JP4727085B2 - Substrate processing apparatus and processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に高誘電体膜を有する超微細化高速半導体装置の製造に使われる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【0002】
今日の超高速高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、0.1μm以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【0003】
【従来の技術】
しかしゲート長が0.1μm以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、SiO2を使った場合、1〜2nm、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【0004】
このような事情で従来より、比誘電率がSiO2膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもSiO2膜に換算した場合の膜厚が小さいTa2O5,Al2O3,ZrO2,HfO2,ZrSiO4,HfSiO4のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が0.1μm以下と、非常に微細な超高速半導体装置においても2〜5μm程度の膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような高誘電体ゲート絶縁膜をSi基板上に形成する際には、高誘電体ゲート絶縁膜を構成する金属元素がSi基板中に拡散するのを抑制するために、厚さが1nm以下、典型的には0.8nm以下のSiO2膜を前記Si基板上にベース酸化膜として形成し、かかる非常に薄いSiO2ベース酸化膜上に前記高誘電体ゲート絶縁膜を形成する必要がある。その際、前記高誘電体ゲート絶縁膜を、膜中に界面準位などの欠陥が形成されないように形成しなければならない。また、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を前記ベース酸化膜上に形成する際に、組成を前記ベース酸化膜に接する側から高誘電体ゲート絶縁膜上主面に向かって、SiO2を主とする組成から高誘電体を主とする組成に徐々に変化させるのが好ましい。
【0006】
高誘電体ゲート絶縁膜を欠陥を含まないように形成しようとすると、荷電粒子が関与するプラズマプロセスを使うことはできない。例えばかかる高誘電体ゲート絶縁膜をプラズマCVD法で形成すると、膜中にホットキャリアのトラップとして作用する欠陥がプラズマダメージの結果として形成されてしまう。
【0007】
一方、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を熱CVD法により形成しようとすると、下地となるベース絶縁膜の性質により、膜厚が大きく変動することが、先に本発明の発明者により見出された。換言すると、かかる高誘電体ゲート絶縁膜を従来のCVD法で形成しようとすると膜表面が不規則になり、かかる表面が不規則なゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した場合、半導体装置の動作特性が劣化してしまう。
【0008】
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理方法および処理装置を提供することを概括的課題とする。
【0009】
本発明のより具体的な課題は、基板上に欠陥を含まない高誘電体膜を、効率よく形成できる基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第1の処理ガスを、前記第1の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第1の側から前記第1の側に対向する第2の側に向かって流れるように供給する第1の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第1の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第2の処理ガスを、前記第2の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第2の側から前記第1の側に向かって流れるように供給する第2の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備え、前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置、あるいは
処理容器と、前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成された第1の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の第2の、前記第1の側に対向する側に形成された第1の排気口と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第2の処理ガス供給部と、前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備えた基板処理装置を使った基板処理方法であって、前記第1の処理ガス供給部から第1の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第1の側から前記第2の側に流し、前記被処理基板表面に第1の処理を行う工程と、前記第2の処理ガス供給部から第2の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第2の側から前記第1の側に流し、前記被処理基板表面に第2の処理を行う工程をよりなり、前記第1の処理を行う工程では、前記第2の排気口の排気量を前記第1の排気口の排気量よりも減少させ、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の排気口の排気量を前記第2の排気口の排気量よりも減少させ、前記第1の処理を行う工程では、前記第2の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法を提供する。
【0011】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第1および第2の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第1および第2の処理ガス導入口に対向するように、第1および第2の排出口を設け、前記第1の処理ガス導入口より第1の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第1の排出口より排出し、次に前記第2の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第2の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第1の処理ガス分子と反応させた後、前記第2の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を1分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
[作用]
図1(A),(B)は本発明の原理を示す。
【0012】
図1(A),(B)を参照するに、被処理基板2を保持する処理容器1には前記被処理基板2に対して第1の側に第1の処理ガス供給口3Aが設けられており、また前記被処理基板2に対して第2の、前記第1の側に対向する側には第1の排気口4Aが設けられている。さらに前記処理容器1には、前記第2の側に第2の処理ガス供給口3Bが設けられており、また前記第1の側には第2の排気口4Bが設けられている。前記第1の処理ガス供給口3Aには第1の原料切替弁5Aを介して第1の処理ガスAが供給され、前記第2の処理ガス供給口3Bには第2の原料切替弁5Bを介して第2の処理ガスBが供給される。さらに、前記第1の排気口4Aは第1の排気量調整弁6Aを介して排気され、前記第2の排気口4Bは第2の排気量調整弁6Bを介して排気される。
【0013】
最初に図1(A)の工程において、前記第1の原料切替弁5Aを介して前記第1の処理ガスAを前記第1の処理ガス供給口3Aに供給し、前記処理容器1中において前記第1の処理ガスAを前記被処理基板表面に吸着させる。その際、前記第1の処理ガス供給口3Aに対向する前記第1の排気口4Aを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第1の処理ガスは、前記第1の処理ガス供給口3Aから前記第1の排気口4Aまで第1の方向に流れる。
【0014】
次に図1(B)の工程において、前記第2の原料切替弁5Bを介して前記第2の処理ガスBを前記第2の処理ガス供給口3Bに供給し、前記処理容器1中において前記第2の処理ガスBを前記被処理基板2の表面に沿って流す。その結果、前記第2の処理ガスBは先に前記被処理基板表面に吸着した前記第1の処理ガス分子に作用し、前記被処理基板表面に高誘電体分子層が形成される。その際、前記第2の処理ガス供給口3Bに対向する前記第2の排気口4Bを駆動することで前記被処理基板表面に沿って前記第2の処理ガスは、前記第2の処理ガス供給口3Bから前記第2の排気口4Bまで第2の方向に流れる。
【0015】
さらに前記図1(A)および(B)の工程を繰り返すことにより、前記被処理基板2上に所望の高誘電体膜が形成される。
【0016】
その際、前記図1(A)の工程では前記第2の原料切替弁5Bからの前記第2の処理ガス供給口3Bへの前記第2の処理ガスBの供給は遮断され、また前記図1(B)の工程では前記第1の原料切替弁5Aからの前記第1の処理ガス供給口3Aへの前記第1の処理ガスAの供給は遮断されるが、図1(A)の工程において前記第1の処理ガス供給口3Aから導入された前記第1の処理ガスAが対向する第2の処理ガス供給口3B中に侵入し、析出物を生じるのを回避するために、図1(A)の工程では前記第2の原料切替弁5Bから前記第2の処理ガス供給口3Bに不活性ガスを供給するのが好ましい。同様に、図1(B)の工程においては前記第1の原料切替弁5Aから前記第1の処理ガス供給口3Aに不活性ガスを供給するのが好ましい。さらに図1(A)の工程では前記第1の排気量調整弁6Aは前記被処理基板2の表面を通過した前記第1の処理ガスを排気すべく大きな開弁度に設定されるが、前記第2の排気量調整弁6Bは、高温での弁開閉動作に鑑み、完全に遮断するのではなく、例えば3%以下の小さな開弁度に設定しておくのが好ましい。同様に図1(B)の工程でも、前記第2の排気量調整弁6Bは大きな開弁度に設定されるが前記第1の排気量調整弁6Aも完全に遮断するのではなく、例えば3%以下の小さな開弁度に設定しておくのが望ましい。
【0017】
前記処理容器は、前記第1および第2の処理ガスが前記被処理基板2の表面をシート状の層流で流れるように平坦な形状に形成するのが好ましく、また前記第1および第2の処理ガス供給口3A,3Bも対応した平坦な、スリット状の開口部を有するのが好ましい。さらに、前記第1および第2の排気口4A,4Bも、前記第1あるいは第2の処理ガスが流れる方向に対して略直交する方向に延在するスリット状に形成するのが好ましい。また、処理ガスの流れ方向に対して直交するスリットから下方に均等に排気を行うことにより、シート状の処理ガスの流れが乱されることがない。
【0018】
本発明の基板処理装置において、前記第1の処理ガスとしてZrもしくはAlもしくはYもしくはTiもしくはLaを含む原料を使い、前記第2の処理ガスとして酸化性ガスを使うことにより、ZrもしくはAlもしくはYもしくはTiもしくはLaの酸化物層を被処理基板上に形成することができる。
【0019】
さらに本発明の基板処理装置において、前記第3の処理ガスとして前記第1の処理ガスとは異なる成膜ガスを使い、これを前記第2の処理ガスと組み合わせることにより、前記被処理基板上にZrSiOx,HfSiOx,AlSiOx,YSiOx,TiSiOx,LaSiOxあるいはZrAlOx,HfAlOx,YAlOx,TiAlOx,LaAlOx等の三元系酸化物層を形成することができる。
【0020】
ところで、図1(A),(B)に示す本発明の基板処理装置では、図1(A)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Aから処理ガスAを導入した後、図1(B)の工程において処理ガス供給口3Bからパージガスあるいは処理ガスBを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスAはパージガスあるいは処理ガスBの流れに乗って排気口4Bより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスAの残留濃度は急激に低下する。同様に、図1(B)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Bから処理ガスBを導入した後、図1(A)の工程に戻って処理ガス供給口3Aからパージガスあるいは処理ガスAを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスBはパージガスあるいは処理ガスAの流れに乗って排気口4Aより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスBの残留濃度は急激に低下する。
【0021】
特に本発明の装置では、処理ガスBを導入する導入口3Bの周辺において処理ガスBの濃度が数%程度あっても、排気を排気口4Bから排気口4Aに切り替えて行っているので、被処理基板2が配置されている領域では、処理ガスBの濃度は十分に低くなり、処理ガスAによる処理が影響されることはない。
【0022】
これに対し、処理ガス導入口3Bおよびこれに対応する排気口4Bを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口3Aから導入される処理ガスAをパージガスあるいは処理ガスBに切替えても処理ガスAが前記処理容器1中に残留しやすく、残留処理ガスAの濃度が処理ガスBによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【0023】
本発明では、処理ガスAの処理工程と処理ガスBの処理工程との間において、被処理基板の両端側から排気する工程を設けることも可能であり、従来の片側からだけ排気する装置よりも、処理ガスを被処理基板表面から容易に排気することが可能になる。
【0024】
このように、図1(A),(B)に示す本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスAおよびBで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
【0025】
【発明の実施の形態】
[第1実施例]
図2は、本発明の第1実施例による基板処理装置10の構成を示す。
【0026】
図2を参照するに、前記基板処理装置10は被処理基板12を隔てて互いに対向する処理ガス導入口13Aおよび13Bと、前記被処理基板12を隔てて前記処理ガス導入口13Aおよび13Bにそれぞれ対向する排気口14A,14Bとを備えた処理容器11を含み、前記排気口14Aおよび14Bはそれぞれコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを介してトラップ100に接続され、前記処理容器11は前記トラップ100を介して排気される。
【0027】
さらに、前記処理容器11には、前記処理ガス導入口13Aに隣接して、別の処理ガス導入口13Cが、前記排気口14Aに対向するように形成されている。
【0028】
前記処理ガス導入口13Aは切替バルブ16Aの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Aはバルブ17A,質量流量コントローラ18A,および別のバルブ19Aを含む第1の原料供給ライン16aを介してZrCl2を保持する原料容器20Aに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16aに隣接して、バルブ21A,22Aを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21aが設けられる。
【0029】
さらに、前記切替バルブ16Aには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Aおよび24Aを含むバルブパージライン23aが接続され、前記切替バルブ16Aの第2の出口はパージライン100aを介して前記トラップ100に接続される。
【0030】
同様に、前記処理ガス導入口13Bは切替バルブ16Bの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Bはバルブ17B,質量流量コントローラ18B,および別のバルブ19Bを含む第1の原料供給ライン16bを介してH2Oを保持する原料容器20Bに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16bに隣接して、バルブ21B,22Bを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21bが設けられる。
【0031】
さらに、前記切替バルブ16Bには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Bおよび24Bを含むバルブパージライン23bが接続され、前記切替バルブ16Bの第2の出口はパージライン100bを介して前記トラップ100に接続される。
【0032】
さらに前記処理ガス導入口13Cは切替バルブ16Cの第1の出口に接続され、前記切替バルブ16Cはバルブ17C,質量流量コントローラ18C,および別のバルブ19Cを含む第1の原料供給ライン16cを介してSiCl4を保持する原料容器20Cに接続される。さらに、前記第1の原料供給ライン16cに隣接して、バルブ21C,22Cを含み、Ar等の不活性ガスを供給するパージライン21cが設けられる。
【0033】
さらに、前記切替バルブ16Cには、Ar等の不活性ガス源に接続され、質量流量コントローラ23Cおよび24Cを含むバルブパージライン23cが接続され、前記切替バルブ16Cの第2の出口はパージライン100cを介して前記トラップ100に接続される。
【0034】
また、図2の基板処理装置10には成膜プロセスを制御する制御装置10Aが設けられ、前記制御装置10Aは後ほど図4〜図7で説明するように、前記切替バルブ16A〜16Cおよびコンダクタンスバルブ15Aおよび15Bを制御する。
【0035】
図3は、図2の処理室11を含む部分の詳細を示す。
【0036】
図3を参照するに、前記処理室11中には石英反応容器110が保持され、前記被処理基板12は前記石英反応容器110中に保持される。前記処理室11中には前記石英反応容器110に隣接してヒータ111A〜111Fが設けられ、基板温度を所定の処理温度に保持する。
【0037】
また前記処理ガス導入口13A、13Bは前記被処理基板12の表面に沿って処理ガスを流すように平坦な形状に形成され、またその位置も前記被処理基板12表面のやや上方に設定される。また、これに伴って前記反応容器110も平坦な形状に形成され、その結果平坦な形状の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4などの第1の処理ガスは前記石英反応容器110中を前記被処理基板12の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口14Aより排出される。その際に、前記第1の処理ガスは前記被処理基板表面に吸着され、前記被処理基板表面は1分子層程度の処理ガス分子により覆われる。一方、前記処理ガス導入口13Bから導入されたH2O等の第2の処理ガスは前記石英反応容器110中を前記被処理基板12の表面に沿って層流となって流れ、前記排気口14Aより排出されるが、その際に先に前記被処理基板12の表面を覆っていた第1の処理ガス分子と反応し、その結果前記被処理基板12の表面には1分子層程度の非常に薄いZrO2膜が形成される。
【0038】
そこで、このような吸着工程と反応工程とを、間にパージ工程を挟みながら繰り返すことにより、前記被処理基板12の表面に非常に薄いZrO2等の高誘電体膜を形成することが可能になる。また、前記ZrO2分子層を形成した後、前記処理ガス導入口13CよりSiCl4等の第3の処理ガスを導入することにより、前記ZrO2分子層上にSiO2分子層を形成することが可能で、このような工程を、間にパージを挟みながら繰り返すことにより、ZrSiO4組成の高誘電体膜を形成することができる。
【0039】
前記被処理基板12上のZrSiO4膜を形成する際の一例では、前記被処理基板12は200〜450°Cの温度に保持され、前記ZrCl4ガスおよびSiCl4ガスは、反応容器110内圧を0.13〜13.3kPa(1〜100Torr)に設定した状態で、それぞれ1〜1000SLMおよび0.1〜1000SLMの流量で、不活性ガスをキャリアガスとして使いながら供給する。不活性キャリアガスの流量を増加させることは、均一な層流を形成するのに有効である。前記不活性ガスの流量は、原料ガスの流量の1倍から100倍の範囲で選ばれる。
【0040】
なお、図3の構成には、図示はされていないが、前記処理ガス導入口13Aに並んで、前記SiCl4を導入する処理ガス導入口13Cが設けられる。
【0041】
本実施例において、前記原料容器20Aに格納される原料はZrCl4に限定されるものではなく、HfCl4あるいはTaCl5等の原料であってもよい。これらの原料は室温では固体であり、気化させるためには、前記原料容器20A中においてAr等のキャリアガスを供給しながら200°C以上の温度に加熱する。
【0042】
図4(A),(B)は、被処理基板を搬送する際に、搬送アームにより被処理基板を処理容器11内に搬送する場合に、被処理基板の上下搬送に連動させて石英反応容器110の上部110Aを上下させることにより、図4(B)に示すプロセス時において、前記石英反応容器110の前記上部110Aと下部110Bとの距離を、図4(A)に示す搬送時よりも小さくすることを特徴とする本発明第1実施例の一変形例による反応容器110の構成を示す。すなわち、本実施例では、前記石英反応容器110は上部110Aと下部110Bとより構成されている。
【0043】
図4(A),(B)を参照するに、このようにプロセス時において前記石英反応容器110の上部110Aと下部110Bとの間の距離を短くすることにより、原料ガスを被処理基板表面に沿って均一に流すことが可能になる。なお、図4(A),(B)の構成では、被処理基板の上下移動に連動して石英反応容器上部110Aの位置を上下させたが、必ずしも連動させなくても、搬送時に搬送スペースが広がるような構成において、プロセス時に被処理基板と前記石英反応容器上部110Aとの間の距離が短縮されるような構成であれば上記所望の効果が得られる。
[第2実施例]
図5は、図2,3の基板処理装置10において被処理基板12上にZrO2膜を1分子層ずつ形成する際に、前記制御装置10Aの制御の下に実行される本発明の第2実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【0044】
図5を参照するに、最初の工程1において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16Aおよび16Bは、いずれも処理ガス供給ライン16a,16b中の処理ガスをそれぞれパージライン100aおよび100bを介してトラップ100に供給するように第1の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a中のArガスが、また前記パージライン23b中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13Aおよび13Bを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0045】
次に工程2において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aから排出口14Aへのガスの流れが生じる。前記排気口14A,14Bにおける排気を前記コンダクタンスバルブ15A,15Bのコンダクタンスの調整により制御することにより、高温の排気を遮断弁によりオンオフする場合よりも信頼性の高い排気制御を行うことができる。また連続的に排気が切り替えられるため、前記反応容器110中における気流が乱れることが少ない。
【0046】
次に工程3において前記切替バルブ16Aが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl4ガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたZrCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面にはZrCl4が1分子層程度吸着される。前記工程3においては、前記第2の切替バルブ16Bは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第2の処理ガス導入口13Bから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第1の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0047】
次に工程4において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0048】
この際、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bを共に最大開度として、被処理基板の両端より排気することも有効である。あるいは、処理時間を短縮する目的から、この工程を設けずに次の工程ヘ進むことも可能である。この場合の処理シーケンスは、図6のフローチャートのようになる。
【0049】
次に工程5において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0050】
さらに工程6において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたZrCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のZrO2膜が形成される。前記工程6においては、前記第1の切替バルブ16Aは前記第1の状態にあり、ライン23a中のArパージガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記第1の処理ガス導入口13Aに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0051】
前記工程6の後、処理プロセスは前記工程1に戻り、さらに工程1〜工程6を繰り返すことにより、前記ZrO2分子層上に次のZrO2分子層を形成する。このように、前記工程1〜工程6を繰り返し実行することにより、前記被処理基板12上に任意の厚さのZrO2膜を一分子層ずつ積層することにより形成することができる。
【0052】
なお、以上の工程1〜工程6において、前記処理ガス導入口13Cは第1のパージ状態に固定されている。
【0053】
前記原料容器20A中に格納される原料をZrCl4の代わりにHfCl4あるいはTaCl5に置き換えることにより、本実施例によりHfO2膜あるいはTa2O5膜を、1分子層毎の積層により形成することができる。
【0054】
なお、前記原料容器20A中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、ZrCl4と、ZrBr4と、Zr(I−OC3H7)4と、Zr(n−OC4H9)4と、Zr(t−OC4H9)4と、Zr(AcAc)4と、Zr(DPM)4と、Zr(O−iPr)(DPM)3と、Zr(HFA)4と、Zr(BH4)4と、Zr(N(CH3)2)4と、Zr(N(C2H5)2)4とよりなる群より、あるいは(C2H5)2AlN3と、(C2H5)2AlBrと、(C2H5)2AlClと、(C2H5)2AlIと、(I−C4H9)AlHと、(CH3)2AlNH2と、(CH3)2AlClと、(CH3)2AlHと、(CH3)2AlH:N(CH3)2C2H5と、AlH3:N(CH3)2C2H5と、Al(C2H5)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C2H5)3と、Al(I−C4H9)Alと、Al(I−OC4H9)3と、AlCl3と、Al(CH3)3と、AlH3:N(CH3)3と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC2H5)3と、Al(I−C4H9)3と、Al(I−OC3H7)3と、Al(OCH3)3と、Al(n−OC4H9)3と、Al(n−OC3H7)3と、Al(sec−OC4H9)3と、Al(t−OC4H9)3と、AlBr3とよりなる群より、あるいはY(AcAc)3と、Y(DPM)3と、Y(O−iPr)(DPM)2と、Y(HFA)3と、Cp3Yとよりなる群から選ばれるか、もしくはHfCl4と、HfBr4と、Hf(AcAc)4とHf[N(C2H5)2]4とHf[N(CH3)2]4と、Hf(DPM)4と、Hf(O−iPr)(DPM)3と、Hf(HFA)4とよりなる群より、あるいはTiCl4と、TiBr4と、TiI4と、Ti(I−OCH3)4と、Ti(OC2H5)4と、Ti(I−OC3H7)4と、Ti(n−OC3H7)4と、Ti(n−OC4H9)4と、Ti(AcAc)4と、Ti(AcAc)2Cl2と、Ti(DPM)4と、Ti(DPM)2Cl2と、Ti(O−iPr)(DPM)3と、Ti(HFA)2Cl2とよりなる群より、あるいはLaBr3と、LaI3と、La(OCH3)3と、La(OC2H5)3と、La(I−OC3H7)2と、Cp3Laと、MeCp3Laと、La(DMP)3と、La(HFA)3と、La(AcAc)3と、Cp(C8H8)Tiと、Cp2Ti[N(CH3)2]2と、Cp2TiCl2と、(C2H5)Ti(N3)2と、Ti[N(C2H5)2]4と、Ti[N(CH3)2]4とよりなる群より選ぶことが可能である。また、前記ライン16bを介して供給される第2の処理ガスは、酸素ラジカル原子と、酸素ラジカル分子と、O3とO2、N2OとNOとNO2、H2O2と、H2OとD2Oとよりなる群から選ぶことができる。特に原料としては、Al(CH3)3,AlCl3,Zr[N(C2H5)2]4,Zr[N(CH3)2]4,Hf[N(C2H5)2]4,ZrCl4,HfCl4,TiCl4,Ti[N(C2H5)2]4,Ti[N(CH3)2]4などが原子層成長に有効である。
[第3実施例]
図7〜9は、図2,3の基板処理装置10においてZrSiO4膜を1分子層ずつ形成する際に、前記制御装置10Aの制御の下に実行される本発明の第3実施例による処理シーケンスを示すフローチャートである。
【0055】
最初に図7を参照するに、工程11において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16A〜16Cは、いずれも処理ガス供給ライン16a〜16c中の処理ガスをそれぞれパージライン100aおよび100bを介してトラップ100に供給するように第1の状態、すなわちパージ状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a〜23c中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13A〜13Cを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0056】
次に工程12において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aおよび13Cから排出口14Aへのガスの流れが生じる。
【0057】
次に工程13において前記切替バルブ16Aが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl4ガスが前記第1の処理ガス導入口13Aから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたZrCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面にはZrCl4が1分子層程度吸着される。前記工程3においては、前記第2および第3の切替バルブ16B,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23bおよび23c中のArパージガスが処理ガス導入口13Bおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第1の処理ガス導入口13Aから導入されたZrCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0058】
次に工程14において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0059】
次に工程15において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0060】
さらに工程16において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたZrCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のZrO2膜が形成される。前記工程16においては、前記切替バルブ16A,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23c中のArパージガスが前記処理ガス導入口13Aおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記処理ガス導入口13Aあるいは13Cに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0061】
前記工程16の後、工程17において、前記コンダクタンスバルブ15A,15Bは開放され、前記切替バルブ16A〜16Cは第1の状態に制御される。その結果前記反応容器110中には前記パージライン23a〜23c中のArガスが、それぞれ処理ガス導入口13A〜13Cを介して供給される。このようにして供給されたArパージガスは、それぞれ前記排出口14Aおよび14Bからトラップ100に排出される。
【0062】
次に工程18において、前記コンダクタンバルブ15Aの開度が増大され、コンダクタンスバルブ15Bの開度が減少される。その結果、前記反応容器110中には前記ガス導入口13Aおよび13Cから排出口14Aへのガスの流れが生じる。
【0063】
次に工程19において前記切替バルブ16Cが前記第1の状態から第2の状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16c中のSiCl4ガスが前記第3の処理ガス導入口13Cから前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたSiCl4ガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Aより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面には、先に形成されたZrO2分子層上に、SiCl4が1分子層程度吸着される。前記工程19においては、前記第2および第3の切替バルブ16A,16Bは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23b中のArパージガスが処理ガス導入口13Aおよび13Bから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第3の処理ガス導入口13Cから導入されたSiCl4処理ガスが前記第2の処理ガス導入口13Bに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0064】
次に工程20において前記切替バルブ16Aが元の第1の状態に戻され、前記反応容器110中がArガスによりパージされる。
【0065】
次に工程21において前記コンダクタンスバルブ15Bの開弁度を増大させ、コンダクタンスバルブ15Aの開弁度を減少させ、前記反応容器110中に前記反応容器110中に前記ガス導入口13Bから排出口14Bへのガスの流れを形成する。
【0066】
さらに工程22において前記切替バルブ16Bが第2の状態、すなわち開放状態に切り替えられ、前記処理ガス供給ライン16b中のH2Oが前記処理ガス供給口13Bを介して前記前記反応容器110中に導入される。このようにして導入されたH2Oガスは先に説明したように、層流となって前記被処理基板12の表面を流れ、前記排出口14Bより排出される。かかる工程により、前記被処理基板12の表面において、先に吸着していたSiCl4分子層とH2Oとが反応し、1分子層程度のSiO2膜が、その下のZrO2分子層上に形成される。前記工程22においては、前記切替バルブ16A,16Cは前記第1の状態にあり、ライン23aおよび23c中のArパージガスが前記処理ガス導入口13Aおよび13Cから前記反応容器110中に導入される。その結果、前記第2の処理ガス導入口13Bから導入されたH2Oが前記処理ガス導入口13Aあるいは13Cに侵入し、析出物を生じる問題が回避される。
【0067】
さらに、前記工程11〜22を繰り返すことにより、前記被処理基板12上に全体としてZrSiO4で表される組成の高誘電体膜が、ZrO2分子層とSiO2分子層の交互の積層により形成される。
【0068】
また前記ZrO2分子層とSiO2分子層の積層の際の比率を変化させることにより、前記高誘電体膜の組成を膜厚方向に変化させることも可能である。例えば前記高誘電体膜の下層部ではSiO2組成が優勢に、また上層部ではZrO2組成が優勢になるように組成を制御することが可能である。ただし、工程14,17,20において、コンダクタンスバルブ15A,15Bの開度を最大としてもよい。この場合には、処理基板の両端より排気がなされ、より有効に処理ガスをパージすることができる。この場合の処理シーケンスに対応するフローチャートを図10〜12に示す。
【0069】
なお 前記原料容器20C中に格納される原料は上記の特定の原料に限定されるものではなく、H2Si[N(CH3)2]2と、(C2H5)2SiH2と、(CH3)2SiCl2と、(CH3)2Si(OC2H5)2と、(CH3)2Si(OCH3)2と、(CH3)2SiH2と、C2H5Si(OC2H5)3と、(CH3)3SiSi(CH3)3と、HN[Si(CH3)3]2と、(CH3)(C6H5)SiCl2と、CH3SiH3と、CH3SiCl3と、CH3Si(OC2H5)3と、CH3Si(OCH3)3と、C6H5Si(Cl)(OC2H5)2と、C6H5Si(OC2H5)3と、(C2H5)4Siと、Si[N(CH3)2]4と、Si(CH3)4と、Si(C2H5)3Hと、(C2H5)3SiN3と、(CH3)3SiClと、(CH3)3SiOC2H5と、(CH3)3SiOCH3と、(CH3)3SiHと、(CH3)3SiN3と、(CH3)3(C2H3)Siと、SiH[N(CH3)2]3と、SiH[N(CH3)2]3と、Si(CH3COO)4と、Si(OCH3)4と、Si(OC2H5)4と、Si(I−OC3H7)4と、Si(t−OC4H9)4と、Si(n−OC4H9)4と、Si(OC2H5)3Fと、HSi(OC2H5)3と、Si(I−OC3H7)3Fと、Si(OCH3)3Fと、HSi(OCH3)3と、H2SiCl2と、Si2Cl6と、Si2F6と、SiF4と、SiCl4と、SiBr4と、HSiCl3と、SiCl3Fと、Si3H8と、SiH2Cl2、SiH2Cl2と、Si(C2H5)2Cl2とよりなる群から選ばれるか、もしくは(C2H5)2AlN3と、(C2H5)2AlBrと、(C2H5)2AlClと、(C2H5)2AlIと、(I−C4H9)AlHと、(CH3)2AlNH2と、(CH3)2AlClと、(CH3)2AlHと、(CH3)2AlH:N(CH3)2C2H5と、AlH3:N(CH3)2C2H5と、Al(C2H5)Cl2と、Al(CH3)Cl2と、Al(C2H5)3と、Al(I−C4H9)Alと、Al(I−OC4H9)3AlCl3と、Al(CH3)3と、AlH3:N(CH3)3と、Al(AcAc)3と、Al(DPM)3と、Al(HFA)3と、Al(OC2H5)3と、Al(I−C4H9)3と、Al(I−OC3H7)8と、Al(OCH3)3と、Al(n−OC4H9)3と、Al(n−OC3H7)3と、Al(sec−OC4H9)3と、Al(t−OC4H9)3と、AlBr3とよりなる群から選ぶことができる。
[第4実施例]
ところで、図2,3の基板処理装置10では、ZrCl4ガスを前記原料容器20Aから原料供給ライン16aおよび切替バルブ16Aを介して供給しているが、ZrCl4は常温では固体であり、気化には200°C程度の温度が必要である。このことは、前記切替バルブ16Aを含む原料供給ライン16aの全体を200°C以上の温度に保持する必要があり、また前記切替バルブ16Aもこのような200°C以上、実際上は250°C以上の温度に耐える必要があることを意味している。また先の図5〜9の説明でもわかるように、図2,3の基板処理装置10では前記切替バルブ16A〜16Cは一分子層の堆積毎に頻繁に駆動されるため、切替バルブの消耗の問題が顕著に現れる。
【0070】
これに対し、図13(A),(B)は、図2,3の基板処理装置10において切替バルブ16Aとして使われる、本発明の第4実施例による切替バルブ160の構成を示す。図13(A),(B)の切替バルブは、図2,3の基板処理装置10において、切替バルブ16B,16Cとしても使うことが可能である。
【0071】
図13(A)を参照するに、前記切替バルブ160は金属製の駆動軸161Aを囲むように形成された円筒形状のセラミック弁体161Bと、前記セラミック弁体161Bを回動自在に保持する容器162と、前記前記容器162と協働して前記駆動軸161Aを密封するキャップ部材163とよりなり、前記キャップ部材163には冷却水入り口163aと冷却水出口163bとを備えた水冷ジャケット163Aが設けられている。前記セラミック弁体161Bは前記駆動軸161A上にシールリング161a,161bを介して固定されており、前記キャップ部材163で覆われた前記駆動軸161Aの先端部には耐熱性のサマリウムコバルト系のマグネット161Mが設けられている。前記マグネット161Mは外部の電磁駆動機構に磁気的に結合しており、前記電磁駆動機構により回動操作される。
【0072】
一方、前記容器162には、前記処理ガス供給ライン16aに対応した第1のガス入り口162Aと前記パージガスライン23aに対応した第2のガス入り口162Bとが設けられており、さらに前記処理ガス供給口16Aに接続された第1のガス出口162C、およびいずれも前記パージライン100aに接続された第2および第3のガス出口162D,162Eを有する。
【0073】
図13(B)は図13(A)の弁体161Bを詳細に示す。
【0074】
図13(B)を参照するに、前記弁体161B上にはその外周上に第1および第2の溝161Baおよび161Bbが形成されており、前記弁体161Bが回動することにより、前記溝161Ba,161Bbを介して前記ガス入り口162A,162Bがガス出口162C〜162Eに選択的に接続される。
【0075】
例えば前記切替バルブ16Aが前記第1の状態にある場合、前記パージライン23aに接続されたガス入り口162Bが前記溝161Bbを介して前記ガス出口162Cに接続され、前記パージライン23a中のArガスが前記処理ガス供給口13Aを介して前記反応容器110中に供給される。この状態では、同時に前記処理ガス供給ライン16aに接続されガス入り口162Aが前記溝161Baを介して前記ガス出口162Dに接続され、前記ライン16a中の処理ガスが前記ガス出口162Dを介してこれに接続された前記パージライン100aに捨てられる。
【0076】
同様に、前記切替バルブ16Bが前記第2の状態にある場合、前記弁体161Bは回動され、その結果前記ガス入り口162Bは前記溝161Bbを介して前記ガス出口162Eに接続され、その閣下前記パージライン23a中のArガスが前記ガス出口162Eからこれに接続された前記パージライン100aに捨てられる。一方、前記ガス入り口162Aは前記溝161Baを介して前記ガス出口162Cに接続され、前記ガス出口162Cから前記処理ガス供給口13Aを通って前記反応容器110中に導入される。
【0077】
このような構成の切替バルブ160は、250°Cの温度で繰り返し行われる切替動作に問題なく耐えることができる。また、前記切替バルブ160では、処理ガスの反応容器110中への供給が遮断されている場合でも、処理ガスの流れがパージライン100aへと切り替えられただけなので、原料容器20AからのZrCl4ガス等の原料ガスの圧力や流量が大きく変動することがない。
【0078】
先にも説明したように、前記切替バルブ160は図2の切替バルブ16Aのみならず、他の切替バルブ16B,16Cにも適用可能である。
[第5実施例]
図14は本発明の第5実施例による基板処理装置101の構成を示す。ただし図14中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0079】
図14を参照するに、本実施例では前記処理ガス供給ライン16a,16cの適当な個所に容積を局所的に増大させた処理ガス蓄積部260a,260cをそれぞれ形成し、かかる処理ガス蓄積部にいったん処理ガスを蓄積する。かかる処理ガス蓄積部260a,260bを設けることにより、先に図5〜9で説明した頻繁な処理ガスの切替、およびこれに伴う前記処理ガス供給ライン16a,16c中におけるコンダクタンスの変動が生じても、処理ガスの供給を安定して行うことが可能になる。
【0080】
特に図14の構成では、前記処理ガス供給ライン16aにおいて、原料供給ライン16aに設けられた質量流量コントローラ18Aを前記制御装置10Aにより、前記切替バルブ16A〜16Cの切替制御に同期して制御しているが、かかる構成により、前記処理ガス供給ライン16a中の処理ガス流量の変動が補償され、前記ライン16aを介した処理ガスの供給を安定化させることが可能である。
【0081】
さらに図14の構成では、前記処理ガス供給ライン16cにおいて前記処理ガス蓄積部260cに圧力計261cを設け、前記処理ガス蓄積部260cの圧力を一定に維持している。かかる構成によっても、前記処理ガス供給ライン16c中において生じたコンダクタンスの変動が効果的に補償される。
【0082】
図14の構成において、前記処理ガス供給ライン16cに設けられた質量流量コントローラ18Cの制御を、ライン16aの質量流量コントローラ16aと同様に、制御装置10Aを使って行ってもよい。また、前記処理ガス供給ライン16aにおいて、前記処理ガス蓄積部260aに圧力計を設けてもよい。さらに、同様な構成を処理ガス供給ライン16bに設けることもできる。
[第6実施例]
図15は、本発明の第6実施例による基板処理装置102の構成を示す。ただし図15中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0083】
図15を参照するに、本実施例では前記原料容器20A,20Cにキャリアガスを供給するラインに質量流量コントローラ20a,20cがそれぞれ設けられ、さらに前記質量流量コントローラ20a,20cが前記制御装置10Aにより、切替バルブ16A〜16Cおよびコンダクタンスバルブ15A,15Bの制御に同期して制御される。
【0084】
より具体的には、前記質量流量コントローラ20aは、前記切替バルブ16
Aが前記ライン16a中の処理ガスを前記処理ガス供給口13Aに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。同様に前記質量流量コントローラ20cも前記切替バルブ16Cが前記ライン16c中の処理ガスを前記処理ガス供給口13Cに供給する場合のみ流量を増加させるように制御される。かかる切替バルブ16A,16Cの制御と同期した質量流量コントローラ20a,20cの制御により、前記反応容器110中に供給されない場合に無駄になる処理ガスを節約することが可能になる。これに伴い、トラップ100に接続される徐害装置の負荷が軽減される。
【0085】
この際、図14に示す質量流量コントローラ18C,18Aの代わりに図15に示す音波センサ18C’,18A’を設置することにより、Arキャリア中の原料濃度を測定し、質量流量コントローラ20a,20cにフィードバック制御することが有効である。
[第7実施例]
図16は、本発明の第7実施例による基板処理装置102の構成を示す。ただし図16中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また先に図2,3で説明した部分のうち、本実施例に関係ない部分の図示は、簡単のため省略する。
【0086】
図16を参照するに、本実施例では、先の実施例と異なり前記原料容器20A中にZrCl2の代わりに図16に示すように金属Zrを格納し、これにCl2ガスをキャリアガスとして供給することによりZrCl2ガスを発生させる。その際、前記Cl2キャリアガスの流量を、先の実施例と同様に前記制御装置10Aにより、前記処理ガス供給ライン16a中のZrCl2ガスが前記処理容器11中に導入される場合にのみ増加するように制御する。
【0087】
本実施例によっても、前記処理容器11中の反応容器110中に、前記処理ガス導入口13Aを介してZrCl2等の塩化物処理ガスを供給することが可能である。
[第8実施例]
図17は、本発明の第8実施例による処理容器11Aの構成を示す。ただし図17中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0088】
図17を参照するに、本実施例では図3の実施例の処理容器11において、前記被処理基板12に対向する位置のヒータ111Bを撤去し、その代わりに石英窓11Wを設ける。さらに前記石英窓11Wに沿って移動可能に紫外光源UVを設ける。
【0089】
かかる構成では、前記石英窓11Wを介して前記紫外光源UVから紫外線を前記被処理基板12の表面に照射することにより、前記被処理基板12表面での成膜を促進することができる。その際、前記紫外光源UVを前記石英窓11Wに沿って移動させることにより、前記被処理基板12表面における露光量を一様に制御することができる。また、この光源として紫外光源の他に赤外線ランプを設けることにより、処理基板を均一に加熱することが可能になる。かかる構成は、特に形成した膜を600〜1000℃の温度で短時間アニールする場合や、紫外光照射を行いながら膜形成後の熱処理を行う場合に有効である。このような工程は、被処理基板表面からハイドロカーボンやハロゲン等の不純物を除去するのに有効である。
[第9実施例]
図18(A)〜(D)は、図2の基板処理装置10で使われる処理容器11の様々な変形例を示す平面図である。
【0090】
このうち図18(A)は先に図1(A),(1)で説明した構成に対応し、処理容器11中において平坦な処理ガス供給口13A,13Bが被処理基板12を挟んで対向するように設けられている。また、前記処理ガス供給口13Aの近傍に、前記処理ガス供給口13Bに対応する排気口14Bが、スリット状に、前記排気口14Bの長手方向が前記処理ガス供給口13Bから前記排気口14Bへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。同様に、前記処理ガス供給口13Aに対応する排気口14Aが、スリット状に、前記排気口14Aの長手方向が前記処理ガス供給口13Aから前記排気口14Aへの処理ガスの流れる方向に略直角になるように形成されている。
【0091】
図18(B)の構成は先の図2,3の構成に対応し、図18(A)の構成に、第3の処理ガス供給口13Cを、前記第1の処理ガス供給口13Aに重ねて形成している。
【0092】
図18(C)は、他の基板処理装置と共にクラスタ型処理システムを構成するための基板処理室であり、互いに対向する処理ガス供給口13A,13Bおよび排気口14A,14Bに直交するように、互いに対向する処理ガス供給口13C,13Dおよび対応する排気口14C,14Dが形成されており、さらに前記基板処理室の一部には被処理基板を出し入れするためのロードロック室11L/Dが形成されている。
【0093】
図18(C)の基板処理装置では、処理ガスを4種類使って、多成分系の高誘電体膜を、1分子層ずつの積層により形成することが可能である。
【0094】
図18(D)は、図18(A)の構成の処理室11において、互いに対向する処理ガス供給口13A,13Bおよび対応する排気口14A,14Bに直交するように、別の処理ガス供給口13Cおよびこれに対向する排気口14Cを設けた構成を示す。
【0095】
かかる構成によっても、前記被処理基板12上にZrSiO4等の高誘電体膜を、1分子層ずつ積層することにより、形成することが可能である。
[第10実施例]
図19は、本発明の第10実施例による基板処理装置200の構成を示す。
【0096】
図19を参照するに、前記基板処理装置200はAlよりなる外側処理容器201と石英ガラスよりなる内側処理容器202とを有し、前記内側処理容器202は、前記外側処理容器201中に画成され、前記外側処理容器201の一部を構成するカバープレート201Aにより覆われる凹部中に収められる。
【0097】
前記内側容器202は、前記凹部内において前記外側処理容器201の底面を覆う石英底板202Aと、前記凹部内において前記石英底板202Aを覆う石英カバー202Bとよりなり、さらに前記外側処理容器の底部には、被処理基板Wを保持したディスク状の基板保持台203が収められる円形の開口部201Dが形成されている。前記基板保持台203中には、図示を省略する加熱機構が設けられている。
【0098】
前記基板保持台203は前記外側処理容器201の下部に設けられた基板搬送部204により回動自在に、また同時に上下動自在に保持されている。前記基板保持台203は最上位のプロセス位置と最下位の基板出入位置との間を上下動可能に保持されており、前記プロセス位置は、前記保持台203上の被処理基板Wの表面が前記石英底板202Aの表面と略一致するように決定されている。
【0099】
一方、前記基板出入位置は、前記基板搬送部204の側壁面に形成された基板搬入出開口部204Aに対応して設定されており、前記基板保持台203が前記基板出入位置まで下降した場合、前記基板搬入出口204Aから搬送アーム204Bが挿入され、リフタピン(図示せず)により基板保持台203表面から持ち上げられた被処理基板Wを保持して取り出し、次の工程に送る。また、前記搬送アーム204Bは、新たな被処理基板Wを、前記基板搬入出開口部204Aを介して前記基板搬送部204中に導入し、これを前記基板保持台203上に載置する。
【0100】
前記新たな被処理基板Wを保持した基板保持台203は、軸受部205中に磁気シール205Aにより保持された回動軸205Bにより回動自在に、また上下動自在に保持されており、前記回動軸205Bが上下動する空間は、ベローズ206等の隔壁により密閉されている。その際、前記空間は図示を省略した排気口を介して前記内側容器202内部よりも高真空状態に排気され、前記内側容器202内で行われる基板処理プロセスへの汚染が回避される。
【0101】
かかる差動排気を確実に行うため、前記基板保持台203には被処理基板Wを囲むように石英ガラスよりなるガードリング203Aが設けられている。かかるガードリング203Aは、前記基板保持台203と前記外側処理容器201中に前記基板保持台を収容するように形成された前記開口部201Dの側壁面との間のコンダクタンスを抑制し、これにより前記ベローズ206で画成された空間内を高真空に排気した場合に前記内側処理容器202との間に差圧が確実に形成される。
【0102】
前記外側処理容器201の底部に形成された前記開口部201Dは、側壁面が石英ライナー201dにより覆われており、前記石英ライナー201dはさらに下方に延在して前記基板搬送部204の内壁を覆う。
【0103】
前記外側処理容器201の底部には、前記開口部201Dの両側にそれぞれ排気装置に接続された排気溝部201aおよび201bが形成されており、前記排気溝部201aは導管207aおよびコンダクタンスバルブ207Aを介して、また前記排気溝部201bは導管207bおよびコンダクタンスバルブ207Bを介して排気される。図19の状態では、前記コンダクタンスバルブ207Aが開状態に、また前記コンダクタンスバルブ207Bが略閉状態に設定されている。先の実施例と同様に、前記コンダクタンスバルブ207A,207Bは、信頼性の高い開閉状態を実現するために、閉状態といえども完全に閉鎖するのではなく3%程度の弁開度を残しておくのが好ましい。
【0104】
前記排気溝部201aおよび201bは石英ガラスよりなるライナー208により覆われており、前記排気溝部201a,201bに対応してスリット状の開口部209A,209Bが前記石英底板202Aに形成される。図19の実施例では、かかるスリット状の開口部209A,209Bに、後で説明する整流板209が、前記内側処理容器202内部の排気を促進する目的で形成されている。
【0105】
さらに前記内側処理容器202内には、後で詳細に説明する石英ガスノズル210Aおよび210Bが、それぞれ前記排気溝部201aおよび201bに、前記開口部201Aを隔てて対向するように設けられている。そこで前記ガスノズル210Aから導入された第1の処理ガスは、前記内側処理容器202内を前記被処理基板Wの表面に沿って流れ、対向する排気溝部201aから前記コンダクタンスバルブ207Aを介して排気される。同様に前記ガスノズル210Bから導入された第2の処理ガスは、前記内側処理容器202内を前記被処理基板Wの表面に沿って流れ、対抗する排気溝部210bから前記コンダクタンスバルブ207Bを介して排気される。このように第1および第2の処理ガスを交互に前記ガスノズル210Aから排気溝部201aへと、あるいは前記ガスノズル210Bから排気溝部201bへと流すことにより、先に説明した原子層を基本単位とする膜形成が可能になる。
【0106】
図20は、前記内側処理容器202を構成する石英底板202Aの構成を詳細に示す。
【0107】
図20を参照するに、前記石英底板202Aには前記被処理基板Wに対応した円形の開口部202aが形成されており、前記開口部202aの両側には、前記排気溝部201a,201bに対応した開口部209Aおよび209Bが形成されている。さらに図20の例では、前記開口部209A,209Bに対応してスリットを有する整流板209が設けられている。また前記石英底板202Aには、前記ガスノズル210Aに対応して開口部210aが、また前記ガスノズル210Bに対応して開口部210bが形成されている。前記石英底板202Aに前記開口部210aあるいは210bを複数個形成することにより、前記内側処理容器202内に前記ガスノズル210Aあるいは210Bを複数個設けることが可能になる。
【0108】
図21(A)〜(D)は、前記整流板209の様々な例2091〜2094を示す。
【0109】
図21(A)を参照するに、整流板2091には幅が一様なスリットが形成されており、前記コンダクタンスバルブ207Aに接続された導管207aが前記排気溝部201aあるいは201bにおいて前記スリットの両端部に接続されている。
【0110】
図21(B)の整流板2092では、図21(A)の整流板2091においてスリットの中央部の幅が増大するように変形されており、スリットの全長にわたり一様な排気が実現される。
【0111】
これに対し、図21(C)の整流板2093では図21Aあるいは17Bのスリットの代わりに整流板209に開口部列が形成されており、前記開口部列の全長にわたり一様な排気が実現するように、開口部列中央部の開口部において径が増大されている。また図21(D)の整流板2094では整流板中に同一径の開口部よりなる開口部列が形成されており、開口部列中央部において開口部の数が増大されている。かかる構成によっても、前記開口部列の全長にわたり、一様な排気が実現する。
【0112】
図22は、図19の基板処理装置200におけるガスノズル210Bおよび対応する排気溝部201bの構成、および前記前記ガスノズル210Bから前記排気溝部201bへと流れる処理ガスAの流れを示す。同様な構成および状況は、ガスノズル210Aおよびこれに対応する排気溝部210aとの間にも成立する。
【0113】
図22を参照するに、前記ガスノズル210Bは図20の開口部210bに挿入される石英管210B1と、前記石英管210B1の先端に形成された石英管リング210B2とよりなり、前記石英管リング210B2の前記排気溝部201bに面する側には多数のノズル開口部が形成されている。
【0114】
そこで、前記開口部210bから前記石英管210B1に導入された処理ガスは前記石英管リング210B2中を流れ、前記ノズル開口部からシート状のガス流Bとなって吐出される。
【0115】
図19のコンダクタンスバルブ207Bが開かれている場合、ガス流Aは前記石英底板202Aとほぼ同一面を形成する被処理基板Wの表面を流れ、前記整流板209および排気溝部201b、さらに導管207bを介して排気される。
【0116】
図23(A)〜(C)は、前記石英管リング210B2に設けられ前記シート状のガス流Bを形成するノズル開口部の例を示す。
【0117】
図23(A)を参照するに前記ノズル開口部は径が同一の複数の開口部よりなる開口部列よりなり、前記開口部列の中央部と両端部とで開口部のピッチを変化させることにより、所望のシート状のガス流を形成している。これに対し、図23(B)の構成では前記ノズル開口部を構成する開口部列中の開口部の径を開口部列中央部と両端部とで変化させている。また図23(C)の構成では、前記ノズル開口部をスリット状の開口部により構成し、スリット幅を中央部と周辺部とで変化させている。
【0118】
また、前記ガスノズル210Bとしては図24に示すように、石英管210B1の先端部に両端が閉じた別の石英管210B3を設け、前記別の石英管210B3の内部を拡散板210B4により、ガス導入室210B5とガス吐出室210B6とに仕切り、ガス吐出室210B6にノズル開口部210b6を設けた構成を使うことも可能である。
【0119】
図19の基板処理装置200では、前記基板保持台203が上下に移動可能であるため前記内側処理容器202中において前記被処理基板W表面の位置を最適化することにより、前記内側処理容器202中に前記石英底板202Aに沿った処理ガスのラミナフローを形成することが可能である。
【0120】
図25(A),25(B)および図26は、基板処理装置200の排気系の構成例を示す。
【0121】
図25(A)の例では、前記排気溝部201aの両端部に結合された導管207aの各々にコンダクタンスバルブ207Aが設けられ、同様に排気溝部201bの両端部に結合された導管207bの各々にはコンダクタンスバルブ207Bが設けられている。前記一対のコンダクタンスバルブ207Aは同時に同一の弁開度で駆動され、同様に前記一対のコンダクタンスバルブ207Bも同時に同一の弁開度で駆動される。
【0122】
図25(A)の構成では、コンダクタンスバルブ207Aおよび207Bを排気溝部201aあるいは201bの直近に設けることが可能であり、基板処理装置200におけるガス切替動作の際の応答性が向上する。
【0123】
これに対し、図25(B)の構成では、前記排気溝部201aの両端部に結合される導管207aを単一のコンダクタンスバルブ207Aに共通接続している。同様に、図25(B)の構成では排気溝部201bにおいても排気溝部201aの両端部に結合される一対の導管207bを単一のコンダクタンスバルブ207Bに共通接続している。かかる構成では、コンダクタンスバルブと排気溝部との距離が長くなるため、ガス切替動作の際の応答性はやや低下するが、コンダクタンスバルブの数を減らすことが可能で、基板処理装置200の構成が簡素化される。
【0124】
図26の構成では、前記排気溝部201bの排気構成は図25(B)と同様であるが、排気溝部201aが中央部において単一の導管207aおよび単一のコンダクタンスバルブ207Aを介して排気されている。かかる構成によれば、二つのコンダクタンスバルブを使って内側処理容器202内部のガス切替を迅速に行うことが可能である。
【0125】
図27は、前記基板処理装置200の基板搬送部204の構成を示す。
【0126】
図27を参照するに、前記外側容器201の底部から前記基板搬送部204へと延在する石英スリーブ201dの一部には、基板搬送路を囲んで基板搬入出開口部204Aへと延在する延在部201eが形成されており、前記被処理基板Wは前記延在部201e中を通って搬入され、また搬出される。さらにこのために前記延在部201e中には先に図19で説明した搬送アーム204Bが挿入される。前記アーム204Bにより搬入された被処理基板Wは保持台203ごと上方に持ち上げられ、前記被処理基板Wは先に説明した、石英底板202Aの表面と被処理基板Wの表面が略一致する処理位置に移動される。この処理位置は、必要に応じて上下に変化させることが可能である。
【0127】
図19の基板処理装置200では、前記延在部201eは図27に示すように一対の導管207bの間に形成されている。
【0128】
図19の基板処理装置200では、基板処理工程の間、前記被処理基板Wは前記保持台203と共に回転される。かかる回転機構を設けることにより、前記被処理基板表面に、非常に均一な膜厚あるいは組成の膜を形成することが可能になる。
【0129】
図28は前記基板処理装置200を使ってSi基板上にHfO2−Al2O3系の高誘電体膜を形成した場合の、膜中のHfおよびAl濃度分布を示す。ただし図28の実験では、図2の基板処理装置10と同様にガスノズル210Bに隣接して別のガスノズル210Cを設け、図2の場合と同様なガス供給系を使い、図7〜9のフローチャートに従ってHfCl4ガス、H2Oガス、Al(CH3)3ガスとH2Oガスとを繰り返し供給している。
【0130】
図28を参照するに、図19の基板処理装置200において被処理基板Wを回転させなかった場合には基板中央に向ってHf濃度が増大するのに対し、被処理基板Wを回転させた場合にはかかる組成の不均一が効果的に平均化され、ほぼ均一な組成プロファイルが得られることがわかる。同様な効果は、図2の基板処理装置10においても得られる。
【0131】
図19の基板処理装置200では、図2に示したのと同様なガス供給系が使われるが、特に図15のバルブ16Aあるいは16Cに対応して供給されるガスの音速を測定する音波センサ18C’,18A’を設けることにより、供給される処理ガスの実際の分圧を検出することが可能である。このような実際のガス濃度を積分することにより、処理容器中に供給された処理ガスのモル数を算出することが可能で、このため図5あるいは図7〜9の処理シーケンスを、処理ガスの供給時間ではなくて供給モル数に応じて正確に、時間の無駄なく制御することが可能になる。
【0132】
先にも説明したように、基板処理装置10あるいは基板処理装置200を含む、図1(A),(B)に基本原理を示す本発明の基板処理装置では、図1(A)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Aから処理ガスAを導入した後、図1(B)の工程において処理ガス供給口3Bからパージガスあるいは処理ガスBを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスAはパージガスあるいは処理ガスBの流れに乗って排気口4Bより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスAの残留濃度は急激に低下する。同様に、図1(B)の工程において処理容器1中に処理ガス供給口3Bから処理ガスBを導入した後、図1(A)の工程に戻って処理ガス供給口3Aからパージガスあるいは処理ガスAを導入した場合、処理容器1中に残留している処理ガスBはパージガスあるいは処理ガスAの流れに乗って排気口4Aより速やかに排出され、前記処理容器1内における処理ガスBの残留濃度は急激に低下する。
【0133】
これに対し、処理ガス導入口3Bおよびこれに対応する排気口4Bを省略した構成の基板処理装置では、処理ガス導入口3Aから導入される処理ガスAをパージガスあるいは処理ガスBに切替えても処理ガスAが前記処理容器1中に残留しやすく、残留処理ガスAの濃度が処理ガスBによる処理に十分な程度まで減少するのに長い時間を要する。
【0134】
図29は、図19の基板処理装置200において、ガスノズル210Aおよび210Bから間のパージ工程を挟みながら交互にTMAガスとH2Oガスとを供給することによりAl2O3膜の原子層成長を行った場合に得られる1サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。図29中には、同時に図19の基板ン処理装置200においてガスノズル210Aおよび対応する排気溝部201aのみを使って同様なAl2O3膜の原子層成長を行った場合の1サイクル当りの膜厚とパージ時間との関係を示す。
【0135】
図29よりわかるように、ガスノズル210Aおよび210Bを交互に使ってAl2O3膜を成長させた場合には、パージ時間を0.1秒程度まで減少させても1サイクル当り形成される膜厚はほとんど変化しておらず、先のサイクルで使われた処理ガスが次のサイクルまでに処理容器202内から実質的に完全にパージされていることを示している。
【0136】
これに対し、ガスノズル210Aと排気溝部210aとのみを使った場合には、パージ時間を0.1秒程度まで短縮すると1サイクル当り形成される膜厚は2倍に増大しており、処理容器202内に先の工程の処理ガスが残留していることを示している。
【0137】
図29の結果は、場合によっては、図5あるいは図7〜図9の制御シーケンスにおいてパージ工程を省略することも可能であることを示唆している。
【0138】
このように、本発明の基板処理装置は、被処理基板を処理ガスAおよびBで交互に処理する場合にサイクル時間を短縮することが可能な利点を有する。
[第11実施例]
図30は、本発明の第11実施例による基板処理装置300の構成を示す。ただし図30中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0139】
図30を参照するに、基板処理装置300は先の基板処理装置200と同様な構成を有するが、ガスノズル210Bが撤去され、代わりにリモートプラズマ源310が前記外側処理容器201の側壁面上に、前記排気溝部201bに前記被処理基板Wを隔てて対向するように設けられている。
【0140】
前記リモートプラズマ源310はライン312AからHe,Ne,Ar,Kr,Xeなどの不活性ガスが供給され、電極311に供給されたマイクロ波により前記不活性ガス中にプラズマを形成する。さらに前記リモートプラズマ源310にはO2やN2などの処理ガスが供給され、供給された処理ガスをプラズマ活性化することによりラジカルを形成する。このようにして形成されたラジカルは、不活性ガスのガス流に乗って前記被処理基板Wの表面を前記排気溝部201bへと流れ、前記被処理基板Wの表面に吸着していた処理ガス分子を窒化あるいは酸化、あるいは酸窒化処理する。
【0141】
このように、本実施例の基板処理装置によれば、酸化膜のみならず、窒化膜あるいは酸窒化膜を原子層成長により形成することが可能になる。
【0142】
本実施例において、プラズマ源はリモートプラズマ発生装置に限定されるものではなく、ICPプラズマ源あるいはECRプラズマ源など、他の公知のプラズマ源を使うことも可能である。
【0143】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において、様々な変形・変更が可能である。
【0144】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器中に被処理基板を挟んで対向するように第1および第2の処理ガス導入口を設け、さらに前記被処理基板を挟んで前記第1および第2の処理ガス導入口に対向するように、第1および第2の排出口を設け、前記第1の処理ガス導入口より第1の処理ガスを前記処理容器中に導入し、前記被処理基板表面に沿って流した後、前記第1の排出口より排出し、次に前記第2の処理ガス導入口あるいはプラズマ源より第2の処理ガスあるいはラジカルを導入し、前記被処理基板表面に沿って流して先に前記被処理基板表面に吸着されていた前記第1の処理ガス分子と反応させた後、前記第2の排出口より排出する工程により、前記被処理基板上に、高誘電体膜を1分子層ずつ積層しながら形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)は、本発明の原理を説明する図である。
【図2】本発明の第1実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図3】図2の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図4】(A),(B)は、図3の基板処理装置の一変形例を示す図である。
【図5】図5は、本発明の第2実施例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第2実施例の一変形例による基板処理方法を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その1)である。
【図8】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その2)である。
【図9】本発明の第3実施例による基板処理方法を示すフローチャート(その3)である。
【図10】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その1)である。
【図11】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その2)である。
【図12】本発明の第3実施例による基板処理方法の別の例を示すフローチャート(その3)である。
【図13】(A),(B)は、本発明の第4実施例による切替バルブの構成を示す図である。
【図14】本発明の第5実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図15】本発明の第6実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図16】本発明の第7実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図17】本発明の第8実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図18】(A)〜(D)は、本発明の第9実施例による様々な基板処理装置の構成を示す図である。
【図19】本発明の第10実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【図20】図19の基板処理装置の一部を詳細に示す図である
【図21】図20の一部を詳細に示す図である。
【図22】図19の基板処理装置の一部を詳細に示す図である。
【図23】(A)〜(C)は、図22の一部を詳細に示す図である。
【図24】図22の一部を詳細に示す図;である。
【図25】(A),(B)は、図19の基板処理装置の排気系の構成例を示す図である。
【図26】図19の基板処理装置の排気系の別の構成例を示す図である。
【図27】図19の基板処理装置の基板搬入出部の構成を示す図である。
【図28】図19の基板処理装置において被処理基板を回転させた場合の効果を示す図である。
【図29】図19の基板処理装置において、処理ガスを交互に供給した場合のパージ時間短縮効果を示す図である。
【図30】本発明の第11実施例による基板処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1,10,101,102,200,300 基板処理装置
2,12 被処理基板
3A,3B,13A,13B,13C,13D 処理ガス導入口
4A,4B,14A,14B,14C,14D 排気口
5A,5B,16A,16B,16C 切替バルブ
6A,6B,15A,15B コンダクタンスバルブ
10A 制御装置
11 処理容器
11W 石英窓
16a 第1の処理ガス供給ライン
16b 第2の処理ガス供給ライン
16c 第3の処理ガス供給ライン
17A,17B,17C,21A,22A,21B,22B,21C,22C バルブ
18A,18B,18C,20a,20c 質量流量コントローラ
18A‘,18C’ 音波センサ
21a,21b,21c,23a,23b,23c,100a,100b パージライン
20A,20B,20C 原料容器
100 トラップ
110 石英処理容器
110A 石英処理容器上部
110B 石英処理容器下部
111A,111B,111C,111D,111E,111F ヒータ
160 切替バルブ
161A 金属棒
161a シールリング
161B セラミック弁体
161Ba,161Bb 溝
161M マグネット
162 容器
162A 第1のガス入り口
162B 第2のガス入り口
162C 第1のガス出口
162D,162E 第2のガス出口
163 キャップ
163A 水冷ジャケット
163a 冷却水入り口
163b 冷却水出口
201 外側容器
201A カバープレート
201D 開口部
201a,201b 排気溝部
201d 石英ライナー
202 内側容器
202A 石英底板
202B 石英カバー
203 保持台
203A ガードリング
204 基板搬送部
204A 基板搬送口
204B 搬送アーム
205 軸受部
205A 磁気シール
205B 回動軸
206 ベローズ
207A,207B コンダクタンスバルブ
207a,207b 導管
2091〜2094 整流板
209A、209B 開口部
260a,260c 処理ガス蓄積室
261c 圧力計
310 リモートプラズマ源
311 電極
312A、312B ガス供給ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a substrate processing apparatus and a substrate processing method used for manufacturing an ultrafine high-speed semiconductor device having a high dielectric film.
[0002]
In today's ultrahigh-speed and high-speed semiconductor devices, gate lengths of 0.1 μm or less are becoming possible as the miniaturization process advances. In general, the operation speed of a semiconductor device increases with miniaturization. However, in such a semiconductor device that is extremely miniaturized, the thickness of the gate insulating film is reduced according to the scaling law as the gate length is shortened by miniaturization. It is necessary to let
[0003]
[Prior art]
However, when the gate length is 0.1 μm or less, the thickness of the gate insulating film also becomes
[0004]
Under such circumstances, the relative permittivity has conventionally been SiO.2Much larger than that of the film, so even if the actual film thickness is large, SiO2Ta with small film thickness when converted to film2OFive, Al2OThree, ZrO2, HfO2, ZrSiOFour, HfSiOFourIt has been proposed to apply such a high dielectric material to the gate insulating film. By using such a high dielectric material, a gate insulating film having a thickness of about 2 to 5 μm can be used even in a very fine ultrahigh-speed semiconductor device having a gate length of 0.1 μm or less, and a tunnel effect. The gate leakage current due to can be suppressed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When such a high dielectric gate insulating film is formed on the Si substrate, the thickness is 1 nm or less in order to suppress diffusion of the metal elements constituting the high dielectric gate insulating film into the Si substrate. Typically, SiO of 0.8 nm or less2A film is formed on the Si substrate as a base oxide film, and such a very thin SiO2It is necessary to form the high dielectric gate insulating film on the base oxide film. At this time, the high dielectric gate insulating film must be formed so that no defects such as interface states are formed in the film. Further, when the high dielectric gate insulating film is formed on the base oxide film, the composition is changed from the side in contact with the base oxide film toward the main surface on the high dielectric gate insulating film.2It is preferable to gradually change the composition from the main composition to the composition from the high dielectric.
[0006]
If an attempt is made to form a high dielectric gate insulating film so as not to include defects, a plasma process involving charged particles cannot be used. For example, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a plasma CVD method, defects that act as traps for hot carriers are formed in the film as a result of plasma damage.
[0007]
On the other hand, the inventors of the present invention previously found that when such a high dielectric gate insulating film is formed by a thermal CVD method, the film thickness greatly varies depending on the properties of the base insulating film serving as a base. . In other words, when such a high dielectric gate insulating film is formed by a conventional CVD method, the film surface becomes irregular, and when such a surface forms a gate electrode on the irregular gate insulating film, the operation of the semiconductor device The characteristics will deteriorate.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a novel and useful substrate processing method and processing apparatus that solve the above-described problems.
[0009]
A more specific object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of efficiently forming a high dielectric film free from defects on a substrate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a processing container, a substrate holding table provided in the processing container so as to be able to hold the substrate to be processed, and the substrate formed in the processing container on a first side of the substrate holding table. A first processing gas is applied to the surface of the substrate to be processed on a holding table, and a second gas is opposed to the first side from the first side along the surface of the substrate to be processed. A first processing gas supply unit configured to flow toward the side, a first exhaust port formed on the second side of the substrate holding table in the processing container, the processing container, The second processing gas is formed on the second side of the substrate holding table, and the second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table. A second process gas supply unit configured to flow from the second side toward the first side; Vessel, equipped with a second exhaust port formed in the first side of the substrate holderThe processing container is composed of an outer container and an inner container provided inside the outer container, the substrate holding table is disposed in the inner container, and the inner container is composed of a flat quartz plate. A bottom part and a quartz cover provided on the bottom part so as to cover the bottom part, and a substrate to be processed on the holding table is exposed at an opening formed in the quartz plate, and is exposed. The surface of the substrate to be processed forms a plane that substantially matches the surface of the quartz plate.Substrate processing equipmentOr
placeA processing container; a substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed; and a first processing gas supply formed on the first side of the substrate holding table in the processing container A first exhaust port formed on a side of the processing container opposite to the first side of the substrate holding table, and the second of the substrate holding table in the processing container. A substrate processing method using a substrate processing apparatus provided with a second processing gas supply unit formed on the first side and a second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container The first processing gas is supplied from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed, and the first processing gas is supplied to the surface of the substrate to be processed. And the step of supplying the second process gas from the second process gas supply unit along the surface of the substrate to be processed. The second process is a process of flowing from the second side to the first side and performing a second process on the surface of the substrate to be processed. In the process of performing the first process, the exhaust amount of the second exhaust port In the step of performing the second treatment, the exhaust amount of the first exhaust port is decreased from the exhaust amount of the second exhaust port,In the step of performing the first processing, an inert gas is supplied from the second processing gas supply unit into the processing container, and in the step of performing the second processing, from the first processing gas supply unit. Supplying an inert gas into the processing vesselSubstrate processing methodI will provide a.
[0011]
According to the present invention, the first and second processing gas inlets are provided in the processing container so as to face each other with the substrate to be processed interposed therebetween, and the first and second processing gases are further sandwiched between the substrate to be processed. First and second discharge ports are provided so as to face the introduction port, a first process gas is introduced into the processing container from the first process gas introduction port, and along the surface of the substrate to be processed. After flowing, the gas is discharged from the first discharge port, and then the second process gas or radical is introduced from the second process gas introduction port or the plasma source, and flows along the surface of the substrate to be processed. And reacting with the first process gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then discharging one molecule of the high dielectric film on the substrate to be processed by the step of discharging from the second discharge port. The layers can be formed while being stacked one by one.
[Action]
1A and 1B show the principle of the present invention.
[0012]
Referring to FIGS. 1A and 1B, a
[0013]
First, in the step of FIG. 1A, the first processing gas A is supplied to the first processing gas supply port 3A via the first raw
[0014]
Next, in the step of FIG. 1B, the second processing gas B is supplied to the second processing
[0015]
Further, by repeating the steps of FIGS. 1A and 1B, a desired high dielectric film is formed on the
[0016]
At that time, in the step of FIG. 1A, the supply of the second processing gas B from the second raw
[0017]
The processing container is preferably formed in a flat shape so that the first and second processing gases flow on the surface of the substrate to be processed 2 in a sheet-like laminar flow, and the first and second processing gases are formed. It is preferable that the processing
[0018]
In the substrate processing apparatus of the present invention, by using a raw material containing Zr, Al, Y, Ti, or La as the first processing gas and using an oxidizing gas as the second processing gas, Zr, Al, or Y is used. Alternatively, a Ti or La oxide layer can be formed on the substrate to be processed.
[0019]
Furthermore, in the substrate processing apparatus of the present invention, a film-forming gas different from the first processing gas is used as the third processing gas, and this is combined with the second processing gas to form the third processing gas on the substrate to be processed. A ternary oxide layer such as ZrSiOx, HfSiOx, AlSiOx, YSiOx, TiSiOx, LaSiOx or ZrAlOx, HfAlOx, YAlOx, TiAlOx, LaAlOx can be formed.
[0020]
By the way, in the substrate processing apparatus of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B, after the processing gas A is introduced into the
[0021]
In particular, in the apparatus of the present invention, the exhaust gas is switched from the
[0022]
On the other hand, in the substrate processing apparatus in which the processing
[0023]
In the present invention, it is possible to provide a step of exhausting from both ends of the substrate to be processed between the processing step of the processing gas A and the processing step of the processing gas B, rather than a conventional apparatus that exhausts from only one side. The processing gas can be easily exhausted from the surface of the substrate to be processed.
[0024]
As described above, the substrate processing apparatus of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B has the advantage that the cycle time can be shortened when the substrate to be processed is alternately processed with the processing gases A and B. Have.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
FIG. 2 shows a configuration of the
[0026]
Referring to FIG. 2, the
[0027]
Further, another processing
[0028]
The processing
[0029]
Further, the switching
[0030]
Similarly, the processing
[0031]
Further, the switching
[0032]
Further, the processing
[0033]
Further, the switching
[0034]
Further, the
[0035]
FIG. 3 shows details of a portion including the
[0036]
Referring to FIG. 3, a
[0037]
The
[0038]
Therefore, by repeating such an adsorption process and a reaction process with a purge process in between, a very thin ZrO film is formed on the surface of the
[0039]
ZrSiO on the
[0040]
Although not shown in the configuration of FIG. 3, the SiCl is aligned with the processing gas inlet 13A.FourA processing
[0041]
In this embodiment, the raw material stored in the
[0042]
FIGS. 4A and 4B show a quartz reaction container in conjunction with the vertical transfer of the substrate to be processed when the substrate to be processed is transferred into the
[0043]
Referring to FIGS. 4A and 4B, by reducing the distance between the upper part 110A and the lower part 110B of the
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a ZrO film on the
[0044]
Referring to FIG. 5, in the
[0045]
Next, in
[0046]
Next, in step 3, the switching
[0047]
Next, in step 4, the switching
[0048]
At this time, it is also effective to exhaust from both ends of the substrate to be processed with the
[0049]
Next, in
[0050]
Further, in step 6, the switching
[0051]
After the step 6, the processing process returns to the
[0052]
Note that, in the
[0053]
The raw material stored in the
[0054]
Note that the raw material stored in the raw material container 20A is not limited to the specific raw material described above.FourAnd ZrBrFourAnd Zr (I-OCThreeH7)FourAnd Zr (n-OCFourH9)FourAnd Zr (t-OCFourH9)FourAnd Zr (AcAc)FourAnd Zr (DPM)FourAnd Zr (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Zr (HFA)FourAnd Zr (BHFour)FourAnd Zr (N (CHThree)2)FourAnd Zr (N (C2HFive)2)FourOr a group consisting of (C2HFive)2AlNThreeAnd (C2HFive)2AlBr and (C2HFive)2AlCl and (C2HFive)2AlI and (I-CFourH9) AlH and (CHThree)2AlNH2And (CHThree)2AlCl and (CHThree)2AlH and (CHThree)2AlH: N (CHThree)2C2HFiveAnd AlHThree: N (CHThree)2C2HFiveAnd Al (C2HFive) Cl2And Al (CHThree) Cl2And Al (C2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9) Al and Al (I-OCFourH9)ThreeAnd AlClThreeAnd Al (CHThree)ThreeAnd AlHThree: N (CHThree)ThreeAnd Al (AcAc)ThreeAl (DPM)ThreeAnd Al (HFA)ThreeAnd Al (OC2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9)ThreeAnd Al (I-OCThreeH7)ThreeAnd Al (OCHThree)ThreeAnd Al (n-OCFourH9)ThreeAnd Al (n-OCThreeH7)ThreeAnd Al (sec-OCFourH9)ThreeAnd Al (t-OCFourH9)ThreeAnd AlBrThreeOr Y (AcAc)ThreeAnd Y (DPM)ThreeY (O-iPr) (DPM)2And Y (HFA)ThreeAnd CpThreeSelected from the group consisting of Y and HfClFourAnd HfBrFourAnd Hf (AcAc)FourAnd Hf [N (C2HFive)2]FourAnd Hf [N (CHThree)2]FourAnd Hf (DPM)FourAnd Hf (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Hf (HFA)FourOr a group of TiClFourAnd TiBrFourAnd TiIFourAnd Ti (I-OCHThree)FourAnd Ti (OC2HFive)FourAnd Ti (I-OCThreeH7)FourAnd Ti (n-OCThreeH7)FourAnd Ti (n-OCFourH9)FourAnd Ti (AcAc)FourAnd Ti (AcAc)2Cl2Ti (DPM)FourTi (DPM)2Cl2Ti (O-iPr) (DPM)ThreeAnd Ti (HFA)2Cl2Or a group consisting of LaBrThreeAnd LaIThreeAnd La (OCHThree)ThreeAnd La (OC2HFive)ThreeAnd La (I-OCThreeH7)2And CpThreeLa and MeCpThreeLa and La (DMP)ThreeAnd La (HFA)ThreeAnd La (AcAc)ThreeAnd Cp (C8H8) Ti and Cp2Ti [N (CHThree)2]2And Cp2TiCl2And (C2HFive) Ti (NThree)2And Ti [N (C2HFive)2]FourAnd Ti [N (CHThree)2]FourIt is possible to select from the group consisting of. The second processing gas supplied through the
[Third embodiment]
7 to 9 show ZrSiO in the
[0055]
First, referring to FIG. 7, in
[0056]
Next, in
[0057]
Next, in step 13, the switching
[0058]
Next, in step 14, the switching
[0059]
Next, in step 15, the degree of opening of the
[0060]
Further, in step 16, the switching
[0061]
After step 16, in step 17, the
[0062]
Next, in step 18, the opening of the
[0063]
Next, in
[0064]
Next, in
[0065]
Next, in step 21, the degree of opening of the
[0066]
Further, in
[0067]
Further, by repeating the
[0068]
The ZrO2Molecular layer and SiO2It is also possible to change the composition of the high dielectric film in the film thickness direction by changing the ratio at the time of stacking the molecular layers. For example, in the lower layer portion of the high dielectric film, SiO2The composition is dominant, and in the upper layer, ZrO2It is possible to control the composition so that the composition becomes dominant. However, in
[0069]
The raw material stored in the raw material container 20C is not limited to the specific raw material described above.2Si [N (CHThree)2]2And (C2HFive)2SiH2And (CHThree)2SiCl2And (CHThree)2Si (OC2HFive)2And (CHThree)2Si (OCHThree)2And (CHThree)2SiH2And C2HFiveSi (OC2HFive)ThreeAnd (CHThree)ThreeSiSi (CHThree)ThreeAnd HN [Si (CHThree)Three]2And (CHThree) (C6HFive) SiCl2And CHThreeSiHThreeAnd CHThreeSiClThreeAnd CHThreeSi (OC2HFive)ThreeAnd CHThreeSi (OCHThree)ThreeAnd C6HFiveSi (Cl) (OC2HFive)2And C6HFiveSi (OC2HFive)ThreeAnd (C2HFive)FourSi and Si [N (CHThree)2]FourAnd Si (CHThree)FourAnd Si (C2HFive)ThreeH and (C2HFive)ThreeSiNThreeAnd (CHThree)ThreeSiCl and (CHThree)ThreeSiOC2HFiveAnd (CHThree)ThreeSiOCHThreeAnd (CHThree)ThreeSiH and (CHThree)ThreeSiNThreeAnd (CHThree)Three(C2HThree) Si and SiH [N (CHThree)2]ThreeAnd SiH [N (CHThree)2]ThreeAnd Si (CHThreeCOO)FourAnd Si (OCHThree)FourAnd Si (OC2HFive)FourAnd Si (I-OCThreeH7)FourAnd Si (t-OCFourH9)FourAnd Si (n-OCFourH9)FourAnd Si (OC2HFive)ThreeF and HSi (OC2HFive)ThreeAnd Si (I-OCThreeH7)ThreeF and Si (OCHThree)ThreeF and HSi (OCHThree)ThreeAnd H2SiCl2And Si2Cl6And Si2F6And SiFFourAnd SiClFourAnd SiBrFourAnd HSiClThreeAnd SiClThreeF and SiThreeH8And SiH2Cl2, SiH2Cl2And Si (C2HFive)2Cl2Or selected from the group consisting of (C2HFive)2AlNThreeAnd (C2HFive)2AlBr and (C2HFive)2AlCl and (C2HFive)2AlI and (I-CFourH9) AlH and (CHThree)2AlNH2And (CHThree)2AlCl and (CHThree)2AlH and (CHThree)2AlH: N (CHThree)2C2HFiveAnd AlHThree: N (CHThree)2C2HFiveAnd Al (C2HFive) Cl2And Al (CHThree) Cl2And Al (C2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9) Al and Al (I-OCFourH9)ThreeAlClThreeAnd Al (CHThree)ThreeAnd AlHThree: N (CHThree)ThreeAnd Al (AcAc)ThreeAl (DPM)ThreeAnd Al (HFA)ThreeAnd Al (OC2HFive)ThreeAnd Al (I-CFourH9)ThreeAnd Al (I-OCThreeH7)8And Al (OCHThree)ThreeAnd Al (n-OCFourH9)ThreeAnd Al (n-OCThreeH7)ThreeAnd Al (sec-OCFourH9)ThreeAnd Al (t-OCFourH9)ThreeAnd AlBrThreeYou can choose from the group consisting of.
[Fourth embodiment]
By the way, in the
[0070]
On the other hand, FIGS. 13A and 13B show the configuration of the switching
[0071]
Referring to FIG. 13A, the switching
[0072]
On the other hand, the
[0073]
FIG. 13B shows in detail the
[0074]
Referring to FIG. 13 (B), first and second grooves 161Ba and 161Bb are formed on the outer periphery of the
[0075]
For example, when the switching
[0076]
Similarly, when the switching
[0077]
The switching
[0078]
As described above, the switching
[Fifth embodiment]
FIG. 14 shows a
[0079]
Referring to FIG. 14, in this embodiment, process
[0080]
Particularly, in the configuration of FIG. 14, in the processing
[0081]
Further, in the configuration of FIG. 14, a
[0082]
In the configuration of FIG. 14, the control of the
[Sixth embodiment]
FIG. 15 shows a
[0083]
Referring to FIG. 15, in this embodiment,
[0084]
More specifically, the
Control is performed so that the flow rate is increased only when A supplies the processing gas in the
[0085]
At this time, instead of the
[Seventh embodiment]
FIG. 16 shows a
[0086]
Referring to FIG. 16, in this embodiment, unlike the previous embodiment, ZrCl is contained in the raw material container 20A.2Instead of metal Zr is stored as shown in FIG.2ZrCl by supplying gas as carrier gas2Generate gas. At that time, the Cl2The flow rate of the carrier gas is set to ZrCl in the processing
[0087]
Also in this embodiment, the ZrCl is introduced into the
[Eighth embodiment]
FIG. 17 shows the configuration of a processing vessel 11A according to the eighth embodiment of the present invention. However, in FIG. 17, the same reference numerals are given to the portions described above, and description thereof is omitted.
[0088]
Referring to FIG. 17, in this embodiment, in the
[0089]
In such a configuration, film formation on the surface of the substrate to be processed 12 can be promoted by irradiating the surface of the substrate to be processed 12 with ultraviolet light from the ultraviolet light source UV through the
[Ninth embodiment]
18A to 18D are plan views showing various modifications of the
[0090]
Among these, FIG. 18A corresponds to the configuration described above with reference to FIGS. 1A and 1A, and flat processing
[0091]
The configuration of FIG. 18B corresponds to the configuration of FIG. 2 and FIG. 3, and the third processing
[0092]
FIG. 18C is a substrate processing chamber for configuring a cluster processing system together with other substrate processing apparatuses, and is orthogonal to the processing
[0093]
In the substrate processing apparatus in FIG. 18C, a multicomponent high dielectric film can be formed by stacking one molecular layer by using four types of processing gases.
[0094]
FIG. 18D shows another processing gas supply port in the
[0095]
Even with such a configuration, ZrSiO is formed on the
[Tenth embodiment]
FIG. 19 shows a configuration of a
[0096]
Referring to FIG. 19, the
[0097]
The
[0098]
The
[0099]
On the other hand, the substrate loading / unloading position is set corresponding to the substrate loading /
[0100]
The substrate holding table 203 holding the new substrate W to be processed is rotatably held by the
[0101]
In order to reliably perform such differential evacuation, the
[0102]
The
[0103]
[0104]
The
[0105]
Further,
[0106]
FIG. 20 shows in detail the configuration of the
[0107]
Referring to FIG. 20, a
[0108]
21A to 21D show various examples 209 of the
[0109]
Referring to FIG. 21A, the
[0110]
The
[0111]
On the other hand, the
[0112]
FIG. 22 shows the configuration of the
[0113]
Referring to FIG. 22, the
[0114]
Therefore, the
[0115]
When the
[0116]
23A to 23C show the quartz tube ring 210B.2The example of the nozzle opening part which is provided in and forms the said sheet-like gas flow B is shown.
[0117]
Referring to FIG. 23 (A), the nozzle opening is composed of an opening row composed of a plurality of openings having the same diameter, and the pitch of the opening is changed between the central portion and both ends of the opening row. Thus, a desired sheet-like gas flow is formed. On the other hand, in the configuration of FIG. 23B, the diameter of the opening in the opening row constituting the nozzle opening is changed between the opening row center and both ends. In the configuration of FIG. 23C, the nozzle opening is formed by a slit-like opening, and the slit width is changed between the central portion and the peripheral portion.
[0118]
As the
[0119]
In the
[0120]
FIGS. 25A, 25B, and 26 show a configuration example of the exhaust system of the
[0121]
In the example of FIG. 25A, a
[0122]
In the configuration of FIG. 25A, the
[0123]
On the other hand, in the configuration of FIG. 25B, the
[0124]
In the configuration shown in FIG. 26, the
[0125]
FIG. 27 shows a configuration of the
[0126]
Referring to FIG. 27, a part of the
[0127]
In the
[0128]
In the
[0129]
FIG. 28 shows that the
[0130]
Referring to FIG. 28, when the substrate to be processed W is not rotated in the
[0131]
In the
[0132]
As described above, in the substrate processing apparatus of the present invention having the basic principle shown in FIGS. 1A and 1B, including the
[0133]
On the other hand, in the substrate processing apparatus in which the processing
[0134]
FIG. 29 shows the
[0135]
As can be seen from FIG. 29,
[0136]
On the other hand, when only the
[0137]
The result of FIG. 29 suggests that the purge step can be omitted in the control sequence of FIG. 5 or FIGS.
[0138]
As described above, the substrate processing apparatus of the present invention has an advantage that the cycle time can be shortened when the substrate to be processed is alternately processed with the processing gases A and B.
[Eleventh embodiment]
FIG. 30 shows a configuration of a
[0139]
Referring to FIG. 30, the
[0140]
The
[0141]
Thus, according to the substrate processing apparatus of the present embodiment, not only an oxide film but also a nitride film or an oxynitride film can be formed by atomic layer growth.
[0142]
In the present embodiment, the plasma source is not limited to the remote plasma generator, and other known plasma sources such as an ICP plasma source or an ECR plasma source can be used.
[0143]
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
[0144]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first and second processing gas inlets are provided in the processing container so as to face each other with the substrate to be processed interposed therebetween, and the first and second processing gases are further sandwiched between the substrate to be processed. First and second discharge ports are provided so as to face the introduction port, a first process gas is introduced into the processing container from the first process gas introduction port, and along the surface of the substrate to be processed. After flowing, the gas is discharged from the first discharge port, and then the second process gas or radical is introduced from the second process gas introduction port or the plasma source, and flows along the surface of the substrate to be processed. And reacting with the first process gas molecules adsorbed on the surface of the substrate to be processed, and then discharging one molecule of the high dielectric film on the substrate to be processed by the step of discharging from the second discharge port. The layers can be formed while being stacked one by one.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating the principle of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 2 in detail.
4A and 4B are views showing a modification of the substrate processing apparatus of FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a substrate processing method according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart (part 1) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart (part 2) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart (part 3) illustrating a substrate processing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart (No. 1) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart (part 2) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a flowchart (No. 3) showing another example of the substrate processing method according to the third embodiment of the present invention;
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing a configuration of a switching valve according to a fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIGS. 18A to 18D are views showing configurations of various substrate processing apparatuses according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a substrate processing apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
20 is a view showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 19 in detail.
FIG. 21 is a diagram showing a part of FIG. 20 in detail.
22 is a view showing a part of the substrate processing apparatus of FIG. 19 in detail.
23 (A) to (C) are diagrams showing a part of FIG. 22 in detail.
FIG. 24 is a diagram showing a part of FIG. 22 in detail;
FIGS. 25A and 25B are diagrams showing a configuration example of an exhaust system of the substrate processing apparatus of FIG.
26 is a diagram showing another configuration example of the exhaust system of the substrate processing apparatus of FIG. 19;
27 is a diagram showing a configuration of a substrate carry-in / out portion of the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 28 is a diagram showing an effect when the substrate to be processed is rotated in the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 29 is a diagram showing the purge time shortening effect when processing gases are alternately supplied in the substrate processing apparatus of FIG. 19;
FIG. 30 is a view showing a configuration of a substrate processing apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,10,101, 102, 200, 300 Substrate processing equipment
2,12 Substrate
3A, 3B, 13A, 13B, 13C, 13D Processing gas inlet
4A, 4B, 14A, 14B, 14C, 14D Exhaust port
5A, 5B, 16A, 16B, 16C Switching valve
6A, 6B, 15A, 15B conductance valve
10A controller
11 Processing container
11W quartz window
16a First process gas supply line
16b Second processing gas supply line
16c Third processing gas supply line
17A, 17B, 17C, 21A, 22A, 21B, 22B, 21C, 22C Valve
18A, 18B, 18C, 20a, 20c Mass flow controller
18A ', 18C' sound wave sensor
21a, 21b, 21c, 23a, 23b, 23c, 100a, 100b Purge line
20A, 20B, 20C Raw material container
100 traps
110 Quartz processing vessel
110A Quartz processing vessel top
110B Lower quartz processing vessel
111A, 111B, 111C, 111D, 111E, 111F Heater
160 switching valve
161A metal bar
161a Seal ring
161B Ceramic valve body
161Ba, 161Bb Groove
161M Magnet
162 containers
162A First gas inlet
162B Second gas inlet
162C first gas outlet
162D, 162E Second gas outlet
163 cap
163A Water cooling jacket
163a Cooling water entrance
163b Cooling water outlet
201 Outer container
201A cover plate
201D opening
201a, 201b Exhaust groove
201d quartz liner
202 inner container
202A Quartz bottom plate
202B quartz cover
203 Holding stand
203A Guard ring
204 Substrate transport section
204A Board transfer port
204B Transfer arm
205 Bearing part
205A magnetic seal
205B Rotating shaft
206 Bellows
207A, 207B conductance valve
207a, 207b conduit
2091~ 209Four rectifier
209A, 209B opening
260a, 260c Process gas storage chamber
261c Pressure gauge
310 Remote plasma source
311 electrode
312A, 312B Gas supply line
Claims (57)
前記処理容器中に、前記被処理基板を保持可能に設けられた基板保持台と、
前記処理容器中、前記基板保持台の第1の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第1の処理ガスを、前記第1の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第1の側から前記第1の側に対向する第2の側に向かって流れるように供給する第1の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成された第1の排気口と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第2の側に形成され、前記基板保持台上の前記被処理基板表面に第2の処理ガスを、前記第2の処理ガスが前記被処理基板表面に沿って、前記第2の側から前記第1の側に向かって流れるように供給する第2の処理ガス供給部と、
前記処理容器中、前記基板保持台の前記第1の側に形成された第2排気口を備え、
前記処理容器は、外側容器と、前記外側容器内部に設けられた内側容器とよりなり、前記基板保持台は、前記内側容器内に設けられており、
前記内側容器は平坦な石英プレートよりなる底部と、前記底部上に、前記底部を覆うように設けられた石英カバーとよりなり、前記保持台上の被処理基板は前記石英プレート中に形成された開口部において露出され、前記露出された被処理基板表面は、前記石英プレート表面と実質的に一致する平面を形成する基板処理装置。A processing vessel;
A substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed;
A first processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the first processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. And a first processing gas supply unit that supplies the first processing gas to flow from the first side toward the second side opposite to the first side,
A first exhaust port formed on the second side of the substrate holder in the processing container;
A second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed on the substrate holding table, and the second processing gas is formed on the surface of the substrate to be processed. A second processing gas supply unit that supplies the second processing gas to flow from the second side toward the first side along
A second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container ;
The processing container includes an outer container and an inner container provided inside the outer container, and the substrate holding table is provided in the inner container,
The inner container comprises a bottom made of a flat quartz plate, and a quartz cover provided on the bottom so as to cover the bottom, and the substrate to be processed on the holding table was formed in the quartz plate. A substrate processing apparatus which is exposed at an opening, and the exposed substrate surface to be formed forms a plane substantially coinciding with the quartz plate surface .
前記第1の処理ガス供給部から第1の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第1の側から前記第2の側に流し、前記被処理基板表面に第1の処理を行う工程と、
前記第2の処理ガス供給部から第2の処理ガスを、前記被処理基板表面に沿って前記第2の側から前記第1の側に流し、前記被処理基板表面に第2の処理を行う工程をよりなり、
前記第1の処理を行う工程では、前記第2の排気口の排気量を前記第1の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第2の処理を行う工程では、前記第1の排気口の排気量を前記第2の排気口の排気量よりも減少させ、
前記第1の処理を行う工程では、前記第2の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給し、前記第2の処理を行う工程では、前記第1の処理ガス供給部から前記処理容器中に不活性ガスを供給する基板処理方法。A processing container; a substrate holding table provided in the processing container so as to hold the substrate to be processed; and a first processing gas supply formed on the first side of the substrate holding table in the processing container. A first exhaust port formed on a side of the processing container opposite to the first side of the substrate holding table, and the second of the substrate holding table in the processing container. A substrate processing method using a substrate processing apparatus provided with a second processing gas supply unit formed on the first side and a second exhaust port formed on the first side of the substrate holder in the processing container Because
A first processing gas is flowed from the first side to the second side along the surface of the substrate to be processed from the first processing gas supply unit, and the first processing is performed on the surface of the substrate to be processed. Process,
A second processing gas is supplied from the second processing gas supply unit to the first side from the second side along the surface of the substrate to be processed, and the second processing is performed on the surface of the substrate to be processed. Making the process better,
In the step of performing the first treatment, the exhaust amount of the second exhaust port is decreased from the exhaust amount of the first exhaust port,
In the step of performing the second treatment, the exhaust amount of the first exhaust port is decreased from the exhaust amount of the second exhaust port,
In the step of performing the first processing, an inert gas is supplied from the second processing gas supply unit into the processing container, and in the step of performing the second processing, from the first processing gas supply unit. A substrate processing method for supplying an inert gas into the processing container .
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