半导体处理用的成膜装置的制作方法

专利名称：半导体处理用的成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体晶片等被处理基板上形成氮化硅膜等的薄膜
的半导体处理用的成膜装置。所谓半导体处理表示通过在晶片或LCD (液晶显示器)那样的FPD (平板显示器)用的玻璃基板等被处理基 板上，按规定的图形形成半导体层，绝缘层、导电层等，为了在该被 处理基板上制造包括半导体器件或与半导体器件连接的线路、电极等 构造物而实施的各种处理。
背景技术：
在半导体器件的制造工序中，利用CVD (化学气相沉积)等处理 在被处理基板，例如半导体晶片上进行形成氮化硅膜，氧化硅膜等薄 膜的处理。在这种成膜处理中，如以下这样在半导体晶片上形成薄膜。
首先，利用加热器，将热处理装置的反应管(反应室)加热至规 定的装载温度(口一K温度)，装入收容有多枚半导体晶片的晶舟(々 工八求一卜)。其次，利用加热器将反应管内加热至规定的处理温度， 同时，从排气口 (排気求一卜)排出反应管内气体，将反应管内减压 至规定的压力。
其次，将反应管内维持为规定的温度和压力(在继续排气的同时) 并从气体供给管路将成膜气体供给反应管内。例如，在CVD中，当成 膜气体被供给反应管内时，成膜气体引起热反应，生成反应生成物。 反应生成物堆积在半导体晶片的表面上，在半导体晶片的表面上形成 薄膜
由成膜处理生成的反应生成物不但堆积(附着)在半导体晶片的 表面上，而且作为副生成物堆积(附着)在反应管内面或各种夹具等 上。当在副生成膜附着在反应管内等的状态下，继续进行成膜处理时， 由于构成反应管等的石英和副生成物膜的热膨胀系数的不同产生的应 力，使石英或副生成物膜部分地剥离。这样，产生颗粒，成为制造的半导体器件的成品率降低或处理装置的零件劣化的原因。
由于这样，在进行多次成膜处理后，要进行反应管内的清洁。在 清洁中，将清洁气体、例如氟和含卤素的酸性气体的混合气体供给由 加热器加热至规定温度的反应管内。附着在反应管内面等上的副生成
膜被清洁气体干蚀刻、除去(例如，参照日本特开平3-293726号公报)。 但是，如后述，本发明者们发现，在现有的这种成膜装置中，出现有 下述问题，g卩，与反应管内的清洁处理关联，清洁处理的效果在反应 管的上部侧不充分、或者清洁气体的气体喷嘴容易劣化等问题。

发明内容
本发明的目的是提供能够整体地均匀而且有效地进行反应管内的 清洁处理的半导体处理用的成膜装置。本发明的另一个目的为提供能 够防止清洁气体的气体喷嘴劣化的半导体处理用的成膜装置。
本发明的第一观点为提供一种半导体处理用的成膜装置，其包括 以在上下设置间隔而进行层叠的状态容纳多个被处理基板的方式构成 的反应室；具有按照在上述反应室内支承上述被处理基板的方式设定 的多个支承层的支承部件；配置在上述反应室的周围的用于加热上述 被处理基板的加热器；将成膜气体供给上述反应室的成膜气体供给系 统，上述成膜气体供给系统包括按照遍及上述支承部件的上述支承层 的全体的方式隔开规定间隔形成有多个气体喷射孔的气体分散喷嘴； 供给对附着在上述反应室内的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体的清洁 气体供给系统；和对上述反应室内进行排气的排气系统，上述排气系 统包括配置在隔着上述支承部件与上述气体分散喷嘴相对的位置上的 排气口，其中，上述清洁气体供给系统包括在上端具有在上述反应室 的底部附近指向上方的气体供给口的气体喷嘴，上述气体供给口位于 比上述支承部件的上述支承层的最下层还靠下的位置。
本发明的第二观点为提供一种半导体处理用的成膜装置，其包括 以在上下设置间隔而进行层叠的状态容纳多个被处理基板的方式构成 的反应室；具有按照在上述反应室内支承上述被处理基板的方式设定 的多个支承层的支承部件；配置在上述反应室的周围的用于加热上述 被处理基板的加热器；将包含硅烷类气体的第一成膜气体供给上述反应室的第一成膜气体供给系统；将包含氮化气体的第二成膜气体供给 上述反应室的第二成膜气体供给系统；安装在上述反应室的外侧、形 成通过出口开口与容纳上述被处理基板的处理空间连通的等离子体生 成空间的等离子体生成部，上述第二成膜气体通过上述等离子体生成 空间供给上述处理空间；供给对由上述第一和第二成膜气体的反应生 成并且附着在上述反应室内的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体的清洁 气体供给系统；和对上述反应室内进行排气的排气系统，上述排气系 统包括配置在隔着上述支承部件与上述等离子体生成部的上述出口开 口相对的位置上的排气口，其中，上述清洁气体供给系统包括在上端 具有在上述反应室的底部附近指向上方的气体供给口的气体喷嘴，上 述气体供给口位于比上述支承部件的上述支承层的最下层靠下且比上 述排气口的下端部靠下的位置。


图1为表示本发明的实施方式的成膜装置(纵型CVD装置)的截 面图2为表示图1所示的装置的一部分的横截平面图； 图3为表示图1所示的装置的控制部的结构的图； 图4为表示本发明的实施方式的成膜处理和清洁处理的方案的时 间流程图5为表示上述实施方式的变形例的成膜装置(纵型CVD装置) 的截面图。
具体实施例方式
本发明者等，在本发明的开发过程中，研究了在半导体处理用的 成膜装置中，与反应管内的清洁处理关联的现有装置中所具有的问题。 结果，本发明者等得到了下述的认识。
艮口，在这种成膜装置中具有下述的形式，供给清洁气体的清洁气 体喷嘴设置在反应管的下部，排出反应管内的气体的排气口设置在反 应管下部。在这种成膜装置中，从清洁气体喷嘴供给的清洁气体不能 很好地到达反应管的上部。当清洁气体不能充分地供给至反应管的上部时，在反应管的上部残留副生成物膜，不能进行成膜装置的有效的 清洁处理。
与此相对，通过将清洁气体喷嘴作成其前端延伸至反应管上部的 所谓长喷射器，能够可靠地除去附着在反应管上部的副生成物膜。但 是，当在清洁气体喷嘴中使用长喷射器时，长喷射器会被清洁气体劣 化，有可能会折断。
以下，参照

根据这种认识构成的本发明的实施方式。在 以下的说明中，具有大致相同的功能和结构的构成要素用相同的符号 表示，只在必要时进行重复说明。
图1为表示本发明的实施方式的成膜装置(纵型CVD装置)的截 面图。图2为表示图1所示的装置的一部分的横截平面图。该成膜装 置作为使用MLD (MolecularLayerD印osition:分子层沉积)法，在多 个晶片W上形成氮化硅膜的批量式(/《、7于式)纵型处理装置而构成。
如图1所示，成膜装置1具有长度方向向着垂直方向的顶部且为 大致圆筒状的反应管(反应室)2。在反应管2内形成容纳并处理多枚 半导体晶片的处理空间S。反应管2利用耐热和耐腐蚀性好的材料、例 如石英形成。
在反应管2的一侧，用于排出反应管2内的气体的排气空间21沿 着反应管2在垂直方向延伸地形成。在处理空间S和排气空间21之间 配置隔壁22，在隔壁22，与处理空间S对应，沿着垂直方向隔开规定 的间隔，作出多个排气孔3h。利用这些排气孔3h构成连通处理空间S 和排气空间21的排气口。另外，最下的排气孔3h的下端部位于比支 承后述的晶舟6的晶片W的支承层(支持^《A0的最下层靠上的位 置，最上的排气孔3h的上端部位于比支承层的最上层靠下的位置。
排气空间21的下端通过配置在反应管2的下部的气密的排气管4， 与排气部GE连接。在排气部GE上配置阀、真空排气泵(在图1中没 有示出，在图3中用符号127指示)等压力调整机构。利用排气部GE 能够排出反应管2内的氛围气体，同时能够设定为规定的压力(真空 度)。
在反应管2的下方配置盖体5。盖体5由耐热和耐腐蚀性好的材料、 例如石英形成。盖体5构成为能够利用后述的晶舟升降机(图1中没有示出，在图3中用符号128指示)上下运动。当利用晶舟升降机使 盖体5上升时，反应管2的下方侧(炉口部分)闭锁。当利用晶舟升 降机使盖体5下降时，反应管2的下方侧(炉口部分)开口。
由例如石英形成的晶舟6放置在盖体5上。晶舟6具有多个支承 层，以便在垂直方向，以规定的间隔收容多枚半导体晶片W。在盖体 5的上部能够配置防止反应管2内的温度从反应管2的炉口部分降低的 保温筒。另外，设置能够转动地放置收容半导体晶片W的晶舟6的旋 转工作台，在其上放置晶舟6也可以。在这种情况下，容易将收容在 晶舟6上的半导体晶片W控制为均匀的温度。
在反应管2的周围以包围反应管2的方式配置内面安装有由例如 电阻发热体构成的加热器7的绝热盖71。利用该加热器7使反应管2 的内部升温(加热)至规定温度，结果，将半导体晶片W加热至规定
温度o
将处理气体(例如成膜气体，清洁气体，不活性气体(稀释用， 吹扫用或压力控制用))导入反应管2内的气体分散喷嘴8、 9和气体 喷嘴10插通在反应管2的下端附近的侧面中。气体分散喷嘴8、 9和 气体喷嘴IO通过质量流量控制器(MFC)等(图中没有示出)，与处 理气体供给部GS连接。处理气体供给部GS包括用于调制以下的成膜 气体、清洁气体的反应性气体各自的气体源、和作为不活性气体使用 的氮(N2)气的气体源。
艮P，在本实施方式中，为了在半导体晶片W上利用CVD形成氮 化硅膜(产品膜)，例如使用包含硅烷类气体的第一成膜气体和包含氮 化气体的第二成膜气体。这里，作为硅烷类气体使用二氯硅烷(DCS: SiH2Cl2)气体，作为氮化气体使用氨(NH3)气。在第一和第二成膜 气体中可根据需要混合适当量的载气(N2气等稀释气体)。在以下，为 了容易说明，不谈及载体气体。
作为清洁气体，使用对以硅氮化物为主成分(意味着50%以上) 的副生成物膜进行蚀刻的卤素酸性气体或卤素元素气体与氢气的混合 气体。这里，作为清洁气体，使用氟(F2)气体和氟化氢(HF)气体 和作为稀释气体的氮气体的混合气体。
气体分散喷嘴8与NH3气和N2气的气体源连接，气体分散喷嘴9与DCS气体和N2气体的气体源连接。另一方面，气体喷嘴10由二个 气体喷嘴10a、 10b构成，气体喷嘴10a与F2气体、N2气的气体源连 接；气体喷嘴10b与HF气体，N2气的气体源连接。另外，能够另外 设置吹扫气体(例如N2气)专用的气体喷嘴。
各气体分散喷嘴8、 9由向内侧贯通反应管2的侧壁，向上方弯曲 延伸的石英管构成(参照图1)。在各气体分散喷嘴8、 9中，沿着其长 度方向(上下方向)，并且以遍及、横跨(亘3)晶舟6上的全体晶片 W的方式，隔开规定的间隔形成多个气体喷射孔。气体喷射孔，以对 于晶舟6上的多个晶片W形成平行的气体流的方式在水平方向大致均 匀地分别供给对应的处理气体。另一方面，各气体喷嘴IO (10a、 10b) 向内侧贯通反应管2的侧壁，由向上方向弯曲的短的石英管构成(参 照图1)。由于这样，清洁气体由气体喷嘴10从反应管2的底部向着反 应管2的上部供给反应管2内。
在反应管2的侧壁的一部分上，沿着其高度方向，配置等离子体 生成部11。等离子体生成部11具有通过沿着上下方向以规定的宽度， 削去反应管2的侧壁形成的上下细长的开口 Ub。开口 llb利用气密地 与反应管2的外壁焊接接合的石英制的盖11a覆盖。盖lla按照向反应 管2的外侧突出的方式形成为截面凹部状，并且上下具有细长的形状。
利用这种结构形成从反应管2的侧壁突出，并且一侧向反应管2 内开口的等离子体生成部11。即等离子体生成部11的内部空间与反应 管2内的处理空间S连通。幵口 llb在上下方向形成充分的长度，以 便在高度方向覆盖保持在晶舟6上的全部晶片W。
在盖lla的两侧壁的外侧面上，沿着其长度方向(上下方向)互 相相对地配置细长的一对电极12。等离子体发生用的高频电源12a通 过供电线路与电极12连接。通过将例如D.56MHz的高频电压施加在 电极12上，在一对电极12间形成激励等离子体的高频电场。高频电 压的频率不限于13.56MHz,使用其他的频率、例如400KHz等也可以。
第二成膜气体的气体分散喷嘴8在比晶舟6上的最下层的晶片W 还靠下的位置上，向反应管2的半径方向外方弯曲。然后，气体分散 喷嘴8在等离子体生成部11内的最靠里(最离开反应管2的中心的部 分)的位置，垂直地立起。如图2所示，气体分散喷嘴8设置在从一对相对的电极12夹住的区域(高频电场最强的位置)，即主要的等离 子体实际发生的等离子体发生区域向外侧偏离的位置上。具有从气体
分散喷嘴8的气体喷射孔喷射的NH3气的第二成膜气体，被向着等离 子体发生区域喷射，在那里被激励(分解或者激活)，在包含含有氮原 子的原子团(N*， NH*， NH2*， NH3*)的状态下被供给晶舟6上的晶 片W (记号"*"表示原子团(，-力小))。
在等离子体生成部11的开口 lib的外侧附近，即开口 lib的外侧 (反应管2内)的一侧上，垂直立起地配置第一成膜气体的气体分散 喷嘴9。从在气体分散喷嘴9上形成的气体喷射孔向反应管2的中心方 向，喷射具有DCS气体的第一成膜气体。
另外，在等离子体生成部11的开口 lib的外侧附近的两侧上分别 配置清洁气体用的两个气体喷嘴10a、 10b。在此，氟(F2)气体从气 体喷嘴10a供给，氟化氢(HF)气体从气体喷嘴10b供给。各气体喷 嘴10形成为L型，在其上端具有指向上方向的气体供给口 10t。气体 供给口 10t位于比支承晶舟6的晶片W的支承层的最下层靠下，并且 比最下的排气孔3h的下端部的位置P靠下的位置。最好，气体供给口 10t位于比晶舟6的底板6a靠下的位置。如上所述，最下的排气孔3h 的下端部位于比支承晶舟6的晶片W的支承层的最下层靠上的位置。
这样，由于气体喷嘴10的气体供给口 10t的指向为向上，能够将 清洗气体充分地供给至反应管2的上部，因此能够全体均匀并且有效 地进行反应管2内的清洁处理。另外，由于气体喷嘴10短，并且配置 在反应管2的底部，因此能够抑制由清洁气体和热的组合影响造成的 气体喷嘴10的劣化。另外，由于气体喷嘴10隔着晶舟6，与排气孔 3h相对，并且配置在比排气孔3h低的位置上，因此从气体喷嘴10供 给的清洁气体难以与气体喷嘴10接触，能够进一步抑制气体喷嘴10 的劣化。又由于气体喷嘴10的气体供给口 10t位于比晶舟6的支承层 的最下层(最下的晶片W的层)靠下的位置，能够有效地进行晶舟6 的附着有副生成物膜的部分的清洁处理。
另外，在反应管2内配置多个测定反应管2内温度的、例如由热 电偶构成的温度传感器122和测定反应管2的压力的压力计(在图1 中没有示出，在图3中用符号123指示)。成膜装置1还具有进行装置各部控制的控制部100。图3为表示控 制部100的结构的图。如图3所示，操作板121、温度传感器(组)122、 压力计(组)123、加热器控制器124、 MFC控制部125、阀控制部126、 真空泵127、晶舟升降机128、和等离子体控制部129等与控制部100 连接。
操作板121具有显示画面和操作按钮，将操作者的操作指示传送 至控制部100，在显示画面上显示来自控制部100的各种信息。温度传 感器(组)122测定反应管2和排气管4内等各部分的温度，将测定值 通知控制部100。压力计(组)123测定反应管2和排气管4内等各部 分的压力，将测定值通知控制部100。
加热器控制器124个别地控制加热器7。加热器控制器124响应来 自控制部100的指示给这些加热器通电，加热这些加热器。加热器控 制器124还能够个别地测定这些加热器的消耗电力，通知控制部100。
MFC控制部125控制配置在气体分散喷嘴8、 9、气体喷嘴10等 各管路上的MFC(图中没有示出)。MFC控制部125将在各MFC中流 动的气体流量控制为从控制部100指示的量。MFC控制部125还测定 实际在MFC中流动的气体流量，通知控制部100。
阀控制部126配置在各管路上，将配置在各管路上的阀的开度控 制为从控制部100指示的值。真空泵127与排气管4连接，排出反应 管2内的气体。
晶舟升降机128通过使盖体5上升，将晶舟6 (半导体晶片W) 装入反应管2内。晶舟升降机128还可通过使盖体5下降，从反应管2 内卸下晶舟6 (半导体晶片W)。
等离子体控制部129响应控制部100发出的指示，控制等离子体 生成部ll，激活供给等离子体生成部ll内的氨，生成氨原子团。
控制部100包括方案存储部111， ROM112， RAM113， I/O端口 114，和CPU115。这些利用总线116互相连接，通过总线116，在各部 间传送信息。
在方案存储部111中存储安装用的方案和多个处理用的方案。在 成膜装置1的制造当初只存放安装用方案。安装用方案在生成与各成 膜装置相应的热模型等时执行。处理用方案为每当使用者实际进行热处理(处理)时准备的方案。处理用方案规定从向反应管2内装入半 导体晶片W至卸下处理完的晶片W为止的各部分的温度变化，反应
管2内的压力变化，成膜气体的供给开始和停止时间和供给量等。
ROM112由EEPROM，闪存，硬盘等构成，为存储CPU115的动 作程序等的记录媒体。RAM113作为CPU115的工作区域等起作用。
1/0端口 114与操作板121，温度传感器122，压力计123，加热器 控制器124， MFC控制部125，阀控制部126，真空泵127，晶舟升降 机128,等离子体控制部129等连接，控制数据或信号的输入输出。
CPU (中央处理单元)115构成控制部100的中枢。CPU115执行 存储在ROM112的控制程序，根据从操作板121发出的指示，沿着存 储在方案存储部111中的方案(处理用方案)，控制成膜装置1的动作。 即，CPU115利用温度传感器(组)122，压力计(组)123， MFC控 制部125等测定反应管2，排气管4内的各部分的温度，压力，流量等。 另外，CPU115根据该测定数据进行控制将控制信号等输出至加热器控 制器124、 MFC控制部125、阀控制部126，真空泵127等，使上述各 部分按照处理用方案进行处理。
其次，参照图4说明以上这样构成的成膜装置1的使用方法。首 先，在反应管2内，在半导体晶片W上进行形成氮化硅膜的成膜处理。 其次，进行除去附着在反应管2内的，以硅氮化物为主成分(意味着 50%以上)的副生成物膜的清洁处理。图4为表示本发明的实施方式的 成膜处理和清洁处理的方案的时间图。
在以下的说明中，构成成膜装置1的各部分动作由控制部100 (CPU115)控制。如上所述，通过控制部100 (CPU115)控制加热器 控制器124 (加热器7)， MFC控制部125 (气体分散喷嘴8、 9，气体 喷嘴10)，阀控制部126，真空泵127等，各处理的反应管2内的温度、 压力、气体流量等成为基于图4所示的方案的条件。 (成膜处理)
首先，将保持有多枚、例如50 100枚的300mm尺寸的晶片W 的常温的晶舟6装入设定为规定温度的反应管2内，密闭反应管2。其 次，将反应管2内抽真空，维持为规定的处理压力，同时使晶片温度 上升，待机至稳定在成膜用的处理温度。其次，如以下那样，执行利用氨活性种处理晶片W的表面的前处理阶段。在包含前处理阶段和与 它接着交替地反复进行的下述吸附和氮化阶段的成膜处理中，最好利 用旋转工作台持续地转动晶舟6。
在前处理阶段中，首先如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9将规 定量的N2气供给反应管2内。与此同时，如图4 (a)所示，将反应管 2内设定为规定的温度，例如55(TC。另外，排出反应管2内的气体， 由图4(b)所示，将反应管2内设定为规定的压力，例如45Pa(0.34Torr: 133P^lTorr)。进行这个操作至反应管2在规定的压力和温度下稳定为 止。
如图4 (h)所示，当反应管2内在规定的压力和温度下稳定时， 将高频电力施加(RF: ON)在电板12之间。与此同时，如图4 (e) 所示，从气体分散喷嘴8将规定量、例如5slm (标准升/分)的氨气供 给一对电极12之间(在等离子体生成部11内)。供给一对电极12之 间的氨气被等离子激励(激活)，生成氨原子团。将这样生成的原子团 从等离子体生成部11供给反应管2内。又如图4 (c)所示，从气体分 散喷嘴9，将规定量的氮气体供给反应管2内(流动工序)。
在前处理阶段中，当利用氨原子团对晶片W的表面进行前处理时， 在晶片W的表面存在的-OH基的一部分和-H基的一部分被用-NH2基 置换。由于这样，在开始其后进行的吸附阶段时，在晶片W的表面上 存在-NH2基。当在这个状态下供给DCS时，晶片W表面的-NH2基和 被热激活的DCS反应，促进Si在晶片W表面的吸附。
在规定时间供给氨气后，停止氨气的供给，同时停止施加高频电 力。另一方面，如图4 (c)所示，继续将规定量的氮气体供给反应管 2内。另外，排出反应管2内的气体，这样，将反应管2的气体排出至 反应管2外(吹扫工序)。
在成膜顺序方面，最好在成膜处理中使得反应管2内的温度不发 生变化。由于这样，在本实施方式中，在上述前处理，吸附和氮化阶 段中，将反应管2内的温度设定为550。C。另外，在上述前处理、吸附 和氮化阶段中也继续进行反应管2内的排气。
其次，在吸附阶段，首先如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9将 规定量的氮气体供给反应管2内，并且如图4 (a)所示，将反应管2内设定为规定的温度、例如550°C。另外，如图4 (b)所示，排出反 应管2内的气体，将反应管2内设定为规定的压力、例如600Pa (4.6Torr)。然后，进行这个操作直至反应管2内在规定的压力和温度 下稳定为止。
当反应管2内在规定的压力和温度下稳定时，如图4 (d)所示， 从气体分散喷嘴9将规定量的DCS气体、例如2slm，如图4 (c)所示， 将规定量的氮气供给反应管2内(流动工序)。供给反应管2内的DCS 在反应管2内被加热激活，与半导体晶片W的表面上的-NH2基反应， 在半导晶片W的表面上形成包含Si的吸附层。
在规定时间供给DCS气体后，停止DCS气体的供给。另一方面， 如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9将规定量的氮气供给反应管2内。 排出反应管2内的气体，这样，将反应管2内的气体排出至反应管2 外(吹扫工序)。
其次，在氮化阶段，首先，如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9 将规定量的氮气供给反应管2内，并且如图4 (a)所示，将反应管2 内设置为规定的温度，例如55(TC。并且，排出反应管2内的气体，如 图4(b)所示，将反应管2内设定为规定的压力，例如45Pa(0.34Torr)。 然后，进行这个操作直至反应管2在规定的压力和温度下稳定为止。
当反应管2内在规定的压力和温度下稳定时，如图4 (h)所示， 将高频电力加在电极12之间(RF: ON)。与此同时，如图4 (e)所示， 从气体分散喷嘴8，将规定量、例如5slm的氨气供给一对电极12之间 (等离子体生成部11内)。供给一对电极12之间的氨气被等离子体激 励(激活)，生成包含氮原子的原子团(N*， NH*， NH2*， NH,)。将 包含这样生成的氮原子的原子团，从等离子体生成部11供给反应管2 内。又如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9，将规定量的氮气供给反 应管2内(流动工序)。
这些原子团从等离子体生成部11的开口 lib向反应管2的中心流 出，在层流状态下供给晶片W相互之间。当将包含氮原子的原子团供 给晶片W上时，与晶片W上的吸附层的Si反应，这样，在晶片W上 形成硅氮化物的薄膜。
在规定时间供给氨气后，停止氨气的供给，同时停止施加高频电力。另一方面，如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴9将规定量的氮气 供给反应管2内。另外，排出反应管2内的气体，这样，将反应管2 的气体排出至反应管2外(吹扫工序)。
在这个实施方式的成膜方法中，将按吸附、氮化阶段的顺序交替 地包含吸附、氮化阶段的循环反复规定次数。在各循环中，将DCS供 给晶片W，形成吸附层，其次供给包含氮原子的原子团，通过氮化吸 附层，形成氮化硅膜。这样，能够高效率且在高品质的状态下形成氮 化硅膜时。
当在晶片W上形成所希望厚度的氮化硅膜时，卸下晶片W。具体 地是，从气体分散喷嘴9将规定量的氮气供给反应管2内，使反应管2 内的压力回至常压，同时，将反应管2内维持为规定温度。通过利用 晶舟升降机25使盖体18下降，能够与晶片W—起，从反应管2卸下 晶舟6。
(清洁处理)
当进行多次以上的成膜处理时，由成膜处理生成的硅氮化物不但 堆积在半导体晶片W的表面上，而且作为副生成物膜堆积(附着)在 反应管2的内面等上。由于这样，在进行规定次数的成膜处理后，为 了除去附着在反应管2内面等上的、以硅氮化物为主成分的副生成物 膜，要进行清洁处理。
首先，利用加热器7，将反应管2内维持为规定的装载温度，将规 定量的氮气供给反应管2内。其次，在不放置晶片W的空的状态下， 将在先前处理中使用的晶舟6放置在盖体5上，利用晶舟升降机128 使盖体5上升，将晶舟6装入反应管2内，同时密闭反应管2。
其次，如图4 (c)所示，从气体分散喷嘴8将规定量的氮气供给 反应管2内，同时，利用加热器7，和图4 (a)所示，将反应管2内 设定为规定的温度、例如30(TC。另外，排出反应管2内的气体，如图 4 (b)所示，将反应管2设定为规定的压力、例如40000Pa (300Torr)。 其次，将由氟气体、氟化氢气体和氮气构成的清洁气体从气体喷嘴10a、 10b和气体分散喷嘴9供给反应管2内(流动工序)。这里如图4 (f) 所示，从气体喷嘴10a供给规定量、例如2slm的氟气体，又如图4 (g) 所示，从气体喷嘴10b供给规定量、例如2slm的氟化氢气体。如图4(C)所示，从气体分散喷嘴9供给规定量氮气。在流动工序时，通过
继续利用排气部GE排出反应管2内的气体，维持上述压力。
当将清洁气体导入反应管2内时，清洁气体被加热，清洁气体中
的氟激活，即成为具有多个有反应性的自由原子的状态。激活的氟通
过与附着在反应管2的内壁等上的副生成物膜接触(反应)，蚀刻副生 成物膜。
当将清洁气体供给反应管2内后，经过规定时间时，停止从气体 喷嘴10a、 10b供给氟和氟化氢气体。另外，从气体分散喷嘴9将规定 量的氮气供给反应管2内，同时，利用排气部GE排出反应管2内的气 体(吹扫工序)。
当清洁处理结束时，从气体分散喷嘴9将规定量的氮气供给反应 管2内，使反应管2内的压力回至常压，同时，利用加热器7，将反应 管2内维持为规定温度。利用晶舟升降机128使盖体5下降，卸下晶 舟6,同时开放反应管2。接着，将收容有新批次的半导体晶片W的 晶舟6放置在盖体5上，以上述的形式再次进行成膜处理。 (实验)
利用图1和图2所示的成膜装置1，进行成膜处理和清洁处理，进 行检查附着在反应管2内的副生成物膜的除去状态的实验。具体地是， 进行图4所示的成膜处理，在半导体晶片W上形成氮化硅膜，在反应 管2内堆积硅氮化物等的反应生成物作为lum厚度的副生成物膜。其 次，进行图4所示的清洁处理，除去反应管2内的副生成物膜。清洁 处理后，利用显微镜拍摄的照片检查反应管2的壁面的表面状态和气 体喷嘴10a、 10b的表面状态。结果，观察到，附着在反应管2的壁面 上的副生成物膜不仅在反应管2内的下部和中部，而且在上部也能够 很好地除去。另外，没有观察到气体喷嘴10a、 10b的表面的劣化。由 于这样，能够确认，上述实施方式的成膜装置能够整体地均匀而且有 效地进行反应管2内的清洁处理，并且能够防止清洁气体的气体喷嘴 10a、 10b的劣化。
(总结和变更例)
如上所述，根据本实施方式，由于气体喷嘴10的气体供给口 10t 指向上方，能够将清洁气体充分地供给至反应管2的上部，因此，能够全体地均匀而且有效地进行反应管2内的清洁处理。另外，由于气
'体喷嘴10短，并且配置在反应管2的底部，能够抑制清洁气体和热的 组合影响导致的气体喷嘴10的劣化。又由于气体IO配置在隔着晶舟6， 与排气孔3h相对而且比排气孔3h低的位置，因此从气体喷嘴10供给 的清洁气体难与气体喷嘴10接触，能够进一步抑制气体喷嘴10的劣 化。又由于气体喷嘴10的气体供给口 10t位于比晶舟6的支承层的最 下层(最下的晶片W的层)靠下的位置，所以，能够有效地进行晶舟 6的附着有副生成物膜的部分的清洁处理。
在上述实施方式中，例示了下述结构的成膜装置1，即，用于排出 反应管2内的气体的排气空间21配置在反应管2的一侧，在处理空间 S和排气空间21之间的隔壁22形成有多个排气孔3h。如图5所示， 也可以为下述的成膜装置1，即，在反应管2中不配置排气空间21， 在反应管2的下端部附近的侧面上配置排气口 3，气体直接从处理空间 S流入。在这种情况下，气体喷嘴10配置在隔着晶舟6，与排气口 3 相对的位置上，同时设定为气体供给口 10t指向上方向，并且在比排气 口 3的最下部的位置P还靠下侧的位置。这样，在图5所示的装置中 可得到与图1所示装置同样的效果。另外，在批量式的横型成膜装置 或枚页式的成膜装置中都使用本发明。
在上述实施方式中，能够组合使用下述的结构，即，气体喷嘴10 隔着晶舟6，与排气孔3h或排气口3相对的结构，气体喷嘴10的气体 供给口 10t指向上方向的结构，气体供给口 10t位于比排气孔3h或排 气口 3的最下部的位置P还靠向下侧的位置的结构，气体供给口 10t 位于比晶舟6的支承层的最下层还靠下的位置的结构。但是，这些结 构即使单独或部分地组合使用，也可单独或部分地组合从而得到各自 的效果。
在上述实施方式中，使用MLD法形成氮化硅膜，但使用热CVD 形成氮化硅膜也可以。在上述实施方式中，例示了具有等离子体生成 部11的成膜装置1，但本发明在具有利用触媒、UV、热、磁力等其他 介质的气体激励部的成膜装置中也可使用。另外，在上述实施方式中， 成膜装置1按照形成氮化硅膜的方式构成，但本发明在形成氧化硅膜， 氮氧化硅膜，多晶硅膜等其他薄膜的成膜装置中也可使用。在上述实施方式中，作为对以硅氮化物为主成分(意味着50%以 上)的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体，例示了包含氟气体和氟化氢 气体的气体。但是，只要清洁气体为能够除去由成膜处理附着的副生 成物膜的气体，则其他气体也可以，例如能够使用包含氟气体和氢气 体的气体。
在上述实施方式中，例示了供给DCS气体等的处理气体时，作为 稀释气体而供给氮气的情况。关于这点，在供给处理气体时不供给氮 气也可以。可是，因为通过包含氮气作为稀释气体，处理时间的设定 等变得较为容易，因此优选包含稀释气体。作为稀释气体优选为不活 性气体，除氮气以外，能够使用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、 和氙气(Xe)。
权利要求
1.一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，包括以在上下设置间隔而进行层叠的状态容纳多个被处理基板的方式构成的反应室；具有按照在所述反应室内支承所述被处理基板的方式设定的多个支承层的支承部件；配置在所述反应室的周围的用于加热所述被处理基板的加热器；将成膜气体供给所述反应室的成膜气体供给系统，所述成膜气体供给系统包括按照遍及所述支承部件的所述支承层的全体的方式隔开规定间隔形成有多个气体喷射孔的气体分散喷嘴；供给对附着在所述反应室内的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体的清洁气体供给系统；和对所述反应室内进行排气的排气系统，所述排气系统包括配置在隔着所述支承部件与所述气体分散喷嘴相对的位置上的排气口，其中，所述清洁气体供给系统包括在上端具有在所述反应室的底部附近指向上方的气体供给口的气体喷嘴，所述气体供给口位于比所述支承部件的所述支承层的最下层还靠下的位置。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于 所述气体供给口位于比所述排气口的下端部还靠下的位置。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于-所述排气口的所述下端部位于比所述支承层的所述最下层靠上的 位置。
4. 如权利要求l所述的装置，其特征在于所述气体喷嘴配置在隔着所述支承部件与所述排气口相对的位置上。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于-所述排气系统包括利用隔壁与容纳所述被处理基板的处理空间隔 开的排气空间，所述排气口沿着垂直方向在所述隔壁上形成，并连通 所述处理空间和所述排气空间。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于所述排气口具有沿着垂直方向隔开规定间隔在所述隔壁上形成的 多个排气孔。
7. 如权利要求l所述的装置，其特征在于还包括安装在所述反应室的外侧、形成通过出口开口与容纳所述 被处理基板的处理空间连通的等离子体生成空间的等离子体生成部， 所述成膜气体供给系统包括不经过所述等离子体生成部，将第一成 膜气体供给所述处理空间的第一成膜气体供给系统；和经过所述等离 子体生成部将第二成膜气体供给所述处理空间的第二成膜气体供给系 统。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于所述气体喷嘴具有在隔着所述支承部件与所述排气口相对的位 置、并且在所述等离子体生成部的所述出口开口的两侧分别配置的两 个气体喷嘴。
9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于-还包括控制所述装置的动作的控制部，所述控制部被预设定成对 容纳有没有支承所述被处理基板的所述支承部件的所述反应室进行除 去所述副生成物膜的清洁处理，在此，将所述清洁气体从所述清洁气 体供给系统供给所述反应室内，并且，利用所述排气系统对所述反应 室内进行排气。
10. 如权利要求l所述的装置，其特征在于还包括控制所述装置的动作的控制部，所述控制部被预设定成进行通过CVD在所述反应室内容纳的所述被处理基板上形成薄膜的成膜处理，在此，将第一和第二成膜气体交替地反复供给所述反应室内。
11. 一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，包括 以在上下设置间隔而进行层叠的状态容纳多个被处理基板的方式构成的反应室；具有按照在所述反应室内支承所述被处理基板的方式设定的多个支承层的支承部件；配置在所述反应室的周围的用于加热所述被处理基板的加热器； 将包含硅垸类气体的第一成膜气体供给所述反应室的第一成膜气体供给系统；将包含氮化气体的第二成膜气体供给所述反应室的第二成膜气体 供给系统；安装在所述反应室的外侧、形成通过出口开口与容纳所述被处理 基板的处理空间连通的等离子体生成空间的等离子体生成部，所述第 二成膜气体通过所述等离子体生成空间供给所述处理空间；供给对由所述第一和第二成膜气体的反应生成并且附着在所述反 应室内的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体的清洁气体供给系统；和对所述反应室内进行排气的排气系统，所述排气系统包括配置在 隔着所述支承部件与所述等离子体生成部的所述出口开口相对的位置 上的排气口，其中，所述清洁气体供给系统包括在上端具有在所述反应室的底部附近 指向上方的气体供给口的气体喷嘴，所述气体供给口位于比所述支承 部件的所述支承层的最下层靠下且比所述排气口的下端部靠下的位 置。
12. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于所述清洁气体包含氟气和氟化氢气体的混合气体、或氟气和氢气 的混合气体。
13. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于所述排气口的所述下端部位于比所述支承层的所述最下层靠上的
14. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于所述气体喷嘴配置在隔着所述支承部件与所述排气口相对的位置上。
15. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于所述排气系统包括通过隔壁与所述处理空间隔开的排气空间，所 述排气口沿着垂直方向在所述隔壁上形成，并连通所述处理空间和所 述排气空间。
16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于所述排气口具有沿着垂直方向隔开规定间隔在所述隔壁上形成的 多个排气孔。
17. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于所述第一成膜气体不通过所述等离子体生成部而被供给所述处理 空间。
18. 如权利要求14所述的装置，其特征在于所述气体喷嘴具有分别配置在所述等离子体生成部的所述出口开 口的两侧的两个气体喷嘴。
19. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于还包括控制所述装置的动作的控制部，所述控制部被预设定成对 容纳有没有支承所述被处理基板的所述支承部件的所述反应室进行除 去所述副生成物膜的清洁处理，在此，将所述清洁气体从所述清洁气 体供给系统供给所述反应室内，并且利用所述排气系统对所述反应室 内进行排气。
20. 如权利要求11所述的装置，其特征在于还包括控制所述装置的动作的控制部，所述控制部被预设定成进行通过CVD在所述反应室内容纳的所述被处理基板上形成薄膜的成膜 处理，在此，将所述第一成膜气体和在所述等离子体生成部激励后的 所述第二成膜气体交替地反复供给所述反应室内。
全文摘要
本发明涉及半导体处理用的成膜装置，其包括具有按照在反应室内支承被处理基板的方式设定的多个支承层的支承部件；包括将成膜气体供给反应室的气体分散喷嘴的成膜气体供给系统；供给对附着在反应室内的副生成物膜进行蚀刻的清洁气体的清洁气体供给系统；和排出反应室内气体的排气系统。清洁气体供给系统包括在上端具有在反应室的底部附近指向上方的气体供给口，气体供给口位于比支承部件的支承层的最下层还靠下的位置。
文档编号H01L21/00GK101407910SQ20081016187
公开日2009年4月15日 申请日期2008年10月13日 优先权日2007年10月11日
发明者佐藤润, 山本和弥, 野寺伸武, 长谷部一秀 申请人:东京毅力科创株式会社