JP2012184499A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】形成する膜の仕事関数の値を、従来の技術を用いた場合よりも高くすることができる半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法に関する。
半導体装置の製造方法における工程の１つとして基板に薄膜を形成する工程があり、基板処理装置による処理の１つとして基板に薄膜を形成する処理がある。
基板上に薄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、気相中若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、基板上に薄膜を形成する他の手法として、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、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がある。
基板上に形成される金属膜としては、例えば、特許文献１のように窒化チタン（ＴｉＮ）の膜が挙げられる。窒化チタン（ＴｉＮ）の膜は、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）とアンモニア（ＮＨ3）とを反応させることで形成することができる。
国際公開第２００７／０２０８７４号
しかしながら、用いる材料によっては、形成する膜の仕事関数の値が所望の値よりも低くなってしまうことがあった。
本発明は、形成する膜の仕事関数の値を、従来の技術を用いた場合よりも高くすることができる半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法を提供することを目的とする。
請求項１に係る本発明は、基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法である。
請求項２に係る本発明は、前記処理室に残留したガスを前記処理室から除去する工程をさらに有し、前記除去する工程は、前記金属含有ガスを供給する工程の後であって前記窒素含有ガスを供給する工程の前、前記窒素含有ガスを供給する工程の後であって前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の前、及び酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の後であって前記金属含有ガスを供給する工程の前の少なくとも１つに行われる請求項１記載の半導体装置の製造方法である。
請求項３に係る本発明は、基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属窒化膜を形成した後、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行い、前記金属窒化膜に酸素を添加する半導体装置の製造方法である。
請求項４に係る本発明は、基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを複数回行い、前記金属含有ガスを供給する工程、及び前記窒素含有ガスを供給する工程の少なくともいずれか一方は、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ行われる基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法である。
請求項５に係る本発明は、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ、前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが交互に複数回行われる請求項４記載の半導体装置の製造方法である。
請求項６に係る本発明は、前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが同時に行われるタイミングを有する請求項５記載の半導体装置の製造方法である。
請求項７に係る本発明は、前記金属含有ガスを供給する工程、前記窒素含有ガスを供給する工程、及び前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の少なくとも１つは、基板に形成される金属含有膜中に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御される請求項１〜６いずれか記載の半導体装置の製造方法である。
請求項８に係る本発明は、基板を収容する処理室と、前記処理室に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記処理室に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系と、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を、基板上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御する基板処理装置である。
請求項９に係る本発明は、基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する基板処理方法である。
本発明によれば、形成する膜の仕事関数の値を、従来の技術を用いた場合よりも高くすることができる半導体装置の製造方法、基板処理装置、及び基板処理方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図１に示す基板処理装置が有する処理炉を示す図である。 図２に示す処理炉の、図２におけるＡ−Ａ面断面を示し断面図である。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系、第２のガス供給系、及び第３のガス供給系を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有するコントローラと、このコントローラによって制御される各部材とを示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程のシークエンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程の第１の変形例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程の第２の変形例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程の第３の変形例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程の第４の変形例のシークエンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における成膜工程の第５の変形例を示すタイミングチャートである。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系の第１の変形例を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系の第２の変形例を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系の第３の変形例を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系の第４の変形例を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有する第１のガス供給系の第５の変形例を模式的に示す図である。 図１に示す基板処理装置が有する第３のガス供給系の変形例を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置が有する第１のガス供給系と第２のガス供給系とを模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置が有する第１のガス供給系と第２のガス供給系との第１の変形例を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置が有する第１のガス供給系と第２のガス供給系との第２の変形例を模式的に示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
本実施形態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り、本実施例に係る基板処理装置で、半導体装置の製造方法が実現される。以下の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等を行う縦型の装置を使用した場合について述べるものの、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。
図１には、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１が示されている。
図１に示す通り、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０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１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４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１１４上から搬出されたりされる。
カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０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１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向に９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１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１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０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１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
カセット棚１０５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。ウエハ移載装置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１１１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１４７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１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８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１０５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１１１の内部に流通させるように構成されている。
筐体１１１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１１１の外部に排気されるようになっている。
以上のように構成された基板処理装置１０１においては、工程内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０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１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向に９０°回転させられる。
その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８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１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８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１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０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１１０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１４７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１１５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及びカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。
また、基板処理装置１０１は、コントローラ９００を有している。コントローラ９００は、基板処理装置１０１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、その一部である後述するＣＰＵ９３２（図５参照）等が、例えば筐体１１１内に設けられている。
図２及び図３には、処理炉２０２が示されている。
図２及び図３に示す通り、処理炉２０２は、ウエハ２００を収容する処理室の一例である処理室２０１を形成し、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の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボートを回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップを貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
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。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０（図１参照）とその上方に配置された天板２１１（図１参照）とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２（図１参照）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２１２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がボート支持台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。
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、Ｌ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
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１１５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。
また、図２及び図３に示すように、基板処理装置１０１は、第１のガス供給系３００と、第２のガス供給系４００と、第３のガス供給系５００とを有する。
第１のガス供給系３００は、処理室２０１に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系の一例として用いられていて、第１のガス供給管３１０を有する。第１のガス供給管３１０の一方の端部は処理室２０１の内側に位置し、他方の端部は処理室２０１の外側に位置している。また、第１のガス供給系３００は、第１のノズル３１４を有する。
第１のノズル３１４は、第１のガス供給管３１０の一方の端部に連結されていて、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。また、第１のノズル３１４の側面には金属含有ガスを供給する多数のガス供給孔３１４ａが設けられている。ガス供給孔３１４ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
第２のガス供給系４００は、処理室２０１に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系として用いられていて、第２のガス供給管４１０を有する。第２のガス供給管４１０の一方の端部は処理室２０１の内側に位置し、他方の端部は処理室２０１の外側に位置している。また、第２のガス供給系４００は、第２のノズル４１４を有する。
第２のノズル４１４は、第２のガス供給管４１０の一方の端部に連結されていて、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。また、第２のノズル４１４の側面には窒素含有ガスを供給する多数のガス供給孔４１４ａが設けられている。ガス供給孔４１４ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
第３のガス供給系５００は、処理室２０１に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系として用いられていて、第３のガス供給管５１０を有する。第３のガス供給管５１０の一方の端部は処理室２０１内に位置し、他方の端部は処理室２０１の外側に位置している。また、第３のガス供給系５００は、第３のノズル５１４を有する。
第３のノズル５１４は、第３のガス供給管５１０の一方の端部に連結されていて、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。また、第３のノズル５１４の側面には、酸素含有ガスを供給する多数のガス供給孔５１４ａが設けられている。ガス供給孔５１４ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
図４には、第１のガス供給系３００、第２のガス供給系４００、及び第３のガス供給系５００が示されている。
図４に示すように、第１のガス供給系３００は、先述の第１のガス供給管３１０と、ガス供給管３１０に接続されたバブラ７００と、ガス供給管３１０のバブラ７００よりも上流側に配置されたバルブ３１８とを有する。
バブラ７００は、液体原料を収容する収容容器７０２を有し、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部の一例として用いられている。収容容器７０２は密閉容器であって、収容容器７０２内には、液体原料の一例であるＴｉＣｌ4（四塩化チタン）が収容されている。
収容容器７０２には、キャリアガス供給管３６０が接続されている。キャリアガス供給管３６０の上流側には、図示を省略するキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管の下流側の端部は、収容容器７０２に収容された液体原料内に浸されている。また、キャリアガス供給管３６０には、キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスの供給流量を制御するマスフローコントローラ３６２と、キャリアガスの供給を停止させ、開始させるために用いられるバルブ３６４とが装着されている。
キャリアガス供給管３６０を用いて供給されるキャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ2ガスやＡｒガス等の不活性ガスが好適に用いられる。
バルブ３１８は、バブラ７００からの原料ガスの供給を停止させ、開始するために用いられている。
また、第１のガス供給系３００は、キャリアガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３２及びバルブ３３４を有する。キャリアガス供給管３３０は、キャリアガスを供給するために用いられていて、第１のガス供給管３１０に接続されている。マスフローコントローラ３３２及びバルブ３３４は、上流側から順にマスフローコントローラ３３２、バルブ３３４の順にキャリアガス供給管３３０に装着されている。キャリアガス供給管３３０から供給されるキャリアガスとしては、例えばＮ2ガスが用いられる。
また、第１のガス供給系３００は、クリーニングガス供給管３４０、マスフローコントローラ３４２、バルブ３４４、及びバルブ３４６を有する。クリーニングガス供給管３４０は、クリーニング用のガスを供給するために用いられていて、バブラ７００が接続された位置よりも下流側で第１のガス供給管３１０に接続されている。マスフローコントローラ３４２、バルブ３４４、及びバルブ３４６は、上流側から順にマスフローコントローラ３４２、バルブ３４４、バルブ３４６の順でクリーニングガス供給管３４０に装着されている。
また、第１のガス供給系３００は、バルブ３５０を有する。バルブ３５０は、第１のガス供給管３１０の、キャリアガス供給管３３０が接続された位置よりも下流側であって、クリーニングガス供給管３４０が接続されている位置よりも上流側に装着されている。
以上のように構成された第１のガス供給系３００は、金属含有ガスの一例であるＴｉＣｌ4ガスを処理室２０１に供給する。ＴｉＣｌ4ガスを処理室２０１に供給するように第１のガス供給系３００を構成することに替えて、処理室２０１に、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）や、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ2ＣＨ3）2］4）等）が供給されるように第１のガス供給系３００を構成しても良い。
第２のガス供給系４００は、先述の第２のガス供給管４１０と、マスフローコントローラ４１６と、バルブ４１８とを有する。第２のガス供給管４１０の上流側の端部には、図示を省略するＮＨ3（アンモニア）ガスの供給源が接続されている。マスフローコントローラ４１６と、バルブ４１８とは、第２のガス供給管４１０に対して、上流側から、マスフローコントローラ４１６、バルブ４１８との順に装着されている。マスフローコントローラ４１６は、流量制御装置（流量制御手段）の一例として用いられており、バルブ４１８は、開閉弁の一例として用いられている。
また、第２のガス供給系４００は、キャリアガス供給管４３０、マスフローコントローラ４３２及びバルブ４３４を有している。キャリアガス供給管４３０は、キャリアガスを供給するために用いられていて、第２のガス供給管４１０に接続されている。マスフローコントローラ４３２及びバルブ４３４は、上流側から順にマスフローコントローラ４３２、バルブ４３４の順にキャリアガス供給管４３０に装着されている。キャリアガス供給管４３０から供給されるキャリアガスとしては、例えばＮ2ガスが用いられる。
また、第２のガス供給系４００は、クリーニングガス供給管４４０、マスフローコントローラ４４２、バルブ４４４、及びバルブ４４６を有している。クリーニングガス供給管４４０は、クリーニング用のガスを供給するために用いられていて第２のガス供給管４１０に接続されている。マスフローコントローラ４４２、バルブ４４４、及びバルブ４４６は、上流側から順にマスフローコントローラ４４２、バルブ４４４、バルブ４４６の順でクリーニングガス供給管４４０に装着されている。
また、第２のガス供給系４００は、バルブ４５０を有する。バルブ４５０は、第２のガス供給管４１０の、キャリアガス供給管４３０が接続された位置よりも下流側であって、クリーニングガス供給管４４０が接続されている位置よりも上流側に装着されている。
以上のように構成された第２のガス供給系４００は、窒素含有ガスの一例であるＮＨ3ガスを処理室２０１に供給する。ＮＨ3ガスを処理室２０１に供給するように第２のガス供給系４００を構成することに替えて、Ｎ2（窒素）ガス、Ｎ2Ｏ（亜酸化窒素）ガス、ＣＨ6Ｎ2（モノメチルヒドラジン）ガス等を処理室２０１に供給するように第２のガス供給系４００を構成しても良い。
第３のガス供給系５００は、先述の第３のガス供給管５１０と、マスフローコントローラ５１６と、バルブ５１８とを有する。第３のガス供給管５１０は、上流側の端部にＯ2（酸素）ガスの供給源が接続されている。マスフローコントローラ５１６と、バルブ５１８とは、第２のガス供給管５１０に対して、上流側から、マスフローコントローラ５１６、バルブ５１８との順に装着されている。マスフローコントローラ５１６は、流量制御装置（流量制御手段）の一例として用いられており、バルブ５１８は、開閉弁の一例として用いられている。Ｏ2ガスを処理室２０１に供給するように第３のガス供給系５００を構成することに替えて、Ｎ2Ｏ（亜酸化窒素）ガス等を処理室２０１に供給するように第３のガス供給系５００を構成しても良い。
また、第３のガス供給系５００は、キャリアガス供給管５３０、マスフローコントローラ５３２及びバルブ５３４を有している。キャリアガス供給管５３０は、キャリアガスを供給するために用いられていて、第３のガス供給管５１０に接続されている。マスフローコントローラ５３２及びバルブ５３４は、上流側から順にマスフローコントローラ５３２、バルブ５３４の順にキャリアガス供給管５３０に装着されている。キャリアガス供給管５３０から供給されるキャリアガスとしては、例えばＮ2ガスが用いられる。
また、第３のガス供給系５００は、クリーニングガス供給管５４０、マスフローコントローラ５４２、バルブ５４４、及びバルブ５４６を有している。クリーニングガス供給管５４０は、クリーニング用のガスを供給するために用いられていて第３のガス供給管５１０に接続されている。マスフローコントローラ５４２、バルブ５４４、及びバルブ５４６は、上流側から順にマスフローコントローラ５４２、バルブ５４４、バルブ５４６の順でクリーニングガス供給管５４０に装着されている。
また、第３のガス供給系５００は、バルブ５５０を有する。バルブ５５０は、第３のガス供給管５１０の、キャリアガス供給管５３０が接続された位置よりも下流側であって、クリーニングガス供給管５４０が接続されている位置よりも上流側に装着されている。
ガス供給の方法として、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間に対して、反応管２０３の下側或いは上側の一端側より直接、ガスを供給して下側から上側、或いは上側から下側へ流し、反応管２０３内に積載された各ウエハ２００に反応させる方法がある。本構成とした場合、ガスの供給部に近い部分においては、ガスの量が比較的多くなり（ガスの濃度が比較的高くなり）、その部位に位置するウエハ２００に形成される薄膜の膜厚が厚くなる。一方、ガスの供給部から離れた部位においては、ウエハ２００に到達できるガスの量が少なくなるため（ガスの濃度が比較的低くなるため）、その部位に位置するウエハ２００に形成される薄膜の膜厚が薄くなる。従って、反応管２０３内に積載されたウエハ２００の上下間で、生成される薄膜の膜厚に差異ができ、縦型のバッチ式装置としては好ましくない。
一方、本実施形態におけるガス供給の方法は、上述の円弧状の空間内に配置したノズル３１４，４１４，５１４を経由してガスを搬送し、ノズル３１４，４１４，５１４にそれぞれ開口されたガス供給孔３１４ａ、４１４ａ、５１４ａからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方法、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給することができ、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述の排気管２３１の方向に向って流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。図３に示すように、横断面視において、排気管２３１は、反応管２０３の第１のノズル３１４のガス供給孔３１４ａ、第２のノズル４１４のガス供給孔４１４ａ、第３のノズル５１４のガス供給孔５１４ａが設けられる側と対向する側、すなわちウエハ２００を挟んでガス供給孔３１４ａ、４１４ａ、５１４ａとは反対側に設けられている。また、排気管２３１は、ガス供給孔３１４ａ、４１４ａ、５１４ａが設けられている箇所よりも下方に設けられている。この構成により、ガス供給孔３１４ａ、４１４ａ、５１４ａから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向に向って流れた後、下方に向って流れ、排気管２３１より排気されることとなる。処理室２０１内におけるガスの主たる流れが水平方向へ向う流れとなるのは上述のとおりである。排気管２３１には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。尚、ＡＰＣバルブ２４３は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、さらに弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
図５には、コントローラ９００が示されている。
コントローラ９００は、第１のガス供給系３００、第２のガス供給系４００、及び第３のガス供給系５００を、ウエハ２００上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御する。
また、コントローラ９００は、操作メニュー等を表示するディスプレイ９１０と、複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される操作入力部９２０とを有する。また、コントローラ９００は、基板処理装置１０１全体の動作を司るＣＰＵ９３２と、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ９３４と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ９３６と、各種データを記憶して保持するＨＤＤ９３８と、ディスプレイ９１０への各種情報の表示を制御するとともにディスプレイ９１０からの操作情報を受け付けるディスプレイドライバ９１２と、操作入力部９２０に対する操作状態を検出する操作入力検出部９２２と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部９４０とを有している。
通信Ｉ／Ｆ部９４０は、後述する温度制御部９５０、後述する圧力制御部９６０、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、マスフローコントローラ３３２、３４２，３６２、４１６、４３２、４４２、５１６、５３２、５４２、後述するバルブ制御部９７０等の各部材と各種情報の送受信を行う。
ＣＰＵ９３２、ＲＯＭ９３４、ＲＡＭ９３６、ＨＤＤ９３８、ディスプレイドライバ９１２、操作入力検出部９２２、及び通信Ｉ／Ｆ部９４０は、システムバスＢＵＳ９０４を介して相互に接続されている。このため、ＣＰＵ９３２は、ＲＯＭ９３４、ＲＡＭ９３６、ＨＤＤ９３８へのアクセスを行うことができるとともに、ディスプレイドライバ９１２を介したディスプレイ９１０への各種情報の表示の制御、及びディスプレイ９１０からの操作情報の把握、通信Ｉ／Ｆ部９４０を介した各部材との各種情報の送受信の制御を行うことができる。また、ＣＰＵ９３２は、操作入力検出部９２２を介して操作入力部９２０に対するユーザの操作状態を把握することができる。
温度制御部９５０は、ヒータ２０７と、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０と、温度センサ２６３と、コントローラ９００との間で設定温度情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部９５２と、受信した設定温度情報と温度センサ２６３からの温度情報等に基づいて加熱用電源２５０からヒータ２０７への供給電力を制御するヒータ制御部２９２とを有する。ヒータ制御部２９２もコンピュータによって実現されている。温度制御部９５０の通信Ｉ／Ｆ部９５２とコントローラ９００の通信Ｉ／Ｆ部９４０とはケーブルで接続されている。
圧力制御部９６０は、ＡＰＣバルブ２４３と、圧力センサ２４５と、コントローラ９００との間で設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部９６２と、受信した設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等と圧力センサ２４５からの圧力情報等に基づいてＡＰＣバルブ２４３の開閉や開度を制御するＡＰＣバルブ制御部９６４とを備えている。ＡＰＣバルブ制御部９６４もコンピュータによって実現されている。圧力制御部９６０の通信Ｉ／Ｆ部９６２とコントローラ９００の通信Ｉ／Ｆ部９４０とはケーブルで接続されている。
バルブ制御部９７０は、バルブ３１８、３３４、３４４、３４６、３５０、３６４、４１８、４４４、４４６、４５０、５１８、５３４、５４４、５４６、５５０と、エアバルブであるバルブ３１８、３３４、３４４、３４６、３５０、３６４、４１８、４４４、４４６、４５０、５１８、５３４、５４４、５４６、５５０へのエアの供給を制御する電磁バルブ群９７２とを備えている。電磁バルブ群９７２とコントローラ９００の通信Ｉ／Ｆ部９４０とはケーブルで接続されている。
以上のように、コントローラ９００には、マスフローコントローラ３３２、３４２、３６２、４１６、４３２、４４２、バルブ３１８、３３４、３４４、３４６、３５０、３６４、４１８、４４４、４４６、４５０、５１８、５３４、５４４、５４６、５５０、ＡＰＣバルブ２４３、加熱用電源２５０、温度センサ２６３、圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等の各部材が接続されている。そして、コントローラ９００は、マスフローコントローラ３３２、３４２、３６２、４１６、４３２、４４２の流量制御、バルブ３１８、３３４、３４４、３４６、３５０、３６４、４１８、４４４、４４６、４５０、５１８、５３４、５４４、５４６、５５０の開閉動作制御、圧力センサ２４５からの圧力情報に基づく開度調整動作を介した圧力制御、温度センサ２６３からの温度情報に基づく加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給量調整動作を介した温度制御、真空ポンプ２４６の起動・停止制御、ボート回転機構２６７の回転速度調節制御、ボートエレベータ１１５の昇降動作制御等を行うようになっている。
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９００により制御される。
本実施形態では、金属膜としてチタン窒化膜に酸素を添加（ドーピング）したチタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ）を基板上に複数の処理ガスを交互に供給する方法を用いて形成する方法について説明する。
本実施形態では、Ｔｉ（チタン）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。この例では、第１のガス供給系３００によりチタン含有ガス供給系（第１の元素含有ガス供給系）が構成され、第２のガス供給系４００により窒素含有ガス供給系（第２の元素含有ガス供給系）が構成され、第３のガス供給系５００により酸素含有ガス供給系（第３の元素含有ガス供給系）が構成される。
図６は、本実施形態における制御フローの一例である。
この制御フローにより、第１のガス供給系３００、第２のガス供給系４００、及び第３のガス供給系５００が、ウエハ２００上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御される。
また、この制御フローにおいては、コントローラ９００が、基板処理装置１０１を以下のように制御する。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。
そして、ステップＳ１０２で、ウエハチャージがなされる。
すなわち、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填される。
次のステップＳ１０４で、ボートロードがなされる。
すなわち、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。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、ステップＳ１０６で、真空ポンプ２４６を作動させるとともにＡＰＣ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ステップを順次実行する。
ステップＳ２０２では、ＴｉＣｌ4が供給される。ＴｉＣｌ4は常温で液体である。このため、処理室２０１に供給するには、バブラ７００を使用してキャリアガスの一例として用いられ、不活性ガスであるＮ2（窒素）を収容容器７０２に通し、気化している分をキャリアガスと共に処理室２０１へと供給する。キャリアガスとしては、Ｎ2に替えてＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）を用いても良い。
より具体的には、ステップＳ２０２においては、第１のガス供給管３１０にＴｉＣｌ4を、キャリアガス供給管３３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。この際、バルブ３６４、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８、キャリアガス供給管３３０のバルブ３３４、及び排気管２３１のＡＰＣ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３６２で収容容器７０２内に供給するキャリアガスの流量を調整することによって流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、第１のノズル３１４のガス供給孔３１４ａから処理室２０１内に供給されてウエハ２００の表面上を水平方向に向かって流れ、排気管２３１から排気される。このとき、処理室２０１内におけるガスの主たる流れは水平方向、すなわち、ウエハ２００の表面と平行な方向に向かう流れとなる。また、このとき、ＡＰＣ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３６２で制御するＴｉＣｌ4の供給量は例えば１．０〜２．０ｇ／ｍｉｎである。ＴｉＣｌ4にウエハ２００を晒す時間は、例えば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。
このステップＳ２０２においては、処理室２０１内に流しているガスは、ＴｉＣｌ4と不活性ガスであるＮ2のみでありＮＨ3は存在しない。したがって、ＴｉＣｌ4は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応する。
このステップＳ２０２において、第２のガス供給管４１０の途中につながっているキャリアガス供給管４３０からバルブ４３４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。また、第３のガス供給管５１０の途中につながっているキャリアガス供給管５３０からバルブ５３４を開けて不活性ガスを流すと、Ｏ2側にＴｉＣｌ4が回り込むことを防ぐことができる。
次のステップＳ２０４では、残留ガスが除去される。
すなわち、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８を閉めて処理室２０１へのＴｉＣｌ4の供給を停止し、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとすることで、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。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップＳ２０６において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ2ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップＳ２０６において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ2ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
次のステップＳ２０６では、ＮＨ3が供給される。
すなわち、第２のガス供給管４１０にＮＨ3を、キャリアガス供給管４３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。この際、第２のガス供給管４１０のバルブ４１８、キャリアガス供給管４３０のバルブ４３４、４５０、及び排気管２３１のＡＰＣ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４３０から流れ、マスフローコントローラ４３２により流量調整される。ＮＨ3は、第２のガス供給管４１０から流れ、マスフローコントローラ４１６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２のノズル４１４のガス供給孔４１４ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を水平方向に向かって流れ、排気管２３１から排気される。このとき、処理室２０１内におけるガスの主たる流れは水平方向、すなわち、ウエハ２００の表面と平行な方向に向かう流れとなる。また、ＮＨ3を流すときは、ＡＰＣ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４１６で制御するＮＨ3の供給流量は、例えば１〜１０ｓｌｍである。ＮＨ3にウエハ２００を晒す時間は、例えば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。
このステップＳ２０６において、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３３０から、バルブ３３４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。また、第３のガス供給管５１０の途中につながっているキャリアガス供給管５３０から、バルブ５３４を開けて不活性ガスを流すと、Ｏ2側にＮＨ3が回り込むことを防ぐことができる。
このステップＳ２０６においては、ＮＨ3の供給により、ウエハ２００上でＴｉＣｌ4とＮＨ3が反応して、ウエハ２００上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜が成膜される。
次のステップＳ２０８では、残留ガスが除去される。
すなわち、第２のガス供給管４１０のバルブ４１８を閉めて、ＮＨ3の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣ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。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップＳ２１０において悪影響を生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ2ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップＳ２１０において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ2ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
次のステップＳ２１０では、Ｏ2が供給される。
すなわち、第３のガス供給管５１０にＯ2を、キャリアガス供給管５３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。この際、第５のガス供給管５１０のバルブ５１８、５５０、キャリアガス供給管５３０のバルブ５３４、５５０、及び排気管２３１のＡＰＣ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。Ｏ2は、第３のガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１６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５１４のガス供給孔５１４ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を水平方向に向かって流れ、排気管２３１から排気される。このとき、処理室２０１内におけるガスの主たる流れは水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向に向かう流れとなる。Ｏ2を流すときは、ＡＰＣ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。
このステップＳ２１０において、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３３０からバルブ３３４を開けて不活性ガスを流すと、ＴｉＣｌ4側にＯ2が回り込むことを防ぐことができる。また、第２のガス供給管４１０の途中につながっているキャリアガス供給管４３０から、バルブ４３４を開けて不活性ガスを流すと、ＮＨ3側にＯ2が回り込むことを防ぐことができる。
このステップＳ２１０においては、Ｏ2の供給によって、窒化チタン（ＴｉＮ）膜にＯ2が供給されて、基板にチタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ）が形成される。チタン酸窒化膜は、窒化チタン膜と比較して仕事関数が高い。このため、例えばＲｕ（ルテニウム）等のＴｉよりも仕事関数が高いものの、高額である材料を用いずに比較的に仕事関数が高い膜を形成することができる。
次のステップＳ２１２では、残留ガスが除去される。
すなわち、第３のガス供給管５１０のバルブ５１８を閉めて、Ｏ2の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣ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Ｏ2を処理室２０１から排除する。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に次のガス供給ステップを行う場合においても悪影響を生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ2ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、次のガス供給ステップを行う場合においても悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ2ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
次のステップＳ２２０では、ステップＳ２０２からステップＳ２１２までの一連のステップが、予め定められた所定回数が実施されたか否かが判別され、予め定められた所定回数が実施されたと判別された場合、次のステップＳ３０２に進み、予め定められた所定回数が実施されていないと判別された場合、ステップＳ２０２に戻る。
以上で説明をしたステップＳ２０２からステップＳ２１２まで工程を有する成膜工程においてチタン酸窒化膜が形成される。
次のステップＳ３０２では、処理室２０１がパージされる。
すなわち、所定膜厚のチタン酸窒化膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（パージ）。
次のステップＳ３０４では、大気圧復帰がなされる。
すなわち、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
次のステップＳ３０６では、ボートアンロードがなされる。
すなわち、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。
次のステップＳ３０８では、ウエハディスチャージがなされる。
すなわち、処理済のウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。以上により１回の成膜処理（バッチ処理）が終了する。なお、成膜処理が終了した後、反応管２０３内に付着した副生成物の量に応じて適宜クリーニングガスを供給してガスクリーニングを行ってもよい。
図７は、成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスを示すタイミングチャートである。このシークエンスは、上述のステップＳ２０２からステップＳ２２０に相当するものである。
図７に示すように、成膜工程では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返される。ここで、サイクル数としては、例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う等、形成する膜の膜厚に応じて定められる。
図８は、本実施形態に係る成膜工程における成膜シーケンスの第１の変形例を示すタイミングチャートである。
先述の本実施形態に係る成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスでは、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返された。これに対して、この第１の変形例においては、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回（この第１の変形例においては３回）行われ、その後に、酸素含有ガスであるＯ2ガスが供給する工程が行われる。
そして、この第１の変形例では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程、及び窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程を１サイクルとして、このサイクルが複数回（この第１の変形例においては３回）行われ、その後に、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給するとの一連の工程を１サイクルとして、この一連の工程からなるサイクルが複数回、繰り返される。
成膜工程における成膜シーケンスの第１の変形例は、コントローラ９００が、基板処理装置１０１の各部材を制御することで実現される。
図９は、本実施形態に係る成膜工程における成膜シーケンスの第２の変形例を示すタイミングチャートである。
先述の本実施形態に係る成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスでは、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返された。これに対して、この第２の変形例においては、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回（この第１の変形例においては２０回）行われ、その後に、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程が行われ、一連の成膜工程が終了する。
成膜工程における成膜シーケンスの第２の変形例は、コントローラ９００が、基板処理装置１０１の各部材を制御することで実現される。
図１０は、本実施形態に係る成膜工程における成膜シーケンスの第３の変形例を示すタイミングチャートである。
先述の本実施形態に係る成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスでは、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返された。これに対して、この第３の変形例においては、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とは、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程を行いつつ行われている。
また、この第３の変形例においては、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回（この第３の変形例においては２０回）行われる。
成膜工程における成膜シーケンスの第３の変形例は、コントローラ９００が、基板処理装置１０１の各部材を制御することで実現される。
図１１は、本実施形態に係る成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスを示すタイミングチャートである。
図１１に示すように、第４の変形例では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とが、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程を行いつつ行われている。また、この第４の変形例では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とが同時に行われるタイミングを有している。なお、同時とはＴｉＣｌ4ガス、ＮＨ3ガス、Ｏ2ガスが処理室２０１内へ共に供給されている期間があればよく、供給開始及び供給停止のタイミングは同じでなくてもよい。
例えば、図１１では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスの供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程が略同時に開始され、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスの供給する工程が終了した後に、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程が終了し、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程が終了した後に酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程が終了する。
図１２は、成膜工程におけるチタン酸窒化膜の成膜シーケンスの第５の変形例を示すタイミングチャートである。第５の変形例では、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程と、酸素含有ガスであるＯ2ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返される。
また、この変形例においては、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程と、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程とが略同時に開始され、金属含有ガスであるＴｉＣｌ4ガスを供給する工程が終了した後に、窒素含有ガスであるＮＨ3ガスを供給する工程が終了する。
図１３には、第１のガス供給系３００の第１の変形例が示されている。
先述の第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００は、第１のガス供給管３１０と、バブラ７００と、ガス供給管３１０のバブラ７００よりも上流側に配置されたバルブ３１８と、キャリアガス供給管３６０と、キャリアガス供給管３６０に装着されたマスフローコントローラ３６２と、キャリアガス供給管３６０に装着されたバルブ３６４とを有していた。これに対して、この第１の変形例に係る第１のガス供給系３００は、第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００が有する各構成に加えて、マスフローコントローラ３７０と、バルブ３７２とを有している。
マスフローコントローラ３７０は、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８よりも下流側に装着されている。また、バルブ３７２は、第１のガス供給管３１０のマスフローコントローラ３７０よりも下流側に装着されている。マスフローコントローラ３７０とバルブ３７２とは、コントローラ９００によって制御される。また、供給するＴｉＣｌ4ガスの流量を制御する際には、マスフローコントローラ３７０がマスフローコントローラ３６２に優先して制御される。
この第１のガス供給系３００の第１の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００と同一である。同一部分については説明を省略する。
図１４には、第１のガス供給系３００の第２の変形例が示されている。
この第２の変形例に係る第１のガス供給系３００は、第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００が有する各構成に加えてバルブ３７２を有し、マスフローコントローラ３６２に替えて、マスフローコントローラ３７０を有している。
マスフローコントローラ３７０は、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８よりも下流側に装着されている。また、バルブ３７２は、第１のガス供給管３１０のマスフローコントローラ３７０よりも下流側に装着されている。マスフローコントローラ３７０とバルブ３７２とは、コントローラ９００によって制御される。また、供給するＴｉＣｌ4ガスの流量を制御する際には、マスフローコントローラ３７０が制御される。
この第１のガス供給系３００の第２の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００と同一である。同一部分については説明を省略する。
図１５には、第１のガス供給系３００の第３の変形例が示されている。
この第３の変形例に係る第１のガス供給系３００は、第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００が有する各構成に加えて、マスフローコントローラ３７０と、バルブ３７２と、ベント管３７６とを有している。
マスフローコントローラ３７０は、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８よりも下流側に装着されている。また、バルブ３７２は、第１のガス供給管３１０のマスフローコントローラ３７０よりも下流側に装着されている。マスフローコントローラ３７０とバルブ３７２とは、コントローラ９００によって制御される。また、供給するＴｉＣｌ4ガスの流量を制御する際には、マスフローコントローラ３７０がマスフローコントローラ３６２に優先して制御される。
ベント管３７６は、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８よりも下流側であり、マスフローコントローラ３７０よりも上流側位置から分岐するようにして、第１のガス供給管３１０に接続されている。
この第１のガス供給系３００の第３の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００と同一である。同一部分については説明を省略する。
図１６には、第１のガス供給系３００の第４の変形例が示されている。
この第４の変形例に係る第１のガス供給系３００は、第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００が有する各構成に加えて、マスフローコントローラ３７０と、バルブ３７２と、加熱槽３８０とを有している。
マスフローコントローラ３７０は、第１のガス供給管３１０のバルブ３１８よりも下流側に装着されている。また、バルブ３７２は、第１のガス供給管３１０のマスフローコントローラ３７０よりも下流側に装着されている。マスフローコントローラ３７０とバルブ３７２とは、コントローラ９００によって制御される。また、供給するＴｉＣｌ4ガスの流量を制御する際には、マスフローコントローラ３７０がマスフローコントローラ３６２に優先して制御される。
加熱槽３８０は、バブラ７００を加熱するための加熱装置として用いられていて、温度が一定に保たれる恒温槽であり、バブラ７００の周囲を囲い、収容容器７０２を加熱することで、収容容器７０２内に収容された液体のＴｉＣｌ4を加熱し、液体のＴｉＣｌ4が気化しやすいようにしている。
この第１のガス供給系３００の第４の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００と同一である。同一部分については説明を省略する。
図１７には、第１のガス供給系３００の第５の変形例が示されている。
先述の第１の実施形態に係る第１のガス供給系３００は、液体原料を収容する収容容器７０２を有し、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部の一例として用いられているバブラ７００を有していた。これに対して、この第５の変形例は、液体原料や、各種固体金属原料を溶媒に溶かしたものを気化させる気化器７２０を有している。気化器７２０は、原料ガスを生成させる気化部の一例として用いられている。
気化器７２０には、バルブ７２２と、液体用のマスフローコントローラ７２４とを介して収容容器７２６が接続されている。収容容器７２６には、液体原料や、各種固体金属原料を溶媒に溶かしたものが収容されていて、収容容器７２６からバルブ７２２及び液体マスフローコントローラを介して、気化器７２０に液体原料や、各種固体金属原料を溶媒に溶かしたものが供給される。
収容容器７２６には、キャリアガス供給管７３０が接続されていて、キャリアガス供給管７３０には、マスフローコントローラ７３２とバルブ７３４とが装着されている。
この第５の変形例においては、気化器７２０と、バルブ７２２と、液体用のマスフローコントローラ７２４と、マスフローコントローラ７３２と、バルブ７３４とは、コントローラ９００によって制御される。
この第１のガス供給系３００の第５の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００と同一である。同一部分については説明を省略する。
図１８には、第３のガス供給系５００の変形例が示されている。
先述の第１の実施形態に係る第３のガス供給系５００は、第３のガス供給管５１０の上流側の端部にＯ2（酸素）ガスの供給源（不図示）が接続されていて、このＯ2ガスの供給源から供給されるＯ2ガスを処理室２０１に供給する酸素含有ガスとして用いていた。これに対して、この変形例においては、第３のガス供給管５１０の上流側の端部にバブラ５７０が装着されていて、バブラ５７０から供給される水蒸気を酸素含有ガスとして用いている。
バブラ５７０は、Ｈ2Ｏ（水）を収容する収容容器５７２を有し、水をバブリングにより気化させて水蒸気を発生させる。収容容器５７２は密閉容器であって、収容容器５７２内には、Ｈ2Ｏが収容されている。収容容器５７２には、キャリアガス供給管５７６が接続されていて、キャリアガス供給管５７６には、マスフローコントローラ５７８とバルブ５８０とが装着されている。
この変形例においては、第３のガス供給管５１０のバルブ５１８が装着された位置よりも上流側にマスフローコントローラ５９２が装着され、第３ガス供給管５１０のマスフローコントローラ５９２が装着された位置よりも上流側にバルブ５９４が装着されている。マスフローコントローラ５７８と、バルブ５８０と、マスフローコントローラ５９２と、バルブ５９４とは、コントローラ９００によって制御される。
この第３のガス供給系５００の変形例は、以上で説明をした以外の構成は、先述の第１の実施形態における第３のガス供給系５００と同一である。同一部分については説明を省略する。
以上で説明をした各変形例は、組み合わせて用いることができる。
すなわち、第１の成膜工程のシークエンスの第１乃至第３の変形例のいずれかと、第２の成膜工程のシークエンスの変形例と、第１のガス供給系の第１乃至第５の変形例のいずれかと、第３のガス供給系の変形例とを組み合わせて用いることができる。
図１９には、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１０１が有する第１のガス供給系、及び第２のガス供給系が模式的に示される。
先述の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１は、第１のガス供給系３００と、第２のガス供給系４００と、第３のガス供給系５００とを有し、第１のガス供給系３００が処理室２０１に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系の一例として用いられ、第２のガス供給系４００が処理室２０１に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系の一例として用いられていて、第３のガス供給系５００が処理室２０１に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系に一例として用いられていた。これに対して、この第２の実施形態においては、第１のガス供給系３００が、処理室２０１に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系の一例として用いられているとともに、処理室２０１に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系としても用いられている。また、この第２の実施形態においては、第２のガス供給系４００が、処理室２０１に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系の一例として用いられているとともに、処理室２０１に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系としても用いられている。
この第２の実施形態においては、第１のガス供給系３００は、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００が有する構成に加えて、酸素供給管３９０と、マスフローコントローラ３９２と、バルブ３９４とを有する。酸素供給管３９０は、下流側の端部がキャリアガス供給管３３０を介して、第１のガス供給管３１０に接続されている。また、酸素供給管３９０の上流側の端部には、Ｏ2（酸素）ガスの供給源（不図示）が接続されている。
マスフローコントローラ３９２は、供給するＯ2（酸素）ガスの流量を調整するために用いられていて、酸素供給管３９０に装着されている。バルブ３９４は、Ｏ2（酸素）ガスの供給を停止させ、開始させるために用いられていて、酸素供給管３９０のマスフローコントローラ３９２が装着された位置よりも下流側に装着されている。
また、この第２の実施形態においては、第２のガス供給系４００は、先述の第１の実施形態における第２のガス供給系４００が有する構成に加えて、酸素供給管４９０と、マスフローコントローラ４９２と、バルブ４９４とを有する。酸素供給管４９０は、下流側の端部がキャリアガス供給管４３０を介して、第４のガス供給管４１０に接続されている。また、酸素供給管４９０の上流側の端部には、Ｏ2（酸素）ガスの供給源（不図示）が接続されている。
マスフローコントローラ４９２は、供給するＯ2（酸素）ガスの流量を調整するために用いられていて、酸素供給管４９０に装着されている。バルブ４９４は、Ｏ2（酸素）ガスの供給を停止させ、開始させるために用いられていて、酸素供給管４９０のマスフローコントローラ４９２が装着された位置よりも下流側に装着されている。マスフローコントローラ３９２と、バルブ３９４と、マスフローコントローラ４９２と、バルブ４９４とは、コントローラ９００によって制御される。
また、この本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１０１においては、第１のガス供給系３００として、先述の第１の実施形態における第１のガス供給系３００の第１乃至第５の変形例のいずれかを用いることができる。
この第２の実施形態に係る基板処理装置１０１は、以上で説明をした以外構成は先述の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１と同一である。同一部分についての説明は省略する。
図２０には、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１０１が有する第１のガス供給系３００、及び第２のガス供給系４００の第１の変形例が模式的に示されている。
この第１の変形例においては、先述の本発明の第２の実施形態における第１のガス供給系、及び第２のガス供給系が有する構成を有することに加えて、キャリアガス供給管３３０に、他の部分よりも内径の大きい大径部３３１が形成されている。大径部３３１は、キャリアガス供給管３３０の酸素供給管３９０が接続された位置よりも下流側に形成されていて、キャリアガスとＯ2ガスとが大径部３３１を通過することで、キャリアガスにＯ2ガスが均一に拡散された状態となる。
また、この第１の変形例においては、先述の本発明の第２の実施形態における第１のガス供給系、及び第２のガス供給系が有する構成を有することに加えて、キャリアガス供給管４３０に、他の部分よりも内径の大きい大径部４３１が形成されている。大径部４３１は、キャリアガス供給管４３０の酸素供給管４９０が接続された位置よりも下流側に形成されていて、キャリアガスとＯ2ガスとが大径部４３１を通過することで、キャリアガスにＯ2ガスが均一に拡散された状態となる。
この第１のガス供給系３００、第２のガス供給系４００の第１の変形例は、以上で説明をした以外の部分の構成が先述の第２の実施形態と同一である。同一部分についての説明は省略する。
図２１には、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１０１が有する第１のガス供給系３００、及び第２のガス供給系４００の第２の変形例が模式的に示されている。
先述の第２の実施形態に係る第１のガス供給系３００と、第２のガス供給系４００とにおいては、酸素供給管３９０と酸素供給管４９０との上流側の端部にＯ2（酸素）ガスの供給源（不図示）がそれぞれに接続されていて、これらのＯ2ガスの供給源から供給されるＯ2ガスを処理室２０１に供給する酸素含有ガスとして用いていた。これに対して、この第２の変形例においては、酸素供給管３９０と酸素供給管４９０との上流側の端部に１つのバブラ６００が装着されていて、バブラ６００から供給される水蒸気を酸素含有ガスとして用いている。
バブラ６００は、Ｈ2Ｏ（水）を収容する収容容器６０２を有し、水をバブリングにより気化させて水蒸気を発生させる。収容容器６０２は密閉容器であって、収容容器６０２内には、Ｈ2Ｏが収容されている。収容容器６０２には、キャリアガス供給管６２０が接続されていて、キャリアガス供給管６２０には、マスフローコントローラ６２２とバルブ６２４とが装着されている。
また、この第２の変形例においては、酸素供給管３９０と酸素供給管４９０とが上流側で連結されていて、この連結された部分にバルブ６０６が装着されているとともに、この連結された部分がバブラ６００に連結している。バルブ６０６と、バルブ６２４と、マスフローコントローラ６２２とは、コントローラ９００によって制御される。
この第１のガス供給系３００、第２のガス供給系４００の第２の変形例は、以上で説明をした以外の部分の構成が先述の第２の実施形態と同一であるので、同一部分についての説明を省略する。
以上で説明をした第１の実施形態、第２の実施形態、及びこれらの変形例においては、酸素含有ガスとして、Ｏ2ガスを用いる例と水蒸気を用いる例とを説明したが、Ｏ2ガスと水蒸気とに替えて、又はＯ2ガスと水蒸気と併せて、酸素含有ガスとして、例えば、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｏ3等を用いることができる。
また、以上で説明をした第１の実施形態、第２の実施形態、及びこれらの変形例においては、処理室２０１に酸素含有ガスを供給したが、処理室２０１に酸素含有ガスを供給することに替えて、ハロゲン含有ガスを処理室２０１に供給してもよい。処理室２０１に供給するハロゲン含有ガスとしては、例えばフッ素もしくは塩素を含有するガスを用いることができる。
酸素含有ガスに替えて、ハロゲン含有ガスを処理室２０１に供給することにより、導電性薄膜における電気抵抗の増加を抑制しつつ、導電性薄膜の電気陰性度を高くすることが可能となり、その結果、導電性薄膜の仕事関数を高くすることが可能となる。
また、酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスの添加方法、供給時間、濃度を変更することにより、成膜された膜に含まれる酸素等の割合を所望の値となるよう制御することが可能となる。
［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〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に金属含有ガスと窒素含有ガスとを供給した後に、前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
を有し、基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
〔付記２〕
前記金属含有ガスを供給する工程と、前記窒素含有ガスを供給する工程と、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回繰り返される付記１記載の半導体装置の製造方法。
〔付記３〕
前記処理室に残留したガスを前記処理室から除去する工程をさらに有し、
前記除去する工程は、前記金属含有ガスを供給する工程の後であって前記窒素含有ガスを供給する工程の前、前記窒素含有ガスを供給する工程の後であって前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の前、及び酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の後であって前記金属含有ガスを供給する工程の前の少なくとも１つに行われる付記２記載の半導体装置の製造方法。
〔付記４〕
前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とを１サイクルとして、このサイクルが複数回行われ、その後に、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程が行われる付記１記載の半導体装置の製造方法。
〔付記５〕
前記処理室に残留したガスを前記処理室から除去する工程をさらに有し、
前記除去する工程は、前記金属含有ガスを供給する工程の後であって前記窒素含有ガスを供給する工程の前、前記窒素含有ガスを供給する工程の後であって前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の前、及び酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の後の少なくとも１つに行われる付記４記載の半導体装置の製造方法。
〔付記６〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
を有し、
前記金属含有ガスを供給する工程、及び前記窒素含有ガスを供給する工程の少なくともいずれか一方は、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ行われる基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
〔付記７〕
前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ、前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが交互に複数回行われる付記６記載の半導体装置の製造方法。
〔付記８〕
前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが同時に行われるタイミングを有する付記６記載の半導体装置の製造方法。
〔付記９〕
前記金属含有ガスを供給する工程、前記窒素含有ガスを供給する工程、及び前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の少なくとも１つは、基板に形成される金属含有膜中に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御される付記１乃至８いずれか記載の半導体装置の製造方法。
〔付記１０〕
前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程は、基板に形成される金属含有膜中に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように、酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスの供給量が制御される付記９記載の半導体装置の製造方法。
〔付記１１〕
基板を収容する処理室と、
前記処理室に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系と、
前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を、基板上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御する基板処理装置。
〔付記１２〕
前記制御部は、
前記処理室への金属含有ガスの供給と、前記処理室への窒素含有ガスの供給と、前記処理室への酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスの供給とを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返させるように前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を制御し、
基板に形成される金属含有膜中に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように、前記第３のガス供給系による前記処理室への酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスの供給量を制御する付記１１記載の基板処理装置。
〔付記１３〕
前記第３のガス供給系は、
酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスの流量を制御する流量制御機構と、
前記流量制御機構と前記処理室との間に設けられた開閉弁と、
を有する付記１２記載の基板処理装置。
〔付記１４〕
基板を収納した処理室に、基板に薄膜を形成するための金属材料を供給する金属材料供給工程と、
前記処理室に、金属材料に対して還元及び窒化の少なくともいずれか一方の処理をするため第１の原料を供給する第１の供給工程と、
前記処理室に、金属材料に対して酸化及びハロゲン化の少なくともいずれか一方の処理をするための第２の原料を供給する第２の供給工程と、
を有し、
前記第２の供給工程は、基板に形成される薄膜に導入される酸素又はハロゲンの導入量が予め定められた値となるように第２の原料の流量が制御される薄膜形成方法。
〔付記１５〕
前記第２の供給工程は、
バルブを用いて前記処理室への第２の原料の供給を可能な状態とする工程と、
前記バルブを用いて前記処理室への第２の原料の供給を停止させる工程と、
を有する付記１４記載の薄膜形成方法。
〔付記１６〕
前記第２の供給工程は、第２の原料の流量が、前記第２の供給工程で供給される他の材料の流量とは独立して制御される付記１４又は１５記載の薄膜形成方法。
〔付記１７〕
前記第１の供給工程においては、第１の原料が不活性ガスに混合されて供給され、
前記第２の供給工程においては、第２の原料が不活性ガスに混合されて供給される付記１４乃至１６いずれか記載の薄膜形成方法。
〔付記１８〕
前記第１の原料と不活性ガスとの混合を均一にする工程と、
前記第２の原料と不活性ガスとの混合を均一にする工程と、
をさらに有する付記１７記載の薄膜形成方法。
〔付記１９〕
前記第２の供給工程は、水収容部に収容された水に気泡を発生させる気泡発生工程、及び前記水収容部に収容された水を気化させる気化工程の少なくともいずれか一方をさらに有する付記１４乃至１８いずれか記載の薄膜形成方法。
〔付記２０〕
前記金属材料供給工程は、金属材料収容部に収容された液体からなる金属材料をキャリアガスに混合する工程、前記金属材料収容部に収容された液体からなる金属材料を加熱する工程、及び前記金属材料収容部に収容された液体からなる金属材料を気化させる工程の少なくとも１つを有する付記１４乃至１９いずれか記載の薄膜形成装置。
〔付記２１〕
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、基板に薄膜を形成するための金属材料を供給する金属材料供給系と、
金属材料に対して還元又は窒化の少なくともいずれか一方の処理をするため第１の原料を前記処理室に供給する第１の供給系と、
金属材料に対して酸化及びハロゲン化の少なくともいずれか一方の処理をするための第２の原料を供給する第２の供給系と、
を有し、
前記第２の供給系は、第２の原料の流量を制御する流量制御機構を有し、
前記流量制御機構は、基板に形成される薄膜に導入される酸素又はハロゲンの導入量が予め定められた値となるように第２の原料の流量を制御する薄膜形成装置。
〔付記２２〕
前記第２の供給系は、前記処理室への第２の原料の供給を可能な状態とし、前記処理室への第２の原料の供給を停止させるバルブをさらに有する付記２１記載の薄膜形成装置。
〔付記２３〕
前記流量制御機構は、第２の原料の流量を、前記第２の供給系で供給される他の材料の流量と独立して制御する付記２１又は２２記載の薄膜形成装置。
〔付記２４〕
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、基板に薄膜を形成するための金属材料を供給する金属材料供給系と、
金属材料に対して還元又は窒化の少なくともいずれか一方の処理をするため第１の原料を前記処理室に供給する第１の供給系と、
を有し、
前記金属材料供給系は、当該金属材料供給系に不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給管を有し、
前記第１の供給系は、当該第１の供給系に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給管を有し、
前記第１の不活性ガス供給管及び前記第２の不活性ガス供給管の少なくともいずれか一方に、金属材料に対して酸化及びハロゲン化の少なくともいずれか一方の処理をするための第２の原料を供給する第２の供給系を有し、
前記第２の供給系は、第２の原料の流量を制御する流量制御機構を有し、
前記流量制御機構は、基板に形成される薄膜に導入される酸素又はハロゲンの導入量が予め定められた値となるように第２の原料の流量を制御する薄膜形成装置。
〔付記２５〕
前記第１の不活性ガス供給管は、他の部分よりも内径が大きい第１の大径部を有し、
前記第２の不活性ガス供給管は、他の部分よりも内径が大きい第２の大径部を有する付記２４記載の薄膜形成装置。
〔付記２６〕
前記第２の供給系は、
水を収容する水収容部と、
前記水収容部に収容された水に気泡を発生させる気泡発生装置、及び前記水収容部に収容された水を気化させる気化装置の少なくともいずれか一方と、
をさらに有する付記２１乃至２５いずれか記載の薄膜形成装置。
〔付記２７〕
前記金属材料供給系は、
液体からなる金属材料を収容する金属材料収容部と、
前記金属材料収容部に収容された金属材料をキャリアガスに混合するための混合装置、前記金属材料収容部に収容された金属材料を加熱するための加熱装置、及び前記金属材料収容部に収容された金属材料を気化させるための気化装置の少なくとも１つと、
を有する付記２１乃至２６いずれか記載の薄膜形成装置。
〔付記２８〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
〔付記２９〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属窒化膜を形成した後、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行い、前記金属窒化膜に酸素を添加する半導体装置の製造方法。
〔付記３０〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを複数回行い、
前記金属含有ガスを供給する工程、及び前記窒素含有ガスを供給する工程の少なくともいずれか一方は、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ行われる基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
〔付記３１〕
基板を収容する処理室と、
前記処理室に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系と、
前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を、基板上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御する基板処理装置。
〔付記３２〕
基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する基板処理方法。
〔付記３３〕
コンピュータを、
第１のガス供給系を制御して金属含有ガスを、基板を収容した処理室に所定量供給し、
第２のガス供給系を制御して窒素含有ガスを前記処理室に所定量供給し、
第３のガス供給系を制御して酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを前記処理室に所定量供給し、
前記処理室を排気する排気系を制御して、前記処理室を所定の排気量で排気するように制御する、制御手段として機能させるプログラム。
〔付記３４〕
付記３３のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
３００ 第１のガス供給系
３１０ 第１のガス供給管
４００ 第２のガス供給系
４１０ 第２のガス供給管
５００ 第３のガス供給系
５１０ 第３のガス供給管
９００ コントローラ

Claims (9)

  1. 基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
  2. 前記処理室に残留したガスを前記処理室から除去する工程をさらに有し、
    前記除去する工程は、前記金属含有ガスを供給する工程の後であって前記窒素含有ガスを供給する工程の前、前記窒素含有ガスを供給する工程の後であって前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の前、及び酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の後であって前記金属含有ガスを供給する工程の前の少なくとも１つに行われる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属窒化膜を形成した後、
    前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行い、前記金属窒化膜に酸素を添加する半導体装置の製造方法。
  4. 基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを複数回行い、
    前記金属含有ガスを供給する工程、及び前記窒素含有ガスを供給する工程の少なくともいずれか一方は、前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ行われる基板に金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法。
  5. 前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程を行いつつ、前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが交互に複数回行われる請求項４記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記金属含有ガスを供給する工程と前記窒素含有ガスを供給する工程とが同時に行われるタイミングを有する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記金属含有ガスを供給する工程、前記窒素含有ガスを供給する工程、及び前記酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程の少なくとも１つは、基板に形成される金属含有膜中に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御される請求項１〜６いずれか記載の半導体装置の製造方法。
  8. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室に金属含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
    前記処理室に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
    前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する第３のガス供給系と、
    前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記第１のガス供給系、前記第２のガス供給系、及び前記第３のガス供給系を、基板上に形成される金属含有膜に含まれる酸素又はハロゲンの組成比が予め定められた値となるように制御する基板処理装置。
  9. 基板を収容した処理室に金属含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に窒素含有ガスを供給する工程と、
    前記処理室に酸素含有ガス又はハロゲン含有ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを複数回行うことで、基板に金属含有膜を形成する基板処理方法。
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