JP4716737B2

JP4716737B2 - Substrate processing equipment

Info

Publication number: JP4716737B2
Application number: JP2005000980A
Authority: JP
Inventors: 武敏佐藤; 正憲境; 裕久山崎; 貴史横川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-01-05
Also published as: JP2006190788A

Description

本発明は、複数の原料ガスを交互に処理室内に供給して基板処理を行なう基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that performs substrate processing by alternately supplying a plurality of source gases into a processing chamber.

この種の基板処理装置は、一の原料ガスを処理室内の基板上に供給して一の原料を吸着させ、この一の原料の吸着した基板上に他の原料ガスを供給して一の原料と他の原料とを表面反応させて薄膜を形成し、これを繰り返すことにより、所定膜厚の成膜を行うものである。このような吸着と成膜とを交互に行って原子層レベルの膜を形成する成膜法は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法と呼ばれている。
このＡＬＤ法は、特に段差被覆性に優れているので、トレンチ型やシリンダ型の容量電極形状をもつキャパシタ絶縁膜の形成に使用されている。シリンダ型を例に挙げると、図６に示すようなＤＲＡＭデバイスの基板５０の表面にあるシリンダ型をした下部電極５２に、その外部表面から内部表面にわたってキャパシタ絶縁膜としてＳｉＮ膜５３を形成したりしている。なお、同図において５１は層間絶縁膜である。 In this type of substrate processing apparatus, one source gas is supplied onto a substrate in a processing chamber to adsorb one source material, and another source gas is supplied onto the substrate on which the one source material is adsorbed to supply one source material. And other raw materials are surface-reacted to form a thin film, and this is repeated to form a film with a predetermined thickness. A film forming method for forming a film at the atomic layer level by alternately performing such adsorption and film forming is called an ALD (Atomic Layer Deposition) method.
Since this ALD method is particularly excellent in step coverage, it is used to form a capacitor insulating film having a trench-type or cylinder-type capacitor electrode shape. Taking a cylinder type as an example, a SiN film 53 as a capacitor insulating film is formed on the cylinder-shaped lower electrode 52 on the surface of the DRAM device substrate 50 as shown in FIG. is doing. In the figure, reference numeral 51 denotes an interlayer insulating film.

上述した成膜法を採用する基板処理装置では、一の原料ガスを処理室内に供給する際、基板上に滞留層ある場合には、この滞留層を通して、原料ガス分子が拡散により基板周辺部から中央部表面に供給されることになる。したがって、基板周辺部と比べて基板中央部には原料ガス分子が少量しか供給されないという事態が発生することになる。
特に、基板表面にパターン回路用の凹部が形成されている場合においては、凹部内に滞留層が形成されやすいため、その凹部内まで原料ガスを十分に供給することが困難であった。例えば、ＤＲＡＭデバイスの基板表面にあるキャパシタ用トレンチ、またはキャパシタ用シリンダ内部表面へ原料ガスを十分に供給して飽和吸着させることが困難になる。
したがって、基板の中央部や凹部などの特定部位にも原料ガスを十分に供給するために、原料ガスを長時間連続供給する必要があり、成膜時間の短縮及び原料ガスの有効利用が図れなかった。 In the substrate processing apparatus employing the film forming method described above, when supplying one source gas into the processing chamber, if there is a staying layer on the substrate, the source gas molecules are diffused through the staying layer from the periphery of the substrate. It will be supplied to the center surface. Therefore, a situation occurs in which only a small amount of source gas molecules is supplied to the central portion of the substrate as compared to the peripheral portion of the substrate.
In particular, when a concave portion for a pattern circuit is formed on the substrate surface, a staying layer is easily formed in the concave portion, so that it is difficult to sufficiently supply the source gas into the concave portion. For example, it is difficult to satisfactorily adsorb by sufficiently supplying a source gas to the capacitor trench on the substrate surface of the DRAM device or the inner surface of the capacitor cylinder.
Therefore, it is necessary to continuously supply the source gas for a long time in order to sufficiently supply the source gas to a specific portion such as the central portion or the concave portion of the substrate, and it is not possible to shorten the film formation time and effectively use the source gas. It was.

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板上への原料ガス供給不足を解消し、成膜時間の短縮及び原料ガスの有効利用を図ることが可能な基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, solve the shortage of supply of the raw material gas onto the substrate, reduce the film formation time, and effectively use the raw material gas. Is to provide.

本発明は、基板を収容した処理室に、少なくとも第１の原料ガスと第２の原料ガスとを互いに混合させることなく交互に供給して、前記基板上に所望の薄膜を形成させる基板処理装置であって、前記第１の原料ガス又は第２の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させつつ供給することを特徴とする基板処理装置である。
処理室内の圧力を上下に変動させつつ供給すると、拡散ではなく、圧力差に起因した原料ガス流れが形成されるため、基板上の特定部位に滞留層があっても、特定部位へ原料ガスを十分供給することができ、基板特定部位への原料ガスの供給不足が解消される。本発明は、複数の基板を隙間を開けて積層して処理する場合に、基板間の隙間に滞留層が形成されやすいので、特に有用となる。 The present invention provides a substrate processing apparatus for alternately supplying at least a first source gas and a second source gas to a processing chamber containing a substrate without mixing them to form a desired thin film on the substrate. The substrate processing is characterized in that when supplying at least one source gas of the first source gas or the second source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is supplied while fluctuating up and down. Device.
If the pressure in the processing chamber is changed while moving up and down, a source gas flow is generated due to the pressure difference rather than diffusion, so even if there is a stagnant layer at a specific location on the substrate, the source gas is supplied to the specific location. Sufficient supply can be achieved, and insufficient supply of the source gas to the specific part of the substrate is solved. The present invention is particularly useful when a plurality of substrates are stacked and processed with a gap, since a staying layer is easily formed in the gap between the substrates.

本発明において、圧力上下変動は、原料ガス供給時に継続的に上下動させることが好ましい。また、原料ガス供給時の圧力上下変動を、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給するサイクルを１サイクルとした場合、１サイクル当り２回以上実施することが好ましい。また、圧力上下変動は、原料置換効率及び気相反応抑制の双方を考慮すると、原料ガス供給時の最高圧力が最低圧力の１．５〜３倍となるよう制御することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the pressure up-and-down fluctuation is continuously moved up and down when the raw material gas is supplied. Further, when the cycle of supplying the first raw material gas and the second raw material gas alternately is one cycle, the pressure up and down at the time of supplying the raw material gas is preferably performed twice or more per cycle. Further, the pressure fluctuation is preferably controlled so that the maximum pressure when supplying the raw material gas is 1.5 to 3 times the minimum pressure in consideration of both the raw material replacement efficiency and the suppression of the gas phase reaction.

本発明によれば、基板上への原料ガスの供給不足が解消され、成膜時間の短縮、及び原料ガスの有効利用を図ることができる。 According to the present invention, the shortage of supply of the source gas onto the substrate can be solved, the film formation time can be shortened, and the source gas can be effectively used.

以下に本発明の実施の形態についてい説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

図２、図３において本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。 2 and 3, an outline of a semiconductor manufacturing apparatus which is an example of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described.

筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。 A cassette stage 105 is provided on the front side of the inside of the housing 101 as a holding member transfer member that transfers the cassette 100 as a substrate storage container to and from an external transfer device (not shown). Is provided with a cassette elevator 115 as an elevating means, and a cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. Further, a cassette shelf 109 as a mounting means for the cassette 100 is provided on the rear side of the cassette elevator 115 and a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette stage 105. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110 so as to distribute clean air through the inside of the casing 101.

前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１ａが設けられ、該ボートエレベータ１２１ａに取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１ａと前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ１２１ａの横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。 A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101, and a boat 217 as a substrate holding unit that holds the wafers 200 as substrates in a multi-stage in a horizontal posture is provided below the processing furnace 202. A boat elevator 121a is provided as an elevating means for elevating and lowering, and a seal cap 219 as a lid is attached to the front end portion of the elevating member 122 attached to the boat elevator 121a to vertically support the boat 217. . Between the boat elevator 121a and the cassette shelf 109, a transfer elevator 113 as an elevating means is provided, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator 113. Further, a furnace port shutter 116 as a shielding member having an opening / closing mechanism and closing the lower surface of the processing furnace 202 is provided beside the boat elevator 121a.

前記ウェハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。 The cassette 100 loaded with the wafer 200 is loaded into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown) in an upward posture and rotated by 90 ° on the cassette stage 105 so that the wafer 200 is in a horizontal posture. Be made. Further, the cassette 100 is moved from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the spare cassette shelf 110 by cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation. Be transported.

前記カセット棚１０９には前記ウェハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。 The cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer device 112 is stored. The cassette 100 to which the wafer 200 is transferred is the cassette elevator 115, The cassette is transferred to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 114.

前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェハ２００を移載する。 When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 100 is lowered from the transfer shelf 123 by the cooperation of the advancing / retreating operation, rotation operation, and lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. The wafer 200 is transferred to the boat 217.

前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１ａにより該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェハ２００に処理がなされる。 When a predetermined number of the wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 121 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121 a, and the processing furnace 202 is airtightly closed by the seal cap 219. The wafer 200 is heated and the processing gas is supplied into the processing furnace 202 in the hermetically closed processing furnace 202, and the wafer 200 is processed.

前記ウェハ２００への処理が完了すると、該ウェハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。 When the processing on the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the above-described operation, and the cassette 100 is transferred to the cassette transfer machine. 114 is transferred from the transfer shelf 123 to the cassette stage 105 and is carried out of the casing 101 by an external transfer device (not shown). The furnace port shutter 116 closes the lower surface of the processing furnace 202 when the boat 217 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the processing furnace 202.

前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。 The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

まず、本発明の実施の形態にて行った、ウェハ等の基板へのプロセス処理例としてＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。 First, a film forming process using the ALD method as an example of a process performed on a substrate such as a wafer performed in the embodiment of the present invention will be briefly described.

ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。 In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. In this method, the film is adsorbed by using a surface reaction to form a film.

即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ジクロルシラン）とＮＨ₃（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。） That is, the chemical reaction used is, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film. In the ALD method, DCS (SiH ₂ Cl ₂ , dichlorosilane) and NH ₃ (ammonia) are used. A membrane is possible. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)

以下に本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

図３は、本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図４は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、前記石英キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を所定の温度に加熱する。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace according to the present embodiment, showing a processing furnace portion in a vertical cross section, and FIG. 4 is a schematic configuration of the vertical substrate processing furnace according to the present embodiment. It is a figure and shows a processing furnace part in a cross section. A reaction tube 203 is provided as a reaction vessel for processing the wafer 200 as a substrate inside a heater 207 as a heating means, and the lower end opening of the reaction tube 203 is an O-ring as an airtight member by a seal cap 219 as a lid. The process furnace 202 is formed by at least the heater 207, the reaction tube 203, and the seal cap 219. A boat 217 as a substrate holding means is erected on the seal cap 219 via a quartz cap 218, and the quartz cap 218 serves as a holding body for holding the boat. Then, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202. On the boat 217, a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing furnace 202 to a predetermined temperature.

そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する処理炉２０２内に形成されたバッファ室２３７を介して処理炉２０２に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理炉２０２に反応ガスが供給されている。 The processing furnace 202 is provided with two gas supply pipes 232a and 232b as supply pipes for supplying a plurality of types, here two types of gases. Here, from the first gas supply pipe 232a, a buffer chamber 237 formed in the processing furnace 202, which will be described later, is further passed through a first mass flow controller 241a that is a flow control means and a first valve 243a that is an on-off valve. Through the second gas supply pipe 232b, a second mass flow controller 241b serving as a flow rate control unit, a second valve 243b serving as an on-off valve, a gas reservoir 247, and an on-off valve are supplied. The reaction gas is supplied to the processing furnace 202 through a third valve 243c, which is the gas supply unit 249 described later.

処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。 The processing furnace 202 is connected to a vacuum pump 246, which is an exhaust means, via a fourth valve 243d by a gas exhaust pipe 231 which is an exhaust pipe for exhausting gas, and is evacuated. The fourth valve 243d is an open / close valve that can open and close the valve to stop evacuation / evacuation of the processing furnace 202, and further adjust the valve opening to adjust the pressure.

処理炉２０２を構成している反応管２０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウェハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ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。 The arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 constituting the processing furnace 202 is a gas dispersion space along the loading direction of the wafer 200 on the inner wall above the lower part of the reaction tube 203. A buffer chamber 237 is provided, and a first gas supply hole 248 a that is a supply hole for supplying a gas is provided at the end of the wall adjacent to the wafer 200 in the buffer chamber 237. The first gas supply hole 248 a opens toward the center of the reaction tube 203. The first gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

このようにウェハ２００の積載方向に沿って設けられたバッファ室２３７に第１のガス供給孔２４８ａを設け、このガス供給口２４８ａからガスをウェハ２００間に供給しているのは、ウェハ２００間に発生する滞留層にもかかわらず、ウェハ中央部表面へのガス供給量を向上して、処理室２０１内へ供給した原料の総量に対し、小流量しかウェハ中央部に供給されないという問題を解消するためである。 The buffer chamber 237 provided along the stacking direction of the wafers 200 is provided with the first gas supply holes 248a, and the gas is supplied between the wafers 200 through the gas supply ports 248a. Despite the stagnant layer generated in the process, the gas supply amount to the wafer center surface is improved, and the problem that only a small flow rate is supplied to the wafer center portion relative to the total amount of raw materials supplied into the processing chamber 201 is solved. It is to do.

そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。 At the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the first gas supply hole 248 a is provided, a nozzle 233 is also disposed along the stacking direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the reaction tube 203. Has been. The nozzle 233 is provided with a second gas supply hole 248b which is a supply hole for supplying a plurality of gases. When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the second gas supply hole 248b may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. When the pressure is large, the opening area is increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch is reduced.

本実施の形態において、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行うこととした。 In the present embodiment, by adjusting the opening area and the opening pitch of the second gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, first, there is a difference in gas flow velocity from each of the second gas supply holes 248b. The gas whose flow rate is almost the same is ejected. Then, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b is ejected into the buffer chamber 237 and once introduced, and the flow velocity difference of the gas is made uniform.

すなわち、バッファ室２３７において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。この間に、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。 That is, in the buffer chamber 237, the gas ejected from each second gas supply hole 248b is ejected from the first gas supply hole 248a to the processing furnace 202 after the particle velocity of each gas is reduced in the buffer chamber 237. During this time, the gas ejected from each of the second gas supply holes 248b could be a gas having a uniform flow rate and flow velocity when ejected from each of the first gas supply holes 248a.

さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。 Further, in the buffer chamber 237, the first rod-shaped electrode 269 that is a first electrode having an elongated structure and the second rod-shaped electrode 270 that is a second electrode are electrodes that are protective tubes that protect the electrode from the top to the bottom. One of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 is connected to a high-frequency power source 273 via a matching device 272, and the other is grounded as a reference potential. It is connected to the. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270.

この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。 The electrode protection tube 275 has a structure in which the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. Here, if the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are oxidized by the heating of the heater 207. Will be. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to keep the oxygen concentration sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270. A gas purge mechanism is provided.

さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウェハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。 Further, a gas supply unit 249 is provided on the inner wall of the reaction tube 203 that is rotated about 120 ° from the position of the first gas supply hole 248a. This gas supply unit 249 is a supply unit that shares the gas supply species with the buffer chamber 237 when alternately supplying a plurality of types of gases one by one to the wafer 200 in film formation by the ALD method.

このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。 Similarly to the buffer chamber 237, the gas supply unit 249 also has third gas supply holes 248c which are supply holes for supplying gas at the same pitch at positions adjacent to the wafer, and a second gas supply pipe 232b is provided at the lower part. It is connected.

第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。 When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing furnace 202 is small, the third gas supply hole 248c may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. If it is large, it is preferable to increase the opening area or reduce the opening pitch from the upstream side toward the downstream side.

反応管２０３内の中央部には複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。 A boat 217 for loading a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203. This boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). It has become. Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotation mechanism 267 that is a rotation means for rotating the boat 217 is provided. By rotating the boat rotation mechanism 267, the boat 217 held by the quartz cap 218 is removed. It is designed to rotate.

制御手段であるコントローラ１２１は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。 The controller 121, which is a control means, includes first and second mass flow controllers 241a and 241b, first to fourth valves 243a, 243b, 243c, and 243d, a heater 207, a vacuum pump 246, a boat rotation mechanism 267, and are omitted in the drawing. Connected to the boat lifting mechanism, the high frequency power supply 273, and the matching unit 272, the flow rate adjustment of the first and second mass flow controllers 241a, 241b, the opening / closing operation of the first to third valves 243a, 243b, 243c, 4 valve 243d open / close and pressure adjustment operation, heater 207 temperature adjustment, vacuum pump 246 start / stop, boat rotation mechanism 267 rotation speed adjustment, boat elevating mechanism elevating operation control, high frequency power supply 273 power supply control, alignment Impedance control is performed by the device 272.

次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ₃ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming an SiN film using DCS and NH ₃ gas.

まず成膜しようとするウェハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。 First, the wafer 200 to be formed is loaded into the boat 217 and loaded into the processing furnace 202. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.

［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ₃ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ₃ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ₃をプラズマ：励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ₃の供給流量は１，０００〜１０，０００ｓｃｃｍである。ＮＨ₃をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウェハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ₃は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。 [Step 1]
In step 1, NH ₃ gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel. First, the first valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a and the fourth valve 243d provided in the gas exhaust pipe 231 are both opened, and the first mass flow controller 243a is operated from the first gas supply pipe 232a. The NH ₃ gas whose flow rate has been adjusted is jetted from the second gas supply hole 248 b of the nozzle 233 to the buffer chamber 237, and the high frequency power supply 273 is passed through the matching unit 272 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270. Then, high frequency power is applied to plasma: excite NH ₃ and exhaust it from the gas exhaust pipe 231 while supplying it as an active species to the processing furnace 202. When flowing NH ₃ gas as an active species by plasma excitation, the pressure in the processing furnace 202 is set to 10 to 100 Pa by appropriately adjusting the fourth valve 243d. The supply flow rate of NH ₃ controlled by the first mass flow controller 241a is 1,000 to 10,000 sccm. The time for exposing the wafer 200 to the active species obtained by plasma excitation of NH ₃ is 2 to 120 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to be 300 to 600 ° C. for the wafer. Since NH ₃ has a high reaction temperature, it does not react at the above-mentioned wafer temperature. Therefore, it is made to flow as an active species by plasma excitation. Therefore, the wafer temperature can be kept in a set low temperature range.

このＮＨ₃をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理炉２０２内に流しているガスはＮＨ₃をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ₃は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ₃はウェハ２００上の下地膜と表面反応する。 When NH ₃ is supplied as an active species by plasma excitation, the second valve 243b on the upstream side of the second gas supply pipe 232b is opened, the third valve 243c on the downstream side is closed, and the DCS Also let it flow. As a result, DCS is stored in a gas reservoir 247 provided between the second and third valves 243b and 243c. At this time, the gas flowing in the processing furnace 202 is an active species obtained by plasma exciting NH ₃ , and DCS does not exist. Therefore, NH ₃ does not cause a gas phase reaction, NH ₃ became excited active species by the plasma reacts base film and the surface of the wafer 200.

［ステップ２］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ₃の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ₃を処理炉２０２から排除する。また、この時にはＮ_２等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留ＮＨ₃を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２０，０００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理炉２０２との間のコンダクタンスが１．５×１０^-3ｍ³／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３容積１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は処理室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。 [Step 2]
In Step 2, the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed to stop the supply of NH ₃ , but the supply to the gas reservoir 247 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of DCS accumulate in the gas reservoir 247, the second valve 243b on the upstream side is also closed, and the DCS is confined in the gas reservoir 247. Further, the fourth valve 243 d of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the processing furnace 202 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and residual NH ₃ is removed from the processing furnace 202. At this time, if an inert gas such as N ₂ is supplied to the processing furnace 202, the effect of eliminating residual NH ₃ is further enhanced. DCS is stored in the gas reservoir 247 so that the pressure is 20,000 Pa or more. Further, the apparatus is configured such that the conductance between the gas reservoir 247 and the processing furnace 202 is 1.5 × 10 ⁻³ m ³ / s or more. Considering the ratio between the volume of the reaction tube 203 and the volume of the necessary gas reservoir 247 for this, in the case of the reaction tube 203 volume of 100 l (liter), it is preferably 100 to 300 cc. The reservoir 247 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the processing chamber.

［ステップ３］
ステップ３では、処理炉２０２の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理炉２０２に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理炉２０２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウェハ温度はＮＨ₃の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ₃とＤＣＳとが表面反応して、ウェハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。 [Step 3]
In step 3, when exhaust of the processing furnace 202 is completed, the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed to stop the exhaust. The third valve 243c on the downstream side of the second gas supply pipe 232b is opened. As a result, the DCS stored in the gas reservoir 247 is supplied to the processing furnace 202 at once. At this time, since the fourth valve 243d of the gas exhaust pipe 231 is closed, the pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is 300 to 600 ° C. as in the case of supplying NH ₃ . By supplying DCS, NH ₃ and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the wafer 200. After the film formation, the third valve 243c is closed, the fourth valve 243d is opened, and the processing furnace 202 is evacuated to remove the gas after contributing to the film formation of the remaining DCS. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the processing furnace 202, the effect of removing the remaining gas after contributing to the film formation of DCS from the processing furnace 202 is enhanced. Also, the second valve 243b is opened to start supplying DCS to the gas reservoir 247.

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。 Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer.

ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理炉２０２内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。 In the ALD apparatus, the gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this respect, in the present embodiment, the DCS stored in the gas reservoir 247 is instantaneously supplied after the fourth valve 243d is closed, so the DCS pressure in the processing furnace 202 is rapidly increased. The desired amount of gas can be instantaneously adsorbed.

また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理炉２０２の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理炉２０２内を排気してＮＨ₃ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウェハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェハ２００に吸着しているＮＨ₃とのみ有効に反応させることができる。 Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the gas reservoir 247, NH ₃ gas, which is a necessary step in the ALD method, is excited as plasma to be supplied as active species and the processing furnace 202 is exhausted. As a result, no special steps are required to store the DCS. Further, since the inside of the processing furnace 202 is exhausted to remove the NH ₃ gas, DCS is flowed, so that they do not react on the way to the wafer 200. The supplied DCS can be effectively reacted only with NH ₃ adsorbed on the wafer 200.

ところで、上述した縦型の基板処理炉では、処理室２０１内へ供給した原料ガスの総量に対し、小流量しかウェハ中央部に供給されないという問題を解決するために、ウェハ２００の積載方向に沿って設けられたバッファ室２３７に第１のガス供給孔２４８ａを多数設け、このガス供給口２４８ａからガスをウェハ２００間に向けてガスを供給して、ウェハ中央部への供給量の向上をはかっている。
しかし、このようにウェハ間に対応して多数のガス供給孔を設けても、ウェハピッチの縮小化により、その供給量向上の効果は低減する。したがって、ウェハ周辺部から中央部に原料ガスを十分に供給することが困難になる。また、例えばウェハ全面、特にＤＲＡＭデバイスのウェハ表面にあるキャパシタ用トレンチまたはシリンダ内部表面へ、原料ガス分子を十分に供給し飽和吸着させることも困難になる。このため、ウェハピッチの縮小化に応じて、原料ガスを長時間連続供給する必要があり、原料資源の有効利用を図ることが困難であった。
そこで、次に述べるように本実施の形態では、原料ガス供給時に処理室内の圧力を継続的に上下動させることにより、そのような問題を解決している。 By the way, in the above-described vertical substrate processing furnace, in order to solve the problem that only a small flow rate is supplied to the central portion of the wafer with respect to the total amount of source gas supplied into the processing chamber 201, the wafer 200 is aligned along the stacking direction. A plurality of first gas supply holes 248a are provided in the buffer chamber 237 provided, and gas is supplied from the gas supply ports 248a toward the wafers 200 to improve the supply amount to the center of the wafer. I'm crazy.
However, even if a large number of gas supply holes are provided correspondingly between the wafers in this way, the effect of improving the supply amount is reduced by reducing the wafer pitch. Therefore, it is difficult to sufficiently supply the source gas from the wafer peripheral portion to the central portion. In addition, for example, it is difficult to sufficiently supply source gas molecules to the surface of the wafer, particularly to the capacitor trench on the wafer surface of the DRAM device or the inner surface of the cylinder, and perform saturated adsorption. For this reason, it is necessary to continuously supply the raw material gas for a long time according to the reduction of the wafer pitch, and it is difficult to effectively use the raw material resources.
Therefore, as described below, in the present embodiment, such a problem is solved by continuously moving the pressure in the processing chamber up and down when the raw material gas is supplied.

図１に示すように、ＡＬＤ法の成膜シーケンスでは、１サイクルの中で、原料ガスＡおよび原料ガスＢをそれぞれ１回ずつ交互に供給し、互いに混合することがないように、それらの原料ガスＡ、Ｂ供給の間に処理室内のパージを行っているが、特に上記原料Ａガスを処理室内に供給する際、処理室内の圧力を上下に変動させつつ供給するようにしている。 As shown in FIG. 1, in the film formation sequence of the ALD method, the raw material gas A and the raw material gas B are alternately supplied once each in one cycle so that the raw materials are not mixed with each other. While the processing chamber is purged during the supply of the gases A and B, particularly when the raw material A gas is supplied into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is supplied while fluctuating up and down.

１回の原料ガスＡを供給する際に、処理室内全圧の上下変動を実施することにより、原料ガスＡは、圧力上昇時に、拡散ではなく圧力差に起因した流れにより、ウェハ周辺部から中央部に入りこむ。これにより原料ガスＡ中の未反応原料分子がウェハ中央部に十分供給される。また、続く圧力低下時に、圧力差に起因した流れにより反応生成分子がウェハ上から有効に排出される。また、１回の原料ガスＡを供給する際に、圧力上下変動を複数回繰り返すことにより、原料ガスＡ中の未反応原料分子を効率良くウェハ中央部に供給できる。したがって、原料ガス供給時、処理室内の圧力は、継続的に上下動させることが好ましい。また、原料供給時の圧力上下変動の回数は１サイクル当り２回以上が好ましい。 When the source gas A is supplied once, the total pressure in the processing chamber fluctuates up and down, so that when the pressure rises, the source gas A is centered from the wafer periphery due to the flow caused by the pressure difference rather than diffusion. Get into the club. Thereby, the unreacted raw material molecules in the raw material gas A are sufficiently supplied to the central portion of the wafer. Further, during the subsequent pressure drop, the reaction product molecules are effectively discharged from the wafer by the flow caused by the pressure difference. Further, when supplying the source gas A once, by repeating the pressure up and down a plurality of times, unreacted source molecules in the source gas A can be efficiently supplied to the center of the wafer. Therefore, it is preferable that the pressure in the processing chamber is continuously moved up and down when the raw material gas is supplied. In addition, the number of pressure fluctuations during the supply of the raw material is preferably 2 or more per cycle.

また圧力の変動のパターンは、処理室内の圧力を上下に変動させるものであれば、いずれの方式でも良く、図示するように圧力を鋸歯状に変動させる他に、パルス状に変動させたり、サインカーブ状に変動させたり、さらには階段状に上がった後下がるように変動させたりしてもよい。 The pressure fluctuation pattern may be any method as long as the pressure in the processing chamber fluctuates up and down. You may make it fluctuate | variate so that it may fall like a curve, and also descends after going up to a staircase shape.

なお、図示例では、原料ガスＡのみを圧力上下変動させるようにしているが、原料ガスＡよりも原料ガスＢの方が拡散しにくい場合には、原料ガスＢのみを変動させるようにしてもよい。また原料ガスＡ及びＢともに拡散しにくい場合には、原料ガスＡ及びＢをともに変動させるようにしてもよい。 In the illustrated example, only the source gas A is changed in pressure up and down. However, when the source gas B is more difficult to diffuse than the source gas A, only the source gas B is changed. Good. If both the source gases A and B are difficult to diffuse, both the source gases A and B may be varied.

処理室内の圧力を上下に変動させる手段としては、例えば、図４に示すガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを用いることができる。この場合、コントローラ１２１により、第４のバルブ２４３ｄの弁を開閉して、処理炉２０２の真空排気・真空排気停止をさせたり、弁開度を調節して処理室２０１内の圧力を上下に変動させたりする。又は、処理室２０１内の圧力を上下に変動させる手段としてガス溜め２４７を用いることができる。この場合、コントローラ１２１により、第２のバルブ２４３ｂ及び第３のバルブ２４３ｃを開閉動作させるタイミングを選択することにより、ガス溜め２４７に溜めるガスの圧力を調整して、処理室２０１内の圧力を上下に変動させる。 As a means for changing the pressure in the processing chamber up and down, for example, a fourth valve 243d provided in the gas exhaust pipe 231 shown in FIG. 4 can be used. In this case, the controller 121 opens and closes the valve of the fourth valve 243d to stop evacuation / evacuation of the processing furnace 202, or adjusts the valve opening to change the pressure in the processing chamber 201 up and down. I will let you. Alternatively, a gas reservoir 247 can be used as means for changing the pressure in the processing chamber 201 up and down. In this case, the controller 121 selects the timing for opening and closing the second valve 243b and the third valve 243c, thereby adjusting the pressure of the gas stored in the gas reservoir 247 and increasing or decreasing the pressure in the processing chamber 201. To fluctuate.

このように、原料ガス供給時に処理室内の圧力を上下に変動させることによって、ウェハ中央部への原料分子供給不足を解消し、ウェハ中央部への供給を効率良く実現できる。また、キャパシタ用シリンダ、トレンチ内への原料分子供給を有効に実施できる。さら、ウェハピッチの縮小化によっても、ウェハ間への原料分子を十分に供給することができる。実施の形態によれば、圧力変動させない従来例と比べて３０％以上の成膜時間の短縮化が図れ、高速成膜ＡＬＤ装置を実現できる。 Thus, by varying the pressure in the processing chamber up and down during the supply of the raw material gas, the shortage of raw material molecules supplied to the central portion of the wafer can be solved, and the supply to the central portion of the wafer can be efficiently realized. Further, it is possible to effectively supply the raw material molecules into the capacitor cylinder and the trench. Furthermore, even by reducing the wafer pitch, the raw material molecules can be sufficiently supplied between the wafers. According to the embodiment, the film formation time can be shortened by 30% or more compared to the conventional example in which the pressure is not changed, and a high-speed film formation ALD apparatus can be realized.

図１において、圧力を固定する原料ガスＢをＮＨ₃とし、圧力を変動させる原料ガスＡをＤＣＳとしてＳｉＮ膜を形成する場合の具体例を示せば、ＮＨ₃圧力は３０〜１００Ｐａの範囲で固定し、ＤＣＳ圧力は例えば１０〜１３３３Ｐａの範囲で上下に変動させる。なお、ＤＣＳの最低圧力は１０Ｐａ未満でもよく、その場合、完全真空引きの０．５Ｐａとしてもよい。また、成膜ガス流量はＤＣＳ０．１ｓｌｍ〜１．０ｓｌｍ、ＮＨ₃１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍ、炉内温度は３００℃〜６００℃、Ｎ₂パージガス流量は１００ｃｃ〜４ｌである。 In FIG. 1, if a specific example of forming a SiN film using NH _{3 as the} source gas B for fixing the pressure and DCS as the source gas A for changing the pressure, the NH ₃ pressure is fixed in the range of 30 to 100 Pa. The DCS pressure is varied up and down in the range of 10 to 1333 Pa, for example. In addition, the minimum pressure of DCS may be less than 10 Pa, and in that case, it may be 0.5 Pa that is completely evacuated. The deposition gas flow rate is DCS 0.1 slm to 1.0 slm, NH _{3 1} slm to 10 slm, the furnace temperature is 300 ° C. to 600 ° C., and the N ₂ purge gas flow rate is 100 cc to 4 l.

上述したように実施の形態によれば、処理室内の圧力を上下に変動させることにより、原料ガスのウェハの中央部や凹部などの特定部位、あるいは狭ピッチのウェハ間への供給を効率良く実現できる。しかし、その反面、原料ガスの処理室内での分圧が過度に上昇することにより、気相反応が発生しＡＬＤ反応ではなくＣＶＤ反応になって、気相反応により原料が分解しＡＬＤ反応が進行しなくなることが考えられる。このような場合には、処理室内の圧力を上下に変動させる際、原料ガスの分圧を気相反応が発生しない圧力に保持することが必要になる。そのためには、成膜シーケンス中の処理室内全圧を一定圧力以下に保持すればよく、原料ガス供給時の最高圧力が最低圧力の１．５〜３倍となるよう設定することが好ましい。１．５倍より小さければウェハ上の原料ガスの置換効率が不十分となりウェハ上に十分な原料ガスを供給できず、３倍より大きければ気相反応が促進されてＡＬＤ反応が進行しなくなるからである。 As described above, according to the embodiment, the supply of the source gas to a specific portion such as the central portion or the concave portion of the wafer or a narrow pitch wafer is efficiently realized by changing the pressure in the processing chamber up and down. it can. However, on the other hand, when the partial pressure of the raw material gas in the processing chamber increases excessively, a gas phase reaction occurs, resulting in a CVD reaction instead of an ALD reaction. The raw material is decomposed by the gas phase reaction and the ALD reaction proceeds. It is possible that it will not. In such a case, when the pressure in the processing chamber is varied up and down, it is necessary to maintain the partial pressure of the source gas at a pressure at which no gas phase reaction occurs. For this purpose, the total pressure in the processing chamber during the film forming sequence may be kept below a certain pressure, and it is preferable to set the maximum pressure when supplying the source gas to 1.5 to 3 times the minimum pressure. If the ratio is smaller than 1.5 times, the replacement efficiency of the source gas on the wafer is insufficient, and sufficient source gas cannot be supplied onto the wafer. If the ratio is more than three times, the gas phase reaction is promoted and the ALD reaction does not proceed. It is.

本発明の実施形態にかかるＡＬＤ法の成膜シーケンス例を示す図である。It is a figure which shows the film-forming sequence example of the ALD method concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる基板処理装置を示す斜示図である。1 is a perspective view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態にかかる基板処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the substrate processing apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。It is a schematic structure figure of a vertical type substrate processing furnace concerning an embodiment of the invention, and is a figure showing a processing furnace part with a vertical section. 本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。It is a schematic structure figure of a vertical type substrate processing furnace concerning an embodiment of the invention, and is a figure showing a processing furnace part in a cross section. ＡＬＤ法の成膜例としてのシリンダ型の容量電極形状をもつキャパシタ絶縁膜の説明図である。It is explanatory drawing of the capacitor insulating film which has a cylinder-type capacity | capacitance electrode shape as a film-forming example of ALD method.

符号の説明Explanation of symbols

２００ウェハ（基板）
２０１処理室 200 wafer (substrate)
201 treatment room

Claims

基板を収容する処理室内に、少なくとも第１の原料ガスと第２の原料ガスとを互いに混合させることなく交互に供給して、前記基板上に所望の薄膜を形成させる基板処理装置であって、
前記第１の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させることなく一定とし、
前記第２の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させ、
前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを交互に供給するサイクルを１サイクルとした場合、前記第２の原料ガスを供給する際の圧力変動を前記１サイクル当り２回以上実施し、
前記処理室内の圧力を上下に変動させる際、前記第２の原料ガス供給時の最高圧力を、前記第２の原料ガス供給時の最低圧力の１．５倍以上３倍以下とする制御手段を有する
ことを特徴とする基板処理装置。 A substrate processing apparatus for forming a desired thin film on the substrate by alternately supplying at least a first source gas and a second source gas without mixing each other into a processing chamber containing a substrate,
When supplying the first source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is kept constant without up and down,
When supplying the second source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is fluctuated up and down,
When the cycle for alternately supplying the first source gas and the second source gas is one cycle, the pressure fluctuation when supplying the second source gas is performed twice or more per cycle. ,
Control means for setting the maximum pressure at the time of supplying the second source gas to 1.5 times to 3 times the minimum pressure at the time of supplying the second source gas when the pressure in the processing chamber is changed up and down. the substrate processing apparatus according to claim <br/> be closed.

基板を収容する処理室内に、少なくとも第１の原料ガスと第２の原料ガスとを互いに混合させることなく交互に供給して、前記基板上に所望の薄膜を形成させる基板処理装置であって、
前記第１の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させることなく一定とし、
前記第２の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させ、
前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを交互に供給するサイクルを１サイクルとした場合、前記第２の原料ガスを供給する際の圧力変動を前記１サイクル当り２回以上実施し、
前記第２の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の排気速度を可変させることで前記処理室内の圧力を上下に変動させる制御手段を有する
ことを特徴とする基板処理装置。 A substrate processing apparatus for forming a desired thin film on the substrate by alternately supplying at least a first source gas and a second source gas without mixing each other into a processing chamber containing a substrate,
When supplying the first source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is kept constant without up and down,
When supplying the second source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is fluctuated up and down,
When the cycle for alternately supplying the first source gas and the second source gas is one cycle, the pressure fluctuation when supplying the second source gas is performed twice or more per cycle. ,
When supplying the second source gas into the processing chamber, and wherein the <br/> to have a control means for varying the pressure of the processing chamber vertically by varying the pumping speed of the processing chamber Substrate processing equipment.

基板を収容する処理室内に、少なくとも第１の原料ガスと第２の原料ガスとを互いに混合させることなく交互に供給して、前記基板上に所望の薄膜を形成させる基板処理装置で
あって、
前記第１の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させることなく一定とし、
前記第２の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の圧力を上下に変動させ、
前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを交互に供給するサイクルを１サイクルとした場合、前記第２の原料ガスを供給する際の圧力変動を前記１サイクル当り２回以上実施し、
前記第２の原料ガスを前記処理室内に供給する際、前記処理室内の排気速度を停止させつつガス溜め部内に溜めてある前記第２の原料ガスを一気に流すことで前記処理室内の圧力を上下に変動させる制御手段を有する
ことを特徴とする基板処理装置。 A substrate processing apparatus for forming a desired thin film on the substrate by alternately supplying at least a first source gas and a second source gas without mixing each other into a processing chamber containing a substrate,
When supplying the first source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is kept constant without up and down,
When supplying the second source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is fluctuated up and down,
When the cycle for alternately supplying the first source gas and the second source gas is one cycle, the pressure fluctuation when supplying the second source gas is performed twice or more per cycle. ,
When supplying the second source gas into the processing chamber, the pressure in the processing chamber is increased or decreased by flowing the second source gas stored in the gas reservoir at a stretch while stopping the exhaust speed in the processing chamber. the substrate processing apparatus according to claim <br/> to have a control means for varying the.