基板处理装置及半导体器件的制造方法

基板处理装置及半导体器件的制造方法
【专利摘要】一种基板处理装置，向处理容器交替地供给第1处理气体和等离子化的第2处理气体来处理基板，该基板处理装置具有：供给上述第1处理气体的第1气体供给系统；供给上述第2处理气体的第2气体供给系统；配置在上述处理容器的上游且至少使上述第2处理气体等离子化的等离子体单元；和控制部，该控制部以交替地供给上述第1处理气体和上述第2处理气体的方式控制上述第1气体供给系统和上述第2气体供给系统，并且，以在开始供给上述第2处理气体之前执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制上述等离子体单元。
【专利说明】基板处理装置及半导体器件的制造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及基板处理装置及半导体器件的制造方法。

【背景技术】
[0002]在半导体器件的制造工序中，采用使用了等离子体的基板处理装置。作为使用了等离子体的基板处理装置，例如，公知有如专利文献I记载那样的枚叶式装置。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2008-211211号公报


【发明内容】

[0006]在使用了等离子体的基板处理装置中，为了提高生产率并准确地规定等离子激发后的处理气体的供给量和供给时间，期望能够与处理气体的流动确切地同步而更快速地切换等离子体的通/断。
[0007]本发明的目的在于提供一种基板处理装置及半导体器件的制造方法，能够与处理气体的流动确切地同步而更快速地切换等离子体的通/断。
[0008]根据本发明的一个方案，提供一种基板处理装置，交替地向处理容器供给第I处理气体和等离子化的第2处理气体来处理基板，该基板处理装置具有:供给上述第I处理气体的第I气体供给系统；供给上述第2处理气体的第2气体供给系统；配置在上述处理容器的上游且至少使上述第2处理气体等离子化的等离子体单元；和控制部，该控制部以交替地供给上述第I处理气体和上述第2处理气体的方式控制上述第I气体供给系统和上述第2气体供给系统，并且，以从开始供给上述第2处理气体之前执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0009]另外，根据本发明的其他方案，提供一种基板处理装置，向处理容器至少供给第I处理气体和第2处理气体来处理基板，该基板处理装置具有:开闭上述第I处理气体的供给路径的第I阀；开闭上述第2处理气体的供给路径的第2阀；配置在上述处理容器的上游且配置在上述第2阀的下游的等离子体单元；和控制部，该控制部以交替地供给上述第I处理气体和上述第2处理气体的方式控制上述第I阀和上述第2阀的开闭，并且，以在上述第2阀打开之前执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0010]另外，根据本发明的一个方案，提供一种半导体器件的制造方法，通过向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，在上述等离子体单元中，在执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的状态下进行上述第2处理气体的供给开始和供给结束。
[0011]另外，根据本发明的其他方案，提供一种半导体器件的制造方法，向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，具有以下工序:在没有向上述等离子体单元供给上述第2处理气体时，在上述等离子体单元中开始上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的工序；和在上述等离子体单元中以执行上述电力施加的状态开始供给上述第2处理气体的工序。
[0012]另外，根据本发明的其他方案，提供一种半导体器件的制造方法，具有:第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体；第2工序，从等离子体单元的下游向上述处理容器供给惰性气体；第3工序，向上述处理容器供给在上述等离子体单元中等离子化的第2处理气体；和第4工序，从上述等离子体单元的下游向上述处理容器供给惰性气体，在上述第3工序中，在上述第2工序结束之前开始供给上述等离子化的第2处理气体，并且，在上述第4工序开始之后结束供给上述等离子化的第2处理气体。
[0013]另外，根据本发明的其他方案，提供一种半导体器件的制造方法，具有:第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体；第2工序，向上述处理容器供给被等离子体单元等离子化的第2处理气体；和第3工序，在除上述第2工序以外的工序中，通过向上述等离子体单元供给无助于上述基板的处理的非处理气体而在上述等离子体单元中生成等离子体。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明的基板处理装置及半导体器件的制造方法，能够与处理气体的流动确切地同步而更快速地切换等离子体的通/断。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的第I实施方式的基板处理装置的图。
[0017]图2是表示本发明的第I实施方式的基板处理工序的流程图。
[0018]图3是表示本发明的第I实施方式的成膜工序的流程图。
[0019]图4是图3所示的成膜工序的时序图。
[0020]图5是表不图3所不的成I旲工序中的等尚子体点火的定时的时序图。
[0021]图6是表示本发明的第2实施方式的基板处理装置的图。
[0022]图7是表示本发明的第3实施方式的成膜工序的时序图。
[0023]图8是表示本发明的第4实施方式的基板处理装置的图。
[0024]图9是表示本发明的第4实施方式的成膜工序的流程图。
[0025]图10是图9所示的成膜工序的时序图。
[0026]图11是表不现有技术的成I旲工序的时序图。
[0027]图12是表示图11所示的成膜工序中的等离子体点火的定时的时序图。
[0028]附图标记说明
[0029]100、1000、1100…基板处理装置，243…第I气体供给系统，243d...阀，244…第2气体供给系统，244d…阀，245…第3气体供给系统，245d…阀，247…第4气体供给系统，247d…阀，250…远程等尚子体单兀,260…控制器。

【具体实施方式】
[0030]<第I实施方式>
[0031]以下，说明本发明的第I实施方式。
[0032]( I)基板处理装置的结构
[0033]首先，说明本发明的第I实施方式的基板处理装置。
[0034]图1是表示本发明的第I实施方式的基板处理装置100的图。基板处理装置100如图示那样，构成为枚叶式的基板处理装置。
[0035]基板处理装置100具有处理容器202。处理容器202构成为例如横截面为圆形且扁平的密闭容器。另外，处理容器202由例如铝(Al)或不锈钢(SUS)等金属材料构成。在处理容器202内形成有用于处理作为基板的硅晶片等晶片200的处理空间201、和搬送空间203。处理容器202由上部容器202a和下部容器202b构成。在上部容器202a与下部容器202b之间设有分隔板204。被上部容器202a包围的空间且比分隔板204位于上方的空间是处理空间201，被下部容器202b包围的空间且比分隔板位于下方的空间是搬送空间203。
[0036]在下部容器202b的侧面设有与闸阀205相邻的基板搬入搬出口 206，晶片200经由基板搬入搬出口 206而在下部容器202b与未图示的搬送室之间移动。在下部容器202b的底部设有多个顶升销(lift pin) 207。
[0037]在处理空间201内设有支承晶片200的基板支承部210。基板支承部210主要具有:载置晶片200的载置面211、将载置面211保持于表面的基板载置台212、和内置于基板载置台212的作为加热源的加热器213。在基板载置台212上，在与顶升销207分别对应的位置上，设有多个供顶升销207贯穿的贯穿孔214。
[0038]基板载置台212被轴217支承。轴217贯穿处理容器202的底部，而且在处理容器202的外部与升降机构218连接。使升降机构218动作来使轴217及基板载置台212升降，由此，能够使载置在基板载置面211上的晶片200升降。此外，轴217的下部周围被波纹管219覆盖，由此能够气密地保持处理空间201内部。
[0039]基板载置台212在搬送晶片200时，使基板载置面211下降至与基板搬入搬出口206相同的高度(晶片搬送位置)，在处理晶片200时如图1所示，使晶片200上升至处理空间201内的处理位置(晶片处理位置)。
[0040]具体而言，在使基板载置台212下降至晶片搬送位置时，顶升销207的上端部从基板载置面211的上表面突出，顶升销207从下方支承晶片200。另外，在使基板载置台212上升至晶片处理位置时，顶升销207从基板载置面211的上表面收回，基板载置面211从下方支承晶片200。此外，顶升销207由于与晶片200接触，所以期望由例如石英或氧化铝等材质形成。
[0041](排气系统)
[0042]在处理空间201(上部容器202a)的内壁侧面设有用于将处理空间201的环境气体排出的排气口 221。在排气口 221上连接有排气管222，在排气管222上按顺序串联连接有将处理空间201内控制成规定压力的APC (Auto Pressure Controller)等压力调整器223和真空泵224。主要通过排气口 221、排气管222、压力调整器223、真空泵224构成排气系统 220。
[0043](气体导入口)
[0044]在设置于处理空间201上部的后述的喷头230的上表面(顶壁)，设有用于向处理空间201内供给各种气体的气体导入口 241。在气体导入口 241上连接有气体供给系统。关于该气体供给系统的结构将在后叙述。
[0045](喷头)
[0046]在气体导入口 241与处理空间201之间设有作为气体分散机构的喷头230。气体导入口 241与喷头230的盖231连接。从气体导入口 241导入的气体经由设置在盖231上的孔231a而供给到喷头230的缓冲空间232中。
[0047]喷头的盖231由例如金属形成。在盖231与上部容器202a之间设有绝缘块233，将盖231与上部容器202a之间绝缘。
[0048]在喷头230中，在缓冲空间232与处理空间201之间，设有用于使从气体导入口241导入的气体分散的分散板234。分散板234以与基板载置面211相对的方式配置。另夕卜，在分散板234上形成有多个贯穿孔234a。
[0049]在缓冲空间232中设有用于形成所供给的气体的气流的气体引导件235。气体引导件235呈圆锥形状，以孔231a为顶点，随着接近分散板234而直径扩大。
[0050]在缓冲空间232的侧方连接有排气管236。在排气管236上按顺序串联连接有切换排气的开/关的阀237、将缓冲空间232内控制成规定压力的APC (Auto PressureController)等压力调整器238、和真空泵239。
[0051](气体供给系统)
[0052]如上所述，在气体导入孔241上连接有气体供给系统。气体供给系统具有公共气体供给管242、第I气体供给系统243、第2气体供给系统244、第3气体供给系统245及远程等离子体单元(RPU) 250。在气体导入孔241上连接有公共气体供给管242，在公共气体供给管242上连接有第I气体供给系统243和第3气体供给系统245，并且，经由远程等离子体单元250而连接有第2气体供给系统244。
[0053](第I气体供给系统243)
[0054]在第I气体供给系统243的气体供给管243a上，从上游方向按顺序设有气体供给源243b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC) 243c、作为开闭阀的阀243d。
[0055]在气体供给源243b中储存有含有第I元素的气体(以下，“第I元素含有气体”)。第I元素含有气体从设置在气体供给管243a上的质量流量控制器243c和阀243d中通过而流入到公共气体供给管242中，进而经由喷头230而供给到处理容器202。
[0056]第一兀素含有气体为原料气体、即处理气体之一。在此，第一兀素为例如金属兀素，第一兀素含有气体为金属含有气体。在本实施方式中，作为金属兀素而使用钛(Ti)。作为含钦气体，能够使用例如 TDMAT (Tetrakis-Dimethyl-Amino-Titanium:Ti [N (CH3) 2]4)气体。此外，TDMAT为液体原料，例如，作为气体供给源243b的结构要素而设有汽化器(未图示)，通过该汽化器使液体原料汽化，由此，TDMAT能够作为气体原料而使用。
[0057]此外，作为含钛气体，也可以使用TiC14等。另外，金属元素不限于钛，也可以是钨(W)、钽(Ta)、锆(Zr)、铪(Hf)、钌(Ru)、钴(Co)、镍(Ni)等其他元素。而且，第一元素含有气体不限于金属含有气体，也可以是含硅气体等。
[0058](第2气体供给系统244)
[0059]在第2气体供给系统244的气体供给管244a上，从上游方向按顺序设有气体供给源244b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC) 244c、作为开闭阀的阀244d。
[0060]在气体供给源243b中储存有含有第2元素的气体(以下，“第2元素含有气体”)。第2元素含有气体从设置在气体供给管244a上的质量流量控制器244c和阀244d中通过而供给到远程等离子体单元250。供给到远程等离子体单元250的第2元素含有气体在从远程等离子体单元250通过时发生等离子激发。等离子激发后的第2元素含有气体流入到公共气体供给管242中，进而经由喷头230而供给到处理容器202。
[0061]第2元素含有气体为处理气体之一。此外，第2元素含有气体也可以考虑为反应气体或改性气体。
[0062]在此，第2元素含有气体是作为氧化剂的含氧气体，包含氧元素(O)。在本实施方式中，作为含氧气体而使用氧气(02)。此外，第2元素含有气体不限于含氧气体，也可以是作为氮化剂的含氮气体，例如氨气(NH3)。另外，作为第2元素含有气体，还能够使用通过等离子体而激活得到的其他气体。
[0063](第3气体供给系统245)
[0064]在第3气体供给系统245的气体供给管245a上，从上游方向按顺序设有气体供给源245b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC) 245c、作为开闭阀的阀245d。
[0065]在气体供给源245b中储存有惰性气体。惰性气体从设置在气体供给管245a上的质量流量控制器245c和阀245d中通过而流入到公共气体供给管242中，进而经由喷头230而供给到处理容器202。
[0066]在本实施方式中，作为惰性气体使用氮气(N2)。此外，作为惰性气体，除N2气体以夕卜，也能够使用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)等稀有气体。
[0067](远程等离子体单元250)
[0068]作为远程等离子体单元250,例如，能够使用ICP (Inductively Coupled Plasma)装置。ICP装置由感应线圈和向感应线圈供给电力的高频电源等构成，在从高频电源向感应线圈供给电力时，只要远程等离子体单元250的阻抗取得匹配(例如，远程等离子体单元250的阻抗为50Ω或其附近值)就能生成等离子(等离子体点火)，从而使向远程等离子体单元250供给的气体等离子化。远程等离子体单元250的匹配状态(阻抗)根据远程等离子体单元250内的空间的气体环境(气体种类和压力等)而变化。此外，作为远程等离子体单兀250,不限于ICP装置，也可以使用ECR (Electron Cyclotron Resonance)装置或CCP(Capacitively Coupled Plasma)等。
[0069](控制器)
[0070]基板处理装置100具有控制基板处理装置100的各部分的动作的控制器260。控制器260至少具有运算部261及存储部262。控制器260根据上级控制器或使用者的指示而从存储部调出程序或方案(recipe)，并根据其内容控制各结构。
[0071]此外，控制器260可以构成为专用计算机，也可以构成为通用计算机。例如，准备存储有上述程序的外部存储装置(例如，磁带、软盘或硬盘等磁盘、CD或DVD等光碟、MO等光磁碟、USB存储器(USBFlash Drive)或存储卡等半导体存储器)263，通过使用外部存储装置263在通用计算机中安装程序，能够构成本实施方式的控制器260。
[0072]另外，作为用于向计算机供给程序的方法，不限于经由外部存储装置263进行供给的情况。例如，也可以使用因特网或专用线路等通信机构，不经由外部存储装置263地供给程序。此外，存储部262和外部存储装置263构成为计算机可读的存储介质。以下，将它们总括地简称为存储介质。此外，在本说明书中，在使用存储介质这一术语的情况下，存在仅包含存储部262单体的情况、仅包含外部存储装置263单体的情况、或者包含该双方的情况。
[0073](2)基板处理工序
[0074]接下来，说明通过基板处理装置100在晶片200上形成薄膜的工序。
[0075]图2是表示本发明的第I实施方式的基板处理工序的流程图。此外，在以下说明中，通过控制器260来控制构成基板处理装置100的各部分的动作。
[0076]在本实施方式中，说明交替地供给上述的TDMAT气体和等离子化的O2气体而在晶片200上形成作为高介电常数绝缘膜的T12膜的例子。此外，也可以在晶片200上预先形成规定的膜。另外，还可以在晶片200或规定的膜上预先形成规定的图案。
[0077](基板搬入、载置工序S102)
[0078]首先，在基板处理装置100中，通过使基板载置台212下降至晶片200的搬送位置，使顶升销207贯穿基板载置台212的贯穿孔214。其结果为，顶升销207成为仅比基板载置台212的表面突出规定高度量的状态。接着，打开闸阀205，使用未图示的晶片移载机将晶片200搬入到处理容器202的搬送空间203中，并将晶片200移载到顶升销207上。由此，晶片200以水平姿势被支承在从基板载置台212的表面突出的顶升销207上。
[0079]在将晶片200搬入到搬送空间203中之后，使晶片移载机向处理容器202外部退避，关闭闸阀205而将处理容器202密闭。然后，通过使基板载置台212上升，将晶片200载置到基板载置台212的基板载置面211上。
[0080]此外，在将晶片200搬入到搬送空间203中时，优选通过排气系统对处理容器202内进行排气，并从第3气体供给系统向处理容器202内供给作为惰性气体的N2气体。SP，优选在使真空泵224动作并使APC阀223开阀而对处理容器202内进行排气的状态下，至少使第3气体供给系统的阀245d开阀，从而向处理容器202内供给N2气体。由此，能够抑制微粒向处理容器202的侵入、和微粒向晶片200上的附着。另外，真空泵224至少在从基板搬入、载置工序(S102)至后述的基板搬出工序(S106)之间，始终为动作状态。
[0081]在将晶片200载置到基板载置台212上时，向埋入在基板载置台212内部的加热器213供给电力，将晶片200的表面控制成规定温度。晶片200的温度为例如室温以上500°C以下，优选为室温以上400°C以下。加热器213的温度通过根据由未图示的温度传感器检测出的温度信息来控制向加热器213的通电而调整。
[0082](成膜工序S104)
[0083]接着，进行成膜(形成薄膜)工序S104。关于成膜工序S104将在后叙述。
[0084](基板搬出工序S106)
[0085]接下来，使基板载置台212下降，使晶片200支承在从基板载置台212的表面突出的顶升销207上。然后，打开闸阀205，使用晶片移载机将晶片200向处理容器202外部搬出。
[0086](处理次数判断工序S108)
[0087]在搬出晶片200后，判断是否实施了规定次数的成膜工序。在判断成实施了规定次数的成膜工序的情况下，结束基板处理工序。此外，也可以在结束基板处理工序之前实施清洗工序。另一方面，在判断成没有实施规定次数的成膜工序的情况下，接着开始等待中的晶片200的处理，因此，返回到基板搬入、载置工序S102。
[0088](3)成膜工序
[0089]接下来，说明成膜工序S104。
[0090]图3是表示本发明的第I实施方式的成膜工序的流程图，是图2所示的流程图中的成膜工序的详细流程图。以下，参照图3说明成膜工序S104的详细情况。
[0091 ](远程等离子体单元接通工序S200)
[0092]在供给各种气体之前，接通远程等离子体单元250。在此，远程等离子体单元250的“接通”是指，在远程等离子体单元250中从高频电源向感应线圈施加一定电力。另外，一定电力具体是指使O2气体等离子化(等离子体点火)所需要的电力。在远程等离子体单元250接通时，若远程等离子体单元250取得匹配则等离子体点火，若没有取得匹配则不会等离子体点火。
[0093]在此，在远程等离子体单元250中，若电力一定，则取得匹配后实际是否会点火而生成等离子体取决于气体种类和气体流量、远程等离子体单元250内的空间压力、温度等。在本发明中，仅在向远程等离子体单元250内的空间供给(通过)O2气体时进行匹配而生成等离子体。S卩，将TDMAT气体和O2气体的供给条件设定成，在远程等离子体单元250接通时，即使TDMAT气体从远程等离子体单元250中通过，也不会进行匹配因而不生成等离子体，在O2气体通过时进行匹配而生成等离子体。该供给条件至少包含流量，更优选的是，也包含对远程等离子体单元250内的空间压力产生影响的其他参数(处理空间201的压力等)和温度等。另外，也可以将远程等离子体单元250的施加电力等设定成即使供给TDMAT气体也不会生成等离子体，仅在供给O2气体时生成等离子体。
[0094](第I处理气体供给工序S202)
[0095]当对晶片200进行加热而达到所期望的温度时，使阀243d开阀，开始向处理容器202的处理空间201内供给TDMAT气体。
[0096]此时，调整质量流量控制器243c以使得TDMAT气体的流量为规定流量。此外，TDMAT气体的供给流量为例如Isccm以上、10sccm以下。另外，通过调整APC阀223的阀开度，将处理容器202内的压力控制成规定压力。此外，也可以在第I气体供给系统243上连接惰性气体供给系统，使N2气体作为载气与TDMAT气体一起而流动。另外，也可以将第I气体供给系统243控制成规定温度以使得汽化的TDMAT不会液化，将TDMAT气体维持于规定的汽化温度。
[0097]此外，虽然第I气体供给系统243比远程等离子体单元250靠下游配置，但是，即使假设TDMAT气体经由公共气体供给管242而扩散到远程等离子体单元250内，如上所述，TDMAT气体也不会在远程等离子体单元250内等离子化。
[0098]向处理容器202供给的TDMAT气体被供给到晶片200上。在晶片200表面上，通过与TDMAT气体接触而形成作为“第I元素含有层”的金属含有层(含钛层)。
[0099]金属含有层例如根据处理容器202内的压力、TDMAT气体的流量、基座(susceptor) 217的温度、TDMAT气体通过处理空间201所需要的时间(处理时间)等，以规定厚度及规定分布形成。
[0100]当供给了规定时间的TDMAT气体后，使阀243d闭阀而停止供给TDMAT气体。
[0101](清除(purge)工序S204)
[0102]在第I处理气体供给工序S202之后，使阀245d开阀而将N2气体供给到处理容器202的处理空间201。此时，如上所述，通过真空泵224和APC阀223的动作对处理容器202内进行排气。由此，供给到处理容器202中的N2气体从晶片200上除去在第I处理气体供给工序S202中供给的剩余的(无助于成膜的)TDMAT气体，并从处理容器202排出。另外，使阀237开阀，并且控制压力调整器237和真空泵238，由此，也除去残留在喷头230内的TDMAT气体。而且，当执行规定时间的清除后，使阀245d闭阀而停止供给N2气体，并且使阀237闭阀而将喷头203与真空泵239之间切断。此外，N2气体的供给流量为例如0.1sccm以上、1sccm以下。
[0103]另外，N2气体的供给条件设定成，在远程等离子体单元250接通时，即使N2气体从远程等离子体单元250中通过也不会生成等离子体。虽然第3气体供给系统245比远程等离子体单元250靠下游配置，但是，即使假设N2气体经由公共气体供给管242而扩散到远程等离子体单元250内，也由于像上述那样设定N2气体的供给条件，而不会在远程等离子体单元250内使N2气体等离子化。
[0104](第2处理气体供给工序S206)
[0105]在清除工序S204之后，使阀244d开阀，通过远程等离子体单元250使O2气体等离子激发,并将该等离子化后的O2气体供给到处理空间201内。
[0106]此时，调整质量流量控制器244c以使得O2气体的流量为规定流量。此外，O2气体的供给流量设定成例如0.1sccm以上、1sccm以下。另外,通过适当地调整APC阀223的阀开度，将处理容器202内的压力控制成规定压力。此外，也可以在第2气体供给系统244上连接惰性气体供给系统，使N2气体作为载气与O2气体一起而流动。
[0107]在上述远程等离子体单元接通工序S200中，在远程等离子体单元250既已接通、开始O2气体的等离子化所需要的电力施加之后，向远程等离子体单元250供给O2气体并取得匹配，由此，能够迅速地点火而生成等离子体。
[0108]通过远程等离子体单元250而等离子化的O2气体经由喷头230而供给到晶片200上。既已形成的金属含有层(含钛层)通过该O2气体的等离子体而改性(氧化)，由此在晶片200上形成金属氧化膜(T12膜)。
[0109]作为改性层的金属氧化膜根据例如处理容器202内的压力、O2气体的流量、基板载置台212的温度、远程等离子体单元250的供给电力等，以规定厚度、规定分布、规定的氧成分对金属含有层的侵入深度而形成。
[0110]当供给了规定时间的O2气体后，使阀244d闭阀而结束供给O2气体。此时，通过结束向远程等离子体单元250供给O2气体，匹配解除，等离子体迅速消弧(消失)。
[0111](清除工序S208)
[0112]在第2处理气体供给工序S206之后，使阀245d开阀而将N2气体供给到处理容器202的处理空间201。供给到处理容器202的N2气体从晶片200上除去在第2处理气体供给工序S206中供给的剩余的(无助于成膜的)O2气体，并从处理容器202排出。另外，使阀237开阀，并且控制压力调整器237和真空泵238，由此，也除去残留在喷头230内的O2气体。而且，当执行规定时间的清除后，使阀245d闭阀而停止供给N2气体，并且使阀237闭阀而将喷头203与真空泵239之间切断。此外，N2气体的供给流量为例如0.1sccm以上、1sccm 以下。
[0113]另外，与上述的清除工序S204同样地，队气体的供给条件设定成，在远程等离子体单元250接通时，即使向远程等离子体单元250供给N2气体也不会生成等离子体。因此，即使假设N2气体经由公共气体供给管242而扩散到远程等离子体单元250内，N2气体也不会在远程等离子体单元250内等离子化。
[0114](判断工序S21)
[0115]接下来，控制器260判断是否将由上述的S202至S208组成的一个循环实施了规定次数。在没有将该循环实施规定次数时(在S210中为否的情况)，返回到第I处理气体供给工序S202并重复成膜处理。在将该循环实施了规定次数时(在S210为是的情况)，结束成膜工序。此时，可以断开远程等离子体单元250而停止施加电力。
[0116]参照图4、图5、图11及图12,再次说明上述的处理。图4是表示图3所示的成膜工序中的等离子体点火的定时的时序图。图5是表示图3所示的成膜工序中的等离子体点火的定时的时序图。另外，图11是表不现有技术的成I旲工序的时序图，图12是表不图11所示的成膜工序中的等离子体点火的定时的时序图。
[0117]如图4所示，远程等离子体单元250在成膜工序中始终为接通状态。但是，在供给TDMAT气体时(TDMAT流动)和供给N2气体时(N2清除)，如上所述不进行等离子体点火，仅在供给O2气体时进行等离子体点火。
[0118]关于等离子体点火及等离子体消弧的定时，参照图5进行说明。如图5所示，远程等离子体单元250始终维持接通状态，所以使第2气体供给系统244的阀244d开阀而开始供给O2气体，并使O2气体的流量达到规定流量，由此,取得匹配而等离子体点火(等离子体接通)。另外，当使第2气体供给系统244的阀244d闭阀而O2气体的流量不足规定流量时，阻抗的匹配解除，等离子体消弧(等离子体断开)。像这样，在本发明中，能够与处理气体的流动(流量或有无处理气体)确切地同步而快速地切换等离子的通/断。
[0119]与之相对，在现有技术中，如图11所示，通常使远程等离子体单元的通/断动作与处理气体的供给同步而进行控制。但是，难以使远程等离子体单元的通/断动作和进行处理气体的供给、停止的阀的动作严格一致，难以使等离子的通/断与处理气体的流动确切地同步。例如，如图12所示，若远程等离子体单元的接通定时迟于处理气体的供给开始定时，则至等离子体实际点火的延迟量增大。另外，若远程等离子体单元的断开定时早于处理气体的供给结束定时，则等离子体消弧，无法使剩余的处理气体等离子化。
[0120]如上所述，在本发明中，通过使远程等离子体单元250始终为接通常状态(执行使气体等离子化所需要的电力施加的状态)，能够仅通过进行O2气体的供给及其停止的阀244d的开闭来控制等离子体的生成，因此，能够实现与处理气体的流动确切地同步的等离子体的通/断。另外，由于能够根据处理气体的流量或有无处理气体来控制等离子体的生成，所以也能够快速地进行等离子体的通/断的切换。由此，能够提高生产率，并且能够准确地规定等离子化后的处理气体的供给量和供给时间。另外，由于不需要与处理气体的供给同步地控制远程等离子体单元250，所以还能够简化控制单元260的控制。
[0121]此外，在上述内容中，在成膜工序中，使远程等离子体单元250始终为接通状态，但也可以至少在开始供给O2气体的规定时间前(第I处理气体供给工序S202中或清除工序S204中)接通。另外，也可以在O2气体的供给结束后仍继续规定时间的接通状态，然后(清除工序S208中或第I处理气体供给工序S202中)，将远程等离子体单元250从接通切换成断开。
[0122]另外，在不需要考虑TDMAT气体向远程等离子体单元250的扩散的情况下(例如也可以在远程等离子体单元250与第I气体供给系统243之间设置阀，在供给TDMAT气体中使该阀闭阀)，在TDMAT气体的供给条件中，不需要考虑是否等离子化，也可以是能够等离子化的供给条件。同样地，在不需要考虑N2气体向远程等离子体单元250的扩散的情况下(例如也可以在远程等离子体单元250与第3气体供给系统245之间设置阀，在供给N2气体中使该阀闭阀)，在N2气体的供给条件中，不需要考虑是否等离子化，也可以是能够等离子化的供给条件。
[0123]<第2实施方式>
[0124]以下，说明本发明的第2实施方式。在第2实施方式中，与第I实施方式的不同点在于远程等离子体单元250的配置。以下仅说明与第I实施方式的不同点，对于相同的结构和处理省略说明。
[0125]图6是表示第2实施方式的基板处理装置1000的图。在基板处理装置1000中，在远程等离子体单元250的上游设有上述的第I气体供给系统243、第2气体供给系统244及第3气体供给系统245。
[0126]第2实施方式的成膜工序与上述的图3至图5相同。即，使远程等离子体单元250始终为接通状态，按照TDMAT气体、N2气体、O2气体、N2气体的顺序，将各气体经由远程等离子体单元250而供给到处理容器202。此时，仅在供给O2气体时(仅在O2气体从等离子体单元250中通过时)取得匹配而生成等离子体。
[0127]因此，在第2实施方式中也能够得到与第I实施方式相同的效果。
[0128]<第3实施方式>
[0129]以下，说明本发明的第3实施方式。在第3实施方式中，与上述实施方式的不同点在与O2气体的供给定时。此外，基板处理装置的结构与第I实施方式的结构相同。以下仅说明与第I实施方式的不同点，对于相同的结构和处理省略说明。
[0130]图7是表示本发明的第3实施方式的成膜工序的时序图。如该图所示，将远程等离子体单元250始终维持于接通状态，并在执行TDMAT气体的供给后的N2气体清除中使阀244d开阀而开始供给O2气体。另外，在供给O2气体中使阀245d开阀而开始N2气体清除，在执行该N2气体清除中使阀244d闭阀而结束供给O2气体。S卩，在第3实施方式中，在上述图3所示的流程图中，S206的开始时期和结束时期分别在时间上与S204和S208重复。
[0131]在O2气体的供给期间中，O2气体通过远程等离子体单元250而等离子化。等离子化后的O2气体在从远程等离子体单元250排出之后，与N2气体混合。在此，清除中的N2气体的流量设定成足够使O2气体的等离子体消弧的流量。由此，O2气体的等离子体在到达处理容器202之前的期间内消弧。即，在N2清除期间中，O2气体无助于成膜。
[0132]另一方面，当N2气体清除(上述图3所示的流程图中的S204)结束后，O2气体的等离子体不消弧地供给到处理容器202，从而有助于成膜。另外，若在供给O2气体中开始N2气体清除(上述图3所示的流程图中的S208)，则O2气体的等离子体在到达处理容器202之前的期间内消弧。
[0133]像这样，在第3实施方式中，将远程等离子体单元250始终维持于接通状态，在N2气体清除的执行中开始供给O2气体，并在N2气体清除的执行中结束供给O2气体。即，等离子化后的O2气体的供给量(供给时间)实际仅受到进行N2气体的供给及其停止的阀245d的开闭的控制。由此，能够以与所期望的O2气体的流动同步的定时来使等离子体通/断。另夕卜，能够仅根据有无N2气体来控制等离子体的生成，能够快速地切换等离子体的通/断。
[0134]〈第4实施方式〉
[0135]以下，说明本发明的第4实施方式。
[0136]图8是表示第4实施方式的基板处理装置1100的图。在基板处理装置1100中，与第I实施方式的基板处理装置100的不同点在于设有第4气体供给系统247及使用该第4气体供给系统的成膜工序。以下仅说明与第I实施方式的不同点，对于相同的结构和处理省略说明。
[0137](第4气体供给系统247)
[0138]如图8所示，第4气体供给系统247设置在远程等离子体单元250的上游。在第4气体供给系统247的第4气体供给管247a上，从上游方向按顺序设有第4气体供给源247b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC) 247c、以及作为开闭阀的阀247d。
[0139]在气体供给源247b中储存有GasX。GasX从设置在气体供给管247a上的质量流量控制器247c和阀247d中通过而供给到远程等离子体单元250。从远程等离子体单元250中通过的GasX流入到公共气体供给管242中，进而经由喷头230而供给到处理容器202。
[0140]在此，GasX是指在远程等离子体单元250中等离子化的气体，且是无助于晶片200的成膜(至少不与第I处理气体具有反应性)的气体(非处理气体)。作为GasX，使用例如氩(Ar)等。
[0141]图9是表示本发明的第4实施方式的成膜工序的流程图。以下，以与图3所示的流程图的不同点为中心进行说明，在远程等离子体单元接通工序(S200)之后，在第I处理气体供给工序(S302)中，向处理容器202供给TDMAT气体，并且使阀247d开阀而经由远程等离子体单元250向处理容器202供给GasX。另外，在清除工序(S304、S308)中，将队气体供给到处理容器202，并且打开阀247d而经由远程等离子体单元250向处理容器202供给GasX。此外,在第2处理气体供给工序中,仅供给O2气体而不供给GasX。
[0142]图10是图9所示的成膜工序的时序图。如图10所示，在第I处理气体供给工序(TDMAT流动)和清除工序(N2清除)中向远程等离子体单元250供给GasX，由此，远程等离子体单元250保持始终生成有等离子体的状态。因此，当供给O2气体时，能够立即使O2气体等离子化。此外，通过向远程等离子体单元250供给GasX而生成的等离子体无助于成膜。
[0143]像这样，在第4实施方式中，除在第I实施方式中得到的效果以外，还能够立即使O2气体等离子化。由此，能够更进一步提高生产率，并且能够准确地规定等离子化后的处理气体的供给量和供给时间。
[0144]此外，也可以适当组合上述各实施方式。例如，也可以将第2实施方式中的O2气体的供给定时组合到第3实施方式或第4实施方式中。
[0145]另外，本发明例如也能够通过改造存在于半导体器件的制造工厂的已有基板处理装置的气体供给系统、改变程序方案而实现。在改变程序方案的情况下，也能够将本发明的程序方案经由电气通信线路或存储有该程序方案的存储介质而安装在已有的基板处理装置中，另外，还能够操作已有的基板处理装置的输入输出装置而将其程序方案自身变更成本发明的程序方案。
[0146]以上，作为本发明的各种典型的实施方式而说明了成膜技术，但本发明不限定于这些实施方式。例如，也能够适用于形成氮化膜等各种膜的成膜处理、进行扩散处理、氧化处理、氮化处理、光刻处理等其他基板处理的情况。另外，本发明除退火处理装置以外，也能够适用于薄膜形成装置、刻蚀装置，氧化处理装置、氮化处理装置、涂布装置、加热装置等其他基板处理装置。
[0147](本发明的优选方案)
[0148]以下，附注本发明的优选方案。
[0149][附注I]一种基板处理装置，交替地向处理容器供给第I处理气体和等离子化的第2处理气体来处理基板，该基板处理装置具有:供给上述第I处理气体的第I气体供给系统；供给上述第2处理气体的第2气体供给系统；配置在上述处理容器的上游且至少使上述第2处理气体等离子化的等离子体单元；和控制部，该控制部以交替地供给上述第I处理气体和上述第2处理气体的方式控制上述第I气体供给系统和上述第2气体供给系统，并且，以从开始供给上述第2处理气体之前执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0150][附注2]如附注I所述的基板处理装置，上述控制部以在结束供给上述第2处理气体之后仍继续上述电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0151][附注3]如附注I或附注2所述的基板处理装置，上述控制部以在没有向上述等离子体单元供给上述第I处理气体和上述第2处理气体中的任一处理气体时也执行上述电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0152][附注4]如附注I至3中任一项所述的基板处理装置，上述控制部以在上述基板的处理工序中始终执行上述电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0153][附注5]如附注I至4中任一项所述的基板处理装置，上述第I处理气体和上述第2处理气体的至少包含流量的供给条件设定成，上述第I处理气体在上述等离子体单元中不被等离子化，上述第2处理气体在上述等离子体单元中被等离子化。
[0154][附注6]如附注I至5中任一项所述的基板处理装置，具有配置在上述处理容器的上游且配置在上述等离子体单元的下流的、供给惰性气体的第3气体供给系统，上述控制部在交替供给上述第I处理气体和上述第2处理气体时以使各处理气体分离的方式控制上述第3气体供给系统来供给上述惰性气体，并且，以在结束供给上述惰性气体之前开始供给上述第2处理气体的方式控制上述第2气体供给系统。
[0155][附注7]如附注6所述的基板处理装置，上述控制部以在上述第2处理气体的供给中结束供给上述惰性气体之后，在上述第2处理气体的供给中开始供给上述惰性气体的方式控制上述第2气体供给系统和上述第3气体供给系统。
[0156][附注8]如附注I至5中任一项所述的基板处理装置，具有向上述等离子体单元供给无助于上述基板的处理的非处理气体的第4气体供给系统，上述控制部以在开始供给上述第2处理气体之前向上述等离子体单元供给上述非处理气体的方式控制上述第4气体供给系统。
[0157][附注9]如附注8所述的基板处理装置，上述非处理气体的至少包含流量的供给条件设定成，上述非处理气体在上述等离子体单元中被等离子化。
[0158][附注10]—种基板处理装置，至少向处理容器供给第I处理气体和第2处理气体来处理基板，该基板处理装置具有:开闭上述第I处理气体的供给路径的第I阀；开闭上述第2处理气体的供给路径的第2阀；配置在上述处理容器的上游且配置在上述第2阀的下游的等离子体单元；和控制部，该控制部以交替地供给上述第I处理气体和上述第2处理气体的方式控制上述第I阀和上述第2阀的开闭，并且，以在上述第2阀打开之前执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0159][附注11]如附注10所述的基板处理装置，上述控制部以在上述第2阀关闭之后仍继续上述电力施加的方式控制上述等离子体单元。
[0160][附注12]如附注10或11所述的基板处理装置，上述第I阀配置在上述等离子体单元的上游，并且，上述第I处理气体和上述第2处理气体的至少包含流量的供给条件设定为，上述第I处理气体在上述等离子体单元中不被等离子化，上述第2处理气体在上述等离子体单元中被等离子化。
[0161][附注13]—种半导体器件的制造方法，通过向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，在上述等离子体单元中，在执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的状态下进行上述第2处理气体的供给开始和供给结束。
[0162][附注14]一种半导体器件的制造方法，向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，具有以下工序:在没有向上述等离子体单元供给上述第2处理气体时，在上述等离子体单元中开始上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的工序；和在上述等离子体单元中以执行上述电力施加的状态开始供给上述第2处理气体的工序。
[0163][附注15]如附注14所述的半导体器件的制造方法，具有在结束供给上述第2处理气体之后，在上述等离子体单元中仍继续上述电力施加的工序。
[0164][附注16]—种半导体器件的制造方法，具有:第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体；第2工序，从等离子体单元的下游向上述处理容器供给惰性气体;第3工序，向上述处理容器供给在上述等离子体单元中等离子化的第2处理气体；和第4工序，从上述等离子体单元的下游向上述处理容器供给惰性气体，在上述第3工序中，在上述第2工序结束之前开始供给上述等离子化的第2处理气体，并且，在上述第4工序开始之后结束供给上述等离子化的第2处理气体。
[0165][附注17]—种半导体器件的制造方法，具有:第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体；第2工序，向上述处理容器供给被等离子体单元等离子化的第2处理气体；和第3工序，在除上述第2工序以外的工序中，通过向上述等离子体单元供给无助于上述基板的处理的非处理气体而在上述等离子体单元中生成等离子体。
[0166][附注18]—种程序，用于向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，使计算机执行如下步骤:在上述等离子体单元中，在执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的状态下，进行上述第2处理气体的供给开始和供给结束。
[0167][附注19]一种程序，用于向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板，使计算机执行以下步骤:在没有向上述等离子体单元供给上述第2处理气体时，在上述等离子体单元中开始上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的步骤；和在上述等离子体单元中以执行上述电力施加的状态开始供给上述第2处理气体的步骤。
[0168][附注20]—种计算机可读的存储介质，存储有用于向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板的程序，该存储介质存储有使计算机执行如下步骤的程序:在上述等离子体单元中，在执行上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的状态下，进行上述第2处理气体的供给开始和供给结束。
[0169][附注21]—种计算机可读的存储介质，存储有用于向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化的第2处理气体来处理基板的程序，该存储介质存储有使计算机执行以下步骤的程序:在没有向上述等离子体单元供给上述第2处理气体时，在上述等离子体单元中开始上述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的步骤；和在上述等离子体单元中以执行上述电力施加的状态开始供给上述第2处理气体的步骤。
[0170]工业实用性
[0171]本发明能够利用于对基板进行处理的基板处理装置及半导体器件的制造方法。
【权利要求】
1.一种基板处理装置，向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子化的第2处理气体来处理基板，其特征在于，具有: 供给所述第I处理气体的第I气体供给系统； 供给所述第2处理气体的第2气体供给系统； 配置在所述处理容器的上游且至少使所述第2处理气体等离子化的等离子体单元； 和控制部，其以交替地供给所述第I处理气体和所述第2处理气体的方式控制所述第I气体供给系统和所述第2气体供给系统，并且，以从开始所述第2处理气体的供给之前起执行所述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的方式控制所述等离子体单元。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以在所述第2处理气体的供给结束之后仍继续所述电力施加的方式控制所述等离子体单元。
3.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以在所述第I处理气体和所述第2处理气体均没有向所述等离子体单元供给时也执行所述电力施加的方式控制所述等离子体单元。
4.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以在所述基板的处理工序中始终执行所述电力施加的方式控制所述等离子体单元。
5.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，至少包含流量的所述第I处理气体和所述第2处理气体的供给条件设定成，所述第I处理气体在所述等离子体单元中不被等离子化，所述第2处理气体在所述等离子体单元中被等离子化。
6.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 具有配置在所述处理容器的上游且所述等离子体单元的下流的、供给惰性气体的第3气体供给系统， 所述控制部以在交替供给所述第I处理气体和所述第2处理气体时使各处理气体分离的方式控制所述第3气体供给系统来供给所述惰性气体，并且，以在所述惰性气体的供给结束之前开始所述第2处理气体的供给的方式控制所述第2气体供给系统。
7.如权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，所述控制部以在所述第2处理气体的供给中结束所述惰性气体的供给之后，在所述第2处理气体的供给中开始所述惰性气体的供给的方式控制所述第2气体供给系统和所述第3气体供给系统。
8.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于， 具有向所述等离子体单元供给无助于所述基板的处理的非处理气体的第4气体供给系统， 所述控制部以在开始所述第2处理气体的供给之前向所述等离子体单元供给所述非处理气体的方式控制所述第4气体供给系统。
9.如权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，至少包含流量的所述非处理气体的供给条件设定成，所述非处理气体在所述等离子体单元中被等离子化。
10.一种半导体器件的制造方法，向处理容器交替地供给第I处理气体和被等离子体单元等离子化了的第2处理气体来处理基板，其特征在于，具有以下工序: 在所述第2处理气体没有供给到所述等离子体单元时，在所述等离子体单元中开始所述第2处理气体的等离子化所需要的电力施加的工序；和 以在所述等离子体单元中执行所述电力施加的状态下开始所述第2处理气体的供给的工序。
11.如权利要求10所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，具有在所述第2处理气体的供给结束之后，在所述等离子体单元中仍继续所述电力施加的工序。
12.—种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有: 第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体； 第2工序，从等离子体单元的下游向所述处理容器供给惰性气体； 第3工序，向所述处理容器供给在所述等离子体单元中被等离子化了的第2处理气体；和 第4工序，从所述等离子体单元的下游向所述处理容器供给惰性气体， 在所述第3工序中，在所述第2工序结束之前开始所述等离子化了的第2处理气体的供给，并且，在所述第4工序开始之后结束所述等离子化了的第2处理气体的供给。
13.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有: 第I工序，向基板的处理容器供给第I处理气体； 第2工序，向所述处理容器供给被等离子体单元等离子化了的第2处理气体；和第3工序，在除所述第2工序以外的工序中，通过向所述等离子体单元供给无助于所述基板的处理的非处理气体而在所述等离子体单元中生成等离子体。
【文档编号】H01J37/32GK104517792SQ201410066971
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】广地志有, 丰田一行, 盛满和广, 佐藤武敏, 山本哲夫 申请人:株式会社日立国际电气