半導(dǎo)體器件的制造方法及襯底處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法及襯底處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著包含MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等晶體管的半導(dǎo)體器件的高集成化及高性能化，研究了多種多樣的膜的應(yīng)用。特別是金屬膜被廣泛用作MOSFET的柵電極、DRAM電容器的電容器電極膜(專利文獻1)。
[0003]專利文獻1:日本特開2011-6783號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]但是，在將金屬膜等薄膜形成于襯底上時，存在生成副產(chǎn)物而成為阻礙成膜反應(yīng)的主要原因的情況。而且，作為它們的影響，存在導(dǎo)致成膜速度降低、電阻率上升等膜質(zhì)降低的情況。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能將在將薄膜形成于襯底上時所生成的副產(chǎn)物排出到處理室外的技術(shù)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，
[0007]其具有下述工序:通過將對襯底供給第一處理氣體的工序、對所述襯底供給第二處理氣體的工序及對所述襯底供給與由所述第一處理氣體及所述第二處理氣體反應(yīng)生成的副產(chǎn)物進行反應(yīng)的第三處理氣體的工序進行規(guī)定次數(shù)，由此在所述襯底上形成膜，
[0008]供給所述第一處理氣體的工序、供給所述第二處理氣體的工序及供給所述第三處理氣體的工序在將所述襯底維持為室溫以上且450°C以下的規(guī)定溫度的狀態(tài)下進行，
[0009]供給所述第三處理氣體的工序與供給所述第一處理氣體的工序及供給所述第二處理氣體的工序中的至少任一項工序同時進行。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種能將在生成薄膜時所形成的副產(chǎn)物排出到處理室外的技術(shù)。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的第一實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的處理爐的結(jié)構(gòu)簡圖，其為使用縱剖面圖對處理爐部分進行表示的圖。
[0012]圖2是圖1的A-A線剖面圖。
[0013]圖3是表示圖1所示的襯底處理裝置所具有的控制器的構(gòu)成的框圖。
[0014]圖4是表示本發(fā)明的第一實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0015]圖5是表示本發(fā)明的第二實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0016]圖6是表示本發(fā)明的第三實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0017]圖7是表示本發(fā)明的第四實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0018]圖8是表示本發(fā)明的第五實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0019]圖9是表示本發(fā)明的第六實施方式中的時序圖的圖。
[0020]圖10是表示本發(fā)明的第七實施方式中的時序圖的圖。
[0021]圖11是表示本發(fā)明的第八實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0022]圖12是表示本發(fā)明的第九實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0023]圖13是表示本發(fā)明的第十實施方式中的成膜順序的時序圖的圖。
[0024]圖14是表示本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)的圖。
[0025]圖15是表示本發(fā)明的比較例的數(shù)據(jù)的圖。
[0026]圖16是本發(fā)明的其他實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的處理爐的結(jié)構(gòu)簡圖，其為使用縱剖面圖對處理爐部分進行表示的圖。
[0027]圖17是本發(fā)明的其他實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的處理爐的結(jié)構(gòu)簡圖，其為使用縱剖面圖對處理爐部分進行表示的圖。
[0028]符號說明
[0029]10...襯底處理裝置
[0030]200..?晶片
[0031]201...處理室
[0032]202...處理爐
【具體實施方式】
[0033]<本發(fā)明的第一實施方式>
[0034]以下，使用圖1及圖2對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。襯底處理裝置10以襯底處理工序(其作為半導(dǎo)體器件(元器件)制造工序的一項工序)中使用的裝置的一例的形式構(gòu)成。
[0035](1)處理爐的構(gòu)成
[0036]在處理爐202中設(shè)置有作為加熱手段(加熱機構(gòu)、加熱系統(tǒng))的加熱器207。加熱器207的上方形成為封閉的圓筒形狀。
[0037]在加熱器207的內(nèi)側(cè)以與加熱器207為同心圓狀的方式配置有構(gòu)成反應(yīng)容器(處理容器)的反應(yīng)管203。反應(yīng)管203由耐熱性材料等(例如石英(Si02)或碳化硅(SiC))構(gòu)成，形成為上端封閉而下端開口的圓筒形狀。
[0038]在反應(yīng)管203的下端安裝有由不銹鋼等金屬材料構(gòu)成的集流管209。集流管209形成為筒狀，其下端開口被作為蓋體(由不銹鋼等金屬材料構(gòu)成)的密封蓋219氣密地封閉。在反應(yīng)管203與集流管209之間、及在集流管209與密封蓋219之間，分別設(shè)置有作為密封部件的0型環(huán)220。處理容器主要由反應(yīng)管203、集流管209及密封蓋219構(gòu)成，在該處理容器的內(nèi)部形成有處理室201。處理室201被構(gòu)成為:能夠通過后述晶舟217以水平姿勢且在垂直方向上呈多層排列的狀態(tài)收納作為襯底的晶片200。
[0039]在密封蓋219的與處理室201相反的一側(cè)，設(shè)置有使晶舟217旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267的旋轉(zhuǎn)軸255貫穿密封蓋219并與晶舟217連接。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267被構(gòu)成為通過使晶舟217旋轉(zhuǎn)而使晶片200旋轉(zhuǎn)。密封蓋219被構(gòu)成為:通過作為升降機構(gòu)(其垂直地設(shè)置于反應(yīng)管203的外部)的晶舟升降機115而在垂直方向上進行升降。晶舟升降機115被構(gòu)成為:通過使密封蓋219升降，從而能夠?qū)⒕е?17搬入處理室201內(nèi)及搬出處理室201外。S卩，晶舟升降機115作為將晶舟217 (即晶片200)搬送于處理室201內(nèi)外的搬送裝置(搬送機構(gòu))而構(gòu)成。
[0040]作為襯底保持具的晶舟217被構(gòu)成為:使多片(例如25?200片)晶片200以水平姿勢且彼此中心對齊的狀態(tài)在垂直方向上排列，并以多層的方式對該晶片200進行支承，即，使晶片200隔開間隔地排列。晶舟217由耐熱性材料等(例如石英、SiC)構(gòu)成。在晶舟217的下部，以水平姿勢呈多層地支承有由耐熱性材料等(例如石英、SiC)構(gòu)成的隔熱板218。通過這樣的構(gòu)成，來自加熱器207的熱難以傳遞到密封蓋219側(cè)。但是，本實施方式不限于上述方式。例如，可以不在晶舟217的下部設(shè)置隔熱板218，而是設(shè)置以筒狀部件(其由石英、SiC等耐熱性材料構(gòu)成)的形式構(gòu)成的隔熱筒。加熱器207能夠?qū)⑹占{于處理室201內(nèi)的晶片200加熱到規(guī)定溫度。
[0041]在處理室201內(nèi)以貫穿集流管209側(cè)壁的方式設(shè)置有噴嘴410、420、430。噴嘴410,420,430分別連接有作為氣體供給管線的氣體供給管310、320、330。如此，在處理爐202中設(shè)置有3個噴嘴410、420、430和3根氣體供給管310、320、330，構(gòu)成為能夠利用專用管線分別向處理室201內(nèi)供給多種(此處為3種)氣體(處理氣體、原料)。
[0042]在氣體供給管310、320、330上，從上游側(cè)開始依次分別設(shè)置有作為流量控制器(流量控制部)的質(zhì)量流量控制器(MFC)312、322、332及作為開閉閥的閥314、324、334。在氣體供給管310、320、330的前端部分別連結(jié)(連接)有噴嘴410、420、430。噴嘴410、420、430以L字型的長徑噴嘴的形式構(gòu)成，其水平部被設(shè)置為貫穿集流管209的側(cè)壁。噴嘴410、420、430的垂直部被設(shè)置于在反應(yīng)管203的內(nèi)壁與晶片200之間形成的圓環(huán)狀空間，以使得它們沿著反應(yīng)管203的內(nèi)壁朝向上方(晶片200的裝載方向上方)豎立(即，從晶片排列區(qū)域的一端側(cè)朝向另一端側(cè)豎立)。S卩，噴嘴410、420、430以沿著晶片排列區(qū)域的方式被設(shè)置在排列有晶片200的晶片排列區(qū)域的側(cè)方的、水平包圍晶片排列區(qū)域的區(qū)域。
[0043]在噴嘴410、420、430的側(cè)面分別設(shè)置有供給氣體(噴出)的氣體供給孔410a、420a、430a。氣體供給孔410a、420a、430a分別朝向反應(yīng)管203的中心進行開口。所述氣體供給孔410a、420a、430a在從反應(yīng)管203的下部到上部的范圍內(nèi)設(shè)置有多個，它們分別具有相同的開口面積，并且以相同的開口節(jié)距設(shè)置。
[0044]如此，本實施方式中的氣體供給的方法是經(jīng)由在由反應(yīng)管203的內(nèi)壁和所裝載的多片晶片200的端部定義的圓環(huán)狀縱長空間內(nèi)、即在圓筒狀空間內(nèi)配置的噴嘴410、420、430來搬送氣體，在晶片200的近旁才從分別開口于噴嘴410、420、430的氣體供給孔410a、420a、430a向反應(yīng)管203內(nèi)噴出氣體，使反應(yīng)管203內(nèi)的氣體的主要流向為與晶片200的表面平行的方向、即水平方向。通過形成這樣的構(gòu)成，具有下述效果:能對各晶片200均勻地供給氣體，能使形成在各晶片200上的薄膜的膜厚均勻。需要說明的是，在各晶片200的表面上流過的氣體、即反應(yīng)后殘留的氣體(剩余氣體)朝向排氣口(即后述的排氣管231)的方向流動，但該剩余氣體的流動方向可根據(jù)排氣口的位置而適當(dāng)確定，不限于垂直方向。
[0045]另外，在氣體供給管310、320、330上分別連接有用于供給載氣的載氣供給管510、520、530。在載氣供給管 510、520、530 上分別設(shè)置有 MFC512、522、532 及閥 514、524、534。
[0046]作為上述構(gòu)成的一個例子，將原料氣體(作為處理氣體)從氣體供給管310經(jīng)由MFC312、閥314、噴嘴410供給至處理室201內(nèi)。作為原料氣體，可使用例如包含作為金屬元素的鈦(Ti)的含Ti原料，即四氯化鈦(TiCl4)。11(:14為包含氯化物的鹵代物(鹵素類原料)，Ti被劃分為過渡金屬元素。
[0047]將與原料氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體(作為處理氣體)從氣體供給管320經(jīng)由MFC322、閥324、噴嘴420供給至處理室201內(nèi)。作為反應(yīng)氣體，為氮化還原劑，可使用例如作為包含氮(N)的含N氣體的氨氣(NH3)。
[0048]將處理氣體從氣體供給管330經(jīng)由MFC332、閥334、噴嘴430供給至處理室201內(nèi)。作為處理氣體，為與由原料氣體及反應(yīng)氣體反應(yīng)而生成的副產(chǎn)物進行反應(yīng)的處理氣體，可使用例如吡啶(c5h5n)。
[0049]將非活性氣體(例如氮氣(N2))從載氣供給管510、520、530分別經(jīng)由MFCC512、522、532、閥 514、524、534、噴嘴 410、420、430 供給至處理室 201 內(nèi)。
[0050]此處，在本說明書中，所謂原料氣體(處理氣體)，是指氣態(tài)的原料，例如通過將常溫常壓下為液態(tài)或固態(tài)的原料汽化或升華而得的氣體、常溫常壓下為氣態(tài)的原料等。在本說明書中使用稱為“原料”的措辭時，存在含義是指“液態(tài)的液體原料”、“固態(tài)的固體原料”、“氣態(tài)的原料氣體”或其復(fù)合的情況。在使用如打(:14等那樣的常溫常壓下為液態(tài)的液體原料、常溫常壓下為固態(tài)的固體原料時，利用汽化器、鼓泡器或升華器等系統(tǒng)將液體原料、固體原料汽化或升華，作為原料氣體(TiCl4氣體等)進行供給。
[0051]在從氣體供給管310、320、330流過上述那樣的處理氣體的情況下，處理氣體供給系統(tǒng)主要由氣體供給管310、320、330、MFC312、322、332、閥314、324、334構(gòu)成?？梢钥紤]將噴嘴410、420、430包括在處理氣體供給系統(tǒng)內(nèi)。也可以將處理氣體供給系統(tǒng)簡稱為氣體供給系統(tǒng)。
[0052]在從氣體供給管310流過作為處理氣體的含Ti氣體(Ti源)的情況下，含Ti氣體供給系統(tǒng)主要由氣體供給管310、MFC312、閥314構(gòu)成?？梢钥紤]將噴嘴410包括在含Ti氣體供給系統(tǒng)內(nèi)。也可以將含Ti氣體供給系統(tǒng)稱為含Ti原料供給系統(tǒng)，還可以將其簡稱為Ti原料供給系統(tǒng)。在從氣體供給管310流過TiCl4氣體的情況下，也可以將含Ti氣體供給系統(tǒng)稱為打(:14氣體供給系統(tǒng)。也可以將TiCl4氣體供給系統(tǒng)稱為11(:14供給系統(tǒng)。另夕卜，也可以將含Ti氣體供給系統(tǒng)稱為鹵素類原料供給系統(tǒng)。
[0053]在從氣體供給管320流過氮化還原劑(其作為處理氣體)的情況下，氮化還原劑供給系統(tǒng)主要由氣體供給管320、MFC322、閥324構(gòu)成。可以考慮將噴嘴420包括在氮化還原劑供給系統(tǒng)內(nèi)。在流過作為氮化還原劑的含N氣體(N源)的情況下，也可以將氮化還原劑供給系統(tǒng)稱為含N氣體供給系統(tǒng)。在從氣體供給管320流過NH3氣的情況下，也可以將含N氣體供給系統(tǒng)稱為順3氣供給系統(tǒng)。也可以將NH 3氣供給系統(tǒng)稱為NH 3供給系統(tǒng)。
[0054]在從氣體供給管330流過作為處理氣體的C5H5N (吡啶)的情況下，C5H5N氣體供給系統(tǒng)主要由氣體供給管330、MFC332、閥334構(gòu)成?？梢钥紤]將噴嘴430包括在C5H5N氣體供給系統(tǒng)內(nèi)。
[0055]另外，載氣供給系統(tǒng)主要由載氣供給管510、520、530、MFCC512、522、532、閥514、524、534構(gòu)成。在流過作為載氣的非活性氣體的情況下，也可以將載氣供給系統(tǒng)稱為非活性氣體供給系統(tǒng)。由于該非活性氣體也起到吹掃氣體的作用，所以也可以將非活性氣體供給系統(tǒng)稱為吹掃氣體供給系統(tǒng)。
[0056]在集流管209上設(shè)置有將處理室201內(nèi)的氣氛排出的排氣管231。排氣管231與噴嘴410、420、430同樣地，以貫穿集流管209側(cè)壁的方式進行設(shè)置。如圖2所示，在俯視下，將排氣管231設(shè)置在隔著晶片200而與噴嘴410、420、430相對的位置。通過該構(gòu)成，