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CN118435321A - 基板处理装置、基板处理方法、半导体装置的制造方法、程序及气体供给单元 - Google Patents

基板处理装置、基板处理方法、半导体装置的制造方法、程序及气体供给单元 Download PDF

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CN118435321A
CN118435321A CN202280083910.3A CN202280083910A CN118435321A CN 118435321 A CN118435321 A CN 118435321A CN 202280083910 A CN202280083910 A CN 202280083910A CN 118435321 A CN118435321 A CN 118435321A
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CN
China
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gas
reaction gas
gas supply
valve
reaction
Prior art date
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Application number
CN202280083910.3A
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English (en)
Inventor
小川有人
清野笃郎
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
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Publication date
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Abstract

即使在同时供给不同的多种气体的情况下，也可以提升基板的处理质量。本发明具有：处理容器，其收容基板；第一气体供给部，其向处理容器内供给第一反应气体；气体供给管，其向处理容器内供给第二反应气体、和含有与第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体；贮存部，其被设置在气体供给管而贮存第二反应气体和第三反应气体；第一阀，其被设置在气体供给管的贮存部与处理容器之间；第二气体供给部，其向贮存部供给第二反应气体；第三气体供给部，其向贮存部供给第三反应气体；控制部，其构成为能够控制第一气体供给部、第一阀、第二气体供给部、和第三气体供给部，以便执行如下的处理：(a)将第二反应气体和第三反应气体贮存于贮存部的处理；(b)向基板供给第一反应气体的处理；(c)从贮存部向基板供给第二反应气体和第三反应气体的处理。

Description

基板处理装置、基板处理方法、半导体装置的制造方法、程序 及气体供给单元
技术领域
本发明关于基板处理装置、基板处理方法、半导体装置的制造方法、程序及气体供给单元。
背景技术
作为半导体装置的制造工序的一工序，具有在基板处理装置的处理容器内将膜形成于基板的工序(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2019/058608号手册
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在上述的基板处理装置中，当低蒸气压的气体和高蒸气压的气体同时被导入至处理容器内时，存在难以供给足够量的低蒸气压气体的问题。
本发明的目的在于，提供一种技术，即使在同时供给不同的多种气体的情况下，也可以提升基板的处理质量。
解决问题的技术手段
根据本发明的一方式，提供一种技术，具有：
处理容器，其收容基板；
第一气体供给部，其向上述处理容器内供给第一反应气体；
气体供给管，其向上述处理容器内供给第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体；
贮存部，其被设置在上述气体供给管而贮存上述第二反应气体和上述第三反应气体；
第一阀，其被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间；
第二气体供给部，其向上述贮存部供给上述第二反应气体；
第三气体供给部，其向上述贮存部供给上述第三反应气体；
控制部，其构成为能够控制上述第一气体供给部、上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便执行如下的处理：
(a)将上述第二反应气体和上述第三反应气体贮存在上述贮存部的处理；
(b)向上述基板供给上述第一反应气体的处理；
(c)从上述贮存部向上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的处理。
发明效果
根据本发明，即使在同时供给不同的多种气体的情况下，也可以提升基板的处理质量。
附图说明
图1是表示本发明一方式中基板处理装置的纵置型处理炉的概略的纵向剖视图。
图2是图1中的A-A线概略横剖视图。
图3是本发明一方式中的基板处理装置的控制器的概略结构图，是以框图表示控制器的控制系统的图。
图4中的(A)至图4中的(D)是用于说明本发明一方式中优选使用的基板处理工序中的气体供给单元的动作的图。
图5是表示本发明一方式中优选使用的基板处理工序中气体供给单元的动作的变形例的图。
图6是表示本发明一方式中优选使用的基板处理工序中的气体供给单元的动作的变形例的图。
图7是表示本发明一方式中优选使用的基板处理工序中的气体供给单元的动作的变形例的图。
具体实施方式
<本发明的一方式>
以下，对于本发明的一方式，一边参照图1至图3、图4中的(A)至图4中的(D)，一边进行说明。此外，以下说明中所使用的附图均为示意性，附图所示的各要素的尺寸关系、各要素的比率等未必与实物一致。另外，在多个附图相互之间，各要素的尺寸关系、各要素的比率等也未必一致。
(1)基板处理装置的结构
基板处理装置10具有：处理炉202，其设置有作为加热单元(加热机构、加热系统)的加热器207。加热器207为圆筒形状，并被作为保持板的加热器基座(未图示)所支承，由此被垂直地安装。
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管(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，而且被形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。在外管203下方，与外管203呈同心圆状地配设有歧管(入口凸缘)209。歧管209例如由不锈钢(SUS)等金属构成，而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，设置有作为密封构件的O型环220a。通过歧管209被加热器基座支承，外管203成为被垂直地安装的状态。
在外管203的内侧，配设有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，而形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。主要由外管203、内管204、歧管209构成处理容器(反应容器)。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构成为可以通过作为支承具的晶舟217将作为基板的晶圆200以水平姿势在铅直方向上呈多层排列的状态下收容。即，构成为在处理容器内收容晶圆200。
在处理室201内，喷嘴410、420被设置为贯通歧管209的侧壁及内管204。在喷嘴410、420分别连接有气体供给管310、320。然而，本方式的处理炉202不限定于上述的方式。
在气体供给管310、320从上游侧起依次分别设置有：开闭阀即阀316、326、流量控制器(流量控制部)即质量流量控制器(MFC)312、322、以及开闭阀即阀314、324。在气体供给管310的阀314的下游侧，连接有供给惰性气体的气体供给管510。在气体供给管320的阀324的下游侧，连接有气体供给管330。在气体供给管330，从上游侧起依次设置有开闭阀即阀336、流量控制器(流量控制部)即质量流量控制器(MFC)332、和开闭阀即阀334。另外，在气体供给管320的比与气体供给管330的连接部更下游侧，从上游侧起依次设置有作为开闭阀的第二阀即阀604、贮存部600、作为开闭阀的第一阀即阀602。即，阀602被设置在气体供给管320的贮存部600与外管203之间。另外，阀604设置在气体供给管320的气体供给管330的连接部与贮存部600之间，且设置在贮存部600的上游侧。另外，在气体供给管320的阀602的下游侧，连接有供给惰性气体的气体供给管520。在气体供给管510、520，从上游侧起依次分别设置有：开闭阀即阀516、526、流量控制器(流量控制部)即MFC512、522、以及开闭阀即阀514、524。
在气体供给管310、320的前端部分别连接有喷嘴410、420。喷嘴410、420构成为L字型的喷嘴，且其水平部被设置为贯通歧管209的侧壁及内管204。喷嘴410、420的垂直部被设置在形成为在内管204的径向朝外突出且在铅直方向上延伸的通道形状(沟形状)的预备室201a的内部，且在预备室201a内沿着内管204的内壁朝向上方(晶圆200的排列方向上方)设置。
喷嘴410、420被设置为从处理室201的下部区域延伸至处理室201的上部区域，且在与晶圆200相对向的位置分别设置有多个气体供给孔410a、420a。由此，从喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a分别对晶圆200供给处理气体。该气体供给孔410a、420a从内管204的下部直至上部被设置为多个，且分别具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距来进行设置。然而，气体供给孔410a、420a不限定于上述的方式。例如，也可以从内管204的下部朝向上部使开口面积逐渐增大。由此，可以使从气体供给孔410a、420a供给的气体流量更均匀化。
喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a在从后述的晶舟217的下部至上部的高度位置被设置为多个。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舟217的下部至上部为止所收容的晶圆200的全部区域。喷嘴410、420只要被设置为从处理室201的下部区域延伸至上部区域即可，但优选为，被设置为延伸至晶舟217的顶壁附近。
第一反应气体作为处理气体，从气体供给管310，经由阀316、MFC312、阀314、喷嘴410被供给至处理室201内。
第二反应气体作为处理气体，从气体供给管320，经由阀326、MFC322、阀324、阀604被供给至贮存部600，并进行贮存，该第二反应气体是与第一反应气体不同的气体。
第三反应气体作为处理气体，从气体供给管330，经由阀336、MFC332、阀334、阀604被供给至贮存部600，并进行贮存，该第三反应气体是与第一反应气体及第二反应气体中的任一个都不同的气体，且是含有与第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的气体。此外，作为第三反应气体例如可以使用蒸气压比第二反应气体的蒸气压低的气体。
另外，贮存在贮存部600的第二反应气体与第三反应气体从气体供给管320经由阀602、喷嘴420被供给至处理室201内。
惰性气体从气体供给管510、520分别经由阀516、526、MFC512、522、阀514、524、喷嘴410、420被供给至处理室201内。以下，对于使用氮气(N2)作为惰性气体的例子进行说明，但除了N2气体以外，例如也可以使用氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)、氙气(Xe)等稀有气体作为惰性气体。
当第一反应气体主要由气体供给管310流动时，第一气体供给部(第一气体供给系统)主要由气体供给管310、阀316、MFC312、阀314构成，但也可以考虑将喷嘴410包含在第一气体供给部中。另外，当第二反应气体从气体供给管320流过时，第二气体供给部(第二气体供给系统)主要由气体供给管320、阀326、MFC322、阀324构成，但也可以没有MFC322，而至少由阀324构成第二气体供给部。另外，当第三反应气体从气体供给管330流过时，第三气体供给部(第三气体供给系统)主要由气体供给管330、阀336、MFC332、阀334构成，但也可以没有MFC332，而至少由阀334构成第三气体供给部。另外，也可以考虑将阀604、贮存部600、阀602包含在第二气体供给部、第三气体供给部中。另外，也可以将第一气体供给部、第二气体供给部、第三气体供给部称为气体供给单元。另外，也可以考虑将喷嘴410、420包含在气体供给单元中。另外，惰性气体供给部(惰性气体供给系统)主要由气体供给管510、520、MFC512、522、阀514、524构成，但也可以考虑将惰性气体供给部包含在气体供给单元中。
本实施方式中的气体供给的方法是经由配置在预备室201a内的喷嘴410、420来输送气体，其中，预备室201a在由内管204的内壁与多片晶圆200的端部所定义的圆环状纵向伸长的空间内。接着，从喷嘴410、420的与晶圆相对向的位置上设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，朝向与晶圆200的表面平行的方向，分别喷出第一反应气体、第二反应气体、和第三反应气体等。
排气孔(排气口)204a是形成在内管204的侧壁且形成在与喷嘴410、420相对向的位置上的贯通孔，例如为在铅直方向上被细长地开设的狭缝状贯通孔。从喷嘴410、420的气体供给孔410a、420a供给至处理室201内而在晶圆200的表面上流动的气体是经由排气孔204a而流动至形成在内管204与外管203之间之间隙(排气路206内)。接着，朝排气路206内流动的气体是流动至排气管231内，并向处理炉202外排出。
排气孔204a被设置在与多片晶圆200相对向的位置，从气体供给孔410a、420a供给至处理室201内的晶圆200附近的气体是在朝向水平方向流动后，经由排气孔204a而向排气路206内流动。排气孔204a不限于构成为狭缝状的贯通孔，也可以由多个孔构成。
在歧管20中9，设置有对处理室201内的环境气体进行排气的排气管231。在排气管231中，从上游侧起依次连接有检测处理室201内的压力的作为压力检测器(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、和作为真空排气装置的真空泵246。APC阀243在使真空泵246工作的状态下对阀进行开闭，由此可以进行处理室201内的真空排气和真空排气停止，进而，通过在使真空泵246工作的状态下调节阀开度，可以调整处理室201内的压力。排气系统主要由排气孔204a、排气路206、排气管231、APC阀243及压力传感器245构成。也可以考虑将真空泵246包含在排气系统中。
在贮存部600中，设置有对贮存部600内的环境气体进行排气的排气管606。排气管606被连接至排气管231的APC阀243的上游侧。在排气管606中设置有阀608。作为排气部的贮存部排气系统主要由排气管606、阀608、排气管231、APC阀243及压力传感器245构成。也可以考虑将真空泵246包含在贮存部排气系统中。
在歧管209的下方，设置有能够气密地封闭歧管209的下端开口作为炉口盖体的密封盖219。密封盖219构成为从铅直方向下侧抵接于歧管209的下端。密封盖219例如由SUS等金属构成，且形成为圆盘状。在密封盖219的上表面，设置有与歧管209的下端抵接的作为密封构件的O型环220b。在密封盖219中的处理室201的相反侧，设置有使收容晶圆200的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封盖219而连接于晶舟217。旋转机构267构成为通过使晶舟217旋转而使晶圆200旋转。密封盖219构成为通过垂直设置在外管203的外部的作为升降机构的晶舟升降机115而在铅直方向上升降。晶舟升降机115构成为通过使密封盖219升降，可以将晶舟217向处理室201内外搬入及搬出。晶舟升降机115构成为将晶舟217及被收容于晶舟217的晶圆200向处理室201内外输送的输送装置(输送机构、输送系统)。
晶舟217构成为以水平姿势且在彼此中心对齐的状态下使多片晶圆，例如25～200片晶圆200在铅直方向上隔开间隔并排列。晶舟217例如由石英或SiC等耐热性材料所构成。在晶舟217的下部，设置有例如由石英或SiC等耐热性材料构成的形成为筒状构件的隔热筒218。通过该结构，来自加热器207的热难以传递至密封盖219侧。然而，本实施方式并不限定于上述的方式。例如，也可以构成为，不在晶舟217的下部设置隔热筒218，而是以水平姿势且多层地支承由石英或SiC等耐热性材料所构成的虚拟基板218。
如图2所示，构成为在内管204内设置有作为温度检测器的温度传感器263，根据由温度传感器263检测出的温度信息来调整对加热器207的通电量，由此使处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263与喷嘴410、420同样地构成为L字型，并沿着内管204的内壁设置。
如图3所示，控制部(控制单元)即控制器121是被构成为计算机，其具有：CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)121a、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)121b、存储装置121c、以及I/O端口121d。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d被构成为能够经由内部总线而与CPU121a交换数据。在控制器121例如连接有构成为触控面板等的输入输出装置122。
存储装置121c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等所构成。在存储装置121c内，可读出地储存有控制基板处理装置的动作的控制程序、记载有后述半导体装置的制造方法的步骤或条件等的制程工艺等。制程工艺被组合为能够使控制器121执行后述半导体装置的制造方法中的各制程(各步骤)而获得规定的结果，并作为程序而发挥功能。以下，将该制程工艺、控制程序等统合，并简称为程序。在本说明书中使用程序一词时，存在仅单独包含制程工艺的情况、仅单独包含控制程序的情况、或包含制程工艺及控制程序的组合的情况。RAM121b是被构成为，暂时保持由CPU121a所读出的程序或数据等的存储器区域(工作区域)。
I/O端口121d被连接于上述的MFC312、322、332、512、522、阀314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608、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。
CPU121a被构成为从存储装置121c读出控制程序并执行，并且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读出工艺等。CPU121a构成为依照所读出的工艺的内容，控制由MFC312、322、332、512、522所进行的各种气体的流量调整动作、阀314、316、324、326、334、336、514、516、524、526、602、604、608的开闭动作、APC阀243的开闭动作及由APC阀243所进行的基于压力传感器245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的启动及停止、由旋转机构267所进行的晶舟217的旋转及旋转速度调节动作、由晶舟升降机115所进行的晶舟217的升降动作、和晶圆200向晶舟217的收容动作等。
控制器121可以通过将储存在外部存储装置(例如，磁带、软盘或硬盘等磁盘、CD或DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器或存储卡等半导体存储器)123的上述程序安装在计算机而构成。存储装置121c或外部存储装置123被构成为计算机可读取的记录介质。以下，将它们统合并简称为记录介质。在本说明书中，记录介质具有仅单独包含存储装置121c的情况、仅单独包含外部存储装置123的情况、或包含该两者的情况。对计算机的程序提供也可以不使用外部存储装置123，而使用因特网或专用线路等通信单元来进行。
(2)基板处理工序
作为半导体装置(组件)的制造工序的一工序，以下对使用上述的基板处理装置10，并在作为基板的晶圆200上形成膜的一连串处理时序例进行说明。在以下的说明中，构成基板处理装置10的各部的动作是由控制器121所控制。
在本发明的半导体装置的制造工序中，具有如下工序：
(a)将第二反应气体、以及含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体，贮存于被设置在气体供给管的贮存部的工序；
(b)对处理容器内的基板供给第一反应气体的工序；
(c)开启设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间的第一阀，对上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的工序。
在本说明书中，使用“晶圆”一词的情况有是指“晶圆本身”的情况、或是指“晶圆与形成在其表面的规定层或膜等积层体”的情况。在本说明书中，使用“晶圆的表面”一词的情况有是指“晶圆本身的表面”的情况、或是指“形成在晶圆上的规定层或膜等的表面”的情况。在本说明书中，使用“基板”一词的情况也与使用“晶圆”一词的情况意义相同。
[基板搬入]
当将多片晶圆200装填至晶舟217(晶圆装填)时，如图1所示，支承多片晶圆200的晶舟217被晶舟升降机115举起，并被搬入至处理室201内(晶舟装载)。在该状态下，密封盖219成为经由O型环220b而将外管203的下端开口封闭的状态。
通过真空泵246进行真空排气，以使处理室201内即晶圆200所存在的空间成为所期望的压力(真空度)。此时，处理室201内的压力是由压力传感器245所测定，根据该测定出的压力信息，对APC阀243进行反馈控制(压力调整)。另外，通过加热器207进行加热，以使处理室201内成为所期望的温度。此时，根据温度传感器263检测出的温度信息而对向加热器207的通电量进行反馈控制(温度调整)，以使处理室201内成为所期望的温度分布。另外，开始由旋转机构267所进行的晶圆200的旋转。处理室201内的排气、晶圆200的加热及旋转均至少在对晶圆200的处理至完成为止的期间中持续进行。
[成膜处理]
(第一反应气体供给步骤S10)
开启阀314、316，使第一反应气体在气体供给管310内流动。即，进行对晶圆200供给第一反应气体的处理。第一反应气体是通过MFC312来进行流量调整，从喷嘴410的气体供给孔410a供给至处理室201内，并从排气管231排气。此时，同时开启阀514、516，而使N2气体等惰性气体在气体供给管510内流动。在气体供给管510内流动的惰性气体通过MFC512来进行流量调整，与第一反应气体一起被供给至处理室201内，并从排气管231排气。此外，此时为了防止第一反应气体朝喷嘴420内侵入，因此开启阀524、526，而使惰性气体在气体供给管520内流动。惰性气体经由气体供给管320、喷嘴420而被供给至处理室201内，并从排气管231排气。
此时，调整APC阀243，将处理室201内的压力例如设为1～3990Pa的范围内的压力。由MFC312控制的第一反应气体的供给流量例如设为0.1～2.0slm的范围内的流量。由MFC512、522控制的惰性气体的供给流量例如分别被设为0.1～20slm的范围内的流量。以下，将加热器207的温度设定为使晶圆200的温度例如成为300～650℃的范围内的温度。对晶圆200供给第一反应气体的时间例如被设为0.01～30秒的范围内的时间。此外，本发明中如“1～3990Pa”这样的数值范围的记载是指下限值及上限值均包含在该范围内。因此，例如“1～3990Pa”是指“1Pa以上且3990Pa以下”。对于其他数值范围也相同。
此时，对晶圆200供给第一反应气体。此处，例如使用含有作为金属元素的钛(Ti，称为titanium)的气体等作为第一反应气体，例如可以使用四氯化钛(TiCl4)气体、四氟化钛(TiF4)气体、四溴化钛(TiBr4)气体等含有卤素元素的气体。第一反应气体可以使用其中一者以上。
(吹扫步骤S11)
从开始第一反应气体的供给起经过规定时间后，关闭阀314、316，而停止第一反应气体的供给。此时，排气管231的APC阀243被保持开启，通过真空泵246将处理室201内进行真空排气，将残留在处理室201内的未反应或帮助膜形成后的第一反应气体从处理室201内排除。此时，阀514、516、524、526被保持开启，并维持惰性气体向处理室201内的供给。惰性气体是作为吹扫气体而发挥作用，可以提高将残留在处理室201内的未反应或帮助膜形成后的第一反应气体从处理室201内排除的效果。
(第二反应气体和第三反应气体的供给步骤S12)
从开始吹扫起经过规定时间后，开启阀602，使第二反应气体和第三反应气体从预先贮存有第二反应气体和第三反应气体的贮存部600流动至气体供给管320内。此外，关于将第二反应气体和第三反应气体贮存在贮存部600的动作，将在后面叙述。第二反应气体和第三反应气体从喷嘴420的气体供给孔420a供给至处理室201内，并从排气管231排气。此时，同时地开启阀524、526，使惰性气体在气体供给管520内流动。另外，为了防止第二反应气体和第三反应气体向喷嘴410内侵入，开启阀514、516，使惰性气体在气体供给管510内流动。
此时，调整APC阀243，将处理室201内的压力例如设为1～3990Pa的范围内的压力。通过MFC512、522所控制的惰性气体的供给流量例如被分别设为0.1～20slm范围内的流量。对晶圆200供给第二反应气体和第三反应气体的时间例如被设为0.1～60秒的范围内的时间。
此时，从贮存部600对晶圆200供给第二反应气体和第三反应气体。第二反应气体和第三反应气体是分别含有共通的两种元素的气体，例如为各自含有氮元素(N)和氢元素(H)的气体。通过含有共通的两种气体，可以使供给至晶圆200的元素量成为规定量。当第二反应气体与第三反应气体所含的元素不同时，例如第二反应气体所含的元素被供给至晶圆200的量有可能变少。换言之，第二反应气体所含的元素且是帮助在晶圆200上形成膜的元素的数量有可能变少。通过设为含有共通的两种元素的气体，可以使帮助在晶圆200上形成膜的元素的量成为规定量。
作为第二反应气体例如为含有N和H的气体，例如可以使用氨气(NH3)等含有NH3的气体。
另外，作为第三反应气体例如为含有N和H的气体，例如可以使用肼(N2H4)气等含有N2H4的气体。当例如使用N2H4气体作为第三反应气体时，即使没有MFC332也可以，例如也可以通过利用N2气体所致的起泡和罐温度来调整流量。作为第三反应气体例如可以使用相较于第二反应气体在相同温度下蒸气压较低的气体。
虽然例如N2H4气体比NH3气体更贵，但氮化力比NH3气体高。如本发明这样，通过使用NH3气体作为第二反应气体，且使用N2H4气体作为第三反应气体，可以一边维持氮化的效果，一边减低N2H4气体的消耗量。
接着，对于将第二反应气体和第三反应气体贮存在贮存部600并供给至晶圆200时的气体供给单元的动作，使用图4中的(A)至图4中的(D)来进行说明。本工序可以在步骤S10的第一反应气体供给前进行，也可以在第一反应气体供给时进行，还可以在步骤S11的吹扫时进行。即，在步骤S12的第二反应气体和第三反应气体的供给前进行。其优选为，紧邻在步骤S12之前进行。此外，在图4中的(B)至图4中的(D)的阀324、326、334、336、602、604中，黑圆圈表示阀为关闭状态，白圆圈表示阀为开启状态。另外，在图4中的(A)至图4中的(D)中，已省略贮存部排气系统的记载。
首先，在贮存部600贮存第三反应气体。具体而言，如图4中的(B)所示，控制器121关闭阀324、326、602，开启阀336、334、604，对贮存部600内供给第三反应气体。即，控制器121关闭阀602，将第三反应气体贮存在贮存部600。第三反应气体通过MFC332来进行流量调整，并被供给至贮存部600内。由MFC332所控制的第三反应气体的供给流量例如设为0.1～2.0slm的范围内的流量。
接着，在贮存部600贮存第二反应气体。具体而言，如图4中的(C)所示，控制器121在关闭阀602且开启阀604的状态下，关闭阀334、336，开启阀324、326，对贮存部600内供给第二反应气体。第二反应气体通过MFC322来进行流量调整，并被供给至贮存部600内。由MFC322所控制的第二反应气体的供给流量例如被设为0.1～30slm的范围内的流量。
通过以上，将蒸气压较低的第三反应气体以规定量供给至贮存部600之后，将蒸气压较高的第二反应气体供给至贮存部600，而进行将第二反应气体和第三反应气体贮存在贮存部600的处理。因此，将两种蒸气压不同的气体在贮存部600中贮存规定量。首先，将蒸气压较低的气体在贮存部600中贮存规定量。在此，例如在使用NH3气体作为第二反应气体，且使用N2H4气体作为第三反应气体时，蒸气压较低的N2H4气体在40～50℃下会分解。因此，先将N2H4气体在贮存部600中贮存规定量后，再将NH3气体贮存在贮存部600。另外，优选为，紧邻在NH3气体和N2H4气体向晶圆200的供给之前，进行向贮存部600的贮存。
接着，如图4中的(D)所示，控制器121在关闭阀334、336的状态下，关闭阀324、326、604，开启阀602，而将贮存在贮存部600内的第二反应气体和第三反应气体同时供给至处理容器内。即，进行从贮存部600对晶圆200同时供给第二反应气体和第三反应气体的处理。
当同时供给两种不同气体时，各气体在MFC前后的压力难以成为规定压力，有时MFC未正常地动作而流量产生变化。根据本公开，以MFC对各气体进行流量调节且贮存在贮存部600后同时供给至晶圆200，因此，可以抑制晶圆200的处理质量产生不均，从而可以提升晶圆200的处理质量。
(吹扫步骤S13)
从开始第二反应气体和第三反应气体的供给起经过规定时间后，关闭阀602，停止来自贮存部600的第二反应气体和第三反应气体的供给。接着，通过与步骤S11相同的处理步骤，将残留在处理室201内的未反应或帮助形成膜后的第二反应气体和第三反应气体从处理室201内排除。
此时，控制器121将阀608开启，经由排气管606、231而对贮存部600内的环境气体进行排气。即，从贮存部600对晶圆200供给第二反应气体和第三反应气体后，关闭阀602、604，开启阀608，而对贮存部600内的环境气体进行真空排气。
接着，控制器121将阀608关闭，在将贮存部600内的环境气体维持在真空的状态下，进行上述的图4中的(B)所示的处理。即，控制器121在将贮存部600内的环境气体维持在真空的状态下，开启阀334、336、604，而对贮存部600内供给第三反应气体。通过对贮存部600内进行排气，成为减压状态，由此可以将规定量的第三反应气体贮存在贮存部600内。
(实施规定次数)
依次进行上述步骤S10～步骤S13的循环执行1次以上(规定次数(n次))，由此在晶圆200上形成规定厚度的膜。上述循环优选为重复执行多次。在此，作为含有金属元素的膜，在晶圆200上例如形成氮化钛(TiN)膜。
(后吹扫及大气压恢复)
从气体供给管510、520向处理室201内供给惰性气体，且从排气管231排气。惰性气体作为吹扫气体而发挥作用，由此以惰性气体对处理室201内进行吹扫，将残留在处理室201内的气体或副产物从处理室201内除去(后吹扫)。然后，处理室201内的环境气体被置换为惰性气体(惰性气体置换)，将处理室201内的压力恢复为常压(大气压恢复)。
[基板搬出]
其后，通过晶舟升降机115而使密封盖219下降，外管203的下端成为开口。接着，在晶圆200上已形成有规定膜的处理完毕的晶圆200是在被晶舟217支承的状态下，从外管203的下端被搬出至外管203的外部(晶舟卸除)。然后，处理完毕的晶圆200从晶舟217被取出(晶圆卸除)。
(3)本发明的效果
根据本发明，可以获得以下所示的一个或多个效果。
(a)即使在同时供给不同的多种气体的情况下，仍可以提升晶圆200的处理质量。即，以MFC对不同气体进行流量调节并贮存在贮存部600后同时供给至晶圆200，因此，可以抑制晶圆200的处理质量发生不均，从而可以提升晶圆200的处理质量。
(b)即，可以提升形成在晶圆200上的膜的特性等处理质量，使处理质量均匀化。
(c)即使在使用低蒸气压的气体和高蒸气压的气体而同时供给的情况下，最初将低蒸气压的气体贮存在贮存部600后，再将高蒸气压的气体贮存在贮存部600，由此，可以在短时间内对处理炉202内供给充分的供给量。因此，可以抑制晶圆200的处理质量发生不均，可以提升晶圆200的处理质量。
(4)变形例
上述实施方式中步骤S12的第二反应气体与第三反应气体的供给工序可以如以下所示的变形例那样进行变形。只要未特别说明，各变形例中的结构与上述实施方式中的结构相同，而省略其说明。
(变形例1)
在本变形例中，在上述的图4中的(B)及图4中的(C)之后，如图5所示，在开启阀604、324、326，且关闭阀334、336的状态下，开启阀602，一边将第二反应气体供给至贮存部600，一边从贮存部600将第二反应气体和第三反应气体供给至晶圆200。即，在图4中的(C)之后，持续将第二反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例2)
在本变形例中，在上述的图4中的(D)，将贮存在贮存部600内的第二反应气体和第三反应气体供给至处理容器内达规定时间后，如图5所示，在开启阀602，且关闭阀334、336的状态下，开启阀604、324、326，一边将第二反应气体供给至贮存部600，一边从贮存部600将第二反应气体和第三反应气体供给至晶圆200。即，在从图4中的(D)的贮存部600供给第二反应气体与第三反应气体达规定时间后，持续将第二反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例3)
在本变形例中，在上述的图4中的(B)及图4中的(C)之后，如图6所示，在开启阀604的状态下，开启阀334、336、602，关闭阀324、326，一边将第三反应气体供给至贮存部600，一边从贮存部600将第二反应气体与第三反应气体供给至晶圆200。即，在图4中的(C)之后，将第三反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例4)
在本变形例中，在上述的图4中的(D)，将贮存在贮存部600内的第二反应气体和第三反应气体供给至处理容器内达规定时间后，如图6所示，在开启阀602，且关闭阀324、326的状态下，开启阀604、334、336，将第三反应气体供给至晶圆200。即，在从图4中的(D)的贮存部600供给第二反应气体与第三反应气体达规定时间后，将第三反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例5)
在本变形例中，在上述的图4中的(B)及图4中的(C)之后，如图7所示，在开启阀604、324、326的状态下，开启阀602、334、336，一边将第二反应气体和第三反应气体供给至贮存部600，一边从贮存部600将第二反应气体和第三反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例6)
在本变形例中，在上述的图4中的(D)，将贮存在贮存部600内的第二反应气体和第三反应气体供给至处理容器内达规定时间后，如图7所示，在开启阀602的状态下，开启阀604、324、326、334、336，将第二反应气体和第三反应气体供给至晶圆200。即，在从图4中的(D)的贮存部600供给第二反应气体和第三反应气体达规定时间后，从第二气体供给部和第三气体供给部将第二反应气体和第三反应气体供给至晶圆200。即使在本变形例中，仍可以获得与上述实施方式相同的效果。
另外，在上述实施方式中，虽然使用将贮存部600连接在排气管231的情况来进行说明，但本发明并不限定于此，可以将贮存部600内的环境气体经由处理炉202内进行排气，也可以另外设置排气管线。
另外，在上述实施方式中，虽然以使用TiCl4气体作为第一反应气体、使用NH3气体作为第二反应气体、使用N2H4气体作为第三反应气体为例进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，作为第一反应气体也可以为含有Ti以外的金属元素的气体，尤其是含有过渡金属元素的气体。另外，作为第一反应气体也可以为含有元素周期表第13族元素、第14族元素的气体。通过使用含有该等元素的第一反应气体，可以形成氮化物膜。例如，通过使用含有铝(Al)的气体作为第一反应气体，可以形成氮化铝(AlN)膜。另外，通过使用含有硅(Si)的气体作为第一反应气体，可以形成氮化硅(SiN)膜。
另外，在上述的实施方式中，已对使用一次对多片基板进行处理的批次式的纵置型装置即基板处理装置来进行成膜的例子进行说明，但本发明并不限定于此，当使用一次对一片或数片基板进行处理的单片式的基板处理装置来进行成膜时也可以应用。
另外，优选地，各种薄膜的形成所使用的制程工艺(记载有处理步骤或处理条件等的程序)根据基板处理的内容(所形成的薄膜的膜种、组成比、膜质、膜厚、处理步骤、处理条件等)，而个别地进行准备(准备多个)。而且，优选地，当开始基板处理时，根据在基板处理的内容，而从多个制程工艺中适当地选择适当的制程工艺。具体而言，优选地，将根据在基板处理的内容而个别地准备的多个制程工艺，经由电通信线路或记录有该制程工艺的记录介质(外部存储装置123)预先储存(安装)在基板处理装置所具备的存储装置121c内。接着，优选地，当开始基板处理时，基板处理装置所具备的CPU121a从储存在存储装置121c内的多个制程工艺中，根据基板处理的内容而适当地选择适当的制程工艺。通过这样构成，能够以一台基板处理装置通用且再现性良好地形成各种膜种、组成比、膜质、膜厚的薄膜。另外，可以减低作业员的操作负担(处理步骤或处理条件等的输入负担等)，并且可以在避免操作失误的同时，迅速地开始基板处理。
另外，本发明也可以例如通过变更现存的基板处理装置的制程工艺来实现。也可以在变更制程工艺时，将本发明的制程工艺经由电通信线路或记录有该制程工艺的记录介质，而安装在现存的基板处理装置，或操作现存的基板处理装置的输入输出装置，将该制程工艺本身变更为本发明的制程工艺。
以上，对本发明的实施方式及变形例进行了具体说明。然而，本发明并不限定于上述实施方式及变形例，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变更。
附图标记说明
10:基板处理装置
121:控制器
200:晶圆(基板)
201:处理室
202:处理炉。

Claims (18)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具有：
处理容器，其收容基板；
第一气体供给部，其向上述处理容器内供给第一反应气体；
气体供给管，其向上述处理容器内供给第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体；
贮存部，其被设置在上述气体供给管而贮存上述第二反应气体和上述第三反应气体；
第一阀，其被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间；
第二气体供给部，其向上述贮存部供给上述第二反应气体；
第三气体供给部，其向上述贮存部供给上述第三反应气体；
控制部，其构成为能够控制上述第一气体供给部、上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便执行如下的处理：
(a)将上述第二反应气体和上述第三反应气体贮存于上述贮存部的处理；
(b)向上述基板供给上述第一反应气体的处理；
(c)从上述贮存部向上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的处理。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便在关闭上述第一阀且将上述第三反应气体贮存在上述贮存部之后，将上述第二反应气体贮存于上述贮存部。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便在向上述贮存部供给规定量的上述第三反应气体后，供给上述第二反应气体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第三反应气体是蒸气压低于上述第二反应气体的蒸气压的气体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第二反应气体和上述第三反应气体是分别含有共通的两种元素的气体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第二反应气体和上述第三反应气体是分别含有氮元素和氢元素的气体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第二反应气体是含有NH3的气体，上述第三反应气体是含有N2H4的气体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
在上述气体供给管中上述贮存部的上游侧具有第二阀。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第二阀，以便在(c)中开启上述第二阀。
10.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第二阀，以便在(c)后开启上述第二阀。
11.根据权利要求9或10所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第二气体供给部，以便开启上述第二阀，将上述第二反应气体供给至上述基板。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第三气体供给部，以便开启上述第二阀，将上述第三反应气体供给至上述基板。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为能够控制上述第一气体供给部、上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便使(a)在(c)之前进行。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述基板处理装置具有：排气部，其向上述贮存部内进行排气，
上述控制部构成为能够控制上述排气部，以便执行如下的(d)处理：在(c)之后，对上述贮存部内的环境气体进行排气。
15.一种基板处理方法，其特征在于，具有如下工序：
(a)将第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体贮存于被设置在气体供给管的贮存部的工序；
(b)向处理容器内的基板供给第一反应气体的工序；
(c)开启被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间的第一阀，向上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的工序。
16.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
(a)将第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体贮存于被设置在气体供给管的贮存部的工序；
(b)向处理容器内的基板供给第一反应气体的工序；
(c)开启被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间的第一阀，向上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的工序。
17.一种程序，其特征在于，该程序通过计算机使基板处理装置执行如下步骤：
(a)将第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体贮存于被设置在气体供给管的贮存部的步骤；
(b)向处理容器内的基板供给第一反应气体的步骤；
(c)开启被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间的第一阀，向上述基板供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的步骤。
18.一种气体供给单元，其特征在于，具有：
第一气体供给部，其向处理容器内供给第一反应气体；
气体供给管，其向上述处理容器内供给第二反应气体、和含有与上述第二反应气体所含的元素相同的元素且分子构造不同的第三反应气体；
贮存部，其被设置在上述气体供给管而贮存上述第二反应气体和上述第三反应气体；
第一阀，其被设置在上述气体供给管的上述贮存部与上述处理容器之间；
第二气体供给部，其向上述贮存部供给上述第二反应气体；
第三气体供给部，其向上述贮存部供给上述第三反应气体；
控制部，其构成为能够控制上述第一气体供给部、上述第一阀、上述第二气体供给部、和上述第三气体供给部，以便执行如下的处理：
(a)将上述第二反应气体和上述第三反应气体贮存于上述贮存部的处理；
(b)向上述处理容器内供给上述第一反应气体的处理；
(c)从上述贮存部向上述处理容器内供给上述第二反应气体和上述第三反应气体的处理。
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