特許 6016542 反応管、基板処理装置、及び半導体装置の製造方法

(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】6016542

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】反応管、基板処理装置、及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20161013BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/455

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-201429(P2012-201429)

(22)【出願日】2012年9月13日

(65)【公開番号】特開2014-56961(P2014-56961A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年8月28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

(74)【代理人】

【識別番号】110000039

【氏名又は名称】特許業務法人アイ・ピー・ウィン

(72)【発明者】

【氏名】岡田 格

(72)【発明者】

【氏名】▲たか▼木 康祐

(72)【発明者】

【氏名】加我 友紀直

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０１４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５２９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１０４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５８０６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、
筒部と、
前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きく、前記天井部の外形の最大直径部分は前記筒部よりも肉厚に形成され、前記天井部の内形の平坦な面の高さは、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径よりも大きくなる部分と同じ高さ以下である反応管。

【請求項2】

前記天井部の外形の上面は平坦に形成されている請求項１に記載の反応管。

【請求項3】

複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するノズルを有する処理ガス供給系と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きく、前記天井部の外形の最大直径部分は前記筒部よりも肉厚に形成され、前記天井部の内形の平坦な面の高さは、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径よりも大きくなる部分と同じ高さ以下である基板処理装置。

【請求項4】

複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室と区画されたバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記バッファ室内に電極を備えるプラズマ生成部と、
前記電極に電圧を印加することによりプラズマ励起された前記処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きく、前記天井部の外形の最大直径部分は前記筒部よりも肉厚に形成され、前記天井部の内形の平坦な面の高さは、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径よりも大きくなる部分と同じ高さ以下である基板処理装置。

【請求項5】

筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きく、前記天井部の外形の最大直径部分は前記筒部よりも肉厚に形成され、前記天井部の内形の平坦な面の高さは、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径よりも大きくなる部分と同じ高さ以下である反応管に、複数の基板を積層して搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
前記反応管から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板を処理するための反応管、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】

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型装置が知られている。この種の基板処理装置として、反応管内に、基板（ウエハ）を多段に保持する基板保持部材としてのボートを有し、この複数の基板を保持した状態で反応管内の処理室にて基板を処理するものが知られている。

【0003】

特許文献１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、反応管２０３内に挿入され、２種類以上の原料を反応管内に同時に供給し、反応管内に載置されたウエハ上に膜を形成する構成を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−５２３１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図９（ａ）に示されているように、従来の反応管２０３では、反応管上部がドーム形状をしており、反応管２０３上部の内面とボート２１７の上部に設けられた天板２１１との間に大きな空間ができてしまう。これにより、反応管２０３内の上方の領域（以下、ＴＯＰ領域と記載）のガスの流れは、ノズル７１０に形成されたガス供給孔から処理室２０１内に供給された後、反応管２０３内の上方へ流れて、その後下方の排気管から排気される。この上方へ流れたガスの一部は、ＴＯＰ領域で淀みとなり、ＴＯＰ領域のガス均一性不良を引き起こしている。
また、図９（ｂ）に示されているように、プラズマ発生構造４２９を有する反応管２０３を用いる場合には、反応管２０３内にバッファ室４２３が設けられている為、このバッファ室４２３を形成するバッファ室壁４２４上部の空間で淀みが生じ易く、ＴＯＰ領域のガス均一性不良を引き起こしている。

【0006】

本発明は、反応管のＴＯＰ領域のガス均一性不良を抑制してガス流れを改善し、基板の面内及び面間均一性を向上させることができる反応管、基板処理装置及び半導体装置の製造方法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】

【0007】

本発明の一態様によれば、複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい反応管が提供される。

【0008】

本発明の他の態様によれば、複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するノズルを有する処理ガス供給系と、前記処理室内に前記処理ガスを供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置が提供される。

【0009】

本発明の他の態様によれば、複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、前記処理室と区画されたバッファ室と、前記バッファ室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記バッファ室内に電極を備えるプラズマ生成部と、前記電極に電圧を印加することによりプラズマ励起された前記処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置が提供される。

【0010】

本発明の他の態様によれば、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい筒状の反応管に、複数の基板を積層して搬入する工程と、前記反応管内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、前記反応管から前記基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、反応管のＴＯＰ領域のガス均一性不良を抑制してガス流れを改善し、基板の面内及び面間均一性を向上させることができる反応管、基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】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。

【図2】本発明の一実施形態にて好適に用いられる図１に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。

【図3】本発明の一実施形態にて好適に用いられる反応管のＴＯＰ領域の縦断面図である。

【図4】反応管のＴＯＰ領域のガス流れを説明する図であり、（ａ）は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる反応管を示す断面図であり、（ｂ）は、比較例に係る反応管を示す断面図である。

【図5】本発明の第１の実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第１の実施形態における成膜工程のシークエンスを示すタイミングチャートである。

【図7】本発明の第２の実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の第２の実施形態における成膜工程のシークエンスを示すタイミングチャートである。

【図9】比較例に係る反応管のＴＯＰ領域のガス流れを説明する図であり、（ａ）は、ノズルを用いた場合を示す断面図であり、（ｂ）は、プラズマ発生機構を用いた場合を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

【0014】

図１は、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縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図２は、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縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を横断面で示す図である。この基板処理装置は、半導体装置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。

【0015】

図１および図２に示されているように、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がヒータ２０７と同心円状に設けられている。

【0016】

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。反応管２０３の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ２１９の上面との間には気密部材（以下Ｏリング）２２０が配置され、両者の間は気密にシールされている。少なくとも、反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

【0017】

シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを支持する支持体となっている。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２０５とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２０５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かつ互いに中心を揃えた状態で反応管２０３の管軸方向に多段に積載されボート２１７の支柱２１２に支持されている。

【0018】

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ボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７の回転軸２６５はシールキャップを貫通してボート支持台２１８に接続されており、回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。

【0019】

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、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。

【0020】

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。

【0021】

図１および図２を参照すれば、原料ガスを供給するための２本のガス供給管３１０、３２０が接続されている。

【0022】

処理室２０１内には、ノズル４１０、４２０が設けられている。ノズル４１０、４２０は、反応管２０３の下部を貫通して設けられている。ノズル４１０にはガス供給管３１０が接続され、ノズル４２０にはガス供給管３２０が接続されている。

【0023】

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３１５、および開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。

【0024】

ガス供給管３１０の下流側の端部は、ノズル４１０の端部に接続されている。ノズル４１０は、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の内壁の下部より上部に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４１０はＬ字型のロングのノズルとして構成されている。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４１１が設けられている。ガス供給孔４１１は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４１１は、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。

【0025】

さらに、ガス供給管３１０には、気化器３１５とバルブ３１４との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６１０およびバルブ６１２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６１２を介して原料ガスをベントライン６１０へ供給する。

【0026】

主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、気化器３１５、バルブ３１４、ノズル４１０、ベントライン６１０、バルブ６１２により第１のガス供給系（原料ガス供給系）３０１が構成されている。

【0027】

また、ガス供給管３１０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５１０が、バルブ３１４の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５１０にはマスフローコントローラ５１２およびバルブ５１３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５１３により第１のキャリアガス供給系（第１の不活性ガス供給系）５０１が構成されている。

【0028】

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および開閉弁であるバルブ３２３が設けられている。

【0029】

ガス供給管３２０の下流側の端部は、ノズル４２０の端部に接続されている。ノズル４２０は、ガス分散空間(放電室、放電空間)であるバッファ室４２３内に設けられている。バッファ室４２３内には、さらに後述する電極保護管４５１、４５２が設けられている。ノズル４２０、電極保護管４５１、電極保護管４５２がバッファ室４２３内にこの順序で配置されている。

【0030】

バッファ室４２３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４２４とにより形成されている。バッファ室壁４２４は、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に、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４２４のウエハ２００と隣接する壁にはガスを供給するガス供給孔４２５が設けられている。ガス供給孔４２５は、電極保護管４５１と電極保護管４５２との間に設けられている。ガス供給孔４２５は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。

【0031】

ノズル４２０は、バッファ室４２３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２１が設けられている。ガス供給孔４２１はバッファ室４２３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２１は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４２３内とノズル４２０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。

【0032】

本実施の形態においては、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４２１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４２１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４２３内に導入し、バッファ室４２３内においてガスの流速差の均一化を行っている。

【0033】

すなわち、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスはバッファ室４２３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４２３のガス供給孔４２５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスは、バッファ室４２３のガス供給孔４２５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。

【0034】

さらに、ガス供給管３２０には、バルブ３２３およびマスフローコントローラ３２２との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６２０およびバルブ６２２が設けられている。

【0035】

主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２３、ノズル４２０、バッファ室４２３、ベントライン６２０、バルブ６２２により第２のガス供給系（改質ガス供給系、反応ガス供給系）３０２が構成されている。

【0036】

また、ガス供給管３２０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５２０が、バルブ３２３の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５２０にはマスフローコントローラ５２２およびバルブ５２３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５２３により第２のキャリアガス供給系（第２の不活性ガス供給系）５０２が構成されている。

【0037】

ガス供給管３２０では、気体原料ガスがマスフローコントローラ３２２で流量調整されて供給される。

【0038】

原料ガスを処理室２０１に供給していない間は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介して原料ガスをベントライン６２０に流しておく。

【0039】

そして、原料ガスを処理室２０１に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、原料ガスをバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ５２２で流量調整されてバルブ５２３を介してキャリアガス供給管５２０から供給され、原料ガスはバルブ３２３の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル４２０、バッファ室４２３を介して処理室２０１に供給される。

【0040】

バッファ室４２３内には、細長い構造を有する棒状電極４７１および棒状電極４７２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、ノズル４２０と平行に設けられている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管４５１、４５２により覆われることで保護されている。棒状電極４７１は、整合器２７１を介して高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源２７０に接続され、棒状電極４７２は基準電位であるアース２７２に接続されている。この結果、棒状電極４７１および棒状電極４７２間のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３およびガス供給孔４２５により第１のプラズマ発生構造４２９が構成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、整合器２７１、高周波電源２７０によりプラズマ発生器（プラズマ生成部）としての第１のプラズマ源が構成される。第１のプラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。バッファ室４２３はプラズマ発生室として機能する。

【0041】

電極保護管４５１、電極保護管４５２は、ボート支持台２１８の下部付近の高さの位置で、反応管２０３に設けた貫通孔（図示せず）をそれぞれ介して、バッファ室４２３内に挿入されている。

【0042】

電極保護管４５１および電極保護管４５２は、棒状電極４７１および棒状電極４７２をそれぞれバッファ室４２３の雰囲気と隔離した状態でバッファ室４２３内に挿入でき構造となっている。電極保護管４５１、４５２の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管４５１、４５２にそれぞれ挿入された棒状電極４７１、４７２はヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管４５１、４５２の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極４７１、４７２の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず）が設けられている。

【0043】

なお、本実施の形態により発生したプラズマをリモートプラズマと呼ぶ。リモートプラズマとは電極間で生成したプラズマをガスの流れ等により被処理物表面に輸送してプラズマ処理を行うものである。本実施の形態では、バッファ室４２３内に２本の棒状電極４７１および４７２が収容されているため、ウエハ２００にダメージを与えるイオンがバッファ室４２３の外の処理室２０１内に漏れにくい構造となっている。また、２本の棒状電極４７１および４７２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４７１および４７２がそれぞれ収容される電極保護管４５１および４５２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成される。プラズマに含まれる活性種は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５を介してウエハ２００の外周からウエハ２００の中心方向に供給される。また、本実施形態のようにウエハ２００を複数枚、主面を水平面に平行にしてスタック状に積み上げる縦型のバッチ装置であれば、反応管２０３の内壁面、つまり処理すべきウエハ２００に近い位置にバッファ室４２３が配置されている結果、発生した活性種が失活せずにウエハ２００の表面に到達しやすいという効果がある。

【0044】

図１、２を参照すれば、反応管２０３の下部に排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３１に接続されている。ノズル４１０のガス供給孔４１１と排気口２３０は、ウエハ２００を挟んで対向する位置（１８０度反対側）に設けられている。このようにすれば、ガス供給孔４１１より供給される原料ガスが、ウエハ２００の主面上を排気管２３１の方向に向かって横切るように流れ、ウエハ２００の全面により均一に原料ガスが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

【0045】

このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル４１０，４２０およびバッファ室４２３を経由してガスを搬送し、ノズル４１０，４２０およびバッファ室４２３にそれぞれ開口されたガス供給孔４１１，４２１，４２５からウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口２３０、すなわち、排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

【0046】

本実施の形態では、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２により構成されるプラズマ源を備えている。なお、整合器２７１、高周波電源２７０もプラズマ源に含めてもよい。

【0047】

また、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３およびガス供給孔４２５により構成されるプラズマ発生構造４２９は、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線に対して線対称に設けられているので、両プラズマ発生構造からウエハ２００の全面により均一にプラズマが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

【0048】

さらに、排気口２３０もこのウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線上に設けられているので、ウエハ２００の全面により均一にプラズマが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。また、さらに、ノズル４１０のガス供給孔４１１もこのウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線上に設けられているので、ウエハ２００の全面により均一に原料ガスが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

【0049】

再び、図１、２を参照すれば、反応管の下部の排気口２３０には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。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。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３２は廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。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コンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６も排気系に含めてもよい。

【0050】

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への供給電力を調整することで、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、Ｌ字型に構成されており、マニホールド２０９を貫通して導入され、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0051】

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が反応管２０３内に導入されると、反応管２０３の下端部がＯリング２２０を介してシールキャップ２１９で気密にシールされる。ボート２１７はボート支持台２１８に支持されている。処理の均一性を向上するために、ボート回転機構２６７を駆動し、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させる。

【0052】

マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２、ＡＰＣバルブ２４３、気化器３１５、加熱用電源２５０、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、高周波電源２７０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、マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２の流量制御、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２の開閉動作制御、ＡＰＣバルブ２４３の開閉制御および圧力センサ２４５からの圧力情報に基づく開度調整動作を介した圧力制御、気化器３１５の気化動作、温度センサ２６３からの温度情報に基づく加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給量調整動作を介した温度制御、高周波電源２７０から供給される高周波電力の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止制御、ボート回転機構２６７によるボートの回転速度調節制御、ボートエレベータ１１５によるボートの昇降動作制御等をそれぞれ行うようになっている。

【0053】

上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０には、原料ガスとして、たとえばチタン（Ｔｉ）含有原料（四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）、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）、シリコン（Ｓｉ）含有原料（ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ、Ｓｉ₂Ｃｌ₆）、ジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロロシラン（ＴＣＳ、ＳｉＨＣｌ₃）、トリスジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ、（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ₃）₂）₃）等が導入される。ガス供給管３２０には、反応ガスとして窒素（Ｎ）含有ガスである例えば窒化原料であるアンモニア（ＮＨ₃）、窒素（Ｎ₂）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、又はモノメチルヒドラジン（ＣＨ₆Ｎ₂）等、酸素（Ｏ）含有ガスである酸素（Ｏ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、オゾン（Ｏ₃）等が導入される。

【0054】

次に、本発明の一実施形態にて好適に用いられる反応管２０３について詳述する。

【0055】

図３には、本発明の一実施形態にて好適に用いられる反応管２０３のＴＯＰ領域が示されている。反応管２０３は、筒形状の筒部６００と、この筒部６００の上面を覆うように設けられた天井部６０２から構成される。

【0056】

天井部６０２の内形は、ほぼ平坦（フラット形状）である。これにより、ガス供給孔４２５を介してバッファ室４２３内から供給されるガスの流れを横向き（ウエハ２００に対して平行）にすることができる。また、フラット形状にすることで、これまではドーム形状の反応管上方にガスが逃げていたのを効率よくウエハに供給することができ、ウエハ領域のＴＯＰ領域（上方領域）とＣＥＮＴＥＲ領域（中央領域）とＢＯＴＴＯＭ領域（下方領域）において膜厚等を均一にすることができるため、すなわち面間均一性が改善されるため、ボート２１７に積載するダミーウエハの枚数を減らすことができる。

【0057】

また、天井部６０２の外形は、きのこ形状であり、天井部６０２の外形の最大直径が筒部６００の外形の最大直径より大きい。きのこ形状とすることで、反応管２０３上部の強度を高めることができる。

【0058】

また、天井部６０２の外形の天頂部６０３は、平坦（フラット形状）でも曲率を有する形状（ドーム形状）でもよい。

【0059】

また、内形の天井高さは、外形の脹らみ（上部の外形の最大直径が筒部の外形の最大直径より大きくなる部分）と同じ高さであってもよく、脹らみより低い高さであってもよい。

【0060】

図４は、反応管２０３のＴＯＰ領域のガス流れを説明する図であり、（ａ）は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる反応管を示す断面図であり、（ｂ）は、比較例に係る反応管を示す断面図である。

【0061】

図４（ａ）に示されているように、天井部６０２の内面と天板２１１との間隔Ｂは、ウエハ２００間の間隔Ｄ（ボートピッチ）の２倍以下であることが好ましい。間隔Ｂを間隔Ｄの２倍以下とすることにより、バッファ室４２３内から供給されたガスがウエハと平行に供給される。

【0062】

一方、図４（ｂ）に示されているように、比較例に係る反応管２０３においては、天井部６０２の内面と天板２１１との間隔Ｃは、ウエハ２００間の間隔Ｄの２倍より大きい。これにより、バッファ室４２３から供給されたガスはＴＯＰ領域において上方へ流れてしまい、ウエハ２００に均一に供給されない。
ここで、バッファ室４２３を有する反応管２０３（プラズマによるガス励起を行う反応管）では、バッファ室４２３を設けることにより、バッファ室４２３の上に段差が生じてしまい、天板２１１と天井部６０２との間がガスの吹き溜まりになってしまう。これが、積層されたウエハ２００の面間及び面内均一性悪化の原因となっている。

【0063】

したがって、本実施形態に係る反応管２０３に示されているように、ガスが残留する天板２１１の上部空間を小さくするのが好ましい。なお、本実施形態では、バッファ室４２３を設けた例について説明したが、バッファ室４２３を設けない反応管であっても適用し得る。

【0064】

次に、上述の基板処理装置を用いて大規模集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等を製造する半導体装置（デバイス）の製造工程の一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。ここでは、複数種の処理ガスを混合させることなく交互にウエハ２００に供給し、ウエハ２００上に薄膜の成膜を行う。このとき、処理ガスの供給回数を制御することにより、形成する薄膜の膜厚を制御することができる。

【0065】

（第１の実施の形態）
本実施形態に係る基板処理装置を使用して、基板上にＴｉＮ膜を形成する例について説明する。

【0066】

ここでは第１の元素をチタン（Ｔｉ）、第２の元素を窒素（Ｎ）とし、第１の元素を含む原料としてＴｉ含有原料であるＴｉＣｌ₄を、第２の元素を含む反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ₃を用い、ウエハ２００上（ウエハ２００の表面、表面に形成された下地膜等の上）にＴｉＮ膜（チタン窒化膜）を形成する例について図５、図６を参照して説明する。図５は、ＴｉＮ膜の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。図６は、ＴｉＮ膜の製造プロセスを説明するためのタイミングチャートである。

【0067】

（基板装填工程Ｓ１０１）
複数枚（１００枚）のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。

【0068】

（基板搬入工程Ｓ１０２）
続いて、炉口シャッタ（図示せず）を開ける。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。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。

【0069】

（圧力調整工程Ｓ１０３、温度調整工程Ｓ１０４）
その後、ＡＰＣバルブ２４３を開いて真空ポンプ２４６により処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空引きし、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を２００℃〜６００℃の範囲内の温度であって例えば３００℃となるような温度に昇温し、ウエハ２００の温度が３００℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を３００℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４３の開度がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づき加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給具合がフィードバック制御される（温度調整）。

【0070】

なお、工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０４と並行して、液体原料としてのＴｉＣｌ₄を気化させたＴｉＣｌ₄ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブ３１４を閉じたまま、バルブ６１２を開け、マスフローコントローラ３１２により流量制御しながら、気化器３１５内にＴｉＣｌ₄を供給し、ＴｉＣｌ₄の気化ガスをあらかじめ生成させておく。このとき、真空ポンプ２４６を作動させつつ、バルブ３１４を閉じたまま、バルブ６１２を開けることにより、ＴｉＣｌ₄ガスを処理室２０１内に供給することなく、処理室２０１をバイパスして排気しておく。上述のようにＴｉＣｌ₄ガスをあらかじめ生成させておくことで安定供給可能な状態としておき、バルブ３１４、６１２の開閉を切り替えることで、ＴｉＣｌ₄ガスの流路を切り替える。これにより、ＴｉＣｌ₄ガスの処理室２０１内への供給開始・供給停止を、安定的かつ迅速に行うことができる。

【0071】

次にＴｉＣｌ₄ガスとＮＨ₃とを処理室２０1内に供給することによりウエハ２００上にＴｉＮ膜を成膜するＴｉＮ膜形成工程を行う。ＴｉＮ膜形成工程では次の４つのステップ（ステップ１０５〜ステップ１０８）を順次実行する。

【0072】

（ＴｉＮ膜形成工程）
（Ｔｉ含有ガス供給工程Ｓ１０５）
Ｔｉ含有ガス供給工程Ｓ１０５では、ＴｉＣｌ₄ガスをガス供給系３０１のガス供給管３１０よりノズル４１０のガス供給孔４１１を介して処理室２０１内にＴｉ含有ガスとしてのＴｉＣｌ₄ガスを供給する。具体的には、バルブ６１２を閉じ、バルブ３１４、５１３を開けることにより、キャリアガスと共に、ガス供給管３１０から気化器３１５内で気化させたＴｉＣｌ₄ガスの処理室２０１内への供給を開始する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の圧力であって、例えば４０Ｐａに維持する。ＴｉＣｌ₄の供給流量は、例えば１ｇ／ｍｉｎ以上１０ｇ／ｍｉｎ以下の範囲内の供給流量とする。ＴｉＣｌ₄ガスの供給時間は、例えば１秒以上１０秒以下の範囲内の供給時間とする。所定時間が経過したら、バルブ３１４を閉じバルブ６１０を開け、ＴｉＣｌ₄ガスの供給を停止する。

【0073】

処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ₄ガスは、ウエハ２００に供給され、排気管２３１から排気される。このとき処理室２０１内に存在するガスは、ＴｉＣｌ₄ガスならびにＮ₂ガス等の不活性ガスのみであり、ＮＨ₃ガス等のＮ含有ガスは存在せず、ウエハ２００上に、Ｔｉ含有層が形成される。

【0074】

なお、処理室２０１内にＴｉＣｌ₄ガスを供給する間、ガス供給管３２０に接続される不活性ガス供給管５２３を開けてＮ₂等の不活性ガスを流すと、ガス供給管３２０内にＴｉＣｌ₄ガスが回り込むのを防ぐことができる。

【0075】

（ガス除去工程Ｓ１０６）
バルブ３１４を閉じ、処理室２０１内へのＴｉＣｌ₄ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２４３を開けて処理室２０１内の圧力が例えば１０Ｐａ以下になるように排気し、処理室２０１内に残留しているＴｉＣｌ₄ガスや反応生成物等を排除する。このときＮ₂等の不活性ガスを、キャリアガス供給管５１０、５２０からそれぞれ処理室２０１内に供給してパージすると、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ５１３、５２３を閉じてガス除去工程Ｓ１０６を終了する。

【0076】

なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるＮ含有ガス供給工程Ｓ１０７において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、Ｎ含有ガス供給工程Ｓ１０７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、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0077】

（Ｎ含有ガス供給工程Ｓ１０７）
次に、ＮＨ₃をガス供給系３０２のガス供給管３２０よりノズル４２０のガス供給孔４２１を介してバッファ室４２３内に供給する。このとき、棒状電極４７１および棒状電極４７２間に高周波電源２７０から整合器２７１を介して高周波電力を印加することで、バッファ室４２３内に供給されたＮＨ₃ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔４２５から処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

【0078】

ＮＨ₃はマスフローコントローラ３２２で流量調整されてガス供給管３２０よりバッファ室４２３内に供給される。ＮＨ₃は、バッファ室４２３に供給する前は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介してベントライン６２０に流しておく。そして、ＮＨ₃をバッファ室４２３に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、ＮＨ₃をバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給すると共に、バルブ５２３を開けて、キャリアガス（Ｎ₂）をキャリアガス供給管５２０から供給する。キャリアガス（Ｎ₂）の流量はマスフローコントローラ５２２で調整する。ＮＨ₃はキャリアガス（Ｎ₂）とバルブ３２３の下流側で合流し混合され、ノズル４２０を介してバッファ室４２３に供給される。

【0079】

ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２００Ｐａ未満であって例えば１０〜２００Ｐａの範囲内の圧力であって、好ましくは約６０Ｐａとする。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ₃ガスの供給流量は、例えば１〜１０ｓｌｍの範囲内の供給流量とする。ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間は、例えば１〜６０秒の範囲内の供給時間とする。なお、高周波電源２７０から棒状電極４７１および棒状電極４７２間に印加する高周波電力は、５０〜１０００Ｗの範囲内の電力であって例えば４００Ｗとなるよう設定する。また、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を、３００℃に保持しておく。

【0080】

なお、ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときに、もし、排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２４３を閉めて真空排気を止めた状態とすると、ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性化された活性種がウエハ２００に到達する前に失活してしまい、その結果ウエハ２００の表面と反応が起きなくなるという問題があるので、ＮＨ₃ガスをプラズマ励起することにより活性種として流す場合には、ＡＰＣバルブ２４３を開けて、処理炉２０２を排気している。

【0081】

処理室２０１内に供給されたＮＨ₃ガスは、ウエハ２００上のＴｉ含有層に供給され、排気管２３１から排気される。このとき処理室２０１内に存在するガスは、ＮＨ₃ガスならびにＮ₂ガス等の不活性ガスのみであり、ＴｉＣｌ₄ガス等のＴｉ含有ガスは存在しない。処理室２０１内に供給されたＮＨ₃ガスは、ウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層と反応し、ＴｉＮ層（チタン窒化層）が形成される。

【0082】

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、バルブ５１３を開けてＮ₂（不活性ガス）を流すと、ＴｉＣｌ₄側のノズル４１０やガス供給管３１０にＮＨ₃が回り込むことを防ぐことができる。なお、ＮＨ₃が回り込むのを防止するためなので、マスフローコントローラ５１２で制御するＮ₂（不活性ガス）の流量は少なくてよい。

【0083】

（ガス除去工程Ｓ１０８）
バルブ３２３を閉じ、処理室２０１内へのＮＨ₃ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２４３を開けて処理室２０１内の圧力が例えば１０Ｐａ以下になるように排気し、処理室２０１内に残留しているＮＨ₃ガスや反応生成物等を排除する。このときＮ₂等の不活性ガスを、キャリアガス供給管５１０、５２０からそれぞれ処理室２０１内に供給してパージすると、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ５１３、５２３を閉じてガス除去工程Ｓ１０８を終了する。

【0084】

なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後にＴｉ含有ガス供給工程Ｓ１０５が行われる場合において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、Ｔｉ含有ガス供給工程Ｓ１０５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、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0085】

上記Ｓ１０５〜Ｓ１０８を１サイクルとし、少なくとも１回以上このサイクルを行なうことによりウエハ２００上に所定膜厚のＴｉＮ膜を成膜する。

【0086】

（パージ工程Ｓ１０９）
所定膜厚のＴｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ₂等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給しつつ排気することで処理室２０１内を不活性ガスでパージする（ガスパージ）。なお、ガスパージは、残留ガスを除去したのち、ＡＰＣバルブ２４３を閉じ、バルブ５１３、５２３を開いて行うＮ₂等の不活性ガスの処理室２０１内への供給と、その後、バルブ５１３、５２３を閉じてＮ₂等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を停止すると共に、ＡＰＣバルブ２４３を開いて行う処理室２０１内の真空引きとを繰り返して行うことが好ましい。

【0087】

（大気圧復帰工程Ｓ１１０）
その後、ボート回転機構２６７を止め、ボート２１７の回転を止める。その後、バルブ５１３、５２３を開いて処理室２０１内の雰囲気をＮ₂等の不活性ガスで置換し（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰する（大気圧復帰）。

【0088】

（基板搬出工程Ｓ１１１、基板取出工程Ｓ１１２）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降して、反応管２０３の下端を開口するとともに、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の下端から処理室２０１の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、反応管２０３の下端を炉口シャッタ１４７で閉じる。その後、真空ポンプ２４６を止める。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。

【0089】

（第２の実施の形態）
次に、本実施形態に係る基板処理装置を使用して、基板上にＳｉＯ₂膜（シリコン酸化膜）を形成する例について説明する。

【0090】

ここでは第１の元素をシリコン（Ｓｉ）、第２の元素を酸素（Ｏ）とし、第１の元素を含む原料としてＳｉ含有原料であるヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆）を、第２の元素を含む原料としてＯ含有原料である酸素（Ｏ₂）を用いて、ウエハ２００上（ウエハ２００の表面、表面に形成された下地膜等の上）にＳｉＯ₂膜（シリコン酸化膜）を形成する。他の構成については、上述の第１の実施の形態と同様である。以下、主に異なる点について、図７、図８を参照して説明する。図７は、ＳｉＯ₂膜の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。図８は、ＳｉＯ₂膜の製造プロセスを説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施の形態に係る基板処理工程も、図１及び図２の処理炉２０２を用いて実施される。また、各部の動作はコントローラ２８０により制御される。

【0091】

（基板搬入工程Ｓ２０１〜昇温工程Ｓ２０４）
基板装填工程Ｓ２０１、基板搬入工程Ｓ２０２、圧力調整工程Ｓ２０３、温度調整工程Ｓ２０４の各工程は、上述の実施形態の各工程Ｓ１０１〜Ｓ１０４と同様の手順にて行う。

【0092】

次にＳｉ₂Ｃｌ₆ガスとＯ₂とを処理室２０1内に供給することによりウエハ２００上にＳｉＯ₂膜を成膜するＳｉＯ₂膜形成工程を行う。ＳｉＯ₂膜形成工程では次の４つのステップ（ステップ２０５〜ステップ２０８）を順次実行する。

【0093】

（ＳｉＯ₂膜形成工程）
（Ｓｉ含有ガス供給工程Ｓ２０５）
Ｓｉ含有ガス供給工程Ｓ２０５では、ガス供給系３０１のガス供給管３１０よりノズル４１０のガス供給孔４１１を介して処理室２０１内にＳｉ含有ガスとしてのＳｉ₂Ｃｌ₆ガスを供給する。具体的には、バルブ６１２を閉じ、バルブ３１４、５１３を開けることにより、キャリアガスと共に、ガス供給管３１０から気化器３１５内で気化させたＳｉ₂Ｃｌ₆ガスの処理室２０１内への供給を開始する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を１０Ｐａ以上２００Ｐａ以下の範囲内の圧力であって、例えば５０Ｐａに維持する。Ｓｉ₂Ｃｌ₆の供給流量は、例えば０．１ｇ／ｍｉｎ以上０．５ｇ／ｍｉｎ以下の範囲内の供給流量とする。Ｓｉ₂Ｃｌ₆ガスの供給時間は、例えば１秒以上１０秒以下の範囲内の供給時間とする。所定時間が経過したら、バルブ３１４を閉じバルブ６１０を開け、Ｓｉ₂Ｃｌ₆ガスの供給を停止する。

【0094】

処理室２０１内に供給されたＳｉ₂Ｃｌ₆ガスは、ウエハ２００に供給され、排気管２３１から排気される。このとき処理室２０１内に存在するガスは、Ｓｉ₂Ｃｌ₆ガスならびにＮ₂ガス等の不活性ガスのみであり、Ｏ₂ガス等のＯ含有ガスは存在せず、ウエハ２００上に、Ｓｉ含有層が形成される。

【0095】

なお、処理室２０１内にＳｉ₂Ｃｌ₆ガスを供給する間、ガス供給管３２０に接続される不活性ガス供給管５２３を開けてＮ₂等の不活性ガスを流すと、ガス供給管３２０内にＳｉ₂Ｃｌ₆ガスが回り込むのを防ぐことができる。

【0096】

（ガス除去工程Ｓ２０６）
バルブ３１４を閉じ、処理室２０１内へのＳｉ₂Ｃｌ₆ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２４３を開けて処理室２０１内の圧力が例えば１０Ｐａ以下になるように排気し、処理室２０１内に残留しているＳｉ₂Ｃｌ₆ガスや反応生成物等を排除する。このときＮ₂等の不活性ガスを、キャリアガス供給管５１０、５２０からそれぞれ処理室２０１内に供給してパージすると、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ５１３、５２３を閉じてガス除去工程Ｓ２０６を終了する。

【0097】

（Ｏ含有ガス供給工程Ｓ２０７）
次に、Ｏ₂をガス供給系３０２のガス供給管３２０よりノズル４２０のガス供給孔４２１を介してバッファ室４２３内に供給する。このとき、棒状電極４７１および棒状電極４７２間に高周波電源２７０から整合器２７１を介して高周波電力を印加することで、バッファ室４２３内に供給されたＯ₂ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔４２５から処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

【0098】

Ｏ₂はマスフローコントローラ３２２で流量調整されてガス供給管３２０よりバッファ室４２３内に供給される。Ｏ₂は、バッファ室４２３に供給する前は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介してベントライン６２０に流しておく。そして、Ｏ₂をバッファ室４２３に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、Ｏ₂をバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給すると共に、バルブ５２３を開けて、キャリアガス（Ｎ₂）をキャリアガス供給管５２０から供給する。キャリアガス（Ｎ₂）の流量はマスフローコントローラ５２２で調整する。Ｏ₂はキャリアガス（Ｎ₂）とバルブ３２３の下流側で合流し混合され、ノズル４２０を介してバッファ室４２３に供給される。

【0099】

Ｏ₂ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２００Ｐａ未満であって例えば１０〜２００Ｐａの範囲内の圧力であって、好ましくは約５０Ｐａとする。マスフローコントローラ３２２で制御するＯ₂ガスの供給流量は、例えば１〜１０ｓｌｍの範囲内の供給流量とする。Ｏ₂ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間は、例えば１〜１０秒の範囲内の供給時間とする。なお、高周波電源２７０から棒状電極４７１および棒状電極４７２間に印加する高周波電力は、例えば５０Ｗ〜１０００Ｗの範囲内の電力であって例えば４００Ｗとなるよう設定する。また、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を、１５０℃に保持しておく。

【0100】

なお、Ｏ₂ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときに、もし、排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２４３を閉めて真空排気を止めた状態とすると、Ｏ₂ガスをプラズマ励起することにより活性化された活性種がウエハ２００に到達する前に失活してしまい、その結果ウエハ２００の表面と反応が起きなくなるという問題があるので、Ｏ₂ガスをプラズマ励起することにより活性種として流す場合には、ＡＰＣバルブ２４３を開けて、処理炉２０２を排気している。

【0101】

処理室２０１内に供給されたＯ₂ガスは、ウエハ２００上のＳｉ含有層に供給され、排気管２３１から排気される。このとき処理室２０１内に存在するガスは、Ｏ₂ガスならびにＮ₂ガス等の不活性ガスのみであり、Ｓｉ₂Ｃｌ₆ガス等のＳｉ含有ガスは存在しない。処理室２０１内に供給されたＯ₂ガスは、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層と反応し、ＳｉＯ₂層（シリコン酸化層）が形成される。

【0102】

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、バルブ５１３を開けてＮ₂（不活性ガス）を流すと、Ｓｉ₂Ｃｌ₆側のノズル４１０やガス供給管３１０にＯ₂が回り込むことを防ぐことができる。なお、Ｏ₂が回り込むのを防止するためなので、マスフローコントローラ５１２で制御するＮ₂（不活性ガス）の流量は少なくてよい。

【0103】

（ガス除去工程Ｓ２０８）
バルブ３２３を閉じ、処理室２０１内へのＯ₂ガスの供給を停止した後は、ＡＰＣバルブ２４３を開けて処理室２０１内の圧力が例えば１０Ｐａ以下になるように排気し、処理室２０１内に残留しているＯ₂ガスや反応生成物等を排除する。このときＮ₂等の不活性ガスを、キャリアガス供給管５１０、５２０からそれぞれ処理室２０１内に供給してパージすると、処理室２０１内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ５１３、５２３を閉じてガス除去工程Ｓ２０８を終了する。

【0104】

上記Ｓ２０５〜Ｓ２０８を１サイクルとし、少なくとも１回以上このサイクルを行なうことによりウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＯ₂膜を成膜する。

【0105】

（パージ工程Ｓ２０９〜基板取出工程Ｓ２１２）
パージ工程Ｓ２０９、大気圧復帰工程Ｓ２１０、基板搬出工程Ｓ２１１、基板取出工程Ｓ２１２の各工程は、上述の実施形態の各工程Ｓ１０９〜Ｓ１１２と同様の手順にて行う。

【0106】

なお、基板上にＴｉＮ膜及びＳｉＯ₂膜を形成する例について説明したが、これに限らず、Ｓｉ₃Ｎ₄膜（窒化珪素膜）、ＨｆＯ₂膜（酸化ハフニウム膜）、ＺｒＯ₂膜（酸化ジルコニウム膜）、Ａｌ₂Ｏ₃膜（酸化アルミニウム膜）や、三元系のＴｉＡｌＮ膜（窒化チタンアルミ膜）、ＴｉＡｌＯ膜（酸化チタンアルミ膜）、ＨｆＡｌＯ膜（ハフニウム・アルミネート膜）、ＺｒＡｌＯ膜（ジルコニウム・アルミネート膜）等、他の膜種にも適用可能である。

【0107】

［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。

【0108】

〔付記１〕
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、
筒部と、
前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい反応管。

【0109】

〔付記２〕
好ましくは、前記反応管内に、前記基板を処理する処理室と、前記処理室と区画され電極を収容するバッファ室と、を有する。

【0110】

〔付記３〕
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するノズルを有する処理ガス供給系と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。

【0111】

〔付記４〕
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室と区画されたバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記バッファ室内に電極を備えるプラズマ生成部と、
前記電極に電圧を印加することによりプラズマ励起された前記処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。

【0112】

〔付記５〕
好ましくは、前記基板を所定の間隔で積層された状態で保持して前記反応管内に収容する基板保持部材をさらに有し、前記反応管の天井部の内面と、前記基板保持部材の上面との間の距離は、前記積層された基板間の距離の２倍以下である。

【0113】

〔付記６〕
好ましくは、前記天井部の外形の天頂部が平坦である。

【0114】

〔付記７〕
好ましくは、前記天井部の外形の天頂部が曲率を有する。

【0115】

〔付記８〕
筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい筒状の反応管に、複数の基板を積層して搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
前記反応管から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【0116】

〔付記９〕
好ましくは、前記天井部は、フラット形状とする。

【0117】

〔付記１０〕
好ましくは、前記天井部の外形は、前記筒部よりも大きく、前記天井部の内形は前記筒部と同じであり、前記天井部の厚みは前記筒部の厚み以上に厚くする。

【符号の説明】

【0118】

２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２１１ 天板
２１２ 支柱
２１７ ボート（基板保持部材）
２８０ コントローラ（制御部）
３０１ 第１のガス供給系
３０２ 第２のガス供給系
４２３ バッファ室
４２４ バッファ室壁
４２５ ガス供給孔
４２９ プラズマ発生構造
６００ 筒部
６０２ 天井部
６０３ 天頂部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】