JP2009203533A - 原子層成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子層成長法で成膜した膜のウェハ面内での膜特性の部分的な低下を防ぐ。
【解決手段】原子層成長装置１００は、ウェハ２００の側方に、ウェハ２００の全面にわたるように配置され、一端１１０ａから他端１１０ｂの方向に原料ガスが供給される金属原料ガス供給管１１０と、ウェハ２００の側方に、ウェハ２００の全面にわたるように配置され、一端１２０ａから他端１２０ｂの方向に作用ガスが供給される作用ガス供給管１２０とを含む。作用ガス供給管１２０には、ウェハ２００上に作用させる作用ガスを噴射する複数のガス吹き出し孔１２２が設けられ、ガス吹き出し孔１２２は、作用ガス供給管１２０の一端１２０ａから他端１２０ｂにいくにつれて徐々に密になるように配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、原子層成長装置に関する。

近年のＤＲＡＭの微細化、高集積化に伴って、セル容量値の確保が重要な課題のひとつになっている。セル容量値を確保する手法の一つとして、容量膜に高誘電率膜（ｈｉｇｈ−ｋ膜）を適用するという方法がある。高誘電率膜には、たとえば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２およびＺｒＯ_２等がある。このような膜の成膜方法としては、スパッタ法、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯ−ＣＶＤ）、原子層成長法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）等がある。原子層成長法は、一原子層ずつ層を堆積していく方法であり、成膜工程が低温プロセスになる上、良好な膜質の膜が得られやすいという利点を有する。

特許文献１（特開２００４−２８８９００号公報）には、被処理基板を挟んで対向して配置された２つのノズルが配置されたＡＬＤ装置が記載されている。これらのノズルは、その長手方向に沿って形成された複数の開口部が形成された中空パイプ部材を含み、開口部から処理ガスが吐出されるようになっている。当該文献において、中空パイプ部材に設けられた開口部は、均等に配置されている。

特許文献２（特開２００２−１５１４８９号公報）には、処理容器中に、被処理基板を挟んで対向するように第１および第２の処理ガス供給口を設け、第１および第２の処理ガス供給口に被処理基板を挟んで対向するよう、第１および第２の処理ガスの流れに略直交してスリット状の第１および第２の排気口を設けた基板処理装置が記載されている。当該文献には、以下の手順が記載されている。第１の処理ガスを第１の処理ガス供給口から第１の排気口の方に、被処理基板表面に沿って流し、被処理基板表面に吸着させる。次に第２の処理ガスを第２の処理ガス供給口から第２の排気口の方に、被処理基板表面に沿って流し、先に吸着されていた第１の処理ガス分子と反応させることにより、１分子層の高誘電体膜を形成する。ここで、ガス供給口のノズルの開口ピッチを中央部で密に、両端部で疎にした構成が記載されている。

特開２００４−２８８９００号公報 特開２００２−１５１４８９号公報 特開平１０−１４７８７４号公報 特開平６−３４９７６１号公報

しかし、本発明者の検討によると、特許文献１に記載されたように、ノズルを均等に配置して被処理基板であるウェハ上に処理ガスを供給してキャパシタの容量膜を形成した場合、形成したキャパシタのセル容量値にばらつきが生じ、ウェハ面内でセル容量値が劣化する箇所があることがわかった。

原子層成長法では、まず金属原料ガスを供給して、基板上に金属原料を堆積させた後、その金属原料の堆積層に、オゾン等の作用ガスを作用させることにより、容量膜等が成膜される。図１３は、後述するように、金属原料ガスとオゾンとを、それぞれ均等に配置されたノズル（ガス吹き出し孔）から噴出させて容量膜を形成したキャパシタのセル容量値の面内分布を示す図である。図示したように、ガス供給方向の下流にいくほど、セル容量値が低下している。これは、ガス供給方向の下流にいくほど、ガスの供給量が不足し、良好な容量膜が形成されていないためだと考えられる。また、特許文献２に記載されたように、ノズルを中央部で密に配置するようにした場合も、下流側でガスの供給量が不足する。

特許文献３（特開平１０−１４７８７４号公報）には、成膜ガスの供給管の径の同じガス供給口をガス導入管から遠くなるに従って漸次ピッチを狭めて設けることにより、反応ガスの流量を均一化させてもよいことが記載されている。また、特許文献４（特開平６−３４９７６１号公報）には、ガス導入口側から他端に行くに従って、徐々に孔間隔が狭くなる多数のガス供給孔が設けられたノズル管が記載されている。このような構成とすることにより、ウェハを均一に加工処理できるとされている。

原子層成長法においては、上述したように、金属原料ガスと作用ガスとを用いる。本発明者は、原子層成長装置において、図１３に示したようなセル容量値の低下が見られるのは、金属原料ガスを堆積させる際のガス流量に原因があるのではなく、堆積させた金属層に作用させるオゾン等の作用ガスの照射ばらつきに原因があることを見出した。従って、ウェハ面内でのセル容量値のばらつきを低減するためには、ウェハ面内での作用ガスの照射ばらつきを低減するような制御が必要となる。

本発明によれば、
被処理基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台の側方に、前記基板保持台に配置される前記被処理基板の全面にわたるように配置され、一端から他端の方向に原料ガスが供給される第１のガス供給管と、
前記基板保持台の側方に、前記基板保持台に配置される前記被処理基板の全面にわたるように配置され、一端から他端の方向に、前記被処理基板上に堆積された前記原料ガスの堆積層に作用させる作用ガスが供給される第２のガス供給管と、を含み、
前記第２のガス供給管には、前記被処理基板上に作用させる前記作用ガスを噴射する複数のガス吹き出し孔が設けられ、当該複数のガス吹き出し孔は、前記第２のガス供給管の前記一端から前記他端にいくにつれて徐々に密になるように配置された原子層成長装置が提供される。

このような構成とすると、ウェハ面内全体の作用ガスの吹き出し量の均一性が向上し、ウェハ面内で作用ガスによる処理の均一性も向上する。これにより、図１３に示したようなセル容量値の部分的な低下が抑制できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、原子層成長法で成膜した膜のウェハ面内での膜特性の部分的な低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

以下の実施の形態において、原子層成長装置は、原料となるガスを基板上に供給し、１原子層単位で吸着させる原子層成長法（ＡＬＤ法）により成膜する。原子層成長装置は、たとえば、金属原料ガスをプロセスチャンバ内の基板上に供給して基板上に金属原料を吸着させて堆積層を形成する工程と、作用ガスをプロセスチャンバ内の基板上に供給して、金属原料を吸着させて形成した堆積層に作用ガスを作用させる工程とを適宜実行する。ここで、吸着は、化学吸着とすることができる。また、原子層成長装置は、少なくとも１種のガスをプラズマ励起して基板上に供給するプラズマ原子層成長法（plasma enhanced atomic layer deposition：ＰＥＡＬＤ法）により成膜することもできる。

図１および図２は、本実施の形態における原子層成長装置の構成を模式的に示す図である。図１は原子層成長装置１００の縦断正面図、図２は原子層成長装置１００の横断平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ’断面図に該当する。

本実施の形態において、原子層成長装置１００は、外部筐体１０２と、プロセスチャンバ１０６と、被処理基板であるウェハ２００を保持するウェハ保持台１０４（基板保持台）と、金属原料ガス供給管１１０（第１のガス供給管）と、作用ガス供給管１２０（第２のガス供給管）と、排気口１３０と、排気口１４０と、石英部材１５０とを含む。図２において、説明のためにウェハ保持台１０４も示している。金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０は、それぞれ、ウェハ保持台１０４に配置されるウェハ２００の全面にわたるように配置されている。ここで、金属原料ガス供給管１１０と作用ガス供給管１２０とがウェハ保持台１０４を挟んで対向するように配置されたカウンターフロー方式とすることができる。石英部材１５０は、プロセスチャンバ１０６内でのガスがより効率的にウェハ２００に向かうように設けられ、また、プロセスチャンバ１０６の内壁への反応生成物の付着を防止するために設けられている。なお、ウェハ保持台１０４は、ウェハ２００を回転せずに保持する構成とすることができる。

ここで、金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０には、それぞれ、ウェハ２００上に作用させるガスを噴射する複数のガス吹き出し孔が設けられている。金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０には、それぞれ、ガスが、図２中下側の一端から供給される。金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０にそれぞれ供給されたガスは、複数のガス吹き出し孔から噴射される。ガス吹き出し孔の詳細な配置については後述するが、本実施の形態において、少なくとも作用ガス供給管１２０は、作用ガスが供給される上流側の一端側から下流側の他端側にいくにつれて徐々に密になるように配置される。金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０の下流側の他端側には、それぞれ図示しないバルブが設けられているが、金属原料ガス、作用ガスが供給されている際には、バルブは閉じられている。

次に、本実施の形態において原子層成長装置１００によりウェハ２００上に成膜する手順を、図３および図４を参照して説明する。
原子層成長装置１００は、以下の４つのステップを繰り返すことにより、ウェハ２００上に成膜を行う。
第１のステップでは、図３に示すように、金属原料ガス供給管１１０から金属原料ガスを供給し、金属原料ガス供給管１１０とはウェハ２００を挟んで反対側にある排気口１３０から排気する。第２ステップでは、第１のステップで供給した金属原料ガスを取り除くために、金属原料ガス供給管１１０からパージガスとして不活性ガスを供給してパージする。

第３のステップでは、図４に示すように、金属原料ガス供給管１１０とは異なる作用ガス供給管１２０から作用ガスを供給し、作用ガス供給管１２０とはウェハ２００を挟んで反対側にある排気口１４０から排気する。第４のステップでは、第３のステップで供給した作用ガスを取り除くために、作用ガス供給管１２０からパージガスとして不活性ガスを供給してパージする。

本実施の形態において、作用ガスは、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３等の酸化ガス、Ｎ_２、ＮＨ_３等の窒化ガス、またはこれらの混合ガス、あるいはこれらとＡｒまたはＨｅとの混合ガスとすることができる。

また、作用ガスは、Ｎ_２、ＮＨ_３、Ｏ_２、Ｈ_２、またはこれらの混合ガス、あるいはこれらとＡｒまたはＨｅとの混合ガスをプラズマ励起したプラズマガスとすることができる。作用ガスとしてプラズマガスを用いる場合は、プラズマ励起には、たとえばリモートプラズマを利用することができる。ここでは図示していないが、たとえば、プロセスチャンバ１０６とは異なる場所に、ガス導入口、導波管、マイクロ波印加手段を備えたプラズマ発生室を設け、ここで発生したプラズマを、石英管等の管を経由させ、作用ガス供給管１２０に導くようにすることができる。

本実施の形態において、金属原料ガスは、たとえば金属ハロゲン化物等の無機金属化合物や有機金属材料等の金属材料とすることができる。金属原料ガスは、通常のＡＬＤで用いられる種々の材料とすることができる。金属原料ガスがもともと固体、液体の場合は、ここでは図示しないベーパライザやバブリングなどの手段によって気化され、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスとともに金属原料ガス供給管１１０を経てプロセスチャンバ１０６に供給される。

たとえば、金属としてＨｆまたはＺｒを含む金属化合物膜を成膜する場合、金属原料ガスとして、Ｍ（ＮＲＲ'）_４（但し、Ｍは、少なくともＨｆまたはＺｒを含む。ＲおよびＲ'はそれぞれ独立に炭化水素基を示す。）を用いることができる。ここで、ＲおよびＲ'としては炭素数６以下のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ターシャルブチル基等が挙げられる。

たとえば、金属化合物を容量素子やデカップリングコンデンサの容量膜として用いる場合、金属原料ガスとして、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４等を用いることができる。こうした化合物を選択することにより、平滑な表面を有する膜が得られ、また、膜中にパーティクルが混入することが抑制される。この結果、リーク電流の少ない良好な膜質の容量膜を得ることができる。また、たとえば、金属化合物膜をトランジスタのゲート絶縁膜として用いる場合、金属原料ガスとして、Ｈｆ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４等を用いることができる。こうした化合物を選択することにより、不純物の突き抜けの現象をより効果的に抑制することができる。

次に、ガス吹き出し孔の詳細な配置を説明する。図５は、本実施の形態における金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０に設けられたガス吹き出し孔の配置を示す平面図である。

作用ガス供給管１２０において、一端１２０ａから作用ガスが導入される。作用ガス供給管１２０には、複数のガス吹き出し孔１２２が設けられている。本実施の形態において、作用ガス供給管１２０の複数のガス吹き出し孔１２２は、一端１２０ａから他端１２０ｂにいくにつれて、徐々に密になるように配置される。これにより、上流側と下流側のガス吹き出し孔１２２からのガス吹き出し量の均一性を向上することができる。

また、金属原料ガス供給管１１０においても、一端１１０ａから金属原料ガスが導入される。金属原料ガスは、Ａｒなど不活性ガスからなるキャリアガスを含むことができる。金属原料ガス供給管１１０には、複数のガス吹き出し孔１１２が設けられている。ここで、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２は、一端１１０ａから他端１１０ｂにわたって、均等に配置することができる。

図６（ａ）は、ガス吹き出し孔が均等に配置されている状態を模式的に示す図である。ここでは、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置を例として説明する。ここで、金属原料ガス供給管１１０の長さをＬとして、ｎ個のガス吹き出し孔１１２が設けられている場合、一つのガス吹き出し孔１１２に対する区間長は、Ｌ／ｎとなる。図５に示した例では、金属原料ガス供給管１１０の各ガス吹き出し孔１１２の区間長は、すべてＬ_１’となっている。

図６（ｂ）は、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の区間長に均等な勾配をつけた状態を模式的に示す図である。ここでも、作用ガス供給管１２０の長さをＬとして、ｎ個のガス吹き出し孔１２２が設けられているとする。なお、作用ガス供給管１２０の「長さＬ」とは、ウェハ２００側方に設けられた部分で、ウェハ２００に作用ガスを照射するためのガス吹き出し孔１２２を設置し得る部分の長さのことである。金属原料ガス供給管１１０の長さも同様である。各ガス吹き出し孔の区間長とは、上記長さのうち、各孔に割り当てられた区間の長さのことであり、各ガス吹き出し孔は、各区間の中央部に配置される。

図７（ａ）に、長さＬの作用ガス供給管１２０にｎ個のガス吹き出し孔１２２が設けられている場合に、均等な勾配をつけた場合の各ガス吹き出し孔１２２の区間長Ｌ_ｋの一般式の一例を示す。ここで、ｋは、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２に、一端１２０ａ側から順に番号をふった数字である。ｋは、１以上ｎ以下となる。式（１）において、ａは、作用ガス供給管１２０の長さがＬで、ｎ個のガス吹き出し孔１２２が設けられている場合に、ガス吹き出し孔１２２を均等に配置した場合の区間長Ｌ／ｎに対して、最端部のガス吹き出し孔１２２につけられる区間長の増減割合を示す。増減割合ａは、０＜ａ＜１とすることができる。増減割合ａは、たとえば０．１以上０．８以下とすることができる。このような範囲とした場合に、各ガス吹き出し孔１２２からのガス吹き出し量が最適化され、ウェハ面内での膜特性が均一となるようにすることができる。各番号ｋのガス吹き出し孔１２２の区間長Ｌ_ｋは、図７（ｂ）に示したようになる。

図８は、作用ガス供給管１２０の長さＬ＝３５ｃｍ、ガス吹き出し孔１２２の数７個、増減割合ａ＝０．３とした場合の各ガス吹き出し孔１２２の区間長Ｌ_ｋおよび区間長比を示す図である。ここでは、ガス吹き出し孔１２２を均等に配置した場合の区間長Ｌ／ｎ＝３５／７＝５を基準（１．０）とすると、一端１２０ａ側の最端部のガス吹き出し孔１２２の区間長比は１．３、他端１２０ｂ側の最端部のガス吹き出し孔１２２の区間長比は０．７となっている。

なお、図５で示した例では、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２は均等に配置しているが、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２も、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２と同様、金属原料ガスが供給される上流側の一端１１０ａ側で疎に、下流側の他端１１０ｂ側にいくにつれて徐々に密になるように配置した構成とすることができる。この構成を図９に示す。たとえば金属原料ガスの供給量が極端に少ないような場合は、このようにすることにより、良好になる。なお、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置は、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置と同様としてもよいが、異なる配置としてもよい。

さらに、原子層成長装置１００は、金属原料ガス供給管１１０と作用ガス供給管１２０とが同じ側に設けられた構成とすることもできる。この構成を図１０および図１１に示す。
ここでも、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２は、図５を参照して説明したのと同様の配置とすることができる。金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２は、図５に示したものでも、図９に示したのでもどちらでもよい。

この構成において、第１のステップでは、図１０に示すように、金属原料ガス供給管１１０から金属原料ガスを供給し、金属原料ガス供給管１１０とはウェハ２００を挟んで反対側にある排気口１３０から排気する。第２ステップでは、第１のステップで供給した金属原料ガスを取り除くために、金属原料ガス供給管１１０からパージガスとして不活性ガスを供給してパージする。このパージのステップでは、金属原料ガス供給管１１０の下流側の他端１１０ｂの側に設けられたバルブが開かれるステップを含んでもよい。

第３のステップでは、図１１に示すように、作用ガス供給管１２０から作用ガスを供給し、作用ガス供給管１２０とはウェハ２００を挟んで反対側にある排気口１３０から排気する。第４のステップでは、第３のステップで供給した作用ガスを取り除くために、作用ガス供給管１２０からパージガスとして不活性ガスを供給してパージする。このパージのステップでは、作用ガス供給管１２０の下流側の他端１２０ｂの側に設けられたバルブが開かれるステップを含んでもよい。

次に、本実施の形態における原子層成長装置１００の効果を説明する。
本発明者は、まず金属原料ガスを供給して、基板上に金属原料を堆積させた後、その金属原料の堆積層に、オゾン等の作用ガスを作用させることにより、成膜を行う原子層成長法において、作用ガスの供給量をウェハ面内で均一にすることが重要であることを見出した。上述したような金属原料ガスは、ウェハ２００上に供給されると、供給時間の多少に関わらず、ほぼ一原子層単位で吸着する。そのため、金属原料ガスの供給量がウェハ面内で均一でなくても、通常の供給量であれば、ある程度の時間の供給で、ウェハ上に均一に形成される。一方、作用ガスは、作用時間の多少に応じて、膜の特性が変化することがあると考えられ、ウェハ面内全体に均等に供給されるようにする必要がある。本発明者は、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置が最も重要となることを見出した。本実施の形態においては、ガス吹き出し孔１２２の配置が最適となるような構成とすることができる。これにより、本実施の形態における原子層成長装置１００によれば、ウェハ面内での作用ガスの照射ばらつきを低減するように、作用ガスの供給量が最適化される。そのため、ウェハ面内での膜特性を均一にすることができる。

一方、金属原料ガスを供給する金属原料ガス供給管１１０においては、作用ガス供給管１２０ほどガス吹き出し孔の配置を厳密に規定する必要はない。そのため、従来と同様、ガス吹き出し孔１１２が均等に配置された構成としたり、作用ガス供給管１２０において最適化された配置と同様の配置とするだけでもよく、ウェハ面内での膜厚を均一にすることができる。金属原料ガス供給管１１０に、作用ガス供給管１２０と同じものを用いる場合、予備のガス供給管を共通化できる。

原子層成長装置１００においては、発塵を抑えるために、プロセスチャンバ１０６では、ウェハ２００を回転等させない構成となっていることが多い。このような場合、ウェハ面内でのガス供給量にばらつきが生じるが、本実施の形態における原子層成長装置１００によれば、作用ガスを供給するための作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置が最適化されるので、ウェハ面内での膜特性を均一にすることができる。

シリコン基板上にトランジスタを形成し、その拡散層と接続するように、トランジスタの上部に、シリンダ型キャパシタを形成した。キャパシタは、たとえば、ＴｉＮからなる膜厚約５〜５０ｎｍの下部電極、膜厚約５〜１５ｎｍの容量膜および膜厚約５〜１５ｎｍのＴｉＮからなる上部電極がこの順で積層した構造を有する。

容量膜は、以下の手順で製造した。まず、原子層成長装置のプロセスチャンバ内にＺｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４をキャリアガスＡｒとともに金属原料ガスとして供給し、下部電極表面に反応を起こさせて１原子層だけ成長させた。次に、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４ の供給を停止してチャンバの中に不活性ガスをパージガスとして入れて過剰の未反応Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４ を除去した。

つづいて、作用ガスとしてオゾン（Ｏ_３）を供給した。このオゾンは、たとえば、ここでは図示していないが、プロセスチャンバ１０６とは異なる場所に設けられたプラズマ発生室に酸素（Ｏ_２）ガスを導入し、この酸素ガスをプラズマにさらすことによって生成され、それが作用ガス供給管１２０に導かれたものであり、実質、オゾンと酸素の混合ガスである。次に、オゾンの供給を停止して、不活性ガスをパージガスとして導入し、未反応ガスや反応副生成物等を除去し、パージガスを停止した。この一連のサイクルを所望の回数だけ順次繰り返すことで容量膜ＺｒＯ_２を得た。

ここで、原子層成長装置１００の金属原料ガス供給管１１０の長さと、作用ガス供給管１２０の長さは等しく、たとえばＬ＝３０〜５０ｃｍの範囲から選ばれた所定の長さとした。また、ガス吹き出し孔の数は両方とも１０〜５０個の範囲から選ばれた所定の個数とした。また、キャリアガスＡｒを含めた金属原料ガスの流量は、いずれの場合も０．１〜２．０ｓｌｍの範囲から選ばれた所定の流量とした。作用ガスの流量は、いずれの場合も０．１〜２．０ｓｌｍの範囲から選ばれた所定の流量とした。

この状態で、金属原料ガス供給管１１０および作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔の配置につき、以下のようにして上記の容量膜を形成し、各例について、セル容量値のウェハの面内分布を測定した。

（例１）
（条件）
金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置：均等
作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置：図７（ａ）の式（１）のａ＝０．５となるように勾配をつけた。
（セル容量値の面内分布）
図１２に示すように、セル容量値は、全面にわたって均等になった。

（例２）
（条件）
金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置：図７（ａ）の式（１）のａ＝０．５となるように勾配をつけた。
作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置：図７（ａ）の式（１）のａ＝０．５となるように勾配をつけた。
（セル容量値の面内分布）
図１２に示したのと同様に、セル容量値は、全面にわたって均等になった。

（例３）
（条件）
金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置：均等
作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置：均等
（セル容量値の面内分布）
図１３に示すように、セル容量値にむらが生じた。

（例４）
（条件）
金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置：図７（ａ）の式（１）のａ＝０．５となるように勾配をつけた。
作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置：均等
（セル容量値の面内分布）
図１３に示したのと同様に、セル容量値にむらが生じた。

作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２を、上流側と下流側とで均等に配置すると、下部電極表面に堆積された金属層に作用ガスを作用させる際に、作用ガス供給管１２０の下流側において、作用ガスが充分供給されなくなってしまう。そのため、例３および例４で示したように、金属層の酸化が充分に行われず、そのため金属原料中に含まれる有機物が膜中に残存することになってしまうと考えられる。

一方、例１および例２で示したように、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置に、下流側ほど密になるような勾配をつけると、ウェハ面内全体のガス吹き出し量の均一性が向上し、ウェハ面内で金属層の酸化の均一性も向上する。これにより、図１３に示したようなセル容量値の部分的な低下が抑制できる。

また、例１および例２で示したように、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の配置に下流側ほど密になるような勾配をつけておけば、金属原料ガス供給管１１０のガス吹き出し孔１１２の配置は、均等であっても、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２と同様の勾配を設けても、全面にわたって均等なセル容量値が得られた。これは、金属原料ガスの供給量が例示した範囲の場合、ウェハ表面全面に充分の金属原料ガスが供給され、ほぼ１原子層単位での原料が吸着できるためと考えられる。そのため、金属原料ガス供給管１１０は、ガス吹き出し孔１１２が均等に配置されたものでも、下流側にいくにつれて徐々に密になるように配置されたものでも、用いることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

以上の実施の形態においては、図５から図８を参照して説明したように、作用ガス供給管１２０の複数のガス吹き出し孔１２２の区間長に連続的に均等な勾配をつける例を示したが、作用ガス供給管１２０のガス吹き出し孔１２２の区間長は、連続的に勾配をつけたものであれば、その勾配は均等でなくてもよい。つまり、ガス吹き出し孔１２２の区間長は、図７、８では、等差的に変化する例を示したが、必ずしも等差的でなくてもよく、ガス吹き出し孔１２２のどの区間長Ｌ_ｋ（ｋは１以上（ｎ−１）以下の整数）についも、Ｌ_ｋ＞Ｌ_ｋ＋１の関係を満たしていればよい。つまり、ガス吹き出し孔１２２は、作用ガス供給管１２０の上流側から下流側にいくにつれて徐々に密になるように配置されていればよい。どのような配置とするかは、実際に原子層成長装置１００を用いた成膜やシミュレーション等を行い、好ましいものとすることができる。

本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態において原子層成長装置によりウェハ上に成膜する手順を示す図である。 本発明の実施の形態において原子層成長装置によりウェハ上に成膜する手順を示す図である。 ガス吹き出し孔の配置の一例を示す平面図である。 ガス吹き出し孔の配置を模式的に示す図である。 ガス吹き出し孔の区間長の一例を示す図である。 ガス吹き出し孔の区間長の一例を示す図である。 ガス吹き出し孔の配置の他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成の他の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における原子層成長装置の構成の他の例を模式的に示す図である。 セル容量値の面内分布を示す図である。 セル容量値の面内分布を示す図である。

符号の説明

１００ 原子層成長装置
１０２ 外部筐体
１０４ ウェハ保持台
１０６ プロセスチャンバ
１１０ 金属原料ガス供給管
１１０ａ 一端
１１０ｂ 他端
１１２ ガス吹き出し孔
１２０ 作用ガス供給管
１２０ａ 一端
１２０ｂ 他端
１２２ ガス吹き出し孔
１３０ 排気口
１４０ 排気口
１５０ 石英部材
２００ ウェハ

Claims (6)

1. 被処理基板を保持する基板保持台と、
   前記基板保持台の側方に、前記基板保持台に配置される前記被処理基板の全面にわたるように配置され、一端から他端の方向に原料ガスが供給される第１のガス供給管と、
   前記基板保持台の側方に、前記基板保持台に配置される前記被処理基板の全面にわたるように配置され、一端から他端の方向に、前記被処理基板上に堆積された前記原料ガスの堆積層に作用させる作用ガスが供給される第２のガス供給管と、を含み、
   前記第２のガス供給管には、前記被処理基板上に作用させる前記作用ガスを噴射する複数のガス吹き出し孔が設けられ、当該複数のガス吹き出し孔は、前記第２のガス供給管の前記一端から前記他端にいくにつれて徐々に密になるように配置された原子層成長装置。
2. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
   前記作用ガスは、Ｎ_２、ＮＨ_３、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、またはこれらの混合ガス、あるいはこれらとＡｒまたはＨｅとの混合ガスである原子層成長装置。
3. 請求項１に記載の原子層成長装置において、
   前記作用ガスは、Ｎ_２、ＮＨ_３、Ｏ_２、Ｈ_２、またはこれらの混合ガス、あるいはこれらとＡｒまたはＨｅとの混合ガスをプラズマ励起したものである原子層成長装置。
4. 請求項１から３いずれかに記載の原子層成長装置において、
   前記第１のガス供給管には、前記被処理基板上に前記原料ガスを噴射する複数のガス吹き出し孔が設けられ、当該複数のガス吹き出し孔は、前記第１のガス供給管の前記一端から前記他端にわたって、均等に配置された原子層成長装置。
5. 請求項１から３いずれかに記載の原子層成長装置において、
   前記第１のガス供給管には、前記被処理基板上に前記原料ガスを噴射する複数のガス吹き出し孔が設けられ、当該複数のガス吹き出し孔は、前記第１のガス供給管の前記一端から前記他端にいくにつれて徐々に密になるように配置された原子層成長装置。
6. 請求項１から５いずれかに記載の原子層成長装置において、
   前記原料ガスは、無機金属化合物または有機金属材料である原子層成長装置。

Images