(57)【要約】  処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給工程と、を有し、第１ガス供給工程と第２ガス供給工程とを交互に行って基板上に膜を形成し、第２ガス供給工程では、基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系から供給された反応ガスが基板の中心部に到達し易くなるように基板に対して反応ガス供給系とは異なるガス供給系から不活性ガスを供給する技術が提供される。
2020066800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給工程と、
を有し、
前記第１ガス供給工程と前記第２ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１ガス供給工程における前記原料ガスと前記第２ガス供給工程における前記反応ガスは、それぞれ独立したガス供給ラインから前記基板に対して供給し、前記第２ガス供給工程では、前記第１ガス供給工程において前記原料ガスを供給するガス供給ラインを介して前記基板に対して前記不活性ガスを供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２ガス供給工程では、前記基板の表面積に応じて前記不活性ガスの供給量を調整する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を多くする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２ガス供給工程では、前記反応ガスの供給量を徐々に少なくする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を少なくする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２ガス供給工程では、前記反応ガスの供給量を徐々に多くする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給工程と、を複数回繰り返し行い、
前記第２ガス供給工程において前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を変化させる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を少なくして、前記第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給工程と、を繰り返して行う請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を多くして、前記第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給工程と、を繰り返して行う請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記複数回繰り返し行ううちの前半における前記第２ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を少なくして、前記第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給工程と、を繰り返して行い、
前記複数回繰り返し行ううちの後半における前記第２ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を多くして、前記第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給工程と、を繰り返して行う請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ガス供給工程において、前記不活性ガスを供給するノズルが、前記反応ガスを供給するノズルと排気管とを通る直線の両側に設けられ、前記不活性ガスを供給するノズルから供給される不活性ガスの流量を異ならせるようにする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反応ガスは、オゾンガスである請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
基板処理装置の処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給手順と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給手順と、
を有し、
前記第１ガス供給手順と前記第２ガス供給手順とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給手順では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給する手順を、
コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項１５】
基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給部と、前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給部と、を有するガス供給部と、
前記処理室内に収容された前記基板に対して前記第１ガス供給部から前記原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、前記第２ガス供給部から前記処理室内に前記反応ガスを供給する第２ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記第１ガス供給部から前記基板に対して不活性ガスを供給するように、前記ガス供給部を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウエハなどの基板に薄膜を形成して、半導体装置を製造する基板処理装置及び半導体装置の製造方法が開発されている。【０００３】
例えば、基板を収容する処理室に、原料ガスと、原料ガスと反応する反応ガスとを順番に供給して、処理室内に収容された基板に膜を形成する半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許文献１：特開２０１４−１２７７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されているように、原料ガスと、原料ガスと反応する反応ガスとを処理室内に順番に供給して、処理室内に収容された基板に膜を形成する際、基板上に形成される膜の面内均一性を高めることが求められている。【０００６】
本開示は、処理室に収容された基板に原料ガスと反応ガスとを交互に供給して基板の表面に膜を形成する場合に、膜の面内均一性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
本開示の一態様によれば、処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給工程と、
を有し、
前記第１ガス供給工程と前記第２ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なるガス供給系から不活性ガスを供給する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、処理室に収容された基板に原料ガスと反応ガスとを交互に供給して基板の表面に膜を形成する場合に、膜の面内均一性を向上させる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線概略横断面図である。
【図３】第一実施形態に係る基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。
【図４】第２ガス供給工程におけるオゾンガスの供給量に対する窒素ガスの供給量が多過ぎる場合の膜厚の面内分布を示す図である。
【図５】第２ガス供給工程におけるオゾンガスの供給量に対する窒素ガスの供給量が少な過ぎる場合の膜厚の面内分布を示す図である。
【図６】第２ガス供給工程におけるオゾンガスの供給量に対する窒素ガスの供給量を変化させた場合の膜厚の面内分布を示す図である。
【図７】第二実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を示す概略横断面図である。
【図８】第三実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を示す概略横断面図である。
【図９】第四実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を示す概略横断面図である。
【図１０】第三実施形態の変形例に係る基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を示す概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。例えば、１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍとは、１０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下を意味する。流量のみならず、圧力、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値範囲について同様である。
また、本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。
【００１１】
原料ガスと、原料ガスと反応する反応ガスと、を基板に交互に供給して基板上に膜を形成する場合、例えば、複数の基板を基板支持部材に支持して処理室内に収容し、基板の配列方向に沿って処理室の下部領域から上部領域まで延在し、各基板に対してガスを噴出するための複数のガス供給孔が開口するロングノズルを備えた基板処理装置を用いれば、複数枚の基板を同時に処理することができる。
しかし、原料ガスとして例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、以下「ＴＭＡ」と略記する場合がある。）を供給し、反応ガスとしてオゾン（Ｏ３）を供給してウエハの表面にＡｌＯ膜（ＡｌＯ層）を形成する場合、オゾンは失活しやすく、ガス供給管の入り口（インレット）に入ってからウエハ中心に到達するまでの４〜６×１０−２ｓｅｃの間に、濃度が１／３０〜１／１００へ減少する。その結果、膜厚の面内均一性が低下してしまう。
また、近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ表面にパターンが形成され、ベアウエハと比較して表面積が大きくなり、その結果、膜厚の面内均一性が低下してしまう。
【００１２】
膜厚の面内均一性を向上させるため、本件開示者らは鋭意検討を重ねる中、ＴＭＡガスの供給時間を長くしても、膜の面内均一性を十分改善することができなかった。一方、Ｏ３ガスの供給時間を長くすると膜厚はウエハ中心部に近くいほど薄い凹んだ形状となり、膜の面内均一性は低下した。ＴＭＡガスの供給によりＣＨ３等の副生成物が生成し、Ｏ３ガスの供給により、Ｎ２Ｏ，ＣＯ２，ＣＨ４，ＣＨ３等の様々な副生成物が生成され、Ｏより先に、ＣＨ３又はＣＯ２がウエハ表面に吸着して成膜を阻害している可能性がある。
そこで、本件開示者らはさらに検討を重ねたところ、Ｏ３ガスを処理炉内に供給する際、Ｎ２ガスを追加して供給することで、副生成物の濃度が低下した。Ｎ２ガスの追加により副生成物の基板への再付着率が低下すると考えられる。そして、本件開示者らは、Ｏ３ガス供給時に、Ｏ３ガスがウエハに到達し易くなるようにＯ３ガスライン以外のガスラインからウエハに向けてＮ２ガスを供給し、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を調整することにより、ウエハ上に形成される膜の厚さの分布を調整することができ、面内均一性が改善されることを見出した。その理由として、Ｏ３ガス供給時にウエハに向けてＮ２ガスを供給することで、Ｏ３ガスの流速が上がり、ウエハ中心付近におけるＯ３ガスの流速を上げることができ、あるいは、Ｏ３ガスがウエハ以外の領域に拡散することが抑制され、ウエハ中心付近まで効率的に供給される。そのため、Ｏ３がウエハ中心に到達する前にＯ３の失活によるＯ３濃度の低下が抑制され、また、ウエハ表面に吸着しているＴＭＡの副生成物がＮ２ガスによって取り除かれてＯ３による酸化が促進されることで、膜厚均一性が向上することが考えられる。すなわち、面内均一性を改善するには、オゾンガスの流速を速めるなどしてウエハの中心付近まで到達し易くすることが大きく影響して重要であると考えられる。
【００１３】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給工程と、を有し、前記第１ガス供給工程と前記第２ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給工程では、前記処理室内に前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板に到達し易くなるように前記基板に対して不活性ガスを供給する。
【００１４】
ここで、第２ガス供給工程では、「処理室内に反応ガスを供給すると共に反応ガスが基板に到達し易くなるように基板に対して不活性ガスを供給する」とは、反応ガスを単独で処理室内に供給する場合に比べ、処理室内に供給された反応ガスが短時間で基板に到達するように基板に向けて不活性ガスを供給するか、反応ガスが基板に到達する前に拡散することが抑制されるように基板に向けて不活性ガスを供給することを意味する。
例えば、基板の中心部に向けて、隣接するガス供給孔から反応ガスと不活性ガスをそれぞれ供給することで反応ガスの流速を速める方法、ガス供給孔から基板付近に向かう反応ガスの流れの少なくとも片側（好ましくは両側）を不活性ガスの流れでブロックするように基板に向けて不活性ガスを供給することで反応ガスの流れを基板中心付近に促す方法などが挙げられる。
【００１５】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１ガス供給工程と第２ガス供給工程とをこの順に１回ずつ行うサイクルを１回又は複数回繰り返して基板上に膜を形成するが、第２ガス供給工程中に反応ガスの供給量に対する不活性ガスの供給量を調整して膜厚分布を調整してもよいし、第２ガス供給工程中の反応ガスの供給量に対する不活性ガスの供給量は一定とし、サイクル毎に反応ガスの供給量に対する不活性ガスの供給量を調整して膜厚分布を調整してもよいし、これらの組み合わせ、すなわち、各サイクル毎及び各第２ガス供給工程毎に反応ガスの供給量に対する不活性ガスの供給量を調整することで膜厚分布を調整してもよい。
【００１６】
下記の説明では、一度に複数枚の基板に対し成膜処理等を行うバッチ式の縦型装置である基板処理装置を使用した場合について述べる。しかし、本開示は、バッチ式縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、一度に１枚もしくは数枚の基板に対し成膜処理等を行う枚葉装置である基板処理装置を使用してもよい。
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層又は膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
【００１７】
＜第一実施形態＞
以下、本開示に係る第一実施形態にについて図１〜図３を参照しながら説明する。
図１に示す基板処理装置１００は、本実施形態に係る半導体装置（デバイス）の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。基板処理装置１００は、ウエハ２００を収容する処理室２０１、第１ガス供給部として処理室２０１内に原料ガス又は不活性ガスを供給するガス供給管３１０及びガス供給孔４１０ａ、第２ガス供給部として処理室２０１内に反応ガスとしてのオゾンガスを供給するガス供給管３２０及びガス供給孔４２０ａ、各ガス供給孔４１０ａ，４２０ａから供給されるガス種、ガス供給量（ガス流速）、ガス供給時間などを制御することが可能なよう構成される制御部としてのコントローラ２８０などを備えている。
【００１８】
（処理炉）
処理炉２０２は、中心線が垂直になるように縦向きに配され、筐体によって固定的に支持された反応管としての縦形のプロセスチューブ２０５を備えている。
プロセスチューブ２０５は、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３とを備えている。インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３は、石英（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料によって、円筒形状にそれぞれ一体成形されている。
【００１９】
インナチューブ２０４は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ２０４内には、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で互いに間隔を設けて多段に保持されたウエハ２００を収納して処理する処理室２０１が形成されている。インナチューブ２０４の下端開口は、ウエハ２００群を保持したボート２１７を出し入れするための炉口を構成している。したがって、インナチューブ２０４の内径は、ウエハ２００群を保持したボート２１７の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００２０】
アウタチューブ２０３は、インナチューブ２０４と略相似形状にあって、その内径はインナチューブ２０４に対して大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２０４の外側を取り囲むように同心円に被せられている。
インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間の下端部は、円形リング形状に形成されたマニホールド２０９によってそれぞれ気密に封止されている。マニホールド２０９は、インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３についての保守点検作業又は清掃作業のために、インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３に着脱自在に取り付けられている。マニホールド２０９が筐体に支持されることにより、プロセスチューブ２０５は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００２１】
（排気ユニット）
マニホールド２０９の側壁の一部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。マニホールド２０９との接続部には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口が形成されている。
排気管２３１内は、排気口を介して、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間により構成される排気路２０６内に連通している。なお、排気路２０６の横断面形状は、リング形状になっている。排気管２３１には、上流から順に、圧力センサ２４５、圧力調整バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２３１ａ、真空排気装置としての真空ポンプ２３１ｃが設けられている。
真空ポンプ２３１ｃは、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
ＡＰＣバルブ２３１ａ及び圧力センサ２４５には、制御部（コントローラ）２８０が電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２３１ａの開度を制御するように構成されている。
主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａにより、本実施形態に係る排気ユニット（排気系）が構成される。また、真空ポンプ２３１ｃを排気ユニットに含めてもよい。
【００２２】
マニホールド２０９には、マニホールド２０９の下端開口を閉塞するシールキャップ２１９が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３の外径と同等以上の外径を有する円盤形状に形成されており、プロセスチューブ２０５の外部に垂直に設備されたボートエレベータ１１５によって水平姿勢で垂直方向に昇降されるように構成されている。
【００２３】
（基板保持具）
シールキャップ２１９上には、ウエハ２００を保持する基板保持具としてのボート２１７が垂直に立脚されて支持されるようになっている。ボート２１７は、上下で一対の端板２１７ｃと、端板２１７ｃ間に垂直に設けられた複数本の保持部材２１７ａとを備えている。端板２１７ｃ及び保持部材２１７ａは、例えば石英、ＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。各保持部材２１７ａには、多数条の保持溝２１７ｂが長手方向に等間隔に設けられている。ウエハ２００の円周縁が複数本の保持部材２１７ａにおける同一の段の保持溝２１７ｂ内にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ２００は水平姿勢かつ互いに中心を揃えた状態で間隔を設けて多段に保持されるように構成されている。
【００２４】
ボート２１７とシールキャップ２１９との間には、上下で一対の補助端板２１７ｄが複数本の補助保持部材２１８によって支持されて設けられている。各補助保持部材２１８には、多数条の保持溝が設けられている。保持溝には、例えば石英、ＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される円板形状をした複数枚の図示しない断熱板が、水平姿勢で多段に装填されるように構成されている。断熱板によって、後述するヒータユニット２０７からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるように構成されている。
【００２５】
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。回転軸２５５を回転させることで処理室２０１内にてウエハ２００を回転させることが可能なように構成されている。シールキャップ２１９は、上述のボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。
【００２６】
回転機構２６７及びボートエレベータ１１５には、制御部２８０が電気的に接続されている。制御部２８０は、回転機構２６７及びボートエレベータ１１５が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御するように構成されている。
【００２７】
（ヒータユニット）
アウタチューブ２０３の外部には、プロセスチューブ２０５内を全体にわたって均一又は所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット２０７が、アウタチューブ２０３を包囲するように設けられている。ヒータユニット２０７は、基板処理装置１００の筐体（不図示）に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えばカーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータとして構成されている。
【００２８】
プロセスチューブ２０５内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータユニット２０７と温度センサ２６３とには、制御部２８０が電気的に接続されている。制御部２８０は、処理室２０１内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるように、前記温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータユニット２０７への通電具合を制御するように構成されている。
主に、ヒータユニット２０７、温度センサ２６３により、本実施形態に係る加熱ユニット（加熱系）が構成される。
【００２９】
（ガス供給ユニット）
インナチューブ２０４の側壁（後述する排気孔２０４ａとは１８０度反対側の位置）には、チャンネル形状の予備室２０１ａが、インナチューブ２０４の側壁からインナチューブ２０４の径方向外向きに突出して垂直方向に長く延在するように形成されている。予備室２０１ａの側壁はインナチューブ２０４の側壁の一部を構成している。また、予備室２０１ａの内壁は処理室２０１の内壁の一部を形成するように構成されている。
予備室２０１ａの内部には、予備室２０１ａの内壁（すなわち処理室２０１の内壁）に沿うように、予備室２０１ａの内壁の下部より上部に沿ってウエハ２００の配列方向に延在されて処理室２０１内にガスを供給するノズル４１０，４２０が設けられている。すなわち、ノズル４１０，４２０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４１０，４２０はＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。便宜上、図１には１本のノズルを記載しているが、実際には図２に示すように２本のノズル４１０，４２０が設けられている。ノズル４１０，４２０の側面には、ガスを供給する多数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａがそれぞれ設けられている。ガス供給孔４１０ａ，４２０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
【００３０】
マニホールド２０９を貫通したノズル４１０，４２０の水平部の端部は、プロセスチューブ２０５の外部で、ガス導入口部４１０ｂ，４２０ｂを介して、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３２０とそれぞれ接続されている。
【００３１】
ガス供給管３１０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）３１２及びバルブ３１４がそれぞれ設けられており、原料ガスとして、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含むＡｌ含有ガスであるＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ３）３、トリメチルアルミニウム）が、ガス供給管３１０を通って処理室２０１内に供給される。なお、ＴＭＡは常温常圧下で液体状態であるため、液体状態のＴＭＡを気化器、バブラ等の気化システムにより気化して、ＴＭＡガスとして供給することとなる。主に、ノズル４１０、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により原料ガス供給部が構成される。なお、気化システムを原料ガス供給部に含めてもよい。また、例えばガス供給管３１０から上述のＡｌ含有ガスを供給する場合、原料ガス供給部によりＡｌ含有ガス供給部が構成される。
【００３２】
また、ガス供給管３１０のバルブ３１４の下流側（バルブ３１４とガス導入口部４１０ｂとの間）には、不活性ガスであるＮ２ガス等を供給するガス供給管の下流端が接続されており、上流側から順に、ＭＦＣ５１２、及びバルブ５１４がそれぞれ設けられている。バルブ３１４を閉じると共にバルブ５１４を開くことで、ガス供給管３１０を通ってＮ２ガスのみを処理室２０１へ供給することが可能である。
【００３３】
一方、ガス供給管３２０には、上流側から順に、ＭＦＣ３２２、及びバルブ３２４がそれぞれ設けられており、反応ガスとしての酸化ガス、すなわち、Ｏ（酸素）含有ガスとして、Ｏ３（オゾン）ガスがガス供給管３２０を通って処理室２０１へ供給される。Ｏ３ガスは酸化種として作用する。また、Ｏ３ガスは、Ｏ３を生成するオゾン発生装置、すなわちオゾン生成器としてのオゾナイザにより生成されてガス供給管３２０を通って処理室２０１へ供給される。主に、ノズル４２０、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により反応ガス供給部としてのオゾンガス供給部が構成される。なお、オゾナイザを反応ガス供給部に含めてもよい。また、原料ガス供給部（第１ガス供給部）とオゾンガス供給部（第２ガス供給部）とをまとめて、ガス供給部と呼ぶ。
【００３４】
ＭＦＣ３１２，３２２，５１２及びバルブ３１４，３２４，５１４には、制御部２８０が電気的に接続されている。制御部２８０は、後述する各ステップで処理室２０１内に供給するガスの種類が所望のタイミングにて所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の量となるよう、さらには、Ｏ３ガスの流量に対するＮ２ガスの流量が所望のタイミングにて所望の比率となるよう、ＭＦＣ３１２，３２２，５１２及びバルブ３１４，３２４，５１４を制御することが可能なように構成されている。
【００３５】
インナチューブ２０４の側壁であってノズル４１０，４２０に対向した位置、すなわち予備室２０１ａとは１８０度反対側の位置には、例えばスリット状の貫通孔である排気孔２０４ａが垂直方向に細長く開設されている。処理室２０１内と排気路２０６内とは排気孔２０４ａを介して連通している。したがって、ノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａから処理室２０１内に供給されたガスは、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れた後、排気口を介して排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出されるように構成されている。なお、排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。特に、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。
【００３６】
（コントローラ）
図３に示されているように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２８２が接続されている。
【００３７】
記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラム、後述する基板処理の手順又は条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ（制御部）２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラム、データ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００３８】
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２、バルブ３１４，３２４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｃ、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
【００３９】
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２，５１２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，５１４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２３１ａの開閉動作及びＡＰＣバルブ２３１ａによる圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２３１ｃの起動及び停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００４０】
なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ、メモリカード等の半導体メモリ）２８３を用意し、かかる外部記憶装置２８３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネット、専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２８０ｃ及び外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。
なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。
【００４１】
［基板処理工程（成膜工程）］
次に、本実施形態に係る半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置１００を用い、基板上に膜を形成して半導体装置（デバイス）を製造する方法の一例について説明する。以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。
【００４２】
例えば、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によりウエハ２００上に膜を形成するための各工程（手順）をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラムを用意し、被処理基板としての複数のウエハ２００がボート２１７に積載された状態で収容された処理室２０１内を所定温度で加熱しつつ、処理室２０１内の各ウエハ２００に対して、ノズル４１０に開口する複数の供給孔４１０ａから原料ガスとしてＴＭＡガスを供給する原料ガス供給ステップ（第１ガス供給工程）と、ノズル４２０に開口する複数の供給孔４２０ａから反応ガスとしてＯ３ガスを供給すると共に、ノズル４１０に開口する複数の供給孔４１０ａから不活性ガスとしてＮ２ガスを供給するオゾンガス及び不活性ガス供給ステップ（第２ガス供給工程）と、を交互に所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、Ａｌ及びＯを含む膜としてアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成する。そして、第２ガス供給工程では、Ｏ３ガスがウエハ２００の中心部に到達し易くなるようにウエハ２００に対してＮ２ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成される膜の厚さの分布を調整することができ、膜厚の面内均一性の高い膜を形成することができる。
以下、処理室２０１内にウエハを搬入して成膜を行った後、処理室２０１からウエハ２００を搬出するまでの具体的な手順の一例について説明する。
【００４３】
（ウエハチャージ及びボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング（不図示）を介して反応管（プロセスチューブ）２０５の下端をシールした状態となる。
【００４４】
（圧力・温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２３１ｃによって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２３１ａがフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２３１ｃは、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
続いて、回転機構２６７によりボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
【００４５】
（成膜ステップ）
その後、原料ガス供給ステップ（第１ガス供給工程）、残留ガス除去ステップ（残留ガス除去工程）、オゾンガス及び不活性ガス供給ステップ（第２ガス供給工程）、残留ガス除去ステップ（残留ガス除去工程）をこの順で所定回数行う。
【００４６】
〔原料ガス供給ステップ〕
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０へＴＭＡガスを流す。ＴＭＡガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、供給孔４１０ａからウエハ２００に対して供給される。すなわちウエハ２００はＴＭＡガスに暴露される。供給孔４１０ａから供給されたＴＭＡガスは、排気孔２０４ａを経て排気管２３１から排気される。
【００４７】
このとき、ＡＰＣバルブ２３１ａを適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１０００Ｐａ、好ましくは１〜１００Ｐａ、より好ましくは１０〜５０Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力を１０００Ｐａ以下とすることで、後述する残留ガス除去を好適に行うことができると共に、ノズル４１０内でＴＭＡガスが自己分解してノズル４１０の内壁に堆積してしまうことを抑制することができる。処理室２０１内の圧力を１Ｐａ以上とすることで、ウエハ２００表面でのＴＭＡガスの反応速度を高めることができ、実用的な成膜速度を得ることが可能となる。
【００４８】
ＭＦＣ３１２で制御するＴＭＡガスの供給流量は、例えば、１０〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０〜１０００ｓｃｃｍ、より好ましくは１００〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＴＭＡガスの供給流量を２０００ｓｃｃｍ以下とすることで、後述する残留ガス除去を好適に行うことができると共に、ノズル４１０内でＴＭＡガスが自己分解してノズル４１０の内壁に堆積してしまうことを抑制することができる。また、ＴＭＡガスの供給流量を１０ｓｃｃｍ以上とすることで、ウエハ２００表面でのＴＭＡガスの反応速度を高めることができる、実用的な成膜速度を得ることが可能となる。
【００４９】
ＴＭＡガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１〜６０秒、好ましく１〜２０秒、より好ましくは２〜１５秒の範囲内とする。
【００５０】
ヒータ２０７は、ウエハ２００の温度が、例えば、２００〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃、より好ましくは４００〜５５０℃の範囲内となるように加熱する。ウエハ２００の温度を６００℃以下とすることで、ＴＭＡガスの過剰な熱分解を抑制しつつ成膜速度を適切に得ることができる。なお、ＴＭＡガスの熱分解は、当該処理に近い条件下においては４５０℃程度で開始するため、５５０℃以下の温度に加熱された処理室２０１内において本開示を用いるとより有効である。一方、ウエハ２００の温度が２００℃以上であることにより、反応性が高く、効率的な膜形成が可能である。
【００５１】
上述の条件下で処理室２０１内へＴＭＡガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、Ａｌ含有層が形成される。Ａｌ含有層はＡｌの他、Ｃ及びＨを含み得る。Ａｌ含有層は、ウエハ２００の最表面に、ＴＭＡが物理吸着したり、ＴＭＡの一部が分解した物質が化学吸着したり、ＴＭＡが熱分解することでＡｌが堆積したりすること等により形成される。すなわち、Ａｌ含有層は、ＴＭＡ又はＴＭＡの一部が分解した物質の吸着層（物理吸着層又は化学吸着層）であってもよく、Ａｌの堆積層（Ａｌ層）であってもよい。
【００５２】
〔残留ガス除去ステップ〕
Ａｌ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＴＭＡガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２３１ａは開いたままとして、真空ポンプ２３１ｃにより処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応又はＡｌ含有層の形成に寄与した後のＴＭＡガスを処理室２０１内から排除する。
【００５３】
なお、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップにおいて悪影響はほとんど生じない。
【００５４】
〔オゾンガス及び不活性ガス供給ステップ〕
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に反応ガスであるＯ３ガスを流す。Ｏ３ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０の供給孔４２０ａから処理室２０１内のウエハ２００に対して供給され、排気孔２０４ａを経て排気管２３１から排気される。すなわちウエハ２００はＯ３ガスに暴露される。
また、バルブ３２４を開いて供給孔４２０ａからＯ３ガスを処理室２０１内に供給する際、バルブ５１４も開き、ガス供給管３１０内に不活性ガスとしてＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ノズル４１０の供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給されて、排気孔２０４ａを経て排気管２３１から排気される。
【００５５】
このとき、ＡＰＣバルブ２３１ａを適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１０００Ｐａ、好ましくは５０〜５００Ｐａ、より好ましくは１００〜２００Ｐａの範囲内の圧力とする。
ＭＦＣ３２２で制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば、５〜４０ｓｌｍ、好ましくは５〜３０ｓｌｍ、より好ましくは１０〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｏ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１〜１２０秒、好ましくは１０〜９０秒、より好ましくは２０〜６０秒の範囲内とする。
【００５６】
供給孔４２０ａからＯ３ガスを処理室２０１内に供給すると同時に、供給孔４１０ａからＮ２ガスを処理室２０１内に供給することでＯ３ガスの流速が増大し、ウエハの中心部に到達し易くなる。
なお、図２に示すように、両ノズル４１０，４２０が隣接して各供給孔４１０ａ，４２０ａがウエハ２００の中心へ向かって開口していることが好ましい。第２ガス供給工程において供給孔４１０ａからＮ２ガスが流れ、隣接した供給孔４２０ａから平行してＯ３ガスの流れがあると、供給孔４１０ａからのＮ２ガスが、供給孔４２０ａからのＯ３ガスの片側をブロックする形となり、ウエハ２００上（ウエハ２００の中心部）へＯ３ガスが到達しやすくなる。
ただし、供給孔４１０ａからのＮ２ガス供給量が多すぎると、Ｏ３ガスのウエハ２００の中心部への流れを阻害してしまう可能性がある。また、供給孔４１０ａからのＮ２ガス供給量が多すぎると、供給孔４２０ａからのＯ３ガスがＮ２ガスによって希釈されてＯ３ガスの濃度が低下し、Ｏ３ガスのウエハ２００上への到達を妨げてしまう可能性がある。そのため、ウエハ２００上に形成される膜の厚さの面内分布の均一性が高くなるように、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を調整することが好ましい。
Ｎ２ガスの流量によって膜厚分布が変化する。膜の凸形状を小さくする観点から、第２ガス供給工程における各供給孔からの流量は、下記の範囲とすることが好ましい。
ガス供給孔４１０ａからのＮ２ガスの流量：０．５〜３０ｓｌｍ
ガス供給孔４２０ａからのＯ３ガスの流量：９〜３０ｓｌｍ
【００５７】
第２ガス供給工程におけるウエハ２００の温度、回転数その他の処理条件は、上述の原料ガス供給ステップ（第１ガス供給工程）と同様の処理条件とする。
【００５８】
第２ガス供給工程において処理室２０１内に流しているガスは、Ｏ３ガスと不活性ガス（Ｎ２ガス）のみである。Ｏ３ガスは、原料ガス供給ステップでウエハ２００上に形成されたＡｌ含有層の少なくとも一部と反応する。Ａｌ含有層は酸化され、金属酸化層としてＡｌとＯとを含むアルミニウム酸化層（ＡｌＯ層）が形成される。すなわちＡｌ含有層はＡｌＯ層へと改質される。
【００５９】
なお、１回のサイクルにおけるオゾンガス及び不活性ガス供給ステップ（第２ガス供給工程）では、最初の方（オゾンガスの供給開始時点）ではＮ２ガスの供給量に対してＯ３ガスの供給量を多くし、Ｏ３ガスの供給量を徐々に少なくしてもよい。最初にＯ３ガスの供給量を多くすれば、ウエハ２００表面に形成される膜厚分布は最初はウエハ２００中心部が厚くなり、Ｏ３ガスの供給量の減少に伴い、ウエハ２００の周辺部（縁部）において膜が形成され易くなり、膜厚均一性の向上を図ることができる。
あるいは、最初の方（オゾンガスの供給開始時点）ではＮ２ガスの供給量に対してＯ３ガスの供給量を少なくし、Ｏ３ガスの供給量を徐々に多くしてもよい。最初にＯ３ガスの供給量を少なくすれば、ウエハ２００表面に形成される膜厚分布は最初はウエハ２００中心部が薄くなり、Ｏ３ガスの供給量の増加に伴い、ウエハ２００の中心部において膜が形成され易くなり、膜厚均一性の向上を図ることができる。
また、Ｎ２ガスの供給量（流量）が異なる流量Ａと流量Ｂのサイクルを交互に行うか、流量Ａを複数回繰り返した後、流量Ｂを複数回繰り返すことによって、膜厚均一性を図ってもよい。
【００６０】
また、オゾンガス及び不活性ガス供給ステップ（第２ガス供給工程）では、ウエハ２００の表面積に応じてＮ２ガスの供給量を調整してウエハ２００上に形成される膜の厚さの分布を調整することが好ましい。例えば、ウエハの表面に微細パターンが形成されている場合は、表面にアスペクト比が大きい凹凸を有し、ベアウエハに比べて表面積が大きいため、ベアウエハを処理する場合に比べ、ウエハ２００の外周部から中央部に向けてＯ３ガスが消費され易く、膜厚均一性が低下し易い。そこで微細パターンが形成されたウエハを処理する場合は、ベアウエハを処理する場合よりも、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を相対的に多くすることで、膜厚均一性を向上させることができる。
【００６１】
〔残留ガス除去ステップ〕
ＡｌＯ層が形成された後、バルブ３２４，５２４を閉じて、Ｏ３ガス及びＮ２ガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＡｌＯ層の形成に寄与した後のＯ３ガス、並びに、Ｎ２ガス及び反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様である。
【００６２】
〔所定回数実施〕
上述の原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、オゾンガス及び不活性ガス供給
ステップ、残留ガス供給ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上にＡｌＯ膜が形成される。このサイクルの回数は、最終的に形成するＡｌＯ膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択されるが、このサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。
ＡｌＯ膜の厚さ（膜厚）は、例えば、０．１〜１００ｎｍ、好ましくは１〜３０ｎｍ、より好ましくは１〜１０ｎｍとする。
上記サイクルを２回以上行う場合は、サイクル毎に第２ガス供給工程におけるＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を変化させて膜厚分布を調整してもよい。
例えば、図４に示すように、第２ガス供給工程においてＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を多くして上記サイクルを繰り返し行うと、ウエハ中心部の膜厚が大きい凸形状の膜３００ａが形成される傾向がある。一方、図５に示すように、第２ガス供給工程においてＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を少なくして上記サイクルを繰り返し行うと、ウエハ中心部の膜厚が小さい凹形状の膜３００ｂが形成される傾向がある。そこで、例えば、図６に示すように、前半のサイクルにおける第２ガス供給工程では、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を多くしてウエハ中心部の膜厚が大きい凸形状となるように成膜を行い、後半のサイクルにおける第２ガス供給工程では、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を少なくしてウエハ中心部の膜厚が小さい凹形状となるように成膜を行うことで、凸形状の膜厚分布と凹形状の膜厚分布とが組み合わさって、結果的に面内均一性の高い膜３００ｃを形成することができる。
なお、前半のサイクルにおける第２ガス供給工程では凹形状の膜厚分布となるようにＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を少なくし、後半のサイクルにおける第２ガス供給工程では凸形状の膜厚分布となるようにＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を多くすることで、結果的に面内均一性の高い膜を形成してもよい。
【００６３】
（アフターパージ・大気圧復帰）
成膜ステップが終了したら、バルブ５１４を開き、ガス供給管３１０からＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留するガス又は副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気がＮ２ガスに置換され（Ｎ２ガス置換）、処理室２０１内の圧力は常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００６４】
（ボートアンロード・ウエハディスチャージ）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０５の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ（不図示）が移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング（不図示）を介してシャッタによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０５の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【００６５】
＜第二実施形態＞
図７は、第二実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態に係る基板処理装置と同様、予備室２０１ａに、原料ガスとしてＴＭＡを供給するノズル４１０と、Ｏ３ガスを供給するノズル４２０を備えている。各ノズル４１０，４２０には、ウエハ２００の中心に向けてガス供給孔４１０ａ，４２０ａがそれぞれ設けられ、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａはウエハ２００の中心へ向かって開口し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａは、ノズル４１０とウエハ２００の縁部との間に向かって開口している。
【００６６】
第１ガス供給工程では、ノズル４１０を経てガス供給孔４１０ａからＴＭＡガスを供給し、第２ガス供給工程では、ノズル４２０を経てガス供給孔４２０ａからＯ３ガスを供給するとともに、ノズル４１０を経てガス供給孔４１０ａからＮ２ガスを供給する。この場合、Ｏ３ガスはガス供給孔４２０ａからノズル４１０とウエハ２００の縁部との間に向かって供給されるが、ウエハ２００の中心に向けられたガス供給孔４１０ａから供給されるＮ２ガスによってＯ３ガスもウエハ２００の中心に向けられ、ウエハ２００中心部での反応が促進される、ガス供給孔４２０ａから供給されるＯ３ガスの供給量に対して、ガス供給孔４１０ａから供給されるＮ２ガスの供給量を調整することで、膜厚の面内均一性を高めることができる。
【００６７】
第一実施形態及び第二実施形態では、第１ガス供給工程における原料ガスと第２ガス供給工程におけるオゾンガスを、それぞれ独立したガス供給ラインからウエハ２００に対して供給し、第２ガス供給工程では、第１ガス供給工程において原料ガスを供給するガス供給ラインを介してウエハ２００に対して不活性ガスを供給する構成となっている。このように第１ガス供給工程において原料ガスを供給するガス供給ラインが、第２ガス供給工程において不活性ガスを供給するガス供給ラインを兼ねた構成とすることで装置コストを低く抑えることができる。
【００６８】
＜第三実施形態＞
原料ガスを供給するガス供給ラインとは別に、第３ガス供給部として不活性ガスを供給するガス供給ラインを設けてもよい。第２ガス供給工程では、第１ガス供給工程においてＴＭＡを供給するノズル４１０からのＮ２ガスの供給量を増やしてＯ３ガスの流速を高めてウエハ２００の中心部に到達し易くさせるのではなく、例えば、Ｏ３ガスを供給するノズルの両側に１本ずつＮ２ガスを供給するためのノズルを設けて、第２ガス供給工程においてＮ２ガスを供給してもよい。
図８は、第三実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、予備室２０１ａに、原料ガスとしてＴＭＡを供給するノズル４１０、Ｏ３ガスを供給するノズル４２０、さらにノズル４２０の両側にそれぞれＮ２ガスを供給するノズル４３０，４４０を備えている。すなわち、Ｎ２ガスを供給するノズル４３０，４４０は、平面視においてＯ３ガスを供給するノズル４２０と排気管２３１とを通る直線の両側に設けられる。各ノズル４１０，４２０，４３０，４４０には、それぞれウエハ２００の中心に向けて開口したガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ，４４０ａが設けられ、ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０を通じてそれぞれガスが供給されるように構成されている。なお、Ｎ２ガスを供給するガス供給孔４３０ａ，４４０ａの開口向きは、これらのガス供給孔４３０ａ，４４０ａから供給されるＮ２ガスによって、ガス供給孔４２０ａから供給されるＯ３ガスの両側の壁を作るように平行とすることが好ましい。
【００６９】
第１ガス供給工程では、ノズル４１０を通じてガス供給孔４１０ａからＴＭＡガスを供給し、第２ガス供給工程では、ノズル４２０を通じてガス供給孔４２０ａからＯ３ガスを供給するとともに、ノズル４３０，４４０を通じてガス供給孔４３０ａ，４４０ａからそれぞれＮ２ガスを供給する。これにより、ガス供給孔４２０ａから供給されるＯ３ガスの両側をＮ２ガスによってブロックする形となり、ウエハ２００上（ウエハ２００の中心部）へＯ３ガスがより到達しやすくなる。
【００７０】
＜第四実施形態＞
図９は、第四実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、予備室２０１ａに、原料ガスとしてＴＭＡを供給するノズル４１０（第１ガス供給部）、Ｏ３ガスを供給するノズル４２０（第２ガス供給部）、さらにＮ２ガスを供給するノズル４３０（第３ガス供給部）を備え、各ノズル４１０，４２０，４３０には、ウエハ２００の中心に向けてガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａがそれぞれ設けられている。このように、それぞれ専用のノズル４１０，４２０，４３０を備えた基板処理装置を用い、第１ガス供給工程では、ノズル４１０を通じてガス供給孔４１０ａからＴＭＡガスを供給し、第２ガス供給工程では、ノズル４２０を通じてガス供給孔４２０ａからＯ３ガスを供給するとともに、ノズル４３０を通じてガス供給孔４３０ａからＮ２ガスを供給する。そして、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を調整することにより、ウエハ上に形成される膜の厚さの分布を調整することで、面内均一性の高い膜を形成することができる。
【００７１】
なお、ノズル４１０に通じるガス供給管３１０には、図１に示す第一実施形態に係る基板処理装置と同様、Ｎ２ガスを供給するキャリアガス供給管の下流端を接続しておき、ＭＦＣ、及びバルブがそれぞれ設けられた構成としてもよい。そして、第２ガス供給工程では、ノズル４２０を通じてガス供給孔４２０ａからＯ３ガスを供給するとともに、２本のノズル４１０，４３０を通じてガス供給孔４１０ａ，４３０ａからＮ２ガスを供給するようにしてもよい。ノズル４１０、４３０は、平面視において、ノズル４２０と排気管２３１とを通る直線の両側に設けられる。これにより、ガス供給孔４２０ａから供給されるＯ３ガスの両側をＮ２ガスによってブロックする形となり、ウエハ２００上へＯ３ガスがより到達しやすくなる。そして、Ｏ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を調整してウエハ２００上に形成される膜の厚さの分布を調整することで、面内均一性の高い膜を形成することができる。
【００７２】
以上、本開示の実施形態について具体的に説明した。しかし、本開示は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００７３】
例えば、上述の実施形態では、原料ガスの一例であるＡｌ含有ガスとしてＴＭＡガスを用いる例について説明したが、これに限らず、原料ガスとしては、例えば、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）等を用いてもよい。
また、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスを用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、基板上にＡｌＯ膜を形成する例について説明したが、本開示で形成する膜種はＡｌＯ膜に限定されず、本開示は、原料ガスと、反応ガスであるＯ３ガスとを交互に供給して基板上に膜を形成する場合に適用することができる。そのような膜種として、例えば、ＺｒＯ、ＴｉＯ、ＨｆＯなどの金属酸化膜を挙げることができる。また、これらの膜を積層した膜や、複合した膜を形成する場合にも適用することができる。
【００７５】
また、上述の実施形態では、反応ガスとして、オゾンガスを用いる例について説明したが、これに限るものでは無い。例えば、酸素含有ガスとして、酸素（Ｏ２）ガス、水（Ｈ２Ｏ）ガス、等を用いることができる。また、反応ガスとして、酸素含有ガスを用いる例について説明したが、窒化処理を行う窒素含有ガスを用いても良い。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスがある。この様なガスを用いることで、基板上に、窒化物膜や、酸窒化膜を形成することが可能となる。この様な膜であっても、基板上に形成する膜厚分布を調整することができる。なお、本開示は、この様な処理にも適用することができるが、上述の様に酸素含有ガス、特にＯ３ガスを用いることで、膜厚分布の調整に顕著な効果を得ることができる。
【００７６】
成膜処理に用いられるレシピ（処理手順、処理条件等が記載されたプログラム）は、処理内容（形成する膜の種類、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて個別に用意し、電気通信回線又は外部記憶装置１２３を介して記憶装置２８０ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ２８０ａが、記憶装置２８０ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになり、それぞれの場合に適正な処理を行うことができるようになる。また、オペレータの負担（処理手順、処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
【００７７】
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線又は当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置２８２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
【００７８】
また、上述の実施形態、変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。また、このときの処理手順、処理条件は、上述の実施形態、変形例等の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
【００７９】
＜変形例＞
図１０は、第三実施形態の変形例であり、基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。ノズル４１０、４３０は、平面視において、ノズル４２０と排気管２３１とを通る直線の両側に設けられる。
第１ガス供給工程では、ノズル４１０及び／又はノズル４３０を経てガス供給孔４１０ａ及び／又はガス供給孔４３０ａからＴＭＡガスを供給する。
第２ガス供給工程では、ノズル４２０を経てガス供給孔４２０ａからＯ３ガスを供給するとともに、ノズル４１０及びノズル４３０を経てガス供給孔４１０ａ及びガス供給孔４３０ａからそれぞれＮ２ガスを供給する。この場合、ガス供給孔４１０ａ及びガス供給孔４３０ａの一方からのＮ２ガス流量を他方からのＮ２ガス流量よりも増加させる。すなわち、ガス供給孔４１０ａ及びガス供給孔４３０ａから供給されるＮ２ガスの流量を異ならせるようにする。例えば、ガス供給孔４１０ａから供給するＮ２ガスの流量を大きく、ガス供給孔４３０ａから供給するＮ２ガスの流量を小さくする。このようにガス供給孔４１０ａ及びガス供給孔４３０ａから異なる流量でＮ２ガスをそれぞれ供給することで、ガス供給孔４２０ａから供給されたＯ３ガスは、両側に供給されるＮ２ガスによってブロックされた状態でウエハ２００上に到達し易くなると共にウエハ２００の中心部よりも縁部側に供給され易くなる。これにより、ウエハ２００上に形成される膜の凸分布が緩和され、膜の面内均一性を高めることができる。膜の面内均一性を高める観点から、第２ガス供給工程における各ガス供給孔からの流量は、下記の範囲とすることが好ましい。
ガス供給孔４１０ａからのＮ２ガスの流量：１０〜３０ｓｌｍ
ガス供給孔４２０ａからのＯ３ガスの流量：９〜３０ｓｌｍ
ガス供給孔４３０ａからのＮ２ガスの流量：０．５〜３０ｓｌｍ
【実施例】
【００８０】
以下に実施例によって本開示をより具体的に説明するが、本開示はこれら実施例によって制限されるものではない。
オゾンガス及び窒素ガスの各供給量と膜厚分布との関係を調べるため、オゾンガスの流量に対して窒素ガスの流量を変化させて膜厚分布を測定した。【００８１】
〔実験条件〕
図１に示す構成を有する基板処理装置を用い、ＴＭＡとＯ３とを反応させ、膜厚測定用のＳｉ基板（３００ｍｍウエハ）に成膜処理を施し、酸化アルミニウム膜を形成した。【００８２】
（実験例１）
実験例１では、以下の条件でＴＭＡガス、Ｏ３ガス、Ｎ２ガスをそれぞれ処理室内に供給し、３００ｍｍウエハに酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ膜）を成膜した。
＜第１ガス供給工程＞
ＴＭＡガスの流量：２００ｓｃｃｍ
ＴＭＡガスの供給時間：１０秒
＜第２ガス供給工程＞
Ｏ３ガスの流量：２０ｓｌｍ
Ｎ２ガスの流量：６０ｓｌｍ
Ｏ３ガス及びＮ２ガスの供給時間：２０秒
上記第１ガス供給工程と第２ガス供給工程とを１サイクルとして、合計５０サイクル行ってウエハ表面にＡｌＯ膜を成膜した。
ウエハ表面に形成されたＡｌＯ膜の厚さ分布を測定したところ、図４に示すようにウエハの縁部から中心部に向けて膜厚が大きくなる膜厚分布が得られた。【００８３】
（実験例２）
実験例２では、以下の条件でＴＭＡガス、Ｏ３ガス、Ｎ２ガスをそれぞれ処理室内に供給し、３００ｍｍウエハに酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ膜）を成膜した。
＜第１ガス供給工程＞
ＴＭＡガスの流量：２００ｓｃｃｍ
ＴＭＡガスの供給時間：１０秒
＜第２ガス供給工程＞
Ｏ３ガスの流量：２０ｓｌｍ
Ｎ２ガスの流量：５ｓｌｍ
Ｏ３ガス及びＮ２ガスの供給時間：２０秒
上記第１ガス供給工程と第２ガス供給工程とを１サイクルとして、合計５０サイクル行ってウエハ表面にＡｌＯ膜を成膜した。
ウエハ表面に形成されたＡｌＯ膜の厚さ分布を測定したところ、図５に示すようにウエハの縁部から中心部に向けて膜厚が小さくなる膜厚分布が得られた。【００８４】
（実験例３）
実験例３では、第２ガス供給工程におけるＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスのガス供給量を以下のように変化させて成膜を行った。
−第１サイクル〜第２５サイクル−
＜第１ガス供給工程＞
ＴＭＡガスの流量：２００ｓｃｃｍ
ＴＭＡガスの供給時間：１０秒
＜第２ガス供給工程＞
Ｏ３ガスの流量：２０ｓｌｍ
Ｎ２ガスの流量：６０ｓｌｍ
Ｏ３ガス及びＮ２ガスの供給時間：２０秒【００８５】
−第２６サイクル〜第５０サイクル−
＜第１ガス供給工程＞
ＴＭＡガスの流量：２００ｓｃｃｍ
ＴＭＡガスの供給時間：１０秒
＜第２ガス供給工程＞
Ｏ３ガスの流量：２０ｓｌｍ
Ｎ２ガスの流量：５ｓｌｍ
Ｏ３ガス及びＮ２ガスの供給時間：２０秒
ウエハ表面に形成されたＡｌＯ膜の厚さ分布を測定したところ、図６に示すように膜厚の面内均一性が高い膜厚分布が得られた。
１バッチ内で、前半のサイクルでは第２ガス供給工程におけるＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を相対的に多くし、後半のサイクルでは第２ガス供給工程におけるＯ３ガスの供給量に対するＮ２ガスの供給量を相対的に少なくすることにより、前半のサイクルにおける凸形状の膜厚分布と、後半のサイクルにおける凹形状の膜厚が組み合わさったフラットな膜厚形状を得ることができる。【００８６】
以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されない。上述の実施形態、変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。【００８７】
２０１８年９月２６日に出願された日本国特許出願２０１８−１８０８０２の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１０    基板処理装置
２００  ウエハ（基板の一例）
２０１  処理室
２８０  コントローラ（制御部）
４１０、４２０、４３０、４４０  ノズル
４１０ａ、４２０ａ、４３０ａ、４４０ａ  ガス供給孔（ガス供給部の一例）
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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2020066800.tif 000014
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