(57)【要約】【課題】ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することが可能なガス供給装置を提供する。【解決手段】薄膜が形成される被処理体Ｗを収容する処理容器４内へガスを供給するガス供給装置４０において、処理容器に接続されてガスを流すためのガス通路４８と、ガス通路に介設された流量制御弁６４と、流量制御弁よりも下流側のガス通路に介設された開閉弁機構６８と、流量制御弁と開閉弁機構との間のガス通路である中間ガス通路７２内の圧力を検出する圧力検出部７４と、圧力検出部の検出に基づいて流量制御弁を制御することにより中間ガス通路内の圧力を処理容器内の圧力の２倍以上の一定値になるように制御する弁制御部７６とを有するガス供給系４２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、
前記処理容器に接続されてガスを流すためのガス通路と、
前記ガス通路に介設された流量制御弁と、
前記流量制御弁よりも下流側の前記ガス通路に介設された開閉弁機構と、
前記流量制御弁と前記開閉弁機構との間の前記ガス通路である中間ガス通路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出に基づいて前記流量制御弁を制御することにより前記中間ガス通路内の圧力を前記処理容器内の圧力の２倍以上の一定値になるように制御する弁制御部と、
を有するガス供給系を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記開閉弁機構は、開閉弁よりなり、該開閉弁の開状態の流路面積が前記ガスの流量を規定するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記開閉弁機構は、直列になされたオリフィスと開閉弁とよりなり、前記オリフィスのオリフィス孔の開口面積が前記ガスの流量を規定するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記中間ガス通路には、バッファタンクが介設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記ガス通路には、前記ガスの液化又は固化を防止するために加熱する通路加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記ガス通路の上流側には、前記ガスのガス源が接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記ガスは、金属含有ガスであり、前記ガス源には、前記金属含有ガスとなる液体又は固体の原料が貯留されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項８】
被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス供給装置と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
成膜装置全体の動作を制御する装置制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置及びこれに用いるガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、エッチング処理、アニール処理、酸化拡散処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するようになっている。そして、成膜処理を例にとれば、最近における半導体デバイスの高速化及び高集積化の要請にともなって、プロセス原料として膜質特性が良好となる金属を含む液体又は固体の原料が用いられる傾向になる。
【０００３】
この場合、原料が例えば液体であれば、液体質量流量計で流量制御した原料を気化器で蒸発させて原料ガスを発生させたり（特許文献１）、また原料が固体又は液体の場合には、この原料を直接的に加熱して気化することにより原料ガスを発生させ、この原料ガスを質量流量制御計により流量制御するようにしている。
【０００４】
そして、上述のように発生させた原料ガスを成膜に用いる場合には、堆積される膜厚を精度良く制御する必要から、成膜処理に入る前に、原料ガスを処理容器内に流すことなくベント管（例えば特許文献２）を介して排気側へ直接的に流すことにより原料ガスの流量を安定化状態にし、そして、成膜処理に入る時に弁を切り替えて安定流量化した原料ガスを処理容器内へ流すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように原料ガスを処理容器内に導入することなくベント管を介して排気側へ流す場合には、原料ガスが無駄になってしまう、という問題があった。特に、原料ガスと反応ガス、例えば窒化ガスとを交互に間欠的に繰り返し流して、原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を積層させるようにしたＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の場合には、上述のように原料ガスを処理容器内へ導入するタイミング以外に流量安定化のためにベント管へ流す時間が増え、この結果、原料ガスの無駄が更に増加する、といった問題があった。
【０００７】
更には、上述のように原料ガスをベント管側へ流す場合には、上記原料ガスにより発生する反応副生成物の対策のために、処理容器に対する通常の排気系とは別にこのベント管に専用の真空ポンプを設置する必要も生じる場合もあり、装置コストが増加する、といった問題もあった。
【０００８】
そこで、前述した特許文献１に開示されたように、液体原料を気化器にて気化させて原料ガスを発生させてこの原料ガスを供給ラインにより処理容器内へ供給する際に、供給ラインの途中にオリフィスを設け、このオリフィスの上流側の圧力が一定になるように液体原料の流量を送液ポンプにより制御するようにして、処理容器内へ導入するガス流量を一定にするようにした技術も提案されている。
【０００９】
しかしながら、この場合には、液体状態の原料の流量を制御するようにしていることから、僅かな流量の変化で気化された原料ガスの圧力が影響を受け、原料ガスの圧力を一定に維持するのが難しい、という不都合があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することが可能なガス供給装置及び成膜装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、前記処理容器に接続されてガスを流すためのガス通路と、前記ガス通路に介設された流量制御弁と、前記流量制御弁よりも下流側の前記ガス通路に介設された開閉弁機構と、前記流量制御弁と前記開閉弁機構との間の前記ガス通路である中間ガス通路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部の検出に基づいて前記流量制御弁を制御することにより前記中間ガス通路内の圧力を前記処理容器内の圧力の２倍以上の一定値になるように制御する弁制御部と、を有するガス供給系を備えたことを特徴とするガス供給装置である。
【００１２】
これにより、薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することが可能となる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することが可能となるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することが可能となる。
【００１３】
請求項８に係る発明は、被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス供給装置と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、成膜装置全体の動作を制御する装置制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るガス供給装置及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することができる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することができるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のガス供給装置及び成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】半導体ウエハ上にＡＬＤ法により成膜処理を施す時の各ガスの供給のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明のガス供給装置の変形実施例の一部を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るガス供給装置及び成膜装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。ここでは原料ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ ガスを用いて薄膜としてチタン窒化膜をＡＬＤ法により形成する場合を例にとって説明する。図１は本発明のガス供給装置及び成膜装置の一例を示す概略構成図である。図示するように、本発明の成膜装置２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器４を有している。
【００１７】
この処理容器４の底部６には、処理容器内の雰囲気を排出するための排気口８が設けられており、この排気口８には真空排気系１０が接続されている。この真空排気系１０は、上記排気口８に接続された排気通路１２を有しており、この排気通路１２には、その上流側から下流側に向けて圧力調整を行うために弁開度が調整可能になされた圧力調整弁１４、排気ガス中から反応副生成物等を除去するトラップ機構１６及び真空ポンプ１８が順次介設されている。これにより、処理容器４内の雰囲気を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００１８】
この処理容器４内には、被処理体を保持する保持手段２０が設けられる。具体的には、この保持手段２０は、処理容器４の底部６より起立された支柱２２の先端に設けた円板状の載置台２４よりなり、この載置台２４上に被処理体として例えばシリコン基板等の半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。この載置台２４は、例えばＡｌＮ等のセラミックからなっている。この載置台２４は、例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷを載置するようになっている。この載置台２４内には、例えば抵抗加熱ヒータ等よりなる加熱手段２６が埋め込まれており、半導体ウエハＷを加熱すると共に、これを所望する温度に維持できるようになっている。尚、加熱手段２６として加熱ランプを用いる場合もある。
【００１９】
また、この載置台２４には、半導体ウエハＷの周辺部を押圧してこれを載置台２４上に固定する図示しないクランプリングや半導体ウエハＷの搬入・搬出時に半導体ウエハＷを突き上げて昇降させる図示しないリフタピンが設けられている。また処理容器４の側壁には、搬出入口２８が設けられ、この搬出入口２８には、半導体ウエハＷの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ２９が設けられる。
【００２０】
そして、この処理容器４には、この中へガスを導入するガス導入手段３０が設けられる。具体的には、このガス導入手段３０は、上記処理容器４の天井部に設けたシャワーヘッド３２よりなる。このシャワーヘッド３２は、天井板３４と一体的になされており、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により形成されている。
【００２１】
このシャワーヘッド３２は、円形になされ上記載置台２４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台２４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド３２は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド３２の下面の噴射面にはガスを噴射するための多数の噴射孔３６が形成される。
【００２２】
そして、このシャワーヘッド３２の上部には、このシャワーヘッド内にガスを導入するガス導入ポート３８が設けられている。尚、このガス導入手段３０の構造は、シャワーヘッド３２に限定されているものではなくてどのような構造でもよく、例えば単なるノズルのような構造でもよい。そして、この処理容器４に本発明の特徴とするガス供給装置４０が設けられる。具体的には、このガス供給装置４０は、原料ガスを供給する原料ガス供給系４２と、反応ガスを供給する反応ガス供給系４４と、パージガスを供給するパージガス供給系４６とを有している。
【００２３】
まず、上記原料ガス供給系４２は、原料ガスを上記処理容器４へ向けて流すためのガス通路４８を有している。このガス通路４８の先端、すなわち上流側は、ガス源５０に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド３２のガス導入ポート３８に接続されている。上記ガス源５０は、ここでは原料貯留タンク５２を有しており、この原料貯留タンク５２内に原料５４を貯留している。
【００２４】
この原料５４は、液体又は固体状態であり、ここでは常温で液体のＴｉＣｌ４ が用いられている。この原料貯留タンク５２には、原料加熱ヒータ５８と発生した原料ガスの圧力を測定する原料圧力計６０とが設けられており、原料５４を加熱して気化させることにより一定の圧力の原料ガスを発生させるようになっている。この発生した原料ガスを流すために上記ガス通路４８の先端のガス入口６２は、上記原料貯留タンク５２の上部空間部に位置されている。
【００２５】
そして、上記ガス通路４８の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁６４が介設されている。この流量制御弁６４は、弁開度を制御するアクチュエータ６６を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ６６としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁６４の下流側のガス通路４８には開閉弁機構６８が介設されている。
【００２６】
この開閉弁機構６８としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁７０が用いられている。この開閉弁７０としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路４８の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、後述するように、この開閉弁７０の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも２倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁７０が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁７０の開状態の時の流路面積と中間ガス通路７２内の圧力とに依存して定まることになる。
【００２７】
そして、上記流量制御弁６４と開閉弁機構６８との間のガス通路４８は中間ガス通路７２となり、この中間ガス通路７２内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部７４が設けられている。そして、流量制御弁６４の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部７６が設けられており、この弁制御部７６は、上記圧力検出部７４の検出値に基づいて上記流量制御弁６４を制御することにより、上記中間ガス通路７２内の圧力を、上記処理容器４内の圧力（プロセス圧力）、すなわち開閉弁機構６８の下流側の圧力の２倍以上の一定値になるようにしている。
【００２８】
この場合、弁制御部７６は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路７２内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。
【００２９】
ここでは例えば、プロセス圧力は１〜３Ｔｏｒｒ程度に設定され、上記中間ガス通路７２内の圧力は３０Ｔｏｒｒ程度に設定され、ガス源５０内の圧力は１３１Ｔｏｒｒ程度に設定され、ガス通路４８の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。なお、中間ガス通路７２とガス源５０は、約８０℃、処理容器４に関しては、その壁面は約１７０℃、載置台２４は約４５０℃に、それぞれ温度制御されている。そして、このガス通路４８の全体には、流れるガスが液化又は固化することを防止するために加熱する通路加熱手段７８が設けられている。ここでは例えば８０℃程度に加熱されている。
【００３０】
そして、上記中間ガス通路７２の途中からはベント管８０が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁８１が介設されている。このベント管８０の下流側は、上記真空排気系１０の排気通路１２に接続されている。
【００３１】
次に、上記反応ガス供給系４４も、上記原料ガス供給系４２とほぼ同様に形成されている。すなわち、上記反応ガス供給系４４は、反応ガスを上記処理容器４へ向けて流すためのガス通路８２を有している。このガス通路８２の先端、すなわち上流側は、ガス源８４に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド３２のガス導入ポート３８に接続されている。上記ガス源８４は、ここでは反応ガスタンク８６を有しており、この反応ガスタンク８６内に高圧の反応ガスを貯留している。この反応ガスとしては、ここでは窒化ガスであるＮＨ３ が用いられている。この反応ガスは、図示しないレギュレータにより一定の圧力で流すようになっている。
【００３２】
そして、上記ガス通路８２の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁８８が介設されている。この流量制御弁８８は、弁開度を制御するアクチュエータ９０を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ９０としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁８８の下流側のガス通路８２には開閉弁機構９１が介設されている。
【００３３】
この開閉弁機構９１としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁９２が用いられている。この開閉弁９２としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路８２の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、この開閉弁９２の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも２倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁９２が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁９２の開状態の時の流路面積と中間ガス通路９４内の圧力とに依存して定まることになる。
【００３４】
そして、上記流量制御弁８８と開閉弁機構９１との間のガス通路８２は上記中間ガス通路９４となり、この中間ガス通路９４内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部９６が設けられている。そして、流量制御弁８８の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部９８が設けられており、この弁制御部９８は、上記圧力検出部９６の検出値に基づいて上記流量制御弁８８を制御することにより、上記中間ガス通路９４内の圧力を、上記処理容器４内の圧力（プロセス圧力）、すなわち開閉弁機構９１の下流側の圧力の２倍以上の一定値になるようにしている。
【００３５】
この場合、弁制御部９８は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路９４内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。
【００３６】
ここでは例えば、プロセス圧力は１〜３Ｔｏｒｒ程度に設定され、上記中間ガス通路９４内の圧力は１００Ｔｏｒｒ程度に設定され、ガス通路８２の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。そして、上記中間ガス通路９４の途中からはベント管１００が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁１０２が介設されている。このベント管１０２の下流側は、上記真空排気系１０の排気通路１２に接続されている。なお、ＮＨ３ は図示しない加熱源により１５０℃程度に加熱して供給している。
【００３７】
次に、上記パージガス供給系４６は、上記反応ガス供給系４４と同様に形成されている。すなわち、上記パージガス供給系４６は、パージガスを上記処理容器４へ向けて流すためのガス通路１０４を有している。このガス通路１０４の先端、すなわち上流側は、ガス源１０６に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド３２のガス導入ポート３８に接続されている。上記ガス源１０６は、ここではパージガスタンク１０８を有しており、このパージガスタンク１０８内に高圧のパージガスを貯留している。
【００３８】
このパージガスとしては、ここでは不活性ガスであるＮ２ が用いられている。尚、パージガスとしてＡｒ等の希ガスを用いてもよい。このパージガスは図示しないレギュレータにより一定の圧力で流すようになっている。なお、パージガスは圧力制御しなくてもよく、又は、成膜中において常時流した状態にしてもよい。これによれば、原料ガスが上流側に戻らないようにすることができる。
【００３９】
そして、上記ガス通路１０４の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁１１０が介設されている。この流量制御弁１１０は、弁開度を制御するアクチュエータ１１２を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ１１２としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁１１０の下流側のガス通路１０４には開閉弁機構１１２が介設されている。
【００４０】
この開閉弁機構１１２としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁１１４が用いられている。この開閉弁１１４としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路１０４の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、この開閉弁１１４の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも２倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁１１４が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁１１４の開状態の時の流路面積と中間ガス通路１１６内の圧力とに依存して定まることになる。
【００４１】
そして、上記流量制御弁１１０と開閉弁機構１１２との間のガス通路１０４は上記中間ガス通路１１６となり、この中間ガス通路１１６内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部１１８が設けられている。そして、流量制御弁１１０の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部１２０が設けられており、この弁制御部１２０は、上記圧力検出部１１８の検出値に基づいて上記流量制御弁１１０を制御することにより、上記中間ガス通路１１６内の圧力を、上記処理容器４内の圧力（プロセス圧力）、すなわち開閉弁機構１１２の下流側の圧力の２倍以上の一定値になるようにしている。
【００４２】
この場合、弁制御部１２０は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路１１６内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。
【００４３】
ここでは例えば、プロセス圧力は１〜３Ｔｏｒｒ程度に設定され、上記中間ガス通路１１６内の圧力は１００Ｔｏｒｒ程度に設定され、ガス通路１０４の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。そして、上記中間ガス通路１１６の途中からはベント管１２２が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁１２４が介設されている。このベント管１２２の下流側は、上記真空排気系１０の排気通路１２に接続されている。
【００４４】
そして、この成膜装置２の全体の動作を制御するために例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１２６を有しており、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給量の制御のための指示、各開閉弁の開閉の指示等を行うようになっている。そして、上記装置制御部１２６は上記制御に必要なコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体１２８を有している。この記憶媒体１２８は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００４５】
＜成膜方法の説明＞
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行なわれる成膜方法について図２も参照して説明する。図２は半導体ウエハ上にＡＬＤ法により成膜処理を施す時の各ガスの供給のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。ここでは前述したように、ここでは原料ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ ガスを用いて薄膜としてチタン窒化膜をＡＬＤ法により形成する場合を例にとって説明する。
【００４６】
まず、処理容器４内の載置台２４上には、この中へ搬入された例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷが載置されている。この際、半導体ウエハＷの搬入に先立って、処理容器４内のガス供給装置４０の各ガス供給系４２、４４、４６のガス通路４８、８２、１０４内は、真空排気系１０により真空引きされて低圧に維持されている。この初期の真空引き時には、各ガス供給系４２、４４、４６に設けたベント管８０、１００、１２２の各ベント開閉弁８１、１０２、１２４を開状態にして真空排気を促進させている。このように初期の真空引きを終了したならば、各ベント開閉弁８１、１０２、１２４は閉状態とし、以後の成膜処理中はこのベント管８０、１００、１２２は使用しないことになる。
【００４７】
上述のように初期の真空引きのなされた処理容器４内へ半導体ウエハＷを搬入してこれを載置台２４上に載置したならば、この処理容器４内を密閉する。そして、載置台２４に設けた加熱手段２６により半導体ウエハＷを所定のプロセス温度まで昇温してこの温度を維持する。これと同時に、処理容器４の天井部に設けたガス導入手段３０であるシャワーヘッド３２の噴射孔３６より処理空間Ｓに向けて各ガスを図２に示すような順序に従って導入する。
【００４８】
この場合、ガス供給装置４０において、原料ガスであるＴｉＣｌ４ ガスは原料ガス供給系４２によりシャワーヘッド３２へ供給され、反応ガス（窒化ガス）であるＮＨ３ ガスは反応ガス供給系４４によりシャワーヘッド３２へ供給され、パージガスであるＮ２ ガスはパージガス供給系４６によりシャワーヘッド３２へ供給される。
【００４９】
上記各ガスの供給のタイミングの一例は図２に示されており、原料ガスであるＴｉＣｌ４ （図２（Ａ））と反応ガスであるＮＨ３ ガス（図２（Ｂ））とを交互に間欠的に繰り返し供給して、パルス状の供給態様としている。そして、原料ガスの供給の休止期間と反応ガスの供給の休止期間とが重なる期間にはパージガスであるＮ２ ガスを流しており（図２（Ｃ））、処理容器４内の残留ガスの排出を促進させている。上記原料ガスの供給時にはＴｉＣｌ４ ガスが半導体ウエハＷの表面に吸着し、そして、反応ガスの供給時には上記半導体ウエハＷ上に吸着していたＴｉＣｌ４ ガスが反応ガスであるＮＨ３ ガスと反応して窒化させて薄い原子レベル、或いは分子レベルの厚さのチタン窒化膜（ＴｉＮ）が形成されることになる。この操作を繰り返すことにより上記薄膜が積層されて、必要な回数（サイクル）だけ繰り返すことにより所望の厚さのチタン窒化膜が得られる。ここで変形例として、パージガスについては間欠的ではなく前述したように成膜中において常時流すようにしてもよい（図２（Ｄ））。このパージガスを常時流すと、処理容器４内の圧力変動を抑制することができるのみならず、ガス通路４８、８２側へＴｉＣｌ４ やＮＨ３ の原料ガスが相互拡散することを抑制して、ガス通路４８、８２内に薄膜が堆積することを防止することができる。
【００５０】
ここで原料ガスの供給期間の開始から次の原料ガスの供給期間の開始までの間が１サイクルとなる。一例として原料ガスの供給期間Ｔ１は、０．６秒程度であり、反応ガスの供給期間Ｔ２は、０．３秒程度であり、パージ期間Ｔ３は、０．２秒程度である。また各ガスの供給量の一例は、ＴｉＣｌ４ ガスが２５０ｓｃｃｍ／秒程度であり、ＮＨ３ ガスが２リットル／分程度であり、Ｎ２ ガスが５リットル／分程度である。またプロセス圧力は、１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内であり、ここでは１〜３Ｔｏｒｒの範囲内に設定している。また、プロセス温度は、３００〜６００℃程度である。尚、図２に示すＡＬＤ法による各ガスの供給態様は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されない。
【００５１】
＜ガスの供給＞
ここで各ガスの供給について詳しく説明する。まず、原料ガスについて説明すると、原料ガス供給系４２のガス源５０である原料貯留タンク５２では原料加熱ヒータ５８により液体の原料５４であるＴｉＣｌ４ を加熱して気化させ、原料ガスを発生させている。この原料貯留タンク５２内の原料ガスの圧力は原料圧力計６０により検出されており、この検出値により原料加熱ヒータ５８を制御することにより、この原料ガスは例えば１３１Ｔｏｒｒ程度に維持されている。この場合、原料５４は例えば８０℃程度に加熱されている。この原料ガスは、ガス通路４８内を流れて行き、途中に設けた開閉弁機構６８の開閉弁７０を図２（Ａ）のパルスのタイミングに合わせて開閉することにより、上記シャワーヘッド３２へ間欠的に導入される。
【００５２】
ここで前述したように、上記流量制御弁６４と開閉弁機構６８との間に位置する中間ガス通路７２内の圧力は圧力検出部７４により検出されており、弁制御部７６は流量制御弁６４の弁開度を調整することにより、開閉弁機構６８の下流側の圧力の２倍以上の一定値になるように制御している。
【００５３】
ここでは、上記開閉弁機構６８の下流側の圧力は、プロセス圧力と同じ１〜３Ｔｏｒｒ程度であり、この圧力の２倍以上の一定値、例えば３０Ｔｏｒｒ程度に維持している。このような圧力差を設けており、しかもここでは上記開閉弁７０が開状態の時の弁口の流路面積は、ガス通路４８の断面積よりも小さい所定の大きさになされているのでオリフィス機能を発揮することになる。
【００５４】
従って、この開閉弁７０が開状態になった時には、音速ノズルとなって一定の流量のガス（原料ガス）を、下流側の圧力に依存せずに安定的に流すことができる。換言すれば、パルス状の原料ガスの供給期間の時には、下流側の圧力に依存せず、しかもベント管を用いることなく供給期間Ｔ１の長さに亘って安定した一定量の原料ガスを流すことができることになる。この際、中間ガス通路７２内の不足分の原料ガスは、流量制御弁６４の調整により上流側より順次供給されることになる。
【００５５】
従って、従来のガス供給装置では、原料ガスの供給を開始する直前には、流量を安定化させるために原料ガスをベント管に無駄に流していたが、本実施例のガス供給装置では上述のように原料ガスをベント管に流す必要がなくなり、その分、ガス（原料ガス）の無駄をなくすことが可能となる。上述したようなガスの供給態様は、反応ガス供給系４４及びパージガス供給系４６においても同様な開閉弁機構９１、１１２等を設けていることから、同様に実行されることになる。従って、反応ガス（ＮＨ３ ）とパージガス（Ｎ２ ）も無駄に消費することを防止することが可能となる。
【００５６】
このように、本発明においては、薄膜が形成される被処理体、例えば半導体ウエハＷを収容する処理容器４内へガスを供給するガス供給装置４０において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器４内へ導入することができる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することができるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することができる。
【００５７】
＜第１変形実施例と第２変形実施例＞
次に、本発明のガス供給装置の変形実施例について説明する。図３は本発明のガス供給装置の変形実施例の一部を示す構成図であり、図３（Ａ）は第１変形実施例を示し、図３（Ｂ）は第２変形実施例を示す。尚、図３において、図１中の構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
図３（Ａ）に示す第１変形実施例では、原料ガス供給系４２のガス通路４８の一部である中間ガス通路７２の途中に、ガスを一時的に貯留するために一定の容量を有するバッファタンク１３０を介設している。この場合には、先に図１において説明した場合と同様な作用効果を発揮することができるのみならず、上記バッファタンク１３０の容量を含む上記中間ガス通路７２内の全体容量が大きくなるので、成膜時に流す原料ガスが大きくなっても、これに対応することが可能となる。このバッファタンク１３０を設けるようにした実施例は、他の反応ガス供給系４４及びパージガス供給系４６に対しても同様に適用することができる。上記場合において、バッファタンク１３０を設けない場合には、原料ガスの供給量のふらつきが発生したり、短時間に多くのガス量を供給することができない。
【００５９】
また図３（Ｂ）に示す第２変形実施例では、原料ガス供給系４２のガス通路４８に介設する開閉弁機構６８として、先に説明した開閉弁７０とは異なる開閉弁１３２とオリフィス１３４とを直列に設けている。このオリフィス１３４のオリフィス孔の開口面積（流路面積）が、上記原料ガスの流量を規定するように構成されている。すなわち、このオリフィス１３４が、図１に示す先の開閉弁７０の開状態の時と同様なオリフィス機能を発揮するようになっている。これに対して、上記第２変形実施例の開閉弁１３２は、この開状態の時の流路面積が例えばガス通路４８の断面積とほぼ同じか、或いはこれに近くなるように設定されており、上記オリフィス１３４とは異なってオリフィス機能を発揮しないように設定されている。
【００６０】
すなわち、この開閉弁１３２は、原料ガスの流れを開始するか、或いは停止するかの動作をするのみであり、ガス流量を制限するようには動作しないようになっている。この場合にも、先に図１において説明した場合と同様な作用効果を発揮することができる。また、ここで上記オリフィス１３４と開閉弁１３２の順序を入れ替えてもよいし、この第２変形実施例と先の第１変形実施例とを組み合わせるようにしてもよい。一般に、開閉弁のコンダクタンスには、例えばメーカー間で誤差があるなどのばらつきがあり、上述のようにオリフィス１３４を設けることにより、開閉弁１３２とオリフィス１３４とのトータルのコンダクタンスのばらつきを小さくできる。
【００６１】
尚、以上の実施例では、ガス供給装置４０の全てのガス供給系４２、４４、４６に本発明の特徴的構成を適用した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記全てのガス供給系４２、４４、４６の内の一部、例えば１つ或いは２つのガス供給系に本発明の特徴的構成を適用するようにしてもよい。また、ガス源５０で原料ガスを発生させる構成は、ヒータで加熱するベーキング方式の他に、キャリアガスでバブリングして発生させるバブリング方式、原料ガスを加圧してタンク内へ貯留する方式等、どのような方式を採用してもよい。
【００６２】
また、ここで説明した処理容器４側の構成は単に一例を示したに過ぎず、どのような構成の処理容器にも本発明を適用することができ、またプラズマを用いた成膜装置にも本発明を適用することができる。更に、ここでは原料として金属含有ガスであるＴｉＣｌ４ を用いた場合を例にとって説明したが、他の金属含有ガスを用いるようにしてもよい。
【００６３】
また原料としては、例えばＳｎＣｌ２ 等のハロゲン系の原料、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、テトラエチルハフニウム、トリメチルアルミニウム、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウム、ビス（６−エチル−２，２−ジメチル−３，５−デカンジオナト）銅等のＭＯ系の原料、テトラメチルシラン、トリメチルシサン、ジメチルジメトキシシラン等の有機Ｓｉ系の原料等も用いることができる。
【００６４】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
２  成膜装置
４  処理容器
１０  真空排気系
２０  保持手段
２４  載置台
２６  加熱手段
３０  ガス導入手段
３２  シャワーヘッド
４０  ガス供給装置
４２  原料ガス供給系
４４  反応ガス供給系
４６  パージガス供給系
４８，８２，１０４  ガス通路
５０，８４，１０６  ガス源
５４  原料
６４，８８，１１０  流量制御弁
６８，９１，１１２  開閉弁機構
７０，９２，１１４  開閉弁
７４，９６，１１８  圧力検出部
７６，９８，１２０  弁制御部
１２６  装置制御部
１３０  バッファタンク
１３４  オリフィス
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2013076113.tif 000003
【図２】
2013076113.tif 000004
【図３】
2013076113.tif 000005