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JP5774822B2 - 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置に関し、特に、基板（ウエハ）上に金属膜を形成する工程を備える半導体デバイスの製造方法および基板上に金属膜を形成する基板処理装置に関する。
基板上に所定の膜を形成する手法の１つとして、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＣＶＤ法とは、気相中もしくは基板表面における２種以上の原料の反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする膜を基板上に成膜する方法である。また、ＣＶＤ法の中の１つとして、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＡＬＤ法とは、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種以上の原料となる原料を１種類ずつ交互に基板上に供給し、原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して原子層レベルで制御される成膜を行う手法である。従来のＣＶＤ法と比較して、より低い基板温度（処理温度）にて処理が可能なことや、成膜サイクル回数によって成膜される膜厚の制御が可能である。ここで、原料として有機原料を用いた場合に、メチル基が残るため抵抗値が変動してしまう。また、有機原料としてＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタン）を用いた場合に、自己分解温度が１５０℃と低いため、縦型装置の炉口部等温度が低い箇所では自己分解して膜が形成されてしまい、その膜が剥がれてパーティクルとなってしまう。
また、基板上に形成される金属膜としては、例えば、特許文献１のように窒化チタン膜（ＴｉＮ）が挙げられる。
ＷＯ２００７／０２０８７４号公報
しかし、窒化チタン膜の連続膜は、一般的に柱状構造を呈するが、ＣＶＤ法で窒化チタン膜を成膜した場合、ＡＬＤ法で成膜した場合と比較し、成膜初期から終期に渡りランダム成長をする傾向があり、結果として結晶粒が粗大となったり、膜表面が粗くなることがある。膜中の空隙の占める割合が大きくなることにより膜密度の低下が引き起こされ、結果として抵抗率の上昇を招いてしまう。
特に、処理温度を３００℃まで下げた場合では、イバラ状に成長し、表面の粗さや膜密度が著しく悪化してしまう。
一方、ＡＬＤ法にて成膜した窒化チタン膜の連続膜は、ＣＶＤ法で成膜した場合と比較し、滑らかな表面が得られ、且つ比較的抵抗値の低い窒化チタン膜を得ることが出来る。また、良好なステップカバレッジを得ることが出来る。しかし、その反面、ＣＶＤ法を用いた場合と比較して、成膜速度が遅いので所望の膜厚を得るために時間がかかり、基板のサーマルバジェットを著しく増加させてしまう。
従って、本発明の主な目的は、上記問題を解決し、低温にて膜表面が滑らかであって緻密な抵抗率の低い金属膜を、速い成膜速度で形成する半導体デバイスの製造方法および基板処理装置を提供することである。
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に1回前記処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記交互供給工程及び前記同時供給工程の少なくとも一方の後に、前記反応ガス及び不活性ガスの少なくとも一方を用いて前記第1の金属膜及び前記第２の金属膜の少なくとも一方を改質する改質工程を行う半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、少なくとも1種の金属化合物と前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを、互いに混合するよう同時に処理室に供給する工程を含み、前記基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記同時供給工程では、前記金属化合物と前記反応ガスを互いに混合するよう同時に処理室に供給した後、前記金属化合物と前記反応ガスの供給を止めて前記処理室内の雰囲気を除去し、その後、前記反応ガスを前記処理室に供給し、その後、前記反応ガスの供給を止めて前記処理室内の雰囲気を除去する半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、無機原料である金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に前記処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記交互供給工程では、第1の金属化合物と前記反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記基板に第３の金属膜を形成する工程と、第1の金属化合物とは異なる第２の金属化合物と前記反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記基板に第４の金属膜を形成する工程と、を所定回数行い、前記第３の金属膜と前記第４の金属膜の積層膜により前記第1の金属膜が形成される半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に1回前記処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理室と、前記処理室に無機原料である少なくとも1種の金属化合物を供給する金属化合物供給系と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御して、前記処理室に前記金属化合物と反応ガスを交互に複数回供給して前記基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、前記処理室に前記金属化合物と、反応ガスを互いに混合するよう同時に1回供給して前記基板に第2の金属膜を形成する同時供給工程と、を行って前記基板に所定の金属膜を形成する基板処理装置が提供される。
本発明によれば、ＣＶＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して良質な窒化チタン膜を、ＡＬＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して速い成膜速度で、すなわち高い生産性で提供することが可能となる。
本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。 本発明の一実施形態にて好適に用いられる処理炉の一例とそれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図である。 本発明の一実施形態にて好適に用いられる図２に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る第１の成膜工程における窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る第２の成膜工程における窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す図である。 本発明の他の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の他の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の他の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の他の実施形態における制御フローを示す図である。 ＣＶＤ層単層で成膜した場合（Ａ）と、ＡＬＤ層とＣＶＤ層を連続して成膜した場合（Ｂ）の表面モフォロジーの比較を示す図である。 本発明の第２の実施形態にて好適に用いられる処理炉の一例とそれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図である。 本発明の第２の実施形態にて好適に用いられる図１２に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る第１の成膜工程における成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第３の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る第２の成膜工程における成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第４の実施形態における処理炉の横断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置（ＩＣ(Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ)）の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。しかし、本発明は、縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、枚葉装置を使用しても良い。
＜装置全体構成＞
図１に示す通り、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００はシリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示略）によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されたりされる。
カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。
筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。
カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。
筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
＜処理装置の動作＞
続いて、基板処理装置１０１の主な動作について説明する。
工程内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ２００をボート２１７に装填する。
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の処理が実施される。その処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。
＜処理炉の構成＞
次に図２及び図３を用いて前述した基板処理装置に適用される処理炉２０２について説明する。
図２及び図３に示す通り、処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７の内側には、ウエハ２００を処理するための石英製の反応管２０３が設けられている。
反応管２０３の下方には、反応管２０３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は反応管２０３の下端に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は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボート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はシールキャップを貫通して、後述するボート２１７に接続されており、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は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構として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内に対し搬入搬出することが可能となっている。
シールキャップ２１９にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。図１に示す通り、ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持した状態でボート２１７の支柱２１２に支持されている。
以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。
図２及び図３に示す通り、処理室２０１には、原料ガスを供給するための２本のガス供給管３１０、３２０（第１のガス供給管３１０、第２のガス供給管３２０）が接続されている。
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）であるマスフローコントローラ３１２、気化ユニット（気化手段）である気化器７００及び開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。ガス供給管３１０の先端部にはノズル４１０（第１のノズル４１０）が連結されている。ノズル４１０は、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁に沿った上下方向（ウエハ２００の積載方向）に延在している。ノズル４１０の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
さらに、ガス供給管３１０には気化器７００とバルブ３１４との間に、後述の排気管２３１に接続されたベントライン６１０及びバルブ６１４が設けられており、原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６１４を介して原料ガスをベントライン６１０へ供給する。主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、気化器７００、バルブ３１４、ノズル４１０、ベントライン６１０、バルブ６１４により第１のガス供給系（第１のガス供給手段）が構成される。
また、ガス供給管３１０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５１０が接続されている。キャリアガス供給管５１０にはマスフローコントローラ５１２及びバルブ５１４が設けられている。主に、キャリアガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２、バルブ５１４により第１のキャリアガス供給系（不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段）が構成される。
ガス供給管３２０には上流側から順に流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３２２及びバルブ３２４が設けられている。ガス供給管３２０の先端部にはノズル４２０（第２のノズル４２０）が連結されている。ノズル４２０も、ノズル４１０と同様に、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁に沿って上下方向（ウエハ２００の積載方向）に延在している。ノズル４２０の側面には、原料ガスを供給する多数のガス供給孔４２０ａが設けられている。ガス供給孔４２０ａも、ガス供給孔４１０ａと同様に、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０により第２のガス供給系（第２のガス供給手段）が構成される。
更にガス供給管３２０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５２０が連結されている。キャリアガス供給管５２０にはマスフローコントローラ５２２及びバルブ５２４が設けられている。主に、キャリアガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２、バルブ５２４により第２のキャリアガス供給系（不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段）が構成される。
例えばガス供給管３１０から供給される原料が液体の場合、ガス供給管３１０からは、マスフローコントローラ３１２、気化器７００，及びバルブ３１４を介し、キャリアガス供給管５１０と合流し、更にノズル４１０を介して処理室２０１内に反応ガスが供給される。例えばガス供給管３１０から供給される原料が気体の場合には、マスフローコントローラ３１２を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器７００は不要となる。また、ガス供給管３２０からはマスフローコントローラ３２２、バルブ３２４を介し、キャリアガス供給管５２０と合流し、更にノズル４２０を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。
上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０には原料ガスの一例としてＴｉ原料（四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）やテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ2ＣＨ3）2］4）等）が導入される。ガス供給管３２０には、改質原料の一例として窒化原料であるアンモニア（ＮＨ3）、窒素（Ｎ2）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ6Ｎ2）等が導入される。
キャリアガス供給管５１０および５２０からは、例えば窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれマスフローコントローラ５１２および５２２、バルブ５１４および５２４、ガス供給管５１０および５２０、ノズル４１０、４２０を介して処理室２０１内に供給される。
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系、すなわち金属含有ガス（金属化合物）供給系が構成される。また、第２のガス供給系により反応性ガス（改質ガス）供給系が構成される。
反応管２０３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および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、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。なお、ＡＰＣバルブ２４３は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
反応管２０３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への通電具合を調整することで、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、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
反応管２０３内の中央部にはボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ１１５により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７を支持するボート支持台２１８の下端部には、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。
以上のマスフローコントローラ３１２，３２２，５１２，５２２，バルブ３１４，３２４，５１４，５２４，ＡＰＣバルブ２４３、ヒータ２０７、温度センサ２６３、圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等の各部材はコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、基板処理装置１０１の全体の動作を制御する制御部（制御手段）の一例であって、マスフローコントローラ３１２，３２２，５１２，５２２の流量調整、バルブ３１４、３２４、５１４、５２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉および圧力センサ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・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５の昇降動作等をそれぞれ制御するようになっている。
＜半導体装置の製造方法＞
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）を製造する際などに、基板上に絶縁膜を成膜する方法の例について説明する。尚、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２８０により制御される。
［第１の実施形態］
本実施形態では、金属膜として窒化チタン膜を基板上に形成する方法について説明する。
窒化チタン膜を基板上にそれぞれ異なる成膜方法で形成するよう２つの工程に分ける。まず第１の成膜工程としてＡＬＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜する。次に、第２の成膜工程としてＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜する。
本実施形態では、チタン（Ｔｉ）含有原料として、ＴｉＣｌ4、窒化ガスとしてＮＨ3を用いる例について説明する。尚、この例では、第１のガス供給系によりチタン含有ガス供給系（第１の元素含有ガス供給系）が構成され、第２のガス供給系により窒素含有ガス供給系（第２の元素含有ガス供給系）が構成される。
図４は、本実施形態における制御フローの一例を示す。まず、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、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２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
さらに、成膜プロセスでは、コントローラ２８０が、基板処理装置１０１を下記の通りに制御する。すなわち、ヒータ２０７を制御して処理室２０１内を例えば３００℃〜５５０℃の範囲の温度であって、好適には４５０℃以下、より好ましくは４５０℃に保持する。その後、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填し、ボート２１７を処理室２０１に搬入する。その後、ボート２１７をボート駆動機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。その後、真空ポンプ２４６を作動させるとともにＡＰＣバルブ２４３を開いて処理室２０１内を真空引きし、ウエハ２００の温度が４５０℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を４５０℃に保持した状態で後述するステップを順次実行する。
（１）第１の成膜工程（交互供給工程）
図５に、本実施形態に係る第１の成膜工程における窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す。第１の成膜工程では、ＡＬＤ法を用いて基板上に成膜を行う例について説明する。ＡＬＤ法とは、ＣＶＤ法の一つであり、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる原料ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、原料ガスを供給するサイクル数で行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。
（ステップ１１）
ステップ１１では、ＴｉＣｌ4を流す。ＴｉＣｌ4は常温で液体であり、処理室２０１に供給するには、加熱して気化させてから供給する方法、気化器７００を使用してキャリアガスと呼ばれるＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ2（窒素）などの不活性ガスをＴｉＣｌ4容器の中に通し、気化している分をそのキャリアガスと共に処理室２０１へと供給する方法などがあるが、例として後者のケースで説明する。
ガス供給管３１０にＴｉＣｌ4を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＴｉＣｌ4は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２０〜５０Ｐａの範囲であって、例えば３０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ4の供給量は１．０〜２．０ｇ／ｍｉｎである。ＴｉＣｌ4にウエハ２００を晒す時間は３〜１０秒間である。このときヒータ２０７の温度は、ウエハの温度が３００℃〜５５０℃の範囲であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。
このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＴｉＣｌ4とＮ2、Ａｒ等の不活性ガスのみであり、ＮＨ3は存在しない。したがって、ＴｉＣｌ4は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応（化学吸着）して、原料（ＴｉＣｌ4）の吸着層またはＴｉ層（以下、Ｔｉ含有層）を形成する。ＴｉＣｌ4の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ｔｉ層とは、Ｔｉにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるＴｉ薄膜をも含む。尚、Ｔｉにより構成される連続的な層をＴｉ薄膜という場合もある。
同時に、ガス供給管３２０の途中につながっているキャリアガス供給管５２０から、バルブ５２４を開けて不活性ガスを流すと、ＮＨ3側にＴｉＣｌ4が回り込むことを防ぐことができる。
（ステップ１２）
ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ4の供給を停止し、バルブ６１４を開けてベントライン６１０へＴｉＣｌ4を流す。これによりＴｉＣｌ4を常に安定して処理室へ供給することができる。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴｉＣｌ4を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴｉＣｌ4を排除する効果が高まる。
（ステップ１３）
ステップ１３では、ＮＨ3を流す。ガス供給管３２０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ3は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。ＮＨ3を流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０〜１０００Ｐａの範囲であって、例えば６０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ3の供給流量は１〜１０ｓｌｍである。ＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は１０〜３０秒間である。このときのヒータ２０７の温度は、３００℃〜５５０℃の範囲の所定の温度であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。
同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、開閉バルブ５１４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ4側にＮＨ3が回り込むことを防ぐことができる。
ＮＨ3の供給により、ウエハ２００上に化学吸着したＴｉ含有層とＮＨ3が表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上に窒化チタン膜が成膜される。
（ステップ１４）
ステップ１４では、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉めて、ＮＨ3の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3を処理室２０１から排除する。また、この時には、Ｎ2等の不活性ガスを、ＮＨ3供給ラインであるガス供給管３２０およびＴｉＣｌ4供給ラインであるガス供給管３１０からそれぞれ処理室２０１に供給してパージすると、残留ＮＨ3を排除する効果が更に高まる。
上記ステップ１１〜１４を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上にＡＬＤ法を用いて所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ１１におけるＴｉ含有原料ガスにより構成される雰囲気と、ステップ１３における窒化ガスにより構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。
また、ＡＬＤ法による窒化チタン膜の膜厚は、サイクル数を制御して、１〜５ｎｍ程度に調整すると良い。このときに形成される窒化チタン膜は、表面が滑らか（スムーズ）であって且つ緻密な連続膜となる。
また、ＡＬＤ法により窒化チタン膜を形成した後、この窒化チタン膜に対して、窒素含有ガス、水素含有ガス、不活性ガス等を用いてアニール処理を行っても良い。
以下に、窒素含有ガスとしてＮＨ3を用いたアニール処理について説明する。
窒化チタン膜が形成されたウエハ２００をＮＨ3の雰囲気に晒すことにより窒化チタン膜の改質を行う。具体的には、ガス供給管３２０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ3は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。
ＮＨ3を流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０〜１０００Ｐａの範囲であって、例えば１５０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３２４で制御するＮＨ3の供給流量は１〜９１ｓｌｍである。ＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は１〜１０分間である。このときのヒータ２０７の温度は、３００〜５５０℃の範囲の所定の温度であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。このようにアニール時の温度を成膜時の温度と同じ温度に設定すると、より処理時間が短縮されスループットが向上する。同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、開閉バルブ５１４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ4側にＮＨ3が回り込むことを防ぐことができる。
ＮＨ3の供給により、膜中に残留する塩素（Ｃｌ）を効率的に除去し、膜の高品質化を図ることが出来るという効果がある。ＮＨ3を用いた場合は、ＮＨ3のＨとＣｌが結合し、ＨＣｌとなって除去されると考えられる。
またＡＬＤ法により窒化チタン膜を形成した後、この窒化チタン膜に対して、窒素含有ガス、水素含有ガス、不活性ガス等を用いてプラズマ処理を行っても良い。例えば窒素含有ガスとしてＮＨ3をプラズマで活性化（プラズマ励起）させて流すことで、よりエネルギーの高い反応物を生成することができ、この反応物により改質処理を行うことで、デバイス特性が向上する等の効果も考えられる。なお、ＮＨ3は熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、上述の改質処理をソフトに行うことができる。
また、上述のアニール処理とプラズマ処理は同時に行っても良い。すなわち、上述のアニール時の温度にヒータ２０７を設定しつつ、例えばＮＨ3をプラズマで活性化させて流すことにより、窒化チタン膜に対して処理を行う。ただし、アニール時の温度にヒータ２０７を保ち、熱エネルギーによりＮＨ3を活性化させる時間と、プラズマによりＮＨ3を活性化させる時間は同じ長さである必要はない。
なお、アニール処理及びプラズマ処理の少なくとも一方に用いるガスは、窒素含有ガス、水素含有ガス、不活性ガス等であればよく、窒素含有ガスとしては例えばＮ2、ＮＨ3もしくはモノメチルヒドラジン（ＣＨ6Ｎ2）等を用いることができ、水素含有ガスとしては例えばＨ2等を用いることができ、不活性ガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等を用いることができる。Ｎ2、ＮＨ3を用いる場合は成膜工程で使用されるガス種であるので、新たにガスを供給するための機構を設ける必要がないため、より好ましい。
（２）第２の成膜工程（同時供給工程）
第２の成膜工程では、ＣＶＤ法を用いて基板上に成膜を行う例について説明する。
図６に、本実施形態に係る第２の成膜工程における窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す。ＣＶＤ法による窒化チタン膜の堆積は、コントローラ２８０が、バルブ、マスフローコントローラ、真空ポンプ等を制御して、気相反応（ＣＶＤ反応）が起こるように、同時に存在するタイミングが出来るようにＴｉＣｌ4とＮＨ3を処理室２０１内に供給する。以下に、具体的な成膜シーケンスを説明する。
本工程では、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を同時に流す。ガス供給管３１０にＴｉＣｌ4を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＴｉＣｌ4は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給される。
また、ガス供給管３２０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ3は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給される。
そして、処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ4とＮＨ3は、排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を１０〜３０Ｐａの範囲であって、例えば２０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ4の供給量は０．１〜１．０ｇ／ｍｉｎである。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ3の供給量は０．１〜０．５ｓｌｍである。ＴｉＣｌ4及びＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は所望の膜厚に達するまでである。このときヒータ２０７温度は、ウエハの温度が３００℃〜５５０℃の範囲であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。
ここで、第１の成膜工程と第２の成膜工程では、実質的に同じヒータ温度になるように設定しており、この場合は４５０℃としている。このように実質的に同じ温度としてインサイチューで処理を行うことにより、処理時間の短縮を図り、半導体装置の生産性を高める効果がある。また、逆に、温度を積極的に変化させて最適なＡＬＤ法やＣＶＤ法の条件にすることも可能である。例えば、ＡＬＤ法による処理温度をＣＶＤ法による処理温度より低くすることも可能である。
このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＴｉＣｌ4とＮＨ3及びＮ2、Ａｒ等の不活性ガスであり、ＴｉＣｌ4とＮＨ3が気相反応（熱ＣＶＤ反応）を起こして、ウエハ２００の表面や下地膜上に所定膜厚の薄膜が堆積（デポジション）される。
予め設定された処理時間が経過すると、ガス供給管３１０のバルブ３１４及びガス供給管３２０のバルブ３２４を閉め、ＴｉＣｌ4及びＮＨ3の供給を停止する。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を処理室２０１内から排除する。またこのとき、ガス供給管５１０のバルブ５１４及びガス供給管５２０のバルブ５２４は開けておき、不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を排除する効果が高まる。
所定膜厚の窒化チタン膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。これにより１回の成膜処理（バッチ処理）が終了する。
ＣＶＤ法による窒化チタン膜の膜厚は、供給時間によって調整する。供給時間が長ければ長いほど膜厚をより厚くすることができ、供給時間が短ければ短いほど膜厚をより薄くすることが出来る。
また、ＣＶＤ法により窒化チタン膜を形成した後、この窒化チタン膜に対して、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等を用いてアニール又はプラズマ処理を行っても良い。
さらに、窒素原子を含むガスとして、Ｎ2、ＮＨ3もしくはモノメチルヒドラジン（ＣＨ6Ｎ2）等を用いて窒化チタン膜をアニール又はプラズマ処理しても良い。
さらに、水素原子を含むガスとして、Ｈ2等を用いて窒化チタン膜をアニール又はプラズマ処理しても良い。
図７は、上述のＣＶＤ成膜後にアニール又はプラズマ処理を行った場合の制御フローの一例を示す。図７に示されるように、アニール又はプラズマ処理は、図４に示されている本実施形態における制御フローの同時供給工程後に処理室２０１内の圧力及び温度を調整した後、処理室２０１内を不活性ガスでパージする（ガスパージ）前に行うとよい。
上記のように、第１の成膜工程としてＡＬＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜した後、第２の工程としてＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜することにより、同一処理室内で、窒化チタン膜を基板上にそれぞれ異なる成膜方法で形成する。
第１の成膜工程としてＡＬＤ法により成膜したＡＬＤ層を形成する理由は、表面がスムーズで緻密な連続膜を形成するためである。ＡＬＤ層として堆積することにより、ＣＶＤ法により成膜したＣＶＤ層を堆積する際のインキュベーションタイムの面内不均一性に起因する膜厚不均一性やモフォロジー劣化を抑制することができ、またＣＶＤ層堆積時の初期過程における不均質な成長による膜質低下を抑制することが出来る。
第２の成膜工程としてＣＶＤ層を形成する理由は、ＡＬＤ層と比較してより高速な成長速度を用い、所望の膜厚を得るために時間を短縮するためである。また成膜条件を変化させることにより、堆積する膜の膜質を制御することができる。
また、先にＡＬＤ成膜を行い、その後ＣＶＤ成膜を１回ずつ実施して、成膜初期においてＡＬＤ成膜により密度の高い連続膜を成膜することにより、その後のＣＶＤ成膜においても結晶粒のランダム成長を防ぐことができ、結果として、高い成膜レートで表面がスムーズで緻密な窒化チタン膜が形成される。
図８は、先にＡＬＤ成膜を行い、その後ＣＶＤ成膜を行い、各成膜方法を複数回交互に実施する例を示す。これにより、周期的に成膜方法を変え、繰り返し成膜することによって、結晶粒の粗大化を防ぎ、厚膜成膜においてもスムーズで緻密な表面が得られる。また、ステップカバレージに優れるＡＬＤ法と、そうでないＣＶＤ法を組合すことにより、カバレージ性を制御することができる。
図９は、先にＣＶＤ成膜を行い、その後ＡＬＤ成膜を行って、各成膜方法を複数回交互に実施した例を示す。また、図１０は、先にＣＶＤ成膜を行い、その後ＡＬＤ成膜を１回ずつ実施した例を示す。このように、第１の成膜工程としてＣＶＤ層を形成し、第２の成膜工程としてＡＬＤ層を形成するようにしてもよい。ＡＬＤ層は、ＣＶＤ層のランダムな柱状粒の成長を止める効果があると思われるため、結果として表面モフォロジーの改善、比抵抗などの膜質改善、成長速度向上等の効果が得られる。
また、ＡＬＤ層とＣＶＤ層を、複数回ずつ成膜することによって所望の膜厚を得ても良い。その場合、ＡＬＤ層とＣＶＤ層を順に交互に堆積しても良いし、順不同に堆積しても良い。ＡＬＤ層及びＣＶＤ層の各々の膜厚は適宜調整される。
図１１に、ベアシリコン基板上に４５０℃にて、ＣＶＤ層単層で成膜した場合（Ａ）と、ＡＬＤ層とＣＶＤ層を連続して成膜した場合（Ｂ）の表面モフォロジーを比較のために示す。このデータはＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察で取得したものである。図１１（Ａ）及び（Ｂ）からは、本発明によるＡＬＤ層とＣＶＤ層を連続して成膜した場合の方がスムーズな表面が得られることが分かる。
［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所のみ説明する。
第１の実施形態では、ＡＬＤ層として第１の成膜工程にてＴｉ原料であるＴｉＣｌ4と窒化原料であるＮＨ3を用いて窒化チタン膜を形成したが、本実施形態では、第１の成膜工程を、窒化チタン膜を形成する窒化チタン膜形成工程と、窒化アルミニウム膜を形成する窒化アルミニウム膜形成工程とに分けてそれぞれ成膜する。第２の成膜工程は、第１の実施形態と同じである。
図１２及び図１３に本実施形態で好適に使用する基板処理装置について説明する。図２及び図３と異なる箇所は、窒化アルミニウム膜を形成するための原料ガスとしてＡｌ原料を供給するために、処理室２０１に、さらにガス供給管３３０（第３のガス供給管３３０）が接続されている点である。
ガス供給管３３０には上流側から順に流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３３２、気化ユニット（気化手段）である気化器８００及び開閉弁であるバルブ３３４が設けられている。ガス供給管３３０の先端部にはノズル４３０（第３のノズル４３０）が連結されている。ノズル４３０は、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁に沿った上下方向（ウエハ２００の積載方向）に延在している。ノズル４３０の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔４３０ａが設けられている。ガス供給孔４３０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
さらに、ガス供給管３３０には気化器８００とバルブ３３４との間に、排気管２３１に接続されたベントライン６３０及びバルブ６３４が設けられており、原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６３４を介して原料ガスをベントライン６３０へ供給する。
Ａｌ原料としては、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、（ＣＨ3）3Ａｌ）、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）等が用いられる。
図１４は、第２の実施形態における制御フローの一例を示す。
（１）第１の成膜工程（交互供給工程）
図１５に、本実施形態の第１の成膜工程におけるシーケンスを示す。
最初に第１の実施形態におけるステップ１１〜１４を１サイクルとして行なって、窒化チタン膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜する。次に後述のステップ２１〜２４を１サイクルとして行なって、窒化アルミニウム膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜する。
（ステップ２１）
ステップ１１と異なる点は、ＴｉＣｌ4の代わりにＡｌ原料であるＴＭＡを用いる点である。その他の条件等はＴｉＣｌ4を用いた場合と同じである。
このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＴＭＡとＮ2、Ａｒ等の不活性ガスのみであり、ＮＨ3は存在しない。したがって、ＴＭＡは気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応（化学吸着）して、原料（ＴＭＡ）の吸着層またはＡｌ層（以下、Ａｌ含有層）を形成する。ＴＭＡの吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ａｌ層とは、Ａｌにより構成される連続的な層の他、これらが重なって出来るＡｌ薄膜をも含む。尚、Ａｌにより構成される連続的な層をＡｌ薄膜という場合もある。
また同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０及びガス供給管３２０の途中につながっているキャリアガス供給管５２０から、バルブ５１４及びバルブ５２４を開けて不活性ガスを流すと、ＮＨ3側、ＴｉＣｌ4側にＴＭＡが回り込むことを防ぐことができる。
（ステップ２２）
ガス供給管３３０のバルブ３３４を閉めて処理室へのＴＭＡの供給を停止し、バルブ６３４を開けてベントライン６３０へＴＭＡを流す。これによりＴＭＡを常に安定して処理室へ供給することができる。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留ＴＭＡを処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴＭＡを排除する効果が高まる。
（ステップ２３）
ステップ２３では、ＮＨ3を流す。条件等はステップ１３と同じなので省略する。またＮＨ3の供給と同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０及びガス供給管３３０の途中につながっているキャリアガス供給管５３０から、開閉バルブ５１４及び開閉バルブ５３４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ4側及びＴＭＡ側にＮＨ3が回り込むことを防ぐことができる。
ＮＨ3の供給により、ウエハ２００上に化学吸着したＡｌ含有層とＮＨ3が表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上に窒化アルミニウム膜が成膜される。
（ステップ２４）
ステップ２４では、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉めて、ＮＨ3の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を排気し、残留ＮＨ3を処理室２０１から排除する。また、この時には、Ｎ2等の不活性ガスを処理室２０１に供給してパージすると、残留ＮＨ3を排除する効果が更に高まる。この際の条件等はステップ１４と同じなので省略する。
上記ステップ２１〜２４を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上にＡＬＤ法を用いて所定膜厚の窒化アルミニウム膜を成膜する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ２１におけるＡｌ含有原料ガスにより構成される雰囲気と、ステップ２３における窒化ガスにより構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。
すなわち、最初に第１の実施形態におけるステップ１１〜１４を１サイクルとして行って窒化チタン膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜し、その後、上述のステップ２１〜２４を１サイクルとして行って、窒化アルミニウム膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜する。
また、所定膜厚の窒化アルミニウム膜を形成した後、必要に応じて、さらにステップ１１〜１４を所定回数行なって窒化チタン膜を形成することによって、窒化チタン膜と窒化アルミニウム膜のラミネート膜を形成することができる。
このようなラミネート構造とすることによって、各膜の膜厚比を制御してＴｉ／Ａｌ／Ｎの組成比を制御することが可能となる。
また、窒化チタン膜と窒化アルミニウム膜の成膜順を変更することにより、下地膜との界面における反応を制御したり、上界面における耐酸化性を向上させる等の上下界面の制御を行なうことが可能となる。
［第３の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所のみ説明する。第１の実施形態では、ＣＶＤ層として第２の成膜工程にてＴｉ原料であるＴｉＣｌ4と窒化原料であるＮＨ3を同時に反応中連続して処理室２０１へ供給していたが、本実施形態では、断続的（パルス）に処理室２０１へ供給する点で異なる。本実施形態で好適に用いる基板処理装置は、第１の実施形態におけるものと同じである。
図１６は、第３の実施形態における制御フローの一例を示し、図１７は、第３の実施形態における第２の成膜工程におけるシーケンスを示す。以下に図１７を参照しながら本実施形態におけるシーケンスを説明する。尚、条件等は全て第１の実施形態におけるものと同じである。
（ステップ３１）
ステップ２１では、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を同時に流す。ガス供給管３１０にＴｉＣｌ4を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＴｉＣｌ4は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給される。
また、ガス供給管３２０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ3は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給される。
そして、処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ4とＮＨ3は、排気管２３１から排気される。このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＴｉＣｌ4とＮＨ3、Ｎ2、Ａｒ等の不活性ガスであり、ＴｉＣｌ4とＮＨ3が気相反応（熱ＣＶＤ反応）を起こして、ウエハ２００の表面や下地膜上に所定膜厚の薄膜が堆積（デポジション）される。
（ステップ３２）
ガス供給管３１０のバルブ３１４及びガス供給管３２０のバルブ３２４を閉め、ＴｉＣｌ4及びＮＨ3の供給を停止する。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、残留ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を排除する効果が高まる。
（ステップ３３）
ステップ３３では、ＮＨ3のみを流す。ガス供給管３２０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ3は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。ＮＨ3を流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０〜１０００Ｐａの範囲であって、例えば６０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ3の供給流量は１．０〜１０．０ｓｌｍである。ＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は１０〜６０秒間である。
同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、開閉バルブ５１４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ4側にＮＨ3が回り込むことを防ぐことができる。
ＮＨ3の供給により、ウエハ２００上に化学吸着したＴｉ含有層とＮＨ3が表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上に窒化チタン膜が成膜される。
（ステップ３４）
ステップ３４では、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉めて、ＮＨ3の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を排気し、残留ＮＨ3を処理室２０１から排除する。また、この時には、Ｎ2等の不活性ガスを、ＮＨ3供給ラインであるガス供給管３２０およびＴｉＣｌ4供給ラインであるガス供給管３１０からそれぞれ処理室２０１に供給してパージすると、残留ＮＨ3を排除する効果が更に高まる。
上記ステップ３１〜３４を１サイクルとして、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上にＡＬＤ法を用いて所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ３１におけるＴｉ含有原料ガス及び窒化ガスにより構成される雰囲気と、ステップ３３における窒化ガスにより構成される雰囲気のそれぞれの雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。
すなわち、最初に第１の実施形態におけるステップ１１〜１４を１サイクルとして行って窒化チタン膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜し、その後、上述のステップ３１〜３４を１サイクルとして行って、窒化チタン膜を所定の膜厚となるようサイクル数を制御して成膜する。
［第４の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所のみ説明する。
図１８は、本発明の第４の実施形態における処理炉の横断面図を示す。
本実施形態に係る処理炉２０２においては、基板としてウエハ２００が収容されるインナチューブ６００と、インナチューブ６００を取り囲むアウタチューブ６０２が設けられている。インナチューブ６００内には、一対のガスノズル４１０、４２０が配設されている。一対のガスノズル４１０、４２０の側面には原料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。インナチューブ６００の側壁であってウエハ２００を挟んでガス供給孔４１０ａ、４２０ａと対向する位置にはガス排気口６０６が設けられ、アウタチューブ６０２には、アウタチューブ６０２とインナチューブ６００とに挟まれる空間を排気する排気管２３１が接続されている。そして、ウエハ２００を水平姿勢で回転させつつ、ガス供給孔４１０ａ、４２０ａからインナチューブ６００内にガスを供給し、アウタチューブ６０２とインナチューブ６００とに挟まれる空間を排気管２３１により排気してガス供給孔４１０ａ、４２０ａからガス排気口６０６へと向かう水平方向のガス流６０８をインナチューブ６００内に生成することにより、ウエハ２００に水平方向からガスを供給して薄膜を形成する（サイドフロー／サイドベント方式）。
なお、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を「同時に処理室内に供給する」とは、処理室内である同じ瞬間にＴｉＣｌ4とＮＨ3が存在していればよく、必ずしも供給するタイミングが完全一致しなくても良い。すなわち、どちらか一方のガスを先に供給し、その後他方を供給しても良く、また、どちらか一方のガスを止めた後、しばらく他方を単独で供給してから止めても良い。
また、ＡＬＤ法による窒化チタン膜の膜厚は、サイクル数を制御して、１〜５ｎｍ程度に調整すると良い。このときに形成される窒化チタン膜は、表面が滑らか（スムーズ）であって且つ緻密な連続膜となる。
また、ＡＬＤ法により窒化チタン膜を形成した後、この窒化チタン膜に対して、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等を用いてアニール又はプラズマ処理を行なっても良い。
さらに、窒素原子を含むガスとして、Ｎ2、ＮＨ3もしくはモノメチルヒドラジン（ＣＨ6Ｎ2）等を用いて窒化チタン膜をアニール又はプラズマ処理しても良い。
さらに、水素原子を含むガスとして、Ｈ2等を用いて窒化チタン膜をアニール又はプラズマ処理しても良い。
本発明によれば、例えば基板温度４５０℃にて、表面がスムーズで緻密な抵抗率の低い窒化チタン膜を、より高速で形成することができる。
また、ＣＶＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して良質な窒化チタン膜を、ＡＬＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して速い成膜速度で、すなわち高い生産性で提供することが可能となる。
また、低温で高品質の薄膜を形成することが可能となるため、サーマルバジェットの低減が可能となる。
さらに、ＡＬＤ法で形成される膜を、例えば窒化チタン膜と窒化アルミニウム膜のように組成の異なるラミネート上の極薄膜積層膜と、ラミネート膜のうちの少なくとも一つの構成膜と同一の組成を持つ薄膜の、両者から成る積層膜を良質かつ高い生産性で提供することが可能となる。
また、本発明の一態様によれば、良好な下地膜の特性を強く反映した良好な膜を高い生産性を維持したまま提供することが可能となる。
また、本発明に依れば、４５０℃以下で成膜した膜厚３０ｎｍ以下の膜は、比抵抗２００μΩ・ｃｍ以下の導電膜となる。
尚、本発明は縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、横型装置であっても良い。また、複数の被処理基板を同時に処理するバッチ式装置の使用を前提としたものではなく、枚葉装置であっても適用可能である。
また、実施例としてＴｉＣｌ4及びＮＨ3を用いた窒化チタン膜の形成について説明したが、これに限らず、無機金属化合物または有機金属化合物のいずれかと、これらの金属化合物に対して反応性を有するガスを反応させることにより形成される純金属もしくは金属膜化合物であれば、適用可能である。
尚、ＴｉＣｌ4等の無機原料である無機金属化合物を用いる方が、より安定して低抵抗を達成することができる。
また、実施例として、ラミネート構造を持つ積層膜として、窒化チタン膜と窒化アルミニウム膜の例を記載したが、これに限らず、他の膜種であっても適用可能である。
また、本発明により形成された純金属もしくは金属化合物は、ＭＯＳトランジスタ用ゲート電極材料として利用されることが可能である。さらに、このＭＯＳトランジスタ用ゲート電極材料が立体形状の下地上に形成されていても良い。
また、本発明により形成された純金属もしくは金属化合物は、キャパシタ用の下部電極材料もしくは上部電極材料として利用されることが可能である。
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の一態様によれば、複数のガスを互いに混合しないよう交互に処理室に供給して基板に金属膜を形成する交互供給工程と、複数のガスを互いに混合するよう同時に処理室に供給して基板に金属膜を形成する同時供給工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２）
好ましくは、交互供給工程と同時供給工程とを、連続して同一の処理室にて行なう。
（付記３）
好ましくは、交互供給工程と同時供給工程とを、順不同で複数回行なう。
（付記４）
好ましくは、交互供給工程と同時供給工程とを、順に複数回繰り返す。
（付記５）
好ましくは、複数のガスは、少なくとも１種以上の金属化合物と、金属化合物に対して反応性を有する反応性ガスを含む。
（付記６）
好ましくは、金属化合物はチタン含有ガスであり、反応性ガスは窒素含有ガスであり、金属膜は窒化チタン膜である。
（付記７）
好ましくは、チタン含有ガスは四塩化チタンであり、窒素含有ガスはアンモニアである。
（付記８）
好ましくは、複数のガスは、第１の金属化合物と第２の金属化合物を含み、交互供給工程では、第１の金属化合物を用いて基板に第１の金属膜を形成する第１の金属膜形成工程と、第２の金属化合物を用いて基板に第２の金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、を有し、第１の金属膜形成工程と前記第２の金属膜形成工程とを１回以上行なう。
（付記９）
好ましくは、第１の金属化合物はチタン含有ガスであり、第２の金属化合物はアルミニウムもしくはニッケルのいずれかであり、反応性ガスは窒素含有ガスである。
（付記１０）
好ましくは、第１の金属膜は窒化チタンアルミニウム膜もしくは第２の金属膜は窒化チタンニッケル膜のいずれかである。
（付記１１）
好ましくは、同時供給工程では、処理室への金属化合物の供給を停止した後、処理室への反応性ガスの供給を停止する。
（付記１２）
好ましくは、同時供給工程では、処理室への金属化合物及び反応性ガスの供給を停止した後、処理室に反応性ガスを再度供給して熱処理を行なう。
（付記１３）
好ましくは、同時供給工程では、処理室への金属化合物及び反応性ガスの供給を停止した後、金属化合物及び反応性ガスとは異なるガスを処理室に供給して熱処理する。
（付記１４）
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理室と、基板を加熱する加熱手段と、処理室に金属化合物を供給する金属化合物供給手段と、処理室に金属化合物に対して反応性を有する反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、処理室の雰囲気を排気する排気手段と、加熱手段、金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御する制御部と、を有し、制御部は、加熱手段、金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御して、金属化合物及び反応性ガスを互いに混合しないよう交互に処理室に供給して基板に第１の金属膜を形成する交互供給工程と、金属化合物及び反応性ガスを互いに混合するよう同時に処理室に供給して基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を行なって基板に所定の金属膜を形成することを特徴とする基板処理装置が提供される。
（付記１５）
好ましくは、第１の金属膜と第２の金属膜は同じ組成を有する。
（付記１６）
好ましくは、制御部は、加熱手段、金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御して、交互供給工程と、同時供給工程を順不同で複数回行なう。
（付記１７）
好ましくは、制御部は、加熱手段、金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御して、交互供給工程と同時供給工程とを、順に複数回繰り返す。
（付記１８）
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理室と、基板を加熱する加熱手段と、処理室に第１の金属化合物を供給する第１の金属化合物供給手段と、処理室に第２の金属化合物を供給する第２の金属化合物供給手段と、処理室に金属化合物に対して反応性を有する反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、処理室の雰囲気を排気する排気手段と、加熱手段、第１の金属化合物供給手段、第２の金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御する制御部と、を有し、制御部は、加熱手段、第１の金属化合物供給手段、第２の金属化合物供給手段、反応性ガス供給手段及び排気手段を制御して、第１の金属化合物及び反応性ガスを互いに混合しないよう交互に処理室に供給して基板に第１の金属膜を形成する第１の交互供給工程と、第２の金属化合物及び反応性ガスを互いに混合しないよう交互に処理室に供給して基板に第２の金属膜を形成する第２の交互供給工程と、第１の金属化合物もしくは第２の金属化合物、及び反応性ガスを互いに混合するよう同時に処理室に供給して基板に第３の金属膜を形成する同時供給工程と、を行なって基板に所定の金属膜を形成することを特徴とする基板処理装置が提供される。
（付記１９）
本発明の一態様によれば、上記の半導体装置の製造方法で形成された半導体装置が提供される。
（付記２０）
本発明の一態様によれば、上記の基板処理装置で形成された半導体装置が提供される。
（付記２１）
本発明の一態様によれば、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に1回前記処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記交互供給工程及び前記同時供給工程の少なくとも一方の後に、前記反応ガス及び不活性ガスの少なくとも一方を用いて前記第1の金属膜及び前記第２の金属膜の少なくとも一方を改質する改質工程を行う半導体デバイスの製造方法が提供される。
（付記２２）
本発明の他の態様によれば、少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、少なくとも1種の金属化合物と前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを、互いに混合するよう同時に処理室に供給する工程を含み、前記基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記同時供給工程では、前記金属化合物と前記反応ガスを互いに混合するよう同時に処理室に供給した後、前記金属化合物と前記反応ガスの供給を止めて前記処理室内の雰囲気を除去し、その後、前記反応ガスを前記処理室に供給し、その後、前記反応ガスの供給を止めて前記処理室内の雰囲気を除去する半導体デバイスの製造方法が提供される。
（付記２３）
本発明の他の態様によれば、無機原料である金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に前記処理室に供給して、前記処理室に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有し、前記交互供給工程では、第1の金属化合物と前記反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記基板に第３の金属膜を形成する工程と、第1の金属化合物とは異なる第２の金属化合物と前記反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記基板に第４の金属膜を形成する工程と、を所定回数行い、前記第３の金属膜と前記第４の金属膜の積層膜により前記第1の金属膜が形成される半導体デバイスの製造方法が提供される。
（付記２４）
本発明の他の態様によれば、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、無機原料である少なくとも1種の金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するよう同時に1回前記処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。
（付記２５）
好ましくは、前記交互供給工程と前記同時供給工程で用いる少なくとも1種の金属化合物は同一の金属を含む。
（付記２６）
好ましくは、前記交互供給工程と前記同時供給工程で用いる反応ガスは同一である。
（付記２７）
好ましくは、前記第1の金属膜と前記第２の金属膜は同じ元素組成を有する。
（付記２８）
好ましくは、連続して同一の処理室内で、実質的に同一の温度で前記処理室を加熱しつつ、前記交互供給工程と前記同時供給工程とを行う。
（付記２９）
好ましくは、前記交互供給工程と前記同時供給工程を交互に複数回行う。
（付記３０）
好ましくは、前記交互供給工程及び前記同時供給工程の少なくとも一方を行った後、前記第1の金属膜及び前記第２の金属膜の少なくとも一方が形成された基板を熱処理する。
（付記３１）
好ましくは、前記交互供給工程及び前記同時供給工程の少なくとも一方を行った後、前記第1の金属膜及び前記第２の金属膜の少なくとも一方が形成された基板をプラズマ処理する。
（付記３２）
好ましくは、前記交互供給工程および前記同時供給工程で用いる無機原料である金属化合物はＴｉＣｌ4であり、反応ガスはＮＨ3である。
（付記３３）
本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理室と、前記処理室に無機原料である少なくとも1種の金属化合物を供給する金属化合物供給系と、前記金属化合物に対して反応性を有する反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御して、前記処理室に前記金属化合物と反応ガスを交互に複数回供給して前記基板に第1の金属膜を形成する交互供給工程と、前記処理室に前記金属化合物と、反応ガスを互いに混合するよう同時に1回供給して前記基板に第２の金属膜を形成する同時供給工程と、を行って前記基板に所定の金属膜を形成する基板処理装置が提供される。
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２１７ ボート
２１８ ボート支持台
２３１ 排気管
２４３ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２６７ ボート回転機構
２８０ コントローラ
３１０，３２０、３３０ ガス供給管
３１２，３２２，３３２ マスフローコントローラ
３１４，３２４，３３４ バルブ
４１０，４２０，４３０ ノズル
４１０ａ，４２０ａ、４３０ａ ガス供給孔

Claims (4)

  1. 第１の無機金属化合物ガスと、前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを交互に基板に供給する工程と、第２の無機金属化合物ガスと、前記第２の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを交互に前記基板に供給する工程と、を交互に行い、積層された第１の金属化合物膜を形成する交互供給工程と、
    前記第１の無機金属化合物ガスと、前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するように前記基板に供給して第２の金属化合物膜を形成する同時供給工程と、
    を有する半導体デバイスの製造方法。
  2. 前記交互供給工程の後、または、前記同時供給工程の後で、
    前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガス、または、不活性ガスを用いて前記第１の金属化合物膜若しくは前記第２の金属化合物膜を改質する工程と、
    を有する請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
  3. 前記同時供給工程では、前記第１の無機金属化合物ガスと前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するように前記基板に供給した後、前記第１の無機金属化合物ガスと当該反応ガスの供給を止めて前記基板上から前記第１の無機金属化合物ガスを除去し、その後、当該反応ガスを前記処理室に供給し、その後、当該反応ガスの供給を止めて前記基板上から当該反応ガスを除去する工程を有する請求項１または請求項２に記載の半導体デバイスの製造方法。
  4. 処理室に収容された基板に第１の無機金属化合物ガスと第２の無機金属化合物ガスを供給する金属化合物供給系と、
    前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスと前記第２の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスとを前記基板に供給する反応ガス供給系と、
    前記基板上の前記反応ガスを除去する排気系と、
    前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記金属化合物供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御して、前記基板に前記第１の無機金属化合物ガスと前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを交互に供給する工程と、前記第２の無機金属化合物ガスと前記第２の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを交互に供給する工程と、を交互に行い、基板に積層された第１の金属化合物膜を形成する交互供給工程と、前記基板に前記第１の無機金属化合物ガスと、前記第１の無機金属化合物ガスに対して反応性を有する反応ガスを互いに混合するように供給して前記基板に第２の金属化合物膜を形成する同時供給工程と、を行って前記基板に所定の金属化合物膜を形成する基板処理装置。
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