CN107818911B - 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

本发明提供半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。半导体器件的制造方法包括将下述循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序，所述循环是非同时地进行如下工序：自第一喷嘴对衬底供给原料，并从排气口排气；自配置在比第一喷嘴更远离排气口一侧的第二喷嘴，对衬底供给第一反应体，并从排气口排气；以及自配置在比第二喷嘴更接近排气口一侧的第三喷嘴，对衬底供给第二反应体，并从排气口排气，在供给原料时，通过控制自第二喷嘴供给的非活性气体的流量、自第三喷嘴供给的非活性气体的流量、和自第一喷嘴供给的非活性气体的流量的平衡，从而对在衬底上形成的膜的衬底面内膜厚分布进行控制。

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，有进行在衬底上形成膜的处理(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2010－118462号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种能够控制在衬底上形成的膜的衬底面内膜厚分布的技术。
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，包括将下述循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序，所述循环是非同时地进行如下工序：自第一喷嘴对衬底供给原料，并从排气口排气；自配置在比所述第一喷嘴更远离所述排气口一侧的第二喷嘴，对所述衬底供给第一反应体，并从所述排气口排气；以及自配置在比所述第二喷嘴更接近所述排气口一侧的第三喷嘴，对所述衬底供给第二反应体，并从所述排气口排气，在供给所述原料时，通过控制自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量、自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量、和自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量的平衡，从而对在所述衬底上形成的所述膜的衬底面内膜厚分布进行控制。
发明效果
通过本发明，能够控制在衬底上形成的膜的衬底面内膜厚分布。
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是表示本发明的一实施方式的成膜顺序的图。
图5是表示本发明的一实施方式的成膜顺序的变形例1的图。
图6是表示本发明的一实施方式的成膜顺序的变形例2的图。
图7是表示本发明的一实施方式的成膜顺序的变形例3的图。
图8是表示形成于衬底上的膜的衬底面内膜厚分布的评价结果的图。
图9的(a)～(c)分别是表示形成于衬底上的膜的衬底面内膜厚分布的评价结果的图。
附图标记的说明
200 晶片(衬底)
249a 喷嘴(第一喷嘴)
249b 喷嘴(第二喷嘴)
249c 喷嘴(第三喷嘴)
231a 排气口
具体实施方式
<本发明的一实施方式>
以下，使用图1～图3来对本发明的一实施方式进行说明。
(1)衬底处理装置的构成
如图1所示，处理炉202具有作为加热机构(温度调整部)的加热器207。加热器207为圆筒形状，通过支承于保持板而垂直地安装。加热器207也作为利用热来使气体活化(激发)的活化机构(激发部)发挥功能。
在加热器207的内侧，与加热器207呈同心圆状地配设有反应管203。反应管203由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，形成为上端封闭、下端开口的圆筒形状。在反应管203的下方与反应管203呈同心圆状地配设有集流管209。集流管209例如由不锈钢(SUS)等金属构成，并且形成为上端和下端开口的圆筒状。集流管209的上端部构成为，与反应管203的下端部卡合，支承反应管203。在集流管209和反应管203之间设置有作为密封构件的O型环220a。反应管203与加热器207同样地被垂直地安装。主要由反应管203和集流管209构成处理容器(反应容器)。在处理容器的筒中空部形成有处理室201。处理室201构成为能够收纳多片作为衬底的晶片200。
在处理室201内，作为第一喷嘴的喷嘴249a、作为第二喷嘴的喷嘴249b、作为第三喷嘴的喷嘴249c被设置成贯穿集流管209的侧壁。喷嘴249a～249c分别连接有气体供给管232a～232c。
在气体供给管232a～232c上，从上游侧开始依次分别设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)241a～241c及作为开闭阀的阀243a～243c。在气体供给管232a～232c的比阀243a～243c更靠下游侧分别连接有供给非活性气体的气体供给管232d～232f。在气体供给管232d～232f，从上游侧开始依次分别设置有MFC241d～241f及阀243d～243f。
如图2所示，在反应管203的内壁与晶片200之间的圆环状空间，以自反应管203的内壁的下部沿上部朝向晶片200的装载方向上方竖立的方式分别设置喷嘴249a～249c。即，在排列晶片200的晶片排列区域的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域，沿着晶片排列区域分别设置喷嘴249a～249c。喷嘴249b配置在比喷嘴249a更远离后述的排气口231a一侧，喷嘴249c配置在比喷嘴249b更接近排气口231a一侧。此外，在本实施方式中，喷嘴249a、249b以夹着搬入于处理室201内的晶片200的中心而在一条直线上相对的方式配置。在喷嘴249a～249c的侧面分别设置有供给气体的气体供给孔250a～250c。气体供给孔250a～250c分别以朝向反应管203的中心的方式开口，能够朝向晶片200供给气体。由此，气体供给孔250a，250b成为夹着上述晶片200的中心而在一条直线上相对。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～250c。
从气体供给管232a，经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a而向处理室201内供给例如含有作为规定元素的Si及卤元素的卤代硅烷气体，作为原料气体。所谓原料气体，是指气态的原料，例如，通过使常温常压下为液态的原料气化而得到的气体、常温常压下为气态的原料等。所谓卤代硅烷，是指具有卤基的硅烷。卤基包含氯基、氟基、溴基、碘基等。即，卤基包含氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等卤元素。作为卤代硅烷气体，例如能够使用包含Si及Cl的不含C的原料气体、即氯代硅烷原料气体。氯代硅烷气体作为为Si源。作为氯代硅烷气体，例如可使用六氯乙硅烷(Si2Cl6，简称：HCDS)气体。
从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b向处理室201内供给例如含氮(N)及碳(C)的胺系气体，作为化学结构(分子结构)与原料不同的第一反应体(反应物)。胺系气体可以用作为N源，也用作为C源。作为胺系气体，例如能够三乙胺((C2H5)3N，简称：TEA)气体。
从气体供给管232c经由MFC241c、阀243c、喷嘴249c向处理室201内供给例如含氧(O)气体，作为化学结构(分子结构)与原料不同的第二反应体(反应物)。含O气体作为氧化气体、即O源而发挥作用。作为含O气体，例如，能够使用氧(O2)气。
从气体供给管232d～232f分别经由MFC241d～241f、阀243d～243f、气体供给管232a～232c、喷嘴249a～249c向处理室201内供给例如氮(N2)气，作为非活性气体。N2气作为吹扫气体、载气发挥作用，而且作为对形成于晶片200上的膜的面内膜厚分布进行控制的膜厚分布控制气体发挥作用。
主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成原料供给系统。此外，主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成第一反应体供给系统。此外，主要由气体供给管232c、MFC241c、阀243c构成第二反应体供给系统。此外，主要由气体供给管232d～232f、MFC241d～241f、阀243d～243f构成非活性气体供给系统。
上述的各种供给系统中的任意供给系统或全部供给系统可以构成为将阀243a～243f、MFC241a～241f等集成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～232f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～232f内的供给动作，即，阀243a～243f的开闭动作、利用MFC241a～241f进行的流量调整动作等。集供给系统248构成为一体型或分离型集成单元，并以下述方式构成：能够相对于气体供给管232a～232f等以集成单元单位进行拆装，能够以集成单元单位进行集成型供给系统248的维护、交换、增设等。
在反应管203的侧壁下方设置有对处理室201内的气氛进行排气的排气口231a。在排气口231a连接有排气管231。在排气管231上，经由作为检测处理室201内压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245及作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto PressureController)阀244，连接有作为真空排气装置的真空泵246。APC阀244以下述方式构成，即，通过在使真空泵246工作的状态下将阀开闭，能够对处理室201内进行真空排气及停止真空排气，进而，通过在使真空泵246工作的状态下基于由压力传感器245检测到的压力信息来调整阀开度，能够调整处理室201内的压力。主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气系统。可考虑在排气系统中包括真空泵246。
在集流管209的下方设置有作为炉口盖体(能够将集流管209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(与集流管209的下端抵接)的O型圈220b。在密封盖219的下方设置有使后述的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯穿密封盖219并与晶舟217连接。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：通过作为升降机构(设置于反应管203的外部)的晶舟升降机115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，从而将晶片200向处理室201内外搬入及搬出(搬送)的搬送装置(搬送机构)的形式构成。此外，在集流管209的下方设有在通过晶舟升降机115使密封盖219下降的期间、作为炉口盖体(能够将集流管209的下端开口气密地封闭)的闸阀219s。闸阀219s例如由SUS等金属形成，形成为圆盘状。在闸阀219s的上表面设置有作为密封部件(与集流管209的下端抵接)的O型圈220c。由闸阀开闭机构115s控制闸阀219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)。
作为衬底支承件的晶舟217以下述方式构成：使多张(例如25～200张)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整向加热器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以沿着反应管203的内壁的方式设置。
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以可经由内部总线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。在本说明书中使用术语“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～241f、阀243a～243f、压力传感器245、APC阀244、真空泵246、温度传感器263、加热器207、旋转机构267、晶舟升降机115、闸阀开闭机构115s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～241f进行的各种气体的流量调整动作、阀243a～243f的开闭动作、基于APC阀244的开闭动作及压力传感器245并利用APC阀244进行的压力调整动作、真空泵246的起动及停止、基于温度传感器263进行的加热器207的温度调整动作、利用旋转机构267进行的晶舟217的旋转及旋转速度调整动作、利用晶舟升降机115进行的晶舟217的升降动作、利用闸阀开闭机构115s进行的闸阀219s的开闭动作等进行控制。
控制器121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。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术语时，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)成膜处理
使用图4，对使用上述衬底处理装置、作为半导体器件的制造工序的一个工序而在作为衬底的晶片200上形成膜的顺序例进行说明。在以下的说明中，构成衬底处理装置的各部的动作由控制器121控制。
在图4所示的成膜顺序中，通过将下述循环进行规定次数，从而在晶片200上形成含有Si、O、C和N的膜，即形成硅氧碳氮化膜(SiOCN膜)，所述循环为非同时地进行：步骤1：自喷嘴249a对晶片200供给HCDS气体，并从排气口231a排气；步骤2，由配置在比喷嘴249a更远离排气口231a一侧的喷嘴249b对晶片200供给TEA气体、并从排气口231a排气；步骤3，由配置在比喷嘴249b更接近排气口231a一侧的喷嘴249c对晶片200供给O2气，并从排气口231a排气。
此外，图4所示的成膜顺序中，在供给HCDS气体时，通过控制自喷嘴249b供给的N2气的流量、自喷嘴249c供给的N2气的流量、和自喷嘴249a供给的N2气的流量的平衡，由此控制形成于晶片200上的SiOCN膜的晶片面内膜厚分布(以下，也简称为面内膜厚分布)。
在此，作为一例说明如下例子：在供给HCDS气体时，通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量，由此使SiOCN膜的面内膜厚分布为图4的右侧所示的、在晶片200的中央部最厚、随着接近周缘部而逐渐变薄的分布(以下，也称为中央凸分布)的例。需要说明的是，只要能够在表面未具有凹凸结构的表面积小的裸晶片上形成中央凸分布的膜，则在表面已具有微细凹凸结构的表面积大的图案晶片上，可以形成从中央到周缘的范围内膜厚变化小的平坦的膜厚分布(以下，也称为平坦分布)。
在本说明书中，为了方便起见，有时将图4所示的成膜顺序如下这样表示。
在以下的变形例的说明书中也使用同样的表述。
Figure GDA0003079728530000091
需要说明的是，在进行图4所示的成膜顺序的情况下，根据处理条件的不同，可能在晶片200上形成含有Si、O及C的不含N的膜，即硅碳氧化膜(SiOC膜)。以下，说明使用裸晶片作为晶片200，在其上形成SiOCN膜的例子，但本发明不限于该例示。
在本说明书中使用术语“晶片”时，有时指“晶片本身”，有时指“由晶片和形成于其表面的规定层、膜等的层叠体”。在本说明书中使用术语“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”。对于本说明书中记载有“在晶片上形成规定层”的情形而言，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，使用术语“衬底”的情形也与使用术语“晶片”的情形为相同的含义。
(晶片填充及晶舟加载)
将多张的晶片200装填(晶片填充)于晶舟217上后，通过闸阀开闭机构115s使闸阀219s移动，打开集流管209的下端开口(闸阀打开)。之后，如图1所示，通过晶舟升降机115举起支承有多张晶片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经由O型圈220b将集流管209的下端密封。
(压力调整及温度调整)
通过真空泵246对处理室201内进行真空排气(减压排气)，以使处理室201内、即晶片200所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，基于该测定出的压力信息反馈控制APC阀244。此外，通过加热器207对处理室201内进行加热，以使得处理室201内的晶片200成为所期望的温度。此时，基于温度传感器263所检测到的温度信息反馈控制向加热器207的通电情况，以使处理室201内成为所期望的温度分布。此外，通过旋转机构267开始晶片200的旋转。处理室201内的排气、加热及晶片200的旋转至少在对晶片200的处理结束之前的期间持续进行。
(成膜步骤)
其后，依次执行下面的步骤1～3。
[步骤1]
在该步骤中，对处理室201内的晶片200供给HCDS气体，并从排气口231a排气。
具体而言，打开阀243a，使HCDS气体流入气体供给管232a内。对于HCDS气体，通过MFC241a进行流量调整，经由喷嘴249a被供给到处理室201内，从排气管231a排气。此时，会对晶片200供给HCDS气体。此时，同时打开阀243d～243f，向气体供给管232d～232f内流入N2气体。对于N2气体，通过MFC241d～241f进行流量调整，经由喷嘴249a～249c而供给至处理室201内，从排气管231a排气。
此时，将自喷嘴249a供给的HCDS气体的供给流量设为例如1～2000sccm、优选为10～1000sccm的范围内的规定流量。将自喷嘴249a供给的N2气的供给流量设为例如500～2000sccm的范围内的规定流量。将HCDS气体的供给时间设为例如1～120秒、优选为1～60秒的范围内的规定时间。将处理室201内的压力设为例如1～2666Pa、优选为67～1333Pa的范围内的规定压力。将晶片200的温度(成膜温度)设为例如250～800℃、优选为400～750℃、更优选为550～700℃的范围内的规定温度。
若成膜温度低于250℃，则HCDS变得难以化学吸附于晶片200上，有时无法获得实用的成膜速度。通过使成膜温度为250℃以上，能够消除该问题。通过使成膜温度为400℃以上、进而为550℃以上，能够使HCDS更充分地吸附于晶片200上，变得能够获得更充分的成膜速度。
若成膜温度高于800℃，则由于发生过剩的气相反应，导致膜厚的均匀性容易恶化，难以对其进行控制。通过使成膜温度为800℃以下，使得能够发生适当的气相反应，由此能够抑制膜厚均匀性的恶化，能够对其进行控制。尤其是通过使成膜温度为750℃以下、进而为700℃以下，表面反应优先于气相反应，容易确保膜厚均匀性，容易对其进行控制。
通过在上述条件下对晶片200供给HCDS气体，在晶片200的最外表面上形成例如从不足1原子层到数原子层(从不足1分子层到数分子层)的厚度的含有Cl的含Si层作为第一层(初始层)。含有Cl的含Si层可以是含有Cl的Si层，也可以是HCDS的吸附层，还可以包含这两者。
所谓含有Cl的Si层，是除了由Si构成、含有Cl的连续的层之外，还包含不连续的层、将它们重叠而成的含有Cl的Si薄膜的总称。构成含有Cl的Si层的Si除了包含与Cl形成的键没有完全切断的情况之外，还包含与Cl形成的键完全切断的情况。
HCDS的吸附层除了包含由HCDS分子构成的连续的吸附层的之外，还包含不连续的吸附层。构成HCDS的吸附层的HCDS分子也包含Si与Cl的键一部分切断的情况。即，HCDS的吸附层可以是HCDS的物理吸附层，也可以是HCDS的化学吸附层，还可以包含这两者。
此处，所谓不足1原子层的厚度的层，是指不连续地形成的原子层，所谓1原子层的厚度的层，是指连续地形成的原子层。所谓不足1分子层的厚度的层，是指不连续地形成的分子层，所谓1分子层的厚度的层，是指连续地形成的分子层。含有Cl的含Si层可包含含有Cl的Si层和HCDS的吸附层两者。但是，为了方便起见，对于含有Cl的含Si层，有时使用“1原子层”、“数原子层”等表述来表示，将“原子层”以与“分子层”相同的含义使用。
通过在HCDS气体自分解(热分解)的条件下，在晶片200上堆积Si，由此可形成含有Cl的Si层。通过在HCDS气体不自分解(热分解)的条件下，在晶片200上吸附HCDS，由此可形成HCDS的吸附层。与在晶片200上形成HCDS的吸附层相比，在晶片200上形成含有Cl的Si层可提高成膜速率，在这一点上是优选的。以下，方便起见，将含有Cl的含Si层简称为含Si层。
若第一层的厚度大于数原子层，则后述的步骤2、3中的改质的作用变得到达不了第一层的整体。此外，第一层的厚度的最小值不足1原子层。因此，优选使第一层的厚度为从不足1原子层到数原子层。通过使第一层的厚度为1原子层以下、即1原子层或不足1原子层，能够相对提高后述的步骤2、3中的改质反应的作用，能够缩短步骤2、3中的改质反应所需要的时间。也能够缩短步骤1中的第一层的形成所需要的时间。结果，能够缩短每1循环的处理时间，也能够缩短整体上的处理时间。即，也能够提高成膜速率。此外，通过使第一层的厚度为1原子层以下，也能够提高膜厚均匀性的控制性。
需要说明的是，在本实施方式中，在供给HCDS气体时，使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量。
通过这样设定自喷嘴249b、249a供给的N2气的流量平衡，由此能够使反应管203的内壁与晶片200之间的俯视为圆环状的空间(以下，也简称为“圆环状空间”)的压力大于晶片排列区域内的压力、即晶片200之间的空间中的压力。结果，能够抑制HCDS气体向圆环状空间流出，并促进HCDS气体对晶片200之间的空间的供给，增减对晶片200的中心部的HCDS气体供给量。还可以使圆环状空间中的HCDS气体的分压(浓度)降低，减少对晶片200的周缘部的HCDS气体供给量。结果，能够使晶片200的面内的第一层的厚度分布、进而是形成于晶片200上的SiOCN膜的面内膜厚分布为上述的中央凸分布。以后，将这样的膜厚分布控制也称为中央凸分布控制。
需要说明的是，关于该效果，越增大自喷嘴249b供给的N2气的流量则该效果越好。例如，通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的HCDS气体的流量与供给N2气的流量的合计流量，则能够可靠地实现上述的中央凸分布。此外，关于该效果，使喷嘴249b的位置越远离排气口231a的位置则该效果越好，在将喷嘴249b和排气口231a配置成夹着晶片200的中心而在一条直线上相对时，效果极好。需要说明的是，关于该效果，使喷嘴249b的位置越远离喷嘴249a的位置则更有效地得到该效果，例如，如图2所示，在将喷嘴249b配置于隔着晶片200的中心而与喷嘴249a相对的位置时，能够更有效地得到上述效果。
在图4所示的成膜顺序中，在供给HCDS气体时，不仅从喷嘴249b，从喷嘴249c也以比自喷嘴249a供给的N2气的流量大的流量供给N2气。由此，能够进一步提高上述的圆环状空间的压力。此外，通过使用多个喷嘴从圆周方向上不同的多个部位以较大的流量供给N2气，由此可以使上述的圆环状空间的压力在圆周方向上更均匀地上升。结果，更容易实现上述的中央凸分布。图4表示使从喷嘴249b供给的N2气的流量与从喷嘴249c供给的N2气的流量同等的例子。
但是，如上所述，喷嘴249c配置在比喷嘴249b更接近排气口231a的位置。与自喷嘴249b供给的N2气相比，自喷嘴249c供给的N2气在处理室201内的滞留时间短，多数会在短时间内从排气口231a排出。可以说，与自喷嘴249b供给的N2气相比，自喷嘴249c供给的N2气对形成于晶片200上的膜的面内膜厚分布的影响力较弱。换言之，使自喷嘴249b供给的N2气的流量为自喷嘴249c供给的N2气的流量以上的流量，与将它们的流量的大小关系相反的情况相比，可以更高效地实现上述的中央凸分布控制。通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量与自喷嘴249c供给的N2气的流量同等或比其大，由此可以以较少的N2气的消耗量、低成本实现同样的中央凸分布控制。在供给HCDS气体时，不实施从喷嘴249b的N2气供给，使自喷嘴249c供给的N2气的流量为非常大的流量，由此来实现上述的中央凸分布控制，理论上也是可能的。然而，考虑到自喷嘴249c供给的N2气多数对上述的面内膜厚分布控制没有帮助就从排气口231a排出，若用这种代替手段来加大中央凸分布的程度(要在中央部与周缘部加大膜厚差)，则与本实施方式的方法相比成本非常高，实用性欠缺。
在如本实施方式这样设定N2气的流量平衡的情况下，在HCDS供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量变得大于HCDS非供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量。例如，在HCDS供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量变得大于步骤2中的TEA气体供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量，也大于步骤3中的O2气供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量。需要说明的是，如后所述，在步骤1～3的各步骤中，会进行从处理室201内对HCDS气体、TEA气体、O2气进行排气，向处理室201内供给作为吹扫气体的N2气的吹扫步骤。在将N2气的流量平衡如上述这样设定的情况下，HCDS供给时自喷嘴249b供给的N2气的流量变得大于处理室201内的吹扫时自喷嘴249b供给的N2气、即作为吹扫气体的N2气的流量。
关于自喷嘴249b、249c供给的N2气的流量，设为满足上述的流量平衡，分别为例如3000～6000sccm的范围内的规定流量。
在形成第一层后，关闭阀243a，停止HCDS气体的供给。此时，APC阀244保持打开，通过真空泵246对处理室201内进行真空排气，将残留在处理室201内的未反应或者对第一层的形成进行贡献后的HCDS气体从处理室201内排出。此时，保持阀243d～243f打开的状态，向处理室201内供给作为吹扫气体的N2气(吹扫步骤)。从各气体供给管供给的N2气的供给流量例如为500～2000sccm的范围内的流量。
[步骤2]
步骤1结束后，对处理室201内的晶片200、即形成于晶片200上的第一层，供给TEA气体，从排气口231a排气。
在该步骤中，按照与步骤1的阀243a、243d～243f的开闭控制同样的步骤进行阀243b、243d～243f的开闭控制。TEA气体由MFC241b调整流量，经由喷嘴249b被向处理室201内供给，并从排气管231排气。此时，对晶片200供给TEA气体。
TEA气体的供给流量设为例如200～10000sccm的范围内的规定流量。TEA气体的供给时间设为例如1～120秒、优选为1～60秒的范围内的规定时间。从各气体供给管供给的N2气的供给流量设为例如500～2000sccm的范围内的规定流量。将处理室201内的压力设为例如1～5000Pa、优选为1～4000Pa的范围内的规定压力。通过将处理室201内的压力设为这样的较高的压力区，则能够无等离子体地以热使TEA气体活化。以热使TEA气体活化的方式，能够产生比较柔和的反应，因此容易形成后述的第二层。其他处理条件与步骤1相同。
通过在上述的条件下对晶片200供给TEA气体，由此能够使在步骤1中形成于晶片200上的第一层、与TEA气体发生反应。由此，能够将第一层所含的多个Cl中的至少一部分Cl从第一层抽离(分离)，并使TEA气体所含的多个乙基中的至少一部分乙基从TEA气体分离。而且，使至少一部分乙基与分离的TEA气体的N、第一层所含的Si相结合，可以形成Si－N键。此外，也可以使从TEA气体分离的乙基所含的C和第一层所含Si相结合而形成Si－C键。结果，Cl从第一层中脱离，并且C成分及N成分新进入第一层中。如此，第一层被改质，从而在晶片200上形成了含有Si、C及N的层、即硅碳氮化层(SiCN层)，作为第二层。
形成第二层时，第一层所含的Cl、TEA气体所含的H，在利用TEA气体进行第一层的改质反应的过程中，构成至少含有Cl及H的任一种的气体状物质，经由排气管231而从处理室201中排出。即，第一层中的Cl等杂质被从第一层中抽离、脱离，由此与第一层相分离。由此，第二层成为Cl等杂质比第一层少的层。
形成了第二层后，关闭阀243b，停止TEA气体的供给。然后通过与步骤1的吹扫步骤相同的处理步骤、处理条件，将残留于处理室201内的未反应或对第二层的形成做出了贡献之后的TEA气体、反应副产物从处理室201内排出。
[步骤3]
步骤2结束后，对处理室201内的晶片200、即形成于晶片200上的第二层，供给O2气，并从排气口231a排气。
在该步骤中，按照与步骤1的阀243a、243d～243f的开闭控制同样的步骤进行阀243b、243d～243f的开闭控制。O2气由MFC241c调整流量，经由喷嘴249c被向处理室201内供给，并从排气管231排气。此时，对晶片200供给O2气。
O2气的供给流量设为例如100～10000sccm的范围内的规定流量。O2气的供给时间设为例如1～120秒、优选为1～60秒的范围内的规定时间。从各气体供给管供给的N2气的供给流量设为例如500～2000sccm的范围内的规定流量。将处理室201内的压力设为例如1～4000Pa、优选为1～3000Pa的范围内的规定压力。通过将处理室201内的压力设为这样的较高的压力区，则能够无等离子体地以热使O2气活化。以热使TEA气体活化来供给的方式，能够产生比较柔和的反应，因此容易形成后述的第三层。其他处理条件与步骤1相同。
通过在上述的条件下对晶片200供给O2气，由此能够将第二层的至少一部分改质(氧化)。即，将O2气所含的O成分的至少一部分添加到第二层，可以在第二层中形成Si－O键。通过第二层被改质，由此在晶片200上形成了含有Si、O、C及N的层，即硅碳氧氮化层(SiOCN层)，作为第三层。形成第三层时，第二层所含的C成分、N成分的至少一部分不从第二层脱离而维持于第二层中。
形成第三层时，第二层所含的Cl在利用O2气的改质反应的过程中，构成至少含有Cl的气体状物质，从处理室201中排出。即，第二层中的Cl等杂质被从第二层中抽离、脱离，由此与第二层相分离。由此，第三层成为Cl等杂质比第二层少的层。
形成了第三层后，关闭阀243c，停止O2气的供给。然后通过与步骤1的吹扫步骤相同的处理步骤、处理条件，将残留于处理室201内的未反应或对第三层的形成做出了贡献之后的O2气、反应副产物从处理室201内排出。
[实施规定次数]
将非同时、即不同步地进行步骤1～3的循环进行1次以上(n次)，能够在晶片200上形成规定组成及规定膜厚的SiOCN膜。上述循环优选重复多次。即，优选的是，使每1循环形成的第三层的厚度小于所期望的膜厚，重复多次上述循环，直至通过层叠第三层而形成的SiOCN膜的膜厚达到所期望的膜厚。
作为原料气体，除HCDS气体之外，也能够使用例如一氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷即四氯化硅(SiCl4，简称：STC)气体、八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等氯硅烷原料气体。
作为第一反应体，除了TEA气体之外，也能够使用例如二乙胺((C2H5)2NH，简称：DEA)气体、单乙胺((C2H5)NH2，简称：MEA)气体等的乙胺系气体、三甲胺((CH3)3N，简称：TMeA)气体、二甲胺((CH3)2NH，简称：DMeA)气体、单甲胺(CH3NH2，简称：MMeA)气体等的甲胺系气体等。此外，作为第一反应体，也可以使用三甲基肼((CH3)2N2(CH3)H，简称：TMH)气体等这样的有机肼系气体。
作为第二反应体，除O2气以外，能够使用水蒸气(H2O气体)、一氧化氮(NO)气体、氧化亚氮(N2O)气体、二氧化氮(NO2)气体、一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体、臭氧(O3)气体、等离子激发的O2(O2＊)气体、H2气体+O2气、H2气体+O3气体等的含O气体。
作为非活性气体，除N2气之外，可以使用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)
在晶片200上形成了所希望组成、所希望膜厚的膜之后，关闭阀243a～243c，分别停止向处理室201内供给原料、反应体。此外，从气体供给管232d～232f的各自分别向处理室201内供给作为吹扫气体的N2气，从排气管231排气。由此，处理室201内被吹扫，将残留在处理室201内的气体、反应副产物从处理室201内除去(后吹扫)。然后，处理室201内的气氛被置换成非活性气体(非活性气体置换)、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)
之后，通过晶舟升降机115使密封盖219下降，集流管209的下端开口，并且处理完毕的晶片200以支承于晶舟217的状态从集流管209的下端被搬出至反应管203的外部(晶舟卸载)。晶舟卸载之后，闸阀219s移动，集流管209的下端开口经由O型圈220c而被闸阀219s密封(闸阀关闭)。处理完毕的晶片200被搬出到反应管203的外部之后，自晶舟217取出处理完毕的晶片200(晶片取出)。
(3)本实施方式的效果
根据本实施方式，可得到以下所示的1个或多个效果。
(a)供给HCDS气体时，通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量，由此能够使在构成为裸晶片的晶片200上形成的SiOCN膜的面内膜厚分布成为中央凸分布。由此，在作为晶片200而使用图案晶片时，可以在该晶片200上形成具有平坦分布的SiOCN膜。需要说明的是，通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的HCDS气体的流量和供给N2气的流量的合计流量，由此能够更可靠地实现上述的中央凸分布。
形成于晶片200上的膜的面内膜厚分布依赖于晶片200的表面积，认为是由于所谓的负载作用(loading effect)导致的。成膜对象的晶片200的表面积越大，则HCDS气体等的原料在晶片200的周缘部消耗得越多，难以到达其中心部。在该情况下，在晶片200上形成的膜的膜厚分布成为晶片200的周缘部最厚、随着接近中心部而逐渐变薄的分布(以下，也称为中央凹分布)。
根据本实施方式，即使使用表面积大的图案晶片作为晶片200的情况下，通过如上述这样设定自喷嘴249b、249a供给的N2气的流量平衡，由此能够将在晶片200上形成的膜的面内膜厚分布从中央凹分布向平坦分布矫正、进而向中央凸分布矫正，等，可以自由控制。
(b)HCDS气体供给时，使自喷嘴249c供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量，由此能够更可靠地实现上述的中央凸分布。
(c)通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量为自喷嘴249c供给的N2气的流量以上的流量，由此能够高效地、即以较少的N2气的消耗量且低成本实现上述的膜厚分布控制。如上所述，这是由于喷嘴249b配置在比喷嘴249c更远离排气口231a的位置。
(d)在进行SiOCN膜的面内膜厚分布的控制时，除了喷嘴249a～249c之外，不需要设置新的喷嘴，能够沿用在TEA气体的供给、O2气的供给中使用的现有的喷嘴249b、249c，因此能够避免衬底处理装置的制造成本、维护成本的增加。
(e)关于上述效果，在使用HCDS气体以外的原料气体的情况下、使用TEA气体以外的含C及N的气体的情况下、使用O2气以外的氧化气体的情况下、使用N2气以外的非活性气体的情况下，也能同样获得上述效果。
(4)变形例
本实施方式的成膜步骤，可以如以下所示的变形例这样改变。
(变形例1)
如图5所示，在HCDS气体供给时，可以在使自喷嘴249b供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量的状态下，使自喷嘴249c供给的N2气的流量为自喷嘴249a供给的N2气的流量以下。图5表示使自喷嘴249c供给的N2气的流量与自喷嘴249a供给的N2气的流量同等的例子。在该情况下，可以使形成于晶片200上的SiOCN膜的中央凸分布的程度，向比图4所示的成膜顺序时更缓和的方向控制，即可以向使SiOCN膜的面内膜厚分布从中央凸分布接近平坦分布的方向控制。作为晶片200，使用表面积较小的图案晶片(但比裸晶片的表面积大)时，采用本变形例的成膜顺序，可以在该晶片200上形成具有平坦分布的SiOCN膜。需要说明的是，要抑制HCDS气体向喷嘴249c内的侵入，优选是在HCDS气体供给时，例如以与自喷嘴249a供给的N2气的流量同等的流量条件实施自喷嘴249c的N2气供给，而无需不实施自喷嘴249c的N2气供给。
(变形例2)
在HCDS气体供给时，可以在使自喷嘴249c供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的N2气的流量的状态下，使自喷嘴249b供给的N2气的流量小于自喷嘴249c供给的N2气的流量。在该情况下，可以将在晶片200上形成的SiOCN膜的中央凸分布的程度，向比变形例1的情况更缓和的方向控制，即向使SiOCN膜的面内膜厚分布更接近平坦分布的方向控制。
在该情况下，如图6所示，通过使自喷嘴249b供给的N2气的流量为自喷嘴249a供给的N2气的流量以下，由此可以使SiOCN膜的面内膜厚分布向更接近平坦分布的方向控制。作为晶片200，使用与裸晶片同等程度、或具有比裸晶片稍大表面积的图案晶片的情况下，采用本变形例的成膜顺序，可以在该晶片200上形成具有平坦分布的SiOCN膜。需要说明的是，要抑制HCDS气体向喷嘴249b内的侵入，优选是在HCDS气体供给时，例如以与自喷嘴249a供给的N2气的流量同等的流量条件实施自喷嘴249b的N2气供给，而无需不实施自喷嘴249b的N2气供给。
需要说明的是，在本变形例中，在HCDS气体供给时，通过使自喷嘴249c供给的N2气的流量大于自喷嘴249a供给的HCDS气体的流量和供给N2气的流量的合计流量，由此能够更可靠地使SiOCN膜的面内膜厚分布为平坦分布而非中央凹分布。
在如本变形例这样设定N2气的流量平衡的情况下，HCDS供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量变得大于HCDS非供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量。例如，HCDS供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量变得大于在步骤2中TEA气体供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量，而且大于在步骤3中O2气供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量。此外，在如上述这样设定N2气的流量平衡时，在HCDS供给时自喷嘴249c供给的N2气的流量变得大于处理室201内的吹扫时自喷嘴249c供给的N2气的流量。
(变形例3)
如图7所示，可以在HCDS气体供给时，使从喷嘴249b及喷嘴249c各自供给的N2气的流量与自喷嘴249a供给的N2气的流量同等。在该情况下，可以使在晶片200上形成的SiOCN膜的膜厚分布从平坦分布接近中央凹分布。
(变形例4)
作为原料，还能够使用1,1,2,2-四氯-1,2-二甲基二硅烷((CH3)2Si2Cl4，简称：TCDMDS)气体等烷基卤代硅烷原料气体；三(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]3H，简称：3DMAS)气体、双(二乙基氨基)硅烷(Si[N(C2H5)2]2H2，简称：BDEAS)气体这样的氨基硅烷原料气体。此外，还可以使用一硅烷(SiH4)气体、二硅烷(Si2H6)气体的硅烷原料气体。
此外，作为反应体，例如可使用丙烯(C3H6)气体这样的含C气体、氨气(NH3)这样的含N气体(氮化剂)。此外，作为氧化剂，可以使用O3气体、O2＊气体。
并且，例如通过以下的成膜顺序，可以在晶片200上形成SiOCN膜、SiOC膜、硅氮氧化物(SiON膜)、硅碳氮化膜(SiCN膜)、硅氮化膜(SiN膜)、硅氧化膜(SiO膜)。
Figure GDA0003079728530000211
Figure GDA0003079728530000212
Figure GDA0003079728530000213
Figure GDA0003079728530000214
Figure GDA0003079728530000215
Figure GDA0003079728530000216
Figure GDA0003079728530000217
Figure GDA0003079728530000218
Figure GDA0003079728530000219
Figure GDA00030797285300002110
Figure GDA00030797285300002111
Figure GDA00030797285300002112
Figure GDA00030797285300002113
在这些成膜顺序中，也是在原料供给时，与图4所示的成膜顺序、变形例1～3同样地进行对自喷嘴249a～249c供给的N2气的流量平衡的控制，可得到同样的效果。需要说明的是，关于C3H6气体的供给，例如可以从喷嘴249a进行供给，关于NH3气体的供给，例如可以从喷嘴249b进行供给。关于供给原料、反应体时的处理步骤、处理条件，可以与图4所示的成膜顺序、变形例1～3同样。
＜其他的实施方式＞
以上，具体说明了本发明的实施方式。然而，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围，能够进行各种变更。
在上述的实施方式中，说明了从喷嘴249a～249c分别供给HCDS气体、TEA气体、O2气的例子，但本发明不限于这样的方式。例如从喷嘴249a～249c可以分别供给HCDS气体、O2气、TEA气体，也可以分别供给TEA气体、O2气、HCDS气体，O2气，也可以分别供给TEA气体、HCDS气体。在这些情况下，通过在HCDS气体供给时，与图4所示的成膜顺序、变形例1～3同样地进行对自喷嘴249a～249c供给的N2气的流量平衡的控制，可得到同样的效果。
在上述的实施方式中，说明了在HCDS气体供给时，进行自喷嘴249a～249c供给的N2气的流量平衡的控制的例子，但本发明不限于这样的方式。例如，可以不在HCDS气体供给时，而是在TEA气体供给时，进行上述的N2气的流量平衡的控制。在该情况下，可以对在晶片200上形成的膜的、晶片200面内的N浓度的分布、C浓度的分布进行控制。而且可以是，例如在O2气供给时，进行上述的N2气的流量平衡的控制。在该情况下，可以对在晶片200上形成的膜的、晶片200面内的O浓度的分布进行控制。关于在TEA气体供给时、O2气供给时的N2气的流量平衡的控制，可以通过与图4所示的成膜顺序、变形例1～3同样的处理条件、处理步骤来进行。
在上述的实施方式中，说明了在衬底上形成作为主元素而含有Si的膜的例子，但本发明不限于这样的方式。即，本发明除了Si之外，对于在衬底上形成含有锗(Ge)、硼(B)等半金属元素作为主元素的膜的情况也能够很好地适用。此外，本发明对于在衬底上形成含有钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锶(Sr)、铝(Al)等金属元素作为主元素的膜的情况也能够很好地适用。
例如，作为原料，使用四氯化钛(TiCl4)气体、三甲胺(Al(CH3)3，简称：TMA)气体，按照以下所示的成膜顺序，在衬底上形成钛氧碳氮化膜(TiOCN膜)、钛碳氧化膜(TiOC膜)、钛氮氧化膜(TiON膜)、钛铝碳氮化膜(TiAlCN膜)、钛铝碳化膜(TiAlC膜)、钛氮化膜(TiN膜)、钛氧化膜(TiO膜)的情况，也能够很好地适用本发明。
Figure GDA0003079728530000231
Figure GDA0003079728530000232
Figure GDA0003079728530000233
Figure GDA0003079728530000234
Figure GDA0003079728530000235
Figure GDA0003079728530000236
Figure GDA0003079728530000237
用于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(一次处理多张衬底)来形成膜的例子进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，例如，也优选适用于使用单片式衬底处理装置(一次处理1张或数张衬底)形成膜的情形。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，也优选应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。
在使用上述衬底处理装置的情况下，也能以与上述实施方式、变形例相同的顺序、处理条件进行成膜，并能够获得与上述实施方式、变形例相同的效果。
上述实施方式、变形例等可适当组合来使用。另外，此时的处理步骤、处理条件能够设为例如与上述实施方式同样的处理步骤、处理条件。
通过上述的实施方式、变形例的方法形成的SiOCN膜等兼具有低介电常数和高蚀刻耐性，因此可以取代以往的SiO膜、SiN膜，广泛用作为绝缘膜、间隔膜、掩模膜、电荷积蓄膜、应力控制膜等。近年来，随着半导体元器件的微细化，对于在晶片上形成的膜，面内膜厚均一性的要求变得严格。认为能够在表面形成有高密度图案的图案晶片上形成具有平坦分布的膜的本发明，作为响应该要求的技术，是非常有益的。
【实施例】
以下，说明用于验证由上述的实施方式得到的效果効果的实验结果。
(实施例1)
使用图1所示的衬底处理装置，将对晶片依序非同时地供给HCDS气体、TEA气体、O2气的循环进行规定次数，通过这样的成膜顺序，在晶片上形成SiOCN膜，制作出如此形成的样品1～3。作为晶片。使用表面没有凹凸结构的裸晶片。制作样品1时，使HCDS气体供给时的自第二、第三喷嘴供给的N2气的供给流量分别为2500～3500sccm的范围内的流量。制作样品2时，使HCDS气体供给时的自第二、第三喷嘴供给的N2气的供给流量分别为1000～2000sccm的范围内的流量。制作样品3时，使HCDS气体供给时的自第二、第三喷嘴供给的N2气的供给流量分别为400～600sccm的范围内的流量。在任一情况下，均是使HCDS气体供给时的自第一喷嘴供给的N2气的供给流量为400～600sccm的范围内的流量。其他处理条件与上述的实施方式的处理条件相同。
然后，分别测定样品1～3的SiOCN膜的面内膜厚分布。图8表示其测定结果。图8的纵轴表示膜厚
Figure GDA0003079728530000251
横轴表示测定位置距晶片中心的距离[mm]。横轴为0[mm]意味着处于晶片的中心。图中□、●、△记号分别表示样品1～3的评价结果。根据图8可知，HCDS气体供给时的从第二、第三喷嘴供给的N2气的供给流量越大，则SiOCN膜的面内膜厚分布越从平坦分布接近中央凸分布，其程度变大。
(实施例2)
使用图1所示的衬底处理装置，将对晶片依序非同时地供给HCDS气体、C3H6气体、NH3气体、O2气的循环进行规定次数，通过这样的成膜顺序，在晶片上形成SiOCN膜，制作出如此形成的样品4～6。作为晶片。使用表面没有凹凸结构的裸晶片。制作样品4时，使HCDS气体供给时的自第二喷嘴供给的N2气的供给流量分别为5000～7000sccm的范围内的流量，从第三喷嘴供给的N2气的供给流量为400～600sccm的范围内的流量。制作样品5时，使HCDS气体供给时的自第二喷嘴供给的N2气的供给流量分别为400～600sccm的范围内的流量，从第三喷嘴供给的N2气的供给流量为5000～7000sccm的范围内的流量。制作样品6时，使HCDS气体供给时的自第二、第三喷嘴供给的N2气的供给流量分别为400～600sccm的范围内的流量。在任一情况下，均是使HCDS气体供给时的自第一喷嘴供给的N2气的供给流量为400～600sccm的范围内的流量。其他处理条件与上述的实施方式的处理条件相同。
然后，分别测定样品4～6的SiOCN膜的面内膜厚分布。图9的(a)～图9的(c)表示样品4～6的测定结果。图中纵轴表示膜厚
Figure GDA0003079728530000261
横轴表示测定位置距晶片中心的距离[mm]。
根据图9的(a)可知，通过使HCDS气体供给时的从第二喷嘴供给的N2气的供给流量大于自第一喷嘴供给N2气的流量，自第三喷嘴供给的N2气的流量与自第一喷嘴供给的N2气的流量同等，由此制作的样品4中，SiOCN膜的面内膜厚分布成为中央凸分布。
根据图9的(b)可知，通过使HCDS气体供给时、自第二喷嘴供给的N2气的流量与自第一喷嘴供给的N2气的流量同等、自第三喷嘴供给的N2气的流量大于自第一喷嘴供给的N2气的流量，由此制作的样品5中，SiOCN膜的面内膜厚分布成为平坦分布。
根据图9的(c)可知，通过使HCDS气体供给时、自第二喷嘴及第三喷嘴分别供给的N2气的流量与自第一喷嘴供给的N2气的流量同等，由此制作的样品6中，SiOCN膜的面内膜厚分布成为中央凹分布。

Claims (15)

1.一种半导体器件的制造方法，包括将下述循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的工序，所述循环是非同时地进行如下工序：
自配置在与排气口同一侧的第一喷嘴对衬底供给原料，并从所述排气口排气；
自配置在所述排气口的相对侧且比所述第一喷嘴更远离所述排气口一侧的第二喷嘴，对所述衬底供给第一反应体，并从所述排气口排气；以及
自配置在与所述排气口同一侧且比所述第二喷嘴更接近所述排气口一侧的第三喷嘴，对所述衬底供给第二反应体，并从所述排气口排气，
在供给所述原料时，通过控制自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量、自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量、和自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量的平衡，从而对在所述衬底上形成的所述膜的衬底面内膜厚分布进行控制。
2.根据权利要求1所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量。
3.根据权利要求2所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第一喷嘴供给的原料的流量和供给非活性气体的流量的合计流量。
4.根据权利要求2所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量。
5.根据权利要求4所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量为自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量以上。
6.根据权利要求4所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量。
7.根据权利要求2所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量为自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量以下。
8.根据权利要求2所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量与自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量同等。
9.根据权利要求1所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量小于自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量，使自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量。
10.根据权利要求9所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量大于自所述第一喷嘴供给的原料的流量和供给非活性气体的流量的合计流量。
11.根据权利要求9所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量与自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量同等。
12.根据权利要求1所述半导体器件的制造方法，其中，
在供给所述原料时，使自所述第二喷嘴及所述第三喷嘴分别供给的非活性气体的流量与自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量同等。
13.根据权利要求1所述半导体器件的制造方法，其中，
所述原料包含卤代硅烷。
14.一种衬底处理装置，包括：
处理室，对衬底进行处理；
排气系统，从排气口对所述处理室内进行排气；
原料供给系统，自配置在与所述排气口同一侧的第一喷嘴向所述处理室内供给原料；
第一反应体供给系统，自配置在所述排气口的相对侧且比所述第一喷嘴更远离所述排气口一侧的第二喷嘴，向所述处理室内供给第一反应体；
第二反应体供给系统，自配置在与所述排气口同一侧且比所述第二喷嘴更接近所述排气口一侧的第三喷嘴，向所述处理室内供给第二反应体；
非活性气体供给系统，自所述第一喷嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴向所述处理室内供给非活性气体；以及
控制部，其控制所述原料供给系统、所述第一反应体供给系统、所述第二反应体供给系统、所述非活性气体供给系统及所述排气系统，以使得：在所述处理室内，进行将下述循环进行规定次数从而在所述衬底上形成膜的处理，所述循环是非同时地进行如下处理：自所述第一喷嘴对衬底供给所述原料，并从所述排气口排气；自所述第二喷嘴对所述衬底供给所述第一反应体，并从所述排气口排气；以及自所述第三喷嘴对所述衬底供给第二反应体，并从所述排气口排气，
在供给所述原料时，通过控制自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量、自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量、和自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量的平衡，从而对在所述衬底上形成的所述膜的衬底面内膜厚分布进行控制。
15.一种计算机可读取的记录介质，记录有通过计算机使衬底处理装置执行如下步骤的程序，所述步骤包括：
进行将下述循环进行规定次数从而在衬底上形成膜的步骤，所述循环是非同时地进行如下步骤：自配置在与排气口同一侧的第一喷嘴对衬底处理装置的处理室内的衬底供给原料，并从所述排气口排气；自配置在所述排气口的相对侧且比所述第一喷嘴更远离所述排气口一侧的第二喷嘴，对所述处理室内的所述衬底供给第一反应体，并从所述排气口排气；以及自配置在与所述排气口同一侧且比所述第二喷嘴更接近所述排气口一侧的第三喷嘴，对所述处理室内的所述衬底供给第二反应体，并从所述排气口排气，
对所述膜的衬底面内膜厚分布进行控制的步骤，即通过在供给所述原料时控制自所述第二喷嘴供给的非活性气体的流量、自所述第三喷嘴供给的非活性气体的流量、和自所述第一喷嘴供给的非活性气体的流量的平衡，从而对在所述衬底上形成的所述膜的衬底面内膜厚分布进行控制。
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