(57)【要約】【課題】  ＨＣｌを発生させることなく、均質かつコンフォーマルなシリコン酸化膜を形成することを可能にする。【解決手段】  搬送手段６５を用いてウェハ（基板）１を処理室５２内に搬入する。搬入後、第１供給系６１を用いて処理室５２内にＳｉ2Ｃｌ6（ＨＣＤ）を含む第１反応物質を供給しつつ排気系６４から排気する。第３供給系６３を用いて処理室５２内に不活性ガスを供給して残留した第１反応物質を排気系６４から排除する。その後、第２供給系６２を用いて処理室５２内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給しつつ排気系６４から排気する。第３供給系６３を用いて処理室５２内に不活性ガスを供給して残留した第２反応物質を排気系６４から排除する。これらの一連のプロセスを制御装置９を用いて複数回繰り返すことにより、ウェハ（基板）１上にＳｉＯ2膜を所定厚さ堆積させる。堆積後、搬送手段６５を用いてウェハ１を処理室５２内から搬出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬入する工程と、
前記処理室内にＳｉ2Ｃｌ6を含む物質と、水素原子を含まず酸素原子を含む物質とを供給して前記基板の上にＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、
前記基板を前記処理室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デバイスの製造方法。
【請求項２】
排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬入する工程と、
前記処理室内にＳｉ2Ｃｌ6を含む第１反応物質を供給する工程と、
前記処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する工程と、
前記第１反応物質供給工程と前記第２反応物質供給工程とを交互に複数回繰り返すことにより前記基板の上にＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、
前記基板を前記処理室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デバイスの製造方法。
【請求項３】
排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬入する工程と、
前記処理室内にＳｉ2Ｃｌ6を含む第１反応物質を供給する工程と、
前記処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する工程と、
前記処理室内に不活性ガスを供給する工程と、
前記第１反応物質供給工程と、前記不活性ガス供給工程と、前記第２反応物質供給工程と、前記不活性ガス供給工程と、をこの順で複数回繰り返すことにより前記基板の上にＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、
前記基板を前記処理室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デバイスの製造方法。
【請求項４】
少なくとも１枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記基板を加熱するヒータと、
前記処理室内にＳｉ2Ｃｌ6を含む第１反応物質を供給する第１供給系と、
前記処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する第２供給系と、
前記処理室内に不活性ガスを供給する第３供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に、前記第１反応物質、前記不活性ガス、前記第２反応物質、前記不活性ガス、をこの順で複数回繰り返し供給するよう制御する制御手段と、
を有す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】
本発明は、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置に係り、特に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる基板にＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition）やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を形成する成膜プロセスに好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣを構成する絶縁膜の中でＳｉＯ2膜は重要である。近年、ＩＣの最小加工寸法の縮小化に伴い、ＳｉＯ2膜を５００℃以下の低温で成膜することが要請されている。この要請に応えるために、種々の成膜原料を用いた方法が検討されている。特にＳｉＯ2膜に複雑な形状を要求されるデバイスでは、ステップカバレッジを良好にするために、ＳｉＯ2膜をＡＬＤ法によって成膜することが検討されている。また、ＴＣＳに代えてＨＣＤ（Ｓｉ2Ｃｌ6）を用いることも検討されている。これまで、塩化物原料であるＴＣＳ（ＳｉＣｌ4）と、水素原子（Ｈ）を含む水（Ｈ2Ｏ）とを用いて、３００℃以下で、ＡＬＤ法によってＳｉＯ2膜を成膜することが、報告されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の技術では、塩素原子（Ｃｌ）を含むＴＣＳに、水素原子を含むＨ2Ｏを用いているために、ＴＣＳのＣｌ原子とＨ2ＯのＨ原子が反応してＨＣｌが形成される。このＨＣｌによって基板処理装置の配管などが腐食するという問題があった。また、ＴＣＳやＨＣＤなどの塩化物原料を用いてＡＬＤ法によって成膜した膜には、Ｃｌが多量に含まれる。このため、均質かつコンフォーマル（均一）なＳｉＯ2膜を形成することが困難であった。
そこで、塩素を含まない、Ｓｉ系の有機金属（ＭＯ）原料とＨ2Ｏ、あるいはＯ2（酸素）やＯ3（オゾン）などの酸化剤を用いたＡＬＤ法によって、３００℃以下で、ＳｉＯ2膜を成膜することも検討されている。しかし、炭素（Ｃ）やＨを含むＭＯ原料を用いて３００℃以下の低温でＡＬＤ法によって成膜した膜には、ＣやＨなどが多量に含まれる。このため、均質かつコンフォーマル（均一）なＳｉＯ2膜を形成することが困難であった。
本発明の課題は、上述した問題点を解消して、ＨＣｌを発生させることなく、均質かつコンフォーマル（均一）なＳｉＯ2膜を形成することが可能な半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明は、排気系を備えて内部が排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬送手段を用いて搬入する工程と、供給系を用いて処理室内にＨＣＤを含む物質と、水素原子を含まず酸素原子を含む物質を供給して基板上にＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、前記搬送手段を用いて基板を処理室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デバイスの製造方法である。
ＨＣＤと酸素原子を含む物質とを供給すると、ＨＣＤを含む物質と酸素原子を含む物質とが反応して、基板上にＳｉＯ2膜が堆積される。この酸素原子を含む物質が、水素原子を含まない物質であると、ＨＣＤを含む物質と反応してもＨＣｌは発生しない。したがって、ＨＣｌに起因して排気系の配管などが腐食することがなくなる。
ＨＣＤと水素原子を含まず酸素原子を含む物質との供給は同時であっても交互であってもよい。さらに交互の場合は１回でも複数回でもよい。また処理室内での基板の処理は、１〜数枚の枚葉処理であっても、枚葉処理以上の枚数を取り扱うバッチ処理であってもよい。基板としては、半導体Ｓｉウェハやガラス基板が含まれる。処理室は真空容器内に形成される。水素原子を含まず酸素原子を含む物質としては、酸化剤としてのＯ3、Ｏ2、Ｎ2Ｏなどがある。ＳｉＯ2膜を堆積させるには、ＡＬＤ、ＣＶＤなどの成膜方法を用いることができる。半導体デバイスの製造方法は、ＩＣやＬＣＤ（Liquid Cristal Display）を製造する方法を含む。
【０００５】
第２の発明は、排気系を備えて内部が排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬送手段を用いて搬入する工程と、第１供給系により処理室内にＨＣＤを含む第１反応物質を供給する工程と、第２供給系により処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する工程と、制御手段を用いて第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程とを交互に複数回繰り返すことにより、基板上に所定厚さのＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、前記搬送手段を用いて基板を処理室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デバイスの製造方法である。
第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程とを交互に複数回繰り返すことにより基板上にＳｉＯ2膜を堆積させると、複雑な形状のＳｉＯ2膜を成膜する場合であっても、良好なステップカバレッジが得られる。
第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程とを交互に複数回繰り返す際に、第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程との間、又は第２反応物質供給工程と第１反応物質供給工程との間で、処理室内を真空排気したり、処理室内に不活性ガスを供給したりして、処理室内に残留している第１反応物質又は第２反応物質を排除することが好ましい。
【０００６】
第３の発明は、排気系を備えて内部が排気可能に構成された処理室内に少なくとも１枚の基板を搬送手段を用いて搬入する工程と、第１供給系を用いて処理室内にＨＣＤを含む第１反応物質を供給する工程と、第２供給系を用いて処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する工程と、不活性ガス供給系を用いて処理室内に不活性ガスを供給する工程と、制御手段を用いて第１反応物質供給工程と、不活性ガス供給工程と、第２反応物質供給工程と、不活性ガス供給工程と、をこの順で複数回繰り返すことにより基板上に所定厚さのＳｉＯ2膜を堆積させる工程と、前記搬送手段を用いて基板を処理室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デバイスの製造方法である。
第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程とを交互に複数回繰り返すことにより基板上にＳｉＯ2膜を堆積させると、複雑な形状のＳｉＯ2膜を成膜する場合であっても、良好なステップカバレッジが得られる。
第１反応物質供給工程と第２反応物質供給工程との間に、及び第２反応物質供給工程と第１反応物質供給工程との間に、不活性ガス供給工程を入れているので、処理室内に残留した第１反応物質及び第２反応物質を有効に取り除くことができ、基板上に高品質のＳｉＯ2膜を堆積させることができる。
【０００７】
第４の発明は、第２の発明において、制御手段を用いて堆積工程での堆積温度を４００℃以上、５００℃以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
堆積工程での堆積温度がこのような範囲に調節されると、十分な成膜速度が得られ、しかも、膜厚の均一性及び再現性に優れたＳｉＯ2膜を形成できる。
【０００８】
第５の発明は、第２の発明において、制御手段を用いて堆積工程での処理室内圧力を１Ｐａ以上、１０，０００Ｐａ以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
堆積工程での処理室内の圧力がこのような範囲に調節されると、十分な成膜速度が得られ、しかも、膜厚の均一性及び再現性に優れたＳｉＯ2膜を形成できる。
【０００９】
第６の発明は、第２の発明において、制御手段を用いてＨＣＤを処理室内に供給する供給系を構成する供給配管、又は／及び処理室内を排気する排気系を構成する排気配管の温度を８０℃以上、１８０℃以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
供給配管又は／及び排気配管の温度がこのような範囲に調節されると、常温常圧で液体であるＨＣＤを、供給配管又は／及び排気配管において気化状態のまま保持できるとともに、前記配管をシールしているシール材の劣化も防止できる。
【００１０】
第７の発明は、第２の発明において、制御手段を用いて、処理室内壁温度を、８０℃以上、１８０℃以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
処理室内壁温度がこのような範囲に調節されると、常温常圧で液体であるＨＣＤを、処理室内において気化状態のまま保持できるとともに、供給系又は／及び排気系を構成する配管をシールしているシール材の劣化も防止できる。
【００１１】
第８の発明は、第２の発明において、制御手段を用いて、処理室内壁温度を、ＨＣＤを処理室内に供給する供給系を構成する供給配管の温度よりも高くすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
処理室内壁温度を、ＨＣＤを処理室内に供給する供給配管の温度よりも高くすると、処理室内壁付近におけるＨＣＤ蒸気圧を供給配管内のＨＣＤ蒸気圧より低くすることができ、これによりＨＣＤが液化しにくくなり、ＨＣＤの再液化を十分に防止することができる。
【００１２】
第９の発明は、第２の発明において、第２反応物質は、Ｏ3（オゾン），Ｏ2（酸素），Ｎ2Ｏ（二酸化窒素）から選択される１種または２種以上の物質であることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。Ｏ3，Ｏ2，Ｎ2Ｏは、酸化剤として好適に使用される。
【００１３】
第１０の発明は、第３の発明において、不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、窒素（Ｎ2）から選択される１種または２種以上のガスであることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ2は、不活性ガスとして好適に使用される。
【００１４】
第１１の発明は、第２の発明において、処理室内に搬入される基板が複数枚の基板であり、堆積工程は、基板保持具を用いて処理室内で複数枚の基板が隙間をもって多段に支持された状態で行われることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
処理室内に搬入される基板が複数枚であると、複数枚の基板にＳｉＯ2膜を同時に堆積させることができる。また、処理室内で複数枚の基板が隙間をもって多段に支持された状態で堆積工程が行われると、基板間で膜厚の均一性及び再現性に優れた膜を形成できる。
【００１５】
第１２の発明は、第９の発明において、第２反応物質としてＯ2（酸素）を選択したとき、励起手段を用いてＯ2をプラズマ励起することにより活性種として処理室に供給することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
励起手段を用いてＯ2をプラズマ励起して処理室に供給すると、Ｏ2をプラズマ励起しないで供給する場合に比して、低い温度でＯ2を第１反応物質と反応させることができる。
【００１６】
第１３の発明は、少なくとも１枚の基板を処理する処理室と、処理室内の基板を加熱するヒータと、処理室内にＨＣＤを含む第１反応物質を供給する第１供給系と、処理室内に水素原子を含まず酸素原子を含む第２反応物質を供給する第２供給系と、処理室内に不活性ガスを供給する第３供給系と、処理室内を排気する排気系と、処理室内に、第１反応物質、不活性ガス、第２反応物質、不活性ガス、をこの順で複数回繰り返し供給するよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置である。
制御手段を用いて、処理室内に、第１反応物質、不活性ガス、第２反応物質、不活性ガス、をこの順で複数回繰り返し供給するように制御すれば、第２〜第１２の発明の半導体デバイスの製造方法を好適に実施することができる。なお、基板を加熱するヒータは処理室内に設けられていても、処理室外に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＨＣｌを発生することなく、均質かつコンフォーマル（均一）なＳｉＯ2膜を形成することができる。その結果、基板処理装置の配管などの腐食を防止することができる。また、不純物の混入が少なく、特性が良好な半導体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１反応物質としてのＳｉ2Ｃｌ6（ヘキサクロロジシラン、以下ＨＣＤと称す）と第２反応物質とを交互に供給するＡＬＤ法によって、ウェハ上にＳｉＯ2膜を成膜する。この際、第２反応物質としてＨ原子を含まないオゾン（Ｏ3）又は活性な酸素（Ｏ2）を用いることにより、５００℃以下の低温で、ＨＣｌを発生させることなく、ＳｉＯ2膜の成膜を実現した。また、第１反応物質としてＣｌを含むＨＣＤを用いながら、第２反応物質として酸化力の強いＯ3又は活性なＯ2を用いているので、Ｃｌ含有量の少ないＳｉＯ2膜の成膜を実現した。
以下に３つの実施例１〜３を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
ここでは、枚葉式の処理炉を備えた基板処理装置を用いて、ＳｉＯ2膜を形成する実施例を説明する。第１反応物質としてＨＣＤを用いる。第２反応物質として、水素原子を含まず酸素原子を含む酸化剤であるＯ3を用いる。
図１は、実施例１の基板処理装置を示す。基板処理装置は、温度制御機能の付いた枚葉式の処理炉５０と、ＨＣＤを供給する第１供給系６１と、Ｏ3を供給する第２供給系６２と、不活性ガスを供給する第３供給系６３と、排気系６４と、搬送手段６５と、制御手段としての制御装置９と、を備えて構成される。
【００２０】
処理炉５０は、排気による減圧の可能な処理室５２と、処理室５２内でウェハ１を支持する基板支持台１２と、処理室５２の外側に設けられ処理室５２内のウェハ１を処理温度へ加熱するための昇温用ヒータ３と、処理室５２の壁面を加熱するための処理室壁加熱ヒータ２１とからなる。
昇温用ヒータ３は、ウェハ１の温度が適当な温度、例えば４００℃〜５００℃、となるように制御される。処理室壁加熱ヒータ２１は、ＨＣＤが再液化せず、また、処理室５２に用いられるＯリング等のシール材が劣化しない温度、例えば８０℃〜1８０℃、となるように制御される。
【００２１】
ＨＣＤを供給する第１供給系６１は、ＨＣＤ供給器４と、ＨＣＤ供給器４から処理室５２へＨＣＤを導入するためのＨＣＤ供給配管１０と、開閉弁であるバルブ３４と、ＨＣＤ供給配管１０を加熱するためのＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２、からなる。
ＨＣＤは常温常圧で液体であるため、ＨＣＤ供給器４によって温度Ｔ、例えば７０〜１００℃、に加熱して気化される。ＨＣＤ供給器４には流量制御機能が内蔵されており、それによってＨＣＤの流量が制御されているが、ＨＣＤ供給配管１０の途中に別途流量制御器を設けて、ＨＣＤ供給器４から流量制御機能を外しても構わない。
ＨＣＤ供給器４は、具体的には、本体５３と、ＨＣＤを気化する気化器５４と、気化されたＨＣＤの供給量を制御する流量制御手段である流量制御器５５とから構成される。気化器５４により気化されたＨＣＤは、流量制御器５５で流量制御され、ＨＣＤ供給配管１０を通りバルブ３４を介して処理室５２内のウェハ１に供給される。ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２は、ＨＣＤが再液化しない温度で、かつＨＣＤ供給配管１０に用いられているＯリングなどのシール材が劣化しない温度となるように、ＨＣＤ供給配管１０を加熱する。その加熱温度は、前述した温度Ｔ（例えば７０〜１００℃）よりも高い温度、例えば８０℃〜1８０℃、となるように制御される。
【００２２】
Ｏ3を供給する第２供給系６２は、オゾン発生器５と、オゾン発生器５から処理室５２へＯ3を導入するためのオゾン供給配管１１と、Ｏ3の流量を制御するための流量制御手段である流量制御器３２と、開閉弁であるバルブ３５と、Ｏ3の原料となる酸素（Ｏ2）をオゾン発生器５に供給するための酸素配管３０と、Ｏ3を発生させる時に使用する窒素（Ｎ2）をオゾン発生器５に供給するための窒素配管３１と、から構成される。
Ｏ3は、酸素配管３０と窒素配管３１とから供給されたＯ2、Ｎ2を用いて、オゾン発生器５によって作製される。実施例では、オゾン発生器５へのＯ2とＮ2との供給比を１００：１の割合、例えば酸素６ｓｌｍ、窒素６０ｃｃｍとしている。これにより実施例では濃度１７０ｇ／ｍ3のＯ3を発生させている。オゾン発生器５により作製されたＯ3は、流量制御器３２で流量制御され、オゾン供給配管１１を通りバルブ３５を介して処理室５２内のウェハ１に供給される。
【００２３】
不活性ガスを供給する第３供給系６３は、不活性ガスを処理室５２へ導入するための不活性ガス供給配管６と、不活性ガスの流量を制御するための流量制御手段である流量制御器３３と、開閉弁であるバルブ３６と、から構成される。不活性ガスは、実施例ではアルゴン（Ａｒ）を用いている。不活性ガスとしてのＡｒは、流量制御器３３で流量制御され、不活性ガス供給配管６を通りバルブ３６を介して処理室５２内のウェハ１に供給される。
【００２４】
処理室５２を排気する排気系６４は、処理室５２を排気するためのポンプ８と、処理室５２とポンプ８とを繋ぐ排気管である排気配管７と、開閉弁であるバルブ３７と、処理室の圧力を制御するための圧力制御部３８と、排気配管７を加熱するための排気配管加熱ヒータ２０と、から構成される。処理室５２内は、ポンプ８によって、バルブ３７、圧力制御部３８を介して排気配管７から排気される。
排気配管加熱ヒータ２０は、ＨＣＤが再液化しない温度で、かつ排気配管７に用いられているＯリングなどのシール材が劣化しない温度となるように、排気配管７を加熱する。その加熱温度は、前述した温度Ｔ（例えば７０〜１００℃）よりも高い温度、例えば８０℃〜1８０℃、となるように制御される。
【００２５】
ここで、ＨＣＤを処理室５２内に供給するＨＣＤ供給配管１０の温度よりも、処理室５２の内壁温度を高くすることが好ましい。ＨＣＤ供給配管１０の温度よりも、処理室内壁温度が高いと、処理室５２内にＨＣＤが供給されるとき、処理室５２内の処理室内壁付近における蒸気圧をＨＣＤ供給配管１０内における蒸気圧より低くすることができるため、ＨＣＤが液化しにくくなりＨＣＤの再液化を十分に防止することができるからである。
また、圧力制御部３８で制御する処理室５２内の成膜圧力は、１〜１０，０００Ｐａが好ましい。現状のポンプでは、１Ｐａ未満を達成することは不可能であり、一方、１０，０００Ｐａを超えると、成膜速度（反応効率）の低下が顕著になるからである。
【００２６】
搬送手段６５は、処理室５２内に１枚のウェハ１を搬入して基板支持台１２に支持させ、処理後のウェハ１を処理室５２内から搬出する。
【００２７】
制御装置９は、基板処理装置を統括制御するための制御手段である。制御装置９は、流量制御器３２、３３、５５、気化器４、圧力制御部３８、バルブ３４、３５、３６、３７、ヒータ３、２０、２１、２２、真空ポンプ８に接続されており、流量制御器３２、３３、５５の流量調節、バルブ３４、３５、３６、３７の開閉動作、圧力制御部３８の開閉及び圧力調節動作、ヒータ３、２０、２１、２２の温度調節、真空ポンプ８の起動・停止などを制御する。
【００２８】
次に上述した実施例１の基板処理装置を用いて行った、ウェハ１への成膜プロセス例について説明する。
成膜プロセスはＡＬＤ法を用いて行った。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）の原料となる反応ガスを１種類ずつ交互にウェハ上に供給し、１原子層単位でウェハ上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。そして、成膜の膜厚は、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、２０サイクル行う。
【００２９】
図２は、実施例１でのＳｉＯ2膜の作成時に使用した成膜プロセスの一例を示し、図３は、成膜プロセス中の各ステップで起こる反応を示した説明図である。成膜プロセスは、（１）ＨＣＤ供給ステップ、（２）第１パージステップ、（３）Ｏ3供給ステップ、（４）第２パージステップの４ステップにて１サイクルとなる。
まず制御装置９により搬送手段６５を制御して、成膜しようとする１枚のウェハ１を処理炉５０の処理室５２内に搬入して、基板支持台１２上に支持させる。また、排気配管７のバルブ３７を開き、ポンプ８によって処理室５２内を真空引きする。また、昇温用ヒータ３によってウェハ１を所定温度に加熱する。排気配管加熱ヒータ２０、処理室壁加熱ヒータ２１、ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２によって配管及び処理室内壁を所定温度に加熱する。温度が安定したら、次の４つのステップを順次実行する。
【００３０】
（１）ＨＣＤ供給ステップ
制御装置９によってＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４を開く。ＨＣＤ供給器４から気化したＨＣＤを処理室５２に供給しつつ排気配管７から排気して、ウェハ表面の下地膜６０の表面にＨＣＤを構成する三塩化シリコン（ＳｉＣｌ3）を吸着させる（図３（ａ））。
ＨＣＤガスを処理室５２に供給しつつ排気するときは、排気配管７に設けた圧力制御部３８を適正に調節して処理室５２内圧力を１０〜１０００Ｐａとする。流量制御器５５で制御するＨＣＤの供給流量は１０〜１００００ｃｃｍである。ＨＣＤにウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときの昇温ヒータ３により加熱されるウェハの温度を、３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃となるように制御装置９により設定する。
また、ＨＣＤガスを処理室５２に供給しつつ排気するときは、ＨＣＤガスが配管内壁や処理室内壁に触れてＨＣＤが再液化しないように、ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ１０、処理室壁加熱ヒータ２１、排気配管加熱ヒータ２０によって、ＨＣＤ供給配管１０、処理室内壁、排気配管７を８０〜１８０℃に加熱する。
（２）第１パージステップ
ＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４を閉じてＨＣＤの供給を止める。そして、排気配管７を通して処理室５２を真空排気し、下地膜６０との吸着反応に寄与した後の残留ＨＣＤガスを排除する（図３（ｂ））。この時、不活性ガス供給配管６のバルブ３６を開けて、不活性ガス供給配管６から不活性ガスとしてＡｒを処理室５２に供給して残留ガスをパージすると、更に下地膜６０との吸着反応に寄与した後の残留ガスを処理室５２から排除する効果が高まる。なお、ここでは不活性ガスとしてＡｒを用いたが、窒素（Ｎ2）でもよい。また、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガスを用いてもよい。
【００３１】
（３）Ｏ3供給ステップ
制御装置９により不活性ガス供給配管６のバルブ３６を閉じ、オゾン供給配管１１のバルブ３５を開いて処理室にＯ3を供給しつつ排気配管７から排気する。これによりＯ3が、ウェハ表面に吸着しているＳｉＣｌ3と表面反応して、Ｃｌが脱離するとともに、ウェハ１上にＳｉＯ2膜が形成される（図３（ｃ））。
Ｏ3ガスを処理室５２に供給しつつ排気するときは、排気配管７に設けた圧力制御部３８を適正に調節して処理室５２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。流量制御器３２で制御するＯ3の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。Ｏ3にウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ３により加熱されるウェハの温度を、ウェハ表面に吸着したＨＣＤを構成するＳｉＣｌ3とＯ3とが反応して、ＳｉＯ2膜を堆積させる程度の温度である３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃となるように制御装置９により設定する。
本実施例では、酸化剤としてＯ2ではなく、Ｏ3を処理室に供給している。Ｏ2は反応温度が高いため、上述した５００℃以下の低温ではＳｉＣｌ3と反応しない。そこで、５００℃以下の低温でも反応するＯ3を処理室に流すようにしている。
【００３２】
（４）第２パージステップ
オゾン供給配管１１のバルブ３５を閉じてＯ3の供給を止める。そして、排気配管７を通して処理室５２を真空排気し、ＳｉＣｌ3と表面反応に寄与した後の残留Ｏ3ガスを排除する（図３（ｄ））。この時、不活性ガス供給配管６のバルブ３９を開けて不活性ガス供給配管４０から不活性ガスとしてＡｒを処理室５２に供給して残留ガスをパージすると、更に表面反応に寄与した後の残留ガスを処理室５２から排除する効果が高まる。なお、ここでは不活性ガスとしてＡｒを用いたが、上述した窒素（Ｎ2）や他の希ガスを用いてもよい。
【００３３】
上述した（１）〜（４）のステップを繰り返して成膜を行う。繰り返し回数は、成膜温度、及び必要とする膜厚に応じて変更する。また不活性ガスＡｒによる第１パージステップ、第２パージステップでは、残留ガスが無くなるのに十分な時間でパージする。十分な時間で処理室内をパージすると、ＨＣＤとＯ3とが気相中で直接反応することを回避でき、成膜パーティクル等が発生することを防止できる。
【００３４】
最後に、制御装置９によって昇温用ヒータ３によるウェハ１の加熱を停止する。ウェハ１が所定温度に降温したら、搬送手段６５を制御して、成膜後の１枚のウェハ１を処理炉５０の処理室５２内から搬出する。
【００３５】
上述した基板処理装置、及び成膜プロセスを用いて、ＳｉＯ2膜の堆積温度である成膜温度を３００℃、４００℃、４５０℃、５００℃と変えて、ＳｉＯ2膜の成膜速度に対する成膜温度の依存性を調べた。図４は、１サイクル当たりの成膜速度の温度依存性を示す結果ある。このとき（１）のＨＣＤ供給ステップは２４０秒、（２）の第１パージステップは２５秒、（３）のＯ3供給ステップは６０秒、（４）の第２パージステップは３０秒で、総時間３５５秒／サイクルで処理している。
【００３６】
図４から、成膜温度が３００℃では０．１Å／サイクル程度の成膜速度となり、１０ｎｍ成膜するためには９８時間かかる換算となり、生産効率が悪いことがわかる。実際の使用を考えると、成膜温度は、０．４６Å／サイクル以上の成膜速度が得られる４００℃以上であることが好ましい。成膜温度が高くなるほど成膜速度は上がるが、成膜温度が５００℃を超えると、ＩＣの最小加工寸法の縮小化に伴い要求される低温化を満たすことが困難になるとともに、Ｏ3供給ステップで用いるＯ3の寿命が短くなるため好ましくない。したがって、成膜温度は４００〜５００℃が好ましい。
【００３７】
ところで、ＳｉＯ2膜中にＣｌ元素が含まれていると、成膜後に行われるアニール工程などにより膜中のＣｌが脱離した部位（Ｃｌが存在していた部位）の膜が縮むため、膜中のＣｌ含有量が多いと、ＳｉＯ2膜がコンフォーマルにならないという現象が生じる。また、Ｃｌを膜中に閉じ込めておかないと、ＣｌがＳｉＯ2膜から出てＨ2Ｏなどと反応して、ＨＣｌを発生するおそれがある。このため、ＳｉＯ2膜中のＣｌ含有量が多くなることは好ましくない。
そこで、成膜温度４５０℃と５００℃とでＳｉＯ2成膜を成膜したときの、ウェハ表面の各元素Ｏ、Ｃ、Ｃｌ、Ｓｉの定量値を調べた。図５は、ＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）によって求めた、ウェハ表面の各元素の定量結果である。この結果をみると、懸念されたＣｌの含有量は１％以下となっていることがわかる。したがって、本実施例は、ＨＣＤのような塩素系原料を使用しているにもかかわらず、Ｃｌ含有量の少ないＳｉＯ2膜の形成に有効であることが分かる。第１反応物質中にＣｌが含まれているにもかかわらず、膜中のＣｌ濃度が低い理由は、酸化剤として用いたＯ3の酸化力が強く、Ｃｌを膜中から十分に脱離させることができているからであると考えられる。
【００３８】
また、ＳｉＯ2膜の成膜速度は半導体デバイスの生産効率に直接影響するので、重要である。そこで、第２の反応物質である酸化剤としてＯ3とＯ2とを用いたときの成膜速度を比較した。成膜温度は５００℃とした。ＨＣＤ供給ステップはＨＣＤ流量５０ｃｃｍ、３０秒／サイクルとし、Ｏ3供給ステップはＯ3又はＯ2流量１５００ｓｃｃｍ、６０秒／サイクルとした。Ｏ3を用いた場合、成膜速度は、１．５４Å／cycleとなり、Ｏ2を用いた場合は、０．２６Å／cycleとなった。Ｏ3を用いた方が、Ｏ2を用いたよりも成膜速度が６倍速くなることが分かる。これは、Ｏ3はＯ2よりも酸化力があるためと考えられる。このようにＯ2では酸化力が弱いため、第２の反応物質としてＯ2を使用する場合は、Ｏ2をプラズマ励起することにより活性種として処理室に供給することが好ましい。
【実施例２】
【００３９】
実施例１では基板処理装置の処理炉に、枚葉式処理炉を用いた場合について説明した。実施例２では、縦型処理炉を用いた場合を説明する。なお、酸化剤は実施例１と同じくＯ3を用いている。
図６は、実施例２にかかる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す。加熱手段であるヒータ３の内側に、基板であるウェハ１を処理する処理容器としての反応管２が設けられる。この反応管２の下端開口は、蓋体であるシールキャップ１１１により気密部材であるＯリング１１０を介して気密に閉塞される。反応管２の内部に処理室１００が形成される。少なくとも、上記ヒータ３、反応管２、及びシールキャップ１１１により処理炉１０１を形成している。シールキャップ１１１には石英キャップ１１６を介して基板保持手段であるボート１１５が立設される。前記石英キャップ１１６はボート１１５を保持する保持体となっている。そして、ボート１１５は処理室１００に挿入される。ボート１１５にはバッチ処理される複数のウェハ１が水平姿勢で管軸方向に隙間をもって多段に積載される。前記ヒータ３は処理室１００に挿入されたウェハ１を所定の温度に加熱する。
【００４０】
そして、処理室１００へは複数種類、ここでは２種類の反応ガスと１種類の不活性ガスとを供給する供給管としてＨＣＤ供給配管１０、オゾン供給配管１１、不活性ガス供給配管６及び４０がそれぞれ設けられている。ＨＣＤ供給配管１０には、ＨＣＤを気化する気化器５４を有するＨＣＤ供給器４が接続される。オゾン供給配管１１には、オゾンを発生するオゾン発生器５が接続される。このオゾン発生器５には、Ｏ3の原料となる酸素（Ｏ2）をオゾン発生器５に供給するための酸素配管３０と、Ｏ3を発生させる時に使用する窒素（Ｎ2）をオゾン発生器５に供給するための窒素配管３１とが接続される。
ＨＣＤ供給配管１０からは、流量制御手段である流量制御器４１及び開閉弁であるバルブ３４を介し、更に処理室１００内に設置されたノズル１１３を介して処理室１００にＨＣＤガスが供給される。ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２は、ＨＣＤが再液化しない温度で、かつＨＣＤ供給配管１０に用いられているＯリングなどのシール材が劣化しない温度となるように、ＨＣＤ供給配管１０を加熱する。
オゾン供給配管１１からは、流量制御手段である流量制御器３２、開閉弁であるバルブ３５を介し、更に処理室１００内に設置されたノズル１１４を介して、処理室１００にＯ3ガスが供給される。バルブ３５より下流側のオゾン供給配管１１に設けたオゾン供給配管加熱ヒータ２４は、Ｏ3の寿命が短くならないようにオゾン供給配管１１を加熱する。
また、不活性ガス供給配管６からは、不活性ガスが、流量制御手段である流量制御器３３及び開閉弁であるバルブ３６を通り、オゾン供給配管１１のバルブ３５の下流側でオゾン供給配管１１に入り、それ以降Ｏ3と共通の経路を通り、処理室１００内に設置されたノズル１１４を介して処理室１００に供給される。また、不活性ガス供給配管４０からは、不活性ガスが、開閉弁であるバルブ３９を通り、ＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４の下流側でＨＣＤ供給配管１０に入り、それ以降ＨＣＤと共通の経路を通り、処理室１００内に設置されたノズル１１３を介して処理室１００に供給される。不活性ガス供給配管６及び４０を流れる不活性ガスには、本実施例では共にＡｒを用いている。
【００４１】
処理室１００はガスを排気する排気管である排気配管７によりバルブ４２を介して排気手段であるポンプ８に接続され、真空排気されるようになっている。なお、このバルブ４２は、弁を開閉して処理室１００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節可能になっている開閉弁である。本実施例ではバルブ４２は圧力調節が可能な開閉弁であるが、実施例１の図１のように、バルブ４２を、処理室１００の真空排気・真空排気の停止のための開閉弁であるバルブ３７と、圧力制御手段である圧力制御部３８とに分けて設置してもよい。
排気配管加熱ヒータ２０は、ＨＣＤが再液化しない温度で、かつ排気配管７に用いられているＯリングなどのシール材が劣化しない温度となるように、排気配管７を加熱する。
【００４２】
上述したＨＣＤ供給器４、ＨＣＤ供給配管１０、流量制御器４１、ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２、バルブ３４、ノズル１１３から本発明の第１供給系が構成される。また、上述したオゾン発生器５、オゾン供給配管１１、流量制御器３２、バルブ３５、ノズル１１４から第２供給系が構成される。また、不活性ガス供給配管６、流量制御器３３及びバルブ３６と、不活性ガス供給配管４０及びバルブ３９等から第３供給系が構成される。また、排気配管７、バルブ４２、排気配管加熱ヒータ２０、ポンプ８から排気系が構成される。
【００４３】
反応管２内の中央部には複数枚のウェハ１を多段に同一間隔で載置するボート１１５が設けられている。このボート１１５は、図中省略のボートエレベータ機構により反応管２に出入りできるようになっている。またウェハ処理の均一性を向上するためにボート１１５を回転するための回転手段であるボート回転機構１１２が設けてある。ボート回転機構１１２を駆動することにより、石英キャップ１１６に保持されたボート１１５を回転するようになっている。
【００４４】
制御手段である制御装置９は、流量制御器３２、３３、４１、気化器５４、バルブ３４、３５、３６、３９、４２、ヒータ３、真空ポンプ８、ボート回転機構１１２、図中省略のボート昇降機構に接続されている。制御装置９によって、流量制御器３２、３３、４１の流量調節、バルブ３４、３５、３６、３９の開閉動作、バルブ４２の開閉及び圧力調節動作、ヒータ３の温度調節、真空ポンプ８の起動・停止、ボート回転機構１１２の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作の制御が行われる。
【００４５】
次に上述した実施例２の基板処理装置を用いて行った、ウェハ１への成膜プロセス例について説明する。第１及び第２反応物質としてＨＣＤ及びＯ3ガスを用い、ＡＬＤ法によってＳｉＯ2膜を成膜した。
まず、図中省略のボート昇降機構により、シールキャップ１１１を介してボート１１５を下降して反応管２から取り出す。搬送手段６５を用いて成膜しようとする複数枚のウェハ１をボート１１５に装填する。ボート昇降機構により、複数枚のウェハ１を装填したボート１１５を反応管２内に搬入する。シールキャップ１１１が反応管２の下端開口を完全に密封した後、排気配管７のバルブ４２を開き、ポンプ８によって反応管２内を真空引きする。また、ヒータ３によってウェハ１を所定温度に加熱する。排気配管加熱ヒータ２０、ＨＣＤ供給配管加熱ヒータ２２、オゾン供給配管加熱ヒータ２４によって配管を所定温度に加熱する。温度が安定したら、次の４つのステップを順次実行する。
【００４６】
（１）ＨＣＤ供給ステップ
このステップでは、制御装置９を用いてＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４を開く。ＨＣＤ供給器４の気化器５４でＨＣＤを気化させる。気化したＨＣＤをＨＣＤ供給配管１０の途中に設けた流量制御器４１で流量制御して、ＨＣＤ供給配管１０及びノズル１１３を介して処理室１００に供給しつつ排気する。ＨＣＤはウェハ１上の下地膜表面に吸着する。
ＨＣＤガスを流すときは、排気配管７に設けたバルブ４２を適正に調節して処理室１００内圧力を１０〜１０００Ｐａとする。流量制御器４１で制御するＨＣＤの供給流量は１０〜１００００ｃｃｍである。ＨＣＤの供給時間、すなわちＨＣＤにウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間に設定した。このときのヒータ３の温度はウェハの温度がＨＣＤがウェハ上の下地膜表面に吸着する程度の温度である３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃となるように制御装置９により設定してある。
【００４７】
（２）第１パージステップ
このステップでは、ＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４を閉じて、処理室１００を真空排気し、吸着反応に寄与した後の残留ガスを排除する。この時、不活性ガス供給配管４０のバルブ３９を開けて不活性ガス供給配管４０から不活性ガスとしてＡｒを処理室１００内に供給して残留ガスをパージすると、更に吸着反応に寄与した後の残留ガスを処理室１００から排除する効果が高まる。なお、本実施例では、不活性ガスとしてＡｒを用いたが、上述したようにＮ2や他の希ガスでも構わない。
【００４８】
（３）Ｏ3供給ステップ
このステップでは、オゾン発生器５からＯ3ガスを流す。制御装置９によりオゾン供給配管１１に設けたバルブ３５を開けて、オゾン供給配管１１から流量制御器３２により流量調節されたＯ3ガスをノズル１１４から処理室１００に供給しつつ排気配管７から排気する。Ｏ3を供給することにより、下地膜上に吸着したＨＣＤとＯ3とが表面反応して、ウェハ１上にＳｉＯ2膜が成膜される。
【００４９】
Ｏ3ガスを流すときは、排気配管７に設けたバルブ４２を適正に調節して処理室１００内圧力を１０〜１００Ｐａとする。流量制御器３２で制御するＯ3の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。Ｏ3にウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ３の温度はウェハの温度が下地膜上に吸着したＨＣＤとＯ3とが反応して、ＳｉＯ2膜を堆積させる程度の温度である３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃となるように制御装置９により設定してある。
【００５０】
（４）第２パージステップ
成膜後のこのステップ４は、オゾン供給配管１１のバルブ３５を閉じて処理室１００を排気配管７を介して真空排気し、成膜に寄与した後の残留ガスを排除する。この時、不活性ガス供給配管６のバルブ３６を開けて不活性ガス供給配管６から不活性ガスとしてＡｒを流量制御器３３で流量制御して処理室１００内に供給することにより、残留ガスをパージすると、更に成膜に寄与した後の残留ガスを処理室１００から排除する効果が高まる。なお、本実施例では、不活性ガスとしてＡｒを用いたが、上述したＮ2や他の希ガスでも構わない。
【００５１】
実施例２では、２本の不活性ガス供給配管６、４０を設けて、それらをＨＣＤ供給配管１０とオゾン供給配管１１の途中、バルブ３４、１１の下流側に合流接続している。これにより、バルブ３４、１１の下流側からＨＣＤ供給配管１０とオゾン供給配管１１とに不活性ガスをそれぞれ流せるようにしている。したがって、実施例１のように１本の不活性ガス供給配管６をＨＣＤ供給配管１０やオゾン供給配管１１とは独立に設けたものと異なり、バルブ３４、３５の下流側のＨＣＤ供給配管１０及びノズル１１３、又はオゾン供給配管１１及びノズル１１４内に残留しているＨＣＤ又はＯ3をもパージすることができる。
【００５２】
上記ステップ１〜４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ェハ１上に所定膜厚のＳｉＯ2膜を成膜する。
最後に、図中省略のボート昇降機構によりシールキャップ１１１を介してボート１１５を下降し、反応管２から取り出す。そして、搬送手段６５を用いて成膜後のウェハ１をボート１１５から搬出する。
【実施例３】
【００５３】
ここでは、縦型の処理炉を使用し、オゾン（Ｏ3）の代りに、酸素（Ｏ2）を用いて、これをプラズマ励起することにより活性種として処理室に供給するようにした実施例を図７を用いて説明する。なお、基本的な構成は図６と同じであるので、図６を用いて説明した部分と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。
図７は、本実施例３にかかる縦型の基板処理装置の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図８は同じく処理炉部分を横断面で示している。
【００５４】
処理室１００へは複数種類、ここでは２種類の反応ガスを供給する供給管としてＨＣＤ供給配管１０、酸素供給配管２１３が設けられている。
ここではＨＣＤ供給配管１０からは、流量制御手段である流量制御器４１及び開閉弁であるバルブ３４を介し、更に後述する処理室１００内に設置されたガス供給部２１６を介して処理室１００にＨＣＤガスが供給される。
酸素供給配管２１３からは、流量制御手段である流量制御器３２、開閉弁であるバルブ３５を介し、更に後述するバッファ室２１２を介して、処理室１００にＯ2ガスが供給される。
【００５５】
処理室１００を構成している反応管２の内壁の一部とウェハ１との間における円弧状の空間には、反応管２の下部より上部の内壁にウェハ１の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２１２が設けられている。そのバッファ室２１２のウェハ１と隣接する室壁の端部には処理室１００内にガスを供給する供給孔であるガス供給孔２１１が設けられている。このガス供給孔２１１は反応管２の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２１１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。
【００５６】
そしてバッファ室２１２のガス供給孔２１１が設けられた端部と反対側の端部には、ノズル１１４が、やはり反応管２の下部より上部にわたりウェハ１の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル１１４には複数のガスを供給する供給孔であるガス供給孔２１７が設けられている。このガス供給孔２１７の開口面積は、バッファ室２１２と処理室１００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。上記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。
【００５７】
実施例３において、ノズル１１４に設けたガス供給孔２１７の開口面積や開口ピッチを上流側から下流側にかけて適正に調節している。これにより、まず、ガス供給孔２１７の各供給口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ようにしている。つぎに、このガス供給孔２１７の各ガス供給口から噴出するガスを、バッファ室２１２に一旦導入して、前記ガスの流速差の均一化を行ってから、処理室１００に供給するようにしている。
すなわち、バッファ室２１２において、ガス供給孔２１７より噴出したガスはバッファ室２１２で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２１１より処理室１００に噴出する。この間に、ガス供給孔２１７より噴出したガスは、ガス供給孔２１１の各ガス供給口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る。
【００５８】
さらに、バッファ室２１２に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２３０及び第２の電極である第２の棒状電極２３１が、反応管２の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２１８、２２０に保護されて配設される。この第１の棒状電極２３０又は第２の棒状電極２３１のいずれか一方は整合器２３２を介して高周波電源２３３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、第１の棒状電極２３０及び第２の棒状電極２３１間のプラズマ生成領域２１９にプラズマが生成される。
少なくとも上述した第１の棒状電極２３０と第２の棒状電極２３１とから励起手段６６が構成される。
この電極保護管２１８、２２０は、第１の棒状電極２３０及び第２の棒状電極２３１のそれぞれをバッファ室２１２の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２１２に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２１８、２２０の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２１８、２２０にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２３０及び第２の棒状電極２３１はヒータ３の加熱で酸化されてしまう。そこで、不活性ガスパージ機構を設けて、電極保護管２１８、２２０の内部は窒素などの不活性ガスを充填、あるいはパージして、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２３０、又は第２の棒状電極２３１の酸化を防止するようにしている。
【００５９】
さらに、ガス供給孔２１１の位置より、反応管２の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２１６が設けられている。このガス供給部２１６は、ＡＬＤ法による成膜においてウェハ１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２１２とガス供給種を分担する供給部である。このガス供給部２１６もバッファ室２１２と同様にウェ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２１５を有する。ガス供給部２１６の下部にはＨＣＤ供給配管１０が接続されている。ガス供給孔２１５の開口面積はバッファ室２１２と処理室１００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。
【００６０】
制御手段である制御装置９は、流量制御器３２、３３、４１、バルブ３４、３５、３６、３９、４２、ヒータ３、真空ポンプ８、ボート回転機構１１２、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２３３、整合器２３２、配管加熱ヒータ２０、２２、４３、に接続されており、流量制御器３２、３３、４１の流量調節、バルブ３４、３５、３６、３９、の開閉動作、バルブ４２の開閉及び圧力調節動作、ヒータ３温度調節、真空ポンプ８の起動・停止、ボート回転機構１１２の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２３３の電力供給制御、整合器２３２によるインピーダンス制御、配管加熱ヒータ２０、２２、４３の温度調節を行う。
【００６１】
次に図７及び図８の基板処理装置により、ＨＣＤ及びＯ2ガスを用いて、ＡＬＤ法によってＳｉＯ2膜を成膜するプロセス例を説明する。反応管２内にウェハを搬入後、次の４つのステップを順次実行する。
【００６２】
（１）ＨＣＤ供給ステップ
このステップでは、制御装置９によりＨＣＤ供給配管１０のバルブ３４を開くと共に、排気配管７のバルブ４２を開いて、ＨＣＤを気化器５４で気化して、気化したＨＣＤを流量制御器４１で流量制御して処理室１００に供給しつつ排気する。ＨＣＤはウェハ１上の下地膜表面に吸着する。
ＨＣＤガスを流すときは、排気配管７に設けたバルブ４２を適正に調節して処理室１００内圧力を１０〜１０００Ｐａとする。流量制御器４１で制御するＨＣＤの供給流量は１０〜１００００ｃｃｍである。ＨＣＤの供給時間、すなわちにウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間に設定した。このときのヒータ３の温度はウェハの温度がＨＣＤがウェハ上の下地膜表面に吸着する程度の温度である３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃となるように制御装置９により設定してある。
【００６３】
（２）第１パージステップ
このステップでは、ＨＣＤ供給配管のバルブ３４を閉じて処理室１００を真空排気し、吸着に寄与した後の残留ガスを排除する。またこの時、不活性ガス供給配管４０のバルブ３９を開けて不活性ガス供給配管４０から不活性ガスとしてＡｒを処理室１００に供給して残留ガスをパージすると、更に吸着に寄与した後の残留ガス等を処理室１００から排除する効果が高まる。
【００６４】
（３）Ｏ2活性種供給ステップ
このステップでは、プラズマ励起の必要なＯ2ガスを流す。酸素供給配管２１３に設けたバルブ３５を開けて、酸素供給配管２１３から流量制御器３２により流量調節されたＯ2ガスをノズル１１４のガス供給孔２１７からバッファ室２１２へ噴出する。第１の棒状電極２３０及び第２の棒状電極２３１間に高周波電源２３３から整合器２３２を介して高周波電力を印加する。２本の電極２３０、２３１間で放電させてＯ2をプラズマ励起し、活性種として処理室１００に供給しつつ排気配管７から排気する。Ｏ2をプラズマ励起して活性種として供給することにより、下地膜上に吸着したＨＣＤと活性なＯ2とが表面反応して、ウェハ１上にＳｉＯ2膜が成膜される。
【００６５】
Ｏ2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４２を適正に調節して処理室１００内圧力を１０〜１００Ｐａとする。流量制御器３２で制御するＯ2の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。Ｏ2をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ１を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ３の温度はウェハが３００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃になるよう設定してある。Ｏ2は反応温度が高いため、上記ウェ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、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００６６】
（４）第２パージステップ
成膜後のこのステップでは、酸素供給配管２１３のバルブ３５を閉じ、処理室１００を真空排気し、成膜に寄与した後の残留Ｏ2ガスを排除する。また、この時、不活性ガス供給配管６のバルブ３６を開けて、不活性ガス供給配管６からＡｒを処理室１００に供給して、残留ガスをパージすると、更に成膜に寄与した後の残留ガス等を処理室１００から排除する効果が高まる。
【００６７】
上記ステップ１〜４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ェハ１上に所定膜厚のＳｉＯ2膜を成膜する。成膜後、ウェハ１を反応管２から搬出する。
【００６８】
以上、実施例１〜実施例３で述べたように、第１反応物質としてＨＣＤを、第２反応物質としてＯ3又はＯ2をそれぞれ用いており、Ｃｌ原子を含む反応ガスは使用しているものの、Ｈ原子を含むガスは用いていないので、ＨＣｌが発生せず、配管等が腐食する等の問題が生じない。
また、実施の形態により成膜されるＳｉＯ2膜にはＣｌ含有量が少ないので、均質かつコンフォーマル（均一）なＳｉＯ2膜が得ることができる。
また、成膜法にはＡＬＤ法を用いているので、５００℃以下の低温でＳｉＯ2膜を堆積することができる。したがって、ＩＣの最小加工寸法の縮小化に伴う低温化の要請に応えることができる。
また、気化したＨＣＤが流れるＨＣＤ供給配管又は／及び排気配管の温度を、適正な温度に加熱調節しているので、常温常圧で液体であるＨＣＤが再液化することがなく、ＨＣＤを気化状態のまま流すことができるとともに、配管をシールしているシール材の劣化も有効に防止できる。
また、反応ガスにＴＥＯＳとＯ2などを使用してＣＶＤ法で成膜すると、排気配管の内壁面に真っ白なゴミが付着することが多く、メンテナンスサイクルが短くなる。この真っ白なゴミは、ＴＥＯＳとＯ2が気相中で反応することによって生じたＳｉＯ2と考えられる。しかし、実施例のようにＨＣＤとＯ3を用い、それらを交互供給してＡＬＤ法により成膜するようにすると、そのようなことがないのでメンテナンスサイクルを長くすることができる。排気配管の内壁面に白いゴミが付着しないのは、ＨＣＤとＯ3を交互供給することにより、ＨＣＤとＯ3が気相中で反応するのを抑えることができるからと考えられる。
なお、実施例では、ステップカバレッジの良好なＡＬＤ法を用いた実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法も含む）を用いた場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１の枚葉式の処理炉を有する基板処理装置の概略図である。
【図２】実施例１の成膜プロセスフローの一例を示す説明図である。
【図３】実施例１〜３に共通した成膜プロセスを構成する各ステップでの成膜反応例を示す説明図である。
【図４】実施例１の基板処理装置を用いて成膜したときの、成膜温度と成膜速度との相関図である。
【図５】実施例１の基板処理装置を用いて成膜したときの、成膜温度による成膜表面に含有される各元素のＥＳＣＡの結果を示す図である。
【図６】実施例２の縦型の処理炉を有する基板処理装置の概略図である。
【図７】実施例３の縦型の処理炉を有する基板処理装置の概略図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図８】実施例３の処理炉部分を横断面で示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    ウェハ（基板）
３    ヒータ
９    制御装置（制御手段）
５２    処理室
６１    第１供給系
６２    第２供給系
６３    不活性ガス供給系
６４    排気系
【図１】
2005057133.tif 000003
【図２】
2005057133.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005057133.tif 000007
【図６】
2005057133.tif 000008
【図７】
2005057133.tif 000009
【図８】
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