(57)【要約】  【課題】ノズル内部における膜の形成を抑制し、該ノズルの交換又はメンテナンス周期を延長し、もって装置の稼働率の向上を実現する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】基板処理装置１００は、基板２００上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器２１０と、反応容器２１０内を加熱するヒータ２０６と、少なくとも一部がヒータ２０６と対向するように反応容器２１０内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを反応容器２１０内に供給する少なくとも一つのノズル２３０と、ノズル２３０の少なくともヒータ２０６と対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを内部に流通させて反応容器２１０内に供給する流通管２７０とを有する。【選択図】図２
2008244443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給する少なくとも一つのノズルと、
前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理装置において、前記ノズルは複数設けられ、前記流通管は前記各ノズルに対応するように前記ノズルと同数設けられることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載された基板処理装置において、さらに、
前記各ノズルより前記反応容器内に供給する前記第１ガスの供給流量を前記ノズル毎に独立して制御する第１流量制御器と、
前記各流通管より前記反応容器内に供給する前記第２ガスの供給流量を前記流通管毎に独立して制御する第２流量制御器と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
基板上に窒化シリコン膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、シラン系ガスを前記反応容器内に供給する長さの異なる複数のノズルと、
前記各ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分をそれぞれ覆うように設けられ、アンモニアガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する複数の流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱した状態で、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも一つのノズルより、生成しようとする膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給しつつ、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを流通させて前記反応容器内に供給して、基板上に前記複数の元素を含む膜を生成する処理を行う工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理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。
【背景技術】
【０００２】
この種の基板処理装置において、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により基板表面に膜の形成を行う場合、反応ガスを基板配列領域の途中箇所から供給する必要があり、反応ガスを基板配列領域の途中箇所から供給するためのノズルが設けられたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８６００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した基板処理装置において、成膜処理を行なうと、ノズルの表面及び内部にも膜が形成される。この原因は、基板配列領域にガスを供給するノズルがヒータと対向する領域に配置されており、該ノズルが成膜温度まで加熱されるためである。また、ノズル内部は、一般的に処理室より容積が小さいため、処理室内と比較し、ノズル内部の圧力が高くなる。そのため、このノズル内部に形成される膜の成膜速度は、処理室内に形成される膜の成膜速度より大きくなり、処理室を構成する部材（例えばアウターチューブ、インナーチューブ及びボートなど）よりも短い周期で交換又はメンテナンスする必要があり、装置の稼働率低下の要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解消し、装置の稼働率の向上を実現する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している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴とするところは、基板上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器と、前記反応容器内を加熱するヒータと、少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給する少なくとも一つのノズルと、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する流通管と、を有する基板処理装置にある。
【０００７】
好適には、前記ノズルは複数設けられ、前記流通管は前記各ノズルに対応するように前記ノズルと同数設けられる。
【０００８】
さらに好適には、前記各ノズルより前記反応容器内に供給する前記第１ガスの供給流量を前記ノズル毎に独立して制御する第１流量制御器と、前記各流通管より前記反応容器内に供給する前記第２ガスの供給流量を前記流通管毎に独立して制御する第２流量制御器と、を有する。
【０００９】
本発明の第２の特徴とするところは、基板上に窒化シリコン膜を生成する処理を行う反応容器と、前記反応容器内を加熱するヒータと、少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、シラン系ガスを前記反応容器内に供給する長さの異なる複数のノズルと、前記各ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分をそれぞれ覆うように設けられ、アンモニアガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する複数の流通管と、を有する。
【００１０】
本発明の第３の特徴とするところは、反応容器内に基板を搬入する工程と、前記反応容器内をヒータにより加熱した状態で、少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも一つのノズルより、生成しようとする膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給しつつ、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを流通させて前記反応容器内に供給して、基板上に前記複数の元素を含む膜を生成する処理を行う工程と、処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１ガスを供給するノズルの少なくともヒータと対向する部分を覆うように設けられ、内部に第１ガスとは異なる第２ガスを流通させて反応容器内に供給する流通管を有するので、第２ガスによるノズルの冷却作用により、ノズル内部における膜の形成を抑制でき、該ノズルの交換又はメンテナンス周期を延長でき、もって装置の稼働率の向上を実現することができる。また、流通管内部に、生成すべき膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを流通させて反応容器内に供給するようにしたので、第２ガスの供給流量を制御することで、第１ガス、第２ガスのそれぞれの比率が変化するのを防止することができ、従来同等またはそれ以上に均一かつ均質な成膜が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置１００の処理炉２０２の概略構成図であり、線断面図として示されている。
【００１３】
図１に示されているように、処理炉２０２は後述するプロセスチューブ２０３内を加熱する加熱機構としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１４】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状にウエハ２００を処理する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は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、このインナーチューブ２０４の外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４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、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４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。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。
【００１５】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間にはシール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器２１０が形成される。
【００１６】
マニホールド２０９にはプロセスチューブ２０３内に反応ガスを供給するノズル２３０が処理室２０１内に連通するように接続されており、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない反応ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１７】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には圧力検出器としての圧力センサ２４５およびＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ等の圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、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。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１８】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。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の上面にはマニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、後述するボート２１７に接続されており、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の外部に垂直に設備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おり、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１９】
基板支持具としてのボート２１７は、例えば石英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円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００２０】
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が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、電気的に温度制御部２３８が接続されており、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２０６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所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２１】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成されている。
【００２２】
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、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２４０により制御される。
【００２３】
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に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００２４】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置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圧力調整装置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２０６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２０６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が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
【００２５】
次いで、反応ガス供給源から供給され、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御された反応ガスは、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１（プロセスチューブ２０３）内に導入される。導入された反応ガスは処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出して排気管２３１から排気される。反応ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
【００２６】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００２７】
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、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００２８】
次に、上述したノズル２３０及び該ノズル２３０の周辺構造について詳細に説明する。
図１に示すように、ノズル２３０は、略Ｉ字状に形成された（ストレートノズルである）第１のノズル２３０ａと、略Ｌ字状に形成された（Ｌ型ノズルである）第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄとから構成されている。第１のノズル２３０ａをショートノズル、第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ，第４のノズル２３０ｄをロングノズルともいう。第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄの少なくとも一部は、ヒータ２０６と対向するようにプロセスチューブ２０３内に設けられており、第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄのガス噴出口２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄは、基板配列領域内に鉛直方向にずれるように配置されている。したがって、第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄは、反応ガスを基板配列領域の途中箇所からプロセスチューブ２０３内へ供給するようになっている。なお、第１のノズル２３０ａは、反応ガスを基板配列領域よりも上流側から、さらには断熱板配列領域よりも上流側からプロセスチューブ２０３内へ供給するようになっている。また、ノズル２３０（例えば第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄの少なくとも１つ）の周囲には後述する流通管２７０（図１では不図示）が設けられている。
【００２９】
ガス供給管２３２は、第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ，第３のガス供給管２３２ｃ及び第４のガス供給管２３２ｄから構成されている。また、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１は、第１のＭＦＣ２４１ａ，第２のＭＦＣ２４１ｂ，第３のＭＦＣ２４１ｃ及び第４のＭＦＣ２４１ｄから構成されている。
【００３０】
第１のガス供給管２３２ａは、第１のＭＦＣ２４１ａを介して第１のノズル２３０ａに接続されている。第２のガス供給管２３２ｂは、第２のＭＦＣ２４１ｂを介して第２のノズル２３０ｂに接続されている。第３のガス供給管２３２ｃは、第３のＭＦＣ２４１ｃを介して第３のノズル２３０ｃに接続されている。また、第４のガス供給管２３２ｄは、第４のＭＦＣ２４１ｄを介して第４のノズル２３０ｄに接続されている。
【００３１】
次に、第１の実施形態における流通管２７０を図２（ｂ）に基づいて説明する。
図２（ｂ）に示すように、本実施形態における流通管２７０は、ノズル２３０の少なくともヒータ２０６と対向する部分を覆うように設けられ、内部に反応ガス以外の物質を流通させるようになっている。より具体的には、流通管２７０は、下端部が閉塞され上端部が開放された円筒形状をしており、該流通管２７０の下端部近傍の側面には該流通管２７０内部に反応ガス以外の物質を導入する導入部２７１が設けられている。流通管２７０の開放された上端部は、流通管２７０内部を流通した反応ガス以外の物質を排出する排出部２７２となっており、該流通管２７０内部を流通した反応ガス以外の物質は、プロセスチューブ２０３内に排出されるようになっている。このようにして、ノズル２３０の少なくともヒータ２０６と対向する部分は流通管２７０により二重化された構造となっている。
【００３２】
反応ガス以外の物質は、ノズル２３０を冷却する冷却物質であり、例えば、気体、液体または固体からなる。したがって、流通管２７０は、内部に反応ガス以外の物質である冷却物質を流通させることで、ノズル２３０内部を通過する反応ガスの温度をプロセスチューブ２０３（処理室２０１）内の温度より、数度〜数百度低下させるようになっている。なお、図１においては、第１のノズル２３０ａはヒータ２０６と対向する領域には配置されてなく、第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ，第４のノズル２３０ｄがヒータ２０６と対向する領域に配置されているので、第２のノズル２３０ｂ，第３のノズル２３０ｃ，第４のノズル２３０ｄの少なくともヒータ２０６と対向する部分を覆うように流通管２７０を設けるのが好ましい。なお、本実施形態では、流通管２７０内を通った冷却物質は、処理室２０１内に排出されるので、冷却物質としては気体（ガス）状物質を用いるのが好ましい。
【００３３】
図２（ａ）に比較例におけるノズル３００が示されている。
図２（ａ）に示すように、比較例におけるノズル３００は、第１の実施形態及び後述する第２の実施形態のノズル２３０と同様の形状をしており、ヒータ（図示省略）と対向する位置に配置されている。成膜処理時において、ノズル３００内の反応ガス温度は処理室（図示省略）内の温度と同等の温度まで加熱される。
【００３４】
次に第２の実施形態における流通管２７０を図２（ｃ）に基づいて説明する。
図２（ｃ）に示すように、本実施形態における流通管２７０は、上端部及び下端部が閉鎖された円筒形状をしており、該流通管２７０の下端部近傍の側面には該流通管２７０内部に反応ガス以外の物質を導入する導入部２７１が設けられている。また、流通管２７０の上端部近傍の側面には流通管２７０内部を流通した反応ガス以外の物質を排出する排出部２７２が設けられており、反応ガス以外の物質はプロセスチューブ２０３（処理室２０１）外、すなわち処理室２０１と切り分けられた場所に排出されるようになっている。本実施形態では、流通管２７０を通った冷却物質は、処理室２０１の外部に排出されるので、冷却物質としては、気体状物質の他、冷却水などの液体状物質や粉末等の固体状物質を用いることができる。
なお、第２の実施形態の説明においては、本発明の第１の実施形態と同一の機能を有する要素について図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００３５】
次に、実施例１及び実施例２について説明する。
【００３６】
[実施例１]
第１の実施形態における流通管２７０が配設された基板処理装置１００を用いて、Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜処理を行なった。処理条件は、処理温度：４００〜７８０℃、処理圧力：２５〜２７０Ｐａ、反応ガス種：ＳｉＨ４等のシラン系ガスやＢＴＢＡＳ等の有機シラン系ガスであり、本実施例ではＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、反応ガス供給流量：０．０３〜０．５ｓｌｍ、添加ガス種：ＮＨ３ガス、添加ガス供給流量：０．５〜１ｓｌｍ以上とした。また、ノズル２３０からプロセスチューブ２０３内に反応ガスを、添加ガス用ノズル（図１では図示せず）からプロセスチューブ２０３内に添加ガスを供給するとともに流通管２７０内部に冷却物質として反応ガス以外の物質を流通させてプロセスチューブ２０３内に供給した。冷却物質の種類は気体、例えばＮＨ３ガス、又はＮ２等の不活性ガスで希釈した希釈ＮＨ３ガスとし、冷却物質の供給流量は０．０９ｓｌｍ以上とした。ノズル２３０から供給される反応ガスの温度は、プロセスチューブ２０３（処理室２０１）内の温度と比較して数度〜数百度低い温度となった。特にノズル２３０の温度を６００℃以下に下げると、ノズル２３０内では、ＳｉＨ２Ｃｌ２が熱分解せず、ノズル２３０内に膜が付着するのを防止することができる。
【００３７】
本実施例においては、冷却物質として、それ単独では成膜されず且つ成膜に不可欠な気体、すなわち成膜する膜（Ｓｉ３Ｎ４）を構成する複数の元素（Ｓｉ，Ｎ）のうち少なくとも１つの元素（Ｎ）を含み、それ単独では膜を堆積させることのできないガス、例えば添加ガスと同一ガスであるＮＨ３ガスを用いたので、添加ガスとしてのＮＨ３ガスの供給流量と、冷却物質としてのＮＨ３ガスの供給流量をそれぞれ制御するようにすれば、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＮＨ３ガスのそれぞれの比率が変化するのを防止することができ、従来同等またはそれ以上に均一かつ均質な成膜が可能である。すなわち、本実施例では流通管２７０を通り、排出部２７２よりプロセスチューブ２０３内に排出する冷却物質を積極的に流量制御して、添加ガスの一部としても用いるようにしている。
【００３８】
[実施例２]
第２の実施形態における流通管２７０が配設された基板処理装置１００を用いて、Ｓｉ３Ｎ４膜の成膜処理を行なった。処理条件は、処理温度：４００〜７８０℃、処理圧力：２５〜２７０Ｐａ、反応ガス種：ＳｉＨ４等のシラン系ガスやＢＴＢＡＳ等の有機シラン系ガスであり、本実施例ではＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、反応ガス供給流量：０．０３〜０．５ｓｌｍ、添加ガス種：ＮＨ３ガス、添加ガス供給流量：０．５〜１ｓｌｍ以上とした。また、ノズル２３０からプロセスチューブ２０３内に反応ガスを、添加ガス用ノズル（図１では図示せず）からプロセスチューブ２０３内に添加ガスを供給するとともに流通管２７０内部に冷却物質として反応ガス以外の物質を流通させた。冷却物質の種類はＮ２ガス又はＤｒｙ‐Ａｉｒとし、冷却物質の供給流量は１〜８ｓｌｍ以上とした。ノズル２３０から供給される反応ガスの温度は、プロセスチューブ２０３（処理室２０１）内の温度と比較して数度〜数百度低い温度となった。
【００３９】
本実施例においては、冷却物質としてＮ２ガス又はＤｒｙ‐Ａｉｒを用いたので、冷却物質をプロセスチューブ２０３内に排出した場合、本来のＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＮＨ３ガスのそれぞれの比率や濃度が変わり、成膜速度に影響を与えることとなる。また、所望の反応とは異なる反応が生じることも考えられ、膜質に影響を与えることも考えられる。したがって、冷却物質を排出部２７２よりプロセスチューブ２０３外へ排出した。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、流通管２７０に冷却物質を流通させることで、ノズル２３０内部を通過する反応ガスの温度をプロセスチューブ２０３（処理室２０１）内の温度より低下せることができるので、ノズル２３０内部における膜の形成を抑制することができる。これにより、ノズル２３０から発生する異物の量を低減することができる。また、ノズル２３０の交換又はメンテナンス周期を延長することができ、もって装置の稼働率の向上を実現することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態において、ノズル２３０の少なくともヒータ２０６と対向する部分が流通管２７０により二重化された構造となっているものを説明したが、流通管２７０をノズル２３０の少なくともヒータ２０６と対向する部分に多重に設けた構造としてもよい。
【００４２】
さらに実施例１の詳細について説明する。
図３は、実施例１に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。なお、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）は以下、ＤＣＳと称する。
【００４３】
上述の添加ガス用ノズルに対応するＮＨ３用ショートノズル２８０は、ＤＣＳ用ショートノズルである第１のノズル２３０ａの近傍で第１のノズル２３０ａと平行で水平方向に延びるように形成されている。このＮＨ３用ショートノズル２８０のガス噴出口２８１は、第１のノズル２３０ａのガス噴出口２３１ａと略同じ位置でプロセスチューブ２０３内において水平方向へ向かって開口している。したがって、ＮＨ３もＤＣＳと同様、基板配列領域よりも上流側から、さらには断熱板配列領域よりも上流側からプロセスチューブ２０３内に供給するようになっている。
【００４４】
第１の流通管２７０ｂは第２のノズル２３０ｂを、第２の流通管２７０ｃは第３のノズル２３０ｃを、第３の流通管２７０ｄは第４のノズル２３０ｄを、それぞれ覆うように設けられている。第１の流通管２７０ｂの排出部２７２ｂは第２のノズル２３０ｂのガス噴出口２３１ｂと、第２の流通管２７０ｃの排出部２７２ｃは第３のノズル２３０ｃのガス噴出口２３１ｃと、第３の流通管２７０ｄの排出部２７２ｄは第４のノズル２３０ｄのガス噴射口２３１ｄと、それぞれ略同じ位置でプロセスチューブ２０３内において上方へ向かって開口している。すなわち、ＮＨ３用のガス噴出口である排出部２７２ｂ、２７２ｃ、２７２ｄは、ＤＣＳ用のガス噴出口２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄと同様に、基板配列領域内において鉛直方向にずれるように配置されている。したがって、ＮＨ３もＤＣＳと同じ場所から途中供給することができ、上流から下流に向かって流れる過程で消費されたＮＨ３を基板配列領域における途中箇所から補充することができる。また、排出部２７２ｂ、２７２ｃ、２７２ｄが鉛直方向で重ならない位置で処理室２０１内に開口しているので、ＮＨ３を処理室２０１内全体に均一に供給することができる。
【００４５】
前述したように、第１のノズル２３０ａ、第２のノズル２３０ｂ、第３のノズル２３０ｃ及び第４のノズル２３０ｄには、それぞれ第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ，第３のガス供給管２３２ｃ及び第４のガス供給管２３２ｄが接続されており、第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ，第３のガス供給管２３２ｃ及び第４のガス供給管２３２ｄには、それぞれ第１のＭＦＣ２４１ａ，第２のＭＦＣ２４１ｂ，第３のＭＦＣ２４１ｃ及び第４のＭＦＣ２４１ｄが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ，第３のガス供給管２３２ｃ及び第４のガス供給管２３２ｄのそれぞれのＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄの上流側に開閉バルブ２９０ａ、２９０ｂ、２９０ｃ、２９０ｄが、下流側に開閉バルブ２９１ａ、２９１ｂ、２９１ｃ、２９１ｄがそれぞれ設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ，第３のガス供給管２３２ｃ及び第４のガス供給管２３２ｄには、ＤＣＳ供給源２９２が接続されている。
【００４６】
ＮＨ３用ショートノズル２８０の導入部２８３には、第１のＮＨ３供給管２８２ａが接続されている。また、第１の流通管２７０ｂの導入部２７１ｂ、第２の流通管２７０ｃの導入部２７１ｃ及び第３の流通管２７０ｄの導入部２７１ｄには、それぞれ第２のＮＨ３供給管２８２ｂ、第３のＮＨ３供給管２８２ｃ、第４のＮＨ３供給管２８２ｄが接続されている。第１のＮＨ３供給管２８２ａ、第２のＮＨ３供給管２８２ｂ、第３のＮＨ３供給管２８２ｃ、第４のＮＨ３供給管２８２ｄには、それぞれ第１のＮＨ３用ＭＦＣ２６１ａ、第２のＮＨ３用ＭＦＣ２６１ｂ、第３のＮＨ３用ＭＦＣ２６１ｃ及び第４のＮＨ３用ＭＦＣ２６１ｄが設けられている。また、第１のＮＨ３供給管２８２ａ、第２のＮＨ３供給管２８２ｂ、第３のＮＨ３供給管２８２ｃ、第４のＮＨ３供給管２８２ｄのそれぞれのＮＨ３用ＭＦＣ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄの上流側に開閉バルブ２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃ、２９３ｄが、下流側に開閉バルブ２９４ａ、２９４ｂ、２９４ｃ、２９４ｄがそれぞれ設けられている。また、第１のＮＨ３供給管２８２ａ、第２のＮＨ３供給管２８２ｂ、第３のＮＨ３供給管２８２ｃ及び第４のＮＨ３供給管２８２ｄには、ＮＨ３供給源２９５が接続されている。
【００４７】
このように各ＮＨ３供給管２８２ａ、２８２ｂ、２８２ｃ、２８２ｄにはそれぞれＮＨ３用ＭＦＣ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄが設けられているので、ＮＨ３の流量を処理室２０１内の各場所で積極的に制御することができ、このためＮＨ３の供給流量を処理室２０１内の各場所で、微調整する等、必要に応じてきめ細かく制御することができる。特に第１の流通管２７０ｂ、第２の流通管２７０ｃ及び第３の流通管２７０ｄにそれぞれ接続されているＮＨ３供給管２８２ｂ、２８２ｃ、２８２ｄではＮＨ３用ＭＦＣ２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄによりＮＨ３の流量をそれぞれ個別に制御することによりノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄを冷却しつつ、処理室２０１内の基板配列領域におけるＮＨ３濃度を各場所において調整することができる。
また、実施例１では、添加ガス（ＮＨ３）を冷却ガスとして用いるので、ノズル冷却だけを行うノズル冷却用ガスのガスラインを別途設ける必要がない。また、ＮＨ３を供給する流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄをノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄを覆うように、ノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの設置箇所と同じ箇所に設けたので、ＮＨ３用のロングノズルをＤＣＳ用のロングノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄと同様に、別途設ける場合に比べ、ノズルの設置箇所を減らすことができる。
なお、図３において、図１、２ですでに説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
次に変形例について説明する。
図４（ａ）は、第１の変形例に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。この変形例１は、実施例１と比較して、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの側壁にＮＨ３噴出口２９６が設けられている点が異なる。ＮＨ３噴出口２９６は、各流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄにおいて１つであってもよいが、鉛直方向において重複しない位置に複数設けることが好ましい。流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ同士におけるＮＨ３噴出口２９６であっても鉛直方向において重複しない位置に複数設けることが好ましい。ＮＨ３噴出口２９６を鉛直方向において重複しない位置に複数設けることで、ＮＨ３を処理室２０１内全体により均一に供給することができる。
【００４９】
ＮＨ３噴出口２９６の大きさ（開口面積、直径）、孔数、配列ピッチ等はそれぞれ同じであってもよいが、変えてもよい。例えば、図４（ｂ）に示すように、ＮＨ３供給の下流側である流通管２７０の上方にいくに従ってＮＨ３噴出口２９６を大きくしてもよいし、図４（ｃ）に示すように、流通管２７０の上方にいくに従ってＮＨ３噴出口２９６の配列ピッチを狭くする（孔数を増やす）ようにしてもよく、これによりＮＨ３をより一層均一に処理室２０１内に供給することができるようになる。
なお、図４（ａ）において、実施例１で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
図５は、第２の変形例に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。この変形例２は、変形例１と比較して、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの上端、すなわち、排出部２７２ｂ、２７２ｃ、２７２ｄを閉鎖し、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ内を流れるＮＨ３については、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの側壁に設けたＮＨ３噴出口２９６からのみ処理室２０１内に供給するようにした点が異なる。変形例１においては、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ内を流れるＮＨ３については、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの上端に開口された排出部２７２ｂ、２７２ｃ、２７２ｄから噴出する量が多く、ＮＨ３噴出口２９６から噴出する量が少なくなる。これに対し、この変形例２においては、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの上端を閉鎖したので、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ内を流れるＮＨ３については、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの側壁に設けたＮＨ３噴出口２９６からのみ噴出され、ＮＨ３を処理室２０１内全体により均一に供給することができる。
なお、図５において、変形例１で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
図６（ａ）は、第３の変形例に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。この変形例３は、変形例２と比較して、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの上端だけでなく、ノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの上端、すなわち、ガス噴出口２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄをも閉鎖し、ＤＣＳを供給するノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの側壁に処理室２０１内に連通するＤＣＳ噴出口２９７を設け、ノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの側壁から水平方向にＤＣＳを噴射させるようにした点が異なる。ＤＣＳ噴出口２９７は、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの側壁に開口しており、ノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ内と、処理室２０１内とを連通させるよう、ノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの側壁と、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄの側壁とを繋ぐように構成されている。すなわち、ＤＣＳ噴出口２９７は、流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄを水平方向に跨いでノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄに接続されており、ＤＣＳとＮＨ３とはノズル２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ及び流通管２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ内で混ざらない構造となっている。図６（ｂ）にも示すように、ＮＨ３噴出口２９６とＤＣＳ噴出口２９７とは、鉛直方向で互い違いに設けられ、ＤＣＳ及びＮＨ３の両方を処理室２０１内全体により均一に供給することができる。
なお、ＤＣＳ噴出口２９７の大きさ（開口面積、直径）、孔数、配列ピッチ等は、変形例２に示したＮＨ３噴出口２９６と同様にそれぞれ変えてもよい。
なお、図６において、変形例２で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
なお、本発明は、以下の実施態様もを含む。
（１）基板上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給する少なくとも一つのノズルと、
前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（２）（１）に記載された基板処理装置において、前記ノズルは複数設けられ、前記流通管は前記各ノズルに対応するように前記ノズルと同数設けられることを特徴とする基板処理装置。
（３）（２）に記載された基板処理装置において、さらに、
前記各ノズルより前記反応容器内に供給する前記第１ガスの供給流量を前記ノズル毎に独立して制御する第１流量制御器と、
前記各流通管より前記反応容器内に供給する前記第２ガスの供給流量を前記流通管毎に独立して制御する第２流量制御器と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（４）基板上に窒化シリコン膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、シラン系ガスを前記反応容器内に供給する長さの異なる複数のノズルと、
前記各ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分をそれぞれ覆うように設けられ、アンモニアガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する複数の流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（５）反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱した状態で、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも一つのノズルより、生成しようとする膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第１ガスを前記反応容器内に供給しつつ、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第２ガスを流通させて前記反応容器内に供給して、基板上に前記複数の元素を含む膜を生成する処理を行う工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（６）（１）記載の基板処理装置において、前記流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
（７）（１）記載の基板処理装置において、前記ノズルおよび前記流通管のそれぞれには複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
（８）（２）記載の基板処理装置において、前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
（９）（２）記載の基板処理装置において、前記各ノズルおよび前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
（１０）（２）記載の基板処理装置において、前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられ、前記各流通管に設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向（ガス流方向）において重複しない箇所に配置されることを特徴とする基板処理装置。
（１１）（２）記載の基板処理装置において、前記各ノズルおよび前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられ、前記各ノズルに設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向（ガス流方向）において重複しない箇所に配置され、前記各流通管に設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向（ガス流方向）において重複しない箇所に配置されることを特徴とする基板処理装置。
（１２）（４）記載の基板処理装置において、前記シラン系ガスがジクロロシランであり、前記流通管は、前記流通管の内部にアンモニアガスを流通させることで、前記ノズルの温度が６００℃以下の温度となるように構成されることを特徴とする基板処理装置。
（１３）基板を処理する反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に反応ガスを供給する少なくとも１つのノズルと、
前記ノズルの少なくともヒータと対向する部分を覆うように設けられ、内部に前記反応ガス以外の物質を流通させる流通管とを有することを特徴とする基板処理装置。
（１４）反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱しつつ、少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも１つのノズルより前記反応容器内に反応ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記ノズルの少なくともヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に前記反応ガス以外の物質を流通させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１５）（１３）に記載した基板処理装置において、前記流通管には、前記流通管内部に前記反応ガス以外の物質を導入する導入部と、前記流通管内部を流通した前記反応ガス以外の物質を排出する排出部とが設けられ、前記排出部は前記反応容器内に連通しており、前記反応ガス以外の物質は前記反応室内に排出されることを特徴とする基板処理装置。
（１６）（１３）に記載した基板処理装置において、前記流通管には、前記流通管内部に前記反応ガス以外の物質を導入する導入部と、前記流通管内部を流通した前記反応ガス以外の物質を排出する排出部とが設けられ、前記排出部は前記反応容器外に連通しており、前記反応ガス以外の物質は前記反応室外に排出されることを特徴とする基板処理装置。
（１７）（１３）に記載した基板処理装置において、前記反応ガス以外の物質は気体、液体、または固体であることを特徴とする基板処理装置。
（１８）（１３）に記載した基板処理装置において、前記反応ガス以外の物質は前記ノズルを冷却する冷却物質である基板処理装置。
（１９）（１３）に記載した基板処理装置において、前記流通管は内部に前記反応ガス以外の物質を流通させることで前記ノズル内部を通過する反応ガスの温度を前記反応室内の温度より、数度〜数百度低下させるように構成されている基板処理装置。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置及び半導体装置の製造方法において、装置の稼働率の向上を実現する必要があるものに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は比較例におけるノズル、（ｂ）は第１の実施形態におけるノズル及び流通管、（ｃ）は第２の実施形態におけるノズル及び流通管を説明する図である。
【図３】実施例１に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。
【図４】（ａ）は第１の変形例用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図、（ｂ）はＮＨ３噴出口の大きさを変えた場合の流通管の側面図、（ｃ）はＮＨ３噴出口の配列ピッチを変えた場合の流通管の側面図である。
【図５】第２の変形例に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。
【図６】（ａ）は第３の変形例に用いられた基板処理装置１００のガス供給系の詳細構成を示す概略図、（ｂ）はノズル及び流通管を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  基板処理装置
２００  ウエハ
２０３  プロセスチューブ
２０６  ヒータ
２１０  反応容器
２３０  ノズル
２７０  流通管
【図１】
2008244443.tif 000003
【図２】
2008244443.tif 000004
【図３】
2008244443.tif 000005
【図４】
2008244443.tif 000006
【図５】
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【図６】
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