專利名稱：成膜裝置及成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過將相互反應(yīng)的至少兩種原料氣體按順 序供給到基板的表面上，并執(zhí)行數(shù)次該供給循環(huán)來層疊多層反 應(yīng)生成物而形成薄膜的成膜裝置及成膜方法。
背景技術(shù)：
伴隨著半導(dǎo)體器件的電路圖案進一步微細化，對于構(gòu)成半 導(dǎo)體器件的各種膜也要求進一步薄膜化和均勻化。滿足該要求 的成膜方法公知有能夠高精度地控制膜厚，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的均 勻性的、所謂分子層成膜法(也稱為原子層成膜法)。
在該成膜方法中，將第l原料氣體供給到收容有基板的反 應(yīng)容器內(nèi)而使第l原料氣體的分子吸附在基板表面上，在將第1
原料氣體從反應(yīng)容器中吹掃出去后，將第2原料氣體供給到反 應(yīng)容器內(nèi)而使第2原料氣體的分子吸附在基板表面上，從而兩 種原料氣體分子在基板表面上發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)生成物的一 層分子層。此后，將第2原料氣體從反應(yīng)容器吹掃出去，通過 反復(fù)進行此前的工序，即可堆積出具有規(guī)定膜厚的膜。由于通 過交替供給第1原料氣體和第2原料氣體來使吸附在基板表面 上的分子反應(yīng)，從而使每一層分子層都形成膜，因而，能夠?qū)?現(xiàn)以分子層這樣的級別來控制膜厚和實現(xiàn)膜厚均勻性。
這樣的成膜方法公知有利用例如專利文獻l所記載的成膜 裝置實施的例子(專利文獻l)。
專利文獻l所公開的原子層成膜裝置包括堆積室，其被 分隔為相互連接的2個以上堆積區(qū)域；晶圓支承件，其為配置 在該堆積室內(nèi)的晶圓支承件，能夠在相互連接的2個以上堆積區(qū)域之間移動。2個以上堆積區(qū)i或由孔(aperture)相互連4妄。 該孔具有足夠允許晶圓支承件穿過的尺寸，從而能夠最小程度 地限制堆積氣體在2個以上堆積區(qū)域內(nèi)混雜。此外，在專利文 獻l中記載有為了最小程度地限制堆積氣體在2個以上的堆積 區(qū)域之間的孔附近混雜，可以以層流狀供給惰性氣體。 專利文獻l:美國專利第7085616號說明書 但是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言， 一般都知道很難 控制堆積室內(nèi)的氣體的流動，如果以該見解為基礎(chǔ)研究專利文 獻l，則無法認為能夠通過孔來充分地降低堆積氣體的混雜。 此外，在將惰性氣體供給到孔附近時，實際上很難確認惰性氣 體是否形成了層流，無法確知是否可以使惰性氣體成為層流而 能夠?qū)⒍逊e氣體的混合控制在最小限度內(nèi)。此外，專利文獻l 不過是公開了單片式的成膜裝置，對于與通常的堆積方法相比， 如何改善工藝中需要較長時間的原子層堆積的生產(chǎn)率，并沒有 任何記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況，提供一種能充分降低原料氣體的混 合而實現(xiàn)合適的分子層堆積，并能提高分子層堆積生產(chǎn)率的成 膜裝置及成膜方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第l技術(shù)方案提供一種成膜 裝置，該成膜裝置包括多個第l板狀構(gòu)件，其設(shè)置在能密氣 的圓筒狀的容器內(nèi)，具有開口部，且在沿容器的中心軸線的第 l方向上等間隔排列；多個第2板狀構(gòu)件，在第l方向上等間隔 排列，能在多個第l板狀構(gòu)件具有的開口部的內(nèi)側(cè)往復(fù)運動， 由多個第l板狀構(gòu)件中的第一對第l板狀構(gòu)件劃分出供第l氣體 沿朝向容器內(nèi)周面的第2方向流動的第l流路，由多個第l板狀構(gòu)件中的第二對第l板狀構(gòu)件劃分出供第2氣體沿第2方向流動 的第2流路，基板保持在多個第2板狀構(gòu)件中的一對第2板狀構(gòu) 件之間。
本發(fā)明的第2技術(shù)方案提供一種成膜方法，該成膜方法在 成膜裝置中實施，該成膜裝置包括多個第l板狀構(gòu)件，其設(shè) 置在能密氣的圓筒狀的容器內(nèi)，具有開口部，且在沿容器的中 心軸線的第l方向上等間隔排列；多個第2板狀構(gòu)件，在第l方 向上等間隔排列，能在多個第l板狀構(gòu)件具有的開口部的內(nèi)側(cè) 往復(fù)運動。該成膜方法包括將基板收容在多個第2板狀構(gòu)件 中的一對第2板狀構(gòu)件之間的步驟；使第l氣體在上述多個第1 板狀構(gòu)件中的第 一對第l板狀構(gòu)件之間沿朝向容器內(nèi)周面的第 2方向流動的步驟；使第2氣體在多個第l板狀構(gòu)件中的第二對 第1板狀構(gòu)件之間沿第2方向流動的步驟；通過使多個第2板狀 構(gòu)件進行往復(fù)運動，使基板交替暴露于第l氣體和第2氣體中的 步驟。
本發(fā)明的第3技術(shù)方案提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其 用于存儲實施第2技術(shù)方案的成膜方法的程序。


圖l是表示本發(fā)明一實施方式的成膜裝置的概略圖。 圖2是放大表示圖l的成膜裝置的反應(yīng)容器的圖。 圖3是放大表示圖l的成膜裝置的反應(yīng)容器的另 一圖。 圖4是表示圖l的成膜裝置的內(nèi)舟皿和外舟皿的位置關(guān)系
及氣體供給部和排氣件的位置關(guān)系的示意圖。
圖5是表示在圖l的成膜裝置中實施的成膜方法的例子的
時間圖。
圖6A至圖6H是用于說明在圖l的成膜裝置中進行的分子層成膜的圖。
圖7是表示圖l的成膜裝置的變形例的概略圖。
圖8是表示圖l的成膜裝置的變形例的另 一概略圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供能充分地減少原料氣體的混 合而實現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆肿訉佣逊e，且能夠提高分子層堆積的生產(chǎn)率 的成膜裝置及使用該成膜裝置的成膜方法。
下面，參照

對本發(fā)明不構(gòu)成限定的例示的實施方 式。對各附圖中相同或?qū)?yīng)的構(gòu)件、零件標(biāo)注相同或相對應(yīng)的 附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。此外，附圖的目的不在于顯示各 構(gòu)件或零件之間的比例，具體尺寸應(yīng)參照下面不構(gòu)成限定的實
施方式而由本領(lǐng)iiU支術(shù)人員決定。
圖l是表示本發(fā)明的一實施方式的成膜裝置的概略圖。如 圖所示，本實施方式的成膜裝置10包括立式的反應(yīng)容器20; 驅(qū)動機構(gòu)30，其用于驅(qū)動反應(yīng)容器20內(nèi)的晶圓舟皿；排氣系統(tǒng) 40,其用于對反應(yīng)容器20內(nèi)進行排氣；氣體供給系統(tǒng)50,其是 向反應(yīng)容器20內(nèi)導(dǎo)入氣體的供給源；加熱器12,其用于對反應(yīng) 容器20內(nèi)的晶圓進行加熱；控制器14,其對成膜裝置10的各構(gòu) 成元件進行控制，控制成膜工作。
首先，參照圖2 圖4說明反應(yīng)容器20。如圖2所示，反應(yīng)容 器20包括立式的大致呈圓筒狀的外管21，其上部被封閉，下 部安裝在法蘭21a上；內(nèi)管22,其為圓筒狀，配置在外管21的 內(nèi)側(cè)；外舟皿23，其配置在內(nèi)管22的內(nèi)側(cè)；內(nèi)舟皿24，其配置 在外舟皿23的內(nèi)側(cè)，用于保持晶圓W;多個氣體供給管26，其 沿內(nèi)管22的內(nèi)壁延伸，可沿橫向噴出氣體。
外舟皿23包括多個支柱23a; 8個環(huán)狀板23b，其通過上述支柱23a在上下方向上大致等間隔配置。如后所述，環(huán)狀板 23b具有整流板的功能，調(diào)整在內(nèi)管22的內(nèi)側(cè)沿朝向內(nèi)管22的 內(nèi)周面的方向(圖中為橫向)流動的氣體的流動。因此，在確 定環(huán)狀板23b的寬度(外徑和內(nèi)徑的差的二分之一 )時，優(yōu)選 考慮晶圓W的尺寸、外管21、內(nèi)管22、外舟皿23、內(nèi)舟皿24 的內(nèi)徑以及能否發(fā)揮整流板的功能。由上下相鄰的2個環(huán)狀板 23b形成一個層，合計形成有7個層。以下，為了便于說明，將 這些層從下至上稱為層l、層2.......層7。
此外，外舟皿23在支柱23a的下端部安裝在臺座23c上，臺 座23c安裝在法蘭部25上。法蘭部25安裝在第1升降機31上。第 l升降機31-波驅(qū)動系統(tǒng)30的驅(qū)動部33上下驅(qū)動。由此，法蘭部 25經(jīng)未圖示的密封構(gòu)件保持氣密地壓接在法蘭21a上，能使外 管21的內(nèi)部保持氣密狀態(tài)。
內(nèi)舟皿24包括多個支柱24a; 8個圓片反24b，其通過上述 支柱24a在上下方向上大致等間隔配置。8個圓板24b中的從上 數(shù)第3個圓板24b和第4個圓板24b之間的空間一皮用作收容晶圓 W的收容部24d。具體而言，在收容部24d中，在支柱24a上在 上下方向上大致等間隔地形成多個狹縫(未圖示)，通過這些狹 縫來支承晶圓W。狹縫的間隔也可以由收容在晶圓W的收容部 24d中的晶圓W的片數(shù)、所使用的原料氣體等決定。此外，收 容部24d中也可以收容l片晶圓W。
另夕卜，內(nèi)舟亞24中的最下側(cè)的圓板24b的大致中央形成有 通孔，從下數(shù)第2個圓板24b的背面形成有凹部(未圖示)。支 承棒24c穿過上述通孔且與凹部抵接地支承內(nèi)舟皿24。此外， 支承棒24c穿過形成在法蘭部25的大致中央的通孔而向下方伸 出，隔著圓板構(gòu)件25a被第2升降機32保持。由此，內(nèi)舟皿24 被定位在內(nèi)管22和外管21的大致中央。法蘭部25和圓板構(gòu)件25a之間安裝有波紋管密封件25b,這樣，保持與外管21之間的 氣密性并且允許支承棒24c和內(nèi)舟皿24上下移動。此外，圓板 構(gòu)件25a還具有》走轉(zhuǎn)導(dǎo)入部的功能。即，圓板構(gòu)件25a例如被J茲 性材料密封件(未圖示)保持氣密性，并且使支承棒24c穿過 形成于圓板構(gòu)件25a的大致中央的通孔而延伸。支承棒24c在圓 板構(gòu)件25a的下部與旋轉(zhuǎn)馬達34相連接，這樣，內(nèi)舟皿24能以 支承棒24c為中心旋轉(zhuǎn)。
第2升降機32被驅(qū)動部33驅(qū)動，能夠與第1升降機31 —起上 下運動，或能夠獨立地上下運動。即，如圖3所示，通過第l升 降機31和第2升降機32 —起上下移動，能夠使內(nèi)舟皿24與外舟 皿23 —起上下移動。這樣，能夠?qū)?nèi)舟皿24和外舟皿23裝入內(nèi) 管22內(nèi)或從內(nèi)管22中抽出。此外，如后所述，也可以通過使第 2升降機32相對于第1升降機31上下移動來使內(nèi)舟皿24相對于 外舟皿23上下移動。
在此，參照圖4說明內(nèi)舟皿24和外舟皿23的位置關(guān)系。如 圖所示，內(nèi)舟亞24和外舟皿23被配置成內(nèi)舟皿24的圓板24b和 外舟皿23的環(huán)狀板23b位于能夠相互成同心圓狀的位置。此外， 圓板24b和環(huán)狀板23b之間的間隔(圓板24b外徑和環(huán)狀板23b 內(nèi)徑之差)優(yōu)選小到使圓板2 4 b和環(huán)狀板2 3 b相互不接觸那樣的 程度。在本實施方式中，內(nèi)舟皿24和外舟皿23安裝在同 一法蘭 部25上(參照圖2或圖3)，因而，內(nèi)舟皿24 (圓板24b )和外舟 皿23(環(huán)狀板23b)能夠高精度地進行對位。
另外，通過支柱23a支承環(huán)狀板23b來構(gòu)成外舟皿23,但也 能將環(huán)狀板23b例如以規(guī)定間隔安裝在內(nèi)管22的內(nèi)壁上。此外， 也可以將環(huán)狀板23b安裝在外管21的內(nèi)壁上。但是，從圓板24b 和環(huán)狀板2 3 b的對位精度出發(fā)，包括環(huán)狀板2 3 b在內(nèi)的外舟皿2 3 優(yōu)選隔著臺座23c配置在內(nèi)舟皿24所定位的法蘭部25上。23b的內(nèi)周形成的開口實質(zhì)上被與之相對應(yīng)的圓板24b堵 住。即，層1 層7中的氣體流動不僅是由具有整流板功能的環(huán) 狀板23b分隔出來的，還是由圓板24b分隔出來的。采用該結(jié)構(gòu)， 能充分避免氣體在各層間的混合。另外，環(huán)狀板23b的內(nèi)徑和 圓板24b的外徑之差優(yōu)選在例如0.1mm 10mm的范圍內(nèi)。如果 該差小于O.lmm,貝'J圓；f反24b與環(huán)狀一反23b石並撞，^f吏內(nèi)舟皿24 不能上下移動，而且，有可能造成內(nèi)舟皿24、夕卜舟皿23的破損。 此外，如果圓板24b與環(huán)狀板23b接觸，則有可能產(chǎn)生微粒而污 染晶圓W。另一方面，如果上述差大于10mm,則氣體將穿過 圓板24b和環(huán)狀板23b的間隙進行流動，將造成氣體在層間混 合，因此有可能無法進行合適的分子層堆積。換言之，環(huán)狀板 23b的內(nèi)徑和圓板24b的外徑之差優(yōu)選在使圓板24b不與環(huán)狀板 23b相接觸的范圍內(nèi)盡可能地小，優(yōu)選考慮圓板24b和環(huán)狀板 23b的加工精度、內(nèi)舟皿24和外舟皿23的設(shè)置精度以及氣體供 給量、壓力這樣的成膜條件而決定。因此，該差也可處于例如 0.1mm 5mm的范圍。
再次參照圖2，在反應(yīng)容器20上設(shè)置有7根氣體供給管26， 這些氣體供給管26保持氣密地貫穿外管21和內(nèi)管22,在內(nèi)管22 的內(nèi)側(cè)向上方彎曲，沿著內(nèi)管22的內(nèi)壁延伸。這7根氣體供給 管26具有與外舟皿23的各層1 層7相對應(yīng)的長度，其上端被封 閉，并且在上端附近的側(cè)壁上具有噴出孔26H (參照圖4)。采 用該結(jié)構(gòu)，氣體供給管26向?qū)?yīng)的層1 層7噴出氣體，能夠在 層1 ~層7上形成沿水平方向流動的氣流。
如圖l所示，與氣體供給管26連接的氣體供給系統(tǒng)50包括氣體供纟會源50a、 50b、 50c;氣體4空制器54a、 54b、 54c,其 設(shè)在將氣體供給源50a、 50b、 50c和氣體供給管26分別連接起 來的配管51a、 51b、 51c上。氣體控制器54c包括開閉閥52c 和質(zhì)量流量控制器(MFC) 53c。此外，氣體控制器54a、 54b 省略了其組成部分的附圖標(biāo)記，其與氣體控制器54c具有相同
的結(jié)構(gòu)。并不限于此，但例如氣體供給源50a可以是填充有氧 氣(02)的鋼瓶，在配管51a上設(shè)有用于從02氣體生成臭氧(03) 的臭氧生成器51d。
配管51a與對應(yīng)于層2的氣體供給管26a (圖4)相連接，由 此，向?qū)?上供給03氣體。此外，配管51b與對應(yīng)于層4的氣體 供給管26b相連接。氣體供給源50b可以是填充有例如氮氣(N2) 的鋼瓶，由此，可對層4供給N2氣體。此外，配管51c與對應(yīng)于 層6的氣體供給管26c相連接，氣體供給源50c例如可以是填充 有雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)的BTBAS供給器，由此，對 層6供給BTBAS氣體。
另外，對于與對應(yīng)于層l、層3、層5、層7的氣體供給管26 相連接的配管等，省略它們的圖示，但對于這些氣體供給管26 而言，它們的配管結(jié)構(gòu)與對應(yīng)于層4的氣體供給管26相連接的 配管等相同。由此、也能對層l、層3、層5、層7供給N2氣體。
參照圖2(或圖3),在內(nèi)管22上形成有開口 22b，在外管21 上形成有開口 21b。開口 22b和開口 21b處于與BTBAS氣體流動 的層6相對應(yīng)的高度，位于與氣體供給管26對稱的位置。此外， 在外管21的外側(cè)，設(shè)置有氣密地安裝在開口 21b上的排氣件 28b，在排氣件28b上連接有后述排氣系統(tǒng)40的排氣管42。另一 方面，在與03氣體流動的層2相對應(yīng)的高度上，也就是在與氣 體 給管26對稱的位置上，在內(nèi)管22上形成有開口 22c,在外 管21上形成有開口 21c。此外，在外管21的外側(cè)設(shè)置有氣密地安裝在開口 21c上的排氣件28c,并在排氣件28c上連接有排氣 管44。如圖l所示，排氣管44和排氣管42合流。接下來，重新參照圖4，對排氣件28b( 28c)、開口 22b( 22c ) 及開口 21b ( 21c)的位置關(guān)系進行說明。另外，圖4中，為了 圖示上述各件的位置關(guān)系，將在與層2相對應(yīng)的高度上剖切的 剖:枧圖和在與層6相對應(yīng)高度上剖切的剖—見圖疊加在一起。如 圖所示，排氣件28b、開口22b及開口21b正對著噴出03氣體的 氣體供給管26a,并且內(nèi)舟皿24 ( 24a)介于排氣件28b、開口 22b、開口 21b和氣體供給管26a之間。此外，排氣件28c、開口 22c及開口 21c正對著噴出BTBAS氣體的氣體供給管26c,并且， 內(nèi)舟皿24 ( 24a )介于排氣件28c、開口 22c、開口21c和氣體供 給管26c之間。采用該結(jié)構(gòu)，03氣體基本上如圖4中單點劃線箭 頭所示那樣流動，BTBAS氣體基本上如圖4中實線箭頭所示那 樣流動。通過這樣的流動，能夠降低例如介于內(nèi)管22和外管21 之間的兩原料氣體的混合。重新參照圖1，排氣管44上設(shè)有用于調(diào)整外管21內(nèi)的壓力 的壓力調(diào)整閥48,此外，排氣管44與例如干式真空泵等真空泵 46相連接。在外管21內(nèi)氣密地插入有壓力計(未圖示)，由此， 檢測外管21內(nèi)的壓力，根據(jù)檢測到的壓力，通過壓力調(diào)整閥48 控制外管21內(nèi)的壓力。此外，如圖1所示，圍著外管21配置的加熱器12與電源13 相連接。例如通過插入內(nèi)管22和外舟皿23之間的熱電偶等(未 圖示)，間接地檢測晶圓W的溫度，根據(jù)熱電偶等檢測到的溫度， 調(diào)整從電源13向加熱器12供給的電力，由此，控制晶圓W的溫 度。另外，加熱器12可由鉭線等構(gòu)成。此外，加熱器12可分為 多級，如果單獨控制各綵加熱器，則能進一步提高被保持在內(nèi) 舟皿24內(nèi)的晶圓W的溫度的面內(nèi)均勻性。器54a、 54b、 54c對氣 體供給的控制、升降機31、 32的上下移動的控制、旋轉(zhuǎn)馬達34 對內(nèi)舟皿24的^:轉(zhuǎn)的控制、壓力調(diào)整閥48對外管21內(nèi)的壓力的 控制、加熱器12對晶圓W的溫度的控制等?？刂撇?4例如包含 計算機，其按照規(guī)定程序控制成膜裝置10實施MLD成膜。該程 序包括例如用于實施后述成膜方法的步驟的命令組。此外，控 制部14上連接有顯示部14a,其用于顯示制程程序和工藝狀 況；存儲部14b，其用于存儲程序和工藝參數(shù)；接口部14c,其 和顯示部14a —起工作，用于程序的編輯和工藝參數(shù)的改變。 此外，在存儲部14b上連接有輸入輸出裝置14d，該輸入輸出裝 置14d在存儲部14b和存儲有上述程序的計算機可讀存儲介質(zhì) 14e之間進行程序的輸入輸出。由此，按照接口部14c的指令， 從計算機可讀存儲介質(zhì)14e向存儲部14b下載規(guī)定的程序、制程 程序。根據(jù)下載下來的程序、制程程序?qū)嵤┖笫龅某赡し椒ā?另外，計算機可讀存儲介質(zhì)包括硬盤(包含移動硬盤)、CD、 CD-R/RW、 DVD-R/RW、軟盤、USB存儲器(閃存)、半導(dǎo)體 存儲器等。此外，程序也可以通過通信線路下載到存儲部14b。接下來，參照圖5 圖8及圖1、圖2說明在本發(fā)明的實施方 式的成膜裝置10中進行的、本發(fā)明的實施方式的成膜方法。圖5是概略性地表示本實施方式的成膜方法的時間圖。首 先，通過使第1升降機31和第2升降機32 (圖2) —起下降，將 外舟皿23和內(nèi)舟皿24從外管21及內(nèi)管22中抽出。接下來，通過 未圖示的輸送機構(gòu)，將多片晶圓W收容在內(nèi)舟皿24的收容部 24d內(nèi)。然后，使第1升降機31和第2升降機32(圖2) —同上升， 將外舟皿23和內(nèi)舟亞24裝入外管21和內(nèi)管22內(nèi)。至此，晶圓W 的裝入結(jié)束(步驟S1 )。接下來，通過排氣系統(tǒng)40的真空泵46將外管21內(nèi)排氣成真空狀態(tài)(步驟S2)。此時，不供給一切氣體，也不用壓力調(diào)整閥48進行壓力調(diào)整，僅是將外管21內(nèi)排氣成規(guī)定的目標(biāo)真空 度。由此，可檢查外管21的氣密性。在確認了外管21保持氣密 之后，從氣體供給系統(tǒng)50開始通過氣體供給管26供給N2氣體 (步驟S3)。即，將N2氣體供給到層1、層3 層5、層7。此外， 與此同時，通過壓力調(diào)整閥48進行壓力調(diào)整，使外管21內(nèi)保持 在成膜圧力Pdep (例如、約8Torr (約1.07kPa))(步驟S4)。然后，通過加熱器12將晶圓W的溫度調(diào)整至成膜溫度tdep (例如、約350。C )(步驟S5 )。在晶圓W的溫度穩(wěn)定在成膜溫 度Tdep后，通過旋轉(zhuǎn)馬達34使內(nèi)舟皿24旋轉(zhuǎn)(步驟S6)。轉(zhuǎn)速 可以是侈'J3口lrpm 纟々160rpm, it匕夕卜，也可以是lrpm 纟々30rpm。 另外，內(nèi)舟皿24也可以不旋轉(zhuǎn)。接下來，從氣體供給系統(tǒng)50的配管51a經(jīng)由氣體供給管26a (圖4)向?qū)?供給03氣體(步驟S7),從氣體供給系統(tǒng)50的配 管51c經(jīng)由氣體供給管26c (圖4)向?qū)?供給BTBAS氣體(步 驟S8)。另外，03氣體的供給量可以采用例如從約lslm (標(biāo)況 升每分) 10slm的范圍的規(guī)定流量，BTBAS氣體的供給量可 以采用例如/人約lsccm (標(biāo)況毫升每分) 約300sccm的范圍的 規(guī)定流量。但是，這些氣體的供給量并不限于上述范圍，可根 據(jù)外管21、內(nèi)管22的尺寸、使用的晶圓W的尺寸、使用的氣體 的種類等進行適當(dāng)調(diào)整。此外，優(yōu)選使在層1及層3上流動的N 2氣體的流量與在層2 上流動的03氣體的流量相等，在層5及層7流動的N2氣體的流量 和在層6流動的BTBAS氣體的流量相等，理由如下。如上所述， 外舟亞23的環(huán)狀板23b之間的間隔與內(nèi)舟皿24的圓板24b之間 的間隔相等，因而，流路剖面面積在各層上相等。因此，使氣 體在層l及層3 (層5及層7 )與層2 (層6 )之間以相同流量流動，出現(xiàn)紊流，避免氣體的混合。另夕卜， 例如可通過向BTBAS氣體中加入N2氣體、H2氣體或稀有氣體 等稀釋氣體，或者，通過使用載氣供給BTBAS氣體，從而使在 層6流動的氣體的供給量與在層2流動的氣體的供給量相等。這 種情況下，能夠使在層1~層7流動的各氣體的供給量相等。然后，通過第2升降機32使內(nèi)舟皿24上下移動來進行分子 層成膜(步驟S9)。參照圖6A 圖6H,說明該成膜過程。另夕卜， 在圖6A 圖6H中，為了便于說明省略了氣體供給管、排氣件、 升降機等。如圖6A所示，首先，將用于保持晶圓W的收容部24d預(yù)先 位于層4上。從氣體供給管26b (圖4)噴出的N2氣體在層4上流 動，因此，晶圓W暴露于N2氣體中。接下來，如圖6B所示，通 過第2升降機32使內(nèi)舟皿24向上方移動，收容部24d從層4起經(jīng) 由層5,如圖6C所示那樣到達層6。由于N2氣體也在層5上流動， 因此，在到達層6之前晶圓W持續(xù)被暴露于N2氣體中，但是， 從氣體供給管26c (圖4)噴出的BTBAS氣體在層6上流動，在 此處，晶圓W暴露于BTBAS氣體中。因此，BTBAS氣體的分 子吸附在晶圓W的表面上。在經(jīng)過吸附BTBAS氣體分子所需要的規(guī)定時間之后，使用 第2升降機32使內(nèi)舟皿24向下移動(圖6D)，收容部24d返回到 層4(圖6E)。接下來，如圖6F所示，使內(nèi)舟皿24進一步向下 方移動，收容部24d乂人層4處起經(jīng)由層3，如圖6G所示那樣到達 層2。另外，在收容部24d移動到層5、層4、層3時，晶圓W持 續(xù)暴露在N2氣體中，其間，即便吸附在晶圓W的表面上的剩余 BTBAS氣體分子發(fā)生脫離，也能在晶圓W表面上殘留有一層分 子層那樣的量的BTBAS氣體分子。從氣體供給管26a (圖4)噴出的03氣體在層2上流動，因子氧化，形成一層氧化硅的分子層。然后，內(nèi)舟皿24被第2升降機32向上方移動(圖6H),收 容部24d從層2處起經(jīng)由層3如圖6A所示那樣返回層4。此后， 反復(fù)進行規(guī)定次數(shù)的上述的過程，得到具有相當(dāng)于與該次數(shù)相 對應(yīng)的分子層的膜厚的氧化硅膜。另外，參照圖6 圖9說明的 一系列工序，能以例如1分鐘進行20次(20個循環(huán)/分鐘)這樣 的頻率進行。此外，內(nèi)舟亞24的上下移動過程中，如上所述， 內(nèi)舟亞24能夠自轉(zhuǎn)，但也可以是例如在晶圓W的收容部24d處 于層2和層6時，提高自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，在收容部24d處于其它層時， 降低自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，也可以反過來設(shè)置。接下來，停止BTBAS氣體和Os氣體的供給(圖5的步驟 S10),在規(guī)定的時間內(nèi)，使用N2氣體對外管21內(nèi)進行吹掃(步 驟Sll )，使晶圓W的溫度下降到待機時的溫度Tsdb(步驟S12 )。 然后，停止N2氣體的供給(步驟S13 ),在對外管21內(nèi)排氣，使 外管21內(nèi)到達規(guī)定的真空度后，供給N2氣體，使外管21內(nèi)的壓 力恢復(fù)到大氣壓(步驟S14)。接著，通過第1升降機31及第2 升降機32，將外舟皿23和內(nèi)舟皿24從外管21及內(nèi)管22中抽出， 通過未圖示的輸送機構(gòu)將晶圓W取出，結(jié)束成膜工藝。如上說明那樣，本發(fā)明的實施方式的成膜裝置包括外舟 皿2 3,其具有供B T B A S氣體沿水平方向流動的層6和獨立于層 6設(shè)置且供03氣體沿水平方向流動的層2;內(nèi)舟皿24，其具有基 板保持部，該基板保持部用于保持晶圓W并通過沿鉛直方向移 動而使晶圓W在層6和層2之間進行往復(fù)移動。因此，根據(jù)本發(fā) 明的實施方式的成膜裝置及使用該成膜裝置的成膜方法，不需 要經(jīng)過BTBAS氣體的供給、BTBAS氣體的吹掃、03氣體的供 給以及03氣體的吹掃這一 系列工序，4又通過晶圓W的往復(fù)運動即可實現(xiàn)分子層成膜。因此，不需要吹掃工序，至少能夠?qū)⒊?膜時間縮短吹掃工序所需要的時間那樣長的時間。結(jié)果，能夠 提高生產(chǎn)率，降低氣體的整體使用量。此外，由于不需要開關(guān)閥來開始、停止BTBAS氣體和03 氣體的供給，因此能夠延長閥的壽命，能夠降低成膜裝置10的 維護頻率。此外，這樣還能降低制造成本。此外，由于在層6和層2之間設(shè)置有供N2氣體水平流動的層 3~層5,因此，能夠防止BTBAS氣體和Os氣體的混合，不會妨 礙分子層成膜。此外，在層6的上方設(shè)置有供N2氣體沿水平方 向流動的層7，在層2的下方設(shè)置有供N2氣體水平流動的層1， 因此，能夠防止BTBAS氣體穿過內(nèi)舟皿24和內(nèi)管22之間而與 在層2流動的03氣體混合。因此，能可靠地進行分子層成膜。此外，在各層1 層7的體積大致相同的基礎(chǔ)上，在各層流 動的氣體的流量大致相同，因此氣體在各層以層流狀態(tài)流動， 結(jié)果，能防止氣體在各層之間混合。即，幾乎不發(fā)生03氣體和 BTBAS氣體的混合，因此，能更可靠地實現(xiàn)分子層成膜。此外，采用MLD方法，吸附于晶圓W表面的BTBAS分子 被03分子氧化而成膜，因此，僅在兩分子共存的區(qū)域形成氧化 硅膜，能夠減少微粒的產(chǎn)生，進而能夠提高制造成品率。此外，作為原料氣體的BTBAS氣體和作為氧化氣體的03 氣體分別在層6和層2的受限區(qū)域流動，因此，可通過使兩種氣 體高濃度地流動，使氣體分子可靠地吸附于晶圓W表面上。即， 通過原料氣體和氧化氣體在外管21內(nèi)局部流動，能夠提高氣體 利用效率。此外，由于內(nèi)舟皿24能夠旋轉(zhuǎn)，因此，可以補償從氣體供 給管26沿朝向排氣件28b、 28c的方向產(chǎn)生的氣體濃度下降(衰 減效應(yīng)(depletion effect ))，能使氣體分子均勻地吸附在晶圓W表面上。
此外，成膜裝置10是所謂的熱壁(hot wall)型成膜裝置， 也就是可通過配置在外管21外側(cè)的加熱器12加熱晶圓的成膜 裝置，因此，晶圓W的溫度的面內(nèi)均勻性良好，在整個晶圓W 的表面上同樣地發(fā)生BTBAS分子被03分子氧化這樣的反應(yīng)，能 夠提高面內(nèi)均勻性和膜質(zhì)的均勻性。此外，外管21、內(nèi)管22、 外舟亞23及內(nèi)舟皿24可以采用例如石英(也可才艮據(jù)情況采用 SiC)制成，容易清洗。
至此，參照實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不 限于上述實施方式，還能按照所附的權(quán)利要求書進行各種變形 和改變。
在上述實施方式中，晶圓W保持在內(nèi)舟皿24的收容部24d 中，但在其它實施方式中，收容部24d也可以保持包含載置有 晶圓W的載置區(qū)域的基座。圖7及圖8表示有具有該結(jié)構(gòu)的、本 發(fā)明的其它實施方式的成膜裝置200。如圖7所示，成膜裝置200 在基座27保持在內(nèi)舟亞24的收容部24d中這一點和隨之增大外 管21、內(nèi)管22、夕卜舟皿23及內(nèi)舟皿24的內(nèi)徑這一點與上述成膜 裝置10不同，其它結(jié)構(gòu)和成膜裝置10實質(zhì)上相同。如圖8所示， 基座27具有例如形成為凹部的5個晶圓載置區(qū)域27a。晶圓載置 區(qū)域27a的數(shù)量可以適當(dāng)調(diào)整。此外，如能通過收容部24d保持 例如5片具有5個晶圓載置區(qū)域27a的基座27，則能在一條線上 處理25片晶圓。此外，與例如將25片晶圓沿上下方向排列保持 的情況相比，成膜裝置200具有能夠降低裝置整體高度這樣的 優(yōu)點。由于在基座27的晶圓載置區(qū)域27a載置晶圓，因此，優(yōu) 點在于，能消除在通過設(shè)在收容部2 4 d上的狹縫保持大直徑晶 圓時成為問題的晶圓的彎曲(凹凸(sagging ))。
此外，在上述實施方式中，說明了使用BTBAS氣體和Os氣體來進行氧化硅膜的分子層成膜，但也可以使用氧等離子體 替代03氣體。為了供給氧等離子體，可以設(shè)置氧等離子體生成 器替代臭氧生成器51d (圖1 ),對設(shè)在氧等離子體生成器內(nèi)部
的規(guī)定電極施加例如915MHz、 2.45GHz或8.3GHz頻率的微波 或高頻波，生成氧等離子體即可。
此外，也不限于氧化硅膜的分子層成膜，可以通過成膜裝 置10生成氮化硅膜的分子層成膜。作為生成氮化硅膜的分子層 成膜的氮化氣體，可以利用氨(NEU)、肼(N2H2)等。
此外，用于生成氧化硅膜、氮化硅膜的分子層成膜的原料 氣體，不卩艮于BTBAS,也可以使用二氯硅烷(DCS )、六氯乙 硅烷(HCD )、三(二甲氨基)硅烷(3DMAS )、四乙基原硅 酸鹽(TEOS )等。
此外，在本發(fā)明的實施方式的成膜裝置中，也不限于生成 氧化硅膜和氮化硅膜，還可以使用三曱基鋁(TMA)和03或氧 等離子體進行氧化鋁(A1203 )的分子層成膜，使用四(二乙 基氨基)鋯(TEMAZ)和03或氧等離子體進行氧化鋯(Zr02) 的分子層成膜，使用四(乙基甲基氨基)鉿(TEMAHF)和 03或氧等離子體進行氧化鉿(Hf02)的分子層成膜，使用雙(四 甲基庚二酮酸)鍶(Sr (THD) 2)和03或氧等離子體進行氧 化鍶(SrO )的分子層成膜，使用(甲基戊二酮酸)雙(四甲 基庚二酮酸)鈥(Ti ( MPD) ( THD))和03或氧等離子體進 行氧化鈦(TiO)的分子層成膜等。
能在內(nèi)舟皿24上收容例如5 50片的晶圓W,由收容片數(shù)和 各晶圓W之間間距，確定內(nèi)舟皿24高度，進而確定外舟皿23、 內(nèi)管22及外管21的高度。
此外，也可以在氣體供給管26的附近的環(huán)狀板23b上設(shè)置 從環(huán)狀板23b立起的整流板。例如，若利用該整流4反，使從氣體供給管26噴出的氣體以較大的角度擴散，則可以使氣體在短 時間內(nèi)遍布整個晶圓W的表面，能夠縮短工藝所需時間。
此外，根據(jù)各層1 層7的高度(圓板24b之間的間隔)、氣 體供給管26和晶圓W邊緣之間的距離以及氣體種類的不同，氣 體供給管26的噴出孔26H的數(shù)量可以是例如2個或3個以上。此 外，也可以針對一個層設(shè)置多個氣體供給管。
此外，在上述實施方式(及幾個變形例)中，開口21b、 22b及排氣件28b、開口21c、 22c及排氣件28c分別與層6及層2 相對應(yīng)設(shè)置，但在其它實施方式中，除此之外，還可以與層4 相對應(yīng)地設(shè)置，也可以與其它層相對應(yīng)地設(shè)置。此外，與排氣 件28c相連接的排氣管44和與排氣件28b相連的排氣管42合流， 但是，在其它實施方式中，還可以另行設(shè)置與排氣管44相對應(yīng) 的排氣系統(tǒng)以及與排氣管42相對應(yīng)的排氣系統(tǒng)。此外，也可與 其它層相對應(yīng)地設(shè)置其它排氣系統(tǒng)。
此外，上述實施方式(及幾個變形例)的成膜裝置中，使 03氣體(層2)和BTBAS氣體(層6)在被N2氣體流動的層3 層5分離的層2和層6上流動，但也可以是在相鄰的兩個層中的 一個層上流動有03氣體，而在另 一個層上流動有BTBAS氣體， 并使晶圓的收容部24d在這2個層之間往復(fù)運動。此外，例如可 以是在層3上流動有03氣體，在層4上流動有N2氣體，在層5上 流動有BTBAS氣體。即，通過一個N2氣體流動的層將03氣體 流動的層和BTBAS氣體流動的層分離即可。在這種情況下，通 過使收容部24d在層3 層5之間往復(fù)運動，能夠?qū)崿F(xiàn)合適的 MLD成膜。
此外，本發(fā)明的其它實施方式的成膜裝置還可以是臥式裝 置。在這種情況下，反應(yīng)容器20橫向延伸，反應(yīng)容器20內(nèi)沿橫 向隔開規(guī)定間隔地配置有內(nèi)舟皿24的圓板24b和外舟皿23的環(huán)狀板23b,內(nèi)舟皿24相對于外舟皿23沿橫向往復(fù)運動。此外， 氣體供給管26、排氣件28b、 28c、排氣管42、 44以使各氣體縱 向流動的方式構(gòu)成。
參照上述實施方式對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不 限于公開的實施方式，可以在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行變 形或改變。
本申請基于2008年9月17日向日本特許廳提出申請的 2008 - 238438號主張優(yōu)先權(quán)，在此參照其內(nèi)容并將其包含于本 文中。
權(quán)利要求
1.一種成膜裝置，其包括多個第1板狀構(gòu)件，其設(shè)置在能氣密的圓筒狀的容器內(nèi)，具有開口部，在沿上述容器的中心軸線的第1方向上等間隔排列；多個第2板狀構(gòu)件，在上述第1方向上以上述等間隔進行排列，能在上述多個第1板狀構(gòu)件具有的上述開口部的內(nèi)側(cè)進行往復(fù)運動，其中，由上述多個第1板狀構(gòu)件中的第一對第1板狀構(gòu)件劃分出供第1氣體沿朝向上述容器的內(nèi)周面的第2方向流動的第1流路，由上述多個第1板狀構(gòu)件中的第二對第1板狀構(gòu)件劃分出供第2氣體沿上述第2方向流動的第2流路，基板保持在上述多個第2板狀構(gòu)件中的一對第2板狀構(gòu)件之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中，還包括 將上述第l氣體供給到上述第一對第l板狀構(gòu)件之間的第1氣體供給部；將上述第2氣體供給到上述第二對第l板狀構(gòu)件之間的第2 氣體供給部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中，由上述多個第l板狀構(gòu)件中的第三對第l板狀構(gòu)件劃分出 供第3氣體沿上述第2方向流動的第3流路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的成膜裝置，其中， 還具有將上述第3氣體供給到上述第三對第l板狀構(gòu)件之間的第3氣體供給部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中，多個上述基板被保持在上述一對第2板狀構(gòu)件之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中，在上述容器外側(cè)還具有用于對上述基板進行加熱的加熱部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中， 在上述一對第2板狀構(gòu)件之間保持有基座，在該基座上形成有用來載置一個或多個上述基板的基板載置部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成膜裝置，其中， 還具有將上述多個第2板狀構(gòu)件相對于上述容器進行定位的定位構(gòu)件；通過上述定位構(gòu)件配置上述多個第l板狀構(gòu)件。
9. 一種成膜方法，在成膜裝置中實施，該成膜裝置包括 多個第l板狀構(gòu)件，其設(shè)置在能氣密的圓筒狀的容器內(nèi)，具有 開口部，在沿上述容器的中心軸線的第l方向上等間隔排列； 多個第2板狀構(gòu)件，在上述第l方向上以上述等間隔進行排列， 能在上述多個第l板狀構(gòu)件具有的上述開口部的內(nèi)側(cè)進行往復(fù) 運動，該成膜方法包括以下步驟將基板收容在上述多個第2板狀構(gòu)件中的一對第2板狀構(gòu) 件之間的步驟；使第l氣體在上述多個第l板狀構(gòu)件中的第一對第l板狀構(gòu) 件之間沿朝向上述容器內(nèi)周面的第2方向流動的步驟；使第2氣體在上述多個第l板狀構(gòu)件中的第二對第l板狀構(gòu) 件之間沿上述第2方向流動的步驟；通過使上述多個第2板狀構(gòu)件進行往復(fù)運動，使上述基板 交替暴露于上述第l氣體和上述第2氣體中的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的成膜方法，其中，還包括使第3氣體在上述多個第l板狀構(gòu)件中的第三對第1 板狀構(gòu)件之間在上述第2方向上流動的步驟，在上述基板暴露于上述第l、第2氣體的步驟中，上述基板 按順序暴露于上述第l氣體、上述第3氣體及上述第2氣體中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成膜裝置及成膜方法。該成膜裝置包括多個第1板狀構(gòu)件，其設(shè)置在能氣密的圓筒狀的容器內(nèi)，具有開口部，在沿容器的中心軸線的第1方向等間隔排列；多個第2板狀構(gòu)件，在第1方向上等間隔排列，能在多個第1板狀構(gòu)件具有的開口部的內(nèi)側(cè)進行往復(fù)運動。其中，由多個第1板狀構(gòu)件中的第一對第1板狀構(gòu)件劃分出供第1氣體沿朝向容器的內(nèi)周面的第2方向流動的第1流路，由多個第1板狀構(gòu)件中的第二對第1板狀構(gòu)件劃分出供第2氣體沿第2方向流動的第2流路，基板保持在多個第2板狀構(gòu)件中的一對第2板狀構(gòu)件之間。
文檔編號C23C16/455GK101676432SQ20091017391
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者加藤壽, 竹內(nèi)靖 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社