CN1703769A - 处理装置和处理方法 - Google Patents
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Abstract
在处理装置中，将包含原料气体(TiCl4、NH3)和非活性气体(N2)的处理气体供给处理容器(2)内。利用压力计(6)检测处理容器(2)内的压力，根据检测结果，控制供给至处理容器(2)内的处理气体的流量。利用非活性气体进行原料气体的清洗。使原料气体的流量一定，通过控制非活性气体的流量，控制作为处理气体全体的流量，将处理容器(2)内的压力维持一定。为缩短排出原料气体需要的时间，缩短切换原料气体的时间。另外，可以维持处理中的基板表面的温度一定。
Description
技术领域
本发明涉及处理装置，特别是涉及在将气体供给处理容器的同时，对处理容器内的基板进行处理的处理装置和处理方法。
背景技术
作为处理半导体装置的基板的方法，一般为将原料气体和清洗气体供给至维持在预定的真空度的处理容器内，进行基板的处理的方法。近年来，作为在减压下，将处理气体供给之加热后的基板，在基板上形成高品质的薄膜的方法，ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)引入注意。
在ALD中，在200Pa左右的压力下，交互地将多种原料气体供给基板，在400-500℃下，在加热的基板上反应，形成反应生成物的非常薄的膜。这时，为了使在原料气体到达基板上之前不起反应，必需切换多种原料气体，每次供给一种。即：只将一种气体供给基板，完全排出该气体，再供给另一种不同的原料气体。反复进行这种处理，可以成长为一定厚度的薄膜。
在这种切换原料气体进行供给的处理方法中，高速地进行原料气体的切换是提高生产率不可缺少的。在切换原料气体时，要进行从反应容器中完全排出所供给的一种原料气体后，再供给下一种原料气体的工序。因此，为了从反应容器排出原料气体，在停止原料气体供给时减少残留在反应容器内的原料气体的量，能达到高速排出的效果。即：减少在反应容器内原料气体可以残留的容积，对于处理高速化是有效的。
具体地是，为了从反应容器内排出残留的原料气体，是利用真空泵等排出反应容器内的残留原料气体，通过将反应容器内的压力降低至预定的真空度来达到。当取反应容器内的到达压力为P、初期压力为P0、反应容器的容积为V、排气速度为S、时间为t时，可利用下式求反应容器内的到达压力P。
P＝P0exp{-(S/V)t}
从上式可看出，如果初期压力和到达压力为一定，则通过增大排气速度S或减小容积V，可以减小时间t。为了增大排气速度S，必需高速大容量的真空泵，对制造成本影响大，因此，希望减小反应容器的容积V。
由于处理时的处理容器内的压力为200Pa左右，在该压力下，气体处在粘性流区域，因此，使用干泵，可以有效地排出处理容器内处理气体。然而，在切换原料气体时的排气中，由于必需差不多完全排出原料气体，因此必需使处理容器内压力比1Pa低(例如10-2-10-3Pa)。在这种高真空度下，气体的流动成为分子流的区域，利用干泵排气效率不高，或者只利用干泵达不到这样的高真空度。因此，在切换原料气体时的排气中，除了干泵以外，必需一起使用涡轮式分子泵。
如上所述，在原料气体切换时的排气中使用涡轮式分子泵的情况下，由于要将排气速度维持在一定程度，必需加大与处理容器连接的排气口的开口。但是，加大排气口的开口实质上要增大处理容器的容积，存在延长排气需要的时间。
另外，在使处理容器内成为高真空，排出原料气体的情况下，在排气结束后，处理容器内的压力达到处理压力前，必需等待处理。在处理压力为比较低的真空的情况下，用于压力调整的等待时间对处理时间影响大，使全部处理时间延长。
另外，在将处理容器内排气至高真空度的情况下，由于附着在处理容器的内壁上的原料气体脱离，脱离的原料气体量使排气速度受到约束，这也是一个问题。
另外，必需控制原料气料的吸附量，使处理中的基板表面达到一定温度，然而，当原料气体切换时，处理容器内的压力若发生变化，则基板表面的温度变化。即：基板的加热与通过支承基板的支承构件和基板之间存在的处理容器内的处理气体而传递至基板的热量有关系。当处理容器内的压力高时，处理气体的热传导率大，基板的加热量变大，基板温度变高。另一方面，当处理容器内的压力变低时，处理气体的热传导率变小，基板温度变低。因此，当在基板的处理中，存在着处理容器内的压力从处理压力至排气压力之间变化大时，基板表面的温度变化，不能高精度地控制吸附在基板上的原料气体量的问题。
发明内容
本发明总的目的是要提供一种解决上述问题的改良后的有用的处理装置。
本发明的更具体的目的为提供一种可以缩短原料气体排出所要的时间，缩短原料气体的切换时间，并且可通过在一定的压力下进行原料气体的供给和排气，使处理中的基板表面的温度维持一定的处理装置和处理方法。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种处理装置，在供给包含原料气体和非活性气体的处理气体的同时，对基板进行处理，它由：收容有该基板的处理容器；将处理气体供给至该处理容器内的处理气体供给装置；排气装置；检测所述处理容器内的压力的压力检测装置；和根据压力检测装置的检测结果，控制供给至所述处理容器的处理气体的流量的控制装置构成。
在本发明的处理装置中，处理气体供给装置包含供给原料气体的原料气体供给装置和供给非活性气体的非活性气体供给装置；控制装置通过控制非活性气体供给装置，控制非活性气体流量，从而控制供给处理容器的处理气体的流量。
另外，原料气体供给装置可交互地将多种原料气体供给至处理容器，非活性气体供给装置始终将非活性气体供给至处理容器。另外，控制装置可控制处理气体的流量，使处理容器内的压力大致一定。控制装置控制处理气体的流量，优选使处理容器内的压力相对于预定的压力在±10％范围内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种处理方法，在供给包含原料气体和非活性气体的处理气体的同时，对基板进行处理，其特征为，它具有下列工序；
以第一预定流量将第一原料气体供给处理容器，并且同时将非活性气体供给处理容器，将所述处理容器内维持在预定的处理压力的第一工序；停止供给第一原料气体，在只供给非活性气体的同时，将所述处理容器内维持为所述预定的处理压力的第二工序；以第二预定流量，将第二原料气体供给所述处理容器，并且同时将非活性气体供给所述处理容器，将所述处理容器内维持为所述处理压力的第三工序；和停止供给第二原料气体，在只供给非活性气体的同时，将所述处理容器内维持为所述预定的处理压力的第四工序；反复进行所述第一至第四工序，对所述基板进行处理。
在上述处理方法中，所述第一原料气体为TiCl4，所述第二原料气体为NH3，所述非活性气体为N2。另外，所述第一预定流量为1-50sccm，所述第二预定流量为10-1000sccm，所述预定的处理压力为1-400Pa。进而，所述预定的处理压力的变动允许范围优选为±10％。
采用上述的本发明，由于利用非活性气体的清洗进行原料气体的排气，所以为了得到高真空，不需要在处理容器上设置必要的大口径的排气口，可以减小处理容器的容积。因此，可以减小处理容器内残留的原料气体的量，可以在短时间内进行排气。
另外，由于通过在供给原料气体时也供给非活性气体，可使处理容器内的压力始终维持一定，因此，可将处理容器中的处理气体的热传导率维持一定。因此，基板的加热为一定，可以将基板的表面温度维持一定。这样，可以控制原料气体在基板表面上的吸附量，可以进行均匀的处理。
另外，在切换原料气体时的排气工序中，由于通过使用非活性气体的清洗，并且调整非活性气体的流量，使处理容器内的压力维持大致一定，因此，可以迅速地切换原料气体的供给和非活性气体的清洗。即：在原料气体供给和非活性气体清洗之间，不需要调整处理容器内的压力的期间，可以缩短该处理的全部时间。
另外，由于处理中的处理容器内的压力为和比较低的真空度，吸附在处理容器内壁上的原料气体在排气时脱离，对排气速度没有影响。
本发明的其他目的，特征及优点，可通过参照附图，阅读以下的详细说明而更加清楚。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施例的处理装置的全体结构的大概的结构图；
图2为图1所示的处理装置的原料气体和清洗气体的供给动作的时间图。
具体实施方式
其次，与附图一起，说明本发明的实施例。
图1为表示本发明的一个实施例的处理装置的全体结构的结构示意图。图1所示的处理装置1为交互地将作为在减压下的原料气体的TiCl4和NH3，在减压下供给被处理基板，在被处理基板的表面上形成TiN膜的处理装置。当将原料气体供给被处理基板时，为了促进原料气体的反应，加热被处理基板。
处理装置1具有处理容器2，在处理容器2中配置基座4作为载置作为被处理基板的晶片3的载置台。处理容器2由不锈钢或铝等制成，在内部形成处理空间。在用铝制成处理容器2的情况下，可对其表面进行阳极氧化覆盖膜处理(氧化铝膜处理)。
基座4内置有钨等的电加热器5，利用电加热器5的热，加热载置在基座4上的晶片3。基座4由氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料制成。
膜片式真空计等压力计6与处理容器2连接，检测处理容器2内的压力。压力计6检测的结果作为电气信号输送至控制器7。
在处理容器2的侧壁上设置供给口2a，将原料气体和清洗气体从供给口2a供给处理容器内。另外，在供给口2a的相反一侧作出排气口2b，从排气口2b排出处理容器2内的原料气体和清洗气体。在本实施例中，使用TiCl4和NH3作为原料气体，使用非活性气体N2作为清洗气体。TiCl4的供给管路、NH3的供给管路和N2的供给管路与处理容器的供给口2a连接。原料气体和清洗气体总称为处理气体。
作为原料气体的TiCl4供给管路具有TiCl4供给源11A、开闭阀12A、和质量流量控制器(MFC)13A。来自TiCl4供给源11A的TiCl4由MFC13A进行流量控制，从供给口2a供给至处理容器2内。通过打开开闭阀12A，TiCl4通过MFC13A，流入供给口2a。开闭阀12A和MFC13A的动作由控制器7控制。
作为原料气体的NH3供给管路具有NH3供给源11B、开闭阀12B、质量流量控制器(MFC)13B。来自NH3供给源11B的NH3由MFC13B进行流量控制，从供给口2a供给至处理容器2内。通过打开开闭阀12B，NH3通过MFC13B，流入供给口2a。开闭阀12B和MFC13B的动作由控制器7控制。
作为清洗气体的N2供给管路具有N2供给源11C、开闭阀12C、和质量流量控制器(MFC)13C。从N2供给源11C送出的N2由MFC13C进行流量控制，从供给口2a供给至处理容器2内。通过打开开闭阀12C，N2通过MFC13C流入供给口2a。开闭阀12C和MFC13C的动作由控制器7控制。
本实施例的处理装置1为以上结构，通过交互地反复将作为原料气体的TiCl4和NH3供给处理容器2，在处理容器2内加热后的晶片3上形成TiN膜。当供给原料气体时，同时将作为清洗气体的N2供给处理容器2内。
供给处理容器2内的原料气体和清洗气体，从排气口2b排出。在本实施例中，在TiCl4和NH3之间切换原料气体的供给时，通过N2清洗进行来自处理容器2的原料气体的排气。因此，作为排气用的真空泵的干泵8与排气口2b连接，不使用如先前那样的涡轮式分子泵。在本实施例中，如后所述，由于基板处理中处理容器2内的压力常时维持200Pa左右，因此基于干泵的排气是足够的。
现参照图2，说明处理装置1的原料气体和清洗气体的供给动作。在图2中，(a)表示供给处理容器2的TiCl4的流量，(b)表示供给处理容器2的NH3的流量，(c)表示供给处理容器2的N2的流量，(d)表示处理容器2内的压力。
如图2(a)和(b)所示，作为原料气体的TiCl4和NH3间歇而且交互地供给至处理容器2内。在TiCl4供给和NH3供给之间，只供给N2，进行原料气体的清洗。另外，在本实施例中，控制N2的流量，使在晶片3的处理中，处理容器2内的压力始终为恒定。即：在本实施例中，在TiCl4和NH3供给期间，为了控制压力而供给N2。
供给TiCl4时的流量为30sccm，供给NH3时的流量为100sccm。如图2(c)所示，控制N2的流量以补充TiCl4和NH3的流量，这样，处理容器2内的压力始终维持一定。
更具体地说，首先，在一秒钟内将作为原料气体的30sccm的TiCl4供给处理容器2内。这时，在一定的流量下，将N2供给处理容器2内，将处理容器2内的压力维持在200Pa。其次，停止TiCl4的供给，在1秒内，只将N2供给处理容器2内，利用N2清洗处理容器2内的TiCl4。在N2清洗时，控制N2的流量，使处理容器2内的压力为200Pa。利用压力计6检测处理容器2内的压力，通过将检测结果反馈至N2供给管路的质量流量控制器13C，进行N2流量的控制。
然后，在1秒钟内，将作为原料气体的100sccm的NH3供给处理容器2内。这时，在一定的流量下，将N2供给处理容器2内，将处理容器2内的压力维持为200Pa。接着，停止NH3的供给，在1秒内只将N2供给处理容器2内，利用N2清洗处理容器2内的NH3。这时，控制N2的流量，以使N2清洗时处理容器2内的压力为200Pa。利用压力计6检测处理容器2内的压力，将检测结果反馈至N2供给管路的质量流量控制器13C，这样进行N2流量的控制。
通过重复以上的循环，在加热至400℃左右的晶片3上形成TiN膜。通过利用N2补充TiCl4和NH3的流量，可将处理容器2内始终维持在200Pa。当考虑处理的均匀性和热传导率的变动时，优选处理容器2内的压力变动的允许范围为±10％。
采用上述实施例，由于不利用真空排气，而利用N2清洗进行原料气体的排气，所以为了得到高真空，不需要在处理容器2上作出必要的大口径的排气口，可以减小处理容器2的容积。因此，可以减小处理容器2内残留的原料气体(TiCl4，NH3)的量，可以在短时间内进行排气。
另外，由于通过在供给原料气体(TiCl4，NH3)时，也供给清洗气体(N2)，可使处理容器2内的压力始终维持一定，因此可将基座4和晶片3之间的气体的热传导率维持一定。因此，可使晶片3的加热为一定，使晶片3的表面温度维持一定。这样，可以控制原料气体(TiCl4，NH3)在晶片3表面的吸附量，可以进行均匀的处理。
另外，在切换原料气体时的排气工序中，由于通过使用N2清洗且调整N2的流量，使处理容器2内的压力维持大致一定，因此可以迅速地切换原料气体的供给和N2的清洗。即：在原料气体供给和N2清洗之间，不需要调整处理容器2内的压力的期间，可以缩短该处理的全部时间。在反复交互地供给多个原料气体的情况下，缩短压力调整需要的时间特别有效。
另外，由于处理中的处理容器2内的压力为200Pa，和比较低的真空度，吸附在处理容器2内壁上的原料气体在排气时脱离，对排气速度没有影响。
在上述实施例中，作为清洗气体使用N2，但也可以使用Ar或He等其他非活性气体。
另外，在上述实施例中，由TiCl4和NH3生成TiN膜，但作为其他例子，可以通过使用由TiF4和NH3生成的TiN膜，由TiBr4和NH3生成TiN膜，由TiI4和NH3生成TiN膜，由Ti[N(C2H5-CH3)]4和NH3生成TiN膜，由Ti[N(CH3)2]4和NH3生成TiN膜，由Ti[N(C2H5)2]4和NH3生成TiN膜，由TaF5和NH3生成TaN膜，由TaCl5和NH3生成TaN膜，由TaBr5和NH3生成TaN膜，由TaI5和NH3生成TaN膜，由Ta(NC(CH3)3)(N(C2H5)2)3和NH3生成TaN膜，由WF6和NH3生成WN膜，由Al(CH3)3和H2O生成Al2O3膜，由Al(CH3)3和H2O2生成的Al2O3膜，由Zr(O-t(C4H4))4和H2O生成ZrO2膜，由Zr(O-t(C4H4))4和H2O2生成ZrO2膜，由Ta(OC2H5)5和H2O生成的Ta2O5膜，由Ta(OC2H5)5和H2O2生成T2O5膜，由Ta(OC2H5)5和O2生成Ta2O5膜等本实施例的处理装置1，可以有效地进行成膜处理。
另外，上述实施例的处理方法，除了成膜处理外，在基板的热氧化处理、退火、干蚀刻和等离子体CVD等的等离子体处理、热CVD、光CVD等中也可使用。
采用如上述的本发明，可以缩短原料的排气所需要的时间，缩短原料气体切换的时间，而且通过在一定的压力下进行原料气体的供给和排出，可将处理中的温度维持一定。
本发明不是仅限于上述具体所述的实施例，在不偏离本发明的范围的条件下，可以有各种变形例和改良例。
Claims (9)
1、一种处理装置，在供给包含原料气体和非活性气体的处理气体的同时，对基板进行处理，其特征为，它由：
收容有该基板的处理容器；
将处理气体供给至该处理容器内的处理气体供给装置；
排气装置；
检测所述处理容器内的压力的压力检测装置；和
根据压力检测装置的检测结果，控制供给至所述处理容器的处理气体的流量的控制装置构成。
2、如权利要求1所述的处理装置，其特征为，
所述处理气体供给装置包含供给原料气体的原料气体供给装置和供给非活性气体的非活性气体供给装置；所述控制装置控制非活性气体供给装置、控制非活性气体流量，由此控制供给至所述处理容器的处理气体的流量。
3、如权利要求2所述的处理装置，其特征为，
所述原料气体供给装置交互地将多种原料气体供给至处理容器，所述非活性气体供给装置始终将非活性气体供给至处理容器。
4、如权利要求1所述的处理装置，其特征为，
所述控制装置控制所述处理气体的流量，使所述处理容器内的压力大致一定。
5、如权利要求4所述的处理装置，其特征为，
所述控制装置控制处理气体的流量，使所述处理容器内的压力相对于预定的压力，在±10％范围内。
6、一种处理方法，在供给包含原料气体和非活性气体的处理气体的同时，对基板进行处理，其特征为，它具有下列工序；
以第一预定流量将第一原料气体供给处理容器，并且同时将非活性气体供给处理容器，将所述处理容器内维持在预定的处理压力的第一工序；
停止供给第一原料气体，在只供给非活性气体的同时，将所述处理容器内维持为所述预定的处理压力的第二工序；
以第二预定流量，将第二原料气体供给所述处理容器，并且同时将非活性气体供给所述处理容器，将所述处理容器内维持为所述处理压力的第三工序；和
停止供给第二原料气体，在只供给非活性气体的同时，将所述处理容器内维持为所述预定的处理压力的第四工序，
反复进行所述第一至第四工序，对所述基板进行处理。
7、如权利要求6所述的处理方法，其特征为，
所述第一原料气体为TiCl4，所述第二原料气体为NH3，所述非活性气体为N2。
8、如权利要求7所述处理方法，其特征为，
所述第一预定流量为1-50sccm，所述第二预定流量为10-1000sccm，所述预定的处理压力为1-400Pa。
9、如权利要求8所述的处理方法，其特征为，
所述预定的处理压力的变动允许范围为±10％。
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