成膜装置和成膜方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种成膜装置，其特征在于，包括：在内部保持被处理基板的处理容器；第一气体供给单元，向所述处理容器内供给由以叔丁氧基作为配体的烷氧基金属构成的第一气相原料；和第二气体供给单元，向所述处理容器内供给由烷氧基硅原料构成的第二气相原料，所述第一气体供给单元和所述第二气体供给单元与使所述第一气相原料和所述第二气相原料预备反应的预备反应单元连接，将预备反应后的所述第一气相原料和所述第二气相原料供给至所述处理容器内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造半导体装置的成膜装置，特别是涉及制造具有高 电介质膜的超微细化高速半导体装置的成膜装置。在现阶段的超高速半导体装置中，随着微细化工艺的进步，使得实现0.1pm以下的栅极长度变得可能。 一般半导体装置的动作速度与 微细化同歩提高，但是，在这种极其微细化的半导体装置中，随着由 微细化引起的栅极长度的縮短，按照比例(scaling)规律减少栅极绝缘 膜的膜厚则变得有必要。
技术介绍
但是，若栅极长度在O.lpm以下，则在使用现有的热氧化膜吋， 栅极绝缘膜的厚度也需要设定在1 2nm或其以下，但是在这种非常薄 的栅极绝缘膜屮，隧道电流增大，其结果产生不能避免栅极漏电流增 大的问题。对于这种情况而言，在现冇技术中，已经提出有将相对介电常数 比热氧化股大很多的Ta205、 A1203、 Zr02、 Hf02、乃至ZrSi04或HfSi04 那样的高电介质材料(所谓的high-K材料)应用于栅极绝缘膜的方案。 通过使用这种高电介质材料，能够较小地保持EOT (Si02电容量换算 膜厚)不变，增大物理膜厚。因此，当栅极长度在0.1pm以下时，即 便在非常短的超高速半导体装置中也能够使用约lOnm程度的物理膜 厚的栅极绝缘膜，能够抑制由隧道(timnd)效应引起的栅极漏电流。通常认为因为特别是ZrSi04或HfSi04等的金属硅化盐材料，与 Zr02或Hf02那样的氧化物材料相比，尽管相对介电常数多少有些降 低，但是晶体化温度显著上升，即便当进行在半导体装置的制造工艺 中使用的热处理时，也能够有效地抑制晶体化的发生，所以极其适合 于作为高速半导体装置的高电介质栅极绝缘膜材料。现阶段，这种高电介质栅极绝缘膜能够利用原子层堆积(ALD)法或MO (有机金属)CVD法形成是众所周知的。特别是当使用通过 堆积每一个原子层形成膜的ALD法时，可以在膜中形成任意的组成梯 度。例如在日本特开2001-284344号专利公报中，记载有在ZrSi04栅 极绝缘膜中，以与硅基板的界面附近成为富含Si的方式，此外以随着 离开上述界面成为富含Zr的方式，使用ALD技术形成组成梯度的情 形。另一方面，在ALD法中因为对每一个原子层切换原料气体，而且 一面在其间插入清除步骤一面进行堆积，所以需要时间，具有半导体 装置的制造生产率低下的问题。与此相对，在MOCVD法中，因为使用有机金属化合物原料统括 地进行堆积，所以能够很大地提高半导体装置的制造生产率。因此， 为了提高生产性，与ALD法相比，优选利用MOCVD法。此外，利用 MOCVD法的成膜装置，与利用ALD法的成膜装置相比，具有成膜装 置的构造简单的特征。因此，在利用MOCVD法的成膜装置中，具有 单个装置的价格以及装置维持管理所需的费用等比利用ALD法的装置 低的优点。例如，在图1中，模式地表示利用MOCVD法的成膜装置的构成的 一个例子。参照图1，作为MOCVD装置的成膜装置10备有利用泵11进行 排气的处理容器12，在上述处理容器12中设置有保持被处理基板W 的保持台12A。此外，在上述处理容器12中以与上述被处理基板W相对的方式， 设置有具有多个开口部12P (气体喷出孔)的喷淋头12S。供给氧气的 管线12a经过省略图示的MFC (质量流量控制器)和阀门Vll与上述 喷淋头12S连接。此外，供给例如四叔丁氧铪(HTB)等的有机金属 化合物原料气体的管线12b经过省略图示的MFC和阀门V12与上述喷 淋头12S连接。在上述喷淋头12S内，上述氧气和有机金属化合物原料气体通过 各自的路径，从在上述喷淋头12S中与上述硅基板W相对的面上形成 的上述开口部12p，喷出到上述处理容器12内的处理空间中。这里，在由内置于上述保持台12A中的加热器等加热单元12所加 热的被处理基板W上，形成Hf02薄膜。专利文献h日本特开2001-284344号专利公报 专利文献2: WO03/049173号专利公报 专利文献3:美国第6551948号专利公报但是，在上述成膜装置的情形中，例如存在着原料气体在到达被 处理基板前在被处理基板以外的地方被消耗的问题。图2是表示在图1所示的成膜装置中，在被处理基板上形成Hf02 膜时，在被处理基板上形成Hf02膜的厚度与被处理基板温度的关系图。参照图2，直到被处理基板的温度约为350° C为止，均表示出随 着被处理基板的温度上升，形成的薄膜的膜厚变厚的倾向，这是因为 考虑到伴随着被处理基板温度的上升，促进由原料气体的热引起的分 解的缘故。但是，我们看到当被处理基板的温度在350。 C以上时，随着被处 理基板的温度上升，在被处理基板上形成的Hf02的膜厚变薄。本来，当考虑温度和原料气体、氧化气体的反应时，在约300° C 400° C的温度区域中，可以认为在被处理基板上形成的Hf02的膜厚 随着被处理基板的温度上升而相应地变厚。而且，考虑到当被处理基 板的温度上升时，被处理基板的温度在400。 C附近，由温度上升引起 的膜厚增大的效应变小，在400° C以上，膜厚相对于温度的上升应该 大致保持一定。但是，实际上可以看到，在超过350。 C的温度区域中，相对于温 度的上升，膜厚有减少的倾向，这种倾向只考虑被处理基板上的反应 是难以说明的，可以考虑原料气体在被处理基板上以外的地方被消耗 的可能性高这一情况。例如，当考虑进行上述成膜的成膜装置10的情形时，喷淋头12S 保持在约10(T C的温度，因为该温度在原料气体的分解温度以下，所 以这里不发生原料气体的分解、消耗(成膜)。因此，可以认为在原料 气体从上述开口部12p喷出后到达被处理基板的空间中加热原料气体 分子，使其一部分被分解。该原料气体分子分解生成的活性中间体(前驱体)扩散，在主要 存在于附近的喷淋头上发生吸附、成膜，实际上当调査成膜后的喷淋 头吋，观察到在与被处理基板相对的面上产生与被处理基板上的成膜减少量对应的成膜。这样当在被处理基板以外的地方发生成膜时，发生由该成膜引起 的粒子等，发生被处理基板上的成膜被污染的问题，此外，特别是用 已有的CVD法的清除法除去Hf02等的高电介质膜是困难的，当在喷 淋头等上发生成膜时需要停止成膜装置，交换喷淋头和其它发生成膜 的地方的单元。因此，要考虑到成膜装置的维护需要时间，动作率降低实施高效 率的成膜变得困难的事实。此外，存在着在用于形成高电介质膜的原料气体中价格高的很多， 当不在被处理基板上成膜的原料气体增大时，即当原料的利用效率降 低时，原料气体的消耗量增大，用于成膜的成本增大的问题。
技术实现思路
因此，在本专利技术中，将提供解决上述问题的、新的有用的成膜装 置、成膜方法和记录成膜方法的记录介质作为总的课题。本专利技术的具体课题是能够使用原料气体的利用效率良好且生产性高的MOCVD法进行成膜。在本专利技术的第一观点中，为了解决上述问题而提供一种成膜装置， 其特征在于，包括在内部保持被处理基板的处理容器；第一气体供 给单元，向上述处理容器内供给由以叔丁氧基作为配体的烷氧基金属 构成的第一气相原料；和第二气体供给单元，向上述处理容器内供给 由烷氧基硅原料构成的第二气相原料，其中，上述第一气体供给单元 和上述第二气体供给单元与使上述第一气相原料和上述第二气相原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成膜装置，其特征在于，包括：在内部保持被处理基板的处理容器；第一气体供给单元，向所述处理容器内供给由以叔丁氧基作为配体的烷氧基金属构成的第一气相原料；和第二气体供给单元，向所述处理容器内供给由烷氧基硅原料构成的第 二气相原料，其中，所述第一气体供给单元和所述第二气体供给单元与使所述第一气相原料和所述第二气相原料预备反应的预备反应单元连接，将预备反应后的所述第一气相原料和所述第二气相原料供给至所述处理容器内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-4-4 107667/20051.一种成膜装置，其特征在于，包括在内部保持被处理基板的处理容器；第一气体供给单元，向所述处理容器内供给由以叔丁氧基作为配体的烷氧基金属构成的第一气相原料；和第二气体供给单元，向所述处理容器内供给由烷氧基硅原料构成的第二气相原料，其中，所述第一气体供给单元和所述第二气体供给单元与使所述第一气相原料和所述第二气相原料预备反应的预备反应单元连接，将预备反应后的所述第一气相原料和所述第二气相原料供给至所述处理容器内。2. 根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 所述预备反应单元设置有对所述第一气相原料和所述第二气相原料进行加热的加热单元。3. 根据权利要求2所述的成膜装置，其特征在于 所述加热单元以使从所述预备反应单元的导入所述第一气相原料和所述第二气相原料的第一侧向着排出所述第一气相原料和所述第二 气相原料的第二侧具有温度梯度的方式，对所述第一气相原料和所述 第二气相原料进行加热。4. 根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 该成膜装置具有压力调整单元，用于调整通过所述预备反应单元进行预备反应的所述第一气相原料和所述第二气相原料的压力。5. 根据权利要求4所述的成膜装置，其特征在于 所述压力调整单元为流导调整单元，其被设置在将预备反应后的所述第一气相原料和所述第二气相原料供给至所述处理容器内的供给 路径上。6. 根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 所述预备反应单元具有在内部混合所述第一气相原料和所述第二气相原料的螺旋线状的配管。7. 根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于.-所述预备反应单元具有在内部的反应空间中混合所述第一气相原料和所述第二气相原料的反应容器。8. 根据权利要求7所述的成膜装置，其特征在于 所述反应空间与所述处理容器的内部空间分开构成。9. 根据权利要求7所述的成膜装置，其特征在于 在所述反应容器的内壁面上形成有向该内壁面附近供给惰性气体的多个气体供给孔。10. 根据权利要求l所述的成膜装置，其特征在于 所述第一气相原料山四叔丁氧铪构成，所述第二气相原料由原硅酸四乙酯构成。11. 根据权利要求IO所述的成膜装置，其特征在于，包括 加热单元，其被设置在所述预备反应单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥毅，青山真太郎，品田敬宏，川上雅人，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]