專利名稱：襯底處理裝置、襯底處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體晶片(以下稱為“晶片”)的表面形成所需要的薄膜以制造半導(dǎo)體裝置的襯底處理裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法以及薄膜的形成方法，特別是涉及氣體的供給技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般而言，在立式的批處理式襯底處理裝置中，通過將多個晶片支承在舟皿(# 一卜)上，將舟皿插入襯底處理室來提高生產(chǎn)量。并且，在將舟皿插入處理室的狀態(tài)下使舟皿圍繞處理室的軸芯旋轉(zhuǎn)，從而使晶片旋轉(zhuǎn)，由此使原料氣體均勻地流向晶片的成膜面，以使成膜的面內(nèi)膜厚均勻。

發(fā)明內(nèi)容
但是，即使在通過晶片的旋轉(zhuǎn)而使襯底處理氣體均勻地流向晶片表面的情況下， 也會發(fā)生晶片的面內(nèi)膜厚不均勻的情況。因此，正尋求一種不論是不是批處理式的襯底處理裝置都能夠使成膜時的面內(nèi)膜厚均勻的技術(shù)，本發(fā)明的目的正是解決這樣的課題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種襯底處理裝置，該裝置具有以層合的狀態(tài)收納多個襯底的處理室；對所述襯底和所述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體進(jìn)行加熱的加熱裝置；供給原料氣體的第一氣體供給裝置，所述原料氣體在由所述加熱裝置加熱的所述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的溫度下發(fā)生自分解；供給氧化氣體的第二氣體供給裝置；排出所述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的排出裝置；以及至少對所述第一氣體供給裝置、所述第二氣體供給裝置以及所述排出裝置進(jìn)行控制的控制部，所述第一氣體供給裝置還具有至少一個向所述處理室導(dǎo)入所述原料氣體的第一導(dǎo)入口，所述第一導(dǎo)入口避開收納于所述處理室內(nèi)的所述襯底側(cè)的方向而開口，所述第二氣體供給裝置還具有至少一個向所述處理室導(dǎo)入所述氧化氣體的第二導(dǎo)入口，所述第二導(dǎo)入口向著收納于所述處理室內(nèi)的襯底側(cè)的方向而開口，所述控制部控制所述第一氣體供給裝置、所述第二氣體供給裝置以及所述排出裝置，以便向所述處理室交替地供給所述原料氣體和所述氧化氣體并進(jìn)行排氣，從而在所述襯底上生成所需要的膜根據(jù)本發(fā)明，不論是不是立式襯底處理裝置，都能夠發(fā)揮能使成膜時的襯底的面內(nèi)膜厚均勻的極佳效果。


圖1是利用透視法表示的本發(fā)明的一個實施方式的襯底處理裝置的概略構(gòu)成的立體圖。圖2是本發(fā)明的一個實施方式的襯底處理裝置的襯底處理部的襯底處理系統(tǒng)的解說圖。圖3是沿圖2的A-A線的剖視圖。圖4是表示本發(fā)明的一個實施方式的第一氣體供給孔、第二氣體供給孔的位置和方向的圖。圖5是比較例的圖。圖6是示出比較例和本發(fā)明的面內(nèi)膜厚不均勻性測定結(jié)果的圖。圖7是示出襯底處理后，分別使隊氣體從第一噴嘴、第二噴嘴噴出而測量氣體中的微粒的結(jié)果的圖。圖8是將金屬Hf膜浸泡在Hf溶液中100個小時后的狀態(tài)圖。圖9是ALD成膜時供給氣體的順序圖。標(biāo)號說明126-舟皿待機(jī)部；130-轉(zhuǎn)移室；131-晶片保持部件；200-晶片；201-處理室； 202-處理爐；203-反應(yīng)管；207-加熱器(加熱裝置)；217_舟皿；231-氣體排出管； 232a-氣體供給管；232b-氣體供給管；233a_第一噴嘴；233b_第二噴嘴；234-載氣供給管； 234a-載氣供給管；234b-載氣供給管真空泵(排氣裝置)；248a_第一氣體供給孔 (氣體導(dǎo)入口)；248b-第二氣體供給孔J80-控制器(控制部)。
具體實施例方式以下參照附圖來說明本發(fā)明的一個實施方式。以下根據(jù)

本發(fā)明的實施方式。圖1是利用透視法表示的本發(fā)明的一個實施方式的襯底處理裝置的概略構(gòu)成的立體圖，圖2是處理裝置的襯底處理部的襯底處理系統(tǒng)的解說圖，圖3是沿圖2的A-A線的剖視圖。如圖1所示，在該襯底處理裝置101中，使用公知的襯底收納器(以下稱為“晶片盒”卜"))110來作為運(yùn)送作為襯底的晶片200的運(yùn)送裝置。晶片盒110由在襯底處理裝置101的外部移動的工序內(nèi)運(yùn)送車運(yùn)送。在襯底處理裝置101的箱體111的前部設(shè)有作為交接臺用來交接上述晶片盒110的裝載舟皿114，在箱體111的前部內(nèi)具有用于暫時保管上述晶片盒110的晶片盒保管架105、打開使晶片盒110的晶片出入口(無圖示)開閉的蓋子(無圖示)的晶片盒開啟裝置(無圖示)、以及用于運(yùn)送晶片盒110的晶片盒運(yùn)送裝置 118，在箱體111的前表面壁設(shè)有用于在工序內(nèi)運(yùn)送車和裝載舟皿114之間進(jìn)行晶片盒110 的交接的搬入搬出口(無圖示)和將該搬入搬出口開閉的前閘門(無圖示)。一旦晶片盒110從工序內(nèi)運(yùn)送車交接到裝載舟皿114，并且晶片盒運(yùn)送裝置118移動到裝載舟皿114的晶片盒接收位置，則由晶片盒運(yùn)送裝置118將晶片盒110從裝載舟皿 114上取下。然后，晶片盒110被自動運(yùn)送到晶片盒保管架105的指定架板107上并被暫時保管，或者被直接運(yùn)送到轉(zhuǎn)移室130側(cè)的晶片盒開啟裝置。轉(zhuǎn)移室130是與上述晶片盒運(yùn)送裝置118和上述晶片盒保管架105的設(shè)置部流體隔絕的氣密性構(gòu)造，其設(shè)置有由供給風(fēng)扇和防塵過濾器構(gòu)成的凈化單元134，以便供給凈化后的環(huán)境氣體或作為惰性氣體的潔凈空氣。轉(zhuǎn)移室130的氧濃度為20ppm以下，遠(yuǎn)低于箱體111內(nèi)部(大氣環(huán)境氣體)的氧濃度。晶片轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)125由晶片轉(zhuǎn)移裝置(襯底轉(zhuǎn)移裝置)12 和升降該晶片轉(zhuǎn)移裝置12 的晶片轉(zhuǎn)移裝置升降機(jī)(襯底轉(zhuǎn)移裝置升降機(jī)構(gòu))12 構(gòu)成。晶片轉(zhuǎn)移裝置12 構(gòu)成為通過作為襯底保持體的鑷子在晶片盒110和舟皿(襯底保持件)217之間交接晶片 200。晶片盒110在其晶片出入口被按壓在轉(zhuǎn)移室130的正面壁(無圖示)的晶片搬入搬出口(無圖示)的開口邊緣部的狀態(tài)下，通過晶片盒開啟裝置的蓋子拆裝機(jī)構(gòu)將蓋子拆下，從而開放晶片盒Iio的晶片出入口。然后，晶片轉(zhuǎn)移裝置12 通過鑷子穿過晶片盒110 的晶片出入口依次拾取晶片200，并通過用來調(diào)整圓周方向位置的襯底調(diào)整裝置、即凹口定位裝置(無圖示)調(diào)整以凹口為基準(zhǔn)的圓周方向的位置。再然后，將晶片200裝入設(shè)置在轉(zhuǎn)移室130舟皿待機(jī)部140的舟皿217中(裝料)。舟皿升降機(jī)115設(shè)置于箱體111后部的舟皿待機(jī)部140，舟皿217被支承在該舟皿升降機(jī)115上的密封蓋219上，并從下方側(cè)插入設(shè)置于舟皿待機(jī)部140上方的處理爐202 的爐口。該處理爐202在插入舟皿217時以外的時間由作為爐口開閉機(jī)構(gòu)的爐口閘門147 封閉。當(dāng)在舟皿217上裝入事先指定張數(shù)的晶片200后，由爐口閘門147封閉的處理爐 202的爐口被打開，然后，通過舟皿升降機(jī)115的上升將保持了晶片200組的舟皿217搬入處理爐202內(nèi)(裝載)。舟皿217具有多根晶片保持部件131和支承這些晶片保持部件131的升降臺132， 并構(gòu)成為在多根晶片保持部件131上沿上下方向隔開間隔地分多級設(shè)置槽狀的支承部 133，并分別使晶片200水平插入且支承在該支承部133上。若晶片200被支承在各支承部 133上，則多個晶片200以使晶片中心對齊的狀態(tài)沿垂直方向排列。另外，各晶片200分別以水平狀態(tài)被支承部133保持。需要說明的是，在舟皿217上例如裝入50張 125張左右的晶片200。裝載后，在處理爐202中對晶片200進(jìn)行任意的襯底處理。襯底處理后，除了利用凹口定位裝置的晶片200的調(diào)整工序外，以與上述相反的順序?qū)⒕?00和晶片盒110 送出到箱體111的外部。另外，從上述凈化單元134噴出的潔凈空氣流通到凹口定位裝置、晶片轉(zhuǎn)移裝置 125a以及位于舟皿待機(jī)部140的舟皿217后，被管道13 吸入并排出到箱體111的外部， 或者循環(huán)到作為上述凈化單元Π4的吸入側(cè)的一次側(cè)(供給側(cè))，再次由凈化單元134噴入轉(zhuǎn)移室130內(nèi)。參照圖2就上述處理爐202進(jìn)行詳細(xì)說明，加熱器207作為對處理爐202進(jìn)行加熱的加熱裝置被形成為筒狀，反應(yīng)管203作為反應(yīng)容器用于對作為襯底的晶片200進(jìn)行處理，其設(shè)置在加熱器207內(nèi)。反應(yīng)管203由石英等耐熱性、耐腐蝕性金屬形成，在反應(yīng)管203 的下端通過凸緣連接而安裝有支管209。支管209面向下方開口，以便處理爐202的爐口向下方延伸。具體是，上述舟皿 217被支承在舟皿支承臺218的中央部，該舟皿支承臺218安裝在上下貫穿上述密封蓋219 的軸心部的旋轉(zhuǎn)軸(無圖示)的前端部，旋轉(zhuǎn)軸安裝在密封蓋219的下部，與將密封蓋219 作為固定系統(tǒng)傳遞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的舟皿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)267連接。驅(qū)動舟皿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)267后，旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，舟皿217借助于舟皿支承臺218而旋轉(zhuǎn)，因此，各晶片200與供給到反應(yīng)管203 內(nèi)部的處理室201中的原料氣體、氧化氣體的環(huán)境氣體接觸。由此能夠得到面內(nèi)膜厚均勻的環(huán)境。
參照圖2至圖6對原料氣體、氧化氣體等襯底處理氣體供給系統(tǒng)進(jìn)行說明，向處理室201供給多種氣體。在本實施例中，作為氣體供給管，設(shè)有第一氣體供給管23 和第二氣體供給管232b。如圖2至圖4所示，第一氣體供給管23 連接有第一噴嘴233a，由此構(gòu)成第一氣體供給裝置；第二氣體供給管232b連接有第二噴嘴23北，由此構(gòu)成第二氣體供給裝置。第一氣體供給管23 和第二氣體供給管232b的前端部沿半徑方向貫穿上述支管 209的側(cè)壁，從而配置在對處理室201進(jìn)行劃分的反應(yīng)管203的內(nèi)壁和晶片200之間的圓弧形的空間內(nèi)。上述第一噴嘴233a與上述第一氣體供給管23 的前端部連接成L字形，沿著層合在反應(yīng)管203內(nèi)的晶片200的層合方向從反應(yīng)管203的爐口側(cè)、即支管209側(cè)向反應(yīng)管203的頂端附近延伸。并且，上述第二噴嘴23 與上述第二氣體供給管232b的前端部連接成L字形，沿著反應(yīng)管203的晶片200的層合方向從反應(yīng)管203的爐口側(cè)向反應(yīng)管 203的頂端附近延伸。在上述第一噴嘴233a的前端部設(shè)有一個第一氣體供給孔M8a，該第一氣體供給孔作為氣體導(dǎo)入口用于向上述處理室201導(dǎo)入原料氣體，在第二噴嘴23 上設(shè)有多個第二氣體供給孔M8b。在通過通常的CVD或作為CVD的一種的ALD成膜時，為了使形成于各晶片200的成膜面上的膜的面內(nèi)膜厚均勻，第一氣體供給孔在避開舟皿 217的晶片200的方向上開口，以便從第一氣體供給孔導(dǎo)入到處理室201內(nèi)的原料氣體(原料與載氣的混合氣體)不會直接向舟皿217的各晶片200導(dǎo)入。在本實施方式中， 第一氣體供給孔面對著形成圓頂狀的反應(yīng)管203的頂端部與反應(yīng)管203的側(cè)壁部的連接部附近。另一方面，多個第二氣體供給孔M8b沿上下方向隔開規(guī)定間隔地設(shè)置，以使氧化氣體分別水平地導(dǎo)入舟皿217所鄰接的晶片200之間。第二氣體供給孔M8b的開口面積可以相同，特別是在管道阻力的影響大而對成膜或氣體的噴出有影響的情況下，也可以縮小上游側(cè)、即支管209側(cè)的第二氣體供給孔M8b的開口面積，并且朝向下游側(cè)開口直徑依次擴(kuò)大，使得第二噴嘴23 整體向各晶片200之間導(dǎo)入相同流量的襯底處理氣體。并且，如圖3所示，第一噴嘴233a、第二噴嘴23 可以設(shè)置成相互接近的狀態(tài)，也可以隔著處理室201的軸心線配置在對稱的位置。并且，上述第一氣體供給管23 與第一載氣供給管23 合流，在第一氣體供給管23 上，從上游方向起向著下游側(cè)依次設(shè)置有作為流量控制裝置(流量控制裝置)的第一質(zhì)量流量控制器(流體流量控制器)240、氣化器M2以及作為開關(guān)閥的第一閥M3a， 在第一載氣供給管23 上，在與第一氣體供給管23 的合流點的上游側(cè)設(shè)置有作為開關(guān)閥的第二閥M3c，在該第二閥M3c的上游側(cè)設(shè)置有第二質(zhì)量流量控制器(流量控制裝 S)241b0并且，第二氣體供給管232b與用于供給載氣的第二載氣供給管234b合流，在第二氣體供給管232b上，從上游方向起向著下游側(cè)設(shè)置有作為流量控制裝置(流量控制裝置) 的第三質(zhì)量流量控制器Mia、作為開關(guān)閥的第三閥對北，在第二載氣供給管234b上，在與第二氣體供給管232b的合流點的上游側(cè)設(shè)置有作為開關(guān)閥的第四閥243d，并且在該第四
的上游側(cè)設(shè)置有作為流量控制裝置(流量控制裝置)的第四質(zhì)量流量控制器Mlc。在從第一氣體供給管23加供給的原料例如是液體的情況下，從第一氣體供給管 232a、經(jīng)過第一質(zhì)量流量控制器M0、氣化器M2以及第一閥供給的原料氣體與來自第一載氣供給管23 的載氣合流，由載氣將其運(yùn)送至第一噴嘴233a，并從第一氣體供給孔
供給到處理室201內(nèi)。當(dāng)從第一氣體供給管23 供給的原料不是液體而是氣體的情況下，將第一質(zhì)量流量控制器MO由液體質(zhì)量流量控制器更換為氣體用質(zhì)量流量控制器。 這種情況下不需要氣化器對2。從第二氣體供給管232b供給的氣體經(jīng)由第三質(zhì)量流量控制器Mia、第三閥對北與第二載氣供給管234b的載氣合流，由載氣將其運(yùn)送至第二噴嘴23北，并從第二氣體供給孔M8b供給到處理室201。處理室201通過作為排氣用的排氣管的氣體排出管231經(jīng)由第五閥MIBe而與作為排出裝置的真空泵246連接，以便進(jìn)行真空排氣。另外，該第五閥MIBe由開關(guān)閥構(gòu)成，該開關(guān)閥能夠?qū)﹂y門進(jìn)行開關(guān)以便對處理室201進(jìn)行真空排氣或停止真空排氣，而且能夠調(diào)節(jié)閥門開度以便調(diào)節(jié)處理室201內(nèi)的壓力?？刂破饔^0構(gòu)成作為控制裝置的控制部，該控制器觀0與上述第一質(zhì)量流量控制器對0、第二至第四質(zhì)量流量控制器Mlb、241a、Mlc、第一至第五閥M3a、243c、M3b、 M3d、243e、加熱器207、真空泵M6、舟皿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)267以及舟皿升降機(jī)115等的驅(qū)動器和機(jī)構(gòu)控制器連接，以便進(jìn)行第一質(zhì)量流量控制器MO以及第二至第四質(zhì)量流量控制器 241b.241a.241c的流量調(diào)節(jié)、第一至第四閥M3a、243c、M3b、243d的開關(guān)動作、第五閥 243e的開關(guān)以及壓力調(diào)節(jié)動作、加熱器207的溫度調(diào)節(jié)和作為排出裝置的真空泵M6的啟動·停止、舟皿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)267的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)、舟皿升降機(jī)115的升降動作控制，并根據(jù)生產(chǎn)方法控制CVD成膜或ALD成膜。接下來，作為利用ALD法的成膜處理的一例，對半導(dǎo)體器件的制造工序之一的、利用TEMAH以及O3形成HfO2膜的情況進(jìn)行說明。作為CVD (化學(xué)氣相沉積)法之一的ALD (原子層沉積)法是在某種成膜條件(溫度、時間等)下，將用于成膜的至少兩種作為原料的反應(yīng)氣體每種交替地供給到襯底上，并以一個原子為單位吸附在晶片200的成膜面上，利用表面反應(yīng)進(jìn)行成膜的方法。此時，對膜厚的控制是利用供給反應(yīng)氣體的循環(huán)次數(shù)來進(jìn)行(例如，若成膜速度為1人/.循環(huán)，那么要形成20人的膜就要進(jìn)行20循環(huán))。在利用ALD法例如形成HfO2膜的情況下，原料氣體使用TEMAH(Hf [NCH3C2H5]4，四 (甲基乙基氨基)鉿)，氧化氣體使用O3 (臭氧)，以180 250°C的低溫能夠進(jìn)行高質(zhì)量的成膜?！磳嵤├?>首先，如上所述地將晶片200裝入舟皿217，并搬入處理室201。將舟皿217搬入處理室201后，依次進(jìn)行后述的三個步驟。(步驟1)在步驟1中，使TEMAH作為原料氣體流入第一氣體供給管23 ，使載氣(N2)流入第一載氣供給管23如。打開第一氣體供給管23 的第一閥243a、第一載氣供給管23 的第三閥M3c以及氣體排出管231的第五閥Μ》。載氣從第一載氣供給管23 流出，并由第二質(zhì)量流量控制器 241b 進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。TEMAHCTetrakis-Ethyl Methyl Amino Hfnium, 四-N乙基-N甲基氨基鉿)從第一氣體供給管23 流出，并由作為液體質(zhì)量流量控制器的第一質(zhì)量流量控制器240進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后，通過氣化器242進(jìn)行氣化。然后在下游側(cè)與進(jìn)行了流量調(diào)節(jié)的載氣混合，并如圖3所示，從第一噴嘴233a的第一氣體供給孔供給到處理室201內(nèi)。成膜時，TEMAH與載氣的混合氣體的剩余部分通過氣體排出管231排出。此時，第五閥對開度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，將處理室201內(nèi)維持規(guī)定的壓力。由第一質(zhì)量流量控制器240控制的TEMAH的供給量為0. 01 0. lg/min,將晶片200暴露在TEMAH氣體中的時間為30 180秒。此時，加熱器207的溫度被設(shè)定成使得晶片200的溫度為180 250°C的范圍，例如為(250) °C。TEMAH由于被供給到處理室201內(nèi)而與晶片200上的底膜等表面部分進(jìn)行表面反應(yīng)(化學(xué)吸附)。(步驟2)供給原料氣體后，關(guān)閉第一氣體供給管23 的第一閥M3a，停止供給TEMAH氣體， 將剩余部分排出(凈化)。此時，氣體排出管231的第五保持為打開，處理室201 內(nèi)的壓力通過作為減壓排氣裝置的真空泵246而排氣(凈化)到20 以下，從而將殘留的 TEMAH氣體從處理室201內(nèi)排出。此時，如果向處理室201內(nèi)供給N2等惰性氣體，則能夠提高排出殘留TEMAH氣體的效率。(步驟3)使O3流入第二氣體供給管232b，使載氣(N2)流入第二載氣供給管234b。打開第二氣體供給管232b的第三閥對北和第二載氣供給管234b的第四閥M3d。載氣從第二載氣供給管234b流出，并由第四質(zhì)量流量控制器Mlc調(diào)節(jié)流量。O3從第二氣體供給管232b 流出，與由第三質(zhì)量流量控制器Mla調(diào)節(jié)了流量的載氣混合，并通過載氣從第二氣體供給孔M8b供給到處理室201內(nèi)。此時，通過作為排出裝置的真空泵246繼續(xù)進(jìn)行處理室201 的排氣，剩余部分通過氣體排出管231排出。此時，對第五閥MIBe進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，將處理室201內(nèi)維持規(guī)定的壓力。晶片200暴露在O3中的時間為10 120秒，設(shè)定加熱器207的溫度，使得此時晶片200的溫度與步驟1中的供給TEMAH氣體時相同，維持在180 250°C 的規(guī)定溫度。通過供給03，化學(xué)吸附在晶片200表面的TEMAH的原料和O3進(jìn)行表面反應(yīng)， 由此在晶片200上形成HfO2膜。成膜后，關(guān)閉第二氣體供給管232b的第三閥對北和第二載氣供給管234b的第四閥243d，并通過真空泵246對處理室201內(nèi)的環(huán)境氣體進(jìn)行真空排氣。通過該排氣，排出殘留在處理室201內(nèi)的03用于成膜后的氣體，此時若向反應(yīng)管203 內(nèi)供給隊等惰性氣體，則能夠大幅度提高將O3用于成膜后的殘留氣體從處理室201排出的排氣效率。將上述步驟1至3作為一個循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行多次該循環(huán)，從而在晶片200上形成規(guī)定膜厚的HfO2膜。在此，圖5表示比較例。圖5是在第一噴嘴233a和第二噴嘴23 上分別設(shè)置多個氣體供給孔時的比較例的示意圖。如圖5所示，在使多個氣體供給孔M8b分別面對晶片200之間的情況下，作為晶片200上表面的成膜面的面內(nèi)均勻性惡化，具有晶片200的外周側(cè)厚、中心側(cè)薄的趨勢。因此，試驗性地對設(shè)置了三、四根上述晶片保持部件131的舟皿217使用了稱為環(huán)形舟皿的特殊舟皿，但即使這樣的舟皿也很難消除面內(nèi)膜厚不均勻的情況。但是，如圖2至圖4所示，通過進(jìn)行簡單的變動，即，只是不使第一氣體供給孔直接導(dǎo)入晶片200側(cè)，避開晶片200的方向，就得到了各晶片200的成膜面內(nèi)的膜厚均勻的結(jié)果。圖6示出了這樣的結(jié)果。在圖6中，TOP、CENTER、BTM在插入處理室201內(nèi)的舟皿 217的高度方向上，分別表示上位、中位和下位的晶片200。如果在比較例(圖幻的情況下進(jìn)行成膜，TOP、CENTER、BTM的晶片200的面內(nèi)膜厚的不均勻性為6%左右，但如果是本實施方式的構(gòu)成(圖2至圖4)，則面內(nèi)膜厚的均勻性分別改善為2. 4%、1. 3%、1. 3%。因此， 本實施方式的構(gòu)成非常有助于今后使晶片200大口徑化的膜厚的面內(nèi)膜厚均勻。< 考察 >對圖6的結(jié)果的機(jī)理進(jìn)行考察，首先，Hf (鉿)吸附在作為晶片200的吸附面的成膜面上，然后，供給作為氧化氣體的O3以形成HfO3膜。該過程對成膜的膜厚均勻性有大的影響的是TEMAH的供給。TEMAH在現(xiàn)有的250°C的成膜溫度下進(jìn)行熱分解，通過熱分解產(chǎn)生的中間體影響膜厚均勻性。即，推測該中間體是吸附概率高、成為使均勻性惡化的主要原因的中間體，附著在晶片200的外周部側(cè)。當(dāng)作為原料氣體的TEMAH氣體竄入鄰接的晶片200 之間時，雖然沿著該氣流膜厚增厚，但除此以外的部分的膜，即HfO3膜變薄。這種情況在舟皿217旋轉(zhuǎn)、晶片200進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下和停止的狀態(tài)下都沒有變化。因此，如以往這樣， 只使舟皿217旋轉(zhuǎn)很難使成膜的面內(nèi)膜厚均勻。但是，如本實施方式所述，如果使從第一氣體供給孔供給的原料氣體的供給方向為避開晶片200側(cè)的方向，則向舟皿217的晶片200上供給TEMAH的方式只有擴(kuò)散，很難產(chǎn)生TEMAH氣體相對各晶片200的流動而形成的膜厚差，其結(jié)果是改善了面內(nèi)膜厚的均勻性。另一方面，就氧化氣體進(jìn)行研究，O3分解成0和02，0與吸附在晶片200表面的 TEMAH中間體進(jìn)行反應(yīng)，形成Hf-O鍵，但是0在有TEMAH中間體的情況下進(jìn)行反應(yīng)，沒有的話不進(jìn)行反應(yīng)，只從處理室201排出。因此對面內(nèi)膜厚的均勻性影響少，如果大于規(guī)定量地向晶片200供給，則會覆蓋整個晶片200的成膜面。因此，如圖2至圖4，從多個氣體供給孔分別向鄰接的晶片200之間供給氧化氣體，從氣體供給孔供給的氣流也不會對膜厚的面內(nèi)均勻性產(chǎn)生影響。并且，從排出氣體的側(cè)面看，利用ALD成膜的情況下，雖然需要通過排氣來凈化處理室201的環(huán)境氣體的工序，以使TEMAH氣體不會與作為氧化氣體的O3在氣層中混合、反應(yīng)，但此時的氣體的排出最好用多個第二氣體供給孔M8b，并且使這些第二氣體供給孔M8b分別面對晶片200之間。另外，在本實施方式中，對第一氣體供給孔的數(shù)量為一個，并使其向避開晶片200側(cè)的方向?qū)朐蠚怏w進(jìn)行了說明，但是如果使第一氣體供給孔M&i為多個，并使這些第一氣體供給孔朝向晶片200的方向以外的方向，則也可以使TEMAH氣體中的原料通過擴(kuò)散而吸附在各晶片200的上表面，即成膜面上。這樣，通過擴(kuò)散吸附原料氣體，使各晶片200的面內(nèi)膜厚均勻化。<實施例2>通過利用上述襯底處理裝置的ALD在由硅形成的晶片200上形成HfO膜時，反復(fù)進(jìn)行以下⑴至⑵的循環(huán)以形成規(guī)定厚度的HfO膜，S卩，(1)將晶片200轉(zhuǎn)移到舟皿217 上一(2)將舟皿217插入到環(huán)境氣體溫度升溫到250°C的處理室201中一(3)通過作為排出裝置的真空泵246排出處理室201的環(huán)境氣體(抽真空)一(4)從第一氣體供給孔供給作為原料氣體的TEMAH氣體和載氣的混合氣體(三分鐘)一(5)通過隊凈化(20秒) 排出處理室內(nèi)的環(huán)境氣體一(6)從第二氣體供給孔M8b供給作為氧化氣體的O3氣體，通過吸附在晶片200表面的Hf和0的熱化學(xué)反應(yīng)形成HfO膜一(7)從處理室201中取出舟 M 217。
在晶片200上，由于TEMAH和O3交替流動而形成HfO2膜。但是，由于作為ALD成膜的原料的TEMAH從120°C起發(fā)生自分解，所以在第一噴嘴233a的內(nèi)表面形成金屬Hf膜， 而不是HfO2膜，因此，在循環(huán)上述(1) (7)的過程中，若處理室201的HfO2的累積膜厚大約為0. 5 μ m，則通常在比進(jìn)行定期保養(yǎng)的累積膜厚1 μ m的指標(biāo)薄的階段產(chǎn)生顆粒，會在晶片200上產(chǎn)生污染。因此，在進(jìn)行襯底處理后，若使隊氣體分別從第一噴嘴233a、第二噴嘴23 噴出， 測量氣體中的顆粒，則如圖7所示，用于將TEMAH氣體供給到處理室201中的第一噴嘴233a 的顆粒有70000個，用于供給氧化氣體的第二噴嘴23 的顆粒有兩個。因此，顆粒的原因是第一噴嘴233a的附著物，其從第一噴嘴233a飛散到處理室201內(nèi)。另外，XPS (X-Ray EnergyDipersive X-Ray Spectrometer，能量分散X光分析)的結(jié)果顯示，形成在晶片200 上的膜，即HfO2的成分為Hf O2 = 1 2，而顆粒的成分組成為Hf 02 = 30 1，O2的成分明顯減少。從這點上也能夠容易地斷定顆粒不與O3接觸。這樣，顆粒的起因是Hf充足以及從供給TEMAH氣體的第一噴嘴233a飛散的飛散物，ALD需要通過HfO的定期自動清洗來防止晶片200的污染。另外，來自第一噴嘴233a的顆粒飛散的原因是由于在成膜的過程中熱應(yīng)力、膜應(yīng)力發(fā)揮作用，所以第一噴嘴233a的內(nèi)表面的膜剝離而形成顆粒。S卩，推測附著在第一噴嘴233a的內(nèi)表面的膜直接剝離的情況很少，但一旦因溫度的上升、下降產(chǎn)生的熱發(fā)揮作用，則膜和石英的熱膨脹率的差或反復(fù)的收縮和膨脹，使膜因熱應(yīng)力而破裂，進(jìn)而從第一噴嘴的內(nèi)表面剝離。因此，為了清除作為堆積物的金屬Hf膜，對使用濕式(WET)清洗或原位清洗(蝕亥IJ)進(jìn)行了研究。在采用濕式清洗的情況下，清洗液使用HF (氫氟酸)和DIW(DeI0naiZed Water，純水)的混合溶液。作為要素試驗，在進(jìn)行原位清洗前，將HfO2和第一噴嘴233a內(nèi)的附著物浸潤在HF溶液中，以驗證蝕刻情況?？捎媚恳暣_認(rèn)HfO2膜被HF溶液(25% HF溶液)蝕刻。 蝕刻速度為lOOOA/min。但是，如圖8所示，作為第一噴嘴233a內(nèi)的附著物質(zhì)的金屬Hf膜 (也稱為富Hf膜)即使在HF溶液(25% HF溶液)中浸泡100個小時，也還是以黑色的固體狀態(tài)存在，具有與HfO2相比蝕刻速度明顯慢的問題。一般來說，HF溶液中的氫氟酸不能蝕刻Si、Hf等金屬，而是用于SiO、HfO氧化物的蝕刻。因此，考慮將附著在第一噴嘴233a 內(nèi)表面的金屬Hf膜改性為HfO2膜，然后通過濕式清洗或原位清洗進(jìn)行清除。如上所述，蝕刻速度慢的原因是由于附著在第一噴嘴233a內(nèi)的附著物質(zhì)是富Hf膜，因此，為了防止富Hf 膜堆積在第一噴嘴233a上，需要也向第一噴嘴233a噴射03，有意地氧化富Hf膜。圖9 (a) 表示實施例1的通過ALD成膜時的第一噴嘴233a的氣體供給的順序，圖9 (b)表示將富Hf 膜氧化的順序。如圖9所示，在實施例1的順序中，由于在TEMAH噴嘴的內(nèi)部只有TEMAH和凈化用的N2流動，因此形成富Hf膜。并且，在用于供給氧化氣體的O3噴嘴的內(nèi)表面沒有看到上述的堆積膜。在晶片200上TEMAH和O3交替流動而形成HfO2膜。另一方面，在實施例2的順序中，由于使作為原料氣體的TEMAH氣體和作為氧化氣體的O3交替流向TEMAH噴嘴，所以能夠抑制富Hf膜的形成，取而代之形成HfO2膜。以下附注本發(fā)明的實施方式。第一實施方式
具有以層合的狀態(tài)收納多個襯底的處理室；對上述襯底和上述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體進(jìn)行加熱的加熱裝置；供給原料氣體的第一氣體供給裝置，上述原料氣體在由上述加熱裝置加熱的上述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的溫度下自分解；供給氧化氣體的第二氣體供給裝置；將上述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體排出的排出裝置；至少對上述第一氣體供給裝置、上述第二氣體供給裝置以及上述排出裝置進(jìn)行控制的控制部，其中，上述第一氣體供給裝置還具有至少一個向上述處理室導(dǎo)入上述原料氣體的第一導(dǎo)入口，上述第一導(dǎo)入口避開收納于上述處理室內(nèi)的上述襯底側(cè)的方向而開口，上述第二氣體供給裝置還具有至少一個向上述處理室導(dǎo)入上述氧化氣體的第二導(dǎo)入口，上述第二導(dǎo)入口向著收納于上述處理室內(nèi)的襯底側(cè)的方向而開口，上述控制部控制上述第一氣體供給裝置、上述第二氣體供給裝置以及上述排出裝置，以便向上述處理室交替地供給上述原料氣體和上述氧化氣體，并進(jìn)行排氣，從而在上述襯底上生成所需要的膜。
這里，“層合”限定了在鄰接的襯底間隔開規(guī)定的空間而配置的晶片的配置狀態(tài)， “規(guī)定的空間”是指熱分解后的原料氣體能夠擴(kuò)散的程度的間隔。并且，“向處理室交替地供給上述原料氣體和上述氧化氣體，并進(jìn)行排氣，從而在上述襯底上生成所需要的膜”是指反復(fù)交替地進(jìn)行在向處理室供給原料氣體后從處理室排氣的工序和在向處理室供給氧化氣體后從處理室排氣的工序，從而在襯底的成膜面上成膜。
通過控制部向第一氣體供給裝置供給原料氣體后，從第一導(dǎo)入口向著避開襯底側(cè)的方向?qū)朐蠚怏w。原料氣體在整個處理室內(nèi)擴(kuò)散，并在處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的作用下進(jìn)行熱分解。熱分解后的原料面內(nèi)均勻地分散在各襯底的表面，面內(nèi)均勻地吸附在襯底的成膜面上。原料氣體在各襯底上的吸附結(jié)束后，控制部停止向第一氣體供給裝置供給氣體， 排出裝置將處理室內(nèi)的環(huán)境氣體排出，然后通過第二氣體供給裝置的第二導(dǎo)入口導(dǎo)入氧化氣體。氧化氣體在與被吸附在襯底的成膜面上的原料發(fā)生反應(yīng)而形成所需要的膜后，通過控制部對排出裝置的控制，向處理室的外部排出。控制部反復(fù)進(jìn)行這樣的控制，于是在各襯底的成膜面上形成面內(nèi)分布均勻的規(guī)定厚度的膜。
另外，在本發(fā)明的實施方式中，對應(yīng)用于批處理式的立式襯底處理裝置的方式進(jìn)行了說明，但不局限于此，本發(fā)明也能夠應(yīng)用于臥式、單張式的襯底處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種襯底處理裝置，具有反應(yīng)管，形成以層合的狀態(tài)收納多個襯底的處理室；向所述處理室內(nèi)供給原料氣體的第一氣體供給裝置；向所述處理室內(nèi)供給氧化氣體的第二氣體供給裝置；與所述處理室的下部連通，排出所述處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的排出裝置；以及對所述第一氣體供給裝置、所述第二氣體供給裝置以及所述排出裝置進(jìn)行控制的控制部，所述第一氣體供給裝置具有第一噴嘴，所述第一噴嘴沿著多個所述襯底的層合方向從所述反應(yīng)管的下部延伸到所述反應(yīng)管的頂端附近，且在其前端部具有向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入所述原料氣體的第一導(dǎo)入口，所述第二氣體供給裝置具有第二噴嘴，所述第二噴嘴沿著多個所述襯底的層合方向從所述反應(yīng)管的下部延伸到所述反應(yīng)管的頂端附近，且具有向多個所述襯底之間開口并向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入所述氧化氣體的多個第二導(dǎo)入口，所述控制部控制所述第一氣體供給裝置、所述第二氣體供給裝置以及所述排出裝置， 以便以相互不混合的方式向所述處理室交替地供給所述原料氣體和所述氧化氣體，從而在所述襯底上生成所需要的膜。
2.一種襯底處理方法，其特征在于， 具有如下工序在多個襯底層合地被收納的處理室內(nèi)，從設(shè)在沿多個所述襯底的層合方向立設(shè)的第一噴嘴的前端部上的第一氣體導(dǎo)入口向避開襯底的方向?qū)朐蠚怏w的工序； 對殘留在所述處理室內(nèi)的原料氣體進(jìn)行排氣的工序；在所述處理室內(nèi)，從設(shè)在沿多個所述襯底的層合方向立設(shè)的第二噴嘴上的多個第二氣體導(dǎo)入口向朝向多個所述襯底的方向?qū)胙趸瘹怏w的工序； 對殘留在所述處理室內(nèi)的氧化氣體進(jìn)行排氣的工序， 通過反復(fù)進(jìn)行各工序，在所述襯底上形成所需要的膜。
3.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 具有如下工序在將多個襯底層合地收納的處理室內(nèi)，從設(shè)在沿多個所述襯底的層合方向立設(shè)的第一噴嘴的前端部上的第一氣體導(dǎo)入口向避開襯底的方向?qū)朐蠚怏w的工序； 對殘留在所述處理室內(nèi)的原料氣體進(jìn)行排氣的工序；在所述處理室內(nèi)，從設(shè)在沿多個所述襯底的層合方向立設(shè)的第二噴嘴上的多個第二氣體導(dǎo)入口向朝向多個所述襯底的方向?qū)胙趸瘹怏w的工序； 對殘留在所述處理室內(nèi)的氧化氣體進(jìn)行排氣的工序， 通過反復(fù)進(jìn)行各工序，在所述襯底上形成所需要的膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種襯底處理裝置、襯底處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法，襯底處理裝置具有以層合的狀態(tài)收納多個襯底的處理室、對襯底和處理室內(nèi)的環(huán)境氣體進(jìn)行加熱的加熱裝置、供給熱分解的原料氣體的第一氣體供給裝置、供給氧化氣體的第二氣體供給裝置、排出處理室內(nèi)的環(huán)境氣體的排出裝置、至少對第一、第二氣體供給裝置及排出裝置進(jìn)行控制的控制部，第一氣體供給裝置還具有至少一個向處理室導(dǎo)入原料氣體的第一導(dǎo)入口，第一導(dǎo)入口避開襯底側(cè)而開口，第二氣體供給裝置還具有至少一個向處理室導(dǎo)入氧化氣體的第二導(dǎo)入口，第二導(dǎo)入口向著襯底側(cè)開口，控制部控制第一、第二氣體供給裝置及排出裝置，以便向處理室交替地供給原料氣體和氧化氣體并排氣，從而在襯底上生成所需要的膜。
文檔編號H01L21/67GK102543800SQ20121003236
公開日2012年7月4日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者佐佐木伸也, 境正憲, 山崎裕久, 水野謙和 申請人:株式會社日立國際電氣