TW202238725A - 半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置 - Google Patents

半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202238725A
TW202238725A TW110142914A TW110142914A TW202238725A TW 202238725 A TW202238725 A TW 202238725A TW 110142914 A TW110142914 A TW 110142914A TW 110142914 A TW110142914 A TW 110142914A TW 202238725 A TW202238725 A TW 202238725A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
aforementioned
pressure
predetermined element
substrate
Prior art date
Application number
TW110142914A
Other languages
English (en)
Inventor
江端慎也
Original Assignee
日商國際電氣股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商國際電氣股份有限公司 filed Critical 日商國際電氣股份有限公司
Publication of TW202238725A publication Critical patent/TW202238725A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本案的課題是在於提供一種在基板上形成含有預定元素的膜時，可一面抑制基板上的該預定元素的粒子的形成，一面在基板上的圖案上均一性佳成膜之技術。 其解決手段是進行預定次數依序非同時進行下列工序的循環， (a)將處理室的壓力設為第1壓力，對於處理室內的基板供給具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體之工序； (b)將處理室的壓力設為比第1壓力更大的第2壓力，對於基板供給具有含預定元素且不含預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與第1原料氣體不同的第2原料氣體之工序；及 (c)對於基板供給氮化劑之工序， 藉此在基板上形成含預定元素的氮化膜。

Description

半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置
本案是有關半導體裝置的製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置。
作為半導體裝置的製造工序的一工序，有進行在基板上形成膜的處理(例如參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-50425號公報
(發明所欲解決的課題)
本案是以提供一種在基板上形成含有預定元素(例如矽)的膜時，可一面抑制基板上的含該預定元素的粒子的形成，一面在基板上的圖案上均一性佳成膜之技術為目的。 (用以解決課題的手段)
若根據本案的一形態，則可提供一種進行預定次數依序非同時進行下列工序的循環， (a)將處理室的壓力設為第1壓力，對於前述處理室內的基板供給具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體之工序； (b)將前述處理室的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之工序；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之工序， 藉此在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜。 [發明的效果]
若根據本案，則可提供一種在基板上形成含有預定元素的膜時，可一面抑制基板上的含該預定元素的粒子的形成，一面在基板上的圖案上均一性佳成膜之技術。
＜本案的一形態＞
以下，主要邊參照圖1~圖5邊說明有關本案的一形態。另外，在以下的說明中使用的圖面皆是模式性者，圖面上的各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定與現實者一致。又，複數的圖面的相互間也各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定一致。
(1)基板處理裝置的構成 如圖1所示般，處理爐202是具有作為加熱機構(溫度調整部)的加熱器207。加熱器207是圓筒形狀，藉由被支撐於保持板而垂直地安裝。加熱器207是亦作為以熱來使氣體活化(激發)的活化機構(激發部)機能。
在加熱器207的內側是與加熱器207同心圓狀地配設有反應管203。反應管203是例如藉由石英(SiO 2)或碳化矽(SiC)等的耐熱性材料所構成，被形成上端為閉塞下端為開口的圓筒形狀。在反應管203的筒中空部是形成處理室201。處理室201是被構成為可收容作為基板的晶圓200。在此處理室201內進行對於晶圓200的處理。
在處理室201內，噴嘴249a，249b會被設為貫通反應管203的下部側壁。噴嘴249a，249b是分別連接氣體供給管232a，232b。
在氣體供給管232a，232b是從氣流的上游側依序設有流量控制器(流量控制部)的質量流控制器(MFC)241a，241b及開閉閥的閥243a，243b。在氣體供給管232a的比閥243a更下游側是連接氣體供給管232c。在氣體供給管232c是從氣流的上游側依序分別設有MFC241c及閥243c。在氣體供給管232a，232b的比閥243a，243b更下游側是分別連接氣體供給管232e，232d。在氣體供給管232e，232d是從氣流的上游側依序分別設有MFC241e，241d及閥243e，243d。
如圖2所示般，噴嘴249a，249b是在反應管203的內壁與晶圓200之間的平面視圓環狀的空間，沿著反應管203的內壁的下部到上部，分別設為朝向晶圓200的配列方向上方而升起。亦即，噴嘴249a，249b是在配列晶圓200的晶圓配列區域的側方的水平包圍晶圓配列區域的區域分別被設為沿著晶圓配列區域。在噴嘴249a，249b的側面是分別設有供給氣體的氣體供給孔250a，250b。氣體供給孔250a，250b是分別開口為朝向反應管203的中心，可朝向晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a，250b是從反應管203的下部到上部設置複數個。
從氣體供給管232a是經由MFC241a、閥243a、噴嘴249a來供給作為具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體，例如含有作為預定元素的矽(Si)的氣體至處理室201內。所謂第1原料氣體是氣體狀態的原料，例如藉由使在常溫常壓下為液體狀態的原料氣化而取得的氣體，或在常溫常壓下為氣體狀態的原料等。第1原料氣體是在後述的成膜處理中作為預定元素的第1來源(source)(亦即第1Si來源)作用。又，有將第1原料氣體單獨存在於處理室201內時的處理室201的壓力稱為第1壓力的情況。
從氣體供給管232c是經由MFC241c、閥243c、噴嘴249a來供給作為具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體，例如含有作為前述預定元素的Si的氣體至處理室201內。第2原料氣體是在後述的成膜處理中作為預定元素的第2來源(亦即第2Si來源)作用。在本說明書中，當第2原料氣體單獨存在於處理室201內時，有將第2原料氣體的熱分解溫度稱為第2溫度的情況。在此，第2原料氣體的熱分解溫度是最好比第1原料氣體的熱分解溫度更低。換言之，含在第2原料氣體中的氣體分子被分解成複數的化學構造(分子或自由基)所必要的能量(解離能量)是最好比第1原料氣體低。又，有將第2原料氣體單獨存在於處理室201內時的處理室201的壓力稱為第2壓力的情況。
從氣體供給管232b是含氮(N)元素的氮化劑(氮化氣體)會作為反應氣體經由MFC241b、閥243b、噴嘴249b來朝處理室201內供給。氮化劑是在後述的成膜處理中，作為N來源作用。
從氣體供給管232d，232e是惰性氣體會分別經由MFC241d，241e、閥243d，243e、氣體供給管232a，232b、噴嘴249a，249b來朝處理室201內供給。惰性氣體是作為淨化氣體、載流氣體、稀釋氣體等作用。
從各氣體供給管分別流動上述般的氣體時，主要藉由氣體供給管232a、MFC241a、閥243a來構成第1原料氣體供給系。主要藉由氣體供給管232c、MFC241c、閥243c來構成第2原料氣體供給系。主要藉由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b來構成反應氣體供給系。主要藉由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b來構成氮化劑供給系。主要藉由氣體供給管232d，232e、MFC241d，241e、閥243d，243e來構成惰性氣體供給系。
上述的各種氣體供給系之中，任一個或全部的氣體供給系是亦可被構成為閥243a~243e或MFC241a~ 241e等被集聚而成的集聚型氣體供給系統248。集聚型供給系統248是被構成為對於氣體供給管232a~232e的各者連接、往氣體供給管232a~232e內的各種氣體的供給動作、亦即閥243a~243e的開閉動作或MFC241a~241e的調整流量動作等會藉由後述的控制器121來控制。集聚型氣體供給系統248是被構成為一體型或分割型的集聚單元，可對於氣體供給管232a~232e等以集聚單元單位來進行裝卸，被構成為可以集聚單元單位來進行集聚型氣體供給系統248的維修、更換、增設等。
在反應管203的側壁下方是連接將處理室201內的氣氛排氣的排氣管231。排氣管231是經由作為檢測出處理室201內的壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器245及作為壓力調整器(壓力調整部)的APC(Auto Pressure Controller)閥244來連接作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥244是被構成為在使真空泵246作動的狀態下開閉閥，藉此可進行處理室201內的真空排氣及真空排氣停止，進一步，在使真空泵246作動的狀態下，根據藉由壓力感測器245所檢測出的壓力資訊來調節閥開度，藉此可調整處理室201內的壓力。主要藉由排氣管231、壓力感測器245、APC閥244來構成排氣系。亦可將真空泵246含在排氣系中。
在反應管203的下方是設有可將反應管203的下端開口氣密地閉塞之作為爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219是例如藉由SUS等的金屬材料所構成，被形成圓盤狀。在密封蓋219的上面是設有與反應管203的下端抵接之作為密封構件的O型環220。在密封蓋219的下方是設置有使後述的晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255是貫通密封蓋219而連接至晶舟217。旋轉機構267是被構成為藉由使晶舟217旋轉來使晶圓200旋轉。密封蓋219是被構成為藉由被設在反應管203的外部之作為昇降機構的晶舟升降機115來昇降於垂直方向。晶舟升降機115是被構成為藉由使密封蓋219昇降來將晶圓200搬入及搬出(搬送)於處理室201內外的搬送裝置(搬送機構)。
作為基板支撐具的晶舟217是被構成為使複數片例如25~200片的晶圓200以水平姿勢且彼此中心一致的狀態下排列於鉛直方向而多段地支撐，亦即空出間隔而配列。晶舟217是例如藉由石英或SiC等的耐熱性材料來構成。在晶舟217的下部是例如藉由石英或SiC等的耐熱性材料所構成的隔熱板218會以水平姿勢被多段地支撐。
在反應管203內是設置有作為溫度檢測器的溫度感測器263。根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，調整往加熱器207的通電情況，藉此處理室201內的溫度會成為所望的溫度分佈。溫度感測器263是沿著反應管203的內壁而設。
如圖3所示般，控制部(控制手段)的控制器121是被構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d的電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d是被夠成為可經由內部匯流排121e來與CPU121a交換資料。控制器121是連接例如被構成為觸控面板等的輸出入裝置122。
記憶裝置121c是例如以快閃記憶體、HDD (Hard Disk Drive)等所構成。在記憶裝置121c內是可讀出地儲存有控制基板處理裝置的動作的控制程式，或記載後述的成膜處理的程序或條件等的製程處方等。製程處方是被組合為可使後述的成膜處理的各程序實行於控制器121，可取得預定的結果，作為程式機能。以下，亦將製程處方或控制程式等總簡稱為程式。
作為上述的程式是例如可舉藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置， (a)將處理室201的壓力設為第1壓力，對於前述處理室201內的基板供給具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體之程序； (b)將前述處理室201的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之程序；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之程序。
又，亦將製程處方簡稱為處方。在本說明書中使用程式的用語時，是有只包含處方單體時，只包含控制程式單體時，或包含該等的雙方時。RAM121b是被構成為暫時性地保持藉由CPU121a所讀出的程式或資料等之記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d是被連接至上述的MFC241a~241e、閥243a~243e、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、溫度感測器263、加熱器207、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU121a是被構成為從記憶裝置121c讀出控制程式而實行，且可按照來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等，從記憶裝置121c讀出處方。CPU121a是被構成為可按照讀出的處方的內容，控制MFC241a~241e的各種氣體的調整流量動作、閥243a~243e的開閉動作、APC閥244的開閉動作及根據壓力感測器245的APC閥244的壓力調整動作、真空泵246的啟動及停止、根據溫度感測器263的加熱器207的溫度調整動作、藉由旋轉機構267的晶舟217的旋轉及旋轉速度調節動作、藉由晶舟升降機115的晶舟217的昇降動作等。
控制器121是可藉由將被儲存於外部記憶裝置123的上述的程式安裝於電腦來構成。外部記憶裝置123是例如包括HDD等的磁碟、CD等的光碟、MO等的光磁碟、USB記憶體等的半導體記憶體等。記憶裝置121c或外部記憶裝置123是被構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦可將該等總簡稱為記錄媒體。在本說明書中使用記錄媒體的用語時，是有只包含記憶裝置121c單體時，只包含外部記憶裝置123單體時，或包含該等雙方時。另外，對電腦的程式的提供是亦可不使用外部記憶裝置123，而利用網際網路或專用線路等的通訊手段來進行。
若將以上彙整，則本案之一形態的基板處理裝置具有： 處理室201，其係收容基板； 第1原料氣體供給系，其係將具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體供給至前述處理室201內； 第2原料氣體供給系，其係將具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體供給至前述處理室201內； 氮化劑供給系，其係供給氮化劑至前述處理室201內；及 控制部，其係被構成為可控制前述第1原料氣體供給系、前述第2原料氣體供給系及前述氮化劑供給系，使得在前述處理室201內，進行預定次數依序非同時進行下列處理的循環， (a)將前述處理室201的壓力設為第1壓力，對於前述基板供給前述第1原料氣體之處理； (b)將前述處理室201的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給前述第2原料氣體之處理；及 (c)對於前述基板供給前述氮化劑之處理， 藉此進行在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜之處理。
(2)基板處理工序 主要利用圖4、圖5來說明有關利用上述的基板處理裝置，在作為基板的晶圓200上形成膜的基板處理順序例、亦即成膜順序例，作為半導體裝置的製造工序的一工序。在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部的動作是藉由控制器121來控制。
作為上述的一工序的半導體裝置的製造方法是進行預定次數依序非同時進行下列工序的循環， (a)將處理室201的壓力設為第1壓力，對於前述處理室201內的基板供給具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體之工序； (b)將前述處理室201的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之工序；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之工序， 藉此在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜。
圖4、圖5所示的成膜順序是進行預定次數(n次，n是1以上的整數)依序進行下列步驟的循環， 對於處理室201內的晶圓200供給作為Si來源的第1原料氣體之步驟a； 對於晶圓200供給作為Si來源的第2原料氣體之步驟b；及 對於晶圓200供給氮化劑之步驟c， 藉此在晶圓200上形成矽氮化膜(SiN膜)，作為含預定元素即Si及N的膜。 另外，在圖5中，將步驟a，b，c的實施期間分別表示為a，b，c。
在本說明書中，基於方便起見，亦有將圖4、圖5所示的成膜順序表示成以下般的情形。在以下的其他的形態的說明中也使用同樣的表記。
(第1原料氣體→第2原料氣體→氮化劑)×n ⇒氮化膜
在本說明書中使用「晶圓」的用語時，是有意思晶圓本身時，或意思晶圓與被形成於其表面的預定的層或膜的層疊體時。在本說明書中使用「晶圓的表面」的用語時，是有意思晶圓本身的表面時，或被形成於晶圓上的預定的層等的表面時。在本說明書中記載為「在晶圓上形成預定的層」時，是有意思在晶圓本身的表面直接形成預定的層時，或在被形成於晶圓上的層等上形成預定的層時。在本說明書中使用「基板」的用語時，是與使用「晶圓」的用語時同義。
(晶圓充填及晶舟裝載) 複數片的晶圓200被裝填於晶舟217(晶圓充填)。然後，如圖1所示般，支撐複數片的晶圓200的晶舟217是藉由晶舟升降機115來舉起而被搬入至處理室201內(晶舟裝載)。在此狀態下，密封蓋219是成為經由O型環220來密封反應管203的下端的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 藉由真空泵246來真空排氣(減壓排氣)，使得處理室201內，亦即存在晶圓200的空間成為所望的處理壓力(真空度)。此時，處理室201內的壓力是以壓力感測器245來測定，根據此被測定的壓力資訊，反饋控制APC閥244。又，藉由加熱器207來加熱，使得處理室201內的晶圓200成為所望的處理溫度(成膜溫度)。此時，根據溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，反饋控制往加熱器207的通電情況，使得處理室201內成為所望的溫度分佈。並且，開始藉由旋轉機構267的晶圓200的旋轉。真空泵246的運轉、晶圓200的加熱及旋轉皆是至少至對於晶圓200的處理結束為止的期間繼續進行。另外，所謂上述的處理溫度是意思晶圓200的溫度，又，所謂上述處理壓力是意思處理室201內的壓力。在以下的說明中也同樣。
(成膜處理) 然後，依序實施以下的步驟a~c。
[步驟a] 此步驟是對於處理室201內的晶圓200供給第1原料氣體。具體而言，開啟閥243a，往氣體供給管232a內流動第1原料氣體。第1原料氣體是藉由MFC241a來調整流量，經由噴嘴249a來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，對於晶圓200供給第1原料氣體。此時同時開啟閥243e，往氣體供給管232e內流動惰性氣體。惰性氣體是藉由MFC241e來調整流量。被調整流量的惰性氣體是與第1原料氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
作為本步驟的處理條件是舉以下般為例。 第1原料氣體供給流量(第1流量)：1~2000sccm、理想是100~1000sccm 惰性氣體供給流量：100~20000sccm 各氣體供給時間：10~300秒，理想是10~120秒 處理溫度：400~800℃，理想是500~800℃，更理想是600~750℃ 處理壓力(第1壓力)：1~1300Pa，理想是10~260Pa。 另外，本說明書的「400~800℃」般的數值範圍的表記是意思下限值及上限值含在其範圍中。因此，例如，所謂「400~800℃」是意思「400℃以上800℃以下」。有關其他的數值範圍也同樣。
另外，本實施形態是對於晶圓200進行先行供給氮化氫氣體的預流，作為本步驟的前處理。藉由在預流中供給氮化氫氣體至晶圓200，在晶圓200的表面上形成氫(H)所致的吸附地點，在本步驟或後述的步驟b中，設為Si原子容易吸附的狀態(亦即與Si原子的反應性高的狀態)。預流的程序是例如可與後述的步驟c同樣地進行。氮化氫氣體是可使用與在步驟c中使用的氮化劑同樣的氣體。
在上述的條件下，使用氯矽烷氣體作為第1原料氣體時，切斷第1原料氣體的Si-Cl結合的一部分，使成為具有懸鍵的Si吸附於晶圓200的表面的吸附地點。並且，在上述的條件下，可原封不動保持第1原料氣體的不被切斷的Si-Cl結合。例如，使用四氯矽烷(SiCl 4)氣體作為第1原料氣體時，可在分別使Cl結合於構成第1原料氣體的Si所具有的4個的鍵結鍵之中3個的鍵結鍵的狀態下，使成為具有懸鍵的Si吸附於晶圓200的表面的吸附地點。又，由於未被從吸附於晶圓200的表面的Si切斷而保持的Cl會阻礙成為具有懸鍵的其他的Si結合於此Si，因此可迴避Si多重堆積於晶圓200上。從Si切離的Cl是構成HCl或Cl 2等的氣體狀物質來從排氣管231排氣。一旦Si的吸附反應進展，而殘存於晶圓200的表面的吸附地點消失，則該吸附反應形成飽和，但本步驟是最好在吸附反應飽和之前停止第1原料氣體的供給，在吸附地點殘存的狀態下結束本步驟。
該等的結果，使用氯矽烷氣體作為第1原料氣體時，在晶圓200上是形成未滿1原子層的厚度的幾乎均一的厚度的含Si及Cl的層，亦即含有Cl的含Si層，作為第1層。在此，所謂未滿1原子層的厚度的層是意思不連續地形成的原子層，所謂1原子層的厚度的層是意思連續地形成的原子層。又，未滿1原子層的厚度的層幾乎為均一，是意思原子會以幾乎均一的密度來吸附於晶圓200的表面上。第1層是在晶圓200上被形成幾乎均一的厚度，因此階梯覆蓋特性或晶圓面內膜厚均一性佳。
另外，若處理溫度未滿400℃，則Si難吸附於晶圓200上，有第1層的形成困難的情況。藉由將處理溫度設為400℃以上，可在晶圓200上形成第1層。藉由將處理溫度設為500℃以上，上述的效果可確實地取得。藉由將處理溫度設為600℃以上，上述的效果更可確實地取得。
若處理溫度超過800℃，則難以原封不動保持第1原料氣體的不被切斷的Si-Cl結合，且第1原料氣體的熱分解速度增大的結果，Si會多重地堆積於晶圓200上，有難以形成未滿1原子層的厚度的幾乎均一的厚度的含Si層作為第1層的情況。藉由將處理溫度設為800℃以下，可形成未滿1原子層的厚度的幾乎均一的厚度的含Si層作為第1層。藉由將處理溫度設為750℃以下，上述的效果可確實地取得。
另外，此時，在本步驟a中，最好在基板表面不連續地形成含有預定元素的層(第1層)。亦即，藉由在本步驟a不連續地形成第1層，在後述的步驟b中留下第2原料氣體可吸附的基板表面上的吸附地點，可促進第2原料氣體供給所致的第2層的形成。又，在本步驟a中，最好含有預定元素的層(第1層)對於基板表面的被覆率是未満70%。在此，將第1層的被覆率設為70%以上時，有難以在後述的步驟b中藉由供給第2原料氣體來將氮化膜中的預定元素的比率設為比化學計量組成比更高的情形。因此，藉由將第1層的被覆率設為未滿70%，容易在後述的步驟b中藉由供給第2原料氣體來使氮化膜中的預定元素的比率增大。又，在本步驟a中，含有預定元素的層對於基板表面的被覆率是最好比30%更大。在此，將第1層的被覆率設為30%以下時，在後述的步驟b中第2原料氣體的供給時，第2原料氣體對於基板表面的吸附的抑制作用幾乎無法取得，有難以在維持第1層的厚度的均一性下形成第2層的情形。於是，藉由將第1層的被覆率設為比30%更大，在後述的步驟b中第2原料氣體的供給時，容易抑制第2原料氣體對於基板表面的吸附，在維持第1層的厚度的均一性下形成第2層。
在晶圓200上形成第1層之後，關閉閥243a，停止往處理室201內的第1原料氣體的供給。然後，將處理室201內真空排氣，從處理室201內排除殘留於處理室201內的氣體等。另外，此時，閥243d，243e是保持開啟，維持惰性氣體往處理室201內供給。惰性氣體是作為淨化氣體作用，可提高從處理室201內排除殘留於處理室201內的氣體等的效果。
第1原料氣體是例如可適用含有作為預定元素的Si及鹵族元素的鹵代矽烷系氣體。所謂鹵代矽烷是具有鹵基的矽烷。鹵基是包含氯基、氟基、溴基、碘基等。亦即，鹵基是包含氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等的鹵族元素。鹵代矽烷系氣體是例如可使用含有Si及Cl的原料氣體，亦即鹵矽烷系氣體。第1原料氣體是可使用在1分子中所含的Si原子的數量為1個的氯矽烷氣體。
在此，第1原料氣體是最好具有含結合於預定元素的原子的鹵族元素之分子構造。亦即，第1原料氣體的結合於預定元素的原子的鹵族元素會在第1層形成鹵素(例如Cl)終端。具有此鹵素終端的第1層持有抑制第2原料氣體對於基板表面的吸附的作用，藉此即使在第2原料氣體的供給有偏差等時，也容易均等地使第2原料氣體吸附。此情況，第1原料氣體是具有氫未結合於預定元素的原子的分子構造最理想。如此的第1原料氣體最好是鹵代矽烷氣體，特別是氯矽烷氣體。
第1原料氣體是例如可使用SiCl 4氣體、氯矽烷(SiH 3Cl)氣體、二氯矽烷(SiH 2Cl 2)氣體及三氯矽烷(SiHCl 3)氣體等的鹵代矽烷原料氣體。又，第1原料氣體是除了鹵矽烷系氣體以外，例如亦可使用四氟化矽(SiF 4)氣體等的一氟矽烷系氣體、四溴化矽(SiBr 4)氣體等的溴矽烷系氣體、四碘化矽(SiI 4)氣體等的碘矽烷系氣體。第1原料氣體是可使用該等的其中1個以上。但，第1原料氣體是選擇與第2原料氣體不同的氣體。又，第1原料氣體是最好從對於第2原料氣體相對性熱分解溫度高的氣體(相對性解離能量大的氣體)選擇。
惰性氣體是可使用氮(N 2)氣體、氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等的稀有氣體。惰性氣體是可使用該等之中1個以上。此點是在後述的步驟b，c中也同樣。
[步驟b] 此步驟是對於處理室201內的晶圓200、亦即被形成於晶圓200上的第1層供給第2原料氣體。具體而言，開啟閥243c，往氣體供給管232a內流動第2原料氣體。第2原料氣體是藉由MFC241c來控制流量，經由噴嘴249a來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，對於晶圓200供給第2原料氣體。此時同時開啟閥243e，往氣體供給管232e內流動惰性氣體。惰性氣體是藉由MFC241e來調整流量。被調整流量的惰性氣體是與第2原料氣體一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
作為本步驟的處理條件是舉以下般為例。 第2原料氣體供給流量(第1流量)：1~2000sccm，理想是100~1200sccm 惰性氣體供給流量：100~40000sccm 各氣體供給時間：0.5~60秒，理想是1~30秒 處理溫度：400~800℃，理想是500~800℃，更理想是600~750℃ 處理壓力(第2壓力)：600~1500Pa，理想是700~1000 Pa。
由於第2原料氣體是熱分解溫度比第1原料氣體更低，因此在上述的條件下，第2原料氣體是比步驟a的第1原料氣體更容易熱分解。在此，於步驟a中，藉由將熱分解溫度更高的第1原料氣體供給至基板上，容易變抑制含在第1原料氣體中的氣體分子的熱分解所造成的氣相反應的發生，邊藉由與基板表面的表面反應來形成厚度均一性(亦即基板面內均一性或階梯覆蓋)佳的第1層。
進一步，在步驟b中被供給至基板上的第2原料氣體是熱分解溫度比第1原料氣體更低，藉此藉由熱分解而成為具有懸鍵的Si的比例會比第1原料氣體更多，容易擴大第2層的厚度，使氮化膜中的預定元素(Si)的組成比率增大(亦即使氮化膜的折射率(RI值)增大)，且可使成膜速度提升。
在此，如前述般，第2壓力是比第1壓力更大，又，第1壓力及第2壓力的至少一方是根據所望的氮化膜中的預定元素的比率來決定。亦即，藉由調整第1壓力及第2壓力的至少一方，氮化膜中的預定元素(亦即、Si)的比率可成為所望的值。
另外，此所望的氮化膜中的預定元素的比率是最好比氮化膜的化學計量組成的預定元素的比率更大。例如，當氮化膜為氮化矽(Si 3N 4)膜時，矽與氮的化學計量組成是3：4，但比此比率更提高預定元素(Si)的比率，會使折射率(RI值)增大。此情況，調整至使第2壓力增大的方向或調整至使第1壓力減少的方向皆可。例如，藉由使第2壓力增大，可使在形成第1層的基板面上所形成的第2層的厚度換言之預定元素的量增大，結果，可使在氮化膜中所含的預定元素的比率增大。另一方面，藉由使第1壓力減少，可抑制第1原料氣體的熱分解，形成基板表面與第1原料氣體的表面反應所致之均一性佳的第1層。進一步，藉由使第1壓力減少，可縮小持有抑制第2原料氣體的吸附的作用的第1層的密度，結果，可促進第2原料氣體供給所致的第2層的形成，使氮化膜中的預定元素的比率增大。
在此，第2壓力是最好比在本步驟b中藉由第2原料氣體熱分解而產生的分子彼此間結合所致粒子發生的壓力更小的值。亦即，一旦第2原料的熱分解進展，則會有熱分解後的分子彼此間結合，預定元素(Si)彼此間結合後的群集狀的粒子在基板上發生的情況。因此，第2壓力是最好比該粒子發生的處理壓力更小的值。更理想是第2原料氣體是在熱分解被抑制的壓力條件下供給。換言之，在此條件下的範圍，以盡可能成為高壓的方式供給，藉此可將氮化膜中的預定元素的比率提高至最大限度。此第2壓力是最好在比前述第1壓力更高的前提下，設為0.05Torr(6.7Pa)~20Torr(2666Pa)的範圍的預定的壓力。在此，當第2壓力未滿0.05Torr時，有無法取得實用性的成膜速度的情形，但藉由設為0.05Torr以上，可在實用性的成膜速度下形成氮化膜。另一方面，若第2壓力超過20Torr，則會有粒子發生的情形，但藉由設為20Torr以下，可抑制在本步驟b中藉由第2原料熱分解而產生的分子彼此間結合所致粒子發生的情形。
又，前述步驟a的第1原料氣體的供給流量即第1流量及本步驟b的第2原料氣體的供給流量即第2流量的至少一方是最好根據氮化膜中的預定元素的所望的比率而決定。換言之，前述步驟a的第1原料氣體的分壓即第1分壓及本步驟b的第2原料氣體的分壓即第2分壓的至少一方是最好根據氮化膜中的預定元素的所望的比率而決定。亦即，藉由調整第1流量(或第1分壓)及第2流量(或第2分壓)的至少一方，氮化膜中的預定元素(Si)的比率可成為所望的值。
另外，此所望的氮化膜中的預定元素的比率是最好比氮化膜的化學計量組成的預定元素的比率更大。例如，當氮化膜為氮化矽(Si 3N 4)時，矽與氮的化學計量組成是3：4，但比此比率更提高預定元素(Si)的比率，會使折射率(RI值)增大。此情況，調整至使第2流量增大的方向或調整至使第1流量減少的方向皆可。例如，藉由使第2流量增大，可使在形成第1層的基板面上所形成的第2層的厚度換言之預定元素的量增大，結果，可使在氮化膜中所含的預定元素的比率增大。另一方面，藉由使第1流量減少，可抑制第1原料氣體的熱分解，形成基板表面與第1原料氣體的表面反應所致之均一性佳的第1層。進一步，藉由使第1流量減少，可縮小持有抑制第2原料氣體的吸附的作用的第1層的密度，結果，可促進第2原料氣體供給所致的第2層的形成，使氮化膜中的預定元素的比率增大。
在此，第2流量(或第2分壓)是最好比在本步驟b中藉由第2原料氣體熱分解而產生的分子彼此間結合所致粒子發生的供給流量(或分壓)更小的值。亦即，一旦第2原料的熱分解進展，則會有熱分解後的分子彼此間結合，預定元素(Si)彼此間結合後的群集狀的粒子在基板上發生的情況。因此，第2流量是最好設為比該粒子發生的供給流量(或分壓)更小的值。此第2流量(第2分壓)是最好比第1流量(第1分壓)更大。換言之，為了氮化膜中的預定元素增大，第2流量(第2分壓)高於第1流量(第1分壓)為合適。
藉由以上，可使與在步驟a中不形成第1層而殘存的晶圓200表面上的吸附地點反應，而使吸附於晶圓200的表面。另一方面，由於在形成第1層的部分是不存在吸附地點，因此Si對於第1層上的吸附是被抑制。其結果，本步驟是以被形成幾乎均一的厚度的第1層作為基礎，作為第2層的含Si層會以幾乎均一厚度形成。從Si切離的Cl是構成HCl或Cl 2等的氣體狀物質來從排氣管231排氣。
在晶圓200上形成第2層之後，關閉閥243c，停止往處理室201內的第2原料氣體的供給。然後，依照與上述的步驟a的殘留氣體除去的步驟同樣的處理程序、處理條件，從處理室201內排除殘留於處理室201內的氣體等。
第2原料氣體是例如可使用含有作為前述預定元素的Si及鹵族元素的鹵代矽烷系氣體。第2原料氣體是可使用含在1分子中的前述預定元素亦即Si原子的數量僅為1個，且在分子中不具有Si-Si結合的鹵矽烷系氣體。
在此，第2原料氣體的分子構造是最好不含預定元素的元素彼此間的結合。在此所謂的預定元素的原子彼此間的結合是例如預定元素的元素彼此間所致的共有結合。例如，當預定元素為Si時，是Si-Si，作為含有如此的Si-Si結合的鹵代矽烷系氣體是例如有六氯矽乙烷(Si 2Cl 6)、五氯二矽烷(Si 2HCl 5)、四氯二矽烷(Si 2H 2Cl 4)、三氯二矽烷(Si 2H 3Cl 3)等。含有如此的Si-Si結合的鹵代矽烷氣體，特別是Si 2Cl 6容易藉由熱分解來產生SiCl 2之類的反應性高的化學種，藉由此化學種彼此間形成Si-Si結合，容易在基板上發生Si粒子(particle)。因此，由抑制粒子的發生的觀點，最好不使用含有如此的Si-Si結合的鹵代矽烷氣體作為第2原料氣體。例如，使用具有只含1個作為預定元素的Si原子的分子構造、含有結合於僅此1個的預定元素的鹵族元素的分子構造、進一步在僅此1個的預定元素含氫的分子構造之氣體作為第2原料氣體。如此的第2原料氣體是鹵代矽烷氣體，特別是氯矽烷氣體最理想。
第2原料氣體是例如可使用二氯矽烷(SiH 2Cl 2)氣體、SiH 3Cl氣體、SiHCl 3氣體等的鹵代矽烷原料氣體。第2原料氣體是除了鹵矽烷系氣體以外，例如亦可使用二氟矽烷(SiH 2F 2)氣體等的一氟矽烷系氣體、二溴矽烷(SiH 2Br 2)氣體等的溴矽烷系氣體、二碘甲矽烷(SiH 2I 2)氣體等的碘矽烷系氣體。第2原料氣體是可使用該等的其中1個以上。但，第2原料氣體是選擇與第1原料氣體不同的氣體。又，第2原料氣體是最好從對於第1原料氣體相對性熱分解溫度低的氣體(相對性解離能量小的氣體)選擇。
例如，當第1原料氣體含有SiCl 4氣體時，第2原料氣體是最好含有從由SiH 3Cl氣體、SiHCl 3氣體及SiH 2Cl 2氣體所組成的群選擇的至少一個的氣體。
又，當第1原料氣體含有SiHCl 3氣體時，第2原料氣體是最好含有SiH 2Cl 2氣體。
[步驟c] 此步驟是對於處理室201內的晶圓200、亦即被形成於晶圓200上的第1層與第2層層疊而成的層，供給作為氮化劑的NH 3氣體。具體而言，開啟閥243b，往氣體供給管232b內流動氮化劑。氮化劑是藉由MFC241b來控制流量，經由噴嘴249b來供給至處理室201內，從排氣管231排氣。此時，對於晶圓200供給氮化劑。此時同時開啟閥243d，往氣體供給管232d內流動惰性氣體。惰性氣體是藉由MFC241d來調整流量。被調整流量的惰性氣體是與氮化劑一起供給至處理室201內，從排氣管231排氣。
作為本步驟的處理條件是舉以下般為例。 氮化劑供給流量：100~10000sccm，理想是1000~5000 sccm 惰性氣體供給流量：100~20000sccm 各氣體供給時間：1~120秒，理想是10~60秒 處理溫度：400~800℃，理想是500~800℃，更理想是600~750℃ 處理壓力：1~4000Pa，理想是10~1000Pa。
在上述的條件下，可將第2層的至少一部分氮化。含在第2層中的Cl等的鹵族元素是構成HCl、Cl 2等的氣體狀物質來從排氣管231排氣。
此結果，在晶圓200上是形成含預定元素(Si)及N的氮化層(SiN層)作為第3層。
在晶圓200上形成第3層之後，關閉閥243b，停止往處理室201內的氮化劑的供給。然後，依照與上述的步驟a的殘留氣體除去的步驟同樣的處理程序、處理條件，從處理室201內排除殘留於處理室201內的氣體等。
另外，氮化劑是最好使用氮化氫系氣體。氮化氫系氣體是最好從由氨(NH 3)氣體、二亞胺(N 2H 2)氣體、肼(N 2H 4)氣體、N 3H 8氣體所組成的群選擇的至少一個的氣體。
[基板溫度] 另外，就上述的步驟a~c而言，基板是最好被加熱成400~750℃。在此，當此溫度為比750℃更高時，第2原料氣體的熱分解會過度，上述的粒子的發生或均一性的惡化等會容易產生。另一方面，當未滿400℃時，第1原料氣體或第2原料氣體的反應速度會降低，有無法取得實用性的成膜速度的情況。於是，藉由設為400~750℃，可抑制上述的粒子的發生或均一性的惡化等，以實用性的成膜速度來形成氮化膜。
[預定次數實施] 以上述的步驟a~c作為1循環，進行預定次數(n次，n是1以上的整數)此循環，在晶圓200上形成預定組成比及預定膜厚的氮化膜(SiN膜)。另外，上述的循環是重複複數次。亦即，將每1循環形成的氮化層的厚度設為比所望的膜厚更小，重複複數次上述的循環至所望的膜厚為止。
(後淨化及大氣壓恢復) 上述的成膜處理結束後，由氣體供給管232d，232e的各者供給惰性氣體至處理室201內，從排氣管231排氣。藉此，處理室201內會被淨化，殘留於處理室201內的氣體或反應副生成物等會從處理室201內除去(後淨化)。然後，處理室201內的氣氛會被置換成惰性氣體(惰性氣體置換)，處理室201內的壓力會恢復成常壓(恢復大氣壓)。
(晶舟卸載及晶圓釋放) 之後，藉由晶舟升降機115來降下密封蓋219，反應管203的下端會被開口。然後，處理完了的晶圓200會被支撐於晶舟217的狀態下，從反應管203的下端搬出至反應管203的外部(晶舟卸載)。然後，處理完了的晶圓200從晶舟217取出(晶圓釋放)。
(3)本形態的效果 若根據本形態，則可取得以下所示的一個或複數的效果。
(a)藉由在低壓條件下的第1壓力來將第1原料氣體供給至基板上，可邊抑制在第1原料氣體的氣相中的分解(熱分解等)所致的氣相反應的發生，邊藉由與基板表面的表面反應來形成含有第1預定元素(Si)的層(第1層)，藉此形成厚度均一性(基板面內均一性或階梯覆蓋)佳的第1層。
(b)然後，藉由在形成第1層的基板上更供給含預定元素的第2原料氣體，可在維持厚度的均一性下形成含有第2預定元素(Si)的層(第2層)。此時，作為第2原料氣體的供給條件，是藉由將處理空間內的壓力(處理壓力)提高至第2壓力，促進第2原料氣體的分解(熱分解等)，分解產生的反應性高的含有預定元素(Si)分子堆積至基板表面，藉此可使氮化膜中的預定元素的組成比率增大。
(c)進一步，藉由第2原料氣體具有不含預定元素彼此間的結合(Si-Si結合)的分子構造，可抑制藉由在氣相中的分解而產生的反應性高的化學種(例如SiCl 2等)彼此間互相結合所致產生的群集(cluster)狀的粒子的發生。因此，即使第2原料氣體在容易分解的高壓條件下(或高分壓條件下或高流量條件下)被供給時，還是可抑制粒子的發生，形成第2層。
(4)其他 上述的形態是說明有關形成SiN膜作為形成的氮化膜的例子。本案是不被限定於上述的形態，例如，形成含有從金屬元素及第14族元素之中選擇的至少1個以上的元素作為預定元素的氧化膜時，也可良好地適用。在此，所謂金屬元素是例如有鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉬(Mo)、鑭(La)等。所謂第14族元素是例如有鍺(Ge)。 [實施例]
使用圖1所示的基板處理裝置，以(2)的基板處理工序，對於晶圓上形成SiN膜，作為實施例。具體而言，使用SiCl 4氣體作為第1原料氣體，使用SiH 2Cl 2氣體作為第2原料氣體，使用NH 3氣體作為氮化劑。作為主要的處理條件，是處理溫度皆於步驟a~c設為650℃，其他的處理條件是設為在上述的實施形態中揭示的處理條件範圍內的預定的條件，將只重複預定的循環數的成膜處理實施於晶圓。
將其結果取得的晶圓的各測定值顯示於下記表1。另外，所謂「平面均一性」是表示對於平均膜厚(單位：×10 -1nm)之氮化膜中的最高點與最低點之間的距離的比例。
Figure 02_image001
如以上般，實施例的晶圓是階梯覆蓋特性或晶圓面內膜厚均一性佳，且可實現不使粒子發生，高的折射率(RI)。亦即，如依據高的折射率所示般，可實現氮化膜中的高的Si的含有比率。
另外，在與上述同樣的條件下，使用Si 2Cl 6氣體，取代SiH 2Cl 2氣體，作為第2原料氣體時，在不發生粒子的範圍取得的RI的範圍是止於2.02~2.03。亦即，如實施例般，使用SiH 2Cl 2氣體作為第2原料氣體時，可確認不使粒子發生，相較於使用Si 2Cl 6氣體作為第2原料氣體時，可提高氮化膜中的高的Si的含有比率。
121:控制器 200:晶圓 201:處理室 202:處理爐 232a~232e:氣體供給管 249a,249b:噴嘴 250a,250b:氣體供給孔
[圖1]是在本案的一形態所適用的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以縱剖面圖表示處理爐部分的圖。 [圖2]是在本案的一形態所適用的基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以圖1的A-A線剖面圖表示處理爐部分的圖。 [圖3]是在本案的一形態所適用的基板處理裝置的控制器的概略構成圖，以方塊圖表示控制器的控制系的圖。 [圖4]是表示本案的一形態的基板處理工序的流程的圖。 [圖5]是表示本案的一形態的成膜處理的氣體供給的時機的圖。

Claims (25)

  1. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為： 進行預定次數依序進行下列工序的循環， (a)將處理室的壓力設為第1壓力，對於前述處理室內的基板供給具有含有預定元素的分子構造的第1原料氣體之工序； (b)將前述處理室的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之工序；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之工序， 藉此在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜。
  2. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體係熱分解溫度比前述第1原料氣體更低。
  3. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第1壓力及前述第2壓力的至少一方係根據所望的前述氮化膜中的前述預定元素的比率而決定。
  4. 如請求項3記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述所望的前述氮化膜中的前述預定元素的比率係比前述氮化膜的化學計量組成的前述預定元素的比率更大。
  5. 如請求項3記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2壓力係比在(b)中藉由前述第2原料氣體熱分解而產生的分子彼此間結合所致粒子發生的壓力更小的值。
  6. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，(a)的前述第1原料氣體的供給流量即第1流量及(b)的前述第2原料氣體的供給流量即第2流量的至少一方係根據前述氮化膜中的前述預定元素的所望的比率來決定。
  7. 如請求項6記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述氮化膜中的前述預定元素的前述所望的比率係比前述氮化膜的化學計量組成的前述預定元素的比率更大。
  8. 如請求項6記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2流量係比在(b)中，藉由前述第2原料氣體熱分解而產生的分子彼此間結合所致粒子發生的供給流量更小的值。
  9. 如請求項6~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2流量係比前述第1流量更大。
  10. 如請求項1~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第1原料氣體係具有包含結合於前述預定元素的原子的鹵族元素的分子構造。
  11. 如請求項1~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，在(a)中，在前述基板表面不連續地形成含有前述預定元素的層。
  12. 如請求項11記載的半導體裝置的製造方法，其中，在(a)中，含有前述預定元素的層對於前述基板表面的被覆率為未滿70%。
  13. 如請求項10記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第1原料氣體為鹵代矽烷氣體。
  14. 如請求項13記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第1原料氣體為氯矽烷氣體。
  15. 如請求項1~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體係具有只含1個前述預定元素的原子的分子構造。
  16. 如請求項1~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體係具有包含結合於前述預定元素的原子的鹵族元素的分子構造。
  17. 如請求項16記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體係具有包含結合於前述預定元素的原子的氫的分子構造。
  18. 如請求項16記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體為鹵代矽烷氣體。
  19. 如請求項18記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體為氯矽烷氣體。
  20. 如請求項1~8中的任一項所記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第2原料氣體係包含氯矽烷氣體、二氯矽烷氣體及三氯矽烷氣體的其中至少一個的氣體。
  21. 如請求項20記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述第1原料氣體係包含四氯矽烷氣體。
  22. 如請求項1記載的半導體裝置的製造方法，其中，前述氮化劑為氮化氫系氣體。
  23. 一種基板處理方法，其特徵為： 進行預定次數依序進行下列工序的循環， (a)將處理室的壓力設為第1壓力，對於前述處理室內的基板供給具有含有預定元素的分子構造的第1原料氣體之工序； (b)將前述處理室的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之工序；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之工序， 藉此在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜。
  24. 一種程式，其特徵為： 藉由電腦來使下述手段實行於基板處理裝置， 該手段係進行預定次數依序非同時進行下列手段的循環， (a)將處理室的壓力設為第1壓力，對於前述處理室內的基板供給具有含有預定元素的分子構造的第1原料氣體之手段； (b)將前述處理室的壓力設為比前述第1壓力更大的第2壓力，對於前述基板供給具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體之手段；及 (c)對於前述基板供給氮化劑之手段， 藉此在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜。
  25. 一種基板處理裝置，其特徵係具有： 處理室，其係收容基板； 第1原料氣體供給系，其係將具有含預定元素的分子構造的第1原料氣體供給至前述處理室內； 第2原料氣體供給系，其係將具有含前述預定元素且不含前述預定元素的原子彼此間的結合的分子構造之與前述第1原料氣體不同的第2原料氣體供給至前述處理室內； 氮化劑供給系，其係將氮化劑供給至前述處理室內；及 控制部，其係被構成可控制前述第1原料氣體供給系、前述第2原料氣體供給系及前述氮化劑供給系，使得在前述處理室內，進行預定次數依序進行請求項1的各工序之循環，藉此進行在前述基板上形成含前述預定元素的氮化膜之處理。
TW110142914A 2021-03-17 2021-11-18 半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置 TW202238725A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-044128 2021-03-17
JP2021044128A JP7198854B2 (ja) 2021-03-17 2021-03-17 半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム及び基板処理装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202238725A true TW202238725A (zh) 2022-10-01

Family

ID=83284075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110142914A TW202238725A (zh) 2021-03-17 2021-11-18 半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220301852A1 (zh)
JP (1) JP7198854B2 (zh)
KR (1) KR102666428B1 (zh)
CN (1) CN115110059A (zh)
TW (1) TW202238725A (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4151229B2 (ja) 2000-10-26 2008-09-17 ソニー株式会社 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
KR20020037130A (ko) * 2000-11-13 2002-05-18 윤종용 실리사이드막 증착 설비 및 파티클 형성 방지 방법
JP4611414B2 (ja) 2007-12-26 2011-01-12 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
JP5467007B2 (ja) * 2009-09-30 2014-04-09 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法および基板処理装置
WO2011125395A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
WO2013027549A1 (ja) 2011-08-25 2013-02-28 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置および記録媒体
JP5869923B2 (ja) * 2012-03-09 2016-02-24 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
JP6199570B2 (ja) * 2013-02-07 2017-09-20 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
JP2014199856A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 東京エレクトロン株式会社 縦型熱処理装置の運転方法及び記憶媒体並びに縦型熱処理装置
JP5886381B2 (ja) * 2014-07-23 2016-03-16 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体
JP6546872B2 (ja) * 2016-04-07 2019-07-17 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6920262B2 (ja) * 2018-09-20 2021-08-18 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6860605B2 (ja) * 2019-03-18 2021-04-14 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7203670B2 (ja) * 2019-04-01 2023-01-13 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022143567A (ja) 2022-10-03
CN115110059A (zh) 2022-09-27
JP7198854B2 (ja) 2023-01-04
KR20220130001A (ko) 2022-09-26
US20220301852A1 (en) 2022-09-22
KR102666428B1 (ko) 2024-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7050985B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6960953B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6953480B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6741780B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
US11923193B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
JP2019050246A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2023033533A (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置
TWI829035B (zh) 半導體裝置的製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置
TW202238725A (zh) 半導體裝置的製造方法，基板處理方法，程式及基板處理裝置
JP7135190B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7305013B2 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7186909B2 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7496884B2 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
KR102671300B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
JP6826173B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
TWI803820B (zh) 清洗方法，半導體裝置的製造方法，基板處理裝置及程式
TWI803888B (zh) 清潔方法、半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式
JP7349033B2 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
WO2024134907A1 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理システム、およびプログラム
JP2021068916A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR20240091155A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램