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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024165035
(43)【公開日】2024-11-28
(54)【発明の名称】成膜方法及び基板処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20241121BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241121BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20241121BHJP
C23C 16/30 20060101ALI20241121BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 X
H01L21/31 B
C23C16/455
C23C16/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023080854
(22)【出願日】2023-05-16
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】村上 博紀
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
4K030AA06
4K030AA09
4K030AA12
4K030AA16
4K030AA18
4K030BA02
4K030BA29
4K030BA42
4K030BA43
4K030BA44
4K030EA04
4K030HA01
4K030JA10
4K030KA05
5F045AA06
5F045AA15
5F045AB31
5F045AB32
5F045AC00
5F045AC07
5F045AC08
5F045AC15
5F045AC16
5F045AD05
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AD10
5F045BB01
5F045DP19
5F045DP28
5F045DQ05
5F045EE14
5F045EE17
5F045EF03
5F045EK06
5F045EM10
5F045GB05
5F058BA06
5F058BC02
5F058BC03
5F058BD04
5F058BD05
5F058BF04
5F058BF21
5F058BF27
5F058BF29
5F058BF37
5F058BG02
(57)【要約】
【課題】膜厚の面内分布を調整する成膜方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理容器内の基板に供給するガスを切り替えて、前記基板に膜を形成する成膜方法であって、何れかのガスを第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第１インジェクタとは異なる第２インジェクタから前記基板の温度よりも加熱された希釈ガスを前記処理容器内に供給する、成膜方法。
【選択図】図１
【解決手段】処理容器内の基板に供給するガスを切り替えて、前記基板に膜を形成する成膜方法であって、何れかのガスを第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第１インジェクタとは異なる第２インジェクタから前記基板の温度よりも加熱された希釈ガスを前記処理容器内に供給する、成膜方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理容器内の基板に供給するガスを切り替えて、前記基板に膜を形成する成膜方法であって、
何れかのガスを第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第１インジェクタとは異なる第２インジェクタから前記基板の温度よりも加熱された希釈ガスを前記処理容器内に供給する、
成膜方法。
何れかのガスを第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第１インジェクタとは異なる第２インジェクタから前記基板の温度よりも加熱された希釈ガスを前記処理容器内に供給する、
成膜方法。
【請求項2】
供給律速反応する第１ガスを前記第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第２インジェクタから加熱された前記希釈ガスを前記処理容器内に供給する、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項3】
前記第１ガスを前記第１インジェクタから前記処理容器内に供給し、加熱された前記希釈ガスを前記第２インジェクタから前記処理容器内に供給する工程と、
第２ガスを前記第２インジェクタから前記処理容器内に供給する工程と、を１サイクルとして所定サイクル繰り返す、
請求項２に記載の成膜方法。
第２ガスを前記第２インジェクタから前記処理容器内に供給する工程と、を１サイクルとして所定サイクル繰り返す、
請求項２に記載の成膜方法。
【請求項4】
前記第１ガスは、ＴＰＳＯＬであり、
前記第２ガスは、ＴＭＡである、
請求項３に記載の成膜方法。
前記第２ガスは、ＴＭＡである、
請求項３に記載の成膜方法。
【請求項5】
前記基板の温度は、１００℃～４００℃の範囲内であって、
前記希釈ガスの温度は、１５０℃～６００℃の範囲内であって、
請求項４に記載の成膜方法。
前記希釈ガスの温度は、１５０℃～６００℃の範囲内であって、
請求項４に記載の成膜方法。
【請求項6】
前記希釈ガスは、
不活性ガスである、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
不活性ガスである、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項7】
パージガスを前記第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第２インジェクタから加熱された前記希釈ガスを前記処理容器内に供給する、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項8】
原料ガスを前記処理容器内に供給する工程と、
前記処理容器内に前記パージガスを供給して、前記原料ガスをパージする工程と、
反応ガスを前記処理容器内に供給する工程と、
前記第１インジェクタから前記処理容器内に前記パージガスを供給し、前記第２インジェクタから加熱された前記希釈ガスを前記処理容器内に供給して、前記反応ガス及び前記原料ガスと前記反応ガスの反応副生成物をパージする工程と、
を１サイクルとして所定サイクル繰り返す、
請求項７に記載の成膜方法。
前記処理容器内に前記パージガスを供給して、前記原料ガスをパージする工程と、
反応ガスを前記処理容器内に供給する工程と、
前記第１インジェクタから前記処理容器内に前記パージガスを供給し、前記第２インジェクタから加熱された前記希釈ガスを前記処理容器内に供給して、前記反応ガス及び前記原料ガスと前記反応ガスの反応副生成物をパージする工程と、
を１サイクルとして所定サイクル繰り返す、
請求項７に記載の成膜方法。
【請求項9】
前記反応副生成物は、Ｈ２Ｏを含む、
請求項８に記載の成膜方法。
請求項８に記載の成膜方法。
【請求項10】
前記原料ガスはＴＭＡであり、
前記反応ガスはＯ３である、
請求項９に記載の成膜方法。
前記反応ガスはＯ３である、
請求項９に記載の成膜方法。
【請求項11】
前記基板の温度は、１００℃～５５０℃の範囲内であって、
前記希釈ガスの温度は、１５０℃～６００℃の範囲内であって、
請求項１０に記載の成膜方法。
前記希釈ガスの温度は、１５０℃～６００℃の範囲内であって、
請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項12】
前記希釈ガスは、
不活性ガスである、
請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の成膜方法。
不活性ガスである、
請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項13】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に第１ガスを供給する第１インジェクタと、
前記処理容器内に第２ガス又は希釈ガスを供給する第２インジェクタと、
前記第２インジェクタ内に設けられるガスヒータと、
制御部と、を備え、
前記第２インジェクタから前記第２ガスを供給する工程と、
前記第１インジェクタから前記第１ガスを供給するとともに、前記第２インジェクタから前記基板よりも加熱された前記希釈ガスを供給する工程と、を実行可能に構成される、
基板処理装置。
前記処理容器内に第１ガスを供給する第１インジェクタと、
前記処理容器内に第２ガス又は希釈ガスを供給する第２インジェクタと、
前記第２インジェクタ内に設けられるガスヒータと、
制御部と、を備え、
前記第２インジェクタから前記第２ガスを供給する工程と、
前記第１インジェクタから前記第１ガスを供給するとともに、前記第２インジェクタから前記基板よりも加熱された前記希釈ガスを供給する工程と、を実行可能に構成される、
基板処理装置。
【請求項14】
前記第２インジェクタは、
前記処理容器内に配置される外管と、
前記外管内に配置されるガス加熱部と、を有する、
請求項１３に記載の基板処理装置。
前記処理容器内に配置される外管と、
前記外管内に配置されるガス加熱部と、を有する、
請求項１３に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、成膜方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第１ガス供給工程と、前記基板に対して反応ガスを供給する第２ガス供給工程と、を有し、前記第１ガス供給工程と前記第２ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第２ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給する半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２０／０６６８００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一の側面では、本開示は、膜厚の面内分布を調整する成膜方法及び基板処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器内の基板に供給するガスを切り替えて、前記基板に膜を形成する成膜方法であって、何れかのガスを第１インジェクタから前記処理容器内に供給する際、前記第１インジェクタとは異なる第２インジェクタから前記基板の温度よりも加熱された希釈ガスを前記処理容器内に供給する、成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【0006】
一の側面によれば、膜厚の面内分布を調整する成膜方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】基板処理装置の構成の一例を示す概略図。
【図2】基板処理装置の構成の一例の横断面図。
【図3】ガス供給管の一例を示す断面図。
【図4】基板処理装置の構成の他の一例を示す概略図である。
【図5】ガスの吐出方向の一例を示す模式図。
【図6】膜形成処理の一例を示すタイムチャート。
【図7】膜厚と面内均一性を示すグラフの一例。
【図8】膜厚分布を示す図の一例。
【図9】膜形成処理の一例を示すタイムチャート。
【図10】膜厚と面内均一性を示すグラフの一例。
【図11】膜厚分布を示す図の一例。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0009】
【0010】
基板処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有する。処理容器１の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器１内の上端近傍には、石英により形成された天井板２が設けられており、天井板２の下側の領域が封止されている。処理容器１の下端の開口には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【0011】
マニホールド３は、処理容器１の下端を支持しており、マニホールド３の下方から基板として多数枚（例えば２５～１５０枚）の半導体ウエハ（以下「基板Ｗ」という。）を多段に載置したウエハボート（基板支持部）５が処理容器１内に挿入される。このように処理容器１内には、上下方向に沿って間隔を有して多数枚の基板Ｗが略水平に収容される。ウエハボート５は、例えば石英により形成されている。ウエハボート５は、３本のロッド６を有し（図１では２本を図示する。）、ロッド６に形成された溝（図示せず）により多数枚の基板Ｗが支持される。
【0012】
ウエハボート５は、石英により形成された保温筒７を介してテーブル８上に載置されている。テーブル８は、マニホールド３の下端の開口を開閉する金属（ステンレス）製の蓋体９を貫通する回転軸１０上に支持される。
【0013】
回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密に封止し、且つ回転可能に支持している。蓋体９の周辺部とマニホールド３の下端との間には、処理容器１内の気密性を保持するためのシール部材１２が設けられている。
【0014】
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５と蓋体９とは一体として昇降し、処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋体９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなく基板Ｗの処理を行うようにしてもよい。
【0015】
また、基板処理装置１００は、処理容器１内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給するガス供給部２０を有する。
【0016】
ガス供給部２０は、ガス供給管（インジェクタ）２１，２２，２４を有する。ガス供給管２１，２２は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガス供給管２１，２２の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、複数のガス孔２１ｇ，２２ｇが所定間隔で形成されている。各ガス孔２１ｇ，２２ｇは、水平方向にガスを吐出する。ガス供給管２４は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなる。
【0017】
ガス供給管２１は、その垂直部分（ガス孔２１ｇが形成される垂直部分）が処理容器１内に設けられている。ガス供給管２１には、ガス配管を介してガス供給源２１ａから第１ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器２１ｂ及び開閉弁２１ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２１ａからの第１ガスは、ガス配管及びガス供給管２１を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0018】
ガス供給源２１ａは、第１ガスを供給する。ここで、第１ガスは、シラノールを含むシリコン前駆体ガスを供給する。シリコン前駆体ガスとしては、例えば、ＴＰＳＯＬガス、Triethylsilanol；トリエチルシラノール、Methyl bis(tert-pentoxy)silanol；メチルビス(tert-ペントキシ)シラノール、Tris(tert-butoxy)silanol；トリス(tert-ブトキシ)シラノールを用いることができる。以下の説明において、第１ガスは、ＴＰＳＯＬ（Tris(tert-pentoxy)silanol；トリス（ｔｅｒｔ－ペントキシ）シラノール）ガスであるものとして説明する。
【0019】
ガス供給管２２は、その垂直部分（ガス孔２２ｇが形成される垂直部分）が処理容器１内に設けられている。ガス供給管２２には、ガス配管を介してガス供給源２２ａから第２ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器２２ｂ及び開閉弁２２ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２２ａからの第２ガスは、ガス配管及びガス供給管２２を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0020】
ガス供給源２２ａは、第２ガスを供給する。ここで、第２ガスは、基板Ｗの表面に金属触媒の単一分子層を形成する金属含有触媒ガスを供給する。また、金属含有触媒ガスは、ルイス酸特性を有する金属、半金属またはその化合物のガスを含む。具体的には、金属含有触媒ガスは、例えば、Ａｌ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔａが含まれる有機・無機・ハライドプリカーサーガスを用いることができる。なお、金属触媒は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔａが露出した下地であってもよい。以下の説明において、第２ガスは、ＴＭＡ（Trimethylaluminum；トリメチルアルミニウム）ガスであるものとして説明する。
【0021】
また、ガス供給管２２には、ガス配管を介してガス供給源２３ａから希釈ガス（追加パージガス）が供給される。ガス配管には、流量制御器２３ｂ及び開閉弁２３ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２３ａからの希釈ガスは、ガス配管及びガス供給管２２を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0022】
ここで、ガス供給源２３ａは、希釈ガスを供給する。希釈ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等の不活性ガスを利用できる。以下の説明において、希釈ガスは、Ｎ２ガスであるものとして説明する。
【0023】
【0024】
ガス供給管２２は、内管２１０と外管２２０と、アダプタ２３０と、を有する。外管２２０とアダプタ２３０とは、シール２３５を介して接続されている。外管２２０及びアダプタ２３０の内部には、内管２１０が配置されている。内管２１０の内部には、アルミナコア２０１と、発熱体２０２と、フレキシブルケーブル２０３と、を有している。発熱体２０２はアルミナコア２０１に巻回されている。フレキシブルケーブル２０３は、発熱体２０２とヒータ電源（図示せず）とを接続する。ヒータ電源からフレキシブルケーブル２０３を介して発熱体２０２に電力を供給することにより、発熱体２０２が発熱し、アルミナコア２０１が加熱される。
【0025】
アダプタ２３０の供給口２３１から供給されたガスは、内管２１０とアダプタ２３０との間の空間及び内管２１０と外管２２０との間の空間を通過し、ガス孔２２ｇから吐出される。また、ヒータ電源から発熱体２０２に電力を供給することにより、ガスを加熱し、加熱されたガスがガス孔２２ｇから吐出される。このように、ガス供給管２２は、ガスが通流する外管２２０と、外管２２０内に配置され外管２２０を通流するガスを加熱するガス加熱部と、を有する。ガス加熱部は、コア２０１と、発熱体２０２と、を含む。ガス加熱部は、処理容器１内に配置される外管２２０内に配置される。
【0026】
図１に戻り、ガス供給管２４には、ガス配管を介してパージガス供給源（図示せず）からパージガスが供給される。ガス配管（図示せず）には、流量制御器（図示せず）及び開閉弁（図示せず）が設けられている。これにより、パージガス供給源からのパージガスは、ガス配管及びガス供給管２４を介して処理容器１内に供給される。パージガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等の不活性ガスを利用できる。なお、パージガスがパージガス供給源からガス配管及びガス供給管２４を介して処理容器１内に供給される場合を説明したが、これに限定されず、パージガスはガス供給管２１～２３のいずれから供給されてもよい。
【0027】
処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口４０が設けられている。排気口４０は、ウエハボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口４０に対応する部分には、排気口４０を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材４１が取り付けられている。排気口カバー部材４１は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材４１の下部には、排気口４０を介して処理容器１を排気するための排気管４２が接続されている。排気管４２には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４３及び真空ポンプ等を含む排気装置４４が接続されており、排気装置４４により排気管４２を介して処理容器１内が排気される。
【0028】
また、処理容器１の外周を囲むようにして処理容器１及びその内部の基板Ｗを加熱する円筒体状の加熱機構５０が設けられている。
【0029】
また、基板処理装置１００は、制御部６０を有する。制御部６０は、例えば基板処理装置１００の各部の動作の制御、例えば開閉弁２１ｃ～２３ｃの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器２１ｂ～２３ｂによるガス流量の制御、排気装置４４による排気制御を行う。また、制御部６０は、例えば高周波電源３５による高周波電力のオン・オフ制御、加熱機構５０による基板Ｗの温度の制御を行う。
【0030】
制御部６０は、例えばコンピュータ等であってよい。また、基板処理装置１００の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
【0031】
また、基板処理装置１００の他の一例について、図４を用いて説明する。図４は、基板処理装置１００の構成の他の一例を示す概略図である。なお、図１に示す基板処理装置１００と重複する構成については、重複する説明を省略する。
【0032】
図１に示す基板処理装置１００は、ガス供給部２０を有する。ガス供給部２０は、ガス供給管２１，２２，２４を有する。ガス供給管２１にはガス供給源２１ａからガスが供給され、ガス供給管２２にはガス供給源２２ａ及びガス供給源２３ａからガスが供給される。
【0033】
これに対し、図４に示す基板処理装置１００では、ガス供給源２１ａ～２３ａに対してそれぞれガス供給管３１～３３が設けられている。具体的には、図４に示す基板処理装置１００では、ガス供給部３０を有する。ガス供給部３０は、ガス供給管（インジェクタ）３１，３２，３３，２４を有する。ガス供給管３１，３２，３３は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガス供給管３１，３２，３３の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、複数のガス孔３１ｇ，３２ｇ，３３ｇが所定間隔で形成されている。各ガス孔３１ｇ，３２ｇ，３３ｇは、水平方向にガスを吐出する。ガス供給管２４は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなる。
【0034】
ガス供給管３１は、その垂直部分（ガス孔３１ｇが形成される垂直部分）が処理容器１内に設けられている。ガス供給管３１には、ガス配管を介してガス供給源２１ａから第１ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器２１ｂ及び開閉弁２１ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２１ａからの第１ガスは、ガス配管及びガス供給管３１を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0035】
ガス供給管３２は、その垂直部分（ガス孔３２ｇが形成される垂直部分）が処理容器１内に設けられている。ガス供給管３２には、ガス配管を介してガス供給源２２ａから第２ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器２２ｂ及び開閉弁２２ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２２ａからの第２ガスは、ガス配管及びガス供給管２２を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0036】
ガス供給管３３は、その垂直部分（ガス孔３３ｇが形成される垂直部分）が処理容器１内に設けられている。ガス供給管３３には、ガス配管を介してガス供給源２３ａから希釈ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器２３ｂ及び開閉弁２３ｃが設けられている。これにより、ガス供給源２３ａからの希釈ガスは、ガス配管及びガス供給管３３を介して処理容器１内にサイドフローで供給される。
【0037】
また、ガス供給管３３は、図３に示すガス供給管３２と同様に、二重管構造となっており、ガスを加熱することができるように構成されている。
【0038】
図５は、ガスの吐出方向の一例を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、ガス供給管３１～３３は基板Ｗの中心に向かってガスを吐出する構成となっていてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、ガス供給管３１～３２は基板Ｗの中心に向かってガスを吐出するとともに、ガス供給管３３は基板Ｗの外周部に向かってガスを吐出する構成となっていてもよい。
【0039】
＜第１実施形態に係る膜形成処理＞
次に、基板処理装置１００による膜形成処理の一例について説明する。ここでは、基板ＷにＳｉＯ２膜を成膜する場合を例に説明する。なお、図１に示す基板処理装置１００を用いる場合を例に説明するが、図４に示す基板処理装置１００を用いてもよい。
次に、基板処理装置１００による膜形成処理の一例について説明する。ここでは、基板ＷにＳｉＯ２膜を成膜する場合を例に説明する。なお、図１に示す基板処理装置１００を用いる場合を例に説明するが、図４に示す基板処理装置１００を用いてもよい。
【0040】
図６（ａ）は、第１実施形態に係る膜形成処理の一例を示すタイムチャートである。第１実施形態に係る膜形成処理は、金属含有触媒ガス（ＴＭＡガス）を供給する工程Ｓ１１、パージする工程Ｓ１２、シリコン前駆体ガス（ＴＰＳＯＬガス）及び加熱された希釈ガスを供給する工程Ｓ１３、及び、パージする工程Ｓ１４を１サイクルとして、所定サイクル繰り返し、基板Ｗ上にＳｉＯ２膜を形成するプロセスである。なお、図６（ａ）では、１サイクルを括弧付きで示す。また、工程Ｓ１１～Ｓ１４において、ガス供給管２４からパージガスであるＮ２ガスが膜形成プロセス中に常時（連続して）供給されていてもよい。
【0041】
ここで、処理容器１内の基板Ｗは、加熱機構５０によって所定の温度（例えば、１００℃～４００℃）に加熱されている。
【0042】
金属含有触媒ガスを供給する工程Ｓ１１は、金属含有触媒ガス（ＴＭＡガス）を処理容器１内に供給する工程である。工程Ｓ１１では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを開くことにより、ガス供給源２２ａからガス供給管２２を経て金属含有触媒ガスを処理容器１内に供給する。これにより、金属含有触媒ガスが基板Ｗの表面に吸着され、金属触媒の単一分子層を形成する。ここで、ＴＭＡガスの基板表面への吸着は、飽和状態となっている。
【0043】
パージする工程Ｓ１２は、処理容器１内の余剰の金属含有触媒ガス等をパージする工程である。工程Ｓ１２では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを閉じて金属含有触媒ガスの供給を停止する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。これにより、処理容器１内の余剰の金属含有触媒ガス等をパージする。
【0044】
シリコン前駆体ガスを供給する工程Ｓ１３は、シリコン前駆体ガス（ＴＰＳＯＬガス）を処理容器１内に供給する工程である。工程Ｓ１３では、制御部６０は、開閉弁２１ｃを開くことにより、ガス供給源２１ａからガス供給管２１を経てシリコン前駆体ガスを処理容器１内に供給する。加えて、制御部６０は、発熱体２０２に通電してガスを加熱し、開閉弁２３ｃを開くことにより、ガス供給源２３ａからガス供給管２２を経て加熱されたサイドフローの希釈ガス（追加Ｎ２パージ）を処理容器１内に供給する。なお、希釈ガスの温度は、基板Ｗの温度よりも高い温度（例えば、１００℃～６００℃）に加熱されている。これにより、基板Ｗの表面の金属触媒と反応して、ＳｉＯ２膜を形成する。なお、ＳｉＯ２膜の成膜は、ＴＰＳＯＬガスの供給に律速する供給律速状態となっている。
【0045】
パージする工程Ｓ１４は、処理容器１内の余剰のシリコン前駆体ガス等をパージする工程である。工程Ｓ１４では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを閉じてシリコン前駆体ガスの供給を停止する。また、制御部６０は、開閉弁２３ｃを閉じてサイドフローのパージガスの供給を停止する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。これにより、処理容器１内の余剰のシリコン前駆体ガス等をパージする。
【0046】
以上のサイクルを繰り返すことで、基板Ｗに所望の膜厚のＳｉＯ２膜を形成する。
【0047】
図６（ｂ）は、第１参考例に係る膜形成処理の一例を示すタイムチャートである。第１参考例に係る膜形成処理は、金属含有触媒ガス（ＴＭＡガス）を供給する工程Ｓ２１、パージする工程Ｓ２２、シリコン前駆体ガス（ＴＰＳＯＬガス）を供給する工程Ｓ２３、及び、パージする工程Ｓ２４を１サイクルとして、所定サイクル繰り返し、基板Ｗ上にＳｉＯ２膜を形成するプロセスである。なお、工程Ｓ２３では、加熱されたパージガスを処理容器１内に供給しない点で相違する。その他の構成は同様であり、重複する説明を省略する。
【0048】
図７は、膜厚と面内均一性を示すグラフの一例である。図８は、膜厚分布を示す図の一例である。図７において、左側の縦軸である平均膜厚（Thickness）を棒グラフで示し、右側の縦軸である面内均一性（WIW N.U.）を丸印で示す。図８では、膜厚が厚いほど細かい（濃い）ドットのパターンを付し、膜厚が薄いほど粗い（薄い）ドットのパターンを付している。また、（ａ）はＴＰＳＯＬ供給時にサイドフローのパージガスを供給しない構成（図６（ｂ）参照）を示す。（ｂ）はＴＰＳＯＬ供給時にサイドフローのパージガスを供給する構成（図６（ａ）参照）を示す。（ｃ）はＴＰＳＯＬ供給時に加熱したサイドフローのパージガスを供給する構成（図６（ａ）参照）を示す。
【0049】
図７において、（ａ）と（ｂ）（ｃ）とを対比して示すように、ＴＰＳＯＬ供給時にＴＰＳＯＬを供給するガス供給管２１とは別のガス供給管２２からサイドフローでＮ２ガスを供給することにより、平均膜厚の落ち込みがみられる。
【0050】
一方、図８に示すように、（ａ）において、膜厚の面内分布は外周部が内周部よりも高い状態（凹状態）となっている。これに対し（ｂ）（ｃ）において、膜厚の面内分布は内周部が外周部よりも高い状態（凸状態）となっている。また、図７及び図８に示すように、（ｃ）では、サイドフローで加熱したパージガスを供給することにより、更に面内均一性が向上している。
【0051】
ここで、ＴＰＳＯＬの膜厚の温度依存について、１５０℃以下の温度帯では低いＧＰＣ（１サイクル当りの成膜量）で略一定であり、２００℃前後の温度帯ではＧＰＣが高くなり、２５０℃以上の温度帯では低いＧＰＣで安定する。また、２００℃前後ではＴＰＳＯＬの供給時間を延ばすと膜厚が増加する供給律速の傾向を有している。
【0052】
例えば、加熱機構５０によって加熱される処理容器１内の温度を２００℃として、サイドフローで高温（例えば４００℃）の希釈ガスを供給することにより、基板Ｗの外周部においては希釈ガスによってＴＰＳＯＬが希釈されるとともに、基板Ｗの外周部における温度がＴＰＳＯＬのＧＰＣが低い温度領域（例えば２５０℃以上）となり、成膜レートが抑制される。一方、基板Ｗの中央部においては、ＴＰＳＯＬのＧＰＣが高い温度領域（例えば２００℃前後）となり、ＳｉＯ２膜の成膜レートが外周部よりも高くなる。これにより、膜厚の面内分布を内周部が外周部よりも高い状態（凸状態）となるように制御することができる。
【0053】
このように、第１実施形態に係る膜形成処理は、第１ガス（ＴＰＳＯＬガス）と第２ガス（ＴＭＡガス）とを交互に供給して基板Ｗに膜を形成する処理において、ガス供給管２１から処理容器１内に第１ガスを供給する際に、ガス供給管２１とは異なるガス供給管２２から処理容器１内に基板Ｗの温度よりも加熱されたパージガスをサイドフローで供給する。これにより、膜厚の面内分布を調整することができる。
【0054】
また、プラズマ処理を用いることなく、膜厚を制御することができるので、基板Ｗの下地膜等にプラズマによる影響が生じることを防止することができる。
【0055】
また、第２ガス（ＴＭＡガス）を供給する際の基板Ｗの表面の温度よりも、第１ガス（ＴＰＳＯＬガス）を供給する際の基板Ｗの表面の温度を高くすることができる。ここで、第１ガスが基板Ｗの表面の触媒と好適に反応する温度帯は、第２ガスが基板Ｗの表面に好適に吸着する温度帯よりも高い温度帯となっている。第１ガスを供給する際に加熱されたパージガスをサイドフローで供給することにより、基板Ｗの温度を上昇させ、第１ガスの反応を促進させることができる。
【0056】
また、希釈ガスの温度、流量を制御することにより、基板Ｗの膜厚の面内分布を制御することができる。
【0057】
また、ＴＭＡガスを供給する際にもガス加熱部を動作させて、昇温したＴＭＡガスを処理容器１に供給する構成であってもよい。これにより、基板Ｗの表面におけるＴＭＡガスの温度を制御する。
【0058】
また、図４に示す基板処理装置１００において、ガス供給管３１からＴＭＡガスを供給する際に、ガス供給管３３から加熱された希釈ガスを供給してもよい。これにより、基板Ｗの表面におけるＴＭＡガスの温度分布及び濃度分布を制御する。
【0059】
なお、ガス供給管２２にガス加熱部（アルミナコア２０１、発熱体２０２）を有するものとして説明したが、基板処理装置１００の構成はこれに限られるものではない。ガス供給管２２にガスを冷却するガス冷却部を有していてもよい。即ち、ガス供給管２２から温度調整された希釈ガスを処理容器１に供給する構成であってもよい。
【0060】
例えば、加熱機構５０によって加熱される処理容器１内の温度を２００℃として、サイドフローで基板Ｗよりも低温（例えば１００℃）の希釈ガスを供給することにより、基板Ｗの外周部においては希釈ガスによってＴＰＳＯＬが希釈されるとともに、基板Ｗの外周部における温度がＴＰＳＯＬのＧＰＣが低い温度領域（例えば１５０℃以下）となり、成膜レートが抑制される。一方、基板Ｗの中央部においては、ＴＰＳＯＬのＧＰＣが高い温度領域（例えば２００℃前後）となり、ＳｉＯ２膜の成膜レートが外周部よりも高くなる。これにより、膜厚の面内分布が内周部が外周部よりも高い状態（凸状態）となるように制御することができる。
【0061】
＜第２実施形態に係る膜形成処理＞
次に、基板処理装置１００による膜形成処理の一例について説明する。ここでは、基板ＷにＡｌＯ膜を成膜する場合を例に説明する。なお、図１に示す基板処理装置１００を用いる場合を例に説明するが、図４に示す基板処理装置１００を用いてもよい。ここでは、ガス供給源２１ａは第１ガスとして酸化ガス（Ｏ３ガス）を供給し、ガス供給源２２ａは第２ガスとして金属含有ガス（ＴＭＡガス）を供給し、ガス供給源２３ａは希釈ガスとして不活性ガス（Ｎ２ガス）を供給するものとして説明する。
次に、基板処理装置１００による膜形成処理の一例について説明する。ここでは、基板ＷにＡｌＯ膜を成膜する場合を例に説明する。なお、図１に示す基板処理装置１００を用いる場合を例に説明するが、図４に示す基板処理装置１００を用いてもよい。ここでは、ガス供給源２１ａは第１ガスとして酸化ガス（Ｏ３ガス）を供給し、ガス供給源２２ａは第２ガスとして金属含有ガス（ＴＭＡガス）を供給し、ガス供給源２３ａは希釈ガスとして不活性ガス（Ｎ２ガス）を供給するものとして説明する。
【0062】
図９（ａ）は、第２実施形態に係る膜形成処理の一例を示すタイムチャートである。第２実施形態に係る膜形成処理は、金属含有ガス（ＴＭＡガス）を供給する工程Ｓ３１、パージする工程Ｓ３２，Ｓ３３、酸化ガス（Ｏ３ガス）を供給する工程Ｓ３４、及び、パージする工程Ｓ３５，Ｓ３６を１サイクルとして、所定サイクル繰り返し、基板Ｗ上にＡｌＯ膜を形成するプロセスである。なお、図９（ａ）では、１サイクルを括弧付きで示す。また、工程Ｓ３１～Ｓ３６において、ガス供給管２４からパージガスであるＮ２ガスが膜形成プロセス中に常時（連続して）供給されていてもよい。
【0063】
ここで、処理容器１内の基板Ｗは、加熱機構５０によって所定の温度（例えば、１００℃～５５０℃）に加熱されている。
【0064】
金属含有ガスを供給する工程Ｓ３１は、金属含有ガス（ＴＭＡガス）を処理容器１内に供給する工程である。工程Ｓ３１では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを開くことにより、ガス供給源２２ａからガス供給管２２を経て金属含有ガスを処理容器１内に供給する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。これにより、金属含有ガスが基板Ｗの表面に吸着される。
【0065】
パージする工程Ｓ３２，Ｓ３３は、処理容器１内の余剰の金属含有ガス等をパージする工程である。工程Ｓ３２では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを閉じて金属含有ガスの供給を停止する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。また、工程Ｓ３２では大流量のパージガスを供給し、その後の工程Ｓ３３では、小流量のパージガスを供給する。これにより、処理容器１内の余剰の金属含有ガス等をパージする。
【0066】
酸化ガスを供給する工程Ｓ３４は、酸化ガス（Ｏ３ガス）を処理容器１内に供給する工程である。工程Ｓ３４では、制御部６０は、開閉弁２１ｃを開くことにより、ガス供給源２１ａからガス供給管２１を経て酸化ガスを処理容器１内に供給する。これにより、基板Ｗの表面の金属含有ガスと反応して、ＡｌＯ膜を形成する。なお、この際、反応副生成物（Ｈ２Ｏ）も生成される。
【0067】
パージする工程Ｓ３５，Ｓ３６は、処理容器１内の余剰の酸化ガス等をパージする工程である。工程Ｓ３５では、制御部６０は、開閉弁２２ｃを閉じて酸化ガスの供給を停止する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。加えて、制御部６０は、発熱体２０２に通電してガスを加熱し、開閉弁２３ｃを開くことにより、ガス供給源２３ａからガス供給管２２を経て加熱されたサイドフローの希釈ガス（追加Ｎ２パージ）を処理容器１内に供給する。なお、希釈ガスの温度は、基板Ｗの温度よりも高い温度（例えば、１５０℃～６００℃）に加熱されている。工程Ｓ３６では、制御部６０は、開閉弁２３ｃを閉じて希釈ガスの供給を停止する。また、制御部６０は、ガス供給管２４からパージガスを処理容器１内に供給する（Ｎ２パージ）。また、工程Ｓ３５では大流量のパージガスを供給し、その後の工程Ｓ３６では、小流量のパージガスを供給する。これにより、処理容器１内の余剰の酸化ガスや反応副生成物（Ｈ２Ｏ）等をパージする。
【0068】
以上のサイクルを繰り返すことで、基板Ｗに所望の膜厚のＡｌＯ膜を形成する。
【0069】
図９（ｂ）は、第２参考例に係る膜形成処理の一例を示すタイムチャートである。第２参考例に係る膜形成処理は、金属含有ガス（ＴＭＡガス）を供給する工程Ｓ４１、パージする工程Ｓ４２，Ｓ４３、酸化ガス（Ｏ３ガス）を供給する工程Ｓ４４、及び、パージする工程Ｓ４５を１サイクルとして、所定サイクル繰り返し、基板Ｗ上にＡｌＯ膜を形成するプロセスである。なお、工程Ｓ４５では、加熱されたパージガスを処理容器１内に供給しない点で相違する。その他の構成は同様であり、重複する説明を省略する。
【0070】
図１０は、膜厚と面内均一性を示すグラフの一例である。図１１は、膜厚分布を示す図の一例である。図１０において、左側の縦軸である平均膜厚（Thickness）を棒グラフで示し、右側の縦軸である面内均一性（WIW N.U.）を丸印で示す。図１１では、膜厚が厚いほど細かい（濃い）ドットのパターンを付し、膜厚が薄いほど粗い（薄い）ドットのパターンを付している。また、（ａ）はサイドフローのパージガスを供給しない構成（図９（ｂ）参照）を示す。（ｂ）は加熱したサイドフローのパージガスを供給する構成（図９（ａ）参照）を示す。
【0071】
図１０及び図１１に示すように、において、酸化ガスを供給する工程の後のパージ工程においてサイドフローで加熱した希釈ガス（Ｎ２ガス）を供給することにより、平均膜厚及び膜厚の面内分布を調整することができる。
【0072】
ここでは、加熱した希釈ガスによって、反応副生成物であるＨ２Ｏを加熱し基板Ｗの表面から除去する。そして次のサイクルのＴＭＡガスを供給する工程において、ＴＭＡとＨ２Ｏとが反応することを抑制する。
【0073】
また、ＴＭＡガスを供給する前に基板Ｗの温度を高くすることができる。ここで、ＴＭＡガスが基板Ｗの表面と好適に反応する温度帯は、Ｏ３ガスが基板Ｗの表面に好適に反応する温度帯よりも高い温度帯となっている。ＴＭＡガスを供給する前に加熱されたパージガスをサイドフローで供給することにより、基板Ｗの温度を上昇させ、ＴＭＡガスの反応を促進させることができる。また、Ｏ３ガスが熱分解することを抑制することができる。
【0074】
以上、基板処理装置１００による本実施形態（第１～２実施形態）の膜形成方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【符号の説明】
【0075】
Ｗ 基板
１００ 基板処理装置
１ 処理容器
２ 天井板
３ マニホールド
４，１２ シール部材
５ ウエハボート
６ ロッド
７ 保温筒
８ テーブル
９ 蓋体
１０ 回転軸
２０，３０ ガス供給部
２１，２２，２４，３１～３４ ガス供給管（インジェクタ）
４０ 排気口
５０ 加熱機構
６０ 制御部
２０１ アルミナコア
２０２ 発熱体
２１０ 内管
２２０ 外管
１００ 基板処理装置
１ 処理容器
２ 天井板
３ マニホールド
４，１２ シール部材
５ ウエハボート
６ ロッド
７ 保温筒
８ テーブル
９ 蓋体
１０ 回転軸
２０，３０ ガス供給部
２１，２２，２４，３１～３４ ガス供給管（インジェクタ）
４０ 排気口
５０ 加熱機構
６０ 制御部
２０１ アルミナコア
２０２ 発熱体
２１０ 内管
２２０ 外管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】