成膜装置的制作方法

1.本发明涉及成膜装置。


背景技术：

2.在半导体装置的制造中,为了对被处理体例如半导体晶圆实施氧化、扩散、cvd、退火等的热处理而使用各种热处理装置(例如,参照专利文献1)。
3.《现有技术文献》
4.《专利文献》
5.专利文献1:日本国特开2012-209517号公报


技术实现要素：

6.《本发明要解决的问题》
7.本发明提供给一种能够提高膜的面内分布的控制性的技术。
8.《用于解决问题的方法》
9.根据本发明的一个方式,提供一种成膜装置,具有:处理容器；气体供给管,其在上述处理容器内在铅直方向延伸配置,并且具有多个气孔；以及晶舟,其构成为在上述处理容器内在铅直方向容纳基板，该基板包括多个产品基板,该成膜装置通过自上述多个气孔供给的气体在与上述多个气孔分别对应的各个上述基板上形成膜,上述多个气孔中的与存在上述多个产品基板的高度的范围对应配置的多个气孔包括多个第一气孔,该多个第一气孔相对于连结通过上述多个产品基板的每一个产品基板的中心的中心轴线和上述气体供给管的中心轴线的假想线,自上述气体供给管的中心轴线上的点以相同的角度在相同高度开口。
10.《发明的效果》
11.根据一个侧面,能够提高膜的面内分布的控制性。
附图说明
12.图1是示出实施方式的成膜装置的构成例的剖视图。
13.图2是用于说明处理容器的图。
14.图3是用于说明膜厚的面内均匀性的课题的图。
15.图4是示出实施方式的各种气孔的位置和角度的一个例子的图。
16.图5是示出实施方式的多个区域和气孔的角度的一个例子的图。
17.图6是示出实施方式的气孔的角度和膜的面内分布的测定结果的一个例子的图表。
18.图7是示出实施方式的气孔的角度和膜的面内分布的测定结果的一个例子的表。
19.图8是示出实施方式的气孔的角度和循环率的测定结果的一个例子的图表。
20.图9是示出实施方式的多个气体供给管的配置例的图。
21.图10是示出实施方式的气孔的角度和膜的面内分布的控制的一个例子的图。
具体实施方式
22.以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,对于相同构成部分赋予相同附图标记,有时省略重复的说明。
23.[成膜装置]
[0024]
对实施方式的成膜装置进行说明。图1是示出实施方式的成膜装置的构成例的剖视图。图2是用于说明处理容器的图。
[0025]
如图1所示,成膜装置1具有纵长的处理容器10。处理容器10具有下端开放的有顶的圆筒形状的内管12、以及覆盖下端开放的内管12的外侧的有顶的圆筒形状的外管14。内管12以及外管14由石英等的耐热性材料形成,其配置为同轴状而成为双重管构造。在内管12内容纳晶舟16。晶舟16是具有沿上下方向具有规定间隔而将基板w保持为大致水平的槽的基板保持器具。作为基板w的一个例子,可以举出直径为300mm的晶圆。
[0026]
内管12的顶部例如成为平坦。在内管12的一侧,沿内管12的长度方向(上下方向)形成还有用于容纳气体供给管的喷管容纳部18。如图2所示,喷管容纳部18例如是使内管12的侧壁的一部分朝向外侧突出而形成的凸部20内的部分。与喷管容纳部18相对地在内管12的相反侧的侧壁沿内管12的长度方向(上下方向)形成有矩形的开口22。
[0027]
开口22是以能够对内管12内的气体进行排气的方式形成的气体排气口。开口22以其长度与晶舟16的长度相同或者比晶舟16的长度长的方式分别向上下方向延伸而形成。
[0028]
处理容器10的下端被例如由不锈钢形成的圆筒形状的歧管24支承。在歧管24的上端形成有凸缘部24a,在凸缘部24a上设置并支承外管14的下端。在凸缘部24a与外管14的下端之间设置o型环等的密封部件26而使外管14内处于气密状态。
[0029]
歧管24的上部的内壁设有圆环状的支承部24b,在支承部24b上设置并支承内管12的下端。盖体30隔着o型环等的密封部件32气密地安装于歧管24的下端的开口,其气密地堵塞处理容器10的下端的开口即歧管24的开口。盖体30例如由不锈钢形成。
[0030]
在盖体30的中央部,通过磁性流体密封件34贯通设有旋转轴36。旋转轴36的下部旋转自如地支承于由晶舟升降机构成的升降部38的壁部38a。
[0031]
在旋转轴36的上端设有旋转盘40,在旋转盘40上隔着石英制的保温台42载置用于保持基板w的晶舟16。因此,通过使升降部38升降而使盖体30和晶舟16一体地上下移动,从而能够使晶舟16插入处理容器10内或自处理容器10内脱离。
[0032]
气体供给部设于歧管24,用于向内管12内导入气体。气体供给部具有多根(图示的例子中为3根)石英制的气体供给管50a、50b、50c。各气体供给管50a、50b、50c在内管12内沿其长度方向在垂直方向延伸,并且其基端弯曲为l字状且贯穿歧管24而被支承。也将气体供给管50a、50b、50c统称为气体供给管50。
[0033]
如图2所示,气体供给管50a、50b、50c以在内管12的喷管容纳部18内沿周向成为一列的方式设置。在各气体供给管50a、50b、50c中,沿其长度方向以规定间隔配置而形成有多个气孔51a、51b、51c。气孔51a为两个,气孔51b为一个,气孔51c为两个。也将气孔51a、51b、51c统称为气孔51。对于各气孔51a、51b、51c的详细内容后述。
[0034]
各气孔51a、51b、51c朝向水平方向喷出各气体。规定间隔例如设定为与被晶舟16
支承的基板w的间隔相同。另外,高度方向的位置以各气孔51a、51b、51c位于在上下方向相邻的基板w间的中间的方式进行设定,从而能够将各气体高效地供给至基板w间的空间。气体供给源52b、54b、56b经由未图示的流量控制器、阀等分别连接于气体供给管50a、50b、50c。气体供给源52b、54b、56b分别是成膜气体、蚀刻气体以及清除气体的供给源。来自气体供给源52b、54b、56b的各气体通过流量控制器被控制流量,根据需要经由各气体供给管50a、50b、50c被供给至处理容器10内。
[0035]
在歧管24的上部的侧壁且支承部24b的上方形成有气体出口60,从而能够通过内管12与外管14之间的空间对自开口22排出的内管12内的气体进行排气。气体出口60在内管12的周向设于与开口22不同的位置。在图示的例子中,气体出口60设于在内管12的周向中自开口22的位置逆时针错开120度的位置。在气体出口60处设有排气部62。排气部62具有与气体出口60连接的排气通道64,在排气通道64中依次设置压力调整阀66以及真空泵68,从而能够对处理容器10内进行抽真空。另外,在排气通道64的压力调整阀66的上游侧设有用于检测处理容器10内的压力的压力传感器69。
[0036]
在外管14的周围以覆盖外管14的方式设有圆筒形状的加热器70。加热器70用于对容纳于处理容器10内的基板w进行加热。另外,对于加热器70,以沿上下方向与单位区域1对1对应的方式,分割为加热器70a、70b、70c、70d、70e。加热器70a～70e分别通过电力控制器72a～72e独立控制输出。
[0037]
另外,在处理容器10内的空间中,设有用于检测温度的温度传感器80a～80e。温度传感器80a～80e为了对沿上下方向的温度分布进行检测而检测温度。温度传感器80a～80e例如容纳于石英制的保护管82内而设于内管12和外管14之间。如图2所示,用于容纳温度传感器80a～80e以及该温度传感器80a～80e的保护管82设于在内管12的周向自开口22的位置错开规定角度的位置。由此,温度传感器80a～80e自气体供给管50a、50b、50c成为死角,从而能够抑制因自气体供给管50a、50b、50c喷出的气体导致温度传感器80a～80e的检测温度降低。需要说明的是,作为温度传感器80a～80e,例如可以利用热电偶、测温电阻体。
[0038]
来自温度传感器80a～80e的检测信号通过信号线84输入后述的控制部100。在输入检测信号的控制部100中,计算电力控制器72a～72e的设定值,将计算的设定值输出至各个电力控制器72a～72e。例如,通过pid控制计算电力控制器72a～72e的设定值,从而控制部100对向各个电力控制器72a～72e的输出、即各个加热器70a～70e的发热量进行控制。
[0039]
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与存储部102连接,在该存储部102中储存有用于通过控制部100实现在成膜装置1执行的各种处理的控制程序、用于根据处理条件使成膜装置1的各部分执行处理的各种程序。各种程序可以存储于存储介质中,从而能够被存储于存储部102中。存储介质可以是硬盘、半导体存储器,也可以是cd-rom、dvd、闪存等的便携性的装置。另外,可以通过有线或者无线等的通信方法,适当地自其他装置、主机向存储部102进行传送。需要说明的是,控制部100可以是与成膜装置1分开设置的控制装置。另外,存储部102可以是与成膜装置1分开设置的存储装置。
[0040]
[成膜方法]
[0041]
接下来,对于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:atomic layer deposition)法,形成薄膜的情况为例进行说明。作为能够通过实施方式的
成膜方法进行成膜的薄膜,可以举出例如sio2、zro2、hfo2、tio2、al2o3等的氧化膜、sin、hfn、tin、aln的氮化膜、zralo、hfalo、hfsion等的组合上述化合物的复合膜、sin和sio2的层叠膜等。
[0042]
以下,对于作为原料气体使用含硅气体以及氮化气体,在基板w之上形成氮化硅膜(sin)的情况进行说明。
[0043]
首先,在成膜准备工序中,通过升降部38将保持有多个基板w的晶舟16搬入处理容器10内,通过盖体30气密地堵塞处理容器10的下端的开口而进行密闭。另外,在成膜准备工序中,由于处理容器10的下端的开口打开,因此处理容器10内的温度降低。于是,控制部100以降低后的处理容器10内的温度被维持在事先由方案等决定的设定温度(例如,300～700℃)的方式,基于温度传感器80a～80e的检测温度,控制加热器70a～70e的输出。
[0044]
接下来,以与供给至处理容器10内的全部气体的平均流量相同的流量连续供给非活性气体,并且将处理容器10内维持在与处理容器10内的平均压力相同的压力。在成膜准备工序中,通过加热器80对处理容器10内的基板w进行加热而使温度稳定化。其例如通过一边使晶舟16旋转一边进行。另外,在成膜准备工序中,控制部100以降低后的处理容器10内的温度被维持在事先由方案等决定的设定温度(例如,300～700℃)的方式,基于温度传感器80a～80e的检测温度,控制加热器70a～70e的输出。从能够将自成膜准备工序过渡至后述成膜工序时的温度变动设定为较小的观点出发,优选该设定温度与成膜工序的设定温度相同。
[0045]
接下来,在成膜工序中通过ald法,在容纳于处理容器10内的基板w之上形成硅氮化膜。在实施方式中,依次间歇供给来自气体供给管50a的含硅气体、来自气体供给管50c的非活性气体、来自气体供给管50b的氮化气体以及来自气体供给管50c的非活性气体。由此,在最初的供给含硅气体的步骤中含硅气体吸附于基板w上(吸附步骤),在接下来的供给非活性气体的步骤中多余的含硅气体被清除。并且,在接下来的供给氮化气体的步骤中使被供给的氮化气体与含硅气体反应(氮化步骤),通过接下来的供给非活性气体的步骤清除多余的氮化气体,形成基本上为单分子层的较薄的单位膜。进行规定次数该一系列的循环,形成期望的膜厚的氮化硅膜。控制部100以处理容器10内的温度被维持在事先由方案等决定的设定温度(例如,300～700℃)的方式,基于温度传感器80a～80e的检测值,控制加热器70a～70e的输出。
[0046]
[膜厚的面内均匀性]
[0047]
接下来,参照图3,对于在基板上成膜的膜的面内均匀性进行说明。图3是用于说明膜厚的面内均匀性的课题的图。在图3中,示出了晶舟16为横向的状态。晶舟16的顶部描绘在左侧,晶舟16的底部描绘在右侧。在图3中,晶舟16内的多个槽中的安置有多个产品基板(production)的高度的范围用a表示。在两端(上端、下端)配置有虚设基板(dummy)。
[0048]
处理容器10内的供多个产品基板配置的晶舟16内的a的空间中,例如,在气体供给管中,在与连结产品基板的中心轴线和气体供给管的中心轴线的假想线相同的方向开口的气孔在纵向一个一个排列配置。在自气体供给管50a～50c供给气体时,自底部依次朝向顶部供给气体。因此,自位于底部的气孔供给的气体的流量最多,越接近顶部自气孔供给的气体的流量越变少。图3的图表中,横轴是晶舟16的供基板(包括产品基板以及虚设基板)载置的槽的号码,纵轴以百分比示出了形成于各基板的膜的面内均匀性。膜的面内均匀性的值
越大,表示均匀性越高。据此,在晶舟16内的a的空间中,由于底部侧比顶部侧供给的气体的流量多,因此膜厚变厚,面内均匀性变高。由此,在自底部至顶部的区域中生成的膜的面内均匀性产生了由b表示的差。需要说明的是,在图3的图表中,是自气体供给管流过si气体的结果。需要说明的是,对于膜的面内分布,通过自底部至顶部的任一槽而在基板上形成的膜中,中心较厚,周边较薄。
[0049]
[气孔的位置和角度]
[0050]
因此,在本实施方式的气体供给管50中,赋予气孔51规定的角度而进行配置。对于气孔的位置和角度,参照图4进行说明。图4是示出实施方式的各种气孔的位置和角度的一个例子的图。
[0051]
在图4中,举例示出了能够用于在气体供给管50中形成的气孔的孔类型。(a)～(d)的孔类型的气孔51的开口的角度为相对于连结通过多个产品基板的每一个产品基本的中心的中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d自气体供给管50的中心轴线上的点e上的点0
°
、30
°
、60
°
、90
°
。
[0052]
图4的(a)的气孔类型1是在与连结中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d相同方向开口的气孔51。在气孔类型1的气孔51,能够自气体供给管50朝向产品基板w的中心径直供给气体。
[0053]
图4的(b)的气孔类型2是相对于连结中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d,自气体供给管50的中心轴线上的点e以相同的角度30
°
在相同高度开口的两个气孔51。
[0054]
图4的(c)的气孔类型3是相对于连结中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d,自气体供给管50的中心轴线上的点e以相同的角度60
°
在相同高度开口的两个气孔51。
[0055]
图4的(d)的气孔类型4是相对于连结中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d,自气体供给管50的中心轴线上的点e以相同的角度90
°
在相同高度开口的两个气孔51。在气孔类型2～4的气孔51中,相对于产品基板w的中心,以上述各角度在两侧供给气体。
[0056]
气孔类型2～4的气孔51是以气体供给管50的中心轴线上的点e为中心,自连结多个产品基板w的中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d以相同的角度在相同高度开口的多个第一气孔的一个例子。气孔类型1的气孔是在与连结多个产品基板w的中心轴线上的点c和气体供给管50的中心轴线上的点e的假想线d相同方向开口的第二气孔的一个例子。
[0057]
在本实施方式的气体供给管50中,改变自顶部朝向底部在高度方向配置多个的气孔51的开口角度(以下,也仅称为“气孔51的角度”。)。由此,能够使在自底部至顶部的区域中生成的膜的面内均匀性一致。
[0058]
图5是示出实施方式的多个区域和气孔51的角度的一个例子的图。在图5中用箭头示出气孔51的角度。在图5的例子中,在存在多个产品基板w的高度的范围a中,自上依次以“top”、“tc-1”、“tc-2”、“ctr”、“cb-1”、“cb-2”、“btm”的高度分割为多个区域。
[0059]
在“top”～“tc-1”区域中在纵向配置的各高度的两个气孔51相对于连结多个产品基板w的中心轴线上的任意的点c和气体供给管50的中心轴线上的任意的点e的线(图4的假
至“btm”的各槽中形成面内均匀性为
±
1.0％的凸型的面内分布的膜。
[0072]
同样,图7的
“±
1.0％凹型”将图6的线r与“top”至“btm”的各线的交点的角度表示为“top”至“btm”的各个气孔51的角度。据此,在想要将膜厚调整为面内均匀性为
±
1.0％的凹型的面内分布的情况下,制作在图7的“top”至“btm”的各槽处在相同高度配置了具有表中所示角度的2组气孔51的气体供给管50,将其配置于成膜装置1中。由此,能够在自“top”至“btm”的各槽中形成面内均匀性为
±
1.0％的凹型的面内分布的膜。
[0073]
图8是表示实施方式的气孔51的角度和循环率的测定结果的一个例子的图表。横轴中,(a)表示图4的(a)的气孔类型1的情况,(b)表示图4的(b)的气孔类型2的情况,(c)表示图4的(c)的气孔类型3的情况,(d)表示图4的(d)的气孔类型4的情况,图8的纵轴的循环率表示成膜速度。
[0074]
在图4的(a)的气孔类型1的情况下,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,循环率均比其他的气孔类型高。另外,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,膜的面内分布均为产品基板的中心区域比边缘区域厚的凸型。
[0075]
在图4的(b)的气孔类型2的情况下,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,循环率均比气孔类型1略低。另外,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,膜的面内分布均为产品基板的中心区域比边缘区域略厚的凸型。
[0076]
在图4的(c)的气孔类型3的情况下,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,循环率均比气孔类型1略低。另外,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,膜的面内分布均为产品基板的中心区域与边缘区域之间的中间区域略厚的平坦型。
[0077]
在图4的(d)的气孔类型4的情况下,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,循环率均比气孔类型1略低。另外,在“top”、“ctr”、“btm”的情况下,膜的面内分布均为产品基板的边缘区域比中心区域厚的凹型。
[0078]
如此,参照图6的标示(flag)或者图7的表,制作能够成为期望的膜的面内分布的气体供给管50。能够使用该气体供给管50,在存在多个产品基板w的高度的范围a中使形成于产品基板w的膜厚的面内均匀性一致,或者对面内分布进行调整。例如,通过改变气孔51的角度,能够将膜的面内分布调整为凸型(中心区域的膜厚比外周区域的膜厚厚)、凹型(中心区域的膜厚比外周区域的膜厚薄)或者平坦型。
[0079]
例如,若在基板w上形成电子装置,基板w的表面积变大,则气体难以自边缘供给至中央。在该情况下,优选凸型的膜的面内分布。在该情况下,使用具有在能够调整为凸型的膜的面内分布的角度开口的气孔51的气体供给管50。其理由在于,由于基板w的表面积较大,因此即使基板w的中心处的气体的浓度降低,由于原本中心的膜厚较高,因此通过使用该气体供给管50能够维持膜的面内均匀性。例如,在对基板w进行蚀刻的情况下,由于存在基板w的边缘侧比中心侧容易被切除的倾向,因此优选凹部的膜的面内分布。在该情况下,使用具有在能够调整为凹型的膜的面内分布的角度开口的气孔51的气体供给管50。
[0080]
[变形]
[0081]
图9是示出实施方式的多个气体供给管50的配置例的图。在图9中,将实施方式的膜的面内分布调整为凸型(例如,面内均匀性
±
1.0％凸型、
±
1.5％凸型)的气体供给管58、59、以及将膜的面内分布调整为凹型(例如,面内均匀性
±
1.0％凹型)的气体供给管57配置于处理容器10内。各个气体供给管57～59通过气体供给线路与气体源53连接。各个气体供
给管57～59通过设于气体供给线路中的各阀v1、v2、v3的接通以及断开,自气体供给管57～59任一者将气体供给至处理容器10内。由此,能够根据工艺的种类、条件,将向基板w成膜的膜的厚度的面内分布调整为具有规定值的面内均匀性的凸型或者凹型。由此,根据工艺不同,能够不每次变更气孔51的角度而通过阀的切换来控制膜的面内分布。
[0082]
[与气体种类、工艺相应的气体供给管]
[0083]
形成有具有根据应在多个产品基板的每一个产品基板上形成的膜的面内分布且针对每个气体种类而设定的角度的多个气孔51的气体供给管50可以与多个气体种类对应地在处理容器10内配置多个。在该情况下,具有切换根据多个气体种类而使用的气体供给管50的切换部。阀v1、v2、v3是切换根据自多个气体供给管50用于产品基板w的气体而使用的气体供给管50的切换部的一个例子。
[0084]
如图10所示,通过在各槽处改变根据产品基板w(production)配置的气体供给管50的气孔51的角度,有时能够同时处理不同的产品。例如,如图10所示,可以将存在晶舟16内的多个产品基板w的高度的范围a的上半部分为气孔类型a的气孔51、下半部分为气孔类型b的气孔51的气体供给管50配置于处理容器10内。由此,能够在上半部分的气孔类型a的气孔51处执行根据一个工艺的处理,在下半部分的气孔类型b的气孔51处执行根据另一工艺的处理。由此,能够不进行维护而一次进行各种产品基板w的处理。
[0085]
需要说明的是,在相同高度配置的气孔的数量不限于两个,可以为三个以上。气体供给管50不仅限于石英,同样可以由sio2、sic、金属部件以及不锈钢(sus)等的其他部件形成多个气孔51。
[0086]
需要说明的是,在上述实施方式中,虽然作为成膜方法的一个例子对ald法进行了说明,但是不限于此,例如也同样可以应用于化学气相沉积(cvd:chemical vapor deposition)法。另外,不限于成膜工序,也可以应用于供给清洁气体,通过cvd法对处理容器10内进行清洁的处理。例如,通过自角度不同的气孔供给清洁气体,能够应用于气体供给管50a、50b、50c的背侧的清洁、btm部的重点的气体供给等。而且,还能够应用于供给蚀刻气体,通过cvd法对处理容器10内进行蚀刻的处理。形成的膜的种类不仅限于基于原料气体以及反应气体的成膜,也可以仅通过原料气体来形成多晶硅膜等。
[0087]
如上所述,根据本实施方式的成膜装置,能够提高膜的面内分布的控制性。
[0088]
应认为此次公开的实施方式的成膜装置的全部的点为例示而非限制。实施方式可以部脱离权利要求书及其主旨而以各种形态进行变形及改良。在上述多个实施方式中记载的事项在不矛盾的范围内可以取其他构成,另外,在不矛盾的范围内可以进行组合。