特許 5971870 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体

(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】5971870

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20160804BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/31 C

【請求項の数】20

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-69339(P2014-69339)

(22)【出願日】2014年3月28日

(65)【公開番号】特開2015-127453(P2015-127453A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2014年3月31日

(31)【優先権主張番号】特願2013-248056(P2013-248056)

(32)【優先日】2013年11月29日

(33)【優先権主張国】JP

(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】 吉野 涼

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０７−５０７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２４２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５５３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４０１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１１５１７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１５０３３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板が載置される載置面を有する載置部を有する処理室と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、
前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、
前記処理室の上流に設けられ、前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドと、
前記バッファ室を介して、少なくとも二種類のガスを交互に前記処理室に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系からガスを供給する間、前記バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記加熱部は、前記載置部に内包された第１の加熱部と、前記バッファ室の上流に設けられた第２の加熱部とを少なくとも有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第２の加熱部は前記シャワーヘッドの天井壁に設けられる請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記加熱部は、更にバッファ室の下流に設けられた第３の加熱部とを有する請求項２又は請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第３の加熱部は、前記シャワーヘッドの分散板に設けられる請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記ガスを処理室に供給する間、前記第１の加熱部温度よりも前記第２の加熱部温度を低くするよう制御する請求項２又は請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記シャワーヘッドには共通ガス供給管が接続され、前記少なくとも二種類のガスのうち、第１のガスを供給する第１ガス供給系及び第２ガス供給系は前記ガス供給管に接続される請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第２の加熱部は、前記バッファ室雰囲気の温度を供給されるガスの副生成物が付着する温度以上であり、供給ガスの熱分解温度未満もしくは前記少なくとも二種類のガスが反応し膜を形成する際の反応温度未満とするよう制御される請求項２から請求項６のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記第１の加熱部と前記第３の加熱部は、前記処理室の雰囲気の温度が反応温度以上となるよう制御される請求項４又は請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記第３の加熱部は、前記載置部に載置される基板表面と並行な加熱面を有する請求項４又は請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記共通ガス供給管の外周に第４の加熱部が設けられ、内周には凸構造が設けられる請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記第３の加熱部は、分散板に設けられた分散孔と重ならない位置に配される請求項４または請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔から供給されたガスの接触面積が増加するよう構成される請求項１から請求項１２のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を中心として放射状に設けられる請求項１から請求項１３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を中心として円周状に設けられる請求項１から請求項１３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、前記天井壁に設けられた孔を起点として渦巻き状に設けられる請求項１から請求項１３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記ガスガイドに設けられた前記凸構造は、独立した点状態で構成される請求項１から請求項１３のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項18】

基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項19】

基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する手順と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱すると共に、
少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する手順と、
を行うよう、コントローラにより基板処理装置を制御するためのプログラムを格納する記録媒体。

【請求項20】

基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する手順と、
ガスが供給される孔が設けられた天井壁と、下流側の壁として構成される分散板とで構成されるバッファ室と、前記天井壁から連続して構成されると共に、前記分散板と対向する面に突起または溝を有する凸構造が設けられたガスガイドと、前記処理室の上流に設けられ前記バッファ室と前記ガスガイドを有するシャワーヘッドのうち、前記バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する手順と、
を行うよう、コントローラにより基板処理装置を制御するためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、フラッシュメモリ等の半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。

【0003】

上記パターンを形成する方法の一つとして、回路間に溝を形成し、そこにライナー膜や配線を形成する工程が存在する。この溝は、近年の微細化に伴い、高いアスペクト比となるよう構成されている。

【0004】

ライナー膜等を形成するに際しては、溝の上部側面、中部側面、下部側面、底部においても膜厚にばらつきが無い良好なステップカバレッジの膜を形成することが求められている。良好なステップカバレッジの膜とすることで、半導体デバイスの特性を溝間で均一とすることができ、それにより半導体デバイスの特性ばらつきを抑制することができるためである。

【0005】

この高いアスペクト比の溝を処理するために、ガスを加熱して処理することや、ガスをプラズマ状態として処理することが試みられたが、良好なステップカバレッジを有する膜を形成することは困難であった。

【0006】

上記膜を形成する方法として、少なくとも二種類の処理ガスを交互に供給し、それらのガスを反応させ膜を形成する交互供給法がある。交互供給法は、原料ガスと反応ガスを基板表面で反応させる方法であるが、この方法では原料ガスと反応ガスを基板表面以外で反応させないために、各ガスを供給する間に残ガスを除去するためのパージ工程を有することが望ましい。

【0007】

ところで、半導体デバイスの歩留まりを向上させるためには、基板表面における膜特性を均一とする必要があることから、薄膜を形成する際、基板面内に対してガスを均一に供給する。それを実現するために、基板の処理面から均一にガスを供給することが可能な枚葉装置が開発されている。この枚葉装置では、ガスをより均一に供給するために、例えば基板上にバッファ空間を有するシャワーヘッドを設けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

この枚葉装置を用いて膜を形成する際は、少なくとも二種類のガスを基板上方もしくは基板表面で反応させることで膜を形成している。ところが、この装置の場合、二種類のガスを、バッファ空間を介して供給するため、バッファ空間内で残留ガスが反応し、バッファ空間内に副生成物が発生してしまうことが考えられる。発生した副生成物は、基板の特性に悪影響を及ぼすことがあった。更には、処理工程数が多いために生産性が低いという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、本発明の目的は、生産性の高く、且つ特性の良い膜を形成可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。

【0010】

本発明の一態様によれば、基板が載置される載置面を有する載置部を有する処理室と、バッファ室を有すると共に、前記処理室の上流に設けられるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドのバッファ室を介して、少なくとも二種類のガスを交互に前記処理室に供給するガス供給系と、前記ガス供給系からガスを供給する間、バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱部と、を有する基板処理装置が提供される。

【0011】

さらに、基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、シャワーヘッドのバッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、バッファ空間を有するシャワーヘッドを用いた枚葉装置においても、バッファ空間の副生成物発生を抑制可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。

【図3】本発明の実施形態に係る成膜工程のガス供給タイミングを説明する説明図である。

【図4】本発明の実施形態に係る成膜工程を示すフロー図である。

【図5】本発明の実施形態に係るシャワーヘッドの排気工程を示すフロー図である。

【図6】本発明の実施形態に係る分散板加熱部を説明する説明図である。

【図7】本発明の実施形態に係る共通ガス供給管の断面図である。

【図8】本発明の実施形態に係るガスガイドの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜本発明の第１の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１から図３を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の断面図である。

【0015】

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

【0016】

（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。

【0017】

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、薄膜を形成する装置であり、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。

【0018】

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の側壁や底壁は、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、天井部であるシャワーヘッド２３０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及びシャワーヘッド２３０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室空間と呼び、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と呼ぶ。上部処理容器２０２ａ及びシャワーヘッド２３０で構成され、処理空間を囲む構成を処理室２０１と呼ぶ。更には、搬送空間を囲む構成を処理室内搬送室２０３と呼ぶ。各構造の間には、処理容器２０２内を機密にするためのＯリング２０８が設けられている。

【0019】

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。

【0020】

処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部（基板載置部とも呼ぶ）２１０が位置するよう構成される。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を表面に持つ載置台２１２、基板載置台２１２に内包された、ウエハを加熱する加熱源としての基板載置台加熱部２１３（第１の加熱部とも呼ぶ）を主に有する。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る。

【0021】

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及び支持台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となっている。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、処理容器２０２内は気密に保持されている。

【0022】

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）となるよう基板支持台まで下降し、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。

【0023】

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。

【0024】

（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２３０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ガス導入口２４１が設けられている。ガス導入口２４１に接続されるガス供給系の構成については後述する。

【0025】

（シャワーヘッド）
ガス導入口２４１と処理室２０１との間には、処理室２０１に連通するガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられている。即ち、処理室２０１の上流方向にシャワーヘッド２３０が設けられている。ガス導入口２４１はシャワーヘッド２３０の蓋２３１に接続されている。ガス導入口２４１から導入されるガスは蓋２３１に設けられた孔２３１ａを介してシャワーヘッド２３０のバッファ室２３２内のバッファ空間に供給される。即ち、蓋２３１は、バッファ室２３２から見て、ガス供給方向の上流に設けられている。バッファ室２３２は、蓋２３１の下端部と後述する分散板２３４の上端で形成される。即ち、分散板２３４は、バッファ室から見て、ガス供給方向下流（ここでは処理室方向）に設けられている。

【0026】

シャワーヘッドの蓋２３１は導電性/熱伝導性のある金属で形成され、バッファ室２３２内のバッファ空間又は処理室２０１内でプラズマを生成するための電極として用いられる。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。更に、シャワーヘッドの蓋２３１には、蓋加熱部２３１ｃ（第２の加熱部とも呼ぶ）が設けられており、バッファ室２３２の雰囲気や後述するガスガイド２３５を加熱する。

【0027】

シャワーヘッド２３０は、バッファ室２３２内の空間と処理室２０１の処理空間との間に、ガス導入口２４１から導入されるガスを分散させるための分散板２３４を備えている。分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。分散板は、貫通孔２３４ａが設けられた凸状部と、凸状部の周囲に設けられたフランジ部を有し、フランジ部は絶縁ブロック２３３に支持されている。更には、貫通孔２３４ａの周囲に、円周状の分散板ヒータ２３４ｂ（第３の加熱部とも呼ぶ）を有する。分散板ヒータ２３４ｂは分散板を加熱し、バッファ室２３２内の雰囲気や処理室２０１の雰囲気の温度に影響を与える。

【0028】

ところで、分散板２３４と基板の間には処理室の空間が存在するために、ウエハ２００は分散板２３４から輻射によって間接的に加熱される。一方、ウエハ２００は基板載置台２１２に載置されているため、基板載置台加熱部２１３は伝導によってウエハ２００を直接的に加熱する。従ってウエハ２００を加熱する際、基板載置台加熱部２１３による加熱は分散板加熱部２３４ｂによる加熱と比べて支配的である。そのため、ウエハ２００の温度を制御する際は、基板載置台加熱部２１３を優先的に制御する。

【0029】

バッファ室２３２には、供給されたガスの流れを形成するガスガイド２３５が設けられる。ガスガイド２３５は、孔２３１ａを頂点として分散板２３４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貫通孔２３４ａ群の最外周よりも更に外周に形成される。ガスガイド２３５は蓋２３１に接続されており、蓋加熱部２３１ｃによって加熱され、更にバッファ室内の雰囲気を加熱する。

【0030】

バッファ室２３２の上方には、シャワーヘッド用排気孔２３１ｂを介して、排気管２３６が接続されている。排気管２３６には、排気のオン/オフを切り替えるバルブ２３７、排気バッファ室２３２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。

【0031】

排気孔２３１ｂは、ガスガイド２３５の上方にあるため、後述するシャワーヘッド排気工程では次のようにガスが流れるよう構成されている。孔２３１ａから供給された不活性ガスはガスガイド２３５によって分散され、バッファ室２３２の空間中央及び下方に流れる。その後ガスガイド２３５の端部で折り返して、排気孔２３１ｂから排気される。
尚、排気管２３６、バルブ２３７、圧力調整記２３８をまとめて第１の排気系と呼ぶ。

【0032】

（供給系）
シャワーヘッド２３０の蓋２３１に接続されたガス導入孔２４１には、共通ガス供給管２４２が接続されている。共通ガス供給管２４２には、共通ガス供給管２４２を加熱する共通ガス供給管ヒータ２４２ａ（第四の加熱部とも呼ぶ）が設けられ、共通ガス供給管２４２の内側を通過するガスを加熱するよう構成されている。バッファ室２３２に供給する前に、共通ガス供給管ヒータ２４２ａによって事前にガスを加熱することで、副生成物である反応阻害物が付着しない温度まで容易にガスの温度を上昇させることができる。共通ガス供給管２４２には、第１ガス供給管２４３ａ、第２ガス供給管２４４ａ、第３ガス供給管２４５ａが接続されている。第２ガス供給管２４４ａは、リモートプラズマユニット２４４ｅを介して接続される。

【0033】

第１ガス供給管２４３ａを含む第１ガス供給系２４３からは第１元素含有ガスが主に供給され、第２ガス供給管２４４ａを含む第２ガス供給系２４４からは主に第２元素含有ガスが供給される。第３ガス供給管２４５ａを含む第３ガス供給系２４５からは、ウエハを処理する際には主に不活性ガスが供給され、処理室をクリーニングする際はクリーニングガスが主に供給される。

【0034】

（第１ガス供給系）
第１ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第１ガス供給源２４３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。

【0035】

第１ガス供給管２４３ａから、第１元素を含有するガス（以下、「第１元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。

【0036】

第１元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
ここで、第１元素は、例えばチタン（Ｔｉ）である。すなわち、第１元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。チタン含有ガスとしては、例えばＴｉＣｌ_４ガスを用いることができる。なお、第１元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第１元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第１ガス供給源２３２ｂとマスフローコントローラ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。

【0037】

なお、シリコン含有ガスを用いても良い。シリコン含有ガスとしては、例えば有機シリコン材料であるヘキサメチルジシラザン（Ｃ_６Ｈ_１９ＮＳｉ_２、略称：ＨＭＤＳ）やトリシリルアミン（（ＳｉＨ_３）_３Ｎ、略称：ＴＳＡ）、ＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ_２（ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９））_２（ビス ターシャル ブチル アミノ シラン）ガス等を用いることができる。これらのガスは、プリカーサーとして働く。

【0038】

第１ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第１不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第１不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。

【0039】

ここで、不活性ガスは、例えば窒素（Ｎ_２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0040】

第１不活性ガス供給管２４６ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４６ｃ、バルブ２４６ｄ、第１ガス供給管２４３ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。

【0041】

主に、第１ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第１元素含有ガス供給系２４３（チタン含有ガス供給系ともいう）が構成される。

【0042】

また、主に、第１不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第１不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第１ガス供給管２４３ａを、第１不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0043】

更には、第１ガス供給源２４３ｂ、第１不活性ガス供給系を、第１元素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0044】

（第２ガス供給系）
第２ガス供給管２４４ａの下流にはリモートプラズマユニット２４４ｅが設けられている。上流には、上流方向から順に、第２ガス供給源２４４ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４４ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。

【0045】

第２ガス供給管２４４ａからは、第２元素を含有するガス（以下、「第２元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、リモートプラズマユニット２４４ｅ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。第２元素含有ガスは、リモートプラズマユニット２４４ｅによりプラズマ状態とされ、ウエハ２００上に照射される。

【0046】

第２元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第２元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。

【0047】

ここで、第２元素含有ガスは、第１元素と異なる第２元素を含有する。第２元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。本実施形態では、第２元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスとする。具体的には、窒素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。

【0048】

主に、第２ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第２元素含有ガス供給系２４４（窒素含有ガス供給系ともいう）が構成される。

【0049】

また、第２ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第２不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。

【0050】

第２不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第２ガス供給管２４４ａ、リモートプラズマユニット２４４ｅを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、後述する成膜工程（薄膜形成工程とも呼ぶ）（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。

【0051】

主に、第２不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第２不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第２ガス供給管２４４ａ、リモートプラズマユニット２４４ｅを第２不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0052】

更には、第２ガス供給源２４４ｂ、リモートプラズマユニット２４４ｅ、第２不活性ガス供給系を、第２元素含有ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。

【0053】

（第３ガス供給系）
第３ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第３ガス供給源２４５ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。

【0054】

第３ガス供給管２４５ａから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４５を介してシャワーヘッド２３０に供給される。

【0055】

ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0056】

第３ガス供給管２４５ａのバルブ２４５ｄよりも下流側には、クリーニングガス供給管２４８ａの下流端が接続されている。クリーニングガス供給管２４８ａには、上流方向から順に、クリーニングガス供給源２４８ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。

【0057】

主に、第３ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第３ガス供給系２４５が構成される。

【0058】

また、主に、クリーニングガス供給管２４８ａ、マスフローコントローラ２４８ｃ及びバルブ２４８ｄによりクリーニングガス供給系が構成される。なお、クリーニングガス源２４８ｂ、第３ガス供給管２４５ａを、クリーニングガス供給系に含めて考えてもよい。

【0059】

更には、第３ガス供給源２４５ｂ、クリーニングガス供給系を、第３ガス供給系２４５に含めて考えてもよい。

【0060】

第３ガス供給管２４５ａからは、基板処理工程では不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。また、クリーニング工程では、クリーニングガスが、マスフローコントローラ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。

【0061】

不活性ガス供給源２４５ｂから供給される不活性ガスは、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）では、処理室２０１やシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。また、クリーニング工程では、クリーニングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用しても良い。

【0062】

クリーニングガス供給源２４８ｂから供給されるクリーニングガスは、クリーニング工程ではシャワーヘッド２３０や処理室２０１に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスとして作用する。

【0063】

ここで、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスである。なお、クリーニングガスとして、例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガス、フッ素（Ｆ_２）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。

【0064】

（第２の排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２２が接続されており、排気管２２２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２２３、真空ポンプ２２４が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２２、圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４により第２の排気系（排気ライン）２２０が構成される。

【0065】

（プラズマ生成部）
シャワーヘッドの蓋２３１には、整合器２５１、高周波電源２５２が接続されている。高周波電源２５２、整合器２５１でインピーダンスを調整することで、シャワーヘッド２３０、処理室２０１にプラズマが生成される。

【0066】

（コントローラ）
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。コントローラ２６０は、演算部２６１及び記憶部２６２を少なくとも有する。コントローラ２６０は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部から基板処理装置のプログラムや制御レシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する。これらのプログラムは、ハードディスクやフラッシュメモリ等の記録媒体に記録される。

【0067】

（２）基板処理工程

【0068】

次に、基板処理装置１００としての基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について、図２、図３、図４、図５を参照しながら説明する。図２、図３、図４、図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。なお、以下の説明において、基板処理装置１００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。

【0069】

図２、図３、図４、図５を用い、基板処理工程の概略について説明する。図２は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図３、図４は、図５の成膜工程の詳細を説明するフローである。

【0070】

ここでは、第１元素含有ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを用い、第２元素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜として窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する例について説明する。また、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。

【0071】

（基板搬入・載置工程Ｓ１０２）
処理装置１００では基板載置台２１２をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２０５を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理室内にウエハ２００（処理基板）を搬入し、リフトピン２０７上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。

【0072】

処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハ２００を載置する。

【0073】

なお、ウエハ２００を処理容器２０２内に搬入する際には、排気系により処理容器２０２内を排気しつつ、不活性ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスとしてのＮ_２ガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２２４を作動させＡＰＣバルブ２２３を開けることにより処理容器２０２内を排気した状態で、少なくとも第３ガス供給系のバルブ２４５ｄを開けることにより、処理容器２０２内にＮ_２ガスを供給することが好ましい。これにより、処理容器２０２内へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。また、真空ポンプ２２４は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０２）から後述する基板搬出工程（Ｓ１０６）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。

【0074】

ウエハ２００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３及び又は分散板ヒータ２３４ｂに電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上５００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。

【0075】

（成膜工程Ｓ１０４）
次に、成膜工程Ｓ１０４を行う。成膜工程Ｓ１０４の基本的な流れについて説明し、本実施形態の特徴部分については詳細を後述する。

【0076】

成膜工程Ｓ１０４では、シャワーヘッド２３０のバッファ室２３２を介して、処理室２０１内にＴｉＣｌ_４ガスを供給する。ＴｉＣｌ_４ガスを供給し、所定の時間経過後、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止し、パージガスにより、バッファ室２３２、処理室２０１からＴｉＣｌ_４ガスを排出する。

【0077】

ＴｉＣｌ_４ガスを排出後、バッファ室２３２を介して、処理室２０１内にプラズマ状態のアンモニアガスを供給する。アンモニアガスは、ウエハ２００上に形成されたチタン含有膜と反応し、窒化チタン膜を形成する。所定の時間経過後、アンモニアガスの供給を停止し、パージガスによりシャワーヘッド２３０、処理室２０１からアンモニアガスを排出する。

【0078】

成膜工程１０４では、以上を繰り返すことで、所望の膜厚の窒化チタン膜を形成する。

【0079】

（基板搬出工程Ｓ１０６）
次に、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を処理容器２０２の外へ搬出する。その後、基板処理工程を終了する場合は、第３ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスを供給することを停止する。

【0080】

（処理回数判定工程Ｓ１０８）
基板を搬出後、薄膜形成工程が所定の回数に到達したか否かを判定する。所定の回数に到達したと判断されたら、クリーニング工程に移行する。所定の回数に到達していないと判断されたら、次に待機しているウエハ２００の処理を開始するため、基板搬入・載置工程Ｓ１０２に移行する。

【0081】

（クリーニング工程１１０）
処理回数判定工程Ｓ１０８で薄膜形成工程が所定の回数に到達したと判断したら、クリーニング工程を行う。ここでは、クリーニングガス供給系のバルブ２４８ｄを開け、シャワーヘッド２３０を介して、クリーニングガスを処理室２０１へ供給する。

【0082】

クリーニングガスがシャワーヘッド２３０、処理室２０１を満たしたら、高周波電源２５２で電力を印加すると共に整合器２５１によりインピーダンスを整合させ、シャワーヘッド２３０、処理室２０１にクリーニングガスのプラズマを生成する。生成されたクリーニングガスプラズマは、シャワーヘッド２３０、処理室２０１内の壁に付着した副生成物を除去する。

【0083】

続いて、成膜工程Ｓ１０４の詳細について図４を用いて説明する。

【0084】

（第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
本実施形態の加熱部である蓋加熱部２３１ｃ、分散板加熱部２３４ｂ、基板載置台加熱部２１３が既にオンとなった状態で処理を開始する。具体的には、蓋加熱部２３１ｃによってバッファ室２３２内の雰囲気を、分散板加熱部２３４ｂによって分散板２３４（分散板２３４のウエハ対向面、貫通孔２３４ａ含む）とウエハ２００を、基板載置台加熱部２１３によって基板載置部２１１のウエハ２００が加熱される。

【0085】

このとき、加熱部（蓋加熱部２３１ｃ、分散板加熱部２３４ｂ、基板載置台加熱部２１３）の協業によって、バッファ室２３２内の雰囲気の温度がウエハ２００の温度よりも低くなるよう制御される。より良くは、ウエハ温度を成膜処理可能な温度、例えば供給されるガスが反応する温度以上とし、バッファ室内部の温度をガスが反応しない温度とする。更には、バッファ室の温度を、副生成物が付着しない程度の温度以上とすることが望ましい。

【0086】

より具体的には、バッファ室２３２のバッファ空間の温度を制御するために、蓋加熱部２３１ｃと分散板加熱部２３４ｂを制御する。この制御では、ガスガイド２３５や分散板２３４のバッファ室側面に副生成物が付着しないような温度以上であって、更には供給されるガスがバッファ室２３２の内壁やガスガイド２３５に付着する温度未満、供給するガスが熱分解する温度未満、もしくは供給される少なくとも二種類のガスが反応し膜を形成する際の反応温度未満とする。ここで言う副生成物とは、例えばバッファ室に残留したＴｉＣｌ_４とＮＨ_３が反応して発生する塩化アンモニア（ＮＨ_４Ｃｌ）である。塩化アンモニアの場合、１５０℃から１６０℃程度で付着されるので、その付着を抑制するために、ガスガイド２３５と分散板加熱部２３４ｂによって、塩化アンモニアが付着しない温度である１６０℃よりも高い温度になるよう制御する。更には、供給されるＴｉＣｌ_４やＮＨ_３単独、もしくはその反応物が付着しないような温度とする。例えば、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を反応させて膜形成する温度が３１０℃から４５０℃であるので、その温度未満となるよう制御する。ここでは、バッファ空間の温度を第１の温度と呼ぶ。

【0087】

次に、ウエハ２００の温度を制御するために、分散板加熱部２３４ｂ、基板載置台加熱部２１３を制御する。この制御では、ウエハ２００の温度および処理室２０１の温度を膜処理が促進される温度、すなわちガスが反応する温度とする。ウエハ２００の膜処理が促進される温度とは、少なくとも二種類のガスがウエハ２００上で反応する温度、もしくは供給されるガスがウエハ２００上で付着する温度を言う。ここでは、処理室２０１の温度を第２の温度と呼ぶ。

【0088】

また、処理室２０１の温度（ウエハ２００の温度）をバッファ室２３２の温度よりも高くすることから、蓋加熱部２３１ｃ、基板載置台加熱部２１３の相対的関係を次のようにすることが望ましい。
蓋加熱部２３１ｃの温度＜基板載置台加熱部２１３の温度
言い換えれば、次のような関係とも言える。
バッファ室２３２内の空間の温度＜処理室２０１内の空間の温度

【0089】

それぞれ所望とする温度に達したら、バルブ２４３ｄを開け、ガス導入孔２４１、バッファ室２３２、複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第１の処理ガスとしてのＴｉＣｌ_４を供給開始する。更にそれと併行してバルブ２４５ｄを開け、ガス導入孔２４１、バッファ室２３２、複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第３の処理ガスとしてのパージガスを供給開始する。バッファ室２３２内ではガスガイド２３５によってＴｉＣｌ_４ガスが均一に分散される。均一に分散されたガスは複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。

【0090】

バッファ室２３２では、供給された第１の処理ガスが壁に付着しない温度としているので、バッファ室２３２内の第１処理ガス残留を抑制する。

【0091】

このとき、第１の処理ガスであるＴｉＣｌ４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２４３ｃを調整する。更には、第３の処理ガスである不活性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２４５ｃを調整する。なお、ＴｉＣｌ_４の供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、ＴｉＣｌ_４ガスとともに、第１不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ_２ガスを流してもよい。また、排気ポンプ２２４を作動させ、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を、所定の圧力とする。

【0092】

供給されたＴｉＣｌ_４ガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴｉＣｌ_４ガスがウエハ２００の上に接触することによって「第１元素含有層」としてのチタン含有層が形成される。

【0093】

チタン含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、ＴｉＣｌ_４ガスの流量、ウエハ２００の温度、処理室２０１での処理時間等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。

【0094】

所定の時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じ、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止する。バルブ２４５ｄは開を維持し、不活性ガスの供給を継続する。

【0095】

（第１のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４）
ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止した後、バルブ２３７を開とし、シャワーヘッド２３０内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ２３９は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程２０４については、後に詳述する。

【0096】

このとき、バッファ室２３２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、バルブ２３７の開閉弁及び真空ポンプ２３９を制御する。このように調整することで、バッファ室２３２の中央からシャワーヘッド排気孔２３１ｂに向けたガス流れが形成される。このようにして、バッファ室２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間内に浮遊したガスが、処理室２０１に進入することなく第１の排気系から排気される。

【0097】

（第１の処理室排気工程Ｓ２０６）
所定の時間経過後、引き続き第２の排気系の排気ポンプ２２４を作動させつつ、処理空間において第２の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第１の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようＡＰＣバルブ２２３の弁開度及びバルブ２３７の弁解度を調整する。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る。したがって、バッファ室２３２に供給された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。

【0098】

処理室排気工程において供給された不活性ガスは、第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２でウエハ２００に結合できなかったチタン成分を、ウエハ２００上から除去する。更には、バルブ２３７を開け、圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９を制御して、シャワーヘッド２３０内に残留したＴｉＣｌ４ガスを除去する。所定の時間経過後、バブル２３７を閉じてシャワーヘッド２３０と真空ポンプ２３９の間を遮断する。

【0099】

より良くは、所定の時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４を引き続き作動させつつ、バルブ２３７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が更に高くなる。

【0100】

また、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４の後に引き続き処理室排気工程Ｓ２０６を行うことで、次の効果を見出すことができる。即ち、シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４でバッファ室２３２内の残留物を除去しているので、処理室排気工程Ｓ２０６においてガス流れがウエハ２００上を経由したとしても、残留ガスが基板上に付着することを防ぐことができる。

【0101】

（第２の処理ガス供給工程Ｓ２０６）
第１の処理室排気工程の後、バルブ２４４ｄを開け、ガス導入孔２４１、バッファ室２３２、複数の貫通孔２３４ａを介して、処理室２０１内にアンモニアガスを供給する。バッファ室２３２、貫通孔２３４ａを介して処理室に供給するので、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。

【0102】

このとき、アンモニア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２４４ｃを調整する。なお、アンモニアガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、アンモニアガスとともに、第２不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ_２ガスを流してもよい。また、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を、所定の圧力とする。

【0103】

プラズマ状態のアンモニアガスはウエハ２００上に供給される。既に形成されているチタン含有層がアンモニアガスのプラズマによって改質されることにより、ウエハ２００の上には、例えばチタン元素および窒素元素を含有する層が形成される。

【0104】

改質層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、アンモニアガスの流量、基板載置台２１２の温度、リモートプラズマユニット２４４ｅの電力供給具合等に応じて、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。

【0105】

所定の時間経過後、バルブ２４４ｄを閉じ、アンモニアガスの供給を停止する。

【0106】

（第２のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０）
アンモニアガスの供給を停止した後、バルブ２３７を開とし、シャワーヘッド２３０内の雰囲気を排気する。具体的には、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、真空ポンプ２３９は事前に作動させておく。シャワーヘッド排気工程２１０については、後に詳述する。

【0107】

バッファ室２３２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、バルブ２３７の開閉弁及び真空ポンプ２３９を制御する。このように調整することで、バッファ室２３２の中央からシャワーヘッド排気孔２３１ｂに向けたガス流れが形成される。このようにして、バッファ室２３２の壁に付着したガスや、バッファ空間内に浮遊したガスが、処理室２０１に進入することなく第１の排気系から排気される。

【0108】

（第２の処理室排気工程Ｓ２１２）
所定の時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４を作動させつつ、処理空間において第２の排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第１の排気系からの排気コンダクタンスよりも高くなるようＡＰＣバルブ２２３の弁開度及びバルブ２３７の弁解度を調整する。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る。したがって、バッファ室２３２に供給された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。

【0109】

処理室排気工程において供給された不活性ガスは、第２の処理ガス供給工程Ｓ２０６でウエハ２００に結合できなかったアンモニア成分を、ウエハ２００上から除去する。更には、バルブ２３７を開け、圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９を制御して、シャワーヘッド２３０内に残留したアンモニアガスを除去する。所定の時間経過後、バブル２３７を閉じてシャワーヘッド２３０と真空ポンプ２３９の間を遮断する。

【0110】

より良くは、所定の時間経過後、第２の排気系の排気ポンプ２２４を引き続き作動させつつ、バルブ２３７を閉じることが望ましい。このようにすると、バッファ室内２３２内の残留ガスや、供給された不活性ガスは、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るため、基板上で、第１のガスと反応しきれなかった残留ガスの除去効率が更に高くなる。

【0111】

また、シャワーヘッド排気工程Ｓ２１０の後に引き続き処理室排気工程Ｓ２１２を行うことで、次の効果を見出すことができる。即ち、シャワーヘッド排気工程Ｓ２１０でバッファ室２３２内の残留物を除去しているので、処理室排気工程Ｓ２１２においてガス流れがウエハ２００上を経由したとしても、残留ガスが基板上に付着することを防ぐことができる。

【0112】

（判定工程Ｓ２１４）
この間、コントローラ２６０は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。

【0113】

所定回数実施していないとき（Ｓ２１４でＮｏの場合）、第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２、第１シャワーヘッド排気工程Ｓ２０４、第１処理室排気工程Ｓ２０６、第２の処理ガス供給工程Ｓ２０８、第２のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０、第２処理室排気工程Ｓ２１２のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ２１４でＹｅｓの場合）、成膜工程Ｓ１０４を終了する。

【0114】

続いて、第１のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４の詳細について図５を用いて説明する。第２のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０は第１のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４と同様の処理であるので、一部説明を省略する。

【0115】

ところで、本実施例に係る装置においては、第１のガスと第２のガスはシャワーヘッド２３０を介して処理室に供給されるため、バッファ室２３２内にいずれかのガスが残留した場合、バッファ室２３２内でガスが反応してしまう。反応することで副生成物が発生し、その付着物がバッファ室壁に付着することが考えられる。発生した副生成物が剥がれ、ウエハ２００に付着した場合、基板特性に悪影響を及ぼす可能性があることから、付着物や残留ガスを確実に排気する必要がある。

【0116】

一方、バッファ室２３２にはガスが滞留する領域が存在する。例えば領域２３２ａのように、蓋２３１と分散板２３４フランジの間に形成される角状の空間である。そのような空間は、孔２３１ａからガスガイド２３５を介したシャワーヘッド排気孔２３１ｂへの経路で形成されるガス流れの影響を受けづらいため、他の部分に比べガスが滞留しやすく、ガスの淀みができやすい。更には、図２に記載のように、加工精度によっては各構造間で隙間ができてしまい、隙間の大きさによってはそこにガスが入り込んでしまう。そのため、ガスが残留しやすく、残留したガスが反応することによる反応生成物、副生成物が発生しやすい構造となっている。発生した反応生成物、副生成物、残留ガスは滞留領域２３２ａの壁に付着してしまうことがあるが、それらを除去しようとしても、ガス流れと付着物の間に滞留したガスが存在するため、単にパージガスを供給しただけでは付着物を除去することが難しい。以下、発生した反応生成物、副生成物、残留ガスの付着物をバッファ室付着物と呼ぶ。

【0117】

そこで、本実施形態においては、ガスが滞留する領域においても、より確実に残留ガスや副生成物を除去する方法を説明する。以下に、シャワーヘッド排気工程の詳細を、図５を用いて説明する。

【0118】

（第１排気工程Ｓ３０２）
第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２にてバルブ２４３ｄを閉じた後（第２のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０では第２の処理ガス供給工程Ｓ２０８にてバルブ２４４ｄを閉じた後）、バルブ２３７を開とし、第３ガス供給系のバルブ２４５ｄを閉じた状態で、バッファ室２３２内の雰囲気を排気する。このとき、バルブ２３７を有する第１排気系のコンダクタンスが、複数の貫通孔２３４ａから排気されるコンダクタンスよりも大きくなるようバルブ２３７の開度を調整する。

【0119】

このようにして排気をすると、孔２３１ａからシャワーヘッド排気孔２３１ｂに流れるガス流れが形成されないため、バッファ室２３２の中心部だけでなく、角部分のような滞留領域においても残留ガスを除去することができる。

【0120】

尚、バルブ２４５ｄを開けて不活性ガスを供給しても良い。その場合、滞留領域の残留ガスが除去できる程度の量とする。

【0121】

（パージ工程Ｓ３０４）
所定時間経過後、バルブ２３７の開度を維持しつつ、第３ガス供給系のバルブ２４５ｄを開とし、パージガスである不活性ガスをバッファ室２３２内に供給する。バッファ室付着物が付着した壁の周囲には滞留ガスが存在しないので、供給された不活性ガスはバッファ室付着物へのアタックが可能となる。アタックされたバッファ室付着物は、バッファ室２３２の壁から剥がれ落ちる。剥がされたバッファ室付着物は、一時的にバッファ室２３２内に浮遊する。

【0122】

パージ工程Ｓ３０４では、第１排気工程Ｓ３０２と同様に、バルブ２３７を有する第１排気系のコンダクタンスが、処理室２０１に連通する第２排気系のコンダクタンスよりも大きくなるようバルブ２３７の開度が維持されている。

【0123】

尚、第１排気工程にて不活性ガスを供給している場合、パージ工程Ｓ３０４では、第１排気工程に比べ、第３ガス供給系からさらにパージガスの供給量を増加させればよい。

【0124】

（第２排気工程Ｓ３０６）
所定時間経過後、バルブ２３７の開度を維持しつつ、第３ガス供給系のバルブ２４５ｄを閉じる。このとき、第１排気工程Ｓ３０２、パージ工程Ｓ３０４と同様に、バルブ２３７を有する第１排気系のコンダクタンスが、処理室２０１に連通する第２排気系のコンダクタンスよりも大きくするようバルブ２３７の開度が維持されている。

【0125】

このようにすると、孔２３１ａからガスガイド２３５を介してシャワーヘッド排気孔２３１ｂに流れるガス流れが形成されないため、バッファ室２３２の中心部だけでなく、角部分のような滞留領域においても、パージ工程Ｓ３０４で剥がれ落ちたバッファ室付着物を除去することが可能となる。また、第１排気系のコンダクタンスが第２排気系のコンダクタンスよりも大きくなるよう制御されているので、パージ工程で剥がれ落ちたバッファ室付着物が処理室内のウエハ２００上にふり落ちることなく、バッファ室付着物を除去することができる。

【0126】

さらには、バルブ２３７の開度を維持しつつ、バルブ２４５ｄの開閉度を制御するという単純な動作で副生成物及び残留ガスを除去することができるので、処理スループットを高くすることができる。

【0127】

所定の時間経過後、バルブ２３７を閉とし、バルブ２４５ｄを開として、第１の処理室排気工程Ｓ２０６（もしくは第２の処理室排気工程Ｓ２１２）に移行する。

【0128】

尚、第１排気工程Ｓ３０２、パージ工程Ｓ３０４、第２真空排気工程Ｓ３０６では、バルブ２３７の開度を維持していたが、それに限るものではなく、第１排気系のコンダクタンスが第２排気系のコンダクタンスよりも大きくなる状態を維持すれば、開度を変更しても良い。この場合開度を維持することに比べスループットが落ちるものの、ガスの性質や副生成物の粘着性に応じた排気制御が可能となる。

【0129】

続いて、分散板加熱部２３４ｂの他の実施例について図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて説明する。図６は、分散板加熱部２３４ｂの形状や位置を説明するための説明図であり、分散板２３４を基板方向から見た際の分散板２３４、貫通孔２３４ａ、分散板加熱部２３４ｂの位置関係を説明した図である。分散板加熱部２３４ｂは、分散板２３４の貫通孔２３４ａを避けるように配置されている。

【0130】

図６（ａ）は、内周、外周それぞれに分散板加熱部を配置した構造である。円周方向及び径方向に均一に配置されているので、分散板２３４等を円周方向及び径方向に均一に加熱することができる。図６（ｂ）は、外周から内周に向かうヒータ配線を複数設けた配置構造である。このような配置とすることで、分散板２３４等の径方向に対して均一に加熱することができる。図６（ｃ）は、図６（ａ）と同様に内周、外周それぞれに分散板加熱部を配置した構造であるが、図６（ａ）に比べ鋭角な折り返しが少ない点で相違する。即ち、鈍角状の折り返しとしている。鋭角な折り返しが少ないので、折り返し箇所による局所的な加熱が産まれないため、より均一に分散板２３４等を均一に加熱することができる。

【0131】

続いて、ガス共通供給管２４２の他の実施例について図７を用いて説明する。図７は、ガス供給管２４２の断面図である。説明の便宜上、ガス供給管２４２の外周に設けられたガス供給管加熱部２４２ａの記載を省略している。

【0132】

ところで、ガスが加熱される際、次の式（１）からもわかるように、ガスが固体表面から受け取る熱量Ｑは、ガスの接触表面積に比例する。したがって図７に示す実施例では、ガス導入管２４２の内周のガス接触表面積を大きくするような形状とすることで、ガスを効率的に加熱できる。

【数1】

【0133】

図７（ａ）はガス供給管２４２を熱伝導部材としている。熱伝導部材とすることでガス供給管２４２の内側を通過するガスに対して加熱する事が可能となる。図７（ｂ）は、内側に複数の凸形状を有している。供給されたガスは凸形状と接触する。接触面積が図７(ａ)に比べ大きいので、より効率的な熱伝導が可能となる。図７（ｃ）は、ガスの流れに対して垂直方向に分散板を設ける。分散板には孔が均一に配置されており、供給されたガスは分散板を通過する際に均一に加熱することが可能となる。図７（ｄ）は、ガス供給管２４２の中央に熱伝導部材を設けている。このような形状の場合、ガス流れを阻害する構成が無く、更には供給管２４２と中央の熱伝導部材間の距離が近いことから、均一に加熱されたガスを滞留することなく供給することが可能となる。したがって、残留物による副生成物の発生等を抑制することができる。図７（ｅ）は、図７（ｄ）の構成に対して、中央の第１の熱伝導部材と供給管２４２内周の間に更に第２の熱伝導部材を追加したものである。図７（ｅ）に比べより均一に加熱することが可能となる。図７（ｆ）は、図７(ｄ)の構成に対して、中央の熱伝導部材に凸形状を設けた点で相違する。中央の熱伝導部材を取り外し可能な構成とすることで、凸形状のような複雑な構成にガスが付着したとしても、取り外した上でクリーニングを行うことが可能となるので、容易にメンテナンスが可能である。

【0134】

続いてガスガイド２３５の他の実施例について図８を用いて説明する。図８は、分散板２３４から見たガスガイド２３５であり、中央に蓋部２３１に設けられた孔２３１ａが配置されている。ガスガイド２３５も前述のガス供給管と同様に、突起あるいは溝を設けガス接触表面積を大きくすることで効率的に加熱可能な構造としている。

【0135】

図８（ａ）は、孔２３１ａを中心として放射状に凸構造を設けている。孔２３１ａから供給されたガスは凸構造と接触し、加熱される。凸構造がガス流れと並行であるので、ガス流れを阻害しない。従って、残留物が溜まりにくいため、例えば残留した第１の処理ガス（例えばＴｉＣｌ_４）と第２の処理ガス（例えばＮＨ_３）が反応した際に発生する副生成物や反応阻害物、バッファ室内壁への付着等を抑制することができる。図８（ｂ）は、孔２３１ａを中心とした複数の円周状の凸構造を設ける。ガスガイド２３５に沿って流れたガスは円周状凸構造に接触することで加熱され、更には分散板方向の流れが形成される。従って、バッファ室内２３２に供給されたガスをより均一に加熱することが可能となる。図８（ｃ）は、凸構造を、孔２３１ａを基点として渦巻状に形成したものである。図８（ｂ）と同様、凸部によってガスを加熱するものであるが、渦巻き形状とすることで図８（ｂ）の構造に比べ乱流を形成することが可能となるので、バッファ室内２３２に供給されたガスを更に均一に加熱することが可能となる。図８（ｄ）は凸状を独立した点状態とした構造である。このようにしてガス接触表面積を大きくすることで効率的に加熱可能な構造としている。

【0136】

尚、図８においては、供給されたガスが接触する面積を増やすよう構成されれば良く、凸構造の替わりに溝であっても良い。

【0137】

上述の実施形態では、第１元素含有ガスとしてチタン含有ガスを用い、第２元素含有ガスとして窒素含有ガスを用い、ウエハ２００上に窒化チタン膜を形成する場合について説明したが、それに限るものではない。第１元素含有ガスとして、例えばシリコン（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）含有ガス、ジルコニウム（Ｚｒ）含有ガス、チタン（Ｔｉ）含有ガスを用い、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ膜）、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ膜）、酸化チタン膜（ＴｉＯ膜）等のＨｉｇｈ−ｋ膜等をウエハ２００上に形成してもよい。

【0138】

また、上述の実施形態では、第１ガス、第２ガス、第３ガスを、共通ガス供給管２４２を介してバッファ室に供給していたが、それに限るものではない。例えば、供給するガス毎に、シャワーヘッド２３０に接続しても良い。

【0139】

また、上述の実施形態では、第１の排気系に接続されるシャワーヘッド排気孔２３１ｂをシャワーヘッドの蓋２３１に設けていたが、それに限るものではなく、例えばバッファ室の側面に設けても良い。

【0140】

（３）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つまたは複数の代表的な効果を奏する。

【0141】

（ａ）ウエハ２００の温度をバッファ室２３２の温度よりも高くすることで、バッファ室２３２の供給されるガスがバッファ室内壁に付着すること等を防ぎつつ、ガスの加熱効率を向上させることができる。

【0142】

（ｂ）バッファ室内の残留物を抑制することができるので、バッファ室内の付着物等を少なくすることができる。

【0143】

（付記）
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。

【0144】

（付記１）
基板が載置される載置面を有する載置部を有する処理室と、バッファ室を有すると共に、前記処理室の上流に設けられるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドのバッファ室を介して、少なくとも二種類のガスを交互に前記処理室に供給するガス供給系と、前記ガス供給系からガスを供給する間、バッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱する加熱部と、を有する基板処理装置。

【0145】

（付記２）
前記加熱部は、前記載置部に内包された第１の加熱部と、前記バッファ室の上流に設けられた第２の加熱部とを少なくとも有する付記１記載の基板処理装置。

【0146】

（付記３）
前記第２の加熱部は前記シャワーヘッドの蓋体に設けられる付記２記載の基板処理装置。

【0147】

（付記４）
前記加熱部は、更にバッファ室の下流に設けられた第３の加熱部とを有する付記２又は３記載の基板処理装置。

【0148】

（付記５）
前記第３の加熱部は、前記シャワーヘッドの分散板に設けられる付記４記載の基板処理装置。

【0149】

（付記６）
前記ガスを処理室に供給する間、前記第１の加熱部温度よりも前記第２の加熱部温度を低くするよう制御する付記２又は３記載の基板処理装置。

【0150】

（付記７）
前記シャワーヘッドには共通ガス供給管が接続され、前記少なくとも二種類のガスのうち、第１のガスを供給する第１ガス供給系及び第２ガス供給系は前記ガス供給管に接続される付記１から６いずれか一つに記載の基板処理装置。

【0151】

（付記８）
前記第２の加熱部は、前記バッファ室雰囲気の温度を供給されるガスの副生成物が付着する温度以上、供給ガスの熱分解温度未満、もしくは前記少なくとも二種類のガスが反応し膜を形成する際の反応温度未満とする付記２から７のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置

【0152】

（付記９）
前記第１の加熱部と前記第３の加熱部は、前記処理室の雰囲気の温度が熱分解温度以上となるよう制御する付記４又は５に記載の基板処理装置。

【0153】

（付記１０）
前記第３の加熱部は、前記載置部に載置される基板表面と並行な加熱面を有する付記４又は５に記載の基板処理装置。

【0154】

（付記１１）
前記共通ガス供給管の外周に第四の加熱部が設けられ、内周には凸構造が設けられる付記７記載の基板処理装置。

【0155】

（付記１２）
前記第３の加熱部は分散板に設けられた分散孔と重ならない位置に配される付記６記載の基板処理装置。

【0156】

（付記１３）
前記シャワーヘッドは、更に前記天井部から連続して構成されるガスガイドが設けられ、前記ガスガイドは凸状構造を有する付記１から１２のいずれか一つに記載の基板処理装置。

【0157】

（付記１４）
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【0158】

（付記１５）
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を行うよう制御するプログラム。

【0159】

（付記１６）
基板を、処理室に内包された載置部の載置面に載置する基板載置工程と、
シャワーヘッドのバッファ室を第１の温度で加熱し、更に前記処理室を前記第１の温度よりも高い温度で加熱すると共に、少なくとも二種類のガスを、前記シャワーヘッドを介して交互に前記処理室に供給し、前記基板上に膜を形成する成膜工程と、
を行うよう制御するプログラムを格納する記録媒体。

【符号の説明】

【0160】

１００…処理装置
２００…ウエハ
２１０…基板載置部
２２０…第１の排気系
２３０…シャワーヘッド
２４３…第１ガス供給系
２４４…第２ガス供給系
２４５…第３ガス供給系
２６０…コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】