JP2002093791A - Cvd装置及び成膜方法 - Google Patents

Cvd装置及び成膜方法

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JP2002093791A
JP2002093791A JP2000285523A JP2000285523A JP2002093791A JP 2002093791 A JP2002093791 A JP 2002093791A JP 2000285523 A JP2000285523 A JP 2000285523A JP 2000285523 A JP2000285523 A JP 2000285523A JP 2002093791 A JP2002093791 A JP 2002093791A
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film
substrate
gas supply
source gas
film formation
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Mitsunao Shibazaki
光直 柴崎
Hidenao Suzuki
秀直 鈴木
Kiwamu Tsukamoto
究 塚本
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Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の組成の薄膜、特に高・強誘電体薄膜
を、被成膜基板との界面から最表面まで一様に形成でき
るCVD装置及び成膜方法を提供すること。 【解決手段】 反応容器1と、被成膜基板3を支持する
サセプタ2と、被成膜基板3に原料ガスを供給するガス
供給ヘッド4と、原料ガス供給手段5からの原料ガスを
該ガス供給ヘッド側とベント側に切り換え供給する原料
ガス供給制御手段(開閉弁6、7)を具備するCVD装
置において、被成膜基板3をガス供給ヘッド4からの原
料ガスが殆ど到達しない待機位置及び成膜に必要な原料
ガスが到達する成膜位置(A位置)に配置可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの製
造工程における基板成膜工程に用いるCVD装置及び成
膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のCVD装置は、薄膜を形
成させる被成膜基板を反応容器内の原料ガスを噴出する
ガス供給ヘッドに対向する位置に保持し、被成膜基板の
温度及び雰囲気圧力(反応容器内圧力)を成膜に適する
状態に制御する。その状態が安定した段階で原料ガスを
原料ガス制御手段により、ベント(Vent)側からガ
ス供給ヘッド側に切り換え、該ガス供給ヘッドから原料
ガスを噴出させ、被成膜基板上に薄膜を形成する。必要
時間経過後、原料ガスをガス供給ヘッド側からベント側
に切り換え、成膜が終了する。
【0003】被成膜基板に高・強誘電体薄膜を形成する
際、一般に2乃至4種の有機金属化合物を必要とする。
各化合物(原料)が被成膜基板上に薄膜として形成され
る際の反応過程、必要なエネルギーはそれぞれ異なる。
更に、相互反応を有する場合も多々あり、薄膜の組成を
一定にするには各原料ガスの比率だけでなく、濃度及び
供給速度を成膜中は一定に保つ必要がある。
【0004】従来の技術では、成膜を開始する際に原料
ガスをベント側からガス供給ヘッド側に切り換えると、
ガス供給ヘッドから噴出する原料ガスの濃度は徐々に濃
くなり、所定時間が経過すると一定値に達する。一方、
成膜を終了する際に、原料ガスをガス供給ヘッド側から
ベント側に切り換える場合、ガス供給ヘッドから噴出す
る原料ガスの濃度は徐々に低下する。つまり成膜初期及
び最終段階では原料ガスの流れは過渡的となり、ガス供
給ヘッドから噴出する原料ガス濃度が一定に保たれず、
組成の不均一な薄膜層が形成されてしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、所望の組成の薄膜、特に高・強誘
電体薄膜を、被成膜基板との界面から最表面まで一様に
形成できるCVD装置及び成膜方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、反応容器と、該反応容器
に配置され被成膜基板を支持するサセプタと、該サセプ
タに対向して配置され被成膜基板に原料ガスを供給する
ガス供給ヘッドと、原料ガス供給手段からの原料ガスを
該ガス供給ヘッド側とベント側に切り換え供給する原料
ガス供給制御手段を具備するCVD装置において、被成
膜基板をガス供給ヘッドからの原料ガスが殆ど到達しな
い待機位置及び成膜に必要な原料ガスが到達する成膜位
置に配置可能とすることを特徴とする。
【0007】上記のように、被成膜基板をガス供給ヘッ
ドからの原料ガスが殆ど到達しない待機位置及び成膜に
必要な原料ガスが到達する成膜位置に配置可能とするの
で、成膜しないときは、被成膜基板を待機位置に配置
し、成膜する時はガス供給ヘッドから噴出される原料ガ
スの濃度、速度が安定した状態になった時、被成膜基板
を成膜位置に移動させることができ、また成膜を終了す
る時はガス供給ヘッドから噴出される原料ガスの濃度、
速度が安定した状態で、被成膜基板を待機位置に移動さ
せることができるから、被成膜基板の基板界面から最表
面まで略所望の組成比の成膜が可能なCVD装置とな
る。
【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のCVD装置において、サセプタを昇降させるサセプタ
昇降機構を具備し、該サセプタ昇降機構によりサセプタ
に支持された被成膜基板の位置を待機位置及び成膜位置
に配置することを特徴とする。
【0009】上記のように、サセプタ昇降機構によりサ
セプタに支持された被成膜基板の位置を待機位置及び成
膜位置に配置することができるので、上記のように被成
膜基板の基板界面から最表面まで略所望の組成比の成膜
が可能なCVD装置となる。
【0010】請求項3に記載の発明は、反応容器と、該
反応容器に配置され被成膜基板を支持するサセプタと、
該サセプタに対向して配置され被成膜基板に原料ガスを
供給するガス供給ヘッドと、原料ガス供給手段からの原
料ガスを該ガス供給ヘッド側とベント側へ切り換え供給
する原料ガス供給制御手段を具備するCVD装置の成膜
方法であって、成膜開始時、被成膜基板を待機位置に待
機させ、原料ガス供給制御手段によりベント側に流して
いた原料ガスをガス供給ヘッド側に切り換えた後、所定
時間が経過したら、該被成膜基板を成膜位置に配置し、
所定時間成膜を行うことを特徴とする。
【0011】上記のように成膜開始時、被成膜基板を待
機位置に待機させ、原料ガス供給制御手段によりベント
側に流していた原料ガスをガス供給ヘッド側に切り換え
た後、所定時間が経過したら、該被成膜基板を成膜位置
に配置し、所定時間成膜を行うので、ガス供給ヘッドか
ら噴出される原料ガスの濃度、速度が安定した状態で、
被成膜基板に成膜することになり、被成膜基板の基板界
面に略所望の組成比の成膜が可能となる。
【0012】請求項4に記載の発明は、反応容器と、該
反応容器に配置され被成膜基板を支持するサセプタと、
該サセプタに対向して配置され被成膜基板に原料ガスを
供給するガス供給ヘッドと、原料ガス供給手段からの原
料ガスを該ガス供給ヘッド側とベント側へ切り換え供給
する原料ガス供給制御手段を具備するCVD装置の成膜
方法であって、成膜終了時、被成膜基板を成膜位置から
待機位置に移動させ、所定時間を経てから原料ガス制御
手段によりガス供給ヘッド側に流れていた原料ガスをベ
ント側に切り換えることを特徴とする
【0013】上記のように成膜終了時、被成膜基板を成
膜位置から待機位置に移動させ、所定時間を経てから原
料ガス制御手段によりガス供給ヘッド側に流れていた原
料ガスをベント側に切り換えるので、ガス供給ヘッドか
ら噴出される原料ガスの濃度、速度が安定しているうち
に被成膜基板を原料ガスの殆ど到達しない待機位置に移
動させることになり、ガス供給ヘッド側に流れていた原
料ガスをベント側に切り換えることによる原料ガスの濃
度、速度が不安定になる影響を受けることがなく、最表
面近傍も略所望の組成比の成膜が可能となる。
【0014】請求項5に記載の発明は、反応容器と、該
反応容器に配置され被成膜基板を支持するサセプタと、
該サセプタに対向して配置され被成膜基板に原料ガスを
供給するガス供給ヘッドと、原料ガス供給手段からの原
料ガスを該ガス供給ヘッド側とベント側へ切り換え供給
する原料ガス供給制御手段を具備するCVD装置の成膜
方法であって、成膜開始時、被成膜基板を待機位置に待
機させ、原料ガス供給制御手段によりベント側に流して
いた原料ガスをガス供給ヘッド側に切り換えた後、所定
時間が経過したら、該被成膜基板を成膜位置に配置し、
所定時間成膜を行い、成膜終了時、被成膜基板を成膜位
置から待機位置に移動させ、所定時間を経てから原料ガ
ス制御手段によりガス供給ヘッド側に流れていた原料ガ
スをベント側に切り換えることを特徴とする。
【0015】上記のように、成膜開始時、被成膜基板を
待機位置に待機させ、原料ガス供給制御手段によりベン
ト側に流していた原料ガスをガス供給ヘッド側に切り換
えた後、所定時間が経過したら、該被成膜基板を成膜位
置に配置し、所定時間成膜を行い、成膜終了時、被成膜
基板を成膜位置から待機位置に移動させ、所定時間を経
てから原料ガス制御手段によりガス供給ヘッド側に流れ
ていた原料ガスをベント側に切り換えるので、上記請求
項3及び4に記載の発明の両作用により、被成膜基板の
基板界面から膜の最表面まで略所望の組成比の成膜が可
能となる。
【0016】また、請求項1に記載のCVD装置におい
て、反応容器内の待機位置に配置されている被成膜基板
の表面より下方に、不活性ガスの導入が可能な不活性ガ
ス導入ポートを設けたことを特徴とする。
【0017】上記のように、反応容器内の被成膜基板表
面より下方に、不活性ガスの導入が可能な不活性ガス導
入ポートを設けたことにより、該不活性ガス導入ポート
より導入された不活性ガスにより待機位置にある被成膜
基板に到達しようとする原料ガスを排除できるから、被
成膜基板の基板界面から膜の最表面まで略所望の組成比
の成膜が可能となるCVD装置となる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1及び図2は本発明に係るCV
D装置の構成例を示す図であり、図1は被成膜基板を成
膜位置に配置した状態を、図2は被成膜基板を待機位置
に配置した状態をそれぞれ示す。図において、1は反応
容器であり、該反応容器1内には被成膜基板3を支持す
るサセプタ2が配置されている。なお、該サセプタ2の
内部には図示は省略するが、被成膜基板3を加熱するた
めのヒータを設けている。反応容器1の上部には被成膜
基板3に向けて原料ガスGを噴出するガス供給ヘッド4
が設けられている。
【0019】5は原料ガス供給手段であり、該原料ガス
供給手段5には原料ガスをガス供給ヘッド4側(Run
側)に供給するための開閉弁6とベント(Vent)側
に供給するための開閉弁7が接続されている。該開閉弁
6と開閉弁7で原料ガスをガス供給ヘッド4側又はベン
ト側に切り換え供給する原料ガス供給制御手段を構成し
ている。8は反応容器1内に連通する排気口であり、該
排気口8は図示しない真空ポンプ等を具備する排気系に
接続され、反応容器1内の圧力を任意に制御できるよう
になっている。即ち、反応容器1は圧力制御可能な反応
容器である。
【0020】サセプタ2はサセプタ昇降機構9により昇
降できるようになっている。また、該サセプタ昇降機構
9はダイヤフラム10で反応容器1の外側に位置するよ
うに隔離されている。11は被成膜基板3を反応容器1
内に出し入れするためのゲート弁11であり、12は被
成膜基板3を搬出入する基板搬出入機構である。
【0021】従来の技術では、被成膜基板3を図1のA
位置、即ち、ガス供給ヘッド4から成膜に必要な流量の
原料ガスが到達する成膜位置に位置させ、原料ガス供給
手段5からの原料ガスをベント側からガス供給ヘッド4
側に切り換え(開閉弁6を開くと共に、開閉弁7を閉じ
る)、成膜を開始し、成膜の終了時には被成膜基板3を
図1のA位置に位置させたまま原料ガスをガス供給ヘッ
ド4側からベント側に切り換え(開閉弁6を閉じると共
に、開閉弁7を開く)ていた。
【0022】本発明ではサセプタ2に支持された被成膜
基板3を昇降機構9により、図2のB位置、即ちガス供
給ヘッド4からの原料ガスGが被成膜基板3に到達し難
い(殆ど到達しない)待機位置に配置し、原料ガス供給
手段5からの原料ガスをベント側からガス供給ヘッド4
側に切り換える(開閉弁6を開くと共に、開閉弁7を閉
じる)。その後、ガス供給ヘッドから噴出される原料ガ
スの濃度、速度が安定した状態になったら、昇降機構9
により被成膜基板3を図2の待機位置(B位置)から図
1の成膜位置(A位置)に移動させて成膜を行う。
【0023】また、成膜の終了時には、先ず、被成膜基
板3を図1の成膜位置(A位置)から図2の待機位置
(B位置)に移動させ、その後、原料ガス供給手段5か
らの原料ガスをガス供給ヘッド4側からベント側に切り
換える(開閉弁6を閉じると共に、開閉弁7を開く)。
なお、反応容器1からの被成膜基板3の搬出入はゲート
弁11を介して、基板搬出入機構12によって行う。
【0024】図3は本発明に係るCVD装置の他の構成
例を示す図であり、被成膜基板を待機位置に配置した状
態を示す。被成膜基板3が待機位置(B位置)にある
間、ガス供給ヘッド4からの原料ガスGが被成膜基板3
上に到達することを極力抑制することが望ましい。その
ため、ここではサセプタ2の下方から不活性ガスG1を
導入する不活性ガス導入口13を設け、サセプタ2の下
方から上方に向かって不活性ガスを流すことにより、被
成膜基板3上に下降しようとする原料ガスを上方に押
し、被成膜基板3上に到達する原料ガスGを極力抑制し
ている。
【0025】図4は本発明の成膜方法における成膜タイ
ムチャートを示す図であり、図5は従来の成膜方法にお
ける成膜タイムチャートを示す図である。本発明では図
4に示すように、時刻t1で原料ガス供給手段5からの
原料ガスをベント(Vent)側からラン(Run)側
に切り換え(即ち、開閉弁6を開き、開閉弁7を閉じ
る)た後、時刻t2で被成膜基板3を待機位置(図2又
は図3のB位置)から成膜位置(図1のA位置)に移動
し、成膜をおこなう。成膜終了時は時刻t3で被成膜基
板3を成膜位置から待機位置に移動し、その後時刻t4
で原料ガス供給手段5からの原料ガスをラン側からベン
ト側に切り換え(即ち、開閉弁6を閉じ、開閉弁7を開
く)る。
【0026】これに対して、従来の成膜方法では、図5
に示すように、被成膜基板を成膜位置(図1のA位置)
に配置し、時刻t1で原料ガス供給手段からの原料ガス
をベント側からラン側に切り換えて成膜を行い、成膜終
了時は時刻t2で原料ガスをラン側からベント側に切り
換えている。即ち、従来の成膜方法では、原料ガスをベ
ント側からラン側に切り換える際、ならびにラン側から
ベント側に戻す際、被成膜基板は成膜位置に配置された
ままである。
【0027】図1に示す構成のCVD装置において、原
料ガス供給手段5より供給される原料ガスとして、強誘
電体キャパシタ膜(SrBi2Ta29)の原料である
Sr(DPM)2、BiPh3、Ta(OEt)5等をガ
ス化したものを用い、被成膜基板3の表面に強誘電体キ
ャパシタ膜としてSrBi2Ta29膜を形成した。そ
して膜厚方向のBi/Taを調査した結果、基板界面か
ら最表面まで所望の略一定値を得た。SrBi2Ta2
9膜において、Bi/Taは強誘電性を得るために重要
な値であり、Bi/Taが基板界面から最表面まで所望
の略一定値であるということは強誘電体キャパシタ膜と
して優れたものと言える。
【0028】図6は本発明の成膜方法と従来の成膜方法
により形成したSrBi2Ta29膜の膜厚方向の組成
比を示す図である。縦軸は膜組成比を横軸は膜厚方向位
置を示す。本発明の成膜方法による成膜の場合は、図6
の実線に示すように、基板界面から最表面まで略所望の
組成比(Bi/Ta)で成膜されるのに対して、従来の
成膜方法による成膜の場合は、図6の破線に示すよう
に、基板界面及び最表面、特に基板界面近傍での膜組成
比(Bi/Ta)が低下する。
【0029】なお、上記例では強誘電体膜SrBi2
29を形成する例を説明したが、本発明は、その他の
強誘電体膜Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、(B
i,La)4Ti312(BLT)、高誘電体膜(Bi,
Sr)TiO3(BST)、SrTiO3(STO)の形
成にも適用できることは当然である。
【0030】
【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0031】請求項1に記載の発明によれば、被成膜基
板をガス供給ヘッドからの原料ガスが殆ど到達しない待
機位置及び成膜に必要な原料ガスが到達する成膜位置に
配置可能とするので、成膜しないときは、被成膜基板を
待機位置に配置し、成膜する時はガス供給ヘッドから噴
出される原料ガスの濃度、速度が安定した状態になった
時、被成膜基板を成膜位置に移動させることができ、ま
た成膜を終了する時はガス供給ヘッドから噴出される原
料ガスの濃度、速度が安定した状態で、被成膜基板を待
機位置に移動させることができるから、被成膜基板の基
板界面から最表面まで略所望の組成比の成膜が可能なC
VD装置を提供できる。
【0032】請求項2に記載の発明によれば、サセプタ
昇降機構によりサセプタに支持された被成膜基板の位置
を待機位置及び成膜位置に配置することができるので、
上記のように被成膜基板の基板界面から最表面まで略所
望の組成比の成膜が可能なCVD装置を提供できる。
【0033】請求項3に記載の発明によれば、成膜開始
時、被成膜基板を待機位置に待機させ、原料ガス供給制
御手段によりベント側に流していた原料ガスをガス供給
ヘッド側に切り換えた後、所定時間が経過したら、該被
成膜基板を成膜位置に配置し、所定時間成膜を行うの
で、ガス供給ヘッドから噴出される原料ガスの濃度、速
度が安定した状態で、被成膜基板に成膜することにな
り、被成膜基板の基板界面に略所望の組成比の成膜が可
能となる。
【0034】請求項4に記載の発明によれば、成膜終了
時、被成膜基板を成膜位置から待機位置に移動させ、所
定時間を経てから原料ガス制御手段によりガス供給ヘッ
ド側に流れていた原料ガスをベント側に切り換えるの
で、ガス供給ヘッドから噴出される原料ガスの濃度、速
度が安定しているうちに被成膜基板を原料ガスの殆ど到
達しない待機位置に移動させることになり、ガス供給ヘ
ッド側に流れていた原料ガスをベント側に切り換えるこ
とによる原料ガスの濃度、速度が不安定になる影響を受
けることがなく、最表面近傍も略所望の組成比の成膜が
可能となる。
【0035】請求項5に記載の発明によれば、成膜開始
時、被成膜基板を待機位置に待機させ、原料ガス供給制
御手段によりベント側に流していた原料ガスをガス供給
ヘッド側に切り換えた後、所定時間が経過したら、該被
成膜基板を成膜位置に配置し、所定時間成膜を行い、成
膜終了時、被成膜基板を成膜位置から待機位置に移動さ
せ、所定時間を経てから原料ガス制御手段によりガス供
給ヘッド側に流れていた原料ガスをベント側に切り換え
るので、上記請求項3及び4に記載の発明の両効果によ
り、被成膜基板の基板界面から最表面まで略所望の組成
比の成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCVD装置の構成例を示す図であ
る。
【図2】本発明に係るCVD装置の構成例を示す図であ
る。
【図3】本発明に係るCVD装置の構成例を示す図であ
る。
【図4】本発明の成膜方法における成膜タイムチャート
を示す図である。
【図5】従来の成膜方法における成膜タイムチャートを
示す図である。
【図6】本発明の成膜方法と従来の成膜方法により形成
した膜の膜厚方向の組成比を示す図である。
【符号の説明】
1 反応容器 2 サセプタ 3 被成膜基板 4 ガス供給ヘッド 5 原料ガス供給手段 6 開閉弁 7 開閉弁 8 排気口 9 昇降機構 10 ダイヤフラム 11 ゲート弁 12 基板搬出入機構 13 不活性ガス導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 究 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 4K030 AA11 BA01 BA04 BA17 BA42 CA04 EA03 FA10 GA02 GA04 KA49 LA15 5F045 AA04 AB31 AC08 AC09 AF10 BB05 CA05 DC63 DP03 EE18 EF20 EM10 5F058 BA11 BC03 BF02 BF22 BG04 BJ02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と、該反応容器に配置され被成
    膜基板を支持するサセプタと、該サセプタに対向して配
    置され被成膜基板に原料ガスを供給するガス供給ヘッド
    と、原料ガス供給手段からの原料ガスを該ガス供給ヘッ
    ド側とベント側に切り換え供給する原料ガス供給制御手
    段を具備するCVD装置において、 前記被成膜基板を前記ガス供給ヘッドからの原料ガスが
    殆ど到達しない待機位置及び成膜に必要な原料ガスが到
    達する成膜位置に配置可能とすることを特徴とするCV
    D装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のCVD装置において、 前記サセプタを昇降させるサセプタ昇降機構を具備し、
    該サセプタ昇降機構により前記サセプタに支持された被
    成膜基板の位置を前記待機位置及び成膜位置に配置する
    ことを特徴とするCVD装置。
  3. 【請求項3】 反応容器と、該反応容器に配置され被成
    膜基板を支持するサセプタと、該サセプタに対向して配
    置され被成膜基板に原料ガスを供給するガス供給ヘッド
    と、原料ガス供給手段からの原料ガスを該ガス供給ヘッ
    ド側とベント側へ切り換え供給する原料ガス供給制御手
    段を具備するCVD装置の成膜方法であって成膜開始
    時、前記被成膜基板を待機位置に待機させ、前記原料ガ
    ス供給制御手段により前記ベント側に流していた原料ガ
    スを前記ガス供給ヘッド側に切り換えた後、所定時間が
    経過したら、該被成膜基板を成膜位置に配置し、所定時
    間成膜を行うことを特徴とするCVD装置の成膜方法。
  4. 【請求項4】 反応容器と、該反応容器に配置され被成
    膜基板を支持するサセプタと、該サセプタに対向して配
    置され被成膜基板に原料ガスを供給するガス供給ヘッド
    と、原料ガス供給手段からの原料ガスを該ガス供給ヘッ
    ド側とベント側へ切り換え供給する原料ガス供給制御手
    段を具備するCVD装置の成膜方法であって成膜終了
    時、前記被成膜基板を前記成膜位置から前記待機位置に
    移動させ、所定時間を経てから前記原料ガス制御手段に
    より前記ガス供給ヘッド側に流れていた原料ガスをベン
    ト側に切り換えることを特徴とするCVD装置の成膜方
    法。
  5. 【請求項5】 反応容器と、該反応容器に配置され被成
    膜基板を支持するサセプタと、該サセプタに対向して配
    置され被成膜基板に原料ガスを供給するガス供給ヘッド
    と、原料ガス供給手段からの原料ガスを該ガス供給ヘッ
    ド側とベント側へ切り換え供給する原料ガス供給制御手
    段を具備するCVD装置の成膜方法であって成膜開始
    時、前記被成膜基板を待機位置に待機させ、前記原料ガ
    ス供給制御手段により前記ベント側に流していた原料ガ
    スを前記ガス供給ヘッド側に切り換えた後、所定時間が
    経過したら、該被成膜基板を成膜位置に配置し、所定時
    間成膜を行い、 成膜終了時、前記被成膜基板を前記成膜位置から前記待
    機位置に移動させ、所定時間を経てから前記原料ガス制
    御手段により前記ガス供給ヘッド側に流れていた原料ガ
    スをベント側に切り換えることを特徴とするCVD装置
    の成膜方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009164281A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法

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