TW201532171A - 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及電腦可讀取之記錄媒體 - Google Patents

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Abstract

提供可以抑制副生成物之產生，並提升基板之面內之均勻性之基板處理裝置、基板處理方法及半導體製造裝置之製造方法。 具有：處理基板之處理室；具備在上述處理室內分別對上述基板之中心部和上述基板之周緣部獨立供給處理基板的處理氣體之氣體供給孔的氣體供給部；使上述處理室內排氣的排氣部；和對上述基板之周緣部供給從上述氣體供給部被供給之處理氣體之後，以供給至上述基板中心部之方式，控制上述氣體供給部的控制部。

Description

基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及電腦可讀取之記錄媒體
本發明係關於基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及電腦可讀取之記錄媒體。
近年來，快閃記憶體等之半導體裝置有高積體化之傾向。隨此，圖案尺寸顯著被微細化。於形成該些圖案之時，作為製造工程之一工程，有對基板進行氧化處理或氮化處理等之特定處理之工程的情況。
作為形成上述圖案之方法之一，存在有在電路間形成溝部，並在此形成襯墊膜或配線之工程。該溝部隨著近年來的微細化，被構成高深寬比。
於形成襯墊膜等之時，即使在溝部之上部側面、中部側面、下部側面、底部，亦要求形成膜厚無偏差的良好階梯覆蓋之膜。藉由成為良好之階梯覆蓋之膜，可以使半導體裝置之特性在溝間均勻，依此可以抑制半導體裝置之特性偏差之故。
於是，為了處理高的深寬比之溝部，雖然嘗 試加熱氣體而進行處理，或使氣體成為電漿狀態而進行處理，但是難以形成具有良好之階梯覆蓋的膜。
作為形成上述膜之方法，有形成至少使兩種類之處理氣體反應之膜的CVD(Chemical Vapor Deposition)法或ALD(Atomic Layer Deposition)法等。
在此，由於必須使半導體裝置之特性均勻，故於形成薄膜之時，必須對基板面內均勻地供給氣體。為了實現此，開發有能夠從基板之處理面均勻地供給氣體之枚葉裝置。在該枚葉裝置中，為了均勻地供給氣體，例如在基板上設置具有緩衝室之噴淋頭。
以往，開發有藉由使被處理體之支撐體和噴淋頭部之直徑構成相同，使藉由成膜被消耗之處理氣體之量和藉由頭部供給至處理空間之處理氣體之量在每單位面積均等，並提升成膜之面內均勻性之技術，或於使用噴淋頭蝕刻基板上之Poly-Si層之時，以氣體不會因噴淋頭和載置基板之下部電極之距離而擴散之方式，使氣體導入部之形狀成為突出至處理室內之突起狀，並且以朝向互相不同方向開口之方式設置複數氣體導入孔之技術，還有為了防止由於產生屬於噴射機構之噴射孔的堵塞使得基板上之膜厚均勻性惡化之情形，設置將處理氣體供給至第1區域之軸上噴射供給孔，和將處理氣體供給至第2區域的軸外噴射供給孔之技術，該第1區域係處理氣體被供給至與基板表面呈垂直之軸方向的區域，該第2區域係將氣體供給至斜方向的區域。
於使用枚葉裝置藉由至少兩種類之處理氣體而形成期待之膜時，藉由在基板上方或基板表面使其處理氣體反應，形成膜。然而，可想像在經緩衝室而供給氣體之以往之裝置中，氣體在緩衝室內反應，而在緩衝室內產生副生成物。該產生的副生成物會對基板之特性造成壞影響。
再者，在枚葉裝置中，於使用噴淋頭進行氣體供給之時，由於從噴淋頭均勻地流出之反應氣體因應流出場所使得在基板表面上流動之距離變化，故有面內均勻性變差之問題。
本發明係解決上述問題，以提供可以抑制副生成物之產生，並提升基板之面內均勻性之基板處理裝置、基板處理方法及半導體裝置之製造方法為目的。
若藉由本發明之一態樣，提供一種基板處理裝置，具有：處理室，其係用以處理基板；氣體供給部，其具備在上述處理室內分別對上述基板之中心部和上述基板之周緣部獨立供給處理基板的處理氣體之氣體供給孔；排氣部，其係用以使上述處理室內排氣；和控制部，其係以對上述基板之周緣部供給從上述氣體供給部被供給之處 理氣體之後，再供給至上述基板中心部之方式，控制上述氣體供給部。
若藉由本發明之其他態樣，為一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬運至處理室內之工程；藉由具備有對上述處理室內供給處理氣體之氣體供給孔之氣體供給部，對上述基板之周緣部供給氣體，並對上述基板之周緣部進行處理之工程；和於對上述基板之周緣部進行處理之工程後，藉由上述氣體供給部對上述基板之中心部供給氣體，並對上述基板之中心部進行處理之工程。
若藉由本發明之另一態樣，為一種電腦可讀取之記錄媒體，其記錄有具有下述步驟之程式：將基板搬運至處理室內之步驟；藉由具備有對上述處理室內供給處理氣體之氣體供給孔之氣體供給部，對上述基板之周緣部供給氣體，並對上述基板之周緣部進行處理之步驟；和於對上述基板之周緣部進行處理之工程後，藉由上述氣體供給部對上述基板之中心部供給氣體，並對上述基板之中心部進行處理之步驟。
若藉由與本發明有關之基板處理裝置、基板處理方法及半導體裝置之製造方法時，可以抑制副生成物之產生，並提升基板之面內均勻性。
100‧‧‧基板處理裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理空間(處理室)
203‧‧‧搬運空間
210‧‧‧基板支撐部
213‧‧‧加熱器
220‧‧‧排氣部
229a‧‧‧第1氣體導入管
229b‧‧‧第2氣體導入管
230‧‧‧噴淋頭
231a‧‧‧第1氣體導入口
231b‧‧‧第2氣體導入口
232a‧‧‧第1緩衝空間
232b‧‧‧第2緩衝空間
236a、236b‧‧‧貫通孔(氣體供給孔)
280‧‧‧控制器
圖1為與本發明有關之一實施型態有關之基板處理裝置之縱剖面圖。
圖2為以圖1中之A-A線剖面圖表示圖1所示之氣體導入口部分之圖示。
圖3為以圖1中之B-B線剖面圖表示圖1所示之緩衝空間部分之圖示。
圖4為用以說明與本發明之一實施型態有關的噴淋頭之緩衝空間的斜視模式圖。
圖5為表示與本發明之一實施型態有關之基板處理裝置所使用的控制部之硬體構成的方塊圖。
圖6為表示與本發明之一實施型態有關之基板處理工程之流程圖。
圖7為與本發明之第1實施型態及第2實施型態有關之成膜工程之流程圖。
圖8為與本發明之第1實施型態有關之成膜工程之氣體供給之時序圖。
圖9為與本發明之第2實施型態有關之成膜工程之氣體供給之時序圖。
圖10為與本發明之第3實施型態有關之成膜工程之流程圖。
圖11為與本發明之第3實施型態有關之成膜工程之氣體供給之時序圖。
圖12為說明與本發明之一實施型態有關之成膜工程 中之基板表面之樣子的模式圖。
以下，根據圖面說明本發明之一實施型態。
首先，針對與本發明之一實施型態有關之基板處理裝置進行說明。
與本實施型態有關之基板處理裝置100為高介電係數絕緣膜形成單元，如圖1所示般，被構成枚葉式基板處理裝置。
圖1為與本發明之一實施型態有關之基板處理裝置100之縱剖面圖。
圖2為以圖1中之A-A線剖面圖表示圖1所示之氣體導入口231之圖示。
圖3為以圖1中之B-B線剖面圖表示圖1所示之緩衝空間232之圖示。
圖4為用以說明與本發明之一實施型態有關的噴淋頭230之緩衝空間232的斜視模式圖。
基板處理裝置100具備有處理容器202。處理容器202係例如橫剖面為圓形，被構成扁平之密封容器。再者，處理容器202係藉由例如鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等之金屬材料而被構成。在處理容器202內，形成有當作對作為基板之矽晶圓等之晶圓200進行處理之處理室的處理空間201和搬運空間203。處理容器202係以上部容器202a和下部容器202b構成。在上部容器202a 和下部容器202b之間設置有隔板204。為被上部容器202a包圍的空間，將較隔板204上方之空間稱為處理空間201，為被下部容器202b包圍的空間，將較隔板204下方之空間稱為搬運空間203。
在下部容器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經基板搬入搬出口206而在無圖示之搬運室之間移動。在下部容器202b之底部設置有複數升降銷207。並且，下部容器202b被接地。
在處理空間201內設置有支撐晶圓200之基板支撐部210。基板支撐部210主要具有載置晶圓200之載置面211、在表面持有載置面211之基板載置台212、當作被內含於基板載置台212之加熱源的加熱器213。在基板載置台212於與升降銷207對應之位置分別設置有升降銷207貫通之貫通孔214。
基板載置台212藉由軸桿217而被支撐。軸桿217貫通處理容器202之底部，並且在處理容器202之外部被連接於升降機構218。使升降機構218作動而進行軸桿217及基板載置台212之升降，能夠使被載置於載置面211上之晶圓200升降。並且，軸桿217下端部之周圍藉由波紋管219而被覆蓋，處理空間201內被保持氣密。
基板載置台212於晶圓200之搬運時，以載置面211成為基板搬入搬出口206之位置(晶圓搬運位置)之方式下降，於晶圓200之處理時如圖1所示般，晶 圓200上升至處理空間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下降至晶圓搬運位置之時，成為升降銷207之上端部從載置面211之上面突出，升降銷207從下方支撐晶圓200。再者，當使基板載置台212上升至晶圓處理位置之時，成為升降銷207從載置面211之上面埋沒，而載置面211從下方支撐晶圓200。並且，升降銷207因與晶圓200直接接觸，故以例如石英或鋁等之材質形成為佳。
在處理空間201(上部容器202a)之內壁側面，設置有使處理空間201之氛圍排氣之排氣口221。在排氣口221連接有排氣管222，在排氣管222依序串聯連接有將處理空間201內控制成特定壓力之APC(Auto Pressure Controller)等之APC閥223、真空泵224。主要藉由排氣口221、排氣管222、APC閥223、真空泵224構成排氣部220。
在被設置在處理空間201之上部的後述噴淋頭230之上面(天井壁)設置有用以對處理空間201內供給各種氣體之氣體導入口231。
氣體導入口231如圖2所示般，以第1氣體導入口231a和第2氣體導入口231b所構成，在形成第1氣體導入口231a之第1氣體導入管229a之內側以同心圓狀配設形成第2氣體導入口231b之第2氣體導入管229b，成為兩層之管構造。在此，第1氣體導入口231a 之剖面積和第2氣體導入口231b之剖面積以略相同為佳。
在氣體導入口231和處理空間201之間設置有當作氣體供給部之噴淋頭230。氣體導入口231被連接於噴淋頭230之蓋部300，從氣體導入口231被導入之氣體被供給至噴淋頭230之緩衝空間232。
噴淋頭230之蓋部300係以具有導電性之金屬所形成，當作用以在緩衝空間232或處理空間201內生成電漿之電極使用。在蓋部300和上部容器202a之間設置有絕緣塊體233，以絕緣蓋部300和上部容器202a之間。
緩衝空間232係如圖3及圖4所示般，由與第1氣體導入口231a連接之第1緩衝空間232a，和與第2氣體導入口231b連通之第2緩衝空間232b所構成。
噴淋頭230係在緩衝空間232和處理空間201之間，具備用以使從氣體導入口231導入之氣體分散之分散板234。在分散板234形成複數當作氣體供給孔之貫通孔236。貫通孔236係由連通第1緩衝空間232a和處理空間201之貫通孔236a，和連通第2緩衝空間232b和處理空間201之貫通孔236b所構成。該貫通孔即使為在圓周上繞一圈的(一部分連接)的縫隙形狀亦可。分散板234被配置成與基板載置面211對向，以與晶圓200略同直徑為佳。
具體而言，在緩衝空間232設置使從第1氣 體導入口231a被供給之氣體經貫通孔236a朝向處理空間201供給之氣體導件240a，和使從第2氣體導入口231b被供給之氣體經貫通孔236b朝向處理空間201供給之氣體導件240b。即是，緩衝空間232被分為用以對晶圓200之周緣部供給氣體之第1緩衝空間232a，和用以對晶圓200之中心部供給氣體之第2緩衝空間232b。在此，與第1緩衝空間232a連通之貫通孔236a之總面積(對晶圓周緣部的氣體供給面積)和與第2緩衝空間232b連通之貫通孔236b之總面積(對晶圓中心部之氣體供給面積)以略相同為佳。再者，貫通孔236a之直徑以大於貫通孔236b之直徑為佳。再者，即使位於第1緩衝空間232a之分散板234之面積，和位於第2緩衝空間232b之分散板234之面積成為相同亦可。
氣體導件240a被形成以第1氣體導入口231a為頂點而直徑隨著朝向分散板234方向擴大的圓錐形狀。氣體導件240b被形成以第2氣體導入口231b為頂點而直徑隨著朝向分散板234方向擴大的圓錐形狀。
即是，緩衝空間232係在第1緩衝空間232a之內側以同心圓狀配設第2緩衝空間232b，分別成為直徑隨著朝向分散板234方向擴大之兩層圓錐構造。依此，使從各氣體導入口231a、231b被供給至各緩衝空間232a、232b之處理氣體之流動順暢，可以使流量均勻。
第1緩衝空間232a係以240a所形成之圓錐狀之空間扣除(除外)以240b所形成之空間的圓錐狀之空間(第 2緩衝空間232b)之空間。即是，第1緩衝空間232a正確而言為中空的圓錐形狀(或是圓錐台形狀)，也可以稱(逆)漏斗形狀，再者，也可以稱(逆)喇叭口形狀，在本說明書中為了方便稱為圓錐形狀。
接著，針對被連接於上述氣體導入口231之氣體供給系統之構成進行說明。
(原料氣體供給系統)
第1氣體導入管229a連接有供給當作第1處理氣體之原料氣體的原料氣體供給管304。再者，第2氣體導入管229b連接有原料氣體供給管308。在原料氣體供給管304配設有當作從上游側控制氣體之供給流量之流量控制器之質量流量控制器404，和控制氣體之供給的閥244。在原料氣體供給管308從上游側配設有質量流量控制器408和閥248。在原料氣體供給管304、308中使用作為原料氣體之例如TiCl4(四氯化鈦)氣體以當作第1處理氣體。
(反應氣體供給系統)
第1氣體導入管229a連接有供給當作第2處理氣體之反應氣體供給管305。再者，第2氣體導入管229b連接有反應氣體供給管309。在反應氣體供給管305從上游側配設有質量流量控制器405和閥245。在反應氣體供給管309從上游側配設有質量流量控制器409和閥249。在 反應氣體供給管305、309中使用作為原料氣體之例如NH3(氨)氣體以當作第2處理氣體。
(沖洗氣體供給系統)
在原料氣體供給管304中，於閥244之下游側連接有供給當作惰性氣體之沖洗氣體之沖洗氣體供給管306。再者，在反應氣體供給管305中，於閥245之下游側連接有沖洗氣體供給管307。在原料氣體供給管308中，於閥248之下游側連接有沖洗氣體供給管310。再者，在反應氣體供給管309中，於閥249之下游側連接有沖洗氣體供給管311。
在沖洗氣體供給管306、307、310、311從上游側分別配設有質量流量控制器406、407、410、411、閥246、247、250、251。沖洗氣體供給管306、307、310、311使用當作沖洗氣體之例如N2(氮)氣體以作為墮性氣體。並且，作為沖洗氣體，除了N2氣體之外，可以使用例如氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氬(Ar)氣體等之稀有氣體。
圖5表示當作控制部之控制器280。控制器280係作為具備有例如CPU(Central Processing Unit)280a、RAM(Random Access Memory)280b、記憶裝置280c、I/O埠280d之電腦而被構成。RAM280b、記憶裝置280c、I/O埠280d被構成可經內部匯流排280e而與CPU280a進行資料交換。控制器280連接當作例如觸控面 板等而被構成之輸入輸出裝置282。
記憶裝置280c係以例如快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive)等而被構成。在記憶裝置280c內，以能夠讀出之方式存儲有控制基板處理裝置之動作的控制程式，或記載有後述基板處理之步驟或條件等之製程配方等。並且，製程配方係使控制器280實行後述基板處理工程中之各步驟，並組合成可以取得特定結果，當作程式而發揮功能。以下，總稱為該製程配方或控制程式等，也單稱程式。並且，在本說明書中，使用如程式之語句之時，有僅包含製程配方單體之情形，和僅包含控制程式單體之情形，或包含雙方之情形。再者，RAM280b係當作藉由CPU280a被讀出之程式或暫時性地保持資料等之記憶體區域(工作區)而被構成。
I/O埠280d被連接於上述質量流量控制器404、405、406、407、408、409、410、411、閥244、245、246、247、248、249、250、251、APC閥223、真空泵224、加熱器213、升降機構218等。
CPU280a被構成從記憶裝置280c讀出控制程式而進行實行，並且因應來自輸入輸出裝置282之操作指令之輸入等而從記憶裝置280c讀出製程配方。然後，CPU280a被構成以沿著讀出之製程配方之內容之方式，控制藉由質量流量控制器404、405、406、407、408、409、410、411之各種氣體之流量調整動作、閥244、245、246、247、248、249、250、251之開關動作、根據 APC閥223之壓力調整動作、根據無圖示之溫度感測器之加熱器213之溫度調整動作、真空泵224之起動及停止、藉由升降機構218的軸桿217之升降、旋轉及旋轉速度調節動作等。
並且，控制器280並不限定於作為專用之電腦而被構成之時，即使作為泛用之電腦而被構成亦可。例如，可以準備儲存上述程式之外部記憶裝置(例如，磁帶、軟碟或硬碟等之磁碟、CD或DVD等之光碟、MO等之光磁碟、USB記憶體或記憶卡等之半導體記憶體)283，並使用如此之外部記憶裝置283在泛用之電腦安裝程式等，依此構成與本實施型態有關之控制器280。並且，用以對電腦供給程式之手段並不限定於經外部記憶裝置283而供給之時。例如，即使使用網路或專用回線等之通訊手段，不經外部記憶裝置283而供給程式亦可。並且，記憶裝置280c或外部記憶裝置283作為電腦可讀取之記錄媒體而被構成。以下，總稱該些，也單稱記錄媒體。並且，在本說明書中，使用如記錄媒體之語句之時，有僅包含記憶裝置280c單體之情形，和僅包含外部記憶裝置283單體之情形，或包含雙方之情形。
接著，針對使用上述基板處理裝置100，進行當作半導體裝置(元件)之製造工程之一工程的基板處理工程之例進行說明。並且，在以下之說明中，構成基板處理裝置之各部之動作藉由控制器280被控制。
圖6為表示與本發明之一實施型態有關之基板處理工 程之流程圖。
<基板搬入、載置工程、步驟S102>
首先，開啟閘閥205，並使無圖示之搬運室和搬運空間203連通。接著，藉由無圖示之搬運機器人將處理對象之晶圓200從搬運室內搬入至搬運空間203內。被搬入至搬運空間203內之晶圓200藉由搬運機器人被載置在下降至基板搬入搬出口206之位置的基板載置台212，藉由升降機構218被升降至基板處理位置。接著，當搬運機器人從搬運空間203內返回至搬運室內時，閘閥205被關閉。
<成膜工程，步驟S104>
接著，進行後述之成膜工程(步驟S104)。
<基板搬出工程，步驟S106>
當成膜工程(步驟S104)結束時，藉由與上述基板搬入．載置工程(步驟S102)所示之步驟相反之步驟，將成膜處理後之晶圓200從搬運空間203搬出至搬運室內。
<步驟S108>
如上述般，將步驟S102~步驟S106當作1循環，使該循環進行特定次數，依此特定片數之晶圓200被成膜處理。
<洗淨工程，步驟S110>
當結束一連串之處理時，開啟閥246、247、250、251，經第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b而對處理空間201內供給N2氣體。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理空間201進行真空排氣。依此，除去殘留在處理空間201及搬運空間203內之氣體或副生成物。
以下，針對進行在成膜工程(步驟S104)中，於晶圓200上形成TiN膜之工程之例進行說明。
(第1實施型態)
圖7為表示與本發明之第1實施型態有關之TiN膜之成膜工程之流程圖。圖8為表示與本發明之第1實施型態有關之TiN膜成膜工程中之氣體供給之時序圖。圖12為說明與本發明之實施型態有關之TiN膜成膜工程中之晶圓表面之樣子的模式圖。
<TiCl4氣體供給，步驟S202>
開啟閥244及閥248，使TiCl4氣體流至第1氣體導入管229a及第2氣體導入管229b內。在第1氣體導入管229a及第2氣體導入管229b內流動之TiCl4氣體藉由質量流量控制器404、408分別被流量調整。被流量調整之 TiCl4氣體從第1氣體導入口231a及第2氣體導入口231b分別被供給至第1緩衝空間232a及第2緩衝空間232b內，經分散板234之貫通孔236a、236b被供給至處理空間201內，經排氣口221從排氣管222被排氣。即是，對晶圓200供給TiCl4氣體，晶圓200之表面暴露於TiCl4氣體。
藉由該TiCl4氣體之供給，在晶圓200上形成鈦(Ti)含有層(參照圖12(a))。
<沖洗，步驟S204>
在晶圓200上形成Ti含有層之後，關閉閥244和閥248，停止TiCl4氣體之供給。然後，藉由開啟沖洗氣體供給管306、310之閥246、250，經第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b而對處理空間201內供給N2氣體。在沖洗氣體供給管306、310內流動之N2氣體，藉由質量流量控制器406、410被流量調整。被流量調整之N2氣體當作沖洗氣體作用，從第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內排除殘留在第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內之未反應或幫助Ti含有層形成之後的TiCl4氣體(參照圖12(b))。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理空間201內進 行真空排氣。
然後，不僅閥246、250，即使開啟閥246、247、250、251所有的沖洗氣體供給管之閥，對第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內供給N2氣體亦可。依此防止處理氣體之逆流。
<NH3氣體供給(周緣部)，步驟S206>
步驟S204結束，除去處理空間201內之殘留氣體之後，關閉閥246、250，開啟閥245，使NH3氣體流至反應氣體供給管305內。在反應氣體供給管305內流動之NH3氣體藉由質量流量控制器405被流量調整。被流量調整之NH3氣體從第1氣體導入管229a經第1緩衝空間232a，並經分散板234之周緣部之貫通孔236a被供給至處理空間201內，從排氣管222被排氣。此時，對晶圓200之周緣部供給NH3氣體。即是，晶圓200之周緣部之表面曝露於NH3氣體。
藉由對該晶圓200周緣部供給NH3氣體，在晶圓周緣部中被形成在晶圓200上之Ti含有層和NH3氣體反應。此時，主要係晶圓周緣部中被形成在晶圓200上之Ti含有層被氮化而被改質成氮化鈦層(TiN層)(參照圖12(c))。
<沖洗，步驟S208>
之後，關閉反應氣體供給管305之閥245，停止對第1氣體導入管229a供給NH3氣體。然後，藉由開啟沖洗氣體供給管307之閥247，經第1氣體導入管229a、第1緩衝空間232a對處理空間201內供給N2氣體。在沖洗氣體供給管307內流動之N2氣體，藉由質量流量控制器407被流量調整。被流量調整之N2氣體當作沖洗氣體作用，從第1氣體導入管229a、第1緩衝空間232a及處理空間201內排除殘留在第1氣體導入管229a、第1緩衝空間232a及處理空間201內之未反應或幫助TiN層形成之後的NH3氣體或HCl(鹽酸)或NH4Cl(氯化銨)氣體等之反應副生成物(參照圖12(d))。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理空間201內進行真空排氣。
並且，不僅閥247，即使開啟閥246、247、250、251所有的沖洗氣體供給管之閥，對第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內供給N2氣體亦可。依此防止處理氣體或反應副生成物等之逆流。
<NH3氣體供給(中心部)，步驟S210>
步驟S208結束，除去處理空間201內之殘留氣體之後，關閉閥247，開啟閥249，使NH3氣體流至反應氣體供給管309內。在反應氣體供給管309內流動之NH3氣體藉由質量流量控制器409被流量調整。被流量調整之NH3 氣體從第2氣體導入管229b經第2緩衝空間242b，並經分散板234之中心部之貫通孔236b被供給至處理空間201內，從排氣管222被排氣。此時，對晶圓200之中心部供給NH3氣體。即是，晶圓200之中心部之表面曝露於NH3氣體。
藉由對該晶圓200中心部供給NH3氣體，在晶圓中心部中被形成在晶圓200上之Ti含有層和NH3氣體反應。此時，主要係晶圓中心部中被形成在晶圓200上之Ti含有層被氮化而被改質成氮化鈦層(TiN層)(參照圖12(c))。
<沖洗，步驟S212>
之後，關閉反應氣體供給管309之閥249，停止對第2氣體導入管229b供給NH3氣體。然後，藉由開啟沖洗氣體供給管311之閥251，經第2氣體導入管229b、第2緩衝空間232b對處理空間201內供給N2氣體。在沖洗氣體供給管311內流動之N2氣體，藉由質量流量控制器411被流量調整。被流量調整之N2氣體當作沖洗氣體作用，從第2氣體導入管229b、第2緩衝空間232b及處理空間201內排除殘留在第2氣體導入管229b、第2緩衝空間232b及處理空間201內之未反應或幫助TiN層形成之後的NH3氣體或HCl(鹽酸)或NH4Cl(氯化銨)氣體等之反應副生成物(參照圖12(d))。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理 空間201內進行真空排氣。
並且，不僅閥251，即使開啟閥246、247、250、251所有的沖洗氣體供給管之閥，對第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內供給N2氣體亦可。依此防止處理氣體之逆流。
<步驟S214>
之後，將上述步驟S202~S212當作一組合，使該組合進行特定次數，依此形成特定膜厚之TiN膜。該組合係以進行複數次比進行1次為佳。
(第2實施型態)
圖9為表示與本發明之第2實施型態有關之TiN膜成膜工程中之氣體供給之時序圖。在本實施型態中，與上述第1實施型態有關之TiN膜之成膜工程之流程不同的僅有N2氣體供給之供給時序不同。
在本實施型態中，與上述第1實施型態有關之TiCl4氣體供給工程(步驟S202)、沖洗工程(步驟S204)、對晶圓周緣部之NH3氣體供給工程(步驟S206)、沖洗工程(步驟S208)、對晶圓中心部之NH3氣體供給工程(步驟S210)及沖洗工程(步驟S212)相同，在各步驟S202~步驟S212之間，開啟沖洗氣體供給管306、307、310、311之閥246、247、250、251，隨時 持續對第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內供給N2氣體(沖洗氣體)。在沖洗氣體供給管306、307、310、311內流動之N2氣體，分別藉由質量流量控制器406、407、410、411被流量調整。依此防止處理氣體或反應副生成物等之氣體的逆流。
(第3實施型態)
圖10為表示與本發明之第3實施型態有關之TiN膜之成膜工程之流程圖。圖11為表示與本發明之第3實施型態有關之TiN膜成膜工程中之氣體供給之時序圖。
<TiCl4氣體供給，步驟S302>
開啟閥244及閥248，使TiCl4氣體流至第1氣體導入管229a及第2氣體導入管229b內。在第1氣體導入管229a及第2氣體導入管229b內流動之TiCl4氣體藉由質量流量控制器404、408分別被流量調整。被流量調整之TiCl4氣體從第1氣體導入口231a及第2氣體導入口231b分別被供給至第1緩衝空間232a及第2緩衝空間232b內，經分散板234之貫通孔236a、236b被供給至處理空間201內，經排氣口221從排氣管222被排氣。即是，對晶圓200供給TiCl4氣體，晶圓200之表面暴露於TiCl4氣體。
藉由該TiCl4氣體之供給，在晶圓200上形成 鈦(Ti)含有層(參照圖12(a))。
<沖洗，步驟S304>
在晶圓200上形成Ti含有層之後，關閉閥244和閥248，停止TiCl4氣體之供給。然後，藉由開啟沖洗氣體供給管306、310之閥246、250，經第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b而對處理空間201內供給N2氣體。在沖洗氣體供給管306、310內流動之N2氣體，藉由質量流量控制器406、410被流量調整。被流量調整之N2氣體當作沖洗氣體作用，從第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內排除殘留在第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內之未反應或幫助Ti含有層形成之後的TiCl4氣體(參照圖12(b))。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理空間201內進行真空排氣。
<NH3氣體供給(周緣部)，步驟S306>
步驟S304結束，除去處理空間201內之殘留氣體之後，關閉閥246、250，開啟閥245，使NH3氣體流至反應氣體供給管305內。在反應氣體供給管305內流動之NH3氣體藉由質量流量控制器405被流量調整。被流量調整之 NH3氣體從第1氣體導入管229a經第1緩衝空間232a，並經分散板234之周緣部之貫通孔236a被供給至處理空間201內，從排氣管222被排氣。此時，對晶圓200之周緣部供給NH3氣體。即是，晶圓200之周緣部之表面曝露於NH3氣體。
藉由對該晶圓200周緣部供給NH3氣體，在晶圓周緣部中被形成在晶圓200上之Ti含有層和NH3氣體反應。此時，主要係晶圓周緣部中被形成在晶圓200上之Ti含有層被氮化而被改質成氮化鈦層(TiN層)(參照圖12(c))。
<NH3氣體供給(中心部)，步驟S308>
之後，關閉反應氣體供給管305之閥245，停止對第1氣體導入管229a供給NH3氣體。接著，開啟閥249，使NH3氣體流至反應氣體供給管309內。在反應氣體供給管309內流動之NH3氣體藉由質量流量控制器409被流量調整。被流量調整之NH3氣體從第2氣體導入管229b經第2緩衝空間242b，並經分散板234之中心部之貫通孔236b被供給至處理空間201內，從排氣管222被排氣。此時，對晶圓200之中心部供給NH3氣體。即是，晶圓200之中心部之表面曝露於NH3氣體。
藉由對該晶圓200中心部供給NH3氣體，在晶圓中心部中被形成在晶圓200上之Ti含有層和NH3氣體反應。此時，主要係晶圓中心部中被形成在晶圓200上 之Ti含有層被氮化而被改質成氮化鈦層(TiN層)(參照圖12(c))。
<沖洗，步驟S310>
之後，關閉閥249，停止對第2氣體導入管229b供給NH3氣體。然後，藉由分別開啟沖洗氣體供給管307、311之閥247、251，經第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b而對處理空間201內供給N2氣體。在沖洗氣體供給管307、311內流動之N2氣體，分別藉由質量流量控制器407、411被流量調整。被流量調整之N2氣體當作沖洗氣體作用，從第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內排除殘留在第1氣體導入管229a、第2氣體導入管229b、第1緩衝空間232a、第2緩衝空間232b及處理空間201內之未反應或幫助TiN層形成之後的NH3氣體或HCl(鹽酸)或NH4Cl(氯化銨)氣體等之反應副生成物(參照圖12(d))。此時，在排氣管222之APC閥223開啟之狀態下，藉由真空泵224使處理空間201內進行真空排氣。
<步驟S312>
之後，將上述步驟S302~S310當作一組合，使該組合進行特定次數，依此形成特定膜厚之TiN膜。該組合係以 進行複數次比進行1次為佳。
並且，即使在第3實施型態中在各工程(步驟S302~步驟S310)之間，也隨時持續供給N2氣體(沖洗氣體)亦可。依此防止處理氣體或反應副生成物等之逆流。
在此，圖12(a)為無間隙地在晶圓200上形成Ti含有層之例，處於飽和ALD狀態。另外，圖12(e)為在晶圓200上產生Ti含有層之間隙的例，形成不足1原子層之膜，處於非飽和ALD狀態。於形成該些Ti含有層後，當進行沖洗(圖12(b))，對晶圓表面供給反應氣體時(圖12(c))，在處理空間201內殘留未反應或幫助TiN層形成之後的HCl(鹽酸)或NH4Cl(氯化銨)氣體等之反應副生成物。該NH4Cl氣體成為反應阻礙主要原因，有如圖12(e)所示般附著於非飽和狀態之晶圓表面之虞。
在屬於以往裝置的緩衝空間為一個的枚葉型裝置中，由於從噴淋頭均勻流出之反應氣體從噴淋頭正下方朝向晶圓外周部之排氣口方向在晶圓表面上流動，故從噴淋頭之中心部流出之反應氣體和從噴淋頭之外周部流出之反應氣體，在晶圓之表面上流動之距離有所不同。藉由該距離之不同，例如於反應氣體之反應確率低時，晶圓中心部和周緣部之膜厚有所不同。再者，特定時間以上在晶圓表面被曝露高溫的反應氣體，在晶圓上引起目的外之反應，或者反應氣體分解，產生無法預期之反應副生成物， 造成阻礙反應等之壞影響。
在本實施型態中，使供給反應氣體之時序偏移成先對晶圓周緣部供給，之後對晶圓中心部供給。即是，藉由先從晶圓之周緣部供給反應氣體，使較晶圓之中心部先成為飽和ALD狀態，藉由之後的沖洗可以除去反應副生成物(圖12(d))，可以防止在容易成為非飽和ALD狀態之晶圓周緣部之表面附著成為反應阻礙主要原因之物質。
即是，藉由從晶圓之周緣部對中心部供給反應氣體，可使藉由處理氣體供給的反應阻礙物質之產生從接近排氣之外側產生，可以謀求提升基板處理時間之短縮和膜質之提升。
在此，藉由例如使周緣部較晶圓之中心部流通更多當作反應氣體之NH3氣體，膜厚或膜質若成為均勻時，增加從較內側之第2氣體導入管229b外側之第1氣體導入管229a被供給之NH3氣體之供給量即可。
再者，藉由例如使周緣部較晶圓之中心部更快供給當作反應氣體之NH3氣體，膜厚或膜質若成為均勻時，增快從較內側之第2氣體導入管229b外側之第1氣體導入管229a被供給之NH3氣體之供給速度即可。
即是，將噴淋頭230內之緩衝空間232分割成複數，藉由按空間不同控制氣體供給量或氣體比率或氣體供給之時序，可以提升晶圓之面內均勻性。
藉由本實施型態，因可以提升膜質之均勻 性，故可以產出率良好地形成薄膜。
以上，雖然具體說明本發明之實施型態，但是本發明並不限定於上述實施型態，只要在不脫離其主旨之範圍下可做各種變更。
例如，在上述實施型態中，雖然針對使用TiCl4氣體當作原料氣體，使用NH3氣體當作反應氣體，但是並不限定於此，即使使用其他氣體種類亦可，即使原料氣體和反應氣體之雙方皆使用金屬性氣體亦可。
再者，在上述實施型態中，雖然針對形成TiN膜當作高介電係數絕緣膜之時進行說明，但是本發明並不限定於上述實施型態。即是，作為高介電係數絕緣膜，即使在形成氧化鉿(HfO2膜)、氧化鈦膜(TiO2)、氧化鈮膜(Nb2O5膜)、氧化鉭膜(Ta2O5膜)、鈦酸鍶膜(SrTiO膜)、鋇鈦酸鍶膜(BaSrTiO膜)、鋯鈦酸鉛膜(PZT膜)，或在該些膜添加其他元素之膜之時，本發明亦可適當地運用。
再者，在上述實施型態中，雖然將緩衝空間232設為兩層之圓錐構造，但是並不限定於此，即使設為三角錐、四角錐等之角錐形狀或兩層之圓柱構造亦可。
再者，在上述實施型態中，雖然將緩衝空間232設為兩層之圓錐構造，但是並不限定於此，若在圓周方向分割成複數空間即可。
再者，在上述實施型態中，雖然針對將緩衝空間232分割成兩個之例予以詳細敘述，但是，並不限定於此，即 使將緩衝空間分割成3個以上亦可。
再者，在上述實施型態中，雖然針對氣體導件240b與分散板234接合之構成記載，但是，並不限定於此，即使在氣體導件240b和分散板234之間具有間隙亦可。
再者，本發明除了適用於ALD、循環CVD、脈衝CVD、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等之外，亦可適用於使至少兩種類以上之處理氣體反應而進行成膜之處理方法(基板處理方法)。
100‧‧‧基板處理裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理空間(處理室)
202‧‧‧處理容器
202a‧‧‧上部容器
202b‧‧‧下部容器
203‧‧‧搬運空間
204‧‧‧隔板
205‧‧‧閘閥
206‧‧‧基板搬入搬出口
207‧‧‧升降銷
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‧‧‧軸桿
218‧‧‧升降機構
219‧‧‧波紋管
220‧‧‧排氣部
221‧‧‧排氣口
222‧‧‧排氣管
223‧‧‧APC閥
224‧‧‧真空泵
229a‧‧‧第1氣體導入管
229b‧‧‧第2氣體導入管
230‧‧‧噴淋頭
231‧‧‧氣體導入口
231a‧‧‧第1氣體導入口
231b‧‧‧第2氣體導入口
232a‧‧‧第1緩衝空間
232b‧‧‧第2緩衝空間
233‧‧‧絕緣塊體
234‧‧‧分散板
236‧‧‧貫通孔
240a、240b‧‧‧氣體導件
244~251‧‧‧閥
280‧‧‧控制器
300‧‧‧蓋部
304、308‧‧‧原料氣體供給管
305、309‧‧‧反應氣體供給管
306、307‧‧‧沖洗氣體供給管
310、311‧‧‧沖洗氣體供給管
404~411‧‧‧質量流量控制器

Claims (14)

  1. 一種基板處理裝置，具有：處理室，其係用以處理基板；氣體供給部，其具備在上述處理室內分別對上述基板之中心部和上述基板之周緣部獨立供給處理基板的處理氣體之氣體供給孔；排氣部，其係用以使上述處理室內排氣；和控制部，其係以於對上述基板之周緣部供給從上述氣體供給部被供給之處理氣體之後，再供給至上述基板中心部之方式，控制上述氣體供給部。
  2. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述氣體供給部具有噴淋頭，該噴淋頭具備內部空間被分成用以對基板之周緣部供給氣體之第1緩衝空間，和用以對基板之中心部供給氣體之第2緩衝空間。
  3. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述排氣部被設置在上述基板之徑向外側。
  4. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述氣體供給部對基板之周緣部供給處理氣體之第1供給面積，和對基板之中心部供給處理氣體之第2供給面積為相同面積。
  5. 如請求項2所記載之基板處理裝置，其中上述第1緩衝空間和上述第2緩衝空間分別具有圓錐形狀。
  6. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中 上述氣體供給部所具有的上述氣體供給孔之直徑，被構成：在對基板之周緣部供給氣體之第1氣體供給孔之直徑，和對基板之中心部供給氣體之第2氣體供給孔之直徑不同。
  7. 如請求項6所記載之基板處理裝置，其中上述第1氣體供給孔被構成直徑大於上述第2氣體供給孔。
  8. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述氣體供給部所具有的上述氣體供給孔，具有：對基板之周緣部供給氣體之第1氣體供給孔，和對基板之中心部供給氣體之第2氣體供給孔，並被構成為：通過上述第1氣體供給孔之氣體的流量較通過上述第2氣體供給孔之氣體的流量大。
  9. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述氣體供給部所具有的上述氣體供給孔，具有：對基板之周緣部供給氣體之第1氣體供給孔，和對基板之中心部供給氣體之第2氣體供給孔，並被構成為：通過上述第1氣體供給孔之氣體的流速較通過上述第2氣體供給孔之氣體的流速快。
  10. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述處理氣體至少包含成為前驅物之原料氣體，和與前驅物反應之反應氣體，和沖洗氣體，上述控制部係以對上述處理室內供給上述原料氣體，於上述原料氣體供給後，對上述處理室內供給上述沖洗氣 體，於上述沖洗氣體供給後，對上述基板周緣部供給上述反應氣體，於對上述基板周緣部供給反應氣體後，供給上述沖洗氣體，於供給上述沖洗氣體後，對上述基板之中心部供給上述反應氣體，於對上述基板之中心部供給反應氣體後，供給上述沖洗氣體作為一個循環，以至少進行1循環以上之方式，控制上述氣體供給部。
  11. 如請求項10所記載之基板處理裝置，其中控制部係以隨時持續供給沖洗氣體之方式進行控制。
  12. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中上述處理氣體至少包含成為前驅物之原料氣體，和與前驅物反應之反應氣體，和沖洗氣體，上述控制部係以對上述處理室內供給上述原料氣體，於上述原料氣體供給後，對上述處理室內供給上述沖洗氣體，於上述沖洗氣體供給後，對上述基板周緣部供給上述反應氣體，於對上述基板周緣部供給反應氣體後，對上述基板之中心部供給上述反應氣體，於對上述基板之中心部供給反應氣體後，供給上述沖洗氣體作為一個循環，以至少進行1循環以上之方式，控制上述氣體供給部。
  13. 一種半導體裝置之製造方法，具有將基板搬運至處理室內之工程；藉由具備有對上述處理室內供給處理氣體之氣體供給孔之氣體供給部，對上述基板之周緣部供給氣體，並對上述基板之周緣部進行處理之工程；和於對上述基板之周緣部進行處理之工程後，藉由上述 氣體供給部對上述基板之中心部供給氣體，並對上述基板之中心部進行處理之工程。
  14. 一種電腦可讀取之記錄媒體，其記錄有具有下述步驟之程式：將基板搬運至處理室內之步驟；藉由具備有對上述處理室內供給處理氣體之氣體供給孔之氣體供給部，對上述基板之周緣部供給氣體，並對上述基板之周緣部進行處理之步驟；和於對上述基板之周緣部進行處理之工程後，藉由上述氣體供給部對上述基板之中心部供給氣體，並對上述基板之中心部進行處理之步驟。
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