半导体处理的成膜装置和此装置的使用方法

专利名称：半导体处理的成膜装置和此装置的使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在半导体晶片等的被处理基板上形成膜的半 导体处理用的成膜装置和此装置的使用方法。在此，所谓半导体处理，是指为了通过在半导体晶片、LCD (Liquid Crystal Display:液晶显示 器)这样的FPD (Flat Panel Display:平板显示器)用的玻璃基板等的 被处理基板上，以规定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等，在 该被处理基板上制造包括半导体器件、与半导体器件连接的布线、电 极等的结构体，而实施的各种处理。
背景技术：
在构成半导体集成电路的半导体器件的制造中，对诸如半导体(例 如硅)晶片的被处理基板实施成膜、蚀刻、氧化、扩散、改性、退火、 自然氧化膜的去除等各种处理。在US 2003/0224618 Al中，公开了立 式的(所谓的分批式的)热处理装置的这种半导体处理方法。在这种 方法中，首先，将半导体晶片从晶片盒移载到立式的晶舟上，并多段 地加以支撑。晶片盒中例如能够容纳25片晶片，晶舟中能够承载30 150片晶片。接着，将晶舟从处理容器的下方装入其内部，同时气密性 地封闭处理容器。接着，在处理气体的流量、处理压力、处理温度等 的各种处理条件被控制的状态下，进行规定的热处理。近年来，随着对于半导体集成电路的更高集成化和高微细化的要 求，希望减少半导体器件的制造工序中的热累积，提高器件的特性。 即使对立式的处理装置，也希望按照有关的要求进行半导体处理方法 的改良。例如，在作为成膜处理的一种的CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)中包括以下方法间歇性地供给原料气体， 同时1层层或多层地反复地成膜为原子或分子级厚度的层(例如，特 开平6-45256号公报、特开平11-87341号公报)。这种成膜方法一般被 称为ALD (Atomic layer Deposition:原子层沉积)或MLD (MolecularLayer Deposition:分子层沉积)。由此，即使不将晶片暴露在那样的高 温下也能进行目标处理。另外，WO2004/066377 (Dec.15， 2004)(对应于US 7,094,708 B2) 公开了在进行ALD的立式处理装置中，利用等离子休的辅助，用于进 一步降低处理温度的结构。根据此装置，例如，在使用硅烷类气体的 二氯硅烷(DCS)和作为氮化气体的NH3形成氮化硅膜(SiN)的情况 下，进行以下这种处理。即，在处理容器内，隔着净化期间，交替地 间歇性地供给DCS和NH3气体。供给NH3气体时，通过施加RF (高 频)，生成等离子体来促进氮化反应。在此，首先，通过向处理容器内 供给DCS气体，在晶片表面上以分子级一层或多层吸附DCS。其余的 DCS在净化期间被排除。接着，通过供给NH3气体生成等离子体，通 过低温下的氮化形成氮化硅膜。反复进行这一系列的工序，完成规定 厚度的膜。这种类型的装置在特开2005-340787号公报、特开 2006-49808号公报和特开2005-167027号公报中也有公开。发明内容本发明的目的在于，如下面所述，通过本发明的发明人等的发现， 提供一种半导体处理用的成膜装置和此装置的使用方法，能够抑制在 扩大利用等离子体辅助的成膜装置的应用范围时所产生的粒子污染的 问题。本发明的第一方面在于半导体处理用的成膜装置的使用方法，其中，H术装罟句,籽.具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器； 在上述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件； 加热上述处理区域内的被处理基板的加热器；具有在连通上述处理区域的空间内配置的等离子体产生区域的激 励机构；对上述处理区域供给处理气体的气体供给系统；和对上述处理区域内进行排气的排气系统。上述方法包括 通过对上述处理区域供给第一成膜气体的第一成膜处理，在上述 处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从上述处理容器卸载了上述第一被处理基板之后，进行上述处理 容器内的清洗处理的工序，上述清洗处理包括在向上述处理区域内供 给清洗气体的同时，通过上述激励机构产生上述清洗气体的等离子体 的工序；禾口通过向上述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在上 述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，上述第二成膜 处理是在通过上述激励机构产生上述第二成膜气体的等离子体的同时 进行的等离子体成膜处理。本发明的第二方面在于半导体处理用的成膜装置，其包括具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器；在上述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件；加热上述处理区域内的被处理基板的加热器；具有在连通上述处理区域的空间内配置的等离子体产生区域的激 励机构；向上述处理区域供给处理气体的气体供给系统； 对上述处理区域内进行排气的排气系统；和 控制上述装置的动作的控制部。其中， 上述控制部执行以下工序通过向上述处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在上 述处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从上述处理容器卸载了上述第一被处理基板之后，进行上述处理 容器内的清洗处理的工序，上述清洗处理包括在向上述处理区域内供 给清洗气体的同时，通过上述激励机构产生上述清洗气体的等离子体 的工序；和通过向上述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在上 述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，上述第二成膜 处理是在通过上述激励机构产生上述第二成膜气体的等离子体的同时 进行的等离子体成膜处理。本发明的第三方面在于含有用于在处理器上执行的程序指令的计
算机可读取的存储媒体，其中，由处理器执行上述程序指令时，在半导体处理用的成膜装置中执 行以下工序，其中，该半导体处理用的成膜装置包括具有容纳被处理基板的处理区 域的处理容器、在上述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件、加热 上述处理区域内的被处理基板的加热器、具有在连通上述处理区域的 空间内配置的等离子体产生区域的激励机构、向上述处理区域供给处 理气体的气体供给系统、和对上述处理区域内进行排气的排气系统。所述工序包括通过向上述处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在上 述处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从上述处理容器卸载了上述第一被处理基板之后，进行上述处理 容器内的清洗处理的工序，上述清洗处理包括在向上述处理区域内供 给清洗气体的同时，通过上述激励机构产生上述清洗气体的等离子体 的工序；和通过向上述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在上 述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，上述第二成膜 处理是在通过上述激励机构产生上述第二成膜气体的等离子体的同时 进行的等离子体成膜处理。本发明其它的目的和优点将在下面的说明书中进行阐述，并且一 部分从说明书中显而易见，或可以从本发明的实践中得知。本发明的 目的和优点可以通过下文中特别指出的单元和组合而实现和获得。


包含的附图构成说明书的一部分，例示了本发明的实施例，并与 上述的基本描述和下面的详细的实施例的说明一起用于解释本发明的 原理。图1是表示本发明的实施方式的立式等离子体成膜装置的截面图。图2是表示图1所图示的装置的一部分的横截平面图。图3是表示图1所图示的装置的变形例的一部分的横截平面图。图4是表示本发明的实施方式的装置的使用方法概要的流程图。
图5是表示本发明的实施方式的清洗处理中的气体供给和RF (高 频)施加状态的时序图。图6A是表示在实验中通过比较例得到的粒子数的结果的图表。 图6B是表示在实验中通过实施例得到的粒子数的结果的图表。 图7是表示图1所图示的装置的主控制部的结构的概略的框图。
具体实施方式
本发明的发明人等在本发明的开发过程中，研究了在扩大利用等 离子体的辅助的成膜装置的应用范围时所产生的问题点。其结果是， 本发明的发明人等得到了以下所述见解。艮P，利用等离子体的辅助的成膜装置，由于具有用于生成等离子 体的机构，所以价格非常高。因此，这种成膜装置，也希望能够在需 要进行不采用等离子体的处理，例如在无等离子体(plasma less)的成 膜处理的时候使用。在这种成膜装置中，在进行无等离子体成膜处理， 例如在通过热CVD处理、热ALD或MLD处理进行成膜的情况下， 将等离子体生成用的高频电源设为断开状态。然后，通过加热器将处 理容器内的晶片加热维持在规定的温度，在这种状态下向处理容器供 给必要的气体。然而，在进行无等离子体的成膜处理时，处理容器内壁和等离子 体室的内壁上会堆积不需要的副生成物膜。在无等离子体的成膜处理 后进行等离子体成膜处理时，副生成物膜由于等离子体产生时的冲击 和等离子体的溅射作用而从内壁面上局部地剥落。其结果是，产生粒 子附着在晶片上。该粒子的产生，在反复进行相同成膜处理的情况下， 以不成为问题的程度的累积膜厚产生。而且， 一般地，通过无等离子 体的成膜处理产生的副生成物膜的量比通过等离子体成膜处理产生的 副生成物膜的量还多。现有技术中，有使用NF3气体或C1F3气体等的F类或Cl类等的卤 素类的刻蚀气体，进行处理容器内的清洗处理。在使用这种卤素类气 体进行清洗处理的情况下，为了充分地从处理容器内排除容器内部所 残留的F、 Cl类的成分，需要花费时间。而且，为了使处理容器的内 壁面达到规定的条件有必要进行预涂处理。因此，导致清洗处理工作 运转率整体地降低。下面，参照

基于这种见解而构成的本发明的实施方式。 其中，在以下的说明中，对具有大致相同功能和结构的构成要素，用 同一符号标注，仅在必要的时候进行重复的说明。图1是表示本发明的实施方式的立式等离子体成膜装置的截面图。 图2是图l所图示的装置的一部分的横截平面图。此成膜装置2包括: 能够对含有硅烷类气体的二氯硅垸(DCS)气体的第一处理气体、含有氮化气体的氨(NH3)气的第二处理气体和由氮气(N2)等不活泼气 体构成的辅助气体进行选择性的供给的处理区域。成膜装置2的结构 为，在这种处理区域内，通过CVD在被处理基板上形成氮化硅膜。成膜装置2，具有内部规定有用于容纳隔开间隔堆积的多个半导体 晶片(被处理基板)并进行处理的处理区域5的、下端开口的有顶棚 的圆筒状的处理容器(反应室)4。处理容器4的整体由例如石英形成。 在处理容器4内的顶棚配置并密封有石英制的顶板6。在处理器4的下 端开口，通过O形环等的密封材料10连接有成形为圆筒状的歧管 (manifold) 8。另夕卜，也能够不另外设置歧管8，整体由圆筒状的石英 制处理容器构成。歧管8例如由不锈钢构成，支撑处理容器4的下端。通过歧管8 的下端开口，使石英制的晶舟12升降，由此，对处理容器4，装载/ 卸载晶舟12。例如，在晶舟12中，多段承载作为被处理基板的多片半 导体晶片W。例如，在本实施方式的情况下，在晶舟12的支柱12A 能够大致等间距地多段支撑例如50 100片左右的直径为300mm的晶、u晶舟12隔着石英制的保温筒14被承载在工作台16上。工作台16 被支撑在旋转轴20上，该旋转轴20贯通开关歧管8的下端开口的例 如不锈钢制的盖子18。在旋转轴20的贯通部中，插设有例如磁性流体封口 22，在气密地 密封旋转轴20的同时可以支撑旋转。在盖子18的周边部和歧管8的 下端部插设有例如由0形环等形成的密封部件24，保持容器内的密封 性。旋转轴20被安装在支撑在例如船升降架等的升降机构25上的臂 26的前端。通过升降机构25，可以整体地升降晶舟12和盖子18等。 另外，也可以将工作台16固定设置在盖子18—侧，不使晶舟12旋转 而进行晶片W的处理。在歧管8的侧部连接有用于向处理容器4内的处理区域5供给规 定的处理气体的气体供给部。气体供给部包括第二处理气体供给系统 28、第一处理气体供给系统30和辅助气体供给系统32。第一处理气体 供给系统30供给含有作为硅垸类气体的DCS (二氯硅烷SiH2Cl2)气 体的第一处理气体。第二处理气体供给系统28供给含有作为氮化气体 的氨(NH3)气的第二处理气体。另夕卜，氨气也可以作为清洗时用于产 生等离子体的清洗气体而被使用。辅助气体供给系统32供给作为净化 用或压力控制用的辅助气体的不活泼气体，例如N2气体。在第一处理 气体和第二处理气体中，按照需求混合有适量的载体气体(例如N2气 体)，但下面为了容易说明，未言及载体气体。具体地，第二处理气体供给系统28、第一处理气体供给系统30 和辅助气体供给系统32分别具有向内侧贯通歧管8的侧壁、向上方弯 曲并延伸的由石英管构成的气体分散喷嘴34、 36、 38 (参照图2)。在 各气体分散喷嘴34、 36、 38中，隔开规定的间隔，形成有多个气体喷 射孔34A、 36A、 38A，使得它们沿着各喷嘴的长度方向(上下方向) 并且涵括晶舟12上的全部晶片W。喷嘴34、 36、 38通过气体供给线路(气体通路)42、 44、 46分别 连接NH3气体、DCS气体和N2气体的气体源28S、 30S、 32S。在气体 供给线路42、 44、 46上，-配置有开关阀42A、 44A、 46A和质量流量i六牟ll奥frv^。。fl "non+"nl1。f、^T丰茅的、〉存县始生ll哭/1，p /1/1D /1AD rfa此，能够分别对NH3气体、DCS气体和N2气体进行流量控制的同时而 进行供给。另外，由N2气体构成的辅助气体的气体供给线路46通过 配置有开关阀47A的线路47与第二处理气体的气体供给线路42相连。 因此，通过控制开关阀47A等，能够按照需求从气体分散喷嘴34喷射N2气体。在处理容器4的侧壁的一部分上，沿其高度方向配置有气体激励 部50。在与气体激励部50相对的处理容器4的相反一侧，为了对该内 部氛围进行真空排气，配置有例如通过向上下方向切削处理容器4的
侧壁而形成的细长的排气口 52。具体地，气体激励部50具有通过沿上下方向以规定的宽度切削处 理容器4的侧壁而形成的上下的细长的开口。此开口由具有气体流路55的隔板54封闭，同时被与处理容器4的外壁气密地接合的石英制的 盖板56覆盖。盖板56向处理容器4的外侧突出，形成截面凹部状， 并且上下具有细长的形状。按照此结构，形成从处理容器4的侧壁突出并且一侧向处理容器4 内连接的气体激励部50。艮口，气体激励部50的内部空间，通过隔板 54的气体流路55与处理容器4内的处理区域5连通。隔板54在上下 方向上形成得足够长，以便在高度方向上能够覆盖在晶舟12上所保持 的全部晶片W。利用隔板54，降低气体激励部50和处理区域5之间 的气流电导。因此，没有对处理区域5施加压力相关的不好影响，能 够较高地设定气体激励部50的压力。在盖板56的两侧壁的外侧面，沿着其长度的方向(上下方向)彼 此相对地配置有一对细长的电极58。电极58通过供电线路62与等离 子体产生用的高频电源60相连。通过对电极58施加例如13.56MHz 的高频电压，就能在一对电极58之间形成用于激励等离子体的高频电 场。另外，高频电压的频率不限定为13.56MHz，也可以使用其它的频 率，例如400kHz等。第二处理气体的气体分散喷嘴34，在比晶舟12上的最下级的晶片 W还低的位置，朝着处理容器4的半径方向外方弯曲，贯通隔板54。 之后，气体分散喷嘴34，在气体激励部50内的最里面(最远离处理容 器4的中心的部分)的位置，垂直立起。如图2所示，气体分散喷嘴 34被设置在比一对相对的电极58所夹持的区域(高频电场最强的位 置)，即主要的实际产生等离子体的等离子体产生区域PS还要向外侧 偏离的位置。从气体分散喷嘴34的气体喷射孔34A喷射的含有NH3 气体的第二处理气体向等离子体产生区域PS喷射，在此被激励(分解 或活化)，在该状态下，通过隔板54的气体流路55被供给晶舟12上 的晶片W。在盖板56的外侧，以覆盖盖板56的方式安装有例如由石英制成 的绝缘保护盖64。在绝缘保护盖64内侧的与电极58相对的部分，配 置有由冷媒通路构成的冷却机构(未图示)。通过使作为冷媒的例如冷 却的氮气流过冷媒通路来冷却电极58。另外，在绝缘保护盖64的外侧， 覆盖其而配置有用于防止高频泄漏的屏蔽罩(未图示)。在气体激励部50的隔板54的外侧附近，即隔板54的外侧(处理 容器4内)的两侧，彼此相对垂直立起地配置有第一处理气体及辅助 气体的气体分散喷嘴36、 38。由在气体分散喷嘴36、 38中形成的气体 喷射孔36A、 38A向处理容器4的中心方向分别喷射含有DCS气体的 第一处理气体和由N2气体组成的辅助气体。气体喷射孔36A、 38A， 配置在晶舟12上的多个晶片W的各个之间，以便相对晶片W形成平 行的气体流，分别在水平方向上大致均匀地供给第一处理气体(含有 DCS)和辅助气体(N2)。另一方面，在面对气体激励部50设置的排气口 52上，通过焊接 安装有由石英构成的截面成形为-字状的排气口盖板部件66，以便将 其覆盖。排气盖板部件66沿着处理容器4的侧壁向上方延伸，在处理 容器4的上方形成气体出口 68。气体出口 68与配置有真空泵等的真空 排气系统GE连接。真空排气系统GE具有与气体出口 68连接的排气 通路84，由其上流侧开始依次配置有阀门单元(开度调整用的阀门) 86、真空泵88、去除不需要的物质的除害单元89。以大致气密地包围处理容器4的方式，配置有隔热性的罩壳70。 在罩壳70的内表面上，配置有用于加热处理容器4内的氛围和晶片W 的加热器72。作为加热器72，可使用无污染、升降温特性优良的碳导 线等。在处理容器4内的排气口 52附近配置有用于控制加热器72的 热屯偶(未图示)。图3是表示图1所图示装置的变形例的一部分的横截平面图。在 此变形例中，辅助气体的气体分散喷嘴38被配置在气体激励部50的 最里面，与第二处理气体的气体分散喷嘴34并排、垂直地立起。而且成膜装置2还包括由控制装置整体的动作的计算机等构成的 主控制部48。主控制部48，按照预先存储在其附带的存储部中的成膜 处理的处理方案，例如形成的膜的膜厚和组成，进行后述的成膜处理。 此外在此存储部中，还预存储有作为控制数据的处理气体流量和膜的 膜厚、组成的关系。因此，主控制部48，根据这些存储的处理方案和
控制数据，能够控制升降机构25、气体供给系统28、 30、 32、排气系 统GE (包含阀门单元86)、气体激励部50、加热器72等。图7是表示图1所图示装置的主控制部48的结构的概略框图。主 控制部48具有CPU210，在此连接有存储部212、输入部214、输出部 216等。在存储部212中存储有处理程序和处理方案。输入部214包括 用于与使用者对话的输入装置，例如键盘、指触器件和存储媒体的驱 动器等。输出部216输出用于控制处理装置的各设备的控制信号。图7 中还同时示出了可在计算机上拆装的存储媒体218。下述的成膜方法，可以适用于将用于在处理器上执行的程序指令， 写入能用计算机读取的存储媒体的各种半导体处理装置。或者，这种 程序指令，能够通过通信媒体传送并应用于各种半导体处理装置。存 储媒体例如是磁盘(软盘、硬盘(一个例子是存储部212所包含的硬 盘)等)、光盘(CD、 DVD等)、磁光盘(MO等)、半导体存储器等。 控制半导体装置的动作的计算机，读取在存储媒体中存储的程序指令， 通过在处理器上执行此程序指令，来执行下述的方法。接着，说明图1所示的成膜装置2的使用方法。图4是表示根据 本发明的实施方式的装置的使用方法的概要的流程图。在图1所图示的成膜装置2中，能够选择地进行等离子体成膜处 理和无等离子体成膜处理。在无等离子体成膜处理中，对应有例如热 CVD处理、热ALD或MLD处理。进行这样的无等离子体成膜处理(图 4中的工序S1)时，会在处理容器4内的内壁面和划分气体激励部50 的盖板56的内面等上堆积副生成物膜。副生成物膜，在经过多批连续地进行这种无等离子体成膜处理的 情况下，成膜处理的累积膜厚超出规定值时，通常可以进行干洗或湿 洗处理。但是，在无等离子体成膜处理后进行等离子体成膜处理(图4 中的工序S3)时，即使副生成物膜很薄的时候，也会由于等离子体产 生时的冲击和等离子体的溅射作用而从内壁面上部分地剥落(特别是 盖板56的内表面)。其结果，产生粒子，附着在晶片上。在等离子体 成膜处理中，例如，对应有等离子体CVD处理、等离子体ALD或MLD 处理。为此，如图4所示，特别是由无等离子体成膜处理(工序S1)向 等离子体成膜处理(工序S3)移动时，紧接在此之前执行使用等离子 体的清洗处理(工序S2)。通过该清洗处理，即使少量的副生成物膜，也可以被去除。因此，在执行工序S3中进行的等离子体成膜处理时，就不会产生粒子。具体地，首先，作为无等离子体成膜处理(工序S1)，在进行的通 常的热CVD处理的情况下，进行下面的操作。即，将保持多片例如50 100片300mm大小的晶片W的常温的晶舟12装入设定为规定温度的 处理容器4内。接着，在对处理容器4内进行真空排气，将其维持在 规定的处理压力的同时，利用加热器72使晶片温度上升，直到稳定在 成膜用的处理温度650 800°C，例如750'C后待机。接着，在分别控 制流量的同时从气体分散喷嘴36、 34连续地供给含有DCS气体的第 一处理气体和含有NH3气体的第二处理气体。这时，使晶舟12在支撑 晶片W的状态下旋转。在热CVD处理时，RF电源60为断开状态， 不生成等离子体。以相对晶片W形成平行气流的方式，从气体分散喷嘴36的气体 喷射孔36A供给含有DCS气体的第一处理气体。另一方面，以相对晶 片W形成平行气流的方式，从气体分散喷嘴34的气体喷射孔34A， 通过隔板54的气体流路55供给含有NH3气体的第二处理气体。在DCS 气体和NH3气体流过晶片W间时，被利用加热器72赋予的热能分解 的同时，发生反应，提供成膜材料，由此，在晶片W的表面上形成氮 化硅膜。使用后的气体从在隔板54的相反侧形成的排气口 52排出。另外，在作为无等离子体成膜处理(工序Sl)进行热ALD或MLDhkl田i^,瞎7口TC;北^;TCl^T66;t品/Mr 日n t卜4士曰士至、j匀屏血1 ，邻甘SFP支撑的晶片W—起装入处理容器4内。接着，在对处理容器4内进行 真空排气，将其维持在规定的处理压力的同时，利用加热器72使晶片 温度上升，直到稳定在成膜用的温度550 65(TC，例如60(TC后待机。 接着，在分别控制流量的同时从气体分散喷嘴36、 34交替间断地供给 含有DCS气体的第一处理气体和含有NH3气体的第二处理气体。这时， 使晶舟12在支撑晶片W的状态下旋转。在热ALD或MLD处理时， RP电源60为断开状态，不生成等离子体。以相对晶片W形成平行气流的方式，从气体分散喷嘴36的气体 喷射孔36A供给含有DCS气体的第一处理气体。在这期间，DCS气体 的分子或通过其分解(通过由加热器72赋予的热能)而产生的分解生 成物的分子或原子吸附到晶片上。另一方面，以相对晶片W形成平行 气流的方式，从气体分散喷嘴34的气体喷射孔34A，通过隔板54的 气体流路55，供给含有NH3气体的第二处理气体。在这期间，NH/气 体的分子或通过其分解(通过由加热器72赋予的热能)而产生的分解 生成物的分子或原子，与吸附在晶片W的表面上的DCS气体的分子 等发生反应，由此，在晶片W上形成氮化硅膜。另外，在供给含有DCS气体的第一处理气体的工序之后，以及供 给含有NH3气体的第二处理气体的工序之后，紧接着由N2气体构成的 辅助气体作为净化气体供给到处理区域5内。以相对晶舟12上的多个 晶片W形成平行的气流的方式，从气体分散喷嘴38的气体喷射孔38A 供给辅助气体。借助于此辅助气流，可去除在处理区域5内残留的DCS 气体和其分解成分，或NH3气体和其分解成分。多次重复由这样的工 序构成的循环，通过堆积每一次循环中形成的氮化硅膜的薄膜，能够 得到最终厚度的氮化硅膜。在无等离子体成膜处理之后，将晶舟12和在其上支撑的晶片W — 起进行卸载。接着，进行后面详述的清洗处理(工序S2)。之后，进行 等离子体成膜处理(工序S3)。另外，既可以在没有搭载晶片W的空 的状态下，将之前处理中使用过的晶舟12装入处理容器4内进行清洗 处理；也可以不把空的晶舟12装入处理器4内而进行清洗处理。在作为等离子体成膜处理(工序S3)进行等离子体ALD或MLD 处理的情况下，进行下面的操作。即，与上述同样，将晶舟12和在其 上支撑的晶片W—起装入处理容器4内。接着，在对处理容器4内进 行真空排气，将其维持在规定的处理压力的同时，利用加热器72使晶 片温度上升，直到稳定在成膜用的处理温度是300 650°C，例如稳定 到600'C后待机。接着，在分别控制流量的同时从气体分散喷嘴36、 34交替间断地供给含有DCS气体的第一处理气体和含有NH3气体的 第二处理气体。这时，晶舟12在支撑晶片W的状态下旋转。以相对晶片W形成平行气流的方式，从气体分散喷嘴36的气体 喷射孔36A供给含有DCS气体的第一处理气体。在这期间，DCS气体
的分子或通过其分解而产生的分解生成物的分子或原子吸附到晶片 上。另一方面，以向着隔板54的气体流路55形成水平气流的方式，从气体分散喷嘴34的气体喷射孔34A供给含有NH3气体的第二处理 气体。在第二处理气体通过一对电极58间的等离子体产生区域PS时 被选择性地激励， 一部分等离子体化。这时，生成例如N+、 NH*、 NH2*、 NH/等的基(活性种)(记号『*』表示基)。这些基从气体激励部50 的气体流路55向处理容器4的中心流出，在晶片W间以层流状态被 供给。上述基，与在晶片W的表面上附着的DCS气体的分子等反应， 由此在晶片W上形成氮化硅膜。另外，在供给含有DCS气体的第一处理气体的工序之后，以及供 给含有NH3气体的第二处理气体的工序之后，紧接着由N2气体构成的 辅助气体作为净化气体供给到处理区域5内。以相对晶舟12上的多个 晶片W形成平行的气流的方式，从气体分散喷嘴38的气体喷射孔38A 供给辅助气体。借助于此辅助气流，去除在处理区域5内残留的DCS 气体和其分解成分，或NH3气体和其分解成分。多次重复由这样的工 序构成的循环，通过堆积每一次循环中形成的氮化硅膜的薄膜，能得 到最终厚度的氮化硅膜。由于在等离子体ALD或MLD处理中，通过等离子体的辅助形成 氮化硅膜，所以能够在比之前的热ALD或MLD处理时的处理温度低 的温度下进行成膜。在含有NH3气体的第二处理气体生成等离子体的 时候，RF电源60所施加的电力例如为300瓦特左右。作为等离子体成膜处理(工序S3)，可以进行等离子体CVD处理 代替等离子体ALD或MLD处理。在这种情况下，同时连续地供给含 有DCS气体的第一处理气体和含有NH3气体的第二处理气体，与此同 时也连续地生成等离子体，形成NH3气体的活性种。在此情况下，RF 电源60施加的电力例如也为300瓦特左右。而且，在等离子体ALD 或MLD处理、等离子体CVD处理中，能够将处理温度设定得低于例 如650°C 。接着，说明清洗处理(工序S2)。图5是表示本发明的实施方式的 清洗处理中的气体供给和RF (高频)施加状态的时序图。在进行清洗的时候，接在用无等离子体成膜处理(工序S1)处理 的晶片W卸载之后，将在之前的处理中使用的晶舟12，在没有搭载晶 片W的空的状态下，装入处理容器4内。另外，也可以不将空的晶舟12装入处理容器4内而进行此清洗处理。在这种情况下，公知的状态 是通过与处理容器4的炉口 (岐管8的下端开口)邻接配置的闸门(shutter)来封闭炉口。接着，在使处理容器4内达到规定的真空度后，从分散喷嘴34周 期性的间断地供给作为可等离子体化的清洗气体的NH3气体(图5(A))。另外，在不供给NH3气体时(间断期间)，从分散喷嘴34供 给作为不活泼气体的例如N2气体(图5 (B))。通过这种N2气体的供 给，促进剥离的薄膜的排出'。在图1中，通过将在线路47中配置的开 关阀门47A设定为开放状态来进行来自此喷嘴34的N2气体的供给。 与此同吋，从处理容器4内的分散喷嘴38连续供给作为不活泼气体的 例如N2气体(图5 (C))。由此，促进之前剥离的薄膜的排出。而且，与上述NH3气体的供给定时同步，ON*OFF控制RF电源 60，控制使得在供给NH3气体的同时激励等离子体(图5 (D))。由此 以脉冲状产生等离子体，通过此等离子体点火时的大冲击力和等离子 体的溅射作用而将盖板56的内表面上所堆积的副生成物膜有效率地剥离。借助于从喷嘴34、 38供给的N2气体使如此剥落的薄膜强制地流 出，通过排出口52排出。另外，在此期间，也可以从2个喷嘴34、 38 中的至少一个喷嘴来供给N2气体。像这样，在供给可等离子体化的清 洗气体的同时使之产生等离子体，通过此等离子体的溅射作用等去除7V"Hh日4卜d^恙[Vi豆i1/^ dV脇B宵 rf( i!^台.匕她7t e;:tl^;的坐效3/7irrfVB宵口Tf大幅度地抑制粒子的产生。在清洗处理时，等离子体的ON时的脉冲幅度Tl为l秒 10分钟， 例如5 sec左右。在从NH3气体的脉冲状的供给开始到下一个脉冲状的 供给开始的1个循环的期间T2为1秒 10分钟，例如25sec左右。此 清洗处理时间，也根据累积膜厚，例如约为几小时。NH3气体的供给 量为0.1 10升/min，例如5升/min左右，源自喷嘴34的N2气体的供 给量为0.1 10升/min，例如3升/min左右，源自喷嘴38的N2气体的 供给量为0.1 10升/min，例如3升/min左右。气体激励部50内的压
力设定在能够产生等离子体的压力范围内，例如在使用NH3气体的场合下，可以设定在10Torr (1333Pa)以下，例如0.5Torr。另外，此时 处理容器4内的温度设定在300 800。C，例如650。C左右。在清洗处理中，产生等离子体时的RF电源60的电力，设定为紧 接在此之后进行的等离子体成膜处理(工序S3)中产生等离子体时的 RF电源60的电力的100 1000%，优选120 500%。例如，相对于 等离子体成膜处理时的等离子体电力如前所述，例如为300瓦特，在 清洗处理时，将其设定为350瓦特左右。由此，通过这种伴随大的电 力的冲击力的清洗处理，在等离子体成膜处理时有剥落可能性的薄膜， 大部分被剥落并去除。因此，能够进一步抑制等离子体成膜处理时产 生粒子。.换言之，即使在等离子体CVD处理时使等离子体产生，这时的电 力也比清洗处理时的电力小。通过等离子体CVD处理时的小电力的小 冲击力而剥离的这种不要的薄膜，已经通过清洗处理时的大电力的大 冲击力而剥离、去除。由此，在等离子体CVD处理时，能够进一步抑 制粒子的产生。作为清洗气体，使用可等离子体化的、且在后续工序的等离子体 成膜处理中也使用的气体，即在此为NH3气体。因此，不用担心在等 离子体成膜处理时，在膜中混入不想要的杂质。另外，此清洗气体只 要是不含F原子、Cl原子等的卤素原子的气体并且可等离子体化的气 体，可以使用任何的气体种类。例如，也可以使用作为惰性气体的He、 Ar、 Ne、 Xe气体等代替NH3气体，在这种情况下，也不用担心在后续 工序的等离子体成膜处理时，膜中混入不想要的杂质。因此，由于能够在短时间内进行清洗处理，且能够直接移动到接 下来的等离子体成膜处理，所以能够提高装置的运转率。关于此点， 使用F类、Cl类的卤素类气体作为清洗气体时，在清洗处理后从容器 内排除F类、Cl类的成分，需要很多的时间。另外，由于调整容器内 表面的条件的预涂处理也是必要的，所以会导致装置运转率大幅度的 降低。因此，卤素类气体不适合作为清洗气体。<实验>使用图1所示的成膜装置，进行有关清洗处理和后续工序的等离
子体成膜处理时产生的粒子数的关系的实验。作为比较例，以热CVD处理(无等离子体)[累积成膜量0.65)im]4等离子体ALD处理一等 离子体ALD处理一热CVD处理(无等离子体)[累积成膜量0.65pm] —等离子体ALD处理一等离子休ALD处理的顺序进行处理。作为实 施例，以热CVD处理(无等离子体)[累积成膜量0.65pm]—使用等 离子体的清洗处理一等离子体ALD处理一等离子体ALD处理一等离 子体ALD处理的顺序进行处理。各处理之后，抽样卸载的晶片W，对 其表面上照射光，计算晶片表面上所附着的0.18(im以上的粒子的数量。 作为抽样晶片W，分别在晶舟12的上部(TOP)、中央部(CTR)、和 下部(BTM)各选择一片。图6A是表示在实验中通过比较例得到的粒子数的结果的图表。图 6B是表示在实验中通过实施例得到的粒子数的结果的图表。在图6A、 6B中，「T一CVD」表示热CVD处理，「P—ALD」表示等离子体ALD 处理。在图6A示出的比较例的情况下，在进行热CVD处理之后，进行 等离子体ALD处理时，产生大量的粒子，粒子数为10000个左右或更 多。可认为这是由于通过热CVD处理在激励部50的内壁上附着的不 需要的膜，在进行等离子体ALD处理时因等离子体的冲击力而剥落变 成粒子。在图6B示出的实施例的情况下，在清洗处理之后，即使连续3次 进行等离子体ALD处理，产生的粒子的数量最高也就50个左右，能 够大幅度地抑制了产生的粒子数。另外，在等离子体ALD处理中，由 于划分气体激励部50的壁面经常被等离子体溅射，因此，还可以确定 在此附着的不需要的膜非常的少。在上述的实施方式中，在清洗处理时，如图5 (D)所示，使之与 NH3气体的间断地供给同步，以脉冲状开通等离子体。但是也可以如5(E)所示的变形例，连续地形成等离子体。如果这样，由于等离子体 点火时的大的冲击力只有一次，因此，比起图5 (D)中所示的情况， 不需要的薄膜的剥离效果稍微逊色。但是，即使在这种情况下，也能 够通过等离子体的溅射作用将不需要的薄膜充分地剥落。此外，在图5(A)中，气体的使用量变大，也可以不以脉冲状，而是连续地供给此
NH/气体。如图3所示，在将气体分散喷嘴38收容至气体激励部50内的情 况下，从该气体喷嘴38如图5 (C)所示，连续地供给N2气体，能够 促进剥离的副生成物膜从气体激励部50排出。这种情况下，可以不需 要如图5 (B)所示的从其它的喷嘴34供给N2气体。在上述的实施方式中，如图4所示，从热CVD处理、热ALD或 MLD处理这样的无等离子体的成膜处理(工序S1)向等离子体CVD 处理、等离子体ALD处理或MLD处理这样的等离子体的成膜处理(工 序S3)转换成膜方法时，进行清洗处理(工序S2)。但是，无论在成 膜中使用或是不使用等离子体，只要堆积了一定程度的副生成物膜， 就可以进行上述实施方式的使用等离子体的清洗处理。因此，针对一 定程度的片数的晶片，在进行了使用或不使用等离子体的成膜处理之 后，进行上述实施方式的清洗处理，之后，再进行使用或不使用等离 子体的成膜处理也是可以的。在上述的实施方式中，作为第一处理气体中的硅烷类气体例示了 DCS气体。关于此点，作为硅烷类气体，能够使用选自二氯硅垸(DCS)、 六氯硅烷(HCD)、甲硅垸(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、六甲基乙硅烷 (HMDS)、四氯硅烷(TCS)、 二硅烷胺(DSA)、三硅烷胺(TSA)、 双叔丁基氨硅烷(BTBAS)中的l种以上气体。上述的实施方式中，作为第二处理气体中的氮化气体，能够使用 氨(NH3)气、氮(N2)气。另外，在将本发明应用于氮氧化硅膜的形 成的情况下，能够使用一氧化二氮(N20)、 一氧化氮(NO)这样的氮 氧化气体来替代氮化气体。另外，在将本发明应用于氧化硅膜的形成 的情况下，能够使用氧(02)、臭氧(03)这样的氧化气体代替氮化气 体。此外，为了掺杂作为杂质的磷、硼等，还能够使用掺杂气体。另 夕卜，作为净化用的不活泼气体，也可以使用其他的不活泼气体，例如， He、 Ar、 Ne、 Xe等替代N2气体。进一步，本发明也能够适用于形成氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化 硅膜以外的膜的情况。另外，在使用等离子体的清洗处理的前后进行 的成膜的膜的种类也不限于同一种类，可以是不同种类的膜。作为被 处理基板，不限于半导体晶片，也可以是LCD基板、玻璃基板、陶瓷基板等的其它的基板。对于本领域的技术人员来说，很容易出现其它的优点和修改。因 此，在本发明更广泛范围内，不限于在此所示、所描述的具体细节和 代表性的实施方式。因此，在不脱离如附属的权利要求和其等价物所 限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做各种修改。
权利要求
1.一种半导体处理用的成膜装置的使用方法，其特征在于所述装置包括具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器；在所述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件；加热所述处理区域内的被处理基板的加热器；具有在连通所述处理区域的空间内配置的等离子体产生区域的激励机构；向所述处理区域供给处理气体的气体供给系统；和对所述处理区域内进行排气的排气系统，所述方法包括通过向所述处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在所述处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从所述处理容器卸载了所述第一被处理基板之后，进行所述处理容器内的清洗处理的工序，所述清洗处理包括在向所述处理区域内供给清洗气体的同时，通过所述激励机构产生所述清洗气体的等离子体的工序；和通过向所述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在所述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，所述第二成膜处理是在通过所述激励机构产生所述第二成膜气体的等离子体的同时进行的等离子体成膜处理。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述清洗处理脉冲状间断地产生所述等离子体。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述清洗处理连续地产生所述等离子体。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述清洗处理使所述清洗气体的供给与所述激励机构的开启同 步。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述清洗处理，交替地向所述处理区域内供给所述清洗气体和不 活泼气体。
6，根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述清洗处理，从共同的喷嘴交替地供给所述清洗气体和所述不 活泼气体。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述清洗处理连续地供给所述清洗气体。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述清洗处理向所述处理区域内连续地供给不活泼气体。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一成膜处理是不产生等离子体、在通过所述加热器加热所 述第一成膜气体的同时而进行的热成膜处理。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述清洗气体选自所述第二成膜处理中向所述处理区域内供给的 气体和不活泼气体。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于 在所述清洗处理中，为了生成所述清洗气体的等离子体而供给所述激励机构的第一电力，设定得比为了在所述第二成膜处理中生成所 述第二成膜气体的等离子体而供给所述激励机构的第二电力大。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述第一电力设定为所述第二电力的100 1000%。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于 所述清洗气体与所述第二成膜气体在实质上是相同的。
14. 根据权利耍求10所述的方法，其特征在于 所述清洗气体既不包含F原子也不包含Cl原子。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述处理区域，以在所述支撑部件上隔开间隔地容纳重叠的多个 被处理基板的方式而构成。
16. —种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，包括 具有容纳被处理基板的处理区域的处理容器； 在所述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件； 加热所述处理区域内的被处理基板的加热器；具有在连通所述处理区域的空间内配置的等离子体产生区域的激 励机构；向所述处理区域供给处理气#的气体供给系统； 对所述处理区域内进行排气体的排气系统；和 控制所述装置的动作的控制部，其中， 所述控制部执行以下工序通过向所述处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在所 述处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从所述处理容器卸载了所述第一被处理基板之后，进行所述处理 容器内的清洗处理的工序，所述清洗处理包括在向所述处理区域内供 给清洗气体的同时，通过所述激励机构产生所述清洗气体的等离子体 的工序；和通过向所述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在所 述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，所述第二成膜 处理是在通过所述激励机构产生所述第二成膜气体的等离子体的同时 进行的等离子体成膜处理。
17. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于 所述清洗处理脉冲状间断地产生所述等离子体。
18. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述第一成膜处理是不产生等离子体、在通过所述加热器加热所 述第一成膜气体的同时而进行的热成膜处理。
19. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于 在所述清洗处理中，为了生成所述清洗气体的等离子体而供给所述激励机构的第一电力，设定得比为了在所述第二成膜处理中生威所 述第二成膜气体的等离子体而供给所述激励机构的第二电力大。
20. —种含有用于在处理器上执行的程序指令的计算机可读取的 存储媒体，其特征在于由处理器执行所述程序指令时，在半导体处理用的成膜装置中执 行以下工序，其中，该半导体处理用的成膜装置包括具有容纳被处理基板的处理区 域的处理容器、在所述处理区域内支撑被处理基板的支撑部件、加热 ^f述处理区域内的被处理基板的加热器、具有在连通所述处理区域的 空间内配置的等离子体产生区域的激励机构、向所述处理区域供给处 理气体的气体供给系统、和对所述处理区域内进行排气的排气系统，所述工序包括通过向所述处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在所 述处理区域内，在第一被处理基板上形成第一薄膜的工序；从所述处理容器卸载了所述第一被处理基板之后，进行所述处理 容器内的清洗处理的工序，所述清洗处理包括在向所述处理区域内供 给清洗气体的同时，通过所述激励机构产生所述清洗气体的等离子体 的工序；和通过向所述处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在所 述处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜的工序，所述第二成膜 处理是在通过所述激励机构产生所述第二成膜气体的等离子体的同时进行的等离子体成膜处理。
全文摘要
本发明涉及一种成膜装置的使用方法，通过向处理容器的处理区域内供给第一成膜气体的第一成膜处理，在处理区域内，在第一处理基板上形成第一薄膜。从处理容器卸载第一处理基板之后，进行处理容器内的清洗处理。清洗处理包括在向处理区域内供给清洗气体的同时，通过激励机构产生清洗气体的等离子体的工序。接着，通过向处理区域内供给第二成膜气体的第二成膜处理，在处理区域内，在被处理基板上形成第二薄膜。第二成膜处理是在通过激励机构产生第二成膜气体的等离子体的同时进行的等离子体成膜处理。
文档编号H01L21/02GK101106075SQ200710149410
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月13日 优先权日2006年7月13日
发明者周保华, 长谷部一秀 申请人:东京毅力科创株式会社