成膜方法和成膜装置与流程

本发明涉及成膜方法和成膜装置。

背景技术：

已知一种批量式的基片处理装置，其在处理室内，在将多个基片分多层地保持于基片保持件的状态下，能够对多个基片进行成膜处理等。作为这样的基片处理装置，已知在与垂直地铺设于处理室的单侧的冷却气体供给管具有90度的相位差的位置铺设保护管，并将热电偶的热接点封入保护管中，来检测处理室的温度的技术(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-186049号公报。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明提供一种能够降低成膜的初始阶段中的温度变动的技术。

用于解决问题的技术方案

本发明的一个方式的成膜方法，包括：成膜步骤，通过对收纳在处理容器内的基片交替地供给多种气体，使膜沉积于该基片；和在所述成膜步骤之前执行的成膜准备步骤，以与所述成膜步骤中要供给到所述处理容器内的全部气体的平均流量相同的流量供给非活性气体，且将所述处理容器内维持为与所述成膜步骤中的所述处理容器内的平均压力相同的压力。

发明效果

根据本发明，能够降低成膜的初始阶段中的温度变动。

附图说明

图1是表示成膜装置的构成例的截面图。

图2是用于说明处理容器的图。

图3是表示一个实施方式的成膜方法的一例的流程图。

图4是表示实施例1的各步骤中的温度随时间的变化的图。

图5是表示比较例1的各步骤中的温度随时间的变化的图。

附图标记说明

1成膜装置

10处理容器

50气体供给部

52、54、56气体供给管

52a、54a、56a气孔

62排气部

100控制部

w晶片。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的非限定的例示的实施方式进行说明。在全部附图中，对相同或对应的部件或零件标注相同或对应的附图标记，并省略重复的说明。

(成膜装置)

说明一个实施方式的成膜装置。图1是表示一个实施方式的成膜装置的构成例的截面图。图2是用于说明处理容器的图。

如图1所示，成膜装置1具有纵长型的处理容器10。处理容器10具有下端开放的有顶的圆筒形状的内筒12和下端开放且覆盖内筒12的外侧的有顶的圆筒形状的外筒14。内筒12和外筒14由石英等的耐热性材料形成，呈同轴状配置形成双重筒构造。在内筒12内收纳有晶片舟皿16。晶片舟皿16是沿着上下方向具有规定间隔地将多个半导体晶片(以下称为“晶片w”。)保持为大致水平的基片保持件。晶片w是基片的一例。

内筒12的顶部例如是平坦的。在内筒12的一侧沿着内筒12的长度方向(上下方向)形成收纳气体供给管的喷嘴收纳部18。喷嘴收纳部18例如如图2所示是使内筒12的侧壁的一部分向外侧突出而形成的凸部20内的部分。在与喷嘴收纳部18相对的内筒12的相反侧的侧壁沿内筒12的长度方向(上下方向)形成矩形状的开口22。

开口22是形成为能够排出内筒12内的气体的气体排气口。开口22的长度形成为与晶片舟皿16的长度相同，或者形成为比晶片舟皿16的长度长且分别向上下方向延伸。

处理容器10的下端用例如由不锈钢形成的圆筒形状的复式接头24支承。在复式接头24的上端形成凸缘部24a，在凸缘部24a上设置外筒14的下端并对其进行支承。在凸缘部24a与外筒14的下端之间设置o型环等的密封体部件26，使外筒14内成为气密状态。

在复式接头24的上部的内壁设置有圆环状的支承部24b，在支承部24b上设置内筒12的下端并对其进行支承。在复式接头24的下端的开口，隔着o型环等的密封体部件32气密地安装有盖体30，以使得气密地封闭处理容器10的下端的开口即复式接头24的开口。盖体30例如由不锈钢形成。

在盖体30的中央部经由磁性流体密封件34贯通地设置有旋转轴36。旋转轴36的下部可旋转地支承在由舟皿升降机构成的升降部38的臂38a。

在旋转轴36的上端设置有旋转板40，在旋转板40上隔着石英制的保温台42载置用于保持晶片w的晶片舟皿16。因此，通过使升降部38升降，能够使盖体30和晶片舟皿16作为一体上下移动，将晶片舟皿16插入到处理容器10内或从其中卸下。

气体供给部50设置在复式接头24，向内筒12内导入气体。气体供给部50具有多个(图示的例子中为3个)石英制的气体供给管52、54、56。各气体供给管52、54、56在内筒12内沿其长度方向延伸，并且以其基端弯曲为l字状而贯通复式接头24的方式被支承。

气体供给管52、54、56如图2所示，在内筒12的喷嘴收纳部18内沿周向配置成一列。在各气体供给管52、54、56沿着其长度方向以规定间隔形成有多个气孔52a、54a、56a。各气孔52a、54a、56a向水平方向排出各气体。规定间隔例如设定为与由晶片舟皿16支承的晶片w的间隔相同。另外，高度方向的位置设定为可使得各气孔52a、54a、56a位于在上下方向上相邻的晶片w间的中间，从而能够将各气体高效地供给到晶片w间的空间。气体供给管52、54、56各自经流量控制器52c、54c、56c、阀等与气体供给源52b、54b、56b连接。气体供给源52b、54b、56b分别是成膜气体、蚀刻气体和吹扫气体的供给源。来自气体供给源52b、54b、56b的各气体由流量控制器52c、54c、56c控制流量，根据需要经各气体供给管52、54、56被供给到处理容器10内。

在复式接头24的上部的侧壁且支承部24b的上方形成有气体出口60，使得从开口22排出的内筒12内的气体能够经由内筒12与外筒14之间的空间排出。气体出口60设置在内筒12的周向上的与开口22不同的位置。在图示的例子中，气体出口60设置在内筒12的周向上的从开口22的位置起逆时针地错开120度的位置。在气体出口60设置有排气部62。排气部62具有与气体出口60连接的排气通路64，在排气通路64依次设置有压力调节阀66和真空泵68，能够对处理容器10内进行抽真空。另外，在排气通路64的压力调节阀66的上游侧设置有用于检测处理容器10内的压力的压力传感器69。

在外筒14的周围以覆盖外筒14的方式设置有圆筒形状的加热器70。加热器70加热被收纳在处理容器10内的晶片w。

处理容器10内的空间沿上下方向被分割为多个单位区域，例如5个单位区域za、zb、zc、zd、ze。单位区域za是位于上下方向上的最上方的单位区域，所以称为“top”。另外，单位区域ze是位于上下方向上的最下方的单位区域，所以称为“btm”。并且，单位区域zb、zc、zd是位于上下方向上的中间的单位区域，所以分别称为“ctr1”、“ctr2”、“ctr3”。

另外，将加热器70以沿着上下方向与单位区域一对一地对应的方式划分为加热器70a、70b、70c、70、70e。加热器70a～70e各自通过功率控制器72a～72e，与单位区域za～ze各自对应地被独立地控制输出。

另外，在处理容器10内的空间，与单位区域za～ze各自对应地设置用于检测温度的温度传感器80a～80e。温度传感器80a～80e为了检测沿着上下方向的温度分布而检测温度。温度传感器80a～80e例如收纳在石英制的保护管82内，且设置在内筒12与外筒14之间。温度传感器80a～80e和收纳该温度传感器80a～80e的保护管82，如图2所示设置在内筒12的周向上的从开口22的位置错开规定角度θ的位置。由此，温度传感器80a～80e从气体供给管52、54、56成为死角，因此能够抑制因从气体供给管52、54、56排出的气体而使温度传感器80a～80e的检测温度降低。此外，作为温度传感器80a～80e，例如能够利用热电偶、测温电阻体。

来自温度传感器80a～80e的检测信号通过信号线84被输入后述的控制部100。在被输入检测信号的控制部100中，计算功率控制器72a～72e的设定值，将计算出的设定值分别输出到功率控制器72a～72e。例如通过pid控制来计算功率控制器72a～72e的设定值，由此控制部100控制对功率控制器72a～72e各自的输出，即加热器70a～70e各自的发热量。

成膜装置1具有用于控制成膜装置1的整体动作的计算机等的控制部100。控制部100连接有存储部102，其存储有用于使控制部100实现在成膜装置1中执行的各种处理的控制程序、以及用于使成膜装置1的各部根据处理条件执行处理的各种程序。各种程序被记录于存储介质而存储在存储部102中。存储介质可以为硬盘或半导体存储器，也可以为cd-rom、dvd、闪存等的可移动的存储器。另外，也可以通过有线或者无线等的通信单元，从其他的装置或主机向存储部102适当传送。

此外，控制部100可以为相对于成膜装置1另外设置的控制装置。另外，存储部102也可以为相对于成膜装置1另外设置的存储装置。

(成膜方法)

对于一个实施方式的成膜方法，以使用上述成膜装置1通过原子层沉积(ald：atomiclayerdeposition)法形成薄膜的情况为例进行说明。作为用一个实施方式的成膜方法能够形成的薄膜，例如能够列举将sio2、zro2、hfo2、tio2、al2o3等的氧化膜、sin、hfn、tin、aln的氮化膜、zralo、hfalo、hfsion等的上述化合物组合而成的复合膜。

以下说明作为原料气体使用含硅气体和氮化气体，在晶片w之上形成硅氮化膜(sin)的情况。图3是表示一个实施方式的成膜方法的一例的流程图。

首先，通过升降部38将保持有多个晶片w的晶片舟皿16送入处理容器10内，并用盖体30将理容器10的下端的开口气密地封闭密封(送入步骤s10)。在送入步骤s10中，因为将处理容器10的下端的开口打开，所以处理容器10内的温度降低。因此，控制部100基于温度传感器80a～80e的检测温度，控制加热器70a～70e的输出，使得降低了的处理容器10内的温度维持为处理方案等中所预先设定的设定温度(例如300～700℃)。

接着，以与后述的成膜步骤s30中供给到处理容器10内的全部气体的平均流量相同的流量连续地供给非活性气体，且将处理容器10内维持为与成膜步骤s30中的处理容器10内的平均压力相同的压力(成膜准备步骤s20)。该平均流量例如可以是在成膜准备步骤s20之前预先至少执行一次与成膜步骤s30相同的条件的步骤，并基于在该步骤中由流量控制器52c、54c、56c计测的各气体的测定流量来计算出的。其中，该平均流量也可以基于执行成膜步骤s30时的各气体的设定流量来计算出的。该平均压力例如可以是在成膜准备步骤s20前预先至少执行一次与成膜步骤s30相同的条件的步骤，并基于在该步骤中由压力传感器69检测出的处理容器10内的压力来计算的。另外，在成膜准备步骤s20中，能够通过加热器80加热处理容器10内的晶片w而使温度稳定化。另外，成膜准备步骤s20例如一边使晶片舟皿16旋转一边进行。另外，在成膜准备步骤s20中，控制部100基于温度传感器80a～80e的检测温度，控制加热器70a～70e的输出，使得降低了的处理容器10内的温度维持为处理方案等中所预先设定的设定温度(例如300～700℃)。从能够减小由成膜准备步骤s20向后述的成膜步骤s30移行时的温度变动的观点出发，该设定温度优选与成膜步骤s30的设定温度相同。

接着，通过ald法，在收纳于处理容器10内的晶片w之上形成硅氮化膜。(成膜步骤s30)。在一个实施方式中，将来自气体供给管52的含硅气体、来自气体供给管56的非活性气体、来自气体供给管54的氮化气体和来自气体供给管56的非活性气体按该顺序间歇地供给。由此，在最初的供给含硅气体的步骤中在晶片w上吸附含硅气体(吸附步骤)，在接着的供给非活性气体的步骤中多余的含硅气体被吹扫(第1吹扫步骤)。然后，在接着的供给氮化气体的步骤中使供给的氮化气体与含硅气体反应(氮化步骤)，在接着的供给非活性气体的步骤中吹扫多余的气体(第2吹扫步骤)，形成大致为单分子层的薄的单位膜。将该一系列的循环执行规定次数，形成所希望的膜厚的硅氮化膜。在成膜步骤s30中，控制部100基于温度传感器80a～80e的检测温度，控制加热器70a～70e的输出，使得处理容器10内的温度维持为处理方案等中所预先设定的设定温度(例如、300～700℃)。

此外，成膜步骤s30的处理条件的一例如下。

吸附步骤：含硅气体(1～30slm)，时间(10～120秒)。

第1吹扫步骤：非活性气体(10～50slm)，时间(10～60秒)。

氮化步骤：氮化气体(15～25slm)，时间(60～180秒)。

第2吹扫步骤：非活性气体(10～50slm)，时间(10～60秒)。

但是，成膜步骤s30在吸附步骤与第1吹扫步骤之间，还可以具有用排气部62将处理容器10内抽真空至例如真空泵68的停止抽吸的状态的抽真空步骤。另外，成膜步骤s30在吸附步骤与第2吹扫步骤之间，还可以具有用排气部62将处理容器10内抽真空至例如真空泵68的停止抽吸的状态的步骤。

在以上说明的一个实施方式的成膜方法中，在通过ald法形成薄膜的成膜步骤s30中，在短时间内对处理容器10内供给大流量的气体。

此时，考虑具有在成膜准备步骤s20中供给到处理容器10内的全部气体的平均流量与在成膜步骤s30中供给到处理容器10内的全部气体的平均流量不同的情况。在该情况下，由于从成膜准备步骤s20向成膜步骤s30移行时的气体的流量、流速的变化，会使温度传感器80a～80e的检测温度发生变化。因此，在成膜步骤s30的初始阶段容易发生温度变动。

另外，还考虑具有成膜准备步骤s20中的处理容器10内的平均压力与成膜步骤s30中的处理容器10内的平均压力不同的情况。在该情况下，由于从成膜准备步骤s20向成膜步骤s30移行时的压力的变化，会使温度传感器80a～80e的检测温度发生变化。因此，在成膜步骤s30的初始阶段容易发生温度变动。

因此，在一个实施方式中，在成膜准备步骤s20中，以与在成膜步骤s30中向处理容器10内供给的全部气体的平均流量相同的流量供给非活性气体，并且将处理容器10内维持为与成膜步骤s30中的处理容器10内的平均压力相同的压力。由此，从成膜准备步骤s20向成膜步骤s30移行时的气体的流量、流速的变化以及处理容器10内的压力的变化变小，因此能够降低成膜步骤s30的初始阶段中的温度变动。

此外，在上述的实施方式中，作为成膜方法的一例说明了ald法，但是不限于此，例如在化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)法中能够同样适用。

(实施例)

以下对执行一个实施方式的成膜方法并评价温度传感器的检测温度的稳定性的实施例进行说明。

在实施例1中，使用上述的成膜装置1，执行上述的送入步骤s10、成膜准备步骤s20和成膜步骤s30。然后，在各步骤中，评价温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化。此外，在实施例1中，替代在吸附步骤中使用的含硅气体和在氮化步骤中使用的氮化气体，而使用了n2气体。实施例1中的成膜准备步骤s20和成膜步骤s30的处理条件如下。

<处理条件>

·成膜准备步骤s20

n2气体流量：16slm(连续供给)。

处理容器内的压力：0.75torr(100pa)。

·成膜步骤s30

n2气体平均流量：16lsm(间歇供给)。

处理容器内的平均压力：0.75torr(100pa)。

另外，为了与实施例1进行比较，而执行了以下的比较例1。在比较例1中，将成膜准备步骤s20中的n2气体流量变更为2slm，将处理容器10内的压力变更为0.25torr(33pa)，除此之外的处理条件与实施例1相同。然后，在各步骤中，评价了温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化。比较例1中的成膜准备步骤s20和成膜步骤s30的处理条件如下。

<处理条件>

·成膜准备步骤s20

n2气体流量：2slm(连续供给)。

处理容器内的压力：0.25torr(33pa)。

·成膜步骤s30

n2气体平均流量：16lsm(间歇供给)。

处理容器内的平均压力：0.75torr(100pa)。

图4是表示实施例1的各步骤中的温度随时间的变化的图。图4(a)表示供给到处理容器10内的气体的流量随时间的变化(粗实线)和温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化(细实线、虚线和点划线)。图4的(b)表示处理容器10内的压力随时间的变化(粗实线)和温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化(细实线、虚线和点划线)。图4的(c)表示晶片中心温度随时间的变化。在图4的(a)中，横轴表示时间[分钟]，第1纵轴表示传感器温度[℃]，第2纵轴表示气体流量[slm]。在图4的(b)中，横轴表示时间[分钟]，第1纵轴表示传感器温度[℃]，第2纵轴表示压力[torr]。在图4的(c)中，横轴表示时间[分钟]，纵轴表示晶片中心温度[℃]。另外，在图4的(c)中，晶片a、晶片b和晶片c是配置在晶片舟皿16的不同高度位置的晶片。

图5是表示比较例1的各步骤中的温度随时间的变化的图。图5的(a)表示供给到处理容器10内的气体的流量随时间的变化(粗实线)和温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化(细实线、虚线和点划线)。图5的(b)表示处理容器10内的压力随时间的变化(粗实线)和温度传感器80a、80c、80e的检测温度随时间的变化(细实线、虚线和点划线)。图5的(c)表示晶片中心温度随时间的变化。在图5的(a)中，横轴表示时间[分钟]，第1纵轴表示传感器温度[℃]，第2纵轴表示气体流量[slm]。在图5的(b)中，横轴表示时间[分钟]，第1纵轴表示传感器温度[℃]，第2纵轴表示压力[torr]。在图5的(c)中，横轴表示时间“分”，纵轴表示晶片中心温度[℃]。另外，在图5的(c)中，晶片a、晶片b和晶片c是配置在晶片舟皿16的不同高度位置的晶片。

如图4的(c)所示，可知：在实施例1中，从成膜准备步骤s20向成膜步骤s30移行而引起的晶片中心的温度的变动几乎没有，从成膜步骤s30的初始阶段起晶片中心的温度稳定。另一方面，如图5的(c)所示，可知：在比较例1中，从成膜准备步骤s20向成膜步骤s30移行后，晶片中心的温度降低，从移行到成膜步骤s30起经过20～30分钟之后晶片中心的温度才开始稳定。根据上述的结果显示，与比较例1相比，在实施例1中能够降低成膜步骤s30的初始阶段中的温度变动。

说明书公开的实施方式在所有方面都是例示，应认为不是用来限定的。上述的实施方式在不脱离附加的权利要求书及其主旨的情况下能够以各种的方式省略、置换、变更。