JP2009130108A

JP2009130108A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2009130108A
Application number: JP2007303080A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Tanabe; 光朗田辺
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】処理ガスの種類の切替え時間を短縮する。
【解決手段】基板処理装置１００は、基板２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内に設けられる基板２００と対向して設けられ多数のガス供給孔２４０から処理ガスを供給するためのガス供給部２３６ａ，２３６ｂと、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ内に処理ガスを導入するガス導入口２３４，２３５と、処理室２０１に連通する排気口２３０と、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂに連通する排気口３０５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に基板と対向配置されたガス供給部から基板に処理ガスを供給して基板を処理する基板処理装置と、その基板処理により半導体装置を製造する半導体装置の製造方法とに関する。

この種の基板処理装置においては、主に、ガス供給部に基板の表面に沿う複数のガス供給孔が設けられているとともに処理室に排気口が設けられており、それらガス供給孔から処理ガスを基板に向けて供給しながら排気口からその処理ガスを排気し、基板の表面全体にわたって均一に処理している（特許文献１参照）。この場合、単一の処理ガスを供給し続けるのみならず、異なる種類の処理ガスを交互に切り替えながら供給するときもある。
特開２００５−１４２３５５号公報

処理ガスの種類を切り替えるときは、切替前の処理ガスを一旦不活性ガス等でパージし、その後にそれとは異なる他の処理ガスを使用することになるが、ガス供給部に設けられたガス供給孔の孔径や個数、深さ等に起因して、処理室内やガス供給部内に残留するガスを効率的にパージすることが難しく、処理ガスの種類を切り替えるのに時間がかかるという不都合がある。

従って、本発明の主な目的は、処理ガスの種類の切替え時間を短縮することができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記処理室内に搬入する工程と、
前記ガス導入口から前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入することで前記処理室内の前記基板に対し前記ガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記処理ガスを前記第１の排気口から排気し、前記基板を処理する工程と、
前記基板を処理する工程の後に、前記第１の排気口及び前記第２の排気口から前記処理ガスを排気する工程と、
処理後の前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の一の態様によれば、第１の排気口に加えて第２の排気口を備えるから、処理室から処理ガスを排気するのみならず、ガス供給部からも処理ガスを排気することができる。そのため、処理ガスの種類を切り替える際に、処理室内やガス供給部内に残留する処理ガスを効率的にパージすることができ、ひいては処理ガスの種類の切替え時間を短縮することができる。

本発明の他の態様によれば、第１の排気口に加えて第２の排気口からも処理ガスを排気するから、処理室内の処理ガスに加えてガス供給部内の処理ガスも排気することができる。そのため、処理ガスの種類を切り替える際に、処理室内やガス供給部内に残留する処理ガスを効率的にパージすることができ、ひいては処理ガスの種類の切替え時間を短縮することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を説明する。

図１に示すように、本実施例に係る基板処理装置１００は基板２００を処理する処理室２０１を有している。処理室２０１は少なくとも処理容器２０２により形成されている。処理室２０１内には、基板２００を支持する支持台２０６が設けられている。支持台２０６の上部には基板２００を支持する支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。支持台２０６の内部には加熱機構としてのヒータ２０７が設けられ、ヒータ２０７によってサセプタ２１７上に載置される基板２００を加熱するようになっている。ヒータ２０７は基板２００の温度が所定の温度となるように温度制御部としての温度コントローラ２５３により制御される。サセプタ２１７上に載置される基板２００は、例えば半導体シリコンウエハ、ガラス基板等である。

処理室２０１の外部には、回転機構２６７が設けられ、回転機構２６７によって処理室２０１内の支持台２０６を回転させて、サセプタ２１７上の基板２００を回転させることができるようになっている。また、処理室２０１の外部には昇降機構２６６が設けられ、支持台２０６は昇降機構２６６によって、処理室２０１内において昇降可能となっている。

処理室２０１の上部には複数のガス噴出口としての孔２４０を有するシャワーヘッド２３６がサセプタ２１７と対向するように設けられている。シャワーヘッド２３６は、２つの室、すなわちガス供給部２３６ａとガス供給部２３６ｂとに分割され、分割されたそれぞれのガス供給部２３６ａ、２３６ｂから、後述する互いに種類の異なる処理ガスを、それぞれ別々に基板２００に対してシャワー状に噴出できるようになっている。ガス供給部２３６ａとガス供給部２３６ｂとには、基板２００に対して処理ガスをそれぞれ導入するガス導入口２３４，２３５が形成されている。なお、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂから供給される処理ガスはシャワーヘッド２３６内で互いに混ざることはない。

シャワーヘッド２３６には排気管３００が接続されている。排気管３００の排気口３０５はガス供給部２３６ａ，２３６ｂに連通しており、排気管３００には開閉自在なバルブ３１０が設けられている。バルブ３１０を開けることでガス供給部２３６ａ，２３６ｂ内のガスが排気口３０５から排気される。

処理室２０１の外部には、液体原料を供給する液体原料供給源２５０ａが設けられ、液体原料供給源２５０ａには液体原料供給管２３２が接続されている。液体原料供給管２３２は、液体原料の供給流量を制御する流量制御装置としての液体流量コントローラ２４１ａを介して、液体原料を気化する気化器２５５に接続されている。また、処理室２０１の外部には、非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２５０ｅが設けられ、不活性ガス供給源２５０ｅには不活性ガス供給管５００が接続されている。不活性ガス供給管５００は、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置としてのガス流量コントローラ５１０を介して気化器２５５に接続されている。気化器２５５にはガス供給管２３２ａが接続されており、ガス供給管２３２ａはバルブ２４３ａを介してシャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ａのガス導入口２３４に接続されている。液体原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、すなわち有機金属液体原料を用いる。

また、不活性ガス供給源２５０ｅにはさらに不活性ガス供給管２３２ｇが接続されている。不活性ガス供給管２３２ｇは、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置としてのガス流量コントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介してガス供給管２３２ａに接続されている。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２などを用いる。

ガス供給管２３２ａは、シャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ａに、気化器２５５にて気化した原料、すなわち処理ガスとしての原料ガスと、不活性ガス供給管５００，２３２ｇからの不活性ガスとを供給するようになっている。また、ガス供給管２３２ａ、不活性ガス供給管２３２ｇにそれぞれ設けられたバルブ２４３ａ、２４３ｅを開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御することが可能となっている。

また、処理室２０１の外部には、処理ガスを処理室２０１に供給するためのガス供給源２５０ｂが設けられている。ガス供給源２５０ｂにはガス供給管２３２ｂが接続されている。ガス供給管２３２ｂには、処理ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ２４１ｂとバルブ２４３ｂとがそれぞれ設けられている。バルブ２４３ｂを開閉することにより、処理ガスの供給を制御することが可能となっている。処理ガスとしては、例えば、酸素原子（Ｏ）を含むガス、水素原子（Ｈ）を含むガス、窒素原子（Ｎ）を含むガスなどを用いる。

ガス供給管２３２ｂはガス供給管２３２ｆに接続されている。ガス供給管２３２ｆはバルブ２４３ｆを介してシャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ｂのガス導入口２３５に接続され、ガス供給部２３６ｂに処理ガスを供給するようになっている。また、ガス供給管２３２ｆに設けられたバルブ２４３ｆを開閉することにより、処理ガスの供給を制御することが可能となっている。また、不活性ガス供給源２５０ｅには、さらに不活性ガス供給管６００が接続されている。不活性ガス供給管６００は不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置としてのガス流量コントローラ６１０、バルブ６２０を介してガス供給管２３２ｆのバルブ２４３ｆとシャワーヘッド２３６との間に接続されている。

処理容器２０２の下部側壁には排気口２３０が設けられ、排気口２３０には除害装置（図示せず）に連通する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、開閉自在なバルブ４００と、処理室２０１内の圧力を制御する圧力制御部としての圧力コントローラ２５４と、原料を回収するための原料回収トラップ２５１と、排気装置としての真空ポンプ２４６とが設けられている。少なくとも排気口２３０及び排気管２３１で排気系が構成されている。なお、バルブ３１０には、原料回収トラップ２５１に連通するように排気管７００が接続されている。

処理室２０１内の支持台２０６上には、シャワーヘッド２３６から供給されたガスの流れを調整する整流板としてのプレート２０５が設けられている。プレート２０５は円環（リング）形状を呈しており、基板２００の周囲に設けられている。シャワーヘッド２３６から基板２００に供給されたガスは基板２００の径方向外方に向かって流れ、プレート２０５上を通り、プレート２０５と処理容器２０２の側壁（内壁）との間を通り、排気口２３０より排気される。

なお、基板２００の外周部等、基板２００に膜を形成したくない箇所がある場合は、プレート２０５の内径を基板２００の外形より小さくして、基板２００の外周部を覆うようにしてもよい。この場合、基板２００の搬送を可能とするために、プレート２０５を処理室２０１内の基板処理位置に固定したり、プレート２０５を昇降させる機構を設けるようにしてもよい。

ガス供給管２３２ａの気化器２５５とバルブ２４３ａとの間、及びガス供給管２３２ｆのバルブ２４３ｂとバルブ２４３ｆとの間には、排気管２３１に設けられた原料回収トラップ２５１に接続されるバイパス管２５２ａ及びバイパス管２５２ｂがそれぞれ設けられている。バイパス管２５２ａ、２５２ｂには、それぞれバルブ２４３ｇ、２４３ｈが設けられている。

処理容器２０２の排気口２３０と反対側の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４によって開閉される基板搬入搬出口２４７が設けられ、基板２００を処理室２０１内に搬入・搬出し得るように構成されている。

図２に示す通り、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｅ〜２４３ｈ，６２０、流量コントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｅ，５１０，６１０、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４、気化器２５５、回転機構２６７、昇降機構２６６、バルブ３１０，４００等の基板処理装置１００を構成する各部は主制御部としてのメインコントローラ２５６と接続されており、これら各部の動作の制御はメインコントローラ２５６により行われる。

次に、上述した図１のような構成の処理炉を用いた半導体装置（半導体デバイス）の製造方法について説明し、特に半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として基板上に薄膜を堆積する方法について詳細に説明する。

下記では、常温で液体である有機金属液体原料を用いて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、特にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により基板上に金属膜や金属窒化膜等の薄膜を形成する場合について説明する。なお、ＡＬＤ法とは、ＣＶＤ法の１つであり、ある成膜条件（温度、時間等）の下で成膜に用いる２種類（又はそれ以上）の処理ガスを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（化学吸着）を利用して成膜を行う手法のことである。また、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メインコントローラ２５６により制御される。

本実施例１では、液体原料供給源２５０ａの液体原料として２，４ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム（Ｒｕ（ＤＥＲ））やビスエチルシクロペンタジエニルルテニウム（Ｒｕ（ＥｔＣｐ）_２）等のＲｕ系液体原料（好ましくはＲｕ系有機液体原料）を用い、かつ、ガス供給源２５０ｂから供給する処理ガスとしてＯ_２ガスやＨ_２ガスを用いて、基板２００に対しＲｕ膜を形成する例について説明する。

支持台２０６が基板搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、基板搬入搬出口２４７が開放されると、図示しない基板移載機により基板２００が処理室２０１内に搬入される（基板搬入工程）。基板２００が処理室２０１内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ２４４が閉じられる。支持台２０６が基板搬送位置からそれよりも上方の基板処理位置まで上昇する。その間に基板２００は突き上げピン上からサセプタ２１７上に載置される（基板載置工程）。

支持台２０６が基板処理位置に到達すると、基板２００は回転機構２６７により回転される。また、ヒータ２０７に電力が供給され基板２００は所定の処理温度となるように均一に加熱される（基板昇温工程）。同時に、バルブ４００が開くととともに真空ポンプ２４６が作動し、処理室２０１内は真空ポンプ２４６により真空排気され、所定の処理圧力となるように制御される（圧力調整工程）。

なお、基板搬送時や基板昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管２３２ｇに設けられたバルブ２４３ｅは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源２５０ｅより処理室２０１内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物の基板２００への付着を防ぐことができる。

基板２００の温度、処理室２０１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室２０１内に処理ガスが供給される。すなわち、原料供給源２５０ａから供給されたＲｕ系液体原料が、液体流量コントローラ２４１ａで流量制御され、気化器２５５へ供給されて気化される。バルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、気化された原料、すなわちＲｕ系液体原料の気化ガスが処理ガスとしてガス供給管２３２ａを通り、シャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ａを介して基板２００上へ供給される。

このとき、バルブ２４３ｅが閉じられ、Ｒｕ系液体原料の気化ガスのキャリア用ガスとしての不活性ガスが、ガス流量コントローラ５１０で流量制御されながら不活性ガス供給源２５０ｅから気化器２５５に供給される。一方、バルブ２４３ｆが閉じられた状態で、バルブ６２０が開かれ、Ｒｕ系液体原料の気化ガスが逆流しないように流されるパージ用のガスとしての不活性ガスが、ガス流量コントローラ６１０で流量制御されながら不活性ガス供給源２５０ｅからガス供給管２３２ｆに供給され、その後シャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ｂに供給される。

この工程では、例えば、処理温度は１００〜３００℃とすると良い。液体原料が（Ｒｕ（ＤＥＲ））や（Ｒｕ（ＥｔＣＰ）_２）であれば、処理温度は好ましくは２８０〜３００℃となるように維持すると良い。また、処理圧力は３０〜２６０Ｐａとすると良い。液体原料が（Ｒｕ（ＤＥＲ））や（Ｒｕ（ＥｔＣＰ）_２）であれば、処理圧力は好ましくは３０〜６０Ｐａとなるように維持すると良い。

Ｒｕ系液体原料の気化ガスと不活性ガスはガス供給管２３２ａからガス供給部２３６ａに導かれ、サセプタ２１７上の基板２００上へシャワー状に供給される。Ｒｕ系液体原料の気化ガスと不活性ガスとの混合ガスの供給時には真空ポンプ２４６が作動しており、その混合ガスはサセプタ２１７上の基板２００上へシャワー状に供給されながら排気口２３０から排気され、基板２００が処理される（基板処理工程Ａ）。なお、Ｒｕ系液体原料の気化ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌されやすくなるし、流れやすくなる。

このとき、例えば、Ｒｕ系液体原料を０．１ｇ／ｍｉｎで供給し、キャリアガス用の不活性ガスをＲｕ系液体原料の気化ガスと併せて、５００〜１０００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。一方、例えば、ガス供給管２３２ｆのパージ用の不活性ガスは２００〜４００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。特に、ＡＬＤ法の場合、基板２００にガスを晒す時間は、１〜３０秒である。

Ｒｕ系液体原料の気化ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ａが閉じられ、Ｒｕ系液体原料の気化ガスの基板２００への供給が停止される。このとき、バルブ６２０は開いたままの状態とされ、さらに、バルブ２４３ｅが開かれ、処理室２０１内に不活性ガスが供給される。これにより、処理室２０１内を不活性ガスによりパージし、処理室２０１内の残留ガスを排気口２３０から排気する。同時に、排気管３００のバルブ３１０を開き、処理室２０１内の残留ガスを排気口２３０から排気するのに加えて、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ及びガス供給管２３２ａ，２３２ｆ内の残留ガスも排気口３０５から排気する。（パージ・排気工程Ａ）。

このとき、処理室２０１内の温度、圧力は、基板処理工程Ａの温度、圧力状態を維持すると良い。さらに好ましくは、圧力を２０Ｐａ以下となるように維持すると良い。また、例えば、ガス流量コントローラ２４１ｅにより、パージ用の不活性ガスを５００〜１０００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。一方、例えば、ガス流量コントローラ６１０により、ガス供給管２３２ｆのパージ用の不活性ガスを２００〜４００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。
なお、基板処理工程Ａと温度、圧力状態、ガス流量を同じ状態とすることにより、処理室２０１内の状態変動（例えば圧力変動）によるパーティクル飛散、基板２００へのパーティクル付着等を防止することができる。

なお、この際、バルブ２４３ｇを開き、Ｒｕ系液体原料の気化ガスをバイパス管２５２ａより排気して、気化器２５５からのＲｕ系液体原料の気化ガス及びキャリア用の不活性ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。Ｒｕ系液体原料を気化して、気化したガスを安定供給するまでには時間がかかるので、気化器２５５からの気化ガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の基板処理工程Ａでは、流れを切換えるだけで、直ちにＲｕ系液体原料の気化ガスを基板２００へ供給できる。

処理室２０１，ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ内のパージが所定時間行われた後、処理室２０１内にＯ_２ガスやＨ_２ガスが供給される。すなわち、バルブ３１０，６２０が閉じられるとともにバルブ２４３ｂ，２４３ｆが開かれ、ガス供給源２５０ｂのＯ_２ガスやＨ_２ガスがガス流量コントローラ２４１ｂで流量制御されながら、ガス供給管２３２ｂ，２３２ｆを通り、シャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ｂを介して基板２００上へシャワー状に供給される。Ｏ_２ガスやＨ_２ガスの供給時には真空ポンプ２４６が作動しており、Ｏ_２ガスやＨ_２ガスはサセプタ２１７上の基板２００上へシャワー状に供給されながら排気口２３０から排気され、基板２００が処理される。（基板処理工程Ｂ）なお、このとき、バルブ２４３ｅは開いたままの状態とされ、処理室２０１内には不活性ガスが常に供給される。

基板処理工程Ｂでは、例えば、処理温度は１００〜３００℃とすると良い。さらに、処理ガスがＯ_２ガスやＨ_２ガスであれば、処理温度は好ましくは２８０〜３００℃となるように維持すると良い。また、処理圧力は３０〜２６０Ｐａとすると良い。さらに、処理ガスがＯ_２ガスやＨ_２ガスであれば、処理圧力は好ましくは３０〜６０Ｐａとなるように維持すると良い。また、例えば、Ｏ_２ガスやＨ_２ガスのガス流量は２００〜４００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。一方、例えば、ガス流量コントローラ２４１ｅにより、パージ用の不活性ガスは、５００〜１０００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。特に、ＡＬＤ法の場合、基板２００にガスを晒す時間は、１〜３０秒である。
なお、パージ・排気工程Ａと温度、圧力状態、ガス流量を同じ状態とすることにより、処理室２０１内の状態変動（例えば圧力変動）によるパーティクル飛散、基板２００へのパーティクル付着等を防止することができる。

Ｏ_２ガスやＨ_２ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ２４３ｆが閉じられ、Ｏ_２ガスやＨ_２ガスの基板２００への供給が停止される。このとき、バルブ２４３ｅは開いたままの状態とされ、さらに、バルブ６２０が開かれ、処理室２０１内に不活性ガスが供給される。これにより、処理室２０１内を不活性ガスによりパージし、処理室２０１内の残留ガスを排気口２３０から排気する。同時に、排気管３００のバルブ３１０を開き、処理室２０１内の残留ガスを排気口２３０から排気するのに加えて、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ及びガス供給管２３２ａ，２３２ｆ内の残留ガスも排気口３０５から排気する。（パージ・排気工程Ｂ）。

このとき、処理室２０１内の温度、圧力は、基板処理工程Ｂの温度、圧力状態を維持すると良い。さらに好ましくは、圧力を２０Ｐａ以下となるように維持すると良い。また、例えば、ガス流量コントローラ２４１ｅにより、パージ用の不活性ガスを５００〜１０００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。一方、例えば、ガス流量コントローラ６１０により、ガス供給管２３２ｆのパージ用の不活性ガスを２００〜４００ｓｃｃｍとなるように維持すると良い。
なお、基板処理工程Ｂと温度、圧力状態、ガス流量を同じ状態とすることにより、処理室２０１内の状態変動（例えば圧力変動）によるパーティクル飛散、基板２００へのパーティクル付着等を防止することができる。

なお、この際、バルブ２４３ｈを開き、Ｏ_２ガスやＨ_２ガスをバイパス管２５２ｂより排気して、ガス供給源２５０ｂからのＯ_２ガスやＨ_２ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。Ｏ_２ガスやＨ_２ガスを安定供給するまでには時間がかかるので、ガス供給源２５０ｂからのＯ_２ガスやＨ_２ガスの供給を停止することなく、処理室２０１をバイパスするように流しておくと、次の基板処理工程Ｂでは、流れを切換えるだけで、直ちにＯ_２ガスやＨ_２ガスを基板２００へ供給できる。

処理室２０１，ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ内のパージが所定時間行われた後、再び、バルブ３１０とバルブ２４３ｇが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれ、Ｒｕ系液体原料の気化ガスが、不活性ガスと共にシャワーヘッド２３６のガス供給部２３６ａを介して基板２００上へ供給され、基板処理工程Ａが行われる。

以上のような、基板処理工程Ａ、パージ・排気工程Ａ、基板処理工程Ｂ、パージ・排気工程Ｂを、１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、基板２００上に所定膜厚のＲｕ膜を形成することができる（薄膜形成工程）。

特に、純粋なＡＬＤ法で膜を形成する際には、１サイクルとして１００回以上繰り返し、１５分以上の処理時間で５〜２０ｎｍの膜を形成すると良い。また、例えば、ＣＶＤ法で成膜する場合には、原子層を数層付け、基板処理工程Ａと、基板処理工程Ｂの時間を長くし、トータル１０〜３０秒とすることで膜を形成しても良い。

基板２００への薄膜形成処理終了後、回転機構２６７による基板２００の回転が停止され、処理済基板２００は基板搬入工程と逆の手順で処理室２０１外へ搬出される（基板搬出工程）。

以上の実施例１によれば、処理室２０１の排気口２３０に加えてガス供給部２３６ａ，２３６ｂにも排気口３０５が設けられているから、パージ・排気工程Ａ，Ｂにおいて、処理室２０１から処理ガスを排気するのみならず、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂからも処理ガスを排気することができる。そのため、Ｒｕ系液体原料の気化ガスとＯ_２ガスやＨ_２ガスとの間で処理ガスの種類を切り替える際に、処理室２０１内やガス供給部２３６ａ，２３６ｂに残留する処理ガスを効率的にパージ可能であって処理ガスの種類の切替え時間を短縮することができ、ひいてはＲｕ膜の膜質やその形成に係るスループットを向上させることができる。

なお、ガス供給源２５０ｂ，流量コントローラ２４１ｂ，バルブ２４３ｂ，ガス供給管２３２ｂと同様の機構を有する処理ガス供給機構Ｃを別途設けてそのガス供給管をガス供給管２３２ｆに接続するような構成を採用し、下記のような薄膜改善処理を実行してもよい（図示略）。

すなわち、薄膜形成工程の基板処理工程ＢでＯ_２ガスを処理室２０１に供給するものとして所定膜厚のＲｕ膜を形成し、その後に新規な処理ガス供給機構ＣからＨ_２ガスを処理室２０１に供給する。この場合、Ｈ_２ガスが基板２００のＲｕ膜に供給されてＣ（カーボン）等の不純物が除去され、そのＲｕ膜の膜質を改善することができる。当該薄膜改善処理はＲｕ膜が最終的な膜厚に達したその後に（薄膜形成工程の処理が完全に終了した後に）最終的に１回のみ実行されてもよいし、Ｒｕ膜が最終的な膜厚に達する前であってある一定膜厚のＲｕ膜が形成されるごとに（薄膜形成工程中において基板処理工程Ａ〜パージ・排気工程Ｂによる所定回数のサイクルが繰り返されるごとに）随時実行されてもよい。

実施例２に係る基板処理装置は主には実施例１に係る基板処理装置１００と下記の点で異なっており、それ以外の点は実施例１に係る基板処理装置１００と同様となっている。

本実施例２では、液体原料供給源２５０ａの液体原料としてテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）等のＴｉ系液体原料（好ましくはＴｉ系有機液体原料）を用い、かつ、ガス供給源２５０ｂから供給する処理ガスとしてＮＨ_３ガスを用いる。

そして薄膜形成工程の各サイクルの基板処理工程Ａ，Ｂにおいて、Ｔｉ系液体原料の気化ガスとＮＨ_３ガスとをそれぞれ処理室２０１の基板２００に供給する。その結果、処理室２０１内の基板２００にＴｉＮ膜を形成することができる。

実施例３に係る基板処理装置は主には実施例１に係る基板処理装置１００と下記の点で異なっており、それ以外の点は実施例１に係る基板処理装置１００と同様となっている。

本実施例３では、液体原料供給源２５０ａ，流量コントローラ２４１ａ，気化器２５２，液体原料供給管２３２と同様の機構を有する液体原料供給機構Ｄが別途設けられており、その液体原料供給管がガス供給管２３２ａに接続されている（図示略）。更に、ガス供給源２５０ｂ，流量コントローラ２４１ｂ，バルブ２４３ｂ，ガス供給管２３２ｂと同様の機構を有する処理ガス供給機構Ｅが別途設けられており、そのガス供給管がガス供給管２３２ｆに接続されている。

液体原料供給機構Ｄにおける液体原料としてテトラメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等のＡｌ系液体原料（好ましくはＡｌ系有機液体原料）を用い、かつ、処理ガス供給機構Ｅにおける処理ガスとしてＯ_２ガスを用いる。更に、液体原料供給源２５０ａの液体原料としてテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）等のＴｉ系液体原料（好ましくはＴｉ系有機液体原料）を用い、かつ、ガス供給源２５０ｂから供給する処理ガスとしてＮＨ_３ガスを用いる。

本実施例３では、始めに、薄膜形成工程の１サイクル目の基板処理工程Ａ，Ｂにおいて、Ａｌ系液体原料の気化ガスとＯ_２ガスとをそれぞれ処理室２０１の基板２００に供給してＡｌ膜による下地層を基板２００に形成する。そして薄膜形成工程の２サイクル目以降において、基板処理工程Ａ，ＢでＴｉ系液体原料の気化ガスとＮＨ_３ガスとをそれぞれ処理室２０１の基板２００に供給する。その結果、Ａｌ膜による下地層上にＴｉＮ膜を形成することができる。特に、ＡＬＤ法で膜を形成する際には、１サイクルとして１〜１０回繰り返し、数ÅのＡｌ膜を形成する。

なお、以上の本発明の好ましい実施例のように、薄膜形成工程をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度を液体原料の気化ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、基板処理工程Ａにおいては、液体原料の気化ガスは熱分解することなく基板２００上に吸着する。この間、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一に原料を吸着させることができる。基板処理工程Ｂにおいては、基板２００上に吸着した原料と処理ガスとが反応することにより基板２００上に１〜数原子層程度の薄膜が形成される。この間も、基板２００は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内にわたり均一な膜を形成できる。

また、例えば、排気管７００にも圧力制御部としての圧力コントローラを設けて、ガス供給部２３６ａ，２３６ｂ内の圧力を制御しても良い。これにより、排気口２３０と排気口３０５とで、いずれの排気口においても排気量をタイミングに応じて制御することができる。好ましくは、処理室２０１内の雰囲気がガス供給部２３６ａ，２３６ｂ側に逆流しないように制御すると、処理室２０１内からガス供給部２３６ａ，２３６ｂにガスが流れることにより、ガスの流れ方向の変動のより起こるパーティクル飛散等を防止することができる。

処理室２０１からこのようにすると、排気口２３０と排気口３０５それぞれからの排気量によって、また、例えば、排気管７００を原料回収トラップ２５１には接続せず、排気管７００に対し個別に原料回収トラップと真空ポンプを設けても良い。この場合、原料回収トラップ、排気ポンプ等との設置スペースの無駄が生じるものの、排気口２３０と排気口３０５それぞれからの排気量を個別に設定できる点で優れることになる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の好ましい実施の形態によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える第１の基板処理装置が提供される。

好ましくは、第１の基板処理装置において、前記処理ガスは前記基板に成膜を行うための成膜ガスである第２の基板処理装置が提供される。

本発明の他の好ましい実施の形態によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記処理室内に搬入する工程と、
前記ガス導入口から前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入することで前記処理室内の前記基板に対し前記ガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記処理ガスを前記第１の排気口から排気し、前記基板を処理する工程と、
前記基板を処理する工程の後に、前記第１の排気口及び前記第２の排気口から前記処理ガスを排気する工程と、
処理後の前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、
を具備する第１の半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、第１の半導体装置の製造方法において、前記処理ガスは前記基板に成膜を行うための成膜ガスである第２の半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、第１の半導体装置の製造方法において、前記基板を処理する工程と前記処理ガスを排気する工程とを少なくとも１回以上繰り返す第３の半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、第１の半導体装置の製造方法において、前記基板を処理する工程と前記処理ガスを排気する工程とを少なくとも１回以上繰り返した後に、更に前記基板に形成された膜の改善を行う工程を有する第４の半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、第１の半導体装置の製造方法において、前記基板を処理する工程と前記処理ガスを排気する工程とを少なくとも１回以上繰り返し、その繰返しごとに前記基板に形成された膜の改善を行う工程を少なくとも１回以上繰り返す第５の半導体装置の製造方法が提供される。

更に好ましくは、第１，第３，第４の半導体装置の製造方法において、前記処理ガスを排気する工程では、前記ガス供給部から不活性ガスを供給する第６の半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい実施例で使用される基板処理装置の概略構成を示す図面である。本発明の好ましい実施例で使用される基板処理装置の概略的な回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００基板処理装置
２００基板
２０１処理室
２０２処理容器
２０５プレート
２０６支持台
２０７ヒータ
２１７サセプタ
２３０排気口
２３１排気管
２３２液体原料供給管
２３２ａ，２３２ｂガス供給管
２３２ｇ不活性ガス供給管
２３２ｆガス供給管
２３４，２３５ガス導入口
２３６シャワーヘッド
２３６ａ，２３６ｂガス供給部
２４０孔
２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｅ流量コントローラ
２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｅ〜２４３ｈバルブ
２４４ゲートバルブ
２４６真空ポンプ
２４７基板搬入搬出口
２５０ａ液体原料供給源
２５０ｂガス供給源
２５０ｅ不活性ガス供給源
２５１原料回収トラップ
２５２ａ，２５２ｂバイパス管
２５３温度コントローラ
２５４圧力コントローラ
２５５気化器
２５６メインコントローラ
２６６昇降機構
２６７回転機構
３００排気管
３０５排気口
３１０，４００バルブ
５００，６００不活性ガス供給管
５１０，６１０流量コントローラ
６２０バルブ
７００排気管

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える基板処理装置。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられる基板と対向して設けられ複数のガス供給孔から処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入するガス導入口と、
前記処理室に連通する第１の排気口と、
前記ガス供給部に連通する第２の排気口と、
を備える基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記処理室内に搬入する工程と、
前記ガス導入口から前記ガス供給部内に前記処理ガスを導入することで前記処理室内の前記基板に対し前記ガス供給孔から前記処理ガスを供給するとともに、前記処理ガスを前記第１の排気口から排気し、前記基板を処理する工程と、
前記基板を処理する工程の後に、前記第１の排気口及び前記第２の排気口から前記処理ガスを排気する工程と、
処理後の前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。