CN101570856B - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体处理用成膜装置，该装置具有：处理容器，支持被处理基板的支持部件，加热被处理基板的加热器，排放气体的排气***，供给成膜用第一处理气体和与第一处理气体反应的第二处理气体以及与第一、第二处理气体均不同的第三处理气体的第一、第二、第三处理气体供给***，激发第二处理气体的激发机构，控制成膜装置动作的控制部分，为通过CVD在被处理基板上形成薄膜，所述控制部分交叉实施如下工序：供给第一和第三处理气体，同时停止供给第二处理气体，通过激发机构，使第三处理气体以激发状态供给；停止供给第一、第二、第三处理气体；供给第二处理气体，同时停止供给第一和第三处理气体；停止供给第一、第二、第三处理气体。

Description

成膜装置

本申请是2005年6月28日提出的申请号为200510080241.2的分案申请

技术领域

本发明涉及在半导体晶片等被处理基板上形成薄膜用的半导体处理用的成膜装置和方法。在此，所谓半导体处理是指：为了通过在晶片或LCD(液晶显示器，Liquid Crystal Display)或FPD(平板显示器，Flat Panel Display)用的玻璃基板等被处理基板上以规定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等制造在该被处理基板上含有半导体器件或与半导体器件相连接的布线、电极等的结构体所实施的各种处理。

背景技术

在制造构成半导体集成电路的半导体器件时，在被处理基板，例如半导体晶片上，实施了成膜、氧化、扩散、改质、退火、蚀刻等各种处理。特开2004-6801号公报中，公开了在立式(所谓间歇式)热处理装置中进行这些半导体处理的方法。在此方法中，首先将半导体晶片从晶片盒转移到立式晶片支架上，并以多级的形成被支持。在晶片盒中，例入可容纳25片晶片，而在晶片支架上能够装载30～150片晶片。接着，将晶片支架从处理容器的下方转入其内部，同时将处理容器进行气密性闭锁。然后，在控制处理气体的流量、处理压力、处理温度等各种处理条件的状态下，进行规定的热处理。

近年来，伴随着对半导体集成电路更加高度集成化和高度微细化的要求，希望在半导体器件的制造工序中减轻其热滞后，提高器件的特性。在立式处理装置中，希望根据某些要求改进半导体处理的方法。例如在一种成膜处理的CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相淀积)法当中，有一种一边间歇地供给原料气体等，一边进行原子或分子水平厚度层的一层或多层反复成膜的方法(例如，特开平6-45256号公报、特开平11-87341号公报)。这样的成膜方法一般称为ALD(Atomic layer Deposition原子层淀积)法，由此，即使不将晶片暴露在如此高温下，也可以进行目的处理。

图13是在使用作为硅烷系气体的二氯硅烷(DCS)和作为氮化气体的NH₃形成氮化硅膜(SiN)的情况下，在以往的成膜方法中，表示供给气体和施加RF形态的定时图。如图13中所示，在处理容器内，中间夹着清洗期，间歇交互供给DCS和NH₃气体。在供给NH₃气体时施加RF(高频)，促进在处理容器内生成等离子体的氮化反应。即，首先向处理容器内供给DCS，由此，以分子水平在晶片表面上吸附一层或数层DCS。其余的DCS在清洗期间被排放。然后，通过供给NH₃生成等离子体，通过在低温下氮化形成氮化硅膜。反复进行一连串这样的工序，就完成了规定厚度的膜。

在上述的成膜方法中，不仅得到比较好的阶梯状覆盖，而且与进行高温CVD的成膜方法相比，由于实施了低温化，能够减少膜中的Si-H键，提升膜质的特性。但是，在以往的此种成膜方法中，尽管由等离子体促进了反应进行，但成膜速度还是相当低，生产率也低。

发明内容

本发明的目的是提供一种成膜方法和成膜装置，在能够维持膜高质量的同时，能够大幅度地提高成膜速度。

本发明的第一方面是一种半导体处理用的成膜方法，该成膜方法是在容纳被处理基板的处理区域内供给成膜用的第一处理气体和与上述第一处理气体反应的第二处理气体，通过CVD在上述被处理基板上形成薄膜的方法，其特征在于，包括以下交叉工序：

向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第一工序、

停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第二工序、

向上述处理区域供给上述第二处理气体的同时，停止向上述处理区域供给上述第一处理气体的第三工序、

停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第四工序。

本发明的第二方面是一种半导体处理用的成膜方法，该成膜方法是向容纳被处理基板的处理区域内供给成膜用的第一处理气体、与上述第一处理气体反应的第二处理气体以及与第一和第二处理气体中的任何一种都不同的第三处理气体，通过CVD在上述被处理基板上形成薄膜的方法，其特征在于，包括以下交叉工序：

在向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的同时，停止向上述处理区域供给上述第二处理气体的第一工序，上述第一工序具有通过激发机构，使上述第三处理体以激发状态供给到上述处理区域的期间、

停止向上述处理区域供给上述第一至第三处理气体的第二工序、

在向上述处理区域供给上述第二处理气体的同时，停止向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的第三工序、

停止向上述处理区域供给第一至第三处理气体的第四工序。

本发明的第三方面是一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，包括：

具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器、

在上述处理区域内支持上述被处理基板的支持部件、

加热上述处理区域内的上述被处理基板的加热器、

排放上述处理区域内气体的排气***、

向上述处理区域供给成膜用第一处理气体的第一处理气体供给***、

向上述处理区域供给与上述第一处理气体反应的第二处理气体的第二处理气体供给***、

选择性地对向上述处理区域供给的上述第二处理气体进行激发的激发机构、

控制上述装置动作的控制部分。

本发明的第四方面是包括含有在处理器中运行的程序指令的可用计算机读取的介质，其特征在于，

在向容纳被处理基板的处理区域内供给成膜用的第一处理气体和与上述第一处理气体反应的第二处理气体，通过CVD在上述被处理基板上形成薄膜的半导体处理用的成膜装置中，上述程序指令在被处理器运行时，交互地实施如下的工序，

向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第一工序、

停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第二工序、

在向上述处理区域供给上述第二处理气体的同时，停止向上述处理区域供给上述第一处理气体的第三工序、

停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第四工序。

本发明的第五方面是包含用来在处理器上运行的程序指令的计算机可读取的介质，其特征在于，

在向容纳被处理基板的处理区域内供给成膜用的第一处理气体、与上述第一处理气体反应的第二处理气体和与第一和第二处理气体中的任何一种都不同第三处理气体，通过CVD在上述被处理基板上形成薄膜的半导体处理用的成膜装置中，上述程序指令在被处理器运行时，交互地实施如下的工序，

在向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的同时，停止向上述处理区域供给上述第二处理气体的第一工序，上述第一工序具有通过激发机构，使上述第三处理气体以激发状态供给到上述处理区域的期间、

停止向上述处理区域供给上述第一至第三处理气体的第二工序、

在向上述处理区域供给上述第二处理气体的同时，停止向上述处理区域供给第一和第三处理气体的第三工序、

停止向上述处理区域供给上述第一至第三处理气体的第四工序。

在第一至第五方面中，上述第一处理气体包括硅烷系气体，上述第二处理气体包括氮化气体或氮氧化气体，上述第三处理气体包括选自氮气、稀有气体、氧化氮气体的气体。例如，上述第一处理气体包括从二氯硅烷(DCS)、六氯二硅烷(HCD)、单硅烷(SiH₄)、二硅烷(Si₂H₆)、六甲基二硅氨烷(HMDS)、四氯硅烷(TCS)、二硅烷基胺(DSA)、三硅烷基胺(TSA)、双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)中选择的一种以上的气体。上述第二处理气体包括，例如，选自氨[NH₃]、氮气[N₂]、一氧化二氮[N₂O]、一氧化氮[NO]一种以上的气体。

本发明的其他目的和优点将在下面的叙述中予以陈述，而且将由此叙述或者通过实施本发明详细了解其中的一部分。本发明的目的和优点可借助于在后面特别指出的方式及其组合来实施和获得。

附图说明

并入本发明并构成本说明书一部分的附图，说明本发明的优选实施例，并与在上面给出的一般叙述和下面给出的优选实施例的详细叙述一起，用来说明本发明的原理。

图1是表示本发明第一实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的剖面图。

图2是表示在图1中所示装置一部分的横断面平面图。

图3是在第一实施方式的成膜方法中，表示气体供给和施加RF状态的定时图。

图4是表示由第一实施方式的实验1得到的氮化硅膜的膜厚数据的图。

图5是表示由实验1得到的氮化硅膜成膜速度的图。

图6是表示由实验1得到的氮化硅膜膜厚的面内均匀性的图。

图7是表示由实验1得到的氮化硅膜的红外线衍射结果示意图。

图8是在第一实施方式变化实施例的成膜方法中，表示气体供给和施加RF形态的定时图。

图9是表示本发明的第二实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的剖面图。

图10是在第二实施方式的成膜方法中，表示气体供给和施加RF形态的定时图。

图11A是表示由第二实施方式的实验3得到的氮化硅膜成膜速度的图。

图11B是表示由实验3得到的氮化硅膜成膜速度的改善率的图。

图12是表示主控制部分结构大致情况的框图。

图13是表示在以往的成膜方法中气体供给和施加RF形态的定时图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。在下面的说明中，对于具有大致同样功能和结构的结构要素使用同一个符号，只在必要的情况下进行重复说明。

<第一实施方式>

图1是表示本发明的第一实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的剖面图。图2是表示在图1中所示装置一部分的横断面平面图。此成膜装置2以供给含有作为硅烷系气体的二氯硅烷(DCS)的原料气体(第一处理气体)和含有作为氮化气体的氨气(NH₃)的支援气体(第二处理气体)，堆积成氮化硅膜(SiN)的方式构成。

成膜装置2具有一个圆筒状的处理容器4，在其内部规定了用来容纳以一定间隔重叠的多片半导体晶片(被处理基板)进行处理的处理区域5，此处理容器4在下端具有开口而上面有顶。整个处理容器4是由例如石英制造的。在处理容器4内的顶部，配置有石英制造的顶板6封住顶部。在处理容器4下端的开口处，通过O形圈等密封部件10连接成形为圆筒状的多支管8。

多支管8是由，例如不锈钢制造的，支持在处理容器4的下端。通过多支管8的下端开口处，升降石英制造的晶片支架12，由此将晶片支架12装入/取出处理容器4。在晶片支架12上分成多级装有作为被处理基板的多片半导体晶片W。例如，在本实施方式中，在晶片支架12的支柱12A上能够以大致相等的间距以多级的形式支持，例如50～100片左右的直径300mm的晶片W。

晶片支架12通过石英制造的保温筒14被放置在工作台16上。工作台16被支持在转轴20上，转轴贯穿开闭多支管8的下端的，例如不锈钢制造的盖子18。

在转轴20的贯穿部分设置有，例如磁性流体密封件22，支持转轴20在保持气密性的同时还能够旋转。在盖子18的周围和多支管8的下端，设置有例如由O形圈等形成的密封部件24，保持容器内的密封性。

转轴20安装在支持例如支架升降机等升降机构25上的关节臂26的前端。由升降机构25使晶片支架12和盖子18等一起升降。此外，也将工作台16固定地设置在盖子18一侧，不使晶片支架12旋转也可以进行晶片W的处理。

在多支管8的侧面，连接着向处理容器4内的处理区域5供给规定处理气体的气体供给部分。气体供给部分包括支援气体供给***(第二处理气体供给***)28、原料气体供给***(第一处理气体供给***)30和清洗气体供给***32。原料气体供给***30供给例如硅烷系气体DCS(二氯硅烷)作为成膜用原料气体。支援气体供给***28，供给例如氨气(NH₃)作为一边选择性地进行等离子体化一边与原料气体发生反应的支援气体(第二处理气体)。清洗气体供给***32供给惰性气体，例如氮气N₂作为清洗气体。在原料气体和支援气体(第一和第二处理气体)中，根据需要可以混合适量的载气，但为了简化说明，下面并不提及。

具体说来，原料气体供给***30具有两根气体分散喷嘴36，它们是由石英管制造的，向内贯穿多支管8的侧壁转弯向上延伸(参照图2)。在各气体分散喷嘴36上，沿着其长度的方向(上下方向)，对着晶片支架12上的全部晶片W，以一定的间隔形成多个气体喷射孔36A。各气体喷射孔36A，相对于在晶片支架12上的多片晶片W形成平行的气流，在水平方向上大致均匀地供给原料气体。而气体分散喷嘴36不设置两个，只设置一个也是可以的。

支援气体供给***28也具有两根气体分散喷嘴34，它们也是由石英管制造的，向内贯穿多支管8的侧壁转弯向上延伸。在气体分散喷嘴34上，沿着其长度的方向(上下方向)，对着晶片支架12上的全部晶片W，以一定的间隔形成多个气体喷射孔34A。各气体喷射孔34A，相对于在晶片支架12上的多片晶片W形成平行的气流，在水平方向上大致均匀地供给支援气体。清洗气体供给***32具有贯穿多支管8的侧壁设置的气体喷嘴38。

喷嘴34、36、38，各自通过气体供给管路(气体通道)42、44、46与NH₃气体、DCS气体和N₂气体源41、43、45相连接。在气体供给管路42、44、46上配置开关阀42A、44A、46A和质量流量控制器之类的流量控制器42B、44B、46B。由此能够在分别控制NH₃气体、DCS气体和N₂气体的同时供给这些气体。

在一部分处理容器4的侧壁上，沿着其高度的方向配置气体激发部分50。在与气体激发部分50相对的处理容器4的另一侧，配置细长的排气口52，用来排出内部的环境气体形成真空，是由例如将处理容器4的侧壁在上下方向切去一部分形成。

具体说来，气体激发部分50具有上下细长的开口54，其是沿着上下方向以一定的宽度切去处理容器4的侧壁而形成的。此开口54被石英制造的盖子56覆盖，此盖子与处理容器4的外壁熔接结合，而具有气密性。盖子56的断面是凹形的，向处理容器4的外侧突出，而且具有上下细长的形状。

由这样的结构形成从处理容器4的侧壁突出，而且其一侧向处理容器4内开口的气体激发部分50。即，气体激发部分50的内部空间与处理容器4内的处理区域5连通。开口54在上下方向上形成足够的长度，由此能够在高度方向上覆盖保持在晶片支架12上的全部晶片。

在盖子56两个侧壁的外侧面上，沿着其长度方向(上下方向)，以彼此相对的方式配置一对细长的电极58。通过供电线将产生等离子体用的高频电源60连接在电极58上。通过在电极58上施加例如13.56MHz的高频电压，在一对电极58之间形成用来激发等离子体的高频电场。此外，高频电压的频率并不限于13.56MHz，也可以使用其他的频率，例如400kHz等。

气体分散喷嘴34，位于比晶片支架12上的最下层的晶片更低的位置，向处理容器4半径方向外弯曲。然后，气体分散喷嘴34，在气体激发部分50内最深(离处理容器4的中心最远的部分)的位置垂直立起。如在图2中所示，气体分散喷嘴34设置在被一对相对的电极58夹持的区域(高频电场最强的位置)，即被设置在实际上主要产生等离子体的等离子体发生区域PS向外的位置。从气体分散喷嘴34的气体喷射孔34A喷出的含有NH₃气体的第二处理气体，喷向等离子体发生区域PS，在此被激发(分解或活化)，在此状态下被供给到晶片支架12上的晶片W处。

在盖子56的外侧，安装有由例如石英构成的绝缘保护套64，覆盖盖子56。在与作为绝缘保护套64内侧的电极58相对的部分，配置有由制冷剂通道构成的冷却机构(图中未显示)。在制冷剂通道中流过例如作为制冷剂的被冷却的氮气，使电极58冷却。此外，在绝缘保护套64的外侧，设置有覆盖其并防止高频泄漏的护罩(未图示)。

在气体激发部分50的开口54外侧附近，即在开口54外侧(处理容器4内)的两侧立起配置两根气体分散喷嘴36。由在气体分散喷嘴36上形成的各气体喷嘴36A向着处理容器4的中心方向喷射含有DCS气体的原料气体。

另外，在与气体激发部分50对向设置的排气口52中，通过熔接安装了由石英制造的断面呈“コ”字形的排气覆盖部件66，覆盖排气口。此排气覆盖部件66沿着处理容器4的侧壁向上延伸，在处理容器4的上方形成气体出口68。在气体出口68处连接装有真空泵等的真空排气***GE。

以包围处理容器4的方式，设置有加热器70，用来加热处理容器4内的周围气体和晶片W。在处理容器4内的排气口70附近，设有控制加热器70用的热电偶(未图示)。

再有，成膜装置2包括由控制装置整体的动作的计算机等构成的主控制部分48。主控制部分48，根据在其附带的存储部分预先存入的成膜处理的处理参数，例如形成的膜的厚度或组成进行如下所述的成膜处理。在此存储部分存储了处理气体的流量和膜的厚度与组成之间的关系作为预存控制数据。从而，主控制部分48，就能够基于这些存储的处理参数或控制数据来控制升降机构25、气体供给***28、30、32、排气***GE、气体激发部分50和加热器70等。

下面说明使用在图1中所示的装置进行成膜的方法(所谓ALD成膜)。简单地说，在此成膜方法中，向容纳晶片W的处理区域5内供给原料气体(成膜用第一处理气体)和支援气体(与第一处理气体反应的第二处理气体)，通过CVD在晶片W上形成薄膜。

首先，将在常温下保持多片，例如50～100片尺寸为300mm的晶片W的晶片支架12装入设定在规定温度的处理容器4内。然后在把处理容器8内抽真空，并且维持在规定的处理压力下，同时，升高晶片的温度直到稳定在成膜用的处理温度。

接着，由气体分散喷嘴36和34，在分别控制流量的同时间歇地供给含有DCS气体的原料气体和含有NH₃气体的支援气体。具体说来，从气体分散喷嘴36的气体喷射孔36A供给原料气体，使得相对于晶片支架12上的多片晶片W形成平行的气体流。此外，从气体分散喷嘴34的气体喷射孔36A供给支援气体，使得相对于晶片支架12上的多片晶片W形成平行的气体流。两种气体在晶片W上发生反应，由此在晶片W上形成氮化硅膜。

由气体分散喷嘴34的气体喷射孔36A供给的支援气体，在通过一对电极58之间的等离子体发生区域PS时，一部分被选择性地等离子体化。此时，生成例如N^*、NH^*、NH₂ ^*、NH₃ ^*等自由基(活性种子)(符号*表示是自由基)。这些自由基从气体激发部分50的开口54流向处理容器4的中心，以层流的状态供给到晶片W之间。

上述自由基与吸附在晶片W表面上的DCS气体分子反应，由此在晶片W上形成氮化硅膜。而与此相反，在晶片W的表面上吸附了自由基的部位，在流过DCS气体的情况下，也会发生同样的反应，在晶片W上形成氮化硅膜。

图3是第一实施方式的成膜方法中，表示气体供给和施加RF状态的定时图。如在图3中所示，在此实施方式的成膜方法中，交互地重复第一至第四期间(第一至第四工序)T1～T4。即，多次重复由第一至第四期间T1～T4构成的循环，在每个循环中形成的氮化硅膜，通过薄膜的层积而得到具有最终厚度的氮化硅膜。

具体说来，在第一期间(第一工序)T1中，向处理区域5供给原料气体(在图3中表示为DCS)和支援气体(在图3中表示为NH₃)。在第二期间(第二工序)T2中，停止向处理区域5供给原料气体和支援气体。在第三期间(第三工序)T3中，在向处理区域5供给支援气体的同时，停止向处理区域5供给原料气体。此外，在第三期间T3中，通过打开RF电源60，使得在气体激发部分50的支援气体等离子体化，由此向处理区域5供给在激发的状态下的支援气体。在第四期间(第四工序)T4中，停止向处理区域5供给原料气体和支援气体。

第二和第四期间T2、T4是在排除处理容器4内的残留气体的清洗期间使用。在此所谓清洗，是指在流过N₂气体等惰性气体的同时，将处理容器4内真空排气，或停止全部气体的供给，将处理容器4内真空排气，以除去处理容器4中的残留气体。再者，在第一和第三期间T1、T3中，当供给原料气体和支援气体时，可以停止处理容器4内的真空排气。但是，在一边供给原料气体和支援气体一边进行处理容器4内的真空排气时，在整个第一至第四期间T1～T4的全部时间内可以持续地进行处理容器4内的真空排气。

在图3中，第一期间T1设定为约1～20秒，例如约10秒，第二期间T2设定为约1～20秒，例如约10秒，第三期间T3设定为约1～30秒，例如约10秒，第4期间T4设定为约1～20秒，例如约10秒。但是，这些时间不过简单是一个例子，并不限定在此数值。

如上所述，一起供给含有NH₃气体的支援气体和含有DCS的原料气体的期间T1和单独供给含有NH₃气体的支援气体的期间T3，间隔着交叉实施清洗期间T2、T4。由此能够在维持形成的氮化硅膜的高质量的同时，大幅度地提高其成膜速度。认为有如下理由。即，当在第一期间T1一起供给原料气体和支援气体时，在晶片表面被吸附的DCS分子，由同时供给的NH₃气体使一部分不完全地氮化。因此，在第一期间T1中，吸附量在没有饱和时，DCS气体分子的吸附一直在进行，结果DCS气体的吸附量就高于在以往方法(单独流过原料气体)中的量。然后在第三期间T3，通过由等离子体激发的NH₃气体使没有完全反应的部分充分反应使得在高成膜速度的状态下形成氮化硅膜。

上述成膜处理按照如下的处理条件进行。DCS气体的流量在100～3000sccm的范围内，例如为1000sccm(1slm)。NH₃气体的流量在100～5000sccm的范围内，例如为1000sccm。处理温度低于通常的CVD处理，具体为180～600℃(不含)，例如550℃。当处理温度低于180℃时，无法发生反应几乎没有膜的堆积。而在处理温度高于600℃时，会形成质量比CVD还差的堆积膜。

处理压力在27Pa(0.2Torr)～1330Pa(10Torr)的范围内，例如在第一期间(吸附工序)T1中为1Torr，在第三期间(使用等离子体氮化工序)T3中为0.3Torr。在处理压力小于27Pa时，成膜速度低于实用水平。在处理压力大于1330Pa的情况下，不能充分激发等离子体。

在第一期间(吸附工序)T1中，气体DCS和NH₃的流量比[DCS/NH₃]设定在1/10～10左右的范围内。当气体NH₃的流量比过少的情况下，不会产生同时供给NH₃气体的效果。而当NH₃的流量比过多时，不会产生成膜的本体。

<实验1>

通过实验1评价使用图3所示的定时图的第一实施方式的成膜方法和按照图13所示定时图的以往的成膜方法(ALD法)形成的氮化硅膜。在第一实施方式的两个实施例PE1和PE2中，分别取NH₃的供给量为500sccm(0.5slm)和1000sccm(1slm)。在以往的成膜方法的比较例CE1中，取NH₃的供给量为1000sccm(1slm)。成膜的循环数总共取160次。

图4是表示由实验1得到的氮化硅膜的膜厚数据的图。图5是表示由实验1得到的氮化硅膜成膜速度的图。图6是表示由实验1得到的氮化硅膜的膜厚在面内均匀性的图。图7是表示由实验1得到的氮化硅膜红外衍射结果的图。在图4～图7中的“TOP”、“CTR”和“BTM”分别表示位于晶片支架中的顶部、中央和底部的半导体晶片的位置。

对于在图4中所示的氮化硅膜的膜厚TH(nm)，在比较例CE1中，与晶片的位置无关，TH为大约15nm左右。在两个实施例PE1和PE2中，与晶片的位置无关，TH都是在20nm左右。即，可以确认两个实施例PE1和PE2与比较例CE1相比，能够堆积相等厚的氮化硅膜。

对于在图5中所示的相当于每个循环的成膜速度Rth(nm/循环)，在比较例CE1中，Rth为大约0.1nm左右。在两个实施例PE1和PE2中，Rth为0.12～0.13nm左右。即，可以确认与比较例CE1相比，在两个实施例PE1和PE2中，成膜速度增大了。

对于在图6中所示的膜厚在面内的均匀性PTuni(±％)，在比较例CE1中，PTuni为±3.5～4.5％左右，在两个实施例PE1和PE2中，PTuni为±3.0～4.0％左右。即，可以确认与比较例CE1相比，两个实施例PE1和PE2，能够改善膜厚在面内的均匀性。

对于在图7中所示的由膜质的红外衍射得到的红外线强度LD(a.u)，在比较例CE11中，在波数2200左右的位置，在LD上显示出表示存在有“Si-H键”的峰P1。作为比较例CE11，使用以六氯二硅烷(HCD)作为处理气体，在LP(低压)-CVD中形成的氮化硅膜。另一方面，在实施例PE1中，LD大致整体上都是平坦的。即，可以确认与比较例CE11相比，实施例PE1成膜的膜质良好。

按照图3的定时图，在一起供给含有NH₃气体的支援气体和含有DCS气体的原料气体的期间T1，不施加RF，而在单独供给含有NH₃气体的支援气体的期间T3，施加RF。可以用在图8中所示的施加RF状态来代替此定时图。图8是在第一实施方式变化的实施例中的成膜方法，表示供给气体和施加RF的定时图。

按照图8的定时图，在一起供给含有NH₃气体的支援气体和含有DCS气体的原料气体的期间T1和单独供给含有NH₃气体的支援气体的期间T3这两个期间内，施加RF以激发支援气体。在此情况下，在第一期间T1，在流过原料气体时激发支援气体，在半导体晶片W上吸附DCS和NH₃自由基。然后在第三期间T3，通过等离子体激发的NH₃气体使不完全反应的部分完全反应，在高成膜速度的状态下形成氮化硅膜。

<实验2>

可以使用N₂气体代替NH₃气体作为氮化气体。在按照图3的方法中，使用N₂气体代替NH₃气体进行氮化硅膜的成膜实验2。其结果是，其成膜速度为0.1nm/循环。此外，在图8的方法中，使用N₂气体代替NH₃气体进行氮化硅膜的成膜，其成膜速度为0.5nm/循环。从而，可以确认通过图8的方法，在使用N₂气体代替NH₃气体作为氮化气体时，能够大幅度地提高成膜速度。

<第二实施方式>

图9是表示本发明第二实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的剖面图。第二实施方式的成膜装置2X，除了支援气体供给***(第二处理气体供给***)28、原料气体供给***(第一处理气体供给***)30和清洗气体供给***32以外，还包括辅助气体供给***(第三处理气体供给***)84。辅助气体供给***84供给与原料气体或支援气体都不同的辅助气体。具体说来，辅助气体含有选自氮气、稀有气体、氧化氮气体的气体，在本实施方式中，由例如N₂或Ar气体构成。对于与辅助气体供给***84相关部分以外的部分，图9中所示的成膜装置2X与在图1中所示的成膜装置2具有实质上相同的结构。

辅助气体供给***84，与支援气体供给***28具有共同的气体分散喷嘴34，因此就共有在气体分散喷嘴34上形成的气体喷射孔34A。为此，喷嘴34经过辅助气体供给***84的气体供给管路(气体通道)86连接N₂或Ar气体的气体源85。在气体供给管路86上装有开关阀86A和质量流量控制器之类的流量控制器86B。由此能够在控制N₂或Ar气体流量的同时供给气体。如上所述作为辅助气体，可以使用氧化氮气体来代替氮气或稀有气体等惰性气体。

如上所述，气体分散喷嘴34，是由石英管构成的，向内贯穿多支管8的侧壁弯向上方向延伸。在气体分散喷嘴34上，沿着其长度(上下方向)且隔着规定的间隔形成多个气体喷射孔34A，使得其对向晶片支架12上的全部晶片W。各气体喷射孔34A对着晶片支架12上的多片晶片W形成平行的气体流，在水平方向上基本均匀地供给支援气体或辅助气体。辅助气体供给***84，也可以不与支援气体供给***28共用气体分散喷嘴34，与气体分散喷嘴34同时设置辅助气体用的气体分散喷嘴即可。

下面说明使用在图9中所示的装置进行的成膜方法(所谓ALD成膜)。大致说来，在此成膜方法中，向容纳晶片W的处理区域5内供给原料气体(成膜用第一处理气体)和支援气体(与第一处理气体反应的第二处理气体)以及如上所述的辅助气体(第三处理气体)，通过CVD在晶片W上形成薄膜。

首先，将在常温下保持了多片，例如50～100片尺寸为300mm晶片W的晶片支架12送入设定在规定温度的处理容器4内。然后对处理容器8内抽真空并维持在规定的处理压力的同时，升高晶片的温度直到稳定在成膜用的处理温度。

接着，分别控制流量并由气体分散喷嘴36、34间歇地供给含有DCS的原料气体、含有NH₃的支援气体和辅助气体。具体说来，从气体分散喷嘴36的气体喷射孔36A，以对着晶片支架12上的多片晶片W形成平行气体流的方式供给原料气体。此外，从气体分散喷嘴34的气体喷射孔36A，以对着晶片支架12上的多片晶片W形成平行气体流的方式供给支援气体和辅助气体。DCS气体和NH₃气体在晶片W上发生反应，由此在晶片W上形成氮化硅膜。

图10是在第二实施方式的成膜方法中，表示气体供给和施加RF的形态的定时图。如在图10中所示，在此实施方式的成膜方法中，交叉重复第一至第四期间(第一至第四工序)T11～T14。即，多次重复由第一至第四期间T11～T14构成的循环，通过层叠在每个循环中形成的氮化硅膜的薄膜，得到最终厚度的氮化硅膜。

具体说来，在第一期间(第一工序)T11中，一方面向处理区域5供给原料气体(在图10中表示为DCS)和辅助气体(在图10中表示为N₂或Ar)，同时停止向处理区域5供给支援气体(在图10中表示为NH₃)。在第一期间T11中，接通RF电源60，通过气体激发部分50使辅助气体等离子体化，向处理区域5供给在激发状态下的辅助气体。在第二期间(第二工序)T12中，同时停止向处理区域5供给原料气体、支援气体和辅助气体。在第三期间(第三工序)T13中，在向处理区域5供给支援气体的同时，停止向处理区域5供给原料气体和辅助气体。而在第三期间T13中，从中间开始接通RF电源60，通过气体激发部分50将支援气体等离子体化，由此只在次期间T13b中向处理区域5中供给在激发状态下的支援气体。在第四期间(第四工序)T14中，停止向处理区域5中供给原料气体、支援气体和辅助气体。

第二和第四期间T12、T14，作为清洗期间使用，以排放出在处理容器4内的残留气体。在此所谓清洗，是指在流过N₂气体等惰性气体的同时，将处理容器4内真空排气，或者完全停止供给各种气体，将处理容器4内真空排气，以除去处理容器4中的残留气体。在第一和第三期间T11、T13中，在供给原料气体、支援气体和辅助气体时，可以停止在处理容器4内的真空排气。但是，在供给原料气体、支援气体和辅助气体，同时进行处理容器4的真空排气时，可以在整个第一至第四期间T11～T14中持续处理容器4内的真空排气。

在图10中，第一期间T11设置为约1～20秒，例如约10秒，第二期间T12设置为约1～20秒，例如约10秒，第三期间T13设置为约1～30秒，例如约20秒，次期间T13b设置为约1～25秒，例如约15秒，第四期间T14设置为约1～20秒，例如约10秒。但是，这些时间只不过表示一个例子，并不限于这些数值。

如上所述，通过加入并激发辅助气体，由上述辅助气体的活性种子促进与此同时供给的原料气体的分解。结果就能够提高氮化硅膜的成膜速度。此时，特别是使用N₂气体作为辅助气体时，不仅可以促进原料气体的分解，还由氮的活性种子和硅的活性种子直接化合而直接形成SiN。结果可以进一步提高氮化硅膜的成膜速度。

在第二实施方式中，处理温度和处理压力以及DCS气体、NH₃气体等各种气体的流量都与第一实施方式相同。辅助气体的流量，设定为低于作为原料气体DCS气体的流量，例如取DCS气体流量的大约1/10左右。

在第三期间T13中，在经过规定时间Δt以后，接通RF电源60，使在气体激发部分50处的支援气体等离子体化，由此只在次期间T13b向处理区域5供给处于激发状态的支援气体。此所谓的预定的时间Δt即直到使NH₃气体流量稳定的时间，例如5秒左右。但是，也可以如在第一实施方式那样，在整个供给支援气体的期间，都使支援气体在气体激发部分50等离子体化。如此使支援气体的流量稳定化以后才接通RF电源产生等离子体，能够提高在晶片W两面之间(高度方向)的活性种子浓度的均匀性。

<实验3>

使用按照在图10中所示定时图的第二实施方式的成膜方法和按照在图13中所示定时图的以往的成膜方法(ALD)形成氮化硅膜，进行评价实验3。在第二实施方式的两个实施例PE11、PE12中，分别使用N₂气体和Ar气体作为辅助气体。以往成膜方法的比较例CE1不使用辅助气体，按照在图13中所示的定时图进行(与实验1的比较例CE1实质上相同)。成膜的循环数总共160次。

图11A是表示由实验3得到的氮化硅膜的成膜速度图。图11B是表示由实验3得到的氮化硅膜成膜速度改善率的图。再者，在图11A、图11B中的“TOP”、“CTR”和“BTM”分别表示晶片支架中半导体晶片位于顶部、中央和底部的位置。

对于相当于在图11A中所示的每一个循环的成膜速度Rth(nm/循环)，在比较例CE1中，与晶片的位置无关，Rth为0.1nm左右。在使用N₂气作为辅助气体的实施例PE11中，Rth为0.45～0.55nm左右。在使用Ar气体作为辅助气体的实施例PE12中，Rth为0.25～0.4nm左右。

对于在图11B中所示的成膜速度改善率IRth(％)，在使用N₂气体作为辅助气体的实施例PE11中，IRth为150～300％左右。在使用Ar气体作为辅助气体的实施例PE12中，IRth为300～500％左右。

即，与比较例CE1相比，确认两个实施例PE11、PE12能够增大成膜速度。此外，实施例PE11的成膜速度也高于实施例PE12的成膜速度，可以认为是如下的原因。即如上所述，N₂气体的活性种子不仅促进原料气体分解，而且能够与被激发的硅直接反应形成氮化硅。

<与第一和第二实施方式共同的事项和变化实例>

第一和第二实施方式的方法，如上所述是基于处理程序在主控制部分48的控制下实施的。图12是表示主控制部分48结构的概略框图。主控制部分48具有CPU210，与此连接着存储部分212、输入部分214和输出部分216等。在存储部分212中存储着处理程序和方法参数。输入部分214包括与使用者对话用的输入装置，例如键盘或定点设备，以及存储介质的驱动器等。输出部分216输出用于控制处理装置各设备的控制信号。图12还同时表示可以脱机的存储介质218。

上述实施方式的方法，可通过在能够用计算机读取存储介质上写入，作为用来在处理器上运行的程序指令，适用于各种半导体处理装置。或者，此种程序指令，可以适用于通过通信介质传送的各种半导体处理装置。此存储介质是例如磁盘(软盘、硬盘(一个例子是在储存部分212中的硬盘)等)、光盘(CD、DVD等)、磁光盘(MO等)、半导体存储器等。控制半导体处理装置动作的计算机，通过读取在存储介质中存储的程序指令，将其在处理器上运行来实施上述方法。

在第一和第二实施方式中，使用DCS气体作为原料气体的硅烷系气体。但并不限于此，作为原料气体，可以使用选自二氯硅烷(DCS)、六氯二硅烷(HCD)、单硅烷[SiH₄]、二硅烷[Si₂H₆]、六甲基二硅氨烷(HMDS)、四氯硅烷(TCS)、二硅烷基胺(DSA)、三硅烷基胺(TSA)和双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)的一种以上的气体。

此外，在第一和第二实施方式中，可以使用氧化二氮[N₂O]、氧化氮[NO]之类的氮氧化气体代替NH₃气体、N₂气体等氮化气体作为支援气体。还可以使用氧化性气体代替氮化气体作为支援气体。

此外，在第二实施方式中，使用稀有气体作为辅助气体，但并不限于Ar气，可以使用He、Ne、Kr、Xe等。也可以使用氧化二氮[N₂O]、氧化氮[NO]、二氧化氮[NO₂]等氧化氮作为辅助气体使用。

在上述第一和第二实施方式中，作为成膜装置2，具有将形成等离子体的激发部分50与处理容器4制成一体的组合结构。另外，也可以分别设置激发部分50和处理容器4，在处理容器4以外预先激发NH₃气体(所谓远距离等离子体)，向处理容器4内供给此激发的NH₃气体。作为被处理基板并不限定于半导体晶片，也可以是LCD基板、玻璃基板等其他基板。

对于本领域的专业人员，另外的优点和改进都是很容易的。因此，本发明在其更为广泛的方面并不限于这些具体的细节和在此所示和所述的代表性实施方式。只要不偏离如在权利要求中所定义的一般发明概念及其等效内容的精神和范围，可以进行各式各样的变化。

Claims (5)

1.一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于：具有：

具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器，

在所述处理区域内支持所述被处理基板的支持部件，

加热所述处理区域内的所述被处理基板的加热器，

排放所述处理区域内气体的排气***，

向所述处理区域供给成膜用第一处理气体的第一处理气体供给***，

向所述处理区域供给与所述第一处理气体反应的第二处理气体的第二处理气体供给***，

有选择地对向所述处理区域供给的所述第二处理气体进行激发的激发机构，

控制所述装置动作的控制部分，

向所述处理区域供给与第一和第二处理气体的任何一种都不同的第三处理气体的第三处理气体供给***，所述第三处理气体与所述第二处理气体共有供给口，而且有选择地被所述激发机构所激发，

所述第三处理气体含有选自氮气、稀有气体、氧化氮气体中的气体，

为了通过CVD在所述被处理基板上形成薄膜，所述控制部分交叉实施如下的工序：

在向所述处理区域供给所述第一和第三处理气体的同时，停止向所述处理区域供给所述第二处理气体的第一工序，所述第一工序具有通过激发机构，使所述第三处理气体以激发状态供给所述处理区域的期间；

停止向所述处理区域供给所述第一到第三处理气体的第二工序；

在向所述处理区域供给所述第二处理气体的同时，停止向所述处理区域供给第一和第三处理气体的第三工序；和

停止向所述处理区域供给所述第一到第三处理气体的第四工序。

2.如权利要求1中所述的装置，其特征在于：所述激发机构具有在与所述处理区域相连的空间内，配置在所述第二处理气体的供给口和所述基板之间的等离子体发生区域，所述第二处理气体在通过所述等离子体发生区域时被激发。

3.如权利要求2中所述的装置，其特征在于：所述等离子体发生区域具有通过附设在所述处理容器中的电极和高频电源，在所述第二处理气体供给口和所述基板之间形成的高频电场。

4.如权利要求1中所述的装置，其特征在于：所述处理区域的结构使得以在上下设有间隔而层叠的状态下可以容纳多片被处理的基板，所述多片被处理基板被设置在所述处理区域周围的所述加热器加热。

5.如权利要求1中所述的装置，其特征在于：将多个被处理基板以上下设有间隔而层叠的状态容纳在所述处理区域，所述第一和第二处理气体，分别从对着所述多个被处理基板的上下方向排列的多个第一气体喷射孔和多个第二气体喷射孔被供给，相对于所述多个被处理基板形成平行的气流。

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