CN104681386B - 衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法，本发明提供能够抑制副产物的发生并能够提高衬底的面内均匀性的衬底处理装置、衬底处理方法及半导体制造装置的制造方法。所述衬底处理装置具有：处理衬底的处理室；气体供给部，具有在所述处理室内将处理衬底的处理气体分别独立地供给到所述衬底的中心部和所述衬底的周缘部的气体供给孔；对所述处理室内进行排气的排气部；和控制部，以将从所述气体供给部供给的处理气体供给到所述衬底的周缘部之后、再供给到所述衬底中心部的方式控制所述气体供给部。

Description

衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法。
背景技术
近年，闪存等半导体器件处于高集成化的倾向。随之，图案尺寸显著地微型化。形成这些图案时，存在作为制造工序的一工序而实施对衬底进行氧化处理或氮化处理等规定处理的工序的情况。
作为形成上述图案的方法之一，存在如下工序，在电路之间形成槽，并在槽中形成内衬膜(liner film)或布线。该槽伴随近年的微型化而以高的纵横比构成。
形成内衬膜等时，在槽的上部侧面、中部侧面、下部侧面、底部中，也谋求形成膜厚没有偏差的良好的阶梯覆盖(step coverage)的膜。这是因为，通过采用良好的阶梯覆盖的膜，能够使半导体设备的特性在槽间变得均匀，由此，能够抑制半导体设备的特性偏差。
这里，为处理高的纵横比的槽，尝试加热气体进行处理和使气体成为等离子体状态进行处理，但形成具有良好的阶梯覆盖性的膜是困难的。
作为形成上述膜的方法，有使至少两种处理气体反应并形成膜的CVD(ChemicalVapor Deposition)法和ALD(Atomic Layer Deposition)法等。
这里，由于需要使半导体设备的特性变得均匀，所以形成薄膜时，需要对于衬底面内均匀地供给气体。为实现其，开发了能够从衬底的处理面均匀地供给气体的单片式装置。在该单片式装置中，为了更均匀地供给气体，例如在衬底上设置具有缓冲室的喷头。
以往，开发了如下技术：通过使被处理体的支承体和喷头部的直径相同地构成，来使通过成膜被消耗的处理气体的量和从头部供给到处理空间的处理气体的量在单位面积中变得均等，从而使成膜的面内均匀性提高的技术；使用喷头蚀刻衬底上的Poly-Si层的情况下，以使气体不会因喷头和载置衬底的下部电极之间的距离而扩散的方式，使气体导入部的形状成为向处理室内突出的突起状，进一步朝向相互不同的方向开口地设置多个气体导入孔的技术；为防止由喷射机构即喷射孔的堵塞的发生而导致的衬底上的膜厚均匀性恶化，设置将处理气体向沿与衬底表面垂直的轴向被供给处理气体的第一区域供给的轴上喷射供给孔、和将处理气体向沿倾斜方向供给气体的第二区域供给的轴外喷射供给孔的技术。
发明内容
使用单片式装置通过至少两种处理气体形成所期望的膜时，使该处理气体在衬底上方或衬底表面上反应，由此形成膜。然而，在通过缓冲室供给气体这样的以往的装置中，认为气体在缓冲室内反应，并在缓冲室内生成副产物。该生成的副产物对衬底的特性带来不良影响。
另外，在单片式装置中，使用喷头进行气体供给的情况下，从喷头均匀地流出的反应气体在衬底表面上流动的距离根据流出场所而发生变化，从而存在面内均匀性变差的问题。
本发明的目的是，解决上述问题，提供能够抑制副产物的产生并能够提高衬底的面内均匀性的衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法。
根据本发明的一个方式，提供一种衬底处理装置，其具有：对衬底进行处理的处理室；气体供给部，具有将在所述处理室内对衬底进行处理的处理气体分别独立地供给到所述衬底的中心部和所述衬底的周缘部的气体供给孔；对所述处理室内进行排气的排气部；和控制部，以将从所述气体供给部供给的处理气体供给到所述衬底的周缘部之后、再供给到所述衬底中心部的方式控制所述气体供给部。
根据本发明的其他方式，提供一种衬底处理方法，其具有：将衬底输送到处理室内的工序；通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；和在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的工序。
根据本发明的其他方式，提供一种半导体器件的制造方法，其具有：将衬底输送到处理室内的工序；通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；和在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对于所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的工序。
根据本发明的衬底处理装置、衬底处理方法及半导体器件的制造方法，能够抑制副产物的产生，并能够提高衬底的面内均匀性。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的衬底处理装置的纵剖视图。
图2是用图1中的A-A线剖视图表示图1所示的气体导入口部分的图。
图3是用图1中的B-B线剖视图表示图1所示的缓冲空间部分的图。
图4是用于说明本发明的一实施方式的喷头的缓冲空间的立体示意图。
图5是表示本发明的一实施方式的衬底处理装置所使用的控制部的硬件结构的框图。
图6是表示本发明的一实施方式的衬底处理工序的流程图。
图7是本发明的第一实施方式及第二实施方式的成膜工序的流程图。
图8是本发明的第一实施方式的成膜工序的气体供给的时序图。
图9是本发明的第二实施方式的成膜工序的气体供给的时序图。
图10是本发明的第三实施方式的成膜工序的流程图。
图11是本发明的第三实施方式的成膜工序的气体供给的时序图。
图12是用于说明本发明的一实施方式的成膜工序中的衬底表面的情况的示意图。
附图标记的说明
100 衬底处理装置
200 晶圆(衬底)
201 处理空间(处理室)
203 输送空间
210 衬底支承部
213 加热器
220 排气部
229a 第一气体导入管
229b 第二气体导入管
230 喷头
231a 第一气体导入口
231b 第二气体导入口
232a 第一缓冲空间
232b 第二缓冲空间
236a、236b 通孔(气体供给孔)
280 控制器
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的一实施方式。
首先，对于本发明的一实施方式的衬底处理装置进行说明。
本实施方式的衬底处理装置100是高介电常数绝缘膜形成单元，如图1所示，采用单片式衬底处理装置构成。
图1是本发明的一实施方式的衬底处理装置100的纵剖视图。
图2是用图1中的A-A线剖视图表示图1所示的气体导入口231的图。
图3是用图1中的B-B线剖视图表示图1所示的缓冲空间232的图。
图4是用于说明本发明的一实施方式的喷头230的缓冲空间232的立体示意图。
衬底处理装置100具有处理容器202。处理容器202采用例如横截面为圆形且扁平的密闭容器构成。另外，处理容器202由例如铝(Al)或不锈钢(SUS)等金属材料构成。在处理容器202内，形成有对作为衬底的硅晶圆等晶圆200进行处理的作为处理室的处理空间201和输送空间203。处理容器202由上部容器202a和下部容器202b构成。在上部容器202a和下部容器202b之间设置有隔板204。将被上部容器202a包围的空间、即比隔板204更靠上方的空间称为处理空间201，将被下部容器202b包围的空间、即比隔板204更靠下方的空间称为输送空间203。
在下部容器202b的侧面，设置有与闸阀205相邻的衬底送入送出口206，晶圆200通过衬底送入送出口206在与未图示的输送室之间移动。在下部容器202b的底部设置有多个顶升销207。而且，下部容器202b接地。
在处理空间201内，设置有支承晶圆200的衬底支承部210。衬底支承部210主要具有载置晶圆200的载置面211、在表面具有载置面211的衬底载置台212、内置于衬底载置台212的作为加热源的加热器213。在衬底载置台212上，供顶升销207贯穿的通孔214分别设置在与顶升销207对应的位置。
衬底载置台212被轴217支承。轴217贯穿处理容器202的底部，而且在处理容器202的外部与升降机构218连接。使升降机构218工作而使轴217及衬底载置台212升降，由此能够使载置在载置面211上的晶圆200升降。需要说明的是，轴217下端部的周围被波纹管219覆盖，处理空间201内被气密地保持。
关于衬底载置台212，在晶圆200的输送时，以使载置面211成为衬底送入送出口206的位置(晶圆输送位置)的方式下降，在晶圆200的处理时，如图1所示，晶圆200上升到处理空间201内的处理位置(晶圆处理位置)。
具体来说，使衬底载置台212下降到晶圆输送位置时，顶升销207的上端部从载置面211的上表面突出，顶升销207从下方支承晶圆200。另外，使衬底载置台212上升到晶圆处理位置时，顶升销207从载置面211的上表面埋没，载置面211从下方支承晶圆200。需要说明的是，由于顶升销207与晶圆200直接接触，所以优选顶升销207例如由石英或氧化铝等材质形成。
在处理空间201(上部容器202a)的内壁侧面上，设置有对处理空间201的环境气体进行排气的排气口221。在排气口221上连接有排气管222，在排气管222上，依次串联地连接有将处理空间201内控制成规定压力的APC(Auto Pressure Controller)等的APC阀223、真空泵224。主要由排气口221、排气管222、APC阀223、真空泵224构成排气部220。
在设置于处理空间201的上部的后述的喷头230的上表面(顶壁)上，设置有用于向处理空间201内供给各种气体的气体导入口231。
气体导入口231如图2所示地由第一气体导入口231a和第二气体导入口231b构成，在形成第一气体导入口231a的第一气体导入管229a的内侧，形成第二气体导入口231b的第二气体导入管229b被配置在其同心圆上，成为双层管构造。这里，优选第一气体导入口231a的截面积和第二气体导入口231b的截面积大致相同。
在气体导入口231和处理空间201之间，设置有作为气体供给部的喷头230。气体导入口231被连接在喷头230的盖300上，从气体导入口231导入的气体被供给到喷头230的缓冲空间232。
喷头230的盖300由具有导电性的金属形成，在缓冲空间232或处理空间201内作为用于生成等离子体的电极使用。在盖300和上部容器202a之间设置有绝缘块233，对盖300和上部容器202a之间进行绝缘。
缓冲空间232如图3及图4所示地由与第一气体导入口231a连通的第一缓冲空间232a和与第二气体导入口231b连通的第二缓冲空间232b构成。
喷头230在缓冲空间232和处理空间201之间具有用于使从气体导入口231导入的气体分散的分散板234。在分散板234上形成有多个作为气体供给孔的通孔236。通孔236由连通第一缓冲空间232a和处理空间201的通孔236a、以及连通第二缓冲空间232b和处理空间201的通孔236b构成。该通孔也可以是围绕圆周一周的(局部相连的)狭缝形状。分散板234与衬底载置面211相对地配置，优选与晶圆200的直径大致相同。
具体来说，在缓冲空间232中，设置有将从第一气体导入口231a供给的气体通过通孔236a向处理空间201供给的气体引导部240a、和将从第二气体导入口231b供给的气体通过通孔236b向处理空间201供给的气体引导部240b。即，缓冲空间232被分成用于向晶圆200的周缘部供给气体的第一缓冲空间232a和用于向晶圆200的中心部供给气体的第二缓冲空间232b。这里，优选的是，与第一缓冲空间232a连通的通孔236a的总面积(对于晶圆周缘部来说的气体供给面积)和与第二缓冲空间232b连通的通孔236b的总面积(对于晶圆中心部来说的气体供给面积)大致相同。另外，优选通孔236a的直径比通孔236b的直径大。另外，处于第一缓冲空间232a的分散板234的面积和处于第二缓冲空间232b的分散板234的面积也可以相同。
气体引导部240a形成为以第一气体导入口231a为顶点、直径随着趋向分散板234方向而变大的圆锥形状。气体引导部240b形成为以第二气体导入口231b为顶点、直径随着趋向分散板234方向而变大的圆锥形状。
即，缓冲空间232成为如下的双层圆锥构造，在第一缓冲空间232a的内侧，第二缓冲空间232b被配置在其同心圆上，两缓冲空间的直径分别随着趋向分散板234方向而变大。由此，从各气体导入口231a、231b向各缓冲空间232a、232b供给的处理气体的流动变得顺畅，并能够使流量变得均匀。
以下，对于与上述气体导入口231连接的气体供给系统的结构进行说明。
(原料气体供给系统)
在第一气体导入管229a上，连接有供给作为第一处理气体的原料气体的原料气体供给管304。另外，在第二气体导入管229b上连接有原料气体供给管308。在原料气体供给管304上，从上游侧开始配置有控制气体的供给流量的作为流量控制器的质量流量控制器404、和控制气体的供给的阀244。在原料气体供给管308上从上游侧开始配置有质量流量控制器408和阀248。在原料气体供给管304、308中，作为第一处理气体可以使用作为原料气体的例如TiCl4(四氯化钛)气体。
(反应气体供给系统)
在第一气体导入管229a上连接有供给作为第二处理气体的反应气体的反应气体供给管305。另外，在第二气体导入管229b上连接有反应气体供给管309。在反应气体供给管305上从上游侧开始配置有质量流量控制器405和阀245。在反应气体供给管309上从上游侧开始配置有质量流量控制器409和阀249。在反应气体供给管305、309中，作为第二处理气体可以使用作为反应气体的例如NH3(氨)气体。
(吹扫气体供给系统)
在原料气体供给管304上，在阀244的下游侧连接有供给作为惰性气体的吹扫气体的吹扫气体供给管306。另外，在反应气体供给管305上，在阀245的下游侧连接有吹扫气体供给管307。在原料气体供给管308上，在阀248的下游侧连接有吹扫气体供给管310。另外，在反应气体供给管309上，在阀249的下游侧连接有吹扫气体供给管311。
在吹扫气体供给管306、307、310、311上，分别从上游侧开始配置有质量流量控制器406、407、410、411和阀246、247、250、251。在吹扫气体供给管306、307、310、311中，作为惰性气体可以使用作为吹扫气体的例如N2(氮)气体。需要说明的是，作为吹扫气体，除了N2气体以外，还能够使用例如氦(He)气、氖(Ne)气、氩(Ar)气等稀有气体。
图5示出了作为控制部的控制器280。控制器280采用具有例如CPU(CentralProcessing Unit)280a、RAM(Random Access Memory)280b、存储装置280c、I/O端口280d的计算机构成。RAM280b、存储装置280c、I/O端口280d通过内部总线280e能够与CPU280a进行数据交换地构成。在控制器280上，连接有例如采用触摸板等构成的输入输出装置282。
存储装置280c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置280c内，能够读取地存储有控制衬底处理装置的动作的控制程序、后述的记载有衬底处理的步骤和条件等的工艺方案(process recipe)等。需要说明的是，工艺方案是使控制器280执行后述的衬底处理工序中的各步骤，以能够得到规定结果的方式组合而成的，并作为程序发挥功能。以下，还将该工艺方案和控制程序等统一简称为程序。需要说明的是，在本说明书中，使用程序这样的术语的情况下，存在仅包含工艺方案的情况、仅包括控制程序的情况、或包括其双方的情况。另外，RAM280b作为临时保持由CPU280a读取的程序和数据等的存储区域(工作区)构成。
I/O端口280d与上述的质量流量控制器404、405、406、407、408、409、410、411、阀244、245、246、247、248、249、250、251、APC阀223、真空泵224、加热器213和升降机构218等连接。
CPU280a构成为，从存储装置280c读取控制程序并执行，并且根据来自输入输出装置282的操作指令的输入等从存储装置280c读取工艺方案。而且，CPU280a构成为，根据读取的工艺方案的内容，控制基于质量流量控制器404、405、406、407、408、409、410、411进行的各种气体的流量调整动作、阀244、245、246、247、248、249、250、251的开闭动作、基于APC阀223的压力调整动作、基于未图示的温度传感器的加热器213的温度调整动作、真空泵224的起动和停止、以及基于升降机构218进行的轴217的升降、旋转和旋转速度调节动作等。
需要说明的是，控制器280不限于采用专用的计算机构成的情况，也可以采用通用的计算机构成。例如，准备存储有上述程序的外部存储装置(例如，磁带、软盘、硬盘等磁盘，CD、DVD等光盘，MO等光磁盘，USB存储器、存储卡等半导体存储器)283，使用所述外部存储装置283将程序安装在通用的计算机等，由此能够构成本实施方式的控制器280。需要说明的是，用于向计算机供给程序的手段不限于通过外部存储装置283供给的情况。例如，也可以使用互联网或专用线路等通信手段，不经由外部存储装置283地供给程序。需要说明的是，存储装置280c、外部存储装置283采用计算机能够读取的记录介质构成。以下，还将它们统一简称为存储介质。需要说明的是，在本说明书中使用记录介质这样的术语的情况下，存在仅包括存储装置280c的情况、仅包括外部存储装置283的情况、或包括其双方的情况。
以下，对于使用上述衬底处理装置100，作为半导体器件(设备)的制造工序的一工序，进行衬底处理工序的例子进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，构成衬底处理装置的各部件的动作通过控制器280被控制。
图6是表示本发明的一实施方式的衬底处理工序的流程图。
＜衬底送入·载置工序，步骤S102＞
首先，打开闸阀205，使未图示的输送室和输送空间203连通。接下来，通过未图示的输送机器人，将处理对象的晶圆200从输送室内送入输送空间203内。被送入输送空间203内的晶圆200通过输送机器人被载置在下降到衬底送入送出口206的位置的衬底载置台212上，并通过升降机构218被升降到衬底处理位置。然后，输送机器人从输送空间203内返回输送室内后，关闭闸阀205。
＜成膜工序，步骤S104＞
然后，进行后述的成膜工序(步骤S104)。
＜衬底送出工序，步骤S106＞
成膜工序(步骤S104)结束后，通过与上述衬底送入·载置工序(步骤S102)所示的步骤相反的步骤，将进行了成膜处理的晶圆200从输送空间203向输送室内送出。
＜步骤S108＞
将如上所示的步骤S102～步骤S106作为1个循环并进行规定次数该循环，由此，能够成膜处理规定张数的晶圆200。
＜清洁工序，步骤S110＞
一系列的处理结束后，打开阀246、247、250、251，并通过第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b将N2气体供给到处理空间201内。此时，在排气管222的APC阀223打开的状态下，通过真空泵224对处理空间201进行真空排气。由此，除去残留在处理空间201及输送空间203内的气体和副产物。
以下，对于在成膜工序(步骤S104)中，进行在晶圆200上形成TiN膜的工序的例子进行说明。
(第一实施方式)
图7是表示本发明的第一实施方式的TiN膜的成膜工序的流程的图。图8是表示本发明的第一实施方式的TiN膜成膜工序中的气体供给的时机的图。图12是用于说明本发明的实施方式的TiN膜成膜工序中的晶圆表面的情况的示意图。
＜TiCl4气体供给，步骤S202＞
打开阀244及阀248，使TiCl4气体向第一气体导入管229a及第二气体导入管229b内流动。在第一气体导入管229a及第二气体导入管229b内流动的TiCl4气体分别通过质量流量控制器404、408被调整流量。被调整流量后的TiCl4气体从第一气体导入口231a及第二气体导入口231b分别被供给到第一缓冲空间232a及第二缓冲空间232b内，并通过分散板234的通孔236a、236b被供给到处理空间201内，通过排气口221从排气管222排气。即，是对晶圆200供给TiCl4气体，晶圆200的表面暴露于TiCl4气体。
通过该TiCl4气体的供给，在晶圆200上形成含钛(Ti)层(参照图12(a))。
＜吹扫，步骤S204＞
在晶圆200上形成了含Ti层之后，关闭阀244和阀248，停止TiCl4气体的供给。而且，通过打开吹扫气体供给管306、310的阀246、250，将N2气体通过第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b供给到处理空间201内。在吹扫气体供给管306、310内流动的N2气体通过质量流量控制器406、410被调整流量。被调整流量后的N2气体作为吹扫气体发挥作用，将残留在第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内的未反应或用于含Ti层形成之后的TiCl4气体从第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内排除(参照图12(b))。此时，在排气管222的APC阀223打开的状态下，通过真空泵224对处理空间201内进行真空排气。
需要说明的是，不仅打开阀246、250，也可以打开阀246、247、250、251的全部的吹扫气体供给管的阀，将N2气体供给到第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内。由此能够防止处理气体的逆流。
＜NH3气体供给(周缘部)，步骤S206＞
步骤S204结束，除去了处理空间201内的残留气体之后，关闭阀246、250，并打开阀245，使NH3气体向反应气体供给管305内流动。在反应气体供给管305内流动的NH3气体通过质量流量控制器405被调整流量。被调整流量后的NH3气体从第一气体导入管229a通过第一缓冲空间232a并通过分散板234的周缘部的通孔236a被供给到处理空间201内，并从排气管222排气。此时，是对晶圆200的周缘部供给NH3气体。即，晶圆200的周缘部的表面暴露于NH3气体。
通过NH3气体向该晶圆200周缘部的供给，晶圆周缘部中的形成在晶圆200上的含Ti层与NH3气体发生反应。此时，主要是晶圆周缘部中的形成在晶圆200上的含Ti层被氮化而改性成钛氮化层(TiN层)(参照图12(c))。
＜吹扫，步骤S208＞
然后，关闭反应气体供给管305的阀245，停止NH3气体向第一气体导入管229a的供给。而且，通过打开吹扫气体供给管307的阀247，将N2气体通过第一气体导入管229a、第一缓冲空间232a供给到处理空间201内。在吹扫气体供给管307内流动的N2气体通过质量流量控制器407被调整流量。被调整流量后的N2气体作为吹扫气体发挥作用，将残留在第一气体导入管229a、第一缓冲空间232a及处理空间201内的未反应或用于TiN层形成之后的NH3气体、HCl(氯化氢)、NH4Cl(氯化铵)气体等反应副产物从第一气体导入管229a、第一缓冲空间232a及处理空间201内排除(参照图12(d))。此时，在排气管222的APC阀223打开的状态下，通过真空泵224对处理空间201内进行真空排气。
需要说明的是，不仅打开阀247，也可以打开阀246、247、250、251的全部的吹扫气体供给管的阀，将N2气体供给到第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内。由此能够防止处理气体、反应副产物等的逆流。
＜NH3气体供给(中心部)，步骤S210＞
步骤S208结束，除去了处理空间201内的残留气体之后，关闭阀247，并打开阀249，使NH3气体向反应气体供给管309内流动。在反应气体供给管309内流动的NH3气体通过质量流量控制器409被调整流量。被调整流量后的NH3气体从第二气体导入管229b通过第二缓冲空间242b从分散板234的中心部的通孔236b被供给到处理空间201内，并从排气管222排气。此时，是对晶圆200的中心部供给NH3气体。即，晶圆200的中心部的表面暴露于NH3气体。
通过NH3气体向该晶圆200中心部的供给，晶圆中心部中的形成在晶圆200上的含Ti层与NH3气体发生反应。此时，主要是晶圆中心部中的形成在晶圆200上的含Ti层被氮化而被改性成钛氮化层(TiN层)(参照图12(c))。
＜吹扫，步骤S212＞
然后，关闭反应气体供给管309的阀249，停止NH3气体向第二气体导入管229b的供给。而且，通过打开吹扫气体供给管311的阀251，将N2气体通过第二气体导入管229b、第二缓冲空间232b供给到处理空间201内。在吹扫气体供给管311内流动的N2气体通过质量流量控制器411被调整流量。被调整流量后的N2气体作为吹扫气体发挥作用，将残留在第二气体导入管229b、第二缓冲空间232b及处理空间201内的未反应或用于TiN层形成之后的NH3气体、HCl(氯化氢)和NH4Cl(氯化铵)气体等反应副产物从第二气体导入管229b、第二缓冲空间232b及处理空间201内排除(参照图12(d))。此时，在排气管222的APC阀223打开的情况下，通过真空泵224对处理空间201内进行真空排气。
需要说明的是，不仅打开阀251，也可以打开阀246、247、250、251的全部的吹扫气体供给管的阀，将N2气体供给到第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内。由此能够防止处理气体的逆流。
＜步骤S214＞
然后，将上述步骤S202～S212作为1个设定，通过进行规定次数的该设定，由此形成规定膜厚的TiN膜。与进行1次该设定相比优选进行多次。
(第二实施方式)
图9是表示本发明的第二实施方式的TiN膜成膜工序中的气体供给的时机的图。在本实施方式中，与上述第一实施方式的TiN膜的成膜工序的流程之间的不同之处仅是N2气体供给的供给时机。
在本实施方式中，与上述第一实施方式的TiCl4气体供给工序(步骤S202)，吹扫工序(步骤S204)、向晶圆周缘部的NH3气体供给工序(步骤S206)、吹扫工序(步骤S208)、向晶圆中心部的NH3气体供给工序(步骤S210)及吹扫工序(步骤S212)相同，在各步骤S202～步骤S212之间，打开吹扫气体供给管306、307、310、311的阀246、247、250、251，始终持续向第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内供给N2气体(吹扫气体)。在吹扫气体供给管306、307、310、311内流动的N2气体分别通过质量流量控制器406、407、410、411被调整流量。由此，能够防止处理气体、反应副产物等气体的逆流。
(第三实施方式)
图10是表示本发明的第三实施方式的TiN膜的成膜工序的流程的图。图11是表示本发明的第三实施方式的TiN膜成膜工序中的气体供给的时机的图。
＜TiCl4气体供给，步骤S302＞
打开阀244及阀248，使TiCl4气体向第一气体导入管229a及第二气体导入管229b内流动。在第一气体导入管229a及第二气体导入管229b内流动的TiCl4气体分别通过质量流量控制器404、408被调整流量。被调整流量后的TiCl4气体从第一气体导入口231a及第二气体导入口231b分别被供给到第一缓冲空间232a及第二缓冲空间232b内，并通过分散板234的通孔236a、236b被供给到处理空间201内，通过排气口221从排气管222排气。即，是对晶圆200供给TiCl4气体，晶圆200的表面暴露于TiCl4气体。
通过该TiCl4气体的供给，在晶圆200上形成含钛(Ti)层(参照图12(a))。
＜吹扫，步骤S304＞
在晶圆200上形成含Ti层之后，关闭阀244和阀248，停止TiCl4气体的供给。而且，通过打开吹扫气体供给管306、310的阀246、250，将N2气体通过第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b供给到处理空间201内。在吹扫气体供给管306、310内流动的N2气体通过质量流量控制器406、410被调整流量。被调整流量后的N2气体作为吹扫气体发挥作用，将残留在第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内的未反应或用于含Ti层形成之后的TiCl4气体从第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内排除(参照图12(b))。此时，在排气管222的APC阀223打开的状态下，通过真空泵224对处理空间201内进行真空排气。
＜NH3气体供给(周缘部)，步骤S306＞
步骤S304结束，除去了处理空间201内的残留气体之后，关闭阀246、250，打开阀245，使NH3气体向反应气体供给管305内流动。在反应气体供给管305内流动的NH3气体通过质量流量控制器405被调整流量。被调整流量后的NH3气体从第一气体导入管229a通过第一缓冲空间232a从分散板234的周缘部的通孔236a被供给到处理空间201内，并从排气管222排气。此时，是对晶圆200的周缘部供给NH3气体。即，晶圆200的周缘部的表面暴露于NH3气体。
通过NH3气体向该晶圆200周缘部的供给，晶圆周缘部中的形成在晶圆200上的含Ti层与NH3气体发生反应。此时，主要是晶圆周缘部中的形成在晶圆200上的含Ti层被氮化而被改性成钛氮化层(TiN层)(参照图12(c))。
＜NH3气体供给(中心部)，步骤S308＞
然后，关闭反应气体供给管305的阀245，停止NH3气体向第一气体导入管229a的供给。然后，打开阀249，使NH3气体向反应气体供给管309内流动。在反应气体供给管309内流动的NH3气体通过质量流量控制器409被调整流量。被调整流量后的NH3气体通过第二气体导入管229b、第二缓冲空间242b从分散板234的中心部的通孔236b被供给到处理空间201内，并从排气管222排气。此时，是对晶圆200的中心部供给NH3气体。即，晶圆200的中心部的表面暴露于NH3气体。
通过NH3气体向该晶圆200中心部的供给，晶圆中心部中的形成在晶圆200上的含Ti层与NH3气体发生反应。此时，主要是晶圆中心部中的形成在晶圆200上的含Ti层被氮化而被改性成钛氮化层(TiN层)(参照图12(c))。
＜吹扫，步骤S310＞
然后，关闭阀249，停止NH3气体向第二气体导入管229b的供给。而且，分别打开吹扫气体供给管307、311的阀247、251，由此将N2气体通过第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b供给到处理空间201内。在吹扫气体供给管307、311内流动的N2气体分别通过质量流量控制器407、411被调整流量。被调整流量后的N2气体作为吹扫气体发挥作用，将残留在第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内的未反应或用于TiN层形成之后的NH3气体、HCl(氯化氢)和NH4Cl(氯化铵)气体等反应副产物从第一气体导入管229a、第二气体导入管229b、第一缓冲空间232a、第二缓冲空间232b及处理空间201内排除(参照图12(d))。此时，在排气管222的APC阀223打开的状态下，通过真空泵224对处理空间201内进行真空排气。
＜步骤S312＞
然后，将上述步骤S302～S310作为1个设定，通过进行规定次数该设定，形成规定膜厚的TiN膜。与进行1次该设定相比优选进行多次。
需要说明的是，在第三实施方式中，也可以在各工序(步骤S302～步骤S310)之间，始终持续供给N2气体(吹扫气体)。由此，能够防止处理气体、反应副产物等的逆流。
这里，图12(a)是没有间隙地在晶圆200上形成含Ti层的例子，处于饱和ALD状态。另一方面，图12(e)是在晶圆200上存在含Ti层的间隙的例子，形成不足1个原子层的膜，处于非饱和ALD状态。形成这些含Ti层之后，进行吹扫(图12(b))，向晶圆表面供给反应气体时(图12(c))，在处理空间201内残留未反应或用于TiN层形成之后的HCl(氯化氢)和NH4Cl(氯化铵)气体等反应副产物。该NH4Cl气体成为阻碍反应的要因，可能附着于图12(e)所示那样的非饱和状态的晶圆表面。
在以往装置即缓冲空间为1个的单片式装置中，从喷头均匀地流出的反应气体从喷头正下方在晶圆的表面上朝向晶圆外周部的排气口方向流动，从而对于从喷头的中心部流出的反应气体和从喷头的外周部流出的反应气体而言，在晶圆的表面上流动的距离不同。由于该距离的不同，例如，在反应气体的反应概率低的情况下，在晶圆中心部和周缘部，膜厚不同。另外，在晶圆表面上被暴露在高温下规定时间以上的反应气体在晶圆上发生目标以外的反应，或者反应气体分解，生成没有预期的反应副产物，带来阻碍反应等的不良影响。
在本实施方式中，使供给反应气体的时机以先向晶圆周缘部供给、然后向晶圆中心部供给的方式错开。即，先从晶圆的周缘部供给反应气体，使晶圆的周缘部比晶圆的中心部先成为饱和ALD状态，由此能够通过之后的吹扫除去反应副产物(图12(d))，能够防止成为反应阻碍要因的物质附着在容易成为非饱和ALD状态的晶圆周缘部的表面上。
即，通过从晶圆的周缘部向中心部供给反应气体，能够使由处理气体供给导致的反应阻碍物质的产生从接近排气的外侧开始发生，能够实现衬底处理时间的缩短和膜质的提高。
这里，如果通过例如使作为反应气体的NH3气体与晶圆的中心部相比更多地向周缘部流动，膜厚和膜质变得均匀，则可以与内侧的第二气体导入管229b相比增加从外侧的第一气体导入管229a供给的NH3气体的供给量。
另外，如果通过例如使作为反应气体的NH3气体与晶圆的中心部相比更快地供给到周缘部，膜厚和膜质变得均匀，则可以与内侧的第二气体导入管229b相比加快从外侧的第一气体导入管229a供给的NH3气体的供给速度。
即，通过将喷头230内的缓冲空间232划分成多个，并控制不同空间的气体供给量、气体比率、气体供给的时机，由此能够提高晶圆的面内均匀性。
通过本实施方式，能够提高膜质的均匀性，从而能够成品率良好地形成薄膜。
以上，具体地说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对于作为原料气体使用TiCl4气体、作为反应气体使用NH3气体的例子进行了说明，但不限于此，也可以使用其他的气体种类，也可以对于原料气体和反应气体双方均使用金属性气体。
另外，在上述实施方式中，对于作为高介电常数绝缘膜形成TiN膜的情况进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。即，即使在作为高介电常数绝缘膜而形成氧化铪膜(HfO2膜)、氧化钛膜(TiO2膜)、氧化铌膜(Nb2O5膜)、氧化钽膜(Ta2O5膜)、钛酸锶膜(SrTiO膜)、钛酸锶钡膜(BaSrTiO膜)、钛酸铅锆膜(lead zirconate titanate membrane；PZT膜)或向这些膜中添加其他元素而成的膜的情况下，本发明也能够合适地应用。
另外，在上述实施方式中，缓冲空间232采用了双层圆锥构造，但不限于此，也可以采用三棱锥、四棱锥等棱锥形状或双层圆柱构造。
另外，在上述实施方式中，缓冲空间232采用了双层圆锥构造，但不限于此，只要沿圆周方向划分出多个空间即可。
另外，在上述实施方式中，对于将缓冲空间232分隔成2个的例子进行了详细说明，但不限于此，也可以将缓冲空间分隔成3个以上。
另外，在上述实施方式中，对于气体引导部240b与分散板234接触的结构进行了记载，但不限于此，也可以在气体引导部240b和分散板234之间设置间隙。
另外，本发明除了能够应用于ALD、周期性CVD(cyclic CVD)、脉冲CVD、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等以外，还能够应用于使至少2种以上的处理气体反应来成膜的处理方法(衬底处理方法)。
＜本发明的优选方式＞
以下，对于本发明的优选方式进行附注。
[附注1]
一种衬底处理装置，具有：
对衬底进行处理的处理室；
气体供给部，具有将在所述处理室内对衬底进行处理的处理气体分别独立地供给到所述衬底的中心部和所述衬底的周缘部的气体供给孔；
对所述处理室内进行排气的排气部；和
控制部，以将从所述气体供给部供给的处理气体供给到所述衬底的周缘部之后、再供给到所述衬底中心部的方式控制所述气体供给部。
[附注2]
如附注1记载的衬底处理装置，其中，所述气体供给部具有如下喷头构造：内部空间被划分成用于向衬底的周缘部进行气体供给的第一缓冲空间和用于向衬底的中心部进行气体供给的第二缓冲空间。
[附注3]
如附注1或2记载的衬底处理装置，其中，所述排气部被设置在所述衬底的径向外侧。
[附注4]
如附注1～3中任一项记载的衬底处理装置，其中，所述气体供给部的向衬底的周缘部供给处理气体的第一供给面积和向衬底的中心部供给处理气体的第二供给面积为相同面积。
[附注5]
如附注2～4中任一项记载的衬底处理装置，其中，所述第一缓冲空间和所述第二缓冲空间分别具有圆锥形状。
[附注6]
如附注1～5中任一项记载的衬底处理装置，其中，对于所述气体供给部所具有的所述气体供给孔的直径而言，向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔与向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔的直径不同。
[附注7]
如附注6记载的衬底处理装置，其中，所述第一气体供给孔的直径比所述第二气体供给孔的直径大。
[附注8]
如附注1～5中任一项记载的衬底处理装置，其中，所述气体供给部所具有的所述气体供给孔包括向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔和向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔，且通过所述第一气体供给孔的气体的流量比通过所述第二气体供给孔的气体的流量大。
[附注9]
如附注1～5中任一项记载的衬底处理装置，其中，所述气体供给部所具有的所述气体供给孔包括向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔和向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔，且通过所述第一气体供给孔的气体的流速比通过所述第二气体供给孔的气体的流速快。
[附注10]
如附注1～9中任一项记载的衬底处理装置，其中，
所述处理气体至少包括成为前体的原料气体、与前体反应的反应气体和吹扫气体，
所述控制部以将下述操作作为一个循环、至少进行1个以上的循环的方式控制所述气体供给部：向所述处理室内供给所述原料气体，在所述原料气体供给后供给所述吹扫气体，在所述吹扫气体供给后将所述反应气体供给到所述衬底周缘部，向所述衬底周缘部供给反应气体之后供给所述吹扫气体，供给所述吹扫气体后将所述反应气体供给到所述衬底的中心部，向所述衬底的中心部供给反应气体后，供给所述吹扫气体。
[附注11]
如附注10记载的衬底处理装置，其中，控制部以始终持续地供给吹扫气体的方式进行控制。
[附注12]
如附注1～9中任一项记载的衬底处理装置，其中，
所述处理气体至少包括成为前体的原料气体、与前体反应的反应气体和吹扫气体，
所述控制部以将如下操作作为1个循环、进行至少1个循环以上的方式控制所述气体供给部：向所述处理室内供给所述原料气体，在所述原料气体供给后供给所述吹扫气体，在所述吹扫气体供给后将所述反应气体供给到所述衬底周缘部，向所述衬底周缘部供给反应气体之后，将所述反应气体供给到所述衬底的中心部，向所述衬底的中心部供给反应气体后，供给所述吹扫气体。
[附注13]
一种衬底处理方法，具有：
将衬底输送到处理室内的工序；
通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；和
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的工序。
[附注14]
一种半导体器件的制造方法，具有：
将衬底输送到处理室内的工序；
通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；和
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的工序。
[附注15]
一种衬底的制造方法，具有：
将衬底输送到处理室内的工序；
通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；和
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的工序。
[附注16]
一种程序，具有：
将衬底输送到处理室内的步骤；
通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的步骤；和
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的步骤。
[附注17]
一种计算机能够读取的记录介质，记录有具有如下步骤的程序：
将衬底输送到处理室内的步骤；
通过具有向所述处理室内供给处理气体的气体供给孔的气体供给部对所述衬底的周缘部进行气体供给，来处理所述衬底的周缘部的步骤；和
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，通过所述气体供给部对所述衬底的中心部进行气体供给，来处理所述衬底的中心部的步骤。

Claims (13)

1.一种衬底处理装置，具有：
对衬底进行处理的处理室；
气体供给部，具有向所述处理室内至少将成为前体的原料气体、与所述前体反应的反应气体和吹扫气体分别独立地供给到所述衬底的中心部和所述衬底的周缘部的气体供给孔；
对所述处理室内进行排气的排气部；和
控制部，其以如下方式控制所述气体供给部：向所述处理室内供给所述原料气体，在所述原料气体供给后供给所述吹扫气体，在所述吹扫气体供给后将所述反应气体供给到所述衬底周缘部，向所述衬底周缘部供给所述反应气体之后，将所述反应气体供给到所述衬底的中心部，在所述反应气体供给后，供给所述吹扫气体。
2.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给部具有如下喷头构造：内部空间被划分成用于向衬底的周缘部进行气体供给的第一缓冲空间和用于向衬底的中心部进行气体供给的第二缓冲空间。
3.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述排气部被设置在所述衬底的径向外侧。
4.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给部的向衬底的周缘部供给处理气体的第一供给面积和向衬底的中心部供给处理气体的第二供给面积为相同面积。
5.如权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述第一缓冲空间和所述第二缓冲空间分别具有圆锥形状。
6.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，对于所述气体供给部所具有的所述气体供给孔的直径而言，向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔与向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔的直径不同。
7.如权利要求6所述的衬底处理装置，其中，所述第一气体供给孔的直径比所述第二气体供给孔的直径大。
8.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给部所具有的所述气体供给孔包括向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔和向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔，且通过所述第一气体供给孔的气体的流量比通过所述第二气体供给孔的气体的流量大。
9.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述气体供给部所具有的所述气体供给孔包括向衬底的周缘部供给气体的第一气体供给孔和向衬底的中心部供给气体的第二气体供给孔，且通过所述第一气体供给孔的气体的流速比通过所述第二气体供给孔的气体的流速快。
10.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，
所述控制部以将所述反应气体向所述衬底周缘部供给之后、向所述衬底的中心部供给之前，供给所述吹扫气体的方式控制所述气体供给部。
11.如权利要求10所述的衬底处理装置，其中，控制部以始终持续地供给吹扫气体的方式进行控制。
12.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，
所述控制部以将如下操作作为1个循环、进行至少1个循环以上的方式控制所述气体供给部：向所述处理室内供给所述原料气体，在所述原料气体供给后供给所述吹扫气体，在所述吹扫气体供给后将所述反应气体供给到所述衬底周缘部，向所述衬底周缘部供给反应气体之后，将所述反应气体供给到所述衬底的中心部，向所述衬底的中心部供给反应气体后，供给所述吹扫气体。
13.一种半导体器件的制造方法，具有：
将衬底输送到处理室内的工序；
向所述处理室内供给原料气体的工序；
向所述处理室内供给吹扫气体的第一吹扫工序；
在所述第一吹扫工序后，向所述处理室内对所述衬底的周缘部进行反应气体的供给，来处理所述衬底的周缘部的工序；
在处理所述衬底的周缘部的工序之后，对所述衬底的中心部进行所述反应气体的供给，来处理所述衬底的中心部的工序；和
在处理所述衬底的中心部的工序之后，向所述处理室内供给所述吹扫气体的第二吹扫工序。
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