JP4411215B2

JP4411215B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4411215B2
Application number: JP2004551200A
Authority: JP
Inventors: 正憲境; 信人嶋; 和幸奥田
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Filing date: 2003-11-06
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Description

本発明は基板処理装置に係り、特に基板に所望の処理行った後にクリーニングを行なう基板処理装置に関する。

熱ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置は、これを構成する炉に複数の原料ガスを混合して流し基板上に膜を形成するなどの処理を行なう。基板上に膜を形成すると、基板の他に炉内部にも膜が付着する。炉内部に付着する膜が累積されて厚くなって来ると、膜剥がれが生じ、異物発生の原因となることがある。

それを避けるためにエッチングガスを一定周期で流し、炉内部の膜を除去するクリーニングを行なう。例えば、膜種がＳｉＮの場合、原料ガスにはＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：ジクロルシラン）ガスと、ノンプラズマのＮＨ_３ガスとが使われ、エッチングガスにはＮＦ_３やＣｌＦ_３などのＦ（フッ素）を含むガスが使われる。

上記クリーニングによって炉内部の膜は除去されるが、クリーニング直後にはＦ、又はＦを含んだ分子（以下、Ｆ成分という）が炉内壁面に吸着、結合して残留している。それがその後の基板上への成膜時に脱離してきて成膜を阻害し、成膜速度を低下させてしまう現象がみられる。この理由は、Ｆにはエッチング作用があり、基板上に形成したＳｉＮ膜のＳｉと反応してＳｉＦ_４（気体）を生成し、基板からＳｉが抜けるためである。また、他の理由は、Ｆが反応ガス（ＤＣＳ）と反応し、原料ガスの量が減少するためである。

そこで、従来の熱ＣＶＤ装置では、プリ成膜といって、クリーニング後基板に成膜する前に、強制的に膜を炉内部に堆積してやることが行なわれている。これによりＦ成分を膜原料と反応させたり膜の下に封じ込めたりして（以下、単にＦ成分のトラップともいう）、Ｆ成分をできるだけ炉内雰囲気から排除し、成膜時には成膜速度が回復するようにしている。

ところで、近年ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によっても、ＳｉＮ膜が形成されるようになってきた。ＡＬＤ装置では、反応ガスとしてＤＣＳガスと、プラズマによって活性化したＮＨ_３（以下、ＮＨ_３プラズマ又はＮＨ_３ラジカルともいう）とが使われ、これら２つの反応ガスを交互に供給して一原子層ずつ成膜するようになっている。ＡＬＤ装置を用いると、低温でありながら高温プロセスを要する熱ＣＶＤ装置と同等以上の良質な膜を形成することができる。ただし、ＡＬＤ装置でも、クリーニング後にプリ成膜して残留Ｆを除去しなければならない点は同じである。

上述した従来技術では、プリ成膜によって、クリーニングガスに含まれた元素をトラップして、上記元素をできるだけ反応容器内の雰囲気から排除するようにしているが、そのためには厚いプリ成膜を行なう必要があり、また厚いプリ成膜を行なってもクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除することができなかった。また、専用のバッファノズルとは別に、熱ＣＶＤ成膜用ノズルを増設する必要が生じるため、反応容器の構造が複雑になりコストアップにつながる。また、熱ＣＶＤ成膜用ノズルを増設すると、ＣＶＤ成膜用ノズル内における成膜による異物発生の問題を新たに惹き起こすことになり好ましくないという問題があった。

従って、本発明の主な目的は、クリーニングガスに含まれた元素を有効に排除することが可能な基板処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ガス供給系を増設したり、ガス供給系からの異物発生を有効に防止することが可能な基板処理装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、
基板を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器と、
前記反応容器に開口し、前記反応容器内を排気するための排気口と、
前記反応容器へ少なくとも前記複数の反応ガスを供給するガス供給システムと、
前記ガス供給システムを制御する制御装置と、
を有し、
前記ガス供給システムは、前記基板に所望の処理を行うことによって前記反応容器内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニットと、
前記クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に前記反応容器内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給し、各反応ガスをそれぞれ独立して供給する専用供給ノズルを有する後処理用ガス供給ユニットとを含み、
前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行う際に用いる前記反応ガスの全てを含み、
前記制御装置は、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して付着物を除去し、その後、後処理用ガスとして前記各反応ガスを前記各専用供給ノズルから交互に供給するよう前記ガス供給システムを制御する基板処理装置が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、
複数の反応ガスを交互に供給し、基板に薄膜を形成する基板処理装置であって、
反応容器と、
前記複数の反応ガスをそれぞれ専用に供給する複数の専用供給ノズルと、
クリーニング時は、前記複数の供給ノズルの１つからクリーニングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、を備える基板処理装置が提供される。
また、本発明の第３の態様によれば、
反応容器内にクリーニングガスを供給して前記反応容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程を行った後、基板に処理を行う際に用いる反応ガスの全てをそれぞれ専用の供給ノズルから交互に前記反応容器内に供給して前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する後処理を行う後処理工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい形態によれば、
基板を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器と、
前記反応容器に開口し、前記反応容器内を排気するための排気口と、
前記反応容器へ少なくとも前記複数の反応ガスを供給するガス供給システムと、
前記ガス供給システムを制御する制御装置と、
を有し、
前記ガス供給システムは、前記基板に所望の処理を行うことによって前記反応容器内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニットと、
前記クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に前記反応容器内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給し、各反応ガスをそれぞれ独立して供給する専用供給ノズルを有する後処理用ガス供給ユニットとを含み、
前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行う際に用いる前記反応ガスの全てを含み、
前記制御装置は、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して付着物を除去し、その後、後処理用ガスとして各反応ガスを前記専用供給ノズルから交互に供給するよう前記ガス供給システムを制御する第１の基板処理装置が提供される。

ここで、所望の処理とは、気相成長や表面反応による薄膜形成の他に、基板を加工する処理、例えば酸化膜の形成、拡散処理等が含まれる。

後処理用ガス供給ユニットから、クリーニングガスに含まれた元素を反応容器から除去することが可能な後処理用ガスを供給するようにしたので、反応容器内にプリ成膜し上記元素をトラップするものと比べて、クリーニングガスに含まれた元素を反応容器から除去することもできる。また、後処理用ガス供給ユニットは、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを後処理用ガスとして供給するので、クリーニングガスに含まれた元素と反応して揮発物を生成し、生成された揮発物を反応容器から有効に除去することも可能になる。また、後処理用ガス供給ユニットが、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを供給するガス供給手段で構成するものであれば、新たにガス供給系を増設する必要がなく構造の複雑化を回避できる。また、ガス供給系を増設した場合に生じるガス供給系からの異物発生を防止できる。

第１の基板処理装置においては、後処理用ガス供給ユニットが、基板に所望の処理を行なう際に用いる複数の反応ガスをそれぞれ供給する各専用供給ノズルから、後処理用ガスとして各反応ガスを交互に供給することが可能なものであると、各専用供給ノズルから供給されるガスが、各専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素にそれぞれ有効に作用するので、各専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を有効に除去することができる。この場合、基板に所望の処理を行なう方法と後処理を行なう方法との組合わせとしては、例えば、ＡＬＤ法＋ＡＬＤ法、熱ＣＶＤ法＋ＡＬＤ法の組合わせがある。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第１の基板処理装置において、前記後処理用ガス供給ユニットから供給される各反応ガスは、前記各専用供給ノズル内及び反応容器内に残留する元素を除去し、かつ前記反応容器内に所望の膜を形成させるガスである第２の基板処理装置が提供される。

第２の基板処理装置においては、後処理用ガス供給ユニットが、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に残留する元素を除去するための各反応ガスを供給することが可能なものであると、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に残留する元素を反応容器から有効に除去できる。また、後処理用ガス供給ユニットが、反応容器に所望の膜、すなわちプリ成膜を形成するための各反応ガスを供給することが可能なものであると、反応容器内に残留する元素をプリ成膜内に抑え込むことができる。したがって除去と抑え込みとの両面から残留元素を反応容器内の雰囲気から排除できるので、残留元素による成膜速度の低下を抑えることができる。また、各反応ガスを交互に供給することが可能なものであると、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に形成する所望の膜は薄い膜で良く、スループットが向上する。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第２の基板処理装置において、前記各専用供給ノズルから供給する複数の反応ガスは、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアガスである第３の基板処理装置が提供される。

第３の基板処理装置においては、シリコンを含むガスは、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除できる。また、プラズマ励起したアンモニアガスは、アンモニアガスを供給する専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除できる。
本発明の好ましい更に他の形態によれば、第３の基板処理装置において、前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、このフッ素を含むガスを、シリコンを含むガスを供給する前記専用供給ノズルから供給するものである第４の基板処理装置が提供される。

第４の基板処理装置においては、シリコンを含むガスはアンモニアガスよりも成膜しやすいので、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルは、アンモニアガスを供給する専用供給ノズルと比べて、ノズル内に付着物がより多く付着しやすい。したがって、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルから、クリーニングガスとしてフッ素を含むガスを供給すると、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズル内の付着物を除去して専用供給ノズル内を有効にクリーニングできる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第３または第４の基板処理装置において、前記シリコンを含むガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）である第５の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第４の基板処理装置において、前記フッ素を含むガスは、ＮＦ_３，又はＣｌＦ_３である第６の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、
複数の反応ガスを交互に供給し、基板に薄膜を形成する基板処理装置であって、
反応容器と、
前記複数の反応ガスをそれぞれ専用に供給する複数の専用供給ノズルと、
クリーニング時は、前記複数の供給ノズルの１つからクリーニングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、を備える第７の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第７の基板処理装置において、前記反応容器内を加熱する加熱ユニットを更に備え、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、前記複数の反応ガスが供給される時の前記反応容器内の温度は、前記クリーニング時の前記反応容器内の温度より低く設定されている第８の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第８の基板処理装置において、反応ガスをプラズマ励起させるプラズマ生成ユニットを更に備え、前記複数の反応ガスの内、少なくとも１つの反応ガスは前記プラズマ生成ユニットによりプラズマ励起されて前記供給ノズルから供給される第９の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、
反応容器内にクリーニングガスを供給し、前記反応容器内をクリーニングする工程の後、基板に処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを反応容器に供給し、反応容器内に供給したクリーニングガスに含まれた元素を除去する工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造する第１の半導体装置の製造方法が提供される。

反応容器内をクリーニングする工程の後、基板に処理を行う際に用いる反応ガスの全てを反応容器に供給し、反応容器内に供給したクリーニングガスに含まれた元素を除去する工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造することによって、反応容器内に残留した前記元素を有効に除去でき、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下が防止され、成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第１の半導体装置の製造方法において、前記反応ガスは、それぞれ専用の供給ノズルから反応容器内に供給され、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する工程を含む第２の半導体装置の製造方法が提供される。

第２の半導体装置の製造方法においては、前記反応ガスは、それぞれ専用の供給ノズルから反応容器に供給され、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する工程を含むので、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素を除去することができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第２の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズル内及び反応容器内に残留する前記元素の除去と、反応容器内の構成物表面に所望の膜の形成とを含む第３の半導体装置の製造方法が提供される。
第３の半導体装置の製造方法においては、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズル内、および反応容器内に残留する前記元素を除去する工程と、反応容器の構成物表面に所望の膜を形成する工程とを含むので、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素を除去すると共に、反応容器内に形成した前記膜の中に前記元素を押さえ込むことができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第１〜第３の半導体装置の製造方法において、前記複数の反応ガスはシリコンを含むガスと、アンモニアガスとである第４の半導体装置の製造方法が提供される。

第４の半導体装置の製造方法においては、好ましくは、アンモニアガスはプラズマ励起したアンモニアガスである。前記複数の反応ガスが、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアであると、各専用ノズル内に残留した前記元素を除去することができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第４の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、前記クリーニングガスはシリコンを含むガスを供給する供給ノズルから反応容器内に供給する第５の半導体装置の製造方法が提供される。

第５の半導体装置の製造方法においては、前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、前記クリーニングガスはシリコンを含むガスを供給する供給ノズルから反応容器内に供給するので、アンモニアガスに比べて成膜しやすいシリコンを含むガスを供給する専用ノズル内の付着物を有効に除去し、前記専用ノズル内を有効にクリーニングすることができ、異物による影響を抑制した半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第４または第５の半導体装置の製造方法において、前記シリコンを含むガスは、ＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）である第６の半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第５の半導体装置の製造方法において、前記フッ素を含むガスは、ＮＦ_３、又はＣｌＦ_３である第７の半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第１の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、前記反応ガスを供給する時の前記反応容器内の温度を、前記クリーニング時の前記反応容器内の温度より低く設定する第８の半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第１の半導体装置の製造方法において、前記反応ガスを前記反応容器に供給する際に、前記反応ガスの全ての内、少なくとも１つの前記反応ガスをプラズマ励起させる第９の半導体装置の製造方法が提供される。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して更に詳細に説明する。

図５は基板処理装置の一例を示す縦型ＡＬＤ装置の概略構成図である。基板処理装置５０の前面にはカセット授受ユニット４９が設けられている。前記基板処理装置５０の内部には、前記カセット授受ユニット４９に対向してカセット棚５１が設けられ、前記カセット授受ユニット４９の上方に予備カセット棚５２が設けられる。前記カセット授受ユニット４９と前記カセット棚５１との間にカセット搬送機５３が設けられ、前記カセット棚５１の後方に基板移載機５４が設けられている。前記基板移載機５４の後側にボートエレベータ５５が設けられ、前記ボートエレベータ５５の上方に縦型反応炉１０が設けられている。

前記カセット授受ユニット４９は基板搬送容器であるカセット５７を２個載置可能なカセットステージ５８、前記カセットステージ５８の下方に基板姿勢整合機５９を２組具備しており、外部搬送装置（図示せず）より搬送された前記カセット５７が前記カセットステージ５８に垂直姿勢（即ち、カセット５７に収納されるウェーハ１が垂直姿勢の状態）で載置されると、前記基板姿勢整合機５９が前記カセット５７内のウェーハ等の基板（図示せず）のノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となる様、ウェーハの姿勢を整合する。

前記カセットステージ５８が９０°回転し、前記カセット５７を水平姿勢とすると共に前記カセット搬送機５３により搬送可能な状態にする。

前記カセット搬送機５３は前後方向に進退可能なロボットアーム６０を具備し、前記ロボットアーム６０は横行、及び昇降可能となっており、前記ロボットアーム６０の進退、昇降、横行の協動により、前記カセットステージ５８から前記カセット棚５１、又は前記予備カセット棚５２へ前記カセット５７の搬送が行われる。

前記ボートエレベータ５５から延びるアーム６１にはシールキャップ１７が設けられており、前記シールキャップ１７に基板保持具であるボート２が載置される。前記ボート２はウェーハを水平姿勢で多段に保持するものであり、前記ボートエレベータ５５により前記縦型反応炉１０内に装入、引出しされる。

前記基板移載機５４は回転・昇降可能に設けられ、進退可能なウェーハ保持部６２を具備し、前記ウェーハ保持部６２は複数枚のウェーハ保持プレート６３を有し、ウェーハを複数枚一括、或は一枚ずつ保持可能となっている。
前記基板移載機５４は前記カセット棚５１のカセット５７から下降状態の前記ボート２に複数枚一括、或は一枚ずつウェーハを移載する。

所定枚数のウェーハが前記ボート２に移載されると、前記縦型反応炉１０に前記ボート２が装入され、ウェーハの処理がなされる。このウェーハ処理にはＡＬＤ法が用いられ、処理に用いる複数種の反応ガスとしての原料ガスを１種類ずつ交互にウェーハ上に供給して１原子層単位で吸着・反応させ、これを繰り返すことにより処理している。

処理された基板は、上記した作動とは逆の作動により前記カセット棚５１のカセット５７に移載され、更に前記カセット搬送機５３により前記カセット授受ユニット４９に搬送され図示しない外部搬送装置により搬出される。

図２は実施の形態の縦型ＡＬＤ装置の縦型反応炉１０（以下、単に炉１０という）の構成を示す。この炉１０は、ヒータ１４と、ヒータ１４の内側に反応容器としての石英製円筒反応管１１を備える。反応管１１内に基板処理領域となる反応室１２が形成される。反応管１１の炉口部はシールキャップ１７により気密に閉塞される。シールキャップ１７に石英キャップ７を介してボート２が立設されて反応管１１内に挿入される。ボート２は、天板３と底板４間に立設された複数本の支柱５を有し、これらの支柱５には多段に溝６が設けられる。ボート２には、これらの溝６に、処理されるウェーハ１が水平姿勢で多段に保持される。ボート２はボートエレベータ５５（図５参照）によって昇降自在に支持され、反応１１に対して出し入れできるようになっている。また、ボート２は図示しない回転機構によって回転軸１９を中心に反応管１１内で回転自在に設けられる。なお、１８はシール用のＯリングである。

反応管１１にガス供給手段７０が設けられ、ガス供給手段７０から反応管１１内へ複数の反応ガスを供給するようになっている。ガス供給手段７０は、後述するクリーニングガス供給系と後処理用ガス供給系とを含む。また、反応管１１に排気系として排気口１６が設けられ、反応管１１の内部を排気可能としている。

ガス供給手段７０は、図２では便宜上、１系統のみが示されているが、実際には複数系統設けられていて、複数種類の原料ガス（ここでは２種類の原料ガス）を反応管１１内に供給できるようになっている。複数種類の原料ガスのうちの一部のガスはプラズマにより活性化して供給されるガスであり、残りのガスはプラズマにより活性化しないで供給するガスである。例えば、基板上に形成する膜種がＳｉＮ膜の場合、原料ガスは、活性化を要するＮＨ_３ガスと、活性化を要しないＤＣＳガスである。ここで示されているガス供給手段７０は、プラズマにより活性化したＮＨ_３ガスを供給する第１のガス供給手段（ＮＨ_３ガス供給手段）７０Ａである。第１のガス供給手段７０Ａは、反応管１１の下部の一側に設けられたＮＨ_３ガス導入口２０と、ＮＨ_３ガス導入口２０に接続され反応管１１内に設けられている石英製のＮＨ_３用バッファノズル３４とを備える。ＮＨ_３用バッファノズル３４は、反応管１１内に導入されるＮＨ_３ガスの流量と流速とを全ウェーハにわたって均一化する。

ＮＨ_３用バッファノズル３４は、反応管１１の管軸方向に延在され、反応管１１の下部からボート２の頂部が位置する反応管頂部付近まで管内壁１３に沿って設けられる。ＮＨ_３用バッファノズル３４は、管径が一様に細い通常のノズルと比べて比較的広いノズル空間を有し、ノズル空間を介して反応管１１内にＮＨ_３ガスを噴出するようになっている。ＮＨ_３用バッファノズル３４の噴出孔（図示せず）は、多段に保持された多数枚のウェーハ１に対応するように、隣接するウェーハ１と同ピッチで多数設けられる。

また、このＮＨ_３用バッファノズル３４は、内部にプラズマ発生用の一対のプラズマ電極２７（図では、電極は重なって示されているため、一方のみが示されている）を有し、導入されるＮＨ_３ガスをプラズマで活性化している。一対のプラズマ電極２７は、ＮＨ_３用バッファノズル３４内に設けられた一対の電極保護管２５内にそれぞれ挿入される。一対の電極保護管２５に挟まれたプラズマ生成領域３３にプラズマ４０が形成されるようになっている。

図１は、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。第１のガス供給手段（ＮＨ_３ガス供給手段）７０Ａと、第２のガス供給手段（ＤＣＳガス供給手段）７０Ｂとが設けられて、反応管１１内に２種類の原料ガスを個別に導入できるようになっている。第１のガス供給手段７０Ａと、第２のガス供給手段７０Ｂとは制御装置１００に接続され、制御装置１００によって制御される。第１のガス供給手段７０Ａは、ＮＨ_３ガス導入管２２、ＮＨ_３ガス導入管２２を連結するＮＨ_３ガス導入口２０、ＮＨ_３ガス導入口２０に連通するＮＨ_３用バッファノズル３４から構成される。第２のガス供給手段７０Ｂは、ＤＣＳガス導入管２３、ＤＣＳガス導入管２３を連結するＤＣＳガス導入口２１、ＤＣＳガス導入口２１に連通するＤＣＳ用バッファノズル４４から構成される。

第１のガス供給手段７０Ａは、専用供給ノズルとしてのＮＨ_３用バッファノズル３４から、反応室１２内に２種類の原料ガスのうちの１種であるＮＨ_３ガスの他に、後処理用ガスであるＮＨ_３ガス、又は不活性ガス例えばＮ_２を供給するようになっている。ＮＨ_３ガスは、成膜時、後処理時ともにプラズマで活性化して供給するように構成されている。

ＮＨ_３用バッファノズル３４は、ＮＨ_３ガス導入口２０に接続されたガス導入ノズル部２８と、ガスを活性化するプラズマ生成ノズル部２９とから構成される。ガス導入ノズル部２８とプラズマ生成ノズル部２９とは隔壁２６を介して並設され、隔壁２６に設けた連通口３０を介して連通するようになっている。プラズマ生成ノズル部２９には、プラズマ発生用の一対のプラズマ電極２７が設けられ、導入されるガスをプラズマ４０で活性化できるようになっている。活性化されたＮＨ_３ガス４２はプラズマ生成ノズル部２９に設けた噴出孔４５から噴出されるようになっている。一対のプラズマ電極２７は、プラズマ生成ノズル部２９内に設けられた一対の電極保護管２５内にそれぞれ挿入される。炉１０の外部に電極保護管２５から導出された一対のプラズマ電極２７は、可変容量からなる整合器３２を介して高周波電源３１に接続される。

ＮＨ_３ガス導入口２０は、第１バルブ３５、第２バルブ３６を介してＮＨ_３ガス又は不活性ガスＮ_２を供給する２分岐のガス導入管２２に接続され、ＮＨ_３用バッファノズル３４にＮＨ_３又は不活性ガスを選択供給するようになっている。ＮＨ_３ガス導入口２０から導入されたガスは、ＮＨ_３用バッファノズル３４のガス導入ノズル部２８に入り、連通口３０を通ってプラズマ生成ノズル部２９に供給される。ここでプラズマ電極２７間に高周波電力を加えることによりプラズマ生成領域４６にプラズマ４０が発生し、このプラズマ４０によりＮＨ_３ガスは活性化される。活性化されたＮＨ_３ガスはプラズマ生成ノズル部２９の噴出孔４５から反応室１２内のウェーハ１上に噴出される。

このようにＮＨ_３用バッファノズル３４は、その内部に比較的広いノズル空間を持っているので、ガスを励起した際に発生するラジカルがなるべく壁にぶつからず、またプラズマ生成領域４６付近の圧力が低くなり、これにより発生したラジカルのライフタイムを確保して、ＮＨ_３ラジカルをそのまま反応室（基板処理領域）１２に輸送することができる。

第２のガス供給手段７０Ｂは、専用供給ノズルとしてのＤＣＳ用バッファノズル４４から、反応室１２内に２種の原料ガスのうちの他の１種であるＤＣＳガスの他に、クリーニングガスであるＮＦ_３ガス、後処理用ガスであるＤＣＳガス、又は不活性ガスを供給するようになっている。ＤＣＳやＮＦ_３ガスはＮＨ_３と異なり、活性化しないで供給するようになっている。

ＤＣＳ用バッファノズル４４は、上述したＮＨ_３用バッファノズル３４と異なり、プラズマ生成ノズル部を有さず、ガス導入ノズル部２８に相当する部分だけを有して構成される。ガスはＤＣＳ用バッファノズル４４の噴出孔４７から反応室１２内のウェーハ１上に噴出される。ガス導入口２１は、第３バルブ３７、第４バルブ３８、第５バルブ３９を介してＤＣＳ、ＮＦ_３又は不活性ガスを供給する３分岐のガス導入管２３に接続され、ＤＣＳ用バッファノズル４４にＤＣＳ、ＮＦ_３又は不活性ガスを選択供給するようになっている。３分岐のガス導入管２３のうち、ＤＣＳガスを供給するＤＣＳガス導入管２３Ａは、反応管内圧力（以下、炉内圧力ともいう）をＮＨ_３ガスよりも高い圧力に短時間で昇圧することが好ましいため、第４バルブ３８、第６バルブ４３間に挟まれたＤＣＳガスを溜めるバッファタンク４１を有する。ＤＣＳガスを反応室１２に供給する際には、予めＤＣＳガスをバッファタンク４１に溜め、反応室１２の排気口１６からの排気を例えば止めた状態で、バッファタンク４１からバッファタンク４１に溜めたＤＣＳガスを反応室１２に一気に供給することにより、反応室１２内の複数のウェーハ１をＤＣＳガスに晒すようにする。ＮＦ_３ガス及び不活性ガスはバッファタンク４１を通さないほうがよいので、これらを供給するガス導入管２３Ｂ、２３Ｃはバッファタンク４１の下流につないである。

上述したガス導入管２３Ｂ、ＤＣＳガス導入口２１、及びＤＣＳ用バッファノズル４４が、ウェーハ１に成膜を行なうことによって反応管１１内に付着する付着物としての反応副生成物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系７１を構成する。また、第１のガス供給手段（ＮＨ_３ガス供給手段）７０Ａ、及び第２のガス供給手段（ＤＣＳガス供給手段）７０Ｂが、クリーニングガスを供給して反応副生成物を除去した後に反応管１１内に残留するクリーニングガスに含まれたＦ成分を反応管１１から除去することが可能な後処理用ガス供給系７２を構成する。

図３は、反応管１１内における２つのＮＨ_３用バッファノズル３４、ＤＣＳ用バッファノズル４４を示す図であり、図１の右上に示す白抜き矢印Ｚ方向から見た反応管１１の透視図である。各バッファノズル３４、４４のガス噴出孔４５、４７は、バッファノズル３４、４４の上流から下流に向かって孔サイズを大きくしてある。これはバッファノズル３４、４４の上流から下流に向かってノズル空間の内部圧力が低くなっていくため、下流に向かって孔サイズを大きくすることによって、下流側でもガス噴出孔４５、４７から噴出される噴出量を確保し、上流から下流にわたって流量を均一に整えるためである。ガス噴出孔４５、４７は、前述したように、多段に保持された多数枚のウェーハ１に対応するように、隣接するウェーハ１と同ピッチで設けられる。

次に、上記のように構成される実施の形態の縦型ＡＬＤ装置における作用を説明する。

縦型ＡＬＤ装置の反応管１１内で成膜（成膜工程Ａ）を繰り返すと、炉内部に反応副生成物が付着残留していく。これを除去するためにクリーニングを行なう（クリーニング工程Ｂ）。クリーニング後、炉内部に残留するクリーニングガスに含まれた元素を排除する後処理（後処理工程Ｃ）を行なう。後処理工程Ｃの後、成膜工程Ａ、クリーニング工程Ｂを繰り返す。以下、各工程を個別に説明していく。なお、説明中に出てくる時間はオーバヘッドを除く値である。ここで、オーバヘッドとは、ボート２の反応管１１内への挿入・取り出しに要する時間や、反応管内の真空引き・常圧復帰に要する時間等の時間であって、反応室内にガスを導入し処理を行っている時間を除く時間を示している。

成膜工程Ａ
この工程はウェーハに所望の成膜処理を行なう本成膜工程である。ボートエレベータ５５（図５参照）でシールキャップ１７を介してボート２を下降させ、ボート２に多数枚のウェーハ１を保持し、ボートエレベータ５５によりボート２を反応管１１内に挿入する。シールキャップ１７で反応管１１の炉口を完全に密閉した後、反応管１１内を排気口１６から真空引きして排気する。反応管１１内を所定温度、例えば４００〜６００℃に加熱し温度安定化をはかる。２つのバッファノズル３４、４４から原料ガスを反応室１２内に供給しつつ排気口１６より排出することにより、ウェーハ１表面に成膜処理する。

前述したようにＡＬＤ装置では、ＤＣＳガスとＮＨ_３プラズマとはそれぞれ専用のＤＣＳ用ノズルとＮＨ_３用ノズルとから交互に供給されるように構成される。特に、積層した基板を一度に大量に処理する縦型ＡＬＤ装置では、積層された各基板に均一にガスを輸送するために、ＤＣＳ用ノズル及びＮＨ_３用ノズルは、細管で構成された通常のノズルではなく、ノズル空間の大きなバッファノズルで構成することがある。また、ＤＣＳ用バッファノズルと異なり、ＮＨ_３用バッファノズル内には、プラズマ電極が設けられたプラズマ生成領域と、ＮＨ_３ガスが導入されるプラズマ非生成領域とを備え、プラズマ非生成領域に導入されたＮＨ_３ガスをプラズマ生成領域でプラズマにより活性化できるようになっている。そして、各バッファノズル内にＳｉＮ膜が成膜しにくいように、ＤＣＳ用バッファノズルからＤＣＳガスを供給する時はＮＨ_３用バッファノズルからＮ_２などの不活性ガスを流し、ＮＨ_３用バッファノズルからＮＨ_３プラズマを供給する時はＤＣＳ用バッファノズルからＮ_２などの不活性ガスを流している。

この成膜処理は、２種類の反応ガスＤＣＳとＮＨ_３とを用いたＡＬＤ成膜処理で行われ、次の（１）〜（４）のステップから構成される。

（１）ＮＨ_３用バッファノズル３４のプラズマ電極２７間への高周波電力印加はオフにしておく。また、ＮＨ_３用バッファノズル３４内へのＤＣＳガスの混入を防止するため、第２バルブ３６を開いて、少量のＮ_２ガスを流しておく。第４バルブ３８を開けて予めバッファタンク４１に溜めたＤＣＳガスをＤＣＳ用バッファノズル４４に供給し、その噴出孔４７から反応室１２に噴射する。噴射するＤＣＳ流量は例えば０．５ｓｌｍであり、炉内圧力は排気口１６の排気を止めて例えば２６６〜９３１Ｐａとする。ＤＣＳガスにウェーハ１が晒されることで、ウェーハ１上にＤＣＳ原料が吸着される。

（２）第４バルブ３８を閉めＤＣＳガスの供給を止める。第６バルブ４３を開いてバッファタンク４１へのＤＣＳガス溜めを開始する。ついで、排気口１６を開けると共に、第５バルブ３９を開けて不活性ガスであるＮ_２ガスをＤＣＳ用バッファノズル（第２バッファノズル）４４から反応管１１内に導入し、ＤＣＳ用バッファノズル４４及び反応管１１内をＮ_２パージしてＤＣＳ雰囲気をＤＣＳ用バッファノズル４４及び反応管１１内から除去する。なお、Ｎ_２パージに代えて真空引きでＤＣＳ雰囲気を除去してもよい。

（３）ＤＣＳ用バッファノズル４４内へのＮＨ_３ラジカル４２の混入を防止するため、第５バルブ３９を開いて、少量のＮ_２ガスを流しておく。プラズマ電極２７間に高周波電力を印加するとともに、第１バルブ３５を開けてＮＨ_３ガスをＮＨ_３用バッファノズル（第１バッファノズル）３４に供給する。ＮＨ_３ガスはガス導入ノズル部２８から連通孔３０を通ってプラズマ生成ノズル部２９に導入され、プラズマ電極２７間で発生したプラズマ４０により活性化される。活性化されたＮＨ_３ラジカル４２は、噴射孔４５から反応室１２に噴射される。噴射されるＮＨ_３ガス流量は例えば３．０〜４．５ｓｌｍであり、炉内圧力は排気口１６のコンダクタンス制御によりＤＣＳガス導入のときより低い４０〜６０Ｐａとする。活性化したＮＨ_３ガスにウェーハ１が晒されることで、ウェーハ１上に吸着されていたＤＣＳ原料とＮＨ_３原料とが反応してウェーハ１上に１原子層だけＳｉＮ膜が成膜される。

（４）第１バルブ３５を閉じてＮＨ_３ガスの供給を止めるとともに、プラズマ電極２７間への高周波電力印加はオフにする。排気口１６は開けたままとして、第２バルブ３６を開けて不活性ガスであるＮ_２ガスをＮＨ_３用バッファノズル３４に導入し、ガス導入ノズル部２８からプラズマ生成ノズル部２９を通して反応管１１内に導入し、ＮＨ_３用バッファノズル３４及び反応管１１内をＮ_２パージしてＮＨ_３雰囲気をＮＨ_３用バッファノズル３４及び反応管１１から除去する。なお、Ｎ_２パージに代えて真空引きでＮＨ_３雰囲気を除去してもよい。

再び（１）へ戻って、（１）〜（４）のステップを所望の回数だけ繰り返す。ステップ（１）〜（４）を１サイクルとして、１サイクルで一定の膜厚が成膜されていく。膜厚はサイクル数で制御する。成膜時間は温度、膜厚に依存するが、例えば成膜温度５５０℃、膜厚３００Åとすれば１００ｍｉｎ程度である。なお、上述したステップでは、先にＤＣＳガスを供給し、後からＮＨ_３プラズマを供給するようにしたが、供給順序を逆にして、先にＮＨ_３プラズマを供給し、後からＤＣＳガスを供給するようにしてもよい。

このようにして成膜を完了した後は、反応管１１内を不活性ガスＮ_２に置換して常圧に復帰させ、ボート２を下降させ、ボート２から成膜完了後のウェーハ１を払い出す。

しかし、上述したように一方のバッファノズルから原料ガスを流す時に他方のバッファノズルから不活性ガスを流すようにしても、拡散現象によってバッファノズル間でガスがある程度混入するのは避けられない。原料ガスがプラズマ励起されるＮＨ_３用バッファノズルでは、ＤＣＳガスが混入すると、ノズルが異物発生源となる。ノズルが異物発生源となるのは次の理由による。

（１）プラズマ放電時にＮＨ_３用バッファノズルのプラズマ生成領域にＤＣＳガスが混入していると、ＤＣＳとＮＨ_３プラズマとが劇的に反応し、ポリマ等を形成してＮＨ_３用バッファノズル内部に膜が付着する。これが異物発生源となる。

（２）ＤＣＳとＮＨ_３プラズマとの反応により、プラズマ生成領域部に膜が付着していくが、膜が厚く付着してしまうと、プラズマ放電時に、付着した膜にＮＨ_３ラジカルが激しく衝突し、膜にダメージを与え膜剥がれを生じることがある。これも異物発生源になる。

そこで、複数のガスを交互に供給する複数の専用バッファノズルを使用している縦型ＡＬＤ装置では、バッファノズル内の成膜を除去するために、後述するクリーニング工程Ｂでバッファノズル内にもクリーニングガスが入り込むようにする必要ある。

クリーニング工程Ｂ
ボート２にウェーハ１を保持しない状態で、ボートエレベータ５５によりボート２を反応管１１内に挿入する。シールキャップ１７で反応管１１の炉口を完全に密閉した後、反応管１１内を排気口１６から真空引きして排気する。反応管内温度を例えば約６１０℃にする。第３バルブ３７を開けてクリーニングガスとなるＮＦ_３ガスをＤＣＳ用バッファノズル４４から反応室１２内に噴射する。噴射するＮＦ_３ガス流量は例えば０．２５〜１．５ｓｌｍである。このとき反応管１１の内部の真空排気はそのまま継続され、反応管１１の内部の圧力は予め定めた圧力になるように、真空排気量が制御される。炉内の熱でＮＦ_３分子が活性化される。これにより炉内接ガス部となるＤＣＳ用バッファノズル４４の内壁面、反応管１１の内壁面、炉口部付近８の炉低温部、又はその他の接ガス部に付着した反応副生成物がエッチングされる。また、ＮＨ_３用バッファノズル３４内にもＮＦ_３ガスが入ってプラズマ生成ノズル部２９内の反応副生成物がエッチングされる。エッチングされた反応副生成物は、排気口１６から排出される。クリーニング時間は累積膜厚に依存するが、例えば０．７５μｍ累積時は２ｈ程度である。

ここで、ＮＨ_３用バッファノズル３４のガス導入ノズル部２８内はプラズマ生成領域４６以外のプラズマ非生成領域４８であり、ガス導入ノズル部２８内にＮＦ_３ガスが入ってノズル部内壁面にＦ成分が吸着、結合して残留すると、ＮＨ_３プラズマが存在しないのでＦ成分を除去できない。そのため、クリーニング時は、ガス導入ノズル部２８から微量の窒素Ｎ_２を流し、ガス導入ノズル部２８内にクリーニングガスが混入しないようにしている。ここで、窒素Ｎ_２を流す量を微量としているのは、次の理由による。プラズマ生成ノズル部２９内には、ＤＣＳガスの拡散より、多少の反応副生成物が付着していると考えられるので、前述したように、プラズマ生成ノズル部２９内にクリーニングガスを入れて反応副生成物を除去する必要がある。したがって窒素Ｎ_２の流す量を多くすると、クリーニングガスがプラズマ生成ノズル部２９内に入らなくなって、反応副生成物を除去できなくなり、これを防ぐためである。

また、実施の形態では、クリーニングガスをＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３用バッファノズル３４ではなく、ＤＣＳガスを供給するＤＣＳ用バッファノズル４４から流している。これは次の３つの理由による。

（１）ＤＣＳガスのみでも成膜するので、ＮＨ_３用バッファノズル３４内に付着する反応副生成物の膜より、ＤＣＳ用バッファノズル４４内に付着する反応副生成物の膜の方が、より厚い膜になっていると考えられる。したがって、これを有効に除去する必要がある。

（２）クリーニングを実施した後に成膜を行なうと成膜速度が低下する。これは成膜ガスが残留Ｆ成分に影響されて成膜が阻害されるからである。反応ガスがＤＣＳ＋ＮＨ_３プラズマ系の場合、残留したＦとの反応は、ＤＣＳガスよりもＮＨ_３プラズマの方が、Ｆとの反応確率が高く、Ｆによる影響を受けやすい。このためＮＨ_３用バッファノズル３４からＮＦ_３ガスを流した時の方が、ＤＣＳ用バッファノズル４４からＮＦ_３ガスを流したときよりも、その後の成膜速度低下が大きくなる。したがって、Ｆによる影響を受けにくい方から流す方が好ましい。

（３）ＮＨ_３用バッファノズル内にクリーニングガスが入り込むようにすると、Ｆ成分がＮＨ_３用バッファノズル内のノズル内壁面に吸着、結合する。ＮＨ_３はプラズマ励起を行わないとフッ素Ｆと反応しないため、ＮＨ_３用バッファノズル３４からＮＦ_３ガスを供給した場合、プラズマ生成領域４６以外のプラズマ非生成領域４８でＦ成分が吸着、結合して残留すると、このＦ成分が除去できず、ウェーハ処理開始からしばらくの間、Ｆを反応室１２内に供給し続けることになり、しばらくは成膜速度が安定しないということになる。これを回避する必要がある。

後処理工程Ｃ
後処理工程は、クリーニング工程の後に行なう工程であり、各バッファノズル３４、４４内、及び反応室１２内に残留する元素Ｆを反応管１１から除去する除去工程と、各バッファノズル３４、４４内、及び反応管１１内の構成物表面に所望の膜を形成するプリ成膜工程とが含まれる。２つの除去工程及びプリ成膜工程は、別個の工程とすることもできるが、ＡＬＤ法を用いると両工程を１つの工程で実施することができる。ＡＬＤ法を用いた１つの工程で実現する場合のプリ成膜内容は、基本的には前述した成膜工程Ａと同じであり、成膜工程Ａと異なる点は、処理時間が例えば１３ｍｉｎ程度と短い点であり、この処理時間で例えば４０サイクル程度の成膜処理を行うことで、後処理後に行われるウェーハ成膜の膜厚を安定させることができる。

後処理工程として、プラズマによって励起したＮＨ_３ラジカルとＤＣＳガスとを交互に供給するＡＬＤ法で後処理工程を実施すると、炉内の各接ガス部のＦ成分は次のように除去される。

（１）ＮＨ_３用バッファノズル
ＮＨ_３用バッファノズル３４にＮＨ_３ガスが後処理用ガスとして供給される。すると、このＮＨ_３はプラズマにより活性化されるので、ＮＨ_３用バッファノズル３４のプラズマ生成ノズル部２９内の壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分は、活性化によりＮＨ_３から電離されたＨ原子と反応して、ＮＨ_３用バッファノズル３４内から排出されやすいＨＦガスとなる。ＨＦガスはＮＨ_３用バッファノズル３４から反応室１２を通って反応管１１の排気口１６から排出される。また、プリ成膜時、意図的にＮＨ_３用バッファノズル３４内にプリ成膜であるＳｉＮ膜を形成していないが、ＤＣＳガス供給時のガスの拡散作用により、ＮＨ_３用バッファノズル３４内に多少のＤＣＳガスが流入するので、ＮＨ_３用バッファノズル３４内に多少のプリ成膜ＳｉＮが形成されると考えられる。したがってＮＨ_３用バッファノズル３４内の壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより、反応管内雰囲気から排除される。なお、ＮＨ_３ラジカルが生成されないガス導入ノズル部２８については、クリーニング時に、微量の窒素Ｎ_２を流してＦ成分が混入しないようにしているので、特にＮＨ_３ラジカルによる除去とプリ成膜による抑え込みとを要さない。

（２）ＤＣＳ用バッファノズル
ＤＣＳ用バッファノズル４４にＤＣＳガスが後処理用ガスとして供給される。すると、このＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスはＳｉ−Ｆ結合を作りやすいので、ＤＣＳ用バッファノズル４４内の壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分は、ＤＣＳガスと反応してＳｉＦ（フッ化シリコン）ガスとなる。このＳｉＦガスはＤＣＳ用バッファノズル４４から反応室１２を通って反応管１１の排気口１６から排出される。また、プリ成膜時、意図的にＤＣＳ用バッファノズル４４内にプリ成膜であるＳｉＮ膜を形成していないが、ＮＨ_３ラジカル供給時のガスの拡散作用により、ＤＣＳ用バッファノズル４４内に多少のＮＨ _３ラジカルが流入するのでＤＣＳ用バッファノズル４４内に多少のプリ成膜ＳｉＮが形成されると考えられる。したがって、ＤＣＳ用バッファノズル４４内の壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより反応管内雰囲気から排除される。

（３）炉低温部
炉口部付近８の炉低温部に吸着、結合して残留しているＦ成分にも、ＮＨ_３用バッファノズル３４から反応室１２内に供給されるＮＨ_３ラジカルはＦとの反応確率が高いため、特に有効に作用し、Ｆ成分はＨＦになって反応管１１から排出される。また、各バッファノズル３４、４４からＮＨ_３ラジカルとＤＣＳガスとが交互に反応管１１内に供給されることで炉低温部に形成されるプリ成膜によっても、壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分を膜の下に封じ込めて、反応管１１内の雰囲気から排除される。

（４）上記以外の部分
上記以外の炉内の接ガス部は、プリ成膜の形成、ＤＣＳガス又はＮＨ_３ラジカルとの反応によるＦ成分の揮発化によって、壁面に吸着、結合して残留しているＦ成分を抑えこみ、かつ除去させることができる。

以上述べた（１）〜（４）の除去効果によって、炉内の各接ガス部のＦ成分は有効に除去されるので、クリーニング直後であっても、基板上への成膜時にＦ成分が脱離してきて成膜を阻害することがなくなり、成膜速度の低下を有効に抑えることができる。

上述したように実施の形態によれば、後処理工程となるプリ成膜を行なうに際し、熱ＣＶＤ法ではなくＡＬＤ法を採用し、その際、本成膜で用いる原料ガスの全てを後処理用ガスとして供給しているので、ＮＨ_３ラジカルとＤＣＳによるＦ元素の炉からの除去と、プリ成膜によるＦ元素の炉内でのトラップとの両面から、Ｆ元素を反応管内の雰囲気から有効に排除することができる。

また、熱ＣＶＤ法によるプリ成膜の場合、Ｆ成分のトラップには厚い膜が必要である。すなわち、熱ＣＶＤ法の場合、炉口部付近８の低温部は、炉の他の接ガス部分に比べて成膜速度が低いので、低温部にあわせてＦ成分をトラップするためのプリ成膜を付けると、成膜処理時間が長くなって他の接ガス部分の膜厚が厚くなる。また、熱ＣＶＤ法では、プラズマを使用していないため、ＮＨ_３プラズマによる残留Ｆ成分の反応室１２外への排出機能がない。それゆえ、多量の残留Ｆ成分をプリ成膜の下に封じ込める必要があり、結果的に、厚いプリ成膜が必要となる。これに対して実施の形態のようにＡＬＤ法によるプリ成膜の場合、Ｆ成分のトラップには薄い膜でよい。すなわち、ＡＬＤ法の場合、ＮＨ_３プラズマが、低温部付近の残留Ｆ成分を有効に取り去るので、薄いプリ成膜で済む。また、プリ成膜が薄い場合、その後の基板処理によって、反応管内壁面に付着する反応副生成物が、膜剥がれを起こし始めるまでの期間が長くなり、クリーニングの回数を減少させることができる。

したがって図４Ａ、４Ｂに示すように、プリ成膜を行なうに際して、従来のように熱ＣＶＤ法を用いると厚い膜厚が必要となり、成膜速度を稼ぐために、処理温度を上げる必要がある（図４Ｂ）。これに対して実施の形態では、ＡＬＤ法を用いるので、ＮＨ_３プラズマとＤＣＳガスによる残留Ｆ成分の除去効果によるプリ成膜の薄膜化が実現できるので、プリ成膜温度を本成膜の成膜温度と同じにすることができ、スループットを向上できる（図４Ａ）。

また、本実施の形態では、後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給系として、各専用供給ノズルであるＮＨ_３用バッファノズルとＤＣＳガスバッファノズルとをそのまま利用しており、専用供給ノズルとは別に熱ＣＶＤ成膜用ノズルを増設する必要が生じないので、反応管の構造が複雑になることも、コストアップにつながることもない。また、熱ＣＶＤ成膜用ノズルを増設しないので、ＣＶＤ成膜用ノズル内における成膜による異物発生の問題も生じない。

以上に記述した成膜工程、クリーニング工程、後処理工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造すれば、反応室内に残留したクリーニングガスに含まれる元素による影響の少ない半導体装置を製造することができる。

またＤＣＳとプラズマ励起ＮＨ_３との原料ガスを用いてＳｉＮを成膜したが、ガス種はこれに限らない。例えばＳｉＮ膜では、Ｓｉ_２Ｃｌ_６（ヘキサクロロジシラン：ＨＣＤ）とＮＨ_３（プラズマ励起してもプラズマ励起しなくてもよい）との原料ガスを用いて成膜することも可能である。

また、実施の形態ではクリーニングガスとしてＮＦ_３を用いたが、これに限らず、ＣｌＦ_３などの他のＦ（フッ素）を含むエッチングガスを用いてもよい。

また、実施の形態では、本成膜と後処理とを共にＡＬＤ法で行なっているが、これに限定されず、例えば本成膜を熱ＣＶＤ法で行い、後処理のみをＡＬＤ法で行ってもよい。また、実施の形態ではバッチ式の縦型ＡＬＤ装置に適用したが、枚葉式のＡＬＤ装置にも適用できる。

また、実施の形態では、通常のノズルと比べて空間容積の大きな２つのバッファノズルを備え、一方のバッファノズル内でガスをプラズマ励起する構造のものについて説明したが、これに限定されない。例えば、後処理工程の処理時間は増大するが、バッファノズルの外でプラズマ励起するもの、あるいは通常の細管ノズルを備えノズル外でプラズマ励起する構造のものにも適用可能である。

明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００２年１１月１１日提出に日本国特許出願２００２−３２７１９３号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。

以上のように、本発明の好ましい実施の形態によれば、クリーニング後に行なう後処理用ガスに反応ガスを用いるので、クリーニングガスに含まれた元素を有効に除去できる。また、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを後処理用ガスとして導入すると、ガス供給系を増設する必要がなく、構造の複雑化を回避できる。また、ガス供給系を増設した場合に生じるガス供給系からの異物発生を防止できる。
その結果、本発明は、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によっても、半導体基板に成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。

図１は、本発明の一実施の形態による縦型ＡＬＤ装置を構成する炉の概略横断面図である。図２は、本発明の一実施の形態による縦型ＡＬＤ装置を構成する炉の概略縦断面図である。図３は、本発明の一実施の形態による反応管内のバッファノズルの透視図である。図４Ａ、４Ｂは、プリ成膜にＡＬＤ法と熱ＣＶＤ法を採用した場合の、クリーニング、プリ成膜、成膜の各処理温度を比較した比較図である。図５は、本発明の一実施の形態による縦型ＡＬＤ装置の概略全体構成図である。

符号の説明

１ウェーハ
２ボート
３天板
４底板間
５支柱
６溝
７石英キャップ
８炉口部付近
１０縦型反応炉
１１石英製円筒反応管
１２反応室
１３管内壁
１４ヒータ
１６排気口
１７シールキャップ
１８Ｏリング
１９回転軸
２０ＮＨ _３ガス導入口
２１ＤＣＳガス導入口
２２ＮＨ _３ガス導入管
２３ＤＣＳガス導入管
２３ＡＤＣＳガス導入管
２３Ｂ、２３Ｃガス導入管
２５電極保護管
２６隔壁
２７プラズマ電極
２８ガス導入ノズル部２２
２９プラズマ生成ノズル部
３０連通口
３１高周波電源
３２整合器
３３プラズマ生成領域
３４ＮＨ _３用バッファノズル
３５第１バルブ
３６第２バルブ
３７第３バルブ
３８第４バルブ
３９第５バルブ
４０プラズマ
４１バッファタンク
４２ＮＨ _３ガス
４３第６バルブ
４４ＤＣＳ用バッファノズル
４５噴出孔
４６プラズマ生成領域
４７噴出孔
４８プラズマ非生成領域
４９カセット授受ユニット
５０基板処理装置
５１カセット棚
５２予備カセット棚
５３カセット搬送機
５４基板移載機
５５ボートエレベータ
５７カセット
５８カセットステージ
５９基板姿勢整合機
６０ロボットアーム
６１アーム
６２ウェーハ保持部
６３ウェーハ保持プレート
７０ガス供給手段
７０Ａ第１のガス供給手段（ＮＨ _３ガス供給手段）
７０Ｂ第２のガス供給手段（ＤＣＳガス供給手段）
７１クリーニングガス供給系
７２後処理用ガス供給系
１００制御装置

Claims

基板を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器と、
前記反応容器に開口し、前記反応容器内を排気するための排気口と、
前記反応容器へ少なくとも前記複数の反応ガスを供給するガス供給システムと、
前記ガス供給システムを制御する制御装置と、
を有し、
前記ガス供給システムは、前記基板に所望の処理を行うことによって前記反応容器内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニットと、
前記クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に前記反応容器内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給し、各反応ガスをそれぞれ独立して供給する専用供給ノズルを有する後処理用ガス供給ユニットとを含み、
前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行う際に用いる前記反応ガスの全てを含み、
前記制御装置は、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して付着物を除去し、その後、後処理用ガスとして前記各反応ガスを前記各専用供給ノズルから交互に供給するよう前記ガス供給システムを制御する基板処理装置。
前記後処理用ガス供給ユニットから供給される各反応ガスは、前記各専用供給ノズル内及び前記反応容器内に残留する元素を除去し、かつ前記反応容器内に所望の膜を形成させるガスである請求項１に記載の基板処理装置。
前記各専用供給ノズルから供給する複数の反応ガスは、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアガスである請求項２に記載の基板処理装置。
前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、このフッ素を含むガスを、シリコンを含むガスを供給する前記専用供給ノズルから供給するものである請求項３に記載の基板処理装置。
前記シリコンを含むガスは、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２である請求項３または４に記載の基板処理装置。
前記フッ素を含むガスは、ＮＦ_３，又はＣｌＦ_３である請求項４に記載の基板処理装置。
複数の反応ガスを交互に供給し、基板に薄膜を形成する基板処理装置であって、
反応容器と、
前記複数の反応ガスをそれぞれ専用に供給する複数の専用供給ノズルと、
クリーニング時は、前記複数の供給ノズルの１つからクリーニングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、
を備える基板処理装置。
前記反応容器内を加熱する加熱ユニットを更に備え、
前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、前記複数の反応ガスが供給される時の前記反応容器内の温度は、前記クリーニング時の前記反応容器内の温度より低く設定されている請求項７に記載の基板処理装置。
反応ガスをプラズマ励起させるプラズマ生成ユニットを更に備え、
前記複数の反応ガスの内、少なくとも１つの反応ガスは前記プラズマ生成ユニットによりプラズマ励起されて前記供給ノズルから供給される請求項８に記載の基板処理装置。
反応容器内にクリーニングガスを供給して前記反応容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程を行った後、基板に処理を行う際に用いる反応ガスの全てをそれぞれ専用の供給ノズルから交互に前記反応容器内に供給して前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する後処理を行う後処理工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
前記後処理工程は、前記反応容器内の温度を、前記クリーニング工程を行う際の温度より低く設定して行う請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記後処理工程では、前記反応ガスの全てのうち、少なくとも１つの前記反応ガスをプラズマ励起させる請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。