(57)【要約】【課題】基板を収容する反応室内に第１の反応ガスと第２の反応ガスとを交互に供給し基板上に所望の膜を成膜する基板処理装置であって、シーケンスの時間が短く、効率的な成膜を行える基板処理装置を提供する。【解決手段】ジクロロシラン（ＤＣＳ）とＮＨ３を交互に処理炉２０２に供給して、ＳｉＮ膜を成膜する際、ＤＣＳを供給したあとのパージは、プラズマ励起を行っていないＮＨ３を用いて行う。これにより、ＤＣＳを供給したあとのＮ２ガスによるパージや真空排気を行う必要がなくなり、シーケンスの時間が短くなって、効率的な成膜を行えるようになる。また、ＮＨ３ガスの放電を行うタイミングよりも先に、ＮＨ３ガスを流して、放電領域であるバッファ室２３７をＮＨ３ガスにて置換し、その後放電を行う。これにより、放電時間のすべてを所望のラジカル等の励起種の供給に使用できるようになる。【選択図】        図２
2004281853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する反応室内に、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを交互に供給し、該基板上に所望の膜を成膜する基板処理装置であって、
該反応室内への該第１の反応ガスの供給を停止した後に、該第２の反応ガスを該反応室内に供給することで、該第１の反応ガスを排出させる工程と、その後、第２の反応ガスを該基板上に吸着している該第１の反応ガスと反応させて該基板上に膜を成膜させる工程とが実行されることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、Ｓｉなどの半導体デバイスにおいて、そのデバイスを製造する際に用いられる成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜を行う半導体デバイス製造装置は、第１のプロセスガスの供給、Ｎ２パージ、真空排気、続いて、第２のプロセスガスの供給、Ｎ２パージ、真空排気を行い、これらのシーケンスを繰り返すというものであった。
【０００３】
しかしながら、これらのステップを単純に繰り返すだけでは、各ステップの時間が長くなるという問題があった。
【０００４】
また、プロセスガスの供給が不十分な状態になると、膜厚の均一性が不均一になり、パージが不十分な状態になると、パーティクルが発生するという問題があった。そのために、プロセスガスの供給を十分にし、また、パージも十分にする必要があった。
その結果、トータルのシーケンスの時間が長くなるという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＡＬＤ法等の、基板を収容する反応室内に、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを交互に供給し、該基板上に所望の膜を成膜する方法により基板を処理する基板処理装置であって、シーケンスの時間が短く、効率的な成膜を行える基板処理装置を提供することを主な目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
基板を収容する反応室内に、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを交互に供給し、該基板上に所望の膜を成膜する基板処理装置であって、
該反応室内への該第１の反応ガスの供給を停止した後に、該第２の反応ガスを該反応室内に供給することで、該第１の反応ガスを排出させる工程と、その後、第２の反応ガスを該基板上に吸着している該第１の反応ガスと反応させて該基板上に膜を成膜させる工程とが実行されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、第１のプロセスガスを流したあと、従来はＮ２ガスを用いて、反応室内のパージを行っていたが、これを、第２のプロセスガスを用いて反応室内のパージ行うようにする。
【０００８】
このようにすれば、第１のプロセスガスを流したあとのＮ２ガスによる反応室内のパージや真空排気を行う必要がなくなり、シーケンスの時間が短くなって、効率的な成膜を行えるようになる。
【０００９】
この方法は、第２のプロセスガスを、プラズマ放電などにより、励起して用いる場合に好適に適用できる。
【００１０】
具体的には、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、およびプラズマ励起したＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給したあとのパージは、プラズマ励起を行っていないＮＨ３を用いてパージを行う。
【００１１】
また、本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスとプラズマ放電により励起した第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、プラズマ放電を行う放電領域に第２のプロセスガスを流す際に、プラズマ放電を行うよりも先に放電領域に第２のプロセスガスを流して、放電の準備を行う。
【００１２】
プラズマ放電を行うプロセスガスを流す際、放電を行うタイミングよりも先に、プロセスガスを流すようにすると、放電領域をプロセスガスにて置換して、放電時間のすべてを、所望のラジカル等の励起種の供給に使用するのに有効である。第２のプロセスガスを流す前のステップである真空排気の時間が短い、もしくは、第２のプロセスガスを流す前に真空排気を行わない場合に、特に有効となる。
【００１３】
具体的には、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびプラズマ励起したＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＮＨ３の放電を行う１〜４ｓｅｃ前に、ＮＨ３を流し始めると良い。
【００１４】
また、上述したパージ、すなわち、ＤＣＳを供給したあとにプラズマ励起を行っていないＮＨ３によって行うパージと同時に実施することができ、より有効性が増すことになる。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、第１のプロセスガスを第１のノズルから流す際、第２のプロセスガスを流す第２のノズルからＮ２を流す。さらに、第２のプロセスガスを第２のノズルから流す際、第１のプロセスガスを流す第１のノズルからＮ２を流すことがより好ましい。
【００１６】
これにより、一方のガスが、他方のガスのノズルに入り込むことを防ぐことができ、その結果、パージ時間を短くすることができる。特にノズル形状が複雑化したときには、より顕著に効果が現れる。また、次のステップでＮ２パージを行う場合には、Ｎ２の供給を早く行うことができるようになる。
【００１７】
具体的には、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給しているステップでは、ＮＨ３のノズルからＮ２を流し、また、ＮＨ３を供給しているステップでは、ＤＣＳのノズルからＮ２を流しておくようにする。
【００１８】
また、本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、第１のプロセスガスを第１のノズルから流す際に、第２のプロセスガスを流す第２のノズルからＮ２を流し、その後、第２のプロセスガスを第２のノズルから流す際も、続けて第２のノズルからＮ２を流すようにする。さらに好ましくは、第２のプロセスガスを第２のノズルから流す際に、第１のプロセスガスを流す第１のノズルからＮ２を流す場合には、その後、第１のプロセスガスを第１のノズルから流す際も、続けて第１のノズルからＮ２を流すようにする。
【００１９】
このようにすると、次のステップでＮ２パージを行う場合には、Ｎ２の供給を早く行うことができるようになる。また、プロセスガスを供給する時に、Ｎ２の流量を減少させることで、プロセスガスの供給に対する影響を小さくすることもできる。
【００２０】
具体的には、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳの供給、Ｎ２パージ、真空排気を行った後、ＮＨ３を供給する時も、ＮＨ３ノズルからＮ２を流したままにする。
【００２１】
また、本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、第１のプロセスガスを第１のノズルから流す際に、第２のプロセスガスを流す第２のノズルからＮ２を流し、その後のパージステップで第２のノズルから流すＮ２の流量を減らすようにする。さらに好ましくは、第２のプロセスガスを第２のノズルから流す際に、第１のプロセスガスを流す第１のノズルからＮ２を流す場合には、その後のパージステップで第１のノズルから流すＮ２の流量を減らすようにする。
【００２２】
このようにすると、一方のガスを供給している時、他方のノズルから大流量のＮ２を流していても、次のパージステップでＮ２の流量を下げることにより、もう一方のプロセスガスへの切り替えが、早くできるようになる。
【００２３】
具体的には、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給している時に、ＮＨ３のノズルから大量のＮ２を流していたとしても、ＤＣＳのＮ２パージステップで、ＮＨ３ノズルからのＮ２流量を減らすことにより、ＮＨ３への置換が早くなる。
【００２４】
また、本発明の好ましい実施の形態においては、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとを交互に反応室内に交互に供給してＡＬＤ法により反応室内の基板に成膜を行う半導体デバイス製造装置において、
第１または第２のプロセスガスを、反応室に導入した後、しばらく反応室内に溜めるようにする。これにより、プロセスガスの拡散を進め、ウエハ全体へ吸着させることができる。
【００２５】
具体的には、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給する際、排気バルブを閉じておき、ガスを反応室内に溜めるようにすると、膜厚の均一性を上げることができる。
【００２６】
次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態であるウエハ等の基板へのプロセス処理例として、ＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について説明する。
【００２７】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００２８】
即ち、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法では、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う）。
【００２９】
図１は、本発明の好ましい実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図２は本発明の好ましい実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、前記石英キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００３０】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは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を介し、更に後述する処理炉２０２内に形成されたバッファ室２３７を介して処理炉２０２に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理炉２０２に反応ガスが供給されている。
【００３１】
処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２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になっている開閉弁である。
【００３２】
処理炉２０２を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部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は反応管２０３の中心へ向けて開口している。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。
【００３３】
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数の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の開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００３４】
ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行う。
【００３５】
すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。
【００３６】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する棒状電極２６９及び棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この棒状電極２６９又は棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００３７】
この電極保護管２７５は、棒状電極２６９及び棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された棒状電極２６９及び棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極２６９又は棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００３８】
さらに、ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００３９】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００４０】
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
【００４１】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００４２】
制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００４３】
（第１の実施の形態）
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４４】
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入、真空引き、昇温待ちの後、次のステップを順次実行する。
【００４５】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスを流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。その後、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。このとき、処理炉２０２内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００４６】
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止める。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理炉２０２から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。
【００４７】
［ステップ３］
ステップ３では、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスを流す。すなわち、残留ＮＨ３を処理炉２０２から排除したら、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしておき、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＤＣＳガスを流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を７００〜３５００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＤＣＳの供給流量は５００〜２０００ｓｃｃｍである。ＤＣＳガスにウエハ２００を晒す時間は１〜２０秒間である。このときのヒータ２０７温度は、ＮＨ３の供給時と同じくウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。
【００４８】
ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
【００４９】
［ステップ４］
成膜後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＤＣＳガスの供給を止め、バルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。処理炉２０２をＮＨ３ガスでパージして、残留ＤＣＳを処理炉２０２から排除する。
【００５０】
［ステップ５］
残留ＤＣＳを処理炉２０２からＮＨ３ガスでパージした後、棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上のＳｉＮ膜と表面反応する。
【００５１】
上記ステップ３〜５を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５２】
本実施の形態では、ＤＣＳを供給したあとのパージは、プラズマ励起を行っていないＮＨ３を用いて行っているので、ＤＣＳを供給したあとのＮ２ガスによるパージや真空排気を行う必要がなくなり、シーケンスの時間が短くなって、効率的な成膜を行えるようになる。
【００５３】
また、ＮＨ３ガスの放電を行うタイミングよりも先に、ＮＨ３ガスを流しているので、放電領域であるバッファ室２３７をＮＨ３ガスにて置換し、その後放電を行うことになり、放電時間のすべてを所望のラジカル等の励起種の供給に使用できるようになる。
【００５４】
なお、処理炉２０２内を排気してＮＨ３ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、ＤＣＳを供給しているステップでは、ＮＨ３供給ノズルからＮ２を流し、また、ＮＨ３を供給しているステップでは、ＤＣＳ供給ノズルからＮ２を流しておくようにする。
【００５６】
すなわち、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いた状態で、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、バルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮ２ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａよりＮ２ガスを処理炉２０２に噴出する。
【００５７】
また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いた状態で、バルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出する。棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種としてガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＮ２ガスをガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃからＮ２ガスを処理炉２０２に噴出する。
【００５８】
これにより、一方のガスが、他方のガスのノズルに入り込むことを防ぐことができ、その結果、パージ時間を短くすることができる。特にノズル形状が複雑化したときには、より顕著に効果が現れる。また、次のステップでＮ２パージを行う場合には、Ｎ２の供給を早く行うことができるようになる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳの供給、Ｎ２パージ、真空排気を行った後、ＮＨ３を供給する時も、ＮＨ３ノズルからＮ２を流したままにする。
【００６０】
すなわち、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしておき、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、バルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮ２ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａよりＮ２ガスを処理炉２０２に噴出する。
【００６１】
その後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉めて、ＤＣＳガスの供給を止める。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を真空排気し、残留ＤＣＳを処理炉２０２から排除する。この際には、バルブ２４３ａを開けたままにして、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮ２ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａよりＮ２ガスを処理炉２０２に噴出した状態にしておく。
【００６２】
その後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いた状態で、バルブ２４３ａは開けたままで、ガス供給管２３２ａからＮ２ガスを供給した状態で、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出する。棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種としてガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、ガス供給管２３２ａからはＮＨ３ガスだけでなく、Ｎ２ガスも一緒に供給し、ＮＨ３ガスをガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に供給する時に、Ｎ２ガスも一緒にガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に供給する。
【００６３】
このようにすると、次のステップでＮ２パージを行う場合には、Ｎ２の供給を早く行うことができるようになる。また、プロセスガスを供給する時に、Ｎ２の流量を減少させることで、プロセスガスの供給に対する影響を小さくすることもできる。
【００６４】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給している時に、ＮＨ３のノズルから大量のＮ２を流していたとしても、ＤＣＳのＮ２パージステップで、ＮＨ３ノズルからのＮ２流量を減らすことにより、ＮＨ３への置換を早くする。
【００６５】
すなわち、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしておき、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂを開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＤＣＳガスをガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃから処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、バルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮ２ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ大量に噴出し、そして、ガス供給孔２４８ａよりＮ２ガスを処理炉２０２に大量に噴出する。
【００６６】
その後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉めて、ＤＣＳガスの供給を止める。ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしておく。そして、ＤＣＳガスの代わりにＮ２ガスをマスフローコントローラ２４１ｂに供給し、バルブ２４３ｂを開けて、ガス供給孔２４８ｃから処理炉２０２にＮ２ガスを供給しつつガス排気管２３１から排気してＤＣＳのＮ２パージを行う。この時、バルブ２４３ａを開けたままにして、マスフローコントローラ２４１ａによりガス供給管２３２ａに流れているＮ２ガスの流量を減少させる。
【００６７】
その後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いた状態で、ガス供給管２３２ａにＮ２ガスに加えてＮＨ３ガスを供給し、ＮＨ３ガスとＮ２ガスとをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出する。棒状電極２６９及び棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種としてガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。この時、ガス供給孔２４８ａからはＮＨ３ガスだけでなく、Ｎ２ガスも一緒に処理炉２０２に供給される。
【００６８】
このようにすると、一方のガスを供給している時、他方のノズルから大流量のＮ２を流していても、次のパージステップでＮ２の流量を下げることにより、もう一方のプロセスガスへの切り替えが、早くできるようになる。
【００６９】
（第５の実施の形態）
本実施の形態においては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびＮＨ３を用いて、ＳｉＮを成膜する際、ＤＣＳを供給した後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄを閉じておき、ＤＣＳガスを処理炉２０２内に溜めるようにすると、膜厚の均一性を上げることができる。これにより、プロセスガスの拡散を進め、ウエハ全体へ吸着させることができる。
【００７０】
次に、図３、図４を参照して本発明が好適に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００７１】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００７２】
ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００７３】
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００７４】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。
【００７５】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
【００７６】
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＬＤ法等の、基板を収容する反応室内に、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを交互に供給し、基板上に所望の膜を成膜する方法により基板を処理する基板処理装置であって、シーケンスの時間が短く、効率的な成膜を行える基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理装置を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１００…カセット
１０１…筐体
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…予備カセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１３…移載エレベータ
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレベータ
１１６…炉口シャッタ
１１８…クリーンユニット
１２１…ボートエレベータ
１２２…昇降部材
１２３…移載棚
１２４…搬送制御手段
２００…ウエハ
２０２…処理炉
２０３…反応管
２０７…ヒータ
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２２４…プラズマ生成領域
２３１…ガス排気管
２３２ａ、２３２ｂ…ガス供給管
２３３…ノズル
２３７…バッファ室
２４１ａ、２４１ｂ…マスフローコントローラ
２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２６７…ボート回転機構
２６９、２７０…棒状電極
２７１…アース
２７２…整合器
２７３…高周波電源
２７５…電極保護管
３２１…コントローラ
【図１】
2004281853.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004281853.tif 000005
【図４】
2004281853.tif 000006