TWI589728B - Substrate processing apparatus, manufacturing method of semiconductor device, and program - Google Patents

Substrate processing apparatus, manufacturing method of semiconductor device, and program Download PDF

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TWI589728B
TWI589728B TW104143801A TW104143801A TWI589728B TW I589728 B TWI589728 B TW I589728B TW 104143801 A TW104143801 A TW 104143801A TW 104143801 A TW104143801 A TW 104143801A TW I589728 B TWI589728 B TW I589728B
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Description

基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式
本發明係關於基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式。
近年來，快閃記憶體等之半導體裝置，有傾向於高積體化之趨勢。伴隨於此，圖案尺寸也顯著地變得更微細化。於形成此等圖案時，作為製造步驟之一步驟，具有實施對基板進行氧化處理及氮化處理等既定之處理之步驟之情況。於此等處理中，使用設為電漿狀態之氣體。
伴隨著微細化，更要求於基板面內均勻地形成上述圖案，但有時電漿不能被均勻地供給於基板面內。此種情況下，於基板面內形成均勻之膜會有困難。
本發明係鑑於上述問題而完成，其目的在於提供一種於基板面內形成均勻之膜之技術。
本發明之一形態中，提供一種技術，其包含：基板載置部，其載置基板；腔蓋，其與上述基板載置部之至少一部分對向，並於中央具有氣 體供給路徑；氣體供給構造，其與上述氣體供給路徑連通；反應氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造，且具有電漿生成部；管，其設於上述氣體供給構造內及上述氣體供給路徑內，且與上述反應氣體供給部連通；及氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造，對上述管之外周側且上述氣體供給構造內側供給氣體。
根據本發明，可提供一種於基板面內形成均勻之膜之技術。
100‧‧‧基板處理裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
200a‧‧‧晶圓中心
200b‧‧‧晶圓外周
201‧‧‧反應區(反應室)
202‧‧‧處理容器
202a‧‧‧上部容器
202b‧‧‧下部容器
203‧‧‧搬送空間
204‧‧‧頂板
204a‧‧‧孔
205‧‧‧閘閥
206‧‧‧基板搬入搬出口
207‧‧‧昇降銷
211‧‧‧載置面
212‧‧‧承載盤
213‧‧‧加熱器
214‧‧‧貫通孔
217‧‧‧軸
218‧‧‧昇降機構
219‧‧‧波紋管
221‧‧‧排氣孔
222‧‧‧排氣管
223‧‧‧自動壓力控制器(APC)
224‧‧‧閥
225‧‧‧泵
231‧‧‧腔蓋組件(腔蓋部)
231a‧‧‧凸部
231b‧‧‧氣體分散通道
231c‧‧‧側壁
231d‧‧‧下部
231e‧‧‧底壁
235‧‧‧熱衰減部
241‧‧‧上部
241a‧‧‧緩衝室
241b‧‧‧孔
241c‧‧‧緩衝室
241d‧‧‧外壁
241e‧‧‧內壁
241f‧‧‧連通孔
241g‧‧‧空間
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‧‧‧質量流量控制器(MFC)
243d‧‧‧閥
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
244c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
244d‧‧‧閥
244e‧‧‧遠距電漿單元
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
245c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
245d‧‧‧閥
246a‧‧‧第一惰性氣體供給管
246b‧‧‧惰性氣體供給源
246c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
246d‧‧‧開閉閥
247a‧‧‧第二惰性氣體供給管
247b‧‧‧惰性氣體供給源
247c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
247d‧‧‧閥
250‧‧‧中心軸
251‧‧‧節流口(氣體分散通道)
252‧‧‧延長線
261‧‧‧管
261a‧‧‧下端(前端)
280‧‧‧控制器
281‧‧‧演算部
282‧‧‧記憶部
283‧‧‧外部記憶裝置
301‧‧‧氣流
302‧‧‧氣流
303‧‧‧前端
304‧‧‧前端
圖1為顯示本發明之第1實施形態之基板處理裝置之圖。
圖2為沿圖1中之A-A’線所作之剖面圖。
圖3為顯示本實施形態之基板處理步驟之流程圖。
圖4為顯示圖3之成膜步驟之詳細之流程圖。
圖5為顯示成膜步驟中之閥動作等之圖。
圖6(a)為顯示氣體分散通道231b內之沿腔蓋組件構造之壁及管261之氣體的流速之圖。圖6(b)為沿圖6(a)中之a-a’線所作之剖面圖。圖6(c)為沿圖6(a)中之b-b’線所作之剖面圖。
圖7為用以顯示管之下端的上限位置之圖。
圖8為用以顯示管之下端的下限位置之圖。
圖9為用以說明管之前端的形狀之另一形態之圖。
圖10為用以說明管之前端的形狀之又一形態之圖。
圖11為用以說明圖5之成膜步驟之變形例之圖。
圖12為用以說明管之前端之形狀的比較例之圖。
(第1實施形態)
以下，對本發明之第1實施形態進行說明。
<裝置構成>
圖1顯示本實施形態之基板處理裝置100之構成。如圖1所示，基板處理裝置100係作為單片式之基板處理裝置而構成。
(處理容器)
如圖1所示，基板處理裝置100具備處理容器202。處理容器202係構成為例如橫剖面為圓形之扁平的密閉容器。此外，處理容器202例如由鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等之金屬材料構成。於處理容器202內形成有對作為基板之矽晶圓等之晶圓200進行處理之反應區201(反應室)、及將晶圓200朝反應區201搬送時供晶圓200通過之搬送空間203。處理容器202係由上部容器202a及下部容器202b構成。
於下部容器202b之側面設置有鄰接於閘閥205之基板搬入搬出口206，晶圓200經由基板搬入搬出口206而在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昇降銷207。
於反應區201內設置有作為載置晶圓200之基板載置部之承載盤212。承載盤212主要包含載置晶圓200之載置面211、及內置於承載盤212內之作為加熱源之加熱器213。於承載盤212上，貫通有昇降銷207之貫通孔214係分別設置於與昇降銷207對應之位置。
承載盤212係由軸217支撐。軸217貫通於處理容器202之底部，並於處理容器202之外部連接於昇降機構218。藉由使昇降機構218動作而使軸217及承載盤212昇降，從而可使載置於基板載置面211上之晶圓200昇降。再者，軸217下端部之周圍係由波紋管219所覆蓋，處理容器202內係被密封保持。
於晶圓200之搬送時，承載盤212下降至基板載置面211與基板搬入搬出口206對向之位置(稱為晶圓搬送位置或晶圓搬送部位)，於晶圓200之處理時，如圖1所示，承載盤212上昇至使晶圓200到達反應區201內之處理位置(稱為晶圓處理位置或晶圓位置)。
具體而言，於使承載盤212下降至晶圓搬送位置時，昇降銷207之上端部自基板載置面211之上面突出，變為昇降銷207自下方支撐晶圓200。此外，於使承載盤212上昇至晶圓處理位置時，昇降銷207自基板載置面211之上面縮入，變為基板載置面211自下方支撐晶圓200。再者，昇降銷207係與晶圓200直接接觸，因此希望以例如石英或氧化鋁等之材質形成。
於反應區201之上方配置有腔蓋組件(腔蓋部)231。腔蓋組件231之凸部231a，貫通設於構成上部容器202a之一部分之頂板204之中央的孔204a，且與後述之氣體供給構造連接。並 且，藉由設為低熱傳導構件，以使加熱器213產生之熱難以被傳遞至後述之頂板204或氣體供給管。
於腔蓋組件(腔蓋)231之中央，自凸部231a朝腔蓋組件231之下方，設置有作為氣體供給路徑之氣體分散通道231b。氣體分散通道231b係使氣體供給構造與反應區201連通。氣體分散通道231b之側壁231c係構成為，氣體分散通道231b越靠近基板載置面211，則直徑越擴大，從而能將氣體均勻地供給於晶圓200上。亦即，腔蓋組件231係成為自與作為後述之氣體供給構造之上部241之連接部分跨至下方而直徑逐漸擴大之構成。
氣體分散通道231b係朝基板載置面211之方向垂直地延伸，並貫通腔蓋組件231而延伸至底壁231e。氣體分散通道231b之一部分，於上部241內沿中心軸250而為圓筒狀。氣體分散通道231b之其他部分，於氣體分散通道231b之側壁231c，以自中心軸250分離之方式以錐形形狀構成。並且，於下部231d內成為比側壁231c更遠離中心軸250之構造。氣體分散通道231b超過下部231d延伸至反應區201，且延伸至節流口251。節流口251係對反應區201與處理容器202之間的氣體之氣流進行調節。
作為一實施例，於承載盤212位於反應區201內之處理位置之位置之情況，底壁231e與承載盤212上之基板載置面211之間的最小空間，係在0.02英吋至2.0英吋之間。較佳為，0.02英吋至0.2英吋之間。此空間係依存於考慮了供給之氣體、底壁231e與承載盤212之間之熱傳導之處理條件而變化。
於腔蓋組件231中的與頂板204接觸之面，沿頂板204之面設置有以空隙構成之熱衰減部235。熱衰減部235係用以 使熱能衰減，使得加熱器213產生之熱不會經由腔蓋組件231、頂板204將高熱傳導至氣體供給部之閥。假若在閥被曝露在高溫之情況下，閥之耐久性顯著降低。藉由設置熱衰減部，以延長閥之壽命。
(供給系統)
設置於凸部231a之氣體分散通道231b連接有上部241。上部241係構成為筒形狀。上部241之凸緣與凸部231a之上面，係由未圖示之螺絲等固定。於上部241之側壁連接有至少2個氣體供給管。
於上部241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經由作為電漿生成部之遠距電漿單元244e而連接於上部241。
更詳細而言，第一氣體供給管243a連接於緩衝室241a。第二氣體供給管244a連接於設置在上部241之天花板之孔241b。第三氣體供給管245a連接於緩衝室241c。
作為連接於上部241之側面之氣體供給管，係將供給惰性氣體之第三氣體供給管245a設於最上方。藉此，防止自第一氣體供給管243a或管261供給之處理氣體繞回上部241之上方空間。藉由防止處理氣體之繞回，抑制起因於各氣體之朝構成上方空間之上部241之內壁等的成膜，減少粉塵之產生。
主要自包含第一氣體供給管243a之第一氣體供給系統243供給有含第一元素有氣體，主要自包含第二氣體供給管244a之第二氣體供給系統244供給有含第二元素氣體。主要自包含第三氣體供給管245a之作為惰性氣體供給部之第三氣體供給系統245，於處理晶圓時供給有惰性氣體。
接著，使用圖2對緩衝室241a、緩衝室241c與管261之關係進行說明。緩衝室241a與緩衝室241c係同樣之構成，因而在此以緩衝室241c為中心進行說明，且省略緩衝室241a之說明。圖2為沿圖1中之A-A’線所作之剖面圖。
符號241d顯示上部241之外壁，241e顯示上部241之內壁。於外壁241d與內壁241e之間設置有緩衝室241c。於內壁241e設置有複數個與空間241g連通之連通孔241f。緩衝室241c經由複數之連通孔241f連通於上部241之內側之空間241g。連通孔241f係形成為與氣體之流動方向為順向之方向以使緩衝空間241c之氣體能平順地供給於空間241g。
再者，也可於與內側空間241g對向之內壁241e的壁或管261之壁順著氣流之順向設置呈螺旋狀之槽。藉由設置槽，能再現性良好地形成渦狀之氣流。藉此，供給之氣體被供給至晶圓200之邊緣部分，因而能形成更均勻之膜。
接著對氣體之氣流進行說明。自供給管245a供給之氣體被供給於緩衝空間241c。此時，供給管245a係朝相對於內壁241e之切線方向供給氣體。供給於緩衝空間241c之氣體，使氣體朝箭頭之方向流動，且經由連通孔241f供給於內側空間241g。藉由此種之構造，可於管261之外側即空間241g形成箭頭方向之渦流。在此稱為由緩衝空間241c、內壁241e、連通孔241f構成之渦流形成部。
圖6為顯示模擬結果之圖，該模擬結果顯示使用圖2之構造時之氣體之氣流。圖6(a)顯示氣體分散通道231b內之，沿腔蓋組件構造之壁及管261之氣體之流速，圖6(b)為沿圖6(a)中之 a-a’線所作之剖面圖。具體而言，為上部241內之氣體分散通道之剖面圖。圖6(c)為沿圖6(a)中之b-b’線所作之剖面圖。
任一情況皆顯示箭頭越粗，則流速越大。由其結果可知，氣流越是靠近中心軸250(越是靠近管261)，則流速越小。亦即，沿側壁231c之氣體之流速，係較沿管261之氣體之流速大。並且，可知氣體越靠近基板200，則流速變得越慢。亦即，氣體分散通道231b之直徑越大，則流速越小。由此可見，藉由以圖2所示之構造供給氣體，可於氣體分散通道231b內形成氣流。於底壁231e之下方，由於氣體分散通道231b之直徑更加擴大，因此氣流於邊231e之下方進一步擴散。藉此，可將自第一氣體供給管243a、第三氣體供給管245a供給之氣體均勻地搬送至晶圓面內。其中，邊231e係指自側壁231c起且與下部231d之間，氣體分散通道231b之直徑發生變化之邊。
值得一提，假設於自圖2所示之第一氣體供給管243a、或第三氣體供給管245a供給電漿狀態之氣體之情況，有可能於電漿到達晶圓200之前即已失去活性。
例如，於朝圖2之構造供給電漿之情況，氣體會衝撞於構成連通孔241f或緩衝空間241c之壁，因此，有可能於供給於內側空間241g之前即已失去活性。
返回圖6，由於供給於內側空間241g之氣體，如箭頭之氣流，氣體呈渦旋狀流動，因此若氣體之流速快，則分解之氣體之成分可能會衝撞於壁面等。因此，供給於內側空間241g之電漿，會於供給於晶圓200之前即失去活性。
因此，本實施形態中，於氣體分散通道231b之大致 中央部設置後述之管261。藉由使電漿流動於此管261內，將電漿搬送至氣體之流速變慢之部位。藉此，能抑制電漿失去活性，從而可於晶圓200上搬送電漿。
(管)
氣體供給管244a經由上部241之孔241b連接於管261。管261之下端261a係朝反應區201延伸。管261例如由石英構成。
管261之下端261a，係設定於自氣體分散通道251之直徑開始擴大之區域(參照圖7)至氣流之主方向朝通道251變化之區域之間(參照圖8)。換言之，下端261a之下限係設定於下部231d之朝中心軸250之方向之延長線252上。
其中，「氣體分散通道251之直徑開始擴大之區域」，係指顯示較內側空間241g之直徑大之區域，例如包含連接上部241與凸部231a之部分之區域。此外，「氣流之主方向朝通道251變化之區域」，係指氣體分散通道231b之直徑變得更寬之區域，例如稱為點231e附近之區域。藉此，於高度方向上，以前端261a維持於凸部231a之上端至點231e之間的方式定量地設定。藉由設定為此種之位置，能抑制電漿之失去活性，並藉由使電漿乘載於前面說明之渦狀之惰性氣體流，而能朝晶圓外周搬送電漿。
(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)之質量流量控制器(MFC)243c、及開閉閥即閥243d。
自第一氣體供給管243a經由質量流量控制器243c、閥243d、上部241朝反應區201供給含有第一元素之氣體(以下，稱為「含第一元素氣體」)。
含第一元素氣體為原料氣體即處理氣體之一。其中，第一元素例如為鈦(Ti)。亦即，含第一元素氣體例如為含鈦氣體。再者，含第一元素氣體也可於常溫常壓下為固體、液體及氣體之任一者。於含第一元素氣體在常溫常壓下為液體之情況下，只要於第一氣體供給源243b與質量流量控制器243c之間設置未圖示之汽化器即可。在此作為氣體進行說明。
於較第一氣體供給管243a之閥243d靠下游側，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)之質量流量控制器(MFC)246c、及開閉閥即閥246d。
其中，惰性氣體例如為氮(N2)氣。再者，作為惰性氣體，除了N2氣體外，還可採用例如氦(He)氣、氖(Ne)氣、氬(Ar)氣等之稀有氣體。
含第一元素氣體供給系統243(含鈦有氣體供給系統、或稱為原料氣體供給部)主要由第一氣體供給管243a、質量流量控制器243c及閥243d構成。
此外，第一惰性氣體供給系統主要由第一惰性氣體供給管246a、質量流量控制器246c及閥246d構成。再者，也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中。
並且，也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氣體供給系統243中。
(第二氣體供給系統)
於第二氣體供給管244a且於下游設置有遠距電漿單元244e。於上游且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)之質量流量控制器(MFC)244c、及開閉閥即閥244d。
自第二氣體供給管244a經由質量流量控制器244c、閥244d、遠距電漿單元244e、上部241、管261，朝反應區201內供給有含有第二元素之氣體(以下，稱為「含第二元素氣體」)。通過遠距電漿單元244e之第二氣體變化為電漿狀態，供給於晶圓200上。
含第二元素氣體為處理氣體之一。再者，含第二元素氣體也可考慮為反應氣體或改質氣體。
在此，含第二元素氣體含有與第一元素不同之第二元素。第二元素例如為氧(O)、氮(N)、碳(C)之任一者。本實施形態中，含第二元素氣體例如設為含氮氣體。具體而言，作為含氮氣體，採用氨(NH3)氣。
含第二元素氣體供給系統244(含氮氣體供給系統、或者也稱為反應氣體供給部)，主要由第二氣體供給管244a、質量流量控制器244c、及閥244d構成。
此外，於較第二氣體供給管244a之閥244d靠下游側，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)之質量流量控制器(MFC)247c、及開閉閥即閥247d。
自第二惰性氣體供給管247a經由質量流量控制器247c、閥247d、第二氣體供給管244a、遠距電漿單元244e、管261朝反應區201內供給有惰性氣體。惰性氣體係於薄膜形成步驟(S104)中被作為運載氣體或稀釋氣體發揮作用。
第二惰性氣體供給系統主要由第二惰性氣體供給管247a、質量流量控制器247c及閥247d構成。再者，也可考慮將惰性氣體供給源247b、第二氣體供給管244a、遠距電漿單元244e包含於第二惰性氣體供給系統中。
並且，也可考慮將第二氣體供給源244b、遠距電漿單元244e、第二惰性氣體供給系統包含於含第二元素氣體供給系統244中。
(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)之質量流量控制器(MFC)245c、及開閉閥即閥245d。
自第三氣體供給管245a經由質量流量控制器245c、閥245d、緩衝室241c，且成為渦流狀之氣流，朝反應區201供給有作為沖洗氣體之惰性氣體。
其中，惰性氣體例如為氮(N2)氣。再者，作為惰性氣體，除了N2氣體外，還可採用例如氦(He)氣、氖(Ne)氣、氬(Ar)氣等之稀有氣體。
第三氣體供給系統245(氣體供給部、或者也稱為惰性氣體供給部)主要由第三氣體供給管245a、質量流量控制器245c、閥245d構成。
於基板處理步驟中，自第三氣體供給管245a經由質量流量控制器245c、閥245d朝反應區201內供給有惰性氣體。
自惰性氣體供給源245b供給之惰性氣體，於基板處理步驟中，作為沖洗處理容器202、氣體分散通道231b、上部241之上方空間的沖洗氣體發揮作用。並且，作為將自管261供給之電漿狀態之含第二元素氣體搬送至晶圓外周200b之氣體發揮作用。
(排氣系統)
對處理容器202之環境氣體進行排氣之排氣系統，具有連接於設置在反應區201之側壁的排氣孔221之排氣管222。於排氣管222設置有將反應區201內控制在既定之壓力之自動壓力控制器即APC(Auto Pressure Controller)223。APC223具有能調整開度之閥體(未圖示)，根據來自後述之控制器280之指示，調整排氣管222之流導。於排氣管222且APC223之下游側設置有閥224。於閥224之下游側連接有泵225。在此統稱排氣管222、APC223、閥224為排氣系統。再者，也可包含泵225而稱為排氣系統。
(控制器)
基板處理裝置100具有控制基板處理裝置100之各部分之動作之控制器280。控制器280至少具有演算部281及記憶部282。控制器280連接於上述之各構成，根據上位控制器或使用者之指示， 自記憶部282讀取程式或配方，且根據其內容控制各構成之動作。
再者，控制器280可作為專用之電腦而構成，也可作為普通之電腦而構成。例如，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或DVD等光碟、MO等之光磁碟、USB記憶體(USB Flash Drive)或記憶卡等之半導體記憶體)283，且使用外部記憶裝置283於普通之電腦安裝程式，藉此，可構成本實施形態之控制器280。此外，用以對電腦供給程式之手段，不限於經由外部記憶裝置283供給之情況。例如，也可採用網路或專用線路等之通信手段，不經由外部記憶裝置283供給程式。
再者，記憶部282或外部記憶裝置283，係作為電腦可讀取之記錄媒體而構成。以下，統稱此等為記錄媒體。再者，本說明書中有使用到記錄媒體之用語之情況，具有只含記憶部282本身之情況、只含外部記憶裝置283本身之情況、或者含雙方之情況。
<基板處理步驟>
接著對使用基板處理裝置100於晶圓200上形成薄膜之步驟進行說明。再者，以下之說明中，構成基板處理裝置100之各部分之動作，係藉由控制器280所控制。
圖3為顯示本實施形態之基板處理步驟之流程圖。圖4為顯示圖3之成膜步驟之詳細之流程圖。圖5為顯示成膜步驟中之閥動作等之圖。
以下，對使用含Ti氣體(例如TiCl4)作為含第一元素氣體，使用含氮氣體(例如NH3)作為含第二元素氣體，於晶圓200上形成氮化鈦膜而作為薄膜之例子進行說明。
(基板搬入‧載置步驟S102)
於處理裝置100中使承載盤212下降至晶圓200之搬送位置，而使昇降銷207貫通承載盤212之貫通孔214。其結果，昇降銷207成為較承載盤212表面突出既定高度之狀態。接著，開啟閘閥205以使搬送空間203與移載室(未圖示)連通。然後，使用晶圓移載機(未圖示)將晶圓200自此移載室搬入搬送空間203，將晶圓200移載於昇降銷207上。藉此，晶圓200以水平姿勢被支撐於自承載盤212之表面突出之昇降銷207上。
於將晶圓200搬入處理容器202內之後，使晶圓移載機朝處理容器202外退避，然後關閉閘閥205，將處理容器202內密閉。然後，使承載盤212上昇，而使晶圓200載置於設置在承載盤212之基板載置面211上，並且使承載盤212上昇，使晶圓200上昇至前述之反應區201內之處理位置。
此外，於將晶圓200載置於承載盤212上時，對埋入於承載盤212內部之加熱器213供給電力，將晶圓200之表面控制在既定之溫度。晶圓200之溫度例如為室溫以上且500℃以下，較佳為，室溫以上且400℃以下。此時，加熱器213之溫度，係基於藉由未圖示之溫度感測器檢測之溫度資訊，控制朝加熱器213之通電狀況而被調整。加熱器213係自基板搬入‧載置步驟S102至後述之基板搬出步驟S106之期間被持續地控制。
(成膜步驟S104)
接著，進行薄膜形成步驟S104。以下，參照圖4對成膜步驟 S104詳細地進行說明。再者，成膜步驟S104係反復地進行交互供給不同之處理氣體之步驟之循環處理。
(第一處理氣體供給步驟S202)
若將晶圓200加熱而達到所期之溫度，則開啟閥243d，並調整質量流量控制器243c以使TiCl4氣體之流量成為既定之流量。再者，TiCl4氣體之供給流量，例如為100sccm以上且5000sccm以下。此時，閥224被開啟，且藉由APC223將反應區201之壓力控制為既定之壓力。並且，開啟第三氣體供給系統之閥245d，自第三氣體供給管245a供給N2氣體。此外，也可自第一惰性氣體供給系統流入N2氣體。此外，也可於此步驟之前，自第三氣體供給管245a開始N2氣體之供給。
供給於處理容器202之TiCl4氣體，被供給於晶圓200上。於晶圓200之表面，藉由TiCl4氣體接觸於晶圓200上而形成作為「含第一元素層」之含鈦層。
含鈦層例如根據反應區201內之壓力、TiCl4氣體之流量、承載盤212之溫度等，以既定之厚度及既定之分佈形成。再者，也可於晶圓200上預先形成既定之膜。此外，也可於晶圓200或既定之膜預先形成既定之圖案。
於開始TiCl4氣體之供給後且經過既定時間之後，關閉閥243d，停止TiCl4氣體之供給。
(沖洗步驟S204)
接著，自第三氣體供給管245a供給N2氣體，進行反應區201 之沖洗。此時，閥224也被開啟，且藉由APC223將反應區201之壓力控制為既定之壓力。藉此，於第一處理氣體供給步驟S202中不能結合於晶圓200之TiCl4氣體，經由排氣管222被自反應區201除去。
若反應區201之沖洗結束，則開啟閥224，再次開始藉由APC223進行壓力控制。
(第二處理氣體供給步驟S206)
於沖洗步驟S204之後，開啟閥244d，開始對反應區201供給電漿狀態之含氮氣體。本實施例中，作為含氮氣體，係採用氨(NH3)。
此時，調整質量流量控制器244c以使含氮氣體之流量成為既定之流量。再者，含氮氣體之供給流量例如為100sccm以上且5000sccm以下。再者，也可與含氮氣體一併，自第二惰性氣體供給系統流動N2氣體作為運載氣體。此外，於此步驟中，第三氣體供給系統之閥245d也被開啟，自第三氣體供給管245a供給N2氣體。自第三氣體供給管245a供給之N2氣體，以管261作為中心，於管261之外周側，且構成於上部241之內側之內部空間241g、氣體分散通道231b形成有渦狀之氣流。
自管前端261a排出之電漿狀之含氮氣體，被供給於晶圓中心200a。並且，乘載於形成於管前端261a之周圍之惰性氣體之渦流而被運送至晶圓200之外周200b。
含氮氣體被供給於晶圓中心200a、晶圓外周200b上。已形成之含鈦層藉由含氮氣體被改質，藉此，於晶圓200上形成有含有例如鈦元素及氮元素之層。如此，可於晶圓面內均勻地形 成膜。
改質層例如根據反應區201內之壓力、氮氣之流量、承載盤212之溫度等，以既定之厚度、既定之分佈、對含鈦層之既定之氧成分等之侵入深度而形成。
經過既定之時間後，關閉閥244d，停止含氮氣體之供給。
於S206中也與上述S202同樣，閥224被開啟，藉由APC223將反應區201之壓力控制在既定之壓力。
(沖洗步驟S208)
接著，執行與S204同樣之沖洗步驟。由於各部分之動作誠如S204中之說明，故而在此省略說明。
(判斷步驟S210)
控制器280判斷是否有實施既定次數(n cycle)之上述一個循環。
於未實施既定次數時(於S210為No之情況)，反復地進行第一處理氣體供給步驟S202、沖洗步驟S204、第二處理氣體供給步驟S206、沖洗步驟S208之循環。於有實施既定次數時(於S210為Yes之情況)，結束圖4所示之處理。
返回圖3之說明，接著執行基板搬出步驟S106。
(基板搬出步驟S106)
於基板搬出步驟S106中，使承載盤212下降，而使晶圓200 支撐於自承載盤212之表面突出之昇降銷207上。藉此，晶圓200自處理位置變為搬送位置。然後，開啟閘閥205，使用晶圓移載機將晶圓200朝處理容器202外搬出。此時，關閉閥245d，停止自第三氣體供給系統朝處理容器202內供給惰性氣體。
(處理次數判斷步驟S108)
搬出晶圓200之後，判斷薄膜形成步驟是否達到既定之次數。若判斷為達到既定之次數，結束處理。
(第2實施形態)
接著，使用圖9對第2實施形態進行說明。圖9為放大顯示管前端261a者。
首先，使用圖12對比較例進行說明。圖中，箭頭301顯示管261之外側之氣體(含第一元素氣體)之氣流，箭頭302顯示自管261之內側供給之氣體(含第二元素氣體)之氣流。
前端303係呈方角狀，因此在第一處理氣體供給步驟S202供給之含第一元素氣體，會與構成管261之筒的外周側前端303發生衝撞。並且還會黏附。此外，由於管261之前端303為方角狀，因而繞回於管261之內周側前端304之氣體發生衝撞，而於此處附著。
因此，若於第二氣體供給步驟S206供給含第二元素氣體，含第二元素氣體與附著於前端303、304之含第一元素氣體接觸且反應，從而於外周側前端303上形成未意料之膜。形成之膜由於其膜密度或強度未被控制，因此會於基板處理中被剝離，這可 能會對膜質帶來不良影響。
本實施形態係解決上述問題者。以下使用圖9對具體之內容進行說明。圖9係將管261之外周側前端、內周側前端作成R形狀。藉由設為此種之構造，不會阻礙氣體之氣流，因此能抑制未意料之膜之形成。
(實施形態3)
接著，使用圖10對實施形態3進行說明。於本實施形態中，將管261之前端構成為隨著朝處理區201而擴大。藉由設為此種之構成，含第二元素氣體沿前端流動，因此容易合流為流動於管261之外周之渦流。
(實施形態4)
接著，使用圖11對本實施形態進行說明。圖11為實施形態1之氣流(圖5)之變形例。第二處理氣體供給步驟S206中之惰性氣體之供給量不同。具體而言，將惰性氣體之供給量設為較第一處理氣體供給步驟S202少。如此，可減低曝露於電漿而活化之第一處理氣體與惰性氣體之衝撞概率，其結果能進一步抑制電漿之失去活性。
以上，作為本發明之各種典型的實施形態，對成膜技術進行了說明，但本發明不限於此等實施形態。例如，也可應用於進行上述例示之薄膜以外之成膜處理、擴散處理、氧化處理、氮化處理等其他之基板處理之情況。此外，本發明也可應用於膜形成裝置、蝕刻裝置、氧化處理裝置、氮化處理裝置、塗佈裝置、加熱裝 置等其他之基板處理裝置。此外，也可將某實施形態之構成之一部分，以其他實施形態之構成來取代，此外，也可於某實施形態之構成加上其他之實施形態之構成。此外，關於各實施形態之構成之一部分，也可進行其他構成之追加、消除、取代。
(本發明之較佳態樣)
以下，對本發明之較佳態樣進行附記。
[附記1]
根據本發明之一態樣，提供一種基板處理裝置，其包含：基板載置部，其載置基板；腔蓋，其與上述基板載置部之至少一部分對向，並於中央具有氣體供給路徑；氣體供給構造，其與上述氣體供給路徑連通；反應氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造，且具有電漿生成部；管，其設於上述氣體供給構造內及上述氣體供給路徑內，且與上述反應氣體供給部連通；及氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造，對上述管之外周側且上述氣體供給構造內側供給氣體。
[附記2]
較佳為，提供附記1記載之基板處理裝置，其中，構成上述氣體供給路徑之上述腔蓋之內壁，係構成為自與上述 氣體供給構造之下面連接之連接部起越是朝基板載置部越是擴大，上述管之前端係配置於上述內壁內。
[附記3]
較佳為，提供附記1或2記載之基板處理裝置，其中，上述氣體供給構造係筒形狀，上述反應氣體供給部連接於上述筒形狀之一端，上述氣體供給部之供給管連接於筒形狀之側面。
[附記4]
較佳為，提供附記3記載之基板處理裝置，其中，於上述筒形狀設置有在內部形成渦流之渦流形成部，上述氣體供給管連接於上述渦流形成部。
[附記5]
較佳為，提供附記1至4中任一項記載之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
[附記6]
較佳為，提供附記1至5中任一項記載之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接有該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
[附記7]
較佳為，提供附記6記載之基板處理裝置，其中，以如下之方式進行控制，即於朝上述氣體供給路徑供給上述原料氣體時，將上述原料氣體供給部之閥開啟，將上述惰性氣體供給部之閥開啟，且關閉上述反應氣體供給部之閥，於朝上述氣體供給路徑供給上述反應氣體時，將上述原料氣體供給部之閥關閉，將上述惰性氣體供給部之閥開啟，且開啟上述反應氣體供給部之閥。
[附記8]
較佳為，提供附記7記載之基板處理裝置，其中，以交互地進行上述原料氣體之供給與上述反應氣體之供給之方式進行控制。
[附記9]
根據其他之形態，提供一種半導體裝置之製造方法，其包含以下之步驟：將基板載置於基板載置部之步驟；及經由反應氣體供給管自反應氣體供給部供給電漿狀之反應氣體，並對上述管外周側，自連接於上述氣體供給構造之氣體供給部供給惰性氣體，對基板進行處理之步驟，該反應氣體供給管係插入設於與上述基板載置部之至少一部分對向之腔蓋構造之中央之氣體供給路徑。
[附記10]
根據其他之形態，提供一種程式，其使電腦執行以下之作業順序：將基板載置於基板載置部之作業順序；及經由反應氣體供給管自反應氣體供給部供給電漿狀之反應氣體，並對上述管外周側，自連接於上述氣體供給構造之氣體供給部供給惰性氣體，對基板進行處理之作業順序，該反應氣體供給管係插入設於與上述基板載置部之至少一部分對向之腔蓋構造之中央之氣體供給路徑。
[附記11]
根據其他之形態，提供一種可電腦讀取之記憶媒體，其儲存有執行以下步驟之程式：將基板載置於基板載置部之步驟；及經由反應氣體供給管自反應氣體供給部供給電漿狀之反應氣體，並自上述氣體供給路徑供給以上述供給管為中心之渦狀之惰性氣體，對基板進行處理之步驟，該反應氣體供給管係插入設於與上述基板載置部之至少一部分對向之腔蓋構造之中央之氣體供給路徑。
100‧‧‧基板處理裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
200a‧‧‧晶圓中心
200b‧‧‧晶圓外周
201‧‧‧反應區(反應室)
202‧‧‧處理容器
202a‧‧‧上部容器
202b‧‧‧下部容器
203‧‧‧搬送空間
204‧‧‧頂板
204a‧‧‧孔
205‧‧‧閘閥
206‧‧‧基板搬入搬出口
207‧‧‧昇降銷
211‧‧‧載置面
212‧‧‧承載盤
213‧‧‧加熱器
214‧‧‧貫通孔
217‧‧‧軸
218‧‧‧昇降機構
219‧‧‧波紋管
221‧‧‧排氣孔
222‧‧‧排氣管
223‧‧‧自動壓力控制器(APC)
224‧‧‧閥
225‧‧‧泵
231‧‧‧腔蓋組件(腔蓋部)
231a‧‧‧凸部
231b‧‧‧氣體分散通道
231c‧‧‧側壁
231d‧‧‧下部
231e‧‧‧底壁
235‧‧‧熱衰減部
241‧‧‧上部
241a‧‧‧緩衝室
241b‧‧‧孔
241c‧‧‧緩衝室
241g‧‧‧空間
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‧‧‧質量流量控制器(MFC)
243d‧‧‧閥
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
244c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
244d‧‧‧閥
244e‧‧‧遠距電漿單元
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
245c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
245d‧‧‧閥
246a‧‧‧第一惰性氣體供給管
246b‧‧‧惰性氣體供給源
246c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
246d‧‧‧開閉閥
247a‧‧‧第二惰性氣體供給管
247b‧‧‧惰性氣體供給源
247c‧‧‧質量流量控制器(MFC)
247d‧‧‧閥
250‧‧‧中心軸
251‧‧‧節流口(氣體分散通道)
261‧‧‧管
261a‧‧‧下端(前端)
280‧‧‧控制器
281‧‧‧演算部
282‧‧‧記憶部
283‧‧‧外部記憶裝置

Claims (21)

  1. 一種基板處理裝置，其包含：基板載置部，其載置基板；腔蓋，其與上述基板載置部之至少一部分對向，並於中央具有氣體供給路徑；氣體供給構造，其與上述氣體供給路徑連通，並且連接於上述腔蓋；反應氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，具有電漿生成部；管，其設於上述氣體供給構造內及上述氣體供給路徑內，內周係與上述反應氣體供給部連通；及氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，而連通於上述管之外周與構成上述氣體供給路徑之上述腔蓋之側壁之間的空間。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中，構成上述氣體供給路徑之上述腔蓋之側壁，係構成為自與上述氣體供給構造之下面連接之連接部起越朝基板載置部越為擴大，上述管之前端係配置於上述側壁內。
  3. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述氣體供給構造係筒形狀，上述反應氣體供給部連接於上述筒形狀之一端，上述氣體供給部之供給管連接於筒形狀之側面。
  4. 如請求項3之基板處理裝置，其中，於上述筒形狀設置有在內部形成渦流之渦流形成部，上述氣體供給管連接於上述渦流形成部。
  5. 如請求項4之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接 有供給原料氣體之原料氣體供給部。
  6. 如請求項5之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接有該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  7. 如請求項3之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
  8. 如請求項7之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  9. 如請求項2之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
  10. 如請求項9之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  11. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述氣體供給構造係筒形狀，上述反應氣體供給部連接於上述筒形狀之一端，上述氣體供給部之供給管連接於筒形狀之側面。
  12. 如請求項11之基板處理裝置，其中，於上述筒形狀設置有在內部形成渦流之渦流形成部，上述氣體供給管連接於上述渦流形成部。
  13. 如請求項12之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
  14. 如請求項13之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接該供給管之連接孔之位置，係較連 接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  15. 如請求項11之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
  16. 如請求項15之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  17. 如請求項1之基板處理裝置，其中，於上述氣體供給構造連接供給原料氣體之原料氣體供給部。
  18. 如請求項17之基板處理裝置，其中，上述氣體供給部之供給管係構成為供給惰性氣體，連接該供給管之連接孔之位置，係較連接上述原料氣體供給部之供給管之連接孔的位置更高之位置。
  19. 如請求項18之基板處理裝置，其中，以如下之方式進行控制，即，於朝上述氣體供給路徑供給上述原料氣體時，將上述原料氣體供給部之閥開啟，將上述惰性氣體供給部之閥開啟，且關閉上述反應氣體供給部之閥，於朝上述氣體供給路徑供給上述反應氣體時，將上述原料氣體供給部之閥關閉，將上述惰性氣體供給部之閥開啟，且開啟上述反應氣體供給部之閥。
  20. 一種半導體裝置之製造方法，其係使用基板處理裝置者，上述基板處理裝置係包含：基板載置部，其載置基板；腔蓋，其與上述基板載置部之至少一部分對向，並於中央具有氣體供給路徑； 氣體供給構造，其與上述氣體供給路徑連通，並且連接於上述腔蓋；反應氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，具有電漿生成部；管，其設於上述氣體供給構造內及上述氣體供給路徑內，內周係與上述反應氣體供給部連通；及氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，而連通於上述管之外周與構成上述氣體供給路徑之上述腔蓋之側壁之間的空間；上述半導體裝置之製造方法係包含以下步驟：將基板載置於上述基板載置部之步驟；及自上述反應氣體供給部經由上述管而供給電漿狀之反應氣體，並且自上述氣體供給部供給惰性氣體，而對上述基板進行處理之步驟。
  21. 一種程式，其藉由電腦使基板處理裝置執行以下之作業順序，其中，該基板處理裝置係包含：基板載置部，其載置基板；腔蓋，其與上述基板載置部之至少一部分對向，並於中央具有氣體供給路徑；氣體供給構造，其與上述氣體供給路徑連通，並且連接於上述腔蓋；反應氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，具有電漿生成部；管，其設於上述氣體供給構造內及上述氣體供給路徑內，內周係與上述反應氣體供給部連通；及 氣體供給部，其連接於上述氣體供給構造之上游，而連通於上述管之外周與構成上述氣體供給路徑之上述腔蓋之側壁之間的空間；上述作業順序係包含：將基板載置於上述基板載置部之作業順序；及自上述反應氣體供給部經由上述管而供給電漿狀之反應氣體，並且自上述氣體供給部供給惰性氣體，而對上述基板進行處理之作業順序。
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