半导体装置的制备方法及衬底处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及含有在衬底上形成薄膜的工序的半导体装置的制备方法及衬底处理 装直。
【背景技术】
[0002] 在半导体装置（设备）的制备工序中，有以下工序：在硅晶片等衬底上形成硅氮化 膜（SiN膜）等硅系绝缘膜，即含有作为规定元素的硅的绝缘膜。SiN膜的绝缘性、耐腐蚀 性、介电性、膜应力控制性等优异，被广泛用作绝缘膜、掩模膜、电荷蓄积膜、应力控制膜。另 夕卜，还已知为了提高耐蚀刻性而向该绝缘膜添加碳（C)，形成硅碳氮化膜（SiCN膜）的技术。
【发明内容】
[0003] 但是，难以以高浓度向SiN膜等膜中添加C。本发明的目的在于，提供以下技术： 在形成含有规定元素、碳和氮的膜时可以提高膜中的组成的控制性。
[0004] 根据本发明的一个方案，
[0005] 提供一种半导体装置的制备方法，具有通过进行规定次数的循环从而在衬底上形 成含有规定元素、碳和氮的膜的工序，所述循环含有以下工序：
[0006] 向衬底供给含有规定元素和卤元素的第1处理气体的工序，
[0007] 向上述衬底供给由碳、氮和氢3种元素构成的第2处理气体的工序，和
[0008] 向上述衬底供给含有碳的第3处理气体的工序。
[0009] 根据本发明的另一个方案，
[0010] 提供一种衬底处理装置，具有：
[0011] 收纳衬底的处理室，
[0012] 向上述处理室内供给含有规定元素和卤元素的第1处理气体的第1气体供给系 统，
[0013] 向上述处理室内供给由碳、氮和氢3种元素构成的第2处理气体的第2气体供给 系统，
[0014] 向上述处理室内供给含有碳的第3处理气体的第3气体供给系统，和
[0015] 控制部，该控制部被构成为控制上述第1气体供给系统、上述第2气体供给系统和 上述第3气体供给系统以进行以下处理，所述处理通过进行规定次数的循环从而在衬底上 形成含有上述规定元素、碳和氮的膜，所述循环含有向上述处理室内的上述衬底供给上述 第1处理气体的处理、向上述处理室内的上述衬底供给上述第2处理气体的处理和向上述 处理室内的上述衬底供给上述第3处理气体的处理。
[0016] 根据本发明，可以在形成含有规定元素、碳和氮的膜时提高膜中的组成的控制性。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的实施方案中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的示意构成 图，是用纵截面图表示处理炉部分的图。
[0018] 图2是本发明的实施方案中优选使用的衬底处理装置的立式处理炉的示意构成 图，是用图1的A-A线截面图表示处理炉部分的图。
[0019] 图3是本发明的实施方案中优选使用的衬底处理装置的控制器的示意构成图，是 用框图表示控制器的控制系统的图。
[0020] 图4是表示本发明的一个实施方案的成膜流程的图。
[0021] 图5是表示本发明的一个实施方案的成膜顺序中的气体供给时刻及其变形例的 图。
[0022] 图6是表示实施例所涉及的SiCN膜的膜厚度分布、面内平均膜厚度、晶片面内的 膜厚度均匀性、折射率的测定结果的图。
[0023] 图7是表示实施例所涉及的SiCN膜的RMS粗糙度测定结果的图。
[0024] 图8是表示实施例所涉及的SiCN膜的XPS测定结果的图。
[0025] 图9是表示实施例所涉及的SiCN膜的耐氟化氢腐蚀性测定结果的图。
[0026] 图10是表示本发明的另一个实施方案的成膜顺序中的气体供给时刻及其变形例 的图。
[0027] 符号说明
[0028] 121控制器（控制部）
[0029] 200晶片（衬底）
[0030] 201 处理室
[0031] 202 处理炉
[0032] 2〇3反应管
[0033] 207加热器
[0034] 231排气管
[0035] 232a气体供给管
[0036] 232b气体供给管
[0037] 232c气体供给管
【具体实施方式】
[0038]〈本发明的一个实施方案〉
[0039] 以下，使用图1?图3对本发明的一个实施方案进行说明。
[0040] (1)衬底处理装置的构成
[0041] 如图1所示，处理炉202具有作为加热手段（加热设备）的加热器207。加热器 207是圆筒形状，通过被支承在作为保持板的加热器底座（未图示）上而被垂直地安装。如 下所述，加热器207也作为用热活化（激发）气体的活化设备（激发部）起作用。
[0042] 在加热器207的内侧，与加热器207成同心圆状地设置构成反应容器（处理容器） 的反应管203。反应管203例如由石英（Si02)或碳化硅（SiC)等耐热性材料形成，形成上 端封闭而下端开口的圆筒形状。在反应管203的筒中空部形成处理室201，构成为可以通过 下述晶舟217而以水平姿势在垂直方向多级排列的状态收纳作为衬底的晶片200。
[0043] 在处理室201内，以使喷嘴249a?249c贯通反应管203的下部的方式设置喷嘴 249a?249c。分别将气体供给管232a?232c连接至喷嘴249a?249c。这样，在反应管 203设置3个喷嘴249a?249c和3根气体供给管232a?232c，构成为可以向处理室201 内供给多种气体，此处为3种的气体。
[0044] 但是，本实施方案所涉及的处理炉202并不限定于上述方案。例如可以使在反应 管203的下方设置支承反应管203的金属制岐管，设置各喷嘴，使其贯通岐管的侧壁。在该 情况下，也可以使在岐管上进一步设置下述排气管231。即使在该情况下，也可以使将排气 管231设置在并非岐管而是反应管203的下部。像这样，可以使处理炉202的炉口部为金 属制，可以在该金属制炉口部安装喷嘴等。
[0045] 在气体供给管232a?232c，从上游方向起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)241a?241c和作为开关阀的阀门243a?243c。在相比气 体供给管232a?232c的阀门243a?243c为下游侧，分别连接供给惰性气体的气体供给 管232d?232f。在气体供给管232d?232f，从上游方向起依次分别设置作为流量控制器 (流量控制部）的MFC241d?241f和作为开关阀的阀门243d?243f。
[0046] 分别将上述喷嘴249a?249c连接至气体供给管232a?232c的前端部。如图2 所示，在反应管203的内壁与晶片200之间的圆环状空间，按从反应管203内壁的下部起沿 着上部向晶片200的装载方向上方立起的方式分别设置喷嘴249a?249c。即，在以下区域 分别设置喷嘴249a?249c，使其沿着晶片排列方向，所述区域是排列有晶片200的晶片排 列区域侧方的水平地包围晶片排列区域的区域。将喷嘴249a?249c分别构成为L型长喷 嘴，按它们的各水平部贯通反应管203的下部侧壁的方式进行设置，并设置成它们的各垂 直部至少从晶片排列区域的一端侧向另一端侧立起。在喷嘴249a?249c的侧面，分别设 置供给气体的气体供给孔250a?250c。气体供给孔250a?250c分别朝向反应管203的 中心地开口，使得可以向晶片200供给气体。从反应管203的下部至上部设置多个气体供 给孔250a?250c，各自具有相同的开口面积，此外以相同的开口间距设置。
[0047] 这样，对于本实施方案来说，经由喷嘴249a?249c输送气体，所述喷嘴249a? 249c配置在由反应管203的内壁与装载的多个晶片200的端部（外周）定义的、圆环状的、 纵长伸展的空间内、即圆筒状的空间内。然后，从分别在喷嘴249a?249c上开口的气体供 给孔250a?250c，在晶片200的附近首先向反应管203内喷出气体。然后，使反应管203 内的气体的主要流动为与晶片200表面平行的方向、即水平方向。通过设为这样的构成，可 以向各晶片200均匀地供给气体，可以使在各晶片200上形成的薄膜的膜厚度均匀。流过晶 片200表面的气体、即反应后的剩余气体向排气口、即下述排气管231的方向流动。但是， 该剩余气体的流动方向通过排气口的位置而适当确定，并不限定于垂直方向。
[0048] 从气体供给管232a，介由MFC241a、阀门243a、喷嘴249a向处理室201内供给含 有规定元素和卤元素的第1处理气体、例如含有作为规定元素的硅（Si)和作为卤元素的氯 (C1)的氯硅烷系原料气体。
[0049] 所谓氯硅烷系原料气体是气体状态的氯硅烷系原料，例如通过将在常温常压下是 液体状态的氯硅烷系原料气化而得到的气体、在常温常压下是气体状态的氯硅烷系原料 等。所谓氯硅烷系原料是具有作为卤素基团的氯基的硅烷系原料，是至少含有Si和C1的 原料。氯硅烷系原料也可以说是卤化物的一种。在本说明书中使用所谓"原料"的词语的情 况，包括指"液体状态的液体原料"的情况、指"气体状态的原料气体"的情况或指这两者的 情况。因此，在本说明书中使用所谓"氯硅烷系原料"的词语的情况，包括指"液体状态的氯 硅烷系原料"的情况、指"气体状态的氯硅烷系原料气体"的情况或指这两者的情况。作为 氯硅烷系原料，例如可以使用六氯乙硅烷（Si2Cl6，简称：HCDS)。在使用如HCDS这样在常温 常压下是液体状态的液体原料的情况下，通过气化器、起泡器等气化系统将液体原料气化， 作为第1处理气体（HCDS气体）进行供给。
[0050] 从气体供给管232b，经由MFC241b、阀门243b、喷嘴249b向处理室201内供给由碳 (C)、氮（N)和氢（H) 3种元素构成的第2处理气体、例如含有胺的气体、即胺系气体。
[0051] 所谓胺系气体是气体状态的胺，例如通过将在常温常压下是液体状态的胺气化而 得到的气体、在常温常压下是气体状态的胺等含有胺基的气体。胺系气体含有乙胺、甲胺、 丙胺、异丙胺、丁胺、异丁胺等胺。所谓胺是以下化合物的统称：用烷基等烃基取代氨（nh3) 的H原子的形态的化合物。胺含有烷基等烃基作为含有C原子的配基。胺系气体含有C、 N和H这3种元素，由于不含有Si，所以也可以说是不含有Si的气体，此外，由于不含有Si 和金属，所以也可以说是不含有Si和金属的气体。另外，胺系气体也是含有氮的气体（氮 源），也是含有碳的气体（碳源），还是含有氢的气体。胺系气体也可以说是仅由C、N和H 这3种元素构成的物质。在本说明书中使用所谓"胺"的词语的情况下，有指"液体状态的 胺"的情况、指"气体状态的胺系气体"的情况或指这两者的情况。作为胺系气体，例如可以 使用其组成式中（化学结构式中、1分子中）的含有C原子的配基（乙基）的数量为3、在 其组成式中C原子的数量比N原子的数量多的三乙胺（(C2H5)具简称：TEA)气体。在使用如 TEA这样在常温常压下是液体状态的胺的情况下，通过气化器、起泡器等气化系统将液体状 态的胺气化，使得作为第2处理气体（TEA气体）进行供给。
[0052] 从气体供给管232c，经由MFC241c、阀门243c、喷嘴249c向处理室201内供给例如 经系气体作为含有碳（C)的第3处理气体。经系气体是含碳气体（碳源），也是含氢气体。 烃系气体也可以说是仅由C和H这2种元素构成的物质。作为烃系气体，例如可以使用丙 烯（C3H6)气体。
[0053] 从气体供给管232d?232f，分别经由MFC241d?241f、阀门243d?243f、气体供 给管232a?232c、喷嘴249a?249c向处理室201内供给例如氮（N2)气作为惰性气体。
[0054] 在从各气体供给管分别流出如上所述的气体的情况下，主要通过气体供给管 232a、MFC241a、阀门243a，构成供给含有规定元素和卤元素的第1处理气体的第1气体供 给系统，即作为第1处理气体供给系统的氯硅烷系原料供给系统。也可以考虑在氯硅烷系 原料气体供给系统中含有喷嘴249a。也可以将氯硅烷系原料气体供给系统称为氯硅烷系原 料供给系统。
[0055] 另外，主要通过气体供给管232b、MFC241b、阀门243b，构成供给由C、N和H这3种 元素构成的第2处理气体的第2气体供给系统，即作为第2处理气体供给系统的胺系气体 供给系统。也可以考虑在胺系气体供给系统中含有喷嘴249b。也可以将胺系气体供给系统 称为胺供给系统。
[0056] 另外，主要通过气体供给管232c、MFC241c、阀门243c，构成供给含有C的第3处理 气体的第3气体供给系统，即作为第3处理气体供给系统的烃系气体供给系统。也可以考 虑在烃系气体供给系统中含有喷嘴249c。也可以将烃系气体供给系统称为烃供给系统。 [0057]在反应管203,设置将处理室201内的气氛排气的排气管231。如图2所示，在横 截面视图中，将排气管231设置在与设置反应管203的喷嘴249a的气体供给孔250a、喷嘴 249b的气体供给孔250b和喷嘴249c的气体供给孔250c的一侧相对的一侧，即夹着晶片 200与气体供给孔250a?250c相反的一侧。另外，如图1所示，在纵截面视图中，排气管 231设置在与设置气体供给孔250a?250c的部位相比更位于下方的位置。通过此构成，从 气体供给孔250a?250c向处理室201内的晶片200附近供给的气体向水平方向、即与晶 片200表面平行的方向流动后，向下方流动，从排气管231被排气。处理室201内的气体的 主要流动为向水平方向流动的情况如上所述。
[0058] 经由作为检测处理室201内压力的压力检测器（压力检测部）的压力传感器245 和作为压力调整器（压力调整部）的APC(AutoPressureController)阀门244,将作为 真空排气装置的真空泵246连接至排气管231。APC阀门244是如下构成的阀门：在使真空 泵246工作的状态下开关阀门，由此可以进行处理室201内的真空排气和停止真空排气，此 夕卜，在使真空泵246工作的状态下，基于通过压力传感器245检测的压力信息调整阀门开放 程度，由此可以调整处理室201内的压力。主要通过排气管231、APC阀门244、压力传感器 245构成排气系统。也可以考虑将真空泵246包含在排气系统中。
[0059] 在反应管203的下方，作为可以气密性地封闭反应管203下端开口的炉口盖体，设 置密封盖219。密封盖219以从垂直方向下侧与反应管203的下端抵接的方式构成。密封 盖219例如由不锈钢（SUS)等金属形成，形成为圆盘状。在密封盖219的上面设置与反应 管203的下端抵接的密封部件、即0型环220。在密封盖219与处理室201相反侧，设置使 下述晶舟217旋转的旋转设备267。旋转设备267的旋转轴255贯通密封盖219而被连接 至晶舟217。旋转设备267被构成为通过旋转晶舟217而旋转晶片200。密封盖219被构 成为通过作为垂直地设置在反应管203外部的升降结构的、晶舟升降机115而在垂直方向 升降。晶舟升降机115被构成为通过升降密封盖219而可以将晶舟217搬入和搬出至处理 室201内外。晶舟升降机115被构成为将晶舟217、即晶片200输送至处理室201内外的输 送装置（输送设备）。
[0060] 作为