JP2010080657A - 成膜装置及びこの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気口の近傍に付着している反応副生成物が燃焼することを防止することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗに対してシリコン含有ガスを用いて薄膜を形成する成膜処理と酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置２において、被処理体を複数枚収容できる処理容器４と、原料ガスを供給する原料ガス供給手段２６と、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給手段２８と、酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段３２と、処理容器に設けられた第１の排気口５４と、第１の排気口とは異なる位置に設けられた第２の排気口８８と、第１の排気口に接続されて成膜処理時に用いる第１の排気系５６と、第２の排気口に接続されて酸化処理時に用いる第２の排気系９０と、酸化処理時に第１の排気口に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段６６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等にシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）等のシリコン含有膜よりなる薄膜を形成するための成膜装置及びこの使用方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。例えばこれらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。

ここで上記半導体集積回路の特性を向上させる要因の１つとしてゲート絶縁膜等に用いられる絶縁膜に例をとれば、ゲート絶縁膜としては従来はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２ ）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が用いられていたが（例えば特許文献２〜５）、高集積化、高微細化、スイッチング特性の高速化及び動作電圧の低電圧化の更なる要求によって薄くてもリーク電流特性が良好なことから、最近にあって上記薄膜に替えてシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を用いることが提案されている。

このシリコン酸窒化膜を形成するためには、例えばＴＥＯＳを用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を得る方法や成膜に必要な２種類のガスを交互に繰り返し流して高品質な薄膜を形成する方法（ＡＬＤ法：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）も開示されている（例えば特許文献６）。

特開平１１−１７２４３９号公報 特開２００４−２８１８５３号公報 特開２００２−３３４８６９号公報 特開２００２−３６７９９２号公報 特開２００５−０９３６７７号公報 特開２００７−０１９１４５号公報

ところで、上述したような成膜処理において、処理容器内のプロセス温度は、用いるガス種にもよるが例えば６００℃程度であるのに対して、この処理容器の排気口などは例えば１５０℃程度であってかなり低くなっている。そして、このような温度状況の下で上述のように原料ガスとしてシリコンと塩素とを含む原料ガス、例えばヘキサクロロジシラン（以下「ＨＣＤ」とも称す）を用いた場合には、上述のように温度が急激に低下する部位である排気口の近傍の壁面に反応副生成物として可燃性のクロロシランポリマーが堆積する場合があった。

このように反応副生成物が排気口の近傍に堆積すると、このクロロシランポリマーは可燃性であって、着火温度は３００℃程度であるので、上記成膜処理後にウエハ表面のＳｉＮ膜を酸化してＳｉＯＮ膜を形成するために酸化ガスとしてＯ_２ ガスを流すと、高温のＯ_２ ガスと排気口に付着していた上記クロロシランポリマーとが激しく反応して燃焼する、といった問題があった。

このような燃焼が生ずると、排気系の配管に用いている例えばＯリング等のシール部材が耐熱温度以上になってシール性が劣化したり、或いは高温に晒された配管材料であるステンレススチールから含有成分が飛散して半導体ウエハに対して金属汚染を生じたり、更には燃焼によって発生する副生成物であるＳｉＯ_２ 等がパーティクルとなって逆流して処理容器内の半導体ウエハに付着する等の問題を引き起こす原因となっていた。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、排気口の近傍に付着している反応副生成物が燃焼することを防止することが可能な成膜装置及びその使用方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、前記被処理体を複数枚収容できるような長さを有する処理容器と、前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記処理容器内へ酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記処理容器に設けられた第１の排気口と、前記第１の排気口とは異なる位置に設けられた第２の排気口と、前記第１の排気口に接続されて前記成膜処理時に用いる第１の排気系と、前記第２の排気口に接続されて前記酸化処理時に用いる第２の排気系と、前記酸化処理時に前記第１の排気口に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。

このように、被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第１の排気口と酸化処理時に用いる第２の排気口とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第１の排気口の部分を不活性ガスの雰囲気で覆って反応副生成物が酸化ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第１の排気口の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、排気系のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第２の排気口は、前記成膜処理時における前記原料ガスの流れ方向とは反対の方向に前記第１の排気口から離れて位置されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記酸化処理時に前記第１の排気口の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段が所定の濃度以上の酸素濃度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の前記酸化処理時に前記第１の排気口の近傍の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器が所定の温度以上の温度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、を備えたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の前記処理容器は、円筒状の内筒と前記内筒の外側に円心状に配置された円筒状の外筒とを有し、前記第１の排気口は前記内筒と前記外筒との間の空間を臨むように設けられ、前記第２の排気口は前記内筒の下方の空間を臨むように設けられていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記内筒は上端に天井部が形成されると共に前記内筒の側壁にはその高さ方向に沿って前記内筒と前記外筒との間の空間に連通されるガス流通口が形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒内の上端部、或いは下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項７又は８の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項７又は８の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の前記第２の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項５の発明において、前記内筒は、上端が開放されていることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒の下方の空間にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１３の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１３の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の前記第２の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の前記処理容器は有天井の１つの筒体を有することを特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１７の発明において、前記処理容器の天井部に前記第１の排気口が設けられており、前記処理容器の下部側壁に前記第２の排気口が設けられることを特徴とする。
請求項１９の発明は、請求項１８の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記処理容器内の下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項２０の発明は、請求項１８の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記処理容器内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。

請求項２１の発明は、請求項１９又は２０の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項２２の発明は、請求項１９又は２０の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項２３の発明は、請求項１７に記載の前記処理容器の下部側壁に前記第１の排気口が設けられており、前記処理容器の天井部に前記第２の排気口が設けられていることを特徴とする。
請求項２４の発明は、請求項２３の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項２５の発明は、請求項２３の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。

請求項２６の発明は、請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の下端部にそのガス噴射口を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項２７の発明は、請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項２８の発明は、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の排気系と前記第２の排気系は、互いに共用される少なくとも排気ポンプを有していることを特徴とする。
請求項２９の発明は、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の排気系と前記第２の排気系は、それぞれ個別に排気ポンプを有していることを特徴とする。
請求項３０の発明は、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の発明において、前記シリコン含有ガスは、シリコンと塩素とを含むガスであることを特徴とする。

請求項３１の発明は、請求項３０記載の発明において、前記シリコンと塩素とを含むガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする。
請求項３２の発明は、請求項１乃至３１のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガスは、Ｏ_２ 、Ｏ_３ 、ＮＯ、Ｎ_２ Ｏ、ＮＯ_２ 、Ｈ_２ Ｏ、Ｈ_２ Ｏ_２ 、ラジカル酸素よりなる群より選択される１以上のガスよりなることを特徴とする。

請求項３３の発明は、請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の発明において、前記不活性ガスは、Ｎ_２ ガス及び希ガスよりなる群より選択される１以上のガスよりなることを特徴とする。

請求項３４の発明は、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の成膜装置の使用方法において、被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしたことを特徴とする成膜装置の使用方法である。
請求項３５の発明は、請求項３４記載の発明において、前記成膜工程と酸化工程とは、同一の被処理体に対して連続的に行われることを特徴とする。

本発明に係る成膜装置及びこの使用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第１の排気口と酸化処理時に用いる第２の排気口とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第１の排気口の部分を不活性ガスの雰囲気で覆って反応副生成物が酸化ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第１の排気口の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、排気系のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することができる。

以下に、本発明に係る成膜装置及びその使用方法の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の成膜装置の第１実施形態について説明する。図１は本発明の係る成膜装置の第１実施形態を示す縦断面構成図、図２は処理容器を示す断面図、図３は処理容器の内筒に設けたガス流通口を示す平面図である。尚、ここでは原料ガスとしてシリコン含有ガスであるヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用い、反応ガスとして窒化ガスであるアンモニアガス（ＮＨ_３ ）を用い、酸化ガスとして酸素（Ｏ_２ ）ガスを用い、パージガスとしてＮ_２ ガスを用い、反応副生成物の燃焼を防止する不活性ガスとしてＮ_２ ガスを用い、そして、最初はシリコン含有膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成して、これを酸化することにより最終的にシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を成膜する場合を例にとって説明する。

図示するように、この成膜装置２は、内部に複数枚の被処理体を収容できるような長さを有する処理容器４を有している。この処理容器４は、有天井の円筒状に成形された内筒４Ａと、この内筒４Ａの外側に同心状に配置された内筒状の外筒４Ｂとを有しており、これらの内筒４Ａ及び外筒４Ｂはいずれも石英により形成されている。この内筒４Ａ及び外筒４Ｂの天井部は共に平坦な天井部になされると共に、これらの内筒４Ａと外筒４Ｂはいずれも下端が開口されている。

また、この外筒４Ｂの下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド６がＯリング等のシール部材８を介して連結されている。尚、ステンレス製のマニホールド６を設けないで、全体を円筒体状の石英製の処理容器で構成した装置もある。また、上記マニホールド６の内壁の上部にはリング状に支持片９が形成されており、この支持片９上に、上記内筒４Ａの下端部を支持させて、処理容器４の全体を構成している。

上記マニホールド６の下端は開放されており、このマニホールド６の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート１０が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施形態の場合において、このウエハボート１０には、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。

このウエハボート１０は、石英製の保温筒１２を介してテーブル１４上に載置されており、このテーブル１４は、マニホールド６の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部１６を貫通する回転軸１８上に支持される。そして、この回転軸１８の貫通部には、例えば磁性流体シール２０が介設され、この回転軸１８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１６の周辺部とマニホールド６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２２が介設されており、処理容器４内のシール性を保持している。

上記した回転軸１８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構２４に支持されたアーム２４Ａの先端に取り付けられており、ウエハボート１０及び蓋部１６等を一体的に昇降して処理容器４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル１４を上記蓋部１６側へ固定して設け、ウエハボート１０を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。

このマニホールド６には、処理容器４内へ各ガスを供給するための各ガス供給手段が設けられている。具体的には、このマニホールド６には、原料ガスとして例えばシリコン含有ガスであるＨＣＤガスを供給する原料ガス供給手段２６と、反応ガスとして例えば窒化ガスであるＮＨ_３ ガスを供給する反応ガス供給手段２８と、パージガスとして例えばＮ_２ ガスを供給するパージガス供給手段３０と、酸化ガスとして例えばＯ_２ ガスを供給する酸化ガス供給手段３２とがそれぞれ設けられている。

具体的には、上記原料ガス供給手段２６は、上記マニホールド６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル３４を有している。このガスノズル３４には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３４Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３４Ａから水平方向に向けて略均一にＨＣＤガスを噴射できるようになっている。このようなタイプのガスノズルを分散形のガスノズルと称す。

また同様に上記反応ガス供給手段２８も、上記マニホールド６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル３６を有している。このガスノズル３６には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３６Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３６Ａから水平方向に向けて略均一にＮＨ_３ ガスを噴射できるようになっている。また同様にパージガス供給手段３０も、上記マニホールド６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル３８を有している。このガスノズル３８には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３８Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３８Ａから水平方向に向けて略均一にパージガスとしてＮ_２ ガスを噴射できるようになっている。

また同様に酸化ガス供給手段３２も、上記マニホールド６の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル４０を有している。このガスノズル４０には、上記各ガスノズル３４、３６、３８とは異なって上端部だけにガス噴射孔４０Ａが形成されており、このガス噴射孔４０Ａから内筒４Ａ内の上端に向けてＯ_２ ガスを噴射できるようになっている。このように、一箇所に集中させてガスを噴射して供給するようにしたタイプのガスノズルをストレート形のガスノズルと称す。

上記各ガスノズル３４、３６、３８、４０には、ガス通路４２、４４、４６、４８がそれぞれ接続されている。そして、各ガス通路４２〜４８には、それぞれ開閉弁４２Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４８Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器４２Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂ、４８Ｂが介設されており、ＨＣＤガス、ＮＨ_３ ガス、Ｎ_２ ガス及びＯ_２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。図１では発明の理解を容易にするために４本の上記各ガスノズル３４、３６、３８、４０を横方向に配列しているが、実際には、図２に示すように処理容器１０の一部に集中させて円弧状に配列されている。

一方、上記処理容器４の中心を点対称として上記各ガスノズル３４、３６、３８、４０の設置位置とは反対側には、この内部雰囲気を排気するために内筒４Ａの側壁を、例えば削り取ることによって形成したガス流通口５０が設けられており、内筒４Ａ内をこの内筒４Ａと外筒４Ｂとの間の空間５２に連通させるようになっている。ここでは、このガス流通口５０は、図３に示すように内筒４Ａの高さ方向に沿って複数個形成されており、更に、上方に位置する程、その直径（開口面積）を大きく設定してコンダクタンスが大きくなるように設定して内筒４Ａ内の横方向の流速を均一化するようになっている。尚、ガス流通口５０の形状は特に限定されない。

そして、処理容器４には、この内部雰囲気を排気するために成膜処理用の第１の排気口５４が設けられている。具体的には、この第１の排気口５４は、上記外筒４Ｂの下端部の側壁に、上記空間５２に臨ませて設けられており、上記ガス通気口５０を通ったガスをこの第１の排気口５４を介して排出するようになっている。そして、この第１の排気口５４には、成膜処理時に用いる第１の排気系５６が接続されている。具体的には、この第１の排気系５６は、上記第１の排気口５４に接続された第１の排気通路５８を有している。

この第１の排気通路５８には、その上流側から下流側に向けて第１の開閉弁６０、処理容器４内の圧力を調整するための第１の圧力調整弁６２及び第１の排気ポンプ６４が順次介設されており、処理容器４内の雰囲気を圧力制御しつつ排気できるようになっている。上記第１の排気ポンプ６４としては、プロセス圧力が低い場合には真空ポンプを用いるようにすればよく、実施されるプロセス圧力に見合った能力の排気ポンプを用いる。

そして、この第１の排気口５４、或いはこの近傍に酸化処理時に上記第１の排気口５４に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段６６が設けられる。この不活性ガス導入手段６６は、上記第１の排気口５４の側壁部分に接続されたガス通路６８を有しており、このガス通路６８には開閉弁７０及びマスフローコントローラのような流量制御器７２が順次介設されており、必要時、すなわち酸化処理時に流量制御しつつ不活性ガス、例えばここではＮ_２ ガスを第１の排気口５４内の部分に導入できるようになっている。

この場合、上記ガス通路６８の上流端の接続位置は、上記第１の排気口５４の側壁に限らず、第１の開閉弁６０よりも上流側部分の第１の排気通路５８に接続するようにしてもよく、いずれにしても、酸化処理時に第１の排気口５４の内側近傍をＯ_２ ガスで覆うことができるならば、どこに接続するようにしてもよい。

また、この第１の排気口５４、或いはこの近傍には、酸化処理時に、この第１の排気口５４の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段７４が設けられている。具体的には、この酸素濃度検出手段７４は、上記第１の排気口５４と上記第１の開閉弁６０の下流側の第１の排気通路５８とを連通するバイパス通路７６を有しており、このバイパス通路７６の途中にその上流側から下流側に向けて開閉弁７８及び酸素濃度検出器８０が順次介設されて、このバイパス通路７６を流れる雰囲気中の酸素濃度を検出することにより、第１の排気口５４の近傍の酸素濃度を認識できるようになっている。

この場合、このバイパス通路７６の管径は非常に小さく設定されてコンダクタンスが非常に小さくなるように設計されており、このバイパス通路７６には少量のガスしか流れないようになっている。また、上記第１の排気口５４、或いはこの近傍には、酸化処理時に上記第１の排気口５４の近傍の温度を検出するための温度検出器８２が設けられる。この温度検出器８２としては、例えば熱電対を用いることができる。そして、上記酸素濃度検出器８０の検出値や上記温度検出器８２の検出値は、例えばコンピュータ等よりなる回避動作指令部８４へ入力されるようになっており、必要に応じて種々の危険回避動作をとるための指令を出力するようになっている。

また、上記第１の排気口５４とは異なる位置に本発明の特徴とする酸化処理時用の第２の排気口８８が設けられている。この第２の排気口８８は、成膜処理時における原料ガスの流れ方向とは反対側の方向に上記第１の排気口５４から離れて位置されている。具体的には、ここではこの第２の排気口８８は、上記マニホールド６の側壁に設けられている。そして、この第２の排気口８８には、酸化処理時に用いる第２の排気系９０が接続されている。

具体的には、この第２の排気系９０は、上記第２の排気口８８に接続された第２の排気通路９２を有している。そして、この第２の排気通路９２の途中には、第２の開閉弁９４が介設されていると共に、この第２の排気通路９２の下流側は、上記第１の開閉弁６０と第１の圧力調整弁６２との間の第１の排気通路５８に接続されており、第１の圧力調整弁６２と第１の排気ポンプ６４とを共用するようになっている。

これにより、酸化処理時に処理容器４内の酸素雰囲気をこの第２の排気口８８を介して排出することができるようになっている。尚、上記第１の圧力調整弁６２及び第１の排気ポンプ６４を共用しないで、第２の排気通路９２に別個に第２の圧力調整弁及び第２の排気ポンプをそれぞれ介設させるようにしてもよい。そして、上記処理容器４の外周を囲むようにしてこの処理容器４及びこの内部のウエハＷを加熱するために加熱ヒータ８６Ａを有する筒体状の加熱手段８６が設けられている。

そして、このように構成された成膜装置２の全体の動作、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給、供給停止、各ガスの切り替え、ガス流量の制御及び各開閉弁の開閉制御等は例えばコンピュータ等よりなる装置制御部９６により行われる。そして、この装置制御部９６は、上記制御を行うためのプログラムが記憶されている記憶媒体９８を有している。この記憶媒体９８としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等を用いることができる。

次に、以上のように構成された成膜装置２を用いて行なわれる本発明の成膜方法（いわゆるＡＬＤ成膜処理と酸化処理）について図４乃至図７も参照して説明する。図４は本発明方法の各工程を示すフローチャート、図５は本発明方法における各ガスの供給態様を示すタイミングチャート、図６は成膜工程における処理容器内のガスの流れを示す図、図７は酸化工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。

本発明方法は、被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしている。具体的には、ここでは、図４に示すように、処理容器４内へ原料ガス（ＨＣＤ）と反応ガス（ＮＨ_３ ）とを供給して被処理体、例えば半導体ウエハＷの表面にシリコン含有膜よりなる薄膜（ＳｉＮ）を形成する成膜工程Ｓ１と、被処理体に対して酸化ガス（Ｏ_２ ）を用いてＳｉＮを酸化してＳｉＯＮ膜を形成する酸化工程Ｓ２とよりなっている。

まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボート１０を予め所定の温度になされた処理容器４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部１６でマニホールド６の下端開口部を閉じることにより処理容器４内を密閉する。

そして処理容器４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段８６への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。そして、まず成膜工程（図４のＳ１）を行う。この成膜工程では、上記ＨＣＤガスを原料ガス供給手段２６から供給し、ＮＨ_３ ガスを反応ガス供給手段２８から供給し、パージガスとしてＮ_２ ガスをパージガス供給手段３０から供給する。

この場合、ＨＣＤガスは流量制御されつつガスノズル３４内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔３４Ａより水平方向のウエハＷの方向に向けて放出される。またＮＨ_３ ガスは流量制御されつつガスノズル３６内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔３６Ａより水平方向のウエハＷの方向に向けて放出される。またＮ_２ ガスは流量制御されつつガスノズル３８内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔３８Ａより水平方向のウエハＷの方向に向けて放出される。

そして、上記各ガスは水平方向に位置する各ガス流通口５０を通過した後、内筒４Ａと外筒４Ｂとの間の空間５２内を流下して第１の排気口５４に流れ込み、そして、駆動状態にある第１の排気系５６の第１の排気通路５８内を流れて第１の開閉弁６０、第１の圧力調整弁６２及び第１の排気ポンプ６４を順次介して系外へ排出されて行く。尚、この成膜工程では、第２の排気系９０の第２の排気通路９２に介設した第２の開閉弁９４は閉状態に維持されており、ここではガスを流さないようにしている。

具体的には、図５に示すように、まず処理容器４内へＨＣＤガスを供給することにより吸着処理を所定の時間Ｔ１だけ行う（図５（Ａ）参照）。この吸着処理では、例えばシリコン基板よりなるウエハＷの表面にＨＣＤガスの分子が吸着する。次にＨＣＤガスの供給を停止して処理容器４内へパージガスとしてＮ_２ ガスを流すことにより処理容器４内の残留ガスを排気するパージガス処理を所定の時間Ｔ２だけ行う（図５（Ｃ）参照）。次に、処理容器４内へＮＨ_３ ガスを供給することにより反応処理として窒化処理を所定の時間Ｔ３だけ行う（図５（Ｂ）参照）。

次に、ＮＨ_３ ガスの供給を停止して処理容器４内へパージガスとしてＮ_２ ガスを再度流すことにより処理容器４内の残留ガスを排気するパージ処理を所定の時間Ｔ４だけ行う（図４（Ｃ）参照）。そして、上記各処理を所定の回数だけ繰り返し行う。すなわち、図５中において、ＨＣＤガスの吸着処理から次の吸着処理までの間が１サイクルであり、これを予め定められた回数だけ繰り返し行う。ここで上記各時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、それぞれ３０ｓｅｃ、３０ｓｅｃ、３０ｓｅｃ、３０ｓｅｃ程度である。

上記１サイクルで形成されるＳｉＮ膜の膜厚は、プロセス温度やプロセス圧力やガス流量等にもよるが、略１Å前後である。この時のプロセス条件は、プロセス温度が３００〜７００℃の範囲内、この好ましくは４００〜７００℃の範囲内、プロセス圧力が１０〜３０００Ｐａの範囲内、この好ましくは１００〜１５００Ｐａの範囲内である。またＨＣＤガスの流量が１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内、好ましくは１００〜５００ｓｃｃｍの範囲内、ＮＨ_３ ガスの流量が１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内、好ましくは５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、Ｎ_２ ガスの流量が１００〜３００００ｓｃｃｍの範囲内、好ましくは５００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内である。

上述のような成膜工程を行っている時の各ガスの流れは図６に示されており、間欠的に水平方向へ流されたＨＣＤ、ＮＨ_３ 及びＮ_２ は各ウエハＷ間を水平方向に流れて矢印１００に示すように各ガス流通口５０を通過した後、内筒４Ａと外筒４Ｂとの間の空間５２内を流下して第１の排気口５４に流れ込み、そして、第１の排気系５６の第１の排気通路５８内を流れて系外へ排出されて行く。

ここで、この排気ガス中には、上記成膜反応によって生じた反応副生成物であるクロロシランポリマーが含まれており、この排気ガスが処理容器４内の温度よりも低い温度、例えば１５０℃程度になっている第１の排気口５４の部分に到達すると急激に冷却されて、この第１の排気口５４の内壁やこの近傍の内壁部分に上記反応副生成物であるクロロシランポリマーが付着して堆積物１０２が発生することになる。

この堆積物１０２のクロロシランポリマーは酸素の存在下で３００℃程度で着火する可燃物であり、この状態のままで次の酸化工程を行うと、上記堆積物１０２の部分に高温状態で排気される酸素が流れてきて上記堆積物１０２が燃焼して各種の不都合を生ずることになる。そのため、本発明方法では、以下に説明するように上記堆積物１０２の部分に酸素が流れないようにすると共に、この部分を不活性ガス（Ｎ_２ ）で覆うようにしている。

すなわち、上述のように成膜工程Ｓ１が終了したならば、次に酸化工程Ｓ２へ移行する。この酸化工程では、図７及び図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すように、ＨＣＤガス、ＮＨ_３ ガス、Ｎ_２ ガス（パージガス）の各ガスの供給を停止すると共に、酸化ガス供給手段３２から酸化ガスとしてＯ_２ ガスを流し、且つ不活性ガス導入手段６６から第１の排気口５４に向けて不活性ガスであるＮ_２ ガスを導入する。そして、この酸化工程では、第１の排気系５６の第１の開閉弁６０は閉状態になされ、これに替えて第２の排気系９０の第２の開閉弁９４が開状態になされる。そして、共用される第１の排気ポンプ６４は駆動され続けるので、処理容器４内の雰囲気は第１の排気口５４に替えて第２の排気口８８を介して排気されるようになっている。

そして、上記Ｏ_２ ガスは、ガスノズル４０内を流れてこのガスノズル４０の上端部に設けたガス噴射孔４０Ａより水平方向のウエハＷに向けて放出される。これにより、このＯ_２ ガスは、各ウエハＷの表面に形成されているＳｉＮ膜と反応してこれを酸化してＳｉＯＮ膜（シリコン酸窒化膜）が形成されることになる。

そして、ウエハＷ間を通過したＯ_２ ガスは矢印１０４に示すように内筒４Ａを下向きに流れて流下して第２の排気口８８に向かって流れて行く。従って、このＯ_２ ガスが第１の排気口５４に到達することがないので、ここに付着していた可燃性の堆積物１０２が酸素と接触することがなくなって、これが燃焼することを防止することができる。

また、不活性ガス供給手段６６から供給されるＮ_２ ガスは、ガス通路６８から第１の排気口５４内に導入される。この導入されたＮ_２ ガスは矢印１０６に示すように処理容器４内に向かって流れて行き、内筒４Ａの各ガス流通口５０を通過して内筒４Ａ内へ流れ込み、そして、更に下方の第２の排気口８８に向かって流れて行く。従って、このＮ_２ ガスは第１の排気口５４の部分に付着していた可燃性の堆積物１０２の表面を常時覆うようにカバーする状態となり、この堆積物１０２がＯ_２ ガスと接触することを確実に防止することができる。このように、堆積物１０２が燃焼することを防止することができるので、配管系のシール部材が熱により劣化することも防止でき、また、配管を構成するステンレススチールから金属汚染が発生することも防止することができる。

そして、この第２の排気口８８に到達したＯ_２ ガスやＮ_２ ガスは、第２の排気通路９２内を流れて、その後、第１の排気通路５８に至り、更に、第１の圧力調整弁６２及び第１の排気ポンプ６４を介して系外へ排出されることになる。

この時のプロセス条件は、プロセス温度が例えば８００℃程度、プロセス圧力が例えば７６０Ｔｏｒｒ（常圧）程度である。またＯ_２ ガスの流量は１００００ｓｃｃｍ程度、Ｎ_２ ガス（不活性ガス）の流量は１５０００ｓｃｃｍ程度、プロセス時間は３００〜４００分程度である。

また、この酸化工程では、酸素濃度測定手段７４の開閉弁７８を開状態にして、このコンダクタンスの小さなバイパス通路７６に僅かに第１の排気口５４の部分の雰囲気を流してこの雰囲気中の酸素濃度を酸素濃度検出器８０にて検出しており、この検出結果を回避動作指令部８４へ送っている。一般に、上記クロロシランポリマーは２％以上の酸素濃度の気体と接すると、発火する恐れが生ずるので、酸素濃度が所定の限界の濃度、例えば２％になったならば上記回避動作指令部８４は、装置制御部９６に向けて危険の回避動作を行うための指令信号を出力することになる。

またこの第１の排気口５４の温度は、温度検出器８２にて検出されて、その検出結果は上記回避動作指令部８４へ入力されている。前述したように、このクロロシランポリマーの着火温度は３００℃程度なので、例えば３００℃よりも僅かにマージを見込んだ低い温度、例えば２５０℃を検出したならば、上記回避動作指令部８４は、装置制御部９６に向けて危険の回避動作を行うための指令信号を出力することになる。

この時行われる危険の回避動作としては、例えば酸素の供給を停止したり、Ｎ_２ ガス（不活性ガス）の供給量を増加したり、第１の排気ポンプ６４の排気量を増大させたり、或いは処理自体を中止するなどの種々の態様を単独で、或いは複数組み合わせて行うことができる。尚、ここで説明したＡＬＤ法は、端に一例を示したに過ぎず、どのようなガス供給態様をとってもよい。

このように、本発明によれば、被処理体である例えば半導体ウエハに対してシリコン含有ガス、例えばＨＣＤガスを原料ガスとしてシリコン含有膜（シリコン窒化膜）よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガス、例えばＯ_２ ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第１の排気口５４と酸化処理時に用いる第２の排気口８８とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第１の排気口５４の部分を不活性ガス、例えばＮ_２ ガスの雰囲気で覆って反応副生成物、例えばクロロシランポリマーが酸化ガス、例えばＯ_２ ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第１の排気口５４の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、第１の排気系５６のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することが可能となる。
尚、ここでは原料ガス供給手段２６のガスノズル３４及び反応ガス供給手段２８のガスノズル３６として、それぞれ分散形のガスノズルを用いたが、これに替えて、酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０のように先端部のみにガス噴射孔を有する、いわゆるストレート形のガスノズルをそれぞれ用いるようにしてもよい。この場合、上記原料ガスや反応ガスを内筒４Ａ内の下部（下端部）に供給するようにしてもよいし、或いは内筒４Ａ内の上部（上端部）に供給するようにしてもよい。
更には、ここでは酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０としては、上述のようにストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハＷの横方向からガスを供給するようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
次に本発明の成膜装置の第２実施形態について説明する。図８は本発明の成膜装置の第２実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図１乃至図３に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。

この第２実施形態では、内筒４Ａの上端は開放され、また外筒４Ｂの天井部はドーム状に成形されている。そして、原料ガス供給手段２６のガスノズル３４、反応ガス供給手段２８のガスノズル３６及びパージガス供給手段３０のガスノズル３８は、共に分散ノズルではなく短い直管状のガスノズルが用いられ、各ガスノズル３４、３６、３８のガス噴射孔３４Ａ、３６Ａ、３８Ａは、内筒４Ａ内の下方の空間に位置されて、処理容器４内の下部に各ガスを供給するようになっている。

また、酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０は、第１実施形態の場合と同様にＬ字状に形成されており、そのガス噴射孔４０Ａは内筒４Ａの上端部に位置されて、処理容器４内の上部に酸化ガスを供給するようになっている。

この場合には、成膜処理時には、ＨＣＤガス、ＮＨ_３ ガス、Ｎ_２ ガス（パージガス）は、それぞれ処理容器４内の下方に供給され、そして、各ガスは内筒４Ａ内を矢印１０８に示すように上昇し、そして、天井部で折り返して内筒４Ａと外筒４Ｂとの間の空間５２内と矢印１１０に示すように流下し、最終的に第１の排気口５４から第１の排気系５６を介して系外へ排出される。

これに対して、酸化処理時には、処理容器４内の天井部に位置するガス噴射孔４０Ａから供給されたＯ_２ ガスは、矢印１１２に示すように内筒４Ａ内をそのまま流下して第２の排気口８８より系外へ排出される。また、この時、不活性ガス導入手段６６より第１の排気口５４へ導入されたＮ_２ ガス（不活性ガス）は、矢印１１４に示すように第１の排気口５４を処理容器４内の方へ逆流して内筒４Ａと外筒４Ｂとの間の空間５２内を上昇し、そして、天上部にて折り返して内筒４Ａ内を矢印１１２に示すように上記Ｏ_２ ガスと共に流下し、最終的に第２の排気口８８より系外へ排出される。この場合にも、先の第１実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０としては、ストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハＷの横方向からガスを供給するようにしてもよい。

＜第３実施形態＞
次に本発明の成膜装置の第３実施形態について説明する。図９は本発明の成膜装置の第３実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図１乃至図３及び図８に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。

先の第１及び第２の実施形態では、処理容器４として内筒４Ａと外筒４Ｂとを有する２重管構造の処理容器を用いたが、ここでは処理容器４として有天井になされた１つの筒体１２０を用いた単管構造になされている。尚、この筒体１２０の下端に円筒体状のマニホールドを接合して処理容器の全体を形成してもよい。

そして、この筒体１２０よりなる処理容器４の下部側壁に第１の排気口５４を形成し、この第１の排気口５４に第１の排気系５６や不活性ガス導入手段６６等を接続している。これに対して、ここでは筒体１２０の上端部、すなわち天上部に第２の排気口８８を形成しており、この第２の排気口８８に第２の排気系９０を接続している。

また、原料ガス供給手段２６、反応ガス供給手段２８及びパージガス供給手段３０の各ガスノズル３４、３６、３８としては、図１に示す第１実施形態で用いたガスノズルと同じ形状の分散形のガスノズルを用いており、処理容器４内の各ウエハＷに対して、その横方向から均一に各ガスを供給し得るようになっている。

これに対して、酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０としては、直管状のガスノズルを用いて、筒体１２０内の下部に酸化ガスを供給し得るようになっている。この場合にも、成膜処理時におけるＨＣＤガスやＮＨ_３ ガス等は下方の第１の排気口５４から排気され、また酸化処理時における酸化ガスであるＯ_２ ガスは上方の第２の排気口８８から排気されることになり、この場合にも先の第１及び第２の実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは原料ガス供給手段２６のガスノズル３４及び反応ガス供給手段２８のガスノズル３６として、それぞれ分散形のガスノズルを用いたが、これに替えて、ストレート形のガスノズルをそれぞれ用いるようにしてもよい。この場合、上記原料ガスや反応ガスを処理容器４（筒体１２０）内の上部（上端部）に供給するようにする。
更には、ここでは酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０としては、上述のようにストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハＷの横方向からガスを供給するようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
次に本発明の成膜装置の第４実施形態について説明する。図１０は本発明の成膜装置の第４実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図１乃至図３、図８及び図９に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。

ここでは処理容器４として、図９に示した第３実施形態と同様に有天井になされた１つの筒体１２０を用いた単管構造になされている。尚、この筒体１２０の下端に円筒体状のマニホールドを接合して処理容器の全体を形成してもよい。

そして、第３実施形態の場合とは逆に、この筒体１２０よりなる処理容器４の上端部、すなわち天井部に第１の排気口５４を形成し、この第１の排気口５４に第１の排気系５６や不活性ガス導入手段６６等を接続している。これに対して、ここでは筒体１２０の下端側壁に第２の排気口８８を形成しており、この第２の排気口８８に第２の排気系９０を接続している。

また、原料ガス供給手段２６、反応ガス供給手段２８及びパージガス供給手段の各ガスノズル３４、３６、３８としては、図８に示す第２実施形態で用いたガスノズルと同じ形状の直管形のガスノズルを用いており、処理容器４内の下部に各ガスを供給し得るようになっている。

これに対して、酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０としては、図１に示す第１実施形態や図８に示す第２実施形態で用いたガスノズルと同様に、Ｌ字状に成形されたガスノズル４０を用いており、その上端部にガス噴射孔４０Ａを形成して筒体１２０内の上部に酸化ガスを供給し得るようになっている。この場合は、成膜処理時におけるＨＣＤガスやＮＨ_３ ガス等は上方の第１の排気口５４から排気され、また酸化処理時における酸化ガスであるＯ_２ ガスは下方の第２の排気口８８から排気されることになり、この場合にも先の第１、第２の実施形態及び第３実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは原料ガス及び反応ガスと酸化ガスの処理容器４内における供給位置は容器内の下部と上部とでそれぞれ異なっているものの、原料ガス供給手段２６のガスノズル３４、反応ガス供給手段２８のガスノズル３６及び酸化ガス供給手段３２のガスノズル４０として、それぞれストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルをそれぞれ用いて各ウエハＷの横方向からガスを供給するようにしてもよい。

＜第５実施形態＞
次に本発明の成膜装置の第５実施形態について説明する。図１１は本発明の成膜装置の第５実施形態の主要部を示す断面模式図であり、図１１（Ａ）は縦断面図を示し、図１１（Ｂ）は横断面図を示す。尚、図１乃至図３、図８乃至図１０に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。

先の各実施形態では、成膜処理時にプラズマを用いていなかったが、これに限定されず、成膜時にプラズマを用いて窒化ガスであるＮＨ_３ ガスを活性化させるようにしてもよい。この第５実施形態では、プラズマを用いるために、図１に示す第１実施形態と同様に処理容器４として内筒４Ａと外筒４Ｂとを有する２重管構造の処理容器を用いており、この処理容器４の一側に、処理容器４の半径方向外方へ突出されて且つ内筒４Ａ内に開放されたプラズマボックス１２４を形成している。このプラズマボックス１２４は、例えば石英よりなるボックス区画壁１２６により区画形成されており、処理容器４の高さ方向に沿って設けられている。

そして、このボックス区画壁１２６の外側に一対のプラズマ電極１２８がその高さ方向に沿って設けられると共に、このプラズマ電極１２８にマッチング回路１３０を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源１３２が接続されている。

また上記プラズマボックス１２４内には、反応ガス供給手段２８の分散形のガスノズル３６が位置されている。これにより、このガスノズル３６からＮＨ_３ ガスを供給する時に上記プラズマ電極１２８に高周波電力を印加してプラズマを生成することにより、ＮＨ_３ ガスを活性化して窒化処理を促進させるようになっている。そして、第１の排気口５４及び第２の排気口８８は、図１に示す第１実施形態の場合と同様な位置にそれぞれ設けられている。この場合にも、先の第１実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。

＜酸化処理時の不活性ガス（Ｎ_２ ガス）の供給量の評価＞
ここで、酸化処理時にＮ_２ ガスを流した時に第１の排気系において乱流が生じると、酸素を巻き込んでしまって好ましくないので、層流状態を維持する条件についてシミュレーションによって検討した。本発明の実施形態において、酸化処理時に不活性ガス導入手段６６より不活性ガスとしてＮ_２ ガスを第１の排気口５４に流して、処理容器４内の雰囲気を第２の排気口８８から排気した時のＮ_２ ガスの流れの状態をシミュレーションによって確認したので、その評価結果について説明する。

図１２は処理容器内へ不活性ガス（Ｎ_２ ガス）を第１の排気口から流した時のＮ_２ ガス量とレイノズル数との関係を示すグラフである。
ここでレイノズル数Ｒｅは以下の式で与えられる。
Ｒｅ＝ρ・Ｕ・Ｌ／μ
ρ：Ｎ_２ ガスの密度
Ｕ：Ｎ_２ ガスの代表速度
Ｌ：流れの中にある物体の代表的な長さ
μ：ガスの粘性係数であり、具体的にはＮ_２ ガスは４１［μＰａ・ｓ］である。

ここでは、第１の排気口５４の内径について、２．５ｃｍ、５ｃｍ、７．５ｃｍ、１０ｃｍの場合についてそれぞれ検討した。尚、このＮ_２ ガスを第１の排気通路５８内に導入した場合には、上記内径は第１の排気通路５８の内径となる。ここで、Ｎ_２ ガスの流量は特に限定するものではないが、この第１の排気口５４内において乱流を生じないでＮ_２ ガスの層流状態を維持するためにはレイノズル数は４０００以下、好ましくは２０００以下が望ましい。

図１２に示すように、各直径においてＮ_２ ガスの流量が増加する程、レイノズル数はそれぞれ直線状に増加しており、第１の排気口の直径が大きくなる程、その直線の傾斜角度は次第に小さくなってくる。この場合、処理容器内の容量は、例えば１００リットル程度なので、第１の排気口の直径が２．５ｃｍや５ｃｍ程度では小さ過ぎる。そして、第１の排気口の直径が７．５ｃｍ及び１０ｃｍの場合について検討すると、第１の排気口にて乱流を生ぜしめないで層流状態を維持するためには、７．５ｃｍの場合にはＮ_２ ガスの流量を５５ｓｌｍ以下とし、好ましくは２３ｓｌｍ以下に設定するのがよく、また、１０ｃｍの場合にはＮ_２ ガスの流量を６４ｓｌｍ以下とし、好ましくは３２ｓｌｍ以下に設定するのがよいことが理解できる。

尚、上記各実施形態では、パージガス供給手段３０のパージガスや不活性ガス供給手段６６の不活性ガスとしてＮ_２ ガスを用いたが、これに限定されず、このパージガスや不活性ガスとしてはＮ_２ ガス及び希ガス、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等よりなる群より選択される１以上のガスをそれぞれ用いるようにしてもよい。

また、ここでは、酸化ガス供給手段３２に用いる酸化ガスとしてＯ_２ ガスを用いたが、これに限定されず、酸化ガスとしては、Ｏ_２ 、Ｏ_３ 、ＮＯ、Ｎ_２ Ｏ、ＮＯ_２ 、Ｈ_２ Ｏ、Ｈ_２ Ｏ_２ 、ラジカル酸素よりなる群より選択される１以上のガスを用いるようにしてもよい。
また更に、ここでは原料ガスである、シリコンと塩素とを含むシリコン含有ガスとしてＨＣＤガスを用いたが、これに限定されず、このシリコンと塩素とを含むシリコン含有ガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。

また、ここでは同じ半導体ウエハＷに対して成膜処理と酸化処理とを連続的に行なうようにしたが、場合によってはこれらの各処理を連続ではなく、異なるウエハに対してそれぞれ単独で行なう場合もあり、その場合にも本発明を適用することができる。いずれにしても、可燃性の堆積物１０２が第１の排気口５４に付着している時に酸化処理を行なう場合には、常に不活性ガス導入手段６６から不活性ガス（Ｎ_２ ガス）を流して堆積物１０２が燃焼しないようにする。

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明の係る成膜装置の第１実施形態を示す縦断面構成図である。 処理容器を示す断面図である。 処理容器の内筒に設けたガス流通口を示す平面図である。 本発明方法の各工程を示すフローチャートである。 本発明方法における各ガスの供給態様を示すタイミングチャートである。 成膜工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。 酸化工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。 本発明の成膜装置の第２実施形態の主要部を示す断面模式図である。 本発明の成膜装置の第３実施形態の主要部を示す断面模式図である。 本発明の成膜装置の第４実施形態の主要部を示す断面模式図である。 本発明の成膜装置の第５実施形態の主要部を示す断面模式図である。 処理容器内へ不活性ガス（Ｎ_２ ガス）を第１の排気口から流した時のＮ_２ ガス量とレイノズル数との関係を示すグラフである。

符号の説明

２ 成膜装置
４ 処理容器
４Ａ 内筒
４Ｂ 外筒
１０ ウエハボート（保持手段）
２６ 原料ガス供給手段
２８ 反応ガス供給手段
３０ パージガス供給手段
３２ 酸化ガス供給手段
３４，３６，３８，４０ ガスノズル
５４ 第１の排気口
５６ 第１の排気系
５８ 第１の排気通路
６４ 第１の排気ポンプ
６６ 不活性ガス導入手段
７４ 酸素濃度検出手段
８０ 酸素濃度検出器
８２ 濃度検出器
８６ 加熱手段
８８ 第２の排気口
９０ 第２の排気系
１２０ 筒体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (36)

1. 被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、
   前記被処理体を複数枚収容できるような長さを有する処理容器と、
   前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
   前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
   前記処理容器内へ酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
   前記処理容器に設けられた第１の排気口と、
   前記第１の排気口とは異なる位置に設けられた第２の排気口と、
   前記第１の排気口に接続されて前記成膜処理時に用いる第１の排気系と、
   前記第２の排気口に接続されて前記酸化処理時に用いる第２の排気系と、
   前記酸化処理時に前記第１の排気口に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
   を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記第２の排気口は、前記成膜処理時における前記原料ガスの流れ方向とは反対の方向に前記第１の排気口から離れて位置されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記酸化処理時に前記第１の排気口の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段と、
   前記酸素濃度検出手段が所定の濃度以上の酸素濃度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
4. 前記酸化処理時に前記第１の排気口の近傍の温度を検出する温度検出器と、
   前記温度検出器が所定の温度以上の温度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記処理容器は、円筒状の内筒と前記内筒の外側に円心状に配置された円筒状の外筒とを有し、
   前記第１の排気口は前記内筒と前記外筒との間の空間を臨むように設けられ、
   前記第２の排気口は前記内筒の下方の空間を臨むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
6. 前記内筒は上端に天井部が形成されると共に前記内筒の側壁にはその高さ方向に沿って前記内筒と前記外筒との間の空間に連通されるガス流通口が形成されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
7. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
8. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒内の上端部、或いは下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
9. 前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項７又は８記載の成膜装置。
10. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項７又は８記載の成膜装置。
11. 前記第２の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
12. 前記内筒は、上端が開放されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
13. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒の下方の空間にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１２記載の成膜装置。
14. 前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
15. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
16. 前記第２の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の成膜装置。
17. 前記処理容器は有天井の１つの筒体を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
18. 前記処理容器の天井部に前記第１の排気口が設けられており、前記処理容器の下部側壁に前記第２の排気口が設けられることを特徴とする請求項１７記載の成膜装置。
19. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記処理容器内の下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１８記載の成膜装置。
20. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記処理容器内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１８記載の成膜装置。
21. 前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項１９又は２０記載の成膜装置。
22. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項２０又は２１記載の成膜装置。
23. 前記処理容器の下部側壁に前記第１の排気口が設けられており、前記処理容器の天井部に前記第２の排気口が設けられていることを特徴とする請求項１７記載の成膜装置。
24. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項２３記載の成膜装置。
25. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項２３記載の成膜装置。
26. 前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の下端部にそのガス噴射口を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の成膜装置。
27. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の成膜装置。
28. 前記第１の排気系と前記第２の排気系は、互いに共用される少なくとも排気ポンプを有していることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の成膜装置。
29. 前記第１の排気系と前記第２の排気系は、それぞれ個別に排気ポンプを有していることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の成膜装置。
30. 前記シリコン含有ガスは、シリコンと塩素とを含むガスであることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の成膜装置。
31. 前記シリコンと塩素とを含むガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項３０記載の成膜装置。
32. 前記酸化ガスは、Ｏ_２ 、Ｏ_３ 、ＮＯ、Ｎ_２ Ｏ、ＮＯ_２ 、Ｈ_２ Ｏ、Ｈ_２ Ｏ_２ 、ラジカル酸素よりなる群より選択される１以上のガスよりなることを特徴とする請求項１乃至３１のいずれか一項に記載の成膜装置。
33. 前記不活性ガスは、Ｎ_２ ガス及び希ガスよりなる群より選択される１以上のガスよりなることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の成膜装置。
34. 請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の成膜装置の使用方法において、
    被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、
    被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしたことを特徴とする成膜装置の使用方法。
35. 前記成膜工程と酸化工程とは、同一の被処理体に対して連続的に行われることを特徴とする請求項３４記載の成膜装置の使用方法。
36. 請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体に対して処理を施すに際して、請求項３４又は３５記載の成膜装置の使用方法を実施するように前記成膜装置を制御する、コンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。

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