(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第１の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第２の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第１の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第３の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第４の工程と、
前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第２の工程及び前記第４の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第２の工程及び前記第４の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給し、該不活性ガスを供給したときに、該不活性ガスを供給する前と比較して前記基板処理室内の圧力を１０〜２００Ｐａ上昇することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第１の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第２の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第１の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第３の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第４の工程と、
前記基板処理室に接続された不活性ガス供給管に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第２の工程及び前記第４の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第２の工程及び前記第４の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記不活性ガス供給管に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給し、該不活性ガスを供給したときに、該不活性ガスを供給する前と比較して前記基板処理室内の圧力を１０〜２００Ｐａ上昇することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板を収容する基板処理室と、
前記基板処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板処理室内に改質ガスを供給する改質ガス供給部と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記原料ガス供給部、前記改質ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記排気部を制御する制御部とを備えた基板処理装置であって、
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第１の不活性ガス開閉バルブと、該第１の不活性ガス開閉バルブよりも上流に設けられたガス溜め部を備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給する第１の工程を行った後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給する第２の工程を行い、次に、前記基板処理室内に改質ガスを供給する第３の工程を行った後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給する第４の工程を行うよう制御するものであり、前記第２及び第４の工程において前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、前記第１の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第１の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室内に供給するよう制御し、
前記第２及び第４の工程において不活性ガスを供給したときに、該不活性ガスを供給する前と比較して前記基板処理室内の圧力を１０〜２００Ｐａ上昇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、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）等の半導体装置（半導体デバイス）の製造方法において、ＩＣ等が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の基板に所望の膜を形成するための、基板処理装置及びＩＣ等の半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法においては、膜を形成するのにバッチ式縦型成膜装置が使用されることがある。例えば、特許文献１には、半導体デバイス製造プロセスで、例えば、ＡＬＤ法によりアミン系材料を用いて成膜を行う場合、ＴｉＮの成膜では、Ｔｉ（チタン）のソースとＮ（窒素）のソースとを処理室内の半導体シリコン基板上に交互に供給するが、ＴｉのソースからＮのソースに切り替える際には、Ｔｉのソースを処理室から除去するためにＨ２(水素)を用いてパージを行い、または、その逆のＮのソースからＴｉのソースに切り替える際には、Ｎのソースを処理室から除去するためにＨ２を用いてパージを行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６９５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、基板の収容された処理室内に、原料Ａと原料Ｂを交互に供給し、基板上に原料分子を吸着させて成膜を行う基板処理装置においては、一方の原料を供給した後、次に他方の原料を供給する前に、前記一方の原料を処理室内及び基板表面から除去する必要がある。原料を処理室内等から除去するために、従来では、処理室内を排気しつつ、Ｈ２(水素)やＮ２（窒素）等の不活性ガスを連続的に、又は間欠的に処理室内に供給する方法を用いていた。しかし、この方法では、基板表面等に吸着した余分な原料分子を除去するために長時間を要し、結果として、生産性の低下の原因となっていた。また、従来のパージ方法では、パージ時間を短くするとパージ不足となり、結果、膜厚が厚くなってしまう。
本発明の目的は、基板処理室内から余分な原料分子を、短時間で除去す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】
本発明においては、原料を処理室内等から除去する際に、パージ（除去）用不活性ガスを一旦、ガス溜め部に溜め、瞬時に基板処理室内へ供給する。このようにすると、パージ用不活性ガスは、高い運動エネルギを伴って、基板処理室内の基板や、基板処理室内壁等に吸着した原料ガスの分子と衝突する。この衝突により、基板等に物理的に吸着しているが化学結合していない状態の原料ガスの分子は、基板等から脱離する。
また、パージ用不活性ガスが、極めて短時間で基板処理室内へ供給されるので、不活性ガスを供給しつつ排気する従来のパージ方法よりも、基板処理室内の圧力が上昇し、基板表面に形成された溝や穴の奥まで、不活性ガス分子が到達して、溝部や穴部におけるパージ効果が高まる。物理的な吸着力は、膜表面に対する原料分子のファンデルワールス力に依存するので、基板処理室内の圧力をどの程度まで上昇させるかは、原料の種類、及び膜種により異なる。
具体的には、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第１の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第２の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第１の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第３の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第４の工程と、
前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第２の工程及び前記第４の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第２の工程及び前記第４の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記の構成によれば、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができ、生産性が向上する。また、短時間で十分なパージが可能となり、膜厚を薄くすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の垂直断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の水平断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る成膜シーケンスを示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る不活性ガス供給ラインの1例を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る不活性ガス供給ラインの他の例を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の垂直断面図である。図２は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の水平断面図である。図６は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。
本実施例において、本発明に係る基板処理装置は、成膜に用いる２ 種類（ またはそれ以上） の原料となるガスを１ 種類ずつ交互に基板上に供給し、１〜数原子層単位で吸着させ、表面反応により成膜を行う。
【０００９】
［処理炉］
図１、図２および図６に示されているように、本実施例に係る基板処理装置１００は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウエハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例では抵抗ヒータ２０７）の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（本例ではＯリング２２０）を介して気密に閉塞される。
反応管２０３およびヒータ２０７の外側には、断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８は、反応管２０３およびヒータ２０７の上方を覆うように設けられている。
ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、シールキャップ２１９、および反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により、基板処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート２１７）が、石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８は、ボート２１７を保持する保持体である。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウエハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を、所定の温度に加熱する。
【００１０】
［原料ガス供給部］
処理炉２０２には、複数（少なくとも２本）のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられている。２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂにより、互いに反応しあう少なくとも２種類の処理ガス（原料ガス）が、独立して、交互に処理炉２０２に供給される。
第１のガス供給管２３２ｂは、第１のガス供給源２４０ｂから、流量制御装置であるＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｂ、開閉バルブ（開閉弁）２４３ｂ、およびガス供給室２４９（図２参照）を介して、第１の処理ガスを基板処理室２０１に供給する。
第２のガス供給管２３２ａは、第２のガス供給源２４０ａから、ＭＦＣ２４１ａ、開閉バルブ２４３ａ、および反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して、第２の処理ガスを基板処理室２０１に供給する。
上記の第１のガス供給源２４０ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、ガス供給管２３２ｂ等から、第１の原料ガス供給部が構成される。また、第２のガス供給源２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ、ガス供給管２３２ａ等から、第２の原料ガス供給部が構成される。
【００１１】
［不活性ガス供給部］
図１に示すように、第１のガス供給管２３２ｂの上流には、ガス供給管２３２ｆが接続されている。ガス供給管２３２ｆには、上流側から順に、第１の不活性ガス供給源２４０ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、開閉バルブ２４３ｆ、ガス溜め部２４５ｆ、開閉バルブ２４３ｋが設けられている。ガス溜め部２４５ｆには、圧力センサ２４４ｆが設けられている。本例では、ガス溜め部２４５ｆの内径は、第１の不活性ガス供給源２４０ｆと開閉バルブ２４３ｆの間のガス供給管の内径、ガス溜め部２４５ｆと開閉バルブ２４３ｆの間のガス供給管の内径、ガス溜め部２４５ｆと開閉バルブ２４３ｋの間のガス供給管の内径、ガス供給管２３２ｆの内径、第１のガス供給管２３２ｂの内径のいずれよりも大きい。
第２のガス供給管２３２ａの上流には、ガス供給管２３２ｅが接続されている。ガス供給管２３２ｅには、上流側から順に、第２の不活性ガス供給源２４０ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、開閉バルブ２４３ｅ、ガス溜め部２４５ｅ、開閉バルブ２４３ｈが設けられている。ガス溜め部２４５ｅには、圧力センサ２４４ｅが設けられている。本例では、ガス溜め部２４５ｅの内径は、第２の不活性ガス供給源２４０ｅと開閉バルブ２４３ｅの間のガス供給管の内径、ガス溜め部２４５ｅと開閉バルブ２４３ｅの間のガス供給管の内径、ガス溜め部２４５ｅと開閉バルブ２４３ｈの間のガス供給管の内径、ガス供給管２３２ｅの内径、第２のガス供給管２３２ａの内径のいずれよりも大きい。
なお、本実施例では、前記基板処理室２０１の容積と、前記ガス溜め部２４５ｆの容積との容積比、あるいは、前記基板処理室２０１の容積と、前記ガス溜め部２４５ｅの容積との容積比は、約２００〜２０００としている。
上記の第１の不活性ガス供給源２４０ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、ガス供給管２３２ｂ等から、あるいは、第２の不活性ガス供給源２４０ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、ガス供給管２３２ａ等から、不活性ガス供給部が構成される。
【００１２】
なお、図１においては、第１のガス供給管２３２ｂには、１本の不活性ガス供給管２３２ｆを接続し、第２のガス供給管２３２ａには、１本の不活性ガス供給管２３２ｅを接続するようにしているが、第１のガス供給管２３２ｂ及び第２のガス供給管２３２ａに、それぞれ、複数の不活性ガス供給管を接続するようにしてもよい。例えば、第１のガス供給管２３２ｂの場合は、図４に示すように、第１のガス供給管２３２ｂに、複数の不活性ガス供給管２３２ｆと不活性ガス供給管２３２ｍを接続する、あるいは、図５に示すように、第１のガス供給管２３２ｂに、複数の不活性ガス供給管２３２ｆと不活性ガス供給管２３２ｎを接続するようにしてもよい。第２のガス供給管２３２ａの場合も、第１のガス供給管２３２ｂの場合と同様である。図４は、本発明の実施例に係る不活性ガス供給ラインの1例を示す図である。図５は、本発明の実施例に係る不活性ガス供給ラインの他の例を示す図である。
【００１３】
図４においては、第１の不活性ガス供給源２４０ｆからの不活性ガス供給管を２つに分岐し、一方は開閉バルブ２４３ｆを介してガス溜め部２４５ｆへ、他方はＭＦＣ２４１ｍへ接続する。このようにすると、一方で、開閉バルブ２４３ｆを開き、開閉バルブ２４３ｋを閉じた状態で、ガス溜め部２４５ｆに不活性ガスを溜めつつ、他方で、開閉バルブ２４３ｍを開き、ＭＦＣ２４１ｍで流量調整した不活性ガスを、第１のガス供給管２３２ｂに流し、基板処理室２０１へ供給することができる。
図５においては、第１の不活性ガス供給源２４０ｆとは別に、不活性ガス供給源２４０ｎを設け、該不活性ガス供給源２４０ｎを、ＭＦＣ２４１ｎ、開閉バルブ２４３ｎを介して、第１のガス供給管２３２ｂに接続している。図５に示す例においても、図４に示す例と同様に、一方で、開閉バルブ２４３ｆを開き、開閉バルブ２４３ｋを閉じた状態で、ガス溜め部２４５ｆに不活性ガスを溜めつつ、他方で、開閉バルブ２４３ｎを開き、ＭＦＣ２４１ｎで流量調整した不活性ガスを、第１のガス供給管２３２ｂに流し、基板処理室２０１へ供給することができる。
【００１４】
図４及び図５に模式的に示すように、不活性ガス供給管２３２ｆの内径は、不活性ガス供給管２３２ｆと第１のガス供給管２３２ｂとの合流点より上流における、第１のガス供給管２３２ｂの内径よりも大きくすることが好ましい。このようにすると、ガス溜め部２４５ｆに溜めた不活性ガスを、短時間で、基板処理室２０１へ供給することが容易となる。不活性ガス供給管２３２ｅも同様である。
なお、上述したように本実施例では、ガス溜め部２４５ｆ、２４５ｅの内径を、ガス供給管の内径よりも大きくしているが、ガス供給管の内径が十分大きい場合は、ガス溜めの内径をガス供給管の内径よりも大きくしなくてもよい。また、ガス溜め部は、第１のガス供給管２３２ｂや第２のガス供給管２３２ａに接続せず、不活性ガス供給管２３２ｅ、２３２ｆを直接、基板処理室２０１へ接続することもできる。
また、ガス溜め部は、複数設けるようにし、それぞれのガス溜め部から基板処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。あるいは、ガス溜め部は１つだけ設け、該ガス溜め部から基板処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。例えば、ガス溜め部２４５ｆ、２４５ｅのうち、１つだけを設けるようにしてもよい。
【００１５】
［クリーニングガス供給部］
第１のガス供給管２３２ｂ及び第２のガス供給管２３２ａには、クリーニングガス供給管２３２ｃが、それぞれ、開閉バルブ２４３ｃおよび開閉バルブ２４３ｄの下流側において接続されている。クリーニングガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、第３のガス（クリーニングガス）供給源２４０ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃ、又は開閉バルブ２４３ｄが設けられている。
ガス供給管２３２ｃは、第２のガス供給管２３２ａおよび第１のガス供給管２３２ｂに接続されており、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｄ、バッファ室２３７を介して、あるいは、ＭＦＣ２４１ｃ、開閉バルブ２４３ｃ、ガス供給室２４９を介して、クリーニングガスを基板処理室２０１に供給する。
反応副生成物の付着を防ぐために、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃには、少なくとも１２０℃程度まで加熱可能な配管ヒータ（図示せず）が装着されている。
【００１６】
［排気部］
基板処理室２０１には、基板処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、真空ポンプ２４６（排気装置）にＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ２４３ｇを介して接続されている。ガス排気管２３１は、複数の排気管を直列につなぎ合わせて一つの排気管としており、つなぎ合わせた箇所にはＯリング２３４が設けられている。基板処理室２０１内は、真空ポンプ２４６によって排気される。
なお、ＡＰＣバルブ２４３ｇは、弁の開閉により基板処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
反応副生成物の付着を防ぐために、ガス排気管２３１には、少なくとも１５０℃以上に加熱可能なヒータ２４７（排気管加熱部）が装着されている。ヒータ２４７は、コントローラ３２１によって制御される。
上記のガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３ｇ、真空ポンプ２４６等から、排気部が構成される。
【００１７】
［第１の原料ガス供給部］
図２に示すように、反応管２０３の内壁には、第１の処理ガスを供給するガス供給室２４９が設けられている。ガス供給室２４９は、反応管２０３下部より上部に亘って、反応管２０３の内壁に沿って、垂直方向（ウエハ２００の積載方向）に設けられており、ガス分散空間を形成している。ガス供給室２４９は、後述する第２の処理ガスを供給するバッファ室２３７とは、別の独立した構造である。ガス供給室２４９は、ＡＬＤ法による成膜において、ウエハ２００へ、複数種類の処理ガスを１種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室２３７とガス供給種を分担して供給する。
ガス供給室２４９は、複数のガス供給孔２４８ｃを有する。後述するバッファ室２３７のガス供給孔２４８aと同様に、ガス供給孔２４８ｃは、ウエハと隣接する位置に垂直方向に同一ピッチで設けられ、第１の処理ガスを供給する。ガス供給室２４９の下部には、第１のガス供給管２３２ｂが接続されている。
ガス供給孔２４８ｃの開口面積は、後述するバッファ室２３７のガス供給孔２４８aと同様に、ガス供給室２４９と基板処理室２０１の差圧が小さい場合、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよい。しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔２４８ｃの開口面積を、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００１８】
［第２の原料ガス供給部］
図２に示すように、反応管２０３内壁には、第２の処理ガスを供給するバッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７は、反応管２０３下部より上部に亘って、反応管２０３の内壁に沿って、垂直方向（ウエハ２００の積載方向）に設けられており、ガス分散空間を形成している。
図２に示すように、バッファ室２３７の内側壁部、すなわち、ウエハ２００と隣接する側の壁の周方向における一端の近傍には、基板処理室２０１内にガスを供給するガス供給孔２４８ａが設けられている。ガス供給孔２４８ａは、ガス供給孔２４８ｃの位置から反応管２０３の内周を１２０度程度、時計回りに回った位置にある。ガス供給孔２４８ａは、反応管２０３の中心（軸心）へ向けて開口している。ガス供給孔２４８ａは、バッファ室２３７の下部から上部にかけ所定の長さ（所定長a）にわたって、垂直方向（ウエハ２００の積載方向）に、それぞれ同一の開口面積を有し、同じ開口ピッチで設けられている。
【００１９】
バッファ室２３７において、ガス供給孔２４８ａと周方向に反対側端部近傍には、ノズル２３３が反応管２０３の下部より上部にわたり、垂直方向（ウエハ２００の積載方向）に配設されている。ノズル２３３には、ガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。
複数のガス供給孔２４８ｂは、前記ガス供給孔２４８ａの場合の所定の長さ（所定長a）と同じ長さにわたって、垂直方向（ウエハ２００の積載方向）に沿って配設されている。複数のガス供給孔２４８ｂのそれぞれは、複数のガス供給孔２４８ａと、１対１で対応している。
【００２０】
ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするのがよい。
しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
上流側から下流にかけて、ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを調節することで、各ガス供給孔２４８ｂから噴出されるガスを、略同流量として噴出させることができる。各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスを、バッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。
すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、バッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより基板処理室２０１に噴出する。このようにして、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスが、各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガス流とすることができる。
【００２１】
図２に示すように、バッファ室２３７には、細長い構造を有する棒状電極２６９および棒状電極２７０が、上部より下部にわたって、電極を保護する電極保護管２７５の内部に配設され、保護されている。棒状電極２６９または棒状電極２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。高周波電源に電力を供給することにより、棒状電極２６９および棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４に供給されたガスがプラズマ化される。
電極保護管２７５は、棒状電極２６９および棒状電極２７０を、バッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室２３７に配置可能とするものである。電極保護管２７５の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された棒状電極２６９および棒状電極２７０は、ヒータ２０７の加熱によって酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部に、窒素等の不活性ガスを充填あるいは充填しつつ排出し、酸素濃度を充分低く抑えて、棒状電極２６９または棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガス充填機構が設けられる。
【００２２】
［ボート］
図１に示すように、反応管２０３内の中央部にはボート２１７が載置されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に収容する。ボート２１７は、図６に記載のボートエレベータ１２１により、反応管２０３に出入りできる。図６の説明は、後述する。
処理の均一性を向上するために、ボート２１７を回転するためのボート回転機構２６７が設けてある。ボート回転機構２６７により、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転する。
【００２３】
［制御部］
コントローラ３２１（制御部）は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、２４１ｆ、開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｈ、２４３ｋ、ＡＰＣバルブ２４３ｇ、圧力センサ２４４ｅ、２４４ｆ、２４４ｇ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２等に電気的に接続されている。
コントローラ３２１は、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、２４１ｆの流量調整、開閉バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｈ、２４３ｋの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３ｇの開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等、基板処理装置１００の各構成部の制御を行なう。
【００２４】
［成膜処理例］
次に、ＡＬＤ法により、処理ガスであるＴｉＣｌ４（四塩化チタン）およびＮＨ3 （アンモニア）ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜する例について説明する。ＡＬＤ法は、互いに反応しあう少なくとも２種類の処理ガスを、交互に処理室内に供給して、処理室内の基板表面に所望の膜を成膜する方法である。
まず、コントローラ３２１は、成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、ボート２１７を処理炉２０２に搬入する。搬入後、コントローラ３２１は、次のステップ（Ａ）〜ステップ（Ｆ）を実行する。
【００２５】
［ステップ（Ａ）：第１の処理ガス供給ステップ］
ステップ（Ａ）では、第１のガス供給管２３２ｂに設けた開閉バルブ２４３ｂおよびガス排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２４３ｇを共に開けて、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整されたＴｉＣｌ４ガス（第１の処理ガス）を、ガス供給室２４９のガス供給孔２４８ｃから基板処理室２０１に供給しつつ、ガス排気管２３１から排気する。
ＴｉＣｌ４を流すときは、圧力センサ２４４ｇにより基板処理室２０１内の圧力値を検出してＡＰＣバルブ２４３ｇを適正に調整し、基板処理室２０１内圧力を約２０〜２００Ｐａとする。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＴｉＣｌ４供給流量は、０．２〜０．８g/min である。ＴｉＣｌ４にウエハ２００を晒す時間は、約２〜２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度は，ウエハが約２００〜６００℃になるよう設定している。ＴｉＣｌ４を流すことにより、ウエハ２００の表面にＴｉＣｌ４が化学結合する。また、ウエハ２００の表面には、化学結合していないが物理的に吸着しているＴｉＣｌ４も存在する。
【００２６】
また、ＴｉＣｌ４を流す間、ヒータ２４７（排気管加熱部）により、ガス排気管２３１及びＯリング２３４を加熱する。例えば、ガス排気管２３１が１５０℃程度となるよう、ヒータ２４７を制御する。Ｏリング２３４は、温度が低いと有機金属材料（この例ではＴｉＣｌ４）を付着しやすい性質を持っている。Ｏリング２３４に有機金属材料が付着した場合、後述するステップ（Ｂ）ないしステップ（Ｆ）において、有機金属材料が基板処理室２０１に入り込む可能性が高くなり、その結果、膜質が悪くなったり、不純物が生成される可能性がある。
そこで、有機金属材料により基板を処理している間は、ヒータ２４７を加熱し、Ｏリングに有機金属材料が付着しないようにする。例えばＴｉＣｌ４は、１５０℃未満で付着しやすいので、ヒータ２４７は、ガス排気管２３１を１５０℃以上の温度に加熱する。
【００２７】
なお、ＴｉＣｌ４を流すとき、必要に応じ、Ｎ２等の不活性ガスを同時に流すようにしてもよい。具体的には、例えば図１の構成においては、開閉バルブ２４３ｆと開閉バルブ２４３ｋを開け、ＭＦＣ２４１ｆで流量調整しつつ、不活性ガス源２４０ｆからガス溜め部２４５ｆを経て、第１のガス供給管２３２ｂに不活性ガスを流すようにする。又は、図４に示すように、第１の不活性ガス供給源２４０ｆからの不活性ガス供給管を２つに分岐し、ガス溜め部２４５ｆをバイパス（迂回）する経路を用いて、ＭＦＣ２４１ｍで流量調整した不活性ガスを、第１のガス供給管２３２ｂに流す。あるいは、図５に示すように、第１の不活性ガス供給源２４０ｆとは別に、不活性ガス供給源２４０ｎを設け、開閉バルブ２４３ｎを開き、ＭＦＣ２４１ｎで流量調整した不活性ガスを、第１のガス供給管２３２ｂに流す。
ＴｉＣｌ４の成膜が終了すると、開閉バルブ２４３ｂを閉じ、ＡＰＣバルブ２４３ｇを開けたまま、基板処理室２０１を真空排気し、ＴｉＣｌ４の成膜が終了した後の残留ガスを排気する。このとき、基板処理室２０１内の圧力は、約１０Ｐａ以下とする。
【００２８】
［ステップ（Ｂ）：パージガスの貯留ステップ］
ステップ（Ｂ）では、ガス溜め部２４５ｆ下流の開閉バルブ２４３ｋを閉じ、ガス溜め部２４５ｆ上流の開閉バルブ２４３ｆを開けて、不活性ガス源２４０ｆからガス溜め部２４５ｆへ不活性ガス（窒素ガス）を供給する。ガス溜め部２４５ｆ内の圧力を、圧力センサ２４４ｆで検知し、所定の第１の圧力に到達すると、開閉バルブ２４３ｆを閉じ、ガス溜め部２４５ｆへの不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスの供給を停止するときの前記所定の第１の圧力は、ガス溜め部２４５ｆの容積と基板処理室２０１の容積との関係や、ガス供給管２３２ｆやガス供給管２３２ｂの内径の大きさ等から決定される。その所定の第１の圧力は、後述するステップ（Ｃ）において、ガス溜め部２４５ｆ内の不活性ガスを基板処理室２０１内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室２０１内の圧力が、約１０〜２００Ｐａ上昇する程度の圧力である。その所定の第１の圧力は、本実施例では、０．１〜２気圧である。
このように、ガス溜め部内の圧力を、圧力センサで検知し、所定の圧力に到達すると、ガス溜め部への不活性ガスの供給を停止するようにすると、ガス溜め部の容積を一定としたまま、容積の異なる種々の基板処理室に対応することができる。あるいは、ガス溜め部の容積を一定としたまま、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した直後の前記基板処理室内の最適な圧力上昇値が異なる種々の成膜プロセスに対応することができる。
なお、ステップ（Ｂ）は、図３に示すように、前記ステップ（Ａ）等の時間帯、すなわち、後述するステップ（Ｃ）以外の時間帯で行うことが、スループット向上のために好ましい。図３は、本発明の実施例に係る成膜シーケンスを示す図である。図３において、横軸は時間を表わし、縦軸は流量を模式的に表わす。図３において、３１１は前記ステップ（Ａ）、３１２はステップ（Ｂ）、３１３は後述するステップ（Ｃ）、３１４は後述するステップ（Ｄ）、３１５は後述するステップ（Ｅ）、３１６は後述するステップ（Ｆ）を示す。図３においては、ステップ（Ｂ）は、前記ステップ（Ａ）や後述するステップ（Ｄ）等と並行して行っている。しかし、スループットは低下するが、並行せずに行うことも可能である。
【００２９】
［ステップ（Ｃ）：第１の処理ガスのパージステップ］
ステップ（Ｃ）では、前記ステップ（Ａ）において基板処理室２０１の排気が完了した後、開閉バルブ２４３ｆが閉じられ、かつ、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇが開かれた状態で、開閉バルブ２４３ｋを開けて、ガス溜め部２４５ｆからガス供給管２３２ｆ、２３２ｂを通して、基板処理室２０１内へ不活性ガス（本例では窒素ガス）を供給して、不活性ガスパージ（本例では窒素パージ）を行う。この窒素パージにより、基板２００の表面等に、化学結合はしていないが物理的に吸着している原料ガス（ＴｉＣｌ４）が、基板２００から脱離する。
本実施例では、基板処理室内の排気を停止した状態で、ステップ（Ｂ）において約０．１〜２気圧とされたガス溜め部２４５ｆから、基板処理室２０１内へ、パルス的に不活性ガスを流す。窒素パージの時間は約１〜５秒間である。
その後、ガス供給管２３２ｆの開閉バルブ２４３ｋを閉じて、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を約１０Ｐａ以下に排気し、基板２００から脱離した原料ガスや窒素を基板処理室２０１から排除する。
このように、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇが開かれた状態で、ガス溜め部２４５ｆから不活性ガスを供給すると、ウエハ２００上であって、バッファ室２３７の反対側の下流側であっても、不活性ガスの流速が低下することなく、パージの効果を得ることができる。
【００３０】
［ステップ（Ｄ）：第２の処理ガス導入ステップ］
ステップ（Ｄ）では、ステップ（Ｃ）において基板処理室２０１内の残留ガス排気が終了後、前記第２の処理ガス供給部から、基板処理室２０１内へ、第２の処理ガスを供給する。詳しく説明すると、ステップ（Ｃ）において基板処理室２０１内の残留ガス排気が終了後、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇを開けた状態で、第２のガス供給管２３２ａの開閉バルブ２４３ａを開けて、第２のガス供給源２４０ａからＭＦＣ２４１ａにより流量調整されたアンモニア（ＮＨ3 ）ガス（第２の処理ガス）を、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出する。その後、基板処理室２０１内へ供給された余剰のアンモニアガス及び反応後のアンモニアガス等が、ガス排気管２３１から排気される。なお、このとき、棒状電極２６９および棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加して、バッファ室２３７内のアンモニアガスをプラズマ励起してから、基板処理室２０１に供給してもよい。
【００３１】
アンモニアガスをプラズマ励起して活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４３ｇを適正に調整して、基板処理室２０１内圧力を約２０〜６５Ｐａとする。ＭＦＣ２４１ａで制御するアンモニアガスの供給流量は、本実施例では、約３〜１０ｓｌｍである。アンモニアガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は、約１０〜６０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが約２００〜６００℃になるよう設定する。
アンモニアガスの供給により、ステップ（Ａ）により基板２００のシリコンに化学結合したＴｉＣｌ４に、アンモニアが化学結合し、Ｔｉ（チタン原子）−Ｎ（窒素原子）の結合を形成する。本実施例では、第２の処理ガスであるアンモニアガスは、ステップ（Ａ）により基板２００に化学結合したＴｉＣｌ４を、Ｔｉ−Ｎに改質する改質ガスである。したがって、本実施例では、前記第２の処理ガス供給部は、改質ガス供給部である。ここで、改質とは、基板上に形成された第１の元素を含む膜を、第２の元素を含むガスにより、第１の元素と第２の元素を含む膜にすることを意味する。
その後、第２のガス供給管２３２ａの開閉バルブ２４３ａを閉めて、アンモニアガスの供給を止める。ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇは開いたままにし、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を約１０Ｐａ以下に排気し、残留アンモニアガスを基板処理室２０１から排気する。
なお、アンモニアガスを流すときに、ステップ（Ａ）と同様に、不活性ガス源２４０ｅから不活性ガスを流すようにしてもよい。
【００３２】
［ステップ（Ｅ）：パージガスの貯留ステップ］
ステップ（Ｅ）では、ガス溜め部２４５ｅ下流の開閉バルブ２４３ｈを閉じ、ガス溜め部２４５ｅ上流の開閉バルブ２４３ｅを開けて、不活性ガス源２４０ｅからガス溜め部２４５ｅへ不活性ガス（窒素ガス）を供給する。ガス溜め部２４５ｅ内の圧力を圧力センサ２４４ｅで検知し、所定の第２の圧力に到達すると、開閉バルブ２４３ｅを閉じ、ガス溜め部２４５ｅへの不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスの供給を停止する前記所定の第２の圧力は、ガス溜め部２４５ｅの容積と基板処理室２０１の容積との関係や、ガス供給管２３２ｅやガス供給管２３２ａの内径の大きさ等から決定される。その所定の第２の圧力は、後述するステップ（Ｆ）において、ガス溜め部２４５ｅ内の不活性ガスを基板処理室２０１内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室２０１内の圧力が、約１０〜２００Ｐａ上昇する程度の圧力である。その所定の第２の圧力は、本実施例では、約０．１〜２気圧である。
なお、ステップ（Ｅ）も、ステップ（Ｂ）と同様に、図３に示すように、前記ステップ（Ｄ）等の時間帯、すなわち、後述するステップ（Ｆ）以外の時間帯で行うことが、スループット向上のために好ましい。
【００３３】
［ステップ（Ｆ）：第２の処理ガスのパージステップ］
ステップ（Ｆ）では、前記ステップ（Ｃ）と同様に、前記ステップ（Ｄ）において基板処理室２０１の排気が完了した後、開閉バルブ２４３ｅが閉じられ、かつ、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇが開かれた状態で、開閉バルブ２４３ｈを開けて、ガス溜め部２４５ｅからガス供給管２３２ｅ、２３２ａを通して、基板処理室２０１内へ不活性ガス（本例では窒素ガス）を供給して、窒素パージを行う。この窒素パージにより、基板２００の表面等に、化学結合はしていないが物理的に吸着している原料ガス（アンモニア）が、基板２００から脱離する。窒素パージの時間は約１〜５秒間である。
その後、ガス供給管２３２ｅの開閉バルブ２４３ｈを閉じて、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を約１０Ｐａ以下に排気し、基板２００から脱離した原料ガスや窒素を基板処理室２０１から排除する。
このように、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｇが開かれた状態で、ガス溜め部２４５ｅから不活性ガスを供給すると、ウエハ２００上であって、バッファ室２３７の反対側の下流側であっても、不活性ガスの流速が低下することなく、パージの効果を得ることができる。
【００３４】
ステップ（Ｃ）やステップ（Ｆ）では、パージ用不活性ガス（本例では窒素ガス）を一旦、ガス溜め部２４５ｆやガス溜め部２４５ｅに溜め、瞬時（極めて短時間）に基板処理室２０１内へ供給するので、パージ用不活性ガスは、高い運動エネルギを伴って、基板２００や基板処理室２０１内壁等に付着した第１の処理ガス（原料ガス、本例ではＴｉＣｌ４）や第２の処理ガス（原料ガス、本例ではアンモニアガス）の分子と衝突する。この衝突により、基板２００等に物理的に吸着しているが化学結合していない状態の原料ガスの分子は、基板２００等から脱離する。
また、パージ用不活性ガスが、瞬時に基板処理室２０１内へ供給されるので、従来のパージ方法よりも基板処理室２０１内の圧力が上昇し、基板２００表面に形成された溝や穴の奥まで、不活性ガス分子が到達して、溝部や穴部におけるパージ効果（原料ガス分子の除去効果）が高まる。本実施例では、基板処理室２０１内の圧力が、ステップ（Ｃ）やステップ（Ｆ）においてガス溜め部２４５ｆやガス溜め部２４５ｅ内の不活性ガスを基板処理室２０１内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室２０１内の圧力が、約２秒以内に、約１０〜２００Ｐａ上昇するようにしている。
圧力上昇値が約１０Ｐａより低いと、パージ効果が不十分となる。また、ＡＰＣバルブ２４３ｇが開の状態で、圧力上昇値が約２００Ｐａより高いと、排気系のコンダクタンスが小さいため、パージガスが運動エネルギをもって物理吸着分子に衝突しない状態となり、パージ効果が不十分となる。
ステップ（Ｃ）のパージステップにおいては、基板２００等に物理的に吸着しているが化学結合していない状態の原料ガスの分子が十分に除去されることが必要である。物理的な吸着力は、原料分子の膜表面へのファンデルワールス力に依存するので、基板処理室２０１内の圧力上昇値が十分か否かは、原料の種類、及び膜種により異なる。不活性ガス分子により原料分子がアタックされる程度は、基板処理室２０１内の圧力上昇のピーク値により判断することができる。
【００３５】
上記ステップ（Ａ）からステップ（Ｆ）を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ上に所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。なお、上記ステップ（Ｃ）やステップ（Ｆ）のパージステップにおいて、ガス溜め部から基板処理室２０１内へのパージ用不活性ガスの供給は、複数回に分けて行うようにしてもよい。しかし、基板処理室２０１内の圧力を短時間で上げるためには、１回で行う方が好ましい。
ステップ（Ａ）からステップ（Ｆ）においては、ヒータ２４７（排気管加熱部）は、ガス排気管２３１が所定の温度以上に維持するよう、連続してガス排気管２３１を加熱し続けることが望ましい。ステップ（Ｂ）からステップ（Ｆ）において、ヒータ２４７を停止し、加熱を停止した場合、一度停止し再度加熱しようとすると再度所定の温度に加熱するには時間がかかり、その結果スループットが低下してしまうためである。そこで、ステップ（Ａ）からステップ（Ｆ）の間、常にヒータ２４７が、ガス排気管２３１を加熱するよう制御を行なう。
【００３６】
なお、上記例では、処理ガスとしてＴｉＣｌ４及びＮＨ３を用いて説明したが、それに限らず、ＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタン）及びＮＨ３を用いてもよい。ＴＤＭＡＴ及びＮＨ３を用いる場合は、上記のステップ（Ａ）からステップ（Ｆ）において、ガス排気管２３１を１２０℃以上に維持する。
また、ＮＨ３を活性化させる方法として、ＮＨ３プラズマを生成したが、それに限るものではなく、ヒータ２０７によりＮＨ３を加熱し、活性化させることもできる。
【００３７】
［基板処理装置の概略］
次に、図６、図７を参照して、本実施例に係る基板処理装置１００を概略的に説明する。図６は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。図７は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の垂直断面図である。
図６に示すように、基板処理装置１００の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。
【００３８】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウエハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウエハ２００を搬送するウエハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。
【００３９】
ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウエハ２００が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウエハ２００を移載する。
【００４０】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウエハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウエハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウエハ２００は、ウエハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００４１】
なお、本発明は、前記実施例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、成膜処理は窒化チタン膜を形成する処理に限らず、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、他の酸化膜や窒化膜、さらには、金属膜および半導体膜（例えば、ポリシリコン膜）等の他の薄膜を形成する処理であってもよい。
前記実施例においては、ＡＬＤ法を実施するバッチ式縦型成膜装置について説明したが、本発明は、枚葉装置にも適用することができる。
前記実施例では、ウエハに処理が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および磁気ディスク等であってもよい。
【００４２】
以上の、本明細書の記載に基づき、次の発明を把握することができる。すなわち、第１の発明は、
基板を収容した基板処理室内に、第１の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記第１の元素を含む膜を形成する第１の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを瞬時に供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第２の工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００４３】
第２の発明は、前記第１の発明における半導体装置の製造方法であって、さらに、
前記基板処理室内に、第２の元素を含む改質ガスを供給して、前記基板上に前記第１の工程により形成された第１の元素を含む膜を、前記第１の元素と第２の元素を含む膜に改質する第３の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを瞬時に供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第４の工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、第１の工程と第３の工程において基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００４４】
第３の発明は、前記第２の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記原料ガスは、常温常圧において液体であり、
前記第１の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記原料ガスを前記基板処理室内に供給し、
前記第３の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記改質ガスを前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、第１の工程や第３の工程において、基板表面等への原料ガスや改質ガスの吸着を抑制できるので、第２の工程や第４の工程において、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００４５】
第４の発明は、前記第２の発明、又は前記第３の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記第２の工程及び前記第４の工程において、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した後の前記基板処理室内の圧力上昇値が、約１０〜２００Ｐａであることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、効果的に、短時間で除去することができる。
【００４６】
第５の発明は、前記第２の発明ないし前記第４の発明における半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程を備え、
前記第２の工程及び前記第４の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第２の工程及び前記第４の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することが容易となる。
【００４７】
第６の発明は、前記第５の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記不活性ガス充填工程は、前記第１の工程又は前記第３の工程と、時間的に重なるよう並行して行われることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、生産性を落とすことなく、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００４８】
第７の発明は、前記第５の発明又は前記第６の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記不活性ガス充填工程においては、前記ガス溜め部の圧力が所定の圧力となるまで、前記ガス溜め部に不活性ガスを充填可能であることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、ガス溜め部の容積を一定としたまま、容積の異なる種々の基板処理室に対応することができる。あるいは、ガス溜め部の容積を一定としたまま、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した直後の前記基板処理室内の最適な圧力上昇値が異なる種々の成膜プロセスに対応することができる。
【００４９】
第８の発明は、前記第２の発明ないし前記第７の発明における半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気工程を備え、
前記第１の工程、前記第２の工程、前記排気工程、前記第３の工程、前記第４の工程、前記排気工程の順に処理を行うことを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面から脱離した原料分子を、確実に除去することができる。
【００５０】
第９の発明は、前記第２の発明ないし前記第４の発明における半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記基板処理室に接続された不活性ガス供給管に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程を備え、
前記第２の工程及び前記第４の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第２の工程及び前記第４の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記不活性ガス供給管に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することが容易となる。
【００５１】
第１０の発明は、
基板を収容する基板処理室と、
前記基板処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記原料ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記排気部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給し、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、不活性ガスを瞬時に供給するよう制御することを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００５２】
第１１の発明は、前記第１０の発明における基板処理装置であって、さらに、
前記基板処理室内に改質ガスを供給する改質ガス供給部を備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給し、次に、前記基板処理室内に改質ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するよう制御するものであり、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、不活性ガスを瞬時に供給するよう制御することを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、原料ガス供給工程と改質ガス供給工程において基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００５３】
第１２の発明は、前記第１０の発明又は前記第１１の発明における基板処理装置であって、
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第１の不活性ガス開閉バルブと、該第１の不活性ガス開閉バルブよりも上流に設けられたガス溜め部を備え、
前記制御部は、前記第１の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第１の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【００５４】
第１３の発明は、前記第１２の発明における基板処理装置であって、
前記不活性ガス供給部は、前記ガス溜め部よりも上流に設けられた第２の不活性ガス開閉バルブを備え、
前記制御部は、前記第１の不活性ガス開閉バルブを閉じ、前記第２の不活性ガス開閉バルブを開けた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第１の不活性ガス開閉バルブを開け、前記第２の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板処理室内の圧力上昇値を制御することが容易となる。
【００５５】
第１４の発明は、前記第１２の発明ないし前記第１３の発明における基板処理装置であって、
前記ガス溜め部の内径は、前記不活性ガス供給管の内径よりも大きいものであることを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、短時間で、基板処理室へ供給することが容易となる。
【００５６】
第１５の発明は、前記第１２の発明ないし前記第１４の発明における基板処理装置であって、
前記基板処理室の容積と、前記ガス溜め部の容積との容積比は、約２００〜２０００であることを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、効果的に、短時間で除去することができる。
【００５７】
第１６の発明は、前記第１０の発明又は前記第１１の発明における基板処理装置であって、
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第１の不活性ガス開閉バルブとを備え、
前記制御部は、前記第１の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に充填した後、前記第１の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記不活性ガス供給管に充填した不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００…基板処理装置、２００…ウエハ、２０１…基板処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０７…ヒータ、２０８…断熱部材、２１７…ボート、２１８…石英キャップ、２１９…シールキャップ、２２０…Ｏリング、２２４…プラズマ生成領域、２３１…ガス排気管、２３２ａ…第２のガス供給管、２３２ｂ…第１のガス供給管、２３２ｃ…クリーニングガス供給管、２３２ｅ…ガス供給管、２３２ｆ…ガス供給管、２３３…ノズル、２３７…バッファ室、２４０ａ…第２の処理ガス供給源、２４０ｂ…第１の処理ガス供給源、２４０ｃ…クリーニングガス供給源、２４０ｅ…不活性ガス供給源、２４０ｆ…不活性ガス供給源、２４１ａ…マスフローコントローラ、２４１ｂ…マスフローコントローラ、２４１ｃ…マスフローコントローラ、２４１ｅ…マスフローコントローラ、２４１ｆ…マスフローコントローラ、２４３ａ…開閉バルブ、２４３ｂ…開閉バルブ、２４３ｃ…開閉バルブ、２４３ｄ…開閉バルブ、２４３ｅ…開閉バルブ、２４３ｆ…開閉バルブ、２４３ｇ…ＡＰＣバルブ、２４４ｅ…圧力センサ、２４４ｆ…圧力センサ、２４４ｇ…圧力センサ、２４５ｅ…ガス溜め部、２４５ｆ…ガス溜め部、２４６…真空ポンプ、２４７…ヒータ、２４８ａ…ガス供給孔、２４８ｂ…ガス供給孔、２４８ｃ…ガス供給孔、２４９…ガス供給室、２６７…ボート回転機構、２６９…棒状電極、２７０…棒状電極、２７２…整合器、２７３…高周波電源、２７５…電極保護管、３２１…コントローラ。
【図１】
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【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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