TW202347589A - 基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及基板支撐具 - Google Patents

基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及基板支撐具 Download PDF

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TW202347589A
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寿崎健一
Yuma IKEDA
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明的課題是在於使用蝕刻氣體的堆積物除去時，使堆積物的除去效率提升，使起因於堆積物的殘渣之微粒等的產生減低。 其解決手段，基板處理裝置係具備： 支撐基板的基板支撐柱； 被設在基板支撐柱的基板支撐區域的下方的隔熱部；及 收容基板支撐柱及隔熱部的處理容器， 隔熱部係具有： 與處理容器的內壁對向的筒狀的側壁部；及 面對基板支撐區域來閉塞側壁部的上端的上端部， 上端部之中與基板支撐區域對向的面的至少一部分為藉由熱傳導率比形成側壁部的上端及基板支撐柱的第2材料更大的第1材料所形成的上面部來構成。

Description

基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及基板支撐具
本案是關於基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及基板支撐具。
作為半導體裝置的製造工序的一工序，有對處理基板的處理室內供給蝕刻氣體，除去附著於處理室內的堆積物等的洗滌工序被進行的情況(例如專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-26660號公報
(發明所欲解決的課題)
但，藉由蝕刻工序，堆積物不會被充分地除去，未被除去的堆積物會成為微粒等，有影響基板的處理的情形。
本案的目的是在於提供一種在使用蝕刻氣體的堆積物除去時，可使堆積物的除去效率提升，使起因於堆積物的殘渣之微粒等的產生減低之技術。 (用以解決課題的手段)
若根據本案的一形態，則提供下述構成的技術， 具備： 支撐基板的基板支撐柱； 被設在前述基板支撐柱的基板支撐區域的下方的隔熱部；及 收容前述基板支撐柱及前述隔熱部的處理容器， 前述隔熱部係具有： 與前述處理容器的內壁對向的筒狀的側壁部；及 面對前述基板支撐區域來閉塞前述側壁部的上端的上端部， 前述上端部之中與前述基板支撐區域對向的面的至少一部分為藉由熱傳導率比形成前述側壁部的上端及前述基板支撐柱的第2材料更大的第1材料所形成的上面部來構成。 [發明的效果]
可提供一種在使用蝕刻氣體的堆積物除去時，可使堆積物的除去效率提升，使起因於堆積物的殘渣之微粒等的產生減低之技術。
以下，邊參照圖1~圖6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 如圖1所示般，處理爐202是具有作為加熱手段(加熱機構)的加熱器207。加熱器207是圓筒形狀，藉由被支撐於保持板來垂直地安裝。加熱器207是亦作為以熱來使氣體活化(激發)的活化機構(激發部)機能。加熱器207是被設在後述的隔熱部218的外側，且面對基板支撐區域402的位置。亦即，在本實施形態中，加熱器207是未被設在隔熱部218的內部。
在加熱器207的內側是配設有與加熱器207同心圓狀地構成反應容器(處理容器)的反應管。反應管是具有2重管構成，具備內管(內筒、內管)204及同心圓狀地包圍內管204的外管(外筒、外管)203。內管204及外管203是分別藉由例如石英(SiO 2)或碳化矽(SiC)等的耐熱性材料所構成，被形成上端為閉塞且下端為開口的圓筒形狀。
在內管204的筒中空部(反應容器的內側)是形成對於作為基板的晶圓200進行處理的處理室201。處理室201是被構成可使晶圓200在從處理室201內的一端側(下方側)朝向另一端側(上方側)配列的狀態下收容。處理室201內是可思考分成複數的區域。本形態是亦將在處理室201內配列有複數片的晶圓200的區域稱為基板支撐區域204(晶圓支撐區域)。亦將基板支撐區域204稱為基板配列區域(晶圓配列區域)。基板支撐區域204為了均等地處理晶圓200，而包含藉由加熱器207來均一地保持溫度的區域，亦即均熱區域T1。又，亦將處理室201內，包含基板支撐區域204的區域，藉由加熱器207所包圍的區域，亦即處理室201內的比較溫度高的區域稱為高溫區域。又，亦將處理室201內，不包含基板支撐區域204的區域，未藉由加熱器207所實質包圍的區域(後述的隔熱部218周邊的區域)，亦即處理室201內的比較溫度低的區域稱為低溫區域。具體而言，低溫區域是比隔熱部218的上面更下方側的處理室201內的區域。又，亦將處理室201內配列晶圓200的方向稱為基板配列方向(晶圓配列方向)。
在外管203的下方是與外管203同心圓狀地配設有集合管(入口凸緣(inlet flange))209。內管204及外管203是分別藉由集合管209來從下方支撐。集合管209是藉由例如不鏽鋼(SUS)等的金屬材料所構成，被形成上端及下端為開口的圓筒形狀。外管203的下端是抵接於集合管209的上端。如圖1所示般，在集合管209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成為垂直地安裝的狀態。主要藉由外管203、內管204及集合管209來構成反應容器。
在內管204的筒中空部是形成預備室(噴嘴收容室)201a。預備室201a是從內管204的側壁朝向內管204的徑方向外側突出，形成沿著垂直方向而延展(延伸)的通道形狀(溝形狀)。預備室201a的內壁是構成處理室201的內壁的一部分。平面視，預備室201a與處理室201是可謂經由被設在內管204的開口201b來彼此連通。
在內管204及預備室201a的各者的內壁是設有限制氣體的流路的氣體流路限制部的罩(cover)204b，被形成為沿著內壁且從內壁朝向內管204的中心軸突出。罩204b是可藉由例如石英或SiC等所構成。罩204b是被設在與隔熱部218的側面(側壁部404)的至少一部分對向的範圍。亦即，從上方看時，罩204b是被設為包圍隔熱部218的外周。罩204b是藉由在與隔熱部218的側面之間形成從後述的氣體供給管342f供給的惰性氣體會從下方朝向上方流動的流路，抑制被供給至基板支撐區域204的原料氣體或反應氣體接觸於隔熱部218的側面或下方。藉此，可抑制往隔熱部218的側面或下方、其內部的堆積物的形成。另外，在本形態中，雖將氣體流路限制部構成為罩204b，但不限於罩形狀，亦可藉由設為塊形狀或將內管204突出至內側的形狀而構成。
在預備室201a內是分別收容有作為氣體供給部的噴嘴410，420。噴嘴410，420是分別藉由例如石英或SiC等的耐熱性材料所構成，分別構成為L字型的長噴嘴。噴嘴410，420的水平部是被設為貫通集合管209的側壁。噴嘴410，420的垂直部是分別被設為從預備室201a的內壁的下部延伸至上部，朝向晶圓配列方向上方而升起。亦即，如圖2所示般，噴嘴410，420是分別被設為在基板支撐區域204的側方的水平包圍基板支撐區域的區域，沿著基板支撐區域204。如圖1所示般，噴嘴410，420是被設為該等的上端部的高度位置會到達後述的晶舟217的頂部附近的高度位置。本案是亦將噴嘴410，420分別稱為第1噴嘴、第2噴嘴。
在噴嘴410，420的側面是分別設有供給氣體的氣體供給孔(開口部)410a，420a。噴嘴410，420的氣體供給孔410a，420a是分別在與晶圓200對向的位置，亦即以對應於基板支撐區域204的晶圓配列方向的全域之方式，從噴嘴410，420的上部到下部設置複數個。亦即，氣體供給孔410a，420a是從後述的晶舟217的下部到上部的高度的位置設置複數個，可對被收容於晶舟217的全部的晶圓200噴出氣體。
本形態是經由配置於圓筒狀的空間的預備室201a內的噴嘴410，420來運送氣體。然後，從分別被開口於噴嘴410，420的氣體供給孔410a，420a使氣體往處理室201內噴出。而且，將內管204內的氣體的主要的流動設為與晶圓200的表面平行的方向，亦即水平方向。藉由設為如此的構成，可對各晶圓200均一地供給氣體。流動於晶圓200的表面上的氣體是朝向後述的排氣孔204a的方向流動。但，此氣體的流動的方向是依據排氣孔204a的位置來適當特定，不是限於水平方向者。
噴嘴410，420是連接氣體供給管342a，342d。如此，內管204是分別連接2個的噴嘴410，420及2根的氣體供給管342a，342d，被構成為可往處理室201內供給複數種類的氣體。
集合管209的下方是連接氣體供給管342f。氣體供給管342f是被設為貫通集合管209及內管204的側壁下部。
氣體供給管342a，342d是分別以氣體供給管342b及342c、氣體供給管342e會合流的方式連接。氣體供給管342a~342f是從氣流的上游側依序分別設有流量控制器(流量控制部)的質量流控制器(MFC)341a~341f、開閉閥的閥343a~343f。
從氣體供給管342a是可將作為處理氣體的原料氣體，含有成為構成被形成於晶圓200上的膜的主元素的預定元素之氣體，亦即含預定元素氣體往處理室201內的晶圓處理區域供給。所謂原料氣體是氣體狀態的原料，例如可藉由使在常溫常壓下為液體狀態的原料氣化而取得的氣體，或在常溫常壓下為氣體狀態的原料等。含預定元素氣體是成膜氣體，亦即作為預定元素來源作用。
從氣體供給管342b是可將在後述的洗滌工序中使用的蝕刻氣體(洗滌氣體)往處理室201內供給。
從氣體供給管342d是可將處理氣體的反應氣體(反應體)往處理室201內的晶圓處理區域供給。反應氣體是例如氧化氣體或氮化氣體，作為成膜氣體作用。
從氣體供給管342c，342e是可將惰性氣體分別供給至處理室201內的晶圓處理區域。該惰性氣體是作為淨化氣體、稀釋氣體或載體氣體作用。
從氣體供給管342f是可將惰性氣體往處理室201內的低溫區域供給。該惰性氣體是作為淨化氣體作用。從氣體供給管342f供給的惰性氣體是被供給至例如處理室201的內壁201A與側壁部404之間。又，該惰性氣體是對於隔熱部218的外周空間或內部空間的至少任一者供給。另外，淨化隔熱部218的側壁部404的惰性氣體供給系(噴嘴)與淨化內部空間404B的惰性氣體供給系(噴嘴)是亦可為1個，或亦可分別個別地設置。又，亦可將氣體供給管342f連接至後述的旋轉機構267，從旋轉軸255的外周往處理室201內的低溫區域供給惰性氣體。
主要藉由氣體供給管342a、MFC341a、閥343a來構成原料氣體供給系(含金屬原料氣體供給系)。亦可思考將噴嘴410含在原料氣體供給系中。主要藉由氣體供給管342d、MFC341d、閥343d來構成反應氣體供給系(含氧氣體供給系)。亦可思考將噴嘴420含在反應氣體供給系中。亦可將原料氣體供給系及反應氣體供給系一起思考為處理氣體供給系(氣體供給系)。又，亦可將原料氣體供給系或反應氣體供給系的至少任一者思考為處理氣體供給部。主要藉由氣體供給管342c，342e、MFC341c，341e、閥343c，343e來構成第1惰性氣體供給系(淨化氣體供給系、稀釋氣體供給系、載體氣體供給系)。主要藉由氣體供給管342f、MFC341f、閥343f來構成第2惰性氣體供給系(淨化氣體供給系)。主要藉由氣體供給管342b、MFC341b、閥343b來構成蝕刻氣體供給系(洗滌氣體供給系)。
如圖1所示般，在內管204的側壁是被構成為例如縫隙狀的貫通孔的排氣孔(排氣縫隙)204a會被細長開設於垂直方向。排氣孔204a是正面視例如矩形，被設為從內管204的側壁的下部到上部，對應於晶圓配列區域的晶圓配列方向的全域。另外，排氣孔204a是不限於被構成為縫隙狀的貫通孔，亦可藉由複數個的孔所構成。處理室201內與藉由內管204和外管203之間的圓環狀的空間(間隙)所構成的排氣路206是經由排氣孔204a來連通。
如圖2所示般，平面視，預備室201a與排氣孔204a是隔著被收容於處理室201內的晶圓200的中心而對向(位於180度相反側的位置)。又，噴嘴410，420與排氣孔204a是隔著被收容於處理室201內的晶圓200的中心而對向。
如圖1所示般，集合管209是經由排氣路206來連接將處理室201內的氣氛排氣的排氣管231。排氣管231是經由作為檢測出排氣路206內亦即處理室201內的壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器245及作為壓力調整器(壓力調整部)的APC(Auto Pressure Controller)閥243來連接作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥243是被構成為藉由在使真空泵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，根據藉由壓力感測器245所檢測出的壓力資訊來調節閥開度，可調整處理室201內的壓力。主要藉由排氣管231、APC閥243、壓力感測器245來構成排氣系亦即排氣管線。亦可思考將排氣孔204a、排氣路206、真空泵246含在排氣系中。
集合管209的下端開口是被構成為處理爐202的爐口，晶舟217藉由後述的晶舟升降機115來上昇時，隔著O型環220b藉由作為蓋體的密封蓋219來氣密地密封。密封蓋219是藉由SUS等的金屬材料所構成，被形成圓盤狀。在密封蓋219的下方是設置有使晶舟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是被構成為藉由被垂直地設置於外管203的外部的作為昇降機構的晶舟升降機115來昇降於垂直方向。晶舟升降機115是被構成為藉由使密封蓋219昇降來將藉由晶舟217所支撐的晶圓200搬入及搬出(搬送)於處理室201內外的搬送裝置(搬送機構)。
作為基板保持具的晶舟217是被構成為使複數片的晶圓200以水平姿勢且彼此中心一致的狀態下排列而多段保持。晶舟217是具備：支撐晶圓200的基板支撐柱400，及被設在基板支撐柱400的基板支撐區域402的下方的隔熱部218。製程筒(process tube)203是可收容具有基板支撐柱400及隔熱部218的晶舟217。
隔熱部218是具有：與處理室201的內壁201A對向的筒狀的側壁部404，及面對基板支撐區域402來閉塞側壁部404的上端的上端部406，上端部406之中與基板支撐區域402對向的面的至少一部分是藉由熱傳導率比形成側壁部404的上端及基板支撐柱400的第2材料更大的第1材料所形成的上面部408來構成。
上面部408是亦可被設為包含上端部406的至少中央。亦可將此「中央」改稱為「中心點」。又，上端部406的外緣406A亦可藉由第2材料所形成。上面部408是亦可藉由第1材料所形成的板狀體409來構成。在圖示的例子中，板狀體409是被構成圓板狀。第1材料是例如碳化矽(SiC)，第2材料是例如石英(SiO 2)。
板狀體409是亦可被設成可裝卸於被設在上端部406的支撐部406B。具體而言，支撐部406B具有凹部406C，板狀體409是亦可被安裝為嵌入至凹部406C。支撐部406B是亦可藉由第2材料所形成。
如圖5所示般，板狀體409是亦可被設為其下面會面對(露出於)隔熱部218的內部空間404B。在支撐部406B形成有貫通部406D，板狀體409會被支撐於帽簷狀地留下的支撐部406B。藉此，板狀體409的下面會面對隔熱部218的內部空間404B。
隔熱部218是藉由側壁部404及上端部406所包圍的中空構造(亦即未容納有隔熱板或加熱器等的構成的構造)為理想。在隔熱部218的內部，隔熱板(未圖示)是未被支撐，但亦可支撐1片以上隔熱板。
在側壁部404是亦可設有連通至隔熱部218的內部空間404B的開口404A。如圖3所示般，開口404A是被設在例如側壁部404的下端部，且被設在側壁部404的周方向的複數處。
基板支撐柱400是被構成可在以水平姿勢彼此取間隔的狀態下支撐複數的晶圓200。如圖3所示般，基板支撐柱400是亦可被立設在位於隔熱部218的最下部的基部412上。又，基板支撐柱400是亦可被立設於上端部406的例如外緣406A上。換言之，基板支撐柱400是非接觸地設於上面部408。
在製程筒203內是設置有作為溫度檢測器的溫度感測器263。
如圖6所示般，控制部(控制手段)的控制器121是構成為具備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液體原料的溫度的控制程式、控制基板處理裝置的動作的控制程式、記載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的至少任一者。製程處方是被組合為可使後述的半導體裝置的製造方法的各工序(各步驟)藉由作為電腦構成的控制器121來實行於基板處理裝置，可取得預定的結果，作為程式機能。以下，亦將此製程處方、控制程式等總簡稱為程式。在本說明書中使用程式的用語時，是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。RAM121b是被構成為暫時性地保持藉由CPU121a所讀出的程式或資料等之記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d是被連接至上述的MFC341a~ 341f、閥343a~343f、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等的至少任一者。
CPU121a是被構成為從記憶裝置121c讀出控制程式而實行，且可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是被構成為可按照讀出的處方的內容，控制MFC341a~341f所致的各種氣體的流量調整動作、閥343a~343f的開閉動作、APC閥243的開閉動作及根據壓力感測器245的APC閥243所致的壓力調整動作、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之晶圓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，亦可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單體時，只包含外部記憶裝置123單體時，或包含該等雙方時。另外，對電腦的程式的提供是亦可不使用外部記憶裝置123，而利用網際網路或專用線路等的通訊手段來進行。
控制部是被構成可控制處理氣體供給系及蝕刻氣體供給系，使得以實行：將成膜氣體供給至處理室201(處理容器)內而在被收容於處理室201內的晶圓200(基板)上形成膜的處理，及將蝕刻氣體供給至處理室201內而除去堆積於處理室201內的膜的處理。
(2)基板處理工序 其次，說明有關使用上述的基板處理裝置10，在晶圓上形成膜而製造半導體裝置(裝置)的方法之一例，作為本實施形態的半導體裝置(device)的製造工序的一工序。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。
請求項17 半導體裝置的製造方法是具有： 使晶圓200支撐於上述晶舟217(基板支撐具)的工序； 將成膜氣體供給至收容有支撐了晶圓200的狀態的晶舟217的處理室201內的工序； 從晶舟217取出晶圓200的工序；及 將蝕刻氣體供給至收容有未支撐晶圓200的狀態的晶舟217的處理室201內的工序。
另外，在本說明書中使用「晶圓」的用語時，是有意思「晶圓本身」時，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(集合體)」時(亦即包含被形成於表面的預定的層或膜等而稱為晶圓時)。並且，在本說明書中使用「晶圓的表面」的用語時，是有意思「晶圓本身的表面(露出面)」時，或「被形成於晶圓上的預定的層或膜等的表面，亦即作為層疊體的晶圓的最表面」時。另外，在本說明書中使用「基板」的用語時，是與使用「晶圓」的用語時同義。
(A)成膜工序 說明使用基板處理裝置10，供給成膜氣體至晶圓200，在晶圓200上形成含有預定元素的膜的情況。本形態是以預定溫度來加熱複數的晶圓200被支撐於晶舟217的狀態下收容的處理室201。然後，進行預定次數(n次)對處理室201供給作為成膜氣體的含有預定元素的原料氣體的原料氣體供給步驟及供給作為成膜氣體的反應氣體的反應氣體供給步驟。
(晶圓搬入) 將複數片的晶圓200搬入至處理室201內(晶舟裝載)。具體而言，一旦複數片的晶圓200被裝填於晶舟217(晶圓充填)，則如圖2所示般，支撐複數片的晶圓200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。在此狀態下，密封蓋219是成為經由O型環220來將集合管209的下端開口閉塞的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 以處理室201內成為所望的壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246來真空排氣。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是至少至對於晶圓200的處理完了的期間維持使常時作動的狀態。又，以處理室201內成為所望的溫度之方式，藉由加熱器207來加熱。此時，以處理室201內成為所望的溫度分佈之方式，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)。加熱器207所致的處理室201內的加熱是至少至對於晶圓200的處理完了的期間繼續進行。
進一步，晶舟217及晶圓200會藉由旋轉機構267來旋轉。旋轉機構267所致的晶舟217及晶圓200的旋轉是至少至對於晶圓200的處理完了的期間繼續進行。
(成膜工序) 然後，依原料氣體供給步驟(第1氣體供給步驟)、殘留氣體除去步驟、反應氣體供給步驟(第2氣體供給步驟)、殘留氣體除去步驟的順序進行預定次數。
(原料氣體供給步驟) 開啟閥343a，往氣體供給管310流動原料氣體。原料氣體是藉由MFC341a來調整流量，往處理室201內供給。此時同時開啟閥343c，使惰性氣體的載體氣體流動至氣體供給管342a內。載體氣體是藉由MFC341c來調整流量，與原料氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。進一步，為了防止往氣體供給管342d之原料氣體的侵入(防止逆流)，開啟閥343e，往氣體供給管342d內流動載體氣體。進一步，為了抑制往隔熱部218的側壁部404及/或隔熱部218的內部之原料氣體的接觸，開啟閥343f，從氣體供給管342f往處理室201的爐口部供給作為淨化氣體的惰性氣體。
此時，適當調整APC閥243，將處理室201的壓力設為例如1~1000Pa，理想是1~100Pa，更理想是10~50Pa的範圍內的壓力。另外，本說明書的「1~1000Pa」般的數值範圍的記載是意思下限值及上限值含在其範圍中。因此，例如所謂「1~1000Pa」是意思「1Pa以上1000Pa以下」。有關其他的數值範圍也同樣。
以MFC341a所控制的原料氣體的供給流量是設為例如10~2000sccm，理想是50~1000sccm，更理想是100~500sccm的範圍內的流量。
以MFC341c來控制的載體氣體的供給流量是例如設為1~30slm的範圍內的流量。對於晶圓200供給原料氣體的時間是設為例如1~60秒，理想是1~20秒，更理想是2~15秒的範圍內。在此，作為載體氣體使用的惰性氣體是例如可使用氮(N 2)氣體或氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等的稀有氣體。惰性氣體是可使用該等之中1個以上。此點是在後述的其他的惰性氣體也同樣。
加熱器207是加熱晶圓200的溫度成為例如200~600℃，理想是350℃~550℃，更理想是400~550℃的範圍內。
原料氣體是例如可使用含有金屬元素的鋁(Al)作為預定元素之含金屬氣體的含Al原料氣體(含Al原料，含Al氣體)。含Al原料氣體是例如可使用氯化鋁(AlCl 3)氣體等的鹵素系含Al氣體或三甲基鋁((CH 3) 3Al、TMA)氣體等的有機系含Al氣體。
藉由在前述的條件下往處理室201供給原料氣體，在晶圓200的最表面上形成第1層。例如，使用含Al氣體作為原料氣體時，形成含Al層作為第1層。含Al層是亦可為含Al氣體或含Al氣體的一部分分解後的吸附層(物理吸附層或化學吸附層)，亦可為Al堆層疊(Al層)。
(殘留氣體除去步驟) 其次，關閉閥343a，停止原料氣體的供給。此時，APC閥243是保持開啟，藉由真空泵246來將處理室201真空排氣，從處理室201排除殘留於處理室201的未反應或貢獻層形成之後的原料氣體。閥343c，343e，343f是在開啟的狀態下維持載體氣體往處理室201的供給。
(反應氣體供給步驟) 除去處理室201的殘留氣體之後，開啟閥343d，使反應氣體流動至氣體供給管342d內。反應氣體是藉由MFC341d來調整流量，從氣體供給管342d對於處理室201內的晶圓200供給，從排氣管231排氣。亦即晶圓200是被暴露於反應氣體。
此時，開啟閥343e，使載體氣體流動至氣體供給管342e內。載體氣體是藉由MFC341e來調整流量，與反應氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，為了防止往氣體供給管342a內之反應氣體的侵入(防止逆流)，開啟閥343c，往氣體供給管342a內流動載體氣體。進一步，與原料氣體供給步驟同樣，為了抑制往隔熱部218的側壁部404及/或隔熱部218的內部之反應氣體的接觸，設為開啟閥343f的狀態，從氣體供給管342f往處理室201的爐口部供給作為淨化氣體的惰性氣體。但，在本步驟中，來自氣體供給管342f的淨化氣體的供給是亦可設為比原料氣體供給步驟更縮小供給流量或停止。
此時，適當地調整APC閥243，將處理室201的壓力設為例如1~1000Pa的範圍內的壓力。以MFC341d控制的反應氣體的供給流量是例如設為5~40slm，理想是5~30slm，更理想是10~20slm的範圍內的流量。對於晶圓200供給反應氣體的時間是例如設為1~60秒的範圍內。其他的處理條件是設為與前述的原料氣體供給步驟同樣的處理條件。
反應氣體是可使用與原料氣體反應的氣體，例如氧化氣體。氧化氣體是可使用氧(O 2)氣體、臭氧(O 3)氣體、被電漿激發的O 2(O 2*)氣體、O 2氣體+氫(H 2)氣體、水蒸氣(H 2O氣體)、過氧化氫(H 2O 2)氣體、一氧化二氮(N 2O)氣體、一氧化氮(NO)氣體、二氧化氮(NO 2)氣體、一氧化碳(CO)氣體、二氧化碳(CO 2)氣體等的含氧(O)氣體等。氧化氣體是可使用該等之中1個以上。
此時流動至處理室201的氣體是僅反應氣體與惰性氣體。反應氣體是在原料氣體供給步驟與被形成於晶圓200上的第1層的至少一部分反應。亦即，在原料氣體供給步驟被形成的作為第1層的含Al層是被氧化，形成第2層亦即含有Al及O的鋁氧化層(AlO層)作為金屬氧化層。亦即含Al層是被改質成AlO層。
(殘留氣體除去步驟) 其次，關閉閥324，停止反應氣體的供給。然後，藉由與原料氣體供給步驟後的殘留氣體除去步驟同樣的處理程序，從處理室201內排除殘留於處理室201內的未反應或貢獻第2層的形成之後的反應氣體或反應副生成物。
將依序進行以上說明的原料氣體供給步驟、殘留氣體除去步驟、反應氣體供給步驟、殘留氣體除去步驟的循環予以進行預定的次數(1次以上)。藉由如此分批處理(複數的工序進行複數次)，在晶圓200上形成膜。藉此，在晶圓200上例如形成鋁氧化膜(AlO膜)作為含有Al及O的膜。
並且，在以上的成膜工序中，在原料氣體或反應氣體所接觸的處理室201的內壁等(例如有包括內管204的內壁或集合管209的內壁等的情形)或隔熱部218的上面部408的表面是膜(堆積物)會附著(堆積)。如此附著於處理室201內的膜是在之後的成膜工序中成為微粒(異物)產生的要因，有導致被形成於晶圓200上的膜或裝置的品質降低的情形。為此，本實施形態的半導體裝置的製造方法是在後述的洗滌工序中，除去附著於處理室201內的膜。另外，附著於處理室內等的堆積物是除了與被形成於晶圓200上的膜同成分的膜以外，亦有包含在成膜工序中被生成的副生成物等的情形。進一步，亦有包含從內管204的內側表面剝離的石英等的成分的情形。另外，在本實施形態中，藉由設置罩204b，可抑制往隔熱部218的側壁部404的表面之堆積物的附著，因此只在後述的洗滌工序中除去附著於面對基板支撐區域402的部位的堆積物，便可有效地抑制起因於堆積物之微粒等的產生。
另外，所謂分批處理是將依序進行原料氣體供給步驟、殘留氣體除去步驟、反應氣體供給步驟、殘留氣體除去步驟的循環予以進行預定的次數，在晶圓200上形成膜的處理。而且，以1批(batch)在晶圓200上形成膜。
(後淨化及大氣壓恢復) 從氣體供給管342a，342d，342f的各者，往處理室201內供給惰性氣體，從排氣管231排氣。惰性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)。
(晶圓搬出) 然後，密封蓋219會藉由晶舟升降機115而下降，集合管209的下端會被開口。然後，處理完了晶圓200會在被支撐於晶舟217的狀態下從製程筒203的下端搬出至製程筒203的外部(晶舟卸載)。然後，處理完了的晶圓200從晶舟217取出(晶圓釋放)。
(B)洗滌工序 其次，說明有關將在成膜工序中附著於處理室201內等的膜予以蝕刻的工序(洗滌工序)。
(晶舟的收容(晶舟裝載)) 從處理室201內搬出晶舟217，從晶舟217取出晶圓200之後，使成空的晶舟217回到處理室201。在此狀態下，密封蓋219是成為經由O型環220來閉塞集合管209的下端開口的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 以處理室201內會成為所望的壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246來真空排氣。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是至少至對於晶圓200的處理完了的期間維持使常時作動的狀態。又，以處理室201內會成為所望的溫度之方式，藉由加熱器207來加熱。此時，以處理室201內會成為所望的溫度分佈之方式，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)。加熱器207所致的處理室201內的加熱是至少至蝕刻處理完了的期間繼續進行。
(蝕刻(洗滌)工序) 實行將附著於處理室201內等的膜予以蝕刻而洗滌處理室201內的步驟。
(蝕刻步驟) 開啟閥343b，使蝕刻氣體(洗滌氣體)流動至氣體供給管342a內。蝕刻氣體是藉由MFC341b來調整流量，從氣體供給管342b經由噴嘴410來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時同時開啟閥343c，使惰性氣體流動至氣體供給管342a內。流動於氣體供給管342a內的惰性氣體是藉由MFC341c來調整流量，作為稀釋氣體(或載體氣體)與蝕刻氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。另外，此時，為了防止往氣體供給管342d，342f內之蝕刻氣體的侵入，亦可開啟閥343d，343f，使惰性氣體流動至氣體供給管342d，342f內。
蝕刻氣體是例如可使用三氯化硼(BCl 3)、四氯化矽(SiCl 4)、氯化氫(HCl)、氯(Cl 2)、氟(F 2)、氟化氫(HF)、四氟化矽(SiF 4)、三氟化氮(NF 3)、三氟化氯(ClF 3)、三溴化硼(BBr 3)、四溴化矽(SiBr 4)及溴(Br 2)等的含鹵素氣體。蝕刻氣體是可使用該等之中1個以上。
藉由蝕刻氣體的供給，附著於處理室201內等的堆積物(特別是附著於面對基板支撐區域402的內管204的內壁、晶舟217的基板支撐柱400及上面部408的表面的堆積物)與蝕刻氣體會反應，而從處理室201除去。例如使用SiCl 4氣體作為蝕刻氣體時，藉由SiCl 4氣體的供給，附著於處理室201內的AlO膜的至少一部分與SiCl 4氣體會反應，而從處理室201除去。
此時，藉由控制器121來控制加熱器207，將處理室201內例如加熱至200~800℃，理想是400~650℃的範圍內的預定溫度，使蝕刻氣體活化。在此，隔熱部218的上面部408是由以熱傳導率大的第1材料所形成的板狀體409來構成，因此可在面內藉由加熱器207來均一地加熱。藉此，可有效率地且無不均除去附著於上面部408的表面的堆積物。又，此時，關閉APC閥243，或實質地關閉成不影響處理的程度，將蝕刻氣體封入處理室201內。藉由封入蝕刻氣體，可減少對上述的反應延遲所致的蝕刻的影響。而且，將處理室201內的壓力維持於第1壓力，例如1~40000Pa，理想是10000~30000Pa，更理想是20000~30000Pa的範圍內的預定壓力。以MFC341b來控制的蝕刻氣體的供給流量是設為例如1~10slm，理想是3~8slm的範圍內的流量。將蝕刻氣體供給至處理室201的時間是設為例如60~600秒的範圍內的時間。
(殘留氣體除去步驟) 預定時間將蝕刻氣體供給至處理室201之後，關閉閥343b，停止蝕刻氣體的供給。關閉APC閥243，或不影響處理的程度地實質關閉時，是開啟APC閥243。然後，藉由與上述的成膜工序時的殘留氣體除去步驟同樣的處理程序，從處理室201內排除殘留於處理室201內的未反應或貢獻膜的除去之後的蝕刻氣體。
(實施預定次數) 藉由進行1次以上(預定次數(m次))依序進行上述的步驟的循環，除去附著於處理室201內的膜。上述的循環是重複複數次為理想。
(3)作用效果 若根據本案，則藉由將隔熱部218的上面的至少一部分以熱傳導率比構成隔熱部218的其他的部分的第2材料更大的第1材料所構成，可抑制往隔熱部218的側壁部404的上端的熱逃脫和上面的溫度降低及溫度不均的至少一方。藉此，在使用蝕刻氣體的堆積膜除去時，可使堆積於上面上的堆積膜的除去效率提升，使起因於上面上的堆積膜的殘渣之粉末狀的微粒減低。
在成膜處理時，藉由惰性氣體淨化側壁部404的表面，往側壁部404的膜堆積會被抑制，因此可將實質上產生膜堆積的洗滌對象區域限定於上端部。藉此，即使如本實施形態般將熱傳導率大的部位只設在上端部406，也可充分地取得微粒等的減低的效果。
在成膜處理時，藉由將惰性氣體從側壁部404的下端朝向上端流動，可抑制成膜氣體流入至處理室201的內壁與側壁部404之間的空間。
上面部408包含上端部406的至少中央時，可抑制溫度降低最容易發生的中央附近的表面的溫度降低。
上端部406的外緣406A藉由第2材料所形成時，可抑制經由外緣406A往側壁部404的熱逃脫所致的上面部408的溫度降低或溫度不均發生。
板狀體409是在其下面被設為面對隔熱部218的內部空間404B時，藉由減少以第2材料形成的支撐部406B與上面部408的下面所接觸的面積，減低經由接觸面而產生的熱逃脫，可進一步抑制上面部408的溫度降低或溫度不均發生。
如上述般，第1材料為碳化矽(SiC)，第2材料亦可為石英(SiO)。例如實施形態般，使用BCl 3氣體作為蝕刻作為堆積膜的AlO膜的蝕刻氣體時，最好選擇BCl 3氣體所致的蝕刻不易的SiC作為第1材料。第1材料是可使用其他比石英更熱傳導率大的Si或AlO等的材料。但，最好按照被用在堆積膜除去時的蝕刻氣體來選擇不被蝕刻或不易蝕刻的材料。
隔熱部218為藉由側壁部404及上端部406所包圍的中空構造時，可容易且有效率地進行隔熱部218的內部空間404B的淨化。但，由於在內部未具有加熱器或隔熱體，因此會有容易產生從隔熱部218上面往隔熱體內部空間的熱放射等所致的熱逃脫的課題。本案技術是特別可抑制如此的起因於隔熱部218的內部為中空構造之熱逃脫所致的隔熱部218的上面的溫度降低或溫度不均。
在側壁部404設有連通至隔熱部218的內部空間404B的開口404A，在成膜工序中，惰性氣體從氣體供給管342f對於隔熱部218的外周空間供給時，此惰性氣體會經由被設在隔熱部218的側壁部404的開口404A來流入至內部空間404B內。藉此，可藉由惰性氣體來淨化隔熱部218的內部空間404B。又，被構成為成膜工序中，惰性氣體對於隔熱部218的內部空間直接供給時(例如供給惰性氣體的噴嘴被設在內部空間時等)亦可藉由惰性氣體來淨化內部空間404B。因此，可抑制成膜氣體流入至內部空間404B而產生膜堆積。亦即，可更抑制起因於堆積膜之微粒等的產生。
藉由基板支撐柱400非接觸地被設在上面部408，可減低從上面部408往基板支撐柱400的熱逃脫。
藉由成膜氣體被供給至處理室201內，而堆積於處理室201的內壁及隔熱部218的上面部408的膜的熱膨脹率是比第2材料的熱膨脹率更接近第1材料的熱膨脹率為理想。此情況，在上面部408上的堆積膜的龜裂不易發生，除了起因於龜裂之堆積膜的粉末狀微粒以外，亦可抑制起因於隨著堆積膜的龜裂而產生的上面部408的表面的龜裂之構成上面部408的材料的粉末狀微粒產生。
(程式) 程式是藉由電腦來使下列步驟實行於基板處理裝置者， 使晶圓200支撐於上述晶舟217的步驟； 供給成膜氣體至收容有支撐了晶圓200的狀態的晶舟217之處理室201內的步驟； 從晶舟217取出晶圓200的步驟；及 供給蝕刻氣體至收容有未支撐晶圓200的狀態的晶舟217之處理室201內的步驟。 此程式是亦可被記錄於記錄媒體。
又，上述的形態是說明了關於使AlO膜形成於晶圓200上，使用蝕刻氣體來蝕刻(除去)被堆積於爐內的AlO膜的例子，但在本案中，膜種是不被特別加以限定。並且，在原料氣體、反應氣體等的成膜工序中使用的氣體種類也不被特別加以限定。
被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、洗滌處理等的內容(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(準備複數個)為理想。而且，開始基板處理、洗滌處理等時，按照基板處理、洗滌處理等的內容，從複數的製程處方、洗滌處方等之中適當選擇合適的製程處方、洗滌處方等為理想。具體而言，將按照基板處理、洗滌處理等的內容而個別準備的複數的製程處方、洗滌處方等予以經由電氣通訊線路或記錄了該製程處方、洗滌處方等的記錄媒體(外部記憶裝置123)來預先儲存(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會從被儲存於記憶裝置121c內的複數的製程處方、洗滌處方等之中，按照基板處理的內容來適當選擇合適的製程處方、洗滌處方等為理想。藉由如此構成，可用1台的基板處理裝置來泛用性地且再現性佳地形成各種的膜種、組成比、膜質、膜厚的薄膜。又，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)，一面迴避操作失誤，一面可迅速地開始基板處理。
又，本案是例如藉由變更既存的基板處理裝置的製程處方、洗滌處方等也可實現。變更製程處方、洗滌處方等時，是亦可將本案的製程處方、洗滌處方等經由電氣通訊線路或記錄了該製程處方、洗滌處方等的記錄媒體來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，將其製程處方、洗滌處方等本身變更成本案的製程處方、洗滌處方等。
以上，具體說明本案的一形態及變形例。然而，本案不是被限定於上述的形態及變形例，可在不脫離其主旨的範圍實施各種變更。
10:基板處理裝置 200:晶圓(基板) 201:處理室(處理容器) 203:製程筒(處理容器) 217:晶舟(基板支撐具) 218:隔熱部
[圖1]是本案的一形態的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以縱剖面圖表示處理爐部分的圖。 [圖2]是本案的一形態的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以圖1的A-A線剖面圖表示處理爐部分的圖。 [圖3]是表示本案的一形態的基板支撐具的立體圖。 [圖4]是表示本案的一形態的基板支撐具的隔熱部的一例的剖面圖。 [圖5]是表示本案的一形態的基板支撐具的隔熱部的其他的例子的縱剖面圖。 [圖6]是本案的一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。
10:基板處理裝置
115:晶舟升降機
121:控制器
200:晶圓(基板)
201:處理室(處理容器)
201a:預備室
201b:開口
202:處理爐
203:製程筒(處理容器)
204:內管
204a:排氣孔
204b:罩
206:排氣路
207:加熱器
209:集合管
217:晶舟(基板支撐具)
218:隔熱部
219:密封蓋
220a:O型環
220b:O型環
231:排氣管
243:APC閥
245:壓力感測器
246:真空泵
255:旋轉軸
267:旋轉機構
341a:質量流控制器
341b:質量流控制器
341c:質量流控制器
341d:質量流控制器
341e:質量流控制器
341f:質量流控制器
342a:氣體供給管
342b:氣體供給管
342c:氣體供給管
342d:氣體供給管
342e:氣體供給管
342f:氣體供給管
343a:閥
343b:閥
343c:閥
343d:閥
343e:閥
343f:閥
410:噴嘴
410a:氣體供給孔
420:噴嘴
420a:氣體供給孔
T1:均熱區域

Claims (18)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵係具備： 支撐基板的基板支撐柱； 被設在前述基板支撐柱的基板支撐區域的下方的隔熱部；及 收容前述基板支撐柱及前述隔熱部的處理容器， 前述隔熱部係具有： 與前述處理容器的內壁對向的筒狀的側壁部；及 面對前述基板支撐區域來閉塞前述側壁部的上端的上端部， 前述上端部之中與前述基板支撐區域對向的面的至少一部分為藉由熱傳導率比形成前述側壁部的上端及前述基板支撐柱的第2材料更大的第1材料所形成的上面部來構成。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述基板支撐柱係被構成可將複數的前述基板予以水平姿勢彼此隔開間隔的狀態下支撐。
  3. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，更具備：在前述處理容器的內壁與前述側壁部之間供給惰性氣體的惰性氣體供給系。
  4. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述上面部係被設為包含前述上端部的至少中央。
  5. 如請求項4記載的基板處理裝置，其中，前述上端部的外緣係藉由前述第2材料所形成。
  6. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述上面部係藉由板狀體所構成，該板狀體係藉由前述第1材料所形成。
  7. 如請求項6記載的基板處理裝置，其中，前述板狀體係被設成可裝卸於被設在前述上端部的支撐部。
  8. 如請求項7記載的基板處理裝置，其中，前述支撐部係具有凹部， 前述板狀體係被安裝為嵌入至前述凹部。
  9. 如請求項7記載的基板處理裝置，其中，前述支撐部係藉由前述第2材料所形成。
  10. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述第1材料為碳化矽，前述第2材料為石英。
  11. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述隔熱部係具有藉由前述側壁部及前述上端部所包圍的中空構造。
  12. 如請求項11記載的基板處理裝置，其中，在前述側壁部設有連通至前述隔熱部的內部空間的開口。
  13. 如請求項1~12的任一項記載的基板處理裝置，其中，具備：對於前述隔熱部的外周空間或內部空間的至少任一者供給惰性氣體的惰性氣體供給系。
  14. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述基板支撐柱係被立設在位於前述隔熱部的最下部的基部上。
  15. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，更具備：被設在前述隔熱部的外側，且面對前述基板支撐區域的位置之加熱器。
  16. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，更具備：被構成為供給成膜氣體至前述處理容器內的成膜氣體供給部， 藉由前述成膜氣體被供給至前述處理容器內，而堆積於前述處理容器的內壁及前述上面部的膜的熱膨脹率係比前述第2材料的熱膨脹率更接近前述第1材料的熱膨脹率。
  17. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵係具有： 使基板支撐於基板支撐具的工序； 供給成膜氣體至收容有支撐了前述基板的狀態的前述基板支撐具之處理容器內的工序； 從前述基板支撐具取出前述基板的工序；及 供給蝕刻氣體至收容有未支撐前述基板的狀態的前述基板支撐具之前述處理容器內的工序， 前述基板支撐具係具有： 支撐前述基板的前述基板支撐柱；及 被設在前述基板支撐柱的基板支撐區域的下方的隔熱部， 前述隔熱部係具有： 與前述處理容器的內壁對向的筒狀的側壁部；及 面對前述基板支撐區域來閉塞前述側壁部的上端的上端部， 前述上端部之中與前述基板支撐區域對向的面的至少一部分為藉由熱傳導率比形成前述側壁部的上端及前述基板支撐柱的第2材料更大的第1材料所形成的上面部來構成。
  18. 一種基板支撐具，其特徵係具備： 支撐基板的基板支撐柱；及 被設在前述基板支撐柱的基板支撐區域的下方的隔熱部， 前述隔熱部係具有： 與處理容器的內壁對向的筒狀的側壁部；及 面對前述基板支撐區域來閉塞前述側壁部的上端的上端部， 前述上端部之中與前述基板支撐區域對向的面的至少一部分為藉由熱傳導率比形成前述側壁部的上端及前述基板支撐柱的第2材料更大的第1材料所形成的上面部來構成。
TW112102338A 2022-03-25 2023-01-18 基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及基板支撐具 TW202347589A (zh)

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