(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜に要する時間短縮と生産性向上を両立可能なＡＬＤ成膜装置を提供する。【解決手段】内部に複数のウェハ３を保持するウェハボ−ト２を有する中空筒状の反応室１と、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第一のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス供給管と、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第二のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内にパ−ジガスを供給するパ−ジガス供給管と、前記反応室内において前記原料ガス供給管と前記ウェハボ−トを挟んで対抗する位置に配置されるとともに、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ排気孔１１が設けられた、前記原料ガスの供給時に使用される第一の排気管７と、前記反応室に連通され、前記第一の排気管７よりも大口径の、前記パ−ジガスの供給時に使用される第二の排気管１９と、を具備するＡＬＤ成膜装置とする。【選択図】図１
2011171566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数のウェハを所定の間隔で上下方向に並べて保持するウェハボ−トを有する中空筒状の反応室と、
前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第一のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第二のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内にパ−ジガスを供給するパ−ジガス供給管と、
前記原料ガス供給管と前記パ−ジガス供給管の上流側にそれぞれ接続されたガス供給部と、
前記反応室内において前記原料ガス供給管と前記ウェハボ−トを挟んで対抗する位置に配置されるとともに、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ排気孔が設けられた、前記原料ガスの供給時に使用される第一の排気管と、
前記反応室に連通され、前記第一の排気管よりも大口径の、前記パ−ジガスの供給時に使用される第二の排気管と、
前記反応室の外側に設置された加熱ヒーターと、を具備してなることを特徴とするＡＬＤ成膜装置。
【請求項２】
前記第二の排気管が前記反応室の上端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＡＬＤ成膜装置。
【請求項３】
前記第二の排気管が前記反応室の下端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＡＬＤ成膜装置。
【請求項４】
前記第二の排気管が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＡＬＤ成膜装置。
【請求項５】
複数の前記原料ガス供給管および前記ガス供給部が、供給ガスごとに互いに独立して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＡＬＤ成膜装置。
【請求項６】
前記第一の排気管が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＡＬＤ成膜装置。
【請求項７】
複数のウェハを所定の間隔で上下方向に並べて保持したウェハボ−トを収納した反応室内を気密状態にする工程と、
原料ガス供給管の複数の第一のガス吹出し孔から、前記各ウェハの上面に対して概略水平方向に前記原料ガスをそれぞれ供給すると同時に、前記原料ガス供給管と前記ウェハボ−トを挟んで対抗する位置に配置された複数の排気孔を備えた第一の排気管から、前記各ウェハの上面に対して概略水平方向に前記原料ガスをそれぞれ吸引する工程と、
前記原料ガス供給管および前記第一の排気管を閉じた状態で、パ−ジガス供給管の複数の第二のガス吹出し孔から、前記各ウェハの上面に対して概略水平方向にパ−ジガスをそれぞれ供給するとともに、前記反応室に連通された、前記第一の排気管よりも大口径の第二の排気管により前記原料ガスをパ−ジする工程と、を具備してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記原料ガスを前記反応室内に供給する工程と、前記原料ガスをパ−ジする工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記パージガスとして窒素またはアルゴンを用いることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡＬＤ成膜装置、および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの製造工程においては、ウェハの大口径化や、ウェハ上の段差のアスペクト比増大に伴い、ウェハ（半導体基板）上への均一な膜厚の絶縁膜等の成膜や、段差被覆性の確保が困難になってきている。
このため、ウェハ上への成膜手段としては、従来のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長)法に替わり、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition、原子層堆積)法が用いられるようになってきている。ＡＬＤ法は、原料ガス、酸化ガスなどの複数のガスを順次ウェハ表面に供給する方法であるため、ウェハ上に均一に、かつ、段差被覆性良く薄膜を形成可能なプロセスであるとされている。
【０００３】
その一方、ＡＬＤ法は、原子層単位で成膜を行うために長時間を要し、生産性が低下するという問題がある。このような問題に対して、同時に処理するウェハ枚数を増やしたバッチ式のＡＬＤ成膜装置が知られている。このように同時に多くのウェハを処理することで生産性の向上が図られている。
このような装置としては、例えば特許文献１の図１に記載されているように、反応室内のガス供給管に複数の噴出し孔が設けられた装置が知られている。これは、反応室内に上下方向に並べて配置された各ウェハ表面にガスを供給するとともに、反応室の頂上部に設けられた真空排気口からガスを排気することができる（特許文献１）。
【０００４】
また、排気口の形状に関するものとしては、反応室内のガス供給ノズルと反対側の部分に、反応室内を真空排気するための細長いスリット状の排気口が設けられたものが知られている（特許文献２）。また、多数のガス孔が配列されたガス供給菅を反応室内に設けるとともに、ガス供給菅と対抗する位置にガス排気管を備えたもの（特許文献３）や、ガス供給管と、高い順にその穴径が大きくなるガス排気口が設けられたガス排気管とが反応室内にウェハボ−トを挟んで配置されたもの（特許文献４）などが知られている。
【０００５】
また、排気系統に関するものとしては、原料ガスと活性化ガスとパ−ジガスを反応容器の外に排気する共通の（１系統の）排気系が設けられたものや、反応室内に配置された遮蔽板によりガスの流れを制御する装置が知られている（特許文献５）。また、反応室の上下二系統にガス排気管と、排気ガス流量を調節する調節手が設けられた縦型ＣＶＤ装置（特許文献６）も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2008−053326号公報
【特許文献２】特開2009−076542号公報
【特許文献３】特開昭60−182130号公報
【特許文献４】特開平05−211122号公報
【特許文献５】特開2004−023043号公報
【特許文献６】特開平01−049218号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
反応室内に遮蔽板が配置された構成の従来のＡＬＤ成膜装置では、ウェハと遮蔽板との間隔を小さくすることにより、ウェハ面上に均一にガスを供給することができる。これは、ガスが遮蔽板の外側に流れ出すことが殆ど無く、各ガス供給管の吹き出し孔から各排気孔に向けて各ウェハを集中的に包むように流れるためである。しかし、遮蔽板を設けることにより、コンダクタンス（ガスの流れ易さ）が大きく低下し、不活性ガスを用いたパ−ジが不十分になりやすいという問題があった。このように、パ−ジが不十分となると、残留した原料ガスに起因した反応生成物がウェハ上に堆積し、原子層単位での均一な膜形成が困難になるという問題が生じる。しかしその一方、パ−ジを十分に行おうとすると、コンダクタンスが低いことにより、非常に長い時間が必要となる。そのため、生産性が大きく阻害されるという問題があった。
【０００８】
また、遮蔽板を備えていない従来のＡＬＤ成膜装置であれば、遮蔽板を備えたＡＬＤ成膜装置と比べて速やかにパ−ジを行うことができるが、均一に成膜することができないという問題があった。これは、隣接するウェハ同士の間隔に対して、ウェハと反応室の内壁間の距離が大きいことにより、ガス供給管から供給された原料ガスがウェハと反応室の間に流れ易くなるためである。このため、ウェハ表面に供給される原料ガスの供給量が不均一となり、ウェハ面上に均一に成膜することが困難となる。また、各ウェハとガス排気口からの距離に起因した膜厚のばらつきも生じ易い。
【０００９】
また、遮蔽板を備えていないＡＬＤ成膜装置であっても、成膜の均一性を優先する場合には、パ−ジの際の排気能力の不足を補うために長時間のパージ工程が必要となっていた。これは、膜の均一性を向上させるためには排気口付近の原料ガスの乱れを防止する必要があるため、排気口をある程度以上は大きくすることができないためである。たとえば、従来技術のようにスリット形状の排気口を設けた場合でも、スリット幅はある程度のサイズ以下でしか設定できず、パ−ジの際の排気能力が不十分となる。また、その他の形状の排気口であっても、同様に排気口を大型化させることができず、十分な排気能力を備えることができない。
このように、従来のＡＬＤ成膜装置では、パ−ジガスと原料ガスの供給の各ステップで兼用する１系統の排気ラインしか備えていないため、成膜の均一性か成膜に要する時間短縮（生産性の向上）のいずれか一方に重点をおいた設定しかできず、これらを両立することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＡＬＤ成膜装置は、内部に複数のウェハを所定の間隔で上下方向に並べて保持するウェハボ−トを有する中空筒状の反応室と、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第一のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス供給管と、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ第二のガス吹出し孔が設けられた、前記反応室内にパ−ジガスを供給するパ−ジガス供給管と、前記原料ガス供給管と前記パ−ジガス供給管の上流側にそれぞれ接続されたガス供給部と、前記反応室内において前記原料ガス供給管と前記ウェハボ−トを挟んで対抗する位置に配置されるとともに、前記各ウェハに対応した位置にそれぞれ排気孔が設けられた、前記原料ガスの供給時に使用される第一の排気管と、前記反応室に連通され、前記第一の排気管よりも大口径の、前記パ−ジガスの供給時に使用される第二の排気管と、前記反応室の外側に設置された加熱ヒーターと、を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原料ガス供給管（第一のガス吹出し孔）から原料ガスを供給する際に、ウェハを挟んで原料ガス供給管と対抗する位置に配置された第一の排気管（排気孔）から原料ガスを排気することにより、原料ガスをウェハ表面に均一に供給することができる。このため、ウェハ上に成膜を均一に行うことが可能となる。また、不活性ガスを用いたパ−ジの際には、第一の排気管よりも大口径の第二の排気管を用いることにより、単位時間あたりの排気量を第一の排気管よりも大きくすることができる。また、原料ガスとパージガスの排気ラインおよび排気管を別とすることにより、原料ガスの供給時における第二の排気管の排気口付近での原料ガスの乱れが発生しない。これにより原料ガスの残留を抑制すると共に、迅速にパ−ジを行うことが可能となる。そのため、成膜に要する時間を短縮することができるとともに、生産性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明におけるＡＬＤ成膜装置の概略を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１を矢印Ａの方向から臨んで示した平面図である。
【図３】図３は、成膜時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャ−トである。
【図４】図４は、本発明の実施例に従い成膜した酸化ジルコニウムの膜厚測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のＡＬＤ成膜装置１００について図１および図２を参照にして説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される原料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１４】
図１は、本発明におけるＡＬＤ成膜装置１００の概略を示す縦断面図である。本発明のＡＬＤ成膜装置１００は絶縁膜等の堆積を行うためのバッチ式の成膜装置であり、複数のウェハ３を同時に処理することができる。ＡＬＤ成膜装置１００は中空筒状の反応室１と、反応室１内に設けられたガス供給管４と、第一の排気管７と、第二の排気管１９と、反応室１外に設けられたヒ−タ−８と、から概略構成されている。以下、それぞれについてその詳細を説明する。
【００１５】
（反応室１）
反応室１はたとえば石英からなり、一端１ａ（上端）側が閉塞し、他端１ｂ（下端）側にはステンレス等からなる中空筒状のマニホ−ルド３０が係合された縦型の中空筒状の構造となっている。また、マニホ−ルド３０の他端１ｂ側（下側）には図示しない開口部が設けられており、この開口部を密閉するためのキャップ部３１が備えられている。これにより、反応室１の内部は気密状態に保たれ、内部の圧力が制御可能になる。また、キャップ部３１の下部には、キャップ部３１を貫通し、かつ反応室１外側に突出する構成の回転機構３２が設けられている。
【００１６】
（ウェハボ−ト２）
ウェハボ−ト２はたとえば石英からなり、キャップ部３１の上に設けられている。ウェハボ−ト２には複数の図示しない突起または溝が設けられており、これによりウェハ３は所定の間隔で上下方向に並べて保持される。また、ウェハ３はＡＬＤ成膜装置１００を設置した床面と概略平行に配置される。また、ウェハボ−ト２はキャップ部３１を昇降させることにより、一体となって反応室１内の所定の位置に移動させることができる。
また、ウェハボ−ト２の底面の中心部は回転機構３２によって支持されており、反応室１の内部の気密性を保った状態で回転することができる。これにより、ウェハボ−ト２およびウェハ３を回転させることができるため、成膜処理の均一性を向上することができる。
【００１７】
＜ガス供給管４＞
ガス供給管４は、たとえば、パ−ジガス供給管４ａ、第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃから概略構成されている。これらガス供給管４の本数や種類は、ここに挙げたものに限られず、使用されるガスの種類に応じて適宜変更可能である。そのため、３種類以上の原料ガスを使用する際にも本発明は適用可能であり、必要な供給ガスごとに、互いに独立したガス供給管４およびガスの供給部ＧがＡＬＤ成膜装置１００内に適宜設けられていればよい。
【００１８】
（ガス供給管４（パ−ジガス供給管４ａ、第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃ））
また、図１および図２に示すように、ガス供給管４（パ−ジガス供給管４ａ、第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃ）は、それぞれ反応室１の内壁面とウェハボ−ト２との間に設置されている。
図２は、図１を矢印Ａの方向から臨んで示した平面図である。図２に示すように、パ−ジガス供給管４ａは、たとえば第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃに隣接する位置に設けられている。
【００１９】
また、ガス供給管４には、各ウェハ３に対応した位置（各ウェハ３と概略同じ高さ）に位置する開孔状のガス吹出し孔１０（第一のガス吹出し孔１０ａ、第二のガス吹出し孔１０ｂ）が複数設けられている。このガス吹出し孔１０は、少なくともウェハボ−ト２に設置可能なウェハ３の枚数と同じ数だけ、ウェハ３の位置に応じてそれぞれのガス供給管４に設けられている。これらガス供給管４はガス噴出ノズルとして機能し、各ウェハ３の上面に対してガス吹出し孔１０より、概略水平方向に原料ガスまたはパ−ジガスを噴出することができる。これにより、原料ガスまたはパ−ジガスは各ウェハ３に満遍なく供給される。
【００２０】
また、反応室１外部にはガス供給ライン１４が複数設置されている。これらガス供給ライン１４は、それぞれ対応するガス供給管４の、ガスを流す際の上流側に連通されている。
また、ガス供給ライン１４の上流側にはガス供給バルブ２５が設けられている。このガス供給バルブ２５は開閉できる構成となっており、ガス供給ライン１４へのガスの供給および停止の制御を行うことができる。
【００２１】
また、ガス供給ライン１４の上流側の終端には、ガス流量制御器２６およびガス供給部Ｇが接続されている。これにより、ガス供給部Ｇから供給された原料ガスは、ガス流量制御器２６およびガス供給バルブ２５でその流量を制御されるとともに、ガス供給管４のガス吹出し孔１０より各ウェハ３に供給される。
【００２２】
ここで、ガス供給部Ｇとしては気化器やオゾン発生器等を用いても良い。また、ガス供給部Ｇにおいて原料ガスをキャリアガス（不活性ガス）で希釈混合させ、一本のガス供給管４から噴出させる構成としてもよい。
【００２３】
（第一の排気管７）
図１および図２に示すように、第一の排気管７は、ガス供給管４とウェハボ−ト２（ウェハ３）を挟んで対向する位置に設けられている。
また、第一の排気管７には、各ウェハ３に対応した位置（各ウェハ３と概略同じ高さ）に位置する複数の排気孔１１がそれぞれ設けられている。この排気孔１１は、ウェハボ−ト２に設置可能なウェハ３の枚数と少なくとも同じ数だけ第一の排気管７に設けられている。
第一の排気管７（排気孔１１）は原料ガスの供給時に使用され、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向から原料ガスをそれぞれ吸引する。これにより、不要な原料ガスは各ウェハ３表面付近、もしくは各ウェハ３同士の間から迅速かつ容易に排気される。すなわち、第一の排気管７（排気孔１１）は、反応室１内の原料ガスの排気口として機能する。また、第一の排気管７は、反応室１内のパ−ジガスを排気する工程でのパ−ジガスの流れを阻害しない範囲で、複数本設置してもよい。
【００２４】
また、反応室１外部には第一の排気ライン５が設置されており、対応する第一の排気管７の下流側に連通されている。
また、第一の排気ライン５の下流側には第一排気バルブ２１が設けられている。第一排気バルブ２１は開閉できる構成となっており、第一の排気ライン５を介した排気量を制御することができる。
【００２５】
また、第一の排気ライン５の下流側の終端には第一の真空ポンプＰＭ１が接続されている。この第一の真空ポンプＰＭ１により、排気孔１１から吸い込まれた反応室１内のガスは吸引され、第一の排気管７と第一の排気ライン５を介して排気される。
【００２６】
（第二の排気管１９）
図１に示すように、反応室１の一端１ａ側には第二の排気管１９が連通している。第二の排気管１９はパ−ジガスの供給時に使用され、各ウェハ３の上面に対して概略垂直方向からパ−ジガスを吸引する。
また、第二の排気管１９は、第一の排気管７よりも大口径の配管が用いられている。これにより、単位時間あたりの排気量を第一の排気管７よりも大きくすることができる。また、第二の排気管１９を設ける位置は反応室１の一端１ａ側には限定されず、他端１ｂ側に設けてもよい。また、一箇所だけでなく複数個所に第二の排気管１９を設けてもよい。
【００２７】
また、第二の排気管１９の下流側には第二排気バルブ２２を介して第二の排気ライン９が連通されている。第二排気バルブ２２は開閉できる構成となっており、第二の排気ライン９を介しての排気量を制御することができる。
また、第二の排気ライン９の下流側の終端には第二の真空ポンプＰＭ２が接続されている。第二の真空ポンプＰＭ２から吸引を行うことにより、反応室１内のパ−ジガスは第二の排気管１９から吸い込まれ、第二の排気管１９と第二の排気ライン９を介して反応室１外へ排気される。このように、第二の排気管１９は反応室１内のパ−ジガスの排気口として機能する。なお、第一の真空ポンプＰＭ１と第二の真空ポンプＰＭ２は同一のポンプで兼用してもよい。第二の排気管１９は第一の排気管７よりも大口径であるため、同一のポンプを用いても、その単位時間あたりの排気量を第一の排気管７よりも大きくすることができる。
【００２８】
また、第二の排気ライン９は第一の排気ライン５よりも大口径の配管が用いられている。そのため、単位時間あたりの排気量を第一の排気ライン５よりも大きくすることができる。
このように、本実施形態のＡＬＤ成膜装置１００においては、第一の排気ライン５よりも大口径の第二の排気ライン９、および、第一の排気管７よりも大口径の第二の排気管１９を介してパ−ジガスを排気することができる。そのため、パ−ジガスの単位時間あたりの排気量を原料ガスの排気量よりも多くすることができる。
【００２９】
（ヒ−タ−８）
図１に示すように、ヒ−タ−８は反応室１に外側に設置されており、反応室１内を所定の温度に制御することができる。これにより、ウェハ３を所定の温度に加熱することができる。
【００３０】
本発明のＡＬＤ成膜装置１００によれば、第一の排気管７（排気孔１１）が、ウェハ３を挟んでガス供給管４（ガス吹出し孔１０）と対向する位置にあり、また、ガス吹出し孔１０と排気孔１１は各ウェハ３に対応した位置に設けられている。そのため、ウェハ３表面上の圧力勾配を制御することができ、原料ガスを層流状に流すことが可能となる。また、ウェハ３上に均一に原料ガスを供給することが可能となるため、成膜の均一性を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、原料ガス用とパージガス用との二系統の排気ラインおよび排気管が設けられていることにより、原料ガスの供給時における第二の排気管１９の排気口付近での原料ガスの乱れが発生しない。そのため、従来の排気口の口径よりも、第二の排気管１９の口径を大きくすることが可能となる。そのため、パ−ジガスを用いたパ−ジの際に、第一の排気管７よりも大口径の第二の排気管１９を用いることができる。これにより、単位時間あたりの排気量を第一の排気管７よりも大きくすることが可能となる。そのため、原料ガスの残留を抑制すると共に、迅速にパ−ジを行うことが可能となる。これにより成膜に要する時間を短縮することができ、生産性を向上することが可能となる。
以上により、ＡＬＤ成膜装置１００を用いた成膜の均一性向上と成膜に要する時間短縮（生産性の向上）を両立することが可能となる。
【００３２】
次いで、本発明のＡＬＤ成膜装置１００を用いた半導体装置の製造方法について図１から図３を参照にして説明する。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェハ３を保持したウェハボ−ト２を反応室１内に収納して反応室１内を気密状態にする工程と、第一の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ１）と、第一の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ２）と、第二の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ３）と、第二の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ４）と、から概略構成されている。以下、それぞれについてその詳細を説明する。
【００３３】
（反応室１内を気密状態にする工程）
まず、図１に示すように、複数枚（例えば１００枚）のウェハ３をウェハボ−ト２に保持させる。次いで、ウェハボ−ト２を反応室１内に収納するとともに、反応室１の他端１ｂ側をキャップ部３１で閉塞する。これにより、反応室１内は気密状態になる。
【００３４】
この後、図２に示すように、本実施形態においては成膜処理が完了するまで、回転機構３２によってウェハボ−ト２を図２の矢印Ｂで示す方向に回転（自転）させる。このとき、ウェハボ−ト２の回転速度はたとえば１ＲＰＭになるように設定する。このように成膜処理の間、ウェハボ−ト２を回転させることによって、原料ガスをウェハ３面上に均一に吸着させると共に、ウェハ３面上の温度を均一にすることができる。
【００３５】
図１および図２に、ガス供給管４（パ−ジガス供給管４ａ、第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃ）と第一の排気管７の配置を示す。これらガス供給管４の本数や種類は、ここに挙げたものに限られず、使用されるガスの種類に応じて適宜変更可能である。つまり、必要な供給ガスごとに、互いに独立したガス供給管４およびガスの供給部ＧがＡＬＤ成膜装置１００内に適宜設けられていればよい。ここではたとえば、原料ガスとして２種類のガスを使用する。このため、本実施形態のＡＬＤ成膜装置１００は、図２に示すように、原料ガス用のガス供給管４を２本（第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃ）備えている。また、パ−ジガス供給用のパ−ジガス供給管４ａを、原料ガス用の第一の原料ガス供給管４ｂまたは第二の原料ガス供給管４ｃに隣接する位置に備えている。
【００３６】
ここに示すように、第一の排気管７は、ガス供給管４とウェハ３を挟んで対向する位置に設けられている。また、ガス供給管４および第一の排気管７には、各ウェハ３と概略同じ高さに複数のガス吹出し孔１０（第一のガス吹出し孔１０ａ、第二のガス吹出し孔１０ｂ）、排気孔１１がそれぞれ設けられている。これらはガス噴出ノズルとして機能し、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向に原料ガスまたはパ−ジガスを噴出することができる。
【００３７】
ここでは、具体例として、たとえば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜を成膜する場合について、その方法を説明する。なお、成膜処理開始後は、反応室１内の気圧がたとえば１３０〜１４０Ｐａに保たれるように、第一の排気ライン５または第二の排気ライン９のいずれか一方を介しての排気量を調節する。ただし、後述する第一の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ２）および第二の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ４）に際しては、一時的に反応室１内の気圧が変動する場合が含まれてもよい。パ−ジを迅速に行うために、迅速に圧力を上げる必要があるためである。ここでは、たとえば第一の排気ライン５を介して反応室１内の気圧を保持する。
また、この際、ヒ−タ−８により反応室１内の雰囲気および各ウェハ３が約２００℃になるように略均一に加熱する。なお、以後の工程を含め、成膜処理工程における反応室１内部の温度は約２００℃となるように、ヒ−タ−８により調節する。
【００３８】
図３は、酸化ジルコニウム膜の成膜時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャ−トである。酸化ジルコニウム膜は、ウェハ３上にジルコニウム吸着させたのちに、酸化させることにより形成することができる。
ここでは、たとえば、第一原料ガスとしてはＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）ガスを用い、第二原料ガスとしてはＯ３（オゾン）ガスを用いる。これら原料ガスの種類は一例であり、他のガスも使用可能である。また、パ−ジガスとしては窒素（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを用いることができる。
【００３９】
（第一の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ１））
まず、はじめに、ガス供給部Ｇおよびガス流量制御器２６から、ガス供給ライン１４を介してＴＥＭＡＺガスをたとえば１００秒間、第一の原料ガス供給管４ｂの第一のガス吹出し孔１０ａより反応室１内へ供給する。このとき、ＴＥＭＡＺガスは、窒素（Ｎ２)またはアルゴン（Ａｒ)等の不活性ガスをキャリアガスとして希釈混合した状態で反応室１内に供給することが好ましい。この場合は、ガス供給部Ｇにおいて原料ガスをキャリアガス（不活性ガス）で希釈混合させ、一本の第一の原料ガス供給管４ｂから噴出させてもよい。
【００４０】
このとき、それぞれのガス流量は、例えばＴＥＭＡＺガスを４０sccmとし、キャリアガスを１０SLMとすることができる。つまり、ここでは、図３におけるＴＥＭＡＺガスの供給時には、キャリアガスによって希釈されたＴＥＭＡＺガスが反応室１内に供給されることを示す。
また、ガス供給部Ｇから供給された原料ガスは、ガス流量制御器２６およびガス供給バルブ２５でその流量を調節することができる。これにより、各ウェハ３へのガス供給量を調節することができる。
【００４１】
ここで、第一のガス吹出し孔１０ａは各ウェハ３と概略同じ高さに位置するため、第一のガス吹出し孔１０ａから噴出した第一の原料ガス（ＴＥＭＡＺガス）は、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向に供給される。このとき、ウェハボ−ト２は回転機構３２によって回転しているため、ＴＥＭＡＺガスは各ウェハ３表面に満遍なく供給される。
【００４２】
このとき、図３に示すように、第一の原料ガス供給管４ｂより反応室１内へＴＥＭＡＺガスを供給するとともに、同時に、第一の真空ポンプＰＭ１から吸引を行う。これにより、第一の排気ライン５および第一の排気管７を介して排気孔１１から反応室１内のＴＥＭＡＺガスが吸引される。このときの吸引量の調整は、第一の排気ライン５の下流側に設けられた第一排気バルブ２１の開閉によって行えばよい。これにより、ＴＥＭＡＺガスは第一の排気管７および第一の排気ライン５を介して反応室１外へ排気される。
ここで、排気孔１１は各ウェハ３と概略同じ高さに位置するため、第一のガス吹出し孔１０ａから噴出したＴＥＭＡＺガスは、その流れを乱されることなく排気孔１１へ向けて流動する。
【００４３】
また、このとき、第二排気バルブ２２は閉じた状態とし、第二の排気ライン９を介しての排気は停止させる。すなわち、第一の原料ガス供給管４ｂからＴＥＭＡＺガスの供給が行われている間は、第一の排気管７を介した排気のみを行う。このとき、パ−ジガス供給管４ａと第二の原料ガス供給管４ｃも、それぞれのガス供給バルブ２５を閉じた状態のままで保持する。
【００４４】
このとき、大流量のキャリアガスにより希釈されたＴＥＭＡＺガスを反応室１内に供給することにより、第一のガス吹出し孔１０ａ付近の圧力が上昇する。また、それに伴い、第一のガス吹出し孔１０ａからウェハ３中央に向かう方向のコンダクタンスが増加する。
【００４５】
一方、第二の排気ライン９を閉じた状態とし、第一の排気管７のみを介して排気を行うことにより、排気孔１１付近の圧力は低下する。これにより、原料ガスの流れは乱されることなく、第一のガス吹出し孔１０ａから、第一の排気管７の排気孔１１へ向けて流動する。このとき、ウェハ３はウェハボ−ト２とともに回転しているため、ウェハ３表面の全面に渡って均一にＴＥＭＡＺガスを供給、吸着させることができる。
【００４６】
（第一の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ２））
次いで、反応室１内に残留しているＴＥＭＡＺガスのパ−ジを行う。本実施形態においては、不活性ガス（パ−ジガス）として窒素またはアルゴンを用いる。まず、パ−ジガス供給管４ａより、パ−ジガスをたとえば２０SLMの流量で２０秒間、反応室１内へ供給する。
ここで、パージガス供給管４ａの第二のガス吹出し孔１０ｂは各ウェハ３と概略同じ高さに位置するため、第二のガス吹出し孔１０ｂから噴出したパ−ジガスは、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向に供給される。このとき、ウェハボ−ト２は回転機構３２によって回転しているため、パージガスは各ウェハ３表面に満遍なく供給される。
【００４７】
また、パージガスを導入している間は、第二排気バルブ２２を開状態として第二の真空ポンプＰＭ２から吸引を行う。これにより、反応室１内の第一の原料ガスおよびパ−ジガスは第二の排気管１９から吸い込まれ、第二の排気管１９と第二の排気ライン９を介して反応室１外へ排気される。第二の排気管１９は第一の排気管７よりも大口径であるため、その単位時間あたりの排気量を第一の排気管７よりも大きくすることができる。
このとき、第一排気バルブ２１は閉じた状態とし、第一の排気管７および第一の排気ライン５を介しての排気は停止させる。
【００４８】
なお、第一の真空ポンプＰＭ１と第二の真空ポンプＰＭ２は同一のポンプで兼用してもよい。すなわち、パ−ジガス供給管４ａからパ−ジガスの供給が行われている間は、第二の排気管１９および第二の排気ライン９を介した排気のみを行う。また、第一の原料ガス供給管４ｂと第二の原料ガス供給管４ｃは、それぞれのガス供給バルブ２５を閉じた状態のままで保持する。また、第一の排気ライン５も、第一排気バルブ２１を閉じた状態のままで保持させる。
このように、大流量のパ−ジガスを各ウェハ３表面に満遍なく供給し、且つ、大口径の第二の排気管１９と第二の排気ライン９を介して排気を行うことにより、パ−ジガスをウェハ３面上に迅速に行き渡らせるとともに、反応室１内の原料ガスを排気することができる。これにより、反応室１内を短時間でパ−ジすることが可能となる。
【００４９】
（第二の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ３））
次いで、第二の原料ガス供給管４ｃの第一のガス吹出し孔１０ａより第二の原料ガス（Ｏ3ガス）を１００秒間、２０SLMの流量で反応室１内へ供給する。このときのＯ3ガス濃度は、例えば２５０g/m３とする。
このとき、第二の原料ガス供給管４ｃより反応室１内へＯ3ガスを供給するとともに、同時に第一の排気管７および第一の排気ライン５を介して、反応室１内のＯ3ガスを排気する。また、このとき、第二排気バルブ２２は閉じた状態とし、第二の排気ライン９を介しての排気は停止させる。すなわち、第二の原料ガス供給管４ｃからＯ3ガスの供給が行われている間は、第一の排気管７を介した排気のみが行われる。また、パ−ジガス供給管４ａと第一の原料ガス供給管４ｂも、それぞれのガス供給バルブ２５を閉じた状態のままで保持する。
【００５０】
ここで、第二の原料ガス供給管４ｃの第一のガス吹出し孔１０ａは各ウェハ３と概略同じ高さに位置するため、第一のガス吹出し孔１０ａから噴出したＯ3ガスは、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向に供給される。
【００５１】
このとき、大流量のＯ3ガスを反応室１内に供給することにより、第一のガス吹出し孔１０ａ付近の圧力は上昇する。また、それに伴い、第一のガス吹出し孔１０ａからウェハ３中央に向かう方向のコンダクタンスが増加する。
一方、第二の排気ライン９を閉じた状態とし、第一の排気管７のみを介して排気を行うことにより、Ｏ3ガスは第一のガス吹出し孔１０ａから、第一の排気管７の排気孔１１へ向けて乱れることなく流動する。このとき、ウェハ３はウェハボ−ト２とともに回転しているため、ウェハ３表面の全面に渡って均一にＯ3ガスを供給するとともに、その表面を酸化させることができる。
以上により、原子層レベルのＺｒＯ２膜が形成される。
【００５２】
（第二の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ４））
次いで、反応室１内に残留しているＯ3ガスのパ−ジを行う。まず、パ−ジガス供給管４ａより、パ−ジガスをたとえば２０SLMの流量で２０秒間、反応室１内へ供給する。
ここで、パージガス供給管４ａの第二のガス吹出し孔１０ｂは各ウェハ３と概略同じ高さに位置するため、第二のガス吹出し孔１０ｂから噴出したパ−ジガスは、各ウェハ３の上面に対して概略水平方向に供給される。また、パージガスを導入している間は、第二排気バルブ２２を開状態として第二の真空ポンプＰＭ２から吸引を行う。これにより、反応室１内の第二の原料ガスおよびパ−ジガスは第二の排気管１９から吸い込まれ、第二の排気管１９と第二の排気ライン９を介して反応室１外へ排気される。第二の排気管１９は第一の排気管７よりも大口径であるため、その単位時間あたりの排気量を第一の排気管７よりも大きくすることができる。
このとき、第一排気バルブ２１は閉じた状態とし、第一の排気管７および第一の排気ライン５を介しての排気は停止させる。
【００５３】
すなわち、パ−ジガス供給管４ａからパ−ジガスの供給が行われている間は、第二の排気管１９および第二の排気ライン９を介した排気のみを行う。また、第一の原料ガス供給管４ｂと第二の原料ガス供給管４ｃは、それぞれのガス供給バルブ２５を閉じた状態のままで保持する。また、第一の排気ライン５も、第一排気バルブ２１を閉じた状態のままで保持させる。
【００５４】
この後、第一の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ１）、第一の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ２）、第二の原料ガスを反応室１内に供給する工程（工程Ｓ３）、第二の原料ガスをパ−ジする工程（工程Ｓ４）を順次繰り返すことにより、所定の膜厚の酸化ジルコニウム膜が形成される。
【００５５】
なお、本実施形態においては、２種類の原料ガスを用いる場合の成膜方法について説明したが、３種類以上の原料ガスを使用する際にも本発明は適用可能である。その場合は、必要なガスの種類に応じて、原料ガスとパ−ジガスを順次供給すればよい。また、その際には必要なガスの種類に応じて、独立したガス供給管４およびガスの供給部Ｇが設けられたＡＬＤ成膜装置１００を設ければよい。
【００５６】
本実施形態のＡＬＤ成膜装置１００を用いた半導体装置の製造方法（バッチ式処理装置によるＡＬＤ法での薄膜形成）によれば、原料ガス供給工程において、ガス供給管４（ガス吹出し孔１０）から各ウェハ３の端の上面に対して概略水平方向に原料ガスを供給するとともに、ウェハ３を挟んでガス供給管４（ガス吹出し孔１０）と対抗する位置にある第一の排気管７（排気孔１１）から原料ガスを排気することができる。そのため、ウェハ３表面上の圧力勾配を制御することができるとともに、ウェハ３上に均一に原料ガスを供給するとともに、原料ガスを層流状に流すことが可能となる。これにより、成膜の均一性を向上させることが可能となる。
【００５７】
また、原料ガス用とパージガス用との二系統の排気ラインおよび排気管を設けることにより、原料ガスの供給時における第二の排気管１９の排気口付近での原料ガスの乱れが発生しない。そのため、第二の排気管１９の口径を大きくすることが可能となる。これにより、不活性ガス（パ−ジガス）を用いたパ−ジ工程においては、第一の排気管７や従来の排気口よりも大口径の第二の排気管１９および第二の排気ライン９からパ−ジガスを排気することができる。そのため、原料ガスの残留を抑制すると共に、迅速にパ−ジを行うことが可能となる。これにより成膜に要する時間を短縮することができるとともに、生産性を向上することが可能となる。
以上のように、本実施形態においては、原料ガス供給工程とパ−ジ工程それぞれで、異なる排気ラインを用いて成膜処理を行う。これにより、成膜の均一性向上と成膜に要する時間短縮（生産性の向上）を両立することが可能となる。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００５９】
本実施例として、本発明のＡＬＤ成膜装置１００を用いた酸化ジルコニウム膜の成膜方法（半導体装置の製造方法）について説明する。
本実施例では、原料ガスとして、ＴＥＭＡＺガスとＯ３ガスの２種類を使用する。このため、本実施例で用いるＡＬＤ成膜装置１００としては、図１および図２に示すように、二本の原料ガス供給管４（第一の原料ガス供給管４ｂ、第二の原料ガス供給管４ｃ）と、パ−ジガス供給用のパ−ジガス供給管４ａが備えられたものを用いた。
【００６０】
まず、３００ｍｍ径のウェハ３をウェハボ−ト２に１００枚保持させた。次いで、ウェハボ−ト２を反応室１内に収納するとともに、反応室１の他端１ｂ側をキャップ部３１で閉塞した。これにより、反応室１は気密状態となった。この状態を図１に示す。
次いで、回転機構３２によってウェハボ−ト２を図２の矢印Ｂで示す方向に１ＲＰＭの回転速度で回転（自転）させた。また、ヒ−タ−８により反応室１内の雰囲気および各ウェハ３が約２００℃になるように略均一に加熱した。
【００６１】
まず、はじめに、ＴＥＭＡＺガスを第一の原料ガス供給管４ｂより１００秒間、反応室１内へ供給した。このとき、ＴＥＭＡＺガスは、窒素（Ｎ２)をキャリアガスとして希釈混合した状態で反応室１内に供給した。それぞれのガス流量は、ＴＥＭＡＺガスは４０sccmとし、キャリアガスは１０SLMとした。
このとき、図３の工程Ｓ１に示すように、ＴＥＭＡＺガスを第一の原料ガス供給管４ｂより反応室１内へ供給するとともに、同時に第一の排気管７および第一の排気ライン５を介して、反応室１内のＴＥＭＡＺガスを排気した。このとき、反応室１内の気圧は１３０〜１４０Ｐａの圧力となるように第一の排気ライン５からの排気量を調節した。また、反応室１内の雰囲気および各ウェハ３の温度は約２００℃のままで保持した。
【００６２】
次いで、工程Ｓ２に示すように、窒素（パ−ジガス）を反応室１内に供給することにより、反応室１内に残留しているＴＥＭＡＺガスをパ−ジした。まず、パ−ジガス供給管４ａより、２０SLMの流量で２０秒間、反応室１内へ窒素ガスを供給した。この間、第二排気バルブ２２は開状態として、第二の排気管１９および第二の排気ライン９を介してのみ、反応室１内の排気を行った。このとき、第一排気バルブ２１は閉じた状態とし、第一の排気管７および第一の排気ライン５を介しての排気は停止させた。このとき、反応室１内の気圧、温度ともに工程Ｓ１と同じ値のまま保持させた。
【００６３】
次いで、工程Ｓ３に示すように、第二の原料ガス供給管４ｃより２５０g/m３の濃度のＯ3ガスを１００秒間、２０SLMの流量で反応室１内へ供給した。
このとき、第二の原料ガス供給管４ｃより反応室１内へＯ3ガスを供給するとともに、同時に第一の排気管７および第一の排気ライン５を介して、反応室１内のＯ3ガスを排気した。また、このとき、第二排気バルブ２２は閉じた状態とし、第二の排気ライン９を介しての排気は停止させた。また、パ−ジガス供給管４ａと第一の原料ガス供給管４ｂも、それぞれのガス供給バルブ２５を閉じた状態のままで保持した。また、反応室１内の気圧、温度は、ともに工程Ｓ１と同じ値のまま保持させた。
【００６４】
次いで、工程Ｓ４に示すように、窒素（パ−ジガス）により、反応室１内に残留しているＯ3ガスのパ−ジを行った。まず、パ−ジガス供給管４ａより２０SLMの流量で２０秒間、反応室１内へ窒素ガスを供給した。この間、第二排気バルブ２２は開状態として、第二の排気管１９および第二の排気ライン９を介してのみ、反応室１内の排気を行った。このとき、第一排気バルブ２１は閉じた状態とし、第一の排気管７および第一の排気ライン５を介しての排気は停止させた。また、反応室１内の気圧、温度は、ともに工程Ｓ１と同じ値のまま保持させた。
この後、工程Ｓ１、工程Ｓ２、工程Ｓ３、工程Ｓ４を順次繰り返すことにより、所定の膜厚の酸化ジルコニウム膜を形成した。
【００６５】
図４に、本発明の実施例に従い成膜した酸化ジルコニウム膜と、従来の方法（例えば、特許文献１に記載の装置を用いた成膜方法）により成膜した酸化ジルコニウム膜の膜厚測定結果を示す。本実施例においては、直径３００ｍｍのウェハ３を直径方向に沿って７ポイント（−１５０ｍｍから＋１５０ｍｍまで５０ｍｍステップ）の測定位置で膜厚測定を行った。
図４の横軸にウェハ３の中心部を０ｍｍとした測定位置を示し、縦軸には測定した酸化ジルコニウム膜の膜厚で、ウェハ３中心部の膜厚を１として規格化した値を示す。また、比較例として、従来の遮蔽板を備えないＡＬＤ成膜装置１００を用いて成膜した酸化ジルコニウム膜の膜厚測定結果を示す。
【００６６】
比較例に示すように、従来の方法により成膜された酸化ジルコニウム膜は、ウェハ３中央(０ｍｍ)に対してウェハ３外周(＋５０〜＋１５０ｍｍ、−５０〜−１５０ｍｍ)の領域では薄く形成された。特に、ウェハ３外周領域では５％以上薄い酸化ジルコニウム膜が形成された。一方、本発明により成膜された酸化ジルコニウム膜は、ウェハ３中央とウェハ３外周での膜厚差が１％以下となった。
以上に示すように、本発明によれば、バッチ式処理装置（ＡＬＤ成膜装置１００）によるＡＬＤ法での薄膜形成において、従来よりも均一な厚さの酸化ジルコニウム膜が形成された。
【符号の説明】
【００６７】
１…反応室、２…ウェハボート、３…ウェハ、４…ガス供給管、４ａ…パージガス供給管、４ｂ…第一の原料ガス供給管、４ｃ…第二の原料ガス供給管、５…第一の排気ライン、７…第一の排気管、９…第二の排気ライン、１０…ガス吹出し孔、１０ａ…第一のガス吹出し孔、１０ｂ…第二のガス吹出し孔、１１…排気孔、１４…ガス供給ライン、１９…第二の排気管、２６…ガス流量制御器、１００…ＡＬＤ成膜装置、Ｇ…ガス供給部
【図１】
2011171566.tif 000003
【図２】
2011171566.tif 000004
【図３】
2011171566.tif 000005
【図４】
2011171566.tif 000006