JP2011054742A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の凹部に対して良好な埋め込みを行うこと。
【解決手段】真空容器１内の回転テーブル２に、凹部２３０が形成されたウェハＷを載置し、当該回転テーブル２上のウェハＷを、第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）が吸着されて凝縮される温度に温度調整し、次いで前記回転テーブル２上のウェハＷに反応ガスノズル３１からＢＴＢＡＳガスを供給し、当該ＢＴＢＡＳガスの凝縮物をウェハＷに付着させる。次いで回転テーブル２を回転させてウェハＷを分離ガスノズル４２の下方領域に位置させ、ウェハＷに対して加熱されたＮ２ガスを供給して、前記ＢＴＢＡＳガスの凝縮物の一部を気化させる。次いで回転テーブル２を回転させてウェハＷを第２の反応ガス供給領域に位置させ、プラズマインジェクター２５０から第２の反応ガスであるＯ２ガスを活性化してウェハＷに供給することにより、前記凝縮物と反応させて反応生成物を生成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、真空容器内において、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
半導体デバイスのパターンの微細化に伴い、パターンである凹部の埋め込に対して良好な特性が要求されている。特にＳｉ基板に素子分離領域を形成するために、トレンチ構造を形成し、そのトレンチ部分を埋め込む技術が各種提案されているが、パターンの微細化に伴い、埋め込み能力と膜質の点において高い質を確保することが難しくなって来ている。現状では、塗布法によるＰＳＺ（ポリシラザン）膜とＨＤＰ（高密度プラズマ）法との組み合わせによる酸化膜が採用される場合が多い。しかしながらＨＤＰ法などのＣＶＤ法では、トレンチ側部からの堆積による膜の合わせ目に空隙が発生し、エッチングレートが高いなどの膜質不良を起こし易いことや、深いトレンチ部への堆積が困難であることが指摘されている。またパターンが微細化すると、レジストマスクの形状のばらつきなどにより、凹部の形状が微妙にばらつき、このため底部に向かうほど広がる逆テーパ形状となる場合がある。アスペクト比が大きいことに加え、凹部が逆テーパ形状である場合には、特に埋め込みが困難である。
特許文献１には、テーブル上にウエハを載置し、ガス供給部に対して相対的に回転させて順次互に異なる反応ガスを供給し、成膜の各サイクル毎にプラズマ、熱処理等の後処理を可能とする装置が開示されている。特許文献２には、埋め込み特性を改善する液相ＣＶＤを用いると共に、膜質を改善する為に、プラズマ照射、熱アニールを繰り返す成膜手法が開示されている。また特許文献３には、ＴＥＯＳガスを基板上で液化させ、次いで加熱下で酸素ガスを供給して酸化膜を成膜する技術が開示されている。
ＵＳ７１５３５４２ 特開平８−１６２４４９号公報 特開２００４−４７６４４号公報
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成するにあたり、基板の凹部に対して良好な埋め込みを行うことができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
本発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板を載置するためのテーブルと、
このテーブル上の基板に第１の反応ガスを供給する第１の反応ガス供給手段と、
前記テーブル上の基板を、第１の反応ガスが吸着されて凝縮される温度に温度調整するための温度調整部と、
基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物の一部を気化させるために基板を加熱する加熱手段と、
基板に吸着されている前記凝縮物と反応して反応生成物を生成するために第２の反応ガスを活性化して基板に供給する第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と前記テーブルとを相対的に回転させるための回転機構と、を備え、
前記第１の反応ガス供給手段、加熱手段及び第２の反応ガス供給手段は、前記テーブルの周方向に沿って配置されていることを特徴とする。
他の発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内のテーブルに、凹部が形成された基板をほぼ水平に載置する工程と、
前記テーブル上の基板を、第１の反応ガスが吸着されて凝縮される温度に温度調整する工程と、
前記テーブル上の基板に第１の反応ガス供給手段から第１の反応ガスを供給し、第１の反応ガスの凝縮物を基板に付着させる工程と、
前記テーブルと第１の反応ガス供給手段とを相対的に回転させる工程と、
前記基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物の一部を気化させる工程と、
第２の反応ガスを活性化して基板に供給することにより、基板に吸着されている前記凝縮物と反応して反応生成物を生成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明は、第１の反応ガスの凝縮物（液化したガス）を基板に付着させるために、基板上の凹部の側壁や凹部以外の表面に比べて底部に凝縮物が溜まる。このため基板を加熱することにより凝縮物を気化すると、底部に凝縮物が残るため、その後に第２の反応ガスを供給して反応物を生成するまでの一連の工程をサイクリックに行うことにより、凹部の底部から反応物が積層されていくため、良好な埋め込みを行うことができる。
本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。 上記の成膜装置の横断平面図である。 上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図である。 上記の成膜装置の横断面の拡大図である。 上記の成膜装置におけるプラズマインジェクターの一例を示す斜視図である。 上記のプラズマインジェクターを示す縦断面図である。 上記の成膜装置の横断面の拡大図である。 上記の成膜装置の横断面の拡大図である。 上記の成膜装置におけるパージガスの流れを示す模式図である。 上記の成膜装置の一部破断斜視図である。 上記の成膜装置において成膜処理が行われる基板の縦断面を示す模式図である。 上記の成膜装置において基板に対して成膜処理が行われていく様子を示す模式図である。 上記の成膜装置において基板に対して成膜処理が行われていく様子を示す模式図である。 上記の成膜装置において基板に対して成膜処理が行われていく様子を示す模式図である。 上記の成膜装置におけるガスの流れを示す模式図である。 上記の成膜装置の他の実施の形態を示す平面図である。 上記の他の実施の形態におけるオゾン活性化インジェクターの一例を示す縦断断面図と横断断面図である。 上記の成膜装置の他の例を示す平面図である。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態である成膜装置は、図１及び図２に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。回転テーブル２は本発明のテーブルをなすものである。真空容器１は、この回転テーブル２を収納する概略カップ型の容器本体１２と、この容器本体１２の上面の開口部を気密に塞ぐように円板状に形成された天板１１と、を備えている。この天板１１は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に気密に接続されており、図示しない開閉機構により昇降して開閉されるように構成されている。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。この回転軸２２は、真空容器１の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計回りに回転させる回転機構である駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル２の表面部には、図２に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板である半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられており、この凹部２４は回転テーブル２の回転により当該回転テーブル２の回転中心を中心として鉛直軸回りに公転するように構成されている。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン１６（図１０参照）が貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。ここで図３は、回転テーブル２を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図である。
図２〜図４に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する上位置には、例えば石英からなる反応ガスノズル３１と、２本の分離ガスノズル４１、４２と、補助ガスノズル２００と、が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計回り（回転テーブル２の回転方向）に第１の分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、第２の分離ガスノズル４２及び補助ガスノズル２００がこの順番で配列されており、これらのノズル４１、３１、４２、２００は真空容器１の側壁において、この搬送口１５に概略対向する位置から当該搬送口１５の前記回転方向上流側に近接する位置まで順番に取り付けられている。これら反応ガスノズル３１、補助ガスノズル２００及び分離ガスノズル４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から回転テーブル２の回転中心に向かってウェハＷに対向して水平に伸びるようにライン状に取り付けられており、その基端部であるガス導入ポート３１ａ、２００ａ、４１ａ、４２ａは当該外周壁を貫通している。
これら反応ガスノズル３１及び補助ガスノズル２００は、夫々第１の反応ガス供給手段及び補助ガス供給手段をなし、分離ガスノズル４１、４２は、分離ガス供給手段をなしている。これらのノズル３１、２００、４１、４２は、真空容器１の側壁の複数箇所に形成された貫通孔１００に取り付けられている。尚、ノズル３１、２００、４１、４２が取り付けられていない貫通孔１００は、図示しない覆い部材により気密に塞がれている。
反応ガスノズル３１には、図示しないバルブや流量調整部が介設されたガス供給管３１ｂにより、第１の反応ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスが供給されるように構成されている。補助ガスノズル２００には、図示しないバルブや流量調整部が介設されたガス供給管２００ｂにより、補助ガスが供給されるように構成されている。この補助ガスとは、後述するように、ウェハＷに吸着された反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）の凝縮物を、この凝縮物よりも気化しにくい中間生成物とするために供給されるガスである。前記気化しにくい中間生成物は、水酸基（ＯＨ基）及び／又は水分を含む生成物であり、補助ガスとしては、例えば水酸基（ＯＨ基）を持つガス例えばアルコール（Ｒ−ＯＨ、Ｒ：アルキル基）又は純水（Ｈ２Ｏ）あるいは過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）が用いられる。この例では補助ガスとしてエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）ガスが供給されるように構成されている。
また、第１の分離ガスノズル４１は、図示しないバルブや流量調整部が介設されたガス供給管４１ｂにより、分離ガスであるＮ２ガス（窒素ガス）が供給されるように構成されている。前記第２の分離ガスノズル４２は、バルブ４２ｃや流量調整部４２ｄを備えたガス供給管４２ｂにより、分離ガスであるＮ２ガスの供給源４２ｅに接続されている。また前記ガス供給管４２ｂは加熱部４２ｆを備えており、前記Ｎ２ガスは当該加熱部４２ｆにて、所定温度に加熱されて、第２の分離ガスノズル４２に供給されるように構成されている。従って第２の分離ガスノズル４２（第２の分離ガス供給手段）は、後述するように、ウェハＷに吸着された反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）の凝縮物の一部を気化させるために、ウェハＷを加熱する加熱手段を構成することになる。ここでウェハＷに吸着された前記凝縮物の一部を気化させるためには、ウェハＷを例えば８５℃〜１５０℃に加熱することが好ましく、このため真空容器１内には、加熱部４２ｆにて１００℃〜２００℃に加熱されたＮ２ガスが第２の分離ガスノズル４２から供給されるようになっている。
またこの例では、反応ガスノズル３１のガス供給管３１ｂにも図示しない加熱部が設けられており、第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガスは、前記加熱部により加熱されて、回転テーブル２に載置されたウェハＷの温度よりも高い温度で真空容器１内にガス状態で供給される。
前記反応ガスノズル３１には、図３及び図４に示すように、下方側に反応ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔３３が真下を向いてノズルの長さ方向（回転テーブル２の半径方向）に亘って例えば１０ｍｍの間隔を置いて等間隔に配列されている。また、補助ガスノズル２００には、下方側に反応ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔２０１が真下を向いてノズルの長さ方向（回転テーブル２の半径方向）に亘って例えば１０ｍｍの間隔を置いて等間隔に配列されている。分離ガスノズル４１，４２には、下方側に分離ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔４０が真下を向いて長さ方向に例えば１０ｍｍ程度の間隔を置いて等間隔に穿設されている。
反応ガスノズル３１のガス吐出孔３３とウェハＷとの間の距離は例えば１〜４ｍｍ好ましくは２ｍｍであり、補助ガスノズル２００のガス吐出孔２０１とウェハＷとの間の距離は例えば１〜４ｍｍ好ましくは２ｍｍである。また、分離ガスノズル４１，４２のガス吐出孔４０とウェハＷとの間の距離は例えば１〜４ｍｍ好ましくは３ｍｍである。反応ガスノズル３１の下方領域は、ＢＴＢＡＳガスをウェハＷに吸着させるための第１の処理領域９１（第１の反応ガスの供給領域）となり、補助ガスノズル２００の下方領域は、エタノールガスとウェハＷ上に凝縮したＢＴＢＡＳとを反応させて前記中間生成物を生成させるための補助領域９０（補助ガス供給領域）となる。また第２の分離ガスノズル４２の下方領域は加熱領域となる。
また、回転テーブル２の回転方向において、補助ガスノズル２００と、第１の分離ガスノズル４１との間には、プラズマインジェクター２５０と、加熱ランプ２１０とが、回転方向下流側に向かってこの順序で設けられている。
前記プラズマインジェクター２５０は、第２の反応ガスを活性化してウェハＷに供給する第２の反応ガス供給手段をなすものであり、当該プラズマインジェクター２５０の下方領域は、第２の反応ガスである酸素ガス（Ｏ２）ガスをウェハＷに対して供給するための第２の処理領域９２（第２の反応ガスの供給領域）となる。このプラズマインジェクター２５０は、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びるように配置された筐体からなるインジェクター本体２５１を備えている。このインジェクター本体２５１内には、図５及び図６に示すように、隔壁２５２によって長さ方向に区画された幅の異なる２つの空間が形成されていて、一方側は前記第２の反応ガスをプラズマ化（活性化）するためのガス活性化用流路であるガス活性化室２５３、他方側はこのガス活性化室２５３へプラズマ発生用のガスを供給するためのガス導入用流路であるガス導入室２５４となっている。
図２、図５及び図６において、２５５はガス導入ノズル、２５６はガス孔、２５７はガス導入ポート、２５８は継手部、２５９はガス供給ポートである。そしてプラズマ発生用のガスは、ガス導入ノズル２５５のガス孔２５６からガス導入室２５４内に供給され、前記ガスは隔壁２５２の上部に形成された切り欠き部２７１を介してガス活性化室２５３に通流するように構成されている。ガス活性化室２５３内には、２本の誘電体からなる例えばセラミックス製のシース管２７２、２７２が当該ガス活性化室２５３の基端側から先端側へ向けて隔壁２５２に沿って伸び出しており、これらのシース管２７２、２７２の管内には、棒状の電極２７３、２７３が貫挿されている。これらの電極２７３、２７３の基端側はインジェクター本体２５１の外部に引き出され、真空容器１の外部にて整合器２７４を介して高周波電源２７５と接続されている。インジェクター本体２５１の底面には、当該電極２７３、２７３の間の領域であるプラズマ発生部２９０にてプラズマ化して活性化されたプラズマを下方側に吐出するためのガス吐出孔２９１がインジェクター本体２５１の長さ方向に配列されている。このインジェクター本体２５１は、その先端側が回転テーブル２の中心部へ向けて伸び出した状態となるように配設されている。図２中２６１はガス導入ノズル２５５に第２の反応ガス例えば酸素（Ｏ2）ガスを導入するためのガス導入路、２６２はバルブ、２６３は流量調整部、２６４は前記Ｏ2ガスが貯留されたガス源である。この例では、第２の反応ガスがプラズマ発生用のガスを兼用している。
また前記加熱ランプ２１０はアニール用加熱部をなすものであり、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びるように配置されている。この加熱ランプ２１０は、例えば棒状の赤外線ランプからなり、図７に示すように、真空容器１の天井部に回転テーブル２の半径方向に伸びるように形成されたランプハウス２１１内に設けられている。このランプハウス２１１は、上部側にリフレクター２１５が設けられ、下面側には当該ランプハウス２１１内の雰囲気と真空容器１内の雰囲気とを気密に区画するための光透過窓２１２が設けられている。この加熱ランプ２１０の両端には、電極部を兼用する封止部材２１３、２１３が設けられており、この封止部材２１３、２１３には例えば真空容器１の天板１１の上方側から伸びる給電線２１４、２１４が各々接続されている。この図７中２１７はこの加熱ランプ２１０に給電線２１４、２１４及び封止部材２１３、２１３を介して給電するための電源であり、２１６はこの加熱ランプ２１０を両側から支持する支持部材である。また、この加熱ランプ２１０は、図示しない熱電対などの温度検出部の測定結果に基づいて、ウェハＷに対して後述の加熱処理（緻密化処理）を行うのに好適な温度例えば１００℃〜４５０℃好ましくは３５０℃に加熱できるように制御されている。
第１及び第２の分離ガスノズル４１，４２の説明に戻ると、第１の分離ガスノズル４１は、図２に示すように、前記第１の処理領域９１の回転方向の上流側において当該第１の処理領域９１と第２の処理領域９２及び補助領域９０とを分離するための第１の分離領域Ｄ１を形成するためのものである。また第２の分離ガスノズル４２は、前記第１の処理領域９１の回転方向の下流側において、当該第１の処理領域９１と補助領域９０及び第２の処理領域９２とを分離するための第２の分離領域Ｄ２を形成するためのものである。
これら分離領域Ｄ１，Ｄ２における真空容器１の天板１１には図２、図３に示すように、回転テーブル２の回転中心を中心としかつ真空容器１の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１，４２は、この凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１（４２）の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転テーブル２の回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。なお溝部４３は、本実施形態では凸状部４を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部４３から見て凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部４３を形成してもよい。
従って分離ガスノズル４１，４２における前記回転方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記回転方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間に反応ガス及び補助ガスの侵入を阻止してこれらガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
即ち、第１の分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からエタノールガス及びＯ２ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、例えば分離領域Ｄ２で言えば隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したエタノールガスとＯ２ガスが、ＢＴＢＡＳガスと凸状部４内で交じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄ１（Ｄ２）の役割である第１の処理領域９１の雰囲気及び第２の処理領域９２の雰囲気（補助領域９０の雰囲気）との分離作用が発揮できる。従って狭隘な空間における狭隘の程度は、狭隘な空間（凸状部４の下方空間）と当該空間に隣接した領域（この例では第２の天井面４５の下方空間）との圧力差が「ガスが侵入できなくなる」作用を確保できる程度の大きさになるように設定され、その具体的な寸法は凸状部４の面積などにより異なるといえる。またウェハＷに吸着又は凝縮したガスについては当然に分離領域Ｄ１（Ｄ２）内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
なお分離ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスに限られずアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの不活性ガスなどを用いることができるが、このようなガスに限らず水素（Ｈ２）ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。この際第２の分離ガスノズル４２から、加熱したＡｒガスなどの不活性ガスや、Ｈ２ガスを供給して、ウェハＷに吸着されたＢＴＢＡＳガスの凝縮物の一部を気化するようにしても、成膜処理に悪影響を与えるものではない。
一方天板１１の下面には、回転テーブル２におけるコア部２１よりも外周側の部位と対向するようにかつ当該コア部２１の外周に沿って突出部５が設けられている。この突出部５は凸状部４における回転テーブル２の回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成されている。図２及び図２は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。なお突出部５と凸状部４とは、必ずしも一体であることに限られるものではなく、別体であってもよい。
真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウェハ載置領域（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図８では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図８に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側からＢＴＢＡＳガス、エタノールガス及びＯ２ガスが侵入することを防止して、これらガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さｈと同様の寸法に設定されている。この例においては、回転テーブル２の表面側領域からは、屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成していると見ることができる。
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄ１，Ｄ２においては図８に示すように前記屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ１，Ｄ２以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部位における既述の第１の処理領域９１及び第２の処理領域９２に連通する領域を夫々第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２と呼ぶことにすると、これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１及び図２に示すように、夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、既述の図１に示すように、バルブ６５が介設された排気路６３を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４に接続されている。
これらの排気口６１、６２は、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離作用が確実に働くように、平面で見たときに前記分離領域Ｄ１，Ｄ２の前記回転方向両側に設けられている。詳しく言えば、回転テーブル２の回転中心から見て第１の処理領域９１とこの第１の処理領域９１に対して例えば回転方向下流側に隣接する第２の分離領域Ｄ２との間に第１の排気口６１が形成され、回転テーブル２の回転中心から見て第２の処理領域９２とこの処理領域９２に対して例えば回転方向下流側に隣接する第１の分離領域Ｄ１との間に第２の排気口６２が形成されている。この排気口６１は第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳガスの排気を専用に行うように、また排気口６２は第２の反応ガスであるＯ２ガス及びエタノールガスの排気を専用に行うようにその位置が設定されている。
この例では一方の排気口６１は、反応ガスノズル３１と第２の分離領域Ｄ２の反応ガスノズル３１側の縁の延長線との間に設けられ、また他方の排気口６２は、プラズマインジェクター２５０と第１の分離領域Ｄ１のプラズマインジェクター２５０側の縁の延長線との間に設けられている。即ち、第１の排気口６１は、図２中に一点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第１の処理領域９１とを通る直線Ｌ１と、回転テーブル２の中心と前記第１の第１の処理領域９１の下流側に隣接する分離領域Ｄ２の上流側の縁を通る直線Ｌ２との間に設けられ、第２の排気口６２は、この図２に二点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第２の処理領域９２とを通る直線Ｌ３と、回転テーブル２の中心と前記処理領域９２の下流側に隣接する分離領域Ｄ１の上流側の縁を通る直線Ｌ４との間に位置している。
ここで上述の例では、補助領域９０におけるエタノールガスと第２の処理領域９２におけるＯ２ガスとの間には分離領域Ｄが設けられていないので、これらは排気口６２に至るまでに互いに混じり合うが、成膜特性に悪影響を及ぼすことはない。
尚、排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば第２の分離領域Ｄ２と補助ガスノズル２００と間に更に排気口を設置して３個としてもよいし、補助ガスノズル２００と、プラズマインジェクター２５０との間の領域に排気口を設けても良い。更に、補助ガスノズル２００とプラズマインジェクター２５０との間の領域に分離領域Ｄを形成しても良い。また、排気口の設置数は４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１、６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしてもよい。このように排気口６１、６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻上げが抑えられるという観点において有利である。
前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図９に示すようにヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウェハＷをプロセスレシピで決められた温度に加熱するように構成されている。このヒータユニット７は、前記ウェハＷを第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）が吸着されて凝縮される温度に温度調整するための温度調整部をなすものである。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅに至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するために、ヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材７１内に外方からガスが侵入することを抑えている。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。
このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図１０にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ２ガスでパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域Ｅを介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域９１と第２の処理領域９２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方へのＢＴＢＡＳガスあるいはＯ２ガス及びエタノールガスの回り込みが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。
また真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、前記突出部５と回転テーブル２との間の狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウェハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域９１と第２の処理領域９２との間で回転テーブル２の中心部を介してＢＴＢＡＳガスとＯ２ガス及びエタノールガスとが混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域９１の雰囲気と第２の処理領域９２及び補助領域９０の雰囲気とを分離するために回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより区画され、分離ガスがパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。
更に真空容器１の側壁には図２、図２及び図１０に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間でウェハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウェハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウェハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウェハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６の昇降機構（図示せず）が設けられる。
また、この成膜装置は、既述の図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部８０を備えている。この制御部８０は、ＣＰＵ、メモリ及び処理プログラムを備えている。このメモリには、ノズル３１、２００、４１、４２から供給されるＢＴＢＡＳガス、エタノールガス及びＮ２ガスの流量や、真空容器１内の処理圧力、加熱部４２ｆ、ヒータユニット７及び、プラズマインジェクター２５０、加熱ランプ２１０に供給される電流値（ウェハＷの加熱温度やＮ２ガスの供給温度）などの処理条件が書き込まれる領域がレシピ毎に設けられている。上記の処理プログラムは、このメモリに書き込まれたレシピを読み出し、レシピに合わせて成膜装置の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷの処理を行うように命令が組み込まれている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部８５から制御部８０内にインストールされる。
次に上述の第１の実施の形態の作用について、図１１〜図１４を参照して説明する。先ず、この成膜装置にて薄膜を成膜するウェハＷについて説明すると、このウェハＷの表面には、例えば溝状の凹部２３０が複数本平行に形成されており、図１１では凹部２３０の形成されたウェハＷの表面部の一部を断面で示してある。この凹部２３０のアスペクト比は、３〜５０程度である。この凹部（パターン）２３０は、例えばＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を形成するためのものであり、実際には例えばＳｉ基板上に窒化シリコン化合物等からなる絶縁膜がその内部に形成されている。また、このパターンは例えばウェハＷの上層に積層されたマスク層を用いて例えばフォトリソグラフィ工程などにより形成されているので、この凹部２３０には、フォトリソグラフィ工程における処理の誤差などにより、下端側の開口寸法よりも上端側の開口寸法が広くなるテーパ部２３３や、下端側の開口寸法よりも上端側の開口寸法が狭くなる逆テーパ部２３４が形成されている場合がある。図１１では、このような凹部２３０の形状のばらつきについては誇張して記載してある。
次に、このウェハＷに対する成膜処理について、以下に説明する。先ず、図示しないゲートバルブを開き、成膜装置の外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウェハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに、搬送アーム１０によりウェハＷを昇降ピン１６の上方位置に搬入し、次いで昇降ピン１６が上昇してこのウェハＷを受け取ることにより行われる。そして、搬送アーム１０が真空容器１の外部に退避すると共に、昇降ピン１６を下降させて凹部２４内にウェハＷを収納する。このようなウェハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウェハＷを載置する。続いて、回転テーブル２を所定の回転数例えば１ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計回りに回転させて、バルブ６５を全開にして真空容器１内を真空引きすると共に、ヒータユニット７によりウェハＷを設定温度に温度調整する。この設定温度は、第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）が凝縮する温度以下の温度である。ここでＢＴＢＡＳガスは、１Ｔｏｒｒ〜８Ｔｏｒｒ程度の圧力に真空引きされた真空容器１内では、５０℃〜１００℃程度の温度で凝縮し、液化する。従ってこの例では、前記ウェハＷは、このＢＴＢＡＳガスの凝縮温度以下の温度例えば５０℃〜１００℃程度に温度調整される。
一方、プラズマインジェクター２５０に対してＯ２ガスを例えば３０００ｓｃｃｍの流量で供給すると共に、高周波電源２７５からプラズマ発生部２９０（電極２７３、２７３）に高周波電力を供給する。これにより、真空容器１内は真空雰囲気となっているので、ガス活性化室２５３の上方部へ流入したＯ２ガスは上記の高周波電力によりプラズマ化（活性化）された状態となってガス吐出孔２９１を介してウェハＷに向けて供給される。また、その下方を通過するウェハＷの最表面のみが例えば３５０℃以上に加熱されるように、加熱ランプ２１０に給電する。
次いで、真空容器１内が所定の真空度となるようにバルブ６５の開度を調整して、反応ガスノズル３１から真空容器１内に、例えば１００℃〜１５０℃に加熱されたＢＴＢＡＳガスを例えば２００ｓｃｃｍの流量で供給すると共に、補助ノズル２００から真空容器１内に、エタノールガスを所定の流量例えば１００ｓｃｃｍで供給する。また、分離ガスノズル４１、４２から例えば夫々１０ｓｌｍ、１０ｓｌｍで真空容器１内にＮ２ガスを供給すると共に、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２からも所定の流量でＮ２ガスを中心部領域Ｃ及び既述の狭い空間内に供給する。このとき第２の分離ガスノズル４２からは、加熱部４２ｆにより、前記ＢＴＢＡＳガスの凝縮物の一部を気化させる温度例えば１００℃〜２００℃程度に加熱したＮ２ガスを供給する。なお第１の分離ガスノズル４１からは、例えば常温のＮ２ガスが供給される。
こうして第１の処理領域９１を通過するときに、ウェハＷは既述の設定温度５０℃〜１００℃に保たれている。ここに反応ガスノズル３１から、ウエハ温度よりも高い１００℃〜１５０℃に加熱されたＢＴＢＡＳガスを供給すると、ウェハ表面は、ＢＴＢＡＳガスの凝縮温度以下であることから、ウェハＷ表面に接触したＢＴＢＡＳガスは、当該ウェハＷ表面により冷却され、凝縮する（凝縮ステップ、図１２参照）。この際、図１３（ａ）に示すように、凹部２３０の表面や側壁においてもＢＴＢＡＳガスは吸着して凝縮されるが、液化したＢＴＢＡＳ２３５は、重力により表面や側壁から下方側に移動しやすい。これにより凹部２３０においては、その表面や側壁よりも底部に液化したＢＴＢＡＳ２３５がより多く凝縮している状態になる。
続いてウェハＷは第２の分離ガスノズル４２の下方側を通過していき、このときウェハＷ表面に対して、１００℃〜２００℃に加熱されたＮ２ガス（ＨＯＴ Ｎ２ガス）が供給される。ウェハＷ表面で凝縮されたＢＴＢＡＳ２３５は、加熱されたＮ２ガスが供給されると、前記液状のＢＴＢＡＳ、即ちＢＴＢＡＳの凝縮物の一部が加熱され気化していく（気化ステップ）。
ここで凹部２３０においては、既述のように、液化したＢＴＢＡＳ２３５の凝縮物は他の部位に比べて底部の方が多いので、Ｎ２ガスによる加熱により、表面や側壁に凝縮したＢＴＢＡＳ２３５は気化して除去されていくが、図１３（ｂ）に示すように、前記底部には気化されずに凝縮したＢＴＢＡＳ２３５が残存することになる。これはいわば凹部２３０の底部に、凝縮したＢＴＢＡＳ２３５を選択的に堆積させることになる。
この気化ステップにおいて、既述のように、例えば凹部２３０以外の表面及び凹部２３０の側壁に付着しているＢＴＢＡＳ（凝縮物）は全て飛散し、底部のみに残るが、加熱温度や加熱時間によっては、前記底部以外の領域においてもＢＴＢＡＳの全てが飛散せずに一部が付着している場合もある。いずれの場合であっても、相対的に凹部２３０の底部に溜まっているＢＴＢＡＳの量を多くできるが、底部以外のＢＴＢＡＳはできるだけ気化させる方が望ましい。また第１の反応ガスがウェハＷの表面に化学吸着する場合には、反応ガスは全て飛散せずに、凹部の側壁や凹部以外のウェハＷの表面に少なくとも１分子層が吸着された状態になる。
続いてウェハＷは補助領域９０を通過していき、このときウェハＷ表面に対して、例えば５０℃〜１００℃に温度調整されたエタノールガスが供給される。このエタノールガスは、既述のようにウェハＷに吸着されたＢＴＢＡＳガスの凝縮物（液化したガス）を、当該凝縮物よりも気化しにくい中間生成物にするための補助ガスである。
具体的には、エタノールガスの供給により、凹部２３０内のＢＴＢＡＳが以下の反応式（１）に従って反応し（シラノール化され）、ｔ−ブチルアミン（ＣＨ３Ｃ−ＮＨ２）と中間生成物であるシロキサン重合体（−（Ｓｉ−Ｏ）ｎ−）２３６とを生成する。
ＢＴＢＡＳ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ →（−（Ｓｉ−Ｏ）ｎ−）＋ＣＨ３Ｃ−ＮＨ２↑
・・・ （１）
このシロキサン重合体２３６は、水酸基を含むクラスター状の生成物であり、ＢＴＢＡＳガスの凝縮物よりも気化しにくい生成物に相当する。こうして凹部２３０内に吸着したＢＴＢＡＳは気化されないように固定される（シラノール化ステップ）。なおこのシロキサン重合体２３６と共に生成した有機物は、例えば気化してウェハＷの上方に向かって排気されていく。
次いでウェハＷはプラズマインジェクター２５０の下方領域である第２の処理領域９２を通過していき、このときウェハＷ表面に対して、Ｏ２ガスのプラズマ（活性化されたＯ２ガス）が照射される。この酸素プラズマにより、ウェハＷの表面では上記のシロキサン重合体２３６が酸化されて、シリコンと酸素とを含む反応生成物である例えば膜厚が０．１ｎｍ程度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）２３７が形成される（酸化ステップ）。
ここでウェハＷはＢＴＢＡＳガスの凝縮温度以下の温度に温度調整されているため、通常の手法でＯ２ガスやオゾン（Ｏ３）ガスを供給したとしても、シロキサン重合体の酸化反応を進行させることができないが、プラズマインジェクター２５０により、Ｏ２ガスを活性化してウェハＷ表面に供給すると、ＢＴＢＡＳの凝縮物と反応し、ウェハＷ温度が低くても十分にＢＴＢＡＳの凝縮物の酸化反応が進行する。また、シリコン酸化膜２３７と共に生成した有機物などの不純物は、例えば気化してウェハＷの上方に排気されていく。またシリコン酸化膜２３７にＯ２プラズマを照射することによって、シリコン酸化膜２３７中の不純物の除去や、シリコン酸化膜２３７の緻密化を図ることもできる。
この後ウェハＷは加熱ランプ２１０の下方領域を通過していき、このとき加熱ランプ２１０からウェハＷに輻射熱が供給され、前記反応生成物であるシリコン酸化膜２３７を改質するためのアニール処理が行われる。この際ウェハＷの表層部分は一気に例えば３５０℃まで上昇し、当該サイクルで形成されたシリコン酸化膜２３７では、当該シリコン酸化膜２３７内に残っていた水分や炭素成分が気化して排出される。こうしてシリコン酸化膜２３７では、いわば焼き締められて結合が強固になって緻密化していく。また、シリコン酸化膜２３７内に有機物などの不純物が残っていたとしても、このアニール処理により、前記不純物が気化して当該シリコン酸化膜２３７から離脱して排出されて行く。
然る後ウェハＷが加熱ランプ２１０の下方領域から下流側に移動すると、このとき第１の分離ガスノズル４１から例えば常温のＮ２ガスがウェハＷ表面に対して吹き付けられる。こうしてウェハＷの表層部は降温する。この際、既述のように、凹部２３０の底部には、前記凝縮ステップ及び気化ステップにおいて選択的にＢＴＢＡＳが凝縮されるため、基板表面及び凹部側部に比べて前記底部側のシリコン酸化膜厚が大きくなる。
こうして、回転テーブル２を回転させることにより、ＢＴＢＡＳの凝縮（凝縮ステップ）、ＢＴＢＡＳの再気化（気化ステップ）、シロキサン重合体の生成（シラノール化ステップ）、反応生成物（シリコン酸化膜２３７）の形成（酸化ステップ）、シリコン酸化膜２３７の改質（アニールステップ）を繰り返して行い、前記凹部２３０の底部側から順に成膜していく。そして回転テーブル２の回転（サイクル）を多数回例えば２０回行うことにより、前記凹部２３０が底上げされるようにして成膜されていき、図１４に示すように、凹部２３０内にシリコン酸化膜２３７が埋め込まれる。
このサイクルを繰り返すとき、ウェハＷが加熱ランプ２１０の下方側を通過する際、一旦ウェハＷの表面温度が上昇するが、第１の分離領域Ｄ１を通過するときに常温のＮ２ガスがウェハＷ表面に対して供給され、このＮ２ガスによりウェハＷ表面が冷却される。こうしてウェハＷが第１の処理領域９１に到達するときには、ウェハＷ温度が、ＢＴＢＡＳガスの凝縮温度以下、例えば５０℃〜１００℃に温度調整された状態になる。
既述のように、反応生成物であるシリコン酸化膜２３７は、各サイクル毎に、凹部２３０の底部に選択的にＢＴＢＡＳ２３５を凝縮させることにより、凹部２３０では底部から段階的に成膜されていくので、空隙のない状態で埋め込みが終了する。この際、凹部２３０の形状が、下端側の開口寸法よりも上端側の開口寸法が広くなるテーパー部２３３や、下端側の開口寸法よりも上端側の開口寸法が狭くなる逆テーパー部２３４が形成されている場合であっても、液化したＢＴＢＡＳ２３５が重力により、前記テーパに沿って下方側へ移動していくので、凹部２３０では底部から段階的に成膜されていき、空隙のない状態で埋め込みが終了する。また、不純物がシリコン酸化膜２３７の膜中に入り込んでいる場合でも、不純物を含有している可能性のある成膜直後のシリコン酸化膜２３７は、極めて薄いので、酸素プラズマの照射やアニール処理によって、前記不純物は速やかに排出されることになる。
即ち凹部の形状に関わらず、その底部から順番にシリコン酸化膜を積み上げ、従来のＣＶＤ法で問題であった空隙を無くした埋め込みを可能とし、かつ１サイクル毎に膜中不純物を低減するようにしたので、高品質なシリコン酸化膜形成を可能にした。
また上述の一連の工程中、第１の処理領域９１と、補助領域９０及び第２の処理領域９２との間においてＮ２ガスを供給し、また中心部領域Ｃにおいても分離ガスであるＮ２ガスを供給しているので、図１５に示すように、ＢＴＢＡＳガスと、エタノールガス及びＯ２ガスとが、互いに混合しないように各ガスが排気されることとなる。また、分離領域Ｄ１，Ｄ２においては、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっているので、ＢＴＢＡＳガス、エタノールガス及びＯ２ガスとは、回転テーブル２の外側を介しても混合しない。従って、第１の処理領域９１の雰囲気と、補助領域９０及び第２の処理領域９２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは排気口６１に、またエタノールガス及びＯ２ガスは排気口６２に夫々排気される。この結果、ＢＴＢＡＳガス、エタノールガス及びＯ２ガスとが雰囲気中においてもウェハＷ上においても混じり合うことがない。
また、この例では反応ガスノズル３１が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿った容器本体１２の内周壁においては、既述のように内周壁が切り欠かれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなる。なお、回転テーブル２の下方側をＮ２ガスによりパージしているため、排気領域Ｅに流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばＢＴＢＡＳガスがＯ２ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。
即ち、チャンバ内でのＢＴＢＡＳガスとエタノール及びＯ２ガスによる気相反応が起こらない為に、反応副生成物の発生が極めて少なく、それによるパーティクル発生の問題を極力少なくできる。
さらに、上記のように各領域９１、９０、９２をウェハＷが順番に通過するにあたって、ウェハＷが回転テーブル２の回転方向に沿って５箇所の凹部２４に配置されていることから、ウェハＷはＢＴＢＡＳが吸着される前にエタノールガスや活性化されたＯ２ガスが供給されたり、あるいは加熱ランプ２１０により加熱されたりする場合もあるが、特に成膜には悪影響を及ぼさない。
こうして成膜処理が終了すると、ガスの供給を停止して真空容器１内を真空排気し、その後回転テーブル２の回転を停止して各ウェハＷを搬入時と逆の動作によって順次搬送アーム１０により搬出する。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。この実施の形態では、第２の反応ガス供給手段として、プラズマインジェクター２５０の代わりに、オゾン活性化インジェクター２７０が用いられている。このオゾン活性化インジェクター２７０は、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びるように配置されており、図１７に示すように、オゾンガスを供給するためのガスノズル２７１と、このガスノズルの内部に設けられたセラミックヒータ２７２と、を備えている。前記ガスノズル２７１は、反応ガスノズル３１等と同様に、例えば真空容器１の外周壁から回転テーブル２の回転中心に向かってウェハＷに対向して水平に伸びるようにライン状に取り付けられており、その基端部であるガス導入ポート２７３は当該外周壁を貫通している。このガスノズル２７１には、バルブ２７４や流量調整部２７５が介設されたガス供給管２７６により、第２の反応ガスであるオゾン（Ｏ３）ガスの供給源２７７が接続されている。
またこのガスノズル２７１には、その下方側に反応ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔２７８が真下を向いてノズルの長さ方向（回転テーブル２の半径方向）に亘って例えば１０ｍｍの間隔を置いて等間隔に配列されている。
前記ガスノズル２７１の内部には、棒状の例えばセラミックス製のヒータ２７２が、当該ガスノズル２７１の基端側から先端側へ向けて、当該ガスノズル７１と同心円状に貫挿されている。これらヒータ２７２とガスノズル２７１の内壁面との間には、例えば１ｍｍ程度の隙間が形成されていて、当該隙間にＯ３ガスが導入されるようになっている。また前記ヒータ２７２には、その基端側に給電線２７９を介して電源部２８０が接続されている。
このヒータ２７２は、ガスノズル２７１に供給されたＯ３ガスをＯ３のラジカルを生成する温度以上の温度例えば２５０℃程度に加熱して、ラジカルを生成させる役割を果たすものである。こうしてガスノズル２７１に供給されたＯ３ガスは、ガスノズル７１内の隙間を通流する際、ヒータ２７２により２５０℃程度の温度に加熱され、ラジカルを生成した状態で、前記吐出孔２７８を介して回転テーブル２上のウェハＷに供給される。
このように、当該実施の形態では、Ｏ３ガスが予め２５０℃程度の温度に予備加熱され、Ｏ３のラジカルが生成された状態でウェハＷに供給されるので、ウェハＷ温度が５０℃〜１００℃程度とＯ３の活性ポイントよりも低い温度であっても、シロキサン重合体の酸化反応を効率よく進行させることができる。
以上において本発明では、図１８に示すように、分離ガスノズル４１，４２とは別個に、加熱ガスである加熱したＮ２ガスをウェハＷ表面に向けて供給する加熱ガスノズル２８０を設けるようにしてもよい。この例では、加熱ガスノズル２８０は、第２の分離領域Ｄ２と補助ガスノズル２００との間に設けられており、既述の第２の分離ガスノズル４２と同様に構成されている。図中２８０ａはガス供給ポート、２８０ｂはガス供給管、２８０ｃはバルブ、２８０ｄは流量調整部、２８０ｅはＮ２ガスの供給源、２８０ｆは加熱部である。このように加熱ガスノズル２８０を設けた場合には、第２の分離ガスノズル４２のガス供給管４２ｂから加熱した分離ガスを供給する必要はなく、当該分離ガスノズル４２からは例えば常温の分離ガスが供給される。またこの加熱ガスノズル２８０の配置場所は、上述の例に限らず、反応ガスノズル３１と補助ガスノズル２００の間であれば、第２の分離ガスノズル４２の下流側、上流側のいずれの位置に設けるようにしてもよい。
上記の各例においては、補助ガスノズル２００から供給する補助ガスとしてはエタノールガスを用いたが、他のアルコール例えばメタノール（ＣＨ３ＯＨ）などでも良いし、あるいは純水（Ｈ２Ｏ）や過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）などでも良く、つまり水酸基（ＯＨ基）を持つ化合物のガスであれば良い。例えば補助ガスとして純水を用いた場合には、この純水のガスとウェハＷの表面に凝縮されたＢＴＢＡＳガスとは、例えば以下の（２）式に従って反応してシラノール化する。
ＢＴＢＡＳ＋Ｈ２Ｏ →（−ＳｉＯ−）ｎ ＋ＣＨ３Ｃ−ＮＨ２↑ （２）
この反応において生成する中間生成物である（−ＳｉＯ−）ｎは、既述のシロキサン重合体と同様に、ＢＴＢＡＳの凝縮物よりも気化しにくい生成物である。
また本発明においては、必ずしもシラノール化ステップを行う必要はなく、気化ステップにより凹部２３０の底部に選択的に吸着させた液化ＢＴＢＡＳに対して酸素プラズマの照射又は、活性化したＯ３ガスの供給を行って、前記液化ＢＴＢＡＳの酸化ステップを行うようにしてもよい。この場合には、分離ガスノズル４２の下流側には、補助ガスノズル２００を設けずに、プラズマインジェクター２５０（又はオゾンガス活性化インジェクター２７０）と加熱ランプ２１０が設けられる。このように、ＢＴＢＡＳガスの凝縮ステップ→加熱したＮ２ガスによる気化ステップ→酸素プラズマの照射又は、活性化したオゾンガスによる酸化ステップを繰り返すことによっても、凹部２３０の底部側の成膜を選択的に多くすることで、埋め込み特性が改善される。
また第１の分離領域Ｄ１にて供給される分離ガスの温度は、必ずしも常温でなくてもよく、加熱ランプ２１０の下方側領域を通過したウェハＷが第１の分離領域Ｄ１を介して第１の処理領域９１に到達するまでに、ウェハＷ温度がＢＴＢＡＳガスの凝縮温度以下に調整される程度の温度に設定すればよい。この場合、回転テーブル２の回転数や、反応ノズル３１の位置、第１の分離領域Ｄ１の大きさ、第１の加熱ランプ２１０の位置や加熱ランプ２１０によるウェハＷの加熱温度等を考慮して、前記分離ガスの供給温度が設定される。
さらにまた酸素プラズマにより酸化ステップを実行する場合には、酸素ガスと共に、プラズマ発生用のガスとしてＡｒガス又はＡｒガスとＨｅガスの混合ガスを用いても良い。このＡｒガスを用いた場合には、膜中にＳｉＯ２結合を作り、ＳｉＯＨ結合をなくすという効果が得られる。
さらにまた上記の例においては、成膜処理中に加熱ランプ２１０に給電を続けて、回転テーブル２の各回転毎（各サイクル毎）に反応生成物に対して加熱ランプ２１０による加熱処理を行うようにしたが、ＢＴＢＡＳガスの凝縮ステップ、気化ステップ、シラノール化ステップ（省略してもよい）、酸化ステップを複数回例えば２０回繰り返す毎に加熱ランプ２１０に給電して加熱処理を行うようにしても良い。
この場合には、回転テーブル２を複数回回転させて反応生成物の積層を複数回行った後、分離ガス以外の各ガスの供給を停止すると共に加熱ランプ２１０をオンにし、回転テーブル２を１回転させて各ウェハＷを順番に加熱ランプ２１０の下方側を通過させる。このような例によっても良好な膜質を得ることができる。
また、前記分離領域Ｄの天井面４４において、前記分離ガスノズル４１、４２に対して回転テーブル２の回転方向の上流側壁位は、外縁に位置する部位ほど前記回転方向の幅が大きいことが好ましい。その理由は回転テーブル２の回転によって上流側から分離領域Ｄに向かうガスの流れが外縁に寄るほど速いためである。この観点からすれば、上述のように凸状部４を扇型に構成することは得策である。
さらにまた本発明では分離ガス供給手段における回転方向両側に低い天井面４４が位置することが好ましいが、分離ガスノズル４１、４２の両側に凸状部４を設けずに、分離ガスノズル４１、４２から下方に向けてＮ２ガスを吹き出してエアカーテンを形成し、このエアカーテンにより第１の処理領域９１と第２の処理領域９２とを分離するようにしても良い。
ウェハＷを、第１の反応ガスが吸着されて凝縮される温度に温度調整するための温度調整部としては、ランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル２の下方側に設ける代わりに回転テーブル２の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。さらにガス種に応じて基板濃度を室温以下に設定する必要があるため、チラーや液体窒素による温度制御が可能となっていてもよい。
また、各々の反応ガスが混じり合わないように排気されながら、ウェハＷの表面にＢＴＢＡＳが吸着して凝縮し、その後加熱したＮ２ガスにより再気化し、エタノールガスにより中間生成物が生成し、続いて酸素プラズマやＯ３ガスのラジカルにより中間生成物が酸化されるサイクルが多数回繰り返される構成であればよく、各ノズル３１、２００、４１、４２及びプラズマインジェクター２５０（オゾン活性化インジェクター２７０）、加熱ランプ２１０の取り付け位置は適宜変更できる。
さらにまた加熱ランプ２１０に代えて、プラズマインジェクター２５０を用いてウエハＷ上の反応生成物を改質するようにしてもよい。このような構成は特に第２の反応ガス供給手段としてオゾン活性化インジェクターを用いた場合には有効である。プラズマによる改質では、３次元的に結合するＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成される為、エッチング耐性等の膜質向上が可能となる。この場合、前記プラズマインジェクター２５０は、ウエハＷ上の反応生成物を改質するために、酸素を含むガスをプラズマ化して供給する酸素プラズマ供給手段に相当する。
以上において、第１の反応ガスとしては、ＢＴＢＡＳに限らずＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）を用いることができる。なお本発明は、回転テーブル２に１個のウェハＷを載置する場合にも適用できる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｄ１，Ｄ２ 分離領域
Ｗ ウェハ
９０ 補助領域
９１ 第１の処理領域
９２ 第２の処理領域
２００ 補助ノズル
２１０ 加熱ランプ
２５０ プラズマインジェクター
２７０ オゾン活性化インジェクター
２８０ 加熱ガスノズル
２３７ シリコン酸化膜

Claims (16)

  1. 真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
    前記真空容器内に設けられ、基板を載置するためのテーブルと、
    このテーブル上の基板に第１の反応ガスを供給する第１の反応ガス供給手段と、
    前記テーブル上の基板を、第１の反応ガスが吸着されて凝縮される温度に温度調整するための温度調整部と、
    基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物の一部を気化させるために基板を加熱する加熱手段と、
    基板に吸着されている前記凝縮物と反応して反応生成物を生成するために第２の反応ガスを活性化して基板に供給する第２の反応ガス供給手段と、
    前記第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と前記テーブルとを相対的に回転させるための回転機構と、を備え、
    前記第１の反応ガス供給手段、加熱手段及び第２の反応ガス供給手段は、前記テーブルの周方向に沿って配置されていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記第２の反応ガス供給手段は、第２の反応ガスをプラズマ化するかまたは加熱する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物を、当該凝縮物よりも気化しにくい生成物とするために補助ガスを基板に供給する補助ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
  4. 前記気化しにくい生成物は、水酸基及び／または水分を含む生成物であることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
  5. 前記基板上の反応生成物を改質するために基板を加熱する改質用の加熱部を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
  6. 前記改質用の加熱部の代わりに、前記基板上の反応生成物を改質するために、酸素を含むガスをプラズマ化して供給する酸素プラズマ供給手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
  7. 前記第１の反応ガスと第２の反応ガスの混合を防ぐために、第１の反応ガス供給手段による第１の反応ガス供給領域と、第２の反応ガス供給手段による第２の反応ガス供給領域との間において、基板に対して分離ガスを供給する分離ガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
  8. 前記第１の反応ガスと第２の反応ガス及び補助ガスとの混合を防ぐために、第１の反応ガス供給手段による第１の反応ガス供給領域と、第２の反応ガス供給手段による第２の反応ガス供給領域及び補助ガス供給手段による補助ガス供給領域との間において、基板に対して分離ガスを供給する分離ガス供給手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
  9. 前記第１の反応ガス供給領域に対して前記相対的回転方向の下流側に隣接して設けられた分離ガス供給手段は加熱手段を兼用し、加熱された分離ガスを基板に供給するものであることを特徴とする請求項７又は８記載の成膜装置。
  10. 真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給し、かつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜方法において、
    真空容器内のテーブルに、凹部が形成された基板をほぼ水平に載置する工程と、
    前記テーブル上の基板を、第１の反応ガスが吸着されて凝縮される温度に温度調整する工程と、
    前記テーブル上の基板に第１の反応ガス供給手段から第１の反応ガスを供給し、第１の反応ガスの凝縮物を基板に付着させる工程と、
    前記テーブルと第１の反応ガス供給手段とを相対的に回転させる工程と、
    前記基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物の一部を気化させる工程と、
    第２の反応ガスを活性化して基板に供給することにより、基板に吸着されている前記凝縮物と反応して反応生成物を生成する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
  11. 基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物を、当該凝縮物よりも気化しにくい生成物とするために補助ガスを基板に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
  12. 前記基板上の反応生成物を改質するために基板を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の成膜方法。
  13. 前記基板を加熱する工程の代わりに、前記基板上の反応生成物を改質するために、当該基板に対して酸素を含むガスをプラズマ化して供給する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の成膜方法。
  14. 第１の反応ガスと第２の反応ガスの混合を防ぐために、第１の反応ガスの供給領域と第２の反応ガスの供給領域との間に、基板に対して分離ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
  15. 第１の反応ガスと第２の反応ガス及び補助ガスとの混合を防ぐために、第１の反応ガスの供給領域と第２の反応ガスの供給領域及び補助ガスの供給領域との間に、基板に対して分離ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の成膜方法。
  16. 前記分離ガスを供給する工程は、前記第１の反応ガスが供給された基板に対して加熱された分離ガスを供給して、前記基板に吸着された第１の反応ガスの凝縮物の一部を気化させる工程を含むことを特徴とする請求項１４又は１５記載の成膜方法。
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