[发明专利]成膜装置及成膜方法、基板处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过将互相反应的至少2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，层叠多层反应生成物 的层而形成薄膜的成膜装置、成膜方法和基板处理装置。

背景技术

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1反应气体吸附在作为基板的半导体晶圆(以下 称为晶圆)等的表面上之后，将供给的气体切换为第2反应气 体，通过两种气体在晶圆表面上的反应形成1层或多层的原子 层、分子层，例如通过多次进行该循环，层叠这些层，在晶圆 上进行成膜。该工艺例如被称为ALD(Atomic Layer Deposition)和MLD(Molecular Layer Deposition)等，  能 根据循环次数，高精度地控制膜厚，并且膜质的面内均匀性也 良好，因此是能应对半导体装置的薄膜化的有效的方法。

作为这样的成膜方法的较佳的例子，例如能列举出栅极氧 化膜用的高电解质膜的成膜。举一个例子，在成膜氧化硅膜 (SiO₂膜)的情况下，例如采用双叔丁基氨基硅烷(下面称为 “BTBAS”)气体等作为第1反应气体(原料气体)，采用臭氧 气体等作为第2反应气体(氧化气体)。

实施该成膜方法时，对如下方法进行了研究：例如采用具 有设置在真空容器内的载置台以及与该载置台相对地设置在真 空容器的上部的气体簇射头(shower head)的单片式成膜装 置，从气体簇射头向载置台上的晶圆上供给反应气体，从处理 容器的底部将未反应的反应气体和反应副生成物排出。这种情 况下，上述多种反应气体在真空容器内彼此互相混合时，生成 反应生成物而成为微粒的原因，因此在该装置中，切换反应气 体时例如需要供给惰性气体等作为吹扫(purge)气体来进行 气体置换。该气体置换需要很长时间，循环数也例如变成数百 次，因此在该装置中，存在处理时间变长这样的问题。因此， 要求以高生产率进行成膜处理的装置、方法。

从这样的背景出发，研究了专利文献1～4所述的装置。对 该装置进行概略地说明，在该装置的真空容器内设置有：将多张 晶圆沿着周向(旋转方向)排列地载置的载置台；与该载置台 相对地设置在真空容器的上部并将处理气体供给到晶圆上的气 体供给部。该气体供给部与载置台上的晶圆的排列相对应地例 如沿着周向在多个部位排列设置。

并且，将晶圆载置在载置台上并进行减压，使得真空容器 内成为规定的处理压力，使载置台、上述多个气体供给部绕铅 直轴线相对地旋转，并且加热晶圆，从各气体供给部分别将多 种气体例如前文所述的第1反应气体和第2反应气体供给到晶 圆的表面上。而且，为了抑制真空容器内的反应气体彼此混合， 在供给反应气体的气体供给部之间设置物理性质上的隔壁等， 或将惰性气体形成为气帘等，从而在真空容器内划分成由第1 反应气体形成的处理区域和第2反应气体形成的处理区域。

这样，同时将多种反应气体供给到共用的真空容器内，但 是对各处理区域进行划分，使得这些反应气体不混合，因此从 旋转中的晶圆来看，上述第1反应气体和第2反应气体隔着上述 隔壁和气帘交替供给，从而进行上述方法的成膜处理。因此， 不需要气体置换，所以存在如下优点：能以短时间进行成膜处 理，而且能减少吹扫气体等惰性气体的消耗量(或不需要吹扫 气体)。

不过，在该装置中，将多种反应气体导入到共用的真空容 器内时，不仅像上述那样需要抑制反应气体在真空容器内彼此 混合，而且需要严密地控制真空容器内的反应气体的气流来保 持向晶圆供给的气流恒定。也就是说，在该装置中，多个处理 区域被形成在真空容器内，所以向晶圆供给的气流紊乱时，处 理区域的大小改变、即晶圆和反应气体的反应时间改变，在这 种情况下对被成膜的薄膜的质量产生影响。

在真空容器内的反应气体的气流在晶圆的面内或面间紊乱 的情况下，例如在必要量的反应气体未被供给到晶圆上的情况 下，有可能反应气体的吸附不足，膜厚就变薄，或例如氧化反 应不完全地进行，膜质就恶化。而且，气流紊乱而反应气体彼 此隔着隔壁和气帘混合的情况下，如前文所述那样生成反应生 成物而成为微粒的原因。因此，需要严密地进行这样的反应气 体的气流的控制，但只通过上述那样的隔壁和气帘还不够，而 且例如在处理过程中气流即使紊乱，也无法掌握那样的状况。