JP2014208883A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

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Ryohei Maeno
亮平 前野
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Abstract

【課題】半導体装置の品質や製造スループットを向上させる。
【解決手段】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記処理室内を排気する工程と、前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、前記処理室内を排気する工程と、を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
近年の半導体装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＩＣ）、特にＤＲＡＭの高集積化、および高性能化に伴い、基板上面内、およびそのパターン面上に、均一膜厚を形成する技術が望まれている。その要求に応える手法の１つとして、複数の原料を用いて基板に膜を形成する方法が有る。この手法では、特にアスペクトレシオの高い、例えばＤＲＡＭキャパシタ電極等の形成において、ステップカバレッジの高いコンフォーマルな成膜を可能にする。例えば、特許文献１，２，３などに記載されている。
特開２０１２−２３１１２３ 特開２０１２−１０４７１９ 特開２０１２−６９９９８
昨今の高アスペクトレシオのパターン、立体構造パターンおよび高パターン密度を持つ基板上には、前述の手法を用いたとしても、基板面内のローディングエフェクトが顕著に発生してしまい、所望のコンフォーマルな成膜が困難になり、半導体装置の品質や製造スループットが低下してしまう場合がある。本発明は、複数の原料を用いて基板に膜を形成する際に、半導体装置の品質や製造スループットを向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成する技術が提供される。
本発明によれば、半導体装置の品質や製造スループットを向上させることが可能となる。
本発明の第１実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を部分垂直断面図である。 本発明の第１実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＸ−Ｘ線平面断面図である。 第１実施形態で好適に用いられるコントローラの概略構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンスを説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンスを説明するためのガス供給タイミングチャートである。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンスを説明するためのガス供給タイミングチャートの第１の別形態である。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンスを説明するためのガス供給タイミングチャートの第２の別形態である。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンスを説明するためのガス供給タイミングチャートの第３の別形態である。 本発明の第１実施形態にかかる成膜シーケンス中のガス供給タイミングの他の形態である。 ＮＨ３ガスの供給時間とウエハ上の副生成物濃度との関係を示す図である。 ＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを連続供給にて供給して成膜した場合におけるウエハ中心からの距離と膜厚との関係を示す図である。 ＴｉＣｌ４ガスを連続供給し、ＮＨ３ガスを分割供給にて供給して成膜した場合におけるウエハ中心からの距離と膜厚との関係を示す図である。 ウエハ上のホールパターンの例を示す図である。 図１３に示すホールパターンにおけるステップカバレッジを計算する際に参考とする図である。 図１２〜図１４から得られたステップカバレッジの結果を示す図である。 本発明の第２実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略の平面断面図である。 本発明の第２実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略の垂直断面図である。 本発明の第２実施形態で好適に用いられる処理容器の部分垂直断面図である。 本発明の第３実施形態で好適に用いられる処理容器の部分平面断面図である。 本発明の第３実施形態で好適に用いられる処理容器の部分垂直断面図である。 本発明の第４実施形態で好適に用いられる処理容器の部分垂直断面図である。
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
発明者等は、後述の処理ガスとしての原料ガスと、反応ガスとを交互に供給する際に、原料ガスを流すステップと反応ガスを流すステップのいずれか又は両方で、ガスを供給する際に副生成物が生成され、副生成物によって、反応が妨害され、アスペクトレシオの高い構造が形成された基板や、パターン密度の高い基板への処理均一性が低下する、つまりローディングエフェクトが起きてしまうという課題を見出した。また、このアスペクトレシオの高い構造が形成された基板や、立体構造パターンが形成された基板、パターン密度の高い基板を後述の処理室に複数枚収納して処理する際には、基板の表面上や基板毎への処理均一性が低下する課題を見出した。発明者等は、以下に記す基板処理装置や半導体装置の製造方法などにより、これらの課題を解決できることを見出した。
（第１実施形態）
以下に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
まず、基板処理装置１００について説明する。下記の説明では、基板処理装置１００の一例として、一度に複数枚の基板に対し成膜処理等を行うバッチ式の縦型装置である基板処理装置を使用した場合について述べる。この基板処理装置１００は、半導体装置の製造工程の一工程で使用される半導体装置の製造装置の一例として構成されているものである。
＜処理炉の構成＞
次に、図１および図２を参照して、前述した基板処理装置１００に適用される処理炉２０２について説明する。
処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱手段（加熱機構、加熱系）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、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下端には、例えばステンレス等によりマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して設けられている。マニホールド２０９の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板支持手段（基板支持具）としての基板支持部材であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを支持した状態で保持する保持体となっている。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。そして、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。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
処理室２０１内には、ノズル４１０、ノズル４２０が反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。ノズル４１０、ノズル４２０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０、３２０が、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル４１０、４２０と、２本のガス供給管３１０、３２０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２種類のガス（処理ガス）を供給することができる。
ガス供給管３１０には上流側から順に流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２およ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が連結されている。ノズル４１０は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、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に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４１０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４１０の側面にはガスを供給するガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４１０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、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。
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ＭＦＣ５１２およびバルブ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（流量制御部）であるＭＦＣ３２２および開閉弁であるバルブ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が連結されている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、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に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４２０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２０ａが設けられている。ガス供給孔４２０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４２０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、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ＭＦＣ５２２およびバルブ５２４が設けられている。
このように、本実施の形態におけるガス供給の方法は、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内に配置したノズル４１０、４２０を経由してガスを搬送し、ノズル４１０、４２０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ，４２０ａ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の表面と平行な方向、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、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、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。
上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０からは、例えば原料ガスとして金属含有ガス（金属化合物）であって遷移金属であるチタン元素（Ｔｉ）を含むＴｉ含有ガスである四塩化チタニウム（ＴｉＣｌ４）等が処理室２０１内に供給される。なお、なお、ＴｉＣｌ４のように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システム（図示せず）により気化して、ガスとして供給することとなる。ガス供給管３１０から上述のような原料ガスが供給される場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０により原料ガス供給系（原料ガス供給手段）が構成される。原料ガス供給系を原料供給系（原料供給手段）と称することもできる。ガス供給管３１０から金属含有ガスが供給される場合、原料ガス供給系を金属含有ガス供給系（金属含有ガス供給手段）と称することもできる。あるいは金属含有ガス供給系を金属原料供給系（金属原料供給手段）と称することもできる。ガス供給管３１０からチタン含有ガスが供給される場合、原料ガス供給系をチタン含有ガス供給系（チタン含有ガス供給手段）と称することもできる。
ガス供給管３２０からは、原料ガスと反応する反応ガスとして、例えば窒素元素（Ｎ）を含む窒素含有ガスであるアンモニア（ＮＨ3）等が処理室２０１内に供給される。ガス供給管３２０から反応ガスが供給される場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０により反応ガス供給系（反応ガス供給手段）が構成される。ガス供給管３２０から窒素含有ガスが供給される場合、反応ガス供給系を窒素含有ガス供給系（窒素含有ガス供給手段）と称することもできる。
キャリアガス供給管５１０、５２０からは、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２、５２２、バルブ５１４、５２４、ガス供給管５１０、５２０、ノズル４１０、４２０を介して処理室２０１内に供給される。主に、キャリアガス供給管５１０、５２０、ＭＦＣ５１２、５２２、バルブ５１４、５２４により不活性ガス供給系（不活性ガス供給手段）が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系（パージガス供給手段）、あるいはキャリアガス供給系（キャリアガス供給手段）と称することもできる。
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２に示すように、横断面視において、排気管２３１は、反応管２０３のノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、およびノズル４２０のガス供給孔４２０ａ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４１０ａ，４２０ａとは反対側に設けられている。また、図１に示すように縦断面視において、排気管２３１は、ガス供給孔４１０ａ、４２０ａが設けられ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４１０ａ、４２０ａ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かって流れた後、下方に向かって流れ、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かう流れとなるのは上述の通りである。
排気管２３１には、上流側から順に、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、圧力調整器（圧力調整部）として構成された排気バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。また、排気管２３１には、排気ガス中の反応副生成物や未反応の原料ガス等を捕捉するトラップ装置や排気ガス中に含まれる腐食性成分や有毒成分等を除害する除害装置が接続されている場合がある。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により、排気系（排気手段）、すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。さらには、トラップ装置や除害装置を排気系に含めて考えてもよい。
なお、ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。すなわち、排気系は、真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４３の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の「実際の圧力」を、所定の「設定圧力」に近づけることが出来るように構成されている。例えば、処理室２０１内に供給されるガスの流量に変化が無い場合や、処理室２０１内へのガス供給を停止している場合等において、処理室２０１内の実際の圧力を変更するには、処理室２０１内の設定圧力を変更し、ＡＰＣバルブ２４３の弁の開度を上述の設定圧力に応じた開度に変更する。その結果、排気ラインの排気能力が変更され、処理室２０１内の実際の圧力が、上述の設定圧力に次第に（曲線的に）近づいて行くこととなる。このように、処理室２０１内の「設定圧力」とは、処理室２０１内の圧力制御を行う際の「目標圧力」と同義と考えることができ、その値に、処理室２０１内の「実際の圧力」が追随することとなる。また、「処理室２０１内の設定圧力を変更すること」とは、実質的に、「排気ラインの排気能力を変更するためにＡＰＣバルブ２４３の開度を変更すること」と同義であり、「ＡＰＣバルブ２４３の開度を変更するための指令」と考えることが出来る。
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。温度センサ２６３は、ノズル４１０、４２０および４３０と同様に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。
（制御部）
図３に本実施形態に係る制御部と各構成の接続例を示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２８２が接続されている。
記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、ＭＦＣ３１２，３２２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４，５１４，５２４，６１４、圧力センサ２４５、圧力調整器（ＡＰＣバルブ）２４３、真空ポンプ２４６、ヒータユニット２０７、温度センサ２６９、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、ウェハ移載装置１２５ａ、カセット搬送装置１１８、クリーンユニット１３４ｂ、炉口シャッタ１４７、等に接続されている。なお、図３に示す括弧書きで記した構成は、後述の第２実施形態や第３実施形態の装置構造で用いられる構造であって、第１実施形態の装置では接続されなくても良い。
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出す。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２，５１２，５２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，５１４，５２４，６１４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作およびＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６９に基づくヒータユニット２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、等を制御する。
なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）２８３を用意し、外部記憶装置２８３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（基板処理工程）
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に導電膜であって、例えば金属含有膜である遷移金属窒化膜としてのチタニウム窒化（ＴｉＮ）膜を成膜するシーケンス例について図４、図５を参照して説明する。なお、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。
なお、本明細書において、「ウェハ」という言葉を用いた場合には、「ウェハそのもの」を意味する場合や、「ウェハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウェハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウェハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウェハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウェハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウェハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウェハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウェハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウェハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウェハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウェハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウェハ最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合が有る。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウェハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウェハ」を「基板に」置き換えて考えればよい。
以下に、基板処理工程について説明する。
（基板搬入搬出工程Ｓ１０１）
まず、複数枚のウェハ２００がボート２１７に装填（ウェハチャージ）されると（図４、ステップＳ１０１参照）、図１に示されているように、複数枚のウェハ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（ボートロード）される（図４、ステップＳ１０２参照）。この状態で、シールキャップ２１９はマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力調整工程Ｓ１０２）
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２３１ｃによって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきバルブ２４３が、フィードバック制御される（圧力調整）（図４、ステップＳ１０２参照）。
（温度調整工程Ｓ１０３）
また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータユニット２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６９が検出した温度情報に基づきヒータユニット２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）（図４、ステップＳ１０３参照）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウェハ２００が回転される。
なお、真空ポンプ２４６は、少なくともウェハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータユニット２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６９が検出した温度情報に基づきヒータユニット２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。なお、ヒータユニット２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくとも、ウェハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構２６７によりボート２１７およびウェハ２００の回転を開始する。なお、回転機構２６７によるボート２１７およびウェハ２００の回転は、少なくとも、ウェハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
（ＴｉＮ膜形成工程）
＜ステップＳ１０４＞
ステップＳ１０４（図４、図５参照、第１の工程、遷移金属原料供給工程、ＴｉＣｌ４供給工程）では、まずＴｉＣｌ４ガスを流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４を開き、気化ユニットとしてのバブラ（図示せず）からガス供給管３１０内にＴｉＣｌ４ガスを流す。ガス供給管３１０内を流れるＴｉＣｌ４ガスは、ＭＦＣ３１２からバブラにＮ２ガスを供給し、バブラでＴｉＣｌ４をバブリングすることにより発生する。ガス供給管３１０に供給されるＴｉＣｌ４ガスの流量は、ＭＦＣ３１２の流量と、バブラの温度のいずれか又は両方により調整される。また、バブラには、基板処理工程毎に、液体ＭＦＣ（図示せず）により流量調整されたＴｉＣｌ４液が供給される。流量調整されたＴｉＣｌ４ガスはガス供給管３１０からノズル４２０を通って処理室２０１内のウェハ２００に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、同時にバルブ５１４を開き、キャリアガス供給管５１０内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。キャリアガス供給管５１０内を流れるＮ２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＴｉＣｌ４ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、上述の課題を解決するために、少なくとも２サイクル目から、処理室２０１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を分割（断続）して供給する。すなわち、原料ガスの供給を複数のステップに分けて行う。ガス供給ｔ１のステップを複数回行い、ガス供給ｔ１の間で、ガス停止ｔ２を行う。言い換えると、原料ガスの供給の際に、一時的に原料ガス供給を停止（中断）するガス停止ｔ２を行う。さらに言い換えると、反応ガスの供給を間欠的に行う。なお、このガス停止ｔ２の間は、真空排気のみとしても良いし、パージのみとしても良いし、真空排気およびパージを併用しても良い。この様に、ガス供給ｔ１とガス停止ｔ２を行うことによって、ガス供給ｔ１で発生した副生成物をガス停止ｔ２で除去することができる。副生成物は、原料ガスと反応ガスとの反応（主反応）を物理的に妨害または、化学的に妨害し、主反応の発生確率を低下させる。主反応の妨害は、副生成物の分圧が増加することにより、原料ガスまたは反応ガスの分圧が低下することや、副生成物が基板表面の吸着サイトへ付着することによって発生する。主な副生成物としては塩化水素（ＨＣｌ）が挙げられる。化学的な妨害は、塩化水素とアンモニアの二次反応に、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が形成され、原料ガスや反応ガスの分圧が低下することによって発生する。
このとき、バルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。バルブ２４３は基本的に常時開いておくが、常時開くことによりガス濃度が下がってしまい、所定時間内にウエハ２００への所定の暴露量を達成しようとした場合、ＴｉＣｌ４ガスの供給回数を増やさなければいけなくなるため、トレードオフの関係にある。ＴｉＣｌ４ガスの供給流量は、例えば１０ｃｃｍ〜１０００ｃｃｍの範囲内の流量とする。ウェハ２００をＴｉＣｌ４ガスに曝す時間、すなわちガス供給ｔ１の時間（照射時間）は、例えば０．０１秒〜３００秒、好ましくは、０．０１秒から５秒間の範囲内の時間とし、ガスの停止ｔ２の時間は、ＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１内から排気するのに十分な時間があればよく、例えば、０．０１秒〜３００秒、好ましくは、０．０１秒〜３０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウェハ２００の温度が、例えば１００〜４００℃好ましくは２００〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＴｉＣｌ４ガスの供給により、ウェハ２００上にＴｉ含有層が形成される。
原料ガスの分割供給は、少なくとも２サイクル目から行う。図５に示すように、１サイクル目の原料ガスの供給前には、反応ガスを供給しておらず、副生成物の発生が無い場合が有る。このように副生成物の発生が起こらない場合には、１サイクル目を破線で記すように分割せずに供給しても良い。
また、ステップＳ１０４で、バルブ５２４を開いて、ガス供給管３２０からＮ２ガス等の不活性ガスを流しても良い。また、ガス停止ｔ２時に不活性ガスを流すようにしても良い。このようにすることで、ＴｉＣｌ４ガスがノズル４２０へ逆流することを防止する効果を得ることができる。
＜ステップＳ１０５＞
ステップＳ１０５（図４、図５参照、第２の工程、パージ工程）では、バルブ３１４を閉じ、処理室２０１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１内から排除する。
なお、このとき、バルブ５１４、５２４は開いたまま、もしくは新たに開き、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持又は開始する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる。パージは、Ｎ２ガスが、例えば５００ｃｃｍ〜５００００ｃｃｍの流量で、例えば、１秒〜９０秒供給されることによって行われる。
また、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Ｓ１０６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、処理容器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Ｓ１０６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。
＜ステップＳ１０６＞
ステップＳ１０６（図４、図５参照、第３の工程、反応ガス供給工程、ＮＨ３供給工程）では、まずＮＨ３ガスを流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内にＮＨ３ガスを流す。ガス供給管３２０内を流れるＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスはガス供給管３２０からノズル４２０を通って処理室２０１内のウェハ２００に供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、上述の課題を解決するために、ＮＨ３の供給を分割（断続）して供給する。すなわち、反応ガスの供給を複数のステップに分けて行う。ガス供給ｔ３のステップを複数回行い、ガス供給ｔ３の間でガス停止ｔ４を行う。言い換えると、反応ガスの供給の際に、一時的に反応ガスの供給を停止（中断）するガス停止ｔ４を行う。さらに言い換えると、反応ガスの供給を間欠的に行う。なお、このガス停止ｔ４の間は、真空排気のみとしても良いし、パージのみとしても良いし、真空排気およびパージを併用しても良い。この様に、ガス供給ｔ３とガス停止ｔ４を行うことによって、ガス供給ｔ３で発生した副生成物をガス停止ｔ４で除去することができる。
このとき、バルブ２４３を適正に調整等して処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。バルブ２４３は基本的に常時開いておくが、常時開くことによりガス濃度が下がってしまい、所定時間内にウエハ２００への所定の暴露量を達成しようとした場合、ＮＨ３ガスの供給回数を増やさなければいけなくなるため、トレードオフの関係にある。ＭＦＣ３２２で制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１０ｃｃｍ〜１５０００ｃｃｍ好ましくは５００ｃｃｍ〜１５０００ｃｃｍ、更に好ましくは１０００ｃｃｍ〜１３５００ｃｍの範囲内の流量とする。ウェハ２００をＮＨ３ガスに曝す時間、すなわちガス供給ｔ３の時間（照射時間）は例えば、０．０１秒〜６００秒、好ましくは０．０１秒〜５秒間の範囲内の時間とし、ガス停止ｔ４の時間は、ＮＨ３ガスを処理室２０１内から排気するのに十分な時間があればよく、０．０１秒〜６００秒、好ましくは０．０１秒〜３０秒間の範囲内の時間とする。なお、反応ガスの供給時には、基板の表面にチタニウム（Ｔｉ）と塩素（Ｃｌ）を含有する層が存在し、ステップＳ１０４と比べて、副生成物が多く生成されることが考えられる。副生成物としては、塩化水素（ＨＣｌ）、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が挙げられる。副生成物の発生量が多いときは、ガス供給ｔ３の時間をガス供給ｔ１の時間よりも短くすることが好ましい。また、ガス供給ｔ４の時間をガス供給ｔ２の時間よりも長くしても良い。また、ガス供給ｔ３の時間を短くした場合は、ステップＳ１０６の時間を延ばしても良い。このときヒータ２０７の温度は、ウェハ２００の温度が、例えば１００〜４００℃好ましくは２００〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＮＨ３ガスの供給により、ウェハ２００上に窒素含有層が形成される。
また、ステップＳ１０６で、バルブ５１４を開いて、ガス供給管３２０からＮ２ガス等の不活性ガスを流しても良い。また、ガス停止ｔ４で不活性ガスを供給するようにしても良い。このように不活性ガスを供給することにより、ノズル４１０へＮＨ３ガスが逆流することを防止する効果が得られる。
＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０７（図４、図５参照、第４の工程、パージ工程）では、バルブ３２４を閉じ、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、バルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒素含有層形成に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室２０１内から排除する。
なお、このとき、バルブ５１４、５２４は開いたまま、もしくは新たに開き、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持又は開始する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒素含有層形成に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる。パージは、Ｎ２ガスが、例えば５００ｃｃｍ〜５００００ｃｃｍの範囲の流量で、例えば、１秒〜９０秒供給されることによって行われる。
また、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良い。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において悪影響が生じることはない。このとき処理容器２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、後のステップ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ガスの消費量も必要最小限に抑えることが可能となる。
＜ステップＳ１０８＞
上述したステップＳ１０４〜Ｓ１０７を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ１０８）ことにより、ウェハ２００上に所定膜厚のチタニウムおよび窒素を含む導電膜、すなわち、ＴｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウェハ２００上に所定膜厚のＴｉＮ膜が形成される。なお、上述では、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７の順で行ったが、ステップＳ１０４とステップＳ１０６の順を逆にしても良いし、ステップＳ１０５又はステップＳ１０６から始まるようにしてもよい。
また、図５に示すように、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７において、バルブ２４３の開度は一定に保つようにしてもよいが、ステップＳ１０４でガス停止ｔ２時にバルブ開度を大きくして排気量を増加させても良い。また、ステップＳ１０６のガス停止ｔ４でバルブ開度を大きくして排気量を増加させても良い。また、パージ工程（ステップＳ１０５やステップＳ１０７）でバルブ開度を大きくしてもよい。これにより、副生成物の除去効率を向上させることができる。
ＴｉＮ膜を形成後、ガス供給管３１０、３２０のバルブ５１２、５２２を開いて、処理室２０１内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスが処理室２０１内から除去される。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内を所定の圧力に調圧される。
（基板搬出工程）
＜ステップＳ１０９＞
処理室２０１内が所定の圧力に調圧された後、バルブ５３４を閉じ、ボート２１７がボートエレベータ１１５によって、処理室２０１から搬出（ボートアンロード）される。その後、ウェハ２０１はボート２１７からディスチャージされる。
以上の様な工程により、基板上に導電膜が形成される。
なお、上述の実施形態では、原料ガスと反応ガスの両方で分割する形態を説明したが、これに限るものではない。例えば、図６と図７に示すように、原料ガスの供給と反応ガスの供給のいずれかで分割供給するようにしても良い。また、分割供給せずに、連続で供給する際には、図８に示すように連続供給ステップの時間を分割供給ステップの時間よりも短くしてもよい。
また、上述では、原料ガスの供給を停止したがこれに限るものでは無い。例えば、副生成物の発生量が少ない場合は、図９に示すように、原料ガスのガス停止ｔ２で、原料ガスの供給を完全に停止せずに、原料ガスの流量を減らすように構成しても良い。また、ステップＳ１０４中に、ガス停止ｔ２を複数回行う場合には、最初のガス停止ｔ２で原料ガスの流量を減らし、後のガス停止ｔ２´で原料ガスの流量を最初のガス停止ｔ２よりも多くしても良い。また、最初のガス停止時間を長くして、後のガス停止ｔ２´時間を短くするようにしても良い。このように構成することにより、半導体装置の製造スループットを向上させることができる。
また、上述では、反応ガスの供給を停止したが、これに限るものでは無い。例えば、副生成物の発生量が少ない場合は、図９に示すように、反応ガスのガス停止ｔ４で、反応ガスの供給を完全に停止せずに、反応ガスの流量を減らすように構成しても良い。また、ステップＳ１０６中に、ガス停止ｔ４を複数回行う場合には、最初のガス停止ｔ４で反応ガスの流量を減らし、後のガス停止ｔ４´で反応ガスの流量を最初のガス停止ｔ４よりも多くしても良い。また、最初のガス停止ｔ４の時間を長くして、後のガス停止ｔ４´を短くするようにしても良い。このように構成することにより、半導体装置の製造スループットを向上させることができる。
図１０に、反応ガスとしてのＮＨ３ガスの供給時間とウエハ上の副生成物濃度との関係を示す。ＮＨ３ガスの供給時間が（Ａ）の時は、ガス流れの上流側（Ｕｐ−ｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｇａｓ ｆｌｏｗ）とガス流れの下流側（Ｄｏｗｎ−ｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｇａｓ ｆｌｏｗ）とで副生成物濃度は変わらないが、ＮＨ３ガスの供給時間が（Ｂ）の時は、上流側より下流側の方が顕著に副生成物濃度が高くなることがわかる。ＴｉＣｌ４ガスのような原料ガスの場合であっても同様の傾向がみられると考えられる。したがって、（Ａ）のようなウエハ間でほぼ等しい副生成物濃度分布となるガスの供給時間をガス供給ｔ１、ｔ３とすることが望ましい。すなわち、好ましくは、原料ガスおよび／または反応ガスの種類に応じて、適宜ウエハ間でほぼ等しい副生成物濃度分布となるようガスの供給時間を制御して分割供給を行う。
また、図１１にＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを連続供給にて供給して成膜した場合におけるウエハ中心からの距離と膜厚との関係を示す。それぞれ、ウエハ上にパターンが形成されていないフラットウエハ（３００ｍｍ ｂｒａｎｋｅｔ ｗａｆｅｒ）と、ウエハ上にパターンが形成されたパターンウエハ（３００ｍｍ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｗａｆｅｒ）の関係を比較している。図１１から、ウエハ外縁部からウエハ中心部へ近づくにしたがって、フラットウエハでは膜厚にほぼ差がないのに対して、パターンウエハでは徐々に膜厚が薄くなっていくことがわかる。これはパターンウエハでは、副生成物によって成膜が阻害され、ウエハ中心部では置換効率が低くなってしまうからであると考えられる。
一方、図１２にＴｉＣｌ４ガスを連続供給し、ＮＨ３ガスを分割供給にて供給して成膜した場合におけるウエハ中心からの距離と膜厚との関係を示す。図１２では、フラットウエハの場合とほぼ同じように、パターンウエハのウエハ外縁部からウエハ中心部における膜厚均一性が改善したことがわかる。この傾向はＴｉＣｌ４ガスのような原料ガスの場合においても同様にみられると考えられる。なお、ＮＨ３ガスのような反応ガスの供給時には、基板の表面にチタニウム（Ｔｉ）と塩素（Ｃｌ）等の原料ガスに含まれる元素を含有する層が存在するため副生成物が多く生成されることが考えられることから、原料ガスの場合より、反応ガスの場合の方がより本発明は効果的であり、反応ガスのみ分割供給を行い、原料ガスは連続供給を行ったとしても本発明の効果を得ることが可能であると考えられる。
また、図１３、図１４、図１５に、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを共に連続供給した場合（Ｎｏｒｍａｌ Ｆｌｏｗ、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｆｌｏｗ）と、ＴｉＣｌ４ガスを連続供給し、ＮＨ３ガスを分割供給にて供給して成膜した場合（Ｄｉｖｉｄｅｄ Ｆｌｏｗ）のホールパターンにおけるステップカバレッジを比較した図を示す。それぞれＴｏｐ（ａ）とＢｏｔｔｏｍ（ｂ）に製膜された膜厚を測定し、ｂ／ａ×１００（％）としてステップカバレッジを計算した。その結果、Ｎｏｒｍａｌ Ｆｌｏｗではステップカバレッジが８４．５％だったが、Ｄｅｉｖｉｄｅｄ Ｆｌｏｗではステップカバレッジが１００％と改善されることがわかった。また、ＴｉＣｌ４ガスもＮＨ３ガスと同様に分割供給した場合には、ＮＨ３ガスのみを分割供給した場合と比較してより高い効果が得られると考えられる。
（第２実施形態）
以下に第２の実施形態について、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。図１６は本実施形態に係る基板処理装置の構成を説明する図である。上述の第１実施形態では、処理容器２０３内でウェハ２００を上下方向に載置した状態で基板処理を施す例を示したがこれに限らず、図１６に示すように搬送容器９７２に複数の処理容器９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，９０１ｄを接続し、処理容器１つにウェハ２００を一枚搬入した状態で処理を行ってもよい。この形態について以下に詳細に説明する。
（搬送室）
図１６、図１７に示すように、搬送容器９７２は、平面視が多角形状に形成され、後述の予備室９２２、９２３、および第１プロセスモジュール（ＰＭ）９０１ａ、第２ＰＭ９０１ｂ、第３ＰＭ９０１ｃ、第４ＰＭ９０１ｄがゲートバルブ９５１、９５１ｂ、９５１ｃ、９５１ｄを介してそれぞれ連結されている。搬送室９７１の中央部には、負圧下でウェハ２００を移載（搬送）する搬送ロボット９７３がフランジ９１５を基部として設置されている。搬送ロボット９７３には、ロボット回転部９１６が接続され、回転可能に構成されている。
（予備室）
搬送容器９７２のＰＭが接続されない壁側には、搬入用の予備室（ロードロックモジュール）９２２と、搬出用の予備室（ロードロックモジュール）９２３とがそれぞれゲートバルブ９５１ｆ、９５１ｅを介して連結されており、それぞれ負圧に耐えられる構造に構成されている。
さらに、予備室９２２内には、搬入用の基板載置台９５０が設置され、予備室９２３内には、搬出用の基板載置台９５１が設置され、搬入出されるウェハ２００を予備室内で保持できるように構成されている。
（大気搬送室・ＩＯステージ）
予備室９２２および予備室９２３の前側には、大気搬送室（フロントエンドモジュール）９２１がゲートバルブ９２８、９２９を介して連結されている。大気搬送室９２１は、大気圧下で用いられる。
大気搬送室９２１内には、ウェハ２００を移載する大気搬送ロボット９２４が設置されている。図１７に示すように、大気搬送ロボット９２４は大気搬送室９２１に設置されたエレベータ９２６によって昇降可能に構成されるとともに、リニアアクチュエータ９３２によって、Ｘ１Ｘ２方向に往復移動可能に構成されている。
図１７に示すように、大気搬送室９２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット９１８が設けられている。また、図１６に示すように、大気搬送室９２１のＸ２方向には、ウェハ２００に形成されているノッチまたはオリエンテーションフラットの方向を合わせる装置（以下、プリアライナという）９０６が設置されている。
図１６、図１７に示されているように、大気搬送室９２１の筐体９２５のＹ１方向側には、ウェハ２００を大気搬送室９２１に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口９３４と、ポッドオープナ９０８が設けられている。基板搬入搬出口９３４を挟んでポッドオープナ９０８と反対側、即ち筐体９２５の外側にはＩＯステージ（ロードポート）９０５が設けられる。
ポッドオープナ９０８は、ポッド９００のキャップ９００ａを開閉するとともに、基板搬入搬出口９３４を閉塞可能なクロージャ９４２とクロージャ９４２を駆動する駆動機構９０９を備えている。ポッドオープナ９０８は、ＩＯステージ９０５に載置されたポッド９００のキャップ９００ａを開閉し、基板の出し入れ口を開放・閉鎖することにより、ポッド９００に対するウェハ２００の出し入れを可能とする。
（プロセスモジュール（ＰＭ））
プロセスモジュールは、図１８に示すような構造となっている。
プロセスモジュールは処理容器１１０２を備えている。処理容器１１０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器１１０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または石英（ＳｉＯ２）により構成されている。処理容器１１０２内には、基板としてのシリコンウェハ等のウェハ２００を処理する処理室１１０１が形成されている。
＜支持台＞
処理室１１０１内には、ウェハ２００を支持する支持台１１０３が設けられている。支持台１１０３は、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかで構成される。ウェハ２００が直接触れる支持台１１０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかで構成された支持板としてのサセプタ１１１７が設けられても良い。なお、支持台１１０３には、ウェハ２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ１１０６が内蔵されていても良い。また、支持台１１０３の下端部は、処理容器１１０２の底部を貫通している。
＜昇降機構＞
処理室１１０１の外部には、支持台１１０３を昇降させる昇降機構１１０７ｂが設けられている。この昇降機構１１０７ｂを作動させて支持台１１０３を昇降させることにより、サセプタ１１１７上に支持されるウェハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台１１０３は、ウェハ２００の搬送時には後述のウェハ搬送口１１５０の高さまで下降し、ウェハ２００の処理時にはウェハ処理位置まで上昇する。なお、支持台１１０３下端部の周囲は、ベローズ１１０３ａにより覆われており、処理室１１０１内は気密に保持されている。
＜リフトピン＞
また、処理室１１０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン１１０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台１１０３（サセプタ１１１７も含む）には、かかるリフトピン１１０８ｂを貫通させる貫通孔１１０８ａが、リフトピン１１０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台１１０３をウェハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン１１０８ｂの上端部がサセプタ１１１７の上面から突出して、リフトピン１１０８ｂがウェハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台１１０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン１１０８ｂはサセプタ１１１７の上面から埋没して、サセプタ１１１７がウェハ１１００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン１１０８ｂは、ウェハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
＜ウェハ搬送口＞
処理室１１０１（処理容器１１０２）の内壁側面には、処理室１１０１の内外にウェハ２００を搬送するウェハ搬送口９５０が設けられている。ウェハ搬送口９５０にはゲートバルブ９５１が設けられており、ゲートバルブ９５１を開くことにより、処理室１１０１内と搬送室（予備室）９７１内とが連通するようになっている。
＜排気系＞
処理室１１０１（処理容器１１０２）の内壁側面であって、ウェハ搬送口９５０の反対側には、処理室１１０１内の雰囲気を排気する排気口１１６０が設けられている。排気口１１６０には排気チャンバ１１６０ａを介して排気管１１６１が接続されており、排気管１１６１には、処理室１１０１内を所定の圧力に制御する圧力制御装置としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器１１６２、原料回収トラップ１１６３、および真空ポンプ１１６４が順に直列に接続されている。主に、排気口１１６０、排気管１１６１、圧力調整器１１６２によって、排気系（排気ライン）が構成される。なお、原料回収トラップ１１６３、真空ポンプ１１６４は、基板処理装置が設置される半導体製造工場側に設けられるが、基板処理装置に設けても良い。
＜ガス導入口＞
処理室１１０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド１１４０の上面（天井壁）には、処理室１１０１内に各種ガスを供給するガス導入口１１１０が設けられている。なお、ガス導入口１１１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。
＜シャワーヘッド＞
ガス導入口１１１０と処理室１１０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド１１４０が設けられている。シャワーヘッド１１４０は、ガス導入口１１１０から導入されるガスを分散させる分散板１１４０ａと、分散板１１４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台１１０３上のウェハ２００の表面に供給するシャワー板１１４０ｂと、を備えている。分散板１１４０ａおよびシャワー板１１４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板１１４０ａは、シャワーヘッド１１４０の上面およびシャワー板１１４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板１１４０ｂは、支持台１１０３上のウェハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド１１４０の上面と分散板１１４０ａとの間、および分散板１１４０ａとシャワー板１１４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口１１１０から供給されるガスを分散させる第１バッファ空間（分散室）１１４０ｃ、および分散板１１４０ａを通過したガスを拡散させる第２バッファ空間１１４０ｄとしてそれぞれ機能する。
＜排気ダクト＞
処理室１１０１（処理容器１１０２）の内壁側面には、段差部１１０１ａが設けられている。そして、この段差部１１０１ａは、コンダクタンスプレート１１０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート１１０４は、内周部にウェハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート１１０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口１１０４ａが設けられている。排出口１１０４ａは、コンダクタンスプレート１１０４の外周部がコンダクタンスプレート１１０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
一方、支持台１１０３の外周部には、ロワープレート１１０５が係止している。ロワープレート１１０５は、リング状の凹部１１０５ｂと、凹部１１０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部１１０５ａとを備えている。凹部１１０５ｂは、支持台１１０３の外周部と、処理室１１０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部１１０５ｂの底部のうち排気口１１６０付近の一部には、凹部１１０５ｂ内から排気口１１６０側へガスを排出（流通）させるプレート排気口１１０５ｃが設けられている。フランジ部１１０５ａは、支持台１１０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部１１０５ａが支持台１１０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート１１０５が、支持台１１０３の昇降に伴い、支持台１１０３と共に昇降されるようになっている。
支持台１１０３がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート１１０５もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート１１０４が、ロワープレート１１０５の凹部１１０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部１１０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト１１５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト１１５９（コンダクタンスプレート１１０４およびロワープレート１１０５）および支持台１１０３によって、処理室１１０１内が、排気ダクト１１５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト１１５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート１１０４およびロワープレート１１０５は、排気ダクト１１５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
ここで、ウェハ処理時における処理室１１０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口１１１０からシャワーヘッド１１４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）１１４０ｃを経て分散板１１４０ａの多数の孔から第２バッファ空間１１４０ｄへと入り、さらにシャワー板１１４０ｂの多数の孔を通過して処理室１１０１内に供給され、ウェハ２００上に均一に供給される。そして、ウェハ２００上に供給されたガスは、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２００外周部に位置する排気ダクト１１５９上、すなわち、コンダクタンスプレート１１０４上を、ウェハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート１１０４に設けられた排出口１１０４ａから、排気ダクト１１５９内のガス流路領域内（凹部１１０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト１１５９内を流れ、プレート排気口１１０５ｃを経由して排気口１１６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台１１０３の裏面や処理室１１０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
なお、第１ＰＭ、第２ＰＭ、第３ＰＭ、第４ＰＭには、上述のガス供給部が接続され、ウェハ２００に上述の基板処理工程を施すことができるように構成されている。
なお、ここでは、処理室を４つ設けた例について記したが、これに限らず、多角形状の搬送容器の角数を増やし、処理室を５つ以上設けても良いし、多角形状の搬送容器の一辺に複数の処理室を設けても良い。
（第３実施形態）
以下に第３の実施形態について図１９、図２０を用いて説明する。本実施形態は、図１９に示すように、複数のセクションに区切られた処理室に複数のウェハ２００を略同じ平面上に収容し処理する形態である。本実施形態に係る処理炉としてのプロセスチャンバ１２０２の構成について、主に図１９、図２０を用いて説明する。図１９は、本実施形態に係る反応容器の概略斜視図である。図１９は、本実施形態に係る処理炉の横断面概略図である。図２０は、本実施形態に係る処理炉の縦断面概略図であり、図１９に示す処理炉のＡ−Ａ’線断面図である。
（反応容器）
図１９、図２０に示すように、処理炉としてのプロセスチャンバ１２０２は、円筒状の気密容器である反応容器１２０３を備えている。反応容器１２０３内には、基板１００の処理空間１２０７が形成されている。反応容器１２０３内の処理空間１２０７の上側には、中心部から放射状に延びる４枚の仕切板１２０５が設けられている。４枚の仕切板１２０５は、処理空間１２０７を、第一の処理領域１２０１ａ、第一のパージ領域１２０４ａ、第二の処理領域１２０１ｂ、第二のパージ領域１２０４ｂに仕切るように構成されている。なお、第一の処理領域１２０１ａ、第一のパージ領域１２０４ａ、第二の処理領域１２０１ｂ、第二のパージ領域１２０４ｂは、後述するサセプタ（基板載置台）１２１７の回転方向に沿って、この順番に配列するように構成されている。
サセプタ１２１７を回転させることで、サセプタ１２１７上に載置された基板１２００は、第一の処理領域１２０１ａ、第一のパージ領域１２０４ａ、第二の処理領域１２０１ｂ、第二のパージ領域１２０４ｂの順に移動することとなる。また、第一の処理領域１２０１ａ内には第１処理ガス（原料ガス）が供給され、第二の処理領域１２０１ｂ内には第２処理ガス（反応ガス）が供給され、第一のパージ領域１２０４ａ内および第二のパージ領域１２０４ｂ内には、不活性ガスが供給されるように構成されている。そのため、サセプタ１２１７を回転させることで、基板１００上には、第１処理ガス（原料ガス）、不活性ガス、第２処理ガス（反応ガス）、不活性ガスが、この順に供給されることとなる。
仕切板１２０５の端部と反応容器１２０３の側壁との間には、所定の幅の隙間が設けられており、この隙間をガスが通過できるように構成されている。この隙間を介し、第一のパージ領域１２０４ａ内および第二のパージ領域１２０４ｂ内から第一の処理領域１２０１ａ内および第二の処理領域１２０１ｂ内に向けて不活性ガスを噴出させるようにすることで、第一のパージ領域１２０４ａ内および第二のパージ領域１２０４ｂ内への処理ガスの侵入を抑制することができ、処理ガスの反応を防止することができるように構成されている。
なお、本実施形態では、各仕切板１２０５の間の角度をそれぞれ９０度としたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、基板１００への各種ガスの供給時間等を考慮して、例えば第二の処理領域１２０１ｂを形成する２枚の仕切板１２０５の間の角度を大きくしたりする等、適宜変更してもよい。
また、各処理領域を仕切板１２０５で仕切ったが、それに限るものではなく、処理領域１２０１ａと１２０１ｂそれぞれに供給されるガスを混合させないようにできる構成であればよい。
（サセプタ）
図１９および図２０に示すように、仕切板１２０５の下側、すなわち反応容器１２０３内の底側中央には、反応容器１２０３の中心に回転軸の中心を有し、回転自在に構成された基板支持部としてのサセプタ１２１７が設けられている。サセプタ１２１７は、基板１２００の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ１２１７は、反応容器１２０３とは電気的に絶縁されている。
サセプタ１２１７は、反応容器１２０３内にて、複数枚（本実施形態では例えば５枚）の基板１００を同一面上に、かつ同一円周上に並べて支持するように構成されている。ここで、同一面上とは、完全な同一面に限られるものではなく、サセプタ１２１７を上面から見たときに、図１９および図２０に示すように、複数枚の基板１００が互いに重ならないように並べられていればよい。
なお、サセプタ１２１７表面における基板１００の支持位置には、基板載置部１２１７ｂが、処理する基板１００の枚数に対応して同心円状に設けられている。それぞれの基板載置部１２１７ｂは、例えば上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状としてもよい。この場合、基板載置部の直径は基板１００の直径よりもわずかに大きくなるように構成することが好ましい。この基板載置部内に基板１００を載置することにより、基板１００の位置決めを容易に行うことができ、また、サセプタ１２１７の回転に伴う遠心力により基板１００がサセプタ１２１７から飛び出してしまう場合等で発生する位置ズレを防止できるようになる。
図２０に示すように、サセプタ１２１７には、サセプタ１２１７を昇降させる昇降機構１２６８が設けられている。サセプタ１２１７には、貫通孔１２１７ａが複数設けられている。上述の反応容器１２０３の底面には、反応容器１２０３内への基板１００の搬入・搬出時に、基板１００を突き上げて、基板１００の裏面を支持する基板突き上げピン１２６６が複数設けられている。貫通孔１２１７ａおよび基板突き上げピン１２６６は、基板突き上げピン１２６６が上昇させられた時、又は昇降機構１２６８によりサセプタ１２１７が下降させられた時に、基板突き上げピン１２６６がサセプタ１２１７とは非接触な状態で貫通孔１２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。
昇降機構１２６８には、サセプタ１２１７を回転させる回転機構１２６７が設けられている。回転機構１２６７の図示しない回転軸は、サセプタ１２１７に接続されており、回転機構１２６７を作動させることでサセプタ１２１７を回転させることができるように構成されている。回転機構１２６７には、制御部３００が、カップリング部１２６７ａを介して接続されている。カップリング部１２６７ａは、回転側と固定側との間を金属ブラシ等により電気的に接続するスリップリング機構として構成されている。これにより、サセプタ１２１７の回転が妨げられないようになっている。制御部３００は、サセプタ１２１７を所定の速度で所定時間回転させるように、回転機構１２６７への通電具合を制御するように構成されている。上述したように、サセプタ１２１７を回転させることにより、サセプタ１２１７上に載置された基板１００は、第一の処理領域１２０１ａ、第一のパージ領域１２０４ａ、第二の処理領域１２０１ｂおよび第二のパージ領域１２０４ｂをこの順番に移動することとなる。
（加熱部）
サセプタ１２１７の内部には、加熱部としてのヒータ１２１８が一体的に埋め込まれており、基板１００を加熱できるように構成されている。ヒータ１２１８に電力が供給されると、基板１００表面が所定温度（例えば室温〜１０００℃程度）にまで加熱されるようになっている。なお、ヒータ１２１８は、サセプタ１２１７に載置されたそれぞれの基板１００を個別に加熱するように、同一面上に複数（例えば５つ）設けてもよい。
サセプタ１２１７には温度センサ１２７４が設けられている。ヒータ１２１８および温度センサ１２７４には、電力供給線１２２２を介して、温度調整器１２２３、電力調整器１２２４およびヒータ電源１２２５が電気的に接続されている。温度センサ１２７４により検出された温度情報に基づいて、ヒータ１２１８への通電具合が制御されるように構成されている。
（ガス供給部）
反応容器１２０３の上側には、第一の処理ガス導入部１２５１と、第二の処理ガス導入部１２５２と、不活性ガス導入部１２５３、クリーニングガス導入部１２５８と、を備えるガス供給部１２５０が設けられている。ガス供給部１２５０は、反応容器１２０３の上側に開設された開口に気密に設けられている。第一の処理ガス導入部１２５１の側壁には、第一のガス噴出口１２５４が設けられている。第二の処理ガス導入部１２５２の側壁には、第二のガス噴出口１２５５が設けられている。不活性ガス導入部１２５３の側壁には、第一の不活性ガス噴出口１２５６および第二の不活性ガス噴出口１２５７がそれぞれ対向するように設けられている。ガス供給部１２５０の底には、クリーニングガス導入部１２５８の端部であるクリーニングガス供給孔１２５９が設けられている。即ち、クリーニングガス供給孔１２５９は、第一のガス噴出口１２５４、第二のガス噴出口１２５５、不活性ガス噴出口１２５６、１２５７より低い位置に設けられている。
ガス供給部１２５０は、第一の処理ガス導入部１２５１から第一の処理領域１２０１ａ内に第一の処理ガスを供給し、第二の処理ガス導入部１２５２から第二の処理領域１２０１ｂ内に第二の処理ガスを供給し、不活性ガス導入部１２５３から第一のパージ領域１２０４ａ内および第二のパージ領域１２０４ｂ内に不活性ガスを供給するように構成されている。ガス供給部１２５０は、各処理ガスおよび不活性ガスを混合させずに個別に各領域に供給することができ、また、各処理ガスおよび不活性ガスを併行して各領域に供給することができるように構成されている。
ここで、第１処理ガスは、第１実施例で記した遷移金属含有ガスとしてのＴｉＣｌ４が用いられ、第２処理ガスは、第１実施例で記した反応ガスとしてのＮＨ３ガスが用いられる。サセプタ１２１７を回転させることにより、基板が、ステップＳ１０４（ＴｉＣｌ４ガスの供給）、ステップＳ１０５（不活性ガスの供給）、ステップＳ１０６（ＮＨ３ガスの供給）、ステップＳ１０７（不活性ガスの供給）の順で曝されることになり、第１実施例におけるＴｉＮ膜形成工程を施すことができる。このサセプタの回転を所定回数を行うことにより所定の膜厚の遷移金属窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成することができる。なお、サセプタ１２１７を回転させるタイミングは、それぞれのセクションで、第１実施形態のステップＳ１０４，Ｓ１０５，ステップＳ１０６，ステップＳ１０７が終えた後に回転されるように制御される。このように構成することにより、処理室２０１内の雰囲気の切替が不要となり、処理スループットを向上させることができる。
また、第１処理ガスと第２処理ガスを原料ガスにして、所定回数回転させてステップＳ１０４を行い、第１処理ガスと第２処理ガスをパージガスに切替て所定回数回転させてステップＳ１０５を行い、第１処理ガスと第２処理ガスを反応ガスに切替て所定回数回転させてステップＳ１０６を行い、第１処理ガスと第２処理ガスをパージガスに切替えて所定回数回転させてステップＳ１０７を行うように制御しても良い。このように処理することにより、第１実施形態と同様の処理を行うことができる。
（第４実施形態）
以下に第４実施形態について図２１を用いて第１実施形態と異なる箇所のみ説明する。本実施形態は、図２１に示すように、反応容器２０３をアウターチューブとして、反応容器２０３の内側に、インナーチューブ２０４が設けられている。各ノズルは、インナーチューブ２０４内にガスを供給するように構成されている。ガスは、ウェハ２００に供給された後、各ノズルと対向した位置に設けられた排気口２０４ａを介して排気管２３１から排気される。このような構成の処理装置で処理することにより、図２１の矢印で記す様にガスが基板に対して並行に流れることを維持することができ、ローディングエフェクトを低減し、ウェハ２００面内への処理均一性を向上させることができる。また、ウェハ２００が複数枚、上下方向に多段に載置されたとしても、各ウェハ２００に均一にガスを供給することができ、ウェハ２００毎のローディングエフェクトを低減することができる。
（第５実施形態）
以下に第５実施形態について第１実施形態〜第４実施形態と異なる箇所のみ説明する。本実施形態では、原料ガスおよび／または反応ガスを供給するガス供給管に所定量のガスを貯留可能なガス溜め部（ガスタンク）を設ける点で、第１実施形態〜第４実施形態とは異なる。ガス溜め部を設けるガス供給管は、第１実施形態〜第４実施形態のいずれのものでも適用可能である。ガス溜め部を設けるガス供給管は、原料ガスもしくは反応ガスを供給するガス供給管のどちらか一方飲みであっても良いし、原料ガスもしくは反応ガスを供給するガス供給管の両方であっても良い。ガス溜め部に所定量の原料ガスおよび／または反応ガスを溜めておき、処理室２０１内へ原料ガスおよび／または反応ガスを供給する際に、ガス溜め部から供給（フラッシュ供給）することにより、瞬時により多くの原料ガスおよび／または反応ガスをウエハ２００へ供給することができる。これにより、各ガスを分割して供給する時間を短縮することが可能となる。なお、ＴｉＣｌ４ガスを貯留するガス溜め部は１５０℃程度に加熱しておく。また、１種のガスに対して、ガス供給管を複数設け、各ガス供給管ごとに独立したガス溜め部を設けることにより、ガス溜め部を並列に設けることにより、各ガスを分割して供給する時間を短縮する効果がより高められる。
（第６実施形態）
以下に第６実施形態について第５実施形態と異なる箇所のみ説明する。第５実施形態では、原料ガスおよび／または反応ガスを供給するガス供給管に所定量のガスを貯留可能なガス溜め部を設けたが、本実施形態では、ガス溜め部を設ける代わりに、ガス供給管に設けられているＭＦＣにより各ガスをフラッシュ供給するように調整する。これにより、各ガスを分割して供給する時間を短縮する効果が得られる。
（他の実施形態）
以下に他の実施形態について説明する。
上述の実施形態では、原料ガスとして、ＴｉＣｌ４を用いる例を示したが、これに限るものでは無い。例えば、テトラキスエチルメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＴ）、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＴ）、テトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：ＴＤＥＡＴ）などを用いることができる。また反応ガスとしてＮＨ３を用いる例を示したがこれに限るものではない。例えば、ジアジン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化性ガス（窒素含有ガス）を用いることができる。
また、ここに記載したガスに限らず、原料ガスとしてハロゲン元素（フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ））のいずれかを含むガスを用い、反応ガスとして、水素と酸素のいずれかもしくは両方を含むガスを供給するようにしてもよい。また、反応ガスとして、水素と炭素のいずれかもしくは両方を含むガスを供給するようにしてもよい。このような原料ガスと反応ガスを用いることによって、上述の主反応を妨害させる副生成物が生成される。
また、上述の実施形態では、導電膜であるＴｉＮ膜を形成する工程を記したが、実施例はこれに限るものでは無い。例えば、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＡｌＣ、ＴａＡｌＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＷＡｌＣ、ＷＳｉＮ、ＷＢＣ、ＷＳｉＢＮ、ＷＢＣＮ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ、ＳｉＣの何れか、又は２つ以上を形成するようにしても良い。
また、上記の実施形態では、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いたが、これに限らず、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスでも良い。また、水素（Ｈ２）ガスが膜反応しない場合には、水素ガスを用いても良い。
また、本発明は、導電膜の成膜に限らず、絶縁膜の成膜であってもよい、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）などが有る。
また、本発明では、気化ユニットとして、ＴｉＣｌ４をバブリングしてＴｉＣｌ４ガスを発生させる方式について説明したが、これに限らず、噴霧した液体原料を加熱体に供給して液体原料を蒸発させる気化器でも良いし、減圧雰囲気に噴霧することによって気化させる方式の気化器でも良い。
また、本発明では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスの両方について分割供給を行う例について説明したが、ＮＨ３ガスの方がより本発明の課題であるローディングエフェクトに対する寄与が大きいため、分割供給はＮＨ３ガスの供給時のみ行うこととしても良い。
また、本発明は、例えば、半導体装置の製造工場に存在する既存の基板処理装置のガス供給系を改造し、プロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態として成膜技術について説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。例えば、酸化膜や窒化膜、金属膜等の種々の膜を形成する成膜処理や、拡散処理、酸化処理、窒化処理等の他の基板処理を行う場合にも適用できる。また、本発明は、薄膜形成装置、エッチング装置、酸化処理装置、窒化処理装置等の他の基板処理装置にも適用できる。また、本発明は、これらの装置が混在していてもよい。
（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、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２）
好ましくは、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度が所定濃度となる時間内でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する。
（付記３）
好ましくは、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する際、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスの供給と前記処理室内の排気を交互に所定回数繰り返す。
（付記４）
好ましくは、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する際、少なくとも副生成物の除去に有する時間で前記処理室内の排気を行う。
（付記５）
好ましくは、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する際、前記処理室内の排気は、真空排気と不活性ガスの供給によるガスパージのいずれか一方もしくはその両方により行う。
（付記６）
好ましくは、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する際、前記処理室内の排気は、順に少なくとも１回ずつ行う。
（付記７）
好ましくは、前記原料ガスはハロゲン化物である。
（付記８）
好ましくは、前記原料ガスは塩化物である。
（付記９）
好ましくは、前記原料ガスは金属含有ガスである。
（付記１０）
好ましくは、前記反応ガスは窒素、酸素、炭素のいずれかもしくはその組合せと、水素を含むガスである。
（付記１１）
好ましくは、前記金属含有ガスはチタン含有ガスであり、前記反応ガスはアンモニアガスである。
（付記１２）
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを交互に所定回数繰り返し供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを供給して膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記１３）
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを間欠的に供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを間欠的に供給して膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記１４）
本発明の他の態様によれば、
処理室に収容された基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給工程と、
を有し、
さらに、前記原料ガス供給工程において、前記基板への原料ガス供給を一時中断し副生成物を除去するステップと、前記反応ガス供給工程において、前記基板への反応ガス供給を一時中断し副生成物を除去するステップと、のいずれか、又は両方のステップと、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記１５）
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内に収容した基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内を排気する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、 前記処理室内を排気する処理と、を有し、前記原料ガスを供給する処理および／または前記反応ガスを供給する処理では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成するよう前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および排気系を制御するよう構成される制御部と、
を備える基板処理装置が提供される。
（付記１６）
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内を排気する手順と、
前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内を排気する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記原料ガスを供給する手順および／または前記反応ガスを供給する手順では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給するプログラムが提供される。
（付記１７）
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内を排気する手順と、
前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内を排気する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体であって、前記原料ガスを供給する手順および／または前記反応ガスを供給する手順では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給する記録媒体が提供される。
ヒータ・・・２０７
圧力調整器（ＡＰＣバルブ）・・・２４３
真空ポンプ・・・２６４
ＭＦＣ（ＭＦＣ）・・・３１２，３２２，５２２，５３２
バルブ・・・３１４，３２４，５１４，５２４，６１４
コントローラ・・・２８０

Claims (5)

  1. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成する半導体装置の製造方法。
  2. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを交互に所定回数繰り返し供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを供給して膜を形成する半導体装置の製造方法。
  3. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
    前記処理室内を排気する工程と、
    を有し、前記原料ガスを供給する工程および／または前記反応ガスを供給する工程では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを間欠的に供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを間欠的に供給して膜を形成する半導体装置の製造方法。
  4. 基板を収容する処理室と、
    前記基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
    前記基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
    前記処理室内を排気する排気系と、
    前記処理室内に収容した基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内を排気する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、 前記処理室内を排気する処理と、を有し、前記原料ガスを供給する処理および／または前記反応ガスを供給する処理では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給して膜を形成するよう前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および排気系を制御するよう構成される制御部と、
    を備える基板処理装置。
  5. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
    前記処理室内を排気する手順と、
    前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
    前記処理室内を排気する手順と、
    をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記原料ガスを供給する手順および／または前記反応ガスを供給する手順では、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給し、その際は前記基板上に形成される副生成物の前記基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを時分割して供給するプログラム。



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