特許 5963893 基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963893

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20160721BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/22 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/223 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/31 C

   H01L21/31 B

   H01L21/324 P

   H01L21/02 Z

   H01L21/28 301R

   H01L21/22 511S

   H01L21/223 V

   H01L21/285 C

【請求項の数】11

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-3170(P2015-3170)

(22)【出願日】2015年1月9日

(65)【公開番号】特開2016-128593(P2016-128593A)

(43)【公開日】2016年7月14日

【審査請求日】2015年2月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(72)【発明者】

【氏名】西堂 周平

【審査官】 塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０４８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４２９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３５４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００２２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００４７１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／２２３

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板の中心から外周方向へのガスの流れやすさを低くするよう、前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向する面に、前記第２分散孔より大きい孔径で構成される前記第２ガスを供給する第３分散孔が設けられた第２供給領域と、
を有するガス分散ユニットと、
前記ガス分散ユニットに設けられた、前記第１分散孔に接続される第１バッファ空間と、
前記ガス分散ユニットに設けられた、前記第２分散孔と前記第３分散孔とが接続される第２バッファ空間とを有し、
前記第２バッファ空間には、前記第２ガスを供給する供給路が接続される孔と、前記孔を中心として前記基板に向かうにつれ径が広がる円錐形状で構成されると共に、下端の水平方向の径は前記第３分散孔の端部よりも外周となるよう構成されるガスガイドと
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記ガス分散ユニットは、前記第２供給領域に前記第１分散孔よりも大きい孔径で形成され、前記第１ガスを供給する第４分散孔を有する様に構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第２バッファ空間の中央に前記第２ガスを供給する第２ガス供給部が接続される請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第１バッファ空間に前記第１ガスを供給する第１ガス供給ユニットと、
前記第２バッファ空間に前記第２ガスを供給する第２ガス供給ユニットと、
前記第１ガスと前記第２ガスを交互に供給するように前記第１ガス供給ユニットと前記第２ガス供給ユニットとを制御する制御部と、
を有する請求項１乃至請求項３のうち、いずれかに記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第２ガスは、前記第１ガスよりも吸着しやすいガスである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第１ガスは原料ガスで、前記第２ガスは反応ガスである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の基板処理装置。

【請求項7】

基板が載置される基板載置台の上に形成される処理室にガスを供給するガス分散ユニットであって、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板の中心から外周方向へのガスの流れやすさを低くするよう、前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向する面に、前記第２分散孔より大きい孔径で構成される前記第２ガスを供給する第３分散孔が設けられた第２供給領域と、
前記第１分散孔に接続される第１バッファ空間と、
前記第２分散孔と前記第３分散孔とが接続される第２バッファ空間と、
前記第２バッファ空間に設けられ、前記第２ガスを供給する供給路が接続される孔と、前記孔を中心として前記基板に向かうにつれ径が広がる円錐形状で構成されると共に、下端の水平方向の径は前記第３分散孔の端部よりも外周となるよう構成されるガスガイドと、
を有するガス分散ユニット。

【請求項8】

前記第２供給領域に前記第１分散孔よりも大きい孔径で形成され、前記第１ガスを供給する第４分散孔を有する様に構成された
請求項7に記載のガス分散ユニット。

【請求項9】

前記第２バッファ空間の中央に前記第２ガスを供給する第２ガス供給部が接続される請求項７または請求項８に記載のガス分散ユニット。

【請求項10】

基板載置台に基板を載置して、前記基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板の中心から外周方向へのガスの流れやすさを低くするよう、前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向する面に、前記第２分散孔より大きい孔径で構成される前記第２ガスを供給する第３分散孔が設けられた第２供給領域と、
前記第１分散孔に接続される第１バッファ空間と、
前記第２分散孔と前記第３分散孔とが接続される第２バッファ空間と、
前記第２バッファ空間には、前記第２ガスを供給する供給路が接続される孔と、前記孔を中心として前記基板に向かうにつれ径が広がる円錐形状で構成されると共に、下端の水平方向の径は前記第３分散孔の端部よりも外周となるよう構成されるガスガイドとを有するガス分散ユニットのうち、前記第１分散孔から前記処理室に前記第１ガスを供給する工程と、
前記第２分散孔と前記第３分散孔から前記処理室に前記第２ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項11】

基板載置台に基板を載置して、前記基板を処理室に搬入させる手順と、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板の中心から外周方向へのガスの流れやすさを低くするよう、前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向する面に、前記第２分散孔より大きい孔径で構成される前記第２ガスを供給する第３分散孔が設けられた第２供給領域と、
前記第１分散孔に接続される第１バッファ空間と、
前記第２分散孔と前記第３分散孔とが接続される第２バッファ空間と、
前記第２バッファ空間には、前記第２ガスを供給する供給路が接続される孔と、前記孔を中心として前記基板に向かうにつれ径が広がる円錐形状で構成されると共に、下端の水平方向の径は前記第３分散孔の端部よりも外周となるよう構成されるガスガイドとを有するガス分散ユニットのうち、前記第１分散孔から前記処理室に前記第１ガスを供給させる手順と、
前記第２分散孔と前記第３分散孔から前記処理室に前記第２ガスを供給させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年の半導体装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＩＣ）、特にＤＲＡＭの高集積化、および高性能化に伴い、基板上面内、およびそのパターン面上に、均一膜厚を形成する技術が望まれている。その要求に応える手法の１つとして、複数の原料を用いて基板に膜を形成する方法が有る。この手法では、特にアスペクトレシオの高い、例えばＤＲＡＭキャパシタ電極等の形成において、ステップカバレッジの高いコンフォーマルな成膜を可能にする。例えば、特許文献１，２，３などに記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２３１１２３

【特許文献2】特開２０１２−１０４７１９

【特許文献3】特開２０１２−６９９９８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

第１ガスと、第２ガスを供給して膜を形成する成膜方法では、第１ガスと第２ガスとが意図しない反応を発生させることが有り、意図しない反応によって、目的の膜特性が得られず、半導体装置の特性が悪化する課題が有る。

【0005】

本発明は、基板上に形成される膜の特性を向上させることが可能な基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様によれば、
基板を処理する処理室と、前記基板が載置される基板載置台と、前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向し、前記第２分散孔より大きい孔径で形成され、前記第２ガスを供給する第２供給領域と、を有するガス分散ユニットと、を有する基板処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る基板処理装置、ガス分散ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラムによれば、半導体装置の特性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。

【図2】一実施形態に係るシャワーヘッドの基板の対向面の図である。

【図3】一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のガス供給系統の概略構成図である。

【図4】一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。

【図5】一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。

【図6】一実施形態に係るシャワーヘッドへのガス供給シーケンス図である。

【図7】第２実施形態に係るシャワーヘッドの基板の対向面の図である。

【図8】第３実施形態に係るシャワーヘッドの基板の対向面の図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態を図面に即して説明する。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
まず、第１実施形態に係る基板処理装置について説明する。

【0011】

本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、高誘電率絶縁膜形成ユニットであり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。基板処理装置では、上述のような半導体デバイスの製造の一工程が行われる。

【0012】

図１に示すとおり、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間（処理室）２０１、搬送空間２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０４が設けられる。上部処理容器２０２ａに囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の空間を処理空間（処理室ともいう）２０１と呼び、下部容器２０２ｂに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間２０３と呼ぶ。

【0013】

下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０６を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。

【0014】

処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１と外周面２１５を表面に持つ基板載置台２１２とを有する。好ましくは、加熱部としてのヒータ２１３を設ける。加熱部を設けることにより、基板を加熱させ、基板上に形成される膜の品質を向上させることができる。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられていても良い。なお、基板載置台２１２の表面に形成された載置面２１１の高さを外周面２１５よりもウエハ２００の厚さに相当する長さ分低く形成しても良い。この様に構成することで、ウエハ２００の上面の高さと基板載置台２１２の外周面２１５との高さの差が小さくなり、差によって発生するガスの乱流を抑制することができる。また、ガスの乱流がウエハ２００への処理均一性に影響を与えない場合は、外周面２１５の高さを載置面２１１と同一平面上の高さ以上となるように構成しても良い。

【0015】

基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能に構成される。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。

【0016】

基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６の位置（ウエハ搬送位置）となるように下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。

【0017】

具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。なお、リフトピン２０７に昇降機構を設けて、基板載置台２１２とリフトピン２０７が相対的に動くように構成してもよい。

【0018】

（排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁上面には、処理室２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての排気口２２１が設けられている。排気口２２１には第1排気管としての排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２２、真空ポンプ２２３が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２４、圧力調整器２２２により、第１の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３を第１の排気部に含めるように構成しても良い。

【0019】

第１バッファ空間２３２ａの内壁上面には、第１バッファ空間２３２ａの雰囲気を排気する第２排気部としてのシャワーヘッド排気口２４０ａが設けられている。シャワーヘッド排気口２４０ａには第２排気管としての排気管２３６が接続されており、排気管２３６には、バルブ２３７ａ、第１バッファ空間２３２ａ内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９が順に直列に接続されている。主に、シャワーヘッド排気口２４０ａ、バルブ２３７ａ、排気管２３６、圧力調整器２３８により、第２の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２３９を第２の排気部に含めるように構成しても良い。また、真空ポンプ２３９を設けずに、排気管２３６を真空ポンプ２２３に接続するように構成しても良い。

【0020】

第２バッファ空間２３２ｂの内壁上面には、第２バッファ空間２３２ｂの雰囲気を排気する第３排気部としてのシャワーヘッド排気口２４０ｂが設けられている。シャワーヘッド排気口２４０ｂには第３排気管としての排気管２３６が接続されており、排気管２３６には、バルブ２３７ｂ、第２バッファ空間２３２ｂ内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９が順に直列に接続されている。主に、シャワーヘッド排気口２４０ｂ、バルブ２３７ｂ、排気管２３６、圧力調整器２３８により、第３の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３を第３の排気部に含めるように構成しても良い。ここでは、排気管２３６、圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９は第２の排気部と共用している場合を示している。また、真空ポンプ２３９を設けずに、排気管２３６を真空ポンプ２２３に接続するように構成しても良い。

【0021】

（ガス導入口）
上部容器２０２ａの側壁には処理室２０１内に各種ガスを供給するための第１ガス導入口２４１ａが設けられている。また、処理室２０１の上部に設けられるシャワーヘッド２３４の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するための第２ガス導入口２４１ｂが設けられている。第１ガス供給部である第１ガス導入口２４１ａ及び第２ガス供給部である第２ガス導入口２４１ｂに接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。なお、第１ガスが供給される第１ガス導入口２４１ａをシャワーヘッド２３４の上面（天井壁）に設けて、第１ガスを、第１バッファ空間２３２ａの中央から供給する様に構成しても良い。中央から供給することで、第１バッファ空間２３２ａ内のガス流れが中心から外周に向かって流れ、空間内のガス流れを均一にし、ウエハ２００へのガス供給量を均一化させることができる。

【0022】

（ガス分散ユニット）
シャワーヘッド２３４は、第1のバッファ室（空間）２３２ａ、第１の分散孔２３４ａ、第２のバッファ室（空間）２３２ｂ及び第２の分散孔２３４ｂにより構成されている。シャワーヘッド２３４は、第２ガス導入口２４１ｂと処理室２０１との間に設けられている。第１ガス導入口２４１ａから導入される第１ガスはシャワーヘッド２３４の第１バッファ空間２３２ａ（第１分散部）に供給される。更に、第２ガス導入口２４１ｂはシャワーヘッド２３４の蓋２３１に接続され、第２ガス導入口２４１ｂから導入される第２のガスは蓋２３１に設けられた孔２３１ａを介してシャワーヘッド２３４の第２バッファ空間２３２ｂ（第２分散部）に供給される。シャワーヘッド２３４は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。

【0023】

なお、シャワーヘッド２３４の蓋２３１を導電性のある金属で形成して、第１バッファ空間２３２ａ、第２バッファ空間２３２ｂ又は処理室２０１内に存在するガスを励起するための活性化部（励起部）としても良い。この際には、蓋２３１と上部容器２０２ａとの間には絶縁ブロック２３３が設けられ、蓋２３１と上部容器２０２ａの間を絶縁している。活性化部としての電極（蓋２３１）には、整合器２５１と高周波電源２５２を接続し、電磁波（高周波電力やマイクロ波）が供給可能に構成されても良い。

【0024】

シャワーヘッド２３４は、第１バッファ空間２３２ａ及び第２バッファ空間２３２ｂと処理室２０１の間で、第１ガス導入口２４１ａ、第２ガス導入口２４１ｂから導入されるガスを分散させるための機能を有している。シャワーヘッド２３４には、第１供給領域２３４ｅを構成する第１第１供給領域と第２第１供給領域と有する。第１第１供給領域は、複数の（第１の）分散孔２３４ａで構成され、第２第１供給領域は、複数の（第２の）分散孔２３４ｂで構成される。また、第１供給領域の外周側には、第２供給領域２３４ｆが設けられる。第２供給領域は、複数の（第３の）分散孔２３４ｃで構成される。第１の分散孔２３４ａからは、第１バッファ空間２３２ａを介して第１ガスが処理空間２０１へ供給され、第２の分散孔２３４ｂからは、第２バッファ空間２３２ｂを介して第２ガスが処理空間２０１へ供給される。また、第３の分散孔２３４ｃからは、第２バッファ空間２３２ｂを介して、第２ガスが処理室空間２０１へ供給される。
第１の分散孔２３４ａ及び第２の分散孔２３４ｂは、載置面２１１と対向するように配置される。これにより、第１分散孔２３４ａと第２分散孔２３４ｂから処理空間２０１へ供給されるガスは、主に、ウエハ２００上に供給される。
第３の分散孔２３４ｃは、ウエハ２００の外周よりも外側であって、基板載置台２１２の外周面２１５と対向するように配置される。これにより、第３分散孔２３４ｃから処理空間２０１へ供給されるガスは、主に、外周面２１５上に供給されて、排気部へ排気される様に構成される。

【0025】

第２バッファ空間２３２ｂに、供給された第２ガスの流れを形成するガスガイド２３５が設けられていても良い。ガスガイド２３５は、孔２３１ａを中心としてウエハ２００の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。ガスガイド２３５の下端の水平方向の径は第１の分散孔２３４ａ及び第２の分散孔２３４ｂの端部よりも更に外周にまで延びて形成される。

【0026】

図２にシャワーヘッド２３４をウエハ２００側から見た図を示す。本図においては、理解し易いように、ガス供給孔の数を省略している。図のように、第１ガス供給孔２３４ａと第２ガス供給孔２３４ｂの同径の孔が規則的に並ぶように設けられている。なお、各孔の径，孔の形状，孔の位置等は基板処理の種類や用いられるガスの種類等に応じて変更しても良い。

【0027】

ガス分散ユニットは、少なくとも、第１供給領域２３４ｅと第２供給領域２３４ｆで構成される。

【0028】

（供給系）
上部容器２０２ａに接続された第１ガス供給部であるガス導入孔２４１ａには、第１ガス供給管１５０ａが接続されている。シャワーヘッド２３４の蓋２３１に接続された第２ガス供給部であるガス導入孔２４１ｂには、第２ガス供給管１５０ｂが接続されている。第１ガス供給管１５０ａからは、後述の原料ガス、パージガスが供給され、第２ガス供給管１５０ｂからは、後述の反応ガス、パージガスが供給される。

【0029】

図３に、第１ガス供給ユニット、第２ガス供給ユニット、パージガス供給ユニットの概略構成図を示す。

【0030】

図３に示す様に、第１ガス供給管１５０ａには、第１ガス供給管集合部１４０ａが接続されている。第２ガス供給管１５０ｂには、第２ガス供給管集合部１４０ｂが接続されている。
第1ガス供給管集合部１４０ａには、第１ガス供給管１５０ａと、パージガス供給部１３１ａが接続される。第２ガス供給管集合部１４０ｂには、第２ガス供給管１５０ｂと、パージガス供給部１３１ｂが接続される。

【0031】

（第１ガス供給ユニット）
第１ガス供給システムには、第１ガス原料バルブ１６０、気化器１８０、第１ガス供給管１５０ａ、マスフロ―コントローラ（ＭＦＣ）１１５、バルブ１１６、気化器残量測定部１９０が設けられている。なお、第１ガス源１１３を第１ガス供給ユニットに含めて構成しても良い。気化器１８０は、液体状態のガス原料中にキャリアガスを供給してバブリングさせることによって、ガスを気化させる様に構成される。

【0032】

キャリアガスは、パージガス供給源１３３に接続されたガス供給管１１２から供給される。キャリアガス流量は、ガス供給管１１２に設けられた、ＭＦＣ１４５で調整され、ガスバルブ１１４を介して気化器１８０に供給される。気化器残量測定部１９０は、気化器１８０内のガス原料の重量、液面の高さなどでガス原料の量を測定するように構成される。気化器残量測定部１９０で、測定された結果に基づいて、気化器１８０内のガス原料が所定の量となるように、ガスバルブ１１４を開閉されるように制御される。

【0033】

（第２ガス供給ユニット）
第２ガス供給ユニットには、第２ガス供給管１５０ｂ、ＭＦＣ１２５、バルブ１２６が設けられている。なお、第２ガス源１２３、を第２ガス供給ユニットに含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４を設けて、第２ガスを活性化させるように構成しても良い。
また、ベントバルブ１７０とベント管１７１を設けて、第２ガス供給管１５０ｂ内に溜まった不活性な反応ガスを排気可能に構成しても良い。

【0034】

（パージガス供給ユニット）
パージガス供給ユニットには、ガス供給管１１２、１３１ａ、１３１ｂ、ＭＦＣ１４５、１３５ａ、１３５ｂ、バルブ１１４、１３６ａ、１３６ｂが設けられている。なお、パージガス源１３３をパージガス供給ユニットに含めても構成しても良い。

【0035】

（制御部）
図１に示すように基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。

【0036】

コントローラ２６０の概略を図４に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、内部バス２６０ｅを介して、ＣＰＵ２６０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２６０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２６１や、外部記憶装置２６２が接続可能に構成されている。

【0037】

記憶装置２６０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２６０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２６０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プログラムレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２６０ｂは、ＣＰＵ２６０ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0038】

Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、ゲートバルブ２０５、昇降機構２１８、ヒータ２１３、圧力調整器２２２，２３８、真空ポンプ２２３，２３９、気化器１８０、気化器残量測定部１９０等に接続されている。また、後述の、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５（１３５ａ，１３５ｂ），１４５、バルブ２３７（２３７ａ，２３７ｂ）、ガスバルブ１１４，１１６，１２６，１３６（１３６ａ，１３６ｂ）、第１ガス原料バルブ１６０，ベントバルブ１７０、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４、整合器２５１、高周波電源２５２、搬送ロボット１０５、大気搬送ユニット１０２、ロードロックユニット１０３等にも接続されていても良い。

【0039】

ＣＰＵ２６０ａは、記憶装置２６０ｃからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２６１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２６０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２６０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、気化器残量測定部１９０の残量測定動作、ゲートバルブ２０５の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３への電力供給動作、圧力調整器２２２，２３８の圧力調整動作、真空ポンプ２２３，２３９のオンオフ制御、リモートプラズマユニット１２４のガスの活性化動作、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５（１３５ａ，１３５ｂ）の流量調整動作、バルブ２３７（２３７ａ，２３７ｂ），ガスバルブ１１４，１１６，１２６，１３６（１３６ａ，１３６ｂ），第１ガス原料バルブ１６０、ベントバルブ１７０の開閉制御、整合器２５１の電力の整合動作、高周波電源２５２のオンオフ制御等を制御可能に構成されている。

【0040】

なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２６２を用意し、係る外部記憶装置２６２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２６０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２６２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２６２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２６０ｃや外部記憶装置２６２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２６２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。

【0041】

（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に導電膜であって、例えば金属含有膜である遷移金属窒化膜としてのチタニウム窒化（ＴｉＮ）膜を成膜するシーケンス例について図５を参照して説明する。なお、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２６０により制御される。

【0042】

なお、本明細書において、「ウエハ」という言葉を用いた場合には、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハに形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

【0043】

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウエハに形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハ最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合が有る。

【0044】

なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。

【0045】

以下に、基板処理工程について説明する。

【0046】

（基板搬入工程Ｓ２０１）
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ２００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ２０５を開放し、ゲートバルブ２０５からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、昇降２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ２００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。

【0047】

（減圧・昇温工程Ｓ２０２）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、排気管２２４を介して処理室２０１内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器２２２としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ（不図示）が検出した温度値に基づき、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部２１０をヒータ２１３により予め加熱しておき、ウエハ２００又は基板支持部２１０の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室２０１内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やＮ_２ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。

【0048】

（成膜工程Ｓ３０１）
続いて、ウエハ２００にＴｉＮ膜を成膜する例について説明する。成膜工程Ｓ３０１の詳細について、図５を用いて説明する。

【0049】

ウエハ２００が基板支持部２１０に載置され、処理室２０１内の雰囲気が安定した後、図５に示す、Ｓ２０３〜Ｓ２０７のステップが行われる。

【0050】

（第１ガス供給工程Ｓ２０３）
第１ガス供給工程Ｓ２０３では、第１ガス供給系から処理室２０１内に第１ガス（原料ガス）としての四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ_４）ガスを供給する。具体的には、ガスバルブ１６０を開き、ＴｉＣｌ_４を気化器１８０に供給する。その際ガスバルブ１１４を開き、ＭＦＣ１４５で所定流量に調整されたキャリアガスを気化器１８０に供給し、ＴｉＣｌ_４をバブリングさせることによって、ＴｉＣｌ_４をガス化する。なお、このガス化は、基板搬入工程Ｓ２０１前から始めておいても良い。ガス化したＴｉＣｌ_４ガスは、ＭＦＣ１１５で流量調整した後、基板処理装置１００に供給する。流量調整されたＴｉＣｌ_４ガスは、第１バッファ空間２３２ａを通り、シャワーヘッド２３４のガス供給孔２３４ａから、減圧状態の処理室２０１内に供給される。また、排気系による処理室２０１内の排気を継続し処理室２０１内の圧力を所定の圧力範囲（第１圧力）となるように制御する。このとき、ウエハ２００に対してＴｉＣｌ_４ガスが供給されることとなるＴｉＣｌ_４ガスは、所定の圧力（第１圧力：例えば１００Ｐａ以上２００００Ｐａ以下）で処理室２０１内に供給する。このようにして、ウエハ２００にＴｉＣｌ_４を供給する。ＴｉＣｌ_４が供給されることにより、ウエハ２００上に、Ｔｉ含有層が形成される。

【0051】

（パージ工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上にチタニウム含有層が形成された後、第１ガス供給管１５０ａのガスバルブ１１６を閉じ、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止する。原料ガスを停止することで、処理室２０１中に存在する原料ガスや、第１バッファ空間２３２ａの中に存在する原料ガスを第１の排気部から排気されることによりパージ工程Ｓ２０４が行われる。

【0052】

また、パージ工程では、単にガスを排気（真空引き）してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。

【0053】

なお、このとき、排気管２３６の、バルブ２３７ａを開き、排気管２３６を介して、第１バッファ空間２３２ａ内に存在するガスを排気ポンプ２３９から排気しても良い。このとき、排気ポンプ２３９は事前に作動させておき、少なくとも基板処理工程の終了時まで作動させておく。なお、排気中に、ＡＰＣバルブ２３８により、排気管２３６と第１バッファ空間２３２ａ内の圧力（排気コンダクタンス）を制御する。排気コンダクタンスは、第１バッファ空間２３２ａにおける第１の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室２０１を介した排気ポンプ２２４のコンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２３８及び真空ポンプ２３９を制御しても良い。このように調整することで、第１バッファ空間２３２ａの端部である第１ガス導入口２４１ａからもう一方の端部であるシャワーヘッド排気口２４０ａに向けたガス流れが形成される。このようにすることで、第１バッファ空間２３２ａの壁に付着したガスや、第１バッファ空間２３２ａ内に浮遊したガスが処理室２０１に進入することなく第１の排気系から排気できるようになる。なお、処理室２０１から、第１バッファ空間２３２ａ内へのガスの逆流を抑制するように第１バッファ空間２３２ａ内の圧力と処理室２０１の圧力（排気コンダクタンス）を調整しても良い。

【0054】

また、パージ工程では、真空ポンプ２２３の動作を継続し、処理空間２０１内に存在するガスを真空ポンプ２２３から排気する。なお、処理室２０１から真空ポンプ２２３への排気コンダクタンスが、第１バッファ空間２３２ａへの排気コンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２２２を調整しても良い。このように調整することで、処理室２０１を経由した第２の排気系に向けたガス流れが形成され、処理室２０１内に残留するガスを排気することができる。また、ここで、ガスバルブ１３６ａを開き、ＭＦＣ１３５ａを調整し、不活性ガスを供給することによって、不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。

【0055】

所定の時間経過後、バルブ１３６ａを閉じて、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７ａを閉じて第１バッファ空間２３２ａと真空ポンプ２３９の間を遮断する。

【0056】

より好ましくは、所定時間経過後、真空ポンプ２２３を引き続き作動させつつ、バルブ２３７ａを閉じることが望ましい。このようにすると、処理室２０１を経由した第２の排気系に向けた流れが第１の排気系の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率を更に向上させることができる。

【0057】

なお、処理室のパージも単に真空引きしてガスを排出すること以外に、不活性ガスの供給によるガスの押し出し動作も意味する。よって、パージ工程で、バッファ空間２３２ａ内に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出動作を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。

【0058】

また、このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室２０１の容積と同程度の量を供給することで、次の工程において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、製造スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0059】

このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様に２００〜７５０℃、好ましくは３００〜６００℃、より好ましくは３００〜５５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ等の希ガスを用いても良い。

【0060】

（第２ガス供給工程Ｓ２０５）
第１ガスパージ工程の後、バルブ１２６を開け、ガス導入孔２４１ｂ、第２バッファ空間２３２ｂ、複数の分散孔２３４ｂを介して、処理室２０１内に第２のガス（反応ガス）としての、アンモニアガス（ＮＨ_３）を供給する。第２バッファ空間２３２ｂ、分散孔２３４ｂを介して処理室２０１に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第２のガスを供給する際に、活性化部（励起部）としてのリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４を介して、活性化させた第２のガスを処理室２０１内に供給可能に構成しても良い。

【0061】

このとき、ＮＨ_３ガスの流量が所定の流量となるようにマスフローコントローラ１２５を調整する。なお、ＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば、１００ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下である。また、圧力調整器２３８を適正に調整することにより、第２バッファ空間２３２ｂ内の圧力を所定の圧力範囲内とする。また、ＮＨ_３ガスがＲＰＵ１２４内を流れているときは、ＲＰＵ１２４をＯＮ状態（電源が入った状態）とし、ＮＨ_３ガスを活性化（励起）させるように制御する。

【0062】

ＮＨ_３ガスが、ウエハ２００上に形成されているチタン含有層に供給されると、チタン含有層が改質される。例えば、チタン元素またはチタン元素を含有する改質層が形成される。なお、ＲＰＵ１２４を設けて、活性化したＮＨ_３ガスをウエハ２００上に供給することによって、より多くの改質層を形成することができる。

【0063】

改質層は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＮＨ_３ガスの流量、ウエハ２００の温度、ＲＰＵ１２４の電力供給具合に応じて、所定の厚さ、所定の分布、チタン含有層に対する所定の窒素成分等の侵入深さで形成される。

【0064】

所定の時間経過後、バルブ１２６を閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。

【0065】

（パージ工程Ｓ２０６）
ＮＨ_３ガスの供給を停止することで、処理室２０１中に存在する原料ガスや、第１バッファ空間２３２ｂの中に存在する原料ガスを第１の排気部から排気されることによりパージ工程Ｓ２０６が行われる。

【0066】

また、パージ工程では、単にガスを排気（真空引き）してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。

【0067】

なお、バルブ２３７ｂを開き、排気管２３６を介して、第２バッファ空間２３２ｂ内に存在するガスを真空ポンプ２３９から排気しても良い。なお、排気中に、圧力調整器２３８により、排気管２３６と第２バッファ空間２３２ｂ内の圧力（排気コンダクタンス）を制御する。排気コンダクタンスは、第２バッファ空間２３２ｂにおける第１の排気系からの排気コンダクタンスが、処理室２０１を介した真空ポンプ２２３のコンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２３８及び真空ポンプ２３９を制御しても良い。このように調整することで、第２バッファ空間２３２ｂの中央からシャワーヘッド排気口２４０ｂに向けたガス流れが形成される。また、第２バッファ空間２３２ｂの壁に付着したガスや、第２バッファ空間２３２ｂ内に浮遊したガスが処理室２０１に進入することなく第３の排気系から排気できるようになる。なお、処理室２０１から、第２バッファ空間２３２ｂ内へのガスの逆流を抑制するように第２バッファ空間２３２ｂ内の圧力と処理室２０１の圧力（排気コンダクタンス）を調整しても良い。

【0068】

また、パージ工程では、真空ポンプ２２３の動作を継続し、処理空間２０１内に存在するガスを真空ポンプ２２３から排気する。なお、処理室２０１から真空ポンプ２２３への排気コンダクタンスが、第２バッファ空間２３２ｂへの排気コンダクタンスよりも高くなるように圧力調整器２２２を調整しても良い。このように調整することで、処理室２０１を経由した第３の排気系に向けたガス流れが形成され、処理室２０１内に残留するガスを排気することができる。また、ここで、ガスバルブ１３６ｂを開き、ＭＦＣ１３５ｂを調整し、不活性ガスを供給することによって、不活性ガスを確実に基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率が高くなる。

【0069】

所定の時間経過後、バルブ１３６ｂを閉じて、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７ｂを閉じて第２バッファ空間２３２ｂと真空ポンプ２３９の間を遮断する。

【0070】

より好ましくは、所定時間経過後、真空ポンプ２２３を引き続き作動させつつ、バルブ２３７ｂを閉じることが望ましい。このように構成すると、処理室２０１を経由した第３の排気系に向けた流れが第１の排気系の影響を受けないので、より確実に不活性ガスを基板上に供給することが可能となり、基板上の残留ガスの除去効率を更に向上させることができる。

【0071】

なお、処理室のパージも単に真空引きしてガスを排出すること以外に、不活性ガスの供給によるガスの押し出し動作も意味する。よって、パージ工程で、第２バッファ空間２３２ｂ内に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出動作を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。

【0072】

また、このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要は無く、例えば、処理室２０１の容積と同程度の量を供給することで、次の工程において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、製造スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0073】

このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への原料ガス供給時と同様に２００〜７５０℃、好ましくは３００〜６００℃、より好ましくは３００〜５５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ等の希ガスを用いても良い。

【0074】

（判定工程Ｓ２０７）
パージ工程Ｓ２０６の終了後、コントローラ２６０は、上記の成膜工程Ｓ３０１（Ｓ２０３〜Ｓ２０６）が所定のサイクル数ｎが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ２００上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップＳ２０３〜Ｓ２０６を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ２０７）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のチタニウムおよび窒素を含む導電膜、すなわち、ＴｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＴｉＮ膜が形成される。

【0075】

所定回数実施されていないとき（Ｎｏ判定のとき）は、Ｓ２０３〜Ｓ２０６のサイクルを繰り返す。所定回数実施されたとき（Ｙ判定のとき）は、成膜工程Ｓ３０１を終了し、基板搬出工程Ｓ２０８を実行する。

【0076】

（基板搬出工程Ｓ２０８）
成膜工程Ｓ３０１が終わった後、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ２０５を解放し、ウエハ２００をリフトピン２０７上からゲートバルブ２０５外へ搬送する。

【0077】

前記した第１ガス供給工程Ｓ２０３や第２ガス供給工程Ｓ２０５においては、第１ガスを供給する際には第２分散部である第２バッファ空間２３２ｂに不活性ガスを供給し、第２ガスを供給する際には第１分散部である第１バッファ空間２３２ａに不活性ガスを供給するようにすれば、それぞれのガスが異なるバッファ空間に逆流することを防ぐことができる。

【0078】

続いて、第１ガス供給部である第１バッファ空間２３２ａと第２ガス供給部である第２バッファ空間２３２ｂとの関係について説明する。
第１バッファ空間２３２ａから処理空間２０１へ複数の分散孔２３４ａが延びている。第２バッファ空間２３２ｂから処理空間２０１へ複数の分散孔２３４ｂが延びている。第１バッファ空間２３２ａの上側に第２バッファ空間２３２ｂが設けられている。このため、図１に示すように、第１バッファ空間２３２ａ内を第２バッファ空間２３２ｂからの分散孔２３４ｂが貫通するように処理空間２０１へ延びている。

【0079】

ここで、第１バッファ空間２３２ａ内を第２バッファ空間２３２ｂの分散孔２３４ｂが貫通しているため、第１バッファ空間２３２ａ内には、分散孔２３４ｂの外表面が露出している。この露出した表面の面積分、第１バッファ空間２３２ａ内の表面積は、第２バッファ空間２３２ｂ内の表面積より広くなっている。すなわち、バッファ室２３２ａ内の表面積＞バッファ室２３２ｂ内の表面積という関係になっている。この第１バッファ空間２３２ａ内の分散孔２３４ｂの外表面は、ウエハ２００に対して垂直方向の表面積であるとも言える。

【0080】

それぞれのバッファ空間の内壁には、それぞれのバッファ空間に供給されるガスの分子が吸着する。ガス分子は、パージ工程Ｓ２０４，Ｓ２０６で除去される。しかしながら、ガスの種類によっては、ガス分子がバッファ空間の内壁に残り（吸着した状態のまま残る）、他の工程で内壁から脱離し、意図しない反応が起きる課題を発明者は見出した。例えば、上述のＴｉＣｌ_４とＮＨ_３を交互に供給してＴｉＮを成膜した場合、ＴｉＣｌ_４の供給時に、バッファ空間の内壁からＮＨ_３分子が脱離し、処理空間２０１内に供給されることによって、処理空間２０１内でＴｉＣｌ_４とＮＨ_３とが気相反応し、意図しない膜が形成されることが有る。また、副生成物であるＮＨ_４Ｃｌが生成され、所望の膜形成を阻害されることが有る。

【0081】

また、第１バッファ空間２３２ａ内の分散孔２３４ｂの外表面の右側のガス対向面２３４ｇは、供給されるガスと正対（対向）している面（ガス供給管１５０ａから供給されるガスの流れ方向と対向する面）であるため、パージ工程の際に右側面２３４ｃにパージガスが当たり、吸着したガス分子が除去され易い。一方、第１バッファ空間２３２ａ内の分散孔２３４ｂの外表面の左側の順方向面２３４ｈは、供給されるガスの流れと順方向の面（ガス供給管１５０ａから供給されるガスの流れ方向と順方向の面）であるため、パージの際にパージガスが供給され難く、吸着したガス分子が除去されず、ガス分子が残存する課題を見出した。なお、ガス対向面２３４ｇとガス順方向面２３４ｈは、バッファ空間に接続されるガス管の位置で変わる。例えば、中心から供給される際には、ガス対向面２３４ｇはバッファ空間の中心方向に形成され、ガス順方向面２３４ｈは、バッファ空間の外周方向に形成される。なお、分散孔２３４ａ及び分散孔２３４ｂは同じ直径の円形状の孔である。

【0082】

そこで、発明者らは、原料ガスと反応ガスの特性（吸着性、蒸気圧など）に応じて、供給位置を変更することにより、意図しない反応を低減できることを見出した。例えば、ＴｉＣｌ_４とＮＨ_３を供給する場合、ＴｉＣｌ_４と比較して、バッファ空間内の壁に付着され易いＮＨ_３を表面積の狭いバッファ空間へ供給し、ＴｉＣｌ_４を表面積の多いバッファ空間へ供給することにより、意図しない反応（意図しない膜形成やＮＨ_４Ｃｌの発生）を低減できる。

【0083】

そこで、本実施形態では、第１ガスであるＴｉＣｌ_４をバッファ室内の表面積の広い第１バッファ空間２３２ａへ供給し、第２ガスであるＮＨ_３をバッファ室内の表面積の狭い第２バッファ空間２３２ｂへ供給する。ここで、第１ガスであるＴｉＣｌ_４は、第２ガスであるＮＨ_３よりも単位面積当たりの吸着量が少ないガスである。

【0084】

なお、上述では、原料ガスを表面積の広い第１バッファ空間２３２ａに供給し、反応ガスを表面積の狭い第２バッファ空間２３２ｂに供給するように構成したが、ガス特性（吸着性、蒸気圧など）に応じて供給場所を入れ替えても良い。

【0085】

次に、第１供給領域を構成する第１ガス供給部の第２分散孔２３４ｂと、外周供給部を構成する第３分散孔２３４ｃとの関係について図２を用いて説明する。
第２分散孔２３４ｂと第３分散孔２３４ｃは、第２バッファ空間２３２ｂ内のガスを処理室２０１内へ通過させる孔として形成される。第２分散孔２３４ｂは、ウエハ２００と対向する位置で、複数個設けられる。孔の形状や配置は、適宜変更しても良い。第３分散孔２３４ｃは、基板載置台２１０と対向し、ウエハ２００の端よりも外側に設けられる。また、第３分散孔２３４ｃの孔径は、第２分散孔２３４ｂの孔径よりも大きく形成される。好ましくは、第３分散孔２３４ｃの孔径は、第２分散孔２３４ｂの孔径の１．５倍〜３倍程度とすることが好ましい。この様に構成することによって、第２バッファ空間２３２ｂ内のガス流速を第２バッファ空間２３２ｂの中心から外周まで保つことができる。これにより、ウエハ２００と対向する第２分散孔２３４ｂが設けられた第１供給領域２３４ｅからウエハ２００に供給されるガス量，ガス濃度などをウエハ２００の面内で均一にすることができる。また、第２分散孔よりも大きな孔径で構成された第３分散孔２３４ｃから前記基板載置台２１０にガスを供給するように構成することによって、前記第３分散孔２３４ｃと前記基板載置台２１０との間にガスカーテンが形成される。このガスカーテンによって、ウエハ２００の中心から外周方向へのガスの流れ易さが低くなり、ウエハ２００上のガスの滞在時間を長くすることができ、ウエハ２００とガス分子との衝突確率を向上させ、処理均一性を向上させることができる。これにより、前記第２分散孔２３４ｂから前記ウエハ２００への供給を基板面内で均一化させることができる。ここで、例えば、ウエハ２００の外周に不活性ガスを供給する構造を設けてガスカーテンを形成する場合には、不活性ガスにより、第１ガス又は第２ガスが希釈され、ウエハ２００の中心部と外周部でのガス濃度が変化してしまう課題が発生するが、上記の構造であれば希釈を抑制することができる。また、不活性ガスによるガスカーテンの代替として、物理的な構造を設けた場合には、ガスの流れ易さが大きく変化してしまい、所望のガス流れとならない課題が有る。本願では、これらの課題を生じることなく、ウエハ２００の処理均一性を向上させることができる。

【0086】

＜本実施形態に係る効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

【0087】

（ａ）基板と対向し、第１分散孔と第２分散孔を有する第１供給領域と、基板載置台の基板が載置される面よりも外周側の面と対向し、前記第２分散孔よりも大きい孔径で形成された第３分散孔を有する第２供給領域と、をガス分散ユニットに設けることによって、第１供給領域に設けられた孔よりも第２供給領域に設けられた孔のガスコンダクタンスが大きくなり、ガス分散ユニット内の基板の径方向のガス流れ成分を増加させることができる。これにより、第１供給領域全域からのガス供給量を均等化させることができ、第２分散孔から基板へのガス供給を基板の面内で均一化させることができる。

【0088】

（ｂ）また、第３分散孔の孔径を第２分散孔より大きく形成することによって、第２バッファ空間内の中心から外周方向へのガス流れ易さを高めることができ、第２バッファ空間内の中心から外周方向へのパージ効率を向上させることができる。パージ効率の向上により、第２バッファ空間内に吸着するガスを低減し、意図しない反応や副生成物の発生を抑制することができる。

【0089】

（ｃ）また、第２分散孔よりも大きな孔径で構成された第３分散孔から前記基板載置台にガスを供給するように構成することによって、前記第３分散孔と前記基板載置台との間にガスカーテンが形成させることができる。このガスカーテンによってウエの中心から外周方向へのガスの流れ易さが低くなり、ウエハ上のガスの滞在時間を長くすることができ、ウエハとガス分子との衝突確率が向上し、処理の均一性を向上させることができる。

【0090】

（ｄ）２種類以上のガスを供給して成膜する装置であって、吸着しやすいガスを表面積の狭いバッファ空間に供給し、吸着し難いガスを表面積の広いバッファ空間に供給することによって、意図しない反応を抑制することができる。

【0091】

（ｅ）吸着しやすいガスを供給する第２バッファ空間の表面積を吸着し難いガスを供給する第１バッファ空間の表面積より小さくすることで、バッファ空間内でのガスの吸着を抑制することができる。

【0092】

（ｆ）ＮＨ_３の残留量を低減することにより、ＮＨ_４Ｃｌの発生量を抑制または、意図しない反応を抑制することができる。

【0093】

＜第２実施形態＞
以上、第１実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0094】

図７に本発明の第２実施形態に係る、シャワーヘッド２３４をウエハ２００側から見た図を示す。本実施形態では、第２分散孔２３４ｂよりも外側に、第４分散孔２３４ｄを有するものである。第４分散孔２３４ｄは、基板載置台２１２の外周面２１５と対向するにように配置される。第４分散孔２３４ｄから処理空間２０１へ供給されるガスは、主に、外周面２１５上に供給された後、排気部へ排気される。

【0095】

第４分散孔２３４ｄを設けることによって、第１バッファ空間２３２ａ内のガス流れを、均一にすることができる。この結果、ウエハ２００の面上に供給されるガス量，ガス濃度が、基板の中心側から外周側まで均一にすることができる。

【0096】

＜第３実施形態＞
以上、第２実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0097】

図８に本発明の第３実施形態に係る、シャワーヘッド２３４をウエハ２００側から見た図を示す。本実施形態では、基板載置台２１２の外周面２１５と対向する位置に、第３分散孔２３４ｃと第４分散孔２３４ｄを有するものである。

【0098】

第３分散孔２３４ｃと第４分散孔２３４ｄを設けることによって、第１バッファ空間２３２ａと第２バッファ空間２３２ｂのそれぞれの空間内のガス流れを均一にすることができる。

【0099】

なお、上述では、原料ガスと反応ガスを交互に供給して成膜する方法について記したが、原料ガスと反応ガスの気相反応量や副生成物の発生量が許容範囲内であれば、他の方法にも適用可能である。例えば、原料ガスと反応ガスの供給タイミングが重なる様な方法である。

【0100】

また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、エッチング処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。

【0101】

また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程や、セラミック基板へのプラズマ処理などが有る。

【0102】

また、上述では、原料ガスとしてチタン含有ガス（ＴｉＣｌ_４）ガス、反応ガスとして窒素含有ガス（ＮＨ_３ガス）を用いて、窒化チタニウム膜を形成する例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＡｌＯ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＡｌＣ膜などが有る。これらの膜を成膜するために使われる原料ガスと反応ガスそれぞれのガス特性（吸着性、脱離性、蒸気圧など）を比較して、供給位置やシャワーヘッド２３４内の構造を適宜変更することにより、同様の効果を得ることができる。

【0103】

＜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。

【0104】

＜付記１＞
一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向し、前記第２分散孔より大きい孔径で形成され、前記第２ガスを供給する第２供給領域と、を有するガス分散ユニットと、
を有する基板処理装置が提供される。

【0105】

＜付記２＞
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記ガス分散ユニットは、前記第２供給領域に前記第１ガスの分散孔よりも大きい孔径で形成され、前記第１ガスを供給する第４分散孔を有する様に構成される。

【0106】

＜付記３＞
付記１又は付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記ガス分散ユニットは、前記第１分散孔に第１バッファ空間が接続され、前記第２分散孔と前記第３分散孔とが第２バッファ空間に接続されるように構成される。

【0107】

＜付記４＞
付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記ガス分散ユニットは、前記第３分散孔は、前記第２分散孔よりも外側に設けられる様に構成される。

【0108】

＜付記５＞
付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記ガス分散ユニットは、前記第1分散孔と前記第４分散孔とが第１バッファ空間に接続され、前記第３分散孔に第２バッファ空間が接続される様に構成される。

【0109】

＜付記６＞
付記３乃至付記５に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２バッファ空間の中央に前記第２ガスを供給する第２ガス供給部を有する。

【0110】

＜付記７＞
付記３又乃至付記６に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１バッファ空間に前記第１ガスを供給する第１ガス供給ユニットと、
前記第２バッファ空間に前記第２ガスを供給する第２ガス供給ユニットと、
前記第１ガスと前記第２ガスを交互に供給するように前記第１ガス供給ユニットと前記第２ガス供給ユニットとを制御する制御部と、を有する。

【0111】

＜付記８＞
付記１乃至付記７のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２ガスは、前記第１ガスよりも吸着しやすいガスで構成される。

【0112】

＜付記９＞
付記１乃至付８のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１ガスは原料ガスで、前記第２ガスは反応ガスで構成される。

【0113】

＜付記１０＞
付記１乃至付記９のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板載置台の載置面の高さを前記外周面よりも前記基板の厚さに相当する長さ分低く構成される。

【0114】

＜付記１１＞
他の形態によれば、
基板が載置される基板載置台の上に形成される処理室にガスを供給するガス分散ユニットであって、
前記基板と対向し、第１ガスを供給する第１分散孔と第２ガスを供給する第２分散孔が設けられた第１供給領域と、
前記基板載置台の基板が載置される面より外周側の面と対向し、前記第２分散孔より大きい孔径で形成され、前記第２ガスを供給する第２供給領域と、
を有するガス分散ユニットが提供される。

【0115】

＜付記１２＞
付記１１に記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第２供給領域に前記第１ガスの分散孔よりも大きい孔径で形成され、前記第１ガスを供給する第４分散孔を有する様に構成される。

【0116】

＜付記１３＞
付記１１又は付記１２に記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第１分散孔に第１バッファ空間が接続され、前記第２分散孔と前記第３分散孔とが第２バッファ空間が接続されるように構成される。

【0117】

＜付記１４＞
付記１３に記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第３分散孔は、前記第２バッファ空間の前記第２分散孔よりも外側に接続されるように構成される。

【0118】

＜付記１５＞
付記１３又は付記１４に記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第２バッファ空間の中央に前記第２ガスを供給する第２ガス供給部が接続される

【0119】

＜付記１６＞
付記１１乃至付記１５のいずれかに記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第２ガスは、前記第１ガスよりも吸着しやすいガスで構成される。

【0120】

＜付記１７＞
付記１１乃至付記１５のいずれかに記載のガス分散ユニットであって、好ましくは、
前記第１ガスは原料ガスで、前記第２ガスは反応ガスで構成される。

【0121】

＜付記１８＞
更に他の態様によれば、
基板載置台に基板を載置する基板載置工程と、
前記基板と対向して設けられ前記基板に第１ガスと第２ガスを供給する第１供給領域と前記基板載置台の外周面と対向し前記第１供給領域の外周に前記第２ガスを供給する第２供給領域とを有するガス分散ユニットから前記第１ガスを供給する工程と、
前記第２ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

【0122】

＜付記１９＞
更に他の態様によれば。
基板載置台に基板を載置させる基板載置手順と、
前記基板と対向して設けられ前記基板に第１ガスと第２ガスを供給する第１供給領域と前記基板載置台の外周面と対向し前記第１供給領域の外周に前記第２ガスを供給する第２供給領域とを有するガス分散ユニットから、前記第１ガスを供給させる手順と、
前記ガス分散ユニットから前記第２ガスを供給させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

【0123】

＜付記２０＞
更に他の態様によれば、
基板支持部に基板を載置させる基板載置手順と、
前記基板と対向して設けられ前記基板に第１ガスと第２ガスを供給する第１供給領域と前記基板載置台の外周面と対向し前記第１供給領域の外周に前記第２ガスを供給する第２供給領域とを有するガス分散ユニットから、前記第１ガスを供給させる手順と、
前記第２ガスを供給させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。

【符号の説明】

【0124】

１００ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２１１ 載置面
２１２ 基板載置台
２１５ 外周面
２３２ａ 第１バッファ空間
２３２ｂ 第２バッファ空間
２３４ シャワーヘッド
２３４ａ 第１の分散孔
２３４ｂ 第２の分散孔
２３４ｃ 第３の分散孔
２３４ｄ 第４の分散孔
２３４ｅ 第１供給領域
２３４ｆ 第２供給領域
２４１ａ 第１ガス導入口
２４１ｂ 第２ガス導入口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】