TWI798819B - 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

本發明的課題是在於提供一種可對於基板供給高效率形成的電漿活性種氣體之技術。 其解決手段是在於提供一種具有： 處理基板的處理室； 將複數的基板多段地積載於垂直方向的基板保持部； 在處理室內產生電漿的電漿產生部；及 使磁場產生於處理室內的磁性體之技術。

Description

基板處理裝置、半導體裝置的製造方法及程式
本案是關於基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及程式。
半導體裝置的製造工序之一，有進行藉由電漿來使原料氣體或反應氣體等活化，而對於搬入至基板處理裝置的處理室內的基板供給，在基板上形成絶緣膜或半導體膜、導體膜等的各種膜，或除去各種膜的基板處理的情形。例如，在專利文獻1中，設有在反應管內產生電漿的緩衝室。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-106415號公報
(發明所欲解決的課題)
本案的目的是在於提供一種可對於基板供給高效率產生的電漿活性種氣體之技術。 (用以解決課題的手段)
若根據本案的一形態，則可提供一種具有： 處理基板的處理室； 將複數的前述基板多段地積載於垂直方向的基板保持部； 在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及 使磁場產生於前述處理室內的磁性體之技術。 [發明的效果]
若根據本案，則可提供一種可對於基板供給高效率產生的電漿活性種氣體之技術。
＜本案的實施形態＞
以下，邊參照圖1~圖5邊說明有關本案的一實施形態。
(1)基板處理裝置的構成 (加熱裝置) 如圖1所示般，被使用在基板處理裝置的處理爐202是可將基板多段收容於垂直方向的所謂的縱型爐，具有作為加熱裝置(加熱機構)的加熱器207。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。加熱器207是如後述般亦作為以熱來使氣體活化(激發)的活化機構(激發部)機能。
(處理室) 在加熱器207的內側是與加熱器207同心圓狀地配設有反應管203。反應管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。在反應管203的下方是與反應管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。集合管209的上端部是卡合於反應管203的下端部，被構成為支撐反應管203。在集合管209與反應管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，反應管203是成為被垂直安裝的狀態。主要藉由反應管203及集合管209來構成處理容器(反應容器)。在處理容器的內側的筒中空部是形成處理室201。處理室201是被構成可收容複數片的作為基板的晶圓200及後述的複數個的隔熱板315，晶圓200與隔熱板315是交替地配置。另外，處理容器是不限於上述的構成，亦有只將反應管203稱為處理容器的情況。
在處理室201內是噴嘴249a、配管249b會被設為貫通集合管209的側壁。噴嘴249a、配管249b是分別連接氣體供給管232a，232b。如此，在處理室201是設有1個的噴嘴249a、1根的配管249b、及2根的氣體供給管232a，232b，可往處理室201內供給複數種類的氣體。
在氣體供給管232a，232b是從氣體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)241a，241b及開閉閥的閥243a，243b。氣體供給管232a，232b的比閥243a，243b更下游側是分別連接供給惰性氣體的氣體供給管232c，232d。在氣體供給管232c，232d是從氣體流的上游側依序分別設有MFC241c，241d及閥243c，243d。
噴嘴249a是如圖2所示般，被設為在反應管203的內壁與晶圓200之間的空間，沿著反應管203的內壁的下部至上部，朝向晶圓200的積載方向上方而立起。亦即，噴嘴249a是被設為在配列(載置)晶圓200的晶圓配列區域(載置區域)的側方的水平地包圍晶圓配列區域的區域，沿著晶圓配列區域。亦即，噴嘴249a是在被搬入至處理室201內的各晶圓200的端部(周緣部)的側方，被設於與晶圓200的表面(平坦面)垂直的方向。在噴嘴249a的側面是設有供給氣體的氣體供給孔250a。氣體供給孔250a是開口為朝向反應管203的中心，可朝向晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a是從反應管203的下部到上部來設置複數個，分別具有相同的開口面積，更以同開口間距設置。
氣體供給管232b的前端部是連接配管249b。配管249b是被連接至緩衝構造237內。在本實施形態中，平面視2個的緩衝構造237會隔著通過反應管203(處理室201)的中心與噴嘴249a的直線來配置，或隔著通過反應管203的中心與排氣管(排氣部)231的直線來配置，對於連結噴嘴249a與排氣管231的線對稱地配置2個的緩衝構造237。在緩衝構造237是設有隔板237a，藉由隔板237a來隔開成從配管249b導入氣體的氣體導入區域237b及使氣體電漿化的電漿區域237c。電漿區域237c是亦稱為氣體分散空間的緩衝室237c。緩衝室237c是被配置於噴嘴249a側，氣體導入區域237b是被配置於排氣管231側。
緩衝室237c是如圖2所示般，在反應管203的內壁與晶圓200之間的平面視圓環狀的空間，且從反應管203的內壁的下部到上部的部分，沿著晶圓200的積載方向而設。亦即，緩衝室237c是在晶圓配列區域的側方的水平地包圍晶圓配列區域的區域，以沿著晶圓配列區域的方式藉由緩衝構造237來形成。緩衝構造237是藉由石英或SiC等的耐熱性材料的絶緣物所構成，在緩衝構造237的被形成圓弧狀的壁面是形成有供給氣體的氣體供給口302，304。氣體供給口302，304是在被積載的複數片的晶圓200的水平方向設置複數個，開口為朝向反應管203的中心，可朝向晶圓200供給氣體。氣體供給口302，304是從反應管203的下部到上部沿著晶圓200的積載方向而設置複數個，分別具有相同的開口面積，更以同開口間距設置。
氣體導入區域237b是被設為沿著反應管203的內壁的下部至上部，朝向晶圓200的積載方向上方而立起。在隔板237a是設有從氣體導入區域237b往電漿區域237c供給氣體的氣體供給孔237d。藉此，被供給至氣體導入區域237b的反應氣體會在緩衝室237c內被分散。氣體供給孔237d是與氣體供給孔250a同樣，從反應管203的下部到上部設置複數個。另外，亦可取代配管249b及氣體導入區域237b，將噴嘴例如與噴嘴249a同樣的多孔噴嘴設在緩衝室237c內供給處理氣體。
如此，在本實施形態中，經由在以反應管203的側壁的內壁及被配列於反應管203內的複數片的晶圓200的端部所定義的平面視圓環狀的縱長的空間內亦即圓筒狀的空間內配置的噴嘴249a及緩衝室237c來搬送氣體。然後，從分別被開口於噴嘴249a及緩衝室237c的氣體供給孔250a、氣體供給口302，304，在晶圓200的附近初次使氣體噴出至反應管203內。然後，將反應管203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。藉由如此的構成，可均一地供給氣體至各晶圓200，可使被形成於各晶圓200的膜的膜厚的均一性提升。流動於晶圓200的表面上的氣體，亦即反應後的殘留氣體是朝向排氣口亦即後述的排氣管231的方向流動。但，此殘留氣體的流動的方向是依據排氣口的位置來適當特定，不限於垂直方向者。
從氣體供給管232a是作為含預定元素的原料，例如含作為預定元素的矽(Si)的矽烷原料氣體會經由MFC241a、閥243a、噴嘴249a來供給至處理室201內。
所謂原料氣體是氣體狀態的原料，例如藉由使在常溫常壓下液體狀態的原料氣化而取得的氣體，或在常溫常壓下氣體狀態的原料等。在本說明書中使用稱為「原料」的用語時，有意思「液體狀態的液體原料」時，意思「氣體狀態的原料氣體」時，或意思該等的雙方時。
矽烷原料氣體是例如可使用含Si及鹵素元素的原料氣體，亦即鹵代矽烷原料氣體。所謂鹵代矽烷原料是具有鹵素基的矽烷原料。鹵素元素是包含由氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)所組成的群來選擇的至少1個。亦即，鹵代矽烷原料是包含由氯基、氟基、溴基、碘基所組成的群來選擇的至少1個的鹵素基。鹵代矽烷原料是亦可謂鹵素化物的一種。
作為鹵代矽烷原料氣體是例如可使用含Si及Cl的原料氣體，亦即氯矽烷原料氣體。作為氯矽烷原料氣體是例如可使用二氯矽烷(SiH 2Cl 2，簡稱：DCS)氣體。
從氣體供給管232b是作為含有與上述的預定元素不同的元素的反應物(反應體)，例如作為反應氣體的含氮(N)氣體會被構成為經由MFC241b、閥243b、配管249b、氣體導入區域237b來供給至緩衝室237c內。含N氣體是例如可使用氮化氫系氣體。氮化氫系氣體是亦可稱為僅以N及H的2元素所構成的物質，作為氮化氣體亦即N來源作用。氮化氫系氣體是例如可使用氨(NH 3)氣體。
從氣體供給管232c，232d是例如氮(N 2)氣體會作為惰性氣體分別經由MFC241c，241d、閥243c，243d、氣體供給管232a，232b、噴嘴249a、配管249b來供給至處理室201內。
主要藉由氣體供給管232a、MFC241a、閥243a來構成作為第1氣體供給系的原料供給系。主要藉由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b來構成作為第2氣體供給系的反應體供給系(反應物供給系)。主要藉由氣體供給管232c，232d、MFC241c，241d、閥243c，243d來構成惰性氣體供給系。亦將原料供給系、反應體供給系及惰性氣體供給系總簡稱為氣體供給系(氣體供給部)。
(電漿產生部) 其次，利用圖1~圖3來說明有關電漿產生部。
如圖2所示般，電漿是使用電容耦合電漿(Capacitively Coupled Plasma，簡稱：CCP)，在反應氣體供給時以石英等所製作的真空隔壁的反應管203(處理室201)的內部的緩衝構造237來產生。
如圖2及圖3(a)所示般，外部電極300是以在晶圓200的配列方向具有長的矩形形狀的薄板所構成。如圖1及圖3(b)所示般，外部電極300是經由匹配器272來連接高頻電源273的第1外部電極(Hot電極)300-1及為基準電位0V且被接地於地線的第2外部電極(Ground電極)300-2會以等間隔配置。在本案中無須特別地區別說明時，記載為外部電極300進行說明。
外部電極300是在反應管203與加熱器207之間，被設在對應於設有緩衝構造237的位置之處理室201的外側。具體而言，緩衝構造是設置電漿區域(緩衝室)237c作為用以使氣體電漿化的區域，外部電極300是以沿著對應於設有緩衝室237c的位置之反應管203的外壁(處理室201的外側)的方式配置成大致圓弧狀。外部電極300是例如固定於被形成中心角為30度以上240度以下的圓弧狀的石英罩的內壁面而配置。亦即，外部電極300是被配置於對應於設有緩衝室237c的位置之反應管203的外周。又，緩衝構造237是設有氣體供給部(氣體導入區域)237b作為用以供給氣體至緩衝室237c的區域。外部電極300是未被配置在對應於設有氣體導入區域237b的位置之反應管203的外周。外部電極300是從高頻電源273經由匹配器272輸入例如頻率13.56MHz的高頻，藉此在緩衝室237c內產生電漿活性種306。藉由如此產生的電漿，可從晶圓200的周圍供給基板處理用的電漿活性種306至晶圓200的表面。主要藉由緩衝構造237、外部電極300及高頻電源273來構成電漿產生部。電漿產生部是被設在處理室201的外部。
外部電極300是亦可以鋁或銅、不鏽鋼等的金屬所構成，但藉由以鎳等的耐氧化材料來構成的話，可一面抑制電氣傳導率的劣化，一面基板處理。特別是藉由以添加鋁的鎳合金材料來構成的話，耐熱性及耐腐蝕性高的氧化被膜的AlO膜會被形成於電極表面。藉由此被膜形成的效果，可抑制往電極內部的劣化的進展，因此可抑制電氣傳導率的降低所致的電漿生成效率的降低。
(電極固定治具) 其次，利用圖3說明有關作為固定外部電極300的電極固定治具的石英罩301。如圖3(a)，(b)所示般，設置複數個的外部電極300是將其缺口部(未圖示)卡在彎曲形狀的電極固定治具的石英罩301的內壁面所設的突起部310，使滑動而固定，以和此石英罩301成為一體的方式單元化(鉤式電極單元)而設置於反應管203的外周。在此，包含外部電極300及電極固定治具的石英罩301而稱為電極固定單元。另外，石英罩301及外部電極300的材料分別採用石英及鎳合金。
為了在基板溫度500℃以下取得高的處理能力，而將石英罩301的佔有率設為中心角30度以上240度以下的圓弧形狀，且為了避免微粒的產生，最好避開排氣口的排氣管231或噴嘴249a等的配置。若構成為比30度更小的中心角，則配置的外部電極300的個數變少，電漿的生產量會減少。若構成為比240度更大的中心角，則石英罩301覆蓋反應管203的側面的面積會過大，遮斷來自加熱器207的熱能量。在本實施形態中是以2座左右對稱配置中心角110度的石英罩。
在反應管203是設有作為將處理室201內的氣氛排氣的排氣部的排氣管231。排氣管231是經由作為檢測出處理室201內的壓力的壓力測出器(壓力測出部)的壓力感測器245及作為排氣閥(壓力調整部)的APC(Auto Pressure Controller)閥244來連接作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥244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作動的狀態下根據利用壓力感測器245所檢測出的壓力資訊來調節閥開度，可調整處理室201內的壓力之閥。主要藉由排氣管231、APC閥244、壓力感測器245來構成排氣系。亦可思考將真空泵246含在排氣系中。排氣管231是不限於設在反應管203的情況，亦可與噴嘴249a同樣地設於集合管209。
在集合管209的下方是設有作為可將集合管209的下端開口氣密地閉塞的爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219是被構成為從垂直方向下側抵接於集合管209的下端。密封蓋219是例如藉由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相反側是設置有使後述的晶舟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而連接至晶舟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是被構成為藉由在反應管203的外部垂直設置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，可將晶舟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亦即晶圓200搬送於處理室201內外的搬送裝置(搬送機構)。並且，在集合管209的下方是設有藉由晶舟升降機115來使密封蓋219降下的期間作為可將集合管209的下端開口氣密閉塞的爐口蓋體的擋板219s。擋板219s是例如藉由SUS等的金屬所構成，被形成圓盤狀。在擋板219s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220c。擋板219s的開閉動作(昇降動作或轉動動作等)是藉由擋板開閉機構115s來控制。
(基板支撐具) 如圖1所示般，作為基板支撐具(基板保持具、基板保持部)的晶舟217是被構成為使複數片例如25~200片的晶圓200及後述的隔熱板315以水平姿勢且彼此中心一致的狀態下排列於垂直方向而多段地支撐，亦即使取預定的間隔配列。晶舟217是例如藉由石英或SiC等的耐熱性材料所構成。在晶舟217的下部是例如藉由石英或SiC等的耐熱性材料所構成的隔熱板218會被多段地支撐。
(隔熱板) 如圖6(a)所示般，隔熱板315是具備被埋入至其中央部的作為使磁場產生的磁場產生部(磁場產生器)的磁性體316。另外，磁性體316是具有比成膜溫度(處理溫度)更高的居禮溫度。又，隔熱板315是以和晶圓200的直徑同等的圓盤狀的板所構成。又，隔熱板315是例如藉由石英或SiC等的絶緣材料(絶緣構件)所構成。由於磁性體316被埋入至隔熱板315，因此可防止磁性體316所致的處理室201內的污染。如圖6(b)所示般，將磁性體316設在隔熱板315的中央部，且將晶圓200及隔熱板315交替地配置於晶舟217而以隔熱板315來夾著晶圓200，藉此在晶圓200的中央部附近產生磁場，在電漿分佈發生變化。藉由控制磁場，在晶圓200的中心部也可供給從電漿產生的自由基(活性種)。藉此，可抑制晶圓200的邊緣部與晶圓200的中心部的膜質的偏差。即使以隔熱板315來夾著複數片的晶圓200也無妨。
亦可為取代具有磁性體316的隔熱板315，如圖7所示般，藉由被設在處理室201內的磁性體金屬318及被設在處理室201外且被連接至磁性體金屬318的強磁性體319所構成的磁場產生部(磁場產生器)。磁性體金屬318是例如SUS430等。強磁性體319是例如電磁石或具有強烈的磁場的釹磁石。由於強磁性體319是耐熱為低溫，因此被設在處理室201之外。另外，磁性體金屬318是具有比成膜溫度(處理溫度)更高的居禮(curie)溫度。磁性體金屬318是沿著垂直方向(晶圓200所被積載的方向)而設，藉由保護管317所覆蓋。保護管317是例如石英管。由於磁性體金屬318被保護管317所覆蓋，因此可防止磁性體金屬318所致的處理室201內的污染。磁性體金屬318是被設在與設有電漿產生部的位置對向的位置。亦即，磁性體金屬318是被設在與被形成於緩衝構造237的形成圓弧狀的壁面的供給氣體的氣體供給口302，304對向的位置。藉此，在晶圓200的中心部也可供給從電漿產生的自由基(活性種)，可抑制晶圓200的邊緣部與晶圓200的中心部的膜質的偏差。另外，當排氣部被配置於與氣體供給口302，304對向的位置時，是避開此排氣部來配置磁性體金屬318。
如圖1所示般，在反應管203的內部是設置有作為溫度測出器的溫度感測器263。根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，調整往加熱器207的通電情況，藉此將處理室201內的溫度設為所望的溫度分佈。溫度感測器263是與噴嘴249a同樣地沿著反應管203的內壁而設。
(控制裝置) 其次，利用圖4說明有關控制裝置。如圖4所示般，控制部(控制裝置)的控制器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121e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、記載有後述的成膜處理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各種處理(成膜處理)的各程序實行於控制器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，將製程處方簡稱為處方。在本說明書中使用稱為程式的用語時，有只包含處方單體時，只包含控制程式單體時，或包含其雙方時。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MFC241a~241d、閥243a~243d、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、匹配器272、高頻電源273、旋轉機構267、晶舟升降機115、擋板開閉機構115s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，控制旋轉機構267、MFC241a~ 241d之各種氣體的流量調整動作、閥243a~243d的開閉動作、根據阻抗監視的高頻電源273的調整動作、APC閥244的開閉動作及根據壓力感測器245的APC閥244之壓力調整動作、真空泵246的起動及停止、根據溫度感測器263的加熱器207的溫度調整動作、旋轉機構267之晶舟217的正逆旋轉、旋轉角度及旋轉速度調節動作、晶舟升降機115之晶舟217的昇降動作、高頻電源273及外部電極300之電漿生成等。
控制器121是可藉由將被儲存於外部記憶裝置(例如、硬碟等的磁碟、CD等的光碟、MO等的光磁碟、USB記憶體等的半導體記憶體)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。在本說明書中使用稱為記錄媒體的用語時，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 其次，邊參照圖5邊說明有關使用基板處理裝置，在晶圓200上形成薄膜的工序，作為半導體裝置的製造工序的一工序。在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部的動作是藉由控制器121來控制。
在此是說明有關藉由非同時亦即不使同步進行預定次數(1次以上)，供給DCS氣體作為原料氣體的步驟、及供給使電漿激發的NH 3氣體作為反應氣體的步驟，在晶圓200上形成矽氮化膜(SiN膜)作為含Si及N的膜之例。又，例如，亦可在晶圓200上預先形成預定的膜。又，亦可在晶圓200或預定的膜中預先形成預定的圖案。
在本說明書中，基於說明的方便起見，亦有以下般地表示圖5所示的成膜處理的製程流程的情形。 (DCS→NH 3*)×n ⇒ SiN
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等的表面」的情況。在本說明書中記載成「在晶圓上形成預定的層」時，是有意思在晶圓本身的表面上直接形成預定的層的情況，或意思在被形成於晶圓上的層等上形成預定的層的情況。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。
(搬入步驟：S1) 一旦複數片的晶圓200被裝填於晶舟217(晶圓充填)，則擋板219s會藉由擋板開閉機構115s來使移動，集合管209的下端開口會被開放(擋板開放)。然後，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來舉起而往處理室201內搬入(晶舟裝載)。在此狀態下，密封蓋219是成為隔著O型環220b來密封集合管209的下端的狀態。
(壓力･溫度調整步驟：S2) 以處理室201的內部亦即存在晶圓200的空間會成為所望的壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246來真空排氣(減壓排氣)。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244。真空泵246是至少至後述的成膜步驟終了為止的期間維持使常時作動的狀態。
又，以處理室201內的晶圓200成為所望的溫度之方式，藉由加熱器207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的通電情況。加熱器207之處理室201內的加熱是至少至後述的成膜步驟終了為止的期間繼續進行。但，在室溫以下的溫度條件下進行成膜步驟時，加熱器207之處理室201內的加熱是亦可不進行。另外，只進行如此的溫度下的處理時，加熱器207是不需要，亦可不在基板處理裝置設置加熱器207。此情況，可使基板處理裝置的構成簡素化。接著，開始旋轉機構267之晶舟217及晶圓200的旋轉。旋轉機構267之晶舟217及晶圓200的旋轉是至少至成膜步驟終了為止的期間繼續進行。
(原料氣體供給步驟：S3，S4) 在步驟S3中，對於處理室201內的晶圓200供給DCS氣體。開啟閥243a，往氣體供給管232a內流動DCS氣體。DCS氣體是藉由MFC241a來調整流量，經由噴嘴249a來從氣體供給孔250a往處理室201內供給，從排氣管231排氣。此時同時開啟閥243c，往氣體供給管232c內流動N 2氣體。N 2氣體是藉由MFC241c來調整流量，與DCS氣體一起往處理室201內供給，從排氣管231排氣。
又，為了抑制DCS氣體往配管249b內侵入，開啟閥243d，往氣體供給管232d內流動N 2氣體。N 2氣體是經由氣體供給管232b、配管249b來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
以MFC241a控制的DCS氣體的供給流量是例如設為1sccm以上、6000sccm以下，理想是3000sccm以上、5000sccm以下的範圍內的流量。以MFC241c，241d所控制的N 2氣體的供給流量是分別設為例如100sccm以上、10000sccm以下的範圍內的流量。處理室201內的壓力是例如設為1Pa以上、2666Pa以下，理想是665Pa以上、1333Pa的範圍內的壓力。將晶圓200暴露於DCS氣體的時間是例如設為每1循環20秒程度的時間。另外，將晶圓200暴露於DCS氣體的時間是依膜厚而異。
加熱器207的溫度是被設定成晶圓200的溫度會成為例如0℃以上700℃以下，理想是室溫(25℃)以上550℃以下，更理想是40℃以上500℃以下的範圍內的溫度。如本實施形態般，藉由將晶圓200的溫度設為700℃以下，進一步是550℃以下，進一步是500℃以下，可使加諸於晶圓200的熱量低減，可良好地進行晶圓200所受的熱履歷的控制。
藉由在上述的條件下對於晶圓200供給DCS氣體，在晶圓200(表面的底層膜)上形成含Si層。含Si層是除了Si層以外，可含Cl或H。含Si層是藉由在晶圓200的最表面，DCS物理吸附，或DCS的一部分分解後的物質化學吸附，或藉由DCS熱分解而堆積Si等來形成。亦即，含Si層是亦可為DCS或DCS的一部分分解後的物質的吸附層(物理吸附層或化學吸附層)，或亦可為Si的堆層疊(Si層)。
含Si層被形成之後，關閉閥243a，停止往處理室201內的DCS氣體的供給。此時，維持開啟APC閥244，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內的未反應或對於含Si層的形成貢獻後的DCS氣體或反應副生成物等(S4)。又，閥243c，243d是維持開啟，維持往處理室201內的N 2氣體的供給。N 2氣體是作為淨化氣體作用。另外，亦可省略此步驟S4。
原料氣體是除了DCS氣體以外，可適用四(二甲基胺基)矽烷(Si[N(CH 3) 2] 4，簡稱：4DMAS)氣體、三(二甲基胺基)矽烷(Si[N(CH 3) 2] 3H，簡稱：3DMAS)氣體、雙(二甲基胺基)矽烷(Si[N(CH 3) 2] 2H 2，簡稱：BDMAS)氣體、雙(二乙基氨基)矽烷(Si[N(C 2H 5) 2] 2H 2，簡稱：BDEAS)、雙(叔丁胺)矽烷(SiH 2[NH(C 4H 9)] 2，簡稱：BTBAS)氣體、二甲基胺基矽烷(DMAS)氣體、二乙基胺基矽烷(DEAS)氣體、二丙基胺基矽烷(DPAS)氣體、二異丙基胺基矽烷(DIPAS)氣體、丁基胺基矽烷(BAS)氣體、六甲基二矽氮烷(HMDS)氣體等的各種氨基矽烷原料氣體、一氯矽烷(SiH 3Cl，簡稱：MCS)氣體、三氯矽烷(SiHCl 3，簡稱：TCS)氣體、四氯矽烷(SiCl 4，簡稱：STC)氣體、六氯二矽烷(Si 2Cl 6，簡稱：HCDS)氣體、八氯三矽烷(Si 3Cl 8，簡稱：OCTS)氣體等的無機系鹵代矽烷原料氣體、甲矽烷(SiH 4，簡稱：MS)氣體、乙矽烷(Si 2H 6，簡稱：DS)氣體、丙矽烷(Si 3H 8，簡稱：TS)氣體等的非含有鹵素基的無機系矽烷原料氣體。
惰性氣體是除了N 2氣體以外，可使用Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等的稀有氣體。
(反應氣體供給步驟：S5，S6) 成膜處理終了後，對於處理室201內的晶圓200供給作為反應氣體的使電漿激發的NH 3氣體(S5)。
在此步驟中，以和步驟S3的閥243a，243c，243d的開閉控制同樣的程序來進行閥243b~243d的開閉控制。NH 3氣體是藉由MFC 241b來調整流量，經由配管249b往緩衝室237c內供給。此時，供給高頻電力至外部電極300。往緩衝室237c內供給的NH 3氣體是被激發成電漿狀態(電漿化而被活化)，作為活性種(NH 3*)往處理室201內供給，從排氣管231排氣。
以MFC241b控制的NH 3氣體的供給流量是例如設為100sccm以上、10000sccm以下，理想是1000sccm以上、2000sccm以下的範圍內的流量。施加於外部電極300的高頻電力是例如設為50W以上、600W以下的範圍內的電力。處理室201內的壓力是例如設為1Pa以上、500Pa以下的範圍內的壓力。藉由使用電漿，即使將處理室201內的壓力設為如此的比較低的壓力帶，還是可使NH 3氣體活化。對於晶圓200供給藉由電漿激發NH 3氣體而取得的活性種的時間，亦即氣體供給時間(照射時間)是例如設為1秒以上、180秒以下，理想是1秒以上、60秒以下的範圍內的時間。其他的處理條件是設為與上述的S3同樣的處理條件。
藉由在上述的條件下對於晶圓200供給NH 3氣體，被形成於晶圓200上的含Si層會被電漿氮化。此時，藉由被電漿激發的NH 3氣體的能量，含Si層所具有的Si-Cl結合、Si-H結合會被切斷。切離與Si的結合的Cl、H是從含Si層脫離。然後，藉由Cl等脫離，成為具有未鍵結(懸空鍵(dangling bond))的含Si層中的Si會與NH 3氣體中所含的N結合，形成Si-N結合。藉由此反應進展，含Si層是被變化(被改質)成含Si及N的層，亦即矽氮化層(SiN層)。
另外，為了使含Si層改質成SiN層，需要使NH 3氣體電漿激發而供給。在無電漿的氣氛下供給NH 3氣體，就上述的溫度帶而言，為了使含Si層氮化所必要的能量會不足，因為難以充分地使Cl或H從含Si層脫離，或難以使含Si層充分地氮化而使Si-N結合增加。
使含Si層變換至SiN層之後，關閉閥243b，停止NH 3氣體的供給。並且，停止往外部電極300的高頻電力的供給。然後，依據與步驟S4同樣的處理程序、處理條件，從處理室201內排除殘留於處理室201內的NH 3氣體或反應副生成物(S6)。另外，亦可省略此步驟S6。
作為氮化劑，亦即使電漿激發的含N氣體是除了NH 3氣體以外，亦可使用二亞胺(N 2H 2)氣體、肼(N 2H 4)氣體、N 3H 8氣體等。
惰性氣體是除了N 2氣體以外，例如可使用以步驟S4所例示的各種稀有氣體。
(預定次數實施：S7) 將按照上述的S3，S4，S5，S6順序來非同時亦即不使同步進行者設為1循環，藉由將此循環進行預定次數(n次)亦即1次以上(S7)，可在晶圓200上形成預定組成及預定膜厚的SiN膜。上述的循環是重複複數次為理想。亦即，將每1循環形成的SiN層的厚度形成比所望的膜厚更小，至藉由層疊SiN層而形成的SiN膜的膜厚形成所望的膜厚為止，重複複數次上述的循環為理想。
(大氣壓恢復步驟：S8) 一旦上述的成膜處理完了，則從氣體供給管232c，232d的各者往處理室201內供給作為惰性氣體的N 2氣體，從排氣管231排氣。藉此，處理室201內會以惰性氣體淨化，殘留於處理室201內的氣體等會從處理室201內除去(惰性氣體淨化)。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(S8)。
(搬出步驟：S9) 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，且處理完了晶圓200會在被支撐於晶舟217的狀態下從集合管209的下端搬出至反應管203的外部(晶舟卸載)(S9)。晶舟卸載之後，擋板219s會被移動，集合管209的下端開口會隔著O型環220c來藉由擋板219s密封(擋板關閉)。處理完了的晶圓200是被搬出至反應管203的外部之後，從晶舟217取出(晶圓釋放)。另外，晶圓釋放之後是亦可往處理室201內搬入空的晶舟217。
(3)本實施形態所致的效果 若根據本實施形態，則可取得以下所示的1個或複數的效果。
(a)藉由在反應管(處理室)內形成･活用，電漿會到達晶圓中心，對於晶圓中心的電漿密度會提升。
(b)藉由電漿或活性種到達晶圓中心，晶圓邊緣部與晶圓中心部的膜質的偏差會減少，可謀求晶圓面內的膜質均一性的提升。
以上，具體說明有關本案的實施形態。但，本案是不被限定於上述的實施形態者，可在不脫離其主旨的範圍實施各種變更。
例如，在上述的實施形態中，說明有關在供給原料之後供給反應氣體的例子。本案是不被限定於如此的形態，原料、反應氣體的供給順序亦可相反。亦即，亦可在供給反應氣體之後供給原料。藉由改變供給順序，可使被形成的膜的膜質或組成比變化。
在上述的實施形態等中，說明有關在晶圓200上形成SiN膜的例子。本案是不被限定於如此的形態，在晶圓200上形成矽氧化膜(SiO膜)、矽氧碳化膜(SiOC膜)、矽氧碳氮化膜(SiOCN膜)、矽氧氮化膜(SiON膜)等的Si系氧化膜時，或在晶圓200上形成矽碳氮化膜(SiCN膜)、矽硼氮化膜(SiBN膜)、矽硼碳氮化膜(SiBCN膜)等的Si系氮化膜時也可適用。該等的情況，反應氣體是除了含O氣體以外，可使用C 3H 6等的含C氣體或NH 3等的含N氣體或BCl 3等的含B氣體。
又，本案是在晶圓200上形成含鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)等的金屬元素的氧化膜或氮化膜，亦即金屬系氧化膜或金屬系氮化膜時也可適用。亦即，本案是在晶圓200上形成TiO膜、TiN膜、TiOC膜、TiOCN膜、TiON膜、TiBN膜、TiBCN膜、ZrO膜、ZrN膜、ZrOC膜、ZrOCN膜、ZrON膜、ZrBN膜、ZrBCN膜、HfO膜、HfN膜、HfOC膜、HfOCN膜、HfON膜、HfBN膜、HfBCN膜、TaO膜、TaOC膜、TaOCN膜、TaON膜、TaBN膜、TaBCN膜、NbO膜、NbN膜、NbOC膜、NbOCN膜、NbON膜、NbBN膜、NbBCN膜、AlO膜、AlN膜、AlOC膜、AlOCN膜、AlON膜、AlBN膜、AlBCN膜、MoO膜、MoN膜、MoOC膜、MoOCN膜、MoON膜、MoBN膜、MoBCN膜、WO膜、WN膜、WOC膜、WOCN膜、WON膜、MWBN膜、WBCN膜等時也可適用。
該等的情況，例如，原料氣體可使用四(二甲基氨基)鈦(Ti[N(CH 3) 2] 4，簡稱：TDMAT)氣體、四(乙基甲基氨基)鉿(Hf[N(C 2H 5)(CH 3)] 4，簡稱：TEMAH)氣體、四(乙基甲基氨基)鋯(Zr[N(C 2H 5)(CH 3)] 4，簡稱：TEMAZ)氣體、三甲基鋁(Al(CH 3) 3，簡稱：TMA)氣體、四氯化鈦(TiCl 4)氣體、四氯化鉿(HfCl 4)氣體等。反應氣體是可使用上述的反應氣體。
亦即，本案是在形成含半金屬元素的半金屬系膜或含金屬元素的金屬系膜時，可適宜地適用。該等的成膜處理的處理程序、處理條件是可設為與上述的實施形態或變形例所示的成膜處理同樣的處理程序、處理條件。在該等的情況中，也可取得與上述的實施形態或變形例同樣的效果。
被用在成膜處理的處方是按照處理內容來個別地準備，經由電氣通訊線路或外部記憶裝置123來儲存於記憶裝置121c內為理想。然後，開始各種處理時，CPU121a從被儲存於記憶裝置121c內的複數的處方之中，按照處理內容來適當選擇適合的處方為理想。藉此，可以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。又，可減低操作員的負擔，一面迴避操作錯誤，一面可迅速地開始各種處理。
上述的處方是不限於新作成的情況，例如亦可藉由變更已被安裝於基板處理裝置的既存的處方而準備。變更處方時，亦可將變更後的處方經由電氣通訊線路或記錄了該處方的記錄媒體來安裝於基板處理裝置。又，亦可操作既存的基板處理裝置所具備的輸出入裝置122，直接變更已被安裝於基板處理裝置的既存的處方。
200:晶圓(基板) 201:處理室 217:晶舟(基板保持部) 316:磁性體
[圖1]是被適用在本案的實施形態的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以縱剖面圖來表示處理爐部分的圖。 [圖2]是被適用在本案的實施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線剖面圖來表示處理爐部分的圖。 [圖3](a)是用以說明被適用在本案的實施形態的基板處理裝置的緩衝構造的橫剖面擴大圖，(b)是用以說明被適用在本案的實施形態的基板處理裝置的緩衝構造的模式圖。 [圖4]是被適用在本案的實施形態的基板處理裝置的控制器的概略構成圖，以方塊圖來表示控制器的控制系的圖。 [圖5]是本案的實施形態的基板處理工序的流程圖。 [圖6](a)是被適用在本案的實施形態的具有磁性體的隔熱板的正面圖，(b)是說明(a)所示的磁性體所致的磁場的模式圖。 [圖7]是被適用在本案的其他的實施形態的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以和圖2同樣的剖面圖來表示的圖。
115:晶舟升降機
115s:擋板開閉機構
121:控制器
200:晶圓(基板)
201:處理室
202:處理爐
203:反應管
207:加熱器
209:集合管
217:晶舟(基板保持部)
218:隔熱板
219:密封蓋
219s:擋板
220a:O型環
220b:O型環
220c:O型環
231:排氣管
232a:氣體供給管
232b:氣體供給管
232c:氣體供給管
232d:氣體供給管
237:緩衝構造
237c:電漿區域
241a:MFC
241b:MFC
241c:MFC
241d:MFC
243a:閥
243b:閥
243c:閥
243d:閥
244:APC閥
245:壓力感測器
246:真空泵
249a:噴嘴
249b:配管
250a:氣體供給孔
255:旋轉軸
263:溫度感測器
267:旋轉機構
272:匹配器
273:高頻電源
300:外部電極
301:石英罩
302:氣體供給口
315:隔熱板

Claims (17)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵係具有：處理基板的處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及使磁場產生於前述基板的中央部附近的磁場產生部。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述基板保持部係積載：複數的前述基板、及將前述磁場產生部設於中央部的隔熱板。
  3. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中，前述磁場產生部係被埋入至前述隔熱板。
  4. 如請求項3記載的基板處理裝置，其中，前述基板與前述隔熱板係交替地配置於前述基板保持部。
  5. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中，前述隔熱板係以能夾入複數的前述基板之方式，被保持於前述基板保持部。
  6. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中，前述隔熱板係藉由絶緣材料所構成。
  7. 如請求項2記載的基板處理裝置，其中，前述磁場產生部係藉由具有比前述基板的處理溫度更高的居禮溫度的磁性體所構成。
  8. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述電漿產生部係被設在前述處理室的外部。
  9. 一種基板處理裝置，其特徵係具有： 處理基板的處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及藉由：被設在前述處理室內的磁性體金屬、及被連接至該磁性體金屬的強磁性體所構成，使磁場產生於前述處理室內的磁場產生部。
  10. 如請求項9記載的基板處理裝置，其中，前述磁性體金屬係被設在積載前述基板的方向。
  11. 如請求項9記載的基板處理裝置，其中，前述磁性體金屬係藉由保護管所覆蓋。
  12. 如請求項9記載的基板處理裝置，其中，前述磁場產生部係被設在與設有前述電漿產生部的位置對向的位置。
  13. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，具備加熱前述基板的加熱裝置。
  14. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵係具有：將基板搬入至基板處理裝置的處理室之工序；及在前述處理室內產生電漿之工序，該基板處理裝置係具有：處理基板的前述處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及使磁場產生於前述基板的中央部附近的磁場產生部。
  15. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵係具有：將基板搬入至基板處理裝置的處理室之工序；及在前述處理室內產生電漿之工序，該基板處理裝置係具有：處理基板的前述處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及藉由：被設在前述處理室內的磁性體金屬、及被連接至該磁性體金屬的強磁性體所構成，使磁場產生於前述處理室內的磁場產生部。
  16. 一種程式，其特徵係藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置，將基板搬入至基板處理裝置的處理室之程序；及在前述處理室內產生電漿之程序，該基板處理裝置係具有：處理基板的前述處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及使磁場產生於前述基板的中央部附近的磁場產生部。
  17. 一種程式，其特徵係藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置，將基板搬入至基板處理裝置的處理室之程序；及在前述處理室內產生電漿之程序， 該基板處理裝置係具有：處理基板的前述處理室；將複數的前述基板多段地積載的基板保持部；在前述處理室內產生電漿的電漿產生部；及藉由：被設在前述處理室內的磁性體金屬、及被連接至該磁性體金屬的強磁性體所構成，使磁場產生於前述處理室內的磁場產生部。
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