CN104752271A

CN104752271A - 衬底处理装置以及半导体装置的制造方法

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Publication number: CN104752271A
Application number: CN201410092352.4A
Authority: CN
Inventors: 广地志有; 大桥直史
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: International Electric Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP5921591B2; KR101560610B1; JP2015144225A; CN104752271B; KR20150077255A; US9018689B1; TW201526082A; TWI546847B

Abstract

本发明提供一种衬底处理装置以及半导体装置的制造方法，能够形成离子损伤等较少的高品质的膜。为解决上述课题，提供一种衬底处理装置，具有：原料气体供给系统，其具有与原料气体源连接，并设有原料气体供给控制部的原料气体供给管；反应气体供给系统，其具有反应气体供给管和惰性气体供给管，其中，所述反应气体供给管与反应气体源连接，从上游起按顺序设有反应气体供给控制部、等离子体生成部、离子捕获部；所述惰性气体供给管，其下游端连接在所述反应气体供给控制部与所述等离子体生成部之间，并且，上游端与惰性气体供给源连接，而且设有惰性气体供给控制部；处理室，其收容被处理衬底，从所述原料气体供给系统被供给原料气体，从所述反应气体供给系统被供给反应气体；控制部，其至少对所述原料气体供给控制部和所述反应气体供给控制部和所述惰性气体供给控制部进行控制。

Description

衬底处理装置以及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及衬底处理装置以及半导体装置的制造方法。

背景技术

近年，闪存等的半导体装置呈现高集成化的趋势。与之相伴地，图案尺寸显著微细化。形成这些图案时，作为制造工序的一个工序，存在实施对衬底进行氧化处理、氮化处理等的规定的处理的工序的情况。

作为形成上述图案的方法的一种，有在电路间形成槽，并在槽中形成种膜、内衬膜、布线的工序。伴随着近年的微细化，该槽以成为高纵横比的方式构成。

形成内衬膜等时，要求在槽的上部侧面、中部侧面、下部侧面、以及底部都形成膜厚无差别的良好的阶梯敷层的膜。这是因为通过形成良好的阶梯敷层的膜，能够使半导体器件的特性在槽间均匀，由此能够抑制半导体器件的特性差别。

为了处理该高纵横比的槽，尝试了将气体加热进行处理的方式、使气体成为等离子体状态进行处理的方式，但要形成具有良好的阶梯敷层的膜很困难。

作为形成上述膜的方法，存在向衬底交替供给原料气体和与该原料气体反应的反应气体至少两种的处理气体，使这些气体反应而形成膜的交替供给方法。交替供给方法是使原料气体和反应气体在衬底表面发生反应从而一层一层地形成膜，使该一层一层的膜层叠从而形成所希望的膜厚的方法。但是，该方法中，为了使原料气体和反应气体不在衬底表面以外发生反应，希望具有用于在供给各气体的期间将残余气体去除的净化工序。

但是，由于形成于衬底的回路的性质，希望以低温进行交替供给方法。为了实现该低温处理，无论对哪一种气体，都需要添加用于促进反应的能量。例如使反应气体成为等离子体状态等。通过这样，即使是低温也能够实现特性良好的膜处理。

发明内容

发明所要解决的课题

等离子体处理虽然能够促进衬底上的反应，但存在基于离子的损伤、带电等的问题。因此，对于例如晶体管制造工序那样对损伤过敏的工序而言是不适合的方法。而且，由于会一层一层地发生离子损伤等，因此形成的膜整体的品质降低。

用于解决课题的手段

因此，本发明的目的在于提供一种衬底处理装置以及半导体装置的制造方法，能够形成离子损伤等较少的高品质的膜。

根据本发明的一个方式，提供一种衬底处理装置，具有：原料气体供给系统，其具有与原料气体源连接，并设有原料气体供给控制部的原料气体供给管；反应气体供给系统，其具有反应气体供给管和惰性气体供给管，所述反应气体供给管与反应气体源连接，从上游起按顺序设有反应气体供给控制部、等离子体生成部、离子捕获部；所述惰性气体供给管，其下游端连接在所述反应气体供给控制部与所述等离子体生成部之间，并且，上游端与惰性气体供给源连接，而且设有惰性气体供给控制部；处理室，其收容被处理衬底，从所述原料气体供给系统被供给原料气体，从所述反应气体供给系统被供给反应气体；控制部，其至少对所述原料气体供给控制部和所述反应气体供给控制部和所述惰性气体供给控制部进行控制。

而且，根据发明的其它方式，提供一种半导体装置的制造方法，具有：将衬底搬入处理室的工序；将原料气体从原料气体供给系统供给至处理室的第一处理气体供给工序；在供给惰性气体的状态下开始反应气体的供给，将所述惰性气体与所述反应气体的混合气体经由设置于反应气体供给系统的工作状态的等离子体生成部及离子捕获部而供给至所述处理室的第二处理气体供给工序。

发明的效果

根据本发明，提供一种衬底处理装置以及半导体装置的制造方法，能够形成离子损伤等较少的高品质的膜。

附图说明

图1是本发明的实施方式的衬底处理装置的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式的衬底处理工序的流程图。

图3是对本发明的实施方式的成膜工序的气体供给时机进行说明的说明图。

图4是表示本发明的实施方式的成膜工序的流程图。

图5是说明本发明的实施方式的气体的混合状况的说明图。

图6是对本发明的第一实施方式的离子捕获部进行说明的说明图。

图7是对本发明的第二实施方式的离子捕获部进行说明的说明图。

图8是对本发明的第三实施方式的离子捕获部进行说明的说明图。

附图标记的说明

100…处理装置

200…晶片

210…衬底载置部

220…第一排气系统

230…喷头

243…第一气体供给系统

244…第二气体供给系统

245…第三气体供给系统

260…控制器

具体实施方式

＜本发明的第一实施方式＞

以下，使用图1对本发明的第一实施方式的衬底处理装置进行说明。图1是本实施方式的衬底处理装置的剖视图。

（1）衬底处理装置的构成

对本实施方式的处理装置100进行说明。衬底处理装置100是形成薄膜的装置，如图1所示，作为单张处理式衬底处理装置构成。

如图1所示，衬底处理装置100具备处理容器202。处理容器202例如作为横截面为圆形且扁平的密闭容器构成。另外，处理容器202的侧壁、底壁例如由铝（Al）、不锈钢（SUS）等的金属材料构成。在处理容器202内，形成有对作为衬底的硅晶片等的晶片200进行处理的处理室201及搬运空间203。处理容器202由上部容器202a、下部容器202b、以及作为顶棚部的喷头230构成。在上部容器202a与下部容器202b之间设有分隔板204。将被上部处理容器202a以及喷头230围成的空间且位于分隔板204上方的空间称为处理室空间，将被下部容器202b围成的空间且位于分隔板下方的空间称为搬运空间。将由上部处理容器202a以及喷头230构成并包围处理空间的构造称为处理室201。进而，将包围搬运空间的构造称为处理室内搬运室203。在各构造之间，设有用于将处理容器202内保持气密的O型环208。

在下部容器202b的侧面设有与闸门阀205相邻的衬底搬入出口206，晶片200经由衬底搬入出口206在与未图示的搬运室之间移动。在下部容器202b的底部，设有多个顶升销207。而且，下部容器202b接地。

以支承晶片200的衬底支承部（也称为衬底载置部）210位于处理室201内的方式构成。衬底支承部210主要具有：载置晶片200的载置面211；在表面具有载置面211的载置台212；被衬底载置台212内包的、作为对晶片进行加热的加热源的衬底载置台加热部213（也称为第一加热部）。在衬底载置台212上，供顶升销207贯通的贯通孔214分别设置在与顶升销207对应的位置。

衬底载置台212被主轴217支承。主轴217贯通处理容器202的底部，进而在处理容器202的外部与升降机构218连接。使升降机构218工作从而使主轴217以及支承台212升降，由此能够使衬底载置面211上载置的晶片200升降。此外，主轴217下端部的周围被波纹管219覆盖，处理容器202内保持气密。

衬底载置台212在晶片200的搬运时以衬底载置面211达到衬底搬入出口206的位置（晶片搬运位置）的方式下降至衬底支承台，在晶片200的处理时，如图1所示，晶片200上升至处理室201内的处理位置（晶片处理位置）。

具体而言，当使衬底载置台212下降至晶片搬运位置时，顶升销207的上端部从衬底载置面211的上表面突出，顶升销207能够从下方对晶片200进行支承。另外，使衬底载置台212上升至晶片处理位置时，顶升销207从衬底载置面211的上表面埋没，衬底载置面211从下方对晶片200进行支承。此外，顶升销207由于与晶片200直接接触，因而希望由例如石英、铝等的材质形成。

（气体导入口）

在设置于处理室201的上部的后述的喷头230的上表面（顶壁），设有用于对处理室201内供给各种气体的气体导入口241。对于与气体导入口241连接的气体供给系统的结构后述。

（喷头）

在气体导入口241于处理室201之间，设有作为与处理室201连通的气体分散机构的喷头230。即，在处理室201的上游方向设有喷头230。气体导入口241与喷头230的盖231连接。从气体导入口241导入的气体经由设置于盖231的孔231a而被供给至喷头230的缓冲室232内的缓冲空间。即，从缓冲室232观察，盖231设置于气体供给方向的上游。缓冲室232由盖231的下端部和后述的分散板234的上端形成。即，从缓冲室观察，分散板234设置在气体供给方向下游（这里为处理室方向）。

喷头的盖231由具有导电性/热传递性的金属形成，被用作用于在缓冲室232的缓冲空间或处理室201内的空间生成等离子体的电极。在盖231与上部容器202之间设有绝缘块233，将盖231与上部容器202a之间绝缘。

喷头230在缓冲室232内的空间与处理室201的处理空间之间具备用于使从气体导入口241导入的气体分散的分散板234。在分散板234上设有多个贯通孔234a。分散板234以与衬底载置面211对置的方式配置。分散板234具有设有贯通孔234a的凸状部和设置于凸状部的周围的凸缘部，凸缘部支承于绝缘块233。

在缓冲室232中，设置有形成所供给的气体的流动的气体引导件235。气体引导件235为以形成于盖231的孔231a为顶点并随着趋向分散板234的方向扩径的圆锥形状。气体引导件235的下端的水平方向的直径与贯通孔234a组的最外周相比形成于外周。

在缓冲室232的上方，经由喷头用排气孔231b连接有排气管236。在排气管236上，按顺序以串联的方式连接有切换排气的开/关的阀237、将排气缓冲室232内控制为规定的压力的APC（AutoPressure Controller）等的压力调整器238、真空泵239。

由于排气孔231b位于气体引导件235的上方，因此以在后述的喷头排气工序中气体如下述那样流动的方式构成。从形成于盖231的供给孔231a供给的惰性气体被气体引导件235分散，流到缓冲室232的空间中央以及下方。此后在气体引导件235的端部折返，从排气孔231b排气。此外，将排气管236、阀237、压力调整器238统称作第一排气系统。

（供给系统）

从包含第一气体供给管243a的第一处理气体供给系统243主要供给第一元素含有气体，从包含第二气体供给管244a的第二处理气体供给系统244主要供给第二元素含有气体。从包含第三气体供给管245a的第三处理气体供给系统245在处理晶片时主要供给惰性气体，在对处理室进行清洗时主要供给净化气体。

（第一气体供给系统）

在第一气体供给管243a上，从上游方向起按顺序设有第一气体供给源243b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）243c、以及开闭阀即阀243d。将质量流量控制器243c和阀243d统称作原料气体供给控制部。

在第一气体供给管243a内流动的含有第一元素的气体（以下，称为“第一元素含有气体”）经由质量流量控制器243c、阀243d、共用气体供给管（未图示）被供给至喷头230。

第一元素含有气体是原料气体，即处理气体的一种。因此，也将第一气体供给系统称为原料气体供给系统。以下，对于第一气体供给源等在名称中包含第一气体的结构，也可以将第一气体置换为原料气体来称呼。

这里，第一元素例如为钛（Ti）。即，第一元素含有气体例如是钛含有气体。作为钛含有气体，例如能够使用TiCl₄气体。此外，第一元素含有气体在常温常压下可以是固体、液体、以及气体的任一种。在第一元素含有气体在常温常压下为液体的情况下，只要在第一气体供给源243b与质量流量控制器243c之间设置未图示的气化器即可。这里作为气体进行说明。

此外，也可以使用硅含有气体。作为硅含有气体，例如能够使用有机硅材料即六甲基二硅氮烷（hexamethyldisilazane）（C₆H₁₉NSi₂，略称：HMDS）、三硅胺（trisilylamine）（（SiH₃）₃N，略称：TSA）、双（叔丁基氨基）硅烷（SiH₂（NH（C₄H₉））₂，略称：BTBAS）气体等。这些气体作为先驱体（precursor）发挥作用。

在第一气体供给管243a的阀243d的下游侧，连接有第一惰性气体供给管246a的下游端。在第一惰性气体供给管246a上，从上游方向起按顺序设有惰性气体供给源246b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）246c、以及开闭阀即阀246d。将质量流量控制器246c和阀246d统称作第一惰性气体供给控制部。

这里，惰性气体例如是氮气（N₂）气体。此外，作为惰性气体，除N₂气体外，例如能够使用氦气（He）气体、氖气（Ne）气体、氩气（Ar）气体等的稀有气体。

在第一惰性气体供给管246a内流动的惰性气体经由质量流量控制器246c、阀246d、第一气体供给管243a被供给至喷头230内。惰性气体在后述的薄膜形成工序（S104）中作为运载气体或稀释气体或防止发生逆流的气体发挥作用。

主要由第一气体供给管243a、质量流量控制器243c、阀243d构成第一元素含有气体供给系统243（也称为钛含有气体供给系统）。

另外，主要由第一惰性气体供给管246a、质量流量控制器246c以及阀246d构成第一惰性气体供给系统。此外，也可以考虑将第一气体供给源243b、第一气体供给管243a包含于第一惰性气体供给系统。

而且，也可以考虑将第一气体供给源243b、第一惰性气体供给系统包含于第一元素含有气体供给系统。

（第二气体供给系统）

在第二气体供给管244a上从上游方向起按顺序设有第二气体供给源244b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）244c、以及开闭阀即阀244d、远程等离子体单元244e、离子捕获部244f。

含有第二元素的气体（以下，称为“第二元素含有气体”）从第二气体供给管244a经由质量流量控制器244c、阀244d、远程等离子体单元244e、离子捕获部244f被供给至喷头230内。第二元素含有气体通过远程等离子体单元244e而成为等离子体状态，并被照射于晶片200上。

作为等离子体生成部的远程等离子体单元244e例如是通过ICP（电感耦合等离子体，Inductive Coupling Plasma）方式生成等离子体的装置，由线圈、匹配盒、电源等构成。如下文中详述，以当第二元素含有气体通过时，生成离子少而自由基多的等离子体的方式，考虑气体种类、压力范围而事先调整电源、匹配盒等。

第二元素含有气体是处理气体的一种。此外，第二元素含有气体也可以考虑作为反应气体或者改质气体。因此，也将第二气体供给系统称为反应气体供给系统。以下，对于第二气体供给源等、在名称中含有第二气体的结构，也可以将第二气体置换为原料气体来称呼。

这里，第二元素含有气体含有与第一元素不同的第二元素。作为第二元素，例如，是氧（O）、氮（N）、碳（C）的某一种。在本实施方式中，第二元素含有气体例如是氮含有气体。具体而言，作为氮含有气体使用氨气（NH₃）气体。

主要由第二气体供给管244a、质量流量控制器244c、阀244d构成第二元素含有气体供给系统244（也称为氮含有气体供给系统）。将质量流量控制器244c和阀244d统称作反应气体供给控制部。

另外，在第二气体供给管244a的阀244d的下游侧，连接有第二惰性气体供给管247a的下游端。在第二惰性气体供给管247a上，从上游方向起按顺序设有惰性气体供给源247b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）247c、以及开闭阀即阀247d。将质量流量控制器247c和阀247d统称为第二惰性气体供给控制部。

在第二惰性气体供给管247a中流动的惰性气体经由质量流量控制器247c、阀247d、第二气体供给管244a、远程等离子体单元244e、离子捕获部244f被供给至喷头230内。惰性气体在后述的成膜工序（也称为薄膜形成工序）（S104）中作为运载气体或稀释气体或防止发生逆流的气体发挥作用。

主要由第二惰性气体供给管247a、质量流量控制器247c以及阀247d构成第二惰性气体供给系统。此外，也可以考虑将惰性气体供给源247b、第二气体供给管243a、远程等离子体单元244e、离子捕获部244f包含于第二惰性气体供给系统。

而且，也可以考虑将第二气体供给源244b、远程等离子体单元244e、离子捕获部244f、第二惰性气体供给系统包含于第二元素含有气体供给系统244。

（第三气体供给系统）

在第三气体供给管245a上，从上游方向起按顺序设有第三气体供给源245b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）245c、以及开闭阀即阀245d。

作为净化气体的惰性气体从第三气体供给源245b经由质量流量控制器245c、阀245d、第三气体供给管245a被供给至喷头230。

这里，惰性气体例如是氮气（N₂）气体。此外，作为惰性气体，除N₂气体外，能够使用例如氦气（He）气体等的稀有气体。

在第三气体供给管245a的阀245d的下游侧，连接有清洁气体供给管248a的下游端。在清洁气体供给管248a上，从上游方向起按顺序设有清洁气体供给源248b、流量控制器（流量控制部）即质量流量控制器（MFC）248c、以及开闭阀即阀248d。

主要由第三气体供给管245a、质量流量控制器245c、阀245d构成第三气体供给系统245。

另外，主要由清洁气体供给管248a、质量流量控制器248c以及阀248d构成清洁气体供给系统。此外，也可以考虑将清洁气体源248b、第三气体供给管245a包含于清洁气体供给系统。

而且，也可以考虑将第三气体供给源245b、清洁气体供给系统包含于第三气体供给系统245。

在衬底处理工序中，在第三气体供给管245a内流动的惰性气体经由质量流量控制器245c、阀245d被供给至喷头230内。另外，在清洁工序中，在第三气体供给管245a内流动的清洁气体经由质量流量控制器248c、阀248d被供给至喷头230内。

从第三气体供给源245b供给的惰性气体，在后述的薄膜形成工序（S104）中，作为对留在处理室202、喷头230内的气体进行净化的净化气体发挥作用。此外，在清洁工序中，也可以将惰性气体作为清洁气体的运载气体或稀释气体发挥作用。

从清洁气体供给源248b供给的清洁气体，在清洁工序中作为将附着于喷头、处理室202的副生成物等去除的清洁气体发挥作用。

在此，清洁气体例如是三氟化氮（NF₃）气体。此外，作为清洁气体，例如也可以使用氟化氢（HF）气体、三氟化氯（ClF₃）气体、氟（F₂）气体等，另外也可以将上述组合使用。

（第二排气系统）

在处理室201（上部容器202a）的内壁侧面上，设有将处理室201的环境气体排气的排气口221。在排气口221上连接有排气管222，在排气管222上，按顺序以串联的方式连接有将处理室201内控制为规定的压力的APC（Auto Pressure Controller）等的压力调整器223、真空泵224。主要由排气口221、排气管222、压力调整器223、真空泵224构成第二排气系统（排气管线）220。

（等离子体生成构造）

在喷头的盖231上，连接有整合器251、高频电源252。通过调整高频电源252、整合器251或以高频可变的方式调整阻抗，在喷头230、处理室201生成等离子体。

（控制器）

衬底处理装置100具有对衬底处理装置100的各部分的动作进行控制的控制器260。控制器260至少具有运算部261以及存储部262。控制器260根据上位控制器或使用者的指示从存储部将衬底处理装置的程序、控制方法调出，并根据其内容控制各构成。

（2）衬底处理工序

接下来，参照图2、图3、图4、图5对使用衬底处理装置100在晶片200上形成薄膜的工序进行说明。图2、图3、图4是本发明的实施方式的成膜工序的流程图。图5是表示远程等离子体单元244e中的气体的混合状态和等离子体状态的的关系的图。此外，在以下的说明中，构成衬底处理装置100的各部分的动作由控制器260控制。

使用图2、图3、图4，对衬底处理工序的概况进行说明。图2是表示本实施方式的衬底处理工序的流程图。

这里，对作为第一元素含有气体使用TiCl₄气体、作为第二元素含有气体使用氨气（NH₃）气体从而在晶片200上作为薄膜形成氮化钛膜的例子进行说明。另外，例如，在晶片200上，也可以预先形成有规定的膜。另外，也可以在晶片200或者规定的膜上预先形成有规定的图案。

（衬底搬入、载置工序S102）

在处理装置100中通过使衬底载置台212下降至晶片200的搬运位置，从而使顶升销207贯通于衬底载置台212的贯通孔214。其结果是，顶升销207成为从衬底载置台212表面仅以规定的高度量突出的状态。接着，打开闸门阀205，使用未图示的晶片移载机，将晶片200（处理衬底）搬入处理室内，并将晶片200移载至顶升销207上。由此，晶片200以水平姿势被支承在从衬底载置台212的表面突出的顶升销207上。

将晶片200搬入处理容器202内后，使晶片移载机向处理容器202之外退避，关闭闸门阀205而将处理容器202内封闭。其后，使衬底载置台212上升，由此在设置于衬底载置台212的衬底载置面211上载置晶片200。

此外，将晶片200搬入处理容器202内时，优选通过排气系统将处理容器202内排气，并从惰性气体供给系统对处理容器202内供给作为惰性气体的N₂气体。即，优选在使真空泵224工作并打开APC阀223，并由此将处理容器202内排气的状态下，至少打开第三气体供给系统的阀245d，由此对处理容器202内供给N₂气体。由此，能够抑制向处理容器202内的颗粒的侵入、向晶片200上的颗粒的附着。另外，真空泵224至少在从衬底搬入、载置工序（S102）到后述的衬底搬出工序（S106）结束为止的期间，始终使其处于工作状态。

将晶片200载置于衬底载置台212之上时，对埋入衬底载置台212的内部的加热器213供给电力，以晶片200的表面达到规定的温度的方式进行控制。晶片200的温度为例如室温以上500℃以下，优选为室温以上400℃以下。此时，根据由未图示的温度传感器检测到的温度信息对向加热器213的通电情况进行控制，由此调整加热器213的温度。

（成膜工序S104）

接下来，进行薄膜形成工序S104。说明薄膜形成工序S104的基本流程，对于本实施方式的特征部分的详细情况后述。

薄膜形成工序S104中，经由喷头230的缓冲室232，对处理室201内供给TiCl₄气体。供给TiCl₄气体且经过了规定的时间后，停止TiCl₄气体的供给，通过净化气体从缓冲室232、处理室201将TiCl₄气体排出。

排出TiCl₄气体后，经由缓冲室232对处理室201内供给等离子体状态的氨气气体。氨气气体与形成于晶片200上的钛含有膜发生反应，形成氮化钛膜。经过规定的时间后，停止氨气气体的供给，通过净化气体从喷头230、处理室201将氨气气体排出。

成膜工序104中，通过反复进行以上动作，形成所希望的膜厚的氮化钛膜。

（衬底搬出工序S106）

接下来，使衬底载置台212下降，使晶片200支承于从衬底载置台212的表面突出的顶升销207上。其后，打开闸门阀205，使用晶片移载机将晶片200向处理容器202之外搬出。其后，在结束衬底处理工序的情况下，停止从第三气体供给系统对处理容器202内供给惰性气体。

（处理次数判定工序S108）

将衬底搬出后，对薄膜形成工序是否达到了规定的次数进行判定。若判断为达到了规定的次数，则移至清洁工序。若判断为未达到规定的次数，为了开始下一待机的晶片200的处理而移至衬底搬入、载置工序S102。

（清洁工序110）

在处理次数判定工序S108中若判断为薄膜形成工序达到了规定的次数，则进行清洁工序。在此，打开清洁气体供给系统的阀248d，经由喷头230向处理室201供给清洁气体。

若清洁气体充满喷头230、处理室201，则通过高频电源252施加电力并且通过整合器251使阻抗整合，从而在喷头230、处理室201中生成清洁气体的等离子体。所生成的清洁气体等离子体将附着于喷头230、处理室201内的壁上的副生成物去除。

接着，使用图3、图4、图5对成膜工序S104的详细进行说明。

（第一处理气体供给工序S202）

在本实施方式的加热部即衬底载置台加热部213已经工作的状态下开始处理。若衬底达到所希望的温度，则打开阀243d，经由气体导入口241、缓冲室232、多个贯通孔234a，开始对处理室201内供给作为第一处理气体的TiCl₄。

第二处理气体供给系统中，起动远程等离子体单元244e。而且，在关闭阀244d的状态下，打开阀247d。这样，不对处理室201供给反应气体，而是经由远程等离子体单元244e以及离子捕获部244f供给作为惰性气体的运载气体。通过从第二气体供给系统持续供给惰性气体，抑制来自喷头232的逆流。

在第三气体供给系统中，打开阀245d，经由气体导入孔241、缓冲室232、多个贯通孔234a，开始对处理室201内供给作为第三处理气体的惰性气体。

在缓冲室232内，TiCl₄气体通过气体引导件235均匀地分散。均匀分散的气体经由多个贯通孔234a，均匀地供给至处理室201内的晶片200上。

此时，以第一处理气体即TiCl₄气体的流量成为规定的流量的方式，调整质量流量控制器243c。而且，以第三处理气体即惰性气体的流量成为规定的流量的方式，调整质量流量控制器245c。此外，TiCl₄的供给流量例如为10sccm以上1000sccm以下。此外，也可以与TiCl₄气体一同，从第一惰性气体供给系统流动作为运载气体的N₂气体。另外，通过使排气泵224工作，并适当地调整APC阀223的阀开度，而使处理容器202内的压力成为规定的压力。

供给的TiCl₄气体被供给至晶片200上。在晶片200表面上，TiCl₄气体与晶片200之上接触从而形成作为“第一元素含有层”的钛含有层。

钛含有层例如根据处理容器202内的压力、TiCl₄气体的流量、承受器217的温度、第一处理区域201a中的处理时间等，以规定的厚度以及规定的分布形成。

经过规定的时间后，在第一气体供给系统中，关闭阀243d，停止TiCl₄气体的供给。在第二气体供给系统中，阀247d维持为开，继续进行惰性气体的供给。在第三气体供给系统中，阀245d维持为开，继续进行惰性气体的供给。

（第一喷头排气工序S204）

停止TiCl₄气体的供给后，打开阀237，将喷头230内的环境气体排气。具体而言，将缓冲室232内的环境气体排气。此时，预先使真空泵239工作。关于喷头排气工序204的详细情况后述。

此时，以缓冲室232的来自第一排气系统的排气电导比经由处理室的第二排气系统的电导高的方式控制阀237的开闭阀以及真空泵239。通过这样调整，形成从缓冲室232的中央趋向喷头排气孔231b的气体流动。这样，附着于缓冲室232的壁的气体、浮游于缓冲空间内的气体不会进入处理室201而是从第一排气系统被排气。

（第一处理室排气工序S206）

经过规定的时间后，继续使第二排气系统的排气泵224工作，以在处理空间中来自第二排气系统的排气电导比经由喷头230的来自第一排气系统的排气电导高的方式，调整APC阀223的阀开度以及阀237的阀开度。通过这样调整，形成经由处理室201的趋向第二排气系统的气体流动。因此，能够将供给至缓冲室232的惰性气体可靠地供给至衬底上，衬底上的残留气体的去除效率提高。

处理室排气工序中供给的惰性气体将第一处理气体供给工序S202中没能与晶片200结合的钛成分从晶片200上去除。而且，打开阀237，控制压力调整器237、真空泵239，将残留在喷头230内的TiCl₄气体去除。经过规定的时间后，将阀243d关闭而停止惰性气体的供给量，并且关闭阀237而将喷头230与真空泵239之间阻断。

优选的是，希望经过规定的时间后，使第二排气系统的排气泵224继续工作，而关闭阀237。这样一来，由于经由处理室201的趋向第二排气系统的流动不会受到第一排气系统的影响，因此能够更可靠地将惰性气体供给至衬底上，能够进一步提高衬底上的残留气体的去除效率。

另外，在喷头排气工序S204之后通过继续进行处理室排气工序S206，能够获得下述效果。即，在喷头排气工序S204中将缓冲室232内的残留物去除，因此即使在处理室排气工序S206中气体流动经由晶片200上，也能够防止残留气体附着于衬底上。

（第二处理气体供给工序S208）

在第一处理气体供给系统中，在关闭阀243d的状态下，维持阀247d为开，继续供给惰性气体。通过供给惰性气体，防止来自喷头232的逆流。

在第二气体供给系中，在维持远程等离子体单元244e的工作以及阀247d的开放的状态下，打开阀244d而开始氨气气体的供给。供给的氨气气体逐渐与从第二惰性气体供给系供给的惰性气体合流。在惰性气体与氨气气体的混合气体中，氨气气体的流量比逐渐增加。

与惰性气体交合的氨气气体通过远程等离子体单元244e而被等离子体化。在等离子体化的氨气气体中，离子成分在通过离子捕获部244f时被捕获。通过了离子捕获部244f的以自由基为主体的等离子体，经由缓冲室232、贯通孔234a均匀地供给至衬底上。

此时，以氨气气体的流量成为规定的流量的方式，调整质量流量控制器244c。此外，氨气气体的供给流量为例如200sccm以上1500sccm以下。

在此，氨气气体的规定的流量是与惰性气体混合的混合气体容易通过远程等离子体单元244e被等离子体化的流量，而且指的是以离子成分减少的方式设定的流量。关于这一点后述。

通过远程等离子体单元244e而生成的自由基为主体的氨气气体等离子体被供给至晶片200上。已经形成的钛含有层被氨气自由基改质，在晶片200上形成例如含有钛元素以及氮元素的层。此时，由于供给的氨气等离子体的离子量少，因此能够降低基于离子冲击的膜的损伤。因此，对于例如晶体管制造工序那样对损伤过敏的工序而言同样适合。

改质层，例如根据处理容器202内的压力、氨气气体的流量、衬底载置台212的温度、等离子体生成部206的电力供给情况等，以规定的厚度、规定的分布、相对于钛含有层的规定的氮成分等的侵入深度形成。

经过规定的时间后，关闭阀244d，停止氨气气体的供给。

在此，使用图5对远程等离子体单元244e中的惰性气体与氨气气体的流量比与其等离子体状态的关联进行说明。301表示惰性气体，302表示氨气气体。纵轴是流量比，横轴表示时间。打开阀244d之前，惰性气体的流量比高，通过打开阀244d，氨气气体的流量比逐渐升高。

如前述那样，远程等离子体单元244e被设定为以通过事先调整电源、匹配盒的方式而在规定的流量比下减少离子的产生。例如，惰性气体：氨气气体为1500sccm：200sccm～1500sccm：750sccm。这一流量比是图5中的等离子体稳定区域的流量比。另一方面，在偏离上述规定的流量比的情况下，即在异常放电区域那样的流量比下，会较多地产生离子。

例如在第二处理气体供给工序S208中，在工序开始时那样、刚打开阀244d之后那样氨气气体的流量比比规定的范围小的情况下，存在异常放电区域。在此由于氨气气体无法达到规定的流量比，因此会较多地产生离子。

此外，所谓异常放电区域，也包括氨气气体的流量比超过规定的范围的情况。例如，在阀的上游积留有气体的情况。根据本实施方式，则是刚打开阀244d之后、积留的气体一度与惰性气体混合的情况，这样的情况下氨气气体的流量比超过规定的范围，引起异常放电，会产生较多的离子。

如上述，在异常放电区域中会产生较多的离子，因此认为衬底上的膜的损伤较大。尤其是在本实施方式的衬底处理工序的情况下，如后述那样、在第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208中形成一层膜，通过反复进行第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208而形成所希望的膜厚的膜。因此，在如上述那样在供给氨气气体时产生离子的情况下，更会受到损伤，因此会形成不仅是膜表面、而且在深度方向上特性也差的膜。

因此，本实施方式中，在远程等离子体单元的下游设置离子捕获部244f。通过采用这样的构造，即使在第二处理气体供给工序S208的开始时那样氨气气体的流量比少的等离子体点火区域，也能够抑制向衬底上的离子供给。因此，即使对于在第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208中形成一层膜，并通过反复进行第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208而形成所希望的膜厚的膜的方法，也能够形成基于离子的带电、损伤少的膜。

在第三气体供给系统中，打开阀245d，经由气体导入孔241、缓冲室232、多个贯通孔234a，对处理室201内开始供给作为第三处理气体的惰性气体。

（第二喷头排气工序S210）

停止了氨气气体的供给后，打开阀237，将喷头230内的环境气排气。具体而言，将缓冲室232内的环境气排气。此时，使真空泵239预先工作。对于喷头排气工序210下文详述。

以缓冲室232的来自第一排气系统的排气电导比经由处理室的排气泵244的电导高的方式，控制阀237的开闭阀以及真空泵239。通过这样调整，形成从缓冲室232的中央趋向喷头排气孔231b的气体流动。这样，附着于缓冲室232的壁的气体、浮游于缓冲空间内的气体不会进入处理室201而是从第一排气系统排气。

（第二处理室排气工序S212）

经过规定的时间后，使第二排气系统的排气泵224工作，在处理空间中以来自第二排气系统的排气电导比经由喷头230的来自第一排气系统的排气电导高的方式调整APC阀223的阀开度以及阀237的阀开度。通过这样调整，形成经由处理室201的趋向第二排气系统的气体流动。因此，能够将供给至缓冲室232的惰性气体可靠地供给至衬底上，提高衬底上的残留气体的去除效率。

处理室排气工序中供给的惰性气体，将在第一处理气体供给工序S202中没能与晶片200结合的钛成分从晶片200上去除。而且，打开阀237，控制压力调整器237、真空泵239，将残留于喷头230内的氨气气体去除。经过规定的时间后，关闭阀243d而停止惰性气体的供给，并且关闭阀237将喷头230与真空泵239之间阻断。

优选的是，希望经过规定的时间后，使第二排气系统的排气泵224继续工作，关闭阀237。这样，缓冲室232内的残留气体、供给的惰性气体，经由处理室201且趋向第二排气系统的流动不会受到第一排气系统的影响，能够更可靠地将惰性气体供给到衬底上，因此在衬底上，没能完全与第一气体反应的残留气体的去除效率更高。

另外，喷头排气工序S204之后继续进行处理室排气工序S206，由此能够获得下述效果。即，喷头排气工序S204中将缓冲室232内的残留物去除，因此处理室排气工序S206中即使气体流动经由晶片200上，也能够防止残留气体附着于衬底上。

（判定工序S214）

其间，控制器260判定是否以规定次数实施了上述1循环。

没有实施规定次数时（S214中为No的情况下），在使远程等离子体单元244e工作的状态下，反复进行第一处理气体供给工序S202、第一喷头排气工序S204、第一处理室排气工序S206、第二处理气体供给工序S208、第二喷头排气工序S210、第二处理室排气工序S212的循环。实施了规定次数时（S214中为Yes的情况下），结束成膜工序S104。

在此，说明在反复进行第一处理气体供给工序S202、第一喷头排气工序S204、第一处理室排气工序S206、第二处理气体供给工序S208、第二喷头排气工序S210、第二处理室排气工序S212的循环的期间，维持远程等离子体单元244e的工作的理由。

在本实施方式那样的交替供给法中，通过进行第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208而形成一层膜（例如0.36左右），为了形成所希望的膜厚（例如50）需要反复进行多次第一处理气体供给工序S202和第二处理气体供给工序S208。因此，存在直到形成所希望的膜十分耗时的问题。因此，为了使处理效率提高，要求尽可能地缩短各处理气体供给工序。

在各处理气体供给工序中，根据处理气体的性质、加热条件等，要求例如第一处理气体供给工序0.05秒、第二处理气体供给工序0.2秒、其间的净化时间0.3秒左右的处理时间。但是，在第二处理气体供给工序中生成等离子体的远程等离子体单元244e，在起动后达到更稳定需要几秒（例如2秒）。因此，考虑到在第二处理气体供给工序S208之后停止远程等离子体单元244e的情况下，直至下一第二处理气体供给工序S208的氨气供给开始，装置来不及变得稳定。该情况下，由于成为不稳定的等离子体，因此会引起衬底上的曝露量不足等的问题。因此，本实施方式中，不使远程等离子体单元244e停止而是持续使其工作。由此，在第二处理气体供给工序中能够始终实现稳定的等离子体生成。

接着，使用图6对本实施方式的离子捕获部进行说明。配管401是与第二气体供给管244a连接，或者成为其一部分的配管。在配管401的内侧设有多孔板402。设定为多孔板的孔径、深度等能够捕获通过孔的等离子体的离子的程度的结构。这些结构依存于供给的气体中所含的离子的性质。

＜本发明的第二实施方式＞

接着，使用图7对本发明的第二实施方式的离子捕获部进行说明。其他的结构由于与第一实施方式相同因而省略说明。第二实施方式的离子捕获部在配管403的内侧设有棒状导电性部件403。棒状导电性部件403接地，将在配管401内通过的等离子体中的离子捕获。

在配管401的中央部分突出有捕获离子的棒状导电性部件403，因此能够将在配管301的中央部流动的等离子体中的离子捕获。而且，与图6的实施方式相比，由于气体通过的区域的面积大，因此能够进一步提高气体的流速。

＜本发明的第三实施方式＞

接着，使用图8对本发明的第三实施方式的离子捕获部进行说明。其他的结构由于与第一实施方式相同因而省略说明。图8（a）是配管401的水平剖视图，图8（b）是配管401的垂直剖视图。第三实施方式的离子捕获部与图7记载的离子捕获部相比，进一步设有棒状导电性部件404。棒状导电性部件403以在水平方向上与棒状导电性部件404面对的方式配置，在垂直方向上则配置于与棒状导电性部件404不同的位置。

通过棒状导电性部件403，将在配管401内通过的等离子体中的离子捕获，并且，通过导电性部件404，将在距导电性部件403远的区域流动的等离子体中的离子捕获。

在上述的实施方式中，对作为第一元素含有气体使用钛含有气体，作为第二元素含有气体使用氮含有气体，在晶片200上形成氮化钛膜的情况进行了说明，但并不限于此。作为第一元素含有气体，也可以使用例如硅（Si）、铪（Hf）含有气体，锆（Zr）含有气体，钛（Ti）含有气体，从而在晶片200上形成氧化铪膜（HfO膜）、氧化锆膜（ZrO膜）、氧化钛膜（TiO膜）等的高介电常数膜等。

另外，上述的实施方式中，将与第一排气系统连接的喷头排气孔231b设置于喷头的盖231，但并不限于此，例如也可以设置于缓冲室的侧面。

以下，记载本发明的方式。

（附记1）

一种衬底处理装置，具有：

原料气体供给系统，其具有与原料气体源连接，并设有原料气体供给控制部的原料气体供给管；

反应气体供给系统，其具有反应气体供给管和惰性气体供给管，其中，所述反应气体供给管与反应气体源连接，从上游起按顺序设有反应气体供给控制部、等离子体生成部、离子捕获部；所述惰性气体供给管，其下游端连接在所述反应气体供给控制部与所述等离子体生成部之间，并且，上游端与惰性气体供给源连接，而且设有惰性气体供给控制部；

处理室，其收容被处理衬底，从所述原料气体供给系统被供给原料气体，从所述反应气体供给系统被供给反应气体；

控制部，其至少对所述原料气体供给控制部和所述反应气体供给控制部和所述惰性气体供给控制部进行控制。

（附记2）

如附记1所述的衬底处理装置，所述控制部以进行第一处理气体供给工序和第二处理气体供给工序的方式进行控制，其中，所述第一处理气体供给工序中，从所述原料气体供给系统对所述处理室供给所述原料气体，并且，在使所述等离子体生成部工作的状态下从所述反应气体供给系统对所述处理室供给惰性气体，所述第二处理气体供给工序中，在所述第一处理气体供给工序之后，在维持所述等离子体生成部的工作以及所述惰性气体的供给的状态下，开始所述反应气体的供给。

（附记3）

如附记2所述的衬底处理装置，所述控制部以反复进行所述第一处理气体供给工序和所述第二处理气体供给工序的方式进行控制。

（附记4）

如附记2或3所述的衬底处理装置，还具有第三气体供给系统，其具有第三气体供给管，该第三气体供给管上设有控制惰性气体的供给的第三气体供给控制部，所述控制部以在所述第一处理气体供给工序与所述第二处理气体供给工序之间进行从所述第三气体供给系统对所述处理室供给惰性气体的惰性气体供给工序的方式进行控制，而且，以在进行所述第一处理气体供给工序与所述第二处理气体供给工序与所述惰性气体供给工序期间，维持所述等离子体生成部的工作的方式进行控制。

（附记5）

如附记1所述的衬底处理装置，所述控制部以进行第一处理气体供给工序和第二处理气体供给工序的方式进行控制，其中，所述第一处理气体供给工序中，从所述原料气体供给系统对所述处理室供给所述原料气体，并且，在使所述等离子体生成部工作的状态下从所述反应气体供给系统对所述处理室供给惰性气体，所述第二处理气体供给工序中，在所述第一处理气体供给工序之后，在维持所述等离子体生成部的工作的状态下，对所述等离子体生成部供给惰性气体，此后供给所述惰性气体与反应气体的混合气体。

（附记6）

一种半导体装置的制造方法，具有：将衬底搬入处理室的工序；将原料气体从原料气体供给系统供给至处理室的第一处理气体供给工序；在供给惰性气体的状态下开始反应气体的供给，将所述惰性气体与所述反应气体的混合气体经由设置于反应气体供给系统的工作状态的等离子体生成部及离子捕获部而供给至所述处理室的第二处理气体供给工序。

（附记7）

一种半导体装置的制造方法，具有：将衬底搬入处理室的工序；

将原料气体从原料气体供给系统供给至处理室，并且，将惰性气体经由工作状态的等离子体生成部及离子捕获部而供给至处理室的第一处理气体供给工序；

在持续供给所述惰性气体的状态下，开始反应气体的供给，将所述惰性气体与所述反应气体的混合气体经由工作状态的所述等离子体生成部及所述离子捕获部而供给至所述处理室的第二处理气体供给工序。

Claims

1.一种衬底处理装置，其特征在于，具有：

反应气体供给系统，其具有反应气体供给管和惰性气体供给管，其中，所述反应气体供给管与反应气体源连接，从上游起按顺序设有反应气体供给控制部、等离子体生成部、离子捕获部，所述惰性气体供给管，其下游端连接在所述反应气体供给控制部与所述等离子体生成部之间，并且，上游端与惰性气体供给源连接，而且设有惰性气体供给控制部；

2.如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述控制部以进行第一处理气体供给工序和第二处理气体供给工序的方式进行控制，

其中，所述第一处理气体供给工序中，从所述原料气体供给系统对所述处理室供给所述原料气体，并且，在使所述等离子体生成部工作的状态下从所述反应气体供给系统对所述处理室供给惰性气体，

所述第二处理气体供给工序中，在所述第一处理气体供给工序之后，在维持所述等离子体生成部的工作以及所述惰性气体的供给的状态下，开始所述反应气体的供给。

3.如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述控制部以反复进行所述第一处理气体供给工序和所述第二处理气体供给工序的方式进行控制。

4.如权利要求2所述的衬底处理装置，其特征在于，

还具有第三气体供给系统，其具有第三气体供给管，该第三气体供给管上设有控制惰性气体的供给的第三气体供给控制部，所述控制部以在所述第一处理气体供给工序与所述第二处理气体供给工序之间进行从所述第三气体供给系统对所述处理室供给惰性气体的惰性气体供给工序的方式进行控制，而且，以在进行所述第一处理气体供给工序与所述第二处理气体供给工序与所述惰性气体供给工序期间，维持所述等离子体生成部的工作的方式进行控制。

5.如权利要求3所述的衬底处理装置，其特征在于，

6.如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，

所述第二处理气体供给工序中，在所述第一处理气体供给工序之后，在维持所述等离子体生成部的工作的状态下，对所述等离子体生成部供给惰性气体，此后供给所述惰性气体与反应气体的混合气体。

7.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：

将衬底搬入处理室的工序；

将原料气体从原料气体供给系统供给至处理室的第一处理气体供给工序；

在供给惰性气体的状态下开始反应气体的供给，将所述惰性气体与所述反应气体的混合气体经由设置于反应气体供给系统的工作状态的等离子体生成部及离子捕获部而供给至所述处理室的第二处理气体供给工序。

8.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：

将衬底搬入处理室的工序；