JP2010111889A - 成膜方法および成膜装置、ならびに記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を複雑にせずに、成膜初期の核形成が短時間でなされ、表面平滑性およびステップカバレッジが良好な膜を得ることができる成膜方法および成膜装置を提供すること。
【解決手段】成膜方法は、基板を処理容器内に搬入する工程と、処理容器内の基板温度が処理容器内に導入される際の原料ガスの温度よりも低い段階で処理容器内に原料ガスを導入し、基板表面に原料ガスを集積させる工程と、原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行う工程と、原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度に保持して基板上に所定の膜を成膜する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱ＣＶＤにより基板上に所定の膜を成膜する成膜方法および成膜装置、ならびに記憶媒体に関する。

半導体デバイスの製造においては、配線パターンや、バッファ膜等を形成するために、有機金属化合物ガスを用いて熱ＣＶＤにより金属膜を成膜させる技術が知られている。酸化物などの不活性表面に、このような有機金属化合物ガスを用いた熱ＣＶＤ法により金属膜を成膜する場合、従来は、成膜装置のチャンバ内の載置台上に被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）を載置し、チャンバ内圧力をほぼ成膜時の圧力にしつつ載置台に設けられたヒーターによりウエハを昇温し、その温度が定常状態になった後、成膜のための原料ガスを流していた。

しかしながら、この方法によると、成膜初期の核形成に時間がかかり、インキュベーションタイムが長期化し、結果的に成膜速度が遅くなってしまう。また、核形成がまばらに生じるため、結晶粒が粗大化しやすく表面平滑性が劣化し、十分なステップカバレッジが得られない可能性がある。

これに対して、特許文献１には、基板の表面を−５０〜−１５０℃に冷却した状態で化合物材料であるＷＦ_６を付着させ、その後、エネルギービームであるレーザービームを照射することにより、基板表面にＷ膜を高成膜速度で形成する方法が開示されている。

しかしながら、この特許文献１に開示された技術では、被処理基板であるウエハを低温に冷却する機構およびレーザービーム等のエネルギービームを照射する機構を設ける必要があり、既存の成膜装置に比べて極めて大がかりで複雑な装置が必要となってしまう。
特開平９−１４８２４８号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、装置構成を複雑にせずに、成膜初期の核形成が短時間でなされ、表面平滑性およびステップカバレッジが良好な膜を得ることができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
また、このような方法を実行させるプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を用いて、基板上に所定の膜を形成する成膜方法であって、 基板を処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内の基板温度が前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い段階で前記処理容器内に前記原料ガスを導入し、基板表面に原料ガスを集積させる工程と、前記原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行う工程と、前記原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度に保持して基板上に所定の膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法を提供する。

本発明の第２の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を用いて、基板上に所定の膜を形成する成膜方法であって、前記加熱機構により前記載置台の温度を成膜時の温度に加熱し、基板温度が前記処理容器に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低くなるように処理容器内を圧力調整した状態で基板を前記処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内の基板温度を前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い温度に維持したまま前記処理容器内に前記原料ガスを導入し、基板表面に原料ガスを集積させる工程と、原料ガスの導入を継続しつつ前記処理容器内に圧力調整ガスを導入して前記処理容器内の圧力を上昇させることにより基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行う工程と、 前記原料ガスおよび圧力調整ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度に保持して基板上に所定の膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法を提供する。

上記第２の観点において、前記基板表面に原料ガスを集積させる工程は、その際の前記処理容器内の前記原料ガスの分圧の値が、その際の基板の温度における原料ガスの蒸気圧よりも大きい状態で行われることが好ましい。

上記第１および第２の観点において、基板表面に原料ガスを集積させる工程は、基板を前記載置台の上方に位置させた状態で行われることが好ましい。また、前記原料ガスが加熱されて分解されることにより、前記所定の膜が形成されるようにすることができる。また、前記ガス供給機構を、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給するものとし、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応することにより、前記所定の膜が形成されるようにすることもできる。この場合に、前記反応ガスは、前記核付工程および前記成膜工程の際に導入されるようにすることができる。

本発明の第３の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構と、成膜処理を制御する制御機構とを具備し、基板上に所定の膜を形成する成膜装置であって、前記制御機構は、基板を処理容器内に搬入させ、前記処理容器内の基板温度が前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い段階で前記処理容器内に前記原料ガスを導入させて、基板表面に原料ガスを集積させ、前記原料ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で基板上に膜形成のための核付を行わせ、前記原料ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度に保持させて基板上に所定の膜が成膜されるように制御することを特徴とする成膜装置を提供する。

本発明の第４の観点では、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構と成膜処理を制御する制御機構とを具備し、基板上に所定の膜を形成する成膜装置であって、前記制御機構は、前記加熱機構により前記載置台の温度を成膜時の温度に加熱させ、基板温度が前記処理容器に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低くなるように処理容器内を圧力調整させた状態で基板を前記処理容器内に搬入させ、前記処理容器内の基板温度を前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い温度に維持させたまま前記処理容器内に前記原料ガスを導入させて、基板表面に原料ガスを集積させ、原料ガスの導入を継続させつつ前記処理容器内に圧力調整ガスを導入させて前記処理容器内の圧力を上昇させることにより基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行わせ、前記原料ガスおよび圧力調整ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度に保持させて基板上に所定の膜が成膜されるように制御することを特徴とする成膜装置を提供する。

上記第３の観点において、前記制御機構は、前記基板表面に原料ガスを集積させる際の前記処理容器内の前記原料ガスの分圧の値が、その際の基板の温度における原料ガスの蒸気圧よりも大きい状態になるように制御することが好ましい。

上記第３の観点および第４の観点において、前記載置台に対して突没可能に設けられ、基板を昇降させる昇降ピンをさらに具備し、前記制御機構は、基板表面に原料ガスを集積させる際に、前記昇降ピンを上昇させて基板を前記載置台の上方に位置させた状態とさせることが好ましい。また、前記制御機構は、前記原料ガスが加熱されて分解されることにより、前記所定の膜が形成されるように制御することができる。また、前記ガス供給機構は、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給し、前記制御機構は、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応することにより、前記所定の膜が形成されるように制御することもできる。この場合に、前記制御機構は、前記反応ガスを、前記核付および前記成膜の際に導入させるようにすることができる。

本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点または第２の観点の成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、基板の温度が成膜温度に達する前の低温にある段階で原料ガスを処理容器内に供給し、基板表面で原料ガスを過飽和状態とし、基板の表面に原料ガスが集積した状態、理想的には原料ガスがウエハ表面に吸着した状態を形成することができるので、その後、基板の温度を上昇させる過程で、核付が迅速になされ、核形成を短時間で行うことができる。このため、その後の成膜工程で速やかに成膜が進行するため、結果的に成膜速度を速くすることができる。しかも、核形成が基板表面全面で均一に生じるので、その後の成膜の際に粒成長が均一に生じ、表面の平滑な膜を形成することができる。また、予め基板表面の全面に原料ガスを集積させておいてから成膜するため、ステップカバレッジが極めて良好なものとなる。また、成膜装置として従来とほぼ同じ構成のものを用いることができ、上記特許文献１のような複雑な装置を用いる必要がない。

また、基板表面に原料ガスを集積させる際の前記処理容器内の前記原料ガスの分圧の値が、その際の基板の温度における原料ガスの蒸気圧よりも大きい状態とすることにより、原料ガスを基板表面に吸着させることができ、核形成を一層促進させることができるとともに、表面平滑性およびステップカバレッジを一層良好なものとすることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、成膜ガスとして原料ガスを供給し、熱により原料ガスを分解させる一分子反応により金属膜を得る成膜方法を示す。

（第１の実施形態に用いる成膜装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置を示す断面図である。
この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１の底壁１ｂの中央部には円形の開口部７が形成されており、底壁１ｂにはこの開口部７と連通し、下方に向けて突出する排気室８が設けられている。チャンバ１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ（載置台）２が設けられている。このサセプタ２は、排気室８の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱して、その熱で被処理体であるウエハＷを加熱する。この熱によりチャンバ１内に導入された原料ガスが熱分解される。この際に、サセプタ２は成膜に都合の良い所定の温度に加熱される。チャンバ１の壁にもヒーター（図示せず）が埋め込まれており、チャンバ１の壁を所定温度に加熱することができるようになっている。

サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）の昇降ピン２６がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これら昇降ピン２６は支持板２７に固定されている。そして、昇降ピン２６は、エアシリンダ等の駆動機構２８により支持板２７を介して昇降される。

チャンバ１の天壁１ａには、シャワーヘッド１０が設けられ、このシャワーヘッド１０の下部には、サセプタ２に向けてガスを吐出するための多数のガス吐出孔１０ｂが形成されたシャワープレート１０ａが配置されている。シャワーヘッド１０の上壁にはシャワーヘッド１０内にガスを導入する２つのガス導入口１０ｃ，１０ｄが設けられている。ガス導入口１０ｃには成膜に用いる原料ガスＳを供給する原料ガス配管１１が接続されており、ガス導入口１０ｄには圧力調整ガスＮｐを供給する圧力調整ガス配管１２が接続されている。また、シャワーヘッド１０の内部には拡散室１０ｅが形成されている。

原料ガス配管１１の他端は、液体状または固体状の成膜原料Ｆ、例えば固体状のヘキサカルボニルタングステンＷ（ＣＯ）_６が収容された成膜原料容器１３に挿入されている。成膜原料容器１３の周囲には加熱手段としてヒーター１３ａが設けられている。成膜原料容器１３には、キャリアガス配管１４が挿入され、キャリアガス供給源１５からキャリアガス配管１４を介してキャリアガスとして例えばＡｒガスを成膜原料容器１３に吹き込むことにより、成膜原料容器１３内の成膜原料Ｆが蒸発または昇華して原料ガスＳとなり、キャリアガスＮｃにキャリアされて原料ガス配管１１を介してシャワーヘッド１０へ供給され、シャワープレート１０ａのガス吐出孔１０ｂからチャンバ１内へ供給される。キャリアガスＮｃとしてはＨ_２ガスを用いてもよい。なお、キャリアガス配管１４にはマスフローコントローラ１６とその前後のバルブ１７ａ，１７ｂが設けられている。また、原料ガス配管１１にはキャリアガスＮｃによりキャリアされた原料ガスの流量を把握するための流量計１８とその前後バルブ１９ａ，１９ｂが設けられている。なお、チャンバ１へ導入される原料ガスの流量は、流量計１８が検出した流量の値に基づいてキャリアガスＮｃの流量をマスフローコントローラ１６により制御することにより制御される。キャリアガス配管１４と原料ガス配管１１との間にはバイパス配管３１が設けられ、そのバイパス配管３１にはバルブ３２が設けられている。バルブ３２は、キャリアガスＮｃのみをチャンバ１内に供給するとき以外は閉じられている。

なお、原料ガスが液体の場合には、このように成膜原料容器１３内で原料ガスを蒸発させ、キャリアガスＮｃでキャリアさせる代わりに、気化器を用いてもよい。

原料ガス配管１１の流量計１８の下流側には、プリフローライン２３が接続され、このプリフローライン２３は後述する排気管２４に接続されており、原料ガスをチャンバ１内に安定に供給するため、所定時間排気するようになっている。さらに、プリフローライン２３には、原料ガス配管１１との分岐部の直下流にバルブ２３ａが設けられている。また、原料ガス配管１１の分岐部の下流側にはバルブ１１ａが設けられている。配管１１，１４，２３の周囲にはヒーター（図示せず）が設けられており、原料ガスが液化または固化しない温度に調節されるようになっている。

また、圧力調整ガス配管１２の他端は、圧力調整ガス供給源２０に接続されている。圧力調整ガス供給源２０は、圧力調整ガスＮｐとして、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ_２ガス等の不活性ガスやＨ_２ガス等を供給するようになっている。この圧力調整ガスＮｐによりチャンバ１内の圧力調整を行う。圧力調整ガス配管１２にはマスフローコントローラ２１およびその前後のバルブ２２ａ，２２ｂが設けられている。なお、この圧力調整ガスＮｐは原料ガス配管１１内の残留成膜ガスの排気やチャンバ１内のパージを行うパージガスとしても機能する。

上記排気室８の側面には排気管２４が接続されており、この排気管２４にはオートプレッシャーコントロールバルブ（ＡＰＣ）２５および高速真空ポンプを含む排気装置９が接続されている。そしてこの排気装置９を作動させることによりチャンバ１内のガスが、排気室８の空間８ａ内へ均一に排出され、チャンバ１内を所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。

チャンバ１の側壁には、成膜装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２９と、この搬入出口２９を開閉するゲートバルブ３０とが設けられている。チャンバ１は、ゲートバルブ３０を介して図示しないトランスファチャンバに接続されており、ウエハＷの搬入出の際には、トランスファチャンバおよびチャンバ１内が高真空状態とされる。

成膜装置１００を構成する各構成部、例えば各バルブ、ヒーター電源６、排気装置９、駆動機構２８等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたコントローラ４０に接続されて制御されるようになっている。また、コントローラ４０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４１が接続されている。さらに、コントローラ４０には、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ４０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部４２が接続されている。処理レシピは記憶部４２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４１からの指示等にて任意のレシピを記憶部４２から呼び出してコントローラ４０に実行させることで、コントローラ４０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。

（第１の実施形態に係る成膜方法）
次に、このように構成された成膜装置１００にて実施される本実施形態の成膜方法について説明する。図２は、この方法のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャートである。
まず、ヒーター５によりサセプタ２を所定温度に加熱した状態にして、排気装置９の真空ポンプによりチャンバ１内を排気して、チャンバ１内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）以下の低圧に真空排気した状態とし、ゲートバルブ３０を開にして搬入出口２９を介して隣接するトランスファチャンバ（図示せず）からウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（工程１）。

次いで、成膜原料容器１３内の成膜原料Ｆを蒸発または昇華させ、所定量の原料ガスＳをチャンバ１内に供給し、チャンバ１内の圧力は１００〜５００ｍＴｏｒｒ（１３．３〜６６．７Ｐａ）程度の低圧に維持したままとし、ウエハＷの表面に原料ガスＳを集積させる（工程２）。この工程においては、チャンバ１内の圧力が低いため、サセプタ２からウエハＷへの伝熱が少なく、ウエハＷの初期温度Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}が、サセプタ２の温度Ｔ_ｓｕｓよりも低く維持されるが、チャンバ１内の圧力を調整して、ウエハＷの初期温度Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}をチャンバ１内に導入された原料ガスＳの温度、つまりチャンバ１の壁の温度Ｔ_ｗａｌｌよりも低く維持することにより、原料ガスＳがウエハＷ上で冷やされる。このときの温度関係は、Ｔ_ｓｕｓ＞Ｔ_ｗａｌｌ＞Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}を満たしている。このように原料ガスＳがウエハＷ上で冷やされることにより、原料ガスＳの飽和蒸気圧が低下し、原料ガスＳがウエハＷ表面で過飽和となる。その結果、ウエハＷ表面において原料ガスＳの濃度が高くなり、原料ガスＳがウエハ表面に集積した状態、理想的には原料ガスＳがウエハＷ表面に吸着した状態となる。チャンバ１内の圧力を調整しただけでは上記温度関係を維持することが困難な場合には、図３に示すように、昇降ピン２６を突出させてウエハＷをサセプタ２の上方に保持させ、サセプタ２の温度の影響を少なくすることが好ましい。

この工程２は、具体的には、以下のような手順で行われる。まず、チャンバ１内を低圧に維持したまま、バルブ１７ａ，１７ｂを開にして液体状または固体状の成膜原料Ｆが収容された成膜原料容器１３にキャリアガス供給源１５からキャリアガスＮｃ、例えばＡｒガスを吹き込み、成膜原料Ｆをヒーター１３ａにより加熱して蒸発または昇華させ、次いでバルブ１９ａ，１９ｂを開にして、生成した原料ガスＳをキャリアガスＮｃによりキャリアさせる。そして、バルブ１１ａを閉じバルブ２３ａを開けて所定の時間のプリフローを行って原料ガスＳの流量を安定させた後、バルブ２３ａを閉じると同時にバルブ１１ａを開けて、原料ガスＳを原料ガス配管１１、シャワーヘッド１０内の拡散室１０ｅを介して、チャンバ１内に供給し、低温に保持されたウエハＷの表面に集積（吸着）させる。

次に、原料ガスＳの供給量を維持したまま、圧力調整ガス供給源２０から圧力調整ガス配管１２およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に圧力調整ガスＮｐを供給してチャンバ１内の圧力を上昇させ、これにより、ウエハＷの温度を上昇させて、ウエハＷ表面において原料ガスＳの分解反応を生じさせて核付プロセスを進行させる（工程３）。このとき、工程２によりウエハＷ表面には原料ガスＳが高濃度で集積しているので、圧力上昇によるウエハＷの温度上昇によって、核付けが促進される。また、ウエハＷ表面の全面に原料ガスＳが存在するため、核の形成がウエハＷ表面で均一に生じる。

工程３の核付プロセスにおいて、ウエハＷの温度が成膜温度に達した時点で、圧力調整ガスＮｐの供給量を調整してチャンバ１内の圧力を一定に保ち、ウエハＷの温度を成膜温度に維持してＣＶＤ成膜を行う（工程４）。このときの成膜反応は、一分子反応であり、原料ガスをＳ、得られた膜をＰ、副生成物をＢとすると、Ｓ→Ｐ＋Ｂで表すことができる。工程３の核付プロセスも同様の反応にて核を形成する。この際の成膜は、工程３により核付が十分進行しているので、迅速に進行する。また、工程３により核付けがウエハＷ表面で均一に生じているため、均一に粒成長して膜の表面が平滑となり、ステップカバレッジも極めて良好なものとなる。

所定時間経過後、バルブ３２を開けてバイパス配管３１を介してキャリアガスＮｃを迂回させて原料ガスＳの供給を停止するとともに、キャリアガスＮｃをそのままチャンバ１に流し、さらに圧力調整ガスＮｐをパージガスとしてチャンバ１内に供給し、チャンバ１内の原料ガスＳをパージする（工程５）。

チャンバ１の圧力を低下させ、チャンバ１内の圧力がウエハＷ搬入の際と同様の低圧状態となり、ウエハＷの温度が搬送アームの耐熱温度以下に下がった時点で、ゲートバルブ３０を開き、ウエハＷを隣接するトランスファチャンバ（図示せず）へ搬送する（工程６）。このときウエハＷの温度の低下が十分でない場合には、ウエハＷの搬出動作前にウエハＷを昇降ピン２６により上昇させてウエハＷの温度を低下させることが好ましい。

従来の一分子反応によるＣＶＤ成膜の場合は、図４に示すように、ウエハＷをチャンバ１内に搬入した後、圧力調整ガスＮｐをチャンバ１内に導入して圧力調整を行い、さらにウエハＷの温度を成膜温度に調整（ウエハ温度調整）してから、初めて原料ガスＳをチャンバ１内に導入して成膜を開始する。このため、ウエハＷの表面に到達する原料ガスＳの量は少なく、核がまばらにしか発生し得ない。このため、成膜初期の核形成に時間がかかり、インキュベーションタイムの長時間化を招き、結果的に成膜速度が遅いものとなる。また、核がまばらに発生するため、結晶粒が粗大化しやすく膜表面の平滑性が劣化してしまうとともに、ステップカバレッジも不十分なものとなりやすい。

これに対して、本実施形態によれば、従来とは異なり、ウエハＷの温度が成膜温度に達する前の低温にある段階で原料ガスＳをチャンバ１内に供給し、ウエハＷ表面で原料ガスＳを過飽和状態とし、ウエハＷの表面に原料ガスＳが集積した状態、理想的には原料ガスＳがウエハ表面に吸着した状態を形成することができるので、その後、ウエハＷの温度を上昇させる過程で、核付が迅速になされ、核形成を短時間で行うことができる。そのため、その後のＣＶＤ成膜で速やかに成膜が進行するため、結果的に成膜速度を速くすることができる。しかも、核形成がウエハＷ表面全面で均一に生じるので、その後の成膜の際に粒成長が均一に生じ、表面の平滑な膜を形成することができる。また、予めウエハＷの表面の全面に原料ガスＳを集積（吸着）させておいてから成膜するため、ステップカバレッジが極めて良好なものとなる。また、成膜装置として従来とほぼ同じ構成のものを用いることができ、上記特許文献１のような複雑な装置を用いる必要がない。

ここで、工程２において原料ガスをウエハＷの表面に吸着させることにより、核形成を一層促進させることができるとともに、表面平滑性およびステップカバレッジを一層良好なものとすることができるが、原料ガスを吸着させるためには、チャンバ１内での原料ガスＳの分圧をＰ_ｓｃｈとし、ウエハＷの初期温度Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}における原料ガスＳの蒸気圧をＰ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}とすると、Ｐ_ｓｃｈがＰ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}よりも大きいこと、すなわちΔＰ_ｓ＝Ｐ_ｓｃｈ−Ｐ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}で表されるΔＰ_ｓが０より大きいことが必要である。

また、その際の原料ガスＳの吸着量Ｑが多いほど核付けが促進され、成膜速度を速くすることができるが、このときの吸着量ＱはΔＰ_ｓに比例する。このため、原料ガスＳの蒸気圧Ｐ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}が低いか、原料ガスＳの分圧Ｐ_ｓｃｈが高いほど吸着量Ｑを多くすることができる。しかし、原料ガスＳの分圧Ｐ_ｓｃｈを高くすると、サセプタ２からウエハＷへの伝熱が高まり、ウエハＷの温度を低く維持し難くなる。このような観点から、原料ガスＳの分圧Ｐ_ｓｃｈの上限は１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）程度となる。

比較的蒸気圧が低く、本実施形態の一分子反応に適した原料ガスとしては、例えばＷ（ＣＯ）_６、Ｃｏ_２（ＣＯ）_８などのカルボニル系化合物、Ｃｕ（ｈｆａｃ)(ＴＭＶＳ)などの不均化反応にて成膜する化合物等を挙げることができる。

原料ガスＳとしてＷ（ＣＯ）_６を用いた場合を例にとって説明する。図５にはＷ（ＣＯ）_６の蒸気圧曲線を示している。ここでは、チャンバ１の壁の温度Ｔ_ｗａｌｌが６０℃であり、チャンバ１内のＷ（ＣＯ）_６の分圧は２×１０^−１Ｔｏｒｒであり、ウエハＷの初期温度Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}が３０℃である。チャンバ１内の温度である６０℃のＷ（ＣＯ）_６の蒸気圧は約８×１０^−１Ｔｏｒｒであり、チャンバ１内のＷ（ＣＯ）_６の分圧は蒸気圧よりも低い。しかし、ウエハＷの初期温度Ｔ_{Ｗｆｉｎｉ}は３０℃であるため、その際のＷ（ＣＯ）_６の蒸気圧は約５×１０^−２Ｔｏｒｒであり、チャンバ１内のＷ（ＣＯ）_６の分圧である２×１０^−１Ｔｏｒｒよりも低くなり、ΔＰ_ｓ＝Ｐ_ｓｃｈ−Ｐ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}＝１．５×１０^−１Ｔｏｒｒに対応した量のＷ（ＣＯ）_６がウエハＷの表面に吸着することとなる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、成膜ガスとして原料ガスおよび原料ガスと反応する反応ガスを供給し、熱により原料ガスと反応ガスとの二分子反応により金属膜を得る成膜方法を示す。

（第２の実施形態に用いる成膜装置の構成）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置を示す断面図である。
この成膜装置１００′は、反応ガス供給系が付加されている他は、図１の成膜装置１００と全く同じ構成を有しており、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

成膜装置１００′においては、シャワーヘッド１０の上壁に、ガス導入口１０ｃ，１０ｄのほか、さらにガス導入口１０ｆが設けられており、ガス導入口１０ｆには反応ガス配管５１が接続されている。反応ガス配管５１の他端は、原料ガスＳと反応する反応ガスＲを供給する反応ガス供給源５２に接続されている。

（第２の実施形態に係る成膜方法）
次に、このように構成された成膜装置１００′にて実施される本実施形態の成膜方法について説明する。図７は、この方法のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャートである。
ここでは、基本的に第１の実施形態と同様、工程１〜６により成膜を行うが、工程３の核付プロセスおよび工程４のＣＶＤ成膜の際に、反応ガスＲの供給が付加されている点のみが第１の実施形態の方法と相違している。

すなわち、第１の実施形態と同じ手順で工程２の原料ガス集積（吸着）まで行った後、工程３の核付プロセスでは、原料ガスＳの供給量を維持したまま、圧力調整ガス供給源２０から圧力調整ガス配管１２およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に圧力調整ガスＮｐを供給してチャンバ１内の圧力を上昇させ、これにより、ウエハＷの温度を上昇させるとともに、反応ガス供給源５２から反応ガス配管５１およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に反応ガスＲを供給して原料ガスＳと反応ガスＲとの反応を生じさせて、ウエハＷ表面において核付プロセスを進行させる。

工程４のＣＶＤ成膜においては、工程３の核付プロセスにおいて、ウエハＷの温度が成膜温度に達した時点で、圧力調整ガスＮｐの供給量を減じてチャンバ１内の圧力を一定に保ち、ウエハＷの温度を成膜温度に維持してＣＶＤ成膜を行う。このときの成膜反応は、二分子反応であり、原料ガスをＳ、反応ガスをＲ、得られた膜をＰ、副生成物をＢとすると、Ｓ＋Ｒ→Ｐ＋Ｂで表すことができる。工程３の核付プロセスも同様の反応にて核を形成する。この際の成膜は、第１の実施形態と同様、工程３により核付が十分進行しているので、迅速に進行する。また、工程３により核付けがウエハＷ表面で均一に生じているため、均一に粒成長して膜の表面が平滑となり、ステップカバレッジも極めて良好なものとなる。

その後の工程５のチャンバ内ガスパージは原料ガスＳおよび反応ガスＲを停止した後、第１の実施形態と同様にして原料ガスＳおよび反応ガスＲをパージし、工程６のウエハ搬出も第１の実施形態と同様にして行われる。

従来の二分子反応によるＣＶＤ成膜の場合は、図８に示すように、ウエハＷをチャンバ１内に搬入した後、圧力調整ガスＮｐをチャンバ１内に導入して圧力調整を行い、さらにウエハＷの温度を成膜温度に調整（ウエハ温度調整）してから、初めて原料ガスＳおよび反応ガスＲをチャンバ１内に導入して成膜を開始する。このため、ウエハＷの表面に到達する原料ガスＳおよび反応ガスＲの量は少なく、第１の実施形態と同様、核がまばらにしか発生し得ない。このため、やはり、成膜初期の核形成に時間がかかり、インキュベーションタイムの長時間化を招き、結果的に成膜速度が遅いものとなる。また、核がまばらに発生するため、結晶粒が粗大化しやすく膜表面の平滑性が劣化してしまうとともに、ステップカバレッジも不十分なものとなりやすい。

これに対して、本実施形態においても、ウエハＷの温度が成膜温度に達する前の低温にある段階で原料ガスＳをチャンバ１内に供給し、ウエハＷ表面で原料ガスＳを過飽和状態とし、ウエハＷの表面に原料ガスＳが集積した状態、理想的には原料ガスＳがウエハ表面に吸着した状態を形成することができるので、その後、ウエハＷの温度を上昇させる過程で、反応ガスＲを流すことにより核付が迅速になされ、核形成を短時間で行うことができる。そのため、その後のＣＶＤ成膜で原料ガスＳと反応ガスＲとの反応による成膜が速やかに進行するため、結果的に成膜速度を速くすることができる。しかも、核形成がウエハＷ表面全面で均一に生じるので、その後の成膜の際に粒成長が均一に生じ、表面の平滑な膜を形成することができる。また、予めウエハＷの表面の全面に原料ガスＳを集積（吸着）させておいてから成膜するため、ステップカバレッジが極めて良好なものとなる。

本実施形態においても、ΔＰ_ｓ＝Ｐ_ｓｃｈ−Ｐ^＊ _{ｓ（ＴＷｆｉｎｉ）}で表されるΔＰ_ｓを大きくして吸着量Ｑを多くする観点から、比較的蒸気圧の低い原料ガスを用いることが有利であり、そのような原料ガスとしては、アリルシクロペンタジエニルニッケルＮｉ（Ａｌｌｙｌ）（Ｃｐ）や２，４，ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム（ＤＥＲ）のようなシクロペンタジニエル（ＣＰ）系化合物、ターシャリアミルイミドトリスジメチルアミノタンタルのようなアミド系化合物、ｂｉｓ（Ｎ，Ｎ‘−ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌａｃｅｔａｍｉｄｉｎａｔｏ）ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（II）ｄｉｃａｒｂｏｎｙｌ（Ｒｕ（ｔＢｕ−Ｍｅ−ａｍｄ）_２（ＣＯ）_２）のようなＮやＯなどでキレート結合された化合物、Ｓｒ（Ｃ_１１Ｈ_１９Ｏ_２）_２のようなβジケトン系化合物を挙げることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなくさらに種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、載置台を加熱しつつチャンバ内の圧力を低圧に保つことにより、基板を所望の低温状態に保ち、チャンバ内の圧力を上昇させることにより基板の温度を上昇させて核付および成膜を行うようにしたが、これに限らず、加熱機構を調節することにより、基板の温度を変動させるようにすることもできる。

また、上記実施形態では基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板であっても適用可能である。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
ここでは、上記第１の実施形態に対応する一分子熱分解反応（Ｓ→Ｐ＋Ｂ）の例について説明する。
原料ガスＳ：ヘキサカルボニルタングステンＷ（ＣＯ）_６
キャリアガスＮｃ：Ａｒ
圧力調整ガスＮｐ：Ａｒ
サセプタ温度：３００℃
の条件で、以下の手順で成膜を行った。

１．工程１：ウエハ搬入（１０ｓｅｃ）
サセプタを３００℃に加熱した状態で、トランスファチャンバとチャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以下まで減圧した。次にゲートバルブを開けてトランスファチャンバからアームによってウエハをチャンバ内で突出した位置にある昇降ピン上に搬送し、アームをトランスファチャンバへ戻し、ゲートバルブを閉めた。

２．工程２：原料ガス吸着（３０ｓｅｃ）
昇降ピンを突出したままの状態（アンロード位置）に保持し、キャリアガスＮｃを２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）の流量で成膜原料容器へ導入して、チャンバへ原料ガスＳを５ｓｃｃｍの流量で輸送し、チャンバ圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）に調整した。

３．工程３： 核付プロセス（６０ｓｅｃ）
昇降ピンを下降させ、ウエハをサセプタ上に載置した。キャリアガスＮｃと原料ガスＳの流量は工程２と同等に保持し、圧力調整ガスＮｐを２００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバ内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒ
に調整した。

４．工程４：ＣＶＤ成膜（１２０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃ、原料ガスＳ、圧力調整ガスＮｐの流量を工程３と同じに保持し、チャンバ内の圧力も工程と同じに保持し、ウエハ温度を２８０℃にして成膜を行った。

５．工程５：チャンバ内ガスパージ（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃを成膜原料容器を迂回するように流して原料ガスＳの輸送を停止させ、キャリアガスＮｃはそのままチャンバへ導入し、圧力調整ガスＮｐはそのままの流量でチャンバへ供給してパージガスとして機能させた。圧力調整弁の開度を徐々に大きくして、引ききりとした。

６．工程６：ウエハ搬出（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃ、圧力調整ガスＮｐの導入を停止し、圧力調整を停止してチャンバ内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下とした。ウエハを昇降ピンでアンロード位置に持ち上げ、ゲートバルブを開け、アームによってチャンバからトランスファチャンバへ搬出した。

搬出されたウエハには、以上のプロセスによりステップカバレッジが良好なタングステン膜が５ｎｍの厚さで得られていることが確認された。

（実施例２）
ここでは、上記第２の実施形態に対応する二分子還元反応（Ｓ＋Ｒ→Ｐ＋Ｂ）の例について説明する。
原料ガスＳ：アリルシクロペンタジエニルニッケルＮｉ（Ａｌｌｙｌ）（Ｃｐ）
キャリアガスＮｃ：Ａｒ
圧力調整ガスＮｐ：Ａｒ
還元反応ガスＲ：Ｈ_２
サセプタ温度：１６０℃
の条件で、以下の手順で成膜を行った。

１．工程１：ウエハ搬入（１０ｓｅｃ）
サセプタを１６０℃に加熱した状態で、トランスファチャンバとチャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以下まで減圧した。次にゲートバルブを開けてトランスファチャンバからアームによってウエハをチャンバ内で突出した位置にある昇降ピン上に搬送し、アームをトランスファチャンバへ戻し、ゲートバルブを閉めた。

２．工程２：原料ガス吸着（３０ｓｅｃ）
昇降ピンを突出したままの状態（アンロード位置）に保持し、キャリアガスＮｃを２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）の流量で成膜原料容器へ導入して、チャンバへ原料ガスＳを２０ｓｃｃｍの流量で輸送し、チャンバ圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）に調整した。

３．工程３： 核付プロセス（６０ｓｅｃ）
昇降ピンを下降させ、ウエハをサセプタ上に載置した。キャリアガスＮｃと原料ガスＳの流量は工程２と同等に保持し、圧力調整ガスＮｐを１００ｓｃｃｍ、還元反応ガスＲを１００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバ内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒ
に調整した。

４．工程４：ＣＶＤ成膜（１２０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃ、原料ガスＳ、圧力調整ガスＮｐ、還元反応ガスＲの流量を工程３と同じに保持し、チャンバ内の圧力も工程と同じに保持し、ウエハ温度を１４０℃にして成膜を行った。

５．工程５：チャンバ内ガスパージ（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃを成膜原料容器を迂回するように流して原料ガスＳの輸送を停止させ、キャリアガスＮｃはそのままチャンバへ導入し、還元反応ガスＲの供給を停止し、圧力調整ガスＮｐはそのままの流量でチャンバへ供給してパージガスとして機能させた。圧力調整弁の開度を徐々に大きくして、引ききりとした。

６．工程６：ウエハ搬出（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃ、圧力調整ガスＮｐの導入を停止し、圧力調整を停止してチャンバ内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下とした。ウエハを昇降ピンで取り出し位置に持ち上げ、ゲートバルブを開け、アームによってチャンバからトランスファチャンバへ搬出した。

搬出されたウエハには、以上のプロセスによりステップカバレッジが良好なニッケル膜が１０ｎｍの厚さで得られていることが確認された。

（実施例３）
ここでは、上記第２の実施形態に対応する二分子分解反応（Ｓ＋Ｒ→Ｐ＋Ｂ）の例について説明する。
原料ガスＳ：２，４，ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム（ＤＥＲ）
キャリアガスＮｃ：Ａｒ
圧力調整ガスＮｐ：Ａｒ
分解用反応ガスＲ：Ｏ_２
サセプタ温度：３００℃
の条件で、以下の手順で成膜を行った。

１．工程１：ウエハ搬入（１０ｓｅｃ）
サセプタを３００℃に加熱した状態で、トランスファチャンバとチャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以下まで減圧した。次にゲートバルブを開けてトランスファチャンバからアームによってウエハをチャンバ内で突出させた昇降ピン上に搬送し、アームをトランスファチャンバへ戻し、ゲートバルブを閉めた。

２．工程２：原料ガス吸着（３０ｓｅｃ）
昇降ピンを突出したままの状態に保持し、原料０．５ｇ／ｍｉｎとキャリアガスＮｃ１００ｓｃｃｍとを１２０℃に加熱した気化器へ導入して、チャンバへ原料をガス化して輸送し、チャンバ圧力を２００ｍＴｏｒｒ（２６．７Ｐａ）に調整した。

３．工程３： 核付プロセス（６０ｓｅｃ）
昇降ピンを成膜位置に下降させ、ウエハをサセプタ上に載置した。キャリアガスＮｃと原料ガスＳの流量は工程２と同等に保持し、圧力調整ガスＮｐを２００ｓｃｃｍ、分解用反応ガスＲを２００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバ内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒ
（１３３．３Ｐａ）に調整した。

４．工程４：ＣＶＤ成膜（３００ｓｅｃ）
原料流量：０．１ｇ／ｍｉｎ
キャリアガスＮｃ流量：１００ｓｃｃｍ
圧力調整ガスＮｐ流量：２００ｓｃｃｍ
分解用反応ガスＲ流量：２００ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．７Ｐａ）
の条件で３００ｓｅｃ保持した。ウエハ温度は２９０℃であった。

５．工程５：チャンバ内ガスパージ（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃと原料の気化器への導入を停止し、分解用還元ガスＲのチャンバへの供給を停止し、圧力調整ガスＮｐはそのままの流量でチャンバへ供給してパージガスとして機能させた。圧力調整弁の開度を徐々に大きくして、引ききりとした。

６．工程６：ウエハ搬出（１０ｓｅｃ）
圧力調整ガスＮｐの導入を停止し、圧力調整弁を全開にしてチャンバ内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下とした。ウエハを昇降ピンでアンロード位置に持ち上げ、ゲートバルブを開け、アームによってチャンバからトランスファチャンバへ搬出した。

搬出されたウエハには、以上のプロセスによりアスペクト比２０のホールでのステップカバレッジが７０％以上のＲｕ膜が、７ｎｍの厚さで得られていることが確認された。

（実施例４）
ここでは、上記第２の実施形態に対応する二分子窒化物形成反応（Ｓ＋Ｒ→Ｐ＋Ｂ）の例について説明する。
原料ガスＳ：ターシャリアミルイミドトリスジメチルアミノタンタル（Ｔａｉｍａｔａ）
キャリアガスＮｃ：Ａｒ
圧力調整ガスＮｐ：Ａｒ
反応ガスＲ：ＮＨ_３
サセプタ温度：３００℃
の条件で、以下の手順で成膜を行った。

１．工程１：ウエハ搬入（１０ｓｅｃ）
サセプタを３００℃に加熱した状態で、トランスファチャンバとチャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以下まで減圧した。次にゲートバルブを開けてトランスファチャンバからアームによってウエハをチャンバ内で突出した位置にある昇降ピン上に搬送し、アームをトランスファチャンバへ戻し、ゲートバルブを閉めた。

２．工程２：原料ガス吸着（３０ｓｅｃ）
昇降ピンを突出したままの状態（アンロード位置）に保持し、キャリアガスＮｃを６０℃に加熱した成膜原料容器に供給し、バブリング法によりその中の原料を蒸発させ原料ガスＳ（原料蒸気）をチャンバへ輸送し、チャンバ圧力を７０ｍＴｏｒｒ（９．３Ｐａ）に調整した。

３．工程３： 核付プロセス（６０ｓｅｃ）
昇降ピンを成膜位置に下降させ、ウエハをサセプタ上に載置した。キャリアガスＮｃと原料ガスＳの流量は工程２と同等に保持し、圧力調整ガスＮｐを２００ｓｃｃｍ、反応ガスＲを５００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバ内の圧力を１０００ｍＴｏｒｒ
（１３３．３Ｐａ）に調整した。

４．工程４：ＣＶＤ成膜（１２０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃ流量：１００ｓｃｃｍ
圧力調整ガスＮｐ流量：２００ｓｃｃｍ
反応ガスＲ流量：５００ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．７Ｐａ）
の条件で１２０ｓｅｃ保持した。ウエハ温度は２９０℃であった。

５．工程５：チャンバ内ガスパージ（１０ｓｅｃ）
キャリアガスＮｃを成膜原料容器を迂回するように流して原料ガスＳの輸送を停止させ、キャリアガスＮｃはそのままチャンバへ導入し、反応ガスＲの供給を停止し、圧力調整ガスＮｐはそのままの流量でチャンバへ供給してパージガスとして機能させた。圧力調整弁の開度を徐々に大きくして、引ききりとした。

６．工程６：ウエハ搬出（１０ｓｅｃ）
圧力調整ガスＮｐの導入を停止し、圧力調整弁を全開にしてチャンバ内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下とした。ウエハを昇降ピンでアンロード位置に持ち上げ、ゲートバルブを開け、アームによってチャンバからトランスファチャンバへ搬出した。

搬出されたウエハには、以上のプロセスによりアスペクト比３０のホールでのステップカバレッジが８０％以上のＴａＮ膜が、５ｎｍの厚さで得られていることが確認された。

本発明は、有機化合物を原料として、良好な表面平滑性およびステップカバレッジの膜が得られるため、微細パターンへの成膜や複雑形状に対する成膜に適している。

本発明の第１の実施形態に係る成膜方法に適用される成膜装置を示す断面図。 図１の成膜装置にて実施される本発明の第１の実施形態に係る成膜方法のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャート。 図１の成膜装置にて核付工程を実施している際のより好ましい状態を示す模式図。 従来の一分子反応によるＣＶＤ成膜のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャート。 原料ガスとして用いるＷ（ＣＯ）_６の蒸気圧曲線を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る成膜方法に適用される成膜装置を示す断面図。 図６の成膜装置にて実施される本発明の第２の実施形態に係る成膜方法のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャート。 従来の二分子反応によるＣＶＤ成膜のシーケンスと各工程でのガス流量、圧力、温度を示すチャート。

符号の説明

１；チャンバ
２；サセプタ
５；ヒーター
９；排気装置
１０；シャワーヘッド
１１；原料ガス配管
１２；圧力調整ガス配管
１３；成膜原料容器
１４；キャリアガス配管
１５；キャリアガス供給源
２０；圧力調整ガス供給源
２９；搬入出口
３０；ゲートバルブ
４０；コントローラ
４１；ユーザーインターフェース
４２；記憶部
５１；反応ガス配管
５２；反応ガス供給源
１００，１００′；成膜装置
Ｆ；成膜原料
Ｎｃ；キャリアガス
Ｎｐ；圧力調整ガス
Ｒ；反応ガス
Ｓ；原料ガス
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

Claims (15)

1. 基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を用いて、基板上に所定の膜を形成する成膜方法であって、
   基板を処理容器内に搬入する工程と、
   前記処理容器内の基板温度が前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い段階で前記処理容器内に前記原料ガスを導入し、基板表面に原料ガスを集積させる工程と、
   前記原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行う工程と、
   前記原料ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度に保持して基板上に所定の膜を成膜する工程と
   を有することを特徴とする成膜方法。
2. 基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を用いて、基板上に所定の膜を形成する成膜方法であって、
   前記加熱機構により前記載置台の温度を成膜時の温度に加熱し、基板温度が前記処理容器に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低くなるように処理容器内を圧力調整した状態で基板を前記処理容器内に搬入する工程と、
   前記処理容器内の基板温度を前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い温度に維持したまま前記処理容器内に前記原料ガスを導入し、基板表面に原料ガスを集積させる工程と、
   原料ガスの導入を継続しつつ前記処理容器内に圧力調整ガスを導入して前記処理容器内の圧力を上昇させることにより基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行う工程と、
   前記原料ガスおよび圧力調整ガスの導入を継続しつつ基板温度を成膜温度に保持して基板上に所定の膜を成膜する工程と
   を有することを特徴とする成膜方法。
3. 前記基板表面に原料ガスを集積させる工程は、その際の前記処理容器内の前記原料ガスの分圧の値が、その際の基板の温度における原料ガスの蒸気圧よりも大きい状態で行われることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
4. 基板表面に原料ガスを集積させる工程は、基板を前記載置台の上方に位置させた状態で行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜方法。
5. 前記原料ガスが加熱されて分解されることにより、前記所定の膜が形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
6. 前記ガス供給機構は、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給し、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応することにより、前記所定の膜が形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
7. 前記反応ガスは、前記核付工程および前記成膜工程の際に導入されることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
8. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
   前記載置台に設けられた加熱機構と、
   前記処理容器内を真空排気する排気機構と、
   前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構と、
   成膜処理を制御する制御機構と
   を具備し、基板上に所定の膜を形成する成膜装置であって、
   前記制御機構は、
   基板を処理容器内に搬入させ、
   前記処理容器内の基板温度が前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い段階で前記処理容器内に前記原料ガスを導入させて、基板表面に原料ガスを集積させ、
   前記原料ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で基板上に膜形成のための核付を行わせ、
   前記原料ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度に保持させて基板上に所定の膜が成膜されるように制御することを特徴とする成膜装置。
9. 基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
   前記載置台に設けられた加熱機構と、
   前記処理容器内を真空排気する排気機構と、
   前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構と
   成膜処理を制御する制御機構と
   を具備し、基板上に所定の膜を形成する成膜装置であって、
   前記制御機構は、
   前記加熱機構により前記載置台の温度を成膜時の温度に加熱させ、基板温度が前記処理容器に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低くなるように処理容器内を圧力調整させた状態で基板を前記処理容器内に搬入させ、
   前記処理容器内の基板温度を前記処理容器内に導入される際の前記原料ガスの温度よりも低い温度に維持させたまま前記処理容器内に前記原料ガスを導入させて、基板表面に原料ガスを集積させ、
   原料ガスの導入を継続させつつ前記処理容器内に圧力調整ガスを導入させて前記処理容器内の圧力を上昇させることにより基板温度を成膜温度まで上昇させる過程で、基板上に膜形成のための核付を行わせ、
   前記原料ガスおよび圧力調整ガスの導入を継続させつつ基板温度を成膜温度に保持させて基板上に所定の膜が成膜されるように制御することを特徴とする成膜装置。
10. 前記制御機構は、前記基板表面に原料ガスを集積させる際の前記処理容器内の前記原料ガスの分圧の値が、その際の基板の温度における原料ガスの蒸気圧よりも大きい状態になるように制御することを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
11. 前記載置台に対して突没可能に設けられ、基板を昇降させる昇降ピンをさらに具備し、前記制御機構は、基板表面に原料ガスを集積させる際に、前記昇降ピンを上昇させて基板を前記載置台の上方に位置させた状態とさせることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
12. 前記制御機構は、前記原料ガスが加熱されて分解されることにより、前記所定の膜が形成されるように制御することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
13. 前記ガス供給機構は、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給し、前記制御機構は、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応することにより、前記所定の膜が形成されるように制御することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
14. 前記制御機構は、前記反応ガスを、前記核付および前記成膜の際に導入させることを特徴とする請求項１３に記載の成膜装置。
15. コンピュータ上で動作し、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられた加熱機構と、前記処理容器内を真空排気する排気機構と、前記処理容器内に成膜しようとする膜の成分を含有する原料ガスを供給するガス供給機構とを具備する成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項７のいずれかの成膜方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。

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