半导体器件的制造方法及衬底处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件的制造方法及衬底处理装置。
【背景技术】
[0002]作为半导体器件的制造工序中的一项工序，有时要进行向处理室内的衬底供给处理气体、在衬底上形成膜的成膜处理。
【发明内容】
[0003]进行上述成膜处理时，不仅在衬底上会附着堆积物，在处理室内的部件上也会附着堆积物。该堆积物成为在处理室内产生颗粒(异物)、降低成膜处理的品质的原因之一。本发明的目的在于提供一种能够抑制实施成膜处理后的处理室内产生颗粒的技术。
[0004]根据本发明的一个方案，提供一种具有下述工序的技术，所述工序为:
[0005]将衬底搬入处理室内的工序；
[0006]在所述处理室内，利用具备加热器的支承台支承所述衬底的工序；
[0007]将支承所述衬底的所述支承台配置于第一位置，在使所述加热器为打开的状态下，向所述处理室内供给处理气体、在所述衬底上形成膜的工序；
[0008]将膜形成后的所述衬底从所述处理室内搬出的工序；
[0009]将所述支承台配置于比所述第一位置更靠近所述处理室内的顶板部的第二位置，在使所述加热器为打开的状态下，向所述处理室内供给反应性气体的工序。
[0010]根据本发明，能够抑制实施成膜处理后的处理室内产生颗粒。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的第一实施方式中优选使用的衬底处理装置在晶片处理时的剖面构成图。
[0012]图2是本发明的第一实施方式中优选使用的衬底处理装置在晶片搬送时的剖面构成图。
[0013]图3是本发明的第一实施方式中优选使用的衬底处理装置的控制器的结构简图，其是用框图表示控制器的控制系统的图。
[0014]图4是表示本发明的第一实施方式的成膜顺序(sequence)中的气体供给定时的图。
[0015]图5是表示本发明的第一实施方式的成膜顺序的变形例6中的气体供给定时的图。
[0016]图6是表示本发明的其他实施方式的成膜顺序中的气体供给定时的图。
[0017]图7(a)是表示使支承台移动到晶片搬送位置的状态的图，(b)是表示使支承台移动到晶片处理位置的状态的图，(c)是表示使支承台移动到堆积物改性位置的状态的图，(d)是表示使支承台移动到清洁位置的状态的图。
[0018]图8 (a)是表示使支承台移动到过冲(overshoot)位置的状态的图，(b)是例示簇射头的温度变化的图。
[0019]图9(a)是表示BTCSM的化学结构式的图，(b)是表示BTCSE的化学结构式的图，(c)是表示TCDMDS的化学结构式的图，⑷是表示DCTMDS的化学结构式的图，(e)是表示MCPMDS的化学结构式的图。
[0020]图10(a)是表示环硼氮烷(borazine)的化学结构式的图，(b)是表示环硼氮烷化合物的化学结构式的图，(c)是表示η，η’，η”-三甲基环硼氮烷的化学结构式的图，(d)是表示η，η’，η” -三正丙基环硼氮烷的化学结构式的图。
[0021]图11是本发明的其他实施方式中优选使用的衬底处理装置的处理炉的结构简图，其是用纵剖面图表示处理炉部分的图。
[0022]图12是本发明的其他实施方式中优选使用的衬底处理装置的处理炉的结构简图，其是用纵剖面图表示处理炉部分的图。
[0023]附图标记的说明
[0024]13 搬送机械装置
[0025]200晶片(衬底)
[0026]203支承台
[0027]206加热器
[0028]201 处理室
[0029]202 处理容器
[0030]207b升降机构
[0031]210a气体供给口
[0032]210b气体供给口
[0033]240簇射头
[0034]280控制器(控制部)
【具体实施方式】
[0035]<本发明的第一实施方式>
[0036]以下，针对本发明的第一实施方式，主要采用图1?图3进行说明。
[0037](1)衬底处理装置的构成
[0038]如图1、图2所示，衬底处理装置40具有处理容器202。处理容器202构成为例如横截面呈圆形且扁平的密闭容器。处理容器202由例如铝(A1)、不锈钢(SUS)等金属材料构成。处理容器202内形成有对作为衬底的硅晶片等晶片200进行处理的处理室201。在处理容器202、后述的簇射头240、气体供给管232a、排气室260a、排气管261等的周围设置有辅助加热器206a，所述辅助加热器206a能将上述部件加热到例如数十?150°C左右。
[0039]处理室201内设置有支承晶片200的支承台203。在直接接触晶片200的支承台203的上表面设置有作为支承板的衬托器217，所述衬托器217由例如石英(Si02)、碳、陶瓷、碳化硅(SiC)、氧化铝(A1203)、氮化铝(A1N)等构成。
[0040]在衬托器217的外周部，以包围晶片200的支承区域的方式设置有构成为圆环状(环状)圆板的整流板(conductance plate) 204。整流板204的上表面的高度被设定为与保持在衬托器217上的晶片200表面(被处理面)的高度基本相同。在整流板204的周缘部与处理室201 (处理容器202)的内壁侧面之间设置有规定宽度的空隙201a。空隙201a作为用于使向晶片200供给的气体流向后述的排气口 260的排出口而发挥作用。
[0041]支承台203中内置有作为加热晶片200的加热手段(加热机构)的加热器206和作为温度检测器的温度传感器206b。通过基于由温度传感器206b检测到的温度信息来调整向加热器206的通电状态，能够使支承于衬托器217上的晶片200的温度为所希望的温度。支承台203的下端部贯通处理容器202的底部。
[0042]在处理室201的外部设置有作为使支承台203升降的支承台移动部的升降机构207bο通过使升降机构207b工作从而使支承台203升降，能够使支承于衬托器217上的晶片200升降。在搬送晶片200时，支承台203下降至图2所示的位置(晶片搬送位置)，在处理晶片200时，支承台203上升至图1所示的位置(晶片处理位置)。支承台203下端部的周围被波纹管219覆盖，将处理室201内保持气密。
[0043]在处理室201的底面(下表面)，以在垂直方向上直立的方式设置有例如3根提升销208b。在支承台203 (也包括衬托器217)上与提升销208b对应的位置处分别设置有供提升销208b贯通的贯通孔208a。如图2所示，在使支承台203下降至晶片搬送位置时，提升销208b的上端部从衬托器217的上表面突出，提升销208b从下方对晶片200进行支承。如图1所示，在使支承台203上升至晶片处理位置时，提升销208b的上端部相对于衬托器217的上表面埋没，衬托器217从下方对晶片200进行支承。由于升降销207与晶片200直接接触，所以期望由例如石英、氧化铝等材质构成。
[0044]在处理室201 (处理容器202)的内壁侧面，设置有将晶片200搬送于处理室201内外的晶片搬送口 250。晶片搬送口 250上设置有闸阀44，通过打开闸阀44，能够使处理室201内与搬送室11内连通。搬送室11形成于搬送容器(密闭容器)12内，在搬送室11内设置有搬送晶片200的搬送机械装置13。搬送机械装置13中具有搬送晶片200时对晶片200进行支承的搬送臂13a。通过在使支承台203下降至晶片搬送位置的状态下打开闸阀44，能够利用搬送机械装置13将晶片200在处理室201内和搬送室11内之间进行搬送。即，搬送机械装置13构成为将晶片200搬送于处理室201内外的搬送单元(搬送机构)。被搬送至处理室201内的晶片200如上述那样被暂时载置在提升销208b上。在搬送室11的与设置有晶片搬送口 250侧的相反侧，隔着闸阀45设置有装载锁定室(load lockchamber) 21,能够利用搬送机械装置13在装载锁定室21内和搬送室11内之间搬送晶片200。装载锁定室21作为暂时收纳未处理或处理过的晶片200的预备室而发挥作用。
[0045]在处理室201 (处理容器202)的内壁侧面、且晶片搬送口 250的相反侧，设置有将处理室201内的气氛排出的排气口 260。排气口 260经由排气室260a连接有排气管261。排气室260a中设置有作为检测处理室201内压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器265。排气管261经由作为将处理室201内的压力控制为规定压力的压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller)阀262及原料回收讲263，连接有作为真空排气装置的真空栗264。APC阀262构成为:通过在使真空栗264工作的状态下开闭阀，能够进行处理室201内的真空排气以及停止真空排气，并且通过在使真空栗264工作的状态下调节阀的开度，能够调节处理室201内的压力。也可将APC阀262称为排气阀。排气系统(排气管线)主要由排气室260a、压力传感器265、排气管261、APC阀262构成。也可认为原料回收阱263、真空栗264包含在排气系统内。
[0046]在设置于处理室201的顶板部(上部)的后述的簇射头240的上表面(顶板壁)，设置有向处理室201内供给规定气体的气体供给口 210a和向处理室201内供给规定气体的气体供给口 210b。将气体供给口 210b与气体供给口 210a独立设置。需要说明的是，在图1、图2中例举了将气体供给口 210b在气体供给口 210a的内侧配置成与气体供给口 210a为同心圆状的构成，但本发明并不限定于这样的方案，还可以将气体供给口 210b设置于气体供给口 210a的外侧。对与气体供给口 210a、210b连接的各气体供给系统的构成进行后述。
[0047]在气体供给口 210a与处理室201之间设置有作为气体分散机构的簇射头240。簇射头240具有:分散板240a，其使从气体供给口 210a供给的气体分散；簇射板240b，其使通过了分散板240a的气体进一步均匀分散并将其供给至支承台203上的晶片200的表面。分散板240a及簇射板240b中分别设置有多个通气孔。分散板240a被配置为与簇射头240的上表面及簇射板240b相对。簇射板240b被配置为与支承台203上的晶片200相对。在簇射头240的上表面与分散板240a之间、以及分散板240a与簇射板240b之间分别设置有空间。这些空间分别作为使从气体供给口 210a供给的气体分散的第一缓冲空间(分散室)240c、及使通过了分散板240a的气体扩散的第二缓冲空间240d而发挥作用。
[0048]气体供给口 210b被设置为:在垂直方向(厚度方向)上贯通簇射头240，气体供给口 210b的下端开口从簇射板240b的下表面朝向支承台203突出。气体供给口 210b被构成为:从簇射板240b的下方侧，即不经由簇射头240地向处理室201内供给气体。
[0049]此处，对晶片处理时处理室201内的气体的流动进行说明。
[0050]从气体供给口 210a向簇射头240的上部供给的气体经过第一缓冲空间240c并从分散板240a的多个孔流向第二缓冲空间240d，然后通过簇射板240b的多个孔从而供给至处理室201内。此外，从气体供给口 210b供给的气体从簇射板240b的下方侧，即不经由簇射头240地供给至处理室201内。
[0051]向处理室201内供给的气体被均匀地供给至晶片200上，其朝向晶片200的径向外侧而呈放射状地流动。然后，与晶片200接触后的剩余气体朝向晶片200的径向外侧并呈放射状地流动至位于晶片200外周部的整流板204上。之后，剩余气体通过形成于整流板204的周缘部和处理室201的内壁侧面之间的空隙201a，从排气口 260排出。
[0052]接下来，对与气体供给口 210a、210b连接的气体供给系统的构成进行说明。
[0053]气体供给口 210a、210b分别连接有气体供给管232a、232b。在气体供给管232a、232b上，从上游方向开始按顺序分别设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC) 241a、241b及作为开闭阀的阀243a、243b。在气体供给管232b中的阀243b的下游侧设置有作为等离子体生成器的远程等离子体单元(RPU)244b。在气体供给管232a、232b的比阀243a、243b更靠下游侧的位置分别连接有供给非活性气体的气体供给管232c、232d0在气体供给管232c、232d上，从上游侧开始按顺序分别设有作为流量控制器(流量控制部)的MFC241c、241d及作为开闭阀的阀243c、243d。
[0054]构成如下:作为具有由第一元素和碳(C)形成的化学键的原料气体，例如包含作为第一元素的S1、亚烷基及卤原子、且具有由Si和C形成的化学键(S1-C键)的亚烷基卤代硅烷原料气体，或者包含S1、烷基及卤原子、且具有S1-C键的烷基卤代硅烷原料气体从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、气体供给口 210a、簇射头240供给至处理室201内。
[0055]此处，所谓亚烷基，是指从通式CnH2n+2所表示的链状饱和烃(烷烃)中去掉了 2个氢⑶的官能团，其是以通式CnH2n表示的原子的集合体。亚烷基包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等。此外，所谓烷基，是指从通式CnH2n+2所表示的链状饱和烃中去掉了 1个氢(H)的官能团，其是以通式CnH2n+1表不的原子的集合体。烧基包括甲基、乙基、丙基、丁基等。此夕卜，卤原子包括氯原子、氟原子、溴原子、碘原子等。即，卤原子包括氯(C1)、氟(F)、溴(Br)、碘⑴等卤族元素。
[0056]作为亚烷基卤代硅烷原料气体，例如可使用包含S1、作为亚烷基的亚甲基(-CH2_)及作为卤原子的氯原子(C1)的原料气体，即包含亚甲基的氯硅烷原料气体；包含S1、作为亚烷基的亚乙基(-c2h4-)及作为卤原子的氯原子(C1)的原料气体，即包含亚乙基的氯硅烷原料气体。作为包含亚甲基的氯硅烷原料气体，例如可使用亚甲基双(三氯硅烷)气体，即双(三氯甲硅烷基)甲烷((SiCl3)2CH2,简称:BTCSM)气体等。作为包含亚乙基的氯硅烷原料气体，例如可使用亚乙基双(三氯硅烷)气体，即1，2_双(三氯甲硅烷基)乙烷((SiCl3)2C2H4，简称:BTCSE)气体等。
[0057]如图9(a)所示，BTCSM在其化学结构式中(1分子中)含有一个作为亚烷基的亚甲基。亚甲基所具有的2个单键分别与Si键合，构成S1-C-Si键。
[0058]如图9(b)所示，BTCSE在1分子中含有一个作为亚烷基的亚乙基。亚乙基所具有的2个单键分别与Si键合，构成S1-C-C-Si键。
[0059]作为烷基卤代硅烷原料气体，例如可使用包含S1、作为烷基的甲基(_CH3)及作为卤原子的氯原子(C1)的原料气体，即包含甲基的氯硅烷原料气体。作为包含甲基的氯硅烷原料气体，例如可使用1，1,2, 2-四氯-1，2-二甲基二硅烷((CH3)2Si2Cl4，简称:TCDMDS)气体、1，2-二氯-1，1，2，2-四甲基二硅烷((CH3)4Si2Cl2,简称:DCTMDS)气体、1-氯-1，1,2，2，2-五甲基二硅烷((CH3)5Si2Cl，简称:MCPMDS)气体等。与 BTCSE 气体、BTCSM气体等亚烷基卤代硅烷原料气体不同，TCDMDS气体、DCTMDS气体、MCPMDS气体等烷基卤代硅烷原料气体是具有S1-Si键的气体，即包含第一元素及卤族元素、且具有由第一元素彼此之间形成的化学键的原料气体。
[0060]如图9(c)所示，TCDMDS在1分子中包含2个作为烷基的甲基。2个甲基所具有的各单键分别与Si键合，构成S1-C键。TCDMDS是二硅烷的衍生物，具有S1-Si键。即TCDMDS具有Si彼此之间键合、且Si与C键合而得的S1-S1-C键。
[0061]如图9(d)所示，DCTMDS在1分子中包含4个作为烷基的甲基。4个甲基所具有的各单键分别与Si键合，构成S1-C键。DCTMDS是二硅烷的衍生物，具有S1-Si键。S卩，DCTMDS具有Si彼此之间键合、且Si与C键合而得的S1-S1-C键。
[0062]如图9(e)所示，MCPMDS在1分子中包含5个作为烷基的甲基。5个甲基所具有的各单键分别与Si键合，构成S1-C键。MCPMDS是二硅烷的衍生物，具有S1-Si键。S卩，MCPMDS具有Si彼此之间键合、且Si与C键合而得的S1-S1-C键。对于MCPMDS而言，与BTCSM、BTCSE、TCDMDS、DCTMDS等不同，其1分子中(化学结构式中)的甲基及氯原子包围Si的配置具有形成非对称性的不对称(asy_etry)结构。如上所述，在本实施方式中，不仅可以使用如图9(a)?(d)那样的具有对称(sy_etry)的化学结构式的原料，也可使用具有不对称的化学结构式的原料。
[0063]也可认为BTCSM气体、BTCSE气体等亚烷基卤代硅烷原料气体，TCDMDS气体、DCTMDS气体、MCPMDS气体等烷基卤代硅烷原料气体是在1分子中包含至少2个S1、并且包含C及C1、具有S1-C键的原料气体。这些气体在后述的衬底处理工序(成膜处理)中也作为Si源发挥作用，并且也作为C源发挥作用。也可将BTCSM气体、BTCSE气体等称为亚烷基氯硅烷原料气体。也可将TCDMDS气体、DCTMDS气体、MCPMDS气体等称为烷基氯硅烷原料气体。
[0064]在本说明书中，所谓原料气体，是指气态的原料，例如，通过将常温常压下为液态的原料汽化而得的气体、常温常压下为气态的原料等。在本说明书中，使用称为“原料”的词语时，包括“液态的液体原料”的情形、“气态的原料气体”的情形、或者两者的情形。在使用如BTCSM等那样的在常温常压下为液态的液体原料时，利用汽化器、鼓泡器等汽化系统将液体原料汽化，然后作为原料气体(BTCSM气体等)进行供给。
[0065]此外，也可构成为:作为与堆积在簇射头240内、处理室201内等的堆积物进行反应的反应性气体，例如通过与堆积物反应从而使堆积物改性的改性气体从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、气体供给口 210a、簇射头240而被供给至处理室201内。作为改性气体，例如可使用氧气(02)。
[0066]此外，也可构成为:作为与堆积在簇射头240内、处理室201内等的