半導体装置の製造方法および基板処理装置
【課題】メンテナンス時に塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が排気管等に残留することを抑制できる窒化シリコン膜のＣＶＤ技術を提供する。
【解決手段】処理室２０４内に基板２００を搬入する基板搬入工程と、シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガス２４０ａと窒素を含有する第２の処理ガス２４０ｂと、を処理室内の雰囲気中において窒素原子よりもシリコン原子が多くなるように前記処理室２０４内へ供給しつつ、前記処理室２０４内の第１および第２の処理ガスを含む雰囲気を排気ライン２２７から排気して前記基板２００上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、該成膜工程中に、窒素を含有する第３（第２）の処理ガスを前記排気ライン２２７へ供給し、前記排気ライン２２７内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、から構成する。
【解決手段】処理室２０４内に基板２００を搬入する基板搬入工程と、シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガス２４０ａと窒素を含有する第２の処理ガス２４０ｂと、を処理室内の雰囲気中において窒素原子よりもシリコン原子が多くなるように前記処理室２０４内へ供給しつつ、前記処理室２０４内の第１および第２の処理ガスを含む雰囲気を排気ライン２２７から排気して前記基板２００上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、該成膜工程中に、窒素を含有する第３（第２）の処理ガスを前記排気ライン２２７へ供給し、前記排気ライン２２７内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、から構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板等の基板処理技術、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造装置や製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）に、シリコン窒化膜を堆積（デポジション）して成膜等の処理を行ううえで有効な基板処理技術に関し、特に、ＤＣＳ（ジクロルシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のＣｌ（塩素）基を含んだ処理ガスを用いる場合に、排気側に不安定な塩素含有化合物が生成されることを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造において、例えば、シリコン窒化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により堆積（デポジション）するため、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置の例を図４に示す。図４のＣＶＤ装置においては、インナチューブ４０１およびこのインナチューブ４０１を取り囲むアウタチューブ４０２から構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚の基板としてのウェハ４０３を保持してインナチューブ４０１内に搬入するボート（基板保持具）４０４と、インナチューブ４０１内に原料ガスを導入するガス導入ノズル４１４、４１５と、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気管４０６と、排気管４０６に設けられた圧力調整器であるＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４０７と、真空ポンプ４０８と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニット（不図示）とを備えている。
【０００３】
上記のＣＶＤ装置において、シリコン窒化膜をウェハ表面上に成膜する場合、例えば原料ガスとして、ＤＣＳガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを、ガス導入ノズル４１４、４１５によってインナチューブ４０１内に導入し、ヒータユニットによってプロセスチューブ内を加熱することにより、ウェハ４０３にシリコン窒化膜を成膜する。
その際、高温である炉内においては、原料ガスは反応してシリコン窒化膜として成膜されるが、低温である排気管４０６等の排気側では、未反応だった原料ガスが冷却され、不安定な塩素含有化合物として吸着し、残留しやすくなる。塩素含有化合物の残留量は、ＤＣＳガスとアンモニアガスの流量比によっても変化し、ＤＣＳ比が相対的に高い場合や、炉内での反応性が低い条件下、例えば、低圧低温条件下では、特に増大する。
【０００４】
この不安定な塩素含有化合物は、成膜処理後に、例えば排気管４０６をメンテナンス等で大気開放した際に、大気雰囲気と反応して塩化水素（ＨＣｌ）を発生し、人体に悪影響を与えたり、金属部材を腐食させる要因となる。塩化水素の発生を抑制するためには、排気管４０６等の排気側を長時間に亘り窒素ガス等でパージしたり、メンテナンスエリアを大きくして排気側を隔離したりする必要があり、多くの時間と費用が必要となる。
【０００５】
下記の特許文献１には、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン：Ｓｉ2 Ｃｌ6 ）ガスを用いてシリコン膜を成膜した後、メンテナンスで大気開放する前に、成膜ガス供給ラインおよび排気管にアンモニアガスを供給して、付着した原料を除去することが開示されている。また、特許文献２には、成膜処理時に、反応生成物付着防止用の窒素ガスを、排気路に供給することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０８８３０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気管等の排気側に生成されることを抑制できる基板処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明においては、シリコン窒化膜を形成する際に、排気ライン内へ直接、窒素含有ガスを導入することにより、排気ライン内に安定な塩素含有化合物を生成し、その結果、メンテナンス時等において、排気ライン内が大気に晒されても、有害な塩化水素が生成されることを抑制するものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成により、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施形態における基板処理装置の斜透視図である
【図２】本発明の第１実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図４】従来例における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態において、半導体装置（ＩＣ等）の製造工程の１工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。なお、以下の説明では、基板処理装置として、シリコン窒化膜を生成するＣＶＤ処理を行う縦型の基板処理装置について述べる。
図１は、本発明の第１、第２の各実施形態における基板処理装置の斜透視図である。図１に示すように、本発明の各実施形態に係る基板処理装置１０は、筐体１０１を備え、シリコン等からなる基板であるウェハ２００を筐体１０１内外へ搬送するために、ウェハキャリア（基板収容器）としてカセット１１０が使用される。
【００１２】
筐体１０１の正面前方側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１０５が設置されている。カセット１１０は、筐体１０１外の工程内搬送装置（図示せず）によって、カセットステージ１０５上に搬入、載置され、また、カセットステージ１０５上から筐体１０１外へ搬出されるように構成されている。
筐体１０１内の前後方向における略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１１４が設置されている。カセット棚１１４は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１１４の一部として、移載棚１２３が設けられ、移載棚１２３には、後述するウェハ移載機構１１２の搬送対象となるカセット１１０が収納される。
カセットステージ１０５とカセット棚１１４との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１５が設置されている。カセット搬送装置１１５は、カセットステージ１０５、カセット棚１１４、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送することができる。
【００１３】
カセット棚１１４の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１１２が設置されている。ウェハ移載機構１１２は、ウェハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用保持具）を備えており、ウェハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして、後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウェハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して、移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりすることができる。
【００１４】
筐体１０１の後側上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉可能なように構成されている。処理炉２０２の構成については後述する。
【００１５】
処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設置されている。ボートエレベータ１２１には、昇降台としてのアーム１２２が設置されている。アーム１２２上には、シールキャップ２１９が水平姿勢で設置されている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が上昇したときに、処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体として機能するものである。
ボート２１７は、複数本のウェハ保持部材（支柱）を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェハ２００を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて、多段に積層して保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
【００１６】
（基板処理装置の動作概要）
次に、本実施形態に係る基板処理装置１０の動作概要について、図１を用いて説明する。なお、基板処理装置１０は、後述するコントローラ２８０により制御されるものである。まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、カセットステージ１０５上に載置される。
カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４の指定された位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、再びカセット搬送装置１１５によって、前記カセット棚１１４の保管位置から移載棚１２３に搬送される。あるいは、カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、直接、移載棚１２３に搬送される。
【００１７】
カセット１１０が移載棚１２３に搬送されると、ウェハ２００は、ウェハ移載装置１１２によって、カセット１１０のウェハ出し入れ口からピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウェハ２００を受け渡したウェハ移載装置１１２は、カセット１１０側に戻り、次のウェハ２００をカセット１１０からピックアップしてボート２１７に装填する。
【００１８】
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１１６が開放動作され、処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理対象のウェハ２００群を保持したボート２１７が、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ボートローディング後は、シールキャップ２１９により処理炉２０２の下端部開口が閉じられ、処理炉２０２にてウェハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。
【００１９】
処理後は、ウェハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で、筐体１０１の外部へ払い出される。すなわち、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって下降され、ボート２１７上のウェハ２００がウェハ移載機構１１２によってピックアップされて、移載棚１２３上のカセット１１０へ受け渡される。移載棚１２３上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４に一時的に保管された後、カセットステージ１０５に搬送されるか、あるいは、カセット搬送装置１１５によって、直接、カセットステージ１０５に搬送される。カセットステージ１０５上のカセット１１０は、工程内搬送装置により、筐体１０１の外部へ払い出される。
【００２０】
（第１実施形態）
（処理炉の構成）
次に、第１実施形態における処理炉２０２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。本実施形態の例においては、処理炉２０２は、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ用の処理炉として構成されている。
【００２１】
（プロセスチューブ）
処理炉２０２は、その内側に、縦形のアウタチューブ（外管）２２１を備えている。アウタチューブ２２１は、上端が閉塞され下端が開口された略円筒形状をしており、開口された下端が下方を向くように、かつ、筒方向の中心線が垂直になるように縦向きに配置されている。アウタチューブ２２１の内側には、インナチューブ（内管）２２２が設けられている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１はいずれも、本例では、石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、それぞれ略円筒形状に一体成形されており、両者でプロセスチューブを構成している。
【００２２】
インナチューブ２２２は、上端と下端が開口した略円筒形状に形成されている。インナチューブ２２２内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に積層された複数枚のウェハ２００を収容して処理する処理室２０４が形成される。インナチューブ２２２の内径は、ウェハ２００群を保持するボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００２３】
アウタチューブ２２１は、インナチューブ２２２より大きく、かつ、インナチューブ２２２と略相似形状であり、インナチューブ２２２の外側を取り囲むように同心円状に被せられている。
【００２４】
インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の下端部は、それぞれ、その水平断面が略円形リング形状であるマニホールド２０６によって気密に封止されている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１は、その保守点検作業や清掃作業のために、マニホールド２０６に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０６が筐体１０１に支持されることにより、プロセスチューブは、筐体１０１に垂直に据え付けられた状態になっている。マニホールド２０６の下端開口は、ウェハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口２０５を構成している。
【００２５】
（基板保持具）
マニホールド２０６には、マニホールド２０６の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９はアウタチューブ２２１の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、アウタチューブ２２１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１２１によって、前記円盤形状を水平姿勢に保った状態で垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ２１９上には、ウェハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板と、両端板間に渡って垂直に設けられた複数本、本例では３本のウェハ保持部材（ボート支柱）とを備えている。端板及びウェハ保持部材は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料から構成される。
【００２６】
各ウェハ保持部材には、水平方向に刻まれた多数条の保持溝が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。各ウェハ保持部材は、保持溝が互いに対向し、各ウェハ保持部材の保持溝の垂直位置（垂直方向の位置）が一致するように設けられている。ウェハ２００の周縁が、複数本のウェハ保持部材における同一の段の保持溝内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウェハ２００は、水平姿勢、かつ互いにウェハの中心を揃えた状態で多段に積載されて保持されるように構成されている。
【００２７】
また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、保温筒２１０が設けられている。保温筒２１０は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成されている。保温筒２１０によって、後述するヒータユニット２０８からの熱が、マニホールド２０６側に伝わるのを抑止する。
【００２８】
シールキャップ２１９の下側（処理室２０４と反対側）には、ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７のボート回転軸は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。ボート回転軸を回転させることにより、処理室２０４内にてウェハ２００を回転させることが可能となる。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１２１によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート２１７を処理室２０４内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１が所望のタイミングにて所望の動作をするように制御する。
【００２９】
（ヒータユニット）
アウタチューブ２２１の外部には、プロセスチューブ１内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０８が、アウタチューブ２２１を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０８は、基板処理装置１０の筐体１０１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
インナチューブ２２２内には、温度検出器としての図示しない温度センサが設置されている。ヒータユニット２０８と温度センサは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、前記温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータユニット２０８への通電量を制御する。
【００３０】
（ガス供給系）
ガス供給系について、図２を用いて説明する。図２に示すように、処理室２０４内に第１の処理ガスを供給する第１のガスノズル２２４ａが、マニホールド２０６の側壁を貫通して設けられている。第１の処理ガスは、シリコンと塩素を含有するガスであり、本例では、ＤＣＳである。
また、処理室２０４内に第２の処理ガスを供給する第２のガスノズル２２５ａが、マニホールド２０６の側壁を貫通して設けられている。第２の処理ガスは、窒素を含有するガスであり、本例では、ＮＨ３である。
【００３１】
図２に示すように、第１のガスノズル２２４ａには、第１の処理ガス供給ラインとしての第１の処理ガス供給管２２４が接続されている。第１の処理ガス供給管２２４には、上流から順に、ＤＣＳガスを供給する第１の処理ガス供給源２４０ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ、及び開閉バルブ２４３ａが設けられている。
また、第２のガスノズル２２５ａには、第２の処理ガス供給ラインとしての第２の処理ガス供給管２２５が接続されている。第２の処理ガス供給管２２５には、上流から順に、ＮＨ３ガスを供給する第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ｂが設けられている。第１の処理ガス供給ライン、第１の処理ガス供給源２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ、開閉バルブ２４３ａや、第２の処理ガス供給ライン、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、開閉バルブ２４３ｂから、第１ガス供給部が構成される。
なお、第１の処理ガス供給管２２４と第２の処理ガス供給管２２５に、それぞれ、不活性ガス供給ラインを接続し、第１の処理ガスと第２の処理ガスを、いずれも不活性ガスで希釈して供給したり、不活性ガスをキャリアガスとして供給するようにしてもよい。不活性ガスとしては、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｈ２（水素）、Ｎ２（窒素）等を用いることができる。
【００３２】
ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂを制御する。
【００３３】
第１のガスノズル２２４ａ、第２のガスノズル２２５ａから処理室２０４内に供給されたＤＣＳガスとＮＨ３ガスは、インナチューブ２２２の上側開放端から排気路２０９内へ流れた後、排気口２２７ａを介して排気管２２７内に流れ、処理炉２０２外へ排出されるように構成されている。
【００３４】
（排気ライン）
マニホールド２０６の側壁の一部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気ラインとしての排気管２２７が接続されている。マニホールド２０６と排気管２２７との接続部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気口２２７ａが形成されている。排気管２２７内は、排気口２２７ａを介して、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１との間に形成された隙間からなる排気路２０９内に連通している。この排気路２０９の水平断面形状は、略一定幅の円形リング形状となっている。
【００３５】
排気管２２７（第１の排気ライン）には、上流から順に、圧力検出器としての圧力センサ２５６、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２５５が設けられている。ＡＰＣバルブ２５５の下流には、排気管２２８（第２の排気ライン）が設けられている。第１の排気ラインと第２の排気ラインから、排気ラインが構成される。
排気管２２８の一端には、ＡＰＣバルブ２５５が接続され、排気管２２８の他端には、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。真空ポンプ２４６は、処理室２０４内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気しうるように構成されている。
【００３６】
ＡＰＣバルブ２５５および圧力センサ２５６は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ２５６により検出された圧力値に基づいてＡＰＣバルブ２５５の開度を制御するように構成されている。
【００３７】
排気管２２７において、排気口２２７ａとＡＰＣバルブ２５５の間には、排気管２２７に合流するガス配管２３７が接続されている。ガス配管２３７には、上流から順に、前述した第２の処理ガス（本例ではＮＨ３）供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、及び開閉バルブ２４３ｃが設けられている。ガス配管２３７、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃから、第２ガス供給部が構成される。
【００３８】
（コントローラ）
前記制御部２８０は、図示しない操作部や入出力部を備え、基板処理装置１０の各構成部と電気的に接続されており、基板処理装置１０の各構成部を制御する。前記制御部２８０は、成膜プロセスの制御シーケンスを時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、流量制御および機械駆動制御を指令する。また、制御部２８０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）と該ＣＰＵを動作させるプログラムが格納されるメモリとを備えるものである。
【００３９】
（本実施形態の基本的思想）
本実施形態では、低温においてもＤＣＳ等と反応性のあるガス、例えばＮＨ３等を、成膜処理中に、直接、排気ラインに導入することにより、排気ライン内に、不安定な塩素含有化合物でなく、安定した塩素含有化合物を生成するものである。
例えば、ＤＣＳとＮＨ３を用いたシリコン窒化膜生成プロセスの場合、ＤＣＳのＮＨ３に対する比率が１／２以下であれば、次の式（１）のような反応となり、排気ライン内に安定した塩素含有化合物のみを生成する。
ＤＣＳ＋ＮＨ３ → ＳｉＮ＋ＮＨ４Ｃｌ・・・（１）
ここで、式（１）の反応後の状態（右辺）において、ＳｉＮは処理室内、ＮＨ４Ｃｌ（塩化アンモニウム）は排気ライン内で生成される。ＮＨ４Ｃｌは、安定した塩素含有化合物である。
しかし、ＤＣＳのＮＨ３に対する比率が１／２より大きい場合は、次の式（２）のような反応となり、排気ライン内に不安定な塩素含有化合物が生成されやすくなる。
ＤＣＳ＋ＮＨ３ → ＳｉＮ＋ＳｉＣｌ・・・（２）
ここで、式（２）の反応後の状態（右辺）において、ＳｉＮは処理室内、ＳｉＣｌは排気ライン内で生成される。ＳｉＣｌは、不安定な塩素含有化合物である。
【００４０】
シリコン窒化膜生成プロセスにおいては、目標とする膜質等によっては、ＤＣＳの比率を高くした条件での成膜プロセスが必要になる場合、つまり、処理室内へのＮＨ３ガスの供給量を増やすことができない場合がある。このような場合に、処理室内へ導入する処理ガスはＤＣＳ比が高い状態を維持しつつ、処理室内へ導入するＮＨ３とは別のガス供給系統から、排気ライン内へ直接ＮＨ３を導入する。これにより、処理室内の雰囲気はＤＣＳ比が高い状態を維持しつつ、排気ライン内だけはＮＨ３比を高くすることができ、その結果、排気ライン内に生成される塩素含有化合物を安定な塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。したがって、メンテナンス時等において、排気ライン内が大気に晒されても、有害な塩化水素が生成されることを抑制できる。
【００４１】
（第１実施形態に係る基板処理方法）
次に、第１実施形態に係る基板処理方法を、ＩＣの製造方法における成膜工程を例にして説明する。まず、ウェハチャージングステップにおいて、ウェハ２００はボート２１７に装填される。具体的には、ウェハ２００の円周縁の複数箇所が、複数のウェハ保持部材の保持溝にそれぞれ係合するように挿入され、該ウェハ２００の複数箇所の周縁部が各保持溝に係合されて、ウェハ２００の自重が支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウェハ２００は、ボート２１７におけるチャージング状態において、その中心を揃えられて互いに平行かつ水平、多段に積載され、整列されている。
【００４２】
次に、ボートローディングステップにおいて、複数枚のウェハ２００を積載、保持したボート２１７は、処理室２０４に搬入（ボートローディング）される。具体的には、ウェハ２００を装填されたボート２１７は、ボートエレベータ１２１により垂直方向に上昇され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に搬入され、図２に示されているように、処理室２０４に存置される。この状態において、シールキャップ２１９は処理室２０４の下端をシールした状態になる。
続いて、減圧ステップにおいて、排気口２２７ａを介して真空ポンプ２４６により、プロセスチューブ１の内部が所定の真空度（例えば、５０Ｐａ）に減圧されるとともに、昇温ステップにおいて、ヒータユニット２０８により、プロセスチューブ１の内部が所定の温度（例えば、７００℃）に昇温される。
【００４３】
次に、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、所定の原料ガスが、ガスノズル２２４ａ、２２５ａに供給され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。例えば、原料ガスとして、ＤＣＳガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａから第１のガスノズル２２４ａを介して処理室２０４に導入され、ＮＨ３ガスが、第２の処理ガス供給源２４０ｂから第２のガスノズル２２５ａを介して処理室２０４に導入される。
本例では、処理室２０４に導入される処理ガス中のシリコン元素が窒素元素よりも多くなるように、つまり、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量よりも多くなるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが制御される。なお、好ましくは、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量の２倍以上となるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが制御されると、ウェハ２００上に、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積されやすくなるのでよい。
【００４４】
処理室２０４に導入された原料ガス（ＤＣＳとＮＨ３）は、インナチューブ２２２の上端の開口部から、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の間の排気路２０９に流出して、マニホールド２０６に開設された排気口２２７ａから排気される。
このようにして、ウェハ２００の表面に接触しながら上下で隣合うウェハ２００と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガスのＣＶＤ反応によって、ウェハ２００の表面には、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積する。
【００４５】
このとき、シリコン窒化膜成膜時において、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３７を介して排気管２２７内へ、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３７から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２７へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。排気管２２７内へ直接、ＮＨ３ガスを供給することにより、不安定な塩素含有化合物であるＳｉＣｌの生成が抑制される。
好ましくは、排気ライン内、特に排気管２２７内の圧力をより高い状態とするようＡＰＣバルブ２５５を制御することで、反応性を高めることができ、より速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
好ましくは、処理室２０４へ供給するＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量より多い場合、特に２倍以上多い場合には、排気管２２７内へ供給する窒素含有ガスの供給量が、処理室２０４へ供給するＤＣＳガスの供給量よりも多く、好適には２倍以上となるように、ＭＦＣ２４１ｃが制御されると、より確実に不安定な塩素含有化合物の生成が抑制されるのでよい。
なお、排気管２２７内へ供給する窒素含有ガスは、第２の処理ガス供給源２４０ｂとは別のガス供給源から供給してもよいし、ＮＨ３ガスとは別のガス、例えば、Ｎ２Ｏ（一酸化二窒素）ガスとしてもよい。
【００４６】
また、処理室２０４へ原料ガスを供給する前の時点から原料ガス供給中において、ガス配管２３７から排気管２２７内へＮＨ３ガスを供給するようにすることが好ましい。このようにすると、ＮＨ３ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気されたＤＣＳガスを迎えることができ、速やかにＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
さらに、ガス配管２３７から排気管２２７内へのＮＨ３ガス供給は、処理室２０４への原料ガス供給が終了した後、すなわち成膜工程終了後も、原料ガス供給終了時点で処理室２０４内に残留している原料ガスが、排気ラインから排気されるまでの所定の時間、継続することが好ましい。このようにすると、原料ガス供給停止後に処理室２０４から排気されたＤＣＳガスを、排気ライン内に供給されたＮＨ３ガスにより、より確実に安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
なお、好ましくは、成膜工程中に排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給する、若しくは、しないに関わらず、成膜工程後に、排気ラインからの排気を停止するか、若しくは減少させて、排気ラインの圧力をより高い状態、好適には大気圧付近に昇圧した状態とし、その後に、排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給するようにしてもよい。これにより、排気ライン内での反応性を高めることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。また、好ましくは、排気ラインからの排気を停止するか、若しくは減少させた状態にて、排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給するようにしてもよい。これにより、排気ライン内での反応性を高めることができる。
【００４７】
以上のようにして所望の膜厚のシリコン窒化膜が堆積された後に、原料ガスの供給が停止され、不活性ガスにより、処理室２０４内が大気圧に復帰された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ２１９が下降されることによって処理室２０４の下端が開口され、ボート２１７に保持された状態で処理済みのウェハ２００群が処理室２０４から外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００４８】
第１実施形態によれば、次の（１）〜（４）の効果のうち、少なくとも１つを奏する。
（１）基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させることができるとともに、排気ライン内への不安定な塩素含有化合物の生成が抑制される。
（２）排気ライン内の圧力をより高い状態とすることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
（３）原料ガスを供給するより先に窒素含有ガスを排気ライン内へ供給すると、窒素含有ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気された原料ガスを迎えることができ、速やかに原料ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
（４）原料ガス供給停止後に窒素含有ガスを排気ライン内へ供給すると、原料ガス供給停止後に処理室から排気された原料ガスを、排気ライン内に供給された窒素含有ガスにより、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、処理炉２０２の構成において排気ラインの排気管２２８に、ＮＨ３ガスを供給するガス配管２３８が接続されることと、該ガス配管２３８の接続に伴い、基板処理方法の一部が変更されることである。その他の点は、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
（処理炉の構成）
第２実施形態における処理炉２０２の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【００５０】
図３に示すように、排気ラインの排気管２２８において、ＡＰＣバルブ２５５と真空ポンプ２４６の間には、排気管２２８に合流するガス配管２３８が接続されている。ガス配管２３８には、上流から順に、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｄ、及び開閉バルブ２４３ｄが設けられている。このようにして、第２の処理ガス供給源２４０ｂから排気管２２８へ、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給することができる。ガス配管２３７、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃや、ガス配管２３８、ＭＦＣ２４１ｄ、開閉バルブ２４３ｄから、第２ガス供給部が構成される。
【００５１】
成膜中に、処理室２０４とＡＰＣバルブ２５５との間の排気管２２７へ窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを多く供給しすぎると、処理室２０４内の圧力が変化してしまうため、膜厚均一性が悪化してしまう等の問題が起こりがちである。そのため、排気管２２８にガス配管２３８を接続し、処理室２０４とＡＰＣバルブ２５５との間の排気管２２７へのＮＨ３ガスの供給量を少なめにして、ＡＰＣバルブ２５５と排気ポンプ２４６との間の排気管２２８へのＮＨ３ガス供給量を、排気管２２７へのＮＨ３ガス供給量より多くすることで、成膜中の処理室２０４内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内のＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
【００５２】
あるいは、このとき、ＮＨ３ガスを多く供給して排気管２２８内を大気圧付近に昇圧することができる。このようにすると、排気管２２８内の圧力が高い状態、すなわち反応が促進される状態となる。そのため、より一層、速やかに排気ライン内のＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
【００５３】
（第２実施形態に係る基板処理方法）
次に、第２実施形態に係る基板処理方法について、主に第１実施形態と異なる点を説明する。
第２実施形態のウェハチャージングステップ、ボートローディングステップ、減圧ステップは、第１実施形態と同じである。減圧ステップに続いて、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、所定の原料ガスが、第１、第２のガスノズル２２４ａ、２２５ａに供給され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。例えば、原料ガスとして、ＤＣＳガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａから第１のガスノズル２２４ａを介して処理室２０４に導入され、ＮＨ３ガスが、第２の処理ガス供給源２４０ｂから第２のガスノズル２２５ａを介して処理室２０４に導入される。
本例では、処理室２０４に導入される処理ガス中のシリコン元素が窒素元素よりも多くなるように、つまり、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量よりも多くなるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが設定されている。
【００５４】
処理室２０４に導入された原料ガス（ＤＣＳとＮＨ３）は、インナチューブ２２２の上端の開口部から、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の間の排気路２０９に流出して、マニホールド２０６に開設された排気口２２７ａから排気される。
このようにして、ウェハ２００の表面に接触しながら上下で隣合うウェハ２００と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガスのＣＶＤ反応によって、ウェハ２００の表面には、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積する。
【００５５】
このとき、シリコン窒化膜成膜時において、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３７を介して排気管２２７内へ、少量の窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３７から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２７へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。
また、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３８を介して排気管２２８内へ、排気管２２７へのＮＨ３ガス供給量より多い供給量で、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３８から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２８へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。少量のＮＨ３ガスを直接排気管２２７内へ、多量のＮＨ３ガスを直接排気管２２８内へ供給することにより、処理室２０４内の圧力変化を抑制しつつ、不安定な塩素含有化合物であるＳｉＣｌの生成が抑制される。
ここで圧力センサ２５６は、ＡＰＣバルブ２５５よりも上流である処理室２０４や排気管２２７内の圧力を検出し、この検出値に基づいてＡＰＣバルブ２５５の開度を制御することで、処理室２０４や排気管２２７内の圧力を制御するため、排気管２２７内へ直接ＮＨ３ガスを供給しすぎると、排気管２２７内の圧力が処理室２０４内の圧力よりも高くなってしまう。制御部２８０は、処理室２０４の圧力が設定圧力値となるよう、圧力センサ２５６の検出値に基づきＡＰＣバルブ２５５の開度を制御するため、処理室２０４内の圧力よりも高くなった排気管２２７内の圧力値に基づき制御することとなり、結果的に処理室２０４の圧力変化を助長してしまうこととなるが、上述したように構成することにより、かような問題を是正することができる。
【００５６】
なお、排気管２２７内と排気管２２８内へ供給する窒素含有ガスは、第２の処理ガス供給源２４０ｂとは別のガス供給源から供給してもよいし、ＮＨ３ガスとは別のガス、例えばＮ２Ｏガスとしてもよい。
また、第１実施形態と同様に、処理室２０４への原料ガスの供給より先に、ガス配管２３７とガス配管２３８からＮＨ３ガスを供給するようにすることが好ましく、また、ガス配管２３７とガス配管２３８からのＮＨ３ガス供給は、処理室２０４への原料ガス供給が終了した後も、所定の時間継続することが好ましい。
【００５７】
以上のようにして所望の膜厚のシリコン窒化膜が堆積された後に、原料ガスの供給が停止され、不活性ガスにより、処理室２０４内が大気圧に復帰された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ２１９が下降されることによって処理室２０４の下端が開口され、ボート２１７に保持された状態で処理済みのウェハ２００群が処理室２０４から外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００５８】
第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、次の（１）の効果を奏する。
（１）基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させることができるとともに、成膜中の処理室内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内の原料ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
【００５９】
（実施例と従来例との比較）
図４に示す従来のＣＶＤ装置において、処理室内温度７００℃、処理室内圧力５０Ｐａ、処理室内へのＤＣＳガスとＮＨ３ガスの供給量比を１対１とし、ウェハ２００にシリコン窒化膜を形成した。その後、排気管４０６内のＨＣｌ濃度を測定したところ、１５ｐｐｍであった。
これに対し、図２に示す第１実施形態の処理炉２０２において、処理室内温度７００℃、処理室内圧力５０Ｐａ、処理室内へのＤＣＳガスとＮＨ３ガスの供給量比を２対１とし、かつ、排気管２２７へのガス配管２３７からのＮＨ３ガスの供給量を、処理室内へのＤＣＳガスの供給量よりも２倍以上多く供給しつつ、ウェハ２００にシリコンリッチなシリコン窒化膜を形成した。その後、排気管２２７内のＨＣｌ濃度を測定したところ、ほぼ０ｐｐｍであった。
これにより、排気管２２７内の塩素含有化合物の方が、排気管４０６内の塩素含有化合物よりも、はるかに安定状態であるといえる。
【００６０】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させる形態について説明したが、これに限らず、基板上に窒素元素がシリコン元素よりも多いシリコン窒化膜を堆積させる形態にも適用可能である。
また、上述した実施形態では処理がウェハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクあるいは磁気ディスク等であってもよい。
また、上述した実施形態では、アウターチューブとインナーチューブを用いるバッチ式縦形ホットウオール形装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、アウターチューブだけを用いてもよく、また、バッチ式横形ホットウオール形装置等の基板処理装置に適用することができる。
【００６１】
本発明は、少なくとも以下のような側面から捉えることができる。
本発明の第１の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６２】
本発明の第２の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程より前の時点および前記成膜工程中、若しくは、前記成膜工程中および前記成膜工程後の時点で、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、窒素を含有する第３の処理ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気された塩素含有残留ガスを迎えることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる、若しくは、成膜工程後に残留した塩素含有残留ガスをも、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６３】
本発明の第３の側面は、
基板を処理する処理室と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気する排気ラインと、
前記排気ラインへ窒素を含有する第３の処理ガスを供給する第２ガス供給部と、
制御部とを有し、
前記制御部が、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜し、該成膜中に、前記第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させるように、前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部とを制御する制御部である基板処理装置。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６４】
本発明の第４の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上となるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを、前記処理室内への前記第２の処理ガスの供給量以上となるように前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上であっても、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成される。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６５】
本発明の第５の側面は、前記第４の側面の半導体装置の製造方法であって、
前記成膜工程中に、前記第３の処理ガスを、前記処理室内への前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上の供給量となるように前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上であっても、排気ラインには安定した塩素含有化合物がより生成されやすくなる。
【００６６】
本発明の第６の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ途中供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６７】
本発明の第７の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記排気ラインは、前記処理室の圧力を制御する圧力制御弁と前記処理室との間を接続する第１排気ラインと、前記圧力制御弁と排気装置との間を接続する第２排気ラインとを含み、前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを、前記第１排気ラインへ供給するとともに、該第１排気ラインへの供給量よりも多く前記第２排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
成膜中に、処理室と圧力制御弁との間へ窒素含有ガスを途中供給しすぎると、処理室内の圧力が変化してしまうため、膜厚均一性が悪化してしまう等の問題が起こりがちであるが、上記のように構成すると、処理室と圧力制御弁との間への窒素含有ガスの途中供給量を少なめにして、圧力制御弁と排気ポンプとの間への窒素含有ガス供給量をより多くすることで、成膜中の処理室内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内の残留塩素含有ガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６８】
本発明の第８の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記排気ライン内を昇圧し、該昇圧後に窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給するか、若しくは、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給するとともに前記排気ライン内を昇圧する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
排気ラインに窒素含有ガスを供給する際に、排気ライン内を大気圧付近に昇圧することで、排気ライン内の圧力が高い状態、すなわち反応が促進される状態となる。そのため、上記のように構成すると、より一層、速やかに残留塩素含有ガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６９】
本発明の第９の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００７０】
本発明の第１０の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中および前記成膜工程終了後に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、原料ガス供給停止後に処理室から排気された第１の処理ガスを、排気ライン内に供給された第３の処理ガスにより、成膜工程後に残留した塩素含有残留ガスをも、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０・基板処理装置、１００・カセット、１０１・筐体、１０５・カセットステージ、１１２・ウェハ移載機構、１１４・カセット棚、１１５・カセット搬送装置、１１６・炉口シャッタ、１２１・ボートエレベータ、１２３・移載棚、２００・ウェハ（基板）、２０２・処理炉、２０４・処理室、２０５・炉口、２０６・マニホールド、２０８・ヒータユニット、２０９・排気路、２１０・保温筒、２１７・ボート、２１９・シールキャップ、２２１・アウタチューブ、２２２・インナチューブ、２２４・第１の処理ガス供給管、２２４ａ・第１のガスノズル、２２５・第２の処理ガス供給管、２２５ａ・第２のガスノズル、２２７・ガス排気管、２２７ａ・排気口、２２８・ガス排気管、２３７・ガス配管、２３８・ガス配管、２４０ａ・第１の処理ガス供給源、２４０ｂ・第２の処理ガス供給源、２４１ａ・ＭＦＣ、２４１ｂ・ＭＦＣ、２４１ｃ・ＭＦＣ、２４１ｄ・ＭＦＣ、２４３ａ・開閉バルブ、２４３ｂ・開閉バルブ、２４３ｃ・開閉バルブ、２４３ｄ・開閉バルブ、２４６・真空ポンプ、２５５・ＡＰＣバルブ、２５６・圧力センサ、２６７・ボート回転機構、２８０・コントローラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板等の基板処理技術、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造装置や製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）に、シリコン窒化膜を堆積（デポジション）して成膜等の処理を行ううえで有効な基板処理技術に関し、特に、ＤＣＳ（ジクロルシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のＣｌ（塩素）基を含んだ処理ガスを用いる場合に、排気側に不安定な塩素含有化合物が生成されることを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造において、例えば、シリコン窒化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により堆積（デポジション）するため、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、広く使用されている。従来のこの種のＣＶＤ装置の例を図４に示す。図４のＣＶＤ装置においては、インナチューブ４０１およびこのインナチューブ４０１を取り囲むアウタチューブ４０２から構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚の基板としてのウェハ４０３を保持してインナチューブ４０１内に搬入するボート（基板保持具）４０４と、インナチューブ４０１内に原料ガスを導入するガス導入ノズル４１４、４１５と、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気管４０６と、排気管４０６に設けられた圧力調整器であるＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４０７と、真空ポンプ４０８と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニット（不図示）とを備えている。
【０００３】
上記のＣＶＤ装置において、シリコン窒化膜をウェハ表面上に成膜する場合、例えば原料ガスとして、ＤＣＳガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを、ガス導入ノズル４１４、４１５によってインナチューブ４０１内に導入し、ヒータユニットによってプロセスチューブ内を加熱することにより、ウェハ４０３にシリコン窒化膜を成膜する。
その際、高温である炉内においては、原料ガスは反応してシリコン窒化膜として成膜されるが、低温である排気管４０６等の排気側では、未反応だった原料ガスが冷却され、不安定な塩素含有化合物として吸着し、残留しやすくなる。塩素含有化合物の残留量は、ＤＣＳガスとアンモニアガスの流量比によっても変化し、ＤＣＳ比が相対的に高い場合や、炉内での反応性が低い条件下、例えば、低圧低温条件下では、特に増大する。
【０００４】
この不安定な塩素含有化合物は、成膜処理後に、例えば排気管４０６をメンテナンス等で大気開放した際に、大気雰囲気と反応して塩化水素（ＨＣｌ）を発生し、人体に悪影響を与えたり、金属部材を腐食させる要因となる。塩化水素の発生を抑制するためには、排気管４０６等の排気側を長時間に亘り窒素ガス等でパージしたり、メンテナンスエリアを大きくして排気側を隔離したりする必要があり、多くの時間と費用が必要となる。
【０００５】
下記の特許文献１には、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン：Ｓｉ2 Ｃｌ6 ）ガスを用いてシリコン膜を成膜した後、メンテナンスで大気開放する前に、成膜ガス供給ラインおよび排気管にアンモニアガスを供給して、付着した原料を除去することが開示されている。また、特許文献２には、成膜処理時に、反応生成物付着防止用の窒素ガスを、排気路に供給することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０８８３０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気管等の排気側に生成されることを抑制できる基板処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明においては、シリコン窒化膜を形成する際に、排気ライン内へ直接、窒素含有ガスを導入することにより、排気ライン内に安定な塩素含有化合物を生成し、その結果、メンテナンス時等において、排気ライン内が大気に晒されても、有害な塩化水素が生成されることを抑制するものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成により、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施形態における基板処理装置の斜透視図である
【図２】本発明の第１実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【図４】従来例における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態において、半導体装置（ＩＣ等）の製造工程の１工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。なお、以下の説明では、基板処理装置として、シリコン窒化膜を生成するＣＶＤ処理を行う縦型の基板処理装置について述べる。
図１は、本発明の第１、第２の各実施形態における基板処理装置の斜透視図である。図１に示すように、本発明の各実施形態に係る基板処理装置１０は、筐体１０１を備え、シリコン等からなる基板であるウェハ２００を筐体１０１内外へ搬送するために、ウェハキャリア（基板収容器）としてカセット１１０が使用される。
【００１２】
筐体１０１の正面前方側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１０５が設置されている。カセット１１０は、筐体１０１外の工程内搬送装置（図示せず）によって、カセットステージ１０５上に搬入、載置され、また、カセットステージ１０５上から筐体１０１外へ搬出されるように構成されている。
筐体１０１内の前後方向における略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１１４が設置されている。カセット棚１１４は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１１４の一部として、移載棚１２３が設けられ、移載棚１２３には、後述するウェハ移載機構１１２の搬送対象となるカセット１１０が収納される。
カセットステージ１０５とカセット棚１１４との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１５が設置されている。カセット搬送装置１１５は、カセットステージ１０５、カセット棚１１４、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送することができる。
【００１３】
カセット棚１１４の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１１２が設置されている。ウェハ移載機構１１２は、ウェハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用保持具）を備えており、ウェハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして、後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウェハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して、移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりすることができる。
【００１４】
筐体１０１の後側上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉可能なように構成されている。処理炉２０２の構成については後述する。
【００１５】
処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設置されている。ボートエレベータ１２１には、昇降台としてのアーム１２２が設置されている。アーム１２２上には、シールキャップ２１９が水平姿勢で設置されている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が上昇したときに、処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体として機能するものである。
ボート２１７は、複数本のウェハ保持部材（支柱）を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェハ２００を水平姿勢で、かつ、その中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて、多段に積層して保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
【００１６】
（基板処理装置の動作概要）
次に、本実施形態に係る基板処理装置１０の動作概要について、図１を用いて説明する。なお、基板処理装置１０は、後述するコントローラ２８０により制御されるものである。まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、カセットステージ１０５上に載置される。
カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４の指定された位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、再びカセット搬送装置１１５によって、前記カセット棚１１４の保管位置から移載棚１２３に搬送される。あるいは、カセットステージ１０５上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、直接、移載棚１２３に搬送される。
【００１７】
カセット１１０が移載棚１２３に搬送されると、ウェハ２００は、ウェハ移載装置１１２によって、カセット１１０のウェハ出し入れ口からピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウェハ２００を受け渡したウェハ移載装置１１２は、カセット１１０側に戻り、次のウェハ２００をカセット１１０からピックアップしてボート２１７に装填する。
【００１８】
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１１６が開放動作され、処理炉２０２の下端部の開口が開放される。続いて、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理対象のウェハ２００群を保持したボート２１７が、処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。ボートローディング後は、シールキャップ２１９により処理炉２０２の下端部開口が閉じられ、処理炉２０２にてウェハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。
【００１９】
処理後は、ウェハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で、筐体１０１の外部へ払い出される。すなわち、ボート２１７を載置したシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって下降され、ボート２１７上のウェハ２００がウェハ移載機構１１２によってピックアップされて、移載棚１２３上のカセット１１０へ受け渡される。移載棚１２３上のカセット１１０は、カセット搬送装置１１５によって、カセット棚１１４に一時的に保管された後、カセットステージ１０５に搬送されるか、あるいは、カセット搬送装置１１５によって、直接、カセットステージ１０５に搬送される。カセットステージ１０５上のカセット１１０は、工程内搬送装置により、筐体１０１の外部へ払い出される。
【００２０】
（第１実施形態）
（処理炉の構成）
次に、第１実施形態における処理炉２０２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。本実施形態の例においては、処理炉２０２は、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ用の処理炉として構成されている。
【００２１】
（プロセスチューブ）
処理炉２０２は、その内側に、縦形のアウタチューブ（外管）２２１を備えている。アウタチューブ２２１は、上端が閉塞され下端が開口された略円筒形状をしており、開口された下端が下方を向くように、かつ、筒方向の中心線が垂直になるように縦向きに配置されている。アウタチューブ２２１の内側には、インナチューブ（内管）２２２が設けられている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１はいずれも、本例では、石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、それぞれ略円筒形状に一体成形されており、両者でプロセスチューブを構成している。
【００２２】
インナチューブ２２２は、上端と下端が開口した略円筒形状に形成されている。インナチューブ２２２内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で多段に積層された複数枚のウェハ２００を収容して処理する処理室２０４が形成される。インナチューブ２２２の内径は、ウェハ２００群を保持するボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００２３】
アウタチューブ２２１は、インナチューブ２２２より大きく、かつ、インナチューブ２２２と略相似形状であり、インナチューブ２２２の外側を取り囲むように同心円状に被せられている。
【００２４】
インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の下端部は、それぞれ、その水平断面が略円形リング形状であるマニホールド２０６によって気密に封止されている。インナチューブ２２２およびアウタチューブ２２１は、その保守点検作業や清掃作業のために、マニホールド２０６に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０６が筐体１０１に支持されることにより、プロセスチューブは、筐体１０１に垂直に据え付けられた状態になっている。マニホールド２０６の下端開口は、ウェハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口２０５を構成している。
【００２５】
（基板保持具）
マニホールド２０６には、マニホールド２０６の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９はアウタチューブ２２１の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、アウタチューブ２２１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１２１によって、前記円盤形状を水平姿勢に保った状態で垂直方向に昇降されるように構成されている。
シールキャップ２１９上には、ウェハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板と、両端板間に渡って垂直に設けられた複数本、本例では３本のウェハ保持部材（ボート支柱）とを備えている。端板及びウェハ保持部材は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料から構成される。
【００２６】
各ウェハ保持部材には、水平方向に刻まれた多数条の保持溝が、長手方向にわたって等間隔に設けられている。各ウェハ保持部材は、保持溝が互いに対向し、各ウェハ保持部材の保持溝の垂直位置（垂直方向の位置）が一致するように設けられている。ウェハ２００の周縁が、複数本のウェハ保持部材における同一の段の保持溝内に、それぞれ挿入されることにより、複数枚のウェハ２００は、水平姿勢、かつ互いにウェハの中心を揃えた状態で多段に積載されて保持されるように構成されている。
【００２７】
また、ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、保温筒２１０が設けられている。保温筒２１０は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成されている。保温筒２１０によって、後述するヒータユニット２０８からの熱が、マニホールド２０６側に伝わるのを抑止する。
【００２８】
シールキャップ２１９の下側（処理室２０４と反対側）には、ボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７のボート回転軸は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。ボート回転軸を回転させることにより、処理室２０４内にてウェハ２００を回転させることが可能となる。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１２１によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート２１７を処理室２０４内外に搬送することが可能となっている。
ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、ボート回転機構２６７及びボートエレベータ１２１が所望のタイミングにて所望の動作をするように制御する。
【００２９】
（ヒータユニット）
アウタチューブ２２１の外部には、プロセスチューブ１内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０８が、アウタチューブ２２１を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０８は、基板処理装置１０の筐体１０１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えば、カーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータにより構成されている。
インナチューブ２２２内には、温度検出器としての図示しない温度センサが設置されている。ヒータユニット２０８と温度センサは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、前記温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータユニット２０８への通電量を制御する。
【００３０】
（ガス供給系）
ガス供給系について、図２を用いて説明する。図２に示すように、処理室２０４内に第１の処理ガスを供給する第１のガスノズル２２４ａが、マニホールド２０６の側壁を貫通して設けられている。第１の処理ガスは、シリコンと塩素を含有するガスであり、本例では、ＤＣＳである。
また、処理室２０４内に第２の処理ガスを供給する第２のガスノズル２２５ａが、マニホールド２０６の側壁を貫通して設けられている。第２の処理ガスは、窒素を含有するガスであり、本例では、ＮＨ３である。
【００３１】
図２に示すように、第１のガスノズル２２４ａには、第１の処理ガス供給ラインとしての第１の処理ガス供給管２２４が接続されている。第１の処理ガス供給管２２４には、上流から順に、ＤＣＳガスを供給する第１の処理ガス供給源２４０ａ、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ、及び開閉バルブ２４３ａが設けられている。
また、第２のガスノズル２２５ａには、第２の処理ガス供給ラインとしての第２の処理ガス供給管２２５が接続されている。第２の処理ガス供給管２２５には、上流から順に、ＮＨ３ガスを供給する第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ｂが設けられている。第１の処理ガス供給ライン、第１の処理ガス供給源２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ、開閉バルブ２４３ａや、第２の処理ガス供給ライン、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、開閉バルブ２４３ｂから、第１ガス供給部が構成される。
なお、第１の処理ガス供給管２２４と第２の処理ガス供給管２２５に、それぞれ、不活性ガス供給ラインを接続し、第１の処理ガスと第２の処理ガスを、いずれも不活性ガスで希釈して供給したり、不活性ガスをキャリアガスとして供給するようにしてもよい。不活性ガスとしては、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｈ２（水素）、Ｎ２（窒素）等を用いることができる。
【００３２】
ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂは、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるよう、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ及び開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂを制御する。
【００３３】
第１のガスノズル２２４ａ、第２のガスノズル２２５ａから処理室２０４内に供給されたＤＣＳガスとＮＨ３ガスは、インナチューブ２２２の上側開放端から排気路２０９内へ流れた後、排気口２２７ａを介して排気管２２７内に流れ、処理炉２０２外へ排出されるように構成されている。
【００３４】
（排気ライン）
マニホールド２０６の側壁の一部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気ラインとしての排気管２２７が接続されている。マニホールド２０６と排気管２２７との接続部には、処理室２０４内の雰囲気を排気する排気口２２７ａが形成されている。排気管２２７内は、排気口２２７ａを介して、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１との間に形成された隙間からなる排気路２０９内に連通している。この排気路２０９の水平断面形状は、略一定幅の円形リング形状となっている。
【００３５】
排気管２２７（第１の排気ライン）には、上流から順に、圧力検出器としての圧力センサ２５６、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２５５が設けられている。ＡＰＣバルブ２５５の下流には、排気管２２８（第２の排気ライン）が設けられている。第１の排気ラインと第２の排気ラインから、排気ラインが構成される。
排気管２２８の一端には、ＡＰＣバルブ２５５が接続され、排気管２２８の他端には、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。真空ポンプ２４６は、処理室２０４内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気しうるように構成されている。
【００３６】
ＡＰＣバルブ２５５および圧力センサ２５６は、制御部２８０に電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０４内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ２５６により検出された圧力値に基づいてＡＰＣバルブ２５５の開度を制御するように構成されている。
【００３７】
排気管２２７において、排気口２２７ａとＡＰＣバルブ２５５の間には、排気管２２７に合流するガス配管２３７が接続されている。ガス配管２３７には、上流から順に、前述した第２の処理ガス（本例ではＮＨ３）供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、及び開閉バルブ２４３ｃが設けられている。ガス配管２３７、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃから、第２ガス供給部が構成される。
【００３８】
（コントローラ）
前記制御部２８０は、図示しない操作部や入出力部を備え、基板処理装置１０の各構成部と電気的に接続されており、基板処理装置１０の各構成部を制御する。前記制御部２８０は、成膜プロセスの制御シーケンスを時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、流量制御および機械駆動制御を指令する。また、制御部２８０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）と該ＣＰＵを動作させるプログラムが格納されるメモリとを備えるものである。
【００３９】
（本実施形態の基本的思想）
本実施形態では、低温においてもＤＣＳ等と反応性のあるガス、例えばＮＨ３等を、成膜処理中に、直接、排気ラインに導入することにより、排気ライン内に、不安定な塩素含有化合物でなく、安定した塩素含有化合物を生成するものである。
例えば、ＤＣＳとＮＨ３を用いたシリコン窒化膜生成プロセスの場合、ＤＣＳのＮＨ３に対する比率が１／２以下であれば、次の式（１）のような反応となり、排気ライン内に安定した塩素含有化合物のみを生成する。
ＤＣＳ＋ＮＨ３ → ＳｉＮ＋ＮＨ４Ｃｌ・・・（１）
ここで、式（１）の反応後の状態（右辺）において、ＳｉＮは処理室内、ＮＨ４Ｃｌ（塩化アンモニウム）は排気ライン内で生成される。ＮＨ４Ｃｌは、安定した塩素含有化合物である。
しかし、ＤＣＳのＮＨ３に対する比率が１／２より大きい場合は、次の式（２）のような反応となり、排気ライン内に不安定な塩素含有化合物が生成されやすくなる。
ＤＣＳ＋ＮＨ３ → ＳｉＮ＋ＳｉＣｌ・・・（２）
ここで、式（２）の反応後の状態（右辺）において、ＳｉＮは処理室内、ＳｉＣｌは排気ライン内で生成される。ＳｉＣｌは、不安定な塩素含有化合物である。
【００４０】
シリコン窒化膜生成プロセスにおいては、目標とする膜質等によっては、ＤＣＳの比率を高くした条件での成膜プロセスが必要になる場合、つまり、処理室内へのＮＨ３ガスの供給量を増やすことができない場合がある。このような場合に、処理室内へ導入する処理ガスはＤＣＳ比が高い状態を維持しつつ、処理室内へ導入するＮＨ３とは別のガス供給系統から、排気ライン内へ直接ＮＨ３を導入する。これにより、処理室内の雰囲気はＤＣＳ比が高い状態を維持しつつ、排気ライン内だけはＮＨ３比を高くすることができ、その結果、排気ライン内に生成される塩素含有化合物を安定な塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。したがって、メンテナンス時等において、排気ライン内が大気に晒されても、有害な塩化水素が生成されることを抑制できる。
【００４１】
（第１実施形態に係る基板処理方法）
次に、第１実施形態に係る基板処理方法を、ＩＣの製造方法における成膜工程を例にして説明する。まず、ウェハチャージングステップにおいて、ウェハ２００はボート２１７に装填される。具体的には、ウェハ２００の円周縁の複数箇所が、複数のウェハ保持部材の保持溝にそれぞれ係合するように挿入され、該ウェハ２００の複数箇所の周縁部が各保持溝に係合されて、ウェハ２００の自重が支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウェハ２００は、ボート２１７におけるチャージング状態において、その中心を揃えられて互いに平行かつ水平、多段に積載され、整列されている。
【００４２】
次に、ボートローディングステップにおいて、複数枚のウェハ２００を積載、保持したボート２１７は、処理室２０４に搬入（ボートローディング）される。具体的には、ウェハ２００を装填されたボート２１７は、ボートエレベータ１２１により垂直方向に上昇され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に搬入され、図２に示されているように、処理室２０４に存置される。この状態において、シールキャップ２１９は処理室２０４の下端をシールした状態になる。
続いて、減圧ステップにおいて、排気口２２７ａを介して真空ポンプ２４６により、プロセスチューブ１の内部が所定の真空度（例えば、５０Ｐａ）に減圧されるとともに、昇温ステップにおいて、ヒータユニット２０８により、プロセスチューブ１の内部が所定の温度（例えば、７００℃）に昇温される。
【００４３】
次に、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、所定の原料ガスが、ガスノズル２２４ａ、２２５ａに供給され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。例えば、原料ガスとして、ＤＣＳガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａから第１のガスノズル２２４ａを介して処理室２０４に導入され、ＮＨ３ガスが、第２の処理ガス供給源２４０ｂから第２のガスノズル２２５ａを介して処理室２０４に導入される。
本例では、処理室２０４に導入される処理ガス中のシリコン元素が窒素元素よりも多くなるように、つまり、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量よりも多くなるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが制御される。なお、好ましくは、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量の２倍以上となるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが制御されると、ウェハ２００上に、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積されやすくなるのでよい。
【００４４】
処理室２０４に導入された原料ガス（ＤＣＳとＮＨ３）は、インナチューブ２２２の上端の開口部から、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の間の排気路２０９に流出して、マニホールド２０６に開設された排気口２２７ａから排気される。
このようにして、ウェハ２００の表面に接触しながら上下で隣合うウェハ２００と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガスのＣＶＤ反応によって、ウェハ２００の表面には、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積する。
【００４５】
このとき、シリコン窒化膜成膜時において、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３７を介して排気管２２７内へ、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３７から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２７へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。排気管２２７内へ直接、ＮＨ３ガスを供給することにより、不安定な塩素含有化合物であるＳｉＣｌの生成が抑制される。
好ましくは、排気ライン内、特に排気管２２７内の圧力をより高い状態とするようＡＰＣバルブ２５５を制御することで、反応性を高めることができ、より速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
好ましくは、処理室２０４へ供給するＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量より多い場合、特に２倍以上多い場合には、排気管２２７内へ供給する窒素含有ガスの供給量が、処理室２０４へ供給するＤＣＳガスの供給量よりも多く、好適には２倍以上となるように、ＭＦＣ２４１ｃが制御されると、より確実に不安定な塩素含有化合物の生成が抑制されるのでよい。
なお、排気管２２７内へ供給する窒素含有ガスは、第２の処理ガス供給源２４０ｂとは別のガス供給源から供給してもよいし、ＮＨ３ガスとは別のガス、例えば、Ｎ２Ｏ（一酸化二窒素）ガスとしてもよい。
【００４６】
また、処理室２０４へ原料ガスを供給する前の時点から原料ガス供給中において、ガス配管２３７から排気管２２７内へＮＨ３ガスを供給するようにすることが好ましい。このようにすると、ＮＨ３ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気されたＤＣＳガスを迎えることができ、速やかにＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
さらに、ガス配管２３７から排気管２２７内へのＮＨ３ガス供給は、処理室２０４への原料ガス供給が終了した後、すなわち成膜工程終了後も、原料ガス供給終了時点で処理室２０４内に残留している原料ガスが、排気ラインから排気されるまでの所定の時間、継続することが好ましい。このようにすると、原料ガス供給停止後に処理室２０４から排気されたＤＣＳガスを、排気ライン内に供給されたＮＨ３ガスにより、より確実に安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
なお、好ましくは、成膜工程中に排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給する、若しくは、しないに関わらず、成膜工程後に、排気ラインからの排気を停止するか、若しくは減少させて、排気ラインの圧力をより高い状態、好適には大気圧付近に昇圧した状態とし、その後に、排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給するようにしてもよい。これにより、排気ライン内での反応性を高めることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。また、好ましくは、排気ラインからの排気を停止するか、若しくは減少させた状態にて、排気ラインへ直接、窒素含有ガスを供給するようにしてもよい。これにより、排気ライン内での反応性を高めることができる。
【００４７】
以上のようにして所望の膜厚のシリコン窒化膜が堆積された後に、原料ガスの供給が停止され、不活性ガスにより、処理室２０４内が大気圧に復帰された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ２１９が下降されることによって処理室２０４の下端が開口され、ボート２１７に保持された状態で処理済みのウェハ２００群が処理室２０４から外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００４８】
第１実施形態によれば、次の（１）〜（４）の効果のうち、少なくとも１つを奏する。
（１）基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させることができるとともに、排気ライン内への不安定な塩素含有化合物の生成が抑制される。
（２）排気ライン内の圧力をより高い状態とすることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
（３）原料ガスを供給するより先に窒素含有ガスを排気ライン内へ供給すると、窒素含有ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気された原料ガスを迎えることができ、速やかに原料ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
（４）原料ガス供給停止後に窒素含有ガスを排気ライン内へ供給すると、原料ガス供給停止後に処理室から排気された原料ガスを、排気ライン内に供給された窒素含有ガスにより、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、処理炉２０２の構成において排気ラインの排気管２２８に、ＮＨ３ガスを供給するガス配管２３８が接続されることと、該ガス配管２３８の接続に伴い、基板処理方法の一部が変更されることである。その他の点は、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
（処理炉の構成）
第２実施形態における処理炉２０２の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施形態における基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。
【００５０】
図３に示すように、排気ラインの排気管２２８において、ＡＰＣバルブ２５５と真空ポンプ２４６の間には、排気管２２８に合流するガス配管２３８が接続されている。ガス配管２３８には、上流から順に、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｄ、及び開閉バルブ２４３ｄが設けられている。このようにして、第２の処理ガス供給源２４０ｂから排気管２２８へ、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給することができる。ガス配管２３７、第２の処理ガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃや、ガス配管２３８、ＭＦＣ２４１ｄ、開閉バルブ２４３ｄから、第２ガス供給部が構成される。
【００５１】
成膜中に、処理室２０４とＡＰＣバルブ２５５との間の排気管２２７へ窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを多く供給しすぎると、処理室２０４内の圧力が変化してしまうため、膜厚均一性が悪化してしまう等の問題が起こりがちである。そのため、排気管２２８にガス配管２３８を接続し、処理室２０４とＡＰＣバルブ２５５との間の排気管２２７へのＮＨ３ガスの供給量を少なめにして、ＡＰＣバルブ２５５と排気ポンプ２４６との間の排気管２２８へのＮＨ３ガス供給量を、排気管２２７へのＮＨ３ガス供給量より多くすることで、成膜中の処理室２０４内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内のＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物（ＮＨ４Ｃｌ）とすることができる。
【００５２】
あるいは、このとき、ＮＨ３ガスを多く供給して排気管２２８内を大気圧付近に昇圧することができる。このようにすると、排気管２２８内の圧力が高い状態、すなわち反応が促進される状態となる。そのため、より一層、速やかに排気ライン内のＤＣＳガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
【００５３】
（第２実施形態に係る基板処理方法）
次に、第２実施形態に係る基板処理方法について、主に第１実施形態と異なる点を説明する。
第２実施形態のウェハチャージングステップ、ボートローディングステップ、減圧ステップは、第１実施形態と同じである。減圧ステップに続いて、成膜ステップにおいて、ボート２１７が回転されつつ、所定の原料ガスが、第１、第２のガスノズル２２４ａ、２２５ａに供給され、インナチューブ２２２内の処理室２０４に導入される。例えば、原料ガスとして、ＤＣＳガスが、第１の処理ガス供給源２４０ａから第１のガスノズル２２４ａを介して処理室２０４に導入され、ＮＨ３ガスが、第２の処理ガス供給源２４０ｂから第２のガスノズル２２５ａを介して処理室２０４に導入される。
本例では、処理室２０４に導入される処理ガス中のシリコン元素が窒素元素よりも多くなるように、つまり、ＤＣＳガスの供給量がＮＨ３ガスの供給量よりも多くなるように、ＭＦＣ２４１ａとＭＦＣ２４１ｂが設定されている。
【００５４】
処理室２０４に導入された原料ガス（ＤＣＳとＮＨ３）は、インナチューブ２２２の上端の開口部から、インナチューブ２２２とアウタチューブ２２１の間の排気路２０９に流出して、マニホールド２０６に開設された排気口２２７ａから排気される。
このようにして、ウェハ２００の表面に接触しながら上下で隣合うウェハ２００と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガスのＣＶＤ反応によって、ウェハ２００の表面には、シリコン元素が窒素元素よりも多いシリコンリッチなシリコン窒化膜が堆積する。
【００５５】
このとき、シリコン窒化膜成膜時において、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３７を介して排気管２２７内へ、少量の窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３７から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２７へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。
また、第２の処理ガス供給源２４０ｂからガス配管２３８を介して排気管２２８内へ、排気管２２７へのＮＨ３ガス供給量より多い供給量で、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。ガス配管２３８から供給されたＮＨ３ガスは、処理室２０４から排気管２２８へ排気されてきたガス中に存在するＤＣＳガスと反応し、安定な塩素含有化合物であるＮＨ４Ｃｌを生成する。少量のＮＨ３ガスを直接排気管２２７内へ、多量のＮＨ３ガスを直接排気管２２８内へ供給することにより、処理室２０４内の圧力変化を抑制しつつ、不安定な塩素含有化合物であるＳｉＣｌの生成が抑制される。
ここで圧力センサ２５６は、ＡＰＣバルブ２５５よりも上流である処理室２０４や排気管２２７内の圧力を検出し、この検出値に基づいてＡＰＣバルブ２５５の開度を制御することで、処理室２０４や排気管２２７内の圧力を制御するため、排気管２２７内へ直接ＮＨ３ガスを供給しすぎると、排気管２２７内の圧力が処理室２０４内の圧力よりも高くなってしまう。制御部２８０は、処理室２０４の圧力が設定圧力値となるよう、圧力センサ２５６の検出値に基づきＡＰＣバルブ２５５の開度を制御するため、処理室２０４内の圧力よりも高くなった排気管２２７内の圧力値に基づき制御することとなり、結果的に処理室２０４の圧力変化を助長してしまうこととなるが、上述したように構成することにより、かような問題を是正することができる。
【００５６】
なお、排気管２２７内と排気管２２８内へ供給する窒素含有ガスは、第２の処理ガス供給源２４０ｂとは別のガス供給源から供給してもよいし、ＮＨ３ガスとは別のガス、例えばＮ２Ｏガスとしてもよい。
また、第１実施形態と同様に、処理室２０４への原料ガスの供給より先に、ガス配管２３７とガス配管２３８からＮＨ３ガスを供給するようにすることが好ましく、また、ガス配管２３７とガス配管２３８からのＮＨ３ガス供給は、処理室２０４への原料ガス供給が終了した後も、所定の時間継続することが好ましい。
【００５７】
以上のようにして所望の膜厚のシリコン窒化膜が堆積された後に、原料ガスの供給が停止され、不活性ガスにより、処理室２０４内が大気圧に復帰された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ２１９が下降されることによって処理室２０４の下端が開口され、ボート２１７に保持された状態で処理済みのウェハ２００群が処理室２０４から外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００５８】
第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、次の（１）の効果を奏する。
（１）基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させることができるとともに、成膜中の処理室内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内の原料ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる。
【００５９】
（実施例と従来例との比較）
図４に示す従来のＣＶＤ装置において、処理室内温度７００℃、処理室内圧力５０Ｐａ、処理室内へのＤＣＳガスとＮＨ３ガスの供給量比を１対１とし、ウェハ２００にシリコン窒化膜を形成した。その後、排気管４０６内のＨＣｌ濃度を測定したところ、１５ｐｐｍであった。
これに対し、図２に示す第１実施形態の処理炉２０２において、処理室内温度７００℃、処理室内圧力５０Ｐａ、処理室内へのＤＣＳガスとＮＨ３ガスの供給量比を２対１とし、かつ、排気管２２７へのガス配管２３７からのＮＨ３ガスの供給量を、処理室内へのＤＣＳガスの供給量よりも２倍以上多く供給しつつ、ウェハ２００にシリコンリッチなシリコン窒化膜を形成した。その後、排気管２２７内のＨＣｌ濃度を測定したところ、ほぼ０ｐｐｍであった。
これにより、排気管２２７内の塩素含有化合物の方が、排気管４０６内の塩素含有化合物よりも、はるかに安定状態であるといえる。
【００６０】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、基板上にシリコンリッチなシリコン窒化膜を堆積させる形態について説明したが、これに限らず、基板上に窒素元素がシリコン元素よりも多いシリコン窒化膜を堆積させる形態にも適用可能である。
また、上述した実施形態では処理がウェハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクあるいは磁気ディスク等であってもよい。
また、上述した実施形態では、アウターチューブとインナーチューブを用いるバッチ式縦形ホットウオール形装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、アウターチューブだけを用いてもよく、また、バッチ式横形ホットウオール形装置等の基板処理装置に適用することができる。
【００６１】
本発明は、少なくとも以下のような側面から捉えることができる。
本発明の第１の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６２】
本発明の第２の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程より前の時点および前記成膜工程中、若しくは、前記成膜工程中および前記成膜工程後の時点で、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、窒素を含有する第３の処理ガスが排気ライン内に含まれた状態で、処理室から排気された塩素含有残留ガスを迎えることができ、速やかに塩素含有残留ガスを安定状態の塩素含有化合物とすることができる、若しくは、成膜工程後に残留した塩素含有残留ガスをも、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６３】
本発明の第３の側面は、
基板を処理する処理室と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気する排気ラインと、
前記排気ラインへ窒素を含有する第３の処理ガスを供給する第２ガス供給部と、
制御部とを有し、
前記制御部が、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜し、該成膜中に、前記第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させるように、前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部とを制御する制御部である基板処理装置。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６４】
本発明の第４の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上となるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを、前記処理室内への前記第２の処理ガスの供給量以上となるように前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上であっても、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成される。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６５】
本発明の第５の側面は、前記第４の側面の半導体装置の製造方法であって、
前記成膜工程中に、前記第３の処理ガスを、前記処理室内への前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上の供給量となるように前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、第１の処理ガスの供給量が前記第２の処理ガスの供給量の２倍以上であっても、排気ラインには安定した塩素含有化合物がより生成されやすくなる。
【００６６】
本発明の第６の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ途中供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６７】
本発明の第７の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記排気ラインは、前記処理室の圧力を制御する圧力制御弁と前記処理室との間を接続する第１排気ラインと、前記圧力制御弁と排気装置との間を接続する第２排気ラインとを含み、前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを、前記第１排気ラインへ供給するとともに、該第１排気ラインへの供給量よりも多く前記第２排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
成膜中に、処理室と圧力制御弁との間へ窒素含有ガスを途中供給しすぎると、処理室内の圧力が変化してしまうため、膜厚均一性が悪化してしまう等の問題が起こりがちであるが、上記のように構成すると、処理室と圧力制御弁との間への窒素含有ガスの途中供給量を少なめにして、圧力制御弁と排気ポンプとの間への窒素含有ガス供給量をより多くすることで、成膜中の処理室内の圧力変化を抑制しつつ、排気ライン内の残留塩素含有ガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６８】
本発明の第８の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記排気ライン内を昇圧し、該昇圧後に窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給するか、若しくは、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給するとともに前記排気ライン内を昇圧する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
排気ラインに窒素含有ガスを供給する際に、排気ライン内を大気圧付近に昇圧することで、排気ライン内の圧力が高い状態、すなわち反応が促進される状態となる。そのため、上記のように構成すると、より一層、速やかに残留塩素含有ガスを安定状態の塩素含有化合物にすることができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００６９】
本発明の第９の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、排気ラインには安定した塩素含有化合物が生成されるので、塩化水素発生の原因となる不安定な塩素含有化合物が、排気ラインに生成されることを抑制することができる。
なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【００７０】
本発明の第１０の側面は、
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中および前記成膜工程終了後に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにすると、原料ガス供給停止後に処理室から排気された第１の処理ガスを、排気ライン内に供給された第３の処理ガスにより、成膜工程後に残留した塩素含有残留ガスをも、より確実に安定状態の塩素含有化合物とすることができる。なお、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスは、同じ処理ガスであってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０・基板処理装置、１００・カセット、１０１・筐体、１０５・カセットステージ、１１２・ウェハ移載機構、１１４・カセット棚、１１５・カセット搬送装置、１１６・炉口シャッタ、１２１・ボートエレベータ、１２３・移載棚、２００・ウェハ（基板）、２０２・処理炉、２０４・処理室、２０５・炉口、２０６・マニホールド、２０８・ヒータユニット、２０９・排気路、２１０・保温筒、２１７・ボート、２１９・シールキャップ、２２１・アウタチューブ、２２２・インナチューブ、２２４・第１の処理ガス供給管、２２４ａ・第１のガスノズル、２２５・第２の処理ガス供給管、２２５ａ・第２のガスノズル、２２７・ガス排気管、２２７ａ・排気口、２２８・ガス排気管、２３７・ガス配管、２３８・ガス配管、２４０ａ・第１の処理ガス供給源、２４０ｂ・第２の処理ガス供給源、２４１ａ・ＭＦＣ、２４１ｂ・ＭＦＣ、２４１ｃ・ＭＦＣ、２４１ｄ・ＭＦＣ、２４３ａ・開閉バルブ、２４３ｂ・開閉バルブ、２４３ｃ・開閉バルブ、２４３ｄ・開閉バルブ、２４６・真空ポンプ、２５５・ＡＰＣバルブ、２５６・圧力センサ、２６７・ボート回転機構、２８０・コントローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程より前の時点および前記成膜工程中、若しくは、前記成膜工程中および前記成膜工程後の時点で、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板を処理する処理室と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気する排気ラインと、
前記排気ラインへ窒素を含有する第３の処理ガスを供給する第２ガス供給部と、
制御部とを有し、
前記制御部が、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜し、該成膜中に、前記第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させるように、前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部とを制御する制御部である基板処理装置。
【請求項１】
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程中に、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させる窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
処理室内に基板を搬入する基板搬入工程と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程より前の時点および前記成膜工程中、若しくは、前記成膜工程中および前記成膜工程後の時点で、窒素を含有する第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給する窒素供給工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板を処理する処理室と、
シリコンおよび塩素を含有する第１の処理ガスと窒素を含有する第２の処理ガスとを、前記処理室内へ供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気する排気ラインと、
前記排気ラインへ窒素を含有する第３の処理ガスを供給する第２ガス供給部と、
制御部とを有し、
前記制御部が、
前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを、前記処理室内の雰囲気中において窒素元素よりもシリコン元素が多くなるように、前記処理室内へ供給しつつ、前記処理室内の第１の処理ガスを含む雰囲気を排気ラインから排気して、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜し、該成膜中に、前記第３の処理ガスを前記排気ラインへ供給し、前記排気ライン内に存在する前記第１の処理ガスと反応させるように、前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部とを制御する制御部である基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−６９８４４（Ｐ２０１２−６９８４４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４９２９（Ｐ２０１０−２１４９２９）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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