TWI751301B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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TWI751301B
TWI751301B TW107108385A TW107108385A TWI751301B TW I751301 B TWI751301 B TW I751301B TW 107108385 A TW107108385 A TW 107108385A TW 107108385 A TW107108385 A TW 107108385A TW I751301 B TWI751301 B TW I751301B
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題為在對處理容器內之基板複數次地交互供應處理氣體與置換氣體來處理基板時，不需增加處理氣體的流量即能提高處理容器內的處理氣體分壓，來進行連續性良好之極薄膜的成膜。
成膜裝置會對連接有排氣管且收納有晶圓之處理容器內交互地供應處理晶圓用之處理氣體與置換氛圍用之置換氣體來進行晶圓的處理，並具有在供應處理氣體時會將鎮流氣體朝排氣管導入之氣體流道。

Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於一種對收納有基板之處理容器內交互地供應處理基板用的處理氣體與置換氛圍用的置換氣體，來進行基板的處理之基板處理裝置及基板處理方法。
在例如半導體元件等之製造過程中，會對作為基板之半導體晶圓(以下簡稱作「晶圓」)進行蝕刻處理、成膜處理等各種處理。用以對晶圓進行成膜之方法中，會有使用被稱作所謂ALD(Atomic Layer Deposition)之處理的情況。該ALD處理中，係對保持為真空氛圍之處理容器內複數次地交互供應會吸附在晶圓表面之原料氣體，以及會與該原料氣體反應之反應氣體(亦稱作還原氣體)，來使反應生成物的原子層沉積在晶圓表面而成膜。又，處理容器內，為了防止原料氣體與反應氣體在晶圓表面以外的區域處發生氣相反應而產生微粒，係間隔地供應原料氣體與反應氣體。然後，進行原料氣體的供應之時間帶與進行反應氣體的供應之時間帶之間會供應有非活性氣體，藉此將處理容器內的氛圍吹淨而置換為該非活性氣體氛圍。
由於必須如上述般地進行吹淨，故在進行例如ALD的期間，處理容器內會有以特定流量來連續進行非活性氣體的供應之情況。該非活性氣體在供應有原料氣體或反應氣體的期間會作為該等氣體的載置氣體而作用，在未進行原料氣體及反應氣體的供應之期間則會作為吹淨氣體而作用。
專利文獻1中揭示一種成膜裝置，係於連接相對於處理氣體(原料氣體及反應氣體)而為載置氣體及吹淨氣體之N2(氮)氣體的供應源與處理容器之氣體流道處具備有分流流道來進行ALD。該成膜裝置中，將處理氣體供應至處理容器內時，會關閉介設在分流流道之閥體，而進行吹淨時，則會打 開該閥體來使朝處理容器內供應之N2氣體的流量較多。
專利文獻2中揭示一種成膜裝置，係具備有連接原料氣體的供應源與處理容器之原料氣體流道、從該原料氣體流道分歧之第1N2氣體流道、以及獨立於原料氣體流道及第1N2氣體流道來對處理容器供應吹淨氣體(N2氣體)之第2N2氣體流道，當進行吹淨時，會使朝處理容器內所供應之N2氣體量較多來進行ALD。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2016-23324號公報
專利文獻2：日本特開2014-198872號公報
然而，隨著配線的微細化，已被要求要能夠確保連續性良好之極薄膜的生成來進行ALD。作為確保連續性良好之極薄膜的生成之方法，已考慮了延長每1次供應反應氣體步驟的時間之方法，或是增加反應氣體的流量來提高處理容器內反應氣體的分壓之方法。
但前者的方法中，生產性會降低，而若如後者的方法般來增加反應氣體的流量以提高其分壓，則為了防止上述微粒的產生，便必須延長進行吹淨的時間，故成膜處理所需的時間便會變長。如專利文獻1或專利文獻2般，若在進行吹淨時使得朝處理容器內供應之N2氣體的量變多，則可防止進行吹淨之時間變長。但若反應氣體的流量很大，則沉積在處理容器內或排氣系統之反應副生成物便會增加，又，氣體成本會增加。基於上述般的情事，已被要求一種縱使反應氣體的流量較小，仍可進行連續性良好之極薄膜的成膜，且可迅速地進行處理容器內的吹淨之技術。
本發明係鑑於上述般情事所發明者，其目的在於對處理容器內之基板複數次地交互供應處理氣體與置換氣體來進行基板的處理時，不需增加處理氣體的流量即能提高處理容器內的處理氣體分壓，且進行連續性良好之極薄膜的成膜。
為達成此目的，本發明之基板處理方法係交互地進行複數次將處理基 板用的處理氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的處理容器內之處理氣體供應工序，以及將置換氛圍用的置換氣體供應至該處理容器內之置換氣體供應工序，來進行該基板的處理之基板處理方法；包含有鎮流氣體導入工序，係在進行該處理氣體供應工序之際，會將鎮流氣體朝該排氣管導入。
較佳地，該基板的處理為ALD處理；該基板處理方法係依序進行複數次以含金屬氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序、該置換氣體供應工序、以及以還原氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序、以及該置換氣體供應工序；該鎮流氣體導入工序僅在進行以該還原氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序之際，會將鎮流氣體朝該排氣管導入。
較佳地，該鎮流氣體導入工序係將該鎮流氣體導入至該排氣管中之開合度可變閥的上游之工序。
較佳地，該鎮流氣體導入工序中之該鎮流氣體的導入開始時間點係晚於打開該處理氣體的供應源與該處理容器之間所設置的閥體之時間點。
依據本發明其他觀點之基板處理裝置係交互地將處理基板用之處理氣體與用以置換處理容器內的氛圍之置換氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的該處理容器內，來進行該基板的處理之基板處理裝置；具備有鎮流氣體導入部，係於供應該處理氣體時，會將鎮流氣體朝該排氣管導入。
較佳地，該基板的處理為ALD處理；該基板處理裝置係複數次地依序將作為該處理氣體之含金屬氣體、該置換氣體、作為該處理氣體之還原氣體、以及該置換氣體供應至該處理容器內；該鎮流氣體導入部僅在供應作為該處理氣體之還原氣體時，會導入該鎮流氣體。
較佳地，該鎮流氣體導入部係將該鎮流氣體導入至該排氣管中之開合度可變閥的上游。
較佳地，該鎮流氣體導入部係晚於打開該處理氣體的供應源與該處理容器之間所設置的閥體之時間點來將該鎮流氣體導入。
依據本發明，當對處理容器內之基板複數次地交互供應處理氣體與置換氣體來處理基板時，不需增加處理氣體的流量即能提高處理容器內的處理氣體分壓，且可確保連續性良好之極薄膜的生成。
1‧‧‧成膜裝置
10‧‧‧處理空間
11‧‧‧處理容器
34‧‧‧排氣管
35‧‧‧真空排氣幫浦
36‧‧‧壓力調整部
80‧‧‧(鎮流氣體的)氣體流道
100‧‧‧控制部
圖1為本實施型態相關之成膜裝置的縱剖側視圖。
圖2係用以說明藉由圖1之成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖3係用以說明藉由圖1之成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖4係用以說明藉由圖1之成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖5係用以說明藉由圖1之成膜裝置所進行的處理之示意圖。
圖6係顯示圖1之成膜裝置所進行的處理中，所供應之氣體量的變化之時序圖。
圖7係顯示評估試驗中所供應之氣體量的變化之時序圖。
圖8係顯示其他評估試驗中所供應之氣體量的變化之時序圖。
圖9係顯示評估試驗的結果之圖式。
圖10係說明粗糙度層比的計算方法之圖式。
圖11係顯示實施例與比較例的粗糙度層比成為最小之位置處的膜厚之圖式。
圖12係顯示實施例及比較例相關之TiN膜的殘留氯在深度方向上的濃度分佈之圖式。
以下，針對本發明之實施型態，參閱圖式來加以說明。此外，本說明書及圖式中，針對實質上具有相同的功能構成之構成要素，則賦予相同的符號而省略重複說明。
圖1係概略顯示作為本發明實施型態相關的基板處理裝置之成膜裝置之縱剖視圖。
圖式之成膜裝置1係藉由ALD法來對作為基板之晶圓W進行TiN膜的成膜處理，更具體地說明，係交互地將用以處理晶圓W之處理氣體與用以置換後述處理容器11內的處理氣體氛圍之置換氣體(即吹淨氣體)供應至處理容器11內，來進行TiN膜的成膜處理。更具體地說明，成膜裝置1係複數次地依序將處理氣體(即作為含金屬氣體之TiCl4(四氯化鈦)氣體)、吹淨 氣體(即作為非活性氣體之N2(氮)氣體)、處理氣體(即作為反應氣體之NH3(氨)氣體)、及吹淨氣體(即N2氣體)供應至處理容器11內，來進行TiN膜的成膜處理。又，在藉由ALD之成膜處理中，會將N2氣體作為用以將TiCl4氣體及NH3氣體導入至處理容器11內之載置氣體，來連續地供應至處理容器11內。
成膜裝置1係具備於內部具有形成真空氛圍的圓形空間之處理容器11，該處理容器11內係收納有晶圓W。晶圓W的表面係為了形成配線而形成有例如凹凸。
處理容器11的側壁係設置有為晶圓W的搬送口之開口12，以及會開閉該開口12之閘閥13。
又，成膜裝置1係於處理容器11內具備有用以載置晶圓W之載置台21。載置台21係內建有加熱器22，可將載置台21所載置之晶圓W加熱至特定的溫度。
再者，成膜裝置1係具備有圍繞載置台21般所設置之筒狀的罩組件23，以及用以支撐載置台21下部之垂直的支柱24。支柱24的下端係貫穿處理容器11底部所設置的開口部14並朝處理容器11的外部延伸，且連接於升降機構25。支柱24係設置有凸緣26。凸緣26與開口部14的緣部係連接有伸縮管27來確保處理容器11內的氣密性。
升降機構25可使載置台21升降於處理容器11內的上方側處之晶圓W的處理位置，以及處理容器11內的下方側處之晶圓W的傳遞位置。於傳遞位置處，係藉由舉升機構28而在通過載置台21所形成的孔29來抬舉晶圓W之銷20，以及透過開口12而***至處理容器11內之搬送機構(未圖示)之間來進行晶圓W的傳遞。銷20的根數為例如3根(圖式中僅顯示2根)。
處理容器11的頂面係形成為會隨著從中央部朝向周緣部而下降，當載置台21移動至晶圓W成為上述處理位置之位置處時，便會形成有藉由該載置台21的表面、罩組件23的表面及處理容器11的頂面所圍繞之扁平的圓錐狀處理空間10。形成上述頂面之處理容器11的頂板15中央部係形成有於厚度方向貫穿該頂板15之2根氣體供應道31、32，該氣體供應道31、 32的下方係例如水平地設置有用以使從氣體供應道31、32所噴出的氣體分散至處理空間10內之分散板33。
處理容器11的內部係在開口12的上方處設置有處理容器11的內壁會突出般所形成之環狀組件16。該環狀組件16係配置為會接近並圍繞上述處理位置處之載置台21之罩組件23外側。又，處理容器11係設置有會形成該處理容器11的側壁般而彎曲成圓環狀所構成之排氣導管17。該排氣導管17的內周面側係在環狀組件16上橫跨圓周方向呈開口，可透過罩組件23與處理容器11的頂板15之間所形成之間隙18來將處理空間10的氛圍排氣。
排氣導管17係連接有排氣管34的一端，排氣管34的另一端則連接於真空排氣幫浦35。在排氣管34處之排氣導管17與真空排氣幫浦35之間，從上游側依序設置有具有用以調整排氣量來調整處理空間10的真空壓之開合度可變閥等的壓力調整部(APC：Auto Pressure Controller)36，及閥體37。
上述氣體供應道31、32係分別連接有氣體流道41、61的下游端。
氣體流道41的上游端係從下游側依序透過閥體V1、氣體儲存槽42、流量調整部43而連接於含金屬氣體(TiCl4氣體)的供應源44。流量調整部43係由質流控制器所構成，會就從氣體供應源44所供應之TiCl4氣體來調整朝下游側所供應之流量。此外，有關後述其他各流量調整部47、52、63、67、72、82，亦係構成為與該流量調整部43相同，會調整朝流道的下游側所供應之氣體的流量。
此外，TiCl4氣體供應源44係具有會以液體的狀態來儲存TiCl4之槽，會加熱該槽來使槽內的TiCl4氣化，並將如此般地被氣化之TiCl4朝氣體流道41供應。此外，各流量調整部係對應於流量經調整之氣體的溫度而使用適當的構件。有關TiCl4相關之流量調整部43，係使用以可調整如此般地被加熱之較高溫的TiCl4氣體流量之方式來做設計者。
氣體儲存槽42會在供應至處理容器11內之前先暫時儲存從氣體供應源44所供應之TiCl4氣體。如此般地儲存TiCl4氣體來使氣體儲存槽42內升壓至特定壓力後，便從氣體儲存槽42朝處理容器11供應TiCl4氣體。從該氣體儲存槽42朝處理容器11之TiCl4氣體的供給或停止係藉由上述閥體 V1的開閉而進行。藉由如此般地將TiCl4氣體暫時儲存在氣體儲存槽42，便可以較高流量來穩定地將該TiCl4氣體供應至處理容器11。
此外，有關後述各氣體儲存槽46、62、66、81，亦與氣體儲存槽42同樣地，係具有藉由暫時儲存從氣體流道上游側的氣體供應源所供應之各氣體，來使被供應至處理容器11或排氣管34之各氣體的流量穩定之功用的氣體儲存部。然後，藉由各氣體儲存槽46、62、66、81的下游側所設置之閥體V2、V4、V5、V10的開閉，來分別進行從各氣體儲存槽46、62、66、81朝處理容器11或排氣管34之氣體的供給或停止。
回到氣體流道41的說明。氣體流道41中之閥體V1的下游側係連接有氣體流道45的下游端。氣體流道45的上游端則係從下游側依序透過閥體V2、氣體儲存槽46、流量調整部47而連接於N2氣體的供應源48。
再者，氣體流道45中之閥體V2的下游側係連接有氣體流道51的下游端。氣體流道51的上游端係從下游側依序透過閥體V3、流量調整部52而連接於N2氣體的供應源53。該氣體流道51中之閥體V3的下游側係形成有節流部(orifice)54。亦即，氣體流道51中之閥體V3下游側的口徑係小於氣體流道51中之閥體V3的上游側及氣體流道41、45的口徑。藉由氣體儲存槽42、46，氣體流道41、45雖會以較大流量而被供應有氣體，但藉由節流部54，便可抑制被供應至該等氣體流道41、45之氣體在氣體流道51發生逆流。
然而，從N2氣體供應源48被供應至氣體流道45之N2氣體係為了進行吹淨而被供應至處理容器11內。另一方面，從N2氣體供應源53被供應至氣體流道51之N2氣體則係相對於TiCl4氣體而為載置氣體。由於此載置氣體係如上述般地在晶圓W的處理中會連續地被供應至處理容器11內，故在進行吹淨之際亦會被供應至處理容器11內。於是，該載置氣體被供應至處理容器11內之時間帶便會與為了進行吹淨而從氣體供應源48來將N2氣體供應至處理容器11內之時間帶相重疊，載置氣體亦會被使用於吹淨，但為了便於說明，便將從N2氣體供應源48被供應至氣體流道45之氣體記載為吹淨氣體，而將從N2氣體供應源53被供應至氣體流道51之氣體記載為載置氣體。此外，此載置氣體亦為用以防止TiCl4氣體在氣體流道51發 生逆流之逆流防止用的氣體。
接著，針對連接於處理容器11的氣體供應道32之氣體流道61來加以說明。氣體流道61的上游端係從下游側依序透過閥體V4、氣體儲存槽62、流量調整部63而連接於處理氣體，即NH3氣體的供應源64。該氣體流道61為反應氣體流道，係相對於原料氣體流道，即氣體流道41而獨立地形成。
氣體流道61中之閥體V4的下游側係連接有氣體流道65的下游端。氣體流道65的上游端係從下游側依序透過閥體V5、氣體儲存槽66、流量調整部67而連接於N2氣體的供應源68。再者，氣體流道65中之閥體V5的下游側係連接有氣體流道71的下游端。氣體流道71的上游端係從下游側依序透過閥體V6、流量調整部72而連接於N2氣體的供應源73。該氣體流道71中之閥體V6的下游側係形成有節流部74。亦即，氣體流道71中之閥體V6下游側的口徑係小於氣體流道71中之閥體V6的上游側及氣體流道61、65的口徑。該節流部74係與節流部54同樣地為了抑制以較大流量被供應至氣體流道61、65之氣體在氣體流道71發生逆流而形成。
從上述N2氣體供應源68被供應至氣體流道65之N2氣體係為了進行吹淨而被供應至處理容器11內。從N2氣體供應源73被供應至氣體流道71之N2氣體係相對於NH3氣體而為載置氣體，且亦與相對於TiCl4氣體之載置氣體同樣地被使用於吹淨，但為了便於說明，便將從N2氣體供應源68被供應至氣體流道65之氣體記載為吹淨氣體，而將從N2氣體供應源73被供應至氣體流道71之氣體記載為載置氣體。此外，該載置氣體亦為用以防止NH3氣體在氣體流道71發生逆流之逆流防止用的氣體。
藉由如上述般地形成有各氣體流道，氣體流道51便會具備有閥體V3及流量調整部52來作為載置氣體的供應控制機器，氣體流道45則係設置有閥體V2及流量調整部47來作為與載置氣體的供應控制機器為各別的吹淨氣體的供應控制機器。又，氣體流道71係具備有閥體V6及流量調整部72來作為其他載置氣體的供應控制機器，氣體流道65則係設置有閥體V5及流量調整部67來作為與其他載置氣體的供應控制機器為各別的其他吹淨氣體的供應控制機器。
然而，如上述般地吹淨氣體係構成為會從氣體流道45、65兩者被供應 至處理容器11。此係為了不僅是將殘留在處理容器11內之TiCl4氣體及NH3氣體，且亦將氣體流道41中殘留在閥體V1下游側之TiCl4氣體，以及氣體流道61中殘留在閥體V4下游側之NH3氣體加以吹淨的緣故。亦即，為了更確實地將該等TiCl4氣體及NH3氣體加以吹淨，而形成有2個吹淨氣體的流道。
又，排氣管34中之壓力調整部36的上游側係連接有氣體流道80的下游端。氣體流道80的上游端係從下游側依序透過閥體V10、氣體儲存槽81、流量調整部82而連接於作為鎮流氣體，即非活性氣體之N2氣體的供應源83。藉由從氣體流道80被供應至排氣管34之鎮流氣體的量等，便可調整處理空間10的真空壓。
閥體V10係使用從輸入有欲使該閥體V10為開啟狀態的控制訊號起，到實際上閥體V10成為開啟狀態為止的時間會非常短之高速閥。又，從輸入有上述控制訊號起到實際上成為開啟狀態為止之閥體V10的時間為例如約10msec。要縮短使閥體V10成為開啟狀態為止的時間則可藉由例如以氣動閥來構成閥體V10，並增加氣動閥的彈性強度來達成。
又，成膜裝置1係具有控制部100。控制部100為例如電腦，係具有程式儲存部(圖中未顯示)。程式儲存部亦儲存有用以控制加熱器22；閥體V1~V6、V10、37；流量調整部43、47、52、63、67、72、82；以及壓力調整部36等各機器來使成膜裝置1作動之程式。
此外，上述程式可為被記錄在例如電腦可讀取之硬碟(HD)、軟碟(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等之電腦可讀取的記憶媒體者，且亦可為從該記憶媒體被安裝在控制部100者。
接著，針對成膜裝置1中的成膜處理，使用顯示了各閥體的開閉狀態及各氣體流道中之氣體的流通狀態之圖2~圖5來加以說明。該等圖2~圖5中，係以白色來表示開啟狀態的閥體，以黑色來表示關閉狀態的閥體，且以粗線來表示氣體朝下游側流通之氣體流道。此外，圖2~圖5中，係相較於圖1而簡略地顯示處理容器11及處理容器11內的各部。再者，以下之成膜處理的說明中，亦會適當地參閱圖6的時序圖。該時序圖中，係以賦予濃度相異之斜線方塊的矩形區域來表示TiCl4氣體、NH3氣體、載置氣體 及吹淨氣體所分別流通之時間帶。各矩形區域的高度係對應於被供應至處理容器11內的氣體量，該矩形區域的高度愈高，表示所供應的氣體量愈多。
首先，在關閉閥體V1~V6、V10之狀態下，藉由搬送機構來將晶圓W搬送至處理容器11內，並載置於傳遞位置處之載置台21。當搬送機構從處理容器11內退開後，便關閉閘閥13。藉由載置台21的加熱器22來將晶圓W加熱至例如460℃，同時使載置台21上升至處理位置而形成處理空間10。藉由介設於排氣管34之壓力調整部36來將處理容器11內調整為特定的真空壓力。然後，打開閥體V3、V6，來從N2氣體供應源53、73分別對氣體流道51、71供應例如500sccm的載置氣體(N2氣體)。亦即，會有總計1000sccm的載置氣體被供應至處理容器11內。另一方面，在關閉閥體V1、V4、V10之狀態下，從氣體供應源44、64、83來分別對氣體流道41、61、80以分別的時間點供應TiCl4氣體、NH3氣體及N2氣體。藉此，TiCl4氣體、NH3氣體及N2氣體便會被分別儲存在氣體儲存槽42、62、81，來使氣體儲存槽42、62、81內升壓。
從開始供應載置氣體起經過特定時間後，如圖2所示，打開閥體V1、V10(圖6的時刻t1)，來將儲存在氣體儲存槽81之N2氣體供應至排氣管34內，並將儲存在氣體儲存槽42之TiCl4氣體供應至處理容器11內，來使TiCl4氣體吸附在晶圓W的表面。如此般地，朝處理容器11供應TiCl4氣體之際，由於係朝排氣管34導入N2氣體，即鎮流氣體，故可使來自處理空間10的排氣量迅速地降低至期望值。於是，即便是來自氣體儲存槽42之TiCl4氣體的流量不很大，但相較於未導入鎮流氣體的情況，仍可迅速地提高處理容器11內之TiCl4氣體的分壓。
又，在關閉閥體V2、V5之狀態下來與朝處理容器11內之TiCl4氣體的供應等並行地，從氣體供應源48、68分別對氣體流道45、65供應吹淨氣體(N2氣體)。藉此，吹淨氣體便會被儲存在氣體儲存槽46、66，來使該氣體儲存槽46、66內升壓(步驟S1)。
從時刻t1起經過例如0.05秒後，如圖3所示，便關閉閥體V1、V10並打開閥體V2、V5(圖6的時刻t2)，來停止朝處理容器11內之TiCl4氣體的供應及朝排氣管34內之N2氣體的供應，且將分別儲存在氣體儲存槽46、 66之吹淨氣體供應至處理容器11內。
由於係配合TiCl4氣體朝處理容器11的停止供應，來停止朝排氣管34供應N2氣體，即鎮流氣體，故可迅速地使來自處理空間10的排氣量回復到鎮流氣體供應前的狀態。於是，相較於藉由壓力調整部36來調整來自處理空間10的排氣量之情況，便可將殘留在處理容器11內之TiCl4氣體迅速地朝排氣管34排氣，並將處理容器11內從TiCl4氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。
又，係藉由從上述般壓力為上升後狀態的氣體儲存槽46、66來供應吹淨氣體，而對處理容器11內以較大流量，例如較載置氣體的流量要大之1500sccm~5000sccm來供應吹淨氣體。於是，殘留在處理容器11內之TiCl4氣體便會更迅速地朝排氣管34被排氣，來將處理容器11內從TiCl4氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。
藉由如此般地進行處理容器11內的吹淨，另一方面，關閉閥體V1，則從氣體供應源44被供應至氣體流道41之TiCl4氣體便會被儲存在氣體儲存槽42，來使該氣體儲存槽42內升壓。又，藉由關閉閥體V10，則從氣體供應源83被供應至氣體流道80之N2氣體便會被儲存在氣體儲存槽81，來使該氣體儲存槽81內升壓(步驟S2)。
從時刻t2經過例如0.2秒後，如圖4所示，關閉閥體V2、V5並打開閥體V4、V10(圖6的時刻t3)。藉此，則朝處理容器11內之吹淨氣體的供應便會停止，並且儲存在氣體儲存槽81之N2氣體會被供應至排氣管34內，且儲存在氣體儲存槽62之NH3氣體會被供應至處理容器11內，來與吸附在晶圓W表面之TiCl4氣體反應而形成反應生成物，即TiN的原子層。如此般地，朝處理容器11供應NH3氣體之際，由於係朝排氣管34來導入作為鎮流氣體之N2氣體，故可使來自處理空間10的排氣量迅速地降低至期望值。於是，縱使來自氣體儲存槽62之NH3氣體的流量不很大，但相較於未導入鎮流氣體的情況，仍可迅速地提高處理容器11內之NH3氣體的分壓。
另一方面，藉由關閉閥體V2、V5，則從氣體供應源48、68被分別供應至氣體流道45、65之吹淨氣體便會被儲存在氣體儲存槽46、66，來使該 氣體儲存槽46、66內升壓(步驟S3)。
從時刻t3經過例如0.3秒後，如圖5所示，關閉閥體V4、V10並打開閥體V2、V5(圖6的時刻t4)，來停止朝處理容器11內之NH3氣體的供應及朝排氣管34內之N2氣體的供應，並且將分別儲存在氣體儲存槽46、66之吹淨氣體供應至處理容器11內。
由於係配合NH3氣體朝處理容器11的停止供應，來停止朝排氣管34供應N2氣體，即鎮流氣體，故可迅速地使來自處理空間10的排氣量回復到鎮流氣體供應前的狀態。於是，相較於藉由壓力調整部36來調整來自處理空間10的排氣量之情況，便可將殘留在處理容器11內之NH3氣體迅速地朝排氣管34排氣，且將處理容器11內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。
又，係藉由從上述般壓力為上升後狀態的氣體儲存槽46、66來供應吹淨氣體，而對處理容器11內以例如1500sccm~5000sccm來供應吹淨氣體。於是，殘留在處理容器11內之NH3氣體便會更迅速地朝排氣管34被排氣，來將處理容器11內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。藉由如此般地進行處理容器11內的吹淨，另一方面，關閉閥體V4，則從氣體供應源64被供應至氣體流道41之NH3氣體便會被儲存在氣體儲存槽62，來使該氣體儲存槽62內升壓。又，藉由關閉閥體V10，則從氣體供應源83被供應至氣體流道80之N2氣體便會被儲存在氣體儲存槽81，來使該氣體儲存槽81內升壓(步驟S4)。
藉由如此般地進行吹淨，另一方面，關閉閥體V1，則從氣體供應源44被供應至氣體流道41之TiCl4氣體便會被儲存在氣體儲存槽42，來使該氣體儲存槽42內升壓。又，藉由關閉閥體V10，則從氣體供應源83被供應至氣體流道80之N2氣體便會被儲存在氣體儲存槽81，來使該氣體儲存槽81內升壓。
從時刻t4經過例如0.3秒後，關閉閥體V2、V5並打開閥體V1、V10(圖6的時刻t5)，來停止朝處理容器11內之吹淨氣體的供應，並且將儲存在氣體儲存槽81之N2氣體供應至排氣管34內，且將儲存在氣體儲存槽42之TiCl4氣體供應至處理容器11內。亦即再次實行上述步驟S1。於是，結束 上述吹淨之時刻t5便亦為開始上述TiCl4氣體的供應之時刻t1。在進行此步驟S1後會進行上述步驟S2~S4，之後更進一步地進行步驟S1~S4。亦即以上述步驟S1~S4作為一個循環，來重複進行此循環，以使TiN的原子層沉積在晶圓W表面而成膜出TiN膜。然後，實行特定次數的循環後，以和朝處理容器11內之搬入時相反的步驟順序來將晶圓W從處理容器11搬出。
上述成膜裝置1中，係相對於排氣管34而連接有鎮流氣體的氣體流道80，在供應NH3氣體時，會從氣體流道80朝排氣管34供應鎮流氣體。於是，便可迅速地降低處理容器11內之來自處理空間10的排氣量。於是，縱使來自氣體儲存槽62之NH3氣體的流量不很大，仍可迅速地提高處理容器11內之NH3氣體的分壓，且可生成連續性良好的極薄膜。
又，由於係配合NH3氣體朝處理容器11的停止供應，來停止朝排氣管34供應鎮流氣體，故可迅速地使來自處理空間10的排氣量回復到鎮流氣體供應前的狀態。於是，便可迅速地將處理容器11內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。
成膜裝置1中，如上所述，在供應TiCl4氣體時，亦會從氣體流道80來朝排氣管34供應鎮流氣體。於是，在供應TiCl4氣體時，便亦可迅速地降低處理容器11內之來自處理空間10的排氣量。於是，縱使來自氣體儲存槽42之TiCl4氣體的流量不很大，仍可迅速地提高處理容器11內之TiCl4氣體的分壓，且進一步地可生成連續性良好的極薄膜。
再者，由於係配合TiCl4氣體朝處理容器11的停止供應，來停止朝排氣管34供應鎮流氣體，故可迅速地使來自處理空間10的排氣量回復到鎮流氣體供應前的狀態。於是，便可迅速地將處理容器11內從TiCl4氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。
又，成膜裝置1中，由於可抑制為了生成連續性良好的極薄膜所需之TiCl4氣體及NH3氣體的流量上升，故可抑制該等TiCl4氣體及NH3氣體朝氣體流道41、61附著，從而可降低維修保養的頻率。換一個想法，能夠在可充分地抑制TiCl4氣體及NH3氣體朝氣體流道41、61附著之範圍內，增加TiCl4氣體及NH3氣體之朝處理容器11的供應流量，並提高處理容器11內之TiCl4氣體及NH3氣體的分壓，來形成連續性良好的極薄膜所構成之 TiN膜。
另外，成膜裝置1中，係以具備有和用以供應TiCl4氣體及NH3氣體的載置氣體之氣體流道51、71所介設之流量調整部52、72及閥體V3、V6相異的流量調整部47、67及閥體V2、V5之方式，而設置有用以將吹淨氣體供應至處理容器11內之氣體流道45、65。然後，該等吹淨氣體的氣體流道45、65係分別設置有藉由閥體V2、V5的開閉來儲存吹淨氣體而讓內部升壓後，會將該吹淨氣體供應至處理容器11之氣體儲存槽46、66。於是，便可以較大流量將吹淨氣體供應至處理容器11內，來更迅速地進行處理容器11內之氛圍置換。於是，便可謀求產能的提升。又，由於係藉由如此般地獨立於載置氣體且流量經控制之吹淨氣體來進行處理容器11內之氛圍的置換，故可更加抑制載置氣體的流量變大。於是，由於可更加抑制為了生成連續性良好的極薄膜所需之TiCl4氣體及NH3氣體的流量上升，故可抑制該等TiCl4氣體及NH3氣體朝氣體流道41、61附著，來降低維修保養的頻率。
上述成膜處理中，關於吹淨氣體，雖記載了以較大流量來供應至處理容器11內，但關於TiCl4氣體、NH3氣體，由於係在分別儲存於氣體儲存槽42、62後才供應至處理容器11內，故能與吹淨氣體同樣地以較大流量來供應至處理容器11內。於是，由於可謀求該等TiCl4氣體、NH3氣體所分別供應之時間帶的短縮化，故可更確實地謀求產能的提升。
然而，吹淨氣體的氣體流道51、71不限於連接在分別供應TiCl4氣體、NH3氣體之氣體流道41、61，例如亦可於處理容器11的頂板15設置有獨立於氣體供應道31、32來將氣體供應至處理容器11內之氣體供應道，而連接於該氣體供應道。又，此情況下，不限於設置有2個氣體流道51、71，只要設置有氣體流道51、71中的其中一者即可。但如上述般地為了進行氣體流道41、61的吹淨，較佳宜設置為將吹淨氣體的2個氣體流道51、71分別連接於氣體流道41、61。
以上的說明中，成膜裝置1係在供應TiCl4氣體時與供應NH3氣體時皆從氣體流道80來朝排氣管34供應鎮流氣體。成膜裝置1亦可僅在供應TiCl4氣體時與供應NH3氣體時之任一情況來朝排氣管34供應鎮流氣體。特別是， 當供應TiCl4氣體時與供應NH3氣體時使鎮流氣體的供應量為共通時，若無法以期望的速度來使TiCl4氣體等的分壓成為期望的壓力之情況，則亦可僅於上述任一情況時供應鎮流氣體。其係因為在供應TiCl4氣體時與供應NH3氣體時，當必須使鎮流氣體的供應量不同時，便會有設置複數個鎮流氣體的氣體供應道之需要產生的情況，但若複數設置個，便會導致成膜裝置1的製造成本或尺寸變大之緣故。
如上述般地僅於供應TiCl4氣體時與供應NH3氣體時之任一情況時，從氣體流道80來朝排氣管34供應鎮流氣體之情況，較佳宜是僅於供應NH3氣體時供應鎮流氣體。其係因為如後述般地，當供應NH3氣體時可較為生成連續性良好的極薄膜之緣故。
又，以上的說明中，雖係將鎮流氣體導入至排氣管34中之壓力調整部36的上游，但亦可導入至排氣管34中之壓力調整部36的下游。但如後所述地，藉由設置於上游，便可生成連續性良好的極薄膜。又，由於用以獲得相同排氣量之壓力調整部36的開合度會因反應生成物朝排氣管34等的附著而隨時間變化，故將鎮流氣體導入至壓力調整部36的下游之情況，便必須配合上述開合度來改變鎮流氣體的供應量，但將鎮流氣體導入至壓力調整部36的上游之情況，則無關於上述開合度便可使鎮流氣體的供應量為一定。
又，開始朝排氣管34導入鎮流氣體之時間點與開始供應TiCl4氣體或NH3氣體之時間點可同時或是不同。具體來說，使閥體V10相對於鎮流氣體為開啟狀態之時間點，與使閥體V1、V4相對於TiCl4氣體或NH3氣體為開啟狀態之時間點可相同或是不同。特別是，亦可使閥體V10為開啟狀態之時間點較使閥體V1、V4為開啟狀態之時間點要慢。其係因為從閥體V10至排氣管34的距離係較從閥體V1、閥體V4至排氣管34的距離要長之緣故。
此外，載置氣體、吹淨氣體及鎮流氣體的氣體供應源亦可為共通。
(評估試驗)
接著，針對關連於本發明所進行之評估試驗來加以說明。此外，以下，各氣體的流量並非流量調整部43、47、52、63、67、72、82中之氣體流量， 而是朝處理容器11內或排氣管34之氣體流量。
此評估試驗中，係使用上述成膜裝置1且以圖7或圖8所示之時序圖來供應氣體。
評估試驗A中，如圖7所示，係將作為載置氣體之N2氣體設定為1000sccm來持續供應。又，評估試驗A中，係依序重複300次將TiCl4氣體設定為150sccm且將鎮流氣體設定為10000sccm而分別同時供應0.05秒之工序，以及之後，藉由亦作為載置氣體加以使用之N2氣體來吹淨0.80秒之工序。
評估試驗B中，如圖8所示，係將作為載置氣體之N2氣體設定為1000sccm來持續供應。又，評估試驗B中，係依序重複300次將NH3氣體設定為6000sccm且將鎮流氣體設定為10000sccm而分別同時供應0.30秒之工序，以及之後，藉由亦作為載置氣體加以使用之N2氣體來吹淨0.55秒之工序。
比較試驗X中，係使用上述成膜裝置1且將作為載置氣體之N2氣體設定為1000sccm來持續供應。又，比較試驗X中，係依序重複300次不進行鎮流氣體的供應而是將TiCl4氣體設定為與評估試驗A相同流量(即150sccm)來供應0.05秒之工序；藉由亦作為載置氣體加以使用之N2氣體來吹淨0.20秒之工序，不進行鎮流氣體的供應而是將NH3氣體設定為與評估試驗B相同流量(即6000sccm)來供應0.30秒之工序；以及，藉由亦作為載置氣體加以使用之N2氣體來吹淨0.3秒之工序。
圖9係顯示供應TiCl4氣體或NH3氣體的期間之圖表，具體來說，係將評估試驗A、B及比較試驗X的結果重疊顯示在顯示某期間之圖表，該期間會對閥體V1、V4傳遞相對於TiCl4氣體或NH3氣體而成為開啟狀態之控制訊號。圖9的橫軸表示自開始供應作為載置氣體之N2氣體的經過時間，縱軸表示以排氣導管17所設置之壓力計所測量之處理空間10內的壓力。
如圖所示般，比較試驗X中，係使TiCl4氣體的供應期間中之處理空間10的壓力較小，為約3Torr，且使NH3氣體的供應期間中之處理空間10的壓力亦較小，為約3.7Torr。亦即，比較試驗X中，各處理氣體供應期間中之處理空間10內的處理氣體分壓係較低。
相對於此，在供應鎮流氣體之評估試驗A中，係使TiCl4氣體的供應期間中之處理空間10的壓力從開始供應後便馬上上升而上升至約8Torr。又，在供應鎮流氣體之評估試驗B中，係使NH3氣體的供應期間中之處理空間10的壓力從開始供應後較評估試驗A要緩慢地上升，而與評估試驗A同樣地上升至約8Torr。亦即，評估試驗A、B中，可使各處理氣體供應期間中之處理空間10內的處理氣體分壓較比較試驗X要高2倍以上。
因此，可得知如評估試驗A、B般地藉由在處理氣體供應時來朝排氣管34供應鎮流氣體，則縱使是與比較試驗X相同的處理氣體供應量，仍可使各處理氣體供應期間中之處理空間10內的處理氣體分壓迅速地上升。
【實施例】
作為實施例1~3，係使用上述成膜裝置1來進行TiN膜的成膜。此時，實施例1、2中，係將鎮流氣體的氣體流道80連接於排氣管34中之壓力調整部36的下游來進行成膜，而在實施例3中，則係將鎮流氣體的氣體流道80連接於排氣管34中之壓力調整部36的上游來進行成膜。又，實施例中，TiCl4氣體與NH3氣體的供應期間中，僅有在NH3氣體的供應期間中會將鎮流氣體供應至排氣管34，而在實施例2中，則僅有在TiCl4氣體的供應期間中會將鎮流氣體供應至排氣管34。
作為比較例，係使用上述成膜裝置1而在任一處理氣體的供應期間皆不進行鎮流氣體的供應來進行TiN膜的成膜。
此外，實施例1~3及比較例中，係將作為載置氣體之N2氣體設定為1000sccm來持續供應。又，實施例1~3及比較例中，係重複300次將TiCl4氣體設定為150sccm而供應0.05秒之原料氣體供應工序、將作為吹淨氣體之N2氣體設定為8000sccm而供應.20秒來將TiCl4氣體加以吹淨之工序、將NH3氣體設定為6000sccm而供應0.30秒之反應氣體供應工序、以及將作為吹淨氣體之N2氣體設定為8000sccm而供應0.30秒來將NH3氣體加以吹淨之工序。
又，實施例1、3中，在上述反應氣體供應工序時，係將鎮流氣體設定為10000sccm而與反應氣體同時地供應0.30秒。實施例2中，在上述原料氣體供應工序時，係將鎮流氣體設定為10000sccm來同時地供應原料氣體 0.05秒。
然後，有關實施例1~3及比較例，係使用橢圓偏光計來測量圖10所示般複數部位處之所成膜之TiN膜的平坦塊狀部分之厚度T1，以及凹凸部分的厚度T2。又，係依據分別在上述複數部位處所測量之膜厚T1、T2來計算粗糙度層比R(Roughness Layer Ratio)。粗糙度層比R係以R=T2/(T1+T2)來表示。
再者，有關實施例1、2及比較例，係使用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)與XRF(X-ray Fluorescence)來測量氯(Cl)相對於鈦(Ti)的比率(Cl/Ti)在深度方向上的分佈，而作為所成膜之TiN膜的殘留氯在深度方向上的濃度分佈。
圖11係顯示實施例1~3與比較例之粗糙度層比R成為最小之位置處的膜厚之圖式。
如圖所示般，實施例1及實施例2之粗糙度層比R成為最小之位置處的膜厚係較比較例要小。由此可得知朝處理空間10供應處理氣體時，藉由將鎮流氣體供應至排氣管34，便可生成連續性良好的薄膜。
又，實施例1之粗糙度層比R成為最小之位置處的膜厚係較實施例2要小。由此可得知在進行TiCl4氣體的供應及NH3氣體的供應任一者時，只要是會將鎮流氣體供應至排氣管34，則後者可較為生成連續性良好的薄膜，故較佳。
再者，實施例3之粗糙度層比R成為最小之位置處的膜厚係較實施例1要小。由此可得知只要是會將鎮流氣體供應至排氣管34，則將鎮流氣體導入至排氣管34中之壓力調整部36的上游部分相較於導入至下游部分可生成連續性良好的薄膜，故較佳。
圖12係顯示實施例1、2及比較例相關之氯相對於TiN膜的鈦之比率在深度方向上的分佈之圖式。圖中，橫軸表示自TiN膜表面起的深度，縱軸表示上述比率。
相較於比較例，實施例1、2之自TiN膜的表面起為0.5nm以下之表面附近處之氯相對於鈦的比率，亦即，上述表面附近處的殘留氯濃度係較低。由此可得知朝處理空間10供應處理氣體時，藉由將鎮流氣體供應至排氣管 34，便可降低膜表面附近的殘留氯濃度，亦即，可生成膜表面附近處的電阻率較小之優質的TiN膜。此外，將TiN膜使用於半導體元件時重要的是膜表面附近的電阻率。
以上，雖已參閱添附圖式來針對本發明之較佳實施型態加以說明，但本發明並未限定於上述範例。只要是本發明所屬技術領域中具通常知識者，應當可在申請專利範圍所記載之思想範疇內，思及各種變化例或修正例，且應可明瞭該等當然亦屬於本發明之技術範圍。本發明並未限制於上述範例，可採用各種樣態。例如，本發明未限制於形成TiN膜的情況，而亦可使用於形成例如WN(氮化鎢)膜的情況。此情況下，係分別使用例如氯化鎢氣體來作為原料氣體，且使用例如NH3氣體來作為反應氣體。此外，在成膜出TiN膜或WN膜時，用以將原料氣體氮化之氣體不限於NH3氣體，而亦可為例如聯胺等包含有氮之氣體。又，以上的實施型態亦可應用於成膜處理以外的處理，例如蝕刻處理。
W‧‧‧晶圓
V1~V6、V10、37‧‧‧閥體
1‧‧‧成膜裝置
10‧‧‧處理空間
11‧‧‧處理容器
12‧‧‧開口
13‧‧‧閘閥
14‧‧‧開口部
15‧‧‧頂板
16‧‧‧環狀組件
17‧‧‧排氣導管
18‧‧‧間隙
20‧‧‧銷
21‧‧‧載置台
22‧‧‧加熱器
23‧‧‧罩組件
24‧‧‧支柱
25‧‧‧升降機構
26‧‧‧凸緣
27‧‧‧伸縮管
28‧‧‧舉升機構
29‧‧‧孔
31、32‧‧‧氣體供應道
33‧‧‧分散板
34‧‧‧排氣管
35‧‧‧真空排氣幫浦
36‧‧‧壓力調整部
41、45、51、61、65、71、80‧‧‧氣體流道
42、46、62、66、81‧‧‧氣體儲存槽
43、47、52、63、67、72、82‧‧‧流量調整部
44、48、53、64、68、73、83‧‧‧氣體供應源
74‧‧‧節流部
100‧‧‧控制部

Claims (8)

  1. 一種基板處理方法，係交互地進行複數次將處理基板用的處理氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的處理容器內之處理氣體供應工序，以及將置換氛圍用的置換氣體供應至該處理容器內之置換氣體供應工序，來進行該基板的處理之基板處理方法；包含有鎮流氣體導入工序，係在進行該處理氣體供應工序之際，會經由氣體儲存槽來將鎮流氣體朝該排氣管導入，以提高該處理容器內之該處理氣體的分壓。
  2. 一種基板處理方法，係交互地進行複數次將處理基板用的處理氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的處理容器內之處理氣體供應工序，以及將置換氛圍用的置換氣體供應至該處理容器內之置換氣體供應工序，來進行該基板的處理之基板處理方法；該基板的處理為ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)處理；該基板處理方法係依序進行複數次以含金屬氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序、該置換氣體供應工序、以及以還原氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序、以及該置換氣體供應工序；包含有鎮流氣體導入工序，係在進行該處理氣體供應工序之際，會將鎮流氣體朝該排氣管導入，該鎮流氣體導入工序僅在進行以該還原氣體作為該處理氣體之該處理氣體供應工序之際，會將鎮流氣體朝該排氣管導入。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理方法，其中該鎮流氣體導入工序係將該鎮流氣體導入至該排氣管中之開合度可變閥的上游之工序。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理方法，其中該鎮流氣體導入工序中之該鎮流氣體的導入開始時間點係晚於打開該處理氣體的供應源與該處理容器之間所設置的閥體之時間點。
  5. 一種基板處理裝置，係交互地將處理基板用之處理氣體與用以置換處理容器內的氛圍之置換氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的該處理容器內，來進行該基板的處理之基板處理裝置； 具備有鎮流氣體導入部，係於供應該處理氣體時，會經由氣體儲存槽來將鎮流氣體朝該排氣管導入，以提高該處理容器內之該處理氣體的分壓。
  6. 一種基板處理裝置，係交互地將處理基板用之處理氣體與用以置換處理容器內的氛圍之置換氣體供應至連接有排氣管且收納有該基板的該處理容器內，來進行該基板的處理之基板處理裝置；該基板的處理為ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)處理；該基板處理裝置係複數次地依序將作為該處理氣體之含金屬氣體、該置換氣體、作為該處理氣體之還原氣體、以及該置換氣體供應至該處理容器內；具備鎮流氣體導入部，係在該處理氣體的供應時，會將鎮流氣體朝該排氣管導入，該鎮流氣體導入部僅在供應作為該處理氣體之還原氣體時，會導入該鎮流氣體。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之基板處理裝置，其中該鎮流氣體導入部係將該鎮流氣體導入至該排氣管中之開合度可變閥的上游。
  8. 如申請專利範圍第5或6項之基板處理裝置，其中該鎮流氣體導入部係晚於打開該處理氣體的供應源與該處理容器之間所設置的閥體之時間點來將該鎮流氣體導入。
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