(57)【要約】 【課題】堆積工程において、反応チャンバへほぼ一定量の材料ガスを供給することができ、または、容器内の原料または反応生成物が反応チャンバに通じる配管へ侵入することを抑制することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板を収納し、該半導体基板の表面上に堆積膜を形成可能な反応チャンバを備える。  第１容器は堆積膜の原料を収容する。第２容器は、第１容器で生成された原料ガスを溜め、該原料ガスを反応チャンバへ供給する。第１配管は、第１容器と前記第２容器との間を接続する。第２配管は、第２容器に不活性ガスを供給する。【選択図】図１
2016134569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を収納し、該半導体基板の表面上に堆積膜を形成可能な反応チャンバと、
前記堆積膜の原料を収容する第１容器と、
前記第１容器で生成された原料ガスを溜め、該原料ガスを前記反応チャンバへ供給する第２容器と、
前記第１容器と前記第２容器との間を接続する第１配管と、
前記第２容器に不活性ガスを供給する第２配管と、を備えた半導体製造装置。
【請求項２】
前記第２容器の容量は、前記第１容器の容量よりも小さい、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第１容器と排気装置との間を接続する第３配管をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第１から第３配管はそれぞれ個別に設けられている、請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記第１配管に設けられ前記原料ガスの供給経路を開閉する第１バルブと、
前記第２配管に設けられ前記不活性ガスの供給経路を開閉する第２バルブとをさらに備え、
前記第１容器の前記原料ガスを前記第２容器へ溜めるときに、前記第２容器から前記反応チャンバへの前記不活性ガスの供給経路を閉じたまま、前記第１バルブは前記第１配管の前記原料ガスの供給経路を開き、
前記第２容器から前記反応チャンバへ前記原料ガスを供給するときに、前記第１バルブは前記第１配管の前記原料ガスの供給経路を閉じており、前記第２バルブは前記第２配管の前記不活性ガスの供給経路を閉じている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記第２容器から前記反応チャンバへ前記原料ガスを供給する前に、前記第２バルブは、前記第２容器に溜まった前記原料ガスを加圧するために前記不活性ガスの供給経路を開く、請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記第３配管のガス排気経路を開閉する第３バルブをさらに備え、
前記第１容器から前記第２容器へ前記原料ガスを溜める前に、前記第３バルブは、前記第３配管のガス排気経路を開く、請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記第１容器で生成された原料ガスを溜め、該原料ガスを前記反応チャンバへ供給する第３容器と、
前記第１容器と前記第３容器との間を接続する第４配管と、
前記第３容器に不活性ガスを供給する第５配管とをさらに備えた請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法では、原料ガス（プリカーサ）を反応チャンバへ供給し、原料ガスを用いて原料膜を反応チャンバ内の半導体ウェハの表面に形成する。次に、原料膜を酸化することによって原子層レベルの堆積膜（酸化膜）を半導体ウェハ上に形成する。このような原子層レベルでの堆積膜の形成サイクル（以下、単にサイクルともいう）を繰り返すことによって、所望の膜厚の堆積膜を半導体ウェハ上に形成する。
【０００３】
従来、このようなＡＬＤ法では、堆積膜の原料を昇華させて原料ガスを生成する。その原料ガスは不活性ガス（キャリア）を用いて反応チャンバへ搬送される。原料膜を半導体ウェハ上に均一に付着させるためには、一定量の原料ガスを反応チャンバへ供給する必要がある。しかし、上記サイクルを繰り返すと、原料タンク内の原料ガスが次第に減少する。これに対処するために、従来、原料タンクへ供給する不活性ガス（キャリアガス）の流量を増大させることによって、原料ガスの供給量を増大させていた。
【０００４】
しかし、単にキャリアガスの流量を増大させると、原料ガスの量は増えるものの、総ガス流量に対する原料ガスの量の割合（分圧）が低下する。このため、結果的に、キャリアガスの流量を増大させることによって、原料ガスの供給量が不足する場合が生じる。
【０００５】
また、反応チャンバは真空状態となっており、一方で、原料ガスを生成する容器は原料ガスの蒸気圧となっている。従って、ＡＬＤ法の最初のサイクルにおいて、原料ガスを供給する際に、反応チャンバと容器との気圧差によって原料ガスや反応生成物が反応チャンバと容器との間の配管に一気に流れる。このとき、容器内の原料（例えば、粉末原料）または反応生成物が配管側へ侵入し、パーティクルの原因となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１００８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
堆積工程において、反応チャンバへほぼ一定量の材料ガスを供給することができ、または、容器内の原料または反応生成物が反応チャンバに通じる配管へ侵入することを抑制することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板を収納し、該半導体基板の表面上に堆積膜を形成可能な反応チャンバを備える。第１容器は堆積膜の原料を収容する。第２容器は、第１容器で生成された原料ガスを溜め、該原料ガスを反応チャンバへ供給する。第１配管は、第１容器と前記第２容器との間を接続する。第２配管は、第２容器に不活性ガスを供給する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態による成膜装置１の構成の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態による成膜装置１の動作の一例を示す説明図。
【図３】図２に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図４】図３に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図５】図４に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図６】図５に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図７】図６に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図８】図７に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図９】図８に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図１０】図９に続く、成膜装置１の動作を示す説明図。
【図１１】第１の実施形態による成膜装置１の動作の一例を示すフロー図。
【図１２】第２の実施形態による成膜装置２の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による成膜装置１の構成の一例を示す図である。成膜装置１は、例えば、原子層レベルの材料膜を繰り返し堆積することによって、所望の膜厚の堆積膜を半導体ウェハ上に形成するＡＬＤ成膜装置である。
【００１２】
成膜装置１は、反応チャンバＣＨと、原料タンクＳＴと、バッファタンクＢＴと、排気ポンプＥＰと、配管Ｐ１〜Ｐ１８と、バルブＶ１ａ〜Ｖ１８と、流量計ＭＦＭ１、ＭＦＭ２と、圧力計ＶＧと、流量コントローラＭＦＣとを備えている。
【００１３】
反応チャンバＣＨは、半導体基板Ｗを収納可能であり、ＡＬＤ法によって半導体基板Ｗの表面に堆積膜を形成するために用いられる。反応チャンバＣＨには、原料ガス（プリカーサ）が供給され、原料膜が半導体基板Ｗの表面に形成される。その原料膜を酸化することによって原子層レベルの堆積膜（酸化膜）を半導体基板Ｗ上に形成する。このような原子層レベルの堆積膜の形成サイクルを繰り返すことによって、所望の膜厚の堆積膜を半導体ウェハ上に形成する。
【００１４】
第１容器としての原料タンクＳＴは、半導体基板Ｗの表面に堆積する堆積膜の原料を収容する。例えば、原料タンクＳＴは、固体の粉末状の原料を収容している。原料は、例えば、ＡｌＣｌ３、ＨｆＣｌ４、ＺｒＣｌ３等である。原料タンクＳＴは、ヒータによって温度調節されており、原料を昇華させることによって原料ガスを生成する。ヒータは、図示されていないコントローラによって制御されている。
【００１５】
原料としてＡｌＣｌ３を用いた場合には、原料ガスとしてＡｌＣｌ３ガスが発生する。この場合、半導体基板Ｗの表面には、ＡｌＣｌ３が付着し、その酸化膜としてＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が形成される。原料としてＨｆＣｌ４を用いた場合には、原料ガスとしてＨｆＣｌ４ガスが発生する。この場合、半導体基板Ｗの表面には、ＨｆＣｌ４が付着し、その酸化膜としてＨｆＯ２（ハフニア）が形成される。原料としてＺｒＣｌ３を用いた場合には、原料ガスとしてＺｒＣｌ３ガスが発生する。この場合、半導体基板Ｗの表面には、ＺｒＣｌ３が付着し、その酸化膜としてＺｒ２Ｏ３（ジルコニア）が形成される。
【００１６】
第２容器としてのバッファタンクＢＴは、原料タンクＳＴで生成された原料ガスを所定量溜め、その原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給する。バッファタンクＢＴの容量は、所定量の原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給するように設定されている。例えば、バッファタンクＢＴの容量は、反応チャンバＣＨ内の半導体基板Ｗ上に原子層レベルの酸化膜を形成するために必要な所定量の原料ガスを溜めることができる。ただし、バッファタンクＢＴの容量によって反応チャンバＣＨへ供給する原料ガスの量を決定するために、バッファタンクＢＴの容量は、原料タンクＳＴの容量よりも小さくなければならない。また、所定量の原料ガスが一旦バッファタンクＢＴに入った後であれば、不活性ガスをバッファタンクＢＴに導入してバッファタンクＢＴ内を加圧しても構わない。この場合、バッファタンクＢＴ内の気圧は上昇するものの、バッファタンクＢＴ内に溜まっている原料ガスの量自体は変わらないからである。バッファタンクＢＴは、高圧または高温に耐性を有する金属等で形成される。
【００１７】
排気装置としての排気ポンプＥＰは、反応チャンバＣＨ、原料タンクＳＴ、バッファタンクＢＴ、あるいは、配管Ｐ１〜Ｐ１８等の内部のガスを排気するために設けられている。
【００１８】
第１配管としての配管Ｐ１は、原料タンクＳＴとバッファタンクＢＴとの間に接続されており、原料ガスを原料タンクＳＴからバッファタンクＢＴへ送るために設けられている。配管Ｐ１には第１バルブとしてのバルブＶ１ａおよびＶ１ｂが設けられており、バルブＶ１ａおよびＶ１ｂは、原料ガスの供給経路を開閉可能である。
【００１９】
第２配管としての配管Ｐ２は、配管Ｐ１５とバッファタンクＢＴとの間に接続されており、配管Ｐ１５からの不活性ガスをバッファタンクＢＴに送るために設けられている。配管Ｐ２には第２バルブとしてのバルブＶ２が設けられており、バルブＶ２は、不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２０】
第３配管としての配管Ｐ３は、原料タンクＳＴと排気ポンプＥＰとの間に接続されており、原料タンクＳＴからガスを排気するために設けられている。配管Ｐ３には第３バルブとしてのバルブＶ３ａおよびＶ３ｂが設けられており、バルブＶ３ａおよびＶ３ｂは、配管Ｐ３のガス排気経路を開閉可能である。
【００２１】
配管Ｐ１０は、バッファタンクＢＴと反応チャンバＣＨとの間を接続し、バッファタンクＢＴ内の原料ガスおよび／または不活性ガスを反応チャンバＣＨへ送るために設けられている。配管Ｐ１０にはバルブＶ１０が設けられており、バルブＶ１０は、原料ガスおよび／または不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２２】
配管Ｐ１１は、反応チャンバＣＨと排気ポンプＥＰとの間を接続し、反応チャンバＣＨからガスを排気するために設けられている。配管Ｐ１１にはバルブＶ１１が設けられており、バルブＶ１１は、配管Ｐ１１のガス排気経路を開閉可能である。
【００２３】
配管Ｐ１２は、反応チャンバＣＨに接続されており、反応チャンバＣＨへパージガス（例えば、窒素ガスＮ２）を供給するために設けられている。配管Ｐ１２にはバルブＶ１２が設けられており、バルブＶ１２は、パージガスの供給経路を開閉可能である。
【００２４】
配管Ｐ１３は、反応チャンバＣＨに接続されており、反応チャンバＣＨへ酸化ガス（例えば、オゾンガスＯ３）を供給するために設けられている。配管Ｐ１３にはバルブＶ１３が設けられており、バルブＶ１３は、酸化ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２５】
配管Ｐ１４は、配管Ｐ１と配管１１との間に接続され、原料タンクＳＴあるいはバッファタンクＢＴのガスを排気するために設けられている。配管Ｐ１４にはバルブＶ１４ａおよびＶ１４ｂが設けられており、バルブＶ１４ａおよびＶ１４ｂは、配管Ｐ１４の排気経路を開閉可能である。
【００２６】
配管Ｐ１５は、配管Ｐ２、Ｐ１７および原料タンクＳＴに接続されており、配管Ｐ２、Ｐ１７および原料タンクＳＴへ不活性ガス（例えば、ＡｒまたはＮ２）を供給するために設けられている。配管Ｐ１５にはバルブＶ１５が設けられており、バルブＶ１５は、不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２７】
配管Ｐ１６は、配管Ｐ１５と排気ポンプＥＰとの間に接続されており、不活性ガスを排気するために設けられている。配管Ｐ１６にはバルブＶ１６が設けられており、バルブＶ１６は、不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２８】
配管Ｐ１７は、配管Ｐ１５と配管Ｐ１との間に接続されており、不活性ガスを配管Ｐ１へ導入するために設けられている。配管Ｐ１７にはバルブＶ１７が設けられており、バルブＶ１７は、配管Ｐ１への不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００２９】
配管Ｐ１８は、配管Ｐ１と配管Ｐ１０との間に接続されており、バッファタンクＢＴを介すること無く不活性ガスを反応チャンバＣＨへ供給するために設けられている。配管Ｐ１８にはバルブＶ１８が設けられており、バルブＶ１８は、反応チャンバＣＨへの不活性ガスの供給経路を開閉可能である。
【００３０】
尚、上記配管Ｐ１〜Ｐ１８は、圧力耐性、温度耐性を有する金属等からなる配管である。バルブＶ１〜Ｖ１８は自動の電磁バルブ等でよい。バルブＶ１〜Ｖ１８は、各配管のガス流量または圧力に基づいて、図示しないコントローラによって開閉制御される。
【００３１】
流量計（マスフローメータ）ＭＦＭ１は、配管Ｐ１に設けられており、配管Ｐ１に流れる原料ガスの流量（ｓｃｃｍ）を計測する。流量計ＭＦＭ２は、配管Ｐ２に設けられており、配管Ｐ２に流れる不活性ガスの流量（ｓｃｃｍ）を計測する。流量コントローラ（マスフローコントローラ）ＭＦＣは、配管Ｐ１５に設けられており、配管Ｐ１５に流れる不活性ガスの流量を制御する。
【００３２】
圧力計ＶＧ１は、原料タンクＳＴに設けられており、原料タンクＳＴ内の気圧を計測する。圧力計ＶＧ２は、バッファタンクＢＴに設けられており、バッファタンクＢＴ内の気圧を計測する。圧力計ＶＧ３は、配管Ｐ３に設けられており、配管Ｐ３内の気圧を計測する。圧力計ＶＧ１５は、配管Ｐ１５に設けられており、配管Ｐ１５内の気圧を計測する。
【００３３】
次に、本実施形態による成膜装置１の動作を説明する。
【００３４】
図２〜図１０は、本実施形態による成膜装置１の動作の一例を示す説明図である。また、図１１は、本実施形態による成膜装置１の動作の一例を示すフロー図である。図２〜図１０において、太線の配管はガスを流している様子を示している。また、当初、バルブＶ１〜Ｖ１８は閉じているものとする。
【００３５】
ＡＬＤ法では、上述のように、原子層レベルでの堆積膜のサイクルを繰り返すことによって、所望の膜厚の堆積膜を半導体基板Ｗ上に形成する。このような成膜工程の最初のサイクルにおいて、まず、図２に示すように、第３バルブとしてのバルブＶ３ａおよびＶ３ｂを開き、第３配管Ｐ３のガス排気経路を短時間開く。これにより、原料タンクＳＴ内を排気ポンプＥＰ側へ幾分排気する（ベントする）（Ｓ１０）。
【００３６】
ここで、堆積工程の開始時に原料タンクＳＴは、ヒータにより原料ＳＲＣを加熱して昇華させている。例えば、ＡｌＣｌ３は、約１００℃において約１Ｔｏｒｒの蒸気圧を有するように昇華する。ＡｌＣｌ３は、約１２０℃において約１０Ｔｏｒｒの蒸気圧を有するように昇華する。ＨｆＣｌ４は、約１７０℃において約１Ｔｏｒｒの蒸気圧を有するように昇華する。従って、原料タンクＳＴの内部では、原料ＳＲＣは、原料ＳＲＣの材料および温度によって決まる蒸気圧まで昇華する。
【００３７】
一方、もし、バッファタンクＢＴが排気ポンプＥＰによって真空近く（例えば、１Ｔｏｒｒ以下）まで減圧されており、かつ、最初のサイクルの当初から原料タンクＳＴの原料ガスをバッファタンクＢＴへ供給しようとすると、バッファタンクＢＴと原料タンクＳＴとの気圧差によって、原料タンクＳＴ内の原料ガスの一部が一気にバッファタンクＢＴへ流れる。このとき、原料タンクＳＴ内の固体原料（例えば、粉末原料）または原料タンクＳＴ内の反応生成物が、原料ガスとともにバッファタンクＢＴ側へ勢いよく噴出する。成膜工程の最初のサイクルにおいては、このような原料や反応生成物が発生し易い。原料または反応生成物は、バッファタンクＢＴを介して反応チャンバＣＨに侵入すると、パーティクルとして半導体基板Ｗに付着する可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、最初のサイクルの始めに、バルブＶ３ａおよびＶ３ｂが配管Ｐ３のガス排気経路を開くことによって、原料タンクＳＴ内の原料ガスの一部を排気ポンプＥＰ側へ排気する。配管Ｐ３あるいは排気ポンプＥＰは反応チャンバＣＨおよびバッファタンクＢＴの下流にあるため、原料や反応生成物は、配管Ｐ３あるいは排気ポンプＥＰへ排出され、反応チャンバＣＨおよびバッファタンクＢＴへ逆流しない。これにより、最初のサイクルにおける原料や反応生成物がパーティクルとして反応チャンバＣＨおよびバッファタンクＢＴへ侵入することを抑制することができる。尚、ステップＳ１０において、原料や反応生成物が配管Ｐ３あるいは排気ポンプＥＰへ排出されればよいので、バルブＶ３ａおよびＶ３ｂは短時間だけ開けばよい。また、このとき、図２に示すように、バルブＶ１２は開いており、反応チャンバＣＨは、Ｎ２ガスによってパージされている。
【００３９】
次に、図３に示すように、バルブＶ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ１２を閉じた後、バルブＶ１０およびＶ１１がガス排気経路を開くことによって、配管Ｐ１０、Ｐ１１および反応チャンバＣＨを介してバッファタンクＢＴ内を排気する。これにより、反応チャンバＣＨおよびバッファタンクＢＴが減圧される（Ｓ２０）。バッファタンクＢＴを減圧することにより、後述のステップＳ３０において、原料ガスを原料タンクＳＴからバッファタンクＢＴへ導入し、バッファタンクＢＴ内に原料ガスを溜めることができる。
【００４０】
次に、図４に示すように、バルブＶ１０およびＶ１１を閉じた後、バルブＶ１ａ、Ｖ１ｂが原料ガスの供給経路を開くことによって、配管Ｐ１を介して原料タンクＳＴ内の原料ガスをバッファタンクＢＴ内へ供給する（Ｓ３０）。原料タンクＳＴ内では原料ガスが蒸気圧で存在しており、かつ、バッファタンクＢＴ内部は減圧されている。従って、原料タンクＳＴ内の原料ガスは、バッファタンクＢＴ内に導入される。このように、バッファタンクＢＴは、原料ガスを溜めることができる。ここで、バッファタンクＢＴに溜める原料ガスの量は、容量原料ガスの蒸気圧、バッファタンクＢＴの気圧およびバッファタンクＢＴの容量等に基づいて予め設定することができる。従って、バッファタンクＢＴは、予め設定された所定量の原料ガスを溜めることができる。このとき、所定量の原料ガスをバッファタンクＢＴへ溜めるために、バルブＶ２は不活性ガスの供給経路を閉じており、不活性ガスはバッファタンクＢＴへ供給されない。
【００４１】
また、ステップＳ１０において、原料タンクＳＴ内の原料ガスの一部をすでに排気ポンプＥＰ側へ排気しており、原料や反応生成物等のパーティクルの多くは、配管Ｐ３あるいは排気ポンプＥＰへ排出されている。従って、ステップＳ３０において、原料タンクＳＴ内の原料ガスをバッファタンクＢＴ内へ供給する際、原料や反応生成物等のパーティクルは、ほとんどバッファタンクＢＴ側へは侵入（飛散）してこない。尚、ステップＳ３０においては、図４に示すように、バルブＶ１２は開いており、反応チャンバＣＨは、Ｎ２ガスによって再度パージされている。
【００４２】
次に、図５に示すように、バルブＶ１ａ、Ｖ１ｂを閉じた後、バルブＶ２およびＶ１５が不活性ガスの供給経路を開き、配管Ｐ２、Ｐ１５を介して不活性ガスをバッファタンクＢＴ内へ供給する（Ｓ４０）。これにより、バッファタンクＢＴ内の気圧を反応チャンバＣＨ内の気圧よりも高い所定の気圧まで上昇させ、バッファタンクＢＴの原料ガスが反応チャンバＣＨへ充分に導入され得るようにする。このとき、不活性ガスがバッファタンクＢＴへ導入されるが、バッファタンクＢＴ内の原料ガスの量は変わらない。また、バッファタンクＢＴの気圧が原料ガスだけで充分に高い場合には、バッファタンクＢＴへの不活性ガスの導入は不要である。以下、バッファタンクＢＴ内の原料ガスおよび不活性ガスの混合ガス、あるいは、原料ガスを、まとめて単に「原料ガス」ともいう。尚、ステップＳ４０において、図５に示すように、バルブＶ１２は開いており、反応チャンバＣＨは、依然としてＮ２ガスによってパージされている。
【００４３】
次に、図６に示すように、バルブＶ２およびＶ１５を閉じた後、バルブＶ１０が原料ガスの供給経路を開き、バッファタンクＢＴから配管Ｐ１０を介して原料ガス（例えば、ＡｌＣｌ３およびＡｒの混合ガス）を反応チャンバＣＨ内へ供給する（Ｓ５０）。これにより、バッファタンクＢＴ内に溜まっていた原料ガスは反応チャンバＣＨへ導入され、原料ガスは反応チャンバＣＨ内の半導体基板Ｗの表面に付着する。このとき、バルブＶ１ｂおよびＶ２は、原料ガスおよび不活性ガスの供給経路をともに閉じており、原料タンクＳＴ内の原料ガスがそれ以上反応チャンバＣＨ側へ供給されることを抑制する。また、バルブＶ１２は幾分開いており、反応チャンバＣＨは、少量のパージガス（例えば、Ｎ２）によってパージされ続けている。これは、原料ガスが反応チャンバＣＨから配管Ｐ１２側へ侵入（逆流）して来ないようにするためである。
【００４４】
次に、図７に示すように、バルブＶ１２を閉じた後、バルブＶ１０を開いたまま、バルブＶ１１がガス排気経路を開き、反応チャンバＣＨ内に残存する原料ガスを排気する（Ｓ６０）。これにより、反応チャンバＣＨ内において半導体基板Ｗに付着せずに残存する原料ガスが排気ポンプＥＰによって反応チャンバＣＨ外へ排気される。このとき、バルブＶ１０も開いているので、バッファタンクＢＴ内に溜まっていた原料ガスも反応チャンバＣＨ内の原料ガスとともに排気される。
【００４５】
次に、図８に示すように、バルブＶ１０およびＶ１１を閉じた後、バルブＶ１３が酸化ガスの供給経路を開き、配管Ｐ１０を介して酸化ガス（例えば、Ｏ３）を反応チャンバＣＨ内へ供給する（Ｓ７０）。このとき、反応チャンバＣＨは、半導体基板Ｗを加熱し、半導体基板Ｗの表面に付着した原料ガスを酸化する。これより、半導体基板Ｗの表面に原子層レベルの酸化膜を形成することができる。
【００４６】
このとき、バルブＶ１８、Ｖ１７、Ｖ１５は幾分開いており、少量の不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２）が反応チャンバＣＨへ供給されている。これは、酸化ガスが反応チャンバＣＨから配管Ｐ１０側へ侵入（逆流）して来ないようにするためである。
【００４７】
次に、図９に示すように、バルブＶ１３、Ｖ１８、Ｖ１７およびＶ１５を閉じた後、バルブＶ１１がガス排気経路を開き、配管Ｐ１１を介して反応チャンバＣＨ内に残存する酸化ガスを排気する（Ｓ８０）。これにより、半導体基板Ｗに付着した原料を酸化するために使用されなかった酸化ガスが排気ポンプＥＰによって反応チャンバＣＨ外へ排気される。
【００４８】
次に、図１０に示すように、バルブＶ１２がパージガスの供給経路を開き、配管Ｐ１２を介してパージガス（例えば、Ｎ２）を反応チャンバＣＨ内へ供給する（Ｓ９０）。これにより、反応チャンバＣＨ内の酸化ガスが排出され、チャンバＣＨがパージされる。
【００４９】
このとき、バルブＶ１８、Ｖ１７およびＶ１５は幾分開いており、少量の不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２）が反応チャンバＣＨへ供給されている。これは、パージガスまたは酸化ガスが反応チャンバＣＨから配管Ｐ１０側へ侵入（逆流）して来ないようにするためである。
【００５０】
このように、最初のサイクルが実行される。これにより、半導体基板Ｗの表面上に原子層レベルの酸化膜（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｚｒ２Ｏ３等）が形成される。最初のサイクルの実行後、図３〜図１０に示すステップＳ２０〜Ｓ９０を繰り返す（Ｓ１００のＮＯ）。これにより、半導体基板Ｗの表面上に所望の膜厚を有する酸化膜が形成される。半導体基板Ｗの表面上に所望の膜厚が形成された場合（Ｓ１００のＹＥＳ）、成膜工程が終了する。尚、原料や生成物等のパーティクルは、成膜工程の最初のサイクルにおいて最も発生し易く、その後のサイクルではあまり発生しない。従って、ステップＳ１０は、成膜工程の最初のサイクルで実行され、その後のサイクルでは実行されない。
【００５１】
本実施形態による成膜装置１は、反応チャンバＣＨと原料タンクＳＴとの間にバッファタンクＢＴを備える。バッファタンクＢＴは、所定量の原料ガスを溜めることができ、所定量の原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給する。これにより、成膜装置１は、キャリアガスの流量に頼ることなく、成膜サイクルごとに一定量の原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、原料ガスを供給する配管Ｐ１と不活性ガスを供給する配管Ｐ２とは、個別にバッファタンクＢＴに接続されている。従って、バッファタンクＢＴは、原料ガスを一定量だけ溜めた後に、不活性ガスで一定圧力まで加圧され得る。即ち、原料ガスおよび不活性ガスは、別々にバッファタンクＢＴへ供給され得る。尚、本実施形態における不活性ガスは、従来のキャリアとしての機能と異なり、バッファタンクＢＴの内部を加圧してバッファタンクＢＴ内の原料ガスを反応チャンバＣＨへ充分に送るために用いられている。
【００５３】
本実施形態による成膜装置１は、配管Ｐ１、Ｐ２とは別に、配管Ｐ３が原料タンクＳＴと排気ポンプＥＰとの間を接続し、原料タンクＳＴから原料ガスを直接ベントすることができる。これにより、最初のサイクルにおける固体の原料や反応生成物等のパーティクルが配管Ｐ３を介して排出され、反応チャンバＣＨおよびバッファタンクＢＴへ侵入することを抑制することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態による成膜装置２の構成を示す図である。成膜装置２は、反応チャンバＣＨと原料タンクＳＴとの間に並列に接続された２つのバッファタンクＢＴ１、ＢＴ２を備えている。バッファタンクＢＴ１、ＢＴ２は、第１の実施形態におけるバッファタンクＢＴと同じ構成でよい。バッファタンクＢＴ２の容量は、バッファタンクＢＴ１の容量とほぼ等しい。
【００５５】
第３容器としてのバッファタンクＢＴ２は、配管Ｐ２０を介して反応チャンバＣＨに接続され、配管Ｐ２１を介して原料タンクＳＴに接続され、並びに、配管Ｐ２２を介して不活性ガスの供給を受ける。従って、配管Ｐ２０は、バッファタンクＢＴ２と反応チャンバＣＨとの間を接続する。第４配管としての配管Ｐ２１は、原料タンクＳＴとバッファタンクＢＴ２との間を接続する。第５配管としての配管Ｐ２２は、バッファタンクＢＴ２に不活性ガスを供給する。
【００５６】
配管Ｐ２１と配管Ｐ２２とは、配管Ｐ１と配管Ｐ２と同様に、個別に設けられており、原料ガスおよび不活性ガスをそれぞれ別々にバッファタンクＢＴ２へ送ることができる。
【００５７】
バルブＶ２０は、配管Ｐ２０に設けられており、バッファタンクＢＴ２から反応チャンバＣＨへのガス供給経路を開閉する。第４バルブとしてのバルブＶ２１は、配管Ｐ２１に設けられており、原料タンクＳＴからバッファタンクＢＴ２への原料ガスの供給経路を開閉する  第５バルブとしてのバルブＶ２２は、配管Ｐ２２に設けられており、不活性ガスの供給経路を開閉する。
【００５８】
バッファタンクＢＴ１およびＢＴ２は、同時に反応チャンバＣＨへ原料ガスを供給してもよく、あるいは、交互に反応チャンバＣＨへ原料ガス（または混合ガス）を供給してもよい。
【００５９】
バッファタンクＢＴ１およびＢＴ２が同時に反応チャンバＣＨへ原料ガスを供給する場合、バッファタンクＢＴ１およびＢＴ２の総容量に対応する原料ガス（または混合ガス）が反応チャンバＣＨへ供給される。この場合、バルブＶ２０〜Ｖ２２の動作およびそれらのタイミングは、それぞれ第１の実施形態におけるバルブＶ１０、Ｖ１ｂ、Ｖ２の動作およびそれらのタイミングと同じでよい。よって、ここでは、バルブＶ２０〜Ｖ２２の動作の説明を省略する。
【００６０】
バッファタンクＢＴ１およびＢＴ２が交互に反応チャンバＣＨへ原料ガス（または混合ガス）を供給する場合、バッファタンクＢＴ１が反応チャンバＣＨへ原料ガス（または混合ガス）を供給し、反応チャンバＣＨがその原料ガスを用いて堆積膜を形成している期間に、バッファタンクＢＴ２は、原料タンクＳＴからの原料ガスを溜め、バッファタンクＢＴ２の内部は不活性ガスで加圧される。逆に、バッファタンクＢＴ２が反応チャンバＣＨへ原料ガス（または混合ガス）を供給し、反応チャンバＣＨがその原料ガスを用いて堆積膜を形成している期間に、バッファタンクＢＴ１は、原料タンクＳＴからの原料ガスを溜め、バッファタンクＢＴ１の内部は不活性ガスで加圧される。
【００６１】
例えば、バッファタンクＢＴ１が反応チャンバＣＨへ原料ガスを供給し、反応チャンバＣＨがその原料ガスを用いて堆積膜を形成しているとき、原料ガスおよび不活性ガスをバッファタンクＢＴ２へ溜めるために、バルブＶ２１が配管Ｐ２１の原料ガスの供給経路を開き、その後、バルブＶ２２が配管Ｐ２２の不活性ガスの供給経路を開く。即ち、成膜装置２は、バッファタンクＢＴ１において、図１１のステップＳ５０〜Ｓ９０を実行しているときに、バッファタンクＢＴ２において、ステップＳ３０およびＳ４０を実行する。このとき、バルブＶ２０は、バッファタンクＢＴ２から反応チャンバＣＨへのガス供給経路を閉じたままである。
【００６２】
一方、バッファタンクＢＴ２が反応チャンバＣＨへ原料ガスを供給し、反応チャンバＣＨがその原料ガスを用いて堆積膜を形成しているとき、原料ガスおよび不活性ガスをバッファタンクＢＴ１へ溜めるために、バルブＶ１ｂが配管Ｐ１の原料ガスの供給経路を開き、その後、バルブＶ２が配管Ｐ２の不活性ガスの供給経路を開く。即ち、成膜装置２は、バッファタンクＢＴ２において、図１１のステップＳ５０〜Ｓ９０を実行しているときに、バッファタンクＢＴ１において、ステップＳ３０およびＳ４０を実行する。このとき、バルブＶ１０は、バッファタンクＢＴ１から反応チャンバＣＨへのガス供給経路を閉じたままである。
【００６３】
このように、第２の実施形態による成膜装置２は、２つのバッファタンクＢＴ１、ＢＴ２を用いて同時または交互に半導体基板Ｗ上に酸化膜を形成する。バッファタンクＢＴ１、ＢＴ２が同時に原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給することによって、成膜装置２は、多くの原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給することができるので、多くの半導体基板Ｗを処理することができる。また、バッファタンクＢＴ１、ＢＴ２が交互に原料ガスを反応チャンバＣＨへ供給することによって、成膜装置２は、成膜サイクルをスムーズに実行することができ、成膜工程をより速く効率的に実行することができる。さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態の効果を得ることができる。
【００６４】
（変形例）
第１および第２の実施形態において、図１に示すように、成膜装置１または２は、配管Ｐ１またはＰ２１内に設けられたフィルタをさらに備えてもよい。フィルタは、網目状に形成されており、原料ガスを通過させ、かつ、網目よりも大きなパーティクルを通過させない。これにより、固体の原料および反応生成物等のパーティクルがバッファタンクＢＴ１および反応チャンバＣＨへ侵入することをさらに抑制することができる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・成膜装置、ＣＨ・・・反応チャンバ、ＳＴ・・・原料タンク、ＢＴ、ＢＴ１、ＢＴ２・・・バッファタンク、ＥＰ・・・排気ポンプ、Ｐ１〜Ｐ１８・・・配管、Ｖ１ａ〜Ｖ１８・・・バルブ、ＭＦＭ１、ＭＦＭ２・・・流量計、ＶＧ・・・圧力計、ＭＦＣ・・・流量コントローラ
【図１】
2016134569.tif 000003
【図２】
2016134569.tif 000004
【図３】
2016134569.tif 000005
【図４】
2016134569.tif 000006
【図５】
2016134569.tif 000007
【図６】
2016134569.tif 000008
【図７】
2016134569.tif 000009
【図８】
2016134569.tif 000010
【図９】
2016134569.tif 000011
【図１０】
2016134569.tif 000012
【図１１】
2016134569.tif 000013
【図１２】
2016134569.tif 000014