成膜裝置和成膜方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在真空氣氛下對被收納在反應容器內的基板供給成膜用的原料氣體而進行薄膜的成膜的成膜裝置和成膜方法。
【背景技術】
[0002]作為進行例如氮化硅(S1- N)膜等薄膜的成膜的裝置，公知有一種將以擱板狀裝載有半導體晶圓(以下稱作“晶圓”)等基板的晶圓舟皿(基板保持件)自下方側氣密地輸入到立式的反應管內而進行成膜處理的成膜裝置。在反應管內設有用于向各晶圓分別供給硅系的原料氣體(例如二氯甲硅烷(DCS)氣體)和氮系的反應氣體(例如氨氣(NH3))的氣體噴射器。另外，在反應管的外側設有用于使氨氣等離子體化的一對平行電極。
[0003]在這樣的成膜裝置中進行所述氮化硅膜的成膜時，使用一種多次進行向各晶圓交替地供給原料氣體和反應氣體的等離子體的成膜循環(huán)的方法、即所謂的ALD法。因而，與所述成膜循環(huán)的次數(shù)相對應地原料氣體和反應氣體的等離子體發(fā)生反應而生成的反應生成物在各晶圓上層疊而形成薄膜。因此，在ALD法中，具有如下特征:成膜循環(huán)的重復次數(shù)和薄膜的膜厚尺寸彼此相關，根據(jù)這樣的原理易于控制所述膜厚尺寸。
[0004]然而，在各成膜循環(huán)中，在欲設置待機時間直到原料氣體結束吸附于晶圓的表面時、換言之在欲進行吸附反應直到原料氣體的吸附量達到飽和而進行理想的ALD反應時，會使處理時間攀升而導致生產率降低。即，理論上的反應機構另當別論，在使用實際的裝置來現(xiàn)實性地進行薄膜的成膜時，考慮到生產率、工藝的成膜溫度以及所使用的原料氣體的類型，難以保持較長的吸附時間直到原料氣體的吸附反應以所謂自限制性(self-limit)的方式停止。
[0005]因而，在以原料氣體的吸附未飽和的工藝條件來進行薄膜的成膜時，極難控制薄膜的膜厚尺寸。因此，在對晶圓進行成膜處理時，在相同的批次內對產品晶圓和膜厚測量用的仿真晶圓(裸晶圓)進行薄膜的成膜試驗，確認了薄膜的膜厚尺寸。
[0006]然而，在表面上形成有圖案的產品晶圓的表面積大于沒有形成圖案的仿真晶圓的表面積，因此，產品晶圓的原料氣體的消耗量較多。因此，即使使用仿真晶圓來確認膜厚尺寸，實際的產品晶圓的薄膜的膜厚尺寸也容易薄于仿真晶圓的薄膜的膜厚尺寸。另外，晶圓舟皿中的產品晶圓的裝載張數(shù)越多，原料氣體的消耗量越多，因此，根據(jù)每一批次的產品晶圓的投入張數(shù)的不同，也難以控制薄膜的膜厚尺寸。
[0007]以往，公知有在進行氧化鋁膜的成膜時將緩沖罐內的壓力保持為恒定的技術，但所述問題尚不為人所知。

【發(fā)明內容】

_8] 發(fā)明要解決的問題
[0009]本發(fā)明提供一種在真空氣氛下對被收納在反應容器內的基板供給成膜用的原料氣體而進行薄膜的成膜時能夠易于對該薄膜的膜厚尺寸進行調整的技術。
[0010]用于解決問題的方案
[0011]本發(fā)明提供一種成膜裝置，其用于向形成為真空氣氛的反應容器內交替地供給原料氣體和與該原料氣體發(fā)生反應而生成反應生成物的反應氣體，從而在該反應容器內的基板上進行薄膜的成膜，其特征在于，該成膜裝置包括:原料氣體供給部，其設于所述原料氣體的供給路徑的端部，用于向所述反應容器內供給所述原料氣體；壓力調整用閥，其設置在用于對所述反應容器內進行真空排氣的真空排氣路徑上；壓力限制用閥和開閉閥，該壓力限制用閥和開閉閥分別設置在繞過所述壓力調整用閥的旁路上，用于將所述反應容器內的壓力限制為預先設定的壓力；罐，其設置在所述原料氣體的供給路徑的中途，用于將所述原料氣體以升壓后的狀態(tài)儲存；流量調整用閥，其設于所述原料氣體的供給路徑上的靠所述罐的下游側的部分；以及控制部，其進行控制，以便在將被儲存于所述罐內的所述原料氣體向所述反應容器內供給時使所述開閉閥打開。
[0012]本發(fā)明提供一種成膜方法，在該成膜方法中，向形成為真空氣氛的反應容器內交替地供給原料氣體和與該原料氣體發(fā)生反應而生成反應生成物的反應氣體，從而在該反應容器內的基板上進行薄膜的成膜，該成膜方法包括以下工序:使用原料氣體供給部和為了將所述反應容器內的壓力限制為P1而設置在真空排氣路徑上的壓力限制用閥，將原料氣體以升壓后的狀態(tài)儲存于設置在朝向所述原料氣體供給部去的、所述原料氣體的供給路徑的中途的罐內；接著，在利用設于所述罐的下游側的流量調整用閥將氣體流量調整為設定流量的狀態(tài)下，自所述罐經由所述原料氣體供給部向所述反應容器內供給時間At的所述原料氣體，并且，在所述壓力限制用閥的作用下，在自所述原料氣體的供給開始時刻h起經過AtX (1/3)的時刻與自所述原料氣體的供給開始時刻h起經過AtX (2/3)的時刻之間的這段時間內，將所述反應容器內的壓力限制為P-
[0013]附圖是作為本說明書的一部分而引入的，其表示本發(fā)明的實施方式，該附圖連同所述通常的說明和后述的實施方式的詳細內容一起來說明本發(fā)明的概念。
【附圖說明】
[0014]圖1是示意性表示本發(fā)明的成膜裝置的一個例子的示意圖。
[0015]圖2是表示在利用所述成膜裝置供給原料氣體時的反應管內的壓力的變化的概略圖。
[0016]圖3是表示所述成膜裝置的縱剖視圖。
[0017]圖4是表示所述成膜處理的橫剖視圖。
[0018]圖5是表示在利用所述成膜裝置供給原料氣體時的排氣側的動作的時序圖。
[0019]圖6是表示所述成膜裝置中的排氣側的動作的示意圖。
[0020]圖7是表示所述成膜裝置中的排氣側的動作的示意圖。
[0021]圖8是表示在利用所述成膜裝置供給原料氣體時的供給側的動作的時序圖。
[0022]圖9是表示利用本發(fā)明的實施例獲得的實驗結果的特性圖。
[0023]圖10是表示通常的ALD法中的氣體壓力的變化的特性圖。
【具體實施方式】
[0024]以下，參照附圖詳細敘述本發(fā)明的各種實施方式。在下述詳細的說明中，為了能夠充分地理解本發(fā)明而記載很多具體的詳細內容。然而，不言自明，在沒有這樣的詳細說明的情況下本領域的技術人員也能夠獲得本發(fā)明。在其他例子中，為了避免難以理解各種實施方式，沒有詳細地示出公知的方法、步驟、系統(tǒng)、構成要件。
[0025]參照圖1?圖4說明本發(fā)明的成膜裝置的實施方式的一個例子。該成膜裝置為批量式的立式熱處理裝置，在該立式熱處理裝置中，通過向晶圓W交替地供給互相反應的原料氣體和反應氣體而層疊反應生成物的ALD法來進行薄膜的成膜，并在立式的反應管(反應容器)12內對多張晶圓W—并進行成膜處理。并且，在該裝置中，如圖1所示那樣在反應管12的排氣側設置后述的旁路81，由此，如圖2示意性地表示那樣，在對各晶圓W供給原料氣體的時刻h?時刻t2這段時間內，該反應管12內成為大致恒定的處理壓力P -接著，說明裝置的各部分的詳細結構。另外，在圖1中，以簡化的方式描繪了成膜裝置，另外，在圖2中，還一并描繪了在以往供給原料氣體時的反應管12內的壓力。
[0026]如圖3和圖4所示，反應管12形成為下端側開口的大致圓筒型并構成為能夠在內部收納用于將多張例如150張晶圓W呈擱板狀裝載的晶圓舟皿11，在該例子中，反應管12由石英制成。在反應管12的下端側開口部設有用于對該開口部氣密地進行開閉的蓋體25，該蓋體25能夠連同晶圓舟皿11 一起利用未圖示的舟皿升降機進行升降。在反應管12的外側設有大致圓筒型的加熱爐主體14，在加熱爐主體14的內壁面，沿著整個周向配置有作為加熱機構的加熱器13。在圖3中，附圖標記16是底板，附圖標記26是隔熱體，附圖標記27是旋轉軸，附圖標記28是馬達等驅動部。另外，在圖3中，以局部剖的方式描繪了加熱爐主體14、加熱器13以及底板16。
[0027]如圖3和圖4所示，反應管12成為由外管12a和收納于該外管12a的內部的內管12b構成的二重管構造，并被上下表面開口的大致圓筒形狀的歧管18自下方側氣密地支承。也如圖4所示那樣，在俯視時，內管12b的一端側(近前側)的部位在該內管12b的整個長度方向上朝向外側鼓出而構成等離子體產生區(qū)域12c，該等離子體產生區(qū)域12c中的靠外周側的部位突出到比外管12a靠外側的位置。換言之，該等離子體產生區(qū)域12c通過如下方式構成:使外管12a的壁面的一部分和內管12b的壁面的一部分沿整個上下方向呈狹縫狀開口，并將靠晶圓舟皿11側開口的大致箱型的石英構件的開口端和外壁面分別焊接于內管12b的側面?zhèn)鹊拈_口部和外管12a的側面?zhèn)鹊拈_口部。
[0028]在所述等離子體產生區(qū)域12c中收納有沿著晶圓舟皿11的長度方向延伸的、作為處理氣體供給部(氣體噴射器)的氨氣噴嘴51a。該氨氣噴嘴51a的下端部氣密地貫穿反應管12的構成該等離子體產生區(qū)域12c的內壁面并與氨氣的供給源55a相連接。如圖3所示，該氨氣噴嘴51a的靠所述氨氣的供給源55a側的端部在中途部位分支而與氮氣(N2)等