襯底處理裝置及半導(dǎo)體器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及襯底處理裝置及半導(dǎo)體器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件的制造工序中，對(duì)晶片等襯底進(jìn)行各種工藝處理。工藝處理中的一種，例如有利用交替供給法進(jìn)行的成膜處理。交替供給法為下述方法:對(duì)作為處理對(duì)象的襯底交替地供給原料氣體及與該原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體這至少兩種處理氣體，使這些氣體在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)從而一層一層地形成膜，使該一層又一層膜層合從而形成所希望膜厚的膜。在該交替供給法中，為了不讓原料氣體與反應(yīng)氣體在襯底表面以外進(jìn)行反應(yīng)，在供給各處理氣體之間具有用于除去殘余氣體的吹掃工序是理想的。
[0003]作為進(jìn)行上述利用交替供給法的成膜處理的襯底處理裝置的一個(gè)方案，例如有具有簇射頭的單片型的襯底處理裝置。簇射頭構(gòu)成如下:為了對(duì)襯底處理面均勻地供給處理氣體，簇射頭位于襯底處理面的上方側(cè)，在與襯底處理面相對(duì)的位置配置有具有多個(gè)貫通孔的分散板，并且在其上方側(cè)連接有氣體供給系統(tǒng)，進(jìn)而在連接有氣體供給系統(tǒng)的氣體供給孔與分散板之間內(nèi)置氣體引導(dǎo)件。氣體引導(dǎo)件形成以氣體供給孔為起點(diǎn)朝向分散板外周擴(kuò)大的圓錐狀。在具有上述構(gòu)成的簇射頭的襯底處理裝置中，由于氣體引導(dǎo)件以朝向分散板擴(kuò)散的方式引導(dǎo)來(lái)自氣體供給孔的氣體，所以可以在分散板中央部分和分散板外周部分使氣體的擴(kuò)散程度、氣體密度相同。因此，能夠使已開(kāi)始供給的氣體幾乎同時(shí)到達(dá)分散板中央部分和外周部分，由此，對(duì)襯底處理面的氣體供給能實(shí)現(xiàn)高的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—般認(rèn)為進(jìn)行利用交替供給法的成膜處理時(shí)，如上述那樣交替地供給原料氣體和反應(yīng)氣體，但如果經(jīng)由簇射頭進(jìn)行氣體供給，則簇射頭內(nèi)的殘余氣體發(fā)生反應(yīng)，在簇射頭內(nèi)生成反應(yīng)副產(chǎn)物。這種情況下，與分散板下方的處理空間不同，在簇射頭內(nèi)，形成優(yōu)質(zhì)的膜的溫度條件、壓力條件等并不完善。因此，在簇射頭內(nèi)，作為反應(yīng)副產(chǎn)物形成了膜密度、膜厚等不均的特性不良的膜。一般認(rèn)為這樣的反應(yīng)副產(chǎn)物在更換氣體供給時(shí)的壓力變動(dòng)等情況下容易剝落。剝落的副產(chǎn)物有可能侵入到處理空間內(nèi)，對(duì)襯底上的膜的特性造成不良影響、或者導(dǎo)致成品率低下。
[0005]對(duì)于簇射頭內(nèi)的反應(yīng)副產(chǎn)物而言，可以考慮在裝置維護(hù)時(shí)通過(guò)操作員的手工操作除去。然而，這種情況下，會(huì)產(chǎn)生下述問(wèn)題:因大幅增加停機(jī)時(shí)間，故裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降。
[0006]為了盡可能不降低裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)效率、并除去反應(yīng)副產(chǎn)物，可以考慮利用清潔氣體。具體而言，經(jīng)由簇射頭向處理空間供給清潔氣體，對(duì)簇射頭內(nèi)及處理空間內(nèi)分別進(jìn)行清潔處理。然而，這種情況下，存在下述可能:由于清潔氣體在依序通過(guò)簇射頭內(nèi)及處理空間內(nèi)的過(guò)程中失活，所以在處理空間內(nèi)的氣體流動(dòng)方向的下游側(cè)清潔處理并不充分。
[0007]關(guān)于這一點(diǎn)，也可以考慮通過(guò)分別進(jìn)行經(jīng)由簇射頭向處理空間供給清潔氣體的清潔處理、和與此相反從處理空間側(cè)朝向簇射頭側(cè)供給清潔氣體的清潔處理來(lái)應(yīng)對(duì)。然而，如果分別進(jìn)行各清潔處理，則內(nèi)置于簇射頭中的氣體引導(dǎo)件的內(nèi)側(cè)(處理空間側(cè))在任一處理中均會(huì)通過(guò)活性的清潔氣體，所以可能產(chǎn)生過(guò)度蝕刻(over etching)。
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供在經(jīng)由簇射頭進(jìn)行氣體供給時(shí)，能對(duì)各簇射頭內(nèi)及處理空間內(nèi)充分且良好地進(jìn)行清潔處理的襯底處理裝置及半導(dǎo)體器件的制造方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種襯底處理裝置，其具有:
[0010]處理空間，對(duì)襯底進(jìn)行處理；
[0011]簇射頭緩沖室，隔著設(shè)置有貫通孔的分散板，與所述處理空間相鄰；
[0012]非活性氣體供給系統(tǒng)，向所述簇射頭緩沖室內(nèi)供給非活性氣體；
[0013]處理空間清潔氣體供給系統(tǒng)，向所述處理空間內(nèi)供給清潔氣體；
[0014]控制部，控制所述非活性氣體供給系統(tǒng)及所述處理空間清潔氣體供給系統(tǒng)，使得向所述處理空間供給清潔氣體和向所述簇射頭緩沖室供給非活性氣體同時(shí)進(jìn)行。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的其他方案，提供一種導(dǎo)體器件的制造方法，其具有:
[0016]將襯底搬入處理空間，對(duì)襯底進(jìn)行處理的工序；
[0017]從所述處理空間將襯底搬出的工序；
[0018]向隔著設(shè)置有貫通孔的分散板而與所述處理空間相鄰的簇射頭緩沖室供給非活性氣體，與此同時(shí)向所述處理空間供給清潔氣體的工序。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，即使在經(jīng)由簇射頭進(jìn)行氣體供給的情況下，也能對(duì)各簇射頭內(nèi)及處理空間內(nèi)充分且良好地進(jìn)行清潔處理。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的單片式的襯底處理裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的襯底處理工序及清潔工序的流程圖。
[0022]圖3是表示圖2中的成膜工序的詳情的流程圖。
[0023]圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的清潔工序的詳細(xì)步驟的時(shí)序圖。
[0024]圖5是示意性表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的清潔工序中的清潔氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。
[0025]圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的清潔工序的詳細(xì)步驟的時(shí)序圖。
[0026]圖7是示意性表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的清潔工序中的清潔氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。
[0027]圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的清潔工序的詳細(xì)步驟的時(shí)序圖。
[0028]圖9是示意性表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的清潔工序中的清潔氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。
[0029]圖10是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的清潔工序的詳細(xì)步驟的時(shí)序圖。
[0030]圖11是示意性表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的清潔工序中的清潔氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。
[0031]圖12是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的清潔工序的詳細(xì)步驟的時(shí)序圖。
[0032]符號(hào)說(shuō)明
[0033]100...襯底處理裝置
[0034]200...晶片(襯底)
[0035]201...處理空間
[0036]211..?襯底載置面
[0037]222...第二排氣管
[0038]223...第二閥
[0039]230...簇射頭
[0040]232...簇射頭緩沖室
[0041]234...分散板
[0042]234a...貫通孔
[0043]235..?氣體引導(dǎo)件
[0044]236...第一排氣管
[0045]237...第一閥
[0046]245...非活性氣體供給系統(tǒng)
[0047]248a..?緩沖室清潔氣體供給管
[0048]249..?處理空間清潔氣體供給系統(tǒng)
[0049]260...控制器
【具體實(shí)施方式】
[0050]<本發(fā)明的第一實(shí)施方式>
[0051]以下，針對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，一邊參照附圖一邊進(jìn)行說(shuō)明。
[0052](1)襯底處理裝置的構(gòu)成
[0053]本實(shí)施方式的襯底處理裝置構(gòu)成為對(duì)作為處理對(duì)象的襯底每一次處理一片的單片式襯底處理裝置。
[0054]作為成為處理對(duì)象的襯底，例如可舉出制作半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體元器件)的半導(dǎo)體晶片襯底(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為“晶片”)。作為對(duì)這種襯底進(jìn)行的處理，可舉出蝕刻、灰化、成膜處理等，但在本實(shí)施方式中特別是進(jìn)行成膜處理。作為成膜處理的典型例子，有交替供給處理。
[0055]以下，參照?qǐng)D1說(shuō)明本實(shí)施方式的襯底處理裝置的構(gòu)成。
[0056]圖1是本實(shí)施方式的單片式的襯底處理裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
[0057](處理容器)
[0058]如圖1所示，襯底處理裝置100包括處理容器202。處理容器202構(gòu)成為例如橫截面為圓形且扁平的密封容器。此外，處理容器202例如由鋁(A1)、不銹鋼(SUS)等金屬材料構(gòu)成。在處理容器202內(nèi)形成有:處理作為襯底的硅晶片等晶片200的處理空間201、和在將晶片200向處理空間201搬送時(shí)供晶片200通過(guò)的搬送空間203。處理容器202由上部容器202a和下部容器202b構(gòu)成。在上部容器202a與下部容器202b之間設(shè)置有分隔板204。
[0059]在上部容器202a的內(nèi)部的外周邊緣近旁設(shè)有排氣緩沖室209。排氣緩沖室209作為將處理空間201內(nèi)的氣體朝向側(cè)方周?chē)懦鰰r(shí)的緩沖空間而發(fā)揮功能。因此，排氣緩沖室209具有以包圍處理空間201的側(cè)方外周的方式而設(shè)置的空間。即，排氣緩沖室209具有在俯視下呈環(huán)狀(圓環(huán)狀)地形成于處理空間201的外周側(cè)的空間。對(duì)于排氣緩沖室209所具有的空間而言，通過(guò)上部容器202a形成空間的頂面及兩側(cè)壁面，通過(guò)分隔板204形成空間的底面。并且，空間的內(nèi)周側(cè)構(gòu)成為與處理空間201連通，使供給到處理空間201內(nèi)的氣體通過(guò)該連通部位流入排氣緩沖室209內(nèi)。
[0060]在下部容器202b的側(cè)面設(shè)置有與閘閥205相鄰的襯底搬入搬出口 206，晶片200經(jīng)由該襯底搬入搬出口 206在與未圖示的搬送室之間移動(dòng)。在下部容器202b的底部設(shè)置有多個(gè)提升銷(xiāo)207。而且，下部容器202b接地。
[0061](襯底支承部)
[0062]在處理空間201內(nèi)設(shè)有支承晶片200的襯底支承部210。襯底支承部210主要具有載置晶片200的襯底載置面211、在表面具有襯底載置面211的襯底載置臺(tái)212以及內(nèi)置于襯底載置臺(tái)212的作為加熱源的加熱器213。在襯底載置臺(tái)212中，在與提升銷(xiāo)207對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)置有供提升銷(xiāo)207貫通的貫通孔214。
[0063]襯底載置臺(tái)212由軸217支承。軸217貫通處理容器202的底部，并且在處理容器202的外部與升降機(jī)構(gòu)218連接。通過(guò)使升降機(jī)構(gòu)218工作而使軸217和襯底載置臺(tái)212升降，能夠使載置在襯底載置面211上的晶片200升降。需要說(shuō)明的是，軸217下端部的周?chē)刹y管219覆蓋，處理容器202內(nèi)部被氣密性地保持。
[0064]襯底載置臺(tái)212在晶片200的搬運(yùn)時(shí)下降至襯底載置面211與襯底搬入搬出口206相對(duì)的位置(晶片搬送位置)，在晶片200的處理時(shí)，晶片200上升至處理空間201內(nèi)的處理位置(晶片處理位置)。
[0065]具體而言，在使襯底載置臺(tái)212下降至晶片搬送位置時(shí)，提升銷(xiāo)207的上端部從襯底載置面211的上表面突出，提升銷(xiāo)207從下方支承晶片200。此外，在使襯底載置臺(tái)212上升至晶片處理位置時(shí)，提升銷(xiāo)207相對(duì)于襯底載置面211的上表面埋沒(méi)，襯底載置面211從下方支承晶片200。需要說(shuō)明的是，由于提升銷(xiāo)207與晶片200直接接觸，所以?xún)?yōu)選以例如石英、氧化招等材質(zhì)形成提升銷(xiāo)207。
[0066](簇射頭)
[0067]在處理空間201的上部(氣體供給方向上游側(cè))設(shè)有作為氣體分散機(jī)構(gòu)的簇射頭230。在簇射頭230的蓋231上設(shè)有氣體導(dǎo)入口 241，在該氣體導(dǎo)入口 241連接后述的氣體供給系統(tǒng)。從氣體導(dǎo)入口 241導(dǎo)入的氣體被供給到形成于簇射頭230內(nèi)的空間，即簇射頭緩沖室232。
[0068]簇射頭的蓋231由具有導(dǎo)電性的金屬形成，并用作用于在簇射頭緩沖室232或處理空間201內(nèi)生成等離子體的電極。在蓋231與上部容器202a之間設(shè)置有絕緣塊233，該絕緣塊233使蓋231與上部容器202a之間絕緣。
[0069]簇射頭230包括用于使經(jīng)氣體導(dǎo)入口 241從氣體供給系統(tǒng)供給的氣體分散的分散板234。該分散板234的上游側(cè)是簇射頭緩沖室232，下游側(cè)是處理空間201。在分散板234上設(shè)置有多個(gè)貫通孔234a。以與襯底載置面211對(duì)置的方式將分散板234配置在該襯底載置面211的上方側(cè)。因此，簇射頭緩沖室232經(jīng)由設(shè)置于分散板234上的多個(gè)貫通孔234a與處理空間201連通。
[0070]在簇射頭緩沖室232中設(shè)置有形成被供給的氣體的流動(dòng)的氣體引導(dǎo)件235。氣體引導(dǎo)件235為以孔231a為頂點(diǎn)并隨著朝向分散板234方向而直徑擴(kuò)大的圓錐狀。與形成在分散板234的最外周側(cè)的貫通孔234a相比，氣體引導(dǎo)件235形成為其下端位于更外周。即，簇射頭緩沖室232將氣體引導(dǎo)件235內(nèi)包，所述氣體引導(dǎo)件235將從分散板234的上方側(cè)供給的氣體向處理空間201引導(dǎo)。
[0071]需要說(shuō)明的是，簇射頭230還可以?xún)?nèi)置作為使簇射頭緩沖室232內(nèi)及處理空間201內(nèi)升溫的加熱源的加熱器231b。此外，還可以構(gòu)成為:在簇射頭230的蓋231上連接有未圖示的整合器及高頻電源，利用他們對(duì)阻抗進(jìn)行調(diào)整，由此在簇射頭緩沖室232及處理空間201中生成等離子體。
[0072](氣體供給系統(tǒng))
[0073]在設(shè)于簇射頭230的蓋231上的氣體導(dǎo)入孔241連接有共用氣體供給管242。共用氣體供給管242通過(guò)與氣體導(dǎo)入孔241的連接而連通于簇射頭230內(nèi)的簇射頭緩沖室232。此外，在共用氣體供給管242上連接有第一氣體供給管243a、第二氣體供給管244a以及第三氣體供給管245a。第二氣體供給管244a經(jīng)由遠(yuǎn)程等離子體單元(RPU) 244e連接于共用氣體供給管242。
[0074]其中，從包含第一氣體供給管243a的原料氣體供給系統(tǒng)243主要供給原料氣體，從包含第二氣體供給管244a的反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)244主要供給反應(yīng)氣體。從包含第三氣體供給管245a的非活性氣體供給系統(tǒng)245供給非活性氣體或清潔氣體的任一種。
[0075]需要說(shuō)明的是，對(duì)于通過(guò)共用氣體供給管242供給至簇射頭230的簇射頭緩沖室232的氣體而言，有時(shí)也將原料氣體稱(chēng)為第一氣體，將反應(yīng)氣體稱(chēng)為第二氣體，將非活性氣體稱(chēng)為第三氣體，將清潔氣體稱(chēng)為第四氣體。此外，有時(shí)也將另一個(gè)氣體供給系統(tǒng)、即后述的處理空間清潔氣體供給系統(tǒng)所供給的清潔氣體稱(chēng)為第五氣體。
[0076](原料氣體供給系統(tǒng))
[0077]從上游方向開(kāi)始，在第一氣體供給管243a上依次設(shè)置有原料氣體供給源243b、作為流量控制器(流量控制部)的質(zhì)量流量控制器(MFC) 243c以及作為開(kāi)閉閥的閥243d。從第一氣體供給管243a將作為第一氣體的原料氣體經(jīng)由MFC243c、閥243d以及共用氣體供給管242供給至簇射頭緩沖室232內(nèi)。
[0078]原料氣體為處理氣體之一，例如是含有Si (硅)元素的原料即Si2Cl6 (六氯化二石圭(Disilicon hexachloride)或六氯乙娃燒(Hexachlorodisilane))氣體(即 Si2Cl6^體)。需要說(shuō)明的是，作為原料氣體，在常溫常壓下可以是固體、液體以及氣體中的任一者。原料氣體在常溫常壓下為液體的情況下，可在第一氣體供給源232b與MFC 243c之間設(shè)置未圖示的氣化器。此處，作為氣體進(jìn)行說(shuō)明。