CN117758231A - 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 - Google Patents

衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 Download PDF

Info

Publication number
CN117758231A
CN117758231A CN202311118591.8A CN202311118591A CN117758231A CN 117758231 A CN117758231 A CN 117758231A CN 202311118591 A CN202311118591 A CN 202311118591A CN 117758231 A CN117758231 A CN 117758231A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
temperature
substrate
container
processing container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311118591.8A
Other languages
English (en)
Inventor
栗林幸永
山本薰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Electric Corp filed Critical Kokusai Electric Corp
Publication of CN117758231A publication Critical patent/CN117758231A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32051—Deposition of metallic or metal-silicide layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
    • C23C16/0218—Pretreatment of the material to be coated by heating in a reactive atmosphere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14—Deposition of only one other metal element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45546—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus specially adapted for a substrate stack in the ALD reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02697—Forming conducting materials on a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber vertical transfer of a batch of workpieces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明涉及衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。课题在于提供能改善金属膜的电特性的技术。根据本发明的一个方式，提供一种技术，其包括：(a)向搬入温度的处理容器内搬入衬底的工序；(b)使所述处理容器内成为成膜温度的工序；(c)向所述处理容器内供给处理气体以在所述衬底的表面形成金属膜的工序；(d)使所述处理容器内成为低于所述搬入温度的搬出温度的工序；(e)将所述衬底从所述处理容器内搬出的工序。

Description

衬底处理方法、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
本发明是适用于衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质的有效技术。
背景技术
作为3维结构的NAND型闪存的字线使用了金属膜。此外，作为金属膜，有时使用例如含有钼(Mo)的含Mo膜(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2022-064549号
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在衬底上形成金属膜时，根据将衬底从处理室搬出时的温度不同，有时金属膜的电阻(或电阻率)变高。
本发明提供一种能改善金属膜的电特性的技术。
用于解决课题的手段
根据本发明中的代表性的一个方式，可提供一种技术，其包括：(a)向搬入温度的处理容器内搬入衬底的工序；(b)使所述处理容器内成为成膜温度的工序；(c)向所述处理容器内供给处理气体，在所述衬底的表面形成金属膜的工序；(d)使所述处理容器内成为低于所述搬入温度的搬出温度的工序；(e)将所述衬底从所述处理容器内搬出的工序。
发明的效果
本发明提供一种能改善金属膜的电特性的技术。
附图说明
[图1]图1为示出本发明的一实施方式中的衬底处理装置的概略的纵向剖视图。
[图2]图2为本发明的一实施方式中的衬底处理装置的控制器的概略构成图，且为用框图示出控制器的控制系统的图。
[图3]图3为说明本发明的衬底处理方法的工序的第1例涉及的半导体器件的制造方法的流程图。
[图4]图4为说明本发明的衬底处理方法的工序的第2例涉及的半导体器件的制造方法的流程图。
附图标记说明
10：衬底处理装置
200：衬底(晶片)
204：处理容器(内管)
115：搬入搬出机构(晶舟升降机)
300：处理气体供给系统
具体实施方式
以下，使用附图进行说明。其中，在以下的说明中，有时对同一构成要素附以同一附图标记并省略重复的说明。需要说明的是，就附图而言，为了使说明更明确，与实际方式相比，有时示意性地进行表示，但这只不过是一例，并不限定本发明的解释。此外，在以下的说明中使用的附图都是示意性的，附图所示的各要素的尺寸关系、各要素的比率等有时并不一定与实际情况一致。此外，在多个附图的相互之间，各要素的尺寸关系、各要素的比率等有时也并不一定一致。
(1)衬底处理装置的构成
衬底处理装置10具备设置有作为加热单元(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，通过被支承于作为保持板的加热器底座(未图示)而被垂直地安装。
在加热器207的内侧与加热器207呈同心圆状地配设有构成反应容器(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，并形成为上端闭塞而下端开口的圆筒形状。在外管203的下方，与外管203同心圆状地配设有歧管(入口凸缘)209。歧管209由例如不锈钢(SUS)等金属构成，并形成为上端及下端开口的圆筒形状。在歧管209的上端部与外管203之间设有作为密封部件的O型圈220a。歧管209被支承于加热器底座，由此成为外管203被垂直地安装的状态。
在外管203的内侧配设有构成处理容器的内管204。内管204由例如石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，并形成为上端闭塞而下端开口的圆筒形状。处理容器主要由外管203、内管204和歧管209构成。在处理容器的筒中空部(内管204的内侧)形成有处理室201。
处理室201构成为能够通过后述的晶舟217而以水平姿态且以在铅垂方向上排列多层的状态收容作为衬底的晶片200。
在处理室201内，以贯穿歧管209的侧壁及内管204的方式设有喷嘴410、420。在喷嘴410、420上，分别连接有气体供给管310、320。但是，本实施方式的处理炉202并不限定于上述方式。
在气体供给管310、320上，从上游侧起依次分别设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)312、322。此外，在气体供给管310、320上，分别设有作为开闭阀的阀314、324。在气体供给管310、320的阀314、324的下游侧分别连接有供给非活性气体的气体供给管510、520。在气体供给管510、520上，从上游侧起依次分别设有作为流量控制器(流量控制部)的MFC512、522及作为开闭阀的阀514、524。
在气体供给管310、320的前端部分别连结并连接有喷嘴410、420。喷嘴410、420构成为L字型的喷嘴，其水平部以贯穿歧管209的侧壁及内管204的方式而被设置。喷嘴410、420的垂直部被设置于向内管204的径向向外突出且以沿铅垂方向延伸的方式形成的通道形状(槽形状)的预备室201a的内部，并在预备室201a内沿着内管204的内壁朝向上方(晶片200的排列方向上方)而设置。
喷嘴410、420以从处理室201的下部区域延伸至处理室201的上部区域方式设置，在与晶片200相对的位置分别设有多个气体供给孔410a、420a。由此，从喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a分别向晶片200供给处理气体。该气体供给孔410a、420a遍及内管204的下部至上部而设有多个，各自具有相同的开口面积，并且以相同的开口间距设置。但是，气体供给孔410a、420a并不限定于上述方式。例如，也可以从内管204的下部朝向上部逐渐增大开口面积。由此，能使从气体供给孔410a、420a被供给的气体的流量进一步均匀化。
喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a在后述的晶舟217的下部至上部的高度的位置设置有多个。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收容于晶舟217的下部至上部的晶片200的全部区域。喷嘴410、420以从处理室201的下部区域延伸至上部区域的方式设置即可，但优选以延伸至晶舟217的顶部附近的方式设置。
作为处理气体，从气体供给管310经由MFC312、阀314、喷嘴410向处理室201内供给原料气体。
作为处理气体，从气体供给管320经由MFC322、阀324、喷嘴420向处理室201内供给还原气体。
从气体供给管510、520分别经由MFC512、522、阀514、524、喷嘴410、420向处理室201内供给非活性气体。此外，非活性气体也能够称为载气。
主要由气体供给管310、320、MFC312、322、阀314、324构成处理气体供给系统300。此外，也可以考虑将喷嘴410、420包含于处理气体供给系统300。处理气体供给系统300也可以简称为气体供给系统。从气体供给管310流出含Mo气体时，主要由气体供给管310、MFC312、阀314构成含Mo气体供给系统。此外，也可以考虑将喷嘴410包含于含Mo气体供给系统。此外，在从气体供给管320流过还原气体的情况下，主要由气体供给管320、MFC322、阀324构成还原气体供给系统。此外，也可以考虑将喷嘴420包含于还原气体供给系统。此外，主要由气体供给管510、520、MFC512、522、阀514、524构成非活性气体供给系统。
从气体供给管330经由MFC332、阀334、喷嘴420向处理室201内供给高导热气体。主要由气体供给管330、MFC332、阀334构成高导热气体供给系统。此外，也可以考虑将喷嘴420包含于高导热气体供给系统。此外，也可以考虑将气体供给管330、MFC332、阀334包含于处理气体供给系统300。
此外，在从气体供给管320流过作为还原气体的具有还原性的高导热气体的情况下，也可以省略气体供给管330、MFC332、阀334。在该情况下，主要由气体供给管320、MFC322、阀324构成还原气体供给系统是可以的、构成高导热气体供给系统是可以的、构成具有还原性的高导热气体供给系统也是可以的。此外，也可以考虑将喷嘴420包含于还原性气体供给系统、或高导热气体供给系统、具有还原性的高导热气体供给系统。通过使用具有还原性的高导热气体，与分别供给还原气体和高导热气体的情况相比，能够简化供给系统。
本实施方式中的气体供给的方法中，经由配置在由内管204的内壁和多张晶片200的端部定义的圆环状的纵长的空间内的预备室201a内的喷嘴410、420而搬送气体。此外，从被设置于喷嘴410、420的与晶片相对的位置的多个气体供给孔410a、420a向内管204内喷出气体。更详细而言，通过喷嘴410的气体供给孔410a、喷嘴420的气体供给孔420a，朝向与晶片200的表面平行的方向喷出处理气体等。
排气孔(排气口)204a是在内管204的侧壁且与喷嘴410、420相对的位置形成的贯通孔，例如是在铅垂方向上细长地开设出的狭缝状的贯通孔。从喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a供给到处理室201内、并在晶片200的表面上流过的气体经由排气孔204a而流至由形成于内管204与外管203之间的间隙所构成的排气路206内。然后，流向排气路206内的气体流入排气管231内，并被排出至处理炉202外。
排气孔204a被设置在与多个晶片200相对的位置，从气体供给孔410a、420a被供给至处理室201内的晶片200的附近的气体在朝向水平方向流动后，经由排气孔204a而流至排气路206内。排气孔204a不限于构成为狭缝状的贯通孔的情况，也可以由多个孔构成。
在歧管209上设有对处理室201内的气氛进行排气的排气管231。在排气管231上，从上游侧起依次连接有对处理室201内的压力进行检测的作为压力检测器(压力检测部)的压力传感器245、APC(Auto Pressure Controller，自动压力控制器)阀243、作为真空排气装置的真空泵246。APC阀243在使真空泵246工作的状态下将阀开闭，由此能够进行处理室201内的真空排气及真空排气停止，进而在使真空泵246工作的状态下调节阀开度，从而能够调节处理室201内的压力。主要由排气孔204a、排气路206、排气管231、APC阀243及压力传感器245构成排气系统。也可以考虑将真空泵246包含于排气系统。
在歧管209的下方设有能气密地闭塞歧管209的下端开口的作为炉口盖体的密封盖219。密封盖219构成为从铅垂方向下侧与歧管209的下端抵接。密封盖219由例如SUS等金属构成，并形成为圆盘状。在密封盖219的上表面，设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220b。在密封盖219中的与处理室201呈相反侧设置有使收容晶片200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而与晶舟217连接。旋转机构267以通过使晶舟217旋转而使晶片200旋转的方式构成。密封盖219以利用垂直地设置于外管203的外部的作为搬入搬出机构(升降机构)的晶舟升降机115而在铅垂方向上升降的方式构成。晶舟升降机115以通过使密封盖219升降、从而能将晶舟217向处理室201内搬入及向处理室201外搬出的方式构成。晶舟升降机115构成为将晶舟217及被收容于晶舟217的晶片200向处理室201内外搬送的搬送装置(搬送系统)。
作为衬底支承件的晶舟217以使多张、例如25张～200张晶片200在以水平姿态且彼此对齐中心的状态下在铅垂方向上隔开间隔地排列的方式构成。晶舟217由例如石英、SiC等耐热性材料构成。在晶舟217的下部，由例如石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218以水平姿态被多层(未图示)地支承。利用该构成，来自加热器207的热不易传导至密封盖219侧。但是，本实施方式不限于上述方式。例如，也可以在晶舟217的下部不设置隔热板218，而设置由石英、SiC等耐热性材料构成的作为筒状的部件而构成的隔热筒。
需要说明的是，本发明中的“25张～200张”这样的数值范围的表述是指下限值及上限值包含在该范围内。因此，例如，“25张～200张”是指“25张以上200张以下”。对于其他数值范围也是同样的。
在内管204内设置有作为温度检测器的温度传感器263，并构成为基于通过温度传感器263检测到的温度信息来调节对加热器207的通电量，从而处理室201内的温度成为所期望的温度分布。使温度传感器263与喷嘴410、420同样地构成为L字型，并沿着内管204的内壁而设置。
如图2所示，作为控制部(控制单元)的控制器121构成为具备CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)121a、RAM(Random Access Memory，随机存储器)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d构成为能经由内部总线而与CPU121a进行数据交换。控制器121中连接有例如构成为触摸面板等的输入输出装置122。
存储装置121c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等构成。在存储装置121c内可读取地存储有对衬底处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的半导体器件的制造方法的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是以能够使控制器121执行后述的半导体器件的制造方法中的各工序(各步骤)、并得到规定的结果的方式被组合而成的，作为程序发挥功能。以下，也将该工艺制程、控制程序等统称地简称为程序。本说明书中使用程序这样的用语的情况存在仅单独包含工艺制程的情况、仅包含控制程序的情况、或包含工艺制程及控制程序的组合的情况。RAM121b构成为暂时保持由CPU121a读取到的程序、数据等的存储区域(工作区)。
I/O端口121d与上述MFC312、322、332、512、522、阀314、324、334、514、524、压力传感器245、APC阀243、真空泵246、加热器207、温度传感器263、旋转机构267、晶舟升降机115等连接。
CPU121a以下述方式构成：从存储装置121c读取控制程序并执行，并根据来自输入输出装置122的操作指令的输入等而从存储装置121c读取制程等。CPU121a构成为按照读取到的制程的内容来控制以下动作：利用MFC312、322、512、522进行的各种气体的流量调节动作；阀314、324、514、524的开闭动作；APC阀243的开闭动作及利用APC阀243进行的基于压力传感器245的压力调节动作；基于温度传感器263的加热器207的温度调节动作；真空泵246的起动及停止；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；向晶舟217的晶片200的收容动作；等等。
控制器121能够通过将存储于外部存储装置(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)123的上述程序安装于计算机而构成。存储装置121c、外部存储装置123构成为计算机可读取的记录介质。以下，也将它们统称地简称为记录介质。本说明书中，记录介质存在仅包含存储装置121c的情况、仅包含外部存储装置123的情况、或包含这两者的情况。程序向计算机的提供也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来进行。
(2)衬底处理工序
(衬底处理方法的工序的第1例)
作为半导体器件(device)的制造工序的一个工序，使用图3对在形成有金属绝缘膜、即作为金属氧化膜的氧化铝膜(Al2O3膜，以下也称为AlO膜)的晶片200上形成金属膜、即作为含过渡金属元素的膜、且为含第6族元素的膜的含有钼(Mo)的含Mo膜的衬底处理方法的工序的一例进行说明。图3中，纵轴表示温度、横轴表示时间。使用上述的衬底处理装置10的处理炉202来执行形成含Mo膜的工序。在以下说明中，构成衬底处理装置10的各部分的动作由控制器121来控制。
基于本实施方式的衬底处理工序(半导体器件的制造工序)包括例如：
(a)向搬入温度(T1)的处理容器内即处理室201搬入晶片200的工序(搬入工序)；
(b)使处理室201成为成膜温度(T2)的工序(第1调温工序)；
(c)向处理室201内供给处理气体，在晶片200的表面形成金属膜(成膜工序)的工序；
(d)使处理室201内成为低于搬入温度(T1)的搬出温度(T3)的工序(降温工序)；和
(e)将晶片200从处理室201内搬出的工序(搬出工序)。
在本说明书中使用“晶片”这样的用语的情况下，有时是指“晶片本身”，有时是指“晶片与形成于其表面的规定的层、膜等的层叠体”。在本说明书中使用“晶片的表面”这样的用语的情况下，有时是指“晶片本身的表面”，有时是指“形成于晶片上的规定的层、膜等的表面”。在本说明书中记载为“在晶片上形成规定的层”的情况下，有时是指在晶片本身的表面上直接形成规定的层，有时是指在形成于晶片上的层等之上形成规定的层。在本说明书中使用“衬底”这样的用语的情况下，也与使用“晶片”这样的用语的情况同义。
本说明书中的所谓“处理温度”是指晶片200的温度或处理室201(处理容器)内的温度，所谓“处理压力”是指处理室201内的压力。此外，所谓“处理时间”，是指持续该处理的时间。这些情况在以下的说明中也是同样的。
(a)搬入工序
当多张晶片200被装填(晶片填充)至晶舟217时，如图1所示，支承有多张晶片200的晶舟217由晶舟升降机115抬升，以被搬入处理室201内(晶舟加载)，并被收容至处理容器。在该状态下，密封盖219成为介由O型圈220而将外管203的下端开口闭塞的状态。此时，处理室201以成为搬入温度T1的方式被加热器207加热。搬入温度T1例如为150℃以上500℃以下，优选被设定为200℃以上450℃以下的方式，更优选被设定为300℃以上450℃以下。
(b)第1调温工序(第1温度调节工序)
处理室201内以成为成膜温度T2的方式被加热器207加热。此时，以使处理室201内成为所期望的温度分布的方式，基于温度传感器263所检测到的温度信息来对向加热器207的通电量进行反馈控制(温度调节、或调温)。就加热器207的温度而言，使处理室201内的温度、即晶片200的温度例如从搬入温度T1升温至成膜温度T2。成膜温度T2例如为300℃以上600℃以下，优选以成为350～550℃的方式、进一步优选以成为400～500℃的方式进行设定。此外，利用加热器207进行的处理室201内的加热至少在针对晶片200的处理结束之前的期间持续进行。
此时，可以向处理室201内供给作为含氢(H)气体的氢(H2)气体和非活性气体中的至少一种以上。例如，有时仅供给H2气体，有时仅供给非活性气体，有时供给这两者。以下，针对使用氩(Ar)气体作为非活性气体的例子进行说明。在该例子中，H2气体主要经由气体供给管320、MFC322、阀324、喷嘴420而被供给至处理室201内。此外，Ar气体主要经由气体供给管520、MFC522、阀524、喷嘴420而被供给至处理室201内。
在此，H2气体能够视为还原气体。也就是说，在第1调温工序的至少一部分中，向处理容器内供给还原气体。由此，在将晶片200的表面还原的同时能够进行调温，因此能够降低在晶片200上形成的金属膜中的杂质浓度。在此，所谓膜中的杂质，是指不包含在作为目标的膜的化学组成中的元素。在膜为金属元素单质的膜的情况下，金属元素以外的元素可成为杂质。具体而言，在Mo膜的情况下为Mo以外的元素，例如，H、氯(Cl)、氧(O)中的至少一种以上成为杂质。
此外，H2气体能够视为高导热气体。也就是说，在第1调温工序的至少一部分中，向处理容器内供给高导热气体。在向处理室201内供给高导热气体的情况下，由加热器207向处理室201内的气体传导的每单位时间的热量变大。此外，在向处理室201内供给高导热气体的情况下，由处理室201内的气体向晶片200传导的每单位时间的热量变大。由此，与不向处理室201内供给高导热气体的情况相比，处理室201内的气体的温度及晶片200的温度在短时间内上升。即，使处理室201内的调温所需要的时间缩短。
此外，H2气体能够视为具有还原性的高导热气体。也就是说，在第1调温工序的至少一部分中，向处理容器内供给具有还原性的高导热气体。由此，能够在将晶片200的表面还原的同时，在短时间内进行处理室201内的调温。
此外，在第1调温工序的至少一部分、例如第1调温工序的后半部分中，也可以逐渐增加还原气体(H2气体)的流量。处理室201内的还原气体的浓度变高，由此能够进一步促进还原反应，并且在短时间内进行处理室201内的调温。此外，在第1调温工序的至少一部分、例如第1调温工序的后半部分中，也可以逐渐增加高导热气体的流量。由此，能够防止处理室201内及晶片200的温度急剧地变化。因此，晶片200的表面上的热应力(thermal stress)降低，因而能够抑制晶片200的图案坍塌(pattern collapse)。
需要说明的是，在向处理室201内供给H2气体而进行第1调温工序时，若将处理室内201内的压力设为小于4000Pa，则有时难以得到调温时间的缩短效果，若设为4000Pa以上，则能够得到调温时间充分缩短的效果。此外，若设为6000Pa以上，则能够进一步得到调温时间的缩短效果。此外，若高于13000Pa，则有时由于H2气体将晶片200还原而生成的副产物而使晶片200被蚀刻，若设为13000Pa以下，则能够抑制由副产物导致的蚀刻。此外，若设为11000Pa以下，则能够充分地抑制由副产物导致的蚀刻。因此，处理室内201内的压力优选设为4000Pa以上13000Pa以下，进一步优选设为6000Pa以上11000Pa以下。
在第1调温工序中供给H2气的情况下，由于在升温中衬底被还原，因此根据衬底的不同，有可能由于非意图的还原反应而使每个衬底的还原量产生差异。为了抑制这样的效果，可以在第1调温工序中仅供给非活性气体，也可以仅供给不具有还原性的高导热气体，还可以供给这两者。
此外，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)的方式通过真空泵246进行真空排气。此时，处理室201内的压力由压力传感器245测定，基于该测定到的压力信息，对APC阀243进行反馈控制(压力调节)。真空泵246至少在针对晶片200的处理结束之前的期间维持始终工作的状态。
(f)成膜准备工序
接着，也可以实施向处理室201内供给高导热气体的工序(成膜准备工序)。也就是说，也可以向处理容器内供给高导热气体。作为高导热气体，例如能够利用H2气体。需要说明的是，成膜准备工序优选在第1调温工序中供给了并非高导热气体的气体的情况下进行。
在此，考虑下述情况：在第1调温工序中，在供给例如Ar气体这样的并非高导热气体的气体后，在后述的成膜工序中，将作为还原气体的具有还原性的高导热气体(例如，H2气体)向晶片200供给。在该情况下，由于在第1调温工序和成膜工序中被供给至处理室内201内的气体的导热率的差异，有时晶片200的衬底温度急剧地变化。由此，在晶片200的表面产生热应力，有时形成于晶片200的表面的图案受到损伤(产生图案坍塌)。通过进行成膜准备工序，能够减少在第1调温工序和成膜工序中被供给至处理室内201内的气体的导热率的差异。因此，能够降低如上所述的晶片200的表面中的热应力，抑制图案坍塌。
此外，在成膜准备工序的至少一部分中，也可以增加高导热气体的供给量。由此，晶片200的急剧的温度变化被抑制，热应力降低，因此能够抑制晶片200的图案坍塌。
(c)成膜工序
在成膜工序中，向处理室201内供给处理气体，在晶片200的表面形成金属膜。此时，处理室201内以成为成膜温度T2的方式被加热器207加热。成膜温度T2被设定为比搬入温度T1高的温度(T1＜T2)。成膜温度T2例如为300℃以上600℃以下的范围内的温度，优选被设定为350℃以上550℃以下的温度，更优选被设定为400℃以上500℃以下的温度。
成膜工序以包括以下说明的(c1)含金属气体供给工序、(c2)残留气体除去工序、(c3)还原气体供给工序、(c4)残留气体除去工序、以及(c5)实施规定次数工序的方式而进行。
(c1)含金属气体供给工序
打开阀314，使作为处理气体的原料气体即含金属气体流入气体供给管310内。以下，作为含金属气体，针对使用含Mo气体的例子进行说明。含Mo气体由MFC312进行流量调节，从喷嘴410的气体供给孔410a被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。此时，向晶片200供给含Mo气体。与此同时，打开阀514，向气体供给管510内流入Ar气体。在气体供给管510内流动的Ar气体由MFC512进行流量调节，与含Mo气体一起被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。此外，此时，为了防止含Mo气体向喷嘴420内的侵入，打开阀524，向气体供给管520内流入Ar气体。Ar气体介由气体供给管320、喷嘴420而被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。
此时，调节APC阀243，将处理室201内的压力例如设定为4000Pa～11000Pa范围内的压力是优选的。由MFC312控制的含金属气体的供给流量例如设为0.1～1.0slm、优选0.3～0.9slm范围内的流量。由MFC512、522控制的Ar气体的供给流量分别设为例如0.1～20slm范围内的流量。
通过含Mo气体的供给，在晶片200(作为表面的基底膜的AlO膜)上形成作为含金属层的含Mo层。含Mo层可以是包含Cl、O、H的Mo层，也可以是含Mo气体的吸附层，还可以包含上述两者。
(c2)残留气体除去工序
从开始含Mo气体的供给起经过规定时间后、例如在0.01～60秒后，关闭气体供给管310的阀314，停止含Mo气体的供给。也就是说，将含Mo气体向晶片200供给的时间设为例如0.01～60范围内的时间。此时，排气管231的APC阀243保持打开的状态，通过真空泵246将处理室201内进行真空排气。即，对处理室201内进行吹扫(purge)。此时，阀514、524保持打开的状态，维持Ar气体向处理室201内的供给。Ar气体作为吹扫气体发挥作用，能够提高将残留在处理室201内的未反应或者对含金属层形成作出了贡献后的含Mo气体从处理室201内排除的效果。
(c3)还原气体供给工序
除去处理室201内的残留气体后，打开阀324，向气体供给管320内供给作为处理气体的还原气体即H2气体。H2气体由MFC322进行流量调节，从喷嘴420的气体供给孔420a被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。此时，向晶片200供给H2气体。与此同时，打开阀524，向气体供给管520内流入Ar气体。在气体供给管520内流动的Ar气体由MFC522进行流量调节。Ar气体与H2气体一起被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。此时，为了防止H2气体向喷嘴410内的侵入，打开阀514，向气体供给管510内流入Ar气体。Ar气体介由气体供给管310、喷嘴410而被供给至处理室201内，并从排气管231被排气。
此时，调节APC阀243，将处理室201内的压力例如设为4000Pa～13000Pa范围内的压力。由MFC322控制的H2气体的供给流量例如设为1～60slm、优选15～35slm范围内的流量。由MFC512、522控制的Ar气体的供给流量分别设为例如0.1～30slm范围内的流量。将H2气体向晶片200供给的时间设为例如0.01～600秒范围内的时间。
此时，在处理室201内流动的气体仅为H2气体和Ar气体。在此，H2气体与在含金属气体供给工序中在晶片200上形成的含Mo层的至少一部进行置换反应。即，含Mo层中的O、氯与H2气体反应，并从Mo层脱离，作为水蒸气(H2O)、氯化氢(HCl)、氯(Cl2)等反应副产物而从处理室201内被排出。也就是说，由于能够使晶片200的表面、所形成的膜通过H2气体还原的同时进行成膜，因此能够降低金属膜中的杂质浓度。
需要说明的是，在将H2气体供给至处理室201内而进行成膜工序时，若使处理室内201内的压力小于4000Pa，则有时难以得到由H2气体引起的晶片200及金属膜的还原所带来的降低杂质浓度的效果，若设为4000Pa以上，则能够得到由还原带来的效果。若设为6000Pa以上，则能够充分地得到由还原带来的效果。此外，若使处理室内201内的压力高于13000Pa，则有时由于H2气体将晶片200还原时所生成的副产物而使晶片200被蚀刻，若设为13000Pa以下，则能够抑制由副产物引起的蚀刻。若设为11000Pa以下，则能够充分地抑制由副产物引起的蚀刻。因此，处理室内201内的压力设为4000Pa以上13000Pa以下是优选的，设为6000Pa以上11000Pa以下是进一步优选的。
(c4)残留气体除去工序
形成金属层后，关闭阀324，停止H2气体的供给。然后，利用与上述步骤(c2：残留气体除去)同样的处理步骤，残留于处理室201内的未反应或者对金属层的形成作出了贡献后的H2气体、反应副产物从处理室201内排除。即，对处理室201内进行吹扫。
(c5)实施规定次数工序
将依次进行上述(c1)～(c4)步骤(工序)的循环进行规定次数(n次，n为1以上的整数)，从而在晶片200上形成规定厚度(例如0.5～40.0nm)的含金属膜。优选上述循环重复多次。此外，(c1)～(c4)步骤的工序可以分别进行至少1次以上。也就是说，将非同时地向处理容器内供给含金属气体和含氢气体的循环执行规定次数。
(d)降温工序
成膜工序之后，实施降温工序。在降温工序中，以处理室201的温度从成膜温度T2变为搬出温度T3的方式来控制加热器207的加热。搬出温度T3被设定为比搬入温度T1低的温度(T3＜T1)。例如，搬出温度T3为400℃以下范围内的温度，优选设定为250℃以下、更优选设定为100℃以下这样的温度。以处理室201内、即晶片200所存在的空间成为所期望的压力(真空度)的方式，利用真空泵246进行真空排气。
此时，向处理室201供给作为还原气体的H2气体。也就是说，降温工序的至少一部分中，向处理室201内供给还原气体。由此，在将金属膜还原的同时能够降低处理室201内的温度，因此金属膜中的杂质浓度降低，金属膜的电特性得以改善。在此，所谓降温工序中的杂质，例如除了上述杂质之外，有时是指氮(N)。
此外，H2气体能够视为高导热气体。也就是说，在降温工序的至少一部分中，向处理室201内供给高导热气体。由此，可使降温时间缩短。此外，与在并非高导热气体气氛的气氛中进行降温的情况相比，晶片200的实际温度与处理容器的炉内的温度差变小，因此，晶片200的衬底温度的控制性提高。
需要说明的是，在将H2气体向处理室201内供给而进行降温工序时，若将处理室内201内的压力设为小于4000Pa，则有时难以得到调温时间的缩短效果，若设为4000Pa以上，则能够得到调温时间的缩短效果。若设为6000Pa以上，则能够充分地得到调温时间的缩短效果。此外，若高于13000Pa，则有时由于H2气体将晶片200还原时所生成的副产物而导致晶片200被蚀刻，若设为13000Pa以下，则能够抑制由副产物导致的蚀刻。此外，若设为11000Pa以下，则能够充分地抑制由副产物导致的蚀刻。因此，将H2气体向处理室201内供给而进行降温工序时，处理室内201内的压力设为4000Pa以上13000Pa以下是优选的，设为6000Pa以上11000Pa以下是进一步优选的。
此外，H2气体能够视为具有还原性的高导热气体。也就是说，在降温工序的至少一部分中，向处理室201内供给具有还原性的高导热气体。由此，能够在将金属膜还原的同时，缩短降温时间。
此外，也可以在维持将处理室201内真空排气的状态下，降低处理室201内的温度。也就是说，在降温工序的至少一部分中，也可以将处理室201保持为真空状态。具体而言，在使处理室201内为1Pa～100Pa的状态下，可以使处理室201内的温度降低至250℃以下、更优选100℃以下。在该情况下，由于晶片200与其周边的气体的热传导变得不易发生，因此晶片200及金属膜的降温速度降低。由此，晶片200的温度高的状态的时间变长，成为晶片200被热处理的状态。该热处理的结果为，金属膜的结晶性提高。此外，由于晶片200的周围的压力低，金属膜中的杂质变得容易脱离，因此金属膜中的杂质浓度减少。由此，能够改善金属膜的电特性。需要说明的是，在使处理室201内的压力大于100Pa时，由于下述情况中的至少一者而有时变得难以得到上述效果：有时晶片200与其周边的气体的导热变得容易发生；金属膜中的杂质变得难以脱离。
(e)搬出工序
降温工序之后，实施搬出工序。从气体供给管510、520的各自向处理室201内供给Ar气体，将处理室201内的气氛置换为Ar气体(非活性气体置换)，使处理室201内的压力为常压(大气压)(大气压恢复)。利用晶舟升降机115使密封盖219下降，使外管203的下端开口。然后，在晶片200被支承于晶舟217的状态下，从外管203的下端被搬出至外管203的外部(晶舟卸载)。然后，处理完毕的晶片200从晶舟217被取出(晶片取出)。
如上所述，在本发明中的衬底处理工序中，在使处理室201内成为低于搬入温度T1的搬出温度T3(T3＜T1)的工序(降温工序)之后，进行将晶片200从处理室201内搬出的工序(搬出工序)。也就是说，在形成金属膜后，将晶片200冷却至与搬入温度T1相比为低温的搬出温度T3，然后搬出至外管203的外部。由此，搬出时的晶片200的温度降低，因此可抑制搬出时的金属膜的变质。因此，可改善金属膜的电特性。在此，所谓在搬出工序时产生的金属膜的变质，是指由于处理室201内的气氛、处理室201外的气氛，在金属膜上产生例如氮化、氧化中的至少一种以上。
(衬底处理方法的工序的第2例)
图4是对衬底处理方法的工序的第2例涉及的半导体器件的制造方法进行说明的流程图。与图3同样，图4是在晶片200上形成含Mo膜的工序的一例，纵轴示出温度，横轴示出时间。需要说明的是，在图4的说明中，主要说明与图3的制造工序不同的部分，对与图3中说明的要素实质上相同的要素附以同一附图标记，省略其说明。
图4与图3主要不同的部分在于，在成膜工序与降温工序之间追加第2调温工序和保持工序这一方面。以下，对第2调温工序和保持工序进行说明。
(g)第2调温工序(第2温度调节工序)
在成膜工序之后，执行第2调温工序。在第2调温工序中，使处理室201内的温度或晶片200的温度从成膜温度T2起、向高于成膜温度T2的保持温度T4(T4＞T2)进行升温。在第2调温工序中，使处理室201内的温度或晶片200的温度从成膜温度T2向保持温度T4升温。在此，以使处理室201内的温度从成膜温度T2向保持温度T4升温的方式，对加热器207的加热进行控制。
在第2调温工序中，例如，以处理室201内、即晶片200所存在的空间成为所期望的压力(真空度)的方式，利用真空泵246进行真空排气。
此时，从气体供给管320，介由MFC322、阀324、喷嘴420向处理室201内供给H2气体。此外，从气体供给管520介由MFC522、阀524、喷嘴420向处理室201内供给作为非活性气体的Ar气体。
在此，H2气体能够视为还原气体。也就是说，在第2调温工序的至少一部分中，向处理室201内供给还原气体。由此，能够在将金属膜还原的同时进行调温，从而能够降低金属膜中的杂质浓度。因此，金属膜的电特性得以改善。此外，H2气体能够视为高导热气体。也就是说，在第2调温工序的至少一部分中，向处理室201内供给高导热气体。由此，能够缩短调温的时间。此外，H2气体能够视为具有还原性的高导热气体。也就是说，在第2调温工序的至少一部分中，向处理容器内供给具有还原性的高导热气体。由此，能够在用H2气体将晶片200的表面还原的同时，在短时间内进行处理室201内的调温。
在此，在成膜工序中，考虑向处理室201供给具有还原性的高导热气体(例如，H2气体)作为还原气体的情况。若在第2调温工序开始时向处理室201供给高导热气体，则在成膜工序和第2调温工序中供给的气体的导热率之差变小，因此晶片200的温度变化减少。由此，降低晶片200的表面中的热应力，并能够抑制图案坍塌。
需要说明的是，在将H2气体供给至处理室201内而进行第2调温工序时，若将处理室内201内的压力设为小于4000Pa，则难以得到调温时间的缩短效果，若设为4000Pa以上，则能够得到调温时间的缩短效果。若设为6000Pa以上，则能够充分地得到调温时间的缩短效果。此外，若高于13000Pa，则由于H2气体将晶片200还原而生成的副产物，导致晶片200被蚀刻，若设为13000Pa以下，则能够抑制由副产物导致的蚀刻。此外，若设为11000Pa以下，则能够充分地抑制由副产物导致的蚀刻。因此，处理室内201内的压力设为4000Pa以上13000Pa以下，优选设为6000Pa以上11000Pa以下。
需要说明的是，也可以在维持将处理室201内真空排气的状态下，使处理室201内成为保持温度。在该情况下，由于晶片200的周围的压力低，金属膜中的杂质变得容易脱离，因此金属膜中的杂质浓度减少。
(h)保持工序(退火工序、热处理工序)
在第2调温工序之后，执行保持工序。保持工序中，将在成膜工序中形成了金属膜的晶片200保持在高于成膜温度T3的保持温度T4(T4＞T3)的处理室201内。也就是说，在保持温度T4下，对晶片200进行退火(热处理)。由此，形成金属膜的结晶粒子的直径(粒径)增大，使金属膜的电特性得以改善。保持温度T4例如为500℃以上650℃以下的范围内的温度，优选设定为550℃以上600℃以下这样的温度。
此时，从气体供给管320介由MFC322、阀324、喷嘴420向处理室201内供给作为还原气体的H2气体。此外，从气体供给管520介由MFC522、阀524、喷嘴420向处理室201内供给作为非活性气体的Ar气体。也就是说，在保持工序的至少一部分中，向处理室201内供给还原气体。能够在将金属膜还原的同时进行热处理，因此能够降低金属膜中的杂质浓度，从而使金属膜的电特性得以改善。
需要说明的是，在将H2气体供给至处理室201内而进行保持工序时，若使处理室内201内的压力小于4000Pa，则有时难以得到由晶片200及金属膜的还原所带来的降低杂质浓度的效果，若设为4000Pa以上，则能够得到由还原带来的效果。若设为6000Pa以上，则能够充分地得到调温时间的缩短效果。此外，若高于13000Pa，则有时由于H2气体将晶片200还原时所生成的副产物而使晶片200被蚀刻，若设为13000Pa以下，则能够抑制由副产物导致的蚀刻。此外，若设为11000Pa以下，则能够充分地抑制由副产物导致的蚀刻。因此，处理室内201内的压力设为4000Pa以上13000Pa以下是优选的，设为6000Pa以上11000Pa以下是进一步优选的。
根据实施方式例2，除了由上述第2调温工序带来的效果、和由保持工序带来的效果之外，还能够得到与实施方式1同样的效果。
以下，对气体进行说明。
作为非活性气体，优选使用不易与衬底处理工序中形成的金属膜反应的气体。例如，可以从氦(He)气体、氖(Ne)气体、氩(Ar)气体、氙(Xe)气体等稀有气体、氮(N2)气体中适当选择而使用。需要说明的是，根据形成的膜不同，有时会因N2气体而变质。在该情况下，使用N2气体以外的气体。例如，在形成Mo膜作为金属膜的情况下，由于Mo膜由于N2气体而会变质，因此使用N2气体以外的非活性气体是优选的。
作为还原气体，例如，能够利用H2气体、氘(D2)气体、硼烷(BH3)气体、乙硼烷(B2H6)气体、一氧化碳(CO)气体、氨(NH3)气体、甲硅烷(SiH4)气体、乙硅烷(Si2H6)气体、丙硅烷(Si3H8)气体、甲锗烷(GeH4)气体、乙锗烷(Ge2H6)。
本发明中的高导热气体是指，导热率比用作非活性气体的气体高的气体。在此，主要构成气体的分子(气体分子)的分子量越小，气体的导热率越高。因此，例如，使用Ar气体作为非活性气体的情况下，作为高导热气体，也可以使用分子量小于Ar的气体，即H2气体、D2气体、He气体、BH3气体、B2H6气体、NH3气体、N2气体、Ne气体、SiH4气体、CO气体。此外，例如，使用N2气体作为非活性气体的情况下，也可以使用分子量小于N2的气体，即H2气体、D2气体、He气体、BH3气体、Ne气体。此外，例如，使用He气体作为非活性气体的情况下，也可以使用分子量小于He的气体，即H2气体、D2气体。
本发明中的具有还原性的高导热气体是指，属于上述还原气体及高导热气体这两者的气体。因此，例如，在使用Ar气体作为非活性气体的情况下，作为具有还原性的高导热气体，能够使用H2气体、D2气体、BH3气体、B2H6气体、NH3气体、SiH4气体、CO气体。需要说明的是，作为具有还原性的高导热气体，使用H2气体或D2气体是优选的。
由于D2的活性比H2高，因此与H2气体相比，D2气体的由还原作用带来的效果大。因此，使用D2气体作为还原气体的情况下，与H2气体相比能够进一步降低金属膜中的杂质浓度。
在将还原性气体或高导热气体、作为具有还原性的高导热气体的H2气体以H2与其他气体的混合气体的形式向处理室201内供给的情况下，若该混合气体中的H2的质量分率小于70％，则有时不能充分地得到还原作用，且有时不能使金属膜的电阻达到目标值。通过将该混合气体中的H2的质量分率设为70％以上，可充分地得到还原作用，并能够使金属膜的电阻达到目标值。此外，通过将该混合气体中的H2的质量分率设为90％以上，能够将金属膜的电阻改善至目标值以上。换言之，能够得到具有超过目标值的电特性的金属膜。由此，将该混合气体中的H2的质量分率设为70％以上是优选的，设为90％以上是更优选的。需要说明的是，由于该混合气体包含氢，因此也能够将该混合气体称为含氢气体。
在此，也可以通过图1中未图示的等离子体生成部而使供于处理室201内的气体分子中的至少一部分成为自由基化或激发状态。如此通过利用等离子体而被活化的气体，能够除去金属膜中的杂质。
需要说明的是，本发明中的金属膜是指包含金属元素作为主元素的膜。金属元素优选为过渡金属元素。作为过渡金属元素，可举出锆(Zr)、铪(Hf)、钛(Ti)等第4族元素。此外，有Mo、钨(W)等第6族元素、钌(Ru)等第8族元素。此外，可举出钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)等第5族元素。此外，在过渡金属以外，可举出作为第13族元素的铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等元素。
作为含金属气体，例如能够使用含有上述金属元素的气体。作为含金属气体，例如能够使用包含上述金属元素和卤族元素(例如，氟(F)、Cl、溴(Br)、碘(I))的卤系的含金属气体。此外，作为卤系的含金属气体，例如，能够使用包含过渡金属元素的卤系的含过渡金属气体。此外，作为卤系的含过渡金属气体，例如，能够使用包含Mo的含有卤族元素的含Mo气体。此外，作为含有卤族元素的含Mo气体，例如，能够使用二氧化二氯化钼(MoO2Cl2)气体、四氯化氧化钼(MoOCl4)气体、五氯化钼(MoCl5)等。由于卤族元素不易作为杂质残存在金属膜中，因此通过使用包含卤族元素的含金属气体来形成金属膜，能抑制金属膜的电特性(例如，电阻)的变差。此外，在使用MoCl5气体这样的不含O的含金属气体(含Mo气体)的情况下，能够抑制晶片200、金属膜的氧化，因此能够抑制金属膜的电特性的变差。
在上述方式中，对使用一次处理多张衬底的分批式衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本发明不限定于上述方式，例如，也能够合适地应用于一次处理1张或多张衬底的单片式的衬底处理装置形成膜的情况。此外，在上述方式中，对使用具有热壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本发明不限定于上述方式，也能够合适地应用于使用具有冷壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的情况。在使用这些衬底处理装置的情况下，也可以在与上述方式、变形例同样的处理步骤、处理条件下进行各处理，可获得与上述方式、变形例同样的效果。
以上，基于实施方式具体地说明了由本发明示出的公开内容，但本发明不限定于上述实施方式，其当然可以进行各种变更。此外，上述方式、变形例能够合适地组合而使用。此时的处理步骤、处理条件例如能够与上述方式、变形例的处理步骤、处理条件设为相同。

Claims (19)

1.衬底处理方法，其包括：
(a)向搬入温度的处理容器内搬入衬底的工序；
(b)使所述处理容器内成为成膜温度的工序；
(c)向所述处理容器内供给处理气体，在所述衬底的表面形成金属膜的工序；
(d)使所述处理容器内成为低于所述搬入温度的搬出温度的工序；和
(e)将所述衬底从所述处理容器内搬出的工序。
2.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，
所述处理气体为含金属气体和还原气体，
在(c)中，将非同时地向所述处理容器内供给所述含金属气体和所述还原气体的循环执行规定次数。
3.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(b)的至少一部分中，向所述处理容器内供给还原气体、高导热气体及具有还原性的高导热气体中的任一种气体。
4.如权利要求3所述的衬底处理方法，其中，在(b)的至少一部分中，使所述还原气体、所述高导热气体及所述具有还原性的高导热气体中的任一种气体向所述处理容器内的供给量增加。
5.如权利要求2所述的衬底处理方法，其中，在(c)中供给的还原气体为具有还原性的高导热气体，
在(c)之前，还包括(f)向所述处理容器内供给高导热气体的工序。
6.如权利要求5所述的衬底处理方法，其中，在(f)的至少一部分中，使所述高导热气体的供给量增加。
7.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(d)的至少一部分中，将所述处理容器内保持为真空状态，并使所述处理容器内的温度变化。
8.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(d)的至少一部分中，向所述处理容器内供给还原气体、高导热气体及具有还原性的高导热气体中的至少一种。
9.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(d)之前，还包括：
(g)使所述处理容器内成为保持温度的工序；和
(h)将所述处理容器内保持在保持温度的工序。
10.如权利要求9所述的衬底处理方法，其中，在(g)的至少一部分中，将所述处理容器内保持为真空状态，并使所述处理容器内的温度降低至所述搬出温度。
11.如权利要求9所述的衬底处理方法，其中，在(g)的至少一部分中，向所述处理容器内供给还原气体、高导热气体及具有还原性的高导热气体中的至少一种。
12.如权利要求9所述的衬底处理方法，其中，在(h)的至少一部分中，向所述处理容器内供给还原气体。
13.如权利要求3、8、11、12中任一项所述的衬底处理方法，其中，所述还原气体为含氢气体。
14.如权利要求13所述的衬底处理方法，其中，
所述含氢气体包含氢气体，
所述含氢气体中的氢气体的质量分率为70％以上。
15.如权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述金属膜为含有钼的膜。
16.如权利要求2所述的衬底处理方法，其中，所述含金属气体包含卤族元素。
17.半导体器件的制造方法，其包括：
(a)向搬入温度的处理容器内搬入衬底的工序；
(b)使所述处理容器内成为成膜温度的工序；
(c)向所述处理容器内供给处理气体，并在所述衬底的表面形成金属膜的工序；
(d)使所述处理容器内成为低于所述搬入温度的搬出温度的工序；和
(e)将所述衬底从所述处理容器内搬出的工序。
18.衬底处理装置，其具有：
处理容器，其内部被控制为搬入温度、成膜温度、和低于所述搬入温度的搬出温度，并在内部处理衬底；
搬入搬出机构，其将所述衬底向所述处理容器内搬入、以及将所述衬底从所述处理容器内搬出；和
处理气体供给系统，其向所述处理容器内供给处理气体以在所述衬底的表面形成金属膜。
19.计算机可读取的记录介质，其记录有利用计算机使衬底处理装置执行具有下述步骤的方法的程序，
(a)向具有搬入温度的处理容器内的处理容器内搬入衬底的步骤；
(b)使所述处理容器内成为成膜温度的步骤；
(c)向所述处理容器内供给处理气体以在所述衬底的表面形成金属膜的步骤；
(d)使所述处理容器内成为低于所述搬入温度的搬出温度的步骤；和
(e)将所述衬底从所述处理容器内搬出的步骤。
CN202311118591.8A 2022-09-26 2023-08-31 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 Pending CN117758231A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022152830A JP2024047289A (ja) 2022-09-26 2022-09-26 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2022-152830 2022-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117758231A true CN117758231A (zh) 2024-03-26

Family

ID=88146554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311118591.8A Pending CN117758231A (zh) 2022-09-26 2023-08-31 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240105463A1 (zh)
EP (1) EP4350030A1 (zh)
JP (1) JP2024047289A (zh)
KR (1) KR20240043104A (zh)
CN (1) CN117758231A (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404235A (en) * 1981-02-23 1983-09-13 Rca Corporation Method for improving adhesion of metal film on a dielectric surface
JP2019510877A (ja) * 2016-02-19 2019-04-18 メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ モリブデンカルボニル前駆体を使用したモリブデン薄膜の蒸着
CN110714189B (zh) * 2019-09-30 2022-01-07 长江存储科技有限责任公司 一种金属钨的沉积方法以及金属钨的沉积结构
CN115989339A (zh) 2020-09-23 2023-04-18 株式会社国际电气 半导体装置的制造方法、记录介质以及基板处理装置
CN114250444A (zh) * 2021-12-01 2022-03-29 安徽光智科技有限公司 一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4350030A1 (en) 2024-04-10
JP2024047289A (ja) 2024-04-05
US20240105463A1 (en) 2024-03-28
KR20240043104A (ko) 2024-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6538582B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
US8716147B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus
JP5541223B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
JP5495847B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置および基板処理方法
US20220157628A1 (en) Substrate processing apparatus, substrate suppport and method of manufacturing semiconductor device
CN113206000A (zh) 半导体器件的制造方法、记录介质及衬底处理装置
JP7033622B2 (ja) 気化装置、基板処理装置、クリーニング方法および半導体装置の製造方法
EP4245884A1 (en) Gas cleaning method, method of processing substrate, method of manufacturing semiconductor device, and substrate processing apparatus
CN114941130B (zh) 基板处理装置、基板处理方法、半导体装置的制造方法和存储介质
WO2022064550A1 (ja) 半導体装置の製造方法、記録媒体及び基板処理装置
JP6559902B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
WO2022064549A1 (ja) 半導体装置の製造方法、記録媒体及び基板処理装置
CN117758231A (zh) 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质
CN112740364B (zh) 半导体装置的制造方法、基板处理装置和记录介质
CN116601742A (zh) 半导体装置的制造方法、程序以及基板处理装置
TW202430687A (zh) 基板處理方法，半導體裝置的製造方法，基板處理裝置及程式
JP6630237B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム
WO2024038602A1 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7562013B2 (ja) 基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム
WO2023037452A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置および記録媒体
CN116134173A (zh) 半导体装置的制造方法、记录介质及基板处理装置
CN116779534A (zh) 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、记录介质及衬底处理装置
CN117716062A (zh) 半导体装置的制造方法、基板处理装置、程序以及涂布方法
JP2024016232A (ja) 基板処理方法、基板処理装置、半導体装置の製造方法、およびプログラム
JP2022019778A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラム及び基板処理方法。

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination