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TWI891051B - 基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置 - Google Patents

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置

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Publication number
TWI891051B
TWI891051B TW112133175A TW112133175A TWI891051B TW I891051 B TWI891051 B TW I891051B TW 112133175 A TW112133175 A TW 112133175A TW 112133175 A TW112133175 A TW 112133175A TW I891051 B TWI891051 B TW I891051B
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TW
Taiwan
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raw material
material gas
gas
substrate
supplied
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Application number
TW112133175A
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English (en)
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TW202413699A (zh
Inventor
花島建夫
原田和宏
Original Assignee
日商國際電氣股份有限公司
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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
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Abstract

本發明係提供可使形成於基板上之膜之階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升的技術。 本發明之解決手段具有藉由將包含下述步驟之周期進行既定次數，而於基板上形成膜的步驟：(a)對收容了於表面設有凹部之基板的處理室內由原料氣體供給管線供給原料氣體之步驟；與(b)對收容了基板之處理室內供給反應氣體之步驟； 於(a)中，係對基板將原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給原料氣體時，係在將原料氣體事先填充於設於原料氣體供給管線之貯留部內後再供給至處理室內，並在第2次以後之原料氣體之供給前，對處理室內進行排氣。

Description

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置
本發明係關於基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置。
作為半導體裝置之製造步驟的一步驟，有進行對基板供給原料氣體或反應氣體，於基板上形成膜之基板處理步驟的情形(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2014-208883號公報
(發明所欲解決之問題)
本發明之目的在於提升形成於基板上之膜之階梯覆蓋性(step coverage)或基板面內膜厚均勻性。 (解決問題之技術手段)
根據本發明之一態樣，提供一種技術，係具有藉由將包含下述步驟之周期進行既定次數，而於基板上形成膜的步驟： (a)對收容了於表面設有凹部之基板的處理室內由原料氣體供給管線供給原料氣體之步驟；與 (b)對收容了上述基板之上述處理室內供給反應氣體之步驟； 於(a)中，係對上述基板將上述原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給上述原料氣體時，係在將上述原料氣體事先填充於設於上述原料氣體供給管線之貯留部內後再供給至上述處理室內，並在第2次以後之上述原料氣體之供給前，對上述處理室內進行排氣。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，可提供使形成於基板上之膜之階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升的技術。
＜本發明之一態樣＞ 以下主要參照圖1~圖4說明本發明之一態樣。又，以下說明中所使用之圖式均為概略性圖，圖式中之各要件的尺寸關係、各要件之比率等並不一定與實際者一致。又，複數圖式彼此間的各要件的尺寸關係、各要件之比率等並不一定一致。
(1) 基板處理裝置之構成 如圖1所示，處理爐202係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，由保持板所支撐而垂直豎立。加熱器207亦具有作為藉由熱使氣體活性化(激發)之活性化機構(激發部)的機能。
於加熱器207內側，與加熱器207呈同心圓狀地配設反應管203。反應管203由例如石英(SiO 2)或碳化矽(SiC)等耐熱性材料所構成，形成為上端閉塞、下端開口的圓筒形狀。於反應管203之下方，與反應管203呈同心圓狀地配設岐管209。岐管209由例如不鏽鋼(SUS)等金屬材料所構成，形成為上端及下端開口的圓筒形狀。於岐管209之上端部，卡合於反應管203之下端部，構成為支撐反應管203。於岐管209與反應管203之間，設有作為密封構件的O型環220a。反應管203係與加熱器207同樣地垂直豎立。主要由反應管203與岐管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構成為可收容作為基板之晶圓200。於此處理室201內對晶圓200進行處理。
於處理室201內，作為第1~第3供給部之噴嘴249a~249c係分別設置成貫通岐管209之側壁。將噴嘴249a~249c分別亦稱為第1~第3噴嘴。噴嘴249a~249c分別由石英或SiC等耐熱性材料所構成。於噴嘴249a~249c分別連接氣體供給管232a~232c。噴嘴249a~249c係分別不同之噴嘴，且噴嘴249b、249c分別與噴嘴249a鄰接設置。
於氣體供給管232a，係由氣流之上游側起依序設置屬於流量控制器(流量控制部)之質量流量控制器(MFC)241a、屬於開關閥之作為第1閥的243a、構成為可暫時貯留氣體之貯留部(氣體滯留)240a、作為第2閥之閥242a、及作為第3閥之閥247a。在氣體供給管232a之較閥247a更下游側，連接氣體供給管232d。在氣體供給管232d，由氣流之上游側起依序設置MFC241d及閥243d。氣體供給管232a、232d及貯留部240a係由例如SUS等金屬材料所構成。
貯留部240a係例如構成為氣體容量較通常配管大的氣體槽或螺旋配管。其構成為藉由對較貯留部240a更上游側之閥243a及下游側之閥242a進行開關，可進行由氣體供給管232a所供給之氣體對貯留部240a的填充、或填充於貯留部240a內之氣體對處理室201內的供給。貯留部240a與處理室201之間的導率，較佳係構成為例如1.5×10 -3m 3/s以上。又，若考慮處理室201之容積與貯留部240a之容積的比，在處理室201之容積為100L(公升)的情況，貯留部240a之容積較佳係設為例如100~300cc，較佳係設為處理室201之容積之例如1/1000~3/1000倍之大小。
藉由關閉閥242a、247a，打開閥243a，可將藉由MFC241a經流量調整之氣體填充於貯留部240a內。在貯留部240a內填充了既定量氣體，貯留部240a內之壓力到達既定壓力後，關閉閥243a，打開閥242a、247a，藉此可將填充於貯留部240a內之高壓氣體經由氣體供給管232a及噴嘴249a一口氣(短時間)地供給至處理室201內(快速供給)。又，於快速供給時，閥243a亦可為打開著。
於氣體供給管232b、232c，係由氣流之上游側起依序分別設置MFC241b、241c及屬於開關閥之閥243b、243c。在氣體供給管232b之較閥243b更下游側，連接氣體供給管232e。在氣體供給管232e，由氣流之上流側起依序分別設置MFC241e及閥243e。氣體供給管232b、241c、232e係由例如SUS等金屬材料所構成。
如圖2所示般，噴嘴249a~249c係在反應管203之內壁與晶圓200之間於俯視時呈圓環狀之空間中，分別設置成由反應管203之內壁下部起沿著上部、朝晶圓200之配列方向上方立起。亦即，噴嘴249a~249c係在晶圓200所配列之晶圓配列區域之側方中、水平包圍晶圓配列區域之區域，沿著晶圓配列區域而分別設置。於俯視下，噴嘴249a係配置成與後述排氣口231a包夾著搬入至處理室201內之晶圓200之中心而於一直線上相對向。噴嘴249b、249c係配置成沿著反應管203內壁(晶圓200之外周部)、由兩側挾持著通過噴嘴249a與排氣口231a之中心的直線L。直線L亦為通過249a與晶圓200中心的直線。亦即，噴嘴249c亦可包夾著直線L而設於噴嘴249b之相反側。噴嘴249b、249c係以直線L作為對稱軸而配置成線對稱。於噴嘴249a~249c之側面，分別設置供給氣體的氣體供給孔250a~250c。氣體供給孔250a~250c分別於俯視下與排氣口231a呈相對向(相對面)而開口，可朝晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a~250c係由反應管203之下部起涵蓋至上部而複數設置。
由氣體供給管232a，原料氣體係經由MFC241a、閥243a、貯留部240a、閥242a、247a、噴嘴249a供給至處理室201內。
由氣體供給管232b，反應氣體經由MFC241b、閥243b、噴嘴249b供給至處理室201內。又，反應氣體係分子構造(化學構造)與原料氣體不同的物質。
由氣體供給管232d、232e，惰性氣體係分別經由MFC241d、241e、閥243d、243e、氣體供給管232a、232b、噴嘴249a、249b供給至處理室201內。又，由氣體供給管232c，惰性氣體係經由MFC241c、閥243c、噴嘴249c供給至處理室201內。惰性氣體作用為沖洗氣體、載體氣體、稀釋氣體等。
主要由氣體供給管232a、MFC241a、閥243a、242a、247a、貯留部240a構成原料氣體供給系統(原料氣體供給管線)。主要由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b構成反應氣體供給系統(反應氣體供給管線)。主要由氣體供給管232c~232e、MFC241c~241e、閥243c~243e構成惰性氣體供給系統(惰性氣體供給管線)。又，原料氣體供給管線亦可構成為未設置閥247a。
又，原料氣體及反應氣體之個別或兩者亦稱為成膜氣體，原料氣體供給系統及反應氣體供給系統之個別或兩者亦稱為成膜氣體供給系統(成膜氣體供給管線)。
上述各種氣體供給系統中，任一者或所有之氣體供給系統亦可構成為使閥243a、242a、247a、243b~243e、貯留部240a、MFC241a~241e等集積而成的集積型氣體供給系統248。集積型氣體供給系統248係對氣體供給管232a~232e分別連接，對氣體供給管232a~232e內之各種氣體的供給動作、亦即閥243a、242a、247a、243b~243e之開關動作或MFC241a~241e進行之流量調整動作等，係構成為由後述控制器121所控制。集積型氣體氣體供給系統248係構成為一體型、或分割型之集積單元，可對氣體供給管232a~232e等依集積單元單位進行裝卸，構成為可依集積單元單位進行集積型氣體供給系統248之維修、交換、增設等。
於反應管203之側壁下方，設有對處理室201內之氣體環境進行排氣的排氣口231a。如圖2所示，排氣口231a係於俯視下設置於挾持著晶圓200而與噴嘴249a~249c(氣體供給孔250a~250c)相對向(相對面)的位置。排氣口231a係由反應管203之側壁下部起沿著上部、亦即沿著晶圓配列區域設置。於排氣口231a連接著排氣管231。排氣管231係由例如SUS等金屬材料所構成。於排氣管231中，係經由作為檢測處理室201內之壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)之壓力感應器245及作為壓力調整器(壓力調整部)之APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥244，連接作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥244係構成為藉由依使真空泵246作動之狀態開關閥，而可進行處理室201內之真空排氣或真空排氣停止，進而依使真空泵246作動之狀態，根據藉由壓力感應器245所檢測出之壓力資訊調節閥開度，而可調整處理室201內之壓力。主要由排氣管231、APC閥244、壓力感應器245構成排氣系統。真空泵246亦可認為包含於排氣系統中。
於岐管209下方，設有可將岐管209之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由例如SUS等金屬材料所構成，並形成為圓盤狀。於密封蓋219上面，設有與岐管209下端抵接之作為密封構件的O型環220b。於密封蓋219下方，設置使後述晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267之旋轉軸255係由例如SUS等金屬材料所構成，貫通密封蓋219而連接至晶舟217。旋轉機構267係構成為藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219係構成為藉由設置於反應管203外部之作為升降機構的晶舟升降器115而於垂直方向升降。晶舟升降器115係構成為藉由使密封蓋219升降，而將晶圓200於處理室201內外進行搬入及搬出(搬送)的搬送裝置(搬送機構)。
於歧管209下方，設置在使密封蓋219下降並將晶舟217由處理室201內搬出的狀態下，可將歧管209之下端開口氣密地閉塞之作為爐口蓋體的擋門219s。擋門219s由例如SUS等金屬材料所構成，並形成為圓盤狀。於擋門219s上面，設有與岐管209下端抵接之作為密封構件的O型環220c。擋門219s之開關動作(升降動作或旋動動作等)係由擋門開關機構115s所控制。
作為基板支撐具之晶舟217係構成為使複數片、例如25~200片晶圓200以水平姿勢、且以彼此的中心對齊之狀態，於垂直方向上整齊排列而多段地支撐，亦即，隔著間隔而配列。晶舟217係由例如石英或SiC等耐熱性材料所構成。於晶舟217之下部係使例如以石英或SiC等耐熱性材料所構成之隔熱板218多段地支撐著。
於反應管203內，設置有作為溫度檢測器之溫度感應器263。根據藉由溫度感應器263檢測出之溫度資訊而調整對加熱器207之通電狀況，使處理室201內之溫度成為所需之溫度分布。溫度感應器263係沿著反應管203的內壁設置。
如圖3所示般，屬於控制部(控制手段)之控制器121係構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d的電腦。RAM 121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係構成為經由內部匯流排121e而可與CPU 121a進行資料交換。控制器121係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係由例如快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive)、SDD(Solid State Drive)等所構成。於記憶裝置121c內可讀取地儲存有控制基板處理裝置之動作的控制程式，或記載有後述基板處理之手續或條件等的製程配方(recipe)等。製程配方係以將後述基板處理中各手續藉控制器121執行，而可獲得既定之結果之方式組合者，作為程式而執行。以下，作為製程配方或控制程式等的總稱，亦簡稱為程式。又，有時亦將製程配方簡稱為配方。本說明書中於使用程式一詞的情況，係指僅含配方單體的情況、僅含控制程式單體的情況、或含有此二者之情況。RAM 121b係構成為使藉由CPU 121a讀出之程式或數據等暫時地保存之記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d係連接於上述MFC 241a~241e、閥243a、242a、247a、243b~243e、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、溫度感應器263、加熱器207、旋轉機構267、晶舟升降器115、擋門開關機構115s等。
CPU121a係構成為自記憶裝置121c讀取控制程式並執行，且配合自輸入輸出裝置122之操作指令之輸入等由記憶裝置121c讀取配方。CPU121a係構成為依照讀取之配方的內容，控制利用MFC 241a~241e之各種氣體之流量調整動作、閥243a、242a、247a、243b~243e的開關動作、APC閥244之開關動作及基於壓力感測器245而利用APC閥244進行之壓力調整動作、真空泵246的啟動及停止、基於溫度感應器263之加熱器207的溫度調整動作、由旋轉機構267進行之晶舟217旋轉及旋轉速度調節動作、利用晶舟升降機115之晶舟217的升降動作、利用擋門開關機構115s之擋門219s的開關動作等。
控制器121係可藉由將由外部記憶裝置123所儲存之上述程式安裝到電腦中而構成。外部記憶裝置123係包含例如HDD等磁碟、CD等光碟、MO等磁光碟、USB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係構成為可被電腦讀取之記錄媒體。以下，作為此等之總稱，簡稱為記錄媒體。本說明書中於使用記錄媒體一詞的情況，係指僅含記憶裝置121c單體的情況、僅含外部記憶裝置123單體的情況、或含有此二者之情況。尚且，對電腦之程式提供，亦可不使用外部記憶裝置123，而使用網路或專用線路等通訊手段進行。
(2) 基板處理步驟 作為使用上述基板處理裝置、半導體裝置的製造步驟之一步驟，針對對作為基板之晶圓200進行處理的時序例、亦即於晶圓200上形成膜之成膜時序例，主要使用圖4進行說明。又，本態樣中，係針對使用於表面設有溝槽或孔等凹部之矽基板(矽晶圓)作為晶圓200的例子進行說明。以下的說明中，構成基板處理裝置之各部的動作係藉由控制器121控制。
本態樣之成膜時序中，係藉由將包含下述步驟之周期進行既定次數(n次，n為1以上之整數)，而於晶圓200上形成膜； 對收容了於表面設有凹部之晶圓200的處理室201內由原料氣體供給管線供給原料氣體之步驟A；與 對收容了晶圓200之處理室201內供給反應氣體之步驟B；
尚且，本態樣之成膜時序中， 於步驟A中，係對晶圓200將原料氣體分割複數次(m次，m為2以上之整數)進行供給，於最初供給原料氣體時，係在將原料氣體事先填充於設於原料氣體供給管線之貯留部240a內後再供給至處理室201內，並在第2次以後之原料氣體之供給前，對處理室201內進行排氣。又，圖4中例示了於步驟A中，對晶圓200將原料氣體分割3次並斷續供給的情況(設為m=3的情況)。
本說明書中，為了方便，將上述成膜時序表示如以下。以下變形例或其他態樣之說明中亦使用相同表記。
(原料氣體 m 反應氣體) n
尚且，如圖4所示，在將步驟A、步驟B交替進行n次(n為1以上之整數)時，較佳係於其等之間挾設沖洗處理室201內之步驟。又，如圖4所示，在將原料氣體分割為m次(m為1以上之整數)進行間歇供給時，較佳係於第1次~第m-1次供給原料氣體後，未進行沖洗處理室201內之步驟，而僅藉由排氣將殘留於處理室201內之氣體等排除。此時之成膜時序可如以下表示。尚且，所謂「沖洗」意指藉由對處理室201內供給惰性氣體而將存在於處理室201內之原料氣體或中間體去除。「排氣」係指未對處理室201內供給惰性氣體而將存在於處理室201內之原料氣體或中間體去除。又，「排氣」中之「未供給惰性氣體」係指未供給沖洗氣體，但仍可進行載氣供給、或微小之惰性氣體供給。
[(原料氣體→排氣) (m-1)→原料氣體→沖洗→反應氣體→沖洗] n
本說明書中於使用「晶圓」一詞的情況，係有意指晶圓本身的情況、或意指晶圓與其表面所形成之既定之層或膜等之積層體的情況。本說明書中於使用「晶圓表面」一詞的情況，係有意指晶圓本身之表面的情況、或指晶圓上所形成之既定之層等之表面的情況。本說明書中於記載了「於晶圓上形成既定之層」的情況，係有意指於晶圓本身之表面上直接形成既定之層的情況、或代表對晶圓上所形成之層等之上形成既定之層的情況。本說明書中使用「基板」等語詞的情況，亦與使用「晶圓」一詞的情況具有相同意義。
(晶圓充填及晶舟裝載) 將複數片之晶圓200裝填(晶圓充填)於晶舟217時，藉由擋門開關機構115s移動擋門219s，使岐管209之下端開口開放(擋門開)。其後，如圖1所示般，支持著複數片之晶圓200的晶舟217，係藉由晶舟升降機115被上舉並搬入至處理室201內(晶舟裝載)。於此狀態下，密封蓋219係經由O型環220b使岐管209之下端成為密封之狀態。
(壓力調整及溫度調整) 晶舟裝載結束後，以使處理室201內、亦即晶圓200存在之空間成為所需壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室201內之壓力係藉由壓力感應器245所測定，根據所測定之壓力資訊回饋控制APC閥244(壓力調整)。又，以使處理室201內之晶圓200成為所需溫度之方式，藉由加熱器207加熱。此時，依處理室201內成為所需溫度分佈之方式，根據溫度感應器263所檢測出之溫度資訊，回饋控制對加熱器207的通電程度(溫度調整)。又，藉由旋轉機構267開始晶圓200之旋轉。處理室201內之排氣、晶圓200之加熱及旋轉之任一者，係至少在對晶圓200之處理結束前之期間持續進行。
(成膜處理) 其後，依序實行以下之步驟A、B。
[步驟A] 本步驟中，係對處理室201內之晶圓200將原料氣體分割為為複數次而進行供給。具體而言，將下述步驟交替重複複數次(m次，m為2以上之整數)：對處理室201內供給原料氣體之步驟a1；與將處理室201內進行排氣的步驟a2。
在最初之步驟a1前，使閥242a、247a為關閉狀態，打開閥243a，使原料氣體流通於氣體供給管232a內。原料氣體係藉由MFC241a進行流量調整，供給至貯留部240a內。藉此，於貯留部240a內填充原料氣體。在貯留部240a內填充了既定量之原料氣體後，關閉閥243a，維持於貯留部240a內填充了原料氣體的狀態。
於最初之步驟a1中，將閥247a、242a依序或同時打開，填充於貯留部240a內之高壓之原料氣體一口氣流至處理室201內。藉此，對晶圓200一口氣地供給原料氣體(原料氣體之快速供給)。於快速供給時，係藉由貯留部240a內與處理室201內之壓力差，使由噴嘴249a噴出至處理室201內之原料氣體加速至例如音速(340m/sec)左右，晶圓200上之原料氣體之速度亦到達數十m/sec左右。如圖4所示，快速供給之供給時間較佳係較後述第2次以後之步驟a1之非快速供給的供給時間短。又，此時，閥243a係事先打開。此時，亦可打開閥243c~243e，經由噴嘴249a~249c之各者，對處理室201內供給惰性氣體。又，如圖4所示，本步驟較佳係設為排氣系統實質上完全關閉(APC閥244係實質上完全關閉)之狀態實施。於此所謂實質上閉塞(實質上完全關閉)，係包括APC閥244為開放0.1~數%左右的狀態，或由於APC閥244之性能，即使控制為100%關閉但仍由排氣系統進行排氣的狀態。
在最初之步驟a1後、且第2次以後之步驟a1前，將閥243a、242a、247a設為關閉狀態。藉由如此事先關閉閥，而未對貯留部240a內供給原料氣體。
於第2次以後之步驟a1中，係打開閥243a、242a、247a，對氣體供給管232a內流通原料氣體。原料氣體係藉由MFC241a進行流量調整，經由閥243a、貯留部240a、閥242a、閥247a、噴嘴249a供給至處理室201內。藉此，對晶圓200供給原料氣體(原料氣體之非快速供給)。如此，本步驟中，較佳係並未事先填充於貯留部240a內，將原料氣體供給至處理室201內。此情況下，晶圓200上之原料氣體之速度亦小於快速供給的情況。此時，亦可打開閥243c~243e，經由噴嘴249a~249c之各者，對處理室201內供給惰性氣體。又，第2次以後之步驟a1係以處理室201內成為既定壓力的方式，並未將APC閥244設為完全關閉之狀態，例如設為介於完全開放與完全關閉間之狀態而實施。
步驟a2中，係關閉閥243a、242a、247a，停止原料氣體對處理室201內的供給。然後，將APC閥244設為例如完全開放，對處理室201內進行真空排氣，將殘留於處理室201內之氣體等由處理室201內排除。又，如圖4所示，在進行複數次之步驟a2中，較佳係於最後之步驟a2中對處理室201內供給惰性氣體，藉由惰性氣體沖洗(purge)處理室201內。如圖4所示，在進行複數次之步驟a2中，較佳係將最後進行步驟a2時之實施時間設為最長。又，在進行複數次之步驟a2中，較佳係在最後之步驟a2中，將供給至處理室201內之惰性氣體之流量設為較其他步驟a2中所供給之惰性氣體之流量大。
作為原料氣體，例如於使用後述氯矽烷氣體時，藉由於後述處理條件下交替重複進行步驟a1、a2既定次數，對晶圓200將氯矽烷氣體分割為複數次而進行供給，則於作為基底之晶圓200之最表面上，形成既定厚度之含有氯(Cl)的含矽(Si)層作為第1層。含有Cl之含Si層係藉由在晶圓200之最表面之，氯矽烷氣體之分子的物理吸附或化學吸附、氯矽烷氣體之一部分分解產生之物質的分子之物理吸附或化學吸附、因氯矽烷氣體之熱分解所造成之Si堆積等所形成。含有Cl之含Si層可為氯矽烷氣體之分子或氯矽烷氣體一部分分解之物質的分子之吸附層(物理吸附層或化學吸附層)，亦可為含有Cl之Si堆積層。在晶圓200之最表面形成上述化學吸附層或上述堆積層的情況，於晶圓200之最表面係吸附氯矽烷氣體所含之Si。本說明書中，亦將含有Cl之含Si層簡稱為含Si層。
作為原料氣體，例如可使用含有作為構成形成於晶圓200上之膜之主元素的Si的矽烷系氣體。矽烷系氣體可使用例如含有Si及鹵素之氣體，亦即鹵矽烷氣體。鹵素包括氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等。作為鹵矽烷氣體，可使用例如含有Si及Cl之氯矽烷氣體。
作為原料氣體，可使用例如單氯矽烷(SiH 3Cl，簡稱：MCS)氣體、二氯矽烷(SiH 2Cl 2，簡稱：DCS)氣體、三氯矽烷(SiHCl 3，簡稱：TCS)氣體、四氯矽烷(SiCl 4，簡稱：STC)氣體、六氯二矽烷(Si 2Cl 6，簡稱：HCDS)氣體、八氯三矽烷(Si 3Cl 8，簡稱：OCTS)氣體等氯矽烷氣體。作為原料氣體，可使用此等中之1種以上。
作為原料氣體，除了氯矽烷氣體之外，可使用例如四氟矽烷(SiF 4)氣體、二氟矽烷(SiH 2F 2)氣體等氟矽烷氣體、四溴矽烷(SiBr 4)氣體、二溴矽烷(SiH 2Br 2)氣體等溴矽烷氣體、四碘矽烷(SiI 4)氣體、二碘矽烷(SiH 2I 2)氣體等碘矽烷氣體。作為原料氣體，可使用此等中之1種以上。
作為原料氣體，除此等之外，亦可使用例如含有Si及胺基之氣體，亦即胺基矽烷氣體。所謂胺基，係由氨、一級胺或二級胺去除了氫(H)之1價官能基，可表示如-NH 2、-NHR、-NR 2。又，R表示烷基，-NR 2之二個R可為相同或相異。
作為原料氣體，亦可使用例如肆(二甲基胺基)矽烷(Si[N(CH 3) 2] 4，簡稱：4DMAS)氣體、參(二甲基胺基)矽烷(Si[N(CH 3) 2] 3H，簡稱：3DMAS)氣體、雙(二乙基胺基)矽烷(Si[N(C 2H 5) 2] 2H 2，簡稱：BDEAS)氣體、雙(第三丁基胺基)矽烷(SiH 2[NH(C 4H 9)] 2，簡稱：BTBAS)氣體、(二異丙基胺基)矽烷(SiH 3[N(C 3H 7) 2]，簡稱：DIPAS)氣體等之胺基矽烷氣體。作為原料氣體，可使用此等中之1種以上。
作為惰性氣體，可使用例如氮(N 2)氣，或氬(Ar)氣、氦(He)氣、氖(Ne)氣、氙(Xe)氣等稀有氣體。作為惰性氣體，可使用此等中之1種以上。此點於後述各步驟中亦相同。
[步驟B] 結束步驟A後，對處理室201內之晶圓200、亦即對於晶圓200上所形成之作為第1層之含Si層供給反應氣體。
具體而言，係打開閥243b，使反應氣體流通於氣體供給管232b內。反應氣體係藉由MFC241b進行流量調整，經由噴嘴249b供給至處理室201內，並由排氣口231a排氣。此時，對晶圓200供給反應氣體(反應氣體供給)。此時，亦可打開閥243c~243e，分別經由噴嘴249a~249c對處理室201內供給惰性氣體。又，以下所示之數種方法中，亦可將對處理室201內之惰性氣體供給設為不實施。
作為反應氣體，例如於使用後述氮化氣體的情況，藉由於後述處理條件下對晶圓200供給氮化氣體，使形成於晶圓200上之含Si層之至少一部分氮化(改質)。結果，於作為基底之晶圓200之最表面上，形成使含Si層經氮化而成的層作為第2層，亦即形成矽氮化層(SiN層)作為含有Si及N的層。形成SiN層時，含Si層中所含之Cl等雜質係於藉由氮化氣體進行的含Si層之改質反應過程中，構成至少含有Cl的氣體狀物質，由處理室201內被排出。藉此，相較於在步驟A所形成的含Si層，SiN層成為Cl等雜質較少的層。
形成了作為第2層之SiN層後，關閉閥243b，停止氮化氣體對處理室201內的供給。然後，藉由與步驟A中之沖洗相同的處理手續，將殘留於處理室201內之氣體等由處理室201內排除(沖洗)。
作為反應氣體，可使用例如屬於氮化氣體(氮化劑)的含氮(N)及氫(H)之氣體。含N及H之氣體亦為含N氣體、亦為含H氣體。含N及H之氣體較佳係具有N-H鍵。
作為反應氣體，例如可使用氨(NH 3)氣、二氮烯(N 2H 2)氣體、聯氨(N 2H 4)氣體、N 3H 8氣體等之氮化氫系氣體。作為反應氣體，可使用此等中之1種以上。
作為反應氣體，除了此等之外，亦可使用例如含有氮(N)、碳(C)及氫(H)之氣體。作為含有N、C及H之氣體，可使用例如胺系氣體或有機肼系氣體。含有N、C及H之氣體亦為含N氣體、含C氣體、含H氣體，亦為含N及C之氣體。
作為反應氣體，可使用例如單乙基胺(C 2H 5NH 2，簡稱：MEA)氣體、二乙基胺((C 2H 5) 2NH，簡稱：DEA)氣體、三乙基胺((C 2H 5) 3N，簡稱：TEA)氣體等乙基胺系氣體，或單甲基胺(CH 3NH 2，簡稱：MMA)氣體、二甲基胺((CH 3) 2NH，簡稱：DMA)氣體、三甲基胺((CH 3) 3N，簡稱：TMA)氣體等甲基胺系氣體，或單甲基肼((CH 3)HN 2H 2，簡稱：MMH)氣體、二甲基肼((CH 3) 2N 2H 2，簡稱：DMH)氣體、三甲基肼((CH 3) 2N 2(CH 3)H，簡稱：TMH)氣體等有機肼系氣體等。作為反應氣體，可使用此等中之1種以上。
[實施既定次數] 藉由將包含上述步驟A及步驟B的周期進行既定次數(n次，n為1以上之整數)，可於晶圓200表面上形成例如矽氮化膜(SiN膜)作為膜。上述周期較佳係重複複數次。亦即，較佳係使每1周期所形成之SiN層厚度較所需膜厚薄，重複上述周期複數次，直到藉由積層SiN層所形成之SiN膜的厚度成為所需厚度為止。此時，步驟A較佳係將事先填充於貯留部240a內之原料氣體之量設為於每周數為固定量。又，第2次以後之周期中，較佳係將步驟A中對貯留部240a內之原料氣體填充，與1周期前之步驟B中之反應氣體供給並行進行。又，於使用含有N、C及H之氣體作為反應氣體時，亦可形成例如矽碳氮化層(SiCN層)作為第2層，藉由進行上述周期既定次數，於晶圓200表面上，亦可形成例如矽碳氮化膜(SiCN膜)作為膜。
以下，使用例如氯矽烷氣體作為原料氣體，使用例如含N及H之氣體作為反應氣體，例示此時之上述各步驟的處理條件。又，本說明書中如「1~100Pa」般之數值範圍的表記，意指其範圍包含下限值及上限值。因此，例如「1~100Pa」意指「1Pa以上且100Pa以下」。有關其他數值範圍亦相同。又，本說明書中所謂處理溫度，意指晶圓200之溫度，處理壓力意指處理室201內之壓力。
作為於步驟A中第1次進行步驟a1時的處理條件，可例示： 氯矽烷氣體供給流量：1~5000sccm、較佳為100~5000sccm 氯矽烷氣體供給持續時間：0.1~20秒、較佳為0.5~5秒 惰性氣體供給流量：0~30000sccm、較佳為500~20000sccm 處理溫度：250~800℃、較佳為600~700℃ 處理壓力：1~2666Pa、較佳為1~1333Pa 氯矽烷氣體分壓：0.00005~3999Pa、較佳為0.06~1333Pa。
作為於步驟A中第2次以後進行步驟a1時的處理條件，可例示： 氯矽烷氣體供給流量：1~2000sccm、較佳為10~1000sccm 氯矽烷氣體供給持續時間：5~40秒、較佳為10~30秒 惰性氣體供給流量：0~20000sccm、較佳為500~10000sccm 處理壓力：1~2666Pa、較佳為67~1333Pa 氯矽烷氣體分壓：0.00005~2666Pa、較佳為0.06~899Pa。 其他處理條件可設為與步驟A中進行第1次步驟a1時之處理條件相同的處理條件。
作為於步驟A中第1次~第m-1次進行步驟a2時的處理條件，可例示： 惰性氣體供給流量：1000~20000sccm 惰性氣體供給持續時間：1~20秒、較佳1~10秒。 其他處理條件可設為與步驟A中進行第1次步驟a1時之處理條件相同的處理條件。
作為於步驟A中最後(第m次)進行步驟a2時的處理條件，可例示： 惰性氣體供給流量：1000~30000sccm 惰性氣體供給持續時間：1~60秒、較佳1~10秒。 其他處理條件可設為與步驟A中進行第1次步驟a1時之處理條件相同的處理條件。
尚且，於步驟A中最後(第m次)進行步驟a2時，亦可將對處理室201供給惰性氣體、與於停止了對處理室201內之惰性氣體供給的狀態下處理室201內的排氣，重複進行複數次。亦即，於步驟A中最後(第m次)進行步驟a2時，亦可進行循環沖洗。
作為步驟B之處理條件，可例示： 含N及H之氣體供給流量：1~20000sccm、較佳為1000~10000sccm 含N及H之氣體供給持續時間：1~120秒、較佳為1~60秒 惰性氣體供給流量：0~20000sccm、較佳為500~10000sccm 處理壓力：1~4000Pa、較佳為1~30000Pa。 其他處理條件可設為與步驟A中進行第1次步驟a1時之處理條件相同的處理條件。
(後沖洗及大氣壓恢復) 於晶圓200上之所需厚度之膜形成完成後，由噴嘴249a~249c之各者將作為沖洗氣體之惰性氣體供給至處理室201內，並由排氣口231a排氣。藉此，沖洗處理室201內，將殘留於處理室201內之氣體或反應副產物由處理室201內去除(後沖洗)。其後，將處理室201內之氣體環境置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，處理室201內之壓力恢復為常壓(大氣壓恢復)。
(晶舟卸載及晶圓卸除) 其後，藉由晶舟升降機115使密封蓋219下降，使岐管209之下端開口。然後，將處理完畢之晶圓200依被晶舟217支持之狀態從岐管209之下端搬出至反應管203的外部(晶舟卸載)。晶舟卸載後，使擋門219s移動，將岐管209之下端開口經由O型環220c藉由擋門219s密封(擋門關閉)。處理完畢之晶圓200被搬出至反應管203之外部後，由晶舟217取出(晶圓卸除)。
(3)本態樣之效果 根據本態樣，可獲得以下所示之一種或複數種效果。
(a)於步驟A中，對晶圓200將原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給原料氣體時，係在將原料氣體事先填充於設於原料氣體供給管線之貯留部240a內後再供給至處理室201內，並在第2次以後之原料氣體之供給前，對處理室201內進行排氣。藉此，可使形成於晶圓200上之膜之階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
其原因係原料氣體在被供給至經加熱之處理室201內後發生分解，而產生各種中間體。例如，因原料氣體分解，而產生具有複數個未鍵結基之第1中間體(原料氣體為HCDS氣體時，例如SiCl 2)、或者具有1個未鍵結基或不具有未鍵結基之第2中間體(原料氣體為HCDS氣體時，例如SiCl 4)等。然後，此等中間體被供給至晶圓200表面。
於此，第1中間體由於具有複數個未鍵結基，故相較於具有1個未鍵結基或不具有未鍵結基之第2中間體，前者具有容易吸附於晶圓200表面之特性、亦即對晶圓200表面之吸附反應所需時間較短的特性。又，具有複數個未鍵結基之第1中間體吸附於晶圓200表面後，可於晶圓200表面殘留未鍵結基，而具有不易阻礙其後中間體等對晶圓200表面之進一步吸附等特性。
相對於此，第2中間體由於未鍵結基較少、或不具有未鍵結基，故相較於具有複數個未鍵結基之第1中間體，前者具有不易吸附於晶圓200表面之特性、亦即對晶圓200表面之吸附反應所需時間較第1中間體長的特性。又，不具有複數個未鍵結基之第2中間體吸附於晶圓200表面後，難以於晶圓200表面殘留未鍵結基，而具有阻礙其後之中間體等對晶圓200表面之進一步吸附的特性。
由於此等第1中間體與第2中間體的特性，第1中間體將優先吸附於晶圓200表面，但在第1中間體之量不足的情況，第2中間體將吸附於晶圓200，抑制其後之第1中間體的吸附。其結果，無法使第1中間體遍及晶圓200表面全區域而均勻地吸附。又，在對形成了凹凸之晶圓200進行處理的情況，無法使第1中間體遍及凹部內之表面之初期吸附點的全區域均勻吸附。亦即，成為階梯覆蓋性惡化之要因。
尚且，若此種中間體為於處理溫度發生分解的材料則可能產生。例如，若為上述原料氣體之材料，則有產生之可能性。尤其若為含有鹵素之氣體，則可能發生相同現象。具體而言，除了HCDS之外，尚有MCS、DCS、TCS、STC、OCTS。
於此，在步驟A中，係對晶圓200將原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給原料氣體時，係在將原料氣體事先填充於設於原料氣體供給管線之貯留部240a內後再供給至處理室201內。亦即，將大量原料氣體在極短時間內一口氣地供給(快速供給)。此時，相較於原料氣體未事先填充於貯留部240a內而供給至處理室201內的情況(非快速供給)，可對晶圓200表面供給多量的第1中間體。結果，可遍及晶圓200表面全區域使第1中間體均勻吸附。如此，可於原料氣體供給初期，遍及凹部內之表面之初期吸附點的全區域使第1中間體均勻吸附。藉此，如圖5(a)所示，可於凹部200A內之最表面，作為初期層L0形成遍及凹部200A內全區域具有均勻厚度之含Si層、亦即具有高階梯覆蓋性之含Si層。此層有時為連續層，亦有時為不連續層。均一情況下均成為具有高階梯覆蓋性的層。
又，如本態樣般，藉由在第2次以後之原料氣體供給前對處理室201內進行排氣，可將因供給原料氣體而於處理室201內產生之第2中間體在吸附至晶圓200表面前即排出至處理室201外，可抑制其對晶圓200表面的吸附。結果，如圖5(b)所示，可遍及晶圓200表面所設置之凹部200A內之全區域，形成均勻且具保形性的第1層L1(含Si層)。
此等之結果，可使形成於基板上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
(b)於步驟A中，較佳係在最初供給原料氣體時，將事先填充於貯留部240a內之原料氣體之量設為用於在晶圓200表面全區域使第1中間體吸附所必要之量以上的量。藉此，可遍及晶圓200全區域使第1中間體均勻吸附，並可抑制第2中間體對晶圓200表面的吸附。此等結果，可使形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
(c)步驟A中，係將事先填充於貯留部240a內之原料氣體之量，依每周期設為固定量。藉此，可使每1周期於晶圓200上形成之膜的厚度、亦即周期速率均勻化。藉此，可提升形成於晶圓200上之膜之厚度的控制性等。
(d)於步驟A中，較佳係在最初供給原料氣體時，將處理室201內之壓力設為用於在晶圓200表面全區域使第1中間體吸附所必要之壓力以上的大小(既定壓力)。藉此，遍及晶圓200全區域使第1中間體均勻吸附，並可抑制第2中間體對晶圓200表面的吸附。此等結果，可使形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
(e)於步驟A中，較佳係在最初供給原料氣體時，在處理室201內之壓力到達上述既定壓力後，結束原料氣體對處理室201內的供給，並開始處理室201內之排氣。藉此，可使處理室201內之壓力呈較高壓力之狀態的時間縮短，可抑制第2中間體對晶圓200表面的吸附。此等結果，可使形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
(f)於步驟A中，較佳係將最初供給原料氣體時之原料氣體供給時間，設為較第2次以後供給原料氣體時之原料氣體供給時間短。藉此，可抑制第2中間體對晶圓200表面的吸附。其結果，可使形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性提升。
(g)於步驟A中，較佳係在最初供給原料氣體時，依使對處理室201內之氣體環境進行排氣之排氣系統為實質上經閉塞之狀態、亦即排氣系統實質上成為完全關閉之狀態，對處理室201內供給原料氣體。藉此，迅速提高處理室201內之壓力，可使其依短時間上升至用於在晶圓200表面全區域使第1中間體吸附所必要之既定壓力。藉此，可縮短周期時間、提升成膜處理之生產性。
(h)於步驟A中，係在第2次以後供給原料氣體時，未將原料氣體事先填充於貯留部240a內而供給至處理室201內(非快速供給)。藉此，於第2次以後之原料氣體供給中，不需要對貯留部240a內填充原料氣體。藉此，相較於在每次供給原料氣體時對貯留部240a進行原料氣體填充的情況，可減少原料氣體填充所伴隨的等待時間，結果可縮短周期時間、提升成膜處理之生產性。又，可抑制最初供給原料氣體時貯留之原料氣體滯留於貯留部240a內的情形。結果，可抑制貯留部240a內之顆粒產生。例如在最初供給原料氣體時貯留之原料氣體持續殘留於貯留部240a內的情況，將有因原料氣體發生分解、凝集等，而產生顆粒的可能性。在第2次以後供給原料氣體時，不對貯留部240a進行填充，可抑制原料氣體滯留於貯留部240a內的情形。
(i)於步驟A中，較佳係在原料氣體對晶圓200之吸附達到飽和狀態之前，結束第2次以後供給原料氣體時之原料氣體供給。藉此，可抑制第2中間體對晶圓200表面的吸附，可於晶圓200表面殘留未鍵結基。藉此，可不致阻礙其後中間體等對晶圓200表面之進一步吸附，可避免形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性的降低等。
尚且，於第2次以後供給原料氣體時，若持續供給原料氣體直到原料氣體對晶圓200之吸附達到飽和狀態為止，則第2中間體吸附於晶圓200表面等，難以於晶圓200表面殘留未鍵結基。其結果，阻礙其後中間體等對晶圓200表面之進一步吸附，因此，有形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性或基板面內膜厚均勻性降低之情形。
(j)於第2次以後之周期中，係將步驟A中原料氣體對貯留部240a內的填充與步驟B並行地進行。如此，相較於對貯留部240a內的原料氣體填充未與步驟B並行地進行的情況，前者可縮短周期時間、提升成膜處理之生產性。又，於第1次之循環中，藉由在成膜處理開始前，將原料氣體對貯留部240a內的填充於例如上述壓力調整及溫度調整之實施中並行地進行，亦可獲得相同效果。
(k)於步驟A中，藉由將對處理室201供給原料氣體之步驟a1、與對處理室201內進行排氣之步驟a2交替重複進行複數次，可將處理室201內所發生之第2中間體或顆粒等在其等吸附於晶圓200表面前排出至處理室201外。結果，可使形成於晶圓200上之膜的階梯覆蓋性、基板面內膜厚均勻性、膜質分別提升。
(l)於步驟A中，在對處理室201內進行排氣之步驟a2中，於最後(第m次)進行步驟a2時，對處理室201供給惰性氣體。藉此，可於步驟B中供給反應氣體前，由處理室201將未分解之原料氣體等確實排出，可確實抑制處理室201內之顆粒產生。結果，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。又，如圖4所示，在複數步驟a2之全部均流通惰性氣體的情況，藉由將最後進行步驟a2時之惰性氣體之流量設為最大，可確實獲得上述效果。
尚且，步驟A中，係在對處理室201進行排氣之步驟a2中，於第1次~第m-1次進行步驟a2時，未對處理室201供給惰性氣體，僅藉由排氣將殘留於處理室201內之氣體等排除。藉此，可抑制於第2次~第m次之步驟a1所供給之原料氣體對晶圓200的吸附、尤其是對晶圓200之凹部的吸附被惰性氣體所阻礙的情形。結果，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。又，可抑制於步驟a1所供給之原料氣體之排氣被惰性氣體所阻礙的情形。亦即，於步驟a1所供給之原料氣體發生分解等所產生的中間體中，可減低第2中間體吸附於晶圓200的可能性。結果，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。尤其在步驟a2中，於第1次之步驟a2時，較佳係未對處理室201內供給惰性氣體，僅藉由排氣將殘留於處理室201內之氣體等排除。
(m)於步驟A中，在對處理室201進行排氣之步驟a2中，將最後進行步驟a2時之實施時間設為最長。藉此，可於步驟B中供給反應氣體前，由處理室201將未分解之原料氣體等確實排出，可確實抑制處理室201內之顆粒產生。結果，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。
(n)在將原料氣體填充至貯留部240a時，有於成為高壓處發生顆粒之可能性。藉由將閥243a、242a、247a如上述般設置，依閥243a打開、閥242a關閉的狀態進行原料氣體對貯留部240a內的填充，可抑制閥247a中之顆粒產生、亦即可使顆粒產生處遠離處理室。結果，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。
又，藉由於閥247a打開的狀態下，打開閥242a而進行填充於貯留部240a內之原料氣體對處理室201內的供給，可抑制於閥247a的顆粒產生，亦即可使顆粒產生處遠離處理室。
於步驟A中，例如圖4所示般，使最初之步驟a1中之原料氣體的分壓較第2次以後之步驟a1中之原料氣體的分壓高。藉此，於最初之步驟a1中由於快速供給大量的原料氣體，故相較於第2次以後之步驟a1中之非快速供給，可對晶圓200表面多量地供給第1中間體。結果可遍及晶圓200表面全區域使第1中間體均勻吸附。
(o)上述效果，係在使用上述各種原料氣體、上述反應氣體、上述各種惰性氣體的情況下，均可同樣獲得。其中，上述效果係在使用鹵素矽烷氣體作為原料氣體的情況下可顯著獲得。又，上述效果係在使用氯矽烷氣體作為原料氣體的情況下可特別顯著獲得。
＜本發明之其他態樣＞ 以上具體說明了本發明之態樣。然而，本發明並不限定於上述態樣，在不脫離其要旨之範圍內可進行各種變更。
上述態樣係針對於步驟A中，於最初供給原料氣體時，將對處理室201內之氣體環境進行排氣之排氣系統設為完全關閉的狀態下，對處理室201內供給原料氣體的情況為例進行了說明。然後，本發明並不限定於此。例如，亦可於步驟A中，於最初供給原料氣體時，將對處理室201內之氣體環境進行排氣之排氣系統設為完全開放的狀態下，對處理室201內供給原料氣體。藉此，可避免處理室201內之壓力過剩地上升，抑制因原料氣體之凝集、分解等所造成的顆粒產生，可使形成於晶圓200上之膜的膜質提升。又，可縮短停止原料氣體供給後之處理室201內之排氣時間，可提升成膜處理之生產性。又，例如亦可於步驟A中，於最初供給原料氣體時，將設置於對處理室201內之氣體環境進行排氣之排氣系統的APC閥244之閥開度設為完全開放與完全關閉之間的狀態。具體而言，開度為0.1%~99.9%、較佳為50%~80%之開度。藉此，亦可使對處理室201內之氣體環境進行排氣之排氣系統成為完全開放與完全關閉之間的狀態。藉此，可均衡良好地獲得將排氣系統設為完全關閉時之上述效果、與將排氣系統設為完全開放時之上述效果。
又，上述態樣中，係以如圖4所示，在將原料氣體分割為m次(m為1以上之整數)間歇供給時，在第1次~第m-1次供給了原料氣體後，未進行沖洗處理室201內的步驟，僅藉由排氣將殘留於處理室201內之氣體等排除的情況為例進行說明。然而，本發明並不限定於此。例如亦可在將原料氣體分割為m次(m為1以上之整數)間歇供給時，於第1次~第m-1次供給原料氣體後，對處理室201內供給惰性氣體，進行沖洗步驟。此時之成膜時序可表示如以下。
[(原料氣體→沖洗) (m-1)→原料氣體→沖洗→反應氣體→沖洗)] n
又，例如亦可在將原料氣體分割為m次(m為1以上之整數)間歇供給時，在第1次~第m-1次供給了原料氣體後，對處理室201進行排氣後，供給惰性氣體，進行沖洗步驟。此時之成膜時序可表示如以下。
[(原料氣體→排氣→沖洗) (m-1)→原料氣體→沖洗→反應氣體→沖洗)] n
又，於步驟A中之最後的a2，亦可將排氣與沖洗組合進行。此時之成膜時序可表示如以下。
[(原料氣體→排氣→沖洗) (m-1)→原料氣體→排氣→沖洗→反應氣體→沖洗)] n
尚且，在第1次~第m-1次供給了原料氣體後，亦可如上述態樣之成膜時序之步驟A般進行。亦即，於原料氣體供給後，亦可進行排氣與沖洗之任一者、或其雙方。
又，於步驟B中供給了反應氣體後，亦可將排氣與沖洗組合進行。此時之成膜時序可例如表示如以下。
[(原料氣體→沖洗) (m-1)→原料氣體→沖洗→反應氣體→排氣→沖洗)] n 尚且，步驟A亦可如上述態樣之成膜時序之步驟A般進行。亦即，於原料氣體供給後，亦可進行排氣與沖洗之任一者、或其雙方。
又，上述態樣係以於第2次以後之周期中，將步驟A中原料氣體對貯留部240a內之填充、與步驟B並行地進行的情況為例進行說明。然而，本發明並不限定於此。例如，於第2次以後之周期中，原料氣體對貯留部240a內的填充，更佳係在步驟A中最後之原料氣體供給後、且步驟B中之反應氣體供給前開始進行。如此，可進一步縮短周期時間，亦可進一步提升成膜處理之生產性。
又，上述態樣中，係以例如氯矽烷氣體作為原料氣體為例進行說明。但本發明並不限定於此。例如，使用含有鋁(Al)、鈦(Ti)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎢(W)等金屬元素的原料氣體，藉由上述成膜時序，於基板上形成鋁氮化膜(AlN膜)、鈦氮化膜(TiN膜)、鉿氮化膜(HfN膜)、鋯氮化膜(ZrN膜)、鉭氮化膜(TaN膜)、鉬氮化膜(MoN膜)、鎢氮化膜(WN膜)、鋁氧化膜(AlO膜)、鈦氧化膜(TiO膜)、鉿氧化膜(HfO膜)、鋯氧化膜(ZrO膜)、鉭氧化膜(TaO膜)、鉬氧化膜(MoO膜)、鎢氧化膜(WO膜)、鈦氧氮化膜(TiON膜)、鈦鋁碳氮化膜(TiAlCN膜)、鈦鋁碳化膜(TiAlC膜)、鈦碳氮化膜(TiCN膜)等含金屬元素的膜的情況，亦可應用本發明。於此等情況亦可獲得與上述態樣所述效果中之至少一部分效果。
又，上述態樣中，係以例如含N及H之氣體作為反應氣體為例進行說明。但本發明並不限定於此。可使用例如乙烯(C 2H 4)氣體、乙炔(C 2H 2)氣體、丙烯(C 3H 6)氣體等含碳(C)氣體，或二硼烷(B 2H 6)氣體、三氯硼烷(BCl 3)氣體等之含硼(B)氣體，或氧(O 2)氣、臭氧(O 3)氣體、經電漿激發之O 2氣體(O 2*)、O 2氣體+氫(H 2)氣、水蒸氣(H 2O氣體)、過氧化氫(H 2O 2)氣體、一氧化二氮(N 2O)氣體、一氧化氮(NO)氣體、二氧化氮(NO 2)氣體、一氧化碳(CO)氣體、二氧化碳(CO 2)氣體等之含氧(O)氣體等。又，本說明書中如「O 2氣體+H 2氣體」般之2種氣體的合併記載，意指H 2氣體與O 2氣體的混合氣體。於供給混合氣體的情況，可將2種氣體於供給管內混合(預混合)後，再供給至處理室201內；亦可將2種氣體由不同供給管分別供給至處理室201內，使其等於處理室201內混合(後混合)。作為反應氣體可使用此等中之1種以上。此等情況均可獲得上述態樣所述效果中之至少一部分效果。
又，上述態樣中，係例示了於基板處理中於晶圓200上形成SiN膜、SiCN膜的情況。但本發明並不限定於此。除了SiN膜、SiCN膜之外，於形成矽氧氮化膜(SiON膜)、矽氧碳化膜(SiOC膜)、矽氧碳氮化膜(SiOCN膜)、矽硼碳氮化膜(SiBCN膜)、矽硼氮化膜(SiBN膜)、矽氧化膜(SiO膜)等含Si膜的情況，亦可應用本發明。此等情況均可獲得上述態樣所述效果中之至少一部分效果。
各處理所使用之配方，較佳係配合處理內容而個別準備，經由電信通路或外部記憶裝置123事先儲存於記憶裝置121c內。然後，較佳係於開始各處理時，CPU121a由儲存於記憶裝置121c內之複數配方中，配合處理內容適當選擇適合的配方。藉此，可藉由1台基板處理裝置而再現性佳地實現各種膜種、組成比、膜質、膜厚之膜。又，可減低操作員的負擔、避免操作錯誤，並可迅速地開始各處理。
上述配方並不限定於新穎作成的情況，例如亦可藉由將已安裝於基板處理裝置之既存配方變更而準備。於變更配方的情況，可將變更後之配方經由電信通路或記錄有該配方之記錄媒體，安裝至基板處理裝置。又，亦可操作既存基板處理裝置所具備之輸出入裝置122，對基板處理裝置中已安裝之既存配方進行直接變更。
上述態樣中，係針對使用一次處理複數片基板之批次式基板處理裝置形成膜的例子進行了說明。本發明並不限定於上述態樣，例如亦可適合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的情況。又，上述態樣中，針對使用具有熱壁型處理爐之基板處理裝置形成膜的例子進行了說明。本發明並不限定於上述態樣，亦適合應用於使用具有冷壁型處理爐之基板處理裝置形成膜的情況。
於使用此等基板處理裝置之情況，亦可依與上述態樣或變形例中之處理手續、處理條件相同之處理手續、處理條件進行各處理，可獲得與上述態樣或變形例相同之效果。
上述態樣或變形例可適當組合使用。此時之處理手續、處理條件可設為例如與上述態樣或變形例中之處理手續、處理條件相同。
115:晶舟升降器 115s:擋門開關機構 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 121e:內部匯流排 122:輸出入裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 200A:凹部 201:處理室 202:處理爐 203:反應管 207:加熱器 209:岐管 217:晶舟 218:隔熱板 219:密封蓋 219s:擋門 220a,220b,220c:O型環 231:排氣管 231a:排氣口 232a,232b,232c,232d,232e:氣體供給管 240a:貯留部 241a,241b,241c,241d,241e,242a,247a:質量流量控制器(MFC) 243a,243b,243c,243d,243e:閥 244:APC閥 245:壓力感應器 246:真空泵 248:集積型氣體供給系統 249a,249b,249c:噴嘴 250a,250b,250c:氣體供給孔 255:旋轉軸 263:溫度感應器 267:旋轉機構 L0:初期層 L1:第1層
圖1係本發明之一態樣中適合使用之基板處理裝置之縱型處理爐的概略構成圖，以縱剖面圖顯示處理爐202部分的圖。 圖2係本發明之一態樣中適合使用之基板處理裝置之縱型處理爐的概略構成圖，以圖1之A-A線剖面圖顯示處理爐202部分的圖。 圖3係本發明之一態樣中適合使用之基板處理裝置之控制器121的概略構成圖，以方塊圖顯示控制器121之控制系統的圖。 圖4為表示本發明之一態樣之成膜時序的流程圖，為表示原料氣體、反應氣體、及惰性氣體之供給時機與APC閥244之開關狀態與原料氣體分壓之推移的圖。 圖5(a)為於本發明之一態樣之成膜時序之步驟A的初期階段，於凹部200A內形成了初期層L0後之晶圓200之表面的剖面部分放大圖；圖5(b)為於本發明之一態樣之成膜時序之步驟A中，於凹部200A內形成了第1層L1後之晶圓200之表面的剖面部分放大圖。

Claims (21)

  1. 一種基板處理方法，係具有藉由將包含下述步驟之周期進行既定次數，而於基板上形成膜的步驟： (a)對在表面設有凹部之基板由原料氣體供給管線供給原料氣體之步驟；與 (b)對上述基板供給反應氣體之步驟； 於(a)中，對上述基板將上述原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給上述原料氣體時，以較第2次以後之上述原料氣體供給時的分壓高之分壓進行供給，在第2次以後之上述原料氣體供給前，對上述基板所配置之空間內進行排氣。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中， 作為上述原料氣體，至少使用於上述空間內產生具有複數個未鍵結基之第1中間體、及具有1個未鍵結基或不具有未鍵結基之第2中間體的氣體， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，將事先填充於貯留部內且將所填充之上述原料氣體的量設為用於在上述基板之表面全區域使上述第1中間體吸附所必要的量以上的量。
  3. 如請求項1之基板處理方法，其中， 進行上述周期2次以上， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，將事先填充於貯留部內且將所填充之上述原料氣體的量設成每個上述周期為固定量。
  4. 如請求項1之基板處理方法，其中， 作為上述原料氣體，至少使用於上述空間內產生具有複數個未鍵結基之第1中間體、及具有1個未鍵結基或不具有未鍵結基之第2中間體的氣體； 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，將上述空間內的壓力設為用於在上述基板之表面全區域使上述第1中間體吸附所必要之壓力以上的既定壓力。
  5. 如請求項4之基板處理方法，其中， 於(a)中，在上述空間內之壓力到達上述既定壓力後，結束上述原料氣體對上述空間內之供給，開始上述空間內之排氣。
  6. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，將最初供給上述原料氣體時之上述原料氣體的供給時間，設為較第2次以後供給上述原料氣體時之上述原料氣體的供給時間短。
  7. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，在對上述空間內之氣體環境進行排氣之排氣系統為完全關閉之狀態下，對上述空間內供給上述原料氣體。
  8. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，在對上述空間內之氣體環境進行排氣之排氣系統為完全開放之狀態下，對上述空間內供給上述原料氣體。
  9. 如請求項1至6中任一項之基板處理方法，其中， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，將對上述空間內之氣體環境進行排氣之排氣系統，設為完全開放與完全關閉之間的狀態。
  10. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在第2次以後供給上述原料氣體時，未將上述原料氣體事先填充於貯留部內而供給至上述空間內。
  11. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在第2次以後供給上述原料氣體時，在上述原料氣體對上述基板之吸附到達飽和狀態之前，結束上述原料氣體之供給。
  12. 如請求項1之基板處理方法，其中， 作為上述原料氣體，至少使用於上述空間內產生具有複數個未鍵結基之第1中間體、及具有1個未鍵結基或不具有未鍵結基之第2中間體的氣體， 在第2次以後供給上述原料氣體時，在上述第1中間體吸附於上述基板後、且上述第2中間體吸附於上述基板前，結束上述原料氣體之供給。
  13. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，事先填充於貯留部內， 進行上述周期2次以上， 於第2次以後之周期，將上述原料氣體對上述貯留部內之填充、與(b)中之上述反應氣體之供給並行地進行。
  14. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，在最初供給上述原料氣體時，事先填充於貯留部內， 進行上述周期2次以上， 於第2次以後之周期，在上述(a)中最後之上述原料氣體之供給後、且上述(b)中之上述反應氣體之供給前，開始上述原料氣體對上述貯留部內之填充。
  15. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於(a)中，將對上述空間內供給上述原料氣體之步驟、與對上述空間內進行排氣之步驟，交替重複進行複數次。
  16. 如請求項15之基板處理方法，其中， 於(a)中，在對上述空間內進行排氣之步驟中，於最後對上述空間內進行排氣之步驟時，對上述空間內供給惰性氣體。
  17. 如請求項15或16之基板處理方法，其中， 於(a)中，在對上述空間內進行排氣之步驟中，將最後對上述空間內進行排氣之步驟的實施時間設為最長。
  18. 如請求項1之基板處理方法，其中， 於上述原料氣體供給管線中，設置有貯留部， 在較上述貯留部更靠氣流的上游側設置有第1閥，在較上述貯留部更靠氣流的下游部側設置有第2閥，在較上述第2閥更靠氣流的下游側且上述空間附近設置有第3閥， 上述原料氣體對上述貯留部內的填充係在打開上述第1閥、關閉上述第2閥之狀態下進行， 填充於上述貯留部內之上述原料氣體對上述空間內的供給係在打開上述第3閥的狀態下，藉由打開上述第2閥而進行。
  19. 一種半導體裝置之製造方法，係具有藉由將包含下述步驟之周期進行既定次數，而於基板上形成膜的步驟： (a)對在表面設有凹部之基板由原料氣體供給管線供給原料氣體之步驟；與 (b)對上述基板供給反應氣體之步驟； 於(a)中，對上述基板將上述原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給上述原料氣體時，以較第2次以後之上述原料氣體供給時的分壓高之分壓進行供給，在第2次以後之上述原料氣體供給前，對上述基板所配置之空間內進行排氣。
  20. 一種藉由電腦使基板處理裝置執行以下手續之程式，係具有將包含下述手續之周期進行既定次數，而於基板上形成膜的手續： (a)對在表面設有凹部之基板由原料氣體供給管線供給原料氣體之手續；與 (b)對上述基板供給反應氣體之手續；以及 於(a)中，對上述基板將上述原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給上述原料氣體時，以較第2次以後之上述原料氣體供給時的分壓高之分壓進行供給，在第2次以後之上述原料氣體供給前，對上述基板所配置之空間內進行排氣之手續。
  21. 一種基板處理裝置，係具有： 原料氣體供給管線，其對基板供給原料氣體； 反應氣體供給管線，其對上述基板供給反應氣體；與 控制部，其構成為可控制上述原料氣體供給管線及上述反應氣體供給管線，以使藉由將包含下述處理之周期進行既定次數，而於上述基板上形成膜的處理： (a)對在表面設有凹部之基板由原料氣體供給管線供給原料氣體，且對上述基板將上述原料氣體分割為複數次而進行供給，於最初供給上述原料氣體時，以較第2次以後之上述原料氣體供給時的分壓高之分壓進行供給，在第2次以後之上述原料氣體供給前，對上述基板所配置之空間內進行排氣之處理；與 (b)對上述基板供給反應氣體之處理。
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