CN109473338B - 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。要解决的课题为降低排气部的维护频率。半导体器件的制造方法具有下述工序：对处理容器内的衬底供给处理气体，并从包括排气管以及泵的排气部进行排气，从而对衬底进行处理的工序；从设置于排气管的供给端口向排气管内直接供给第一清洁气体，从而对排气部内进行清洁的工序；和向处理容器内供给第二清洁气体，从而对处理容器内进行清洁的工序，其中，使实施对排气部内进行清洁的工序的频率高于实施对处理容器内进行清洁的工序的频率。

Description

半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。
背景技术
作为半导体器件的制造工序的一个工序，有时进行下述工序：对处理容器内的衬底供给处理气体，从包括排气管及泵的排气部进行排气，从而处理衬底。若通过进行该工序而在处理容器内等附着了规定量的副产物，则有时于规定的时机(timing)进行处理容器内等的清洁(例如，参见专利文献1)。另外，若在排气部内附着了规定量的副产物，则有时于规定的时机进行排气部的维护。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-222805号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供能够降低排气部的维护频率的技术。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供下述技术，其具有下述工序：
对处理容器内的衬底供给处理气体，并从包括排气管以及泵的排气部进行排气，从而对所述衬底进行处理的工序；
从设置于所述排气管的供给端口向所述排气管内直接供给第一清洁气体，从而对所述排气部内进行清洁的工序；和
向所述处理容器内供给第二清洁气体，从而对所述处理容器内进行清洁的工序，
其中，使实施对所述排气部内进行清洁的工序的频率高于实施对所述处理容器内进行清洁的工序的频率。
发明效果
根据本发明，能够降低排气部的维护频率。
附图说明
[图1]为本发明的一实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，并且是以纵剖面图示出处理炉部分的图。
[图2]为本发明的一实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，并且是以图1的A-A线剖面图示出处理炉部分的图。
[图3]为本发明的一实施方式中适合使用的衬底处理装置的控制器的概略构成图，并且是以框图示出控制器的控制***的图。
[图4]为示出本发明的一实施方式的衬底处理顺序的图。
[图5](a)为示出不实施第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率的图，(b)为示出实施第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率的图。
[图6]为示出附着于排气部内的副产物、与供给至排气部内的HF气体的反应的情形的图。
[附图标记说明]
200 晶片(衬底)
具体实施方式
＜本发明的一实施方式＞
以下，参照图1～图4，说明本发明的一实施方式。
(1)衬底处理装置的构成
如图1所示，处理炉202具有作为加热机构(温度调节部)的加热器207。加热器207为圆筒形状，通过支承于保持板而垂直地安装。加热器207也作为通过热而将气体活化(激发)的活化机构(激发部)来发挥功能。
在加热器207的内侧，与加热器207呈同心圆状地配设有反应管203。反应管203由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，形成为上端封闭、下端开口的圆筒形状。在反应管203的下方，与反应管203呈同心圆状，配设有集流管209。集流管209由例如不锈钢(SUS)等金属构成，形成为上端及下端开口的圆筒形状。集流管209的上端部构成为卡合于反应管203的下端部、支承反应管203。在集流管209与反应管203之间，设置有作为密封部件的O型圈220a。反应管203与加热器207同样地垂直安装。主要由反应管203和集流管209构成处理容器(反应容器)。在处理容器的筒中空部形成有处理室201。处理室201构成为能够收容作为衬底的晶片200。
在处理室201内，喷嘴249a、249b以贯通集流管209的侧壁的方式设置。在喷嘴249a、249b上分别连接有气体供给管232a、232b。
在气体供给管232a、232b上，从上游侧起依次分别设置有作为流量控制器(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232a、232b的比阀243a、243b更靠下游侧，分别连接有气体供给管232c、232d。在气体供给管232c、232d上，从上游侧起依次分别设置有MFC241c、241d及阀243c、243d。
如图2所示，在反应管203的内壁与晶片200之间的俯视下为圆环状的空间，以自反应管203的内壁的下部沿上部朝向晶片200的搭载方向上方竖立的方式分别设置有喷嘴249a、249b。即，在排列晶片200的晶片排列区域的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域中，以沿着晶片排列区域的方式分别设置有喷嘴249a、249b。在喷嘴249a、249b的侧面分别设置有供给气体的气体供给孔250a、250b。气体供给孔250a、250b分别以朝向反应管203的中心的方式开口，能够朝向晶片200供给气体。在从反应管203的下部到上部的范围内设置有多个气体供给250a、250b。
作为处理气体(原料气体)，包含作为规定元素(主元素)的Si以及卤元素的含Si气体(卤代硅烷气体)从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a被供给至处理室201内。作为卤代硅烷气体，例如，可使用含Cl的氯硅烷气体。作为氯硅烷气体，例如，可使用六氯乙硅烷(Si2Cl6，简称：HCDS)气体。
作为第二清洁气体的氟(F2)气体从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a被供给至处理室201内。
作为处理气体(氮化气体)的含N气体(氮化剂)从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b被供给至处理室201内。作为含N气体，例如，可使用氨(NH3)气体。
作为处理气体(氧化气体)的含O气体(氧化剂)从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b被供给至处理室201内。作为含O气体，例如，可使用氧(O2)气体。
非活性气体从气体供给管232c、232d分别经由MFC241c、241d、阀243c、243d、气体供给管232a、232b、喷嘴249a、249b被供给至处理室201内。作为非活性气体，例如，可使用氮(N2)气体。N2气体作为吹扫气体、载气发挥作用。
主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a分别构成处理气体(原料气体)供给***、第二清洁气体供给***。主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成处理气体(氮化气体、氧化气体)供给***。主要由气体供给管232c、232d、MFC241c、241d、阀243c、243d构成非活性气体供给***。另外，主要由后述的气体供给管232e、MFC241e、阀243e构成第一清洁气体供给***。
上述各气体种类供给***中的任一者或全部的供给***可以构成为集成阀243a～243e、MFC241a～241e等而成的集成型供给***248。集成型供给***248以下述方式构成：分别与气体供给管232a～232e连接，并通过后述的控制器121来控制各种气体向气体供给管232a～232e内的供给动作，即，阀243a～243e的开闭动作、利用MFC241a～241e进行的流量调节动作等。集成型供给***248构成为一体型或分离型的集成单元，并以下述方式构成：能够相对于气体供给管232a～232e等以集成单元单位的形式进行拆装，能够以集成单元单位的形式进行集成型供给***248的维护、更换、增设等。
在反应管203侧壁下方连接有将处理室201内的气氛排出的排气管231。在排气管231上，经由检测处理室201内压力的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器245及作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller)阀244，连接有作为真空排气装置的真空泵246。APC阀244以下述方式构成，即，通过在使真空泵246工作的状态下将阀开闭，能够对处理室201内进行真空排气及停止真空排气，进而，通过在使真空泵246工作的状态下基于由压力传感器245检测到的压力信息来调节阀开度，能够调节处理室201内的压力。
在排气管231之中，至少位于比APC阀244更靠下游侧的部位的排气管231e构成为能够被拆下从而进行更换。在排气管231e上设置有供给端口231p。在供给端口231p上连接有气体供给管232e。在气体供给管232e上，从上游侧依次设置有MFC241e及阀243e。作为第一清洁气体，例如，氟化氢(HF)气体从气体供给管232e经由MFC241e、阀243e、供给端口231p而被供给至排气管231e内以及真空泵246内。
主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气***。另外，主要由排气管231e以及真空泵246构成排气部。也可考虑将供给端口231p包含在排气部。也可考虑将排气部包含在排气***。
在集流管209的下方，设置有能够将集流管209的下端开口(即，供晶片200出入的开口部)气密地封闭的作为第一盖体的密封盖219。密封盖219由例如SUS等金属材料构成，形成为圆盘状。在密封盖219的上表面设置有与集流管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220b。在密封盖219的下方设置有使后述的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封盖219而连接于晶舟217。旋转机构267被构成为通过使晶舟217旋转来使晶片200旋转。密封盖219被构成为，通过设置在集流管209的外部的作为升降机构的晶舟升降机115而可在垂直方向上升降。晶舟升降机115被构成为能够通过使密封盖219升降来将晶片200相对于处理室201内外搬入及搬出(搬送)的搬送装置(搬送机构)。另外，在集流管209的下方，设置有作为第二盖体的闸门219s，其能够在使密封盖219下降从而将晶舟217从处理室201内搬出的状态下将集流管209的下端开口气密地封闭。闸门219s由例如SUS等金属材料构成，形成为圆盘状。在闸门219s的上表面，设置有与集流管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220c。闸门219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)由闸门开闭机构115s控制。
作为衬底支承具的晶舟217被构成为，将多张(例如25～200张)晶片200以水平姿势且彼此中心对齐的状态在垂直方向排列并呈多层支承，也就是使多张晶片200隔开间隔地排列。晶舟217由例如石英、SiC等耐热性材料构成。在晶舟217的下部，呈多层地支承有由例如石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218。
在反应管203内，设置有作为温度检测器的温度传感器263。通过基于由温度传感器263检测到的温度信息来调节向加热器207的通电情况，使处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263沿反应管203的内壁而设置。
如图3所示，作为控制部(控制手段)的控制器121被构成为具备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被构成为能够经由内部总线121e与CPU121a进行数据交换。在控制器121上，连接有例如构成为触摸面板等的输入输出装置122。
存储装置121c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置121c内，以能够读取的方式存储有控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载有后述的衬底处理的步骤、条件等的工艺制程、记载有后述的清洁处理的步骤、条件等的清洁制程等。工艺制程、清洁制程是以能够使控制器121执行后述的衬底处理、清洁处理中的各步骤、并得到规定的结果的方式组合而成的，作为程序发挥功能。以下，将工艺制程、清洁制程、控制程序等也总称地简称为程序。另外，工艺制程、清洁制程也简称为制程。在本说明书中，在使用程序这一用语的情况下，有时单独指制程，有时单独指控制程序，或有时包含这两者。RAM121b被构成为暂时保持由CPU121a读取的程序、数据等的存储器区域(工作区)。
I/O端口121d连接于上述的MFC241a～241e、阀243a～243e、压力传感器245、APC阀244、真空泵246、温度传感器263、加热器207、旋转机构267、晶舟升降机115、闸门开闭机构115s等。
CPU121a被构成为从存储装置121c读取并执行控制程序，并且根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等来从存储装置121c读取制程。CPU121a被构成为，以按照读取到的制程的内容的方式，控制利用MFC241a～241e的各种气体的流量调节动作、阀243a～243e的开闭动作、APC阀244的开闭动作及基于压力传感器245的APC阀244的压力调节动作、真空泵246的起动及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调节动作、利用旋转机构267的晶舟217的旋转及旋转速度调节动作、利用晶舟升降机115的晶舟217的升降动作、利用闸门开闭机构115s的闸门219s的开闭动作等。
控制器121能够通过将存储在外部存储装置(例如，HDD等磁盘、CD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器等半导体存储器)123中的上述程序安装到计算机中而构成。存储装置121c、外部存储装置123构成为计算机可读取的存储介质。以下，也将这些统称地简称为记录介质。在本说明书中使用记录介质这样的用语的情况下，有时仅单独包含存储装置121c、有时仅单独包含外部存储装置123，或者有时包含这两者。需要说明的是，程序向计算机提供也可以不使用外部存储装置123，而使用互联网、专用线路等通信方式。
(2)衬底处理
使用图4，针对下述顺序例进行说明：使用上述衬底处理装置，作为半导体器件的制造工序的一工序，在作为衬底的晶片200上形成包含Si、O以及N的膜、即硅氧氮化膜(SiON膜)。在以下说明中，构成衬底处理装置的各部的动作由控制器121控制。在此方面，对于后述第一、第二清洁处理也是同样的。
在本实施方式的成膜顺序中，将下述循环进行规定次数(n次，n为1以上的整数)，所述循环为非同时地进行下述步骤：对处理容器内的晶片200供给HCDS气体作为处理气体(原料气体)的步骤1；对处理容器内的晶片200供给NH3气体作为处理气体(氮化剂)的步骤2；和对处理容器内的晶片200供给O2气体作为处理气体(氧化剂)的步骤3。
在本说明书中，方便起见，也有时将上述成膜顺序按以下方式表示。在以下的变形例等的说明中，使用同样的表述。
在本说明书中，在使用“晶片”这一用语的情况下，有时指“晶片本身”、“晶片与在其表面形成的规定的层、膜等的层叠体”。在本说明书中，在使用“晶片的表面”这一用语的情况下，有时指“晶片本身的表面”，有时指“在晶片上形成的规定的层、膜等的表面”。在本说明书中，在记载为“在晶片上形成规定的层(或膜)”的情况下，有时指“在晶片本身的表面上直接形成规定的层”，有时指“在形成于晶片上的层等上形成规定的层”。
(晶片填充～晶舟加载)
在将多张晶片200装填(晶片填充)到晶舟217上后，利用闸门开闭机构115s使闸门219s移动，从而使集流管209的下端开口打开(闸门打开)。之后，如图1所示，支承有多张晶片200的晶舟217被晶舟升降机115抬起并搬入(晶舟加载)到处理室201内。在该状态下，密封盖219处于借助O型环220b而将集流管209的下端密封的状态。
(压力调节以及温度调节)
为了使处理室201内、即晶片200存在的空间达到所期望的压力(真空度)，利用真空泵246进行真空排气(减压排气)。此时，利用压力传感器245测定处理室201内的压力，基于该测定的压力信息对APC阀244进行反馈控制。另外，以处理室201内的晶片200达到所期望的处理温度的方式通过加热器207进行加热。此时，以处理室201内成为所期望的温度分布的方式，基于温度传感器263检测到的温度信息对向加热器207通电的情况进行反馈控制。另外，开始利用旋转机构267进行晶片200的旋转。真空泵246的运转、晶片200的加热以及旋转均至少在对晶片200进行的处理结束为止的期间持续进行。
(成膜处理)
然后，依次实施如下步骤1～3。
[步骤1]
在此步骤中，对处理室201内的晶片200供给HCDS气体。
具体而言，打开阀243a，向气体供给管232a内流入HCDS气体。HCDS气体利用MFC241a进行流量调节，经由喷嘴249a而被供给至处理室201内，并从排气管231排出。此时，对晶片200供给HCDS气体。此时，也可以打开阀243c、243d，向气体供给管232c、232d内流入N2气体。
作为本步骤中的处理条件，可例示：
HCDS气体供给流量：1～2000sccm、优选为10～1000sccm
N2气体供给流量(每根气体供给管)：0～10000sccm
各气体供给时间：1～120秒、优选为1～60秒
处理温度：250～800℃、优选为400～700℃
处理压力：1～2666Pa、优选为67～1333Pa。
通过在上述条件下对晶片200供给HCDS气体，从而在晶片200的最外表面上形成包含Cl的含Si层作为第一层。包含Cl的含Si层通过HCDS物理吸附在晶片200的最外表面上、HCDS的一部分分解而得的物质(以下，SixCly)化学吸附在晶片200的最外表面上、或HCDS发生热分解等而形成。包含Cl的含Si层可以是HCDS、SixCly的吸附层(物理吸附层、化学吸附层)，也可以是包含Cl的Si层。需要说明的是，本说明书中，也将包含Cl的含Si层简称为含Si层。
在晶片200上形成第一层后，关闭阀243a，停止向处理室201内供给HCDS气体。另外，将处理室201内真空排气，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除。此时，打开阀243c、243d，向处理室201内供给N2气体。N2气体作为吹扫气体发挥作用。
作为原料气体(含Si气体)，除了HCDS气体以外，还可使用例如单氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷(SiCl4，简称：STC)气体，八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等氯硅烷系气体。另外，作为原料气体，可使用四氟硅烷(SiF4)气体、四溴硅烷(SiBr4)气体、四碘硅烷(SiI4)气体等。即，作为原料气体，可使用氟硅烷气体、溴硅烷气体、碘硅烷气体等各种卤代硅烷系气体。
另外，作为原料气体(含Si气体)，可使用双(二乙基氨基)硅烷(SiH2[N(C2H5)2]2，简称：BDEAS)气体、双(叔丁基氨基)硅烷(SiH2[NH(C4H9)]2，简称：BTBAS)气体、三(二乙基氨基)硅烷(SiH[N(C2H5)2]3，简称：3DEAS)气体、三(二甲基氨基)硅烷(SiH[N(CH3)2]3，简称：3DMAS)气体、四(二乙基氨基)硅烷(Si[N(C2H5)2]4，简称：4DEAS)气体、四(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]4，简称：4DMAS)气体等各种氨基硅烷气体。
作为吹扫气体，除N2气体以外，例如，能够使用Ar气体、He气体、Ne气体、Xe气体等各种稀有气体。在此方面，对于后述步骤2、3也是同样的。
[步骤2]
步骤1结束后，对处理室201内的晶片200、即对形成于晶片200上的第一层供给NH3气体。
具体而言，利用与步骤1中的243a、243c、243d的开闭控制同样的步骤，进行阀243b～243d的开闭控制。NH3气体利用MFC241b进行流量调节，经由喷嘴249b而被供给至处理室201内，并从排气管231排出。此时，对晶片200供给NH3气体。
作为本步骤中的处理条件，可例示：
NH3气体供给流量：100～10000sccm
处理压力：1～4000Pa、优选为1～3000Pa。
其他处理条件与步骤1中的处理条件同样。
通过在上述条件下对晶片200供给NH3气体，能够将在步骤1中形成于晶片200上的第一层的至少一部分改质(氮化)。由此，能够使Cl从第一层中脱离，并且能够将NH3气体中含有的N成分摄入至第一层中。通过以这种方式将第一层改质，从而在晶片200上形成包含Si及N的层即硅氮化层(SiN层)作为第二层。
在晶片200上形成第二层后，关闭阀243b，停止向处理室201内供给NH3气体。另外，利用与步骤1同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除。
作为氮化剂，除了NH3气体以外，还可使用二氮烯(N2H2)气体、肼(N2H4)气体、N3H8气体，包含这些化合物的气体等。
[步骤3]
步骤2结束后，对处理室201内的晶片200、即在晶片200上形成的第二层供给O2气体。
具体而言，通过与步骤1中的243a、243c、243d的开闭控制同样的步骤进行阀243b～243d的开闭控制。O2气体利用MFC241b进行流量调节，经由喷嘴249b而被供给至处理室201内，并从排气管231排出。此时，对晶片200供给O2气体。
作为本步骤中的处理条件，可例示：
O2气体供给流量：100～10000sccm
处理压力：1～4000Pa、优选为1～3000Pa。
其他处理条件与步骤1中的处理条件同样。
通过在上述条件下对晶片200供给O2气体，能够将在步骤2中形成于晶片200上的第二层的至少一部分改质(氧化)。由此，能够使Cl从第二层中脱离，并且能够将O2气体中含有的O成分摄入至第二层中。通过以这种方式将第二层改质，从而在晶片200上形成包含Si、O以及N的层即硅氧氮化层(SiON层)作为第三层。
在晶片200上形成第三层后，关闭阀243b，停止向处理室201内供给O2气体。另外，利用与步骤1同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除。
作为氧化剂，除O2气体以外，还能够使用一氧化二氮(N2O)气体、一氧化氮(NO)气体、二氧化氮(NO2)气体、臭氧(O3)气体、过氧化氢(H2O2)气体、水蒸气(H2O气体)、一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体等。
[以规定次数实施]
通过将非同时、即非同步地实施步骤1～3的循环进行规定次数(n次，n为1以上的整数)，能够在晶片200上形成规定组成以及规定膜厚的SiON膜。上述的循环优选重复多次。即，优选的是，使每一个循环所形成的第三层的厚度比所期望的膜厚薄，将上述循环进行多次，直至将第三层叠层而形成的膜的膜厚成为所期望的膜厚。
(后吹扫以及大气压恢复)
成膜处理结束后，分别从气体供给管232c、232d向处理室201内供给N2气体，并从排气管231排出。由此，处理室201内被吹扫，将残留在处理室201内的气体、反应副产物等从处理室201内除去(后吹扫)。在处理室201内的气氛被置换为非活性气体后(非活性气体置换)，使APC阀244完全关闭(full close)。之后，通过持续向处理室201内供给N2气体，从而使处理室201内的压力恢复常压(大气压恢复)。
(晶舟卸载～晶片取出)
然后，利用晶舟升降机115使密封盖219下降，使集流管209的下端打开，并且将处理完成的晶片200在被支承于晶舟217的状态下从集流管209的下端向反应管203的外部搬出(晶舟卸载)。晶舟卸载后，使闸门219s移动，将集流管209的下端开口经由O型圈220c而利用闸门219s密闭(闸门封闭)。处理完成的晶片200被搬出至反应管203的外部后，从晶舟217取出(晶片取出)。
(3)第一清洁处理
实施上述衬底处理(分批处理)、即成膜处理后，至少在排气部的内部附着有包含硅氧化物(SiOx)等的副产物。即，在排气管231e的内壁、真空泵246内部的部件的表面等附着有包含SiOx等的副产物。在成膜处理的实施期间中，排气管231e、真空泵241的温度低于处理容器、与APC阀244相比更靠上游侧的排气管231的温度。因此，有较之处理容器的内部、与APC阀244相比更靠上游侧的排气管231的内部而言在排气部的内部附着有大量副产物的趋势。
对于附着于排气部的内部的副产物而言，若在附着于排气部的内部的状态下重复实施分批处理，则根据分批处理的次数，存在发生固定(Fix)的情况。即便向排气部的内部供给HF气体等清洁气体，也难以将固定的副产物蚀刻，从而具有将其从排气部的内部除去变得困难的趋势。因此，在本实施方式中，在将上述成膜处理每进行数批次(优选为每进行1批次)、即副产物在排气部的内部固定之前，不经由处理容器内而直接向排气部内供给HF气体，从而将排气部内清洁。需要说明的是，所谓分批处理的次数，是指从晶片填充至晶片取出的衬底处理的实施次数。
对排气部内进行清洁时，通过在使APC阀244完全关闭的状态下打开阀243e，从而向气体供给管232e内流入作为第一清洁气体的HF气体。HF气体利用MFC241e进行流量调节，经由供给端口231p而被供给至排气管231e的内部以及真空泵246的内部，并与排气管231e的内壁、真空泵246内部的部件的表面等接触。此时，在HF气体与副产物之间发生热化学反应(蚀刻反应)，从排气部内将副产物除去。需要说明的是，进行该处理时，既可以使真空泵246处于停止状态，或者也可以使其处于工作的状态。
本说明书中，将对排气部的内部进行的上述处理称为“第一清洁处理”。进行第一清洁处理的频率高于进行后述第二清洁处理的频率。例如，使进行第一清洁处理的频率为如上所述那样每数批次、优选为每1批次，使进行第二清洁处理的频率为每300～500批次。通过以这种高频率进行第一清洁处理，能够将附着于排气部内的副产物在其固定于排气部内之前的少量(poor)的状态下进行蚀刻。而且，能够将附着于排气部内的副产物从排气部内容易且切实地、即高效且有效地除去。结果，能够降低进行排气部的维护作业的频率(例如，进行排气管231e、真空泵246的更换、清洗、大检修(overhaul)这样的维护作业的频率)。进行真空泵246的更换作业的频率能够设为低于进行第二清洁处理的频率(每300～500批次)的频率，例如能够设为每2000～2500批次。排气管231e的内部间隙大于真空泵246的间隙，因此，进行排气管231e的更换作业的频率也能够设为上述进行真空泵246的更换作业的频率以下。
第一清洁处理优选在成膜处理结束后、直到开始下一成膜处理前之间的期间进行。即，第一清洁处理优选在分批处理的实施期间中进行。由此，成膜处理结束后，通过在附着于排气部内的副产物固定前迅速地进行第一清洁处理，能够更切实地将副产物从排气部内除去。
第一清洁处理可在处理容器内收容有晶片200的状态下进行。具体而言，第一清洁处理可在处理容器内收容晶片200后、开始成膜处理前的期间(搬入后·成膜前的期间)进行。另外，第一清洁处理也可在成膜处理结束后、将实施了成膜处理的晶片200从处理容器内搬出前的期间(成膜后·搬出前的期间)进行。特别地，在后者的情况下，由于能够在附着于排气部内的副产物更加少量的状态下对副产物进行蚀刻，因此，能够更切实地防止附着于排气部内的副产物的固定，能够更切实地将副产物从排气部内除去。需要说明的是，在处理容器内收容有晶片200的状态下进行第一清洁处理的情况下，该处理优选在使集流管209的下端开口通过密封盖219而密闭的状态下进行。
另外，第一清洁处理还能够在成膜处理结束后、将实施了成膜处理的晶片200从处理容器内搬出后的状态、即在处理容器内未收容有晶片200的状态下进行。具体而言，还能够在将实施了成膜处理的晶片200从处理容器内搬出后、将下一成膜处理中处理的晶片200收容在处理容器内之前的期间(搬出后·搬入前的期间)进行第一清洁处理。若在搬出后·搬入前的期间进行第一清洁处理，则能够有效利用成膜处理间的待机期间(例如，晶片取出以及晶片填充所需期间)。需要说明的是，在处理容器内没有收容晶片200的状态下进行第一清洁处理的情况下，优选在集流管209的下端开口通过闸门219s而密闭的状态下进行上述处理。
如上所述，第一清洁处理可在处理容器内收容有晶片200的状态、以及在处理容器内未收容有晶片200的状态中的任意状态下进行。在上述任意情况下，在利用密封盖219、闸门219s等盖体将集流管209的下端开口密闭而不是将其打开的状态下进行第一清洁处理。另外，在上述任意情况下，均在使排气管231e的比设置有供给端口231p的部分更靠上游侧设置的排气阀、即APC阀244完全关闭的状态下实施第一清洁处理。通过在APC阀244为完全关闭的状态下实施第一清洁处理，能够防止供给至排气部内的HF气体向处理容器内的逆流。另外，通过在使集流管209的下端开口密闭的状态下进行第一清洁处理，即使在万一被供给至排气部内的HF气体向处理容器内逆流的情况下，也能够防止HF气体向处理容器外的释放(泄露)。如上所述，通过双重地进行集流管209的下端开口以及APC阀244各自的开闭控制(安全控制)，能够提高第一清洁处理的安全性。
如图4所示，在本实施方式的衬底处理顺序中，使第一清洁处理在上述后吹扫结束后开始、在开始晶舟卸载前结束。即，使第一清洁处理与大气压恢复并行地进行。这种情况下，由于成膜处理结束后，迅速地开始第一清洁处理，因此，能够容易且切实地将来自排气部内的副产物除去。另外，在开始第一清洁处理的时机、即开始大气压恢复时，如上所述，APC阀244处于完全关闭的状态，另外，集流管219的下端开口处于密闭的状态，因此，也能够安全地进行第一清洁处理。
作为本步骤中的处理条件，可例示：
HF气体供给流量：4000～6000sccm
气体供给时间：3～10分钟
排气部内的温度：50～100℃
排气部内的压力：1330Pa(10Torr)～101300Pa(大气压)。
(4)第二清洁处理
若重复实施上述衬底处理(分批处理)、即成膜处理，则会在处理容器的内部、例如反应管203的内壁、喷嘴249a、249b的表面、晶舟217的表面等积累包含SiON膜等薄膜的堆积物。即，包含上述薄膜的堆积物附着并积累在加热后的处理室201内的部件的表面。在上述堆积物的量、即积累膜厚达到堆积物发生剥离、掉落之前的规定的量(厚度)时，对处理容器内进行清洁。在本说明书中，将对处理容器进行的上述处理称为“第二清洁处理”。第二清洁处理例如每300～500批次进行，其频率低于进行上述第一清洁处理的频率(每数批次、优选为每1批次)。需要说明的是，进行第二清洁处理的频率高于上述进行排气部的维护作业的频率(每2000～2500批次)。以下，说明本实施方式中的第二清洁处理的一例。
(晶舟加载)
在上述分批处理、即自晶片填充至晶片取出的衬底处理进行例如300～500次后，利用闸门开闭机构115s使闸门219s移动，将集流管209的下端开口打开(闸门打开)。然后，未装填晶片200的空的晶舟217通过晶舟升降机115而被抬起并搬入处理室201内。在该状态下，密封盖219处于经由O型圈220b而将集流管209的下端密闭的状态。
(压力调节以及温度调节)
以处理室201内成为规定的压力的方式，通过真空泵246进行真空排气。真空泵246至少在直至第二清洁处理结束为止的期间维持持续工作的状态。另外，以处理室201内成为规定温度的方式，利用加热器207进行加热。另外，利用旋转机构267开始进行晶舟217的旋转。利用加热器207进行的处理室201内的加热、晶舟217的旋转至少在直至后述清洁步骤完成为止的期间持续进行。其中，晶舟217也可以不旋转。
(清洁步骤)
接下来，向重复进行了上述成膜处理后的处理容器内供给作为第二清洁气体的F2气体。在该步骤中，在将阀243b关闭的状态下，按照与成膜处理的步骤1中的阀243a、243c、243d的开闭控制同样的步骤进行阀243a、243c、243d的开闭控制。F2气体利用MFC241a进行流量调节，经由气体供给管232a、喷嘴249a而被供给至处理室201内。
向处理室201内供给的F2气体在通过处理室201内并从排气管231排出时，与处理室201内的部件的表面例如反应管203的内壁、喷嘴249a、249b的表面、晶舟217的表面、集流管209的内壁、密封盖219的上表面等接触。此时，在F2气体与堆积物之间发生热化学反应(蚀刻反应)，结果，堆积物从处理室201内被除去。
作为本步骤中的处理条件，可例示：
F2气体供给流量：4000～6000sccm
气体供给时间：30～40小时
处理温度：350～450℃
处理压力：1330Pa(10Torr)～101300Pa(大气压)。
作为第二清洁气体，除F2气体以外，还可使用氟化氯(ClF3)气体、氟化氮(NF3)气体、HF气体等。
(后吹扫以及大气压恢复步骤)
清洁步骤结束后，关闭阀243a，停止向处理室201内供给F2气体。另外，利用与成膜处理的后吹扫同样的处理步骤，对处理室201内进行吹扫(后吹扫)。此时，也可以通过重复阀243c、243d的开闭动作，间歇地进行处理室201内的吹扫(循环吹扫)。此后，处理室201内的气氛被置换为N2气体(非活性气体置换)，处理室201内的压力恢复常压(大气压恢复)。
(晶舟卸载)
之后，利用晶舟升降机115使密封盖219下降，集流管209的下端被打开、并且空的晶舟217从集流管209的下端被搬出至反应管203的外部(晶舟卸载)。晶舟卸载后，使闸门219s移动，集流管209的下端开口经由O型圈220c而被闸门219s密闭。上述一系列工序结束后，再次开始上述的成膜处理。
(5)本实施方式的效果
根据本实施方式，可得到以下所示一种或多种效果。
(a)通过使进行第一清洁处理的频率高于进行第二清洁处理的频率，能够将附着于排气部内的副产物在该副产物固定之前的少量状态下将其蚀刻。而且，能够将附着于排气部内的副产物容易且切实地从排气部内除去。结果，能够降低排气部的维护频率。例如，能够使进行真空泵246、排气管231e的更换作业的频率低于进行第二清洁处理的频率。
图5(a)为示出不实施第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率的例子的图。图5(b)为示出在每1批次实施了第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率的例子的图。在这些图中，分别地，“数值-数值”表示分批处理的实施次数(开始时次数-中断时次数)，“C”表示每规定批次(在此，为每500批次)进行第二清洁处理，“E”表示每1批次进行第一清洁处理，“P”表示排气部的维护作业(泵更换作业以及排气管更换作业)。
如上述那样，第一清洁处理能够在分批处理的实施期间中(例如，与大气压恢复并行地)进行，因此，在图5(b)中，方便起见，将每1批次实施的第一清洁处理的时间以与分批处理的时间相同的方式表示。另外，如上所述，能够使排气管更换频率成为泵更换频率以下，但这里示出了两者的频率相同的例子。需要说明的是，图5(a)以及图5(b)均示出了从实施第1批次的分批处理起至实施第2001批次的分批处理前的排气部的维护频率。
根据这些图可知，实施了第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率(1次/2000批次)低于不实施第一清洁处理的情况下的排气部的维护频率(1次/300批次)。在图5(b)所示例子中，与图5(a)所示例子相比，可使排气部的维护减少5次。由于1次泵更换需要10～15小时左右的时间，因此，通过以上述方式降低排气部的维护频率，能够缩短衬底处理装置的停机时间，能够提高其运转效率。
(b)通过在每数批次(优选为每1批次)在成膜处理结束后、直到开始下一成膜处理前之间的期间进行第一清洁处理，能够更切实地得到上述效果。
(c)通过在每数批次(优选为每1批次)在成膜处理结束后、将实施了成膜处理的晶片200从处理容器内搬出之前的期间进行第一清洁处理，能够进一步切实地得到上述效果。
(d)通过在使APC阀244完全关闭、并且将集流管209的下端开口密闭的状态下进行第一清洁处理，能够切实地防止HF气体向处理容器外的泄露。由此，能够提高第一清洁处理的安全性。
(e)在作为原料气体而使用HCDS气体以外的含Si气体的情况、作为氮化剂而使用NH3气体以外的含N气体的情况、作为氧化剂而使用O2气体以外的含O气体的情况下，也能同样得到上述效果。另外，在作为第一清洁气体而使用HF气体以外的气体的情况、作为第二清洁气体而使用F2气体以外的气体的情况下，也能同样得到上述效果。
＜其他实施方式＞
以上，具体说明了本发明的实施方式。然而，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，成膜处理的顺序不限于上述实施方式的方式。例如，在利用以下所示成膜顺序而在晶片200上形成硅氧化膜(SiO膜)、硅氧碳氮化膜(SiOCN膜)、硅氧碳化膜(SiOC膜)等的情况下，通过以上述频率进行上述第一清洁处理，可得到与上述实施方式同样的效果。
需要说明的是，在为了制作3DNAND等3D器件而进行上述成膜处理的情况下，具有HCDS气体等原料气体的供给时间变长、或使供给量增加的趋势。这种情况下，具有附着于排气部内的副产物的量增加、排气部的维护频率变高的趋势。针对这种课题，可以说能够降低排气部的维护频率的本发明具有非常大的意义。
在上述实施方式中，针对附着于排气部内的副产物主要包含SiOx的例子进行了说明，但本发明的第一清洁处理的作为清洁对象的副产物不限于上述物质。例如，在附着于排气部内的副产物包含含O的氯化铵(NH4ClOx)、氯化铵(NH4Cl)等物质的情况下，通过以上述频率进行上述第一清洁处理，可得到与上述实施方式同样的效果。
在上述实施方式中，在第一清洁处理中，主要针对对排气管231e、真空泵246进行清洁的例子进行了说明，但第一清洁处理的作为清洁对象的部件不限于此。例如，对于附着于设置在真空泵246的下游侧的排气导管(duct)(将未图示的除害装置与真空泵246连接的导管)内的副产物而言，也能够通过以上述频率进行上述第一清洁处理而高效地将其除去。
优选的是，衬底处理、清洁处理所使用的制程根据处理内容而分别准备，并借助电通信线路、外部存储装置123预先存储在存储装置121c内。而且，优选的是，在开始衬底处理、清洁处理时，CPU121a根据衬底处理、清洁处理的内容从存储在存储装置121c内的多个制程之中适当地选择出恰当的制程。由此，能够利用1台衬底处理装置再现性良好地形成各种各样的膜种类、组成比、膜品质、膜厚的膜。而且，能够根据附着于处理室201内、排气部内的包含各种膜的堆积物来进行适当的清洁处理。此外，能够减少操作者的负担，在避免操作失误的同时，能够迅速开始衬底处理。
上述制程不限于新作成的情况，例如，可以通过改变已经安装在衬底处理装置中的已有制程来准备。在改变工艺制程时，可以经由电气通信线路、记录有该制程的记录介质将改变后的制程安装在衬底处理装置中。此外，还可以操作已有的衬底处理装置所具备的输入输出装置122，直接改变已经安装在衬底处理装置中的已有制程。
在上述实施方式中，对使用批量式衬底处理装置(一次处理多张衬底)来形成膜的例子进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，例如，也优选适用于使用单片式衬底处理装置(一次处理1张或数张衬底)形成膜的情况。此外，在上述实施方式中，对使用具有热壁型的处理炉的衬底处理装置来形成膜的例子进行了说明。本发明并不限于上述实施方式，也优选适用于使用具有冷壁型的处理炉的衬底处理装置来形成膜的情况。
在使用这些衬底处理装置的情况下，也能够通过与上述实施方式、变形例同样的处理步骤、处理条件进行成膜，可得到与它们同样的效果。
另外，上述实施方式、变形例等可适当组合使用。此时的处理步骤、处理条件可设为例如与上述实施方式的处理步骤、处理条件相同。
实施例
以下，对实施例进行说明。
作为实施例，使用图1所示衬底处理装置，利用与上述实施方式的成膜处理同样的处理步骤，在多张晶片上形成膜厚在3～10nm的范围内的SiON膜。当将成膜处理实施1批次时，在将晶片从处理容器内搬出前，利用与上述实施方式的第一清洁处理同样的开始时机、处理步骤，对排气部内进行清洁。成膜处理以及第一清洁处理中的处理条件分别设为上述实施方式中的各个处理条件范围内的规定条件。在进行第一清洁处理时，使用设置于排气部的FTIR分析装置，对附着于排气部内的副产物、与供给至排气部内的HF气体的反应的情形进行观测。
图6中示出了利用FTIR分析装置得到的观测结果。分别地，图6的横轴表示观测开始后的经过时间(分钟)、图6的纵轴(左)表示排气部内的HF的浓度(ppm)、图6的纵轴(右)表示由副产物与HF气体的反应而生成的SiF4在排气部内的浓度(ppm)。
根据图6可知，在开始向排气部内供给HF气体后，副产物与HF气体的反应开始(SiF4的浓度上升)，该反应在经过4～5分钟左右后收敛(SiF4的浓度降低)。即，在每将上述成膜处理实施1批次而进行了第一清洁处理的情况下，排气部内的清洁在4～5分钟左右的短时间内完成。即，可知能够以例如处理容器内的大气压恢复所需的时间(例如30分钟左右)以内的时间完成第一清洁处理。即，可知能够防止衬底处理的合计所需时间的增加，能够避免衬底处理的生产率降低。

Claims (10)

1.半导体器件的制造方法，其具有下述工序：
对处理容器内的衬底供给包含含硅气体、含氮气体及含氧气体的处理气体，并从包括排气管以及泵的排气部进行排气，从而以在所述衬底上形成包含硅、氧及氮的膜的方式对所述衬底进行处理的工序；
从设置于所述排气管的供给端口向所述排气管内直接供给包含氟化氢气体的第一清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的工序中附着于所述排气部内的包含硅氧化物的副产物除去的方式对所述排气部内进行清洁的工序；
向所述处理容器内供给包含氟气体、氟化氯气体、氟化氮气体或氟化氢气体的第二清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的工序中附着于所述处理容器内的包含所述膜的堆积物除去的方式对所述处理容器内进行清洁的工序；和
更换所述泵的工序，
其中，使实施对所述排气部内进行清洁的工序的频率高于实施对所述处理容器内进行清洁的工序的频率，使实施更换所述泵的工序的频率低于实施对所述处理容器内进行清洁的工序的频率，
在将所述处理容器的供所述衬底出入的开口部密闭而不是打开、并且使所述排气管的排气阀处于完全关闭的状态下实施对所述排气部内进行清洁的工序，所述排气阀被设置于所述排气管的比设置有所述供给端口的部分更靠上游一侧。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其还具有更换所述排气管的工序，
其中，使实施更换所述排气管的工序的频率低于实施对所述处理容器内进行清洁的工序的频率。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，使实施更换所述排气管的工序的频率为实施更换所述泵的工序的频率以下。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，
每实施1次对所述衬底进行处理的工序后，实施对所述排气部内进行清洁的工序，
每实施多次对所述衬底进行处理的工序后，实施对所述处理容器内进行清洁的工序。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在所述衬底的处理结束后、直到开始下一个衬底的处理前之间的期间实施对所述排气部内进行清洁的工序。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在将衬底收容于所述处理容器内的状态下实施对所述排气部内进行清洁的工序。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在所述衬底的处理结束后、将实施了所述处理的所述衬底从所述处理容器内搬出之前，实施对所述排气部内进行清洁的工序。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在所述衬底的处理结束后、将实施了所述处理的所述衬底从所述处理容器内搬出之后，实施对所述处理容器内进行清洁的工序。
9.衬底处理装置，其具有：
实施对衬底的处理的处理容器；
对所述处理容器内的衬底供给包含含硅气体、含氮气体及含氧气体的处理气体的处理气体供给***；
将供给至所述处理容器内的处理气体排出的包含排气管以及泵的排气部；
从设置于所述排气管的供给端口向所述排气管内直接供给包含氟化氢气体的第一清洁气体的第一清洁气体供给***；
向所述处理容器内供给包含氟气体、氟化氯气体、氟化氮气体或氟化氢气体的第二清洁气体的第二清洁气体供给***；和
控制部，其构成为能够控制所述处理气体供给***、所述排气部、所述第一清洁气体供给***以及所述第二清洁气体供给***，以进行下述步骤：对所述处理容器内的衬底供给所述处理气体，并从所述排气部进行排气，从而以在所述衬底上形成包含硅、氧及氮的膜的方式处理所述衬底的步骤；从设置于所述排气管的所述供给端口向所述排气管内直接供给所述第一清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的步骤中附着于所述排气部内的包含硅氧化物的副产物除去的方式对所述排气部内进行清洁的步骤；和向所述处理容器内供给所述第二清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的步骤中附着于所述处理容器内的包含所述膜的堆积物除去的方式对所述处理容器内进行清洁的步骤，并且，使得实施对所述排气部内进行清洁的步骤的频率高于实施对所述处理容器内进行清洁的步骤的频率，其中，在将所述处理容器的供所述衬底出入的开口部密闭而不是打开、并且使所述排气管的排气阀处于完全关闭的状态下实施对所述排气部内进行清洁的步骤，所述排气阀被设置于所述排气管的比设置有所述供给端口的部分更靠上游一侧，且还具有更换所述泵的步骤，并构成为使实施更换所述泵的步骤的频率低于实施对所述处理容器内进行清洁的步骤的频率。
10.计算机可读取的记录介质，其记录有通过计算机使衬底处理装置执行下述步骤的程序，所述步骤为：
对衬底处理装置的处理容器内的衬底供给包含含硅气体、含氮气体及含氧气体的处理气体，并从包括排气管以及泵的排气部进行排气，从而以在所述衬底上形成包含硅、氧及氮的膜的方式对所述衬底进行处理的步骤；
从设置于所述排气管的供给端口向所述排气管内直接供给包含氟化氢气体的第一清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的步骤中附着于所述排气部内的包含硅氧化物的副产物除去的方式对所述排气部内进行清洁的步骤；
向所述处理容器内供给包含氟气体、氟化氯气体、氟化氮气体或氟化氢气体的第二清洁气体，从而以将在对所述衬底进行处理的步骤中附着于所述处理容器内的包含所述膜的堆积物除去的方式对所述处理容器内进行清洁的步骤；和
使实施对所述排气部内进行清洁的步骤的频率高于实施对所述处理容器内进行清洁的步骤的频率的步骤；
在将所述处理容器的供所述衬底出入的开口部密闭而不是打开、并且使所述排气管的排气阀处于完全关闭的状态下实施对所述排气部内进行清洁的步骤，所述排气阀被设置于所述排气管的比设置有所述供给端口的部分更靠上游一侧；以及
更换所述泵的步骤，并构成为使实施更换所述泵的步骤的频率低于实施对所述处理容器内进行清洁的步骤的频率。
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