JP2005142579A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上への均一な成膜が可能となる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】 反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、前記反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、前記反応室に成膜用ガスを供給し、前記基板上に薄膜を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を前記反応室から搬出する基板搬出工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記反応室は少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備え、少なくとも前記基板昇温工程時に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ガス供給口および排気口を備えた反応室に基板を搬入して所定の処理を行った後、前記基板を反応室から搬出する工程を有する成膜方法に関し、特に、ガス排気口に付着した成膜用ガス成分が気化して成膜用ガスとなり、反応室に逆流するのを防止することで、基板上に形成された成膜が不均一となるのを防止できるようにした成膜方法等に関するものである。なお、本明細書では、排気管内の反応管との接続部近傍を含めて排気口と言うこととする。

基板上に薄膜を成膜する場合、一つの例として枚葉式の成膜装置が用いられる。具体例として、基板上への酸化タンタル薄膜（Ｔａ2Ｏ5膜）の成膜について説明する。一般的に酸化タンタル薄膜は、ＣＶＤ法により形成されている。
図５は、従来の酸化タンタル薄膜の製造装置の一例を説明するための概略図である。酸化タンタル薄膜のための原料としては、液体であるペンタエトキシタンタルが用いられ、これは恒温室４２内のタンク４１に収容されている。タンク４１は恒温室４２によって例えば３５℃に温度制御されている。Ｎ2供給配管４８からタンク４１に供給されたＮ2ガスは、タンク４１内を加圧し、液体原料であるペンタエトキシタンタルを原料供給配管４９に押し出す。前記液体原料であるペンタエトキシタンタルは、原料供給配管４９より気化器４３に供給され、また気化器４３にはＮ2供給配管４８からＮ2キャリアガスが供給される。気化器４３によって気化された成膜用ガスは、前記Ｎ2キャリアガスと共に供給配管４４を介して反応室４５に導入される。また、それと同時に酸素タンク（図示せず）から酸素も導入され、ペンタエトキシタンタルは反応室４５内で熱分解され、基板上に酸化タンタル薄膜が成膜される。成膜後は、排気ポンプ４６により排気配管４７を通じて反応室４５内の雰囲気が排気される。

基板上に酸化タンタル薄膜を均一に成膜するために、従来技術においては、反応室４５の形状、成膜用ガスの導入レシピ、排気レシピ等が幾つか提案されている。
例えば、下記特許文献１には、２枚の平行平板ヒータにより形成される加熱空間内に偏平な反応管を設け、その内部に処理対象の基板を配置し、反応管の両端部にガス供給口および排気口をそれぞれ設け、成膜時に反応ガスの流れ方向を切り換え可能とした半導体処理装置が開示されている。

図６は、この特許文献に記載の半導体処理装置の反応室（反応管）を説明するための図である。反応管５１の内部のほぼ中央部には、基板（図示せず）が水平に配置され、基板を挟んで互いに対向する位置関係における反応管５１の両端部に、ガス供給口５２、５３およびガス排気口５４、５５がそれぞれ設けられている。例えばガス供給口５２から供給されたガスは、図６の矢印で示したように、反応管５１の内部を基板とほぼ平行に通過して、ガス排気口５５から排気されるようになっている。このとき、ガス供給口５３およびガス排気口５４のバルブは閉められ、ガスの通過を遮断している。この従来装置では、ガスの流れ方向を、前記とは逆に、すなわちガスをガス供給口５３から供給し、反応管５１の内部を通過させ、ガス排気口５４から排気するように設定することもできる。

この特開平７−９４４１９号公報に記載の半導体処理装置を用いて基板上に酸
化タンタル薄膜を成膜する場合の従来の成膜レシピを図面により説明する。
図７は、スタンバイ状態ないし基板昇温工程完了時までの反応管内のガスの通気状態（流れ）を説明するための図である。尚、基板昇温工程は、成膜前に基板を加熱手段（図示しない）により所望の温度まで加熱し、かつ均一化させる工程である。また、加熱手段としては抵抗加熱ヒータが望ましく、基板搬入前から反応室内の温度を所望の温度に保持しておくホットウォール式の加熱方式が望ましい。勿論、加熱手段はランプ、高周波等であっても構わない。

図７（ａ）はスタンバイ状態の装置のガスの流れを示している。なお添付された図面において、ガス供給口および排気口のバルブの開閉状態は、白丸（バルブ開）と黒丸（バルブ閉）で表した。白丸および／または黒丸が２つある場合は、これらはバルブの開閉状態の度合を示している。また、とくに明記していない矢印はガスの流れを意味している。また、反応管５１の両端部に設けられたガス供給口または排気口の一方をBack側、他方をFront側として示した。図７（ａ）のスタンバイ状態では、窒素ガスがBack側供給口からBack側排気口へ、さらにFront側供給口からFront側排気口へ流れるようにバルブ６１〜６４を調節している。反応管５１を通過したガスは、排気ポンプ（ＤＰ）により排気配管４７を通じて外部に排気される。なお、このスタンバイ状態とは、反応管５１内に基板を搬入する基板搬入工程の前の状態等を指す。なお、図示していないが、基板搬入工程時は、すべてのガス供給口のバルブを閉じ、排気口より排気ポンプ（ＤＰ）により、反応管５１内が所望の圧力となるよう排気している（真空引き）。

図７（ｂ）は基板昇温工程時の装置のガスの流れを示している。基板昇温工程時において、Back側供給口から供給された窒素ガスは、図７（ｂ）の矢印で示したように、反応管５１の内部を基板に対しほぼ平行に通過して、Front側排気口から排気されるようになっている。このとき、バルブ６１および６４が開けられ、バルブ６２および６３が閉められている。
次に図７（ｃ）に示したように酸素が反応管５１の内部に供給される。酸素ガスの流れは、前記の図７（ｂ）と同じであり、酸素ガスの供給終了後、基板昇温が完了し、次の基板成膜工程に進む。

図８は、基板成膜工程における反応管内のガスの通気状態（流れ）を説明するための図である。
図８（ａ）は、基板成膜工程の第１段階における装置のガスの流れを示している。成膜用ガスとして酸素および気化されたペンタエトキシタンタルがキャリアガス（窒素ガス）とともに反応管５１に供給され、成膜用ガスは加熱された反応管５１内で熱分解され、基板上に酸化タンタル薄膜が成膜される。このとき、成膜用ガスの流れは前記の図７（ｂ）と同じである（バルブ６１は全開される）。

次に図８（ｂ）に示したように、バルブ６１〜６４が開けられ、成膜用ガスがBack側供給口からBack側排気口へ、さらにFront側供給口からFront側排気口へ流れるように設定される。この操作は、次の基板成膜工程の第２段階で、第１段階とは逆方向に成膜用ガスを流すために行われる。

図８（ｃ）は、基板成膜工程の第２段階における装置のガスの流れを示している。成膜用ガスがキャリアガス（窒素ガス）とともに反応管５１に供給され、成膜用ガスは加熱された反応管５１内で熱分解され、基板上にさらに酸化タンタル薄膜が成膜される。基板成膜工程の第２段階において、Front側供給口から供給された成膜用ガスは、図８（ｃ）の矢印で示したように、反応管５１の内部を基板に対しほぼ平行に通過して、Back側排気口から排気されるようになっている。
このとき、バルブ６２および６３が開けられ（バルブ６２は全開される）、バルブ６１および６４が閉められている。

成膜終了後は、図８（ｄ）に示したようにバルブ６１および６２が閉じられ、バルブ６３および６４が開けられ、反応管５１内の残留ガスがBack側排気口およびFront側排気口から排気ポンプにより排気配管４７を通じて反応管５１の外部に排気される。
最後に、図８（ｅ）に示したように、前記の図７（ａ）のスタンバイ状態と同様に窒素ガスを反応管５１に流し、すべての処理を終了する。尚、図示していないが、反応管５１内から成膜後の基板を搬出する基板搬出工程時は、基板搬入工程時と同様、すべてのガス供給口のバルブを閉じ、排気口より排気ポンプ（ＤＰ）により、反応管５１内が所望の圧力となるよう排気している（真空引き）。
特開平７−９４４１９号公報

しかしながら、前記のような従来技術における薄膜の成膜方法では、例えば基板上に酸化タンタル薄膜を成膜しようとした場合、酸化タンタル薄膜が均一に成膜されないという問題点がある。例えば、特開平７−９４４１９号公報に記載の半導体処理装置を用い、上述の成膜レシピに従って基板上に酸化タンタル薄膜を成膜しようとすると、基板昇温工程時にBack側排気口に付着していた成膜用ガスの残留成分が拡散して成膜用ガスとして反応室に逆流することとなって、Back側排気口付近における基板上に酸化タンタルが厚く成膜されてしまうことがあるという問題点があった。
また、成膜工程終了後に残留ガスを除去する際や、基板搬入工程時および基板搬出工程時にも、ガス排気口に付着していた成膜用ガスの残留成分が拡散して成膜用ガスとして反応室に逆流し、基板上に堆積して、膜厚均一性を悪化させるという問題点があった。これはガスを供給しない状態で真空排気，すなわち真空引きを行ってもガス排気口に残存する成膜用ガス成分の反応室への逆拡散を、十分に防止することができないことが原因として挙げられる。

そこで、この発明の目的は、基板上への均一な成膜が可能となる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、前記反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、前記反応室に成膜用ガスを供給し、前記基板上に薄膜を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を前記反応室から搬出する基板搬出工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記反応室は少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備え、少なくとも前記基板昇温工程時に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気することを特徴とする。

また、本発明おいて、前記反応室内に基板がほぼ水平に配置され、前記少なくとも一つのガス供給口と前記複数の排気口の少なくとも一つが基板の成膜面を挟んで対向する位置に設けられ、前記基板成膜工程においては前記基板の成膜面に対して前記成膜ガスをほぼ平行に流すものである。

本発明において、前記成膜用ガスが複数種類のガスを含む混合ガスであり、前記混合ガスは、それ単独では前記基板に対して成膜を行えない少なくとも１種の非反応性ガスを含み、前記非反応性ガスを前記所定のガスとして用いる。

また、本発明において、前記成膜用ガスが複数種類のガスを含む混合ガスであり、前記混合ガスが、常温で気体であるガスおよび常温で液体であるガスを含み、前記所定のガスとして、常温で気体であるガスを用いる。

また、本発明において、前記所定のガスが、それ単独では前記基板に対して成膜を行えない不活性ガスである。

また、本発明において、前記成膜用ガスが、少なくともペンタエトキシタンタルを含むガスである。

また、本発明は、反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、前記反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、前記反応室に成膜用ガスを供給し、前記基板上に薄膜を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を前記反応室から搬出する基板搬出工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記反応室は少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備え、前記基板成膜工程と前記基板搬出工程との間に成膜工程後の反応室内の残留ガスを除去する残留ガス除去工程を有し、該残留ガス除去工程時に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気する工程を有することを特徴とする。

また、本発明は、基板を収容可能であるとともに少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備えた反応室と、前記ガス供給口および前記複数の排気口の開閉を行うバルブと、前記少なくとも一つのガス供給口から前記所定のガスを供給するための手段と、前記反応室内で基板を昇温する手段とを有し、少なくとも前記反応室内で基板を昇温する際、または前記反応室内の残留ガスを除去する際に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気することを特徴とする。

なお、特許第２８０９８１７号にはガス供給管内に副生成物が堆積するのを防止する手段が、また特開平７−１４７７３号公報および特開平８−３１７４３号公報にはパーティクル等の汚染物質が反応室に逆流するのを防止する手段が開示されているが、これらの従来技術はいずれも、ガス排気口に残存していた成膜用ガスの反応室内への逆流防止については、何ら開示または示唆していない。

この発明によれば、基板上への均一な成膜が可能となる半導体装置の製造方法及びそのための半導体製造装置が提供される。

以下、この発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
この発明の実施の形態による半導体装置の製造方法は、従来の技術と同様に、反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、反応室に成膜用ガスを供給し、基板表面を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を反応室から搬出する基板搬出工程とを少なくとも有している。

反応室は、少なくとも一つのガス供給口および排気口を備えていればよく、それ以外の条件はとくに制限されない。すなわち、本発明の実施の形態では、基板を収容可能であるとともに少なくとも一つのガス供給口および少なくとも一つの排気口を備えた反応室と、前記ガス供給口および排気口の開閉を行うバルブと、前記ガス供給口から前記所定のガスを供給するためのバルブと、前記反応室内で基板を昇温する加熱部などを設備として有する従来の様々な成膜装置の上記設備を用いることができる。具体的には、この発明を実施する際に使用可能な装置設備の一例としては、図５および６に示したような装置設備が挙げられる。なお、図６に示したように、排気口は複数あってもよい。

この発明の実施の形態の特徴は、少なくとも基板昇温工程時に、少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつすべての排気口から前記所定のガスを排気することである。ここでいう所定のガスとは、基板上に成膜される薄膜の種類によって適宜選定できるものであり、とくに制限されない。例えば所定のガスは、それ単独では基板に対して成膜を行えない不活性ガスであることができる。

これとは別にこの発明の実施の形態の特徴は、基板成膜工程と前記基板搬出工程との間に成膜工程後の反応室内の残留ガスを除去する残留ガス除去工程を有し、該残留ガス除去工程に、少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつすべての排気口から前記所定のガスを排気することである。

上記のようにこの発明の実施の形態では、少なくとも基板昇温工程時、あるいは残留ガス除去工程時に、少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつすべての排気口から前記所定のガスを排気すればよいが、基板搬入工程前、基板搬入工程、基板搬出工程、基板搬出工程後も併せて上記の所定のガスの供給および排気を行えば、一層均一な成膜が達成され好ましい。

この発明の実施の形態基板昇温工程は、成膜前に基板を適当な加熱手段により所望の温度まで加熱し、かつ均一化させる工程である。加熱手段としては抵抗加熱ヒータが望ましく、基板搬入前から反応室内の温度を所望の温度に保持しておくホットウォール式の加熱方式が望ましい。勿論、加熱手段はランプ、高周波等であっても構わない。

この発明の実施の形態における基板成膜工程は、基板上に所望の成膜が達成されるならばその成膜手段はとくに問わない。しかしながら、この発明では、反応室内に基板がほぼ水平に配置され、ガス供給口および排気口が基板の成膜面を挟んで対向する位置に設けられ、基板の成膜面に対して成膜用ガスをほぼ平行に流す枚葉装置を用いて基板成膜工程を行うときに、特に顕著な効果が奏される。すなわち、枚葉装置は、ガス供給口に残存している成膜用ガスの反応室内への逆拡散による基板への影響が大きいが、この発明によれば、ガス排気口に残存している成膜用ガスの反応室内への流入が防止され、基板上に形成された成膜が均一となる。また、このような枚葉装置を用いて基板成膜工程を行う場合、成膜用ガスの流れの向きを変えて前記成膜用ガスを所定回数流すのが好ましい。また、基板成膜工程直前に、少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給し、基板の成膜面に対しほぼ平行に所定のガスを流して、前記排気口から前記所定のガスを排気するのもさらに好ましい。なおこの際、所定のガスを供給するガス供給口側付近の反応室温度を反応室の他の部分の温度と異なる温度に設定しておくのが望ましい。例えば、所定のガスを供給するガス供給口側付近の反応室温度を反応室の他の部分の温度より若干低く設定して成膜するのが望ましい。基板上への成膜は、所定のガスを供給するガス供給口に近い基板表面がガス排気口からの逆拡散の影響を受けやすいため厚くなる傾向にあるので、前記ガス供給口に近い基板表面温度を若干低くすることにより、その部分の成膜速度を若干低くすることができ、基板上への一層均一な成膜が達成される。

なお、成膜用ガスは、複数種類のガスを含む混合ガスであることができる。具体的には、前記混合ガスは、それ単独では前記基板に対して成膜を行えない少なくとも１種の非反応性ガスを含むことができる。さらに混合ガスは、常温で気体であるガスおよび常温で液体であるガスを含むことができる。なお、所定のガスとして、不活性ガスを用いることもでき、該不活性ガスを用いれば、成膜にあずかるガス成分との所望されない反応も生じず好ましい。

以下、この発明の実施の形態を説明のために、基板上に酸化タンタル薄膜を成膜する場合について説明する。なおこの発明の半導体装置の製造方法及び半導体製造装置は、下記の酸化タンタル薄膜の成膜に関する方法及び装置に限定されないことは言うまでもない。

先に図５を参照して説明したように、液体であるペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）は、恒温室４２内のタンク４１に収容されている。タンク４１は恒温室４２によって例えば３５℃に温度制御されている。Ｎ2供給配管４８からタンク４１に供給されたＮ2ガスは、タンク４１内を加圧し、液体原料であるペンタエトキシタンタルを原料供給配管４９に押し出す。前記液体原料であるペンタエトキシタンタルは、原料供給配管４９より気化器４３に供給され、また気化器４３にはＮ2供給配管４８からＮ2キャリアガスが供給される。気化器４３によって気化された成膜用ガスは、前記Ｎ2キャリアガスと共に供給配管４４を介して反応室４５に導入される。また、それと同時に酸素タンク（図示せず）から酸素も導入され、ペンタエトキシタンタルは反応室４５内で熱分解され、基板上に酸化タンタル薄膜が成膜される。成膜後は、排気ポンプ４６により排気配管４７を通じて反応室４５内の雰囲気が排気される。

この発明の実施の形態によれば、少なくとも一つのガス供給口および排気口を備えてさえいれば反応室４５の形状は任意であり、従来と同様とすることができる。例えば上述の図６に示した特開平７−９４４１９号公報に記載された反応管のように、反応管５１の内部のほぼ中央部には、基板（図示せず）が水平に配置され、基板を挟んで互いに対向する位置関係における反応管５１の両端部に、ガス供給口５２、５３およびガス排気口５４、５５がそれぞれ設けられている反応室を採用できる。

この発明の実施の形態は、少なくとも基板昇温工程時に、少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつすべての排気口からこの所定のガスを排気することを特徴の一つとしている。
図１は、この発明における基板昇温工程時の所定のガスの通気状態（流れ）と、成膜直前の所定のガスの通気状態を説明するための図である。
図１（ａ）はスタンバイ状態の所定のガスの流れを示している。なお、図６と同じように、反応管５１の両端部に設けられた供給口または排気口の一方をBack側、他方をFront側として示した。

図１（ａ）のスタンバイ状態では、窒素ガスがBack側供給口からBack側排気口へ、さらにFront側供給口からFront側排気口へ流れるようにバルブ６１〜６４を調節している。反応管５１を通過したガスは、排気ポンプ（ＤＰ）により排気配管４７を通じて外部に排気される。なお、このスタンバイ状態とは、反応管５１内に基板を搬入する基板搬入工程時、該基板搬入工程の前、あるいは基板昇温工程前の反応管５１内に基板が設置された状態であることができる。またこのスタンバイ状態における所定のガスは、窒素ガスである。窒素ガスは、それ単独では基板に対して成膜を行えない不活性ガスである。

図１（ｂ）は基板昇温工程時の装置のガスの流れを示している。反応管５１の基板昇温工程時において、Back側供給口から供給された酸素ガスは、図１（ｂ）の矢印で示したように、直接Back側供給口と対向する位置にあるBack側排気口に進み、そこから排気されるようになっている。また、Front 側供給口から供給された酸素ガスは、直接Front 側供給口と対向する位置にあるFront 側排気口に進み、そこから排気されるようになっている。このとき、バルブ６１〜６４がすべて開けられている。なおこの基板昇温工程時における所定のガスは、酸素ガスである。酸素ガスは、成膜工程時にペンタエトキシタンタルとともに反応室に供給するそれ単独では基板に対して成膜を行えないガスであり、本明細書ではこれを非反応性ガスということにする。

図１（ｃ）は、基板昇温工程時における成膜直前のガスの流れを示している。Back側供給口から供給された酸素ガスは、図１（ｃ）の矢印で示したように、反応管５１の内部を基板に対しほぼ平行に通過して、Front側排気口から排気される。このとき、バルブ６１および６４が開けられ、バルブ６２および６３が閉められている。酸素ガスの供給終了後、基板昇温工程が完了し、次の基板成膜工程に進む。なお、上記のように成膜直前に基板に対しほぼ平行にガスを流す時間はなるべく短時間であるのが望ましい。しかしながらたとえ短時間であっても、この間排気を行っていないBack側排気口から、該排気口に残存する成膜用ガス成分が反応室内へ逆拡散する場合がある。このような場合、基板上への成膜は、成膜工程直前に排気を行っていないBack側排気口すなわち所定のガスを供給するBack側供給口に近い基板表面が厚くなる傾向にある。これを改善するために、Back側供給口付近の反応室温度を前記反応室の他の部分の温度に対し調整する。例えば、Back側供給口付近の反応室温度を前記反応室の他の部分の温度より若干低くする。これにより、Back側供給口に近い基板表面温度が若干低くなり、その部分の成膜速度が若干小さくなるので、成膜工程においてBack側供給口付近の膜厚増加を補正することができる。

この発明の実施の形態における基板成膜工程は、従来のそれと同様に行うことができる。
すなわち、図８（ａ）に示したように、基板成膜工程の第１段階において成膜用ガスとして酸素および気化されたペンタエトキシタンタルがキャリアガス（窒素ガス）とともに反応管５１に供給される。この態様によれば、成膜用ガスは複数種類のガスを含む混合ガスであり、酸素が非反応性ガスに相当する。酸素は常温では気体であるが、ペンタエトキシタンタルは常温で液体である。次に、成膜用ガスは加熱された反応管５１内で熱分解され、基板上に酸化タンタル薄膜が成膜される。このとき、成膜用ガスは、図８（ａ）の矢印で示したように、Back側供給口から供給され、反応管５１の内部を、基板に対しほぼ平行に通過してFront 側排気口から排気されるようになっている。このとき、バルブ６１，６４が開けられ（バルブ６１は全開される）、バルブ６２，６３が閉められている。

次に図８（ｂ）に示したように、バルブ６１〜６４が開けられ、成膜用ガスがBack側供給口からBack側排気口へ、さらにFront側供給口からFront側排気口へ流れるように設定される。この操作は、次の基板成膜工程の第２段階で、第１段階とは逆方向に成膜用ガスを流すために行われる。

続いて、図８（ｃ）に示したように、成膜用ガスがキャリアガス（窒素ガス）とともに反応管５１に供給され、成膜用ガスは加熱された反応管５１内で熱分解され、基板上にさらに酸化タンタル薄膜が成膜される。この成膜工程の第２段階において、Front側供給口から供給された成膜用ガスは、図８（ｃ）の矢印で示したように、反応管５１の内部を基板に対しほぼ平行に通過して、Back側排気口から排気されるようになっている。このとき、バルブ６２および６３が開けられ（バルブ６２は全開される）、バルブ６１および６４が閉められている。

基板成膜工程終了後は、図８（ｅ）に示したように残留ガス除去工程が行われる。すなわち、前記の図１（ａ）のスタンバイ状態と同様に窒素ガスを反応管５１に流しつつ、すべての排気口から排気することにより、反応管内の残留ガスを除去し、すべての処理を終了する。
なお、基板を反応管５１から搬出する基板搬出工程時および基板搬出工程後も上記のように所定のガスを少なくとも一つのガス供給口から供給しつつ、かつすべてのガス排気口から排気するのも好ましい態様である。

上記の酸化タンタル薄膜の成膜方法によれば、基板昇温工程時あるいは残留ガス除去工程時等にガス供給口から該ガス供給口と対向する位置関係にあるガス排気口に向かって、例えばBack側供給口からBack側排気口およびFront側供給口からFront側排気口に向かって通気を行うため、排気口から反応室への成膜用ガス残留成分の逆拡散を防止でき、基板上に薄膜を均一に成膜することができる。

図２は、この発明の実施の形態と従来技術における、成膜用ガス残留成分の動向を説明するための図である。一般的に、成膜用ガスは残留成分としてガス排気口５４とガス排気口５５の反応管５１付近に留まっている。この現象は、ガス排気口５４とガス排気口５５の温度が反応管５１に対して低いために生じるものである。図２（ａ）は上記の酸化タンタル薄膜の成膜方法の態様に関するものであり、基板昇温工程時に例えばBack側供給口からBack側排気口およびFront側供給口からFront側排気口に向かって通気を行っているため、残留成分８０が逆拡散して反応管５１内に侵入するのが防止される。尚、どちらか一方の供給口から所定のガスを流しつつ、すべての排気口から排気するようにしても同様の効果を得ることができるのは勿論のことである。

これに対し、図２（ｂ）の従来技術では基板昇温工程時にBack側供給口からFront側排気口に向かって通気を行っているため、残留成分８０が矢印８１方向に逆拡散して反応管５１内に侵入してしまう。これにより、Back側供給口に近い基板表面に酸化タンタルが厚く成膜されてしまう結果となる。なお、上述の特開平７−９４４１９号公報には、成膜工程前の基板昇温工程時のガスの流れについては、全く言及されていない。
また、従来技術では、成膜工程終了後、図８（ｄ）に示すような方法で残留ガスを除去しているため、この工程においても排気口の残留成分８０が逆拡散して反応管５１内に侵入してしまい、膜厚均一性が悪化する。さらに、基板搬入工程時及び基板搬出工程時においても、すべてのガス供給口のバルブを閉じ、排気ポンプにより反応管５１内が所望の圧力となるよう排気しているため、同様に排気口からの残留成分８０の逆拡散が起こり膜厚が不均一となる。

この発明の実施の形態方法は、酸化タンタル薄膜の成膜にとくに有効に適用することができる。これは、成膜用ガスのペンタエトキシタンタルのタンタル残留成分が、ガス排気口５４および５５の内部に留まり易い性質があるからである。なお、その他の種類の成膜用ガスを使用する場合もこの発明の方法を適用できることは言うまでもない。また、成膜用ガスや所定のガスの導入圧力、導入温度、導入時間、導入流量、排気圧力、排気時間、所定のガスやキャリアガスの選定、基板昇温工程温度、バルブの開閉状態の度合いなどは、目的とする薄膜の種類、使用する成膜装置の規模、その他の要因を考慮して適宜選択すればよい。

図３は、この発明の実施の形態の方法を適用して反応管内で２枚の基板を垂直方向に積層して保持し、各基板上に酸化タンタル薄膜を成膜した場合の、薄膜の膜厚均一性を説明するための図である。
上部基板上の中心を測定点０ｍｍとし、この測定点０ｍｍで膜厚（Å）を測定し、さらに測定点０ｍｍからFront側に５０ｍｍおよび９５ｍｍ（図３ではそれぞれ−５０ｍｍおよび−９５ｍｍと記載）とBack側に５０ｍｍおよび９５ｍｍ（図３ではそれぞれ５０ｍｍおよび９５ｍｍと記載）の地点の膜厚（Å）を測定した（実線９１）。また、下部基板について同様に測定した（実線９２）。さらに、前記のFront側−Back側の測定方向と直交する方向にも同様に膜厚を測定した（図３ではLeftまたはRightと記載し、破線９３および９４として表した）。図３の結果から、この発明を適用することにより、基板上に均一に薄膜が形成されていることが分かる。膜厚の均一性は３．９〜４．８％であった。

これに対し、従来技術では図３のような良好な結果が得られない。
図４は、従来技術の方法（基板昇温工程時にBack側供給口からFront側排気口に向けて通気を行う方法）を適用して基板上に酸化タンタル薄膜を成膜した場合の、薄膜の均一性を説明するための図である。図４の成膜条件および薄膜の測定条件は、図３の条件と同様にした。
図４によれば、実線９５、９６ともにBack側およびFront側で膜厚の変動が大きく、膜厚の均一性が損なわれていることが分かる。膜厚の変動性は８．４〜８．７％に悪化した。

この発明の実施の形態における基板昇温工程時のガスの通気状態（流れ）と、成膜直前のガスの通気状態を説明するための図である。 この発明の実施の形態と従来技術における、成膜用ガス残留成分の動向を説明するための図である。 この発明の実施の形態の法を適用して反応管内で２枚の基板を垂直方向に積層して保持し、各基板上に酸化タンタル薄膜を成膜した場合の、薄膜の膜厚均一性を説明するための図である。 従来技術の方法を適用して基板上に酸化タンタル薄膜を成膜した場合の、薄膜の均一性を説明するための図である。 従来の酸化タンタル薄膜の製造装置の一例を説明するための概略図である。 特開平７−９４４１９号公報に記載の半導体処理装置の反応室（反応管）を説明するための図である。 従来のスタンバイ状態ないし基板昇温工程完了時までの反応管内のガスの通気状態（流れ）を説明するための図である。 この発明の実施の形態と従来技術における、基板成膜工程等における反応管内のガスの通気状態（流れ）を説明するための図である。

符号の説明

４１ タンク
４２ 恒温室
４３ 気化器
４４ 供給配管
４５ 反応室
４６ ポンプ
４７ 排気配管
５１ 反応管
５２，５３ ガス供給口
５４，５５ ガス排気口
６１，６２，６３，６４ バルブ
８０ 残留成分

Claims (8)

1. 反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、前記反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、前記反応室に成膜用ガスを供給し、前記基板上に薄膜を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を前記反応室から搬出する基板搬出工程とを有する半導体装置の製造方法において、
   前記反応室は少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備え、少なくとも前記基板昇温工程時に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記反応室内に基板がほぼ水平に配置され、前記少なくとも一つのガス供給口と前記複数の排気口の少なくとも一つが基板の成膜面を挟んで対向する位置に設けられ、前記基板成膜工程においては前記基板の成膜面に対して前記成膜ガスをほぼ平行に流す請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 反応室に基板を搬入する基板搬入工程と、前記反応室内で基板を昇温する基板昇温工程と、前記反応室に成膜用ガスを供給し、前記基板上に薄膜を成膜する基板成膜工程と、成膜後の基板を前記反応室から搬出する基板搬出工程とを有する半導体装置の製造方法において、
   前記反応室は少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備え、前記基板成膜工程と前記基板搬出工程との間に成膜工程後の反応室内の残留ガスを除去する残留ガス除去工程を有し、該残留ガス除去工程時に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 前記成膜用ガスが複数種類のガスを含む混合ガスであり、前記混合ガスは、それ単独では前記基板に対して成膜を行えない少なくとも１種の非反応性ガスを含み、前記非反応性ガスを前記所定のガスとして用いる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記成膜用ガスが複数種類のガスを含む混合ガスであり、前記混合ガスが、常温で気体であるガスおよび常温で液体であるガスを含み、前記所定のガスとして、常温で気体であるガスを用いる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記所定のガスが、それ単独では前記基板に対して成膜を行えない不活性ガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記成膜用ガスが、少なくともペンタエトキシタンタルを含むガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
8. 基板を収容可能であるとともに少なくとも一つのガス供給口および複数の排気口を備えた反応室と、前記ガス供給口および前記複数の排気口の開閉を行うバルブと、前記少なくとも一つのガス供給口から前記所定のガスを供給するための手段と、前記反応室内で基板を昇温する手段とを有し、少なくとも前記反応室内で基板を昇温する際、または前記反応室内の残留ガスを除去する際に、前記少なくとも一つのガス供給口から所定のガスを供給しつつ、かつ前記複数の排気口のすべてから前記所定のガスを排気することを特徴とする半導体製造装置。

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