JP5793241B1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

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Abstract

良好な膜質を得る基板処理装置を提供する。解決手段処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する第１の除去工程と、反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給工程と、不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する第２の除去工程と、を行う。

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、基板処理装置及び記録媒体に関する。
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。
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。
本発明の主な目的は、基板上に均一な膜厚で高品質な薄膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体を提供することにある。
本発明の好ましい一態様によれば、処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する第１の除去工程と、 反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給工程と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する第２の除去工程と、を行う半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の好ましい他の態様によれば、基板を収容する処理室と、 前記処理室に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、 前記処理室に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、 前記処理室に接続され前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管を有する不活性ガス供給系と、 前記基板を加熱する第１の加熱系と、 前記不活性ガス供給管に設けられ前記不活性ガスを加熱する第２の加熱系と、 前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系、前記第１の加熱系及び前記第２の加熱系を制御して、前記処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に前記原料ガスを供給する原料ガス供給処理と、前記第１の温度より高い第2の温度で加熱した前記不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する第１の除去処理と、前記反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給処理と、前記不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する第２の除去処理と、を順に行うよう構成される制御部と、 を有する基板処理装置が提供される。
更に本発明の好ましい他の態様によれば、処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する手順と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する手順と、 反応ガスを前記処理室に供給する手順と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する手順と、を順に行うようコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
更に本発明の好ましい他の態様によれば、 処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する手順と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する手順と、 反応ガスを前記処理室に供給する手順と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する手順と、を順に行うようコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明によれば、基板上に均一な膜厚で高品質な薄膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体が提供される。
本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る基板処理工程における各部の動作を説明するための図である。 本発明の第一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における成膜工程Ｓ１０４の詳細を説明するフロー図である。 本発明の第二の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る基板処理装置の不活性ガス供給部２４９の構成図である。 本発明の第四の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
＜本発明の第一の実施形態＞
微細化されたパターンを形成する際、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。上記の膜を形成する方法として、例えば、成膜に寄与する複数の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給して基板への吸着反応及び表面反応を利用して基板上に膜を形成する手法がある。
この手法においては、例えば原料ガスもしくは反応ガスを処理ガスとして用いる際は、各ガスのいずれかの反応促進温度に合わせて基板を支持するサセプタの温度を設定する。一般的には、反応ガスの反応促進温度に合わせていることが多い。しかし、反応ガスの反応促進温度が原料ガスの熱分解温度より高い場合、原料ガスが基板に吸着する前に分解するなどして、膜質に影響が有るという問題がある。
ガスの均一供給及び処理の高速化を実現するためには二種類のガスの共通シャワーヘッドを用いると共に、各ガスを供給する間に大流量のパージガスを流すことが考えられる。しかしながら、パージガスによってシャワーヘッドが冷却され、温度に関する最適なプロセスウインドウから外れてしまうことが考えられる。更には、シャワーヘッドのバッファ室やシャワーヘッド分散板が冷却されて副生成物が付着する温度まで低下してしまう。付着した副生成物は、パーティクルとなり、基板の特性に悪影響を及ぼすことがある。更には、バッファ室やシャワーヘッド分散板の温度が低下することで、最適なプロセスウインドウから外れてしまい、所望の膜質を得ることができないことがある。発明者らは鋭意研究の上、以下のように本課題を解決する手法を見出した。
（１）基板処理装置の構成 本発明の第一の実施形態に係る基板処理装置について、図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。
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、基板を一度に一枚ずつ処理する枚葉式基板処理装置として構成されている。
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。
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２０３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。
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部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に内包された加熱源としてのヒータ２１３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。
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。
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。
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。
（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。
（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。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。バッファ室２３２は、蓋２３１と後述する分散板２３４で形成される。
シャワーヘッドの蓋２３１は導電性のある金属で形成され、バッファ室２３２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。更には、蓋２３１にはシャワーヘッド蓋加熱部である抵抗ヒータが設けられている。
シャワーヘッド２３０は、バッファ空間と処理室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。
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。
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（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ 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。
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。 主に、排気管２３６、バルブ２３７、圧力調整器２３８をまとめて第一排気系と呼ぶ。
（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、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａが接続されている。第二ガス供給管２４４ａは、リモートプラズマユニット２４４ｅを介して接続される。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは第一元素含有ガスが主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４４からは主に第二元素含有ガスが供給される。第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給系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。
（第一ガス供給系） 第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源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。
第一ガス供給管２４３ａから、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）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。
第一元素含有ガスは、処理ガスの一つであって、原料ガス（ソースガス）、である。ここで、第一元素は、例えばチタン（Ｔｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、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ＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガスを用いることができる。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源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。 なお、チタン含有ガスは、プリカーサとして働く。
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管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。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２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。
第一不活性ガス供給管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、第一ガス供給管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。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給系２４３（第一ガス供給系、原料ガス（ソースガス）供給系、チタン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一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、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給系を、第一元素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給系）第二ガス供給管２４４ａの下流にはリモートプラズマユニット２４４ｅ、加熱手段（加熱系）としてのヒータ２４４ｆ、温度維持用ヒータ２４４ｇが設けられている。上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源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。
第二ガス供給管２４４ａからは、第二元素を含有するガス（以下、「第二元素含有ガス」）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。第二元素含有ガスは、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る。更に、第二元素含有ガスはヒータ２４４ｆによって反応促進温度もしくは熱分解温度以上に加熱され、温度維持用ヒータ２４４ｇによって熱分解以上の温度に維持され処理室２０１に供給される。このようにして、第二元素含有ガスはウエハ２００上に供給される。
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガス（リアクタントガス）として考えてもよい。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、窒素（Ｎ）である。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスであるとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。
主に、第二ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二元素含有ガス供給系２４４（第二ガス供給系、反応ガス（リアクタントガス）供給系、窒素含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管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。
第二不活性ガス供給管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、第二ガス供給管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、後述する薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガス、或いは基板加熱用ガスとして作用する。
加熱ガスとして作用する場合、後述する処理室排気工程にて、不活性ガスをヒータ２４４ｆによってリアクタントガスの反応促進温度もしくは熱分解温度以上に加熱する。加熱された不活性ガスは、温度維持用ヒータ２４４ｇによってリアクタントガスの反応促進温度もしくは熱分解温度以上の温度に維持され処理室２０１に供給される。このようにして、不活性ガスはウエハ２００上に供給される。
主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二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、第二ガス供給管２４３ａ、リモートプラズマユニット２４４ｅを第二不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２４４ｂ、リモートプラズマユニット２４４ｅ、第二不活性ガス供給系を、第二元素含有ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給系） 第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源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。
第三ガス供給管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。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２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。
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源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。
第三ガス供給管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）２４８ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４８ｄが設けられている。
主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給系２４５（第三不活性ガス供給系ともいう）が構成される。
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、第三ガス供給管２４５ａを、クリーニングガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第三ガス供給源２４５ｂ、クリーニングガス供給系を、第三ガス供給系２４５に含めて考えてもよい。
第三ガス供給管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。
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２０２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。
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２０２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。
ここで、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）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、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）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。
（第二排気系）処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁上面には、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（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ 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第二排気系（排気ライン）２２０が構成される。なお、真空ポンプ２２４を第二排気系に含めてもよい。
（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。
（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。記憶装置２６２は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２６２内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２６０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、図示しないＲＡＭは、演算部２６１によって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
コントローラは、上述のマスフローコントローラ２４３ｃ、２４４ｃ、２４５ｃ、２４６ｃ、２４７ｃ、２４８ｃ、バルブ２３７、２４３ｄ、２４４ｄ、２４５ｄ、２４６ｄ、２４７ｄ、２４８ｄ、ゲートバルブ２０５、整合器２５１、高周波電源２５２、ヒータ２４４ｆ、温度維持用ヒータ２４４ｇ、圧力調整器２３８、ＡＰＣバルブ２２３、真空ポンプ２３９、２２４、昇降機構２１８に接続されている。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、マスフローコントローラ２４３ｃ、２４４ｃ、２４５ｃ、２４６ｃ、２４７ｃ、２４８ｃ、による各種ガスの流量調整動作、バルブ２３７、２４３ｄ、２４４ｄ、２４５ｄ、２４６ｄ、２４７ｄ、２４８ｄ、ゲートバルブ２０５の開閉動作、整合器２５１の制御、高周波電源２５２の制御、ヒータ２４４ｆ、温度維持用ヒータ２４４ｇの温度調整動作、圧力調整器２３８、ＡＰＣバルブ２２３の開閉動作及び圧力調整器２３８、ＡＰＣバルブ２２３による圧力調整動作、真空ポンプ２３９、２２４の起動及び停止、昇降機構２１８によるシャフト２１７及び支持台２１２の昇降動作等を制御するように構成されている。
（２）基板処理工程
次に、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を参照しながら説明する。図２は基板処理工程における各部の動作を説明する図であり、図３は本発明の実施形態にかかる基板処理工程を説明するフロー図であり、図４は本発明の実施形態にかかる成膜工程Ｓ１０４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。
ここでは、第一元素含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、第二元素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜としてチタン窒化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。
（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。
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。
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Ｎ２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、少なくとも第三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Ｎ２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。
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。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。
（成膜工程Ｓ１０４） 次に、薄膜形成工程Ｓ１０４を行う。薄膜形成工程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。
薄膜形成工程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ＴｉＣｌ４ガスを供給する。これにより、ウエハ２００上にチタン含有層が吸着する。ＴｉＣｌ４ガスを供給し、所定の時間経過後、ＴｉＣｌ４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ＴｉＣｌ４ガスを排出する。パージガスを処理室に供給する際は、分散板２３４を冷却しないよう、また、ウエハ２００の温度を上昇させるよう、配管加熱部２４５ｅにより所望の温度に加熱されている。
ＴｉＣｌ４ガスを排出後、バッファ室２３２を介して、処理室２０１内にプラズマ励起により活性化されたＮＨ３ガスを供給する。ＮＨ３ガスは、ウエハ２００上に吸着したチタン含有層と反応し、窒化チタン膜を形成する。所定の時間経過後、ＮＨ３ガスの供給を停止し、処理室２０１内に加熱していない状態のパージガスを供給してシャワーヘッド２３０、処理室２０１から残留するＮＨ３ガスを排出する。
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。尚、成膜工程の間、バッファ室２３２の内壁に副生成物が可能な限り付着しないよう、シャワーヘッド加熱部２３１ｂがバッファ室２３２を加熱する。
（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、第三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。
（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、内壁堆積膜除去工程に移行する。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。
（内壁堆積膜除去工程S１１０） 成膜工程Ｓ１０４ではバッファ室２３２の内壁に副生成物が付着しないよう、バッファ室２３２を加熱していたが、ガス溜まりやガスの量によっては、副生成物がバッファ室２３２の内壁に付着する。 本工程では、処理回数判定工程Ｓ１０８の後、成膜工程Ｓ１０４の過程でバッファ室２３２や分散板２３４に付着した副生成物による堆積膜を除去する。除去工程の詳細は後述する。
（処理回数判定工程Ｓ１１２） 基板を搬出後、内壁堆積膜除去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。
（クリーニング工程１１４）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、シャワーヘッド２３０、処理室２０１内の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。
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。
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。
（第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２） 基板載置部２１１のウエハ２００を加熱して所望とする第１の温度に達したら、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内に第一の処理ガスとしてのＴｉＣｌ４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ＴｉＣｌ４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。この時ウエハ２００は、第１の温度を維持している。ここで、第１の温度とは、ＴｉＣｌ４ガスの凝縮温度より高く実質的な熱分解が始まる温度より低い温度であって、例えば１００℃以上３００℃以下の一定の値である。ＴｉＣｌ４ガスの熱分解が実質的に始まることにより、Ｃｌ等が膜中に入り込み、膜の面内分布を悪化させる可能性があるためである。第１の温度は、より好ましくは２００℃である。
このとき、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。なお、ＴｉＣｌ４の供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下の値に調整される。なお、ＴｉＣｌ４ガスとともに、第一不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２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。
処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ４ガスは、ウエハ２００上に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴｉＣｌ４ガスがウエハ２００の上に接触することによって「第一元素含有層」としてのチタン含有層が形成される。
所定の時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じ、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。
（第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４） ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止した後、バルブ２４４ｄを閉とした状態で、バルブ２４７ｃを開、バルブ２４５ｄを開とし、シャワーヘッド２３０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。第二不活性ガス２４７ｂから供給される不活性ガスはヒータ２４４ｆによって加熱され、処理室２０１に供給される。更には、第三ガス供給源２４５ｂから供給された不活性ガスはヒータ２４５ｅによって、前記した第１の温度より高い第２の温度に加熱され、シャワーヘッド２３０及び処理室２０１に供給される。基板２００は、供給された不活性ガスによって、第二元素含有ガスであるプラズマ励起により活性化されたＮＨ３ガスの反応促進温度近傍まで加熱される。加熱された基板２００の表面に形成された第１元素含有層では、第１元素含有ガスに含まれる不純物が脱離しやすい状態となる。ここで、第２の温度とは、第１の温度より高く、反応ガスとしてのＮＨ３ガスの反応促進温度と同じか、より低い温度であって、例えば、１００℃より高く６００℃以下の範囲の値であって、好ましくは、２００℃以上５００℃以下の範囲の値であって、より好ましくは４００℃以上４３０℃以下の範囲の値であって、最適には４００℃に設定される。この第２の温度は、ＮＨ３ガスの反応促進温度や形成された膜が適用される半導体デバイス等の要求される特性に基づき決定される値である。ここで、ＮＨ３ガスはおよそ３５０以上６００℃以下の範囲の温度帯で、より反応が促進すると考えられており、また、半導体デバイスの熱耐性を考慮すると、より好ましくは、第２の温度は１００℃より高く４３０℃以下程度であると考えられる。
このとき、バッファ室２３２における第一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２４４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一排気系から排気される。
（第一の処理室排気工程Ｓ２０６） 所定の時間経過後、引き続き第二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二排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第一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の弁開度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第二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。なお、この時にも不活性ガスは加熱され第一処理室内を排気している。
処理室排気工程において供給された不活性ガスは、処理室２０１内に残留する未反応もしくはチタン含有層の形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを、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２３７、真空ポンプ２３８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、バルブ２４３ｄを閉じて不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２０３と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
より良くは、所定の時間経過後、第二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を経由した第二排気系に向けた流れが第一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。
また、第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４の後に引き続き第一の処理室排気工程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。
（第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８） 第一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内に窒素含有ガスとして、ＮＨ３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ＮＨ３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。この時、反応ガスであるＮＨ３ガスは、ヒータ２４４ｅにより、前記した第１の温度より高い第３の温度で加熱されている。ここで、第３の温度とは、例えば室温〜６００℃の範囲の値であって、好ましくは３５０℃〜５００℃の範囲の値であり、より好ましくは４００℃〜４３０℃の範囲の値であって、最適には４００℃に設定される。この第２の温度は、ＮＨ３ガスの反応促進温度や形成された膜が適用される半導体デバイス等の要求される特性に基づき決定される値である。ここで、ＮＨ３ガスはおよそ３５０〜６００℃の範囲の温度帯で、より反応が促進すると考えられており、また、半導体デバイスの熱耐性を考慮すると、より好ましくは、第３の温度は室温〜４３０℃程度であると考えられる。第２の温度と第３の温度は異なる温度であっても良く、同じ温度であってもよい。
このとき、ＮＨ３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、窒素ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、ＮＨ３ガスとともに、第二不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２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。
プラズマ励起により活性化されたＮＨ３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とプラズマ励起により活性化されたＮＨ３ガスが反応することにより、ウエハ２００の上には、例えばチタン元素及び窒素元素を含有する窒化チタン層が形成される。
所定の時間経過後、バルブ２４４ｄを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。
このように後述する第二の処理ガスであるＮＨ３ガスを供給する直前に基板を加熱する事で、次の効果を導き出すことができる。予めＮＨ３ガスを反応促進しやすい温度とすることで反応ガス供給工程時間を短縮することができる。一方、この工程が無く、反応ガス供給工程中で反応促進温度まで上昇させる場合、本発明に比べ時間がかかる。
更に、事前に第二の処理ガスであるＮＨ３ガスを加熱する事で、膜中不純物を脱離しやすい状態としている。これに対し、本工程が無く、反応ガス供給工程中で反応促進温度まで上昇させる場合、所望の温度に到達する前に不純物上で反応ガスが反応し、それがキャップされた状態となって不純物が脱離されないことが考えられる。その結果、電極形成工程の場合は膜抵抗値の上昇があり、絶縁膜や犠牲膜形成工程においてはウエットエッチレートの上昇につながってしまう。例えば本実施形態の様に、窒化チタン膜を原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスと反応ガスであるＮＨ３ガスで形成する場合、ＴｉＣｌ４ガス中のＣｌが不純物として残留してしまう。次の反応ガス供給工程では反応ガスの反応促進温度よりも基板温度が低いため、膜中に残留したＣｌとの反応が弱い。従って、Ｃｌを除去することができない。更には、除去できない状態で基板温度が上昇し、その過程でＮとＴｉが結合するため、結果的にＣｌが膜中に残留してしまう。しかし、本発明においては、そのようなことはない。
（第二のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０） ＮＨ３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、第三ガス供給系２４５から加熱されたパージガスが供給され、分散板２３２の温度を維持しつつバッファ室２３２内の雰囲気を排気する。第二のシャワーヘッド排気工程２１０については、後に詳述する。
バッファ室２３２における第一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２４４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、バッファ空間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一排気系から排気される。
（第二の処理室排気工程Ｓ２１２） 所定の時間経過後、第二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二排気系からの排気コンダクタンスが、シャワーヘッド２３０を介した第一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の弁開度を調整する。このように調整することで、処理室２０１を経由した第二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。
処理室排気工程において供給された不活性ガスは、第一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２３７、真空ポンプ２３８を制御して、シャワーヘッド２３０内に残留した酸素ガスを除去する。所定の時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じて不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてシャワーヘッド２０３と真空ポンプ２３９の間を遮断する。
より良くは、所定の時間経過後、第二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を経由した第二排気系に向けた流れが第一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、第一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。
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。
（判定Ｓ２１４） この間、コントローラ２６０は、上記Ｓ２０２〜Ｓ２１２を１サイクルとして、所定回数実施したか否かを判定する。
所定回数実施していないとき（Ｓ２１４でＮｏの場合）、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２、第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４、第一の処理室排気工程Ｓ２０６、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８、第二のシャワーヘッド排気工程Ｓ２１０、第二の処理室排気工程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。
次に、図２に示す内壁堆積膜除去工程（Ｓ１１０）の詳細について説明する。
基板２００に対する成膜処理を終え、基板を処理室２０１から排出した後、内壁堆積膜除去工程Ｓ１１０を行う。サセプタヒータ２１３及びシャワーヘッド蓋ヒータである抵抗加熱２３１ｂは引き続きＯＮ状態を維持しても良い。シャワーヘッド排気バルブ２３７、処理室排気バルブ２２４を開として、不活性ガス供給源２４５ｂよりパージガスとしてのＮ２ガスを供給する。このとき、制御部としてのコントローラ２６０は、シャワーヘッド２３０の排気量が処理室２０１の排気量より多くなるように、シャワーヘッド排気バルブ２３７、処理室排気バルブ２２４を制御し、シャワーヘッド２３０雰囲気が処理室２０１に流れ込まないようにする。
ここで、パージガスの配管加熱部２４５ｅをオフのまま維持し、パージガスを加熱しない状態としている。供給されたパージガスと処理室内壁との温度差によって発生する熱応力により、処理室内壁に堆積された膜が膜剥がれを起こす。 剥がされた膜は、排気管２３６から排気される。シャワーヘッド２３０の排気量が処理室２０１の排気量より多くなるよう排気量をコントローラ２６０にて制御しているので、シャワーヘッド２３０内で剥がされた膜が分散板２３４の孔２３４ａに供給されることがない。従って、剥がれた膜によって孔２３４ａが詰まらないようにすることができる。
剥がされた膜の大部分が除去され、排気管２３６から排気される程度に時間が経過したら、シャワーヘッド排気バルブ２３７を閉じる。閉じることで、パージガスの流れがバッファ室２３２から処理室２０１方向への流れが作られることとなる。パージガスは、シャワーヘッド２３０内のバッファ室２３２から分散板孔２３４ａを通過するため、分散板孔２３４ａ内の付着物を剥がしつつ、分散板孔２３４ａ孔から処理室２０１側へ押し出す。押し出された付着物は、処理室排気系（第一排気系２２０）から排気される。 このとき、より良くはサセプタヒータ２１３をオンとする。サセプタヒータをオンとすることで、分散板２３４が加熱され、パージガスとの温度差がより顕著になる。即ち、熱応力がより大きくなる。従って、分散板孔２３４ａ中の付着物がより剥がれ易くできる。
＜第二の実施形態＞次に、本発明の第二の実施形態について図５を用いて説明する。ここでは、第一の実施形態と異なる箇所について説明し、第一の実施形態と同じ箇所については適宜省略する。図５に示すように、本実施形態では、第１ガス供給系２４３、第２ガス供給系２４４、第３ガス供給系２４５を合わせて、共通ガス供給管２４２に接続するものである。
第一の実施形態における第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４及び第一の処理室排気工程Ｓ２０６では、パージガスとしてのＮ２ガスをヒータ２４５ｅで加熱し、供給する。 反応ガスを処理室２０１内に供給する第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８では、反応ガスがヒータ２４４ｆによって加熱され、処理室２０１に供給される。 共通ガス供給管２４２には原料ガス供給源２４３ｂから原料ガスが流れるため、共通ガス供給管２４２自体を加熱することは好ましくない。そのため、ヒータ２４４ｆによって加熱された反応ガスは共通ガス供給管２４２内で温度が下がってしまう恐れが有る。
しかしながら、本実施形態においては、第一のシャワーヘッド排気工程Ｓ２０４及び第一の処理室排気工程Ｓ２０６でヒータ２４４ｇ´により加熱されたパージガスを供給して共通ガス供給管を事前加熱しているため、加熱された反応ガスの温度が低下することなく、処理室２０１内に供給することができる。
＜第三の実施形態＞次に、本発明の第三の実施形態について説明する。ここでは、第一の実施形態と異なる箇所について説明し、第一の実施形態と同じ箇所については適宜省略する。 図６は、第三の実施形態に係る基板処理装置の断面図であり、図７は、本実施形態の特徴部である、不活性ガス供給部２４９の構成図である。 不活性ガス供給部２４９は、第一パージガス供給系と第二パージガス供給系に分かれており、いずれか一方のパージガス供給管にヒータを設ける構成としている。本例では、第二パージガス供給系にヒータ２４９ａを設けている。本実施形態における第一パージガス供給工程では、第一パージガス供給系のバルブ１を閉、バルブ２を開として不活性ガスであるＮ２ガスをパージガスとして加熱せずに処理室２０１内に供給する。第二の処理ガス供給工程Ｓ２０８では、第一パージガス供給系のバルブ１を閉、第二パージガス供給系のバルブ２を開とし、パージガスをヒータ２４９ａで加熱して処理室２０１内に供給する。 尚、ここでは第一パージガス供給系と第二パージガス供給系を一つの共通供給管を介して処理室２０１に供給したが、それに限るものではなく、第一パージガス供給系と第二パージガス供給系を独立させて処理室に供給させても良い。
＜第四の実施形態＞次に、本発明の第四の実施形態について説明する。ここでは、第一の実施形態と異なる箇所について説明し、第一の実施形態と同じ箇所については適宜省略する。本実施形態は、図８に示すように、一度に複数枚の基板を並べて処理する多枚葉装置８でも実施可能としている。原料ガスを基板に供給する原料ガス供給領域８１、基板上から原料ガスをパージ（除去）する第一パージ領域８２、反応ガスを基板に供給する反応ガス供給領域８３、基板上から反応ガスをパージ（除去）する第二パージ領域８４をサセプタが回転するサセプタ回転方向８５に順に配置した多枚葉装置８において、反応ガス供給領域８３へガスを供給する反応ガス供給部８６と、第一パージ領域８２にパージガスを供給する第一パージガス供給部８７それぞれに、加熱ヒータ８８、８９を設ける基板処理装置である。
プラズマを生成する反応ガス供給領域８３のサセプタ回転方向８５上流に設けられた第一パージガス供給領域８２にパージガスを供給する供給系にヒータ８８を設ける。更には反応ガス供給領域８３に反応ガスを供給する供給系にヒータ８９を設ける。このような構成により、第一の実施形態と同様、第一パージ領域８２と反応ガス供給領域８３にて基板を加熱し、第二パージ領域８４にて基板温度を低下させることが可能となる。
本発明により、温度に関する最適なプロセスウインドウから外れてることなく、また、シャワーヘッドのバッファ室やシャワーヘッド分散板が冷却されて副生成物が付着する温度まで低下することを抑制することができる。さらに、付着した副生成物は、パーティクルとなり、基板の特性に悪影響を及ぼすことも抑制できる。更には、バッファ室やシャワーヘッド分散板の温度が低下することが抑制されるため、最適なプロセスウインドウから外れてしまうこともなく、所望の膜質を得ることができる。
本発明の実施の形態にかかるコントローラ２６０（操作部）は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、前述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢなど）から当該プログラムをインストールすることにより、前述の処理を実行するコントローラを構成することができる。
そして、これらのプログラム（例えば、インストーラ）を供給するための手段は任意である。前述のように、所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前述の処理を実行する事が出来る。
なお、本発明の実施形態では第二元素含有ガスとしてのＮＨ３ガスをプラズマ励起により活性化して用いる例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば、プラズマ励起による活性化を行わずに、加熱のみで用いることも可能である。その際は、プラズマ励起による活性化を行う場合の加熱温度より高い温度であって、例えば６００℃等でＮＨ３ガスを加熱して用いることにより反応を促進することができる。成膜後の窒化チタン膜が用いられる半導体デバイスの特性（熱耐性）に応じて、それぞれ選択することが可能である。
以上、本発明の実施の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。
本発明の好ましい主な態様を以下に付記する。
付記１処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する第１の除去工程と、 反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給工程と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する第２の除去工程と、を行う半導体装置の製造方法。
付記２前記第２の除去工程では、前記不活性ガスを前記第２の温度より低い温度に維持しつつ前記処理室に供給する付記１に記載の半導体装置の製造方法。
付記３前記反応ガス供給工程では、前記反応ガスを前記第１の温度より高い第３の温度で加熱しつつ前記処理室に供給する付記１に記載の半導体装置の製造方法。
付記４前記第２の除去工程では、前記不活性ガスを前記第３の温度より低い温度に維持しつつ前記処理室に供給する付記３に記載の半導体装置の製造方法。
付記５前記第２の温度と前記第３の温度は等しい温度である付記３に記載の半導体装置の製造方法。
付記６前記第３の温度は、前記反応ガスの熱分解温度以上の温度である付記３に記載の半導体装置の製造方法。
付記７基板を収容する処理室と、 前記処理室に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、 前記処理室に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、 前記処理室に接続され前記処理室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管を有する不活性ガス供給系と、 前記基板を加熱する第１の加熱系と、 前記不活性ガス供給管に設けられ前記不活性ガスを加熱する第２の加熱系と、 前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系、前記第１の加熱系及び前記第２の加熱系を制御して、前記処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に前記原料ガスを供給する原料ガス供給処理と、前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した前記不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する第１の除去処理と、前記反応ガスを前記処理室に供給する反応ガス供給処理と、前記不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する第２の除去処理と、を順に行うよう構成される制御部と、 を有する基板処理装置。
付記８前記反応ガス供給系は前記処理室に接続され前記処理室に前記反応ガスを供給する反応ガス供給管を有し、前記反応ガス供給管には前記反応ガスを加熱する第３の加熱系が設けられ、前記制御部は、更に前記第３の加熱系を制御して、前記反応ガス供給処理では前記第１の温度より高い第３の温度で加熱した前記反応ガスを前記処理室に供給するよう構成される付記７に記載の基板処理装置。
付記９処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する手順と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する手順と、 反応ガスを前記処理室に供給する手順と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する手順と、を順に行うようコンピュータに実行させるプログラム。
付記１０処理室に収容した基板を第１の温度に維持しつつ、前記処理室に原料ガスを供給する手順と、 前記第１の温度より高い第２の温度で加熱した不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記原料ガスを除去する手順と、 反応ガスを前記処理室に供給する手順と、 不活性ガスを前記処理室に供給して、前記処理室に残留する前記反応ガスを除去する手順と、を順に行うようコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
付記１１原料ガスを供給する原料ガス供給部と、反応ガス及びそのキャリアガスを供給すると共に、前記反応ガス及び／またはキャリアガスを加熱する加熱部を有する反応ガス供給部と、前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部が接続され、基板を処理する処理空間を有する基板処理室と、制御部を有する基板処理装置であって、前記制御部は、前記原料ガスを前記処理室に供給した後に前記原料ガス残留物を除去する際、前記キャリアガスを前記加熱部によって加熱した状態で供給し、パージ工程を実施するよう制御する基板処理装置。
付記１２ 前記反応トガスを供給する際は、前記反応ガスを熱分解温度以上で供給する付記１１記載の基板処理装置。
付記１３ 前記反応ガス供給部は、反応ガス源に接続される反応ガス供給管と、キャリアガス源に接続されるキャリアガス供給管を有し、前記ヒータは反応ガス供給管とキャリアガス供給管の接続部と処理室の間に設けられる付記１１記載の基板処理装置。
付記１４ 前記ヒータと前記処理室の間には、前記加熱されたガス温度を維持する第二のヒータを設ける付記１３記載の基板処理装置。
付記１５ 前記反応ガスを供給し、残留物を排気する際、前記基板が前記反応ガスの熱分解温度未満となるようパージガスを供給する付記１１から１４に記載の基板処理装置。
付記１６ 原料ガス供給領域、第一パージ領域、反応ガス供給領域、第二パージ領域を回転方向に順に配置した多枚葉装置において、反応ガス供給領域へガスを供給する反応ガス供給部と、第一パージ領域にパージガスを供給する第１パージガス供給部それぞれに、加熱ヒータを設ける基板処理装置。
サセプタヒータによって加熱する基板温度を成膜原料ガスの吸着反応に適した温度とし、更に反応ガスを加熱・供給することによって成膜反応に必要な熱エネルギーを基板表面の成膜面に与えることができる。
１００…基板処理装置 ２００…ウエハ ２０１…処理室 ２０２…処理容器 ２１３…ヒータ ２２０…第一排気系 ２３０…シャワーヘッド ２３１…蓋（シャワーヘッド） ２３２…バッファ室２４３…第一ガス供給系 ２４４…第二ガス供給系 ２４５…第三ガス供給系 ２６０…コントローラ

Claims (19)

  1. 基板を第１の温度に維持しつつ、前記基板に対して、処理容器に連通する共通ガス供給管に接続された原料ガス供給管から、原料ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する原料ガス供給工程と、
    前記基板に対して、前記共通ガス供給管の前記原料ガス供給管が接続された位置より上流側に接続された反応ガス供給管から、反応ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する反応ガス供給工程と、
    を順に行う工程を有し、
    前記原料ガス供給工程と前記反応ガス供給工程との間に、前記基板に対して、前記反応ガス供給管に接続された第１の不活性ガス供給管から、加熱系により前記第１の温度より高い第２の温度に加熱された第１の不活性ガスを、前記反応ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第１の不活性ガス供給工程と、
    前記反応ガス供給工程の後に、前記基板に対して、前記原料ガス供給管に接続された第２の不活性ガス供給管から、第２の不活性ガスを前記原料ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第２の不活性ガス供給工程と、
    を行う半導体装置の製造方法。
  2. 前記反応ガス供給工程では、前記基板に対して、前記加熱系により前記第１の温度より高い第３の温度に加熱された前記反応ガスを供給する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第２の不活性ガス供給工程では、前記基板に対して、前記第３の温度より低い第４の温度に維持した前記第２の不活性ガスを供給する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第４の温度は前記第２の温度より低い温度である請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第２の温度と前記第３の温度は等しい温度である請求項２〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第３の温度は、前記反応ガスの熱分解温度以上の温度である請求項２〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第１の温度は、前記原料ガスの凝縮温度より高く実質的に熱分解が始まる温度より低い温度である請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記原料ガス供給工程、前記第１の不活性ガス供給工程、前記反応ガス供給工程、前記第２の不活性ガス供給工程を順に、複数回繰り返す請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  9. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に、反応ガス、原料ガス、第１の不活性ガス、第２の不活性ガスを含む処理ガスを供給するガス供給系と、
    を備え、
    前記ガス供給系は、
    前記処理容器に連通する共通ガス供給管と、
    前記反応ガス及び前記第１の不活性ガスを加熱する加熱系と、
    前記共通ガス供給管に接続され、前記反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給管と、
    前記反応ガス供給管に接続され、前記第１の不活性ガスを前記処理容器内に供給する第１の不活性ガス供給管と、
    前記加熱系より下流側で前記共通ガス供給管に接続され、前記原料ガスを前記処理容器内に供給する原料ガス供給管と、
    前記原料ガス供給管に接続され、前記第２の不活性ガスを前記処理容器内に供給する第２の不活性ガス供給管と、
    を有する基板処理装置を用いて、
    前記処理容器内に収容された基板を第１の温度に維持しつつ、前記基板に対して、前記原料ガス供給管から前記共通ガス供給管を介して前記原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記基板に対して、前記第１の不活性ガス供給管から、前記加熱系により前記第１の温度より高い第２の温度で加熱された前記第１の不活性ガスを、前記反応ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する前記第１の不活性ガス供給工程と、
    前記基板に対して、前記反応ガス供給管から、前記共通ガス供給管を介して前記反応ガスを供給する反応ガス供給工程と、
    前記基板に対して、前記第２の不活性ガス供給管から、前記第２の不活性ガスを、前記原料ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第２の不活性ガス供給工程と、
    を順に行う半導体装置の製造方法。
  10. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に、反応ガス、原料ガス、第１の不活性ガス、第２の不活性ガスを含む処理ガスを供給するガス供給系と、
    を備え、
    前記ガス供給系は、
    前記処理容器に連通する共通ガス供給管と、
    前記反応ガス及び前記第１の不活性ガスを加熱する加熱系と、
    前記共通ガス供給管に接続され、前記反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給管と、
    前記反応ガス供給管に接続され、前記第１の不活性ガスを前記処理容器内に供給する第１の不活性ガス供給管と、
    前記加熱系より下流側で前記共通ガス供給管に接続され、前記原料ガスを前記処理容器内に供給する原料ガス供給管と、
    前記原料ガス供給管に接続され、前記第２の不活性ガスを前記処理容器内に供給する第２の不活性ガス供給管と、
    を有する基板処理装置。
  11. 前記加熱系は、前記反応ガス供給管に設けられた第１の加熱部と、前記共通ガス供給管の少なくとも一部を覆うように設けられる第２の加熱部と、を有する請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記ガス供給系は、さらに、前記反応ガス供給管の前記第２の加熱部が設けられた位置に接続され、第３の不活性ガスを供給する第３の不活性ガス供給管を有し、
    前記加熱系は、さらに、前記第３の不活性ガス供給管に設けられた第３の加熱部を有する請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記第３の加熱部は、前記第３の不活性ガス供給管の少なくとも一部を覆うように設けられる請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記ガス供給系は、さらに、前記第３の加熱部の下流で前記第３の不活性ガス供給管に接続され、クリーニングガスを前記処理室内に供給するクリーニングガス供給管を有する請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記ガス供給系を制御して、前記加熱系により前記反応ガス供給管を前記共通ガス供給管より高い温度で加熱するよう構成される制御部と、をさらに有する請求項１０〜１４のいずれかに記載の基板処理装置。
  16. 前記共通ガス供給管の前記反応ガス供給管との接続部より下流側には、前記共通ガス供給管を加熱する加熱部を設けない請求項１５に記載の基板処理装置。
  17. 前記ガス供給系を制御して、前記処理容器内に収容された基板を第１の温度に維持しつつ、前記基板に対して、前記原料ガス供給管から前記共通ガス供給管を介して前記原料ガスを供給する原料ガス供給処理と、前記基板に対して、前記第１の不活性ガス供給管から、前記加熱系により前記第１の温度より高い第２の温度で加熱された前記第１の不活性ガスを、前記反応ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する前記第１の不活性ガス供給処理と、前記基板に対して、前記反応ガス供給管から、前記共通ガス供給管を介して反応ガスを供給する反応ガス供給処理と、前記基板に対して、前記第２の不活性ガス供給管から、前記第２の不活性ガスを、前記原料ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第２の不活性ガス供給処理と、を順に行うよう構成される制御部と、
    をさらに有する請求項１０〜１６のいずれかに記載の基板処理装置。
  18. 基板を第１の温度に維持しつつ、前記基板に対して、処理容器に連通する共通ガス供給管に接続された原料ガス供給管から、原料ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する原料ガス供給手順と、
    前記基板に対して、前記共通ガス供給管の前記原料ガス供給管が接続された位置より上流側に接続された反応ガス供給管から、反応ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する反応ガス供給手順と、
    を順に行う手順を有し、
    前記原料ガス供給手順と前記反応ガス供給手順との間に、前記基板に対して、前記反応ガス供給管に接続された第１の不活性ガス供給管から、加熱系により前記第１の温度より高い第２の温度に加熱された第１の不活性ガスを、前記反応ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第１の不活性ガス供給手順と、
    前記反応ガス供給手順の後に、前記基板に対して、前記原料ガス供給管に接続された第２の不活性ガス供給管から、第２の不活性ガスを前記原料ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第２の不活性ガス供給手順と、
    を順に行うようコンピュータに実行させるプログラム。
  19. 基板を第１の温度に維持しつつ、前記基板に対して、処理容器に連通する共通ガス供給管に接続された原料ガス供給管から、原料ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する手順と、
    前記基板に対して、前記共通ガス供給管の前記原料ガス供給管が接続された位置より上流側に接続された反応ガス供給管から、反応ガスを、前記共通ガス供給管を介して供給する手順と、
    を順に行う手順を有し、
    前記原料ガス供給手順と前記反応ガス供給手順との間に、前記基板に対して、前記反応ガス供給管に接続された第１の不活性ガス供給管から、加熱系により前記第１の温度より高い第２の温度に加熱された第１の不活性ガスを、前記反応ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第１の不活性ガス供給手順と、
    前記反応ガス供給手順の後に、前記基板に対して、前記原料ガス供給管に接続された第２の不活性ガス供給管から、第２の不活性ガスを前記原料ガス供給管及び前記共通ガス供給管を介して供給する第２の不活性ガス供給手順と、
    を順に行うようコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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