(57)【要約】【課題】基板である半導体ウエハＷの膜厚の面間均一性を高めること。【解決手段】反応容器１内へ原料ガスと反応ガスとを交互に供給して成膜処理を行うにあたり、原料ガスを第１及び第２の昇圧用のタンク６１、６２にて夫々昇圧してから、第１及び第２の原料ガスノズル４３、４４を介して供給している。ウエハが配列されている高さ領域のうち、配列方向の中央の高さ領域には、第１及び第２の原料ガスノズル４３、４４の両方のガス吐出孔４３１、４４１が配置される。２本の原料ガスノズル４３、４４の夫々に独立して昇圧用のタンク６１、６２を設けていることから、大流量の原料ガスを反応容器１内に供給することができ、原料ガスが到達しにくいウエハボート３の中央領域には２本の原料ガスノズル４３、４４から原料ガスを吐出しているので、ウエハボート３に保持されたウエハＷの夫々に原料ガスが行き渡り、膜厚の面間均一性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気とされた縦型の反応容器内に、複数の基板を棚状に保持した基板保持具を配置した状態で、前記反応容器内に原料ガスと、当該原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスと、を交互に供給して基板上に成膜する成膜装置において、
前記基板の配列方向に沿って伸びるように設けられ、各々基板同士の間の隙間に対応する高さ位置にて基板の中央部に向けて原料ガスを吐出する複数のガス吐出孔が形成された第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルと、
前記反応ガスを前記反応容器内に供給するための反応ガス供給部と、
前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルに夫々接続された第１の原料ガス供給路及び第２の原料ガス供給路と、
前記第１の原料ガス供給路の途中及び第２の原料ガス供給路の途中に夫々設けられ、原料ガスを昇圧した状態で貯留するための第１のタンク及び第２のタンクと、
前記第１のタンクの上流側、下流側、前記第２のタンクの上流側及び下流側に夫々設けられたバルブと、
前記反応容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記基板が配列されている高さ領域のうち、配列方向の中央の高さ領域には、前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルの両方のガス吐出孔が配置され、前記中央の高さ領域以外には、前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルのうちの少なくとも一方のガス吐出孔が配置されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記排気口は、前記反応容器の側壁における基板の配列領域に臨むように基板の配列方向に沿って設けられ、
前記反応容器を平面的に見たときに、基板の中心部に向けて排気口の左右方向の中心部から夫々左側及び右側に９０度以上、１８０度未満の開き角となる位置に、前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルが設けられることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルは、基板の中心部と排気口の左右方向の中心部とを結ぶ直線に対して左右対称に配置されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第１のタンク及び第２のタンクは、これらタンクの各下流側のバルブを閉じた状態で上流側から原料ガスを流入し続けて昇圧された原料ガスを貯留するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルからは、夫々原料ガスが、２５０ｃｃ／分以上３５０ｃｃ／分以下の流速で前記反応容器内に吐出されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第１の原料ガスノズルのガス吐出孔及び第２の原料ガスノズルのガス吐出孔は、前記基板が配列されている全ての高さ領域に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型の反応容器内にて複数の基板を基板保持具に棚状に保持させて成膜処理を行う成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して成膜を行う処理の一つとして、ウエハに原料ガスを供給して原料を吸着させる工程と、原料と反応して反応生成物をウエハ上に生成する工程とを交互に行って、ウエハ上に反応生成物の層を積み上げていく処理が行われている。ウエハを複数段、ウエハボートを保持させて熱処理を行う縦型熱処理装置において、上記の成膜処理を行う場合、ウエハ間の隙間に対応する位置にガス吐出孔が穿設されたガスノズルが用いられる。
【０００３】
ところで縦型の反応容器内においてウエハボートの上方側や下方側には広いスペースがあり、このスペースに原料ガスが滞留しやすく、ウエハボートの上部側や下部側のウエハには中央領域のウエハに比べて原料ガスが行き渡りやすい状態になる。
今後さらにパターンの微細化が進み、パターンが複雑化してウエハの表面積が大きくなると、原料ガスの消費量が多くなり、ウエハ配列領域の中央領域のウエハには、上下両端領域のウエハに比べて原料ガスが到達しにくくなる。この際ウエハの配列間隔（ピッチ）を増大させれば、ウエハへ原料ガスが行き渡りやすくなるため、上述の課題は解決できるが、生産性が低下してしまうため得策ではない。
【０００４】
原料ガスの供給量を増加させる手法として、例えば特許文献１には、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を行う縦型熱処理装置の反応容器の内部に、第１の原料ガス供給ノズルを２本設ける構成が記載されている。また特許文献２には、主ガス供給ノズルと、処理室の下流側や中流側に処理ガスを補充するための副ガス供給ノズルとを備える構成が記載されている。しかしながらガス供給ノズルを増やしたとしても、ガス供給ノズルから吐出するガスの流速には限界があるため、パターンの表面積が大きくなった場合にはガスが到達しにくい領域が発生する。
【０００５】
特許文献３には、ＡＬＤ法を行う縦型熱処理装置において、原料ガスのガス供給配管にガス溜め部を設け、原料ガスをガス溜め部に溜めてから一気に放出する技術が記載されている。しかしながらガスの供給量を増加させるためにガス溜め部へのガスの充填量を増加すると、ガスノズル内の圧力が高くなって当該ノズル内で気相反応が起こってしまい、パーティクルの発生要因になるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０６８５号公報（図２等）
【特許文献２】特開２００９−２００２９８号公報（図２〜図６、段落００５８、００５９等）
【特許文献３】特開２０１１−２１６９０６号公報（図１、段落００４１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦型の反応容器内にて基板保持具に棚状に保持された基板に対して、原料ガスと反応ガスとを交互に供給して成膜処理を行うにあたり、膜厚について高い面間（基板間）の均一性を得ることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明の成膜装置は、
真空雰囲気とされた縦型の反応容器内に、複数の基板を棚状に保持した基板保持具を配置した状態で、前記反応容器内に原料ガスと、当該原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスと、を交互に供給して基板上に成膜する成膜装置において、
前記基板の配列方向に沿って伸びるように設けられ、各々基板同士の間の隙間に対応する高さ位置にて基板の中央部に向けて原料ガスを吐出する複数のガス吐出孔が形成された第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルと、
前記反応ガスを前記反応容器内に供給するための反応ガス供給部と、
前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルに夫々接続された第１の原料ガス供給路及び第２の原料ガス供給路と、
前記第１の原料ガス供給路の途中及び第２の原料ガス供給路の途中に夫々設けられ、原料ガスを昇圧した状態で貯留するための第１のタンク及び第２のタンクと、
前記第１のタンクの上流側、下流側、前記第２のタンクの上流側及び下流側に夫々設けられたバルブと、
前記反応容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記基板が配列されている高さ領域のうち、配列方向の中央の高さ領域には、前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルの両方のガス吐出孔が配置され、前記中央の高さ領域以外には、前記第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルのうちの少なくとも一方のガス吐出孔が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、真空雰囲気とされた縦型の反応容器内へ原料ガスと反応ガスとを交互に供給して成膜処理を行うにあたり、第１のタンク及び第２のタンク内にて夫々昇圧した状態で貯留された原料ガスを、第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルを介して供給している。基板が配列されている高さ領域のうち、配列方向の中央の高さ領域には、第１及び第２の原料ガスノズルの両方のガス吐出孔が配置され、前記中央の高さ領域以外には前記第１及び第２の原料ガスノズルのうちの少なくとも一方のガス吐出孔が配置されている。２本の原料ガスノズルの夫々に独立して昇圧用のタンクを設けていることから、大流量の原料ガスを反応容器内に供給することができる。また原料ガスが到達しにくい基板の配列方向の中央の高さ領域には第１及び第２の原料ガスノズルの両方から原料ガスを吐出しているので、基板保持具に棚状に保持された複数の基板の夫々に原料ガスが行き渡り、膜厚について高い面間の均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る成膜装置の第１の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】成膜装置の一例を示す横断面図である。
【図３】ウエハボートに搭載されたウエハと第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルのガス吐出孔との関係を示す説明図である。
【図４】成膜装置の一例を示す概略横断面図である。
【図５】成膜装置の一例を示す概略横断面図である。
【図６】成膜装置のガス供給系を示す構成図である。
【図７】成膜装置の作用を説明するための工程図である。
【図８】成膜装置の作用を説明するための工程図である。
【図９】成膜装置の第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図１０】成膜装置の第２の実施の形態の他の例を示す概略縦断面図である。
【図１１】成膜装置の第３の実施の形態を示す概略縦断面図である。
【図１２】評価試験の結果を示す特性図である。
【図１３】評価試験の結果を示す特性図である。
【図１４】評価試験の結果を示す特性図である。
【図１５】評価試験の結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について、図１〜図５を参照して説明する。図１〜図５中１は、例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器であり、この反応容器１内の上部側は、石英製の天井板１１により封止されている。また反応容器１の下端側には、例えばステンレスにより円筒状に形成されたマニホールド２が連結されている。マニホールド２の下端は基板搬入出口２１として開口され、ボートエレベータ２２に設けられた石英製の蓋体２３により気密に閉じられるように構成されている。蓋体２３の中央部には回転軸２４が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート３が搭載されている。
【００１２】
前記ウエハボート３は、例えば３本の支柱３１を備えており、ウエハＷの外縁部を支持して、複数枚例えば１２０枚のウエハＷを棚状に保持できるようになっている。このときのウエハＷの配列間隔（ウエハＷの表面と、当該ウエハＷの上方側のウエハＷの裏面との距離）は例えば８ｍｍである。前記ボートエレベータ２２は図示しない昇降機構により昇降自在に構成され、前記回転軸２４は駆動部をなすモータＭにより鉛直軸周りに回転自在に構成されている。図中２５は断熱ユニットである。こうしてウエハボート３は、当該ウエハボート３が反応容器１内にロード（搬入）され、蓋体２３により反応容器１の基板搬入出口２１が塞がれる処理位置と、反応容器１の下方側の搬出位置との間で昇降自在に構成される。
【００１３】
反応容器１の側壁の一部にはプラズマ発生部１２が設けられている。このプラズマ発生部１２は、反応容器１の側壁に形成された上下に細長い開口部１３を覆うようにして、断面凹部状の例えば石英製の区画壁１４を反応容器１の外壁に気密に接合することにより構成される。前記開口部１３は、ウエハボート３に支持されている全てのウエハＷをカバーできるように上下方向に長く形成されている。また区画壁１４の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向する一対のプラズマ電極１５が設けられている。このプラズマ電極１５には、プラズマ発生用の高周波電源１６が給電ライン１６１を介して接続されており、プラズマ電極１５に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。さらに区画壁１４の外側には、これを覆うように例えば石英よりなる絶縁保護カバー１７が取り付けられている。
【００１４】
反応容器１の側壁の周方向の一部、この例では前記プラズマ発生部１２に対向する領域には、反応容器１内の雰囲気を真空排気するために、上下に細長い排気口１８が形成されている。ウエハボート３においてウエハＷが配列されている領域を配列領域とすると、前記排気口１８は前記配列領域に臨むようにウエハＷの配列方向に沿って形成されている。このため全てのウエハＷの側方に排気口１８が設けられていることになる。
【００１５】
前記排気口１８には、これを覆うようにして例えば石英よりなる断面コ字状に形成された排気カバー部材１９が取り付けられている。排気カバー部材１９は、例えば反応容器１の側壁に沿って上下に伸びるように構成されており、例えば当該排気カバー部材１９の下部側には、真空排気手段をなす真空ポンプ３１及び圧力調整バルブ３２を備えた排気路３３が接続されている。
また図１に示すように、反応容器１の外周を囲むようにして、加熱部である筒状体のヒータ３４が設けられている。さらに例えば反応容器１とヒータ３４との間には、リング状の送気ポート３５が設けられており、この送気ポート３５には、冷却ガス供給部３６から冷却ガスが送られるように構成されている。
【００１６】
前記マニホールド２の側壁には、原料ガスであるシラン系のガス例えばジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）を供給するための第１の原料ガス供給路４１及び第２の原料ガス供給路４２が挿入されている。これら第１の原料ガス供給路４１及び第２の原料ガス供給路４２の先端部には、夫々第１の原料ガスノズル４３（以下「第１のノズル４３」という）及び第２の原料ガスノズル４４（以下「第２のノズル４４」という）が設けられている。これら第１のノズル４３及び第２のノズル４４は例えば断面が円形の石英管よりなり、図１に示すように、反応容器１の内部における、ウエハボート３の側方において、ウエハボート３に保持されたウエハＷの配列方向に沿って延びるように垂直に設けられている。この例では、これら第１及び第２のノズル４３、４４の先端は、例えばウエハボート３の天井部近傍に位置している。
【００１７】
さらにマニホールド２の側壁には、反応ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するための反応ガス供給路５１が挿入されており、この反応ガス供給路５１の先端部には、例えば石英管よりなり反応ガス供給部をなす反応ガスノズル５２が設けられている。反応ガスとは、原料ガスの分子と反応して反応生成物を生成するガスである。反応ガスノズル５２は、反応容器１内を上方向へ延び、途中で屈曲してプラズマ発生部１２内に配置されている。
【００１８】
第１のノズル４３及び第２のノズル４４には、原料ガスを吐出するための複数のガス吐出孔４３１、４４１がその長さ方向に沿って所定の間隔を隔てて夫々形成されている。前記ガス吐出孔４３１、４４１は、図３に模式的に示すように、各々ウエハボート３に保持されたウエハＷ同士の間の隙間に対応する高さ位置にて、ウエハＷの中央部に向けて原料ガスを吐出するように夫々形成されている。またウエハボート３においてウエハＷが配列されている高さ領域の全体に、第１のノズル４３及び第２のノズル４４の両方のガス吐出孔４３１、４４１が配置されるように構成されている。
【００１９】
ガス吐出孔４３１、４４１の高さ位置は、これらガス吐出孔４３１、４４１からウエハＷ同士の隙間の中央Ｐの高さ位置±１ｍｍの領域に原料ガスが供給するように設定されることが好ましく、前記中央Ｐの高さ位置と揃うように設定されている。またガス吐出孔４３１、４４１は孔径が例えば１．５φ、配列間隔（ピッチ）が例えば８ｍｍに形成されている。またガス吐出孔４３１、４４１の大きさと個数、位置、配列間隔は互いに揃うように夫々設定されている。
【００２０】
さらにガス吐出孔４３１、４４１からは後述するように大きい流速で原料ガスが吐出するので、ガスの干渉を抑制するためには、ガス吐出孔４３１、４４１の高さ位置が互いに揃っていることが好ましい。高さ位置が揃うとは、ガス吐出孔４３１とガス吐出孔４４１の夫々上下方向の中央の高さ位置が揃うことをいう。但し、互いに対応するガス吐出孔４３１、４４１の高さ位置は、夫々の上下方向の中央の高さ位置が１ｍｍ以内のずれであればガスの干渉を抑制できるので、この場合も高さ位置が揃う範囲に含まれる。また反応ガス５２にも、ウエハＷに向けて反応ガスを吐出するための複数のガス吐出孔５２１がその長さ方向に沿って所定の間隔を隔てて形成されている。
【００２１】
これら第１のノズル４３及び第２のノズル４４は例えば図２、図４及び図５に示すように、プラズマ発生部１２の開口部１３を挟んで配置されている。なお図１及び図６には説明の便宜上、第１及び第２のノズル４３、４４を側方から見て並べて描いている。図４を用いてより具体的に説明する。図４は反応容器１の概略横断面図であり、反応容器１の内部に、ウエハボート３（図示せず）に搭載されたウエハＷと、第１及び第２のノズル４３、４４と、反応ガスノズル５２と、を描いている。図中直線Ｌ１は、平面的に見たときに前記排気口１８の左右方向の中心部Ｃ１と、ウエハボート３に搭載されたウエハＷの中心部Ｃ２とを結ぶ第１の直線である。前記排気口１８の左右方向の中心部Ｃ１とは、平面的に見たときに、反応容器１の側壁の内、排気口１８として切り欠かれた部位（図４に点線で示す部位）の周方向の中心部である。さらにこの例の反応ガスノズル５２は、前記第１の直線Ｌ１上に少なくともその一部が位置するように設けられている。
【００２２】
この例において、前記第１のノズル４３及び第２のノズル４４は、前記第１の直線Ｌ１を介して左右対称な位置に設けられている。また前記第１のノズル４３及び第２のノズル４４は、反応容器１を平面的に見たときに、ウエハＷの中心部に対して排気口１８の左右方向の中心部Ｃ１から夫々左側及び右側に９０度以上、１８０度未満の開き角となる位置に夫々設けられている。つまり図４に示すように、平面的に見て第１のノズル４３の中心部Ｃ３とウエハＷの中心部Ｃ２とを結ぶ第２の直線Ｌ２と前記第１の直線Ｌ１とのなす角θ１は、９０度以上１８０度未満、例えば１３５度以上１７５度以下に設定することがより好ましい。同様に平面的に見て第２のノズル４４の中心部Ｃ４とウエハＷの中心部２とを結ぶ第３の直線Ｌ３と前記第１の直線Ｌ１とのなす角θ２は、９０度以上１８０度未満、例えば１３５度以上１７５度以下に設定することがより好ましい。この例では前記なす角θ１、θ２は夫々１６５度に設定されている。既述のように第１のノズル４３と第２のノズル４４は第１の直線Ｌ１を介して互いに左右対称な位置に設けられているため、なす角θ１となす角θ２は互いに揃うことになる。
【００２３】
既述のように、第1のノズル４３のガス吐出孔４３１及び第２のノズル４４のガス吐出孔４４１は、ウエハＷの中央部に向けて原料ガスを吐出するように構成されている。ウエハＷの中央部に向けてとは、ガス吐出孔４３１、４４１が、ウエハＷの中央部を向いているということである。この場合には、ガス吐出孔４３１、４４１が完全にウエハＷの中心部Ｃ２を向く場合の他、図５に示すように、ウエハＷの中心部Ｃ２を中心とし、ウエハＷの半径の１／２以下を半径とする円４０の領域内にガス吐出孔４３１、４４１が向いている場合も含まれる。
【００２４】
続いてガス供給系について、図６を参照しながら説明する。前記第１の原料ガス供給路４１は、その一端側が原料ガスであるジクロロシランの供給源４に接続されると共に、反応容器１側から順に、バルブＶ１１と、第１のタンク６１と、圧力検出部６３と、流量調整部ＭＦ１１と、バルブＶ１２と、を備えている。また第１の原料ガス供給路４１は、バルブＶ１１の下流側から分岐し、バルブＶ１３及び流量調整部ＭＦ７１を備えた第１の置換ガス供給路７１を介して置換ガスである窒素ガスの供給源７に接続されている。前記バルブはガスの給断、流量調整部はガス供給量の調整を夫々行うものであり、以降のバルブ及び流量調整部についても同様である。
【００２５】
同様に前記第２の原料ガス供給路４２は、その一端側がジクロロシランの供給源４に接続されると共に、反応容器１側から順に、バルブＶ２１と、第２のタンク６２と、圧力検出部６４と、流量調整部ＭＦ２１と、バルブＶ２２と、を備えている。また第２の原料ガス供給路４２は、バルブＶ２１の下流側から分岐し、バルブＶ２３及び流量調整部ＭＦ７２を備えた第２の置換ガス供給路７２を介して窒素ガスの供給源７に接続されている。
【００２６】
前記第１及び第２のタンク６１、６２は、その下流側のバルブＶ１１、Ｖ２１を閉じ、上流側のバルブＶ１２、Ｖ２２を開いて第１及び第２のタンク６１、６２にガスを流入したときに、当該タンク６１、６２内にガスが貯留され、このガスを流入し続けることによりタンク６１、６２内が昇圧されるように構成されている。このタンク６１、６２は例えばステンレス製であり、例えばその耐圧性能が例えば９３．３ｋＰａ、内容積が１リットル程度のものが用いられる。
【００２７】
前記反応ガス供給路５１の一端側は、反応ガスであるアンモニアガスの供給源５に接続されており、この反応ガス供給路５１には、反応容器１側から順に、バルブＶ３１と、流量調整部ＭＦ３１とが設けられている。また反応ガス供給路５１は、バルブＶ３１の下流側にて分岐し、バルブＶ３３及び流量調整部ＭＦ７３を備えた置換ガス供給路７３を介して窒素ガスの供給源７に接続されている。
【００２８】
以上に説明した構成を備えた成膜装置は、図１に示すように制御部１００と接続されている。制御部１００は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には成膜装置の作用、即ち反応容器１内にてウエハＷに成膜処理を行うときの制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００２９】
続いて本成膜装置の作用について、図７及び図８を参照して説明する。図７（ａ）は、未処理のウエハＷが搭載されたウエハボート３を反応容器１内に搬入（ロード）し、真空ポンプ３１により反応容器１内を１３．３３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）程度の真空雰囲気に設定した状態を示している。また加熱部３４によりウエハＷが所定の温度例えば５００℃に加熱され、ウエハボート３は回転されている。第１及び第２のタンク６１、６２内には、予めジクロロシランガスが例えば３３．３３ｋＰａ（２５０Ｔｏｒｒ）以上５３．３３ｋＰａ（４００Ｔｏｒｒ）以下になるまで夫々充填されている。昇圧時の第１及び第２のタンク６１、６２内の圧力は互いに揃うように設定されている。また昇圧時の第１及び第２のタンク６１、６２内の圧力は、後述するように夫々のタンク６１、６２から原料ガスを反応容器１に供給したときに、第１及び第２の原料ガス供給路４１、４２、第１及び第２のノズル４３、４４内における気相反応の発生を抑える圧力に設定されている。
【００３０】
この状態で、バルブＶ１３、Ｖ２３、Ｖ３３を開いて、第１のノズル４３、第２のノズル４４、反応ガスノズル５２を介して窒素ガスを夫々例えば３０００ｓｃｃｍの流量で例えば３秒間、反応容器１内に供給する（ステップＳ１）。このとき圧力調整バルブ３２は全開の状態である。なお図７及び図８については、バルブのうち、開いているものについては白色で示し、閉じているものについては黒色で示している。
【００３１】
次いで図７（ｂ）に示すように、バルブＶ１１、Ｖ２１を開いて、第１及び第２のタンク６１、６２内のジクロロシランガスを第１のノズル４３及び第２のノズル４４から例えば３秒間吐出させる。同時に第１のノズル４３、第２のノズル４４、反応ガスノズル５２から夫々例えば３０００ｓｃｃｍの流量で窒素ガスも吐出させる（ステップＳ２）。
【００３２】
反応容器１内は真空雰囲気に設定されているので、バルブＶ１１、Ｖ２１を開くと、第１及び第２のタンク６１、６２から夫々ジクロロシランガスが勢いよく放出され、第１及び第２のノズル４３、４４内を所定の流速で流れて、反応容器１内に吐出される。このときの第１のノズル４３、第２のノズル４４から吐出されるジクロロシランガスの流速は、夫々２５０ｃｃ／分以上３５０ｃｃ／分以下例えば３００ｃｃ／分である。反応容器１内においてジクロロシランガスは排気口１８に向けて流れていき、排気路３３を介して外部へ排出される。この例の第１のノズル４３、第２のノズル４４は、ウエハＷを介して排気口１８と対向するように設けられているので、ジクロロシランガスはウエハＷの表面を一方側から外方側へと流れていき、ウエハＷ表面にジクロロシランガスの分子が吸着される。
【００３３】
第１及び第２のタンク６１、６２内のジクロロシランガスを例えば３秒間放出した後、反応容器１内に置換ガスである窒素ガスを供給して、反応容器１内を窒素パージする。この工程では、図８（ａ）に示すように、バルブＶ１１、Ｖ２１を閉じ、バルブＶ１３、Ｖ２３、Ｖ３３を開いて、第１及び第２のノズル４３、４４から夫々窒素ガスを夫々例えば１０００ｓｃｃｍ、反応ガスノズル５２から窒素ガスを例えば５０００ｓｃｃｍの流量で例えば６秒間供給する（ステップＳ３）。次いで、第１及び第２のノズル４３、４４及び反応ガスノズル５２からの窒素ガスの流量を夫々例えば２００ｓｃｃｍにして、例えば３秒間供給する（ステップＳ４）。こうして反応容器１内のジクロロシランガスは窒素ガスにより置換される。
【００３４】
次いで反応容器１内に、反応ガスであるアンモニアガスを供給する。この工程では、図８（ｂ）に示すように、高周波電源１６に例えば１００Ｗの電力を供給し、バルブＶ３１を開いて、反応ガスノズル５２を介して反応容器１内にアンモニアガスを例えば６０００ｓｃｃｍの流量で例えば９秒間供給する（ステップＳ５）。なお第１及び第２のノズル４３、４４及び反応ガスノズル５２から、夫々例えば２００ｓｃｃｍの流量で窒素ガスを供給しておく。
【００３５】
これによりプラズマ発生部１２では、図２に点線で示す領域ＰＳにてプラズマが発生し、例えばＮラジカル、ＮＨラジカル、ＮＨ２ラジカル、ＮＨ３ラジカル等の活性種が生成され、これらの活性種がウエハＷ表面に吸着される。そしてウエハＷの表面では、ジクロロシランガスの分子とＮＨ３の活性種とが反応してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の薄膜が形成される。こうしてアンモニアガスの供給を行った後、バルブＶ３１を閉じてアンモニアガスの供給を停止する一方、高周波電源１６はＯＮ状態のままに設定して、例えば１１秒間反応を進行させる（ステップＳ６）。ステップＳ６では、第１及び第２のノズル４３、４４、反応ガスノズル５２から夫々例えば２００ｓｃｃｍの流量で窒素ガスを反応容器１内に供給する。
【００３６】
一方、ステップＳ５にて反応容器１へのアンモニアガスを供給している間に、第１及び第２のタンク６１、６２へのジクロロシランガスの充填を行う。つまり図８（ｂ）に示すように、バルブＶ１１、Ｖ２１を閉じ、バルブＶ１２、Ｖ２２を開いて、例えば２０００ｓｃｃｍの流量で例えば９秒間、第１及び第２のタンク６１、６２にジクロロシランガスを供給してから、バルブＶ１２、Ｖ２２を閉じる。これにより第１及び第２のタンク６１、６２では徐々に圧力が高まり、タンク６１、６２内の圧力が例えば３３．３３ｋＰａ（２５０Ｔｏｒｒ）以上５３．３３ｋＰａ（４００Ｔｏｒｒ）以下に昇圧される。
【００３７】
ステップＳ６が終了した後高周波電源１６をＯＦＦにして、再び既述のステップＳ１を実行する。つまり反応容器１内に、第１及び第２のノズル４３、４４、反応ガスノズル５２から窒素ガスを夫々例えば３０００ｓｃｃｍの流量で例えば３秒間供給し、反応容器１内のアンモニアガスを窒素ガスにより置換する。このような一連の工程を繰り返すことで、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜の薄膜が一層ずつ積層され、ウエハＷの表面に所望の厚さのＳｉＮ膜が形成される。
こうして成膜工程を行った後、例えばバルブＶ１３、Ｖ２３、Ｖ３３を開き、これ以外のバルブを閉じて、反応容器１に窒素ガスを供給し、反応容器１内を大気圧に復帰させる。次いでウエハボート３を搬出（アンロード）し、当該ウエハボート３に対して、成膜処理が終了したウエハＷの取り出しと、未処理のウエハＷの受け渡しとを行う。
【００３８】
上述の例では、第１及び第２のタンク６１、６２にジクロロシランガスを充填するときには、これらタンク６１、６２内の圧力が予め設定された時間で設定された圧力になるように、ジクロロシランガスの供給量と供給時間とが設定される。そして前記供給時間に基づいて、バルブＶ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２の開閉が制御される。この例では昇圧時の第１及び第２のタンク６１、６２の圧力が互いに揃うように設定されているが、互いに揃うとは、ジクロロシランガスの供給量とバルブの開閉のタイミングを揃えるということである。但し、形成される薄膜の厚さやパターンの微細度（ウエハの表面積の大きさ）等によっては、昇圧時の第１のタンク６１、６２の圧力を互いに異なるように設定し、第１のノズル４３と第２のノズル４４から吐出される原料ガスの流速が互いに異なるように制御してもよい。
【００３９】
上述の実施の形態によれば、真空雰囲気とされた縦型の反応容器内へ原料ガスと反応ガスとを交互に供給して成膜処理を行うにあたり、第１のタンク６１及び第２のタンク６２内にて夫々昇圧した状態で貯留された原料ガスを、第１のノズル４３及び第２のノズル４４を介して供給している。ウエハＷが配列されている高さ領域のうち、配列方向の全ての領域には、第１及び第２のガスノズルの両方のガス吐出孔が配置されている。そして２本のガスノズル４３、４４の夫々に独立して昇圧用のタンク６１、６２を設けていることから、大流量の原料ガスを反応容器１内に供給することができる。従ってウエハボート３に保持されたウエハＷの夫々に原料ガスが十分に行き渡るので、膜厚について高い面間の均一性を得ることができる。
【００４０】
このように第１及び第２のノズル４３、４４の夫々に独立して昇圧用のタンク６１、６２を設けていることから、夫々のタンク６１、６２内の圧力をそれほど昇圧しなくても、大流量の原料ガスを反応容器１内に供給することができる。つまり第１及び第２のタンク６１、６２内を、その下流側のガスの通流路において気相反応が起こらない程度の圧力まで昇圧して反応容器１に供給しても、全てのウエハＷに十分行き渡る量の原料ガスを反応容器１内に供給できる。従ってパーティクルの発生を抑えた状態で反応容器１内に大流量の原料ガスを一気に供給でき、これによりウエハボート３に保持されたウエハＷの夫々に原料ガスが万遍なく行き渡ってウエハＷの表面全体に吸着する。これにより微細化によって表面積が大きく、原料ガスの消費量が多いパターンに対しても十分な量の原料ガスを短時間で供給できるので、膜厚の面間均一性が向上し、高いスループットが確保できる。後述の評価試験でも記載するように、ウエハボート３上のウエハＷの配列間隔（ピッチ）を広げるとウエハＷに原料ガスが行き渡るため、面間均一性が向上する。しかしながらウエハボート３上のウエハＷの搭載枚数が少なくなって生産性が低下してしまうが、本実施の形態の手法によれば生産性を低下させずに面間均一性を高めることができる。
【００４１】
既述のように第１及び第２のタンク６１、６２に原料ガスを一旦貯留して昇圧してから一気に放出しているので、第１及び第２のノズル４３、４４から吐出される原料ガスの流速が夫々例えば３００ｃｃ／分と大きくなる。このため、ウエハＷの配列間隔が小さくでもウエハＷの中心部まで速やかに原料ガスが到達し、ウエハＷの周縁領域のみならず中心部も十分に成膜される。これにより膜厚のウエハ面内の分布は、ウエハ面内において膜厚がほぼ揃う形状や、中心部の膜厚が周縁領域に比べて大きくなるような山型の形状になる。面内分布が山型形状になると、面内均一性は低下するように見えるが、後のエッチング工程において膜厚の調整を行うことができるので問題はない。一方、従来の構成では、ウエハ中心部に原料ガスが到達しにくく、中心部の膜厚が周縁領域に比べて小さくなるような谷型形状の面内分布形状となりやすいが、このような形状はエッチング工程における加工精度が悪くなり、好ましくない。
【００４２】
ここで仮に第１のノズル４３及び第２のノズル４４を共通の原料ガス供給路に接続して、共通の昇圧用のタンクを用いる場合を想定すると、第１のノズル４３及び第２のノズル４４から大流量の原料ガスを吐出させようとすると、タンク内の圧力をかなり高くする必要がある。このためタンクから第１のノズル４３及び第２のノズル４４に向けてガスを放出すると、タンクの下流側の原料ガス供給路内の圧力が高くなり過ぎて気相反応が起こり、パーティクルが発生するおそれがある。また原料ガスノズルのガス吐出孔の配列間隔を狭めて、原料ガスの供給量を多くすることも考えられるが、加工精度が悪く、結果として面間均一性が低下するおそれがある。さらに原料ガスが行き渡りにくい、ウエハＷの配列方向の中央の高さ領域への原料ガスの吐出量を大きくするために、ガスノズルの中央領域のガス吐出孔の孔径を大きくすることも考えられるが、孔径が変化する境界領域で原料ガスの供給量が変わるため、面間均一性の向上は難しい。
【００４３】
さらに上述の実施の形態では、第１のノズル４３及び第２のノズル４４からは大流量の原料ガスが吐出されるので、これら第１及び第２のノズル４３、４４の配置が工夫されている。先ずガス吐出孔４３１、４４１は上下に配列されたウエハＷ同士の隙間に向けて原料ガスを吐出するように構成され、ウエハＷの配列領域に臨むようにウエハＷの配列方向に沿って排気口１８が形成されている。このため反応容器１の内部では、ウエハＷ同士の間の隙間を通って排気口１８へと向かうガス流れが形成され、ウエハ面内に原料ガスが行き渡りやすい。
【００４４】
また反応容器１を平面的に見たときに、ウエハＷの中心部に向けて排気口１８の左右方向の中心部から夫々左側及び右側に９０度以上、１８０度未満の開き角となる位置に、前記第１のノズル４３及び第２のノズル４４が設けられている。このため第１及び第２のノズル４３、４４が排気口１８からある程度離れた領域に設けられるので、ガス吐出孔４３１、４４１から排気口１８に至る通流経路が長くなる。従ってガス吐出孔４３１、４４１から大きな流速で吐出されたとしても、通流経路が短い場合に比べてウエハＷとの接触時間が長くなり、原料ガスがウエハＷ面内全体に行き渡りやすい。
【００４５】
さらに第１のノズル４３及び第２のノズル４４がいずれも排気口１８から離れた箇所から原料ガスを吐出しているので、夫々のガス吐出孔４３１、４４１から吐出された原料ガスの通流経路において互いのガスが干渉する領域が発生しにくい。これにより前記干渉によるガスの流速の低下や、ガスの流れが乱れてガス量がウエハ面内において不均一になることが抑えられる。例えば前記なす角θ１やなす角θ２が１３５度以上１７５度以下の場合には、２つのノズル４３、４４の吐出口４３１、４４１が夫々排気口１８側に向くため、よりウエハ全面にガスが行き渡りやすい上、互いのノズル４３、４４から吐出されるガスの干渉が抑えられるため、より一層の膜厚の面内均一性の向上が期待できる。
【００４６】
一方、前記なす角θ１やなす角θ２が９０度未満であると、第１及び第２のノズル４３、４４が排気口１８に接近し過ぎて、ウエハ全面にガスが行き渡りにくくなる。また排気口１８に近い吐出口４３１、４４１から夫々大流量の原料ガスが吐出されているので、排気口１８近傍において第１及び第２のノズル４３、４４からの原料ガス同士が衝突し、互いのガスが干渉しやすくなる。このようなことから膜厚の面内均一性が低下するおそれがある。また第１のタンク６１及び第２のタンク６２の圧力が揃うように昇圧し、第１のノズル４３及び第２のノズル４４から吐出される原料ガスの流速を揃えると、２本のガスノズル４３、４４から揃った吐出圧で原料ガスが吐出されるので、ウエハＷ面内において、より原料ガスの流れの乱れが抑えられ、膜厚の面内均一性が向上する。
【００４７】
さらにまた第１のノズル４３及び第２のノズル４４を、前記第１の直線Ｌ１を介して互いに左右対称な位置に設けるようにすると、これら２本のノズル４３、４４と排気口１８との位置関係が揃うので、これらノズル４３、４４から吐出されたガスは排気口１８に向けて同じように流れ、膜厚の面内均一性を高めることができる。さらに上述の実施の形態では、反応ガスノズル５２は前記第１の直線Ｌ１上の位置に設けており、反応ガスノズル５２は排気口１８とウエハＷを介して対向する。このため反応ガスノズルからの反応ガスはウエハＷ上を一方側から他方側へと通流して、ウエハＷ表面に万遍なく供給され、ウエハＷ表面全体で原料ガスと反応ガスとの反応が確実に進行するので、膜厚の面内均一性を高めることができる。
このように膜厚の面内均一性が向上するということは、結果として面間均一性が高くなるということである。つまり原料ガスが到達しにくく、膜が形成されにくいことから、面間均一性の悪化の要因であったウエハボート３の中央領域のウエハＷにおいても、面内均一性が高い状態で成膜できる結果、ウエハボートの上部側及び下部側のウエハＷと膜厚が揃うからである。
【００４８】
また上述の例では、第１のノズル４３及び第２のノズル４４に対して夫々に独立して第１のタンク６１及び第２のタンク６２が設けられているので、これらタンク６１、６２内の圧力を夫々自由に設定することができる。このため成膜処理の種別によっては、第１及び第２のタンク６１、６２内の互いの圧力を変えるようにしてもよい。このように第１のノズル４３及び第２のノズル４４からの原料ガスの流速が適宜設定できるので、原料ガス供給の自由度が高くなる。
【００４９】
続いて本発明の第２の実施の形態について、図９を用いて説明する。この実施の形態は、第１の原料ガスノズル８１（以下「第１のノズル８１」という）及び第２の原料ガスノズル８２（以下「第２のノズル８２」という）からの原料ガスの吐出量の合計が、ウエハＷの配列されている高さ領域のうち、配列方向の中央の高さ領域において多くなるように構成したものである。このため、第１のノズル８１のガス吐出孔８１１と第２のノズル８２のガス吐出孔８２１とは、前記中央の高さ領域に向けて吐出する原料ガスの供給量が、前記中央の高さ領域以外のウエハＷに向けて吐出する原料ガスの供給量よりも大きくなるように形成されている。
【００５０】
第１及び第２のガスノズル８１、８２について、第１の実施の形態と異なる点について説明する。ウエハボート３にウエハＷを満載したときに各ウエハＷ間にガスが吐出される１本の原料ノズルを用いたときには、ウエハＷの表面積が大きい場合には、ウエハボート３の長さ方向の膜厚分布は、中央部の膜厚が小さくなる傾向にある。このため中央の高さ領域とは、当該領域の上側及び下側の領域に比べて原料ガスの吐出量を多くすることにより、ウエハボート３の長さ方向の膜厚分布を改善できる領域である。より具体的な一例としては、例えばウエハボート３にｍ枚のウエハＷを満載したときに、配列方向の中点であるｍ／２枚目（ｍが偶数）あるいは（ｍ−１）／２（ｍが奇数）のウエハＷから上側及び下側にｋ枚ずつ離れた領域に対応する（臨む）領域であって、この領域に含まれるウエハＷの枚数が全体の枚数ｍに対して１／１０以上１／３以下となる領域に含まれる領域をいう。なお第１の実施の形態におけるウエハボート３の中央の高さ領域も同様である。
【００５１】
この例では、図９に示すように、ウエハボート３の中央の高さ領域には、前記第１のノズル８１及び第２のノズル８２の両方のガス吐出孔８１１、８２１が配置されている。またウエハボート３の中央の高さ領域の上方側の領域（上部領域）には、前記第１のノズル８１の吐出孔８１１のみが配置され、前記中央の高さ領域の下方側の領域（下部領域）には、前記第２のノズル８２の吐出孔８２１のみが配置されるように構成されている。
【００５２】
第１のノズル８１及び第２のノズル８２のガス吐出孔８１１、８２１の形成領域の一例を示す。ウエハボート３に１２０枚のウエハＷを搭載する場合には、第１のノズル８１には、最上段のウエハＷ表面から上から８０番目のウエハＷ表面に向けてガスを吐出するようにガス吐出孔８１１が形成され、第２のノズル８２には、上から６０番目のウエハＷ表面から最下段のウエハＷ表面に向けてガスを吐出するようにガス吐出孔８２１が形成されている。また第１及び第２のノズル８１、８２の配置や、ガス吐出孔８１１、８２１の配列間隔や向き、これらノズル８１、８２の基端側に夫々接続される第１及び第２の原料ガス供給路４１、４２、第１のタンク６１及び第２のタンク６２、その他の構成は上述の第１の実施の形態と同様である。
【００５３】
成膜処理のシーケンスも上述の実施の形態と同様であるが、第１及び第２のノズル８１、８２からの原料ガスの吐出タイミングは互いに異なっていてもよい。また第１及び第２のノズル８１、８２からのガスの吐出量、昇圧時の第１及び第２のタンク６１、６２内の圧力、第１及び第２のノズル８１、８２からのガスの吐出速度は互いに異なっていてもよい。さらに第２のノズル８２の長さについては、第１のノズル８１と同様の長さであって、ノズル８２の一部の領域にガス吐出孔８２１を形成する構成であってもよい。
【００５４】
この実施の形態によれば、ウエハボート３の中央の高さ領域のウエハＷに対しては、第１のノズル８１及び第２のノズル８２の両方から原料ガスが吐出される。従って、元々ウエハボート３の上部領域や下部領域に比べて原料ガスが行き渡りにくい前記中央の高さ領域には前記上部領域や下部領域よりも原料ガスが多く供給されるので、ウエハボート３の上下方向においてウエハＷへの原料ガスの吸着量が揃えられ、膜厚の面間均一性が向上する。
【００５５】
この例においては、図１０に示すように、前記第１のノズル８１には、ウエハＷが配列されている高さ領域の全ての領域に対してガスを吐出するガス吐出孔８１１を形成し、第２のノズル８２には、前記中央の高さ領域に対してガスを吐出するガス吐出孔８２１を形成する構成であってもよい。
また第１のノズル８１及び第２のノズル８２の少なくとも一方のガス吐出孔８１１、８２１は、ウエハボート３の中央の高さ領域に向けて吐出する原料ガスの供給量が、前記中央の高さ領域以外の領域に向けて吐出する原料ガスの供給量よりも大きくなるように形状や配置間隔を調整してもよい。例えばノズル８１（８２）の前記中央の高さ領域と対向する領域のガス吐出孔８１１（８２１）は、その他の領域に比べて孔径を大きくしたり、配列間隔を狭くしたりして、吐出領域を大きくすることにより供給量を増大させるようにしてもよい。
【００５６】
次いで本発明の第３の実施の形態について、図１１を用いて説明する。この実施の形態は、反応容器１の内部に、ウエハＷの配列方向に沿って伸びるように、圧力調整用ガスを供給するためのガスノズルを設けたものである。この例ではウエハボート３の前記上部領域に圧力調整用ガス例えば窒素ガスを供給するガスノズル９１を備えており、このガスノズル９１には、ウエハボート３の前記上部領域に向けて窒素ガスを供給するための複数個のガス吐出孔９１１が互いに間隔を開けて形成されている。またガスノズル９１は、バルブＶ９１及び流量調整部ＭＦ９１を備えたガス供給路９３を介して窒素ガスの供給源７に接続されている。圧力調整用ガスとしては、窒素ガス以外の不活性ガスを用いることができる。
【００５７】
図１１では第１の実施の形態の成膜装置にガスノズル９１を設ける例を示しているが、第２の実施の形態の成膜装置にガスノズル９１を設けるようにしてもよい。また図１１では図示の便宜上、ガスノズル９１を排気カバー１９側に描いているが、実際には第１及び第２のノズル４３、４４、反応ガスノズル５２から吐出される原料ガスや反応ガスのガス流れを阻害しない位置に配置される。ウエハボート３の中央の高さ領域の定義や、その他の構成については上述の実施の形態と同様である。
【００５８】
上述の実施の形態にて説明したように、この装置では、反応容器１内において、原料ガス供給→雰囲気置換→反応ガス供給→雰囲気置換を１サイクルとして成膜処理が行われている。雰囲気置換は、具体的には真空引きを行いながら窒素ガスを間欠的に供給する、サイクルパージなどと呼ばれている工程である。そしてこの一連の成膜処理の際、サイクルパージ終了後であって原料ガスを供給する直前のタイミングでガスノズル９１からは、窒素ガスが供給される。この窒素ガスは例えば３０００ｓｃｃｍの流量で例えば６秒間供給され、この窒素ガスの供給を停止した後、原料ガスが供給される。
【００５９】
反応容器１には排気路３３が下部側に設けられているので、窒素パージを短時間で実施しようとすると、窒素パージ終了時には、反応容器１内には、下部側の方が上部側よりも高い窒素ガス濃度分布が形成される。
このため原料ガスを供給する直前の反応容器１内の圧力をウエハＷの配列方向において揃えるために、原料ガスを供給する直前の僅かな間、ガスノズル９１からウエハボート３の上部領域に窒素ガスを供給する。これにより反応容器１内の圧力分布（窒素ガス濃度分布）がウエハＷの配列方向において揃えられてから、原料ガスが供給されるので、結果として膜厚の面間均一性の低下を抑えることができる。
【００６０】
以上において、原料ガス供給用の原料ガス供給ノズルは３本以上であってもよい。この場合、第１のノズル４３及び第２のノズル４４の他の３番目以降のノズルについては、原料ガス供給路に必ずしもタンクを設ける必要はない。さらに反応ガス供給部は、区画壁１４により囲まれた空間に反応ガスを供給する構成であればよく、前記空間の長さ方向に沿って反応ガスノズルを突入して設ける構成には限られない。
【００６１】
またシラン系ガスとしては、ジクロロシランガスの以外に、ＢＴＢＡＳ（（ビスターシャルブチルアミノ）シラン）、ＨＣＤ（ヘキサジクロロシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）などが挙げられる。また置換ガスとしては、窒素ガスの以外にアルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。
さらに本発明の成膜装置では、例えば原料ガスとして塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、反応ガスとしてアンモニアガスを用いて、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜するようにしてもよい。また、原料ガスとしては、ＴＭＡ(トリメチルアルミニウム)を用いてもよい。
【００６２】
またウエハＷの表面に吸着した原料ガスを反応させて、所望の膜を得る反応は、例えばＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等を利用した酸化反応、Ｈ２、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨ等の有機酸、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等のアルコール類等を利用した還元反応、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２等を利用した炭化反応、ＮＨ３、ＮＨ２ＮＨ２、Ｎ２等を利用した窒化反応等の各種反応を利用してもよい。
【００６３】
さらに原料ガス及び反応ガスとして、３種類や４種類のガスを用いてもよい。例えば３種類のガスを用いる場合の例としては、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）を成膜する場合があり、例えばＳｒ原料であるＳｒ（ＴＨＤ）２（ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト）と、Ｔｉ原料であるＴｉ（ＯｉＰｒ）２（ＴＨＤ）２（チタニウムビスイソプロポキサイドビステトラメチルヘプタンジオナト）と、これらの酸化ガスであるオゾンガスが用いられる。この場合には、Ｓｒ原料ガス→置換用のガス→酸化ガス→置換用のガス→Ｔｉ原料ガス→置換用のガス→酸化ガス→置換用のガスの順でガスが切り替えられる。そして、Ｓｒ原料やＴｉ原料の少なくとも一方のガスノズルに本発明の第１の原料ガスノズル及び第２の原料ガスノズルが用いられる。
【実施例】
【００６４】
（評価試験１−１）
図９に示す第２の実施の形態の成膜装置を用い、ウエハボート３に製品ウエハＷとモニターウエハ（ベアウエハ）を合わせて１２０枚搭載して、上述のシーケンスで成膜処理を行い、ＳｉＮ膜を形成した。このときの成膜条件は、ウエハ温度：５００℃、高周波電力の供給時間：２０秒、第１のノズル８１からの原料ガスの総供給量：１．０リットル、第２のノズル８２からの原料ガスの総供給量：
１．０リットル、第１のタンク６１の昇圧時圧力：３８０００Ｐａ、第２のタンク６２の昇圧時圧力：３８０００Ｐａとした。前記モニターウエハはウエハボート３の最上段と中央（下から６０番目）と最下段に夫々載置した。
ウエハボート３の上下方向の１０箇所の位置の製品ウエハと、３枚のモニターウエハについて、ウエハ面内の１７か所の膜厚を測定し、その平均値について求めた。この結果を図１２（ａ）に示す。図中横軸はウエハボート上の位置、縦軸は膜厚の平均値であり、製品ウエハは△、モニターウエハは○で夫々プロットしている。
【００６５】
また第１のノズル４３のみを設けた構成の装置においても、第２のノズル８２から原料ガスを供給しない以外は、同様の成膜条件でＳｉＮ膜を形成し、平均膜厚を求めた。第１のノズル４３は、第１の実施の形態と同様に、ウエハボート３のウエハ配列領域の全てに向けてガスを吐出するガス吐出孔４３１が形成されるものを用いている。この結果を図１２（ｂ）に示す。
【００６６】
図１２（ｂ）により、第１のノズル４３のみを用いた場合にはウエハボート３の最上段及び最下段に比べて中央のウエハＷの膜厚が極端に小さく、最上段及び最下段のモニターウエハと中央のモニターウエハの膜厚の差は約５オングストームであることが認められた。この結果より、ウエハボート３の中央領域のウエハＷに対しては原料ガスが行き渡りにくいこと、及びウエハボート３の上部側及び下部側のデッドスペースに原料ガスが滞留して、中央領域以外のウエハＷは前記デッドスペースのガスを成膜に利用しているために膜厚が大きくなることが推察される。
一方、図１２（ａ）により、第１のノズル８１及び第２のノズル８２の両方から、ウエハボート３の中央領域に原料ガスを供給する構成では、ウエハボート３の上下方向において膜厚がほぼ揃うことが確認され、本発明の第２の実施の形態の構成により、膜厚の面間均一性が向上することが認められた。なおモニターウエハと製品ウエハとの間で膜厚が異なるのは、製品ウエハはモニターウエハに比べて表面積が大きいからであると推察される。
【００６７】
（評価試験２）
図９に示す第２の実施の形態の成膜装置を用い、ウエハボート３に１２０枚の製品ウエハＷを搭載して、上述のシーケンスで成膜処理を行い、ＳｉＮ膜を形成した。このときの成膜条件は、ウエハ温度：５００℃、高周波電力の供給時間：２０秒、第１のノズル８１からの原料ガスの総供給量：１．１４リットル、第２のノズル８２からの原料ガスの総供給量：０．８６リットル、第１のタンク６１の圧力：４２０００Ｐａ、第２のタンク６２の圧力：３６０００Ｐａとした。ウエハボート３の上下方向の複数箇所の位置の製品ウエハの夫々について、ウエハ面内の１７か所の膜厚を測定し、その平均値を求めた。この結果を図１３に示す。図中横軸はウエハボート上のウエハ、縦軸は膜厚の平均値であり、◇でプロットしている。また第１のノズル８１のみから原料ガスを供給した場合と、第２のノズル８２のみから原料ガスを供給した場合においても、同様の成膜条件でＳｉＮ膜を形成し、同様に平均膜厚を求めた。第１のノズル８１のみ場合は△で、第２のノズル８２のみの場合は□で夫々プロットしている。
【００６８】
この結果、第１のノズル８１及び第２のノズル８２の両方から原料ガスを供給した場合には、ウエハボート３の中央の高さ領域（この例ではウエハが上から６０枚の位置から上から８０枚の位置までの領域）において、他の領域よりも膜厚が大きくなるものの膜厚がほぼ揃っており、面間均一性が向上することが認められた。一方第１のノズル８１のみを用いた場合には、ウエハボート３の下部側にて急激に膜厚が低下し、第２のノズル８２のみを用いた場合には、ウエハボート３の上部側にて急激に膜厚が低下することが確認された。
【００６９】
また前記中央領域にあるウエハに対して膜厚の面内均一性を求めたところ、図１４に示す結果を得た。図中横軸はウエハボート上のウエハ、縦軸は面内均一性を夫々示しており、第１及び第２のノズル８１、８２を用いた場合は◇、第１のノズル８１のみ場合は△、第２のノズル８２のみの場合は□で夫々プロットしている。この図１４より、前記中央の高さ領域のウエハＷは面内均一性も良好であることが確認された。このように第１のノズル８１及び第２のノズル８２の両方から原料ガスを供給した領域では面間均一性が向上している。このことから、第１の実施の形態のように、第１及び第２のノズル４３、４４の夫々に、ウエハボート３に搭載されている全てのウエハの表面に対してガスを吐出するガス吐出孔４３１、４４１を形成する構成では、さらに高い面間均一性を確保できる見込みがあることが理解される。
【００７０】
また膜厚の分布パターンを求めたところ、第１及び第２のノズル８１、８２において、ガス吐出孔８１１、８２１がオーバーラップしている領域と、それ以外の領域との境界で、膜厚が大きくなると面内分布パターンが変わることが認められた。但し、面内均一性については、前記ガス吐出孔８１１、８２１がオーバーラップしている領域も、それ以外の領域もいずれも良好であることが確認された。これにより膜厚が小さい場合には、ガス吐出孔８１１、８２１がオーバーラップしている領域と、それ以外の領域との間で面内分布パターンはそれほど変わらず、第２の実施の形態の構成も有効であると言える。
【００７１】
（評価試験３−１）
第１のノズル４３を備えた縦型成膜装置を用い、ウエハボートに１２０枚のモニターウエハ（ベアウエハ）を８ｍｍの配列間隔で搭載して、第２のノズルから原料ガスを供給しない以外は、上述のシーケンスで成膜処理を行い、ＳｉＮ膜を形成した。このときの成膜条件は、ウエハ温度：５００℃、高周波電力の供給時間：２０秒、第１のノズルからの原料ガスの総供給量：１．１４リットル、第１のタンク６１の圧力：４２０００Ｐａとした。そしてウエハボート３上の予め決められた位置のウエハについて、ウエハ直径上の複数個所の膜厚を測定すると共に、パターンの表面積が３倍のウエハと、パターンの表面積が５倍のウエハについても同様の実験を行った。この結果を図１５（ａ）に示すが、図中横軸はウエハ直径上の位置、縦軸は膜厚を夫々示す。また図中○はモニターウエハ、△は表面積が３倍のウエハ、▲は表面積が５倍のウエハのデータを夫々プロットしている。
【００７２】
この結果、パターンの表面積によって、膜厚や面内分布形状が異なり、モニターウエハでは膜厚がウエハ面内においてほぼ揃っているのに対して、表面積が３倍のウエハ及び５倍のウエハでは、ウエハの周縁領域に比べて中心部の膜厚が小さく、谷型の膜厚分布になることが確認された。また表面積が大きくなると、よりウエハの中心部の膜厚が小さくなることが認められ、ウエハの周縁領域でのガスの消費量が多く、ウエハの中心には十分な量の原料ガスが到達しないものと推察される。
【００７３】
（評価試験３−２）
ウエハボートに搭載するウエハＷを６０枚にして１６ｍｍの配列間隔で搭載した以外は、（評価試験３−１）と同様の実験を行った。この結果を図１５（ｂ）に示し、図中○によりモニターウエハ、△により表面積が３倍のウエハ、▲により表面積が５倍のウエハのデータを夫々プロットした。
この結果、パターンの表面積によって膜厚が異なるものの、膜厚の面内分布形状はほぼ揃っており、ウエハの周縁領域に比べて中心部の膜厚が大きい、山型の膜厚分布になることが確認された。これはウエハの搭載枚数を少なくすることにより、全てのウエハに必要な原料ガスの消費量が少なくなるので、上述の供給条件で全てのウエハに対して十分な量の原料ガスが供給でき、ウエハの周縁領域のみならず中心部にも原料ガスが行き渡るためと推察される。この実験から、ウエハへの原料ガスの供給量を多くすると、ウエハの膜厚の面内分布が改善されることが理解される。
【符号の説明】
【００７４】
Ｗ          ウエハ
１          反応容器
３          ウエハボート
３１        真空ポンプ
４１        第１の原料ガス供給路
４２        第２の原料ガス供給路
４３        第１の原料ガスノズル（第１のノズル）
４４        第２の原料ガスノズル（第２のノズル）
４３１、４４１、５２１  ガス吐出孔
５２        反応ガスノズル
６１        第１のタンク
６２        第２のタンク
Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３  バルブ
１００          制御部
【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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