(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板を処理する処理室と、処理室内に導入するガスを予め活性化する活性化機構と、処理室内に活性化したガスを導入するガス導入口と、ガス導入口から導入するガスを分散させる分散板と、分散板を通過するガスをさらに分散させて基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、分散板及びシャワー板には、ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、分散板におけるガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に導入するガスを予め活性化する活性化機構と、
前記処理室内に活性化した前記ガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から導入する前記ガスを分散させる分散板と、
前記分散板を通過する前記ガスをさらに分散させて前記基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、
前記分散板及び前記シャワー板には、前記ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、
前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に第１原料ガスを導入する第１原料ガス導入口と、
前記処理室内に導入する第２原料ガスを予め活性化する活性化機構と、
前記処理室内に活性化した前記第２原料ガスを導入する第２原料ガス導入口と、
前記第１及び第２原料ガス導入口から導入する前記第１及び第２原料ガスを分散させる分散板と、
前記分散板を通過する前記第１及び第２原料ガスをさらに分散させて前記基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、
前記分散板及び前記シャワー板には、前記第１及び第２原料ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、
前記分散板における前記第２原料ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている
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、基板上にガスを供給して薄膜を形成するための基板処理装置、及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を備えた半導体装置として、例えば、Ｈｉｇｈ−ｋ膜（Ｈｆシリケート（ＨｆＳｉＯ）膜）等をゲート絶縁膜として備えたＤＲＡＭのキャパシタ等がある。このＨｉｇｈ−ｋ膜は極薄膜であることが必要とされることから、膜厚制御性の良い方法を用いて形成する必要がある。
【０００３】
かかる薄膜の形成方法としては、基板を格納した処理室内に原料ガスを導入し、一度処理室内を排気し、処理室内に酸化作用を有するＲＰＯ（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｏｘｙｇｅｎ）等のプラズマ等で活性化したガスを導入し、再び処理室内を排気する、という工程を１サイクルとし、このサイクルを繰り返すことにより所望膜厚の薄膜を形成するという方法が用いられてきた。
【０００４】
ここで、上述の薄膜を形成するための従来の基板処理装置は、処理室に導入するガスを、複数の通気孔が設けられた分散板を通過させることによって分散させて基板に供給することとしていた。そして、従来の基板処理装置においては、基板に対して均等にガスを供給することが出来るよう、分散板全面にわたり均等間隔に同じ大きさの通気孔を設けることとしていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２７６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の基板処理装置では、予めプラズマ等で活性化したガスを基板に対して均一に供給することが出来ず、その結果、活性化したガスを導入する導入口直下の膜厚が厚くなり基板上に形成する薄膜の厚さが不均一になってしまう、という問題があった。
【０００６】
本発明は、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に導入するガスを予め活性化する活性化機構と、前記処理室内に活性化した前記ガスを導入するガス導入口と、前記ガス導入口から導入する前記ガスを分散させる分散板と、前記分散板を通過する前記ガスをさらに分散させて前記基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、前記分散板及び前記シャワー板には、前記ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に第１原料ガスを導入する第１原料ガス導入口と、前記処理室内に導入する第２原料ガスを予め活性化する活性化機構と、前記処理室内に活性化した前記第２原料ガスを導入する第２原料ガス導入口と、前記第１及び第２原料ガス導入口から導入する前記第１及び第２原料ガスを分散させる分散板と、前記分散板を通過する前記第１及び第２原料ガスをさらに分散させて前記
基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、前記分散板及び前記シャワー板には、前記第１及び第２原料ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、前記分散板における前記第２原料ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述の通り、従来の基板処理装置では、均等間隔に通気孔が配置された分散板を用いていたが、かかる分散板を通過させてもプラズマ等で活性化したガスを均一に分散させることが出来ず、その結果、基板上に形成される薄膜の厚さが不均一になってしまう、という問題があった。
かかる問題について発明者等が鋭意研究を行った結果、均等間隔に通気孔が配置された分散板を用いても、処理室の一部に設けられたガス導入口から活性化したガスを供給する際に、ガス導入口付近に活性化したガスの供給量が偏在してしまい、活性化したガスの分散が不十分となる場合があることが分かった。
そして発明者等は、ガス導入口付近への活性化したガスの供給量の偏在を防ぐには、ガス導入口と対向する分散板の一部領域において、通気孔を塞ぐ、すなわち通気孔を設けないか、通気孔の単位面積あたりの個数（通気孔の密度）を減らすか、通気孔の孔径を小さくすることにより、部分的に分散板の通気性を下げることが有効であるとの知見を得て、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
（１）基板処理装置の構成
以下、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図１を用いて説明する。参照する図面において、図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置であるリモートプラズマユニットが組み込まれた枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【００１２】
（ａ）処理室
図１に示すように、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置であるリモートプラズマユニットが組み込まれた枚葉式処理装置の処理炉は、処理容器２０２を備えている。そして、処理容器２０２は、その内部に基板２００を処理するための処理室２０１を構成する。ここで基板２００とは、例えば、半導体ウエハや、ガラス基板等である。
【００１３】
（ｂ）基板搬入搬出口
処理容器２０２の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられる。仕切弁としてのゲートバルブ２４４を開放することにより、図示しない基板移載機構を用い、処理室２０１内に基板２００を搬入搬出し得るように構成されている。
【００１４】
（ｃ）支持台
処理室２０１内には、基板２００を支持するための支持台２０６が設けられている。支持台２０６の上部には、基板２００を支持するための支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。支持台２０６の内部には加熱機構（加熱手段）としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に支持される基板２００を加熱することが可能となっている。ヒータ２０７は、基板２００の温度が所定温度となるように、温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ２５３により制御される。
【００１５】
また、処理室２０１の底部には、回転機構（回転手段）２６７、及び昇降機構（昇降手段）２６６が設けられている。回転機構２６７は処理容器２０２の底部を貫通しており、回転機構２６７の上端部は支持台２０６を下方側より支持している。また、昇降機構（昇降手段）２６６は、回転機構２６７を下方側より支持している。
そして、回転機構２６７を作動（回転）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を回転させることが可能となっている。また、この昇降機構２６６を作動（昇降）させることにより、サセプタ２１７上に支持される基板２００を昇降させることが可能となっている。
【００１６】
（ｄ）第１原料ガス導入口
処理室２０１の外部には、液体原料である第１原料を気化して第１原料ガスを生成するための気化器２５５と、気化器２５５へ第１原料を供給するための第１原料供給源２５０aと、が設けられる。
気化器２５５の上流側は、液体原料供給管２３２により、第１原料の液体供給流量を制御するための流量コントローラ（液体マスフローコントローラ）２４１ａを介して、第１原料供給源２５０aと接続されている。
気化器２５５の下流側は、第１原料ガス供給管２３２ａにより、処理室２０１の上部（天井部）と接続されている。そして、処理室２０１の上部と第１原料ガス供給管２３２ａとの接続部分は、処理室２０１内に第１原料ガスを導入するための第１原料ガス導入口２０１ａを形成する。なお、第１原料ガス供給管２３２ａにはバルブ２４３ａが設けられており、バルブ２４３ａを開閉させることにより、第１原料ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への第１原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、第１原料としては、例えば、常温で液体である有機液体金属材料、すなわち有機金属液体原料を用いる。
【００１７】
また、処理室２０１の外部には、不活性ガスを、第１原料ガス供給管２３２ａ及び処理室２０１内へ供給するための不活性ガス供給源２５０ｅが設けられる。
不活性ガス供給源２５０ｅは、不活性ガス供給管２３２ｅにより、不活性ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ（マスフローコントローラ）２４１ｅを介して、第１原料ガス供給管２３２ａに設けられたバルブ２４３ａの下流部分（すなわちバルブ２４３ａと第１原料ガス導入口２０１ａとの間）に接続されている。なお、不活性ガス供給管２３２ｅにはバルブ２４３ｅが設けられており、バルブ２４３ｅを開閉させるこにより、第１原料ガス導入口２０１ａから処理室２０１内への不活性ガスの供給を制御することが可能となっている。
なお、不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ２等を用いる。
【００１８】
（ｅ）第２原料ガス導入口
また、処理室２０１の外部には、第２原料ガスを活性化させる活性化機構（活性化手段）としてのリモートプラズマユニット２２２が設けられる。
【００１９】
リモートプラズマユニット２２２の上流側には、ガス供給管２３２ｅが接続されている。このガス供給管２３２ｅには、リモートプラズマユニット２２２に第２原料ガスを供給する第２原料供給源２５０ｂと、リモートプラズマユニット２２２にてプラズマを発生させるためのガスを供給するプラズマ着火用ガス供給源２５０ｃと、リモートプラズマユニット２２２にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給源２５０ｄとが、ガスの供給流量を制御するためのガス流量コントローラ２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄを介して、それぞれ供給管２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄにより接続されている。
【００２０】
なお、ガス流量コントローラ２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄと、リモートプラズマユニット２２２との間には、それぞれバルブ２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄが設けられており
、これらのバルブを開閉させることにより、リモートプラズマユニット２２２への各ガスの供給をそれぞれ制御することが可能となっている。リモートプラズマユニット２２２に第２原料ガスとプラズマ着火用ガスとが供給されると、第２原料ガスがプラズマにより活性化される。
【００２１】
上記において、第２原料としては、例えばＯ２，Ｏ３，Ｎ２Ｏ，ＮＨ３，Ｈ２等の酸素原子（Ｏ）を含むガス、水素原子（Ｈ）を含むガス、窒素原子（Ｎ）を含むガスを用いる。また、プラズマ着火用ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを用いる。そして、クリーニングガスとしては、例えば、ＣｌＦ３，ＮＦ３，ＢＣｌ３等のフッ素原子（Ｆ）を含むガス、塩素原子（Ｃｌ）を含むガスを用いる。
【００２２】
リモートプラズマユニット２２２の下流側は、第２原料ガス供給管２３２ｆにより、処理室２０１の上部（天井部）と接続されている。そして、処理室２０１と第２原料ガス供給管２３２ｆとの接続部分は、処理室２０１内にプラズマで活性化した第２原料ガスを導入するための第２原料ガス導入口２０１ｂを形成する。なお、第２原料ガス供給管２３２ｆにはバルブ２４３ｆが設けられており、バルブ２３４ｆを開閉させることにより、第２原料ガス導入口２０１ｂからの第２原料ガスの供給を制御することが可能となっている。
【００２３】
また、上記においては、第２原料ガスを活性化させるための活性化機構としてリモート
プラズマユニット２２２を用いているが、リモートプラズマユニット２２２の代わりにオゾナイザ（オゾン発生器）を用いてもよい。かかる場合には、オゾナイザに対して酸素ガスを供給してオゾンガスを発生させ、このオゾンガスを第２原料ガスとして第２原料ガス導入口２０１ｂから処理室２０１内へと供給する。
【００２４】
（ｆ）シャワーヘッド
処理容器２０２の上部、すなわち、第１原料ガス導入口２０１ａ及び第２原料ガス導入口２０１ｂと、サセプタ２１７との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３４が設けられる。
【００２５】
シャワーヘッド２３４は、第１原料ガス導入口２０１ａ及び第２原料ガス導入口２０１ｂから導入されるガスを分散させるための分散板２３７と、分散板２３７を通過したガスをさらに均一に分散させてサセプタ２１７上の基板２００表面に供給するためのシャワー板２３６と、を備える。ここで分散板２３７は、第１原料ガス導入口２０１ａ及び第２原料ガス導入口２０１ｂと対向するように配置され、シャワー板２３６は、サセプタ２１７上の基板２００と対向するように配置される。なお、処理室２０１の天井部と分散板２３７との間、分散板２３７とシャワー板２３６との間にはそれぞれ空間が設けられ、かかる空間は、それぞれ、第１原料ガス導入口２０１ａ及び第２原料ガス導入口２０１ｂを通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２３５、分散板２３７を通過したガスを拡散させるためのバッファ空間２４０として機能する。
【００２６】
分散板２３７には、複数の通気孔２３７ａが設けられている。そして、かかる通気孔２３７ａの配置や孔径を調整することにより、基板２００へ供給するプラズマで活性化したガスの量の均一化を実現させることが出来る。
すなわち、分散板２３７全体に均等間隔に同じ大きさの通気孔２３７ａを設けることとすると、プラズマで活性化したガスを供給する第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する部分において活性化したガスの供給が偏在してしまい、ガスの分散が不十分となりうる。
これに対して、本発明の一実施形態によれば、第２原料ガス導入口２０１ｂとの対向部分における活性化したガスの供給の偏在を防ぐように、第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する分散板２３７の一部分について、通気性が下げられている。具体的には、かかる部分について、通気孔２３７ａを塞ぐ、すなわち通気孔２３７ａを設けないか、他の部分よ
りも通気孔２３７ａの単位面積あたりの個数（通気孔２３７ａの密度）を少なくするか、他の部分よりも通気孔２３７ａの径を小さくすることにより、部分的に通気性を下げている。なお、通気孔２３７ａの具体的な配置例と通過ガスの経路については、実施例１〜３にて後述する。
【００２７】
なお、シャワー板２３６にも、複数の通気孔２３６ａが設けられている。ここで、シャワー板２３６はサセプタ２１７上の基板２００と直接対向することから、シャワー板２３６の全面にわたり均等間隔で通気孔２３６ａが設けられ、各通気孔２３６ａの孔径も同一であることが好ましい。基板２００に対して均一にガスを供給するためである。
【００２８】
（ｇ）排気系
処理容器２０２の基板搬入搬出口２４７とは反対側の側壁には、排気口２３０が設けられている。排気口２３０には、除外装置（図示せず）に連通するための排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４と、原料を回収するための原料回収トラップ２５１と、排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６と、が設けられる。排気口２３０及び排気管２３１により排気系が構成される。
【００２９】
なお、上述の第１原料ガス供給管２３２ａ及び第２原料ガス供給管２３２ｆには、第１原料ガスバイパス管２５２ａ及び第２原料ガスバイパス管２５２ｂがそれぞれ設けられており、ぞれぞれ原料回収トラップ２５１に接続されている。また、第１原料ガスバイパス管２５２ａ、及び第２原料ガスバイパス管２５２ｂには、それぞれバルブ２４３ｇ及び２４３ｈが設けられている。そして、バルブ２４３ａ及び２４３ｆを閉じ、バルブ２４３ｇ及び２４３ｈを開けることにより、第１原料ガス及び第２原料ガスを処理室２０１へと供給することなく原料回収トラップ２５１へと逃がすことが出来る。
【００３０】
（ｈ）整流板プレート
処理室２０１の支持台２０６上には、シャワーヘッド２３４から供給される各種ガスの流れを調整するための整流板として、プレート２０５が設けられる。プレート２０５は円環（リング）形状であり、基板２００の周囲に設けられる。シャワーヘッド２３４から基板２００に供給されるガスは、基板２００の径方向外方に向かって流れ、プレート２０５上を通り、プレート２０５と処理容器２０２の側壁（内壁）との間を通り、排気口２３０より排気される。なお、基板外周部など、基板２００に薄膜を形成したくない箇所がある場合には、プレート２０５の内径を基板２００の外形よりも小さくして、基板２００の外周部表面を覆うように構成してもよい。この場合、基板２００の搬入搬出を可能とするために、プレート２０５を処理室２０１内の基板処理位置（すなわち基板搬入位置よりも上方の位置）に予め固定しておいたり、プレート２０５のみを昇降させる機構を設けることとしてもよい。
【００３１】
（ｉ）コントローラ
上述のバルブ２４３ａ〜２４３ｈ、流量コントローラ２４１ａ〜２４１ｅ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５、リモートプラズマユニット２２２、回転機構２６７、昇降機構２６６等の基板処理装置を構成する各部の動作は、主制御部（主制御手段）としてのメインコントローラ２５６により制御される。
【００３２】
（２）基板処理工程
続いて、上述した図１のような構成の処理炉により実施される、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について、図７を用いて説明する。
本発明の一実施形態としては、第１原料として常温で液体である有機金属液体原料を用
い、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、特にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する方法について説明する。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、メインコントローラ２５６により制御される。
【００３３】
（ａ）基板搬入工程から基板載置工程まで
まず、昇降機構２６６を作動させ、支持台２０６を基板搬送位置まで下降させる。その結果、サセプタ２１７の表面からは図示しない突き上げピンが突出する。そして、ゲートバルブ２４４を開いて基板搬入搬出口２４７を開放し、図示しない基板移載機構を用いて、基板２００を処理室２０１内へと搬入する（Ｓ１）。搬入された基板２００は、突き上げピンの上端部に支持される。
【００３４】
その後、ゲートバルブ２４４を閉じ、さらに昇降機構２６６を作動させて支持台２０６を基板搬送位置から基板処理位置まで上昇させる。その結果、突き上げピンはサセプタ２１７の表面より没入し、基板２００はサセプタ２１７により支持される（Ｓ２）。
【００３５】
支持台２０６を基板処理位置まで上昇させた後、回転機構２６７を作動させて基板２００を回転させる。このように、基板２００を回転させることにより、後述する第１原料ガス供給工程及び第２原料ガス供給工程において、基板２００に対してより均一な処理が可能となる。
【００３６】
（ｂ）基板昇温工程および圧力調整工程
その後、ヒータ２０７に電力を供給して、基板２００が所定の処理温度となるように加熱する（Ｓ３）。同時に、圧力コントローラ２５４により、処理室２０１内が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ４）。
【００３７】
なお、上述の、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、基板昇温工程（Ｓ３）お及び圧力調整工程（Ｓ４）においては、バルブ２４３ａ、２４３ｆを閉め、バルブ２４３ｅを開けて不活性ガスを処理室２０１内へ供給しつつ、排気口２３０から排気しておくことが好ましい。これにより、基板２００の表面に、パーティクルや金属汚染物が付着することを防止することが出来る。
また、基板昇温工程（Ｓ３）及び圧力調整工程（Ｓ４）の完了までに、液体原料としての第１原料を、第１原料供給源２５０ａから気化器２５５へと供給して気化させ、気化器２５５にて第１原料ガスを生成させておく。ここで、第１原料ガスの流量は、流量コントローラ２４１ａを用いて制御する。なお、生成した第１原料ガスは、バルブ２４３ｇを開くことにより、第１原料ガスバイパス管２５２ａから一時的に逃がしておく。
【００３８】
（ｃ）第１原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ｇを閉め、バルブ２４３ａを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、第１原料ガスを第１原料ガス導入口２０１ａから処理室２０１内へと導入する（Ｓ５）。すなわち第１原料ガス導入口２０１ａから導入された第１原料ガスは、シャワーヘッド２３４により均一に分散されて処理室２０１内へ導入され、基板２００上へシャワー状に供給される。このとき、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内へは第１原料ガスと不活性ガスとを同時に供給する。第１原料ガスを不活性ガスで希釈させることにより、第１原料ガスを攪拌しやすくなる。
【００３９】
（ｄ）第１パージ工程
処理室２０１内への第１原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開い
たまま、バルブ２４３ａのみを閉じることにより、処理室２０１への第１原料ガスの供給を停止する。ただし不活性ガスの供給は継続して行われるので、これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされることとなり、処理室２０１内の残留ガスが除去される（Ｓ６）。
【００４０】
なお、処理室２０１への第１原料ガスの供給を停止した後においても、気化器２５５における第１原料ガスの生成は、停止させることなく継続させることが好ましい。この際、バルブ２４３ｇを開くことにより、余剰に生成される第１原料ガスを、第１原料ガスバイパス管２５２ａから一時的に逃がしておく。
気化器２５５により液体原料を気化させて安定供給するまでには時間を要するが、気化器２５５における第１原料ガスの生成を継続させたまま、バルブ２４３ａ及び２４３ｇの開閉を切り替えることにより処理室２０１への第１原料ガスの供給を停止・再開させるようにするほうが、次回実施する第１原料ガス供給工程の処理時間を短縮出来るからである。
【００４１】
また、第１パージ工程（Ｓ６）の完了までに、バルブ２４３ｃを開き、プラズマ着火用ガスとしてのＡｒガスを、プラズマ着火用ガス供給源２５０ｃからリモートプラズマユニット２２２へと供給してＡｒプラズマを生成しておく。さらに、バルブ２４３ｂを開き、第２原料ガスを、第２原料供給源２５０ｂからリモートプラズマユニット２２２へと供給しておく。その結果、リモートプラズマユニット２２２にて、Ａｒプラズマにより第２原料が活性化されて、ラジカル（活性種）等の反応種が生成される。例えば第２原料ガスとして酸素ガスを用いた場合、Ａｒプラズマにより酸素ガスが活性化されて酸素プラズマが発生し、酸素ラジカル（Ｏ＊）等の反応種が生成される。ここで、Ａｒガス及び第２原料ガスの流量は、ガス流量コントローラ２４１ｃ及び２４１ｂにより制御する。
なお、生成したＡｒプラズマ及び活性化した第２原料ガスは、バルブ２４３ｈを開くことにより、第２原料ガスバイパス管２５２ｂから一時的に逃がしておく。
【００４２】
（ｅ）第２原料ガス供給工程
その後、バルブ２４３ｈを閉め、バルブ２４３ｆを開け、排気口２３０から処理室２０１内を排気する。これにより、プラズマにより活性化された第２原料ガスを、第２原料ガス導入口２０１ｂから処理室２０１内へと導入する（Ｓ７）。すなわち第２原料ガス導入口２０１ｂから導入された活性化された第２原料ガスは、シャワーヘッド２３４により均一に分散されて処理室２０１内へ導入され、基板２００上へシャワー状に供給される。このときも、バルブ２４３ｅは開けたままの状態とし、処理室２０１内への不活性ガスの供給を継続する。
【００４３】
（ｆ）第２パージ工程
処理室２０１内へのプラズマで活性化された第２原料ガスの供給を所定時間実施した後、バルブ２４３ｅを開いたまま、バルブ２４３ｆのみを閉じることにより、処理室２０１への第２原料ガスの供給を停止する。ただし、不活性ガスの供給は継続して行われるので、これにより、処理室２０１内が不活性ガスによりパージされることとなり、処理室２０１内の残留ガスが除去される（Ｓ８）。
【００４４】
なお、処理室２０１へのプラズマで活性化された第２原料ガスの供給を停止した後においても、リモートプラズマユニット２２２における第２原料ガスの活性化は、停止させることなく継続させることが好ましい。この際、バルブ２４３ｈを開くことにより、生成したＡｒプラズマ及び活性化した第２原料ガスを、第２原料ガスバイパス管２５２ｂから一時的に逃がしておく。
リモートプラズマユニット２２２により第２原料ガスを活性化させて安定供給するまでには時間を要するが、リモートプラズマユニット２２２における第２原料ガスの活性化を
継続させたまま、バルブ２４３ｆ及び２４３ｈの開閉を切り替えることにより処理室２０１への第２原料ガスの供給を停止・再開させるようにするほうが、次回実施する第２原料ガス供給工程における処理時間を短縮出来るからである。
【００４５】
（ｇ）繰り返し工程
その後、以上に述べたＳ５〜Ｓ８までの各工程を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、基板２００上に所定膜厚の薄膜を形成する（Ｓ９）。
【００４６】
（ｈ）基板搬出工程
基板２００へ所定膜厚の薄膜を形成後、回転機構２６７による基板２００の回転を停止する。その後、処理済の基板２００を、基板搬入工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出し、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板上へ薄膜を形成する工程を完了する（Ｓ１０）。
【００４７】
なお、上記において、薄膜形成工程をＣＶＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ５）を実施すると、基板２００上で第１原料ガスのガス分子が熱分解し、数〜数十原子層程度の薄膜を形成する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、プラズマで活性化された第２原料ガスに含まれるラジカル（活性種）等の反応種の作用により、基板２００上に形成された数〜数十原子層程度の薄膜からＣ，Ｈ等の不純物が除去される。そして、この間も基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、薄膜から不純物を素早く均一に除去することが出来る。
【００４８】
なお、ＣＶＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件は、例えば、処理温度４５０℃、処理圧力５０〜２００Ｐａとする。また、第１原料ガスとしては、例えばＨｆ−ＭＭＰとＳｉ−ＭＭＰとの混合原料ガスを用い、その供給流量を０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎとする。また、第２原料ガスとしては、例えば酸素ガスを用い、その供給流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとする。なお、プラズマ着火用のＡｒガスの供給流量は、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍとする。
【００４９】
また、上記において、薄膜形成工程をＡＬＤ法により実施する場合には、処理温度を、第１原料ガスのガス分子が熱分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、第１原料ガス供給工程（Ｓ５）を実施すると、基板２００上に第１原料ガスのガス分子が熱分解することなく吸着する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００全体にわたり均一に第１原料を吸着させることができる。
また、第２原料ガス供給工程（Ｓ７）を実施すると、プラズマで活性化された第２原料ガスに含まれるラジカル（活性種）等の反応種が、基板２００上に吸着した第１原料ガスのガス分子と反応することにより、基板２００上に１〜数原子層程度の薄膜が形成される。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板２００面内にわたり均一な膜を形成できる。さらに、第２原料ガスに含まれるラジカル（活性種）等の反応種の作用により、薄膜中に混入するＣ，Ｈ等の不純物を脱離させることが出来る。
【００５０】
なお、ＡＬＤ法により基板２００上にＨｆＳｉＯ膜を形成する場合の処理条件は、例えば、処理温度２５０〜３１５℃、処理圧力５０〜２００Ｐａとする。また、第１原料ガスとしては、例えばＨｆ−ＭＭＰとＳｉ−ＭＭＰとの混合原料ガスを用い、その供給流量を０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎとする。また、第２原料ガスとしては、例えば酸素ガスを用い、その供給流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとする。なお、プラズマ着火用のＡｒガスの供給流量は、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍとする。
【００５１】
（３）本発明の一実施形態における効果
本発明の一実施形態によれば、プラズマで活性化させたガスを供給する第２原料ガス導入口２０１ｂとの対向部分におけるガス供給の偏在を防ぐよう、第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する分散板２３７の一部分について、通気性が下げられている。これにより、基板２００へ供給する活性化させたガスの量を均一化させることが出来るようになり、基板２００上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能となる。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の実施例１〜３について、比較例を交えて説明する。
【００５３】
＜実施例１＞
図２（ｂ）は、実施例１にかかる分散板２３７の構造を示す。
実施例１では、分散板２３７における第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する部分２０１ｂ’と同心円状に設けられた、直径１００ｍｍ程度の円形領域２３７ｂの内側については通気孔２３７ａを塞ぐ、すなわち通気孔２３７ａを設けないこととし、円形領域２３７ｂの外側については、均等間隔で同じ孔径の通気孔２３７ａを設けている。
【００５４】
図５（ｂ）は、実施例１にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す。
図５（ｂ）によれば、第２原料ガス導入口２０１ｂから導入される活性化した第２原料ガスは、通気孔２３７ａが塞がれている円形領域２３７ｂに衝突して分散され、この分散されたガスは、円形領域２３７ｂ外に設けらた通気孔２３７ａを通過する。その結果、円形領域２３７ｂの裏側に供給される第２原料ガスを減らすことができる。なお、通気孔２３７ａを通過した活性化した第２原料ガスの一部は、円形領域２３７ｂの裏側にも回り込むため、円形領域２３７ｂの裏側への第２原料ガスの供給が完全に遮断されることはない。
その後、分散板２３７を通過した第２原料ガスは、シャワー板２３６に設けられている通気孔２３６ａをさらに通過することによって、基板２００に対して均一に供給される。これによって第２原料ガス導入口２０１ｂ直下でみられた顕著なプラズマ酸化効果が低減され、局部的な膜厚増加をより広範囲に分散できる。
【００５５】
なお、実施例１においては、第１原料ガスは、第１原料ガス導入口２０１ａから基板中心位置（すなわち分散板２３７中心位置）に導入される構造となっている。そのため、第１原料ガスは、基板２００に対して多少不均一に供給されることも考えられる。その理由は、分散板２３７の円形領域２３７ｂの内側において、通気孔２３７ａを塞ぐ、すなわち通気孔２３７ａを設けないことにより、部分的に通気性を下げているからである。しかし、それは分散板２３７の下に存在するシャワー板２３６により十分に分散でき、また、基板２００を回転させることでも改善できる。これにより、原料供給は均一になり、かつ、第２原料ガス導入口２０１ａ直下の顕著な膜厚増加を緩和できる。
【００５６】
＜実施例２＞
図２（ｃ）は、実施例２にかかる分散板２３７の構造を示す。
実施例２では、分散板２３７における第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する部分２０１ｂ’と同心円状に設けられた直径１００ｍｍ程度の円形領域２３７ｂの内側における通気孔２３７ａの単位面積あたりの個数（密度）を、円形領域２３７ｂの外側における通気孔２３７ａの単位面積あたりの個数（密度）の約半分に減らした。
【００５７】
図５（ｃ）は、実施例２にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す。
図５（ｃ）によれば、第２原料ガス導入口２０１ｂから導入される活性化した第２原料ガスは、通気孔２３７ａの単位面積あたりの数の少ない円形領域２３７ｂに衝突してその
一部が分散され、この分散されたガスは円形領域２３７ｂ外に設けられた通気孔２７３ａを通過する。その結果、円形領域２３７ｂの裏側に供給される活性化した第２原料ガスを減らすことができる。そして、分散板２３７を通過した第２原料ガスが、シャワー板２３６をさらに通過することによって、基板２００に対して均一に供給される。
【００５８】
実施例２によれば、円形領域２３７ｂの内側にも通気孔２７３ａを有することから、円形領域２３７ｂにおいては第２原料ガスの供給が完全には遮断されない。そのため、円形領域２３７ｂの外側からの第２原料ガスの回り込み量が少なくても、基板２００に対して第２原料ガスを均一に供給することができる。すなわち、実施例２は、実施例１のように構成すると第２原料ガスの回り込みの量が少なすぎて第２原料ガスを均一に供給することができない場合に、特に有効である。
【００５９】
なお、実施例２において、円形領域２３７ｂ内における通気孔２３７ａの単位面積あたりの個数を他の部分より少なくする代わりに、円形領域２３７ｂ内における通気孔２３７ａの径を他の部分における通気孔２３７ａの径より小さくすることによっても、同様の効果を得ることが出来る。
【００６０】
なお、実施例２においても、、第１原料ガスは、第１原料ガス導入口２０１ａから基板中心位置（すなわち分散板２３７中心位置）に導入される構造となっている。そのため、第１原料ガスは、基板２００に対して多少不均一に供給されることも考えられる。その理由は、分散板２３７の円形領域２３７ｂの内側において、他の部分よりも通気孔２３７ａの単位面積あたりの個数（通気孔２３７ａの密度）を少なくことにより、部分的に通気性を下げているからである。しかし、それは分散板２３７の下に存在するシャワー板２３６により十分に分散でき、また、基板２００を回転させることでも改善できる。これにより、原料供給は均一になり、かつ、第２原料ガス導入口２０１ａ直下の顕著な膜厚増加を緩和できる。
【００６１】
＜実施例３＞
図３は、実施例３にかかる基板処理装置の概略構成を示す。
実施例３においては、第２原料ガス導入口２０１ｂから導入される活性化された第２原料ガスを完全に分散させるために、分散板の枚数を増やして２段構成としている。すなわち、第２原料ガス導入口２０１ｂに直接対向する第１分散板２３７Ｕと、その下流に設けられる第２分散板２３７Ｌと、を設けている。
【００６２】
図４（ａ）及び（ｂ）は、実施例３における分散板２３７Ｕ及び分散板２３７Ｌの構成を、それぞれ示す。第１分散板２３７Ｕ及び第２分散板２３７Ｌの全面には、それぞれ同じ大きさの通気孔２３７Ｕａ及び２３７Ｌａが、同じ配列間隔で複数配置されている。
ただし、これらの通気孔２３７Ｕａ及び２３７Ｌａは、これら２枚の分散板を重ね合わせた場合に、互いに重なり合わないように配置されている。例えば、実施例３では、これら２枚の分散板を重ねても、通気孔２３７Ｕａの配列と、通気孔２３７Ｌａの配列とは、縦方向に配列周期の半分程度ずれており、２枚の分散板を重ね合わせても通気孔同士は重なり合わない。
【００６３】
図６（ｂ）は、実施例３にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す。図６（ｂ）によれば、第２原料ガス導入口２０１ｂから導入される活性化した第２原料ガスは、分散板２３７Ｕと分散板２３７Ｌの間に設けられた階段状の経路を通ることで分散が促され、さらにシャワー板２３６を通過することで均一に分散される。
【００６４】
なお、分散板を増やすと、第２原料ガスが基板２００へ供給されるまでの経路が長くなり、リモートプラズマユニット２２２においてプラズマにより活性化された第２原料ガス
が失活してしまう場合がある。活性化された第２原料ガスが失活してしまうと、例えば、基板２００上に形成された数〜数十原子層程度の薄膜からＣやＨ等の不純物が除去できなくなる等の問題の発生が懸念される。
しかしながら、実施例３においては、第２原料ガス導入口２０１ｂ、分散板２３７Ｕ、分散板２３７Ｌ、シャワー板２３６、といった活性化された第２原料ガスの経路を構成する各部材を、活性化されたガスの失活を引き起こしやすい電気抵抗の低い金属（例えばアルミ等）ではなく、絶縁体（例えばＳｉＯ２等）で構成することにより、活性化されたガスの失活を抑制してる。
【００６５】
＜比較例＞
図２（ａ）は、比較例にかかる従来の分散板２３７’の構造を示す。
従来の分散板２３７’においては、通気孔２３７ａ’が、分散板２３７’の全面にわたり均等間隔に設けられている。
【００６６】
図５（ａ）及び図６（ａ）は、従来の分散板における活性化された第２原料ガスの経路イメージを示す。図５（ａ）及び図６（ａ）によれば、分散板２３７’の下流にシャワー板２３６が設けられているが、このような構成としても、活性化された第２原料ガスを均一に供給することが出来ない。分散板２３７’を通過する活性化された第２原料ガスが、第２原料ガス導入口２０１ｂと対向する部分２０１ａ’に偏在してしまうからである。そのため、第２原料ガス導入口２０１ｂ直下で顕著なプラズマ酸化が生じ、第２原料ガス導入口２０１ｂ直下の膜厚が厚くなり、基板２００上に均一な厚さの薄膜を形成することが困難であった。
【００６７】
＜本発明の好ましい態様＞
第１の態様は、基板を処理する処理室と、前記処理室内に導入するガスを予め活性化する活性化機構と、前記処理室内に活性化した前記ガスを導入するガス導入口と、前記ガス導入口から導入する前記ガスを分散させる分散板と、前記分散板を通過する前記ガスをさらに分散させて前記基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、前記分散板及び前記シャワー板には、前記ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている基板処理装置である。好ましくは、前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分には、前記通気孔を設けない。また好ましくは、前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分については、前記通気孔の単位面積あたりの個数を他の部分より少なくする。また好ましくは、前記分散板における前記ガス導入口と対向する部分については、前記通気孔の径を他の部分よりも小さくする。
第１の態様によれば、プラズマ等で活性化したガスを基板上に均一に供給することが可能となり、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置を提供することが出来る。
【００６８】
第２の態様は、基板を処理する処理室と、前記処理室内に第１原料ガスを導入する第１原料ガス導入口と、前記処理室内に導入する第２原料ガスを予め活性化する活性化機構と、前記処理室内に活性化した前記第２原料ガスを導入する第２原料ガス導入口と、前記第１及び第２原料ガス導入口から導入する前記第１及び第２原料ガスを分散させる分散板と、前記分散板を通過する前記第１及び第２原料ガスをさらに分散させて前記基板の表面に供給するシャワー板と、を備え、前記分散板及び前記シャワー板には、前記第１及び第２原料ガスを通過させる通気孔が複数設けられており、前記分散板における前記第２原料ガス導入口と対向する部分は、他の部分と比較して通気性が低くなるように構成されている基板処理装置である。好ましくは、前記分散板における前記第２原料ガス供給口と対向する部分には、前記通気孔を設けない。また好ましくは、前記分散板における前記第２原料ガス供給口と対向する部分については、前記通気孔の単位面積あたりの個数を他の部分よ
り少なくする。また好ましくは、前記分散板における前記第２原料ガス供給口と対向する部分については、前記通気孔の径を他の部分よりも小さくする。
第２の態様によれば、活性化した第２原料ガスを基板上に均一に供給することが可能となり、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置を提供することが出来る。
【００６９】
ここで、第１の態様および第２の態様の基板処理装置における前記シャワー板に設けられる前記通気孔は、前記シャワー板全面にわたり均等間隔で設けられていることが好ましい。すなわち、前記シャワー板に設けられる前記通気孔の密度は、前記シャワー板全面にわたり均一であることが好ましい。
これにより、基板上へのガスの供給をさらに均一化し、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な基板処理装置を提供することが可能となる。
【００７０】
また、第２の態様の基板処理装置は、前記第１原料ガス導入口から前記第１原料ガスを前記処理室内へ供給する工程と、前記第２原料ガス導入口から前記第２原料ガスを前記処理室内へ供給する工程とを、１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するコントローラを備えることが好ましい。
第２の態様の基板処理装置において、コントローラが、第１原料ガス導入口から第１原料ガスを処理室内へ供給する工程と、第２原料ガス導入口から前記第２原料ガスを前記処理室内へ供給する工程とを、１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すように制御するようにすれば、第４の態様の半導体装置の製造方法を自動化することが出来るので、作業は一層容易になる。
【００７１】
第３の態様は、第１の態様にかかる基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板処理工程は、前記ガス導入口からプラズマで活性化した前記ガスを前記処理室内へ供給する工程を有する半導体装置の製造方法である。
第３の態様によれば、プラズマで活性化したガスを基板上に均一に供給することが可能となり、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００７２】
第４の態様は、第２の態様にかかる基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板処理工程は、前記第１原料ガス導入口から前記第１原料ガスを前記処理室内へ供給する工程と、前記第２の導入口から活性化した前記第２のガスを前記処理室内へ供給する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返す工程を有する半導体装置の製造方法である。
第４の態様によれば、活性化した第２原料ガスを基板上に均一に供給することが可能となり、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置であるリモートプラズマユニットが組み込まれた枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例にかかる分散板の構成を示す概略図であり、（ａ）は比較例にかかる分散板の構造を示し、（ｂ）は実施例１にかかる分散板の構造を示し、（ｃ）は実施例２にかかる分散板の構造を示す。
【図３】実施例３にかかる基板処理装置の概略構成を示す概略図である。
【図４】実施例３にかかる２枚の分散板の構成をそれぞれ示す概略図であり、（ａ）は第２原料ガス導入口に対向する第１分散板の構成を示し、（ｂ）は第１分散板の下流に設けられる第２分散板２３７Ｌの構成を示す。
【図５】実施例および比較例にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す概略図であり、（ａ）は比較例にかかる第２原料ガスの経路イメージを示し、（ｂ）は実施例１にかかる第２原料ガスの経路イメージを示し、（ｃ）は実施例２にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す。
【図６】実施例および比較例にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す概略図であり、（ａ）は比較例にかかる第２原料ガスの経路イメージを示し、（ｂ）は実施例３にかかる第２原料ガスの経路イメージを示す。
【図７】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
２００      基板
２０１      処理室
２０１ａ    第１原料ガス導入口
２０１ｂ    第２原料ガス導入口
２２２      リモートプラズマユニット（活性化機構）
２３４      シャワーヘッド（ガス分散機構）
２３６      シャワー板
２３６ａ    通気孔
２３７      分散板
２３７ａ    通気孔
２３７Ｕ    第１分散板
２３７Ｕａ  通気孔
２３７Ｌ    第２分散板
２３７Ｌａ  通気孔
２５６  メインコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008091805.tif 000007
【図７】
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