TW202212611A - 半導體裝置的製造方法，程式，基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

半導體裝置的製造方法，程式，基板處理裝置及基板處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明的課題是可抑制起因於處理容器內的膜剝落之微粒的產生。 其解決手段是具有： (a)將基板搬入至處理容器內之工序； (b)在處理容器內供給處理氣體，進行在基板上形成含鈦及氮的膜的處理之工序； (c)從處理容器內搬出處理後的基板之工序；及 (d)在將處理後的基板搬出之後的處理容器內供給含矽、金屬或鹵素的其中至少任一者的改質氣體之工序。

Description

半導體裝置的製造方法，程式，基板處理裝置及基板處理方法
本案是有關半導體裝置的製造方法，程式，基板處理裝置及基板處理方法。
作為持有3次元構造的NAND型快閃記憶體或DRAM的字元線，例如可使用低電阻的鎢(W)膜。並且，在此W膜與絕緣膜之間，例如有設置氮化鈦(TiN)膜作為屏障膜的情形(例如參照專利文獻1及專利文獻2)。TiN膜是具有提高W膜與絕緣膜的密著性的任務，有在此TiN膜上形成使W膜成長的核形成膜的情形。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-66263號公報 [專利文獻2]國際公開第2019/058608號小冊子
(發明所欲解決的課題)
但，如此的核形成膜會在處理容器內的內壁或虛置基板等也被形成，一旦累積膜厚變厚，則會有大的結晶粒異常成長，發生膜剝落的情形。
本案是以提供一種可抑制起因於處理容器內的膜剝落之微粒的產生的技術為目的。 (用以解決課題的手段)
若根據本案的一形態，則提供一種具有下列工序之技術： (a)將基板搬入至處理容器內之工序； (b)在前述處理容器內供給處理氣體，進行在前述基板上形成含鈦及氮的膜的處理之工序； (c)從前述處理容器內搬出處理後的前述基板之工序；及 (d)在將處理後的前述基板搬出之後的前述處理容器內供給含矽、金屬或鹵素的其中至少任一者的改質氣體之工序。 [發明的效果]
若根據本案，則可抑制起因於處理容器內的膜剝落之微粒的產生。
以下，邊參照圖1～5邊說明。另外，在以下的說明中使用的圖面是皆為模式性者，被顯示於圖面的各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定與現實者一致。並且，在複數的圖面的相互間也是各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定一致。
(1)基板處理裝置的構成 基板處理裝置10是具備設有作為加熱手段(加熱機構、加熱系)的加熱器207的處理爐202。加熱器207是圓筒形狀，藉由被支撐於作為保持板的加熱器基座(未圖示)來垂直地安裝。
在加熱器207的內側是與加熱器207同心圓狀地配設有構成反應管(反應容器、處理容器)的外管203。外管203是例如以石英(SiO 2)、碳化矽(SiC)等的耐熱性材料所構成，被形成上端閉塞且下端開口的圓筒形狀。在外管203的下方是與外管203同心圓狀地配設有集合管(manifold)(入口凸緣(inlet flange))209。集合管209是例如以不鏽鋼(SUS)等的金屬所構成，被形成上端及下端為開口的圓筒形狀。在集合管209的上端部與外管203之間是設有作為密封構件的O型環220a。藉由集合管209被支撐於加熱器基座，外管203是成為被垂直安裝的狀態。
在外管203的內側是配設有構成反應容器的內管204。內管204是例如以石英、SiC等的耐熱性材料所構成，被形成上端閉塞且下端開口的圓筒形狀。主要藉由外管203、內管204及集合管209來構成處理容器(反應容器)。在處理容器的筒中空部(內管204的內側)是形成處理室201。
處理室201是被構成可藉由作為支撐具的晶舟217來以水平姿勢將作為基板的晶圓200多段配列於鉛直方向的狀態下收容。
在處理室201內，噴嘴410，420，430會被設為貫通集合管209的側壁及內管204。噴嘴410，420，430是分別連接氣體供給管310，320，330。但，本實施形態的處理爐202是不被限定於上述的形態。
在氣體供給管310，320，330是從上游側依序分別設有流量控制器(流量控制部)即質量流控制器(MFC)312，322，332。並且，在氣體供給管310，320，330是分別設有開閉閥即閥314，324，334。在氣體供給管310，320，330的閥314，324，334的下游側是分別連接有供給惰性氣體的氣體供給管510，520，530。在氣體供給管510，520，530是從上游側依序分別設有流量控制器(流量控制部)即MFC512，522，532及開閉閥即閥514，524，534。
在氣體供給管310，320，330的前端部是分別連結連接有噴嘴410，420，430。噴嘴410，420，430是被構成為L字型的噴嘴，其水平部是被設成貫通集合管209的側壁及內管204。噴嘴410，420，430的垂直部是被設在渠道形狀(溝形狀)的預備室201a的內部，在預備室201a內沿著內管204的內壁朝向上方(晶圓200的配列方向上方)而設，該預備室201a是被形成為在內管204的徑方向向外突出，且延伸於鉛直方向。
噴嘴410，420，430是被設為從處理室201的下部區域延伸至處理室201的上部區域，在與晶圓200對向的位置分別設有複數的氣體供給孔410a，420a，430a。藉此，從噴嘴410，420，430的氣體供給孔410a，420a，430a分別供給處理氣體至晶圓200。此氣體供給孔410a，420a，430a是從內管204的下部到上部設置複數個，分別具有相同的開口面積，更以相同的開口間距設置。但，氣體供給孔410a，420a，430a是不被限定於上述的形態。例如，亦可為從內管204的下部朝向上部慢慢地擴大開口面積。藉此，可使從氣體供給孔410a，420a，430a供給的氣體的流量更均一化。
噴嘴410，420，430的氣體供給孔410a，420a，430a是在從後述的晶舟217的下部到上部的高度的位置設置複數個。因此，從噴嘴410，420，430的氣體供給孔410a，420a，430a供給至處理室201內的處理氣體是從晶舟217的下部到上部供給至被收容的晶圓200的全域。噴嘴410，420，430是只要設為從處理室201的下部區域延伸至上部區域為止即可，但理想是被設為延伸至晶舟217的頂部附近。
從氣體供給管310是金屬元素的原料氣體(含金屬氣體)會作為處理氣體經由MFC312、閥314、噴嘴410來供給至處理室201內。原料是例如包含金屬元素的鈦(Ti，亦稱為鈦金屬)，可使用作為鹵素系原料(鹵素化物、鹵素系鈦原料)的四氯化鈦(TiCl 4)。
從氣體供給管320是將被形成於處理室201內的壁面等的膜改質的改質氣體會作為處理氣體經由MFC322、閥324、噴嘴420來供給至處理室201內。改質氣體是可使用包含矽(Si)、金屬或鹵素之中至少任一的氣體，例如矽烷系氣體，可使用含矽(Si)與H的氣體亦即甲矽烷(SiH 4)氣體、乙矽烷(Si 2H 6)氣體、丙矽烷(Si 3H 8)氣體、丁矽烷(Si 4H 10)氣體等。
從氣體供給管330是對含金屬氣體反應的反應氣體會作為處理氣體經由MFC332、閥334、噴嘴430來供給至處理室201內。反應氣體是例如可使用含氮(N)的含N氣體的例如氨(NH 3)氣體、肼(N 2H 4)氣體。
從氣體供給管510，520，530是例如氮(N 2)氣體會作為惰性氣體分別經由MFC512，522，532、閥514，524，534、噴嘴410，420，430來供給至處理室201內。以下，說明有關使用N 2氣體作為惰性氣體的例子，但惰性氣體是除了N 2氣體以外，例如亦可使用氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等的稀有氣體。
主要從氣體供給管310流動原料氣體時，主要藉由氣體供給管310、MFC312、閥314來構成原料氣體供給系，但亦可思考將噴嘴410含在原料氣體供給系中。又，從氣體供給管330流動反應氣體時，主要藉由氣體供給管330、MFC332、閥334來構成反應氣體供給系，但亦可思考將噴嘴430含在反應氣體供給系中。從氣體供給管330供給含氮氣體作為反應氣體時，亦可將反應氣體供給系稱為含氮氣體供給系。又，亦可將原料氣體供給系與反應氣體供給系稱為處理氣體供給系。又，亦可思考將噴嘴410，430含在處理氣體供給系中。又，從氣體供給管320流動改質氣體時，主要藉由氣體供給管320、MFC322、閥324來構成改質氣體供給系，但亦可思考將噴嘴420含在改質氣體供給系中。又，亦可將改質氣體供給系稱為處置(treatment)氣體供給系。又，主要藉由氣體供給管510，520，530、MFC512，522，532、閥514，524，534來構成惰性氣體供給系。
本實施形態的氣體供給的方法是經由在以內管204的內壁及複數片的晶圓200的端部所定義的圓環狀的縱長的空間內的預備室201a內配置的噴嘴410，420，430來搬送氣體。然後，使氣體從被設在噴嘴410，420，430的與晶圓對向的位置的複數的氣體供給孔410a，420a，430a噴出至內管204內。更詳細是藉由噴嘴410的氣體供給孔410a、噴嘴420的氣體供給孔420a、噴嘴430的氣體供給孔430a來使原料氣體等朝向與晶圓200的表面平行方向噴出。
排氣孔(排氣口)204a是被形成於內管204的側壁，與噴嘴410，420，430對向的位置之貫通孔，例如在鉛直方向細長開設的縫隙狀的貫通孔。從噴嘴410，420，430的氣體供給孔410a，420a，430a供給至處理室201內，流動於晶圓200的表面上的氣體是經由排氣孔204a來流動於在內管204與外管203之間所形成的間隙(排氣路206內)。然後，往排氣路206內流動的氣體是流動於排氣管231內，往處理爐202外排出。
排氣孔204a是被設在與複數的晶圓200對向的位置，從氣體供給孔410a，420a，430a供給至處理室201內的晶圓200的附近的氣體是朝水平方向流動後，經由排氣孔204a往排氣路206內流動。排氣孔204a是不被限於作為縫隙狀的貫通孔構成的情況，亦可藉由複數個的孔來構成。
在集合管209是設有將處理室201內的氣氛排氣的排氣管231。在排氣管231中，從上游側依序連接作為檢測出處理室201內的壓力的壓力測出器(壓力測出部)的壓力感測器245、APC(Auto Pressure Controller)閥243、作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥243是藉由在使真空泵246作動的狀態下開閉閥，可進行處理室201內的真空排氣及真空排氣停止，進一步，藉由在使真空泵246作動的狀態下調節閥開度，可調整處理室201內的壓力。主要藉由排氣孔204a、排氣路206、排氣管231、APC閥243及壓力感測器245來構成排氣系。亦可思考將真空泵246含排氣系中。
在集合管209的下方是設有作為可氣密地閉塞集合管209的下端開口的爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219是被構成為從鉛直方向下側抵接於集合管209的下端。密封蓋219是例如以SUS等的金屬所構成，被形成圓盤狀。在密封蓋219的上面是設有作為與集合管209的下端抵接的密封構件的O型環220b。在密封蓋219的與處理室201的相反側是設置有使收容晶圓200的晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255是貫通密封蓋219來連接至晶舟217。旋轉機構267是被構成為藉由使晶舟217旋轉來使晶圓200旋轉。密封蓋219是被構成為藉由作為被垂直地設置於外管203的外部的昇降機構的晶舟升降機115來昇降於鉛直方向。晶舟升降機115是被構成為可藉由使密封蓋219昇降來將晶舟217搬入及搬出於處理室201內外。晶舟升降機115是被構成為將晶舟217及被收容於晶舟217的晶圓200搬送於處理室201內外的搬送裝置(搬送機構、搬送系)。
晶舟217是被構成為使複數片例如25～200片的晶圓200以水平姿勢且彼此中心一致的狀態下取間隔配列於鉛直方向。晶舟217是例如以石英或SiC等的耐熱性材料所構成。在晶舟217的下部是例如以石英或SiC等的耐熱性材料所構成的虛置基板218會以水平姿勢多段地被支撐。藉由此構成，來自加熱器207的熱不易被傳導至密封蓋219側。但，本實施形態是不被限定於上述的形態。例如，亦可不在晶舟217的下部設置虛置基板218，而設置以石英或SiC等的耐熱性材料所構成的筒狀的構件構成的隔熱筒。
如圖2所示般，在內管204內是設置有作為溫度測出器的溫度感測器263，被構成為根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊來調整往加熱器207的通電量，使處理室201內的溫度成為所望的溫度分佈。溫度感測器263是與噴嘴410，420，430同樣地被構成L字型，沿著內管204的內壁而設。
如圖3所示般，控制部(控制手段)即控制器121是被構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、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是被構成為可經由內部匯流排來與CPU121a交換資料。控制器121是連接例如被構成為觸控面板等的輸出入裝置122。
記憶裝置121c是例如以快閃記憶體、HDD (Hard Disk Drive)等所構成。在記憶裝置121c內是可讀出地儲存有控制基板處理裝置的動作的控制程式、記載有後述的半導體裝置的製造方法的程序或條件等的製程處方等。製程處方是被組合成可使後述的半導體裝置的製造方法的各工序(各步驟)實行於控制器121取得預定的結果者，作為程式機能。以下，亦將此製程處方或控制程式等總簡稱為程式。另外，在本說明書中使用稱為程式的用語時，有只包含製程處方單體時，只包含控制程式單體時，或包含製程處方及控制程式的組合時。又，RAM121b是被構成為暫時性保持藉由CPU121a所讀出的程式或資料等的記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d是被連接至上述的MFC312，322，332，512，522，532、閥314，324，334，514，524，534、壓力感測器245、APC閥243、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU121a是被構成為從記憶裝置121c讀出控制程式而實行，且按照來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等，從記憶裝置121c讀出處方等。CPU121a是被構成為按照讀出的處方的內容，控制MFC312，322，332，512，522，532所致的各種氣體的流量調整動作、閥314，324，334，514，524，534的開閉動作、APC閥243的開閉動作及APC閥243所致的根據壓力感測器245的壓力調整動作、根據溫度感測器263的加熱器207的溫度調整動作、真空泵246的起動及停止、旋轉機構267所致的晶舟217的旋轉及旋轉速度調節動作、晶舟升降機115所致的晶舟217的昇降動作、往晶舟217的晶圓200的收容動作等。
控制器121是可藉由將被儲存於外部記憶裝置(例如磁帶、軟碟或硬碟等的磁碟、CD或DVD等的光碟、MO等的光磁碟、USB記憶體或記憶卡等的半導體記憶體)123的上述的程式安裝於電腦來構成。記憶裝置121c或外部記憶裝置123是被構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦將該等總簡稱為記錄媒體。在本說明書中記錄媒體是有只包含記憶裝置121c單體的情況，只包含外部記憶裝置123單體的情況，或包含其雙方的情況。對電腦之程式的提供是亦可不使用外部記憶裝置123，而使用網際網路或專線等的通訊手段來進行。
(2)基板處理工序 利用圖4(A)、圖4(B)、圖5(A)及圖5(B)來說明有關進行複數次在複數片的晶圓200上形成含Ti及N的膜之分批處理，作為半導體裝置(device)的製造工序的一工序之情況。本工序是使用上述的基板處理裝置10的處理爐202來實行。在以下的說明中，構成基板處理裝置10的各部的動作是藉由控制器121來控制。在本工序被分批處理的製品晶圓是例如作為半導體裝置使用的淺溝槽隔離(Shallow trench isolation，STI)，在被形成於Si基板的溝中形成SiO 2膜，在SiO 2膜上埋入TiN膜者。另外，TiN膜是作為閘極電極使用。
根據本實施形態的基板處理工序(半導體裝置的製造工序)是具有： (a)將晶圓200搬入至處理容器內即處理室201內之工序； (b)在處理室201內供給處理氣體，進行在晶圓200上形成含Ti及N的膜的處理之工序； (c)從處理室201內搬出處理後的晶圓200之工序；及 (d)在將處理後的晶圓200搬出之後的處理室201內供給含Si、金屬或鹵素的其中至少任一者的改質氣體即SiH 4氣體之工序。
就(b)工序而言，是對於晶圓200進行1次以上，供給含金屬氣體即TiCl 4氣體的工序，及供給反應氣體即NH 3氣體的工序，在晶圓200上形成含金屬膜即TiN膜。
就(d)工序而言，是在將晶圓200搬出之後的處理室201內供給改質氣體即SiH 4氣體，藉此至少將被形成於處理室201內的壁面或虛置基板218等的TiN膜的表面改質而形成非晶質(amorphous)層等。
在本說明書中使用稱為「晶圓」的用語時，是有意思「晶圓本身」的情況，或意思「晶圓與被形成於其表面的預定的層或膜等的層疊體」的情況。在本說明書中使用稱為「晶圓的表面」的用語時，是有意思「晶圓本身的表面」的情況，或意思「被形成於晶圓上的預定的層或膜等的表面」的情況。在本說明書中使用稱為「基板」的用語時，也與使用稱為「晶圓」的情況同義。
[基板搬入工序，步驟S10] 一旦複數片的晶圓200被裝填於晶舟217(晶圓充填)，則如圖1所示般，支撐複數片的晶圓200的晶舟217是藉由晶舟升降機115來舉起而搬入至處理容器內即處理室201內(晶舟裝載)。在此狀態下，密封蓋219是成為隔著O型環220來閉塞外管203的下端開口的狀態。在本工序(步驟S10)中，未處理的晶圓200與虛置基板218藉由晶舟217來支撐的狀態下，晶舟217被搬入至處理室201內。
(壓力調整及溫度調整) 藉由真空泵246來真空排氣，使處理室201內亦即存在晶圓200的空間會成為所望的壓力(真空度)。此時，處理室201內的壓力是以壓力感測器245來測定，根據此被測定的壓力資訊，反饋控制APC閥243(壓力調整)。真空泵246是至少對於晶圓200的處理完了為止的期間維持常時使作動的狀態。又，藉由加熱器207來加熱，使處理室201內會成為所望的溫度。此時，根據溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，反饋控制往加熱器207的通電量(溫度調整)，使處理室201內成為所望的溫度分佈。加熱器207所致的處理室201內的加熱是至少對於晶圓200的處理完了為止的期間繼續進行。
[成膜工序，步驟S11，圖5(A)] (TiCl 4氣體供給，步驟S11-1) 打開閥314，在氣體供給管310內流動處理氣體即原料氣體的TiCl 4氣體。TiCl 4氣體是藉由MFC312來調整流量，從噴嘴410的氣體供給孔410a供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，對於晶圓200供給TiCl 4氣體。此時同時打開閥514，在氣體供給管510內流動N 2氣體等的惰性氣體。流動於氣體供給管510內的N 2氣體是藉由MFC512來調整流量，與TiCl 4氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，為了防止往噴嘴420，430內的TiCl 4氣體的侵入，而打開閥524，534，在氣體供給管520，530內流動N 2氣體。N 2氣體是經由氣體供給管320，330、噴嘴420，430來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
此時調整APC閥243，將處理室201內的壓力例如設為1～3990Pa的範圍內的壓力，例如1000Pa。以MFC312來控制的TiCl 4氣體的供給流量是例如設為0.1～2.0slm的範圍內的流量。以MFC512，522，532來控制的N 2氣體的供給流量是分別例如設為0.1～20slm的範圍內的流量。此時加熱器207的溫度是設定成晶圓200的溫度會例如成為300～500℃的範圍內的溫度，例如成為475℃之類的溫度。本案的「300～500℃」般的數值範圍的表記是意思下限值及上限值為其範圍所包含。因此，例如所謂「300～500℃」是意思「300℃以上500℃以下」。有關其他的數值範圍也同樣。
此時流動於處理室201內的氣體是僅TiCl 4氣體與N 2氣體。藉由TiCl 4氣體的供給，在晶圓200(表面的底層膜)上形成含Ti層。含Ti層是亦可為含Cl的Ti層，或亦可為TiCl 4的吸附層，或亦可為包含該等的雙方。
(殘留氣體除去、步驟S11-2) 開始TiCl 4氣體的供給之後經過預定時間後，例如0.01～10秒後，關閉閥314，停止TiCl 4氣體的供給。此時排氣管231的APC閥243是維持開啟，藉由真空泵246來將處理室201內真空排氣，從處理室201內排除殘留於處理室201內的未反應或對含Ti層的形成貢獻後的TiCl 4氣體。此時閥514，524，534是維持開啟，維持N 2氣體的往處理室201內的供給。N 2氣體是作為淨化氣體作用，可提高從處理室201內排除殘留於處理室201內的未反應或對含Ti層的形成貢獻後的TiCl 4氣體的效果。
(NH 3氣體供給，步驟S11-3) 將處理室201內的殘留氣體除去之後，打開閥334，在氣體供給管330內流動處理氣體即反應氣體的NH 3氣體。NH 3氣體是藉由MFC332來調整流量，從噴嘴430的氣體供給孔430a供給至處理室201內，從排氣管231排氣。對於此時晶圓200供給NH 3氣體。此時同時打開閥534，在氣體供給管530內流動N 2氣體。流動於氣體供給管530內的N 2氣體是藉由MFC532來調整流量。N 2氣體是與NH 3氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，為了防止往噴嘴410，420內的NH 3氣體的侵入，打開閥514，524，在氣體供給管510，520內流動N 2氣體。N 2氣體是經由氣體供給管310，320、噴嘴410，420來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
此時調整APC閥243，將處理室201內的壓力例如設為1～3990Pa的範圍內的壓力，例如1000Pa。以MFC332來控制的NH 3氣體的供給流量是例如設為0.1～30slm的範圍內的流量。以MFC512，522，532控制的N 2氣體的供給流量是分別例如設為0.1～30slm的範圍內的流量。對於晶圓200供給NH 3氣體的時間是例如設為0.01～30秒的範圍內的時間。此時的加熱器207的溫度是設定成與TiCl 4氣體供給步驟同樣的溫度。
此時流動於處理室201內的氣體是僅NH 3氣體與N 2氣體。NH 3氣體是在步驟S11-1與被形成於晶圓200上的含Ti層的至少一部分置換反應。置換反應時，在含Ti層中所含的Ti與在NH 3氣體中所含的N會結合，而於晶圓200上形成TiN層。
(殘留氣體除去、步驟S11-4) 形成TiN層之後，關閉閥334，停止NH 3氣體的供給。然後，藉由與上述的殘留氣體除去同樣的處理程序，從處理室201內排除殘留於處理室201內的未反應或對TiN層的形成貢獻後的NH 3氣體或反應副生成物。
(預定次數實施) 藉由預定次數(n次)、1次以上進行上述的步驟S11-1～步驟S11-4，在晶圓200上形成預定的厚度的含Ti及N的膜即TiN膜。本工序(步驟S11)是在處理室201內，在晶圓200與虛置基板218藉由晶舟217來支撐的狀態下，在in-situ進行。
(後淨化及大氣壓恢復) 從氣體供給管510，520，530的各者往處理室201內供給N 2氣體，從排氣管231排氣。N 2氣體是作為淨化氣體作用，藉此處理室201內會以惰性氣體來淨化，殘留於處理室201內的氣體或反應副生成物會從處理室201內除去(後淨化)。然後，處理室201內的氣氛會被置換成惰性氣體(惰性氣體置換)，處理室201內的壓力會被恢復成常壓(大氣壓恢復)。
[基板搬出工序、步驟S12] 然後，密封蓋219會藉由晶舟升降機115而下降，外管203的下端會被開口。然後，處理後的處理完了晶圓200會在被支撐於晶舟217的狀態下從外管203的下端搬出至外管203的外部(晶舟卸載)。然後，處理完了的晶圓200是由晶舟217取出(晶圓釋放)。在基板搬出工序(步驟S12)，處理後的晶圓200與虛置基板218會在藉由晶舟217來支撐的狀態下從處理室201內搬出。
如上述般，在處理爐202內，在晶圓200上形成TiN膜時，在處理室201內的壁面或虛置基板218等也形成TiN膜。然後，一旦被形成於處理室201內的壁面或虛置基板218等的膜的累積膜厚變厚，則大的結晶粒異常成長，處理室201內的壁面或虛置基板218的表面狀態(粗糙度)會惡化而發生膜剝落，有成為微粒的產生的要因的情形。又，有被形成於晶圓200上的TiN膜的膜應力(stress)變化的情形。在此，粗糙度是意思膜表面的表面粗度。
在本實施形態的基板處理工序(半導體裝置的製造工序)，進行上述的基板搬入工序(步驟S10)、成膜工序(步驟S11)及基板搬出工序(步驟S12)，將處理後的晶圓200從處理室201內搬出之後(在ex-situ)，有未處理的其次的分批時(在步驟S13中Yes)，進行其次的處置工序(步驟S14)之後，實行其次的分批處理(步驟S10～步驟S12)。亦即，每分批處理(在分批處理間)，對於在處理室201內所形成的TiN膜實行處置處理。藉此，被形成於處理室201內的壁面或虛置基板218等的TiN膜的表面會被改質，藉此表面會被平坦化而粗糙度會被改善，可抑制膜剝落發生。
成膜工序終了，處理完了的晶圓200從晶舟217取出後，支撐虛置基板218、未支撐晶圓200的狀態的晶舟217會藉由晶舟升降機115來舉起而搬入至處理室201內(晶舟裝載)，實行其次的處置工序。亦即，基板搬出工序(步驟S12)之後，有其次的分批時，在處置工序(步驟S14)之前，在處理室201內，支撐虛置基板218、未支撐晶圓200的狀態的晶舟217會被搬入至處理室201內。亦即，支撐進行成膜處理後的形成有TiN膜的虛置基板218、未支撐進行成膜處理後的晶圓200的狀態的晶舟217會被搬入至處理室201內。
[處置工序，步驟S14，圖5(B)](SiH 4氣體供給) 打開閥324，在氣體供給管320內流動包含Si、金屬、鹵素的至少任一的改質氣體，亦即例如矽烷系氣體的SiH 4氣體。SiH 4氣體是藉由MFC322來調整流量，從噴嘴420的氣體供給孔420a供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，對於處理室201內供給SiH 4氣體。此時同時打開閥524，在氣體供給管520內流動N 2氣體等的惰性氣體。流動於氣體供給管520內的N 2氣體是藉由MFC522來調整流量，與SiH 4氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，關閉閥514，534，停止來自噴嘴410，430的N 2氣體的供給。
此時，將APC閥243設為全開(All open)。以MFC322來控制的SiH 4氣體的供給流量是例如設定成0.1～10slm的範圍內的流量，例如2slm之類的流量。以MFC522來控制的N 2氣體的供給流量是例如設為0.1～20slm的範圍內的流量。本工序(步驟S14)是在未支撐處理後的晶圓200的狀態的晶舟217被收容於處理室201內的狀態下進行。又，本工序是在處理後的虛置基板218藉由晶舟217來支撐的狀態下進行。
此時流動於處理室201內的氣體是SiH 4氣體。又，此時加熱器207的溫度是被設定為處理室201內的溫度會一定地保持於例如200℃～500℃，理想是400℃～500℃的範圍內，例如450℃的溫度。具體而言，在SiH 4氣體分解的條件下，將SiH 4氣體供給至處理室201內。在400℃以上，開始SiH 4氣體的分解，在500℃以上，分解激烈產生。並且，在350℃是SiH 4氣體不分解，但藉由與TiN膜反應，SiH 4氣體會被分解而Si會被擴散至TiN膜，TiN膜的表面會被改質而形成氮化矽化鈦(TiSiN)層。亦即，藉由提高本工序的處理室201內的溫度，或拉長SiH 4氣體的供給時間，可將被形成於處理室201內的壁面或虛置基板218、晶舟217等的TiN膜的表面改質而形成TiSiN層或Si層。此時，被形成的TiSiN層或Si層是非晶質(amorphous)層為理想。藉此，被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的異常結晶成長會被抑制，膜的連續性會被改善。在此所謂連續性是意思TiN的正常的結晶不會因異常成長的結晶而被分斷。亦即，TiN的正常的結晶的連接的部分會增加。藉此，膜表面的表面粗度會變小，膜的表面會被平化(flat)(平坦化、平滑化)。在此，異常成長的結晶粒是意思比正常的結晶粒更大幅度成長的結晶粒。另外，在比400℃更低的溫度，SiH 4氣體的分解不夠充分，難取得粗糙度的改善效果。在400℃～500℃的溫度帶，由於邊抑制SiH 4氣體的急速的分解，邊形成非晶質(amorphous)層，因此可取得粗糙度的改善效果。當SiH 4急速地分解時，在TiN膜上形成多結晶Si，藉由多結晶Si的結晶粒，粗糙度會變大。並且，在比500℃更高的溫度，SiH 4氣體的分解會變激烈，形成粗糙度惡化的Si膜。因此，設於400℃～500℃的範圍內的溫度為理想。
在此，未進行改質處理的部分的膜是粗糙度會惡化，粗糙度惡化的部分的氣體的耗費量與粗糙度佳的部分的氣體耗費量作比較變多，在成膜工序中被供給至晶圓200的氣體量(氣體分子的量)會變化。如本工序般，藉由將被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的表面改質，可使處理晶圓200時的氣體耗費量在每個處理均一化。並且，藉由將被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜改質，粗糙度會被改善。
然後，進行處置工序(步驟S14)之後，進行上述的基板搬入工序(步驟S10)、成膜工序(步驟S11)及基板搬出工序(步驟S12)。如此，在分批間進行處置工序，如圖4(B)所示般，將被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的表面改質而形成TiSiN層或Si層之後，進行其次的分批處理，藉此在被形成於處理室201內的壁面等的TiSiN層或Si層上形成TiN膜，可使其次的分批處理的成膜工序的氣體的耗費量在每個處理均一化。
在此，成膜工序時的處理氣體的吸附量會依被形成於處理室201內的壁面等的膜種而變化。具體而言，依被形成於處理室201內的壁面等的膜為TiN膜或TiSiN膜或Si膜，對於各個的膜之成膜工序的處理氣體即TiCl 4的吸附量會變化，藉由在表面均一地形成TiN膜，可抑制成膜工序時的處理室201內的壁面等的處理氣體的耗費量變化，抑制在晶圓200上局部地形成不同的特性的膜。亦即，可使被形成於每個晶圓200或每個分批處理的晶圓上的TiN膜的厚度、電氣特性等的膜的特性等的處理品質均一化。
(3)本實施形態所致的效果 若根據本實施形態，則將被形成於處理室201內的壁面或虛置基板218等的TiN膜的表面改質而形成結晶構造與TiN膜不同的TiSiN層或Si層。藉此，TiN膜的異常結晶成長會被抑制。因此，被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的膜剝落會被抑制，可使不作為異物附著於晶圓200。亦即，可抑制起因於處理室內(處理容器內)的膜剝落之微粒的產生。又，由於在將搭載虛置基板218的晶舟217搬入至處理室201內的狀態下進行處置工序，因此在晶舟217或被搭載於晶舟217的虛置基板218等所形成的TiN膜的膜剝落也會被抑制，處理能力會被提升。並且，被形成於晶圓200上的膜的膜應力的變化會被改善，可減低被形成於晶圓200上的膜的膜應力的上昇，可使被形成於晶圓200上的膜的特性等的處理品質均一化。
(4)其他的實施形態 以上，具體說明本案的實施形態。然而，本案不是被限定於上述的實施形態者，可在不脫離其要旨的範圍實施各種變更。
上述實施形態是以在處置工序中，使用含Si氣體即矽烷系氣體的SiH 4氣體作為改質氣體的情況為例說明，但本案是不被限定於此，亦可使用含Si及鹵素的氣體即一氯矽烷(SiH 3Cl)、二氯矽烷(SiH 2Cl 2)、三氯矽烷(SiHCl 3)、六氯二矽烷(Si 2Cl 6、HCDS)等的氯矽烷系的氣體。此情況也可取得與上述的圖4(A)所示的製程流程同樣的效果。
上述實施形態是以在處置工序中，使用含Si氣體即矽烷系氣體的SiH 4氣體作為改質氣體的情況為例說明，但本案是不被限定於此，在使用含鹵素氣體作為改質氣體的情況也可適用。含鹵素氣體是可使用三氟化氮(NF 3)、六氟化鎢(WF 6)、三氟化氯(ClF 3)、氟(F 2)、氟化氫(HF)氣體等。藉由使用含鹵素氣體作為改質氣體，可蝕刻被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜上的異常成長物，TiN膜表面會被平坦化，可取得與上述的圖4(A)所示的製程流程同樣的效果。
並且，在處置工序中，供給WF 6氣體作為改質氣體的情況，是不限於蝕刻被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜上的異常成長物的情況，亦可藉由供給WF 6氣體，在被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜上形成W膜。此情況也可取得與上述的圖4(A)所示的製程流程同樣的效果。
又，上述實施形態是在處置工序中，可使用含氧氣體的O 2氣體或水蒸氣(H 2O)等作為改質氣體。藉由使用含氧氣體作為改質氣體，被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的表面會被氧化，TiN膜的異常結晶成長會被抑制。藉此，被形成於處理室201內的TiN膜的膜剝落會被抑制，可使不作為異物附著於晶圓200。亦即，可抑制起因於處理室內的膜剝落之微粒的產生，可取得與上述的圖4(A)所示的製程流程同樣的效果。
又，上述實施形態是在處置工序中，可使用低純度的N 2氣體、大氣等作為改質氣體。藉此，被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜的表面會被改質，TiN膜的異常結晶成長會被抑制，可取得與上述的圖4(A)所示的製程流程同樣的效果。
又，上述實施形態是以在處置工序中，供給將被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜改質的改質氣體的情況為例說明，但本案是不被限定於此，亦可在處置工序中，分別進行1次以上例如二氯矽烷(SiH 2Cl 2)氣體的供給及NH 3氣體的供給，而在被形成於處理室201內的壁面等的TiN膜上形成TiSiN膜。
又，上述實施形態是利用在將支撐虛置基板218的狀態的晶舟217搬入至形成有TiN膜的處理室內之後(晶舟裝載後)進行處置工序的情況來說明，但本案是不被限定於此，亦可在將未支撐虛置基板218的狀態的晶舟217搬入至形成有TiN膜的處理室201內之後，進行處置工序，或亦可不將晶舟217搬入至形成有TiN膜的處理室201內進行處置工序。
又，上述實施形態是利用每1次進行分批處理就進行處置工序的情況來說明，但本案是不被限定於此，亦可在進行預定次數分批處理之後，進行處置工序。
又，上述實施形態是利用交替地重複進行供給含Ti氣體的工序及供給含N氣體的工序，作為成膜工序，在晶圓200上形成含Ti及N的膜的情況來說明，但本案是不被限定於此，在只藉由含Ti及N的氣體的供給來形成含Ti及N的膜的情況也可適用。
又，上述實施形態是說明有關使用一次處理複數片的基板的分批式的縱型裝置即基板處理裝置來成膜的例子，但本案是不被限定於此，使用一次處理1片或數片的基板的單片式的基板處理裝置來成膜時也可適用。
例如，使用具備圖6(A)所示的處理爐302的基板處理裝置來形成膜的情況，本案也可適用。 處理爐302是具備： 形成處理室301的處理容器303； 在處理室301內淋浴狀地供給氣體的淋浴頭303s； 作為以水平姿勢支撐1片或數片的晶圓200的支撐具之支撐台317； 從下方支撐支撐台317的旋轉軸355；及 被設在支撐台317的加熱器307。 淋浴頭303s的入口(inlet)(氣體導入口)是連接供給上述的原料氣體的氣體供給埠332a、供給上述的反應氣體的氣體供給埠332b、及供給上述的改質氣體的氣體供給埠332c。氣體供給埠332a是連接與上述的實施形態的原料氣體供給系同樣的原料氣體供給系。氣體供給埠332b是連接與上述的實施形態的反應氣體供給系同樣的反應氣體供給系。氣體供給埠332c是連接與上述的改質氣體供給系同樣的氣體供給系。在淋浴頭303s的出口(outlet)(氣體排出口)是設有在處理室301內淋浴狀地供給氣體的氣體分散板。在處理容器303是設有將處理室301內排氣的排氣埠331。排氣埠331是連接與上述的實施形態的排氣系同樣的排氣系。
又，例如，使用具備圖6(B)所示的處理爐402的基板處理裝置來形成膜的情況，本案也可適用。 處理爐402是具備： 形成處理室401的處理容器403； 作為以水平姿勢支撐1片或數片的晶圓200的支撐具之支撐台417； 從下方支撐支撐台417的旋轉軸455； 朝向處理容器403的晶圓200進行光照射的燈加熱器407；及 使燈加熱器407的光透過的石英窗403w。 處理容器403是連接供給上述的原料氣體的氣體供給埠432a、供給上述的反應氣體的氣體供給埠432b、及供給上述的改質氣體的氣體供給埠432c。氣體供給埠432a是連接與上述的實施形態的原料氣體供給系同樣的原料氣體供給系。氣體供給埠432b是連接與上述的實施形態的反應氣體供給系同樣的反應氣體供給系。氣體供給埠432c是連接與上述的實施形態的改質氣體供給系同樣的氣體供給系。在處理容器403是設有將處理室401內排氣的排氣埠431。排氣埠431是連接與上述的實施形態的排氣系同樣的排氣系。
在使用該等的基板處理裝置的情況也可以和上述的實施形態同樣的順序、處理條件來進行成膜。
使用在該等的各種薄膜的形成之製程處方(記載有處理程序或處理條件等的程式)是按照基板處理的內容(形成的薄膜的膜種、組成比、膜質、膜厚、處理程序、處理條件等)來分別個別地準備(複數準備)為理想。而且，開始基板處理時，按照基板處理的內容，從複數的製程處方之中，適當選擇恰當的製程處方為理想。具體而言，經由電氣通訊線路或記錄了該製程處方的記錄媒體(外部記憶裝置123)來將按照基板處理的內容而個別地準備的複數的製程處方予以預先儲存(安裝)於基板處理裝置所具備的記憶裝置121c內為理想。而且，開始基板處理時，基板處理裝置所具備的CPU121a從被儲存於記憶裝置121c內的複數的製程處方之中，按照基板處理的內容來適當選擇恰當的製程處方為理想。藉由如此地構成，可用1台的基板處理裝置來泛用地且再現性佳地形成各種的膜種、組成比、膜質、膜厚的薄膜。並且，可減低操作員的操作負擔(處理程序或處理條件等的輸入負擔等)，可一面迴避操作錯誤，一面迅速地開始基板處理。
又，本案是例如即使變更既存的基板處理裝置的製程處方，也可實現。變更製程處方時，可經由電氣通訊線路或記錄了該製程處方的記錄媒體來將本案的製程處方安裝於既存的基板處理裝置，又亦可操作既存的基板處理裝置的輸出入裝置，將該製程處方本身變更成本案的製程處方。
以上，說明了本案的各種的典型的實施形態，但本案是不被限定於該等的實施形態，亦可適當組合使用。
(5)實施例 首先，使用上述的基板處理裝置10，藉由上述的基板處理工序的圖5(A)所示的成膜工序，在未形成有TiN膜的處理室201內，於虛置基板218上形成250Å的膜厚的TiN膜，利用原子間力顯微鏡(Atomic Force Microscopy)來觀測被形成於虛置基板218上的TiN膜的表面。如圖7所示般，被形成於虛置基板218上的TiN膜的表面的平方平均粗度(Rms)是1.62nm，最大高低差(Rmax)是25.7nm。然後，在形成有TiN膜的處理室201內，將形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218搬入，分別進行後述的比較例、實施例1及實施例2，分別利用原子間力顯微鏡來觀測被形成於虛置基板218上的TiN膜的表面。
比較例是使用上述的基板處理裝置10，在形成有TiN膜的處理室201內，將形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218原封不動搬入，不進行上述的圖4(A)及圖5(B)所示的處置(treatment)工序，在形成有TiN膜的虛置基板218上，進一步形成250Å的膜厚的TiN膜，利用原子間力顯微鏡來觀測TiN膜的表面。
實施例1是使用上述的基板處理裝置10，在形成有TiN膜的處理室201內，將形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218原封不動搬入，對於形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218供給SiH 4氣體，進行上述的圖4(A)及圖5(B)所示的處置工序。然後，更進行上述的圖5(A)所示的成膜工序，在虛置基板218上進一步形成250Å的膜厚的TiN膜，利用原子間力顯微鏡來觀測TiN膜的表面。
實施例2是使用上述的基板處理裝置10，在形成有TiN膜的處理室201內，將形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218原封不動搬入，對於形成有250Å的膜厚的TiN膜之虛置基板218供給O 2氣體而進行處置工序。然後，更進行上述的圖5(A)所示的成膜工序，在虛置基板218上進一步形成250Å的膜厚的TiN膜，利用原子間力顯微鏡來觀測TiN膜的表面。
如圖7所示般，比較例的虛置基板218上的TiN膜的表面的平方平均粗度(Rms)是13.6nm，最大高低差(Rmax)是85.5nm。又，實施例1的虛置基板218上的TiN膜的表面的平方平均粗度(Rms)是2.16nm，最大高低差(Rmax)是22.9nm。又，實施例2的虛置基板218上的TiN膜的表面的平方平均粗度(Rms)是3.28nm，最大高低差(Rmax)是32.3nm。
若根據比較例、實施例1及實施例2的TiN膜的表面的評價結果，則就比較例的TiN膜的表面而言，與在分批間進行處置工序的實施例1及實施例2作比較，可確認平方平均粗度及最大高低差都變大，TiN膜的異常成長量大。
亦即，在處理室201內進行成膜工序時，藉由在分批間處置處理處理室201內，與在分批間不進行處置處理的情況作比較，可確認TiN膜表面的平方平均粗度及最大高低差都變小，TiN膜的異常的結晶成長會被抑制，表面的粗糙度會被改善。亦即，藉由在分批間進行處置工序，可抑制在處理室201內的壁或虛置基板218等被形成的核形成膜的成長，粗糙度會被改善。
10:基板處理裝置 121:控制器 200:晶圓(基板) 201:處理室
[圖1]是表示本案的一實施形態的基板處理裝置的縱型處理爐的概略的縱剖面圖。 [圖2]是圖1的A-A線概略橫剖面圖。 [圖3]是本案的一實施形態的基板處理裝置的控制器的概略構成圖，以方塊圖表示控制器的控制系的圖。 [圖4(A)]是表示本案的一實施形態的製程流程的圖，[圖4(B)]是表示藉由圖4(A)的流程所形成的處理容器內的內壁等的表面上的TiN膜的圖。 [圖5(A)]是表示本案的一實施形態的成膜工序的氣體供給的一例的圖，[圖5(B)]是表示本案的一實施形態的處置工序的氣體供給的一例的圖。 [圖6(A)]及[圖6(B)]是表示本案的其他的實施形態的基板處理裝置的處理爐的概略的縱剖面圖。 [圖7]是比較在比較例及實施例1、2中被形成於虛置基板上的TiN膜的表面粗度而示的圖。

Claims (13)

  1. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵係具有： (a)將基板搬入至處理容器內之工序； (b)在前述處理容器內供給處理氣體，進行在前述基板上形成含鈦及氮的膜的處理之工序； (c)從前述處理容器內搬出處理後的前述基板之工序；及 (d)在將處理後的前述基板搬出之後的前述處理容器內供給含矽、金屬或鹵素的其中至少任一者的改質氣體之工序。
  2. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中， 在前述處理容器內藉由支撐具來支撐前述基板的狀態下進行(b)， 在前述處理容器內收容不支撐前述基板的狀態的前述支撐具的狀態下進行(d)。
  3. 如請求項2記載的半導體裝置的製造方法，其中， 進一步藉由前述支撐具來支撐虛置基板的狀態下進行(b)， 進一步藉由前述支撐具來支撐前述虛置基板的狀態下進行(d)。
  4. 如請求項2記載的半導體裝置的製造方法，其中， 在(a)中，朝前述處理容器內搬入藉由前述支撐具所支撐的前述基板， 在(c)中，從前述處理容器內搬出藉由前述支撐具所支撐的前述基板， 在(e)(c)之後，(d)之前，更具有朝前述處理容器內搬入不支撐前述基板的狀態的前述支撐具之工序。
  5. 如請求項3記載的半導體裝置的製造方法，其中， 在(a)中，朝前述處理容器內搬入藉由前述支撐具所支撐的前述基板， 在(c)中，從前述處理容器內搬出藉由前述支撐具所支撐的前述基板， 在(e)(c)之後，(d)之前，更具有朝前述處理容器內搬入不支撐前述基板的狀態的前述支撐具之工序。
  6. 如請求項3記載的半導體裝置的製造方法，其中， 進一步藉由前述支撐具來支撐虛置基板的狀態下進行(a)， 進一步藉由前述支撐具來支撐前述虛置基板的狀態下進行(c)， 藉由前述支撐具來支撐前述虛置基板的狀態下進行(d)。
  7. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中， 在(d)中，藉由供給前述改質氣體，至少在前述處理容器的內壁形成非晶質層。
  8. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中， 在(f)(d)之後，更具有：在前述處理容器內供給處理氣體，進行在前述處理容器內形成含鈦及氮的膜的處理之工序。
  9. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述改質氣體為矽烷系氣體。
  10. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，(d)的前述處理容器內的溫度為400℃以上500℃以下。
  11. 一種程式，其特徵為藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置， (a)使基板搬入至處理容器內的程序； (b)在前述處理容器內供給處理氣體，而進行在前述基板上形成含鈦及氮的膜的處理之程序； (c)使處理後的前述基板從前述處理容器內搬出的程序；及 (d)使含矽、金屬或鹵素之中至少任一者的改質氣體供給至將處理後的前述基板搬出之後的前述處理容器內之程序。
  12. 一種基板處理裝置，其特徵係具有： 處理容器； 在前述處理容器內，將基板搬出入的搬送系； 在前述處理容器內，供給處理氣體的處理氣體供給系； 在前述處理容器內，供給含矽、金屬或鹵素之中至少任一者的改質氣體之改質氣體供給系； 將前述處理容器內排氣的排氣系；及 控制部，其係被構成為控制前述搬送系、前述處理氣體供給系、前述改質氣體供給系及前述排氣系，而可控制成進行： (a)在處理容器內搬入基板的處理； (b)在前述處理容器內供給處理氣體，而進行在前述基板上形成含鈦及氮的膜的處理之處理； (c)從前述處理容器內搬出處理後的前述基板之處理；及 (d)在將處理後的前述基板搬出之後的前述處理容器內供給含矽、金屬或鹵素之中至少任一者的改質氣體之處理。
  13. 一種基板處理方法，其特徵係具有： (a)在處理容器內搬入基板的工序； (b)在前述處理容器內供給處理氣體，而進行在前述基板上形成含鈦及氮的膜的處理之工序； (c)從前述處理容器內搬出處理後的前述基板之工序；及 (d)在將處理後的前述基板搬出之後的前述處理容器內供給含矽、金屬或鹵素之中至少任一者的改質氣體之工序。
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