TWI492300B - 製造半導體裝置之方法、處理基板之方法、基板處理設備及非暫時性電腦可讀取記錄媒體 - Google Patents

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TWI492300B
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Kaori Kirikihira
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Hitachi Int Electric Inc
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Description

製造半導體裝置之方法、處理基板之方法、基板處理設備及非暫時性電腦可讀取記錄媒體
本案係根據2012年3月9日申請的日本專利申請案號2012-053787並主張其優先權，將其全文以參考的方式併入本文。
本發明涉及包括在基板上形成膜的製程的製造半導體裝置之方法、處理基板之方法、基板處理設備、及用於儲存執行這種方法的指令之非暫時性電腦可讀取記錄媒體。
當將如用於形成電晶體中的閘極的側壁間隔物(SWS)的絕緣膜的膜形成在半導體裝置的基板上時，有如下的需求：在低溫下形成膜以防止雜質擴散。這種絕緣膜亦有如下的需求：具有低介電常數以提供小寄生電容、及具有高抗氟化氫(HF)性以在形成側壁間隔物後的清洗製程中維持它的形狀。符合這種需求的高品質絕緣膜可藉由控制膜的組成比提供，例如，膜中所含有的矽 (Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)或其類似者的百分比。又，有如下的額外需求：為了控制膜組成比而控制用來供應各種處理氣體的條件。
已使用複數個處理氣體來形成如上述的側壁間隔物膜的膜以進一步減少低溫區中的介電常數及改良抗HF性。然而，例如，若將超過排氣能力(exhaust capacity)的氣體量一次排出，則氣體可能停留在排氣管(排氣管線)中，其可能造成副產物沉積在排氣管中、及配置在排氣管中的真空泵的背壓增加，因此導致排氣管的阻塞(blocking)。
本發明提供半導體裝置製造方法、基板處理方法、基板處理設備、及用於在上面儲存執行這種方法的指令之電腦可讀取記錄媒體的一些實施例，其能防止當形成膜時副產物被沉積在排氣管中。
根據一些實施例，提供一種製造半導體裝置之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體。在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動(act)中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
根據一些其他的實施例，提供一種處理基板 之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體。在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
根據一些其他的實施例，提供一種基板處理設備，其包括：處理室，係建構成收納基板；原料氣體供應系統，係建構成供應原料氣體至處理室中的基板；胺系氣體供應系統，係建構成供應胺系氣體至處理室中的基板；排氣管線，係建構成將處理室的內部排氣；排氣閥，係配置在排氣管線；及控制器，係建構成利用以下方式控制原料氣體供應系統、胺系氣體供應系統、排氣管線、及排氣閥，該方式係藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體。在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變排氣閥的閥開度。
根據另一些其他的實施例，提供一種儲存程式的電腦可讀取記錄媒體，該程式使電腦執行製造半導 體裝置之方法，該方法包括：藉由執行循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體。在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
115‧‧‧晶舟升降機
121‧‧‧控制器
121a‧‧‧CPU
121b‧‧‧RAM
121c‧‧‧儲存裝置
121d‧‧‧I/O埠
121e‧‧‧內部匯流排
122‧‧‧輸入/輸出裝置
123‧‧‧外部儲存裝置
200‧‧‧晶圓
201‧‧‧處理室
202‧‧‧垂直式處理爐
203‧‧‧反應管
207‧‧‧加熱器
217‧‧‧晶舟
218‧‧‧隔熱組件
219‧‧‧密封帽
220‧‧‧O型環
231‧‧‧排氣管
232a‧‧‧第一氣體供應管
232b‧‧‧第二氣體供應管
232c‧‧‧第三氣體供應管
232d‧‧‧第四氣體供應管
232e‧‧‧第一惰性氣體供應管
232f‧‧‧第二惰性氣體供應管
232g‧‧‧第三惰性氣體供應管
241a、241b、241f、241c、241d、241g‧‧‧質量流量控制器
243a、243b、243f、243c、243d、243g‧‧‧開關閥
244‧‧‧APC閥
245‧‧‧壓力感測器
246‧‧‧真空泵
247‧‧‧捕捉裝置
248‧‧‧除害裝置
249a‧‧‧第一噴嘴
249b‧‧‧第二噴嘴
249c‧‧‧第三噴嘴
250a、250b、250c‧‧‧氣體供應孔
255‧‧‧軸桿
263‧‧‧溫度感測器
267‧‧‧旋轉機構
第1圖係顯示根據一些實施例之基板處理設備的垂直式處理爐的構成的示意圖，其中處理爐的一部分係以縱剖面圖顯示。
第2圖係顯示基板處理設備的垂直式處理爐的構成的示意圖，其中處理爐的一部分係以沿著第1圖的A-A線的剖面圖顯示。
第3圖係顯示根據一些實施例之基板處理設備的控制器的構成的示意圖。
第4圖係顯示根據第一實施例的膜形成流程的流程圖。
第5圖係在第一實施例的膜形成序列中所供應的氣體的時序圖(timing diagram)。
第6圖係顯示根據第二實施例的膜形成流程的流程圖。
第7圖係在第二實施例的膜形成序列中所供應的氣 體的時序圖。
第8A及8B圖分別為在本發明之範例的膜形成序列中所供應的氣體的時序圖，及在比較例的膜形成序列中所供應的氣體的時序圖。
當藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜時可能增加配置在排氣管線的真空泵的背壓，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體。具體而言，已確認到相當量的反應副產物係附著在排氣管線中的真空泵的下游側，尤其是在排氣管線中的真空泵的下游側中、在捕捉裝置(trap device)與除害裝置(harm-removing device)之間的部分，且成為真空泵的背壓增加的原因。
此外，反應副產物可能因殘留在排氣管線中的真空泵的下游側(尤其是在捕捉裝置與除害裝置之間的部分)的原料氣體、與在排出殘留在處理室中的胺系氣體的製程中被一次排出的大量胺系氣體反應而產生。即，已發現了，雖然排出殘留在處理室的原料氣體的製程係在供應原料氣體的製程之後執行，但是因為原料氣體停留在排氣管線的真空泵的下游側且在供應胺系氣體的製程之後、在排出殘留在處理室的胺系氣體的製程中一次排出大量胺系氣體，因此大量反應副產物可能因停 留的原料氣體與被一次排出的大量胺系氣體的反應而產生。也發現了，隨著胺系氣體每單位時間的排出量增加，而有停留的原料氣體與胺系氣體的反應機率提高及附著的反應副產物量增加的傾向。
當使用含有鹵素元素(尤其是氯元素)的氣體作為原料氣體及使用胺作為胺系氣體時，此效應是顯著的。也發現了，隨著胺系氣體每單位時間的排出量增加，提高了停留的原料氣體與胺系氣體的反應機率且增加了所產生的反應副產物的量，其可能阻塞排氣管線。也發現了，反應副產物含有如氯化胺或其類似者的鹵化胺。也確認了，當將胺系氣體置換為具有比胺系氣體還高的蒸氣壓的NH3 氣體或O2 氣體時，真空泵的背壓增加的效應消失了。換言之，本發明的技術目的在於克服當使用具有相對低的蒸氣壓的胺系氣體(即，具有比至少NH3 氣體及O2 氣體還低的蒸氣壓)時發生的問題。
現在將參照圖式，說明各種實施例。
<第一實施例> (1)基板處理設備的構成
第1圖係顯示根據一些實施例之基板處理設備的垂直式處理爐202的構成的示意圖，其中處理爐的一部分係以縱剖面圖顯示。第2圖係顯示根據一些實施例之基板處理設備的垂直式處理爐202的構成的示意圖，其中處理爐的一部分係以沿著第1圖的A-A線的剖面圖顯示。
如第1圖所示，垂直式處理爐202具有加熱 器207作為加熱組件(加熱機構)。加熱器207具有圓柱形狀且被作為支持板的加熱器基座(未顯示)支持以便被垂直地佈置。加熱器207，係如後述，作為活化機構而利用熱活化氣體。
形成反應容器(reaction vessel)(製程容器)的反應管(reaction tube)203係以同心形式沿著加熱器207配置在加熱器207內部。反應管203係由像例如石英(SiO2 )、碳化矽(SiC)或其類似者的耐熱材料製成並具有上端封閉且下端開放的圓柱形狀。處理室201係形成在反應管203的中空部且建構成收納晶圓200。晶圓200係水平地堆疊在多層台階(multiple stages)中而在後述的晶舟217中排列在垂直方向上。
第一噴嘴249a、第二噴嘴249b、及第三噴嘴249c係配置成穿透反應管203的下側。第一噴嘴249a、第二噴嘴249b、及第三噴嘴249c係分別連接至第一氣體供應管232a、第二氣體供應管232b、及第三氣體供應管232c。此外，第四氣體供應管232d係連接至第三氣體供應管232c。依此方式，三個噴嘴249a、249b及249c和四個氣體供應管232a、232b、232c及232d係設置在反應管203以使數種氣體(在此範例中為4種)被供應至處理室201。
排氣管231係配置在反應管203的下部。此外，可將用來支持反應管203的金屬歧管(未顯示)配置在反應管203下方且可將噴嘴249a、249b及249c配置成穿透金屬歧管的側壁。在此情況下，可將排氣管231 配置在金屬歧管而非反應管203的下部。
作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器(MFC)241a及開關閥243a係依序從上游方向配置在第一氣體供應管232a。此外，第一惰性氣體供應管232e係連接至第一氣體供應管232a的閥243a的下游側。作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器(MFC)241e及開關閥243e係依序從上游方向配置在第一惰性氣體供應管232e。此外，上述第一噴嘴249a係連接至第一氣體供應管232a的前端。第一噴嘴249a係在反應管203的內壁與晶圓200之間的圓弧狀空間中沿著反應管203的內壁垂直地配置。第一噴嘴249a係配置在佈置晶圓200的晶圓配置區的側面(flank)。第一噴嘴249a係建構成L型長噴嘴而具有配置成穿透反應管203的下側壁之水平部分、及配置成從晶圓配置區的至少一端朝另一端聳立之垂直部分。透過它們供應氣體的複數個氣體供應孔250a係配置在第一噴嘴249a的側表面(side surface)。氣體供應孔250a係朝反應管203的中心開口。氣體供應孔250a係配置成以既定的開口節距從反應管203的底部起涵蓋至頂部。每個氣體供應孔250a具有相同的開口面積。第一氣體供應系統係主要由第一氣體供應管232a、質量流量控制器241a、閥243a及第一噴嘴249a所構成。此外，第一惰性氣體供應系統係主要由第一惰性氣體供應管232e、質量流量控制器241e及閥243e所構成。
作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量 控制器(MFC)241b及開關閥243b係依序從上游方向配置在第二氣體供應管232b。此外，第二惰性氣體供應管232f係連接至第二氣體供應管232b的閥243b的下游側。作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器(MFC)241f及開關閥243f係依序從上游方向配置在第二惰性氣體供應管232f。此外，上述第二噴嘴249b係連接至第二氣體供應管232b的前端。第二噴嘴249b係在反應管203的內壁與晶圓200之間的圓弧狀空間中沿著反應管203的內壁垂直地配置。第二噴嘴249b係配置在佈置晶圓200的晶圓配置區的側面。第二噴嘴249b係建構成L型長噴嘴而具有配置成穿透反應管203的下側壁之水平部分、及配置成從晶圓配置區的至少一端朝另一端聳立之垂直部分。透過它們供應氣體的複數個氣體供應孔250b係配置在第二噴嘴249b的側表面。氣體供應孔250b係朝反應管203的中心開口。氣體供應孔250b係配置成以既定的開口節距從反應管203的底部起涵蓋至頂部。每個氣體供應孔250b具有相同的開口面積。第二氣體供應系統係主要由第二氣體供應管232b、質量流量控制器241b、閥243b及第二噴嘴249b所構成。此外，第二惰性氣體供應系統係主要由第二惰性氣體供應管232f、質量流量控制器241f及閥243f所構成。
作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器(MFC)241c及開關閥243c係依序從上游方向配置在第三氣體供應管232c。此外，第四氣體供應管232d係連接至第三氣體供應管232c的閥243c的下游側。作 為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器241d及開關閥243d係依序從上游方向配置在第四氣體供應管232d。此外，第三惰性氣體供應管232g係連接至第三氣體供應管232c與第四氣體供應管232d的連接位置的下游側。作為流速控制器(流速控制單元)的質量流量控制器241g及開關閥243g係依序從上游方向配置在第三惰性氣體供應管232g。此外，上述第三噴嘴249c係連接至第三氣體供應管232c的前端。第三噴嘴249c係在反應管203的內壁與晶圓200之間的圓弧狀空間中沿著反應管203的內壁垂直地配置。第三噴嘴249c係配置在佈置晶圓200的晶圓配置區的側面。第三噴嘴249c係建構成L型長噴嘴而具有配置成穿透反應管203的下側壁之水平部分、及配置成從晶圓配置區的至少一端朝另一端聳立之垂直部分。透過它們供應氣體的複數個氣體供應孔250c係配置在第三噴嘴249c的側表面。氣體供應孔250c係朝反應管203的中心開口。氣體供應孔250c係配置成以既定的開口節距從反應管203的底部起涵蓋至頂部。每個氣體供應孔250c具有相同的開口面積。第三氣體供應系統係主要由第三氣體供應管232c、質量流量控制器241c、閥243c及第三噴嘴249c所構成。此外，第四氣體供應系統係主要由第四氣體供應管232d、質量流量控制器241d、閥243d及第三噴嘴249c所構成。此外，第三惰性氣體供應系統係主要由第三惰性氣體供應管232g、質量流量控制器241g及閥243g所構成。
在氣體供應系統中，氣體係分別經由配置在 由反應管203的內壁與搬入的晶圓200的端部所界定出的圓弧狀縱向空間的噴嘴249a、294b及249c傳送，且從在噴嘴249a、249b及249c開口的氣體供應孔250a、250b及250c供應至晶圓200附近的反應管203內。被供應至反應管203內的氣體主要在水平方向(即，與反應管203中的晶圓200的表面平行的方向)上流動。此構成提供了均勻供應氣體至晶圓200並在晶圓200上形成厚度均勻的膜的優點。雖然反應後的殘留氣體流向排氣機構(即，排氣管231)，但是殘留氣體的流動方向係依排氣機構的位置決定而非受限於垂直方向。
含有鹵素元素及其他元素的原料氣體(例如，至少含有矽(Si)元素及氯元素(Cl)的氯矽烷系原料氣體)，係從第一氣體供應管232a經由質量流量控制器241a、閥243a及第一噴嘴249a供應至反應室201。作為在此所使用者，氯矽烷系原料氣體係指含有氯基作為鹵素基的矽烷系氣體。在此範例中，可使用六氯矽烷(Si2 Cl6 或HCDS)氣體作為氯矽烷系原料氣體。由於HCDS在室溫及大氣壓下係液態，因此可供應液化的HCDB，在被如汽化器(vaporizer)或起泡器(bubbler)的汽化系統(未顯示)汽化後，作為HCDS氣體。
反應氣體(第一反應氣體)，例如，含有碳(C)元素及氮(N)元素的胺系氣體係從第二氣體供應管232b經由質量流量控制器241b、閥243b及第二噴嘴249b供應至處理室201內。胺系氣體可包含如乙胺、甲胺、丙胺、異丙胺、丁胺等。作為在此所使用者，胺係具有如 烷基或其類似者的烴基取代氨(NH3 )的氫原子的化合物的通用術語。即，胺含有如烷基或其類似者的烴基。作為在此所使用者，胺系氣體係指具有胺基的氣體，如帶有經蒸發的胺的氣體，且只由三種元素所構成：構成胺基的碳(C)元素、氮(N)元素及氫(H)元素。即，胺系氣體係不含有矽元素及金屬元素的氣體。在此範例中，可使用三乙胺((C2 H5 )3 N，TEA)作為胺系原料氣體。由於TEA在室溫及大氣壓下為液態，因此可供應液化的TEA，在被如汽化器或起泡器(bubbler)的汽化系統(未顯示)汽化後作為TEA氣體。
另外的反應氣體(第二反應氣體)，例如，含有氧(O)的氣體(含氧氣體)係從第三氣體供應管232c經由質量流量控制器241c、閥243c及第三噴嘴249c供應至處理室201內。在此範例中，可使用氧(O2 )氣體作為含氧氣體。
另外的反應氣體(第二反應氣體)，例如，含有氮(N)的氣體(含氮氣體)係從第四氣體供應管232d經由質量流量控制器241d、閥243d、第三氣體供應管232c及第三噴嘴249c供應至處理室201內。在此範例中，可使用氨(NH3 )氣體作為含氮氣體。
氮(N2 )氣係分別從惰性氣體供應管232e、232f及232g經由質量流量控制器241e、241f及241g、閥243e、243f及243g、氣體供應管232a、232b及232c、及噴嘴249a、249b及249c供應至處理室201內。
例如，當如上述從氣體供應管流入氣體時， 原料氣體供應系統(即氯矽烷系原料氣體供應系統)係由第一氣體供應系統所構成，反應氣體供應系統(第一反應氣體供應系統)(即胺系氣體供應系統)係由第二氣體供應系統所構成，反應氣體供應系統(第二反應氣體供應系統)(即含氧氣體供應系統)係由第三氣體供應系統所構成，且反應氣體供應系統(第二反應氣體供應系統)(即含氮氣體供應系統)係由第四氣體供應系統所構成。
用於將處理室201的內部氣體(internal atmosphere)排出的排氣管231係配置在反應管203中。如第2圖所示，當從剖面(沿著第1圖中的A-A線)觀看時，排氣管231係配置在與反應管203之第一噴嘴249a的氣體供應孔250a、第二噴嘴249b的氣體供應孔250b及第三噴嘴249c的氣體供應孔250c所配置的位置相對的位置，即，與有晶圓200介於其間之氣體供應孔250a、250b及250c相對的位置。此外，如第1圖所示，當從縱向剖面觀看時，排氣管231係配置在配置有氣體供應孔250a、250b及250c的位置。利用此構成，從氣體供應孔250a、250b及250c供應至處理室201中的晶圓200周遭(neighborhood)的氣體在水平方向(即，與晶圓200的表面平行的方向)上流動，朝下流動，然後被排出排氣管231。如前述，在處理室201中的氣體的主要流動成為水平方向上的流動。
排氣管231係與以下組件連接：用於偵測處理室201的內部壓力的壓力感測器(壓力偵測部)245、作為形成為壓力調節器(壓力調節部)的排氣閥的APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥244、作為抽真空裝置的真空泵246、用於捕捉排出氣體中的反應副產物、未反應的原料氣體等的捕捉裝置(trap device)247、及用於移除排出氣體中所含之腐蝕性成分、有毒成分等的除害裝置248。排氣系統(即，排氣管線)主要係透過排氣管231、APC閥244及壓力感測器245構成。亦可將真空泵246、捕捉裝置247及除害裝置248視為被包含在排氣系統中。
APC閥244係建構成如下的閥：在真空泵246啟動下藉由打開/關閉閥來執行/停止處理室201中的抽真空，及在真空泵246啟動下藉由調節閥開度來調整處理室201的內部壓力。換言之，排氣系統係建構成根據壓力感測器245所偵測的壓力資訊而藉由調節APC閥244的閥開度來使處理室201的「實際內部壓力」接近既定的「設定壓力」，同時啟動真空泵246。例如，當被供應至處理室201的氣體的流速沒有變化或停止供應氣體至處理室201時，可根據設定的內部壓力，藉由改變處理室201的設定的內部壓力及改變APC閥244的閥開度來調整處理室201的實際內部壓力。結果，排氣管線的排氣能力被改變且處理室201的實際內部壓力慢慢地(逐漸地)接近設定的壓力。依此方式，能將處理室201的「設定的內部壓力」視為等於當實施處理室201的內部壓力的控制時的「目標壓力」，且處理室201的「實際內部壓力」跟隨目標壓力。片語「改變處理室201的設定的內部壓力」具有與「改變APC閥244的閥開度來 改變排氣管線的排氣能力」大致相同的含義，且可視為「改變APC閥244的閥開度的指令」。
密封帽(seal cap)219，作為用於氣密地阻塞反應管203的底部開口的爐口蓋(furnace opening cover)，係配置在反應管203下面。密封帽219係建構成在垂直方向上從下面接觸反應管203的底部。密封帽219係由例如不鏽鋼或其類似者的金屬製成且具有碟狀。作為與反應管203的底部接觸的密封組件的O型環220係配置在密封帽219的上側。後述之用於旋轉作為基板支持體的晶舟217的旋轉機構267，係配置在密封帽219下面。旋轉機構267的軸桿255係透過密封帽219連接至晶舟217。旋轉機構267係建構成藉由旋轉晶舟217來旋轉晶圓200。密封帽219係建構成被作為垂直地配置在反應管203外側的升降機構的晶舟升降機115垂直地昇起或下降。晶舟升降機115係建構成藉由將密封帽219昇起或下降來將晶舟217搬入或搬出處理室201。即，晶舟升降機115係建構成用於將晶舟217(即，晶圓200)搬入或搬出處理室201的搬送裝置(搬送機構)。
用來作為基板支持體的晶舟217係由例如像石英、碳化矽或其類似者的耐熱性材料製成且建構成支持在晶圓200的中心被同心地對齊下、被水平地堆疊在多層台階中的晶圓200。此外，由例如像石英、碳化矽或其類似者的耐熱性材料製成的隔熱組件218係配置在晶舟217下面且建構成使熱難以從加熱器207傳送至密封帽219。隔熱組件218可利用複數個隔熱板及隔熱板 支架(heat insulating plate holder)構成，每個隔熱板係由如石英、碳化矽或其類似者的耐熱性材料製成，隔熱板支架係用於將這些隔熱板水平地支持在多層台階中。
作為溫度檢測器的溫度感測器263係配置在反應管203內部。根據由溫度感測器263所偵測的溫度資訊，以使處理室201的內部具有預定的溫度分布的方式調整對加熱器207的導電狀態。溫度感測器263，係如噴嘴249a、249b及249c般具有L形狀且沿著反應管203的內壁配置。
第3圖係顯示根據一些實施例之基板處理設備的控制器的構成的示意圖。如第3圖所示，作為控制單元(控制手段)的控制器121係由包含CPU(Central Processing Unit，中央運算處理器)121a、RAM(Random Access Memory，隨機處理記憶體)121b、儲存裝置121c及I/O埠121d在內的電腦構成。RAM 121b、儲存裝置121c及I/O埠121d係建構成經由內部匯流排121e而與CPU 121a交換資料。由例如觸控面板或其類似者所構成的輸入/輸出裝置122係連接至控制器121。
儲存裝置121c係由例如快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)構成。後述之用於控制基板處理設備的操作的控制程式、及敘述基板處理序列和條件的製程配方(process recipe)，係可讀取地儲存在儲存裝置121c中。製程配方係作為使控制器121去執行後述之在基板處理中的序列的程式。之後，這些製程配方及控制程式被簡單地統稱為程式。作為在此所使用 者，用語「程式」可指只包含製程配方、只包含控制程式、或包含它們兩個。RAM 121b係建構成作為記憶體區(工作區)，其中被CPU 121a讀取的程式及資料被暫時地儲存。
I/O埠121d係連接至上述的質量流量控制器241a、241b、241c、241d、241e、241f及241g、閥243a、243b、243c、243d、243e、243f及243g、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU 121a係建構成根據從輸入/輸出裝置122輸入的操作指令來從儲存裝置121c讀取及執行控制程式且從儲存裝置121c讀取製程配方。CPU 121a係進一步建構成根據讀取的製程配方的內容來控制：利用質量流量控制器241a、241b、241c、241d、241e、241f及241g的各種氣體的流速調整操作；閥243a、243b、243c、243d、243e、243f及243g的打開/關閉操作；APC閥244的打開/關閉操作；基於壓力感測器245、利用APC閥244的壓力調整操作；基於溫度感測器263的加熱器207的溫度調整操作；真空泵246的啟動及停止；利用旋轉機構267的晶舟217的旋轉及旋轉速度調整操作；利用晶舟升降機115的昇起操作等。
控制器121可建構成通用的電腦而不受限於專用的電腦。例如，在實施例中，可藉由準備外部儲存裝置123來建構控制器121，該外部儲存裝置123係例如：磁帶、如軟碟或硬碟的磁碟、如CD或DVD的光碟、 如MO的磁性光碟、及如USB記憶體或記憶卡的半導體記憶體，其儲存上述程式並將程式從外部儲存裝置123安裝至通用的電腦。用於提供電腦用的程式的手段不限於透過外部儲存裝置123提供程式情況。例如，可在沒有外部儲存裝置123下使用如網路(專線或其類似者)之通訊手段來提供程式。儲存裝置121c及外部儲存裝置123係利用電腦可讀取記錄媒體來實施且在下文被簡單地統稱為記錄媒體。用語「記錄媒體」可只包含儲存裝置121c，只包含外部儲存裝置123，或包含它們兩個。
(2)基板處理方法
作為使用上述基板處理設備的垂直式處理爐202製造半導體裝置的製程之一，現在說明在晶圓200上形成膜的序列的範例。在以下的說明中，構成基板處理設備的各種構件的操作係由控制器121控制。
在此實施例中，藉由執行既定次數的包含以下製程的循環來在晶圓200上形成膜：供應原料氣體給在處理室201中的晶圓200；在停止供應原料氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的原料氣體；供應胺系氣體給在處理室201中的晶圓200；及利用排氣管線排出殘留在處理室201中的胺系氣體。
更具體而言，藉由執行既定次數(一次以上)之包含以下製程的循環來在晶圓200上形成具有包含既定元素的既定組成、及既定厚度的膜：藉由供應原料氣體至在處理室201中的經加熱的晶圓200來在晶圓200上形成含有既定元素的層；在停止供應原料氣體的情況 下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的原料氣體；藉由供應胺系氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質含有既定元素的層而形成含有既定元素、氮及碳的第一層；在停止供應胺系氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的胺系氣體；藉由供應與原料氣體及胺系氣體不同的反應氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質第一層而形成第二層；及在停止供應反應氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的反應氣體。
此外，在停止供應胺系氣體的情況下，配置在排氣管線中的APC閥244的閥開度，在排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動中的多個階段中被改變。更具體而言，排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動包含以下製程：在APC閥244的閥開度為第一閥開度下排出殘留在處理室201中的胺系氣體；及在APC閥244的閥開度為第二閥開度下排出殘留在處理室201中的胺系氣體，第二閥開度大於第一閥開度。
換言之，在停止供應胺系氣體的情況下，透過排氣管線中的排氣能力，在排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動中的多個階段中被改變。更具體而言，排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動包含以下製程：在透過排氣管線的排氣能力為第一排氣能力下排出殘留在處理室201中的胺系氣體；及在透過排氣管線的排氣能力為第二排氣能力下排出殘留在處理室201中的胺系氣體，第二排氣能力大於第一排氣能力。
或者是，在停止供應胺系氣體的情況下，處理室201的設定內部壓力，在排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動中的多個階段中被改變。更具體而言，排出殘留在處理室201中的胺系氣體的行動包含以下製程：在處理室201的設定內部壓力為第一設定內部壓力下排出殘留在處理室201中的胺系氣體；及在處理室201的設定內部壓力為第二設定內部壓力下排出殘留在處理室201中的胺系氣體，第二設定內部壓力大於第一設定內部壓力。
例如，在習知的CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)法中，含有構成要被形成的膜的複數個元素的複數種氣體係同時地供應，而在習知的ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沉積)法中，含有構成要被形成的膜的複數個元素的複數種氣體係交替地供應。SiO2 膜或Si3 N4 膜係藉由控制如氣體供應流速、氣體供應時間、處理溫度或其類似者的供應條件來形成。在這些技術中，供應條件係控制成SiO2 膜的膜計量組成比(O/Si)係幾乎等於2且Si3 N4 膜的膜計量組成比(N/Si)係幾乎等於1.33。
相反的，在此實施例中，供應條件係控制成使要被形成的膜具有計量組成比或與計量組成比不同的組成比。例如，供應條件係控制成使構成要被形成的膜的複數個元素中的至少一個供應成以計量組成而言比其他元素過量。以下說明形成膜同時控制代表構成膜的複數個元素之間的比例之膜組成比的範例。
現在參照第4及5圖說明根據本實施例的膜形成序列。第4圖係顯示根據本實施例的膜形成流程的圖。第5圖係顯示在根據本實施例的膜形成序列中氣體供應時序的圖。藉由執行既定次數(n次)的循環來將具有既定組成、及既定厚度的矽系絕緣膜之氧碳氮化矽膜(SiOCN膜)或氧碳化矽膜(SiOC膜)形成在晶圓200上的範例，該循環包含以下製程：藉由供應HCDS氣體作為原料氣體至在處理室201中的經加熱的晶圓200來在晶圓200上形成含矽層；在停止供應HCDS氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的HCDS氣體；藉由供應TEA氣體(胺系氣體)給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質含矽層而形成含有矽、氮及碳的第一層；在停止供應TEA氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的TEA氣體；藉由供應O2 氣體(含氧氣體)作為與原料氣體及胺系氣體不同的反應氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200，來改質第一層而形成氧碳氮化矽膜(SiOCN膜)或氧碳化矽膜(SiOC膜)作為第二層；及在停止供應O2 氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的O2 氣體。
<晶圓裝填及晶舟搬入>
當將複數個晶圓200搬到晶舟217上(晶圓裝填)時，藉由晶舟升降機115來將支持複數個晶圓200的晶舟217抬起並搬入製程室201(晶舟搬入)。在此階段，密封帽219經由O型環220密封反應管203的底部。
<壓力調整及溫度調整>
利用真空泵246來將處理室201的內部抽真空以使內部成為所需壓力(真空度)。此時，利用壓力感測器245測量處理室201的內部壓力且根據所測得的壓力資訊來回饋控制APC閥244(壓力調整)。真空泵246至少保持啟動到晶圓200被完全處理為止。利用加熱器207來加熱處理室201以使內部成為所需溫度。此時，根據由溫度感測器263所測得的溫度資訊來回饋控制對加熱器207的導電狀態而使處理室201的內部具有所需溫度分布(溫度調整)。利用加熱器207加熱處理室201的內部至少持續到晶圓200被完全處理為止。接下來，晶舟217及晶圓200開始被旋轉機構267旋轉。利用旋轉機構267旋轉晶舟217及晶圓200至少持續到晶圓200被完全處理為止。
<形成氧碳氮化矽膜或氧碳化矽膜的製程>
之後，依序執行下列三個步驟(步驟1到3)
<步驟1> <HCDS氣體供應>
打開第一氣體供應管232a的閥243a而將HCDS氣體流入第一氣體供應管232a。利用質量流量控制器241a來調節流入第一氣體供應管232a的HCDS氣體的流速。將經調節流速的HCDS氣體從第一噴嘴249a的氣體供應孔250a供應至處理室201且從排氣管231排出。此時，將HCDS氣體供應至晶圓200。同時，打開閥243e讓如N2 氣體或其類似者的惰性氣體流入第一惰性氣體供應管232e。利用質量流量控制器241e來調節流 入第一惰性氣體供應管232e的N2 氣體的流速。將經調節流速的N2 氣體，連同HCDS氣體，供應至處理室201且從排氣管231排出。此時，為了防止HCDS氣體被導入第二噴嘴249b及第三噴嘴249c，打開閥243f及243g讓N2 氣體流入第二惰性氣體供應管232f及第三惰性氣體供應管232g。N2 氣體係經由第二氣體供應管232b、第三氣體供應管232c、第二噴嘴249b及第三噴嘴249c供應至處理室201且從排氣管231排出。
此時，將APC閥244正確地調節而使處理室201的內部壓力落在例如1至13300Pa(較佳為20至1330Pa)的範圍內。將受質量流量控制器241a控制的HCDS氣體的流速設定成落在例如1至1000sccm的範圍內。將受質量流量控制器241e、241f及241g控制的N2 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將HCDS氣體供應至晶圓200的時間，即，氣體供應時間(照射時間)，係設定成落在例如1至120秒(較佳為1至60秒)的範圍內。此時，將加熱器207設定成使晶圓200的溫度落在例如攝氏250至700度(較佳為攝氏350至650度)的溫度。若晶圓200的溫度低於攝氏250度，則HCDS會變得難以化學吸附在晶圓200上，這可能造成難以獲得實用的膜形成速率。此問題能藉由將晶圓200的溫度設定成攝氏250度以上來克服。若將晶圓200的溫度設成攝影350度以上，則能將HCDS更充分地吸附在晶圓200上，這可能造成較高的膜形成速率。若晶圓200的溫度超過攝氏700度，則增強了CVD反應 (即，氣相反應佔有優勢)，這可能造成膜厚均勻性惡化且難以控制膜厚。當晶圓200的溫度為攝氏700度以下時，可以抑制這種膜厚均勻性的惡化且避免難以控制膜厚。尤其是，當晶圓200的溫度為攝氏650度以下時，表面反應佔有優勢，這有助於確保膜厚均勻性及膜厚的控制。因此，在一些實施例中，晶圓200的溫度主要落在攝氏250至700度(較佳為350至650度)的範圍內。
供應HCDS氣體造成在晶圓200上形成具有例如少於一原子層至數原子層厚度的含矽層。含矽層可為HCDS氣體吸附層或矽層或兩者。在此範例中，含矽層可為含有矽(Si)及氯(Cl)的層。在此範例中，矽層係包含由矽(Si)所製成的連續層、不連續層、或由這些連續層及不連續層的組合所構成的矽薄膜的統稱。有時將由矽(Si)所製成的連續層稱為矽薄膜。製成矽層的Si包含不完全從Cl解耦者。HCDS氣體吸附層包含HCDS氣體分子連續化學吸附層及HCDS氣體分子不連續化學吸附層。即，HCDS氣體化學吸附層包含由HCDS分子所構成的、具有一分子層以下的厚度的化學吸附層。構成HCDS氣體化學吸附層的HCDS(Si2 Cl6 )分子包含Si被部分地從Cl解耦者(Si2 Cl6 分子)。即，HCDS化學吸附層包含Si2 Cl6 分子及/或Six Cly 連續及不連續化學吸附層。作為在此所使用者，用語「具有少於一原子層的厚度的層」係指不連續形成的原子層而用語「具有一原子層的厚度的層」係指連續形成的原子層。同樣地，用語「具有少於一分子層的厚度的層」係指不連續形成的分子層 而用語「具有一分子層的厚度的層」係指連續形成的分子層。在HCDS氣體自我分解(熱解，pyrolyzed)的條件下，即，在HCDS氣體的熱解反應發生的條件下，Si被沉積在晶圓200上，藉此形成矽層。在HCDS氣體不自我分解(熱解)的條件下，即，在沒有HCDS氣體的熱解反應發生的條件下，HCDS氣體被化學吸附及沉積在晶圓200上，藉此形成HCDS氣體化學吸附層。在晶圓200上形成矽層能有利於提供比在晶圓200上形成HCDS氣體吸附層還高的膜形成速率。若形成在晶圓200上的含矽層的厚度超過數原子層，則可不將後述之步驟2及3的改質反應施加至整個含矽層。能形成在晶圓200上的含矽層的最小厚度少於一原子層。因此，可將含矽層的厚度設為落在少於一原子層至數原子層的範圍內。當含矽層的厚度不少於一原子層(即，一原子層以下)時，能相對地促進後述之步驟2及3的改質反應而能縮短步驟2及3的改質反應所需時間。亦能縮短步驟1的形成含矽層所需時間。結果，能縮短每個循環的處理時間且因此縮短總處理時間。換言之，能增加膜形成速率。此外，當含矽層的厚度不少於一原子層時，能改善均勻膜厚的控制能力。
<殘留氣體移除>
在形成含矽層後，關閉第一氣體供應管232a的閥243a停止供應HCDS氣體。此時，在排氣管231的APC閥244打開下，利用真空泵246來將處理室201的內部抽真空且將殘留在處理室201中的未反應的HCDS 氣體或在幫助形成含鈦層後殘留的HCDS氣體從處理室201排除。此時，在閥243e、243f及243g打開下，持續將作為惰性氣體的N2 氣體供應至處理室201。N2 氣體係作為沖洗氣體(purge gas)，其可進一步改善將殘留在處理室201中的未反應的HCDS氣體、或在幫助形成含矽層後殘留的HCDS氣體從處理室201排除的效果。可不完全排除處理室201中的殘留氣體且可不完全沖洗處理室201的內部。若處理室201中的殘留氣體的量非常少，便不會對後續的步驟2造成不良影響。在此情況下，不需要以高流速來將N2 氣體供應至處理室201。例如，可將與反應管203(處理室201)相同體積的N2 氣體供應至處理室201來沖洗處理室201的內部至不會對步驟2造成不良影響的程度。依此方式，當不完全沖洗處理室201的內部時，能縮短沖洗時間，藉此改善產能(throughput)。此舉亦能將沖洗所需的N2 氣體的消耗量限制在最小量。
除了六氯二矽烷(Si2 Cl6 )以外，氯矽烷系原料氣體的範例還可包含如四氯矽烷或四氯化矽(SiCl4 ，STC)氣體、三氯矽烷(SiHCl3 ，TCS)氣體、二氯矽烷(SiH2 Cl2 ，DCS)氣體、單氯矽烷(SiH3 Cl，MCS)氣體及其類似者的無機原料氣體。除了N2 氣體以外，惰性氣體的範例還可包含如Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體及其類似者的稀有氣體。
<步驟2> <TEA氣體供應>
在完成步驟1而將殘留氣體從處理室201移除後，打開第二氣體供應管232b的閥243b而將TEA氣體流入第二氣體供應管232b。利用質量流量控制器241b來調節流入第二氣體供應管232b的TEA氣體的流速。將經調節流速的TEA氣體從第二噴嘴249b的氣體供應孔250b供應至處理室201。利用熱來將供應至處理室201的TEA氣體活化且從排氣管231排出。此時，將被熱活化的TEA氣體供應至晶圓200。同時，打開閥243f而將作為惰性氣體的N2 氣體流入第二惰性氣體供應管232f。利用質量流量控制器241f來調節流入第二惰性氣體供應管232f的N2 氣體的流速。將經調節流速的N2 氣體，連同TEA氣體，供應至處理室201且從排氣管231排出。此時，為了防止TEA氣體被導入第一噴嘴249a及第三噴嘴249c，打開閥243e及243g讓N2 氣體流入第一惰性氣體供應管232e及第三惰性氣體供應管232g。N2 氣體係經由第一氣體供應管232a、第三氣體供應管232c、第一噴嘴249a及第三噴嘴249c供應至處理室201且從排氣管231排出。
此時，將APC閥244正確地調節而使處理室201的內部壓力落在例如1至13300Pa(較佳為399至3990Pa)的範圍內。當將處理室201的內部壓力設定成此種相當高的壓力範圍時，能利用無電漿(non-plasma)來熱活化TEA氣體。這種TEA氣體的熱活化可導致軟性反應，該軟性反應可造成後述的軟性改質。將受質量流量控制器241b控制的TEA氣體的流速設定成落在例如100 至2000sccm的範圍內。將受質量流量控制器241f、241e及241g控制的N2 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將處理室201中的TEA氣體的分壓設定成落在例如0.01至12667Pa的範圍內。將經熱活化的TEA氣體供應至晶圓200的時間，即，氣體供應時間(照射時間)，係設定成落在例如1至120秒(較佳為1至60秒)的範圍內。此時，如步驟1，將加熱器207設定成使晶圓200的溫度落在例如攝氏250至700度(較佳為攝氏350至650度)的溫度的範圍內。
供應TEA氣體造成在步驟1中形成在晶圓200上的含矽層與TEA氣體反應。此反應使得含矽層被改變(改質)成含有矽(Si)、氮(N)及碳(C)的第一層。此第一層係含有Si、N及C的層且具有範圍從少於一原子層至數原子層的厚度。第一層具有相當高比例的Si及C成分，即，富含Si及富含C。當形成含Si、N及C層作為第一層時，含矽層中所含的氯(Cl)或TEA氣體中所含的氫，係在利用TEA氣體進行含矽層的改質反應的過程中形成例如氯(Cl2 )氣體、氫(H2 )氣體、氯化氫(HCl)氣體或其類似者的氣態材料(gaseous material)，且經由排氣管231從處理室201卸除(discharge out)。
<殘留氣體移除>
在形成第一層後，關閉第二氣體供應管232b的閥243b停止供應TEA氣體。此時，在排氣管231的APC閥244打開下，利用真空泵246來將處理室201的內部抽真空且將殘留在處理室201中的未反應的TEA氣 體或在幫助形成第一層後殘留的TEA氣體、及反應副產物從處理室201排除。
如上述，在本實施例的膜形成序列中，將在供應TEA氣體的製程中的處理室201的內部壓力設定成相當高，例如，比在供應HCDS氣體的製程中的處理室201的內部壓力還高，或可比在後述之供應O2 氣體的製程中的處理室201的內部壓力還高。依此方式，當在執行供應TEA氣體的製程後、在處理室201的內部壓力設定成相當高下移除殘留氣體，即，在停止供應TEA氣體下執行將殘留在處理室201中的TEA氣體排出的製程時，將大量且高濃度的TEA氣體一次性排出至排氣管線。當殘留在排氣管線中之真空泵246的下游側(尤其是在捕捉裝置247與除害裝置248之間的部分)的HCDS氣體與一次性排出的大量TEA氣體反應時，產生大量的反應副產物，其可能會阻塞排氣管線。即，於在停止供應TEA氣體下排出殘留在處理室201中的TEA氣體的製程之排氣初始階段中，一次性排出大量且高濃度的TEA氣體，可能是在排氣管線之真空泵246的下游側中產生大量反應副產物的原因之一。
在本實施例中，為了防止大量且高濃度的TEA氣體在停止供應TEA氣體下、在排出殘留在處理室201中的TEA氣體的製程之排氣初始階段中被一次性排出，處理室201的內部排氣係藉由依序執行第一殘留的TEA氣體排出製程(第一殘留氣體移除製程)及第二殘留的TEA氣體排出製程(第二殘留氣體移除製程)來執行， 該第一殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為第一閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體，該第二殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為比第一閥開度還高的第二閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體。
<第一殘留氣體移除>
首先，在第一殘留的TEA氣體排出製程中，將排氣管線的排氣能力設定為在APC閥244的閥開度為第一閥開度下的第一排氣能力。作為在此所使用者，用語「第一閥開度」係指當將處理室201的設定內部壓力(目標壓力)設定為第一設定壓力，例如，399至2600Pa的壓力範圍時的APC閥244的閥開度。例如，此指比當將APC閥244全開時的閥開度還窄(小)的閥開度。當將APC閥244的閥開度調整成例如較窄的閥開度時，將殘留在處理室201中的TEA氣體逐漸抽出而使得處理室201的實際內部壓力接近第一設定內部壓力。在APC閥244的閥開度為第一閥開度下將處理室201的內部排氣的時間，即，第一殘留的TEA氣體排出製程的時間，係指殘留在處理室201中的TEA氣體具有夠低而即使當將TEA氣體一次性排出時也不會與殘留的HCDS氣體明顯反應的濃度所需的時間。例如，將此時間設定成落在5至60秒的範圍內。將加熱器207設定成與步驟1相同的溫度。
<第二殘留氣體移除>
接下來，在第二殘留的TEA氣體排出製程中，將排氣管線的排氣能力設定為在APC閥244的閥開 度為第二閥開度下、比第一排氣能力還高的第二排氣能力，該第二閥開度係例如比第一閥開度還高者。作為在此所使用者，用語「第二閥開度」係指當將處理室201的設定內部壓力設定為第二設定壓力，例如，2至1330Pa的壓力範圍時的APC閥244的閥開度。例如，此指當將APC閥244全開時的閥開度。當將APC閥244的閥開度調整成這麼寬(大)的閥開度時，殘留在處理室201中的低濃度TEA氣體被一次性排出而使得處理室201的實際初始壓力接近第二設定內部壓力。在APC閥244的閥開度為第二閥開度下將處理室201的內部排氣的時間，即，第二殘留的TEA氣體排出製程的時間，係指將殘留在處理室201中的未反應TEA氣體或在幫助形成第一層後殘留的TEA氣體、及反應副產物從處理室201排出所需的時間。例如，將此時間設定成落在5至60秒的範圍內。將加熱器207設定成與步驟1相同的溫度。
依此方式，於在停止供應TEA氣體下排出殘留在處理室201中的TEA氣體之排氣初始階段(第一殘留的TEA氣體排出製程)中，將高濃度TEA氣體逐漸排出而減少殘留在排氣管線中之真空泵246下游側的HCDS與TEA氣體反應的機率。然後，當將處理室201中之TEA氣體濃度降到夠低而使得即使當將TEA氣體一次性排出時也不會與殘留的HCDS氣體明顯反應時，將殘留的TEA氣體一次性排出(第二殘留的TEA氣體排出製程)。此舉，不論是在第一殘留的TEA氣體排出製程或第二殘留的TEA氣體排出製程中，皆可減少殘留在排 氣管線中之真空泵246下游側的HCDS與TEA氣體反應的機率，藉此防止在排氣管線中之真空泵246下游側產生大量的反應副產物。
此外，在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中，都是在打開閥243f、243e及243g下持續供應作為惰性氣體的N2 氣體。依此方式，當在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中將作為惰性氣體的N2 氣體供應至處理室201時，能將排出氣體中之TEA氣體的分壓降低。此外，當在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中將作為惰性氣體的N2 氣體連續供應至處理室201時，能持續壓低排出氣體中之TEA氣體的分壓。此舉，不論是在第一殘留的TEA氣體排出製程或第二殘留的TEA氣體排出製程中，皆可進一步減少殘留在排氣管線中之真空泵246下游側的HCDS與TEA氣體反應的機率，藉此進一步防止在排氣管線中之真空泵246下游側產生大量的反應副產物。將受質量流量控制器241f、241e及241g控制的N2 氣體的流速設定成落在例如100至5000sccm的範圍內。
在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中所供應的N2 氣體係作為沖洗氣體，藉此能更有效地將殘留在處理室201中之未反應的TEA氣體或在幫助形成第一層後殘留的TEA氣體、及反應副產物從處理室201排除。然而，在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中，可不 完全排除處理室201中的殘留氣體且可不完全沖洗處理室201的內部。若處理室201中的殘留氣體的量非常少，便不會對後續的步驟3造成不良影響。在此情況下，不需要以高流速來將N2 氣體供應至處理室201。例如，可將與反應管203(處理室201)相同體積的N2 氣體供應至處理室201來沖洗處理室201的內部至不會對步驟3造成不良影響的程度。依此方式，當不完全沖洗處理室201的內部時，能縮短沖洗時間，藉此改善產能。此舉亦能將沖洗所需的N2 氣體的消耗量限制在最小量。
除了三乙胺((C2 H5 )3 N，TEA)氣體以外，胺系氣體的範例還可較佳地包含如二乙胺((C2 H5 )2 NH，DEA)氣體、單乙胺(C2 H5 NH2 ，MEA)氣體或其類似者的乙胺系氣體，如三甲胺((CH3 )3 N，TMA)氣體、二甲胺((CH3 )2 NH，DMA)氣體、單甲胺(CH3 NH2 ，MMA)氣體或其類似者的甲胺系氣體，如三丙胺((C3 H7 )3 N，TPA)氣體、二丙胺((C3 H7 )2 NH，DPA)氣體、單丙胺(C3 H7 NH2 ，MPA)氣體或其類似者的丙胺系氣體，如三異丙胺([(CH3 )2 CH]3 N，TIPA)氣體、二異丙胺([(CH3 )2 CH]2 NH，DIPA)氣體、單異丙胺((CH3 )2 CHNH2 ，MIPA)氣體或其類似者的異丙胺系氣體，如三丁胺((C4 H9 )3 N，TBA)氣體、二丁胺((C4 H9 )2 NH，DBA)氣體、單丁胺(C4 H9 NH2 ，MBA)氣體或其類似者的丁胺系氣體，或如三異丁胺([(CH3 )2 CHCH2 ]3 N，TIBA)氣體、二異丁胺([(CH3 )2 CHCH2 ]2 NH，DIBA)氣體、單異丁胺((CH3 )2 CHCH2 NH2 ，MIBA)氣體或其類似者的異丁胺系氣 體。即，胺系氣體的範例可較佳地包含以下至少一種氣體：(C2 H5 )x NH3-x 、(CH3 )x NH3-x 、(C3 H7 )x NH3-x 、[(CH3 )2 CH]x NH3-x 及(C4 H9 )x NH3-x 、[(CH3 )2 CHCH2 ]x NH3-x (其中，x係從1到3的整數)。除了N2 氣體以外，惰性氣體的範例還可包含如Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體及其類似者的稀有氣體。
<步驟3>
在完成步驟2而將殘留氣體從處理室201移除後，打開第三氣體供應管232c的閥243c而將O2 氣體流入第三氣體供應管232c。利用質量流量控制器241c來調節流入第三氣體供應管232c的O2 氣體的流速。將經調節流速的O2 氣體從第三噴嘴249c的氣體供應孔250c供應至處理室201。利用熱來將供應至處理室201的O2 氣體活化且從排氣管231排出。此時，將被熱活化的O2 氣體供應至晶圓200。同時，打開閥243g而將N2 氣體流入第三惰性氣體供應管232g。將N2 氣體，連同O2 氣體，供應至處理室201且從排氣管231排出。此時，為了防止O2 氣體被導入第一噴嘴249a及第二噴嘴249b，打開閥243e及243f讓N2 氣體流入第一惰性氣體供應管232e及第二惰性氣體供應管232f。N2 氣體係經由第一氣體供應管232a、第二氣體供應管232b、第一噴嘴249a及第二噴嘴249b供應至處理室201且從排氣管231排出。
此時，將APC閥244正確地調節而使處理室201的內部壓力落在例如1至3000Pa的範圍內。當將處 理室201的內部壓力設定成此種相當高的壓力範圍時，能利用無電漿來熱活化O2 氣體。這種O2 氣體的熱活化可導致軟性反應，該軟性反應可造成軟性改質。將受質量流量控制器241c控制的O2 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將受質量流量控制器241g、241e及241f控制的N2 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將處理室201中的O2 氣體的分壓設定成落在例如0.01至2970Pa的範圍內。將經熱活化的O2 氣體供應至晶圓200的時間，即，氣體供應時間(照射時間)，係設定成落在例如1至120秒(較佳為1至60秒)的範圍內。此時，如步驟1及2，將加熱器207設定成使晶圓200的溫度落在例如攝氏250至700度(較佳為攝氏350至650度)的範圍內。
此時，流入處理室201的氣體只有被處理室201的高內部壓力熱活化的O2 氣體而沒有HCDS氣體及TEA氣體。因此，經活化的O2 氣體與在步驟2中、形成在晶圓200上的含有Si、N及C的第一層的至少一部分反應，而沒有導致任何氣態反應。此舉使得第一層被氧化而改質成氧碳氮化矽層(SiOCN層)或氧碳化矽層(SiOC層)作為第二層。
此外，當將經熱活化的O2 氣體流入處理室201時，能將第一層熱氧化而予以改質(改變)成SiOCN層或SiOC層。此時，將第一層改質成SiOCN層或SiOC層同時將氧(O)成分加入第一層。此外，利用O2 氣體的熱氧化增加了第一層中的Si-O鍵，同時減少了Si-N鍵、 Si-C鍵及Si-Si鍵，藉此減少了第一層中的N、C及Si成分的比例。在此情況下，當延長熱氧化時間或增加在熱氧化中的氧化力(oxidizing power)時，能將大部分的N成分分離而將N成分減少到雜質等級或大致移除N成分。即，能將第一層改質成SiOCN層或SiOC層同時以增加氧濃度但減少氮、碳及矽濃度的方式改變組成比。此外，當控制如處理室201的內部壓力、氣體供應時間等製程條件時，能些微地調整在SiOCN層或SiOC層中之氧(O)成分的比例(即，氧濃度)且能更精確地控制SiOCN層或SiOC層的組成比。
此外，在步驟1及2形成的第一層中的C成分顯然比N成分豐富。例如，一些實驗顯示碳濃度高達氮濃度的兩倍以上。即，藉由在因利用O2 氣體的熱氧化將N成分完全從第一層分離前(即，在N成分殘留的狀態下)停止氧化，來將C及N成分留在第一層中，這使得第一層改質成SiOCN層。此外，即使是在第一層中大部分的N成分因利用O2 氣體的熱氧化而被完全分離的相(phase)中，仍因在此狀態下停止氧化而C成分被留在第一層且將第一層改質成SiOC層。即，當氣體供應時間(氧化時間)或氧化力受到控制時，能控制C成分的比例(即，碳濃度)且能形成SiOCN層及SiOC層當中一者同時控制它的組成比。此外，當控制如處理室201的內部壓力、氣體供應時間等製程條件時，能些微地調整在SiOCN層或SiOC層中之氧(O)成分比例(即，氧濃度)且能更精確地控制SiOCN層或SiOC層的組成比。
此時，較佳為使第一層的氧化反應不飽和。例如，當在步驟1及2中形成具有一原子層以下厚度之第一層時，較佳為氧化第一層的一部分。在此情況下，以使第一層的氧化反應不飽和的方式執行氧化以便防止具有一原子層以下厚度的第一層被整個氧化。
雖然在步驟3所採用的上述製程條件下可達成第一層的氧化反應不飽和，但是能藉由將上述步驟3的製程條件改變成以下的製程條件來更簡單地達成。
晶圓溫度：攝氏500至650度
處理室的內部壓力：133至2666Pa
O2 氣體分壓：33至2515Pa
供應的O2 氣體的流速：1000至5000sccm
供應的N2 氣體的流速：300至3000sccm
O2 氣體供應時間：6至60秒
之後，關閉第三氣體供應管232c的閥243c停止供應O2 氣體。此時，在排氣管231的APC閥244打開下，利用真空泵246來將處理室201的內部抽真空且將殘留在處理室201中的未反應的O2 氣體或在幫助形成第二層後殘留的O2 氣體、及反應副產物從處理室201排除。此時，在閥243g、243e及243f打開下，持續將N2 氣體供應至處理室201。N2 氣體係作為沖洗氣體，其能改善將殘留在處理室201中未反應的O2 氣體或在幫助形成第二層後殘留的O2 氣體、及反應副產物從處理室201排除的效果。可不完全排除處理室201中的殘留氣體且可不完全沖洗處理室201的內部。若處理室201中 的殘留氣體的量非常少，便不會對後續的步驟1造成不良影響。在此情況下，不需要以高流速來將N2 氣體供應至處理室201。例如，可將與反應管203(處理室201)相同體積的N2 氣體供應至處理室201來沖洗處理室201的內部至不會對步驟1造成不良影響的程度。依此方式，當不完全沖洗處理室201的內部時，能縮短沖洗時間，藉此改善產能。此舉亦能將沖洗所需的N2 氣體的消耗量限制在最小量。
除了O2 氣體以外，含氧氣體的範例還可包含一氧化二氮(N2 O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2 )、臭氧(O3 )、氫(H2 )氣體+氧(O2 )氣體、H2 氣體+O3 氣體、水蒸氣(H2 O)氣體、一氧化碳(CO)氣體、二氧化碳(CO2 )氣體及其類似者。除了N2 氣體以外，惰性氣體的範例還可包含如Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體及其類似者的稀有氣體。
當執行一個包含上述步驟1至3的循環一次以上(既定次數)時，能將具有既定組成及厚度的氧碳氮化矽膜(SiOCN膜)或氧碳化矽膜(SiOC膜)形成在晶圓200上。較佳地可將此循環執行數次而非一次。即，可將每個循環所形成的SiOCN層或SiOC層的厚度設定成比所需厚度還小且可重複進行該循環數次直到SiOCN層或SiOC層達到所需厚度。
<沖洗及回復大氣壓>
一旦完成了形成具有既定組成及厚度的氧碳氮化矽膜或氧碳化矽膜之膜形成製程，便打開閥243e、 243f及243g而將作為惰性氣體的N2 氣體分別從第一惰性氣體供應管232e、第二惰性氣體供應管232f、及第三惰性氣體供應管232g供應至處理室201並從排氣管231排出而使處理室201的內部被惰性氣體沖洗(氣體沖洗)，藉此將殘留在處理室201中的氣體、及反應副產物從處理室201移除。之後，以惰性氣體取代處理室201的內部氣體(惰性氣體取代)且處理室201的內部壓力回復至大氣壓(回復大氣壓)。
<晶舟卸載(boat unload)及晶圓排出(wafer discharge)>
之後，利用晶舟升降機115降下密封帽219而打開反應管203的底部，同時從反應管203的底部將經處理的晶圓200，在被晶舟217支持下，從反應管203取出(晶舟卸載)。之後，將經處理的晶圓200從晶舟217排出(晶圓排出)。
(3)確定的優點
根據本實施例，在停止供應TEA氣體下將殘留在處理室201的TEA氣體排出的製程的排氣初始階段(第一殘留的TEA氣體排出製程)，將高濃度TEA氣體逐漸排出而減少殘留在排氣管線中之真空泵246下游側的HCDS及TEA氣體反應的機率。然後，當處理室201中之TEA氣體的濃度被降低至足以在即使將TEA氣體一次性排出時也不會與殘留的HCDS氣體明顯反應時，將殘留的TEA氣體一次性排出(第二殘留的TEA氣體排出製程)。依此方式，不論是在第一殘留的TEA氣體排出製程或第二殘留的TEA氣體排出製程，皆可減少殘留在 排氣管線中之真空泵246下游側的HCDS及TEA氣體反應的機率，藉此防止大量的反應副產物被產生在排氣管線中之真空泵246下游側。
此外，根據本實施例，當在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中將作為惰性氣體的N2 氣體供應至處理室201時，能將排出的氣體中TEA氣體的分壓降低。此外，當在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中將作為惰性氣體的N2 氣體連續供應至處理室201時，能將排出的氣體中TEA氣體的分壓持續降低。依此方式，不論是在第一殘留的TEA氣體排出製程或第二殘留的TEA氣體排出製程，皆可進一步減少殘留在排氣管線中之真空泵246下游側的HCDS及TEA氣體反應的機率，藉此進一步防止大量的反應副產物被產生在排氣管線中之真空泵246下游側。
結果，根據本實施例，可防止當將SiOCN膜或SiOC膜形成在晶圓200上時真空泵246的背壓(即，真空泵246下游側中的排氣管231的內部壓力)增加。此可造成精確且快速控制處理室201的內部壓力並因此改善基板處理的品質及生產力(productivity)。此外，因為防止了反應副產物被沉積在排氣管231上，因此能減少排氣管線的維護頻率且能改善基板處理設備的生產力。
此外，根據本實施例，能在不需要增加真空泵246的排氣能力或加熱排氣管231下達成上述優點。即，只要藉由在排出處理室中的殘留的TEA氣體時改變 排氣序列便能達成上述優點，而不需要對基板處理設備100的實體構造進行顯著的改造。這可促成有效減少基板處理的成本。
<第二實施例>
接下來，將說明本發明的第二實施例。
雖然已在第一實施例中說明了使用含氧氣體(O2 氣體)作為反應氣體來在晶圓200上形成具有既定組成及厚度的氧碳氮化矽膜或氧碳化矽膜的範例，但現在將在第二實施例中說明使用含氮氣體(NH3 氣體)作為反應氣體來在晶圓200上形成具有既定組成及厚度的碳氮化矽膜的範例。
具體而言，第二實施例提供藉由執行既定次數(n次)的包含以下製程的循環來在晶圓200上形成具有既定組成及厚度的碳氮化矽膜(SiCN膜)的範例：藉由供應原料氣體(HCDS氣體)給在處理室201中的經加熱的晶圓200來在晶圓200上形成含矽層；在停止供應HCDS氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的HCDS氣體；藉由供應胺系氣體(TEA氣體)給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質含矽層而形成含有矽、氮及碳的第一層；在停止供應TEA氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的TEA氣體；藉由供應與HCDS氣體及TEA氣體不同的含氮氣體(NH3 氣體)作為反應氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質第一層而形成氧碳氮化矽層作為第二層；及在停止供應NH3 氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室 201中的NH3 氣體。
第6圖係顯示根據本第二實施例的膜形成流程的流程圖。第7圖係在根據本第二實施例的膜形成序列中供應氣體的時間點的時序圖。除了前者在步驟3中使用經熱活化的NH3 氣體作為反應氣體以外，本第二實施例具有與第一實施例相同的構成。即，第二實施例在以下方面具有與第一實施例相同的構成：當在步驟2中、在停止供應TEA氣體下排出殘留在處理室201中的TEA氣體時，依序執行第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程，該第一殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為第一閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體，該第二殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為比第一閥開度還高的第二閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體。以下，將說明本實施例的步驟3。
<步驟3>
在完成步驟2而從處理室201移除殘留氣體後，打開第四氣體供應管232d的閥243d而將NH3 氣體流入第四氣體供應管232d。利用質量流量控制器241d來調節流入第四氣體供應管232d的NH3 氣體的流速。將經調節流速的NH3 氣體從第三噴嘴249c的氣體供應孔250c供應至處理室201。利用熱來將供應至處理室201的NH3 氣體活化且從排氣管231排出。此時，將被熱活化的NH3 氣體供應至晶圓200。同時，打開閥243g而將N2 氣體流入第三惰性氣體供應管232g。將N2 氣體，連 同NH3 氣體，供應至處理室201且從排氣管231排出。此時，為了防止NH3 氣體被導入第一噴嘴249a及第二噴嘴249b，打開閥243e及243f讓N2 氣體流入第一惰性氣體供應管232e及第二惰性氣體供應管232f。N2 氣體係經由第一氣體供應管232a、第二氣體供應管232b、第一噴嘴249a及第二噴嘴249b供應至處理室201且從排氣管231排出。
此時，將APC閥244正確地調節而使處理室201的內部壓力落在例如1至3000Pa的範圍內。當將處理室201的內部壓力設定成此種相當高的壓力範圍時，能利用無電漿來熱活化NH3 氣體。這種NH3 氣體的熱活化可導致軟性反應，該軟性反應可造成後述的軟性改質。將受質量流量控制器241c控制的NH3 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將受質量流量控制器241g、241e及241f控制的N2 氣體的流速設定成落在例如100至10000sccm的範圍內。將處理室201中的NH3 氣體的分壓設定成落在例如0.01至2970Pa的範圍內。將經熱活化的NH3 氣體供應至晶圓200的時間，即，氣體供應時間(照射時間)，係設定成落在例如1至120秒(較佳為1至60秒)的範圍內。此時，如步驟1及2，將加熱器207設定成使晶圓200的溫度落在例如攝氏250至700度(較佳為攝氏350至650度)的範圍內。
此時，流入處理室201的氣體只有被處理室201的高內部壓力熱活化的NH3 氣體而沒有HCDS氣體及TEA氣體。因此，經活化的NH3 氣體與在步驟2中、 形成在晶圓200上的含有Si、N及C的第一層的至少一部分反應，而沒有導致任何氣態反應。此舉使得第一層被氮化而改質成氧碳氮化矽層(SiCN層)作為第二層。
此外，當將經熱活化的NH3 氣體流入處理室201時，能將第一層熱氮化而予以改質(改變)成SiCN層。此時，將第一層改質成SiCN層同時增加第一層中的氮(N)成分。此外，利用NH3 氣體的熱氮化增加了第一層中的Si-N鍵，同時減少了Si-C鍵及Si-Si鍵，藉此減少了第一層中的C及Si成分的比例。即，能將第一層改質成SiCN層同時以增加氮濃度但減少碳及矽濃度的方式改變組成比。此外，當控制如處理室201的內部壓力、氣體供應時間等製程條件時，能些微地調整在SiCN層中之氮(N)成分比例(即，氮濃度)且能更精確地控制SiCN層的組成比。
此時，較佳為使第一層的氮化反應不飽和。例如，當在步驟1及2中形成具有一原子層以下厚度之第一層時，較佳為氧化第一層的一部分。在此情況下，以使第一層的氮化反應不飽和的方式執行氮化以便防止具有一原子層以下厚度的第一層整個被氧化。
雖然在步驟3所採用的上述製程條件下可達成第一層的氮化反應不飽和，但是能藉由改變上述步驟3的製程條件來更簡單地達成。
晶圓溫度：攝氏500至650度
處理室的內部壓力：133至2666Pa
NH3 氣體分壓：33至2515Pa
供應的NH3 氣體的流速：1000至5000sccm
供應的N2 氣體的流速：300至3000sccm
NH3 氣體供應時間：6至60秒
之後，關閉第四氣體供應管232d的閥243d停止供應NH3 氣體。此時，在排氣管231的APC閥244打開下，利用真空泵246來將處理室201的內部抽真空且將殘留在處理室201中的未反應的NH3 氣體或在幫助形成第二層後殘留的NH3 氣體、及反應副產物從處理室201排除。此時，在閥243g、243e及243f打開下，持續將N2 氣體供應至處理室201。N2 氣體係作為沖洗氣體，其能改善將殘留在處理室201中未反應的NH3 氣體或在幫助形成第二層後殘留的NH3 氣體、及反應副產物從處理室201排除的效果。可不完全排除處理室201中的殘留氣體且可不完全沖洗處理室201的內部。若處理室201中的殘留氣體的量非常少，便不會對後續的步驟1造成不良影響。在此情況下，不需要以高流速來將N2 氣體供應至處理室201。例如，可將與反應管203(處理室201)相同體積的N2 氣體供應至處理室201來沖洗處理室201的內部至不會對步驟1造成不良影響的程度。依此方式，當不完全沖洗處理室201的內部時，能縮短沖洗時間，藉此改善產能。此舉亦能將沖洗所需的N2 氣體的消耗量限制在最小量。
除了NH3 氣體以外，含氮氣體的範例還可包含二嗪(N2 H2 )氣體、肼(N2 H4 )、N3 H8 氣體、含有其化合物的氣體及其類似者。除了N2 氣體以外，惰性氣體的範 例還可包含如Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體及其類似者的稀有氣體。
當執行一個包含上述步驟1至3的循環一次以上(例如，既定次數)時，能將具有既定組成及厚度的氧碳氮化矽膜(SiCN膜)形成在晶圓200上。較佳地可將此循環執行數次而非一次。即，可將每個循環所形成的SiCN層的厚度設定成比所需厚度還小且可重複進行該循環數次直到SiCN層達到所需厚度。
第二實施例，如已述，具有與第一實施例相同的效果。即，當在步驟2中、在停止供應TEA氣體下排出殘留在處理室201中的TEA氣體時，藉由依序執行第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程，該第一殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為第一閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體，該第二殘留的TEA氣體排出製程係在APC閥244的閥開度為比第一閥開度還高的第二閥開度下排出殘留在處理室201中的TEA氣體，可防止大量的反應副產物被產生在排氣管線中之真空泵246下游側。此外，當在第一殘留的TEA氣體排出製程及第二殘留的TEA氣體排出製程中將N2 氣體供應至處理室201時，可進一步防止大量的反應副產物被產生在排氣管線中之真空泵246下游側。結果，可防止當將SiCN膜形成在晶圓200上時真空泵246的背壓增加。此可造成精確且快速控制處理室201的內部壓力並因此改善基板處理的品質及生產力。此外，能減少排氣管線的維護頻率且能改善 基板處理設備的生產力。此外，能只藉由在排出處理室中的殘留的TEA氣體時改變排氣序列便能達成上述優點。這可促成有效減少基板處理的成本。
<其他實施例>
雖然已在上文說明各種實施例，但是本發明不限於這些已揭露的實施例而可在不背離本發明的精神及範圍下做各種修飾及改變。
例如，雖然已在上述實施例中說明以下範例：在將殘留在處理室201中的胺系氣體排出的製程中，以兩步驟改變APC閥244的閥開度，但是本發明不限於此。例如，當將殘留在處理室201中的胺系氣體排出時，可以三、四、五或更多步驟改變APC閥244的閥開度。即，可以多階段改變APC閥244的閥開度。
此外，例如，雖然已在上述實施例中說明以下範例：當形成含有Si、N及C的第一層時依序將氯矽烷系原料氣體及胺系氣體供應至處理室201中的晶圓200，但是可將供應這些氣體的序列顛倒。即，可先供應胺系氣體，再供應氯矽烷系原料氣體。換言之，可先供應氯矽烷系原料氣體及胺系氣體當中一者，再供應另一者。依此方式改變氣體供應序列可使膜品質及要形成的膜的組成比改變。
此外，雖然已在上述實施例中說明以下範例：在步驟1中使用氯矽烷系原料氣體作為原料氣體來形成含矽層，但是可以其他具有鹵素系配位基的矽烷系原料氣體取代氯矽烷系原料氣體。例如，可以氟矽烷系 原料氣體取代氯矽烷系原料氣體。在此，氟矽烷系原料氣體係指具有氟基作為鹵素基並至少含有矽(Si)元素及氟(F)元素的矽烷系原料氣體。氟矽烷系原料氣體的範例可包含如四氟矽烷(或四氟化矽(SiF4 ))氣體、六氟二矽烷(Si2 F6 )氣體或其類似者的氟化矽氣體。在此情況下，將氟矽烷系原料氣體供應至處理室201中的晶圓200上來形成含矽層。
當使用根據上述實施例及它們的變形例所形成的矽絕緣膜作為側壁間隔物時，可提供具有小漏電流及優良的可加工性(workability)的裝置形成技術。
此外，當使用根據上述實施例及它們的變形例所形成的矽絕緣膜作為蝕刻中止物(etch stopper)時，可提供具有小漏電流及優良的可加工性的裝置形成技術。
根據上述實施例及它們的變形例，即使在低溫區，仍可不使用電漿地形成具有理想化學計量的矽絕緣膜。此外，由於能不使用電漿地形成矽絕緣膜，因此可將上述實施例及它們的變形例應用於會顧慮電漿損害(plasma damage)的製程，例如，形成DPT的SADP膜。
此外，雖然已在上述實施例中說明以下範例：使用原料氣體、胺系氣體及含氧氣體來形成SiOCN膜或SiOC膜；及使用原料氣體、胺系氣體及含氮氣體來形成SiCN膜，但是本發明不限於此。例如，本發明可適合應用於以下情況：只使用原料氣體及胺系氣體來形成SiCN膜。此外，本發明可適合應用於以下情況：使用原 料氣體、胺系氣體及含硼氣體來形成碳氮化矽硼膜(SiBCN膜)或氮化矽硼膜(SiBN膜)。含硼氣體的範例可包含三氯化硼(BCl3 )氣體、二硼烷(B2 H6 )氣體或硼烷系氣體。依此方式，本發明可適合應用於各種使用原料氣體及胺系氣體的基板處理。
此外，雖然已在上述實施例中說明以下範例：形成如氧碳氮化矽膜(SiOCN膜)、氧碳化矽膜(SiOC膜)、碳氮化矽膜(SiCN膜)的含矽絕緣層，但是本發明可應用於以下情況：形成含有金屬元素的金屬系膜，該金屬元素係例如鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鋁(Al)、鉬(Mo)及其類似者。
即，本發明可適合應用於形成如下金屬氧碳氮化物膜的情況：氧碳氮化鈦膜(TiOCN膜)、氧碳氮化鋯膜(ZrOCN膜)、氧碳氮化鉿膜(HfOCN膜)、氧碳氮化鉭膜(TaOCN膜)、氧碳氮化鋁膜(AlOCN膜)、氧碳氮化鉬膜(MoOCN膜)及其類似者。
此外，本發明可適合應用於如下金屬氧碳化物膜的情況：氧碳化鈦膜(TiOC膜)、氧碳化鋯膜(ZrOC膜)、氧碳化鉿膜(HfOC膜)、氧碳化鉭膜(TaOC膜)、氧碳化鋁膜(AlOC膜)、氧碳化鉬膜(MoOC膜)及其類似者。
此外，本發明可適合應用於如下金屬碳氮化物膜的情況：碳氮化鈦膜(TiCN膜)、碳氮化鋯膜(ZrCN膜)、碳氮化鉿膜(HfCN膜)、碳氮化鉭膜(TaCN膜)、碳氮化鋁膜(AlCN膜)、碳氮化鉬膜(MoCN膜)及其類似者。
在此情況下，取代在上述實施例中所使用的 氯矽烷系原料氣體，可使用含有金屬元素及鹵素元素的原料氣體而使用與上述實施例相同的序列形成膜。即，藉由執行既定次數(一次以上)的包含以下製程的循環來在晶圓200上形成具有既定組成及厚度的金屬系膜(金屬氧碳氮化物膜、金屬氧碳化物膜及金屬碳氮化物膜)：藉由供應含有金屬元素及鹵素元素的原料氣體至在處理室201中的經加熱的晶圓200來在晶圓200上形成含有金屬的層；在停止供應原料氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的原料氣體；藉由供應胺系氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質含有金屬的層而形成含有金屬元素、氮及碳的第一層；在停止供應胺系氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的胺系氣體；藉由供應與原料氣體及胺系氣體不同的反應氣體給在處理室201中的經加熱的晶圓200來改質第一層而形成第二層；及在停止供應反應氣體的情況下利用排氣管線排出殘留在處理室201中的反應氣體。在此情況下，如同上述實施例，在排出殘留在處理室201的胺系氣體的行動(act)中以多階段改變在排氣管線中的APC閥244的閥開度。
例如，若形成含有Ti的金屬系膜(TiOCN膜、TiOC膜及TiCN膜)，則可使用四氯化鈦(TiCl4 )之含有Ti及氯基的氣體或其類似者、或四氟化鈦(TiF4 )之含有Ti及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
例如，若形成含有Zr的金屬系膜(ZrOCN膜、ZrOC膜及ZrCN膜)，則可使用四氯化鋯(ZrCl4 )之含有Zr及氯基的氣體或其類似者、或四氟化鋯(ZrF4 )之含有Zr及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
例如，若形成含有Hf的金屬系膜(HfOCN膜、HfOC膜及HfCN膜)，則可使用四氯化鉿(HfCl4 )之含有Hf及氯基的氣體或其類似者、或四氟化鉿(HfF4 )之含有Hf及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
例如，若形成含有Ta的金屬系膜(TaOCN膜、TaOC膜及TaCN膜)，則可使用五氯化鉭(TaCl5 )之含有Ta及氯基的氣體或其類似者、或五氟化鉭(TaF5 )之含有Ta及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
例如，若形成含有Al的金屬系膜(AlOCN膜、AlOC膜及AlCN膜)，則可使用三氯化鋁(AlCl3 )之含有Al及氯基的氣體或其類似者、或三氟化鋁(AlF3 )之含有Al及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
例如，若形成含有Mo的金屬系膜(MoOCN 膜、MoOC膜及MoCN膜)，則可使用五氯化鉬(MoCl5 )之含有Mo及氯基的氣體或其類似者、或五氟化鉿(MoF5 )之含有Hf及氟基的氣體或其類似者作為原料氣體。在此情況下，可使用與上述實施例相同的胺系氣體及反應氣體。此外，可使用與上述實施例相同的製程條件。
簡言之，本發明可適合應用於以下情況：形成含有如半導體元素、金屬元素及其類似者之既定元素的膜。
此外，雖然已在上述實施例說明以下範例：使用批次式基板處理設備來一次處理複數片基板而形成膜，但是本發明不限於此而可適合應用於使用單一式基板處理設備(single type substrate processing apparatus)來一次處理單一基板或數片基板而形成膜。
此外，可以適當的組合使用上述實施例、變形例及應用。
此外，例如，本發明可藉由改變現有的基板處理設備的製程配方來實施。製程配方的改變可包含：經由電信線或儲存製程配方的記錄媒體將本發明的製程配方安裝在現有的基板處理設備；及操作現有的基板處理設備而將其製程配方改變成所述之一個以上的實施例的製程配方。
<範例>
作為本發明的範例，使用上述實施例的基板處理設備而重複進行根據上述第一實施例的膜形成序列之在複數片晶圓上形成SiOC膜的批次式製程數次。在此 範例中，使用HCDS氣體作為原料氣體，使用TEA氣體作為胺系氣體及使用O2 氣體作為反應氣體。第8A圖為在本範例的膜形成序列中氣體供應的時序圖。如第8A圖所示，將處理室的內部壓力設定為930Pa供HCDS氣體供應製程用，2Pa供殘留的HCDS氣體排出製程用，2660Pa供TEA氣體供應製程用，1330Pa供第一殘留的TEA氣體排出製程用及2Pa供第二殘留的TEA氣體排出製程用。其他的膜形成條件(每個步驟中的製程條件)係設定為落在上述第一實施例所述之製程條件的範圍內。
作為比較例，根據上述第一實施例的膜形成序列之在複數片晶圓上形成SiOC膜數次的批次式製程，該第一實施例係在將第一殘留的TEA氣體排出製程從膜形成序列排除下、僅執行第二殘留的TEA氣體排出製程。在本比較例中，使用HCDS氣體作為原料氣體，使用TEA氣體作為胺系氣體及使用O2 氣體作為反應氣體。第8B圖為本比較例的膜形成序列中氣體供應的時序圖。如第8B圖所示，將處理室的內部壓力設定為930Pa供HCDS氣體供應製程用，2Pa供殘留的HCDS氣體排出製程用，2660Pa供TEA氣體供應製程用及2Pa供殘留的TEA氣體排出製程用。其他的膜形成條件(每個步驟中的製程條件)係設定為落在上述第一實施例所述之製程條件的範圍內。
範例的膜形成序列的結果顯示：可在未增加真空泵的背壓下穩定地重複進行形成SiOC膜的批次式製程。比較例的膜形成序列的結果顯示：形成SiOC膜的 批次式製程增加了真空泵的背壓一至數次，這導致排氣管線被阻塞。當拆解排氣管線時，確認了相當多的反應副產物係附著在排氣管線的真空泵下游側，尤其是在捕捉裝置與除害裝置之間的部分。
<本發明的其他形態>
以下，另外說明本發明的一些形態。
本發明的第一形態可提供一種製造半導體裝置的方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動包含：在閥開度為第一閥開度下排出殘留在處理室中的胺系氣體；及在閥開度為第二閥開度下排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中第二閥開度大於第一閥開度。
在一些實施例中，第二閥開度係全開。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：連續供應惰性氣體至處理室。
在一些實施例中，原料氣體含有鹵素元素。
在一些實施例中，原料氣體含有氯元素或氟 元素。
在一些實施例中，原料氣體含有氯元素。
在一些實施例中，胺系氣體含有胺。
在一些實施例中，胺系氣體含有選自由乙胺、甲胺、丙胺、異丙胺、丁胺及異丁胺所構成之族群的至少一種胺。
在一些實施例中，胺系氣體含有選自由三乙胺、二乙胺、單乙胺、三甲胺、二甲胺、單甲胺、三丙胺、二丙胺、單丙胺、三異丙胺、二異丙胺、單異丙胺、三丁胺、二丁胺、單丁胺、三異丁胺、二異丁胺及單異丁胺所構成之族群的至少一種胺。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：以多階段改變處理室的設定內部壓力。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：在處理室的設定內部壓力為第一設定內部壓力下排出殘留在處理室中的胺系氣體；及在處理室的設定內部壓力為第二設定內部壓力下排出殘留在處理室中的胺系氣體，第二設定內部壓力低於第一設定內部壓力。
在一些實施例中，在處理室的設定內部壓力為第二設定內部壓力下排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：在排氣管線的最大排氣能力下排出胺系氣體。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：以多階段改變排氣管線的排氣能力。
在一些實施例中，排出殘留在處理室中的胺 系氣體包含：在排氣管線的排氣能力為第一排氣能力下排出殘留在處理室中的胺系氣體；及在排氣管線的排氣能力為第二排氣能力下排出殘留在處理室中的胺系氣體，第二排氣能力大於第一排氣能力。
在一些實施例中，在排氣管線的排氣能力為第二排氣能力下排出殘留在處理室中的胺系氣體包含：在排氣管線的最大排氣能力下排出胺系氣體。
本發明的另一形態可提供一種處理基板之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
本發明的另一形態可提供一種基板處理設備，其包括：處理室，係建構成收納基板；原料氣體供應系統，係建構成供應原料氣體至處理室中的基板；胺系氣體供應系統，係建構成供應胺系氣體至處理室中的基板；排氣管線，係建構成將處理室的內部排氣；排氣閥，係配置在排氣管線；及控制器，係建構成利用以下方式控制原料氣體供應系統、胺系氣體供應系統、排氣管線、及排氣閥，該方式係藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室 中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中當排出殘留在處理室中的胺系氣體時以多階段改變排氣閥的閥開度。
本發明的另一形態可提供一種程式，其使電腦執行一種製造半導體裝置之方法，該方法包括：藉由執行循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
本發明的另一形態可提供一種儲存程式的非暫時性電腦可讀取記錄媒體，該程式使電腦執行一種製造半導體裝置之方法，該方法包括：藉由執行循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的基板；在停止供應原料氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的原料氣體；供應胺系氣體至處理室中的基板；及在停止供應胺系氣體的狀態下透過排氣管線排出殘留在處理室中的胺系氣體，其中在排出殘留在處理室中的胺系氣體的行動中，以多階段改變配置在排氣管線的排氣閥的閥開度。
根據一些實施例中的本發明，可提供製造半導體裝置之方法、處理基板之方法、基板處理設備、及儲存用於執行這種方法的電腦可讀取記錄媒體，它們可防止當形成膜時副產物被沉積在排氣管線中。
雖然已說明特定的實施例，但是這些實施例只是以範例的方式呈現，而不是用來限制本發明的範圍。的確，本文所述之新穎的方法及設備可以各種其他形式實施。進一步而言，可在不背離本發明的精神下對本文所述之實施例的形式進行各種省略、組合、取代及變更。隨附的申請專利範圍及它們的均等物係用於涵蓋這種會落入本發明的範圍及精神的形式或修飾。

Claims (18)

  1. 一種製造半導體裝置之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的該基板；在停止供應該原料氣體時透過排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體；供應胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體，其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動係包含：在第一殘留氣體移除製程以配置在該排氣管線的排氣閥的第一開閥度排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部分，在第二殘留氣體移除製程中以比該第一開閥度大的第二開閥度排出該胺系氣體的殘留部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二閥開度係全開(fully-opened)。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動包含：連續供應惰性氣體至該處理室。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該原料氣體含有鹵素元素。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該原料氣體含有氯元素或氟元素。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該原料氣體含有氯元素。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該胺系氣體含有胺。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該胺系氣體含有選自由乙胺、甲胺、丙胺、異丙胺、丁胺及異丁胺所構成之族群的至少一種胺。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該胺系氣體含有選自由三乙胺、二乙胺、單乙胺、三甲胺、二甲胺、單甲胺、三丙胺、二丙胺、單丙胺、三異丙胺、二異丙胺、單異丙胺、三丁胺、二丁胺、單丁胺、三異丁胺、二異丁胺及單異丁胺所構成之族群的至少一種胺。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二殘留氣體移除製程係在該第一殘留氣體移除製程後執行。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一殘留氣體移除製程係在排除殘留該處理室中的該胺系氣體的製程之初始階段時執行，且該第二殘留氣體移除製程係在該第一殘留氣體移除製程後執行。
  12. 一種製造半導體裝置之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的該基板；在停止供應該原料氣體時透過排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體； 供應胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體；其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動包含：在第一殘留氣體移除製程中以該處理室的第一設定內部壓力排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部份；及在第二殘留氣體移除製程中以低於該第一設定內部壓力的第二設定內部壓力排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的殘留部分。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第二殘留氣體移除製程包含：在該排氣管線的最大排氣能力下排出該胺系氣體。
  14. 一種製造半導體裝置之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的該基板；在停止供應該原料氣體時透過排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體；供應胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體；其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動 包含：在第一殘留氣體移除製程中以該排氣管線的第一排氣能力排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部份；及在第二殘留氣體移除製程中以大於該第一排氣能力的該排氣管線之第二排氣能力排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的殘留部分。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該第二殘留氣體移除製程包含：在該排氣管線的最大排氣能力下排出該胺系氣體。
  16. 一種處理基板之方法，其包括：藉由執行既定次數的循環來在該基板上形成膜，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的該基板；在停止供應原料氣體時透過排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體；供應胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體，其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動係包含：在第一殘留氣體移除製程中以配置在該排氣管線的排氣閥的第一開閥度排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部份，在第二殘留氣體移除製程中以比該第一開閥度大 的第二開閥度排出該胺系氣體的殘留部分。
  17. 一種基板處理設備，其包括：處理室，係建構成收納基板；原料氣體供應系統，係建構成供應原料氣體至該處理室中的該基板；胺系氣體供應系統，係建構成供應胺系氣體至該處理室中的該基板；排氣管線，係建構成將該處理室的內部排氣；排氣閥，係配置在該排氣管線；及控制器，係建構成控制該原料氣體供應系統、該胺系氣體供應系統、該排氣管線、及該排氣閥，使得藉由執行既定次數的循環來在該基板上形成膜，該循環包括：供應該原料氣體至該處理室中的該基板；在停止供應該原料氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體；供應該胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體，其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動係包含：在第一殘留氣體移除製程中以配置在該排氣管線的排氣閥的第一開閥度排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部份，在第二殘留氣體移除製程中以比該第一開閥度大 的第二開閥度排出該胺系氣體的殘留部分。
  18. 一種非暫時性電腦可讀取記錄媒體，其係儲存使電腦執行藉由執行既定次數的循環來在基板上形成膜的製程的程式，該循環包括：供應原料氣體至處理室中的該基板；在停止供應該原料氣體時透過排氣管線排出殘留在該處理室中的該原料氣體；供應胺系氣體至該處理室中的該基板；及在停止供應該胺系氣體時透過該排氣管線排出殘留在該處理室中的該胺系氣體，其中排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的行動係包含：在第一殘留氣體移除製程中以配置在該排氣管線的排氣閥的第一開閥度排出殘留在該處理室中的該胺系氣體的一部份，在第二殘留氣體移除製程中以比該第一開閥度大的第二開閥度排出該胺系氣體的殘留部分。
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