[发明专利]衬底处理装置及半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及衬底处理装置及半导体器件的制造方法。

背景技术

近年，闪存等半导体器件处于高集成化的倾向。随之，布图尺寸显著微型化。形成这些布图时，作为制造工序的一工序，有时实施对衬底进行氧化处理、氮化处理等规定处理的工序。

作为形成上述布图的方法之一，存在在电路间形成沟槽并在该沟槽中形成种晶层膜、衬膜、布线等工序。该沟槽伴随近年的微型化而以具有高纵横比的方式构成。

形成衬膜等时，谋求在沟槽的上部侧面、中部侧面、下部侧面、底部都形成膜厚没有不均的良好的阶梯覆盖的膜。通过形成良好的阶梯覆盖的膜，能够使半导体器件的特性在沟槽间均匀，由此，能够抑制半导体器件的特性偏差。

为处理该高纵横比的沟槽，尝试了将气体加热来处理、使气体成为等离子体状态来处理，但是难以形成具有良好的阶梯覆盖的膜。

作为形成上述膜的方法，具有如下交替供给方法，将原料气体和与该原料气体反应的反应气体至少两种处理气体交替地供给到衬底，使这些气体反应来形成膜。交替供给方法是使原料气体和反应气体在衬底表面上反应并一层一层地形成膜并使该一层一层的膜层叠而形成所期望的膜厚的方法。在该方法中，为使原料气体和反应气体不在衬底表面以外反应，优选具有用于在供给各气体期间除去残留气体的吹扫工序。

另一方面，由于需要使半导体器件的特性均匀，所以在形成薄膜时，需要对衬底面内均匀地供给气体。为了能够实现，开发了能够从衬底的处理面均匀地供给气体的单片式装置。在该单片式装置中，为更均匀地供给气体，例如在衬底上设置有具有缓冲空间的喷头。

在前述的交替供给方法中，为了抑制各气体在衬底表面以外反应的情况，公知在供给各气体期间利用吹扫气体吹扫残留气体，但是由于具有这样的工序，所以存在成膜时间延迟的问题。因此，为了缩短处理时间，就使大量的吹扫气体流动，排出残留气体。

而且，作为喷头的一个方式，考虑按每种气体设置用于防止各气体混合的路径、缓冲空间，但构造复杂，因此存在维护花费时间且制造成本高的问题。由此，使用将两种气体及吹扫气体的供给系统在一个缓冲空间集中的喷头是现实的。

在使用了具有两种气体共用的缓冲空间的喷头的情况下，认为在喷头内残留气体彼此会反应，附着物会堆积在喷头内壁。为防止这样的情况，为了能够有效率地除去缓冲室内的残留气体，优选设置用于对缓冲室的空间进行排气的排气部。该情况下，为了使向处理室供给的两种气体及吹扫气体不向与排气部连接的排气孔的方向扩散，例如将形成气流的气体引导件设置在缓冲室内。气体引导件优选设置在例如用于对缓冲空间进行排气的排气孔和供给两种气体及吹扫气体的供给孔之间，并朝向喷头的分散板以放射状设置。为有效率地从气体引导件的内侧的空间除去气体，使气体引导件的内侧和用于对缓冲空间进行排气的排气孔之间的空间连通，具体来说使气体引导件的外周端和排气孔之间的空间连通。

发明内容

从发明人的认真研究的结果可知，在以往的构造中存在以下课题。即，在供给处理气体时，处理气体从设置在气体引导件的外周端和排气孔之间的空间会向排气孔方向扩散。关于从空间向气体引导件上部扩散了的气体，在气体引导件周边的气体聚集部等有气体残留，可见难以除去前述的缓冲空间内的残留气体。附着物成为颗粒，对衬底的特性带来不良影响，导致成品率的降低。

关于这些附着物，考虑在进行装置维护时拆下喷头，通过作业人员的手工作业来除去气体聚集部等的附着物。但是，导致停机时间的大幅增加，存在装置的运转效率降低的问题。

因此，本发明的目的是提供即使在使用了喷头的装置中也能够维持高的运转效率的衬底处理装置及半导体器件的制造方法。

根据本发明的一方式，提供一种衬底处理装置，其中，具有：第一气体供给系统，具有与原料气体源连接并设置有原料气体供给控制部的原料气体供给管；第二气体供给系统，具有与反应气体源连接并设置有反应气体供给控制部的反应气体供给管；第三气体供给系统，具有与清洁气体源连接并设置有清洁气体供给控制部的反应气体供给管；喷头部，具有与所述第一气体供给系统、所述第二气体供给系统、所述第三气体供给系统连接的缓冲室；处理室，设于所述喷头的下方，内置有载置衬底的衬底载置部；等离子体生成区域切换部，对在所述缓冲室生成等离子体和在所述处理室生成等离子体进行切换；等离子体生成部，具有所述等离子体生成区域切换部和电源；以及控制部，至少控制所述原料气体供给部、所述反应气体供给控制部和所述等离子体生成部。