JP2012136743A - Substrate treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus.
基板に金属膜または金属酸化膜を形成する基板処理装置としては、基板を収容して処理する処理室と、液体原料をキャリアガスによるバブリングにより気化させる気化部と、気化部にて液体原料を気化させることで生成された原料ガスを処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、気化部は、液体原料を収容する容器と、容器内に収容された液体原料内にその先端部分が浸され、液体原料内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、を有するものがある。(例えば特許文献1参照)。 As a substrate processing apparatus for forming a metal film or a metal oxide film on a substrate, a processing chamber for accommodating and processing the substrate, a vaporizing unit for vaporizing the liquid raw material by bubbling with a carrier gas, and vaporizing the liquid raw material in the vaporizing unit A source gas supply pipe that supplies the source gas generated by the process into the processing chamber, and the vaporization unit includes a container that stores the liquid source, and a tip portion of the liquid source stored in the container. Some have a carrier gas supply pipe that is immersed and supplies a carrier gas into the liquid source. (For example, refer to Patent Document 1).
このような基板処理装置においては、液体原料の蒸気圧が低く供給量が少ない場合には、キャリアガスを液体原料中を通過させて飽和蒸気とし処理室に供給する必要がある。 In such a substrate processing apparatus, when the vapor pressure of the liquid raw material is low and the supply amount is small, it is necessary to pass the carrier gas through the liquid raw material as saturated vapor and supply it to the processing chamber.
このような基板処理装置においては、キャリアガス供給管の噴出口から噴出して液体原料を通過する気泡は比較的容積が大きいために、液体原料の液面に達するまでに充分に飽和しない場合があり、その結果、原料ガスの長時間の大量供給を確保することができない場合がある。 In such a substrate processing apparatus, bubbles that are ejected from the ejection port of the carrier gas supply pipe and pass through the liquid material have a relatively large volume, and thus may not be sufficiently saturated before reaching the liquid surface of the liquid material. As a result, it may be impossible to ensure a long-term supply of the raw material gas.
本発明の目的は、原料ガスの長時間の大量供給を確保することができる基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of ensuring a long-time supply of a source gas.
本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を収容して処理する処理室と、
液体原料をキャリアガスによるバブリングにより気化させる気化部と、
前記気化部にて前記液体原料を気化させることで生成された原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、
前記気化部は、
前記液体原料を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、
前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給されたキャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し
前記拡散板には、水平方向に拡散させたキャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴
出させる複数の噴出孔が設けられることを特徴とする基板処理装置。
According to one aspect of the present invention, the following substrate processing apparatus is provided.
A processing chamber for accommodating and processing the substrate;
A vaporizing section for vaporizing liquid raw material by bubbling with a carrier gas;
A raw material gas supply pipe for supplying the raw material gas generated by vaporizing the liquid raw material in the vaporizing section into the processing chamber,
The vaporizing unit is
A container containing the liquid raw material;
A carrier gas supply pipe for supplying the carrier gas into the liquid raw material, the tip portion of which is immersed in the liquid raw material housed in the container;
A diffusion plate for horizontally diffusing the carrier gas supplied from the carrier gas supply pipe into the liquid raw material, wherein the carrier gas diffused horizontally is directed upward from a plurality of locations. A substrate processing apparatus, wherein a plurality of ejection holes are provided for ejection.
本発明によれば、気泡が液体原料液面に達するまでに充分に飽和することができるので、液体原料の長時間の大量供給を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently saturate the bubbles until the bubbles reach the liquid raw material liquid level, thereby ensuring a long time supply of the liquid raw material.
以下、本発明の実施形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図3,4を参照しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ処理時における断面構成図であり、図4は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のウェハ搬送時における断面構成図である。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention during wafer processing, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention during wafer transfer. is there.
<処理室>
図3,4に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ200を処理する処理室201が形成されている。
<Processing chamber>
As shown in FIGS. 3 and 4, the substrate processing apparatus according to this embodiment includes a
<支持台>
処理室201内には、ウェハ200を支持する支持台203が設けられている。ウェハ200が直接触れる支持台203の上面には、例えば、石英(SiO2 )、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2 O3 )、又は窒化アルミニウム(AlN)などから構成された支持板としてのサセプタ217が設けられている。また、支持台203には、ウェハ200を加熱する加熱手段(加熱源)としてのヒータ206が内蔵されている。なお、支持台203の下端部は、処理容器202の底部を貫通している。
<Support stand>
A support table 203 that supports the
<昇降機構>
処理室201の外部には、支持台203を昇降させる昇降機構207bが設けられている。この昇降機構207bを作動させて支持台203を昇降させることにより、サセプタ217上に支持されるウェハ200を昇降させることが可能となっている。支持台203は、ウェハ200の搬送時には図4で示される位置(ウェハ搬送位置)まで下降し、ウェハ200の処理時には図3で示される位置(ウェハ処理位置)まで上昇する。なお、支持台203下端部の周囲は、ベローズ203aにより覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
<Elevating mechanism>
Outside the
<リフトピン>
また、処理室201の底面(床面)には、例えば3本のリフトピン208bが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台203(サセプタ217も含む)には、かかるリフトピン208bを貫通させるための貫通孔208aが、リフトピン208bに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図4に示すように、リフトピン208bの上端部がサセプタ217の上面から突出して、リフトピン208bがウェハ200を下方から支持するようになっている。また、支持台203をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図3に示すようにリフトピン208bはサセプタ217の上面から埋没して、サセプタ217がウェハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン208bは、ウェハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
<Lift pin>
In addition, on the bottom surface (floor surface) of the
<ウェハ搬送口>
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、処理室201の内外にウェハ200を搬送するためのウェハ搬送口250が設けられている。ウェハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開くことにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するようになっている。搬送室271は搬送容器(密閉容器)272内に形成されており、搬送室271内にはウェハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられている。搬送ロボット273には、ウェハ200を搬送する際にウェハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能となっている。処理室201内に搬送されたウェハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。なお、搬送室271のウェハ搬送口250が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット273によりロードロック室内と搬送室271内との間でウェハ200を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウェハ200を一時的に収容する予備室として機能する。
<Wafer transfer port>
On the inner wall side surface of the processing chamber 201 (processing container 202), a
<排気系>
処理室201(処理容器202)の内壁側面であって、ウェハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気チャンバ260aを介して排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、及び真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気チャンバ260a、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
<Exhaust system>
An
<ガス導入口>
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
<Gas inlet>
A
<シャワーヘッド>
ガス導入口210と処理室201との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させるための分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウェハ200の表面に供給するためのシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウェハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口210から供給されるガスを分散させるための第1バッファ空間(分散室)240c、および分散板240aを通過したガスを拡散させるための第2バッファ空間240dとしてそれぞれ機能する。
<Shower head>
A
<排気ダクト>
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウェハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
<Exhaust duct>
A step portion 201a is provided on the side surface of the inner wall of the processing chamber 201 (processing vessel 202). The step portion 201a is configured to hold the
一方、支持台203の外周部には、ロワープレート205が係止している。ロワープレート205は、リング状の凹部205bと、凹部205bの内側上部に一体的に設けられたフランジ部205aとを備えている。凹部205bは、支持台203の外周部と、処理室201の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部205bの底部のうち排気口260付近の一部には、凹部205b内から排気口260側へガスを排出(流通)させるためのプレート排気口205cが設けられている。フランジ部205aは、支持台203の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部205aが支持台203の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート205が、支持台203の昇降に伴い、支持台203と共に昇降されるようになっている。
On the other hand, a
支持台203がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート205もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート204が、ロワープレート205の凹部205bの上面部分を塞ぎ、凹部205bの内部をガス流路領域とする排気ダクト259が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト259(コンダクタンスプレート204及びロワープレート205)及び支持台203によって、処理室201内が、排気ダクト259よりも上方の処理室上部と、排気ダクト259よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート204およびロワープレート205は、排気ダクト259の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合(セルフクリーニングする場合)を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
When the support table 203 is raised to the wafer processing position, the
ここで、ウェハ処理時における処理室201内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口210からシャワーヘッド240の上部へと供給されたガスは、第1バッファ空間(分散室)240cを経て分散板240aの多数の孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの多数の孔を通過して処理室201内に供給され、ウェハ200上に均一に供給される。そして、ウェハ200上に供給されたガスは、ウェハ200の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ200に接触した後の余剰なガスは、ウェハ200外周部に位置する排気ダクト259上、すなわち、コンダクタンスプレート204上を、ウェハ200の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート204に設けられた排出口204aから、排気ダクト259内のガス流路領域内(凹部205b内)へと排出される。その後、ガスは排気ダクト259内を流れ、プレート排気口205cを経由して排気口260へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台203の裏面や処理室201の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
Here, the flow of gas in the
<ガス供給系>
続いて、上述したガス導入口210に接続されるガス供給系の構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系および排気系の構成図である。
<Gas supply system>
Next, the configuration of the gas supply system connected to the
本発明の実施形態にかかる基板処理装置の有するガス供給系は、常温で液体状態であるニッケル(Ni)を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給系と、還元性ガスを処理室201内に供給する還元性ガス供給系と、パージガスを処理室201内に供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる基板処理装置は、バブラからの原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスするよう排気するベント(バイパス)系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
A gas supply system of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a bubbler as a vaporizing unit that vaporizes a liquid material containing nickel (Ni) that is in a liquid state at room temperature, and vaporizes the liquid material using the bubbler. A raw material gas supply system for supplying the obtained raw material gas into the
<バブラ>
処理室201の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ220aが設けられている。バブラ220aは、内部に液体原料を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ220aの周りには、バブラ220aおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ206aが設けられている。原料としては、例えば、ニッケル(Ni)元素を含む金属液体原料であるテトラキストリフルオロホスフィンニッケル(Ni(PF3)4)が用いられる。
<Bubbler>
Outside the
バブラ220aにはキャリアガス供給管237aが接続されている。キャリアガス供給管237aの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。キャリアガス供給管237aには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222aと、キャリアガスの供給を制御するバルブva1,va2とが設けられている。
図5に示されているように、バブラ220a内には液体原料が収容されており、キャリアガス供給管237aは下流側端部分である先端部分が液体原料内に浸されている。バブラ220a内の底部には、キャリアガス供給管237aから液体原料内に供給されたキャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板238が水平に敷設されており、キャリアガス供給管237aの先端開口は拡散板238の下方に位置されている。拡散板238には複数個の噴出孔239が開設されており、複数個の噴出孔239は水平方向に拡散させたキャリアガスを上方に向かってそれぞれ噴出させるようになっている。
なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばN2 ガスやArガスやHeガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管237a、MFC222a、バルブva1,va2により、キャリアガス供給系(キャリアガス供給ライン)が構成される。
A carrier
As shown in FIG. 5, the liquid raw material is accommodated in the
As the carrier gas, a gas that does not react with the liquid raw material is preferably used. For example, an inert gas such as N 2 gas, Ar gas, or He gas is preferably used. A carrier gas supply system (carrier gas supply line) is mainly configured by the carrier
上記構成により、バルブva1,va2を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給することにより、バブラ220a内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。
このとき、図5に示されているように、キャリアガス供給管237aの先端開口からバブラ220aの液体原料内における拡散板238の下方に供給されたキャリアガスは、拡散板238によって水平方向に拡散され、複数個の噴出孔239からそれぞれ気泡240となって上方に向かって噴出する。各噴出孔239からそれぞれ噴出する気泡240は容積が小さいが、複数個の噴出孔239全体としての液体原料との接触面積は膨大であり、かつ、液面に対して水平方向に拡散して互いに離間していることにより、気泡同士が合体する現象を抑制することができるとともに、液体原料中を長期間にわたって通過するので、気泡が液体原料の液面に達するまでに、液体原料は気泡中で充分に飽和することになる。したがって、原料ガスの長時間の大量供給を確保することができる。
With the above configuration, by opening the valves va1 and va2 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the
At this time, as shown in FIG. 5, the carrier gas supplied below the
<原料ガス供給系>
バブラ220aには、バブラ220a内で生成された原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給管213aが接続されている。原料ガス供給管213aの上流側端部は、バブラ220aの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管213aの下流側端部は、ガス導入口210に接続されている。原料ガス供給管213aには上流側から順にバルブva5,va3が設けられている。バルブva5はバブラ220aから原料ガス供給管213a内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ220aの近傍に設けられている。バルブva3は、原料ガス供給管213aから処理室201内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口210の近傍に設けられている。バルブva3と後述するバルブve3は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブve3は、原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の空間を高速にパージしたのち、処理室201内をパージするためのパージガスの導入を制御するバルブである。
<Raw gas supply system>
A raw material
上記構成により、バブラ220aにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブva5,va3を開くことにより、原料ガス供給管213aから処理室201内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管213a、バルブva5,va3により原料ガス供給系(原料ガス供給ライン)が構成される。
With the above configuration, it is possible to supply the source gas from the source
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ220a、原料ガス供給系により、原料供給系(原料供給ライン)が構成される。
Further, a raw material supply system (raw material supply line) is mainly configured by the carrier gas supply system, the
<還元性ガス供給系>
また、処理室201の外部には、還元性ガスを供給する還元性ガス供給源220bが設けられている。還元性ガス供給源220bには還元性ガス供給管213bの上流側端部が接続されている。還元性ガス供給管213bの下流側端部はバルブvb3を介してガス導入口210に接続されている。還元性ガス供給管213bには、還元性ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222bと、還元性ガスの供給を制御するバルブvb1,vb2,vb3が設けられている。還元性ガスとしては水素含有ガスが用いられ、本実施形態では、例えば、水素(H2 )ガスやアンモニア(NH3 )ガスが用いられる。すなわち、本実施形態では、還元性ガス供給源220bは水素含有ガス供給源として構成される。主に、還元性ガス供給源220b、還元性ガス供給管213b、MFC222b、バルブvb1,vb2,vb3により還元性ガス供給系(還元性ガス供給ライン)、すなわち水素含有ガス供給系(水素含有ガス供給ライン)が構成される。
<Reducing gas supply system>
Further, a reducing
<パージガス供給系>
また、処理室201の外部には、パージガスを供給するためのパージガス供給源220c,220eが設けられている。パージガス供給源220c,220eには、パージガス供給管213c,213eの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管213cの下流側端部はバルブvc3を介してガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213eの下流側端部はバルブve3を介して、原料ガス供給管213aのバルブva3とガス導入口210との間の部分に合流して、ガス導入口210に接続されている。パージガス供給管213c,213eには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222c,222eと、パージガスの供給を制御するバルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3がそれぞれ設けられている。さらに、メンテナンス用として、還元性ガス供給管213bの還元性ガス供給源220bとバルブvb1との間に、パージガス供給管213fがバルブvc4を介して接続されている。パージガス供給管213fはパージガス供給管213cのマスフローコントローラ222cとバルブvc2との間の部分から分岐して設けられている。パージガスとしては、例えば、N2 ガスやArガスやHeガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源220c,220e、パージガス供給管213c,213e,213f、MFC222c,222e、バルブvc1,vc2,vc3,vc4,ve1,ve2,ve3により、パージガス供給系(パージガス供給ライン)が構成される。
<Purge gas supply system>
In addition, purge
<ベント(バイパス)系>
また、原料ガス供給管213aのバルブva3よりも上流側には、ベント管215aの上流側端部が接続されている。また、ベント管215a下流側端部は排気管261の圧力調整器262よりも下流側であって原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。ベント管215aには、ガスの流通を制御するためのバルブva4が設けられている。
<Vent (bypass) system>
The upstream end of the
上記構成により、バルブva3を閉じ、バルブva4を開くことで、原料ガス供給管213a内を流れるガスを、処理室201内に供給することなく、ベント管215aを介して処理室201をバイパスさせ、排気管261より排気することが可能となる。主に、ベント管215a、バルブva4によりベント系(ベントライン)が構成される。
With the above configuration, by closing the valve va3 and opening the valve va4, the
なお、バブラ220aの周りには、サブヒータ206aが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管237a、原料ガス供給管213a、パージガス供給管213e、ベント管215a、排気管261、処理容器202、シャワーヘッド240等の周囲にもサブヒータ206aが設けられている。サブヒータ206aはこれらの部材を、例えば100℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
As described above, the sub-heater 206a is provided around the
<制御部>
本実施形態にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、サブヒータ206a、圧力調整器(APC)262、真空ポンプ264、バルブva1〜va5,vb1〜vb3,vc1〜vc4,ve1〜ve3、流量コントローラ222a,222b,222c,222e等の動作を制御する。
<Control unit>
The substrate processing apparatus according to the present embodiment includes a
(2)基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置を用いて処理容器内でウェハ上に金属膜を形成する基板処理工程について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ280により制御される。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step for forming a metal film on a wafer in a processing container using the above-described substrate processing apparatus as one step of a semiconductor device manufacturing process will be described with reference to FIG. explain. FIG. 1 is a flowchart of a substrate processing process according to an embodiment of the present invention. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
なお、ここでは、処理容器内に基板としてのウェハを搬入して加熱し、その状態で、処理容器内に還元性ガスとしてH2 ガスまたはNH3 ガスを供給し排気して、加熱された状態のウェハに対して前処理を行う工程と、処理容器内に不活性ガスとしてN2 ガスを供給し排気して、処理容器内に残留する還元性ガスを除去する工程と、還元性ガスを除去した処理容器内にニッケル(Ni)を含む原料としてNi(PF3 )4 を供給し排気して、前処理がなされた加熱された状態のウェハ上にニッケルを含む金属膜としてニッケル膜(Ni膜)を形成する工程と、を行う例について説明する。なお、Ni膜を形成する工程では、処理容器内にNi(PF3 )4 を供給し排気して、前処理がなされた加熱された状態のウェハ上にNi膜を形成する工程と、処理容器内に不活性ガスとしてN2 ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、前処理(還元処理)がなされたウェハ上にCVD法により所定膜厚のNi膜を形成する例について説明する。 Here, a wafer as a substrate is carried into the processing container and heated, and in that state, H 2 gas or NH 3 gas is supplied into the processing container as a reducing gas, exhausted, and heated. A step of pre-processing the wafer, a step of supplying and exhausting N 2 gas as an inert gas into the processing vessel, and removing the reducing gas remaining in the processing vessel, and removing the reducing gas Ni (PF 3 ) 4 is supplied and exhausted as a raw material containing nickel (Ni) into the processed container, and a nickel film (Ni film) is formed as a metal film containing nickel on the heated wafer that has been pretreated. ) Will be described. In the step of forming the Ni film, Ni (PF 3 ) 4 is supplied into the processing container and exhausted to form the Ni film on the heated wafer that has been preprocessed. A process of supplying N 2 gas as an inert gas and exhausting it to purge the inside of the processing vessel is defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times, so that CVD is performed on the wafer that has been pre-processed (reduction process). An example of forming a Ni film having a predetermined thickness by the method will be described.
なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜等も含まれる。なお、Ni膜は金属単体で構成される導電性の金属単体膜である。以下、これを詳細に説明する。 In the present specification, the term metal film means a film composed of a conductive substance containing metal atoms. In addition to a conductive single metal film composed of a single metal, A conductive metal nitride film, a conductive metal oxide film, a conductive metal oxynitride film, a conductive metal composite film, a conductive metal alloy film, a conductive metal silicide film, and the like are also included. The Ni film is a conductive single metal film composed of a single metal. This will be described in detail below.
<基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)>
まず、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図4に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象のウェハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S1)。処理室201内に搬入したウェハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
<Substrate Loading Step (S1), Substrate Placement Step (S2)>
First, the elevating
続いて、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図3に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン208bは支持台203の上面から埋没し、ウェハ200は、支持台203上面のサセプタ217上に載置される(S2)。
Subsequently, the elevating
<圧力調整工程(S3)、温度調整工程(S4)>
続いて、圧力調整器(APC)262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S3)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウェハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S4)。なお、温度調整工程(S4)は、圧力調整工程(S3)と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程(S3)よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述する原料供給工程において、CVD法によりNi膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、原料供給工程で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述する還元性ガス供給工程において、ウェハ200に対して還元性ガスによる前処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
<Pressure adjustment step (S3), temperature adjustment step (S4)>
Subsequently, the pressure regulator (APC) 262 controls the pressure in the
なお、基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)、圧力調整工程(S3)、及び温度調整工程(S4)においては、真空ポンプ264を作動させつつ、バルブva3,vb3を閉じ、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開くことで、処理室201内にN2 ガスを常に流しておく。これにより、ウェハ200上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。
In the substrate loading step (S1), the substrate placement step (S2), the pressure adjustment step (S3), and the temperature adjustment step (S4), the valves va3 and vb3 are closed while the
<前処理工程(S5)>
〔還元性ガス供給工程(S5a)〕
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、バルブvb1,vb2,vb3を開いて、処理室201内への還元性ガスとしてのH2 ガスまたはNH3 ガスの供給を開始する。還元性ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給される。余剰な還元性ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このときウェハ200上に供給された還元性ガスにより、ウェハ200に対して前処理がなされる。
<Pretreatment step (S5)>
[Reducing gas supply step (S5a)]
Subsequently, while the
なお、処理室201内への還元性ガスの供給時には、原料ガス供給管213a内への還元性ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における還元性ガスの拡散を促すように、バルブve1,ve2,ve3は開いたままとし、処理室201内にN2 ガスを常に流しておくことが好ましい
Note that when the reducing gas is supplied into the
バルブvb1,vb2,vb3を開き還元性ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブvb1,vb2,vb3を閉じ、処理室201内への還元性ガスの供給を停止する。その後、還元性ガス供給源220bに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブvc1,vc4,vb1,vb2,vb3を開き、還元性ガス供給管213b内にN2 ガスを供給して、還元性ガス供給管213b内をパージする。
When a predetermined time elapses after the valves vb1, vb2, and vb3 are opened and the supply of the reducing gas is started, the valves vb1, vb2, and vb3 are closed and the supply of the reducing gas into the
〔パージ工程(S5b)〕
その後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2 ガスを供給する。N2 ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している還元性ガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をN2 ガスによりパージする。なお、このパージ工程を省略することも考えられるが、このパージ工程を省略した場合、後述する原料供給工程(S6a)において、還元性ガスと原料(Ni(PF3 )4 )ガスとが処理室201内で混ざることとなり、Ni(PF3 )4 の分解が過度に進み、形成されるNi膜中に、原料を構成する元素の一つであるP(リン)が混入し易くなり、Ni膜中のP濃度が上昇してしまうことが判明した。よって、原料としてNi(PF3 )4 のように還元性ガス(H2 ガスまたはNH3 ガス)と反応し易い原料を用いる場合においては、このパージ工程は省略することはできず、Ni膜中の不純物濃度(P濃度)を低減する上で、不可欠な工程といえる。
[Purge process (S5b)]
Thereafter, the
工程S1〜S5と並行して、原料(Ni(PF3 )4 )を気化させて原料ガスを生成(予備気化)させておく。すなわち、バルブva1,va2,va5を開き、キャリアガス供給管237aからMFC222aで流量制御されたキャリアガスをバブラ220a内に供給することにより、バブラ220a内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく(予備気化工程)。この予備気化工程では、真空ポンプ264を作動させつつ、バルブva3を閉じたまま、バルブva4を開くことにより、原料ガスを処理室201内に供給することなく処理室201をバイパスして排気しておく。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブva3,va4の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室201内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
In parallel with the steps S1 to S5, the raw material (Ni (PF 3 ) 4 ) is vaporized to generate a raw material gas (preliminary vaporization). That is, by opening the valves va1, va2, va5 and supplying the carrier gas whose flow rate is controlled by the
<Ni膜形成工程(S6)>
〔原料供給工程(S6a)〕
続いて、真空ポンプ264を作動させたまま、バルブva4を閉じ、バルブva3を開いて、処理室201内への原料ガス(Ni原料)の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内のウェハ200上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウェハ200上に供給された原料ガスが熱分解することでCVD反応が生じ、これにより還元性ガスによる前処理がなされたウェハ200上にNi膜が形成される。
<Ni film forming step (S6)>
[Raw material supply step (S6a)]
Subsequently, the valve va4 is closed and the valve va3 is opened while the
なお、処理室201内への原料ガスの供給時には、還元性ガス供給管213b内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室201内における原料ガスの拡散を促すように、バルブvc1,vc2,vc3は開いたままとし、処理室201内にN2 ガスを常に流しておくことが好ましい。
Note that when supplying the raw material gas into the
バルブva3を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブva3を閉じ、バルブva4を開いて、処理室201内への原料ガスの供給を停止する。
When a predetermined time has elapsed after opening the valve va3 and starting the supply of the raw material gas, the valve va3 is closed and the valve va4 is opened to stop the supply of the raw material gas into the
〔パージ工程(S6b)〕
バルブva3を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2 ガスを供給する。N2 ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留している原料ガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をN2 ガスによりパージする。
[Purge process (S6b)]
After the valve va3 is closed and the supply of the raw material gas is stopped, the valves vc1, vc2, vc3, ve1, ve2, ve3 are opened, and N 2 gas is supplied into the
〔所定回数実施工程(S6c)〕
以上の原料供給工程、パージ工程、を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、前処理がなされたウェハ200上に、所定膜厚のニッケル膜(Ni膜)を形成する。なお、本実施形態では、原料をパルス状に流すだけでなく、連続的に流すようにしてもよく、原料供給工程とパージ工程とのサイクルを1回実施するのがこのケース(原料を連続供給するケース)に相当する。
[Predetermined number of steps (S6c)]
The above-described raw material supply process and purge process are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a nickel film (Ni film) having a predetermined thickness on the
〔残留ガス除去工程(S7)〕
ウェハ200上に、所定膜厚のNi膜が形成された後、処理室201内の真空引きを行い、バルブvc1,vc2,vc3,ve1,ve2,ve3を開き、処理室201内にN2 ガスを供給する。N2 ガスは、シャワーヘッド240により分散されて処理室201内に供給され、排気ダクト259内を流れ、排気口260、排気管261へと排気される。これにより、処理室201内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室201内をN2 ガスによりパージする。
[Residual gas removal step (S7)]
After the Ni film having a predetermined thickness is formed on the
<基板搬出工程(S7)>
その後、上述した基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のNi膜を形成した後のウェハ200を処理室201内から搬送室271内へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。なお、ニッケルシリサイド(NiSi)プロセスにおいては、例えば、この後、所定膜厚のNi膜を形成した後のウェハを、アニール装置へと搬送し、アニール装置にてこのウェハに対して不活性雰囲気下でアニールを施し、Ni膜とその下地のSi(ウェハ)とを固相反応させてNiSi膜を形成することとなる。
<Substrate unloading step (S7)>
Thereafter, the
なお、本実施形態における還元性ガスによる前処理工程(S5)でのウェハ200の処理条件としては、
処理温度(ウェハ温度):150〜250℃、
処理圧力(処理室内圧力):50〜5000Pa、
還元性ガス(H2 ガスまたはNH3 ガス)供給流量:50〜1000sccm、
還元性ガス(H2 ガスまたはNH3 ガス)供給時間10〜600秒、
パージガス(N2 )供給流量:10〜10000sccm、
が例示される。
In addition, as a processing condition of the
Processing temperature (wafer temperature): 150-250 ° C.
Processing pressure (pressure in the processing chamber): 50 to 5000 Pa,
Reducing gas (H 2 gas or NH 3 gas) supply flow rate: 50 to 1000 sccm,
Reducing gas (H 2 gas or NH 3 gas) supply time 10 to 600 seconds,
Purge gas (N 2 ) supply flow rate: 10 to 10,000 sccm,
Is exemplified.
また、本実施形態におけるNi膜形成工程(S6)でのウェハ200の処理条件としては、
処理温度(ウェハ温度):150〜250℃、
処理圧力(処理室内圧力):50〜5000Pa、
バブリング用キャリアガス供給流量:10〜1000sccm、
(ニッケル原料(Ni(PF3 )4 )ガス供給流量:0.1〜2sccm)
パージガス(N2 )供給流量:10〜10000sccm、
1サイクルあたりの原料(Ni(PF3 )4 )供給時間:0.1〜600秒、
1サイクルあたりのパージ時間:0.1〜600秒、
サイクル数:1〜400回、
Ni膜厚:10〜30nm
が例示される。
In addition, as a processing condition of the
Processing temperature (wafer temperature): 150-250 ° C.
Processing pressure (pressure in the processing chamber): 50 to 5000 Pa,
Bubbling carrier gas supply flow rate: 10 to 1000 sccm,
(Nickel raw material (Ni (PF 3 ) 4 ) gas supply flow rate: 0.1 to 2 sccm)
Purge gas (N 2 ) supply flow rate: 10 to 10,000 sccm,
Raw material (Ni (PF 3 ) 4 ) supply time per cycle: 0.1 to 600 seconds,
Purge time per cycle: 0.1 to 600 seconds,
Number of cycles: 1 to 400 times
Ni film thickness: 10-30 nm
Is exemplified.
なお、上述の処理圧力帯で、処理温度を150℃未満とすると、原料供給工程(S6a)において、原料(Ni(PF3 )4 )が自己分解せず、CVDによる成膜反応が生じなくなる。また、上述の処理圧力帯で、処理温度が250℃を超えると、成膜レートが上昇し過ぎ、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、原料供給工程(S6a)において、CVDによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を150℃以上、250℃以下とする必要がある。なお、この処理圧力帯、処理温度帯であれば、還元性ガス供給工程(S5a)において、ウェハ200に対して前処理がなされ得ることを確認している。よって、本実施形態では、前処理工程(S5)とNi膜形成工程(S6)とを、同様の処理温度帯、同様の処理圧力帯に設定して行っている。これにより、前処理工程(S5)とNi膜形成工程(S6)との間に、処理温度を変更する工程や処理圧力を変更する工程を設けることが不要となり、スループット、すなわち生産性を向上させることができる。なお、生産性向上の観点では、前処理工程(S5)とNi膜形成工程(S6)とを、同様の処理温度帯で行うことは重要であるが、処理圧力の変更については生産性に及ぼす影響は小さい。よって、前処理工程 (S5)では、還元処理に最適な圧力帯を選択するようにすればよい。
If the processing temperature is lower than 150 ° C. in the above processing pressure zone, the raw material (Ni (PF 3 ) 4 ) is not self-decomposed in the raw material supply step (S6a), and the film formation reaction by CVD does not occur. In addition, when the processing temperature exceeds 250 ° C. in the processing pressure zone described above, the film formation rate increases excessively, making it difficult to control the film thickness. Therefore, in the raw material supply step (S6a), in order to cause a film formation reaction by CVD and control the film thickness, it is necessary to set the processing temperature to 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. It has been confirmed that the
本実施形態によれば、Ni膜形成工程(S6)の前に、前処理工程(S5)においてウェハ200に対して還元性ガスを用いた前処理を施すことにより、Ni膜形成工程(S6)においてウェハ200表面上へのNiの吸着が促進され、初期核形成密度が密になり、その結果、薄膜領域での連続膜(低抵抗膜)の形成が可能となり、良好な表面モフォロジを有する良質なNi膜を形成することが可能となる。また、前処理工程(S5)における還元処理により、Ni膜のグレイン密度だけでなく、グレインサイズを制御することも可能となる。更には、段差被覆性、密着性に優れ、良質なNi膜を形成することが可能となる。
According to the present embodiment, the Ni film forming step (S6) is performed by performing the pretreatment using the reducing gas on the
上述の実施形態では、Niを含む膜としてNi膜を形成する例について説明したが、Niを含む膜は、Ni、NixSiy、またはNixOy(式中、xおよびyは整数または分数を意味する)であってもよい。本発明は、Niを含む膜がこれらの場合にも、同様に適用することができる。 In the above-described embodiment, the example in which the Ni film is formed as the Ni-containing film has been described. However, the Ni-containing film is Ni, NixSiy, or NixOy (wherein x and y indicate integers or fractions). There may be. The present invention can be similarly applied to the case where a film containing Ni is used.
上述の実施形態では、温度調整工程(S4)の完了後に前処理工程(S5)を開始する例について説明したが、温度調整工程(S4)の完了前に前処理工程(S5)を開始してもよい。すなわち、ウェハ200の昇温中に還元性ガス供給工程(S5a)を開始してもよい。このようにすることで、前処理工程(S5)の終了時間を早めることが可能となり、基板処理工程のスループットを向上させることが可能となる。
In the above-described embodiment, the example in which the pretreatment process (S5) is started after the completion of the temperature adjustment process (S4) has been described. However, the pretreatment process (S5) is started before the completion of the temperature adjustment process (S4). Also good. That is, the reducing gas supply step (S5a) may be started while the temperature of the
<本発明の他の実施形態>
上述の実施形態では、基板処理装置(成膜装置)として1度に1枚の基板を処理する枚葉式のCVD装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、基板処理装置として1度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型CVD装置を用いて成膜するようにしてもよい。
以下、この縦型CVD装置について説明する。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, an example of forming a film using a single-wafer type CVD apparatus that processes one substrate at a time as a substrate processing apparatus (film forming apparatus) has been described. It is not limited to. For example, the film may be formed using a batch type vertical CVD apparatus that processes a plurality of substrates at a time as a substrate processing apparatus.
Hereinafter, this vertical CVD apparatus will be described.
図6は、本実施形態で好適に用いられる縦型CVD装置の縦型処理炉の概略構成図であり、(a)は、処理炉302部分を縦断面で示し、(b)は、処理炉302部分を図6(a)のA−A線断面図で示す。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a vertical CVD apparatus preferably used in the present embodiment. FIG. 6A shows a
図6(a)に示されるように、処理炉302は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ307を有する。ヒータ307は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
As shown in FIG. 6A, the
ヒータ307の内側には、ヒータ307と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ303が配設されている。プロセスチューブ303は、例えば石英(SiO2 )や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ303の筒中空部には処理室301が形成されており、基板としてのウェハ200を、後述するボート317によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
Inside the
プロセスチューブ303の下方には、プロセスチューブ303と同心円状にマニホールド309が配設されている。マニホールド309は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド309は、プロセスチューブ303に係合しており、プロセスチューブ303を支持するように設けられている。なお、マニホールド309とプロセスチューブ303との間には、シール部材としてのOリング320aが設けられている。マニホールド309がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ303は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ303とマニホールド309とにより反応容器が形成される。
A manifold 309 is disposed below the
マニホールド309には、第1ガス導入部としての第1ノズル333aと、第2ガス導入部としての第2ノズル333bとが、マニホールド309の側壁を貫通するように接続されている。第1ノズル333aと第2ノズル333bは、それぞれ水平部と垂直部とを有するL字形状であり、水平部がマニホールド309に接続され、垂直部がプロセスチューブ303の内壁とウェハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ303の下部より上部の内壁に沿って、ウェハ200の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第1ノズル333a、第2ノズル333bの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bがそれぞれ設けられている。この第1ガス供給孔348a、第2ガス供給孔348bは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
A
第1ノズル333a、第2ノズル333bに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第1ノズル333aに原料ガス供給系が接続され、第2ノズル333bに還元性ガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと、還元性ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと還元性ガスは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。
The gas supply system connected to the
マニホールド309には、処理室301内の雰囲気を排気する排気管331が設けられている。排気管331には、圧力検出器としての圧力センサ345及び圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ342を介して、真空排気装置としての真空ポンプ346が接続されており、圧力センサ345により検出された圧力情報に基づきAPCバルブ342を調整することで、処理室301内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、APCバルブ342は弁を開閉して処理室301内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室301内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
The manifold 309 is provided with an
マニホールド309の下方には、マニホールド309の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ319が設けられている。シールキャップ319は、マニホールド309の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ319は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ319の上面には、マニホールド309の下端と当接するシール部材としてのOリング320bが設けられている。シールキャップ319の処理室301と反対側には、後述するボート317を回転させる回転機構367が設置されている。回転機構367の回転軸355は、シールキャップ319を貫通して、ボート317に接続されており、ボート317を回転させることでウェハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ319は、プロセスチューブ303の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ315によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート317を処理室301内に対し搬入搬出することが可能となっている。
Below the manifold 309, a
基板保持具としてのボート317は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート317の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材318が設けられており、ヒータ307からの熱がシールキャップ319側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ303内には、温度検出器としての温度センサ363が設置されており、温度センサ363により検出された温度情報に基づきヒータ307への通電具合を調整することにより、処理室301内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ363は、第1ノズル333a及び第2ノズル333bと同様に、プロセスチューブ303の内壁に沿って設けられている。
The
制御部(制御手段)であるコントローラ380は、APCバルブ342、ヒータ307、温度センサ363、真空ポンプ346、回転機構367、ボートエレベータ315、バルブva1〜va5,vb1〜vb3,vc1〜vc4,ve1〜ve3、流量コントローラ222a,222b,222c,222d,222e等の動作を制御する。
The
次に、上記構成にかかる縦型CVD装置の処理炉302を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、CVD法によりウェハ200上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型CVD装置を構成する各部の動作は、コントローラ380により制御される。
Next, a substrate processing process for forming a metal film on the
複数枚のウェハ200をボート317に装填(ウェハチャージ)する。そして、図5(a)に示すように、複数枚のウェハ200を保持したボート317を、ボートエレベータ315によって持ち上げて処理室301内に搬入(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ319はOリング320bを介してマニホールド309の下端をシールした状態となる。
A plurality of
処理室301内が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ346によって処理室301内を真空排気する。この際、処理室301内の圧力を圧力センサ345で測定して、この測定された圧力に基づき、APCバルブ342をフィードバック制御する。また、処理室301内が所望の温度となるように、ヒータ307によって加熱する。この際、処理室301内が所望の温度分布となるように、温度センサ363が検出した温度情報に基づきヒータ307への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構367によりボート317を回転させることで、ウェハ200を回転させる。
The inside of the
その後、上述の実施形態における前処理工程(S5)、Ni膜形成工程(S6)と同様な手順で、前処理工程、Ni膜形成工程を行う。すなわち、まず、処理室301内に還元性ガスとしてH2 ガスまたはNH3 ガスを供給し排気して、加熱された状態のウェハ200に対して前処理を行う工程(S5a)と、処理室301内に不活性ガスとしてN2 ガスを供給し排気して、処理室301内に残留する還元性ガスを除去する工程(S5b)と、を行う。その後、還元性ガスを除去した処理室301内に原料としてNi(PF3 )4 を供給し排気して、前処理がなされた加熱された状態のウェハ200上にNi膜を形成する工程(S6a)と、処理室301内に不活性ガスとしてN2 ガスを供給し排気して処理室301内をパージする工程(S6b)と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで(S6c)、前処理(還元処理)がなされたウェハ200上にCVD法により所定膜厚のNi膜を形成する。ウェハ200上に、所定膜厚のNi膜が形成された後、上述の実施形態における残留ガス除去工程(S7)と同様な手順で残留ガス除去工程を行う。
Thereafter, the pretreatment step and the Ni film formation step are performed in the same procedure as the pretreatment step (S5) and the Ni film formation step (S6) in the above-described embodiment. That is, first, a process (S5a) of supplying a H 2 gas or NH 3 gas as a reducing gas into the
その後、ボートエレベータ315によりシールキャップ319を下降させて、マニホールド309の下端を開口させるとともに、所定膜厚のNi膜が形成された後のウェハ200を、ボート317に保持させた状態でマニホールド309の下端からプロセスチューブ303の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済のウェハ200をボート317より取り出す(ウェハディスチャージ)。
Thereafter, the
<本発明のさらに他の実施形態>
上述したように、還元性ガスと原料(Ni(PF3 )4 )とが混ざると、Ni(PF3)4 の分解が過度に進み、形成されるNi膜中にP(リン)が混入し易くなり、Ni膜中のP濃度が上昇してしまうことがある。上述の実施形態では、還元性ガス供給後、原料供給前に処理室内をパージすることで、還元性ガスと原料とが混ざらないようにして、Ni膜中のP濃度を低減する方法について説明した。
<Still another embodiment of the present invention>
As described above, when the reducing gas and the raw material (Ni (PF 3 ) 4 ) are mixed, decomposition of Ni (PF 3 ) 4 proceeds excessively, and P (phosphorus) is mixed into the formed Ni film. It becomes easy and the P concentration in the Ni film may increase. In the above-described embodiment, the method of reducing the P concentration in the Ni film by purging the processing chamber after supplying the reducing gas and before supplying the raw material so that the reducing gas and the raw material are not mixed is described. .
この他、上述の実施形態とは異なる手法によりNi膜中のP濃度を低減することもできる。本実施形態では、Ni膜形成工程(S6)において、処理容器内にNiを含む原料としてNi(PF3 )4 を供給し排気してCVD法によりウェハ上にNi膜を形成する工程(S6a)と、処理容器内に不活性ガスとしてN2 ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程(S6b)と、を1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことで(S6c)、ウェハ上に所定膜厚のNi膜を形成する成膜手法を用いることにより、Ni膜中のP濃度を低減する。 In addition, the P concentration in the Ni film can be reduced by a method different from that of the above-described embodiment. In the present embodiment, in the Ni film formation step (S6), Ni (PF 3 ) 4 is supplied and exhausted as a raw material containing Ni into the processing vessel, and a Ni film is formed on the wafer by the CVD method (S6a). And a step (S6b) of purging the inside of the processing container by supplying and exhausting N 2 gas as an inert gas into the processing container (S6b), and repeating this cycle a plurality of times (S6c) on the wafer By using a film forming method for forming a Ni film having a predetermined thickness, the P concentration in the Ni film is reduced.
この場合、原料供給工程(S6a)においては薄いNi膜が形成されるが、その際、原料が分解することで生じるPやF等の不純物がNi膜に付着もしくは混入してしまうことがある。しかしながら、その後に行うパージ工程(S6b)において、そのNi膜が加熱された不活性ガス雰囲気(N2 ガス雰囲気)下に放置されることで、Ni膜に付着もしくは混入したPやF等の不純物が、アニール効果により脱離する。脱離したPやF等の不純物は、不活性ガスを用いたパージにより処理室外に排出される。これを細かく、複数回繰り返すことにより、Ni膜に付着もしくは混入する不純物を脱離しつつ、良質なNi膜を丁寧に成膜していくことが可能となる。 In this case, a thin Ni film is formed in the raw material supply step (S6a). At that time, impurities such as P and F generated by decomposition of the raw material may adhere to or be mixed into the Ni film. However, in the subsequent purging step (S6b), the Ni film is left in a heated inert gas atmosphere (N 2 gas atmosphere), so that impurities such as P and F adhering to or mixed in the Ni film However, it is detached due to the annealing effect. The desorbed impurities such as P and F are discharged out of the processing chamber by purging with an inert gas. By repeating this finely and a plurality of times, it is possible to carefully form a high-quality Ni film while removing impurities adhering to or mixing in the Ni film.
このように、本実施形態の処理シーケンスによれば、成膜の過程で原料が分解することで生じるPやF等の不純物がNi膜中に取り込まれるのを抑制することができ、形成されるNi膜の膜中不純物濃度、特にP濃度を大幅に低減することができる。すなわち、膜中不純物濃度、特にP濃度の低い良質なNi膜を形成することができるようになる。そしてこれにより、デバイス特性の劣化を防止することが可能となる。 As described above, according to the processing sequence of the present embodiment, impurities such as P and F generated by the decomposition of the raw material during the film formation process can be suppressed and taken into the Ni film. The impurity concentration in the Ni film, particularly the P concentration, can be greatly reduced. That is, it is possible to form a high-quality Ni film having a low impurity concentration in the film, particularly a low P concentration. As a result, it is possible to prevent deterioration of device characteristics.
本実施形態によれば、次の効果が得られる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1)バブラ220a内の底部に複数個の噴出孔239を有する拡散板238を敷設し、キャリアガス供給管237aの先端開口を拡散板238の下方に配置することにより、キャリアガス供給管237aの先端開口からバブラ220aの液体原料内に供給されたキャリアガスを、拡散板238の下方において水平方向に拡散させ、複数個の噴出孔239からそれぞれ気泡240となって上方に向かって噴出させることができ、気泡が液体原料の液面に達するまでに液体原料を充分に飽和させることができる。
(1) A
(2)液体原料を充分に飽和させることにより、原料ガスの長時間の大量供給を確保することができる。 (2) By sufficiently saturating the liquid raw material, it is possible to ensure a long-term supply of the raw material gas.
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、拡散板としては、板材に複数個の噴出孔を開設したものを使用するに限らず、網構造や多孔質構造のフィルタ等を使用してもよい。 For example, the diffuser plate is not limited to a plate having a plurality of ejection holes, but may be a net structure or a porous structure filter.
以下、本発明の好ましい態様について付記する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を収容して処理する処理室と、
液体原料をキャリアガスによるバブリングにより気化させる気化部と、
前記気化部にて前記液体原料を気化させることで生成された原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、
前記気化部は、
前記液体原料を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、
前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給されたキャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し
前記拡散板には、水平方向に拡散させたキャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴出させる複数の噴出孔が設けられることを特徴とする基板処理装置。
According to one aspect of the present invention, the following substrate processing apparatus is provided.
A processing chamber for accommodating and processing the substrate;
A vaporizing section for vaporizing liquid raw material by bubbling with a carrier gas;
A raw material gas supply pipe for supplying the raw material gas generated by vaporizing the liquid raw material in the vaporizing section into the processing chamber,
The vaporizing unit is
A container containing the liquid raw material;
A carrier gas supply pipe for supplying the carrier gas into the liquid raw material, the tip portion of which is immersed in the liquid raw material housed in the container;
A diffusion plate for horizontally diffusing the carrier gas supplied from the carrier gas supply pipe into the liquid raw material, wherein the carrier gas diffused horizontally is directed upward from a plurality of locations. A substrate processing apparatus, wherein a plurality of ejection holes are provided for ejection.
本発明の他の態様によれば、次の気化部が提供される。
液体原料をキャリアガスによるバブリングにより気化させる気化部であって、
前記気化部は、
前記液体原料を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、
前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給された前記キャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し
前記拡散板には、水平方向に拡散させた前記キャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴出させる複数の噴出孔が設けられる気化部。
According to the other aspect of this invention, the following vaporization part is provided.
A vaporizing unit that vaporizes liquid raw material by bubbling with a carrier gas,
The vaporizing unit is
A container containing the liquid raw material;
A carrier gas supply pipe for supplying the carrier gas into the liquid raw material, the tip portion of which is immersed in the liquid raw material housed in the container;
A diffusion plate for horizontally diffusing the carrier gas supplied into the liquid material from the carrier gas supply pipe, and the diffusion plate has the carrier gas diffused in the horizontal direction upward from a plurality of locations. The vaporization part provided with the several ejection hole made to eject toward.
本発明の更に他の態様によれば、次の基板処理方法が提供される。
液体原料を収容する容器と、前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給された前記キャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し、前記拡散板には、水平方向に拡散させた前記キャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴出させる複数の噴出孔が設けられる気化部にて、前記液体原料を前記キャリアガスによるバブリングにより気化させるステップと、
前記気化部にて前記液体原料を気化させることで生成された原料ガスを基板に対して供給することで、前記基板を処理するステップと、
を有する基板処理方法。
According to still another aspect of the present invention, the following substrate processing method is provided.
A container for storing a liquid source, a carrier gas supply pipe for supplying a carrier gas into the liquid source, and a carrier gas supply pipe for supplying a carrier gas into the liquid source from the carrier gas supply pipe; A diffusion plate for diffusing the carrier gas supplied into the liquid material in the horizontal direction, and a plurality of the diffusion plates for causing the carrier gas diffused in the horizontal direction to be ejected upward from a plurality of locations. Vaporizing the liquid raw material by bubbling with the carrier gas in a vaporization section provided with
Processing the substrate by supplying a source gas generated by vaporizing the liquid source in the vaporization unit to the substrate;
A substrate processing method.
本発明の更に他の態様によれば、次の半導体装置の製造方法が提供される。
液体原料を収容する容器と、前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給された前記キャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し、前記拡散板には、水平方向に拡散させた前記キャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴出させる複数の噴出孔が設けられる気化部にて、前記液体原料を前記キャリアガスによるバブリングにより気化させるステップと、
前記気化部にて前記液体原料を気化させることで生成された原料ガスを基板に対して供
給することで、前記基板を処理するステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
According to still another aspect of the present invention, the following method for manufacturing a semiconductor device is provided.
A container for storing a liquid source, a carrier gas supply pipe for supplying a carrier gas into the liquid source, and a carrier gas supply pipe for supplying a carrier gas into the liquid source from the carrier gas supply pipe; A diffusion plate for diffusing the carrier gas supplied into the liquid material in the horizontal direction, and a plurality of the diffusion plates for causing the carrier gas diffused in the horizontal direction to be ejected upward from a plurality of locations. Vaporizing the liquid raw material by bubbling with the carrier gas in a vaporization section provided with
Processing the substrate by supplying a source gas generated by vaporizing the liquid source in the vaporization unit to the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
200 ウェハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
213a 原料ガス供給管
213b 還元性ガス供給管
213c パージガス供給管
213e パージガス供給管
220a バブラ
237a キャリアガス供給管
238 拡散板
239 噴出孔
240 気泡
200 wafer (substrate)
201
Claims (1)
液体原料をキャリアガスによるバブリングにより気化させる気化部と、
前記気化部にて前記液体原料を気化させることで生成された原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、
前記気化部は、
前記液体原料を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記液体原料内にその先端部分が浸され、前記液体原料内に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、
前記キャリアガス供給管から前記液体原料内に供給されたキャリアガスを水平方向に拡散させる拡散板と、を有し
前記拡散板には、水平方向に拡散させたキャリアガスを複数箇所から上方に向かって噴出させる複数の噴出孔が設けられることを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for accommodating and processing the substrate;
A vaporizing section for vaporizing liquid raw material by bubbling with a carrier gas;
A raw material gas supply pipe for supplying the raw material gas generated by vaporizing the liquid raw material in the vaporizing section into the processing chamber,
The vaporizing unit is
A container containing the liquid raw material;
A carrier gas supply pipe for supplying the carrier gas into the liquid raw material, the tip portion of which is immersed in the liquid raw material housed in the container;
A diffusion plate for horizontally diffusing the carrier gas supplied from the carrier gas supply pipe into the liquid raw material, wherein the carrier gas diffused horizontally is directed upward from a plurality of locations. A substrate processing apparatus, wherein a plurality of ejection holes are provided for ejection.
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WO2014022219A1 (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | William Kimmerle | Chemical precursor bubbler |
JP2014043604A (en) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Ulvac Japan Ltd | Metal film deposition method |
WO2022059507A1 (en) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Raw material supply device and raw material supply method |
-
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