JP2011151294A

JP2011151294A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2011151294A
Application number: JP2010013013A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sakai; 正憲境; Taketoshi Sato; 武敏佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】膜質をコントロールすることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板を収容した処理室に、複数の処理ガスを交互に供給することで前記基板上に成膜する半導体装置の製造方法であって、前記各処理ガスを前記処理室に供給する処理ガス供給工程と、前記各処理ガスを前記処理室から除去する処理ガス除去工程と、を所定回数繰り返して前記基板上に成膜し、前記処理ガス除去工程では、前記処理ガスを処理室内に所定の濃度だけ残留させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体工程の一つに、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法等を用いて基板上に所定の薄膜を堆積する成膜工程がある。ＣＶＤ法とは、ガス状原料の気相及び表面での反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする薄膜を被処理基板上へ堆積する方法である。ＣＶＤ法の中で、薄膜堆積が原子層レベルで制御されているものはＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれ、ＡＬＤ法は低温成膜が可能であり、また段差被覆性や均一性が他の成膜法に比べて良好である。

例えば基板温度４５０℃以下の低温で、Ｔｉ含有原料と窒化原料を用いてＡＬＤ法による窒化チタン膜（ＴｉＮ）の形成が行われている。基板上へのＴｉＮ膜形成の工程は、Ｔｉ含有原料を処理室へ供給し、基板表面に吸着させ、Ｔｉ含有原料を処理室から排気（パージ）する。その後、処理室内へ窒化原料を供給する。窒化原料の供給により、基板上に化学吸着してＴｉ含有層と窒化原料が表面反応（化学吸着）する。そして、窒化原料を処理室から排気（パージ）する。以上を繰り返すことで基板上に窒化チタン膜が成膜される（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００７／０２０８７４号

上記の排気工程は、Ｔｉ含有原料と窒化原料の気相反応を防ぎ、ガスの表面反応だけで成膜を進めることで原子層単位の均一な成膜を実現させる。また、ガス種によっては混合することで気相反応し、異物を発生して素子の歩留まりを下げてしまう恐れがあり、排気を十分に行う必要がある。また、上記により成膜されたＴｉＮ膜は、成膜温度や窒化原料の供給条件によってアモルファス状態か結晶化しており、結晶化している場合は（２００）面と（１１１）面を２つの主なピークとして持つ。

ところが、成膜温度や窒化原料の供給条件を変化させることで結晶性において（２００）面を強く成膜できたが、スパッタ法等で結晶性をコントロールされた（２００）面優位の膜に比べると（２００）/（１１１）比率が小さく、ＡＬＤ法において、スパッタ法等の従来からの手法と同じ膜質のものを得るために（２００）/（１１１）比のコントロールが必要であった。

本発明の目的は、膜質をコントロールすることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、基板を収容した処理室に、複数の処理ガスを交互に供給することで前記基板上に成膜する半導体装置の製造方法であって、前記各処理ガスを前記処理室に供給する処理ガス供給工程と、前記各処理ガスを前記処理室から除去する処理ガス除去工程と、を所定回数繰り返して前記基板上に成膜し、前記処理ガス除去工程では、前記処理ガスを処理室内に所定の濃度だけ残留させる半導体装置の製造方法にある。

本発明によれば、膜質をコントロールすることができる半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の概略的な構成を示す斜視透視図である。本発明の一実施形態にて好適に用いられる処理炉の一例とそれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図である。本発明の一実施形態にて好適に用いられる図２に示す処理炉のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態にて好適に用いられる窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す図である。ガス置換時間と（２００）/（１１１）比の関係を示す図であり、（ａ）は比較例による、（ｂ）は実施例による結果を示す。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置（ＩＣ(ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ)）の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。しかし、本発明は、縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、枚葉装置を使用しても良い。

＜装置全体構成＞
図１に示す通り、基板処理装置１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１００が使用されており、ウエハ２００はシリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１は筐体１０１を備えており、筐体１０１の内部にはカセットステージ１０５が設置されている。カセット１００はカセットステージ１０５上に工程内搬送装置（図示略）によって搬入されたり、カセットステージ１０５上から搬出されたりされる。

カセットステージ１０５は、工程内搬送装置によって、カセット１００内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１０５は、カセット１００を筐体１０１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体１０１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１０１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０９が設置されており、カセット棚１０９は複数段複数列にて複数個のカセット１００を保管するように構成されている。カセット棚１０９にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３が設けられている。

カセットステージ１０５の上方には予備カセット棚１１０が設けられ、予備的にカセット１００を保管するように構成されている。

カセットステージ１０５とカセット棚１０９との間には、カセット搬送装置１１５が設置されている。カセット搬送装置１１５は、カセット１００を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１５ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１５ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１５はカセットエレベータ１１５ａとカセット搬送機構１１５ｂとの連続動作により、カセットステージ１０５とカセット棚１０９と予備カセット棚１１０との間で、カセット１００を搬送するように構成されている。

カセット棚１０９の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載機構１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。

筐体１０１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１１６により開閉されるように構成されている。

処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１の昇降台にはアーム１２２が連結されており、アーム１２２にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

カセット棚１０９の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１０１の内部に流通させるように構成されている。

筐体１０１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１０１の外部に排気されるようになっている。

＜処理装置の動作＞
続いて、基板処理装置１の主な動作について説明する。

工程内搬送装置（図示略）によってカセット１００がカセットステージ１０５上に搬入されると、カセット１００は、ウエハ２００がカセットステージ１０５の上で垂直姿勢を保持し、カセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１００は、カセットステージ１０５によって、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体１０１の後方を向くように、筐体１０１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。

その後、カセット１００は、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０の指定された棚位置へカセット搬送装置１１５によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０からカセット搬送装置１１５によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１００からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１００に戻り、後続のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１１６が開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１２１の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の処理が実施される。その処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１００が筐体１０１の外部に搬出される。

＜処理炉の構成＞
次に図２及び図３を用いて前述した基板処理装置に適用される処理炉２０２について説明する。

図２及び図３に示す通り、処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７の内側には、ウエハ２００を処理するための石英製の反応管２０３が設けられている。

反応管２０３の下端には、気密部材であるＯリング２２０を介してステンレス等で構成されたマニホールド２０９が設けられている。マニホールド２０９の下端開口は、Ｏリング２２０を介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞されている。処理炉２０２では、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

シールキャップ２１９にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。図１に示す通り、ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２２１が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持した状態でボート２１７の支柱２２１に支持されている。

以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持体２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。

図２及び図３に示す通り、処理室２０１には、原料ガスを供給するための２本のガス供給管３１０、３２０（第１のガス供給管３１０、第２のガス供給管３２０）が接続されている。

ガス供給管３１０には上流側から順に流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３１２、気化ユニット（気化手段）である気化器７００及び開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。ガス供給管３１０の先端部にはノズル４１０（第１のノズル４１０）が連結されている。ノズル４１０は、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁に沿った上下方向（ウエハ２００の積載方向）に延在している。ノズル４１０の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

さらに、ガス供給管３１０には気化器７００とバルブ３１４との間に、後述の排気管２３１に接続されたベントライン６１０及びバルブ６１４が設けられており、原料ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６１４を介して原料ガスをベントライン６１０へ供給する。

また、ガス供給管３１０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５１０が接続されている。キャリアガス供給管５１０にはマスフローコントローラ５１２及びバルブ５１４が設けられている。

ガス供給管３２０には上流側から順に流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３２２及びバルブ３２４が設けられている。ガス供給管３２０の先端部にはノズル４２０（第２のノズル４２０）が連結されている。ノズル４２０も、ノズル４１０と同様に、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁に沿って上下方向（ウエハ２００の積載方向）に延在している。ノズル４２０の側面には、原料ガスを供給する多数のガス供給孔４２０ａが設けられている。ガス供給孔４２０ａも、ガス供給孔４１０ａと同様に、下部から上部にわたってそれぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。

更にガス供給管３２０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５２０が連結されている。キャリアガス供給管５２０にはマスフローコントローラ５２２及びバルブ５２４が設けられている。

例えばガス供給管３１０から供給される原料が液体の場合、ガス供給管３１０からは、マスフローコントローラ３１２、気化器７００，及びバルブ３１４を介し、キャリアガス供給管５１０と合流し、更にノズル４１０を介して処理室２０１内に反応ガスが供給される。例えばガス供給管３１０から供給される原料が気体の場合には、マスフローコントローラ３１２を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器７００は不要となる。また、ガス供給管３２０からはマスフローコントローラ３２２、バルブ３２４を介し、キャリアガス供給管５２０と合流し、更にノズル４２０を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。

上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０には原料ガスの一例としてＴｉ原料（四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）やテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₄）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ、Ｔｉ[Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₃）₂]₄）等）が導入される。ガス供給管３２０には、改質原料の一例として窒化原料であるアンモニア（ＮＨ₃）、窒素（Ｎ₂）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ₆Ｎ₂）等が導入される。

処理室２０１にはバルブ２４３を介して処理室２０１内を排気するための排気管２３１が接続されている。排気管２３１には排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６が接続されており、真空ポンプ２４６の作動で処理室２０１内を真空排気することができるようになっている。バルブ２４３は開閉動作により処理室２０１の真空排気の起動とその停止とをすることができるのに加えて、その弁開度が調節可能であって処理室２０１の内部の圧力調整をも可能とする開閉弁である。

反応管２０３内の中央部にはボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ１２１により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７を支持するボート支持台２１８の下端部には、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。

以上のマスフローコントローラ３１２，３２２，５１２，５２２，バルブ３１４，３２４，５１４，５２４，２４３、６１４、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１等の各部材はコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、基板処理装置１の全体の動作を制御する制御部（制御手段）の一例であって、マスフローコントローラ３１２，３２２，５１２，５２２，の流量調整、バルブ３１４、３２４、５１４、５２４、６１４の開閉動作、バルブ２４３の開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調整、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作等をそれぞれ制御するようになっている。

＜半導体装置の製造方法＞
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、大規模集積回路（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）を製造する際などに、基板上に絶縁膜を成膜する方法の例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。

本実施形態では、ＡＬＤ法を用いて金属膜として窒化チタン膜を基板上に形成する方法について説明する。
図４に、本実施形態に係る窒化チタン膜の成膜シーケンスを示す。成膜プロセスでは、コントローラ２８０が、基板処理装置１を下記の通りに制御する。すなわち、ヒータ２０７を制御して処理室２０１内を例えば３００℃〜５５０℃の範囲の温度であって、好適には４５０℃以下、より好ましくは４５０℃に保持する。その後、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填し、ボート２１７を処理室２０１に搬入する。その後、ボート２１７をボート回転機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。その後、真空ポンプ２４６を作動させるとともにバルブ２４３を開いて処理室２０１内を真空引きし、ウエハ２００の温度が４５０℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を４５０℃に保持した状態で後述する４つのステップを順次実行する。

（ステップ１）
ステップ１では、ＴｉＣｌ₄を流す。ＴｉＣｌ₄は常温で液体であり、処理室２０１に供給するには、加熱して気化させてから供給する方法、気化器７００を使用してキャリアガスと呼ばれるＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ₂（窒素）などの不活性ガスをＴｉＣｌ₄容器の中に通し、気化している分をそのキャリアガスと共に処理室２０１へと供給する方法などがあるが、例として後者のケースで説明する。

ガス供給管３１０にＴｉＣｌ₄を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ₂）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＴｉＣｌ₄は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。この時、バルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２０〜５０Ｐａの範囲であって、例えば３０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ₄の供給量は１．０〜２．０ｇ／ｍｉｎである。ＴｉＣｌ₄にウエハ２００を晒す時間は３〜１０秒間である。このときヒータ２０７の温度は、ウエハの温度が３００℃〜５５０℃の範囲であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。

同時に、ガス供給管３２０の途中につながっているキャリアガス供給管５２０から、バルブ５２４を開けて不活性ガスを流すと、ＮＨ₃側にＴｉＣｌ₄が回り込むことを防ぐことができる。

（ステップ２）
ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ₄の供給を停止し、バルブ６１４を開けてベントライン６１０へＴｉＣｌ₄を流す。これによりＴｉＣｌ₄を常に安定して処理室へ供給することができる。このときガス排気管２３１のバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴｉＣｌ₄を処理室２０１内から排除する。ここで、ＴｉＣｌ₄の供給を停止し、残留ＴｉＣｌ₄を処理室２０１から除去する時間（ガス置換時間）を１秒とする。

（ステップ３）
ステップ３では、ＮＨ₃を流す。ガス供給管３２０にＮＨ₃を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ₂）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＮＨ₃は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。ＮＨ₃を流すときは、バルブ２４３を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０〜１０００Ｐａの範囲であって、例えば６０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ₃の供給流量は１〜１０ｓｌｍである。ＮＨ₃にウエハ２００を晒す時間は１０〜３０秒間である。このときのヒータ２０７の温度は、３００℃〜５５０℃の範囲の所定の温度であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。

同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、開閉バルブ５１４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ₄側にＮＨ₃が回り込むことを防ぐことができる。

ＮＨ₃の供給により、ウエハ２００上に化学吸着したＴｉ含有層とＮＨ₃が表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上に窒化チタン膜が成膜される。

（ステップ４）
ステップ４では、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉めて、ＮＨ₃の供給を止める。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ₃を処理室２０１から排除する。ここで、ＮＨ₃の供給を止め、残留ＮＨ₃を処理室２０１から除去する時間（ガス置換時間）を１秒とする。

上記ステップ１〜４を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上にＡＬＤ法を用いて所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ２におけるＴｉ含有原料ガス除去工程とステップ４における窒化ガス除去工程とを例えば１秒と短くして、Ｔｉ含有原料ガスとステップ４における窒化ガスとを所定の濃度だけ残留させて、Ｔｉ含有原料ガスにより構成される雰囲気と窒化ガスにより構成される雰囲気のガス置換を完全に行わないようにする。

次に、ガス置換時間と（２００）/（１１１）比の関係について詳述する。
図５（ａ）は、比較例にかかるガス置換時間と（２００）/（１１１）比の関係を示し、上記ステップ２及び４におけるガス置換時間を６秒に設定した。図５（ｂ）は、実施例にかかるガス置換時間と（２００）/（１１１）比の関係を示し、上記ステップ２及び４におけるガス置換時間を１秒に設定した。
図５（ａ）に示すように基板温度３８０℃において、ガス置換時間が６秒のときには（２００）/（１１１）比は１．５７であった。それに対して、図５（ｂ）に示すように基板温度３８０℃において、ガス置換時間が１秒のときには（２００）/（１１１）比は１．７であって、ガス置換温度が６秒のときと比較すると（２００）/（１１１）比は８％増加した。
次に、図５（ｂ）に示すようにガス置換時間を１秒に設定したまま基板温度を変えて比較した。結果として、基板温度を高くするにつれて（２００）/（１１１）比は大きくなった。

すなわち、ガス置換時間を短くすることで（２００）/（１１１）比を増加させることができ、さらに基板温度を上げることで（２００）/（１１１）比を増加させることができ、ガス置換時間を短くすることでチタン含有原料としてのＴｉＣｌ₄と窒化ガスとしてのＮＨ₃が気相反応を起こし、ＡＬＤ法のみで成膜される膜とは異なる性質の膜が堆積されたことが分かる。

本発明によれば、ＡＬＤ法において、ガス置換時間を短縮することで、意図的に少なくとも２種類のガスを気相反応させ、ＡＬＤ法のみで成膜した膜とは異なる性質の膜を形成することができる。

尚、本発明は縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、横型装置であっても良い。また、複数の被処理基板を同時に処理するバッチ式装置の使用を前提としたものではなく、枚葉装置であっても適用可能である。また、縦型装置の場合には、その反応管内部に被処理基板とほぼ同じ直径を有する内部管が存在しており、その内部管の内側に位置する被処理基板の間に側方からガスを導入及び排気する構成としても良い。

また、実施例としてＴｉＣｌ₄及びＮＨ₃を用いた窒化チタン膜の形成について説明したが、これに限らず、無機金属化合物または有機金属化合物のいずれかと、これらの金属化合物に対して反応性を有するガスを反応させることにより形成される純金属もしくは金属膜化合物であれば、適用可能である。

１基板処理装置
２００ウエハ（基板）
２０１処理室
２０２処理炉
２０３反応管
２０７ヒータ
２１７ボート
２３１排気管
２４３バルブ
２４６真空ポンプ
２８０コントローラ
３１０，３２０ガス供給管
３１２，３２２マスフローコントローラ
３１４，３２４バルブ
４１０，４２０ノズル
４１０ａ、４２０ａガス供給孔

Claims

基板を収容した処理室に、複数の処理ガスを交互に供給することで前記基板上に成膜する半導体装置の製造方法であって、
前記各処理ガスを前記処理室に供給する処理ガス供給工程と、
前記各処理ガスを前記処理室から除去する処理ガス除去工程と、
を所定回数繰り返して前記基板上に成膜し、
前記処理ガス除去工程では、前記処理ガスを処理室内に所定の濃度だけ残留させることを特徴とする半導体装置の製造方法。