JP2010141248A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気配管内等で原料ガス同士が反応して、その生成物が排気配管の内壁等に付着するのを確実に、装置コストやメンテナンスの負荷を増大させることなく防止する。
【解決手段】反応容器１０１内に配置された基板Ｗに対して第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して基板Ｗ表面に第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応生成物の膜を形成する成膜装置であって、ガス供給口１０２、１０３及びガス排出口１０８、１０９を有し、内部に基板Ｗが配置される反応容器１０１と、ガス供給口１０２、１０３に接続され、反応容器１０１内に第１及び第２の原料ガスを供給するガス供給系と、ガス排出口１０８、１０９に接続され、反応容器１０１内から第１及び第２の原料ガスを排出するガス排出系と、ガス排出口１０９近傍に設けられた、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方を分解するガス分解部１１４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハなどの基板上に複数種類の原料ガスを順に繰り返し供給して成膜する装置及び方法に関する。

半導体素子の微細化が進む中、複数種類の原料ガスを基板表面に順に繰り返し供給しながら成膜する原子層成長（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と称する成膜技術が注目されている。

このＡＬＤ法において、例えば２種類の原料ガスを用いる場合、一般に、第１の原料ガスを基板に供給して吸着させた後、不活性ガスを流して吸着しなかった余分な原料ガスを排気（パージ）する。次に、第２の原料ガスを基板に供給して基板上に吸着している第１の原料ガスと反応させる。再び不活性ガスを流して未反応の第２の原料ガスと反応により生じた副生物とを排気する。これらの一連のサイクルを複数回繰り返して所要の膜厚の薄膜を基板上に成膜する。１サイクルごとに単分子の薄膜が形成され、ピンホールのない高品質で、かつ段差被覆性の高い膜を成膜することができる。

しかし、上述したように、この成膜法では、１回の原料ガスの供給工程で、基板に吸着されずに、あるいは反応に寄与せずに排気される原料ガスの量は少なくない。しかも、排気される原料ガスの反応活性は高い。そして、従来、反応容器から排出される未反応の原料ガスは、共通の排気配管から排気されている。このため、排気配管内や反応容器の排気口近傍で原料ガス同士が反応し、その生成物が排気配管の内壁や、排気配管に介挿されたバルブや圧力制御弁等、さらには、排気配管の下流に接続された真空ポンプ、除害装置等の内部に付着するおそれがあった。反応生成物が配管や機器に付着すると、詰まりや機器性能の劣化を引き起こす。その結果、機器の交換や洗浄といったメンテナンスを頻繁に行う必要が生じ、メンテナンスに要する費用や時間が増大する。また、反応生成物が反応容器内に付着すると、基板上のパーティクルが誘発される結果、製造歩留まりが低下するおそれもある。

この問題に対処して、例えば、排気配管を分岐して各原料ガスを個別の経路で排気したり、あるいは、処理容器に各原料ガスをそれぞれ個別に排気する配管を取り付けるなどの方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかし、前者の方法では、分岐前の排気配管内での原料ガス同士の反応は避けられず、反応生成物の付着防止対策としては不十分である。また、いずれの方法も、原料ガスごとに真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁等を必要するため、装置コストが高くなり、メンテナンスに要する時間も長くなる。
特開２００４−１２４１９３号公報 特開２００６−３２６１０号公報

本発明の目的は、複数種類の原料ガスを基板に対し１種類ずつ順に繰り返し供給しながら成膜する装置及び方法において、排気配管内等で原料ガス同士が反応して、その生成物が排気配管の内壁等に付着するのを確実に防止することができ、しかも、そのために装置コストやメンテナンスの負荷が増大することがない装置及び方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、反応容器内に配置された基板に対して第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して前記基板表面に前記第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応生成物の膜を形成する成膜装置であって、ガス供給口及びガス排出口を有し、内部に前記基板が配置される反応容器と、前記ガス供給口に接続され、前記反応容器内に前記第１及び第２の原料ガスを供給するガス供給系と、前記ガス排出口に接続され、前記反応容器内から前記第１及び第２の原料ガスを排出するガス排出系と、前記ガス排出口近傍に設けられた、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方を分解するガス分解部とを具備することを特徴とする成膜装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、ガス供給口及びガス排出口を有する反応容器内に配置された基板に対して第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して前記基板表面に前記第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応生成物の膜を形成する成膜方法であって、前記ガス供給口から前記第１の原料ガスを供給して前記基板に対し第１の処理を行なうとともに、未反応の第１の原料ガスを前記ガス排出口から排出させる工程と、前記ガス供給口から前記第２の原料ガスを供給して前記基板に対し第２の処理を行なうとともに、未反応の第２の原料ガスを前記ガス排出口から排出させる工程とを順に行なう方法において、前記ガス排出口近傍で、前記未反応の第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方を分解させて排出させることを特徴とする成膜方法が提供される。

本発明の一態様による成膜装置及び他の態様による成膜方法によれば、装置コストやメンテナンスの負荷を増大させることなく、排気配管等で原料ガス同士が反応して、その生成物が排気配管の内壁等に付着するのを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。この成膜装置は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３））とオゾン（Ｏ_３）の２種類の原料ガスを半導体ウエハ等の基板Ｗ上で反応させてアルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜）を生成する成膜装置である。

図１において、１０１は、気密に構成された反応容器を示しており、この反応容器１０１の内部には多数枚の処理すべき基板Ｗを平行に間隔をおいて保持できるようになっている。また、反応容器１０１の外周には、内部に保持した基板Ｗを所定の温度に加熱するための加熱手段として、例えば加熱ヒータＨが設けられている。

反応容器１０１の下部には、第１、第２及び第３のガス供給口１０２、１０３、１０４が開口しており、これらの第１、第２及び第３のガス供給口１０２、１０３、１０４には、それぞれバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を介して、第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７が接続されている。第１のガス供給口１０２は、成膜用の第１の原料ガスであるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（ＣＨ_３）_３）を供給するための開口であり、第２のガス供給口１０３は、成膜用の第２の原料ガスであるオゾン（Ｏ_３）を供給するための開口であり、第３のガス供給口１０４は、パージガスである窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給するための開口である。図示は省略したが、上記第１、第２及び第３のガス供給口１０２、１０３、１０４にそれぞれ接続されている第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７の各他端には、トリメチルアルミニウム、オゾン及びパージガスの各供給源が接続されている。また、図示は省略したが、第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７の途中には、流量調整装置、例えば流量調整弁が設けられており、トリメチルアルミニウム、オゾン及びパージガスをそれぞれ所定の流量で反応容器１０１内に供給できるように構成されている。

一方、反応容器１０１の上部には、第１及び第２のガス排出口１０８、１０９が開口しており、これらの第１及び第２のガス排出口１０８、１０９には、それぞれバルブＶ４、Ｖ５を介して、第１及び第２の排気配管（第１及び第２の排気路）１１０、１１１が接続されている。第１のガス排出口１０８は、トリメチルアルミニウム及びパージガスを排気するための開口であり、第２のガス排出口１０９は、オゾン及びパージガスを排気するための開口である。バルブＶ４、Ｖ５は、第１及び第２のガス排出口１０８、１０９からそれぞれ５０ｃｍ程度以内の位置に設けることが好ましい。

第１の排気配管１１０の他端は除害装置１１２に接続され、その途中には排気手段として真空ポンプ１１３が設けられている。除害装置１１２は有害なガス（ここでは、トリメチルアルミニウム及びオゾン）を外部に排出させないための装置であり、この種の成膜装置に従来より一般に使用されている燃焼式除害装置、乾式除害装置等を使用することができる。

第２の排気配管１１１の他端は、第１の排気配管１１０の途中、後述する圧力計１１６の上流側にバルブＶ６を介して接続されている。そして、第２の排気配管１１１には、第２のガス排出口１０９から排気されたオゾンを酸素に分解してその反応性を失活させるガス分解部１１４が設けられている。すなわち、第１のガス排出口１０８から排出されたガス（トリメチルアルミニウム及びパージガス）は、第１の排気配管１１０を通じて真空ポンプ１１３により吸引され、除害装置１１２を経て外部に排気されるようになっている。また、第２のガス排出口１０９から排出されたガス（オゾン及びパージガス）は、第２の排気配管１１１と、第２の排気配管１１１の接続部より下流の第１の排気配管１１０を通じて真空ポンプ１１３により吸引され、除害装置１１２を経て外部に排気されるようになっている。なお、オゾンは、ガス分解装置１１４で分解され、その分解物が排気される。

さらに、第１の排気配管１１０の、第２の排気配管１１１との接続部と真空ポンプ１１３との間には、圧力調整装置、例えば圧力調整弁１１５が設けられており、反応容器１０１内にトリメチルアルミニウム及びオゾンを供給する際に、反応容器１０１内の圧力がそれぞれのガスに応じた所定の圧力になるように調整できるように構成されている。

また、図１中、１１６は、第１の排気配管１１０の、第２の排気配管１１１との接続部と圧力調整弁１１５との間に設けられた圧力計である。圧力計１１６は、図２に示すように、第１の排気配管１１０の、第２の排気配管１１１との接続部より上流側と、第２の排気配管１１１の、ガス分解装置１１４より上流側に、それぞれ設けるようにしてもよい。圧力計をこのような位置に設けることにより、反応容器１０１内の圧力をより正確に知ることができ、圧力調整弁１１５による圧力調整をより精度良く行うことができる。

なお、第２の排気配管１１１に設けられるガス分解部１１４は、例えば、ガス流をハニカム状の多孔質担体に担持させた二酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄等のオゾン分解触媒と接触させることによってオゾンを分解するオゾン分解装置により構成することができる。また、アルゴン等を用いて第２の排気配管１１１内にプラズマ雰囲気を形成したり、あるいは、第２の排気配管１１１の外周に加熱ヒータを設け、この加熱ヒータにより第２の排気配管１１１内にオゾンの分解温度以上、例えば４００〜６００℃程度の高温領域を形成するようにしてもよい。触媒を用いたオゾンの分解反応は室温でも起こるが、反応をより促進させるため、オゾン分解装置を使用する場合には、５０〜１５０℃程度に加熱することが好ましい。

次に、上記構成の成膜装置を用いた成膜方法の一例を記載する。

（１）まず、基板Ｗを反応容器１０１に搬入するとともに加熱ヒータＨに通電し、基板Ｗを、例えば２００〜３５０℃程度に加熱する。バルブＶ１〜Ｖ６はすべて閉じておく。

（２）次に、バルブＶ４を開いて反応容器１０１内を減圧排気する一方、バルブＶ３を開いて第３の供給配管１０７から第３のガス供給口１０４を介して反応容器１０１内にパージガスを供給し、反応容器１０１内をパージする。

（３）次に、バルブＶ３を閉じ、バルブＶ１を開いて第１の供給配管１０５から第１のガス供給口１０２を介して反応容器１０１内にトリメチルアルミニウムを所定の流量、例えば２００ｓｃｃｍで供給するとともに、圧力調整弁１１５により反応容器１０１内を所定の真空度、例えば５０Ｐａに維持する。

反応容器１０１内にトリメチルアルミニウムが供給されると、基板Ｗの表面にトリメチルアルミニウムの分子が吸着して分子層が形成される。基板Ｗに吸着しなかったトリメチルアルミニウムは、第１のガス排出口１０８から第１の排気配管１１０を通じて真空ポンプ１１３により吸引され、除害装置１１２を介して外部に排出される。

（４）次に、バルブＶ１を閉じ、バルブＶ３を開いて第３の供給配管１０７から第３のガス供給口１０４を介して反応容器１０１内にパージガスを供給し、反応容器１０１及び第１の排気配管１１０内をパージする。

（５）次に、バルブＶ３及びバルブＶ４を閉じ、バルブＶ２、バルブＶ５及びバルブ６を開いて第２の供給配管１０６から第２のガス供給口１０３を介して反応容器１０１内にオゾンを所定の濃度、例えば３００ｇＮ／ｍ^３で供給するとともに、圧力調整弁１１５により反応容器１０１内を所定の真空度、例えば１５０Ｐａに維持する。

反応容器１０１内にオゾンが供給されると、基板Ｗの表面に吸着しているトリメチルアルミニウムとオゾンが反応して、基板Ｗの表面にアルミナの分子層が形成される。トリメチルアルミニウムと反応しなかったオゾンは、第２のガス排出口１０９から第２の排気配管１１１に排出され、ガス分解部１１４で酸素に分解される。この酸素は、第１の排気配管１１０を通じて真空ポンプ１１３により吸引され、除害装置１１２を介して外部に排出される。

（６）次に、バルブＶ２を閉じ、バルブＶ３を再び開いて第３の供給配管１０７から第３のガス供給口１０４を介して反応容器１０１内にパージガスを供給し、反応容器１０１及び第２の排気配管１１１内をパージする。

（７）上記（３）〜（６）の工程を、基板Ｗの表面に所望の厚さのアルミナ膜が形成されるまで複数回、例えば５０回繰り返す。その後、反応容器１０１から基板Ｗを取り出し、成膜処理が終了する。

本実施形態によれば、２種類の原料ガス、トリメチルアルミニウムとオゾンは、それぞれ個別のガス排出口から排気される。そして、一方の原料ガスのオゾンはガス分解部で分解された後、排気配管を通じて排気される。このため、排気配管内でトリメチルアルミニウムとオゾンが接触して反応することはなく、それらの反応生成物の排気配管内、あるいは真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁、圧力計等への付着が防止され、排気配管の詰まりや機器性能の劣化を防止することができる。

しかも、そのような反応生成物の付着防止のために増設が必要な機器は、オゾンを分解するガス分解部の形成に必要なだけの長さの配管、ガス分解部を形成するための装置、バルブ等の流路切り替え手段等だけであり、真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁等の高価な機器は共用可能である。したがって、装置やそのメンテナンスに要する費用、時間が大きく増大することはない。

なお、上記成膜工程において、トリメチルアルミニウム、オゾン及びパージガスの各供給源からの第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７への供給は、断続的であっても連続的であってもよい。連続的に供給される場合は、第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７を途中で分岐させ、各分岐管と第１、第２及び第３の供給配管１０５、１０６、１０７との間で流路を適宜切り替えるようにすればよい。各分岐管から排出されたガスを共通の排気配管を介して外部に排出する場合には、反応容器１０１からの排気系と同様の排気配管の詰まり等の問題が生ずるおそれがあるため、オゾンを排出させる分岐管に、ガス分解部１１４と同様のガス分解部を設けることが好ましい。

（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態に係る成膜装置の概略構成図である。なお、この成膜装置も、第１の実施形態の成膜装置と同様、トリメチルアルミニウムとオゾンの２種類の原料ガスを半導体ウエハ等の基板Ｗ上で反応させてアルミナ膜を生成する成膜装置であり、第１の実施の形態と共通する点については一部説明を省略する。

図３において、２０１は、気密に構成された反応容器を示しており、この反応容器２０１の内部には多数枚の処理すべき基板Ｗを平行に間隔をおいて保持できるようになっている。

反応容器２０１の下部には、第１、第２及び第３のガス供給口２０２、２０３、２０４が開口しており、これらの第１、第２及び第３のガス供給口２０２、２０３、２０４には、それぞれバルブＶ７、Ｖ８、Ｖ９を介して、第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７が接続されている。第１のガス供給口２０２は、成膜用の第１の原料ガスであるトリメチルアルミニウムを供給するための開口であり、第２のガス供給口２０３は、成膜用の第２の原料ガスであるオゾンを供給するための開口であり、第３のガス供給口２０４は、パージガスである窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給するための開口である。図示は省略したが、第１、第２及び第３のガス供給口２０２、２０３、２０４にそれぞれ接続されている第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７の各他端には、トリメチルアルミニウム、オゾン及び不活性ガスの各供給源が接続されている。また、図示は省略したが、第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７の途中には、流量調整装置、例えば流量調整弁が設けられており、トリメチルアルミニウム、オゾン及びパージガスをそれぞれ所定の流量で反応容器２０１内に供給できるように構成されている。

一方、反応容器２０１の上部には、ガス排出口２０８が開口しており、このガス排出口２０８には、排気配管（排気路）２１０が接続されている。排気配管２１０の他端は除害装置２１２に接続され、その途中には排気手段として真空ポンプ２１３が設けられ、さらに、その上流側には圧力調整装置、例えば圧力調整弁２１５が設けられている。この圧力調整弁２１５によって、反応容器２０１内にトリメチルアルミニウム及びオゾンを供給する際に、反応容器２０１内の圧力がそれぞれのガスに応じた所定の圧力になるように調整される。図３において、２１６は、排気配管２１０の圧力調整弁２１５より上流側に設けられた圧力計である。除害装置２１２には、第１の実施の形態における除害装置１１２と同様のものを使用することができる。

そして、この成膜装置においては、反応容器２０１の外周に、独立した２つの加熱ヒータＨ１、Ｈ２が設けられている。下方に位置する加熱ヒータＨ１は、反応容器２０１の内部に保持した基板Ｗを所定の温度に加熱するためのものである。また、上方に位置する加熱ヒータＨ２は、ガス排出口２０８近傍に、トリメチルアルミニウム及びオゾンの少なくとも一方の分解温度以上、例えば４００〜５００℃以上となる領域（高温領域）、すなわち、トリメチルアルミニウム及びオゾンの少なくとも一方の原料ガスを分解するガス分解部２１４を形成するためのものである。

次に、上記構成の成膜装置を用いた成膜方法の一例を記載する。

（１）まず、基板Ｗを反応容器２０１に搬入するとともに加熱ヒータＨ１、Ｈ２に通電し、例えば２００〜３５０℃程度に加熱するとともに、反応容器２０１内のガス排出口２０８近傍に、例えば４００〜５００℃程度の温度領域からなるガス分解部２１４を形成する。バルブＶ７〜Ｖ９及び圧力調整弁２１５はすべて閉じておく。

（２）次に、圧力調整弁２１５を開いて反応容器２０１内を減圧排気する一方、バルブＶ９を開いて第３の供給配管２０７から第３のガス供給口２０４を介して反応容器２０１内にパージガスを供給し、反応容器２０１内をパージする。

（３）次に、バルブＶ９を閉じ、バルブＶ７を開いて第１の供給配管２０５から第１のガス供給口２０２を介して反応容器２０１内にトリメチルアルミニウムを所定の流量、例えば２００ｓｃｃｍで供給するとともに、圧力調整弁２１５により反応容器２０１内を所定の真空度、例えば５０Ｐａに維持する。

反応容器２０１内にトリメチルアルミニウムは供給されると、基板Ｗの表面にトリメチルアルミニウムの分子が吸着して分子層が形成される。基板Ｗに吸着しなかったトリメチルアルミニウムは、ガス分解部２１４で熱分解され、ガス排出口２０８から排気配管２１０を通じて真空ポンプ２１３により吸引され、除害装置２１２を介して外部に排出される。

（４）次に、バルブＶ７を閉じ、バルブＶ９を開いて第３の供給配管２０７から第３のガス供給口２０４を介して反応容器２０１内にパージガスを供給し、反応容器２０１及び排気配管２１０内をパージする。

（５）次に、バルブＶ９を閉じ、バルブＶ８を開いて第２の供給配管２０６から第２のガス供給口２０３を介して反応容器２０１内にオゾンを所定の濃度、例えば３００ｇＮ／ｍ^３で供給するとともに、圧力調整弁２１５により反応容器２０１内を所定の真空度、例えば１５０Ｐａに維持する。

反応容器２０１内にオゾンが供給されると、基板Ｗの表面に吸着しているトリメチルアルミニウムとオゾンが反応して、基板Ｗの表面にアルミナの分子層が形成される。トリメチルアルミニウムと反応しなかったオゾンは、ガス排出口２０８から排気配管２１０に排出され、真空ポンプ２１３により吸引され、除害装置２１２を介して外部に排気される。なお、ガス分解部２１４の温度を５００℃程度以上とした場合には、トリメチルアルミニウムのみならずオゾンも分解される。したがって、この場合にはオゾンの分解ガスが排気配管２１０に排出され、真空ポンプ２１３により吸引され、除害装置２１２を介して外部に排気される。

（６）次に、バルブＶ８を閉じ、バルブＶ９を再び開いて第３の供給配管２０７から第２のガス供給口２０４を介して反応容器２０１内にパージガスを供給し、反応容器２０１及び排気配管２１０内をパージする。

（７）上記（３）〜（６）の工程を、基板Ｗの表面に所望の厚さのアルミナ膜が形成されるまで複数回、例えば５０回繰り返す。その後、反応容器２０１から基板Ｗを取り出し、成膜処理が終了する。

本実施形態によれば、２種類の原料ガス、トリメチルアルミニウムとオゾンの少なくとも一方は、反応容器内のガス分解部で熱分解され、その熱分解ガスが排気配管を通り、除害装置を介して外部に排気される。このため、排気配管内で、トリメチルアルミニウムとオゾンが接触して反応することはなく、それらの反応生成物の排気配管内、あるいは真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁、圧力計等への付着が防止され、排気配管の詰まりや機器性能の劣化を防止することができる。

しかも、そのような反応生成物の付着防止のために増設が必要な機器は、ガス分解部を形成するための装置だけであり、排気配管、真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁、バルブ等は特に増設の必要がない。したがって、装置やそのメンテナンスに要する費用、時間の増大を防止することできる。

さらに、ガス分解部２１４に反応生成物が付着しても、定期的にドライクリーニングを行ってやればよい。装置のメンテナンス時間の短縮が実現できる。

なお、本実施形態においても、トリメチルアルミニウム、オゾン及びパージガスの各供給源からの第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７への供給は、断続的であっても連続的であってもよい。連続的に供給される場合は、第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７を途中で分岐させ、各分岐管と第１、第２及び第３の供給配管２０５、２０６、２０７との間で流路を適宜切り替えるようにすればよい。各分岐管から排出されたガスを共通の排気配管を介して外部に排出する場合には、反応容器２０１からの排気系と同様の排気配管の詰まり等の問題が生ずるおそれがあるため、オゾンを排出させる分岐管に、第１の実施形態におけるガス分解部１１４と同様のガス分解部を設けることが好ましい。

（その他の実施形態）
上記第１及び第２の実施の形態では、第１及び第２の原料ガスとしてそれぞれトリメチルアルミニウムおよびオゾンを用いてアルミナ膜を成膜しているが、このような例に限定されるものではない。他の例としては、例えば、トリメチルアルミニウムと水（Ｈ_２Ｏ）によるアルミナ膜の成膜、トリクロロアルミニウム（ＡｌＣｌ_３）と水によるアルミナ膜の成膜、トリメチルアルミニウムと過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）によるアルミナ膜の成膜；テトラクロロチタン（ＴｉＣｌ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）による窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）の成膜、テトラフルオロチタン（ＴｉＦ_４）とアンモニアによる窒化チタン膜の成膜、テトラブロムチタン（ＴｉＢｒ_４）とアンモニアによる窒化チタン膜の成膜、テトラヨードチタン（ＴｉＩ_４）とアンモニアによる窒化チタン膜の成膜、テトラジメチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４）とアンモニアによる窒化チタン膜の成膜、テトラジエチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_４）とアンモニアによる窒化チタン膜の成膜；ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５）とオゾン水による酸化タンタル膜（Ｔａ_２Ｏ_５膜）の成膜、ペンタエトキシタンタルと水による酸化タンタル膜の成膜；ペンタフルオロタンタル（ＴａＦ_５）とアンモニアによる窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）の成膜、ペンタブロムタンタル（ＴａＢｒ_５）とアンモニアによる窒化タンタル膜の成膜、ペンタヨードタンタル（ＴａＩ_５）とアンモニアによる窒化タンタル膜の成膜、ペンタクロロタンタル（ＴａＣｌ_５）とアンモニアによる窒化タンタル膜の成膜、テトラジメチルアミノタンタル（Ｔａ[Ｎ（ＣＨ_３）_２]_４）とアンモニアによる窒化タンタル膜の成膜、テトラジエチルアミノチタン（Ｔｉ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２]_４）とアンモニアによる窒化タンタル膜の成膜；テトラクロロハフニウム（ＨｆＣｌ_４）と水による酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ_２膜）の成膜、テトラエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３]_４）とオゾンによる酸化ハフニウム膜の成膜、テトラエチルメチルアミノハフニウムと水による酸化ハフニウム膜の成膜、テトラジメチルアミノハフニウム（Ｈｆ[Ｎ（ＣＨ_３）_２]_４）とオゾンによる酸化ハフニウム膜の成膜、テトラジメチルアミノハフニウムと水による酸化ハフニウム膜の成膜、テトラジエチルアミノハフニウム（Ｈｆ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２]_４）とオゾンによる酸化ハフニウム膜の成膜、テトラジエチルアミノハフニウムと水による酸化ハフニウム膜の成膜；テトラエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３]_４）とオゾンによる酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ_２膜）の成膜、テトラエチルメチルアミノジルコニウムと水による酸化ジルコニウム膜の成膜、テトラジメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ[Ｎ（ＣＨ_３）_２]_４）とオゾン水による酸化ジルコニウム膜の成膜、テトラジメチルアミノジルコニウムと水による酸化ジルコニウム膜の成膜、テトラジエチルアミノジルコニウム（Ｚｒ[Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２]_４）とオゾンによる酸化ジルコニウム膜の成膜、テトラジエチルアミノジルコニウムと水による酸化ジルコニウム膜の成膜、テトラクロロジルコニウム（ＺｒＣｌ_４）と水による酸化ジルコニウム膜の成膜；トリジメチルアミノシリコン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３）とオゾンによる酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）の成膜；ジクロロシラン（ＳｉＣｌ_２）とアンモニアによる窒化シリコン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）の成膜、ヘキサクロロシラン（ＳｉＣｌ_６）とアンモニアによる窒化シリコン膜等が挙げられる。

なお、上記第１の実施形態において、第２の原料ガスとしてアンモニアを使用する場合、第２の排気配管１１１に設けるガス分解部１１４は、例えば、白金、パラジウム、ニッケル、ルテニウム等をアルミナ、シリカ、チタニア等に担持させた担持触媒や、銅、ニッケル、コバルト等の酸化物等のアンモニア分解触媒と接触させることによってアンモンアを分解するアンモニア分解装置により構成することができる。アンモニア分解装置を使用する場合には、３００℃程度に加熱することが好ましく、アンモニアの分解をより促進することができる。また、オゾンの場合と同様、アルゴン等を用いて第２の排気配管１１１内にプラズマ雰囲気を形成したり、あるいは、第２の排気配管１１１の外周に加熱ヒータを設け、この加熱ヒータにより第２の排気配管１１１内にアンモニアの分解温度以上、例えば５００〜６００℃程度の高温領域を形成するようにしてもよい。

また、上記第２の実施形態において、例えば、第１の原料ガスとしてトリメチルアルミニウム、テトラジメチルアミノチタン、テトラジエチルアミノチタン、またはテトラエチルメチルアミノジルコニウムを使用する場合、４００℃程度以上の温度領域からなるガス分解部２１４を形成することにより、これらの原料ガスを分解することができる。また、第１の原料ガスとしてトリクロロアルミニウム、テトラクロロチタン、テトラフルオロチタン、テトラブロムチタン、テトラヨードチタン、ペンタフルオロタンタル、ペンタブロムタンタル、ペンタヨードタンタル、ペンタクロロタンタル、テトラクロロハフニウム、またはテトラクロロジルコニウムを使用する場合、５００℃程度以上の温度領域からなるガス分解部２１４を形成することにより、これらのガスを分解することができる。さらに、酸化シリコン膜を形成するため、トリジメチルアミノシリコンを使用する場合、６００℃程度以上の温度領域からなるガス分解部２１４を形成することにより、これらの原料ガスを分解することができる。また、第２の原料ガスとしてアンモニアを使用する場合、５００℃程度以上の温度領域からなるガス分解部２１４を形成すれば、アンモニアを分解することができる。

また、上記第１及び第２の実施の形態では、２種類の原料ガスを用いているが、３種類またはそれ以上の原料ガスを用いる成膜にも適用可能である。第１の実施の形態において、原料ガスを３種類またはそれ以上用いる場合には、原料ガスの種類の数に対応するガス排出口と排気配管を設け、そのうちの１つの排気配管に圧力調整弁及び真空ポンプを設け、さらに除害装置を接続するとともに、他の排気配管を、この圧力調整弁等が設けられた排気配管に圧力調整弁の上流側で接続するようにすればよい。

図４はその一例を示したもので、３種類の原料ガス、つまり、第１の原料ガスと第２の原料ガスと第３の原料ガスを用いる場合の成膜装置を示している。図４において、図１に共通する部分には、同一符号を付してある。この成膜装置においては、反応容器１０１の下部に、第１、第２及び第３のガス供給口１０２、１０３、１０４とともに第４のガス供給口４０１が開口し、この第４のガス供給口４０１に、バルブＶ１１を介して第４の供給配管４０２が接続されている。また、反応容器１０１の上部には、第１及び第２のガス排出口１０８、１０９とともに第３のガス排出口４０３が開口しており、この第３のガス排出口４０３には、それぞれバルブＶ１２を介して、第３の排気配管４０４が接続されている。そして、この第３の排気配管４０４には、第３の原料ガスを分解してその反応性を失活させるガス分解部４０５が設けられており、また、一端は、第１の排気配管１１０の途中、圧力計１１６の上流側にバルブＶ１３を介して接続されている。このような成膜装置においても、３種類の原料ガスが排気配管内で接触して反応することがないため、それらの反応生成物の排気配管内、あるいは真空ポンプ、除害装置、圧力制御弁、圧力計等への付着が防止され、排気配管の詰まりや機器性能の劣化を防止することができる。また、そのような反応生成物の付着防止のために増設する機器も少なくてすむため、装置やそのメンテナンスに要する費用、時間の増大を防止することができる。

なお、原料ガスを３種類またはそれ以上用いる場合であっても、互いに反応しない原料ガスは同一の排気配管から排気してもよい。例えば、第１、第２および第３の原料ガスの３種類の原料ガスを用いる場合、第１の原料ガス及び第２の原料ガスはそれぞれ第３の原料ガスと反応するものの第１の原料ガスと第２の原料ガスは互いに反応しない場合、図１（または図２）に示す成膜装置において、例えば第３の原料ガスのみを第２の排気口１０９を介して第２の排気配管１１１へ排気するようにすればよい。

また、第２の実施の形態において、原料ガスを３種類またはそれ以上用いる場合には、ガス分解部として、全ての原料ガス、あるいはそのうちの１種類を除く原料ガスを分解可能な温度領域を形成すればよい。但し、この場合も、互いに反応しない原料ガスが存在する場合には、１種類の原料ガスのみを分解可能なガス分解部を形成することも可能である。要は、互いに反応し合う原料ガス同士が排気配管内で接触しないようにすればよい。

さらに、上記第１及び第２の実施の形態では、成膜用の原料ガス及びパージガスをそれぞれ個別のガス供給配管から反応容器内に導入する構成となっているが、共通のガス供給配管から導入することも可能である。しかし、この場合、原料ガス同士が反応して、供給配管内の詰まりといった排気系と同様の問題を生ずるおそれがあることから、個別に反応容器内に導入する構成とすることが好ましい。

また、上記第１及び第２の実施の形態では、いずれも多数枚の基板Ｗを一度に処理するいわゆるバッチ式の反応容器が使用されているが、１枚の基板を保持して処理するいわゆる枚葉式の反応容器であってもよく、同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能であることはいうまでもない。

第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。 他の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０１，２０１…反応容器、１０２，２０２…第１のガス供給口、１０３，２０３…第２のガス供給口、１０４，２０４…第３のガス供給口、１０５，２０５…第１のガス供給配管、１０６，２０６…第２のガス供給配管、１０７，２０７…第３のガス供給配管、１０８…第１のガス排出口、１０９…第２のガス排出口、１１０…第１の排気配管、１１１…第２の排気配管、１１３，２１３…真空ポンプ、１１４，２１４，４０５…ガス分解部、２０８…ガス排出口、２１０…排気配管、４０１…第４のガス供給口、４０２…第４のガス供給配管、４０３…第３のガス排出口、４０４…第３の排気配管、Ｖ１〜Ｖ９，Ｖ１１〜Ｖ１３…バルブ、Ｗ…基板。

Claims (5)

1. 反応容器内に配置された基板に対して第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して前記基板表面に前記第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応生成物の膜を形成する成膜装置であって、
   ガス供給口及びガス排出口を有し、内部に前記基板が配置される反応容器と、
   前記ガス供給口に接続され、前記反応容器内に前記第１及び第２の原料ガスを供給するガス供給系と、
   前記ガス排出口に接続され、前記反応容器内から前記第１及び第２の原料ガスを排出するガス排出系と、
   前記ガス排出口近傍に設けられた、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方を分解するガス分解部と
   を具備することを特徴とする成膜装置。
2. 前記反応容器は、前記ガス排出口として、前記第１の原料ガスを排出する第１のガス排出口と、前記第２の原料ガスを排出する第２のガス排出口とを有し、
   前記ガス排出系は、前記第１のガス排出口に接続された第１の排気路と、この第１の排気路に設けられた排出手段と、一端が前記第２のガス排出口に接続され他端が前記第１の排気路の前記排気手段の上流側に接続された第２の排気路と、前記第１の排気路と第２の排気路との間で流路を切り替える切り替え手段とを有し、
   前記ガス分解部は、前記第２の排気路に設けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記第２の原料ガスは、アンモニアガス、オゾンガス、水蒸気及び過酸化水素ガスから選ばれる１種であることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
4. 前記ガス分解部は、前記反応容器内のガス供給口近傍を前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方の分解温度以上に加熱することによって形成された高温領域からなることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
5. ガス供給口及びガス排出口を有する反応容器内に配置された基板に対して第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に供給して前記基板表面に前記第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応生成物の膜を形成する成膜方法であって、
   前記ガス供給口から前記第１の原料ガスを供給して前記基板に対し第１の処理を行なうとともに、未反応の第１の原料ガスを前記ガス排出口から排出させる工程と、前記ガス供給口から前記第２の原料ガスを供給して前記基板に対し第２の処理を行なうとともに、未反応の第２の原料ガスを前記ガス排出口から排出させる工程とを順に行なう方法において、
   前記排出口近傍で、前記未反応の第１の原料ガス及び第２の原料ガスの少なくとも一方を分解して排出させることを特徴とする成膜方法。

Images