(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
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】
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
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】
前記第２の原料ガスは、Ｏ２をプラズマ励起した活性種およびＯ３のうち少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第１ノズルより前記処理室内に前記第１の原料ガスを供給して前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第２ノズルより前記処理室内に前記第２の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第１の原料ガス供給手段、前記第２の原料ガス供給手段および前記排気手段を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。
【請求項７】
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第１ノズルより前記処理室内に前記第１の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第２ノズルより前記処理室内に前記第２の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第１の原料ガス供給手段、前記第２の原料ガス供給手段および前記排気手段を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。
【請求項８】
前記第１ノズルおよび前記第２ノズルのそれぞれには、複数のガス供給孔が設けられており、このガス供給孔は前記複数枚の基板のうちの隣接する基板間の中間位置において開口していることを特徴とする請求項６または７に記載の基板処理装置。
【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および基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形成工程を有する半導体デバイスの製造方法および当該シリコン酸化膜の形成工程に好適に使用される基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高密度化、多層配線化に伴い、低温での成膜が要求され、更に、表面の平坦性、凹部埋めこみ性、ステップカバレッジ性に優れ、かつ水分や不純物の透過を抑制するシリコン酸化膜材料が求められてきた。従来のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜形成方法としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）の熱分解による成膜（６８０℃−７００℃）が主として用いられてきたが、不純物の再拡散を防止するために低温化が求められ、ビスターシャリーブチルアミノシランとＯ２などの組み合わせによるシリコン酸化膜形成（５８０℃−６００℃）が用いられるようになった。更に低温成膜可能なシリコン酸化膜形成方法（４００℃−５００℃）としては、トリエトキシシラン（ＨＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）やビスメチルシリルエタン（Ｈ２Ｓｉ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）Ｈ２）などの原料とＯ２の組み合わせによる酸化膜形成法がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの材料を用いた低温酸化膜形成方法はステップカバレッジ特性が悪いという問題点があった。このため、上記要求を満たすために、Ｏ３とＴＥＯＳを原料ガスに用いた熱ＣＶＤ法が行われた。しかし、この方法は表面に依存し易く、例えばクリーンルーム内に放置しておくと表面に吸着水、水酸基を形成し、ボイドを生じたり、表面荒れの原因となっていた。
【０００４】
従来の膜形成方法では、原料のウエハ表面への付着、熱による原料の分解、酸化種との反応、副生成物のウエハ表面からの離脱の課程を経て酸化物が形成された。例えば、ＴＥＯＳの成膜工程においては、理想的には次のように成膜が進行すると考えられる。すなわち、（１）ＴＥＯＳがＳｉ表面に吸着、（２）Ｓｉ表面のＯＨ基とＴＥＯＳのＯＣ２Ｈ５基がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成、（３）ＴＥＯＳの他のＯＣ２Ｈ５基がＣ２Ｈ５ＯＨなどの副生成物として離脱、（４）Ｓｉ表面にＳｉＯ２膜を形成、の工程を経てＳｉＯ２膜が形成される。ここで、Ｓｉ表面の一部がＯＨのような親水基で覆われているとその部分でのＴＥＯＳの吸着と酸化膜への転換は極めて早い速度で進行する。この為。親水基で覆われた部分での成膜速度が大きく、疎水基で覆われた部分での成膜速度が遅く、表面平坦性が悪くなる。また、ＴＥＯＳとＯ３を原料とする酸化膜形成においては、気相中にてＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）２（ＯＨ）２やＳｉ２（ＯＣ２Ｈ５）６などの中間生成物が形成され、ウエハ表面に吸着する。このため、凹部への埋め込みではこれらの中間生成物の濃度分布により凹部の開口部では厚膜が大きく、凹部の底部では膜厚が小さいという結果になる。これはＯ３濃度が大きい程顕著で、ステップカバレッジは悪化する。
【０００５】
このように、原料ガスの熱による分解を利用する熱ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜形成法では、表面平坦性、凹部埋めこみ性、ステップカバレッジに問題があった。
【０００６】
一方、トリエトキシシラン（ＴＲＩＥＳ：ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）やトリスジメチルアミノシリコン（ＴｒｉＤＭＡＳｉ：ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）、以下ＴＤＭＡＳという）とＯ３の原子層成膜（ＡＬＤ）を行う場合は、ＳｉＯ２が１層ずつ成膜されるために表面での異常成長による表面荒れ、或いは凹部への埋めこみにおけるステップカバレッジなどの不良は見られず良好な成膜特性が得られる。
【０００７】
原子層成膜は、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。原子層成膜では、第１の原料ガスを基板に流す工程と第２の原料ガスを基板に流す工程との間にパージ工程が入るため熱ＣＶＤによる成膜のように気層中での副生成物による影響は無く、完全に１層ずつ成膜出来る。このため、凹部における埋めこみ特性は良好である。
【０００８】
しかしながら、原子層成膜では１層ずつ膜形成が行われるため、成膜速度が遅いという欠点があり、ＴＤＭＡＳとＯ３を用いた原子層成膜では成膜速度は５００℃で０．２ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、埋め込みなどの厚膜形成には不利であった。
【０００９】
従って、本発明の主な目的は、低温での成膜が可能であり、表面平坦性、凹部埋めこみ性、ステップカバレッジに優れ、成膜速度にも優れるシリコン酸化膜の形成工程を有する半導体デバイスの製造方法および当該シリコン酸化膜の形成工程に好適に使用される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】
【００１０】
請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法は、
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項２に記載の半導体デバイスの製造方法は、
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造方法において、前記第２の原料ガスは、Ｏ２をプラズマ励起した活性種およびＯ３のうち少なくとも何れかを含む。
請求項４に記載の発明は、複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、を有する。
請求項５に記載の基板処理方法は、
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項６に記載の基板処理装置は、
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第１ノズルより前記処理室内に前記第１の原料ガスを供給して前記第１の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第２ノズルより前記処理室内に前記第２の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第１の原料ガス供給手段、前記第２の原料ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御手段と、
を有する。
請求項７に記載の基板処理装置は、
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第１ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第２ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第１ノズルより前記処理室内に前記第１の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上にＣＶＤ法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第２ノズルより前記処理室内に前記第２の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第１の原料ガス供給手段、前記第２の原料ガス供給手段および前記排気手段を制御する制御手段と、
を有する。
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の基板処理装置において、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルのそれぞれには、複数のガス供給孔が設けられており、このガス供給孔は前記複数枚の基板のうちの隣接する基板間の中間位置において開口している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低温での成膜が可能であり、表面平坦性、凹部埋めこみ性、ステップカバレッジに優れ、成膜速度にも優れるシリコン酸化膜の形成工程を有する半導体デバイスの製造方法および当該シリコン酸化膜の形成工程に好適に使用される基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例２の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施例３の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施例３の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図５】本発明の実施例２、３の基板処理装置を説明するための概略斜示図である。
【図６】本発明の実施例２、３の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例４におけるＰＬＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜形成プロセスシーケンスを示す図である。
【図８】Ｓｉ２Ｈ６とＯ３とを用いてＰＬＣＶＤ法によってＳｉＯ２膜を形成した場合の成膜温度と成膜速度の関係を示す図である。
【図９】ＴＤＭＡＳｉとＯ３によるＡＬＤ法によるＳＩＯ２膜成膜時のサイクル回数と膜厚の関係及びＳｉ２Ｈ６とＯ３によるＰＬＣＶＤによるＳｉＯ２膜成膜時のサイクル数と膜厚の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、成膜速度を上げる方法について鋭意研究した結果、原子層成膜において第１の原料ガスが１原子層が吸着した後に、第２の原料ガスの吸着により反応が進むが、第１原料ガスによる吸着が１原子層ではなく、数原子層のシリコン薄膜を形成する場合にはその成膜速度は飛躍的に上がることを見いだした。例えば、Ｓｉ２Ｈ６を用いたアモルファスシリコンの成長においては、５００℃で約３ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度が得られる。第１の原料ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した後に、第２の原料ガスとしてオゾンを用いてアモルファスシリコン薄膜の酸化を行えば、１原子層ずつ吸着させて酸化膜を形成する場合に比べ成膜速度を大きくすることが可能である。この成膜方法を便宜的にＰＬＣＶＤ（Ｐｏｌｙ ａｔｏｍｉｃ ＣＶＤ）と呼ぶことにする。
【００１６】
本発明の好ましい実施例では、処理室内にシリコン原子を含む第１の原料ガスを供給し、基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成させ、その後、第１の原料ガスの供給を停止し、処理室内に残留する第１の原料ガスを処理室から排出し、その後、処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給し、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成し、その後、第２の原料ガスの供給を停止し、処理室内に残留する第２の原料ガスを処理室から排出し、その後は、これらの工程を繰り返してシリコン酸化膜を形成する。
【００１７】
このように、第１の原料ガスを供給して基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成させ、その後、第１の原料ガスを処理室から排出し、その後、処理室内に酸素原子を含む第２の原料ガスを供給して、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成し、その後、第２の原料ガスを処理室から排出しているので、熱ＣＶＤによる成膜のように気層中での副生成物による影響は無く、完全に数原子層ずつ成膜出来る。このため、表面平坦性、凹部埋めこみ性、ステップカバレッジ性は良好である。
【００１８】
さらに、第１の原料ガスによって１原子層の膜を形成するのではなく、数原子層のアモルファスシリコン膜を形成させているので、原子層成膜に比べて成膜速度を大きくできる。
【００１９】
なお、シリコン原子を含む第１の原料ガスとしては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などのシリコンの水素化合物あるいはＳｉＨ３（ＣＨ３）のようなＳｉ原子を含む有機化合物が好ましく用いられる。
【００２０】
また、酸素原子を含む第２の原料ガスとしては、オゾン（Ｏ３）、Ｏ２またはＮ２Ｏが好ましく用いられる。
【００２１】
そして、酸素原子を含む第２の原料ガスとして、Ｏ２を使用する場合には、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。
【００２２】
また、第１の原料ガスを供給して基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する際や、酸素原子を含む第２の原料ガスを供給して、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する際には、処理室圧力を１Ｐａ以上１０，０００Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００２３】
また、第１の原料ガスを処理室から排出する際や第２の原料ガスを処理室から排出する際には、不活性ガスによるパージを行うことが好ましい。そして、不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ２）が好ましく用いられる。
【００２４】
次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本実施例１の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。実施例１では酸化剤としてＯ３を用いている。
【００２６】
加熱手段である加熱ヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する減圧可能な処理室５２が設けられている。処理室５２の外側には、加熱ヒータ３と共に処理室５２の壁を加熱するための処理室壁加熱ヒータ２１が設置されている。ウエハ２００は処理室５２内に設置された基板支持台１２の上に配置され、加熱ヒータ２０７により所定の温度に加熱される。
【００２７】
処理室５２にはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０とＯ３供給配管１１とがそれぞれ接続されている。ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０からは、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４からバルブ３４を介し、処理室５２内にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６が供給され、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から処理室５２までのＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０には、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２が設けられている。Ｏ３供給配管１１からは、Ｏ３発生器５から、流量を制御するための流量制御器３２とバルブ３５とを介して、処理室５２内にＯ３が供給される。Ｏ３発生器５には、Ｏ３の原料となる酸素をＯ３発生器５に供給するための酸素配管３０と、窒素配管３１とが接続されている。
【００２８】
処理室５２には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給管６が不活性ガスの流量を制御する流量制御器３３とバルブ３６とを介して接続されている。
【００２９】
処理室５２は、ガスを排気する排気管である排気配管２３１によりバルブ３７と処理室の圧力を制御するための圧力制御器３８を介し、処理室５２を減圧にするための真空ポンプ２４６に接続されている。処理室５２から真空ポンプ２４６までの排気配管２３１には、排気配管２３１を加熱するための排気配管加熱ヒータ２０が設けられている。
【００３０】
制御手段である制御装置３２１は、加熱ヒータ２０７、処理室壁加熱ヒータ２１、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、排気配管加熱ヒータ２０、流量制御器３２、３３、圧力制御器３８、バルブ３４、３５、３６、３７、ポンプ２４６等に接続されており、加熱ヒータ２０７、処理室壁加熱ヒータ２１、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、排気配管加熱ヒータ２０の温度調節、流量制御器３２、３３の流量調節、圧力制御器３８の制御、バルブ３４、３５、３６、３７の開閉動作、ポンプ８の起動、停止等が行われる。
【００３１】
次にＰＬＣＶＤによる成膜例として、原料にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６とＯ３を用いてシリコン酸化膜を成膜する場合を説明する。
【００３２】
まず成膜しようとする半導体シリコンウエハ２００を処理室５２に搬入する。搬入後、次の４つのステップを順次実行する。なお、ステップ１〜４の間は、加熱ヒータ２０７により、ウエハ２００を所定の温度に加熱しておく。
【００３３】
［ステップ１］
ステップ１では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスを流す。まずＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０に設けたバルブ３４と排気配管２３１に設けたバルブ４２を共に開けて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４からＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０をとおり処理室５２にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を供給しつつ、排気配管７から排気する。この際、圧力制御器３８により処理室５２内の圧力を所定の圧力に調整する。
【００３４】
この時、処理室５２内に流しているガスはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスのみであり、Ｏ３は存在しない。従って、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６は気相反応を起こすことなく、ウエハ２００のＳｉ基板表面にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
【００３５】
［ステップ２］
ステップ２では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０のバルブ３４を閉めて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６の供給を止める。排気配管２３１のバルブ３７は開いたままにし、ポンプ２４６により処理室５２内を排気し、残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室５２内から排除する。また、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６より処理室５２に供給して処理室５２内のパージを行い、処理室５２内の残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室５２外に排出する。
【００３６】
［ステップ３］
ステップ３では、Ｏ３ガスを流す。Ｏ３供給配管１１に設けられた、バルブ３５と排気配管２３１に設けられたバルブ３７を共に開け、Ｏ３供給配管１１から流量制御器３２により流量調節されたＯ３ガスを処理室５２内に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。この際、圧力制御器３８により処理室５２内の圧力を所定の圧力に調整する。
Ｏ３の供給により、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６がＳｉ基板表面に形成したアモルファスシリコン薄膜とＯ３が表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＯ２膜が成膜される。
【００３７】
［ステップ４］
ステップ４では、再び不活性ガスによる処理室５２内のパージを行う。Ｏ３供給配管１１のバルブ３５を閉めて、Ｏ３の供給を止める。排気配管２３１のバルブ３７は開いたままにし、ポンプ２４６により処理室５２内を排気し、残留Ｏ３を処理室５２内から排除する。また、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６より処理室５２に供給して処理室５２内のパージを行い、処理室５２内の残留Ｏ３を処理室５２外に排出する。
【００３８】
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エハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ２膜を成膜する。
【実施例２】
【００３９】
図２は、本実施例２の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。実施例２では酸化剤としてＯ３を用いている。
【００４０】
加熱手段である加熱ヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する処理容器として反応管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、この加熱ヒータ２０７、反応管２０３、シールキャップ２１９により処理炉２０２を形成し、少なくとも反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１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が設置され、処理室２０１内に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平に多段に積載される。加熱ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００４１】
処理室２０１へはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０とＯ３供給配管１１とが連通して設けられている。ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０からは、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から流量を制御するための流量制御器４１とバルブ３４を介し、さらに処理室２０１内に設置されたノズル２３４を介して、処理室２０１内に原料ガスＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６が供給される。Ｏ３供給配管１１からは、Ｏ３発生器５から流量を制御するための流量制御器３２とバルブ３５を介して、さらに処理室２０１内に設置されたノズル２３３を介して、処理室２０１内に原料ガスＯ３が供給される。ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から処理室２０１までのＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０には、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２が設けられ、Ｏ３供給配管１１に設置されたバルブ３５から処理炉１０１までのＯ３供給配管１１には、Ｏ３供給配管加熱ヒータ２４が設けられている。Ｏ３発生器５には、Ｏ３発生器５には、Ｏ３の原料となる酸素をＯ３発生器５に供給するための酸素配管３０と、窒素配管３１とが接続されている。
【００４２】
ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管４０がバルブ３９を介してバルブ３４の下流側に接続されている。このバルブ３９からＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０と不活性ガス供給配管４０との接続部分までの不活性ガス供給配管４０にも、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２が設けられている。また、Ｏ３供給配管１１には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管６がバルブ３６を介してバルブ３５の下流側に接続されている。このバルブ３６からＯ３供給配管１１と不活性ガス供給配管６との接続部分までの不活性ガス供給配管６にも、Ｏ３供給配管加熱ヒータ２４が設けられている。
【００４３】
処理室２０１は、ガスを排気する排気管である排気配管２３１によりバルブ２４３を介して真空ポンプ２４６に接続されている。反応管２０３から真空ポンプ２４６までの排気配管２３１には、排気配管２３１を加熱するための排気配管加熱ヒータ２０が設けられている。
【００４４】
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、ノズル２３４が設置されている。そしてノズル２３４にはガスを供給するための複数のガス供給孔が設けられている。このガス供給孔は隣接するウエハ２００とウエハ２００の中間位置に開けられ、ウエハ２００にガスが供給される。ノズル２３４の位置より反応管２０３の内周を１２０°程度回った位置に、ウエハ１の積載方向に沿ってノズル２３３が同様に設置されている。このノズル２３３にも同様に複数のガス供給孔が設けられている。ノズル２３４は上述の通りＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０に連通し、処理室２０１内にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガス及びＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０に接続された不活性ガス供給配管４０からの不活性ガスを供給する。また、ノズル２３３は上述の通りＯ３供給配管１１に連通し、処理室２０１内に、Ｏ３ガス及びＯ３供給配管１１に接続された不活性ガス供給配管６からの不活性ガスを供給する。ノズル２３４及びノズル２３３から交互に処理室２０１内に原料ガスが供給されて成膜が行われる。
【００４５】
反応管２０３内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はボートエレベータ機構（図８のボートエレベータ１２１参照）により反応管２０３内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。
【００４６】
制御手段である制御装置３２１は、加熱ヒータ２０７、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、Ｏ３供給配管加熱ヒータ２４、排気配管加熱ヒータ２０、流量制御器３２、３３、４１、バルブ３４、３５、３６、３９、２４３、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボート昇降機構等に接続されており、加熱ヒータ２０７、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、Ｏ３供給配管加熱ヒータ２４、排気配管加熱ヒータ２０の温度調節、流量制御器３２、３３、４１の流量調節、バルブ３４、３５、３６、３９、２４３の開閉動作、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等が行われる。
【００４７】
次にＰＬＣＶＤ法による成膜例として、原料にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６とＯ３を用いてシリコン酸化膜を成膜する場合を説明する。
【００４８】
まず成膜しようとする半導体シリコンウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１内に搬入する。搬入後、次の４つのステップを順次実行する。なお、ステップ１〜４の間は、加熱ヒータ２０７によりウエハ２００を所定の温度に加熱しておく。
【００４９】
［ステップ１］
ステップ１では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスを流す。まずＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０に設けたバルブ３４と排気配管２３１に設けたバルブ２４３を共に開けて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から流量制御器４１により流量調節されたＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスをＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０をとおりノズル２３４のガス供給口から処理室２０１内に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。この際、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に保つ。
【００５０】
この時、処理室２０１内に流しているガスはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスのみであり、Ｏ３は存在しない。従って、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６は気相反応を起こすことなく、ウエハ２００のＳｉ基板表面にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
【００５１】
［ステップ２］
ステップ２では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０のバルブ３４を閉めて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６の供給を止める。排気配管２３１のバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室２０１内から排除する。また、不活性ガス供給配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、不活性ガス供給配管４０からＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内に供給し処理室２０１内のパージを行い、処理室２０１内の残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室２０１外に排出する。さらに、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６からも処理室２０１内に供給する。
【００５２】
［ステップ３］
ステップ３では、Ｏ３ガスを流す。Ｏ３供給配管１１に設けられた、バルブ３５と排気配管２３１に設けられたバルブ２４３を共に開け、Ｏ３供給配管１１から流量制御器３２により流量調節されたＯ３ガスを処理室２０１内に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。この際、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に調整する。
Ｏ３の供給により、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６がＳｉ基板表面に形成したアモルファスシリコン薄膜とＯ３が表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＯ２膜が成膜される。
【００５３】
［ステップ４］
ステップ４では、再び不活性ガスによる処理室２０１内のパージを行う。Ｏ３供給配管１１のバルブ３５を閉めて、Ｏ３の供給を止める。排気配管２３１のバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留Ｏ３を処理室２０１内から排除する。また、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６より処理室２０１内に供給して処理室２０１内のパージを行う。さらに、不活性ガス供給配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、不活性ガス供給配管４０からもＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給する。
【００５４】
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エハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ２膜を成膜する。
【実施例３】
【００５５】
図３は、本実施例３の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図４は、本実施例３の基板処理装置の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。実施例３では酸化剤としてＯ２を用いている。
【００５６】
加熱手段である加熱ヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する処理容器として反応管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、少なくともこの加熱ヒータ２０７、反応管２０３、シールキャップ２１９により処理炉２０２を形成し、少なくとも反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１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が設置され、処理室２０１内に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平に多段に積載される。加熱ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００５７】
処理室２０１へはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０とＯ２供給配管１３とが連通して設けられている。ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０からは、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から流量を制御するための流量制御器４１とバルブ３４を介し、さらにガス供給部２４９およびガス供給部２４９に設けられたガス供給孔２４８ｃを介して、処理室２０１内に原料ガスＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６が供給され、Ｏ２供給配管２１３からは原料ガスとしてのＯ２が、流量を制御するための流量制御器３２とバルブ３５を介し、さらに処理室２０１内に形成されたバッファ室２３７を介してプラズマ励起された活性種として処理室２０１内に供給される。ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から処理室２０１までのＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０には、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２が設けられ、Ｏ２供給配管２１３に設置されたバルブ３５から処理室２０１までのＯ２供給配管１３には、Ｏ２供給配管加熱ヒータ４３が設けられている。
【００５８】
ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管４０がバルブ３９を介してバルブ３４の下流側に接続されている。このバルブ３９からＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０と活性ガス供給配管４０との接続部分までの不活性ガス供給配管４０にも、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２が設けられている。また、Ｏ２供給配管１３には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管６がバルブ３６を介してバルブ３５の下流側に接続されている。このバルブ３６からＯ２供給配管２１３と不活性ガス供給配管６との接続部分までの不活性ガス供給配管６にも、Ｏ２供給配管加熱ヒータ４３が設けられている。 
【００５９】
処理室２０１は、ガスを排気する排気管である排気配管２３１によりバルブ２４３介して真空ポンプ２４６に接続されている。反応管２０３から真空ポンプ２４６までの排気配管２３１には、排気配管２３１を加熱するための排気配管加熱ヒータ２０が設けられている。
【００６０】
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、バッファ室２３７にウエハ２００が隣接する壁の端部にはガス供給孔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、同じ開口ピッチで設けられている。
【００６１】
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設置されている。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と処理室２０１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。
【００６２】
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、ガスの流速差の均一化を行う。
【００６３】
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より処理室２０１内に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスが、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る。
【００６４】
バッファ室２３７に、細長い構造を有する棒状電極２６９及び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、棒状電極２６９および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および２７０のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００６５】
この電極保護管２７５は、棒状電極２６９および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に挿入された棒状電極２６９および２７０は加熱ヒータ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および２７０酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず。）が設けられている。
【００６６】
ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°ほど回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９はＰＬＣＶＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを一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。
【００６７】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様に、ウエハ２００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供給孔２４８ｃを有し、下部にはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０が接続されている。
【００６８】
供給孔２４８ｃの開口面積は、バッファ室２３７と処理室２０１と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。
【００６９】
反応管２０３内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はボートエレベータ機構（図８のボートエレベータ１２１参照）により反応管２０３内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。
【００７０】
制御手段である制御装置３２１は、加熱ヒータ２０７、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、Ｏ２供給配管加熱ヒータ４３、排気配管加熱ヒータ２０、流量制御器３２、３３、４１、バルブ３４、３５、３６、３９、２４３、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボート昇降機構、高周波電源２３３等に接続されており、加熱ヒータ２０７、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ２２、Ｏ２供給配管加熱ヒータ４３、排気配管加熱ヒータ２０の温度調節、流量制御器３２、３３、４１の流量調節、バルブ３４、３５、３６、３９、２４３の開閉動作、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、高周波電源２３３の電力供給制御等が行われる。
【００７１】
次にＰＬＣＶＤ法による成膜例として、原料にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６とＯ２を用いて酸化膜を成膜する場合を説明する。
【００７２】
まず成膜しようとする半導体シリコンウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１内に搬入する。搬入後、次の４つのステップを順次実行する。なお、ステップ１〜４の間は、加熱ヒータ２０７によりウエハ２００を所定の温度に加熱しておく。
【００７３】
［ステップ１］
ステップ１では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスを流す。まずＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０に設けたバルブ３４と排気配管２３１に設けたバルブ２４３を共に開けて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器４から流量制御器４１により流量調節されたＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスを、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０をとおりガス供給部２４９に供給し、ガス供給孔２４８ｃから処理室２０１に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。この際、処理室２０１内を所定の圧力に保つ。
【００７４】
この時、処理室２０１内に流しているガスはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６ガスのみであり、Ｏ２は存在しない。従って、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６は気相反応を起こすことなく、ウエハ２００のＳｉ基板表面にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
【００７５】
［ステップ２］
ステップ２では、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管１０のバルブ３４を閉めて、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６の供給を止める。排気配管２３１のバルブ２４３は開いたままにし、ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室２０１内から排除する。また、不活性ガス供給配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、不活性ガス供給配管４０からもＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内に供給し処理室２０１内のパージを行い、処理室２０１内の残留ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を処理室２０１外に排出する。さらに、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６からも処理室２０１内に供給する。
【００７６】
［ステップ３］
ステップ３では、Ｏ２ガスをプラズマ励起した活性種を流す。Ｏ２供給配管１３に設けられたバルブ３５と排気配管２３１に設けられたバルブ２４３を共に開け、Ｏ２供給配管１３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２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１内に噴出する。その際、棒状電極２６９、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Ｏ２をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１内に供給しつつ排気配管２４３から排気する。この際、処理室２０１を所定の圧力に保つ。
【００７７】
Ｏ２は反応温度が高いため、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、このためウエハの反応処理は低い温度範囲のままで行える。Ｏ２ガスをプラズマ励起した活性種を供給することにより、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６がＳｉ基板表面に形成したアモルファスシリコン薄膜とＯ２の活性種が表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＯ２膜が成膜される。
【００７８】
［ステップ４］
ステップ４では、再び不活性ガスによる処理室２０１内のパージを行う。Ｏ２供給配管１３のバルブ３５を閉めて、Ｏ２の供給を止める。排気配管２３１のバルブ２４３は開いたままにし、ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留Ｏ２を処理室２０１内から排除する。また、不活性ガス供給配管６に設けられたバルブ３６を開けて、流量制御器３３により流量調節されたＮ２等の不活性ガスを不活性ガス供給配管６より処理室２０１内に供給して処理室２０１内のパージを行う。さらに、不活性ガス供給配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、不活性ガス供給配管４０からもＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給する。
【００７９】
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エハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ２膜を成膜する。
【００８０】
次に、図６、図７を参照して実施例２、３の基板処理装置の概略を説明する。
【００８１】
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。
【００８２】
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の下側のウエハ搬入出口１３１を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２のウエハ搬入出口１３１を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００８９】
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。
【実施例４】
【００９０】
次に半導体シリコンウエハにＰＬＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成した例について説明する。
【００９１】
まず本実施例におけるＰＬＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜形成プロセスシーケンスを図７に示す。
１つのサイクルは４工程であり、第１のステップではまず、ＳｉＨ４或いはＳｉ２Ｈ６を流し、Ｓｉ基板表面にアモルファスシリコン薄膜が形成される。第２のステップでは不活性ガスによりパージが行われ、処理室内のＳｉＨ４或いはＳｉ２Ｈ６は処理室外に排出される。第３のステップではオゾンが流され、Ｓｉ基板表面に形成されたアモルファスシリコン薄膜とオゾンの反応によりＳｉＯ２が形成される。第４のステップでは不活性ガスにより処理室内がパージされ、処理室内の残留オゾンは処理室外に排出される。それぞれのステップ時間を一例として示すと、第１ステップ（ＳｉＨ４或いはＳｉ２Ｈ６供給工程）は１０−３０秒、第２ステップ（パージ工程）は１５秒、第３ステップ（オゾン供給工程）は５−６０秒、第４ステップ（パージ工程）は３秒である。
【００９２】
図８には、Ｓｉ２Ｈ６とＯ３とを用いてＰＬＣＶＤ法によってＳｉＯ２膜を形成した場合の成膜温度と成膜速度の関係を示した。
【００９３】
図９には、Ｓｉ２Ｈ６とＯ３とを用いてＰＬＣＶＤ法によってＳｉＯ２膜を形成した場合と、ＴＤＭＡＳｉとＯ３による原子層成膜法によってＳｉＯ２膜を形成した場合のサイクル数と膜厚の関係を示した。サイクル数と膜厚は直線関係にあり、原子層成膜の場合の１サイクル当りの膜厚増加量は０．１２ｎｍとなる。これに対してＳｉ２Ｈ６とＯ３とを用いたＰＬＣＶＤ法による成膜の場合には約４倍の成膜速度が得られている。
【００９４】
以上説明したように、ＳｉＨ４或いはＳｉ２Ｈ６とオゾンとを交互に反応室に供給するＰＬＣＶＤ法による成膜を行うことにより、低温で表面平坦性が良く、ステップカバレッジの良好なＳｉＯ２膜を得られることが出きる。原子層成膜による成膜方法に比べ早い成膜速度が得られ、プロセス時間の短縮に有効であることが判った。
【符号の説明】
【００９５】
４…ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給器
５…Ｏ３発生器
６…不活性ガス供給配管
１０…ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管
１１…Ｏ３供給配管
１２…基板支持台
１３…Ｏ２供給配管
２０…排気配管加熱ヒータ
２１…処理室壁加熱ヒータ
２２…ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６供給配管加熱ヒータ
２４…Ｏ３供給配管加熱ヒータ
３０…酸素配管
３１…窒素配管
３２…流量制御器
３３…流量制御器
３４…バルブ
３５…バルブ
３６…バルブ
３７…バルブ
３８…圧力制御器
５２…処理室
３９…バルブ
４０…不活性ガス供給配管
４１…流量制御器
４３…Ｏ２供給配管加熱ヒータ
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
２０１…処理室
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
２３３…ノズル
２３４…ノズル
２３７…バッファ室
２４３…バルブ
２４６…真空ポンプ
２４８ａ…ガス供給孔
２４８ｂ…ガス供給孔
２４８ｃ…ガス供給孔
２４９…ガス供給部
２６７…ボート回転機構
２６９…棒状電極
２７０…棒状電極
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】
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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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