CN105869979B - 衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法 - Google Patents

衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法，抑制衬底的温度分布变得不均匀且处理均匀性下降。具有：处理衬底的处理室；衬底载置台，设置于处理室内，并载置衬底；加热衬底的加热部；气体整流部，向衬底供给处理气体；密封部，设置于气体整流部；隔热部，设置于密封部与气体整流部的上游侧表面之间；以及第一压力调整部，与隔热部连接。

Description

衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法
技术领域
本公开涉及衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法。
背景技术
作为半导体器件(device)的制造工序的一个工序，有时进行如下处理工序，对衬底供给处理气体和反应气体，并在衬底上形成膜。
发明内容
发明要解决的问题
然而，有时衬底的温度分布变得不均匀，处理均匀性下降。
本发明在于提供一种使衬底的处理均匀性提高的技术。
用于解决问题的手段
根据一技术方案，提供一种技术，具有：
处理衬底的处理室；衬底载置台，设置于处理室内，并载置衬底；加热衬底的加热部；气体整流部，向衬底供给处理气体；密封部，设置于气体整流部；隔热部，设置于密封部与气体整流部的上游侧表面之间；以及第一压力调整部，与隔热部连接。
发明的效果
根据本公开的衬底处理装置、气体整流部、半导体器件的制造方法，至少能够使衬底的处理均匀性提高。
附图说明
图1是一实施方式的衬底处理装置的概略构成图。
图2是一实施方式的气体供给部的概略构成图。
图3是一实施方式的气体整流部的气体导入口的横剖视图。
图4是另一实施方式的密封部的横剖视图。
图5是一实施方式的衬底处理装置的控制器的概略构成图。
图6是一实施方式的衬底处理工序的流程图。
图7是一实施方式的第一隔热部内的压力控制时序图。
图8是一实施方式的衬底处理工序的气体供给·灯接通/断开时序图。
附图标记的说明
200 晶片(衬底)
201 处理室
202 处理容器
204 隔板
212 衬底载置台
213 加热器
221 排气口(第一排气部)
234 气体整流部
234a 上游侧表面
234b 下游侧表面
231 盖
250 远程等离子体单元(激发部)
具体实施方式
以下，说明本公开的实施方式。
<第一实施方式>
以下，参照附图说明第一实施方式。
(1)衬底处理装置的构成
首先，说明第一实施方式的衬底处理装置。
以下说明本实施方式的处理装置100。衬底处理装置100是形成绝缘膜或金属膜等的装置，如图1所示，作为单片式衬底处理装置而构成。
如图1所示，衬底处理装置100包括处理容器202。处理容器202构成作为例如横截面为圆形且扁平的密闭容器。另外，处理容器202例如由铝(Al)、不锈钢(SUS)等金属材料或石英等构成。在处理容器202内形成有：处理作为衬底的硅晶片等晶片200的处理空间(处理室)201、搬送空间203。处理容器202由上部容器202a和下部容器202b构成。在上部容器202a与下部容器202b之间设置了分隔板204。在上部容器202a与下部容器202b之间，设置有用于维持处理室201、搬送空间203内的压力的作为第二密封部的处理容器密封部260。另外，也可以设置用于抑制上部容器202a与下部容器202b直接接触、抑制处理容器密封部260的压坏的缓冲部261。处理容器密封部260和缓冲部261可使用耐热性比构成上部容器202a、下部容器202b的材料差的材料。例如可使用作为氟树脂的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylen：PTFE)、以碳元素和氟元素为主成分的氟橡胶、以碳、氟、氧等为主成分的氟橡胶等材料。另外，也可以设置由金属材料构成的密封部件，所述金属材料包含铜(Cu)、不锈钢(SUS)、铝(Al)等金属元素中的任意种。另外，处理容器密封部260有时也称为O形环或垫片。由上部容器202a包围而成且位于分隔板204上方的空间称为处理室201或反应区域201，由下部容器202b包围而成且位于分隔板下方的空间称为搬送空间203。
在下部容器202b的侧面设置有与闸阀205相邻的衬底搬入出口206，晶片200经由衬底搬入出口206在与未图示的搬送室之间移动。在下部容器202b的底部设置有多个提升销207。而且，下部容器202b成为接地电位。
在处理容器202内设置有支承晶片200的衬底支承部210。衬底支承部210主要具有载置晶片200的载置面211、在表面具有载置面211的衬底载置台212以及由衬底载置台212内包的作为加热部的加热器213。在衬底载置台212中，在与提升销207对应的位置分别设置有供提升销207贯通的贯通孔214。
另外，在衬底载置台212的侧壁212a上具有朝向衬底载置台212的径向突出的突出部212b。该突出部212b设置在衬底载置台212的底面侧。此外，突出部212b与隔板204接近或接触，并抑制处理室201内的气氛向搬送空间203内移动、搬送空间203内的气氛向处理室201内移动。
衬底载置台212由轴217支承。轴217贯通处理容器202的底部，并且在处理容器202的外部与升降机构218连接。通过使升降机构218动作而使轴217和衬底载置台212升降，由此能够使载置在载置面211上的晶片200升降。此外，轴217下端部的周围由波纹管219覆盖，处理空间201内被气密性地保持。
衬底载置台212在晶片200的搬运时下降至衬底支承台以使得载置面211成为衬底搬入出口206的位置(晶片搬送位置)，在晶片200的处理时，如图1所示，晶片200上升至处理空间201内的处理位置(晶片处理位置)。
具体而言，在使衬底载置台212下降至晶片搬送位置时，提升销207的上端部从载置面211的上表面突出，提升销207从下方支承晶片200。另外，在使衬底载置台212上升至晶片处理位置时，提升销207从载置面211的上表面埋没，载置面211从下方支承晶片200。此外，由于提升销207与晶片200直接触摸，所以优选以例如石英、氧化铝等材质形成。
(排气部)
在处理空间201(上部容器202a)的外周，设置有作为排出处理空间201的气氛的排气部的排出路径225。在排出路径225上设置有排气口221。排气管222与排气口221连接，在排气管222上，依次串联连接有将处理空间201内控制为规定压力的APC(Auto PressureController：自动压力控制器)等压力调整器223、真空泵224。主要由排出路径225、排气口221、排气管222以及压力调整器223构成排气部(排气线路)220。另外，排出路径225也可以构成为以包围处理室201的方式设置，并能够从晶片200的整个外周排出气体。另外，也可以在排气部的构成中增加真空泵224。
(气体导入口)
在设置于处理空间201的上部的后述的气体整流部234的上表面(顶壁)上，设置有用于向处理空间201内供给各种气体的气体导入口241。
(气体整流部)
在气体导入口241与处理空间201之间设置有气体整流部234。气体整流部234具有供气体穿过的气体分散通道234d。气体整流部234安装在盖231上。从气体导入口241导入的气体经由气体整流部234供给至晶片200。气体整流部234也可以构成为成为腔室盖组件的侧壁。另外，气体导入口241也可以构成为：也作为气体分散通道发挥功能，供给的气体向衬底的整个外周分散。
另外，在气体整流部234上设置作为第一密封部的盖密封部262，并构成为能够维持处理室201内的压力。盖密封部262由与处理容器密封部260相同的材质构成。
(处理气体供给部)
在与气体整流部234连接的气体导入口241上连接有共通气体供给管242。如图2所示，在共通气体供给管242上连接有第一气体供给管243a、第二气体供给管244a、第三气体供给管245a以及清洁气体供给管248a。
从包含第一气体供给管243a的第一气体供给部243主要供给含有第一元素气体(第一处理气体)，从包含第二气体供给管244a的第二气体供给部244主要供给含有第二元素气体(第二处理气体)。主要从包含第三气体供给管245a的第三气体供给部245供给吹扫气体，从包含清洁气体供给管248a的清洁气体供给部248供给清洁气体。供给处理气体的处理气体供给部由第一处理气体供给部和第二处理气体供给部中的任一个或双方构成，处理气体由第一处理气体和第二处理气体中的任一个或双方构成。
(第一气体供给部)
从上游方向开始，在第一气体供给管243a上依次设置有第一气体供给源243b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)243c以及作为开闭阀的阀243d。
从第一气体供给源243b供给含有第一元素的气体(第一处理气体)，并经由质量流量控制器243c、阀243d、第一气体供给管243a以及共通气体供给管242供给至气体整流部234。
第一处理气体是原料气体即处理气体的一种。
在这里，第一元素例如是硅(Si)。即，第一处理气体例如是含硅气体。作为含硅气体，例如能够使用二氯硅烷(Dichlorosilane(SiH2Cl2)：DCS)气体。此外，第一处理气体的原料在常温常压下可以是固体、液体以及气体中的任一者。第一处理气体的原料在常温常压下为液体的情况下，也可以在第一气体供给源243b与质量流量控制器243c之间设置未图示的气化器。在这里，原料以气体的形式来进行说明。
在第一气体供给管243a的阀243d的下游侧，连接有第一非活性气体供给管246a的下游端。从上游方向开始，在第一非活性气体供给管246a上依次设置有非活性气体供给源246b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)246c以及作为开闭阀的阀246d。
在这里，非活性气体例如是氮气(N2)。此外，作为非活性气体，除了N2气体外，能够使用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)等稀有气体。
主要由第一气体供给管243a、质量流量控制器243c以及阀243d构成含有第一元素气体供给部243(也称为含硅气体供给部)。
另外，主要由第一非活性气体供给管246a、质量流量控制器246c以及阀246d构成第一非活性气体供给部。此外，也可考虑将非活性气体供给源246b、第一气体供给管243a包含于第一非活性气体供给部。
进一步地，也可考虑将第一气体供给源243b、第一非活性气体供给部包含于含有第一元素气体供给部。
(第二气体供给部)
从上游方向开始，在第二气体供给管244a的上游依次设置有第二气体供给源244b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)244c以及作为开闭阀的阀244d。
从第二气体供给源244b供给含有第二元素的气体(以下称为“第二处理气体”)，并经由质量流量控制器244c、阀244d、第二气体供给管244a以及共通气体供给管242供给至气体整流部234。
第二处理气体是处理气体的一种。此外，第二处理气体也可以考虑作为反应气体或者改性气体。
在这里，第二处理气体含有与第一元素不同的第二元素。作为第二元素，例如包含氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)中的一种以上。在本实施方式中，第二处理气体例如设为含氮气体。具体而言，作为含氮气体，可使用氨气(NH3)。
主要由第二气体供给管244a、质量流量控制器244c以及阀244d构成第二处理气体供给部244。
在此基础上，也可以设置作为活化部的远程等离子体单元(RPU)244e，构成为能够活化第二处理气体。
另外，在第二气体供给管244a的阀244d的下游侧，连接有第二非活性气体供给管247a的下游端。从上游方向开始，在第二非活性气体供给管247a上依次设置有非活性气体供给源247b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)247c以及作为开闭阀的阀247d。
非活性气体从第二非活性气体供给管247a经由质量流量控制器247c、阀247d以及第二气体供给管244a，被供给至气体整流部234。非活性气体在薄膜形成工序(后述的S203～S207)中作为运载气体或者稀释气体起作用。
主要由第二非活性气体供给管247a、质量流量控制器247c以及阀247d构成第二非活性气体供给部。此外，也可考虑将非活性气体供给源247b、第二气体供给管244a包含于第二非活性气体供给部。
进一步地，也可考虑将第二气体供给源244b、第二非活性气体供给部包含于含有第二元素气体供给部244。
(第三气体供给部)
从上游方向开始，在第三气体供给管245a上依次设置有第三气体供给源245b、作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)245c以及作为开闭阀的阀245d。
从第三气体供给源245b供给作为吹扫气体的非活性气体，并经由质量流量控制器245c、阀245d、第三气体供给管245a以及共通气体供给管242供给至气体整流部234。
在这里，非活性气体例如是氮气(N2)。此外，作为非活性气体，除了N2气体外，能够使用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)等稀有气体。
主要由第三气体供给管245a、质量流量控制器245c以及阀245d构成第三气体供给部245(也称为吹扫气体供给部)。
(清洁气体供给部)
从上游方向开始，在清洁气体供给管248a上依次设置有清洁气体源248b、质量流量控制器(MFC)248c、阀248d以及远程等离子体单元(RPU)250。
从清洁气体源248b供给清洁气体，并经由MFC248c、阀248d、RPU250、清洁气体供给管248a以及共通气体供给管242供给至气体整流部234。
在清洁气体供给管248a的阀248d的下游侧，连接有第四非活性气体供给管249a的下游端。从上游方向开始，在第四非活性气体供给管249a上依次设置有第四非活性气体供给源249b、MFC249c以及阀249d。
另外，主要由清洁气体供给管248a、MFC248c以及阀248d构成清洁气体供给部。此外，也可以考虑将清洁气体源248b、第四非活性气体供给管249a以及RPU250包含于清洁气体供给部。
此外，也可以将从第四非活性气体供给源249b供给的非活性气体供给成为作为清洁气体的运载气体或稀释气体起作用。
在清洁工序中，从清洁气体源248b供给的清洁气体作为除去附着于气体整流部234、处理室201的副生成物等的清洁气体起作用。
在这里，清洁气体例如是三氟化氮(NF3)气体。此外，作为清洁气体，例如既可以使用氟化氢(HF)气体、三氟化氯(ClF3)气体、氟(F2)气体等，另外，也可以将它们组合使用。
另外，优选的是，作为设置于上述各气体供给部的流量控制部，可以是针阀或孔等气体流量响应性高的气体流量控制部。例如，在气体的脉冲宽度为毫秒数量级的情况下，有时MFC不能响应，在针阀或孔的情况下，通过与高速的接通/断开阀组合，能够应对毫秒以下的气体脉冲。
(控制部)
如图1所示，衬底处理装置100具有控制衬底处理装置100的各部的工作的控制器121。
如图5所示，作为控制部(控制装置)的控制器121构成为包括CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)121a、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d构成为通过内部总线121e能与CPU121a进行数据交换。构成为能够在控制器121上连接有构成为例如触摸面板等的输入输出装置122、外部存储装置285。
存储装置121c由例如闪速存储器、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置121c内，可读出地保存有控制衬底处理装置的工作的控制程序、记载了后述的衬底处理的步骤、条件等的编程制程程序等。另外，工艺制程程序组合为使控制器121执行后述的衬底处理工序的各步骤，能获得规定的结果，工艺制程程序作为程序发挥功能。以下，将该编程制程程序、控制程序等统称而也简称为程序。此外，在本说明书中使用了程序这样的措辞的情况下，有时仅包含编程制程程序，有时仅包含控制程序，或者有时包含上述两者。另外，RAM121b构成为暂时保持由CPU121a读出的程序、数据等的存储区域(工作区域)。
I/O端口121d与闸阀205、升降机构218、压力调整器223、真空泵224、远程等离子体单元244e、250，MFC243c、244c、245c、246c、247c、248c、249c、402a、阀243d、244d、245d、246d、247d、248d、249d、401a以及加热器213等连接。
CPU121a构成为读出来自存储装置121c的控制程序并执行，并且根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等从存储装置121c读出工艺制程程序。而且，CPU121a构成为：按照读出的工艺制程程序的内容，控制闸阀205的开闭工作、升降机构218的升降工作、压力调整器223的压力调整工作、真空泵224的开启关闭控制、远程等离子体单元250的气体激发工作、MFC243c、244c、245c、246c、247c、248c、249c、402a的流量调整工作、阀243d、244d、245d、246d、247d、248d、249d、401a的气体的开启关闭控制以及加热器213的温度控制等。
此外，控制器121不限于构成作为专用的计算机的情况，也可以构成作为通用的计算机。例如，准备保存了上述的程序的外部存储装置(例如、磁带、软盘、硬盘等磁盘；CD、DVD等光盘；MO等光磁盘；USB存储器、存储卡等半导体存储器)285，通过使用该外部存储装置285向通用的计算机安装程序等能够构成本实施方式的控制器121。此外，用于向计算机供给程序的装置不限于经由外部存储装置285供给的情况。例如，也可以使用互联网或专用线路等通信手段，不经由外部存储装置285地供给程序。此外，存储装置121c、外部存储装置285构成作为计算机可读取的记录介质。以下，也将它们统称而仅称为记录介质。此外，在本说明书中使用了记录介质这样的措辞的情况下，有时仅包含存储装置121c，有时仅包含外部存储装置285，或者包含上述两者。
在这里，发明人们发现了：在向晶片200供给处理气体而进行处理的处理装置中，在处理温度成为高温的情况下，会产生以下问题中的一个或多个问题。在这里，高温例如设为400℃以上的温度。
<问题1>
例如，在处理温度成为高温的情况下，需要冷却处理室201的处理容器密封部260、262。由于成为高温，处理容器密封部260、262的材质有时会变化。另外，通过与存在于处理室201内外的气体反应，材质会发生变化。例如，有时与大气中的氧气反应，密封性恶化。需要抑制这样的密封部的特性的变化。为了抑制密封部的特性变化，例如有设置冷却流路263而冷却的方法。然而，当冷却密封部260、262时，有时会冷却气体整流部234的表面。特别是，冷却气体整流部234的上游侧，气体整流部234的上游侧表面234a的温度与下游侧表面234b的温度产生差别。由于气体整流部234的表面温度，流经表面附近的气体的粘度(粘性)发生变化。在气体粘度发生了变化的情况下，由于气体的流动容易度发生变化，在气体整流部234的周围或晶片200的面上的气体浓度或气体密度产生差别。由于气体浓度的差别，有时会产生处理均匀性恶化的问题。气体浓度的差别例如形成为在晶片200的中心侧和外周侧不同。在这里，上游侧表面234a是指平行于与晶片200对置的方向上的气体流动的面。下游侧表面234b是指平行于晶片200的径向上的气体流动的面。气体的流动在朝向晶片200的径向上流动的情况下，有时从上游侧表面234a朝向下游侧表面234b在螺旋方向上流动。在螺旋方向上流动的情况下，由于气体的流路(路径)构成为比实际的长，较强地接受气体整流部234的表面的温度，进而气体的粘性有时发生变化。
<问题2>
另外，通过冷却气体整流部234，在气体整流部234与晶片200、衬底载置台212之间产生温度梯度。由于该温度梯度，产生从晶片200、衬底载置台212向气体整流部234的热移动，晶片200、衬底载置台212被冷却。另外，如上所述，由于气体整流部234在上游侧表面234a和下游侧表面234b产生温度差，所以晶片200、衬底载置台212也产生温度分布。晶片200、衬底载置台212的温度分布形成为例如在中心侧和外周侧温度不同。由于该温度分布，有时会产生晶片200面内的处理均匀性恶化的问题。
<问题3>
另外，在气体整流部234过度冷却的情况下，气体吸附在气体整流部234的表面上。特别是，有时接近冷却流路263的上游侧表面234a过度冷却，且气体吸附在上游侧表面234a上。例如，在向晶片200依次供给处理气体和反应气体而处理的衬底处理装置中，反应气体吸附在上游侧表面234a上。由于在反应气体吸附的状态下使处理气体流动，有时与吸附在上游侧表面234a上的反应气体反应，在上游侧表面234a附近发生预想外的反应。例如，有向上游侧表面234a上的成膜。另外，有时会生成副生成物，副生成物被供给至晶片200，并在晶片200上实施不希望的成膜。另外，由于形成在上游侧表面234a上的膜剥落而产生的颗粒、副生成物有时也会阻碍对晶片200的处理。
<问题4>
在处理容器202构成为扁平的情况下，上游侧表面234a、处理空间201、衬底载置台212、盖密封部262各自的构成的距离变短。在该情况下，由于从各个构成发出热相互影响，难以将各个构成的温度维持在规定温度。在这里，扁平的构成例如是指衬底载置台212与盖密封部262的距离比衬底载置台212的直径短的构成。
为了解决上述问题中的任一个或多个问题，发明人们认真研究后，发现了通过设置以下的A)～I)的构成中的任一项，能够解决问题。另外，发现了通过组合多个以下构成，能够提高效果。
A)在盖密封部262和气体整流部234的与处理室201接触的表面之间，设置第一隔热部270。如图1、图3所示，该第一隔热部270在气体整流部234的上游侧构成为槽形状。槽的深度至少以包围气体分散通道234d的上游侧表面234a的深度构成。另外，第一隔热部270也作为用于抑制上游侧表面234a、处理空间201、衬底载置台212、盖密封部262等的每一个构成发出的热的相互影响的、调整热移动量(热传导情况)的机构发挥功能。
另外，也可以在第一隔热部270***热传导率低的部件。例如可以是石英、陶瓷、气凝胶等物质。
B)在第一隔热部270上连接作为压力调整部的第一压力调整部(第二排气部)，并构成为能够将第一隔热部270内真空排气。在该情况下，在第一隔热部270上设置密封部273，构成为能够维持第一隔热部270内的压力。第一压力调整部由排气管271和阀272构成。排气管271与排气泵(未图示)连接。优选的是，阀272由能够调整开度的阀构成。通过控制阀272的开度，能够调整第一隔热部270内的压力，并调整第一隔热部270的热传导率。
C)优选的是，在冷却密封部的冷却流路263上连接冷却部，并控制向冷却流路263的冷却介质的供给量。冷却部由供给管264和阀265构成。通过控制冷却介质的供给量，能够抑制盖密封部262的过冷。
D)也可以在气体整流部的表面设置第一气体加热部280，并构成为能够加热气体整流部234。通过加热气体整流部234，能够抑制气体整流部234的温度分布的发生、气体吸附。
第一气体加热部280至少设置为与气体分散通道234d的上游侧表面234a对应。第一气体加热部280的温度由与第一气体加热部280连接的第一温度调整器281控制。
E)也可以在处理容器密封部260与排出路径225之间设置第二隔热部274，所述处理容器密封部260设置于上部容器202a与下部容器202b之间。通过设置第二隔热部274，能够抑制气体整流部234的晶片200径向上的热移动，并抑制气体整流部234的温度分布。另外，能够抑制处理容器密封部260或缓冲部261的特性变化。
第二隔热部274的构成与第一隔热部270同样地构成。例如，如图4所示，以槽形状构成。
F)在第二隔热部274上连接作为压力调整部的第二压力调整部(第三排气部)，并构成为能够将第二隔热部274真空排气。在该情况下，在第二隔热部274设置密封部275，并构成为能够维持第二隔热部274内的压力。第二压力调整部由排气管276和阀277构成。优选的是，阀277由可调整开度的阀构成。通过控制阀272的开度，能够调整第二隔热部274内的压力，并调整第二隔热部274的热传导率。另外，也可以构成为在第二隔热部274上连接第一压力调整部而排气。通过这样构成，能够简化排气***。通过设置第一压力调整部和第二压力调整部，能够将第一隔热部270的压力与第二隔热部274的压力控制为分别不同。
G)也可以构成为设置冷却处理容器密封部260的冷却流路263而加热处理容器密封部260。
另外，也可以在冷却流路263上连接冷却部，并构成为能够调整向冷却流路263的冷却介质供给量。与冷却流路263连接的冷却部由供给管268和阀267构成。
H)另外，也可以在排出路径225的与上部容器202a接触且设置了处理容器密封部260的面上设置第二气体加热部282。
第二气体加热部282的温度由与第二气体加热部282连接的第二温度调整器283控制。
I)在组合了上述B、C、D、F、G、H的构成中的一个或多个的情况下，温度控制为：在将第一密封部和第二密封部中的任一方或双方的温度保持在各密封部的特性不会劣化的温度的同时，保持在气体不会吸附于上游侧表面234a的温度。
上述各构成与控制器121的I/O端口121d连接，控制器121构成为能够控制各个构成。
(2)衬底处理工序
接着，用作为半导体器件的一个制造工序的、使用DCS气体和NH3(氨)气体形成氮化硅(SixNy)膜的例子来说明衬底处理工序的例子。
在图6中表示在作为衬底的晶片200上形成氮化硅(SixNy)膜的情况下的衬底处理工序的流程。
(衬底搬入工序S201)
在成膜处理时，首先，将晶片200搬入处理室201。具体而言，利用升降机构218使衬底支承部210下降，设为提升销207从贯通孔214向衬底支承部210的上面侧突出的状态。另外，在将处理室201内调压为规定压力后，开放闸阀205，并使晶片200从闸阀205载置在提升销207上。在将晶片200载置于提升销207上后，通过利用升降机构218将衬底支承部210上升至规定位置，晶片200从提升销207向衬底支承部210载置。此时，也可以一边从第三气体供给部245供给非活性气体，一边使之上升到规定位置。另外，也可以使之上升至衬底载置台212的突出部212b与隔板204接触的(碰撞)的位置。
此时，也可以利用加热器213预先加热衬底载置台212。通过预先加热，能够缩短晶片200的加热时间。另外，也可以是，在将晶片200从提升销207载置在载置面211上时晶片200弹起、在晶片200上产生翘曲等情况下，预热晶片200。预热既可以在衬底处理装置100内进行，也可以在衬底处理装置100外进行。例如，在衬底处理装置100内进行的情况下，在用提升销207支承晶片200的状态下，将衬底载置台212与衬底的距离作为规定的第一距离，待机规定时间并加热。在这里，第一距离也可以是从闸阀205搬送晶片200时的搬送位置。另外，也可以是比搬送位置的距离短的距离。在衬底处理装置100内预热时的升温时间能够根据晶片200与衬底载置台212的距离变化，且距离更短则使升温时间缩短。具体而言，预先加热衬底载置台，从晶片200或基座的温度没有变化起，保持一定时间。
此时，加热器213的温度与向晶片200供给原料气体时同样地设定为300～850℃，优选设定为300～800℃，更优选设定为300～750℃的范围内的一定温度。利用加热器213对晶片200的加热或对衬底载置台212的加热继续，直到例如重复工序S207为止。
另外，也可以是，在晶片200搬入处理室201内之前进行第一隔热部270内的排气，并调整为规定压力。在该情况下，从上游侧表面234a向盖密封部262传递的热量与从加热的衬底载置台212向上游侧表面234a传递的热量平衡，并设为上游侧表面234a的温度成为规定温度的压力(第一压力)。
如图7所示，在晶片200载置在衬底载置台212上时，也可以将第一隔热部270内的压力设为比第一压力低的第二压力。从衬底载置台212向上游侧表面234a传递的热被晶片200暂时切断。此时，在维持了第一压力的情况下，上游侧表面234a有时比规定温度低，但通过将第一隔热部内的压力设为第二压力，能够使从上游侧表面234a向盖密封部262传递的热量减少，并抑制上游侧表面234a的温度从规定温度变化。
此外，第二隔热部274内的压力至少在S203、S204、S205、S206、S207的工序中设为真空状态，也可以从S201起设为真空状态。通过从S201起设为真空状态，能够抑制从衬底载置台212向排出路径225方向的热移动，并缩短衬底载置台212的温度调整时间。
(减压·升温工序S202)
接着，经由排气管222将处理室201内排气，以使得处理室201内成为规定压力(真空度)。此时，基于压力传感器测量的压力值，反馈控制作为压力调整器223的APC阀的阀开度。另外，基于温度传感器(未图示)检测的温度值，反馈控制向加热器213的通电量，以使得处理室201内成为规定温度。在晶片200的温度变得恒定为止的期间，也可以设置如下工序，通过利用真空排气或N2气体的供给的吹扫，除去残留在处理室201内的水分或来自部件的脱气等。现在，成膜工艺前的准备完成。此外，在将处理室201内排气为规定压力时，也可以一次性真空排气到能够到达的真空度。
另外，此时，如图7所示，也可以将第一隔热部270内的压力设为比第二压力低的第三压力。从衬底载置台212、被加热的晶片200向上游侧表面234a的热移动有经由处理室201内的气氛的热传导、来自衬底载置台212、晶片200的热辐射。在处理室201内被减压的情况下，由于经由处理室201的气氛的热传导减少，在维持了第二压力的情况下，上游侧表面234a有时变得比规定温度低。通过设为第三压力，能够将上游侧表面234a的温度维持在规定温度。
(第一处理气体供给工序S203)
接着，如图6所示，从第一处理气体供给部向处理室201内供给作为第一处理气体(原料气体)的DCS气体。另外，继续利用排气部的处理室201内的排气，并控制为处理室201内的压力成为规定压力(第一压力)。具体而言，打开第一气体供给管243a的阀243d、第一非活性气体供给管246a的阀246d，使DCS气体在第一气体供给管243a中流动，使N2气体在第一非活性气体供给管246a中流动。DCS气体从第一气体供给管243a流动，并由MFC243c调整为规定流量。N2气体从第一非活性气体供给管246a流动，并由MFC246c调整为规定流量。进行了流量调整的DCS气体在第一气体供给管243a内与进行了流量调整的N2气体混合，从气体整流部234向处理室201内供给，并从排气管222排出。此时，对晶片200供给DCS气体(原料气体(DCS)供给工序)。DCS气体以规定压力范围(第一压力：例如100Pa以上且10000Pa以下)供给至处理室201内。由此，向晶片200供给DCS。通过供给DCS，在晶片200上形成含硅层。含硅层是指包含硅(Si)或者硅和氯(Cl)的层。
(残留气体除去工序S204)
在晶片200上形成含硅层后，关闭第一气体供给管243a的阀243d，并停止DCS气体的供给。此时，在保持排气管222的APC阀223打开的状态下，利用真空泵224将处理室201内真空排气，从处理室201内排除残留于处理室201内的DCS气体、未反应的DCS气体或有助于含硅层形成后的DCS气体。另外，也可以在保持阀246d打开的状态下，维持向处理室201内供给作为非活性气体的N2气体。从阀246d持续供给的N2气体作为吹扫气体起作用，由此，能够进一步提高排除残留于第一气体供给管243a、共通气体供给管242以及处理室201内的未反应或有助于含硅层形成后的DCS气体的效果。
此外，此时，也可以不完全排除残留于处理室201内、气体整流部234内的气体(完全吹扫处理室201内)。若残留于处理室201内的气体为微量，则在之后进行的工序中不会产生恶劣影响。此时，供给到处理室201内的N2气体的流量也不需要设为大流量，例如通过供给与处理室201的容积相同程度的量，能够进行在接着的工序中不产生恶劣影响的程度的吹扫。这样，通过不完全地吹扫处理室201内，能够缩短吹扫时间，能提高生产率。另外，也能将N2气体的消耗抑制为所需最低限度。
此时的加热器213的温度与向晶片200供给原料气体时同样地设定。从各非活性气体供给部供给的、作为吹扫气体的N2气体的供给流量分别设为例如100～20000sccm的范围内的流量。作为吹扫气体，除了N2气体以外，也可以使用Ar、He、Ne、Xe等稀有气体。
(第二处理气体供给工序S205)
除去处理室201内的DCS残留气体后，停止吹扫气体的供给，供给作为反应气体的NH3气体。具体而言，打开第二气体供给管244a的阀244d，使NH3气体在第二气体供给管244a内流动。流经第二气体供给管244a内的NH3气体由MFC244c流量调整。进行了流量调整的NH3气体经由共通气体供给管242·气体整流部234供给至晶片200。供给至晶片200上的NH3气体与形成在晶片200上的含硅层反应并使硅氮化，并且排出氢、氯、氯化氢等杂质。
此时的加热器213的温度设为与向晶片200供给原料气体时同样。
(残留气体除去工序S206)
在第二处理气体供给工序之后，停止反应气体的供给，进行与残留气体除去工序S204同样的处理。通过进行残留气体除去工序，能够使残留于第二气体供给管244a、共通气体供给管242以及处理室201内等的未反应或有助于硅的氮化后的NH3气体排出。通过除去残留气体，能够抑制由残留气体导致的未预期的膜形成。
(重复工序S207)
通过分别逐个工序地进行以上的第一处理气体供给工序S203、残留气体除去工序S204、第二处理气体供给工序S205以及残留气体除去工序S206，在晶片200上堆积规定厚度的氮化硅(SixNy)层。通过重复这些工序，能够控制晶片200上的氮化硅膜的膜厚。控制为重复规定次数直到成为规定膜厚。
另外，如图7所示，在S203、S204、S205、S206的各工序中，第一隔热部270内的压力设为比第三压力低的第四压力。在S203、S204、S205、S206的各工序中，上游侧表面234a有时由供给的气体冷却。在冷却了上游侧表面234a的情况下，流经上游侧表面234a附近的气体的粘性下降。当气体的粘性下降时，气体有时吸附于上游侧表面234a，并在上游侧表面234a上成膜，成为产生颗粒的原因。通过设为第四压力，能够抑制从上游侧表面234a向盖密封部262的热移动，并抑制上游侧表面234a的温度下降。
在将S203、S204、S205、S206的各工序重复n个循环后，或处理了多片晶片200后，有时在上游侧表面234a上会堆积有膜。在该情况下，上游侧表面234a有时形成有由堆积的膜导致的凹凸，容易吸收从衬底载置台212、晶片200辐射的热。在这样的情况下，通过将第一隔热部270内的压力设为比第四压力高的第五压力，能够将上游侧表面234a的温度设为规定温度。
(衬底搬出工序S208)
在重复工序S207中实施了规定次数后，进行衬底搬出工序S208，从处理室201搬出晶片200。具体而言，向处理室201内供给非活性气体，并调整为能够搬送的压力。在调压后，利用升降机构218使衬底支承部210下降，提升销207从贯通孔214突出，晶片200被载置在提升销207上。晶片200载置在提升销207上后，闸阀205打开，晶片200被从处理室201搬出。此外，也可以是，在搬出前，降温到能够搬出晶片200的温度。
(3)本实施方式的效果
根据本实施方式，实现以下a)～h)所示的一个或多个效果。
(a)通过设置第一隔热部270，能够抑制冷却流路263与上游侧表面234a之间的热传导，将第一密封部262与上游侧表面234a的表面的温度维持在规定温度，能够抑制密封特性的劣化。另外，能够抑制流经上游侧表面234a附近的气体的粘性变化，能够减小流经上游侧表面234a附近的气体粘性与流经下游侧表面234b附近的气体粘性的差别，能够提高衬底的处理均匀性。另外，能够抑制向上游侧表面234a的气体吸附。(b)由于压力与热传导率处于比例关系，通过构成为能够调整第一隔热部270内的压力(真空度)，能够使第一隔热部270的热传导率可变。例如，能够通过降低第一隔热部270内的压力而降低热传导率，能够通过提高第一隔热部270内的压力而提高热传导率。通过将第一隔热部270内调整为规定压力，能够使上游侧表面234a吸收的从衬底载置台212放射的热的吸收量、冷却流路263的冷却量平衡，能够将上游侧表面234a的温度保持在规定温度。另外，能够将第一密封部262的温度维持在密封特性不会恶化的温度。(c)另外，在上游侧表面234a上堆积了膜时、附着了灰尘时，即使从衬底载置台212放射的热的吸收量、反射量下降，通过调整第一隔热部270内的真空度，也能够将上游侧表面234a的温度维持在规定温度，并抑制向上游侧表面234a的气体吸附。另外，能够将流经上游侧表面234a附近的气体粘度维持在规定粘度。(d)通过构成为设置冷却部而能够调整向冷却流路263供给的冷却介质流量，能够抑制由过度冷却导致的上游侧表面234a的温度下降。(e)通过构成为设置第一气体加热部280而能够加热上游侧表面234a，能够将上游侧表面234a的温度维持在规定温度、抑制由流经气体分散通道234d的气体的温度下降导致的气体粘度变化。(f)通过设置第二隔热部274，能够抑制气体整流部234的晶片200径向上的热移动，并抑制气体整流部234的温度分布。另外，能够抑制处理容器密封部260或缓冲部261的特性变化。另外，能够抑制由冷却排出路径225的壁导致的、副生成物向排出路径225的壁的吸附。(g)通过构成为能够调整第二隔热部274内的真空度，能够调整第二隔热部274的热传导率。(h)通过构成为能够调整向冷却流路263供给的冷却介质的流量，能够抑制由过度冷却导致的排出路径225的温度下降，并抑制向排出路径225内的膜附着、颗粒的堆积。另外，由于能够降低排出路径225内的颗粒数，所以能够抑制颗粒从排出路径225向处理室201的侵入。
<另一实施方式>
以上，具体地说明了第一实施方式，但本公开记载的发明不限定于上述实施方式，在不脱离其技术思想的范围内可以进行各种变更。
以上，说明了本公开的另一方式，但本公开不限定于上述实施方式，在不脱离其技术思想的范围内可以进行各种变更。
例如，也可以是，以透明的材质构成气体整流部234，以灯加热器构成第一气体加热部280，在第一气体供给时和第二气体供给时的任一方或双方中将灯加热器设为接通而调整流经上游侧表面234a的气体的粘性。另外，也可以进行温度调整使得抑制向上游侧表面234a的气体吸附。作为例子，在图8中示出了在供给第一气体时加热上游侧表面234a时的气体供给和灯接通/断开的时序。
另外，在上述说明中记载了交替供给第一气体(原料气体)和第二气体(反应气体)而成膜的方法，但也能够应用于其他方法中。例如，也可以是，以原料气体和反应气体的供给定时重叠的方式供给。
另外，也可以供给原料气体和反应气体而成为CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)成膜。
另外，在上述说明中记载了成膜处理，但也能够应用于其他处理。例如有使用了原料气体和反应气体中的任一方或双方的扩散处理、氧化处理、氮化处理、氮氧化处理、还原处理、氧化还原处理、蚀刻处理以及加热处理等。例如，在仅使用反应气体对衬底表面或形成于衬底的膜进行等离子体氧化处理、等离子体氮化处理时，也能够应用本公开。另外，也能够应用于仅使用了反应气体的等离子体退火处理。
另外，在上述说明中，记载了半导体器件的制造工序，但实施方式的公开也能够应用于半导体器件的制造工序以外的工序。例如有液晶器件的制造工序、向陶瓷衬底的处理等。
另外，在上述说明中，示出了形成氮化硅膜的例子，但也可以应用于使用了其他气体的成膜中。例如有含氧膜、含氮膜、含碳膜、含硼膜、含金属膜以及含有多种这些元素的膜等。此外，作为这些膜，例如有SiO膜、TiN膜、AlO膜、ZrO膜、HfO膜、HfAlO膜、ZrAlO膜、SiC膜、SiCN膜、SiBN膜、TiAlN膜、TiC膜以及TiAlC膜等。另外，也可以是将这里示出的金属元素置换为另一过渡金属或另一金属元素而成的膜。
〈本发明的优选的技术方案〉
以下，对本发明的优选技术方案进行附记。
<附记1>
根据一技术方案，提供一种衬底处理装置或半导体器件的制造装置，具有：
处理衬底的处理室；
衬底载置台，设置于所述处理室内，并载置所述衬底；
加热所述衬底的加热部；
气体整流部，向所述衬底供给处理气体；
密封部，设置于所述气体整流部；
隔热部，设置于所述密封部与所述气体整流部的上游侧表面之间；以及
第一压力调整部，与所述隔热部连接。
<附记2>
附记1所述的装置，优选的是，
具有控制部，所述控制部构成为以将所述隔热部内维持在第一规定压力的方式控制所述第一压力调整部。
<附记3>
附记2所述的装置，优选的是，具有：
冷却所述密封部的冷却流路；和
向所述冷却流路供给冷却介质的冷却部，
所述控制部构成为：
以将所述上游侧表面维持在规定温度的方式控制所述第一压力调整部和所述冷却部。
<附记4>
附记1至附记3中任一项所述的装置，优选的是，
所述气体整流部具有构成为朝向所述衬底的外周侧而直径逐渐扩大，并供所述气体通过的气体通道，
所述上游侧表面设置在所述气体通道的上游侧。
<附记5>
附记4所述的装置，优选的是，
所述隔热部设置成包围所述气体通道的上游侧。
<附记6>
附记1所述的装置，优选的是，
在所述气体整流部的外周设置将所述处理室内的气氛排出的排气部，并在所述排气部的外周具有第二隔热部。
<附记7>
附记6所述的装置，优选的是，
在所述第二隔热部上连接第二压力调整部，所述控制部构成为以将所述第二隔热部内维持在第二规定压力的方式控制所述第二压力调整部。
<附记8>
附记6所述的装置，优选的是，
在所述第二隔热部与所述排气部之间设置第二加热部，
所述控制部构成为以所述第二隔热部维持在规定温度的方式控制第二加热部和所述第二压力调整部。
<附记9>
附记1至附记8中任一项所述的装置，优选的是，
在所述气体整流部中设置供给气体的气体供给部，
所述控制部构成为：
以所述气体供给部向所述衬底依次供给处理气体和反应气体的方式控制所述气体供给部。
<附记10>
根据另一技术方案，提供一种向载置于衬底载置台的衬底供给气体的气体整流部，具有：
加热所述衬底的加热部；
密封部，设置于所述气体整流部；
隔热部，设置于所述密封部与所述气体整流部的上游侧表面之间；以及
第一压力调整部，与所述隔热部连接。
<附记11>
附记10所述的气体整流部，优选的是，
具有控制部，所述控制部构成为以将所述隔热部内维持在规定压力的方式控制所述第一压力调整部。
<附记12>
附记11所述的气体整流部，优选的是，具有：
冷却所述密封部的冷却流路；和
向所述冷却流路供给冷却介质的冷却部，
所述控制部构成为：
以将所述上游侧表面维持在规定温度的方式控制所述第一压力调整部和所述冷却部。
<附记13>
附记10至附记12中任一项所述的气体整流部，优选的是，
具有构成为朝向所述衬底的外周侧而直径逐渐扩大，并供所述气体通过的气体通道，
并构成为所述上游侧表面设置在所述气体通道的上游侧。
<附记14>
附记13所述的气体整流部，优选的是，
所述隔热部设置成包围所述气体通道的上游侧。
<附记15>
根据又另一技术方案，提供一种半导体器件的制造方法或衬底处理方法，具有：
加热载置于衬底载置台的衬底的工序；
经由气体整流部向所述衬底供给气体的工序；以及
将设置于密封部与该气体整流部的上游侧表面之间的隔热部内的压力维持在规定压力的工序，所述密封部设置于所述气体整流部。
<附记16>
附记15所述的方法，优选的是，
具有冷却所述密封部的冷却流路，
具有将所述密封部冷却至规定温度的工序。
<附记17>
根据又另一技术方案，提供一种使计算机执行以下步骤的程序或记录了该程序的计算机可读取的记录介质：
加热载置于衬底载置台的衬底的步骤；
经由气体整流部向所述衬底供给气体的步骤；以及
将设置于密封部与该气体整流部的上游侧表面之间的隔热部内的压力维持在规定压力的步骤，所述密封部设置于所述气体整流部。

Claims (14)

1.一种衬底处理装置，具有：
处理衬底的处理室；
衬底载置台，设置于所述处理室内，并载置所述衬底；
设置于所述衬底载置台内、且加热所述衬底的加热部；
气体整流部，设置于所述处理室的上部、且向所述衬底供给处理气体；
密封部，设置于所述气体整流部；
隔热部，设置于所述气体整流部内、所述密封部与所述气体整流部的上游侧表面之间，且构成为环状的槽形状、能够真空排气；
第一压力调整部，与所述隔热部连接，且将所述隔热部内调整为规定的第一压力；以及
控制部，所述控制部控制所述第一压力调整部。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，具有：
冷却所述密封部的冷却流路；和
向所述冷却流路供给冷却介质的冷却部，
所述控制部构成为：
以将所述上游侧表面维持在规定温度的方式控制所述第一压力调整部和所述冷却部。
3.根据权利要求1所述的衬底处理装置，
所述气体整流部具有构成为朝向所述衬底的外周侧而直径逐渐扩大，并供所述气体通过的气体通道，
所述上游侧表面设置在所述气体通道的上游侧的表面。
4.根据权利要求3所述的衬底处理装置，
所述隔热部设置成包围所述气体通道的上游侧。
5.根据权利要求1所述的衬底处理装置，
在所述气体整流部的外周设置将所述处理室内的气氛排出的排气部，并在所述排气部的外周具有第二隔热部。
6.根据权利要求5所述的衬底处理装置，
在所述第二隔热部上连接第二压力调整部，所述控制部构成为以将所述第二隔热部内维持在第二规定压力的方式控制所述第二压力调整部。
7.根据权利要求6所述的衬底处理装置，
在所述第二隔热部与所述排气部之间设置第二加热部，
所述控制部构成为以所述第二隔热部维持在规定温度的方式控制第二加热部和所述第二压力调整部。
8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，
还包括向所述气体整流部供给气体的气体供给部，
所述控制部构成为：
以所述气体供给部向所述衬底依次供给处理气体和反应气体的方式控制所述气体供给部。
9.一种气体整流部，向载置于在内部设置有加热部的衬底载置台的衬底供给气体，所述气体整流部具有：
密封部，设置于所述气体整流部；
隔热部，设置于所述气体整流部内、所述密封部与所述气体整流部的上游侧表面之间，且构成为环状的槽形状、能够真空排气；
第一压力调整部，与所述隔热部连接，且将所述隔热部内调整为规定的第一压力；以及
控制部，所述控制部控制所述第一压力调整部。
10.根据权利要求9所述的气体整流部，具有：
冷却所述密封部的冷却流路；和
向所述冷却流路供给冷却介质的冷却部，
所述控制部构成为：
以将所述上游侧表面维持在规定温度的方式控制所述第一压力调整部和所述冷却部。
11.根据权利要求9所述的气体整流部，
具有构成为朝向所述衬底的外周侧而直径逐渐扩大，并供所述气体通过的气体通道，
所述上游侧表面设置在所述气体通道的上游侧。
12.根据权利要求11所述的气体整流部，
所述隔热部设置成包围所述气体通道的上游侧。
13.一种半导体器件的制造方法，具有：
加热载置于在内部设置有加热部的衬底载置台的衬底的工序；
经由气体整流部向所述衬底供给气体的工序；以及
将隔热部内的第一压力维持在规定压力的工序，其中，隔热部设置于所述气体整流部内、密封部与所述气体整流部的上游侧表面之间，且构成为环状的槽形状、能够真空排气。
14.根据权利要求13所述的半导体器件的制造方法，
具有冷却所述密封部的冷却流路，
具有将所述密封部冷却至规定温度的工序。
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