活化气体注入装置、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活化气体注入装置、成膜装置和成膜方法。该活化气体注入装置被划分成气体活化室、气体导入室，包括：将这些空间互相连通的流路形成构件；用于将处理气体导入到气体导入室的气体导入件；在气体活化室内互相并列延伸地设置、施加用于使处理气体活化的电力的一对电极，为了将被活化的气体喷出到气体活化室内而沿着电极的长度方向设置的气体喷出口。

【技术实现步骤摘要】
技术区域本专利技术涉及通过将互相反应的至少两种反应气体4要顺序供 给到基板的表面上并且多次执行该供给循环，层叠多层反应生 成物的层而形成薄膜的技术。
技术介绍
作为半导体制造工艺的成膜方法，公知有如下工艺在真空气氛下使第l反应气体吸附在作为基板的半导体晶圆(以下 称为晶圓)等的表面上之后，供给第2反应气体，通过两个气 体的反应形成l层或多层的原子层、分子层，通过多次进行该 循环而层叠这些层，在基板上进行成膜。该工艺例如3皮称为 ALD ( Atomic Layer Deposition)和MLD ( Molecular Layer Deposition)等(以下称为ALD方式)，能根据循环次数高精 度控制膜厚，并且膜质的面内均匀性也良好，因此是能应对半 导体器件的薄膜化的有效方法。作为实施这样的成膜方法的装置采用在真空容器的上部中 央具有气体簇射头(air shower head)的单片式成膜装置，对未反应的反应气体和反应副生成物的方法进4于了研究。不过， 上述成膜方法由吹扫气体进行气体置换需要花费很长的时间， 而且循环次数例如也有数百次，因此存在处理时间长这的问 题，期望有能以高生产率进行处理的装置、方法。从这样的背景出发在专利文献1~专利文献8中提出了将 多个基板沿旋转方向配置在真空容器内的旋转台上来进行成膜 处理的装置。ii不过，作为优选ALD方式的成膜方法的例子，例如能列举 出栅极氧化膜等所采用的高电介质膜，例如氮化硅膜(SiN膜) 和氧化硅膜(Si02膜)等的成膜。作为一个例子，在例如形成 氮化硅膜的情况下，作为第l反应气体例如采用二氯硅烷(以 下称为DCS)气体等，作为第2反应气体例如采用氨气等。 利用了这样的反应气体的成膜以往通过将晶圓例如加热到700 °C ~ 80(TC的温度而供给成膜所需的能量，但随着半导体装置 的进一步高集成化、微细化，需要在成膜时减少对晶圆施加的 热过程。因此，例如在专利文献9中记载有如下技术在例如将数 十张~ 一百几十张晶圆呈架状保持在保持件上而搬入到圆筒型 的反应管内、并将反应气体供给到该反应管内来进行晶圆成膜 的纵型的成批式的成膜装置中，例如将作为一种反应气体的氨 气等离子化后供给到反应容器内来进行成膜。利用通过等离子 化而生成的反应性高的反应气体的活性种(例如NH3基)来进 行成膜，与以往的方法相比能降低施加在晶圆上的热能。设置在专利文献9所述的成膜装置的等离子体发生部为将 施加有高频电力的平行平板型的电极沿着反应管的壁部的高度 方向设置的构成，通过平行平板间而被等离子化后的被活化的 反应气体从反应管的壁部被供给到呈架状保持在该反应管内的 晶圓上。可是，通过等离子化而活化的反应气体(包含NH3基 等活性种的反应气体)的失活速度非常快，因此存在如下问题 反应气体中的活性种的浓度在反应气体从反应管的壁部刚被供 给之后就到达的晶圆的周缘部以及反应气体晚于该周缘部而到 达的晶圆的中央部有很大的不同，在这些部位之间膜质的面内 均匀性降低。并且在本专利技术人所研究的旋转台型的成膜装置中，以从处理容器的壁部朝着旋转台的中央部而沿径向延伸的方式设置反 应气体喷嘴，反应气体在该喷嘴内流过，经由设在该喷嘴的侧 壁面上的多个气体供给孔朝着在喷嘴的下方通过的晶圓喷出。此时如专利文献9所述的技术那样，采用将等离子体发生部设置在处理容器的壁部即喷嘴基端侧、使反应气体等离子化之后 而供给到喷嘴内的构成时，反应气体的活性种例如只与固体表 面接触就失活，因此与喷嘴的壁面接触而流过狭窄的喷嘴内时， 反应气体的活性就急剧地丧失。基于这样的理由，将专利文献9所述的技术应用于本专利技术人所开发的旋转台型的成膜装置 时，存在比以往的纵型热处理装置更降低膜质的面内均勻性的 问题。作为对晶圆照射等离子体的技术，公知有如下方法如图 l所示，使反应气体A和反应气体B反应而在处理容器500内的 载置台501上所载置的晶圆W上成膜之后，将在等离子体发生 室5 0 2产生的氧基供给到薄膜而对该薄膜进行改性。附图标记 503是自由基输送通路，附图标记504是气体供给部，附图标记 505是反应气体A的供给源，附图标记506是反应气体B的供给 源，附图标记507是气体供给通路，附图标记508是加热器，附 图标记509是真空泵。作为薄膜例如能举出Si02膜，这种情况 下，氧基起到除去Si02膜中的N、 OH基、H等杂质的作用。不 过，供给到晶圆W上的等离子体是所谓的远程等离子体，因此 自由基在输送中途失活，被供给到晶圆W上的自由基的浓度低，因此无法进行充分的改性。因而，无法从Si02膜排出上述杂质，所以Si和O的比率不接近于l: 2，或者难以形成Si-0-Si的3维结构，结果无法得到品质优良的Si02膜。另外，虽考虑到为了促进等离子体中的臭氧的分解而使晶圆的温度形成为高温， 但在这种情况下，变得无法应对低温工艺。专利文献1 专利文献2专利文献3求l专利文献4 专利文献5 专利文献60025， 0058，图 专利文献7: 专利文献8: 专利文献9:落~第0025段落美国专利公报7， 153， 542号图6A、图6B 日本净争开2001 — 254181号7^才艮图l、图2 日本专利3144664号公报图l、图2,权利要曰本斗争开平4一 287912号/^才艮美国专利公才艮6， 634, 314号曰本4争开2007 — 247066号乂>才艮萃殳落0023~12和图20美国专利/>开/>才艮2007/ 218701号 美国专利/>开/>才艮2007/ 218702号 曰本净争开2004 — 343017号7^才艮第0021萃殳 ,图1~图
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的情况而做成的，提供一种能供给被均 匀活化的处理气体的活化气体注入装置、具有该注入装置的成 膜装置和成膜方法。本专利技术的第l技术方案提供一种活化气体注入装置，其包 括流路形成构件，其由分隔壁划分成气体活化用流路和气体 导入用流路；气体导入件，用于将处理气体导入到上述气体导 入用流路中； 一对电极，其沿着上述分隔壁互相平行地延伸设 置在上述气体活化用流路内，施加有用于使处理气体活化的电 力；连通孔，其沿着电极的长度方向设置在上述分隔壁上，用 于将上述气体导入用流路内的处理气体供给到上述气体活化用 流路中；以及气体喷出口，为了喷出在上述气体活化用流路中 被活化的气体而沿着上述电极的长度方向设置在上述气体活化 用流路上。本专利技术的第2技术方案提供一种活化气体注入装置，其包括流路形成构件，其由分隔壁划分成气体活化用流路和气体 导入用流路；气体导入件，用于将处理气体导入到上述气体导 入用流路中；加热器，其沿着上述分隔壁延伸地设置在上述气 体活化用流路内，用于加热气体活化用流路内的处理气体而使 处理气体活化；连通孔，其沿着加热器的长度方向设置在上述 分隔壁上，用于将上述气体导入用流路内的处理气体供给到上 述气体活化用流路中；以及气体喷出口，为了喷出在上述气体 活化用流路中被活化的气体而沿着上述加热器的长度方向设置 在上述气体活化用流路上。本专利技术的第3技术方案提供一种成膜装置，其包括旋转 台，设置在真空容器内；基板载置区域，其是为了将基板载置 在该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活化气体注入装置，其包括：　　流路形成构件，其由分隔壁划分成气体活化用流路和气体导入用流路；　　气体导入件，用于将处理气体导入到上述气体导入用流路中；　　一对电极，其沿着上述分隔壁互相平行地延伸设置在上述气体活化用流路内，施加有用于使处理气体活化的电力；　　连通孔，其沿着电极的长度方向设置在上述分隔壁上，用于将上述气体导入用流路内的处理气体供给到上述气体活化用流路中；　　以及气体喷出口，其为了喷出在上述气体活化用流路中被活化的气体而沿着上述电极的长度方向设置在上述气体活化用流路上。

【技术特征摘要】
JP 2008-8-29 2008-222740;JP 2009-3-13 2009-061605;1.一种活化气体注入装置，其包括流路形成构件，其由分隔壁划分成气体活化用流路和气体导入用流路；气体导入件，用于将处理气体导入到上述气体导入用流路中；一对电极，其沿着上述分隔壁互相平行地延伸设置在上述气体活化用流路内，施加有用于使处理气体活化的电力；连通孔，其沿着电极的长度方向设置在上述分隔壁上，用于将上述气体导入用流路内的处理气体供给到上述气体活化用流路中；以及气体喷出口，其为了喷出在上述气体活化用流路中被活化的气体而沿着上述电极的长度方向设置在上述气体活化用流路上。2. 根据权利要求l所述的活化气体注入装置，其中， 上述一对电极分别由陶瓷覆盖。3. 根据权利要求l所述的活化气体注入装置，其中， 具有气体导入喷嘴，该气体导入喷嘴沿着上述分隔壁设置在上述气体导入用流路内，沿长度方向穿设有气孔，并且上述 气体导入件形成在该气体导入喷嘴的基端侧。4. 一种活化气体注入装置，其包括流路形成构件，其由分隔壁划分成气体活化用流路和气体 导入用流^各；气体导入件，用于将处理气体导入到上述气体导入用流路中；加热器，其沿着上述分隔壁延伸地设置在上述气体活化用 流路内，用于加热气体活化用流路内的处理气体而使处理气体 活化；连通孔，其沿着加热器的长度方向设置在上述分隔壁上， 用于将上述气体导入用流路内的处理气体供给到上述气体活化 用流路中；以及气体喷出口，其为了喷出在上述气体活化用流路中被 活化的气体而沿着上述加热器的长度方向设置在上述气体活化 用流^各上。5. —种成膜装置，其包括 旋转台，设置在真空容器内；基板载置区域，其是为了将基板载置在该旋转台上而设置的；以及权利要求l所述的活化气体注入装置，为了将被活化 的气体供给到载置在该基板载置区域的基板上来进行成膜，该 活化气体注入装置设置成与上述旋转台上的基板载置区域侧相 对且与该旋转台的移动路径交叉。6. 根据权利要求5所述的成膜装置，上述活化气体注入装置的气体喷出口设置在距被载置在上 述基板载置区域的基板的表面lmm 10mm的高度位置。7. —种成膜装置，其包括 旋转台，设置在真空容器内；基板载置区域，其是为了将基板载置在该旋转台上而设置的；以及权利要求l所述的活化气体注入装置，为了将被活化 的气体供给到载置在该基板载置区域的基板上来进行该基板上 的薄膜的改性，该活化气体注入装置设置成与上述旋转台上的 基板载置区域侧相对且与该旋转台的移动路径交叉。8. 根据权利要求7所述的成膜装置，上述活化气体注入装置的外面部构成为覆盖气体活化用流路、气体导入用流路的罩体，为了抑制气体自外部进入到该罩体内，该罩体的下端部构成为与旋转台平行且经由间隙向外伸出的气流限制构件。9. 根据权利要求7所述的成膜装置，上述活化气体注入装置以能够调整其与上述旋转台上的基板的表面之间的距离的方式上下自如地气密地安装在上述真空容器的侧壁上。10. 根据权利要求7所述的成膜装置，上述活化气体注入装置以相对于上述旋转台上的基板的表面能沿与上述旋转台移动路径交叉的方向倾斜的方式倾斜自如且气密地安装在上述真空容器的侧壁上。11. 一种成膜装置，其通过在真空容器内将互相反应的至少两种反应气体按顺序供给到基板的表面上并且执行该供给循环，从而层叠多个反应生成物的层而形成薄膜，该成膜装置包括旋转台，设置在真空容器内；基板载置区域，其是为了将基板载置在该旋转台上而设置的；第l反应气体供给部件和第2反应气体供给部件，它们沿着上述旋转台的旋转方向互相离开地设置，第l反应气体供给部件用于将第l反应气体供给到上述旋转台上的基板的载置区域侧的面上，第2反应气体供给部件由权利要求l所述的活化气体注入装置构成，用于将第2反应气体供给到上述旋转台上的基板的载置区域侧的面上；分离区域，其在上述旋转方向上位于被供给上述第l反应气体的第l处理区域和被供给第2反应气体的第2处理区域之间，用于使被供给上述第l反应气体的第l处理区域和被供给第2反应气体的第2处理区域的气氛分离；以及排气口，用于将上述反应气体与扩散到上述分离区域的两侧的分离气体一起排出，上述分离区域具有分离气体供给部件和顶面，该分离气体供给部件用于供给分离气体，上述顶面位于该分离气体供给部件的上述4t转方向两侧，用于在上述顶面和》走转台之间形成用于分离气体从该分离区域流到处理区域侧的狭窄的空间。12. —种成膜装置，其通过在真空容器内将互相反应的至少两种反应气体按顺序供给到基板的表面上并且执行该供给循环，从而层叠多个反应生成物的层而形成薄膜，该成膜装置包括基板载置区域，其是用于将基板载置在上述真空容器内的旋转台上而设置的；第l反应气体供给部件，用于将第l反应气体供给到上述基板上；第2反应气体供给部件，其与上述第l反应气体供给部件隔开间隔地设置在该第l反应气体供给部件的上述旋转台的旋转方向下游侧，用于将第2反应气体供给到上述基板上；权利要求l所述的活化气体注入装置，其被设置成与上述旋转台的基板载置区域相对，并且在上述旋转台的旋转方向上设置在第l反应气体供给部件和第2气体供给部件之间，为了进行上述基板上的反应生成物的改性，该活化气体注入装置将被活化的处理气体供给到上述基板上；分离区域，其在上述旋转方向上位于被供给上述第l反应气体的第l处理区域和被供给第2反应气体的第2处理区域之间，用于使被供给上述第l反应气体的第l处理区域和被供给第2反应气体的第2处理区域的气氛分离；以及排气口，用于将上述反应气体与扩散到上述分离区域的两侧的分离气体一起排出，上述分离区域具有分离气体供给部件和顶面，该分离气体供给部件用于供给分离气体，该顶面位于该分离气...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤寿，竹内靖，牛窪繁博，菊地宏之，
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]