基板处理装置的制作方法

专利名称：基板处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基板处理装置及反应容器，尤其是半导体器件制造过程中使用的基板 (衬底)处理装置，与在反应室内处理基板的基板处理装置及反应容器有关，与给基板提供 气体的气体导入部的改进更为密切。
背景技术：
下面参照图14，以直立式基板处理装置为例，简要介绍采用CVD(化学气相沉积) 法或ALD (单原子层沉积)法处理基板时的现用技术。图14是与现用技术有关的直立式基板处理装置中的反应室的反应管内的模式性 剖面图。反应管106内部的结构为作为处理对象的基板(衬底)，插入以多层重状态承载 晶片107的舟108，此外，作为用于工艺处理反应管106内的晶片107的气体导入部，设置了 气咀101。通过在气咀101上设置多个气咀孔103 (图14中示出5个)，使用于处理的气体由 气体输入口 105进入，沿气咀101内前进，从气咀孔103提供给各晶片107。提供给各晶片107的气体对各晶片107实施形成所希望的膜层的工艺处理之后， 由排气口 118排出反应管106外。然而，当设置在气咀101上的各个气咀孔103的开口面积全部相同时，由各气咀孔 103提供给各晶片107的气体流量及流速存在着由靠近气体输入口 105的上游一侧到远离 的下游一侧逐渐减少的问题。也就是说，正如图14所示，在统一工艺处理多个晶片107的装置之中，从给每片晶 片提供气体的观点来看，表面上看起来气咀101给每片晶片101提供了均勻的气体，其实气 体流量及流速均发生了差异，并未给所有的晶片107提供相同的条件。例如当把设置在气咀101上的5个气咀孔103，由靠近气咀101的输入口 105的 上游，朝远离的下游，分别设定为第1气咀孔、第2气咀孔、...第5气咀孔，把各气咀孔103 提供的气体流量设定为ql、q2、. . . q5时，出现了 ql > q2 > q3 > q4 > q5的情况。此外，气体的流速也出现了由第1气咀孔103提供的气体最快，而往下第2气咀 孔、第3气咀孔、...逐步变慢。其结果是提供给各晶片107的气体的流量及流速均出现了不均勻。这样一来，在倍受气体提供量左右的晶片的工艺处理之中，在承载的各晶片107 上形成的膜必然会出现不均勻。再回到图14，考察该气体的提供量不均勻的原因。
在处于给晶片107提供气体状态的气咀101内，将输入口 105和第1气咀孔103 间的气体流量设定为q00，将气体的压力设定为p0。接着将第1与第2气咀孔103间的气 体流量设定为qOl、将气体压力设定为pi。下面与此相同，将第n-1与第η个气咀孔103间 的气体流量设定为q0 (n-1)，将气体压力设定为ρ (n-1)。另外，将第η气咀孔103喷出的气体流量设定为qn。此时，由设置在从气咀101的上游到整个下游的开口面积相同的多个气咀孔103 中喷出的气体流量qn (η = 1、2、...)正如式1所示从上游的气咀孔到下游的气咀孔逐渐减 少。ql > q2 > …> qn_l > qn (1)这是因为在气咀101内由上游到下游流动的气体是在其气体流量q0 (n-1)通过气 咀孔103时减少了从该气咀孔103喷出的气体流量qn之后流向下一个气咀孔的，所以流过 该气咀孔103后的气体流量qOn则如式2所示，随着从上游到下游方向逐步减少。qOn = q0(n-l)-qn (2)此时气咀101内的流动气体的气体密度从上游到下游，逐渐减少由气咀孔中喷出 的气体流量部分。由于气体的密度与气体压力密切相关，所以与气咀孔103相对应的气咀 101内的部位的气体压力pn也如式(3)所示，从上游到下游逐渐下降。Pl > p2 > …> pn-1 > pn (3)因此，从各气咀孔103喷出的气体流量qn并不相等。此外，若将气咀孔103的开 口面积设定为S，则从气咀孔中喷出的气体流速V可用式(4)所示。由于从各气咀孔中喷射 出的V = gn/S (4)气体流量qn并不相等，所以若喷咀孔的开口面积相同，则从各气咀孔103中喷射 的气体的流速也不同。因此由于在上述的现用的气咀101之中，从各气咀孔103喷射出的 气体的气体流量及气体流速均不同，因而无法给承载的各晶片提供均勻的气体。对于上述问题，有两种先驱性的解决办法。第1种解决办法是从上游到下游逐步扩大气咀孔103的开口面积，用扩大开口面 积的办法增加下游逐渐减少的气体流量。然而即便通过扩大开口面积能使气体流量相等， 正如式(4)所示，随着开口面积的扩大，流速会变得不同。因此各从气咀孔103中喷出的气 体依然无法消除气体流速的不均勻。第2种解决办法是将气咀自身制造成可忽视喷出量的容纳大量气体的大容量气 咀，使从各气咀孔103中喷出的气体流量相等，以便实现即便从上游到下游由气咀孔103中 喷射出气体，与各气咀孔对应部位的气咀101内的气体压力也不发生变化。然而由于要受 容纳气咀的反应室内的容积的限制，而把气咀自身的容量增加到气咀101内的气体压力不 受气体喷出量影响的程度并不现实。而且上述问题并不局限于晶片而是广泛适用于所有基板。

发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种从与上述的结构完全不同的视角出发，通过均 勻提供气体，即可实现基板间的处理的均勻性的基板处理装置。
依据本发明的第1种方式所提供的基板处理装置，其特征在于该基板处理装置 包括收容多层配置的基板的反应室、气体导入部、以及缓冲室；上述气体导入部沿上述基 板的多层配置方向设置，将用于处理基板的气体输入上述缓冲室；上述缓冲室具有沿上述 基板的多层配置方向设置的多个供气口，将从上述气体导入部输入的上述用于处理基板的 气体由上述多个供气口提供上述反应室。由于具有该构成，本发明涉及的基板处理装置可使由上述气体导入部提供的流速 不均勻的气体在上述缓冲室内变均勻，从而可对基板提供均勻的气体。设置在上述缓冲室中的多个供气口的开口面积最好相等。通过设置具有相同开口面积的供气口，可使提供给基板的气体更为均勻。最好在上述缓冲室内设置用于产生等离子的电极。通过采用在缓冲室内设置产生等离子的电极的结构，可在靠近基板的位置上而且 以均勻的压力状态靠等离子生成活性种，从而能给基板均勻提供更多的活性种。依据本发明的第2种实施方式所提供的基板处理装置，基特征在于该基板处理 装置包括收容多层配置的基板的反应室、多个缓冲室、将用于处理基板的气体分别输入上 述多个缓冲室的多个气体导入部；上述多个缓冲室具有沿上述基板的多层配置方向设置的 多个供气口，将从上述多个气体输入口分别输入的上述用于处理基板的气体由上述多个供 气口分别提供给上述反应室。依据本发明的第3种实施方式所提供的反应容器，其特征在于该反应容器包括 收容多层配置的基板的反应室、多个缓冲室、将用于处理基板的气体分别输入上述多个缓 冲室的多个气体导入部；上述多个缓冲室分别具有沿上述基板的多层配置方向设置的多个 供气口，将从上述多个气体导入部分别输入的上述用于处理基板的气体由上述多个供气口 分别提供给上述反应室。依据本发明的第4种实施方式所提供的反应容器，其特征在于该反应容器包括 收容多层配置的基板的反应室、气体导入部、缓冲室；上述缓冲室具有沿上述基板的多层配 置方向设置的多个供气口，将从上述气体导入部输入的上述用于处理基板的气体由上述多 个供气口提供给上述反应室。本发明的上述以及其余目的，特征及优点想必通过附图以及下面的详细的说明能 够更为了解。


图1是本发明的第1实施方式所涉及的基板处理装置的反应管内部的模型剖面 图。图2A是本发明的第1实施方式所涉及的基板处理装置的反应管模型剖面图。图2B是沿图2A的aa，线的纵剖面图。图3A是本发明的第1实施方式所涉及的气咀斜视图。图3B是本发明的第1实施方式所涉及的缓冲室的斜视图。图4是本发明的实施方式所涉及的直立式基板处理装置的简要构成图。图5A示出本发明的第2实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的外观，图5B 示出本发明的第2实施方式所涉及的基板处理装置的反应管简要纵剖面，图5C示出本发明的第2实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的部分切割后的简要纵剖面。图6是沿图5A的A-A线的横剖面。图7是本发明的第3实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的横剖面。图8是本发明的第4实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的横剖面。图9是本发明的第5实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的横剖面。图10是本发明的第6实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的局部横剖面。图11是本发明的第7实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的局部横剖面。图12是本发明的第8实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的局部横剖面。图13是本发明的第9实施方式所涉及的基板处理装置的反应管的横剖面。图14是现用技术所涉及的基板处理反应管内部的模型剖面。
具体实施例方式首先边比较本发明的实施方式中采用的两种基板工艺处理方式-CVD法与ALD法， 边简要介绍二者的成膜处理。CVD法(化学气相沉积)是一种在某种成膜条件(温度、时间等)下，将用于成膜 的1种(或1种以上)的原料气体混合之后提供给基板，采用气相反应和表面反应或仅用 表面反应的方法使之沉积在基板上，发生反应之后成膜的方法。ALD法(单原子层沉积)是一种在某种成膜条件(温度、时间等)下，将用于成膜 的两种(或两种以上)的原料气体每次一种交替提供给基板，使之按1个原子层单位沉积， 利用表面反应成膜的方法。也就是说，当利用的化学反应是SiN(氮化硅)成膜的情况下的ALD时，使用 DCS ( 二氯硅烷)和NH3 (氨)，可在300 600°C的低温下形成高品质的膜。与之相对应，采 用CVD法时，成膜温度相对要高，通常都在600 800°C。此外，从供气角度而言，采用ALD 法时每次只供应一种气体，交替供应多种气体(不同时供应)，而与之相对应的CVD法则是 同时供应多种气体。而且关于膜层厚度的控制，ALD法是用反应性气体的供给周期来控制 的。(例如若设成膜速度为1人/周期，则需要形成20A的膜厚时，可重复处理20个周期。 与之相对应的CVD法则与此不同，是通过控制时间来实现的。在此参照图1 图13说明本发明的实施方式。在图1 图13之中共同的部分用相同标号标示。首先用图4简要介绍本发明的各种实施方式所涉及的直立式基板处理装置的基 本构成。图4示出直立式基板处理装置的外观。由图可知，该装置将多个片处理用基板-直 径200mm的晶片承载于反应室-石英制的反应管内，采用CVD法或其中的ALD法工艺处理 成膜。直立式基板处理装置具有主体60以及给主体提供电力等的供应部61。在主体60内部，设置了对晶片实施工艺处理的直立式反应室-反应管6，以及适当 加热该反应管6的加热器16。而且在反应管6的下方，设置了使晶片进出反应管6的舟8 以及使该舟8上下活动的舟升降机36。此外，当需要在反应管6内生成等离子时，可在反应管6内设置电极52，通过RF匹配单元53由高频电源51给该电极52施加高频电力。此外，在主体60的内部还设置了临时保管给上述舟8提供晶片的晶片收容盒的 保管架34、以及从该保管架34给舟8提供处理前的晶片，取出处理后的晶片的晶片转移机 38。而在保管架34与外界收授晶片盒32的I/O载物台33之间，由晶片盒装料器35 负责搬运晶片盒32。I/O载物台33设置在装置前面，与装置外部收授收容晶片的晶片盒32。
在此简要介绍上述直立式基板处理装置的动作。将收容了晶片的晶片盒32装到I/O载物台33之上。装在I/O载物台33之上的晶片盒32，由晶片盒装料器35依次运到保管架34之 上。每个晶片盒32之中收容25片晶片。晶片转移机38从保管架34上取出晶片，转移到石英舟8之上。由于舟8可装填 100片晶片，因而上述晶片转移机38的转移动作要重复若干次。往舟8上装填晶片的动作一结束，舟8即靠舟升降机36上升，插入反应管6，此后 气密性保持在反应管6之内。反应管6内的气体由未图示的排气口用泵排出，一旦达到规定的压力即通过未图 示的旋转装置使舟8施转，并把额定流量的用于成膜处理的气体提供给反应管。所提供的 用于处理的气体靠未图示的调压装置保持着额定压力。此时，反应管6内部的晶片靠加热 器16保持着额定温度。象这样在晶片上进行成膜处理的工艺流程的内容将在后文中介绍。此外，这时采用等离子CVD法或ALD法进行成膜处理的情况下，关于由高频电源51 经过RF匹配装置53给电极52施加高频电力，在上述用于成膜的气体之中生成等离子，并 进行使该用于成膜的气体活化的操作内容也将在后文介绍。成膜处理工艺一结束，晶片舟8则靠舟升降机36从反应管中下降，经过晶片转移 机38、保管架34、晶片盒装料器35，被送到I/O载物台33之上，然后再送到该装置之外。下面介绍采用上述直立式基板处理装置的实施方式。(第1实施方式)该方式是在成膜处理工艺中使用CVD法的实施方式。图2A是本实施方式所涉及的直立式基板处理装置中的反应管的模型横剖面，图 2B是沿图2Aa-a，的纵剖面。在图2A之中，在直立式反应室_反应管6的外周设置了加热器16，在其内部作为 多个片被处理对象的基板，多层承载着晶片7。此外，在反应管6的内壁与晶片7之间的圆弧形空间内，在反应管6的下部到上部 的内壁上，沿晶片的装载方向，设置了缓冲室17，在该缓冲室17与晶片7相邻的腔壁上，设 有作为供气孔使用的缓冲室孔3。该缓冲室孔3的开口正对着反应管6的中心。而在该缓冲室17内与设置缓冲室孔3的一端相反方向的另一端，仍是从反应管6 的下部到上部沿晶片7的装载方向配置了设置在气体导入部的气咀2。而且在该气咀2上 设置了多个气咀孔4。
另外，正如图2B所示，反应管6的外周被加热器16所覆盖。而且反应管6由炉口 法兰盘25支持，炉口法兰盘25的炉口由炉口盖27密封。反应管6内的中心部设置了以同一间隔分层装载着多个片晶片7的舟8，该舟8设 定为可通过上述舟升降机进出于反应管6。此外，为了提高处理的均勻性，在舟8的下面设 有用来旋转舟8的旋转装置15。在舟8进入反应管6内，对晶片进行成膜处理期间，分层装载的各个晶片7与缓冲 室17保持等距离状态。沿反应管6的内壁设置了缓冲室17，在缓冲室17内的反应管6—侧，自下而上配 置了气咀2，在其下部则形成气体输入口 5。在气咀2和缓冲室17之上设有上述气咀孔和 缓冲室孔，关于该孔的开口状态由图3A、图3B示出。图3A是图2A 图2C所示的气咀的斜视图，图3B也一样，是图2A 图2C所示的 缓冲室的斜视图。图3A所示的气咀(气体喷嘴)2是剖面为圆形的管材，在其侧面从该气咀2的最 上部到缓冲室底部设置了由气体的上游到下游直线性排列的气咀孔4，而且其开口面积从 上述气体输入口的角度而言，从其上游端(图3A中为下方)到下游端(图3A中为上方) 逐渐变大。图3B所示的缓冲室17是剖面为圆弧形的管材，在其里侧面一端，沿晶片7的装载 方向直线性排列设置了具有相同开口面积的缓冲室孔3。下面再回到图2B。在反应管6下部的一侧设置了与未图示的排气泵连接的排气口 18。在此参照图2A、图2B，就反应管6内采用CVD法往晶片7上沉积膜层的成膜工艺 加以说明。形成成膜原料的处理气体从气体输入口 5提供给气咀2。在气咀2上，设置了多个 上述气咀孔4，将气体喷入缓冲室17。然而，正如作为前驱性解决办法中所介绍的那样，若 仅仅控制气咀孔4的开口面积，很难使从多个气咀孔4中喷出的气体的流量与流速相同。因此在本发明之中，通过将气咀孔4的开口面积自上游到下游逐步加大，使从各 气咀孔4中喷出的气体虽然有流速方面的差别，但其流量却大体相同。而且并不是将该各 气咀孔4中喷出的气体直接喷入反应管6，而是首先喷到缓冲室17之中，使上述气体流速方 面的差异平均化。也就是说，在缓冲室17之中，由各气咀孔4喷出的气体在缓冲室17内缓和其各气 体微粒的速度之后再由缓冲室孔3喷到反应管6内。其间，由于从各个气咀孔4喷出的气 体交换彼此的运动能量，因而从各缓冲室孔3喷出时可使之成为具有均勻流量与流速的气 体。关于在上述缓冲室17中的供气量的均勻性，下面参照图1进一步加以说明。图1是表示本发明所涉及的直立式基板处理装置的反应管内部的气咀、缓冲室、 晶片相互关系的模型剖面图。在图1之中，反应管6内设置了缓冲室17，在缓冲室17内配置了气咀2，还设置了 排出反应管6内气体的排气口 18。在反应管6内与缓冲室17相邻，还设置了承载晶片7(图1中为承载5片)的舟
118。在气咀2和缓冲室17上，设置了气咀孔4和缓冲室孔3，(图1为各设置5个)， 气咀孔4的开口面积，从气体输入口的角度而言，从上游到下游逐渐变大。采用该构成，当把从气咀2上靠近输入口 5的上游端到远离输入口的下游端分别 设定为第1孔、第2孔...第5孔，把从各气咀孔4提供的气体流量设定为Q1、Q2. . . Q5时， 能使 Ql = Q2 = ... Q5。然而，正如前驱性解决办法中已介绍过的那样，在气体的流速方面，从第1孔的气 咀孔4中喷出的气体流速最大，而在其后的第2孔、第3孔则逐渐变小。流量相同但流速不同的Q1 Q5的气流首先被输入缓冲室17。其间，Q1 Q5的 气流通过彼此之间的能量互换使流速方面的差异变均勻，因而缓冲室17内的压力变为基 本相同。其结果，当把从各缓冲室孔3中喷出的气流的流量设定为Rl、R2. . . R5时，即便各 缓冲室孔3的开口面积相同，但由于缓冲室17内的压力均勻所以在Rl = R2 = . . . R5的同 时，其流速也变得相同。此外最好把缓冲室孔3的各个开口位置设定为分别与之相邻的晶片7间隔相同， 通过设定将气体提供给装载的各晶片7间的间隔部分，把流量与流速均已平均化的气体高 效提供给晶片7。通过把流量与流速均已平均化的气体高效提供给晶片7，除了能使各晶片7间的 成膜状态变得更为均勻之外，还可大幅度提高晶片7的工艺处理速度。在上述介绍之中以CVD为例记述了气咀、缓冲室的构成，然而该结构同样适用于 ALD 法。(第2实施方式)该方式是在成膜处理工艺中使用了 ALD法的实施方式。下面就采用ALD法成膜的实施方式加以具体说明。当采用ALD法在晶片7上成膜时，也可使用上述直立式的基板处理装置。但在采用 ALD的情况下，当要求采用等离子等使处理气体活化时，需要在该过程中增加必要的装置及 操作。下面用图5A、5B、5C以及图6说明用ALD法成膜的情况。图5A、5B、5C是从不同侧面展示在采用ALD法成膜时使用的，本发明所涉及的直立 式基板处理装置中的反应室_反应管的外观及内部的图，图6则是其A-A横剖面。在图5A、5B、5C之中，图5A示出反应室的外观，图5B、图5C示出反应室的纵剖面， 加热器、晶片、舟、反应管和炉口法兰盘的接合部、舟旋转装置则省略。在图6之中，反应管的外周设置了加热器16，在其内侧，作为多个片处理对象的基 板，多层承载着晶片7。在反应管6的内壁和晶片7之间的圆弧形空间内靠反应管内壁一 侧，沿晶片7的装载方向设置了缓冲室17，在与晶片相邻一侧的壁面上设置了缓冲室孔3。此外，在反应管6的下部设有排气口 18。在图2A中说明的反应管之中，气咀配置在与缓冲室内设置缓冲室孔的一端相反 方向的另一端，而在本实施方式所涉及的反应管之中，并无气咀，而是配置了供气室43取 代其功能，在其下部设有气体输入口 5。
而且，在供气室43与缓冲室17的间隔板上设置了具有与上述气咀所设置的气咀 孔结构相同的供气室孔47，并将设置在缓冲室17上的各缓冲室孔3的开口位置分别设置在 和与之相邻的晶片7间隔相同的位置上。其结果，正如第1实施方式中所述，一旦从气体导入部输入气体即可将气体均勻 地提供给承载的各个晶片。此外，在本实施方式之中，缓冲室17内自上而下配置的电极52，由电极保护管50 保护，该电极52通过RF匹配单元53与高频电源51连接。其结果，可使电极52在缓冲室17内产生等离子14。本实施方式中，从缓冲室孔3的开口位置计算，在反应管6内壁120°左右的的位 置上增设了反应气体缓冲室42。该反应气体缓冲室42是在使用ALD法成膜，给晶片7每次 提供一种气体、交替提供多种气体时，用来与缓冲室17共同分担气体供给种类的。该反应气体缓冲室42也与缓冲室17 —样，在与晶片相邻的位置上以同一间隔设 有反应气体缓冲室孔48，在其下部设有反应气体输入口 45。然而，与缓冲室17不同之处在 于它没有供气室43和电极52。此外，反应气体缓冲室孔48还具有其开口面积从上游到 下游逐渐变大的结构。排气口 18设在反应管6的下部，但在使用上述ALD法成膜，给晶片提供一种气体， 交替提供多种气体时，该排气口 18形成可排除反应管6内部气体的结构。图5A是可从正面观察缓冲室17时的反应管6的外观及内部(虚线标示)构成。在反应管6内自上而下设置了缓冲室17，与缓冲室17相邻设置了供气室43。而 且在缓冲室17之内，自上而下配置了被电极保护管50保护的电极52，在供气室43的下部 设置了气体输入口 5。该电极保护管50形成可使细长结构的电极52以与缓冲室17的气氛隔离的状态 插入缓冲室17内的结构。在此，由于电极保护管50内部是与外部气(空气)相同的气氛， 所以插入电极保护管50的电极52有可能因未图示的加热器的加热而被氧化。为此，电极 保护管50的内部设定为非活性气体净化结构，采用填充氮气等非活性气体或净化方法，充 分抑制其中的氧气浓度。在从该缓冲室17沿反应管6的内壁环绕一定距离的位置上，同样是自上而下设置 了反应气体缓冲室42，在其下部设置了反应气体输入口 45。此外，在从缓冲室17朝与反应气体缓冲室42相反的方向，沿反应管内壁环绕一定 距离的下部位置上设置了排气口 18。图5B是缓冲室孔3及反应气体缓冲室孔48处于正面观察位置时的反应管6的内 部情况。在反应管6内自上而下设置了缓冲室17以及与之相邻的供气室43，在缓冲室17 内自上而下与未图示的晶片相邻的位置上以相同间距设置了具有同一开口面积的缓冲室 孔3。而且缓冲室孔3在具有同样厚度的缓冲室17的腔壁上具有同样的开口面积。在从该缓冲室17环绕反应管6内壁一定距离的位置上，同样是自上而下，设置了 反应气体缓冲室42。而且，在反应气体缓冲室42内，自上而下在与未图示的晶片相邻的位 置上设置了具有同一间隔的反应气体缓冲室孔48。而反应气体缓冲室孔48的开口面积的 结构为从上游到下游，在图5A、5B、5C之中则是由下而上逐渐加大。
图5C是为了从正面观察设置在供气室43上的供气室孔47的反应管6的纵剖面 图。在反应管6内自上而下与缓冲室17相邻的位置上设置了供气室43。而且在缓冲 室17与供气室43的间隔壁上，由上部到与未图示的晶片相邻位置还要靠下许多的下部，设 置了供气室孔47。供气室孔47的开口一直延伸到缓冲室最下端的理由是为了不让缓冲室 17内产生气体沉淀区。而供气室孔47的开口面积与图3A中所示的气咀上的气咀孔相同，采用了从气体 的上游到下游方向逐渐加大的构成。下面参照图5A、5B、5C及图6说明采用ALD法往反应管6内的晶片7上沉积膜的 情况。在该成膜例中，介绍作为处理气体，交替提供氨气(NH3)的活性种以及二氯硅烷 (SiH2Cl2)气体，采用原子层成膜法形成SiNx膜(氮化硅膜)的方法。在反应管6内装填100片晶片，并使反应管6内部保持气密状态。采用未图示的 泵，通过排气管18排掉反应管6内的气体，并通过调节加热器16的温度使反应管6内保持 300 600°C范围内的某一规定温度。首先把氨气从气体输入口 5提供给供气室43。为了使从此处喷到缓冲室17中的氨气流量相等，因此把开口面积设计为从气流 的上游到下游逐渐加大。因此从供气室孔47喷到缓冲室17的氨气，其流速虽是上游快下游慢，但其流量则 是所有的供气室孔47都一样。该喷到缓冲室17中的氨气一旦被输入此处，通过彼此交换动能使流速方面的差 异平均化，从而使缓冲室17内部的压力平均化。在氨气被输入缓冲室17，1对电极保护管之间的压力相等的状态下，若将高频电 源51而来的高频电力通过RF耦合器53提供给插入设置在缓冲室17内的两根电极保护管 50中的棒状电极52，就会在电极保护管50之间生成等离子14。而在缓冲室17之内，通过氨气等离子化，生成氨气的活性种(晶种)，而且由于此 时是在缓冲室17内的压力均勻的情况下生成等离子的，由于对活性种的生有影响的等离 子的电子温度及等离子密度的分布也变得均勻，因而能够生成分布更为均勻的活性种。由于靠等离子等作用生成的活性种有其寿命，若等离子生成器与晶片7之间的距 离过远，就会在提供给晶片7之前失活，从而造成对晶片7上的反应起作用的活性种数量显 著减少的后果，所以等离子的生成最好在晶片7的近旁进行。若采用该构成，由于是在缓冲室17这一晶片7近旁生成氨气活性种的，因而能够 高效率地把生成的大量氨气的活性种提供给晶片7。而两根电极保护管50的间隔最好设定为适当的距离，最好是20mm，以便使等离子 14的生成限定在缓冲室17之内，此外，虽然等离子的生成可在缓冲室17的任何地方，但最 好使输入缓冲室17的气体通过该等离子之中，以设置在缓冲室孔3与供气室孔47的中间 位置为最佳。此外，应预先把电极保护管50与缓冲室孔3之间的距离调整为适当间隔，以便缓 冲室17内生成的等离子14不至于扩散泄漏到缓冲室17之外。
其结果因为由缓冲室孔3提供给晶片7的全部是电特性为中性的氨的活性种，所 以能够避免因晶片7的电菏上升引起的损伤。正如上述，由于设置在缓冲室17上的缓冲室孔3其开口面积全部相同，而且由于 提供给晶片7的氨气的活性种能以均勻的流量及均勻的流速提供，因而能对各晶片进行均 勻的成膜处理。此外，由于缓冲室孔3设置在多层承载晶片7的间隔的中间位置上，因而能给各晶 片7提供充足的处理气体。而在交替提供不同种类的处理气体形成一层层极薄的薄膜的ALD法之中，通过适 当设定反应管6内的压力及温度，每当由该氨气的活性种的提供而形成一层含N原子的极 薄膜时，范围限定就会起作用，膜厚不会进一步增加。当整个晶片7的表面均形成含氮原子的极薄膜时，施加在电极52上的RF电力即 被切断，并停止氨气的供给。接着，边用等非活性气体净化反应管6内部，边把这些气体由排气口 18排 出。然后在反应管6内的氨气的活性种的浓度充分下降的时刻，停止供给上述非活性气体， 由反应气体输入口 45，将二氯硅烷气体输入反应气体缓冲室42。在反应气体缓冲室42之中，面向反应管6的中心设置了由反应气体输入口 45的 上游到下游，开口面积逐渐扩大的反应气体缓冲室孔48。这样一来，由反应气体缓冲室孔 48提供给晶片的二氯硅烷虽然流速不同但流量却相同地喷到反应管6内。当然，如果不使用反应气体缓冲室42提供二氯硅烷气体，而是在反应管6内另外 设置一套与提供氨气使用的设备相同的供气室43以及与之相邻的缓冲室17，使流量与流 速均保持均勻则会更好。然而在本实施方式之中，若二氯硅烷气的提供使用比供气室43和缓冲室17的组 合更加简易的反应气体缓冲室42使气体流量相等，也有可能在晶片7上形成很均勻的膜。一旦在晶片7的表面上形成含硅的极薄膜，即停止二氯硅烷的提供。接着用N2及 Ar等非活性气体净化反应管内部，并将这些气体从排气口 18排出，在反应管内的二氯硅烷 浓度充分下降的时刻，停止供给非活性气体。采用上述一连串的工艺处理，即可形成约1人的氮化硅薄膜，因此例如当需要在晶 片7上形成500人的氮化硅膜的情况下，大约需要重复500次上述工艺。而且通过使承载晶片7的未图示的舟以一定速度旋转，即使从晶片7的一侧供气， 也能在整个晶片7上实现更均勻的成膜处理。在本实施方式之中，其旋转速度若有1 IOrpm就足够了。因此，在舟不旋转的情况下，晶片7的膜厚的均勻性约为士5%，而在旋转舟的情 况下，其误差小于士 1%。(第3 第5实施方式)这是在成膜处理工艺中使用ALD法的不同的实施方式。图7是本发明的第3实施方式所涉及的直立式基板处理装置的反应管的横剖面。图7所示的反应管6与图6所示的反应管6结构相同，但图6的缓冲室17内配置 了产生等离子的电极，而图7则是配置了一组用于使气体活化的紫外线灯54以及用于防止 紫外线照射到缓冲室17外面的反射板58。
利用紫外灯54的光能使反应气体活化。在具有以上结构的缓冲室17内被激活的处理气体，由缓冲室孔3朝晶片上喷出， 用上述的ALD法在晶片7上形成膜层。图8是本发明的第4实施方式所涉及的直立式基板处理装置的反应管的横剖面。图8所示的反应管6与图7所示的反应管6结构相同，但图7是利用光能激活反 应气体的，而在本实施方式中则是用电源57把具有适当电阻值的电阻丝(下面使用电加热 器)加热到1600°C以上，用来激活与该电加热器接触的气体的。作为该具有适当电阻值，能产生活性种的电加热器55，使用0. 5mm左右的钨丝最 为合适。利用电源57的电力将该电加热器加热到1600°C以上，利用热能激活与之接触的
处理气体。在具有以上构成的缓冲室17内被激活的处理气体，由缓冲室孔3朝晶片7喷出， 采用上述的ALD法在晶片上形成膜层。图9是本发明的第5实施方式所涉及的直立式基板处理装置的反应管的横剖面。图9所示的反应管6与图6所示的反应管6结构相同，但图6是在缓冲室17内配 置了产生等离子的电极，而图9则采用了在将处理气体输入反应管6的气体输入口 5的更 加靠近上游一侧的气体流路上设置了遥控式等离子发生装置56，使通过此处的气体产生等 离子的结构。通过遥控式等离子发生器56的处理用的气体在此处与等离子发生反应而被激 活，该被激活的气体由气体输入口 5进入反应管6，经供气室43提供给缓冲室17，进而从设 置在该缓冲室17上的缓冲室孔3，作为均勻的气体提供给晶片，并采用上述的ALD法在晶片 上形成膜层。在此，作为遥控式等离子发生器56，使用ICP线圈最为合适。采用该构成，与图6的装置相比，虽然提供给晶片的活性种的数量减少、处理效率 下降，但在对处理效率无要求的情况下仍可使用。(第6 第8实施方式)下面参照图10、11、12介绍本发明的第6 第8实施方式。图10、图11、图12分 别是本发明的第6、第7、第8实施方式的基板处理处理装置中使用的反应管6的左半部分 的横剖面。在图10、图11、图12分别示出的第6、第7、第8实施方式之中，与第1实施方式相 同，气咀102从反应管6的下部直到上部沿晶片7的层迭方向配置在缓冲室17之内。气咀 102的下部与气体输入口 5连通。在气咀102之上纵向设置了许多气咀孔(未图示)。此 外，与第1 第5实施方式相同，虽未图示，但在反应管6的下部侧面上设置了与未图示的 排气泵相连的排气口。在图10所示的第6实施方式之中，缓冲室17的部分腔壁172与反应管6的部分管 壁共用，两根电极保护管50配置在与该腔壁172的壁面174相比，更加靠近设置了缓冲室 孔3的缓冲室17的部分腔壁171的173壁面的位置上。由两根电极保护管50保护的两根 电极52也配置在与腔壁172的壁面174相比，更加靠近腔壁171的壁面173的位置上(电 极保护管50与缓冲室17的腔壁171的壁面173之间的距离最好为0 5mm。这里所说的Omm是指电极保护管50紧贴壁面配置)。两根电极52以及两根电极保护管50跨越缓冲室 孔3配置，(即缓冲室孔3位于两根电极保护管50之间)。这种结构即可使等离子14与缓 冲室孔3的距离变得最短。通过使两根电极保护管50靠近构成缓冲室17的腔壁171的壁面173，即可限定主 要的气体流路。此外通过在被限定的主要的气体流路通过两根电极保护管50之间的位置 上设置缓冲室孔3，即可使反应气体高效通过等离子14密度高的区域，从而可使活性种的 密度增大。在图10的情况下，缓冲室17内的反应气体路径大体上可分为路径D、路径E、路径 C、路径f。路径D、路径E形成主要的气体流路，反应气体的大半都要从两根两极保护管之 间通过也就是从等离子14密度大的区域通过。此外，由于等离子14距缓冲室孔3非常近，而且不必要的气流阻滞也被控制在最 小限度内，因而能够把在路径D、路径E生成的活性种的失活控制在最低限度内。此外，即便 在进入缓冲室孔的前阶段失活，也能通过等离子14再度激活。另外，那些未流经两根电极保护管50间的路径C、路径f的气流，由于其在进入缓 冲室孔3之前必然要通过等离子14的近旁，因而其活性种的密度也会增大，而且路径c也 与路径D —样在输入反应室6之前很少失活。也就是说，采用本实施方式可实现下述各项。①能够用高密度等离子激活。(在激活时间点上的活性的密度加大)②能够将活性种不失活地送到被处理基板(晶片7)。不必为了消除路径D与路径E上活性种的密度差异而控制形成活性种之前的气体 流路也是本实施方式的特征。在此由于只要把电极保护管50贴紧缓冲室17，就可切断路径c与路径f，而只剩 下气体路径D与E，因而能给被处理基板有效提供高密度的活性种，此外，由于消除了路C、 f通过的间隙，由于装置间的反应气体激活密度没有误差，所以效果更好。图11示出第7实施方式，为使气咀102提供的气体直线性(路径F)地通过等离 子14、缓冲室孔3，因而将气咀102与缓冲室孔3配置在两根电极保护管50之间，与图10 相同，都是可增加活性种密度的构成。图12示出第8实施方式，两根电极保护管50中的一根靠近构成缓冲室17，设置缓 冲室孔3的腔壁171的壁面173，而另一根电极保护管则靠近反应管6与缓冲室17共用的 部分腔壁172的壁面174，以此来限定主要的气体流路。在主要气体流路I通过两根电极保 护管50间的位置上设置了缓冲室孔3。若与图10与图11的实施方式做比较，就会发现等离子14和缓冲室孔3的距离变 大，并随之产生了气流阻滞，但通过把电极保护管中的一根靠近构成缓冲室17的腔壁171 的壁面173，从而可减少失活。正如上述，通过使缓冲室7、电极保护管50，以及缓冲室孔3的配置最佳化，即可增 大反应气体的活性种的密度。通过缓冲室17、电极保护管50、缓冲室孔3的相对位置的最佳化提高反应气体的 活性种的密度已在上面介绍，但是当从另外的角度考虑各处理装置间的处理的一致性、可 靠性、重复性时，则最好采用一致的相对位置。
17
在上述的例中，由于电极保护管50、缓冲室17以及缓冲室孔3各自独立，而产生组 装误差，因而会在反应气体活性化浓度方面产生装置间的不一致性。因而若采用反应管6、构成缓冲室17的腔壁、缓冲室孔3、电极保护管50共为一体 的反应管，则有可能抑制上述不一致性。若各自的材料均采用石英，则通过溶化形成一个整 体应该不成问题。此外，由于在上述例中，使用了电极保护管50，因而就电极保护管50的位置加以 了说明，不过在不使用电极保护管50的情况下，电极52的位置可以说与上述相同。若采用上述第6 第8实施方式所示的结构，则与第1实施方式相同，可作为CVD 装置使用，而且如图6所示，若在缓冲室17之外另增加一个缓冲室42的话，则可作为ALD
装置使用。(第9实施方式)下面参照图13介绍本发明的第9实施方式。本实施方式是在图10所示的第6实施方式的装置上增加图6所示的另一个缓冲 室42，作为ALD装置使用的。在气咀102上纵向设置了许多气咀孔103。该气咀孔103朝缓冲室17的腔壁175 的壁面176设置。若将气咀孔103朝与壁面176相反方向的缓冲室17的内侧设置，在例如 第2实施方式那样交替从气咀102提供氨气、从缓冲室42提供二氯硅烷气体，采用ALD法 形成氮化硅膜的情况下，会在氨气滞留、二氯硅烷气体流动时生成反应性副生成物而形成 微粒。因此，将气咀孔103朝缓冲室17的腔壁175的壁面176设置，在提供氨气之后用非 活性气体净化，不使氨气滞留，从而可防止微粒发生。在上述第6 第8实施方式中，在气咀102的侧面纵向设置了许多气咀孔(未图 示)，在上述第9实施方式中的气咀102的侧面也纵向设置了许多气咀孔103，但也可把气 咀102设定为规定长度，将气咀102的上部设定为开口，在此情况下，气咀102的高度最好 位于比晶片7的搭载位置偏下的位置上。上面示出种种典型实施方式并加以了说明。不过本发明并不局限于这些实施方 式。因此，本发明的范围仅受权利要求范围的限定。
权利要求
一种基板处理装置，其特征在于包括反应容器，其中容纳并叠层有多个基板；上述反应容器中设置有一对电极，上述电极沿上述多个基板的叠层方向延伸，和高频电源提供给上述电极；电极室，容纳上述电极，上述电极室设置在上述反应容器中；和供气件，将处理气体提供给上述电极室，上述供气件包括多个供气口，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
2.根据权利要求1上述的基板处理装置，其特征在于上述对电极是棒状电极。
3.根据权利要求1上述的基板处理装置，其特征在于当上述基板被容纳在上述反应 容器中，上述基板不设置在上述对电极之间的空间内。
4.一种基板处理装置，其特征在于包括 反应容器，至少容纳一个基板；一对电极，上述一对电极中的至少一个设置在上述反应容器中，高频电源被提供给上 述电极；电极室，容纳上述至少一对电极，上述电极室设置在上述反应容器内； 供气件，向上述电极室提供处理气体，上述供气件包括多个供气口 ； 保护件，覆盖上述反应室中设置的上述至少一对电极， 其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
5.根据权利要求4上述的基板处理装置，其特征在于上述保护件充有惰性气体。
6.一种基板处理装置，其特征在于包括 处理室，容纳至少一个基板；一对电极，被施加高频电源；电极室，容纳有上述电极，上述电极室与上述处理室相分离； 加热件，加热上述处理室中的基板，上述加热件围绕处理室和电极室设置； 供气件，将处理气提供进电极室，上述供气件包括多个第一供气口 ；和 至少一个第二供气口，与电极室一起设置，用于将处理气提供进处理室，上述第二供气 口在上述一对电极之间，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
7.一种基板处理装置，其特征在于包括反应容器，包括电极室和处理室，上述电极室容纳一对电极，电极被施加高频电源，上 述处理室容纳至少一个基板，和上述电极室与处理室相分离； 加热件，加热上述处理室中的至少一个基板；和供气件，将处理气体提供进上述电极室，上述供气件包括多个供气口，其中 上述电极室位于上述加热器和上述处理室中上述至少一个基板之间，在上述电极室形 成等离子，上述处理气体在上述电极室被活化，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
8.一种装置，其特征在于包括 支撑件，支撑多个基板；处理室，容纳上述多个基板和上述支撑件；加热件，加热上述基板；供气件，交替将多种处理气体提供进处理室，上述供气件包括第一供气件，提供第一 处理气；第二供气件，提供第二处理气； 排出部分，排出处理室中气；旋转件，旋转上述支撑件，使在处理上述基板期间旋转上述基板， 其中，通过多次交替将上述多种处理气体提供给上述多个基板表面，在上述多个基板 上形成膜，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
9.一种等离子处理装置，其特征在于包括 处理管，其中容纳叠置有多个基板；一对电极，设置在上述处理管中，上述电极沿上述多个基板的叠层方向延伸，高频电源 被施加给上述电极；供气件，向上述处理管中提供处理气，上述供气件包括提供第一处理气的第一供气件 和提供第二处理气的第二供气件，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
10.一种等离子处理装置，其特征在于包括 处理管，其中容纳至少一个基板；一对电极，上述一对电极中的至少一个设置在上述处理管中，上述对电极被施加高频 电源；供气件，向处理管中提供处理气；保护件，覆盖上述处理管中上述至少一对电极，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
11.一种等离子处理装置，其特征在于包括 处理室，其中容纳至少一个基板；加热件，加热上述处理室中上述至少一个基板，上述加热件设置在上述处理室周围； 一对电极，设置在上述加热件中，上述电极是棒状电极，高频电源被施加给上述电极； 供气件，向上述处理室中提供处理气， 其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
12.根据权利要求8上述的装置，其特征在于还包括设置在上述处理室内的缓冲室； 上述缓冲室容纳有电极，用于活化上述第一供气件提供来的第一处理气体。
13.—种基板处理装置，其特征在于包括 反应管，形成收容叠层配置的基板的反应室； 第一气体导入部和第二气体导入部；设置在上述反应管内部具有供气口的缓冲室； 设置在上述缓冲室内部的用于活化处理气体的等离子发生电极； 上述第一气体导入部将上述处理气体导入上述缓冲室；上述缓冲室在其内部形成由电极活化上述处理气体的空间，从上述供气口向上述反应 室供给由上述第一气体导入部输入的上述处理气体；上述第二气体导入部将与被活化的上述处理气体不同的处理气体不活化提供给上述反应室，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
14.一种基板处理装置，其特征在于包括 反应管，形成收容叠层配置基板的反应室； 气体导入部；以及设置在上述反应管内的缓冲室，上述气体导入部具有至少一个气体输入口，用于将处理气体输入上述缓冲室； 上述缓冲室具有至少一个供气口，用于从上述供气口向上述反应室供给由上述气体导 入部输入的上述处理气体；在上述缓冲室内形成的从上述气体输入口到上述供气口上述处理气体流所流过的中 途设置用于活化上述处理气体的等离子发生电极， 其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
15.一种基板处理装置，其特征在于包括 处理管，形成收容多个基板的处理室；包含有至少一个第一供气口、在上述处理管内设置的第一供气部； 包含有至少一个第二供气口的第二供气部； 包含有至少一个第三供气口的第三供气部； 在上述第一供气部的内部形成的等离子发生电极，第一处理气体以活性化状态被供给到上述处理室内，要提供到上述第二供气部内的上 述第一处理气体从上述第二供气口提供给上述第一供气部内，而上述第二供气部提供来的 上述第一处理气体在上述第一供气部内活性化，从上述第一供气口提供给上述处理室，向上述第三供气部内提供的非活性化的第二处理气体从上述第三供气口提供给上述 处理室，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
16.一种基板处理装置，其特征在于包括 处理管，形成收容多个基板的处理室；包含至少一个第一供气口、设置在上述处理管内的第一供气部； 包含至少一个第二供气口的第二供气部； 包含至少一个第三供气口的第三供气部；第一处理气体以活性化状态供给到上述处理室内，要提供到上述第二供气部内的上述 第一处理气体从上述第二供气口提供给上述第一供气部内，而上述第二供气部提供来的上 述第一处理气体从上述第一供气口提供给上述处理室内，要提供到上述第三供气部内的未被活性化的上述第二处理气体从上述第三供气口提 供给上述第处理室内，在上述第一供气部从上述第二供气口到上述第一供气口上述第一处理气体流所流过 的途中设置用于活化上述第一处理气体的等离子发生电极， 其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
17.一种基板处理装置，包括处理管，形成收容多个基板的反应室；气体导入部；和设置在上述处理管内的缓冲室， 其特征在于上述气体导入部具有用于将处理气体导入到上述缓冲室中的气体输入口， 上述缓冲室具有用于将由上述气体导入部导入的上述处理气体提供到上述反应室内 的供气口，上述基板处理装置还包括设置在上述缓冲室内、用于将上述处理气体活性化的紫外线灯，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
18.根据权利要求17上述的基板处理装置，其特征在于在上述缓冲室内设置有反射 板，用于防止由上述紫外线灯照射的紫外线向上述缓冲室外照射。
19.一种基板处理装置，包括处理管，形成收容多个基板的反应室； 气体导入部；和设置在上述处理管内的缓冲室， 其特征在于上述气体导入部具有用于将处理气体导入到上述缓冲室中的气体输入口， 上述缓冲室具有用于将由上述气体导入部导入的上述处理气体提供到上述反应室内 的供气口，上述基板处理装置还包括电源和设置在上述缓冲室内的电阻丝，利用上述电源将上述 电阻丝加热，使与上述电阻丝接触的上述处理气体活性化， 其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
20.根据权利要求19上述的基板处理装置，其特征在于利用上述电源将上述电阻丝 加热到1600°C以上。
21.根据权利要求19上述的基板处理装置，其特征在于上述电阻丝由钨构成。
22.—种基板处理装置，包括处理管，形成收容多个基板的反应室； 气体导入部；和设置在上述处理管内的缓冲室， 其特征在于上述气体导入部具有用于将处理气体导入到上述缓冲室中的气体输入口， 上述缓冲室具有用于将由上述气体导入部导入的上述处理气体提供到上述反应室内 的供气口，上述基板处理装置还包括设置在上述气体导入部上的遥控式等离子发生装置，将通过 上述遥控式等离子发生装置的上述处理气体活性化，将上述活性化了的处理气体从上述供 气口提供给上述反应室，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
23.根据权利要求22上述的基板处理装置，其特征在于上述遥控式等离子发生装置 使用ICP线圈。
全文摘要
本发明涉及一种基板处理装置，其特征在于包括反应容器，其中容纳并叠层有多个基板；上述反应容器中设置有一对电极，上述电极沿上述多个基板的叠层方向延伸，和高频电源提供给上述电极；电极室，容纳上述电极，上述电极室设置在上述反应容器中；和供气件，将处理气体提供给上述电极室，上述供气件包括多个供气口，其中，利用两种以上的处理气体在基板上形成膜。
文档编号C23C16/44GK101985747SQ20101024365
公开日2011年3月16日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年4月5日
发明者丰田一行, 佐藤武敏, 八木泰志, 加贺谷徹, 国井泰夫, 境正宪, 奥田和幸, 嶋信人, 渡边诚治, 石丸信雄, 绀谷忠司 申请人:株式会社日立国际电气