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TWI840648B - 基板處理方法、半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式 - Google Patents

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式 Download PDF

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TWI840648B
TWI840648B TW110102616A TW110102616A TWI840648B TW I840648 B TWI840648 B TW I840648B TW 110102616 A TW110102616 A TW 110102616A TW 110102616 A TW110102616 A TW 110102616A TW I840648 B TWI840648 B TW I840648B
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石橋清久
鎌倉司
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提高形成於基板上之氧化膜之膜質。
本發明之半導體裝置之製造方法係進行藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對基板供給第1氧化氣體，而使氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟。

Description

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、基板處 理裝置及程式
本發明係關於一種基板處理方法、半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式。
作為半導體裝置之製造步驟中之一步驟，有時會進行氧化膜之形成處理，該處理包括：於基板上形成氮化膜；及藉由使該氮化膜氧化而向氧化膜轉換(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-087167號公報
本發明之目的在於提高形成於基板上之氧化膜之膜質。
根據本發明之一態樣，提供一種技術，其進行藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及 (a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟。
根據本發明，可提供一種能夠提高形成於基板上之氧化膜之膜質。
＜本發明之一態樣＞ 以下，主要參照圖1～圖4對本發明之一態樣進行說明。
(1)基板處理裝置之構成 如圖1所示，處理爐202具有作為溫度調整器(加熱部)之加熱器207。加熱器207為圓筒形狀，藉由被保持板支持而垂直安裝。加熱器207亦作為利用熱使氣體活化(激發)之活化機構(激發部)而發揮功能。
於加熱器207之內側，與加熱器207呈同心圓狀地配設有反應管203。反應管203例如包含石英(SiO2 )或碳化矽(SiC)等耐熱性材料，形成為上端封閉下端開口之圓筒形狀。於反應管203之下方，與反應管203呈同心圓狀地配設有歧管209。歧管209例如包含不鏽鋼(SUS)等金屬材料，形成為上端及下端開口之圓筒形狀。歧管209之上端部與反應管203之下端部接合，以支持反應管203之方式構成。於歧管209與反應管203之間設置有作為密封構件之O形環220a。反應管203與加熱器207同樣地被垂直安裝。主要由反應管203與歧管209構成處理容器(反應容器)。於處理容器之筒中空部形成處理室201。處理室201構成為能夠收容作為基板之晶圓200。於該處理室201內對晶圓200進行處理。
於處理室201內，以貫通歧管209側壁之方式分別設置有作為第1～第3供給部之噴嘴249a～249c。亦將噴嘴249a～249c分別稱為第1～第3噴嘴。噴嘴249a～249c例如包含石英或SiC等耐熱性材料。於噴嘴249a～249c分別連接有氣體供給管232a～232c。噴嘴249a～249c為各不相同之噴嘴，噴嘴249a、249c各自與噴嘴249b相鄰而設置。
於氣體供給管232a～232c，自氣體流之上游側起依序分別設置有作為流量控制器(流量控制部)之質量流量控制器(MFC)241a～241c及作為開關閥之閥243a～243c。於氣體供給管232a之較閥243a更靠下游側，分別連接有氣體供給管232d、232f。於氣體供給管232b之較閥243b更靠下游側，分別連接有氣體供給管232e、232g。於氣體供給管232c之較閥243c更靠下游側，連接有氣體供給管232h。於氣體供給管232d～232h中，自氣體流之上游側依序分別設置有MFC241d～241h及閥243d～243h。氣體供給管232a～232h例如包含SUS等金屬材料。
如圖2所示，噴嘴249a～249c於反應管203內壁與晶圓200之間的俯視下為圓環狀之空間內，沿著自反應管203內壁之下部至上部，分別以朝向晶圓200之排列方向上方豎立之方式設置。即，噴嘴249a～249c於供晶圓200排列之晶圓排列區域之側方的水平地包圍晶圓排列區域的區域內，以沿著晶圓排列區域之方式分別設置。俯視下，噴嘴249b以包夾被搬入至處理室201內之晶圓200之中心，於一直線上與下述排氣口231a對向之方式配置。噴嘴249a、249c以沿著反應管203之內壁(晶圓200之外周部)自兩側夾著通過噴嘴249b及排氣口231a中心之直線L的方式配置。直線L亦為通過噴嘴249b及晶圓200中心之直線。即，亦可以說噴嘴249c與噴嘴249a包夾直線L而設置於相反側。噴嘴249a、249c以直線L為對稱軸呈線對稱配置。於噴嘴249a～249c之側面分別設置有供給氣體之氣體供給孔250a～250c。氣體供給孔250a～250c以俯視下分別與排氣口231a對向(面對面)之方式開口，能朝向晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a～250c自反應管203之下部至上部設置有數個。
自氣體供給管232a經由MFC241a、閥243a、噴嘴249a向處理室201內供給例如矽烷系氣體作為原料(原料氣體)，上述矽烷系氣體包含作為構成晶圓200上形成之膜之主元素之矽(Si)。作為矽烷系氣體，例如可使用包含Si及鹵素之氣體，即鹵矽烷系氣體。鹵素中包括氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等。作為鹵矽烷系氣體，例如可使用包含Si及Cl之氯矽烷系氣體。
自氣體供給管232b經由MFC241b、閥243b、噴嘴249b向處理室201內供給例如含氮(N)及氫(H)之氣體作為氮化氣體(氮化劑)。含N及H之氣體是含N氣體，也是含H氣體。
自氣體供給管232c經由MFC241c、閥243c、噴嘴249c向處理室201內供給例如含氧(O)氣體作為氧化氣體(氧化劑)。
自氣體供給管232d經由MFC241d、閥243d、氣體供給管232a、噴嘴249a向處理室201內供給例如矽烷系氣體作為原料(原料氣體)，上述矽烷系氣體包含作為構成晶圓200上形成之膜之主元素之Si。作為矽烷系氣體，例如可使用包含Si及鹵素之氣體，即鹵矽烷系氣體。作為鹵矽烷系氣體，例如可使用包含Si及Cl之氯矽烷系氣體。
自氣體供給管232e經由MFC241e、閥243e、氣體供給管232b、噴嘴249b向處理室201內供給例如含氫(H)氣體作為還原氣體(還原劑)。含H氣體若為其單質，則無法獲得氧化作用，但藉由在特定條件下與含O氣體發生反應而生產原子態氧(atomic oxygen，O)等氧化種，發揮提高氧化處理效率之作用。
自氣體供給管232f～232h分別經由MFC241f～241h、閥243f～243h、氣體供給管232a～232c、噴嘴249a～249c向處理室201內供給惰性氣體。惰性氣體作為沖洗氣體、載氣、稀釋氣體等而發揮作用。
主要由氣體供給管232a、MFC241a、閥243a構成原料氣體供給系統(第1原料氣體供給系統)。主要由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b構成氮化氣體供給系統(含N及H之氣體供給系統)。主要由氣體供給管232c、MFC241c、閥243c構成氧化氣體供給系統(含O氣體供給系統)。主要由氣體供給管232d、MFC241d、閥243d構成原料氣體供給系統(第2原料氣體供給系統)。主要由氣體供給管232e、MFC241e、閥243e構成還原氣體供給系統(含H氣體供給系統)。主要由氣體供給管232f～232h、MFC241f～241h、閥243f～243h構成惰性氣體供給系統。
再者，亦將原料氣體、含N及H之氣體、含O氣體之各者或全部稱為成膜氣體，亦將原料氣體供給系統、含N及H之氣體供給系統、含O氣體供給系統之各者或全部稱為成膜氣體供給系統。又，有時亦將含O氣體、含H氣體之各者或兩者稱為氧化氣體，有時亦將含O氣體供給系統、含H氣體供給系統之各者或兩者稱為氧化氣體供給系統。
上述各種氣體供給系統中之任一系統或所有氣體供給系統亦可構成為由閥243a～243h或MFC241a～241h等集聚而成之集聚型氣體供給系統248。集聚型氣體供給系統248與氣體供給管232a～232h分別連接，構成為由下述控制器121控制向氣體供給管232a～232h內供給各種氣體之動作，即閥243a～243h之開閉動作或利用MFC241a～241h進行之流量調整動作等。集聚型氣體供給系統248構成為一體型或分割型集聚單元，且構成為能以集聚單元為單位對氣體供給管232a～232h等進行裝卸，能以集聚單元為單位進行集聚型氣體供給系統248之維護、更換、增設等。
於反應管203之側壁下方設置有將處理室201內之氣體排出之排氣口231a。如圖2所示，排氣口231a設置於俯視下隔著晶圓200與噴嘴249a～249c(氣體供給孔250a～250c)對向(面對面)之位置。排氣口231a亦可沿著自反應管203側壁之下部至上部，即沿著晶圓排列區域設置。於排氣口231a連接有排氣管231。於排氣管231經由作為檢測處理室201內之壓力之壓力檢測器(壓力檢測部)之壓力感測器245及作為壓力調整器(壓力調整部)之自動壓力控制(APC，Auto Pressure Controller)閥244連接有作為真空排氣裝置之真空泵246。APC閥244構成為可藉由在使真空泵246作動之狀態下將閥開閉，而進行處理室201內之真空排氣及停止真空排氣，進而可藉由在使真空泵246作動之狀態下，基於壓力感測器245檢測出之壓力資訊調節閥開度，而調整處理室201內之壓力。主要由排氣管231、APC閥244、壓力感測器245構成排氣系統。亦可認為真空泵246包含在排氣系統內。
於歧管209之下方，設置有作為爐口蓋體的密封蓋219，該爐口蓋體可將歧管209之下端開口氣密性地封閉。密封蓋219例如包含SUS等金屬材料，且形成為圓盤狀。於密封蓋219之上表面設置有O形環220b作為與歧管209下端抵接之密封構件。於密封蓋219之下方設置有使下述晶舟217旋轉之旋轉機構267。旋轉機構267之旋轉軸255貫通密封蓋219連接於晶舟217。旋轉機構267構成為藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219構成為藉由設置於反應管203外部之作為升降機構之晶舟升降機115沿垂直方向升降。晶舟升降機115構成為藉由使密封蓋219升降而將晶圓200向處理室201內外搬入及搬出(搬送)之搬送裝置(搬送機構)。
於歧管209之下方設置有作為爐口蓋體之擋板219s，該爐口蓋體可在使密封蓋219下降而將晶舟217自處理室201內搬出之狀態下將歧管209之下端開口氣密地封閉。擋板219s例如包含SUS等金屬材料，形成為圓盤狀。於擋板219s之上表面設置有O形環220c作為與歧管209下端抵接之密封構件。擋板219s之開閉動作(升降動作或旋動動作等)由擋板開閉機構115s來控制。
作為基板支持件之晶舟217構成為使數片、例如25～200片晶圓200以水平姿勢且在中心相互對齊之狀態下沿垂直方向排列並分段地予以支持，即，使其等隔開間隔排列。晶舟217例如包含石英或SiC等耐熱性材料。於晶舟217之下部分段地支持例如包含石英或SiC等耐熱性材料之隔熱板218。
於反應管203內設置有作為溫度檢測器之溫度感測器263。基於溫度感測器263所檢測出之溫度資訊，調整對加熱器207之通電情況，藉此使處理室201內之溫度成為所期望之溫度分佈。溫度感測器263沿著反應管203之內壁設置。
如圖3所示，作為控制部(控制手段)之控制器121構成為具備中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)121a、隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、輸入/輸出(I/O，Input/Output)埠121d之電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d構成為能經由內部匯流排121e而與CPU121a進行資料交換。於控制器121連接有例如構成為觸控面板等之輸入輸出裝置122。
記憶裝置121c例如包含快閃記憶體、硬式磁碟機(HDD，Hard Disk Drive)或固態硬碟(SSD，Solid State Drive)等。於記憶裝置121c內可讀出地儲存有控制基板處理裝置之動作之控制程式、記載下述基板處理之程序及條件等之製程配方等。製程配方係以能夠使控制器121執行下述基板處理中之各程序，進而獲得既定結果之方式組合而成者，作為程式發揮功能。以下，亦將製程配方或控制程式等統括地簡稱為程式。又，亦將製程配方簡稱為配方。本說明書中使用程式此術語時，可能僅單獨包含配方，可能僅單獨包含控制程式，或者可能包含其等兩者。RAM121b構成為記憶體區域(工作區)，其暫時保存由CPU121a讀出之程式、資料等。
I/O埠121d連接於上述MFC241a～241h、閥243a～243h、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、擋板開閉機構115s等。
CPU121a構成為自記憶裝置121c讀出控制程式並予以執行，並且根據來自輸入輸出裝置122之操作指令的輸入等自記憶裝置121c讀出配方。CPU121a構成為按照所讀出之配方之內容，控制利用MFC241a～241h進行之各種氣體之流量調整動作、閥243a～243h之開閉動作、APC閥244之開閉動作及基於壓力感測器245之APC閥244之壓力調整動作、真空泵246之啟動及停止、基於溫度感測器263之加熱器207之溫度調整動作、利用旋轉機構267進行之晶舟217之旋轉及旋轉速度調節動作、利用晶舟升降機115進行之晶舟217之升降動作、利用擋板開閉機構115s進行之擋板219s之開閉動作等。
控制器121可藉由將儲存於外部記憶裝置123之上述程式安裝於電腦而構成。外部記憶裝置123例如包含HDD等磁碟、雷射唱片(CD，Compact Disc)等光碟、磁光碟機(MO，Megneto Optical)等磁光碟、通用序列匯流排(USB，Universal Serial Bus)記憶體、SSD等半導體記憶體等。記憶裝置121c或外部記憶裝置123構成為電腦可讀取之記錄媒體。以下，亦將其等統括地簡稱為記錄媒體。本說明書中使用記錄媒體此術語時，可能僅單獨包括記憶裝置121c，可能僅單獨包括外部記憶裝置123，或者可能包括其等兩者。再者，對電腦之程式提供亦可不使用外部記憶裝置123而使用網際網路、專用線路等通訊手段來進行。
(2)基板處理步驟 主要利用圖4(a)～圖4(d)，針對半導體裝置之製造步驟中之一步驟，即，使用上述基板處理裝置於作為基板之晶圓200上形成既定膜厚之氧化膜之處理序列例進行說明。於以下說明中，構成基板處理裝置之各部之動作由控制器121來控制。
於本態樣之處理序列中， 藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數(n2 次，n2 為1以上之整數)，較佳為數次(n2 次、n2 為2以上之整數)，而於晶圓200表面上形成既定膜厚之SiO膜，即， 藉由對晶圓200供給原料氣體即氯矽烷系氣體、氮化氣體即含N及H之氣體、氧化氣體即含O氣體作為成膜氣體，而形成氮氧化矽膜(SiON膜)作為氮氧化膜(SiON膜形成)之步驟；以及 藉由對晶圓200供給含O氣體、含H氣體作為氧化氣體，而使SiON膜氧化並轉換成作為氧化膜之氧化矽膜(SiO膜)(SiO膜轉換)之步驟。
為方便起見，於本說明書中有時亦以如下方式表示上述處理序列。於以下變形例等之說明中，亦使用相同之表述。再者，以下之「SiON」表示「SiON膜形成」，「Ox」表示SiON膜藉由氧化向SiO膜之轉換，即「SiO膜轉換」。
(SiON→Ox)×n2 SiO
再者，於本態樣之處理序列中， 在SiON膜形成中，將包括以下步驟之組合進行既定次數(n1 次，n1 為1以上之整數)：對晶圓200供給氯矽烷系氣體；對晶圓200供給含N及H之氣體；及對晶圓200供給含O氣體。
又，於本態樣之處理序列中， 在SiO膜轉換中，對晶圓200同時供給含O氣體及含H氣體。
為方便起見，於本說明書中有時亦以如下方式表示上述氣體供給序列。於以下變形例等之說明中，亦使用相同之表述。
[(氯矽烷系氣體→含N及H之氣體→含O氣體)×n1 →含O氣體+含H氣體]×n2 SiO
本說明書中使用「晶圓」此術語時，可能指晶圓本身，或者指晶圓與形成於其表面之既定之層或膜之積層體。本說明書中使用「晶圓之表面」此術語時，可能指晶圓本身之表面，或者指形成於晶圓上之既定之層等之表面。本說明書中記為「晶圓上形成既定之層」時，可能指於晶圓本身之表面直接形成既定之層，或者指在形成於晶圓上之層等之上形成既定之層。本說明書中使用「基板」此術語時亦與使用「晶圓」此術語時同義。
(晶圓裝填及晶舟裝載) 將數片晶圓200裝填於晶舟217(晶圓裝填)之後，利用擋板開閉機構115s移動擋板219s，而使歧管209之下端開口開啟(擋板開放)。其後，如圖1所示，支持數片晶圓200之晶舟217藉由晶舟升降機115被提升，並被搬入至處理室201內(晶舟裝載)。於此狀態下，密封蓋219成為經由O形環220b而將歧管209之下端密封之狀態。
(壓力調整及溫度調整) 晶舟裝載結束後，以使處理室201內，即晶圓200所在之空間成為所需壓力(真空度)之方式，利用真空泵246進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室201內之壓力藉由壓力感測器245測定，基於該測得之壓力資訊對APC閥244進行反饋控制(壓力調整)。又，以使處理室201內之晶圓200成為所需處理溫度之方式利用加熱器207進行加熱。此時，以使處理室201內成為所需之溫度分佈之方式，基於溫度感測器263檢測出之溫度資訊對加熱器207中之通電情況進行反饋控制(溫度調整)。又，開始利用旋轉機構267使晶圓200旋轉。處理室201內之排氣、晶圓200之加熱及旋轉均至少持續進行至對晶圓200之處理結束為止。
(成膜處理) 其後，將不同時地進行以下步驟之循環執行數次(n2 次，n2 為1以上之整數)：形成SiON膜(SiON膜形成)之步驟，及使SiON膜氧化並轉換成SiO膜(SiO膜轉換)之步驟。
(SiON膜形成) 於SiON膜形成中，將依序進行以下步驟1～3之組執行既定次數(n1 次，n1 為1以上之整數)。
[步驟1] 於步驟1中，對處理室201內之晶圓200供給氯矽烷系氣體。
具體而言，打開閥243a，使氯矽烷系氣體流向氣體供給管232a內。氯矽烷系氣體藉由MFC241a進行流量調整，經由噴嘴249a被供給至處理室201內，並自排氣口231a排出。此時，對晶圓200供給氯矽烷系氣體(氯矽烷系氣體供給)。此時，亦可打開閥243f～243h，經由噴嘴249a～249c之各者向處理室201內供給惰性氣體。
作為本步驟中之處理條件，可例示： 氯矽烷系氣體供給流量：0.01～2 slm，較佳為0.1～1 slm 惰性氣體供給流量(每氣體供給管)：0～10 slm 各氣體供給時間：1～120秒，較佳為1～60秒 處理溫度：400～800℃，較佳為600～700℃ 處理壓力：1～2666 Pa，較佳為67～1333 Pa。
再者，本說明書中「1～2666 Pa」之類的數值範圍之表述係指下限值及上限值包含在該範圍內。由此，例如「1～2666 Pa」係指「1 Pa以上且2666 Pa以下」。其他數值範圍亦同樣如此。
藉由在上述條件下對晶圓200供給氯矽烷系氣體，而於作為底層之晶圓200之最表面上形成包含Cl之含Si層。包含Cl之含Si層藉由以下方式形成：氯矽烷系氣體之分子於晶圓200之最表面之物理吸附或化學吸附、氯矽烷系氣體之一部分分解而得之物質之分子之化學吸附、氯矽烷系氣體熱分解產生之Si之堆積等。包含Cl之含Si層可為氯矽烷系氣體之分子或氯矽烷系氣體之一部分分解而得之物質的分子之吸附層(物理吸附層或化學吸附層)，亦可為包含Cl之Si之堆積層。本說明書中，亦將包含Cl之含Si層簡稱為含Si層。
形成含Si層之後，關閉閥243a，停止向處理室201內供給氯矽烷系氣體。然後，對處理室201內進行真空排氣，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除(沖洗)。此時，打開閥243f～243h，向處理室201內供給惰性氣體。惰性氣體作為沖洗氣體而發揮作用。
作為氯矽烷系氣體，可使用單氯矽烷(SiH3 Cl，簡稱：MCS)氣體、二氯矽烷(SiH2 Cl2 ，簡稱：DCS)氣體、三氯矽烷(SiHCl3 ，簡稱：TCS)氣體、四氯矽烷(SiCl4 ，簡稱：STC)氣體、六氯乙矽烷氣體(Si2 Cl6 ，簡稱：HCDS)氣體、八氯丙矽烷(Si3 Cl8 ，簡稱：OCTS)氣體等。再者，亦可使用四氟矽烷(SiF4 )氣體等氟矽烷系氣體、四溴矽烷(SiBr4 )氣體等溴矽烷系氣體或四碘矽烷(SiI4 )氣體等碘矽烷系氣體，代替氯矽烷系氣體。
作為惰性氣體，例如可使用氮(N2 )氣、或氬(Ar)氣、氦(He)氣、氖(Ne)氣、氙(Xe)氣等稀有氣體。此點於下述各步驟中亦同樣如此。
[步驟2] 步驟1結束後，對處理室201內之晶圓200，即形成於晶圓200上之含Si層供給含N及H之氣體。
具體而言，打開閥243b，使含N及H之氣體流向氣體供給管232b內。含N及H之氣體藉由MFC241b進行流量調整，經由噴嘴249b被供給至處理室201內，並自排氣口231a排出。此時，對晶圓200供給含N及H之氣體(含N及H之氣體供給)。此時，亦可打開閥243f～243h，經由噴嘴249a～249c之各者向處理室201內供給惰性氣體。
作為本步驟中之處理條件，可例示： 含N及H之氣體供給流量：0.1～10 slm 含N及H之氣體供給時間：1～120秒，較佳為1～60秒 處理壓力：1～4000 Pa，較佳為1～3000 Pa。 其他處理條件設為與步驟1中之處理條件相同之處理條件。
藉由在上述條件下對晶圓200供給含N及H之氣體，而使形成於晶圓200上之含Si層之至少一部分氮化(改質)。結果，於作為底層之晶圓200之最表面上形成氮化矽層(SiN層)作為包含Si及N之層。形成SiN層時，含Si層中所含之Cl等雜質於利用含N及H之氣體進行之含Si層之改質反應的過程中，構成至少包含Cl之氣態物質，自處理室201內被排出。藉此，SiN層成為Cl等雜質少於步驟1中形成之含Si層之層。
形成SiN層之後，關閉閥243b，停止向處理室201內供給含N及H之氣體。然後，藉由與步驟1中之沖洗相同之處理程序，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除(沖洗)。
作為含N及H之氣體，可使用氨(NH3 )氣、二氮烯(N2 H2 )氣體、肼(N2 H4 )氣體、N3 H8 氣體等氮化氫系氣體。
[步驟3] 步驟2結束後，對處理室201內之晶圓200，即形成於晶圓200上之SiN層供給含O氣體。
具體而言，打開閥243c，使含O氣體流向氣體供給管232c內。含O氣體藉由MFC241c進行流量調整，經由噴嘴249c被供給至處理室201內，並自排氣口231a排出。此時，對晶圓200供給含O氣體(含O氣體供給)。此時，亦可打開閥243f～243h，經由噴嘴249a～249c之各者向處理室201內供給惰性氣體。
作為本步驟中之處理條件，可例示： 含O氣體供給流量：0.1～10 slm 含O氣體供給時間：1～120秒，較佳為1～60秒 處理壓力：1～4000 Pa，較佳為1～3000 Pa。 其他處理條件設為與步驟1中之處理條件相同之處理條件。
藉由在上述條件下對晶圓200供給含O氣體，而使形成於晶圓200上之SiN層之至少一部分氧化(改質)。結果，於作為底層之晶圓200之最表面上形成氮氧化矽層(SiON層)作為包含Si、O及N之層。形成SiON層時，SiN層中所含之Cl等雜質於利用含O氣體進行之SiN層之改質反應的過程中，構成至少包含Cl之氣態物質，自處理室201內排出。藉此，SiON層成為Cl等雜質少於步驟2中形成之SiN層之層。
形成SiON層之後，關閉閥243c，停止向處理室201內供給含O氣體。然後，藉由與步驟1中之沖洗相同之處理程序，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除(沖洗)。
作為含O氣體，可使用氧(O2 )氣、臭氧(O3 )氣體、水蒸氣(H2 O氣體)、過氧化氫(H2 O2 )氣體、一氧化二氮(N2 O)氣體、一氧化氮(NO)氣體、二氧化氮(NO2 )氣體、一氧化碳(CO)氣體、二氧化碳(CO2 )氣體等。
[實施組合之既定次數] 藉由將不同時即不同步地進行上述步驟1～3之組合執行既定次數(n1 次，n1 為1以上之整數)，能夠如圖4(a)所示，以晶圓200之表面為底層，形成既定厚度之SiON膜。上述循環反覆執行數次為佳。即，較佳為將上述循環反覆執行數次，直至使每一循環形成之SiON層之厚度較所期望之膜厚薄，且藉由將SiON層積層而形成之SiON膜之厚度成為所期望之厚度為止。
再者，藉由在上述處理條件下進行本步驟，形成於晶圓200上之SiON膜成為具有相對較大之應力，例如0.4～0.5 GPa左右之大小之拉伸應力之膜。
(SiO膜轉換) 形成既定厚度之SiON膜之後，對處理室201內之晶圓200，即形成於晶圓200上之SiON膜供給含O氣體及含H氣體。
具體而言，打開閥243c、243e，使含O氣體、含H氣體分別流向氣體供給管232c、232e內。流經氣體供給管232c、232e內之含O氣體、含H氣體分別藉由MFC241c、241e進行流量調整，經由噴嘴249c、249b被供給至處理室201內。含O氣體及含H氣體於處理室201內被混合而發生反應，其後，自排氣口231a排出。此時，對晶圓200供給含O氣體與含H氣體發生反應而產生之原子態氧等包含氧之不含水分(H2 O)之氧化種(含O氣體+含H氣體供給)。此時，亦可打開閥243f～243h，經由噴嘴249a～249c向處理室201內供給惰性氣體。
作為本步驟中之處理條件，可例示： 含O氣體供給流量：0.1～10 slm 含H氣體供給流量：0.1～10 slm 各氣體供給時間：1～120秒，較佳為1～60秒 處理壓力：1～2000 Pa，較佳為1～1000 Pa。 其他處理條件設為與步驟1中之處理條件相同之處理條件。
藉由在上述條件下對晶圓200供給含O氣體、含H氣體，能夠利用原子態氧等氧化種所具有之較強氧化力，使形成於晶圓200上之SiON膜氧化，進而將O引入至膜中。又，能夠使SiON膜中所含之N自膜中脫附。藉由該等，能夠如圖4(b)所示，使SiON膜形成中形成於晶圓200上之SiON膜轉換成SiO膜。藉由使SiON膜氧化而獲得之SiO膜成為幾乎或完全不含N之高純度且緻密之SiO膜。
再者，SiON膜因被氧化而轉換成SiO膜時引入O而膨脹。因此，藉由使SiON膜氧化而獲得之SiO膜變得較氧化前之SiON膜厚。但是，該氧化前後之膜之膨脹程度(膨脹率)小於如下情形時的氧化前後之膜之膨脹程度(膨脹率)，即，將包括對晶圓200供給氯矽烷系氣體之步驟以及對晶圓200供給含N及H之氣體之步驟的組合進行既定次數，於晶圓200上形成氮化矽膜(SiN膜)，並使該SiN膜氧化並轉換成SiO膜之情形。如圖7(a)所示，本案發明者等人已確認：存在藉由使SiON膜氧化而獲得之SiO膜處之膜厚落入氧化前之SiON膜處之膜厚之1.3倍左右的厚度範圍內之情況。與此相對，如圖8(a)所示，本案發明者等人已確認：存在藉由使SiN膜氧化而獲得之SiO膜處之膜厚增加至氧化前之SiN膜處之膜厚之1.8倍左右的厚度之情況。由此，藉由將基底膜設為SiON膜，與將基底膜設為SiN膜之情形相比，能夠降低藉由使基底膜氧化而獲得之SiO膜之膨脹率。
又，藉由使SiON膜氧化而獲得之SiO膜所具有之應力(膜應力、內部應力、殘留應力)小於氧化前之SiON膜所具有的應力。該應力小於如下情形時SiO膜所具有之應力，即，將包括對晶圓200供給氯矽烷系氣體之步驟以及對晶圓200供給含N及H之氣體之步驟的組合進行既定次數，於晶圓200上形成SiN膜，並使該SiN膜氧化並轉換成SiO膜之情形。如圖7(b)所示，本案發明者等人已確認：於氧化前之SiON膜具有0.5 GPa左右之大小的拉伸應力之情形時，存在藉由使該SiON膜氧化而獲得之SiO膜所具有之應力成為較其小的0.3 GPa左右之大小之拉伸應力之情況。與此相對，如圖8(b)所示，本案發明者等人已確認：於氧化前之SiN膜具有0.5 GPa左右之大小之拉伸應力的情形時，存在藉由使該SiN膜氧化而獲得之SiO膜所具有之應力自拉伸應力變成壓縮應力，又，其大小成為0.5 GPa左右之大小之情況。再者，於圖7(b)、圖8(b)中，由「+」表示拉伸應力，由「－」表示壓縮應力。由此，藉由將基底膜設為SiON膜，與將基底膜設為SiN膜之情形相比，能夠減少藉由使基底膜氧化而獲得之SiO膜之應力。
SiON膜藉由氧化向SiO膜之轉換結束後，關閉閥243c、243e，停止向處理室201內供給含O氣體、含H氣體。然後，藉由與步驟1中之沖洗相同之處理程序，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除(沖洗)。
作為含O氣體，可使用O2 氣體、O3 氣體、H2 O氣體、H2 O2 氣體、N2 O氣體、NO氣體、NO2 氣體、CO氣體、CO2 氣體等。作為含H氣體，可使用H2 氣體或氘(2 H2 )氣體。亦將2 H2 氣體稱為D2 氣體。本步驟中，亦可不實施含H氣體之供給，單獨供給含O氣體作為氧化氣體。又，本步驟中，亦可對含O氣體及含H氣體中之至少任一者進行電漿激發而供給。
[循環之反覆] 其後，藉由再次依序進行上述SiON膜形成、SiO膜轉換，能夠如圖4(c)所示，以形成於晶圓200上之SiO膜為底層而形成SiON膜，如圖4(d)所示，使以SiO膜為底層形成之SiON膜轉換成SiO膜。藉由以此方式將不同時、即不同步地交替進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環反覆執行數次(n2 次，n2 為2以上之整數)，而能夠於晶圓200上形成所期望之厚度之SiO膜。該膜成為幾乎或完全不含N之高純度且緻密之SiO膜，從而成為絕緣特性等特性優異之膜。又，相較於藉由依序進行SiON膜形成、SiO膜轉換各一次而形成之厚度相同之SiO膜，藉由將不同時地進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環反覆執行數次而形成之該SiO膜成為應力較小的膜。再者，上述循環不必反覆執行數次，可僅實施1次(可設為n2 ＝1)。
(後沖洗及大氣壓恢復) 完成於晶圓200上形成所期望厚度之SiO膜之後，自噴嘴249a～249c之各者向處理室201內供給惰性氣體作為沖洗氣體，並自排氣口231a進行排氣。藉此，對處理室201內進行沖洗，將殘留於處理室201內之氣體與反應副產物等自處理室201內去除(後沖洗)。其後，將處理室201內之氣體氛圍替換成惰性氣體(惰性氣體替換)，使處理室201內之壓力恢復至常壓(大氣壓恢復)。
(晶舟卸載及晶圓卸出) 其後，利用晶舟升降機115使密封蓋219下降，使歧管209之下端開口。然後，將經處理之晶圓200以被晶舟217支持之狀態自歧管209之下端搬出至反應管203之外部(晶舟卸載)。於晶舟卸載後，移動擋板219s，以中介O形環220c之方式用擋板219s將歧管209之下端開口密封(擋板封閉)。經處理之晶圓200被搬出至反應管203之外部後，自晶舟217中被取出(晶圓卸出)。
(3)本態樣之效果 根據本態樣，獲得以下所示之1個或數個效果。
(a)藉由將基底膜設為SiON膜，將不同時地進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數，與將基底膜設為SiN膜，將不同時地進行SiN膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數之情形相比，能夠抑制使基底膜氧化並轉換成SiO膜時膜之膨脹。又，藉由依序進行SiON膜形成、SiO膜轉換，與依序進行SiN膜形成、SiO膜轉換之情形相比，抑制了使基底膜氧化並轉換成SiO膜時膜應力之變化，又，能夠減少使基底膜轉換成SiO膜之後的SiO膜所具有之應力。如此，根據本態樣，能夠抑制SiO膜轉換中之氧化前後之「膜膨脹」及「膜應力之變化」，又，能夠使形成於晶圓200上之SiO膜成為內部應力較小之膜。藉由該等，能夠避免於形成SiO膜時成為底層之晶圓200之表面形成之柱等凹凸構造發生變形等。
(b)藉由將基底膜設為SiON膜，將不同時地進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數，與將基底膜設為SiN膜，將不同時地進行SiN膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數之情形相比，能夠縮短SiO膜轉換中基底膜氧化所需之時間。藉此，能夠提高成膜處理之生產性。
(c)藉由將不同時地進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數，能夠使形成於晶圓200上之SiO膜成為基本上或完全不含N之高純度且絕緣特性較高之SiO膜。
(d)於SiO膜轉換中，藉由使用含O氣體+含H氣體作為氧化氣體，能夠使形成於晶圓200上之SiO膜成為基本上或完全不含N之高純度且絕緣特性較高之SiO膜。又，於SiO膜轉換中，能夠有效率地進行藉由SiON膜之氧化向SiO膜之轉換，從而能夠提高成膜處理之生產性。
(e)上述效果於SiON膜形成中使用上述各種矽烷系氣體、上述各種含N及H之氣體、上述各種含O氣體之情形時，SiO膜轉換中使用上述各種含O氣體、上述各種含H氣體之情形時，或者該等各步驟中使用上述各種惰性氣體之情形時均能同樣地獲得。
(4)變形例 本態樣中之處理序列可如以下所示之變形例般進行變更。該等變形例可任意組合。只要未特別說明，則各變形例之各步驟中之處理程序、處理條件可與上述處理序列之各步驟中之處理程序、處理條件相同。
(變形例1) 亦可藉由控制SiON膜形成中形成之SiON膜之O濃度及N濃度中之至少任一者，來調整SiO膜轉換中使SiON膜轉換成SiO膜時膜之膨脹率、及SiO膜轉換中形成之SiO膜之內部應力中之至少任一者。SiON膜之O濃度或N濃度可藉由在SiON膜形成中，例如使含O氣體之種類、分壓、供給流量、供給時間、及含N及H之氣體之種類、分壓、供給流量、供給時間中之至少任一條件發生變化，而加以調整。
本變形例中，亦獲得與上述態樣相同之效果。又，根據本變形例，可藉由控制構成SiON膜形成中形成之SiON膜之元素(O及/或N)之濃度，而並非藉由SiO膜轉換中之氧化條件之控制，來調整SiO膜轉換中使SiON膜轉換成SiO膜時膜之膨脹率、及SiO膜轉換中形成之SiO膜之應力中之至少任一者。
(變形例2) 亦可使SiON膜形成中形成之SiON膜之O濃度及N濃度中之至少任一者於每既定循環中發生變化。SiON膜之O濃度或N濃度可藉由在SiON膜形成中，例如使含O氣體之種類、分壓、供給流量、供給時間、及含N及H之氣體之種類、分壓、供給流量、供給時間中之至少任一條件於每既定循環中發生變化，而於每既定循環中加以調整。
本變形例中，亦獲得與上述態樣相同之效果。又，根據本變形例，能夠於厚度方向上改變、調整形成於晶圓200上之既定厚度之SiO膜之應力。
(變形例3) 亦可使SiON膜形成中形成之SiON膜之厚度於每既定循環中發生變化。SiON膜之厚度可藉由使SiON膜形成中之組合數n1 於每既定循環中發生變化，而於每既定循環中加以調整。例如，可藉由使第1循環中之SiON膜形成之組合數n1 與第2循環以後之SiON膜形成之組合數n1 不同，而使第1循環中形成之SiON膜之厚度與第2循環以後形成的SiON膜之厚度不同。
本變形例中，亦獲得與上述態樣相同之效果。又，根據本變形例，能夠於厚度方向上對形成於晶圓200上之既定厚度之SiO膜之應力進行微調整。
(變形例4)
如以下所示之氣體供給序列，於SiON膜形成中，可將不同時依序進行氯矽烷系氣體供給、含O氣體供給、含N及H之氣體供給之組合執行既定次數(n1次，n1為1以上之整數)。
[(氯矽烷系氣體→含O氣體→含N及H之氣體)×n1→含O氣體+含H氣體]×n2
Figure 110102616-A0305-02-0028-1
SiO
本變形例中，亦獲得與上述態樣相同之效果。又，根據本變形例，能夠於SiON膜形成中，形成組成(O濃度及/或N濃度)與上述態樣之SiON膜形成中獲得之SiON膜不同之SiON膜，能夠調整SiO膜轉換中之膜之膨脹率、及SiO膜轉換中形成之SiO膜之內部應力中之至少任一者。
(變形例5)
如圖5、圖6及以下所示之氣體供給序列，亦可進而進行藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數(n4，n4為1以上之整數)，而於晶圓200上形成既定膜厚之SiO膜之步驟，即， 藉由對晶圓200供給原料氣體即氯矽烷系氣體、氮化氣體即含N及H之氣體作為成膜氣體，而形成SiN膜作為氮化膜(SiN膜形成)之步驟；以及 藉由對晶圓200供給含O氣體、含H氣體作為氧化氣體，而使SiN膜氧化並轉換成作為氧化膜之SiO膜(SiO膜轉換)之步驟。
而且，亦可藉由將以下步驟進行既定次數，而於晶圓200上形成既定膜厚之第1SiO膜與既定膜厚之第2SiO膜交替積層而成之氧化膜(SiO膜)，即，藉由將不同時地進行SiON膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數(n2 ，n2 為1以上之整數)而形成第1SiO膜 (第1SiO膜形成)之步驟；以及藉由將不同時地進行SiN膜形成、SiO膜轉換之循環執行既定次數(n4 ，n4 為1以上之整數)而形成第2SiO膜 (第2SiO膜形成)之步驟。
(SiON→Ox)×n2 →(SiN→Ox)×n4 →・・・SiO (SiN→Ox)×n4 →(SiON→Ox)×n2 →・・・SiO
再者，於本變形例之第2SiO膜形成中，如以下所示之氣體供給序列， 亦可於SiN膜形成中，將包括以下步驟之組合進行既定次數(n3 次，n3 為1以上之整數)：對晶圓200供給氯矽烷系氣體之步驟；及對晶圓200供給含N及H之氣體之步驟。各步驟中之處理條件可與上述態樣中之各步驟之處理條件相同。
[(氯矽烷系氣體→含N及H之氣體)×n3 →含O氣體+含H氣體]×n4 SiO
再者，於本變形例中，較佳為於上述基板處理裝置中之同一處理室201內(原位(in-situ))進行第1SiO膜形成及第2SiO膜形成。於形成第1SiO膜之情形及形成第2SiO膜之情形及均可使用上述成膜氣體供給系統及氧化氣體供給系統。即，可以於形成第1SiO膜之情形時及形成第2SiO膜之情形時，共用氣體供給系統。
本變形例中，亦獲得與上述態樣相同之效果。又，根據本變形例，能夠於厚度方向上調整形成於晶圓200上之SiO膜，即第1SiO膜與第2SiO膜交替積層而成之SiO膜之應力。
再者，於本變形例中，亦可使既定膜厚之第1SiO膜與既定膜厚之第2SiO膜之厚度不同。第1SiO膜之厚度例如可藉由使第1SiO膜形成中之SiON膜形成之組合數n1 發生變化來加以調整。又，第2SiO膜之厚度例如可藉由使第2SiO膜形成中之SiN膜形成之組合數n3 發生變化來加以調整。即，藉由使組合數n1 、n3 中之至少任一者發生變化，能夠使第1SiO膜與第2SiO膜之厚度不同。如此，藉由使各個SiO膜之厚度不同，能夠於厚度方向上對形成於晶圓200上之SiO膜，即第1SiO膜與第2SiO膜交替積層而成之SiO膜之應力進行微調整。
又，於本變形例中，亦可形成具有拉伸應力之膜作為既定膜厚之第1SiO膜，形成具有壓縮應力之膜作為既定膜厚之第2SiO膜。如此，藉由第1SiO膜與第2SiO膜具有相反之應力，能夠針對形成於晶圓200上之SiO膜，即第1SiO膜與第2SiO膜交替積層而成之SiO膜之應力，以於厚度方向上抵消各個SiO膜之應力之方式進行微調整。再者，如使用圖7(b)、圖8(b)所說明，本案發明者等人已確認：第1SiO膜趨於具有拉伸應力，第2SiO膜趨於具有壓縮應力。
又，於本變形例中，亦可使既定膜厚之第1SiO膜及既定膜厚之第2SiO膜中膜應力之絕對值較大的膜較膜應力之絕對值較小之膜薄。即，亦可使既定膜厚之第1SiO膜及既定膜厚之第2SiO膜中膜應力之絕對值較小的膜較膜應力之絕對值較大之膜厚。再者，該膜厚調整於如下所述第1SiO膜與第2SiO膜具有相反之膜應力之情形時尤為有效。
如此，藉由使第1SiO膜與第2SiO膜之厚度根據各自之膜應力而發生變化，能夠於厚度方向上對形成於晶圓200上之SiO膜，即第1SiO膜與第2SiO膜交替積層而成之SiO膜(以下，亦稱為積層SiO膜)之應力更恰當地進行微調整。例如，藉由使第1SiO膜與第2SiO膜中膜應力之絕對值較大之膜較膜應力之絕對值較小之膜薄，能夠使膜應力之絕對值較大之膜之膜應力的程度趨於降低，對形成於晶圓200上之積層SiO膜之應力進行微調整。又，例如，藉由使第1SiO膜與第2SiO膜中膜應力之絕對值較小的膜較膜應力之絕對值較大之膜厚，能夠向增大膜應力之絕對值較小之膜之膜應力程度的方向，對形成於晶圓200上之積層SiO膜之應力進行微調整。
再者，如以上使用圖7(b)、圖8(b)所述，本案發明者等人已確認：存在第2SiO膜之壓縮應力之絕對值大於第1SiO膜之拉伸應力的絕對值之情況。於此情形時，藉由使既定膜厚之第2SiO膜較既定膜厚之第1SiO膜薄，而能夠針對形成於晶圓200上之積層SiO膜之應力，以於厚度方向上更恰當地抵消各個SiO膜之應力之方式進行微調整。例如，能夠緩和積層SiO膜之應力偏向壓縮應力側之傾向。再者，於第1SiO膜與第2SiO膜具有相反之膜應力，各者之膜應力之絕對值不同之情形時，較佳為使膜應力之絕對值較小之SiO膜較膜應力之絕對值較大之SiO膜厚。即，較佳為使膜應力之絕對值較大之SiO膜較膜應力之絕對值較小之SiO膜薄。
又，於本變形例中，亦可將形成既定膜厚之第1SiO膜及既定膜厚之第2SiO膜中膜應力之絕對值較小的膜之步驟、形成膜應力之絕對值較大之膜之步驟、以及形成膜應力之絕對值較小之膜之步驟作為1個組合，將該組合進行既定次數。再者，該積層順序之調整於第1SiO膜與第2SiO膜具有相反之膜應力之情形時尤為有效。
如此，藉由根據膜應力調整第1SiO膜與第2SiO膜之積層順序，能夠形成由膜應力之絕對值較小之膜自兩側夾著膜應力之絕對值較大的膜之積層構造，能夠針對形成於晶圓200上之積層SiO膜之應力，以於厚度方向上更恰當地抵消各個SiO膜之應力之方式進行微調整。
例如，於第2SiO膜之膜應力(例如壓縮應力)之絕對值大於第1SiO膜之膜應力(例如拉伸應力)之絕對值的情形時，亦可如以下所示之氣體供給序列，將第1SiO膜形成、第2SiO膜形成及第1SiO膜形成作為1個組合，將該組合進行既定次數。於此情形時，交替進行數次第1SiO膜形成與第2SiO膜形成，最初及最後進行第1SiO膜形成。於此情形時，能夠使積層SiO膜之構造成為由趨於具有相對較小之拉伸應力之第1SiO膜夾著可能具有相對較大之壓縮應力之第2SiO膜的構造。其結果為，能夠向更恰當地抵消第1SiO膜及第2SiO膜各自之應力之方向進行微調整，例如能夠平衡良好地緩和積層SiO膜之應力偏向壓縮應力側之傾向。又，例如能夠使積層SiO膜之底面側應力與表面側應力相等，因此能夠恰當地防止積層SiO膜之應力失衡。
(SiON→Ox)×n2 →(SiN→Ox)×n4 →・・・・→(SiON→Ox)×n2 SiO
又，於本變形例中，亦可依序進行形成既定膜厚之第1SiO膜及既定膜厚之第2SiO膜中膜應力之絕對值較小的膜之步驟、形成膜應力之絕對值較大之膜之步驟、以及形成膜應力之絕對值較小之膜之步驟。再者，該積層順序之調整於第1SiO膜與第2SiO膜具有相反之膜應力之情形時尤為有效。
如此，藉由根據膜應力調整第1SiO膜與第2SiO膜之積層順序，能夠形成由膜應力之絕對值較小之膜自兩側夾著膜應力之絕對值較大的膜之積層構造，能夠針對形成於晶圓200上之積層SiO膜之應力，以於厚度方向上更恰當地抵消各個SiO膜之應力之方式進行微調整。
例如，於第2SiO膜之膜應力(例如壓縮應力)之絕對值大於第1SiO膜之膜應力(例如拉伸應力)之絕對值的情形時，亦可如以下所示之氣體供給序列，依序進行第1SiO膜形成、第2SiO膜形成及第1SiO膜形成。於此情形時，獲得與將第1SiO膜形成、第2SiO膜形成及第1SiO膜形成作為1個組合而將該組合進行既定次數之情形相同之效果。
(SiON→Ox)×n2 →(SiN→Ox)×n4 →(SiON→Ox)×n2 SiO
(變形例6) 如以下所示之氣體供給序列，於上述態樣之SiON膜形成中，亦可將包括以下步驟之組合進行既定次數(n1 次，n1 為1以上之整數)：對晶圓200供給第1矽烷系氣體作為第1原料氣體之步驟；對晶圓200供給第2矽烷系氣體作為第2原料氣體之步驟；對晶圓200供給含N及H之氣體作為氮化氣體之步驟；及對晶圓200供給含O氣體之步驟。再者，第1矽烷系氣體與第2矽烷系氣體之分子構造不同，分別具有下述性質。
[(第1矽烷系氣體→第2矽烷系氣體→含N及H之氣體→含O氣體)×n1 →含O氣體+含H氣體]×n2 SiO
又，如以下所示之氣體供給序列，於如上述變形例5之SiN膜形成中，亦可將包括以下步驟之組合進行既定次數(n3 次，n3 為1以上之整數)：對晶圓200供給第1矽烷系氣體作為第1原料氣體之步驟；對晶圓200供給第2矽烷系氣體作為第2原料氣體之步驟；及對晶圓200供給含N及H之氣體作為氮化氣體之步驟。再者，於此情形時，第1矽烷系氣體與第2矽烷系氣體之分子構造不同，分別具有下述性質。
[(第1矽烷系氣體→第2矽烷系氣體→含N及H之氣體)×n3 →含O氣體+含H氣體]×n4 SiO
再者，於任一情形時，均可自上述第1原料氣體供給系統、第2原料氣體供給系統分別供給第1矽烷系氣體、第2矽烷系氣體。
於該等情形時，供給第1矽烷系氣體之步驟及供給第2矽烷系氣體之步驟之處理條件可分別與上述態樣之步驟1中的處理條件相同。再者，藉由使第1矽烷系氣體之供給時間為第2矽烷系氣體之供給時間以上，較佳為藉由使第1矽烷系氣體之供給時間較第2矽烷系氣體之供給時間長，而更充分地獲得下述效果。供給含N及H之氣體之步驟及供給含O氣體之步驟中之處理條件可分別與上述態樣之步驟2及步驟3中的處理條件相同。
根據本變形例，獲得與上述態樣相同之效果。
又，根據本變形例，藉由使用2種矽烷系氣體，與使用1種矽烷系氣體之情形時相比，能夠使SiON膜形成或SiN膜形成中之循環率(每一循環形成之SiON層或SiN層之厚度)變厚，能夠提高成膜處理之生產性。
再者，本變形例中，較佳為使用於相同條件下較第2矽烷系氣體難分解(難吸附，反應性較低)之氣體作為第1矽烷系氣體。藉由如此選擇氣體種類，既能提高循環率，又能提高形成於晶圓200上之作為基底膜之SiON膜或SiN膜，即，使該等膜氧化而獲得之SiO膜之階梯覆蓋特性。例如藉由使用1分子中包含1個Si原子之氣體作為第1矽烷系氣體，使用1分子中包含2個以上Si原子之氣體作為第2矽烷系氣體，能夠獲得此處所述之效果，即，既能提高循環率，又能提高階梯覆蓋特性。例如，於使用HCDS氣體或OCTS氣體作為第1矽烷系氣體之情形時，可使用MCS氣體、DCS氣體、TCS氣體、STC氣體、SiF4 氣體、SiBr4 氣體、SiI4 氣體等作為第2矽烷系氣體。
＜本發明之其他態樣＞ 以上，已具體描述了本發明之態樣。然而，本發明不限定於上述態樣，可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
例如於上述態樣中，對在同一處理室201內(原位)進行SiON膜形成及SiO膜轉換之例進行了說明。然而，亦可於不同處理室內進行SiON膜形成及SiO膜轉換(異位(ex-situ))。又，於上述態樣中，對在晶圓200上將SiO膜積層數層時，於同一處理室201內(原位)形成各個SiO膜之例進行了說明。然而，亦可於不同處理室內(異位)形成各個SiO膜。
若於原位進行一系列處理，則晶圓200中途不會暴露於大氣，能夠使晶圓200始終處於真空下進行處理，能夠進行穩定之基板處理。又，若於異位進行一部分處理，則可預先將各個處理室內之溫度例如設定為各處理之處理溫度或與其接近之溫度，能夠縮短溫度調整所需之時間，提高生產效率。
又，例如於上述態樣中，對在晶圓200上形成SiO膜之例進行了說明。然而，本發明不限定於該態樣，可如以下所示之處理序列，亦應用於在晶圓200上形成鈦氧化膜(TiO膜)、鋁氧化膜(AlO膜)、鉿氧化膜(HfO膜)、鋯氧化膜(ZrO膜)等金屬系氧化膜之情形。於此情形時，亦獲得與上述態樣相同之效果。
(TiON→Ox)×n2 TiO (AlON→Ox)×n2 AlO (HfON→Ox)×n2 HfO (ZrON→Ox)×n2 ZrO (TiON→Ox)×n2 →(TiN→Ox)×n4 →・・・TiO (TiN→Ox)×n4 →(TiON→Ox)×n2 →・・・TiO (AlON→Ox)×n2 →(AlN→Ox)×n4 →・・・AlO (AlN→Ox)×n4 →(AlON→Ox)×n2 →・・・AlO (HfON→Ox)×n2 →(HfN→Ox)×n4 →・・・HfO (HfN→Ox)×n4 →(HfON→Ox)×n2 →・・・HfO (ZrON→Ox)×n2 →(ZrN→Ox)×n4 →・・・ZrO (ZrN→Ox)×n4 →(ZrON→Ox)×n2 →・・・ZrO
各處理中使用之配方較佳為根據處理內容而個別地準備，並經由電氣通訊線路或外部記憶裝置123儲存於記憶裝置121c內。而且，較佳為開始各處理時，CPU121a根據處理內容自儲存於記憶裝置121c內之數個配方中選擇恰當之配方。藉此，可利用1台基板處理裝置再現性良好地形成各種膜種、組成比、膜質、膜厚之膜。又，能夠減少操作員之負擔，避免操作失誤，並能迅速開始各處理。
上述配方不限於新製成之情形，例如亦可藉由變更已安裝於基板處理裝置之既存配方來準備。於變更配方之情形時，可經由電氣通訊線路或記錄有該配方之記錄媒體將變更後之配方安裝於基板處理裝置。又，亦可操作既存之基板處理裝置具備之輸入輸出裝置122，直接變更已安裝於基板處理裝置之既存配方。
於上述態樣中，對使用一次處理數片基板之批量式基板處理裝置形成膜之例進行了說明。本發明不限定於上述態樣，例如亦適宜應用於使用一次處理1片或數片基板之單片式基板處理裝置形成膜之情形。又，於上述態樣中，對使用具有熱壁型處理爐之基板處理裝置形成膜之例進行了說明。本發明不限定於上述態樣，亦適宜應用於使用具有冷壁型處理爐之基板處理裝置形成膜之情形。
於使用該等基板處理裝置之情形時，亦可藉由與上述態樣中之處理程序、處理條件相同之處理程序、處理條件進行各處理，從而獲得與上述態樣相同之效果。
上述態樣可適當組合使用。此時之處理程序、處理條件例如可與上述態樣中之處理程序、處理條件相同。
115:晶舟升降機 115s:擋板開閉機構 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 121e:內部匯流排 122:輸入輸出裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 201:處理室 202:處理爐 203:反應管 207:加熱器 209:歧管 217:晶舟 218:隔熱板 219:密封蓋 219s:擋板 220a,220b,220c:O形環 231:排氣管 231a:排氣口 232a,232b,232c,232d,232e,232f,232g,232h:氣體供給管 241a,241b,241c,241d,241e,241f,241g,241h:MFC 243a,243b,243c,243d,243e,243f,243g,243h:閥 244:APC閥 245:壓力感測器 246:真空泵 248:集聚型供給系統 249a,249b,249c:噴嘴 250a,250b,250c:氣體供給孔 255:旋轉軸 263:溫度感測器 267:旋轉機構
圖1係本發明之一態樣中適宜使用之基板處理裝置之立式處理爐的概略構成圖，係由縱截面圖表示處理爐202部分之圖。 圖2係本發明之一態樣中適宜使用之基板處理裝置之立式處理爐的概略構成圖，係由圖1之A-A線剖視圖表示處理爐202部分之圖。 圖3係本發明之一態樣中適宜使用之基板處理裝置之控制器121的概略構成圖，係由方塊圖表示控制器121之控制系統之圖。 圖4(a)係以晶圓200表面為底層形成氮氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖4(b)係使以晶圓200表面為底層形成之氮氧化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖4(c)係以藉由使氮氧化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖4(d)係以藉由使氮氧化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮氧化矽膜，使該氮氧化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。 圖5(a)係以晶圓200表面為底層形成氮化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖5(b)係使以晶圓200表面為底層形成之氮化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖5(c)係以藉由使氮化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖5(d)係以藉由使氮化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮氧化矽膜，使該氮氧化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。 圖6(a)係以晶圓200表面為底層形成氮氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖6(b)係使以晶圓200表面為底層形成之氮氧化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖6(c)係以藉由使氮氧化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。圖6(d)係以藉由使氮氧化矽膜氧化而形成於晶圓200上之氧化矽膜為底層形成氮化矽膜，使該氮化矽膜氧化並轉換成氧化矽膜之後的晶圓200表面處之剖面部分放大圖。 圖7(a)係分別表示形成於晶圓上之氮氧化矽膜、及藉由使該膜氧化而獲得之氧化矽膜處之膜厚之測定結果的圖。圖7(b)係分別表示形成於晶圓上之氮氧化矽膜、及藉由使該膜氧化而獲得之氧化矽膜處之膜應力之測定結果的圖。 圖8(a)係分別表示形成於晶圓上之氮化矽膜、及藉由使該膜氧化而獲得之氧化矽膜處之膜厚之測定結果的圖。圖8(b)係分別表示形成於晶圓上之氮化矽膜、及藉由使該膜氧化而獲得之氧化矽膜處之應力之測定結果的圖。
200:晶圓(基板)

Claims (26)

  1. 一種基板處理方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟；且藉由控制(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者，來調整(a2)中使上述氮氧化膜轉換成上述第1氧化膜時之膜膨脹率、及(a2)中形成之上述第1氧化膜之膜應力中之至少任一者。
  2. 一種基板處理方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟；且使(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者於每既定循環中發生變化。
  3. 一種基板處理方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及 (a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟；以及藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第2氧化膜之步驟，即，(b1)藉由對上述基板供給第2成膜氣體而形成氮化膜之步驟；及(b2)藉由對上述基板供給第2氧化氣體，而使上述氮化膜氧化並轉換成第2氧化膜之步驟；且藉由將形成上述既定膜厚之第1氧化膜之步驟、及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之步驟進行既定次數，而於上述基板上形成上述既定膜厚之第1氧化膜與上述既定膜厚之第2氧化膜積層而成之氧化膜。
  4. 如請求項1至3中任一項之基板處理方法，其中，使(a1)中形成之上述氮氧化膜之厚度於每既定循環中發生變化。
  5. 如請求項3之基板處理方法，其中，使上述既定膜厚之第1氧化膜與上述既定膜厚之第2氧化膜之厚度不同。
  6. 如請求項3之基板處理方法，其中，上述既定膜厚之第1氧化膜之膜應力為拉伸應力，上述既定膜厚之第2氧化膜之膜應力為壓縮應力。
  7. 如請求項5之基板處理方法，其中，使上述既定膜厚之第1氧化膜及上述既定膜厚之第2氧化膜中膜應力之絕對值較大的膜較膜應力之絕對值較小之膜薄。
  8. 如請求項3之基板處理方法，其中，將形成上述既定膜厚之第1氧化膜及上述既定膜厚之第2氧化膜中膜應力之絕對值較小的膜 之步驟、形成膜應力之絕對值較大之膜之步驟、以及形成膜應力之絕對值較小之膜之步驟作為1個組合，將該組合進行既定次數。
  9. 如請求項3之基板處理方法，其中，依序進行形成上述既定膜厚之第1氧化膜及上述既定膜厚之第2氧化膜中膜應力之絕對值較小的膜之步驟、形成膜應力之絕對值較大之膜之步驟、以及形成膜應力之絕對值較小之膜之步驟。
  10. 如請求項1之基板處理方法，其中，於(a1)中，將包括以下步驟之組合進行既定次數：對上述基板供給原料氣體作為上述第1成膜氣體之步驟；對上述基板供給氮化氣體作為上述第1成膜氣體之步驟；及對上述基板供給氧化氣體作為上述第1成膜氣體。
  11. 如請求項10之基板處理方法，其中，供給上述原料氣體之步驟包括對上述基板供給第1原料氣體作為上述原料氣體之步驟、及對上述基板供給第2原料氣體作為上述原料氣體之步驟。
  12. 如請求項3之基板處理方法，其中，於(b1)中，將包括以下步驟之組合進行既定次數：對上述基板供給原料氣體作為上述第2成膜氣體之步驟；及對上述基板供給氮化氣體作為上述第2成膜氣體之步驟。
  13. 如請求項12之基板處理方法，其中，供給上述原料氣體之步驟包括對上述基板供給第1原料氣體作為上述原料氣體之步驟、及對上述基板供給第2原料氣體作為上述原料氣體之步驟。
  14. 如請求項11之基板處理方法，其中，上述第1原料氣體係於相同條件下較上述第2原料氣體難分解之氣體。
  15. 如請求項11之基板處理方法，其中，上述第1原料氣體 於1分子中包含1個矽原子，上述第2原料氣體於1分子中包含2個以上之矽原子。
  16. 如請求項3之基板處理方法，其中，於同一處理室內進行形成上述既定膜厚之第1氧化膜之步驟及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之步驟。
  17. 如請求項3之基板處理方法，其中，於不同處理室內進行形成上述既定膜厚之第1氧化膜之步驟及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之步驟。
  18. 一種半導體裝置之製造方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟；且藉由控制(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者，來調整(a2)中使上述氮氧化膜轉換成上述第1氧化膜時之膜膨脹率、及(a2)中形成之上述第1氧化膜之膜應力中之至少任一者。
  19. 一種半導體裝置之製造方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換 成第1氧化膜之步驟；且使(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者於每既定循環中發生變化。
  20. 一種半導體裝置之製造方法，其包括藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之步驟，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之步驟；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之步驟；以及藉由將不同時地進行以下步驟之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第2氧化膜之步驟，即，(b1)藉由對上述基板供給第2成膜氣體而形成氮化膜之步驟；及(b2)藉由對上述基板供給第2氧化氣體，而使上述氮化膜氧化並轉換成第2氧化膜之步驟；且藉由將形成上述既定膜厚之第1氧化膜之步驟、及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之步驟進行既定次數，而於上述基板上形成上述既定膜厚之第1氧化膜與上述既定膜厚之第2氧化膜積層而成之氧化膜。
  21. 一種基板處理裝置，其具有：處理室，其供處理基板；第1成膜氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1成膜氣體；第1氧化氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1氧化氣體；及 控制部，其構成為能夠控制上述第1成膜氣體供給系統及上述第1氧化氣體供給系統，使該等於上述處理室內藉由將不同時地進行以下處理之循環執行既定次數，而進行於上述基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之處理，即，(a1)藉由對基板供給上述第1成膜氣體而形成氮氧化膜之處理；及(a2)藉由對上述基板供給上述第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之處理；且藉由控制(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者，來調整(a2)中使上述氮氧化膜轉換成上述第1氧化膜時之膜膨脹率、及(a2)中形成之上述第1氧化膜之膜應力中之至少任一者。
  22. 一種基板處理裝置，其具有：處理室，其供處理基板；第1成膜氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1成膜氣體；第1氧化氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1氧化氣體；及控制部，其構成為能夠控制上述第1成膜氣體供給系統及上述第1氧化氣體供給系統，使該等於上述處理室內藉由將不同時地進行以下處理之循環執行既定次數，而進行於上述基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之處理，即，(a1)藉由對基板供給上述第1成膜氣體而形成氮氧化膜之處理；及(a2)藉由對上述基板供給上述第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之處理；且使(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者於每既定循環中發生變化。
  23. 一種基板處理裝置，其具有：處理室，其供處理基板；第1成膜氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1成膜氣體；第1氧化氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1氧化氣體；第2成膜氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第2成膜氣體；第2氧化氣體供給系統，其對上述處理室內之基板供給第2氧化氣體；及控制部，其構成為能夠控制上述第1成膜氣體供給系統、上述第1氧化氣體供給系統、上述第2成膜氣體供給系統及上述第2氧化氣體供給系統，使該等於上述處理室內進行：藉由將不同時地進行以下處理之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之處理，即，(a1)藉由對基板供給上述第1成膜氣體而形成氮氧化膜之處理；及(a2)藉由對上述基板供給上述第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之處理；以及藉由將不同時地進行以下處理之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第2氧化膜之處理，即，(b1)藉由對上述基板供給上述第2成膜氣體而形成氮化膜之處理；及(b2)藉由對上述基板供給上述第2氧化氣體，而使上述氮化膜氧化並轉換成第2氧化膜之處理；且，使該等進而進行如下處理，即，藉由將形成上述既定膜厚之第1氧化膜之處理、及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之處理進行既定次數，而 於上述基板上形成上述既定膜厚之第1氧化膜與上述既定膜厚之第2氧化膜積層而成之氧化膜。
  24. 一種利用電腦使基板處理裝置執行以下程序之程式：藉由將不同時地進行以下程序之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之程序，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之程序；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之程序；以及藉由控制(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者，來調整(a2)中使上述氮氧化膜轉換成上述第1氧化膜時之膜膨脹率、及(a2)中形成之上述第1氧化膜之膜應力中之至少任一者之程序。
  25. 一種利用電腦使基板處理裝置執行以下程序之程式：藉由將不同時地進行以下程序之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之程序，即，(a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之程序；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之程序；以及使(a1)中形成之上述氮氧化膜之氧濃度及氮濃度中之至少任一者於每既定循環中發生變化之程序。
  26. 一種利用電腦使基板處理裝置執行以下程序之程式：藉由將不同時地進行以下程序之循環執行既定次數，而於基板上形成既定膜厚之第1氧化膜之程序，即， (a1)藉由對上述基板供給第1成膜氣體而形成氮氧化膜之程序；及(a2)藉由對上述基板供給第1氧化氣體，而使上述氮氧化膜氧化並轉換成第1氧化膜之程序；以及藉由將不同時地進行以下程序之循環執行既定次數，而於上述基板上形成既定膜厚之第2氧化膜之程序，即，(b1)藉由對上述基板供給第2成膜氣體而形成氮化膜之程序；及(b2)藉由對上述基板供給第2氧化氣體，而使上述氮化膜氧化並轉換成第2氧化膜之程序；以及藉由將形成上述既定膜厚之第1氧化膜之程序、及形成上述既定膜厚之第2氧化膜之程序進行既定次數，而於上述基板上形成上述既定膜厚之第1氧化膜與上述既定膜厚之第2氧化膜積層而成之氧化膜之程序。
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