CN113574640B - 半导体装置的制造方法、基板处理装置和记录介质 - Google Patents

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Abstract

提供一种技术，具有通过将以下工序非同时地进行预定次数从而在基板上形成膜的工序：对于处理室内的基板供给原料气体的工序和对于处理室内的基板供给分子结构与原料气体不同的反应气体的工序；在供给反应气体的工序中，在处理室内的压力不稳定的状态下，将对于处理室内的基板的反应气体的供给和反应气体从处理室内的排气反复进行预定次数。

Description

半导体装置的制造方法、基板处理装置和记录介质
技术领域
本公开涉及半导体装置的制造方法、基板处理方法、基板处理装置和记录介质。
背景技术
作为半导体装置(设备)的制造工序的一个工序，有时进行在处理容器内容纳的基板上形成膜的成膜处理(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-67877号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1所示，在通过将含有铝等元素的原料气体、含有氧等元素的反应气体依次供给至处理室内从而在处理室内容纳的基板上形成膜时，要求提高在基板上形成的膜的面内膜厚均匀性。
本公开的目的在于，提供一种能够提高在处理室内容纳的基板上形成的膜的面内膜厚均匀性的技术。
解决课题的方法
根据本公开的一个方式，提供一种技术，具有通过将以下工序非同时地进行预定次数从而在上述基板上形成膜的工序：对于处理室内的基板供给原料气体的工序和对于上述处理室内的上述基板供给分子结构与上述原料气体不同的反应气体的工序，
供给上述反应气体的工序中，在上述处理室内的压力不稳定的状态下，将对于上述处理室内的上述基板的上述反应气体的供给和上述反应气体从上述处理室内的排气反复进行预定次数。
发明效果
根据本公开，能够提高在处理室内容纳的基板上形成的膜的面内膜厚均匀性。
附图说明
图1是显示本公开的一个实施方式的基板处理装置的纵型处理炉的概略的纵截面图。
图2是图1中A-A线概略横截面图。
图3是本公开的一个实施方式的基板处理装置的控制器的概略构成图，是以框图显示控制器的控制系统的图。
图4是显示本公开的一个实施方式的基板处理装置的动作的流程图。
图5是显示本公开的一个实施方式中AlO膜形成工序的1个循环的图。
图6是显示处理室内压力、喷嘴内压力和处理室内的反应气体的流速与向处理室内供给反应气体的时间的关系的曲线。
具体实施方式
以下，对于本公开的第一实施方式，参照图1～图6进行说明。基板处理装置10作为半导体装置的制造工序中所使用的装置的一例来构成。
(1)基板处理装置的构成
基板处理装置10具有设置了作为加热单元(加热机构、加热系统)的加热器207的处理炉202。加热器207为圆筒形状，受到作为保持板的加热器基座(未图示)的支撑而垂直安装。
在加热器207的内侧，与加热器207同心圆状地配设构成反应容器(处理容器)的外管203。外管203例如由石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，形成为上端闭塞下端开口的圆筒形状。在外管203的下方，与外管203同心圆状地配设集管(入口法兰)209。集管209例如由不锈钢(SUS)等金属构成，形成为上端和下端开口的圆筒形状。在集管209的上端部和外管203之间，设置作为密封构件的O型圈220a。集管209受到加热器基座的支撑，使得外管203成为垂直安装的状态。
在外管203的内侧，配设构成反应容器的内管204。内管204例如由石英、SiC等耐热性材料构成，形成为上端闭塞下端开口的圆筒形状。处理容器(反应容器)主要由外管203、内管204和集管209构成。在处理容器的筒中空部(内管204的内侧)形成处理室201。
处理室201构成为能够由后述的晶圆盒217将作为基板的晶圆200以水平姿态在竖直方向上多段地排列的状态容纳。在处理室201内，以贯通集管209的侧壁和内管204的方式设置喷嘴410(第一喷嘴)、420(第二喷嘴)。喷嘴410,420分别与作为气体供给管线的气体供给管310,320连接。这样，在基板处理装置10内设置2根喷嘴410,420和2根气体供给管310,320，构成为能够向处理室201内供给多种类的气体。但本实施方式的处理炉202不限于上述方式。
在气体供给管310,320中，从上游侧开始依次分别设置作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)312,322。另外，在气体供给管310,320中，分别设置作为开关阀的阀门314,324。在气体供给管310,320的阀门314,324的下游侧，分别连接供给非活性气体的气体供给管510,520。在气体供给管510,520中，从上游侧开始依次分别设置MFC512,522和阀门514,524。
气体供给管310,320的前端部分别与喷嘴410,420连结连接。喷嘴410,420构成为L字型的喷嘴，其水平部设置为贯通集管209的侧壁和内管204。喷嘴410,420的垂直部设置在沟槽形状(沟形状)的预备室201a的内部，在预备室201a内沿着内管204的内壁向着上方(晶圆200的排列方向的上方)设置，所述预备室201a以在内管204的径向上向外突出且在竖直方向延伸的方式形成。
喷嘴410,420设置为从处理室201的下部区域延伸至处理室201的上部区域，在与晶圆200相对的位置分别设置多个气体供给孔410a,420a。由此，从喷嘴410,420的气体供给孔(开口部)410a,420a分别向晶圆200供给处理气体。
气体供给孔410a从内管204的下部至上部设置多个，分别具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。但气体供给孔410a不限于上述方式。例如，也可以从内管204的下部向着上部，开口面积渐渐增大。由此，能够使从气体供给孔410a供给的气体的流量更加均匀化。
气体供给孔420a从内管204的下部至上部设置多个，分别具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距设置。但气体供给孔420a不限于上述方式。例如，也可以从内管204的下部向着上部，开口面积渐渐增大。由此，能够使从气体供给孔420a供给的气体的流量更加均匀化。
喷嘴410,420的气体供给孔410a,420a在从后述的晶圆盒217的下部至上部的高度位置设置多个。因此，从喷嘴410,420的气体供给孔410a,420a供给至处理室201内的处理气体被供给至从晶圆盒217的下部至上部所容纳的晶圆200，即，晶圆盒217所容纳的晶圆200的全部区域。喷嘴410,420可以设置为从处理室201的下部区域延伸至上部区域，但优选设置为延伸至晶圆盒217的顶部附近。
从气体供给管310，将作为处理气体的含有金属元素的原料气体(含金属气体、原料气体)经由MFC312、阀门314、喷嘴410供给至处理室201内。作为原料，例如使用作为含有金属元素铝(Al)的含金属原料气体(含金属气体)的作为含铝原料(含Al原料气体、含Al气体)的三甲基铝(Al(CH3)3，简称：TMA)。TMA是有机系原料，是铝与烷基结合后的烷基铝。
从气体供给管320将作为处理气体的反应气体经由MFC322、阀门324、喷嘴420供给至处理室201内。作为反应气体(化学结构(分子结构)与原料气体不同的反应气体)，可以使用作为含有氧(O)且与Al反应的反应气体(反应物)的含氧气体(氧化气体、氧化剂)。作为含氧气体，例如，可以使用臭氧(O3)气体。
本实施方式中，通过将作为含金属气体的原料气体从喷嘴410的气体供给孔410a供给至处理室201内，将作为含氧气体的反应气体从喷嘴420的气体供给孔420a供给至处理室201内，从而向晶圆200的表面供给原料气体(含金属气体)和反应气体(含氧气体)，在晶圆200的表面上形成金属氧化膜。
从气体供给管510,520，将作为非活性气体的例如氮(N2)气体分别经由MFC512,522、阀门514,524、喷嘴410,420供给至处理室201内。需说明的是，以下，作为非活性气体使用N2气体为例进行说明，但作为非活性气体，除了N2气体以外，例如，开可以使用氩(Ar)气体、氦(He)气体、氖(Ne)气体、氙(Xe)气体等惰性气体。
处理气体供给系统主要由气体供给管310,320、MFC312,322、阀门314,324、喷嘴410,420构成，也可以考虑仅将喷嘴410,420作为处理气体供给系统。处理气体供给系统也可简称为气体供给系统。在从气体供给管310流入原料气体时，原料气体供给系统主要由气体供给管310、MFC312、阀门314构成，也可以考虑将喷嘴410纳入原料气体供给系统。另外，也可以将原料气体供给系统称为原料供给系统。在使用含金属原料气体来作为原料气体时，也可将原料气体供给系统称为含金属原料气体供给系统。在从气体供给管320流入反应气体时，反应气体供给系统主要由气体供给管320、MFC322、阀门324构成，也可以考虑将喷嘴420纳入反应气体供给系统。在从气体供给管320供给作为反应气体的含氧气体时，也可将反应气体供给系统称为含氧气体供给系统。另外，非活性气体供给系统主要由气体供给管510,520、MFC512,522、阀门514,524构成。也可将非活性气体供给系统称为吹扫气体供给系统、稀释气体供给系统或载流气体供给系统。
本实施方式的气体供给方法中，经由配置在由内管204的内壁和多张晶圆200的端部预定义的圆环状纵长空间内，即，圆筒状的空间内的预备室201a内的喷嘴410,420来运送气体。并且，从设置在喷嘴410,420的与晶圆相对的位置的多个气体供给孔410a,420a向内管204内喷出气体。更详细地，通过喷嘴410的气体供给孔410a、喷嘴420的气体供给孔420a，向着与晶圆200的表面平行的方向，即，水平方向，喷出原料气体等。
排气孔(排气口)204a是在内管204的侧壁上与喷嘴410,420相对的位置，即，与预备室201a成180度相反侧的位置形成的贯通孔，例如，是指竖直方向上细长地开设的狭缝状贯通孔。因此，从喷嘴410,420的气体供给孔410a,420a供给至处理室201内并在晶圆200的表面上流过的气体，即，残留的气体(残气体)经由排气孔204a流入排气路206内，所述排气路206由在内管204和外管203之间形成的间隙构成。然后，流入排气路206内的气体流入排气管231内，排出到处理炉202外。
排气孔204a设置在与晶圆200相对的多个位置(优选与晶圆盒217的上部至下部相对的位置)，从气体供给孔410a,420a供给至处理室201内的晶圆200附近的气体向着水平方向，即，与晶圆200的表面平行的方向流动后，经由排气孔204a流入排气路206内。即，在处理室201内残留的气体经由排气孔204a，相对于晶圆200的主面平行地被排气。需说明的是，排气孔204a不限于构成为狭缝状的贯通孔的情形，也可以由多个孔构成。
集管209中，设置对处理室201内的气氛进行排气的排气管231。排气管231中，从上游侧开始依次与作为检测处理室201内压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245、APC(Auto Pressure Controller，压力自动调节器)阀门243、作为真空排气装置的真空泵246连接。APC阀门243通过在真空泵246工作的状态下对阀进行开关，能够对处理室201内进行真空排气和停止真空排气，进而，通过在真空泵246工作的状态下调节阀开度，能够调整处理室201内的压力。排气系统，即排气管路主要由排气孔204a、排气路206、排气管231、APC阀门243和压力传感器245构成。需说明的是，也可考虑将真空泵246纳入排气系统。
在集管209的下方，设置作为能够将集管209的下端开口气密地闭塞的炉口盖体的密封帽219。密封帽219构成为从竖直方向下侧与集管209的下端抵接。密封帽219例如由SUS等金属构成，形成为圆盘状。在密封帽219的上表面，设置与集管209的下端抵接的作为密封构件的O型圈220b。在密封帽219的与处理室201的相反侧，设置使容纳晶圆200的晶圆盒217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封帽219而与晶圆盒217连接。旋转机构267构成为通过使晶圆盒217旋转而使晶圆200旋转。密封帽219构成为通过在反应管203的外部设置的作为升降机构的晶圆盒升降机115而在竖直方向升降。晶圆盒升降机115构成为通过使密封帽219升降而将晶圆盒217搬入处理室201内和搬出处理室201外。晶圆盒升降机115构成为将晶圆盒217和容纳在晶圆盒217内的晶圆200搬入处理室201内和搬出处理室201外的运送装置(运送机构)。
作为基板支撑件的晶圆盒217构成为能够将多张(例如25～200张)晶圆200以水平姿态且相互中心对齐的状态在竖直方向上整列地多段支撑，即，隔着间隔而排列。晶圆盒217例如由石英、SiC等耐热材料构成。在晶圆盒217的下部，例如由石英、SiC等耐热材料构成的隔热板218被多段地(未图示)支撑。通过这样的构成，使得来自加热器207的热难以传输到密封帽219侧。但是，本实施方式不限于上述方式。例如，也可以在晶圆盒217的下部不设置隔热板218，而设置作为由石英、SiC等耐热性材料构成的筒状部件而构成的隔热筒。
如图2所示，构成为：通过在内管204内设置作为温度检测器的温度传感器263，基于由温度传感器263检测的温度信息来调整对加热器207的通电量，从而能够使处理室201内的温度达到所希望的温度分布。温度传感器263与喷嘴410和420同样地构成为L字型，沿着内管204的内壁设置。
图3所示，作为控制部(控制单元)的控制器121构成为具有CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)121a、RAM(Random Access Memory，随机储存器)121b、存储装置121c和I/O接口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O接口121d构成为能够经由内部总线与CPU121a进行数据交换。控制器121与例如作为触摸面板等而构成的输入输出装置122连接。
存储装置121c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、SSD(SolidState Drive，固态硬盘)等构成。在存储装置121c内储存着控制基板处理装置的动作的控制程序，记载了后述的半导体装置的制造方法的过程、条件等的制程配方等，并能够读出。制程配方是将后述的半导体装置的制造方法中的各工序(各步骤)进行组合以使得由控制器121来执行并得到预定结果，作为程序来发挥功能。以下，也将这些制程配方、控制程序等简单地总称为程序。本说明书中在使用“程序”的术语时，有时仅为单独制程配方，有时仅为单独控制程序，有时包括制程配方和控制程序的组合。RAM121b构成为将由CPU121a读出的程序、数据等临时保存的存储区域(工作区域)。
I/O接口121d与上述MFC312,322,512,522、阀门314,324,514,524、压力传感器245、APC阀门243、真空泵246、加热器207、温度传感器263、旋转机构267、晶圆盒升降机115等连接。
CPU121a构成为从存储装置121c读出控制程序并执行，同时对应来自输入输出装置122的操作指令的输入等，从存储装置121c读出制程配方等。CPU121a还构成为按照读出的制程配方的内容，控制由MFC312,322,512,522进行的各种气体的流量调整动作、阀门314,324,514,524的开关动作、APC阀门243的开关动作和由APC阀门243进行的基于压力传感器245的的压力调整动作、基于温度传感器263的加热器207的温度调整动作、真空泵246的起动和停止、由旋转机构267进行的晶圆盒217的旋转和旋转速度调节动作、由晶圆盒升降机115进行的晶圆盒217的升降动作、晶圆200向晶圆盒217的容纳动作等。
控制器121可以通过将存储在外部存储装置(例如，磁带、软盘、硬盘等磁盘、CD、DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、存储卡等半导体存储器等)123中的上述程序安装到计算机中来构成。存储装置121c、外部存储装置123作为能够由计算机读取的记录介质而构成。以下，也将这些简单地总称为记录介质。本说明书中，记录介质有时仅包括单独的存储装置121c，有时仅包括单独的外部存储装置123，或者有时包括其二者。需说明的是，向计算机提供程序，也可以不使用外部存储装置123，而利用互联网、专线等通信方式来进行。
(2)成膜处理
作为半导体装置(设备)的制造工序的一个工序，使用图4对于在晶圆200上形成膜的工序的一例进行说明。以下的说明中，构成基板处理装置10的各部的动作由控制器121控制。
本实施方式中，具有通过将以下工序非同时地进行预定次数，从而在晶圆200上形成作为含有Al和O的膜的氧化铝膜(AlO膜)的工序：将以积载的状态容纳有作为基板的多张晶圆200的处理室201加热至预定温度，同时从喷嘴410开口的多个气体供给孔410a对处理室201内的晶圆200供给作为原料气体的TMA气体的工序，和，从喷嘴420开口的多个气体供给孔420a对处理室201内的晶圆200供给作为反应气体的O3气体供给的工序；在供给O3气体的工序中，在处理室201内的压力不稳定的状态下，将向处理室201内的O3气体的供给(反应气体供给子工序)和O3气体从处理室201内的排气(反应气体排气子工序)反复进行预定次数。
本说明书中，在使用“晶圆”的术语时，有时意味着“晶圆自身”，有时意味着“晶圆与在其表面形成的预定的层、膜等的层叠体”。本说明书中在使用“晶圆表面”的术语时，有时意味着“晶圆自身的表面”，有时意味着“在晶圆上形成的预定的层等的表面”。本说明书中在记载为“在晶圆上形成预定的层”时，有时意味着在晶圆自身表面上直接形成预定的层，有时意味着在形成于晶圆上的层等上形成预定的层。本说明书中在使用“基板”的术语时与使用“晶圆”的术语时的意思相同。
(晶圆装载和晶圆盒搭载)
将多张晶圆200装填于晶圆盒217(晶圆装载)，然后，如图1所示，容纳了多张晶圆200的晶圆盒217由晶圆盒升降机115抬升而被搬入到处理室201内(晶圆盒搭载)。在该状态下，密封帽219成为经由O型圈220b而使集管209的下端闭塞的状态。
(压力和温度调整)
由真空泵246进行真空排气，使得处理室201内，即，存在晶圆200的空间达到所希望的压力(真空度)。这时，处理室201内的压力由压力传感器245测定，并基于该测定的压力信息对APC阀门231a进行反馈控制(压力调整)。真空泵246至少在直至对晶圆200的处理结束为止的期间维持持续动作的状态。此外，由加热器207进行加热，使得处理室201内达到所希望的温度。这时，基于温度传感器263检测的温度信息对加热器207的通电量进行反馈控制，使得处理室201内达到所希望的温度分布(温度调整)。由加热器207进行的处理室201内的加热至少在直至对晶圆200的处理结束为止的期间持续进行。接着，由旋转机构267使晶圆盒217和晶圆200开始旋转。由旋转机构267进行的晶圆盒217和晶圆200的旋转，至少在直至对晶圆200的处理结束为止的期间持续进行。
[AlO膜形成工序]
接着，通过将原料气体供给步骤(供给原料气体的工序)、残留气体除去步骤(除去残留气体的工序)、反应气体供给步骤(供给反应气体的工序)、残留气体除去步骤(除去残量气体的工序)依次非同时地进行预定次数(n次)，进行形成AlO膜的步骤(形成AlO膜的工序)。在反应气体供给步骤中，将反应气体供给子步骤(反应气体供给子工序)和残留气体除去子步骤(反应气体排气子工序)依次反复进行预定次数(m次)。
图5中显示AlO膜形成工序的1个循环。
(TMA气体供给步骤(步骤S10))
打开阀门314，在气体供给管310内流入作为原料气体的TMA气体。TMA气体由MFC312调整流量，从喷嘴410的气体供给孔410a供给至处理室201内，从排气管231进行排气。这时，成为对于晶圆200供给TMA气体的状态。与此同时，可以打开阀门514，在气体供给管510内流入N2气体等非活性气体。在气体供给管510内流动的N2气体由MFC512调整流量，与TMA气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。需说明的是，这时，为了防止TMA气体的侵入至喷嘴420内，可以打开阀门524打开，在气体供给管520内流入N2气体。N2气体经由气体供给管320、喷嘴420供给至处理室201内，从排气管231进行排气。
这时，适当调整APC阀门243，使处理室201内的压力例如为1～1000Pa、优选为1～100Pa、更优选为10～50Pa范围内的压力。通过使处理室201内的压力为1000Pa以下，能够适合地进行后述的残留气体的除去，同时，能够抑制TMA气体在喷嘴410内自身分解而堆积在喷嘴410的内壁。通过使处理室201内的压力为1Pa以上，能够提高在晶圆200表面上的TMA气体的反应速度，能够得到实用的成膜速度。需说明的是，本说明书中，关于数值的范围，在记载为例如1～1000Pa时，表示1Pa以上1000Pa以下的意思。即，数值的范围内包括1Pa和1000Pa。不仅压力，流量、时间、温度等在本说明书中记载的全部数值均是如此。
由MFC312控制的TMA气体的供给流量例如为10～2000sccm、优选为50～1000sccm、更优选为100～500sccm范围内的流量。通过使流量为2000sccm以下，能够适合地进行后述的残留气体的除去，同时，能够抑制TMA气体在喷嘴410内自身分解而堆积在喷嘴410的内壁。通过使流量为10sccm以上，能够提高在晶圆200表面上的TMA气体的反应速度，能够得到实用的成膜速度。
由MFC512控制的N2气体的供给流量例如为1～30slm、优选为1～20slm、更优选为1～10slm范围内的流量。
对于晶圆200供给TMA气体的时间例如为1～60秒、优选为1～20秒、更优选为2～15秒的范围内。
加热器207进行加热，使得晶圆200的温度例如为200～600℃、优选为400～550℃、更优选为450～550℃的范围内。通过使温度为600℃以下，能够在抑制TMA气体的过度热分解的同时适当地获得成膜速度，抑制杂质进入到膜内而提高电阻率的情况。需说明的是，TMA气体的热分解在与该处理接近的条件下在450℃左右开始，因此在加热到550℃以下的温度的处理室201内使用本公开会更有效。另一方面，通过使温度为400℃以上，能够提高反应性，高效地形成膜。
通过在上述条件下对于处理室201内的晶圆200供给TMA气体，在晶圆200的最外表面形成含Al层。含Al层除了Al层之外，还可含有C和H。含Al层是通过在晶圆200的最外表面，TMA进行物理吸附，或者TMA的一部分分解而成的物质进行化学吸附，或者由TMA热分解而Al堆积等而形成的。即，含Al层可以是TMA、TMA的一部分分解而成的物质的吸附层(物理吸附层、化学吸附层)，也可以是Al的堆积层(Al层)。
(残留气体除去步骤(步骤S11))
在形成含Al层后，关闭阀门314，停止供给TMA气体。这时，APC阀门243维持打开的状态，由真空泵246进行处理室201内的真空排气，将处理室201内残留的未反应的或贡献于含Al层形成后的TMA气体从处理室201内排除。在阀门514,524打开的状态下，维持向处理室201内供给N2气体。N2气体作为吹扫气体发挥作用，能够提高将处理室201内残留的未反应的或贡献于含Al层形成后的TMA气体从处理室201内排除的效果。需说明的是，来自阀门514,524的N2气体在残留气体除去步骤期间，可以持续流动，也可以间歇地(脉冲地)供给。
这时，也可以不将处理室201内的残留气体完全排除，也可以不对处理室201内进行完全吹扫。只要处理室201内的残留气体为微量，就几乎不会对之后进行的步骤产生不良影响。供给至处理室201内的非活性气体的流量也不必为大流量，例如，通过供给与外管203(处理室201)的容积同等程度的量，就能够进行对之后的步骤几乎不产生不良影响的程度的吹扫。这样，通过不对处理室201内进行完全吹扫，能够缩短吹扫时间，提高生产率(throughput)。另外，能够将非活性气体的消耗抑制在必要的最小限度。
接下来，在供给反应气体的工序(反应气体供给步骤)中，反复进行反应气体供给子步骤(步骤S12)和残留气体除去子步骤(步骤S13)。
(反应气体供给子步骤(步骤S12))
在将处理室201内的残留气体除去后，打开阀门324，在气体供给管320内流入作为反应气体的O3气体。O3气体由MFC322调整流量，从喷嘴420的气体供给孔420a供给至处理室201内的晶圆200，从排气管231进行排气。即，晶圆200暴露于O3气体。这时，也可以打开阀门524，在气体供给管520内流入N2气体。N2气体由MFC522调整流量，与O3气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。这时，为防止O3气体的侵入至喷嘴410内(防止逆流)，也可以打开阀门514，在气体供给管510内流入N2气体。N2气体经由气体供给管510、喷嘴410供给至处理室201内，从排气管231进行排气。
这时，在处理室201内的压力不稳定化的状态下，对于处理室201内的晶圆200供给O3气体。对于晶圆200供给O3气体的时间(O3气体供给时间)例如优选为0.01～5秒，更优选为0.01～3秒。如果O3气体供给时间小于0.01秒，则O3气体仅绕到晶圆200的边缘，到达晶圆200中央的O3气体的供给量不足。另外，如果O3气体供给时间超过5秒，则O3气体的供给时间变长，而且为了将处理室201内的压力下降至预定压力而花费时间，生产率下降。通过使对于晶圆200供给O3气体的时间为0.01秒以上5秒以下，能够抑制O3气体绕到晶圆200的边缘，并且能在处理室201内的压力稳定化之前，进行下一次工序的残留气体除去子步骤，从而能够缩短降低处理室201内压力前的时间，实现生产率的提高。由MFC322控制的O3气体的供给流量例如为5～40slm、优选为5～30slm、更优选为10～20slm范围内的流量。其他处理条件是与上述原料气体供给步骤同样的处理条件。
O3气体与在原料气体供给步骤中形成于晶圆200上的含Al层的至少一部分反应。含Al层被氧化，形成作为金属氧化层的含有Al和O的氧化铝层(AlO层)。即，将含Al层改性为AlO层。
(残留气体除去子步骤(步骤S13))
在判断为反应气体供给子步骤进行了预定次数(m次)之前，接下来关闭阀门324，停止供给O3气体。这时，APC阀门243维持打开的状态，由真空泵246进行处理室201内的真空排气，将处理室201内残留的未反应的或贡献于含Al层形成后的O3气体从处理室201内排除，对处理室201内进行减压。这时，也可以不将处理室201内残留的气体等完全排除，这一点与原料气体供给步骤后的残留气体除去步骤同样。
由真空泵246对处理室201内进行真空排气的时间(真空排气时间)例如优选为0.05～9秒，更优选为0.5～5秒。真空排气时间如果小于0.05秒，则不能将处理室201内的压力充分降低至预定压力，另外，如果超过9秒，则真空排气的时间过长，生产率会下降。需说明的是，通过使真空排气时间为0.05～9秒，更优选为0.5～5秒，能够在短时间使处理室201内的压力充分降低，不会使真空排气的时间过长，能够抑制生产率的下降。
对于晶圆200供给上述O3气体的时间(供给时间)与由真空泵246对处理室201内进行真空排气的时间(排气时间)的比例(供给时间：排气时间)优选为1：2～1：5的范围内。通过使供给时间：排气时间为1：5以下，不会使排气时间过长，能够抑制生产率的下降。
将上述反应气体供给子步骤(反应气体供给工序)和残留气体除去子步骤(反应气体排气工序)依次重复，判断为进行了预定次数(m次)的反应气体供给子步骤后，进行之后的残留气体除去步骤(步骤S14)。
另外，在进行预定次数(m次，图5中为6次)的反应气体供给子步骤中，如图5所示，在处理室201内的压力不稳定化而上升的状态下，向处理室201内供给O3气体，在处理室201内的压力固定化之前停止向处理室201内供给O3气体。需说明的是，图5中的双点划线表示如以往的半导体装置的制造方法那样在处理室201内的压力稳定化后也对处理室201内供给O3气体的情形时的压力。
接下来，在图6中显示在对处理室201内供给了O3气体时，处理室201内的压力(Fumace Pressure)、喷嘴420内的压力(Nozzle Inside Pressure)和处理室201内的O3气体流速(Gas Velocity)与向处理室201内供给O3气体的时间的关系。如图6所示，在刚刚开始向处理室2 01内供给O3气体后，喷嘴420内的压力与处理室201内的压力的压力差变大，处理室201内的O3气体的流速也变大。随着供给O3气体的时间的经过，处理室201内的O3气体的流速也下降，处理室201内的压力变得固定，从而，处理室201内的O3气体的流速也变得固定。
本实施方式中，在反应气体供给子步骤中，在处理室201内的压力未稳定化的状态下，供给O3气体，在处理室201内的压力固定化之前，停止向处理室201内供给O3气体。例如，以如图6所示的A的范围，进行O3气体的供给和停止。并且，分别反复进行上述的反应气体供给子步骤和残留气体除去子步骤。另一方面，在以往的半导体装置的制造方法中，在处理室201内的压力固定化后也对处理室201内供给O3气体，经过预定时间后停止向处理室201内供给O3气体。例如，以图6所示的B的范围，进行O3气体的供给和停止。因此，本实施方式中，与以往的半导体装置的制造方法相比，能够提高每1循环中O3气体的平均流速，因而更多的O3气体到达处理室201内容纳的晶圆200表面的中央部。由此，能够进一步减小晶圆200表面的端部与中央部的膜厚之差，从而能够提高在晶圆200上形成的AlO膜的面内膜厚均匀性。
(残留气体除去步骤(步骤S14))
在形成AlO层后，关闭阀门324，停止供给O3气体。并且，按照与原料气体供给步骤后的残留气体除去步骤同样的处理过程，将处理室201内残留的未反应的或贡献于AlO层形成后的O3气体、反应副生成物从处理室201内排除。这时，可以不将处理室201内残留的气体等完全排除，这一点与原料气体供给步骤后的残留气体除去步骤同样。
〔实施预定次数〕
通过将依次进行上述原料气体供给步骤、残留气体除去步骤、反应气体供给步骤和残留气体除去步骤的循环进行1次以上(预定次数：n次)，在晶圆200上形成AlO膜。该循环的次数对应于最终要形成的AlO膜的必要膜厚来适当选择，优选该循环反复进行多次。AlO膜的厚度(膜厚)例如设为3～150nm，优选设为40～100nm，更优选设为60～80nm。通过设为150nm以下，能够降低表面粗糙度，通过设为3nm以上，能够抑制因与基底膜的应力差所引起的膜剥落的发生。
(后吹扫和大气压复原)
在成膜步骤结束后，打开阀门514,524，分别从气体供给管310,320向处理室201内供给N2气体，从排气管231进行排气。N2气体作为吹扫气体发挥作用，将处理室201内的残留气体、副生成物从处理室201内除去(后吹扫)。然后，将处理室201内的气氛置换为N2气体(N2气体置换)，将处理室201内的压力复原为常压(大气压复原)。
(晶圆盒拆卸和晶圆卸载)
然后，由晶圆盒升降机115使密封帽219降下，打开集管209的下端，并将处理完毕的晶圆200以被晶圆盒217支撑的状态从集管209的下端搬出到外管203的外部(晶圆盒拆卸)。然后，将处理完毕的晶圆200搬出到外管203的外部后，从晶圆盒217中取出(晶圆卸载)。
上述实施方式中，在供给反应气体的步骤中，在处理室内的压力未稳定化的状态下，将对于处理室内的基板供给反应气体的反应气体供给子步骤和对处理室内的反应气体进行排气的反应气体排气子步骤反复进行预定次数。由此，由于处理室内的压力不是稳定的平衡状态，因此能够向处理室内的基板供给流速大的反应气体。进而，在处理室内的压力未稳定化的状态下，分割反应气体的供给且反复进行。其结果是，与以往的半导体装置的制造方法相比，能够增大每1循环的反应气体的平均流速，因而更多的反应气体到达处理室内的基板表面的中央部。由此，能够进一步减小基板表面的端部与中央部的膜厚之差，提高基板上形成的膜的面内膜厚均匀性。
例如，上述实施方式中，作为含Al气体以使用TMA气体为例进行了说明，但不限于此，例如，也可以使用氯化铝(AlCl3)等。作为含O气体，以使用O3气体为例进行了说明，但不限于此，例如，也可以使用氧(O2)、水(H2O)、过氧化氢(H2O2)、O2等离子体与氢(H2)等离子体的组合等。作为非活性气体，以使用N2气体为例进行了说明，但不限于此，例如，也可以使用Ar气体、He气体、Ne气体、Xe气体等惰性气体。
另外，上述实施方式中，以在基板上形成AlO膜为例进行了说明。但本公开不限于该方式。例如，对于在处理温度下在喷嘴内自己分解而在喷嘴内壁附着为堆积物且堆积物在成膜循环内会剥落这样的具有密合性的膜种，也是有效的。另外，对于在供给原料气体时，同时使用由非活性气体等稀释的原料气体来形成膜的膜种，也可使用，例如，也能适用于作为含有钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、钼(Mo)、钨(W)、钇(Y)、La(镧)、锶(Sr)、硅(Si)的膜的含有这些元素的至少1种的氮化膜、碳氮化膜、氧化膜、碳氧化膜、氮氧化膜、碳氮氧化膜、硼氮化膜、硼碳氮化膜、金属元素单质膜等。
用于成膜处理的配方(记载着处理过程、处理条件等的程序)优选根据处理内容(要形成或要除去的膜的种类、组成比、膜质、膜厚、处理过程、处理条件等)分别单独准备，经由通信电路、外部存储装置123而安装在存储装置121c内。而且，优选在开始处理时，CPU121a从储存在存储装置121c内的多个配方中根据处理内容适宜选择合适的配方。由此，能够由1台基板处理装置再现性良好地形成各种各样的膜种、组成比、膜质、膜厚的膜，在各自的场合能够进行合适的处理。此外，能够降低操作者的负担(输入处理过程、处理条件等的负担等)，避免操作失误，并能快速地开始处理。
上述配方不限于新制作的情形，例如，也可以通过变更已经安装于基板处理装置的现有配方来准备。在变更配方时，也可以将变更后的配方经由通信电路、记录该配方的记录介质安装于基板处理装置。另外，也可以操作现有的基板处理装置所具有的输入输出装置122，直接变更已在基板处理装置中安装的现有配方。
另外，上述实施方式、变形例等可以适当组合来使用。另外，此时的处理过程、处理条件可以与上述实施方式、变形例等的处理过程、处理条件相同。
另外，关于本说明书中记载的全部文献、专利申请和技术标准，各文献、专利申请和技术标准通过参考而被引入的情形与具体地各自被记载时相同程度地，通过参考而引入本说明书中。
符号说明
10：基板处理装置，
121：控制器，
200：晶圆(基板)，
201：处理室，
410：喷嘴(第一喷嘴)，
420：喷嘴(第二喷嘴)。

Claims (15)

1.一种半导体装置的制造方法，具有通过将以下工序非同时地进行预定次数从而在基板上形成膜的工序：对于处理室内的所述基板供给原料气体的工序和对于所述处理室内的所述基板供给分子结构与所述原料气体不同的反应气体的工序，
在供给所述反应气体的工序中，将对于所述处理室内的所述基板供给所述反应气体的工序、在所述处理室内的压力固定化之前停止所述反应气体的供给的工序和从所述处理室内将所述反应气体排气的工序反复进行预定次数。
2.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述反应气体的供给中，以0.01秒以上5秒以下的范围向所述处理室内供给所述反应气体。
3.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述反应气体的排气中，以0.05秒以上9秒以下的范围对所述处理室内进行排气。
4.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
供给所述反应气体的时间与对处理室内进行排气的时间的比例设为1：2～1：5的比例。
5.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在供给所述反应气体的工序中，存在供给所述反应气体的喷嘴内的压力与所述处理室内的压力的压力差。
6.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述原料气体是含金属气体，所述反应气体是含氧气体。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述原料气体是含有铝的含金属气体。
8.一种基板处理装置，具有：
处理基板的处理室，
原料气体供给系统，其对于所述处理室内的所述基板供给原料气体，
反应气体供给系统，其对于所述处理室内的所述基板供给分子结构与所述原料气体不同的反应气体，
对所述处理室内进行排气的排气系统，和
控制部，其构成为能够控制所述原料气体供给系统、所述反应气体供给系统和所述排气系统以进行通过将对于所述处理室内的所述基板供给所述原料气体的处理和对于所述处理室内的所述基板供给所述反应气体的处理非同时地进行预定次数从而在所述基板上形成膜的处理，并且，在供给所述反应气体的处理中，将对于所述处理室内的所述基板供给所述反应气体的处理、在所述处理室内的压力固定化之前停止所述反应气体的供给的处理和从所述处理室内将所述反应气体排气的处理反复进行预定次数。
9.如权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为能够控制所述反应气体供给系统，以在所述反应气体的供给中以0.01秒以上5秒以下的范围向所述处理室内供给所述反应气体。
10.如权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为能够控制所述排气系统，以在所述反应气体的排气中以0.05秒以上9秒以下的范围对所述处理室内进行排气。
11.如权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述控制部构成为能够控制所述反应气体供给系统和所述排气系统，以使得供给所述反应气体的时间与对所述处理室内进行排气的时间的比例为1：2～1：5的比例。
12.如权利要求8所述的基板处理装置，其中，
在供给所述反应气体的处理中，存在设置于所述反应气体供给系统的喷嘴内的压力与所述处理室内的压力的压力差。
13.如权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述原料气体是含金属气体，所述反应气体是含氧气体。
14.如权利要求13所述的基板处理装置，其中，
所述原料气体是含有铝的含金属气体。
15.一种计算机可读的记录介质，其记录有通过计算机使基板处理装置执行如下过程的程序：
通过将对于所述基板处理装置的处理室内的基板供给原料气体的过程和对于所述处理室内的所述基板供给分子结构与所述原料气体不同的反应气体的过程非同时地进行预定次数从而在所述基板上形成膜的过程，和
在供给所述反应气体的过程中，将对于所述处理室内的基板供给所述反应气体的过程、在所述处理室内的压力固定化之前停止所述反应气体的供给的过程和从所述处理室内将所述反应气体排气的过程反复进行预定次数的过程。
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