(57)【要約】【課題】  ガスを基板の側方から供給する装置において、基板の上流側と下流側とで均一な膜質を実現する技術を提供する。【解決手段】  基板を載置する載置面を有する基板載置部と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室の上流に設けられ、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、前記処理室の下流に設けられ、前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、前記処理室の一部であり、前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部とを有する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置面を有する基板載置部と、
前記基板を処理する処理室と、
前記処理室の上流に設けられ、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室の下流に設けられ、前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、
前記処理室の一部であり、前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部と
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給部の供給孔の高さ位置は、前記基板載置部よりも高くなるよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給部は、前記基板の側方から原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給部とを有する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給部は、ガスの主流の着地点が前記基板の面内に設定されるよう構成される請求項１から３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記反応ガスはプラズマ状態で前記基板上に供給され、前記着地点から前記基板の下流端部までの距離は、前記プラズマが失活しない距離となるよう構成される請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記原料ガスは熱分解容易なガスであり、
前記載置部には前記基板を加熱するヒータが、前記基板載置面に沿って設けられる請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項７】
処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する工程と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する手順と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する半導体製造装置においては、生産性の向上が求められている。それを実現するために、基板を均一に処理して歩留まりを向上させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
基板を処理する装置として、例えば特許文献１のようにガスを基板側方から供給する装置や、あるいは特許文献２のように基板の上方からガスを供給する装置が存在する。
【０００４】
基板の上方からガスを供給する装置の場合、基板表面にガスが直接衝突する。そのため、例えば膜を形成する処理の場合、ガスが衝突する部分の膜厚が厚くなるなどして、基板面内を均一に処理できない恐れがある。
【０００５】
ガスを側方から供給する装置の場合、ガスが基板に直接衝突しないため、その部分が厚くなる等の問題は生じない。しかしながらガスは基板の上流から下流にかけてガスの状態が変化することがあり、そうなると基板の上流側と下流側とで膜質が異なってしまう恐れがある。
【０００６】
そこで、ガスを基板の側方から供給する装置において、基板の上流側と下流側とで均一な膜質を実現する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２８３４０
【特許文献２】特許５９６１２９７
【課題を解決するための手段】
【０００８】
基板を載置する載置面を有する基板載置部と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室の上流に設けられ、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、前記処理室の下流に設けられ、前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、前記処理室の一部であり、前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部とを有する技術を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
ガスを基板の側方から供給する装置において、基板の上流側と下流側とで、均一な膜質を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板処理装置を説明する説明図である。
【図２】基板処理装置を説明する説明図である。
【図３】基板処理装置を説明する説明図である。
【図４】ガスの流れを説明する説明図である。
【図５】ガスの流速のシミュレーション図である。
【図６】第一ガス供給部を説明する説明図である。
【図７】第二ガス供給部を説明する説明図である。
【図８】第三ガス供給部を説明する説明図である。
【図９】基板処理装置のコントローラを説明する説明図である。
【図１０】基板処理フローを説明する説明図である。
【図１１】基板の処理状態を説明する説明図である。
【図１２】基板の処理状態を説明する説明図である。
【図１３】比較例における基板の処理状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１から図９を用いて、ガスを供給して基板を処理する基板処理装置２００の一例について説明する。図１は基板処理装置２００を横側から見た断面図である。図２は図１のα―α線において、基板処理装置２００を上から見た断面図である。図３は図１のβ―β線において、基板処理装置２００を上から見た断面図である。図４は基板処理装置２００におけるガス流れを説明する説明図である。図５は基板処理装置２００におけるガス流速のシミュレーション図である。図６は第一ガス供給部を説明する説明図である。図７は第二ガス供給部を説明する説明図である。図８は第三ガス供給部を説明する説明図である。図９はコントローラを説明する説明図である。
【００１２】
（チャンバ）
図１に記載のように、基板処理装置２００はチャンバ２０２を有する。チャンバ２０２は、密閉容器として構成されている。また、チャンバ２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。チャンバ２０２内には、シリコンウエハ等の基板１００を処理する処理空間２０５と、基板１００を処理空間２０５に搬送する際に基板１００が通過する搬送空間２０６とが形成されている。チャンバ２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０８が設けられる。
【００１３】
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口１４８が設けられており、基板１００は基板搬入出口１４８を介して図示しない真空搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
【００１４】
処理空間２０５を構成する処理室２０１は、例えば後述する基板載置台２１２と天井壁２３０とで構成される。処理空間２０５内には、基板１００を支持する基板載置部２１０が設けられている。基板載置部２１０は、基板１００を載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３を主に有する。
【００１５】
基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ２１３には、ヒータ２１３の温度を制御する温度制御部２２０が接続される。
【００１６】
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７の支持部はチャンバ２０２の底壁に設けられた穴を貫通しており、更には支持板２１６を介してチャンバ２０２の外部で昇降部２１８に接続されている。昇降部２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置される基板１００を昇降させることが可能である。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われている。チャンバ２０２内は気密に保持されている。
【００１７】
昇降部２１８はシャフト２１７を支持する支持軸２１８ａと、支持軸２１８ａを昇降させる作動部２１８ｂを主に有する。
【００１８】
昇降部２１８には、昇降部２１８の一部として、作動部２１８ｂに昇降指示するための指示部２１８ｅを設けても良い。指示部２１８ｅはコントローラ４００に電気的に接続される。指示部２１８ｅはコントローラ４００の指示に基づいて、作動部２１８ｂを制御する。作動部２１８は、後述するように、基板載置台２１２が、基板搬送ポジションや基板処理ポジションの位置に移動するよう、制御する。
【００１９】
基板載置台２１２は、基板１００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８に対向する位置まで下降し、基板１００の処理時には、図１で示されるように、基板１００が処理空間２０５内の処理位置となるまで上昇する。
【００２０】
天井壁２３０は、仕切り板２０８上で支持される。天井壁２３０は傾斜面を有する傾斜部２３１が設けられる。傾斜部２３１の傾斜面は、基板載置面２１１と対向する位置に形成される。なお、傾斜部２３１は天井２３０と一体であってもよいが、加工上手間がかかる場合は、別部品としてもよい。
【００２１】
天井壁２３０の側面には、第一ガス供給孔２３５、第二ガス供給孔２３６、第三ガス供給孔２３７が設けられる。第一ガス供給孔２３５、第二ガス供給孔２３６、第三ガス供給孔２３７をまとめて、ガス供給孔２３２と呼ぶ。
【００２２】
ここでは、ガス供給孔２３２（第一ガス供給孔２３５、第二ガス供給孔２３６、第三ガス供給孔２３７）を天井壁２３０に設けるよう説明したが、処理室２０１の側方からガスを供給できる構造であればよく、例えば天井壁２３０と別の構造（例えば供給孔２３２専用のブロック）を設けて、そこに供給孔２３２を形成したり、あるいはブロックと天井壁２３０との間に形成したりしてもよい。
【００２３】
図１に記載にように、第一ガス供給孔２３５、第二ガス供給孔２３６、第三ガス供給孔２３７は、基板載置面２１１よりも高い位置に配される。また、これらの供給孔は、同じ高さに配される。一方図２に記載のように、水平方向においては、第一ガス供給孔２３５、第二ガス供給孔２３６、第三ガス供給孔２３７は隣接するよう構成される。第一ガス供給孔２３５は後述する第一ガス供給部２４０（ラインＡ）に連通される。第二ガス供給孔２３６は第二ガス供給部２５０（ラインＢ）に連通される。第三ガス供給孔２３７は第三ガス供給部２６０（ラインＣ）に連通される。
【００２４】
ガス供給孔２３２から見て、基板１００を介して対向する位置には、排気流路２３９が設けられる。排気流路２３９は、処理室２０１の雰囲気が廃棄される流路であり、例えば天井壁２３０と仕切り板２０８の間に形成される。排気流路２３９は後述する排気管２８１に連通される。
【００２５】
以上のような構成であるので、ガス供給孔２３２は処理室２０１の上流として、排気流路２３９を処理室２０１の下流として構成される。ガス供給孔２３２から供給されたガスは、基板１００上流側の上方領域２０５ａ、下流側の上方領域２０５ｂを介して排気流路２３９に移動される。
【００２６】
ここでは、排気流路２３９を天井壁２３０と仕切り板２０８の間に形成するよう説明したが、処理室２０１の雰囲気を排気できる構造であればよく、例えば天井壁２３０と別の構造（例えば排気流路２３９専用のブロック）を設けて、そこに排気流路２３９を形成したり、あるいはブロックと天井壁２３０との間に形成したりしてもよい。
【００２７】
傾斜部２３１の傾斜面は、基板載置面２１１の上流側から下流側にかけて、基板載置面２１１との距離が徐々に小さくなるよう傾斜する。具体的には、傾斜部２３１の傾斜面は徐々に下がるように構成される。すなわち、処理空間２０５の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される。
【００２８】
断面積と流速は反比例するので、断面積が小さくなるにつれガス流が速くなる。したがって、下流に向かうほどガス流が速くなる。図５に、ガス流速のシミュレーションを示す。ここでは黒くなるほどガス流が遅く、薄くなるほどガス流が速い。シミュレーション結果によれば、ガス供給孔２３２の近辺、ガス排気孔の近辺ではガス流が速いことがわかる。
【００２９】
傾斜部２３１の傾斜面は凹凸や孔の無い連続した形状で構成される。このような構造とすることで、ガス供給孔２３２から供給されたガスが傾斜部２３１の傾斜面に衝突しても、乱流の発生を抑制できる。
【００３０】
仮に凹凸や孔が設けられた場合、ガスが凸構造に衝突したり、孔の角部に衝突したりして、乱流が発生してしまう。ガスの乱流によって基板１００上には、意図しないまだらな密度のガスが供給される。例えば、凸構造や孔の下方にガスが集中し、凹構造の下方では凸構造や孔の下方に比べてガスが少なくなることがある。
【００３１】
ガス供給孔２３２を基板載置台２１２より高い位置に配する理由を説明する。仮にガス供給孔２３２と基板載置台２１２上に載置された基板１００とが同じ高さの場合、供給されたガスは基板１００の側面に衝突し、ガスの乱流が発生する。その場合、衝突した部分にガスが集中し、その部分だけ膜厚が厚くなってしまう等の問題がある。これに対して、ガス供給孔２３２を基板１００よりも高い位置にすると、側面にガスが衝突しないため、
乱流が発生しないので、基板面内を均一に処理できる。
【００３２】
更には、第二ガス供給部２５０からプラズマ状のガスを供給する場合、図４に示すように、ガス供給孔２３２から供給されるガスの主流２２１（点線矢印）の着地点２２２が、基板１００の面内となるよう、ガス供給孔２３２の高さを設定するのが望ましい。これについて、図４を用いて説明する。図４は、図１を簡略化した図面であり、ガスの流れを説明する図である。ここで、ガスの主流とは他に比べてガスのプラズマ密度が高い流れをいう。
【００３３】
なお、着地点２２２の上流側領域２２３では、ガスの拡散によりプラズマが基板上に供給される。図５に示すように、上流側領域２２３ではガス流がそれほど速くないので、基板１００の上流側エッジにもガスの成分を供給可能である。
【００３４】
このように主流の着地点が基板上にあるので、プラズマが流れる距離は着地点からの距離となり、プラズマを基板１００の側方から供給するのに比べ距離を短くできる。したがって、短時間で失活してしまうようなプラズマでも、基板処理に使用できる。
【００３５】
（供給部）
図１、図２に示すように、天井壁２３０には、原料ガスが供給される第一ガス供給孔２３５と、反応ガスが供給される第二ガス供給孔２３６と、パージガスが供給される第三ガス供給孔２３７が設けられる。後述するように、反応ガスは原料ガスと反応するガスである。第一ガス供給孔２３５は原料ガス供給孔、第二ガス供給孔２３６は反応ガス供給孔、第三ガス供給孔２３７はパージガス供給孔とも呼ぶ。
【００３６】
第一ガス供給孔２３５は、第一ガス供給部２４０の一部であるガス供給管２４１と連通するように構成される。ガス供給管２４１は上部容器２０２ａに固定される。
【００３７】
第二ガス供給孔２３６は、第二ガス供給部２５０の一部であるガス供給管２５１と連通するように構成される。ガス供給管２５１は上部容器２０２ａに固定される。
【００３８】
第三ガス供給孔２３７は、第三ガス供給部２６０の一部であるガス供給管２６１と連通するように構成される。ガス供給管２６１は上部容器２０２ａに固定される。
【００３９】
図1、図２に記載の「Ａ」は図６に記載の「Ａ」に対応する。「Ｂ」は図７に記載の「Ｂ」に対応する。「Ｃ」は図８に記載の「Ｃ」に対応する。
【００４０】
（第一ガス供給部）
続いて、図６を用いて第一ガス供給部２４０の詳細を説明する。
【００４１】
ガス供給管２４１からは第一元素含有ガスが主に供給される。
ガス供給管２４１には、上流方向から順に、第一ガス供給源２４２、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３、及び開閉弁であるバルブ２４４が設けられている。
【００４２】
ガス供給管２４１からガス供給管２４１を介して、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）が、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４、ガス供給管２４１を介して処理室２０１に供給される。
【００４３】
第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えばチタン（Ｔｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばＴｉ含有ガスである。具体的には、チタン含有ガスとして、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスが用いられる。
【００４４】
第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４２とＭＦＣ２４３との間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。
【００４５】
主に、ガス供給管２４１、ＭＦＣ２４３、バルブ２４４により、第一ガス供給部２４０が構成される。更には、第一ガス供給源２４２を、第一ガス供給部２４０に含めて考えてもよい。第一ガス供給部２４０は、原料ガスを供給する構成であるので、原料ガス供給部とも呼ぶ。
【００４６】
（第二ガス供給部）
続いて図７を用いて、第二ガス供給部２５０を説明する。
ガス供給管２５１には、上流方向から順に、反応ガス供給源２５２、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２５３、プラズマ生成部であるリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２５５、バルブ２５６が設けられる。
【００４７】
そして、ガス供給管２５１からは、反応ガスが、ＭＦＣ２５３、ＲＰＵ２５５を介して、処理空間２０５内に供給される。反応ガスはＲＰＵ２５５によりプラズマ状態とされる。ＲＰＵ２５５はプラズマ制御部２５４により制御される。  
【００４８】
反応ガスは、処理ガスの一つであり、例えば窒素含有ガスである。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。反応ガスは、原料ガスの成分と反応するガスである。
【００４９】
なお、本技術においては、特許文献２に記載されている分散板が存在しないので、プラズマが分散板に衝突して失活することなく基板１００上に供給される。
【００５０】
主に、ガス供給管２５１、ＭＦＣ２５３、バルブ２５６、ＲＰＵ２５５で第二ガス供給部２５０が構成される。更には、反応ガス供給源２５２、プラズマ制御部２５４を第二ガス供給部２５０に含めてもよい。第二ガス供給部２５０は、反応ガスを供給する構成であるので、反応ガス供給部とも呼ぶ。
【００５１】
（第三ガス供給部）
続いて図８を用いて、第三ガス供給部２６０を説明する。
ガス供給管２６１には、上流方向から順に、パージガス供給源２６２、ＭＦＣ２６３、及び開閉弁であるバルブ２６４が設けられている。
【００５２】
パージガスは、後述するパージ工程にて、処理空間２０５の雰囲気をパージするものである。例えば窒素ガスが用いられる。
【００５３】
主に、ガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４により第三ガス供給部２６０が構成される。更には、パージガス供給源２６２を、パージガス供給部２６０に含めて考えてもよい。第三ガス供給部２６０は、パージガスを供給する構成であるので、パージガス供給部とも呼ぶ。
【００５４】
（排気部）
図１を用いて説明する。処理室２０１の雰囲気を排気する排気部２８０は、排気流路２３９に連通する排気管２８１を有する。排気管２８１には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８２、処理空間２０５の圧力を計測する圧力検出部２８３が設けられる。ＡＰＣ２８２は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラ４００からの指示に応じて排気管２８１のコンダクタンスを調整する。また、排気管２８１においてＡＰＣ２８２の上流側にはバルブ２８４が設けられる。さらに、ＡＰＣ２８２の下流には、バイパス管２７３が接続される。排気管２８１とバルブ２８４、ＡＰＣ２８２をまとめて排気部２８０と呼ぶ。更には、圧力検出部２８３を排気部２８０に含めてもよい。
【００５５】
排気管２８１の下流側には、ポンプ２８５が設けられる。ポンプ２８５は、排気管２８１を介して、処理室２０１内の雰囲気を排気する。
【００５６】
（コントローラ）
基板処理装置２００は、基板処理装置２００の各部の動作を制御するコントローラ４００を有している。コントローラ４００は、図９に記載のように、演算部（ＣＰＵ）４０１、一時記憶部４０２、記憶部４０３、送受信部４０４を少なくとも有する。コントローラ４００は、送受信部４０４を介して基板処理装置２００の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部４０２からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ４００は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ  Ｆｌａｓｈ  Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）４１２を用意し、外部記憶装置４１２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることにより、本実施形態に係るコントローラ４００を構成できる。また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置４１２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置４２０から送受信部４１１を介して情報を受信し、外部記憶装置４１２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置４１３を用いて、コントローラ４００に指示をしても良い。
【００５７】
なお、記憶部４０２や外部記憶装置４１２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部４０２単体のみを含む場合、外部記憶装置４１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００５８】
（基板処理工程）
図１０から図１２を用いて基板処理装置２００を用いた基板処理工程について説明する。図１０は基板処理のフローであり、図１１、図１２は基板１００上に形成される膜の状態を説明する説明図である。図１３は比較例である。
【００５９】
本基板処理工程を行い基板上に薄膜を形成する。なお、以下の説明において、基板処理装置２００を構成する各部の動作はコントローラ４００により制御される。
【００６０】
（基板搬入工程）
基板搬入工程を説明する。図１０においては、本工程の説明を省略する。基板処理装置２００では基板載置台２１２を基板１００の搬送位置（搬送ポジション）まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ１４９を開いて搬送空間２０６を真空搬送室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室から基板移載機（図示せず）を用いて基板１００を搬送空間２０６に搬入し、リフトピン２０７上に基板１００を移載する。これにより、基板１００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。
【００６１】
チャンバ２０２内に基板１００を搬入したら、基板移載機をチャンバ２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ１４９を閉じてチャンバ２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置面２１１上に基板１００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した処理空間２０５内の処理位置（基板処理ポジション）まで基板１００を上昇させる。
【００６２】
基板１００が搬送空間２０６に搬入された後、バルブ２８４を開き、処理空間２０５とＡＰＣ２８２の間を連通させる。ＡＰＣ２８２は、排気管２８１のコンダクタンスを調整することで、ポンプ２８５による処理空間２０５の排気流量を制御し、処理空間２０５を所定の圧力（例えば１０−5〜１０−1Ｐａの高真空）に維持する。
【００６３】
また、基板１００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、基板１００の表面が所定の温度となるよう制御される。基板１００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって５００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてコントローラ４００が制御値を抽出し、温度制御部２２０によってヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。
【００６４】
基板１００を基板処理温度に昇温した後、基板１００を所定温度に保ちつつ加熱処理を伴う以下の基板処理を行う。すなわち、各ガス供給管からチャンバ２０２内に処理ガスを供給し、基板１００を処理する。
【００６５】
以下、第一の処理ガスとして塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを用い、第二の処理ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて、基板１００上に薄膜として窒化チタン膜を形成する例について説明する。ここでは、異なる処理ガスを交互に供給する工程を繰り返す交互供給処理を行う。
【００６６】
（第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
続いて、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２を説明する。基板載置台２１２が図１のよう基板処理ポジションに移動したら、排気管２８１を介して処理室２０１から雰囲気を排気して、処理室２０１内の圧力を調整する。所定の圧力に調整しつつ、基板１００の温度が所定の温度、例えば５００℃から６００℃になるよう加熱する。
【００６７】
続いて、ガス供給部の動作を説明する。
第一ガス供給部２４０では、バルブ２４４を開にすると共に、ＭＦＣ２４３で処理ガスの流量を調整する。このような動作により、ガス供給管２４１から処理室２０１に処理ガス、例えばＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１に供給する。基板１００上では、図１１に記載のように基板１００上にチタン含有層が形成される。チタン含有層は、基板１００の上流部１００ａから下流部１００ｂにかけて形成される。
【００６８】
なお、上流部１００ａとは、基板１００のうちガス供給孔２３２側を示し、下流部１００ｂとは排気流路２３９側を示す。
【００６９】
所定時間経過したら、バルブ２４４を閉にして、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。
【００７０】
（パージ工程Ｓ２０４） 
続いて、パージ工程Ｓ２０４を説明する。ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止した後は、第三ガス供給部２６０からパージガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気をパージする。ここでは、バルブ２４４およびバルブ２５６を閉にすると共に、バルブ２６４を開とする。
【００７１】
処理室２０１は、ＡＰＣ２８２によって処理室２０１の圧力が所定圧力となるように制御される。これにより、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２で基板１００に結合できなかったＴｉＣｌ４ガスは、ポンプ２８５により、排気管２８１を介して処理室２０１から除去される。
【００７２】
パージ工程Ｓ２０４では、基板１００に付着できなかったり、処理室２０１に残留したりするＴｉＣｌ４ガスを排除するために、大量のパージガスを供給して排気効率を高める。
【００７３】
所定時間経過したら、バルブ２６４を閉として、パージ処理を終了する。
【００７４】
（第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６） 
続いて、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６を説明する。まずプラズマ制御部２５４はＲＰＵ２５５に電力を供給し、ＲＰＵ２５５内を通過するガスをプラズマ状態とするよう、設定する。電力の供給が安定するまで時間がかかる場合は、前の工程（例えばパージ工程Ｓ２０４）と並行して行ってもよい。
【００７５】
処理室２０１の雰囲気のパージが完了したら、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６を行う。第二ガス供給部２５０では、バルブ２５６を開として、ＲＰＵ２５５を介して、処理室２０１内に第二の処理ガスとして第二元素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給する。このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定流量となるように、ＭＦＣ２５３を調整する。ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍである。
【００７６】
ＲＰＵ２５５でプラズマ状態とされたＮＨ３ガスは、ガス供給孔２３６を介して、処理室２０１内に供給される。供給されたＮＨ３ガスは、基板１００上のチタン含有層と反応する。そして、既に形成されているチタン含有層がＮＨ３ガスのプラズマによって改質される。これにより、基板１００上には、例えばチタン元素および窒素元素を含有する層である窒化チタン層（ＴｉＮ層）が形成されることになる。
【００７７】
次に、図１３を用いて、比較例における基板１００上の状態を説明する。比較例の天井壁２３０は傾斜面ではなく、基板１００と平行な平行面２３８を有する。
【００７８】
本工程にてＮＨ３ガスを供給した際に、ＮＨ３ガスは分解され基板表面のＴｉＣｌ４成分と反応し、ＴｉＮが形成される。その際、副生成物としてＨＣｌが生成される。
【００７９】
上流部１００ａにおいて生成された副生成物ＨＣｌは、下流部１００ｂの方向に流れる。下流部１００ｂにおいても副生成物ＨＣｌが生成され、更に上流部１００ａにおいて生成されたＨＣｌが下流部１００ｂに流れてくる。
【００８０】
そうすると図１１に記載のように、副生成物ＨＣｌは上流部１００ａ上方よりも下流部１００ｂ上方に多く滞留する。このように、ＨＣｌの量が多くなるので、ＨＣｌの一部は基板１００表面のＴｉＣｌ４に付着してしまう。付着したＨＣｌは、ＮＨ３ガスとＴｉＣｌ４との間にあるので、ＮＨ３ガスがＴｉＣｌ４に結合するのを邪魔する。
【００８１】
本工程では、下流部１００ｂにおいても、上流部１００ａのようにアンモニアとＴｉＣｌ４が反応してＴｉＮを形成することを目指しているが、比較例の構造の場合、前述のように下流部１００ｂ上方でＴｉＣｌ４の一部ではＨＣｌが付着するので、ＮＨ３ガスがＴｉＣｌ４と結合できない。そのため、下流部においてはＴｉＮが形成されない部分が発生する。すなわち、基板１００の上流と下流とで膜質のばらつきが発生する。
【００８２】
これに対して、本技術は傾斜面を有する傾斜部を有するので、前述のように下流に向かうほどガス流が速くなる。したがって、上流部１００ａや下流部１００ｂで発生した副生成物ＨＣｌが下流部１００ｂ上方で滞留することなく排気される。
【００８３】
副生成物が滞留されないので、下流部１００ｂ上方においてもアンモニアガスとＴｉＣｌ４との反応を邪魔するものが無い。したがって、下流部１００ｂにおいてもＴｉＮ層を形成できる。このようにして、基板１００の上流側、下流側において膜質を均一化する。
【００８４】
ＮＨ３ガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２５６を閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。ＮＨ３ガスの供給時間は、例えば２〜２０秒である。
【００８５】
（パージ工程Ｓ２０８） 
続いて、パージ工程Ｓ２０８を説明する。ＮＨ３ガスの供給を停止した後は、上述したパージ工程Ｓ２０４と同様のパージ工程Ｓ２０８を実行する。パージ工程Ｓ２０８における各部の動作は、上述したパージ工程Ｓ２０４と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００８６】
（判定工程Ｓ２１０） 
続いて、判定工程Ｓ２１０を説明する。第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２、パージ工程Ｓ２０４、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６、パージ工程Ｓ２０８を１サイクルとして、コントローラ４００は、このサイクルを所定回数（ｎサイクル）実施したか否かを判定する。サイクルを所定回数実施すると、基板１００上には、所望膜厚のＴｉＮ層が、基板面内で均一に形成される。所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）、図５に示す処理を終了する。
【００８７】
（基板搬出工程）
続いて基板搬出工程を説明する。所望の膜厚のＴｉＮ層が形成されたら、基板載置台２１２を下降させ、基板１００を搬送ポジションに移動する。その後、ゲートバルブ１４９を開き、アーム（不図示）を用いて基板１００をチャンバ２０２の外へ搬出する。
【００８８】
尚、上述の実施形態では、第一元素含有ガスとしてチタン含有ガスを用い、第二元素含有ガスとして窒素含有ガスを用いた場合について説明したが、それに限るものではなく、金属含有ガスや酸素含有ガスを用いてもよい。
【００８９】
また、これらのガスが熱分解容易なガスであると、より顕著な効果を有する。熱分解が容易なガスとは、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）である。ＳｉＨ４ガスは、第一元素含有ガスとして使用する。
【００９０】
熱分解容易なガスを使用する場合、傾斜面を有することで次の効果を有する。
熱分解容易なガスは、熱分解温度に達してから徐々に分解が始まる。これはガス全体に熱が浸透するのに時間がかかるためである。例えば、ヒータに近い位置を通過するガスは早期に分解が始まり、ヒータから遠い位置を通過するガスは分解の開始が遅い。このような状態であるので、ガス全体を分解させるのには所定時間要する。
【００９１】
ところで、上流部１００ａから下流部１００ｂまで移動するのに所定時間以上経過するよう流速を設定した場合、上流部では所定時間経過しないのでガスの分解量は少なく、下流部では所定時間経過したのでガスの分解量が多い。
【００９２】
このように下流部１００ｂで分解されたガスの成分が多い場合、上流部１００ｂ上よりも下流部１００ｂ上の膜厚が厚くなる等して、上流と下流とで膜質にばらつきが発生してしまう。
【００９３】
これに対し、傾斜面を有する傾斜部２３１を設けると、下流側において熱分解容易なガス流れを早くできるため、所定時間経過する前に排気できる。すなわち、下流側ではガス全体が分解する前に排気できる。したがって、上流と下流とで膜質を均一化できる。
【００９４】
また、不活性ガスとしてＮ２ガスを例に説明したが、処理ガスと反応しないガスであればそれに限るものではない。例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１００      基板
２００      基板処理装置 
【図１】
2020084290.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月18日(2020.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置面を有する基板載置部と、
前記基板を処理する処理室と、
前記処理室の上流に設けられ、前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室の下流に設けられ、前記処理室の雰囲気を排気する排気部と、
前記処理室の一部であり、前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部とを有し、
前記ガス供給部は、前記基板の側方から第一ガス供給孔を介して原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から第二ガス供給孔を介して前記原料ガスと反応する反応ガスを、前記原料ガスと異なるタイミングで供給する反応ガス供給部と、前記基板の側方から第三ガス供給孔を介して、前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間にパージガスを供給するパージガス供給部とを有し、
前記第一ガス供給孔と前記第二ガス供給孔とは同じ高さとなるよう構成される
基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給部の供給孔の高さ位置は、前記基板載置部よりも高くなるよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給部は、前記基板の側方から原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給部とを有する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給部は、ガスの主流の着地点が前記基板の面内に設定されるよう構成される請求項１から３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記反応ガスはプラズマ状態で前記基板上に供給され、前記着地点から前記基板の下流端部までの距離は、前記プラズマが失活しない距離となるよう構成される請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記原料ガスは熱分解容易なガスであり、
前記載置部には前記基板を加熱するヒータが、前記基板載置面に沿って設けられる請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項７】
処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する工程と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する工程とを有し、
前記ガス供給部は、前記基板の側方から第一ガス供給孔を介して原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から第二ガス供給孔を介して前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記基板の側方から第三ガス供給孔を介してパージガスを供給するパージガス供給部とを有すると共に、前記第一ガス供給孔と前記第二ガス供給孔とは同じ高さとなるよう構成され、
前記ガス供給部が前記処理室にガスを供給する際には、前記反応ガス供給部は前記原料ガスの供給と異なるタイミングで前記反応ガスを供給し、前記パージガス供給部は前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間にパージガスを供給する
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
処理室に基板を搬入して基板載置部が有する基板載置面に載置する手順と、
前記基板載置面と対向する位置において前記基板載置面の上流側から下流側にかけて、前記処理室の断面積が徐々に小さくなるよう連続的に構成される傾斜部を一部とする前記処理室の上流に設けられたガス供給部が前記処理室にガスを供給しつつ、前記処理室の下流に設けられた排気部が前記処理室の雰囲気を排気して、前記基板を処理する手順とを有し、
前記ガス供給部は、前記基板の側方から第一ガス供給孔を介して原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記基板の側方から第二ガス供給孔を介して前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記基板の側方から第三ガス供給孔を介してパージガスを供給するパージガス供給部とを有すると共に、前記第一ガス供給孔と前記第二ガス供給孔とは同じ高さとなるよう構成され、
前記ガス供給部が前記処理室にガスを供給する手順では、前記反応ガス供給部は前記原料ガスの供給と異なるタイミングで前記反応ガスを供給し、前記パージガス供給部は前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間にパージガスを供給するよう
コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。