衬底处理装置以及半导体器件的制造方法

专利名称：衬底处理装置以及半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及衬底处理装置以及半导体器件的制造方法，尤其涉及使用ALD(Atomic Layer Deposition原子层沉积)法在晶片等的衬底上生成所希望的膜的衬底处理装置以及半导体器件的制造方法。
背景技术：
在使用热CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沉积)法一次处理多张衬底的衬底处理装置以及半导体器件的制造方法中，有时，一次装入处理室内进行处理的衬底的张数会变动，例如在能处理100张衬底的情况下进行50张衬底的处理，或进行25张衬底的处理。此时，在缺少产品用衬底的区域插入称为填充虚设板(fill dummy)的衬底，以使总衬底张数为100张。
然而，这样插入填充虚设板衬底的方法，由于填充虚设板的衬底，相应地使制造成本上升，因此，在热CVD法中，在产品用晶片不足时，不使用填充虚设板，而是使产品用晶片靠紧在气体上游侧地将其载置，并且进行加热器区的设定温度的调整，改变加热器条件，使得膜厚在晶片间是均匀的。关于加热器区的设定温度变更，仅将存在晶片的区域作为均热区，将其他区域作为保温区，抑制保温区的反应，防止其对晶片处理区域造成影响(参照日本特开2003-45863号公报)。
专利文献1日本特开2003-45863号公报使产品用晶片靠紧到气体上游侧的原因在于，当上游侧有空位时，作为成膜处理用气体的SiH2CI2由成膜造成的消耗减少的同时，向SiCI2自分解加剧，而且SiCI2的吸附系数比SiH2CI2大一个数量级，所以阻碍了SiH2CI2的反应，成膜速度不会稳定。因此，为了防止该现象，使产品用晶片靠紧在气体上游侧地将其载置。
上述的日本特开2003-45863号公报记载的技术，虽然不使用填充虚设板，但使用了热CVD法，因此需要变更加热器条件。
该由各区的设定温度变更引起的加热器条件的变更，根据过去的数据基于经验而进行，或使用干涉矩阵法自动算出各区的设定温度来进行温度校正等。
本发明的主要目的在于提供衬底处理装置以及半导体器件的制造方法，即使在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件可保持的产品用衬底的最大保持张数时，也不需重新进行条件设定，能提高衬底间的膜厚均匀性。

发明内容
根据本发明的一个方式，提供一种衬底处理装置，包括处理室；在上述处理室内至少保持多个产品用衬底的保持部件；对上述衬底进行加热的加热部件；向上述处理室内交替供给至少第1和第2反应物质的供给部件；开口于上述处理室的排气口；控制部，上述控制部，实施如下处理将上述第1反应物质供给到上述处理室内，使上述第1反应物质吸附于上述保持部件所保持的上述产品用衬底上后，从上述处理室内除去剩余的上述第1反应物质，接着，将上述第2反应物质供给到上述处理室内，使上述第2反应物质与吸附于上述衬底上的上述第1反应物质发生反应，由此在衬底上形成薄膜，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的上述处理。
根据本发明的另一方式，提供一种半导体器件的制造方法，包括第1步骤，使处理室内的保持部件保持多个产品用衬底；
第2步骤，对上述衬底进行加热；第3步骤，将第1反应物质供给到上述处理室内，使上述第1反应物质吸附于上述产品用衬底上；第4步骤，从上述处理室内除去剩余的上述第1反应物质；第5步骤，将第2反应物质供给到上述处理室内，使上述第2反应物质与吸附于上述产品用衬底上的上述第1反应物质发生反应，在上述衬底上形成薄膜；第6步骤，反复预定次数进行至少上述第3步骤到上述第5步骤，直到在上述产品用衬底上形成了所希望的厚度的薄膜，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下进行上述步骤。
根据本发明的另一方式，提供一种衬底处理装置，包括处理室；在上述处理室内保持多个衬底的保持部件；对上述衬底进行加热的加热部件；向上述处理室内交替供给至少第1和第2反应物质的供给部件；开口于上述处理室的排气口，供给上述第1反应物质，使上述第1反应物置吸附于上述衬底上后，除去剩余的上述第1反应物质，接着，供给上述第2反应物质，使上述第2反应物质与吸附于上述衬底上的上述第1反应物质发生反应，由此在上述衬底上形成薄膜；该装置还包括在上述保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的处理的控制部。
根据本发明的另一方式，提供一种半导体器件的制造方法，使用衬底处理装置，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的处理，
该衬底处理装置包括处理室；在上述处理室内保持多个衬底的保持部件；对上述衬底进行加热的加热部件；向上述处理室内交替供给至少第1和第2反应物质的供给部件；开口于上述处理室的排气口，供给上述第1反应物质，使上述第1反应物吸附于上述衬底上后，除去剩余的上述第1反应物质，接着，供给上述第2反应物质，使上述第2反应物质与吸附于上述衬底上的上述第1反应物质发生反应，由此在上述衬底上形成薄膜，该装置还包括在上述保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的处理的控制部。


图1是用于说明本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉的示意纵剖视图。
图2是用于说明本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉的示意横剖视图。
图3是用于说明在本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉中向舟皿装载晶片的装载状态的示意纵剖视图。
图4是用于说明在本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉中向舟皿装载晶片的装载状态的示意纵剖视图。
图5是用于说明在本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉中向舟皿装载晶片的装载状态的示意纵剖视图。
图6是用于说明在本发明的优选实施例的衬底处理装置的立式衬底处理炉中向舟皿装载晶片的装载状态的示意纵剖视图。
图7是用于说明本发明的优选实施例的衬底处理装置的示意立体图。
图8是用于说明本发明的优选实施例的衬底处理装置的示意纵剖视图。
具体实施例方式
本发明的优选实施方式，不是用CVD法进行成膜，而是用ALD法进行成膜。ALD法是在某一成膜条件(温度、时间等)下，将作为用于成膜的2种(或2种以上)原料的气体一种一种地交替供给到衬底上，使其以1个原子层单位吸附，利用表面反应来进行成膜的方法。
即，所利用的化学反应，例如形成SiN(氮化硅)膜时，利用ALD法能使用DCS(SiH2CI2、二氯硅烷)和NH3(氨)在300～600℃的低温高品质地成膜。并且，气体供给是一种一种交替地供给多种反应性气体。而且，膜厚控制靠反应性气体供给的循环数来进行控制。(例如，当设成膜速度为1/循环时，形成20的膜要进行20个循环的处理。)在本发明的优选实施方式中，供给第1反应物质，使第1反应物质吸附到衬底上后，除去剩余的第1反应物质，接着供给第2反应物质，使其与吸附在衬底上的第1反应物质发生反应，由此在衬底上形成薄膜，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，由控制部在产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的处理。
在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，控制部实施如下处理使产品用衬底靠紧在保持部件的气体上游侧地将其保持，使保持部件的排气口侧为未保持区域，在衬底上形成薄膜。
此外，供给部件由具有许多气体喷出孔的细长喷嘴构成，保持部件具有在沿喷嘴的长度方向层叠保持多个衬底、排气口位于喷嘴的长度方向的一端侧的结构，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，控制部实施如下处理使产品用衬底靠紧在保持部件的喷嘴的长度方向的另一端侧地将其保持，在衬底上形成薄膜。
在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，控制部以与保持部件保持着产品用衬底的最大保持张数时同样的加热部件的条件实施薄膜形成处理。
产品用衬底有时仅由实际生产半导体器件的生产用衬底构成，有时由生产用衬底和设于其上下的侧虚设衬底构成，优选在生产用衬底的上下设有至少1张侧虚设衬底。
在本发明的优选实施方式中，由ALD法进行成膜，与进行气相反应的以往的CVD法的不同之处在于通过使第2反应物质与吸附于衬底上的第1反应物质发生反应而在衬底上1个原子层1个原子层地形成薄膜。因此，在由ALD法进行的成膜中，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，与以往的热CVD法不同，不需要为了使衬底之间的膜厚分布均匀而改变各加热器区的设定温度。
其结果，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，也能以与保持部件保持着产品用衬底的最大保持张数时同样的加热部件的条件实施薄膜形成处理。
然而，由ALD法成膜的膜的膜厚受到反应物气体的流动的影响，受到衬底表面所面对的气体的浓度的影响。因此，优选的是即使在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，也使衬底表面所面对的气体的浓度与保持部件所保持的产品用衬底的张数为保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时相同。
为此，优选的是在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，使产品用衬底靠紧在保持部件的气体上游侧地将其保持，使保持部件的排气口侧为未保持区域，在衬底上形成薄膜。
供给部件由具有许多气体喷出孔的细长喷嘴构成，保持部件具有沿喷嘴的长度方向层叠保持多个衬底、且排气口位于喷嘴的长度方向的一端侧的结构，优选的是在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，使产品用衬底靠紧在保持部件的喷嘴的长度方向的另一端侧地将其保持，在衬底上形成薄膜。
在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，也可以考虑这样的方法不使衬底靠紧在气体上游侧或喷嘴的长度方向的任一端侧，而是加长衬底间隔，将衬底在整个保持部件范围内均等地载置，但这样做的话，与当保持部件所保持的产品用衬底的张数达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时相比，衬底间隔改变，进入衬底间的反应性气体量发生变化。其结果，膜厚改变，因此不是优选的。
接着，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图1是用于说明本实施例的立式衬底处理炉的示意结构图，以纵剖面表示处理炉部分，图2是用于说明本实施例的立式衬底处理炉的示意结构图，以横剖面表示处理炉部分。
在作为加热单元的加热器207的内侧作为对衬底即晶片200进行处理的反应容器设有石英制的反应管203，该反应管203的下端开口由作为盖体的密封盖219隔着作为气密部件的O形密封圈220而气密地闭塞。在反应管203以及加热器207的外侧设有绝热部件208。绝热部件208覆盖加热器207上方地设置。至少由加热器207、绝热部件208、反应管203以及密封盖219形成处理炉202。另外，由反应管203、密封盖219以及后述的形成于反应管203内的缓冲室237形成处理室201。在密封盖219上隔着石英盖218立设有作为衬底保持单元的舟皿217，石英盖218成为保持舟皿217的保持体。而且，舟皿217插入处理炉202。在舟皿217上以水平姿势沿管轴方向呈多层地在垂直方向装填要批处理的多个晶片200。加热器207将插入到处理炉202中的晶片200加热到预定温度。
而且，设有作为向处理炉202供给多种气体、在此是2种气体的供给管的2根气体供给管232a、232b。在此，反应气体从气体供给管232a通过作为流量控制单元的质量流量控制器241a以及作为开闭阀的阀243a，进一步通过后述的形成于反应管203内的缓冲室237而被供给到处理室201，反应气体从气体供给管232b通过作为流量控制单元的质量流量控制器241b、作为开闭阀的阀243b、气体积存处247以及作为开闭阀的阀243c，进一步通过后述的气体供给部249而被供给到处理室201。
为了防止原料液化，在气体供给管232b安装有能加热到120℃左右的管线加热器(未图示)。
处理室201借助作为将气体排气的排气管的气体排气管231通过阀243d与作为排气单元的真空泵246连接，以进行真空排气。该阀243d是能够通过对阀进行开闭来进行处理室201的真空排气或停止真空排气、并能通过调节阀开度来进行压力调整的开闭阀。
在构成处理室201的反应管203的内壁与晶片200之间的圆弧状的空间，在从反应管203的下部到上部的内壁沿晶片200的装填方向设有作为气体分散空间的缓冲室237。在缓冲室237的与晶片200相邻的内侧的壁的端部附近设有作为供给气体的供给孔的气体供给孔248a。该气体供给孔248a朝向反应管203的中心开口。该气体供给孔248a沿晶片200的装填方向从下部到上部在预定的长度范围内分别具有相同的开口面积，并以相同的开口节距设置。
并且，在缓冲室237的与设有气体供给孔248a的端部相反一侧的端部附近，同样从反应管203的下部到上部沿晶片200的装填方向设有喷嘴233。而且，在喷嘴233上设有多个作为供给气体的供给孔的气体供给孔248b。多个气体供给孔248b与气体供给孔248a的情况相同，在预定长度范围内沿晶片200的装填方向设置。而且，将多个气体供给孔248b与多个气体供给孔248a分别一一对应地配置。
在缓冲室237与处理炉202的压差较小时，气体供给孔248b的开口面积最好是从上游侧到下游侧相同的开口面积并做成相同的开口节距，但在压差较大时，最好从上游侧向下游侧增大开口面积或减小开口节距。
通过从上游侧到下游侧调节气体供给孔248b的开口面积或开口节距，首先，从各气体供给孔248b喷出气体的流速有差别、但流量大致相同的气体。然后，使从该各气体供给孔248b喷出的气体向缓冲室237喷出而暂时导入，能够使气体的流速差均匀化。
即，在缓冲室237中，从各气体供给孔248b喷出的气体在缓冲室237缓和了各气体的粒子速度后，从气体供给孔248b喷出到处理室201。在此期间，从各气体供给孔248b喷出的气体能够在从各气体供给孔248a喷出时成为具有均匀流量和流速的气体。
在缓冲室237，具有细长结构的棒状电极269以及棒状电极270从上部到下部被保护电极的保护管、即电极保护管275保护，该棒状电极269或棒状电极270中任一电极通过匹配器272与高频电源273连接，另一电极与作为基准电位的地线连接。其结果，在棒状电极269以及棒状电极270之间的等离子生成区域224生成等离子。
该电极保护管275具有能够将棒状电极269以及棒状电极270都以与缓冲室237的气氛隔离的状态插入到缓冲室237的结构。在此，当电极保护管275的内部是与外界气体(大气)相同的气氛时，分别插入到电极保护管275的棒状电极269以及棒状电极270会因加热器207的加热而氧化。因此，电极保护管275的内部设置惰性气体净化机构，填充氮等惰性气体或进行净化，将氧浓度抑制得足够低以防止棒状电极269以及棒状电极270氧化。
在从气体供给孔248a的位置绕反应管203的内周120°左右的内壁上设有气体供给部249。该气体供给部249是在ALD法的成膜中将多种气体一种一种地交替供给到晶片200时和缓冲室237分担气体供给种类的供给部。
该气体供给部249也与缓冲室237同样，在与晶片相邻的位置以相同节距具有供给气体的供给孔、即气体供给孔248c，在下部连接着气体供给管232b。
在缓冲室237与处理炉201的压差较小时，气体供给孔248c的开口面积最好是从上游侧到下游侧相同的开口面积并做成相同的开口节距，但在压差较大时，最好是从上游侧向下游侧增大开口面积或减小开口节距。
在反应管203内的中央部设有呈多层地以相同间隔沿铅直方向载置多张晶片200的舟皿217，该舟皿217能够通过省略图示的舟皿升降机构出入反应管203。并且，为了提高处理的均匀性，设有用于旋转舟皿217的旋转单元、即舟皿旋转机构267，通过旋转舟皿旋转机构267来旋转石英盖218所保持的舟皿217。
作为控制单元的控制器321与质量流量控制器241a、241b、阀243a、243b、243c、243d、加热器207、真空泵246、舟皿旋转机构267、舟皿升降机121、高频电源273、匹配器272连接，进行质量流量控制器241a、241b的流量调整、阀243a、243b、243c、243d的开闭动作、加热器207的温度调节、真空泵246的启动或停止、舟皿旋转机构267的旋转速度调节、舟皿升降机121的升降动作控制、高频电源273的功率供给控制、匹配器272的阻抗控制。
接着，对于ALD法的成膜例，以使用DCS以及NH3气体成膜SiN膜的例子进行说明。
首先，将要成膜的晶片200装入到舟皿217中，搬入到处理炉202。搬入后，依次实施下面3个步骤。
在步骤1中，同时通入需要等离子激励的NH3气体、和不需要等离子激励的DCS气体。首先，同时打开设于气体供给管232a上的阀243a以及设于气体排气管231上的阀243d，从气体供给管232a将由质量流量控制器243a调整了流量的NH3气体从喷嘴233的气体供给孔248b喷出到缓冲室237，在棒状电极269以及棒状电极270之间由高频电源273通过匹配器272施加高频功率，等离子激励NH3，作为活性粒种向处理室201供给，同时从气体排气管231排气。通过等离子激励NH3气体来使其作为活性粒种通入时，适当调整阀243d，使处理室201内压力为10～100Pa。用质量流量控制器241a控制的NH3的供给流量为1000～10000sccm。将晶片200暴露在通过等离子激励NH3而得到的活性粒种中的时间是2～120秒。此时的加热器207的温度设定成使晶片的温度为300～600℃。由于NH3的反应温度高，所以在上述晶片温度下不会发生反应，因此通过等离子激励使其成为活性粒种后通入，因此，可以在对晶片温度设定的较低温度范围内进行。
通过等离子激励NH3而作为活性粒种供给时，打开气体供给管232b上游侧的阀243b，关闭下游侧的阀243c，使得也通入DCS。由此，在设于阀243b、243c之间的气体积存部247积存DCS。此时，流到处理室201内的气体是通过等离子激励NH3而得到的活性粒种，不存在DCS。因此，NH3不会发生气相反应，通过等离子激励而成为活性粒种的NH3与晶片200上的底膜发生表面反应。
在步骤2中，关闭气体供给管232a的阀243a，停止供给NH3，但继续向气体积存部247供给。在气体积存部247积存了预定压力、预定量的DCS时，也关闭上游侧的阀243b，将DCS预先关入气体积存部247中。另外，在打开气体排气管231的阀243d的状态下通过真空泵246进行排气，将处理室201排气至20Pa以下，从处理室201排出残留NH3。此时，将N2等惰性气体供给到处理室201，则进一步提高了排出残留NH3的效果。在气体积存部247内积存DCS，使得压力成为20000Pa以上。并且，使气体积存部247与处理室201之间的电导成为1.5×10-3m3/s以上地构成装置。此外，考虑到反应管203的容积和与之相对的必要的气体积存部247的容积之比，在反应管203的容积1001(升)时，优选是100～300cc，作为容积比，优选气体积存部247的容积是反应室容积的1/1000～3/1000倍。
在步骤3中，处理室201的排气结束后，关闭气体排气管231的阀243d，停止排气。打开气体供给管232b下游侧的阀243c。由此，积存于气体积存部247的DCS一下子供给到处理室201。由于此时气体排气管231的阀243d被关闭，所以处理室201内的压力急剧上升，上升到约931Pa(7Torr)。用于供给DCS的时间设定为2～4秒，其后在上升的压力气氛中暴露的时间设定为2～4秒，共计6秒。此时的晶片温度与供给NH3时相同，是300～600℃。通过供给DCS，底膜上的NH3与DCS发生表面反应，在晶片200上形成SiN膜。成膜后，关闭阀243c，打开阀243d，对处理室201进行真空排气，排出残留的DCS对成膜做出贡献后的气体。此时，将N2等惰性气体供给到处理室201时，进一步提高了从处理室201排出残留的DCS对成膜做出贡献后的气体的效果。然后打开阀243b开始向气体积存部247供给DCS。
以上述步骤1～3为1个循环，通过反复进行多次这样的循环，在晶片上形成预定膜厚的SiN膜。
在ALD装置中，气体吸附于底膜表面。该气体的吸附量与气体压力、以及气体的暴露时间成正比。因此，为了在短时间内吸附希望的一定量的气体，需要在短时间内增大气体压力。在这一点上，在本实施例中，在关闭阀243b后，还瞬间供给积存于气体积存部247内的DCS，所以能够使处理室201内的DCS压力急剧上升，能够瞬间吸附希望的一定量的气体。
在本实施例中，在气体积存部247积存DCS的期间，进行在ALD法中必需的步骤、即通过等离子激励NH3气体而作为活性粒种供给、以及处理室201的排气，所以不需要用于积存DCS的特别步骤。此外，对处理室201内进行排气而除去NH3气体后，通入DCS，所以二者在通向晶片200的中途不发生反应。所供给的DCS能够仅与吸附于晶片200的NH3有效地发生反应。
以上，对于在气体积存部247积存DCS的情况进行了说明，但在不使用气体积存部247的情况下，依次实施下面3个步骤。另外，在不使用气体积存部247时，也不使用气体供给管232b下游侧的阀243c。
在步骤1中，首先，同时打开设于气体供给管232a上的阀243a以及设于气体排气管231上的阀243d，从气体供给管232a将由质量流量控制器243a调整了流量的NH3气体从喷嘴233的气体供给孔248b喷出到缓冲室237，在棒状电极269以及棒状电极270之间由高频电源273通过匹配器272施加高频功率而等离子激励NH3，作为活性粒种向处理室201供给，同时从气体排气管231排气。通过等离子激励NH3气体来使其作为活性粒种通入时，使处理室201内压力为10～100Pa。用质量流量控制器241a控制的NH3的供给流量为1000～10000sccm。将晶片200暴露在通过等离子激励NH3而得到的活性粒种中的时间是2～120秒。此时的加热器207的温度设定成使晶片的温度为300～600℃。
在步骤2中，关闭气体供给管232a的阀243a，停止供给NH3，在打开气体排气管231的阀243d的状态下通过真空泵246进行排气，使处理室201为20Pa以下，从处理室201排出残留NH3。此时，将N2等惰性气体供给到处理室201，则进一步提高了排出残留NH3的效果。
在步骤3中，即使处理室201的排气结束了，也保持打开气体排气管231的阀243d的状态不变，打开设于气体供给管232b上的阀243b，从气体供给管232b将由质量流量控制器243b调整了流量的DCS气体从气体供给部249的气体供给孔248c供给到处理室201，同时从气体排气管231进行排气。通入DCS气体时，使处理室201内压力为10～100Pa。用质量流量控制器241a控制的DCS的供给流量为1000～10000sccm。将晶片200暴露在DCS中的时间是2～120秒。此时的加热器207的温度设定成使晶片的温度为300～600℃。此时的晶片温度与供给NH3时相同，是300～600℃。通过供给DCS，底膜上的NH3与DCS发生表面反应，在晶片200上形成SiN膜。
成膜后，关闭阀243b，保持打开气体排气管231的阀243d的状态不变，由真空泵246进行排气，使处理室201为20Pa以下，排出残留的DCS对成膜做出贡献后的气体。此时，将N2等惰性气体供给到处理室201，则进一步提高了从处理室201排出残留的DCS对成膜做出了贡献后的气体的效果。
以上述步骤1～3为1个循环，通过反复进行多次这样的循环，在晶片上形成预定膜厚的SiN膜。
接着，说明在使用以上说明的衬底处理装置进行成膜时，舟皿217所保持的产品用晶片的张数为舟皿217能保持的产品用晶片200的最大保持张数的情况(参照图3)、和未达到最大保持张数的情况。关于舟皿217所保持的产品用晶片200的张数未达到舟皿217能保持的产品用晶片200的最大保持张数的情况，图4示出使产品用晶片200靠紧在舟皿217的上部的情况，图5示出将产品用晶片200装载在舟皿217的中央部的情况，图6示出使产品用晶片200靠紧在舟皿217的下部的情况。此外，产品用晶片200由实际生产半导体器件的生产用衬底、和设于其上下的至少一张侧虚设晶片构成。
反应性气体的供给，通过在缓冲室237侧壁上沿晶片200的装填方向从下部到上部设置的气体供给孔248a、或在气体供给部239侧壁上沿晶片200的装填方向从下部到上部设置的气体供给孔248c(参照图2)，从晶片200的横方向进行，但排气要从设于反应管203下部的排气口进行(参照图1)，因此，当存在未装填晶片的区域时，在其下游区域，在晶片端部的实际的气体浓度变高，所以晶片的面内分布的偏差变大，而且晶片间的膜厚分布的偏差也变大。因此，在ALD工艺中，优选将产品用晶片200总是放置于气体的上游侧。
参照图4～图6，如图4所示，在使晶片200靠紧在舟皿217上部时，各晶片承受的气体浓度与在舟皿217上装载了最大张数晶片200时的气体浓度相同，因此，靠紧在上部时的晶片200间的均匀性与装载了最大张数时的晶片200间的均匀性几乎没有区别，但如图5、6所示，将晶片200装载在舟皿217的中央部时、或靠紧在舟皿217下部时，对于所载置的上部侧晶片，从位于其上侧的气体供给孔248a或气体供给孔248c(参照图2)接受比在舟皿217上装载了最大张数晶片200时更多的气体的供给，因此与下部侧晶片的浓度差显著，晶片间的均匀性差。
晶片的最大装载张数为50张时，将在舟皿217装载50张晶片200的情况下的、使25张晶片200靠紧在舟皿217上部的情况下的、使25张晶片200靠紧在舟皿217下部的情况下的晶片面内以及晶片间的膜厚均匀性示于表1。
表1

作为成膜条件，成膜温度为550℃，在流量为15sccm的条件下通入DCS 2秒，其后对反应管203内进行4秒的净化，其后在流量为4slm的条件下通入用0.4kW的高频激励的NH33秒，其后对反应管203内进行4秒的净化，这样的动作为1个循环，反复进行100个循环。无论在舟皿217装载了50张晶片200的情况还是装载了25张的情况下，都是相同的加热条件，在装载了25张时也不设置温度梯度。并且，以不使用DCS用的气体积存部247、也不使用气体供给管232b下游侧的阀243c的装置结构进行成膜。
由表1可知，使25张晶片200靠紧在舟皿217上部时，能得到与在舟皿217装载了50张晶片200时大致相同的结果，但使25张晶片200靠紧在舟皿217下部时，膜厚均匀性变差。此外，晶片面内Top是指装载的晶片中的装载到最上部的晶片的面内，晶片面内Bot是指装载的晶片中的装载到最下部的晶片的面内。
接着，参照图7、图8简要说明本实施例的衬底处理装置。
在壳体101内部的前面侧设有在与未图示的外部输送装置之间进行作为衬底容纳容器的料盒100的授受的、作为保持器授受部件的料盒台105，在料盒台105的后侧设有作为升降单元的料盒升降机115，在料盒升降机115上安装有作为输送单元的料盒转移机114。并且，在料盒升降机115的后侧设有作为料盒100的载置单元的料盒架109，并且在料盒台105的上方也设有预备料盒架110。在预备料盒架110的上方设有清洁单元118，使清洁空气在壳体101的内部流通。
在壳体101的后部上方设有处理炉202，在处理炉202的下方设有作为使舟皿217在处理炉202升降的升降单元的舟皿升降机121，上述舟皿217作为以水平姿势呈多层地保持作为衬底的晶片200的衬底保持单元，在安装于舟皿升降机121上的升降部件122的顶端部安装有作为盖体的密封盖219，垂直支承舟皿217。在舟皿升降机121和料盒架109之间设有作为升降单元的转移升降机113，在转移升降机113上安装有作为输送单元的晶片转移机112。此外，在舟皿升降机121的横向设有具有开闭机构、气密地闭塞处理炉202下侧的作为闭塞单元的炉口挡板116。
装填有晶片200的料盒100，从未图示的外部输送装置以晶片200面朝上的姿势搬入料盒台105上，在料盒台105旋转90°以使晶片200呈水平姿势。进而，料盒100通过料盒升降机115的升降动作、横行动作以及料盒转移机114的进退动作、旋转动作的协同动作，从料盒台105输送到料盒架109或预备料盒架100上。
在料盒架109上有容纳成为晶片转移机112的输送对象的料盒100的转移架123，用于移载晶片200的料盒100由料盒升降机115、料盒转移机114转移到转移架123。
当料盒100被转移到转移架123时，通过晶片转移机112的进退动作、旋转动作以及转移升降机113的升降动作的协同动作，将晶片200从转移架123转移到下降状态的舟皿217上。
将预定张数的晶片200转移到舟皿217上后，通过舟皿升降机121将舟皿217插入到处理炉202中，由密封盖219将处理炉202气密地闭塞。在被气密闭塞的处理炉202内加热晶片200，同时向处理炉202内供给处理气体，对晶片200进行处理。
对晶片200的处理完成时，晶片200按照上述动作的相反的顺序，从舟皿217转移到转移架123的料盒100，料盒100由料盒转移机114从转移架123转移到料盒台105上，由未图示的外部输送装置搬出到壳体101的外部。炉口挡板116在舟皿217为下降状态时气密地闭塞处理炉202的下表面，防止外部气体卷入处理炉202内。
料盒转移机114等的输送动作由输送控制单元124来进行控制。
包括说明书、权利要求书、附图以及摘要的～年～月～日提出的日本专利申请2004-294908号公报的全部公开内容直接引用并编入于此。
在此示出并说明了各种典型的实施方式，但本发明并不限定于这些实施方式。因此，本发明的范围仅由权利要求来限定。
工业上可利用性如以上所述，根据本发明的优选实施方式，即使在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数的情况下，也不需要重新进行条件设定，就能够提高衬底间的膜厚均匀性。
其结果，本发明尤其适合用于半导体晶片处理装置以及半导体器件的制作方法。
权利要求
1.一种衬底处理装置，包括处理室；在上述处理室内至少保持多个产品用衬底的保持部件；对上述衬底进行加热的加热部件；向上述处理室内交替供给至少第1和第2反应物质的供给部件；开口于上述处理室的排气口；以及控制部，上述控制部，实施如下处理将上述第1反应物质供给到上述处理室内，使上述第1反应物质吸附于上述保持部件所保持的上述产品用衬底上后，从上述处理室内除去剩余的上述第1反应物质，接着，将上述第2反应物质供给到上述处理室内，使上述第2反应物质与吸附于上述衬底上的上述第1反应物质发生反应，由此在衬底上形成薄膜，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，使得在上述产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的上述处理。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，上述控制部实施如下处理使上述产品用衬底靠紧在上述保持部件的气体上游侧地将其保持，使上述保持部件的上述排气口侧为未保持区域，在上述衬底上形成薄膜。
3.根据权利要求1所述的衬底处理装置，上述供给部件由具有许多气体喷出孔的细长喷嘴构成，上述保持部件沿上述喷嘴的长度方向层叠保持多个上述衬底，上述排气口位于上述喷嘴的长度方向的一端侧，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，上述控制部实施如下处理使上述产品用衬底靠紧在上述保持部件的上述喷嘴的长度方向的另一端侧地将其保持，在上述衬底上形成薄膜。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的衬底处理装置，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，上述控制部以与由上述保持部件保持着上述产品用衬底的最大保持张数时相同的上述加热部件的条件实施薄膜形成处理。
5.一种半导体器件的制造方法，包括第1步骤，使处理室内的保持部件保持多个产品用衬底；第2步骤，对上述衬底进行加热；第3步骤，将第1反应物质供给到上述处理室内，使上述第1反应物质吸附于上述产品用衬底上；第4步骤，从上述处理室内除去剩余的上述第1反应物质；第5步骤，将第2反应物质供给到上述处理室内，使上述第2反应物质与吸附于上述产品用衬底上的上述第1反应物质发生反应，由此在上述衬底上形成薄膜；第6步骤，反复预定次数进行至少上述第3步骤到上述第5步骤，直到在上述产品用衬底上形成了所希望的厚度的薄膜，在上述保持部件所保持的上述产品用衬底的张数未达到上述保持部件能保持的上述产品用衬底的最大保持张数时，在上述产品用衬底的张数不足的状态下进行上述步骤。
全文摘要
本发明提供一种衬底处理装置，包括处理室(201)；保持部件(217)；加热部件(207)；向处理室内交替供给第1和第2反应物质的供给部件(232a、232b)；供给第1反应物质，使第1反应物质吸附于衬底上后，除去剩余的第1反应物质，接着，供给第2反应物质，使第2反应物质与吸附于衬底上的第1反应物质发生反应，从而在衬底上形成薄膜；还具有控制部，在保持部件所保持的产品用衬底的张数未达到保持部件能保持的产品用衬底的最大保持张数时，在产品用衬底的张数不足的状态下实施形成薄膜的处理。
文档编号C23C16/52GK101023515SQ200580031629
公开日2007年8月22日 申请日期2005年10月5日 优先权日2004年10月7日
发明者宫博信, 野田孝晓, 水野谦和, 境正宪, 佐藤武敏 申请人:株式会社日立国际电气