TW201348507A - 成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

為了提供一種成膜裝置，能使反應氣體的分散性提高而形成面內均一性良好的膜。本發明之成膜裝置，是對於被載置在處於真空氛圍之處理室內的載置部(2)和頂部(31)之間的基板(W)，依序供應複數種的反應氣體、置換用的氣體而進行成膜處理之成膜裝置；中央氣體吹出部(4b)配置於基板(W)的中央部上方，形成有用來朝橫向外側將氣體擴散之氣體吹出口(42)；周圍氣體供應部(5)，配置成包圍前述中央氣體吹出部(4b)，具有複數個氣體吹出口(511、512)，該等複數個氣體吹出口(511、512)以平面觀察時朝基板(W)的外周側及中央部側分別橫向地將氣體擴散的方式沿圓周方向形成。

Description

成膜裝置
本發明係關於對基板依序供應可互相反應之複數種的反應氣體而形成膜之成膜裝置。
作為在基板、例如半導體晶圓(以下稱「晶圓」)形成膜的手法，將可互相反應的複數種的反應氣體依序供應給晶圓之所謂ALD(Atomic Layer Deposition)法、MLD(Multi Layer Deposition)法等的方法是已知的。
在這種成膜方法中，對晶圓供應反應氣體之各種氣體供應機構已被提出。例如專利文獻1記載的薄膜形成裝置，是在分散導件的中央部配置圓筒型的中間分散體，透過設置於該中間分散體的側面及底面各個之複數個開孔將氣體導入分散導件內；該分散導件具有從中央朝外周漸擴的形狀之傾斜面構造。
又專利文獻2記載的氣相沉積裝置，是將2個吹出口(horn)配置成套疊狀，從內側的吹出口及被內側的吹出口和外側的吹出口包圍的空間分別將氣體往下方 導入；這2個吹出口具有從中央朝外周漸擴的形狀之傾斜面構造，且該傾斜面的傾斜度不同。
另一方面，近年，有些情況會要求，以奈米級形成的膜在晶圓面內的均一性(例如後述M-m值)在5%以內。然而，像專利文獻1、2所記載之從分散導件、吹出口的中央部集中供應反應氣體的手法，要實現這麼高精度的面內均一性很難。
[專利文獻1]日本特開2005-113268號公報：段落0071、第1A、1B圖
[專利文獻2]日本特開平7-22323號公報：段落0003、0018、第1圖、第8圖
本發明是有鑑於這種事情而開發完成的，其目的是為了提供一種成膜裝置，能使反應氣體的分散性提高，而形成面內均一性良好的膜。
本發明之成膜裝置，是對於處於真空氛圍之處理室內的基板依序供應可互相反應的複數種的反應氣體，在一種反應氣體的供應和下一種反應氣體的供應之間供應置換用的氣體而進行成膜處理，其特徵在於，係具 備：載置部，設置於前述處理室，用來載置基板；頂部，設置成與前述載置部相對向，具有從中央朝外周漸擴的形狀之傾斜面構造；排氣部，用來進行前述處理室內的真空排氣；中央氣體吹出部，配置於在前述載置部上所載置的基板的中央部上方，形成有用來朝橫向外側將氣體擴散之氣體吹出口；以及周圍氣體供應部，在比前述基板之中央部更外周側的部位的上方且在比該基板的周緣上方更靠中央的位置，配置成包圍前述中央氣體吹出部；前述周圍氣體供應部具有複數個氣體吹出口，該等複數個氣體吹出口以平面觀察時朝基板的外周側及中央部側分別橫向地將氣體擴散的方式沿圓周方向形成。
上述成膜裝置也能具備以下特徴。
(a)前述中央氣體吹出部的氣體吹出口，以朝橫向外側將氣體吹出的方式沿圓周方向形成。此外，前述周圍氣體供應部的氣體吹出口形成為，朝前述基板的外周側及中央部側分別橫向地將氣體吹出。
(b)前述周圍氣體供應部，具備以包圍前述中央氣體吹出部的方式形成為環狀之環狀部；前述氣體吹出口，是在該環狀部之內周面側及外周面側各個沿圓周方向隔著間隔而形成。
(c)(b)中，前述環狀部形成為中空狀，在該環狀 部內具備沿圓周方向隔著間隔而設置之複數個氣體分散部。又各氣體分散部具備複數個氣體吹出口，該等複數個氣體吹出口，是沿該氣體分散部的圓周方向隔著間隔而設置，用來朝前述環狀部內讓氣體流出。
(d)前述周圍氣體供應部，是以包圍前述中央氣體吹出部的方式互相隔著間隔而配置之複數個氣體分散部所構成，前述氣體吹出口是沿著各氣體分散部的圓周方向隔著間隔形成有複數個。
(e)前述中央氣體吹出部或氣體分散部，係具備頭部及迴旋流形成部；該頭部，是從前述頂部朝處理室內突出，沿圓周方向隔著間隔形成有複數個氣體吹出口；該迴旋流形成部，是用來在該頭部內形成沿前述氣體吹出口的排列方向迴旋之氣體迴旋流。
本發明，是從配置於基板的中央部上方之中央氣體吹出部以朝橫向外側擴散的方式吹出氣體，又從周圍氣體供應部以平面觀察時朝基板的外周側及中央部側分別橫向地擴散的方式吹出氣體，該周圍氣體供應部，是在比前述中央部更外周側的上方且在比該基板的周緣上方更靠中央的位置，配置成包圍前述中央氣體吹出部。結果，能對前述頂部之下方側的空間內均一地供應反應氣體，而將面內均一性高的膜形成在基板上。
1‧‧‧處理容器
2‧‧‧載置台(載置部)
4‧‧‧氣體分散器
4a‧‧‧氣體分散部
4b‧‧‧中央氣體吹出部
5、5a‧‧‧周圍氣體供應部
7‧‧‧控制部
11‧‧‧搬入出口
12‧‧‧閘閥
13‧‧‧排氣導管
21‧‧‧加熱器
22‧‧‧覆蓋構件
23‧‧‧支承構件
24‧‧‧昇降機構
25‧‧‧支承銷
26‧‧‧昇降機構
31‧‧‧頂部構件
32‧‧‧支承板
40‧‧‧迴旋流形成部
41‧‧‧頭部
42‧‧‧氣體吹出口
43‧‧‧外筒部
44‧‧‧內筒部
45‧‧‧環狀空間
46‧‧‧下部側導入路
47‧‧‧導引壁
50‧‧‧分割單元
52‧‧‧內周壁
53‧‧‧外周壁
54‧‧‧底板
61、63‧‧‧氮氣供應部
62‧‧‧氨氣供應部
64‧‧‧氯化鈦氣體供應部
65‧‧‧排氣部
131‧‧‧開口部
132‧‧‧排氣口
133‧‧‧O型環
201‧‧‧貫通孔
231‧‧‧伸縮囊
232‧‧‧支承板
311‧‧‧擴散空間
312‧‧‧氣體供應路
313‧‧‧處理空間
314‧‧‧緣部
321‧‧‧氨供應路
322‧‧‧氯化鈦供應路
323‧‧‧螺栓
441‧‧‧分隔板
442‧‧‧上部側導入路
451‧‧‧連結部
511、512‧‧‧氣體吹出口
601‧‧‧流量調整部
602‧‧‧開閉閥
W‧‧‧基板(晶圓)
第1圖係本發明的成膜裝置之縱剖面圖。
第2圖係前述成膜裝置的局部放大縱剖面圖。
第3圖係設置於前述成膜裝置之頂板構件的立體圖。
第4(a)~(c)圖係設置於前述頂板構件之氣體分散器的剖面圖。
第5圖係顯示前述氣體分散器的其他例之剖面圖。
第6圖係顯示前述成膜裝置的作用之第1說明圖。
第7圖係顯示前述成膜裝置的作用之第2說明圖。
第8圖係顯示前述成膜裝置的作用之第3說明圖。
第9圖係顯示前述成膜裝置的作用之第4說明圖。
第10圖係顯示從設置於前述頂板構件之氣體吹出部供應氣體的樣子之說明圖。
第11圖係顯示環狀部所構成的周圍氣體供應部之其他例的俯視圖。
第12圖係其他例的成膜裝置之縱剖側視圖。
第13圖係再其他例的成膜裝置之縱剖側視圖。
第14圖係比較例的成膜裝置之縱剖側視圖。
第15(a)~(c)圖係顯示實施例及比較例的成膜結果之說明圖。
針對本發明的實施方式之成膜裝置的構造， 參照第1圖~第4圖、第10圖作說明。本成膜裝置，是用來在作為成膜對象之圓形基板、例如直徑300mm的晶圓W之表面，將可互相反應的氯化鈦(TiCl4)氣體(原料氣體)和氨(NH3)氣體(氮化氣體)交互供應而藉由ALD(MLD)法形成氮化鈦(TiN)膜的裝置。
第1圖、第2圖所示的成膜裝置，係具備處 理容器1、載置台(載置部)2以及頂板構件31。該處理容器1是由鋁等的金屬所構成之平面形狀大致呈圓形的真空容器，用來構成處理室；該載置台2設置於該處理容器1內，用來載置晶圓W；該頂板構件31設置成與載置台2相對向，在與載置台2之間形成處理空間313。在處理容器1的側面設有搬入出口11及閘閥12；該搬入出口11，是在與載置台2之間進行晶圓W的交接時，讓設置於外部的真空搬送路之晶圓搬送機構進入處理容器1內；該閘閥12是用來將該搬入出口11施以開閉。
在比前述搬入出口11更上部側的位置，以堆 疊在構成處理容器1的本體之側壁上的方式設置排氣導管13，該排氣導管13是鋁等的金屬所構成，是將縱剖面形狀呈角型的導管彎曲成圓環狀而構成。在排氣導管13的內周面，形成有沿圓周方向延伸之狹縫狀的開口部131，從處理空間313流出的氣體，透過該開口部131往排氣導管13內排氣。在排氣導管13的外壁面形成有排氣口132，該排氣口132與真空泵等構成的排氣部65連接。排氣口132、排氣部65相當於進行處理空間313內的真空 排氣之排氣部。
在處理容器1內，在前述排氣導管13的內側 位置配置載置台2。載置台2是比晶圓W大一圈之圓板所構成，例如由氮化鋁(AlN)、石英玻璃(SiO2)等的陶瓷、或鋁(Al)、赫史特合金(HASTELLOY，註冊商標)等的金屬所構成。在載置台2的內部，埋設有用來將晶圓W加熱至例如350℃~450℃的成膜温度之加熱器21。 又按照需要也能設有未圖示的靜電夾頭，該圖示靜電夾頭是用來將晶圓W固定在該載置台2的上面側之載置區域內。又在第1圖以外的縱剖面圖中，將加熱器21的記載予以省略。
在該載置台2設有覆蓋構件22，該覆蓋構件 22構成為在整個圓周方向覆蓋前述載置區域之外周側的區域、及載置台2的側周面。覆蓋構件22為例如氧化鋁等所構成，形成為上下端分別開口之概略圓筒形狀，其上端部在整個圓周方向朝內側沿水平方向彎曲。該彎曲部是被載置台2的周緣部施以卡止，該彎曲部的厚度尺寸比晶圓W的厚度尺寸(0.8mm)更厚，例如為1mm~5mm的範圍內之3mm。
在載置台2的下面側中央部連接著支承構件 23，該支承構件23貫穿載置台2的底面而朝上下方向延伸。該支承構件23的下端部，透過板狀的支承板232連接於昇降機構24，該支承板232是在處理容器1的下方側呈水平地配置。昇降機構24，是在交接位置(第1圖 中一點鏈線所記載)和處理位置之間讓載置台2昇降。該交接位置，是用來在與從搬入出口11進入的晶圓搬送機構之間進行晶圓W的交接；該處理位置位於該交接位置的上方側，用來對晶圓W進行成膜。
在讓該支承構件23貫穿之載置台2的底面和 支承板232之間，以將前述支承構件23從圓周方向的外部側覆蓋的方式設置伸縮囊231，該伸縮囊231是處理容器1內的氛圍與外部區隔，可伴隨支承板232的昇降動作而進行伸縮。
在載置台2的下方側設有例如3根支承銷 25，用來在與外部的晶圓搬送機構間進行晶圓W的交接將晶圓W從下面側施以支承並頂起。支承銷25，是與昇降機構26連接而成為昇降自如，透過沿上下方向貫穿載置台2之貫通孔201從載置台2的上面出沒，藉此在與晶圓搬送機構之間進行晶圓W的交接。
在排氣導管13的上面側，以封閉圓形開口的 方式設有圓板狀的支承板32，在排氣導管13和支承板32之間設置用來將處理容器1內保持氣密之O型環133。在支承板32的下面側設置金屬製的頂板構件31，該頂板構件31是用來對後述的處理空間313供應反應氣體、置換氣體，頂板構件31藉由螺栓323固定於支承板32。
在頂板構件31的下面側形成有凹部，該凹部 之中央側的區域形成平坦。在該平坦區域的外周側，形成有從中央側朝外周側漸擴的形狀之傾斜面。在該傾斜面之 外側設置平坦的緣部314。
當載置台2上昇至處理位置時，頂板構件31 配置成，使設置於載置台2之覆蓋構件22的上面和緣部314的下面隔著間隙互相對向。頂板構件31的凹部和載置台2的上面所包圍的空間，成為對晶圓W進行成膜之處理空間313。設有前述凹部之頂板構件31是構成本成膜裝置的頂部。
又如第2圖所示般，將處理位置的高度位置 設定成，在頂板構件31之緣部314的下面和覆蓋構件22之彎曲部的上面之間形成高度h的間隙。前述排氣導管13之開口部131朝向該間隙開口。緣部314和覆蓋構件22之間隙的高度h例如設定成0.2mm~10.0mm的範圍內之0.5mm。
將頂板構件31從下方側以平面觀察時，是在 凹部的中央部設有用來往處理空間313內吹出氣體之中央氣體吹出部4b，又在該中央氣體吹出部4b的周圍，例如將8個氣體分散部4a隔著間隔呈圓環狀配置。在本成膜裝置，該等中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a，是由具有共通構造之氣體分散器4所構成。以下，參照第4(a)~(c)圖的剖面圖來說明氣體分散器4的構造。在此，第4(a)~(c)圖係顯示藉由後述周圍氣體供應部5覆蓋之氣體分散部4a的剖面圖，本例的中央氣體吹出部4b，除了未被周圍氣體供應部5覆蓋這點以外，是具備與氣體分散部4a共通的構造。
如第4(b)圖所示，氣體分散器4係具備內 部呈中空之圓筒形狀的頭部41、及迴旋流形成部40；該迴旋流形成部40，是以將頭部41的上面側所形成的開口予以封閉的方式設置在頭部41上，用來使氣體成為迴旋流而導入頭部41內。
頭部41是扁平圓筒形狀的金屬製構件，以從 頂板構件31的下面朝下方側突出的方式設置於前述凹部內。在圓筒形狀的頭部41的側面，形成有在圓周方向隔著間隔而設置之複數個氣體吹出口42。氣體吹出口42較佳為設置例如3個以上，在本例是設置8個。此外，頭部41的下面被封閉而未設置氣體吹出口42，另一方面，頭部41的上面側形成開口而與迴旋流形成部40連接。
迴旋流形成部40，是在筒狀的外筒部43的內 側配置直徑比該外筒部43小之內筒部44而構成之二層圓筒形狀的金屬製構件，外筒部43的下端部和內筒部44的下端部是藉由連結部451來連結。此外，內筒部44的上端部以比外筒部43的上端部更往上方側伸出的方式形成突出。另一方面，在頂板構件31側設有：沿著內筒部44的上端部、外筒部43的外面形狀而形成之插入孔。
而且，藉由將外筒部43及內筒部44插入頂 板構件31的插入孔內，在事先設定的位置配置各氣體分散器4。例如在外筒部43的外周面和前述插入孔的內周面分別攻設未圖示的雄螺紋、雌螺紋，藉此使插入孔內所插入的外筒部43被頂板構件31施以支承、固定。
內筒部44的上面是朝頂板構件31內所形成 的氣體供應路312開口，透過該開口部往內筒部44內讓氣體流入。另一方面，在與內筒部44的下端部距離內筒部44長度方向3分之1左右的上方側高度位置設有分隔板441，藉此使流入內筒部44內的氣體不致直接往頭部41流出。
在分隔板441的上方側之內筒部44的壁部設 有：用來對內筒部44和外筒部43之間所形成的環狀空間45導入氣體之上部側導入路442。環狀空間45，是由內筒部44的外周面、外筒部43的內周面、連結部451的上面、及插入孔的壁面(頂板構件31)所包圍的空間，從氣體供應路312透過上部側導入路442將氣體導入環狀空間45內。
在前述分隔板441的下方側之內筒部44的壁 部形成有下部側導入路46，該下部側導入路46用來將環狀空間45內的氣體導入分隔板441的下方側。如第4(a)圖之形成有下部側導入路46之A-A’位置的橫剖面所示般，下部側導入路46以沿著內筒部44的內壁之切線方向將氣體導入的方式例如形成4條。從下部側導入路46進入內筒部44內的氣體，沿著內筒部44的內壁在分隔板441下方側的空間流動，藉此形成迴旋流。在此，在第4(a)圖的橫剖面圖，上部側導入路442之形成位置以虛線表示。又下部側導入路46也能不設置複數條，例如僅利用1條下部側導入路46，沿著內筒部44的內壁之 切線方向導入氣體也能形成迴旋流。
在分隔板441下方側的內筒部44，形成有往 下方側逐漸擴大之漸擴形狀的導引壁47，從下部側導入路46導入之氣體的迴旋流，經由該導引壁47導引而使其直徑逐漸擴大並流入頭部41內。結果，流入頭部41內的氣體，如第4(c)圖所示般沿著氣體吹出口42的排列方向在頭部41之側壁的內側迴旋，而從各氣體吹出口42朝橫向均一地吹出氣體。又不一定要在氣體分散器4設置迴旋流形成部40，例如第5圖所示般從氣體供應路312之下端的開口部直接朝頭部41內導入氣體亦可。
具備上述構造之氣體分散器4，如第3圖、第 10圖所示般，是構成在中央部設有1個之中央氣體吹出部4b、以及8個氣體分散部4a，該等8個氣體分散部4a，以沿圓周方向包圍該中央氣體吹出部4b的方式互相隔著間隔呈圓環狀。而且呈圓環狀配置之氣體分散部4a，是被共通的周圍氣體供應部5所覆蓋。在本例雖是設有8個氣體分散部4a，但氣體分散部4a只要至少設有3個即可。
周圍氣體供應部5，是具備該周圍氣體供應部 5之內周壁52及外周壁53之扁平的二層圓筒狀構件(環狀部)，藉由該等內周壁52和外周壁53包夾之空間的下面，是被底板54封閉。另一方面，藉由內周壁52和外周壁53包夾之空間的上面形成開口，內周壁52的上端及外周壁53的上端部分別插入頂板構件31的下面側所形成之 槽部內。例如在內周壁52之上端部的內周面、外周壁53之上端部的外周面攻設雄螺紋，在讓該等內周壁52、外周壁53的上端部插入之槽部攻設雌螺紋，藉此使插入槽部內之內周壁52及外周壁53藉由頂板構件31施以支承、固定。
如第3圖、第10圖所示般，內周壁52及外 周壁53形成為，使藉由該等周壁52、53包夾的空間之平面形狀成為與氣體分散部4a呈圓環狀配置的區域相對應的形狀。而且，將周圍氣體供應部5安裝於頂板構件31的下面，藉此在中空狀的周圍氣體供應部5的內側(內周壁52、外周壁53、底板54及頂板構件31所包圍的空間內)配置各氣體分散部4a(第2圖、第4(b)圖)。
如第3圖、第4(b)圖、第10圖所示般，在 內周壁52、外周壁53，在藉由頂板構件31支承之基端部側(上部側)的位置，沿著各周壁52、53的圓周方向互相隔著間隔地形成有複數個橫向延伸之狹縫狀的氣體吹出口511、512。從各氣體分散部4a流入周圍氣體供應部5內的氣體，在該周圍氣體供應部5內擴散，從各氣體吹出口511、512橫向地吹出而流入處理空間313。
在此如第2圖所示般，從中央氣體吹出部4b 的中心起算，將到周圍氣體供應部5的內周壁52之水平方向距離設定為x1、到外周壁53之水平方向距離設定為x2(x2>x1)、將晶圓W半徑設定為r時，較佳為以x1/r值在0.13~0.6的範圍、x2/r值在0.26~0.73的範圍的方式 構成周圍氣體供應部5。當x1/r值比0.13小、或x2/r值比0.26小的情況，晶圓W中心部的氣體濃度變得過高而不理想。此外，當x1/r值比0.6大、或x2/r值比0.73大的情況，晶圓W周邊部的氣體濃度變得過高而不理想。從分別設置於中央氣體吹出部4b、周圍氣體供應部5之內周壁52側、外周壁53側之氣體吹出口42、511、512，在晶圓W直徑方向上分開的位置將氣體吹出，藉此能以廣範圍均一地供應氣體。
此外，從載置台2上之晶圓W上面起算，到 中央氣體吹出部4b之氣體吹出口42的高度t1、到周圍氣體供應部5之氣體吹出口511、512的高度t2設定成10~50mm左右，更佳為15~20mm左右。若該高度比50mm大，會使氣體置換效率降低，另一方面當比10mm小時，中央氣體吹出部4b及周圍氣體供應部5之設置空間消失，或在處理空間313內不容易讓氣體流動。
在設有中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a之 頂板構件31，如第2圖所示般，形成用來對各氣體分散器4(中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a)供應氣體之氣體供應路312。該等氣體供應路312，與頂板構件31的上面和支承板32的下面之間所形成的氣體之擴散空間311連接。
如第1圖所示般，在支承板32形成有：用來 對前述擴散空間311供應氨氣及置換用的氮氣之氨供應路321、及用來對擴散空間311供應氯化鈦氣體及置換用的 氮氣之氯化鈦供應路322。氨供應路321及氯化鈦供應路322是透過配管與氨氣供應部62、氯化鈦氣體供應部64連接，該等配管分別在中途分歧而與氮氣供應部61、63連接。在各配管設有：進行氣體的供給或切斷之開閉閥602、以及進行氣體供應量調整之流量調整部601。又為了圖示方便，第1圖中將氮氣供應部61、63分別表示，但其等也能使用共通的氮氣供應源。
具有以上所說明的構造之成膜裝置，如第1 圖所示般與控制部7連接。控制部7，例如由具備未圖示的CPU及記憶部之電腦所構成，記憶部所記錄的程式，包含用來控制成膜裝置的作用之步驟(指令)群，該成膜裝置的作用，是讓載置台2上所載置的晶圓W上昇至處理位置，在處理空間313內以事先決定的順序供應反應氣體及置換用的氣體而進行TiN的成膜，再將進行成膜後的晶圓W搬出。該程式例如儲存於硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡等的記憶媒體，而透過該從記憶媒體安裝於電腦。
接著，針對本成膜裝置的作用，參照第6圖~ 第10圖作說明。首先，事先將處理容器1內減壓至真空氛圍後，讓載置台2下降至交接位置。接著，將閘閥12打開，使晶圓搬送機構之搬送臂進入，在與支承銷25之間進行晶圓W的交接。然後，讓支承銷25下降，在藉由加熱器21加熱至前述的成膜温度後之載置台2上載置晶圓W。
接著，將閘閥12關閉，讓載置台2上昇至處 理位置，並將處理容器1內的壓力進行調整後，從氯化鈦氣體供應部64供應氯化鈦氣體(第6圖)。所供應的氯化鈦氣體，透過氯化鈦供應路322→擴散空間311→氣體供應路312而往各氣體分散部4a、中央氣體吹出部4b流入。
流入中央氣體吹出部4b內之氯化鈦氣體，透 過氣體吹出口42供應給處理空間313。另一方面，流入各氣體分散部4a內之氯化鈦氣體，透過頭部41往周圍氣體供應部5內流入，進一步透過在周圍氣體供應部5所形成的氣體吹出口511、512供應給處理空間313內。
供應給處理空間313之氯化鈦氣體，從頂板 構件31的中央部側朝外周部側而在處理空間313沿徑向呈放射狀擴散。此外，在處理空間313內流動的氯化鈦氣體，也朝下方側擴散，當與載置台2上的晶圓W表面接觸時，氯化鈦氣體會被晶圓W吸附。而且，在處理空間313內流動而到達緣部314和覆蓋構件22間的間隙之氯化鈦氣體，從該間隙往處理容器1內流出後，透過排氣導管13往外部排出。
接著，將氯化鈦氣體的供應停止，並從氮氣 供應部63供應置換用的氣體、即氮氣(第7圖)。氮氣，通過與氯化鈦氣體同樣的路徑供應給處理空間313內，將該路徑及處理空間313內的氯化鈦氣體置換成氮氣。
然後，將氮氣的供應停止，並從氨氣供應部 62供應氨氣(第8圖)。所供應的氨氣，透過氨供應路321→擴散空間311→氣體供應路312而往各氣體分散部4a、中央氣體吹出部4b流入。而且，從中央氣體吹出部4b是直接地、但從氣體分散部4a則是透過周圍氣體供應部5往處理空間313內供應氨氣這點，是與氯化鈦氣體的情況相同。
在處理空間313內流動的氨氣到達晶圓W表 面時，先將晶圓W上所吸附的氯化鈦氣體成分予以氮化而形成氮化鈦。然後，將氣體供應路312所供應的氣體切換成來自氮氣供應部61之置換用的氮氣，將氨氣的供應路徑及處理空間313內的氨氣置換成氮氣(第9圖)。
如此，依氯化鈦氣體→氮氣→氨氣→氮氣的順 序反覆供應反應氣體(氯化鈦氣體、氨氣)和置換用的氣體(氮氣)，藉此在晶圓W的表面積層氮化鈦(TiN)的分子層，而形成氮化鈦的膜。
接著，參照第10圖，說明該等反應氣體、置 換用的氣體供應時之中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a及周圍氣體供應部5的作用。首先，從氣體供應路312供應給中央氣體吹出部4b之氣體，從沿頭部41的圓周方向隔著間隔而設置之複數個氣體吹出口42，朝橫向外側對處理空間313內均一地吹出。
另一方面，從氣體供應路312供應給各氣體 分散部4a之氣體，與中央氣體吹出部4b的情況同樣地從沿著頭部41的圓周方向隔著間隔而設置之氣體吹出口 42，朝橫向外側往周圍氣體供應部5內均一地流出。
往周圍氣體供應部5內流出的氣體，在該周 圍氣體供應部5的空間內擴散，從沿著內周壁52(內周面)的圓周方向隔著間隔而設之氣體吹出口511，朝配置有中央氣體吹出部4b的方向橫向且均一地將氣體吹出。 又從沿著外周壁53(外周面)的圓周方向隔著間隔而設之氣體吹出口512，朝晶圓W的外周側橫向且均一地將氣體吹出。
第10圖，在將頂板構件31從下面側觀察 時，將從中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a及周圍氣體供應部5吹出氣體的樣子以虛線表示，又將配置在該頂板構件31的下方側之晶圓W的外緣以一點鏈線表示。根據與晶圓W的位置關係作說明，中央氣體吹出部4b配置在載置台2上之晶圓W的中央部的上方，從該位置朝橫向外側將氣體吹出。周圍氣體供應部5，在比晶圓W的中央部更外周側的部位之上方，且在比該晶圓W的周緣上方更靠中央的位置，內周面(內周壁52)側之氣體吹出口511朝晶圓W的中央部側橫向地將氣體吹出，外周面(外周壁53)側的氣體吹出口512朝晶圓W的外周側橫向地將氣體吹出。
如此般，在處理空間313，從設置於晶圓W 的徑向上互相分開的位置之中央氣體吹出部4b、包圍該中央氣體吹出部4b之周圍氣體供應部5分散而均一地供應氣體。而且，藉由如此般從多數個氣體吹出口42、 511、512分散且橫向地供應氣體，在反應氣體(氯化鈦氣體、氨氣)的情況，使從各氣體吹出口42、511、512吹出的氣體流量變小。結果，到達晶圓W表面時之反應氣體的流速降低，而使膜厚的面內均一性提高。
另一方面，在置換用的氣體(氮氣)的情 況，藉由對於處理空間313內的容量供應充分的流量，以事先分散於寬廣區域的狀態供應氣體，因此能將處理空間313內的反應氣體迅速排除而與置換用的氣體進行置換。
如此般將氯化鈦氣體的供應和氨氣的供應例 如反覆進行數十次~數百次，形成期望膜厚的氮化鈦膜之後，供應置換用的氮氣而將最後的氨氣排出後，讓載置台2下降至交接位置。接著將閘閥12打開而使搬送臂進入，以與搬入時相反的順序從支承銷25將晶圓W交接給搬送臂，將成膜後的晶圓W搬出後，等待下個晶圓W之搬入。
依據本實施方式的成膜裝置具有以下的效 果。從配置於晶圓W的中央部上方之中央氣體吹出部4b朝橫向外側將氣體吹出，又從周圍氣體供應部5，以平面觀察時朝晶圓W的外周側及中央部側分別橫向地將氣體吹出；該周圍氣體供應部5，是在比前述中央部更外周側的上方，且在比晶圓W的周緣上方更靠中央的位置，配置成包圍中央氣體吹出部4b。結果，能對頂板構件31的下方側之處理空間313內均一地供應低速的反應氣體，而將面內均一性高的膜形成在晶圓W上。
在此如第11圖所示的例子般，周圍氣體供應 部5a也能構成為，將在圓周方向被分割之平面形狀呈扇型的分割單元50沿圓周方向排列成環狀。此外，第10圖和第11圖雖顯示將該等周圍氣體供應部5、5a設置在1個假想圓的圓周上的例子，但也能將該等周圍氣體供應部5、5a呈同心圓狀配置複數個，在各周圍氣體供應部5、5a內將複數個氣體分散部4a配置成圓環狀。
又作為周圍氣體供應部5、5a，設置扁平的二 層圓筒狀構件(環狀部)並非必須要件，如第12圖的成膜裝置所示般，將氣體分散部4a在處理空間313內以露出的狀態設置亦可，該氣體分散部4a以將中央氣體吹出部4b沿圓周方向包圍的方式互相隔著間隔呈圓環狀配置。在此情況，該等氣體分散部4a相當於周圍氣體供應部5。此外，相反地，不在周圍氣體供應部5的內側設置氣體分散部4a，而從氣體供應路312的下端之開口部直接朝周圍氣體供應部5內部的空間供應氣體亦可(第13圖)。
此外，設置於氣體分散器4的頭部41之吹出 口42的構造，並不限定於第4圖所例示者。例如在頭部41的側面形成朝圓周方向延伸之1條狹縫，將該頭部41的側面用網狀構件覆蓋，使用各網眼作為氣體吹出口亦可。再者，中央氣體吹出部4b是由複數個氣體分散器4所構成亦可，在晶圓W的中央部上方且在周圍氣體供應部5的內側之集中區域配置複數個氣體分散器4，藉此來 構成中央氣體吹出部4b亦可。
此外，在氣體分散器4設置頭部41也非必須 要件，僅使用第4(a)、(b)圖所示之迴旋流形成部40來構成氣體分散器亦可。使用如此般僅由迴旋流形成部40構成的氣體分散器作為中央氣體吹出部的情況，從下部側導入路46的出口(氣體)吹出之氣體，一邊形成迴旋流一邊朝橫向外側擴散。又使用該氣體分散器(迴旋流形成部40)作為未設置環狀部之周圍氣體供應部的氣體分散部的情況，從以包圍中央氣體吹出部的方式互相隔著間隔而配置之複數個氣體分散器各個，一邊形成迴旋流一邊將氣體吹出。而且，使各迴旋流的氣體朝橫向擴散而合流，以平面觀察時朝晶圓W的外周側及中央部側使氣體擴散。在這些情況，迴旋流形成部40之下端的開口成為氣體吹出口。
此外，關於頂板構件31的形狀也不限定於第 1圖、第2圖等所示的例子，例如在凹部的中央不設置平坦的區域，在從凹部的中心朝周緣擴大的傾斜面設置周圍氣體供應部5亦可。此外，當然也能使用未形成緣部314之頂板構件31。
再者，在本發明的成膜裝置，除前述之TiN 膜的成膜以外，也能進行含有金屬元素的膜之成膜，該金屬元素例如為周期表中第3周期的元素、即Al、Si等，周期表中第4周期的元素、即Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge等，周期表中第5周期的元素、即Zr、 Mo、Ru、Rh、Pd、Ag等，周期表中第6周期的元素、即Ba、Hf、Ta、W、Re、lr、Pt等的元素。作為讓晶圓W表面吸附之金屬原料，可舉出使用該等金屬元素的有機金屬化合物、無機金屬化合物等作為反應氣體(原料氣體)的情況。作為金屬原料的具體例，除上述TiCl4以外，還能舉出BTBAS((雙三級丁胺)矽烷)、DCS(二氯矽烷)、HCD(六氯二矽烷)、TMA(三甲基鋁)、3DMAS(三(二甲胺)矽烷)等。
此外，讓晶圓W表面上所吸附的原料氣體反 應而獲得期望的膜之反應，也能利用：例如利用O2、O3、H2O等之氧化反應，利用H2、HCOOH、CH3COOH等的有機酸、CH3OH、C2H5OH等的醇類等之還原反應，利用CH4、C2H6、C2H4、C2H2等之碳化反應，利用NH3、NH2NH2、N2等之氮化反應等的各種反應。
再者，作為反應氣體，也能使用3種反應氣 體或4種反應氣體。例如使用3種反應氣體的情況的例子，在將鈦酸鍶(SrTiO3)實施成膜的情況，例如使用作為Sr原料之Sr(THD)2(雙(四甲基庚二酮)鍶)、作為Ti原料之Ti(OiPr)2(THD)2(二異丙醇-雙(四甲基二酮)鈦)、作為其等的氧化氣體之臭氧氣體。在此情況，依Sr原料氣體→置換用的氣體→氧化氣體→置換用的氣體→Ti原料氣體→置換用的氣體→氧化氣體→置換用的氣體的順序切換氣體。此外，作為進行成膜處理的基板，雖是針對圓形的晶圓W作說明，但本發明也能適用於例如矩形的 玻璃基板(LCD用基板)。
[實施例] (實驗)
使用具備不同型式的頂板構件31之成膜裝置，對處理空間313內供應氯化鈦氣體和氨氣而進行氮化鈦膜的成膜，測定其面內均一性。
A.實驗條件 (實施例1)
如第2圖、第10圖所示般，使用具備中央氣體吹出部4b、氣體分散部4a、及環狀部所構成的周圍氣體供應部5之頂板構件31，進行氮化鈦膜的成膜。所成膜之膜的膜厚藉由分光橢偏式的膜厚計進行測定，依下述(1)式計算面內均一性(M-m值)。
(M-m值)={(最大膜厚(M值)-最小膜厚(m值))/(2×平均膜厚)}×100(%)…(1)
(實施例2)
如第12圖所示般，使用頂板構件31進行氮化鈦膜的成膜，依據與實施例1同樣的手法計算面內均一性，該頂板構件31，作為周圍氣體供應部5並未設置環狀部，而是配置中央氣體吹出部4b、及氣體分散部4a所構成的周 圍氣體供應部5。將頂板構件31以平面觀察時之氣體分散部4a的配置，是與第10圖所示的氣體分散部4a相同。
(比較例1)
如第14圖所示般，使用具備朝下面側的中央部開口之1條氣體供應路312之頂板構件31進行成膜，依據與實施例1同樣的手法計算面內均一性。
B.實驗結果
實施例1、2及比較例1所成膜之膜的膜厚之移位分別如第15(a)~(c)圖所示。各圖的橫軸表示晶圓W之直徑方向的位置，縱軸表示M-m值、即膜厚的相對變化。
第15(a)、(b)圖所示的結果，在環狀部構成的周圍氣體供應部5內配置氣體分散部4a之實施例1，M-m值為2.2%；另一方面，將氣體分散部4a呈圓環狀配置而構成周圍氣體供應部5之實施例2，M-m值為4.1%，都能達成5%以內的高面內均一性。此外，將實施例1和實施例2作比較時，在周圍氣體供應部5的內側配置氣體分散部4a之實施例1的面內均一性較高。
另一方面可確認，從設置於頂板構件31的中央部之開口供應氣體之比較例1，供應氣體之開口部的下方位置之膜厚最厚，隨著朝晶圓W的外周側其膜厚急劇 變薄而具有山狀的膜厚分布。而且，比較例1的M-m值為11%，是要求值(5%)的2倍以上。這是因為，在反應氣體高速到達晶圓W的區域、和其外側的區域之間，原料氣體的吸附量發生改變。
2‧‧‧載置台(載置部)
4‧‧‧氣體分散器
4a‧‧‧氣體分散部
4b‧‧‧中央氣體吹出部
5‧‧‧周圍氣體供應部
22‧‧‧覆蓋構件
31‧‧‧頂部
32‧‧‧支承板
42‧‧‧氣體吹出口
52‧‧‧內周壁
53‧‧‧外周壁
311‧‧‧擴散空間
312‧‧‧氣體供應路
313‧‧‧處理空間
314‧‧‧緣部
321‧‧‧氨供應路
322‧‧‧氯化鈦供應路
511、512‧‧‧氣體吹出口
W‧‧‧基板(晶圓)

Claims (8)

  1. 一種成膜裝置，是對於處於真空氛圍之處理室內的基板依序供應可互相反應的複數種的反應氣體，在一種反應氣體的供應和下一種反應氣體的供應之間供應置換用的氣體而進行成膜處理，其特徵在於，係具備：載置部，設置於前述處理室，用來載置基板；頂部，設置成與前述載置部相對向，具有從中央朝外周漸擴的形狀之傾斜面構造；排氣部，用來進行前述處理室內的真空排氣；中央氣體吹出部，配置於在前述載置部上所載置的基板的中央部上方，形成有用來朝橫向外側將氣體擴散之氣體吹出口；以及周圍氣體供應部，在比前述基板之中央部更外周側的部位的上方且在比該基板的周緣上方更靠中央的位置，配置成包圍前述中央氣體吹出部；前述周圍氣體供應部具有複數個氣體吹出口，該等複數個氣體吹出口以平面觀察時朝基板的外周側及中央部側分別橫向地將氣體擴散的方式沿圓周方向形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，前述中央氣體吹出部的氣體吹出口，以朝橫向外側將氣體吹出的方式沿圓周方向形成。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，前述周圍氣體供應部的氣體吹出口形成為，朝前述基板的外周側及中央部側分別橫向地將氣體吹出。
  4. 如申請專利範圍第3項之成膜裝置，其中，前述周圍氣體供應部，具備以包圍前述中央氣體吹出部的方式形成為環狀之環狀部；前述氣體吹出口，是在該環狀部之內周面側及外周面側各個沿圓周方向隔著間隔而形成。
  5. 如申請專利範圍第4項之成膜裝置，其中，前述環狀部形成為中空狀，在該環狀部內具備沿圓周方向隔著間隔而設置之複數個氣體分散部。
  6. 如申請專利範圍第5項之成膜裝置，其中，前述各氣體分散部具備複數個氣體吹出口，該等複數個氣體吹出口，是沿該氣體分散部的圓周方向隔著間隔而設置，用來朝前述環狀部內讓氣體流出。
  7. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，前述周圍氣體供應部，是以包圍前述中央氣體吹出部的方式互相隔著間隔而配置之複數個氣體分散部所構成，前述氣體吹出口是沿著各氣體分散部的圓周方向隔著間隔形成有複數個。
  8. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，前述中央氣體吹出部或氣體分散部，係具備頭部及迴旋流形成部；該頭部，是從前述頂部朝處理室內突出，沿圓周方向隔著間隔形成有複數個氣體吹出口；該迴旋流形成部，是用來在該頭部內形成沿前述氣體吹出口的排列方向迴旋之氣體迴旋流。
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