专利名称：衬底处理装置、衬底处理方法及半导体装置的制造方法
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(# 一卜)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，由此使原料气体均勻地流向晶片的成膜面，以使成膜的面内膜厚均勻。
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勻地流向晶片表面的情况下， 也会发生晶片的面内膜厚不均勻的情况。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勻的技术，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勻的极佳效果。
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衬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勻性测定结果的图。图7是示出衬底处理后，分别使队气体从第一喷嘴、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。标号说明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J80-控制器(控制部)。
具体实施例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线的剖视图。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”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的前表面壁设有用于在工序内运送车和装载舟皿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110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110从装载舟皿 114上取下。然后，晶片盒110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)12 和升降该晶片转移装置12 的晶片转移装置升降机(衬底转移装置升降机构)12 构成。晶片转移装置12 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Iio的晶片出入口。然后，晶片转移装置12 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)。舟皿升降机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机构的炉口闸门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的炉口被打开，然后，通过舟皿升降机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110 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13 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Π4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进行详细说明，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，以便处理炉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。驱动舟皿旋转机构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勻的环境。
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23 和第二气体供给管232b。如图2至图4所示，第一气体供给管23 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23北，由此构成第二气体供给装置。第一气体供给管23 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23 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23 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的层合方向从反应管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M8a，该第一气体供给孔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23 上设有多个第二气体供给孔M8b。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勻，第一气体供给孔在避开舟皿 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M8b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M8b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M8b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23 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23 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23 与第一载气供给管23 合流，在第一气体供给管23 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M2以及作为开关阀的第一阀M3a， 在第一载气供给管23 上，在与第一气体供给管23 的合流点的上游侧设置有作为开关阀的第二阀M3c，在该第二阀M3c的上游侧设置有第二质量流量控制器(流量控制装 S)241b0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Mia、作为开关阀的第三阀对北，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
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Mlc。在从第一气体供给管23加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M0、气化器M2以及第一阀供给的原料气体与来自第一载气供给管23 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
供给到处理室201内。当从第一气体供给管23 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MO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对2。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Mia、第三阀对北与第二载气供给管234b的载气合流，由载气将其运送至第二喷嘴23北，并从第二气体供给孔M8b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MIBe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MIBe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。控制器观0构成作为控制装置的控制部，该控制器观0与上述第一质量流量控制器对0、第二至第四质量流量控制器Mlb、241a、Mlc、第一至第五阀M3a、243c、M3b、 M3d、243e、加热器207、真空泵M6、舟皿旋转机构267以及舟皿升降机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MO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M3a、243c、M3b、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M6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O3形成HfO2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1人/.循环，那么要形成20人的膜就要进行20循环)。在利用ALD法例如形成HfO2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搬入处理室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23 ，使载气(N2)流入第一载气供给管23如。打开第一气体供给管23 的第一阀243a、第一载气供给管23 的第三阀M3c以及气体排出管231的第五阀Μ》。载气从第一载气供给管23 流出，并由第二质量流量控制器 241b 进行流量调节。TEMAHCTetrakis-Ethyl Methyl Amino Hfnium, 四-N乙基-N甲基氨基铪)从第一气体供给管23 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. lg/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180 250°C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23 的第一阀M3a，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20 以下，从而将残留的 TEMAH气体从处理室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O3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的第三阀对北和第二载气供给管234b的第四阀M3d。载气从第二载气供给管234b流出，并由第四质量流量控制器Mlc调节流量。O3从第二气体供给管232b 流出，与由第三质量流量控制器Mla调节了流量的载气混合，并通过载气从第二气体供给孔M8b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MIBe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O3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O3进行表面反应， 由此在晶片200上形成HfO2膜。成膜后，关闭第二气体供给管232b的第三阀对北和第二载气供给管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 内供给队等惰性气体，则能够大幅度提高将O3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HfO2膜。在此，图5表示比较例。图5是在第一喷嘴233a和第二喷嘴23 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M8b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勻性恶化，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勻的情况。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勻的结果。图6示出了这样的结果。在图6中，TOP、CENTER、BTM在插入处理室201内的舟皿 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(图幻的情况下进行成膜，TOP、CENTER、BTM的晶片200的面内膜厚的不均勻性为6%左右，但如果是本实施方式的构成(图2至图4)，则面内膜厚的均勻性分别改善为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勻。< 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O3以形成HfO3膜。该过程对成膜的膜厚均勻性有大的影响的是TEMAH的供给。TEMAH在现有的250°C的成膜温度下进行热分解，通过热分解产生的中间体影响膜厚均勻性。即，推测该中间体是吸附概率高、成为使均勻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HfO3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勻。但是，如本实施方式所述，如果使从第一气体供给孔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勻性。另一方面，就氧化气体进行研究，O3分解成0和02，0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0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勻性影响少，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勻性产生影响。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O3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M8b，并且使这些第二气体供给孔M8b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M&i为多个，并使这些第一气体供给孔朝向晶片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的面内膜厚均勻化。<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⑴至⑵的循环以形成规定厚度的HfO膜，S卩，(1)将晶片200转移到舟皿217 上一(2)将舟皿217插入到环境气体温度升温到250°C的处理室201中一(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)一(4)从第一气体供给孔供给作为原料气体的TEMAH气体和载气的混合气体(三分钟)一(5)通过队净化(20秒) 排出处理室内的环境气体一(6)从第二气体供给孔M8b供给作为氧化气体的O3气体，通过吸附在晶片200表面的Hf和0的热化学反应形成HfO膜一(7)从处理室201中取出舟 M 217。
在晶片200上，由于TEMAH和O3交替流动而形成HfO2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HfO2膜，因此，在循环上述(1) (7)的过程中，若处理室201的HfO2的累积膜厚大约为0. 5 μ m，则通常在比进行定期保养的累积膜厚1 μ m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，若使队气体分别从第一喷嘴233a、第二喷嘴23 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23 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。另外，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HfO2的成分为Hf O2 = 1 2，而颗粒的成分组成为Hf 02 = 30 1，O2的成分明显减少。从这点上也能够容易地断定颗粒不与O3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。S卩，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(蚀亥IJ)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(DeI0naiZed Water，纯水)的混合溶液。作为要素试验，在进行原位清洗前，将HfO2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HfO2膜被HF溶液(25% HF溶液)蚀刻。 蚀刻速度为lOOOA/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(25% HF溶液)中浸泡100个小时，也还是以黑色的固体状态存在，具有与HfO2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HfO2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1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O3喷嘴的内表面没有看到上述的堆积膜。在晶片200上TEMAH和O3交替流动而形成HfO2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O3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HfO2膜。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，从而在上述衬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勻地分散在各衬底的表面，面内均勻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勻的规定厚度的膜。
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，具有反应管，形成以层合的状态收纳多个衬底的处理室；向所述处理室内供给原料气体的第一气体供给装置；向所述处理室内供给氧化气体的第二气体供给装置；与所述处理室的下部连通，排出所述处理室内的环境气体的排出装置；以及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具有第一喷嘴，所述第一喷嘴沿着多个所述衬底的层合方向从所述反应管的下部延伸到所述反应管的顶端附近，且在其前端部具有向所述处理室内导入所述原料气体的第一导入口，所述第二气体供给装置具有第二喷嘴，所述第二喷嘴沿着多个所述衬底的层合方向从所述反应管的下部延伸到所述反应管的顶端附近，且具有向多个所述衬底之间开口并向所述处理室内导入所述氧化气体的多个第二导入口，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， 以便以相互不混合的方式向所述处理室交替地供给所述原料气体和所述氧化气体，从而在所述衬底上生成所需要的膜。
2.一种衬底处理方法，其特征在于， 具有如下工序在多个衬底层合地被收纳的处理室内，从设在沿多个所述衬底的层合方向立设的第一喷嘴的前端部上的第一气体导入口向避开衬底的方向导入原料气体的工序； 对残留在所述处理室内的原料气体进行排气的工序；在所述处理室内，从设在沿多个所述衬底的层合方向立设的第二喷嘴上的多个第二气体导入口向朝向多个所述衬底的方向导入氧化气体的工序； 对残留在所述处理室内的氧化气体进行排气的工序， 通过反复进行各工序，在所述衬底上形成所需要的膜。
3.一种半导体装置的制造方法，其特征在于， 具有如下工序在将多个衬底层合地收纳的处理室内，从设在沿多个所述衬底的层合方向立设的第一喷嘴的前端部上的第一气体导入口向避开衬底的方向导入原料气体的工序； 对残留在所述处理室内的原料气体进行排气的工序；在所述处理室内，从设在沿多个所述衬底的层合方向立设的第二喷嘴上的多个第二气体导入口向朝向多个所述衬底的方向导入氧化气体的工序； 对残留在所述处理室内的氧化气体进行排气的工序， 通过反复进行各工序，在所述衬底上形成所需要的膜。
全文摘要
本发明提供一种衬底处理装置、衬底处理方法及半导体装置的制造方法，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H01L21/67GK102543800SQ20121003236
公开日2012年7月4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