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JP5913079B2 - 成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜方法に関し、特に、酸化膜又は窒化膜を成膜する成膜方法に関する。
半導体集積回路（ＩＣ、Integrated Circuit）の製造プロセスには、半導体ウエハ上に薄膜を成膜する工程がある。この工程については、ＩＣの更なる微細化の観点から、ウエハ面内における均一性の向上が求められている。このような要望に応える成膜方法として、原子層成膜（ＡＬＤ、Atomic Layer Deposition）法または分子層成膜（ＭＬＤ、Molecular Layer Deposition）法と呼ばれる成膜方法が期待されている。ＡＬＤ法では、互いに反応する２種類の反応ガスの一方の反応ガス（反応ガスＡ）をウエハ表面に吸着させ、吸着した反応ガスＡを他方の反応ガス（反応ガスＢ）で反応させるサイクルを繰り返すことにより、反応生成物による薄膜がウエハ表面に成膜される。ＡＬＤ法は、ウエハ表面への反応ガスの吸着を利用するため、膜厚均一性及び膜厚制御性に優れるという利点を有している。
ＡＬＤ法を実施する成膜装置として、いわゆる回転テーブル式の成膜装置がある（例えば、特許文献１参照）。この成膜装置は、真空容器内に回転可能に配置され、複数のウエハが載置される回転テーブルと、回転テーブルの上方に区画される反応ガスＡの供給領域と反応ガスＢの供給領域とを分離する分離領域と、反応ガスＡ及び反応ガスＢの供給領域に対応して設けられる排気口と、これらの排気口に接続される排気装置とを有している。このような成膜装置においては、回転テーブルが回転することによって、反応ガスＡの供給領域、分離領域、反応ガスＢの供給領域、及び分離領域をウエハが通過することとなる。これにより、反応ガスＡの供給領域においてウエハ表面に反応ガスＡが吸着し、反応ガスＢの供給領域において反応ガスＡと反応ガスＢとがウエハ表面で反応する。このため、成膜中には反応ガスＡ及び反応ガスＢを切り替える必要はなく、継続して供給することができる。従って、排気／パージ工程が不要となり、成膜時間を短縮できるという利点がある。
かかる特許文献１に記載の回転テーブル式の成膜装置を用いて所定の元素を含む酸化膜を成膜する場合、反応ガスＡを上述の所定の元素を含む反応ガス（例えば、シリコンを含むシリコン系ガス等）とし、反応ガスＢをオゾン等の酸化ガスとすれば、所定の元素を含む酸化膜を成膜することができる。この場合、所定の元素を含むガス（反応ガスＡ）がまずウエハの表面に吸着し、その状態で酸化ガス（反応ガスＢ）が供給され、ウエハの表面上で反応ガスＡと反応ガスＢとが反応し、所定の元素を含む酸化膜の分子層が形成される。このように、所定の元素を含む反応ガスがまずウエハの表面上に吸着し、次いでウエハ表面上で酸化ガスと反応することにより、所定の元素を含む酸化膜がウエハの表面上に成膜される。
特許４６６１９９０号
しかしながら、上述の回転テーブル式の成膜装置を用いて、上述のような成膜方法で所定の元素を含む酸化膜を複数のウエハ表面上に成膜する場合、ウエハが複数枚回転テーブルの周方向に沿って配置されているため、反応ガスＡ（元素含有ガス）及び反応ガスＢ（酸化ガス）を同時に供給して成膜プロセスを開始すると、円周方向に配置された複数のウエハの総てについて反応ガスＡから供給が開始されるとは限らず、反応ガスＡから供給が開始されるウエハと、反応ガスＢから供給が開始されるウエハとが生じてしまう。そうすると、酸化されてから成膜プロセスが開始するウエハと、酸化されることなくダイレクトに成膜プロセスが開始するウエハとが生じてしまい、複数のウエハ間で均一な成膜を行うことができず、ウエハ間の成膜の不均衡が生じてしまうという問題があった。
また、成膜プロセスの終了時においても、反応ガスＡ及び反応ガスＢの供給が同時に停止すると、反応ガスＡのみが供給され、表面に反応ガスＡが吸着した状態で成膜プロセスが終了するウエハと、反応ガスＢも供給され、表面に酸化膜が形成された状態で成膜プロセスが終了するウエハとが生じてしまい、やはりウエハ間で成膜の不均衡が生じてしまうという問題があった。
更に、かかる問題は、窒化膜の成膜プロセスにおいても、同様に起こり得る問題である。
そこで、本発明は、複数の基板の総ての表面上に均一な酸化膜又は窒化膜を成膜することができる成膜方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、チャンバ内に回転可能に収容され、複数の基板を上面に載置可能な載置部を有する回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記上面の上方において区画され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部を有する第１の処理領域と、
前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間して配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部を有する第２の処理領域と、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部と、該分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭い空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面とを有する分離領域と、を備える成膜装置を用いて、前記複数の基板上に所定の元素を含む酸化膜を成膜する成膜方法であって、
前記第１のガス供給部及び前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給し、前記第２のガス供給部から酸化ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第１の工程と、
前記第１のガス供給部から前記所定の元素を含む反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記酸化ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを所定回数回転させ、前記基板上に前記所定の元素を含む酸化膜を成膜する第２の工程と、
前記第１のガス供給部及び前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記酸化ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第３の工程と、を含む。
本発明によれば、複数のウエハ間の成膜の均一性を向上させることができる。
本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。 反応ガスノズル及び分離ガスノズルを含む図１の成膜装置の一部断面図である。 天井面を含む図１の成膜装置の他の一部断面である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法の一例を示したシーケンス図である。図６（Ａ）は、実施形態１に係る成膜方法の一例のシーケンスを、回転テーブル２を用いて示した図である。図６（Ｂ）は、実施形態１に係る成膜方法の一例を、タイミングチャートを用いて示した図である。 比較例として、従来の成膜方法の一例を示した図である。 本発明の実施形態２に係る成膜方法の一例を示したシーケンス図である。図８（Ａ）は、実施形態２に係る成膜方法の一例のシーケンスを、回転テーブル２を用いて示した図である。図８（Ｂ）は、実施形態２に係る成膜方法の一例を、タイミングチャートを用いて示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
〔実施形態１〕
（成膜装置）
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。また、図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。
図１から図３までを参照すると、実施形態１に係る成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ１と、このチャンバ１内に設けられ、チャンバ１の中心に回転中心を有する回転テーブル２とを備えている。チャンバ１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は、チャンバ１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０は、その上面に設けられたフランジ部分がチャンバ１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離される。
また、チャンバ１内の外縁部には、排気口６１０が設けられ、排気ポート６３０に連通している。排気ポート６３０は、圧力調整器６５０を介して、真空ポンプ６４０に接続され、チャンバ１内が、排気口６１０から排気可能に構成されている。
回転テーブル２の表面には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径（例えば３００ｍｍ）よりも僅かに（例えば２ｍｍ）大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。従って、ウエハＷを凹部２４に載置すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。
図２及び図３は、チャンバ１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４１，４２が配置されている。図示の例では、チャンバ１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２の順に配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、及び４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、チャンバ１の外周壁からチャンバ１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して平行に伸びるように取り付けられている。
反応ガスノズル３１には、第１の反応ガスが貯留される第１の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続され、反応ガスノズル３２には、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスが貯留される第２の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。
ここで、第１の反応ガスは、金属元素又は半導体元素を含むガスであることが好ましく、酸化物又は窒化物となったときに、酸化膜又は窒化膜として用いられ得るものが選択される。第２の反応ガスは、金属元素又は半導体元素と反応して、金属酸化物又は金属窒化物、若しくは半導体酸化物又は半導体窒化物を生成し得る酸化ガス又は窒化ガスが選択される。具体的には、第１の反応ガスは、金属元素（又は半導体元素）を含む有機金属（又は半導体）ガスであることが好ましい。また、第１の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に対して吸着性を有するガスであることが好ましい。第２の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に吸着する第１の反応ガスと酸化反応又は窒化反応が可能であり、反応化合物をウエハＷの表面に堆積させ得る酸化ガス又は窒化ガスであることが好ましい。
具体的には、例えば、第１の反応ガスとしては、ハフニウム元素を含む反応ガスであり、酸化膜としてＨｆＯを形成するテトラキスエチルメチルアミノハフニウム（以下、「ＴＤＭＡＨ」と称す。）や、チタン元素を含む反応ガスであり、窒化膜としてＴｉＮを形成するＴｉＣｌ４等であってもよい。また、第２の反応ガスとしては、酸化ガスとして例えばオゾンガス（Ｏ３）が用いられてもよく、窒化ガスとして例えばアンモニアガス（ＮＨ３）が用いられてもよい。
また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスや窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。本実施形態においては、不活性ガスとしてＮ２ガスが使用される。
図４は、反応ノズル３１、３２及び分離ガスを含む図１の成膜装置の一部断面図である。図４に示すように、反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。図３に示すように、反応ガスノズル３１の下方領域は、第１の反応ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された第１の反応ガスを酸化又は窒化させる第２の処理領域Ｐ２となる。また、分離ガスノズル４１、４２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離し、第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を防止する分離領域Ｄとなる。
図２及び図３を参照すると、チャンバ１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された略扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、チャンバ１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿ったチャンバ１の断面を示している。図示のとおり、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、チャンバ１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在している。
また、図４に示す通り、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。なお、図４において、分離ガスノズル４２に形成されるガス吐出孔４２ｈが示されている。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔の開口径は例えば０．３から１．０ｍｍである。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔が形成されている。
高い天井面４５の下方の空間には、反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４において、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方を空間４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方を空間４８２で表す。
低い天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２からＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通じて空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガス（酸化ガス又は窒化ガス）とに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが、分離空間Ｈにより分離される。よって、チャンバ１内において第１の反応ガスと酸化ガス又は窒化ガスとが混合して反応することが抑制される。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時のチャンバ１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
再び図１乃至図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図５に示すように、略扇型の凸状部４の周縁部（チャンバ１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２の間でガスが流通するのを抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。
回転テーブル２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図５に示すように、このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａとチャンバ１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
図１に示すように、ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっている。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。さらに、チャンバ１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。さらにまた、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通じて、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、回転パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通じて流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、チャンバ１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通じて、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
また、チャンバ１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。従って、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、チャンバ１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、本実施形態による成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
（成膜方法）
次に、図１乃至図５において説明した成膜装置を用いた本発明の実施形態１に係る成膜方法について説明する。
図６は、本発明の実施形態１に係る成膜方法の一例を示したシーケンス図である。図６（Ａ）は、実施形態１に係る成膜方法の一例のシーケンスを、回転テーブル２を用いて示した図であり、図６（Ｂ）は、実施形態１に係る成膜方法の一例を、タイミングチャートを用いて示した図である。
図６（Ａ）において、回転テーブル２と、第１の処理領域Ｐ１及び反応ガスノズル３１と、第２の処理領域Ｐ２及び反応ガスノズル３２と、分離領域Ｄ及び分離ノズル４１、４２が簡略的に示されている。実施形態１に係る成膜方法においては、酸化ハフニウム（総称的に「ＨｆＯ」と称し、ＨｆＯ２を含んでもよい。以下、他の酸化膜及び窒化膜についても必要に応じて総称的に略記する。）の成膜を行う酸化膜形成プロセスの例について説明する。ＨｆＯは、高い誘電率を有するいわゆるＨｉｇｈ−Ｋ膜として用いられている膜である。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示された成膜プロセスを実施する前に、ウエハＷがチャンバ１内に搬入され、回転テーブル２の上に載置される必要がある。そのためには、まず、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介してチャンバ１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０によりチャンバ１を最低到達真空度まで排気する。この状態から、以下のように図６（Ａ）、（Ｂ）に示す成膜プロセスを実施する。
図６（Ａ）のＳｔｅｐ１において、待機工程が行われる。待機工程においては、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２（図１参照）からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。また、反応ノズル３１、３２からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。つまり、総てのノズル３１、３２、４１、４２からＮ２ガスを吐出する。これにより、チャンバ１内の雰囲気は、Ｎ２雰囲気となる。これに伴い、圧力調整器６５０によりチャンバ１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに所定の回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば５０℃から６５０℃までの範囲の温度に加熱する。これにより、成膜プロセス開始の準備が整った待機状態となる。なお、回転テーブル２の回転速度は、用途に応じて、例えば１ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍの範囲で可変とすることができるが、本実施形態に係る成膜方法では、６ｒｐｍの回転速度で回転テーブル２を回転させる例を挙げて説明する。
なお、本実施形態では、分離ノズル４１、４２のみならず、反応ガスノズル３１、３２からもＮ２ガスをパージしているが、例えば、反応ガスノズル３１、３２から、ＡｒガスやＨｅガス等の希ガスを供給するようにしてもよい。この点は、分離ノズル４１、４２についても同様であり、用途に応じて所望の不活性ガスを選択することができる。
Ｓｔｅｐ２では、酸化ガス・プリフロー工程が行われる。酸化ガス・プリフロー工程においては、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４１、４２からは継続的にＮ２ガスが供給されるが、第２の処理領域Ｐ２の反応ガスノズル３２からは、酸化ガスとしてＯ３ガスが供給される。そして、少なくとも１回ウエハＷが回転する間は、この状態を継続する。なお、ウエハＷは、Ｓｔｅｐ１から連続的に所定の回転速度で回転しており、本実施形態においては、６ｒｐｍで回転している。酸化ガス・プリフロー工程は、ウエハＷの表面の全体を酸化ガスに曝すプロセスであり、ウエハＷに下地として薄い酸化膜を成膜する処理である。これにより、複数のウエハＷの各々にＯ３ガスが供給されて酸化処理され、複数のウエハＷをほぼ同じ状態にすることができる。なお、少なくとも１回回転させるのは、Ｏ３ガスは反応ガスノズル３２のみから供給されており、供給開始時の位置に関わらず複数枚の総てのウエハＷの表面にＯ３ガスを供給するためには、最低１回転させ、必ず反応ガスノズル３２の下方を通過させる必要があるからである。
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法の酸化ガス・プリフローにおいては、６ｒｐｍの回転速度で、１０秒間Ｏ３ガスを供給する。よって、本実施形態に係る成膜方法の酸化ガス・プリフローにおいては、６（回転）／６０（ｓｅｃ）×１０（ｓｅｃ）＝１回転分、回転テーブル２を回転させる。
なお、Ｏ３ガスの供給は、酸化を最低限にするような制約のあるプロセスでなければ、ウエハＷを複数回回転させて行っても何ら問題は無いので、Ｏ３ガスを供給した状態でウエハＷを１回より多く回転させてもよい。例えば、酸化ガス・プリフローにおいて、ウエハＷを２〜３回回転させてもよいし、１．５回転等、端数が出るような回転数であってもよい。
Ｓｔｅｐ３では、ＨｆＯ成膜工程が行われる。ＨｆＯ膜成膜工程においては、ウエハＷに対し、反応ガスノズル３１からＴＤＭＡＨガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給する。すなわち、ＨｆＯ成膜工程においてはＴＤＭＡＨガスとＯ３ガスとが同時に供給される。ただし、これらのガスは分離領域Ｄにより分離され、チャンバ１内で互いに混合することは殆ど無い。
ＴＤＭＡＨガスとＯ３ガスとが同時に供給されるときに、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、Ｓｔｅｐ２において薄い酸化膜が成膜されたウエハＷの表面にＴＤＭＡＨガスが吸着する。次いで、第２の処理領域Ｐ２を通過すると、ウエハＷの表面に吸着したＴＤＭＡＨガスがＯ３ガスにより酸化され、ウエハＷの表面にＨｆＯ膜（ＨｆＯの分子層）が成膜される。以下、所望の膜厚を有するＨｆＯ膜が成膜されるまで所定の回数だけ回転テーブル２を回転させる。そして、ＴＤＭＡＨガスとＯ３ガスとの供給を停止することにより、ＨｆＯ成膜工程が終了する。
なお、図６（Ｂ）に示すように、Ｓｔｅｐ３のＨｆＯ成膜工程は、Ｏ３ガスの供給は酸化ガス・プリフローから継続して行われるとともに、本工程でＴＤＭＡＨガスが供給されることにより行われる。回転テーブル２の回転速度は６ｒｐｍに維持され、１０秒間で１回転する成膜サイクルを、必要に応じてｎ回繰り返すことにより行われる。回転テーブル２の回転数ｎは、ＨｆＯ成膜工程で成膜するＨｆＯ膜の膜厚の厚さに応じて定められてよいが、例えば、１〜５０回の範囲内の所定の回転数ｎに設定されてもよいし、１〜３０回の範囲内の所定の回転数ｎに設定されてもよい。
Ｓｔｅｐ４では、酸化ガス・ポストフロー工程が行われる。酸化ガス・ポストフロー工程では、図６（Ａ）に示すように、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１及び分離領域Ｄに設けられた分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスが供給され、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からはＯ３ガスが供給される。この状態で少なくとも１回回転テーブル２が回転し、回転テーブル２に載置された複数のウエハＷの総てがＯ３ガスに曝される。これにより、第２の処理領域Ｐ２を通過した地点でＳｔｅｐ３のＨｆＯ成膜工程が終了したウエハＷであっても、酸化ガス・ポストフロー工程において必ず第２の処理領域Ｐ２を通過し、酸化処理が行われた状態で成膜プロセスを終了することができる。
なお、図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法の酸化ガス・ポストフロー工程では、回転速度６ｒｐｍを維持した状態で回転テーブル２が１０秒間回転し、酸化ガス・プリフロー工程と同様に、１回回転テーブル２を回転させている。このように、酸化ガス・プリフロー工程と酸化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を同数としてもよい。
Ｓｔｅｐ５では、図６（Ａ）に示すように、待機工程が行われる。待機工程では、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２の総てのノズル３１、３２、４１、４２から、Ｎ２ガスが供給され、チャンバ１内がＮ２ガスで満たされる。そして、待機工程を所定時間継続したら、チャンバ１へのＮ２ガスの供給が停止されるとともに、回転テーブル２の回転が停止される。その後は、チャンバ１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、チャンバ１内からウエハＷが搬出される。これによりＨｆＯ成膜プロセスが終了する。
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法においては、ＨｆＯ成膜工程の前後に酸化ガス・プリフロー工程及び酸化ガス・ポストフロー工程を設け、Ｏ３ガスのみを供給する工程を設けている。これにより、回転テーブル２上に円周方向に沿って配置された複数のウエハＷにおいて、Ｏ３ガスに曝されることなくＴＤＭＡＨガスが供給されるウエハＷが存在しなくなり、複数のウエハＷ間の成膜を均一化することができる。
図７は、比較例として、従来の成膜方法の一例を示した図である。図７に示すように、従来の成膜方法では、Ｓｔｅｐ１の待機工程から、直接Ｓｔｅｐ２のＨｆＯ成膜工程に入る。ここで、ＨｆＯ成膜工程の開始時点において、第１の処理領域Ｐ１より下流側の分離領域Ｄ内と、第２の処理領域Ｐ２内にあるウエハＷは、Ｏ３ガスに曝されて酸化処理されてから第１の処理領域Ｐ１に入るが、第２の処理領域Ｐ２の下流側にある分離領域Ｄ内と、第１の処理領域Ｐ１内にあるウエハＷは、直接ＴＤＭＡＨガスの供給を受けることになる。これにより、複数のウエハＷ間同士で、下地の酸化膜が成膜された状態でＨｆＯ成膜が開始されるものと、下地の酸化膜が成膜されない状態でＨｆＯ成膜が開始されるものの両方が生じてしまい、複数のウエハＷ間の均一な成膜を行うことができないおそれがある。また、ＨｆＯ成膜終了時においても、そのままＳｔｅｐ３の待機工程に入るので、ＴＤＭＡＨガスのみ供給され、表面に吸着したＴＤＭＡＨガスが酸化されず、ＨｆＯ膜となることなくそのまま成膜工程を終了するウエハＷが生じてしまうおそれがある。
そこで、本実施形態に係る成膜方法においては、図６において説明したように、酸化ガス・プリフロー工程と酸化ガス・ポストフロー工程を設け、複数枚の総てのウエハＷについて、下地の酸化膜を形成してからＨｆＯ成膜を行うとともに、ＴＤＭＡＨガスの吸着のみで酸化処理が行われずに搬出されてしまうウエハＷが発生することを防止し、総てのウエハＷに均一にＨｆＯ膜を成膜することができる。
なお、図６においては、回転テーブル２の回転速度を６ｒｐｍとし、酸化ガス・プリフロー工程及び酸化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を１回転とした例を挙げて説明したが、これらの設定は、酸化ガス・プリフロー工程及び酸化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を１回転以上とさえすれば、用途に応じて種々変更することができる。
また、図６においては、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜であるＨｆＯ膜の成膜プロセスを例に挙げて説明したが、反応ガスノズル３１から供給される反応ガスを用途に応じて種々変更すれば、所望の酸化膜を成膜することができる。
また、酸化ガスについても、図６においては、Ｏ３ガスを用いた例を挙げて説明したが、種々の酸化ガスを用いることができ、例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素、ラジカル酸素等のガスを用いるようにしてもよい。
例えば、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１からＺｒ含有有機金属ガスの一種であるテトラキス・エチルメチル・アミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）ガスを供給し、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ、ＺｒＯ２を含んでもよい）膜を成膜するようにしてもよい。
同様に、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１からトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを供給し、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化アルミニウム（ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ３を含んでもよい）膜を成膜するようにしてもよい。
また、反応ガスノズル３１からストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）２）ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）膜を成膜するようにしてもよい。
同様に、反応ガスノズル３１からチタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化チタン（ＴｉＯ、ＴｉＯ２を含んでもよい）膜を成膜するようにしてもよい。
また、反応ガスノズル３１から有機アミノシラン系材料として例えば、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ２を含んでもよい）膜を成膜するようにしてもよい。
同様に、反応ガスノズル３１からビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給し、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜を成膜するようにしてもよい。
このように、酸化膜に含まれる元素は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属元素であってもよいし、シリコン等の半導体元素であってもよい。
ここで、図６の説明では、酸化ガス・プリフロー工程と酸化ガス・ポストフロー工程とを同じ回転テーブル２の回転数、つまり同じ工程時間とした例を挙げて説明したが、例えば、酸化ガス・ポストフロー工程の工程時間を酸化ガス・プリフロー工程の工程時間よりも長くする設定としてもよい。上述した種々の成膜プロセスのうち、酸化ガス・ポストフローの酸化ガスの供給に、単に複数のウエハＷ間を均一にするためだけでなく、成膜後の膜質改善の役割を担わせたい場合もある。つまり、所定の酸化膜の成膜後に、膜に更に酸化ガスを供給し、十分な酸化を行うことにより成膜後の酸化膜の膜質を高めたい場合もある。そのような場合には、酸化ガス・ポストフロー工程に十分な時間を与え、膜質改善工程も兼ねるような成膜プロセスとしてもよい。例えば、上述の例では、シリコン酸化膜を成膜する場合には、回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍとし、酸化ガス・プリフロー工程を６秒として１２回転させ、酸化ガス・ポストフロー工程を３０秒として６０回転させるような成膜プロセスとしてもよい。シリコン酸化膜の場合、膜中のシリコンに酸素が到達して反応を十分に行わせることが好ましく、酸化ガス・ポストフロー工程に十分な時間を費やすことにより、シリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。
このように、酸化ガス・プリフロー工程と酸化ガス・ポストフロー工程におけるウエハＷの回転数、つまり同じ回転速度の場合における工程時間は同一にする必要は無く、用途に応じて適切な回転数又は工程時間を設定することができる。そして、酸化ガス・ポストフロー工程において、酸化ガスを均一に供給するだけでなく、成膜された酸化膜の膜質改善も行うように回転テーブル２の回転数又は工程時間を設定してもよい。
〔実施形態２〕
図８は、本発明の実施形態２に係る成膜方法の一例を示したシーケンス図である。図８（Ａ）は、実施形態２に係る成膜方法の一例のシーケンスを、回転テーブル２を用いて示した図であり、図８（Ｂ）は、実施形態２に係る成膜方法の一例を、タイミングチャートを用いて示した図である。なお、図８（Ａ）において、反応ガスノズル３１、３２から供給されるガスが図６（Ａ）と異なっているが、その他の構成要素は図６（Ａ）と同様であるので、同様の構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施形態２に係る成膜方法においては、ウエハＷ上に窒化膜を成膜する例について説明し、特に、ＴｉＮ膜を成膜する例を挙げて説明する。また、実施形態２に係る成膜方法も、実施形態１に係る成膜方法で説明した成膜装置を用いて成膜することができるので、用いられる成膜装置の説明は省略する。
図８（Ａ）、（Ｂ）に示された成膜プロセスを実施する前に、ウエハＷがチャンバ１内に搬入して回転テーブル２の上に載置するため、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。これを繰り返し、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０によりチャンバ１を最低到達真空度まで排気する。この状態から、以下のように図８（Ａ）、（Ｂ）に示す成膜プロセスを実施する。なお、かかる搬入工程は、実施形態１と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
図８（Ａ）のＳｔｅｐ１において、待機工程が行われる。待機工程においては、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２（図１参照）からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。その他の詳細な点は、図８（Ａ）と同様であるので、その説明を省略する。また、反応ノズル３１、３２からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。なお、回転テーブル２の回転速度は、用途に応じて、例えば１ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍの範囲で可変とすることができるが、本実施形態に係る成膜方法では、２４０ｒｐｍの回転速度で回転テーブル２を回転させる例を挙げて説明する。
Ｓｔｅｐ２では、窒化ガス・プリフロー工程が行われる。窒化ガス・プリフロー工程においては、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１及び分離ガスノズル４１、４２からは継続的にＮ２ガスが供給されるが、第２の処理領域Ｐ２の反応ガスノズル３２からは、窒化ガスとしてＮＨ３ガスが供給される。そして、少なくとも１回ウエハＷが回転する間は、この状態を継続する。なお、ウエハＷは、Ｓｔｅｐ１から連続的に所定の回転速度で回転しており、本実施形態においては、２４０ｒｐｍで回転している。窒化ガス・プリフロー工程は、ウエハＷの表面の全体を窒化ガスに曝すプロセスであり、ウエハＷに下地として薄い窒化膜を成膜する処理である。これにより、複数のウエハＷの各々にＮＨ３ガスが供給されて窒化処理され、複数のウエハＷをほぼ同じ状態にすることができる。なお、少なくとも１回回転させるのは、ＮＨ３ガスは反応ガスノズル３２のみから供給されており、供給開始時の位置に関わらず複数枚の総てのウエハＷの表面にＮＨ３ガスを供給するためには、最低１回転させ、必ず反応ガスノズル３２の下方を通過させる必要があるからである。
図８（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法の酸化ガス・プリフローにおいては、２４０ｒｐｍの回転速度で、５秒間ＮＨ３を供給する。よって、本実施形態に係る成膜方法の酸化ガス・プリフローにおいては、２４０（回転）／６０（ｓｅｃ）×５（ｓｅｃ）＝２０回転分、回転テーブル２を回転させる。
ここで、ＮＨ３ガスの供給は、窒化を最低限にするような制約のあるプロセスでなければ、ウエハＷを複数回回転させて行っても何ら問題は無いので、ＮＨ３ガスを供給した状態で、ウエハＷを本実施形態のように数十回回転させてもよい。逆に、窒化ガス・プリフローにおいて、ウエハＷを０．４秒だけ回転させて回転数を１回としてもよいし、１０．５回転のように端数が出るような回転数であってもよい。
Ｓｔｅｐ３では、ＴｉＮ成膜工程が行われる。ＴｉＮ膜成膜工程においては、ウエハＷに対し、反応ガスノズル３１からＴｉＣｌ４ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給する。すなわち、ＴｉＮ成膜工程においてはＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとが同時に供給される。ただし、これらのガスは分離領域Ｄにより分離され、チャンバ１内で互いに混合することは殆ど無い。
ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとが同時に供給されるときに、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、Ｓｔｅｐ２において薄い窒化膜が成膜されたウエハＷの表面にＴｉＣｌ４ガスが吸着する。次いで、第２の処理領域Ｐを通過すると、ウエハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ４ガスがＮＨ３ガスにより窒化され、ウエハＷの表面にＴｉＮ膜（ＴｉＮの分子層）が成膜される。以下、所望の膜厚を有するＴｉＮ膜が成膜されるまで所定の回数だけ回転テーブル２を回転させる。回転テーブル２の回転数は、例えば、成膜する膜厚に応じて、１〜５０回の範囲の所定回数に設定されてもよいし、１〜３０回の範囲の所定回数に設定されてもよい。そして、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとの供給を停止することにより、ＴｉＮ成膜工程が終了する。
なお、図８（Ｂ）に示すように、Ｓｔｅｐ３のＴｉＮ成膜工程は、ＮＨ３ガスの供給は窒化ガス・プリフローから継続して行われるとともに、本工程でＴｉＣｌ４ガスが供給されることにより行われる。回転テーブル２の回転速度は２４０ｒｐｍに維持され、０．２５秒間で１回転する成膜サイクルを、必要に応じてｎ回繰り返すことにより行われる。
Ｓｔｅｐ４では、窒化ガス・ポストフロー工程が行われる。窒化ガス・ポストフロー工程では、図８（Ａ）に示すように、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１及び分離領域Ｄに設けられた分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスが供給され、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からはＮＨ３ガスが供給される。この状態で少なくとも１回回転テーブル２が回転し、回転テーブル２に載置された複数のウエハＷの総てがＮＨ３ガスに曝される。これにより、第２の処理領域Ｐ２を通過した地点でＳｔｅｐ３のＴｉＮ成膜工程が終了したウエハＷであっても、窒化ガス・ポストフロー工程において必ず第２の処理領域Ｐ２を通過し、窒化処理が行われた状態で成膜プロセスを終了することができる。
なお、図８（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法の窒化ガス・ポストフロー工程では、回転速度２４０ｒｐｍを維持した状態で回転テーブル２が５秒間回転し、窒化ガス・プリフロー工程と同様に、２０回回転テーブル２を回転させている。このように、酸化ガス・プリフロー工程と酸化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を同数としてもよい。
Ｓｔｅｐ５では、図６（Ａ）に示すように、待機工程が行われる。待機工程では、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２の総てのノズル３１、３２、４１、４２から、Ｎ２ガスが供給され、チャンバ１内がＮ２ガスで満たされる。そして、待機工程を処理時間継続したら、チャンバ１へのＮ２ガスの供給が停止されるとともに、回転テーブル２の回転が停止される。その後は、チャンバ１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、チャンバ１内からウエハＷが搬出される。これによりＴｉＮ成膜プロセスが終了する。
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜方法においては、ＴｉＮ成膜工程の前後に窒化ガス・プリフロー工程及び窒化ガス・ポストフロー工程を設け、ＮＨ３ガスのみを供給する工程を設けている。これにより、回転テーブル２上に円周方向に沿って配置された複数のウエハＷにおいて、ＮＨ３ガスに曝されることなくＴｉＣｌ４ガスが供給されるウエハＷが存在しなくなり、複数のウエハＷ間の成膜を均一化することができる。
つまり、本実施形態に係る成膜方法においては、図８において説明したように、窒化ガス・プリフロー工程と窒化ガス・ポストフロー工程を設け、複数枚の総てのウエハＷについて、下地の窒化膜を形成してからＴｉＮ成膜を行うとともに、ＴｉＣｌ４ガスの吸着のみで窒化処理が行われずに搬出されてしまうウエハＷが発生することを防止し、総てのウエハＷに均一にＴｉＮ膜を成膜することができる。
なお、図６においては、回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとし、窒化ガス・プリフロー工程及び窒化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を２４０回転とした例を挙げて説明したが、これらの設定は、窒化ガス・プリフロー工程及び窒化ガス・ポストフロー工程における回転テーブル２の回転数を１回転以上とさえすれば、用途に応じて種々変更することができる。例えば、回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍに設定してもよい。
また、図８に示した成膜プロセスは、他の窒化膜の成膜にも用いることができ、例えば、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１から供給するガスをＴＤＭＡＨガス、第２の処理領域Ｐ２の反応ガスノズル３２から供給するガスをＮＨ３ガスとし、ＨｆＮ膜を成膜してもよい。
同様に、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１からＺｒ含有有機金属ガスの一種であるテトラキス・エチルメチル・アミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）ガスを供給し、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給し、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）膜を成膜するようにしてもよい。
同様に、第１の処理領域Ｐ１に設けられた反応ガスノズル３１からトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを供給し、第２の処理領域Ｐ２に設けられた反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を成膜するようにしてもよい。
また、反応ガスノズル３１からストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）２）ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給し、二窒化三ストロンチウム（Ｎ２Ｓｒ３）膜を成膜するようにしてもよい。
また、反応ガスノズル３１からビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給し、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜するようにしてもよい。
同様に、反応ガスノズル３１から有機アミノシランガス系材料、例えば、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）と、無機材料、例えば、ジクロロシラン（SiH2Cl2）等を供給し、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給し、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４を含んでもよい）膜を成膜するようにしてもよい。
このように、実施形態２に係る成膜方法では、種々の元素を含む窒化膜を成膜することができる。例えば、窒化膜に含まれる元素は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウム等の金属元素であってもよいし、シリコン等の半導体元素であってもよい。
このように、実施形態２に係る成膜方法によれば、複数のウエハＷ上に均一に窒化膜を成膜することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ チャンバ
２ 回転テーブル
４ 凸状部
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２４ 凹部（ウエハ載置部）
３１、３２ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
Ｄ 分離領域
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｈ 分離空間
Ｗ ウエハ

Claims (8)

  1. チャンバ内に回転可能に収容され、複数の基板を上面に載置可能な載置部を有する回転テーブルと、
    前記回転テーブルの前記上面の上方において区画され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部を有する第１の処理領域と、
    前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間して配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部を有する第２の処理領域と、
    前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部と、該分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭い空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面とを有する分離領域と、を備える成膜装置を用いて、前記複数の基板上に所定の元素を含む酸化膜を成膜する成膜方法であって、
    前記第１のガス供給部及び前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給し、前記第２のガス供給部から酸化ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第１の工程と、
    前記第１のガス供給部から前記所定の元素を含む反応ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記酸化ガスを供給し、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを所定回数回転させ、前記基板上に前記所定の元素を含む酸化膜を成膜する第２の工程と、
    前記第１のガス供給部及び前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給し、前記第２のガス供給部から前記酸化ガスを供給した状態で前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第３の工程と、を含み、
    前記第３の工程は、前記第１の工程よりも長時間行う成膜方法。
  2. 前記所定回数は、所望の膜厚の前記所定の元素を含む酸化膜を成膜するのに必要な回転数である請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記酸化ガスは、オゾンガスである請求項１又は２に記載の成膜方法。
  4. 前記所定の元素は、金属元素又は半導体元素である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 前記金属元素は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウムのいずれか１つであり、
    前記半導体元素は、シリコンである請求項４に記載の成膜方法。
  6. 前記分離ガスは、不活性ガスである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  7. 前記第１の工程の前及び前記第３の工程の後に、前記第１のガス供給部から不活性ガスを供給するとともに、前記第２のガス供給部及び前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給した状態で前記回転テーブルを回転させる工程を更に有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
  8. 前記不活性ガスは、前記分離ガスと同じガスである請求項７に記載の成膜方法。
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