TW202340525A - 基板處理裝置、半導體裝置的製造方法及程式 - Google Patents

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Abstract

提供使在基板上形成的膜的面內膜厚均勻性提升的構造。 具備：對處理基板的處理室供應處理氣體的處理氣體噴嘴；在處理氣體噴嘴與前述基板的周方向以預定的距離遠離配置，對處理室供應不活性氣體的不活性氣體噴嘴；在內部構成處理室，具有以收容處理氣體噴嘴的方式向外側突出的第1突出部、及以收容不活性氣體噴嘴的方式向外側突出的第2突出部的反應管；其中，從不活性氣體噴嘴供應的不活性氣體，以處理氣體的流動方向朝向基板側的方式朝向處理氣體噴嘴供應。

Description

基板處理裝置、半導體裝置的製造方法及程式
本揭示係有關於基板處理裝置、半導體裝置的製造方法及程式。
作為半導體裝置(裝置)的製造工程的一工程，對處理室內的基板(晶圓)供應處理氣體，進行在基板上形成膜的處理。伴隨著半導體裝置的高微細化、高深層化，處理室內的晶圓為圖案晶圓時，因為在晶圓的中心附近處理氣體的供應量不足，會有在晶圓上形成的膜的面內膜厚均勻性惡化的情形。相對於此，有將處理氣體供應至晶圓中心，使晶圓上的面內膜厚均勻性提升的情形(例如專利文獻1及2參照)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2018/154823號 專利文獻2：國際公開第2016/157401號
[發明所欲解決的問題]
本揭示，將提供使在基板上形成的膜的面內膜厚均勻性提升的構造作為目的。 [解決問題的手段]
根據本發明的一態樣， 提供一種技術，具備：對處理基板的處理室供應處理氣體的處理氣體噴嘴； 在前述處理氣體噴嘴與前述基板的周方向以預定的距離遠離配置，對前述處理室供應不活性氣體的不活性氣體噴嘴； 在內部構成前述處理室，具有以收容前述處理氣體噴嘴的方式向外側突出的第1突出部、及以收容前述不活性氣體噴嘴的方式向外側突出的第2突出部的反應管； 從前述不活性氣體噴嘴供應的前述不活性氣體，以使前述處理氣體的流動方向朝向前述基板側的方式，向前述處理氣體噴嘴供應。 [發明的效果]
根據本揭示，能夠提供使在基板上形成的膜的面內膜厚均勻性提升的構造。
以下，關於本揭示的一實施形態，使用圖1~圖4說明。但是，在以下的說明中，有相同構成要素附加相同符號省略重複的說明的情形。
(1)基板處理裝置的構造 如圖1所示，處理爐202具有作為加熱手段(加熱機構)的加熱器207。加熱器207為圓筒狀，藉由支持於保持板而垂直安裝。加熱器207，也作為使氣體以熱活性化(激發)的活性化機構(激發部)作用。
在加熱器207的內側，與加熱器207以同心圓狀配設反應管203。反應管203，例如由石英(SiO 2)或碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成，形成上端閉塞且下端開口的圓筒狀。在反應管203的下方，與反應管203以同心圓狀配設歧管209。歧管209，例如由鎳合金等金屬形成，形成上端及下端開口的短圓筒形。歧管209的上端部，卡合至反應管203的下端部，支持反應管203。在歧管209與反應管203之間，設置作為密封構件的O形環220a。反應管203與加熱器207一樣垂直安裝。主要藉由反應管203與歧管209構成處理容器(反應容器)。在處理容器的內部形成處理室201。處理室201，能夠收容作為基板的晶圓200。
處理室201，以作為第1氣體噴嘴的供應成膜氣體(處理氣體)的噴嘴249a、作為第2氣體噴嘴的供應成膜氣體(處理氣體)的噴嘴249b、作為第3氣體噴嘴的供應不活性氣體的噴嘴249c、作為第4氣體噴嘴的供應不活性氣體的噴嘴249d，分別貫通歧管209側壁的方式設置。在噴嘴249a~249d，分別連接氣體供應管232a~232d。
噴嘴249a與噴嘴249b，作為對處理室201供應成膜氣體(處理氣體)的處理氣體噴嘴使用。又，噴嘴249c與噴嘴249b，作為對處理室201供應不活性氣體的不活性氣體噴嘴使用。噴嘴249c與噴嘴249d，作為從分別與成膜氣體不同的系統僅供應不活性氣體的相對噴嘴使用。相對噴嘴在處理室201配置2個。相對噴嘴，分別在處理氣體噴嘴與晶圓200的周方向以預定距離遠離配置。
在氣體供應管232a~232d，從氣流的上游側依序，分別設置流量控制器(流量控制部)即質量流量控制器(MFC)241a~241d及開關閥即閥門243a~243d。在比氣體供應管232a、232b的閥門243a、243b還下游側，分別連接不活性氣體的氣體供應管232e、232f。在氣體供應管232e、232f，從氣流的上游側依序分別設置MFC241e、241f及閥門243e、243f。
在反應管203，形成以收容噴嘴249a與噴嘴249b的方式向外側突出的第1突出部302、以收容噴嘴249c的方式向外側突出的第2突出部303、以收容噴嘴249d的方式向外側突出的第3突出部304。第1突出部302，以分別收容噴嘴249a與噴嘴249b的方式分割成複數也可以。
第1突出部302形成於與排氣口233對向的位置。第2突出部303與第3突出部304，形成於分別從第1突出部302在反應管203的周方向以預定距離遠離的位置。其中，預定距離為從第1突出部302在反應管203的周方向15°以上120°以下的範圍內的圓弧的距離。換言之，反應管203的第1突出部302的中心與晶圓200中心連結的直線、和第2突出部303、第3突出部304分自的中心與晶圓200中心連結的直線所呈的夾角θ分別為15°以上120°以下的範圍內的圓弧的距離。第2突出部303與第3突出部304，相對於第1突出部302的中心與排氣口233的中心連結的直線配置成線對稱。
圖2所示之例中，第2突出部303、第3突出部304，形成於分別從第1突出部302在反應管203的周方向90°遠離的位置。也就是說，第2突出部303形成於與第3突出部304對向的位置。
第1突出部302，在內部構成處理室201的一部分，收容噴嘴249a、249b。第2突出部303，在內部構成處理室201的一部分，收容噴嘴249c。第3突出部304，在內部構成處理室201的一部分，收容噴嘴249d。
噴嘴249a與噴嘴249b，如圖2所示，在第1突出部302內，從反應管203的下方向上方沿著晶圓200的配列方向分別設置。噴嘴249a與噴嘴249b在第1突出部302內鄰接配置。噴嘴249a、249b，包夾搬入處理室201內的晶圓200的中心，以與後述排氣口233對向的方式配置。
噴嘴249c與噴嘴249d，如圖2所示，在第2突出部303與第3突出部304內，從反應管203的下方向上方沿著晶圓200的配列方向分別設置。亦即，噴嘴249c與噴嘴249d，設置於與噴嘴249a、249b在搬入的晶圓200的周方向分別保持預定距離的位置。其中，預定距離，指的是反應管203的內壁面與晶圓200的周緣部之間的距離即間隙G的倍以上的圓弧的距離，即從噴嘴249a、249b在搬入的晶圓200的周方向15°以上120°以下的範圍內的圓弧的距離。  換言之，處理氣體噴嘴的中心與晶圓200中心連結的直線、和噴嘴249c、噴嘴249d分自的中心與晶圓200中心連結的直線所呈的夾角θ分別為15°以上120°以下的範圍內的圓弧的距離。亦即，噴嘴249c、249d，配置於從噴嘴249a、249b在搬入的晶圓200的周方向間隙G的倍以上的圓弧的距離，即從處理氣體噴嘴的中心與晶圓中心連結的直線在搬入的晶圓200的周方向15°以上120°以下的位置。又，噴嘴249c與噴嘴249d，相對於處理氣體噴嘴的中心與排氣口233的中心連結的直線配置成線對稱。也就是說，噴嘴249d，設於將處理氣體噴嘴的中心與排氣口233的中心連結的線作為直線畫分的區域之中，設置噴嘴249c的區域的相反側的區域。其中，處理氣體噴嘴的中心，為噴嘴249a的中心、噴嘴249b的中心、或噴嘴249a的中心與噴嘴249b的中心的中間點。
其中，從噴嘴249a~249d供應的氣體，分別產生向氣體供應孔250a~250d朝向的方向噴出氣體的吹出、及在周圍流動的引流，藉此循環渦流。將噴嘴249c、249d配置於從處理氣體噴嘴的中心與晶圓中心連結的直線在晶圓200的周方向比15°還小的位置後，分別使噴嘴249a、249b、與噴嘴249c、249d接近，從噴嘴249a、249b供應的處理氣體的渦流、與從噴嘴249c、249d供應的不活性氣體的渦流會合流。亦即，處理氣體被從噴嘴249c、249d供應的不活性氣體稀釋。
將噴嘴249c、249d配置於從處理氣體噴嘴的中心與晶圓中心連結的直線在被搬入的晶圓200的周方向比120°還大的位置後，因為從噴嘴249a、249b供應的處理氣體、與從噴嘴249c、249d供應的不活性氣體能夠發生干擾的範圍會變小，不會對晶圓200上造成影響，不活性氣體的渦流所致的影響程度不明顯。因此，噴嘴249c、249d，配置於與噴嘴249a、249b保持間隙G的倍以上的圓弧的位置，即從處理氣體噴嘴的中心與晶圓中心連結的直線在搬入的晶圓200的周方向15°以上120°以下的位置較佳。
在噴嘴249a~249d的側面，分別設置供應氣體的氣體供應孔250a~250d。氣體供應孔250a、250b能夠分別向晶圓200的中心方向供應氣體。氣體供應孔250a、250b，從反應管203的下部到上部以向各晶圓200的中心開口的方式，設置複數。
氣體供應孔250c、250d能夠分別向噴嘴249a、249b供應不活性氣體。亦即，氣體供應孔250c、250d，從反應管203的下部到上部以分別向晶圓噴嘴249a、249b的中心開口的方式，設置複數。
具體上，氣體供應孔250c、250d，以分別從晶圓中心以例如45°向噴嘴249a、249b側開口的方式形成，以能夠向掠過第1突出部302之壁的方向供應不活性氣體的方式形成。亦即，氣體供應孔250c、250d，從反應管203的下部至上部分別從晶圓中心例如以45°向噴嘴249a、249b側開口的方式形成，以能夠向掠過第1突出部302之壁的方向供應不活性氣體的方式，並以向第1突出部302之壁的方向開口的方式，設置複數。藉由來自氣體供應孔250c、250d的不活性氣體的供應，在第2突出部303、第3突出部304附近分別形成不活性氣體的渦流，抑止該不活性氣體的渦流從間隙G區域的上游側流動的處理氣體的流動。亦即，防止了在間隙G區域的上游側流動的處理氣體的向間隙G區域的下游側的流入。又，在間隙G區域的上游側流動的處理氣體，因不活性氣體的渦流，未與不活性氣體混合，而向晶圓200中心方向流入。
其中，使氣體供應孔250c、250d的方向，比掠過壁的方向還朝向噴嘴249a、249b側，從噴嘴249c、249d供應的不活性氣體，碰撞至第1突出部302內，不活性氣體的渦流之徑會變小，上述效果不明顯。又，使氣體供應孔250c、250d的方向，比掠過壁的方向還朝向噴嘴249a、249b的相反側(排氣側)側，因為不活性氣體被捲入第1突出部302側的渦流而混合至處理氣體，上述效果不明顯。
從氣體供應管232a，作為原料氣體(處理氣體)，例如，包含作為預定元素(主元素)的Si及鹵素元素的鹵化矽烷系氣體，通過MFC241a、閥門243a、噴嘴249a向處理室201供應。
來自氣體供應管232b的是處理氣體，即化學構造(分子構造)與前述原料不同的反應體(反應物)，例如，氮化氣體即氮化氫系氣體，通過MFC241b、閥門243b、噴嘴249b向處理室201供應。氮化氫系氣體作為N源作用。作為氮化氫系氣體，例如，能夠使用氨(NH 3)氣體。
從氣體供應管232c~232f，作為不活性氣體，例如，氮(N 2)氣體分別通過MFC241c~241f、閥門243c~243f、氣體供應管232c、232d、232a、232b、噴嘴249c、249d、249a、249b向處理室201供應。N 2氣體，作為淨化氣體、載體氣體作用，再來，作為控制在晶圓200上形成的膜的面內膜厚分佈的膜厚分佈控制氣體作用。
主要藉由氣體供應管232a、232b、MFC241a、241b、閥門243a、243b，構成處理氣體供應系統。又，主要藉由氣體供應管232c~232f、MFC241c~241f、閥門243c~243f構成不活性氣體供應系。
在反應管203，設置將處理室201的氛圍排氣的作為排氣部的排氣口233。如圖2所示的水平剖面視那樣，排氣口233，設於包夾晶圓200與噴嘴249a、249b(氣體供應孔250a、250b)對向(面對)的位置。在排氣口233連接排氣管231。排氣管231，具備檢出處理室201的壓力的作為壓力檢出器的壓力感測器245，又通過作為壓力調整器的APC(Auto Pressure Controller)閥門244，連接至真空泵(真空排氣裝置)246。APC閥門244，藉由在使真空泵246作動的狀態下將閥開關，能夠進行處理室201的真空排氣及真空排氣停止，再來藉由在使真空泵246作動的狀態下，基於由壓力感測器245檢出的壓力資訊調節開度，能夠調整處理室201的壓力。主要藉由排氣管231、APC閥門244、壓力感測器245，構成排氣系統。真空泵246也能包含於排氣系統。
在歧管209的下方，設置能將歧管209的下端開口氣密閉塞的作為爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219例如為金屬製形成圓盤狀。在密封蓋219的上面，設置與歧管209的下端抵接的作為密封構件的O型環220b。在密封蓋219的下方，設置使後述晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255，貫通密封蓋219連接至晶舟217。旋轉機構267，藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。
密封蓋219，藉由設置於反應管203外部的作為升降機構的晶舟升降機115在垂直方向升降。晶舟升降機115，藉由使密封蓋219升降，作為將晶圓200在處理室201內外搬入及搬出(搬送)的搬送裝置(搬送機構)。又，在歧管209的下方或側方，設置在使密封蓋219降下而將晶舟217完全從處理室201內搬出的期間，將歧管209的下端開口氣密閉塞的作為爐口蓋體的閘門221。閘門221，與密封蓋219一樣形成圓盤狀，在其上面，設置與歧管209的下端抵接的O形環220c。閘門221的開關動作(升降動作及轉動動作等)藉由閘門開關機構222控制。
作為基板支持具的晶舟217，將複數片，例如25~200片晶圓200，以水平姿勢，且中心相互對齊的狀態在垂直方向整列被多段支持的方式，亦即空出間隔配列的方式構成。晶舟217，例如由石英或SiC等的耐熱性材料形成。在晶舟217的下部，例如由石英或SiC等耐熱性材料形成的隔熱板218被多段支持。
在反應管203內，設置作為溫度檢出器的溫度感測器263。藉由基於由溫度感測器263檢出的溫度資訊調整向加熱器207的通電狀況，處理室201的溫度成為所期望的溫度分佈。溫度感測器263沿著反應管203的內壁設置。
如圖3所示，控制部(控制機構)即控制器121，作為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM (Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O端口121d的電腦構成。RAM121b、記憶裝置121c、I/O端口121d，通過內部匯流排121e，與CPU121a能進行資料交換。在控制器121，連接例如作為觸控面板等構成的輸出入裝置122。
記憶裝置121c，例如以快閃記憶體、HDD (Hard Disk Drive)等構成。在記憶裝置121c內，將控制基板處理裝置的動作的控制程式、及記載後述的基板處理的步驟及條件等的製程配方等以可讀出的方式儲存。製程配方，為使後述基板處理中的各步驟在控制器121執行，以得到預定的結果的方式組合者，作為程式作用。以下，有將製程配方及控制程式等總稱，單稱為程式的情形。又，也會將製程配方單稱為配方。在本說明書中，使用程式這個詞時，有僅包含配方單體的情形、僅包含控制程式單體的情形、或包含該等兩者的情形。RAM121b，作為將由CPU121a讀出的程式及資料等暫時保持的記憶體區域(工件區域)構成。
I/O端口121d，連接上述MFC241a~241f、閥門243a~243f、壓力感測器245、APC閥門244、真空泵246、溫度感測器263、加熱器207、旋轉機構267、晶舟升降機115、閘門開關機構222等。
CPU121a，從記憶裝置121c讀出控制程式執行，因應來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等從記憶裝置121c讀出配方。CPU121a，以依照讀出的配方的內容的方式，控制MFC241a~241f所致的各種氣體的流量調整動作、閥門243a~243f的開關動作、基於APC閥門244的開關動作及壓力感測器245的APC閥門244所致的壓力調整動作、真空泵246的啟動及停止、基於溫度感測器263的加熱器207的溫度調整動作、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的升降動作、閘門開關機構222所致的閘門221的開關動作等。
控制器121，藉由將儲存於外部記憶裝置(例如，硬碟等磁碟、CD等光碟、MO等磁光碟、USB記憶體等半導體記憶體)123的上述程式安裝於電腦構成。記憶裝置121c及外部記憶裝置123，作為電腦可讀取的記錄媒體構成。以下，也將該等總稱，單稱為記錄媒體。在本說明書中使用記錄媒體這個詞時，有僅包含記憶裝置121c即單體的情形、僅包含外部記憶裝置123單體的情形、或包含該等兩者的情形。此外，向電腦的程式提供，不使用外部記憶裝置123，而使用網際網路及專用線路等通信手段也可以。
(2)成膜處理 使用圖4說明關於使用上述基板處理裝置，作為半導體裝置的製造工程的一工程，在作為基板的晶圓200上形成矽氮化膜(SiN膜)的順序例。在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部的動作藉由控制器121控制。
圖4所示的成膜順序，將對晶圓200藉由噴嘴249a供應HCDS氣體形成作為第1層的Si含有層的步驟A、及對晶圓200藉由噴嘴249b供應NH 3氣體形成作為第2層的矽氮化層(SiN層)的步驟B以非同時進行的循環進行n次(n為預定數)，在晶圓200上形成包含Si及N的膜，亦即的SiN膜。
本說明書中，也會將圖4所示的成膜順序，方便上以以下的方式表示。
(HCDS→NH 3)×n ⇒ SiN
在本說明書中使用「晶圓」這個詞時，有表示晶圓自身的情形、或表示晶圓及形成於其表面的預定的層及膜等的層積體的情形。在本說明書中使用「晶圓的表面」這個詞時，有表示晶圓自身的表面的情形、或表示形成於晶圓上的預定的層及膜等的表面的情形。本說明書中「基板」包含「晶圓」的意義。
(晶圓進料及晶舟載入) 複數片晶圓200被裝填(晶圓進料)至晶舟217後，藉由閘門開關機構222閘門221被迫移動，將歧管209的下端開口開放(閘門開路)。之後，如圖1所示，支持複數片晶圓200的晶舟217，藉由晶舟升降機115持起而向處理室201搬入(晶舟載入)。搬入結束後，密封蓋219成為通過O型環220b將歧管209的下端密封的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 處理室201，亦即，晶圓200存在的空間以成為所期望的壓力(真空度)的方式，藉由真空泵246將處理室201進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室201的壓力以壓力感測器245測定，基於該測定到的壓力資訊將APC閥門244進行回饋控制。又，以處理室201的晶圓200成為所期望的成膜溫度的方式，藉由加熱器207加熱。此時，以處理室201成為所期望的溫度分佈的方式，基於溫度感測器263檢出的溫度資訊將向加熱器207的通電狀況進行回饋控制。又，開始旋轉機構267所致的晶圓200的旋轉。處理室201的排氣、晶圓200的加熱及旋轉，都到至少對晶圓200的處理結束為止的期間持續進行。
(成膜步驟) 之後，依序執行接著的步驟A、B。
[步驟A] 在該步驟中，對處理室201的晶圓200供應HCDS氣體。
具體上，打開閥門243a，向氣體供應管232a內流通HCDS氣體。HCDS氣體，藉由MFC241a進行流量調整，通過噴嘴249a向處理室201內供應，藉由排氣口233排氣。也就是說，對晶圓200供應HCDS氣體。此時，打開閥門243e，向氣體供應管232e內流通N 2氣體也可以。N 2氣體，藉由MFC241e進行流量調整，與HCDS氣體一同通過噴嘴249a向處理室201內供應，能藉由排氣口233排氣。此外，在步驟A中，以通過噴嘴249a向處理室201供應HCDS氣體的狀態，通過噴嘴249c、249d分別向處理室201供應N 2氣體。從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體，以在第2突出部303、第3突出部304附近分別形成不活性氣體的渦流的方式向噴嘴249a供應。關於該詳細將於後述。
步驟A中，從噴嘴249a供應的HCDS氣體的流量，例如為1sccm以上2000sccm以下、較佳為10sccm以上1000sccm以下的範圍內。又從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的流量，例如分別為500sccm，設為從噴嘴249a供應的包含N 2氣體的HCDS氣體的總流量的約1/4以上2/3以下的預定流量。
相對於從噴嘴249a供應的HCDS氣體的總流量，從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的流量，比HCDS氣體的總流量的1/4還少時，從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體，會壓附至HCDS氣體。亦即，在間隙G區域流動的原料氣體不被稀釋而向下游側流動，到達晶圓200中心的原料氣體的總量減少。也就是說，在晶圓200上形成的膜的膜厚分佈成為凹狀，面內膜厚均勻性會惡化。
又，相對於從噴嘴249a供應的HCDS氣體的總流量，從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的流量，比HCDS氣體的總流量的2/3還多時，因從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體在間隙G區域流動的原料氣體的稀釋效果會變大，到達晶圓中心的原料氣體的總量會增加過多。也就是說，在晶圓200上形成的膜的膜厚分佈成為凸狀，面內膜厚均勻性會惡化。
因此，將從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的流量，設為從噴嘴249a供應的包含N 2氣體的HCDS氣體的總流量的約1/4~2/3的預定流量。此外，該等流量條件，因晶圓200的表面積、晶圓間距、間隙G的寬、噴嘴249c、249d的位置、噴嘴249c、249d的氣體供應孔250c、250d的方向、氣體種類、成膜溫度、處理壓力等而異。
HCDS氣體的供應時間，例如設為1秒以上120秒以下、較佳為1秒以上60秒以下的範圍內的預定時間。處理室201的壓力，例如設為1Pa以上2666Pa以下、較佳為67Pa以上1333Pa以下的範圍內的預定壓力。晶圓200的溫度(成膜溫度)，例如設為250℃以上800℃以下、較佳為400℃以上750℃以下、更佳為550℃以上700℃以下的範圍內的預定溫度。
藉由在上述條件下對晶圓200供應HCDS氣體及N 2氣體，在晶圓200的最表面上，作為第1層，例如形成從1原子層未滿到數原子層(1分子層未滿到數分子層)程度的厚度的包含Cl的Si含有層。包含Cl的Si含有層，可以是包含Cl的Si層、也可以是HCDS的吸附層、也可以包含該等兩者。
在HCDS氣體自我分解(熱分解)的條件下，藉由在晶圓200上堆積Si而形成包含Cl的Si層。在HCDS氣體未自我分解(熱分解)的條件下，藉由在晶圓200上吸附HCDS而形成HCDS的吸著層。相比較於形成HCDS的吸附層，形成包含Cl的Si層在成膜速率的觀點上較佳。以下，也會將包含Cl的Si含有層方便上單稱為Si含有層。
步驟A中，在從噴嘴249a供應HCDS氣體的狀態下，打開閥門243c~243f，向氣體供應管232c、232d、232b內流通N 2氣體，從噴嘴249c、249d、249b向處理室201內供應N 2氣體。從噴嘴249b維持少量的N 2氣體的供應，雖非必須，但在抑制向噴嘴249b內的HCDS氣體的侵入的觀點較佳。在該目的中，來自噴嘴249b的N 2氣體的供應，與步驟A同時或之前開始較佳。
在步驟A中，從噴嘴249a、249b供應的N 2氣體的各流量(第1流量)，分別設為比從噴嘴249c、249d供應的N 2的流量還小的流量。再來，從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的各流量，其等的合計流量，成為比從噴嘴249a供應的HCDS氣體及N 2氣體的總流量還小的流量。
形成具有所期望的厚度及面內厚度分佈第1層後，將閥門243a封閉，停止HCDS氣體的供應。此時，APC閥門244維持開啟，藉由真空泵246將處理室201內進行真空排氣，將在處理室201內殘留的未反應或貢獻於第1層的形成後的HCDS氣體從處理室201內排除。從噴嘴249a~249d供應的N 2氣體作為淨化氣體作用，藉此淨化處理室201內(淨化步驟)。
[步驟B] 步驟A結束後，處理室201內的晶圓200，亦即，對在晶圓200上形成的第1層供應NH 3氣體。
在該步驟中，將閥門243b、243c~243f的開關控制，以與步驟A中的閥門243a、243c~243f的開關控制同樣的順序進行。NH 3氣體，藉由MFC241b進行流量調整，通過噴嘴249b向處理室201內供應，從排氣口233排氣。此時，對晶圓200供應NH 3氣體。
步驟B中，從噴嘴249b供應的NH 3氣體的供應流量，例如設為1000~10000sccm的範圍內的預定的流量。此時同時從噴嘴249c、249d供應的N 2氣體的流量，設為從噴嘴249b供應的包含N 2氣體的NH 3氣體的總流量的約1/4以上2/3以下的預定流量。藉由如此設定，得到了在上述步驟A中說明的效果一樣的效果。
NH 3氣體的供應時間，例如設為1秒以上120秒以下、較佳為1秒以上60秒以下的範圍內的預定時間。處理室201的壓力，例如設為1Pa以上4000Pa以下、較佳為1Pa以上3000Pa以下的範圍內的預定壓力。藉由設為比步驟A還高的壓力，即便不使用電漿而使用因熱而活性化的NH 3氣體，也能夠以預定的速度與第1層進行化學反應，使第2層形成。其他處理條件設為與步驟A一樣的處理條件。此外步驟B中，相較於步驟A，來自噴嘴249c、249d的N 2氣體供應的重要性低，也有不必要的情形。
在上述條件下相對於晶圓200供應NH 3氣體及N 2氣體後，在晶圓200上形成的第1層的至少一部分被氮化(改質)。藉此，在晶圓200上，形成包含Si及N的第2層，亦即SiN層。形成第2層時，在第1層包含的Cl等雜質，在NH 3氣體所致的第1層的改質反應的過程中，構成至少包含Cl的氣體狀物質，從處理室201被排出。亦即，第1層中的Cl等的雜質，被從第1層中抽出、脫離，從第1層分離。藉此，第2層成為相較於第1層Cl等雜質較少的層。
形成第2層後，將閥門243b封閉，停止NH 3氣體的供應。接著，藉由與步驟A的淨化步驟一樣的處理順序、處理條件，將在處理室201內殘留的未反應或貢獻於第2層的形成後的NH 3氣體及反應副生成物從處理室201內排除。
[預定次數實施] 與步驟A、B非同時，亦即，將使其不同步而進行的循環進行1次以上(n次)，能夠在晶圓200上形成預定組成及預定膜厚的SiN膜。重複複數次上述循環較佳。亦即，藉由使進行1次上述循環時形成的第2層的厚度比所期望的膜厚還薄，將第2層層積形成的SiN膜的膜厚成為所期望的膜厚為止，重複複數次上述循環較佳。
(後淨化~大氣壓恢復) 在晶圓200上形成所期望組成、所期望膜厚的膜後，從噴嘴249a~249d的各者將作為淨化氣體的N 2氣體向處理室201供應，從排氣口233排氣。藉此，處理室201被淨化，在處理室201內殘留的氣體及反應副生成物從處理室201被除去(後淨化)。之後，處理室201的氛圍被置換成不活性氣體(不活性氣體置換)，處理室201的壓力恢復成常壓(大氣壓恢復)。
(晶舟卸載及晶圓卸除) 藉由晶舟升降機115使密封蓋219下降，歧管209的下端開口。接著，處理完的晶圓200，以支持於晶舟217的狀態從歧管209的下端向反應管203外部搬出(晶舟卸載)。晶舟卸載之後，閘門221被迫移動，歧管209的下端開口通過O型環220c藉由閘門221被密封(閘門關閉)。處理完的晶圓200，被搬出至反應管203的外部後，藉由晶舟217取出(晶圓卸除)。
(3)模擬 使用上述圖1所示的基板處理裝置的處理爐202，進行圖4所示的成膜序列的處理，在裸晶圓的70倍的表面積的圖案晶圓上形成SiN膜。圖5(A)為表示圖4的成膜順序中的步驟A時的處理爐202內的原料自由基的濃度分佈的圖、圖5(B)為說明圖5(A)中的第2突出部303附近的氣體的流動的圖。
如圖5(A)所示，噴嘴249c、249d的氣體供應孔250c、250d，分別面向處理氣體噴嘴側的使N 2氣體掠過第1突出部302的壁部的方向，而非晶圓中心方向。此外，噴嘴249d，因為是與噴嘴249c一樣的構造發揮同樣的效果，在以下使用噴嘴249c說明。
在本模擬中，從噴嘴249a供應的原料氣體即HCDS氣體的流量設為200sccm、從噴嘴249a供應的N 2氣體的流量設為12000sccm。此時同時從噴嘴249c、249d分別供應的N 2氣體的流量設為6250sccm。此時的處理室201內的壓力設為140Pa、成膜溫度設為700℃、其他處理條件設為與上述步驟A同樣的條件。
其中，在大表面積的晶圓上形成膜時，從噴嘴249a供應的原料氣體的大半，並非在窄的晶圓200間(晶圓間距間)，而在晶圓200的周緣部與反應管203的內壁之間的間隙G區域流動。藉此，原料氣體在晶圓周緣部擴散，在晶圓上流動的原料氣體的總量減少，到達晶圓中心部的原料氣體會枯竭。又，藉由在間隙G區域流動的原料氣體使晶圓的周緣部增膜，作為結果，在晶圓上膜會形成凹狀。
如同本實施形態，從噴嘴249c供應的N 2氣體，朝向噴嘴249a，向掠過第1突出部302的壁的方向供應後，如圖5(B)所示，在與第2突出部303附近的晶圓200的周緣部的一部分重疊的位置形成不活性氣體(N 2氣體)的渦流。因為該不活性氣體的渦流，在間隙G區域流動的原料氣體，在第2突出部303附近被抑止，能夠使原料氣體向比噴嘴249c還下游側的間隙G區域流出。藉此，在晶圓200的周緣部的一部分原料氣體的濃度降低、被稀釋。作為結果，抑制了晶圓200的周緣部的增膜。
又，因該不活性氣體的渦流，在第2突出部303附近被抑止的原料氣體，不與N 2氣體混合，而被導向晶圓200中心方向。該不活性氣體的渦流與處理氣體未混合而排斥，處理氣體的流動方向，變化成不活性氣體的渦流的流動方向。也就是說，原料氣體被供應至晶圓200中心部而在晶圓200中心部增膜。
又，從噴嘴249c供應的N 2氣體，因該不活性氣體的渦流，分別朝向排氣口233在下游側的間隙G區域流動並排出。也就是說，第2突出部303的下游側的間隙G區域被N 2氣體稀釋，抑制了晶圓200的周緣部的增膜。
亦即，藉由噴嘴249c、249d所致的不活性氣體的供應形成不活性氣體的渦流，能夠調整晶圓200上的原料氣體的稀釋效果範圍。
又，不活性氣體的渦流的大小，藉由調整噴嘴249c、249d的位置、或噴嘴249c、249d的氣體供應孔250c、250d的方向、反應管203的壁面形狀、或相對於原料氣體的總流量的從噴嘴249c、249d供應的不活性氣體的流量，而能夠控制。因此，藉由從晶圓的周緣部到任意距離為止的稀釋能夠抑制膜厚。
因此，能夠抑制面內膜厚分佈，在處理表面積大的圖案晶圓中也能夠使膜厚面內均勻性提升。
以下，說明關於實施例。 [實施例1]
圖6中的本實施例，評價使用圖1及圖2所示的基板處理裝置，藉由圖4所示的成膜順序形成SiN膜的晶圓的面內膜厚均勻性。圖6中的比較例1，評價在處理室使用無相對噴嘴的基板處理裝置形成SiN膜的晶圓的面內膜厚均勻性。圖6中的比較例2，評價在處理室使用具有2個相對噴嘴的基板處理裝置形成SiN膜的晶圓的面內膜厚均勻性。在比較例2中，2個相對噴嘴，分別配置於從處理氣體噴嘴在晶圓200的周方向90°遠離的位置，各自的相對噴嘴的氣體供應孔朝向晶圓200的中心。
由本實施例形成的晶圓的面內膜厚均勻性為±0.18%、由比較例1形成的晶圓的面內膜厚均勻性為±10.6%、由比較例2形成的晶圓的面內膜厚均勻性為±4.45%。
無相對噴嘴的比較例1中，與使用相對噴嘴的比較例2、本實施例比較，晶圓的周緣部(兩端部)的膜厚會形成比晶圓的中心部的膜厚還厚，確認到面內膜厚均勻性差。又，使用本實施例的相對噴嘴的情形中，與使用比較例2的相對噴嘴的情形比較，抑制了晶圓200的周緣部(兩端部)的增膜，確認到改善了面內膜厚均勻性。
比較例2中，由相對噴嘴供應的N 2氣體會與原料氣體混合，晶圓周緣部的原料氣體的稀釋效果會變得不明顯。又，因為原料氣體被稀釋了，到達晶圓中心部的原料氣體的總量會減少。再來，原料氣體向下游側的間隙G區域流出，因該流出的原料氣體的擴散晶圓周緣部會增膜。其結果，面內膜厚分佈會成為凹狀。
相對於此，在本實施例中，由相對噴嘴供應的N 2氣體形成的不活性氣體的渦流，未與原料氣體混合，而變更在間隙G區域流動的原料氣體的流動。藉此，在間隙G區域流動的原料氣體的濃度降低，抑制了晶圓周緣部的增膜。又，因該不活性氣體的渦流，在間隙G區域流動的原料氣體，被導向晶圓中心方向，到達晶圓中心部的原料氣體的流量增加。再來，因不活性氣體的渦流，下游側的間隙G區域被稀釋，抑制了晶圓200的周緣部的增膜。
因此，使相對噴嘴的氣體供應孔的方向，朝向比晶圓中心側還處理氣體噴嘴側，確認到改善了面內膜厚均勻性。 [實施例2]
接著，比較膜厚的相對噴嘴中的不活性氣體的流量相依性。圖7(A)為表示上述比較例2的相對噴嘴所致的不活性氣體的流量與面內膜厚分佈的關係的圖。圖7(B)為表示上述本實施例的相對噴嘴所致的不活性氣體的流量與面內膜厚分佈的關係的圖。
如圖7(A)所示，在比較例2中，若從相對噴嘴供應的N 2氣體的流量少，晶圓周緣部的膜厚會增膜。這應該是因為從相對噴嘴供應的N 2氣體，無法使在間隙G流動的原料氣體充分稀釋，無法使原料氣體到達晶圓中心部。又，若增加從相對噴嘴供應的N 2氣體的流量，雖使晶圓周緣部的膜厚減膜，但確認到在周緣部附近會引起局部的增膜。這應該是藉由從相對噴嘴供應的N 2氣體稀釋了晶圓周緣部，但因為與在間隙G流動的原料氣體的濃度差，在周緣部附近引起濃度擴散。這樣相對於在周緣部附近的局部的增膜，比較例2並非有效。其中，晶圓周緣部，指的是從晶圓中心的距離為80mm以上120mm以下，晶圓周緣部附近指的是從晶圓中心的距離為120mm以上150mm以下。若將N 2氣體的流量再增加，確認到在晶圓中心部膜會增膜。這應該是因為若從相對噴嘴供應的N 2氣體的流量多，N 2氣體為了向晶圓中心部供應，在晶圓的周緣部的原料氣體會被稀釋，但藉由從相對噴嘴供應的N 2氣體，間隙G的原料氣體多流向晶圓中心部。
如圖7(B)所示，本實施例中，若增加從相對噴嘴供應的N 2氣體的流量，則確認到抑制了晶圓周緣部最近的局部的增膜，且在晶圓中心部增膜。藉此，未引起晶圓邊緣的局部增膜，能夠抑制面內的凹凸，晶圓的面內膜厚分佈不會成為W型的分佈。也就是說，藉由調整從相對噴嘴供應的不活性氣體的流量，確認到抑制了面內膜厚分佈，能夠使面內膜厚均勻性提升。
(4)本實施形態所致的效果 根據本實施形態，得到以下所示的1或複數效果。
(a)相對於晶圓從處理氣體噴嘴供應處理氣體時，藉由由從處理氣體噴嘴在晶圓的周方向以預定距離遠離設置的相對噴嘴將不活性氣體向處理氣體噴嘴供應，形成不活性氣體的渦流，能夠使在晶圓上形成的膜的面內膜厚均勻性提升。
(b)藉由該不活性氣體的渦流，在晶圓的周緣部與反應管的內壁之間的間隙G區域流動的處理氣體，不與不活性氣體混合而排斥，變化成不活性氣體的渦流的流動的方向，向晶圓的中心方向流動。因此，使供應至晶圓的中心部的原料氣體增加，使晶圓中心部增膜。
(c)又，藉由在第2突出部303、第3突出部304附近形成不活性氣體的渦流，抑制了向晶圓的周緣部與反應管的內壁之間的間隙G區域的處理氣體的流入，能夠使向第2突出部303、第3突出部304的下游側的間隙G區域流動的處理氣體降低，抑制在晶圓的周緣部的增膜。
(d)又，藉由以與晶圓的周緣部的一部分重疊的方式形成不活性氣體的渦流，在晶圓的周緣部的一部分原料氣體的濃度被降低、稀釋。藉此，能夠抑制在晶圓的周緣部的增膜。
(e)又，由相對噴嘴供應的不活性氣體，因為藉由第2突出部303、第3突出部304附近的不活性氣體的渦流，向排氣口在下游側的間隙G區域流動排出，第2突出部302、第3突出部304的下游側的間隙G區域被稀釋，抑制在晶圓200的周緣部的增膜。藉此，不活性氣體供應至設於處理室201的下游側的間隙G區域中的溫度感測器263，另一方面因為處理氣體明顯降低，抑制了處理氣體所致的附著物。因此，因為保護了溫度感測器263的附著物所致的汙染，改善了溫度感測器263的維護週期。
(f)藉由抑制由相對噴嘴供應的不活性氣體的流量，形成不活性氣體的渦流，能夠調整晶圓200上的處理氣體的稀釋效果範圍。
(g)又，藉由將2個相對噴嘴，相對於處理氣體噴嘴的中心與排氣口的中心連結的直線配置成線對稱，能夠使在晶圓上形成的膜的面內膜厚均勻性提升。
(h)藉由調整相對噴嘴的設置位置、或形成於相對噴嘴的氣體供應孔的方向、相對於處理氣體的總流量的由相對氣體噴嘴供應的不活性氣體的流量等，能夠抑制在晶圓上形成的面內膜厚分佈，能夠使面內膜厚均勻性提升。
以上，具體說明本揭示的一實施形態。但是，本發明並不限於上述實施形態，可以在不脫離該要旨的範圍內能進行各種變更。
上述實施形態中，作為相對噴嘴雖用使用噴嘴249c與噴嘴249d的2個之例，但本揭示不限於此，相對噴嘴即便都是1個也可以、2個以上也可以。此外，相對噴嘴為1個的情形，因為在無相對噴嘴側的晶圓的周端部會增膜，2個以上較佳。
又，上述實施形態中，作為基板處理工程雖使用在晶圓200上形成SiN膜之例說明，但本揭示不限於此。例如，除了SiN膜以外，形成具有包含Si的矽化合物的膜、或包含鎢(W)、鈦(Ti)、鉿(Hf)等金屬化合物等的膜的情形，也能夠適用。
又，上述實施形態，例如在包含CVD (Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)、形成氧化膜、氮化膜的處理、及形成包含金屬的膜的處理的成膜處理中，也能夠適用。
又，用於基板處理的配方，因應處理內容個別準備，通過電通信線路及外部記憶裝置123儲存於記憶裝置121c內較佳。接著，開始處理時，CPU121a，從儲存於記憶裝置121c內的複數配方之中，因應基板處理的內容，適宜選擇適當的配方較佳。藉此，能夠藉由1台基板處理裝置將各種膜種、組成比、膜質、膜厚之膜，以高再現性形成。又，能夠降低操作者的負擔，能夠迴避操作錯誤，並迅速開始處理。
又，上述配方，不限於新作成的情形，例如，藉由變更在基板處理裝置已安裝的既存的配方準備也可以。變更配方時，將變更後的配方，通過電通信線路或記錄該配方的記錄媒體，安裝於基板處理裝置也可以。又，操作既存的基板處理裝置具備的輸出入裝置122，直接變更在基板處理裝置已安裝的既存的配方也可以。
又，不限於處理上述基板處理裝置的那種半導體晶圓的半導體製造裝置等，也能夠適用於處理玻璃基板的LCD(Liquid Crystal Display)製造裝置。
200:晶圓(基板) 201:處理室 233:排氣口 249a:噴嘴(處理氣體噴嘴) 249b:噴嘴(處理氣體噴嘴) 249c:噴嘴(不活性氣體噴嘴) 249d:噴嘴(不活性氣體噴嘴) 302:第1突出部 303:第2突出部 304:第3突出部
[圖1]本揭示的一實施形態適合使用的基板處理裝置的概略構造圖，將處理爐部分以縱剖面圖表示的圖。 [圖2]將本揭示的一實施形態適合使用的基板處理裝置的處理爐的一部分以圖1的A-A線剖面圖表示的圖。 [圖3]本揭示的一實施形態適合使用的基板處理裝置的控制器的概略構造圖，將控制器的控制系統以方塊圖表示的圖。 [圖4]表示本揭示的一實施形態適合使用的基板處理裝置的成膜順序的圖。 [圖5]圖5(A)為將本揭示的一實施形態適合使用的基板處理裝置的處理爐內的原料自由基的濃度分佈的圖、圖5(B)為說明圖5(A)中的相對噴嘴附近的氣體的流動的圖。 [圖6]表示分別使用本揭示的一實施形態(本實施例)的基板處理裝置、比較例1的基板處理裝置、及比較例2的基板處理裝置，在基板上形成的膜的面內膜厚分佈的解析結果的圖。 [圖7]圖7(A)為表示使用比較例2的基板處理裝置在基板上形成膜時的相對噴嘴中的不活性氣體的流量與面內膜厚分佈的關係的圖。圖7(B)為表示使用本揭示的一實施形態的基板處理裝置在基板上形成膜時的相對噴嘴中的不活性氣體的流量與面內膜厚分佈的關係的圖。
200:晶圓(基板)
201:處理室
202:處理爐
203:反應管
207:加熱器
231:排氣管
232a~232d:氣體供應管
233:排氣口
249a~249b:噴嘴(處理氣體噴嘴)
249c~249d:噴嘴(不活性氣體噴嘴)
250a~250d:氣體供應孔
263:溫度感測器
302:第1突出部
303:第2突出部
304:第3突出部
G:間隙

Claims (16)

  1. 一種基板處理裝置，具備：對處理基板的處理室供應處理氣體的處理氣體供應部； 以在前述基板的周緣部形成渦流的方式向前述處理氣體供應部供應不活性氣體的不活性氣體供應部。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，在前述基板的周緣部附近流動的前述處理氣體的方向，藉由前述不活性氣體，朝向基板中心方向。
  3. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述基板的周緣部，因前述渦流，前述不活性氣體與前述處理氣體不混合而排斥。
  4. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，利用前述渦流所致的前述不活性氣體與前述處理氣體的排斥作用，前述基板的周緣部附近的前述處理氣體的流動方向發生變化。
  5. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，從前述不活性氣體噴嘴供應的不活性氣體的渦流，在形成前述渦流後的下游側，在前述基板的端部與前述反應管的內壁之間流動。
  6. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述處理室，包含以收容前述處理氣體噴嘴的方式向外側突出的第1突出部、及以收容前述不活性氣體噴嘴的方式向外側突出的第2突出部。
  7. 如請求項6記載的基板處理裝置，其中，前述不活性氣體的渦流，形成於前述第2突出部附近。
  8. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述不活性氣體供應部配置複數個。
  9. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述處理氣體的濃度在前述基板的周緣部的一部分降低。
  10. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述不活性氣體供應部，在前述處理氣體供應部與前述基板的周方向遠離配置。
  11. 如請求項1記載的基板處理裝置，具有：配置於與前述處理氣體供應部對向的位置且將前述處理室的氛圍排氣的排氣部； 前述不活性氣體供應部，相對於連結前述處理氣體供應部與前述排氣部的直線以線對稱配置。
  12. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述不活性氣體供應部，從連結前述處理氣體供應部的中心與前述基板中心的直線在前述基板的周方向配置於15度以上120度以下的位置。
  13. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述不活性氣體的流量，為從前述處理氣體供應部供應的前述處理氣體的總流量的1/4以上2/3以下。
  14. 如請求項1記載的基板處理裝置，更具有：將前述處理室的氛圍排氣的排氣部； 從前述不活性氣體供應部供應的前述不活性氣體，流經前述基板的端部與前述反應管的內壁之間被前述排氣部排氣，
  15. 一種半導體裝置的製造方法，具備：從處理氣體供應部向處理基板的處理室供應處理氣體的工程； 以在前述基板的周緣部形成渦流的方式向前述處理氣體供應部供應不活性氣體的工程。
  16. 一種藉由電腦使基板處理裝置執行下述步驟的程式：從處理氣體噴嘴向處理基板的處理室供應處理氣體的步驟； 以在前述基板的周緣部形成渦流的方式向前述處理氣體供應部供應不活性氣體的步驟。
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