(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜の抵抗率を低く抑えることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、処理室２０１内に原料ガスを供給して基板２００上に吸着させる工程と、処理室２０１内の原料ガスを除去する工程と、処理室２０１内にアンモニアガスを供給して基板２００上に吸着させる工程と、処理室２０１内のアンモニアガスを除去する工程と、を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで基板２００上に所定膜厚の薄膜を形成する工程と、を有する。前記アンモニアガスを供給する工程では、前記アンモニアガスが基板２００上に吸着して前記アンモニアガスの光に対する吸収波長領域がレッドシフトした状態でランプ４００により光を基板２００上に照射して前記アンモニアガスに光を吸収させ、前記アンモニアガスを分解させて前記原料ガスと反応させ、前記薄膜を形成する。【選択図】図１
2010059492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内の原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給して前記基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内のアンモニアガスを除去する工程と、
を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで前記基板上に所定膜厚の薄膜を形成する工程と、を有し、
前記アンモニアガスを供給する工程では、前記アンモニアガスが前記基板上に吸着して前記アンモニアガスの光に対する吸収波長領域がレッドシフトした状態でランプにより光を前記基板上に照射して前記アンモニアガスに光を吸収させ、前記アンモニアガスを分解させて前記原料ガスと反応させ、前記薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理室内に配置される基板上に光を照射するランプであって、前記アンモニアガスが前記処理室内に浮遊している状態では光吸収されず、前記アンモニアガスが前記基板に吸着した状態では光吸収されるような波長領域の光を発するランプと、
前記処理室内を排気する排気系と、
少なくとも前記原料ガス供給系、前記アンモニアガス供給系、前記ランプ及び前記排気系を制御して、前記処理室内に原料ガスを供給させて前記基板上に吸着させ、前記処理室内の原料ガスを除去させ、前記処理室内にアンモニアガスを供給させて前記基板上に吸着させ、前記処理室内のアンモニアガスを除去させ、これを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返させ、前記アンモニアガスを前記基板上に吸着させる際に前記ランプの光を前記基板上に照射させるコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関し、特に少なくとも２種以上の原料ガスを用いて基板を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理技術において、例えば、原料ガスの１つとしてアンモニアガスや水素ガス等の水素含有ガスを用いる場合には、水素含有分子を分解して基板処理の反応に寄与させることがあり、このとき水素含有分子を分解するには熱エネルギーだけではエネルギーが低くて不十分であるため、光エネルギーを利用することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この場合に、光エネルギーを投下するタイミングを考慮せずに、単に光を基板上に照射するだけでは、形成しようとする薄膜の抵抗率を低く抑えられないという不都合がある。例えば、有機金属化合物を原料として金属薄膜を形成した場合、形成した薄膜中に多くのカーボン等が含まれ、その薄膜からは低い抵抗率を得ることができない。
【０００４】
したがって、本発明の主な目的は、形成しようとする薄膜の抵抗率を低く抑えることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内の原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給して前記基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内のアンモニアガスを除去する工程と、
を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで前記基板上に所定膜厚の薄膜を形成する工程と、を有し、
前記アンモニアガスを供給する工程では、前記アンモニアガスが前記基板上に吸着して前記アンモニアガスの光に対する吸収波長領域がレッドシフトした状態でランプにより光を前記基板上に照射して前記アンモニアガスに光を吸収させ、前記アンモニアガスを分解させて前記原料ガスと反応させ、前記薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理室内に配置される基板上に光を照射するランプであって、前記アンモニアガスが前記処理室内に浮遊している状態では光吸収されず、前記アンモニアガスが前記基板に吸着した状態では光吸収されるような波長領域の光を発するランプと、
前記処理室内を排気する排気系と、
少なくとも前記原料ガス供給系、前記アンモニアガス供給系、前記ランプ及び前記排気系を制御して、前記処理室内に原料ガスを供給させて前記基板上に吸着させ、前記処理室内の原料ガスを除去させ、前記処理室内にアンモニアガスを供給させて前記基板上に吸着させ、前記処理室内のアンモニアガスを除去させ、これを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返させ、前記アンモニアガスを前記基板上に吸着させる際に前記ランプの光を前記基板上に照射させるコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、アンモニアガスを供給する工程であって特にアンモニアガスが基板に吸着してその光吸収波長がレッドシフトした状態のときに、ランプにより光を照射するから、アンモニアガスを分解させることができ、アンモニアガスの供給前に既に基板に吸着している原料ガス中の物質からカーボン等の抵抗率の低下を阻害する物質を引き抜くことができる。そのため、形成しようとする薄膜の抵抗率を低く抑えることができる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、ランプはアンモニアガスが基板に吸着した状態のときに光吸収されるような特異な波長領域の光を発するものであり、コントローラがアンモニアガスを基板上に吸着させる際にランプの光を照射するから、アンモニアガスに光が吸収され、アンモニアガスを分解させることができる。そのため、アンモニアガスの供給前に既に基板に吸着している原料ガス中の物質からカーボン等の抵抗率の低下を阻害する物質を引き抜くことができ、形成しようとする薄膜の抵抗率を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１０】
図１に示す通り、基板処理装置１００は、上方が開放した直方体状の処理容器２０２を有している。処理容器２０２内には、基板２００を支持する支持台２０６が設けられる。支持台２０６の上部には基板２００を支持する支持板としてのサセプタ２１７が設けられる。支持台２０６の内部には加熱機構としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に載置される基板２００を加熱するようになっている。ヒータ２０７は基板２００の温度が所定の温度となるように温度制御部としての温度コントローラ２５３により制御される。サセプタ２１７上に載置される基板２００は、例えば半導体シリコンウエハ、ガラス基板等であり、本実施形態では基板２００として半導体シリコンウエハを使用している。
【００１１】
処理容器２０２の外部には、回転機構２６７が設けられ、回転機構２６７によって処理容器２０２内の支持台２０６を回転させて、サセプタ２１７上の基板２００を回転させることができるようになっている。また、処理容器２０２の外部には昇降機構２６６が設けられ、支持台２０６は昇降機構２６６により、処理容器２０２内において昇降可能となっている。
【００１２】
処理容器２０２の上部には、ガスの供給を受けてそのガスをシャワー状に噴出するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は処理容器２０２に対する蓋体のような部材として機能し、基板処理装置１００では、少なくとも処理容器２０２とシャワーヘッド２３６とで基板２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００１３】
シャワーヘッド２３６は、２つのガス供給口２３７，２３８と、ガス供給口２３７，２３８から供給されたガスを分散させる２枚の分散板２３６ａと、多数の孔２４０を有し各孔２４０からガスを処理室２０１内へシャワー状に噴出するシャワー板２３６ｂとを有している。なお、２枚の分散板２３６ａのそれぞれにも多数の孔が設けられている。シャワーヘッド２３６の天井部と分散板２３６ａとの間や分散板２３６ａ同士の間にはバッファ空間２３６ｃが形成されており、分散板２３６ａとシャワー板２３６ｂとの間にはバッファ空間２３６ｄが形成されている。
【００１４】
シャワー板２３６ｂの下方であって支持台２０６の上方には、円筒状を呈した円筒管３００が設けられている。円筒管３００はシャワーヘッド２３６の側壁２３６ｅを貫通した状態で処理室２０１内を図１中左右方向に横切るように延在している。円筒管３００の内部は中空となっており、内部空間が処理室２０１の外部（大気）に連通している。円筒管３００は光透過性を有する透明又は半透明な部材であり、例えば石英やパイレックス（登録商標）ガラス、アルミナ等で構成されている。
【００１５】
円筒管３００の内部にはランプ４００が設けられている。ランプ４００は処理室２０１の内部において円筒管３００により被覆されており、円筒管３００がランプ４００を処理室２０１の内部と隔離している。ランプ４００は円筒管３００の内部に挿通されており、円筒管３００に対し出し入れ自在となっている。ランプ４００は直線状を呈しかつ円筒管３００より長く、円筒管３００の両端部からやや突出している。
【００１６】
ランプ４００は、波長１８０〜６００ｎｍという短波長領域の光を発するようになっており、その光は、水素ガスやアンモニアガス等の水素含有ガスが基板２００に吸着せずに浮遊している状態ではその水素含有ガスに殆んど吸収されず、その水素含有ガスが基板２００に吸着するとその水素含有ガスに吸収される（後述参照）。
【００１７】
ランプ４００は、例えば低圧水銀ランプ、キセノンランプ、低圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等で構成されている。ランプ４００が上記特性を有していればその種類は問わないが、ランプ４００は、好ましくは発光波長が短い（主な発光波長成分が５００ｎｍ以下）ものであるのがよく、より好ましくは発光波長が短くて（主な発光波長成分が５００ｎｍ以下）電極間隔も広い（４０ｃｍ以上）ものであるのがよい。
【００１８】
発光波長領域と電極間隔等を考慮すると、低圧ナトリウムランプは発光波長が長波長（約６００ｎｍ）で単位面積当たりの発光強度がそれほど強くなく、高圧水銀ランプやメタルハライドランプは一般的に電極間隔が狭いため、上記で列記した種類のランプのなかでは、低圧水銀ランプやキセノンランプを使用するのが一般的であり、発光波長領域の観点から低圧水銀ランプ（発光波長成分が１８５ｎｍ，２５４ｎｍ）を使用するのが好ましい。本実施形態ではランプ４００として低圧水銀ランプを使用している。
【００１９】
図２に示す通り、円筒管３００とランプ４００はそれぞれ複数設けられており、基板２００に対し形成しようとする薄膜の膜厚均一性を良好にするため、ガスの供給方向（図１中上方から下方に向かう方向）と直交する方向の面内において互いに平行な状態で等間隔に配列されている。円筒管３００同士の間には隙間が存在しており、その隙間からシャワー板２３６ｂの孔２４０の存在を確認可能となっている。
【００２０】
本実施形態では、ガスがシャワー板２３６ｂの孔２４０を通過すると、そのガスは円筒管３００同士の間の隙間を通過して処理室２０１の内部に流入するようになっている。これらすべての円筒管３００に対し１本ずつランプ４００が挿通されている。ランプ４００（の両電極）はインバータ電源４１０に接続されており、インバータ電源４１０から電力の供給を受けて点灯するようになっている。
【００２１】
図１に示す通り、シャワーヘッド２３６の外部には、液体原料である原料を供給する原料供給源２５０ａが設けられ、原料供給源２５０ａには液体原料供給管２３２が接続されている。
【００２２】
液体原料供給管２３２は、原料の液体供給流量を制御する流量制御装置としての液体流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）２４１ａを介して、原料を気化する気化器２５５に接続されている。気化器２５５の下流側には原料ガス供給管２３２ａが接続されており、原料ガス供給管２３２ａは、バルブ２４３ａを介してシャワーヘッド２３６のガス供給口２３７に接続されている。原料としては、例えば、常温で液体の有機金属化合物材料（すなわち有機金属化合物液体原料）が用いられ、本実施形態では原料として有機金属化合物液体原料を使用している。有機金属化合物の具体例としては、テトラキスエチルメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４，ＴＥＭＡＴ），テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４，ＴＤＭＡＴ），テトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４，ＴＤＥＡＴ）等が挙げられる。
【００２３】
また、シャワーヘッド２３６の外部には、非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２５０ｃが設けられ、不活性ガス供給源２５０ｃには不活性ガス供給管２３２ｃが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃは、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置としてのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｃ、バルブ２４３ｃを介して原料ガス供給管２３２ａに接続されている。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、窒素（Ｎ２）ガスなどを用いる。
【００２４】
原料ガス供給管２３２ａは、シャワーヘッド２３６のバッファ空間２３６ｃに対し、気化器２５５にて気化した原料ガスと、不活性ガス供給管２３２ｃからの不活性ガスとを供給するようなっている。また、原料ガス供給管２３２ａ、不活性ガス供給管２３２ｃにそれぞれ設けられたバルブ２４３ａ、２４３ｃを開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御することが可能となっている。
【００２５】
また、シャワーヘッド２３６の外部には、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給源２５０ｂが設けられ、水素含有ガス供給源２５０ｂには水素含有ガス供給管２３２ｂが接続されている。水素含有ガス供給管２３２ｂは、その下流端がシャワーヘッド２３６のガス供給口２３８に接続されており、シャワーヘッド２３６のバッファ空間２３６ｃに対し、水素含有ガス（例えば水素（Ｈ２）ガスあるいはアンモニア（ＮＨ３）ガス等）を供給するようになっている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、水素含有ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｂが設けられている。バルブ２４３ｂを開閉することにより、水素含有ガスの供給を制御することが可能となっている。
【００２６】
処理容器２０２の側壁には排気口２３０が設けられ、排気口２３０には排気装置としての真空ポンプ２４６、除害装置（図示略）に連通する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部としての圧力コントローラ２５４と、原料を回収するための原料回収トラップ２５１が設けられる。
【００２７】
処理容器２０２内の支持台２０６上には、シャワーヘッド２３６を介して供給されたガスの流れを調整する整流板としてのプレート２０５が設けられる。プレート２０５は円環（リング）形状を呈しており、基板２００の周囲に設けられる。シャワーヘッド２３６を介して基板２００に供給されたガスは基板２００の径方向外方に向かって流れ、プレート２０５上を通り、プレート２０５と処理容器２０２の側壁（内壁）との間を通り、排気口２３０より排気される。
【００２８】
なお、基板２００の外周部等、基板２００に膜を形成したくない箇所がある場合は、プレート２０５の内径を基板２００の外形より小さくして、基板２００の外周部を覆うようにしてもよい。この場合、基板２００の搬送を可能とするために、プレート２０５を処理室２０１内の基板２００の処理位置に固定したり、プレート２０５を昇降させる機構を設けたりするようにしてもよい。
【００２９】
原料ガス供給管２３２ａには、排気管２３１に設けられた原料回収トラップ２５１に接続される原料ガスバイパス管（ベント管）２５２ａが設けられている。バイパス管２５２ａにはバルブ２４３ｄが設けられる。
【００３０】
処理容器２０２の排気口２３０と反対側の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられ、基板２００を処理室２０１内に搬入・搬出し得るように構成されている。
【００３１】
図３に示す通り、ヒータ２０７、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、液体流量コントローラ２４１ａ、ガス流量コントローラ２４１ｂ，２４１ｃ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、昇降機構２６６、インバータ電源４１０等の基板処理装置１００を構成する各部材はメインコントローラ２５６に接続されており、メインコントローラ２５６がこれら部材の動作を制御するようになっている。
【００３２】
次に、図４を参照しながら、上述した図１のような構成の処理炉を用いて、半導体デバイス（半導体装置）の製造工程の一工程として基板上に薄膜を形成する方法について説明する。
【００３３】
基板上に薄膜を形成する１つの方法として、常温で液体である有機金属化合物液体原料を用いて、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により基板上に金属膜等の薄膜を形成する場合について説明する。
【００３４】
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ２５６により制御される。
【００３５】
支持台２０６が基板搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、基板搬入搬出口２４７が開放されると、図示しない基板移載機により基板２００が処理室２０１内に搬入される。基板２００が処理室２０１内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ２４４が閉じられる。支持台２０６が基板搬送位置からそれよりも上方の基板処理位置まで上昇する。その間に基板２００は突き上げピン上からサセプタ２１７上に載置される（ステップＳ１）。
【００３６】
支持台２０６が基板処理位置に到達すると、基板２００は回転機構２６７により回転される。また、ヒータ２０７に供給される電力が制御され基板２００は所定の処理温度となるように均一に加熱される。同時に、処理室２０１内は真空ポンプ２４６により真空排気され、所定の処理圧力となるように制御される（ステップＳ２）。
【００３７】
なお、基板搬送時や基板昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管２３２ｃに設けられたバルブ２４３ｃは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源２５０ｃより処理室２０１内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物質の基板２００への付着を防ぐことができる。
【００３８】
基板２００の温度、処理室２０１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室２０１内に原料ガスが供給される。
【００３９】
すなわち、原料としての有機金属化合物液体原料が、原料供給源２５０ａから液体原料供給管２３２に流入し、液体流量コントローラ２４１ａで流量制御されながら気化器２５５に供給され、気化器２５５で気化され、有機金属化合物液体原料を気化した原料ガスが生成される。
【００４０】
バルブ２４３ｄが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、生成された原料ガスが、原料ガス供給管２３２ａを通り、シャワーヘッド２３６を介して基板２００上へ供給される。このときも、バルブ２４３ｃは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に流される。
【００４１】
原料ガスと不活性ガスとは原料ガス供給管２３２ａ内で混合されてシャワーヘッド２３６に導かれ、バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介してサセプタ２１７上の基板２００上へシャワー状に供給される（ステップＳ３）。これにより、原料ガス（原料分子）を基板２００上に吸着させる。基板２００に対して供給された原料ガスは、排気管２３１より排気される。なお、原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌されやすくなる。
【００４２】
原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ａが閉じられ、原料ガスの基板２００への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃは開いたままの状態であり、処理室２０１内の排気管２３１による排気も継続した状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持され、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（ステップＳ４）。
【００４３】
なお、この際、バルブ２４３ｄを開き、原料ガスをバイパス管２５２ａより排気して、気化器２５５からの原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。有機金属化合物液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるので、気化器２５５からの原料ガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の原料ガス供給工程（ステップＳ３の工程）では、流れを切換えるだけで、直ちに原料ガスを基板２００へ供給できる。
【００４４】
また、ステップＳ３の工程において、原料ガスを処理室２０１に供給している間は不活性ガスを処理室２０１に供給せずに、ステップＳ４の工程において、原料ガスの供給を停止してから不活性ガスを処理室２０１へ供給して処理室２０１内をパージしてもよい。
【００４５】
処理室２０１内のパージが所定時間行われた後、処理室２０１内に水素含有ガスが供給される。
【００４６】
すなわち、バルブ２４３ｂが開かれ、供給された水素含有ガスが、水素含有ガス供給源２５０ｂから水素含有ガス供給管２３２ｂに流入し、ガス流量コントローラ２４１ｂで流量制御されながらシャワーヘッド２３６に至り、バッファ空間２３６ｃ、分散板２３６ａ、バッファ空間２３６ｄ、シャワー板２３６ｂを介して基板２００上へシャワー状に供給される。これにより、水素含有ガス（水素含有分子）を基板２００上に吸着させる。基板２００に対して供給された水素含有ガスは、排気管２３１より排気される。なお、このときも、バルブ２４３ｃは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に供給される。
【００４７】
水素含有ガスの供給と同時に又は水素含有ガスの供給が所定時間行われた後に、インバータ電源４１０からランプ４００に電力が供給され、ランプ４００が点灯し、基板２００上に光が照射される（ステップＳ５）。
【００４８】
この場合において、基板２００上に供給された水素含有ガスの水素含有分子は、原則として、図５中左側に示す通り、処理室２０１中を浮遊している状態（基板２００に吸着していない状態）では、ランプ４００の光を受けてもその光を吸収もしないし分解（自己分解）もせず、原料ガスとの反応には寄与しない。
【００４９】
詳しくは、水素含有ガスが例えばＮＨ３ガスである場合は、ＮＨ３ガスはランプ４００の波長１８５ｎｍの光を吸収して分解する。しかし、波長１８５ｎｍの成分はランプ４００の発光波長成分中では非常に少なく、ランプ４００の発光波長成分のほとんどは事実上波長２５４ｎｍの成分であり、ＮＨ３ガスはこの波長２５４ｎｍの光を吸収もしないし分解もしない。そのため、ＮＨ３ガスは、見かけ上ランプ４００の光を吸収もしないしその光を受けても分解もせず、原料ガスとの反応には寄与しない。
【００５０】
しかしながら、処理室２０１中を浮遊している水素含有分子が基板２００上に吸着すると、当該水素含有分子は、光の吸収波長領域が長波長側にシフト（レッドシフト）するとともに、原子間の結合エネルギーが弱まり、気相中での結合エネルギーよりも低いエネルギーで分解する。
【００５１】
一方、ステップＳ３で基板２００上に供給された原料ガスの原料分子は、図６中左側に示す通り、ステップＳ５ではすでに基板２００上に吸着している。当該原料分子は上記の通り有機金属化合物液体原料の分子であり、本実施形態では原料分子をＭ−Ｘと表す。「Ｍ」は例えばルテニウム（Ｒｕ）やチタン（Ｔｉ）等の金属原子であり、「Ｘ」は例えばハロゲン元素や炭化水素等の有機配位子である。金属原子Ｍがルテニウムの場合には、有機配位子Ｘとしては、例えばエチレンシクロペンタジニエル（−（ＥｔＣｐ）２）等が例示され、金属原子Ｍがチタンの場合には、有機配位子Ｘとしては、例えば塩素（−Ｃｌ４）やテトラジエチルアミノ（−［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）等が例示される。
【００５２】
このような状況において、基板２００上に吸着した水素含有分子が、図５中右側に示すように、ランプ４００の光を吸収して分解すると、水素原子Ｈを発生し、その水素原子Ｈが図６中左側に示すように原料分子Ｍ−Ｘを攻撃する。その結果、水素原子Ｈが、もともと基板２００上に吸着していた原料分子Ｍ−Ｘから有機配位子Ｘを引き抜き（水素原子Ｈによる有機配位子Ｘの引き抜き反応が起こり）、その有機配位子Ｘを図６中右側に示す通りにＨ−Ｘという形態で基板２００から脱離させ、金属原子Ｍが基板２００上に残る。そしてこのような現象が繰り返し起こり、金属原子Ｍが積み重なって金属膜が基板２００上に形成される。
【００５３】
ランプ４００の点灯が所定時間行われた後、インバータ電源４１０からランプ４００への電力の供給が停止されてランプ４００が消灯すると共にバルブ２４３ｂが閉じられ、水素含有ガスの基板２００への供給が停止される。このときも、バルブ２４３ｃは開いたままの状態であり、処理室２０１内の排気管２３１による排気も継続した状態なので、処理室２０１内への不活性ガスの供給は維持され、処理室２０１へ供給された不活性ガスは排気管２３１より排気される。これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされ、処理室２０１内の残留ガスが除去される（ステップＳ６）。
【００５４】
なお、ステップＳ５の工程において、水素含有ガスを処理室２０１に供給している間は不活性ガスを処理室２０１に供給せずに、ステップＳ６の工程において、水素含有ガスの供給を停止してから不活性ガスを処理室２０１へ供給して処理室２０１内をパージしてもよい。
【００５５】
以上のステップＳ３〜ステップＳ６の工程を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことで（ステップＳ７）、基板２００上に所定膜厚の薄膜を形成することができる（薄膜形成工程）。
【００５６】
基板２００への薄膜形成工程終了後は、回転機構２６７による基板２００の回転を停止し、基板２００を所定の温度まで降温させ、処理室２０１内を大気圧まで回復させる（ステップＳ８）。その後、処理済の基板２００はステップＳ１の工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出される（ステップＳ９）。
【００５７】
上記のように、薄膜形成工程をＡＬＤ法により行う場合、処理温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、ステップＳ３の工程においては、原料ガスは熱分解することなく基板２００上に吸着する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一に原料を吸着させることができる。ステップＳ５の工程においては、基板２００上に吸着した原料分子と分解した水素含有分子とが反応することにより基板２００上に０．３〜１原子層程度の薄膜が形成される。この間も、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一な膜を形成できる。
【００５８】
また、本実施形態の処理炉にて、ＡＬＤ法により、基板２００を処理する際の処理条件としては、例えばＴｉＮ膜を成膜する場合、処理温度３００〜５５０℃、処理圧力１０〜１０００Ｐａ、原料ＴｉＣｌ４：供給流量０．０１〜１．０ｇ／ｍｉｎ、水素含有ガスＮＨ３：供給流量１００〜１００００ｓｃｃｍ、ランプ４００の波長１８５ｎｍ，２５４ｎｍ、ランプ４００の点灯時間５〜６０ｓｅｃが例示される。
【００５９】
以上の本実施形態によれば、ステップＳ３の工程では、ランプ４００を点灯すると原料ガスが波長１８５ｎｍ，２５４ｎｍといった短波長の光を吸収してガス状で分解してしまうため、ランプ４００を点灯させず（消灯させ）、他方、ステップＳ５の工程であって特に水素含有ガスがウエハ２００に吸着して光に対する吸収波長領域がレッドシフトする一定の期間でのみ、ランプ４００を点灯させている。その結果、水素含有ガスのみを対象として特異的に分解させＨ原子を確実に発生させることができ、既にウエハ２００に吸着している原料ガスの分子からカーボンや炭化水素等の抵抗率の低下を阻害する物質を引き抜くことができる。以上から、形成しようとする薄膜の抵抗率を低く抑えることができる。
【００６０】
なお、ランプ４００と処理室２０１に配置されるウエハ２００との間に遮光材としてシャッタを設けてそのシャッタの開閉をメインコントローラ２５６で制御する構成とし、ステップＳ３〜ステップＳ６の工程においては、ランプ４００を点灯し続けてステップＳ５の工程でのみシャッタを開く（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ６の工程ではシャッタを閉じておく）ような構成にしてもよい。
【００６１】
また本実施形態では、処理室２０１の内部においてランプ４００が円筒管３００により被覆されているから、ランプ４００が原料ガスや水素含有ガスと直接的に接触することは無く、ランプ４００がそれらのガスに起因して汚染されるのを抑制することができる。また、円筒管３００の内部空間が処理室２０１の外部（大気）に連通しており、ランプ４００が円筒管３００に対し出し入れ自在となっているから、処理室２０１の内部を真空圧に維持したままランプ４００の交換作業をおこなうこともできる。以上から、ランプ４００のメンテナンスの回数を抑制しつつランプ４００の交換作業を容易におこなうことができる。
【００６２】
加えて、ランプ４００が円筒管３００に対し出し入れ自在であることから、メンテナンス時においてランプ４００を移動させる際に処理室２０１内でのパーティクルの発生を防ぐことができるし、ランプ４００のメンテナンスや交換作業の際にランプ４００やランプ４００周辺の部品の変形・破損を回避することもできる。
【００６３】
更に、本実施形態では、複数の円筒管３００（及びランプ４００）が互いに間隔を開けた状態でガス供給口２３７，２３８と支持台（サセプタ２１７）との間に配置されているから、ガス供給口２３７，２３８から供給された原料ガスや水素含有ガスは円筒管３００同士の間の隙間を通過しながらサセプタ２１７に支持された基板２００に至り、原料ガスや水素含有ガスの流通経路が確保される。
【００６４】
そのため、ランプ４００とその円筒管３００とを処理室２０１の上方（基板２００の上方）に配置して処理室２０１の左右両サイドから基板処理用のガスを供給する場合と比較して、本実施形態では、上記の通りに、基板処理用のガスが基板２００の全体に行き渡るように基板２００の上方からシャワー状にガスを供給することができ、基板２００上に形成する膜の膜厚を均一にするのに有利である。
【００６５】
なお、円筒管３００の存在により原料ガスや水素含有ガスが円滑に流通しないような場合であっても、円筒管３００及びランプ４００の管径を小さくしたり、円筒管３００及びランプ４００の数を変更したりすることで、原料ガスや水素含有ガスの円滑な流通を実現することができる。
【００６６】
更に、本実施形態では、薄膜形成工程において、ステップＳ５の工程で水素含有ガスを基板２００に吸着させてその光の吸収波長領域をレッドシフトさせ、ランプ４００の点灯によりその水素含有ガスに特定波長の光を照射するようにしていることから、水素含有ガスに当該光が吸収され易く、プラズマを使用しなくとも水素含有ガスを確実に分解することができる。
【００６７】
そのため、プラズマの使用に係る余計な部材を処理室２０１の内部に設ける必要がなく、ランプ４００の配置位置の自由度が減少するのを防止しつつ、ランプ４００の光エネルギーを水素含有ガスの分解のために十分に確保することができる。また、プラズマの使用に係る部材による配置位置の制約もないから、ランプ４００の光を基板２００の全面にわたって均一に照射することができ、基板２００に吸着した水素含有分子を基板２００の全面にわたって均一に分解することができる。
【００６８】
更に、この場合、プラズマを使用しないことにより、プラズマを基板２００の表面に晒すことによる基板２００のダメージの発生や処理室２０１の内部でのプラズマ発生に起因する金属汚染の発生、パーティクルの発生等が引き起こされるのを未然に回避することもできる。
【実施例】
【００６９】
次に、本発明の実施例とその比較例とを比較しながら、薄膜形成時の温度と成膜速度，抵抗率との関係について説明する。
【００７０】
ここでは、本発明の実施例とその比較例とで、有機金属化合物液体原料としてＴＤＭＡＴを、水素含有ガスとしてＮＨ３ガスを用い、薄膜としてＴｉＮ膜をウエハ上に形成した。
【００７１】
特に、実施例では、図７に示すシーケンスに従いＴｉＮ膜を形成した。図７のシーケンスは、ＴＤＭＡＴガスの供給，Ｎ２ガスによるパージ（Ａ）と、ＮＨ３ガスの供給，ランプの光照射，Ｎ２ガスによるパージ（Ｂ）とを、交互に繰り返すＡＬＤ法に従うものである。
【００７２】
図７のシーケンスでは処理条件を下記の通りとした。
処理温度３００〜５５０℃、
処理圧力１０〜１００Ｐａ、
ＴＤＭＡＴの供給流量０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、
ＮＨ３の供給流量１００〜２０００ｓｃｃｍ、
ランプの波長１８５ｎｍ，２５４ｎｍ、
ランプの点灯時間５〜６０ｓｅｃ
【００７３】
他方、比較例では、図８に示すシーケンスに従いＴｉＮ膜を形成した。図８のシーケンスは、ＴＤＭＡＴガスの供給とＮＨ３ガスの供給とを同時に行うＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）法に従うものである。なお、比較例ではランプによる光照射は行っていない。
【００７４】
図８のシーケンスでは処理条件を下記の通りとした。
処理温度３００〜５５０℃、
処理圧力１０〜１００Ｐａ、
ＴＤＭＡＴの供給流量０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、
ＮＨ３の供給流量１００〜２０００ｓｃｃｍ
【００７５】
図７のシーケンスによる結果を図９に、図８のシーケンスによる結果を図１０に示した（図９にはＮＨ３ガスの供給時においてランプを点灯させた場合に加えてランプを点灯させない場合も示した。）。図９，図１０中、丸（○，●）による線が成膜速度（ｎｍ／サイクル）を表し、四角（□，■）による線が抵抗率（ｍΩｃｍ）を表す。
【００７６】
実施例では、図９に示す通り、温度を上昇させても成膜速度はわずかしか上昇しない（成膜速度には温度依存性が殆んどない）が、抵抗率は下降している。特に実施例では、ランプを点灯させた場合は点灯させない場合に比べて、抵抗率が著しく低下している。これに対し、比較例では、図１０に示す通り、温度の上昇に伴い成膜速度が比較的急峻に上昇し、抵抗率は一定の値まで下降してその後やや上昇している。以上の結果から、実施例は比較例に比べて温度の上昇に伴う成膜速度の上昇は僅かであり、抵抗率が飛躍的に低下することがわかる。
【００７７】
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
処理室内に原料ガスを供給して基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内の原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給して前記基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内のアンモニアガスを除去する工程と、
を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで前記基板上に所定膜厚の薄膜を形成する工程と、を有し、
前記アンモニアガスを供給する工程では、前記アンモニアガスが前記基板上に吸着して前記アンモニアガスの光に対する吸収波長領域がレッドシフトした状態でランプにより光を前記基板上に照射して前記アンモニアガスに光を吸収させ、前記アンモニアガスを分解させて前記原料ガスと反応させ、前記薄膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【００７８】
好ましくは、前記原料ガスがテトラキスジメチルアミノチタニウムを気化したガスであり、前記薄膜が窒化チタンである。
【００７９】
また、好ましくは、前記ランプが低圧水銀ランプである。
【００８０】
また、好ましくは、前記アンモニアガスを供給する工程では、前記処理室内に浮遊している前記アンモニアガスには光を吸収させないようにする。
【００８１】
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給系と、
前記処理室内に配置される基板上に光を照射するランプであって、前記アンモニアガスが前記処理室内に浮遊している状態では光吸収されず、前記アンモニアガスが前記基板に吸着した状態では光吸収されるような波長領域の光を発するランプと、
前記処理室内を排気する排気系と、
少なくとも前記原料ガス供給系、前記アンモニアガス供給系、前記ランプ及び前記排気系を制御して、前記処理室内に原料ガスを供給させて基板上に吸着させ、前記処理室内の原料ガスを除去させ、前記処理室内にアンモニアガスを供給させて前記基板上に吸着させ、前記処理室内のアンモニアガスを除去させ、これを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返させ、前記アンモニアガスを前記基板上に吸着させる際に前記ランプの光を前記基板上に照射させるコントローラと、
を有する基板処理装置が提供される。
【００８２】
本発明の更に他の態様によれば、
処理室内にテトラキスジメチルアミノチタニウムを気化した原料ガスを供給して基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内の原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内にアンモニアガスを供給して前記基板上に吸着させる工程と、
前記処理室内のアンモニアガスを除去する工程と、
を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで前記基板上に所定膜厚の薄膜を形成する工程と、を有し、
前記アンモニアガスを供給する工程では、ランプにより光を前記基板上に照射する半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置の概略図であって、特に枚葉式基板処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線を図１中の下方から見た図面である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置の概略的な制御構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に係る基板上に薄膜を形成する方法の概略を経時的に示すフローチャートである。
【図５】本発明の好ましい実施形態における水素含有ガス（水素含有分子）と光との関連性を説明する概略図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態における水素原子と原料ガス（原料分子）との反応を説明する概略図である。
【図７】本発明の実施例における薄膜形成シーケンスの概略を示す図面である。
【図８】本発明の比較例における薄膜形成シーケンスの概略を示す図面である。
【図９】本発明の実施例における薄膜の温度と成膜速度，抵抗率との関係を概略的に示す図面である。
【図１０】本発明の比較例における薄膜の温度と成膜速度，抵抗率との関係を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【００８４】
１００  基板処理装置
２００  基板
２０１  処理室
２３２  液体原料供給管
２３２ａ  原料ガス供給管
２３２ｂ  水素含有ガス供給管
２５０ａ  原料供給源
２５０ｂ  水素含有ガス供給源
４００  ランプ
【図１】
2010059492.tif 000003
【図２】
2010059492.tif 000004
【図３】
2010059492.tif 000005
【図４】
2010059492.tif 000006
【図５】
2010059492.tif 000007
【図６】
2010059492.tif 000008
【図７】
2010059492.tif 000009
【図８】
2010059492.tif 000010
【図９】
2010059492.tif 000011
【図１０】
2010059492.tif 000012