JP2011174170A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】緻密で原料起因の不純物濃度が低く抵抗率が低い導電性膜を、速い成膜速度で形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【解決手段】複数の基板を積層して収容する処理室と、第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系の少なくともいずれか一方は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルを有し、前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくともいずれか一方を前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、原料としてハロゲン化金属化合物や有機金属化合物を用いて基板（ウエハ）上に金属膜または金属化合物を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
基板上に所定の膜を形成する手法の１つとして、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＣＶＤ法とは、気相中もしくは基板表面における２種以上の原料の反応を利用して、原料分子に含まれる元素を構成要素とする膜を基板上に成膜する方法である。また、基板上に所定の膜を形成する他の手法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＡＬＤ法とは、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種以上の原料となる原料を１種類ずつ交互に基板上に供給し、原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して原子層レベルで制御される成膜を行う手法である。ＣＶＤ法と比較して、より低い基板温度（処理温度）にて処理が可能なことや、成膜サイクル回数によって成膜される膜厚の制御が可能である。
また、基板上に形成される導電性膜としては、例えば、特許文献１のように窒化チタン（ＴｉＮ）膜が挙げられる。またその他の導電性膜としては、Ｔａ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｎやその窒化物、ＭｎやＺｎの酸化物、Ｔｉなどが挙げられる。また、絶縁性膜としては、例えば、ＨｆやＺｒやＡｌの酸化物および窒化物などが挙げられる。
国際公開第２００７／０２０８７４号
導電性膜として被処理基板上に窒化チタン膜を成膜するとき、例えばチタン（Ｔｉ）含有原料として四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）を用い、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いる場合があるが、ＣＶＤ法により成膜するとＡＬＤ法で成膜した場合と比較して、膜中に塩素（Ｃｌ）が取り込まれやすいなどの理由により、抵抗率の上昇を招いてしまうなどの問題がある。
一方、ＡＬＤ法にて成膜した窒化チタン膜の連続膜は、ＣＶＤ法で成膜した場合と比較し、滑らかな表面が得られ、且つ比較的抵抗値の低い窒化チタン膜を得ることが出来る。また、良好なステップカバレッジを得ることが出来る。しかし、その反面、ＣＶＤ法を用いた場合と比較して、成膜速度が遅いので所望の膜厚を得るために時間がかかり、基板のサーマルバジェットを増加させてしまう。また、成膜速度が遅いので生産性が低くなるという問題もある。
従って、本発明の主な目的は、上記問題を解決し、緻密で原料起因の不純物濃度が低く抵抗率が低い導電性膜を、速い成膜速度で形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、複数の基板を積層して収容する処理室と、第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系の少なくともいずれか一方は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルを有し、前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくともいずれか一方を前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置が提供される。
本発明の他の一態様によれば、複数の基板を積層して収容する処理室と、第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系は、前記基板の積層方向に沿って立設する前記形状が異なる２本のノズルをそれぞれ有し、前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際は、形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置が提供される。
本発明の他の一態様によれば、基板が収容された処理室に第１の処理ガスを第１のノズルから供給しつつ、第２の処理ガスを第２のノズルから供給する工程と、前記処理室を排気する工程と、前記処理室に、前記第１の処理ガスを前記第１のノズルとは形状が異なる第３のノズルから供給しつつ、前記第２の処理ガスを前記第２のノズルから供給する工程と、前記処理室を排気する工程と、を順に１回以上行うことにより、前記基板に所望の膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、従来のＣＶＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して良質な窒化チタン膜を、ＡＬＤ法で形成された窒化チタン膜と比較して速い成膜速度で、すなわち高い生産性で提供することが可能となる。
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ノズルを説明するための概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。 本発明の他の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。 本発明の他の実施形態にて好適に用いられるノズルを説明するための概略構成図である。 本発明の一実施形態にて好適に用いられるノズルへの第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）のガス供給方法の例を示す図である。
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(Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ)）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１００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、図３及び図４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、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを供給するための３本のガス供給管３１０、３２０、３３０（第１のガス供給管３１０、第２のガス供給管３２０、第３のガス供給管３３０）が接続されている。
[第１の処理ガス供給系]
第１のガス供給管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。第１のガス供給管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。第１のノズル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。第１のノズル４１０の側面には、図４に示す通り、第１の処理ガスを供給する複数の第１のガス供給孔４１０ａが設けられている。第１のガス供給孔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、第１のガス供給管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、第１の処理ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６１４を介して第１の処理ガスをベントライン６１０へ供給する。
また、第１のガス供給管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。
また、第１のガス供給管３１０には、ベントライン６１０との接続部とバルブ３１４の間で第２のガス供給管３２０が接続されている。第２のガス供給管３２０には開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。第２のガス供給管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。第２のノズル４２０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。第２のノズル４２０の側面には、図４に示す通り、第１の処理ガスを供給する複数の第２のガス供給孔４２０ａが設けられている。第２のガス供給孔４２０ａ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。
第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａと第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの開口面積（孔径）はそれぞれ異なる大きさにする。例えば、第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの開口面積を第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａの開口面積より小さくなるよう開口させる。
また、第２のガス供給管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が接続されている。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。
[第２の処理ガス供給系]
第３のガス供給管３３０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３３２及びバルブ３３４が設けられている。第３のガス供給管３３０の先端部にはノズル４３０（第３のノズル４３０）が連結されている。第３のノズル４３０も、第１のノズル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。第３のノズル４３０の側面には、図４に示す通り、第２の処理ガスを供給する複数の第３のガス供給孔４３０ａが設けられている。第３のガス供給孔４３０ａも、第１のガス供給孔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。
更に第３のガス供給管３３０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５３０が連結されている。キャリアガス供給管５３０にはマスフローコントローラ５３２及びバルブ５３４が設けられている。
例えば第１のガス供給管３１０から供給される原料が液体の場合、第１のガス供給管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、更に第１のノズル４１０を介して処理室２０１内に第１の処理ガスが供給される。また、バルブ３１４およびバルブ３２４の制御により、第１の処理ガスは第１のガス供給管３１０のみから供給されるか、第２のガス供給管３２０のみから供給されるか、あるいは第１のガス供給管３１０及び第２のガス供給管３２０の両方から処理室２０１内に供給されるようにすることが出来る。また、例えば第１のガス供給管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、第３のガス供給管３３０からはマスフローコントローラ３３２、バルブ３３４を介し、キャリアガス供給管５３０と合流し、更に第３のノズル４３０を介して処理室２０１に第２の処理ガスが供給される。
上記構成に係る一例として、第１のガス供給管３１０には第１の処理ガスの一例としてチタン（Ｔｉ）含有原料（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。第３のガス供給管３３０には、第１の処理ガスを改質する改質ガスとしての第２の処理ガス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）、又は水素（Ｈ2）等が導入される。
[排気系]
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３１２，３３２，５１２，５２２、５３２，バルブ３１４、３２４、３３４、５１４、５２４、５３４，２４３、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３１２，３３２，５１２，５２２、５３２の流量調整、バルブ３１４、３２４、３３４、５１４、５２４、５３４、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（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；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。
［第１の実施形態］
本実施形態では、導電性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。
窒化チタン膜を基板上にそれぞれ孔径の異なる第１のノズル４１０と第２のノズル４２０を用いて２つの工程を経てＣＶＤ法で形成する。
まず第１の成膜工程としてガス供給孔４１０ａ（第１のノズル４１０）からチタン含有原料を供給して基板上に窒化チタン膜を成膜する（ステップ１）。次に、第２の成膜工程として、窒化ガスと比較して相対的にチタン含有原料の流量を低下させ、且つ窒化ガスは十分な供給量で供給することで実現するガス供給孔４１０ａより孔径の小さいガス供給孔４２０ａ（第２のノズル４２０）からチタン含有原料を供給して基板上に窒化チタン膜を成膜する（ステップ２）。第１の成膜工程と第２の成膜工程を少なくとも１回以上同一の処理室内で行うことにより、基板上に窒化チタン層を形成する。
本実施形態では、チタン（Ｔｉ）含有原料として、ＴｉＣｌ4、窒化ガスとしてＮＨ3を用いる例について説明する。
図５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。また、図６は、本実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。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ＣＶＤ反応が起こる温度であって、例えば２５０℃〜８００℃の範囲の温度であって、好適には７００℃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をボート駆動機構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シーケンスを行なう。
ＣＶＤ法を用いた窒化チタン膜は、ＴｉＣｌ4とＮＨ3が処理室内で同時に存在するタイミングができ、ＴｉＣｌ4とＮＨ3が気相中で反応してその反応物がウエハ２００の表面に堆積するよう、コントローラ２８０が、バルブ、マスフローコントローラ、真空ポンプ等を制御して形成される。以下に、具体的な成膜シーケンスを説明する。
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。
本シーケンスでは、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を同時に流す。具体的には、第１のガス供給管３１０または第２のガス供給管３２０にＴｉＣｌ4を、キャリアガス供給管５１０またはキャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。第１のガス供給管３１０のバルブ３１４または第２のガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４またはキャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、及び排気管２３１のバルブ２４３を開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０また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５１２またはマスフローコントローラ５２２により流量調整される。ＴｉＣｌ4は、第１のガス供給管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、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給される。第２のガス供給管３２０へ分岐したＴｉＣｌ4は、第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給される。
尚、第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの開口面積は、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａの開口面積より小さくする。第１のガス供給孔４１０ａの開口面積は、第２のガス供給孔４２０ａの開口面積より大きいため、高速ＣＶＤ法を用いて窒化チタン膜を形成する第１の成膜工程であるステップＳ１１では大流量のＴｉＣｌ4が第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、低速ＣＶＤ法を用いて窒化チタン膜を形成する第２の成膜工程であるステップＳ１３では小流量のＴｉＣｌ4が第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給される。
また、第３のガス供給管３３０にＮＨ3を、キャリアガス供給管５３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。第３のガス供給管３３０のバルブ３３４、キャリアガス供給管５３０のバルブ５３４、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５３０から流れ、マスフローコントローラ５３２により流量調整される。ＮＨ3は、第３のガス供給管３３０から流れ、マスフローコントローラ３３２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、第３のノズル４３０の第３のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給される。
そして、処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ4とＮＨ3は、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５〜５０Ｐａの範囲であって、例えば２０Ｐａ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、第１のガス供給管３１０から供給する場合は０．８〜３．０ｇ／ｍｉｎであり、第２のガス供給管３２０から供給する場合は０．０５〜０．３ｇ／ｍｉｎである。マスフローコントローラ３３２で制御するＮＨ3の供給量は０．３〜１５ｓｌｍである。ＴｉＣｌ4及びＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は所望の膜厚に達するまでである。このときヒータ２０７温度は、ウエハ２００の温度が２５０℃〜８００℃の範囲の温度であって、例えば４５０℃になるよう設定してある。尚、ウエハ２００の温度が、例えば２５０℃未満となるとＴｉＣｌ4とＮＨ3の反応速度が低くなるため所定の時間に所望の膜厚を得ることは困難となってしまい、工業上実用的な利用が困難になる。よって、高速で十分にＣＶＤ反応を生じさせるためには、ウエハ２００の温度は３００℃〜７００℃の範囲の温度とするのが好ましい。
（ステップＳ１１）
ステップＳ１１では、第１の成膜工程として高速のＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜するために、第１のノズル４１０を用いてＴｉＣｌ4を供給し、ＴｉＣｌ4と同時にＮＨ3を供給する。第１のガス供給管３１０にＴｉＣｌ4を流し、第３のガス供給管３３０にＮＨ3を流し、キャリアガス供給管５１０、５３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。第１のガス供給管３１０、第３のガス供給管３３０のバルブ３１４、３３４、キャリアガス供給管５１０、５３０のバルブ５１４、５３４および排気管２３１のバルブ２４３を共に開け、第２のガス供給管３２０のバルブ３２４を閉める。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０、５３０から流れ、マスフローコントローラ５１２、５３２により流量調整される。ＴｉＣｌ4は、第１のガス供給管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、第１のノズル４１０の第１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。ＮＨ3は、第３のガス供給管３３０から流れ、マスフローコントローラ３３２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、第３のノズル４３０の第３のガス供給孔４３０ａ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、例えば０．８〜１．５ｇ／ｍｉｎである。また、マスフローコントローラ３３２で制御するＮＨ3の供給流量は例えば５．０〜８．０ｓｌｍである。ＴｉＣｌ4およびＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は例えば５〜３０秒である。
このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＴｉＣｌ4、ＮＨ3、およびＮ2等の不活性ガスであって、ＴｉＣｌ4とＮＨ3が気相反応（熱ＣＶＤ反応）を起こしてウエハ２００の表面や下地膜上に所定膜厚の窒化チタン層が堆積（デポジション）される。ここで窒化チタン層とは窒化チタンにより構成される連続的な層の他、不連続な層やそれらが重なってできる薄膜や、膜中に他の元素を添加された薄膜をも含む。尚、窒化チタンにより構成される連続的な層を窒化チタン薄膜という場合もある。
同時に、第２のガス供給管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、第２のガス供給管３２０側にＴｉＣｌ4およびＮＨ3等のガスが回り込むことを防ぐことができる。
（ステップＳ１２）
ステップＳ１２では、第１のガス供給管３１０、第３のガス供給管３３０のバルブ３１４、３３４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ4およびＮＨ3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、残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を排除する効果が高まる。
（ステップＳ１３）
ステップＳ１３では、第２の成膜工程として低速のＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜するために、第１のノズル４１０より孔径の小さい第２のノズル４２０を用いてＴｉＣｌ4の供給量をステップＳ１１より減少させて供給すると同時にマスフローコントローラ３３２を制御してＮＨ3の供給量を増加させる。すなわち、第２のガス供給管３２０のバルブ３２４と第３のガス供給管３３０のバルブ３３４を開ける。ＴｉＣｌ4は、第２のガス供給管３２０から流れ、流量調整されたキャリアガスを混合し、第２のノズル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。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ4の供給量は、例えば０．０５〜０．３ｇ／ｍｉｎである。
また、マスフローコントローラ３３２によりＮＨ3の供給量を制御し、例えば、６．０〜１５ｓｌｍとする。ＴｉＣｌ4およびＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は、例えば１５〜１２０秒である。このときに形成される窒化チタン膜は、高速ＣＶＤ法により形成された窒化チタン膜よりも膜中のＣｌの残留が少なく、低抵抗で緻密な連続膜となる。また、成膜量に対して十分に過剰なＮＨ3が膜中に浸透し、内部に存在する高速ＣＶＤ膜中のＣｌを低減する効果も有する。
同時に、第１のガス供給管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を開けたままにしておき、不活性ガスを流すと、第１のガス供給管３１０側に処理室２０１からＴｉＣｌ4およびＮＨ3等のガスが回り込むことを防ぐことができる。
（ステップＳ１４）
第２のガス供給管３２０のバルブ３２４と第３のガス供給管３３０のバルブ３３４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ4およびＮＨ3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、残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を排除する効果が高まる。
上記ステップＳ１１〜Ｓ１４を１サイクルとし、少なくとも１回以上所定回数行なうことにより、処理室２０１内のガス除去を行ないつつ複数の異なる種類のＣＶＤ法を用いてウエハ２００上に所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。
本実施形態によれば、異なる条件でのＣＶＤ成膜のインターバルで反応性ガスの導入を停止することによって処理室２０１内の反応生成物を処理室２０１の外により効率よく排出するようにすることができる。また、反応生成物の排出がより効率よく行われ、Ｃｌの残留低減、異物低減等に対する効果が期待される。更に２種のＣＶＤ条件を分離することにより、流量切り替え時に膜質を制御しきれない漸近的な窒化チタン膜が形成されるポテンシャルを低減できるため、膜質の制御にも有効である。
［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態と異なる箇所のみ説明する。第１の実施形態では、第２の成膜工程として第１のノズル４１０からＴｉＣｌ4を流さずに、第１のノズル４１０より孔径の小さい第２のノズル４２０を用いてＴｉＣｌ4の供給量を減少させると同時にＮＨ3の供給量を増加させる低速ＣＶＤ法を用いたが、本実施形態では、第２の成膜工程においても第１のノズル４１０からＴｉＣｌ4を流す。
図７に、本実施形態におけるシーケンスを示す。また、図８は、本実施形態におけるプロセスを説明するフローチャートである。以下に図７及び図８を参照しながら本実施形態におけるシーケンスを説明する。
（ステップＳ２１）
ステップＳ２１では、第１の成膜工程として高速のＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を成膜するために、ステップＳ１１と同じ条件にてＴｉＣｌ4とＮＨ3を同時に流す。
（ステップＳ２２）
ステップＳ１２同様、第１のガス供給管３１０、第３のガス供給管３３０のバルブ３１４、３３４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ4およびＮＨ3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。
（ステップＳ２３）
ステップＳ２３では、第２の成膜工程として低速のＣＶＤ法を用いて基板上に窒化チタン膜を形成するために、第１のノズル４１０から供給させるＴｉＣｌ4の供給量を減少させ、第２のノズル４２０からもＴｉＣｌ4を供給させると同時にＮＨ3の供給量を増加させる。このとき、バルブ３１４を開けて第１のガス供給管３１０にはＴｉＣｌ4を流すと同時に、バルブ３２４を開けて第２のガス供給管３２０にＴｉＣｌ4を流す。ＴｉＣｌ4は、第１のガス供給管３１０及び第２のガス供給管３２０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、流量調整されたキャリアガスを混合し、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２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。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ4の供給量は、低速のＣＶＤ反応が生じる程度の供給量であって、例えば、例えば０．０５〜０．３ｇ／ｍｉｎである。
また、バルブ３３４を開けて第３のガス供給管３３０にＮＨ3を流し、マスフローコントローラ３３２により供給量を制御して、例えば、６．０〜１５ｓｌｍとする。ＴｉＣｌ4およびＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は、例えば１５〜１２０秒である。このときに形成される窒化チタン膜は、高速ＣＶＤ法により形成された窒化チタン膜よりも膜中のＣｌの残留が少なく、低抵抗で緻密な連続膜となる。また、成膜量に対して十分に過剰なＮＨ3が膜中に浸透し、内部に存在する高速ＣＶＤ膜中のＣｌを低減する効果も有する。
（ステップＳ２４）
第１のガス供給管３１０、第２のガス供給管３２０及び第３のガス供給管３３０のバルブ３１４、３２４及び３３４を閉めて処理室へのＴｉＣｌ4およびＮＨ3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、残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留するＴｉＣｌ4およびＮＨ3を排除する効果が高まる。
上記ステップＳ２１〜Ｓ２４を１サイクルとし、少なくとも１回以上所定回数行なうことにより、処理室２０１内のガス除去を行ないつつ複数の異なる種類のＣＶＤ法を用いてウエハ２００上に所定膜厚の窒化チタン膜を成膜する。
尚、図２では最終的に第１のノズル４１０および第２のノズル４２０に連結される気化ユニットおよびマスフローコントローラは気化器７００およびマスフローコントローラ３１２で共用される形態を採っているが、図９に示すように独立に別々の気化ユニットとマスフローコントローラを有しても良い。すなわち、第２のガス供給管３２０に上流側から順にマスフローコントローラ３２２、気化器７０２及びバルブ３２４を設け、キャリアガス供給管５２０に連結されて、先端部に第２のノズル４２０が連結されるようにしてもよい。さらに、この場合には、第１のガス供給管３１０同様、気化器７０２とバルブ３２４との間に、排気管２３１に接続されたベントライン６２０及びバルブ６２４を設け、第１の処理ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６２４を介して第１の処理ガスをベントライン６２０へ供給するようにする。
上述の実施形態においては、孔径の異なる第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）を供給するノズルが２本（第１のノズル４１０、第２のノズル４２０）、第２の処理ガス（ＮＨ3）を供給するノズルが１本（第３のノズル４３０）の場合について詳述したが、これに限らず、本発明は、例えば図１０に示されているように、第２の処理ガス（ＮＨ3）を供給する第３のノズル４３０の第３のガス供給孔４３０ａと孔径の異なる第４のガス供給孔４４０ａを有する第４のノズル４４０をさらに有し、第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）を供給するノズルが２本（第１のノズル４１０、第２のノズル４２０）、第２の処理ガス（ＮＨ3）を供給するノズルが２本（第３のノズル４３０、第４のノズル４４０）の場合にも適用できる。これにより、第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）、第２の処理ガス（ＮＨ3）ともに流量変化を顕著にすることができる。
図１１には、孔径が異なる第１のノズル４１０及び第２のノズル４２０への第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）のガス供給方法の例が示されている。
[ガス供給例１]
図１１（ａ）に示されているように、第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）を供給する第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２から分岐して第２のガス供給管３２０に接続され、バルブｖ２を介して第２のノズル４２０に接続されている。また、キャリアガス（Ｎ2）供給管５１０（５２０）は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、キャリアガス供給管５１０(５２０)は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２から分岐して第２のガス供給管３２０に接続され、バルブｖ２を介して第２のノズル４２０に接続されている。すなわち、バルブｖｔ１、ｖｔ２、ｖｎ１、ｖｎ２、ｖ１、ｖ２、マスフローコントローラ３１２及び５１２(５２２)を調整することで、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの少なくともいずれか一方からＴｉＣｌ4及びＮ2の少なくともいずれか一方が処理室に供給され、供給が停止される。
[ガス供給例２]
図１１（ｂ）に示されているように、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２から分岐して第２のガス供給管３２０及び第２のノズル４２０に接続されている。また、キャリアガス（Ｎ2）供給管５１０（５２０）は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、キャリアガス供給管５１０(５２０)は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２から分岐して第２のガス供給管３２０及び第２のノズル４２０に接続されている。すなわち、バルブｖｔ１、ｖｔ２、ｖｎ１、ｖｎ２、ｖ１、マスフローコントローラ３１２及び５１２(５２２)を調整することで、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの少なくともいずれか一方からＴｉＣｌ4及びＮ2の少なくともいずれか一方が処理室に供給され、供給が停止される。
[ガス供給例３]
図１１（ｃ）に示されているように、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２、マスフローコントローラ６００及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２、バルブｖｔ２から分岐して第２のガス供給管３２０及び第２のノズル４２０に接続されている。また、キャリアガス（Ｎ2）供給管５１０（５２０）は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２、マスフローコントローラ６００及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、キャリアガス供給管５１０(５２０)は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２（５２２）、バルブｖｎ２から分岐して第２のガス供給管３２０及び第２のノズル４２０に接続されている。すなわち、バルブｖｔ１、ｖｔ２、ｖｎ１、ｖｎ２、ｖ１、マスフローコントローラ３１２、５１２(５２２)及び６００を調整することで、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの少なくともいずれか一方からＴｉＣｌ4及びＮ2の少なくともいずれか一方が処理室に供給され、供給が停止される。
[ガス供給例４]
図１１（ｄ）に示されているように、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２ａ、バルブｖｔ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、第１のガス供給管３１０は、バルブｖｔ１の上流側から分岐されてバルブｖｔ３、マスフローコントローラ３１２ｂ、バルブｖｔ４を介して第２のガス供給管３２０に接続され、バルブｖ２を介して第２のノズル４２０に接続されている。また、キャリアガス（Ｎ2）供給管５１０（５２０）は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２ａ（５２２ａ）、バルブｖｎ２及びバルブｖ１を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、キャリアガス供給管５１０(５２０)は、バルブｖｎ１の上流側から分岐されてバルブｖｎ３、マスフローコントローラ５１２ｂ（５２２ｂ）、バルブｖｎ４を介して第２のガス供給管３２０に接続され、バルブｖ２を介して第２のノズル４２０に接続されている。すなわち、バルブｖｔ１、ｖｔ２、ｖｔ３、ｖｔ４、ｖｎ１、ｖｎ２、ｖｎ３、ｖｎ４、ｖ１、ｖ２、マスフローコントローラ３１２ａ、３１２ｂ、５１２ａ(５２２ａ)及び５１２ｂ（５２２ｂ）を調整することで、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの少なくともいずれか一方からＴｉＣｌ4及びＮ2の少なくともいずれか一方が処理室に供給され、供給が停止される。
[ガス供給例５]
図１１（ｅ）に示されているように、第１のガス供給管３１０は、上流側から順にバルブｖｔ１、マスフローコントローラ３１２ａ、バルブｖｔ２を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、第１のガス供給管３１０は、バルブｖｔ１の上流側から分岐されてにバルブｖｔ３、マスフローコントローラ３１２ｂ、バルブｖｔ４を介して第２のガス供給管３２０に接続され、第２のガス供給管３２０は第２のノズル４２０に接続されている。また、キャリアガス（Ｎ2）供給管５１０（５２０）は、上流側から順にバルブｖｎ１、マスフローコントローラ５１２ａ（５２２ａ）、バルブｖｎ２を介して第１のノズル４１０に接続されている。また、キャリアガス供給管５１０(５２０)は、バルブｖｎ１の上流側から分岐されてバルブｖｎ３、マスフローコントローラ５１２ｂ（５２２ｂ）、バルブｖｎ４を介して第２のガス供給管３２０に接続され、第２のガス供給管３２０は第２のノズル４２０に接続されている。すなわち、バルブｖｔ１、ｖｔ２、ｖｔ３、ｖｔ４、ｖｎ１、ｖｎ２、ｖｎ３、ｖｎ４、マスフローコントローラ３１２ａ、３１２ｂ、５１２ａ(５２２ａ)及び５１２ｂ（５２２ｂ）を調整することで、第１のノズル４１０の第１のガス供給孔４１０ａ及び第２のノズル４２０の第２のガス供給孔４２０ａの少なくともいずれか一方からＴｉＣｌ4及びＮ2の少なくともいずれか一方が処理室に供給され、供給が停止される。
なお、上述においては、孔径が異なる第１のノズル４１０及び第２のノズル４２０への第１の処理ガス（ＴｉＣｌ4）のガス供給方法の例について詳述したが、本ガス供給例は、第２の処理ガス（ＮＨ3）のガス供給方法においても適用することができる。
なお、本実施形態においては異なる流量のガス供給を２本のノズルで供給する例について詳述したが、孔径や圧力の調整をすることにより、異なる流量のガス供給を１本のノズルで行ってもよい。
また、大流量でガスを供給する場合（高速ＣＶＤ）は、２本のノズル両方からガスを供給してもよい。また、小流量でガスを供給する場合（低速ＣＶＤ）は、孔径が小さいガス供給孔を有するノズルからのみガスを供給する。これにより、小流量でガスを供給する場合であっても、弱くガスを供給すると上流側からしかガスが供給されないことが防止され、均一にガスを供給することができる。
また、枚葉装置に本発明を適用する場合には、多段のシャワープレートを用いてマスフローコントローラで流量制御するとよい。その場合、流量は制御しやすく、フェイスプレートのため流量を変動させたとしても均一にガスを供給することができる。
高速ＣＶＤ法による窒化チタン膜と低速ＣＶＤ法による成膜を繰り返し行うことにより、ＡＬＤ法を用いて窒化チタン膜を形成した場合のような高品質の膜を高スループットで形成することが可能となる。
さらに、高速ＣＶＤ法による窒化チタン膜の上に、低速ＣＶＤ法による窒化チタン膜を形成することにより、下地となる高速ＣＶＤ膜が改質され、より緻密な連続膜を形成することが可能となる。
また、本発明により、生産性を高く保ちつつ窒化チタン膜の抵抗低減および塩素（Ｃｌ）濃度低減等の膜質改善を行なうことが出来る。
尚、上記では、主に縦型装置について説明したが、本発明における少なくとも２種以上の異なるＣＶＤ法を用いた窒化チタン膜の形成については、縦型装置に限らず、枚葉装置など他の装置にも適用可能である。
また、上記では、主に縦型の熱ＣＶＤ装置について説明したが、本発明における少なくとも２種以上の異なるＣＶＤ法を用いた窒化チタン膜の形成については、熱ＣＶＤ装置に限らず、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置など、他の装置にも適用可能である。
また、主に窒化チタン膜について記載したが、本発明はこれに限らず、他の膜種にも適用可能である。原料としてハロゲン化金属化合物や有機金属化合物を用いて基板（ウエハ）上に形成される導電性膜（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＭｎＯ、Ｒｕ、Ｗ、ＧｅＳｂ、ＧｅＳｂＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＡｌＯ等）ないしは絶縁性膜（ＨｆＯ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＡｌＯ、ＨｆＡｌＯＮ、ＺｒＯ、ＡｌＯ、ＡｌＮ等）にも適用可能である。さらに、上記に加えて、Ｓｉ系ハロゲン化物（ＤＣＳ、ＨＣＤ等）ないしＳｉ系有機材料（ＴＥＯＳ、ＴＤＭＡＴ等）を用いて基板上に形成されるＳｉ系膜にも適用可能である。
さらに、原料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｗ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｈｆ、Ｚｒのいずれか少なくとも１つを含む原料であれば適用可能である。また、基板上に形成されたハロゲン化金属化合物や有機金属化合物の一部を含む膜を改質する原料は、ＮＨ3に限らず、Ｏ含有原料もしくはＮ含有原料であれば適用可能であり、例えば、Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＣＨ6Ｎ2、Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2、Ｏ2及びＨ2のいずれかであっても良い。
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の一態様によれば、２種類以上のガスを反応させることにより、被処理基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記の反応に供するガスのうち少なくとも一つをパルス状に処理室内に供給し、かつ一連の成膜シーケンスで２種類以上の異なる形態のパルスを用いて薄膜を成膜することを特徴とする薄膜成膜装置が提供される。
（付記２）
好ましくは、成膜装置が５枚以上の基板を同時に処理するバッチ処理装置である。
（付記３）
好ましくは、少なくとも1種類のガスを処理室内に供給するガス導入部が、２種類存在する。
（付記４）
好ましくは、少なくとも1種類のガスを処理室内に供給する２種類のガス供給部のそれぞれに供給されるガスの導入タイミング及び導入量を、独立に制御する。
（付記５）
好ましくは、少なくとも1種類のガスを処理室内に供給するガス供給部が２本以上のノズルである。
（付記６）
好ましくは、ノズルが、それぞれ孔径の異なる多孔ノズルである。
（付記７）
好ましくは、成膜される薄膜が、金属化合物である。
（付記８）
好ましくは、成膜される薄膜が、窒化チタン（ＴｉＮ）膜である。
（付記９）
好ましくは、成膜に供する反応ガスにＴｉＣｌ4とＮＨ3を含む。
（付記１０）
好ましくは、一連の成膜シーケンスで、２種類以上の異なる形態のパルスを用いて供給されるガスがＴｉＣｌ4である。
（付記１１）
本発明の他の一態様によれば、複数の基板を積層して収容する処理室と、第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系の少なくともいずれか一方は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルを有し、前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくともいずれか一方を前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置が提供される。
（付記１２）
好ましくは、（付記１１）であって、前記形状が異なる２本のノズルは、第１の孔径を有する第１のガス供給孔が複数開口する第１のノズル及び前記第１の孔径とは大きさの異なる第２の孔径を有する第２のガス供給孔が複数開口する第２のノズルから構成される。
（付記１３）
好ましくは、（付記１２）であって、前記第２のノズルから供給される前記第２の処理ガスの供給量は前記第１のノズルから供給される前記第１の処理ガスの供給量より少ない。
（付記１４）
好ましくは、（付記１３）であって、前記第２のガス供給孔の開口面積は前記第１のガス供給孔の開口面積より小さい。
（付記１５）
好ましくは、（付記１４）であって、大流量で前記第１の処理ガスを前記処理室に供給する際は、前記第１のノズル及び前記第２のノズルの両方のノズルから前記第１の処理ガスを供給し、小流量で前記第１の処理ガスを供給する際は、前記第２のノズルからのみ前記第１の処理ガスを供給する。
（付記１６）
好ましくは、（付記１１）であって、前記形状が異なる２本のノズルから供給するガスは、形成する膜を組成する元素であってそれ単独で固体となる元素を含むガスである。
（付記１７）
本発明の他の一態様によれば、複数の基板を積層して収容する処理室と、第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルをそれぞれ有し、前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際は、前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置が提供される。
（付記１８）
好ましくは、（付記１１）〜（付記１７）のいずれかの基板処理装置を用いて製造された半導体装置である。
（付記１９）
本発明の他の一態様によれば、基板が収容された処理室に第１の処理ガスを第１のノズルから供給しつつ、第２の処理ガスを第２のノズルから供給する工程と、前記処理室を排気する工程と、前記処理室に、前記第１の処理ガスを前記第１のノズルとは形状が異なる第３のノズルから供給しつつ、前記第２の処理ガスを前記第２のノズルから供給する工程と、前記処理室を排気する工程と、を順に１回以上行うことにより、前記基板に所望の膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２０）
好ましくは、（付記１９）に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置である。
１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２１７ ボート
２１８ ボート支持台
２３１ 排気管
２４３ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２６７ ボート回転機構
２８０ コントローラ
３１０，３２０、３３０ ガス供給管
３１２，３２２，３３２ マスフローコントローラ
３１４，３２４，３３４ バルブ
４１０，４２０，４３０ ノズル
４１０ａ，４２０ａ、４３０ａ ガス供給孔

Claims (5)

  1. 複数の基板を積層して収容する処理室と、
    第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、
    第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、
    前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
    前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系の少なくともいずれか一方は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルを有し、
    前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスの少なくともいずれか一方を前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置。
  2. 前記形状が異なる２本のノズルは、第１の孔径を有する第１のガス供給孔が複数開口する第１のノズル及び前記第１の孔径とは大きさの異なる第２の孔径を有する第２のガス供給孔が複数開口する第２のノズルから構成される請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記第２のガス供給孔の開口面積は前記第１のガス供給孔の開口面積より小さく、大流量で前記第１の処理ガスを前記処理室に供給する際は、前記第１のノズル及び前記第２のノズルの両方のノズルから前記第１の処理ガスを供給し、小流量で前記第１の処理ガスを供給する際は、前記第２のノズルからのみ前記第１の処理ガスを供給する請求項２記載の基板処理装置。
  4. 複数の基板を積層して収容する処理室と、
    第１の処理ガスを前記処理室に供給する第１の処理ガス供給系と、
    第２の処理ガスを前記処理室に供給する第２の処理ガス供給系と、
    前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置であって、
    前記第１の処理ガス供給系及び前記第２の処理ガス供給系は、前記基板の積層方向に沿って立設する形状が異なる２本のノズルをそれぞれ有し、
    前記制御部は、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを成膜速度の異なるパルスで前記処理室に供給して前記基板に膜を形成する際は、前記形状が異なる２本のノズルからそれぞれ供給するよう構成される基板処理装置。
  5. 基板が収容された処理室に第１の処理ガスを第１のノズルから供給しつつ、第２の処理ガスを第２のノズルから供給する工程と、
    前記処理室を排気する工程と、
    前記処理室に、前記第１の処理ガスを前記第１のノズルとは形状が異なる第３のノズルから供給しつつ、前記第２の処理ガスを前記第２のノズルから供給する工程と、
    前記処理室を排気する工程と、
    を順に１回以上行うことにより、前記基板に所望の膜を形成する半導体装置の製造方法。
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