专利名称：衬底处理装置及衬底处理方法
技术领域：
本发明涉及一种利用化学气相生长装置形成膜、利用干蚀刻装置进行微细加工等的衬底处理，特别是使处理的均匀性提高的技术。
背景技术：
近年来，半导体集成电路装置的高集成化和低功耗化在不断地深入，半导体集成电路装置的制造成本也随着半导体衬底的大口径化等而越来越低成本化。为了把这些半导体集成电路装置中的元件的图案尺寸微细化和使衬底大孔径化，就需要在制造工艺中抑制半导体集成电路装置的构成部件即绝缘膜的膜厚的偏差，在整个衬底上均匀地进行干蚀刻加工等。
图6是一剖面图，显示在半导体衬底上形成氧化硅膜、多晶硅等薄膜的现有化学气相生长(CVD)装置之一例。随着半导体衬底的大口径化，该图所示的单片式装置成为主流。另外，这里示出的是热CVD装置。
图6所示的现有化学气相生长装置，包括用以在在半导体衬底107上成膜的反应室111；供应成膜用材料气体101的喷头102；连接在喷头102上部，将材料气体101导入到喷头102的气体导入口105；布置在反应室111内，用以设置半导体衬底107的衬底支承台104；连接在反应室111和用以将反应室111内的气体排出的泵(未示)上的排气口106。
在喷头102中与衬底支承台104面对面的那一侧(下侧)安装着气体扩散板108，该气体扩散板108上形成有多个用以将材料气体101喷出到反应室111内部的小通孔103。该气体扩散板108和喷头102主体之间通孔10空心的。衬底支承台104内部安装有用以调节半导体衬底107的温度的加热器，半导体衬底107被放在该衬底支承台104上且和气体扩散板108面对面。
能够将气体扩散板108和喷头102制成一体，但从加工困难、维修保养也并非容易这些方面来考虑，一般情况下气体扩散板108和喷头102不形成为一体，而是分开的两个部件。
在利用结构如上的现有化学气相生长装置形成薄膜的情况下，首先，将半导体衬底107放到反应室111内的衬底支承台104上加热到规定温度。接着，边利用泵从排气口106将反应室111内部的气体排出，边将气体导入口105将成膜所需的材料气体101导入到反应室111内，在晶片状半导体衬底107上形成薄膜。
气体扩散板108，是一块在几乎整个圆形板上均匀地形成有多个直径为0.5mm左右的微细通孔103的板。如图6中的放大图所示，通孔103的纵向剖面是从气体入口一侧到出口一侧一样的形状。因为通过该气体扩散板108，能够使从喷头102的大致中央部位通过气体导入口105导入到空心的材料气体101在水平方向上均等地分散后喷出到反应室111内，所以能够使沉积在半导体衬底107上的薄膜的厚度均匀化。例如专利文献1中公开有采用了这样的气体扩散板的化学气相生长装置。在专利文献2中公开有有关干蚀刻装置的改善了蚀刻的均匀性的蚀刻气体扩散板的结构。
《专利文献1》特开2000-273638号公报《专利文献2》特开平06-204181号公报然而，今后，若半导体集成电路装置的微细化进一步发展而需要更精密地控制加工工艺的话，利用图6所示的现有化学气相生长装置的喷头102，则很难沉积具有以高合格率制造半导体集成电路装置所需的足够膜厚均匀性的膜。
在气体扩散板108的整个面上以几乎均匀的密度形成了通孔103。但是，在气体扩散板108的中央部位通孔103的入口附近供来的材料气体101较多，在离开气体导入口105的气体扩散板108的周边部位的通孔103入口附近供来的材料气体101则较少。因此，喷出到反应室111的材料气体流量随着通孔103位置的不同而不同，也就认为所生长的薄膜厚度便随着与气体扩散板108面对面而设的半导体衬底107上的位置不同而产生了偏差。
在利用图6所示的化学气相生长装置形成薄膜的过程中，较理想的情况是，材料气体101的压力均匀，从喷头102中央附近的孔中出来的气体和从周边附近的孔中出来的气体的流量相同，而实际上基于上述理由，周边附近的喷头102内的材料气体101的压力变得比中央附近的低，所以从周边附近的通孔103出来的气体流量比从中央附近的通孔103出来的气体流量少。结果是，供到半导体衬底107上的气体在周边附近的比在中央附近的少，形成在半导体衬底107周边部位上的薄膜的膜厚就变薄。
尽管是针对干蚀刻装置而言，在专利文献2中公开有改善这样的单片式衬底处理装置的不均匀性的技术。这一技术是这样的，即为了使从电极板整个面流出的反应气体的密度很均匀，使通孔在电极板的中央部位形成得较小，使通孔在电极板的周边部位形成得较大，从而使尺寸具有分布。根据专利文献2中的方法，通过适当地设定通孔孔径的分布而能够使蚀刻的均匀性提高3.3％。这里，一般的蚀刻均匀性，是通过比较晶片面内的蚀刻速率的最大、最小((蚀刻率偏差)/(平均蚀刻率))/2×100(％)而求得的。换句话说，是由((蚀刻率的最大值-最小值)/(测量点的平均))/2×100(％)而求得的。但是，一般认为为制造尺寸小于等于1/4μm的微细半导体集成电路，蚀刻的均匀性仍然还不够，需要更高的均匀性。在将该技术应用到化学气相生长装置的气体扩散板的时候，原料气体的流量分布的均匀性还达不到制造已微细化的半导体集成电路所需要的那一水平。
而且，如专利文献2所公开的那样，在上述方法下为改善衬底处理的均匀性而调整通孔孔径、通孔孔径的分布的时候，即使进行微小的调整，有时候，衬底处理的均匀性也恶化，达10％以上。换句话说，在现有方法下，调整通孔孔径、通孔分布时，均匀性很敏感地随着变动，平均得到3％以上的均匀性是极其困难的。
发明内容
本发明正是为解决上述问题而开发出来的，其目的在于提供一种能够在晶片面内均匀地进行CVD、干蚀刻等衬底处理的衬底处理装置及衬底处理方法。
为解决上述问题，本发明的第一衬底处理装置，包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个通孔的板状气体扩散板、将所述处理气体供到所述反应室内部的喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部。所述多个通孔中设在所述气体扩散板的周边区域的通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
根据该结构，因为能够减小从设在气体扩散板的周边区域的通孔喷出的处理气体的量和从设在这以外的部分的通孔喷出的处理气体的量之差，故能够在晶片面内均等地进行衬底处理。这里，衬底处理包括以例如CVD法沉积膜、等离子蚀刻等干蚀刻。
所述多个通孔中设在所述气体扩散板的中央区域的通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。这样做以后，便能将喷出的处理气体的量在气体扩散板的面内均等化。
所述多个通孔中设在所述气体扩散板的周边区域的通孔的入口部分的面积与出口部分的面积之差，随着离所述气体扩散板的中央区域的距离的增大而增大。这样做以后，则越是设在离气体扩散板的中央部位远的位置的通孔取入的处理气体越多。结果是，能够修正处理气体在气体扩散板上方的密度差。从而能够均匀地处理衬底。特别是，在利用钻床等形成通孔的情况下，也能够通过调节入口部分和出口部分的面积差而高精度地使衬底处理均匀化。
设在所述周边区域的通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。这样做以后，不仅能够均匀地进行衬底处理，还很容易加工气体扩散板。
设在所述周边区域的通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述中央区域的距离的增大而变深。这样做以后，便能够调节对流过通孔的处理气体的阻力，从而能够使来自设在气体扩散板的多个通孔的处理气体的喷出量均匀化。结果是，能够在衬底面内均匀地进行衬底的处理。特别是，在使用钻床等形成通孔的情况下，也能够通过调节入口一侧部分的深度来高精度地使衬底处理均匀化。
特别是，最好是，设在所述周边区域的通孔的入口一侧部分的深度，大于0mm且小于等于所述气体扩散板的厚度的二分之一。
可以是这样的，所述喷头在内侧形成有空心部分，所述喷头还包括被设置成俯视时与所述气体扩散板的中央区域重合且将所述处理气体导入到所述空心部分的气体导入口。所述气体扩散板能够从所述喷头的主体上取下来。能够将气体扩散板安装到喷头上又能从喷头上将气体扩散板卸下来以后，就很容易对喷头和气体扩散板进行加工，同时维修保护也很容易。
所述多个通孔的平面形状为圆形。这样做以后，容易加工。故很理想。
本发明的第二衬底处理装置，包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第一通孔的板状第一气体扩散板、喷出所述处理气体的第一喷头，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第二通孔的板状第二气体扩散板、将所述第一喷头包围起来、将所述处理气体供到所述反应室内部的第二喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述第二气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部。所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
这样一来，从第一气体扩散板喷出的处理气体的量在板面内就很均匀，所以也能够使从第二喷头喷向衬底面的处理气体的量在衬底面内也很均匀。结果是，能够在衬底面内均匀地进行衬底处理。
所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。这样做以后，便能够分两个阶段修正在周边区域的处理气体密度的分布。因此，能进一步地将从多个第二通孔喷出的处理气体的量均匀化。
最好是，所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的中央区域的第一通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状；所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的中央区域的第二通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。
设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。这样做以后，不仅能均匀地进行衬底处理，还很容易加工气体扩散板。
设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述第一气体扩散板的中央区域的距离的增大而变深。这样做以后，便能够调节对流过第一通孔的处理气体的阻力，从而能够使来自设在气体扩散板的多个第一通孔的处理气体的喷出量均匀化。结果是，能够在衬底面内均匀地进行衬底的处理。特别是，在使用钻床等形成通孔的情况下，也能够通过调节入口一侧部分的深度来高精度地使衬底处理均匀化。
可以是这样的，所述第一喷头在内侧形成有空心部分，所述第一喷头还包括被设置成俯视时与所述第一气体扩散板的中央区域重合且将所述处理气体导入到所述空心部分的气体导入口。所述第一气体扩散板能够从所述第一喷头的主体上取下来。
本发明的第三衬底处理装置，包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第一通孔的板状第一气体扩散板、喷出所述处理气体的第一喷头，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第二通孔的板状第二气体扩散板、将所述第一喷头包围起来、将所述处理气体供到所述反应室内部的第二喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述第二气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部。所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
根据该结构，能够用第二气体扩散板来纠正从第一气体扩散板喷出的处理气体量的偏差。故能够使朝着衬底面喷出的处理气体的量在衬底面内很均匀。结果是，能够在衬底面内均匀地进行衬底处理。
可以是这样的，所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的中央区域的第一通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状；所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的中央区域的第二通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。
最好是，设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。
最好是，设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述第二气体扩散板的中央区域的距离的增大而变深。这样做以后，即使在利用钻床等形成通孔的情况下，也能通过调节入口一侧部分的深度来使衬底处理高精度地均匀化。
本发明的衬底处理方法利用下述衬底处理装置，即包括反应室，具有在周边区域形成有入口部分的面积大于等于出口部分的面积的通孔、在中央区域形成有通孔的板状气体扩散板、将所述处理气体供到所述反应室内部的喷头，以及以面对所述气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部。该衬底处理方法包括工序a，将所述衬底设置在所述衬底支承部上，和工序b，让所述处理气体通过形成在所述气体扩散板的中央区域和周边区域的通孔供到所述反应室内，对所述衬底进行处理。
根据该方法，一般认为能够将更多的处理气体取到形成在周边区域的通孔中。所以能够减小从通孔喷出的处理气体量的偏差。结果是，在工序b中能够在衬底面内均匀地进行衬底处理。
最好是，形成在所述气体扩散板的中央区域的通孔是入口部分和出口部分的面积相等的柱状。
形成在所述气体扩散板的周边区域的通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述入口一侧部分的深度随着离所述中央区域的距离的增大而变深。根据该方法，能够通过在工序b中调节通孔的入口一侧部分的深度来高精度地使衬底处理均匀化。
最好是，所述衬底是直径大于等于200mm的半导体衬底。
—发明的效果—在本发明的衬底处理装置中，通过将至少形成在气体扩散板的周边区域的通孔形状加工成入口部分的面积大于出口部分的面积的样子，便能够以比现有技术还高的精度均匀地控制从形成在气体扩散板上的多个通孔喷向衬底的处理气体的流量。于是，就能够将衬底处理参数的偏差控制在3％以下。例如，在将本发明的衬底处理装置应用到化学气相生长法的时候，便能够将所沉积的薄膜的膜厚的面内的偏差控制在小于等于3％上。
图1是一显示本发明的第一个实施例所涉及的化学气相生长装置(衬底处理装置)的内部结构的剖面图。
图2(a)是显示用于第一个实施例所涉及的化学气相生长装置的气体扩散板的俯视图；图2(b)是显示图2(a)所示的气体扩散板的A-A’线的剖面的图。
图3是曲线图，显示利用图1所示的第一个实施例所涉及的化学气相生长装置在半导体衬底上形成氧化硅膜时的膜厚分布(曲线A)和利用现有的化学气相生长装置形成氧化硅膜时的膜厚分布(曲线B)。
图4是一显示本发明的第二个实施例所涉及的化学气相生长装置的内部结构的剖面图。
图5是一显示形成在本发明的气体扩散板上的通孔之例的剖面图。
图6是一显示现有的化学气相生长装置之一例的剖面图。
具体实施例方式
下面，参考附图，详细地说明本发明的实施例。
(第一个实施例)图1是一显示制造半导体集成电路所用的本发明的第一个实施例所涉及的化学气相生长装置(衬底处理装置)的内部结构的剖面图。如该图所示，该实施例的化学气相生长装置与图6所示的现有化学气相生长装置相比，不同之处在于形成在气体扩散板上的通孔形状不同。
也就是说，该实施例的化学气相生长装置，包括利用材料气体(处理气体)51在半导体衬底(衬底)7上形成薄膜的反应室1；安装有形成有多个用以让材料气体51通过的通孔的板状气体扩散板9，将材料气体51供给反应室1内部的喷头2；以及设在反应室1内，将半导体衬底7设置为与气体扩散板9面对面的状态的衬底支承台4。在该例中，反应室1为能够减压的结构。在喷头2上部连接有用以导入材料气体的气体导入口5；在反应室1的下部连接着被连接到排气用泵上的排气口6。衬底支承台4内部具有用以加热半导体衬底7的加热器。
喷头2由空心的板状体构成，其下部安装了能够拆卸下来的气体扩散板9。但是，气体扩散板9和喷头2主体也可以形成为一体。
该实施例的化学气相生长装置的特征在于形成在气体扩散板9上的多个通孔的形状和布置。
图2(a)是显示用于第一个实施例所涉及的化学气相生长装置的气体扩散板的俯视图；图2(b)是显示图2(a)所示的气体扩散板的A-A’线的剖面的图。
如图2(a)所示，气体扩散板9形成为和晶片状半导体衬底7一样的形状，从上往下看是圆形。当半导体衬底7的直径为200mm时，气体扩散板9的理想直径是在180mm到220mm的范围内。在实际的气体扩散板9上打了几千个圆形通孔，它们以几乎相等的密度从中央区域到周边区域是同心圆。图2(a)中，为简单起见，省略了孔的个数，仅显示整个板的1/4区域的通孔。
如图1、图2(a)及图2(b)所示，气体扩散板9的中央区域的通孔(供气孔)10、包围中央区域的周边区域的通孔11、通孔11’分别布置成同心圆状(圆环状)。补充说明一下，通孔11’形成在通孔11的内侧。这些通孔中形成在气体扩散板9的周边区域的通孔11、通孔11’，入口部分的直径和面积比与衬底支承台4相对的出口部分的直径及面积大。与此相对，通孔10形成为在其入口部分和出口部分直径和面积相等的柱状(圆筒形)。出口部分的直径在通孔11、11’、10相等。不过，只要通过各个通孔的材料气体的流量相等，出口部分的直径也可以不相等。这里，“通孔的入口部分”意味着材料气体流入的部分，在该实施例中意味着朝向喷头2的空心部分的开口部分。“通孔的出口部分”意味着喷出材料气体的部分，在该实施例中意味着朝向反应室1内部的开口部分。补充说明一下，实际上由于制造工序中的误差等原因，所形成的通孔10的入口部分和出口部分的面积“大致”相等。
如图2(b)所示，通孔11和通孔11’，皆由入口一侧圆筒部分(入口一侧部分)、出口一侧圆筒部分(出口一侧部分)以及将两部分连接起来的锥形连接部分构成。在该例中，入口一侧圆筒部分和出口一侧圆筒部分的直径在通孔11和通孔11’相等。假定通孔11、11’中入口一侧圆筒部分的深度、锥形连接部分的深度以及出口一侧圆筒部分的深度分别为a、b、c，则气体扩散板9的深度D就成为(a+b+c)。通孔11的入口一侧圆筒部分的深度a，比形成在通孔11内侧的通孔11’的入口一侧圆筒部分的深度a深。
上述通孔的具体尺寸如下。即设在气体扩散板9中从中心到半径60mm的区域内的通孔10，入口的直径和出口的直径都是0.5mm。设在气体扩散板9中从半径大于等于60到半径不到80mm的区域内的通孔11’，入口一侧圆筒部分的直径是0.75mm，深度a＝3.0mm，出口一侧圆筒部分的直径是0.5mm，深度c＝2.0mm，锥形连接部分的深度b＝1.0mm。设在气体扩散板9中从半径大于等于80mm到半径小于等于100mm的区域内的通孔11，入口一侧圆筒部分的直径是0.75mm，深度a＝4.0mm，出口一侧圆筒部分的直径是0.5mm，深度c＝1.0mm，锥形连接部分的深度b＝1.0mm。
补充说明一下，以上的尺寸只是一例而已。特别是深度a并不限于上述值，可以为0mm，亦即可以从入口部分就是锥形连接部分的时候开始设定，设定在理想范围大于等于0.05mm小于等于板厚的1/2即可。
在使用该实施例的化学气相生长装置成膜之际，从气体导入口5导入的材料气体51在喷头2的空心部分在横向上扩散。接着，将材料气体51从形成在气体扩散板9的通孔10、11、11’供到已被加热了的半导体衬底7上。反应室1内事先由泵减压了。
图3是一曲线图，显示利用图1所示的该实施例所涉及的化学气相生长装置在半导体衬底上形成氧化硅膜时的膜厚分布(曲线A)和利用现有的化学气相生长装置形成氧化硅膜时的膜厚分布(曲线B)。这里，是这样形成氧化硅膜的，即在将半导体衬底7设在衬底支承台4上的状态下，边将半导体衬底7加热到400℃，边将TEOS气体(正硅酸乙酯)、臭氧、TEPO(磷酸三乙酯)气体及TEB(硼酸三乙酯)气体供到反应室1内，在半导体衬底7上通过上述工艺气体的热反应形成BPSG膜。
从图3可知，在现有装置下膜厚均匀性(膜厚的偏差)超过3％。在安装有该实施例的气体扩散板的化学气相生长装置下能够将膜厚均匀性提高1.2％。这里，膜厚均匀性是这样求出的。即((膜厚偏差)/(平均膜厚))/2×100(％)求得的。也就是说，由((膜厚的最大值-最小值)/(测量点的平均膜厚))/2×100(％)求得的。
如上所述，在现有化学气相生长装置(参考图6)下，从形成在气体扩散板108中央区域的通孔供来的材料气体101的量和从形成在气体扩散板108的周边区域的通孔供来的材料气体101的量不同。因为大家都知道形成在晶片上的膜的面内均匀性由此而变坏，所以到目前为止使周边部位的通孔形状保持圆柱形状不变，仅改变直径谋求提高膜厚的面内均匀性。
相对于此，在该实施例的化学气相生长装置中，使形成在气体扩散板9周边区域的通孔11、11’的入口部分的直径比出口部分的直径大，同时使形成在中央区域的通孔10为其出口部分和入口部分的直径相等圆筒形状。于是，和现有技术相比，从气体扩散板9供来的材料气体51的量在板内就很均匀。因此，如图3所示，若利用该实施例的化学气相生长装置，便能形成厚度比现有技术下更均匀的膜。
现在，尚未搞清楚为什么膜厚的均匀性由于该实施例的气体扩散板而得到了提高，但认为以下的假设成立。为了使具有均匀膜厚的膜在半导体衬底的整个面上生长，从理论上来讲从气体扩散板喷出的材料气体的流量必须均匀。于是，通过使形成在气体扩散板周边区域的通孔的入口部分直径大于形成在中央区域的通孔的入口部分直径，就能够将在空心部分的周边区域密度较小的材料气体更多地取到形成在周边区域的通孔内。通过通孔的材料气体量由此而得到修正。还可这样认为让形成在周边区域的通孔的入口部分的直径比出口部分的直径大，而且将各自的通孔的入口一侧圆筒部分的深度设定为规定值，则对流过通孔的气体的阻力就设定了。由此也能够对喷出的气体流量进行修正。由于上述两个效果的相乘效果，在该实施例的化学气相生长装置中才能够进行到目前为止未达到的对气体流量的极其精密的控制。
但是，到目前为止，一直认为仅极其精密地使气体扩散板周边附近的通孔直径大于中央附近，就能够提高流量，也就能够达到使从气体扩散板周边区域喷出到反应室的材料气体的量与从中央区域喷出的材料气体量相等的目的，而现实是在该方法下控制是很难的。利用通常的钻床在气体扩散板上钻了很多孔，通孔的加工精度受到开孔时所使用的钻床的直径偏差的影响。从发明者的实验结果可知，为了能通过使形成在气体扩散板的周边区域的通孔的直径大一些以控制所沉积的膜厚均匀性，需要以小于等于0.01mm的精度加工孔径。然而，没有在该精度下能够保证孔径的钻床，实质上在该方法下控制膜厚的均匀性是很困难的。于是，象该实施例那样，通过(1)使形成在气体扩散板周边区域的通孔的入口部分直径大于出口部分直径、(2)让通孔的入口一侧圆筒部分的深度变动、(3)在气体扩散板上适当地分布(1)、(2)的改变了形状的通孔，则即使通孔的加工精度不那么高，也能精细地控制气体供给量，从而能够提高膜厚均匀性。
补充说明一下，在该实施例的气体扩散板9中，能够在气体扩散板的整个面上使通孔的气体入口一侧的直径大于出口一侧的直径。在这一情况下，使形成在气体扩散板9的中央区域的通孔其入口一侧圆筒部分的深度较浅，使形成在气体扩散板9的周边区域的通孔其气体入口一侧圆筒部分的深度较深。或者是，就气体入口一侧圆筒部分的直径和出口一侧圆筒部分的直径之差而言，可以使形成在包围中央区域的周边区域的通孔的比形成在气体扩散板9的中央区域或者其附近区域的通孔的大。
形成在气体扩散板9的周边区域内的通孔的入口一侧圆筒部分的深度a并不限于两种，亦可从内侧朝着外侧阶梯地深下去。
利用该实施例的化学气相生长装置进行半导体集成电路的膜形成的时候，为了满足该制造工艺所要求的规定膜厚均匀性，将通孔10、通孔11、11’的分布已决定且使通孔的入口一侧圆筒部分及出口一侧圆筒部分的直径、深度设定得较合适的气体扩散板安装到化学气相生长装置上而成膜即可。特别是在所沉积的膜是由氧化硅膜、有机系硅化物膜构成的布线层间绝缘膜、埋入接触孔的钨柱塞用钨金属膜等情况下，沉积膜厚均匀性小于等于3％的膜之后，再利用化学机械研磨(CMP)进行表面平坦化，便能实施控制性极好的平坦化工序。
另一方面，该实施例的气体扩散板用在进行干蚀刻的衬底处理装置中也很合适。此时，使用与具有图1所示的气体扩散板的喷头一样的喷头，从气体导入口导入蚀刻气体。因为使用该实施例的气体扩散板，便能够控制气体扩散板的蚀刻气体供给量的偏差，故在晶片面内能够控制蚀刻的不均匀性。
(第二个实施例)图4是一剖面图，显示本发明的第二个实施例所涉及的化学气相生长装置的内部结构。该实施例的化学气相生长装置的构成大致和第一个实施例所涉及的化学气相生长装置的构成一样，其特征是将喷出成为成膜材料的材料气体的喷头做成双重结构，在各个喷头中采用第一个实施例所涉及的气体扩散板。在图4中，用同一个符号表示和图1所示的化学气相生长装置一样的部件，省略说明。
如图4所示，在该实施例的化学气相生长装置中，安装有第一气体扩散板33的第一喷头形成为具有空心部分的圆筒板形状，具有和第一个实施例的喷头2(参看图1)一样的结构。也就是说，第一气体扩散板33安装在第一喷头31的下部，在其中央区域形成有通孔35’，在包围中央区域的周边区域形成有通孔36’。在通孔36’，其入口部分的直径和面积比是材料气体出口部的出口部分的直径和面积大。与此相对，通孔35’形成为在其入口部分和出口部分直径和面积相等的柱状(圆筒状)。在通孔35’和通孔36’出口部分的直径相等。
在该实施例的化学气相生长装置中，还设有具有第二气体扩散板34、包围第一喷头31下部的第二喷头32。第二喷头32将从第一喷头31喷出的材料气体51供给半导体衬底7。第二气体扩散板34具有和第一气体扩散板33一样的结构。也就是说，在第二气体扩散板34的中央区域设有圆筒形通孔35，在第二气体扩散板34的周边部分设有通孔36。在通孔36，入口部分的直径和面积比面对衬底支承台4的出口部分的直径和面积大。与此相对，通孔35形成为在入口部分和出口部分直径和面积相等的柱形(圆筒形)。通孔36分为入口一侧圆筒部分、出口一侧圆筒部分以及锥形连接部分。离中央区域越远，入口一侧圆筒部分的深度越深。
因为使该实施例的化学气相生长装置的结构如上所述之后，便能进一步减小材料气体的供给量在气体扩散板内的偏差，所以和到目前为止的化学气相生长装置相比，在半导体衬底上能够形成厚度均匀的膜。
补充说明一下，在该实施例的化学气相生长装置中，第一气体扩散板33和第二气体扩散板34上采用的都是结构和第一个实施例一样的气体扩散板。不仅如此，第一气体扩散板33和第二气体扩散板34中的任一个采用第一个实施例中所说明的结构，另一个气体扩散板采用现有的在整个面上均匀地形成有多个圆筒形通孔的气体扩散板也行。而且形成在第一气体扩散板33和第二气体扩散板34上的通孔可为图2所示之例以外的形状。例如，可在气体扩散板的整个面上使通孔的气体入口一侧的直径比出口一侧的直径大。
图5是一显示形成在该实施例的气体扩散板上的通孔之例的剖面图。可形成如该图中的左侧所示的通孔，即在第一和第二个实施例所涉及的气体扩散板的周边区域通孔的入口部分的直径21比出口部分的直径22大，且整个内壁形成为锥形形状。还可形成如图5右侧所示的通孔，即在气体扩散板的周边区域，入口部分的直径21比出口部分的直径22大且形成有三段以上的圆筒部分。这样一来，若至少在气体扩散板的周边区域设置入口部分的面积比出口部分的面积大的通孔，则不管通孔的形状如何，都能够提高衬底处理的均匀性。但从钻床的形状来考虑的话，则因为图2所示的剖面形状的通孔更容易加工，所以它是最理想的。通常情况下由于是用钻床来加工形成在气体扩散板上的通孔，所以该通孔是圆形。不仅如此，其它形状亦可。这时，在上述各实施例中所说明的本发明的通孔形成为其入口部分的面积大于出口部分的面积，入口一侧部分和出口一侧部分为分别具有一定不变的水平切口的入口一侧柱状部分(入口一侧圆筒部分)和出口一侧柱状部分(出口一侧圆筒部分)。
本发明的化学气相生长装置，特别是在半导体衬底大口径化到从200mm到300mm、450mm的情况下能够更加有效地使用。以上说明的是针对热化学气相生长工序的情况，不仅如此，在其它工序中所用的装置中，用以供给工序气体的气体扩散板，其结构也可以和图1、图4所示的气体扩散板的结构一样。此时，等离子体CVD装置、干蚀刻装置、各种灰化装置、其它等离子体表面处理装置、表面气体处理装置等可共同使用本发明的气体扩散板。作为能够本发明的气体扩散板控制均匀性的衬底处理参数列举出成膜时的膜厚，并不限于此，可视衬底处理内容，以蚀刻速度、蚀刻量、灰化量、覆盖膜生长量等代替成膜时的膜厚。
—工业实用性—本发明的气体扩散板，能够用到进行制造半导体集成电路之际的膜形成、干蚀刻、等离子体蚀刻等的衬底处理装置中。另外，除了半导体集成电路之外，生产要求均匀处理的产品时也能使用本发明的气体扩散板。
权利要求
1.一种衬底处理装置，包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个通孔的板状气体扩散板、将所述处理气体供到所述反应室内部的喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部，其特征在于所述多个通孔中设在所述气体扩散板的周边区域的通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个通孔中设在所述气体扩散板的中央区域的通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。
3.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个通孔中设在所述气体扩散板的周边区域的通孔的入口部分的面积与出口部分的面积之差，随着离所述气体扩散板的中央区域的距离的增大而增大。
4.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述周边区域的通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。
5.根据权利要求4所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述周边区域的通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述中央区域的距离的增大而变深。
6.根据权利要求4所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述周边区域的通孔的入口一侧部分的深度，大于0mm且小于等于所述气体扩散板的厚度的二分之一。
7.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于所述喷头在内侧形成有空心部分，所述喷头还包括被设置成俯视时与所述气体扩散板的中央区域重合且将所述处理气体导入到所述空心部分的气体导入口；所述气体扩散板能够从所述喷头的主体上取下来。
8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个通孔的平面形状为圆形。
9.一种衬底处理装置，其特征在于包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第一通孔的板状第一气体扩散板、喷出所述处理气体的第一喷头，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第二通孔的板状第二气体扩散板、将所述第一喷头包围起来、将所述处理气体供到所述反应室内部的第二喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述第二气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部；所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
10.根据权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
11.根据权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的中央区域的第一通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状；所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的中央区域的第二通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。
12.根据权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。
13.根据权利要求12所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述第一气体扩散板的中央区域的距离的增大而变深。
14.根据权利要求12所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述第一气体扩散板的周边区域的第一通孔的入口一侧部分的深度，大于0mm且小于等于所述第一气体扩散板的厚度的二分之一。
15.根据权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于所述第一喷头在内侧形成有空心部分，所述第一喷头还包括被设置成俯视时与所述第一气体扩散板的中央区域重合且将所述处理气体导入到所述空心部分的气体导入口；所述第一气体扩散板能够从所述第一喷头的主体上取下来。
16.根据权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个第一通孔的平面形状是圆形。
17.一种衬底处理装置，其特征在于包括利用处理气体来处理衬底的反应室，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第一通孔的板状第一气体扩散板、喷出所述处理气体的第一喷头，具有形成有用以让所述处理气体通过的多个第二通孔的板状第二气体扩散板、将所述第一喷头包围起来、将所述处理气体供到所述反应室内部的第二喷头，以及设在所述反应室内、以面对所述第二气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部；所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔，入口部分的面积大于出口部分的面积。
18.根据权利要求17所述的衬底处理装置，其特征在于所述多个第一通孔中设在所述第一气体扩散板的中央区域的第一通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状；所述多个第二通孔中设在所述第二气体扩散板的中央区域的第二通孔，形成为入口部分的面积与出口部分的面积相等的柱状。
19.根据权利要求17所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述出口一侧部分的开口面积比所述入口一侧部分的开口面积小。
20.根据权利要求17所述的衬底处理装置，其特征在于设在所述第二气体扩散板的周边区域的第二通孔的入口一侧部分的深度，随着离所述第二气体扩散板的中央区域的距离的增大而变深。
21.一种衬底处理方法，该方法中所利用的衬底处理装置是这样的，即包括反应室，具有在周边区域形成有入口部分的面积大于等于出口部分的面积的通孔、在中央区域形成有通孔的板状气体扩散板、将所述处理气体供到所述反应室内部的喷头，以及以面对所述气体扩散板的状态设置所述衬底的衬底支承部，其特征在于包括工序a，将所述衬底设置在所述衬底支承部上，和工序b，让所述处理气体通过形成在所述气体扩散板的中央区域和周边区域的通孔供到所述反应室内，对所述衬底进行处理。
22.根据权利要求21所述的衬底处理方法，其特征在于形成在所述气体扩散板的中央区域的通孔是入口部分和出口部分的面积相等的柱状。
23.根据权利要求22所述的衬底处理方法，其特征在于形成在所述气体扩散板的周边区域的通孔中，包括入口部分的入口一侧部分和包括出口部分的出口一侧部分别形成为具有一定的开口面积的柱状，所述入口一侧部分的深度随着离所述中央区域的距离的增大而变深。
24.根据权利要求23所述的衬底处理方法，其特征在于所述入口部分的深度不同的通孔布置在所述周边区域，以保证衬底处理参数的均匀性小于等于3％。
25.根据权利要求21所述的衬底处理方法，其特征在于所述衬底是直径大于等于200mm的半导体衬底。
全文摘要
本发明公开了一种衬底处理装置和衬底处理方法。衬底处理装置包括能够减压的反应室、具有形成有通孔(10)、(11’)、(11)的气体扩散板(9)且将处理气体供到反应室内部的喷头以及用以设置衬底的衬底支承部。设在气体扩散板(9)的周边区域的通孔(11’)、(11)，其入口部分的面积大于出口部分的面积。因为若使用该装置，便能将处理气体均匀地供到气体扩散板内，所以能够均匀地进行膜沉积、膜蚀刻等衬底处理。因此，提供的是一种能够在晶片面内均匀地进行衬底处理的衬底处理装置及衬底处理方法。
文档编号C23C16/44GK1763913SQ20051010859
公开日2006年4月26日 申请日期2005年10月10日 优先权日2004年10月21日
发明者松原俊夫, 佐藤宏行, 内岛秀人 申请人:松下电器产业株式会社