成膜装置和成膜方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在真空气氛下对被收纳在反应容器内的基板供给成膜用的原料气体而进行薄膜的成膜的成膜装置和成膜方法。
【背景技术】
[0002]作为进行例如氮化硅(S1- N)膜等薄膜的成膜的装置，公知有一种将以搁板状装载有半导体晶圆(以下称作“晶圆”)等基板的晶圆舟皿(基板保持件)自下方侧气密地输入到立式的反应管内而进行成膜处理的成膜装置。在反应管内设有用于向各晶圆分别供给硅系的原料气体(例如二氯甲硅烷(DCS)气体)和氮系的反应气体(例如氨气(NH3))的气体喷射器。另外，在反应管的外侧设有用于使氨气等离子体化的一对平行电极。
[0003]在这样的成膜装置中进行所述氮化硅膜的成膜时，使用一种多次进行向各晶圆交替地供给原料气体和反应气体的等离子体的成膜循环的方法、即所谓的ALD法。因而，与所述成膜循环的次数相对应地原料气体和反应气体的等离子体发生反应而生成的反应生成物在各晶圆上层叠而形成薄膜。因此，在ALD法中，具有如下特征:成膜循环的重复次数和薄膜的膜厚尺寸彼此相关，根据这样的原理易于控制所述膜厚尺寸。
[0004]然而，在各成膜循环中，在欲设置待机时间直到原料气体结束吸附于晶圆的表面时、换言之在欲进行吸附反应直到原料气体的吸附量达到饱和而进行理想的ALD反应时，会使处理时间攀升而导致生产率降低。即，理论上的反应机构另当别论，在使用实际的装置来现实性地进行薄膜的成膜时，考虑到生产率、工艺的成膜温度以及所使用的原料气体的类型，难以保持较长的吸附时间直到原料气体的吸附反应以所谓自限制性(self-limit)的方式停止。
[0005]因而，在以原料气体的吸附未饱和的工艺条件来进行薄膜的成膜时，极难控制薄膜的膜厚尺寸。因此，在对晶圆进行成膜处理时，在相同的批次内对产品晶圆和膜厚测量用的仿真晶圆(裸晶圆)进行薄膜的成膜试验，确认了薄膜的膜厚尺寸。
[0006]然而，在表面上形成有图案的产品晶圆的表面积大于没有形成图案的仿真晶圆的表面积，因此，产品晶圆的原料气体的消耗量较多。因此，即使使用仿真晶圆来确认膜厚尺寸，实际的产品晶圆的薄膜的膜厚尺寸也容易薄于仿真晶圆的薄膜的膜厚尺寸。另外，晶圆舟皿中的产品晶圆的装载张数越多，原料气体的消耗量越多，因此，根据每一批次的产品晶圆的投入张数的不同，也难以控制薄膜的膜厚尺寸。
[0007]以往，公知有在进行氧化铝膜的成膜时将缓冲罐内的压力保持为恒定的技术，但所述问题尚不为人所知。
【发明内容】
_8] 发明要解决的问题
[0009]本发明提供一种在真空气氛下对被收纳在反应容器内的基板供给成膜用的原料气体而进行薄膜的成膜时能够易于对该薄膜的膜厚尺寸进行调整的技术。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]本发明提供一种成膜装置，其用于向形成为真空气氛的反应容器内交替地供给原料气体和与该原料气体发生反应而生成反应生成物的反应气体，从而在该反应容器内的基板上进行薄膜的成膜，其特征在于，该成膜装置包括:原料气体供给部，其设于所述原料气体的供给路径的端部，用于向所述反应容器内供给所述原料气体；压力调整用阀，其设置在用于对所述反应容器内进行真空排气的真空排气路径上；压力限制用阀和开闭阀，该压力限制用阀和开闭阀分别设置在绕过所述压力调整用阀的旁路上，用于将所述反应容器内的压力限制为预先设定的压力；罐，其设置在所述原料气体的供给路径的中途，用于将所述原料气体以升压后的状态储存；流量调整用阀，其设于所述原料气体的供给路径上的靠所述罐的下游侧的部分；以及控制部，其进行控制，以便在将被储存于所述罐内的所述原料气体向所述反应容器内供给时使所述开闭阀打开。
[0012]本发明提供一种成膜方法，在该成膜方法中，向形成为真空气氛的反应容器内交替地供给原料气体和与该原料气体发生反应而生成反应生成物的反应气体，从而在该反应容器内的基板上进行薄膜的成膜，该成膜方法包括以下工序:使用原料气体供给部和为了将所述反应容器内的压力限制为P1而设置在真空排气路径上的压力限制用阀，将原料气体以升压后的状态储存于设置在朝向所述原料气体供给部去的、所述原料气体的供给路径的中途的罐内；接着，在利用设于所述罐的下游侧的流量调整用阀将气体流量调整为设定流量的状态下，自所述罐经由所述原料气体供给部向所述反应容器内供给时间At的所述原料气体，并且，在所述压力限制用阀的作用下，在自所述原料气体的供给开始时刻h起经过AtX (1/3)的时刻与自所述原料气体的供给开始时刻h起经过AtX (2/3)的时刻之间的这段时间内，将所述反应容器内的压力限制为P-
[0013]附图是作为本说明书的一部分而引入的，其表示本发明的实施方式，该附图连同所述通常的说明和后述的实施方式的详细内容一起来说明本发明的概念。
【附图说明】
[0014]图1是示意性表示本发明的成膜装置的一个例子的示意图。
[0015]图2是表示在利用所述成膜装置供给原料气体时的反应管内的压力的变化的概略图。
[0016]图3是表示所述成膜装置的纵剖视图。
[0017]图4是表示所述成膜处理的横剖视图。
[0018]图5是表示在利用所述成膜装置供给原料气体时的排气侧的动作的时序图。
[0019]图6是表示所述成膜装置中的排气侧的动作的示意图。
[0020]图7是表示所述成膜装置中的排气侧的动作的示意图。
[0021]图8是表示在利用所述成膜装置供给原料气体时的供给侧的动作的时序图。
[0022]图9是表示利用本发明的实施例获得的实验结果的特性图。
[0023]图10是表示通常的ALD法中的气体压力的变化的特性图。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图详细叙述本发明的各种实施方式。在下述详细的说明中，为了能够充分地理解本发明而记载很多具体的详细内容。然而，不言自明，在没有这样的详细说明的情况下本领域的技术人员也能够获得本发明。在其他例子中，为了避免难以理解各种实施方式，没有详细地示出公知的方法、步骤、系统、构成要件。
[0025]参照图1?图4说明本发明的成膜装置的实施方式的一个例子。该成膜装置为批量式的立式热处理装置，在该立式热处理装置中，通过向晶圆W交替地供给互相反应的原料气体和反应气体而层叠反应生成物的ALD法来进行薄膜的成膜，并在立式的反应管(反应容器)12内对多张晶圆W—并进行成膜处理。并且，在该装置中，如图1所示那样在反应管12的排气侧设置后述的旁路81，由此，如图2示意性地表示那样，在对各晶圆W供给原料气体的时刻h?时刻t2这段时间内，该反应管12内成为大致恒定的处理压力P -接着，说明装置的各部分的详细结构。另外，在图1中，以简化的方式描绘了成膜装置，另外，在图2中，还一并描绘了在以往供给原料气体时的反应管12内的压力。
[0026]如图3和图4所示，反应管12形成为下端侧开口的大致圆筒型并构成为能够在内部收纳用于将多张例如150张晶圆W呈搁板状装载的晶圆舟皿11，在该例子中，反应管12由石英制成。在反应管12的下端侧开口部设有用于对该开口部气密地进行开闭的盖体25，该盖体25能够连同晶圆舟皿11 一起利用未图示的舟皿升降机进行升降。在反应管12的外侧设有大致圆筒型的加热炉主体14，在加热炉主体14的内壁面，沿着整个周向配置有作为加热机构的加热器13。在图3中，附图标记16是底板，附图标记26是隔热体，附图标记27是旋转轴，附图标记28是马达等驱动部。另外，在图3中，以局部剖的方式描绘了加热炉主体14、加热器13以及底板16。
[0027]如图3和图4所示，反应管12成为由外管12a和收纳于该外管12a的内部的内管12b构成的二重管构造，并被上下表面开口的大致圆筒形状的歧管18自下方侧气密地支承。也如图4所示那样，在俯视时，内管12b的一端侧(近前侧)的部位在该内管12b的整个长度方向上朝向外侧鼓出而构成等离子体产生区域12c，该等离子体产生区域12c中的靠外周侧的部位突出到比外管12a靠外侧的位置。换言之，该等离子体产生区域12c通过如下方式构成:使外管12a的壁面的一部分和内管12b的壁面的一部分沿整个上下方向呈狭缝状开口，并将靠晶圆舟皿11侧开口的大致箱型的石英构件的开口端和外壁面分别焊接于内管12b的侧面侧的开口部和外管12a的侧面侧的开口部。
[0028]在所述等离子体产生区域12c中收纳有沿着晶圆舟皿11的长度方向延伸的、作为处理气体供给部(气体喷射器)的氨气喷嘴51a。该氨气喷嘴51a的下端部气密地贯穿反应管12的构成该等离子体产生区域12c的内壁面并与氨气的供给源55a相连接。如图3所示，该氨气喷嘴51a的靠所述氨气的供给源55a侧的端部在中途部位分支而与氮气(N2)等