(57)【要約】  【課題】  本発明の目的は、クリーニング時間を短縮し、生産性を向上させることのできる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。  【解決手段】  処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部、第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガスをそれぞれ処理容器内に供給してその下方に向けて流し、処理容器の下部に設けられた排気口より排気して、基板上に薄膜を形成する処理を繰り返した後、処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および第１ノズル部を介して、クリーニングガスを処理容器内に供給してその下方に向けて流し、排気口より排気して処理容器内および第１ノズル部内に付着した堆積物を除去するようにした。【選択図】  図１
2011060938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気する工程と、を同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介して、クリーニングガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気して前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記処理容器内に供給する第１ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガスを前記処理容器内に供給する第２ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを前記処理容器内に供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器の下部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を排気する排気系と、
前記第１ノズル部を介して前記第１ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、前記第２ノズル部を介して前記第２ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、これを同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行うと共に、処理済基板を搬出した後の前記処理容器内に前記第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気することで、前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去するように、前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
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】
この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として基板上に薄膜を形成する工程がある。この工程では、例えば、処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介してジクロロシランガス等の第１ガスを処理容器内に供給してその下方に向けて流し、処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介してアンモニアガスや炭化水素ガス等の第２ガスを処理容器内に供給してその下方に向けて流し、処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、を同時または交互に行うことにより基板上に窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜等の薄膜を形成する処理が行われる。
【０００３】
この場合、処理容器内には窒化シリコンや炭窒化シリコン等を含む堆積物が付着し、第１ノズル部内にはシリコン等を含む堆積物が付着し、これらの堆積物の厚さが所定の厚さを超えると、堆積物に亀裂や剥離が生じ、パーティクルが発生することがあった。そのため、堆積物の厚さが、堆積物に亀裂や剥離が生じる臨界厚さとなる前に、第１ノズル部内や処理容器内にクリーニングガスを供給してその下方に向けて流し、処理容器の下部に設けられた排気口より排気して処理容器内および第１ノズル部内に付着した堆積物を除去するクリーニング工程が行われる。
【０００４】
しかしながらこの場合、処理容器内に、ノズル部から処理容器内下方へ向かうクリーニングガスの流れが生じ、流れに沿っていない処理容器内の上方すなわち天井部へはクリーニングガスが届きにくい。そのため、この天井部のクリーニングを十分に行うことができないことがあった。そこで、処理容器内をクリーニングする際、処理容器内にクリーニングガスを供給して封じ込める工程と、処理容器内を真空排気する工程と、を交互に繰り返すことで、サイクリックにクリーニングを行う方法（以下、サイクリッククリーニングという）がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のサイクリッククリーニングによれば、処理容器内の天井部のクリーニングを十分に行うことが可能となる。しかしながら、サイクリッククリーニングは、クリーニングガスの封じ込めと真空排気を交互に繰り返す手法であるため、クリーニングに時間を要する。また、サイクリッククリーニングでは第１ノズル部内のクリーニングを十分に行うことができない。そのため、この方法を用いる場合、第１ノズル部内のクリーニングと、処理容器内のサイクリッククリーニングと、を別々に行う必要が生じる。例えば、まず第１ノズル部内のクリーニングを行い、第１ノズル部内のクリーニングが終了した後に、別途処理容器内のサイクリッククリーニングを行う必要がある。このため、クリーニング時間が長くなり、基板処理装置のダウンタイムが長くなってしまい、生産性の低下に繋がることがあった。
【０００７】
本発明の目的は、クリーニング時間を短縮し、生産性を向上させることのできる半導体装置の製造方法およ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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板を処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ等）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６、ＮＨ３等）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気する工程と、を同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介して、クリーニングガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気して前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ等）を前記処理容器内に供給する第１ガス供給系と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６、ＮＨ３等）を前記処理容器内に供給する第２ガス供給系と、前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを前記処理容器内に供給するクリーニングガス供給系と、前記処理容器の下部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を排気する排気系と、前記第１ノズル部を介して前記第１ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、前記第２ノズル部を介して前記第２ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、これを同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行うと共に、処理済基板を搬出した後の前記処理容器内に前記第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気することで、前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去するように、前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、クリーニング時間を短縮し、生産性を向上させることのできる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。
【図２】本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ‘線断面図で示す図である。
【図３】本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【図４】本実施形態のクリーニングシーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面図で示している。また、図２は、図１に示す処理炉のＡ−Ａ’断面図である。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ  Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
【００１４】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１５】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ２０３の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。プロセスチューブ２０３により反応容器（処理容器）が形成される。
【００１６】
プロセスチューブ２０３の下部には、第１ガス導入部としての第１ノズル２３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル２３３ｂと、第３ガス導入部としての第３ノズル２３３ｃと、第４ガス導入部としての第４ノズル２３３ｄが、プロセスチューブ２０３下部の側壁を貫通するように設けられている。第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、第４ノズル２３３ｄには、それぞれ第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃ、第４ガス供給管２３２ｄが接続されている。このように、処理室２０１内へは複数種類、ここでは４種類の処理ガスを供給するガス供給路として、４本のガス供給管が設けられている。第１ノズル２３３ａにより第１ノズル部が構成され、第２ノズル２３３ｂおよび第３ノズル２３３ｃにより第２ノズル部が構成され、第４ノズル２３３ｄにより第３ノズル部が構成される。
【００１７】
第１ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給管２３４ａが接続されている。この第１不活性ガス供給管２３４ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２３３ａが接続されている。第１ノズル２３３ａは、処理室２０１を構成しているプロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第１ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２３３ａにより第１ガス供給系が構成され、主に、第１不活性ガス供給管２３４ａ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、第１不活性ガス供給系が構成される。
【００１８】
第２ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給管２３４ｂが接続されている。この第２不活性ガス供給管２３４ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第２ノズル２３３ｂが接続されている。第２ノズル２３３ｂは、処理室２０１を構成しているプロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第２ノズル２３３ｂの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが設けられている。このガス供給孔２４８ｂは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第２ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２３３ｂにより第２ガス供給系が構成され、主に、第２不活性ガス供給管２３４ｂ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより第２不活性ガス供給系が構成される。
【００１９】
第３ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｅよりも下流側には、不活性ガスを供給する第３不活性ガス供給管２３４ｃが接続されている。この第３不活性ガス供給管２３４ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｆが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃの先端部には、上述の第３ノズル２３３ｃが接続されている。第３ノズル２３３ｃは、処理室２０１を構成しているプロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第３ノズル２３３ｃの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃが設けられている。このガス供給孔２４８ｃは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第３ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、第３ノズル２３３ｃにより第３ガス供給系が構成され、主に、第３不活性ガス供給管２３４ｃ、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆにより第３不活性ガス供給系が構成される。
【００２０】
第４ガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｇ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｇが設けられている。また、第４ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｇよりも下流側には、不活性ガスを供給する第４不活性ガス供給管２３４ｄが接続されている。この第４不活性ガス供給管２３４ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｈ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｈが設けられている。また、第４ガス供給管２３２ｄの先端部には、上述の第４ノズル２３３ｄが接続されている。第４ノズル２３３ｄは、処理室２０１を構成しているプロセスチューブ２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がり、更にプロセスチューブ２０３の天井壁に沿って、天井壁中央部付近まで延出し、天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられている。第４ノズル２３３ｄの先端部にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｄが設けられている。ガス供給孔２４８ｄは、処理室２０１内上方に向かって開口しており、プロセスチューブ２０３の天井壁と対向している。主に、第４ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｇ、バルブ２４３ｇ、第４ノズル２３３ｄにより第４ガス供給系が構成され、主に、第４不活性ガス供給管２３４ｄ、マスフローコントローラ２４１ｈ、バルブ２４３ｈにより、第４不活性ガス供給系が構成される。
【００２１】
また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第５ガス供給管２３２ｅが接続されている。この第５ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１ｉ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｉが設けられている。主に、第５ガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｉ、バルブ２４３ｉにより第５ガス供給系が構成される。
【００２２】
第１ガス供給管２３２ａからは、原料ガス、すなわち、シリコンを含むガス（シリコン含有ガス）として、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称ＤＣＳ）ガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第１ガス供給系は原料ガス供給系（シリコン含有ガス供給系）として構成される。このとき同時に、第１不活性ガス供給管２３４ａから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃを介して第１ガス供給管２３２ａ内に供給されるようにしてもよい。
【００２３】
また、第２ガス供給管２３２ｂからは、炭素を含むガス（炭素含有ガス）として、例えば炭化水素ガスであるプロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２３３ｂを介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第２ガス供給系は炭素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第２不活性ガス供給管２３４ｂから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを介して第２ガス供給管２３２ｂ内に供給されるようにしてもよい。
【００２４】
また、第３ガス供給管２３２ｃからは、窒素を含むガス（窒素含有ガス）として、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、第３ノズル２３３ｃを介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第３ガス供給系は窒素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第３不活性ガス供給管２３４ｃから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆを介して第３ガス供給管２３２ｃ内に供給されるようにしてもよい。
【００２５】
また、第４ガス供給管２３２ｄからは、クリーニングガス（エッチングガス）として、例えばフッ素（Ｆ２）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｇ、バルブ２４３ｇ、第４ノズル２３３ｄを介して処理室２０１内に供給される。また第５ガス供給管２３２ｅからも、クリーニングガス（エッチングガス）として、例えばＦ２ガスが、マスフローコントローラ２４１ｉ、バルブ２４３ｉ、第１ガス供給管２３２ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第４ガス供給系および第５ガス供給系はクリーニングガス供給系として構成される。このとき同時に、第４不活性ガス供給管２３４ｄから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｈ、バルブ２４３ｈを介して第４ガス供給管２３２ｄ内に供給されるようにしてもよい。また、第１不活性ガス供給管２３４ａから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃを介して第１ガス供給管２３２ａ内に供給されるようにしてもよい。
【００２６】
なお、本実施形態では、ＤＣＳガス、Ｃ３Ｈ６ガス、ＮＨ３ガスを、それぞれ別々のノズルから処理室２０１内に供給するようにしているが、例えば、Ｃ３Ｈ６ガスとＮＨ３ガスとを同じノズルから処理室２０１内に供給するようにしてもよい。また、ＤＣＳガスとＣ３Ｈ６ガスとを同じノズルから処理室２０１内に供給するようにしてもよい。このように、複数種類のガスでノズルを共用とすれば、ノズルの本数を減らすことができ、装置コストを低減することができ、またメンテナンスも容易となる等のメリットがある。
【００２７】
プロセスチューブ２０３の下部には、処理室２０１内の雰囲気を排気するガス排気管２３１が設けられている。  プロセスチューブ２０３とガス排気管２３１との接続部に排気口が形成される。ガス排気管２３１には、圧力検出器としての圧力センサ２４５及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２４２の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、ガス排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６により排気系が構成される。
【００２８】
プロセスチューブ２０３の下方には、プロセスチューブ２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、プロセスチューブ２０３の下端と当接するシール部材としてＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述する基板保持具としてのボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。
【００２９】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材２１８が設けられており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。
【００３０】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することにより、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂ及び第３ノズル２３３ｃと同様に、プロセスチューブ２０３の内壁に沿って設けられている。
【００３１】
制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｈ、２４３ｉ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、ヒータ２０７、温度センサ２６３、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。コントローラ２８０により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉによるガス流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｆ、２４３ｇ、２４３ｈ、２４３ｉの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４２の開閉動作及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等の制御が行われる。
【００３２】
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に炭窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）を成膜する方法、および、処理容器内と第１ノズル部内を同時にクリーニングする方法の一例について説明する。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コントローラ２８０により制御される。
【００３３】
〔成膜工程〕
図３に、本実施形態に係る成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、基板を収容した処理容器内にシリコンを含む原料ガスを供給することで、基板上にシリコン含有層（原料の吸着層やシリコン層）を形成する工程と、処理容器内に炭素含有ガスを供給することで、基板上に形成されたシリコン含有層上に炭素含有層（炭素含有ガスの吸着層や炭素層）を形成する工程と、処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、基板上に形成されたシリコン含有層と炭素含有層とを窒化させて炭窒化シリコン層を形成する工程と、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、基板上に所定膜厚の炭窒化シリコン膜を形成する。ここで、原料の吸着層（化学吸着層）とは、原料の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。シリコン層とは、シリコン（Ｓｉ）により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。炭素含有ガスの吸着層（化学吸着層）とは、炭素含有ガスの不連続な層を含み、炭素層とは炭素（Ｃ）により構成される不連続な層を含む。
【００３４】
基板上にシリコン含有層（原料の吸着層やシリコン層）を形成する工程は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）反応が生じる条件下で行い、このとき基板上に１原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層を形成する。なお、１原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。
【００３５】
また、炭素含有層（炭素含有ガスの吸着層や炭素層）を形成する工程は、ノンプラズマの雰囲気下で行い、このときシリコン含有層上に１原子層未満の炭素含有層を吸着させる。すなわち、シリコン含有層上に炭素含有層の不連続な原子層を形成する。この状態では、基板最表面においてシリコン含有層の一部が露出することとなる。また、炭窒化シリコン層を形成する工程は、ノンプラズマの雰囲気下で行い、このとき、１原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層と、このシリコン含有層に吸着した１原子層未満の炭素含有層と、を窒化させてこれらを炭窒化シリコン層に改質する。
【００３６】
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてシリコンを含む原料ガスであるＤＣＳガスを、炭素含有ガスとしてＣ３Ｈ６ガスを、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガスを、不活性ガスとしてＮ２ガスを用い、図３のシーケンスにより、基板上に炭窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）を形成する例について説明する。
【００３７】
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してプロセスチューブ２０３の下端をシールした状態となる。
【００３８】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２がフィードバック制御される（圧力調整工程）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整工程）。続いて、回転機構２６７によりボート２１７が回転されることでウエハ２００が回転される。その後、後述する６つのステップを順次実行する。
【００３９】
［ステップ１］
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ、第１不活性ガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開き、第１ガス供給管２３２ａにＤＣＳガス、第１不活性ガス供給管２３４ａにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１不活性ガス供給管２３４ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。ＤＣＳガスは第１ガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＤＣＳガスは、流量調整されたＮ２ガスと第１ガス供給管２３２ａ内で混合されて、第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される（ＤＣＳガス供給工程）。
【００４０】
このとき、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＤＣＳガスにウエハ２００を晒す時間は、例えば１〜１８０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、処理室２０１内でＣＶＤ反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ２００の温度が、例えば３００〜６５０℃の範囲内の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。なお、ウエハ２００の温度が３００℃未満となるとウエハ２００上にＤＣＳが吸着しにくくなる。また、ウエハ２００の温度が６５０℃を超えるとＣＶＤ反応が強くなり、均一性が悪化しやすくなる。よって、ウエハ２００の温度は３００〜６５０℃とするのが好ましい。
【００４１】
上述の条件にてＤＣＳガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００（表面の下地膜）上に１原子層未満から数原子層のシリコン含有層（ＤＣＳの吸着層やシリコン層）が形成される。なお、ＤＣＳが自己分解しないような比較的低温の条件下ではウエハ２００上にＤＣＳが表面吸着してＤＣＳの吸着層が形成される。ＤＣＳが自己分解するような比較的高温の条件下ではウエハ２００上にシリコン分子が堆積してシリコン層が形成される。ウエハ２００上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ５での窒化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なシリコン含有層の最小値は１原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。
【００４２】
Ｓｉを含む原料としては、ＤＣＳの他、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン、Ｓｉ２Ｃｌ６）、ＴＣＳ（テトラクロロシラン、ＳｉＣｌ４）、ＳｉＨ４（モノシラン）等の無機原料だけでなく、アミノシラン系の４ＤＭＡＳ(テトラキスジメチルアミノシラン、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）)４)、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））３Ｈ）、２ＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン、Ｓｉ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）２Ｈ２）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン、ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９））２）などの有機原料を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００４３】
［ステップ２］
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。このとき、Ｎ２ガスを処理室２０１内へ供給すると、残留したＤＣＳガスを排除する効果が更に高まる（残留ガス除去工程）。このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＨＣＤガスの供給時と同じく３００〜６５０℃の範囲内の温度となるように設定する。
【００４４】
［ステップ３］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂ、第２不活性ガス供給管２３４ｂのバルブ２４３ｄを開き、第２ガス供給管２３２ｂにＣ３Ｈ６ガス、第２不活性ガス供給管２３４ｂにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第２不活性ガス供給管２３４ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。Ｃ３Ｈ６ガスは第２ガス供給管２３２ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。流量調整されたＣ３Ｈ６ガスは、流量調整されたＮ２ガスと第２ガス供給管２３２ｂ内で混合されて、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される（Ｃ３Ｈ６ガス供給工程）。なお、Ｃ３Ｈ６ガスはプラズマによって活性化することなく処理室２０１内に供給する。
【００４５】
このとき、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば５０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＣ３Ｈ６ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｃ３Ｈ６ガスにウエハ２００を晒す時間は、例えば１〜１８０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜６５０℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、スループットを考慮すると、ウエハ２００の温度が、ステップ１のＤＣＳガスの供給時と同一の温度となるように、すなわちステップ１とステップ３とで処理室２０１内の温度を同一の温度に保持するようにヒータ２０７の温度を設定するのが好ましい。この場合、ステップ１とステップ３とでウエハ２００の温度、すなわち処理室２０１内の温度が３００〜６５０℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。さらには、ステップ１〜ステップ６（後述）にかけて処理室２０１内の温度を同一の温度に保持するようにヒータ２０７の温度を設定するのがより好ましい。この場合、ステップ１〜ステップ６（後述）にかけて処理室２０１内の温度が３００〜６５０℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。
【００４６】
上述の条件にてＣ３Ｈ６ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上に形成された１原子層未満から数原子層のシリコン含有層上に１原子層未満の炭素含有層（炭素含有ガスの吸着層や炭素層）が形成される。すなわち、シリコン含有層上に１原子層未満の炭素含有層が吸着し、シリコン含有層上に炭素含有層の不連続な原子層が形成される。この状態では、基板最表面においてシリコン含有層の一部が露出することとなる。
【００４７】
炭素含有ガスとしては、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスの他、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等の炭化水素ガスを用いてもよい。
【００４８】
［ステップ４］
シリコン含有層上に炭素含有層が形成された後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＣ３Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除する。このとき、Ｎ２ガスを処理室２０１内へ供給すると、残留したＣ３Ｈ６ガスを排除する効果が更に高まる（残留ガス除去工程）。このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＣ３Ｈ６ガスの供給時と同じく３００〜６５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【００４９】
［ステップ５］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｅ、第３不活性ガス供給管２３４ｃのバルブ２４３ｆを開き、第３ガス供給管２３２ｃにＮＨ３ガス、第３不活性ガス供給管２３４ｃにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第３不活性ガス供給管２３４ｃから流れ、マスフローコントローラ２４１ｆにより流量調整される。ＮＨ３ガスは、第３ガス供給管２３２ｃから流れ、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは、流量調整されたＮ２ガスと第３ガス供給管２３２ｃ内で混合されて、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される（ＮＨ３ガス供給工程）。なお、ＮＨ３ガスはプラズマによって活性化することなく処理室２０１内に供給する。
【００５０】
このとき、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば５０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ｅで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスにウエハ２００を晒す時間は、例えば１〜１８０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜６５０℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、ＮＨ３ガスはプラズマによって活性化することなく熱で活性化させてウエハ２００へ供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ後述する窒化をソフトに行うことができる
【００５１】
上述の条件にてＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上に形成された１原子層未満から数原子層のシリコン含有層と、シリコン含有層上に形成された１原子層未満の炭素含有層と、が窒化されて改質されることで炭窒化シリコン層（ＳｉＣＮ層）が形成される。
【００５２】
窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスの他、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス等を用いてもよい。
【００５３】
［ステップ６］
ウエハ２００上に炭窒化シリコン層が形成された後、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｅを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＮＨ３ガスを処理室２０１内から排除する。このとき、Ｎ２ガスを処理室２０１内へ供給すると、残留したＮＨ３ガスを排除する効果が更に高まる（残留ガス除去工程）。このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＮＨ３ガスの供給時と同じく３００〜６５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【００５４】
上述したステップ１〜６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により、ウエハ２００上に所定膜厚の炭窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）を成膜することが出来る（成膜工程）。なお、上述のステップ１、３、５を同時に行うことでもウエハ２００上に所定膜厚の炭窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）を成膜することが出来る。ただし、成膜工程は、上述の実施形態のように、サイクリックに行う方が、膜厚制御、膜質制御、組成制御を厳密かつ精度よく行うことができ好ましい。
【００５５】
所定膜厚の炭窒化シリコン膜を成膜すると、Ｎ２ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内がＮ２ガスでパージされる（パージ工程）。その後、処理室２０１内の雰囲気がＮ２ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰工程）。
【００５６】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、プロセスチューブ２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状態でプロセスチューブ２０３の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ工程）。
【００５７】
〔クリーニング工程〕
上記成膜を繰り返すと、処理容器であるプロセスチューブ２０３の内壁等には炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）を含む堆積物が付着する。また第１ノズル部である第１ノズル２３３ａの内壁等にはシリコン（Ｓｉ）を含む堆積物が付着する。これらの堆積物の厚さが所定の厚さを超えると、堆積物に亀裂や剥離が生じ、パーティクルが発生する。そこで、堆積物の厚さが、堆積物に亀裂や剥離が生じる臨界厚さとなる前の所定の厚さに達した時点で、プロセスチューブ２０３内および第１ノズル２３３ａ内のクリーニングが行われる。以下、これを具体的に説明する。
【００５８】
図４に、本実施形態に係るクリーニングシーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本実施形態では、クリーニングガスとしてハロゲン系ガス（ハロゲン元素を含むガス）であるフッ素（Ｆ２）ガスを、不活性ガスとしてＮ２ガスを用い、図４のシーケンスにより、処理容器であるプロセスチューブ２０３内のクリーニングと、第１ノズル部（ＤＣＳノズル）である第１ノズル２３３ａ内のクリーニングと、を同時に行う例について説明する。
【００５９】
空のボート２１７、すなわちウエハ２００を装填していないボート２１７が、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してプロセスチューブ２０３の下端をシールした状態となる。
【００６０】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転される。なお、ボート２１７は回転させなくてもよい。
【００６１】
次いで、第４ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｇ、第４不活性ガス供給管２３４ｄのバルブ２４３ｈを開き、第４ガス供給管２３２ｄにＦ２ガス、第４不活性ガス供給管２３４ｄにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第４不活性ガス供給管２３４ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｈにより流量調整される。Ｆ２ガスは第４ガス供給管２３２ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｇにより流量調整される。流量調整されたＦ２ガスは、流量調整されたＮ２ガスと第４ガス供給管２３２ｄ内で混合されて、第４ノズル２３３ｄのガス供給孔２４８ｄから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される（処理容器内へのＦ２ガス供給工程）。
【００６２】
同時に、第５ガス供給管２３２ｅのバルブ２４３ｉ、第１不活性ガス供給管２３４ａのバルブ２４３ｃを開き、第５ガス供給管２３２ａにＦ２ガス、第１不活性ガス供給管２３４ａにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１不活性ガス供給管２３４ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。Ｆ２ガスは第５ガス供給管２３２ｅから流れ、マスフローコントローラ２４１ｉにより流量調整される。流量調整されたＦ２ガスは、流量調整されたＮ２ガスと第１ガス供給管２３２ａ内で混合されて、第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される（第１ノズル部内へのＦ２ガス供給工程）。
【００６３】
第１ノズル２３３ａから処理室２０１内に供給されたＦ２ガスは、処理室２０１内の第１ノズル２３３ａから処理室内を下降し、処理室２０１内下部の排気口を介して排気管２３１から排気される。すなわち、処理室２０１内に、第１ノズル２３３ａから処理室２０１内下部へ向かうＦ２ガスの流れが生じる。このとき、流れに沿っていない処理室２０１内の天井部へはＦ２ガスが届きにくい。しかしながら、本実施形態では、処理室２０１内の天井部に天井壁と対向するようにノズル（第４ノズル２３３ｄ）を設け、この天井部からもＦ２ガスを流すようにしている。そして第４ノズル２３３ｄから処理室２０１内に供給されたＦ２ガスは、処理室２０１内の天井壁に吹き付けられた後、天井部から処理室２０１内を下降し、処理室２０１内下部の排気口を介して排気管２３１から排気される。すなわち、処理室２０１内に、処理室２０１内天井部から処理室２０１内下部へ向かうＦ２ガスの流れが生じる。これにより、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングと、処理室２０１内のクリーニングと、を同時に行うことが可能となる。Ｆ２ガスは第１ノズル２３３ａ内を通過する際に第１ノズル２３３ａの内壁に付着したシリコン（Ｓｉ）を含む堆積物と接触し、また、処理室２０１内を通過する際にプロセスチューブ２０３の内壁やボート２１７に付着した炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）を含む堆積物と接触しこの際に熱化学反応によって各堆積物が除去される。
【００６４】
予め設定された第１ノズル２３３ａ内のクリーニング時間が経過すると、第１ノズル２３３ａ内へのＦ２ガスの供給が停止され、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングが終了する。第１ノズル２３３ａ内のクリーニング終了後は、第１ノズル２３３ａ内へのＮ２ガスの供給を継続する。また、予め設定された処理室２０１内のクリーニング時間が経過すると、処理室２０１内へのＦ２ガスの供給が停止され、処理室２０１内のクリーニングが終了する。処理室２０１内のクリーニング終了後は、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続することで、処理室２０１内のＮ２ガスによるパージが行われ、処理室２０１内がＮ２ガスに置換される。
【００６５】
なお、図４のクリーニングシーケンスは、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングと、処理室２０１内のクリーニングと、を同時に開始し、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングを先に終了する例を示している。すなわち、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングが終了し、第１ノズル２３３ａ内へのＦ２ガスの供給を停止した後も、処理室２０１内へのＦ２ガスの供給を継続することで処理室２０１内のクリーニングを継続して行う。第１ノズル２３３ａ内のクリーニング後に処理室２０１内のクリーニングを継続して行う際、クリーニング後の第１ノズル２３３ａ内をパージするため、また、第１ノズル２３３ａ内へのＦ２ガスの侵入によるオーバーエッチを防止するため、第１ノズル２３３ａ内へのＮ２ガスの供給は継続して行う。また、クリーニング工程中、Ｆ２ガスを流さない他のノズル（第２ノズル２３３ｂおよび第３ノズル２３３ｃ）内へはＮ２ガスを連続的に供給してノズル内へのＦ２ガスの侵入を防止する。
【００６６】
クリーニング条件としては、例えば、Ｆ２ガスを用いる場合、クリーニング温度（処理室内温度）：３００〜６００℃、クリーニング圧力（処理室内圧力）：１３３００〜６６５００Ｐａ、Ｆ２ガス供給流量（トータル流量）：０．５〜５ｓｌｍ、Ｎ２ガス供給流量（トータル流量）：０．５〜２０ｓｌｍが例示され、それぞれのクリーニング条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでクリーニングがなされる。なお、クリーニング時の処理室内温度は成膜時の処理室内温度と同一の温度に設定することも可能である。
【００６７】
クリーニングガスとしては、Ｆ２ガスの他、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスや三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス等のハロゲン系ガスを用いてもよい。
【００６８】
処理室２０１内のＮ２ガスによるパージが行われ、処理室２０１内がＮ２ガスに置換された後、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。なお、必要に応じ、処理室２０１内をＮ２ガスに置換する前に、処理室２０１内に残留するハロゲン種を除去するために処理室２０１内をＮＨ３パージするようにしてもよい（ＮＨ３パージ工程）。この場合、ＮＨ３ガスは、第３ノズル２３３ｃから供給するが、同時に第４ノズル２３３ｄからも供給するようにしてもよい。また、必要に応じ、プロセスチューブ２０３の内壁やボート２１７に、成膜工程で形成される薄膜と同じ薄膜、すなわち炭窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）を堆積させるプリコートを行うようにしてもよい（プリコート工程）。なお、ＮＨ３パージ工程はクリーニング工程や成膜工程と同様な処理条件にて行うことができる。また、プリコート工程は、成膜工程と同様な処理条件、シーケンスにて行うことができる。
【００６９】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、プロセスチューブ２０３の下端が開口されるとともに、ボート２１７がプロセスチューブ２０３の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、成膜工程を再開することとなる。
【００７０】
本実施形態によれば、処理室２０１内のクリーニングを行う際に、処理室２０１内の天井部に天井壁と対向するように設けた第４ノズル２３３ｄからＦ２ガスを供給しつつ排気管２３１から排気するようにしたので、処理室２０１内天井部から処理室２０１内下部へ向かうＦ２ガスの流れを形成することができ、処理室２０１内天井部のクリーニングを十分に行うことができる。これにより、サイクリッククリーニングを行う必要がなく、処理室２０１内のクリーニング時間を短縮することができる。また、第１ノズル２３３ａ内のクリーニングと、処理室２０１内のクリーニングと、を同時に並行して行うことができるので、クリーニング時間を更に短縮することも可能となる。このように本実施形態によれば、クリーニング時間を大幅に短縮することができ、基板処理装置の生産性を大幅に向上させることが可能となる。
【００７１】
以下、本発明の好ましい形態を付記する。
【００７２】
本発明の一態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ等）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６、ＮＨ３等）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気する工程と、を同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介して、クリーニングガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気して前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００７３】
好ましくは、前記堆積物を除去する工程では、前記第１ノズル部内に付着した堆積物の除去が終了し前記第１ノズル部内へのクリーニングガスの供給を停止した後も、前記第３ノズル部から前記処理容器内へのクリーニングガスの供給を継続することで前記処理室内に付着した堆積物の除去を継続して行い、その際、前記第１ノズル部内へは不活性ガスを供給する。
【００７４】
好ましくは、前記堆積物を除去する工程では、前記第２ノズル部内に不活性ガスを供給する。
【００７５】
本発明の他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記処理容器の下部に設けられた排気口より排気する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気する工程と、前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第３ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第３ガス（ＮＨ３）を前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気する工程と、を同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第４ノズルおよび前記第１ノズルを介して、クリーニングガスを前記処理容器内に供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気して前記処理容器内および前記第１ノズル内に付着した堆積物を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００７６】
好ましくは、前記堆積物を除去する工程では、前記第１ノズル内に付着した堆積物の除去が終了し前記第１ノズル内へのクリーニングガスの供給を停止した後も、前記第４ノズルから前記処理容器内へのクリーニングガスの供給を継続することで前記処理室内に付着した堆積物の除去を継続して行い、その際、前記第１ノズル内へは不活性ガスを供給する。
【００７７】
好ましくは、前記堆積物を除去する工程では、前記第２ノズル内および第３ノズル内に不活性ガスを供給する。
【００７８】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ）を前記処理容器内に供給する第１ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズル部を介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６、ＮＨ３等）を前記処理容器内に供給する第２ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを前記処理容器内に供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器の下部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を排気する排気系と、
前記第１ノズル部を介して前記第１ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、前記第２ノズル部を介して前記第２ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、これを同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行うと共に、処理済基板を搬出した後の前記処理容器内に前記第３ノズル部および前記第１ノズル部を介してクリーニングガスを供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気することで、前記処理容器内および前記第１ノズル部内に付着した堆積物を除去するように、前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【００７９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第１ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガス（ＤＣＳ）を前記処理容器内に供給する第１ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第２ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第２ガス（Ｃ３Ｈ６）を前記処理容器内に供給する第２ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から上部まで立ち上がった第３ノズルを介して、それ単独で膜を堆積させることのできない第３ガス（ＮＨ３）を前記処理容器内に供給する第３ガス供給系と、
前記処理容器内の下部から天井壁付近まで立ち上がりその天井壁に向けてガスを吹き付けるように設けられた第４ノズルおよび前記第１ノズルを介してクリーニングガスを前記処理容器内に供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器の下部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を排気する排気系と、
前記第１ノズルを介して前記第１ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、前記第２ノズルを介して前記第２ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、前記第３ノズルを介して前記第３ガスを前記処理容器内に供給しその下方に向けて流して前記排気口より排気し、これを同時または交互に行うことにより基板上に薄膜を形成する処理を行うと共に、処理済基板を搬出した後の前記処理容器内に前記第４ノズルおよび前記第１ノズルを介してクリーニングガスを供給してその下方に向けて流し、前記排気口より排気することで、前記処理容器内および前記第１ノズル内に付着した堆積物を除去するように、前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、前記第３ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【００８０】
２００    ウエハ
２０１    処理室
２０２    処理炉
２０３    プロセスチューブ
２０７    ヒータ
２３１    ガス排気管
２３３ａ  第１ノズル
２３３ｂ  第２ノズル
２３３ｃ  第３ノズル
２３３ｄ  第４ノズル
２８０    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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