半导体处理用的成批化学气相沉积方法及装置的制作方法

专利名称：半导体处理用的成批化学气相沉积方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及成批CVD (chemical vapor d印osition，化学气相沉积)方法及装置， 特别是涉及在半导体晶圆等被处理体上形成成品膜的半导体处理技术。在此，半导体处理 的意思是指，为了通过以规定的图案在晶圆、IXD (Liquid Crystal Display，液晶显示器) 这样的FPD(Flat Panel Display，平板显示器)用的玻璃基板等被处理体上形成半导体层、 绝缘层、导电层等来制造在该被处理体上包含半导体器件、连接于半导体器件的配线、电极 等的构造物而实施的各种处理。
背景技术：
在构成半导体集成电路的半导体器件的制造中，可对被处理体、例如半导体晶 圆实施成膜、蚀刻、氧化、扩散、改性等各种处理。这种成膜处理可在例如日本特开平 09-077593号公报中公开的单张式成膜装置、例如日本特开2004-006801号公报中公开的 成批式成膜装置内进行。图5是表示以往的成批CVD装置的一个例子的概略结构图。例如在形成二氧化硅 膜(silicon dioxide film)的情况下，将作为被处理体的半导体晶圆W以多层地支承于晶 圆舟皿4的状态收容在立式的处理容器2内。利用包围处理容器2地设置的加热器6将晶 圆W加热至规定的温度、例如600°C左右。从气体供给系统8通入硅原料气体和例如由臭氧 构成的反应气体。从设置于沿上下方向在处理容器2内延伸的分散喷嘴8、10的许多个气 体喷射孔8A、10A向处理容器2内喷出这些气体。并且，利用具有真空泵16的真空排气系 统14，从设置在处理容器2的下部的排气口 12将处理容器2内抽成真空。这样，将处理容 器2维持在规定压力来进行二氧化硅膜的成膜处理。近年来，随着半导体集成电路的进一步高集成化及高微细化的要求，期望减轻半 导体器件的制造工序中的热历程，提高器件的特性。在立式的处理装置中，随着该要求， 也期望改良半导体处理方法。例如在作为成膜处理的一种的CVD中，存在一边间歇地供给 原料气体等，一边每次1层或几层地反复形成原子或分子级厚度的层的方法。该成膜方 法通常被称作 ALD (Atomic Layer D印osition，原子层沉积)或者 MLD (Molecular Layer Deposition,分子层沉积)，由此，即使不将晶圆置于那么高的温度下，也能够进行目标处 理。在图5所示的装置中利用ALD或MLD形成二氧化硅膜的情况下，进行如下的操作。 即，操作供给硅原料气体的切换阀8B和供给作为氧化气体的臭氧的切换阀10B，交替供给 两种气体。并且，调整真空排气系统14的排气阀14B的阀门开度，调整处理容器2内的压 力。图6是表示在图5所示的装置中利用ALD形成二氧化硅膜的情况下的各阀状态与 处理容器内压力之间的关系的曲线图。图6(A)表示原料气体的切换阀8B的状态，图6(B) 表示反应气体的切换阀10B的状态，图6(C)表示真空排气系统的排气阀14B的状态(阀门 开度)，图6 (D)表示处理容器内的压力。
在图6所示的方法中，将按顺序重复多次进行包含吸附工序T11、排气工序T12、反 应工序T13、排气工序T14的循环。在吸附工序Tll中，如图6的(A)所示，使原料气体的切 换阀8B成为打开状态来供给硅原料气体，使该气体吸附于晶圆W的表面。在反应工序T13 中，如图6的(B)所示，使反应气体的切换阀IOB成为打开状态来供给作为反应气体的臭 氧，使其与吸附在晶圆表面上的原料气体发生反应，形成很薄的SiO2膜。在排气工序T12、 T14中，使排气阀14B成为打开状态，不供给原料气体及反应气体而对处理容器2内进行排 气。在1个循环中形成一层原子级或分子级厚度的薄膜。通过将在每次循环中形成的 薄膜层叠起来，来形成具有规定厚度的成品膜。1个循环中的吸附工序Tll及反应工序T13 的时间分别是60sec左右，排气工序T12、T14的时间是IOsec左右。利用该成批CVD方法， 即使不将晶圆置于那么高的温度下，也能够进行目标处理。但是，本发明人等发现，如后所 述，这种成批CVD方法在与膜质、生产率(Throughput)及原料气体消耗量相关的特性方面 存在改良的余地。

发明内容
本发明的目的在于提供具有与膜质、生产率及原料气体消耗量相关的改良特性的 成批CVD方法及装置。本发明的第1个技术方案是一种半导体处理用的成批CVD(ChemiCal vapor deposition)方法，该方法采用成批CVD装置来进行，其中，上述装置包括纵长的处理容 器，其用于收纳多个被处理体；保持器具，其在上述处理容器内将上述被处理体隔开间隔地 层叠并支承上述被处理体；原料气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给原料气体，其 包括调整上述原料气体的供给的原料气体阀；反应气体供给系统，其用于向上述处理容器 内供给反应气体，其包括调整上述反应气体的供给的反应气体阀；排气系统，其用于对上述 处理容器内进行排气，包括调整排气量的排气阀；上述方法将以下循环重复多次并将每一 次形成的薄膜层叠起来，从而在上述被处理体上形成具有规定厚度的成品膜，在此，上述循 环包括以下工序使上述原料气体吸附在上述被处理体上的吸附工序，在该工序中，通过在 最初的第1期间使上述原料气体阀为打开状态之后而使其成为关闭状态，向上述处理容器 内供给上述原料气体，将上述反应气体阀维持在关闭状态，不向上述处理容器内供给上述 反应气体，将上述排气阀维持在关闭状态，不对上述处理容器内进行排气；接着自上述处理 容器内除去残留气体的第1插入工序，在该工序中，将上述原料气体阀及上述反应气体阀 维持在关闭状态，不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气体，使上述排气阀 为打开状态，对上述处理容器内进行排气；接着使上述反应气体与吸附在上述被处理体上 的上述原料气体发生反应的反应工序，在该工序中，将上述原料气体阀维持在关闭状态，不 向上述处理容器内供给上述原料气体，使上述反应气体阀为打开状态，向上述处理容器内 供给上述反应气体，通过将上述排气阀自规定的打开状态逐渐减小阀门开度，来对上述处 理容器内进行排气；接着自上述处理容器内除去残留气体的第2插入工序，在该工序中， 将上述原料气体阀及上述反应气体阀维持在关闭状态，不向上述处理容器内供给上述原料 气体及上述反应气体，使上述排气阀成为阀门开度比上述反应工序的最终状态大的打开状 态，对上述处理容器内进行排气。
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本发明的第2个技术方案是一种存储介质，该存储介质能够由计算机读取，该计 算机存储用于在处理器上执行的程序指令，其中，上述程序指令在由上述处理器执行时，控 制成批CVD装置来执行第1技术方案的方法。本发明的第3技术方案是一种半导体处理用的成批CVD (chemical vapor deposition)装置，其中，包括纵长的处理容器，其用于收纳多个被处理体；保持器具，其 在上述处理容器内将上述被处理体隔开间隔地层叠并支承上述被处理体；原料气体供给系 统，其用于向上述处理容器内供给原料气体，其包括调整上述原料气体的供给的原料气体 阀；反应气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给反应气体，其包括调整上述反应气体 的供给的反应气体阀；排气系统，其用于对上述处理容器内进行排气，包括调整排气量的排 气阀；控制部，其用于控制上述装置的动作；上述控制部被预先设定成进行成批CVD方法， 上述方法将以下循环重复多次并将每一次形成的薄膜层叠起来，从而在上述被处理体上形 成具有规定厚度的成品膜，其中，上述循环包括以下工序使上述原料气体吸附在上述被处 理体上的吸附工序，在该工序中，通过在最初的第1期间使上述原料气体阀为打开状态之 后使其成为关闭状态，向上述处理容器内供给上述原料气体，通过将上述反应气体阀维持 在关闭状态，不向上述处理容器内供给上述反应气体，将上述排气阀维持在关闭状态，不对 上述处理容器内进行排气；接着自上述处理容器内除去残留气体的第1插入工序，在该工 序中，将上述原料气体阀及上述反应气体阀维持在关闭状态，不向上述处理容器内供给上 述原料气体及上述反应气体，使上述排气阀为打开状态，对上述处理容器内进行排气；接着 使上述反应气体与吸附在上述被处理体上的上述原料气体发生反应的反应工序，在该工序 中，将上述原料气体阀维持在关闭状态，不向上述处理容器内供给上述原料气体，使上述反 应气体阀为打开状态，向上述处理容器内供给上述反应气体，通过将上述排气阀自规定的 打开状态逐渐减小阀门开度，对上述处理容器内进行排气；接着自上述处理容器内除去残 留气体的第2插入工序，在该工序中，将上述原料气体阀及上述反应气体阀维持在关闭状 态，不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气体，使上述排气阀成为阀门度比 上述反应工序的最终状态大的打开状态，对上述处理容器内进行排气。


图1是表示本发明的实施方式的成批CVD装置的概略结构图。图2是表示在图1所示的装置中利用ALD形成二氧化硅膜的情况下的各阀状态与 处理容器内压力之间的关系的曲线图。图3A、图3B是与真空排气系统排气阀的阀门开度的变化相关地表示反应工序的2 个变形例的图。图4是表示实施方式的实验结果的曲线图。图5是表示以往的成批CVD装置的一个例子的概略结构图。图6是表示在图5所示的装置中利用ALD形成二氧化硅膜的情况下的各阀状态与 处理容器内压力之间的关系的曲线图。
具体实施例方式本发明人等在开发本发明的过程中对以往这种半导体处理用的成批CVD方法及
7装置的问题进行了研究。结果，本发明人等得到了以下见解。参照图5及图6说明的方法由这样的以往的指导思想构成，S卩，为了在吸附工序 Tll中供给硅原料气体时，使大量的原料气体附着在晶圆表面上，优选在晶圆表面上形成 原料气体流。因此，在吸附工序Tll中，如图6的(C)所示，将真空排气系统14的排气阀 14B打开到一定程度，例如将阀门开度设定为30%左右，进行一定程度的排气而形成晶圆 表面上的原料气体流。这种情况下的原料气体的供给量为10 500SCCm(standard cubic centimeter per minutes)左右，因此，如图6的(D)所示，处理容器2内的压力一点一点地 直线上升。另外，在反应工序T13中，与上述吸附工序Tll时相比稍稍增大排气阀14B的阀门 开度，例如将阀门开度设定为60%左右而高效地发生反应。在这种情况下，由于臭氧的流量 为20slm(standard liter per minute)左右，与原料气体的流量相比非常多，因此，处理容 器2内的压力在最初通过导入臭氧使压力一下子上升而暂时饱和之后，一点一点地降低。 另外，在排气工序T12、T14中，由于需要快速地排除处理容器2内的残留气体，因此，将排气 阀14Β的阀门开度设定为100%而强力地抽成真空。另外，真空泵16在整个工序中连续地 驱动。但是，在上述以往的方法中，在吸附工序Tll中将排气阀14Β打开到一定程度，在 吸附工序Tll的期间里使硅原料气体连续地流动。因此，原料气体被大量消耗，特别是在原 料气体价格昂贵的情况下，运行成本大幅度增加。另外，在反应工序Τ13中，如图6的(D)中的点Pl所示，最初通过导入臭氧而使处 理容器2内的压力因臭氧而过度上升，臭氧失去活性而容易失活。因此，虽然能够在晶圆的 周边部充分地成膜，但臭氧未充分地到达晶圆的中心部，在晶圆中心部不能够充分地成膜， 结果，膜厚的面内均勻性降低。特别是在晶圆表面具有沟槽(trench)构造的情况下，臭氧 的消耗剧烈，在晶圆中心部明显地产生膜厚大幅度变薄的现象、即加载(loading)效果。在 这种情况下，一般也考虑进一步降低反应工序T13中的处理容器2内的压力，但在压力很低 时，成膜率大幅度减小而使生产率降低，因此并不理想。下面，参照

基于这样的见解构成的本发明的实施方式。另外，在以下说明 中，对具有大致相同的功能和构造的构成要件标注相同的附图标记，在必要的情况下进行
重复说明。图1是表示本发明的实施方式的成批CVD装置的概略结构图。该装置采用含有Si 的有机原料、即3DMAS(三二甲基氨基硅烷，tris (dimethylamino) silane)作为原料气体， 采用氧化性气体、即臭氧(实际上是O3和O2的混合气体)作为反应气体，形成二氧化硅膜 (SiO2)作为薄膜。如图1所示，该成膜装置20具有在内部规定处理区域23的处理容器22，该处理 区域23收纳并处理隔开间隔地层叠的多个半导体晶圆(被处理体)。处理容器22具有由 纵长的内筒24和外筒26构成的双重管构造。内筒24成形为有顶且下端部开口的圆筒体 状，在其内部规定了处理区域23。外筒26成形为隔开规定间隔地覆盖内筒24的外侧而形 成的、有顶且下端部开口的圆筒体状。内筒24和外筒26均由石英形成。例如在收容直径为300mm的晶圆W的情况下，处理容器22的直径被设定为400 500mm左右。处理容器22的内部容量依赖于能够收容的晶圆W的张数，例如在收容晶圆W
8最多150张左右的情况下，被设定为200升左右。外筒26的下端部借助0型密封圈等密封构件30气密地连接有成形为圆筒状的、 例如不锈钢制的岐管28。利用岐管28支承外筒26的下端部，而岐管28利用未图示的底 板支承。岐管28包括自其内壁延伸的环状的支承台32，在支承台32上载置支承有内筒24 的下端部。在处理容器22的内筒24内收容有作为保持部件的石英制的晶圆舟皿34。晶圆舟皿34通过岐管28的下端开口而升降，由此，晶圆舟皿34加载于处理容器 22的处理区域23、或者自处理容器22的处理区域23卸载。在晶圆舟皿34中，作为被处理 体多层地载置有许多张半导体晶圆W。例如在本实施方式的情况下，在晶圆舟皿34上，例如 能够以大致相等间距多层地支承50 100张左右的、直径为300mm的晶圆W。晶圆舟皿34隔着石英制的保温筒40载置在平台42上。平台42支承在旋转轴44 上，该旋转轴44贯穿将岐管28的下端开口打开或关闭的、例如石英、不锈钢制的盖体36。 在旋转轴44的贯穿部例如配设有磁性流体密封件46，该磁性流体密封件46将旋转轴44气 密地密封并能够使旋转轴44旋转地支承。在盖体36的周边部和岐管28的下端部例如配 设有由0型密封圈等构成的密封构件38，保持容器内的密封性。旋转轴44安装在支承于例如舟皿升降机等升降机构48上的臂50的前端。利用 升降机构48，晶圆舟皿34和盖体36等能够一体地升降。另外，在利用臂50内的旋转机构 驱动旋转轴44时，晶圆舟皿34旋转，由此，晶圆舟皿34上的晶圆能够以通过自身的中心的 垂直的轴线为中心旋转。另外，也可以将平台42固定设置在盖体36侧，不使晶圆舟皿34 旋转地处理晶圆W。以包围处理容器22的方式配设有绝热外壳51。在绝热外壳51的内表面上配设有 将处理容器22内的气氛和晶圆W加热的加热器52。作为加热器52，可采用无污染且升降 温特性优良的碳线(Carbon Wire)等。在处理容器22的内筒24内配设有用于控制加热器 52的热电偶(未图示)。在岐管28的侧部连接有用于向处理容器22内的处理区域23供给规定的处理气 体的气体供给部。气体供给部包括原料气体供给系统54、反应气体供给系统56及吹扫气 供给系统58。原料气体供给系统54供给3DMAS气体作为硅原料气体。反应气体供给系统 56供给氧化气体、即臭氧(实际上是03和02的混合气体)作为反应气体。吹扫气供给系统 58供给惰性气体、例如N2气作为吹扫气。根据需要向原料气体及反应气体中混合适量的载 气、例如N2气。但是，以下为了方便说明，提及了需要载气的情况。另外，作为该吹扫气、载 气，能够替代N2气而采用Ar、He等稀有气体。具体地讲，原料气体供给系统54、反应气体供给系统56及吹扫气供给系统58各自 具有气体分散喷嘴60、64、68，该气体分散喷嘴60、64、68由向内侧贯穿岐管28的侧壁而在 内筒24内向上方弯曲地延伸的石英管构成(参照图1)。在各气体分散喷嘴60、64、68上， 以沿着其长度方向(上下方向)延伸且横跨晶圆舟皿34上的全部晶圆W的方式、隔开规定 间隔地形成有多个气体喷射孔60A、64A、68A。气体喷射孔60A、64A、68A在根据需要各自供 给相对应的气体时，在水平方向上大致均勻地喷出气体，形成与晶圆舟皿34上的多个晶圆 W平行的气体流。气体分散喷嘴60、64、68通过气体供给管线(气体通路)62、66、70分别连接于 3DMAS气体、O3气及N2气的气体源54S、56S、58S。在气体供给管线62、66、70上配设有质
9量流量控制器这样的流量控制器62A、66A、70A和切换阀62B、66B、70B。由此，能够在切换 3DMAS气体、O3气及N2气的供给和停止并分别控制流量的同时、进行供给。喷嘴60、64、68集中配设在内筒24内的一侧(在图1中，由于附图的空间关系，将 喷嘴68表示在了其他喷嘴60、64的相反侧，实际上应配置在相同一侧)。在与喷嘴60、64、 68相对的内筒24的侧壁上，沿着上下方向排列形成有直径较大的多个气体流通孔72。通 过晶圆之间而沿水平方向流动的各气体经由气体流通孔72流入到内筒24与外筒26之间 的间隙74中。在岐管28的上部侧形成有与内筒24与外筒26之间的间隙74连通的排气口 76， 在排气口 76上连接有用于将处理容器22内抽成真空的真空排气系统78。真空排气系统 78具有连接于排气口 76的排气管线80，在该排气管线80上配设有对处理容器22内进行 真空排气的真空泵82、及通过改变阀门开度来调整处理容器22内的压力的排气阀80B。排 气阀80B的阀门开度能够调整为任意值，并且，也能够完全打开及完全关闭，能够完全截断 排气。成膜装置20还包括由控制整个装置动作的计算机等构成的主控制部84。主控制 部84按照预先存储在其所附带的存储部86中的处理制程程序，例如根据形成的膜的膜厚、 组成等条件进行后述的成批CVD处理。在该存储部86中，作为控制数据还预先存储有处 理气体流量与膜的膜厚、组成之间的关系。因而，主控制部84能够根据这些存储的处理制 程程序、控制数据来控制升降机构48、气体供给系统54、56、58、排气系统78、加热器52等。 另外，存储介质例如是磁盘(软盘、硬盘(一个例子是存储部86所包含的硬盘)等)、光盘 (⑶、DVD等)、磁光盘(M0等)、半导体存储器等。接着，对使用图1所示的装置来进行的成批CVD方法(所谓的ALD或MLD成膜) 进行说明。在该成批CVD中，利用ALD或MLD在半导体晶圆W上形成二氧化硅膜。为此，有 选择地向收纳有晶圆W的处理区域23内供给作为硅原料气体的3DMAS气体及作为氧化反 应气体的臭氧(O3)气体。由此，将使3DMAS气体吸附在晶圆W表面的吸附工序、使臭氧气 体与吸附在晶圆W表面的3DMAS气体发生反应而形成硅氧化物的薄膜的反应工序交替地反 复进行多次。具体地讲，由以下操作进行成膜处理。S卩，成膜装置20在未加载半导体晶圆W的待机状态时，处理区域23维持在比处理 温度低的温度。在处理时，首先将例如保持有50张晶圆W的常温的晶圆舟皿34从下方加 载到被设定为规定温度的处理区域23 (处理容器22为热壁状态)。另外，通过用盖体36关 闭处理容器22的下端开口部来将处理容器22内密闭。然后，将处理区域23抽成真空而设定为规定的处理压力。与此同时，通过增大向 加热器52供给的电力，将处理区域23加热至成膜处理用的处理温度。在处理区域23以处 理压力及处理温度稳定之后，向处理区域23供给成膜所需的规定的处理气体。S卩，在此，在 控制3DMAS和臭氧气体的流量的同时、分别自各气体供给系统54、56的喷嘴60、64将3DMAS 和臭氧气体供给到处理区域23。并且，调整真空排气系统78的排气阀80B的阀门开度，控 制处理容器22内的压力。3DMAS气体以形成与晶圆舟皿34上的多个晶圆W平行的气体流的方式被自气体分 散喷嘴60的气体喷射孔60A供给。在该期间里，3DMAS气体因处理区域23的加热温度而被 活性化，3DMAS气体的分子、或者因它们分解而产生的分解生成物的分子或原子吸附在晶圆
另一方面，臭氧气体以形成与晶圆舟皿34上的多个晶圆W平行的气体流的方式被 自气体分散喷嘴64气体喷射孔64A供给。臭氧气体因处理区域23的加热温度而被活性化， 臭氧气体的分子、或者因它们分解而产生的分解生成物的分子或原子与来源于附着在晶圆 W上的3DMAS气体的分解生成物等发生反应。由此，在晶圆W上形成硅氧化物的薄膜。另外， 与此相反，在来源于3DMAS气体的分解生成物等流动到来源于臭氧气体的分解生成物等附 着在晶圆W上的部位的情况下，也发生同样的反应，在晶圆W上形成硅氧化物的薄膜。在上述吸附工序与反应工序之间及反应工序与吸附工序之间，进行不供给3DMAS 气体及臭氧气体而对处理容器22内进行排气的排气工序。另外，在排气工序中，根据需要， N2气作为吹扫气在控制流量的同时、自气体供给系统58的喷嘴68被供给。另外，通过了处 理区域23的气体成分经由气体流通孔72而流入到内筒24与外筒26之间的间隙74中。之 后，利用真空排气系统78，自设置在外筒26的下端的排气口 76排出这些气体成分。图2是表示在图1所示的装置中利用ALD形成二氧化硅膜的情况下的各阀状态与 处理容器内压力之间的关系的曲线图。图2的(A)表示原料气体的切换阀62B的状态，图2 的(B)表示反应气体的切换阀66B的状态，图2的(C)表示真空排气系统的排气阀80B的 状态(阀门开度)，图2的(D)表示处理容器内的压力。如图2所示，在本实施方式的成膜方法中，将按顺序包含吸附工序Tl、排气工序 T2、反应工序T3、排气工序T4的循环重复多次。在吸附工序Tl中，如图2的(A)所示，打开 原料气体的切换阀62B来供给3DMAS气体，使来源于该气体的分解生成物等吸附于晶圆W 的表面上。在反应工序T3中，如图2的(B)所示，打开反应气体的切换阀66B来供给臭氧 气体，使其与吸附在晶圆表面上的分解生成物等发生反应，形成很薄的SiO2膜。在排气工 序T2、T4中，不供给3DMAS气体及臭氧气体而对处理容器2内进行排气。另外，真空泵82 在整个工序Tl T4中连续地驱动。在上述1个循环中形成一层原子级或分子级厚度的薄膜。通过将在每次循环中形 成的薄膜层叠起来，来形成具有规定厚度的成品膜。1个循环中的吸附工序Tl及反应工序 T3的时间分别是2 120sec、例如60sec左右，排气工序T2、T4的时间是2 20sec、例如 IOsec左右。另外，为了提高成膜处理的生产率，也可以省略排气工序T2、T4。更具体地讲，如图2的㈧所示，吸附工序Tl在最初的规定期间tl内使原料气体 的切换阀62B为打开状态，之后，立即使其成为关闭状态，在规定的期间tl内临时供给原料 气体。此时，如图2的(C)所示，在整个吸附工序Tl中维持关闭真空排气系统的排气阀80B 的状态。这一点与在以往的方法中如图6(C)所示那样打开排气阀14B到规定的阀门开度 来进行真空排气的吸附工序Tll有所不同。因而，在本实施方式中，在吸附工序Tl中，在原 料气体(3DMAS气体)被封入在处理容器22内而无法流出到外部的状态下，在晶圆W的表 面吸附有硅原料气体。因此，尽管原料气体的供给量很少，也能促进原料气体吸附于晶圆表 面上。上述规定的期间tl的长度在吸附工序Tl的时间的1 50%的范围内，优选在 5 30%的范围内(例如，在Tl的该范围内，tl = 2 60sec)。在上述规定的期间tl大 于50%时，原料气体的消耗节减效果并没有那么大，因此并不理想，而且，由于原料气体吸 附于晶圆表面的吸附量也饱和，因此，会浪费原料气体。另外，此时的原料气体的量为10
11500sCCm左右。另外，吸附工序Tl中的处理容器22内的压力在最初急剧上升之后，在关闭 原料气体的切换阀62B的同时成为恒定。此时的压力也取决于原料气体的供给量，例如为 667Pa左右。接着，在吸附工序T 1结束之后，过渡到第1排气工序T2。在此，停止供给所有气 体，并且，将真空排气系统的排气阀80B全部打开，迅速地排出处理容器22内的残留气氛。 另外，在这种情况下，也可以供给作为吹扫气的N2气来促进排出残留气体。通过排气工序 T2，处理容器22内的压力急剧降低(参照图2的(D))。接着，过渡到反应工序T3。在此，如图2的⑶所示，使反应气体的切换阀66B为 打开状态，在反应工序T3的整个期间里供给作为反应气体的臭氧。此时，如图2的(C)所 示，真空排气系统的排气阀80B最初为打开状态，随着反应工序T3的进行，逐渐减小其阀门 开度。这一点与在以往的方法中如图6的(C)所示那样将真空排气系统的排气阀14B的阀 门开度维持在60%的反应工序T13有所不同。由此，使作为该反应气体的臭氧和作为吸附在晶圆表面的原料气体的硅原料气体 发生反应，作为薄膜形成二氧化硅膜。上述臭氧气体通常由氧气在臭氧化器中产生，但在这 种情况下，O3气以10体积％左右的浓度包含在O2气中，实际上将该混合气体用作含臭氧的 气体。在这里的反应工序T3中，真空排气系统的排气阀80B在最初的规定期间t3内维持 第1排气工序T2中的全开状态，之后，将排气阀80B的阀门开度一下子降低至规定的等级、 例如50%，之后，逐渐将阀门开度呈直线地降低至规定的等级、例如20%。在这种情况下， 作为反应气体的臭氧的供给量为20slm左右，流动着远多于上述原料气的流量的量的反应 气体。在以往的方法中，如图6的⑶所示的点Pl所示，压力急剧上升，明显地显现出加 载效果。另一方面，在本实施方式方法的反应工序T3中，在最初的规定期间t3内将真空排 气系统的排气阀80B维持在全开状态，之后，在将阀门开度一下子降低至50%左右之后，逐 渐地进一步降低阀门开度。由此，处理容器22内的压力不会急剧上升，如图2的(D)所示 那样大致呈直线地逐渐上升。该反应工序中的最大压力例如为133Pa(lT0rr)左右。如上所述，在反应工序T3中，最初将真空排气系统的排气阀80B全部打开，之后， 逐渐减小阀门开度。在这种情况下，能够以不产生明显的加载效果那样的程度使压力上升， 即，能够使明显地显现该加载效果的、点Pl所示的急剧的压力上升不会发生。因此，能够促 进作为反应气体的臭氧和吸附于晶圆表面的硅原料气体的反应。换言之，由于不是压力很 高的状态，因此，会抑制臭氧失活而延长寿命。结果，能够抑制加载效果，并将成膜率维持得 较高。另外，能够将晶圆表面的膜厚的面内均勻性维持得较高，并且，也能够提高生产率。上述规定的期间t3的长度在反应工序T3的时间的1 50%的范围内，优选在 5 30%的范围内(例如，在相对于T3的该范围内，t3 = 2 60sec)。在上述规定的期间 t3大于50%时，处理容器22内的压力上升会被过度抑制而阻碍臭氧的反应，成膜率降低， 因此并不理想。另外，真空排气系统的排气阀80B的中途的阀门开度50%及20% (参照图 2(C))只是简单表示一个例子而已，在考虑臭氧和硅原料气体的反应速度的情况下、求出最 佳值。但是，在反应工序T3中，排气阀80B的阀门开度的最大值与第1排气工序T2中所使 用的排气阀80B的阀门开度相同(例如100% )，其最小值优选为2%以上。这样，在反应工序T3结束之后，过渡到第2排气工序T4。即，停止供给所有气体，并且，使真空排气系统的排气阀80B全部打开，迅速地排出处理容器22内的残留气氛。另 外，在这种情况下，也可以供给作为吹扫气的N2气来促进排出残留气体。由此，处理容器22 内的压力急剧降低(参照图2的(D))。由此，成膜的1个循环结束。将上述循环重复多次， 获得需要的膜厚的薄膜、即二氧化硅膜。另外，在上述实施方式中，排气阀80B的阀门开度包括全开(阀门开度=100% ) 或全关(阀门开度=0%)的状态。但是，在实际的排气阀80B中，在阀门开度为90%以上 的条件下，对处理容器22内进行排气的排气传导性与全开时大致相同，没什么变动。另外， 在阀门开度为2%以下的条件下，对处理容器22内进行排气的排气传导性与全关时大致相 同，没什么变动。因而，在上述实施方式中，排气阀80B为“全开”这样的表达可以换作是说 “阀门开度90 100%”这样的表达。另外，排气阀80B为“全关”这样的表达可以换作是 说“阀门开度0 2 % ”这样的表达。另外，在上述实施方式中，如图2的(C)所示，在反应工序T3中，在规定的期间t3 内将排气阀80B设定为全开状态。图3A、3B是与真空排气系统排气阀的阀门开度的变化相 关地表示反应工序的2个变形例的图。在图3A的变形例中，在规定的期间t3内使阀门开 度从100%呈直线地变化至50%。在图3B的变形例中，在反应工序的整个期间内使阀门开 度从100%呈直线地变化至20%。但是，这些阀门开度的变化也只是简单表示一个例子而 已。并且，也可以阀门开度的变化以不是直线、而是曲线或者阶段性地在多个阶段以 阶梯状降低的方式进行变化。重要的一点是，在反应工序T3的最开始预先将排气阀80B的 阀门开度设定得较大，抑制该初期的处理容器22内的压力上升，抑制加载效果的产生。在 反应工序T3中必要的情况下，也可以将N2气、稀有气体等惰性气体与反应气体同时作为载 气来供给。如上所述，采用本发明的实施方式，使用具有能够收容多个被处理体、例如半导体 晶圆W的处理容器22的成膜装置20，隔着插入期间(排气期间)交替反复吸附工序和反 应工序，在被处理体上形成薄膜。在吸附工序中，在关闭真空排气系统78的排气阀80B的 状态下，在最初的规定期间内使原料气体供给系统54的切换阀62B为打开状态之后，立即 使其成为关闭状态，向处理容器22内临时供给原料气体、例如作为硅原料气体的3DMAS气 体而使其吸附于被处理体。在反应工序中，使反应气体供给系统56的切换阀66B为打开状 态而向处理容器22内供给反应气体，并且，最初使真空排气系统78的排气阀80B为打开状 态，之后逐渐减小阀门开度，使反应气体、例如臭氧与原料气体发生反应。由此，将膜厚维持 得较高，而且生产率也不会降低，能够大幅度抑制原料气体的消耗量。实验为了评价上述实施方式的成批CVD方法，进行了以下实验。作为实施例PE，在图 1所示的装置中，按照图2所示的方法在晶圆上形成了二氧化硅膜。在实施例PE中，使用 3DMAS气体作为硅原料气体，使用臭氧气体(在氧气中含有10体积％的臭氧的混合气体) 作为反应气体。处理温度设定为550°C，处理压力(最大值)设定为1.2kPa。吸附工序Tl 的时间发生变化，原料气体的切换阀62B的打开状态的规定期间tl固定为7sec。另一方 面，反应工序T3的时间固定为7sec，真空排气系统的排气阀80B的全开状态的规定期间t3 固定为2sec。将吸附工关闭的时间、即保持时间H( = Tl-tl)。另外，作为比较例CE，在图1所示的装置中，除3DMAS气体的供给量及各阀的动作 不同之外，在与实施例PE相同的条件下，按照图6所示的方法在晶圆上形成二氧化硅膜。 具体地讲，在比较例CE中，使3DMAS的供给量为实施例PE中的4倍，使吸附工序的时间为 30seco图4是表示该实验的结果的曲线图。在图4中，横轴表示保持时间，纵轴表示每1 个循环的成膜率。如图4所示，在供给3DMAS气体X克的比较例CE中，成膜率为0. 13nm/ cycle左右。另一方面，在减少了 X/4克的3DMAS气体的供给的实施例PE中，通过增加保 持时间，成膜率大致直线上升。而且，在保持时间为大致40sec时，成膜率与比较例CE的情 况大致相同。即能够明确，只要将保持时间设定为40sec以上，尽管将原料气体的供给量减 少到1/4，也能获得与比较例CE的情况大致相等、或者比较例CE的成膜率以上的成膜率。 换言之，通过像本发明的实施方式的方法那样操作各阀，能够维持与比较例CE相等的成膜 率，并大幅度削减原料气体的供给量。另外，对于上述比较例PE及比较例CE，使用图案化晶圆来对它们的加载效果也进 行评价。图案化晶圆是通过在晶圆W的表面形成电路图案的一部分而付与晶圆凹凸而成 的。在图案化晶圆中，气体消耗更多于平坦晶圆，因此，易于明显地显现加载效果。由该评 价的结果可知，比较例CE的图案化晶圆上的膜厚的面内均勻性为士4. 3%左右。实施例PE 的图案化晶圆上的膜厚的面内均勻性为士3. 8%左右。因而能够明确，利用本发明的实施方 式的方法，能够改良图案化晶圆上的膜厚的面内均勻性。变更例在上述实施方式中，采用3DMAS气体作为硅原料气体。取而代之，硅原料气 体还能够从其他的氨基硅烷(Aminosilane)类有机气体、例如BTBAS (双(叔丁基 氨基)硅烷，bis(tertiary-butylamino)silane) ,4DMAS(四(二甲基氨基)硅烷， tetrakis(dimethylamino)silane)、DIPSA (二异丙基氨基硅烷)中选择。在上述实施方式中，采用作为氧化性气体的臭氧气体作为反应气体。取而代之，反 应气体还能够从其他的氧化性气体、例如02、Ν20、Ν0中选择。并且，像日本特开2005-175441 号公报中公开的那样，也可以采用在133Pa以下的低压力下产生的氧活性种和羟基活性 种。在上述实施方式中，利用成批CVD方法形成二氧化硅膜。取而代之，本发明也能够 应用于形成其他的膜、例如氮化硅膜(SiN膜)、氮氧化硅膜(SiON膜)的成批CVD方法。在 形成氮化硅膜(silicon nitride film)的情况下，例如能够采用DCS (二氯硅烷，SiH2Cl2)、 HCD (六氯乙硅烷，Cl6Si2)、TCS (四氯硅烷，Cl4Si)作为硅原料气体，能够采用NH3等作为反 应气体。另外，在形成氮氧化硅膜(silicon oxynitride film)的情况下，例如能够采用氨 基硅烷类有机溶剂作为硅原料气体，能够采用03、02、N2O, NO、NH3等作为反应气体。在上述实施方式中，成批CVD方法在处理容器22为双重管构造的成批处理装置中 进行。取而代之，本发明例如还能够应用于处理容器为单层管构造的成批处理装置。作为被处理体，例示了半导体晶圆，该半导体晶圆中包含硅基板、GaAs、SiC、GaN等 化合物半导体基板。并且，作为被处理体，也能够将本发明应用于液晶显示装置所采用的玻 璃基板、陶瓷基板等。
权利要求
一种半导体处理周的成批CVD方法，该方法采用成批CVD装置来进行，其中，上述装置包括纵长的处理容器，其用于收纳多个被处理体；保持器具，其用于在上述处理容器内将上述被处理体隔开间隔地层叠并支承上述被处理体；原料气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给原料气体，上述原料气体供给系统包括用于调整上述原料气体的供给的原料气体阀；反应气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给反应气体，上述反应气体供给系统包括用于调整上述反应气体的供给的反应气体阀；排气系统，其用于对上述处理容器内进行排气，上述排气系统包括用于调整排气量的排气阀；上述方法通过将以下循环反复进行多次并将每一次形成的薄膜层叠起来，在上述被处理体上形成具有规定厚度的成品膜，在此，上述循环包括以下工序吸附工序，其用于使上述原料气体吸附在上述被处理体上，在该工序中，通过在最初的第1期间使上述原料气体阀为打开状态之后使其成为关闭状态，从而向上述处理容器内供给上述原料气体，将上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述反应气体，将上述排气阀维持在关闭状态而不对上述处理容器内进行排气；第1插入工序，其自上述处理容器内除去残留气体，在该工序中，将上述原料气体阀及上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气体，使上述排气阀为打开状态而对上述处理容器内进行排气；反应工序，其使上述反应气体与吸附在上述被处理体上的上述原料气体发生反应，在该工序中，将上述原料气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体，使上述反应气体阀为打开状态而向上述处理容器内供给上述反应气体，通过将上述排气阀自规定的打开状态逐渐减小阀门开度，从而对上述处理容器内进行排气；第2插入工序，其自上述处理容器内除去残留气体，在该工序中，将上述原料气体阀及上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气体，使上述排气阀成为阀门开度比上述反应工序的最终时期的阀门开度大的打开状态而对上述处理容器内进行排气。
2.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，在上述吸附工序中，维持上述排气阀的关闭状态的定义为维持上述排气阀的阀门开度 为0 2%。
3.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，在上述第1及第2插入工序中包括向上述处理容器内供给惰性气体的过程。
4.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 在上述第1及第2插入工序中不向上述处理容器内供给任何气体。
5.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 上述第1期间的长度处于上述吸附工序的长度的1 50%的范围内。
6.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，在上述反应工序中，通过在最初的第2期间将上述排气阀维持在上述规定的打开状态2而获得上述排气阀的上述规定的打开状态。
7.根据权利要求6所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 上述第2期间的长度处于上述反应工序的长度的1 50%的范围内。
8.根据权利要求6所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述第2期间中的上述排气阀的上述规定的打开状态与在上述第1插入工序中使用的 排气阀的打开状态相同。
9.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 在上述反应工序中，不使上述排气阀为关闭状态。
10.根据权利要求9所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，在上述反应工序中，上述排气阀的阀门开度的最大值与上述第1插入工序中的排气阀 的阀门开度相同，最小值为上述第1插入工序中的排气阀的阀门开度的2%以上。
11.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 在上述反应工序中，不使上述反应气体阀为关闭状态。
12.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述吸附工序的时间为2 120sec，上述反应工序的时间为2 120sec，上述第1及 第2插入工序的各时间为2 20sec。
13.根据权利要求12所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述第1期间的长度处于上述吸附工序的长度的1 50%的范围内，上述第1期间的 时间为2 60sec。
14.根据权利要求12所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，在上述反应工序中，通过在最初的第2期间将上述排气阀维持在上述规定的打开状态 而获得上述排气阀的上述规定的打开状态，上述第2期间的长度处于上述反应工序的长度 的1 50%的范围内，上述第2期间的时间为2 60sec。
15.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述成品膜是从二氧化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜构成的组中中选择的1个。
16.根据权利要求15所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述原料气体包括从由三二甲基氨基硅烷、双(叔丁基氨基)硅烷、四(二甲基氨基) 硅烷、二异丙基氨基硅烷、二氯硅烷、六氯乙硅烷、四氯硅烷构成的组中选择的硅原料气体。
17.根据权利要求15所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中， 上述反应气体包括从03、02、N2O, NO、NH3构成的组中选择的气体。
18.根据权利要求1所述的半导体处理用的成批CVD方法，其中，上述成品膜是氧化硅膜，上述原料气体包括从由三二甲基氨基硅烷、双(叔丁基氨基) 硅烷、四(二甲基氨基)硅烷、二异丙基氨基硅烷构成的组中选择的硅原料气体，上述反应 气体包括O3及O2的混合气体。
19.一种存储介质，该存储介质能够由计算机读取，该计算机存储用于在处理器上执行 的程序指令，其中，上述程序指令在由上述处理器执行时，控制成批CVD装置来执行权利要求1所述的方法。
20.一种半导体处理用的成批CVD装置，其中，包括纵长的处理容器，其用于收纳多个被处理体；保持器具，其用于在上述处理容器内将上述被处理体隔开间隔地层叠并支承上述被处 理体；原料气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给原料气体，上述原料气体供给系统 包括调整上述原料气体的供给的原料气体阀；反应气体供给系统，其用于向上述处理容器内供给反应气体，上述反应气体供给系统 包括调整上述反应气体的供给的反应气体阀；排气系统，其用于对上述处理容器内进行排气，上述排气系统包括调整排气量的排气阀；控制部，其用于控制上述装置的动作；上述控制部被预先设定成能进行成批CVD方法，上述方法通过将以下循环反复进行多 次并将每一次形成的薄膜层叠起来，在上述被处理体上形成具有规定厚度的成品膜，在此， 上述循环包括以下工序吸附工序，其使上述原料气体吸附在上述被处理体上，在该工序中，通过在最初的第 1期间使上述原料气体阀为打开状态之后使其成为关闭状态，从而向上述处理容器内供给 上述原料气体，将上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述反应气 体，将上述排气阀维持在关闭状态而不对上述处理容器内进行排气；第1插入工序，其自上述处理容器内除去残留气体，在该工序中，将上述原料气体阀及 上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气 体，使上述排气阀为打开状态而对上述处理容器内进行排气；反应工序，其使上述反应气体与吸附在上述被处理体上的上述原料气体发生反应，在 该工序中，将上述原料气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体， 使上述反应气体阀为打开状态而向上述处理容器内供给上述反应气体，通过将上述排气阀 自规定的打开状态逐渐减小阀门开度，从而对上述处理容器内进行排气；第2插入工序，其自上述处理容器内除去残留气体，在该工序中，将上述原料气体阀及 上述反应气体阀维持在关闭状态而不向上述处理容器内供给上述原料气体及上述反应气 体，使上述排气阀成为阀门开度比上述反应工序的最终时期的阀门开度大的打开状态而对 上述处理容器内进行排气。
全文摘要
本发明提供半导体处理用的成批CVD方法及装置。该成批CVD方法反复进行具有吸附工序、反应工序和除去残留气体的工序的循环。吸附工序这样地进行通过在最初的第1期间内使原料气体阀为打开状态之后使其成为关闭状态，向处理容器内供给原料气体，通过将反应气体阀维持在关闭状态，不向处理容器内供给反应气体，将排气阀维持在关闭状态，不对处理容器内进行排气。反应工序这样地进行将原料气体阀维持在关闭状态，不向处理容器内供给原料气体，使反应气体阀为打开状态，向处理容器内供给反应气体，通过将排气阀自规定的打开状态逐渐减小阀门开度，对处理容器内进行排气。
文档编号C23C16/455GK101962756SQ201010236459
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者池内俊之, 铃木启介, 长谷川雅之, 高桥敏彦 申请人:东京毅力科创株式会社