衬底处理装置的制作方法

专利名称：衬底处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体晶片(以下称为"晶片")的表面形成所需 要的薄膜以制造半导体装置的衬底处理装置和半导体装置的制造方 法以及薄膜的形成方法，特别是涉及气体的供给技术。
背景技术：
一般而言，在立式的批处理式衬底处理装置中，通过将多个晶 片支承在舟皿(水？卜)上，将舟皿插入衬底处理室来提高生产量。 并且，在将舟皿插入处理室的状态下使舟皿围绕处理室的轴芯旋转， 从而使晶片旋转，由此使原料气体均匀地流向晶片的成膜面，以使 成膜的面内膜厚均匀。发明内容但是，即使在通过晶片的旋转而使衬底处理气体均匀地流向晶 片表面的情况下，也会发生晶片的面内膜厚不均匀的情况。因此， 正寻求一种不论是不是批处理式的衬底处理装置都能够使成膜时的 面内膜厚均匀的技术，本发明的目的正是解决这样的课题。为了实现上述目的，本发明提供一种衬底处理装置，该装置具有以层合的状态收纳多个村底的处理室；对所述衬底和所述处理 室内的环境气体进行加热的加热装置；供给原料气体的第 一 气体供 给装置，所述原料气体在由所述加热装置加热的所述处理室内的环 境气体的温度下发生自分解；供给氧化气体的第二气体供给装置； 排出所述处理室内的环境气体的排出装置；以及至少对所述笫 一气 体供给装置、所述第二气体供给装置以及所述排出装置进行控制的 控制部，所述第一气体供给装置还具有至少一个向所述处理室导入
所述原料气体的第一导入口 ，所述第一导入口避开收纳于所述处理 室内的所述衬底侧的方向而开口 ，所述第二气体供给装置还具有至 少一个向所述处理室导入所述氧化气体的第二导入口 ，所述第二导 入口向着收纳于所述处理室内的衬底侧的方向而开口 ，所述控制部控制所述第一气体供给装置、所述第二气体供给装置以及所述排出 装置，以便向所述处理室交替地供给所述原料气体和所述氧化气体 并进行排气，从而在所述衬底上生成所需要的膜根据本发明，不论是不是立式衬底处理装置，都能够发挥能使 成膜时的衬底的面内膜厚均匀的极佳效果。


图1是利用透视法表示的本发明的一个实施方式的衬底处理装 置的概略构成的立体图。图2是本发明的一个实施方式的村底处理装置的衬底处理部的衬底处理系统的解说图。图3是沿图2的A-A线的剖视图。图4是表示本发明的一个实施方式的第一气体供给孔、第二气 体供给孔的位置和方向的图。 图5是比较例的图。图6是示出比较例和本发明的面内膜厚不均匀性测定结果的图。 图7是示出衬底处理后，分别使N2气体从第一喷嘴、第二喷嘴 喷出而测量气体中的微粒的结果的图。图8是将金属Hf膜浸泡在Hf溶液中100个小时后的状态图。图9是ALD成膜时供给气体的顺序图。标号i兌明126-舟皿待机部；130-转移室；131-晶片保持部件；200-晶片；201-处理室；202-处理炉；203 -反应管；207-加热器(加 热装置)；217-舟皿；231-气体排出管；232a-气体供给管；232b -气体供给管；233a-第一喷嘴；233b-第二喷嘴；234-载气供给管；234a-载气供给管；234b-载气供给管；246 -真空泵(排气装 置)；248a-第一气体供给孔(气体导入口 ) ； 248b-第二气体供 给孔；280-控制器(控制部)。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的 一 个实施方式。以下根据

本发明的实施方式。图1是利用透视法表示 的本发明的一个实施方式的衬底处理装置的概略构成的立体图，图2 是处理装置的衬底处理部的衬底处理系统的解说图，图3是沿图2 的A-A线的剖^f见图。如图1所示，在该衬底处理装置101中，使用公知的衬底收纳 器(以下称为"晶片盒"(水'7卜'))110来作为运送作为衬底的晶片 200的运送装置。晶片盒110由在衬底处理装置101的外部移动的工 序内运送车运送。在衬底处理装置101的箱体111的前部设有作为 交接台用来交接上述晶片盒110的装载舟皿114，在箱体111的前部 内具有用于暂时保管上述晶片盒110的晶片盒保管架105、打开使晶 片盒110的晶片出入口 (无图示)开闭的盖子(无图示)的晶片盒 开启装置(无图示)、以及用于运送晶片盒110的晶片盒运送装置 118，在箱体111的前表面壁i殳有用于在工序内运送车和装载舟亚114之间进行晶片盒110的交接的搬入搬出口 (无图示)和将该搬入 搬出口开闭的前闸门(无图示)。一旦晶片盒IIO从工序内运送车交接到装载舟皿114，并且晶片 盒运送装置118移动到装载舟皿114的晶片盒接收位置，则由晶片 盒运送装置118将晶片盒IIO从装载舟皿114上取下。然后，晶片 盒IIO被自动运送到晶片盒保管架105的指定架板107上并被暂时 保管，或者被直接运送到转移室130侧的晶片盒开启装置。转移室130是与上述晶片盒运送装置118和上述晶片盒保管架 105的设置部流体隔绝的气密性构造，其设置有由供给风扇和防尘过 滤器构成的净化单元134，以便供给净化后的环境气体或作为惰性气
体的洁净空气。转移室130的氧浓度为20ppm以下，远低于箱体111 内部(大气环境气体)的氧浓度。晶片转移机构125由晶片转移装置(衬底转移装置)125a和升 降该晶片转移装置125a的晶片转移装置升降机(村底转移装置升降 机构)125b构成。晶片转移装置125a构成为通过作为衬底保持体的 镊子在晶片盒110和舟皿(衬底保持件)217之间交接晶片200。晶片盒110在其晶片出入口被按压在转移室130的正面壁(无 图示)的晶片搬入搬出口 (无图示)的开口边缘部的状态下，通过 晶片盒开启装置的盖子拆装机构将盖子拆下，从而开放晶片盒110 的晶片出入口。然后，晶片转移装置125a通过镊子穿过晶片盒110 的晶片出入口依次拾取晶片200，并通过用来调整圆周方向位置的衬 底调整装置、即凹口定位装置(无图示)调整以凹口为基准的圆周 方向的位置。再然后，将晶片200装入设置在转移室130舟皿待机 部140的舟皿217中(装料)。舟jcl升降机115设置于箱体111后部的舟皿待机部140，舟皿 217被支承在该舟皿升降机115上的密封盖219上，并从下方侧插入 设置于舟皿待机部140上方的处理炉202的炉口。该处理炉202在 插入舟皿217时以外的时间由作为炉口开闭才几构的炉口闸门147封 闭。当在舟皿217上装入事先指定张数的晶片200后，由炉口闸门 147封闭的处理炉202的炉口^皮打开，然后，通过舟皿升降才几115 的上升将保持了晶片200组的舟皿217搬入处理炉202内(装载)。舟皿217具有多根晶片保持部件131和支承这些晶片保持部件 131的升降台132,并构成为在多根晶片保持部件131上沿上下方向 隔开间隔地分多级设置槽状的支承部133,并分别使晶片200水平插 入且支承在该支承部133上。若晶片200被支承在各支承部133上， 则多个晶片200以使晶片中心对齐的状态沿垂直方向排列。另外， 各晶片200分别以水平状态被支承部133保持。需要说明的是，在 舟皿217上例如装入50张~ 125张左右的晶片200。装载后，在处 理炉202中对晶片200进行任意的衬底处理。衬底处理后，除了利 用凹口定位装置的晶片200的调整工序外，以与上述相反的顺序将 晶片200和晶片盒IIO送出到箱体111的外部。另外，从上述净化单元134喷出的洁净空气流通到凹口定位装 置、晶片转移装置125a以及位于舟皿待机部140的舟皿217后，被 管道134a吸入并排出到箱体111的外部，或者循环到作为上述净化 单元134的吸入侧的一次侧(供给侧)，再次由净化单元134喷入 转移室130内。参照图2就上述处理炉202进行详细"i兌明，加热器207作为对 处理炉202进行加热的加热装置被形成为筒状，反应管203作为反 应容器用于对作为衬底的晶片200进行处理，其设置在加热器207 内。反应管203由石英等耐热性、耐腐蚀性金属形成，在反应管203 的下端通过凸缘连接而安装有支管209。支管209面向下方开口，以l更处理炉202的炉口向下方延伸。 具体是，上述舟皿217被支承在舟皿支承台218的中央部，该舟皿 支承台218安装在上下贯穿上述密封盖219的轴心部的旋转轴(无 图示)的前端部，旋转轴安装在密封盖219的下部，与将密封盖219 作为固定系统传递旋转驱动力的舟皿旋转机构267连接。驱动舟亚 旋转机构267后，旋转轴进行旋转，舟皿217借助于舟皿支承台218 而旋转，因此，各晶片200与供给到反应管203内部的处理室201 中的原料气体、氧化气体的环境气体接触。由此能够得到面内膜厚 均匀的环境。参照图2至图6对原料气体、氧化气体等衬底处理气体供给系 统进行说明，向处理室201供给多种气体。在本实施例中，作为气 体供给管，设有第一气体供给管232a和第二气体供给管232b。如图 2至图4所示，第一气体供给管232a连接有第一喷嘴233a,由此构 成第一气体供给装置；第二气体供给管232b连接有第二喷嘴233b, 由此构成第二气体供给装置。第一气体供给管232a和第二气体供给 管232b的前端部沿半径方向贯穿上述支管209的侧壁，从而配置在
对处理室201进行划分的反应管203的内壁和晶片200之间的圆弧 形的空间内。上述第一喷嘴233a与上述第一气体供给管232a的前 端部连接成L字形，沿着层合在反应管203内的晶片200的层合方 向从反应管203的炉口侧、即支管209侧向反应管203的顶端附近 延伸。并且，上述第二喷嘴233b与上述第二气体供给管232b的前 端部连接成L字形，沿着反应管203的晶片200的层合方向乂人反应 管203的炉口侧向反应管203的顶端附近延伸。在上述第一喷嘴233a 的前端部设有一个第一气体供给孔248a，该第一气体供给孔248a作 为气体导入口用于向上述处理室201导入原料气体，在第二喷嘴 233b上设有多个第二气体供给孔248b。在通过通常的CVD或作为 CVD的 一种的ALD成膜时，为了使形成于各晶片200的成膜面上的 膜的面内膜厚均匀，第 一气体供给孔248a在避开舟皿217的晶片200 的方向上开口，以便从第一气体供给孔248a导入到处理室201内的 原料气体(原料与载气的混合气体)不会直接向舟皿217的各晶片 200导入。在本实施方式中，第一气体供给孔248a面对着形成圆顶 状的反应管203的顶端部与反应管203的侧壁部的连接部附近。另 一方面，多个第二气体供给孔248b沿上下方向隔开规定间隔地设置， 以使氧化气体分别水平地导入舟皿217所邻接的晶片200之间。第 二气体供给孔248b的开口面积可以相同，特别是在管道阻力的影响 大而对成膜或气体的喷出有影响的情况下，也可以缩小上游侧、即 支管209侧的第二气体供给孔248b的开口面积，并且朝向下游侧开 口直径依次扩大，使得第二喷嘴233b整体向各晶片200之间导入相 同流量的衬底处理气体。并且，如图3所示，第一喷嘴233a、第二 喷嘴233b可以设置成相互接近的状态，也可以隔着处理室201的轴 心线配置在对称的位置。并且，上述第一气体供给管232a与第一载气供给管234a合流， 在第一气体供给管232a上，从上游方向起向着下游侧依次设置有作 为流量控制装置(流量控制装置)的第一质量流量控制器(流体流 量控制器)240、气化器242以及作为开关阀的第一阀243a,在第一
载气供给管234a上，在与第一气体供给管232a的合流点的上游侧 设置有作为开关阀的第二阀243c,在该第二阀243c的上游侧设置有 第二质量流量控制器(流量控制装置)241b。并且，第二气体供给管232b与用于供给载气的第二载气供给管 234b合流，在第二气体供给管232b上，从上游方向起向着下游侧设 置有作为流量控制装置(流量控制装置)的第三质量流量控制器 241a、作为开关阀的第三阀243b,在第二载气供给管234b上，在与 第二气体供给管232b的合流点的上游侧设置有作为开关阀的第四阀 243d,并且在该第四阀243d的上游侧设置有作为流量控制装置(流 量控制装置)的第四质量流量控制器241c。在从第一气体供给管232a供给的原料例如是液体的情况下，从 第一气体供给管232a、经过第一质量流量控制器240、气化器242 以及第一阀243a供给的原料气体与来自第一载气供给管234a的载 气合流，由载气将其运送至第一喷嘴233a,并从第一气体供给孔248a 供给到处理室201内。当从第一气体供给管232a供给的原料不是液 体而是气体的情况下，将第一质量流量控制器240由液体质量流量 控制器更换为气体用质量流量控制器。这种情况下不需要气化器 242。从第二气体供给管232b供给的气体经由第三质量流量控制器 241a、第三阀243b与第二载气供给管234b的载气合流，由载气将 其运送至第二喷嘴233b,并从第二气体供给孔248b供给到处理室 201。处理室201通过作为排气用的排气管的气体排出管231经由第 五阀243e而与作为排出装置的真空泵246连接，以便进行真空排气。 另外，该第五阀243e由开关阀构成，该开关阀能够对阀门进行开关 以便对处理室201进行真空排气或停止真空排气，而且能够调节阀 门开度以便调节处理室201内的压力。控制器280构成作为控制装置的控制部，该控制器280与上述 第一质量流量控制器240、第二至第四质量流量控制器241b、 241a、
241c、第一至第五阀243a、 243c、 243b、 243d、 243e、加热器207、 真空泵246、舟亚旋转机构267以及舟皿升降4几115等的驱动器和机 构控制器连接，以便进行第一质量流量控制器240以及第二至第四 质量流量控制器241b、 241a、 241c的流量调节、第一至第四阀243a、 243c、 243b、 243d的开关动作、第五阀243e的开关以及压力调节动 作、加热器207的温度调节和作为排出装置的真空泵246的启动-停 止、舟皿旋转机构267的旋转速度调节、舟皿升降机115的升降动 作控制，并根据生产方法控制CVD成膜或ALD成膜。接下来，作为利用ALD法的成膜处理的一例，对半导体器件的 制造工序之一的、利用TEMAH以及03形成Hf02膜的情况进行说 明。作为CVD (化学气相沉积)法之一的ALD (原子层沉积)法是 在某种成膜条件(温度、时间等)下，将用于成膜的至少两种作为 原料的反应气体每种交替地供给到衬底上，并以 一 个原子为单位吸 附在晶片200的成膜面上，利用表面反应进行成膜的方法。此时， 对膜厚的控制是利用供给反应气体的循环次数来进行(例如，若成 膜速度为lA/循环，那么要形成20A的膜就要进行20循环)。在利用ALD法例如形成Hf02膜的情况下，原料气体使用 TEMAH (Hf [NCH3C2H5]4,四(甲基乙基氨基)铪)，氧化气体使 用o3 (臭氧)，以180 250。C的低温能够进行高质量的成膜。<实施例1>首先，如上所述地将晶片200装入舟皿217,并搬入处理室201。 将舟皿217拥i入处理室201后，依次进行后述的三个步骤。 (步骤1)在步骤1中，使TEMAH作为原料气体流入第一气体供给管 232a,使载气(N2)流入第一载气供给管234a。打开第一气体供给 管232a的第一阀243a、第一载气供给管234a的第三阀243c以及气 体排出管231的第五阀243e。载气从第一载气供给管234a流出，并 由第二质量流量控制器241b进行流量调节。TEMAH( Tetrakis - EthylMethyl Amino Hfnium,四-N乙基-N曱基氨基铪)从第 一气体供给 管232a流出，并由作为液体质量流量控制器的第一质量流量控制器 240进行流量调节后，通过气化器242进行气化。然后在下游侧与进 行了流量调节的载气混合，并如图3所示，从第一喷嘴233a的第一 气体供给孔248a供给到处理室201内。成膜时，TEMAH与载气的 混合气体的剩余部分通过气体排出管231排出。此时，第五阀243e 对开度进行适当的调节，将处理室201内维持规定的压力。由第一 质量流量控制器240控制的TEMAH的供给量为0.01~0.1g/min，将 晶片200暴露在TEMAH气体中的时间为30~180秒。此时，加热器 207的温度被设定成使得晶片200的温度为180 25(TC的范围，例如 为(250) 。C。 TEMAH由于被供给到处理室201内而与晶片200上 的底膜等表面部分进行表面反应(化学吸附)。 (步骤2)供给原料气体后，关闭第一气体供给管232a的第一阀243a,停 止供给TEMAH气体，将剩余部分排出(净化)。此时，气体排出 管231的第五阀243e保持为打开，处理室201内的压力通过作为减 压排气装置的真空泵246而排气(净化)到20Pa以下，从而将残留 的TEMAH气体,人处理室201内排出。此时，如果向处理室201内 供给N2等惰性气体，则能够提高排出残留TEMAH气体的效率。 (步骤3 )使03流入第二气体供给管232b,使载气(N2)流入第二载气供 给管234b。打开第二气体供给管232b的第三阀243b和第二载气供 给管234b的第四阀243d。载气从第二载气供给管234b流出，并由 第四质量流量控制器241c调节流量。03从第二气体供给管232b流 出，与由第三质量流量控制器241a调节了流量的载气混合，并通过 载气从第二气体供给孔248b供给到处理室201内。此时，通过作为 排出装置的真空泵246继续进行处理室201的排气，剩余部分通过 气体排出管231排出。此时，对第五阀243e进行适当的调节，将处 理室201内维持规定的压力。晶片200暴露在03中的时间为10 120 秒，设定加热器207的温度，使得此时晶片200的温度与步骤1中 的供给TEMAH气体时相同，维持在180 250。C的规定温度。通过供 给03，化学吸附在晶片200表面的TEMAH的原料和03进行表面反 应，由此在晶片200上形成HfOJ莫。成膜后，关闭第二气体供给管 232b的第三阀243b和第二载气供给管234b的第四阀243d,并通过 真空泵246对处理室201内的环境气体进行真空排气。通过该排气， 排出残留在处理室201内的03用于成膜后的气体，此时若向反应管 203内供给N2等惰性气体，则能够大幅度提高将03用于成膜后的残 留气体从处理室201排出的排气效率。将上述步骤1至3作为一个循环，反复进行多次该循环，从而在 晶片200上形成规定膜厚的HfOJ莫。在此，图5表示比较例。图5是在第一喷嘴233a和第二喷嘴233b 上分别设置多个气体供给孔时的比较例的示意图。如图5所示，在使多个气体供给孔248b分别面对晶片200之间 的情况下，作为晶片200上表面的成膜面的面内均匀性恶化，具有 晶片200的外周侧厚、中心侧薄的趋势。因此，试验性地对设置了三、四根上述晶片保持部件131的舟皿 217使用了称为环形舟皿的特殊舟皿，但即使这样的舟皿也很难消除 面内膜厚不均匀的情况。但是，如图2至图4所示，通过进行简单的变动，即，只是不使 第一气体供给孔248a直接导入晶片200侧，避开晶片200的方向， 就得到了各晶片200的成膜面内的膜厚均匀的结果。图6示出了这样的结果。在图6中，TOP、 CENTER、 BTM在插 入处理室201内的舟亚217的高度方向上，分别表示上位、中位和 下位的晶片200。如果在比较例(图5)的情况下进行成膜，TOP、 CENTER、 BTM的晶片200的面内膜厚的不均匀性为6%左右，但如 果是本实施方式的构成(图2至图4)，则面内膜厚的均匀性分别改 善为2.4%、 1.3%、 1.3%。因此，本实施方式的构成非常有助于今后 使晶片200大口径化的膜厚的面内膜厚均匀。 <考察〉对图6的结果的机理进行考察，首先，Hf(铪)吸附在作为晶片 200的吸附面的成膜面上，然后，供给作为氧化气体的03以形成Hf03 膜。该过程对成膜的膜厚均匀性有大的影响的是TEMAH的供给。 TEMAH在现有的250。C的成膜温度下进^f于热分解，通过热分解产生 的中间体影响膜厚均匀性。即，推测该中间体是吸附概率高、成为 使均匀性恶化的主要原因的中间体，附着在晶片200的外周部侧。 当作为原料气体的TEMAH气体窜入邻接的晶片200之间时，虽然 沿着该气流膜厚增厚，但除此以外的部分的膜，即Hf03膜变薄。这 种情况在舟皿217旋转、晶片200进行旋转的状态下和停止的状态 下都没有变化。因此，如以往这样，只使舟皿217旋转很难使成膜 的面内膜厚均匀。但是，如本实施方式所述，如果使从第一气体供给孔248a供给 的原料气体的供给方向为避开晶片200侧的方向，则向舟皿217的 晶片200上供给TEMAH的方式只有扩散，很难产生TEMAH气体 相对各晶片200的流动而形成的膜厚差，其结果是改善了面内膜厚 的均匀性。另一方面，就氧化气体进行研究，03分解成0和02, O与吸附 在晶片200表面的TEMAH中间体进行反应，形成Hf-O键，但是O 在有TEMAH中间体的情况下进行反应，没有的话不进行反应，只 从处理室201排出。因此对面内膜厚的均匀性影响少，如果大于规 定量地向晶片200供给，则会覆盖整个晶片200的成膜面。因此， 如图2至图4,从多个气体供给孔分别向邻接的晶片200之间供给氧 化气体，从气体供给孔供给的气流也不会对膜厚的面内均匀性产生 影响。并且，从排出气体的侧面看，利用ALD成膜的情况下，虽然 需要通过排气来净化处理室201的环境气体的工序，以使TEMAH 气体不会与作为氧化气体的03在气层中混合、反应，但此时的气体 的排出最好用多个第二气体供给孔248b,并且使这些第二气体供给 孔248b分别面对晶片200之间。另外，在本实施方式中，对第一气体供给孔248a的数量为一个， 并使其向避开晶片200侧的方向导入原料气体进行了说明，但是如 果使第一气体供给孔248a为多个，并使这些第一气体供给孔248a 朝向晶片200的方向以外的方向，则也可以使TEMAH气体中的原 料通过扩散而吸附在各晶片200的上表面，即成膜面上。这样，通 过扩散吸附原料气体，使各晶片200的面内膜厚均匀化。<实施例2〉通过利用上述衬底处理装置的ALD在由硅形成的晶片200上形 成HfO膜时，反复进行以下(1)至(7)的循环以形成规定厚度的 HfO膜，即，(1)将晶片200转移到舟皿217上—(2)将舟皿217 插入到环境气体温度升温到250。C的处理室201中—(3)通过作为 排出装置的真空泵246排出处理室201的环境气体(抽真空)—(4) 从第一气体供给孔248a供给作为原料气体的TEMAH气体和载气的 混合气体(三分钟)—(5)通过N2净化(20秒)排出处理室内的 环境气体—(6)从第二气体供给孔248b供给作为氧化气体的03气 体，通过吸附在晶片200表面的Hf和O的热化学反应形成HfO膜 —(7)从处理室201中取出舟皿217。在晶片200上，由于TEMAH和03交替流动而形成Hf02膜。 但是，由于作为ALD成膜的原料的TEMAH从120。C起发生自分解， 所以在第一喷嘴233a的内表面形成金属Hf膜，而不是HfOJ莫，因 此，在循环上述(1) (7)的过程中，若处理室201的Hf02的累 积膜厚大约为0.5pm,则通常在比进行定期保养的累积膜厚lpm的 指标薄的阶段产生颗粒，会在晶片200上产生污染。因此，在进行衬底处理后，若使N2气体分别从第一喷嘴233a、 第二喷嘴233b喷出，测量气体中的颗粒，则如图7所示，用于将 TEMAH气体供给到处理室201中的第一喷嘴233a的颗粒有70000 个，用于供给氧化气体的第二喷嘴233b的颗粒有两个。因此，颗粒 的原因是第一喷嘴233a的附着物，其从第一喷嘴233a飞散到处理 室201内。另夕卜，XPS( X _ Ray EnergyDipersive X _ Ray Spectrometer,
能量分散X光分析)的结果显示，形成在晶片200上的膜，即Hf02 的成分为Hf : 02=1 : 2，而颗粒的成分组成为Hf : O2=30 : 1， 02的成分明显减少。从这点上也能够容易地断定颗粒不与03接触。 这样，颗粒的起因是Hf充足以及从供给TEMAH气体的第一喷嘴 233a飞散的飞散物，ALD需要通过HfO的定期自动清洗来防止晶片 200的污染。另外，来自第一喷嘴233a的颗粒飞散的原因是由于在 成膜的过程中热应力、膜应力发挥作用，所以第一喷嘴233a的内表 面的膜剥离而形成颗粒。即，推测附着在第一喷嘴233a的内表面的 膜直接剥离的情况很少，但一旦因温度的上升、下降产生的热发挥 作用，则膜和石英的热膨胀率的差或反复的收缩和膨胀，使膜因热 应力而破裂，进而从第一喷嘴的内表面剥离。因此，为了清除作为堆积物的金属Hf膜，对使用湿式(WET) 清洗或原位清洗(蚀刻)进行了研究。在采用湿式清洗的情况下，清洗液使用HF (氢氟酸)和DIW(Delonaized Water,纯水)的混合溶液。作为要素试验，在进行原 位清洗前，将Hf02和第一喷嘴233a内的附着物浸润在HF溶液中， 以验证蚀刻情况。可用目视确认Hf02膜被HF溶液(25%HF溶液) 蚀刻。蚀刻速度为1000A/min。但是，如图8所示，作为第一喷嘴 233a内的附着物质的金属Hf膜(也称为富Hf膜)即使在HF溶液(25Q/oHF溶液)中浸泡IOO个小时，也还是以黑色的固体状态存在， 具有与Hf02相比蚀刻速度明显慢的问题。 一般来说，HF溶液中的 氢氟酸不能蚀刻Si、 Hf等金属，而是用于SiO、 HfO氧化物的蚀刻。 因此，考虑将附着在第一喷嘴233a内表面的金属Hf膜改性为Hf02 膜，然后通过湿式清洗或原位清洗进行清除。如上所述，蚀刻速度 慢的原因是由于附着在第一喷嘴233a内的附着物质是富Hf膜，因 此，为了防止富Hf膜堆积在第一喷嘴233a上，需要也向第一喷嘴 233a喷射03,有意地氧化富Hf膜。图9 ( a)表示实施例1的通过 ALD成膜时的第一喷嘴233a的气体供给的顺序，图9 (b)表示将 富Hf膜氧化的顺序。
如图9所示，在实施例l的顺序中，由于在TEMAH喷嘴的内部 只有TEMAH和净化用的N2流动，因此形成富Hf膜。并且，在用 于供给氧化气体的03喷嘴的内表面没有看到上述的堆积膜。在晶片 200上TEMAH和03交替流动而形成Hf02膜。另一方面，在实施例2的顺序中，由于使作为原料气体的TEMAH 气体和作为氧化气体的03交替流向TEMAH喷嘴，所以能够抑制富 Hf膜的形成，取而代之形成HfOJ莫。以下附注本发明的实施方式。第一实施方式具有以层合的状态收纳多个衬底的处理室；对上述衬底和上述 处理室内的环境气体进行加热的加热装置；供给原料气体的第 一气 体供给装置，上述原料气体在由上述加热装置加热的上述处理室内 的环境气体的温度下自分解；供给氧化气体的第二气体供给装置； 将上述处理室内的环境气体排出的排出装置；至少对上述第一气体 供给装置、上述第二气体供给装置以及上述排出装置进行控制的控 制部，其中，上述第一气体供给装置还具有至少一个向上述处理室 导入上述原料气体的第一导入口 ，上述第一导入口避开收纳于上述 处理室内的上述衬底侧的方向而开口 ，上述第二气体供给装置还具 有至少一个向上述处理室导入上述氧化气体的第二导入口，上述第 二导入口向着收纳于上述处理室内的衬底侧的方向而开口 ，上述控 制部控制上述第 一 气体供给装置、上述第二气体供给装置以及上述 排出装置，以便向上述处理室交替地供给上述原料气体和上述氧化 气体，并进行排气，从而在上述村底上生成所需要的膜。这里，"层合"限定了在邻接的衬底间隔开规定的空间而配置的晶 片的配置状态，"规定的空间"是指热分解后的原料气体能够扩散的 程度的间隔。并且，"向处理室交替地供给上述原料气体和上述氧化 气体，并进行排气，从而在上述衬底上生成所需要的膜"是指反复交 替地进行在向处理室供给原料气体后从处理室排气的工序和在向处 理室供给氧化气体后从处理室排气的工序，从而在衬底的成膜面上 成膜。通过控制部向第 一 气体供给装置供给原料气体后，从第 一导入口 向着避开衬底侧的方向导入原料气体。原料气体在整个处理室内扩 散，并在处理室内的环境气体的作用下进行热分解。热分解后的原 料面内均匀地分散在各衬底的表面，面内均匀地吸附在衬底的成膜 面上。原料气体在各衬底上的吸附结束后，控制部停止向第一气体 供给装置供给气体，排出装置将处理室内的环境气体排出，然后通 过第二气体供给装置的第二导入口导入氧化气体。氧化气体在与被吸附在衬底的成膜面上的原料发生反应而形成所需要的膜后，通过 控制部对排出装置的控制，向处理室的外部排出。控制部反复进行 这样的控制，于是在各衬底的成膜面上形成面内分布均匀的规定厚度的膜。另外，在本发明的实施方式中，对应用于批处理式的立式衬底处 理装置的方式进行了说明，但不局限于此，本发明也能够应用于卧 式、单张式的衬底处理装置。
权利要求
1.一种衬底处理装置，具有以层合的状态收纳多个衬底的处理室；对所述衬底和所述处理室内的环境气体进行加热的加热装置；供给原料气体的第一气体供给装置，所述原料气体在由所述加热装置加热的所述处理室内的环境气体的温度下发生自分解；供给氧化气体的第二气体供给装置；排出所述处理室内的环境气体的排出装置；以及至少对所述第一气体供给装置、所述第二气体供给装置以及所述排出装置进行控制的控制部，所述第一气体供给装置还具有至少一个向所述处理室导入所述原料气体的第一导入口，所述第一导入口避开收纳于所述处理室内的所述衬底侧的方向而开口，所述第二气体供给装置还具有至少一个向所述处理室导入所述氧化气体的第二导入口，所述第二导入口向着收纳于所述处理室内的衬底侧的方向而开口.所述第一气体供给装置还具有沿着所述衬底的层合方向延伸设置的第一喷嘴，在所述第一喷嘴的前端设有一个所述第一导入口，所述第二气体供给装置还具有沿着所述衬底的层合方向延伸设置的第二喷嘴，在所述第二喷嘴的侧壁设有多个所述第二导入口，所述加热装置将所述衬底和所述处理室内的环境气体加热到180～250℃，所述控制部控制所述第一气体供给装置、所述第二气体供给装置以及所述排出装置，以便向所述处理室交替地供给作为所述原料气体的四(甲基乙基氨基)铪和作为所述氧化气体的臭氧并进行排气，从而在所述衬底上生成氧化铪膜。
2. —种衬底处理装置，具有以层合的状态收纳多个衬底的处理室；对所述衬底和所述处理室内的环境气体进行加热的加热装置； 供给原料气体的第 一气体供给装置，所述原料气体在由所述加热装置加热的所述处理室内的环境气体的温度下发生自分解； 供给氧化气体的第二气体供给装置； 排出所述处理室内的环境气体的排出装置；以及 至少对所述第一气体供给装置、所述第二气体供给装置以及所述排出装置进行控制的控制部，所述第一气体供给装置还具有至少一个向所述处理室导入所述原料气体的第一导入口，所述第 一导入口避开收纳于所述处理室内的所述衬底侧的方向而开口 ，所述第二气体供给装置还具有至少一个向所述处理室导入所述 氧化气体的第二导入口 ，所述第二导入口向着收纳于所述处理室内的衬底侧的方向而开所述控制部控制所述第 一气体供给装置、所述第二气体供给装 置以及所述排出装置，以便向所述处理室交替地供给所述原料气体 和所述氧化气体并进行排气，从而在所述衬底上生成所需要的膜。
3. 如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，所述第 一 气体供给装置还具有沿着所述衬底的层合方向延伸设 置的第一喷嘴，在所述第一喷嘴的前端设有一个所述第一导入口 ，所述第二气体供给装置还具有沿着所述衬底的层合方向延伸设 置的第二喷嘴，在所述第二喷嘴的侧壁设有多个所述第二导入口。
4. 如权利要求3所述的衬底处理装置，其特征在于， 所述的各个第二导入口在所述层合方向上以规定间隔设置在所述第二喷嘴上。
5. 如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，所述原料气体从所述第 一 导入口向着所述处理室的顶部方向沿 垂直方向导入所述处理室内，所述氧化气体从所述的各个第二导入口沿水平方向导入所述处 理室内。
6. 如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于， 所述加热装置将所述衬底和所述处理室内的环境气体加热到180 250°C，所述原料气体是四(曱基乙基氨基)铪，所述氧化气体是臭氧， 在所述衬底上，作为所述膜，生成氧化铪膜。
7. 如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于， 所述原料气体主要通过扩散而供给到所迷衬底， 所述氧化气体主要通过气体流动而供给到所述衬底。
8. 如权利要求2所述的村底处理装置，其特征在于， 当从所述第一气体供给装置向所述处理室供给所述原料气体时，从所述第二气体供给装置供给惰性气体，当从所述第二气体供给装置向所述处理室供给所述氧化气体 时，从所述第一气体供给装置供给氧化气体。
9. 一种薄膜的形成方法，具有以层合的状态将多个衬底收纳在处理室中的工序； 通过加热装置的加热，对所述衬底和所述处理室内的环境气体进行加热的工序；通过第一气体供给装置将原料气体避开收纳在所述处理室内的所述衬底侧的方向进行供给的工序，所述原料气体在由所述加热装置加热的所述处理室内的环境气体的温度下发生自分解；通过第二气体供给装置向所述处理室供给氧化气体的工序；通过排出装置排出所述处理室内的环境气体的工序，通过向所述处理室交替地供给所述原料气体和所述氧化气体并进行排气，在所述衬底上生成所需要的膜。
10.如权利要求9所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 当从所述第一气体供给装置向所述处理室供给所述原料气体时，从所述第二气体供给装置供给惰性气体，当从所述第二气体供给装置向所述处理室供给所述氧化气体时，从所述第一气体供给装置供给氧化气体。
全文摘要
本发明提供一种衬底处理装置，其具有以层合的状态收纳多个衬底的处理室、对衬底和处理室内的环境气体进行加热的加热装置、供给热分解的原料气体的第一气体供给装置、供给氧化气体的第二气体供给装置、排出处理室内的环境气体的排出装置、至少对第一、第二气体供给装置及排出装置进行控制的控制部，第一气体供给装置还具有至少一个向处理室导入原料气体的第一导入口，第一导入口避开衬底侧而开口，第二气体供给装置还具有至少一个向处理室导入氧化气体的第二导入口，第二导入口向着衬底侧开口，控制部控制第一、第二气体供给装置及排出装置，以便向处理室交替地供给原料气体和氧化气体并排气，从而在衬底上生成所需要的膜。
文档编号C23C16/44GK101148755SQ20071015357
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月21日 优先权日2006年9月22日
发明者佐佐木伸也, 境正宪, 山崎裕久, 水野谦和 申请人:株式会社日立国际电气