JP2016033955A - 基板処理装置、チャンバリッドアセンブリ、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

基板処理装置、チャンバリッドアセンブリ、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】基板への均一なガス供給と基板面内加熱を同時に達成可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体を提供する。
【解決手段】中央に設けられたガス分散チャネル２３１ｂと、ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される供給経路の側壁２３１ｃと、下部２３１ｄを介して側壁に連続して構成される下方表面２３１ｅとを有するチャンバリッドアセンブリ２３１と、下方表面の一部に設けられ、チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバー２３３と、チャンバリッドアセンブリとカバーを有する天板２０４と、ガス分散チャネルに接続されるガス供給部２４３、２４４と、下方表面と対向する基板載置面２１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置、チャンバリッドアセンブリ、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体に関する。
近年、フラッシュメモリ等の半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。
上記パターンを形成する方法の一つとして、回路間に溝を形成し、そこにシード膜やライナー膜や配線を形成する工程が存在する。この溝は、近年の微細化に伴い、高いアスペクト比となるよう構成されている。
ライナー膜等を形成するに際しては、溝の上部側面、中部側面、下部側面、底部においても膜厚にばらつきが無い良好なステップカバレッジの膜を形成することが求められている。良好なステップカバレッジの膜とすることで、半導体デバイスの特性を溝間で均一とすることができ、それにより半導体デバイスの特性ばらつきを抑制することができるためである。
この高いアスペクト比の溝を処理するために、ガスを加熱して処理することや、ガスをプラズマ状態として処理することが試みられたが、良好なステップカバレッジを有する膜を形成することは困難であった。
上記膜を形成する方法として、少なくとも二種類の処理ガスを交互に供給し、基板表面で反応させる交互供給方法がある。
一方、基板面内の半導体デバイスの特性を均一とする必要があることから、薄膜を形成する際、基板面内を均一に加熱したり、基板に対してガスを均一に供給する必要がある。それを実現するために、基板の処理面に均一にガスを供給することが可能な枚葉装置が開発されている。この枚葉装置では、ガスをより均一に供給するために、例えば基板に向かうほど径が広がるようなガス分散チャネルを有している。それと共に、基板面内を均一に加熱するために、基板を載置する基板載置部内にヒータを設け、そのヒータによって基板を均一に加熱している。
前述の装置では、基板に向かうほど径が広がるようなガス分散チャネルを有している。言い換えれば、ガス分散チャネルを形成するための壁が、基板中央と対向する位置に存在せず、基板外周と対向する位置に存在するよう構成されている。発明者の鋭意研究の結果、このような形状の装置では、基板載置部外周の熱がガス分散チャネルを構成する壁に吸収されてしまうという課題を見出した。その結果、基板面内の温度を均一にすることが困難であった。
本発明は上記した課題に鑑み、基板への均一なガス供給と基板面内加熱を同時に達成可能な基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
本発明の一態様にあっては、
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
前記下方表面と対向する基板載置面を有する基板載置部と
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の別の態様にあっては、
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
前記側壁の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
前記下方表面と対向するよう設けられる基板載置部と
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の別の態様にあっては、
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記供給経路の側壁と、
前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有する部材と、
下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面と、
を有するチャンバリッドアセンブリが提供される。
本発明の更に別の態様にあっては、
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に別の態様にあっては、
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記ガス分散チャネルの下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を実行させるプログラムが提供される。
本発明の更に別の態様にあっては、
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリを介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明によれば、基板への均一なガス供給と基板面内加熱を同時に達成することができる。
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 図１に示す基板処理装置の基板処理工程を示すフロー図である。 図２に示す成膜工程の詳細を示すフロー図である。
以下、本発明の第１実施形態を説明する。
＜装置構成＞
本実施形態に係る基板処理装置１００の構成を図１に示す。基板処理装置１００は、図１に示されているように、枚葉式の基板処理装置として構成されている。
（処理容器）
図１に示すように、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２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２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する反応ゾーン２０１と、ウエハ２００を反応ゾーン２０１に搬送する際にウエハ２００が通過する搬送空間２０３とが形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０６を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。
反応ゾーン２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び支持台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理容器２０２内は気密に保持されている。
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６に対向する位置（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には、図１で示されるように、ウエハ２００が反応ゾーン２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）となるまで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ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。
反応ゾーン２０１の上方には、例えばSUS等の低熱伝導材質で構成されるチャンバリッドアセンブリ２３１が配置されている。チャンバリッドアセンブリ２３１の凸部２３１ａは、上部容器２０２ａの一部を構成する天板２０４の中央に設けられた孔２０４ａを貫通し、後述するガス供給部に接続される。更には、低熱伝導部材とすることで、後述するヒータ２３４で発生する熱が後述する天板２０４に伝達しにくいようにしている。
チャンバリッドアセンブリ２３１の中心には、凸部２３１ａからチャンバリッドアセンブリ下方に向けてガス分散チャネル２３１ｂが設けられている。ガス分散チャネル２３１ｂは、ガス供給部と反応ゾーン２０１を連通させる。ガス分散チャネル２３１ｂの側壁２３１ｃは、ガス分散チャネル２３１ｂが基板載置面２１１に近づくほど径が広がるよう構成され、ウエハ２００上に均一にガスが供給される。ガス分散チャネル２３１ｂは、基板載置面２１１の方向に垂直に延在し、また、ガス分散チャネル２３１ｂの中心軸２５０に沿ってチャンバリッドアセンブリ２３１を貫通して下方表面２３１ｅまで延びている。ガス分散チャネル２３１ｂの一部分が、上部２４１内では中心軸２５０に沿って円筒状である。ガス分散チャネル２３１ｂの一部分が、ガス分散チャネル２３１ｂの下部２３１ｄ内では中心軸２５０から離れるようにテーパ上になっている。更にガス分散チャネル２３１ｂは下方表面２３１ｅを超えて反応ゾーン２０１まで延び、更にガス分散チャネル２３１ｂの下部２３１ｄを超え、チョーク２５１まで延在している。
チャンバリッドアセンブリ２３１の内、貫通孔２３１ｂを構成する面には、高熱伝導部材で構成されるカバー２３３が設けられている。カバー２３３は、少なくともチャンバリッドアセンブリ２３１よりも高い熱伝導率を有し、例えばアルミで構成される。カバー２３３には天井ヒータ２３４が埋め込まれている。なお、このヒータ２３４は1本或いは複数本どちらから構成されていても良いが、複数本であれば、個別に温度制御可能となるため、複数本の方が良い。
チャンバリッドアセンブリ２３１の内、天板２０４と接触する面には、天板２０４の面に沿って、空隙で構成される熱減衰部２３５が設けられている。熱減衰部２３５は、ヒータ２３４で発生する熱が、チャンバリッドアセンブリ２３１、天板２０４を介してガス供給部のバルブに高熱が伝わらないよう、熱エネルギーを減衰させている。仮にバルブが高温に曝された場合、バルブの耐久性が著しく低くなってしまう。熱減衰部を設けることで、バルブの寿命を延ばしている。
（供給系）
凸部２３１aに設けられた貫通孔２３１ｂには、上部２４１が接続されている。上部２４１のフランジと凸部２３１の上面は、図示しないねじ等で固定されている。上部２４１の側壁には、少なくとも二つのガス供給管が接続されている。
上部２４１には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａが接続されている。第二ガス供給管２４４ａは、リモートプラズマユニット２４４ｅを介して上部２４１に接続される。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは第一元素含有ガスが主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４４からは主に第二元素含有ガスが供給される。第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給系２４５からは、ウエハを処理する際には主に不活性ガスが供給される。
（第一ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。
第一ガス供給管２４３ａから、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、上部２４１を介して反応ゾーン２０１に供給される。
第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えばハフニウム（Hf）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばハフニウム含有ガスである。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３ｂとマスフローコントローラ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給系２４３（ハフニウム含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給系を、第一元素含有ガス供給系２４３に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給系）
第二ガス供給管２４４ａには、下流にリモートプラズマユニット２４４ｅが設けられている。上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、流量制御器（流量制御部）
であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４４ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。
第二ガス供給管２４４ａからは、第二元素を含有するガス（以下、「第二元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、リモートプラズマユニット２４４ｅ、上部２４１を介して、反応ゾーン２０１内に供給される。
なお、第二ガスをプラズマ状態で処理室に供給する場合は、第二ガス供給管２４４ｅにリモートプラズマユニット２４４ｅを設けても良い。リモートプラズマユニット２４４ｅを通過した第二ガスはプラズマ状態に変化し、ウエハ２００上に供給される。
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。本実施形態では、第二元素含有ガスは、例えば酸素含有ガスであるとする。具体的には、酸素含有ガスとして、酸素（Ｏ２）ガスが用いられる。
主に、第二ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二元素含有ガス供給系２４４（酸素含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。
第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４４ａ、リモートプラズマユニット２４４ｅを介して、反応ゾーン２０１内に供給される。不活性ガスは、薄膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４３ａ、リモートプラズマユニット２４４ｅを第二不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２４４ｂ、リモートプラズマユニット２４４ｅ、第二不活性ガス供給系を、第二元素含有ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。
第三ガス供給管２４５ａから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介してチャンバリッドアセンブリ２３１に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給系２４５が構成される。
第三ガス供給管２４５ａからは、基板処理工程では、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、チャンバリッドアセンブリ２３１内に供給される。
不活性ガス供給源２４５ｂから供給される不活性ガスは、基板処理工程では、処理容器２０２やチャンバリッドアセンブリ２３１内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。
（排気系）
処理容器２０２の雰囲気を排気する排気系は反応ゾーン２０１の側壁に設けられた排気孔２２１に接続される排気管２２２を有する。排気管２２２には、反応ゾーン２０１内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２２３が設けられる。ＡＰＣ２２３は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラからの指示に応じて排気管２２２のコンダクタンスを調整する。排気管２２２においてＡＰＣ２２３の下流側にはバルブ２２４が設けられる。バルブ２２４の下流側にはポンプ２２５が接続されている。排気管２２２、ＡＰＣ２２３、バルブ２２４をまとめて排気系と呼ぶ。なお、ポンプ２２５を含めて排気系と呼んでも良い。
（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、演算部２８１及び記憶部２８２を少なくとも有する。コントローラ２８０は、上記した各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部２８２からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。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。また、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、記憶部２８２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、記憶部２８２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。
ところで、発明者の鋭意研究により、本実施形態のような基板に向かうほど径が広がるようなガス分散チャネルを有する装置においては、次の理由により、ウエハの面内温度を均一にすることが難しいことがわかった。
理由は、ウエハ２００の中央と対向する部分に空間が存在し、ウエハ２００の外周と対向する部分にチャンバリッドアセンブリ２３１が存在する点である。ウエハ２００はヒータ２１３で加熱されるが、ウエハと対向する位置にチャンバリッドアセンブリ２３１の下方表面２３１ｅが存在するため、ウエハ２００外周の熱は、より温度の低い下方表面２３１ｅに移動してしまう。そのため、ウエハ２００の外周の温度はウエハ２００の中心に比べ低くなってしまうことが考えられる。
そこで、本実施形態においては、下方表面２３１ｅにヒータ２３４を設けている。このような構成とすることで下方表面の温度を高くすることができるので、ウエハ２００の外周から下方表面２３１ｅへの熱移動を抑制することができる。
また、下方表面２３１ｅに設けたカバー２３３から、下部２３１ｄや側壁２３１ｃに熱が伝わることが考えられる。このような意図しない加熱では、チャンバリッドアセンブリ２３１の材質密度のムラ等により、側壁２３１ｃや下部２３１ｄを所望の温度に均一に加熱することが困難である。従って、供給されたガスがムラのある状態で堆積することが考えられる。ムラのある状態で堆積しているので、膜密度や膜応力にもムラができ、結果容易に膜剥がれが起きてしまう。剥がれた膜がウエハ２００に付着すると歩留まりの低下につながってしまう。
そこで、本実施形態においては、側壁２３１ｃや下部２３１ｄにヒータ２３４を内包したカバー２３３を設けている。このような構造とすることで側壁２３１ｃや下部２３１ｄを均一に加熱することが可能となり、結果膜剥がれを抑制することができる。
ところで、側壁２３１ｃのカバー、下部２３１ｄのカバー、下方表面２３１ｅのカバーをそれぞれに設けた場合、カバーの継ぎ目にガスが付着し、そこで副生成物が発生したり、ガス流れの乱流が発生することが考えられる。そのため、歩留まりの低下や、ガス供給が不均一になってしまう。
そこで、本実施形態においては、側壁２３１ｃのカバー、径斜面２３１ｄのカバー、下方表面２３１ｅのカバーを、継ぎ目なく連続して設けることが望ましい。
＜基板処理工程＞
次に、基板処理装置１００を使用して、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１００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。
図２は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図３は、図２の成膜工程の詳細を示すフロー図である。
以下、第一の処理ガスとして、Ｈｆ含有ガスとしての例えばＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、Ｈｆ（ＮＥｔＭｅ）４）を用い、第二の処理ガスとしＨ２ＯやＯ３を用いて、ウエハ２００上に薄膜として酸化ハフニウム膜を形成する例について説明する。
（基板搬入・載置工程Ｓ１０２）
処理装置１００では基板載置台２１２をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２０５を開いて搬送空間２０３を移載室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機（図示せず）を用いてウエハ２００を搬送空間２０３に搬入し、リフトピン２０７上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。
処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハ２００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した反応ゾーン２０１内の処理位置までウエハ２００を上昇させる。
また、ウエハ２００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上５００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。
更には、カバー２３３に埋め込まれたヒータ２３４に電力を供給し、カバー２３３が所望の温度となるよう制御する。ここで所望の温度とは、底部２３１eにおいては、例えばヒータ２１３と同程度の温度を指す。このような温度とすることで、基板外周からの熱逃げを抑制することができる。
また、ガス分散チャネル２３１ｂの側壁においては、堆積される膜が均一となるような条件の温度とする。
なお、本実施形態においては、ヒータ２３４を連続した構成としたが、それに限るものではなく、例えば側壁２３１ｂ、下部２３１ｄ、下方表面２３１ｅで別々のヒータとしても良い。別々のヒータとする場合、側壁２３１ｂ、下部231ｄ、下方表面２３１ｅ毎に温度を制御することができるので、ガスの付着温度やヒータ２１３の温度が異なる場合でも、基板面内温度を均一化すると共に、パーティクルの発生を抑制することができる。
（成膜工程Ｓ１０４）
次に、薄膜形成工程Ｓ１０４を行う。以下、図３を参照し、成膜工程Ｓ１０４について詳説する。なお、成膜工程Ｓ１０４は、異なる処理ガスを交互に供給する工程を繰り返すサイクリック処理である。
（第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達すると、バルブ２４３ｄを開くと共に、TEMAHガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４３ｃを調整する。なお、TEMAHガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。このとき、第三ガス供給系のバルブ２４５ｄを開き、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスを供給する。また、第一不活性ガス供給系からＮ２ガスを流してもよい。また、この工程に先立ち、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスの供給を開始していてもよい。
処理容器２０２に供給されたTEMAHガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００の表面には、TEMAHガスがウエハ２００の上に接触することによって「第一元素含有層」としてのハフニウム含有層が形成される。
ハフニウム含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、TEMAHガスの流量、サセプタ２１７の温度、反応ゾーン２０１の通過にかかる時間等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。なお、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
TEMAHガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じ、TEMAHガスの供給を停止する。上記したＳ２０２の工程では、バルブ２２４が開とされ、ＡＰＣ２２３によって反応ゾーン２０１の圧力が所定の圧力となるように制御される。
（パージ工程Ｓ２０４）
次いで、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスを供給し、反応ゾーン２０１のパージを行う。このときも、バルブ２２４は開とされてＡＰＣ２２３によって反応ゾーン２０１の圧力が所定の圧力となるように制御される。これにより、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２でウエハ２００に結合できなかったTEMAHガスは、排気管２２２を介して反応ゾーン２０１から除去される。
反応ゾーン２０１のパージが終了すると、バルブ２２４を開としてＡＰＣ２２３による圧力制御を再開する。
（第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６）
パージ工程Ｓ２０４の後、バルブ２４４ｄを開けて反応ゾーン２０１に酸素含有ガスの供給を開始する。本実施例では、酸素ガスとして、O3を用いる。
このとき、酸素ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４４ｃを調整する。なお、酸素ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。なお、酸素ガスとともに、第二不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、この工程においても、第三ガス供給系のバルブ２４５ｄは開とされ、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスが供給される。
酸素ガスはウエハ２００上に供給される。既に形成されているハフニウム含有層が酸素ガスによって改質されることにより、ウエハ２００の上には、例えばハフニウム元素および酸素元素を含有する層が形成される。
改質層は、例えば、処理容器２０３内の圧力、窒素ガスの流量、基板載置台２１２の温度等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、ハフニウム含有層に対する所定の酸素成分等の侵入深さで形成される。
所定の時間経過後、バルブ２４４ｄを閉じ、酸素ガスの供給を停止する。
Ｓ２０６においても、上記したＳ２０２と同様に、バルブ２２４が開とされ、ＡＰＣ２２３によって反応ゾーン２０１の圧力が所定の圧力となるように制御される。
（パージ工程Ｓ２０８）
次いで、Ｓ２０４と同様なパージ工程を実行する。各部の動作はＳ２０４で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
（判定Ｓ２１０）
コントローラ２８０は、上記１サイクルを所定回数（ｎ ｃｙｃｌｅ）実施したか否かを判定する。
所定回数実施していないとき（Ｓ２１０でＮｏの場合）、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２、パージ工程Ｓ２０４、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６、パージ工程Ｓ２０８のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）、図３に示す処理を終了する。
図２の説明に戻ると、次いで、基板搬出工程Ｓ１０６を実行する。
（基板搬出工程Ｓ１０６）
基板搬出工程Ｓ１０６では、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。これにより、ウエハ２００は処理位置から搬送位置となる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を処理容器２０２の外へ搬出する。このとき、バルブ２４５ｄを閉じ、第三ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスを供給することを停止する。
次いで、ウエハ２００が搬送位置まで移動すると、ウエハ２００を処理容器２０２から移載室へと搬出する。
（処理回数判定工程Ｓ１０８）
ウエハ２００を搬出後、薄膜形成工程が所定の回数に到達したか否かを判定する。所定の回数に到達したと判断されたら、処理を終了する。
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、上記で例示した薄膜以外の成膜処理や、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、膜形成装置、エッチング装置、酸化処理装置、窒化処理装置、塗布装置、加熱装置等の他の基板処理装置にも適用できる。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
（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〕
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
前記下方表面と対向する基板載置面を有する基板載置部と
を有する基板処理装置。
〔付記２〕
前記カバーは前記基板載置部の外周と対向する位置に設けられる付記１記載の基板処理装置。
〔付記３〕
前記カバーは前記ガス分散チャネルの下部に設けられる付記１または２に記載の基板処理装置。
〔付記４〕
前記カバーは、前記側壁に設けられる付記１から３の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
〔付記５〕
前記チャンバリッドアセンブリの上壁と、前記チャンバリッドアセンブリが固定される前記天板との間には、熱減衰部が設けられる付記１から４の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
〔付記６〕
前記カバーには、ヒータが内包される付記１から５の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
〔付記７〕
前記ガス供給部はガス供給停止を制御するバルブを有する付記１から６の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
〔付記８〕
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
前記側壁の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
前記下方表面と対向するよう設けられる基板載置部と
を有する基板処理装置。
〔付記９〕
中央に設けられたガス分散チャネルと、
前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記供給経路の側壁と、
前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有する部材と、
下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面と、
を有するチャンバリッドアセンブリ。
〔付記１０〕
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
〔付記１１〕
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記ガス分散チャネルの下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を実行させるプログラム。
〔付記１２〕
基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリを介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
を実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
１００、１０２・・・基板処理装置
２００・・・ウエハ（基板）
２０１・・・反応ゾーン
２０２・・・反応容器
２０３・・・搬送空間

Claims (12)

  1. 中央に設けられたガス分散チャネルと、
    前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
    前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
    前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
    前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
    前記下方表面と対向する基板載置面を有する基板載置部と
    を有する基板処理装置。
  2. 前記カバーは前記基板載置部の外周と対向する位置に設けられる請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記カバーは前記ガス分散チャネルの下部に設けられる請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記カバーは、前記側壁に設けられる請求項１から３の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記チャンバリッドアセンブリの上壁と、前記チャンバリッドアセンブリが固定される前記天板との間には、熱減衰部が設けられる請求項１から４の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記カバーには、ヒータが内包される請求項１から５の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記ガス供給部はガス供給停止を制御するバルブを有する請求項１から６の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 中央に設けられたガス分散チャネルと、
    前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、
    下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、
    前記側壁の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、
    前記ガス分散チャネルに接続されるガス供給部と、
    前記下方表面と対向するよう設けられる基板載置部と
    を有する基板処理装置。
  9. 中央に設けられたガス分散チャネルと、
    前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記供給経路の側壁と、
    前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有する部材と、
    下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面と、
    を有するチャンバリッドアセンブリ。
  10. 基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
    ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、前記ガス分散チャネルの下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  11. 基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
    ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記ガス分散チャネルの下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリと前記カバーを有する天井を介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
    を実行させるプログラム。
  12. 基板を反応ゾーンに設けられた基板載置部に載置する工程と、
    ガス供給部から、中央に設けられたガス分散チャネルと、前記ガス分散チャネルの径が、下方に向かって徐々に広がるよう構成される前記ガス分散チャネルの側壁と、下部を介して前記側壁に連続して構成される下方表面とを有するチャンバリッドアセンブリと、前記下方表面の一部に設けられ、前記チャンバリッドアセンブリを構成する材質よりも高い熱伝導率を有するカバーと、前記チャンバリッドアセンブリを介して前記処理室にガスを供給し、前記基板を処理する工程と
    を実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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