CN109314054A - 等离子体生成装置、衬底处理装置及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供能够均匀地处理衬底的技术。提供等离子体生成装置及使用其的技术，所述等离子体生成装置具有连接于高频电源的第1电极和接地的第2电极，上述第1电极与上述第2电极以合计为3根以上的奇数根交替配置，上述第1电极与上述第2电极中的任一者的电极相对于相邻的另两根电极而被共用。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体生成装置、衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
背景技术
在半导体器件制造工序之一中，有时进行下述衬底处理：将衬底搬入衬底处理装置的处理室内，对供给至处理室内的原料气体和反应气体等使用等离子体而使其活化，在衬底上形成绝缘膜、半导体膜、导体膜等各种膜、或者除去各种膜。等离子体是为了促进沉积的薄膜的反应、或从薄膜除去杂质、或辅助成膜原料的化学反应等而使用(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-92637号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，随着半导体器件制造中的阶段性的微细化，要求于更低温度进行衬底处理。因此，为了均匀地处理作为处理对象的规定的膜，正考虑使作为等离子体源的高频电力增大等解决方法。但是，增大高频电力时，存在难以均匀地处理规定的膜的情况。
本发明的目的在于提供能够均匀地处理衬底的技术。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供等离子体生成装置及使用其的技术，所述等离子体生成装置具有与高频电源连接的第1电极、和接地的第2电极，
其中，上述第1电极与上述第2电极以合计为3根以上的奇数根交替配置，
上述第1电极和上述第2电极中的任一者的电极相对于相邻的另两根电极而被共用。
发明的效果
根据本发明，可提供能够均匀地处理衬底的技术。
附图说明
[图1]为本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是以纵剖面图示出处理炉部分的图。
[图2]为本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是以图1的A-A线剖面图示出处理炉部分的图。
[图3](a)为用于说明本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的缓冲结构的横剖面放大图。(b)为用于说明本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的缓冲结构的示意图。
[图4]为本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的控制器的概略构成图，是以框图示出控制器的控制系统的图。
[图5]为本发明的实施方式涉及的衬底处理工序的流程图。
[图6]为示出本发明的实施方式涉及的衬底处理工序中的气体供给的时机的图。
[图7]为用于说明本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的变形例1的概略横剖面图。
[图8]为用于说明本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的变形例2的概略横剖面图。
[图9]为用于说明本发明的实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的变形例3的概略横剖面图。
[图10]为本发明的其他实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是以纵剖面图示出处理炉部分的图。
[图11]为示出本发明的其他实施方式涉及的衬底处理工序中的气体供给的时机的图。
具体实施方式
＜本发明的实施方式＞
以下，参照图1至图6，对本发明的一个实施方式进行说明。
(1)衬底处理装置的构成(加热装置)
如图1所示，处理炉202为能够沿垂直方向多层地收容衬底的所谓的立式炉，具有作为加热装置(加热机构)的加热器207。加热器207为圆筒形状，通过被支承于作为保持板的加热器基座(未图示)而垂直地安装。如后文所述，加热器207也作为利用热使气体活化(激发)的活化机构(激发部)发挥功能。
(处理室)
在加热器207的内侧，与加热器207呈同心圆状地配设有反应管203。反应管203由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)等耐热性材料构成，形成为上端封闭、下端开口的圆筒形状。在反应管203的下方，与反应管203呈同心圆状地配设有集流管(入口凸缘)209。集流管209由例如不锈钢(SUS)等金属构成，形成为上端及下端开口的圆筒形状。集流管209的上端部构成为卡合于反应管203的下端部、支承反应管203。在集流管209与反应管203之间，设置有作为密封部件的O型圈220a。通过使集流管209支承于加热器基座，从而反应管203成为被垂直地安装的状态。主要由反应管203和集流管209构成处理容器(反应容器)。在作为处理容器的内侧的筒中空部形成有处理室201。处理室201构成为能够收容多张作为衬底的晶片200。需要说明的是，处理容器不限定于上述构成，有时也将仅反应管203称为处理容器。
在处理室201内，以贯穿集流管209的侧壁的方式设置有喷嘴249a、249b。在喷嘴249a、249b上，分别连接有气体供给管232a、232b。通过这样的方式，反应管203中设置有2根喷嘴249a、249b和2根气体供给管232a、232b，能够向处理室201内供给多种气体。
在气体供给管232a、232b上，从气流的上游侧起依次分别设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)241a、241b及作为开闭阀的阀243a、243b。在气体供给管232a、232b的比阀243a、243b更靠下游侧，分别连接有供给非活性气体的气体供给管232c、232d。在气体供给管232c、232d上，从气流的上游侧起依次分别设置有MFC241c、241d及阀243c、243d。
如图2所示，喷嘴249a以沿着反应管203的内壁的下部至上部、朝向晶片200的装载方向的上方竖立的方式，设置于反应管203的内壁与晶片200之间的空间。即，在排列(载置)有晶片200的晶片排列区域(载置区域)的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域中，以沿着晶片排列区域的方式设置有喷嘴249a。即，喷嘴249a沿与晶片200的表面(平坦面)垂直的方向设置于被搬入处理室201内的各晶片200的端部(周缘部)的侧方。在喷嘴249a的侧面设置有供给气体的气体供给孔250a。气体供给孔250a以朝向反应管203的中心的方式开口，从而能够向晶片200供给气体。在从反应管203的下部至上部的范围内设置有多个气体供给孔250a，各自具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。
在气体供给管232b的前端部连接喷嘴249b。喷嘴249b设置于作为气体分散空间的缓冲室237内。如图2所示，缓冲室237在反应管203的内壁与晶片200之间的俯视下为圆环状的空间、并且在从反应管203的内壁的下部至上部的部分中，沿晶片200的装载方向设置。即，缓冲室237在晶片排列区域的侧方的水平包围晶片排列区域的区域中，以沿着晶片排列区域的方式由缓冲结构300形成。缓冲结构300由石英等绝缘物构成，在缓冲结构300的形成为圆弧状的壁面，形成有供给气体的气体供给口302、304。如图2及图3所示，气体供给口302、304在与后述的棒状电极269、270之间的等离子体生成区域224a、棒状电极270、271之间的等离子体生成区域224b相对的位置各自以朝向反应管203的中心的方式开口，从而能够向晶片200供给气体。气体供给口302、304在从反应管203的下部至上部的范围内设置多个，各自具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。
喷嘴249b以沿着反应管203的内壁的下部至上部、朝向晶片200的装载方向的上方竖立的方式设置。即，在缓冲结构300的内侧、且排列有晶片200的晶片排列区域的侧方的将晶片排列区域水平包围的区域中，以沿着晶片排列区域的方式设置有喷嘴249b。即，喷嘴249b沿与晶片200的表面垂直的方向设置于被搬入处理室201内的晶片200的端部的侧方。在喷嘴249b的侧面设置有供给气体的气体供给孔250b。气体供给孔250b以朝向缓冲结构300的相对于形成为圆弧状的壁面而言沿径向形成的壁面的方式开口，能够朝向壁面供给气体。由此，反应气体在缓冲室237内被分散，而不是直接向棒状电极269～271吹喷，可抑制粒子的产生。与气体供给孔250a同样地，气体供给孔250b在从反应管203的下部至上部的范围内设置多个。
通过这样的方式，本实施方式中，经由喷嘴249a、249b及缓冲室237来搬送气体，所述喷嘴249a、249b及缓冲室237被配置在由反应管203的侧壁的内壁和排列于反应管203内的多张晶片200的端部所定义的俯视下呈圆环状的纵长的空间内、即圆筒状的空间内。并且，从分别在喷嘴249a、249b及缓冲室237上开口的气体供给孔250a、250b、气体供给口302、304而在晶片200的附近首先向反应管203内喷出气体。并且，使反应管203内的气体的主要流动成为与晶片200的表面平行的方向、即水平方向。通过形成这样的构成，能够向各晶片200均匀地供给气体，能够提高形成于各晶片200的膜的膜厚的均匀性。在晶片200的表面上流动的气体、即反应后的残余气体朝向排气口、即后述的排气管231的方向流动。但是，该残余气体的流动方向可根据排气口的位置适当确定，并不限于垂直方向。
作为包含规定元素的原料、例如包含作为规定元素的硅(Si)的硅烷原料气体从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a向处理室201内供给。
所谓原料气体，是指气体状态的原料，例如，通过将常温常压下呈液体状态的原料气化而得到的气体、常温常压下呈气体状态的原料等。本说明书中，当使用“原料”这样的用语时，有时指的是“作为液体状态的液体原料”，有时指的是“作为气体状态的原料气体”，或者有时指的是这两者。
作为硅烷原料气体，例如可使用包含Si及卤元素的原料气体、即卤代硅烷原料气体。所谓卤代硅烷原料，是指具有卤基的硅烷原料。卤元素包含选自由氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)组成的组中的至少一种。即，卤代硅烷原料包含选自由氯基、氟基、溴基、碘基组成的组中的至少一种卤基。卤代硅烷原料也可以称为卤化物的一种。
作为卤代硅烷原料气体，例如，可以使用包含Si及Cl的原料气体、即氯硅烷原料气体。作为氯硅烷原料气体，例如可以使用二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体。
作为包含与上述规定元素不同的元素的反应物(反应体)，例如作为反应气体的含氮(N)气体构成为从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b向处理室201内供给。作为含N气体，例如，可以使用氮化氢系气体。氮化氢系气体也可以称为仅由N及H这两种元素构成的物质，作为氮化气体即N源发挥作用。作为氮化氢系气体，例如可以使用氨(NH3)气。
作为非活性气体，从气体供给管232c、232d分别经由MFC241c、241d、阀243c、243d、气体供给管232a、232b、喷嘴249a、249b向处理室201内供给例如氮(N2)气。
主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成作为第1气体供给系统的原料供给系统。主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成作为第2气体供给系统的反应体供给系统(反应物(reactant)供给系统)。主要由气体供给管232c、232d、MFC241c、241d、阀243c、243d构成非活性气体供给系统。也将原料供给系统、反应体供给系统及非活性气体供给系统总称而简称为气体供给系统(气体供给部)。
(等离子体生成部)
如图2及图3所示，在缓冲室237内，由导电体形成且具有细长结构的3根棒状电极269、270、271在从反应管203的下部至上部的范围内沿晶片200的层叠方向配设。各棒状电极269、270、271与喷嘴249b平行地设置。通过在从上部至下部的范围内利用电极保护管275罩上各棒状电极269、270、271，从而将它们保护。棒状电极269、270、271中配置于两端的棒状电极269、271经由匹配器272与高频电源273连接，棒状电极270与作为基准电位的地线连接而接地。即，与高频电源273连接的棒状电极和接地的棒状电极交替配置，配置于与高频电源273连接的棒状电极269、271之间的棒状电极270作为接地的棒状电极被棒状电极269、271共用。换言之，接地的棒状电极270以被与高频电源273连接的相邻的棒状电极269、271夹持的方式配置，棒状电极269与棒状电极270、同样地棒状电极271与棒状电极270各自以成对的方式构成，从而生成等离子体。即，接地的棒状电极270被2根棒状电极269、271共用，所述棒状电极269、271与棒状电极270相邻且与高频电源273连接。并且，通过从高频电源273对棒状电极269、271施加高频(RF)电力，从而在棒状电极269、270间的等离子体生成区域224a、棒状电极270、271间的等离子体生成区域224b中生成等离子体。主要由棒状电极269、270、271、电极保护管275构成作为等离子体源的等离子体生成部(等离子体生成装置)。可考虑将匹配器272、高频电源273包括在等离子体源内。如后文所述，等离子体源作为将气体等离子体激发、即激发(活化)成等离子体状态的等离子体激发部(活化机构)发挥功能。
电极保护管275成为下述结构：能够在使各棒状电极269、270、271与缓冲室237内的气氛隔离的状态下插入缓冲室237内。若电极保护管275的内部的O2浓度与外部气体(大气)的O2浓度为相同程度，则分别插入电极保护管275内的棒状电极269、270、271会因由加热器207带来的热而被氧化。因此，通过预先在电极保护管275的内部填充N2气体等非活性气体、或使用非活性气体吹扫机构并利用N2气体等非活性气体对电极保护管275的内部进行吹扫，从而能够使电极保护管275的内部的O2浓度降低，防止棒状电极269、270、271的氧化。
(排气部)
在反应管203，设置有对处理室201内的气氛进行排气的排气管231。在排气管231，经由检测处理室201内的压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器245及作为排气阀(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller，自动压力控制器)阀244，连接有作为真空排气装置的真空泵246。APC阀244是如下构成的阀：通过在使真空泵246工作的状态下对阀进行开闭，从而能够进行处理室201内的真空排气及真空排气停止，进而通过在使真空泵246工作的状态下基于由压力传感器245检测到的压力信息来调节阀开度，能够调节处理室201内的压力。主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气系统。可考虑将真空泵246包括在排气系统内。排气管231并不限于设置于反应管203的情况，也可以与喷嘴249a、249b同样地设置于集流管209。
在集流管209的下方，设置有能够将集流管209的下端开口气密地封闭的作为炉口盖体的密封盖219。密封盖219构成为从垂直方向下侧与集流管209的下端抵接。密封盖219由例如SUS等金属构成，形成为圆盘状。在密封盖219的上表面，设置有与集流管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220b。在密封盖219的与处理室201相反的一侧，设置有使后述晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯穿密封盖219而连接于晶舟217。旋转机构267构成为通过使晶舟217旋转来使晶片200旋转。密封盖219构成为通过垂直地设置于反应管203的外部的作为升降机构的晶舟升降机115而在垂直方向上升降。晶舟升降机115构成为能够通过使密封盖219升降来将晶舟217向处理室201内外搬入及搬出。晶舟升降机115构成为将晶舟217即晶片200向处理室201内外搬送的搬送装置(搬送机构)。另外，在集流管209的下方，设置有作为炉口盖体的闸门219s，其能够在利用晶舟升降机115使密封盖219下降的期间，将集流管209的下端开口气密地封闭。闸门219s由例如SUS等金属构成，形成为圆盘状。在闸门219s的上表面，设置有与集流管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220c。闸门219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)由闸门开闭机构115s控制。
(衬底支承具)
如图1所示，作为衬底支承具的晶舟217构成为，将多张(例如25～200张)晶片200以水平姿态且彼此中心对齐的状态在垂直方向上排列并呈多层支承，也就是说使多张晶片200隔开规定的间隔地排列。晶舟217由例如石英、SiC等耐热性材料构成。在晶舟217的下部，呈多层地支承有由例如石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218。
如图2所示，在反应管203的内部，设置有作为温度检测器的温度传感器263。通过基于由温度传感器263检测到的温度信息来调节向加热器207的通电情况，从而使处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263与喷嘴249a、249b同样地沿着反应管203的内壁设置。
(控制装置)
接下来使用图4对控制装置进行说明。如图4所示，作为控制部(控制装置)的控制器121构成为具备CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d构成为能够经由内部总线121e与CPU121a进行数据交换。在控制器121上，连接有以例如触摸面板等形式构成的输入输出装置122。
存储装置121c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置121c内，以可读取的方式存储有控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载有后述的成膜处理的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是以能够使控制器121执行后述的各种处理(成膜处理)中的各步骤、并得到规定的结果的方式组合而成的，作为程序发挥功能。以下，也将工艺制程、控制程序等总称地简称为程序。另外，也将工艺制程简称为制程。本说明书中，当使用程序这样的用语时，有时仅单独包含制程，有时仅单独包含控制程序，或者有时包含这两者。RAM121b构成为由CPU121a读取的程序、数据等得以被暂时保存的存储区域(工作区)。
I/O端口121d连接于上述的MFC241a～241d、阀243a～243d、压力传感器245、APC阀244、真空泵246、加热器207、温度传感器263、匹配器272、高频电源273、旋转机构267、晶舟升降机115、闸门开闭机构115s等。
CPU121a构成为从存储装置121c读取并执行控制程序，并且根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等来从存储装置121c读取制程。CPU121a构成为，以按照读取到的制程的内容的方式，控制旋转机构267的控制、利用MFC241a～241d进行的各种气体的流量调节动作、阀243a～243d的开闭动作、基于阻抗监视的高频电源273的调节动作、APC阀244的开闭动作及基于压力传感器245的利用APC阀244进行的压力调节动作、真空泵246的起动及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调节动作、利用旋转机构267进行的晶舟217的正反旋转、旋转角度及旋转速度调节动作、利用晶舟升降机115进行的晶舟217的升降动作等。
控制器121可通过将存储在外部存储装置(例如，硬盘等磁盘、CD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器等半导体存储器)123中的上述程序安装到计算机中而构成。存储装置121c、外部存储装置123构成为计算机可读取的记录介质。以下，也将它们总称地简称为记录介质。本说明书中，当使用记录介质这样的用语时，有时仅单独包含存储装置121c，有时仅单独包含外部存储装置123，或者有时包含这两者。需要说明的是，程序向计算机的提供也可以不使用外部存储装置123，而使用互联网、专用线路等通信手段。
(2)衬底处理工序
接下来，参照图5及图6，作为半导体器件的制造工序的一个工序，针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。在以下的说明中，构成衬底处理装置的各部的动作由控制器121控制。
此处，针对下述例子进行说明：将供给DCS气体作为原料气体的步骤和供给经等离子体激发的NH3气体作为反应气体的步骤非同时地、即非同步地进行规定次数(1次以上)，从而在晶片200上形成氮化硅膜(SiN膜)作为包含Si及N的膜。另外，例如，也可以在晶片200上预先形成规定的膜。另外，也可以在晶片200或规定的膜上预先形成规定的图案。
本说明书中，方便起见，有时也将图6所示的成膜处理的工艺流程以下述方式示出。在以下的变形例、其他实施方式的说明中，也使用同样的表述。
本说明书中，当使用“晶片”这样的用语时，有时指的是晶片本身，有时指的是晶片与形成于其表面的规定的层、膜的层叠体。本说明书中，当使用“晶片的表面”这样的用语时，有时指的是晶片本身的表面，有时指的是形成于晶片上的规定的层等的表面。本说明书中，当记载了“在晶片上形成规定的层”时，有时指的是在晶片本身的表面上直接形成规定的层，有时指的是在形成于晶片上的层等之上形成规定的层。本说明书中，使用“衬底”这样的用语的情况也与使用“晶片”这样的用语的情况含义相同。
(搬入步骤：S1)
在将多张晶片200装填(晶片填充)到晶舟217上后，利用闸门开闭机构115s使闸门219s移动，从而使集流管209的下端开口打开(闸门打开)。然后，如图1所示，支承有多张晶片200的晶舟217被晶舟升降机115抬起并搬入处理室201内(晶舟加载)。在该状态下，密封盖219处于借助O型圈220b而将集流管209的下端密封的状态。
(压力·温度调节步骤：S2)
利用真空泵246进行真空排气(减压排气)，以使得处理室201的内部即晶片200存在的空间成为所期望的压力(真空度)。此时，利用压力传感器245测定处理室201内的压力，基于该测得的压力信息对APC阀244进行反馈控制。真空泵246至少在后述的成膜步骤结束之前的期间维持一直工作的状态。
另外，利用加热器207进行加热，以使得处理室201内的晶片200成为所期望的温度。此时，以处理室201内成为所期望的温度分布的方式，基于温度传感器263检测到的温度信息对向加热器207的通电情况进行反馈控制。利用加热器207进行的处理室201内的加热至少在后述的成膜步骤结束之前的期间持续进行。但是，在于室温以下的温度条件下进行成膜步骤的情况下，也可以不进行利用加热器207对处理室201内的加热。需要说明的是，在仅进行这样的温度下的处理的情况下无需加热器207，可以不在衬底处理装置中设置加热器207。在该情况下，能够使衬底处理装置的构成简化。
接着，开始利用旋转机构267进行的晶舟217及晶片200的旋转。利用旋转机构267进行的晶舟217及晶片200的旋转至少在成膜步骤结束之前的期间持续进行。
(成膜步骤：S3、S4、S5、S6)
然后，通过依次执行步骤S3、S4、S5、S6来进行成膜步骤。
(原料气体供给步骤：S3、S4)
在步骤S3中，对处理室201内的晶片200供给DCS气体。
打开阀243a，向气体供给管232a内流入DCS气体。DCS气体由MFC241a进行流量调节，经由喷嘴249a从气体供给孔250a向处理室201内供给，并从排气管231排气。此时，同时地打开阀243c，向气体供给管232c内流入N2气体。N2气体由MFC241c进行流量调节，与DCS气体一同向处理室201内供给，并从排气管231排气。
另外，为了抑制DCS气体侵入喷嘴249b内，打开阀243d，向气体供给管232d内流入N2气体。N2气体经由气体供给管232b、喷嘴249b向处理室201内供给，并从排气管231排气。
由MFC241a控制的DCS气体的供给流量为例如1sccm以上且6000sccm以下、优选为2000sccm以上且3000sccm以下的范围内的流量。由MFC241c、241d控制的N2气体的供给流量各自为例如100sccm以上且10000sccm以下的范围内的流量。处理室201内的压力为例如1Pa以上且2666Pa以下、优选为665Pa以上且1333Pa的范围内的压力。晶片200暴露于DCS气体的时间为例如1秒以上且10秒以下、优选为1秒以上且3秒以下的范围内的时间。
对于加热器207的温度而言，以晶片200的温度成为例如0℃以上且700℃以下、优选为室温(25℃)以上且550℃以下、更优选为40℃以上且500℃以下的范围内的温度的方式来设定。如本实施方式这样，通过使晶片200的温度为700℃以下、进而为550℃以下、进一步为500℃以下，能够减少对晶片200施加的热量，能够良好地控制晶片200所受到的热历史。
通过在上述条件下对晶片200供给DCS气体，从而在晶片200(表面的基底膜)上形成例如小于1原子层(1分子层)至数原子层(数分子层)左右的厚度的含Si层。含Si层可以为Si层，也可以为DCS的吸附层，还可以包含这两者。
此处，所谓小于1原子层(1分子层)的厚度的层，是指不连续地形成的原子层(分子层)，所谓1原子层(1分子层)的厚度的层，是指连续地形成的原子层(分子层)。含Si层可包括Si层和DCS的吸附层这两者。但是，如上所述，针对含Si层，使用“1原子层”、“数原子层”等表述，将“原子层”以与“分子层”同样含义的方式使用。
若形成于晶片200上的含Si层的厚度超过数原子层，则后述的改性处理中的改性作用无法到达含Si层整体。另外，可形成于晶片200上的含Si层的厚度的最小值小于1原子层。因此，含Si层的厚度优选为小于1原子层至数原子层左右。
形成含Si层后，关闭阀243a，停止DCS气体向处理室201内的供给。此时，APC阀244保持打开状态，利用真空泵246对处理室201内进行真空排气，将残留于处理室201内的未反应或对含Si层的形成作出贡献后的DCS气体、反应副产物等从处理室201内排除(S4)。另外，阀243c、243d保持打开状态，维持N2气体向处理室201内的供给。N2气体作为吹扫气体发挥作用。需要说明的是，也可省略该步骤S4。
作为原料气体，除了DCS气体外，也可以合适地使用四(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]4，简称：4DMAS)气体、三(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]3H，简称：3DMAS)气体、双(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]2H2，简称：BDMAS)气体、双二乙基氨基硅烷(Si[N(C2H5)2]2H2，简称：BDEAS)、双(叔丁基氨基)硅烷(SiH2[NH(C4H9)]2，简称：BTBAS)气体、二甲基氨基硅烷(DMAS)气体、二乙基氨基硅烷(DEAS)气体、二丙基氨基硅烷(DPAS)气体、二异丙基氨基硅烷(DIPAS)气体、丁基氨基硅烷(BAS)气体、六甲基二硅氮烷(HMDS)气体等各种氨基硅烷原料气体、单氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷(SiCl4，简称：STC)气体、六氯二硅烷(Si2Cl6，简称：HCDS)气体、八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等无机系卤代硅烷原料气体、单硅烷(SiH4，简称：MS)气体、二硅烷(Si2H6，简称：DS)气体、三硅烷(Si3H8，简称：TS)气体等不含卤基的无机系硅烷原料气体。
作为非活性气体，除了N2气体外，也可以使用Ar气体、He气体、Ne气体、Xe气体等稀有气体。
(反应气体供给步骤：S5、S6)
成膜处理结束后，对处理室201内的晶片200供给作为反应气体的经等离子体激发的NH3气体(S5)。
在该步骤中，按照与步骤S3中的阀243a、243c、243d的开闭控制同样的步骤来进行阀243b～243d的开闭控制。对于NH3气体而言，利用MFC241b进行流量调节，并经由喷嘴249b向缓冲室237内供给。此时，向棒状电极269、270、271间供给高频电力。向缓冲室237内供给的NH3气体被激发为等离子体状态(进行等离子体化而被活化)、以活性种(NH3*)的形式向处理室201内供给，并从排气管231排气。
由MFC241b控制的NH3气体的供给流量为例如100sccm以上且10000sccm以下、优选为1000sccm以上且2000sccm以下的范围内的流量。对棒状电极269、270、271施加的高频电力为例如50W以上且600W以下的范围内的电力。处理室201内的压力为例如1Pa以上且500Pa以下的范围内的压力。通过使用等离子体，从而即使将处理室201内的压力设为这样的较低的压力范围，也能够使NH3气体活化。对晶片200供给通过将NH3气体进行等离子体激发而得到的活性种的时间、即气体供给时间(照射时间)为例如1秒以上且180秒以下、优选为1秒以上且60秒以下的范围内的时间。其他的处理条件为与上述的S3同样的处理条件。
通过在上述条件下对晶片200供给NH3气体，从而形成于晶片200上的含Si层被等离子体氮化。此时，借助经等离子体激发的NH3气体的能量，含Si层所具有的Si-Cl键、Si-H键被切断。与Si的键被切断的Cl、H从含Si层脱离。并且，由于Cl等脱离，具有未结合键(悬挂键)的含Si层中的Si与NH3气体中包含的N结合，形成Si-N键。通过进行该反应，含Si层转变(改性)为包含Si及N的层、即氮化硅层(SiN层)。
需要说明的是，为了将含Si层改性成SiN层，必须将NH3气体等离子体激发并进行供给。原因在于，在非等离子体的气氛下即使供给NH3气体，在上述温度范围内，将含Si层氮化所需的能量仍然不足，难以使Cl、H从含Si层充分地脱离，或者难以使含Si层充分地氮化来增加Si-N键。
使含Si层转变成SiN层后，关闭阀243b，停止NH3气体的供给。另外，停止向棒状电极269、270、271间供给高频电力。然后，利用与步骤S4同样的处理步骤、处理条件，将残留于处理室201内的NH3气体、反应副产物从处理室201内排除(S6)。需要说明的是，也可以省略该步骤S6。
作为氮化剂、即进行等离子体激发的含NH3气体，除了NH3气体外，还可以使用二亚胺(N2H2)气体、肼(N2H4)气体、N3H8气体等。
作为非活性气体，除了N2气体外，还可以使用例如步骤S4中示例的各种稀有气体。
(实施规定次数：S7)
将非同时地、即非同步地依次实施上述S3、S4、S5、S6作为1个循环，并将该循环实施规定次数(n次)即1次以上(S7)，由此能够在晶片200上形成规定组成及规定膜厚的SiN膜。上述的循环优选重复多次。即，优选的是，使每一循环形成的SiN层的厚度小于所期望的膜厚，将上述循环重复多次，直至通过层叠SiN层而形成的SiN膜的膜厚达到所期望的膜厚为止。
(大气压恢复步骤：S8)
上述的成膜处理完成后，分别从气体供给管232c、232d向处理室201内供给作为非活性气体的N2气体，并从排气管231排气。由此，处理室201内被非活性气体吹扫，残留于处理室201内的气体等从处理室201内除去(非活性气体吹扫)。然后，处理室201内的气氛被置换为非活性气体(非活性气体置换)，处理室201内的压力恢复至常压(S8)。
(搬出步骤：S9)
然后，利用晶舟升降机115使密封盖219下降，集流管209的下端开口，并且处理完成的晶片200以支承于晶舟217的状态从集流管209的下端被搬出至反应管203的外部(晶舟卸载)(S9)。晶舟卸载之后，使闸门219s移动，集流管209的下端开口经由O型圈220c而被闸门219s密封(闸门关闭)。处理完成的晶片200被搬出至反应管203的外部后，自晶舟217取出(晶片取出)。需要说明的是，可以在晶片取出之后将空的晶舟217搬入处理室201内。
(3)由本实施方式带来的效果
根据本实施方式，可获得以下所示的一个或多个效果。
(a)根据本实施方式，通过使电极为多根，增加了电极面积，能够使向晶片表面供给的活性种的生成量增加，能够增加供给至晶片表面的活性种的量。
(b)根据本实施方式，通过使电极为多根，形成低输出，因此能够抑制粒子的产生。
(c)根据本实施方式，通过使电极为奇数根、使高频电源侧的电极共用接地侧的电极，从而与使用偶数根电极的情况相比，能够缩小设置空间。
(d)根据本实施方式，通过在缓冲室内设置3根电极，从而使等离子体生成区域为两处，并通过在与生成区域对应的位置(电极间)设置气体供给口，能够增加向晶片表面供给的活性种的供给量。由此，能够以短时间成膜，能够提高生产量。
(e)通过在缓冲室内设置等离子体生成部，向缓冲室外也能够供给一定程度的活性种，能够提高晶片的面内均匀性。
(变形例1)
接下来，基于图7，对本实施方式的变形例进行说明。本变形例中，以下仅对与上述实施方式不同的部分进行说明，相同的部分省略说明。
上述的实施方式中，针对在反应管203的内壁设置缓冲结构300、在该缓冲结构300的内侧设置分别被电极保护管275罩上的棒状电极269、270、271及喷嘴249b的构成进行了详述，本变形例中，在反应管203的内壁还设置与缓冲结构300同样的构成的缓冲结构400。
在缓冲结构400的内侧分别设置有被电极保护管275罩上的棒状电极369、370、371及喷嘴249c。棒状电极369、370、371中配置于两端的棒状电极369、371经由匹配器372与高频电源373连接，棒状电极370与作为基准电位的地线连接而接地。喷嘴249c与气体供给管232b连接，能够供给与喷嘴249b相同的气体。在喷嘴249c的侧面，在从反应管203的下部至上部的范围内设置有多个供给气体的气体供给孔250c。气体供给孔250c以朝向缓冲结构400的相对于形成为圆弧状的壁面而言沿径向形成的壁面的方式开口，能够朝向壁面供给气体。在缓冲结构400的形成为圆弧状的壁面，设置有对缓冲室237内的气体进行供给的气体供给口402、404。气体供给口402、404在与棒状电极369、370之间的等离子体生成区域324a、棒状电极370、371之间的等离子体生成区域324b相对的位置以分别朝向反应管203的中心的方式开口，在从反应管203的下部至上部的范围内设置多个，各自具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。
缓冲结构300与缓冲结构400隔着排气管231而相对于从排气管231和反应管203的中心通过的线以线对称的方式设置。另外，喷嘴249a被设置于隔着晶片200而与排气管231相对的位置。另外，喷嘴249b和喷嘴249c分别设置于缓冲室237内的远离排气管231的位置。
本变形例中，设置有两个具备等离子体生成部的缓冲结构，各缓冲结构300、400分别具备高频电源273、373及匹配器272、372。各高频电源273、373分别与控制器121连接，能够实现针对每个缓冲结构300、400的缓冲室237的等离子体控制。即，控制器121以使得在各缓冲室237中的每个中不产生活性种量的不均衡的方式、对各等离子体生成部的阻抗进行监视而独立地控制各高频电源273、373，在阻抗大的情况下，以高频电源的电源变高的方式进行控制。由此，与等离子体生成部为1个的情况相比，即使减小各等离子体生成部的高频电力，也能够对晶片供给充分量的活性种，能够提高晶片的面内均匀性。另外，与通过1个高频电源对2个等离子体生成部进行等离子体控制相对，通过对每个等离子体生成部设置高频电源，容易对各等离子体生成部中产生断线等异常的情况进行掌握。此外，容易调节高频电源与各电极间的距离，因此可容易抑制由于各电极与高频电源的距离不同而产生的RF电力施加的差异。
(变形例2)
接下来，基于图8对本实施方式的变形例2进行说明。本变形例2中，在反应管203的内壁，设置3个具备等离子体生成部的缓冲结构，设置2个供给原料气体的喷嘴。
与缓冲结构300、400同样地，在缓冲结构500的内侧设置有分别被电极保护管275罩上的棒状电极469、470、471及喷嘴249d，棒状电极469、471经由未图示的匹配器与高频电源连接，棒状电极470与作为基准电位的地线连接而接地。喷嘴249d与气体供给管232b连接，能够供给与喷嘴249b所供给气体相同的气体。在缓冲结构500的形成为圆弧状的壁面的电极间，设置有供给气体的气体供给口502、504。气体供给口502、504在与棒状电极469、470间、棒状电极470、471间的等离子体生成区域相对的位置各自以朝向反应管203的中心的方式开口，在从反应管203的下部至上部的范围内设置有多个，各自具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。另外，喷嘴249e与气体供给管232a连接，能够供给与喷嘴249a所供给气体相同的气体。
缓冲结构300与缓冲结构400隔着排气管231而相对于从排气管231和反应管203的中心通过的线以线对称的方式设置。另外，缓冲机构500被设置在隔着晶片200而与排气管231相对的位置。供给原料气体的喷嘴249a、249e分别被设置于缓冲结构300与缓冲结构500之间、和缓冲结构400与缓冲结构500之间。另外，供给反应气体的喷嘴249b、喷嘴249c、喷嘴249d各自在缓冲室237内设置于相同侧，喷嘴249b、喷嘴249c、喷嘴249d的气体供给孔分别以朝向缓冲结构300、400、500的相对于形成为圆弧状的壁面而言沿径向形成的壁面的方式开口。
根据本变形例2，也可获得与上述实施方式及变形例1同样的效果。
(变形例3)
接下来，基于图9，对本实施方式的变形例3进行说明。本变形例3中，在反应管203的内壁设置有4个具备等离子体生成部的缓冲结构。
与缓冲结构300、400、500同样地，在缓冲结构600的内侧，设置有分别被电极保护管275罩上的棒状电极569、570、571及喷嘴249f，棒状电极569、571经由未图示的匹配器与高频电源连接，棒状电极570与作为基准电位的地线连接而接地。喷嘴249f与气体供给管232b连接，能够供给与喷嘴249b所供给的气体相同的气体。在缓冲结构600的形成为圆弧状的壁面的电极间，设置有供给气体的气体供给口602、604。气体供给口602、604在与棒状电极569、570间、棒状电极570、571间的等离子体生成区域相对的位置以各自朝向反应管203的中心的方式开口，在从反应管203的下部至上部的范围内设置多个，各自具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。
缓冲结构300、400、500、600以等间隔设置。喷嘴249a设置在隔着晶片200而与排气管231相对的位置。喷嘴249b和喷嘴249c各自设置于缓冲室237内的远离排气管231的一侧。另外，喷嘴249d和喷嘴249f各自设置于缓冲室237内的排气管231侧，喷嘴249b、喷嘴249c、喷嘴249d、喷嘴249f的气体供给孔分别以朝向缓冲结构300、400、500、600的相对于形成为圆弧状的壁面而言沿径向形成的壁面的方式开口。
根据本变形例3，也可获得与上述实施方式及变形例1同样的效果。
＜本发明的其他实施方式＞
接下来，参照图10及图11对本发明的其他实施方式进行说明。本实施方式中，以下也仅对与上述实施方式不同的部分进行说明，相同的部分省略说明。
本实施方式中，在气体供给管232b的阀243b的下游侧连接有供给改性气体的气体供给管232e。在气体供给管232e上，从气流的上游侧起依次设置有MFC241e、阀243e。在气体供给管232e的较阀243e更靠下游侧连接有供给非活性气体的气体供给管232f。在气体供给管232f上，从气流的上游侧起依次设置有MFC241f及阀243f。
作为改性气体，例如氢(H2)气体构成为从气体供给管232e经由MFC241e、阀243e、气体供给管232b、喷嘴249b向处理室201内供给。作为非活性气体，从气体供给管232f分别经由MFC241f、阀243f、气体供给管232b、喷嘴249b向处理室201内供给例如氮(N2)气。
另外，如图11所示，通过非同时、即非同步地进行规定次数(1次以上)的下述步骤，从而能够在晶片200上形成氮化硅膜(SiN膜)作为包含Si及N的膜，所述步骤为：供给DCS气体作为原料气体的步骤；供给经等离子体激发的NH3气体作为反应气体的步骤；和供给经等离子体激发的H2气体作为改性气体的步骤。
像这样，在从喷嘴249b将NH3气体进行等离子体激发而作为反应气体向晶片供给后、将H2气体进行等离子体激发而供给的情况下，本发明也可适用、且可获得与上述实施方式同样的效果。另外，还可适用于变形例1的缓冲结构为2个的情况、变形例2的缓冲结构为3个情况等缓冲结构为多个的情况，且可获得与上述实施方式及变形例同样的效果。
以上，对本发明的实施方式具体地进行了说明。然而，本发明并不限定于上述实施方式，可以在不超出其要旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，针对使用3根电极作为等离子体生成部的例子进行了说明，但并不限于此，也可以适用于使用5根、7根等3根以上的奇数根电极的情况。例如在使用5根电极构成等离子体生成部的情况下，可以利用下述方式构成：将配置于最外侧位置的2根电极和配置于中央位置的1根电极的合计3根电极连接于高频电源，将以被高频电源夹持的形态配置的2根电极以接地的方式连接。
另外，在上述实施方式中，针对使高频电源侧的电极的根数多于接地侧的电极的根数、接地侧的电极被高频电源侧的电极共用的例子进行了说明，但并不限于此，也可以使接地侧的电极的根数多于高频电源侧的电极的根数，高频电源侧的电极被接地侧的电极共用。但是，若使接地侧的电极的根数多于高频电源侧的电极的根数，则需要增大施加至高频电源侧的电极的电力，产生大量粒子。因此，优选以使得高频电源侧的电极的根数多于接地侧的电极的根数的方式进行设定。
另外，在上述实施方式中，关于在缓冲结构中形成的气体供给口302、304，针对具有相同的开口面积、以相同的开口间距进行设置的例子进行了说明，但并不限于此，也可以使气体供给口302的开口面积大于气体供给口304的开口面积。通过缓冲室237内的电极的根数的增加，在距喷嘴249b远的位置的棒状电极269、270间产生的等离子体较在距喷嘴249b近的位置的棒状电极270、271间产生的等离子体少的可能性高。因此，可以使得设置于距喷嘴249b远的位置的气体供给口302的开口面积大于设置于距喷嘴249b近的位置的气体供给口304的开口面积。
另外，在上述实施方式中，针对在设置有多个缓冲结构的情况下将相同的反应气体进行等离子体激发而向晶片供给的构成进行了说明，但并不限于此，也可以将根据每个缓冲结构而不同的反应气体进行等离子体激发而向晶片供给。由此，能够对每个缓冲室进行等离子体控制，能够根据缓冲室而供给不同的反应气体，并且与在1个缓冲结构中供给多种反应气体的情况相比，能够省去吹扫工序等不需要的工序，能够实现生产率的提高。
在上述实施方式中，针对在供给原料后再供给反应气体的例子进行了说明。本发明并不限定于这样的方式，原料、反应气体的供给顺序可以相反。即，可以在供给反应气体后再供给原料。通过改变供给顺序，能够使形成的膜的膜质、组成比变化。
在上述的实施方式等中，针对在晶片200上形成SiN膜的例子进行了说明。本发明并不限定于这样的方式，也可以合适地应用于下述情况：在晶片200上形成氧化硅膜(SiO膜)、碳氧化硅(SiOC膜)、氧碳氮化硅膜(SiOCN膜)、氧氮化硅膜(SiON膜)等Si系氧化膜的情况；在晶片200上形成硅碳氮化膜(SiCN膜)、硅硼氮化膜(SiBN膜)、硅硼碳氮化膜(SiBCN膜)、硼碳氮化膜(BCN膜)等Si系氮化膜的情况。在这些情况下，作为反应气体，除含O气体外，可以使用含C气体(C3H6等)、含N气体(NH3等)、含B气体(BCl3等)。
另外，本发明也可以合适地应用于下述情况：在晶片200上，形成包含钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)等金属元素的氧化膜、氮化膜，即金属系氧化膜、金属系氮化膜。即，本发明也可以合适地应用于下述情况：在晶片200上，形成TiO膜、TiN膜、TiOC膜、TiOCN膜、TiON膜、TiBN膜、TiBCN膜、ZrO膜、ZrN膜、ZrOC膜、ZrOCN膜、ZrON膜、ZrBN膜、ZrBCN膜、HfO膜、HfN膜、HfOC膜、HfOCN膜、HfON膜、HfBN膜、HfBCN膜、TaO膜、TaOC膜、TaOCN膜、TaON膜、TaBN膜、TaBCN膜、NbO膜、NbN膜、NbOC膜、NbOCN膜、NbON膜、NbBN膜、NbBCN膜、AlO膜、AlN膜、AlOC膜、AlOCN膜、AlON膜、AlBN膜、AlBCN膜、MoO膜、MoN膜、MoOC膜、MoOCN膜、MoON膜、MoBN膜、MoBCN膜、WO膜、WN膜、WOC膜、WOCN膜、WON膜、MWBN膜、WBCN膜等。
在这些情况下，例如，作为原料气体，可以使用四(二甲基氨基)钛(Ti[N(CH3)2]4，简称：TDMAT)气体、四(乙基甲基氨基)铪(Hf[N(C2H5)(CH3)]4，简称：TEMAH)气体、四(乙基甲基氨基)锆(Zr[N(C2H5)(CH3)]4，简称：TEMAZ)气体、三甲基铝(Al(CH3)3，简称：TMA)气体、四氯化钛(TiCl4)气体、四氯化铪(HfCl4)气体等。作为反应气体，可以使用上述反应气体。
即，本发明可以合适地应用于形成包含半金属元素的半金属系膜、包含金属元素的金属系膜的情况。它们的成膜处理的处理步骤、处理条件可以为与上述实施方式、变形例所示的成膜处理同样的处理步骤、处理条件。在这些情况下，可获得与上述实施方式、变形例同样的效果。
成膜处理中使用的制程根据处理内容单独准备，经由电通信线路、外部存储装置123而预先存储于存储装置121c内。此外，在开始各种处理时，优选的是，CPU121a根据处理内容从存储于存储装置121c内的多个制程中适当选择适合的制程。由此，将能够在1台衬底处理装置中通用地且再现性良好地形成各种膜种类、组成比、膜质、膜厚的薄膜。另外，能够减少操作者的负担，能够在避免操作失误的同时迅速地开始各种处理。。
上述制程并不限定于新制成的情况，例如，也可以通过改变已经安装到衬底处理装置的已有制程来进行准备。在变更制程的情况下，也可以经由电通信线路、记录有该制程的记录介质而将变更后的制程安装于衬底处理装置中。另外，也可以操作已有的衬底处理装置所具备的输入输出装置122，直接变更已安装于衬底处理装置的已有的制程。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，可提供能够对衬底均匀地进行处理的技术。
附图标记说明
200 晶片
201 处理室
237 缓冲室
249 喷嘴
269～271、369～371、469～471、569～571 棒状电极
273、373 高频电源
275 电极保护管
300、400、500、600 缓冲结构
302、304、402、404、502、504、602、604 气体供给口
Claims (8)
1.等离子体生成装置，其具有连接于高频电源的第1电极、和接地的第2电极，
所述第1电极与所述第2电极以合计为3根以上的奇数根交替配置，
所述第1电极与所述第2电极中的任一者的电极相对于相邻的另两根电极而被共用。
2.衬底处理装置，其具备：
处理室，其对衬底进行处理；
第1气体供给系统，其向所述处理室内供给第1气体；
第2气体供给系统，其向所述处理室内供给第2气体；
等离子体生成装置，其通过将所述第2气体等离子体化而使其活化；和
排气系统，其对所述处理室内进行排气，
其中，所述等离子体生成装置具有连接于高频电源的第1电极、和接地的第2电极，
所述第1电极与所述第2电极以合计为3根以上的奇数根交替配置，
所述第1电极与所述第2电极中的任一者的电极相对于相邻的另两根电极而被共用。
3.如权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述第1电极以根数多于所述第2电极的根数的方式构成。
4.如权利要求2或3所述的衬底处理装置，其具有：
缓冲室，在所述处理室内划分出所述缓冲室，在所述缓冲室的内部配置所述等离子体生成装置，所述缓冲室具有向所述处理室内开口的气体供给口；和
控制部，所述控制部控制所述高频电源，
所述控制部分别监视所述等离子体生成装置的阻抗从而控制所述高频电源。
5.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述等离子体生成装置具有形成缓冲室的缓冲结构，所述缓冲室收容所述第1电极和所述第2电极，
在位于所述第1电极与所述第2电极之间的、所述缓冲结构的与所述衬底的侧面相面对的侧壁面，设置有气体供给孔。
6.如权利要求5所述的衬底处理装置，其具备多个所述缓冲结构，向所述多个缓冲结构的各个缓冲结构分别供给不同的反应气体。
7.如权利要求5所述的衬底处理装置，其具备多个所述缓冲结构，向所述多个缓冲结构的各个缓冲结构供给相同的反应气体。
8.半导体器件的制造方法，其具备：
将衬底收容于处理室的工序；
对所述衬底供给第1气体的工序；
利用等离子体生成装置进行等离子体化的工序，所述等离子体生成装置具有以合计为3根以上的奇数根交替配置的、连接于高频电源的第1电极和接地的第2电极，所述第1电极与所述第2电极中的任一者的电极相对于相邻的另两根电极而被共用；和
通过进行等离子体化而进行活化、从而对所述衬底供给第2气体的工序。
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