CN115917713A - 基板处理装置、半导体装置的制造方法、程序、辅助板以及基板保持件 - Google Patents

基板处理装置、半导体装置的制造方法、程序、辅助板以及基板保持件 Download PDF

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Abstract

提供一种能够提高基板处理的均匀性的技术。提供具有处理多个基板的处理室、装载多个基板的基板保持件以及在处理室内形成等离子体的电极并在多个基板之间设置辅助由电极进行的等离子体的形成的辅助板的技术。

Description

基板处理装置、半导体装置的制造方法、程序、辅助板以及基板保持件
技术领域
本发明涉及基板处理装置、半导体装置的制造方法、程序、辅助板以及基板保持件。
背景技术
作为半导体装置(设备)的制造工序的一工序进行向基板处理装置的处理室内搬入基板、向处理室内供给原料气体与反应气体并在基板上形成绝缘膜、半导体膜、导体膜等的各种膜、去除各种膜的基板处理。
在形成微细图案的量产设备中，为了抑制杂质的扩散、能够使用有机材料等的耐热性低的材料而要求低温化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-324477号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了解决这样的问题，一般进行使用等离子体进行基板处理的工序，若处理的基板的表面积显著增大，则由于由等离子体生成的离子、原子团等的活性物质的供给量相对于需求量不足，会存在其处理能力在基板中央部降低、即均匀地实施对基板的处理变得困难的情况。
本发明的目的在于提供一种能够提高基板处理的均匀性的技术。
用于解决课题的方案
根据本发明的一方案，提供一种技术，
具有：
处理多个基板的处理室；
装载上述多个基板的基板保持件；以及
在上述处理室内形成等离子体的电极，
在上述多个基板之间设置辅助由上述电极进行的等离子体的形成的辅助板。
发明效果
根据本发明，能够提高基板处理的均匀性。
附图说明
图1是本发明的实施方式中适当地使用的基板处理装置的纵型处理炉的概略构成图，是用纵向剖面表示处理炉部分的图。
图2是图1所示的基板处理装置中的A-A剖视图。
图3(a)是在石英罩上设置本发明的实施方式的外部电极时的斜视图，(b)是用于表示本发明的实施方式的加热器、石英罩、外部电极、固定外部电极的突起部、反应管的位置关系的图。
图4(a)是本发明的实施方式的外部电极的主视图，(b)是说明在石英罩上固定外部电极的方面的图。
图5(a)是在本发明的实施方式中适当地使用的辅助板的主视图，(b)是在其他实施方式中适当地使用的辅助板的主视图。
图6(a)是没有辅助板的情况下的电位(曲线)与电场(箭头)的分布图，(b)是具有辅助板的情况下的电位(曲线)与电场(箭头)的分布图。
图7是图1所示的基板处理装置中的控制器的概略构成图，是表示控制器的控制系统的一例的方框图。
图8是表示使用图1所示的基板处理装置的基板处理工序的一例的流程图。
具体实施方式
＜本发明的实施方式＞
以下，关于本发明的实施方式参照图1至图8进行说明。
(1)基板处理装置的结构
(加热装置)
如图1所示，处理炉202具有作为加热装置(加热部)的加热器207。加热器207是圆筒形状，通过被作为保持板的加热器底座(未图示)支撑而垂直地安装。加热器207也作为如后述用热量活化(激发)气体的活性化机构(激发部)而发挥功能。
(处理室)
在加热器207的内侧配设有作为后述的外部电极固定夹具的石英罩301，还在石英罩301的内侧配设有后述的等离子体生成部的外部电极300。而且，在外部电极300的内侧与加热器207同心圆状地配设反应管203。反应管203例如由石英(SiO2)、碳化硅(SiC)及氮化硅(SiN)等的耐热性材料构成，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同心圆状地配设歧管209。歧管209例如由不锈钢(SUS)等的金属构成，形成为上端以及下端开口的圆筒形状。歧管209的上端部与反应管203的下端部卡合，以支撑反应管203的方式构成。在歧管209与反应管203之间设置作为密封部件的O型圈220a。通过歧管209被加热器底座支撑，反应管203成为垂直地安装的状态。主要由反应管203与歧管209构成处理容器(反应容器)。在处理容器的筒中空部形成处理室201。处理室201可收纳地构成多张作为基板的晶片200、后述的多个辅助板315，晶片200与辅助板315交替地配置。换而言之，辅助板315设置于多个晶片200之间。辅助板315优选设置于多个晶片200各自的上部。并且，处理容器并不限于上述结构，也存在只将反应管203称为处理容器的情况。
(气体供给部)
在处理室201内喷嘴249a、249b以贯通歧管209的侧壁的方式设置。在喷嘴249a、249b上分别连接气体供给管232a、232b。如此，在处理容器中设置2根喷嘴249a、249b、2根气体供给管232a、232b，可实现向处理室201内供给多种气体。并且，在只将反应管203作为处理容器的情况下，喷嘴249a、249b可以以贯通反应管203的侧壁的方式设置。
在气体供给管232a、232b上分别从上游方向依次设置作为流量控制器(流量控制部)的质量流控制器(MFC)241a、241b以及作为开闭阀的阀243a、243b。在比气体供给管232a、232b的阀243a、243b靠下游侧分别连接供给惰性气体的气体供给管232c、232d。在气体供给管232c、232d上分别从上游方向依次设置MFC241c、241d以及阀243c、243d。
喷嘴249a、249b在反应管203的内壁与晶片200之间的俯视中为圆环状的空间中分别以从反应管203内壁的下部沿上部向晶片200的装载方向上方竖起的方式设置。即，喷嘴249a、249b分别与晶片200的表面(平坦面)垂直地设置于搬入处理室201内的各晶片200的端部(周缘部)的侧方。在喷嘴249a、249b的侧面上分别设置供给气体的气体供给孔250a、250b。气体供给孔250a以朝向反应管203的中心的方式开口，可实现向晶片200供给气体。气体供给孔250a、250b分别从反应管203的下部向上部设置多个。
如此，在本实施方式中，经由配置于由反应管203的侧壁的内壁、在反应管203内排列的多张晶片200的端部(周缘部)定义的俯视中为圆环状的纵长的空间内、即圆筒状的空间内的喷嘴249a、249b运送气体。并且，在晶片200附近第一次从分别在喷嘴249a、249b开口的气体供给孔250a、250b向反应管203内喷出气体。并且，使反应管203内的气体的主要的流为与晶片200的表面平行的方向、即水平方向。通过为这样的结构，能够均匀地向各晶片200供给气体，可提高形成于各晶片200上的膜的膜厚的均匀性。流经晶片200的表面上的气体、即反应后的剩余气体向排气口、即后述的排气管231的方向流动。但是，该剩余气体的流动方向根据排气口的位置而适当地限定，并不限于垂直方向。
从气体供给管232a通过MFC241a、阀243a、喷嘴249a向处理室201内供给硅烷原料气体，该硅烷原料气体作为包含预定元素的原料、例如含有作为预定元素的硅(Si)。
所谓的硅烷原料气体是气体状态的硅烷原料、例如在常温常压下使液体状态的硅烷原料气化而得到的气体、在常温常压下为气体状态的硅烷原料等。在本说明书中使用“原料”的措辞的情况下存在意味着“液体状态的液体原料”的情况、意味着“气体状态的原料气体”的情况、或者意味着其两者的情况。
作为硅烷原料气体能够使用如包含Si及氨基(胺基)的原料气体、即氨基硅烷原料气体。氨基硅烷原料气体是具有氨基的硅烷原料，或是具有甲基、乙基、丁基等的烷基的硅烷原料，是至少含有Si、氮(N)以及碳(C)的原料。即，这里所说的氨基硅烷原料也可以称为有机类的原料，也能称为有机氨基硅烷原料。
作为氨基硅烷原料气体能够使用如双(叔丁基氨基)硅烷(SiH2[NH(C4H9)]2，简称BTBAS)气体。BTBAS在一个分子中包含1个Si，具有Si-N键、N-C键，也可以是不具有Si-C键的原料气体。BTBAS气体作为Si源而起作用。
在使用例如BTBAS那样在常温常压下为液体状态的液体原料的情况下，通过气化器、扩散器等的气化系统对液体状态的原料进行气化，作为硅烷原料气体(BTBAS气体等)进行供给。
作为化学结构与原料不同的反应体(反动剂)如含有氧元素(O)的气体从气体供给管232b通过MFC241b、阀243b、喷嘴249b向处理室201内供给。
含O气体作为氧化剂(氧化气体)、即O源起作用。作为含O气体能够使用如氧气(O2)气体、水蒸气(H2O气体)等。作为氧化剂使用氧气(O2)的情况下例如使用后述的等离子源而对该气体进行等离子激发，作为激发气体(O2*气体)供给。
作为惰性气体如氮气(N2)从气体供给管232c、232d分别通过MFC241c、241d、阀243c、243d、喷嘴249a、249b向处理室201内供给。
主要通过气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成作为第一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构成作为第二气体供给系统的反应体供给系统(反动剂供给系统)。主要由气体供给管232c、232d、MFC241c、241d、阀243c、243d构成惰性气体供给系统。也只将原料供给系统、反应体供给系统以及惰性气体供给系统称为气体供给系统(气体供给部)。
(基板保持工具)
如图1所示，作为基板保持工具的舟架217以在水平姿态、且相互使中心对齐的状态下排列于垂直方向上而多级地支撑多张如25～200张晶片200以及多个辅助板315的方式、即空出间隔地排列的方式构成。舟架217例如由石英与SiC等的耐热性材料构成。在舟架217的下部多级地支撑例如由石英、SiC等耐热性材料形成的隔热板218。根据该结构，来自加热器207的热量难以向密封盖219侧传递。但是，本实施方式并不限于这样的方式。例如，可以在舟架217的下部不设置隔热板218，而是设置作为由石英、SiC等的耐热性材料构成的筒状部件构成的隔热筒。
(等离子体生成部)
其次，关于等离子体生成部使用图1至图5进行说明。
如图2所示，等离子体使用电容耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma，简称：CCP)，在反应气体供给时在作为由石英等制作的真空隔壁的反应管203的内部生成。
如图2以及图3(a)所示，外部电极300由具有在晶片200的排列方向上长的矩形形状的薄板构成。外部电极300以等间隔配置通过未图示的整合器连接高频电源320并施加任意电位(施加任意电压)的第一外部电极(Hot电极)300-1、为基准电位0V并接入地线的第二外部电极(Ground电极)300-2。在本发明中不需要特别区分进行说明的情况下，作为外部电极300记载并说明。
外部电极300以沿反应管203的外壁的方式大致圆弧状地配置于反应管203与加热器207之间、即处理室201的外侧，例如，固定于形成为中心角为30度以上且240度以下的圆弧状的后述的石英罩的内壁面而配置。在外部电极300，通过从高频电源320经过未图示的整合器输入如频率13.56MHz的频率而在反应管203(处理室201)内产生等离子体活性物质302。通过这样生成的等离子体可从晶片200的周围向晶片200的表面供给用于基板处理的等离子体活性物质302。主要由外部电极300、高频电源320构成等离子体生成部。包含作为未图示的整合器、后述的外部电极固定夹具的石英罩301可以考虑为等离子体生成部。
外部电极300也能够由铝、铜、不锈钢等的金属构成，通过用镍等的耐氧化材料构成，抑制电力传导率的劣化、且可进行基板处理。而且，通过由添加铝的镍合金材料构成，能在电极表面形成耐热性及耐腐蚀性高的氧化覆膜即AlO膜。通过该覆膜形成的效果，由于能够抑制向电极内部的劣化的发展，可抑制因电力传导性降低而导致的等离子体生成效率的降低。
另外，如图4(a)所示，在外部电极300上形成由供后述的突起头部311通过的圆形切槽部303、供突起轴部312滑动的滑动切槽部304形成的切槽部305。外部电极300以具有足够的强度、且不会显著地降低因热源引起的晶片加热效率的方式优选在厚度为0.1mm以上且1mm以下、宽度5mm以上且30mm以下的范围内构成。
在纵型基板处理装置中，使高频电源320的频率以13.56MHz执行，采用长度为1m、电极宽度为10mm、厚度为1mm的电极，在管形状的反应管的外壁上使电极节距(中心间距离)为20mm并如图3(b)所示以第一外部电极300-1、第一外部电极300-1、第二外部电极300-2、第一外部电极300-1、第一外部电极300-1、···的顺序配置多根第一外部电极300-1与第二外部电极300-2，生成CCP模式的等离子体。
(外部电极固定夹具)
其次，关于作为固定外部电极300的外部电极固定夹具的石英罩301，使用图3至图4进行说明。如图3(a)、(b)、图4(a)、(b)中所示，设置多根的外部电极300将其切槽部305钩挂于设置于弯曲形状的外部电极固定夹具即石英罩301的内壁面的突起部310，滑动进行固定，以与该石英罩301一体的方式进行模块化(钩式外部电极单元)而设置于反应管203的外周。在此，包含外部电极300与作为外部电极固定夹具的石英罩301而称为外部电极固定单元。并且，作为石英罩301与外部电极300的材料分别采用石英与镍合金。
石英罩301以具有足够的强度、且不会显著地降低由加热器207进行的晶片加热的效率的方式优选在厚度为1mm以上、5mm以下的范围内构成。若石英罩301的厚度小于1mm，则不能够得到相对于石英罩301的自重、温度变化等的预定的强度，由于若比5mm大地构成则吸收从加热器207放射的热量，因此不能够适当地进行向晶片200的热处理。
另外，石英罩301在作为反应管侧的内壁面上具有多个作为用于固定外部电极300的铆钉形状的固定部的突起部310。该突起部310由突起头部311与突起轴部312构成。突起头部311的最大宽度比外部电极300的切槽部305的圆形切槽部303的直径小，突起轴部312的最大宽度比滑动切槽部304的宽度小。外部电极300的切槽部305呈如键孔的形状，该滑动切槽部304在滑动时能够对上述突起轴部312进行导向、且该突起头部311成为在该滑动切槽部304中不会拔出的结构。即，外部电极固定夹具可成为具有具备抑制从外部电极300所卡定的柱状部即突起轴部312中拔出的前端部即突起头部311的固定部。并且，就上述的切槽部305与突出头部311的形状而言，只要外部电极300能够卡定于石英罩301，则不限于图3、4所示的形状是明确的。例如，突出头部311可以具有如锤子、刺那样的凸形状。
为了使石英罩301或反应管203与外部电极300的距离以恒定值相离，可以在两者之间且在石英罩301或外部电极300上具有垫片、弹簧等的弹性体，还可以具有与石英罩301或外部电极300为一体的结构。在本实施方式中，具备如图4(b)中所示的垫片330与外部电极300为一体的结构。该垫片330相对于一根外部电极300具有多个的结构在使两者之间的距离恒定地进行固定的方面是有效的。
为了在基板温度500℃以下得到高的基板处理能力，优选使石英罩301的占有率为中心角为30°以上且240°以下的大致圆弧形状，另外，为了避免颗粒的产生而优选避开为排气口的排气管231、喷嘴249a、249b等的配置。即，作为外部电极固定夹具的石英罩301配置于设置有设置于反应管203内的气体供给部即喷嘴249a、249b与气体排气部即排气管231的位置以外的反应管203的外周。本实施方式中以两台左右对称地设置中心角为110°的石英罩301。
(垫片)
其次，关于用于相对于作为外部电极固定夹具的石英罩301、反应管203的外壁以恒定的距离固定外部电极300的垫片330使用图4(a)、(b)进行说明。例如，垫片330通过利用圆柱形状的石英材料与石英罩301一体化并与外部电极300抵接，从而将外部电极300固定于石英罩301。如果相对于石英罩301、反应管203能够以恒定的距离固定外部电极300，则外部电极300、垫片330无论是哪种形式，都可以与外部电极300、石英罩301的任一个一体化。例如，既可以垫片330用半圆柱形状的石英材料与石英罩一体化，固定外部电极300，或者也可以垫片330作为SUS等的金属制板材与外部电极300一体化而固定外部电极300。由于在石英罩上设置外部电极固定夹具与垫片，因此外部电极300的定位变得容易，另外，由于在外部电极300劣化的情况下能够只更换外部电极300，因此实现成本降低。在此，垫片330可以包含于上述的外部电极固定单元。
(辅助板)
其次，关于辅助板315使用图5进行说明。如图5(a)所示，辅助板315在例如由SiC等的绝缘材料(绝缘部件)构成的圆盘状的中心板316中接合由该SiC等的绝缘材料构成的扇形形状的12张翅片板317而一体地构成。翅片板317是与中心板316相同厚度的板状，以从中心板316的中心放射状地延伸的方式形成。辅助板315由绝缘部件构成，因此吸收来自加热器207的热量，向晶片200供给辐射热量。中心板316是比晶片200小的直径。与晶片200交替地设置的多个辅助板315通过在相邻的翅片板317之间加强从外部电极300反射的电场(电场)而产生等离子体，在对置的晶片200的中央附近辅助活性物质的生成而能够增加其供给量。由此，即使显著地增加处理的晶片200的表面积，由等离子体生成的粒子、原子团等的活性物质的供给量相对于需要量也不会不充足，在晶片200的中央部中其处理能力会降低，即，可实现均匀地实施相对于晶片200的处理。多个翅片板317优选同一形状。翅片板317之间的面积优选与翅片板317的面积相同或更大地构成。由此，能够确保产生电场(电场)的区域。
如图5(b)所示，辅助板315具有与晶片200的直径相等的外径，可以由通过SiC等的绝缘材料(绝缘部件)构成的环状的环形板318、由该SiC等的绝缘材料构成的扇形的12张翅片板317构成。
关于通过电磁场解析得到的此时电场分布的一例使用图6进行说明。相比于没有如图6(a)所示的辅助板315的情况，在有如图6(b)所示的辅助板315的情况下会增强中心板316附近的电场(箭头尺寸大)。另外，辅助板315能够吸收来自加热器207的热量并向晶片200供给辐射热量。并且，构成一张辅助板315的翅片板317的张数并不限于12张，只要是4张以上且20张以下即可，另外，中心板316的中心部可以具有钻孔。辅助板315优选具有高抗氧化性的材料，可以使用SiO、SiN、GaO、GaN、AlO、AlN、ZrO等。
(排气部)
如图1所示，在反应管203中设置将处理室201内的气体排出的排气管231。在排气管231中通过作为检测处理室201内的压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245以及作为排气阀(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller)阀244连接作为真空排气装置的真空泵246。APC阀244是通过在使真空泵246动作的状态下对阀进行开闭而能够进行处理室201内的真空排气以及真空排气停止、还通过在使真空泵246动作的状态下以基于由压力传感器245检测的压力信息调节阀开度而调整处理室201内的压力的方式构成的阀。主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气系统。可以考虑在排气系统中包含真空泵246。排气管231并不限于设置于反应管203的情况，可以与喷嘴249a、249b相同地设置于歧管209。
在此，基板处理时的炉内压力优选在10Pa以上且300Pa以下的范围控制。这由于在炉内压力比10Pa低的情况下，相比于等离子体的德拜长气体分子的平均自由行程变长，直接敲击炉壁的等离子体显著化而难以抑制产生粒子。另外，在炉内压力比300Pa高的情况下，由于等离子体的生成效率饱和，因此，即使供给反应气体等离子体的生成量也不会变化，在无效地消耗反应气体的同时，由于气体分子的平均自由行程变短，到达晶片的等离子体活性物质的输送效率恶化。
(周边装置)
在歧管209的下方设置作为可气密地封堵歧管209的下端开口的炉口盖体的密封盖219。密封盖219以从垂直方向下侧与歧管209的下端抵接的方式构成。密封盖219例如由SUS等金属构成，形成为圆盘状。在密封盖219的上面设置作为与歧管209的下端抵接的密封部件的O型圈220b。
在密封盖219的与处理室201的相反侧上设置使舟架217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封盖219而连接于舟架217。旋转机构267以通过使舟架217旋转而使晶片200旋转的方式构成。密封盖219以通过作为垂直地设置于反应管203的外部的升降机构的舟架升降机115而在垂直方向上升降的方式构成。舟架升降机115以通过使密封盖219升降，可向处理室201内外搬入及搬出舟架217的方式构成。
舟架升降机115作为向处理室201内外搬送舟架217即晶片200的搬送装置(搬送机构)而构成。另外，在歧管209的下方设置作为通过舟架升降机115而使密封盖219下降期间可气密地封堵歧管209的下端开口的炉口盖体的百叶窗219s。百叶窗219s例如由SUS等金属构成，形成为圆盘状。在百叶窗219s的上面设置作为与歧管209的下端抵接的密封部件的O型圈220c。百叶窗219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)通过百叶窗开闭机构115s控制。
在反应管203的内部设置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检测的温度信息调整向加热器207的通电情况，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相同沿反应管203的内壁设置。
(控制装置)
其次，关于控制装置使用图7进行说明。如图7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的电脑。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d以可通过内部总线121e与CPU121a进行数据交换的方式构成。在控制器121中连接例如作为触摸屏等构成的输入输出装置122。
存储装置121c例如由U盘、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置121c内可读写地存储控制基板处理装置的动作的控制程序、记录后述的成膜处理的顺序、条件等的工艺配方等。工艺方案是以在控制器121中执行后述的各种处理(成膜处理)中的各顺序、能够得到预定的结果的方式组合的方案，作为程序发挥功能。以下，将工艺配方、控制程序等统称，简称为程序。另外，将工艺配方也简称为配方。本说明书中使用程序这样的词汇的情况存在仅包含配方单体的情况、仅包含控制程序单体的情况、或包含其两者的情况。RAM121b作为暂时性地保持通过CPU121a读出的程序、数据等的存储区域(工作区)而构成。
I/O端口121d连接于上述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、旋转机构267、舟架升降机115、百叶窗开闭机构115s、高频电源320等。
CPU121a以在从存储装置121c读出控制程序并执行的同时根据来自输入输出装置122的操作指令的输入等从存储装置121c读出配方的方式构成。CPU121a以沿读出的配方内容控制旋转机构267的控制、由MFC241a～241d进行的各种气体的流量调整动作、阀243a～243d的开闭动作、APC阀244的开闭动作以及基于压力传感器245的由APC阀244进行的压力调整动作、真空泵246的起动以及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调整动作、由旋转机构267进行的舟架217的正反旋转、旋转角度以及旋转速度调节动作、由舟架升降机115进行的舟架217的升降动作、由百叶窗开闭机构115s进行的百叶窗219s的开闭动作、高频电源320的电力供给等的方式构成。
控制器121能够通过在电脑中安装存储于外部存储装置(例如，硬盘等的磁盘、CD等的光盘、MO等的磁盘、U盘等的半导体存储器)123中的上述程序而构成。存储装置121c、外部存储装置123作为可读取电脑的记录介质而构成。以下，将这些统称，简称为记录介质。本说明书中使用称为记录介质这样的词汇的情况存在只包含存储装置121c单体的情况、只包含外部存储装置123单体的情况、或包含其两者的情况。并且，向电脑提供程序可以不使用外部存储装置123，而是使用英特网、专用电线等的通信机构。
(2)基板处理工序
使用上述的基板处理装置，作为半导体装置(设备)的制造工序的一个工序，关于在基板上形成膜的流程示例使用图8进行说明。在以下的说明中，构成基板处理装置的各部分的动作通过控制器121控制。
在本说明书中，也会有为了方便如以下表示图8所示的成膜处理的工序。在以下的变形例、其他实施方式的说明中也会使用同样的表记。
(BTBAS→O2*)×n→SiO
在本说明书中使用“晶片”这样的词汇的情况存在意指“晶片其本身”的情况、意指“晶片与形成于其表面的预定的层、膜等的层叠体(集合体)”的情况、即包含形成于表面的预定的膜、膜等称为晶片的情况。另外，本说明书中使用“晶片的表面”的词汇的情况存在意指“晶片其本身的表面(露出面)”的情况、意指“形成在晶片上的预定的层、膜等的表面、即作为层叠体的晶片的最表面”的情况。
因此，本说明书中记载为“对晶片供给预定的气体”的情况存在意指“对晶片其本身的表面(露出面)直接供给预定的气体”的情况、意指“对形成在晶片上的层、膜等、即、对作为层叠体的晶片的最表面供给预定的气体”的情况。另外，在本说明书中记载为“在晶片上形成预定的层(或膜)”的情况存在意指“在晶片其本身的表面(露出面)上直接形成预定的层(或膜)”的情况、意指“形成在晶片上的层、膜等上、即在作为层叠体的晶片的最表面上形成预定的层(或膜)”的情况。
另外，在本说明书中使用“基板”这样的词汇的情况也与使用“晶片”这样的词汇的情况相同。
(搬入步骤：S1)
若将多张晶片200装入(晶片充电)舟架217中，则通过百叶窗开闭机构115s使百叶窗219s移动，打开歧管209的下端开口(百叶窗开启)。然后，如图1所示，支撑多张晶片200的舟架217通过舟架升降机115被举起并搬入处理室201内(舟架下降)。该状态下，密封盖219成为通过O型圈220b密封歧管209的下端的状态。
(压力·温度调整步骤：S2)
以处理室201的内部、即晶片200所在的空间成为所期望的压力(真空度)的方式，通过真空泵246进行真空排气(减压排气)。此时，处理室201内的压力由压力传感器245测量，基于该测量的压力信息反馈控制APC阀244。真空泵246至少在直至后述的成膜步骤结束期间维持总是运行的状态。
另外，以处理室201内的晶片200成为所期望的温度的方式通过加热器207加热。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检测的温度信息反馈控制向加热器207的通电情况。由加热器207进行的处理室201内的加热至少在直至后述的成膜步骤结束的期间持续进行。但是，在室温以下的温度条件下进行成膜步骤的情况下，可以不进行由加热器207进行的处理室201内的加热。并且，在仅进行这样的温度下的处理的情况下不需要加热器207，可以在基板处理装置上不设置加热器207。该情况下，能够简化基板处理装置的结构。
接着，开始由旋转机构267进行的舟架217以及晶片200的旋转。由旋转机构267进行的舟架217以及晶片200的旋转至少在直至后述的成膜步骤结束的期间持续进行。
(成膜步骤：S3、S4、S5、S6)
然后，通过依次进行步骤S3、S4、S5、S6而进行成膜步骤。
(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BTBAS气体。
打开阀243a，向气体供给管232a内流经BTBAS气体。BTBAS气体通过MFC241a进行流量调整，通过喷嘴249a从气体供给孔250a向处理室201内供给，从排气管231中排出。此时，对晶片200供给BTBAS气体。与此同时，打开阀243c，向气体供给管232c内流经N2气体。N2气体通过MFC241c进行流量调整，与BTBAS气体一起向处理室201内供给，从排气管231中排出。
另外，为了防止BTBAS气体向喷嘴249b内的侵入，打开阀243d，向气体供给管232d内流经N2气体。N2气体通过气体供给管232d、喷嘴249b向处理室201内供给，从排气管231排出。
由MFC241a控制的BTBAS气体的供给流量例如为1sccm以上且2000sccm以下、优选10sccm以上且1000sccm以下的范围内的流量。由MFC241c、241d控制的N2气体的供给流量分别例如为100sccm以上且10000sccm以下的范围内的流量。处理室201内的压力如上述例如为1Pa以上且2666Pa以下、优选67Pa以上且1333Pa以下的范围内的压力。对晶片200供给BTBAS气体的时间例如为1秒以上且100秒以下、优选1秒以上且50秒以下的范围内的时间。
加热器207的温度设定为晶片200的温度例如为0℃以上且150℃以下、优选室温(25℃)以上且100℃以下、更优选40℃以上且90℃以下的范围内的温度那样的温度。BTBAS气体是容易向晶片200等吸附且反应性高的气体。因此，例如即使是室温左右的低温下，在晶片200上也能够化学吸附BTBAS气体，能够得到实用的成膜率。如本实施方式，通过使晶片200的温度为150℃以下、尤其为100℃以下、更尤其为90℃以下，能够降低对晶片200施加的热量，能够良好地进行晶片200受到的热历史的控制。另外，只要是0℃以上的温度，就能够在晶片200上充分地吸附BTBAS，能得到充分的成膜率。因此，晶片200的温度可以是0℃以上且150℃以下、优选室温以上且100℃以下、更优选40℃以上且90℃以下的范围内的温度。
在上述条件下通过对晶片200供给BTBAS气体，在晶片200(表面的下地膜)上形成例如从小于单原子层(单分子层)至数原子层(数分子层)左右的厚度的Si含有层。Si含有层既可以是Si层，也可以是BTBAS的吸附层，还可以包含其两者。
Si层是除了由Si构成的连续性的层以外、还包含不连续的层、这些重合形成的Si薄膜的统称。构成Si层的Si也包含与氨基的结合不完全中断的结构、与H的结合不完全中断的结构。
BTBAS的吸附层除了由BTBAS分子构成的连续性的吸附层以外还包含不连续的吸附层。构成BTBAS的吸附层的BTBAS分子也包含Si与氨基的结合一部分中断的结构、Si与H的结合一部分中断的结构、N与C的结合一部分中断的结构等。即，BTBAS的吸附层既可以是BTBAS的物理吸附层，也可以是BTBAS的化学吸附层，还可以包含其两者。
在此，小于单原子层(单分子层)的厚度的层意指不连续地形成的原子层(分子层)，单原子层(单分子层)的厚度的层意指连续性地形成的原子层(分子层)。Si含有层包含Si层与BTBAS的吸附层两者。但是，如上述，关于Si含有层使用“单原子层”、“数原子层”等的表现，与“分子层”同义地使用“原子层”。
在BTBAS自身分解(热分解)的条件下、即在产生BTBAS的热分解反应的条件下，通过在晶片200上堆积Si而形成Si层。在BTBAS不进行自身分解(热分解)的条件下、即不产生BTBAS的热分解反应的条件下，通过在晶片200上吸附BTBAS而形成BTBAS的吸附层。但是，在本实施方式中，由于使晶片200的温度例如为150℃以下的低温，因此难以产生BTBAS的热分解。作为结果，在晶片200上不是形成Si层，而容易形成BTBAS的吸附层。
若形成在晶片200上的Si含有层的厚度超过数原子层，则后述的改质处理中的改质作用不会作用于Si含有层的整体。另外，能形成在晶片200上的Si含有层的厚度的最小值小于单原子层。因此，优选Si含有层的厚度从小于单原子层至多原子层左右的厚度。通过使Si含有层的厚度为单原子层以下、即单原子层或小于单原子层，能够相对地提高后述的改质处理中的改质的作用，能够缩短改质处理的改质反应所需要的时间。另外，也能够缩短成膜处理的Si含有层的形成所需要的时间。作为结果，能够缩短每一周期的处理时间，也可缩短总体的处理时间。即，也可提高成膜率。另外，通过使Si含有层的厚度为单原子层以下，也可提高膜厚均匀性的控制性。
形成Si含有层之后，关闭阀243a，停止向处理室201内的BTBAS气体的供给。此时，打开APC阀244，通过真空泵246对处理室201内进行真空排气，从处理室201内排出残留于处理室201内的未反应或有助于Si含有层的形成之后的BTBAS气体、反应副生成物等(S4)。另外，打开阀243c、243d，维持向处理室201内的N2气体的供给。N2气体作为净化气体起作用。并且，可以省略该步骤S4，为原料气体供给步骤。
作为原料气体，除了BTBAS气体以外，还能够适当地使用四丁基二甲基氨基硅烷(Si[N(CH3)2]4，简称：4DMAS)气体、三甲基氨基硅烷(Si[N(CH3)2]3H，简称：3DMAS)气体、二甲基氨基硅烷(Si[N(CH3)2]2H2，简称：BDMAS)气体、二乙基氨基硅烷(Si[N(C2H5)2]2H2，简称：BDEAS)气体等。除此以外，作为原料气体还能够适当地使用二甲基氨基硅烷(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)气体等的各种硅烷原料气体、一氯硅烷(SiH3Cl，简称MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷即三聚硅(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)气体等的无机系卤硅烷原料气体、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)气体等的不含卤素基无机系硅烷原料气体。
作为惰性气体，除了N2气体以外还能使用Ar气体、He气体、Ne气体、Xe气体等的稀有气体。
(反应气体供给步骤：S5、S6)
成膜处理结束之后，对处理室201内的晶片200供给作为反应气体的进行等离子体激发的O2气体(S5)。
在该步骤中，以与步骤S3中的阀243a、243c、243d的开闭控制相同的顺序进行阀243b～243d的开闭控制。O2气体通过MFC241b进行流量调整，通过喷嘴249b从气体供给孔250b向处理室201内供给。此时，从高频电源320向外部电极300供给高频电力(在本实施方式中为频率13.56MHz)。向处理室201内供给的O2气体在处理室201的内部被激发为等离子体状态，作为活性物质(O*、O2*、O3)对晶片200供给，从排气管231排出。并且，将激发为等离子体状态的O2气体也成为氧等离子体。
由MFC241b控制的O2气体的供给流量例如为100sccm以上且10000sccm以下的范围内的流量。从高频电源320向外部电极300施加的高频电力例如为50W以上且1000W以下的范围内的电力。处理室201内的压力例如为10Pa以上且300Pa以下的范围内的压力。通过使用等离子体，即使使处理室201内的压力为这种比较低的压力带，也可使O2气体活性化。对晶片200供给通过等离子体激发O2气体得到的活性物质的时间例如为1秒以上且100以下、优选1秒以上且50以下的范围内的时间。其他处理条件为与上述的步骤S3相同的处理条件。
与由在氧等离子体中生成的离子在电性上中性的活性物质相对于形成于晶片200的表面的Si含有层进行后述的氧化处理。
通过在上述条件下对晶片200供给O2气体，形成在晶片200上的Si含有层被等离子氧化。此时，通过等离子激发的O2气体的能量能切断Si含有层具有的Si-N键、Si-H键。将与Si的键剥离的N、H、及结合于N的C从Si含有层脱离。并且，通过N等脱离而成为具有未结合键(悬空键)的Si含有层中的Si与O2气体中所包含的O结合，形成Si-O键。通过进行该反应，Si含有层向含Si以及O的层、即氧化硅层(SiO层)变化(进行改质)。
并且，为了将Si含有层向SiO层改质，需要将O2气体等离子激化进行供给。这是因为，即使在非等离子体的环境中供给O2气体，由于在上述温度带中氧化Si含有层所需要的能量不足，因此从Si含有层中充分地脱离N、C、将Si含有层充分地氧化而增加Si-O键是困难的。
在使Si含有层向SiO层变化之后，关闭阀243b，停止O2气体的供给。另外，停止向外部电极300的高频电力的供给。并且，通过与步骤S4相同的处理顺序、处理条件从处理室201内排出残留于处理室201内的O2气体、反应副生成物(S6)。并且，可以省略该步骤S6而为反应气体供给步骤。
作为氧化剂、即等离子激发的含O气体，除了O2气体以外，可以使用氧化亚氮(N2O)气体、一氧化氮(NO)气体、二氧化氮(NO2)气体、臭氧(O3)气体、过氧化氢(H2O2)气体、水蒸气(H2O)、氢氧化铵(NH4(OH))气体、一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体等。
作为惰性气体除了N2气体以外，还能够使用如步骤S4所示例的各种稀有气体。
(实施预定次数：S7)
将上述步骤S3、S4、S5、S6沿该顺序非同时、即不同步地进行的情况作为一个循环，通过进行预定次数(n次)、即一次以上的该循环，能够在晶片200上形成预定组成以及预定膜厚的SiO膜。上述循环优选反复多次。即，使每个循环中形成的SiO层的厚度小于所期望的膜厚，优选在直至通过层叠SiO层形成的SiO膜的膜厚成为所期望的膜厚之前，重复多次上述循环。
(大气压复原步骤：S8)
如果完成上述成膜处理，则从各个气体供给管232c、232d向处理室201内供给作为惰性气体的N2气体，从排气管231中排出。由此，利用惰性气体净化处理室201内，从处理室201内去除残留于处理室201内的O2气体等(惰性气体净化)。然后，将处理室201内的环境置换为惰性气体(惰性气体置换)，使处理室201内的压力恢复至正常压力(大气压复原：S8)。
(搬出步骤：S9)
然后，通过舟架升降机115使密封盖219下降，在打开歧管209的下端的同时，处理后的晶片200在被舟架217支撑的状态下从歧管209的下端向反应管203的外部搬出(舟架卸载)。舟架卸载后移动百叶窗219s，通过O型圈220c由百叶窗219s密封歧管209的下端开口(百叶窗关闭)。并且，处理后的晶片200在向反应管203的外部搬出之后通过舟架217取出(晶片卸载)。并且，晶片卸载之后可以向处理室201内搬入空的舟架217。
在此，基板处理时的炉内压力优选在10Pa以上且300Pa以下的范围内控制。这是因为，由于在炉内压力比10Pa低的情况下气体分子的平均自由行程比等离子体的德拜长度长，直接敲击炉壁的等离子体显著化，因此难以抑制粒子的产生。另外，在炉内的压力比300Pa高的情况下，由于等离子体的生成效率饱和，因此即使供给反应气体也不会改变等离子体的生成量，无效地消耗反应气体的同时气体分子的平均自由行程变短，因此到达晶片的等离子体活性物质的输送效率恶化。
(3)由本实施方式产生的效果
根据本实施方式，能得到以下所示的一个或多个效果。
(a)导入处理室201内的晶片200的对置面的辅助板315通过在相邻的翅片板317之间加强从外部电极300放射的电场(电场)，即使在晶片200的中央附近也能够产生等离子体。
(b)通过上述等离子体的产生，在晶片200的中央部能够辅助活性物质的生成而增加其供应量。
(c)通过翅片板317之间的面积与翅片板317的面积相同或比其大，能够确保电场(电场)产生的区域。
(d)另外，通过由绝缘部件构成辅助板315，能够吸收来自加热器207的热量并向晶片200供给辐射热量。
(e)通过上述(a)～(d)的作用，对表面积大的晶片200也能够实施均匀且优质的处理。
以上，关于本发明的实施方式具体地进行了说明。但是，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可进行多种变更。
另外，例如，在上述实施方式中，关于在供给原料之后供给反应体的示例进行了说明。但本发明并不限于这样的方案，原料、反应体的供应顺序可以相反。即，可以在供给反应体之后供给原料。通过改变供给顺序可改变所形成的膜的膜质、组成比例。
在上述实施方式等中，关于在晶片200上形成SiO膜的示例进行了说明。本发明并不限于这样的方案，也可适当地适用于在晶片200上形成酸碳硅膜(SiOC膜)、碳氮氧化硅膜(SiOCN膜)、氮氧化硅膜(SiON膜)等的氧化硅类膜的情况。
例如，除了上述气体以外、或追加这些气体，能够使用氨(NH3)气体等的含氮(N)气体、丙烯(C3H6)气体等的含碳(C)气体、三氯化硼(BCl3)气体等的含硼(B)气体等，形成例如SiN膜、SiON膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiCN膜、SiBN膜、SiBCN膜、BCN膜等。并且，使各气体流动的顺序能够适当变更。在进行这些成膜的情况下也能够在与上述实施方式相同的处理条件下进行成膜，能得到与上述实施方式相同的效果。这些情况下，在作为反应气体的氧化剂中能够使用上述反应气体。
另外，本发明即使在晶片200上形成含有钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)等的金属元素的金属氧化膜、金属氮化膜的情况下也可适当地适用。即，本发明也可适当地适用于在晶片200上形成TiO膜、TiOC膜、TiOCN膜、TiON膜、TiN膜、TiSiN膜、TiBN膜、TiBCN膜、ZrO膜、ZrOC膜、ZrOCN膜、ZrON膜、ZrN膜、ZrSiN膜、ZrBN膜、ZrBCN膜、HfO膜、HfOC膜、HfOCN膜、HfON膜、HfN膜、HfSiN膜、HfBN膜、HfBCN膜、TaO膜、TaOC膜、TaOCN膜、TaON膜、TaN膜、TaSiN膜、TaBN膜、TaBCN膜、NbO膜、NbOC膜、NbOCN膜、NbON膜、NbN膜、NbSiN膜、NbBN膜、NbBCN膜、AlO膜、AlOC膜、AlOCN膜、AlON膜、AlN膜、AlSiN膜、AlBN膜、AlBCN膜、MoO膜、MoOC膜、MoOCN膜、MoON膜、MoN膜、MoSiN膜、MoBN膜、MoBCN膜、WO膜、WOC膜、WOCN膜、WON膜、WN膜、WSiN膜、WBN膜、WBCN膜等的情况。
这些情况下，例如作为原料气体能够使用四甲基氨基(二甲基氨基)钛(Ti[N(CH3)2]4，简称：TDMAT)气体、四双(乙基甲基氨)铪(Hf[N(C2H5)(CH3)]4，简称：TEMAH)气体、四(乙基甲基氨基)镐(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。
即，本发明能够适当地适用于形成含有半金属元素的半金属类膜、含有金属元素的金属类膜的情况。这些成膜处理的处理顺序、处理条件能够为与上述实施方式、变形例所示的成膜处理相同的处理顺序、处理条件。在这些情况下也能得到与上述实施方式相同的效果。
用于成膜处理的配方根据处理内容单独准备，优选通过电信线路、外部存储装置123而存储于存储装置121c内。并且，在开始各种处理时，优选CPU121a根据处理内容从存储于存储装置121c内的多个配方中适当选择合适的配方。由此，能够在一台基板处理装置中通用性且再现性好地形成多种膜种、组成比、膜质、膜厚的薄膜。另外，能够降低操作员的负担，能够避免操作失误、且迅速地开始各种处理。
上述配方并不限于新制作的情况，例如可以通过在基板处理装置中变更已经安装的原有配方而准备。变更配方的情况可以通过电信线路、存储该配方的记录介质将变更后的配方安装于基板处理装置中。另外，可以操作原有的基板处理装置具备的输入装置122而直接变更已经安装于基板处理装置中的原有的配方。
符号说明
200—晶片(基板)，201—处理室，207—加热器(加热部)，217—舟架(基本保持件)，300—外部电极，315—辅助板。

Claims (21)

1.一种基板处理装置，其特征在于，
具有：
处理多个基板的处理室；
装载上述多个基板的基板保持件；以及
在上述处理室内形成等离子体的电极，
在上述多个基板之间设置辅助由上述电极进行的等离子体的形成的辅助板。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板设置于上述多个基板各自的上部。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板由直径比上述基板小的中心板和多个翅片板构成。
4.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板由与上述基板的直径相等的环状的环状板和多个翅片板构成。
5.根据权利要求3或4所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板利用上述多个翅片板增强来自上述电极的电场，在上述处理室内形成等离子体。
6.根据权利要求1～5任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板由绝缘部件构成。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板由SiC、SiO、SiN、GaO、GaN、AlO、AlN、ZrO中的任一个构成。
8.根据权利要求1～7任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
具备加热上述多个基板的加热部。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述辅助板吸收来自上述加热部的热量，向上述基板供给辐射热量。
10.根据权利要求3～5任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述翅片板为4张以上且20张以下。
11.根据权利要求3～5任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述翅片板是相同的形状。
12.根据权利要求3～5任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述翅片板是扇形状。
13.根据权利要求3～5任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
两张上述翅片板之间的面积与一张上述翅片板的面积相同或比相同大。
14.根据权利要求1～13任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述电极设置于上述处理室的外侧。
15.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述电极设置于上述处理室与上述加热部之间。
16.根据权利要求1～15任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述电极由施加任意电位的电极和被赋予基准电位的电极构成。
17.根据权利要求1～16任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
具备向上述处理室供给气体的气体供给部。
18.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，
具有下述工序：
向基板处理装置的处理室搬入基板保持件的工序，上述基板处理装置具有处理多个基板的上述处理室、装载上述多个基板的上述基板保持件以及在上述处理室内形成等离子体的电极，在上述多个基板之间设置辅助由上述电极进行的等离子体的形成的辅助板；
向上述处理室内供给气体的工序；以及
通过上述电极以及上述辅助板生成等离子体的工序。
19.一种程序，其特征在于，
在基板处理装置中通过电脑执行以下步骤：
向基板处理装置的处理室搬入基板保持件的步骤，上述基板处理装置具有处理多个基板的上述处理室、装载上述多个基板的上述基板保持件以及在上述处理室内形成等离子体的电极，在上述多个基板之间设置辅助由上述电极进行的等离子体的形成的辅助板；
向上述处理室内供给气体的步骤；以及
通过上述电极以及上述辅助板生成等离子体的步骤。
20.一种辅助板，其特征在于，
辅助电极生成的等离子体，设置于装载在基板保持部上的多个基板之间。
21.一种基板保持件，其特征在于，
以装载多个基板且在上述多个基板之间装载辅助由电极进行的等离子体的形成的多个辅助板的方式构成。
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