JP2012067328A

JP2012067328A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2012067328A
Application number: JP2010210590A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Sato; 武敏佐藤; Masanori Sakai; 正憲境; Yukinao Kaga; 友紀直加我
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP5524785B2

Abstract

【課題】処理室内に供給した原料ガスの分圧を短時間で上昇させ、薄膜の成膜速度を高める。
【解決手段】処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、第１のガス溜め部よりも下流側のガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する工程と、第１のガス溜め部と第２のガス溜め部との間のガス供給管に設けられた開閉弁、及び第２のガス溜め部と処理室との間のガス供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ開いて、第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを処理室内に圧送する工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に薄膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。

ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、シリコンウエハ等の基板上に例えば窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜等の薄膜を形成する基板処理工程が実施されることがある。近年、薄膜を形成する方法として、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられるようになってきた。ＡＬＤ法は、基板が収容された処理室内への原料ガスの供給と反応ガスの供給とを交互に所定回数実施することで、基板上に所望の膜厚の薄膜を形成する手法である。ＡＬＤ法を用いた場合、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた場合に比べて低温で良好な膜質が得られ、また高い膜厚均一性が得られる。

しかしながら、ＡＬＤ法は、ＣＶＤ法に比べて成膜速度が低下し易い傾向がある。ＡＬＤ法にて成膜速度を高めるには、処理室内に供給する原料ガスの分圧を短時間で上昇させることが有効である。原料ガスの分圧を短時間で上昇させるには、処理室内に原料ガスを供給するガス供給管に供給タンクを設け、この供給タンク内に原料ガスを充填して加圧状態とし、加圧された供給タンク内と減圧された処理室内との差圧を利用して供給タンク内の原料ガスを処理室内に短時間で導入する手法が有効である。

しかしながら、原料ガスの蒸気圧が低い場合には、加圧することで原料ガスが液化してしまうことがあるため、供給タンク内の圧力を充分に高めることは困難であった。なお、供給タンク内を加熱することで、原料ガスの液化を抑制させることは可能である。しかしながら、加熱により原料ガスが熱分解してしまうことがあるため、供給タンク内の温度を充分に高めることは困難であった。

本発明の主な目的は、処理室内に供給した原料ガスの分圧を短時間で上昇させ、薄膜の成膜速度を高めることが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第１のガス溜め部よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する工程と、前記第１のガス溜め部と前記第２のガス溜め部との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁、及び前記第２のガス溜め部と前記処理室との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ開いて、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを前記処理室内に圧送する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、処理室内に基板を搬送する工程と、前記処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第２の開閉弁よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第３の開閉弁を開くと共に第４の開閉弁を閉じ、前記第３の開閉弁と前記第４の開閉弁との間
の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する第１の工程と、前記第２の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ閉じた状態で、前記第１の開閉弁及び前記第３の開閉弁をそれぞれ閉じる第２の工程と、前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより前記処理室内に圧送する第３の工程と、前記第４の開閉弁を開いた状態で前記第３の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去する第４の工程と、前記処理室内から基板を搬送する工程と、を有し、前記第１の工程から前記第４の工程を所定回数実施することで前記基板上に薄膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板を収容する処理室と、不活性ガス及び原料ガスを前記処理室内へ供給するガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記ガス供給系及び前記排気系を制御する制御部と、を有し、前記ガス供給系は、前記処理室に接続される第１のガス供給管を有し、前記第１のガス供給管には、上流側から順に、不活性ガス供給源、第１の開閉弁、第１のガス溜め部、第２の開閉弁、第３の開閉弁、第２のガス溜め部及び第４の開閉弁が設けられ、前記第２の開閉弁と前記第３の開閉弁との間の前記第１のガス供給管には、第２のガス供給管が接続され、前記第２のガス供給管には、上流側から順に、原料ガス供給源及び第５の開閉弁が設けられている基板処理装置が提供される。

本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、処理室内に供給した原料ガスの分圧を短時間で上昇させ、薄膜の成膜速度を高めることが可能となる。

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概略的な構成を示す斜透視図である。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。本発明の一実施形態にて好適に用いられる図２に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。本発明の一実施形態に係る四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ_４）ガス供給工程におけるバルブ開閉シーケンスを示す概略図である。原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧曲線を示すグラフ図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本実施形態に係る基板処理装置の基本構成、及び該基板処理装置により実施される基板処理工程について説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１は、本実施形態に係る基板処理装置１０１の全体構成を例示する概略構成図である。図１に示すように、基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。シリコン等からなる基板としてのウエハ２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数枚のウエハ２００を収納可能なウエハキャリア（基板搬送容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方には、筐体１１１内をメンテナンス可能なように開口された開口部としての正面メンテナンス口（図示せず）が開設されている。筐体１１１の正面壁１１１ａには、この正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉（図示せず）が設けられている。メンテナンス扉には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１
１２が、筐体１１１内外を連通するように開設されている。カセット搬入搬出口１１２は、フロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側には、カセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０は、工程内搬送装置（図示せず）によってカセットステージ１１４上に搬入され、また、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。

カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５には、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０が保管されるように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７の間で、カセット１１０を搬送するように構成される。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧性を有する筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板支持部材）２２０へ装填（チャージ）したり、ウエハ２００をボート２２０から脱装（ディスチャージ）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口（炉口）が設けられている。係る開口は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２２０を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２２０を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２２０が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する真空気密板として
の蓋体であるシールキャップ２１９が水平に設けられている。

ボート２２０は、複数枚（例えば、１０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で所定の間隔で多段に積層して保持するように構成されている。ボート２２０の構成については後述する。

カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２２０の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

次に、本実施形態に係る基板処理装置１０１の動作について説明する。

カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、カセット１１０がカセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から筐体１１１内に搬入される。なお、カセット１１０は、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。

次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは移載棚１２３に直接搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって、移載室１２４の後方に設けられたボート２２０に装填（チャージ）される。ボート２２０にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａは、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２２０に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２２０に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２２０が処理炉２０２内へ搬入（ボートローディング）される。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払い出される。

（２）処理炉の構成
続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態にて好適に用いられる処理炉２０２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２０２部分を縦断面で示す図である。図３は、本実施形態にて好適に用いられる図２に示す処理炉２０２のＡ−Ａ線断面図である。

（処理室）
本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管２０３とマニホールド２０９とを有している。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端が閉塞され、下端が開放された円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端及び下端が開放された円筒形状に形成されている。反応管２０３は、マニホールド２０９により下端側から縦向きに支持されている。反応管２０３とマニホールド２０９とは、同心円状に配置されている。反応管２０３とマニホールド２０９との間には、Ｏリングなどの封止部材２２０が設けられている。マニホールド２０９の下端は、上述したボートエレベータ１１５が上昇した際に、シールキャップ２１９により気密に封止されるように構成されている。マニホールド２０９の下端とシールキャップ２１９との間には、処理室２０１内を気密に封止するＯリングなどの封止部材２２０ｂが設けられている。

反応管２０３及びマニホールド２０９の内部には、基板としてのウエハ２００が収容される処理室２０１が形成されている。処理室２０１内には、基板保持具としてのボート２１７が下方から挿入されるように構成されている。反応管２０３及びマニホールド２０９の内径は、ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外形よりも大きくなるように構成されている。

ボート２１７は、複数枚（例えば７５枚から１００枚）のウエハ２００を、略水平状態で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に保持するように構成されている。ボート２１７は、ボート２１７からの熱伝導を遮断する断熱キャップ２１８上に搭載されている。断熱キャップ２１８は、回転軸２５５により下方から支持されている。回転軸２５５は、処理室２０１内の気密を保持しつつ、シールキャップ２１９の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ２１９の下方には、回転軸２５５を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７により回転軸２５５を回転させることにより、処理室２０１内の気密を保持したまま、複数のウエハ２００を搭載したボート２１７を回転させることが出来るように構成されている。

反応管２０３の外周には、反応管２０３と同心円状に加熱手段（加熱機構）としての抵抗加熱式のヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。

（原料ガス供給系）
マニホールド２０９の側壁には、原料ガス導入部としての原料ガスノズル４００ａが設けられている。原料ガスノズル４００ａは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状に構成されている。原料ガスノズル４００ａの垂直部は、反応管２０３の内壁を沿うように鉛直方向に配設されている。原料ガスノズル４００ａの垂直部側面には、原料ガス供給孔４０１ａが鉛直方向に複数設けられている。原料ガス供給孔４０１ａの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一とされていてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされていてもよい。原料ガスノズル４００ａの水平部は、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。

マニホールド２０９の側壁から突出した原料ガスノズル４００ａの上流端には、第１のガス供給管４１０ａの下流端が接続されている。第１のガス供給管４１０ａには、上流側か
ら順に、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する不活性ガス供給源としてのＮ_２ガスタンク４１１ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ４１２ａ、第１の開閉弁としての第１バルブ４１３ａ、第１のガス溜め部としての第１充填タンク４１４ａ、第２の開閉弁としての第２バルブ４１５ａ、第３の開閉弁としての第３バルブ４１６ａ、第２のガス溜め部としての第２充填タンク４１７ａ及び第４の開閉弁としての第４バルブ４１８ａが設けられている。なお、第１充填タンク４１４ａ及び第２充填タンク４１８ａは、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内を所定温度に昇温させる図示しないヒータをそれぞれ備えている。また、第１充填タンク４１４ａ及び第２充填タンク４１８ａは、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内の圧力を測定する図示しない圧力センサをそれぞれ備えている。

第２バルブ４１３ａと第３バルブ４１５ａとの間の第１のガス供給管４１０ａには、第２のガス供給管４１０ｃの下流端が接続されている。第２のガス供給管４１０ｃには、上流側から順に、常温で液状である液体原料としての四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ_４）を供給する液体原料タンク４１１ｃ、流量制御装置としての液体マスフローコントローラ４１２ｃ、第６の開閉弁としての第６バルブ４１３ｃ、気化器４１４ｃ、第５の開閉弁としての第５バルブ４１５ｃが設けられている。

気化器４１４ｃには、気化器４１４ｃ内に供給された液状のＴｉＣｌ_４を気化させるキャリアガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給管４１０ｆの下流端が接続されている。不活性ガス供給管４１０ｆには、上流側から順に、不活性ガスとしてのＡｒガスを供給するＡｒガスタンク４１１ｆ、マスフローコントローラ４１２ｆ、第７の開閉弁としての第７バルブ４１３ｆが設けられている。第６バルブ４１３ｃを開け、液体マスフローコントローラ４１２ｃにより流量制御された液状のＴｉＣｌ_４を気化器４１４ｃ内に供給しつつ、第７バルブ４１３ｆを開け、マスフローコントローラ４１２ｆにより流量制御されたＡｒガスを気化器４１４ｃ内に供給することで、バブリングにより原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスを生成することが可能なように構成されている。

また、気化器４１４ｃと第５バルブとの間の第２のガス供給管４１０ｃには、ベントガス管４１０ｄの上流端が接続されている。ベントガス管４１０ｄの下流端は、後述する排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３ｃの下流側に接続されている。ベントガス管４１０ｄには、第８の開閉弁としての第８バルブ４１１ｄが設けられている。

主に、液体原料タンク４１１ｃ、液体マスフローコントローラ４１２ｃ、気化器４１４ｃ、不活性ガス供給管４１０ｆ、Ａｒガスタンク４１１ｆ、マスフローコントローラ４１２ｆ及び第７バルブ４１３ｆにより、本実施形態に係る原料ガス供給源が構成されている。なお、原料ガス供給源は、上述のようにバブリングにより液体原料を気化させる気化器を用いる場合に限らず、例えば液体原料を昇温して気化させる気化器等を用いる場合であってもよい。

また主に、原料ガスノズル４００ａ、原料ガス供給孔４０１ａ、第１のガス供給管４１０ａ、Ｎ_２ガスタンク４１１ａ、マスフローコントローラ４１２ａ、第１バルブ４１３ａ、第１充填タンク４１４ａ、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ、第２充填タンク４１７ａ、第４バルブ４１８ａ、第２のガス供給管４１０ｃ、第５バルブ４１５ｃ及び上述の原料ガス供給源により、本実施形態に係る原料ガス供給系が構成されている。

（反応ガス供給系）
また、マニホールド２０９の側壁には、反応ガス導入部としての反応ガスノズル４００ｂが設けられている。反応ガスノズル４００ｂは、原料ガスノズル４００ａと同様に、垂直部と水平部とを有するＬ字形状に構成されている。反応ガスノズル４００ｂの垂直部は
、反応管２０３の内壁を沿うように鉛直方向に配設されている。反応ガスノズル４００ｂの垂直部側面には、反応ガス供給孔４０１ｂが鉛直方向に複数設けられている。反応ガス供給孔４０１ｂの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一とされていてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされていてもよい。反応ガスノズル４００ｂの水平部は、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。

マニホールド２０９の側壁から突出した反応ガスノズル４００ｂの上流端には、第３のガス供給管４１０ｂの下流端が接続されている。第３のガス供給管４１０ｂには、上流側から順に、反応ガスとしての窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する反応ガス供給源としてのＮＨ_３ガスタンク４１１ｂ、マスフローコントローラ４１２ｂ及び第９の開閉弁としての第９バルブ４１３ｂが設けられている。

第９バルブ４１３ｂより下流側の第３のガス供給管４１０ｂには、キャリアガス或いはパージガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給管４１０ｄの下流端が接続されている。不活性ガス供給管４１０ｄには、上流側から順に、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する不活性ガス供給源としてのＮ_２ガスタンク４１１ｄ、マスフローコントローラ４１２ｄ、第１０の開閉弁としての第１０バルブ４１３ｄが設けられている。

主に、反応ガスノズル４００ｂ、反応ガス供給孔４０１ｂ、第３のガス供給管４１０ｂ、ＮＨ_３ガスタンク４１１ｂ、マスフローコントローラ４１２ｂ、第９バルブ４１３ｂ、不活性ガス供給管４１０ｄ、Ｎ_２ガスタンク４１１ｄ、マスフローコントローラ４１２ｄ及び第１０バルブ４１３ｄにより、本実施形態に係る反応ガス供給系が構成されている。

（排気系）
マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１の上流端が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整器としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。真空ポンプ２４６を作動させつつ、ＡＰＣバルブ２４２の開閉弁の開度を調整することにより、処理室２０１内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。

主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３及び真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気系が構成されている。

（シールキャップ）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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、マニホールド２０９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。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持しており、回転機構２６７を作動させることでウエハ２００を回転させることが可能なように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に配置さ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るように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内外に搬送することが可能となっている。

（コントローラ）
制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ヒータ２０７、ＡＰＣバルブ２４３
、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、第１バルブ４１３ａ、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ、第４バルブ４１８ａ、第５バルブ４１５ｃ、第６バルブ４１３ｃ、第７バルブ４１３ｆ、第８バルブ４１０ｅ、第９バルブ４１３ｂ、第１０バルブ４１３ｄ、液体マスフローコントローラ４１２ｃ及びマスフローコントローラ４１２ａ，４１２ｆ，４１２ｂ，４１２ｄ等に接続されている。コントローラ２８０により、ヒータ２０７の温度調整動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１１５の昇降動作、第１バルブ４１３ａ、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ、第４バルブ４１８ａ、第５バルブ４１５ｃ、第６バルブ４１３ｃ、第７バルブ４１３ｆ、第８バルブ４１０ｅ、第９バルブ４１３ｂの開閉動作、液体マスフローコントローラ４１２ｃ、マスフローコントローラ４１２ａ，４１２ｆ，４１２ｂ，４１２ｄの流量調整等の制御が行われる。

（３）基板処理工程
続いて、本発明の一実施形態としての基板処理工程について、主に図４，５を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。図５は、本実施形態に係る四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ_４）ガス供給工程におけるバルブ開閉シーケンスを示す概略図である。

なお、本実施形態は、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の中の１つであるＡＬＤ法を用いてウエハ２００の表面に窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜を成膜する方法であり、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。ＣＶＤ法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、また、ＡＬＤ法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、プラズマパワー等の供給条件を制御することにより膜を形成する。それらの技術では、例えばＴｉＮ膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるＮ／Ｔｉ≒１．０となるようにすることを目的として供給条件を制御する。一方、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるようにすることを目的として、供給条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成する複数の元素のうち少なくとも１つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにすることを目的として、供給条件を制御することも可能である。このように、形成する膜を構成する複数の元素の比率、すなわち膜の組成比を制御しつつ成膜を行うことも可能である。以下では、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して化学量論組成を有する膜を形成するシーケンス例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０１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。

（ウエハ搬入工程（Ｓ１０））
上述した手順により、処理対象のウエハ２００をボート２１７へと装填する。続いて、ボートエレベータ１１５を上昇させて、ウエハ２００を装填したボート２１７を処理室２０１内へと搬入すると共に、処理室２０１内をシールキャップ２１９により気密に封止する。ウエハ２００の搬入後は、回転機構によりウエハ２００を回転させる。

なお、ウエハ搬入工程（Ｓ１０）では、第４バルブ４１８ａ，第９バルブ４１３ｂを閉じた状態で、第１０バルブ４１３ｄを開き、パージガスとしてのＮ_２ガスを、不活性ガス供給管４１０ｄ、第３のガス供給管４１０ｂ及び反応ガスノズル４００ｂを介して処理室２０１内に常に流しておくことが好ましい。これにより、処理室２０１内の酸素（Ｏ_２）濃度を下げると共に、パーティクル（異物）や金属汚染物のウエハ２００への付着を抑制することができる。また、処理室２０１内は例えば３００℃に予め昇温しておくことが好ましい。

（減圧及び昇温工程（Ｓ２０））
第１０バルブ４１３ｄを閉じ、真空ポンプ２４６を作動させた状態でＡＰＣバルブ２４３を開くことにより、処理室２０１内を排気する。このとき、第３バルブ４１６ａを閉じ、第４バルブ４１８ａを開くことにより、第２充填タンク４１７ａ内も併せて排気する。そして、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力になるよう制御する。また、ヒータ２０７に電力を供給することにより、処理室２０１内の温度が所定の温度になるように昇温する。

また、後述するＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）を開始する前に、原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスを予め生成しておく。すなわち、第６バルブ４１３ｃを開け、液体マスフローコントローラ４１２ｃにより流量制御された液状のＴｉＣｌ_４を気化器４１４ｃ内に供給しつつ、第７バルブ４１３ｆを開け、マスフローコントローラ４１２ｆにより流量制御されたＡｒガスを気化器４１４ｃ内に供給することで、原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスの生成を予め開始しておく。生成したＴｉＣｌ_４ガスは、第５バルブ４１５ｃを閉めた状態で第８バルブ４１１ｅを開けることで、第２充填タンク４１７ａ内に供給することなくベントガス管４１０ｄを介して排気管２３１へ排出する。ＴｉＣｌ_４ガスを安定して生成させるには所定の時間を要するが、ＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）を開始する前にＴｉＣｌ_４ガスを予め生成しておき、第５バルブ４１５ｃ及び第８バルブ４１１ｅを切り替えることでＴｉＣｌ_４ガスの供給先を制御するようにすれば、第２充填タンク４１７ａ内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給を迅速に開始できる。

また、後述するＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）を開始する前に、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内をそれぞれ所定の温度に昇温しておく。このようにすることで、後述する第１の工程（Ｓ３１ａ）を実施した際に、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内に充填されるガスの液化を防ぎつつ、ガスの圧力を充分に高めることができる。第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１７ａ内の圧力は、それぞれ充填されるガスが液化しない温度、すなわち充填されるガスの蒸気圧以下の圧力とする必要があるが、例えば、第２充填タンク４１８ａ内の温度を２９３Ｋ（２０℃）から３３３Ｋ（６０℃）に上昇させることで、第２充填タンク４１８ａ内に充填されるＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧を８ｔｏｒｒから６５ｔｏｒｒにまで高めることができ（図６参照）、第２充填タンク４１８ａ内の圧力をより高めることが可能となる。

なお、第２充填タンク４１８ａ内の温度は、第２充填タンク４１８ａ内に充填されるＴｉＣｌ_４ガスの熱分解温度よりも低い温度とする。また、後述するように、第１充填タンク４１４ａ内に充填されるＮ_２ガスは、第２充填タンク４１８ａ内に充填されるＴｉＣｌ_４ガスと混合するため、第１充填タンク４１４ａ内の温度も、ＴｉＣｌ_４ガスの熱分解温度よりも低い温度とすることが好ましい。これにより、ＴｉＣｌ_４ガスの熱分解を抑制することができる。

（ＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０））
続いて、処理室２０１内に原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１）、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２）、処理室２０１内に反応ガスとしてのＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３）、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３４）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施する（Ｓ３５）ことで、ウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成する。以下に、各工程Ｓ３１〜Ｓ３４を順に説明する。

（ＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１））
ＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１）では、第１充填タンク４１４ａ内にＮ_２ガスを充填しつつ、第２充填タンク４１８ａ内にＴｉＣｌ_４ガスを充填する第１の工程（Ｓ３
１ａ）と、処理室２０１内へのＴｉＣｌ_４ガスの圧送を準備する第２の工程（Ｓ３１ｂ）と、処理室２０１内へＴｉＣｌ_４ガスを圧送する第３の工程（Ｓ３１ｃ）と、第２充填タンク４１８ａ内を排気する第４の工程（Ｓ３１ｄ）と、を順次実施する。

［第１の工程（Ｓ３１ａ）］
第１の工程（Ｓ３１ａ）では、原料ガス供給系の各バルブの開閉状態を図５（ａ）に示すような状態とする。すなわち、第１のガス供給管４１０ａに設けられた第１バルブ４１３ａ開くと共に第２バルブ４１５ａを閉じ、第１のガス溜め部としての第１充填タンク４１４ａ内にマスフローコントローラ４１２ａに流量調整されたＮ_２ガスを充填する。同時に、第３バルブ４１６ａ及び第５バルブ４１５ｃを開くと共に第４バルブ４１８ａを閉じ、第２のガス溜め部としての第２充填タンク４１７ａ内に気化器４１４ｃで生成したＴｉＣｌ_４ガスを充填する。

なお、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１７ａ内の圧力は、それぞれ充填されるガスが液化しない温度、すなわち充填されるガスの蒸気圧以下の圧力とする必要がある。図６に、原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧曲線を示す。図６の横軸はＴｉＣｌ_４ガスの温度（Ｋ）を示し、縦軸はＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧（ｔｏｒｒ）を示している。図６によれば、３３３．１５Ｋ（６０℃）に加熱されたＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧は６５ｔｏｒｒである。従って、第２充填タンク４１７ａ内の温度を６０℃とした場合、ＴｉＣｌ_４ガスの液化を防ぐには、第２充填タンク４１４ａ内の圧力を６５ｔｏｒｒ以下にする必要がある。なお、第２タンク４１８ａの容量が３００ｃｃ、温度が６０℃、圧力が６５ｔｏｒｒである場合、第２充填タンク４１４ａ内に充填されるＴｉＣｌ_４の量、すなわちＡＬＤの１サイクル毎に処理室２０１内に供給されるＴｉＣｌ_４の量は２５．６ｃｃとなる。

所定時間が経過し、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内にガスが充填され、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内の圧力がそれぞれ所定の圧力に到達したら、第２の工程（Ｓ３１ｂ）を実施する。

［第２の工程（Ｓ３１ｂ）］
第２の工程（Ｓ３１ｂ）では、原料ガス供給系の各バルブの開閉状態を図５（ｂ）に示すような状態とする。すなわち、第２バルブ４１５ａ及び第４バルブ４１８ａをそれぞれ閉じた状態で、第１バルブ４１３ａ、第３バルブ４１６ａ及び第５バルブ４１５ｃをそれぞれ閉じる。その後、第３の工程（Ｓ３１ｃ）を実施する。なお、第１バルブ４１３ａと、第３バルブ４１６ａ及び第５バルブ４１５ｃとは、必ずしも同時に閉めるとは限らず、充填タンクの圧力が所定の圧力に到達したタイミングでそれぞれ閉めるようにする。

［第３の工程（Ｓ３１ｃ）］
第３の工程（Ｓ３１ｃ）では、原料ガス供給系の各バルブの開閉状態を図５（ｃ）に示すような状態とする。すなわち、第１バルブ４１３ａ及び第５バルブ４１５ｃを閉じた状態で、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ及び第４バルブ４１８ａをそれぞれ開く。その結果、第２充填タンク４１７ａ内に充填されたＴｉＣｌ_４ガスが、第１充填タンク４１４ａ内に充填されたＮ_２ガスにより圧送され、第１のガス供給管４１０ａ、原料ガスノズル４００ａ及び原料ガス供給孔４０１ａを介して処理室２０１内にごく短時間で導入（フラッシュ導入）される。処理室２０１内に導入されたＴｉＣｌ_４ガスとＮ_２ガスとの混合ガスは、ボート２１７に保持されたウエハ２００間をウエハ２００の主面と平行に流れた後、排気管２３１を介して処理室２０１内から排出される。なお、ＴｉＣｌ_４ガスがウエハ２００間を流れることで、ＴｉＣｌ_４ガス分子がウエハ２００表面に吸着し、ウエハ２００上にＴｉＣｌ_４ガス分子の吸着層が形成される。

なお、ＴｉＣｌ_４ガスは、第２バルブ４１５ａ及び第３バルブ４１６ａを閉じたまま、第４バルブ４１８ａのみを開くことによっても処理室２０１内に単独で供給することが可能である。ＴｉＣｌ_４ガスをこのように単独で供給する場合、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度は、第２充填タンク４１７ａ内と処理室２０１内との差圧によって決定されることになる。しかしながら、ＴｉＣｌ_４ガスの液化を防ぐには、第２充填タンク４１７ａ内の圧力をＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧以下の圧力とする必要がある。従って、ＴｉＣｌ_４ガスを単独で供給する場合には、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度は、ＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧によって制限を受けることになる。

これに対し、本実施形態のように加圧されたＮ_２ガスによりＴｉＣｌ_４ガスを圧送するようにすると、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を、ＴｉＣｌ_４ガスを単独で移動させる場合に比べて大幅に高めることが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、第２充填タンク４１７ａ内の圧力をＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧以下の圧力に制限した場合であっても、加圧されたＮ_２ガスの圧力を利用することで、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を大幅に高めることが可能となる。そして、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を高めることで、処理室２０１内のＴｉＣｌ_４ガスの分圧をより短時間で増大させることができ、ウエハ２００上へのＴｉＣｌ_４ガス分子の吸着層の形成をより短時間で行うことができる。

なお、第３の工程（Ｓ３１ｃ）では、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ及び第４バルブ４１８ａを開く際に、第１バルブ４１３ａ及び第５バルブ４１５ｃを閉じたままの状態としている。これにより、加圧されたＮ_２ガスが第２のガス供給管４１０ｃ内に逆流してしまうことを抑制できる。

また、第３の工程（Ｓ３１ｃ）では、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ及び第４バルブ４１８ａを同時に開くか、或いは第４バルブ４１８ａ、第３バルブ４１６ａ、第２バルブ４１５ａの順番で開くようにする。第４バルブ４１８ａを開く前に第２バルブ４１５ａ及び第３バルブ４１６ａを開いてしまうと、加圧されたＮ_２ガスが第２充填タンク４１７ａ内に導入されることで第２充填タンク４１７ａ内の圧力が一時的にＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧を超えてしまい、ＴｉＣｌ_４ガスの液化を招いてしまう恐れがあるためである。

所定時間が経過して処理室２０１内へのＴｉＣｌ_４ガスの圧送が完了したら、第４の工程（Ｓ３１ｄ）を実施する。

［第４の工程（Ｓ３１ｄ）］
第４の工程（Ｓ３１ｄ）では、原料ガス供給系の各バルブの開閉状態を図５（ｃ）に示すような状態とする。すなわち、第４バルブ４１８ａを開いた状態で第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ、第５バルブ４１５ｃを閉じ、第２充填タンク４１７ａ内の残留ガス、すなわちＴｉＣｌ_４ガス及びＮ_２ガスを除去する。第２充填タンク４１７ａ内の残留ガス（特に不活性ガス）を除去することで、次のＡＬＤサイクルで第１の工程（Ｓ３１ａ）を実施した際における第２充填タンク４１７ａ内へのＴｉＣｌ_４ガスの充填量を増大させることができる。

所定時間が経過して第２充填タンク４１７ａの残留ガスが除去され、第２充填タンク４１７ａ内が処理室２０１内の圧力まで減圧されたら、第４バルブ４１８ａを閉じ、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２）を実施する。なお、第４の工程（Ｓ３１ｄ）は、後述する処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２）と平行して実施するようにしてもよい。

（処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２））
処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２）では、処理室２０１内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止した状態で、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調節し、処理室２０１内に残留しているＴｉＣｌ_４ガスを除去する。このとき、第１０バルブ４１３ｄを開き、パージガスとしてのＮ_２ガスを、不活性ガス供給管４１０ｄ、第３のガス供給管４１０ｂ及び反応ガスノズル４００ｂを介して処理室２０１内に供給するようにすれば、処理室２０１内からのＴｉＣｌ_４ガスの排気効率を高めることができる。処理室２０１内からのＴｉＣｌ_４ガスの除去が完了したら、ＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３）を実施する。

（ＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３））
ＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３）では、第９バルブ４１３ｂを開き、マスフローコントローラ４１２ｂにより流量調整された反応ガスとしてのＮＨ_３ガスを、第２のガス供給管４１０ｂ、反応ガスノズル４００ｂ及び反応ガス供給孔４０１ｂを介して処理室２０１内に供給する。このとき、第１０バルブ４１３ｄを開き、キャリアガスとしてのＮ_２ガスを、不活性ガス供給管４１０ｄ、第３のガス供給管４１０ｂ及び反応ガスノズル４００ｂを介して処理室２０１内に供給するようにすれば、処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの拡散を促すことができ、また処理室２０１内へ供給されるＮＨ_３ガスの濃度を調整することが出来る。

処理室２０１内に供給されたＮＨ_３ガス、或いはＮＨ_３ガスとＮ_２ガスとの混合ガスは、ボート２１７に保持されたウエハ２００間をウエハ２００の主面と平行に流れた後、排気管２３１を介して処理室２０１内から排出される。なお、ＮＨ_３ガスがウエハ２００間を流れることで、ウエハ２００上に形成されているＴｉＣｌ_４ガス分子の吸着層とＮＨ_３ガスとが反応し、ウエハ２００上に１原子層未満から数原子層の窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜が形成される。

所定時間が経過してＴｉＣｌ_４ガス分子の吸着層とＮＨ_３ガスとの反応が完了したら、第９バルブ４１３ｂを閉じ、処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの供給を停止し、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３４）を実施する。

（処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３４））
処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３４）では、処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの供給を停止した状態で、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調節し、処理室２０１内に残留しているＮＨ_３ガス及び反応生成物等を除去する。このとき、第１０バルブ４１３ｄを開き、パージガスとしてのＮ_２ガスを、不活性ガス供給管４１０ｄ、第３のガス供給管４１０ｂ及び反応ガスノズル４００ｂを介して処理室２０１内に供給するようにすれば、処理室２０１内からのＮＨ_３ガス及び反応生成物等の排気効率を高めることができる。

（繰り返し工程（Ｓ３５））
そして、処理室２０１内にＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１）、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２）、処理室２０１内に反応ガスとしてのＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３）、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３４）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することで、ウエハ２００上に所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成し、ＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）を終了する。なお、形成するＴｉＮ膜の膜厚は、サイクルの繰り返し回数を調整することで調整可能である。例えば、１サイクル毎に生成されるＴｉＮ窒化膜の厚さが１Åであるとき、このサイクルを２０回繰り返すことにより、２０Åの厚さのＴｉＮ膜が形成される。

（降温及び大気圧復帰工程（Ｓ４０））
そして、ヒータ２０７への電力の供給を停止し、ヒータ２０７への通電を停止して処理室２０１内及びウエハ２００を所定温度（例えば室温程度）にまで降温させる。また、第
１０バルブ４１３ｄを開き、パージガスとしてのＮ_２ガスを、不活性ガス供給管４１０ｄ、第３のガス供給管４１０ｂ及び反応ガスノズル４００ｂを介して処理室２０１内に供給しつつ、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（例えば大気圧）になるよう制御する。

（ウエハ搬出工程（Ｓ５０））
続いて、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、マニホールド２０９の下端を開口させるとともに、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７を下降させ、処理室２０１から引き出す（ボートアンローディング）。この際、第１０バルブ４１３ｄは開けたままとし、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておくことが好ましい。そして、搬出したボート２１７から処理済のウエハ２００を取り出し（ウエハディスチャージ）、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。

なお、本実施形態に係るＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）における処理条件としては、
処理室２０１内の温度：２５０℃〜５５０℃、好ましくは３５０〜４５０℃、より好ましくは４００℃、
処理室２０１内の圧力：０．１〜１０Ｔｏｒｒ
が例示される。

また、ＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１）における第１充填タンク４１４ａ内へのＮ_２ガス供給条件としては、
第１充填タンク４１４ａの容量：１００〜１０００ｃｃ、
第１充填タンク４１４ａ内の温度：２０〜６０℃、好ましくは６０℃
第１充填タンク４１４ａ内の圧力：１〜３００ｔｏｒｒ（温度には依存しない）、
不活性ガス（Ｎ_２ガス）の供給流量：１〜１０ｓｌｍ
が例示される。

また、ＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程（Ｓ３１）における第２充填タンク４１７ａ内へのＴｉＣｌ_４ガス供給条件としては、
第２充填タンク４１７ａの容量：チャンバの容積の１／２０００〜５／２０００、
第２充填タンク４１７ａ内の温度：２０〜６０℃、好ましくは６０℃
第２充填タンク４１７ａ内の圧力：６５ｔｏｒｒ（タンク温度６０℃の時）、
８ｔｏｒｒ（タンク温度２０℃の時）、
原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）の供給流量：１００〜５００ｓｃｃｍ、
バブリング用キャリアガス（Ａｒガス）供給流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、
が例示される。

また、ＮＨ_３ガスを供給する工程（Ｓ３３）におけるガス供給条件としては、
反応ガス（ＮＨ_３ガス）の供給流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ、
キャリアガス（Ｎ_２ガス）の供給流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、
反応ガス及びキャリアガスの供給時間：２〜２０秒、
が例示される。

また、処理室２０１内をパージする工程（Ｓ３２、Ｓ３４）におけるガス供給条件としては、
パージガス（Ｎ_２ガス）の供給流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ、
パージガスの供給時間：２〜１０秒、が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、ウエハ２００上にＴｉＮ膜が形成される。

（４）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つ又は複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、第２充填タンク４１７ａ内に充填されたＴｉＣｌ_４ガスを、第１充填タンク４１４ａ内に充填されたＮ_２ガスにより圧送し、第１のガス供給管４１０ａ、原料ガスノズル４００ａ及び原料ガス供給孔４０１ａを介して処理室２０１内にごく短時間で導入（フラッシュ導入）する。このように、加圧されたＮ_２ガスによりＴｉＣｌ_４ガスを圧送するようにすると、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を、ＴｉＣｌ_４ガスを単独で移動させる場合に比べて大幅に高めることが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、第２充填タンク４１７ａ内の圧力をＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧以下の圧力に制限した場合であっても、加圧されたＮ_２ガスの圧力を利用することで、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を大幅に高めることが可能となる。そして、ＴｉＣｌ_４ガスの移動速度を高めることで、処理室２０１内のＴｉＣｌ_４ガスの分圧をより短時間で増大させることができ、ウエハ２００上へのＴｉＣｌ_４ガス分子の吸着層の形成をより短時間で行うことができる。

（ｂ）本実施形態によれば、ＴｉＮ膜形成工程（Ｓ３０）を開始する前に、第１充填タンク４１４ａ内及び第２充填タンク４１８ａ内をそれぞれ所定の温度に昇温しておく。このようにすることで、後述する第１の工程（Ｓ３１ａ）を実施した際に、第１充填タンク４１４ａ及び第２充填タンク４１８ａ内に充填されるガスの液化を防ぎつつ、ガスの圧力を充分に高めることができる。

なお、第２充填タンク４１８ａ内の温度を、第２充填タンク４１８ａ内に充填されるＴｉＣｌ_４ガスの熱分解温度よりも低い温度とすることで、ＴｉＣｌ_４ガスの熱分解を抑制することができる。また、第１充填タンク４１４ａ内の温度を、ＴｉＣｌ_４ガスの熱分解温度よりも低い温度とすることで、第１充填タンク４１４ａ内に充填されるＮ_２ガスがＴｉＣｌ_４ガスと混合することによるＴｉＣｌ_４ガスの熱分解を抑制することができる。

（ｃ）本実施形態によれば、第１の工程（Ｓ３１ａ）と第３の工程（Ｓ３１ｃ）との間に、第２の工程（Ｓ３１ｂ）を実施する。すなわち、第１の工程（Ｓ３１ａ）の工程が完了した後、原料ガス供給系の各バルブの開閉状態を図５（ｃ）に示すような状態として全て閉じてから、第３の工程（Ｓ３１ｃ）を実施する。その結果、第２充填タンク４１７ａ内に充填されたＴｉＣｌ_４ガスを第１充填タンク４１４ａ内に充填されたＮ_２ガスにより確実に圧送することができる。すなわち、バルブ開閉のタイミングがずれることにより、第１充填タンク４１４ａ内から第２のガス供給管４１０ｂ内にＮ_２ガスが逆流してしまったり、第２充填タンク４１７ａ内や第２のガス供給管４１０ｂ内から第１充填タンク４１４ａ内にＴｉＣｌ_４ガスが逆流してしまったりすることを抑制できる。

（ｄ）本実施形態にかかる第３の工程（Ｓ３１ｃ）では、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ及び第４バルブ４１８ａを開く際に、第１バルブ４１３ａ及び第５バルブ４１５ｃを閉じたままの状態としている。これにより、加圧されたＮ_２ガスが第２のガス供給管４１０ｃ内に逆流してしまうことを抑制できる。

（ｅ）本実施形態にかかる第３の工程（Ｓ３１ｃ）では、第２バルブ４１５ａ、第３バルブ４１６ａ及び第４バルブ４１８ａを同時に開くか、或いは第４バルブ４１８ａ、第３バルブ４１６ａ、第２バルブ４１５ａの順番で開くようにする。これにより、第２充填タンク４１７ａ内の圧力が一時的にＴｉＣｌ_４ガスの蒸気圧を超えてしまうことを回避でき、ＴｉＣｌ_４ガスの液化を防ぐことが出来る。

（ｆ）本実施形態にかかる第４の工程（Ｓ３１ｄ）では、第２充填タンク４１７ａ内の残留ガス、すなわちＴｉＣｌ_４ガス及びＮ_２ガスを除去する。第２充填タンク４１７ａ内の残留ガス（特に不活性ガス）を除去することで、次のＡＬＤサイクルで第１の工程（Ｓ３
１ａ）を実施した際における第２充填タンク４１７ａ内へのＴｉＣｌ_４ガスの充填量をさらに増大させることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の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なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、複数枚の基板を同時に処理する縦型の基板処理装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されない。例えば１枚ずつ基板を処理する枚葉式の基板処理装置に対しても、本発明は好適に適用可能である。なお、枚葉式の基板処理措置では、処理する基板の枚数が少なく処理室の大きさも小さいので、１サイクルに要する時間が短く、したがって１サイクルにて供給するガスの供給量は、縦型の基板処理装置よりも少量となる。これに対し、処理枚数の多い縦型の基板処理装置は、処理室の容量が大きいため、１サイクルにて供給するガスの供給量は比較的大きくなる。従って、本発明は縦型に基板処理装置に適用したほうがより有効である。

また例えば、上述の実施形態では原料ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを供給する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、原料ガスとして、ＴＤＭＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_４］）、ＴＤＭＡＨ（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ_３）_４］）、ＴＭＡ（（ＣＨ_３）_３Ａｌ）、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３］_４）、ＴＥＭＡＺ（Ｚｒ［（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３］_４）、３ＤＭＡＳ（ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３）］_３）、ＰＥＴ（Ｔａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５））等のいずれかを気化させた蒸気圧の比較的低いガスを用いる場合にも好適に適用可能である。

特に、原料ガスとして、例えば加熱されたときの蒸気圧が１００ｔｏｒｒ以下であるようなガスを用いる場合にも好適に適用可能である。

また例えば、上述の実施形態ではウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、ウエハ２００上にハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属元素を含む金属酸化膜或いは金属窒化膜を形成する場合にも適用することが出来る。

さらに、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ膜）、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ膜）、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ膜）等の酸化物と、それを主体に元素添加を行った金属化合物を積層した構造となるキャパシタ電極、及びトランジスタゲート構造に関する改質処理にも適用することができる。例えば、ジルコニウムアルミニウム酸化膜（ＺｒＡｌＯ膜）、ハフニウムアルミニウム酸化膜（ＨｆＡｌＯ膜）、ジルコニウムシリケート膜（ＺｒＳｉＯ膜）、ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯ膜）、或いは上記膜の積層膜等にも適用することが出来る。

また、上述の実施形態では、導電性膜の上に絶縁膜が位置する積層膜の例について説明したが、本発明は、導電性膜で絶縁膜をサンドイッチした形態の積層膜や、絶縁膜の上に導電性膜が位置する積層膜等にも適用することができる。

＜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。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第１のガス溜め部よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する工程と、
前記第１のガス溜め部と前記第２のガス溜め部との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁、及び前記第２のガス溜め部と前記処理室との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ開いて、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを前記処理室内に圧送する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。

（付記２）
好ましくは、
原料ガスを前記処理室内に圧送した後、前記第１のガス溜め部と前記第２のガス溜め部との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁を閉じた状態で、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去する工程を有する。

（付記３）
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬送する工程と、
前記処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第２の開閉弁よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第３の開閉弁を開くと共に第４の開閉弁を閉じ、前記第３の開閉弁と前記第４の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する第１の工程と、
前記第２の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ閉じた状態で、前記第１の開閉弁及び前記第３の開閉弁をそれぞれ閉じる第２の工程と、
前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより前記処理室内に圧送する第３の工程と、
前記第４の開閉弁を開いた状態で前記第３の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去する第４の工程と、
前記処理室内から基板を搬送する工程と、を有し、
前記第１の工程から前記第４の工程を所定回数実施することで前記基板上に薄膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。

（付記４）
本発明の更に他の態様によれば、
処理室内に基板を搬送する工程と、
前記処理室内に原料ガスを供給する工程及び前記処理室内に反応ガスを供給する工程を交互に所定回数実施することで、前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記処理室内から基板を搬送する工程と、を有し、
前記処理室内に原料ガスを供給する工程は、
前記処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第２の開閉弁よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第３の開閉弁を開くと共に第４の開閉弁を閉じ、前記第３の開閉弁と前記第４の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する第１の工程と、
前記第２の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ閉じた状態で、前記第１の開閉弁及
び前記第３の開閉弁をそれぞれ閉じる第２の工程と、
前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより前記処理室内に圧送する第３の工程と、
前記第４の開閉弁を開いた状態で前記第３の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去する第４の工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。

（付記５）
好ましくは、
前記原料ガスは、ＴｉＣｌ_４、ＴＤＭＡＴ、ＴＭＡ、ＴＥＭＡＨ、ＴＥＭＡＺ、３ＤＭＡＳ、ＰＥＴのいずれかを気化させたガスである。

（付記６）
また好ましくは、
前記原料ガスは、加熱された時の蒸気圧が１００ｔｏｒｒ以下のガスである。

（付記７）
また好ましくは、
前記第１のガス溜め部内及び前記第２のガス溜め部内をそれぞれ加熱する。

（付記８）
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
不活性ガス及び原料ガスを前記処理室内へ供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記ガス供給系及び前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記ガス供給系は、前記処理室に接続される第１のガス供給管を有し、
前記第１のガス供給管には、上流側から順に、不活性ガス供給源、第１の開閉弁、第１のガス溜め部、第２の開閉弁、第３の開閉弁、第２のガス溜め部及び第４の開閉弁が設けられ、
前記第２の開閉弁と前記第３の開閉弁との間の前記第１のガス供給管には、第２のガス供給管が接続され、
前記第２のガス供給管には、上流側から順に、原料ガス供給源及び第５の開閉弁が設けられている基板処理装置が提供される。

（付記９）
また好ましくは、
前記制御部は、
第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第３の開閉弁及び前記第５の開閉弁を開くと共に前記第４の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内に原料ガスを充填した後、
前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを前記処理室内に圧送させるように、前記原料ガス供給系及び前記排気系を制御する。

（付記１０）
また好ましくは、
前記制御部は、
前記第１のガス溜め部内への不活性ガスの充填及び前記第２のガス溜め部内への原料ガスの充填が完了した後、不活性ガスによる原料ガスの圧送を開始させる前に、前記第１の開閉弁、前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁、前記第４の開閉弁及び前記第５の開閉弁を所定時間だけ閉じるように、前記原料ガス供給系及び前記排気系を制御する。

（付記１１）
また好ましくは、
前記制御部は、
不活性ガスによる原料ガスの圧送が完了した後、前記第４の開閉弁を開いた状態で前記第３の開閉弁及び前記第５の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去するように、前記原料ガス供給系及び前記排気系を制御する。

（付記１２）
また好ましくは、
前記処理室内は、複数枚の基板が積層された状態で搬送されるように構成されている。

１０１基板処理装置
２００ウエハ（基板）
２０１処理室
２０２処理炉

Claims

処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第１のガス溜め部よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する工程と、
前記第１のガス溜め部と前記第２のガス溜め部との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁、及び前記第２のガス溜め部と前記処理室との間の前記ガス供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ開いて、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを前記処理室内に圧送する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
処理室内に基板を搬送する工程と、
前記処理室に接続されるガス供給管に設けられた第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第１のガス溜め部内に不活性ガスを充填しつつ、前記第２の開閉弁よりも下流側の前記ガス供給管に設けられた第３の開閉弁を開くと共に第４の開閉弁を閉じ、前記第３の開閉弁と前記第４の開閉弁との間の前記ガス供給管に設けられた第２のガス溜め部内に原料ガスを充填する第１の工程と、
前記第２の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ閉じた状態で、前記第１の開閉弁及び前記第３の開閉弁をそれぞれ閉じる第２の工程と、
前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより前記処理室内に圧送する第３の工程と、
前記第４の開閉弁を開いた状態で前記第３の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内の残留ガスを除去する第４の工程と、
前記処理室内から基板を搬送する工程と、を有し、
前記第１の工程から前記第４の工程を所定回数実施することで前記基板上に薄膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記原料ガスは、ＴｉＣｌ_４、ＴＤＭＡＴ、ＴＭＡ、ＴＥＭＡＨ、ＴＥＭＡＺのいずれかを気化させたガスである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
基板を収容する処理室と、
不活性ガス及び原料ガスを前記処理室内へ供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記原料ガス供給系及び前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記原料ガス供給系は、前記処理室に接続される第１のガス供給管を有し、
前記第１のガス供給管には、上流側から順に、不活性ガス供給源、第１の開閉弁、第１のガス溜め部、第２の開閉弁、第３の開閉弁、第２のガス溜め部及び第４の開閉弁が設けられ、
前記第２の開閉弁と前記第３の開閉弁との間の前記第１のガス供給管には、第２のガス供給管が接続され、
前記第２のガス供給管には、上流側から順に、原料ガス供給源及び第５の開閉弁が設けられている
ことを特徴とする基板処理装置。
前記制御部は、
第１の開閉弁を開くと共に第２の開閉弁を閉じ、前記第１のガス溜め部内に不活性ガス
を充填しつつ、前記第３の開閉弁及び前記第５の開閉弁を開くと共に前記第４の開閉弁を閉じ、前記第２のガス溜め部内に原料ガスを充填した後、
前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁をそれぞれ開き、前記第１のガス溜め部内に充填された不活性ガスにより、前記第２のガス溜め部内に充填された原料ガスを前記処理室内に圧送させるように、前記ガス供給系及び前記排気系を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。