成膜装置和成膜方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在真空气氛中在基板上形成氧化膜的成膜装置和成膜方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体装置的制造工序中，有时进行使作为基板的半导体晶圆（以下称作"晶 圆"）的表面氧化的工艺。以往，用于进行这样的氧化的技术是公知的。
【发明内容】
[0003] 发明要解决的问题
[0004] 另外，作为进行所述氧化的工艺，公知有例如ALD (Atomic Layer Deposition :原 子层沉积），有时使用该ALD来进行在晶圆的表面上形成硅氧化物（SiO2)等的薄膜的处理。 在用于进行这样的ALD的成膜装置中，在其内部设为真空气氛的处理容器（真空容器）内 设有晶圆的载置部。并且，交替地多次重复向被载置的晶圆供给含有硅的原料的原料气体 和使吸附在晶圆上的原料氧化。
[0005] 通过如下方式进行所述原料的氧化：向晶圆供给氧、臭氧等氧化气体或向晶圆供 给氢和氧而产生氧自由基，从而在真空容器内形成氧的等离子体。但是，在供给所述氧化气 体的情况下，需要将晶圆加热到较高的温度，以便使该氧化气体与所述原料发生化学反应。 另外，在要产生氧自由基的情况下，为了产生该自由基，同样地需要将晶圆加热到较高的温 度。在使用所述氧等离子体的情况下，即使在室温条件下，也能够使堆积在晶圆上的原料气 体的成分氧化，但包括离子、电子的等离子体活性种的直行性会使晶圆的图案的平面部的 膜质与晶圆的图案的侧面部的膜质不同，使侧面部的膜质劣于平面部的膜质。根据这样的 理由，难以应对微细图案。
[0006] 为此，以往，在成膜装置中设置了加热器等加热机构。但是，如此设置加热机构会 使装置的制造成本、运转成本升高，且在将晶圆输入到真空容器中之后，在对该晶圆进行加 热而使其达到规定温度之前无法进行所述原料的氧化，从而难以谋求处理时间的短缩化。 另外，以往，公知有能够在室温条件下进行所述氧化的主旨。但是，在该方法中，由于在进行 氧化时的链式分解反应，会使处理容器内产生急剧的压力上升。具体而言，处理容器内的 压力增加至反应前的压力的20倍~30倍。因而，难以实际应用于成膜装置。另外，以往， 公知通过向减压气氛供给氧气、氮气以及氢气并进行混合而产生反应种（原子状态的氧）。 但是，为了生成该原子状态的氧，要利用加热器使供给有各气体的气氛的温度为400°C~ 1200°C，因此，不能解决所述问题。
[0007] 本发明提供如下一种技术：在重复进行包括使原料吸附在基板上和使该原料氧化 的循环而在所述基板上形成氧化膜的过程中，在不使用对基板进行加热的加热机构的情况 下就能充分地进行所述氧化而获得良好性质的氧化膜，并能够防止处理容器内的压力过度 上升。
[0008] 用于解决问题的方案
[0009] 本发明提供一种成膜装置，其用于在形成于真空容器内的真空气氛中在基板的表 面上层叠氧化物的分子层而形成薄膜，其中，该成膜装置包括：原料气体供给部，其为了使 原料吸附在所述真空容器内的基板上而向该基板供给含有所述原料的原料气体；气氛气体 供给部，其用于供给气氛气体，该气氛气体用于形成具有在所述真空容器内引起链式分解 反应的浓度以上的浓度的臭氧的臭氧气氛；能量供给部，其用于通过向所述臭氧气氛供给 能量来使所述臭氧强制地分解而产生氧的活性种，利用该活性种来使吸附在所述基板的表 面上的原料氧化而获得所述氧化物；控制部，其输出控制信号，以便多次重复进行包括所述 原料气体的供给、所述气氛气体的供给、以及能量供给的循环；缓冲区域，其以与所述真空 容器相连接的方式设置，并向该缓冲区域供给非活性气体，以便缓和所述臭氧的分解所导 致的所述真空容器内的压力上升；以及划分机构，其用于在向所述真空容器供给所述气氛 气体时将该真空容器与所述缓冲区域划分开并在产生所述臭氧的分解时使所述缓冲区域 与所述真空容器相连通。
[0010] 本发明提供一种成膜方法，在该成膜方法中，在形成于真空容器内的真空气氛中 在基板的表面上层叠氧化物的分子层而形成薄膜，其中，该成膜方法包括：多次重复工序， 在该多次重复工序中多次进行包括原料气体供给工序、气氛气体供给工序以及能量供给工 序的循环，在该原料气体供给工序中，为了使原料吸附在所述真空容器内的基板上而向该 基板供给含有所述原料的原料气体，在该气氛气体供给工序中，供给气氛气体，该气氛气体 用于形成具有在所述真空容器内引起链式分解反应的浓度以上的浓度的臭氧的臭氧气氛， 在该能量供给工序中，通过向所述臭氧气氛供给能量来使所述臭氧强制地分解而产生氧的 活性种，利用该活性种来使吸附在所述基板的表面上的原料氧化而获得所述氧化物；非活 性气体供给工序，在该非活性气体供给工序中，向为了缓和所述臭氧的分解所导致的所述 真空容器内的压力上升而设置的缓冲区域供给非活性气体；以及连通工序，在该连通工序 中，在产生所述臭氧的分解时，使在向所述真空容器供给所述气氛气体时相对于该真空容 器被划分开的所述缓冲区域与所述真空容器相连通。
[0011] 附图是作为本说明书的一部分而引入的，其表示本发明的实施方式，该附图连同 所述通常的说明和后述的实施方式的详细内容一起来说明本发明的技术方案。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的第1实施方式的成膜装置的纵剖视图。
[0013] 图2是所述成膜装置的载物台的俯视图。
[0014] 图3是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0015] 图4是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0016] 图5是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0017] 图6是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0018] 图7是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0019] 图8是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0020] 图9是表不所述成I旲处理时的晶圆的状态的不意图。
[0021] 图10是表示所述成膜处理时的晶圆的状态的示意图。
[0022] 图11是表示所述成膜处理时的晶圆的状态的示意图。
[0023] 图12是表不所述成I旲处理时的晶圆的状态的不意图。
[0024] 图13是表示所述成膜处理时的晶圆的状态的示意图。
[0025] 图14是表示所述成膜处理时的晶圆的状态的示意图。
[0026] 图15是本发明的第2实施方式的成膜装置的纵剖视图。
[0027] 图16是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0028] 图17是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0029] 图18是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0030] 图19是表示利用第3实施方式的成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0031] 图20是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0032] 图21是表示利用所述成膜装置进行的成膜处理的工序图。
[0033] 图22是表示评价试验的结果的图表。
[0034] 图23是表示评价试验的结果的图表。
【具体实施方式】
[0035] 以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。在下述详细的说明中，为了能够充分地理 解本发明而记载很多具体的详细内容。然而，不言自明，在没有这样的详细说明的情况下本 领域的技术人员也能够获得本发明。在其他例子中，为了避免难以理解各种实施方式，没有 详细地示出公知的方法、步骤、系统、构成要件。
[0036] 第1实施方式
[0037] 参照图1的纵剖视图来说明本发明的第1实施方式的成膜装置1。在该成膜装置1 中，利用ALD在作为基板的晶圆W上形成氧化硅膜。在图中，附图标记11是圆形的载物台， 将晶圆W水平地载置在载物台的表面上。在载物台11的表面上设有有盖的圆筒状的罩12， 罩12能够覆盖载物台11上的整个晶圆W。由载物台11和罩12来构成真空容器13。形成 于真空容器13的内部的处理空间14在晶圆W的处理中被排气而设为真空气氛。所述处理 空间14不会受到来自该空间的外部的加热和冷却、即为室温，后述的各反应均在室温条件 下进行。
[0038] 以包围真空容器13的方式在成膜装置1中设有外侧容器15。外侧容器15内的空 间构成为缓冲区域16,如后所述，缓冲区域16具有