CN110957238B - 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。本发明的课题为提供即使相对于纵横比高的深槽,也能在深槽的上部至下部形成特性均匀的膜的技术。解决手段为提供下述技术:用处理室内所具备的衬底支承部对至少具有由上部和下部构成的深槽的衬底进行支承,向所述处理室供给处理气体从而在所述深槽的内侧表面形成层,将由所述处理室构成的处理空间的压力设为低于所述深槽的内侧空间的压力,从而将形成所述层时在所述内侧空间生成的副产物排出。

Description

半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。
背景技术
近年来,形成于半导体器件的图案具有微细化的趋势。例如在专利文献1中,在形成于衬底的深槽的表面形成薄膜。
发明内容
发明要解决的课题
随着半导体器件的微细化,深槽的纵横比具有变高的趋势。在深槽的表面形成有薄膜。针对这样的深槽,要求从槽的上部至下部,使膜的特性均匀。所谓膜的特性是指例如电阻值、膜密度等。
本发明的目的在于提供相对于纵横比高的深槽也能在深槽的上部至下部中形成特性均匀的膜的技术。
专利文献1:日本特开2017-69407
用于解决课题的手段
本发明提供下述技术:用处理室内所具备的衬底支承部对至少具有由上部和下部构成的深槽的衬底进行支承,向前述处理室供给处理气体从而在前述深槽的内侧表面形成层,将由前述处理室构成的处理空间的压力设为低于前述深槽的内侧空间的压力,从而将形成前述层时在前述内侧空间生成的副产物排出。
发明效果
即使相对于纵横比高的深槽,也能在深槽的上部至下部中形成特性均匀的膜。
附图说明
[图1]为说明衬底处理装置的说明图。
[图2]为说明衬底处理装置的控制器的说明图。
[图3]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图4]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图5]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图6]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图7]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图8]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图9]为说明衬底的处理状态的说明图。
[图10]为说明半导体器件的制造流程的说明图。
[图11]为说明制造流程与气体流量、处理空间的压力的关系的说明图。
[图12]为说明半导体器件的制造流程的说明图。
[图13]为说明制造流程与气体流量、处理空间的压力的关系的说明图。
附图标记说明
100 衬底
102 绝缘膜
103 牺牲膜
106 空孔
115 副产物
200 衬底处理装置
205 处理空间
243 第一气体供给部
244 第二气体供给部
245 第三气体供给部
261 排气部
具体实施方式
使用图1,对在深槽中形成薄膜的衬底处理装置200的一例进行说明。
(腔室)
在此,说明腔室。
衬底处理装置200具有腔室202。腔室202以例如横截面呈圆形且扁平的密闭容器的形式构成。另外,腔室202由例如铝(Al)、不锈钢(SUS)等金属材料构成。在腔室202内形成有对作为衬底的硅衬底等衬底100进行处理的处理空间205、和在将衬底100向处理空间205搬送时供衬底100通过的搬送空间206。腔室202由上部容器202a和下部容器202b构成。上部容器202a和下部容器202b之间设置有分隔板208。
在下部容器202b的侧面设有与闸阀149邻接的衬底搬入搬出口148,衬底100经由衬底搬入搬出口148而在下部容器202b与未图示的真空搬送室之间移动。在下部容器202b的底部,设有多个提升销207。此外,下部容器202b接地。
构成处理空间205的处理室由例如后述的衬底载置台212和簇射头230构成。在处理空间205内,设置有支承衬底100的衬底支承部210。衬底支承部210主要具有:载置衬底100的衬底载置面211;在表面具有衬底载置面211的衬底载置台212;和内置于衬底载置台212的作为加热源的加热器213。在衬底载置台212内,供提升销207贯穿的贯穿孔214分别设置于与提升销207对应的位置。在加热器213上,连接有对加热器213的温度进行控制的温度控制部220。
衬底载置台212被轴217支承。轴217的支承部贯穿设置于腔室202的底壁的孔215,进而经由支承板216而在腔室202的外部连接于升降机构218。通过使升降机构218工作从而使轴217及衬底载置台212升降,从而能够使载置于衬底载置面211上的衬底100升降。需要说明的是,轴217下端部的周围被波纹管219覆盖。腔室202内被气密地保持。
当搬送衬底100时,衬底载置台212下降至衬底载置面211与衬底搬入搬出口148相对的位置,当处理衬底100时,如图1所示,衬底载置台212上升至使得衬底100处于处理空间205内的处理位置。
具体而言,当使衬底载置台212下降至衬底搬送位置时,提升销207的上端部从衬底载置面211的上表面突出,以使得提升销207从下方支承衬底100。另外,当使衬底载置台212上升至衬底处理位置时,提升销207从衬底载置面211的上表面埋没,以使得衬底载置面211从下方支承衬底100。
在处理空间205的上部(上游侧),设置有簇射头230。
簇射头230具有盖231。盖231具有凸缘232,凸缘232被支承于上部容器202a上。此外,盖231具有定位部233。定位部233卡合于上部容器202a,从而将盖231固定。
簇射头230具有缓冲空间234。将缓冲空间234称为由盖231和定位部232构成的空间。缓冲空间234与处理空间205连通。被供给至缓冲空间234的气体在缓冲空间234内扩散,被均匀地供给至处理空间205。这里,以缓冲空间234与处理空间205为不同结构的形式进行了说明,但不限于此,也可以将缓冲空间234包括在处理空间205中。
处理空间205主要由上部容器202a、衬底处理位置处的衬底载置台212的上部结构构成。将构成处理空间205的结构称为处理室。需要说明的是,处理室只要是构成处理空间205的结构即可,当然不限于上述结构。
搬送空间206主要由下部容器202b、衬底处理位置处的衬底载置台212的下部结构构成。将构成搬送空间206的结构称为搬送室。搬送室配置于处理室的下方。需要说明的是,搬送室只要是构成搬送空间205的结构即可,当然不限于上述结构。
(气体供给部)
接下来,说明气体供给部。气体供给部为供给处理气体的构成。在公共气体供给管242上,连接有第一气体供给管243a、第二气体供给管244a、第三气体供给管245a。
从包含第一气体供给管243a的第一气体供给部243主要供给作为处理气体的第一处理气体,从包含第二气体供给管244a的第二气体供给部244主要供给作为处理气体的第二处理气体。从包含第三气体供给管245a的第三气体供给部245供给非活性气体。
(第一气体供给部)
在第一气体供给管243a上,从上游方向起依次设置有第一气体供给源243b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)243c、及作为开闭阀的阀243d。
从第一气体供给管243a,经由质量流量控制器243c、阀243d、公共气体供给管242而向簇射头230供给包含第一元素的气体(以下,称为“第一处理气体”)。
第一处理气体为原料气体、即处理气体之一。这里,第一元素为例如硅(Si)。即,第一处理气体为例如含硅气体。具体而言,作为含硅气体,可使用二氯硅烷(SiH2Cl2。也称为DCS。)气体。
在第一气体供给管243a的比阀243d靠下游侧,连接有第一非活性气体供给管246a的下游端。在第一非活性气体供给管246a上,从上游方向起依次设置有非活性气体供给源246b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)246c、及作为开闭阀的阀246d。
在此,非活性气体为例如氮(N2)气体。作为原料气体的载气或稀释气体而发挥作用。
主要由第一气体供给管243a、质量流量控制器243c、阀243d构成第一气体供给部243(也称为含硅气体供给部)。
另外,主要由第一非活性气体供给管246a、质量流量控制器246c及阀246d构成第一非活性气体供给部。需要说明的是,也可考虑将非活性气体供给源246b、第一气体供给管243a包含在第一非活性气体供给部中。
此外,也可考虑将第一气体供给源243b、第一非活性气体供给部包含在第一处理气体供给部243中。
(第二气体供给部)
在第二气体供给管244a的上游,从上游方向起依次设置有反应气体供给源244b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)244c、及作为开闭阀的阀244d。在使反应气体成为等离子体状态的情况下,在阀244d的下游设置远程等离子体单元(RPU)244e。
另外,从第二气体供给管244a经由MFC244c、阀244d、公共气体供给管242,向簇射头230内供给反应气体。在使反应气体成为等离子体状态的情况下,利用RPU244e形成等离子体状态,并将其照射至衬底100上。
反应气体为处理气体之一,为例如氧气。作为氧气,可使用例如氧(O2)气体。
主要由第二气体供给管244a、MFC244c、阀244d构成反应气体供给部244。需要说明的是,也可以考虑反应气体供给部244包含反应气体供给源244b、RPU244e、后述第二非活性气体供给部。
在第二气体供给管244a的比阀244d靠下游侧,连接有第二非活性气体供给管247a的下游端。在第二非活性气体供给管247a上,从上游方向起依次设置有非活性气体供给源247b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)247c、及作为开闭阀的阀247d。另外,从第二非活性气体供给管247a经由MFC247c、阀247d、第二气体供给管244a、RPU244e向簇射头230内供给非活性气体。
非活性气体作为反应气体的载气或稀释气体发挥作用。具体而言,可使用例如氮(N2)气体。
主要由第二非活性气体供给管247a、MFC247c、及阀247d构成第二非活性气体供给部。需要说明的是,可考虑第二非活性气体供给部包含非活性气体供给源247b、第二气体供给管243a、RPU244e。另外,第二非活性气体供给部可考虑包含在第二气体供给部244中。
(第三气体供给部)
在第三气体供给管245a上,从上游方向起依次设置有第三气体供给源245b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)245c、及作为开闭阀的阀245d。
从第三气体供给管245a经由质量流量控制器245c、阀245d、公共气体供给管242而向簇射头230供给作为吹扫气体的非活性气体。非活性气体为例如氮(N2)气体。
主要由第三气体供给管245a、质量流量控制器245c、阀245d构成第三气体供给部245。
从非活性气体供给源245b供给的非活性气体作为对在衬底处理工序中残留在腔室202、簇射头230内的气体进行吹扫的吹扫气体而发挥作用。
主要将第一气体供给部243、第二气体供给部244、第三气体供给部245统称为气体供给部。需要说明的是,气体供给部只要是向处理空间供给处理气体的构成即可,根据工艺,可以是表示第一气体供给部243、第二气体供给部244、第三气体供给部245中的任一者、或者它们一部分的组合。
(排气部)
将腔室202的气氛排出的排气部主要由将处理空间205的气氛排出的排气部261构成。
排气部261具有连接于处理室的排气管(第1排气管)261a。排气管261a以与处理空间205连通的方式设置。排气管261a上设置有将处理空间205内控制为规定压力的作为压力控制器的APC(Auto Pressure Controller:自动压力控制器)261c、对处理空间205的压力进行测定的压力检测部261d。APC261c具有能够调节开度的阀芯(未图示),根据来自后述控制器280的指示来调节排气管261a的流导。另外,排气管261a中的APC261c的上游侧设置有阀261b。将排气管261a和阀261b、APC261c、压力检测部261d统称为排气部261。
在排气管261a的下游侧设置有DP(Dry Pump。干式泵)278。DP278经由排气管261a而将处理空间205的气氛排出。
(控制器)
衬底处理装置200具有控制衬底处理装置200的各部动作的控制器280。如图2所示,控制器280至少具有运算部(CPU)280a、临时存储部(RAM)280b、存储部280c、发送接收部280d。控制器280通过发送接收部280d连接于衬底处理装置200的各个构成,根据上位控制器、使用者的指令从存储部280c调出程序、制程,根据其内容控制各构成的动作。需要说明的是,控制器280可以作为专用的计算机而构成,也可以作为通用的计算机而构成。例如,准备储存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(USB Flash Drive)、存储卡等半导体存储器)282,通过用外部存储装置282将程序安装到通用的计算机中,能够构成本实施方式涉及的控制器280。此外,用于向计算机供给程序的手段不限于通过外部存储装置282进行供给的情况。例如,可以用网络或专用线路等通信手段,也可以通过发送接收部283从上位装置270接收信息而不通过外部存储装置282供给程序。另外,还可以用键盘、触摸面板等输入输出装置281对控制器280发出指令。
需要说明的是,存储部280c、外部存储装置282构成为计算机可读取的记录介质。以下,亦将这些简单地统称作记录介质。需要说明的是,本说明书中使用了记录介质这一用语时,既有仅单独包括存储部280c的情况,也有仅单独包括外部存储装置282的情况,另外,还有包括上述二者的情况。
(半导体器件的说明)
接下来,使用图3至图7对处理对象的半导体器件的一例进行说明。处理对象的半导体器件为层叠型的存储器。图4为在图3所示的空孔106中填充有电荷俘获膜等的状态的图。图5为填充有填充绝缘膜110等的状态的图。图6为将牺牲膜104除去的状态,并且是形成有空隙111的状态的图。图7为在空隙11中填充有金属膜112的图。
首先,使用图3对在本发明中处理的衬底进行说明。图3(a)为在衬底100中形成的膜的侧剖面图,图3(b)为从上方观察而得到的图。需要说明的是,图3(b)的α-α’线处的侧剖面图相当于图3(a)。
在衬底100上形成有公共源极线(CSL,Common Source Line)101。此外,在衬底100上形成有绝缘膜102。在绝缘膜102上形成有牺牲膜104。如图3所示,绝缘膜102与牺牲膜104被交替层叠。具体而言,在绝缘膜102(1)上形成有牺牲膜104(1)、绝缘膜102(2)、牺牲膜104(2)、…、绝缘膜102(8)、牺牲膜104(8)。在牺牲膜104(8)上形成有绝缘膜105。需要说明的是,在此,对将绝缘膜102、牺牲膜104形成8层的例子进行说明,但不限于此,也可以形成为更多层。
在由绝缘膜102、牺牲膜104构成的层叠膜及绝缘膜105中,形成有作为深槽的空孔106。空孔106构成为在底部使公共源极线101露出。如图3(b)所示的那样,空孔106在衬底100的面方向上设置有多个。在空孔106的内壁形成有保护膜107。
接下来,使用图4对在空孔106中形成了保护膜107、层叠膜108的状态进行说明。(a)为说明衬底100的状态的图,(b)为将(a)中的层叠膜108进行了部分放大的图。
在空孔106内,从外周侧起依次形成有保护膜107、栅极间绝缘膜-电荷俘获膜-隧道绝缘膜的层叠膜108。各膜构成为筒状。
例如,保护膜107由硅氧化膜、金属氧化膜构成。为了避免在除去改质牺牲膜104时对层叠膜108造成损伤,在空孔106的内壁表面设置保护膜107从而对其进行保护。
层叠膜108由栅极间绝缘膜(SiO2膜)108a、电荷俘获膜(氮化硅膜SiN)108b、隧道绝缘膜(SiO2膜)108c构成。栅极间绝缘膜108a被配设于保护膜107与电荷俘获膜108b之间。隧道绝缘膜108c被配设于电荷俘获膜108b与沟道多晶硅膜109之间。栅极间绝缘膜108a由后述的交替供给法形成。
接着,使用图5对在空孔106中形成了沟道多晶硅膜109、填充绝缘膜110的状态进行说明。在层叠膜108的表面形成沟道多晶硅膜109、填充绝缘膜110。沟道多晶硅膜109构成为筒状。如此对空孔106内进行填充。
在空孔106中填充后,利用蚀刻处理将牺牲膜104除去。
图6为通过蚀刻处理而将牺牲膜104除去后的状态的图。在形成牺牲膜104的部位形成有作为深槽的空隙111。空隙111与绝缘膜102被交替配置。
图7为在空隙111中埋入有金属膜112的状态。金属膜112与绝缘膜102被交替层叠。
使用图4、图8、图9,对使深槽中形成的膜的特性均匀的目的进行说明。图4的108d示出了层叠膜108的上部,108e示出了层叠膜108的下部。上部108d为在空孔106的上方所形成的部分,下部108e为在空孔106的底部所形成的部分。
图8为以电极间绝缘膜108a为例的说明图。图8中,电极间绝缘膜108a中存在低密度部113和高密度部114。低密度部113为膜组成密度低的部分。低密度部113也被称作针孔。高密度部114为满足期望的膜组成密度的部分。而且,低密度部113的膜组成密度低于高密度部114的膜密度。
如前所述,电极间绝缘膜108a与电荷俘获膜108b邻接。即,图5中,电极间绝缘膜108a以在XY平面邻接的方式被配设。电极间绝缘膜108a通过具有规定的膜组成密度从而抑制来自电荷俘获膜108b的漏电流,但在膜组成密度低的情况下会产生漏电流。即,虽然在高密度部114不产生漏电流,但在低密度部113可能会产生漏电流。
另外,对代替电极间绝缘膜108a而为用于电路等中的金属膜的情况进行说明。为金属膜的情况下,以例如在XY平面邻接的方式形成有绝缘膜。因此,金属膜中流动的电荷沿X轴方向流动。由于高密度部114与低密度部113中的电阻值不同,因此有电荷的流动量不同、或者电荷的流动紊乱的可能性。
如此,当膜组成密度存在偏差,则有半导体器件的特性降低的可能性。
接着,使用图9对深槽中膜特性发生偏差的理由进行说明。
针对深槽,在通过后述的图10所述的交替供给法形成膜的情况下,深槽中的空间(图9中为空孔106)内产生副产物。在此提到的副产物是指例如未能与基底的膜结合的气体的剩余成分、或者气体反应时产生的与膜成分不同的成分。
交替供给法中,第一处理气体供给工序S202中第一处理气体过剩从而产生副产物。第二处理气体供给工序S206中,形成于基底膜上的第一处理气体的前体与第二处理气体反应时产生副产物。
在此,对在存在副产物的状态下使处理气体流动时所形成的膜进行考察。存在副产物的区域中,基底膜与处理气体之间存在副产物。因此,认为存在处理气体未附着于基底膜的情况、形成有包含副产物的膜的情况。因此,在存在副产物的状态下即使使处理气体流动,也会形成组成密度低的膜。
为了将副产物从深槽除去,在第一处理气体供给工序S202之后进行第一吹扫工序S204、或者在第二处理气体供给工序S206之后进行第二吹扫工序S208。在以往的吹扫工序中,向处理室供给非活性气体。从生产率的观点考虑,该吹扫工序优选在短时间内进行。
然而,本申请的发明人进行了深入研究,结果发现以往的吹扫工序可除去在深槽的上部产生的副产物,但难以除去在下部产生的副产物。例如,在图9中,可除去孔上部106a的副产物115a,难以除去孔下部106b的副产物115b。因此,孔上部106a与孔下部106b中副产物115的密度不同。其结果,在孔上部106a与孔下部106b之间、例如栅极间绝缘膜108a与栅极间绝缘膜108b之间膜密度不同,从而在其后的膜形成中可能会产生不良情况。所谓不良情况例如是指下述可能性:漏电流、膜密度的偏差的产生所导致的可靠性的降低。
作为难以除去在深槽的下部所生成的副产物的理由,认为是下述理由。
第一个理由是以往的吹扫工序中的吹扫气体无法到达深槽的下部。
如前所述,吹扫工序中非活性气体被供给至处理室。此时,吹扫气体的成分侵入至深槽上部,其将滞留于深槽上部的副产物挤出。图9中,副产物115a被吹扫气体挤出。然而,在短时间内进行吹扫工序的情况下,吹扫气体难以到达深槽下部。为了使吹扫气体到达深槽下部,需要显著增加吹扫气体的流量、或花费大量的时间。然而,从生产率的观点考虑,并不优选在吹扫工序中显著增加吹扫气体的流量、或花费大量的时间。
第二个理由是深槽上部的副产物妨碍下部的副产物的移动。
吹扫工序中,如前所述,非活性气体被供给至深槽,此时非活性气体也被供给至衬底200的表面。因此,气体流动存在的衬底表面的压力变得低于深槽内的压力。由于从深槽向衬底表面形成气体流动,因此存在于深槽的上部的副产物能够随着该流动而从深槽被排出。然而,在深槽的下部中,如图9的箭头116那样,即使深槽下部的副产物115b要移动,由于上部的副产物115a妨碍了其移动,因此在下部副产物残留。
如此,在深槽下部生成的副产物处于难以除去的状况。因此,就在深槽中形成的膜成分而言,在上部与下部变得不均匀。
因此,本实施方式中,以即使在短时间的吹扫工序中也能将深槽下部的副产物除去的方式进行控制。以下,说明具体例。
(衬底处理工序)
使用图10、图11对利用衬底处理装置200的衬底处理工序进行说明。图10为说明处理流程的图,图11为示出各流程与气体流量、压力的关系的图。
通过进行本衬底处理工序,使例如在作为深槽的空孔106、空隙111中形成的薄膜的膜成分变得均匀。需要说明的是,在以下的说明中,构成衬底处理装置200的各部的动作由控制器280进行控制。
本实施方式中,以将图3那样的形成有保护膜107的衬底搬入至处理室并进行处理、从而形成栅极间绝缘膜108a的工序为例进行说明。
(衬底搬入·载置工序)
说明衬底搬入·载置工序。在图10中,将本工序的说明省略。在衬底处理装置200中,通过使衬底载置台212下降至衬底100的搬送位置(搬送Position),从而使提升销207贯穿衬底载置台212的贯穿孔214。其结果,提升销207处于从衬底载置台212表面仅突出规定高度的量的状态。
接下来,打开闸阀149使搬送空间206与真空搬送室(未图示)连通。然后,使用衬底移载机(未图示)将衬底100从该真空搬送室搬入至搬送空间206,将衬底100移载至提升销207上。由此,衬底100以水平姿势被支承于从衬底载置台212的表面突出的提升销207上。此时的衬底100为图3那样在空孔106中形成有保护膜107的状态。
在将衬底100搬入腔室202内后,使衬底移载机向腔室202之外退避,关闭闸阀149从而将腔室202内密闭。然后,通过使衬底载置台212上升,从而将衬底100载置于衬底载置面211上,通过进一步使衬底载置台212上升,从而使衬底100上升至前述处理空间205内的处理位置(衬底处理位置)。
在衬底100被搬入至搬送空间206后,当上升至处理空间205内的处理位置后,打开阀261b,使处理空间205与APC261c之间连通。APC261c通过调节排气管261a的流导,从而将处理空间205维持为规定压力(例如10-5~10-1Pa的高真空)。
当将衬底100载置于衬底载置台212之上时,向被埋入至衬底载置台212内部的加热器213供给电力,以衬底100的表面成为规定的温度的方式进行控制。衬底100的温度为例如室温以上且800℃以下,优选为室温以上且500℃以下。此时,基于由温度传感器检测到的温度信息,控制器280提取出控制值,通过温度控制部220来控制向加热器213的通电情况,由此调节加热器213的温度。
接下来,说明在深槽中形成薄膜的具体方法。这里,使用图10、图11,对形成由例如硅氧化膜构成的栅极间绝缘膜108a的例子进行说明。图10示出了衬底100的处理流程,图11示出了处理流程的各工序、以及供给到处理空间205的气体流量、处理空间205的压力。
图11中,自上方起示出了第一处理气体、从第一非活性气体供给部供给的非活性气体、第二处理气体、从第二非活性气体供给部供给的非活性气体、从第三气体供给部供给的非活性气体、各个工序中的气体的总供给量。各个纵轴示出了流量。此外,在其下示出了处理空间205的压力。
在使衬底100升温至衬底处理温度后,一边将衬底100保持在规定温度,一边伴随着加热处理而进行以下的衬底处理。即,经由公共气体供给管242、簇射头230而向配置于腔室202内的衬底100的表面(处理面)供给处理气体,处理衬底100。
以下,对作为第一处理气体使用DCS气体,作为第二处理气体使用氧(O2)气体,在深槽中形成硅氧化膜的例子进行说明。在此,进行交替供给不同处理气体的交替供给处理。
(第一处理气体供给工序S202)
对第一处理气体供给工序S202进行说明。当加热衬底100从而达到所期望的温度时,打开阀243d,并且以DCS气体的流量成为规定流量的方式,调节质量流量控制器243c。需要说明的是,DCS气体的供给流量为例如100sccm以上且800sccm以下。
从第一非活性气体供给部供给N2气体。从第一非活性气体供给部供给的非活性气体作为DCS气体的载气而使用。此时,也可从第二非活性气体供给部供给非活性气体。从第二非活性气体供给部供给的非活性气体具有作为防止DCS气体侵入气体供给管244a的气幕的功能。
就此时的气体流量而言,如图11所示,将从第一非活性气体供给部供给的非活性气体的流量设为1(任意单位)的情况下,DCS气体设为4,从第二非活性气体供给部供给的非活性气体设为1。因此,总流量为6。
经由缓冲空间234而被供给至处理空间205的DCS气体因热而被分解成硅成分等,被供给至衬底100上。所供给的硅成分与深槽的表面接触,由此在表面形成作为“第一元素含有层”的含硅层。含硅层相当于所形成的薄膜的前体。另外,在深槽的内侧空间生成剩余成分而作为副产物。
在此,压力检测部261d检测处理空间205的压力,控制器280接收上述检测数据。控制器280控制质量流量控制器243c、质量流量控制器246c、质量流量控制器247c、APC261c,将处理空间205内的压力控制为规定的范围内。
此时,将处理空间205、搬送空间206内的各自的压力控制为例如50~300Pa中的规定值。例如,为250Pa。
通过在这样的高压下进行处理,DCS气体能到达深槽的底部。因此,能够使硅成分在分解的状态下到达深槽的底部,其结果能够在保护膜107的表面形成含硅层。
经过规定时间后,关闭阀243d,从而停止DCS气体的供给。
(第一吹扫工序S204)
对第一吹扫工序S204进行说明。打开阀254d,从第三气体供给管245a供给N2气体,进行对存在于簇射头230及处理空间205及深槽中的副产物的吹扫。与此并行地,从第一非活性气体供给管246a、第二非活性气体供给管247a供给非活性气体。
就此时的气体流量而言,如图11所示,将第一处理气体供给工序S202中的从第一非活性气体供给部供给的非活性气体的流量设为1(任意单位)的情况下,从第二非活性气体供给部供给的非活性气体设为1,从第三气体供给部供给的非活性气体设为2。因此,总流量为4。
在此,与第一处理气体供给工序S202同样地,基于压力检测部261d检测到的检测数据,控制器280控制质量流量控制器245c、质量流量控制器246c、质量流量控制器247c、APC261c,使处理空间205的压力成为规定的压力。
此时,使总流量少于前一个成膜工序即第一处理气体供给工序S202,并且使处理空间205的压力成为低于第一处理气体供给工序S202中的处理空间205的压力。如此一来,能够使处理空间205的压力、即衬底100表面的压力成为低于深槽下部的压力。接下来,对设定为这种压力的理由进行说明。
如前所述,第一气体供给工序S202中,在深槽的内侧空间的上部、下部分别生成有副产物,在以往的吹扫工序中,存在于上部的副产物妨碍存在于下部的副产物的移动。因此,在下部副产物残留。
与此相对,本发明中使处理空间205的压力低于深槽的内侧空间。如此一来,由于在处理空间205与深槽的内侧空间产生压力差,因此形成有从深槽朝向处理空间205的气体流动。通过该气体的流动,存在于深槽上部的副产物被排出至处理空间205内。
由于深槽上部的副产物变少,抑制下部副产物的移动的物质变少,从而下部副产物的排出变得容易。
如此一来,即使在对具有深槽的衬底进行处理的情况下,也能够将残留于深槽内的副产物排出。因此,能够在深槽中形成均匀组成的层。
(第二处理气体供给工序S206)
对第二处理气体供给工序S206进行说明。关闭阀245c使第一吹扫工序S204结束后,打开阀244d经由簇射头230开始向处理空间205内供给氧气。
从第一非活性气体供给部供给N2气体。从第一非活性气体供给部供给的非活性气体具有作为防止氧气侵入气体供给管243a的气幕的功能。从第二非活性气体供给部供给的非活性气体作为氧气的载气、或者稀释气体而使用。
就此时的气体流量而言,如图11所示,将从第一非活性气体供给部供给的非活性气体的流量设为1(任意单位)的情况下,作为第二处理气体的氧气设为4,从第二非活性气体供给部供给的非活性气体设为1。因此,总流量为6。
在此,压力检测部261d检测处理空间205的压力,控制器280接收上述检测数据。控制器280控制质量流量控制器244c、质量流量控制器246c、质量流量控制器247c、APC261c,将处理空间205内的压力控制为规定的范围内。
此时,氧气的供给流量为例如100sccm以上且6000sccm以下。
氧气通过远程等离子体单元244e而形成等离子体状态。等离子体状态的氧气经由簇射头230而被供给至衬底100上。通过氧气将已在深槽中形成的含硅层改质,由此,形成由包含硅元素及氧元素的层构成的薄膜。
经过规定时间后,关闭阀244d,停止氧气的供给。
在第二处理气体供给工序S206中,也与上述S202同样地使阀261b打开,通过APC261c以使得处理空间205的压力成为规定压力的方进行控制。
(第二吹扫工序S208)
对第二吹扫工序S208进行说明。与第一吹扫工序S204同样地,从第三气体供给管245a供给N2气体,进行簇射头230及处理空间205的吹扫。
就此时的气体流量而言,如图11所示,将第一处理气体供给工序S202中的从第一非活性气体供给部供给的非活性气体的流量设为1(任意单位)的情况下,从第二非活性气体供给部供给的非活性气体设为1,从第三气体供给部供给的非活性气体设为2。因此,总流量为4。
此时,使总流量少于前一成膜工序即第二处理气体供给工序S202的总流量,并且使处理空间205的压力成为低于第一处理气体供给工序S206的处理空间205的压力。由此,与第一吹扫工序S204同样地,能够将存在于深槽上部及下部的副产物排出。因此,能够在深槽的表面形成均匀组成的层。
在此,基于压力检测部261d检测到的检测数据,控制器280控制质量流量控制器245c、质量流量控制器246c、质量流量控制器247c、APC261c,使处理空间205的压力成为规定的压力。
(判定S210)
对判定S210进行说明。控制器280对是否将上述的1个循环实施了规定次数(n次循环(n cycle))进行判定。
当没有实施规定次数时(在S210中为“否”的情况下),对第一处理气体供给工序S202、吹扫工序S204、第二处理气体供给工序S206、吹扫工序S208的循环进行重复。当实施了规定次数时(在S210中为“是”的情况下),结束图10所示的处理。
由于在第一吹扫工序S204、第二吹扫工序S208中排出了深槽下部的副产物,因此能够形成均匀组成的层连续而成的膜。即,能够形成均匀组成的膜。
(衬底搬出工序)
在衬底搬出工序中,使衬底载置台212下降,将衬底100支承于从衬底载置台212的表面突出的提升销207上。由此,衬底100从处理位置到达搬送位置。然后,打开闸阀149,使用机械臂(未图示)将衬底100搬出至腔室202之外。
利用以上说明的技术,即使相对于纵横比高的深槽,也不会在深槽的内侧空间底部残留副产物,从而能够在深槽的表面形成均匀组成的膜。
需要说明的是,在上述实施方式中,针对使用含硅气体作为第一处理气体、使用氧气作为第二处理气体,在深槽中形成硅氧化膜的情况进行了说明,但不限于此。作为第一处理气体,只要具有易于分解的性质即可,例如也可以是HCD(Si2Cl6)、TDMAS(SiH(N(CH3)2)3)。另外,作为第二处理气体,不限于O2气体,也可以是臭氧、HO等。另外,第二元素不限于氧,也可以是氮。尤其是在臭氧的情况下,由于其单独具有高能量,因此,也可以不形成等离子体状态。因此,当采用等离子体失活之程度的高压时,也可使用臭氧。
另外,作为非活性气体,以N2气体为例进行了说明,但只要是不与处理气体反应的气体即可,不限于此。例如,可以使用氦(He)气体、氖(Ne)气体、氩(Ar)气体等稀有气体。
另外,第一处理气体供给工序S202中,将从第一非活性气体供给部和第二非活性气体供给部各自供给的非活性气体合并而表述为总流量,但只要为包含第一处理气体的总流量即可,并不限定于此。
另外,第二处理气体供给工序S204中,将从第一非活性气体供给部和第二非活性气体供给部各自供给的非活性气体合并而表述为总流量,但只要为包含第二处理气体的总流量即可,并不限定于此。
第一吹扫工序S204、第二吹扫工序S208中,将从第一非活性气体供给部和第二非活性气体供给部各自供给的非活性气体合并而表述为总流量,但只要为非活性气体的总流量即可,并不限定于此。
(第二实施方式)
接着,对第二实施方式进行说明。
第二实施方式中,吹扫工序的动作不同。其他构成与第一实施方式同样,因此省略说明。以下,对本实施方式的吹扫工序进行详细说明。需要说明的是,本实施方式中的吹扫工序为相当于第一实施方式中的第一吹扫工序S204、第二吹扫工序S208的构成。
使用图12、图13对本实施方式中的吹扫工序进行说明。
本实施方式的吹扫工序通过多个阶段进行。具体而言,进行第一子吹扫工序S302和第二子吹扫工序S304。接下来,对具体的动作进行说明。
(第一子吹扫工序S302)
说明第一子吹扫工序S302。与以往同样地,向处理空间205供给非活性气体。在此,从第一非活性气体供给部、第二非活性气体供给部、第三气体供给部供给非活性气体,使处理空间205成为高压状态。
通过成为高压状态,大量的非活性气体被供给至深槽上部。非活性气体对滞留于深槽上部的副产物实施物理性冲击,从而将副产物排出至深槽外。
在此,成为例如高于第一处理气体供给工序S202的压力。
更优的是,优选在向衬底供给大量非活性气体的同时将处理空间205的气氛排出。如此一来,排出至深槽外的副产物不会滞留在衬底上。因此,副产物不会再次进入其他的深槽。
(第二子吹扫工序S304)
接着,说明第二子吹扫工序S304。第二子吹扫工序S304中也向处理空间205供给非活性气体。在此,停止从第三气体供给部供给非活性气体,从第一非活性气体供给部、第二非活性气体供给部供给非活性气体。第三气体供给部中停止非活性气体的供给时,使阀245d关闭。
由于维持从第一非活性气体供给部、第二非活性气体供给部供给的非活性气体的供给量,并停止从第三气体供给部的供给,因此处理空间205的压力变得低于第一子吹扫工序S302中处理空间205的压力。
因此,与第一实施方式同样地,处理空间205内的压力低于深槽下部的压力,其结果从深槽下部至处理空间205形成气体流动。本实施方式中,由于第一子吹扫工序S302中除去了深槽上部的副产物,因此不会妨碍滞留于深槽下部的副产物的移动。因此,与第一实施方式相比,能更加可靠地除去存在于深槽下部的副产物。
在此,说明本工序中停止从第三气体供给部245供给非活性气体的理由。第三气体供给部245中,使用MFC245c、阀245d控制气体的供给量。
作为减少非活性气体的流量的方法,可考虑对MFC245c进行控制。然而,能够将非活性气体供给调节至停止程度的量的高性能MFC较为昂贵,此外,即使实现了安装,到调节压力为止也需要花费时间。
另外,可考虑在从第三气体供给部供给非活性气体的同时控制APC261c而调节处理空间205的压力并使之为低压,但这在压力的调节上也需要花费时间。
在以上方法中,生产率降低。
相对于此,如本实施方式这样,在关闭阀245d的情况下,能够在短时间内减少向处理空间205的非活性气体的供给量。因此,能够提高生产率。
另外,本工序中,只要至少能使处理空间205内的压力低于第一吹扫工序302即可,也可停止从第一非活性气体供给部、第二非活性气体供给部的非活性气体供给。
上述实施方式中,对在衬底上形成包含Si作为主元素的膜的例子进行了说明,但本发明并不限定于这样的方式。即,本发明也可适宜地应用于在衬底上形成包含Si以外的锗(Ge)、硼(B)等半金属元素作为主元素的膜的情况。另外,本发明也可适宜地应用于在衬底上形成包含钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锶(Sr)、铝(Al)等金属元素作为主元素的膜的情况。

Claims (10)

1.半导体器件的制造方法,其具有:
衬底载置工序,用处理室内所具备的衬底支承部对至少具有由上部和下部构成的深槽的衬底进行支承,所述处理室与设置有阀的至少两根非活性气体供给管连通,
处理气体供给工序,向所述处理室供给处理气体从而在所述深槽的内侧表面形成层,和
吹扫工序,将由所述处理室构成的处理空间的压力设为低于所述深槽的内侧空间的压力,从而将通过所述处理气体供给工序而在所述内侧空间生成的副产物排出,
所述吹扫工序具有第一子吹扫工序和在所述第一子吹扫工序之后进行的第二子吹扫工序,所述第二子吹扫工序中,使所述处理室的压力低于所述第一子吹扫工序,所述第一子吹扫工序中,使设置于各个所述非活性气体供给管的阀打开,所述第二子吹扫工序中,使设置于一方的非活性气体供给管的阀打开、使设置于另一方的非活性气体供给管的阀关闭。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法,其中,在所述吹扫工序中,在供给非活性气体的同时将气氛从所述处理室排出。
3.如权利要求2所述的半导体器件的制造方法,其中,所述处理气体供给工序中的非活性气体供给量少于所述吹扫工序中的非活性气体供给量。
4.如权利要求3所述的半导体器件的制造方法,其中,所述第一子吹扫工序中,向所述处理室供给非活性气体并且将气氛从所述处理室排出。
5.如权利要求2所述的半导体器件的制造方法,其中,所述第一子吹扫工序中,向所述处理室供给非活性气体并且将气氛从所述处理室排出。
6.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法,其中,所述处理气体供给工序中的非活性气体供给量少于所述吹扫工序中的非活性气体供给量。
7.如权利要求6所述的半导体器件的制造方法,其中,所述第一子吹扫工序中,向所述处理室供给非活性气体并且将气氛从所述处理室排出。
8.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法,其中,所述第一子吹扫工序中,向所述处理室供给非活性气体并且将气氛从所述处理室排出。
9.衬底处理装置,其具有:
衬底支承部,其设置于处理室内,且对至少具有由上部和下部构成的深槽的衬底进行载置,所述处理室与设置有阀的至少两根非活性气体供给管连通;
气体供给部,其向所述处理室供给处理气体;
排气部,其将气氛从所述处理室排出;
控制部,其以进行下述处理的方式控制所述气体供给部和所述排气部:
向所述处理室供给所述处理气体从而在所述深槽的表面形成层的处理,以及
然后,将由所述处理室构成的处理空间的压力设为低于所述深槽的内侧空间的压力,从而将通过形成所述层的处理而在所述内侧空间生成的副产物排出的吹扫处理,其中,所述吹扫处理具有第一子吹扫处理和在所述第一子吹扫处理之后进行的第二子吹扫处理,所述第二子吹扫处理中,使所述处理室的压力低于所述第一子吹扫处理,所述第一子吹扫处理中,使设置于各个所述非活性气体供给管的阀打开,所述第二子吹扫处理中,使设置于一方的非活性气体供给管的阀打开、使设置于另一方的非活性气体供给管的阀关闭。
10.记录介质,其存储有通过计算机使衬底处理装置执行下述步骤的程序:
将至少具有由上部和下部构成的深槽的衬底载置于处理室内所具备的衬底支承部的步骤,所述处理室与设置有阀的至少两根非活性气体供给管连通;
向所述处理室供给处理气体,从而在所述深槽的内侧表面形成层的步骤;和
将由所述处理室构成的处理空间的压力设为低于所述深槽的内侧空间的压力,从而将通过形成所述层的步骤而在所述内侧空间生成的副产物排出的吹扫步骤,其中,所述吹扫步骤具有第一子吹扫步骤和在所述第一子吹扫步骤之后进行的第二子吹扫步骤,所述第二子吹扫步骤中,使所述处理室的压力低于所述第一子吹扫步骤,所述第一子吹扫步骤中,使设置于各个所述非活性气体供给管的阀打开,所述第二子吹扫步骤中,使设置于一方的非活性气体供给管的阀打开、使设置于另一方的非活性气体供给管的阀关闭。
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