衬底处理装置及半导体器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年，闪存等半导体器件处于高集成化的倾向。随之，布图尺寸显著微型化。形成这些布图时，作为制造工序的一工序，有时实施对衬底进行氧化处理、氮化处理等规定处理的工序。
[0003]作为形成上述布图的方法之一，存在在电路间形成沟槽并在该沟槽中形成种晶层膜、衬膜、布线等工序。该沟槽伴随近年的微型化而以具有高纵横比的方式构成。
[0004]形成衬膜等时，谋求在沟槽的上部侧面、中部侧面、下部侧面、底部都形成膜厚没有不均的良好的阶梯覆盖的膜。通过形成良好的阶梯覆盖的膜，能够使半导体器件的特性在沟槽间均匀，由此，能够抑制半导体器件的特性偏差。
[0005]为处理该高纵横比的沟槽，尝试了将气体加热来处理、使气体成为等离子体状态来处理，但是难以形成具有良好的阶梯覆盖的膜。
[0006]作为形成上述膜的方法，具有如下交替供给方法，将原料气体和与该原料气体反应的反应气体至少两种处理气体交替地供给到衬底，使这些气体反应来形成膜。交替供给方法是使原料气体和反应气体在衬底表面上反应并一层一层地形成膜并使该一层一层的膜层叠而形成所期望的膜厚的方法。在该方法中，为使原料气体和反应气体不在衬底表面以外反应，优选具有用于在供给各气体期间除去残留气体的吹扫工序。
[0007]另一方面，由于需要使半导体器件的特性均匀，所以在形成薄膜时，需要对衬底面内均匀地供给气体。为了能够实现，开发了能够从衬底的处理面均匀地供给气体的单片式装置。在该单片式装置中，为更均匀地供给气体，例如在衬底上设置有具有缓冲空间的喷头。
[0008]在前述的交替供给方法中，为了抑制各气体在衬底表面以外反应的情况，公知在供给各气体期间利用吹扫气体吹扫残留气体，但是由于具有这样的工序，所以存在成膜时间延迟的问题。因此，为了缩短处理时间，就使大量的吹扫气体流动，排出残留气体。
[0009]而且，作为喷头的一个方式，考虑按每种气体设置用于防止各气体混合的路径、缓冲空间，但构造复杂，因此存在维护花费时间且制造成本高的问题。由此，使用将两种气体及吹扫气体的供给系统在一个缓冲空间集中的喷头是现实的。
[0010]在使用了具有两种气体共用的缓冲空间的喷头的情况下，认为在喷头内残留气体彼此会反应，附着物会堆积在喷头内壁。为防止这样的情况，为了能够有效率地除去缓冲室内的残留气体，优选设置用于对缓冲室的空间进行排气的排气部。该情况下，为了使向处理室供给的两种气体及吹扫气体不向与排气部连接的排气孔的方向扩散，例如将形成气流的气体引导件设置在缓冲室内。气体引导件优选设置在例如用于对缓冲空间进行排气的排气孔和供给两种气体及吹扫气体的供给孔之间，并朝向喷头的分散板以放射状设置。为有效率地从气体引导件的内侧的空间除去气体，使气体引导件的内侧和用于对缓冲空间进行排气的排气孔之间的空间连通，具体来说使气体引导件的外周端和排气孔之间的空间连通。
【发明内容】
[0011]从发明人的认真研究的结果可知，在以往的构造中存在以下课题。即，在供给处理气体时，处理气体从设置在气体引导件的外周端和排气孔之间的空间会向排气孔方向扩散。关于从空间向气体引导件上部扩散了的气体，在气体引导件周边的气体聚集部等有气体残留，可见难以除去前述的缓冲空间内的残留气体。附着物成为颗粒，对衬底的特性带来不良影响，导致成品率的降低。
[0012]关于这些附着物，考虑在进行装置维护时拆下喷头，通过作业人员的手工作业来除去气体聚集部等的附着物。但是，导致停机时间的大幅增加，存在装置的运转效率降低的问题。
[0013]因此，本发明的目的是提供即使在使用了喷头的装置中也能够维持高的运转效率的衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
[0014]根据本发明的一方式，提供一种衬底处理装置，其中，具有:第一气体供给系统，具有与原料气体源连接并设置有原料气体供给控制部的原料气体供给管；第二气体供给系统，具有与反应气体源连接并设置有反应气体供给控制部的反应气体供给管；第三气体供给系统，具有与清洁气体源连接并设置有清洁气体供给控制部的反应气体供给管；喷头部，具有与所述第一气体供给系统、所述第二气体供给系统、所述第三气体供给系统连接的缓冲室；处理室，设于所述喷头的下方，内置有载置衬底的衬底载置部；等离子体生成区域切换部，对在所述缓冲室生成等离子体和在所述处理室生成等离子体进行切换；等离子体生成部，具有所述等离子体生成区域切换部和电源；以及控制部，至少控制所述原料气体供给部、所述反应气体供给控制部和所述等离子体生成部。
[0015]根据本发明的其他方式，提供一种半导体制造方法，其中，具有:将衬底搬入处理室的工序；经由设置在所述处理室的上方且具有缓冲室的喷头向所述处理室供给处理气体，对所述衬底进行处理的成膜工序；从所述处理室搬出衬底的搬出工序；在所述搬出工序之后，对所述缓冲室和所述处理室进行清洁的清洁工序，在所述清洁工序中具有:缓冲室清洁工序，具有等离子体生成区域切换部的等离子体生成部在缓冲室中生成清洁气体等离子体来清洁所述缓冲室；和处理室清洁工序，所述等离子体生成区域切换部将所述清洁气体等离子体的生成切换成在所述处理室中生成来清洁所述处理室。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，本发明的目的是提供即使在使用了喷头的装置中也能够维持高的运转效率的衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的第一实施方式的衬底处理装置的剖视图。
[0019]图2是表示本发明的第一实施方式的衬底处理工序的流程图。
[0020]图3是表示本发明的第一实施方式的成膜工序的流程图。
[0021]图4是用于说明本发明的第一实施方式的衬底处理装置的气体滞留的图。
[0022]图5是表示本发明的第一实施方式的清洁工序的流程图。
【具体实施方式】
[0023]<本发明的第一实施方式>
[0024]( I)衬底处理装置的结构
[0025]关于本发明的第一实施方式的衬底处理装置，使用图1如下说明。图1是本实施方式的衬底处理装置的剖视图。
[0026]首先，关于本发明的一实施方式的衬底处理装置进行说明。
[0027]关于本实施方式的处理装置100进行说明。衬底处理装置100是形成薄膜的装置，如图1所示，作为单片式衬底处理装置而构成。
[0028]如图1所示，衬底处理装置100具有处理容器202。处理容器202例如构成为横截面为圆形的扁平的密闭容器。另外，处理容器202的侧壁和底壁由例如铝(Al)或不锈钢(SUS)等金属材料构成。在处理容器202内形成有对作为衬底的硅晶圆等晶圆200进行处理的处理空间201、搬运空间203。处理容器202由上部容器202a、下部容器202b、喷头230(喷头部)构成，从上方按顺序设置了喷头230、上部容器202a、下部容器202b。
[0029]在上部容器202a和下部容器202b之间设置有隔板204。将作为由上部处理容器202a及喷头230围成的空间的、比隔板204靠上方的空间称为处理室空间，将作为由下部容器202b围成的空间的、比隔板靠下方的空间称为搬运空间。将由上部处理容器202a及喷头230的下端构成并包围处理空间的结构称为处理室201。而且，将包围搬运空间的结构称为处理室内搬运室203。在各构造之间，设置有用于使处理容器202内气密的O型环208。
[0030]在下部容器202b的侧面，设置有与闸阀205相邻的衬底搬入搬出口 206，晶圆200经由衬底搬入搬出口 206而在下部容器202b与未图示的搬运室之间移动。在下部容器202b的底部设置有多个顶杆207。而且，下部容器202b接地。
[0031]支承晶圆200的衬底支承部(也称为衬底载置部)210位于处理室201内而构成。衬底支承部210主要具有载置晶圆200的载置面211、将载置面211保持于表面上的载置台212、内置于衬底载置台212的作为加热晶圆的加热源的衬底载置台加热部213 (也称为第一加热部)。在衬底载置台212上，在与顶杆207对应的位置处分别设置有供顶杆207贯穿的贯穿孔214。衬底载置台212接地。
[0032]衬底载置台212由轴217支承。轴217贯穿处理容器202的底部，并进一步在处理容器202的外部连接于升降机构218。使升降机构218工作而使轴217及支承台212升降，由此能够使载置在衬底载置面211上的晶圆200升降。此外，轴217下端部的周围被波纹管219覆盖，从而处理容器202内保持气密性。
[0033]衬底载置台212是在晶圆200的搬运时，下降到衬底载置面211处于衬底搬入搬出口 206的位置(晶圆搬运位置)，在晶圆200的处理时，如图1所示，上升到使晶圆200处于处理室201内的处理位置(晶圆处理位置)。
[0034]具体来说，在使衬底载置台212下降到晶圆搬运位置时，顶杆207的上端部从衬底载置面211的上表面突出，从而顶杆207从下方支承晶圆200。另外，在使衬底载置台212上升到晶圆处理位置时，顶杆207从衬底载置面211的上表面埋没，从而衬底载置面211从下方支承晶圆200。此外，顶杆207由于与晶圆200直接接触，所以希望由例如石英或氧化招等闻纯度的材质形成。
[0035](处理气体导入孔)
[0036]在设置于处理室201上部的顶板231 (也称为盖体231)上，设置有用于向处理室201内供给处理气体的气体导入孔231b。关于与气体导入孔231b连接的处理气体供给系统的结构将在后面说明。此外，顶板231还作为喷头230的顶壁、缓冲室的顶壁来使用。
[0037](喷头部)
[0038]以作为顶板的盖体231 (顶部)和作为底部的气体分散板234 (分散部)作为主要结构，构成了作为气体分散机构的喷头230 (喷头部)。盖体231和分散板234例如是板状，盖体231和气体分散板234并列地配置而构成。在喷头230内形成有缓冲室232。缓冲室232由盖体231的下端部、分散板234的上端及侧壁构成。此外，分散部234只要是使气体分散的构造即可，也可以采用例如在球体上设置孔的结构。
[0039]盖体231具有顶板231a，在顶板231a上设置有气体导入孔231b、绝缘部件231c、喷头加热部(也称为第二加热部)231d、用于从缓冲室232对环境气体进行排气的排气孔231e、绝缘部件231f。
[0040]气体导入孔231b是将气体导入缓冲室232的导入孔。绝缘部件231c是使气体导入孔231b和顶板231a绝缘的部件。喷头加热部231d被埋置于例如顶板231a中，为了对缓冲室232的环境气体均匀地进行加热，以沿着顶板231a的板状形成。向处理室201供给之前，在缓冲室232内将气体加热使之接近反应温度，由此实现对处理室201中的反应的促进。排气孔231e是用于对缓冲室232的环境气体进行排气的排气孔。绝缘部件231f是对排气孔231e和顶板231a进行绝缘的部件。
[0041]分散板234用于使从气体导入孔231b导入的气体分散，其配置在缓冲室232内的空间和处理室201的处理空间之间。在分散板234上设置有多个贯穿孔234a。分散板234与衬底载置面211相对地配置。分散板234具有设有贯穿孔234a的凸状部和设置在凸状部的周围的凸缘部，凸缘部被绝