成膜裝置和成膜方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于在真空氣氛中在基板上形成氧化膜的成膜裝置和成膜方法。
【背景技術】
[0002] 在半導體裝置的制造工序中，有時進行使作為基板的半導體晶圓（以下稱作"晶 圓"）的表面氧化的工藝。以往，用于進行這樣的氧化的技術是公知的。

【發(fā)明內容】

[0003] 發(fā)明要解決的問題
[0004] 另外，作為進行所述氧化的工藝，公知有例如ALD (Atomic Layer Deposition :原 子層沉積），有時使用該ALD來進行在晶圓的表面上形成硅氧化物（SiO2)等的薄膜的處理。 在用于進行這樣的ALD的成膜裝置中，在其內部設為真空氣氛的處理容器（真空容器）內 設有晶圓的載置部。并且，交替地多次重復向被載置的晶圓供給含有硅的原料的原料氣體 和使吸附在晶圓上的原料氧化。
[0005] 通過如下方式進行所述原料的氧化：向晶圓供給氧、臭氧等氧化氣體或向晶圓供 給氫和氧而產生氧自由基，從而在真空容器內形成氧的等離子體。但是，在供給所述氧化氣 體的情況下，需要將晶圓加熱到較高的溫度，以便使該氧化氣體與所述原料發(fā)生化學反應。 另外，在要產生氧自由基的情況下，為了產生該自由基，同樣地需要將晶圓加熱到較高的溫 度。在使用所述氧等離子體的情況下，即使在室溫條件下，也能夠使堆積在晶圓上的原料氣 體的成分氧化，但包括離子、電子的等離子體活性種的直行性會使晶圓的圖案的平面部的 膜質與晶圓的圖案的側面部的膜質不同，使側面部的膜質劣于平面部的膜質。根據(jù)這樣的 理由，難以應對微細圖案。
[0006] 為此，以往，在成膜裝置中設置了加熱器等加熱機構。但是，如此設置加熱機構會 使裝置的制造成本、運轉成本升高，且在將晶圓輸入到真空容器中之后，在對該晶圓進行加 熱而使其達到規(guī)定溫度之前無法進行所述原料的氧化，從而難以謀求處理時間的短縮化。 另外，以往，公知能夠在室溫條件下進行所述氧化。但是，在該方法中，由于在進行氧化時的 鏈式分解反應，會使處理容器內產生急劇的壓力上升。具體而言，處理容器內的壓力增加至 反應前的壓力的20倍~30倍。因而，難以實際應用于成膜裝置。另外，以往，公知通過向 減壓氣氛供給氧氣、氮氣以及氫氣并進行混合而產生反應種（原子狀態(tài)的氧）。但是，為了 生成該原子狀態(tài)的氧，要利用加熱器使供給有各氣體的氣氛的溫度為400°C~1200°C，因 此會使裝置的制造成本、運轉成本升高。
[0007] 本發(fā)明提供如下一種技術：在重復進行包括使原料吸附在基板上和使該原料氧化 的循環(huán)而在所述基板上形成氧化膜的過程中，在不使用對基板進行加熱的加熱機構的情況 下就能充分地進行所述氧化而獲得良好性質的氧化膜，并能夠防止處理容器內的壓力過度 上升。
[0008] 用于解決問題的方案
[0009] 本發(fā)明提供一種成膜裝置，其用于在形成于真空容器內的真空氣氛中在載置在臺 上的基板的表面上層疊氧化物的分子層而形成薄膜，其中，該成膜裝置包括：旋轉機構，其 用于使該臺相對于沿所述臺的周向配置在所述臺之上的第1區(qū)域和第2區(qū)域進行旋轉，而 使所述基板交替地重復位于所述第1區(qū)域和所述第2區(qū)域；原料氣體供給部，其為了使原料 吸附在基板上而將所述原料以氣體的狀態(tài)作為原料氣體向所述第1區(qū)域供給；處理空間形 成構件，其相對于該臺進行升降，以使得在位于所述第2區(qū)域的基板的周圍形成與所述第1 區(qū)域隔離開的處理空間；氣氛氣體供給部，其用于供給氣氛氣體，該氣氛氣體用于在所述處 理空間內形成具有引起鏈式分解反應的濃度以上的濃度的臭氧的臭氧氣氛；能量供給部， 其用于通過向所述臭氧氣氛供給能量來使所述臭氧強制地分解而產生氧的活性種，利用該 活性種來使吸附在所述基板的表面上的原料氧化而獲得所述氧化物；緩沖區(qū)域，其以與所 述處理空間相連接的方式設置，并向該緩沖區(qū)域供給非活性氣體，以便緩和所述臭氧的分 解所導致的所述處理空間內的壓力上升；以及劃分機構，其用于在向所述處理空間供給所 述氣氛氣體時將所述緩沖區(qū)域與該處理空間劃分開，并在產生所述臭氧的分解時使所述緩 沖區(qū)域與所述處理空間相連通。
[0010] 本發(fā)明提供一種成膜方法，在該成膜方法中，在形成于真空容器內的真空氣氛中 在載置在臺上的基板的表面上層疊氧化物的分子層而形成薄膜，其中，該成膜方法包括以 下工序：使該臺相對于沿所述臺的周向配置在所述臺之上的第1區(qū)域和第2區(qū)域進行旋轉， 而使所述基板交替地重復位于所述第1區(qū)域和所述第2區(qū)域；為了使原料吸附在所述基板 上而將所述原料以氣體的狀態(tài)作為原料氣體向所述第1區(qū)域供給；使處理空間形成構件相 對于該臺進行升降，以使得在位于所述第2區(qū)域的基板的周圍形成與所述第1區(qū)域隔離開 的處理空間；供給氣氛氣體，該氣氛氣體用于在所述處理空間內形成具有引起鏈式分解反 應的濃度以上的濃度的臭氧的臭氧氣氛；通過向所述臭氧氣氛供給能量來使所述臭氧強制 地分解而產生氧的活性種，利用該活性種來使吸附在所述基板的表面上的原料氧化而獲得 所述氧化物；向為了緩和所述臭氧的分解所導致的所述處理空間內的壓力上升而設置的緩 沖區(qū)域供給非活性氣體；以及在產生所述臭氧的分解時，使所述緩沖區(qū)域與所述處理空間 相連通，在向所述處理空間供給所述氣氛氣體時，該所述緩沖區(qū)域相對于該處理空間被劃 分開。
[0011] 附圖是作為本說明書的一部分而引入的，其表示本發(fā)明的實施方式，該附圖連同 所述通常的說明和后述的實施方式的詳細內容一起來說明本發(fā)明的技術方案。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的第1實施方式的成膜裝置的縱剖側視圖。
[0013] 圖2是所述成膜裝置的橫剖俯視圖。
[0014] 圖3是設于所述成膜裝置的真空容器內的立體圖。
[0015] 圖4是設于所述成膜裝置的罩的縱剖側視圖。
[0016] 圖5是所述罩的下方側立體圖。
[0017] 圖6是表示利用所述罩對晶圓進行的氧化處理的工序圖。
[0018] 圖7是表示利用所述罩對晶圓進行的氧化處理的工序圖。
[0019] 圖8是表示利用所述罩對晶圓進行的氧化處理的工序圖。
[0020] 圖9是表示利用所述罩對晶圓進行的氧化處理的工序圖。
[0021] 圖10是表示利用所述罩對晶圓進行的氧化處理的工序圖。
[0022] 圖11是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0023] 圖12是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0024] 圖13是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0025] 圖14是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0026] 圖15是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0027] 圖16是表示所述成膜處理時的晶圓的狀態(tài)的示意圖。
[0028] 圖17是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0029] 圖18是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0030] 圖19是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0031] 圖20是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0032] 圖21是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0033] 圖22是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0034] 圖23是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0035] 圖24是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0036] 圖25是表示利用所述成膜裝置進行的成膜處理的工序圖。
[0037] 圖26是表示所述成膜處理中的、1張晶圓的處理工序的流程圖。
[0038] 圖27是設于本發(fā)明的第2實施方式的成膜裝置的罩的縱剖側視圖。
[0039] 圖28是表示利用所述罩進行的處理的工序圖。
[0040] 圖29是表示利用所述罩進行的處理的工序圖。
[0041] 圖30是設于本發(fā)明的第3實施方式的成膜裝置的罩的縱剖側視圖。
[0042] 圖31是表示利用所述罩進行的處理的工序圖。
[0043] 圖32是表示利用所述罩進行的處理的工序圖。
[0044] 圖33是表示評價試驗的結果的圖表。
[0045] 圖34是表示評價試驗的結果的圖表。
【具體實施方式】
[0046] 以下，參照【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。在下述詳細的說明中，為了能夠充分地理 解本發(fā)明而記載很多具體的詳細內容。然而，不言自明，在沒有這樣的詳細說明的情況下本 領域的技術人員也能夠獲得本發(fā)明。在其他例子中，為了避免難以理解各種實施方式，沒有 詳細地示出公知的方法、步驟、系統(tǒng)、構成要件。
[0047] 第1實施方式
[0048] 分別參照作為成膜裝置1的縱剖側視圖、橫剖俯視圖的圖1、圖2來說明本發(fā)明的 第1實施方式的成膜裝置1。在該成膜裝置1中，利用ALD在作為基板的晶圓W上形成氧化 硅膜。成膜裝置1包括真空容器11，在晶圓W的處理中對該真空容器11的內部進行排氣而 使其成為真空氣氛，真空容器11形成為大致扁平的圓形。真空容器11的內部不會受到來 自該真空容器11的外部的加熱和冷卻、即為室溫，后述的各反應均在室溫條件下進行。另 外，在圖1中，示出了在后述的旋轉臺12自圖2的狀態(tài)略微旋轉之后的、利用雙點劃線在該 圖2中的I、I之間示出的部位的截面。圖3是表示真空容器11的內部的概略立體圖，也適 當參照該圖3。
[0049] 在真空容器11內設有水平的圓形的旋轉臺12,利用旋轉機構13使旋轉臺12沿其 周向旋轉。在該例中，如在圖2、圖3中利用箭頭所示那樣，旋轉臺12沿俯視時的順時針方 向旋轉。在旋轉臺12的表面，沿著旋轉臺12的周向形成有6個圓形的凹部14,在各凹部 14內水平地載置有晶圓W。圖中的附圖標記15是形成于凹部14的通孔。另外，在旋轉臺 12的表面，以包圍各凹部14的方式形成有環(huán)狀的槽16。
[0050] 在真空容器11內的底面上的位于旋轉臺12的外側的部位開口有排氣口 17、18。 排氣管21的一端分別連接于排氣口 17、18,排氣管21的另一端分別經由排氣量調整部22 與排氣機構23相連接。排氣機構23由例如真空栗構成。排氣量調整部22具有例如閥，其 能夠調整來自排氣口 17、18的排氣流量而使真空容器11內為期望的壓力的真空氣氛。
[0051 ] 在圖2中，附圖標記24是在真空容器11的側壁開口的晶圓W的輸送口，附圖標記 25是用于對輸送口 24進行開閉的閘閥。在圖1中，附圖標記26是設于真空容器的底部的 升降銷，附圖標記27是升降機構。能夠利用升降機構27來使升降銷26經由位于與輸送口 24相對的位置的凹部14的通孔15相對于旋轉臺12的表面突出或退回。由此，能夠在圖2 所示的晶圓W的輸送機構29與凹部14之間交接晶圓W。
[0052] 如圖2所示，在旋轉臺12之上，沿該旋轉臺12的旋轉方向依次構成有氣體噴頭 3A、吹掃氣體噴嘴4A、罩5A、氣體噴頭3B、吹掃氣體噴嘴4B、以及罩5B。所述排氣口 17沿真 空容器11的周向看在這些氣體噴頭3A與吹掃氣體噴嘴4A之間開口，以便能夠將分別自氣 體噴頭3A、吹掃氣體噴嘴4A供給過來的氣體排出。所述排氣口 18沿所述周向看在這些氣 體噴頭3B與吹掃氣體噴嘴4B之間