成膜方法和成膜装置的制作方法

专利名称：成膜方法和成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体晶片等被处理体上形成钛膜或氮化钛膜等的 成膜方法和成膜装置，特别是涉及抑制颗粒的产生的成膜方法和成膜 装置。
背景技术：
通常，为了制造半导体集成电路，对半导体晶片等基板反复进行 成膜和图案蚀刻等，以形成多个预期的元件。并且，在半导体集成电 路中，作为连接其中的各元件的配线、实现对各元件的电接触的接点
金属、或者作为抑制基板的Si的吸出的对策而使用的阻挡金属，当然
需要使用电阻低的材料，还必须使用耐腐蚀性优异的材料。
作为能够满足这种要求的材料，具有使用Ti (钛)、W (钨)、Mo (钼)等高熔点金属材料的趋势，其中，特别是从电特性和耐腐蚀性
等的特性等良好的观点出发，具有大多使用Ti和作为其氮化膜的TiN (氮化钛)的趋势。并且，这些Ti膜或TiN膜利用在能够抽真空的处
理容器内设置有用于载置半导体晶片的载置台的单片式的成膜装置形
成(专利文献1 4)。
对于上述Ti膜，通常使用作为原料气体的TiCU (四氯化钛)气体
和氢气，通过等离子体CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相沉
积)成膜。对于TiN膜，使用作为原料气体的同样的TiCU和N2气体，
通过等离子体CVD成膜；或者原料气体使用TiCU和NH3气体，通过
热CVD成膜。
在此，参照图IO说明通常的成膜装置的一个示例的大致结构。该 成膜装置具有能够真空排气的处理容器2，在该处理容器2内，设置有 例如由氮化铝(A1N)构成的载置台4，在其上载置有半导体晶片W。 并且，与该载置台4相对，在处理容器2的顶部侧设置有喷淋头部6， 向处理容器2内供给必要的气体。并且必要时，用于发生等离子体的高频电源8与喷淋头部6连接，能够在该处理容器2内形成等离子体。 这里，为了形成例如Ti膜或TiN膜，使用TiCU、 H2、 N2、 Ar等气体。
并且，在工艺温度例如为65(TC左右的工艺条件下，对半导体晶片 连续进行上述成膜处理，上述Ti膜或TiN膜不仅形成于半导体晶片的 表面，也形成于处理容器的内壁面和容器内构造物，特别是在喷淋头 部6的表面也不可避免地作为不需要的膜附着。并且，该不需要的膜 一旦剥离脱落，就会产生导致半导体制品的合格率下降的颗粒，所以 定期地或根据需要向上述处理容器内流动C1F3或NF3等清洁气体，进 行用于除去不需要的膜的清洁处理。
如果该清洁处理的温度高，清洁气体的腐蚀性就会变得过大，所 以需要使载置台的温度从较高的工艺温度暂时下降至较低的温度，并 且，在该清洁处理后，为了调整处理容器内的热的条件，需要在内部 不收容半导体晶片的状态下、以与成膜时相同的工艺条件流动与成膜 时同样的气体，进行在处理容器的内壁面或容器内构造物的表面形成 预涂敷膜的预涂敷处理，然后对制品半导体晶片进行成膜处理。
专利文献1日本特开2002-167673号公报
专利文献2日本特开2004-307939号公报
专利文献3日本特开2004-273648号公报
专利文献4日本特开2005-68559号公报
上述载置台的构成材料一般由陶瓷材料形成，例如由氮化铝(A1N) 形成，该氮化铝一旦暴露在上述C1F3或NF3等清洁气体中，两者就会 发生反应，生成氟化铝(A1F)类物质。并且，如果为了进行成膜处理 而升高载置台4的温度，则该A1F类物质就会飞散，具有附着在与载 置台4相对的喷淋头部6的表面或处理容器4的内壁面的趋势。然后， 在成膜处理时，上述不需要的膜进一步附着在附着于喷淋头部6的表 面上的A1F类物质之上。该A1F类物质与金属的密接性差，因此存在 成膜时附着的上述不需要的膜极其容易剥离，在对半导体晶片进行成 膜处理时剥落而产生颗粒的问题。
因此，在现有技术的清洁处理中，使载置台的温度降低，直至即 使作为载置台的构成材料的氮化铝暴露在Cl&或NF3等清洁气体中也 难以生成A1F类物质的温度、例如20(TC左右，在维持该温度的状态下进行清洁处理。
但是，在这种情况下，使热容量相当大的载置台的温度从作为成
膜温度的例如650'C下降至作为清洁温度的20(TC，在清洁处理后，必 须再升温至65(TC，上述降温和再升温所需要的时间非常长，例如需要 3小时左右，所以存在生产能力大幅度下降的问题。

发明内容
本发明是着眼于上述问题点，并且为了有效地解决上述问题而完 成的。本发明的目的在于提供一种成膜方法和成膜装置，即使清洁处 理时生成的A1F类物质在载置台的升温时变成颗粒并飞散，该颗粒也 不会附着在相对的喷淋头部上，因此，不仅能够抑制在成膜处理时生 成颗粒，还能够在比现有技术的清洁处理时高的温度下进行清洁处理， 进而提高生产能力。
本发明的发明人等深入研究了关于A1F类物质的颗粒的削减，结 果发现载置台升温时从载置台飞散的A1F颗粒主要附着在从喷淋头部 的周缘部到其外周侧的事实，从而完成了本发明。
本发明的第一方面提供一种成膜装置，其为用于在被处理体的表 面形成薄膜的成膜装置，其特征在于，包括能够真空排气的处理容 器；氮化铝制的载置台，其设置于上述处理容器内，用于在其上载置 上述被处理体；用于对上述被处理体进行加热的加热单元；喷淋头部， 其与上述载置台对置，用于向上述处理容器内导入必要的气体；和喷 淋头周边部气体供给单元，其用于在上述处理容器内的清洁处理后的 升温时，向上述喷淋头部的周边部供给不活泼性气体。
这样，在用于在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置中，在处理 容器内的清洁处理后将载置台的温度再次升温至进行成膜处理的工艺 温度时，从喷淋头部供给不活泼性气体，并且从喷^t^头周边部气体供 给单元向最具有颗粒附着趋势的喷淋头部的周边部供给不活泼性气 体，并对该部分进行吹扫，因此用上述被供给的不活泼性气体冲走从 载置台一侧飞散的颗粒，防止该颗粒附着在喷淋头部的周边部。
其结果，在后续工序等中形成的预涂敷膜的密接性提高，不仅能 够抑制在成膜处理时产生颗粒，还能够以高于现有技术的清洁处理时的温度进行清洁处理，因此，能够提高处理能力。
本发明的第二方面提供一种成膜装置，在第一方面的发明中，上 述喷淋头周边部气体供给单元的气体出口设置于上述喷淋头部的外周
本发明的第三方面提供一种成膜装置，在第一方面或第二方面的 发明中，在上述喷淋头部的外周侧，隔开微小间隙设置有填充部件， 该填充部件的下表面与上述喷淋头部的气体喷射面处于同一水平面。
本发明的第四方面提供一种成膜装置，在第三方面的发明中，上
述填充部件在上述升温时维持在250°C以上。
本发明的第五方面提供一种成膜装置，在第三方面或第四方面的 发明中，上述微小间隙的下端的开口部形成为上述气体出口，并且上 述微小间隙形成为上述喷淋头周边部气体供给单元的气体流路。
本发明的第六方面提供一种成膜装置，在第五方面的发明中，在 上述气体流路的中途设置有具有多个通气孔的扩散板。
本发明的第七方面提供一种成膜装置，在第五方面或第六方面的 发明中，在上述气体出口处设置有具有多个气孔的分散板。
本发明的第八方面提供一种成膜装置，在第一方面的发明中，上 述喷淋头周边部气体供给单元一体地组装入上述喷淋头部，上述喷淋 头周边部气体供给单元的气体出口沿着上述喷淋头部的气体喷射面的 周边部形成。
本发明的第九方面提供一种成膜装置，在第一方面 第八方面中 的任一项所述的发明中，用于发生等离子体的等离子体形成单元与上 述喷淋头部连接，形成上部电极，上述载置台形成下部电极。
本发明的第十方面提供一种成膜装置，在第一方面 第九方面中 的任一项所述的发明中，上述薄膜是钛膜或氮化钛膜。
本发明的第十一方面提供一种成膜装置，在第一方面 第十方面 中的任一项所述的发明中，使用原料气体形成上述薄膜，原料气体是 选自TiCU、 TDMAT (二甲氨基钛)和TDEAT (二乙氨基钛)中的一 种以上的气体。
本发明的第十二方面提供一种成膜装置，在第十一方面所述的发 明中，上述清洁处理中使用的清洁气体是氟类气体。
8本发明的第十三方面提供一种成膜装置，在第一方面 第十二方
面中的任一项所述的发明中，上述氟类气体是选自C1F3、 NF3、 C2F6、 F2和HF中的一种以上的气体。
本发明的第十四方面提供一种成膜方法，其使用上述第一方面 第十三方面中任一项所述的成膜装置，在第一温度下在被处理体的表 面形成薄膜，其特征在于，包括清洁工序，其中，使用包含氟类气 体的清洁气体，在低于上述第一温度的第二温度下对上述处理容器内 进行清洁；升温工序，其中，将上述载置台由上述第二温度向上述第 一温度升温，同时从喷淋头部供给不活泼性气体，并且从喷淋头周边 部气体供给单元供给不活泼性气体；预涂敷工序，其中，向上述处理 容器内导入成膜用气体，形成预涂敷膜；和成膜工序，其中，将上述 载置台维持在上述第一温度，在上述被处理体上形成薄膜。
本发明的第十五方面提供一种存储介质，其存储有计算机能够读 取的程序，该程序用于控制上述成膜装置，使得在使用发明的第一方 面 第十三方面中任一项所述的成膜装置，在第一温度下在被处理体 的表面形成薄膜时，实行上述第十四方面所述的成膜方法。
根据本发明的成膜方法和成膜装置，能够发挥下述优异的作用效果。
在用于在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置中，在处理容器内 的清洁处理后将载置台的温度再次升温至进行成膜处理的工艺温度 时，从喷淋头部供给不活泼性气体，并且从喷淋头周边部气体供给单 元向最具有颗粒附着趋势的喷淋头部的周边部供给不活泼性气体，并 对该部分进行吹扫，因此用上述被供给的不活泼性气体冲走从载置台 一侧飞散的颗粒，防止该颗粒附着在喷淋头部的周边部。
结果，在后续工序等中形成的预涂敷膜的密接性提高，不仅能够 抑制在成膜处理时产生颗粒，还能够以高于现有技术的清洁处理时的 温度进行清洁处理，因此，能够提高处理能力。


图1是表示实施本发明的成膜方法的成膜装置的一个示例的截面 构成图。图2是表示喷淋头部的气体喷射面侧的平面图。 图3是表示本发明的成膜方法的实施方式的各工序与载置台温度 (半导体晶片温度)的关系的工序图。
图4是用于说明本实施方式中在清洁处理中生成的A1F类物质的 动向的说明示意图。
图5是用于说明本发明方法的升温工序与现有方法的升温工序中 的A1F颗粒的附着状况的差异的示意图。
图6是表示实施本发明方法和现有方法时的喷淋头部的气体喷射 面的外周附近的A1F3的量的图表。
图7是表示填充材料的温度与A1F3的量的关系的图表。
图8是表示分散板和扩散板的平面图。
图9是表示成膜装置的变形实施方式的一部分的截面构成图。 图IO是表示通常的成膜装置的一个示例的结构示意图。
符号说明
12:成膜装置；14:处理容器；18:喷淋头部；18A:气体喷射面； 20-填充部件；20A:填充部件的下表面；22:喷淋头周边部气体供给 单元；24:间隙；26:气体流路；28:气体出口 ； 40:等离子体形成 单元；42:高频电源；52:真空排气系统；62:载置台；66:加热器 (加热单元)；卯气体供给系统；92:原料气体管；94:还原气体管； 96:清洁气体管；98:稀有气体管；100: &气体管；102、 104:分支 管；106:控制部；108:存储介质；122:分散板；126:扩散板；W: 半导体晶片(被处理体)。
具体实施例方式
下面，参照

本发明的成膜方法和成膜装置优选的一实 施方式。
图1是表示实施本发明的成膜方法的成膜装置的一个示例的截 面构成图。图2是表示喷淋头部的气体喷射面侧的平面图。其中， 在此以通过等离子体CVD形成钛膜(Ti膜)作为薄膜的情况为例 进行说明。如图所示，该成膜装置12具有例如由铝或铝合金构成的成形为 圆筒状的处理容器14，该处理容器14接地。在该处理容器14的顶 部设置有喷淋头部18,该喷淋头部18作为气体导入单元在下表面 具有多个气体喷出口 16 (参照图2),由此能够向处理容器14内的 处理空间S导入各种必要的气体。并且，该喷淋头部18内被划分， 使得其中作为原料气体的TiCU和作为还原气体的H2不发生混合， 成为两种气体向处理空间S喷出时初次混合的所谓的后混合构造。 并且，并不限于此，也可以使用使两种气体在喷淋头18内混合的所 谓预混合构造的喷淋头部。
该喷淋头部18整体例如由镍或哈斯特洛依耐蚀耐热合金 (Hastelloy)(商品名)、铝或这些材料的组合形成，整体由导电体构成， 兼作平行平板电极的上部电极。该作为上部电极的喷淋头部18的外周 侧或上方侧被例如由石英、氧化铝(A1203)等绝缘物构成的填充部件 20整体覆盖，上述喷淋头部18隔着该填充部件20以绝缘状态安装固 定在处理容器14 一侧。
上述填充部件20的下表面20A与上述喷淋头部18的下表面的气 体喷射面18A位于同一水平面，能够防止导入该处理容器14内的各种 气体在处理空间S内产生涡流、或者等离子体在处理空间S内不均匀
分布o
并且，在该喷淋头部18的周边部设置有用于在清洁处理后的升
单元22。具体而言，上述喷淋头部18的外周面与上述填充部件20 的内周面不密接，在其外周面与内周面之间形成有微小的间隙24。 即，上述填充部件20在上述喷淋头部18的外周侧隔着微小间隙24 设置。该间隙24沿着上述喷淋头部18的周方向形成为环状，该间 隙24的宽度Ll例如为2mm左右。
并且，该间隙24构成为上述喷淋头周边部气体供给单元22的 气体流路26，该间隙24的下端的开口部24A构成为上述喷淋头周 边部气体供给单元22的气体出口 28。因此，如图2所示，上述气 体出口 28以包围上述喷淋头部18的气体喷射面的周围的方式形成 为环状。在上述喷淋头部18的上端设置有形成气体导入口 30的气体导入管32，在该气体导入管32的周围，以相对于上述气体导入管32为同轴构造的方式设置有环状的吹扫气体导入管34，该吹扫气体导入管34与由上述间隙24构成的气体流路26连通。并且，该气体导入管32与该外周的吹扫气体导入管34之间的一部分构成为吹扫气体入口36。
此外，在该吹扫气体导入管34、上述填充部件20和处理容器14的壁部的各接合部，分别设有例如由O形环等构成的密封部件38，以维持处理容器14内的气密性。
并且，在该喷淋头部18上连接有等离子体形成单元40。具体而言，该等离子体形成单元40具有例如产生450kHz的高频电压的高频电源42，该高频电源42经由匹配回路44与上述喷淋头部18连接，根据需要向上述作为上部电极的喷淋头部18施加高频电压。其中，该高频电压的频率不限定为450kHz，也可以使用其它的频率，例如使用13.56MHz等，具体而言可以使用300kHz 27MHz的范围内的频率。
并且，在该处理容器14的侧壁形成有用于搬入搬出半导体晶片的搬入搬出口46，在此设置有闸阀48，能够进行开闭。为了不使半导体晶片暴露在大气中而进行搬送，在该闸阀48上连接有未图示的负载锁定室、输送腔室等。
此外，该处理容器14的底部的中央向下方形成为凹部状，在其侧面形成有排气口 50。在该排气口 50上设置有真空排气系统52，能够对处理容器14内进行真空排气。具体而言，该真空排气系统52具有与上述排气口 50连接的排气通路54，在该排气通路54上依次设置有用于调整处理容器14内的压力的压力调整阀56和真空泵58。并且，在该处理容器14内设置有用于载置作为被处理体的半导体晶片W的从其底部通过支柱60支承的载置台62。
在此，使用直径例如为300mm的半导体晶片W。该载置台62兼作为下部电极，在该载置台62的上部周缘部包围半导体晶片W的周围设置有环状的聚焦环64。并且，通过向上部电极施加高频电压，能够在该作为下部电极的载置台62和上述作为上部电极的喷淋头部18之间的处理空间S内产生等离子体。
具体而言，该载置台62例如整体由作为陶瓷材料的氮化铝(A1N)构成，在该氮化铝制的载置台62的内部排列为规定的图案形状地埋入有作为加热单元的例如由钼线或钨线等电阻体构成的加 热器66。在该加热器66上经由配线70连接有加热器电源68，根据需要向上述加热器66供给电力，对半导体晶片W进行温度控制，使其成为规定的温度。并且，为了发挥下部电极的功能，在该载置台62的内部在其面内方向遍及大致全部区域地埋入有电极主体72，该电极主体72通过将例如钼线等编成网目状(网状)而成。并且，该电极主体72经由配线74接地。此外，也可以向该电极主体72施加作为偏置电压的高频电压。
此外，在上述载置台62上将其在上下方向贯通地形成有3个销孔76 (在图1中仅示出2个)，例如石英制的提升销80能够以游嵌的方式插通各销孔76，该提升销80的下端由圆弧状的连接环78共同支承。并且，上述连接环78被贯通容器底部且能够上下移动地设置的出没杆82的上端所支承，该出没杆82的下端与致动器84连接。由此，在半导体晶片W的交接时使上述各提升销80从各销孔76的上端向上方伸出没入。此外，在上述出没杆82相对于容器底部的贯通部设置有能够伸縮的波纹管86，上述出没杆82能够维持处理容器14内的气密性并能够升降。
并且，在上述喷淋头部18的气体导入口 30上连接有用于供给处理所必需的各种气体的气体供给系统90。具体而言，在此作为气体供给系统90,分别连接有流动作为原料气体的例如TiCU气体的原料气体管92、流动作为还原气体的例如H2气体的还原气体管94、流动作为清洁气体的例如氟类气体的清洁气体管96、流动作为等离子体用气体或吹扫气体所使用的不活泼性气体的例如稀有气体的例如Ar气体的稀有气体管98、流动作为吹扫气体等所使用的不活泼性气体例如N2气体的N2气体管100。
并且，在各气体管92、 94、 96、 98、 100上分别设置有用于控制各气体的供给量的质量流量控制器那样的流量控制器92A、 94A、 96A、98A、 100A和开闭阀92B、 94B、 96B、 9犯、IOOB。在此，使用C1F3气体作为上述氟类气体。并且，从上述稀有气体管98和N2气体管100的上游侧分别分支有分支管102、 104，这些分支管102、 104共同与喷淋头周边部气体供给单元22的吹扫气体入口 36连接。
并且，上述各分支管102、 104的中途分别设置有用于控制各气体的供给量的质量流量控制器那样的流量控制器102A、 104A和幵闭阀102B、 104B。由此，能够在必要时，即在清洁处理后的升温时，向喷淋头周边部气体供给单元22—侧流动Ar气体和N2气体。此外，在该处理容器14的侧壁或顶壁上设置有流动用于将该温度冷却的制冷剂的冷却套管110。
并且，该装置整体被例如由计算机构成的控制部106控制，例如控制各气体供给的开始、停止、各气体的流量控制、载置半导体晶片W的载置台62的升降温等的温度控制、处理容器14内的压力控制、用于发生等离子体的高频电力的供给和供给的停止等。并且，该控制所必需的计算机可读取的程序存储在存储介质108中。该存储介质108例如由软盘、CD (Compact Disc)、 CD-ROM、硬盘、闪存器或DVD等构成。
下面，参照图3和图4说明使用上述构成的成膜装置进行的本发明的成膜方法。图3是表示本发明的成膜方法的实施方式的各工序与载置台温度(半导体晶片温度)的关系的工序图。图4是用于说明本实施方式中在清洁处理中生成的A1F类物质的动向的说明示意图。在此，如上所述，以在半导体晶片W的表面形成Ti膜的情况为例进行说明。
如上所述，在对半导体晶片进行由Ti膜构成的薄膜的成膜处理时，对一定程度片数的半导体晶片连续进行成膜处理后，进行除去附着在处理容器内的不需要的膜的清洁处理、在清洁处理后用于使处理容器内的热条件稳定化的预涂敷处理、和后述的作为本发明特征的升温工序等，首先，说明成膜工序中的成膜处理。
在该成膜工序中，首先，使设置于处理容器14的侧壁的闸阀48处于打开状态，将由硅基板构成的半导体晶片W从未图示的负载锁定室等经由搬入搬出口 46搬入该处理容器14内，将其交接至提升销80上，并使其下降，由此使半导体晶片W载置在作为下部
14电极的载置台62上。
接着，使处理容器14内处于密闭状态，增大对加热器66的投入电力，将处于预热状态的载置台62的温度升至作为工艺温度的第一温度，并维持该温度。这里第一温度例如为650°C。并且，与此同时使各开闭阀92B、 94B、 98B处于打开状态，分别控制来自作为上部电极的喷淋头部18的原料气体TiCU气体、还原气体H2和等离子体气体Ar气体的流量，并向处理容器14内供给，同时，利用真空排气系统52从排气口 50对处理容器14内抽真空，将处理容器14内维持在规定的工艺压力。
并且，通过进一步驱动上述等离子体形成单元40的上述高频电源42,在作为上部电极的喷淋头部18与作为下部电极的载置台62之间施加例如450kHz的高频电压，由此，在处理空间S生成等离子体，利用等离子体使TiCU气体分解，使Ti膜堆积在半导体晶片W的表面。
在此，参照图3说明本发明方法的实施方式。在该实施方式中，如图3所示，具有清洁工序、升温工序、预涂敷工序和成膜工序。在清洁工序中，在低于例如为65(TC的第一温度的第二温度、例如300'C的条件下，使用例如由氟类气体例如C1F3构成的清洁气体，对上述处理容器14内进行清洁。在升温工序中，将上述载置台62从上述第二温度升温至上述第一温度，并且从喷淋头部18供给不活泼性气体，例如供给N2气体和Ar气体，同时从喷淋头周边部气体供给单元22供给不活泼性气体，例如供给N2气体和Ar气体。在预涂敷工序中，向上述处理容器14内流动成膜用气体，例如流动TiCU气体和H2气体等，形成预涂敷膜。在成膜工序中，将上述载置台62维持在上述第一温度，在作为上述被处理体的半导体晶片W上形成薄膜。反复进行上述各工序。
具体而言，首先，如上所述，在第一温度例如65(TC下反复对半导体晶片W进行成膜处理时，作为颗粒的原因的不需要的膜附着在处理容器14内，所以如果对一定程度片数的半导体晶片进行成膜处理，成膜工序结束，则将载置台62的温度下降(降温)至第二温度，例如300'C，进行清洁处理。在该清洁处理中，以规定的流量从喷淋头部18流动作为氟类气体的C1F3气体，除去附着在处理容器14的内壁面或容器内构造物的表面的不需要的膜。在这种情况下，由于上述C1F3气体富于非常强的反应性(腐蚀性)，所以即使不生成等离子体，也能够与上述不需要的膜反应而将其除去。
并且，与此同时，上述C1F3气体与作为容器内构造物之一的上述载置台62的构成材料的氮化铝(A1N)反应，在载置台62的表面生成A1F类物质112。此时的状态如图4 (A)所示。该A1F类物质112容易飞散，并且清洁温度越高生成物越多，所以在现有的清洁处理中，将清洁温度设置为200'C左右的较低的温度，抑制A1F类物质的生成。但是将载置台62的温度下降至200'C需要很长时间，会导致生产能力的大幅度下降。并且，为了在清洁处理后进行成膜处理，需要将该下降为20(TC的载置台62的温度再次升温至650'C，这需要大量的时间，
从这一点出发，也会导致生产能力的大幅度下降。
相对于此，在本发明的方法中，将清洁温度设定为高于上述200'C的例如30(TC，所以载置台62的升降温所需要的时间减少，因此能够实现处理能力的提高，但是，正因为清洁处理温度高，生产大量的A1F类物质112。然而，通过进行这里说明的作为本说明特征的升温工序，即使上述A1F类物质112飞散，也不会使其附着于喷淋头部18的表面，与吹扫气体一起向处理容器14之外排出。其中，上述清洁处理的时间依赖于成膜处理后的半导体晶片的片数，在反复进行500片厚度为10nm左右的Ti膜的成膜处理后，大约为50分钟。
如上所述操作清洁工序结束，下面进行作为本实施方式的特征的升温工序。在该升温工序中，如上所述，将载置台62的温度从作为上述第二温度的30(TC升温至进行成膜处理的作为第一温度的650'C，并且不仅从喷淋头部18也从喷淋头周边部供给单元22分别向处理容器14内供给作为吹扫气体的不活泼性气体。具体而言，经由气体供给系统90的稀有气体管98和N2气体管100分别向喷淋头部18导入经过流量控制的Ar气体和N2气体，这些气体从多个气体喷出口 16放出被供给至处理空间S。
与此同时，上述Ar气体和N2气体也分别流入分支管102、 104，这些Ar气体和N2气体分别由流量控制器102A、 104A进行流量控制。这些经过流量控制的Ar气体和N2气体从喷淋头周边部气体供给单元体流路26流下，最终从形成为环状的气体出口 28向处理空间S内的 喷淋头部18的周边部放出。此时，随着载置台62的升温，形成于其 表面的A1F类物质112飞散，大量地附着在与载置台62相对的喷淋头 部18的气体喷射面18A和填充部件20的下表面20A —侧，'特别是气 体喷射面的周缘部和填充部件20的下表面20A的内周侧。
但是，在本发明中，如上所述，在该部分从气体出H28喷出供给 Ar和N2的吹扫气体，所以如图4 (B)所示，飞散的A1F颗粒112A 随着上述Ar和N2的吹扫气体向处理容器14外排出。并且，向喷淋头 部18的气体喷射面的中央部飞散的A1F颗粒112A也由于从气体喷出 口 16喷出的Ar或N2的吹扫气体而向处理容器14外排出。
在此，参照图5，比较现有例说明A1F类物质的附着状况。图5 是用于说明本发明方法的升温工序与现有方法的升温工序中的A1F颗 粒的附着状况的差异的示意图。图5 (A)表示现有装置的情况，图5 (B)表示本发明装置的状况。
在图5 (A)所示的现有装置的情况下，在清洁处理后载置台的升 温时，从喷淋头部18的各气体喷出口 16喷射Ar和N2的混合气体作 为吹扫气体。此时，在喷淋头部18的气体喷射面的周缘部和填充部件 20的下表面的内周侧的部分，即图5 (A)中斜线所示的区域114附着 有大量的A1F颗粒。可以认为其理由在于与喷淋头部18的中心部相 比其周缘部和填充部件20的下表面的温度低；以及由Ar气体和N2气 体构成的吹扫气体的流速在处理空间S的中央部快，在周边部比较慢， 所以A1F颗，容易附着在上述斜线所示的区域114。
相对于k，如图5 (B)所示，在本发明装置的情况下，不仅从喷 淋头部18的各气体喷出口 16喷射Ar和N2的混合气体作为吹扫气体， 也从设置于喷淋头部18的外周侧的喷淋头周边部气体供给装置22的 气体出口 28喷射Ar和N2的混合气体作为吹扫气体，所以从下方飞散 来的A1F颗粒特别是被从气体出口 28喷射的吹扫气体有效地排除。其 结果，如图5 (B)所示，也能够防止AIF颗粒附着在图5 (A)中斜 线所示的区域114。
这样一来，形成于上述载置台62的上表面的AIF类物质112几乎完全飞散并被除去，并且，飞散的A1F颗粒112A不会附着在喷淋头部 18的气体喷射面或填充部件20的下表面一侧，几乎全部排出到处理容 器14夕卜。此时，根据实验，例如A1F类物质112在载置台62的温度 达到400'C左右时开始飞散。
此外，关于该升温工序中的气体流量，从喷淋头部18的各气体喷 出口 16供给的Ar气体和N2气体的合计流量例如为3600sccm左右， 从喷淋头周边部气体供给单元22的气体出口 28供给的Ar气体和N2 气体的合计流量例如为350sccm左右。此外，载置台62从30(TC升温 到650'C的速率例如为10'C/min左右。
并且，对于处理容器14的侧壁和顶部，通过在设置于该部分的冷 却套管110内流动制冷剂，能够将其冷却到安全温度，例如17(TC左右， 但是通过抑制利用该冷却套管110的冷却，将填充部件20的温度设定 得较高，例如设定为250'C以上，能够进一步抑制A1F颗粒在该填充部 件20的下表面的附着。
如上所述操作升温工序结束，接着进行预涂敷处理。在该预涂敷 处理中，在不将半导体晶片W搬入处理容器14内的空的状态下，与 成膜时同样流动TiCU、 H2和Ar，产生等离子体，将处理容器14内维 持在与成膜时同样的压力，例如维持在666Pa左右。由此，处理容器 14的内壁面在载置台62等的容器内构造物的表面形成由Ti膜构成的 预涂敷膜，从而处理容器14内的热状态稳定化。此时，对于附着在喷 淋头部18的气体喷射面或填充部件20的下表面的预涂敷膜，由于在 该附着面与预涂敷膜之间不存在A1F颗粒，所以以密接性高的状态附 着，结果，难以产生膜的剥离等，能够进一步抑制颗粒的产生。
该预涂敷工序的时间例如为60分钟左右。此时，将载置台38的 温度从30(TC升温到650'C所需要的时间与现有成膜方法中从200'C升 温到65(TC所需要的时间相比较短。
如上所述操作预涂敷工序结束，接着将未处理的半导体晶片W搬 入上述空的处理容器14内，进行上述成膜处理。在该成膜处理中，如 上所述，向处理容器4内导入TiCl4、 H2和Ar气体，产生等离子体， 在半导体晶片W的表面形成Ti膜。并且，反复进行该对半导体晶片W 的成膜处理，直至进入下一个清洁处理的时期。此时的工艺条件为，作为第一温度的成膜温度为650'C，处理容器14内的压力为666Pa左 右。其中，该工艺条件不过仅为一个示例，当然不限定于该条件。
如上所述操作成膜工序结束,将载置台62的温度降温至第二温度， 例如30(TC，再次进行清洁处理。此时的降温速度例如为4t:/min左右。 以后，按照上述顺序反复进行各工序。
这里，从成膜工序向清洁工序过渡时，将载置台38的温度从650°C 降温到300'C所需要的时间与现有成膜方法中从:65(TC降温到200'C所 需要的时间相比，大幅度縮短。相应地，能够提高半导体晶片处理的 处理能力。具体而言，在现有的成膜方法中，对于一次升降温操作需 要2小时40分钟左右，但是在本发明的情况下，能够縮短至1小时30 分钟左右。
这样，在用于在作为被处理体的半导体晶片W的表面形成薄膜的 成膜装置中，在处理容器14内的清洁处理后，将载置台62的温度再 次升温至进行成膜处理的工艺温度时，从喷淋头部18供给不活泼性气 体，并从喷淋头周边部气体供给单元22向最具有颗粒附着趋势的喷淋 头部18的周边部供给不活泼性气体，对该部分进行吹扫，所以用上述 被供给的不活泼性气体冲走从载置台62 —侧飞散的颗粒，防止该颗粒 附着在喷淋头部18的周边部。
其结果，在后续工序等中形成的预涂敷膜的密接性提高，不仅能 够抑制在成膜处理时产生颗粒，还能够以高于现有技术的清洁处理时 的温度进行清洁处理，因此，能够提高处理能力。其中，在此将进行 清洁工序的第二温度设定为300'C ，但是该第二温度并不限定为300'C ， 也可以设定为400'C以下的任意温度。如果将该第二温度设定为例如 400°C，则能够进一步縮短载置台38的升降温所需的时间，所以能够 进一步提高半导体晶片处理的处理能力。
<本发明方法的评价>
下面，通过拟合比较实施本发明方法和现有方法时的喷淋头部的 气体喷射面的外周附近的A1F3的量，对该评价结果进行说明。图6是
近的A1F3的量的图表。图6 (A)是表示:实施;见有方法时的总气体^量 与A1F3量的关系的图表。在此，使用Ar气体和N2气体的混合气体作为吹扫气体，两种气体的流量设定为彼此相同的值。在该现有方法中，
如上所述，从喷淋头部18的气体喷出口 16流动上述混合气体。
从该图表可知，如果增加从喷淋头部18喷出的气体的流量，则喷 淋头部的外周附近的A1F3的量就会直线下降。这是因为如果增加喷射 的吹扫气体的总流量，在由于升温而从载置台一恻飞散的A1F颗粒到 达喷淋头部的气体喷射面和填充部件的下表面之前，被该吹扫气体推 动的概率增高。 ，，
相对于此，图6 (B)是表示实施本发明方法时的来自气体出口 28 的气体流量(Ar + N2)与A1F3量的关系的图表。在此，将从喷淋头部 18的气体喷出口 16喷出的混合气体(Ar + N2)的流量保持一定，使 其为3600sccm (-Ar: 1800sccm、 N2: 1800sccm)。
由该图表明确可知，在来自本发明所使用的喷淋头周边部气体供 给单元22的气体出口28的气体流量(Ar + N2)为"零"时(来自喷 淋头部18的为3600sccm)， A1F3的量大致为2.0 (cc)(对应于图6 (A) 中的总气体流量-3600sccm)。
并且，如果依次增加来自上述气体出口28的气体流量，喷淋头部 的外周附近的A1F3量就会急剧减少，在气体流量为350sccm以上时， A1F3量的减少量稍稍降低。因此能够理解，通过从气体出口28喷出吹 扫气体，能够抑制A1F附着在喷淋头部18的气体喷射面的周缘部和填 充部件20的下表面的内周侧的部分。在这种情况下，通过将来自气体 出口 28的气体流量设定为特别是350sccm以上，能够大幅度地减少 A1F颗粒的附着量。
图6 (A)中的点划线116是复制图6 (B)中的曲线的线，由此 可以判断，在使用与现有方法时相同的总气体流量的情况下，本发明 方法时能够显著降低A1F颗粒的附着效率，显示良好的结果。因此， 在本发明的方法的情况下，为了实现与现有方法相同的A1F颗粒的附 着效率的降低，能够大幅度减少吹扫气体(Ar + N2)的流量，因此， 能够减少运转成本。
<填充部件的温度评价>
下面，研究设置在喷淋头部18的外周侧的填充部件20的温度对 喷淋头部的气体喷射面的外周附近的A1F3量的影响，对其评价结果进
20行说明。图7是表示填充材料的温度与A1F3的量的关系的图表。
由该图表明确可知，在将填充部件20的温度依次从17(TC升温至 430'C时，A1F3的量大致呈直线状一点点地减少。因此能够理解，虽然 没有表现出与上述来自气体出口 28的吹扫气体的喷出操作相适应的显 著的效果，但是在稍稍升高该填充部20的温度并维持该温度的情况下， 也能够抑制A1F颗粒的附着。此时，优选将填充部件20的温度设定为 30(TC以上，贝lj能够使A1F颗粒的附着率降低大致5%以上。其中，该 填充部件20的温度的上限为例如55(TC左右。
其中，在上述实施方式中，在喷淋头周边部气体供给单元22的气 体流路26中没有设置任何部件，但是也可以设置下述部件。图8是表 示分散板和扩散板的平面图。例如，在上述气体流路26的气体出口 28 处没有安装任何部件，但并不限定于此，可以如图8 (A)所示，在上 述气体出口 28处安装环状的分散板122，使从该气孔120喷出的吹扫 气体扩散，该环状的分散板122沿着其圆周方向形成有多个气孔120。 此时，作为上述分散板122的材料，可以使用石英或A1N、八1203等陶 瓷材料。
并且，还可以如图8 (B)所示，在上述吹扫气体入口 36附近的 气体流路26的中途设置环状的扩散板126，使吹扫气体扩散，该环状 的扩散板126沿着其圆周方向形成有多个通气孔124。此时，作为上述 扩散板126的材料，可以使用石英或A1N、八1203等陶瓷材料。
此外，在上述图1和图2所示的实施方式中，在上述喷淋头部18 和设置于其外周侧的填充部件20之间设置微小的间隙24,形成喷淋头 周边部气体供给单元22的气体流路26，但是并不限定于此，也可以将 该喷淋头周边部气体供给单元22 —体地组装入喷淋头部18内。图9 是表示这种成膜装置的变形实施方式的一部分的截面构成图。其中， 对与图1和图2所示的构成部分相同的构成部分标注相同的参照符号， 并省略其说明。
如图9所示，在此，在喷淋头部18的外壳的外侧，以覆盖该外壳 的方式隔开微小间隙130设置由导电性材料构成的壳体132,将其上端 部与上述喷淋头部18的外周接合，将两者形成为一体。并且，在上述 壳体132的接合部分形成吹扫气体入口36。由此，上述喷淋头周边部气体供给单元22与喷淋头部18 —体地成型。此时，上述间隙130成 为吹扫气体的气体流路26，该间隙130的下端部为气体出口 28。因此， 上述气体出口 28沿着气体喷射面18A的周边部形成为环状。并且，与 上述壳体132的外周密接设置有上述填充部件20。
在这种情况下，也能够发挥与利用倒1和图2说明的实施方式同 样的作用效果。并且，在此也能够适用图8中说明的分散板122、扩散 板126。此外，在上述实施方式中，作为清洁处理所使用的清洁气体的 氟类气体，使用C1F3气体，但并不限定于此，能够使用选自C1F3、NF3、 C2F6、 F2和HF中的一种以上的气体。
此外，在上述实施方式中，作为用于形成薄膜的原料气体，使用 TiCU气体，但并不限定于此，能够使用选自TiCl4、 TDMAT (二甲氨 基钛)和TDEAT (二乙氨基钛)中的一种以上的气体。并且，在上述 实施方式中，以形成Ti膜作为薄膜的情况为例进行了说明，但并不限 定于此，在形成TiN膜(氮化钛膜)作为薄膜的情况下，也适用本发 明。
并且，在上述实施方式中，以使用等离子体形成单元的情况为例 进行了说明，但并不限定于此，在不使用等离子体而利用热进行成膜 处理，例如进行热CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)、 或交替流动原料气体和反应气体(氧化气体和还原气体)进行成膜的 热ALD (Atomic Layer Deposition:原子层积淀)等的成膜装置中，当 然也能够适用本发明。
此外，可以代替本实施方式中使用的Ar气体，使用其它的稀有气 体，例如使用He等。并且，在本实施方式中，使用Ar和N2的混合气 体作为吹扫气体，但并不限定于此，也可以使用选自含有N2气体和稀 有气体的气体中的一种以上的气体。
并且，在此以使用半导体晶片作为被处理体为例进行了说明，但 该半导体晶片也包括硅基板或GaAs、 SiC、 GaN等化合物半导体基板， 并且不限定于这些基板，在液晶显示装置所使用的玻璃基板和陶瓷基 板等中，也能够适用本发明。
2权利要求
1.一种成膜装置，其用于在被处理体的表面形成薄膜，其特征在于，包括能够真空排气的处理容器；氮化铝制的载置台，其设置在所述处理容器内，用于在其上载置所述被处理体；用于对所述被处理体进行加热的加热单元；喷淋头部，其与所述载置台对置，用于向所述处理容器内导入必要的气体；和喷淋头周边部气体供给单元，其用于在所述处理容器内的清洁处理后的升温时，向所述喷淋头部的周边部供给不活泼性气体。
2. 如权利要求l所述的成膜装置，其特征在于 所述喷淋头周边部气体供给单元的气体出口设置在所述喷淋头部的外周侧。
3. 如权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于 在所述喷淋头部的外周侧，隔开微小间隙设置有填充部件，该填 充部件的下表面与所述喷淋头部的气体喷射面处于同一水平面。
4. 如权利要求3所述的成膜装置，其特征在于 所述填充部件在所述升温时维持在250'C以上。
5. 如权利要求3所述的成膜装置，其特征在于 所述微小间隙的下端的开口部形成为所述气体出口，并且所述微小间隙形成为所述喷淋头周边部气体供给单元的气体流路。
6. 如权利要求5所述的成膜装置，其特征在于-在所述气体流路的中途设置有具有多个通气孔的扩散板。
7. 如权利要求5所述的成膜装置，其特征在于-在所述气体出口设置有具有多个气孔的分散板。
8. 如权利要求l所述的成膜装置，其特征在于所述喷淋头周边部气体供给单元一体地组装入所述喷淋头部， 所述喷淋头周边部气体供给单元的气体出口沿着所述喷淋头部的 气体喷射面的周边部形成。
9. 如权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于-用于发生等离子体的等离子体形成单元与所述喷淋头部连接，形成上部电极，所述载置台形成下部电极。
10. 如权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于 所述薄膜是钛膜或氮化钛膜。
11. 如权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于 使用原料气体形成所述薄膜，原料气体是选自TiCl4、 TDMAT (二甲氨基钛)和TDEAT (二乙氨基钛)中的一种以上的气体。
12. 如权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于 所述清洁处理中使用的清洁气体是氟类气体。
13. 如权利要求12所述的成膜装置，其特征在于-所述氟类气体是选自C1F3、 NF3、 C2F6、 F2和HF中的一种以上的气体。
14. 一种成膜方法，其使用权利要求1 13中任一项所述的成膜 装置，在第一温度下在被处理体的表面形成薄膜，其特征在于，包括:清洁工序，其中，使用包含氟类气体的清洁气体，在低于所述第 一温度的第二温度下对所述处理容器内进行清洁；升温工序，其中，将所述载置台从所述第二温度向所述第一温度 升温，同时从喷淋头部供给不活泼性气体，并且从喷淋头周边部气体供给单元供给不活泼性气体；预涂敷工序，其中，向所述处理容器内导入成膜用气体，形成预 涂敷膜；和成膜工序，其中，将所述载置台维持在所述第一温度，在所述被 处理体上形成薄膜。
全文摘要
本发明提供一种成膜方法和成膜装置。该成膜装置不仅能够抑制成膜处理时产生颗粒，还能够以比现有技术中的清洁处理时高的温度进行清洁处理，因此，能够提高处理能力。用于在被处理体(W)的表面形成薄膜的成膜装置(12)包括处理容器(14)；用于在其上载置被处理体的氮化铝制的载置台(62)；用于对被处理体进行加热的加热单元(66)；与载置台对置、用于向处理容器内导入必要的气体的喷淋头部(18)；和用于在处理容器内的清洁处理后的升温时向喷淋头部的周边部供给不活泼性气体的喷淋头周边部气体供给单元(22)。由此，清洁处理时生成的AlF类物质即使在载置台升温时形成颗粒并飞散，也不会附着于与其相对的喷淋头部。
文档编号C23C16/44GK101665918SQ200910171078
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月4日 优先权日2008年9月5日
发明者山﨑英亮, 池田恭子, 泽田郁夫, 瀬川澄江 申请人:东京毅力科创株式会社