JP2004281724A

JP2004281724A - 基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2004281724A
Application number: JP2003071235A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Ooka; 司大岡
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】基板の中心部で生じる膜厚異常、膜質異常の発生を防止する。
【解決手段】基板１を処理する処理容器は、その上部にガス供給ライン６を有し、外周部に排気口７を備える。ガス供給ライン６は、反応ガス供給ライン６ａの他に非反応ガス供給ライン６ｂを有する。反応ガス供給ライン６ａはシャワーヘッド５の略中心部以外に接続される。非反応ガス供給ライン６ｂは、反応ガス供給ライン６ａから供給される反応ガスの流れを制御するために、基板１の中心部に対向するシャワーヘッド５の略中心部に接続される。シャワーヘッド５は、蓋板１１、蓋板１１の下方に設けられ２種以上のガスを混合する混合室１２、混合室１２の底部を構成して混合されたガスをシャワー状に処理室５０内に供給する分散板１３から構成される。ガス供給ライン６ａ、６ｂを構成する配管１５ａ、１５ｂは前記蓋板１１に接続される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法に係り、特にシャワーヘッドを用いてガスを供給するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置やＬＣＤ製造装置等といった基板処理装置は、基板にガスを供給することにより基板への薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理などを行う。このような処理を行う従来の基板処理装置として、シャワーヘッドを用いてガスを供給するタイプの枚葉式熱ＣＶＤ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この枚葉式熱ＣＶＤ装置を用いて基板上に薄膜を成膜するには、処理室内で基板を加熱し、処理室上部に接続したガス供給ラインからシャワーヘッドを介して処理室内の基板表面にシャワー状に成膜ガスを供給する。この際、基板上を流れる成膜ガスが熱エネルギーにより化学反応を起こして基板上に薄膜が成膜される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０２７７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したシャワーヘッドを用いてガス供給を行う従来の装置では、基板を処理する工程で、ガス流量や成膜圧力等といった成膜条件などにより、基板の中心部に対向する処理室の中央で反応ガスの流れに淀みができたり、ガス濃度分布が不均一になってガス不足が起こったりするなどの不具合がある。このため基板処理に改善の余地があった。これは半導体デバイスの製造方法でも共通する。
【０００５】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板の中心部で反応ガスの流れやガス濃度分布に起因する不具合が発生するのを防止することが可能な基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
基板の中心部に発生する基板処理の不具合は、例えば膜厚異常や膜質異常として発生する。膜厚異常や膜質異常は、分割ヒータを用いて基板の温度を領域制御し基板面内の処理量を部分的に調整することによって、ある程度防止することは可能であるが、必ずしも十分ではない。
【０００７】
また、ある種の成膜では、例えばボロンドープトアモルファスシリコン（ＢｏｒｏｎＤｏｐｅｄａ−Ｓｉ）膜のように不純物混入膜を形成するような場合では、基板の温度を制御しても基板の中心部の膜厚を調整できず、基板の中心部の膜厚異常を防止できなかった。これは、ボロンドープトアモルファスシリコンの成膜では、アレニウスプロットで言うと供給律速領域、すなわち成膜速度は成膜温度（基板温度）よりも反応ガスの供給量で決定する領域での成膜となっているからだと考えられる。また、基板中心部に発生する膜厚異常点が、分割ヒータにより形成することができるヒータ領域よりも小さい場合、分割ヒータ制御によって膜厚異常点のみを膜厚調整することは困難であるからだとも考えられる。
【０００８】
本発明者は、鋭意研究した結果、基板温度を制御するのではなく、反応ガスの流れや濃度分布を制御することに着目した。
【０００９】
通常、反応ガス供給ラインからは、これを構成する配管内で非反応ガス（希釈用不活性ガス）と反応ガスとが混合されてシャワーヘッドを介して処理室内に供給される。この反応ガスと混合する非反応ガスの流量を変えることで、プロセス条件（例えば、反応ガスの分圧）を変えることはできるが、処理室の中央で反応ガスの流れや濃度分布を制御することは難しい。
【００１０】
そこで、本発明者は、反応ガスと非反応ガスとの混合ガスを供給する反応ガス供給ラインとは別に、非反応ガスを単独で供給することが可能な非反応ガス供給ラインを設け、その非反応ガス供給ラインを基板の中心部に対向するシャワーヘッドの中心部に接続して、そこから非反応ガスを基板の中心部に流すことで、基板中心部で反応ガスの流れを変えることができるか、もしくは反応ガスの濃度分布を変えるこができるとの知見を得て、本発明を創案するに至ったものである。
【００１１】
第１の発明は、基板を処理する処理室と、処理室内の基板と対向して接続され前記処理室内にガスを供給するためのシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに接続され、該シャワーヘッドを介して処理室内に反応ガスを供給するための反応ガス供給ラインと、前記シャワーヘッドに接続され、該シャワーヘッドを介して処理室内に非反応ガスを供給するための非反応ガス供給ラインと、を備え、前記非反応ガス供給ラインは基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続されることを特徴とする基板処理装置である。
【００１２】
非反応ガス供給ラインをシャワーヘッドの略中心部に接続するという簡単な構造で、基板の中心部で反応ガスの流れやガス濃度分布に起因する処理異常が発生しても、非反応ガスで反応ガスの流れやガス濃度分布を制御することによって基板中心部での処理異常の発生を防止することができる。
【００１３】
ここで、反応ガス供給ラインと非反応ガス供給ラインとを構成する配管を同軸的に設けて反応ガス供給ラインの配管を非反応ガス供給ラインの配管の外周に配置することにより、あるいは反応ガス供給ラインを基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部からずらして設けることにより、非反応ガス供給ラインを基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続することができる。
【００１４】
第２の発明は、基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内に搬入された基板にシャワーヘッドを介して反応ガスと非反応ガスとを供給して基板を処理する工程と、処理された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法であって、前記処理工程では、前記非反応ガスを基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続されたガスラインより処理室内に供給することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１５】
処理工程で、非反応ガスを基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続されたガスラインより処理室内に供給して、この非反応ガスによりシャワーヘッドを介して供給される反応ガスの流れやガス濃度を制御すると、非反応ガスによって基板の中心部に供給される反応ガスの流れやガス濃度を制御することができる。したがって、基板の中心部における基板処理の不具合を防止できる。
【００１６】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、反応ガス供給ラインは、基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部以外の部分に接続されることを特徴とする基板処理装置、又は半導体デバイスの製造方法である。
【００１７】
反応ガス供給ラインが基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部以外の部分に接続されると、基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続した非反応ガス供給ラインから容易に反応ガスの流れやガス濃度を制御することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、処理時に基板を回転させることを特徴とする基板処理装置、又は半導体デバイスの製造方法である。
【００１９】
特に処理時に基板を回転させる場合に、非反応ガスによって基板の中心部に供給される反応ガスの流れやガス濃度を有効に制御することができる。したがって、基板の中心部における基板の処理の不具合を防止できる。
【００２０】
第５の発明は、第１ないし第４の発明において、前記非反応ガスの流量を制御することを特徴とする基板処理装置、又は半導体デバイスの製造方法である。
【００２１】
シャワーヘッドの中心部から供給する非反応ガスの流量を制御すると、非反応ガス供給ラインから処理室内に供給される非反応ガスの流量によって、基板の中心部の膜厚もしくは膜質の調整を容易に行うことができる。
【００２２】
第６の発明は、第１ないし第５の発明において、前記処理とは熱ＣＶＤ法により、基板上にボロンドープトシリコン膜を成膜する処理であることを特徴とする基板処理装置、又は半導体デバイスの製造方法である。
【００２３】
特に、ボロンドープトシリコン膜を基板上に成膜する場合には、基板の温度制御によっては基板中心部の膜厚及び膜質を制御することが困難であるが、第１ないし第５の発明を適用することにより、基板中心部の膜厚及び膜質を制御することができるようになる。ボロンドープトシリコン膜としては、ボロンドープトアモルファスシリコン膜が好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法を、単一基板の処理を行う枚葉式熱ＣＶＤ装置に適用した実施の形態について説明する。
【００２５】
図１は半導体デバイスの製造方法を実施するための枚葉式熱ＣＶＤ装置（以下単に、熱ＣＶＤ装置という）における成膜時の要部断面図である。図２は同じく熱ＣＶＤ装置の概略断面図であり、（ａ）はヒータユニット及びサセプタが下降して搬送工程を行うことが可能な搬送位置にある状態を示す図、（ｂ）はヒータユニット及びサセプタが上昇して成膜工程を行うことが可能な成膜位置にある状態を示す図である。
【００２６】
図２において、熱ＣＶＤ装置は、基板１を処理する処理容器３０と、処理容器３０と隣接してこれとの間で基板１を搬送する基板搬送容器３９とを有する。
【００２７】
処理容器３０は、上部が開口した容器本体３１と、容器本体３１の上部開口を塞ぐ蓋体３２とから構成されて、内部に密閉構造の処理室５０を形成している。
【００２８】
蓋体３２にはシャワーヘッド５とガス供給ライン６とが設けられる。シャワーヘッド５は、処理室５０内の基板１と対向して設けられ処理室５０内にガスを供給するために設けられる。このシャワーヘッド５は、蓋体３２の上部に形成した開口に設けられこの開口を塞ぐ蓋板１１と、蓋板１１の下方に設けられ多数のガス孔を有してガスをシャワー状に分散させるガス分散板１３と、蓋板１１とガス分散板１１との間に形成され複数のガスを混合する混合室１２とから構成される。
【００２９】
ガス供給ライン６はシャワーヘッド５に接続され、シャワーヘッド５を介して基板処理室５０内にガスを供給するように構成されている。ガス供給ライン６は、具体的にはシャワーヘッド５の蓋板１１に接続されて混合室１２と連通するガス供給管１５と、ガス供給管１５に設けられたガス流量制御器（ＭＦＣ）１６と、ガス供給源１７とを備えて、基板処理室５０内に所望のガス種を所望のガス流量、所望のガス比率で供給することが可能となるように構成されている。
【００３０】
容器本体３１には排気口７、搬送口８、及びサセプタ２を有するヒータユニット２０が設けられる。排気口７は、容器本体３１の上側部に設けられ、容器本体３１の上部内周に形成された環状路１４と連通し、環状路１４を介して基板処理室５０内を排気するように構成されている。また、搬送口８は、容器本体３１の排気口７よりも下方の一側部に設けられ、搬送容器３９内に形成される基板搬送室４０から処理容器３０内の基板処理室５０に搬送口８を介してシリコンウェハ等の処理前の基板１を搬入し、または基板処理室５０から基板搬送室４０に処理後の基板１を搬出するように構成されている。なお、容器本体３１の搬送口８には、基板搬送室４０と基板処理室５０との雰囲気隔離を行う開閉弁９が開閉自在に設けられている。
【００３１】
処理容器３０の基板処理室５０内に、前述したサセプタ２を有するヒータユニット２０が昇降自在に設けられ、ヒータユニット２０にはヒータユニット２０の上部開口を塞ぐ基板保持体としてのサセプタ２が設けられる。サセプタ２の表面に基板１が保持され、基板１はサセプタ２を介してヒータユニット２０によって加熱されるようになっている。
【００３２】
ヒータユニット２０は中空体で構成され、上部にサセプタ２を装着するサセプタ用装着部を有し、下部に処理容器３０の底部中央に設けた開口に挿通された筒状の支持軸２１を有する。ヒータユニット２０は、そのサセプタ用装着部にサセプタ２が装着されることにより内部が密閉構造となる。中空体のヒータユニット２０の内部にサセプタ２を介して基板１を所望の温度に加熱可能な抵抗加熱ヒータ３が設けられる。
【００３３】
処理容器３０内の底部に複数の支持ピン４が立設され、これらの支持ピン４はヒータユニット２０及びサセプタ２を貫通可能になっており、ヒータユニット２０の昇降に応じて、サセプタ２の表面から出没自在になるように構成されている。
【００３４】
熱ＣＶＤ装置は、ヒータユニット２０及びサセプタ２が下降して搬送工程を行うことが可能な位置にあるとき（図２（ａ）。以下、この位置を搬送位置Ａという）、複数の支持ピン４がサセプタ２から突出して複数の支持ピン４上に基板１を支持可能にし、基板処理室５０と基板搬送室４０との間で搬送口８を介して基板１の搬送、搬出が行えるように構成されている。また、熱ＣＶＤ装置は、ヒータユニット２０及びサセプタ２が上昇して、搬送位置Ａより上方の中間位置を経て成膜工程を行うことが可能な位置にあるとき（図２（ｂ）。以下、この位置を基板処理位置Ｂという）、支持ピン４は関与せず、サセプタ２上に基板１が載置されるように構成されている。
【００３５】
ヒータユニット２０は、その支持軸２１が昇降機構１０に連結されて基板処理室５０内を昇降するように設けられている。支持軸２１の外周には支持軸２１の直線運動をシールするためのベローズ１８が設けられる。昇降機構１０は、基板搬入工程、基板処理工程、基板搬出工程などの各工程で、基板処理室５０内のヒータユニット２０の上下方向の位置（搬送位置Ａ、基板処理位置Ｂ等）を多段階に調整できるよう構成されている。
【００３６】
また、ヒータユニット２０は回転可能になっている。すなわち、前述した筒状の支持軸２１を図示しない回転機構により回転自在として、支持軸２１を中心にヒータユニット２０を回転自在に設け、基板１を保持した状態でサセプタ２を任意の速度で回転できるように構成されている。一方、ヒータユニット２０内に設けた抵抗加熱ヒータ３は固定とし、筒状の支持軸２１内に挿通した図示しない固定部によって支持している。このようにサセプタ２を回転自在とし、抵抗加熱ヒータ３を固定とすることによって、抵抗加熱ヒータ３に対してサセプタ２を相対回転させるようになっている。なお、ヒータユニット２０を昇降及び回転させる複合機構には、公知の手段を採用することができる。
【００３７】
ところで、図１に示すように、本実施の形態では、特に、処理容器３０の蓋体３２上部に設けられる上記ガス供給ライン６は、反応ガスを導入する反応ガス供給ライン６ａの他に、反応ガス制御用の非反応ガスを導入する非反応ガス供給ライン６ｂを有している。このうち、非反応ガス供給ライン６ｂは基板１の中心部と対向するシャワーヘッド５の略中心部に接続される。また、反応ガス供給ライン６ａは、基板１の中心部と対向するシャワーヘッド５の略中心部以外の部分に接続される。
【００３８】
具体的には、非反応ガス供給ライン６ｂを構成する非反応ガス供給管１５ｂは、基板１の中心部と対向するシャワーヘッド５の蓋板１１の中心部に接続する。また、反応ガス供給ライン６ａを構成する反応ガス供給管１５ａは基板１の中心部と対向する蓋板１１の中心以外の周辺部に接続して、非反応ガス供給管１５ｂが接続されているシャワーヘッド５の中心部から外れるようにする。非反応ガス供給管１５ｂ及び反応ガス供給管１５ａには、ＭＦＣ１６ｂ、１６ａがそれぞれ設けられて、処理室５０内に供給する非反応ガス及び反応ガスの流量を個別に制御することが可能になっている。また、非反応ガス供給管１５ｂ、反応ガス供給管１５ａには、非反応ガス供給源１７ｂ、反応ガス供給源１７ａがそれぞれ設けられている。
【００３９】
なお、図において昇降機構１０、回転機構、抵抗加熱ヒータ３、ＭＦＣ１６（１６ａ、１６ｂ）等を制御する制御手段は省略してある。
【００４０】
上述したような熱ＣＶＤ装置において基板上に薄膜を堆積させるには、搬送工程で基板１を処理室５０内に搬入し、成膜工程で処理室５０内に搬入された基板１にシャワーヘッド５を介して反応ガスと非反応ガスとを供給して基板１を処理し、搬出工程で処理された基板１を処理室５０内から搬出する。
【００４１】
搬入工程において、ヒータユニット２０は搬送位置Ａにあって基板１を加熱可能な状態にあり、処理容器３０の開閉弁９は開いている。基板１は、図示しない搬送機構により、基板搬送室４０から基板処理室５０に搬送口８を介して搬入され、複数の支持ピン４に支持される（図２（ａ））。開閉弁９は基板搬入後に閉じられる。図示しない真空ポンプによって、排気口７から環状路１４を介して基板処理室５０内が排気される。
【００４２】
成膜工程において、まず昇降機構１０により、ヒータユニット２０及びサセプタ２は搬送位置Ａ（図２（ａ））から基板処理位置Ｂまで上昇するが、基板処理位置Ｂに到達する前に基板１が支持ピン４からサセプタ２に移載され、ヒータユニット２０によりサセプタ２を介して基板１は直接加熱されるようになる。基板処理位置Ｂでサセプタ２上に移載された基板１はシャワーヘッド５に近接して対面する（図１、図２（ｂ））。この状態で、必要に応じてヒータユニット２０を回転機構により回転させて基板１を回転させる。
【００４３】
そして、処理室５０内の、回転する基板１の表面にシャワーヘッド５を介してガス供給ライン６（６ａ、６ｂ）から、矢印に示すように反応ガスと非反応ガスとを供給しつつ排気口７から排気する。この過程で、基板１上に所定の膜が成膜される。反応ガスは、基板１の中心部に対向するシャワーヘッド５の中心部以外の部分に接続された反応ガス供給ライン６ａからシャワーヘッド５内に導入される。また、非反応ガスは、基板１の中心部に対向するシャワーヘッド５の中心部に接続された非反応ガス供給ライン６ｂからシャワーヘッド５内に導入される。シャワーヘッド５内に導入された反応ガスと非反応ガスとはシャワーヘッド５を構成する混合室１２で混合され、分散板１３からシャワー状に処理室５０内に供給される。このとき、シャワーヘッド５の中心部以外の部分からシャワーヘッド５内に導入された反応ガスは、シャワーヘッド５の中心部からシャワーヘッド５内に導入された非反応ガスによって、その流れが制御される。非反応ガスによる反応ガスの制御は、シャワーヘッド５から基板１の中心部に供給される反応ガスの流れに淀みが生じないよう、又は基板１の中心部で反応ガス濃度分布の不均一に起因した反応ガス不足が生じないような形で行われる。このような基板１の中心部における反応ガス流の制御や反応ガス濃度分布の制御は、非反応ガスの流量に応じて調整してやることができる。このため、非反応ガス供給管１５に設けたＭＦＣ１６によって、不具合が生じる基板の中心部における膜厚もしくは膜質の調整が最適となるように、非反応ガス供給管１５ｂを通る非反応ガスの流量が調整される。
【００４４】
搬出工程において、基板処理後、ヒータユニット２０は搬送位置Ａまで降下する（図２（ａ））。降下の際、支持ピン４は再び基板１を突き上げ、サセプタ２と基板１との間に搬送のための隙間を作る。基板１は搬送口８から搬送機構により基板搬送室４０へ運び出される。
【００４５】
ここで上述した成膜工程でボロンドープトアモルファスシリコン膜を成膜するための条件を例示すると、次のようになる。

反応ガスはドーパントガスとなるＢ_２Ｈ_６を含むＳｉＨ_４であり、非反応ガスはＮ_２ガスである。なお、ＳｉＨ_４の代わりにＳｉ_２Ｈ_６を用いてもよい。その場合、供給流量は、例えば、１００〜３００ｓｃｃｍとなる。またＮ_２ガスのガス流量は、反応ガス供給ガスライン６ａから反応ガスとともに流すＮ_２ガスと、非反応ガス供給ライン６ｂから流すＮ_２ガスとのトータルである。
【００４６】
また図３に、ここで上述した成膜工程における反応ガス（ＰｒｏｃｅｓｓＧａｓ）及び非反応ガス（Ｎ_２）のガスチャートを示す。横軸は時間、縦軸は流量（ｓｌｍ）である。基板をスタンバイする予熱（Ｐｒｅｈｅａｔ）時から、反応ガス（ＰｒｏｃｅｓｓＧａｓ）を流している成膜（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）時を経て、残存ガスを処理室５０から除去するアフターパージ（ＡｆｔｅｒＰｕｒｇｅ）時に至るまで、常に反応ガス供給ライン６ａからは非反応ガス（Ｎ_２）を流し、また非反応ガス供給ライン６ｂからは非反応ガス（ＣｅｎｔｅｒＮ_２）を流している。例えば、基板搬送圧力が真空であるときの成膜工程では、非反応ガスのＴｏｔａｌ流量をＮ_２＝２０ｓｌｍとした場合、反応ガス供給ライン６ａからＮ_２＝１６ｓｌｍを流し、非反応ガス供給ライン６ｂからＮ_２＝４ｓｌｍを流す。
【００４７】
上述した実施の形態によれば、非反応ガス供給ライン６ｂをシャワーヘッド５の略中心部に接続するという簡単な構造で、基板１の中心部で反応ガスの流れやガス濃度分布に起因する処理異常が発生しても、非反応ガス供給ライン６ｂから処理室５０内に供給される非反応ガスによってシャワープレート５を介して基板１の中心部に供給される反応ガスの流れを制御することができる。したがって、基板１中心部での処理異常の発生を防止することができる。
【００４８】
特に、成膜時に基板１を回転させる場合に、非反応ガス供給ライン６ｂから処理室５０内に導入される非反応ガスによって、基板１の中心部に供給される反応ガスの流れやガス濃度分布を有効に制御することができる。したがって、基板１中心部での処理異常の発生を有効に防止することができる。
【００４９】
また、非反応ガスの流量を制御するＭＦＣ１６ｂによって、非反応ガス供給ライン６ｂから処理室５０内に供給される非反応ガスの流量を制御すると、ガス流量や成膜圧力といった成膜条件などにより、処理室の中央で生じるガスの淀み、あるいはガス不足を、非反応ガスの流量によって適切に調整することができる。したがって、基板中心部での膜厚もしくは膜質の調整を有効に行うことができ、基板の中心部での膜厚異常、膜質異常の発生を有効に防止することができる。その結果、膜厚・膜質の面内均一特性の良好な半導体デバイスが得られるとともに、歩留りを向上することができる。
【００５０】
また、反応ガス供給ライン６ａをシャワーヘッド５の略中心部からずらすだけで、非反応ガス供給ライン６ｂをシャワーヘッド５の略中心部に容易に設けることができる。
【００５１】
特に、ボロンドープトアモルファスポリシリコン膜を成膜する場合には、基板の温度制御によっては制御することが困難であった基板中心部の膜厚及び膜質を制御することができるようになる。
【００５２】
【実施例】
図１に示す熱ＣＶＤ装置において、シャワーヘッド５の中心部に非反応ガスとしてＮ_２ガスを供給したときに、そのＮ_２ガス流量が基板中心部の膜厚に与える影響について、図４及び図５の実験結果を用いて説明する。図４はＮ_２流量とボロンドープトアモルファスシリコン膜の膜厚のライン測定結果を示し、図５は膜厚の面内測定結果を示す。
【００５３】
図４は、図５で測定した面内測定点のうちＸライン上の７点をピックアップしたものであり、φ３００ｍｍ基板上を５０ｍｍ間隔でライン測定した結果である。縦軸は膜厚を平均値で規格化したものであり、横軸は基板中心からの基板Ｘライン上の距離（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。
【００５４】
また図４及び図５ともに成膜条件は、

（なお、ガス流量はトータルが２０ｓｌｍになるように設定）
である。
【００５５】
この実験では、シャワーヘッド５の中心部に接続したＮ_２ガス供給ライン１５ｂからシャワーヘッド５内へ導入するＮ_２ガスの流量を、０．０ｓｌｍ、２．５ｓｌｍ、４．０ｓｌｍ、５．０ｓｌｍと、非反応ガスを流さない場合も含めて変えた。菱形、四角形、三角形、及び円形で示す測定点は、それぞれ０．０ｓｌｍ、２．５ｓｌｍ、４．０ｓｌｍ、５．０ｓｌｍの流量のＮ_２ガスを中心部から供給したときの取得データを示す。ここで、０．０ｓｌｍ、すなわち供給量ゼロのデータはシャワーヘッドの中心部に非反応ガスを供給していなかった従来例のデータを意味する。これより、シャワーヘッドの中心部から処理室内に供給するＮ_２流量により、基板中心部の膜厚が変化していることがわかる。
【００５６】
また、図５に示す膜厚の面内測定結果は、測定装置（ナノメトリクス・ジャパン社製ＮＡＮＯＳＰＥＣ／ＡＦＴＭ５５００）にて基板面内の所定箇所を４９点測定したときのものである。基板面内に閉曲線で描かれている等厚線の単位は図４の縦軸と同じである。この実験データからはつぎのことが言える。２．５ｓｌｍのときは膜厚均一性が±ＭａｘＭｉｎ８．０％と大きいが、膜厚の分布パターンは同心円状に揃っている。４．０ｓｌｍのとき膜厚均一性が±ＭａｘＭｉｎ３．１５％と最も膜厚均一性が良く、膜厚分布パターンも同心円状に揃っている。５．０ｓｌｍのときは±ＭａｘＭｉｎ５．８３％と膜厚均一性は２．５ｓｌｍのときよりも改善されているが、膜厚分布パターンが内周部では同心状になっているが、外周部で大きく乱れていることがわかる。
【００５７】
このような図５の実験データをもとに図４の実験データを考察すると、つぎのことが言える。膜厚均一性を±ＭａｘＭｉｎ３％以下にすることを目標とすると、Ｎ_２ガスの供給量は３．５ｓｌｍ〜４．５ｓｌｍの範囲が好ましい。３．５ｓｌｍ未満だと、中心部の膜厚が厚くなり過ぎ、面内膜厚のばらつきも大きくなっていく。そして０．０ｓｌｍで従来例と同じになり、基板中心部の膜厚が非常に厚くなることがわかる。４．５ｓｌｍを超えると、逆に中心部の膜厚が薄くなり過ぎ、面内膜厚のばらつきも大きくなる。また、基板に供給される成膜ガス量も低下するから膜質にも影響を与える。したがって、Ｎ_２ガスの供給量は上記目標を満たす３．５ｓｌｍ〜４．５ｓｌｍの範囲が好ましく、特に４．０ｓｌｍのときは基板中心部の膜厚規格値が１００％近くに抑えられ均一性が最も良いので好ましい。なお、成膜条件が変わると上記好適範囲も変わる。なお、ガス流量が２．５ｓｌｍ及び５．０ｓｌｍのときは、膜厚均一性が±６〜９％程度であるから目標値には達しないが、ガス流量がゼロの従来例よりは改善されていることがわかる。
【００５８】
また、上述した図４及び図５の実験データから、非反応ガス供給ライン６ｂを接続する基板中心部と対向するシャワーヘッド５の略中心部は、膜厚の面内均一性を±ＭａｘＭｉｎ３％以下にすることを目標とすると、φ３００ｍｍ基板の場合、中心より半径５０ｍｍ程度のガス流れを制御すればよいことから、図４に示す基板Ｘライン上の距離（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）５０ｍｍと１００ｍｍとの測定点から類推して、その中間、すなわちシャワーヘッドの中心より半径７５ｍｍ程度の円内に入っていればよいことになる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態では、Ｂをドープするボロンドープトポリシリコン膜を成膜する場合に、シャワーヘッドの中心部からＮ_２ガスを供給しない場合、周辺部に比べ基板中心部の膜厚が厚くなる傾向があることを説明した。これに対してＰをドープするリンドープトポリシリコン膜を形成する場合は、シャワーヘッドの中心からＮ_２ガスを供給しない場合、Ｂドープの場合と逆に、周辺部に比べ基板中心部の膜厚が薄くなる傾向があり、この原因も反応ガスのガス流れによるものと考えられる。また、シャワーヘッドの中心からＮ_２ガスを供給しない場合、Ｐドープの場合では、基板中心部で抵抗率が高くなっており、この原因は結晶性、すなわち膜質が違うことが原因と考えられる。したがって、ＢドープとＰドープとは上述した共通点があることから、本発明を適用することによって、Ｂドープ、Ｐドープともに膜厚の改善のみならず、抵抗率などの膜質の改善も可能になると考える。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、ボロンドープトアモルファスシリコン膜の成膜について説明したが、リンドープトアモルファスシリコン膜やその他のＣＶＤ膜についても本発明を適用することが可能である。また、膜厚等制御用の非反応ガスはＮ_２のみならず、Ａｒなどその他の不活性ガスを任意に選ぶことができる。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、反応ガス供給ライン６ａをシャワーヘッド５の略中心部からずらした部分に接続することにより、非反応ガス供給ライン６ｂを基板１の中心部と対向するシャワーヘッド５の略中心部に接続するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、処理室５０内に供給するガス供給管１５を二重管構造とし、この二重管をシャワーヘッドの中心部に接続して、外管から反応ガスを供給し、内管から非反応ガスを供給するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、シャワーヘッド中心部から供給する非反応ガスにより、シャワーヘッドを介して供給される反応ガスを制御するようにしたので、基板の中心部で生じる基板処理の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による半導体デバイスの製造方法を実施するための枚葉式熱ＣＶＤ装置の要部断面図である。
【図２】実施の形態による熱ＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態による成膜工程における反応ガス及び非反応ガスのガスチャートである。
【図４】シャワーヘッドの中心部から供給するＮ_２流量と、基板上に成膜されるボロンドープトアモルファスシリコン膜の膜厚のライン測定結果を示す図である。
【図５】シャワーヘッドの中心部から供給するＮ_２流量と、基板上に成膜されるボロンドープトアモルファスシリコン膜の膜厚の面内測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１基板
２サセプタ
５シャワーヘッド
６ａ反応ガス供給ライン
６ｂ非反応ガス供給ライン
７排気口
１５ａ反応ガス供給管
１５ｂ非反応ガス供給管
２０ヒータユニット
５０処理室

Claims

基板を処理する処理室と、
処理室内の基板と対向して設けられ前記処理室内にガスを供給するためのシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドに接続され、該シャワーヘッドを介して処理室内に反応ガスを供給するための反応ガス供給ラインと、
前記シャワーヘッドに接続され、該シャワーヘッドを介して処理室内に非反応ガスを供給するための非反応ガス供給ラインと、
を備え、
前記非反応ガス供給ラインは基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続される
ことを特徴とする基板処理装置。
基板を処理室内に搬入する工程と、
処理室内に搬入された基板にシャワーヘッドを介して反応ガスと非反応ガスとを供給して基板を処理する工程と、
処理された基板を処理室内から搬出する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法であって、
前記処理工程では、非反応ガスを基板の中心部と対向するシャワーヘッドの略中心部に接続されたガスラインより前記処理室内に供給することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。