專利名稱：立式等離子體處理裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對半導體晶片等多個被處理基板一起進行等離子體處 理的半導體處理用的立式等離子體處理裝置及其使用方法。這里，半
導體處理指的是通過在晶片和LCD (液晶顯示器)等的FPD (平板顯 示器)用的玻璃基板等的被處理基板上以預(yù)定圖形形成半導體層、絕 緣層、導電層等，用于在該被處理基板上制造半導體器件、以及包含 與半導體器件連接的布線、電極等的結(jié)構(gòu)進行的各種處理。
背景技術(shù)：
在構(gòu)成半導體集成電路的半導體器件的制造中，在被處理基板、 例如半導體晶片上，進行成膜、刻蝕、氧化、擴散、改性、退火、自 然氧化膜的除去等的各種處理。美國US2006/0286817A1公開有在立式
(即批量式)熱處理裝置中的這種半導體處理方法。在這種方法中， 首先，將半導體晶片從晶片盒移載到立式晶片舟上，并多段地保持半 導體晶片。在晶片盒中，例如可以收納25片晶片，在晶片舟上可以承 載30 150片晶片。然后，將晶片舟從處理容器的下方裝載到其內(nèi)部， 同時使處理容器氣密密封。接著，在控制處理氣體的流量、處理溫度 等的各種處理條件的狀態(tài)下，進行預(yù)定熱處理。
為了提高半導體集成電路的特性，提高半導體器件的絕緣膜的特 性是非常重要的。作為半導體器件中的絕緣膜，使用Si02、PSG(phOSpho silicate glass (磷硅酸鹽玻璃))、P(利用等離子體CVD形成的)一SiO、 P (利用等離子體CVD形成的)_SiN、 SOG (旋涂玻璃)、Si3N4 (氮 化硅)等。特別地，大多數(shù)采用氮化硅膜的原因在于，與氧化硅膜相 比，氮化硅膜具有良好的、以及作為蝕刻停止膜或?qū)娱g絕緣膜非常優(yōu) 異的功能。此外，相同理由，也可以采用摻硼的碳化硅膜。
作為在半導體晶片的表面上形成上述氮化硅膜的方法，已知采用 作為硅源氣體的單硅烷(SiH4)、 二氯硅烷(DCS:SiH2Cl2)、六氯乙硅烷(HCD:Si2Cl6)、雙叔丁基氨基硅烷(匕、'7夕〉卞^7°于/1^7$ 乂、乂
，y) (BTBAS:SiH2 (NH (C4H9)) 2)、 (t-C4H9NH) 2SiH2等的硅烷系 氣體，通過熱CVD(化學氣相沉積)進行成膜的方法。例如，釆用SiH2Cl2
+NH3 (參照美國US5874368A)或Si2Cl6+NH3等的氣體的組合通過 熱CVD形成氮化硅膜。此外，還提供一種向氮化硅膜中添加用于減小 介電常數(shù)的雜質(zhì)例如硼(B)的方法。
近年來，伴隨著半導體集成電路的更高集成化和高微細化的要求， 希望減輕半導體器件的制造工序中的熱過程，提高器件的特性。即使 在立式處理裝置中，也希望根據(jù)這種要求改良半導體處理方法。例如， 在作為成膜處理的一種的CVD (化學氣相沉積)中，己知間歇地供給 原料氣體等，同時重復形成原子或分子級別厚的一層或多層膜的方法
(例如參考日本特開平2-93071號、日本特開平6-45256號公報、美國 US6165916A)。這種成膜處理一般稱為ALD (原子層沉積)或MLD
(分子層沉積)，通過這種處理，就能夠進行目的在于對晶片不暴露于 這些高溫過程的處理。
作為實施上述成膜處理的成膜裝置，提供一種使用等離子體的立 式成膜裝置(例如日本特開2006-287194號公報)。在這種成膜裝置中， 設(shè)置沿著立式處理容器的側(cè)部由縱長蓋體區(qū)分的氣體激勵部。在這個 蓋體的外側(cè)設(shè)置用于施加高頻電力的一對電極。在氣體激勵部內(nèi)設(shè)置 供給作為等離子體化的氣體例如NH3氣體的分散噴嘴。
例如，在使用作為硅垸系氣體的二氯硅烷(DCS)和作為氮化氣 體的NH3形成氮化硅膜(SiN)的情況下，進行以下的處理。g卩，在處 理容器內(nèi)，隔著吹掃期間交互地供給DCS和NH3氣體。通過在供給 NH3氣體時施加RF (高頻)，促進在處理容器內(nèi)生成等離子體的氮化 反應(yīng)。這里，首先，通過向處理容器內(nèi)供給DCS，在晶片表面上以分 子級別吸附一層或多層DCS。在吹掃期間排除多余的DCS。然后，通 過供給NH3生成等離子體，通過在低溫下的氮化形成氮化硅膜。重復 進行這種一系列的工序，完成預(yù)定厚度的膜。
但是，如后面所述，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的這種成膜裝置中， 在關(guān)于產(chǎn)量和產(chǎn)生粒子方面的裝置特性上還存在改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以提高關(guān)于產(chǎn)量和產(chǎn)生粒子方面的裝 置特性的半導體處理用的立式等離子體處理裝置及其使用方法。
本發(fā)明的第一方案是一種對多個被處理基板一起進行等離子體處 理的半導體處理用立式等離子體處理裝置，包括具有收納所述被處 理基板的處理區(qū)域并且可以設(shè)定為氣密狀態(tài)的縱長的處理容器；在所 述處理容器內(nèi)按照互相間隔開并在垂直方向重疊的狀態(tài)保持多個被處 理基板的保持部件；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的氣體供給系統(tǒng)； 對所述處理容器內(nèi)進行排氣的排氣系統(tǒng)；和對所述處理氣體的至少一 部分進行等離子體化的激勵機構(gòu)，所述激勵機構(gòu)包括對應(yīng)所述處理 區(qū)域安裝在所述處理容器內(nèi)并且形成與所述處理區(qū)域氣密連通的等離 子體發(fā)生區(qū)域的等離子體生成箱；夾著所述等離子體發(fā)生區(qū)域相對地 配置在所述等離子體生成箱上的第一和第二電極；向所述第一和第二 電極供給等離子體發(fā)生用的高頻電力的高頻電源，所述高頻電源包括 第一和第二輸出端子，所述第一和第二輸出端子分別是接地和非接地 端子；與所述第一和第二電極以及第一和第二輸出端子連接的第一和 所述第二供電線；和切換機構(gòu)，用于切換所述第一電極和所述第--輸 出端子連接并且所述第二電極和所述第二輸出端子連接的第一狀態(tài)以 及所述第一電極和所述第二輸出端子連接并且所述第二電極和所述第 一輸出端子連接的第二狀態(tài)。
本發(fā)明的第二方案是一種對多個被處理基板一起進行等離子體處 理的半導體處理用的立式等離子體處理裝置的使用方法，所述裝置包 括具有收納所述被處理基板的處理區(qū)域并且可以設(shè)定為氣密狀態(tài)的 縱長的處理容器；在所述處理容器內(nèi)按照互相間隔開并在垂直方向重 疊的狀態(tài)保持多個被處理基板的保持部件；向所述處理容器內(nèi)供給處 理氣體的氣體供給系統(tǒng)；對所述處理容器內(nèi)進行排氣的排氣系統(tǒng)；和 對所述處理氣體的至少一部分進行等離子體化的激勵機構(gòu)，所述激勵 機構(gòu)包括對應(yīng)所述處理區(qū)域安裝在所述處理容器內(nèi)并且形成與所述 處理區(qū)域氣密連通的等離子體發(fā)生區(qū)域的等離子體生成箱；夾著所述 等離子體發(fā)生區(qū)域相對地配置在所述等離子體生成箱上的第一和第二 電極；向所述第一和第二電極供給等離子體發(fā)生用的高頻電力的高頻電源，所述高頻電源包括第一和第二輸出端子，所述第一和第二輸出 端子分別是接地和非接地端子；和與所述第一和第二電極以及第一和 第二輸出端子連接的第一和所述第二供電線，所述方法包括在向所 述處理區(qū)域供給所述處理氣體的同時通過所述激勵機構(gòu)對所述處理氣 體的至少一部分進行等離子體化，同時在所述處理區(qū)域內(nèi)對所述被處 理基板進行半導體處理的工序；和作為用于使所述處理氣體的至少一 部分等離子體化的所述激勵機構(gòu)的狀態(tài)，切換使用所述第一電極和所 述第一輸出端子連接并且所述第二電極和所述第二輸出端子連接的第 一狀態(tài)以及與所述第一電極和所述第二輸出端子連接并且所述第二電 極和所述第一輸出端子連接的第二狀態(tài)的工序。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式的成膜裝置(立式CVD裝置)的 剖面圖。
圖2是表示圖1中所示裝置的一部分的橫斷平面圖。
圖3是表示在圖1所示裝置中，向電極供給高頻電力的高頻電路 的一個例子的電路圖。
圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明實施方式的成膜處理中，氣體供給和RF (高頻)施加的狀態(tài)的時序圖。
圖5是表示在不進行對電極切換熱側(cè)(非接地狀態(tài))和地側(cè)(接 地狀態(tài))的比較例(現(xiàn)有的使用方法)中，批量處理數(shù)和粒子數(shù)以及 累積膜厚的關(guān)系的曲線。
圖6是表示在對電極進行熱側(cè)和接地側(cè)的切換的實施例(根據(jù)本 發(fā)明實施方式的使用方法)中，批量處理數(shù)和粒子數(shù)以及累積膜厚的 關(guān)系的曲線。
圖7是表示刻蝕量的氣體種類相對于氣體激勵部的石英制的蓋體 的相關(guān)性的曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明人等在本發(fā)明的開發(fā)過程中研究了在半導體處理用的立式等離子 體處理裝置中，現(xiàn)有的裝置及其使用方法存在的問題。結(jié)果是，本發(fā)明人等得到如下戶;M的見識。
艮P，在這種 體中，產(chǎn)生等離子體的氣# 部例如由石英(Si02)
制的蓋體區(qū)分。因此，通過等離子體禾傭活性化的離子鵬才Si02制的蓋體內(nèi)
面并消減，或消減的Si02粒子再次附著在其內(nèi)部。此外，這種再次附著的Si02
粒子被活性化并艦NH3被進fim化等，在蓋體內(nèi)表面附著各種物質(zhì)，例如
Si02和SiON等構(gòu)成的副生成物膜。這種氣皿勵部內(nèi)的附著物稱為產(chǎn)M
粒的原因。
從這個觀點出發(fā)，由氣##勵部產(chǎn) 粒之前，為了除去不需要的附著 物，對反應(yīng)管和氣繊勵部進行清潔處理。這種清潔處理是在被處理繊上 的制品膜的累積膜厚達到預(yù)定值時進行，或者定期或不定期地進行。但是， 若這種清潔處理的頻率太多，貝lj不得不增加體的停機時間(處理的生產(chǎn)率 下降)。
下面，參照附圖，說明基于這種見識構(gòu)成的本發(fā)明的實施方式。而且， 在下面的說明中，具有大致相同功能和構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元素用相同的符號表示， 并且只在必要的場M行重復說明。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式的劍莫裝置(立式CVD裝置)的剖面圖。 圖2是表示圖1所示裝置的一部分的橫斷平面圖。圖3是表示圖1所示裝置 中向電極施加高頻電力的高頻電路的一個例子的電路圖。這種成膜裝置2包 括可選擇地供給包含作為硅烷系氣體的二氯硅烷(DCS)氣體的第一處理氣 體、禾咆含作為氮化氣體的氨(NH3)氣體的第二處理氣體的處理區(qū)域。成 膜裝置2構(gòu)成為在這種處理區(qū)域內(nèi)，在被處理基敗上形成氮化硅膜。
裝置2具有在下端開口并有頂部的圓筒體狀的處理容器4，該處理 容器4在內(nèi)部規(guī)定出處理區(qū)域5，該處理區(qū)域5收納并處理按照一定間隔重 疊起來的多片半導體晶片(被處理基板)。處理容器4的 例如由石英形成。 在處理容器4內(nèi)的頂部上配設(shè)有頂板6并密封。處理容器4的下端開口M O形環(huán)等的密封部件10與成形為圓筒體狀的總管8連結(jié)。此外，由于總管8 不按其它用途皿行設(shè)置，因而也可以由圓筒體狀的石英制的處理容器構(gòu)成 整體。
總管8例如由不銹鋼制成，支持處理容器4的下端。M31總管8的下端 開口，石英制的晶片舟12升降，由此相對于處理容器4裝敷卸載晶片舟12。 在晶片舟12上多段地承載作為被處理基板的多片半導體晶片W。例如，在本實施方式的情況下，在晶片舟12的支柱12A上按照，相等間隔地可以 多段地支撐例如50 100片左右的直徑為300nrn的晶片W。
晶片舟12 M石英制的保溫筒14承載在工作臺16上。工作臺16被支 撐在旋轉(zhuǎn)軸20上，旋轉(zhuǎn)軸20貫通使總管8的下端開口開閉的、例如不銹鋼 制的蓋體18。
在旋轉(zhuǎn)軸20的貫通部上通過設(shè)置例如磁性流體密封件22，可以氣密(氣 體密封)地密封地旋轉(zhuǎn)并支撐旋轉(zhuǎn)軸20。在蓋體18的周邊部和總管8的下 端部上通過設(shè)置例如由0形環(huán)等構(gòu)成的密封部件24而保持容器內(nèi)的密封性。
旋轉(zhuǎn)軸20安裝在被支持在例如晶片舟升降機等的升降機構(gòu)25上的臂部 26的前端上。Mil升降機構(gòu)25使晶片舟12和蓋體18等一體地升降。此外， 工作臺16固定設(shè)置在蓋體18 —側(cè)，可以不旋轉(zhuǎn)晶片舟12而對晶片W進行 處理。
在總管8的側(cè)部上連接有用于向處理容器4內(nèi)的處理區(qū)域5供給預(yù)定處 理氣體的氣體供給部。氣體供給部包含第二氣體供給系統(tǒng)28、第一處理氣體 供給系統(tǒng)30以及吹掃氣體供給系統(tǒng)36。第一處理氣體供給系統(tǒng)30供給包含 作為硅烷系氣體的DCS (二氯硅烷)氣體的第一處理氣體。第二處理氣體供 給系統(tǒng)28供給包含作為氮化氣體的氨氣(NH3)的第二處理氣體。吹掃氣體 供給系統(tǒng)36供給作為吹掃氣體的情性氣體、例如N2氣體。盡管可以根據(jù)需 要在第一和第二處理氣體中混合適量的載休:氣體，但在下面為了容易說明， 沒有提及這種載體氣體。
具體地說，第二和第一處理氣體供給系統(tǒng)28、 30具有一組由在內(nèi)側(cè)貫通 總管8的偵幢的向上方向彎曲延伸的石英管制成的氣體分散噴嘴38、 40 (參 照圖1)。在各氣體分散噴嘴38、 40上，沿著其長度方向(上下方向)并且 貫穿晶片舟12上的晶片W的全體、按照隔開預(yù)定間隔的方式形成多^體 噴射孔38A、 40A。氣體噴射 L38A、 40A按照相對于晶片舟12上的多片晶 片W形成平行氣j本流的方式，分別供給在水平方向上大致均勻的、對應(yīng)的處 理氣體。另一方面，吹掃氣體供給系統(tǒng)36具有貫通總管8的側(cè)壁設(shè)置的短的 氣體噴嘴46。
噴嘴38、 40、 46M氣體供給管道(氣體通路)48、 50、 56分別與,3 氣體、DCS氣體以及N2氣體的氣體源28S、 30S、 36S連接。氣體供給管道 48、 50、 56上配設(shè)開關(guān)閥48A、 50A、 56A以及像質(zhì)流控制器之類的流量控制器48B、 50B、 56B。由此，可以分別進行NH3氣體、DCS氣體以及N2氣 體的流量控制和供給。
在處理容器4的側(cè)壁的一部分上沿著其高度方向設(shè)置有氣 勵部66。 在相對^# 部66的處理容器4的相反側(cè)設(shè)置有細長的排氣口 68，該 排氣口 68用于對處理容器的內(nèi)部氣織行真空排氣，并且是Mil例如在上下 方向上削去處理容器4的側(cè)壁而形成的。
具體地說，氣^^勵部66具有ilil沿著上下方向削去處理容器4的側(cè)壁 而形成的上下細長的開口。這個開口通過具有作為氣4稱H路的縱長的狹縫70 的隔板71閉鎖，同時用與處理容器4的外壁氣密接合的石英制蓋體(等離子 體生成箱)72覆蓋。蓋體72具有從處理容器4的外側(cè)突出的截面凹部狀， 且具有上下細長的皿。
MiiS種結(jié)構(gòu)，形成從處理容器4的側(cè)壁突出且一側(cè)向處理容器4內(nèi)開 口的氣##勵部66。即，氣^M]部66的內(nèi)部空間M31狹縫70與處理容器 4內(nèi)的處理區(qū)域5 。狹縫70按照使在晶片舟12上保持的所有晶片W處 于高度方向上的方式在上下方向上形成得充分長。
在蓋體72的兩側(cè)壁的外側(cè)面上沿著其長度方向(上下方向)設(shè)置有互相 相對的細長的一對電極74、 75。電極74、 75通過供電線78、 80與等離子體 發(fā)生用的高頻電源76的第一和第二輸出端子76a、 76b連接，由此構(gòu)成圖2 和圖3戶萬示的高頻電路73。通過從高頻電源76向電極74、 75施加例如 13.56MHz的高頻電壓，在一對電極74、 75之間形成用于激勵等離子體的高 頻電場。而且，高頻電壓的頻率不限于13.56MHz，也可以使用其它頻率，例 如400kHz等。此外，電極74、 75不限于一對，也可以設(shè)置多個。
高頻電路73構(gòu)成為使高頻電源76的第一和第二輸出端子76a、 76b分別 成為接地端子(地側(cè))和非接地殳崙子(熱(爾、乂卜)側(cè))。在供電線78、 80 上從高頻電源76依次設(shè)置有匹配電路82和切換電路84。匹配電路82在內(nèi) 部具有線圈和可變電容，并構(gòu)成為實現(xiàn)使高頻電路78的阻抗匹配。
切換電路84具有在各供電線78、80上配設(shè)的互相連動的開關(guān)86A、86B。 一個開關(guān)86A可以在與電極74連接的端子74a和M支線80A與電極75連 接的端子75b之間進行切換。另一個開關(guān)86B可以在與電極75連接的端子 75a和S31支線78A與電極74連接的端子74b之間進行切換。
通過開關(guān)86A、 86B連動并同時切換，可以在地側(cè)和熱側(cè)之間切換電極74、 75。此外，地側(cè)指的是電極與高頻電源76的第一輸出端子(接地端子) 76a連接的狀態(tài)，熱側(cè)指的是電極與高頻電源76的第二輸出端子(非接地端 子)76b連接的狀態(tài)。例如，開關(guān)86A、 86B設(shè)定為圖3所示的狀態(tài)時，電極 74成為地側(cè)，電極75成為熱側(cè)。
切換電路84的動作由切換控制器88來控制。切換控制器88在后述的主 控制部60 (參照圖l)的支配下進行操作。切換電路84具有例如^[頓電磁繼 電器等的機械結(jié)構(gòu)和使用晶體管等的開關(guān)元件的電子結(jié)構(gòu)。盡管切換電路84 可以在地側(cè)和熱側(cè)切換兩個電極74、 75，但是也可以是其它結(jié)構(gòu)。
回到圖1，第二處理氣體的氣體分散噴嘴38在比晶片舟12上的最下層 晶片W更下的位置上向處理容器4的半徑方向外側(cè)彎曲。然后，氣體分散噴 嘴38在氣體激勵部66內(nèi)的第一深(離開處理容器4的中心的最遠的部分) 的位置上，垂直豎立。如圖2所示，氣體分散噴嘴38設(shè)置在比夾著一X寸相對 的電極74、 75的區(qū)域(高頻電場最強的位置)，即實際上產(chǎn)生主要電子立體 的等離子體發(fā)生區(qū)域PS更向夕卜偵啲位置上。從氣體分散噴嘴38的氣體噴射 孔38A噴射的含有NH3氣體的第二處理氣體向等離子體發(fā)生區(qū)域PS P賁射， 在那里被選擇激勵(分解或活化)，在這個狀態(tài)下向晶片舟12上的晶片W供 給第二處理氣體。
在蓋體72的外側(cè)安裝有覆蓋它的例如由石英制成的絕緣保護蓋90。在 作為絕緣保護蓋90的內(nèi)側(cè)的與電極74、 75相對的部分上設(shè)置由制冷劑MJ 各
構(gòu)成的冷卻機構(gòu)(圖中未示出)。aa在制冷劑a^各中流動作為制冷劑的例如
冷卻的氮氣而使電極74、 75冷卻。此外，在絕謝尉戶蓋90的夕卜偵股置覆蓋 它的用于防止高頻泄漏的屏蔽件(圖中未示出)。
在氣# 部66的狹縫70的外側(cè)附近，即在狹縫70的外側(cè)(處理容器 4內(nèi))的一側(cè)垂直豎立地配置第一處理氣體的氣體分散噴嘴40。 ilii在氣體 分散噴嘴40上形成的氣體噴射 L40A向處理容器4的中心方向噴射含有DCS 氣體的第一處理氣體。
另一方面，在與氣皿勵部66相對設(shè)置的排氣口68上，按照覆蓋它的 方式通過烙接安裝由石英制成的截面成形為-字形狀的排氣口覆蓋部件92。 排氣覆蓋部件92沿著處理容器4的側(cè)壁向上方延伸，在處理容器4的上方形 成氣體出口 94。氣體出口 94與配置真空泵等的真空排氣系統(tǒng)GE連接。
按照包圍處理容器4的方式，設(shè)置有加熱處理容器4內(nèi)的氣氛和晶片W的加熱器96。在處理容器4內(nèi)的排氣口 68附近設(shè)置用于控帝咖熱器96的熱 電偶(圖中未示出)。
另外，劍莫裝置2包括由控制裝置衝本的動作的計對幾等構(gòu)成的主控制 部60。主控制部60根據(jù)預(yù)先儲存在與其相應(yīng)的存儲部62中的處理方案，按 照例如在形成的膜的膜厚和組成等的條件進行后述的成膜處理。在這種存儲 部62中還儲存有處理氣體流量和膜的膜厚以及組成之間的關(guān)系作為預(yù)先控 帝擻據(jù)。因此。主控制部60基于這^fi者存的處理方案和控制麵可以控制升 降機構(gòu)25、氣體供給系統(tǒng)28、 30、 36、排氣系統(tǒng)GE、氣##勵部66、加熱 器96等。此外，存儲介質(zhì)例如是磁盤(柔性盤、硬盤(一個例子是在存儲器 62中包含的硬盤)、光盤(CD、 DVD等)、磁光盤(MO等)、半導體存儲器 等。
接下來，說明使用圖1所示裝置進行的成膜處理(即ALD或MLD成膜)。 在這個成膜處理中，通過ALD或MLD在半導體晶片W上形成氮化硅膜。 由此，選擇性地向收納晶片W的處理區(qū)域5內(nèi)供給含有作為硅烷系氣體的二 氯硅烷(DCS)氣體的第一處理氣體、和含有作為氮化氣體的氨氣(NH3) 的第二處理氣體。具體地說，通過以下操作進行成膜處理。
<劍莫處理〉
首先，將保持多片例如50 100片尺寸為300mm的晶片W的常溫晶片 舟12裝載在設(shè)定為預(yù)定^Jt的處理容器4內(nèi)，密閉處理容器4。然后，使處 理容器4內(nèi)為真空并維持在預(yù)定處理壓力下，同時升高晶片溫度直到穩(wěn)定在 成膜用的處理溫度，并待機。接著，使晶片舟12旋轉(zhuǎn)，同時從氣體分散噴嘴 40、 38間歇地供給第一和第二處理氣體并分別控制流量。
含有DCS氣體的第一處理氣體是從氣體分散噴嘴40的氣體噴射孔40A 按照相對于晶片舟12上的多片晶片W形成平行的氣體流的方式供給的。這 期間，DCS氣體3Iil處理區(qū)域5的加熱溫度而被活化，DCS氣體的分子或由 其分解產(chǎn)生的分角軍生成物的分子或原子被吸附在晶片上。
另一方面，含有NH3氣體的第二處理氣體是從氣體分散噴嘴38的氣體噴 射孔38A按照相對于晶片舟12上的多片晶片W形成平行的氣併梳的方式供 給的。供給第二處理氣體時，如下戶，，氣# 部66設(shè)定為導通(ON) 狀態(tài)。
氣# 部66設(shè)定為ON狀態(tài)時，第二處理氣體通過一對電極74、 75之間的等離子體發(fā)生區(qū)域PS時被W]，其一部分被等離子化。此時，例如生
成N、 NH*、 NH2*、 NH,等自由基(活性種)(記號"*"表示自由基)。這 種自由基從氣 勵部66的狹縫70向處理容器4的中心流出，并在晶片W 相互之間按照層流狀劍共給。
上述自由基與晶片W的表面上附著的DCS氣體的分子等反應(yīng)，由此在 晶片W上形成氮化硅的薄膜。此外，與此相反，在晶片W的表面上附著有 來自NH3氣體的自由基的情況下，即使在DCS氣體流動的情況下，也發(fā)生同 樣的反應(yīng)，在晶片W上形成氮化硅的薄膜。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式的劍莫處理中，氣體供給和RF (高頻) 施加的狀態(tài)的時序圖。如圖4所示，根據(jù)本實施方式的鄉(xiāng)莫處理交叉重復進 行第一到第四工序T1 T4。艮卩，多次重MM作由第一到第四工序T1 T4構(gòu) 成的循環(huán)，通過層疊每個循環(huán)中形成的氮化硅的薄膜，得到最終厚度的氮化 硅膜。
具體地說，在第一工序Tl中，向處理容器5供給第一處理氣體(圖4 中表示為DCS)，另一方面，維持關(guān)斷向處理區(qū)域5供給第二處理氣體(圖4 中表示為NH3)。在第二工序T2中，維持關(guān)斷向處理區(qū)域5供給第一和第二 處理氣體。在第三工序T3中，向處理容器5供給第二處理氣體，另一方面， 維持關(guān)斷向處理區(qū)域5供給第一處理氣體。此外，在第三工序T3中，通過利 用將RF電源76設(shè)定在ON狀態(tài)的氣# 部66使第二處理氣體等離子化， 在激勵第二處理氣體的狀態(tài)下向處理區(qū)域5供給第二處理氣體。在第四工序 T4中，維持關(guān)斷向處理區(qū)域5供給第一和第二處理氣體。
第二和第四工序T2、 T4用作排除在處理容器4內(nèi)歹戔留的氣體的吹掃工 序(清潔工序)。這里，吹掃(清潔)指的是，MJ1流動N2氣體等惰性氣體 并對處理容器4內(nèi)進行真空排氣，或者維持關(guān)斷所有氣體的供給并對處理容 器4內(nèi)進行真空排氣，除去處理容器4內(nèi)的殘留氣體。此外，還可以第二和 第四工序T2、 T4的前半部只進行真空排氣，后半部同時進行真空排氣和惰 性氣體的供給。此外，在第一和第HX序Tl、 T3中，在供給第一和第二處 理氣體時，可以停錢理容器4內(nèi)的真空排氣。但是，在同時供給第一和第 二處理氣體和X寸處理容器4內(nèi)進行真空排氣的情況下，可以在齡第一到第 四工序T1 T4的過程中，辦賣進行處理容器4內(nèi)的真空排氣。
在第三工序T3中，i!31從中途使RF電源76導通，可以只在后半部的期間在被激勵的狀態(tài)下向處理區(qū)域5 ^^合第二處理氣體。這種情況下，在第 三工序T3中，經(jīng)過預(yù)定時間At后，M使RF電源76導通并用氣^劻部 66使第二處理氣體等離子化，可以在被激勵的狀態(tài)下向處理區(qū)域5供給第二 處理氣體。這個預(yù)定時間At是直到NH3氣體的流量穩(wěn)定的時間，例如5秒左 右。這樣，艦在4攬二處理氣體的流量穩(wěn)定化之后接通RF電源并生成等 離子體可以提高在晶片W的面間方向(高度方向)上的活性禾中的濃度均勻 性。
圖4中，將第一工序Tl設(shè)定為約2 10秒，將第二工序T2設(shè)定為約5 15秒，將第三工序T3設(shè)定為約10 20秒，將第四工序T4設(shè)定為約5 15 秒。此外，通過第一到第四工序T1 T4的一個循環(huán)形成的膜厚為0.11 0.13nm左右。因此，如果一批處理的目標膜厚例如為50nm，則應(yīng)該重復進 行45(W妓右這個循環(huán)。但是，這個時間和厚度只不過是單獨的一個例子而 已，這個數(shù)值不限于此。此外， 一批處理指的是相對于一批的多片晶片在從 裝載至啣載之間進行的所有處理。
如圖3所示，在開關(guān)86A、 86B與端子74a、 75a連接的第一狀態(tài)，電極 74成為地側(cè)，電極75成為熱側(cè)。相反，在開關(guān)86A、 86B與端子74b、 75b 連接的第二狀態(tài)下，電極74成為熱側(cè)，電極75成為地側(cè)。主控制部60用于 在這種第一和第二狀態(tài)下切換電極74、 75，并ffiM控制器88切換以下的切 換電路84的開關(guān)86A、 86B。例如，在進行一批處理期間，即在重復進行預(yù) 定次數(shù)J^循環(huán)期間，可以每一個循環(huán)或每多個循環(huán)進行開關(guān)86A、 86B的 切換。代替之，在進行一批處理期間，即，在重復執(zhí)行預(yù)定次數(shù)上述循環(huán)期 間，不進行開關(guān)86A、 86B的切換，而可以在每個批處理種進行開關(guān)86A、 86B的切換。取而代之，還可以在每次執(zhí)t"頁定數(shù)量的批處理時進行開關(guān)86A、 86B的切換。
在現(xiàn)有的裝置中，由于電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)是常時固定，因此只有 石英制的蓋體72的熱側(cè)的部分被濺射，有在其周邊上堆積很多附著物的傾 向，且必須提高清洗處理的頻率。與此相沐根據(jù)本實施方式，在與氣體激 勵部66的電極74、 75連接的供電線78、 80上設(shè)置切換電路84，適當i也切 換電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)。由此，在石英制的蓋體72內(nèi)，可以防止附著 物只大量地堆積在一個電極的附近部分上，可以在兩個電極的附近部分平均化。由此，就倉灘降低清洗處理的頻率，可以M^、驢的停機時間(提高產(chǎn)
這個理由如下。艮P，電極74、 75內(nèi)，地側(cè)的電極的電位原理上成為溢流 地電位，與此相對的熱側(cè)的電極的電位以對應(yīng)于高頻電力的大小的振幅進行 大振動。這種情況下，由等離子體在與熱側(cè)的電極相對應(yīng)的石英制的蓋體72 的內(nèi)面上產(chǎn)生的離子重復進行激烈的撞擊，消去了蓋體72。與此同時發(fā)生被
消去的Si02粒子或Si02分子的再次附著禾唭氮化，結(jié)果是，在熱側(cè)的電極的
蓋體72的內(nèi)面?zhèn)壬?，存在形成很多不需要的附著物的傾向。與此相對，在地 側(cè)電極的蓋體72的內(nèi)面?zhèn)龋捎陔y以發(fā)U述的作用，因此存在難以形成不 需要的附著物的傾向。
這種不需要的附著物構(gòu)成某種程度以上的膜厚時發(fā)生部分剝落而產(chǎn)生顆 粒。因此，通過抑制不需要的附著物的局部優(yōu)先生長，即通過使用關(guān)于電極 的熱側(cè)和地偵啲切換，可以延長清洗期間并減小清洗處理的頻率。
<試驗1>
4頓圖1所示的驢對多個批量晶片進t豫化硅膜的劍莫處理，并對產(chǎn) 生的顆f雄行刑介。在比較例中，總體進行20批處理，此時，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)， 不進行氣體激勵部66的電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)的切換。此外，在根據(jù)上 述實施方式的實施例中，總體進行29批處理，此時，在進行累積膜厚大致為 0.8,的第17個批量的批處理之后，切換氣{ 勵部66的電極74、 75的地 側(cè)和熱側(cè)。這里，在斜比量處理中，對100片晶片在630。C的溫度下進行處 理，形成50nm的膜厚。此外，在射比量處理中，測量晶片舟的頂部、中心 部、底部的晶片上的顆粒。顆粒數(shù)識計為80nm以上的彌粒數(shù)量。而且， 在比較例和實施例中，1批處理的條件相同，不同點只在于總批處理數(shù)量和 電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)的切換。
圖5是表示比較例中的批處理數(shù)量和顆粒數(shù)量以及累積膜厚之間的關(guān)系 的曲線。圖6是實施例中的批處理數(shù)量和顆粒數(shù)量以及累積膜厚之間的關(guān)系 的曲線。圖5和圖6中，左右縱軸表示顆粒數(shù)量，右側(cè)縱軸便是累積膜厚。 圖5和圖6中，棒狀曲線表示顆粒數(shù)量，折線曲線表示累積膜厚。記號"T"、 "C"、 "B"分別表示晶片舟的頂部、中心部和底部的晶片。
在圖5所示的比較例中，第10批處理時累積膜厚大致為1.0Mm，此外顆 粒數(shù)量超過100。這以后幾乎所有的晶片處理其顆粒數(shù)量都在100以上。特別是，在第12、 13、 14和17批處理中，分別檢湖倒飛鵬落的很多顆粒。 在圖6所示的實施例中，在切換電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)之后的第18
29批處理中，可以確認分另柳制了顆粒的產(chǎn)生。在這對比處理中，顆粒數(shù)量
在100以下，顯示了良好的結(jié)果。 〈i微2〉
在圖1所示的裝置中，作為在從氣體分散噴嘴38供給的等離子體生成用 氣體為不同氣i狩中類的情況下的、氣##勵部66的石英制蓋體72內(nèi)面的刻 蝕禾S度的評價結(jié)果。這里，處理壓力設(shè)定為0.21Toit、處理纟顯度設(shè)定為450°〇、 高頻電力設(shè)定為500瓦特。而且，進行電極74、 75的地側(cè)和熱側(cè)的切換。作 為從氣體分散噴嘴38供給的氣體，使用H2、 N2、 NH3、 Ar (兩種的處理時間)， 對于各氣體，測量對蓋體72的亥鵬量和沉積量。而且，注意各氣體的各個處 理時間是不同的。
圖7是表示氣{ [勵部66的石英制蓋體72的刻蝕量的氣^f中類相關(guān)性 的曲線。如圖7所示，不管氣術(shù)中類如何都產(chǎn)生很少的亥鵬或沉積。與此相 對，盡管熱側(cè)的蓋體因氣體種類不同而導致亥lj蝕量存在大小差異，但是總體 上都是受到大幅度的刻蝕。
<變形例>
在上述實施方式中，氣皿勵部66的石英制蓋體72 (等離子體生成箱) 向處理容器4的夕卜側(cè)突出。取而代之，在處理容器內(nèi)配設(shè)氣{ 勵部的裝置 也可以適用于本發(fā)明。
在上述實施方式中，在主控制部60和控制器88的控制下，將切換電路 84的幵關(guān)86A、 86B設(shè)定為自動切換。代替之，開關(guān)86A、 86B也可以Mil 手動進frt刀換。作為切換電路84，可以構(gòu)成為通過手動將供電線78、 80的 連接狀態(tài)在交X^接和平fi^接之間進，界刀換。
在上述實施方式中，由于形成氮化硅膜(SiN、 SiN2)，因此第二處理氣 體含有氮化氣體。代替之，本發(fā)明同樣也可以適用于氮氧化硅膜和氧化硅膜 的^。在本發(fā)明適用于形成氮氧化硅膜的情況下，代替氮化氣體，可以使 用一氧化二氮(N20)、 一氧化氮(NO)等的氮氧化氣體。此外，在本發(fā)明 適用于氧化硅膜的形成的情況下，代替氮化氣體，可以使用氧(02)、臭氧(03) 等氧化氣體。
此外'處理Jl^各種氣體之外，還可以添加用于導入雜質(zhì)元素的BCl3氣體和用于導入碳元素的乙烯等的雜質(zhì)氣體。此外，作為成膜處理，不限于上述
的ALD處理，其他皿處理，例如通常的等離子體CVD (化學氣相沉積) 處理也可以適用于本發(fā)明。此外，本發(fā)明也可以適用于除了上述等離子體成 膜處理以外的等離子體處理，例如等離子體亥鵬處理、等離子體氧化擴散處 理、等離子體改質(zhì)處理等。此外，本發(fā)明還可以適用于，半導體晶片以外 的豐皮處理SI及，例如玻璃 、 LCD基阪、陶瓷基板等。
權(quán)利要求
1. 一種對多個被處理基板一起進行等離子體處理的半導體處理用的立式等離子體處理裝置，其特征在于，包括具有收納所述被處理基板的處理區(qū)域并且能夠設(shè)定氣密狀態(tài)的縱長的處理容器；在所述處理容器內(nèi)按照互相間隔開并在垂直方向重疊的狀態(tài)保持多個被處理基板的保持部件；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的氣體供給系統(tǒng)；對所述處理容器內(nèi)進行排氣的排氣系統(tǒng)；和對所述處理氣體的至少一部分進行等離子體化的激勵機構(gòu)，所述激勵機構(gòu)包括對應(yīng)所述處理區(qū)域安裝在所述處理容器內(nèi)并且形成與所述處理區(qū)域氣密連通的等離子體發(fā)生區(qū)域的等離子體生成箱；夾著所述等離子體發(fā)生區(qū)域相對地配置在所述等離子體生成箱上的第一和第二電極；向所述第一和第二電極供給等離子體發(fā)生用的高頻電力的高頻電源，所述高頻電源包括第一和第二輸出端子，所述第一和第二輸出端子分別是接地和非接地端子；與所述第一和第二電極以及第一和第二輸出端子連接的第一和所述第二供電線；和切換機構(gòu)，用于切換第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中第一狀態(tài)為所述第一電極和所述第一輸出端子連接并且所述第二電極和所述第二輸出端子連接，第二狀態(tài)為所述第一電極和所述第二輸出端子連接并且所述第二電極和所述第一輸出端子連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于 所述等離子體生成箱具有石英制的內(nèi)面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述等離子體生成箱安裝在所述處理容器的外側(cè)，所述第一和第二電極設(shè)置在所述等離子體生成箱的外側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述切換機構(gòu)包括設(shè)置在所述第一和第二供電線上的第一和第二 開關(guān)以及同時操作所述第一和第二開關(guān)的切換控制器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于還包括控制所述裝置的操作的控制部件，所述控制部件被預(yù)先設(shè) 定成在對所述被處理基板進行一批處理期間，切換所述激勵機構(gòu)的所 述第一和第二狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括控制所述裝置的操作的控制部件，所述控制部件預(yù)先設(shè)定 成在對所述被處理基板進行一批處理期間，不切換所述激勵機構(gòu)的所 述第一和第二狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述控制部件預(yù)先設(shè)定成在多次進行批量處理之后，切換所述激 勵機構(gòu)的所述第一和第二狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述處理氣體包括用于在所述被處理基板上形成薄膜的第一和第 二成膜氣體，所述氣體供給系統(tǒng)包括不通過所述等離子體發(fā)生區(qū)域向 所述處理區(qū)域供給所述第一成膜氣體的第一成膜氣體供給系統(tǒng)、和通 過所述等離子體發(fā)生區(qū)域向所述處理區(qū)域供給所述第二成膜氣體的第 二成膜氣體供給系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于還包括控制所述裝置的操作的控制部件，所述控制部件預(yù)先設(shè)定 成進行在所述處理容器內(nèi)在所述被處理基板上形成所述薄膜的成膜處 理，此處，重復執(zhí)行預(yù)定次數(shù)的包括以下工序的循環(huán)向所述處理區(qū) 域供給所述第一成膜氣體的工序、和在向所述處理區(qū)域供給所述第二成膜氣體的同時通過所述激勵機構(gòu)進行激勵的工序。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述第一成膜氣體包括硅烷系氣體，所述第二成膜氣體選自氮化 氣體、氮氧化氣體、以及氧化氣體。
11. 一種對多個被處理基板一起進行等離子體處理的半導體處理 用的立式等離子體處理裝置的使用方法，其特征在于，所述立式等離 子體處理裝置包括具有收納所述被處理基板的處理區(qū)域并且能夠設(shè)定氣密狀態(tài)的縱 長的處理容器；在所述處理容器內(nèi)按照互相間隔開并在垂直方向重疊的狀態(tài)保持 多個被處理基板的保持部件；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的氣體供給系統(tǒng)； 對所述處理容器內(nèi)進行排氣的排氣系統(tǒng)；和 對所述處理氣體的至少一部分進行等離子體化的激勵機構(gòu)， 所述激勵機構(gòu)包括對應(yīng)所述處理區(qū)域安裝在所述處理容器上并且形成與所述處理區(qū) 域氣密連通的等離子體發(fā)生區(qū)域的等離子體生成箱；夾著所述等離子體發(fā)生區(qū)域相對地配置在所述等離子體生成箱上 的第一和第二電極；向所述第一和第二電極供給等離子體發(fā)生用的高頻電力的高頻電 源，所述高頻電源包括第一和第二輸出端子，所述第一和第二輸出端 子分別是接地和非接地端子；和與所述第一和第二電極以及第一和第二輸出端子連接的第一和所 述第二供電線，所述使用方法包括-在向所述處理區(qū)域供給所述處理氣體的同時通過所述激勵機構(gòu)對 所述處理氣體的至少一部分進行等離子體化，同時在所述處理區(qū)域內(nèi) 對所述被處理基板進行半導體處理的工序；和作為用于使所述處理氣體的至少一部分等離子體化的所述激勵機構(gòu)的狀態(tài)，切換使用第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的工序，該第一狀態(tài)為所述 第一電極和所述第一輸出端子連接并且所述第二電極和所述第二輸出 端子連接、該第二狀態(tài)為所述第一電極和所述第二輸出端子連接并且 所述第二電極和所述第一輸出端子連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述方法在對所述被處理基板進行一次批處理期間，切換所述激 勵機構(gòu)的所述第一和所述第二狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述方法在對所述被處理基板進行一次批處理期間，不切換所述 激勵機構(gòu)的所述第一和所述第二狀態(tài)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述方法在重復進行多次批量處理之后，切換所述激勵機構(gòu)的所 述第一和第二狀態(tài)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述處理氣體包括用于在所述被處理基板上形成薄膜的第一和第 二成膜氣體，所述方法進行成膜處理，該成膜處理包括不通過所述等 離子體發(fā)生區(qū)域向所述處理區(qū)域供給所述第一成膜氣體的工序以及通 過所述等離子體發(fā)生區(qū)域向所述處理區(qū)域供給所述第二成膜氣體的工 序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述成膜處理重復進行預(yù)定次數(shù)的交互具有以下工序的循環(huán)向 所述處理區(qū)域供給所述第一成膜氣體的工序、和在向所述處理區(qū)域供 給所述第二成膜氣體的同時通過所述激勵機構(gòu)進行激勵的工序。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述第一成膜氣體包括硅烷系氣體，所述第二成膜氣體選自氮化 氣體、氧化氣體以及氮氧化氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述第一和第二狀態(tài)的切換通過切換控制器來控制切換電路的操作。
全文摘要
一種對多個被處理基板一起進行等離子體處理的半導體處理用的立式等離子體處理裝置包括使處理氣體的至少一部分等離子體化的激勵機構(gòu)。激勵機構(gòu)包括夾著等離子體發(fā)生區(qū)域相對地配置在等離子體生成箱上的第一和第二電極；和向所述第一和第二電極供給等離子體發(fā)生用的高頻電力的高頻電源，該高頻電源包括第一和第二輸出端子，第一和第二輸出端子分別是接地和非接地端子。還配設(shè)切換機構(gòu)，切換第一電極和第一輸出端子連接并且第二電極和第二輸出端子連接的第一狀態(tài)以及第一電極和第二輸出端子連接并且第二電極和第一輸出端子連接的第二狀態(tài)。
文檔編號C23C16/455GK101413113SQ20081017699
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者井上久司, 佐藤潤, 松永正信, 野寺伸武, 長谷部一秀 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社