衬底处理器件的制作方法

专利名称：衬底处理器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种衬底处理器件，特别涉及用于形成半导体器件用的薄 膜的化学气相成长器件中的与清洗有关的内部结构。
背景技术：
近年来，半导体器件的高集成化、低耗电化及低成本化正在不断地发 展。为了实现高集成化、低耗电化及低成本化，迫切要求更薄、均匀性更 好的膜来作为构成半导体器件的绝缘膜。


图11 (a)及(b)表示以往的单片式化学气相成长器件的简要剖面结 构，图11 (a)表示成膜时器件内部的状态，图11 (b)表示清洗时器件 内部的状态(参照日本特开2000—273638号公报)。
如图11 (a)及(b)所示，在反应室11的底部设置有兼作衬底支撑 部的下部电极12。也就是说，被处理衬底(晶片)IO装在下部电极12上。 另外，下部电极12包含用于调整被处理衬底10的温度的加热器(无图示)。 而在反应室11的上部设置有与下部电极12对着的兼作成膜用淋浴器的上 部电极B。具体地说，上部电极13由将导入反应室11内的气体分散的挡 板14、和将由挡板14分散的气体更进一步地分散的平面板15构成。通过 挡板14和平面板15，能够使形成在被处理衬底10上的膜的膜厚度均匀性 提高。这里，在挡板14和平面板15上分别设置有用于使气体通过的多个 孔，且一般将挡板14和平面板15之间的间隔设定得非常窄。
并且，在反应室11的上部通过上部电极13安装有用于将气体导入反 应室ll的内部的气体导入口 16。也就是说，从气体导入口 16吐出的气体
依次经过挡板14及平面板15被导入下部电极12。并且，在反应室11的 底部安装有用于将导入反应室11内的气体排出反应室11的排气口 17。排
气口 17连接在无图示的排气泵上。
其次，参照图11 (a)对使用以往的单片式化学气相成长器件的成膜 步骤进行说明。首先，在下部电极12上安装被处理衬底(晶片)10。也 就是说，将被处理衬底10设置在下部电极12和上部电极13之间。其次， 一边由上述排气泵通过排气口 17进行反应室11内的排气， 一边从气体导 入口 16通过挡板14及平面板15将成膜用材料气体(反应气体)21导入 反应室11的内部。这里，通过使用无图示的高频电源在下部电极12和上 部电极13之间施加高频电压，来在下部电极12和上部电极13之间的区 域产生由反应气体21构成的等离子体22，且通过将被处理衬底10暴露在 该等离子体22，来在被处理衬底IO上进行成膜。或者，通过用加热器(省 略图示)将下部电极12加热到40(TC左右进行热CVD，藉此方法，在被 处理衬底10上进行成膜，来代替进行等离子体CVD (chemical vapor deposition)。
在图11 (a)所示的成膜步骤中，如上所述，由于兼作气体淋浴器的 上部电极13由挡板14和平面板15构成，因此能够通过挡板14将从气体 导入口 16导入的反应气体21分散，且通过平面板15将其更进一步地分 散，来使沉积在被处理衬底10上的膜的均匀性提高。
图12为设置在平面板15上的一个气体孔的放大图。如图12所示， 在平面板15的各气体孔15a中，为了使反应气体21的流速安定，将出口 的直径(尺寸)a2设定得比入口的直径(尺寸)al小。由于该入口与出 口之间的尺寸差而产生的气体孔15a的最细部分的影响，因此在气体孔15a 内反应气体21的流动产生乱流31。
其次，参照图11 (b)对以往的单片式化学气相成长器件中的清洗步 骤进行说明。首先，在图ll (a)所示的成膜步骤结束后，从反应室ll取 出被处理衬底IO。其次，通过挡板14及平面板15从气体导入口 16将用 于进行反应室11内的清洗的清洗气体23导入反应室11的内部。这里， 通过使用无图示的高频电源在下部电极12和上部电极13之间施加高频电 压，来在下部电极12和上部电极13之间的区域产生由清洗气体23构成
的等离子体24，且将反应室11的内部暴露在该等离子体24中。藉此方法，
能够除去在图11 (a)所示的成膜步骤中附着在反应室11的内部的反应生成物。
在上述以往的化学气相成长器件中，存在这样的问题由于随着被处
理衬底10上的成膜次数的增加，反应生成物附着在挡板14和平面板15 上的气体孔中，因此通过该气体孔的反应气体21的流动渐渐变乱，其结 果，导致被沉积的膜的均匀性变差。
并且，如图11 (a)所示，在成膜步骤中从气体导入口 16导入反应室 11内的反应气体(材料气体)21，在通过挡板14时被从挡板14的中心部 分散到挡板14的周边部。此时，为了使从挡板14的中心部的气体孔吐出 的反应气体21的速度、和从挡板14的周边部的气体孔吐出的反应气体21 的速度相同，最好从气体导入口 16流向挡板14的反应气体21 (也就是， 在被挡板14围绕的空间中存在的反应气体21)的压力均匀。但是，实际 上，与从位于气体导入口 16的附近的挡板14的中心附近的气体孔吐出的 反应气体21的速度相比，从位于气体导入口 16较远的挡板14的周边附 近的气体孔吐出的反应气体21的速度较慢。其结果，由于在挡板14的周 边部，反应气体21的滞留时间更长，因此反应生成物有更容易附着在挡 板14中位于周边附近的气体孔的趋势。另外，在一旦附着有该反应生成 物的地方，以后会较易以该反应生成物为核心，成长为更大的反应生成物。 由于象这样在挡板14的周边附近的气体孔中长大的反应生成物妨碍了反 应气体21的流动，因此从该周边附近的气体孔吐到反应室11的气体量变 少，其结果，产生了使在被处理衬底10上形成的膜的膜厚度均匀性恶化 的新原因。
并且，如图12所示，在平面板15的气体孔15a中，为了使反应气体 21的流速稳定为一定的速度，有时从气体孔15a的途中开始将孔的直径设 计得较细。但是，由于象这样在气体孔15a的直径发生变化的部分(较细 的部分)中，反应气体21发生乱流31，因此该乱流31成为反应生成物较 易附着在气体孔15a中的原因。所以，该反应生成物使通过气体孔15a的 反应气体21的气体量不稳定，结果产生使在被处理衬底IO上形成的膜的 膜厚度均匀性恶化的新原因。
并且，如上所述，即使反应生成物附着在挡板14和平面板15的气体
孔中，最好也能够通过使用了清洗气体23的等离子体清洗除去气体孔中
的反应生成物，如图11 (b)所示。然而，由于由清洗气体23构成的等离 子体24产生在平面板15的下侧(平面板15和被处理衬底10之间)，因 此挡板14的表面(向着被处理衬底10的方向的面)和与该表面对着的平 面板15的背面(与向着被处理衬底10的方向的面相反的面)很难被清洗。 因此，难以通过图ll (b)所示的等离子体清洗彻底地除去附着在挡板14 和平面板15的气体孔中的反应生成物。

发明内容
如上所鉴，本发明的目的在于对在反应室内包含由挡板和平面板构 成的电极的化学气相成长器件，通过抑制反应生成物附着在各个板的气体 孔中，或者除去附着在该气体孔中的反应生成物，能够使形成在被处理衬 底上的膜的膜厚均匀性得到提高或者防止该膜厚均匀性的恶化。
以下，对为了达到上述目的的本发明所涉及的衬底处理器件的结构进 行列举。
(1) 一种衬底处理器件，包括能够减压的反应室；设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口；设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从气体 导入口向反应室内导入的气体分散的多个第1孔的第1板；以及在反应室 内的衬底支撑部和第1板之间与第1板面对面设置且具有将由第1板分散 的气体更进一步地分散的多个第2孔的第2板。并且，使第1板和第2板 能够相对移动，以便能够调整第1板和第2板之间的间隔。
(2) 在上述(1)的器件中，能够在第1板和第2板之间施加第1高 频电压，且能够在第2板和衬底支撑部之间施加第2高频电压。
(3) —种衬底处理器件，包括能够减压的反应室；设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口 ；设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从气体 导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板；以及设置在板上且将板 加热的加热部。(4) 一种衬底处理器件，包括能够减压的反应室；设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口；设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从气体 导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板；以及设置在板上且向板 施加超声波振动的振动源。
(5) 在上述(3)或者(4)的器件中，板由第1板和第2板构成。 其中，第1板具有将从气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个第1 孔；第2板在衬底支撑部和第1板之间，与第l板面对面设置且具有将由 第1板分散的气体更进一步地分散的多个第2孔。
(6) —种衬底处理器件，包括能够减压的反应室设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口 ；设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从气体 导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板；以及设置在反应室内且 分别与板中的多个孔对着的多个针形结构。能够移动多个针形结构，以使 其分别插进多个孔中。
(7) 在上述(6)的器件中，板由第1板和第2板构成。其中，第l 板具有将从气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个第1 L，第2板 在衬底支撑部和第1板之间、与第1板面对面设置且具有将由第1板分散 的气体更进一步地分散的多个第2孔。多个针形结构设置在气体导入口和 第1板之间，分别与多个第l孔对着，且能够将其移动以使其分别插进多 个第1孔。
(8) 在上述(6)的器件中，板由第1板和第2板构成。其中，第l 板具有将从气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个第1孔，第2板 在衬底支撑部和第1板之间、与第1板面对面设置且具有将由第1板分散 的气体更进一步地分散的多个第2孔。多个针形结构能够收进衬底支撑部 的内部，并且能够将其移动使其从衬底支撑部伸出，以便将其分别插进多 个第2孔中。
(9) 一种衬底处理器件，包括能够减压的反应室；设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口 ；以及设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从
气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板。多个孔中的设置在 板周边部的孔的尺寸，大于多个孔中的设置在板中心部的孔的尺寸。
(10) —种衬底处理器件，包括能够减压的反应室；设置在反应室 内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部且向反应室的内部导入气体的气体 导入口；以及设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间且具有将从 气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板。多个孔中的每个孔
的气体入口侧的尺寸均大于气体出口侧的尺寸，多个孔中的每个孔的内壁
面的至少一部分相对于气体流动方向的倾斜角度小于等于45° 。
其次，以下对本发明所涉及的衬底处理器件的清洗方法的构成进行列举。
在(2)的衬底处理器件中，清洗方法包括:通过使第1板和第2板
相对移动，来将第1板和第2板之间的间隔设定为能够由第1高频电压产 生等离子体的间隔的步骤；通过第1板上的多个第1孔及第2板上的多个 第2孔将清洗气体从气体导入口提供给反应室内的步骤；以及通过施加第 1高频电压及第2高频电压中的至少一方，使在第1板和第2板之间、以 及第2板和衬底支撑部之间的至少一方产生由清洗气体构成的等离子体， 藉此方法除去在使用衬底处理器件进行处理时所产生的附着在第1板及第 2板上的反应生成物的步骤。
在(3)的衬底处理器件中，清洗方法包括通过板上的多个孔从气 体导入口向反应室内提供清洗气体的步骤；以及通过加热部将板加热到 150°C以上，藉此方法除去在使用衬底处理器件进行处理时所产生的附着 在板上的反应生成物的步骤。
在(4)的衬底处理器件中，清洗方法包括通过板上的多个孔从气 体导入口向反应室内提供清洗气体的步骤；以及通过振动源将超声波振动 施加在板上，藉此方法除去在使用衬底处理器件进行处理时所产生的附着 在板上的反应生成物的步骤。 (发明的效果)
根据本发明，由于能够抑制在化学气相成长器件等的衬底处理器件中 反应生成物附着在气体淋浴器等的板上的气体孔中，或者由于能够较容易 地除去附着在该气体孔中的反应生成物，因此能够防止当在衬底上形成薄
膜等时，每次重复进行成膜而使膜厚均匀性恶化的现象。 附图的简单说明
图1为表示本发明的第1实施例所涉及的衬底处理器件(成膜时)的 简要剖面结构图。
图2为表示本发明的第1实施例所涉及的衬底处理器件(清洗时)的 简要剖面结构图。
图3为表示本发明的第2实施例所涉及的衬底处理器件的简要剖面结 构图。
图4为表示本发明的第3实施例所涉及的衬底处理器件的简要剖面结构图。
图5为表示本发明的第4实施例所涉及的衬底处理器件(成膜时)的
简要剖面结构图。
图6为表示本发明的第4实施例所涉及的衬底处理器件(清洗时)的 简要剖面结构图。
图7为表示本发明的第5实施例所涉及的衬底处理器件(成膜时)的 简要剖面结构图。
图8为表示本发明的第5实施例所涉及的衬底处理器件(清洗时)的 简要剖面结构图。
图9为表示本发明的第6实施例所涉及的衬底处理器件的简要剖面结 构图。
图10 (a)为表示本发明的第7实施例所涉及的衬底处理器件的平面 板上的气体孔的剖面结构图；图10 (b)及图10 (c)为表示以往的衬底 处理器件的平面板中的气体孔的剖面结构图。
图11 (a)为表示以往的衬底处理器件(成膜时)的简要剖面结构图； 图ll (b)为表示以往的衬底处理器件(清洗时)的简要剖面结构图。
图12为以往的衬底处理器件中的平面板上的气体孔的放大图。 (符号的说明)
100 —被处理衬底；101 —反应室；102 —下部电极；103 —上部电 极；104 —挡板；104a—挡板的气体孔；104b —挡板(周边部)的气体孔;
105—平面板；105a —平面板的气体孔；105b —使平面板移动的机构； 106 —气体导入口； 107 —排气口； lll一反应气体(制造用气体)； 112 —等离子体；113 —清洗气体；114一等离子体；115 —等离子体； 121—第1加热器；122 —第2加热器；131—超声波振动源； 132 —清洗气体；133 —等离子体；141—针形结构；142 —使针形结构
移动的机构；151—针形结构；152 —使针形结构移动的机构。
具体实施方式
(第l实施例)
以下，参照附图对本发明的第1实施例所涉及的衬底处理器件及其清 洗方法加以说明。
图1及图2表示第1实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学 气相成长器件)的简要剖面结构；图1表示成膜时器件内部的状态，图2 表示清洗时器件内部的状态。
如图1及图2所示，在反应室101的底部设置有兼作衬底支撑部的下 部电极102。也就是说，被处理衬底(晶片)100被装在下部电极102上。 另外，反应室101为能够减压(能够实现比常压(大气压)更低的压力状 态)的反应室，下部电极102包括用于调整被处理衬底100的温度的加热 器(省略图示)。
而在反应室101的上部设置有与下部电极102对着的兼作成膜用气体 淋浴器的上部电极103。上部电极103由使导入反应室101内的气体分散 的挡板104、和使被挡板104分散的气体更进一步地分散的平面板105构 成。通过挡板104及平面板105能够使在被处理衬底100上形成的膜的膜 厚均匀性提高。
具体地说，挡板104由设置有用于使气体通过的多个气体孔104a的 第1气体分散部、安装有在该第1气体分散部的上侧设置的与该第1气体 分散部对着且用于将气体导入反应室101的内部的气体导入口 106的顶 部、以及隔开该顶部和第l气体分散部之间的空间的侧部构成。这里，挡 板104的第1气体分散部设置成与下部电极102的衬底支撑面平行。并且， 挡板104的顶部构成反应室101的顶部的一部分，且设置成与挡板104的
第1气体分散部平行。另夕卜，气体导入口 106安装在挡板104的顶部的中
心。也就是说，气体导入口 106与挡板104的第1气体分散部的中央，也 就是与下部电极102的衬底支撑面的中央对着。这样一来，从气体导入口 106导入到被挡板104围绕的空间的气体，在通过挡板104的第1气体分 散部时从挡板104的中心部分散到挡板104的周边部。
并且，平面板105由第2气体分散部、以及隔开挡板104和平面板105 之间的空间的侧部构成，其中，第2气体分散部设置在挡板104的第1气 体分散部的下侧、与该第1气体分散部对着且设置有用于使气体通过的多 个气体孔105a。也就是说，平面板105的第2气体分散部，在挡板104的 第1气体分散部和下部电极102的衬底支撑面之间，设置成与下部电极102 的衬底支撑面平行的状态。并且，作为本实施例的特征，平面板105的侧 部通过使平面板105沿上下方向(垂直方向)移动的机构105b安装在反 应室101的顶部。这样一来，能够使平面板105从与挡板104非常接近的 位置向下方移动(当然，也能够使平面板105沿相反方向移动)。也就是 说，在本实施例中，将挡板104 (第1气体分散部)和平面板105 (第2 气体分散部)之间的间隔设定为能够调整的状态。
另外，在反应室101的底部安装有用于将导入反应室101内的气体排 到反应室101之外的排气口 107。排气口 107连接在无图示的排气泵上。
并且，在图l及图2所示的衬底处理器件中，能够使用无图示的高频 电源，在下部电极102和上部电极103之间施加高频电压。具体地说，作 为本实施例的特征，能够在挡板104 (第1气体分散部)和平面板105 (第 2气体分散部)之间施加第1高频电压，并且，能够在平面板105 (第2 气体分散部)和下部电极102之间施加第2高频电压。这里，上述高频电 源也可以连接在上部电极103上，或者也可以连接在下部电极102上。
其次，参照图l对使用本实施例的化学气相成长器件的成膜步骤的一 个例子进行说明。首先，通过机构105b使平面板105 (第2气体分散部) 移动到距挡板104 (第l气体分散部)非常近的位置，然后，将被处理衬 底(晶片)100设置在下部电极102上，且一边将被处理衬底100加热到 40(TC左右， 一边通过挡板104及平面板105将成膜用材料气体(反应气 体)111从气体导入口 106导入反应室101的内部。这里，通过使用无图
示的高频电源，在下部电极102和上部电极103之间施加高频电压，来在
下部电极102和上部电极103之间的区域产生由反应气体111构成的等离 子体112，且通过将被处理衬底100暴露在该等离子体112中，来在被处 理衬底100上进行成膜。或者，通过用加热器(省略图示)将下部电极102 加热到40(TC左右进行热CVD，藉此方法在被处理衬底100上进行成膜， 来代替进行等离子体CVD。具体地说，向反应室101内，流入作为反应 气体111 (制造用气体)的例如TEOS (四乙基原硅酸盐)气体、臭气、 TEPO (磷酸三乙酯)气体及TEB (三乙氧基硼)气体，通过被处理衬底 100上的上述制造用气体的热反应来制成BPSG (boron—dopedphospho— silicate glass )膜。
另外，在图1所示的成膜步骤中，将挡板104 (第1气体分散部)和 平面板105 (第2气体分散部)之间的间隔设定为使被处理衬底100的表 面上的反应气体lll的分布(水平方向分布)均匀的间隔(例如，lmm左 右)。
并且，在图1所示的成膜步骤中，由于兼作气体淋浴器的上部电极103 由挡板104和平面板105构成，因此通过用挡板104将从气体导入口 106 导入的反应气体lll分散；且用平面板105将其更进一步地分散，能够使 在被处理衬底100上沉积的膜的均匀性提高。
其次，参照图2对使用本实施例的化学气相成长器件的清洗步骤的一 个例子进行说明。首先，在图2所示的成膜步骤结束后，从反应室101取 出被处理衬底100，然后，通过挡板104及平面板105从气体导入口 106 向反应室101的内部导入用于进行反应室101内的清洗的清洗气体113， 例如C2F6气体和NF3气体等。此时，通过用机构105b使平面板105下降， 来将平面板105 (第2气体分散部)和挡板104 (第1气体分散部)之间 的距离设定为由施加在两板之间的高频电压(第1高频电压)来充分产生 等离子体的距离(例如，3 20mm左右)。其次，使用无图示的高频电源， 分别在平面板105和下部电极102之间施加高频电压(第2高频电压)， 在平面板105和挡板104之间施加第1高频电压。藉此方法，来在平面板 105 (第2气体分散部)和下部电极102之间的区域产生由清洗气体113 构成的等离子体114，且在平面板105 (第2气体分散部)和挡板104 (第
1气体分散部)之间的区域产生由清洗气体113构成的等离子体115。通 过等离子体114及等离子体115，能够分解除去附着在反应室101的内壁、
挡板104及在其上的气体孔104a、和平面板105及在其上的气体孔105a 等上的反应生成物(主要是二氧化硅)。
特别是，根据本实施例，能够通过在平面板105和挡板104之间产生 的等离子体115，来除去用以往的技术难以除去的附着在挡板104的气体 孔104a上的反应生成物。
另外，在第l实施例中，虽然使用了下部电极102作为衬底支撑部， 但是也可以不是下部电极102，而是在下部电极102和上部电极103之间 设置装有被处理衬底100的衬底支撑部。
并且，在第1实施例中，设置了使平面板105沿上下方向(垂直方向) 移动的机构105b，以便能够调整挡板104 (第1气体分散部)和平面板105 (第2气体分散部)之间的间隔。但是，本发明并不限定于此，也可以设 置使挡板104沿上下方向(垂直方向)移动的机构，此时，即可以设置机 构105b，也可以不设置机构105b。
并且，在第1实施例中，若挡板104能够使从气体导入口 106导入反 应室101内的气体在衬底支撑部(下部电极102)和气体导入口 106之间 分散，则对其形状及配置不作特别地限制。例如，挡板104也可以由与本 实施例一样的气体分散部(第1气体分散部)、和安装在该顶部的用来隔 开该气体分散部和反应室101的顶部之间的空间的侧部构成。
并且，在第1实施例中，若平面板105能够将由挡板104分散的气体 在衬底支撑部(下部电极102)和挡板104之间更进一步地分散，则对其 形状及配置不作特别地限制。例如，平面板105也可以由两端安装在反应 室IOI的侧壁部的气体分散部(第2气体分散部)构成。
并且，在第1实施例中，在图2所示的清洗步骤中，同时在平面板105 和下部电极102之间施加第2高频电压、以及在平面板105和挡板104之 间施加第l高频电压，藉此方法，在平面板105和下部电极102之间的区 域产生等离子体U4，同时，在平面板105和挡板104之间的区域产生等 离子体115。但是，也可以通过分别设定进行第1高频电压的施加的期间 和进行第2高频电压的施加的期间，来分别设定用等离子体114进行清洗
的期间和用等离子体115进行清洗的期间。
并且，在第l实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构及该器件的清洗)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。 (第2实施例)
以下，参照附图对本发明的第2实施例所涉及的衬底处理器件及其清 洗方法加以说明。
图3表示第2实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学气相成
长器件)的简要剖面结构。另外，在图3中，对于与图1及图2所示的第
1实施例一样的部件所标注的相同符号，省略说明。
如图3所示，在本实施例的衬底处理器件中，与第1实施例一样，用 于产生等离子体的上部电极103，由挡板104和平面板105构成，作为本 实施例的特征，在挡板104的侧部的内壁面安装有第1加热器121，并且 在平面板105的侧部的外壁面安装有第2加热器122。另外，在本实施例 中，虽然平面板105的侧部没有通过第1实施例的机构105b而是直接安 装在反应室101的顶部，当然也可以设置该机构105b。
在使用本实施例的化学气相成长器件的成膜步骤中，与第1实施例一 样，在下部电极102上设置了被处理衬底(晶片)100后，通过挡板104 及平面板105的各个气体孔从气体导入口 106向反应室101的内部导入制 造用气体。这里，通过在下部电极102和上部电极103之间施加高频电压， 来在下部电极102和上部电极103之间的区域产生由制造用气体构成的等 离子体，且通过将被处理衬底IOO暴露在该等离子体中，来在被处理衬底 IOO上进行成膜。或者，通过用加热器(省略图示)将下部电极102加热 到400。C左右进行热CVD，藉此方法，在被处理衬底100上进行成膜，来 代替进行等离子体CVD。
并且，在使用本实施例的化学气相成长器件的清洗步骤中，在结束了 上述成膜步骤后，从反应室101取出被处理衬底100，然后， 一边使反应 室101内保持适当的减压状态， 一边使用设置在挡板104的内壁的第1加 热器121和设置在平面板105的外壁的第2加热器122，对挡板104及平 面板105进行加热。在不使用加热器进行加热的以往的等离子体清洗中，
将各板加热到IOO'C左右，但是在本实施例中，将挡板104及平面板105 加热到15(TC以上，甚至加热到较理想的20(TC以上。这样一来，即使挡 板104的气体孔104a和平面板105的气体孔105a为细小的孔(细孔)， 各气体孔也被加热到与各板一样的温度。其结果，由于通过高温和减压气 氛有效地使附着在挡板104的气体孔104a和平面板105的气体孔105a中 的反应生成物蒸发或者挥发，因此能够除去该反应生成物。这里，对各板 的加热温度越高，上述效果越明显，然而需要考虑对各板进行加热时O环 等的周边部件的耐热温度(在现有情况下，耐热温度为20(TC左右的部件 较多)。但是，通过使用具有高耐热温度的部件作为O环等的周边部件， 能够将各板加热到50(TC左右。
另外，在第2实施例中，也可以在清洗步骤中不用等离子体。但是， 也可以将使用通过挡板104及平面板105将清洗气体从气体导入口 106导 入反应室101内且在下部电极102和上部电极103之间施加高频电压而产 生的等离子体的清洗、和使用上述加热器121及122的清洗同时进行。此 时，与第l实施例一样，也可以将平面板105 (第2气体分散部)和挡板 104 (第1气体分散部)之间的距离设定为通过高频电压充分地产生等离 子体的距离，分别在平面板105和挡板104之间施加第1高频电压，在平 面板105和下部电极102之间施加第2高频电压。这样一来，在平面板105 和下部电极102之间的区域、以及平面板105和挡板104之间的区域就分 别产生由清洗气体构成的等离子体，通过各等离子体能够分解除去附着在 反应室101的内壁、各板及各板的气体孔等中的反应生成物。
并且，虽然在第2实施例中，在挡板104的侧部的内壁面设置有第1 加热器121，并且在平面板105的侧部的外壁面设置有第2加热器122， 但是也可以仅在其中任意一个板上设置加热器来代替它。另外，对各板中 的加热器的安装位置没有特别地限制。并且，在本实施例中，也可以不设 置挡板104及平面板105中的任意一方。
并且，在第2实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构及该器件的清洗)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。 (第3实施例)
以下，参照附图对本发明的第3实施例所涉及的衬底处理器件及其清 洗方法加以说明。
图4表示第3实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学气相成 长器件)的简要剖面结构。另外，在图4中，对与图1及图2所示的第1 实施例一样的部件所标注的相同符号，省略说明。
如图4所示，在本实施例的衬底处理器件中，与第l实施例一样，用 于产生等离子体的上部电极103，由挡板104和平面板105构成，但是作 为本实施例的特征是，能够将超音波振动传到挡板104也就是上部电极 103的超音波振动源131被固定安装在挡板104的顶部。另外，虽然在本 实施例中，平面板105的侧部没有通过第1实施例的机构105b而是直接 安装在反应室101的顶部，但是当然也可以设置该机构105b。
在使用本实施例的化学气相成长器件的成膜步骤中，与第1实施例一 样，在下部电极102上设置了被处理衬底(晶片)100后，通过挡板104 及平面板105的各个气体孔从气体导入口 106向反应室101的内部导入制 造用气体。这里，通过在下部电极102和上部电极103之间施加高频电压， 来在下部电极102和上部电极103之间的区域产生由制造用气体构成的等 离子体，且通过将被处理衬底100暴露在该等离子体中，来在被处理衬底 IOO上进行成膜。或者，通过用加热器(省略图示)将下部电极102加热 到400。C左右进行热CVD，藉此方法在被处理衬底IOO上进行成膜，来代 替进行等离子体CVD。
并且，在使用本实施例的化学气相成长器件的清洗步骤中，在结束了 上述成膜歩骤后，从反应室101取出被处理衬底100，然后，使用超声波 振动源131使挡板104和平面板105振动。这样一来，能够用机械的方法 有效地除去附着在挡板104的气体孔104a和平面板105的气体孔105a上 的反应生成物。并且，此时，也可以通过挡板104及平面板105从气体导 入口 106将清洗气体132导入反应室101内，并且在下部电极102和上部 电极103之间施加高频电压，来进行使用所产生的等离子体133的清洗。
另外，在第3实施例中，也可以在清洗步骤中不用等离子体。并且， 与第1实施例一样，也可以将平面板105 (第2气体分散部)和挡板104 (第1气体分散部)之间的距离设定为通过高频电压充分地产生等离子体
的距离，分别在平面板105和挡板104之间施加第1高频电压，在平面板
105和下部电极102之间施加第2高频电压。这样一来，在平面板105和 下部电极102之间的区域、以及在平面板105和挡板104之间的区域就分 别产生由清洗气体构成的等离子体，通过各等离子体能够分解除去附着在 反应室101的内壁、各板及各板的气体孔等上的反应生成物。
并且，在第3实施例中，也可以一起进行使用超声波振动源131的清 洗和使用加热器的第2实施例的清洗。
并且，在第3实施例中，若设置超声波振动源131的地方为能够将超 声波振动传到挡板104和平面板105的地方的话，则不作特别地限制。也 就是说，可以在由挡板104及平面板105构成的上部电极103的任意地方 设置一个或者多个超声波振动源。并且，在本实施例中，也可以不设置挡 板104及平面板105中的任意一方。
并且，在第3实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构及该器件的清洗)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。 (第4实施例)
以下，参照附图对本发明的第4实施例所涉及的衬底处理器件及其清 洗方法加以说明。
图5及图6表示第4实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学 气相成长器件)的简要剖面结构。另外，在图5及图6中，对与图l及图 2所示的第1实施例一样的部件所标注的相同符号，省略说明。
如图5所示，虽然在本实施例的衬底处理器件中，与第1实施例一样， 用于产生等离子体的上部电极103，由挡板104和平面板105构成，但是 作为本实施例的特征是，在气体导入口 106和挡板104之间(也就是，被 挡板104围绕的空间)，设置有与挡板104上的多个气体孔104a中的至少 位于板周边部分的气体孔104a (也就是，在下述的成膜步骤中产生的反应 生成物较易附着的气体孔104a)对着的多个针形结构141。也就是说，各 个针形结构141与相应的气体孔104a对着。并且，各个针形结构141连 接在能够使它们沿上下方向(垂直方向)移动的机构142上。也就是说， 如图6所示，能够使用机构142使各个针形结构141插进挡板104上所规 定的气体孔104a中。
另外，虽然在本实施例中，平面板105的侧部没有通过第1实施例的 机构105b而是直接安装在反应室101的顶部，但是当然也可以设置该机 构105b。
在使用本实施例的化学气相成长器件的成膜步骤中，在不使各个针形 结构141插进挡板104的气体孔104a中的状态下(参照图5)，与第1实 施例一样，在下部电极102上设置了被处理衬底(晶片)100后，通过挡 板104及平面板105中的各个气体孔从气体导入口 106向反应室101的内 部导入制造用气体。这里，通过在下部电极102和上部电极103之间施加 高频电压，来在下部电极102和上部电极103之间的区域产生由制造用气 体构成的等离子体，且通过将被处理衬底100暴露在该等离子体中，来在 被处理衬底100上进行成膜。或者，通过用加热器(省略图示)将下部电 极102加热到40(TC左右进行热CVD，藉此方法在被处理衬底100上进行 成膜，来代替进行等离子体CVD。
并且，在使用本实施例的化学气相成长器件的清洗步骤中，在结束了 上述成膜步骤后，与第1实施例一样，从反应室101取出被处理衬底100， 然后，通过挡板104及平面板105从气体导入口 106将清洗气体导入反应 室101的内部，并且通过在下部电极102和上部电极103之间施加高频电 压产生等离子体，来在反应室101内进行使用该等离子体的清洗。在该清 洗步骤的前后或者清洗步骤中，作为本实施例的特征，如图6所示，通过 使用机构142使各个针形结构141下降，来将各个针形结构141同时插进 挡板104中所规定的气体孔104a中，藉此方法，挤出并且除去附着在气 体孔104a的内壁面上的反应生成物。也就是说，通过一起使用由各个针 形结构141进行的清洗和由等离子体进行的清洗，能够进行效率较好的清 洗。
另外，在第4实施例中，也可以在清洗步骤中不用等离子体。也就是 说，也可以在清洗步骤中仅进行使用各个针形结构141的清洗。并且，在 进行使用等离子体的清洗时，与第1实施例一样，也可以将平面板105 (第 2气体分散部)和挡板104 (第1气体分散部)之间的距离设定为通过高 频电压充分地产生等离子体的距离，分别在平面板105和挡板104之间施
加第1高频电压，在平面板105和下部电极102之间施加第2高频电压。
这样一来，在平面板105和下部电极102之间的区域、以及平面板105和 挡板104之间的区域就分别产生由清洗气体构成的等离子体，能够通过各 等离子体分解除去附着在反应室101的内壁、各板及各板的气体孔等中的 反应生成物。
并且，在第4实施例中，也可以一起使用由各个针形结构141进行的 清洗，由加热器进行的第2实施例的清洗或者(以及)由超声波振动源进 行的第3实施例的清洗。
并且，虽然在第4实施例中，设置了与挡板104中所规定的气体孔104a 相对应的数目的针形结构141，但是也可以设置与挡板104中的所有气体 孔104a相对应的数目的针形结构141来代替它。并且，在本实施例中， 也可以不设置平面板105。
并且，虽然在第4实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使 以其它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别 是电极结构及该器件的清洗)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。 (第5实施例)
以下，参照附图对本发明的第5实施例所涉及的衬底处理器件及其清 洗方法加以说明。
图7及图8表示第5实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学 气相成长器件)的简要剖面结构。另外，在图7及图8中，对与图l及图 2所示的第1实施例一样的部件所标注的相同符号，省略说明。
如图7及图8所示，虽然在本实施例的衬底处理器件中，与第1实施 例一样，用于产生等离子体的上部电极103，由挡板104和平面板105构 成，但是作为本实施例的特征是，在平面板105的下侧设置有能够插进平 面板105的各个气体孔105a中的多个针形结构151。并且，各个针形结构 151连接在能够使它们沿上下方向(垂直方向)移动的机构152上。
另外，虽然在本实施例中，平面板105的侧部没有通过第1实施例的 机构105b而是直接安装在反应室101的顶部，但是当然也可以设置该机 构105b。
在使用本实施例的化学气相成长器件的成膜步骤中，如图7所示，各
个针形结构151与机构152—起被收进兼作衬底支撑部的下部电极102内。
这里，各个针形结构151被设置在与平面板105的各个气体孔105a的位 置对着的位置上。在此状态下，与第l实施例一样，在下部电极102上设 置了被处理衬底(晶片)100后，通过挡板104及平面板105的各个气体 孔从气体导入口 106向反应室101的内部导入制造用气体。这里，通过在 下部电极102和上部电极103之间施加高频电压，来在下部电极102和上 部电极103之间的区域产生由制造用气体构成的等离子体，且通过将被处 理衬底100暴露在该等离子体中，来在被处理衬底100上进行成膜。或者， 通过用加热器(省略图示)将下部电极102加热到40(TC左右进行热CVD， 藉此方法在被处理衬底IOO上进行成膜，来代替进行等离子体CVD。
并且，在使用本实施例的化学气相成长器件的清洗步骤中，在结束了 上述成膜步骤后，与第1实施例一样，从反应室101取出被处理衬底100， 然后，通过挡板104及平面板105从气体导入口 106将清洗气体导入反应 室101的内部，并且通过在下部电极102和上部电极103之间施加高频电 压产生等离子体，来在反应室101内进行使用该等离子体的清洗。在该清 洗步骤的前后或者清洗步骤中，作为本实施例的特征，如图8所示，通过 使用机构152使各个针形结构151上升，换句话说，通过使各个针形结构 151从为衬底支撑部的下部电极102伸出，来使各个针形结构151同时插 进平面板105的各个气体孔105a中，藉此方法，挤出附着在气体孔105a 的内壁面的反应生成物，且将其除去。也就是说，通过一起使用由各个针 形结构151进行的清洗和由等离子体进行的清洗，能够进行效率较好的清 洗。
另外，在第5实施例中，也可以在清洗步骤中不用等离子体。也就是 说，也可以在清洗步骤中仅进行使用各个针形结构151的清洗。并且，当 进行使用等离子体的清洗时，与第1实施例一样，也可以将平面板105 (第 2气体分散部)和挡板104 (第1气体分散部)之间的距离设定为通过高 频电压充分地产生等离子体的距离，分别在平面板105和挡板104之间施 加第1高频电压，在平面板105和下部电极102之间施加第2高频电压。 这样一来，在平面板105和下部电极102之间的区域、以及在平面板105 和挡板104之间的区域就分别产生由清洗气体构成的等离子体，通过各等
离子体能够分解除去附着在反应室101的内壁、各板及各板的气体孔等上 的反应生成物。
并且，在第5实施例中，也可以对平面板105的气体孔105a —起进 行使用针形结构151的清洗、使用加热器的第2实施例的清洗、使用超声 波振动源的第3实施例的清洗或者(以及)对挡板104的气体孔104a进 行使用针形结构的第4实施例的清洗。
并且，虽然在第5实施例中，设置了与平面板105的所有气体孔105a 相对应的数目的针形结构151，但是也可以设置与平面板105中所规定的 气体孔105a (例如，在成膜步骤中产生的反应生成物较易附着的周边附近 的气体孔105a)相对应的数目的针形结构151。并且，在本实施例中，也 可以不设置挡板104。
并且，虽然在第5实施例中，在成膜步骤时，将各个针形结构151收 进了下部电极102内，但是也可以使各个针形结构151退避到不成为成膜 步骤的障碍的其它地方来代替它。
并且，在第5实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构及该器件的清洗)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。 (第6实施例)
以下，参照附图对本发明的第6实施例所涉及的衬底处理器件加以说明。
图9表示第6实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学气相成 长器件)的简要剖面结构。另夕卜，在图9中，对与图1及图2所示的第1 实施例一样的部件所标注的相同符号，省略说明。
如图9所示，虽然在本实施例的衬底处理器件中，与第1实施例一样， 用于产生等离子体的上部电极103，由挡板104和平面板105构成，但是 作为本实施例的特征是，通过使从气体导入口 106导入的制造用气体分散 而能够在被处理衬底周边部成膜的挡板104上的、多个气体孔中的设置在 板周边部的气体孔104b的尺寸大于设置在板中心部的气体孔104a的尺 寸。这里，当各个孔的平面形状为例如圆形时，气体孔104a或者104b的 尺寸是指直径。具体地说，板中心部的气体孔104a的尺寸(直径)为0.6mm，
而板周边部的气体孔104b的尺寸(直径)为1.2mm。
另外，在本实施例中，设置在平面板105的多个气体孔105a在整个 板上具有相同的尺寸。并且，虽然在本实施例中，平面板105的侧部没有 通过第1实施例的机构105b而是直接安装在反应室101的顶部，但是当 然也可以设置该机构105b。
如在发明内容中所述，在以往的气相成长器件中，成膜时反应生成物 较易附着在挡板和平面板的气体孔的出入口和内壁面。事实上己经确认反 应生成物特别容易附着在挡板周边附近的气体孔中。
而在本实施例中，在挡板104中，使板周边部的气体孔104b的尺寸 (例如，直径)大于板中心部的气体孔104a的尺寸(例如，直径)，通过 此方法能够使成膜用的气体(制造用气体)滞留在板周边部的气体孔104b 的时间縮短。故，由于能够抑制因该气体的反应而产生的附着物附着在板 周边部的气体孔104b上，因此也能够减少在重复进行成膜步骤时被处理 衬底面内(晶片面内)的膜厚度均匀性变坏的概率。
另外，在第6实施例中，以挡板104的气体孔为对象，使设置在板周 边部的气体孔104b的尺寸大于设置在板中心部的气体孔104a的尺寸。而 对于平面板的气体孔，由于该大小(气体孔直径)为决定气体的最终流速 的要素，因此最好使其在板的整个面上为同一直径。但是，也可以在所规 定的限制条件下，使平面板105周边部的气体孔的尺寸大于该板中心部的 气体孔的尺寸，此时，即可以不使挡板104的气体孔直径变化，也可以使 挡板104的气体孔直径变化。并且，在本实施例中，也可以不设置挡板104 及平面板105中的任意一方(在板周边部和板中心部之间不使气体孔尺寸 变化的一方)。
并且，在第6实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。并且，在板周边部和 板中心部之间不使气体孔尺寸变化的本实施例的结构也可以适用于第l 第5实施例的衬底处理器件。 (第7实施例)
以下，参照附图对本发明的第7实施例所涉及的衬底处理器件加以说
明。
图10 (a)表示第7实施例所涉及的衬底处理器件(具体地说，化学 气相成长器件)的平面板中的气体孔的剖面结构。另外，本实施例的衬底
处理器件的基本结构与图11 (a)及图11 (b)所示的以往的器件，或者 图1 图9所示的本发明的第1 第6实施例的器件一样。具体地说，本 实施例与以往结构和第1 第6实施例具有不同的气体孔(平面板的气体 孔)的剖面结构。以下，在本实施例的衬底处理器件的基本结构与图9所 示的第6实施例(除去在板周边部和板中心部之间使气体孔的尺寸变化的 结构) 一样的前提下，对为本实施例的特征的平面板105的气体孔105a 的结构加以说明。另外，为了与本实施例进行比较，在图10 (b)及图10 (c)中表示了以往的衬底处理器件的平面板15中的气体孔15a的剖面结
在以往的化学气相成长器件中，如图10 (b)所示，为了使气体(反 应气体21)的流速稳定为一定的速度，有时候将气体孔15a的尺寸(例如， 直径)设计成从途中开始变细的结构。此时，因使气体孔15a从途中开始 变细而产生的倾斜面(气体孔15a的内壁面的一部分)相对于气体21的 流动方向(沿着图中虚线的方向)的倾斜角度9大于等于50° 。该倾斜角 度的大小取决于在平面板15上设置气体孔15a所用的钻孔机刀刃前端的 角度。
本案发明者们指出了在这样的以往的化学气相成长器件中所产生的 下述问题。也就是说，如图10 (b)所示，在平面板15的气体孔15a变细 的部分(中间变细的部分)中气体21发生乱流31，该乱流31成为气体 21的一部分逆流或者滞留的原因，其结果，由于对气体孔15a的倾斜面也 提供有气体21，因此造成反应生成物32附着在气体孔15a的内壁面，如 图10 (c)所示。
而虽然在本实施例中，与以往一样，平面板105的各个气体孔105a 中的气体(制造用气体)111的入口侧的尺寸大于该气体111的出口侧的 尺寸，但是将由于使气体孔105a从途中变细而产生的倾斜面(气体孔105a 的内壁面的一部分)相对于气体111的流动方向(沿着图中的虚线的方向) 的倾斜角度e设定为小于等于45。，如图IO (a)所示。故，由于能够防 止气体孔105a内的乱流的发生，因此能够减少在气体孔105a的内壁面的 因成膜用的制造用气体lll而带来的反应生成物的附着量。所以，由于即 使多次重复膜形成步骤，也能够避免因反应生成物的附着而使气体孔105a 的实际尺寸变小的现象，因此通过气体孔105a的气体111的量不会变得 不稳定。其结果，即使重复进行成膜步骤时，也能够防止在被处理衬底面 (晶片面)上形成的膜的膜厚度逐渐变得不均匀的现象。
另外，在第7实施例中，为了使气体的流速稳定，最好气体孔105a 的内壁面中的倾斜面的倾斜角度至少大于等于10。。
并且，在第7实施例中，以平面板105的气体孔105a为对象，将气 体孔105a的内壁面中的倾斜面的倾斜角度设定成所规定的值以下。但是 也可以以挡板104的气体孔104a为对象，将气体孔104a的内壁面中的倾 斜面的倾斜角度设定成所规定的值以下，此时，即可以不将气体孔105a 的内壁面中的倾斜面的倾斜角度设定成所规定的值以下，也可以将气体孔 105a的内壁面中的倾斜面的倾斜角度设定成所规定的值以下。并且，在本 实施例中，也可以不设置挡板104及平面板105中的任意一方(不将倾斜 面的倾斜角度设定为所规定的值以下的一方)。
并且，在第7实施例中，以化学气相成长器件为对象，但是即使以其 它衬底处理器件，例如，使用沉积性气体的等离子体蚀刻器件(特别是电 极结构)为对象来代替它，也能够获得同样的效果。并且，将板上的气体 孔的内壁面中的倾斜面的倾斜角度设定为所规定的值以下的本实施例的 结构也可以适用于第1 第6实施例的衬底处理器件。
工业上的利用可能性本发明涉及衬底处理器件中的与清洗有关的内 部结构、和具有该结构的器件的清洗方法，对使用了用于形成半导体器件 用的薄膜的化学气相成长器件等场合特别有用。
权利要求
1、一种衬底处理器件，其特征在于包括能够减压的反应室；设置在上述反应室内的衬底支撑部；设置在上述反应室的壁部、向上述反应室的内部导入气体的气体导入口；以及设置在上述反应室内的上述衬底支撑部和上述气体导入口之间、具有将从上述气体导入口向上述反应室内导入的上述气体分散的多个孔的板；上述多个孔的每个孔中的、上述气体的入口侧的尺寸均大于上述气体的出口侧的尺寸；上述多个孔的每个孔的内壁面的至少一部分相对于上述气体的流动方向的倾斜角度小于等于45°。
全文摘要
本发明涉及一种衬底处理器件，能够抑制由于反应生成物附着在化学气相成长器件等中的成膜用气体淋浴器的气体孔内壁等，而造成的气体孔直径在每次重复进行成膜处理时变窄的现象，防止所形成的膜的膜厚度均匀性变差。包括能够减压的反应室；设置在反应室内的衬底支撑部；设置在反应室的壁部、向反应室的内部导入气体的气体导入口；以及设置在反应室内的衬底支撑部和气体导入口之间、具有将从气体导入口向反应室内导入的气体分散的多个孔的板；多个孔的每个孔中的、气体的入口侧的尺寸均大于气体的出口侧的尺寸；多个孔的每个孔的内壁面的至少一部分相对于气体的流动方向的倾斜角度小于等于45°。
文档编号H01L21/3065GK101174554SQ20071019345
公开日2008年5月7日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年1月7日
发明者上田聪, 佐藤宏行, 内岛秀人, 松原俊夫 申请人:松下电器产业株式会社