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TW202339054A - 基板處理裝置、基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及氣體供給單元 - Google Patents

基板處理裝置、基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及氣體供給單元 Download PDF

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TW202339054A
TW202339054A TW111149080A TW111149080A TW202339054A TW 202339054 A TW202339054 A TW 202339054A TW 111149080 A TW111149080 A TW 111149080A TW 111149080 A TW111149080 A TW 111149080A TW 202339054 A TW202339054 A TW 202339054A
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reaction gas
gas supply
valve
substrate
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Application number
TW111149080A
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小川有人
清野篤郎
Original Assignee
日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

依據本發明，即便在同時供給不同之複數種氣體的情況下，仍可提升基板的處理品質。 本發明之基板處理裝置，其具備有：處理容器，其收容基板；第一氣體供給部，其對處理容器內供給第一反應氣體；氣體供給管，其對處理容器內供給第二反應氣體、以及含有與第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體；貯存部，其設置於氣體供給管而貯存第二反應氣體與第三反應氣體；第一閥，其設置於氣體供給管之貯存部與處理容器之間；第二氣體供給部，其對貯存部供給第二反應氣體；第三氣體供給部，其對貯存部供給第三反應氣體；及控制部，其被構成為，可控制第一氣體供給部、第一閥、第二氣體供給部、第三氣體供給部，以執行如下的處理：(a) 將第二反應氣體與第三反應氣體貯存在貯存部的處理；(b) 對基板供給第一反應氣體的處理；及(c) 自貯存部對基板供給第二反應氣體與第三反應氣體的處理。

Description

基板處理裝置、基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及氣體供給單元
本發明係關於基板處理裝置、基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及氣體供給單元。
作為半導體裝置之製造步驟的一步驟，有在基板處理裝置之處理容器內將膜形成於基板的步驟(例如參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2019/058608號手冊
(發明所欲解決之問題)
然而，在上述之基板處理裝置中，當低蒸氣壓的氣體與高蒸氣壓的氣體同時被導入至處理容器內時，其存在有難以供給足夠量之低蒸氣壓氣體的問題。
本發明之目的在於，提供一種技術，其即便在同時被供給不同之複數種氣體的情況下，仍可提升基板的處理品質。 (解決問題之技術手段)
根據本發明之一態樣，提供一種技術，其具備有： 處理容器，其收容基板； 第一氣體供給部，其對上述處理容器內供給第一反應氣體； 氣體供給管，其對上述處理容器內供給第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體； 貯存部，其被設置於上述氣體供給管而貯存上述第二反應氣體與上述第三反應氣體； 第一閥，其被設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間； 第二氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第二反應氣體； 第三氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第三反應氣體；及 控制部，其被構成為，可控制上述第一氣體供給部、上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以執行如下的處理： (a) 將上述第二反應氣體與上述第三反應氣體貯存在上述貯存部的處理； (b) 對上述基板供給上述第一反應氣體的處理；及 (c) 自上述貯存部對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的處理。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，即便在同時被供給不同之複數種氣體的情況下，仍可提升基板的處理品質。
＜本發明之一態樣＞ 以下，對於本發明之一態樣，一面參照圖1至圖3、圖4(A)至圖4(D)，一面進行說明。再者，以下說明中所使用的圖式均為示意性者，圖式所示之各要件的尺寸關係、各要件的比率等未必與實物一致。此外，於複數個圖式相互之間，各要件的尺寸關係、各要件的比率等亦未必相一致。
(1) 基板處理裝置之構成 基板處理裝置10具備有處理爐202，該處理爐202設置有作為加熱手段(加熱機構、加熱系統)之加熱器207。加熱器207為圓筒形狀，其係被作為保持板之加熱器基座(未圖示)所支撐，藉此而被垂直地裝設。
於加熱器207之內側，與加熱器207呈同心圓狀地配設有被構成反應管(反應容器、處理容器)之外管203。外管203例如由石英(SiO 2)、碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成，而且被形成為上端封閉且下端開口之圓筒形狀。於外管203下方，與外管203呈同心圓狀地配設有歧管(入口凸緣(inlet flange))209。歧管209例如由不鏽鋼(SUS)等金屬構成，而形成為上端及下端開口之圓筒形狀。於歧管209的上端部與外管203之間，設置有作為密封構件之O型環220a。藉由歧管209被加熱器基座支撐，外管203成為被垂直地裝設之狀態。
於外管203之內側，配設有構成反應容器之內管204。內管204例如由石英、SiC等耐熱性材料構成，而形成為上端封閉且下端開口之圓筒形狀。主要由外管203、內管204、歧管209構成處理容器(反應容器)。於處理容器的筒中空部(內管204之內側)形成有處理室201。
處理室201被構成為，可藉作為支撐具之晶舟217，其將作為基板之晶圓200以水平姿勢於鉛直方向上呈多段排列之狀態下收容。亦即，其被構成為於處理容器內收容晶圓200。
於處理室201內，噴嘴410、420被設置為，貫通歧管209之側壁及內管204。於噴嘴410、420，分別連接有氣體供給管310、320。然而，本態樣之處理爐202不受限於上述之形態。
於氣體供給管310、320，自上游側起依序分別設置有：開閉閥即閥316、326；流量控制器(流量控制部)即質量流量控制器(MFC)312、322；及開閉閥即閥314、324。於氣體供給管310之閥314的下游側，連接有供給惰性氣體之氣體供給管510。於氣體供給管320之閥324的下游側，連接有氣體供給管330。於氣體供給管330，自上游側起依序設置有開閉閥即閥336、流量控制器(流量控制部)即質量流量控制器(MFC)332、開閉閥即閥334。此外，於氣體供給管320之較與氣體供給管330的連接部更下游側，自上游側起依序設置有作為開閉閥之第二閥即閥604、貯存部600、作為開閉閥之第一閥即閥602。即，閥602設置於氣體供給管320之貯存部600與外管203之間。此外，閥604設置於氣體供給管320之氣體供給管330的連接部與貯存部600之間，且設置於貯存部600之上游側。此外，於氣體供給管320之閥602的下游側，連接有供給惰性氣體的氣體供給管520。於氣體供給管510、520，自上游側起依序分別設置有：開閉閥即閥516、526；流量控制器(流量控制部)即MFC 512、522；及開閉閥即閥514、524。
於氣體供給管310、320之前端部，分別連接有噴嘴410、420。噴嘴410、420被構成為L字型的噴嘴，且其水平部被設置為貫通歧管209之側壁及內管204。噴嘴410、420之垂直部係被設置在通道形狀(溝形狀)的預備室201a之內部，且於預備室201a內沿著內管204之內壁朝向上方(晶圓200排列方向上方)設置，其中，該預備室201a係被形成為，於內管204之徑向朝外突出，且於鉛直方向延伸。
噴嘴410、420係被設置成，自處理室201之下部區域延伸至處理室201之上部區域，且於與晶圓200相對向之位置分別被設置有複數個氣體供給孔410a、420a。藉此，自噴嘴410、420之氣體供給孔410a、420a分別對晶圓200供給處理氣體。該氣體供給孔410a、420a係自內管204之下部直至上部設置有複數個，且分別具有相同之開口面積，進而以相同之開口間距被設置。然而，氣體供給孔410a、420a不受限於上述之形態。例如，其亦可為自內管204之下部朝向上部使開口面積逐漸增大。藉此，其可使自氣體供給孔410a、420a供給之氣體流量更均勻化。
噴嘴410、420之氣體供給孔410a、420a係於自後述之晶舟217下部至上部的高度位置設置有複數個。因此，自噴嘴410、420之氣體供給孔410a、420a供給至處理室201內之處理氣體被供給至，自晶舟217之下部至上部為止所收容之晶圓200的全部區域。噴嘴410、420只要設置成自處理室201之下部區域延伸至上部區域即可，但其較佳為，設置成延伸至晶舟217之頂壁附近。
自氣體供給管310，第一反應氣體作為處理氣體經由閥316、MFC 312、閥314、噴嘴410被供給至處理室201內。
自氣體供給管320，與第一反應氣體不同之氣體即第二反應氣體作為處理氣體經由閥326、MFC 322、閥324、閥604被供給至貯存部600，並加以貯存。
自氣體供給管330，與第一反應氣體及第二反應氣體任一者都不同的第三反應氣體作為處理氣體，經由閥336、MFC 332、閥334、閥604被供給至貯存部600，並加以貯存，其中，該第三反應氣體係含有與第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之氣體。再者，第三反應氣體例如可使用蒸氣壓較第二反應氣體之蒸氣壓更低的氣體。
此外，自氣體供給管320，貯存在貯存部600之第二反應氣體與第三反應氣體經由閥602、噴嘴420被供給至處理室201內。
自氣體供給管510、520，惰性氣體係分別經由閥516、526、MFC 512、522、閥514、524、噴嘴410、420被供給至處理室201內。以下，對於使用氮氣(N 2)作為惰性氣體之例進行說明，但除了N 2氣體以外，例如亦可使用氬氣(Ar)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氙氣(Xe)等稀有氣體作為惰性氣體。
當第一反應氣體主要由氣體供給管310流動時，第一氣體供給部(第一氣體供給系統)主要由氣體供給管310、閥316、MFC 312、閥314構成，但亦可考慮將噴嘴410包含在第一氣體供給部中。此外，當第二反應氣體由氣體供給管320流動時，第二氣體供給部(第二氣體供給系統)主要由氣體供給管320、閥326、MFC 322、閥324構成，但亦可無MFC 322，而至少由閥324構成第二氣體供給部。此外，當第三反應氣體由氣體供給管330流動時，第三氣體供給部(第三氣體供給系統)主要由氣體供給管330、閥336、MFC 332、閥334構成，但亦可無MFC 332，而至少由閥334構成第三氣體供給部。此外，亦可考慮將閥604、貯存部600、閥602包含在第二氣體供給部、第三氣體供給部中。此外，亦可將第一氣體供給部、第二氣體供給部、第三氣體供給部稱為氣體供給單元。此外，亦可考慮將噴嘴410、420包含在氣體供給單元中。此外，惰性氣體供給部(惰性氣體供給系統)主要由氣體供給管510、520、MFC 512、522、閥514、524構成，但亦可考慮將惰性氣體供給部包含在氣體供給單元中。
本實施形態中之氣體供給的方法係經由配置在預備室201a內之噴嘴410、420來輸送氣體，其中，預備室201a係位在由內管204的內壁與複數片晶圓200的端部所定義之圓環狀縱向伸長之空間內。接著，自噴嘴410、420之與晶圓相對向的位置上所設置之複數個氣體供給孔410a、420a，對內管204內噴出氣體。更詳細而言，藉由噴嘴410之氣體供給孔410a、噴嘴420之氣體供給孔420a，朝向與晶圓200之表面平行的方向，分別噴出第一反應氣體、第二反應氣體與第三反應氣體等。
排氣孔(排氣口)204a係形成在內管204之側壁且形成在與噴嘴410、420相對向之位置上的貫通孔，其例如為於鉛直方向上細長地開設之狹縫狀貫通孔。自噴嘴410、420之氣體供給孔410a、420a供給至處理室201內而在晶圓200之表面上流動的氣體係經由排氣孔204a而流動至形成在內管204與外管203之間的間隙(排氣路206內)。接著，朝排氣路206內流動之氣體係流動至排氣管231內，並朝處理爐202外被排出。
排氣孔204a係設置於與複數片晶圓200相對向之位置，自氣體供給孔410a、420a供給至處理室201內之晶圓200附近的氣體係於朝向水平方向流動後，經由排氣孔204a而朝排氣路206內流動。排氣孔204a不限於構成為狹縫狀的貫通孔，其亦可由複數個孔構成。
於歧管209，設置有排放處理室201內之環境氣體的排氣管231。於排氣管231，自上游側起依序地被連接有檢測處理室201內的壓力作為壓力檢測器(壓力檢測部)之壓力感測器245、APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥243、作為真空排氣裝置之真空泵246。APC閥243係在使真空泵246運作之狀態下將閥加以開閉，藉此而可進行處理室201內之真空排氣及真空排氣停止，進而，藉由在使真空泵246運作之狀態下調節閥開度，而可調整處理室201內之壓力。排氣系統主要由排氣孔204a、排氣路206、排氣管231、APC閥243及壓力感測器245構成。亦可考慮將真空泵246包含在排氣系統中。
於貯存部600，設置有排放貯存部600內之環境氣體的排氣管606。排氣管606被連接至排氣管231之APC閥243的上游側。於排氣管606設置有閥608。排氣部之貯存部排氣系統主要由排氣管606、閥608、排氣管231、APC閥243及壓力感測器245構成。亦可考慮將真空泵246包含在貯存部排氣系統中。
於歧管209之下方，設置有可氣密地封閉歧管209的下端開口作為爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219被構成為，自鉛直方向下側抵接於歧管209之下端。密封蓋219例如由SUS等金屬構成，且形成為圓盤狀。於密封蓋219之上表面，設置有與歧管209的下端抵接作為密封構件的O型環220b。於密封蓋219中之處理室201的相反側，設置有使收容晶圓200之晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267之旋轉軸255貫通密封蓋219而連接於晶舟217。旋轉機構267被構成為，藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219被構成為，藉由垂直設置在外管203之外部作為升降機構的晶舟升降機115而於鉛直方向升降。晶舟升降機115被構成為，藉由使密封蓋219升降，可將晶舟217朝處理室201內外搬入及搬出。晶舟升降機115被構成為，將晶舟217及被收容在晶舟217之晶圓200朝處理室201內外搬送的搬送裝置(搬送機構、搬送系統)。
晶舟217被構成為，以水平姿勢且在彼此中心對齊之狀態下使複數片晶圓，例如25~200片晶圓200於鉛直方向上隔開間隔而排列。晶舟217例如由石英或SiC等耐熱性材料所構成。於晶舟217之下部，設置有例如由石英或SiC等耐熱性材料構成之形成為筒狀構件的隔熱筒218。藉由該構成，來自加熱器207之熱則難以傳遞至密封蓋219側。然而，本實施形態並不受限於上述之形態。例如，其亦可被構成為，不於晶舟217之下部設置隔熱筒218，而是以水平姿勢且多段地支撐由石英或SiC等耐熱性材料所構成之虛擬(dummy)基板218。
如圖2所示，其被構成為，於內管204內設置有作為溫度檢測器之溫度感測器263，根據由溫度感測器263檢測出之溫度資訊用以調整朝加熱器207之通電量，藉此使處理室201內之溫度成為所期望的溫度分布。溫度感測器263係與噴嘴410、420同樣地構成為L字型，並沿著內管204之內壁設置。
如圖3所示，控制部(控制手段)即控制器121係被電腦所構成，其具備有：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元) 121a、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體) 121b、記憶裝置121c、及I/O埠121d。RAM 121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係被構成為，可經由內部匯流排而與CPU 121a交換資料。於控制器121例如連接有構成為觸控面板等之輸入輸出裝置122。
記憶裝置121c例如由快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動機)等所構成。於記憶裝置121c內，可讀出地存放有控制基板處理裝置之動作的控制程式、記載有後述半導體裝置之製造方法的程序或條件等的製程配方等。製程配方係組合成，可使控制器121執行後述半導體裝置之製造方法中之各製程(各步驟)，而獲得既定之結果者，其作為程式而發揮功能。以下，將該製程配方、控制程式等加以統合，並簡稱為程式。於本說明書中使用程式一詞時，有僅單獨包含製程配方之情況、僅單獨包含控制程式之情況、或包含製程配方及控制程式的組合之情況。RAM 121b係被構成為，暫時保持由CPU 121a所讀出之程式或資料等的記憶體區域(工作區)。
I/O埠121d係連接於上述之MFC 312、322、332、512、522；閥314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608；壓力感測器245；APC閥243；真空泵246；加熱器207；溫度感測器263；旋轉機構267；晶舟升降機115等。
CPU 121a係被構成為，自記憶裝置121c讀出控制程式並加以執行，並且因應來自輸入輸出裝置122之操作指令的輸入等而自記憶裝置121c讀出配方等。CPU 121a係被構成為，依照所讀出之配方的內容，控制如下動作：由MFC 312、322、332、512、522所進行之各種氣體的流量調整動作；閥314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608的開閉動作；APC閥243的開閉動作及由APC閥243所進行之根據壓力感測器245的壓力調整動作；根據溫度感測器263之加熱器207的溫度調整動作；真空泵246之啟動及停止；由旋轉機構267所進行之晶舟217的旋轉及旋轉速度調節動作；由晶舟升降機115所進行之晶舟217的升降動作；晶圓200朝晶舟217的收容動作等。
控制器121可藉由將存放在外部記憶裝置(例如，磁帶、軟碟或硬碟等磁碟、CD或DVD等光碟、MO(magneto-optical disc)等光磁碟、USB記憶體或記憶卡等半導體記憶體)123的上述程式安裝於電腦而構成。記憶裝置121c或外部記憶裝置123係被構成為電腦可讀取之記錄媒體。以下，將該等統合並簡稱為記錄媒體。於本說明書中，記錄媒體有僅單獨包含記憶裝置121c之情況、僅單獨包含外部記憶裝置123之情況、或包含該兩者之情況。對電腦之程式提供亦可不使用外部記憶裝置123，而使用網際網路或專用線路等之通信手段來進行。
(2) 基板處理步驟 作為半導體裝置(元件)之製造步驟的一步驟，以下對使用上述之基板處理裝置10，並在作為基板的晶圓200上形成膜之一連串處理時序例進行說明。於以下之說明中，構成基板處理裝置10之各部的動作係由控制器121所控制。
在本發明之半導體裝置的製造步驟中，其具有如下步驟： (a) 將第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體，貯存在設置於氣體供給管之貯存部的步驟； (b) 對處理容器內之基板供給第一反應氣體的步驟；及 (c) 開啟設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間的第一閥，對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的步驟。
於本說明書中，使用「晶圓」一詞之情況有意指「晶圓本身」之情況、或意指「晶圓與形成在其表面之既定層或膜等積層體」之情況。於本說明書中，使用「晶圓之表面」一詞之情況有意指「晶圓本身之表面」之情況、或意指「形成在晶圓上之既定層或膜等之表面」之情況。於本說明書中，使用「基板」一詞之情況亦與使用「晶圓」一詞之情況意義相同。
[基板搬入] 當將複數片晶圓200裝填至晶舟217(晶圓裝填)時，如圖1所示，支撐複數片晶圓200之晶舟217係由晶舟升降機115而被舉起，並被搬入至處理室201內(晶舟裝載)。在該狀態下，密封蓋219係成為經由O型環220b而將外管203之下端開口封閉的狀態。
藉由真空泵246進行真空排氣，以使處理室201內即晶圓200所存在的空間成為所期望的壓力(真空度)。此時，處理室201內之壓力係由壓力感測器245所測定，根據該測定之壓力資訊，對APC閥243進行反饋控制(壓力調整)。此外，藉由加熱器207進行加熱，以使處理室201內成為所期望的溫度。此時，根據溫度感測器263檢測出之溫度資訊而對朝加熱器207之通電量進行反饋控制(溫度調整)，以使處理室201內成為所期望的溫度分布。此外，開始旋轉機構267所進行之晶圓200的旋轉。處理室201內的排氣、晶圓200的加熱及旋轉皆至少在對晶圓200之處理至完成為止的期間中被持續進行。
[成膜處理] (第一反應氣體供給 步驟S10) 開啟閥314、316，使第一反應氣體於氣體供給管310內流動。即，進行對晶圓200供給第一反應氣體的處理。第一反應氣體係藉由MFC 312來進行流量調整，其係自噴嘴410之氣體供給孔410a供給至處理室201內，而自排氣管231被排放。此時，同時開啟閥514、516，而使N 2氣體等惰性氣體於氣體供給管510內流動。於氣體供給管510內流動之惰性氣體係藉由MFC 512來進行流量調整，其係與第一反應氣體一起被供給至處理室201內，而自排氣管231被排放。再者，此時為了防止第一反應氣體朝噴嘴420內侵入，因而開啟閥524、526，而使惰性氣體於氣體供給管520內流動。惰性氣體係經由氣體供給管320、噴嘴420而被供給至處理室201內，並自排氣管231被排放。
此時，調整APC閥243，將處理室201內之壓力例如設為1~3990Pa之範圍內的壓力。由MFC 312控制之第一反應氣體的供給流量例如設為0.1~2.0slm之範圍內的流量。由MFC 512、522控制之惰性氣體的供給流量例如分別被設為0.1~20slm之範圍內的流量。以下，將加熱器207之溫度設定為，使晶圓200的溫度例如成為300~650℃之範圍內的溫度。對晶圓200供給第一反應氣體之時間例如被設為0.01~30秒之範圍內的時間。再者，本發明中如「1~3990Pa」般之數值範圍的記載係意指下限值及上限值均包含在該範圍內。因而，例如「1~3990Pa」意指「1(含)Pa以上且3990(含)Pa以下」。對於其他數值範圍亦相同。
此時，對晶圓200供給第一反應氣體。此處，例如使用含有金屬元素鈦(Ti，titanium)的氣體等作為第一反應氣體，其例如可使用四氯化鈦(TiCl 4)氣體、四氟化鈦(TiF 4)氣體、四溴化鈦(TiBr 4)氣體等含有鹵素元素的氣體。第一反應氣體可使用該等中一者以上。
(吹掃 步驟S11) 自開始第一反應氣體之供給起經過既定時間後，關閉閥314、316，而停止第一反應氣體之供給。此時，排氣管231之APC閥243被保持開啟，藉由真空泵246將處理室201內進行真空排氣，將殘留於處理室201內之未反應或幫助形成膜後的第一反應氣體自處理室201內排除。此時，閥514、516、524、526被保持開啟，並維持惰性氣體朝處理室201內之供給。惰性氣體係作為吹掃氣體而發揮作用，其可提高將殘留在處理室201內之未反應或幫助形成膜後的第一反應氣體自處理室201內排除之效果。
(第二反應氣體與第三反應氣體之供給 步驟S12) 自開始吹掃起經過既定時間後，開啟閥602，使第二反應氣體與第三反應氣體自預先貯存有第二反應氣體與第三反應氣體之貯存部600流動至氣體供給管320內。再者，有關將第二反應氣體與第三反應氣體貯存於貯存部600之動作，將於後面敘述。第二反應氣體與第三反應氣體係自噴嘴420之氣體供給孔420a供給至處理室201內，而自排氣管231被排放。此時，同時地開啟閥524、526，而使惰性氣體於氣體供給管520內流動。此外，為了防止第二反應氣體與第三反應氣體朝噴嘴410內侵入，因而開啟閥514、516，以使惰性氣體於氣體供給管510內流動。
此時，調整APC閥243，將處理室201內之壓力例如設為1~3990Pa之範圍內的壓力。藉由MFC 512、522所控制之惰性氣體的供給流量例如被分別設為0.1~20slm範圍內的流量。對晶圓200供給第二反應氣體與第三反應氣體之時間例如被設為0.1~60秒之範圍內的時間。
此時，自貯存部600對晶圓200供給第二反應氣體與第三反應氣體。第二反應氣體與第三反應氣體係分別含有共通之兩種元素的氣體，例如為各自含有氮元素(N)與氫元素(H)的氣體。藉由含有共通之兩種氣體，其可使供給至晶圓200之元素量成為既定量。當第二反應氣體與第三反應氣體所含之元素不同時，例如有第二反應氣體所含之元素供給至晶圓200之量變少的可能性。換言之，第二反應氣體所含之元素即幫助在晶圓200上形成膜之元素的數量可能變少。藉由設為含有共通之兩種元素的氣體，其可使幫助在晶圓200上形成膜之元素的量成為既定量。
第二反應氣體例如為含有N與H之氣體，其例如可使用氨氣(NH 3)等含有NH 3之氣體。
此外，第三反應氣體例如為含有N與H之氣體，其例如可使用聯胺(N 2H 4)氣體等含有N 2H 4之氣體。當例如使用N 2H 4氣體作為第三反應氣體時，即便無MFC 332亦可，例如亦可藉由利用N 2氣體所致之起泡與槽溫度來調整流量。第三反應氣體例如可使用相較於第二反應氣體而於相同溫度下蒸氣壓較低的氣體。
雖然例如N 2H 4氣體較NH 3氣體更昂貴，但氮化力較NH 3氣體高。如本發明般，藉由使用NH 3氣體作為第二反應氣體，且使用N 2H 4氣體作為第三反應氣體，可一面維持氮化之效果，一面減低N 2H 4氣體之消耗量。
接著，對於將第二反應氣體與第三反應氣體貯存在貯存部600並供給至晶圓200時之氣體供給單元的動作，使用圖4(A)至圖4(D)來進行說明。本步驟可於步驟S10之第一反應氣體供給前進行，亦可於第一反應氣體供給時進行，亦可於步驟S11之吹掃時進行。即，於步驟S12之第二反應氣體與第三反應氣體的供給前進行。其較佳為，緊鄰於步驟S12之前進行。再者，於圖4(B)至圖4(D)之閥324、326、334、336、602、604中，黑圓圈表示閥為關閉狀態，白圓圈表示閥為開啟狀態。此外，在圖4(A)至圖4(D)中，已省略貯存部排氣系統之記載。
首先，於貯存部600貯存第三反應氣體。具體而言，如圖4(B)所示，控制器121關閉閥324、326、602，開啟閥336、334、604，對貯存部600內供給第三反應氣體。即，控制器121關閉閥602，將第三反應氣體貯存於貯存部600。第三反應氣體係藉由MFC 332來進行流量調整，其係被供給至貯存部600內。由MFC 332所控制之第三反應氣體的供給流量例如設為0.1~2.0slm之範圍內的流量。
接著，於貯存部600貯存第二反應氣體。具體而言，如圖4(C)所示，控制器121在關閉閥602且開啟閥604之狀態下，關閉閥334、336，開啟閥324、326，對貯存部600內供給第二反應氣體。第二反應氣體係藉由MFC 322來進行流量調整，其係被供給至貯存部600內。由MFC 322所控制之第二反應氣體的供給流量例如被設為0.1~30slm之範圍內的流量。
藉由以上，將蒸氣壓較低之第三反應氣體供給至貯存部600達既定量之後，將蒸氣壓較高之第二反應氣體供給至貯存部600，而進行將第二反應氣體與第三反應氣體貯存於貯存部600之處理。因此，將兩種蒸氣壓不同之氣體貯存既定量於貯存部600。首先，將蒸氣壓較低之氣體貯存於貯存部600達既定量。於此，例如在使用NH 3氣體作為第二反應氣體，且使用N 2H 4氣體作為第三反應氣體時，蒸氣壓較低之N 2H 4氣體在40~50℃下會分解。因此，先將N 2H 4氣體貯存於貯存部600達既定量後，再將NH 3氣體貯存於貯存部600。此外，其較佳為，緊鄰於NH 3氣體與N 2H 4氣體朝晶圓200的供給之前，進行朝貯存部600的貯存。
接著，如圖4(D)所示，控制器121在關閉閥334、336之狀態下，關閉閥324、326、604，開啟閥602，而將貯存在貯存部600內之第二反應氣體與第三反應氣體同時供給至處理容器內。即，進行自貯存部600對晶圓200同時供給第二反應氣體與第三反應氣體的處理。
當同時供給兩種不同氣體時，各氣體在MFC前後的壓力難以成為既定壓力，可能有MFC未正常地運作而流量產生變化之情況。根據本發明，以MFC對各氣體進行流量調節且貯存於貯存部600後同時供給至晶圓200，因此，其可抑制晶圓200之處理品質產生不均，而可提升晶圓200之處理品質。
(吹掃 步驟S13) 自開始第二反應氣體與第三反應氣體之供給起經過既定時間後，關閉閥602，而停止來自貯存部600之第二反應氣體與第三反應氣體的供給。接著，藉由與步驟S11相同之處理程序，將殘留於處理室201內之未反應或幫助形成膜後的第二反應氣體與第三反應氣體自處理室201內排除。
此時，控制器121將閥608開啟，經由排氣管606、231而排放貯存部600內之環境氣體。即，自貯存部600對晶圓200供給第二反應氣體與第三反應氣體後，關閉閥602、604，開啟閥608，而將貯存部600內之環境氣體進行真空排氣。
接著，控制器121將閥608關閉，在將貯存部600內之環境氣體維持於真空的狀態下，進行上述之圖4(B)所示之處理。即，控制器121在將貯存部600內之環境氣體維持於真空的狀態下，開啟閥334、336、604，而對貯存部600內供給第三反應氣體。藉由將貯存部600內進行排氣，使其成為減壓狀態，則可將既定量之第三反應氣體貯存於貯存部600內。
(實施既定次數) 依序進行上述步驟S10~步驟S13之循環執行1次以上(既定次數(n次))，藉此於晶圓200上形成既定厚度之膜。上述循環較佳為重複執行複數次。於此，在晶圓200上例如形成氮化鈦(TiN)膜，而作為含有金屬元素之膜。
(後吹掃及大氣壓恢復) 自氣體供給管510、520朝處理室201內供給惰性氣體，且自排氣管231排放。惰性氣體係作為吹掃氣體而發揮作用，藉此以惰性氣體將處理室201內進行吹掃，將殘留於處理室201內之氣體或副產物自處理室201內除去(後吹掃)。其後，處理室201內之環境氣體被置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，將處理室201內之壓力恢復為常壓(大氣壓恢復)。
[基板搬出] 其後，藉由晶舟升降機115而使密封蓋219下降，外管203之下端成為開口。接著，在晶圓200上已形成有既定膜之處理完畢的晶圓200係在被晶舟217支撐的狀態下，自外管203之下端被搬出至外管203之外部(晶舟卸載)。其後，處理完畢之晶圓200被從晶舟217取出(晶圓卸除)。
(3) 本發明之效果 根據本發明，可獲得以下所示之一個或複數個效果。 (a) 即便於同時供給不同之複數種氣體的情況下，其仍可提升晶圓200的處理品質。即，以MFC對不同氣體進行流量調節，且貯存於貯存部600後同時供給至晶圓200，因此，其可抑制晶圓200的處理品質發生不均，而可提升晶圓200的處理品質。 (b) 即，其可提升形成在晶圓200上之膜的特性等處理品質，而使處理品質均勻化。 (c) 即便於使用低蒸氣壓之氣體與高蒸氣壓之氣體而同時供給的情況下，最初將低蒸氣壓之氣體貯存於貯存部600後，再將高蒸氣壓之氣體貯存於貯存部600，藉此，其可在短時間內對處理爐202內供給充分之供給量。因此，其可抑制晶圓200的處理品質發生不均，且可提升晶圓200的處理品質。
(4) 變形例 上述實施形態中步驟S12之第二反應氣體與第三反應氣體的供給步驟可如以下所示之變形例進行變形。只要未特別說明，各變形例中之構成係與上述實施形態中之構成相同，而省略其說明。
(變形例1) 在本變形例中，於上述之圖4(B)及圖4(C)之後，如圖5所示，在開啟閥604、324、326，且關閉閥334、336之狀態下，開啟閥602，一面將第二反應氣體供給至貯存部600，一面自貯存部600將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。亦即，於圖4(C)之後，持續將第二反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
(變形例2) 在本變形例中，於上述之圖4(D)，將貯存於貯存部600內之第二反應氣體與第三反應氣體供給至處理容器內達既定時間後，如圖5所示，在開啟閥602，且關閉閥334、336之狀態下，開啟閥604、324、326，一面將第二反應氣體供給至貯存部600，一面自貯存部600將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。亦即，於自圖4(D)之貯存部600供給第二反應氣體與第三反應氣體達既定時間後，持續將第二反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
(變形例3) 在本變形例中，於上述之圖4(B)及圖4(C)之後，如圖6所示，在開啟閥604之狀態下，開啟閥334、336、602，關閉閥324、326，一面將第三反應氣體供給至貯存部600，一面自貯存部600將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。亦即，於圖4(C)之後，將第三反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
(變形例4) 在本變形例中，於上述之圖4(D)，將貯存於貯存部600內之第二反應氣體與第三反應氣體供給至處理容器內達既定時間後，如圖6所示，在開啟閥602，且關閉閥324、326之狀態下，開啟閥604、334、336，將第三反應氣體供給至晶圓200。亦即，於自圖4(D)之貯存部600供給第二反應氣體與第三反應氣體達既定時間後，將第三反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
(變形例5) 在本變形例中，於上述之圖4(B)及圖4(C)之後，如圖7所示，在開啟閥604、324、326之狀態下，開啟閥602、334、336，一面將第二反應氣體與第三反應氣體供給至貯存部600，一面自貯存部600將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
(變形例6) 在本變形例中，於上述之圖4(D)，將貯存於貯存部600內之第二反應氣體與第三反應氣體供給至處理容器內達既定時間後，如圖7所示，在開啟閥602之狀態下，開啟閥604、324、326、334、336，將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。亦即，於自圖4(D)之貯存部600供給第二反應氣體與第三反應氣體達既定時間後，自第二氣體供給部與第三氣體供給部將第二反應氣體與第三反應氣體供給至晶圓200。即便於本變形例中，仍可獲得與上述實施形態相同之效果。
此外，在上述實施形態中，雖使用將貯存部600連接於排氣管231之情況來進行說明，但本發明並不受限於此，其可將貯存部600內之環境氣體以經由處理爐202內之方式進行排氣，其亦可另外設置排氣管線。
此外，在上述實施形態中，雖使用TiCl 4氣體作為第一反應氣體，使用NH 3氣體作為第二反應氣體，使用N 2H 4氣體作為第三反應氣體，以此為例進行了說明，但本發明並不受限於此。例如，第一反應氣體亦可為含有Ti以外之金屬元素的氣體，尤其是含有過渡金屬元素之氣體。此外，第一反應氣體亦可為含有元素週期表第13族元素、第14族元素之氣體。藉由使用含有該等元素之第一反應氣體，其可形成氮化物膜。例如，藉由使用含有鋁(Al)之氣體作為第一反應氣體，其可形成氮化鋁(AlN)膜。此外，藉由使用含有矽(Si)之氣體作為第一反應氣體，其可形成氮化矽(SiN)膜。
此外，在上述之實施形態中，已對使用一次對複數片基板進行處理之批次式的直立型裝置即基板處理裝置來進行成膜的例子進行說明，但本發明並不受限於此，當使用一次對一片或數片基板進行處理之單片式的基板處理裝置來進行成膜時，其亦可被適用。
此外，各種薄膜之形成所使用的製程配方(記載有處理程序或處理條件等之程式)較佳為，因應於基板處理之內容(形成之薄膜的膜種、組成比、膜質、膜厚、處理程序、處理條件等)，而個別地準備(準備複數個)。而且，其較佳為，當開始基板處理時，因應於基板處理之內容，而自複數個製程配方中適宜地選擇適當之製程配方。具體而言，其較佳為，將因應於基板處理之內容而個別地準備之複數個製程配方，經由電通信線路或記錄有該製程配方的記錄媒體(外部記憶裝置123)，而預先存放(安裝)於基板處理裝置所具備之記憶裝置121c內。接著，其較佳為，當開始基板處理時，基板處理裝置所具備之CPU 121a係自存放在記憶裝置121c內之複數個製程配方中，因應於基板處理之內容，而適宜地選擇適當之製程配方。藉由如此之構成，其可以一台基板處理裝置而通用且再現性良好地形成各種膜種、組成比、膜質、膜厚的薄膜。此外，其可減低作業員之操作負擔(處理程序或處理條件等之輸入負擔等)，而可避免操作失誤之同時，迅速地開始基板處理。
此外，本發明亦可例如藉由變更現存之基板處理裝置的製程配方來實現。其亦可於變更製程配方時，將本發明之製程配方經由電通信線路或記錄有該製程配方的記錄媒體，而安裝在現存之基板處理裝置，或操作現存之基板處理裝置的輸入輸出裝置，將該製程配方本身變更為本發明之製程配方。
以上，已對本發明之實施形態及變形例進行具體說明。然而，本發明並不受限於上述實施形態及變形例，在不脫離其意旨之範圍內其可進行各種變更。
10:基板處理裝置 115:晶舟升降機 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 122:輸入輸出裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 201:處理室 201a:預備室 202:處理爐 203:外管 204:內管 204a:排氣孔 206:排氣路 207:加熱器 209:歧管 217:晶舟 218:隔熱筒(虛擬基板) 219:密封蓋 220a、220b:O型環 231、606:排氣管 243:APC閥 245:壓力感測器 246:真空泵 255:旋轉軸 263:溫度感測器 267:旋轉機構 310、320、330、510、520:氣體供給管 312、322、332、512、522:MFC 314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608:閥 410、420:噴嘴 410a、420a:氣體供給孔 600:貯存部
圖1係表示本發明一態樣中基板處理裝置之直立型處理爐的概略縱剖視圖。 圖2係圖1中之A-A線概略橫剖視圖。 圖3係本發明一態樣中基板處理裝置的控制器的概略構成圖，其係以方塊圖表示控制器之控制系統的圖。 圖4(A)至圖4(D)係用以說明適用於本發明一態樣的基板處理步驟中氣體供給單元之動作的圖。 圖5係表示適用於本發明一態樣的基板處理步驟中氣體供給單元之動作的變形例的圖。 圖6係表示適用於本發明一態樣的基板處理步驟中氣體供給單元之動作的變形例的圖。 圖7係表示適用於本發明一態樣的基板處理步驟中氣體供給單元之動作的變形例的圖。
10:基板處理裝置
115:晶舟升降機
121:控制器
200:晶圓(基板)
201:處理室
201a:預備室
202:處理爐
203:外管
204:內管
204a:排氣孔
206:排氣路
207:加熱器
209:歧管
217:晶舟
218:隔熱筒(虛擬基板)
219:密封蓋
220a、220b:O型環
231、606:排氣管
243:APC閥
245:壓力感測器
246:真空泵
255:旋轉軸
267:旋轉機構
310、320、330、510、520:氣體供給管
312、322、332、512、522:MFC
314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608:閥
410、420:噴嘴
410a、420a:氣體供給孔
600:貯存部

Claims (18)

  1. 一種基板處理裝置，其具備有： 處理容器，其收容基板； 第一氣體供給部，其對上述處理容器內供給第一反應氣體； 氣體供給管，其對上述處理容器內供給第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體； 貯存部，其被設置於上述氣體供給管而貯存上述第二反應氣體與上述第三反應氣體； 第一閥，其被設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間； 第二氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第二反應氣體； 第三氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第三反應氣體；及 控制部，其被構成為，可控制上述第一氣體供給部、上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以執行如下的處理： (a) 將上述第二反應氣體與上述第三反應氣體貯存在上述貯存部的處理； (b) 對上述基板供給上述第一反應氣體的處理；及 (c) 自上述貯存部對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的處理。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以使當關閉上述第一閥且將上述第三反應氣體貯存在上述貯存部之後，將上述第二反應氣體貯存在上述貯存部。
  3. 如請求項2之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以使當對上述貯存部供給既定量之上述第三反應氣體後，供給上述第二反應氣體。
  4. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述第三反應氣體係蒸氣壓較上述第二反應氣體之蒸氣壓為更低的氣體。
  5. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述第二反應氣體與上述第三反應氣體係分別含有共通之兩種元素的氣體。
  6. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述第二反應氣體與上述第三反應氣體係分別含有氮元素與氫元素的氣體。
  7. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述第二反應氣體係含有NH 3的氣體，上述第三反應氣體係含有N 2H 4的氣體。
  8. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 於上述氣體供給管中在上述貯存部之上游側具有第二閥。
  9. 如請求項8之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第二閥，以使於(c)中開啟上述第二閥。
  10. 如請求項8之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第二閥，以使於(c)後開啟上述第二閥。
  11. 如請求項9之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第二氣體供給部，以開啟上述第二閥，將上述第二反應氣體供給至上述基板。
  12. 如請求項9之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第三氣體供給部，以開啟上述第二閥，將上述第三反應氣體供給至上述基板。
  13. 如請求項1之基板處理裝置，其中， 上述控制部係被構成為，可控制上述第一氣體供給部、上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以使(a)較(c)更早進行。
  14. 如請求項1之基板處理裝置，其中，具備有： 排氣部，其對上述貯存部內進行排氣； 上述控制部係被構成為，可控制上述排氣部，以執行如下的處理： (d) 於(c)之後，將上述貯存部內之環境氣體進行排放。
  15. 一種基板處理方法，其具有如下步驟： (a) 將第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體，貯存在設置於氣體供給管之貯存部的步驟； (b) 對處理容器內之基板供給第一反應氣體的步驟；及 (c) 開啟設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間的第一閥，對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的步驟。
  16. 一種半導體裝置之製造方法，其具有如下步驟： (a) 將第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體貯存在設置於氣體供給管之貯存部的步驟； (b) 對處理容器內之基板供給第一反應氣體的步驟；及 (c) 開啟設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間的第一閥，對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的步驟。
  17. 一種藉由電腦使基板處理裝置執行程序之程式，該程序包含有： (a) 將第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體貯存在設置於氣體供給管之貯存部的程序； (b) 對處理容器內之基板供給第一反應氣體的程序；及 (c) 開啟設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間的第一閥，對上述基板供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的程序。
  18. 一種氣體供給單元，其具備有： 第一氣體供給部，其對處理容器內供給第一反應氣體； 氣體供給管，其對上述處理容器內供給第二反應氣體、以及含有與上述第二反應氣體所含之元素相同的元素且分子構造不同之第三反應氣體； 貯存部，其設置於上述氣體供給管而貯存上述第二反應氣體與上述第三反應氣體； 第一閥，其設置於上述氣體供給管之上述貯存部與上述處理容器之間； 第二氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第二反應氣體； 第三氣體供給部，其對上述貯存部供給上述第三反應氣體；及 控制部，其被構成為，可控制上述第一氣體供給部、上述第一閥、上述第二氣體供給部、上述第三氣體供給部，以執行如下的處理： (a) 將上述第二反應氣體與上述第三反應氣體貯存在上述貯存部的處理； (b) 對上述處理容器內供給上述第一反應氣體的處理；及 (c) 自上述貯存部對上述處理容器內供給上述第二反應氣體與上述第三反應氣體的處理。
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