CN107541717A - 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。其目的在于，降低排气系统的维护频率。半导体器件的制造方法具有通过将包含下述工序的循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序：向处理室内的衬底供给原料并经第一排气系统排气的工序、和向处理室内的衬底供给反应体并经第二排气系统排气的工序，在形成膜的工序中，当原料不流过第一排气系统内时，经设置于第一排气系统的供给端口向第一排气系统内直接供给失活体，失活体为不同于反应体的物质。通过本发明，能够降低排气系统的维护频率。

Description

半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。
背景技术
作为半导体器件的制造工序的一个工序，有进行包括向室内的衬底供给原料、反应体并经排气系统排气的工序的成膜处理。通过进行成膜处理而在排气系统内沉积了规定量的附着物时，在规定的时机进行排气系统的维护(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-069844号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种能够降低排气系统的维护频率的技术。
用于解决问题的手段
通过本发明的一个方式，提供一种技术，具有通过将包含下述工序的循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序：向处理室内的衬底供给原料并经第一排气系统排气的工序、和向所述处理室内的所述衬底供给反应体并经第二排气系统排气的工序，在形成所述膜的工序中，当所述原料不流过所述第一排气系统内时，经设置于所述第一排气系统的供给端口向所述第一排气系统内直接供给失活体，所述失活体为不同于所述反应体的物质。
发明效果
通过本发明，能够降低排气系统的维护频率。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，并且是以纵剖面图表示处理炉部分的图。
图2是本发明的一个实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，并且是以图1的A-A线剖面图表示处理炉部分的图。
图3是本发明的一个实施方式中优选使用的衬底处理装置的控制器的概略构成图，并且是以框图表示控制器的控制系统的图。
图4是表示本发明的一个实施方式中的处理室内及排气系统内的气体的流动的顺序图。
图5是表示本发明的一个实施方式中的排气系统的动作的图。
图6是本发明的其他实施方式中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，并且是以纵剖面图表示处理炉部分的图。
图7是表示本发明的其他实施方式中的处理室内及排气系统内的气体的流动的顺序图。
图8是表示本发明的其他实施方式中的排气系统的动作的图。
附图标记说明
200 晶片(衬底)
201 处理室
261a、262a 供给端口
具体实施方式
<本发明的一个实施方式>
以下，针对本发明的一实施方式，使用图1～图3进行说明。
(1)衬底处理装置的构成
如图1所示，处理炉202具有作为加热手段(加热机构)的加热器207。加热器207为圆筒形状，通过被保持板支承而被垂直地安装。加热器207也作为通过热使气体活化(激发)的活化机构(激发部)而发挥功能。
在加热器207的内侧以与加热器207呈同心圆状的方式配置有构成反应容器(处理容器)的反应管203。反应管203例如由石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料形成，并形成上端闭塞、下端开口的圆筒形状。在反应管203的筒中空部形成有处理室201。处理室201构成为能够收容作为衬底的晶片200。
在处理室201内，以贯穿反应管203的下部侧壁的方式设置有喷嘴249a、249b。喷嘴249a、249b分别连接气体供给管232a、232b。
在气体供给管232a、232b上，从上游方向开始依序分别设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)241a、241b及作为开闭阀的阀243a、243b。在比气体供给管232a、232b的阀243a、243b更靠近下游一侧，分别连接有供给非活性气体的气体供给管232c、232d。在气体供给管232c、232d上，从上游方向开始依序分别设置有MFC241c、241d及阀243c、243d。
如图2所示，喷嘴249a、249b以沿着反应管203的内壁的下部至上部、朝向晶片200的排列方向上方竖立的方式，被分别设置于反应管203的内壁和晶片200之间的俯视下呈圆环状的空间。也就是说，喷嘴249a、249b以沿着晶片排列区域的方式被分别设置于排列有晶片200的晶片排列区域的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域。在喷嘴249a、249b的侧面分别设置有供给气体的气体供给孔250a、250b。气体供给孔250a、250b分别朝向反应管203的中心进行开口，能够向晶片200供给气体。在从反应管203的下部到上部的范围内设置有多个气体供给孔250a、250b。
包含规定元素(主元素)及卤元素的卤系原料气体作为原料从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a被供给至处理室201内。所谓原料气体，是指气态的原料，例如，通过将常温常压下为液态的原料气化而得的气体、常温常压下为气态的原料等。卤元素包括氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等卤素等。也就是说，卤系原料气体中包含氯基、氟基、溴基、碘基等卤素基团。作为卤系原料气体，例如，能够使用包含作为规定元素的硅(Si)及Cl的卤代硅烷原料气体，即氯硅烷原料气体。作为氯硅烷原料气体，例如，能够使用六氯乙硅烷(Si2Cl6，简称：HCDS)气体。
包含氮(N)的气体(氮化气体，氮化剂)作为反应体从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b被供给至处理室201内。作为氮化剂，例如能够使用氮化氢系气体，例如能够使用氨(NH3)气。
非活性气体从气体供给管232c、232d分别经由MFC241c、241d，阀243c、243d，气体供给管232a、232b，喷嘴249a、249b被供给至处理室201内。作为非活性气体，例如能够使用氮(N2)气。
主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成原料供给系统(卤代硅烷原料供给系统)。主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成反应体供给系统(氮化剂供给系统)。主要由气体供给管232c、232d，MFC241c、241d，阀243c、243d构成非活性气体供给系统。
在反应管203内设置有对处理室201内的气氛进行排气的排气管231。在排气管231的上游侧设置有作为对处理室201内的压力进行检测的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245。排气管231的下游侧分支为排气管231a、231b。在排气管231a、231b上分别设置有作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller)阀244a、244b，及作为真空排气装置的真空泵246a、246b。APC阀244a、244b通过在使真空泵246a、246b工作的状态下分别将阀开闭，由此能够进行处理室201内的真空排气及真空排气停止，此外，构成为在使真空泵246a、246b工作的状态下，通过基于压力传感器245所检测的压力信息而调节阀开度，从而能够调节处理室201内的压力。如图1中以斜线所示，在排气管231的外周、及比APC阀244a、244b更靠上游侧的排气管231a、231b的外周上分别卷绕有例如带状的加热器231h，作为对它们进行加热的加热手段(加热机构)。
主要由排气管231、排气管231a、APC阀244a构成第一排气系统。可将真空泵246a包含于第一排气系统来考虑。主要由排气管231、排气管231b、APC阀244b构成第二排气系统。可将真空泵246b包含于第二排气系统来考虑。也可将第一排气系统、第二排气系统中的任一者、或它们的整体称为排气系统。可将压力传感器245、加热器231h包含于排气系统来考虑。如后文所述，在交替切换第一排气系统和第二排气系统的同时使用。也就是说，在从处理室201内将包含原料的气氛进行排气之际使用第一排气系统，在从处理室201内将包含反应体的气氛排气之际使用第二排气系统。
在排气管231a的比APC阀244a更靠下游侧设置有能够直接向排气管231a内进行气体供给的供给端口261a、262a。在供给端口261a、262a上分别连接有气体供给管232e、232f。在气体供给管232e、232f上从上游方向开始依序设置有MFC241e、241f及阀243e、243f。在气体供给管232e、232f的比阀243e、243f更靠下游侧分别连接有供给非活性气体的气体供给管232g、232h。在气体供给管232g、232h上从上游方向开始依序设置有MFC241g、241h及阀243g、243h。
包含氧(O)的气体(氧化气体，氧化剂)作为与反应体不同的物质即失活体从气体供给管232e经由MFC241e、阀243e、供给端口261a被供给至排气管231a内。氧化剂作为使残留在排气管231a内的原料失活(氧化)、从而使其从活性(不稳定)的状态变化为非活性(稳定)的状态的改质气体(失活促进气体)而发挥作用。作为氧化剂，例如能够使用包含O-H键、即羟基的水蒸气(H2O气体)。
催化剂从气体供给管232f经由MFC241f、阀243f、供给端口262a被供给至排气管231a内。催化剂自身不能获得氧化作用，但通过与上述氧化剂一同被供给至排气管231a内，催化剂能够发挥促进由氧化剂产生的氧化反应、也就是说促进残留在排气管231a内的原料的失活。因此，催化剂可以与上述氧化剂同样的方式包含于失活体来考虑。作为催化剂，例如，能够使用包含C、N及H的氨系气体即吡啶(C5H5N)气体。需要说明的是，在上述氧化反应的过程中，这里所示的催化剂存在分子结构的一部分发生分解的情况。严格来说，如上所述、在化学反应前后其一部分变化的物质并非“催化剂”。然而，在本说明书中，即便对于在化学反应的过程中其一部分发生分解的情况，也将大部分没有分解、另外作为改变反应速度、并实质上作为催化剂而发挥作用的物质称为“催化剂”。
非活性气体从气体供给管232g、232h分别经由MFC241g、241h，阀243g、243h，气体供给管232e、232f，供给端口261a、262a被供给至排气管231a内。作为非活性气体，例如，能够使用N2气。
主要由气体供给管232e、MFC241e、阀243e构成氧化剂供给系统。主要由气体供给管232f、MFC241f、阀243f构成催化剂供给系统。主要由氧化剂供给系统及催化剂供给系统构成失活体供给系统。主要由气体供给管232g、232h，MFC241g、241h，阀243g、243h构成非活性气体供给系统。
上述各种气体供给系统(原料、反应体、失活体、非活性气体的各供给系统)中的任一者或所有供给系统可以构成为集成有阀243a～243h、MFC241a～241h等而成的集成型供给系统248。集成型供给系统248以下述方式构成：分别与气体供给管232a～232h连接，并通过后述的控制器121来控制各种气体向气体供给管232a～232h内的供给动作，即，阀243a～243h的开闭动作、利用MFC241a～241h进行的流量调节动作等。集成型供给系统248构成为一体型或分离型的集成单元，并以下述方式构成：能够相对于气体供给管232a～232h等以集成单元单位的形式进行拆装，能够以集成单元单位的形式进行供给系统的维护、交换、增设等。
在反应管203的下方设置有作为炉口盖体(能够将反应管203的下端开口气密地封闭)的密封盖219。密封盖219例如由SUS等金属形成，形成为圆盘状。在密封盖219的上表面设置有作为密封部件(与反应管203的下端抵接)的O型环220。在密封盖219的下方设置有使后述晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯穿密封盖219并与连接于晶舟217。旋转机构267以使晶舟217旋转从而使晶片200旋转的方式构成。密封盖219以下述方式构成：通过作为设置于反应管203的外部的晶舟升降机215而在垂直方向上进行升降。晶舟升降机115以通过使密封盖219升降，能够将晶舟217即晶片200搬入及搬出(搬送)至处理室201内外的搬送装置(搬送机构)的形式构成。
作为衬底支承件的晶舟217以下述方式构成：使多片(例如25～200片)晶片200以水平姿势且以彼此中心对齐的状态在垂直方向上排列，将其呈多层地进行支承，即，使晶片200隔开间隔地排列。晶舟217例如由石英、SiC等耐热性材料形成。在晶舟217的下部，以水平姿势呈多层地支承有由例如石英、SiC等耐热性材料形成的隔热板218。
在反应管203内设置有作为温度检测器的温度传感器263。基于由温度传感器263检测到的温度信息来调节向加热器207的通电情况，由此使处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263沿着反应管203的内壁的方式进行设置。
如图3所示，作为控制部(控制手段)的控制器121以具有CPU(Central ProcessingUnit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机的形式构成。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d以能够经由内部总线121e与CPU121a进行数据交换的方式构成。控制器121连接有例如以触摸面板等的形式构成的输入输出装置122。
存储装置121c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置121c内，以可读取的方式存储有：控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载有后述衬底处理的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是以使控制器121执行后述衬底处理工序的各步骤、并能获得规定结果的方式组合得到的，其作为程序发挥作用。以下，将该工艺制程、控制程序等统一简称为程序。另外，将工艺制程也简单称为制程。在本说明书中使用措辞“程序”时，有时仅单独包含制程，有时仅单独包含控制程序，或者有时包含上述两者。RAM121b以存储区域(工作区)的形式构成，该存储区域暂时保持通过CPU121a读取的程序、数据等。
I/O端口121d与上述MFC241a～241h、阀243a～243h、压力传感器245、APC阀244a、244b、真空泵246a、246b、加热器207、231h，温度传感器263、旋转机构267、晶舟升降机115等连接。
CPU121a构成为：从存储装置121c读取并执行控制程序，并且根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等从存储装置121c读取制程。CPU121a构成为：按照读取的制程的内容，对利用MFC241a～241h进行的各种气体的流量调节动作、阀243a～243h的开闭动作、基于APC阀244a、244b的开闭动作及压力传感器245并利用APC阀244a、244b进行的压力调节动作、真空泵246a、246b的起动及停止、基于温度传感器263进行的加热器207的温度调节动作、加热器231h的温度调节动作，利用旋转机构267进行的晶舟217的旋转及旋转速度调节动作、利用晶舟升降机115进行的晶舟217的升降动作等进行控制。
可以通过将存储于外部存储装置(例如硬盘等磁盘；CD等光盘；MO等光磁盘；USB存储器等半导体存储器)123的上述程序安装在计算机中来构成控制器121。存储装置121c、外部存储装置123以计算机可读取的记录介质的形式构成。以下，也将它们统一简称为记录介质。本说明书中使用称为记录介质的措辞时，有时仅单独包含存储装置121c、有时仅单独包含外部存储装置123、或有时包含上述两者。需要说明的是，程序向计算机的提供可以不使用外部存储装置123，而使用互联网、专用线路等通信手段。
(2)衬底处理工序
作为半导体器件的制造工序的一个工序，对使用上述衬底处理装置在作为衬底的晶片200上形成氮化硅膜(SiN膜)的顺序例，使用图4、图5进行说明。在图5中，○标记表示APC阀244a、244b的开放状态，●标记表示它们的闭塞状态。另外，在图4、图5中，方便起见，将流过各排气系统的N2气的图示省略一部分。在以下说明中，构成衬底处理装置的各部分的动作由控制器121控制。
在图4所示的成膜顺序中，通过将包含下述步骤1A和步骤2A的循环进行规定次数，从而在晶片200上形成SiN膜，所述步骤A为向处理室201内的晶片200供给HCDS气体并经第一排气系统排气，所述步骤2A为向处理室201内的晶片200供给NH3气并经第二排气系统排气。另外，在上述成膜顺序中，当HCDS气体不流过第一排气系统内时，经设置于第一排气系统的供给端口261a、262a而向第一排气系统内直接供给H2O气体及吡啶气体。
在本说明书中，方便起见，将图4所示的成膜顺序按以下方式表示。在以下变形例等说明中，也使用同样的表述。
在本说明书中使用措辞“晶片”时，有时指晶片本身，有时指晶片与形成于其表面的规定层、膜的层叠体。在本说明书中使用措辞“晶片的表面”时，有时指晶片本身的表面，有时指形成于晶片上的规定层等的表面。在本说明中记载有“在晶片上形成规定层”时，有时指在晶片本身的表面上直接形成规定层，有时指在形成于晶片上的层等上形成规定层。本说明书中使用措辞“衬底”的情形也与使用措辞“晶片”的情形为相同的含义。
(晶片装载及晶舟加载)
将多片晶片200装填(晶片装载)于晶舟217。之后，如图1所示，通过晶舟升降机115举起支承有多片晶片200的晶舟217，将其搬入(晶舟加载)处理室201内。在该状态下，成为下述状态：密封盖219通过O型环220将反应管203的下端封闭
(压力调节及温度调节)
利用第一排气系统及第二排气系统对处理室201内进行真空排气(减压排气)，以使得处理室201内、即晶片200存在的空间成为所期望的压力(真空度)。此时，处理室201内的压力由压力传感器245测定，基于该测得的压力信息分别反馈控制APC阀244a、244b。真空泵246a、246b分别在至少对晶片200进行的处理结束为止的期间维持在始终工作的状态。
另外，通过加热器207对晶片200进行加热，以使得处理室201内的晶片200成为规定的温度(成膜温度)。此时，基于温度传感器263检测到的温度信息对向加热器207的通电情况进行反馈控制，以使得处理室201内成为规定的温度分布。另外，以排气管231内、及比APC阀244a、244b更靠上游侧的排气管231a、231b内成为规定的温度(能够抑制原料吸附的温度)的方式，通过加热器231h对它们进行加热。利用加热器207、231h进行的上述加热至少在直至对晶片200进行的处理结束为止的期间持续进行。
另外，开始利用旋转机构267进行的晶舟217及晶片200的旋转。晶舟217及晶片200的旋转至少在直至对晶片200进行的处理结束为止的期间持续进行。
(成膜步骤)
之后，依序执行如下步骤1A、2A。
[步骤1A]
在该步骤中，向晶片200供给HCDS气体。具体而言，如图5的上部左边所示，在将APC阀244b完全关闭(full close)、打开APC阀244a的状态下，打开阀243a，向气体供给管232a内流入HCDS气体。HCDS气体利用MFC241a进行流量调节、并经由喷嘴249a被供给至处理室201内，经由排气管231并经排气管231a、也就是说经第一排气系统排气。此时，向晶片200供给HCDS气体。与此同时，打开阀243c，向气体供给管232c内流入N2气。N2气与HCDS气体一同被供给至处理室201内，经排气管231a排气。另外，为了防止HCDS气体向喷嘴249b内的侵入，打开阀243d，向气体供给管232d内流入N2气。N2气经由气体供给管232b、喷嘴249b而被供给至处理室201内，经排气管231a排气。
通过向晶片200供给HCDS气体，在晶片200的最外表面上形成含有Cl的含Si层。含有Cl的含Si层既可以是含有Cl的Si层，也可以是HCDS的吸附层，也可以包含上述两者。以下，也将含有Cl的含Si层简称为含Si层。
在晶片200上形成含Si层后，关闭阀243a，停止HCDS气体的供给。此时，如图5的上部右边所示，将APC阀244a、244b的开闭状态分别以规定时间维持为图5的上部左边所示的状态那样。由此，残留在处理室201内的HCDS气体经第一排气系统排气。此时，保持阀243c、243d打开，维持N2气向处理室201内的供给。N2气作为吹扫气体而发挥作用，由此，促进残留气体(HCDS气体)从处理室201内、排气管231内、排气管231a内的排气。
然而，即便如上所述进行利用N2气的吹扫，HCDS等卤系的物质与NH3等非卤系的物质比较，存在易于残留在反应容器内、排气系统内的趋势。特别地，在没有进行利用加热器207、231h的加热的、排气管231a的低温区域(比APC阀244a更靠下游侧)中，存在HCDS附着(吸附，聚集)于其内壁、容易以活性(不稳定)的状态而直接残留的趋势。残留在排气管231a内的HCDS(以下，也称为残留HCDS)也存在由于反应容器、排气系统的微量的大气泄露而轻微地被氧化的情况，在任一情况下，均存在多含有Cl的粉末状的活性的物质易于沉积在排气管231a的内壁的趋势。
[步骤2A]
步骤1A结束后，向晶片200供给NH3气。在该步骤中，如图5的下部左边所示，在将APC阀244a完全关闭、打开APC阀244b的状态下，以与步骤1A中的阀243a、243c、243d的开闭控制同样的步骤进行阀243b～243d的开闭控制，向气体供给管232b内流入NH3气。NH3气经MFC241b而进行流量调节，并经由喷嘴249b被供给至处理室201内，经由排气管231、并经排气管231b、也就是说经第二排气系统排气。此时，向晶片200供给NH3气。
通过向晶片200供给NH3气，能够将形成于晶片200上的含Si层的至少一部分改质(氮化)。由此，在晶片200上形成含有Si及N的层，也就是说形成氮化硅层(SiN层)。形成SiN层之际，包含于含Si层的Cl等杂质在改质反应的过程中从该层分离、构成至少含Cl的气体状物质从而从处理室201内排出。由此，SiN层成为与含Si层相比Cl等杂质更少的层。
在晶片200上形成SiN层后，关闭阀243b，停止NH3气的供给。此时，如图5的下部右边所示，将APC阀244a、244b的开闭状态分别以规定时间维持在图5的下部左边所示的状态那样。由此，残留在处理室201内的NH3气经第二排气系统排气。此时，将阀243c、243d保持打开，从而促进残留气体(NH3气)从处理室201内、排气管231内、排气管231b内的排气。
需要说明的是，实施步骤2A时(经第二排气系统而将NH3气排气时)，也就是说，HCDS气体不流过第一排气系统内时，打开阀243e、243f，如图5的下部左边所示，向第一排气系统内直接供给H2O气体及吡啶气体。H2O气体及吡啶气体分别经MFC241e、241f而进行流量调节，经供给端口261a、262a而被供给至排气管231a内从而混合并通过真空泵246a被排气。需要说明的是，此时，将APC阀244a设为完全关闭状态，第一排气系统内与处理室201内处于非连通。
通过向排气管231a内直接供给H2O气体，从而将排气管231a内的残留HCDS氧化(改质)。通过残留HCDS的改质，在排气管231a的内壁等形成含有Si及O的致密且牢固的膜，也就是说，形成氧化硅膜(SiO膜)。
在上述的反应体系中，吡啶气体作为使H2O气体所具有的O-H键的键能变弱、促进H2O气体的分解，且促进H2O气体与残留HCDS的反应的催化剂而发挥作用。例如，吡啶以作用于H2O气体所具有的O-H键、并使其键能变弱的方式发挥作用。键能变弱的H与残留HCDS所具有的Cl发生反应，从而生成盐酸(HCl)等含Cl、H的气体状物质，此时，H从H2O气体脱离并且Cl从残留HCDS脱离。失去H的H2O气体的O与Cl发生脱离后的残留HCDS的Si键合。通过上述的催化作用，即便在未被加热器231h加热的排气管231a内的低温条件下，也能够有效地促进上述的氧化。通过Cl从残留HCDS的脱离，形成于排气管231a内的SiO膜成为Cl的含量极少的稳定的膜。
之所以通过吡啶气体的催化作用而H2O气体所具有的O-H键的键能变弱，是由于吡啶分子中的具有孤对电子的N以吸引H的方式发生作用。酸解离常数(pKa)大的化合物吸引H的能力强。通过将pKa为5以上的化合物用作催化剂，能够适度地使H2O气体所具有的O-H键的键能变弱，能够促进上述的氧化反应。但是，若将pKa过大的化合物用作催化剂的话，存在从残留HCDS抽出的Cl与催化剂反应从而产生氯化铵(NH4Cl)等盐的情况。因此，优选将pKa为例如11以下、优选为7以下的化合物用作催化剂。吡啶的pKa较大，为约5.67，另外，由于是7以下，因此能够优选用作催化剂。
残留HCDS的改质，即SiO膜在排气管231a的内壁等上的形成结束后，关闭阀243e、243f，停止向排气管231a内供给H2O气体及吡啶气体，将该状态维持规定时间。由此，残留在排气管231a内的H2O气体及吡啶气体经排气管231a内而被排气。另外，此时，打开阀243g、243h，如图5的下部右边所示，向排气管231a内直接供给N2气。N2气作为吹扫气体而发挥作用，由此，促进残留气体(H2O气体，吡啶气体)从排气管231a内的排气。在直至步骤2A的结束时为止，通过从排气管231a内预先对H2O气体、吡啶气体进行排气，在后续的骤1A中，能够抑制HCDS与残留H2O气体在排气管231a内的气相反应。
[实施规定次数]
通过将交替进行上述步骤1A、2A的循环进行规定次数(n次(n为1以上的整数))，HCDS气体和NH3气向处理室201内间歇且非同时地以规定次数流入。由此，能够在晶片200上形成规定膜厚的SiN膜。上述的循环优选重复多次。
另外，通过进行上述的循环，如图4所示，HCDS气体、与H2O气体及吡啶气体间歇且交替地向第一排气系统内(排气管231a内)以规定次数流入。由此，在排气管231a内，残留HCDS、与H2O气体及吡啶气体间歇反应，SiO膜层叠在排气管231a的内壁。上述层叠膜成为Cl的含量少且稳定、另外致密且牢固并且不易剥离的膜。
作为步骤1A的处理条件(处理室内)，可例示：
HCDS气体供给流量：100～2000sccm，优选为10～1000sccm
HCDS气体供给时间：1～120秒，优选为1～60秒
N2气供给流量(每个气体供给管)：10～10000sccm
成膜温度：250～800℃，优选为400～700℃
成膜压力：1～2666Pa，优选为67～1333Pa。
另外，作为步骤1A的处理条件(排气系统内)，可例示：
排气管(比APC阀更靠上游侧)的温度：150～200℃
排气管(比APC阀更靠下游侧)的温度：10～90℃，优选为室温(25℃)～70℃
排气管231a内的压力：1～2666Pa，优选为67～1333Pa。
作为步骤2A的处理条件(处理室内)，可例示：
NH3气供给流量：1～4000sccm，优选为1～3000sccm
NH3气供给时间：1～120秒，优选为1～60秒
N2气供给流量(每个气体供给管)：10～10000sccm
成膜温度：与步骤1A的温度条件相同
成膜压力：1～4000Pa，优选为1～3000Pa。
另外，作为步骤2A的处理条件(排气系统内)，可例示：
H2O气体供给流量：100～2000sccm，优选为10～1000sccm
H2O气体供给时间：1～120秒，优选为1～60秒
吡啶气体供给流量：100～2000sccm，优选为10～1000sccm
吡啶气体供给时间：1～120秒，优选为1～60秒
N2气供给流量(每个气体供给管)：10～10000sccm
排气管(比APC阀更靠上游侧)的温度：与步骤1A的温度条件相同
排气管(比APC阀更靠下游侧)的温度：与步骤1A的温度条件相同
排气管231a内的压力：1～2666Pa，优选为67～1333Pa。
作为原料，除了HCDS气体以外，能够使用一氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷(SiCl4，简称：STC)气体、八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等含有Si-Cl键的氯硅烷原料气体。
作为反应体，除NH3气以外，能够使用二氮烯(N2H2)气体、肼(N2H4)气体、N3H8气体等含有N-H键的氮化氢系气体。
作为氧化剂，除H2O气体以外，能够使用过氧化氢(H2O2)气体等含有O-H键的含O气体、氧(O2)气体、臭氧(O3)气体、氢(H2)气体+O2气、H2气+O3气体等不含O-H键而含O-O键的含O气体。
作为催化剂，除吡啶气体以外，还能够使用氨基吡啶(C5H6N2，pKa＝6.89)气体、甲基吡啶(C6H7N，pKa＝6.07)气体，二甲基吡啶(C7H9N，pKa＝6.96)气体、哌嗪(C4H10N2，pKa＝9.80)气体、哌啶(C5H11N，pKa＝11.12)气体等环状胺系气体、三乙胺((C2H5)3N，简称：TEA，pKa＝10.7)气体、二乙胺((C2H5)2NH，简称：DEA，pKa＝10.9)气体、单乙胺((C2H5)NH2，简称：MEA，pKa＝10.6)气体、三甲胺((CH3)3N，简称：TMA，pKa＝9.8)气体、二甲胺((CH3)2NH，简称：DMA，pKa＝10.8)气体、单甲胺((CH3)NH2，简称：MMA，pKa＝10.6)气体等的链状胺系气体，NH3气等非胺系气体。
作为非活性气体，除N2气以外，能够使用Ar气体、He气体、Ne气体、Xe气体等稀有气体。
(后吹扫及大气压恢复)
SiN膜向晶片200上的形成结束后，分别从气体供给管232c、232d向处理室201内供给N2气，经第一排气系统及第二排气系统对处理室201内进行真空排气。由此，以N2气将处理室201内吹扫，将残留在处理室201内的气体、反应副产物从处理室201内除去(后吹扫)。之后，将处理室201内的气氛置换为非活性气体(非活性气体置换)，将处理室201内的压力恢复至常压(大气压恢复)。
(晶舟卸载及晶片取出)
利用晶舟升降机115使密封盖219下降，使反应管203的下端开口。然后，将处理完成的晶片200在被支承于晶舟217D状态下从反应管203的下端搬出至反应管203的外部(晶舟卸载)。处理完成的晶片200被从晶舟217取出(晶片取出)。
(3)本实施方式带来的效果
通过本实施方式，能够获得以下所示的一个或多个效果。
(a)当HCDS气体不流过第一排气系统内时，通过向第一排气系统内直接供给H2O气体及吡啶气体，能够将附着于排气管231a的内壁等的残留HCDS氧化、使之失活。通过该反应而形成的SiO膜为稳定且致密的膜，不易从排气管231a的内壁剥离，从而具有不易对真空泵246a产生损害的特性。结果，能够降低排气系统的维护频率，延长真空泵246a的寿命。
(b)经上述氧化反应而形成的SiO膜为Cl的含量少的非活性的膜，因此具有即便暴露于大气、也不易生成HCl气体、氯(Cl2)气等有害气体的特性。结果，能够提高排气系统的维护作业时的安全性。另外，在维护作业前不需要长时间吹扫排气系统内，能够缩短衬底处理装置的停机时间。需要说明的是，当不进行在排气管231a内的残留HCDS的氧化处理的情况下，维护作业前，需要以NH3气将排气管231a内吹扫例如24小时以上、进一步需要进行以N2气吹扫例如48小时以上等的准备作业。若省去该准备作业的话，则当将排气管231a内暴露于大气之际，存在从排气管231a内的、含有大量的Cl的沉积物产生有害气体、沉积物起火的情况，且存在威胁到作业的安全性的情况。
(c)向第一排气系统内直接供给H2O气体之际，由于与H2O气体一同供给吡啶气体，因此即便将排气管231a内的温度设为上述的低温条件，也能够将残留HCDS确实地氧化。也就是说，通过本实施方式，例如无需在遍及数十m以上的长距离的范围内配设的排气管231a的外周卷绕加热器231h，能够将衬底处理装置的设置成本、运转成本抑制得较低。需要说明的是，即便在对APC阀244a的下游侧进行加热的情况下，要将内置耐热性低的O型环的连接部等加热至200℃以上的温度也是困难的。在这样的低温部位(加热不良位置)中，HCDS的附着量存在局部增加的趋势。通过本实施方式，能够避免如上所述的问题。
(d)由于不进行利用加热器231h等而进行的对排气管231a的加热，因此，能够抑制伴随着排气管231a的热膨胀·热收缩而发生的附着于排气管231a的内壁的沉积物(SiO膜)的剥离。结果，能够降低排气系统的维护频率，延长真空泵246a的寿命。
(e)将HCDS气体从处理室201内排气之际使用第一排气系统，将NH3气从处理室201内排气之际使用第二排气系统，因此，能够避免HCDS气体与NH3气在它们内部的混合、反应。由此，能够抑制NH4Cl等在排气管231a、231b内的生成、包含NH4Cl等的颗粒的产生。结果，能够降低排气系统的维护频率，延长真空泵246a、246b的寿命。
(f)在作为原料而使用HCDS气体以外的卤系原料气体的情况、作为反应体而使用NH3气以外的氮化氢系气体或其以外的反应气体的情况、作为氧化剂而使用H2O气体以外的含O气体的情况、作为催化剂而使用吡啶以外的胺系气体、非胺系气体的情况下，同样能获得上述的效果。
(4)变形例
本实施方式中的成膜顺序不限于上述方式，能够按以下所示的变形例的方式进行变更。
(变形例1)
在步骤1A中，也可以向第一排气系统内、即HCDS气体流过的排气管231a内直接供给吡啶气体。吡啶气体作为促进流过排气管231a内的HCDS气体中的Si-Cl键的切断、促进HCDS向排气管231a的内壁的吸附的催化剂而发挥作用。通过HCDS向排气管231a的内壁的吸附，能够减少到达真空泵246a的HCDS气体的量。如上所述，通过将排气管231a用作HCDS的阱(trap)机构，从而能够减少真空泵246a的维护频率，延长寿命。
(变形例2)
在步骤2A中，也可以将经等离子体激发的O2气(O2 ＊)用作失活体。也就是说，代替向排气系统231a内供给H2O气体、吡啶气体，而直接供给O2 ＊。但是，由于O2 ＊作为活性种的寿命是有限的，因此根据排气管231a的长度、结构的不同，存在上述的氧化处理难以进行到遍及排气管231a内的整个区域的情况。从上述的氧化处理变得容易进行至排气管231a内的整个区域、而与排气管231a的长度、结构无关这一方面考虑，将H2O气体与吡啶气体一同直接供给至排气管231a内的情况是优选的。
<本发明的其他实施方式>
上述实施方式中，对压力传感器245设置于排气管231的情况进行了说明，但本发明不限于如上所述的方式。例如，也可以设置为压力传感器分别设置于各个排气管231a、231b。也就是说，也可以设置为压力传感器分别对应于各个APC阀244a、244b。
另外，上述实施方式中，对APC阀244a、244b分别设置于各个排气管231a、231b的情况进行了说明，但本发明不限于上述方式。例如，也可以将APC阀仅在排气管231上设置一个。这种情况下，可以在排气管231a、231b的各自上取代APC阀244a、244b而设置开闭阀作为切换阀。另外，也可以在排气管231发生分支的部分设置三通阀作为切换阀。
另外，上述实施方式中，对第一排气系统与第二排气系统以不同的排气系统的形式构成的情况进行了说明，但本发明不限于上述方式。例如，如图6所示，也可以不使排气管231的下游侧分支(不设置排气管231b、APC阀244b、真空泵246b等)，而将第一排气系统与第二排气系统以同样的排气系统的形式构成。也就是说，原料的排气和反应体的排气也可以使用同样的排气系统来进行。这种情况下，例如，在经上述同样的排气系统而将HCDS气体排气后、经排气系统而开始NH3气的排气前，向排气系统内供给H2O气体及吡啶气体即可。以下，使用图7、图8对使用图6所示的衬底处理装置而进行的成膜步骤进行说明。在上述成膜步骤中，依序执行如下步骤1B、2B。
[步骤1B]
如图7所示，在该步骤中，利用与上述实施方式的步骤1A同样的处理步骤、处理条件，向处理室201内的晶片200供给HCDS气体。此时，如图8的上部左边所示，被供给至处理室201内的HCDS气体经排气管231a排气。
在晶片200上形成含Si层后，停止HCDS气体向处理室201内的供给。然后，如图8的上部右边(前半部分动作)所示，维持N2气向处理室201内的供给，同时将残留气体(HCDS气体)从处理室201内、排气管231内、排气管231a内排气。
在将HCDS气体从处理室201内、排气管231内、排气管231a内排气后，也就是说，在HCDS气体没有流过排气管231a内时，打开阀243e、243f，如图8的上部右边(后半部分动作)所示，向排气管231a内直接供给H2O气体及吡啶气体。由此，能够使附着于排气管231a的内壁的残留HCDS失活(氧化)、在排气管231a的内壁形成稳定且致密的SiO膜。此时的排气系统内的处理条件能够设为与上述的步骤1A中的排气系统内的处理条件同样。
[步骤2B]
残留HCDS的改质、即SiO膜在排气管231a内的形成结束后，关闭阀243e、243f，停止H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给。之后，利用与步骤2A同样的处理步骤、处理条件，向处理室201内的晶片200供给NH3气。此时，如图8的下部左边所示，被供给至处理室201内的NH3气、与处理室201内及排气管231内的残留气体(H2O气体，吡啶气体)经排气管231a而被排气。此时的排气系统内的处理条件能够设为与上述的步骤2A中的排气系统内的处理条件同样。
在晶片200上形成SiN层后，停止NH3气向处理室201内的供给。然后，如图8的下部右边所示，将N2气向处理室201内的供给维持规定时间，从而将残留气体(主要是NH3气)从处理室201内、排气管231内、排气管231a内排气。
[实施规定次数]
通过将交替进行上述步骤1B、2B的循环进行规定次数(n次)，能够在晶片200上形成规定膜厚的SiN膜。通过将上述循环进行规定次数，如图7所示，HCDS气体、H2O气体及吡啶气体、NH3气以此顺序间歇且非同时地以规定次数向排气管231a内流入。由此，与上述实施方式同样，在排气管231a内，残留HCDS、与H2O气体及吡啶气体间歇地反应。结果，在排气管231a的内壁上层叠Cl的含量少、稳定且致密的SiO膜。
在本实施方式中，也能获得与上述实施方式同样的效果。
需要说明的是，H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给可以不仅在步骤1B中进行、而且还在步骤2B中进行。例如，H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给在步骤1B的结束时不停止、而从开始步骤2B起直至NH3气的供给停止为止持续进行。这种情况下，在步骤2B的一部分的实施期间(前半部分)中，NH3气、H2O气体、吡啶气体向排气管231a内流入。在这种情况下，也能获得与上述实施方式同样的效果。另外，由于将排气系统内的处理条件按上述方式设为低温条件，因此，能够使NH3气与吡啶气体同样地作为催化剂而发挥作用，能够使残留HCDS在排气管231a内的氧化更为确实地进行。
另外，H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给也可以在步骤1B中不进行、而仅在步骤2B中进行。例如，H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给也可以仅在步骤2B中、从开始NH3气的供给起直至停止为止的期间进行。在这种情况下，也能获得与上述实施方式同样的效果。另外，如上所述，能够使NH3气与吡啶气体同样地作为催化剂而发挥作用，能够使残留HCDS在排气管231a内的氧化更为确实地进行。
另外，在H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给仅在步骤1B中进行的情况下，在开始步骤2B前，可预先将残留在排气管231a内的H2O气体、吡啶气体排气。在开始步骤2B前，停止H2O气体及吡啶气体向排气管231a内的供给，并将该状态维持规定时间，由此通过从处理室201内排气的N2气而将排气管231a内吹扫，从而能够促进H2O气体、吡啶气体从排气管231a内的排气。这种情况下，能够避免NH3气、与H2O气体及吡啶气体在排气管231a内的混合。
<本发明的进一步的其他实施方式>
以上，具体说明了本发明的实施方式。然而，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变化。
例如，本发明也能优选地用于在晶片200上形成硅氧碳氮化膜(SiOCN膜)、碳氧化硅膜(SiOC膜)、氮氧化硅膜(SiON膜)、氮碳化硅膜(SiCN膜)等的情况。上述膜例如可使用1,1,2,2-四氯-1,2-二甲基二硅烷((CH3)2Si2Cl4，简称：TCDMDS)气体等含碳(C)的卤系原料、丙烯(C3H6)气体、TEA气体、O2气等反应体，并利用以下所示的成膜顺序来形成。
用于上述衬底处理的制程优选根据处理内容分别单独准备，经由电气通信线路、外部存储装置123预先存储在存储装置121c内。并且，在开始处理时，优选的是，CPU121a根据衬底处理的内容，从存储在存储装置121c内的多个制程中适当选择合适的制程。如此，能够用1台衬底处理装置再现性良好地形成各种膜种、组成比、膜品质、膜厚的膜。此外，可以减少操作者的负担，避免操作失误，同时可以迅速地开始处理。
上述制程不限于新作成的情况，例如，可以通过改变已经安装在衬底处理装置中的已有制程来准备。在改变制程时，可以经由电气通信线路、记录有该制程的记录介质将改变后的制程安装在衬底处理装置中。此外，还可以操作已有的衬底处理装置所具备的输入输出装置122，直接改变已经安装在衬底处理装置中的已有制程。
在上述实施方式中，对使用批量式衬底处理装置(一次处理多片衬底)来形成膜的例子进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，例如，也优选适用于使用单片式衬底处理装置(一次处理1片或数片衬底)形成膜的情形。此外，在上述实施方式中，对使用具有热壁型的处理炉的衬底处理装置来形成膜的例子进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，也优选适用于使用具有冷壁型的处理炉的衬底处理装置来形成膜的情形。
此外，上述实施方式、变形例等可以适当组合使用。此外，此时的处理条件例如可以为与上述实施方式相同的处理条件。

Claims (16)

1.一种半导体器件的制造方法，具有通过将包含下述工序的循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序：向处理室内的衬底供给原料并经第一排气系统排气的工序、和向所述处理室内的所述衬底供给反应体并经第二排气系统排气的工序，
在形成所述膜的工序中，当所述原料不流过所述第一排气系统内时，经设置于所述第一排气系统的供给端口向所述第一排气系统内直接供给失活体，所述失活体为不同于所述反应体的物质。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在形成所述膜的工序中，向所述第一排气系统内交替流入所述原料和所述失活体。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在形成所述膜的工序中，使附着于所述第一排气系统内的所述原料与所述失活体间歇地反应。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述原料包含卤元素，
在形成所述膜的工序中，利用所述失活体，从附着于所述第一排气系统内的所述原料中抽出卤元素。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在形成所述膜的工序中，使附着于所述第一排气系统内的所述原料与所述失活体反应，从而在所述第一排气系统内形成氧化膜。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第一排气系统是不同于所述第二排气系统的排气系统。
7.根据权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其中，当经所述第二排气系统而对所述反应体进行排气时，向所述第一排气系统内供给所述失活体。
8.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其中，当向所述第一排气系统内供给所述失活体时，使所述第一排气系统内与所述处理室内处于非连通。
9.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第一排气系统是与所述第二排气系统同样的排气系统。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其中，在经所述排气系统将所述原料排气后、经所述排气系统开始所述反应体的排气前，向所述排气系统内供给所述失活体。
11.根据权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其中，当经所述排气系统而对所述反应体进行排气时，向所述排气系统内供给所述失活体。
12.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述失活体包含氧化剂和催化剂。
13.根据权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其中，所述氧化剂含有O-H键。
14.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在形成所述膜的工序中，间歇且非同时地进行供给所述原料并经所述第一排气系统排气的工序、和供给所述反应体并经所述第二排气系统排气的工序。
15.一种衬底处理装置，具有：
处理室，对衬底进行处理，
原料供给系统，向所述处理室内的衬底供给原料，
反应体供给系统，向所述处理室内的衬底供给反应体，
第一排气系统，将原料从所述处理室内排气，
第二排气系统，将反应体从所述处理室内排气，
设置于所述第一排气系统的供给端口，
失活体供给系统，经所述供给端口向所述第一排气系统内供给失活体，所述失活体为不同于所述反应体的物质，及
控制部，其构成为控制所述原料供给系统、所述反应体供给系统、所述失活体供给系统、所述第一排气系统、及所述第二排气系统，以进行通过将包含下述处理的循环进行规定次数从而在所述衬底上形成膜的处理：向所述处理室内的衬底供给所述原料并经所述第一排气系统排气的处理、和向所述处理室内的所述衬底供给所述反应体并经所述第二排气系统排气的处理，并且，在形成所述膜的处理中，当所述原料不流过所述第一排气系统内时，经所述供给端口向所述第一排气系统内直接供给所述失活体。
16.一种计算机可读取的记录介质，其记录有通过计算机使衬底处理装置执行如下步骤的程序，所述步骤为：
通过将包含下述步骤的循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的步骤：向衬底处理装置的处理室内的衬底供给原料并经第一排气系统排气的步骤，和向所述处理室内的所述衬底供给反应体并经第二排气系统排气的步骤；及
在形成所述膜的步骤中，当所述原料不流过所述第一排气系统内时，经设置于所述第一排气系统的供给端口向所述第一排气系统内直接供给失活体的步骤，其中所述失活体为不同于所述反应体的物质。
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