專利名稱：處理裝置和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理裝置，特別是涉及在將氣體供給處理容器的同時，對處理容器內(nèi)的基板進行處理的處理裝置和處理方法。
背景技術(shù)：
作為處理半導(dǎo)體裝置的基板的方法，一般為將原料氣體和清洗氣體供給至維持在預(yù)定的真空度的處理容器內(nèi)，進行基板的處理的方法。近年來，作為在減壓下，將處理氣體供給之加熱后的基板，在基板上形成高品質(zhì)的薄膜的方法，ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沉積)引入注意。
在ALD中，在200Pa左右的壓力下，交互地將多種原料氣體供給基板，在400-500℃下，在加熱的基板上反應(yīng)，形成反應(yīng)生成物的非常薄的膜。這時，為了使在原料氣體到達基板上之前不起反應(yīng)，必需切換多種原料氣體，每次供給一種。即只將一種氣體供給基板，完全排出該氣體，再供給另一種不同的原料氣體。反復(fù)進行這種處理，可以成長為一定厚度的薄膜。
在這種切換原料氣體進行供給的處理方法中，高速地進行原料氣體的切換是提高生產(chǎn)率不可缺少的。在切換原料氣體時，要進行從反應(yīng)容器中完全排出所供給的一種原料氣體后，再供給下一種原料氣體的工序。因此，為了從反應(yīng)容器排出原料氣體，在停止原料氣體供給時減少殘留在反應(yīng)容器內(nèi)的原料氣體的量，能達到高速排出的效果。即減少在反應(yīng)容器內(nèi)原料氣體可以殘留的容積，對于處理高速化是有效的。
具體地是，為了從反應(yīng)容器內(nèi)排出殘留的原料氣體，是利用真空泵等排出反應(yīng)容器內(nèi)的殘留原料氣體，通過將反應(yīng)容器內(nèi)的壓力降低至預(yù)定的真空度來達到。當取反應(yīng)容器內(nèi)的到達壓力為P、初期壓力為P0、反應(yīng)容器的容積為V、排氣速度為S、時間為t時，可利用下式求反應(yīng)容器內(nèi)的到達壓力P。
P＝P0exp{-(S/V)t}從上式可看出，如果初期壓力和到達壓力為一定，則通過增大排氣速度S或減小容積V，可以減小時間t。為了增大排氣速度S，必需高速大容量的真空泵，對制造成本影響大，因此，希望減小反應(yīng)容器的容積V。
由于處理時的處理容器內(nèi)的壓力為200Pa左右，在該壓力下，氣體處在粘性流區(qū)域，因此，使用干泵，可以有效地排出處理容器內(nèi)處理氣體。然而，在切換原料氣體時的排氣中，由于必需差不多完全排出原料氣體，因此必需使處理容器內(nèi)壓力比1Pa低(例如10-2-10-3Pa)。在這種高真空度下，氣體的流動成為分子流的區(qū)域，利用干泵排氣效率不高，或者只利用干泵達不到這樣的高真空度。因此，在切換原料氣體時的排氣中，除了干泵以外，必需一起使用渦輪式分子泵。
如上所述，在原料氣體切換時的排氣中使用渦輪式分子泵的情況下，由于要將排氣速度維持在一定程度，必需加大與處理容器連接的排氣口的開口。但是，加大排氣口的開口實質(zhì)上要增大處理容器的容積，存在延長排氣需要的時間。
另外，在使處理容器內(nèi)成為高真空，排出原料氣體的情況下，在排氣結(jié)束后，處理容器內(nèi)的壓力達到處理壓力前，必需等待處理。在處理壓力為比較低的真空的情況下，用于壓力調(diào)整的等待時間對處理時間影響大，使全部處理時間延長。
另外，在將處理容器內(nèi)排氣至高真空度的情況下，由于附著在處理容器的內(nèi)壁上的原料氣體脫離，脫離的原料氣體量使排氣速度受到約束，這也是一個問題。
另外，必需控制原料氣料的吸附量，使處理中的基板表面達到一定溫度，然而，當原料氣體切換時，處理容器內(nèi)的壓力若發(fā)生變化，則基板表面的溫度變化。即基板的加熱與通過支承基板的支承構(gòu)件和基板之間存在的處理容器內(nèi)的處理氣體而傳遞至基板的熱量有關(guān)系。當處理容器內(nèi)的壓力高時，處理氣體的熱傳導(dǎo)率大，基板的加熱量變大，基板溫度變高。另一方面，當處理容器內(nèi)的壓力變低時，處理氣體的熱傳導(dǎo)率變小，基板溫度變低。因此，當在基板的處理中，存在著處理容器內(nèi)的壓力從處理壓力至排氣壓力之間變化大時，基板表面的溫度變化，不能高精度地控制吸附在基板上的原料氣體量的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總的目的是要提供一種解決上述問題的改良后的有用的處理裝置。
本發(fā)明的更具體的目的為提供一種可以縮短原料氣體排出所要的時間，縮短原料氣體的切換時間，并且可通過在一定的壓力下進行原料氣體的供給和排氣，使處理中的基板表面的溫度維持一定的處理裝置和處理方法。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種處理裝置，在供給包含原料氣體和非活性氣體的處理氣體的同時，對基板進行處理，它由收容有該基板的處理容器；將處理氣體供給至該處理容器內(nèi)的處理氣體供給裝置；排氣裝置；檢測所述處理容器內(nèi)的壓力的壓力檢測裝置；和根據(jù)壓力檢測裝置的檢測結(jié)果，控制供給至所述處理容器的處理氣體的流量的控制裝置構(gòu)成。
在本發(fā)明的處理裝置中，處理氣體供給裝置包含供給原料氣體的原料氣體供給裝置和供給非活性氣體的非活性氣體供給裝置；控制裝置通過控制非活性氣體供給裝置，控制非活性氣體流量，從而控制供給處理容器的處理氣體的流量。
另外，原料氣體供給裝置可交互地將多種原料氣體供給至處理容器，非活性氣體供給裝置始終將非活性氣體供給至處理容器。另外，控制裝置可控制處理氣體的流量，使處理容器內(nèi)的壓力大致一定?？刂蒲b置控制處理氣體的流量，優(yōu)選使處理容器內(nèi)的壓力相對于預(yù)定的壓力在±10％范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種處理方法，在供給包含原料氣體和非活性氣體的處理氣體的同時，對基板進行處理，其特征為，它具有下列工序；以第一預(yù)定流量將第一原料氣體供給處理容器，并且同時將非活性氣體供給處理容器，將所述處理容器內(nèi)維持在預(yù)定的處理壓力的第一工序；停止供給第一原料氣體，在只供給非活性氣體的同時，將所述處理容器內(nèi)維持為所述預(yù)定的處理壓力的第二工序；以第二預(yù)定流量，將第二原料氣體供給所述處理容器，并且同時將非活性氣體供給所述處理容器，將所述處理容器內(nèi)維持為所述處理壓力的第三工序；和停止供給第二原料氣體，在只供給非活性氣體的同時，將所述處理容器內(nèi)維持為所述預(yù)定的處理壓力的第四工序；反復(fù)進行所述第一至第四工序，對所述基板進行處理。
在上述處理方法中，所述第一原料氣體為TiCl4，所述第二原料氣體為NH3，所述非活性氣體為N2。另外，所述第一預(yù)定流量為1-50sccm，所述第二預(yù)定流量為10-1000sccm，所述預(yù)定的處理壓力為1-400Pa。進而，所述預(yù)定的處理壓力的變動允許范圍優(yōu)選為±10％。
采用上述的本發(fā)明，由于利用非活性氣體的清洗進行原料氣體的排氣，所以為了得到高真空，不需要在處理容器上設(shè)置必要的大口徑的排氣口，可以減小處理容器的容積。因此，可以減小處理容器內(nèi)殘留的原料氣體的量，可以在短時間內(nèi)進行排氣。
另外，由于通過在供給原料氣體時也供給非活性氣體，可使處理容器內(nèi)的壓力始終維持一定，因此，可將處理容器中的處理氣體的熱傳導(dǎo)率維持一定。因此，基板的加熱為一定，可以將基板的表面溫度維持一定。這樣，可以控制原料氣體在基板表面上的吸附量，可以進行均勻的處理。
另外，在切換原料氣體時的排氣工序中，由于通過使用非活性氣體的清洗，并且調(diào)整非活性氣體的流量，使處理容器內(nèi)的壓力維持大致一定，因此，可以迅速地切換原料氣體的供給和非活性氣體的清洗。即在原料氣體供給和非活性氣體清洗之間，不需要調(diào)整處理容器內(nèi)的壓力的期間，可以縮短該處理的全部時間。
另外，由于處理中的處理容器內(nèi)的壓力為和比較低的真空度，吸附在處理容器內(nèi)壁上的原料氣體在排氣時脫離，對排氣速度沒有影響。
本發(fā)明的其他目的，特征及優(yōu)點，可通過參照附圖，閱讀以下的詳細說明而更加清楚。


圖1為表示本發(fā)明的一個實施例的處理裝置的全體結(jié)構(gòu)的大概的結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1所示的處理裝置的原料氣體和清洗氣體的供給動作的時間圖。
具體實施例方式
其次，與附圖一起，說明本發(fā)明的實施例。
圖1為表示本發(fā)明的一個實施例的處理裝置的全體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示的處理裝置1為交互地將作為在減壓下的原料氣體的TiCl4和NH3，在減壓下供給被處理基板，在被處理基板的表面上形成TiN膜的處理裝置。當將原料氣體供給被處理基板時，為了促進原料氣體的反應(yīng)，加熱被處理基板。
處理裝置1具有處理容器2，在處理容器2中配置基座4作為載置作為被處理基板的晶片3的載置臺。處理容器2由不銹鋼或鋁等制成，在內(nèi)部形成處理空間。在用鋁制成處理容器2的情況下，可對其表面進行陽極氧化覆蓋膜處理(氧化鋁膜處理)。
基座4內(nèi)置有鎢等的電加熱器5，利用電加熱器5的熱，加熱載置在基座4上的晶片3?；?由氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3)等陶瓷材料制成。
膜片式真空計等壓力計6與處理容器2連接，檢測處理容器2內(nèi)的壓力。壓力計6檢測的結(jié)果作為電氣信號輸送至控制器7。
在處理容器2的側(cè)壁上設(shè)置供給口2a，將原料氣體和清洗氣體從供給口2a供給處理容器內(nèi)。另外，在供給口2a的相反一側(cè)作出排氣口2b，從排氣口2b排出處理容器2內(nèi)的原料氣體和清洗氣體。在本實施例中，使用TiCl4和NH3作為原料氣體，使用非活性氣體N2作為清洗氣體。TiCl4的供給管路、NH3的供給管路和N2的供給管路與處理容器的供給口2a連接。原料氣體和清洗氣體總稱為處理氣體。
作為原料氣體的TiCl4供給管路具有TiCl4供給源11A、開閉閥12A、和質(zhì)量流量控制器(MFC)13A。來自TiCl4供給源11A的TiCl4由MFC13A進行流量控制，從供給口2a供給至處理容器2內(nèi)。通過打開開閉閥12A，TiCl4通過MFC13A，流入供給口2a。開閉閥12A和MFC13A的動作由控制器7控制。
作為原料氣體的NH3供給管路具有NH3供給源11B、開閉閥12B、質(zhì)量流量控制器(MFC)13B。來自NH3供給源11B的NH3由MFC13B進行流量控制，從供給口2a供給至處理容器2內(nèi)。通過打開開閉閥12B，NH3通過MFC13B，流入供給口2a。開閉閥12B和MFC13B的動作由控制器7控制。
作為清洗氣體的N2供給管路具有N2供給源11C、開閉閥12C、和質(zhì)量流量控制器(MFC)13C。從N2供給源11C送出的N2由MFC13C進行流量控制，從供給口2a供給至處理容器2內(nèi)。通過打開開閉閥12C，N2通過MFC13C流入供給口2a。開閉閥12C和MFC13C的動作由控制器7控制。
本實施例的處理裝置1為以上結(jié)構(gòu)，通過交互地反復(fù)將作為原料氣體的TiCl4和NH3供給處理容器2，在處理容器2內(nèi)加熱后的晶片3上形成TiN膜。當供給原料氣體時，同時將作為清洗氣體的N2供給處理容器2內(nèi)。
供給處理容器2內(nèi)的原料氣體和清洗氣體，從排氣口2b排出。在本實施例中，在TiCl4和NH3之間切換原料氣體的供給時，通過N2清洗進行來自處理容器2的原料氣體的排氣。因此，作為排氣用的真空泵的干泵8與排氣口2b連接，不使用如先前那樣的渦輪式分子泵。在本實施例中，如后所述，由于基板處理中處理容器2內(nèi)的壓力常時維持200Pa左右，因此基于干泵的排氣是足夠的。
現(xiàn)參照圖2，說明處理裝置1的原料氣體和清洗氣體的供給動作。在圖2中，(a)表示供給處理容器2的TiCl4的流量，(b)表示供給處理容器2的NH3的流量，(c)表示供給處理容器2的N2的流量，(d)表示處理容器2內(nèi)的壓力。
如圖2(a)和(b)所示，作為原料氣體的TiCl4和NH3間歇而且交互地供給至處理容器2內(nèi)。在TiCl4供給和NH3供給之間，只供給N2，進行原料氣體的清洗。另外，在本實施例中，控制N2的流量，使在晶片3的處理中，處理容器2內(nèi)的壓力始終為恒定。即在本實施例中，在TiCl4和NH3供給期間，為了控制壓力而供給N2。
供給TiCl4時的流量為30sccm，供給NH3時的流量為100sccm。如圖2(c)所示，控制N2的流量以補充TiCl4和NH3的流量，這樣，處理容器2內(nèi)的壓力始終維持一定。
更具體地說，首先，在一秒鐘內(nèi)將作為原料氣體的30sccm的TiCl4供給處理容器2內(nèi)。這時，在一定的流量下，將N2供給處理容器2內(nèi)，將處理容器2內(nèi)的壓力維持在200Pa。其次，停止TiCl4的供給，在1秒內(nèi)，只將N2供給處理容器2內(nèi)，利用N2清洗處理容器2內(nèi)的TiCl4。在N2清洗時，控制N2的流量，使處理容器2內(nèi)的壓力為200Pa。利用壓力計6檢測處理容器2內(nèi)的壓力，通過將檢測結(jié)果反饋至N2供給管路的質(zhì)量流量控制器13C，進行N2流量的控制。
然后，在1秒鐘內(nèi)，將作為原料氣體的100sccm的NH3供給處理容器2內(nèi)。這時，在一定的流量下，將N2供給處理容器2內(nèi)，將處理容器2內(nèi)的壓力維持為200Pa。接著，停止NH3的供給，在1秒內(nèi)只將N2供給處理容器2內(nèi)，利用N2清洗處理容器2內(nèi)的NH3。這時，控制N2的流量，以使N2清洗時處理容器2內(nèi)的壓力為200Pa。利用壓力計6檢測處理容器2內(nèi)的壓力，將檢測結(jié)果反饋至N2供給管路的質(zhì)量流量控制器13C，這樣進行N2流量的控制。
通過重復(fù)以上的循環(huán)，在加熱至400℃左右的晶片3上形成TiN膜。通過利用N2補充TiCl4和NH3的流量，可將處理容器2內(nèi)始終維持在200Pa。當考慮處理的均勻性和熱傳導(dǎo)率的變動時，優(yōu)選處理容器2內(nèi)的壓力變動的允許范圍為±10％。
采用上述實施例，由于不利用真空排氣，而利用N2清洗進行原料氣體的排氣，所以為了得到高真空，不需要在處理容器2上作出必要的大口徑的排氣口，可以減小處理容器2的容積。因此，可以減小處理容器2內(nèi)殘留的原料氣體(TiCl4，NH3)的量，可以在短時間內(nèi)進行排氣。
另外，由于通過在供給原料氣體(TiCl4，NH3)時，也供給清洗氣體(N2)，可使處理容器2內(nèi)的壓力始終維持一定，因此可將基座4和晶片3之間的氣體的熱傳導(dǎo)率維持一定。因此，可使晶片3的加熱為一定，使晶片3的表面溫度維持一定。這樣，可以控制原料氣體(TiCl4，NH3)在晶片3表面的吸附量，可以進行均勻的處理。
另外，在切換原料氣體時的排氣工序中，由于通過使用N2清洗且調(diào)整N2的流量，使處理容器2內(nèi)的壓力維持大致一定，因此可以迅速地切換原料氣體的供給和N2的清洗。即在原料氣體供給和N2清洗之間，不需要調(diào)整處理容器2內(nèi)的壓力的期間，可以縮短該處理的全部時間。在反復(fù)交互地供給多個原料氣體的情況下，縮短壓力調(diào)整需要的時間特別有效。
另外，由于處理中的處理容器2內(nèi)的壓力為200Pa，和比較低的真空度，吸附在處理容器2內(nèi)壁上的原料氣體在排氣時脫離，對排氣速度沒有影響。
在上述實施例中，作為清洗氣體使用N2，但也可以使用Ar或He等其他非活性氣體。
另外，在上述實施例中，由TiCl4和NH3生成TiN膜，但作為其他例子，可以通過使用由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膜等本實施例的處理裝置1，可以有效地進行成膜處理。
另外，上述實施例的處理方法，除了成膜處理外，在基板的熱氧化處理、退火、干蝕刻和等離子體CVD等的等離子體處理、熱CVD、光CVD等中也可使用。
采用如上述的本發(fā)明，可以縮短原料的排氣所需要的時間，縮短原料氣體切換的時間，而且通過在一定的壓力下進行原料氣體的供給和排出，可將處理中的溫度維持一定。
本發(fā)明不是僅限于上述具體所述的實施例，在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下，可以有各種變形例和改良例。
權(quán)利要求
1.一種處理裝置，在供給包含原料氣體和非活性氣體的處理氣體的同時，對基板進行處理，其特征為，它由收容有該基板的處理容器；將處理氣體供給至該處理容器內(nèi)的處理氣體供給裝置；排氣裝置；檢測所述處理容器內(nèi)的壓力的壓力檢測裝置；和根據(jù)壓力檢測裝置的檢測結(jié)果，控制供給至所述處理容器的處理氣體的流量的控制裝置構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的處理裝置，其特征為，所述處理氣體供給裝置包含供給原料氣體的原料氣體供給裝置和供給非活性氣體的非活性氣體供給裝置；所述控制裝置控制非活性氣體供給裝置、控制非活性氣體流量，由此控制供給至所述處理容器的處理氣體的流量。
3.如權(quán)利要求2所述的處理裝置，其特征為，所述原料氣體供給裝置交互地將多種原料氣體供給至處理容器，所述非活性氣體供給裝置始終將非活性氣體供給至處理容器。
4.如權(quán)利要求1所述的處理裝置，其特征為，所述控制裝置控制所述處理氣體的流量，使所述處理容器內(nèi)的壓力大致一定。
5.如權(quán)利要求4所述的處理裝置，其特征為，所述控制裝置控制處理氣體的流量，使所述處理容器內(nèi)的壓力相對于預(yù)定的壓力，在±10％范圍內(nèi)。
6.一種處理方法，在供給包含原料氣體和非活性氣體的處理氣體的同時，對基板進行處理，其特征為，它具有下列工序；以第一預(yù)定流量將第一原料氣體供給處理容器，并且同時將非活性氣體供給處理容器，將所述處理容器內(nèi)維持在預(yù)定的處理壓力的第一工序；停止供給第一原料氣體，在只供給非活性氣體的同時，將所述處理容器內(nèi)維持為所述預(yù)定的處理壓力的第二工序；以第二預(yù)定流量，將第二原料氣體供給所述處理容器，并且同時將非活性氣體供給所述處理容器，將所述處理容器內(nèi)維持為所述處理壓力的第三工序；和停止供給第二原料氣體，在只供給非活性氣體的同時，將所述處理容器內(nèi)維持為所述預(yù)定的處理壓力的第四工序，反復(fù)進行所述第一至第四工序，對所述基板進行處理。
7.如權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征為，所述第一原料氣體為TiCl4，所述第二原料氣體為NH3，所述非活性氣體為N2。
8.如權(quán)利要求7所述處理方法，其特征為，所述第一預(yù)定流量為1-50sccm，所述第二預(yù)定流量為10-1000sccm，所述預(yù)定的處理壓力為1-400Pa。
9.如權(quán)利要求8所述的處理方法，其特征為，所述預(yù)定的處理壓力的變動允許范圍為±10％。
全文摘要
在處理裝置中，將包含原料氣體(TiCl
文檔編號H01L21/02GK1703769SQ0382066
公開日2005年11月30日 申請日期2003年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者河南博, 石坂忠大, 小島康彥, 大島康弘, 重岡隆 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社