TW201513220A - 半導體裝置之製造方法，基板處理裝置及記錄媒體 - Google Patents

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Yukitomo Hirochi
Tetsuo Yamamoto
Kazuhiro Morimitsu
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Abstract

本發明係用於提升形成在基板上之薄膜的特性，並且提升製造產量。 本發明之半導體裝置之製造方法係包括有：對基板供給原料氣體之步驟；對電漿產生區域供給反應氣體之步驟；對上述電漿產生區域供給高頻電力之步驟；及將供給上述反應氣體之前之上述電漿產生區域內之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之步驟。

Description

半導體裝置之製造方法，基板處理裝置及記錄媒體
本發明係關於一種半導體裝置之製造方法，基板處理裝置及記錄媒體。
隨著大規模積體電路(Large Scale Integrated Circuit：以下稱為LSI)之高積體化而推進電路圖案之微細化。
為了使多個半導體裝置堆積於較窄之面積，必須將裝置之尺寸形成得較小，因此，必須減小欲形成之圖案之寬度及間隔。
由於近年之微細化，對於微細構造之埋入，尤其是對於朝縱向較深、或橫向較狹之空隙構造(溝槽)之氧化物之埋入，利用CVD法之埋入方法正越來越接近技術極限。又，由於電晶體之微細化，故而要求形成較薄且均勻之閘極絕緣膜或閘極電極。進而，要求每片基板之處理時間之縮短以提高半導體裝置之生產性。
以近年之LSI、動態隨機存取記憶體(DRAM，Dynamic Random Access Memory)或快閃記憶體(Flash Memory)為代表之半導體裝置之最小加工尺寸變得小於30nm寬度，難以在保持品質之情況下進行微細化、提升製造產量或使處理溫度低溫化。例如，於形成閘極絕緣膜或閘極電極時，有依序重複進行原料氣體之供給與 排氣、反應氣體之供給與排氣、及電漿之產生之成膜方法。於該成膜方法中，例如於產生電漿時，電力調整、壓力調整、氣體濃度調整等需要時間，製造產量之提升存在極限。
本發明之目的在於提供一種可提升形成在基板上之薄膜的特性並且提升製造產量之半導體裝置之製造方法，基板處理裝置及記錄媒體。
根據一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其包括有：對基板供給原料氣體之步驟；對電漿產生區域供給反應氣體之步驟；對上述電漿產生區域供給高頻電力之步驟；及將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之步驟。
根據另一態樣，提供一種基板處理裝置，其具有：處理室，其收納基板；原料氣體供給部，其對上述基板供給原料氣體；反應氣體供給部，其對上述基板供給反應氣體；電漿產生區域，其被供給有上述反應氣體，並且使上述反應氣體產生電漿化；激發部，其對上述電漿產生區域供給高頻電力；及控制部，其具有以如下方式控制上述反應氣體供給部及上述激發部之構成，即，將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而使上述反應氣體產生電漿化。
根據又一態樣，提供一種記錄媒體，其記錄有使電腦 執行以下之程序之程式，即：對基板供給原料氣體之程序；對電漿產生區域供給反應氣體之程序；對上述電漿產生區域供給高頻電力之程序；將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之程序。
根據本發明之半導體裝置之製造方法，基板處理裝置及記錄媒體，可提升形成在基板上之薄膜的特性，並且提升製造產量。
100‧‧‧基板處理裝置
121‧‧‧控制器
121a‧‧‧CPU
121b‧‧‧RAM
121c‧‧‧記憶裝置
121d‧‧‧I/O埠
121e‧‧‧內部匯流排
122‧‧‧輸入輸出裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理容器
202a‧‧‧上部容器
202b‧‧‧下部容器
203‧‧‧反應管(搬送空間)
204‧‧‧間隔板
205‧‧‧閘閥
206‧‧‧基板搬入搬出口
207‧‧‧頂起銷
210‧‧‧基板支撐部
211‧‧‧載置面
212‧‧‧基板載置台
213‧‧‧加熱器
214‧‧‧貫通孔
217‧‧‧軸
218‧‧‧升降機構
219‧‧‧波紋管
220‧‧‧第1排氣系統(排氣線路)
221‧‧‧排氣口(第1排氣部)
222、236‧‧‧排氣管
223、238‧‧‧壓力調整器
224、239‧‧‧真空泵
231‧‧‧噴灑頭蓋(激發部)
231a‧‧‧孔
232‧‧‧緩衝空間
233‧‧‧絕緣塊
233b‧‧‧第2噴嘴
234‧‧‧噴灑頭(分散板)
234a‧‧‧貫通孔(氣體供給孔)
235‧‧‧噴灑頭排氣口(第2排氣部)
237、243d、244d、245d、246d、247d、248d‧‧‧閥
240‧‧‧氣體導向器
241‧‧‧氣體導入口
242‧‧‧共用氣體供給管
243‧‧‧第一氣體供給系統
243a‧‧‧第一氣體供給管
243b‧‧‧第一氣體供給源
243c、244c、245c、246c、247c、248c‧‧‧質流控制器
244‧‧‧第二氣體供給系統
244a‧‧‧第二氣體供給管
244b‧‧‧第二氣體供給源
244e‧‧‧遠程電漿單元(激發部)
245‧‧‧第三氣體供給系統
245a‧‧‧第三氣體供給管
245b‧‧‧第三氣體供給源
246a‧‧‧第一惰性氣體供給管
246b‧‧‧惰性氣體供給源
247a‧‧‧第二惰性氣體供給管
247b‧‧‧惰性氣體供給源
248a‧‧‧清洗氣體供給管
248b‧‧‧清洗氣體供給源
251‧‧‧整合器
252‧‧‧高頻電源
263‧‧‧溫度感測器
283‧‧‧外部記憶裝置
301‧‧‧磁控管
302‧‧‧隔離器
303‧‧‧整合器
304‧‧‧微波源
305‧‧‧微波導入窗
圖1係本發明之一實施形態之基板處理裝置之概略構成圖。
圖2係於本發明之實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之控制器的概略構成圖。
圖3係表示本發明之一實施形態之基板處理步驟之流程圖。
圖4係本發明之一實施形態之基板處理步驟之氣體供給、排氣、高頻電力供給之順序例。
圖5係本發明之另一實施形態之基板處理步驟之氣體供給、排氣、高頻電力供給之順序例。
圖6係表示本發明之氮氣之放電起始特性之圖。
圖7係本發明之另一實施形態之基板處理裝置之概略圖例。
以下，對本發明之實施形態進行說明。
<本發明之一實施形態>
以下，結合圖式說明本發明之一實施形態。
(1)基板處理裝置之構成
首先，對本發明之一實施形態之基板處理裝置進行說明。
對本實施形態之處理裝置100進行說明。基板處理裝置100為高介電常數絕緣膜形成單元，如圖1所示，構成為單片式基板處理裝置。
如圖1所示，基板處理裝置100具備處理容器202。處理容器202例如構成為水平剖面為圓形且扁平之密閉容器。又，處理容器202係由例如鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等金屬材料、或石英構成。於處理容器202內形成有對作為基板之矽晶圓等晶圓200進行處理之處理空間(處理室)201、搬送空間203。處理容器202包含上部容器202a及下部容器202b。於上部容器202a與下部容器202b之間設置有間隔板204。將上部處理容器202a所包圍之空間、且為較間隔板204更上方之空間稱為處理室201，將下部容器202b所包圍之空間、且為較間隔板更下方之空間稱為搬送空間。
於下部容器202b之側面，設置有與閘閥205鄰接之基板搬入搬出口206，晶圓200係經由基板搬入搬出口206而於與未圖示之搬送室之間移動。於下部容器202b之底部，設置有複數個頂起銷207。進而，下部容器202b接地。
於處理室201內設置有支撐晶圓200之基板支撐部 210。基板支撐部210主要具有：載置面211，其載置晶圓200；載置台212，其於表面具有載置面211；及作為加熱部之加熱器213，其內包於基板載置台212。於基板載置台212，將頂起銷207所貫通之貫通孔214分別設置於與頂起銷207對應之位置。
基板載置台212藉由軸217支撐。軸217貫通處理容器202之底部，且進而於處理容器202之外部連接於升降機構218。使升降機構218作動而使軸217及支撐台212升降，藉此可使載置於基板載置面211上之晶圓200升降。再者，軸217下端部之周圍被波紋管219覆蓋，且處理空間201內保持為氣密。
基板載置台212於搬送晶圓200時，下降至基板支撐台以使基板載置面211到達基板搬入搬出口206之位置(晶圓搬送位置)，且於處理晶圓200時，如圖1所示，晶圓200上升至處理室201內之處理位置(晶圓處理位置)。
具體而言，於使基板載置台212下降至晶圓搬送位置時，頂起銷207之上端部自基板載置面211之上表面突出，頂起銷207自下方支撐晶圓200。又，於使基板載置台212上升至晶圓處理位置時，頂起銷207自基板載置面211之上表面沒入，基板載置面211自下方支撐晶圓200。再者，頂起銷207由於與晶圓200直接接觸，故而較理想為由例如石英或氧化鋁等材質形成。
(排氣系統)
於處理室201(上部容器202a)之內壁側面，設置有作為排出處理室201之氣體之第1排氣部的排氣口221。於排氣口221連接有排氣管222，且於排氣管222，依序串列連接有將處理室201內控 制為既定之壓力之自動壓力控制器(APC，Auto Pressure Controller)等壓力調整器223、真空泵224。主要藉由排氣口221、排氣管222、壓力調整器223、真空泵224構成第一排氣系統(排氣線路)220。
(氣體導入口)
於設置於處理室201之上部之下述噴灑頭234之上表面(頂壁)，設置有用以對處理室201內供給各種氣體之氣體導入口241。對連接於氣體導入口241之氣體供給系統之構成於下文敍述。
(噴灑頭)
於氣體導入口241與處理室201之間設置有作為氣體分散機構之噴灑頭234。氣體導入口241連接於噴灑頭234之蓋231，自氣體導入口241導入之氣體經由設置於蓋231之孔231a而被供給至噴灑頭234之緩衝空間232。
作為激發部之電極(噴灑頭蓋231)係由具有導電性之金屬形成，並作為用以於作為電漿產生區域之緩衝空間232或處理室201內將氣體電漿化的電極而被使用。於蓋231與上部容器202a之間設置有絕緣塊233，將蓋231與上部容器202a之間絕緣。構成為對作為激發部之電極(噴灑頭蓋231)供給下述電磁波(高頻)。
噴灑頭234於緩衝空間232與處理室201之間具備用以使自氣體導入口241導入之氣體分散之分散板234。於分散板234設置有複數個貫通孔234a。分散板234係以與基板載置面211對向之方式配置。
於緩衝空間232設置有形成所供給之氣體之流動的 氣體導向器240。氣體導向器240為以孔231a為頂點且隨著朝向分散板234方向而半徑擴大之圓錐形狀。氣體導向器240之下端之水平方向之直徑係形成於較貫通孔234a之端部更外周。
於緩衝空間232之側方，經由作為第2排氣部之噴灑 頭排氣口235連接有排氣管236。於排氣管236，依序串列連接有切換排氣之開/關之閥237、將排氣緩衝空間232內控制為既定之壓力之APC(Auto Pressure Controller)等壓力調整器238、真空泵239。
(供給系統)
於連接於噴灑頭234之蓋231之氣體導入孔241，連接有共用氣體供給管242。於共用氣體供給管242，連接有第一氣體供給管243a、第二氣體供給管244a、第三氣體供給管245a。第二氣體供給管244a係經由遠程電漿單元244e連接。
自包含第一氣體供給管243a之第一氣體供給系統 243主要供給含第一元素之氣體，自包含第二氣體供給管244a之第二氣體供給系統244主要供給含第二元素之氣體。自包含第三氣體供給管245a之第三氣體供給系統245係於處理晶圓時主要供給惰性氣體，於清洗處理室時主要供給清洗氣體。
(第一氣體供給系統)
於第一氣體供給管243a，自上游方向依序設置有第一氣體供給源243b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC，mass flow controller)243c、及作為開關閥之閥243d。
自第一氣體供給管243a，將含有第一元素之氣體(以 下，稱為「含第一元素之氣體」)經由質流控制器243c、閥243d、共用氣體供給管242而供給至噴灑頭234。
含第一元素之氣體為原料氣體、即處理氣體之一。 此處，第一元素例如為矽(Si)。即，含第一元素之氣體例如為含矽之氣體。作為含矽之氣體，例如可使用二氯矽烷(Dichlorosilane(SiH2Cl2)：DCS)氣體。再者，含第一元素之氣體於常溫常壓下可為固體、液體、及氣體之任一者。於含第一元素之氣體於常溫常壓下為液體之情況下，只要於第一氣體供給源243b與質流控制器243c之間設置未圖示之氣化器即可。此處作為氣體而進行說明。
於較第一氣體供給管243a之閥243d更下游側，連接 有第一惰性氣體供給管246a之下游端。於第一惰性氣體供給管246a，自上游方向依序設置有惰性氣體供給源246b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)246c、及作為開關閥之閥246d。
此處，惰性氣體例如為氮氣(N2)。再者，作為惰性氣 體，除氮氣外，例如可使用氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)等稀有氣體。
主要藉由第一氣體供給管243a、質流控制器243c、 閥243d構成含第一元素之氣體供給系統243(亦稱為含矽之氣體供給系統)。
又，主要藉由第一惰性氣體供給管246a、質流控制器 246c及閥246d構成第一惰性氣體供給系統。再者，亦可考慮將惰性氣體供給源246b、第一氣體供給管243a包含於第一惰性氣體供給系統。
進而，亦可考慮將第一氣體供給源243b、第一惰性氣體供給系統包含於含第一元素之氣體供給系統。
(第二氣體供給系統)
於第二氣體供給管244a，亦可於下游設置作為激發部之遠程電漿單元244e。於上游，自上游方向依序設置有第二氣體供給源244b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)244c、及作為開關閥之閥244d。構成為對作為激發部之遠程電漿單元244e供給電磁波(高頻)。
自第二氣體供給管244a將含有第二元素之氣體(以下，稱為「含第二元素之氣體」)經由質流控制器244c、閥244d、遠程電漿單元244e、共用氣體供給管242而供給至噴灑頭234內。構成為含第二元素之氣體於遠程電漿單元244e內之電漿產生區域，被設置於遠程電漿單元244e之激發部所激發而可照射至晶圓200上。
含第二元素之氣體為處理氣體之一。再者，含第二元素之氣體亦可考慮設為反應氣體或改質氣體。
此處，含第二元素之氣體含有與第一元素不同之第二元素。作為第二元素，例如為氧(O)、氮(N)、碳(C)中之任一者。於本實施形態中，含第二元素之氣體例如為含氮之氣體。具體而言，作為含氮之氣體，可使用氨氣(NH3)。
主要藉由第二氣體供給管244a、質流控制器244c、閥244d構成含第二元素之氣體供給系統244(亦稱為含氧之氣體供給系統)。
又，於較第二氣體供給管244a之閥244d更下游側， 連接有第二惰性氣體供給管247a之下游端。於第二惰性氣體供給管247a，自上游方向依序設置有惰性氣體供給源247b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)247c、及作為開關閥之閥247d。
自第二惰性氣體供給管247a將惰性氣體經由質流控 制器247c、閥247d、第二氣體供給管244a、遠程電漿單元244e而供給至噴灑頭234內。惰性氣體於薄膜形成步驟(S104)中作為載氣或稀釋氣體發揮作用。
主要藉由第二惰性氣體供給管247a、質流控制器247c 及閥247d構成第二惰性氣體供給系統。再者，亦可考慮將惰性氣體供給源247b、第二氣體供給管244a、遠程電漿單元244e包含於第二惰性氣體供給系統。
進而，亦可考慮將第二氣體供給源244b、遠程電漿 單元244e、第二惰性氣體供給系統包含於含第二元素之氣體供給系統244。
(第三氣體供給系統)
於第三氣體供給管245a，自上游方向依序設置有第三氣體供給源245b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)245c、及作為開關閥之閥245d。
自第三氣體供給管245a將作為沖洗氣體之惰性氣體 經由質流控制器245c、閥245d、共用氣體供給管242而供給至噴灑頭234。
此處，惰性氣體例如為氮氣(N2)。再者，作為惰性氣 體，除氮氣外，例如可使用氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)等稀有氣體。
於較第三氣體供給管245a之閥245d更下游側，連接 有清洗氣體供給管248a之下游端。於清洗氣體供給管248a，自上游方向依序設置有清洗氣體供給源248b、作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)248c、及作為開關閥之閥248d。
主要藉由第三氣體供給管245a、質流控制器245c、閥245d構成第三氣體供給系統245(亦稱為含矽之氣體供給系統)。
又，主要藉由清洗氣體供給管248a、質流控制器248c及閥248d構成清洗氣體供給系統。再者，亦可考慮將清洗氣體源248b、第三氣體供給管245a包含於清洗氣體供給系統。
進而，亦可考慮將第三氣體供給源245b、清洗氣體供給系統包含於第三氣體供給系統245。
自第三氣體供給管245a於基板處理步驟中將惰性氣體經由質流控制器245c、閥245d、共用氣體供給管242而供給至噴灑頭234內。又，於清洗步驟中，將清洗氣體經由質流控制器248c、閥248d、共用氣體供給管242而供給至噴灑頭234內。
自第三氣體供給源245b供給之惰性氣體於基板處理步驟中，作為沖洗處理室201或噴灑頭234內所剩餘之氣體的沖洗氣體而發揮作用。又，於清洗步驟中，亦可作為清洗氣體之載氣或稀釋氣體而發揮作用。
自清洗氣體供給源248b供給之清洗氣體於清洗步驟中作為去除附著於噴灑頭234或處理室201之副產物等的清洗氣體 而發揮作用。
此處，清洗氣體例如為三氟化氮(NF3)氣體。再者， 作為清洗氣體，亦可使用例如氟化氫(HF)氣體、三氟化氯(ClF3)氣體、氟氣(F2)等，又，亦可將其等組合而使用。
(激發部)
激發部係由第1激發部及第2激發部中之任一者或兩者構成。
於作為第1激發部之噴灑頭蓋231，連接有整合器251、高頻電源252。自高頻電源252經由整合器251而對噴灑頭蓋231供給電磁波(高頻)，並利用整合器251調整阻抗，藉此使上述含第1元素之氣體及含第2元素之氣體中之任一者或兩者激發(電漿化)。
再者，於使用第1激發部之情況下，以於處理室201中產生包含含第1元素之氣體及含第2元素之氣體中之任一者或兩者之電漿的方式控制高頻電源252之輸出、或處理室201內之壓力。
第2激發部為遠程電漿單元244e。
(電漿產生區域)
如上所述，電漿產生區域係由處理室201、遠程電漿單元244e之至少任一者或兩者構成。
(控制部)
如圖1所示，基板處理裝置100具有控制基板處理裝置100之各部分之動作的控制器121。
如圖2所示，作為控制部(控制手段)之控制器121係 構成為具備中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)121a、隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d的電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係構成為可經由內部匯流排121e而與CPU121a交換資料。於控制器121構成為可連接例如構成為觸控面板等之輸入輸出裝置122、或外部記憶裝置283。
記憶裝置121c例如包含快閃記憶體、硬碟(HDD，Hard Disk Drive)等。於記憶裝置121c內可讀出地儲存有控制基板處理裝置之動作之控制程式、或記載有下述基板處理之程序或條件等之程式配方(Program recipe)等。再者，製程配方係以可使控制器121執行下述基板處理步驟中之各程序而獲得既定之結果的方式組合而成者，而作為程式發揮功能。以下，亦將該程式配方或控制程式等總括簡稱為程式。再者，本說明書中使用程式之用語之情況有僅包含程式配方單體之情況、僅包含控制程式單體之情況、或包含該兩者之情況。又，RAM121b係構成為暫時保持經CPU121a讀出之程式或資料等的記憶體區域(工作區)。
I/O埠121d係連接於閘閥205、升降機構218、壓力 調整器223、238、真空泵224、239、遠程電漿單元244e、MFC243c、244c、245c、246c、247c、248c、閥243d、244d、245d、246d、247d、248d、整合器251、高頻電源252等。
CPU121a係構成為讀出並執行來自記憶裝置121c之 控制程式，並且根據來自輸入輸出裝置122之操作命令之輸入等自記憶裝置121c讀出製程配方。而且，CPU121a係構成為根據所讀 出之製程配方之內容，控制閘閥205之開關動作、升降機構218之升降動作、壓力調整器223、238之壓力調整動作、真空泵224、239之開關控制、遠程電漿單元244e之氣體激發動作、MFC243c、244c、245c、246c、247c、248c之流量調整動作、閥243d、244d、245d、246d、247d、248d之氣體之開關控制、整合器251之電力之整合動作、高頻電源252之開關控制等。
再者，控制器121並不限於構成為專用之電腦之情 況，亦可構成為通用之電腦。例如，可藉由準備儲存有上述程式之外部記憶裝置(例如，磁帶、軟碟或硬碟等磁碟、CD(Compact Disc)或數位多功能光碟(DVD，Digital Versatile Disc)等光碟、MO(Magnetic Optical)等光磁碟、通用串列匯流排(USB，Universal Serial Bus)記憶體或記憶卡等半導體記憶體)283，並使用該外部記憶裝置283將程式安裝於通用之電腦等，而構成本實施形態之控制器121。再者，用以對電腦供給程式之手段並不限於經由外部記憶裝置283而供給之情況。例如，亦可使用網路或專用線路等通信手段，不經由外部記憶裝置283而供給程式。再者，記憶裝置121c或外部記憶裝置283係構成為電腦可讀取之記錄媒體。以下，亦將其等總括簡稱為記錄媒體。再者，於本說明書中，使用記錄媒體之用語之情況有僅包含記憶裝置121c單體之情況、僅包含外部記憶裝置283單體之情況、或包含該兩者之情況。
(2)基板處理步驟
其次，對基板處理步驟之例，利用作為半導體裝置之製造步驟之一的使用DCS氣體及NH3(氨氣)氣體形成氮化矽(SiN)膜之例進 行說明。
圖3係表示藉由本實施形態之基板處理裝置所實施 之基板處理之一例的順序圖。圖例表示進行利用電漿之處理而於作為基板之晶圓200上形成SiN膜之情況之順序動作。
(基板搬入步驟S201)
於進行成膜處理時，首先，將晶圓200搬入處理室201。具體而言，藉由升降機構218使基板支撐部210下降，而使頂起銷207成為自貫通孔214向基板支撐部210之上表面側突出之狀態。又，將處理室201內調整為既定之壓力後，打開閘閥205，使晶圓200自閘閥205載置於頂起銷207上。使晶圓200載置於頂起銷207上後，藉由升降機構218使基板支撐部210上升至既定之位置，藉此將晶圓200自頂起銷207朝基板支撐部210載置。
(減壓、升溫步驟S202)
繼而，以處理室201內成為所需之壓力(真空度)之方式，經由排氣管222對處理室201內進行排氣。此時，基於壓力感測器測得之壓力值，反饋控制APC閥之閥開度。又，基於溫度感測器263檢測出之溫度值，以處理室201內成為所需之溫度之方式反饋控制對加熱器213之通電量。具體而言，預先對基座進行加熱，在晶圓200或基座無溫度變化後放置一定時間。於此期間，藉由利用真空排氣或氮氣之供給之沖洗將來自殘留於處理室201內之水分或構件之餘氣等進行除去。藉此完成成膜製程前之準備。再者，為了縮短處理室201內之減壓時間，亦可一面打開閥237，並利用APC閥 238調整排氣傳導性(conductance)，一面利用真空泵239排氣。
(第1處理氣體供給步驟S203)
繼而，如圖3、圖4所示，自第1處理氣體供給系統向處理室201內供給作為第1處理氣體(原料氣體)之DCS氣體。又，以持續利用排氣系統對處理室201內進行排氣而使處理室201內之壓力成為既定之壓力(第1壓力)的方式加以控制。具體而言，打開第1氣體供給管243a之閥243d、第1惰性氣體供給管246a之閥246d，使DCS氣體於第1氣體供給管243a流動，使氮氣於第1惰性氣體供給管246a流動。DCS氣體係自第1氣體供給管243a流動，並由質流控制器243c調整流量。氮氣係自第1惰性氣體供給管246a流動，並由質流控制器246c調整流量。經流量調整之DCS氣體與經流量調整之氮氣於第1氣體供給管243a內混合後，自噴灑頭之氣體供給孔234a供給至經加熱之減壓狀態之處理室201內，並自排氣管222排出。此時，對晶圓200供給DCS氣體(原料氣體(DCS)供給步驟)之DCS氣體係於既定之壓力(第1壓力：例如100Pa以上10000Pa以下)下供給至處理室201內。以此方式對晶圓200供給DCS。藉由供給DCS而於晶圓200上形成含矽層。所謂含矽層係指含矽(Si)、或含矽及氯(Cl)之層。
又，如圖4所示，開始對電漿產生區域供給電磁波(高頻)。於本實施形態之圖4中，於開始供給原料氣體之同時開始供給電磁波，但亦可構成為至少於供給反應氣體前供給電磁波。持續供給電磁波直至第1處理氣體供給步驟S203至S207之反覆結束。於第1處理氣體之供給步驟S203中，主要藉由因沖洗氣體之供給 引起之升壓，而根據帕申定律(Paschen's law)，由電磁波之電力(電壓)、壓力、電極間距離之關係，設定為原料氣體不會電漿化(電漿可維持中斷(OFF)狀態)之壓力(第1壓力)。此時，將經由整合器251供給之射頻(RF，Radio Frequency)電力供給至蓋231時，以產生於蓋231與支撐台212之間之電壓不會上升至2000V以上之方式預先設定整合器。例如，如圖6之N2(氮氣)放電起始特性所示般調節沖洗氣體之供給量以使pd乘積(p：壓力，d：電極間隔)不會成為20Torr．cm以下。
(沖洗步驟S204)
於晶圓200上形成含矽層後，關閉第1氣體供給管243a之閥243d，停止DCS氣體之供給。此時，保持排氣管222之真空泵224之打開狀態，藉由真空泵224對處理室201內進行真空排氣，而自處理室201內排除殘留於處理室201內之未反應之DCS氣體或在含矽層形成中發揮作用後之DCS氣體。又，保持閥245d之打開狀態，維持作為惰性氣體之氮氣向處理室201內之供給。氮氣係作為沖洗氣體發揮作用，藉此，可進而提高自處理室201內排除殘留於處理室201內之未反應之DCS氣體或在含矽層形成中發揮作用後之DCS氣體的效果。又，亦可構成為打開閥237，經由APC閥238而自真空泵239排氣。藉由以此方式構成，可自噴灑頭234內去除殘留於噴灑頭234內之未反應之DCS氣體或在含矽層形成中發揮作用後之DCS氣體。於此步驟中，與第1處理氣體供給步驟S203同樣地將處理室201內之pd乘積始終維持於20Torr．cm以上。
再者，此時，可不完全地排除殘留於處理室201內、 或噴灑頭234內之氣體，亦可不完全地對處理室201內進行沖洗。若殘留於處理室201內之氣體為微量，則不會於其後進行之步驟中產生不良影響。此時亦無需使供給至處理室201內之氮氣之流量設為大流量，例如，可藉由供給與反應管203(處理室201)之容積同程度之量，而進行不會於後續步驟中產生不良影響之程度的沖洗。如此，藉由不完全地對處理室201內進行沖洗，可縮短沖洗時間，提升產量。又，亦可將氮氣之消耗抑制於所需之最小限度。
又，於使覆蓋度或膜質、膜厚之均勻性良好時，較佳為對處理室201內充分地排氣。
此時之加熱器213之溫度係與對晶圓200供給原料氣體時同樣地以成為300~650℃、較佳為300~600℃、更佳為300~550℃之範圍內之固定溫度之方式設定。作為自各惰性氣體供給系統供給之沖洗氣體之氮氣之供給流量係分別設為例如100~20000sccm之範圍內之流量。作為沖洗氣體，除氮氣外，亦可使用Ar、He、Ne、Xe等稀有氣體。
於本沖洗步驟中，必須持續供給電磁波，且使pd乘積成為20Torr．cm以上以使處理室201中不產生電漿。
(第2處理氣體供給步驟S205)
去除處理室201內之DCS殘留氣體後，停止沖洗氣體之供給，並供給作為第2處理氣體(反應氣體)之氨氣。具體而言，打開第2氣體供給管244a之閥244d，使氨氣於第2氣體供給管244a內流動。於第2氣體供給管244a內流動之氨氣係由質流控制器244c調整流量。經流量調整之氨氣自第2噴嘴233b之氣體供給孔248b被供給 至噴灑頭234內。又，將處理室201內之壓力調整為可放電之壓力(第2壓力)。此處，藉由經由整合器251供給至蓋231之RF電力而產生之電壓為2000V以下且維持於接近2000V之值。於該狀態下，藉由減少沖洗氣體之供給而使處理室201內之壓力降低至較第1壓力低之第2壓力，並藉由使pd乘積為20Torr．cm以下而於處理室201內產生電漿。
再者，關於此處沖洗氣體與第2處理氣體之流量比， 於將第2處理氣體之流量(供給量)設為1之情況下，將沖洗氣體設為10~100。各氣體之流量係由閥之開關時間所控制，打開第2處理氣體之閥之時間例如係設定為0.1秒鐘~1秒鐘。
再者，關於RF電力之供給，可如圖4所示般自供給 原料氣體時供給，亦可構成為如圖5所示般自剛供給反應氣體後供給。
藉由使作為反應氣體之氨氣電漿化，可產生活化之氨 氣(氨氣之電漿或自由基)，使其與形成於晶圓200上之含矽膜反應，而可形成氮化矽膜。再者，亦可於一面供給反應氣體一面降低電漿產生區域之壓力時，使用第2排氣部增大排氣量。
(沖洗步驟S206)
第2處理氣體供給步驟後，利用沖洗氣體之供給使處理室201內升壓而使pd乘積>>20Torr．cm，藉此於與停止電漿產生之同時停止反應氣體之供給，而進行與沖洗步驟S204相同之處理。藉由進行沖洗步驟，可排除殘留於處理室201內之未反應之氨氣或在含矽層形成中發揮作用後之氨氣。再者，亦可構成為與沖洗步驟S204 同樣地，打開閥237，經由APC閥238而自真空泵239排氣。藉由以此方式構成，可自噴灑頭234內去除殘留於噴灑頭234內之未反應之殘留氣體或在氮化矽膜之形成中發揮作用後之殘留氣體。藉由去除殘留氣體，可抑制由殘留氣體導致之未預期之膜形成。
(反覆步驟S207)
藉由將以上之第1處理氣體供給步驟S203、沖洗步驟S204、第2處理氣體供給步驟S205、沖洗步驟S206之各者各進行1次而於晶圓200上堆積既定厚度之膜。藉由反覆進行該等步驟，可控制晶圓200上之膜厚。以反覆進行既定次數直至成為既定膜厚之方式加以控制。
(基板搬出步驟S208)
於反覆步驟S207中實施既定次數後，進行基板搬出步驟S208，將晶圓200自處理室201搬出。具體而言，使溫度下降至可搬出溫度，並利用惰性氣體沖洗處理室201內而調整為可搬送之壓力。調壓後，藉由升降機構218使基板支撐部210下降，頂起銷207自貫通孔214突出，將晶圓200載置於頂起銷207上。將晶圓200載置於頂起銷207上後，打開閘閥205，將晶圓200自處理室201搬出。
(3)本實施形態之效果
根據本實施形態，可發揮以下所示之一種或複數種效果。
(a)由於預先供給高頻電力，並藉由反應氣體之供給壓力而僅使反應氣體電漿化，故而可縮短電漿之啟動/停止(ON/OFF)之切換時間。
(b)又，於沖洗步驟中，藉由自噴灑頭內部排氣，可縮短沖洗時間。
(c)藉由於供給有高頻電力之狀態下降低處理室201內之壓力，可縮短電漿之啟動/停止(ON/OFF)時間之切換時間。
(d)藉由於供給有高頻電力之狀態下降低處理室201內之壓力，可提高沖洗步驟或第1氣體供給步驟中之壓力，可縮短沖洗時間。於降低沖洗步驟或第1氣體之供給步驟之壓力之情況下，存在各者之處理時間變長，產量降低的課題。
(e)藉由降低壓力而產生電漿，可抑制未意圖之電漿之產生。
<本發明之第2形態>
以上，對本發明之實施形態進行了具體說明，但本發明並不限定於上述實施形態，可在不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
例如，存在圖5所示之氣體供給順序例。圖5中，於進行原料氣體供給(第1處理氣體供給)及沖洗步驟後，進行排氣步驟而去除原料氣體，隨後依序進行反應氣體之供給、電磁波之供給。供給電磁波後，進行排氣而調整為可放電之壓力，藉此開始反應氣體之激發。藉由以此方式構成，可利用壓力變動開始氣體激發。
<本發明之第3形態>
於以上實施形態中，對圖1之裝置構成進行了說明，但並不限 定於該構成，可在不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
例如，存在圖7所示之裝置構成。圖7具有將作為激 發部之電極設為微波導入窗305之構成。構成為自微波源304，經由磁控管301、隔離器302、整合器303等而對微波導入窗305供給電磁波(微波)。藉由如此供給微波，可對緩衝空間232內供給高頻電力，可使供給至緩衝空間232內之氣體電漿化。再者，於如上述圖4或圖5般供給電磁波時未產生電漿時，反射波增大，但藉由利用隔離器302吸收反射波，可減輕對微波源304之損壞。氣體之供給時序或電磁波之供給時序、排氣時序可構成為與圖4或圖5相同。
再者，雖記錄了於上述利用壓力控制之電漿產生中， 以氣體流量調整壓力之例，但亦可組合氣體流量之控制及排氣量之控制而進行調整。藉由進行組合，可縮短壓力調整所需之時間。又，較佳為，藉由縮小電漿產生區域之容積亦可縮短時間。又，藉由使用上述第2排氣部，可縮短排氣時間。
又，上文中針對半導體裝置之製造步驟而記錄，但實 施形態之發明亦可應用於半導體裝置之製造步驟以外之情況。例如有，液晶裝置之製造步驟、對陶瓷基板之電漿處理等。
又，上文中針對交替地供給原料氣體及反應氣體而成 膜之方法而記錄，但亦可應用於其他方法。例如，亦可以原料氣體及反應氣體之供給時序重疊之方式供給。
又，上文中針對成膜處理而記錄，但亦可應用於其他 處理。例如，亦可將本發明應用於僅使用反應氣體而對基板表面或形成於基板之膜進行電漿氧化處理、或電漿氮化處理等之基板處 理。又，亦可應用於僅使用反應氣體之電漿退火處理。
又，上文中針對單片式裝置而記錄，但並不限定於此，亦可為於在垂直方向保持有複數片基板之狀態下處理基板之縱型裝置。又，亦可為於在水平方向保持有複數片基板之狀態下處理複數片基板之處理裝置。
<本發明之較佳態樣>
以下，附記關於本發明之較佳態樣。
<附記1>
根據一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其包括：對基板供給原料氣體之步驟；對電漿產生區域供給反應氣體之步驟；對上述電漿產生區域供給高頻電力之步驟；將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力設為第1壓力，於供給有上述反應氣體及上述高頻電力之狀態下調整為較上述第1壓力低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之步驟。
<附記2>
如附記1之半導體裝置之製造方法，其中較佳為，於開始對上述電漿產生區域供給高頻電力後，對上述電漿產生區域供給上述反應氣體，將上述電漿產生區域內自上述第1壓力朝上述第2壓力調整而產生上述電漿。
<附記3>
如附記1或附記2之半導體裝置之製造方法，其中較佳為，於供給上述反應氣體前，具有供給流量較上述反應氣體之流量多之沖洗氣體的步驟。
<附記4>
如附記1至附記3中任一項之半導體裝置之製造方法，其中較佳為，於產生上述電漿之步驟後，具有使上述反應氣體自電漿狀態恢復為氣體狀態之步驟。
<附記5>
如附記4之半導體裝置之製造方法，其中較佳為，交替進行產生上述電漿之步驟及恢復為上述氣體狀態之步驟。
<附記6>
如附記1至附記5中任一項之半導體裝置之製造方法，其中較佳為，上述第1壓力係設為上述反應氣體保持電漿中斷(OFF)狀態之壓力。
<附記7>
如附記1至附記6中任一項之半導體裝置之製造方法，其中較佳為， 上述第2壓力為上述反應氣體電漿化之壓力。
<附記8>
根據另一態樣，提供一種基板處理裝置，其包括：處理室，其收納基板；原料氣體供給部，其對上述基板供給原料氣體；反應氣體供給部，其對上述基板供給反應氣體；電漿產生區域，其被供給上述反應氣體，並使上述反應氣體電漿化；激發部，其對上述電漿產生區域供給高頻電力；及控制部，其具有以如下方式控制上述反應氣體供給部及上述激發部之構成，即，將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域之壓力設為第1壓力，於供給有上述反應氣體及上述高頻電力之狀態下調整為較上述第1壓力低之第2壓力而使上述反應氣體電漿化。
<附記9>
如附記8之基板處理裝置，其較佳為，具有對上述處理室進行排氣之排氣部，且上述控制部具有以如下方式控制上述反應氣體供給部及上述排氣部之構成，即，於開始對上述電漿產生區域供給高頻電力後，對上述電漿產生區域供給上述反應氣體而將上述電漿產生區域內自上述第1壓力調整為上述第2壓力。
<附記10>
如附記8或附記9之基板處理裝置，其較佳為，設置有對上述處理室供給沖洗氣體之沖洗氣體供給部，且上述控制部具有以如下方式控制上述反應氣體供給部及上述沖洗氣體供給部之構成，即，於供給上述反應氣體前，進行供給流量較上述反應氣體之流量多之沖洗氣體之步驟。
<附記11>
如附記8至附記10中任一項之基板處理裝置，其中較佳為，上述控制部以如下方式控制上述激發部及上述反應氣體供給部，即於產生上述電漿之步驟後，進行於維持上述高頻電力之供給之狀態下使上述反應氣體自電漿狀態恢復為氣體狀態之步驟。
<附記12>
如附記8至附記11中任一項之基板處理裝置，其較佳為，上述控制部具有如下構成，即，以交替進行上述產生電漿之步驟及上述恢復為氣體狀態之步驟之方式控制上述激發部及上述反應氣體供給部。
<附記13>
如附記9至附記12中任一項之基板處理裝置，其中較佳為，上述控制部具有如下構成，即，以上述第1壓力成為上述反應氣體保持電漿中斷(OFF)狀態之壓力之方式控制上述反應氣體供給部及上述排氣部中之任一者或兩者。
<附記14>
如附記9至附記13中任一項之基板處理裝置，其中較佳為，上述控制部具有如下構成，即，以上述第2壓力成為上述反應氣體電漿化之壓力之方式控制上述反應氣體供給部及上述排氣部中之任一者或兩者。
<附記15>
根據又一態樣，提供一種程式，其使電腦執行：對基板供給原料氣體之程序；對電漿產生區域供給反應氣體之程序；對上述電漿產生區域供給高頻電力之程序；及將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力設為第1壓力，於供給有上述反應氣體及上述高頻電力之狀態下調整為較上述第1壓力低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之程序。
<附記16>
如附記15之程式，其中較佳為，於開始對上述電漿產生區域供給高頻電力後，具有對上述電漿產生區域供給上述反應氣體，而將上述電漿產生區域內自上述第1壓力朝上述第2壓力調整而產生上述電漿之程序。
<附記17>
如附記15或附記16之程式，其中較佳為，於供給上述反應氣體前，具有供給流量較上述反應氣體之流量 多之沖洗氣體之程序。
<附記18>
如附記15至附記17之程式，其中較佳為，於上述產生電漿之步驟後，具有使上述反應氣體自電漿狀態恢復為氣體狀態之程序。
<附記19>
如附記15至附記18中任一項之程式，其中較佳為，交替進行上述產生電漿之程序及上述恢復為氣體狀態之程序。
<附記20>
如附記15至附記19中任一項之程式，其中較佳為，上述第1壓力係設為上述反應氣體保持電漿中斷(OFF)狀態之壓力。
<附記21>
如附記15至附記20中任一項之程式，其中較佳為，上述第2壓力為上述反應氣體電漿化之壓力。
<附記22>
根據又一態樣，提供一種記錄媒體，其記錄有使電腦執行程序之程式，該程序係：對基板供給原料氣體之程序； 對電漿產生區域供給反應氣體之程序；對上述電漿產生區域供給高頻電力之程序；及將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力設為第1壓力，於供給有上述反應氣體及上述高頻電力之狀態下調整為較上述第1壓力低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之程序。
100‧‧‧基板處理裝置
121‧‧‧控制器
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理容器
202a‧‧‧上部容器
202b‧‧‧下部容器
203‧‧‧反應管(搬送空間)
204‧‧‧間隔板
205‧‧‧閘閥
206‧‧‧基板搬入搬出口
207‧‧‧頂起銷
210‧‧‧基板支撐部
211‧‧‧載置面
212‧‧‧基板載置台
213‧‧‧加熱器
214‧‧‧貫通孔
217‧‧‧軸
218‧‧‧升降機構
219‧‧‧波紋管
221‧‧‧排氣口(第1排氣部)
222、236‧‧‧排氣管
223、238‧‧‧壓力調整器
224、239‧‧‧真空泵
231‧‧‧噴灑頭蓋(激發部)
231a‧‧‧孔
232‧‧‧緩衝空間
233‧‧‧絕緣塊
234‧‧‧噴灑頭(分散板)
234a‧‧‧貫通孔(氣體供給孔)
235‧‧‧噴灑頭排氣口(第2排氣部)
237、243d、244d、245d、246d、247d、248d‧‧‧閥
240‧‧‧氣體導向器
241‧‧‧氣體導入口
242‧‧‧共用氣體供給管
243‧‧‧第一氣體供給系統
243a‧‧‧第一氣體供給管
243b‧‧‧第一氣體供給源
243c、244c、245c、246c、247c、248c‧‧‧質流控制器
244‧‧‧第二氣體供給系統
244a‧‧‧第二氣體供給管
244b‧‧‧第二氣體供給源
244e‧‧‧遠程電漿單元(激發部)
245‧‧‧第三氣體供給系統
245a‧‧‧第三氣體供給管
245b‧‧‧第三氣體供給源
246a‧‧‧第一惰性氣體供給管
246b‧‧‧惰性氣體供給源
247a‧‧‧第二惰性氣體供給管
247b‧‧‧惰性氣體供給源
248a‧‧‧清洗氣體供給管
248b‧‧‧清洗氣體供給源
251‧‧‧整合器
252‧‧‧高頻電源

Claims (15)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其包括有：對基板供給原料氣體之步驟；對電漿產生區域供給反應氣體之步驟；對上述電漿產生區域供給高頻電力之步驟；將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，於開始對上述電漿產生區域供給高頻電力之後，對上述電漿產生區域供給上述反應氣體，並且自上述第1壓力而朝向上述第2壓力對上述電漿產生區域內進行調整壓力而產生上述電漿。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，具有於供給上述反應氣體之前，供給較多於上述反應氣體之流量的沖洗氣體之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，具有於產生上述電漿之步驟之後，使上述反應氣體自電漿狀態而恢復至氣體狀態之步驟。
  5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法，其中，交替地進行產生上述電漿之步驟與恢復至上述氣體狀態之步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1壓力係為上述反應氣體保持在電漿中斷(OFF)狀態之壓力。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述 第2壓力係為上述反應氣體產生電漿化之壓力。
  8. 一種基板處理裝置，其包括有：處理室，其收納基板；原料氣體供給部，其對上述基板供給原料氣體；反應氣體供給部，其對上述基板供給反應氣體；電漿產生區域，其被供給有上述反應氣體，並且使上述反應氣體產生電漿化；激發部，其對上述電漿產生區域供給高頻電力；及控制部，其具有以如下方式控制上述反應氣體供給部與上述激發部之構成，即，將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有供給上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而使上述反應氣體產生電漿化。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中，具有對上述處理室進行排氣之排氣部，且上述控制部係具有以如下之方式加以控制上述反應氣體供給部與上述排氣部之構成，即，於開始對上述電漿產生區域供給高頻電力之後，對上述電漿產生區域供給上述反應氣體，並且自上述第1壓力對上述電漿產生區域內進行調整壓力至上述第2壓力。
  10. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中，上述控制部係具有以如下之方式加以控制上述反應氣體供給部與上述沖洗氣體供給部之構成，即，於供給上述反應氣體之前，進行供給較多於上述反應氣體之流量的沖洗氣體之步驟。
  11. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中，上述控制部 係具有以如下之方式加以控制上述激發部與上述反應氣體供給部之構成，即，於產生上述電漿之步驟之後，在維持上述高頻電力之供給之狀態下，進行使上述反應氣體自電漿狀態而恢復至氣體狀態之步驟。
  12. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中，上述控制部係具有如下之構成，即，以交替地進行產生上述電漿之步驟與恢復至上述氣體狀態之步驟之方式加以控制上述激發部與上述反應氣體供給部。
  13. 如申請專利範圍第9項之基板處理裝置，其中，上述控制部係具有如下之構成，即，以上述第1壓力成為上述反應氣體保持在電漿中斷(OFF)狀態之壓力之方式加以控制上述反應氣體供給部與上述排氣部中之任一者或兩者。
  14. 如申請專利範圍第9項之基板處理裝置，其中，上述控制部係具有如下之構成，即，以使上述第2壓力成為上述反應氣體產生電漿化之壓力之方式加以控制上述反應氣體供給部與上述排氣部中任一者或兩者。
  15. 一種記錄媒體，其記錄有使電腦執行以下之程序之程式，即：對基板供給原料氣體之程序；對電漿產生區域供給反應氣體之程序；對上述電漿產生區域供給高頻電力之程序；及將供給上述反應氣體前之上述電漿產生區域內之壓力加以設定為第1壓力，而在供給有上述反應氣體與上述高頻電力之狀態下加以調整至較上述第1壓力為低之第2壓力而產生上述反應氣體之電漿之程序。
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