(57)【要約】【課題】  基板側方からガスを供給しつつ基板を挟んでガス供給側と反対側より排気するタイプの基板処理装置において、基板処理時における基板上の圧力分布を有効に制御して、基板処理の均一性を確保する。【解決手段】  基板８は処理室１内でサセプタ（保持具）３によって保持される。ガス供給口１９、２０は、基板８の側方であって基板８よりも上方に設けられて、基板８よりも上方から基板８に対してガスを供給するように構成される。処理室１内を排気する排気口１６は、基板８を挟んでガス供給口１９、２０と反対側であって、基板８よりも下方に設けられる。基板８と対向する処理室１の上容器２６の上部内壁面２６ａが基板８に対して傾斜するよう構成されている。この上容器上部内壁面２６ａの傾斜は、基板８と対向する上容器上部内壁面２６ａとの対向距離がガス流の上流側から下流側に高くなるように設定されている。【選択図】  図１
2006216597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
処理室内で基板を保持する保持具と、
基板の側方であって基板よりも上方に設けられて前記基板に対してガスを供給する供給口と、
前記供給口と前記基板を挟んで反対側であって前記基板よりも下方に設けられて前記処理室を排気する排気口とを有し、
前記基板と対向する前記処理室の内壁面が前記基板に対して傾斜するよう構成されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記基板と対向する前記処理室の内壁面と前記基板との間の距離がガス流の上流側よりも下流側の方が大きくなるように、前記処理室の内壁面が前記基板に対して傾斜するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の側方からガスを供給する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の微細化に伴い、高品質な半導体膜の要求が高まりつつあるなか、二種類の反応ガスを交互に供給して原子層レベルの堆積膜を形成する成膜方法が注目されている。反応ガスの材料としては、金属含有原料と酸素又は窒素を含有するガスとが用いられる。成膜方法としては、反応の形態から見て二種類ある。一つはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）であり、他の一つはサイクル手法を適用したＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）である。これらの方法は基本的なガス供給方法が共通するので、図６を共通に用いて説明する。図６（ａ）はフローチャート、図６（ｂ）はガス供給のタイミング図である。図示例では、ガス化した金属含有原料を原料Ａ、酸素又は窒素を含有するガスを原料Ｂとしている。
【０００３】
ＡＬＤは、原料Ａを基板へ供給して吸着させ（工程１）、吸着後残留した原料Ａを排気し（工程２）、排気後、原料Ｂを基板へ供給して原料Ａと反応させて成膜し（工程３）、成膜後残留した原料Ｂを排気する（工程４）という４つの工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返す方法である。ガス供給タイミングは、図６（ｂ）に示すように、原料Ａと原料Ｂとを交互に供給する間に、パージガスによる排気を挟むようになっている。
【０００４】
サイクル手法を適用したＭＯＣＶＤは、原料Ａを基板へ供給し熱分解させて基板に成膜し（工程１）、成膜後残留した原料Ａを排気し（工程２）、排気後、原料Ｂを基板へ供給して堆積膜の改質処理を行い（工程３）、改質後残留した原料Ｂを排気する（工程４）という４つの工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返す方法である。ガス供給タイミングは、図６（ｂ）に示すように、原料Ａと原料Ｂとを交互に供給する間に、パージガスによる排気を挟むようになっている。
【０００５】
一般に、原料Ａと原料Ｂは反応性が極めて高い場合が多く、これらの原料を同時に供給した場合、気相反応による異物の発生や膜質の劣る膜の堆積が生じ、歩留まりの低下を招くことになる。そのために、上述した工程２、４では、前の工程で供給した原料が残留しないように、真空引きや不活性ガスによるパージ（排気）を実施している。特に、基板上流部での原料の残留は、直接基板の成膜条件に影響を与えるので、充分なパージが必要であるが、パージに要する時間が長いと、スループットが低下する。
【０００６】
他方、上述した工程１、３においては、ＡＬＤ、サイクル手法を適用したＭＯＣＶＤの双方において、原料Ａ、Ｂの基板上への供給量を均一にすることにより、基板上に形成された膜厚、膜質の均一性向上を図っている。ここで、原料の供給量は、一般に、
（原料の分圧）＝（全圧）×（原料モル分率）              （１）
の関数と考えられる。したがって、基板上を流れるガス流の上流側と下流側とで原料の分圧が異なると、吸着量は均一とはならず、均一性が得られない。
【０００７】
上記成膜方法を実施するための半導体製造装置については、枚葉式装置が主流となっている。枚葉式装置を用いて、膜厚の高精度な制御や、高品質な膜を形成するには、上述した膜厚均一性及びスループットの観点から、ガス供給及び排気方法が重要となる。枚葉装置の基板へのガス供給・排気形態は、構成上から、次の二つに大別することができる。
【０００８】
一つの形態（径方向流しタイプ）は、図７（ａ）に示すように、処理室５０内の基板が保持されている基板保持領域４１の上方のガス供給口４２から基板表面４３の中心部に対してガスを垂直方向に供給し、基板表面４３上を径方向に流して、基板外周から排気口４４に向けてガスを排気する方法である。
他の形態（片側流しタイプ）は、図７（ｂ）に示すように、基板保持領域外４５の片方の側に設けたガス供給口４６から、基板表面４３に対してガスを平行な方向に供給し、基板表面４３上を一方向に流して、ガス供給口４６と反対側に設けた排気口４７から排気する方法である。
【０００９】
図７（ａ）の径方向流しタイプの場合、ガスが当たる基板中心部に膜厚が異常に厚く成膜される異常点が発生し膜厚均一性が悪化する。これを回避するために、この形態のものでは、図７（ｃ）に示すように、ガス供給口４２と基板表面４３との間に多孔板４８を設置し、各孔からガスをシャワー状に流すように改良している。しかし、排気口４４からの距離の違いにより、シリコン基板などの基板上においてガス流に偏りができるため、基板表面４３内に対するガスの供給を均一にできず、膜厚の均一性を確保するのが難しい。
【００１０】
そこで、径方向流しタイプでは、従来、ガス排気路のコンダクタンスを調整することにより、膜厚の均一性を改善しようとするものが種々考えられている。例えば、反応ガスの流れを基板全面にわたって均一化するために、バッフル板の排気孔に近い側の排気コンダクタンス調整孔の流路断面積を反対側よりも小さくしたもの（例えば、特許文献１参照）、バッフル板を備え、バッフル孔の間隔、バッフル孔径、バッフル板肉厚、スリット幅等を変化させるなどして、排ガスを基板の全円周角にわたり偏りがない均等な流量で半径方向に流出させるようにしたもの（例えば、特許文献２参照）、バッフル板を移動させて排気路の開口分布を変化させることにより、排気口とこれと反対側の排気コンダクタンスを変化させ、これにより処理空間内の圧力分布を調整したもの（例えば特許文献３参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開平８−８２３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９０７８号公報
【特許文献３】特開２００３−６８７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献１〜３に記載された装置では、バッフル板により処理空間内の圧力分布を調整しているので、基板上の圧力を等しくして膜厚の均一性を改善することは可能である。
【００１２】
しかし、いずれも多孔板により処理ガスを供給する径方向流しタイプのものであるから、多孔板上流の領域は高圧となり、パージ工程において残留ガスの排気に時間を要することとなる。また、排気口と反対側のコンダクタンス調整用開口に対しては、排気口と反対の方向に向かってガスを流す必要があり、残留ガスを効率的に除去することができず、ガスがバッフル板よりも下方の空間に滞留したり、その空間の内壁に吸着したりして、それがパーティクル発生の原因となることが考えられる。すなわち、特許文献１〜３に記載された装置は、素早い排気ができず、パージ効率が悪くなるものと考えられる。
【００１３】
パージ効率が悪いと、高いパージ効率が要求される処理、例えば頻繁にパージを行うＡＬＤやサイクル手法を適用したＭＯＣＶＤ等のサイクル処理では、上述した成膜方法の工程２、４における残留ガスの排気に時間を要するため、スループットが低下する要因となる。なお、排気時間の短縮のために多孔板と基板との間隔を狭くして、処理空間容積を縮小することも考えられているが、処理空間容積を縮小した場合、基板上に多孔板の孔の跡が転写され、膜厚均一性を確保することが困難になる。
したがって、この径方向流しタイプは、サイクル処理への適用が困難であった。
【００１４】
そこで、枚葉式装置のサイクル処理への適用については、径方向流しタイプよりもパージ効率のよい片側流しタイプが選択される場合が多い。しかしながら、片側流しタイプの場合では、パージ効率は良いものの、基板上に必然的に圧力差が生じるため、基板上の圧力分布を有効に制御できないという欠点があった。
【００１５】
本発明の課題は、基板側方からガスを供給しつつ基板を挟んでガス供給側と反対側より排気するタイプの基板処理装置において、上述した従来技術の問題点を解消して、基板上の圧力分布を有効に制御することが可能な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】
【００１６】
第１の発明は、基板を処理する処理室と、処理室内で基板を保持する保持具と、基板の側方であって基板よりも上方に設けられて前記基板に対してガスを供給する供給口と、前記供給口と前記基板を挟んで反対側であって前記基板よりも下方に設けられて前記処理室を排気する排気口とを有し、前記基板と対向する前記処理室の内壁面が前記基板に対して傾斜するよう構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
【００１７】
基板の側方から処理室内に供給されたガスは、基板上を一方向に流れて、基板よりも下方の排気口から排気される。本発明によれば、基板と対向する処理室内壁面が基板に対して傾斜するよう構成されているので、処理室内壁面の傾斜の程度に応じて基板上のガスの流速分布を調整することができ、基板上の圧力分布を有効に制御することができる。
【００１８】
基板としては、シリコン基板が挙げられる。基板を処理する方法としては、二種類以上のガスを交互に供給して膜を堆積させるＡＬＤ又はサイクル手法を適用したＭＯＣＶＤや、二種類以上のガスを同時に供給して膜を堆積させる通常のＭＯＣＶＤなどが挙げられる。基板の処理内容としては金属酸化膜の成膜などが挙げられる。処理室としては、枚葉式が挙げられる。保持具としては、保持される基板を加熱するサセプタなどが挙げられる。ガスとしては、金属含有原料と酸素又は窒素を含有するガスが挙げられる。基板処理装置としては、枚葉式の処理室を有する半導体製造装置が挙げられる。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、前記基板と対向する前記処理室の内壁面と前記基板との間の距離がガス流の上流側よりも下流側の方が大きくなるように、前記処理室の内壁面が前記基板に対して傾斜するよう構成されていることを特徴とする基板処理装置である。
ガスが基板上を一方向に流れるようにした場合に、特に基板上の下流側よりも上流側の圧力の方が高くなりやすいが、本発明によれば、基板と対向する処理室の内壁面と基板との間の距離がガス流の上流側よりも下流側の方が大きくなるように基板に対して傾斜するよう構成されているので、ガスが下流側へより流れ易くなり、相対的に上流側の圧力が低下し、下流側の圧力が上昇するので、上流側の圧力の方が高くなる傾向を緩和することができる。したがって、基板上の圧力分布が均一化されて、基板処理の均一性が向上する。
【００２０】
第３の発明は、基板を処理室内に搬入する工程と、処理室に搬入された基板の側方であって基板よりも上方から基板に対してガスを供給しつつ、前記基板を挟んで供給側と反対側であって基板よりも下方から排気することにより基板を処理する工程と、処理後の基板を処理室より搬出する工程とを有し、基板処理工程では、基板上のガスの流速分布を調整するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２１】
基板処理工程では、基板の側方から処理室内に供給されたガスは、基板上を一方向に流れて、基板よりも下方の排気口から排気される。本発明によれば、基板上のガスの流速分布を調整するようにしたので、基板上の圧力分布を有効に制御することがる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板上の圧力分布を有効に制御できるので、基板上の処理量を調整でき、基板処理の均一性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施の形態における枚葉式の基板処理装置の縦断面図である。
【００２４】
図１に示すように基板処理装置は、例えば１枚の基板８を内部で略水平姿勢で処理する偏平な処理室１と、処理室１内の基板８に対してガスを供給するガス供給口１９、２０と、処理室１内を排気する排気口１６と、基板８を略水平に保持する保持具としてのサセプタ３と、基板８よりも下方、すなわちサセプタ３よりも下方の空間３３にガスを排出する排出口１１とを主に備える。
【００２５】
処理室１は、上容器２６と下容器２７とにより構成されて、密閉された内部空間で基板８を処理するように構成されている。
【００２６】
上容器２６は、下容器２７の開口を覆う蓋の機能を有しており、蓋の内壁面はフラットではなく傾斜している。すなわち、サセプタ３に保持される基板８の表面と対向する処理室の内壁面としての上容器２６の上部内壁面（以下、上容器上部内壁面という）２６ａは、傾斜面で構成されている。
上容器上部内壁面２６ａの傾斜面は、図示するように、矢印で示すガス流の上流側から下流側に向かって基板８と上容器上部内壁面２６ａとの間の対向距離が漸次大きくなるような傾斜面で構成されている。
【００２７】
上容器２６には、基板８に対してガスを供給する複数の供給口、例えば二つのガス供給口１９、２０が設けられる。ガス供給口１９、２０は、基板８の真上ではなく、基板８の側方となるサセプタ３の側方であって、基板８よりも上方となるサセプタ３の表面レベルよりも上方に設けられる。図示するように、ガス供給口１９、２０と基板８との間には従来の枚葉装置の多孔板４８は設置されていない。
【００２８】
ガス供給口１９、２０は、基板８よりも上方、すなわち処理室１のサセプタ３よりも上方の空間３４に連通している。ガス供給口１９は処理室１内に第１の反応ガス又はパージガスを選択的に供給するように構成される。ガス供給口２０は、ガス供給口１９に隣接して設けられ処理室１内に第２の反応ガス又はパージガスを選択的に供給するように構成される。ガス供給口１９、２０には、ガスを供給するための２系統のラインがそれぞれ連結される。一方の系統は金属酸化膜、例えばアルミニウム酸化膜の有機液体原料であるＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ3）3：トリメチルアルミニウム）を供給するＴＭＡ供給ライン４であり、他方の系統は例えば原料と反応性の高いガスである水を供給する水供給ライン５である。
【００２９】
ＴＭＡ供給ライン４には、常温で液体のＴＭＡ液体を流量制御する液体流量制御手段２２、流量制御されたＴＭＡ液体を気化する気化手段２３、及びＴＭＡ供給ライン４を開閉するバルブ９が設けられる。このＴＭＡ供給ライン４の気化手段２３とバルブ９との間には、Ａｒ供給ライン１７が接続されて、流量制御手段２１で流量制御されたＡｒガスを、バルブ１２を介してＴＭＡ供給ライン４に供給できるように構成されている。
このように構成することによって、ガス供給口１９へのガス導入は次の３通りの選択が可能となる。（１）ＴＭＡ供給ライン４のバルブ９を開け、Ａｒ供給ライン１７のバルブ１２を閉じることによって、気化手段２３で気化したＴＭＡガスのみを、ＴＭＡ供給ライン４から単独でガス供給口１９に導入する。（２）さらにＡｒ供給ライン１７のバルブ１２を開けることによって、ＴＭＡガスとＡｒガスとの混合ガスを、ＴＭＡ供給ライン４からガス供給口１９に導入する。（３）気化手段２３からのＴＭＡガスを止めて、ＴＭＡ供給ライン４からＡｒガスのみを単独でガス供給口１９に導入する。
【００３０】
水供給ライン５には、水を流量制御する液体流量制御手段２４、流量制御された水を気化する気化手段２５、及び水供給ライン５を開閉するバルブ１０が設けられる。この水供給ライン５の気化手段２５とバルブ１０との間には、前述したＡｒ供給ライン１７が分岐ライン１７ａにより分岐接続されて、流量制御手段２１で流量制御されたＡｒガスをバルブ１３を介して水供給ライン５に供給できるように構成されている。
このように構成することによって、ガス供給口２０へのガス導入は次の３通りの選択が可能となる。（１）水供給ライン５のバルブ１０を開け、分岐ライン１７ａのバルブ１３を閉じることによって、気化手段２５で気化した水蒸気のみを、水供給ライン５から単独でガス供給口２０に導入する。（２）さらに、分岐ライン１７ａのバルブ１３を開けることによって、水蒸気とＡｒガスとの混合ガスを、水供給ライン５からガス供給口２０に導入する。（３）気化手段２５からの水蒸気を止めて、水供給ライン５からＡｒガスのみを単独でガス供給口２０に導入する。
【００３１】
下容器２７の一側壁には排気口１６が設けられている。排気口１６は、略水平に保持された基板８を略水平方向から挟んでガス供給口１９、２０と反対側であって、基板８よりも下方となるサセプタ３よりも下方の空間３３に開口している。これにより、排気口１６はサセプタ３よりも下方の空間３３を介して排出口１１と連通する。この排気口１６は、圧力制御手段１５及び真空ポンプ３７を介設した排気配管としてのガス排気ライン６に接続されて、処理室１内の雰囲気を排気するようになっている。処理室１内は、圧力制御手段１５によって所定の圧力に制御できるようになっている。なお、この圧力制御手段１５は使用しなくても構わない。
【００３２】
また、下容器２７の一側壁と対向する他側壁には、基板搬入出口３０が設けられている。この基板搬入出口３０から外側に延出された延出部の開口にゲートバルブ７が設けられ、搬送手段としての搬送ロボット３８により、ゲートバルブ７を介して基板搬入出口３０から基板８を処理室１内外に搬送できるようになっている。
上容器２６と下容器２７とは、例えばアルミニウム、ステンレスなどの金属で構成される。また、上容器２６、下容器２７、基板搬入出口３０の延出部、及びガス排気ライン６の外周にプレート状または繊維状のヒータ３１が設けられ、これら容器壁等を所定温度に加熱できるようになっている。
【００３３】
サセプタ３は、処理室１内に設けられ、円板状をしており、その上に基板８を保持するように構成されている。サセプタ３は、セラミックスヒータなどのヒータ５５を内蔵して基板８を所定温度に加熱するように構成される。サセプタ３は支持軸２９を備えている。支持軸２９は、処理室１の下容器２７の底部中央に設けられた貫通孔２８より鉛直方向に挿入されて、サセプタ３を昇降機構５６により上下動させるようになっている。サセプタ３が上方にある成膜位置（図示位置）で成膜処理がなされ、下方の待機位置で基板８の搬送が行われる。サセプタ３が前述した成膜位置にあるとき、処理室１内を上下に仕切る基板８及びサセプタ３によって、サセプタ３よりも上方の空間３４と、サセプタ３よりも下方の空間３３とが処理室１内の上下に形成される。
サセプタ３は、例えば、石英、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などで構成される。
【００３４】
排出口１１は、サセプタ３よりも上方の空間３４から、サセプタ３よりも下方の空間３３にガスを排出する。この排出口１１は、サセプタ３の外周に連続して設けられる。すなわち、排出口１１は、処理室内壁３２とサセプタ３の外周部との間にリング状の隙間として形成される。実施例では、このリング状の隙間は全周にわたって等間隔に形成してある。なお、排出口１１のうちガス流れの上流側に位置する排出口を上流側の排出口１１Ａ、下流側に位置する排出口を下流側の排出口１１Ｂという。また、中流側に位置する排出口を中流側の排出口という。
【００３５】
図示するように、処理室内壁３２のうち、ガス供給口１９、２０の直下部分の処理室内壁３２では、サセプタ面と面一となる箇所に内方に突出した突出内壁３２ａを設け、この突出内壁３２ａとこの突出内壁３２ａに対向するサセプタ３の外周部との間に上流側の排出口１１Ａを設けるようにしている。
したがって、ガス供給口１９、２０から、処理室１内のサセプタ３よりも上方の空間３４に流れ込んだガスは、この突出内壁３２ａにぶつかり、進路を変えられ、一部は上流側の排出口１１Ａから矢印で示すようにサセプタ３よりも下方の空間３３に流れ込み、基板下を排気口１６に向かって一方向に流れる。残りは矢印で示すように基板８上を排気口１６に向かって一方向に流れる。
【００３６】
このようにガス供給口１９、２０の直下に、ガスを受け流す突出内壁３２ａを設けることによって、ガス供給口１９、２０が処理室１の上容器２６の上部に設けられているにもかかわらず、サセプタ３よりも上方の空間３４に供給されたガスが、基板８上に平行に流れることを可能にしている。
そして、基板８上を流れて下流側のサセプタ３を経て下流側の排出口１１Ｂからサセプタ３よりも下方の空間３３内に排出されてきたガスと、上流側の排出口１１Ａから下方の空間３３内に排出されてサセプタ３の下側を流れてきたガスとが、排気口１６で合流して、ガス排気ライン６から排気される。
【００３７】
上流側の排出口１１Ａが、ガス供給口１９、２０よりも下流側であって、基板８よりも上流側に設けられているので、大量のパージガスを排出口１１Ａから、サセプタ３よりも下方の空間３３全体へスムーズに排出でき、パージ効率がより向上する。また、ガス供給口１９、２０はサセプタ３の側方に設けられているので、上流側の排出口１１Ａからサセプタ３よりも下方の空間３３に排出されるガスを、その空間３３の最上流から流入させることができるので、パージ効率がより向上する。
また、基板８の側方から基板８に対して多孔板を用いずにガスを供給して供給側と反対側から排気しているので、基板の上方に設けた多孔板から基板に対してガスをシャワー状に供給するものに比べて、ガス供給口１９、２０の上流側が過度に高圧とならず、残留ガスを速やかに排気できる。
【００３８】
以上述べたように実施の形態の基板処理装置が構成される。
【００３９】
次に上述した基板処理装置を用いて半導体装置を製造する工程の一工程として基板を処理する方法を説明する。ここでは、シリコン基板にアルミニウム酸化膜の成膜を行うプロセスを例にとって説明する。成膜方法には、金属原料と酸素又は窒素を含有するガスとを交互に供給して、膜を堆積させるＡＬＤを用いる。また、金属含有原料には常温で液体のＴＭＡを用い、酸素又は窒素を含有するガスには水を用いる。
【００４０】
基板処理では先ず、サセプタ３を待機位置に下降させた上で、ゲートバルブ７を開放する。搬送ロボット３８により、１枚のシリコン基板８を基板搬入出口３０を介して処理室１内に搬入して、サセプタ３上に移載して保持する。ゲートバルブ７を閉じた後、昇降機構５６により、サセプタ３を所定の成膜位置まで上昇させる。温度制御手段１４により制御されるヒータ５５によりサセプタ３を加熱して、基板８を一定時間加熱する。処理室１内を真空ポンプ３７で真空引きし、圧力制御手段１５によって処理室１内を所定の圧力に制御する。基板８が所定温度に加熱され、圧力が安定した後、基板８上への成膜を開始する。成膜は次の４つの工程からなり、４つの工程を１サイクルとして、所望厚さの膜が形成されるまで複数サイクル繰り返される。
【００４１】
工程１では、バルブ９が開かれて、液体流量制御手段２２で流量制御された液体原料ＴＭＡが気化手段２３へ供給されて、気化手段２３により気化された第１の反応ガスとしてのＴＭＡガスが、ＴＭＡ供給ライン４からガス供給口１９を介して処理室１内に供給される。ＴＭＡガスを希釈する場合は、さらにバルブ１２を開いて、流量制御手段２１で流量制御されたＡｒガスを、Ａｒ供給ライン１７からＴＭＡ供給ライン４に流し、Ａｒガスと混合されたＴＭＡガスが、ＴＭＡ供給ライン４からガス供給口１９を介して処理室１内に供給される。ＴＭＡガスは基板８上に供給されて、その表面に吸着する。余剰ガス（ＴＭＡガス）はサセプタ３の外周に設けた排出口１１からサセプタ３よりも下方の空間３３に排出され、この空間３３を図中の矢印の方向に流れて排気口１６から排気される。
【００４２】
工程２では、バルブ９を開に保ったまま、気化手段２３からのＴＭＡガスの供給を停止する。このときバルブ１２が閉のときはこれを開にする。流量制御手段２１により流量制御されたＡrガスをＡｒ供給ライン１７からＴＭＡ供給ライン４に流し、ガス供給口１９を介して処理室１内に供給し、ＴＭＡ供給ライン４及び、処理室１内に残留しているＴＭＡガスをＡrガスで置換し、排気口１６から排気する。
【００４３】
工程３では、バルブ９、１２をともに閉じ、代わりにバルブ１０を開いて、液体流量制御手段２４で流量制御された水が気化手段２５へ供給されて、気化手段２５により気化された水蒸気（Ｈ2Ｏ）が水供給ライン５からガス供給口２０を介して処理室１内に供給される。又は、バルブ１３を開いて、流量制御手段２１で流量制御されたキャリアガスＡｒをＡｒ供給ライン１７から水供給ライン５に流して、Ａｒガスと混合した水蒸気が、水供給ライン５からガス供給口２０を介して処理室１内に供給される。基板８上には、工程１で吸着したＴＭＡと水蒸気とが反応し、アルミニウム酸化膜が形成される。余剰ガス（水蒸気）及び副生成物は、サセプタ３の外周に設けた排出口１１からサセプタ３よりも下方の空間３３に排出され、この空間３３を図中の矢印の方向に流れて排気口１６から排気される。
【００４４】
工程４では、バルブ１０を開に保ったまま、気化手段２５からの水蒸気の供給を停止する。バルブ１３が閉のときはこれを開にする。流量制御手段２１により流量制御されたＡｒガスをＡｒ供給ライン１７から水供給ライン５に流し、ガス供給口２０を介して処理室１内に供給し、水供給ライン５、及び処理室１内に残留している水蒸気及び副生成物をＡrガスで置換し、排気口１６から排気する。
【００４５】
上述した工程１〜４に要する時間は、スループット向上のために、各工程で１秒以下が望ましい。この４つの工程を１サイクルとして、これを複数回繰り返して、所望の膜厚を有するアルミニウム酸化膜を基板８上に成膜する。成膜終了後、サセプタ３は昇降機構５６により待機位置まで降下する。成膜処理後の基板８は、搬送ロボット３８によりゲートバルブ７を介して処理室１外に搬出される。
【００４６】
上記処理条件の範囲として、基板温度：２００〜５００℃、処理室内圧力：１３．３〜１３３０Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、キャリアガスと反応ガスを加えた総流量（第１の反応ガス、第２反の応ガスに共通）：０．１〜２ｓｌｍ、膜厚：１〜５ｎｍが好ましい。
【００４７】
なお、各工程における基板温度、処理室内圧力はそれぞれ、温度制御手段１４、圧力制御手段１５で制御される。また、この温度制御手段１４、圧力制御手段１５及び各バルブ９、１０、１２、１３や気化手段２３、２５、流量制御手段２１、２２、２４は、制御手段４０により統合制御される。
【００４８】
さて、本実施の形態によれば、上容器上部内壁面２６ａがガス流の上流側から下流側に向かって、基板８の表面と上容器上部内壁面２６ａとの間の対向距離が漸次大きくなるような傾斜面で構成されているため、上記工程１、３では、次に述べるように基板８上に膜厚均一性の良好な膜を成膜できる。
【００４９】
基板８の表面と上容器上部内壁面２６ａとの間の対向距離が下流側に向けて大きくなると、ガスが下流側へ流れ易くなり、下流側におけるガスの滞在量が多くなり、基板８上の圧力が上がる。一方、上流側は、相対的にガスの滞在量が少なくなり、基板８上の圧力が下がる。したがって、上容器上部内壁面２６ａの傾斜の程度に応じて基板８上のガスの流速分布を調整することができ、基板８上の圧力分布を制御することができる。図示例のように、上容器上部内壁面２６ａの傾斜面が、ガス流の上流側から下流側に向かって基板８と上容器上部内壁面２６ａとの間の対向距離が漸次大きくなるような傾斜面で構成されていると、ガスがより下流側へ流れ易くなり、基板８上の圧力分布が、上流側で高圧となるのが緩和されて、基板８上に供給されるＴＭＡガス及び水蒸気の圧力分布が均一になる。この均一化された圧力分布下の基板８上にＴＭＡガス及び水蒸気が吸着する。
【００５０】
この吸着に関しては実験的及び理論的考察から、ある表面と気体分子との間において、温度が一定のとき、吸着量は気相の圧力によって表されることが分かっている。したがって、工程１、３において、基板上の圧力分布が均一化されるので、基板上へのガスの吸着量が均一化され、基板上に膜厚均一性の良好な膜を成膜できる。また、半導体装置の歩留まりを向上できる。
【００５１】
上述した圧力分布の均一化の効果は、特に、基板８に対してガスを一方向に流すＡＬＤにより基板８上に薄膜を形成する場合に、有効に発揮される。基板８に供給する反応ガスの流量を多くすると基板８上に必然的に圧力差が生じるが、この圧力差を解消できるからである。
【００５２】
なお、実施の形態では、ＡＬＤについて説明したが、本発明は、サイクル手法を適用したＭＯＣＶＤや二種類以上のガスを同時に供給して膜を堆積させる通常のＭＯＣＶＤおいても利用できることはいうまでもない。
【００５３】
また、上述した実施の形態において、「反応ガス」は、第１原料としての金属含有原料と、これに反応することが可能な第２原料としての化合物及び要素である。具体的な金属含有原料（第１原料）としては、例示したＡｌを含むＴＭＡガスの他に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｐｂ、Ｂｉのいずれかの金属を含むガスがある。
【００５４】
また、化合物及び要素（第２原料）としては、適切な非金属反応物、すなわち通常、水、酸素、アンモニア等の酸素又は窒素を含有するガスでよいが、ときには何らかの方法で活性化されたラジカルやイオンの場合もある。また、実際には金属含有原料と反応を起こさないが、金属含有原料の自己分解反応にエネルギーを与えるものでもよい。例えば、プラズマなどで活性化された希ガスや不活性ガスの場合もある。酸素又は窒素を含有するガスとして、具体的には、例示したＨ2Ｏの他に、Ｏ2、Ｏ3、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2、Ｎ2、ＮＨ3、Ｎ2Ｈ6のいずれかと、いずれかを活性化手段により活性化させることにより生成した、これらのラジカル種、又はイオン種がある。
【００５５】
また、「パージガス」は、処理室１に供給されて、基板８に吸着した反応物以外の不要な反応物を取り除く場合や、二つの異なった基の反応ガスが基板８の面内以外の場所で混ざり合い、反応するのを防ぐために用いられる。このパージガスには、キャリアガスと共用の例示したＡｒの他に、それ以外の希ガスや、窒素ガスなどの不活性ガスが用いられる。
【００５６】
次に、上述した上容器上部内壁面２６ａの傾斜が基板上の圧力分布（原料分圧分布）の均一化に与える影響を解析し、基板８と上容器上部内壁面２６ａとの間の対向距離を、ガス流の上流側から下流側に向かって大きくなるような傾斜面で構成することで、基板上の原料分圧分布の均一性が向上することを検証する。
工程１、３において、反応ガスを基板に均一に供給、吸着させることにより良好な面内膜厚均一性が得られるが、工程１、３のうち、特に工程１の吸着が重要となる。ＴＭＡと水蒸気（Ｈ2Ｏ）の反応性が高いので、工程３でＨ2Ｏを十分に供給すれば、基板に吸着しているＴＭＡが全て反応し、膜が形成される。したがってＴＭＡを基板上に均一に吸着させることが重要となる。このため、検証は工程１について行った。ただし、ここでは、便宜上、ＴＭＡではなく水蒸気のデータ値を用いている。
【００５７】
基板上の圧力分布の解析方法を図２〜５を参照して説明する。図２、３は本解析で用いた上容器上部内壁面２６ａを有する処理室の断面を示した図である。図２に示すものは、上容器上部内壁面２６ａの全体を傾斜して上流側の基板表面と上容器上部内壁面２６ａとの間の距離（以下、単に上流側隙間という）Ｇuが狭く、下流側の基板表面と上容器上部内壁面２６ａとの間の距離（以下、単に下流側隙間という）Ｇdが広くなっている。図３に示すものは、上流から中流にかけて隙間が広くなるように上容器上部内壁面２６ａを傾斜させ、中流から下流にかけては、中流側の基板表面と上容器上部内壁面２６ａとの間の距離（以下、単に中流側隙間という）Ｇm〜下流側隙間Ｇdが等間隔とフラットになっている。
【００５８】
図４に示す４種類の上容器上部内壁面２６ａの形状について、フルーエント社製３次元熱流体解析ソフトを使用して、それぞれの基板上の圧力分布を求めた。４種類の上容器上部内壁面形状Ｎｏ.１〜Ｎｏ.４は、上流側隙間Ｇuを２１ｍｍに固定し、下流側隙間Ｇdを２１ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、４０ｍｍ（中流から下流まで）と大きくなるように変化させたものである。上容器上部内壁面形状Ｎｏ．１の場合は、フラットで、上流側隙間Ｇu、下流側隙間Ｇdがともに２１ｍｍと等間隔となっている。上容器上部内壁面形状Ｎｏ.２〜Ｎｏ.３の場合は、図２に示すように、処理室上面全体を傾斜した場合であって、上流側隙間Ｇuを２１ｍｍと狭いまま固定し、下流側隙間Ｇdを３０ｍｍ、４０ｍｍと広くしている。上容器上部内壁面形状Ｎｏ.４の場合は、図３に示すように、上流側隙間Ｇuを２１ｍｍ、中流側隙間Ｇmを４０ｍｍとして、上流から中流にかけて上容器上部内壁面を傾斜させ、中流から下流は等間隔で４０ｍｍとフラットにしている。
解析の条件としては、基板径：３００ｍｍ、基板温度：３００℃、処理室排気圧力（排気口１６近傍での圧力制御手段１５による測定値）：１３Ｐａ、Ａｒガス流量：１ｓｌｍ、原料モル分率：０．０２６６（原料流量０．０２６６ｓｌｍ≒１ｓｌｍ×０．０２７）、そしてヒータ３１による容器壁温度：１００℃とした。
【００５９】
図５は、本解析で求めた基板上の原料分圧の関係を示す図である。図５から、４種類の形状の全てにおいて、原料分圧は上流側が高く、下流側にかけて低くなる傾向となり、狭いまま固定した上流側隙間Ｇuに対して下流側隙間Ｇdを広くするにしたがって、基板上の原料分圧分布の均一性が向上している。上容器上部内壁面形状Ｎｏ.１〜Ｎｏ.４の原料分圧分布の均一性が、６．６％、４．９％、３．６％、２．４％とあるように、４種類の形状の全てのうち上容器上部内壁面形状Ｎｏ.４が最も原料分圧分布の均一性が良いことが分かる。
つまり、基板と処理室の内壁面との間の対向距離を上流側から下流側に向かって大きくなるようにして、ガスを下流側へより流れ易くさせることにより、ガス上流側の圧力が高くなる傾向を緩和し、ガス下流側の圧力が低くなる傾向を緩和することが可能となる。したがって、上容器上部内壁面の傾斜を最適化することによって、基板表面内の圧力分布の均一性を向上させることができる。
【００６０】
なお、図５において、基板の中央位置（基板位置０ｍ）近傍における原料分圧の設定値を０．４４Ｐａとしている。この分圧値は、次のようにして求めることができる。処理室排気圧力を１３Ｐａとなるように制御すると、基板の中央位置近傍での全圧の推測値は約１６．５Ｐａとなる。原料モル分率が０．０２６６であることから、式（１）より、
０．４４Ｐａ≒１６．５Ｐａ×０．０２６６
となる。
【００６１】
上記解析結果より、上容器上部内壁面を傾斜させて、基板と上容器上部内壁面との間の対向距離を下流側の方が上流側よりも大きくなるよう構成することで、基板上の分圧分布の均一性が向上することが検証できた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態における基板処理装置の処理室の縦断面図である。
【図２】基板上の圧力分布の解析に用いた上容器上部内壁面が全体に傾斜した形状をした説明図である。
【図３】基板上の圧力分布の解析に用いた上容器上部内壁面が中流までは傾斜し、それより下流はフラットな形状をした説明図である。
【図４】４種類の上容器上部内壁面の形状を示す説明図である。
【図５】本解析で求めた４種類の上容器上部内壁面形状による基板上の原料分圧分布を示す特性図である。
【図６】ＡＬＤとサイクル手法を適用したＭＯＣＶＤとの共通するガス供給方法の説明図であって、（ａ）はフローチャート、（ｂ）はガス供給のタイムチャートである。
【図７】一般的な枚葉装置の基板へのガス供給・排気形態を示す説明図であって、（ａ）は径方向流しタイプ、（ｂ）は片側流しタイプ、（ｃ）は改良した径方向流しタイプをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００６３】
１  処理室
３  サセプタ（保持具）
８  基板
１６  排気口
１９、２０  ガス供給口
２６  上容器
２６ａ  上容器上部内壁面（処理室の内壁面）
【図１】
2006216597.tif 000003
【図２】
2006216597.tif 000004
【図３】
2006216597.tif 000005
【図４】
2006216597.tif 000006
【図５】
2006216597.tif 000007
【図６】
2006216597.tif 000008
【図７】
2006216597.tif 000009