(57)【要約】【課題】被処理基板上に形成された膜の特性に関して面間均一性を向上させる。【解決手段】縦型ＣＶＤ装置は、処理室８内に処理ガスを供給する供給系４２、４４と、装置の動作を制御する制御部５とを含む。供給系４２、４４は、第１反応ガスを供給する第１反応ガスライン６０に接続された複数の第１供給孔５３と、第２反応ガスを供給する第２反応ガスライン６２に接続された複数の第２供給孔５３とを含む。第１供給孔５３のセット及び第２供給孔５３のセットの夫々は、積重ねられた被処理基板の全体に亘るように被処理基板Ｗのエッジの横で垂直方向に配列される。制御部５は、第１及び第２反応ガスを交互に供給するように供給系４２、４４を制御することにより、第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を被処理基板Ｗ上に形成する。【選択図】      図１
2006013490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施すための縦型ＣＶＤ装置であって、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記供給系は、第１反応ガスを供給する第１反応ガスラインに接続された複数の第１供給孔と、第２反応ガスを供給する第２反応ガスラインに接続された複数の第２供給孔とを具備することと、前記第１供給孔のセット及び前記第２供給孔のセットの夫々は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列されることと、
第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成するように、前記装置の動作を制御する制御部と、前記第１工程は、前記第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させることと、前記第２工程は、前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させることと、
を具備する縦型ＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記供給系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する第１及び第２配管を具備し、前記第１供給孔は前記第１配管に形成された孔を具備し、前記第２供給孔は前記第２配管に形成された孔を具備する請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記供給系は、前記第１供給孔に接続された第１不活性ガスラインと、前記第２供給孔に接続された第２不活性ガスラインとを具備する請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１及び第２工程間で第１パージ工程を実行し、前記第２及び第１工程間で第２パージ工程を実行することと、前記第１パージ工程は、前記第１供給孔から不活性ガスを供給しながら、前記処理室内を排気して、前記第１反応ガスを前記処理室からパージすることと、前記第２パージ工程は、前記第２供給孔から不活性ガスを供給しながら、前記処理室内を排気して、前記第２反応ガスを前記処理室からパージすることと、を具備する請求項３に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する内側排気路を具備する請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記処理室は、前記保持具を収納する内筒と、その外側に間隙を介して同心円状に配置された外筒とを具備することと、前記内側排気路は前記内筒の内面に沿って形成されることと、前記内筒と前記外筒との間に前記内筒の端部で前記内側排気路と連通する外側排気路が形成されることと、前記外側排気路は、前記処理室外に配設された排気装置に接続されることと、を具備する請求項５に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の排気孔を具備し、前記第１及び第２供給孔は前記処理室の第１側に配置され、前記排気孔は前記第１側に対向する前記処理室の第２側に配置される請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記処理室は、前記保持具を収納する内筒と、その外側に間隙を介して同心円状に配置された外筒とを具備することと、前記排気孔は前記内筒の壁に形成された孔を具備することと、前記内筒と前記外筒との間に前記排気孔と連通する外側排気路が形成されることと、前記外側排気路は、前記処理室外に配設された排気装置に接続されることと、を具備する請求項７に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項９】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する排気管を具備し、前記排気孔は前記排気管に形成された孔を具備する請求項７に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２反応ガスは、前記第１反応ガスがシラン系ガスで前記第２反応ガスがアンモニアガスの第１の組み合わせ、及び前記第１反応ガスがアルミニウムを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第２の組み合わせからなる群から選択された組み合わせを具備する請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１１】
複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施すための縦型ＣＶＤ装置であって、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記供給系は、第１反応ガスを供給する第１反応ガスラインに接続された第１供給孔と、第２反応ガスを供給する第２反応ガスラインに接続された複数の第２供給孔とを具備することと、前記第１供給孔は、前記処理室の実質的に底部に配置されることと、前記第２供給孔は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列されることと、
第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成するように、前記装置の動作を制御する制御部と、前記第１工程は、前記第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させることと、前記第２工程は、前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させることと、
を具備する縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１２】
前記供給系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する供給配管を具備し、前記第２供給孔は前記供給配管に形成された孔を具備する請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１３】
前記供給系は、前記第１供給孔に接続された第１不活性ガスラインと、前記第２供給孔に接続された第２不活性ガスラインとを具備する請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第１及び第２工程間で第１パージ工程を実行し、前記第２及び第１工程間で第２パージ工程を実行することと、前記第１パージ工程は、前記第１供給孔から不活性ガスを供給しながら、前記処理室内を排気して、前記第１反応ガスを前記処理室からパージすることと、前記第２パージ工程は、前記第２供給孔から不活性ガスを供給しながら、前記処理室内を排気して、前記第２反応ガスを前記処理室からパージすることと、を具備する請求項１３に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１５】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する内側排気路を具備する請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１６】
前記処理室は、前記保持具を収納する内筒と、その外側に間隙を介して同心円状に配置された外筒とを具備することと、前記内側排気路は前記内筒の内面に沿って形成されることと、前記内筒と前記外筒との間に前記内筒の端部で前記内側排気路と連通する外側排気路が形成されることと、前記外側排気路は、前記処理室外に配設された排気装置に接続されることと、を具備する請求項１５に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１７】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の排気孔を具備し、前記第１及び第２供給孔は前記処理室の第１側に配置され、前記排気孔は前記第１側に対向する前記処理室の第２側に配置される請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１８】
前記処理室は、前記保持具を収納する内筒と、その外側に間隙を介して同心円状に配置された外筒とを具備することと、前記複数の排気孔は前記内筒の壁に形成された孔を具備することと、前記内筒と前記外筒との間に前記排気孔と連通する外側排気路が形成されることと、前記外側排気路は、前記処理室外に配設された排気装置に接続されることと、を具備する請求項１７に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項１９】
前記排気系は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に延在する排気管を具備し、前記排気孔は前記排気管に形成された孔を具備する請求項１７に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項２０】
前記第１及び第２反応ガスは、前記第１反応ガスがシラン系ガスで前記第２反応ガスがアンモニアガスの第１の組み合わせ、前記第１反応ガスがアルミニウムを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第２の組み合わせ、及び前記第１反応ガスがタンタルを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第３の組み合わせからなる群から選択された組み合わせを具備する請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項２１】
前記第１反応ガスは、１．３３ｋＰａ以下の蒸気圧、または、２５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の結合解離エネルギーを有する請求項１１に記載の縦型ＣＶＤ装置。
【請求項２２】
縦型ＣＶＤ装置において複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施す方法であって、
前記装置は、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
を具備し、
前記方法は、
第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させる第１工程と、
前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させる第２工程と、
を具備し、
前記第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成し、
前記第１反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第１供給孔から供給し、前記第２反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第２供給孔から供給するＣＶＤ方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２反応ガスは、前記第１反応ガスがシラン系ガスで前記第２反応ガスがアンモニアガスの第１の組み合わせ、及び前記第１反応ガスがアルミニウムを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第２の組み合わせからなる群から選択された組み合わせを具備する請求項２２に記載のＣＶＤ方法。
【請求項２４】
縦型ＣＶＤ装置において複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施す方法であって、
前記装置は、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
を具備し、
前記方法は、
第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させる第１工程と、
前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させる第２工程と、
を具備し、
前記第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成し、
前記第１反応ガスは、前記処理室の実質的に底部に配置された第１供給孔から供給し、前記第２反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第２供給孔から供給するＣＶＤ方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２反応ガスは、前記第１反応ガスがシラン系ガスで前記第２反応ガスがアンモニアガスの第１の組み合わせ、前記第１反応ガスがアルミニウムを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第２の組み合わせ、及び前記第１反応ガスがタンタルを含む有機金属ガスで前記第２反応ガスが酸化ガスの第３の組み合わせからなる群から選択された組み合わせを具備する請求項２４に記載のＣＶＤ方法。
【請求項２６】
前記第１反応ガスは、１．３３ｋＰａ以下の蒸気圧、または、２５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の結合解離エネルギーを有する請求項２４に記載のＣＶＤ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理システムにおける縦型ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置及び同装置を使用するＣＶＤ方法に関する。ここで、半導体処理とは、ウエハやＬＣＤ(Liquid crystal display)やＦＰＤ（Flat Panel Display）用のガラス基板などの被処理基板上に半導体層、絶縁層、導電層などを所定のパターンで形成することにより、該被処理基板上に半導体デバイスや、半導体デバイスに接続される配線、電極などを含む構造物を製造するために実施される種々の処理を意味する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、半導体ウエハに対してＣＶＤ処理やパターンエッチング処理が繰り返し施される。半導体デバイスが高密度化及び高集積化するに伴って、ＣＶＤ処理に求められる仕様は年々厳しくなっている。例えばキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化と、高い絶縁性とが要求されている。
【０００３】
ＣＶＤ処理に関して、形成される膜の質を向上させるための技術として、所謂ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）が知られている。ＡＬＤでは、少なくとも２つの反応ガスをパルス状に交互に供給することにより、一方の反応ガスをウエハに吸着させる工程と、他方の反応ガスを吸着反応ガスに対して作用させる工程とを繰り返す。このようにして、各工程サイクルで形成される薄い層を積層することにより、所定の厚さの膜を形成する。
【０００４】
一方、半導体デバイスの製造において、被処理基板、例えば半導体ウエハに、半導体処理を施す装置として、多数枚のウエハを一度に熱処理する縦型熱処理装置が知られている。通常、縦型熱処理装置は、ウエハを収納するための気密な縦型の処理室（反応管）を有する。処理室の底部にはロードポートが形成され、これはエレベータによって昇降される蓋体によって選択的に開放及び閉鎖される。
【０００５】
処理室内おいてウエハはウエハボートと呼ばれる保持具により、水平に且つ互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持される。ウエハボートは、ウエハを搭載すると共に蓋体上に支持された状態で、エレベータによってロードポートを通して処理室内にロード及びアンロードされる。
【０００６】
特許文献１は、ＡＬＤ型のＣＶＤ処理を行う縦型熱処理装置の１つの例を開示する。この公報に開示の装置は、内筒及び外筒からなる２重管構造の処理室を有する。交互供給される２つの反応ガスの夫々は、内筒の底部から供給され、積重ねられたウエハの間を通過した後、内筒の頂部から排出路に流される。
【０００７】
特許文献２及び特許文献３は、ＡＬＤ型のＣＶＤ処理を行う縦型熱処理装置の別の例を開示する。これらの公報の夫々に開示の装置は、単管構造の処理室を有し、その内部に、２つの反応ガスに共通のバッファ室が垂直方向に延びるように形成される。バッファ室は、積重ねられたウエハの実質的に全体に亘るように配列された供給孔を有する。２つの反応ガスは交互にバッファ室内に供給され、供給孔から基板に対して供給される。
【特許文献１】米国特許第６，５８５，８２３Ｂ１公報
【特許文献２】特開２００３−４５８６４号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
後述するように、本発明者によれば、上記従来の装置では、ウエハ上に形成された膜の質及び厚さ等の特性に関して面間均一性（ウエハ間の均一性）が悪い、或いは反応ガスを効率よく交換することができないために生産性が低下する、などの問題があることが見出されている。本発明は、これらの問題の少なくとも１つを解消することができる、半導体処理システムにおける縦型ＣＶＤ装置及び同装置を使用するＣＶＤ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の視点は、複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施すための縦型ＣＶＤ装置であって、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記供給系は、第１反応ガスを供給する第１反応ガスラインに接続された複数の第１供給孔と、第２反応ガスを供給する第２反応ガスラインに接続された複数の第２供給孔とを具備することと、前記第１供給孔のセット及び前記第２供給孔のセットの夫々は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列されることと、
第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成するように、前記装置の動作を制御する制御部と、前記第１工程は、前記第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させることと、前記第２工程は、前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させることと、
を具備する。
【００１０】
本発明の第２の視点は、複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施すための縦型ＣＶＤ装置であって、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、前記供給系は、第１反応ガスを供給する第１反応ガスラインに接続された第１供給孔と、第２反応ガスを供給する第２反応ガスラインに接続された複数の第２供給孔とを具備することと、前記第１供給孔は、前記処理室の実質的に底部に配置されることと、前記第２供給孔は、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列されることと、
第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成するように、前記装置の動作を制御する制御部と、前記第１工程は、前記第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させることと、前記第２工程は、前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させることと、
を具備する。
【００１１】
本発明の第３の視点は、縦型ＣＶＤ装置において複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施す方法であって、
前記装置は、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
を具備し、
前記方法は、
第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させる第１工程と、
前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させる第２工程と、
を具備し、
前記第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成し、
前記第１反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第１供給孔から供給し、前記第２反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第２供給孔から供給する。
【００１２】
本発明の第４の視点は、縦型ＣＶＤ装置において複数の被処理基板に対して一緒にＣＶＤ処理を施す方法であって、
前記装置は、
前記被処理基板を収納する気密な処理室と、
前記処理室内で前記被処理基板を互いに間隔をあけて積重ねた状態で保持する保持具と、
前記処理室の内部雰囲気を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に処理ガスを供給する供給系と、
を具備し、
前記方法は、
第１及び第２反応ガスの一方のガスを供給すると共に他方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に前記一方のガスを吸着させる第１工程と、
前記他方のガスを供給すると共に前記一方のガスを停止することにより、前記被処理基板の表面に吸着する前記一方のガスに、前記他方のガスを作用させる第２工程と、
を具備し、
前記第１及び第２工程を複数繰り返し実行することにより、前記第１及び第２反応ガスに由来する薄膜を前記被処理基板上に形成し、
前記第１反応ガスは、前記処理室の実質的に底部に配置された第１供給孔から供給し、前記第２反応ガスは、積重ねられた前記被処理基板の実質的に全体に亘るように前記被処理基板のエッジの横で垂直方向に配列された複数の第２供給孔から供給する。
【００１３】
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被処理基板上に形成された膜の特性に関して面間均一性を向上させる、或いは反応ガスを効率よく交換することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、本発明の開発の過程で、ＡＬＤ型のＣＶＤ処理を行う縦型熱処理装置における問題点について研究した。その結果、本発明等は、以下に述べるような知見を得た。
【００１６】
特許文献１に開示の装置の場合、処理条件（温度、ガス流量、圧力、時間）によるが、反応ガスの導入側（底部）に近いウエハの方が処理ガスの分子の吸着量が多くなりやすい。このため、ウエハの垂直方向の位置に依存して、膜質や膜厚が異なってしまう（面間均一性が悪い）。また、ウエハ間に反応ガスが滞留しやすく、反応ガスを効率よく交換することができない。このため、各反応ガスの供給パルス間のパージに時間が掛り、生産性が低下する。
【００１７】
特許文献２及び特許文献３に開示の装置の場合、２つの反応ガスが交互に一旦供給される共通のバッファ室内に反応ガスが残留しやすい。このため、反応副生成物がバッファ室内に堆積する或いは供給孔を部分的に塞ぐという問題が生じ、設計通りのガス供給ができなくなる。この問題を解消するには、各反応ガスの供給パルス間のパージに時間を掛ける必要があり、生産性が低下する。
【００１８】
以下に、このような知見に基づいて構成された本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１９】
＜第１実施形態＞  
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図である。図２は、図１に示す装置の平面図である。図３は、図１に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図である。このＣＶＤ装置２は、シラン系ガス（シリコンソースガス）から実質的になる第１ガスと、窒化ガスから実質的になる第２ガスと、炭化水素ガスから実質的になる第３ガスと、を交互に供給し、シリコン窒化膜を形成するように構成される。一例として、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）とＮＨ３を用いてシリコン窒化膜を堆積する際に、炭化水素ガスを供給して膜中に炭素成分を含有させる。
【００２０】
図１に示すように、ＣＶＤ装置２は、筒体状の石英製の内筒４と、その外側に所定の間隙１０を介して同心円状に配置した石英製の外筒６と、よりなる２重管構造の処理室８を有する。処理室８の外側は、加熱ヒータ等の加熱手段１２と断熱材１４とを備えた加熱カバー１６により覆われる。加熱手段１２は断熱材１４の内面に全面に亘って配設される。なお、本実施の形態において、処理室８の内筒４の内径は２４０ｍｍ程度、高さは１３００ｍｍ程度の大きさであり、処理室８の容積は略１１０リットル程度である。
【００２１】
処理室８の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１８によって支持される。内筒４の下端は、マニホールド１８の内壁より内側へ突出させたリング状の支持板１８Ａにより支持される。被処理基板である半導体ウエハＷを多段に載置した石英製のウエハボート２０が、マニホールド１８の下方から、処理室８に対してロード／アンロードされる。本実施の形態の場合において、ウエバボート２０には、例えば１００〜１５０枚程度の直径が２００ｍｍのウエハが略等ピッチで多段に支持可能となる。なお、ウエハＷのサイズ及び収容枚数はこれに限定されず、例えば直径３００ｍｍのウエハに対しても適用できる。
【００２２】
ウエハボート２０は、石英製の保温筒２２を介して回転テーブル２４上に載置される。回転テーブル２４は、マニホールド１８の下端開口部を開閉する蓋部２６を貫通する回転軸２８上に支持される。回転軸２８の貫通部には、例えば磁性流体シール３０が介設され、回転軸２８が気密にシールされた状態で回転可能に支持される。また、蓋部２６の周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３２が介設され、処理室８内のシール性が保持される。
【００２３】
回転軸２８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３４に支持されたアーム３６の先端に取り付けられる。昇降機構３４により、ウエハボート２０及び蓋部２６等が一体的に昇降される。マニホールド１８の側部には、内筒４と外筒６との間隙１０の底部から処理室８内の雰囲気を排出する排気口３８が形成される。排気口３８は、真空ポンプ等を有する真空排気部３９に接続される。
【００２４】
マニホールド１８の側部には、内筒４内に所定の処理ガスを供給するためのガス供給部４０が配設される。具体的には、ガス供給部４０は、シラン系ガス供給系４２と、窒化ガス供給系４４と、炭化水素ガス供給系４６とを含む。各ガス供給系４２、４４、４６は、水平方向に並んでマニホールド１８の側壁を貫通して設けられたガスノズル４８、５０、５２を夫々有する。なお、便宜的に、図１では、ガスノズル４８、５０、５２は、垂直方向に並んでマニホールド１８の側壁を貫通するように示される。
【００２５】
各ガスノズル４８、５０、５２は、処理室８の底部で直角に折れ曲がり、ウエハボート２０に沿って最上部まで垂直に延在する。ガスノズル４８、５０、５２は、水平方向に並んでマニホールド１８の側壁を貫通し、それらの垂直部分も、図２に示すように、ウエハボート２０の周囲に沿って並べられる。図３に示すように、各ガスノズル４８、５０、５２の垂直部分には、処理ガスを供給する多数の供給孔５３が形成される。供給孔５３は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。
【００２６】
各ガスノズル４８、５０、５２には、マスフローコントローラのような流量制御器５４、５６、５８と、切替え弁５５、５７、５９とを夫々介設したガス流路６０、６２、６４が夫々接続される。ガス流路６０、６２、６４は、シラン系ガス、窒化ガス、炭化水素ガスを夫々流量制御しつつ供給できるように構成される。ここで、例えばシラン系ガスとしてＤＣＳガスが使用され、窒化ガスとしてはＮＨ３ガスが使用され、そして、炭化水素ガスとしてはエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスが使用される。
【００２７】
また、ガス供給部４０は、不活性ガス（キャリアガス或いはパージガスとして使用される）を供給する不活性ガス供給系７２を含む。不活性ガス供給系７２は、各ガス流路６０、６２、６４に個々に接続された不活性ガスライン７６ａ、７６ｂ、７６ｃを有する。各不活性ガスライン７６ａ、７６ｂ、７６ｃには、マスフローコントローラのような流量制御器７４ａ、７４ｂ、７４ｃと、切替え弁７５ａ、７５ｂ、７５ｃとが夫々介設される。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２或いはＡｒ等が使用される。
【００２８】
即ち、第１実施形態の装置においては、ガス供給系４２、４４、４６は、夫々が対応の反応ガスと不活性ガスとを選択的に或いは同時に供給可能なガスノズル４８、５０、５２を有する。各ノズル４８、５０、５２には、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列された供給孔５３が形成される。一方、ウエハＷの周囲には、内筒４の内面に沿って、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に延在する内側排気路９が形成される。内側排気路９は、真空排気部３９に接続された内筒４と外筒６との間の間隙（外側排気路）１０と、内筒４の上端部で連通する。
【００２９】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれるＣＶＤ方法について説明する。なお、以下に述べる方法（ガスの供給及び停止を含む）は、予めＣＰＵ５の記憶部５ｓに予め記憶された、ＣＶＤ処理の処理レシピ、例えば、形成されるシリコン窒化膜の膜厚に応じて行うことができる。記憶部５ｓにはまた、処理ガス流量とシリコン窒化膜の膜厚との関係が予め制御データとして記憶される。従って、ＣＰＵ５は、これらの記憶された処理レシピや制御データに基づいて、ガス供給部４０等を制御することができる。
【００３０】
まず、ＣＶＤ装置がウエハをロードしていない待機状態にある時は、処理室８内を処理温度、例えば５５０℃程度に維持する。一方、多数枚、例えば１００枚のウエハＷを搭載した常温のウエハボート２０を、処理室８内にその下方より上昇させて処理室８内にロードする。そして、蓋部２６でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより処理室８内を密閉する。
【００３１】
次に、処理室８内を真空引きして所定の処理圧力に維持すると共に、ウエハ温度を成膜用の処理温度に上昇させる。温度安定後、所定のシラン系ガスであるＤＣＳガスと、窒化ガスであるアンモニアガスと、炭化水素ガスであるエチレンガスとを、夫々流量制御しつつガス供給部４０の各ノズル４８、５０、５２から供給する。この際、以下に述べるようなガス供給パターンを使用し、シリコン窒化膜を形成する。なお、成膜の全期間に亘って処理室８内が真空引きされる。
【００３２】
図４は、本発明の第１実施形態に係るガス供給パターンを示すタイミングチャートである。図４に示すように、３種類の反応ガスの供給時期、即ち供給のタイミングは互いに異なる。即ち、まずＤＣＳガスを供給し（Ｔ１）、次にＮＨ３ガスを供給し（Ｔ３）、最後にＣ２Ｈ４ガスを供給する（Ｔ５）、という１サイクルを複数回連続的に行う。ガス供給期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５の間に、３種類の反応ガスの全てを停止して不活性ガスでパージを行う間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６を設ける。
【００３３】
ＤＣＳガスの流量は５０〜２０００ｓｃｃｍ、例えば３００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量は１５０〜５０００ｓｃｃｍ、例えば１０００ｓｃｃｍ、Ｃ２Ｈ４ガスの流量は５０〜２０００ｓｃｃｍ、例えば５００ｓｃｃｍである。処理温度は４５０〜６００℃、例えば５５０℃で一定であり、処理圧力は、ガス供給期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５では１３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ、例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６では１３〜１３３Ｐａ、例えば４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）である。１回（１パルス）のガス供給期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５は１５〜６０秒で、間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６は３０〜１８０秒である。例えば、ガス供給期間が３０秒で間欠期間が３０秒とすると、１サイクルＴ１〜Ｔ６の長さは３分程度である。
【００３４】
各サイクルＴ１〜Ｔ６において、ウエハＷの表面上では以下のようにプロセスが進行する。即ち、第１反応ガスであるＤＣＳガスを供給する第１の供給期間Ｔ１では、ウエハＷの表面にＤＣＳガスが吸着する。第２反応ガスであるＮＨ３ガスを供給する第２の供給期間Ｔ３では、ウエハＷの表面に吸着するＤＣＳガスにＮＨ３ガスが作用し、シリコン窒化物からなる単位層がウエハＷの表面上に形成される。そして、第３反応ガスであるＣ２Ｈ４ガスを供給する第３の供給期間Ｔ５では、Ｃ２Ｈ４ガスのＣ＝Ｃ二重結合のうちのπ結合が開裂してシリコン窒化物と反応し、炭素成分がシリコン窒化物からなる単位層中に含有される。このようにして、各サイクルＴ１〜Ｔ６で形成される薄い単位層を積層することにより、所定の厚さの炭素成分含有シリコン窒化膜を形成する。
【００３５】
間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６では、不活性ガスでパージを行うことにより、ウエハＷの表面上から不要なガスを排出する。成膜の全期間Ｔ１〜Ｔ６に亘って処理室８内が真空引きされるため、３種類のガスの供給を停止すると共に、各ノズル４８、５０、５２の供給孔５３から不活性ガスとして例えばＮ２ガスのみを供給することにより、パージ処理を行うことができる。なお、不活性ガスを供給せずに、処理室８内の真空引きのみを継続させてもよい。
【００３６】
このように、シリコン窒化膜を成膜する際に、炭化水素ガスとして例えばＣ２Ｈ４ガスを処理室８内へ供給することにより、ウエハ表面に形成されるシリコン窒化膜中に炭素成分が含有された状態となる。これにより、従来の成膜温度、例えば７６０℃程度よりも低い温度、例えば５５０℃で成膜したにもかかわらず、シリコン窒化膜の表面のクリーニング処理時やエッチング処理時に用いられる希フッ酸に対するエッチングレートを小さくできる。その結果、クリーニング処理時にシリコン窒化膜が過度に削り取られることを防止して、この膜厚の制御性を向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜がエッチングストッパ膜としての機能も十分に果すことができるようになる。
【００３７】
なお、間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６は、ウエハＷの表面上に形成される膜の質を向上させる改質期間として機能する。間欠期間における、改質作用は次のように進行するものと考えられる。即ち、炭素原子を含有するシリコン窒化膜の成膜時には、この薄膜の最表面にＤＣＳガス中の堆積時に脱離できなかったＣｌ原子が活性化状態で結合する。ＤＣＳガスの供給が停止される間欠期間において、Ｃ２Ｈ４ガスやＮＨ３ガス中のＣ原子やＮ原子が上記薄膜最表面のＣｌ原子と置換されて膜中のＣｌ成分が減少し、結果的にエッチングレートが低下する。特に、Ｃ２Ｈ４ガスを用いた場合には、シリコン窒化膜中に取り込まれるＣ原子の量が増加することとなるのでエッチングレートを一層抑制することが可能となる。
【００３８】
第１実施形態の装置においては、ガス供給期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５において、３種類のガスの夫々が、対応のノズル４８、５０、５２の供給孔５３からウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図３、矢印Ａ１参照）。また、パージ期間として機能する間欠期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６において、不活性ガスが、対応のノズル４８、５０、５２の供給孔５３からウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図３、矢印Ａ１参照）。これらの供給されたガスは、真空排気部３９の作用下で、ウエハＷ間から、ウエハＷのエッジに沿って垂直に延びる内側排気路９に沿って上方に排出される（図３、矢印Ａ２参照）。
【００３９】
このようなガスの供給及び排出により、ウエハＷの垂直方向の位置に関わらず、全てのウエハＷに対して均等に反応ガスを供給することができる。従って、ウエハＷ上に形成された膜の質及び厚さ等の特性に関して面間均一性（ウエハ間の均一性）が向上する。また、ウエハＷ間への強制的なガス供給により、ウエハＷの表面上での反応ガスの交換を効率よく行うことができる。従って、パージ期間（間欠期間）を短くして、各サイクルＴ１〜Ｔ６を短縮でき、その分生産性が向上する。
【００４０】
また、各ノズル４８、５０、５２を通して不活性ガスを供給するため、各ノズル４８、５０、５２内や供給孔５３に副生成物が堆積するのを防止することができる。この観点からは、パージ期間において、不活性ガスを供給するのは、少なくともその直前に反応ガスを供給したノズルからだけでよく、他のノズルからの不活性ガスの供給は任意である。
【００４１】
＜第２実施形態＞  
図５は、本発明の第２実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図である。図６は、図５に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図である。この装置も、シラン系ガスであるＤＣＳガスと、窒化ガスであるアンモニアガスと、炭化水素ガスであるエチレンガスとを交互に供給し、シリコン窒化膜を形成するように構成される。
【００４２】
図５に示す装置は、図１に示す装置と類似するが、排気系に関して異なる構成を有する。図５及び図６に示すように、ガスノズル４８、５０、５２の供給孔５３が配列された第１側と対向する第２側で、内筒４Ｘの壁に複数の排気孔８１が形成される。排気孔８１は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。排気孔８１は、真空排気部３９に接続された内筒４Ｘと外筒６との間の間隙（外側排気路）１０と連通する。なお、内筒４Ｘの頂部は、ガスが流れ出ないように、天板８０により完全に閉鎖される。
【００４３】
図５に示す装置を用いて行なわれるＣＶＤ方法は、図１に示す装置を参照して説明したものと概ね同じである。この際の、ガス供給パターンは、図４のタイミングチャートに示すようなものとなる。図５に示す装置においても、ガスノズル４８、５０、５２の供給孔５３からのガスは、ウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図６、矢印Ａ５参照）。一方、供給されたガスは、真空排気部３９の作用下で、ウエハＷ間から概ね水平に排気孔８１に吸い込まれ、外側排気路１０へ排出される（図６、矢印Ａ６参照）。
【００４４】
このようなガスの供給及び排出により、図５に示す装置では、図１に示す装置による効果に加えて次のような効果が得られる。即ち、排気孔８１によってウエハＷ間のガスがウエハＷの表面に対して概ね平行に吸い込まれるため、各ウエハＷの表面上の一端から他端まで均一な層流が形成されやすくなる。従って、各ウエハＷ上に形成された膜の質及び厚さ等の特性に関して面内均一性（各ウエハの表面上の均一性）が向上する。また、排気孔８１がウエハＷのエッジに隣接して配列されるため、ウエハＷ間からのガスの排出を更に効率よく行うことができる。従って、パージ期間（間欠期間）を短くして、各サイクルＴ１〜Ｔ６を短縮でき、その分生産性が向上する。
【００４５】
＜第３実施形態＞  
図７は、本発明の第３実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図である。図８は、図７に示す装置の平面図である。この装置も、シラン系ガスであるＤＣＳガスと、窒化ガスであるアンモニアガスと、炭化水素ガスであるエチレンガスとを交互に供給し、シリコン窒化膜を形成するように構成される。
【００４６】
図７に示す装置は、図５に示す装置と類似するが、処理室８Ｘが内筒を有しておらず、単一の筒からなる。処理室８Ｘ内で、垂直に延びるガスノズル４８、５０、５２と、垂直に延びる偏平な排気管８５とが、積重ねられたウエハＷを挟んで（従って、ウエハボート２０を挟んで）対向するように配設される。排気管８５は、石英製の筒の内面上に気密に溶接されたケーシング８７によって規定され、そのウエハＷに対向する壁には複数の排気孔８６が形成される。排気孔８６は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。
【００４７】
図７に示す装置は、処理室８Ｘが単筒構造であるが、図５に示す装置のそれらと概ね同じ作用・効果を得ることができる。
【００４８】
＜第４実施形態＞  
図９は、本発明の第４実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図である。この装置も、シラン系ガスであるＤＣＳガスと、窒化ガスであるアンモニアガスと、炭化水素ガスであるエチレンガスとを交互に供給し、シリコン窒化膜を形成するように構成される。
【００４９】
図９に示す装置は、図５に示す装置と類似するが、処理室８内の雰囲気を排出する排気口３８Ｘが、外筒６の頂部に形成される。排気口３８Ｘは、加熱カバー１６（図１参照）の頂部を貫通する配管を介して、真空ポンプ等を有する真空排気部３９に接続される。このように、処理室８の排気口３８Ｘを頂部に配置することにより、装置全体をコンパクトに纏めることができる。その他、図９に示す装置によっても、図５に示す装置のそれらと概ね同じ作用・効果を得ることができる。
【００５０】
＜第１乃至第４実施形態の共通事項＞  
図４のタイミングチャートに示す反応ガスの供給の順番は一例であり、任意に変更することができる。しかし、シリコン表面を有する被処理基板に対しては、Ｃを含む処理ガスを最初に供給し、シリコン表面にＳｉ−Ｃ結合を形成することにより、これを保護することが望ましい。即ち、最初にＤＣＳガスを単独で（或いはＣ２Ｈ４ガスと同時でもよい）流し、その後にＮＨ３ガスを流すことが望ましい。もし、ＮＨ３ガスを先に流すとウエハ面で耐薬品性の弱い（エッチングされ易い）Ｎ−Ｓｉ結合が形成される。これを防止するために、先にＤＣＳガス及び／またはＣ２Ｈ４ガスを流すことにより、耐薬品性の強い（エッチングされ難い）Ｓｉ−Ｃ結合を形成する。
【００５１】
シリコン窒化膜に炭素成分を含有させるための炭化水素ガスとしてＣ２Ｈ４（エチレン）が例示される。この点に関し、炭化水素ガスとして、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される１または２以上のガスを用いることができる。例えば、炭化水素ガスとしてエタンを用いる場合には、これを５００〜１０００℃程度に予備加熱した後に処理室８内へ供給するのが好ましい。
【００５２】
なお、炭化水素ガスであるＣ２Ｈ４ガスは、シリコン窒化膜の希フッ酸に対するエッチングレートを小さくするために使用される。従って、シリコン窒化膜の用途によっては、炭化水素ガスの供給は不要であり、即ち、炭化水素ガス供給系４６（図１参照）は不要となる。この場合、図４のタイミングチャートにおいて、シリコン窒化膜の単位層を形成する１サイクルは、期間Ｔ１〜Ｔ４によって構成されることとなる。
【００５３】
シリコン窒化膜を形成するためのシラン系ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）が例示される。この点に関し、第１乃至第４実施形態に係る装置に適した、シリコン窒化膜を形成するためのシラン系ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）からなる群より選択される１または２以上のガスを用いることができる。
【００５４】
第１乃至第４実施形態に係る装置は、シリコン窒化膜以外の膜を形成する場合にも適用することができる。その１例は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成する場合である。この場合、第１反応ガスとして、アルミニウムを含む有機金属ガス、例えばＡｌ（ＣＨ３）３が使用され、第２反応ガスとして、酸化ガス、例えばＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏが使用される。
【００５５】
第１乃至第４実施形態に係る装置では、全てのガスノズル４８、５０、５２が最上部のウエハＷまで延びるため、これらに流す反応ガスの種類は考慮しなければならない。即ち、反応ガスが、結合解離エネルギーの低い場合（分解しやすい）、或いは、蒸気圧が低い場合（最上部までガスが均等に供給し難い）は、垂直方向に長いノズルは適さない。かかる観点から、ガスノズル４８、５０、５２で使用するガスは、蒸気圧が２．６６ｋＰａ以上で、結合解離エネルギーが２５０ｋＪ／ｍｏｌ以上であることが望ましく、更に、蒸気圧が４ｋＰａ以上で、結合解離エネルギーが３００ｋＪ／ｍｏｌ以上であることがより望ましい。
【００５６】
＜第５実施形態＞  
図１０は、本発明の第５実施形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図である。図１１は、図１０に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図である。このＣＶＤ装置１０２は、タンタルを含む有機金属ガスから実質的になる第１ガスと、酸化ガスから実質的になる第２ガスとを交互に供給し、タンタル酸化膜を形成するように構成される。一例として、タンタルの金属アルコキシド、例えばＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５（ペンタエトキシタンタル：ＰＥＴ）ガスと、Ｈ２Ｏガス（水蒸気）とを用いてタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）を堆積する。
【００５７】
図１０に示す装置は、図１に示す装置と類似するが、堆積膜が異なるため、ガス供給部と制御系とが大きく相違する。即ち、マニホールド１８の側部には、内筒４内に所定の処理ガスを供給するためのガス供給部１４０が配設される。具体的には、ガス供給部１４０は、有機金属ガス供給系１４２と、酸化ガス供給系１４４とを含む。各ガス供給系１４２、１４４は、水平方向に並んでマニホールド１８の側壁を貫通して設けられたガスノズル１４８、１５０を夫々有する。なお、便宜的に、図１０では、ガスノズル１４８、１５０は、垂直方向に並んでマニホールド１８の側壁を貫通するように示される。
【００５８】
有機金属ガスとしてＰＥＴを供給するガスノズル１４８は処理室８の底部で上向きに開口する。酸化ガスとして水蒸気を供給するガスノズル１５０は、処理室８の底部で直角に折れ曲がり、ウエハボート２０に沿って最上部まで垂直に延在する。図１１に示すように、ガスノズル１５０の垂直部分には、処理ガスを供給する多数の供給孔１５３が形成される。供給孔１５３は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。
【００５９】
各ガスノズル１４８、１５０には、マスフローコントローラのような流量制御器１５４、１５６と、切替え弁１５５、１５７とを夫々介設したガス流路１６０、１６２が夫々接続される。ガス流路１６０、１６２は、有機金属ガス、酸化ガスを夫々流量制御しつつ供給できるように構成される。ここで、例えば有機金属ガスとしてＰＥＴガスが使用され、酸化ガスとしては水蒸気が使用される。
【００６０】
また、ガス供給部１４０は、不活性ガス（キャリアガス或いはパージガスとして使用される）を供給する不活性ガス供給系７２を含む。不活性ガス供給系７２は、各ガス流路１６０、１６２に個々に接続された不活性ガスライン７６ａ、７６ｂを有する。各不活性ガスライン７６ａ、７６ｂには、マスフローコントローラのような流量制御器７４ａ、７４ｂと、切替え弁７５ａ、７５ｂとが夫々介設される。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２或いはＡｒ等が使用される。
【００６１】
即ち、第５実施形態の装置においては、ガス供給系１４２、１４４は、夫々が対応の反応ガスと不活性ガスとを選択的に或いは同時に供給可能なガスノズル１４８、１５０を有する。ガスノズル１４８には、処理室８の底部で上向きに開口する供給孔が形成される。ガスノズル１５０には、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列された供給孔１５３が形成される。一方、ウエハＷの周囲には、内筒４の内面に沿って、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に延在する内側排気路９が形成される。内側排気路９は、真空排気部３９に接続された内筒４と外筒６との間の間隙（外側排気路）１０と、内筒４の上端部で連通する。
【００６２】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれるＣＶＤ方法について説明する。なお、以下に述べる方法（ガスの供給及び停止を含む）は、予めＣＰＵ５の記憶部５ｓに予め記憶された、ＣＶＤ処理の処理レシピ、例えば、形成されるタンタル酸化膜の膜厚に応じて行うことができる。記憶部５ｓにはまた、処理ガス流量とタンタル酸化膜の膜厚との関係が予め制御データとして記憶される。従って、ＣＰＵ５は、これらの記憶された処理レシピや制御データに基づいて、ガス供給部１４０等を制御することができる。
【００６３】
まず、ＣＶＤ装置がウエハをロードしていない待機状態にある時は、処理室８内を処理温度、例えば３００℃程度に維持する。一方、多数枚、例えば１００枚のウエハＷを搭載した常温のウエハボート２０を、処理室８内にその下方より上昇させて処理室８内にロードする。そして、蓋部２６でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより処理室８内を密閉する。
【００６４】
次に、処理室８内を真空引きして所定の処理圧力に維持すると共に、ウエハ温度を成膜用の処理温度に上昇させる。温度安定後、所定の有機金属ガスであるＰＥＴガスと、酸化ガスである水蒸気とを、夫々流量制御しつつガス供給部１４０の各ノズル１４８、１５０から供給する。この際、以下に述べるようなガス供給パターンを使用し、タンタル酸化膜を形成する。なお、成膜の全期間に亘って処理室８内が真空引きされる。
【００６５】
図１２は、本発明の第５実施形態に係るガス供給パターンを示すタイミングチャートである。図１２に示すように、２種類の反応ガスの供給時期、即ち供給のタイミングは互いに異なる。即ち、まず水蒸気を供給し（Ｔ１１）、次にＰＥＴガスを供給する（Ｔ１３）という１サイクルを複数回連続的に行う。なお、ＰＥＴガスはＮ２ガス等の不活性ガスをキャリアガスとして供給する。ガス供給期間Ｔ１１、Ｔ１３の間に、２種類の反応ガスの全てを停止して不活性ガスでパージを行う間欠期間Ｔ１２、Ｔ１４を設ける。
【００６６】
水蒸気の流量は１０〜１０００ｓｃｃｍ、ＰＥＴガスの流量はＰＥＴの液体換算で０．０５〜５．０ｍｌ／ｍｉｎ程度、キャリアガスとしてのＮ２ガスの流量は１０００ｓｃｃｍである。処理温度は２００〜４５０℃で一定であり、処理圧力は、ガス供給期間Ｔ１１、Ｔ１３では１３〜１３３Ｐａ、間欠期間Ｔ１２、Ｔ１４では１３〜１３３Ｐａである。１回（１パルス）のガス供給期間Ｔ１１、Ｔ１３は６０〜１２０秒で間欠期間Ｔ１２、Ｔ１４は３０〜６０秒である。従って、例えば、ガス供給期間が６０秒で間欠期間が３０秒とすると、１サイクルＴ１１〜Ｔ１４の長さは３分程度である。
【００６７】
各サイクルＴ１１〜Ｔ１４において、ウエハＷの表面上では以下のようにプロセスが進行する。即ち、第１反応ガスである水蒸気を供給する第１の供給期間Ｔ１１では、ウエハＷの表面に水蒸気が吸着する。第２反応ガスであるＰＥＴガスを供給する第２の供給期間Ｔ１３では、ウエハＷの表面に吸着する水蒸気にＰＥＴガスが作用し、タンタル酸化物からなる単位層がウエハＷの表面上に形成される。このようにして、各サイクルＴ１１〜Ｔ１４で形成される薄い単位層を積層することにより、所定の厚さのタンタル酸化膜を形成する。
【００６８】
間欠期間Ｔ１２、Ｔ１４では、不活性ガスでパージを行うことにより、ウエハＷの表面上から不要なガスを排出する。成膜の全期間Ｔ１１〜Ｔ１４に亘って処理室８内が真空引きされるため、２種類のガスの供給を停止すると共に、各ノズル１４８、１５０の供給孔１５３から不活性ガスとして例えばＮ２ガスのみを供給することにより、パージ処理を行うことができる。なお、不活性ガスを供給せずに、処理室８内の真空引きのみを継続させてもよい。
【００６９】
このように、薄い単位層を積層して成膜することにより、表面性状が良好で且つ電気的特性に優れたタンタル酸化膜を提供することができる。ここで、間欠期間Ｔ１２、Ｔ１４は、ウエハＷの表面上に形成される膜の質を向上させる改質期間として機能する。
【００７０】
第５実施形態の装置においては、ガス供給期間Ｔ１１において、水蒸気がノズル１５０の供給孔１５３からウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図１１、矢印Ａ１１参照）。また、パージ期間として機能する間欠期間Ｔ１２において、不活性ガスがノズル１５０の供給孔１５３からウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図１１、矢印Ａ１１参照）。これらの供給されたガスは、真空排気部３９の作用下で、ウエハＷ間から、ウエハＷのエッジに沿って垂直に延びる内側排気路９に沿って上方に排出される（図１１、矢印Ａ１２参照）。
【００７１】
このようなガスの供給及び排出により、ウエハＷの垂直方向の位置に関わらず、全てのウエハＷに対して均等に水蒸気を供給することができる。従って、ウエハＷ上に形成された膜の質及び厚さ等の特性に関して面間均一性（ウエハ間の均一性）が向上する。また、ウエハＷ間への強制的なガス供給により、ウエハＷの表面上での反応ガスの交換を効率よく行うことができる。従って、パージ期間（間欠期間）を短くして、各サイクルＴ１１〜Ｔ４を短縮でき、その分生産性が向上する。
【００７２】
一方、結合解離エネルギーが低いＰＥＴガスは、処理室８の底部で開口するノズル１４８の供給孔から供給される。ＰＥＴガスは、真空排気部３９の作用下で上方に移動しながらウエハＷ間を流れる。ノズル１４８には、処理室８内の熱の影響を受ける垂直部分が実質的にないため、ＰＥＴガスがノズル１４８内で分解する（副生成物堆積の原因となる）可能性は低い。
【００７３】
また、各ノズル１４８、１５０を通して不活性ガスを供給するため、各ノズル１４８、１５０内や供給孔１５３に副生成物が堆積するのを防止することができる。この観点からは、パージ期間において、不活性ガスを供給するのは、少なくともその直前に反応ガスを供給したノズルからだけでよく、他のノズルからの不活性ガスの供給は任意である。
【００７４】
＜第６実施形態＞  
図１３は、本発明の第６実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図である。図１４は、図１３に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図である。この装置も、タンタルを含む有機金属ガスであるＰＥＴガスと、酸化ガスである水蒸気とを交互に供給し、タンタル酸化膜を形成するように構成される。
【００７５】
図１３に示す装置は、図１０に示す装置と類似するが、排気系に関して異なる構成を有する。図１３及び図１４に示すように、処理室８内の雰囲気を排出する排気口３８Ｘが、外筒６の頂部に形成される。排気口３８Ｘは、加熱カバー１６（図１１参照）の頂部を貫通する配管を介して、真空ポンプ等を有する真空排気部３９に接続される。
【００７６】
ガスノズル１５０の供給孔１５３が配列された第１側と対向する第２側で、内筒４Ｘの壁に複数の排気孔８１が形成される。排気孔８１は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。排気孔８１は、真空排気部３９に接続された内筒４Ｘと外筒６との間の間隙（外側排気路）１０と連通する。なお、内筒４Ｘの頂部は、ガスが流れ出ないように、天板８０により完全に閉鎖される。
【００７７】
図１３に示す装置を用いて行なわれるＣＶＤ方法は、図１０に示す装置を参照して説明したものと概ね同じである。この際の、ガス供給パターンは、図１２のタイミングチャートに示すようなものとなる。図１３に示す装置においても、ガスノズル１５０の供給孔１５３からのガスは、ウエハＷ間に概ね水平に強制的に送り込まれる（図１４、矢印Ａ１５参照）。また、ノズル１４８の供給孔からのガスは、処理室８の底部から上方に移動しながらウエハＷ間を流れる。一方、供給されたガスは、真空排気部３９の作用下で、ウエハＷ間から概ね水平に排気孔８１に吸い込まれ、外側排気路１０へ排出される（図１４、矢印Ａ１６参照）。
【００７８】
このようなガスの供給及び排出により、図１３に示す装置では、図１０に示す装置による効果に加えて次のような効果が得られる。即ち、排気孔８１によってウエハＷ間のガスがウエハＷの表面に対して概ね平行に吸い込まれるため、各ウエハＷの表面上の一端から他端まで均一な層流が形成されやすくなる。従って、各ウエハＷ上に形成された膜の質及び厚さ等の特性に関して面内均一性（各ウエハの表面上の均一性）が向上する。また、排気孔８１がウエハＷのエッジに隣接して配列されるため、ウエハＷ間からのガスの排出を更に効率よく行うことができる。従って、パージ期間（間欠期間）を短くして、各サイクルＴ１１〜Ｔ１４を短縮でき、その分生産性が向上する。
【００７９】
＜第７実施形態＞  
図１５は、本発明の第７実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図である。図１６は、図１５に示す装置の平面図である。この装置も、タンタルを含む有機金属ガスであるＰＥＴガスと、酸化ガスである水蒸気とを交互に供給し、タンタル酸化膜を形成するように構成される。
【００８０】
図１５に示す装置は、図１３に示す装置と類似するが、処理室８Ｘが内筒を有しておらず、単一の筒からなる。処理室８Ｘ内で、垂直に延びるガスノズル１５０と、垂直に延びる偏平な排気管８５とが、積重ねられたウエハＷを挟んで（従って、ウエハボート２０を挟んで）対向するように配設される。排気管８５は、石英製の筒の内面上に気密に溶接されたケーシング８７によって規定され、そのウエハＷに対向する壁には複数の排気孔８６が形成される。排気孔８６は、積重ねられたウエハＷの実質的に全体に亘るようにウエハＷのエッジの横で垂直方向に配列される。
【００８１】
図１５に示す装置は、処理室８Ｘが単筒構造であるが、図１３に示す装置のそれらと概ね同じ作用・効果を得ることができる。
【００８２】
＜第５乃至第７実施形態の共通事項＞  
図１２のタイミングチャートに示す反応ガスの供給の順番は一例であり、これを逆にしてもよい。タンタル酸化膜を形成するための有機金属ガスとしてＰＥＴが例示されるが、他のタンタルを含む有機金属ガス、例えば、ＴＢＴＤＥＴ（tris-diethylamino-tert-butylimino tantalum: （Ｃ４Ｈ１０Ｎ）３Ｔａ（ＮＣ４Ｈ９））を使用することもできる。また、タンタル酸化膜を形成するための酸化ガスとして水蒸気が例示されるが、他の酸化ガス、例えばＯ２、Ｏ３を使用することもできる。
【００８３】
第５乃至第７実施形態に係る装置は、タンタル酸化膜以外の膜を形成する場合にも適用することができる。例えば、その１例は、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスのような結合解離エネルギーが低いシラン系ガスとＮＨ３ガスとを供給してシリコン窒化膜を形成する処理である。この場合、ノズル１４８からシラン系ガスを供給し、ノズル１５０からＮＨ３ガスを供給する。他の例は、ＴＤＭＡＨ（tetrakis(dimethylamino)hafnium: Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）またはＴＥＭＡＨ（tetrakis(ethylmethylamino)hafnium: Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）］４）ガスと酸化ガスとを供給してハフニウム酸化（ＨｆＯx ）膜を形成する処理である。この場合、ノズル１４８からＴＤＭＡＨまたはＴＥＭＡＨガスを供給し、ノズル１５０から酸化ガスを供給する。
【００８４】
なお、第５乃至第７実施形態に係る装置は、その他の膜を形成する場合にも広く適用することができる。例えば、それらの例は、第１乃至第４実施形態に関して記載した、シラン系ガスと窒化ガスとを供給してシリコン窒化膜を形成する処理、及びアルミニウムを含む有機金属ガスと酸化ガスと供給してアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成する処理である。これら場合、分解しやすい或いは蒸気圧の低いガスを短いノズル１４８から供給することが望ましい。
【００８５】
要約すれば、第５乃至第７実施形態に係る装置は、使用される２つの反応ガスの結合解離エネルギーや蒸気圧等の条件が大きく異なる場合に好適に適用される。即ち、反応ガスが、結合解離エネルギーの低い場合（分解しやすい）、或いは、蒸気圧が低い場合（最上部までガスが均等に供給し難い）は、垂直方向に長いノズル１５０は適さない。従って、蒸気圧が１．３３ｋＰａ以下或いは結合解離エネルギーが２５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の反応ガスは短いノズル１４８から供給する。一方、前述の第１乃至第４実施形態の共通事項で述べたような蒸気圧或いは結合解離エネルギーの条件を満足する反応ガスは長いノズル１５０から供給する。
【００８６】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図。
【図２】図１に示す装置の平面図。
【図３】図１に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るガス供給パターンを示すタイミングチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図。
【図６】図５に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図。
【図８】図７に示す装置の平面図。
【図９】本発明の第４実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図。
【図１１】図１０に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るガス供給パターンを示すタイミングチャート。
【図１３】本発明の第６実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図。
【図１４】図１３に示す装置の処理室の上部を拡大してガスの流れを示す図。
【図１５】本発明の第７実施形態に係るＣＶＤ装置の処理室を示す断面図。
【図１６】図１５に示す装置の平面図。
【符号の説明】
【００８８】
８、８Ｘ…処理室、１２…ヒータ、１４…断熱材、２０…ウエハボート（保持具）、Ｗ…ウエハ、３９…真空排気部（排気系）、４２…シラン系ガス供給系、４４…窒化ガス供給系、４６…炭化水素ガス供給系、４８、５０、５２…ガスノズル、５３…供給孔、１４２…有機金属ガス供給系、１４４…酸化ガス供給系、１４８、１５０…ガスノズル、１５３…供給孔。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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