(57)【要約】  ガスの供給を均一化することにより、膜質および基板面内の膜厚均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。複数の基板を積載して収容する処理室と、処理室の基板の積載方向に延在し、かつ処理室の内壁に沿うように設けられ、処理室の内壁の水平方向に沿って複数のガス供給孔を備えるノズルと、を有する技術が提供される。
2020189205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積載して収容する処理室と、
前記処理室の前記複数の基板の積載方向に延在し、かつ前記処理室の内壁に沿うように設けられ、前記処理室の周方向に沿って水平方向に複数のガス供給孔を備えるノズルと、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記ノズルは、前記複数の基板のそれぞれに対応する高さの位置に前記ガス供給孔を備える請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給孔は、前記複数の基板のそれぞれに対応する高さ方向に同一のピッチで設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記複数のガス供給孔は、前記基板の中心に向くように設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記ノズルは、上面視で円弧形状である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給孔は、前記基板に対向する位置に、前記ノズルの下部から上部にわたって複数列設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ノズルに、前記複数のガス供給孔は、下部側に前記ガス供給孔を配置せずに上部側に前記ガス供給孔を配置した列と、下部側に前記ガス供給孔を配置し上部側に前記ガス供給孔を配置しない列を設ける請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記ノズルの内部に、前記ガス供給孔の前記列毎に前記積載方向にガスガイドが設けられている請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記ノズルの外部に、前記ガス供給孔が設けられている箇所に前記積載方向にガスガイドが設けられている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給孔は、スリット形状である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ノズルから、前記基板に対して金属含有ガスを供給する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
処理室内に複数の基板を積載して収容する工程と、
前記処理室の前記複数の基板の積載方向に延在し、かつ前記処理室の内壁に沿うように設けられ、前記処理室の周方向に沿って水平方向に複数のガス供給口を備えるノズルより、前記処理室内の前記基板に対してガスを供給して処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
処理室の複数の基板の積載方向に延在し、かつ前記処理室の内壁に沿うように設けられ、前記処理室の周方向に沿って水平方向に複数のガス供給口を備えるように構成されるノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内に収容された基板上に膜を形成する成膜処理が行われることがある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成膜処理を行う際、用いられるガスがノズル内で熱分解して、ノズル内壁に堆積物が付着する場合がある。この堆積物が成膜処理中に剥がれるとパーティクルとなって（すなわち発塵して）処理室内に収容された基板上へ供給され、膜中に不純物として取り込まれてしまうことがある。また、ノズルを使用してガスを供給するような縦型装置では、複数の基板が積載された処理室へノズルからガスを供給するため、基板面間の均一性が悪化することがある。  
本開示の目的は、ガスの供給を均一化することにより、基板面間の膜厚均一性を向上させつつ、成膜処理中に、ガスの熱分解によりノズル内壁に堆積物が付着することを抑制することによって、膜中への不純物の取り込みを抑制し、膜質および基板面内の膜厚均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によれば、
複数の基板を積載して収容する処理室と、前記処理室の前記基板の積載方向に延在し、かつ前記処理室の内壁に沿うように設けられ、前記処理室の内壁の周方向に沿って水平方向に複数のガス供給孔を備えるノズルと、を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、処理室内に積載された複数の基板において、各基板の面間の膜厚バランスを調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の実施形態におけ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】本開示の実施形態におけるノズルのガス供給孔の構成を概念的に示す図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線概略横断面図である。
【図４】本開示の実施形態におけ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５】本開示の実施形態における成膜シーケンスを示す図である。
【図６】本開示の実施形態におけるノズル４１０のガス供給孔４１０ａの変形例の配置パターンを示す図である。
【図７】本開示の実施形態におけるノズル４１０のガス供給孔４１０ａの変形例の配置パターンを示す図である。
【図８】本開示の実施形態におけるノズル４１０のガス供給孔４１０ａの変形例の配置パターンを示す図である。
【図９】本開示の実施形態におけるノズル４１０のガス供給孔４１０ａの変形例の形状および配置パターンを示す図である。
【図１０】本開示の実施形態におけるノズル４１０のガス供給孔４１０ａの変形例の形状および配置パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施形態＞
以下、本開示の実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。基板処理装置１０は半導体装置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。
【０００９】
（１）基板処理装置の構成
基板処理装置１０は、加熱手段（加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１０】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成するアウタチューブ２０３が配設されている。アウタチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料により構成され、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。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）などの金属により構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部と、アウタチューブ２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。
【００１１】
アウタチューブ２０３の内側には、反応容器を構成するインナチューブ２０４が配設されている。インナチューブ２０４は、例えば石英、ＳｉＣなどの耐熱性材料により構成され、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。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。
【００１２】
処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。処理室２０１内には、ノズル（処理ガスノズル）４１０，４２０がマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３２０が、それぞれ接続されている。このように、基板処理装置１０には２本のノズル４１０，４２０と、２本のガス供給管３１０，３２０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。
【００１３】
ガス供給管３１０，３２０には上流側から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０のバルブ３１４，３２４の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０には、上流側から順に、ＭＦＣ５１２，５２２及びバルブ５１４，５２４がそれぞれ設けられている。
【００１４】
ガス供給管３１０，３２０の先端部にはノズル４１０，４２０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４１０，４２０は、Ｌ字型の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の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０の垂直部は、インナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状（溝形状）の予備室２０１ａの内部に設けられており、予備室２０１ａ内にてインナチューブ２０４の内壁に沿って上方（ウエハ２００の配列方向上方）に向かって設けられている。
【００１５】
ノズル４１０，４２０は、処理室２０１の下部領域から処理室２０１の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ２００と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０のガス供給孔（供給口）４１０ａ，４２０ａからそれぞれウエハ２００に処理ガスを供給する。このガス供給孔４２０ａは、インナチューブ２０４の下部から上部にわたって１列に複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４２０ａは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ２０４の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。ノズル４１０のガス供給孔４１０ａの構成については、図２を用いて、以下に、詳細に説明する。
【００１６】
ノズル４１０はウエハ２００の外周やインナチューブ２０４の内壁に沿うような形状（円弧形状、上面視でＣ字形状、Ｃ型ノズルとも呼ぶ）であり、ガス供給孔４１０ａは、インナチューブの内壁の周方向に沿って水平方向に複数設けられる。具体的には、ガス供給孔４１０ａは、ウエハ２００と対向する位置に、ノズル４１０の下部（上流側）からノズル４１０の上部（下流側）にわたって複数列（例えば３列）設けられる。すなわち、ノズル４１０は、ウエハ２００の積載領域に対応する高さ方向およびウエハ２００の水平方向に開口する複数の供給口を備えるガス供給孔４１０ａを有する。ガス供給孔４１０ａは、ノズル４１０に、ウエハ２００の領域に対応する高さ（垂直）方向に同一のピッチで設けられ、ウエハ２００の水平方向に、高さ方向のピッチよりも広い同一のピッチで設けられる。ガス供給孔４１０ａはウエハ２００の中心（処理室２０１の中心）に向くように設けられている。通常の真円や楕円ノズルであるノズル４２０とは異なり、ノズル４１０の水平方向の複数のガス供給孔４１０ａからウエハ２００までの距離を均一にすることができ、中央への指向性が向上するため、ウエハ２００中心までより多くの処理ガスを供給することができる。なお、ノズル４１０のウエハ２００側の曲率は、ウエハ２００やインナチューブ２０４の曲率に合わせて構成しても良い。この様に構成することにより、ウエハ２００の外周側での乱流の発生を抑制し、ウエハ２００に形成される膜厚の均一性を向上させることができる。
【００１７】
ノズル４１０の下部（上流側）とは、処理室２０１内にウエハ２００の積載方向に沿って立設されたノズル４１０の下部側、ノズル４１０への処理ガスの供給元とされる側、または、ノズル４１０内における処理ガスの流れの上流側を意味する。ノズル４１０の上部（下流側）とは、処理室２０１内にウエハ２００の積載方向に沿って立設されたノズル４１０の上部側、または、ノズル４１０内における処理ガスの流れの下流側を意味する。
【００１８】
ノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａから処理室２０１内に供給された処理ガスは、ボート２１７の下部から上部までに収容されたウエハ２００、すなわちボート２１７に収容されたウエハ２００の全域に供給される。ノズル４１０，４２０は、処理室２０１の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート２１７の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
【００１９】
ガス供給管３１０からは、処理ガス（原料ガス）が、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内へ供給される。原料ガスとしては、例えば、金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）を含む金属含有ガスであるアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）としてのトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）が用いられる。ＴＭＡは有機系原料であり、アルミニウムにリガンドとしてアルキル基が結合したアルキルアルミニウムである。ノズル４１０から原料ガスを流す場合、ノズル４１０を原料ガスノズルと称してもよい。
【００２０】
原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で気体状態である気体原料や、常温常圧下で液体状態である液体原料を気化することで得られるガス等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である原料」を意味する場合、「気体状態である原料（原料ガス）」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。
【００２１】
ガス供給管３２０からは、処理ガス（反応ガス）として、例えば、酸素（Ｏ）を含み、Ａｌと反応する反応ガス（リアクタント）としての酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）が、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ含有ガスとしては、例えば、オゾン（Ｏ３）ガスを用いることができる。
【００２２】
ガス供給管５１０，５２０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内に供給される。なお、以下、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Ｎ２ガス以外に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いてもよい。
【００２３】
ガス供給管３１０から所定温度で自己分解する原料ガスを供給する場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により、原料ガス供給系が構成される。ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。ガス供給管３１０から金属含有ガスを供給する場合、原料ガス供給系を金属含有ガス供給系と称することもできる。金属含有ガスとしてアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）を用いる場合、金属含有ガス供給系をアルミニウム含有原料（Ａｌ含有原料ガス、Ａｌ含有ガス）供給系と称することもできる。アルミニウム含有原料としてＴＭＡを用いる場合、アルミニウム含有原料供給系をＴＭＡ供給系と称することもできる。
【００２４】
ガス供給管３２０から反応ガス（リアクタント）を供給する場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により、反応ガス供給系（リアクタント供給系）が構成される。ノズル４２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。反応ガスとして酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）を供給する場合、反応ガス供給系を、酸素含有ガス（酸化ガス、酸化剤）供給系と称することもできる。酸素含有ガスとしてＯ３を用いる場合、酸素含有ガス供給系をＯ３供給系と称することもできる。ノズル４２０から反応ガスを流す場合、ノズル４２０を反応ガスノズルと称してもよい。
【００２５】
主に、ガス供給管３１０，３２０、ＭＦＣ３１２，３２２、バルブ３１４，３２４、ノズル４１０，４２０により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系を、単に、ガス供給系と称することもできる。ガス供給管３１０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。また、原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。原料ガスとして金属含有原料ガスを用いる場合、原料ガス供給系を金属含有原料ガス供給系と称することもできる。ガス供給管３２０から反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により反応ガス供給系が構成されるが、ノズル４２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３２０から反応ガスとして窒素含有ガスを供給する場合、反応ガス供給系を窒素含有ガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管５１０，５２０、ＭＦＣ５１２，５２２，バルブ５１４，５２４により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。
【００２６】
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向、すなわち水平方向に向かって原料ガス等を噴出させている。
【００２７】
排気孔（排気口）２０４ａは、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度反対側の位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。そのため、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、ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、残留するガス（残ガス）は、排気孔２０４ａ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からなる排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。
【００２８】
排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置（好ましくはボート２１７の上部から下部と対向する位置）に設けられており、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。すなわち、処理室２０１に残留するガスは、排気孔２０４ａを介してウエハ２００の主面に対して平行に排気される。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。
【００２９】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、上流側から順に、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５，ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３，真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができる。主に、排気孔２０４ａ，排気路２０６，排気管２３１，ＡＰＣバルブ２４３及び圧力センサ２４５により、排気系すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
【００３０】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。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に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７及びボート２１７に収容されたウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
【００３１】
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
【００３２】
図３に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電量を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０および４２０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。
【００３３】
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２１ａ，ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａ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１２１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１２２が接続されている。
【００３４】
記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができ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。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、または、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムや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。
【００３５】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，５１２，５２２，バルブ３１４，３２４，５１４，５２４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、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。
【００３６】
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピ等を読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２，５１２，５２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，５１４，５２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３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２４６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、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作等を制御するように構成されている。
【００３７】
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３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ている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
【００３８】
（２）成膜処理
上述の基板処理装置１０を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図５を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００３９】
本実施形態では、基板としての複数のウエハ２００が積載された状態で収容された処理室２０１を所定温度で加熱しつつ、処理室２０１に、ノズル４１０に開口する複数のガ供給孔４１０ａから原料ガスとしてＴＭＡガスを供給する工程と、ノズル４２０に開口する複数のガス供給孔４２０ａから反応ガスとしてＯ３ガスを供給する工程と、を所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、ＡｌおよびＯを含む膜としてアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成する。
【００４０】
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合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や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」を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。
【００４１】
また、本明細書において「ウエハ」は「基板」の一例である。以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、詳細に説明する。
【００４２】
（ウエハチャージ・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、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００が収容されたボート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２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００４３】
（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２４６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２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６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。
【００４４】
（成膜ステップ）
その後、原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップをこの順で所定回数行う。
【００４５】
〔原料ガス供給ステップ〕
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０へ処理ガスとして原料ガスであるＴＭＡガスを流す。ＴＭＡガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０に開口するガス供給孔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。ガス供給孔４１０ａから供給されたＴＭＡガスは、排気管２３１から排気される。このとき同時に、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にキャリアガスとしてＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＴＭＡガスと一緒にノズル４１０の供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００４６】
また、ノズル４２０へのＴＭＡガスの侵入を防止（逆流を防止）するため、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管５２０、ノズル４２０を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
【００４７】
このとき、ＡＰＣバルブ２４３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。なお、本明細書では、数値の範囲として、例えば１〜１０００Ｐａと記載した場合は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下を意味する。すなわち、数値の範囲内には１Ｐａおよび１０００Ｐａが含まれる。圧力のみならず、流量、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値について同様である。
【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。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。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】
ＭＦＣ５１２で制御するＮ２ガスの供給流量は、例えば、１〜３０ｓｌｍ、好ましくは１〜２０ｓｌｍ、より好ましくは１〜１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。
【００５０】
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。
【００５１】
ヒータ２０７は、ウエハ２００の温度が、例えば、４００〜６００℃、好ましくは４００〜５５０℃、より好ましくは４５０〜５５０℃の範囲内となるように加熱する。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、不純物が膜内に取り込まれて抵抗率が高くなることが抑制される。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、温度が４００℃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。
【００５２】
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の最表面に、Ａｌ含有層が形成される。Ａｌ含有層は、Ａｌ層の他、Ｃおよび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やＴＭＡの一部が分解した物質の吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ａｌの堆積層（Ａｌ層）であってもよい。
【００５３】
〔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２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６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含有層形成に寄与した後のＴＭＡガスを処理室２０１内から排除する。バルブ５１４，５２４は開いた状態でＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応又はＡｌ含有層形成に寄与した後のＴＭＡガスを処理室２０１内か排除する効果を高めることができる。なお、バルブ５１４，５２４からのＮ２ガスは残留ガス除去ステップの間、常に流し続けてもよいし、断続的（パルス的）に供給してもよい。
【００５４】
〔反応ガス供給ステップ〕
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内処理ガスとして反応ガスであるＯ３ガスを流す。Ｏ３ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔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。このとき、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＭＦＣ５２２により流量調整され、Ｏ３ガスと共に処理室２０１内に供給されて、排気２３１から排気される。このとき、ノズル４１０内へのＯ３ガスの侵入を防止（逆流を防止）するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管５１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００５５】
このとき、ＡＰＣバルブ２４３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１０〜４０Ｐａ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、１〜６０秒、好ましくは１〜３０秒、より好ましくは５〜２５秒の範囲内とする。その他の処理条件は、上述の原料ガス供給ステップと同様の処理条件とする。
【００５６】
このとき処理室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。
【００５７】
〔残留ガス除去ステップ〕
ＡｌＯ層が形成された後、バルブ３２４を閉じて、Ｏ３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ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
【００５８】
〔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、反応ガス供給ステップ、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好ましい。ＡｌＯ膜の厚さ（膜厚）は、例えば、１０〜１５０ｎｍ、好ましくは４０〜１００ｎｍ、より好ましくは６０〜８０ｎｍとする。１５０ｎｍ以下とすることで表面粗を小さくすることができ、１０ｎｍ以上とすることで下地膜との応力差に起因する膜剥がれの発生を抑制することができる。
【００５９】
（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５１４，５２４を開き、ガス供給管３１０，３２０のそれぞれから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内に残留するガスや副生成物が処理室２０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）。
【００６０】
（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の下端からアウタチューブ２０３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２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールさる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、アウタチューブ２０３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）。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａの形状や、配置パターンは、上述の実施形態に限定されるものでは無い。例えば、図６（ａ）に示すように、配置パターンについては、全ての列で、ノズル４１０の下部から上部にかけて配置する必要は無く、下部側に孔を配置せず上部側に配置させた列と、下部側に孔を配置し上部側に配置しない列を設けても良い。また、図６（ｂ）に示すように、ノズル４１０の外部に、ガス供給孔４１０ａが配置される箇所に、ウエハ２００の積載方向（垂直方向）にノズルの体積を絞るためにガスガイド（仕切り）４１０ｂを設けても良い。また、図６（ｄ）に示すように、ノズル４１０の内部に、ガス供給孔４１０ａの列毎にガスが均一に供給される様にウエハ２００の積載方向にガスガイド４１０ｂを設けても良い。
また、図７（ａ）に示すように、ガス供給孔４１０ａの列数は３列である必要はなく、３列超の多数列を配置しても良い。また、図７（ｂ）に示すように、ノズル４１０の内部に、ガス供給孔４１０ａの複数列毎にガスが均一に供給される様にウエハ２００の積載方向にガスガイド４１０ｂを設けても良い。図７（ｃ）に示すように、下部側の孔の数を上部側よりも少なく配置しても良い。
また、図８（ａ）に示すように、上中下で吹き出しバランスを調整するため、下部側に孔を配置せず中央部および上部側に配置させる列と、下部側および中央部に孔を配置せず上部側に配置させる列と、を配置しても良い。また、図８（ｂ）に示すように、ガスガド４１０ｂによりノズル４１０をＵターン型に形成し、真ん中の列には孔を配置せず、両側の列に孔を配置しても良い。また、図８（ｃ）に示すように、下部側（下流側）に位置するノズルの先端を開放しても良い。
また、図９（ａ）に示すように、孔形状は、スリット形状に構成しても良い。また、図９（ｂ）に示すように、スリット形状も、ノズル４１０の上部から下部にかけて連続して設ける以外に、上部側だけにスリットを配置した列や、下部側だけにスリットを配置した列を設ける様に構成しても良い。また、図９（ｃ）に示すように、複数のスリットを上下方向に並べる様に構成しても良い。また、図９（ｄ）に示すように、上中下で吹き出しバランスを調整するため、下部側にスリットを配置せず中央部および上部側に配置させる列と、下部側および中央部にスリットを配置せず上部側に配置させる列と、を配置しても良い。また、図１０（ａ）に示すように、ノズル４１０の内部に、ガス供給孔４１０ａの列毎にガスが均一に供給される様にガスガイド４１０ｂを設けても良い。また、図１０（ｂ）に示すように、ガスガイド４１０ｂによりノズル４１０をＵターン型に形成し、真ん中の列にはスリットを配置せず、両側の列にスリットを配置しても良い。これらの形状を組み合わせることにより、基板支持具に載置されたウエハ２００それぞれに供給されるガス量を調整することが可能となる。これにより、ウエハ２００毎の処理均一性を向上させることが可能となる。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、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、例えば、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）等を用いてもよい。Ｏ含有ガスとしては、Ｏ３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、酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、Ｏ２プラズマと水素（Ｈ２）プラズマの組合せ等も適用可能である。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。
【００６４】
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。しかし、本開示はこの態様に限定されない。例えば、処理温度でノズル内にて自己分解してノズル内壁に堆積物として付着し、かつ堆積物が成膜サイクル内で剥がれてしまうような密着性を有する膜種に対して、有効である。また、原料ガスを供給する際に、同時に不活性ガス等で希釈する原料ガスを用いて膜を形成する膜種に対しても用いられ、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、Ｌａ（ランタン）、ストロンチウム（Ｓｒ）、シリコン（Ｓｉ）を含む膜であって、これらの元素の少なくとも１つを含む窒化膜、炭窒化膜、酸化膜、酸炭化膜、酸窒化膜、酸炭窒化膜、硼窒化膜、硼炭窒化膜、金属元素単体膜等にも適用可能である。
【００６５】
成膜処理に用いられるレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、処理内容（形成、或いは、除去する膜の種類、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、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ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、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ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（処理手順や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。
【００６６】
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、電気通信回線や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１２２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。
【００６７】
また、実施形態では、Ｃ型ノズルに原料ガスを供給し、通常のノズルに反応ガスを供給する例を示したが、Ｃ型ノズルに反応ガスを供給し、通常のノズルに原料ガスを供給するようにしてもよい。また、実施形態では、原料ガスを供給するＣ型ノズルと、反応ガスを供給する通常のノズルと、を設ける例を示したが、原料ガスを供給するＣ型ノズルと反応ガスを供給するＣ型ノズルとを設けてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０：基板処理装置
１２１：コントローラ
２００：ウエハ（基板）
２０１：処理室
２０４ａ：排気孔
２０７：ヒータ
２３１：排気管
３１０：ガス供給管
４１０：ノズル（処理ガスノズル）
４１０ａ：ガス供給孔（供給口）
【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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2020189205.tif 000014
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