成膜裝置、成膜方法和存儲介質(zhì)的制作方法

專利名稱：成膜裝置、成膜方法和存儲介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過多次交替切換地供給第一處理氣體和第二處理氣 體，在基板上形成這些處理氣體的反應(yīng)生成物的膜的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知存在下述半導(dǎo)體制造工藝中的成膜方法使第一處理氣體吸 附在基板的表面，接著從第一處理氣體切換為第二處理氣體，通過兩 氣體的反應(yīng)形成一層或者少數(shù)層的原子層、分子層，進(jìn)行多次該循環(huán)， 從而對這些層進(jìn)行疊層，在基板上進(jìn)行成膜。該方法例如被稱為ALD (Atomic Layer Deposition: 原子層沉積)、MLD (Molecular Layer Deposition:分子層沉積)等，根據(jù)循環(huán)數(shù)能夠高精度地控制膜厚，并 且膜質(zhì)的面內(nèi)均勻性良好，能夠有效地應(yīng)對半導(dǎo)體器件的薄膜化。為 了實(shí)施該方法，使用例如圖15所示的成膜裝置100 (參照日本特開 2004-6733 C
和圖8))。在該成膜裝置100中，例如，從設(shè)置在基板101的側(cè)方(圖15中 右側(cè))的處理氣體供給口 102供給包含例如金屬化合物的氣體即第一 處理氣體，并且，從以與該處理氣體供給口 102相對的方式設(shè)置的排 氣口 104排出第一處理氣體，由此，使該處理氣體吸附在基板101上。 接著，從處理氣體供給口 102的相反側(cè)(圖15中左側(cè))的臭氧氣體供 給口 103供給臭氧氣體作為第二處理氣體，并且從排氣口 105對該臭 氧氣體進(jìn)行排氣，對吸附在基板101上的第一處理氣體進(jìn)行氧化，形 成氧化物的膜。以將由該第一處理氣體的吸附和氧化構(gòu)成的處理的循環(huán)反復(fù)進(jìn)行多次例如100次的方式，多次切換第一處理氣體和臭氧氣
體的供給，從而能夠得到所希望的膜厚的氧化物。
例如每數(shù)秒即進(jìn)行交替供給該第一處理氣體和臭氧氣體的循環(huán)，
因此需要高速切換排氣口 104、 105。于是，在該排氣口 104、 105設(shè)置 有高速旋轉(zhuǎn)閥106，配合上述循環(huán)使該高速旋轉(zhuǎn)閥106旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行 排氣口104、 105的開關(guān)，高速地切換排氣方。
如上所述，該成膜按照使氣體從基板101的一側(cè)向另一側(cè)(圖中 橫向)流通的側(cè)流(side flow)方式進(jìn)行，因此，為了抑制橫向的膜厚、 膜質(zhì)的偏析，在例如200 24(TC左右的低溫的穩(wěn)定氣氛下進(jìn)行。
另一方面，在對氧化鋯(Zr02)等高電介質(zhì)材料進(jìn)行成膜的情況 下，作為第一處理氣體，使用例如TEMAZ (四乙基甲基氨基鋯)氣體 等。這樣的氣體在低溫下幾乎不分解，所以如果在該狀態(tài)下進(jìn)行成膜， 則雜質(zhì)會進(jìn)入膜中，造成膜質(zhì)劣化。因此，這種材料在例如28(TC左右 的高溫下進(jìn)行成膜，但是，在這樣的高溫中，反應(yīng)進(jìn)行得快，具有在 一次的循環(huán)中形成的膜厚會變厚的傾向，在側(cè)流方式的情況下，基板 101的表面的氣體的移動距離較長，因此例如可能在氣體的供給側(cè)膜厚 較厚，在排氣側(cè)膜厚較薄等，導(dǎo)致面內(nèi)的膜厚的均勻性惡化。
另外，由于高電介質(zhì)材料的氣體價格很高，所以如果為了抑制其 消耗量而減少流量，則如圖16 (a)所示，第一處理氣體的供給側(cè)的膜 厚變厚。而且，在為了提高生產(chǎn)率(throughput),例如使供給臭氧氣 體的時間變短的情況下，如圖16 (b)所示，隨著遠(yuǎn)離臭氧氣體的供給 源，臭氧氣體的氧化能力變?nèi)?臭氧氣體被消耗)，因此有可能出現(xiàn)基 板101上的吸附膜沒有被充分氧化的情況，在該情況下漏電流的面內(nèi) 均勻性惡化。
另外，如圖16 (c)所示，流過基板101附近的處理氣體用于進(jìn)行 反應(yīng)，另一方面，流過遠(yuǎn)離基板101的區(qū)域的處理氣體則被直接排出， 因此成膜效率(成膜比例)低，浪費(fèi)了昂貴的處理氣體，而且為了得 到所希望的膜厚需要花費(fèi)很長的時間。另外，上述的高速旋轉(zhuǎn)閥106 等也很昂貴，所以上述的成膜裝置100的制造費(fèi)用也很高，要求改善 該情況。
于是，正在探討例如使用在通常的CVD裝置中運(yùn)用的氣體噴淋頭(參照日本特開2006-299294 (
和圖l))，從基板101的
上方供給氣體的方法。根據(jù)這樣的氣體的供給方法，因?yàn)闅怏w從基板 的中央朝向周邊去，所以氣體的移動距離與側(cè)流方式相比更短，因此， 對于成膜后的膜厚、膜質(zhì)也能夠期望得到高面內(nèi)均勻性。但是，這樣 的氣體噴淋頭都是大型的，如上所述，為了將處理氣體切換多次進(jìn)行 供給，在每次切換處理氣體時都需要置換氣體噴淋頭內(nèi)的氣氛，會浪 費(fèi)大量的處理氣體。此外，置換氣體的容積(氣體噴淋頭內(nèi)的容積) 較大，在氣體的置換中需要很長的時間，因此生產(chǎn)率也會降低。
進(jìn)一步，作為上述高電介質(zhì)材料的原料的TEMAZ氣體的成膜物， 在其除去作業(yè)中，還沒有確立干式清潔的方法，而是進(jìn)行手動操作的 濕式清潔，因此，希望盡量減少這樣的處理氣體所接觸的面積，希望 使清掃時間變短。
但是，在使用氣體噴淋頭方式時，為了抑制在氣體噴淋頭內(nèi)產(chǎn)生 顆粒，在切換第一處理氣體和第二處理氣體時，需要向該氣體噴淋頭 內(nèi)供給吹掃氣體，置換氣體噴淋頭內(nèi)的氣氛，但是，為了抑制生產(chǎn)率 的降低，該氣體置換需要增大吹掃氣體的流量而快速地進(jìn)行。
圖17中表示了成膜裝置200的一個例子，該成膜裝置200具有大 致蘑菇型的處理容器201和例如在內(nèi)部埋設(shè)有加熱器203的工作臺 202。在處理容器201的頂壁設(shè)置有用于向工作臺202上的基板210供 給處理氣體的氣體噴淋頭205，處理氣體在從氣體噴淋頭205供給到基 板210之后，從設(shè)置在該處理容器201的下側(cè)的側(cè)壁的排氣口 208被 排出。
但是，在上述的成膜裝置200中，因?yàn)閺奶幚砣萜?01的下方側(cè) 的一端側(cè)排出處理氣體，所以處理容器201內(nèi)的處理氣體的流動產(chǎn)生 偏差，其結(jié)果，基板210的表面的處理氣體的流動變得不均勻，產(chǎn)生 膜厚的參差不齊。另外，當(dāng)氣體流量增加時，膜厚的參差不齊會進(jìn)一 步變大，所以在該成膜裝置200中，也存在不能夠加大吹掃氣體的流 量的問題。進(jìn)一步，在工作臺202的下方側(cè)連接未圖示的升降部、通 過處理容器201的外部的未圖示的升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作臺202的升降的 情況下，為了保持處理容器201內(nèi)的氣密性，需要在該升降部的周圍 和處理容器201的底面之間設(shè)置例如未圖示的波紋管(bellows),并使得該波紋管隨著工作臺202的升降而一同伸縮，但是，在該情況下， 在該波紋管處堆積處理氣體、反應(yīng)生成物等，波紋管有可能在收縮時 破損，成為處理容器201的泄漏的原因。
另外，圖18所示的成膜裝置220采用下述結(jié)構(gòu)為了使基板210 的表面的處理氣體的流動均勻，以將從工作臺202的側(cè)方位置到形成 有排氣口 208的處理容器201的下表面為止的環(huán)狀空間與處理容器201 內(nèi)的空間分隔開的方式，設(shè)置環(huán)狀的擋板209，并在該擋板209的上表 面設(shè)置多處小徑的孔211，由此，使朝向擋板209的內(nèi)部流動的處理氣 體的流路變窄。通過縮小該孔211的面積，處理容器201內(nèi)的壓力均 勻提高，因此，處理氣體向著多個孔211均勻流動，從基板210的表 面各向同性地進(jìn)行排氣。
但是，在這樣的成膜裝置220中，因?yàn)樵O(shè)置在擋板209的孔211 為小徑，所以不能夠大幅度地增加吹掃氣體的流量，上述成膜氣體和 氧化性氣體切換時的氣體置換需要花費(fèi)較長的時間，因此導(dǎo)致生產(chǎn)率 降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種成膜裝置，其包括 處理容器；
配置在上述處理容器內(nèi)、用于載置基板的載置臺；
氣體噴淋頭，其與載置在上述載置臺上的基板相對地設(shè)置，并且 具有多個氣體供給孔，被劃分為與該基板的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和 與該基板的周邊部相對的周邊區(qū)域；
第一處理氣體供給單元，其具有用于向上述氣體噴淋頭的上述中 央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體的第一處理氣體供給通路；
第二處理氣體供給單元，其具有用于向上述氣體噴淋頭的上述中 央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體的第二處理氣體供給通路；
能量供給單元，其供給用于使第一處理氣體和第二處理氣體在上 述基板上反應(yīng)的能量；和
吹掃氣體供給單元，其用于在切換上述第一處理氣體的供給和上 述第二處理氣體的供給時，向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域和上述
9周邊區(qū)域供給吹掃氣體。
在本發(fā)明涉及的成膜裝置中，優(yōu)選，上述氣體噴淋頭的上述中央
區(qū)域的面積為上述周邊區(qū)域的面積的50%以下。
在本發(fā)明涉及的成膜裝置中，優(yōu)選，上述第一處理氣體供給通路 和上述第二處理氣體供給通路相互獨(dú)立。
在本發(fā)明涉及的成膜裝置中，優(yōu)選，上述第一處理氣體供給通路 和上述第二處理氣體供給通路，至少一部分被共用。
在本發(fā)明涉及的成膜裝置中，優(yōu)選，上述能量供給單元由對載置 在上述載置臺上的基板進(jìn)行加熱的加熱單元構(gòu)成。
在本發(fā)明涉及的成膜裝置中，優(yōu)選，上述第一處理氣體由用于使 選自Zr、 Hf、 Si、 Sr、 Ti、 Y和La中的一種以上的化合物進(jìn)行成膜的
成膜氣體構(gòu)成，
上述第二處理氣體由對上述化合物進(jìn)行氧化，用于得到高電介質(zhì) 材料的氧化性氣體構(gòu)成。
本發(fā)明涉及一種成膜方法，該成膜方法使用的成膜裝置包括處 理容器；配置在上述處理容器內(nèi)的載置臺；氣體噴淋頭，其與載置在 上述載置臺上的基板相對地設(shè)置，并且具有多個氣體供給孔，被劃分 為與該基板的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和與該基板的周邊部相對的周邊 區(qū)域；以及供給能量的能量供給單元，該成膜方法包括
將基板載置在處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序(a);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體，從該中央 區(qū)域向上述基板供給第一處理氣體的第一處理氣體供給工序(b);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域和上述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將上述處理容器內(nèi)的第一處理氣體置換為吹掃氣體的第一置換工 序(C);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體，從該中央 區(qū)域向上述基板供給第二處理氣體的第二處理氣體供給工序(d);
利用上述能量供給單元，供給用于使第一處理氣體和第二處理氣 體在上述基板上反應(yīng)的能量的能量供給工序(e);和
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域和上述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將上述處理容器內(nèi)的第二處理氣體置換為吹掃氣體的第二置換工序(f)，
反復(fù)多次地依次進(jìn)行上述第一處理氣體供給工序(b)、上述第一置換工序(c)、上述第二處理氣體供給工序(d)和上述第二置換工序(f)。
在本發(fā)明涉及的成膜方法中，優(yōu)選，上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域的面積為上述周邊區(qū)域的面積的50%以下。
在本發(fā)明涉及的成膜方法中，優(yōu)選，供給到上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域的第一處理氣體和供給到上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域的第二處理氣體，通過相互不同的流路。
在本發(fā)明涉及的成膜方法中，優(yōu)選，供給到上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域的第一處理氣體和供給到上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域的第二處理氣體，通過至少一部分共用的流路。
在本發(fā)明涉及的成膜方法中，優(yōu)選，上述能量供給工序(e)利用上述能量供給單元對載置在上述載置臺上的基板進(jìn)行加熱。
本發(fā)明涉及一種存儲介質(zhì)，其存儲有用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行成膜方法的計(jì)算機(jī)程序，
其中，該成膜方法使用一種成膜裝置，該成膜裝置包括處理容器；配置在上述處理容器內(nèi)的載置臺；氣體噴淋頭，其與載置在上述載置臺上的基板相對地設(shè)置，并且具有多個氣體供給孔，被劃分為與該基板的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和與該基板的周邊部相對的周邊區(qū)域；和供給能量的能量供給單元，
該成膜方法包括
將基板載置在處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序(a);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體，從該中央?yún)^(qū)域向上述基板供給第一處理氣體的第一處理氣體供給工序(b);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域和上述周邊區(qū)域供給吹掃氣體，將上述處理容器內(nèi)的第一處理氣體置換為吹掃氣體的第一置換工序(C);
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體，從該中央?yún)^(qū)域向上述基板供給第二處理氣體的第二處理氣體供給工序(d);
利用上述能量供給單元，供給用于使第一處理氣體和第二處理氣體在上述基板上反應(yīng)的能量的能量供給工序(e);和
向上述氣體噴淋頭的上述中央?yún)^(qū)域和上述周邊區(qū)域供給吹掃氣體，將上述處理容器內(nèi)的第二處理氣體置換為吹掃氣體的第二置換工序(f)，
反復(fù)多次地依次進(jìn)行上述第一處理氣體供給工序(b)、上述第一置換工序(c)、上述第二處理氣體供給工序(d)和上述第二置換工序(f)。
本發(fā)明中，在交替切換第一處理氣體和第二處理氣體，在基板上形成這些氣體的反應(yīng)生成物的膜時，從與基板相對的氣體噴淋頭供給第一處理氣體和第二處理氣體，因此與側(cè)流方式相比，能夠得到薄膜的膜厚、膜質(zhì)的高面內(nèi)均勻性。而且，將氣體噴淋頭劃分為中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域，從中央?yún)^(qū)域交替供給第一處理氣體和第二處理氣體，因此能夠縮小被處理氣體充滿的氣體噴淋頭內(nèi)的容積，能夠縮短氣體噴淋頭內(nèi)的處理氣體的置換所需要的時間。而且，在處理容器內(nèi)的處理氣體的置換時，從氣體噴淋頭的周邊區(qū)域也供給吹掃氣體，因此能夠縮短處理氣體的置換時間，能夠提高生產(chǎn)率。進(jìn)一步，氣體噴淋頭內(nèi)的被處理氣體充滿的容積小，因此也能夠減少在置換處理氣體時被排出而浪費(fèi)的處理氣體的量。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜裝置的一例的縱截面圖。圖2是上述成膜裝置的處理容器的放大圖的截面。圖3是表示設(shè)置在上述成膜裝置的氣體噴淋頭的一個例子的縱截面圖。
圖4是上述氣體噴淋頭的分解立體圖。
圖5是上述氣體噴淋頭的仰視平面圖。
圖6是表示本發(fā)明的成膜方法的一例的流程圖。
圖7是表示上述成膜的過程的示意圖。
圖8是表示上述成膜的過程中的處理容器內(nèi)的狀態(tài)的示意圖。圖9是表示上述成膜的過程的示意圖。
圖10是表示處理區(qū)域的容積(VI)和排氣空間的容積(V2)的比(V2/V1)、與膜厚的面內(nèi)均勻性的相互關(guān)系的特性圖。
圖11是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的成膜裝置中設(shè)置的氣體噴淋
頭的一個例子的縱截面圖。
圖12是上述氣體噴淋頭的分解立體圖。
圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)果的特性圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)果的特性圖。
圖15是表示現(xiàn)有的成膜裝置的一例的縱截面圖。
圖16是表示使用上述成膜裝置進(jìn)行的成膜的狀態(tài)的示意圖。
圖17是表示現(xiàn)有的成膜裝置的一個例子的縱截面圖。
圖18是表示現(xiàn)有的成膜裝置的一個例子的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1 圖5對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜裝置20的一個例子進(jìn)行說明。該成膜裝置20包括處理容器31;構(gòu)成氣體供給部的氣
體噴淋頭51;和用于載置作為基板的例如半導(dǎo)體晶片(下面，稱為"晶
片W")的載置臺，即扁平的圓柱狀的工作臺71。
氣體噴淋頭51以與載置在工作臺71上的晶片W相對的方式設(shè)置在處理容器31的頂壁。該氣體噴淋頭51與晶片W之間的空間成為處理區(qū)域(處理空間)11。在該氣體噴淋頭51的外側(cè)，以成為比氣體噴淋頭51的下端面更低的高度(成為接近晶片W的高度)的方式，設(shè)置有氣流限制用的環(huán)狀體52。該環(huán)狀體52通過其平坦的下表面限制從處理區(qū)域11的處理氣氛朝向外方的氣流，從而使得處理氣體在晶片W的外周部的流速的分布變得均勻，也可以使其下端面的高度與氣體噴淋頭51的下端面在相同的高度。
在工作臺71設(shè)置有用于對晶片W進(jìn)行靜電吸附的靜電吸盤72，該靜電吸盤72與電源72a連接。另外，在工作臺71設(shè)置有與電源73a連接的加熱器(加熱單元)73,能夠?qū)⒕琖加熱至例如60(TC左右。該加熱器73相當(dāng)于供給用于使作為第一處理氣體的成膜氣體和作為第二處理氣體的臭氧氣體在晶片W上反應(yīng)的能量的能量供給單元。
工作臺71構(gòu)成為，被作為升降部的柱狀的支承部件71a從下表面?zhèn)戎С校ㄟ^未圖示的升降機(jī)構(gòu)在用于進(jìn)行晶片W的處理的處理位置、
13和用于通過處理容器31的壁面的搬送口 35在其與外部之間進(jìn)行晶片W的交接的搬送位置之間，能夠升降規(guī)定的距離例如60mm左右。處理位置的氣體噴淋頭51和晶片W的距離h例如為8mm。此外，由于在搬送口35附近，有可能處理氣體滯留，導(dǎo)致不能夠均勻地進(jìn)行成膜處理，因此，為了抑制該搬送口35附近的氣體流動的影響地進(jìn)行成膜處理，使工作臺71的位置在處理位置和搬送位置之間改變。該支承部件71a在下表面?zhèn)扰c升降板71b連接。該升降板71b與處理容器31的下表面?zhèn)韧ㄟ^作為密封部的波紋管74氣密地接合。波紋管74構(gòu)成為能夠伸縮，即使工作臺71升降也能夠保持處理容器31內(nèi)的氣密性。
另外，在工作臺71，例如在三個位置的開口部設(shè)置有用于晶片W的升降的銷75。該銷75由針狀的下部和比該下部的直徑粗的上端部構(gòu)成,利用設(shè)置在處理容器31的下表面的環(huán)狀的升降部件75a進(jìn)行升降，當(dāng)升降部件75a向下方側(cè)離開時，其上端的擴(kuò)徑部阻塞工作臺71的開口部，將作為工作臺71的下方側(cè)的區(qū)域的下部區(qū)域(下部空間)12與處理區(qū)域ll分開。此外，利用上述的結(jié)構(gòu)，能夠任意調(diào)整晶片W和氣體噴淋頭51的距離(處理區(qū)域11的高度)而進(jìn)行處理。
在工作臺71的下側(cè)的處理容器31的底面上，設(shè)置有與該工作臺71同軸、且與工作臺71同徑的環(huán)狀的支承體76以作為第一環(huán)狀壁，在該支承體76的周圍，為了抑制反應(yīng)生成物的堆積，設(shè)置有例如鋁制的支承體罩76b。在工作臺71的側(cè)面和工作臺71上的露出面(晶片W的外周側(cè))，為了抑制反應(yīng)生成物向工作臺71的表面堆積，設(shè)置有例如石英制的工作臺罩78以作為第二環(huán)狀壁。該工作臺罩78的側(cè)壁伸長至工作臺71的下側(cè)，與上述支承體罩76b的外周面接近，而且位于與支承體76在高度方向上重合的位置，從而抑制處理氣體向下部區(qū)域12蔓延。該工作臺罩78構(gòu)成為，即使上述工作臺71上升到處理位置，也與支承體76在高度方向上重合，能夠?qū)⑾虏繀^(qū)域12與放置晶片W的處理區(qū)域ll的氣氛劃分開。
另外，在支承體76的上端面，以與該下部區(qū)域12連通的方式，例如在周方向等間隔地開有四個位置的氣體供給口 76a，經(jīng)由例如氣體供給通路76c與氮?dú)獾葰怏w源77連接。該氣體源77向下部區(qū)域12供給氣體，通過使其成為比上述的處理區(qū)域ll的壓力稍高的壓力，能夠進(jìn)一步抑制處理氣體向下部區(qū)域12的蔓延。例如，在下部區(qū)域12設(shè) 置未圖示的壓力計(jì)，將下部區(qū)域12的壓力設(shè)定得比處理區(qū)域11的壓 力稍高。
被由工作臺罩78的側(cè)面構(gòu)成的面和處理容器31的內(nèi)壁包圍的高 度Hmm、外徑Rmm、內(nèi)徑rmm的環(huán)狀的空間，成為排氣空間13。在 該例子中，各尺寸H、 R、 r為152mm、 250mm、 206mm。此外，這里， 處理區(qū)域11和排氣空間13的容積VI、 V2分別為1.07升、9.61升， 兩者的比(V2 + V1)為9.0。另夕卜，外徑R、內(nèi)徑r分別表示半徑，處 理區(qū)域11的容積VI在圖2中是指(7ir2h)。
在處理容器31的下表面，以包圍支承體76的外側(cè)的方式，例如 沿著周方向等間隔地開有四個位置的例如半徑25mm的排氣口 32，經(jīng) 由排氣通路33與例如真空泵等真空排氣單元34連接。此外，在該排 氣通路33，為了不堆積在處理區(qū)域ll內(nèi)生成的生成物，埋設(shè)有未圖示 的加熱器，但是在此予以省略。該排氣口32也可以設(shè)置在四個位置以 上，例如設(shè)置在八個位置。這里，上述的排氣空間13的下表面(處理 容器31的下表面)的面積和排氣口 32的合計(jì)的面積的比(排氣空間 13的下表面的面積+排氣口 32的合計(jì)面積)為8.0。
此外，在該處理容器31的內(nèi)壁和排氣通路33等的與處理氣體接 觸的部位，貼設(shè)有例如鋁制的未圖示的防沉積罩(deposition shield), 但是此處予以省略。
接著，對氣體噴淋頭51進(jìn)行說明。如圖3和圖4所示，氣體噴淋 頭51被劃分為與晶片W的中央部相對的中央?yún)^(qū)域53、和與晶片W的 周邊部相對的周邊區(qū)域54，中央?yún)^(qū)域53和周邊區(qū)域54的底面的半徑 例如分別為85mm、 160mm。該氣體噴淋頭51構(gòu)成為能夠從中央?yún)^(qū)域 53供給后述的成膜氣體、臭氧氣體和吹掃氣體，能夠從周邊區(qū)域54 供給臭氧氣體和吹掃氣體。此外，作為第一處理氣體的成膜氣體和作 為第二處理氣體的臭氧氣體，在該中央?yún)^(qū)域53內(nèi)并不混合，而是相互 獨(dú)立地供給到處理區(qū)域ll。即，向氣體噴淋頭51的中央?yún)^(qū)域53供給 成膜氣體用的第一氣體供給通路(第一處理氣體供給通路)81和向氣 體噴淋頭51的中央?yún)^(qū)域53供給臭氧氣體用的第二氣體供給通路(第 二處理氣體供給通路)82相互獨(dú)立。下面對該氣體噴淋頭51進(jìn)行詳細(xì)敘述。
中央?yún)^(qū)域53由上表面開口的扁平的圓筒體53a構(gòu)成。該圓筒體53a 的內(nèi)部空間成為后述的臭氧氣體進(jìn)行擴(kuò)散的第二擴(kuò)散空間62。在圓筒 體53a的底面，開有多個第二噴出孔62a，使得能夠從第二擴(kuò)散空間 62向處理區(qū)域11供給臭氧氣體。另外，在該圓筒體53a,設(shè)置有多個 以其上端面的高度位置與圓筒體53a的周圍壁的高度相等的方式形成 的環(huán)狀的柱部61b。該柱部61b內(nèi)的開口部成為成膜氣體的流路的一部 分，下表面作為第一噴出孔(氣體供給孔)61a與處理區(qū)域11連通。 該第一噴出孔61a與第二噴出孔(氣體供給孔)62a,如圖5所示，呈 多個直徑不同的同心圓狀，從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)交替配置。此夕卜，該圖5 是表示從下側(cè)(晶片W側(cè))觀察氣體噴淋頭51的狀態(tài)的圖。
周邊區(qū)域54在內(nèi)周邊和外周邊分別具有立起壁54b、 54c,并且利 用與圓筒體53a同心且高度相同的環(huán)狀體54a而構(gòu)成。該環(huán)狀體54a 的內(nèi)部空間構(gòu)成后述的吹掃氣體、臭氧氣體進(jìn)行擴(kuò)散的第三擴(kuò)散空間 63。在環(huán)狀體54a的底面，沿周方向等間隔地在例如八個位置、在半 徑部分沿徑向等間隔地在例如四個位置開有第三噴出孔(氣體供給孔) 63a。
中央?yún)^(qū)域53和周邊區(qū)域54與處理容器31的頂壁氣密地接合，成 為氣體噴淋頭51。此外，在圓筒體53a的周圍壁和環(huán)狀體54a的立起 壁54b、 54c，在其上表面設(shè)置有槽和嵌入該槽的密封體，其上表面被 研磨，以保持與處理容器31的頂壁的氣密性，但在這里予以省略。
優(yōu)選該中央?yún)^(qū)域53的下表面的面積(a)為周邊區(qū)域54的下表面 的面積(P)的50%以下，更優(yōu)選為30% 40%。這里，a是圓筒體53a 的下表面的面積，|3是環(huán)狀體54a的下表面的面積。此外，在該例子中， 雖然將第一噴出孔61a和第二噴出孔62a配置為同心圓狀，但這是為 了方便而采用的布局，例如也可以配置為格子狀。
在處理容器31的頂壁，第三氣體供給口 38沿著周方向等間隔地 形成在例如四個位置，使得與上述的周邊區(qū)域54的第三擴(kuò)散空間63 連通。另外，在處理容器31的頂壁，第二氣體供給口 37沿著周方向 等間隔地形成在例如四個位置，使得與中央?yún)^(qū)域53的第二擴(kuò)散空間62 連通。在該處理容器31的頂壁的上端面(外側(cè))的中央部形成有圓柱間61，在其底面形成有多個第一氣體供給口 36。該第一氣體供給口 36被配置在與上述的中央?yún)^(qū)域53的柱部61b 相同的位置，經(jīng)由柱部61b內(nèi)的開口部使第一擴(kuò)散空間61內(nèi)和處理區(qū) 域11氣密地連通。
在處理容器31的上表面設(shè)置有蓋體39,該蓋體39氣密地構(gòu)成上 述第一擴(kuò)散空間61，并且形成有向該第一擴(kuò)散空間61供給成膜氣體用 的第一氣體供給口 36a、和與第二氣體供給口 37連通的第二氣體供給 口 37a。此外，在處理容器31的上表面的和第二氣體供給口 37a與蓋 體39的端面之間對應(yīng)的位置，設(shè)置有槽和收納在該槽內(nèi)的密封體，但 是在此處予以省略。另外，在處理容器31的頂壁和蓋體39,在與上述 的圓筒體53a的周圍壁的上端面和環(huán)狀體54a的立起壁54b對應(yīng)的位 置，分別沿周方向等間隔地設(shè)置有例如四個位置的孔部40，經(jīng)由該孔 部40，將螺釘41、 42從蓋體39的上表面插入在圓筒體53a的周圍壁 的上端面和環(huán)狀體54a的立起壁54b中開出的螺紋孔55，從而，蓋體 39、處理容器31、圓筒體53a和環(huán)狀體54a被緊密連接。同樣，在處 理容器31的頂壁，在與環(huán)狀體54a的立起壁54c對應(yīng)的位置，沿周方 向等間隔地在例如四個位置開設(shè)有孔部40，螺釘43被插入立起壁54c 的螺紋孔55。
如圖1所示，在蓋體39的第一氣體供給口 36a和第二氣體供給口 37a上，分別連接有第一氣體供給通路81和第二氣體供給通路82,在 處理容器31的頂壁的第三氣體供給口 38上，連接有作為吹掃氣體供 給通路的第三氣體供給通路83。在這些氣體供給通路81、 82、 83的上 游側(cè)，分別經(jīng)由閥87A、 87B、 87F和流量控制部88A、 88B、 88F，連 接有儲存有作為第一處理氣體的例如TEMAZ (四乙基甲基氨基鋯)氣 體的成膜氣體源84、儲存有作為第二處理氣體的例如臭氧氣體的氧化 性氣體源85以及儲存有作為吹掃氣體的例如氬氣體的吹掃氣體源86。 另外，這些氣體供給通路81、 82分別分支出吹掃氣體供給通路81a和 吹掃氣體供給通路82a，經(jīng)由閥87D、 87E和流量控制部88D、 88E進(jìn) 而與上述的吹掃氣體源86連接。在第三氣體供給通路83進(jìn)行分支而 經(jīng)由閥87C和流量控制部88C連接有氧化性氣體源85。這些閥87A 87F和流量控制部88A 88F成為流量調(diào)整部89。此外，在本實(shí)施方式中，通過成膜氣體源84、闊87A、流量控制 部88A和氣體供給通路81構(gòu)成第一處理氣體供給單元。另外，通過氧 化性氣體源85、閥87B、流量控制部88B和氣體供給通路82構(gòu)成第二 處理氣體供給單元。進(jìn)而，通過吹掃氣體源86、閥87D、 87E、 87F、 流量控制部88D、 88E、 88F、氣體供給通路81、 82、 83,構(gòu)成吹掃氣 體供給單元。
在成膜裝置20設(shè)置有例如由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制部20A，該控制部 20A具有程序、存儲器、CPU構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理部等。在該程序中編入 有命令，使得從控制部20A向成膜裝置20的各部輸送控制信號，執(zhí)行 后述的各步驟，從而進(jìn)行晶片W的處理、搬送。另外，例如在存儲器 中，具有寫入處理壓力、處理溫度、處理時間、氣體流量或者功率值 等處理參數(shù)的值的區(qū)域，CPU在執(zhí)行程序的各命令時，讀出這些處理 的參數(shù)，依據(jù)該參數(shù)值的控制信號被送至該成膜裝置20的各部位。該 程序(也包含與處理參數(shù)的輸入操作、顯示相關(guān)的程序)被存儲在計(jì) 算機(jī)存儲介質(zhì)例如軟盤、光盤、MO (光磁盤)、硬盤等存儲部20B中， 被安裝于控制部20A。
此外，該控制部20A構(gòu)成為對第一處理氣體供給單元、第二處理 氣體供給單元和吹掃氣體供給單元進(jìn)行控制，使得多次地依次進(jìn)行下 述供給從中央?yún)^(qū)域53向晶片W的TEMAZ氣體(第一處理氣體) 的供給、從中央?yún)^(qū)域53和周邊區(qū)域54向晶片W的Ar氣體(吹掃氣 體)的供給、從中央?yún)^(qū)域53向晶片W的臭氧氣體(第二處理氣體) 的供給、以及從中央?yún)^(qū)域53和周邊區(qū)域54向晶片W的Ar氣體(吹 掃氣體)的供給。
接著，參照圖6 圖9，對上述成膜裝置20的作用進(jìn)行說明。首 先，使工作臺71下降到搬送位置，通過未圖示的搬送機(jī)構(gòu)，經(jīng)由搬送 口 35將晶片W搬入處理容器31內(nèi)，載置在工作臺71上，關(guān)閉未圖 示的閘閥(載置工序)。接著，利用靜電吸盤72對晶片W進(jìn)行靜電吸 附，并且使工作臺71上升到處理位置(步驟S51)。然后，利用加熱器 73將晶片W加熱至例如28(TC (能量供給工序)(步驟S52)，并且通 過真空排氣單元34對處理容器31內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，從成膜氣 體源84經(jīng)由第一噴出孔61a按照規(guī)定的流量例如10mg/min將TEMAZ氣體(第一處理氣體)向晶片W供給例如1.5秒的時間(第一處理氣 體供給工序)(步驟S53)。另外，從上述的氣體供給通路76b向下部區(qū) 域12供給例如氮?dú)?。通過該處理，如圖7 (a)所示，TEMAZ氣體吸 附在晶片W的表面，均勻地形成TEMAZ膜90的例如O.lnm的薄膜。 在該成膜過程中，為了防止TEMAZ氣體侵入第三擴(kuò)散空間63內(nèi)，也 可以從第三噴出孔63a流入300sccm左右的吹掃氣體。此時，通過工 作臺罩78、支承體76和處理容器31的內(nèi)壁形成環(huán)狀的排氣空間13， 流路的中途的擴(kuò)張縮小被抑制，因此TEMAZ氣體能夠以流動不發(fā)生 紊亂的方式流向下方的排氣通路33，氣體向下部區(qū)域12的蔓延得到抑 制。
另外，TEMAZ氣體經(jīng)由排氣空間13從處理容器31的底面的排氣 口32進(jìn)行排氣，因此，從晶片W的表面朝向周邊均勻地被排氣。艮P， 排氣口 32等間隔地配置在處理容器31的底面的四個位置，因此排氣 空間13的氣氛在周方向上從四個方向進(jìn)行排氣。此時，在接近排氣口 32的部分，氣體被強(qiáng)力吸引，因此在處理容器31的底面的附近，在周 方向存在氣體流速的參差不齊。但是，為了緩和該氣體流速的差，在 排氣口 32與晶片W之間形成環(huán)狀的鉛直方向長的排氣空間13、使處 理區(qū)域11的容積VI變小，因此，處理區(qū)域11的氣氛從晶片W的中 心呈放射狀地進(jìn)行排氣。
另外，如圖8所示，向下部區(qū)域12例如供給氮?dú)猓沟孟虏繀^(qū)域 12的壓力比處理區(qū)域11的壓力稍大，因此，能夠進(jìn)一步抑制TEMAZ 氣體向下部區(qū)域12的蔓延。因此，能夠抑制TEMAZ氣體附著在銷75、 波紋管74上。供給到該下部區(qū)域12的氮?dú)?，有少量從工作臺罩78與 支承體罩76b之間的間隙流到排氣空間13，與TEMAZ氣體一同被排 出。
接著，從第一噴出孔61a和第三噴出孔63a，向處理容器31內(nèi)供 給作為吹掃氣體的Ar氣體，按照比上述TEMAZ氣體的流量還多的例 如3slm的流量供給5秒鐘(第一置換工序)(步驟S54)。另外，從上 述的氣體供給通路76c向下部區(qū)域12供給例如氮?dú)狻?br> 通過該處理，如圖7 (b)所示，第一氣體供給通路81中的與吹掃 氣體供給通路81a的分支點(diǎn)的下游側(cè)以及與第一噴出孔61a連通的中央?yún)^(qū)域53內(nèi)的空間的TEMAZ氣體被趕出至處理容器31內(nèi)。進(jìn)而， 該TEMAZ氣體，由于來自中央?yún)^(qū)域53的吹掃氣體和來自周邊區(qū)域54 的吹掃氣體，被推到晶片W的周邊側(cè)，并經(jīng)由排氣口 32和排氣通路 33被排氣，這樣，中央?yún)^(qū)域53內(nèi)以及處理容器31內(nèi)成為吹掃氣體氣 氛。這時的吹掃氣體的流量比步驟S53的TEMAZ氣體的流量多很多， 但是，由于在處理容器31的底面等間隔地開設(shè)有四個位置的排氣口 32，而且以包圍工作臺71的方式形成有環(huán)狀的排氣空間13，所以在晶 片W的附近不會生成沉淀，能夠迅速地進(jìn)行排氣。為了縮短處理氣體 的切換時間而提高生產(chǎn)率，優(yōu)選這時的吹掃氣體的流量例如為3slm 5slm，利用這樣的大流量的吹掃氣體，能夠在例如5秒鐘的短時間內(nèi) 置換處理容器31內(nèi)的氣氛。
之后，從氧化性氣體源85經(jīng)由第二噴出孔62a對晶片W供給臭 氧氣體(第二處理氣體)，按照規(guī)定的流量例如200g/Normalm3 (下面 記為Nm3)的流量供給3秒鐘(第二處理氣體供給工序)(步驟S55)。 另外，與步驟S53同樣，從氣體供給通路76c向下部區(qū)域12供給氮?dú)狻?如圖9 (a)所示，通過該處理，已經(jīng)吸附在晶片W的表面上的TEMAZ 膜90和臭氧利用加熱器73的熱能進(jìn)行反應(yīng)，生成作為Zr02的分子層 的Zr02膜91。
在該成膜中，為了使得臭氧氣體不侵入第三擴(kuò)散空間63內(nèi)，也可 以從第三噴出孔63a流入300sccm左右的吹掃氣體。在上述的步驟S53 中，吸附在晶片W的表面上的TEMAZ膜90非常薄，因此即使在這 樣短的氧化時間下也能夠均勻地被氧化，成為Zr02膜91。在該工序中， 同樣，臭氧氣體向下部區(qū)域12的蔓延受到抑制，并且能夠均勻地被排 氣。此外，這時，也可以從第三噴出孔63a供給臭氧氣體。在該情況 下，能夠更加迅速地進(jìn)行氧化處理。
然后，與上述步驟S54同樣，再次，以3slm 5slm的流量向處理 容器31內(nèi)供給吹掃氣體(第二置換工序)(步驟S56)，而且，向下部 區(qū)域12供給氮?dú)?。此時，吹掃氣體從第二噴出孔62a和第三噴出孔63a 這兩者被供給。由此，如圖9 (b)所示，第二氣體供給通路82中的與 吹掃氣體供給通路82a的分支點(diǎn)的下游側(cè)以及中央?yún)^(qū)域53內(nèi)的臭氧氣 體被排出到處理容器31內(nèi)，處理容器31內(nèi)的臭氧氣體從晶片W的中心呈放射狀地各向同性且快速地被排出到處理容器31的外部。
通過反復(fù)進(jìn)行例如100次步驟S53 步驟S56的處理(步驟S57), Zr02的分子層被多層化，形成規(guī)定的膜厚例如10nm的ZrO2膜91。這 樣的成膜處理結(jié)束后，將該晶片W從處理容器31內(nèi)搬出(步驟S58)。 根據(jù)上述的實(shí)施方式，從氣體噴淋頭51供給處理氣體，因此如上 所述，與側(cè)流方式相比，能夠提高膜厚、膜質(zhì)的面內(nèi)均勻性。而且， 將氣體噴淋頭51劃分為中央?yún)^(qū)域53和周邊區(qū)域54，從中央?yún)^(qū)域53 交替地供給成膜氣體(第一處理氣體)和臭氧氣體(第二處理氣體)， 因此能夠縮小被處理氣體充滿的氣體噴淋頭51內(nèi)的容積，氣體噴淋頭 51內(nèi)的處理氣體的置換所需要的時間變短。而且，在處理氣氛中的處 理氣體的置換時，從氣體噴淋頭51的周邊區(qū)域54也供給吹掃氣體， 結(jié)果能夠縮短處理氣體的置換時間，能夠提高生產(chǎn)率。而且，因?yàn)闅?體噴淋頭51內(nèi)的被處理氣體充滿的容積小，所以能夠減少在每次置換 處理氣體時被排出而浪費(fèi)的處理氣體的量。
另外，成膜氣體分解而得的生成物所堆積的面積(中央?yún)^(qū)域53的 內(nèi)面積)小，因此手動操作的清潔所需要的時間變短，于是生產(chǎn)率提 高，并且容易維護(hù)。這樣，即使從相對于晶片W的直徑，面積較小的 中央?yún)^(qū)域53供給氣體，因?yàn)闀{(diào)整處理區(qū)域ll的高度(晶片W與氣 體噴淋頭51之間的距離)、處理?xiàng)l件等，所以也能夠得到充分的面內(nèi) 均勻性。
此外，與成膜氣體相比，臭氧氣體更為價廉，因此通過在進(jìn)行 TEMAZ膜90的氧化時，也從周邊區(qū)域54供給臭氧氣體，能夠迅速地 生成Zr02膜91，從而能夠提高生產(chǎn)率。
這樣，對晶片W通過氣體噴淋頭51從上方供給氣體，因此，如 后述的實(shí)驗(yàn)例所明確的那樣，能夠迅速地向晶片W的整個表面供給氣 體，結(jié)果能夠降低氣體的使用量，進(jìn)而提高面內(nèi)的膜厚、膜質(zhì)的均勻 性。另外，通過從上方供給氣體，氣體與晶片W的沖撞(接觸)概率 變高，因此成膜氣體的反應(yīng)率(利用率)提高，能夠價廉地進(jìn)行成膜。 特別是，在為了使得處理氣體分解而采用例如25(TC以上的高溫的情況 下，反應(yīng)進(jìn)行得快，因此在側(cè)流方式下，膜厚、膜質(zhì)的面內(nèi)均勻性較 差，但是在本實(shí)施方式下，因?yàn)榫琖表面上的氣體的移動距離短，
21所以在實(shí)現(xiàn)膜質(zhì)、膜厚的面內(nèi)均勻性的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)成膜時間的縮 短。
進(jìn)一步，在通過上述的ALD法從氣體噴淋頭51供給處理氣體而 進(jìn)行成膜時，經(jīng)由以包圍工作臺71的方式形成的環(huán)狀的排氣空間13， 從沿著周方向等間隔形成的四個位置的排氣口 32對處理氣體進(jìn)行排 氣。因此，能夠各向同性且快速地對處理區(qū)域ll的氣氛進(jìn)行排氣。因 此，在切換成膜氣體和氧化性氣體時，即使供給例如3slm 5slm的大 流量的吹掃氣體，也能夠抑制氣體的沉淀，快速地例如在5秒以內(nèi)進(jìn) 行排氣，因此能夠縮短處理容器31內(nèi)的氣體的置換時間，能夠提高生 產(chǎn)率。另外，在從處理區(qū)域ll各向同性地進(jìn)行排氣之外，還從氣體噴 淋頭51向晶片W均勻地供給氣體，因此，即使是在例如28(TC的高溫 下形成Zr02膜91的情況下，也能夠在面內(nèi)進(jìn)行膜質(zhì)、膜厚均勻的成 膜處理，于是能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，是用于實(shí)現(xiàn)所謂的被稱作ALD 法的成膜方法的極為有效的方法。
使處理區(qū)域11的容積(VI)較少(1.07升)，相比于該處理區(qū)域 11的容積(VI)使排氣空間13的容積(V2)較大(9.61升)，使得兩 者的比(V2+V1)為9.0，因此，在置換氣體時，能夠快速地將處理 區(qū)域11的氣氛輸送到排氣空間13，于是能夠縮短氣體的置換時間。此 外，也可以例如使處理容器31的鉛直方向的尺寸延長，或者使氣體噴 淋頭51與晶片W的距離h縮短，使得該比成為9.0以上。圖10是表 示將圖2中的高度h變化為8mm、 13.5mm、 25mm，改變V2/V1的值 而進(jìn)行Zr02膜91的成膜時的膜厚均勻性的數(shù)據(jù)，據(jù)此可知，為了使 均勻性達(dá)到3%以下，須要使V2/V1的值為9以上。
另外，在工作臺71的下方，以形成與排氣空間13區(qū)分開的下部 區(qū)域12的方式設(shè)置有工作臺罩78和支承體76，因此即使工作臺71 升降，成膜氣體等向下部區(qū)域12的蔓延也能夠受到抑制，能夠抑制成 膜種等附著在該下部區(qū)域12，能夠抑制波紋管74的破損。通過設(shè)置工 作臺罩78和支承體76，具有即使不特別另外設(shè)置其它的部件也能夠形 成上述的排氣空間13的效果。
進(jìn)一步，向下部區(qū)域12供給例如氮?dú)?，使得該下部區(qū)域12的壓 力比處理容器31內(nèi)(處理區(qū)域ll)的壓力大，因此能夠進(jìn)一步抑制成膜氣體等向下部區(qū)域12的蔓延。
使成膜氣體與臭氧氣體不在中央?yún)^(qū)域53內(nèi)接觸，因此能夠抑制中 央?yún)^(qū)域53內(nèi)的Zr02的生成，于是能夠減少處理氣體的使用量，并且 能夠抑制顆粒的產(chǎn)生。此外，也可以使中央?yún)^(qū)域53中的各流路共通， 使得在中央?yún)^(qū)域53內(nèi)，成膜氣體與臭氧氣體相互混合。關(guān)于該例子， 在下面進(jìn)行說明。
圖11和圖12表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的氣體噴淋頭51a的一 個例子。氣體噴淋頭51a以外的結(jié)構(gòu)與上述的成膜裝置20相同，因此 予以省略。在該氣體噴淋頭51a中，周邊區(qū)域54是與上述的氣體噴淋 頭51相同的結(jié)構(gòu)，但是，中央?yún)^(qū)域56沒有劃分第一處理氣體和第二 處理氣體的流路，以從形成在圓筒體53a的下表面的整個面的噴出孔 64噴出氣體的方式構(gòu)成。該圓筒體53a的內(nèi)部空間成為第一處理氣體 和第二處理氣體分別進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散空間65。
另外，在處理容器31的頂壁未設(shè)置蓋體39，直接與第一氣體供給 通路81和第二氣體供給通路82連接。此外，在該例子中，中央?yún)^(qū)域 56和周邊區(qū)域54與處理容器31的頂壁，通過收納在未圖示的槽內(nèi)的 密封體緊密接合。另外，與上述圖4同樣，中央?yún)^(qū)域56、周邊區(qū)域54 和處理容器31通過螺釘和螺紋孔緊密接合，此處省略其說明。
在該實(shí)施方式中，也與第一實(shí)施方式同樣地進(jìn)行成膜處理，能夠 得到與上述效果相同的效果。
另外，在以上的實(shí)施方式中，構(gòu)成為在第一氣體供給通路81和第 二氣體供給通路82上連接吹掃氣體供給通路81a、 82a，經(jīng)由第一氣體 供給通路81和第二氣體供給通路82向中央?yún)^(qū)域53內(nèi)供給吹掃氣體， 但是，也可以與第一氣體供給通路81和第二氣體供給通路82獨(dú)立地 供給吹掃氣體。在這種情況下，在第一氣體供給通路81上連接成膜氣 體源84，并且通過未圖示的吹掃氣體流路連接吹掃氣體源86和蓋體 39。在該結(jié)構(gòu)中，在己述的步驟S54、 S56，中央?yún)^(qū)域53內(nèi)的處理氣體 通過吹掃氣體被排出，但是第一氣體供給通路81和第二氣體供給通路 82內(nèi)的處理氣體并沒有被排出，因此優(yōu)選上述第一和第二實(shí)施方式的 結(jié)構(gòu)。
此外，在上述的例子中，說明了使用TEMAZ氣體作為第一處理氣體而形成Zr02膜的例子，但是也可以使用例如TEMAH (四乙基甲 基氨基鉿)氣體、3DMAS(三(二甲基氨基)硅垸)氣體、Sr(METHD) 2 (二 (甲氧基乙氧基四甲基庚二酮)鍶)氣體、TDMAT (四(二甲 基氨基)鈦)氣體、La (dpm) 3 (三(二新戊酰)甲垸)鑭氣體或者 Y (iPr2amd)氣體作為成膜氣體，使得各成膜氣體吸附在晶片W上， 之后進(jìn)行氧化，從而分別形成Hf02、 HfSiO、 SrTiO、 SrTiO、 La02或 者Y doped HfO等的高電介質(zhì)材料的膜。在這種情況下，能夠適當(dāng)設(shè) 定處理?xiàng)l件(處理時間、處理溫度)、排氣通路33的溫度等。另外， 在上述的例子中，作為供給用于使TEMAZ氣體和臭氧氣體在晶片W 上反應(yīng)的能量的能量供給單元，使用加熱器73,但是該能量也可以是 例如紫外線等光能。 實(shí)施例 (實(shí)施例1)
接著，說明為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。 該實(shí)驗(yàn)按照以下的處理?xiàng)l件進(jìn)行成膜，之后測定膜厚等特性。 (處理?xiàng)l件)
氣體種類(成膜氣體/氧化氣體)TEMAZ氣體/臭氧氣體-10、 25、 50、 100 (mg/min) /200 (g/Nm3) 處理時間(成膜/氧化)1.5/3sec 處理溫度250°C
氣體置換時間(成膜/氧化)5/5sec 成膜/氧化的反復(fù)次數(shù)100次 (實(shí)驗(yàn)例1)
在具有上述的氣體噴淋頭51的成膜裝置20中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (比較例1)
在上述的圖15所示的成膜裝置100中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (實(shí)驗(yàn)結(jié)果)
如圖13 (a)、 (b)所示，在實(shí)驗(yàn)例1中，即使在TEMAZ氣體的 流量較少的狀態(tài)下，膜厚和膜厚的均勻性也是良好的。認(rèn)為這表示了， 如上所述，從晶片W的上方側(cè)各向同性地供給成膜氣體，而且從上方 對晶片W供給氣體，從而氣體和晶片W的沖撞(接觸)概率變高，成膜效率變高。即，即使流量較少也能夠充分地進(jìn)行反應(yīng)。另外，如
圖13 (b)所示，膜厚的面內(nèi)均勻性提高，于是可知，通過各向同性地 進(jìn)行原料氣體的供給，并各向同性地進(jìn)行排氣，能夠均勻地進(jìn)行成膜 處理。
另一方面，在比較例1中，在流量少的狀態(tài)下，膜厚和均勻性變 差。這是因?yàn)?，如上所述，從橫方向?qū)琖供給氣體，因此晶片W 與氣體的沖撞概率降低，而且從晶片W的一端側(cè)向另一端側(cè)形成膜厚 的梯度。隨著增加流量，比較例1中的膜厚和均勻性得到改善，這表 示在流量少時，無端浪費(fèi)的氣體的量很多。根據(jù)該圖13能夠得知，在 實(shí)驗(yàn)例1中，為了得到充分的膜厚及其均勻性，比較例1的大約20% 左右的流量即足夠。 (實(shí)驗(yàn)例2)
接著，與上述同樣地在以下的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(處理?xiàng)l件) 處理時間(成膜/氧化)1.5/3sec 氣體置換時間(成膜/氧化)5/5sec 成膜/氧化的反復(fù)次數(shù)100次
(實(shí)驗(yàn)例2)
氣體種類(成膜氣體/氧化氣體)TEMAZ氣體/臭氧氣體=10 (mg/min)雄(g/Nm3)
處理溫度從240。C到27(TC以5。C為間隔，從270。C到300°C以 l(TC為間隔。
此外，在具有上述的氣體噴淋頭51的成膜裝置20中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (比較例2)
氣體種類(成膜氣體/氧化氣體)TEMAZ氣體/臭氧氣體=100 (mg/min) /200 (g/Nm3)
處理溫度從235t:到27(rC以5r為間隔。 此外，在上述圖15所示的成膜裝置100中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)實(shí)施例1的結(jié)果可知，在成膜裝置100中，在TEMAZ氣體 的流量少的狀態(tài)下不能夠得到良好的結(jié)果，因此在比較例2中，使 TEMAZ氣體的流量為100mg/min。另外，在27(TC以上，實(shí)驗(yàn)例2與比較例2之間的差很明顯，因此中止比較例2的實(shí)驗(yàn)。 (實(shí)驗(yàn)結(jié)果)
如圖14 (a)、 (b)所示，在實(shí)驗(yàn)例2中，與比較例2對照可知， 即使提高處理溫度，膜厚、膜質(zhì)的均勻性也不變化，是穩(wěn)定的。由此 可知，在實(shí)驗(yàn)例2中，即使在低溫下也充分地進(jìn)行了反應(yīng)。即，因?yàn)?隨著提高處理溫度，成膜氣體進(jìn)行分解，能夠得到雜質(zhì)較少的ZrOj莫 91,所以可知，在實(shí)驗(yàn)例2中，能夠在保持面內(nèi)的膜厚的均勻性的同 時得到高純度的Zr02膜91。 g卩，因?yàn)榫鹊毓┙o氣體并且均等地進(jìn)行 排氣，所以即使提高溫度也不會產(chǎn)生膜厚的偏差，能夠得到純度更高 的膜。
另一方面，可知在比較例2中，當(dāng)提高處理溫度時膜厚的面內(nèi)均 勻性降低，因此不能夠進(jìn)行高溫成膜。此外，測定膜中的雜質(zhì)的濃度 和表面的粗糙度可知，在實(shí)驗(yàn)例2中，能夠得到比較例2的大約兩倍 左右的良好的結(jié)果。
另外，關(guān)于折射率，在實(shí)驗(yàn)例2中也能夠得到優(yōu)于比較例2的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種成膜裝置，其特征在于，包括處理容器；配置在所述處理容器內(nèi)，用于載置基板的載置臺；氣體噴淋頭，其與載置在所述載置臺上的基板相對地設(shè)置，并且具有多個氣體供給孔，被劃分為與該基板的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和與該基板的周邊部相對的周邊區(qū)域；第一處理氣體供給單元，其具有用于向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體的第一處理氣體供給通路；第二處理氣體供給單元，其具有用于向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體的第二處理氣體供給通路；能量供給單元，其供給用于使第一處理氣體和第二處理氣體在所述基板上反應(yīng)的能量；和吹掃氣體供給單元，其用于在切換所述第一處理氣體的供給和所述第二處理氣體的供給時，向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域和所述周邊區(qū)域供給吹掃氣體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其特征在于 所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的面積為所述周邊區(qū)域的面積的50%以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其特征在于 所述第一處理氣體供給通路和所述第二處理氣體供給通路相互獨(dú)、 >,:
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其特征在于 所述第一處理氣體供給通路和所述第二處理氣體供給通路，至少在一部分被共用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其特征在于所述能量供給單元由對載置在所述載置臺上的基板進(jìn)行加熱的加 熱單元構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其特征在于-所述第一處理氣體由用于使選自Zr、 Hf、 Si、 Sr、 Ti、 Y和La中的一種以上的化合物進(jìn)行成膜的成膜氣體構(gòu)成，所述第二處理氣體由對所述化合物進(jìn)行氧化、用于得到高電介質(zhì) 材料的氧化性氣體構(gòu)成。
7. —種成膜方法，該成膜方法使用的成膜裝置包括處理容器； 配置在所述處理容器內(nèi)的載置臺；氣體噴淋頭，其與載置在所述載置 臺上的基板相對地設(shè)置，并且具有多個氣體供給孔，被劃分為與該基 板的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和與該基板的周邊部相對的周邊區(qū)域；和 供給能量的能量供給單元，該成膜方法的特征在于，包括將基板載置在處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序(a);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體，從該中央 區(qū)域向所述基板供給第一處理氣體的第一處理氣體供給工序(b);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域和所述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將所述處理容器內(nèi)的第一處理氣體置換為吹掃氣體的第一置換工 序(C);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體，從該中央 區(qū)域向所述基板供給第二處理氣體的第二處理氣體供給工序(d);利用所述能量供給單元，供給用于使第一處理氣體和第二處理氣 體在所述基板上反應(yīng)的能量的能量供給工序(e);和向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域和所述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將所述處理容器內(nèi)的第二處理氣體置換為吹掃氣體的第二置換工 序(f)，反復(fù)多次地依次進(jìn)行所述第一處理氣體供給工序(b)、所述第一 置換工序(c)、所述第二處理氣體供給工序(d)和所述第二置換工序 (f)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其特征在于 所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的面積為所述周邊區(qū)域的面積的50%以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其特征在于供給到所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的第一處理氣體和供給到 所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的第二處理氣體，通過相互不同的流 路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其特征在于 供給到所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的第一處理氣體和供給到所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域的第二處理氣體，通過至少在一部分 共用的流路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成膜方法，其特征在于 所述能量供給工序(e)利用所述能量供給單元對載置在所述載置臺上的基板進(jìn)行加熱。
12. —種存儲介質(zhì)，其存儲有用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行成膜方法的計(jì)算機(jī)程序，該存儲介質(zhì)的特征在于該成膜方法使用一種成膜裝置，該成膜裝置包括處理容器；配 置在所述處理容器內(nèi)的載置臺；氣體噴淋頭，其與載置在所述載置臺 上的基板相對地設(shè)置，并且具有多個氣體供給孔，被劃分為與該基板 的中央部相對的中央?yún)^(qū)域和與該基板的周邊部相對的周邊區(qū)域；和供 給能量的能量供給單元，該成膜方法包括將基板載置在處理容器內(nèi)的載置臺上的載置工序(a);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第一處理氣體，從該中央?yún)^(qū)域向所述基板供給第一處理氣體的第一處理氣體供給工序(b);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域和所述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將所述處理容器內(nèi)的第一處理氣體置換為吹掃氣體的第一置換工 序(C);向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域供給第二處理氣體，從該中央 區(qū)域向所述基板供給第二處理氣體的第二處理氣體供給工序(d);利用所述能量供給單元，供給用于使第一處理氣體和第二處理氣體在所述基板上反應(yīng)的能量的能量供給工序(e);和向所述氣體噴淋頭的所述中央?yún)^(qū)域和所述周邊區(qū)域供給吹掃氣 體，將所述處理容器內(nèi)的第二處理氣體置換為吹掃氣體的第二置換工 序(f)，反復(fù)多次地依次進(jìn)行所述第一處理氣體供給工序(b)、所述第一 置換工序(c)、所述第二處理氣體供給工序(d)和所述第二置換工序 (f)。
全文摘要
本發(fā)明提供成膜裝置、成膜方法和存儲介質(zhì)。該成膜裝置包括處理容器(31)；和配置在處理容器(31)內(nèi)、用于載置基板W的載置臺(71)。該成膜裝置還包括氣體噴淋頭(51)，其具有多個氣體供給孔(61a、62a、63a)，被劃分為與該基板(W)的中央部相對的中央?yún)^(qū)域(53)和與該基板(W)的周邊部相對的周邊區(qū)域(54)；向中央?yún)^(qū)域(53)供給第一處理氣體的第一處理氣體供給單元；向中央?yún)^(qū)域(53)供給第二處理氣體的第二處理氣體供給單元；能量供給單元，其供給用于使第一處理氣體和第二處理氣體在基板(W)上反應(yīng)的能量；和吹掃氣體供給單元，其用于在切換第一處理氣體的供給和第二處理氣體的供給時，向氣體噴淋頭(51)的中央?yún)^(qū)域(53)和周邊區(qū)域(54)供給吹掃氣體。
文檔編號H01L21/31GK101647104SQ20088001011
公開日2010年2月10日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者高木俊夫 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社