制部100係由具有例如CPU或記憶體等之電腦所構成，且具有程式儲存部(圖中未顯示)。程式儲存部亦儲存有用以控制APC閥43或閥23等來實現成膜裝置1中的晶圓處理之程式。此外，上述程式亦可為被記錄在能夠讓電腦讀取的記憶媒體之程式，且由該記憶媒體被安裝在控制部100之程式。又，程式的一部分或全部亦可藉由專用硬體(電路基板)來實現。
接下來，針對使用成膜裝置1所進行之對於晶圓W的成膜處理來加以說明。
首先，在使閥23及APC閥43成為關閉狀態之狀態下來測量處理容器10內的壓力，並依據該測量結果來調整APC閥43的開合度，以使處理容器10內成為特定壓力(例如7Torr~10Torr)。在此狀態下，打開處理容器10之晶圓W的搬出入口(圖中未顯示)所設置之閘閥(圖中未顯示)，並從鄰接於處理容器10之真空氛圍的搬送室(圖中未顯示)透過上述搬出入口來使保持著晶圓W之搬送機構(圖中未顯示)進入至處理容器10內。
然後，將晶圓W搬送至位在前述待機位置之載置台30的上方。接著，將晶圓W傳遞至上升後之升降銷(圖中未顯示)上後，便使上述搬送機構從處理容器10退出並關閉上述閘閥。與此同時，進行上述升降銷的下降及載置台30的上升來將晶圓W載置於載置台30上，並使載置台30朝前述處理位置移動，而於晶圓W的上方形成有處理空間S。
接下來，藉由載置台30所設置之加熱器(圖中未顯示)來將晶圓W加熱至特定溫度(例如120~300℃，較佳為130~250℃)。當晶圓W的溫度到達該特定溫度後，便調整APC閥43的開合度來將處理容器10內減壓至特定的處理壓力，例如0.013Pa~133.3Pa(0.1mTorr~1Torr)，較佳為1.3Pa~66.5Pa(10mTorr~500mTorr)。
當處理容器10內之減壓完成後，便調整閥23、APC閥43的開合度來使朝處理容器10內的處理空間S之成膜原料氣體(即Ru3(CO)12)的供應以特定流量(例如0.1sccm~3.0sccm，較佳為0.2sccm~1.0sccm)流動。又，亦一起 使載置氣體(即CO)以10sccm~300sccm流動。藉此，朝晶圓W上之Ru膜的形成便會開始。然後當Ru膜的形成完成後，以和上述相反的步驟順序進行閥操作來將晶圓W從處理容器10搬出。
然後，成膜處理中，處理容器10中之氣流的流動會成為圖1之箭頭所示般。亦即，會從載置台30的上面周緣部與隔壁13a的下面間之環狀間隙K流入至下方，並暫時聚集在排氣空間E。之後，會從水平剖面積小於排氣空間E之排氣口12a而朝收納體40之收納部41的入口流動。
此時，由於排氣口12a及收納部41的入口係位在排氣空間E的中心，故從間隙K流往排氣空間E時便會從載置台30的周緣部被均勻地排氣。然後，暫時聚集在排氣空間E後，會朝排氣口12a及收納部41的入口集中而被排氣。接著，流入至收納部41內的排氣會流往分歧管部42內。
然後，由於分歧管部42的入口剖面積(入口開口部42a的面積)係設定為較收納部41的入口剖面積要來得大，故收納部41內的氛圍流入至分歧管部42內時的傳導率便會較大。因此，即便低壓下而仍可進行適當的排氣來進行適當的成膜處理。並且，前述實施型態中，分歧管部42的容積B係設定為較收納部41的容積A要來得大。於是，收納部41內的氛圍便可極為圓滑地朝APC閥43及排氣裝置44流動。於是，便可容易地使處理容器內10的處理空間S內較過去而成為更低的壓力。
然後，由於收納部41的入口形狀在俯視觀看下係整體地呈非正圓形，且於分歧管部42側具有擴大開口部41e，故可配合分歧管部42之入口開口部42a的形狀來使收納部41之入口形狀的傳導率增大。當然，收納部41的入口形狀並未侷限於此，而亦可配合分歧管部42之入口開口部42a的形狀來採用任意的擴大開口部41e。
又再者，本實施型態相關之成膜裝置1中，朝收納部41內的入口處之分歧管部42側的開口端部41d與分歧管部42的出口(亦即，位在APC閥43側的出口開口部42b處之最靠近收納部41的開口端部42c)在俯視觀看下係位在同一直線上。因此，從收納部41內朝分歧管部42、APC閥43、排氣裝置44被排氣時的傳導率作為採用APC閥43、排氣裝置44並非位在收納部41的正下方之構成的收納體40便會最大限度地變大。
上述情況下，如圖4所示般地，亦可使分歧管部42的出口(亦即，位在APC閥43側的出口開口部42b處之最靠近收納部41的開口端部42c)會位在較朝收納部41內的入口處之分歧管部42側的開口端部41d更為靠近收納部41。亦即，亦可如圖4所示般地使分歧管部42中的開口端部42c在俯視觀看下會位在收納部41內的入口內。藉此，便可更加地使排氣時的傳導率增大，從而可進行低壓力的成膜處理。
然後，以前述條件來對晶圓W的表面進行Ru的成膜處理後，便可較過去100mTorr左右的一般Ru成膜處理更為提高Ru的沉積率。又，晶圓W表面之Ru膜的膜厚均勻性會良好。推測這是因為來自處理空間S的排氣暫時聚集在排氣空間E後，會朝向位在排氣空間E的正下方且水平剖面積小於排氣空間E之排氣口12a及收納部41的入口集中地被排氣，之後再從收納部41朝更大容積的分歧管部42內流動之緣故。
此外，本實施型態中，可由成膜處理前的準備階段之處理容器內壓力(7Torr~10Torr)來正確地控制成膜處理時的壓力(0.1mTorr~1Torr)。此外，可藉由會小於一般APC閥43的額定最大開合度(保證控制之開合度，即50%)之30%來實現。此係藉由將分歧管部42的入口剖面積(入口開口部42a的面積)設定為會較實施型態相關之收納體40的構造(即收納部41的入口剖面積)要來得大，且將分歧管部42的容積B設定為會較收納部41的容積A要來得大而獲得的結果。
又，由於前述實施型態中所採用之收納體40只要是連接於在載置台的下方具有升降機構等之成膜裝置中之處理容器底部的排氣口即可，故不須將既有裝置做很大的改變即可實現。亦即，由於只要將既有的這類成膜裝置之處理容器底部的排氣口所連接之排氣管卸下再連接收納體40即可，故實用性極佳。
以上的說明中，相對於Ru膜，雖係使用Ru3(CO)12來作為之固體原料，但亦可為其他固體原料。又，本發明亦可應用於取代固體原料而使用液體原料之低壓的成膜製程。固體原料係指在大氣壓、室溫下為固體之原料，液體原料係指在大氣壓、室溫下為液體之原料。
以上的範例雖為成膜出Ru膜之範例，但本揭示相關之技術亦可應用於使用了將固體原料或液體原料氣化而生成的原料氣體來形成其他膜之裝置。
又，以上的說明中，雖係使用CO氣體來作為載置氣體，但亦可使用Ar氣體等稀有氣體或N2等非活性氣體。另外，可藉由使用CO氣體來防止原料氣體的分解。
本說明書所揭示之實施型態應被認為所有要點僅為例示而非用以限制本發明之內容。上述實施型態可在未背離添附的申請專利範圍及其要旨之範圍內，而以各種型態來做省略、置換或變更。
此外，下述般構成亦屬於本揭示之技術範圍。
(1)一種成膜裝置，係於基板形成特定膜之成膜裝置，具有：
處理容器，係構成為可減壓，且被導入有使液體原料或固體原料經氣化而生成的成膜原料氣體；
載置台，係設置於該處理容器內來載置該基板；以及
收納體，係設置於該處理容器的下方，且和該處理容器的底部所設置之排氣口相通；
該收納體係具有會收納該載置台的支撐組件之收納部，以及設置於該收納部的側部並開口於該收納部內，且和排氣裝置相通之分歧管部；
該處理容器內之該載置台的下面側係形成有可供該載置台上的氛圍從該載置台的周緣部外側流入之排氣空間；
該收納部的水平剖面積係小於該排氣空間的水平剖面積；
該收納部之入口的剖面積係小於該收納部之出口的剖面積。
(2)如(1)所記載之成膜裝置，其中朝該收納部內的入口處之該分歧管部側的端部與該分歧管部之出口之該收納部側的端部在俯視觀看下係位在同一直線上；
抑或，該分歧管部之出口之該收納部側的端部係位在會較朝該收納部內的入口處之該分歧管部側的端部更為靠近該收納部。
(3)如(1)或(2)任一者之成膜裝置，其中該收納部之水平剖面積在該排氣空間之水平剖面積比下為50%以下。
(4)如(1)~(3)任一者所記載之成膜裝置，其中該分歧管部的容積為與該收納部的容積相同或其以上之大小。
(5)如(1)~(4)任一者所記載之成膜裝置，其中該收納部的入口形狀為非正圓形，且於該分歧管部側具有擴大開口部。
(6)如(1)~(5)任一者所記載之成膜裝置，其中該成膜原料氣體為使釕昇華後的氣體。
(7)一種成膜方法，係使用如(1)~(6)任一者所記載之成膜裝置，來使釕沉積在基板表面以於該基板表面成膜出釕之成膜方法；
將使釕昇華後的原料氣體導入至該處理容器內；
將該載置台的溫度加熱至120℃~300℃；將該處理容器內的壓力維持在1.3Pa~66.5Pa來進行成膜處理。
1:成膜裝置
11:側壁
12:底壁
12a:排氣口
13:頂壁
13a:隔壁
20:原料氣體供應機構
21:供應管
22:供應部
23:閥
24:妨礙板
30:載置台
31:支撐組件
31a:凸緣
32:升降機構
33:伸縮管
40:收納體
41:收納部
41c:底壁
42:分歧管部
42a:入口開口部
42b:出口開口部
43:APC閥
44:排氣裝置
A、B:容積
E:排氣空間
K:間隙
S:處理空間
W:晶圓
100:控制部

Claims (7)

  1. 一種成膜裝置，係於基板形成特定膜之成膜裝置，具有：
    處理容器，係構成為可減壓，且被導入有使液體原料或固體原料經氣化而生成的成膜原料氣體；
    載置台，係設置於該處理容器內來載置該基板；以及
    收納體，係設置於該處理容器的下方，且和該處理容器的底部所設置之排氣口相通；
    該收納體係具有會收納該載置台的支撐組件之收納部，以及設置於該收納部的側部並開口於該收納部內，且和排氣裝置相通之分歧管部；
    該處理容器內之該載置台的下面側係形成有可供該載置台上的氛圍從該載置台的周緣部外側流入之排氣空間；
    該收納部的水平剖面積係小於該排氣空間的水平剖面積；
    該收納部之入口的剖面積係小於該收納部之出口的剖面積。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中朝該收納部內的入口處之該分歧管部側的端部與該分歧管部之出口之該收納部側的端部在俯視觀看下係位在同一直線上；
    抑或，該分歧管部之出口之該收納部側的端部係位在會較朝該收納部內的入口處之該分歧管部側的端部更為靠近該收納部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜裝置，其中該收納部之水平剖面積在該排氣空間之水平剖面積比下為50%以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之成膜裝置，其中該分歧管部的容積為與該收納部的容積相同或其以上之大小。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成膜裝置，其中該收納部的入口形狀為非正圓形，且於該分歧管部側具有擴大開口部。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之成膜裝置，其中該成膜原料氣體為使釕昇華後的氣體。
  7. 一種成膜方法，係使用如申請專利範圍第1至6項中任一項之成膜裝置，來使釕沉積在基板表面以於該基板表面成膜出釕之成膜方法；
    將使釕昇華後的原料氣體導入至該處理容器內；
    將該載置台的溫度加熱至120℃~300℃；
    將該處理容器內的壓力維持在1.3Pa~66.5Pa來進行成膜處理。
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