襯底處理裝置及半導體器件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及襯底處理裝置及半導體器件的制造方法。
【背景技術】
[0002]近年，閃存等半導體器件處于高集成化的傾向。隨之，布圖尺寸顯著微型化。形成這些布圖時，作為制造工序的一工序，有時實施對襯底進行氧化處理、氮化處理等規定處理的工序。
[0003]作為形成上述布圖的方法之一，存在在電路間形成溝槽并在該溝槽中形成種晶層膜、襯膜、布線等工序。該溝槽伴隨近年的微型化而以具有高縱橫比的方式構成。
[0004]形成襯膜等時，謀求在溝槽的上部側面、中部側面、下部側面、底部都形成膜厚沒有不均的良好的階梯覆蓋的膜。通過形成良好的階梯覆蓋的膜，能夠使半導體器件的特性在溝槽間均勻，由此，能夠抑制半導體器件的特性偏差。
[0005]為處理該高縱橫比的溝槽，嘗試了將氣體加熱來處理、使氣體成為等離子體狀態來處理，但是難以形成具有良好的階梯覆蓋的膜。
[0006]作為形成上述膜的方法，具有如下交替供給方法，將原料氣體和與該原料氣體反應的反應氣體至少兩種處理氣體交替地供給到襯底，使這些氣體反應來形成膜。交替供給方法是使原料氣體和反應氣體在襯底表面上反應并一層一層地形成膜并使該一層一層的膜層疊而形成所期望的膜厚的方法。在該方法中，為使原料氣體和反應氣體不在襯底表面以外反應，優選具有用于在供給各氣體期間除去殘留氣體的吹掃工序。
[0007]另一方面，由于需要使半導體器件的特性均勻，所以在形成薄膜時，需要對襯底面內均勻地供給氣體。為了能夠實現，開發了能夠從襯底的處理面均勻地供給氣體的單片式裝置。在該單片式裝置中，為更均勻地供給氣體，例如在襯底上設置有具有緩沖空間的噴頭。
[0008]在前述的交替供給方法中，為了抑制各氣體在襯底表面以外反應的情況，公知在供給各氣體期間利用吹掃氣體吹掃殘留氣體，但是由于具有這樣的工序，所以存在成膜時間延遲的問題。因此，為了縮短處理時間，就使大量的吹掃氣體流動，排出殘留氣體。
[0009]而且，作為噴頭的一個方式，考慮按每種氣體設置用于防止各氣體混合的路徑、緩沖空間，但構造復雜，因此存在維護花費時間且制造成本高的問題。由此，使用將兩種氣體及吹掃氣體的供給系統在一個緩沖空間集中的噴頭是現實的。
[0010]在使用了具有兩種氣體共用的緩沖空間的噴頭的情況下，認為在噴頭內殘留氣體彼此會反應，附著物會堆積在噴頭內壁。為防止這樣的情況，為了能夠有效率地除去緩沖室內的殘留氣體，優選設置用于對緩沖室的空間進行排氣的排氣部。該情況下，為了使向處理室供給的兩種氣體及吹掃氣體不向與排氣部連接的排氣孔的方向擴散，例如將形成氣流的氣體引導件設置在緩沖室內。氣體引導件優選設置在例如用于對緩沖空間進行排氣的排氣孔和供給兩種氣體及吹掃氣體的供給孔之間，并朝向噴頭的分散板以放射狀設置。為有效率地從氣體引導件的內側的空間除去氣體，使氣體引導件的內側和用于對緩沖空間進行排氣的排氣孔之間的空間連通，具體來說使氣體引導件的外周端和排氣孔之間的空間連通。

【發明內容】

[0011]從發明人的認真研究的結果可知，在以往的構造中存在以下課題。即，在供給處理氣體時，處理氣體從設置在氣體引導件的外周端和排氣孔之間的空間會向排氣孔方向擴散。關于從空間向氣體引導件上部擴散了的氣體，在氣體引導件周邊的氣體聚集部等有氣體殘留，可見難以除去前述的緩沖空間內的殘留氣體。附著物成為顆粒，對襯底的特性帶來不良影響，導致成品率的降低。
[0012]關于這些附著物，考慮在進行裝置維護時拆下噴頭，通過作業人員的手工作業來除去氣體聚集部等的附著物。但是，導致停機時間的大幅增加，存在裝置的運轉效率降低的問題。
[0013]因此，本發明的目的是提供即使在使用了噴頭的裝置中也能夠維持高的運轉效率的襯底處理裝置及半導體器件的制造方法。
[0014]根據本發明的一方式，提供一種襯底處理裝置，其中，具有:第一氣體供給系統，具有與原料氣體源連接并設置有原料氣體供給控制部的原料氣體供給管；第二氣體供給系統，具有與反應氣體源連接并設置有反應氣體供給控制部的反應氣體供給管；第三氣體供給系統，具有與清潔氣體源連接并設置有清潔氣體供給控制部的反應氣體供給管；噴頭部，具有與所述第一氣體供給系統、所述第二氣體供給系統、所述第三氣體供給系統連接的緩沖室；處理室，設于所述噴頭的下方，內置有載置襯底的襯底載置部；等離子體生成區域切換部，對在所述緩沖室生成等離子體和在所述處理室生成等離子體進行切換；等離子體生成部，具有所述等離子體生成區域切換部和電源；以及控制部，至少控制所述原料氣體供給部、所述反應氣體供給控制部和所述等離子體生成部。
[0015]根據本發明的其他方式，提供一種半導體制造方法，其中，具有:將襯底搬入處理室的工序；經由設置在所述處理室的上方且具有緩沖室的噴頭向所述處理室供給處理氣體，對所述襯底進行處理的成膜工序；從所述處理室搬出襯底的搬出工序；在所述搬出工序之后，對所述緩沖室和所述處理室進行清潔的清潔工序，在所述清潔工序中具有:緩沖室清潔工序，具有等離子體生成區域切換部的等離子體生成部在緩沖室中生成清潔氣體等離子體來清潔所述緩沖室；和處理室清潔工序，所述等離子體生成區域切換部將所述清潔氣體等離子體的生成切換成在所述處理室中生成來清潔所述處理室。
[0016]發明的效果
[0017]根據本發明，本發明的目的是提供即使在使用了噴頭的裝置中也能夠維持高的運轉效率的襯底處理裝置及半導體器件的制造方法。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的第一實施方式的襯底處理裝置的剖視圖。
[0019]圖2是表示本發明的第一實施方式的襯底處理工序的流程圖。
[0020]圖3是表示本發明的第一實施方式的成膜工序的流程圖。
[0021]圖4是用于說明本發明的第一實施方式的襯底處理裝置的氣體滯留的圖。
[0022]圖5是表示本發明的第一實施方式的清潔工序的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]<本發明的第一實施方式>
[0024]( I)襯底處理裝置的結構
[0025]關于本發明的第一實施方式的襯底處理裝置，使用圖1如下說明。圖1是本實施方式的襯底處理裝置的剖視圖。
[0026]首先，關于本發明的一實施方式的襯底處理裝置進行說明。
[0027]關于本實施方式的處理裝置100進行說明。襯底處理裝置100是形成薄膜的裝置，如圖1所示，作為單片式襯底處理裝置而構成。
[0028]如圖1所示，襯底處理裝置100具有處理容器202。處理容器202例如構成為橫截面為圓形的扁平的密閉容器。另外，處理容器202的側壁和底壁由例如鋁(Al)或不銹鋼(SUS)等金屬材料構成。在處理容器202內形成有對作為襯底的硅晶圓等晶圓200進行處理的處理空間201、搬運空間203。處理容器202由上部容器202a、下部容器202b、噴頭230(噴頭部)構成，從上方按順序設置了噴頭230、上部容器202a、下部容器202b。
[0029]在上部容器202a和下部容器202b之間設置有隔板204。將作為由上部處理容器202a及噴頭230圍成的空間的、比隔板204靠上方的空間稱為處理室空間，將作為由下部容器202b圍成的空間的、比隔板靠下方的空間稱為搬運空間。將由上部處理容器202a及噴頭230的下端構成并包圍處理空間的結構稱為處理室201。而且，將包圍搬運空間的結構稱為處理室內搬運室203。在各構造之間，設置有用于使處理容器202內氣密的O型環208。
[0030]在下部容器202b的側面，設置有與閘閥205相鄰的襯底搬入搬出口 206，晶圓200經由襯底搬入搬出口 206而在下部容器202b與未圖示的搬運室之間移動。在下部容器202b的底部設置有多個頂桿207。而且，下部容器202b接地。
[0031]支承晶圓200的襯底支承部(也稱為襯底載置部)210位于處理室201內而構成。襯底支承部210主要具有載置晶圓200的載置面211、將載置面211保持于表面上的載置臺212、內置于襯底載置臺212的作為加熱晶圓的加熱源的襯底載置臺加熱部213 (也稱為第一加熱部)。在襯底載置臺212上，在與頂桿207對應的位置處分別設置有供頂桿207貫穿的貫穿孔214。襯底載置臺212接地。
[0032]襯底載置臺212由軸217支承。軸217貫穿處理容器202的底部，并進一步在處理容器202的外部連接于升降機構218。使升降機構218工作而使軸217及支承臺212升降，由此能夠使載置在襯底載置面211上的晶圓200升降。此外，軸217下端部的周圍被波紋管219覆蓋，從而處理容器202內保持氣密性。
[0033]襯底載置臺212是在晶圓200的搬運時，下降到襯底載置面211處于襯底搬入搬出口 206的位置(晶圓搬運位置)，在晶圓200的處理時，如圖1所示，上升到使晶圓200處于處理室201內的處理位置(晶圓處理位置)。
[0034]具體來說，在使襯底載置臺212下降到晶圓搬運位置時，頂桿207的上端部從襯底載置面211的上表面突出，從而頂桿207從下方支承晶圓200。另外，在使襯底載置臺212上升到晶圓處理位置時，頂桿207從襯底載置面211的上表面埋沒，從而襯底載置面211從下方支承晶圓200。此外，頂桿207由于與晶圓200直接接觸，所以希望由例如石英或氧化招等聞純度的材質形成。
[0035](處理氣體導入孔)
[0036]在設置于處理室201上部的頂板231 (也稱為蓋體231)上，設置有用于向處理室201內供給處理氣體的氣體導入孔231b。關于與氣體導入孔231b連接的處理氣體供給系統的結構將在后面說明。此外，頂板231還作為噴頭230的頂壁、緩沖室的頂壁來使用。
[0037](噴頭部)
[0038]以作為頂板的蓋體231 (頂部)和作為底部的氣體分散板234 (分散部)作為主要結構，構成了作為氣體分散機構的噴頭230 (噴頭部)。蓋體231和分散板234例如是板狀，蓋體231和氣體分散板234并列地配置而構成。在噴頭230內形成有緩沖室232。緩沖室232由蓋體231的下端部、分散板234的上端及側壁構成。此外，分散部234只要是使氣體分散的構造即可，也可以采用例如在球體上設置孔的結構。
[0039]蓋體231具有頂板231a，在頂板231a上設置有氣體導入孔231b、絕緣部件231c、噴頭加熱部(也稱為第二加熱部)231d、用于從緩沖室232對環境氣體進行排氣的排氣孔231e、絕緣部件231f。
[0040]氣體導入孔231b是將氣體導入緩沖室232的導入孔。絕緣部件231c是使氣體導入孔231b和頂板231a絕緣的部件。噴頭加熱部231d被埋置于例如頂板231a中，為了對緩沖室232的環境氣體均勻地進行加熱，以沿著頂板231a的板狀形成。向處理室201供給之前，在緩沖室232內將氣體加熱使之接近反應溫度，由此實現對處理室201中的反應的促進。排氣孔231e是用于對緩沖室232的環境氣體進行排氣的排氣孔。絕緣部件231f是對排氣孔231e和頂板231a進行絕緣的部件。
[0041]分散板234用于使從氣體導入孔231b導入的氣體分散，其配置在緩沖室232內的空間和處理室201的處理空間之間。在分散板234上設置有多個貫穿孔234a。分散板234與襯底載置面211相對地配置。分散板234具有設有貫穿孔234a的凸狀部和設置在凸狀部的周圍的凸緣部，凸緣部被絕