JP2018085399A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機構を用いることなく、ＡＬＤ法により面内の膜厚を制御する。
【解決手段】成膜装置１００は、チャンバー１と、チャンバー内でウエハＷを載置するサセプタ２と、チャンバー１内に原料ガスおよび反応ガスを含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構５と、サセプタ２に対向して設けられ、処理ガスをウエハＷに向けてシャワー状に吐出するシャワーヘッド３と、原料ガスと反応状態にある反応ガスとがウエハＷに交互に供給されるように制御する制御部７とを有する。シャワーヘッド３はガス拡散空間３３内に設けられたバッフル板３４を有し、制御部７は、原料ガスの１回の供給時間を制御し、シャワーヘッド３のガス吐出孔から吐出される原料ガスの供給量のウエハ面内分布を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ法）により所定の膜を成膜する成膜装置および成膜方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造において、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に所定の膜を形成する操作として原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；以下ＡＬＤ法と記す）が注目されている。ＡＬＤ法は、処理容器内のウエハが配置された処理空間に、成膜しようとする膜を形成するための複数の処理ガス（プリカーサ）を順次供給し、各処理ガスの供給後に余剰の処理ガスをパージガス（置換ガス）によりパージ（置換）して、ウエハ上でこれら複数の処理ガスを反応させてほぼ単分子層である薄い単位膜を形成する操作を、複数回行って所定厚さの膜を形成するものである（例えば特許文献１）。

ＡＬＤ法は、繰り返しのサイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができ、かつ良好な膜質の膜を低温でかつ極めて良好なステップカバレッジで形成することができるという利点がある。

ところで、ＡＬＤ法による成膜においては、被処理基板であるウエハの面内の膜厚分布を制御することが求められている。成膜された膜の面内膜厚分布を制御する技術としては、被処理基板に対向して設けられたガス導入用のシャワーヘッドを複数エリアに分割し、エリアごとにガス供給口を設け、処理ガスの流量を調整する技術が知られている（例えば特許文献１〜３）。

また、特許文献４には、複数のガス吹き出し孔が設けられたガス供給室（シャワーヘッド）の空間内に孔遮蔽部材を設け、孔遮蔽部材により、任意のガス吹き出し孔を遮蔽して、反応ガスの気流の最適化を図る技術が記載されている。

また、特許文献５の図５およびその説明部分には、ガスを注入する注入ポートと基板との間に気体分散機構を設け、気流を制御する技術が記載されている。

特開２００６−１６５３９９号公報 特開平９−４５６２４号公報 特開２００９−８８２３２号公報 特開平７−２９８３０号公報 特表２００６−５２４４３４号公報

しかしながら、特許文献１〜３のような、シャワーヘッドを複数エリアに分割し、エリアごとに処理ガスの流量を調整する技術では、面内膜厚分布を調整することはできるものの、配管やガス供給機構が複雑であるという実装上の問題がある。また、特許文献４のように、孔遮蔽部材により、任意のガス吹き出し孔を遮蔽する技術では、孔遮蔽部材を駆動する駆動装置が必要であり、装置が複雑化する。さらに、特許文献５の図５では気体分散機構が穴などの開口部がない板状のものとして描かれているが、段落００１４に記載されているように、実際には穴が形成されており、通常のシャワーヘッドと同様の構成であり、膜厚の面内分布を調整するものではない。

したがって、本発明は、複雑な機構を用いることなく、ＡＬＤ法により面内の膜厚を制御することができる成膜装置および成膜方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、ＡＬＤにより被処理基板に所定の膜を形成する成膜装置であって、被処理基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内で水平に被処理基板が載置される載置台と、前記チャンバー内に、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構と、前記載置台上の被処理基板と対向して設けられ、前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記チャンバー内の被処理基板に向けてシャワー状に吐出するシャワーヘッドと、前記原料ガスと反応状態にある前記反応ガスとが被処理基板に交互に供給されるように前記処理ガス供給機構を制御する制御部とを具備し、前記シャワーヘッドは、内部にガス拡散空間を有する本体部と、本体部の下面に設けられた複数のガス吐出孔と、前記本体部の上部中央から前記処理ガスを導入するガス導入部と、前記ガス拡散空間に設けられ、前記ガス導入部から前記ガス拡散空間に導入された前記処理ガスを前記ガス拡散空間の周縁部に導くバッフル板とを有し、前記制御部は、前記原料ガスの１回の供給時間を制御し、前記ガス吐出孔から吐出される前記原料ガスの供給量の前記被処理基板の面内での分布を制御することを特徴とする成膜装置を提供する。

上記第１の観点において、前記バッフル板の直径は、前記被処理基板の直径以上であることが好ましい。前記載置台上の被処理基板を前記原料ガスと前記反応ガスが反応する温度に加熱する加熱機構をさらに具備することが好ましい。前記反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ生成機構をさらに有してもよい。

前記処理ガス供給機構は、前記処理ガスとしてさらにパージガスを供給し、前記制御部は、少なくとも前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間で、前記チャンバーのパージが行われるように前記パージガスの供給を制御してもよい。

前記バッフル板を水平方向に移動させて、前記バッフル板の水平方向位置を調整する駆動機構をさらに有してもよい。

本発明の第２の観点は、チャンバー内に設けられた載置台に被処理基板を水平に配置し、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する状態の反応ガスを、前記載置台上の被処理基板と対向して設けられたシャワーヘッドを介して前記チャンバー内の被処理基板に交互に供給し、ＡＬＤにより被処理基板に所定の膜を形成する成膜方法であって、前記シャワーヘッドを、内部にガス拡散空間を有する本体部と、本体部の下面に設けられた複数のガス吐出孔と、前記本体部の上部中央から前記処理ガスを導入するガス導入部と、前記ガス拡散空間に設けられ、前記ガス導入部から前記ガス拡散空間に導入された前記処理ガスを前記ガス拡散空間の周縁部に導くバッフル板とを有する構成とし、前記原料ガスの１回の供給時間を制御することで、前記ガス吐出孔から吐出されて前記被処理に供給される前記原料ガスの供給量の前記被処理基板の面内での分布を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。

上記第２の観点において、前記バッフル板の直径は、前記被処理基板の直径以上であることが好ましい。前記原料ガスと前記反応ガスとの反応をプラズマによるアシストで行うプラズマＡＬＤにより前記所定の膜を成膜してもよいし、前記原料ガスと前記反応ガスとの反応を熱により行う熱ＡＬＤにより前記所定の膜を成膜してもよい。前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間で、パージガスにより前記チャンバーのパージを行ってもよい。さらに、前記バッフル板を水平方向に移動させて、前記バッフル板の水平方向位置を調整することにより、前記原料ガスの供給量の分布中心位置を調整してもよい。

本発明によれば、シャワーヘッドのガス拡散空間にバッフル板を設け、上部中央のガス導入部からガス拡散空間に供給された処理ガスをガス拡散空間の周縁部に導いてから複数のガス吐出孔を介して被処理基板に向けて吐出するようにし、かつ原料ガスの１回の供給時間を制御するようにしたので、ガス吐出孔から吐出されて被処理基板に供給される原料ガス供給量の被処理基板の面内での分布を制御することができ、複雑な機構を用いることなく、被処理基板面内の膜厚を制御することができる。

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面図である。 図１の成膜装置において成膜を行う際の成膜シーケンスを示すタイミングチャートである。 図１の成膜装置のシャワーヘッドを拡大して示す断面図である。 原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）が０．０２５０〜０．１００ｓｅｃのときの、原料ガス供給量のウエハ面内分布のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面図である。 図５の成膜装置において成膜を行う際の成膜シーケンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一例の要部を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置において、バッフル板を中心から左に移動させた状態を示す図である。 図８のようにバッフル板を移動させた場合のシミュレーション結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面図である。
第１の実施形態は、プラズマＡＬＤにより所定の膜を成膜する例を示す。プラズマＡＬＤは、プラズマのアシストにより被処理基板上での原料ガスと反応ガスとの反応性を高めてＡＬＤプロセスを行うものである。

図１に示すように、成膜装置１００は、チャンバー１と、チャンバー１内で被処理基板の一例としてウエハＷを水平に支持するサセプタ２と、チャンバー１内に処理ガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッド３と、チャンバー１の内部を排気する排気部４と、シャワーヘッド３に処理ガスを供給する処理ガス供給機構５と、プラズマ生成機構６と、制御部７とを有している。

チャンバー１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。チャンバー１の側壁にはウエハＷを搬入出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２で開閉可能となっている。チャンバー１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面にはチャンバー１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４の外周には絶縁リング１６が嵌め込まれており、絶縁リング１６と排気ダクト１３の間はシールリング１５で気密にシールされている。

サセプタ２は、ウエハＷよりも大きい直径を有する円板状をなし、支持部材２３に支持されている。このサセプタ２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒーター２１が埋め込まれている。ヒーター２１はヒーター電源（図示せず）から給電されて発熱するようになっている。そして、サセプタ２の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒーター２１の出力を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。

サセプタ２を支持する支持部材２３は、サセプタ２の底面中央からチャンバー１の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバー１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されており、昇降機構２４によりサセプタ２が支持部材２３を介して、図１に示す処理位置と、その下方のウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材２３のチャンバー１の下方位置には、鍔部材２５が取り付けられており、チャンバー１の底面と鍔部材２５の間には、チャンバー１内の雰囲気を外気と区画し、サセプタ２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。

チャンバー１の底面近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、チャンバー１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるサセプタ２に設けられた貫通孔２ａに挿通されてサセプタ２の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（図示せず）とサセプタ２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド３は、金属製であり、サセプタ２に対向するように設けられている。シャワーヘッド３は、チャンバー１の天壁１４に固定され、内部にガス拡散空間を有する本体部３１と、ガス拡散空間３３の内部に配置されたバッフル板３４とを有している。

本体部３１の上壁中央には、ガス拡散空間３３に繋がるガス導入孔３６が形成されており、ガス導入孔３６は天壁１４にも連続して形成されている。ガス導入孔３６にはガス供給機構５の配管（後述）が接続されている。本体部３１の下面は、複数のガス吐出孔３５を有するシャワープレート３２で構成されている。ガス拡散空間３３は、ウエハＷの直径よりも大きい直径を有していることが好ましい。

バッフル板３４は円板状をなし、本体部３１の上壁下面および側壁内面、ならびにシャワープレート３２の内面に接しないように設けられている。バッフル板３４は、中央のガス導入孔３６から導入された処理ガスをその上面に沿ってガス拡散空間３３の周縁側に導く機能を有する。ガス空間３３のバッフル板３４の上面に沿って周縁部に流れた処理ガスは、さらに周縁部からバッフル板３４とシャワープレート３２の間の空間を中心に向かって流れてガス吐出孔３５からウエハＷに向けて吐出されるようになっている。バッフル板３４は、ウエハＷの直径以上の直径を有していることが好ましい。

排気部４は、排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された、真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを備えている。処理に際しては、チャンバー１内のガスはスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気部４の排気機構４２により排気配管４１を通って排気される。

処理ガス供給機構５は、ＡＬＤ成膜する際の処理ガスを供給するものであり、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給源５１と、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給源５２と、パージガスを供給する第１パージガス供給源５３および第２パージガス供給源５４とを有し、さらに、原料ガス供給源５１から延びる原料ガス配管６１と、反応ガス供給源５２から延びる反応ガス供給配管６２と、第１パージガス供給源５３から延びる第１パージガス供給配管６３と、第２パージガス供給源５４から延びる第２パージガス供給配管６４とを有する。

原料ガス供給配管６１と反応ガス供給配管６２とは配管６６に合流しており、配管６６は、上述したガス導入孔３６に接続されている。また、第１パージガス供給配管６３は原料ガス供給配管６１に接続され、第２パージガス供給配管６４は反応ガス供給配管６２に接続されている。原料ガス供給配管６１には流量制御器であるマスフローコントローラ７１ａおよび開閉バルブ７１ｂが設けられており、反応ガス供給配管６２にはマスフローコントローラ７２ａおよび開閉バルブ７２ｂが設けられており、第１パージガス供給配管６３にはマスフローコントローラ７３ａおよび開閉バルブ７３ｂが設けられており、第２パージガス供給配管６４にはマスフローコントローラ７４ａおよび開閉バルブ７４ｂが設けられている。

そして、開閉バルブ７１ｂ，７２ｂの切り替えにより、後述するような所望のＡＬＤプロセスを行えるようになっている。

なお、第１パージガス供給配管６３および第２パージガス供給配管６４からそれぞれ分岐してパージのときのみパージガスの流量を増加する配管を設けてパージ工程の際にパージガス流量を増加させてもよい。パージガスとしては、不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス等の希ガスや、Ｎ_２ガスを用いることができる。

また、原料ガスおよび反応ガスは、成膜しようとする膜に応じて種々のものを用いることができる。原料ガスをウエハ表面に吸着させ、反応ガスを吸着した原料ガスと反応させることにより、所定の膜を成膜することができる。

プラズマ生成機構６は、反応ガスを供給して吸着された原料ガスと反応させる際に反応ガスをプラズマ化するためのものであり、シャワーヘッド３の本体部３１に接続された給電線８１と、給電線８１に接続された整合器８２および高周波電源８３と、サセプタ２に埋設された電極８４とを有している。電極８４は接地されている。この高周波電源８３からシャワーヘッド３に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド３と電極８４との間に高周波電界が形成され、この高周波電界により、反応ガスのプラズマが生成される。整合器８２は、高周波電源８３の内部（または出力）インピーダンスにプラズマを含む負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバー１内にプラズマが生成されている時に高周波電源８３の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

本実施形態が対象とするＡＬＤ成膜の場合、プラズマのＯＮ／ＯＦＦを１ｓｅｃ以下の短時間で行うことが好ましく、インピーダンス整合を短時間で行う観点から、整合器８２として、高速でインピーダンス整合を行うことができる電子式整合器を用いることが好ましい。

高周波電源８３の周波数は、原料ガスや反応ガスに応じて４５０ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間で適宜設定すればよい。また、整合器８２は、高速整合制御を行える機構を有することが望ましい。

制御部７は、成膜装置の各構成部、例えば、開閉バルブ、マスフローコントローラ、高周波電源、ヒーター、真空ポンプ等を制御するコンピュータ（ＣＰＵ）を有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。

特に、本実施形態では、制御部７は、開閉バルブ７１ｂ，７２ｂの開閉時間を制御して１回の原料ガスの供給時間を制御する。これにより、後述するように、バッフル板３４によりウエハ外周側に導かれた原料ガスのガス供給量の面内分布を制御するようになっている。

このように構成された成膜装置１００においては、まず、ゲートバルブ１２を開放して搬送装置（図示せず）により搬入出口１１を介してチャンバー１内にウエハＷを搬入し、サセプタ２上に載置し、搬送装置を退避させ、サセプタ２を処理位置まで上昇させる。そして、ゲートバルブ１２を閉じ、チャンバー１内を所定の減圧状態に保持し、ヒーター２１によりサセプタ２の温度をＡＬＤ成膜する際の成膜反応に応じて所定温度に制御する。

この状態で、開閉バルブ７３ｂおよび７４ｂを開き、第１パージガス供給源５３および第２パージガス供給源５４から第１パージガス供給配管６３および第２パージガス供給配管６４を介してパージガスを連続的に供給しつつ、原料ガス供給配管６１の開閉バルブ７１ｂおよび反応ガス供給配管６２の開閉バルブ７２ｂを交互に間欠的に開閉させる。また、反応ガスの供給タイミングでプラズマ生成機構６の高周波電源８３をオンにする。

具体的には、図２に示すように、原料ガス供給ステップ（原料ガス＋パージガス）Ｓ１、パージステップ（パージガスのみ）Ｓ２、反応ガス供給ステップ（反応ガス＋パージガス＋プラズマ）Ｓ３、パージステップ（パージガスのみ）Ｓ４を順次繰り返し行う。これにより、プラズマＡＬＤによる所定の成膜が行われる。成膜に際しては、ステップＳ１の時間Ｔ１、ステップＳ２の時間Ｔ２、ステップＳ３の時間Ｔ３、ステップＳ４の時間Ｔ４が適宜設定される。

なお、反応ガスがプラズマにより反応性を有するものである場合には、成膜期間中、反応ガスを常時流して、プラズマのみをオン／オフするようにしてもよい。

このとき、本実施形態では、シャワーヘッド３のガス拡散空間３３の内部に円板状をなすバッフル板３４が設けられているので、１回の原料ガスの供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）Ｔ１を適宜設定することにより、原料ガスの面内分布を制御することができ、これにより膜厚の面内分布を制御することができる。

この点について、図３を参照して詳細に説明する。
図３は、図１の成膜装置のシャワーヘッドを拡大して示す断面図である。シャワーヘッド３のガス拡散空間３３にバッフル板３４が設けられているため、ガス導入孔３６からシャワーヘッド３のガス拡散空間３３に供給された原料ガスは、バッフル板３４の上面に沿って外周側に供給され、さらにウエハ外周側からシャワープレート３２の上面に沿って中心側に流れる間にガス吐出孔３５からウエハＷに向けて吐出される。このとき、１回の原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）が短い場合には、原料ガスが外周側から中心側に流れる時間が短いため、原料ガス供給量はウエハＷの外周側に高い分布となり、原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）が長い場合には、原料ガスが外周側から中心側に流れる時間が長いため、原料ガス供給量はウエハＷの中心側に高い分布となる。したがって、原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）を制御することで、原料ガス供給量の面内分布を制御することが可能となる。そして、このように原料ガス供給量の面内分布を制御することにより、膜厚の面内分布を制御することができる。

原料ガス供給量の面内分布をウエハ端部が高い分布からウエハ中心が高い分布まで制御するためには、バッフル板３４がウエハＷの直径よりも大きい直径であることが好ましい。

図４に、原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）が０．０２５０〜０．１００ｓｅｃのときの、原料ガス供給量のウエハ面内分布のシミュレーション結果を示す。なお、図４の横軸はウエハの径方向の位置、縦軸は原料ガスの規格化した数密度である。

図４に示すように、原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）が短い場合にはウエハのエッジ側の原料ガス供給量分布が高くなるのに対し、原料ガス供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）を長くすることでウエハのセンター側が高い分布に変化することがわかる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面図である。
第２の実施形態は、熱ＡＬＤにより所定の膜を成膜する例を示す。熱ＡＬＤは、プラズマを用いずに、熱のみにより被処理基板上で原料ガスと反応ガスとを反応させてＡＬＤプロセスを行うものである。

図５に示すように、成膜装置１００′は、プラズマ生成機構６を有していない点以外は、基本的に第１の実施形態の成膜装置１００と同様に構成されている。このため、図５において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。なお、成膜装置１００′は、プラズマ生成機構を有しないため、天壁１４と排気ダクト１３の間の絶縁リング１６は存在せず、天壁１４と排気ダクト１３がシールリング１５により気密にシールされている。

このように構成された成膜装置１００′においては、第１の実施形態と同様、まず、ゲートバルブ１２を開放して搬送装置（図示せず）により搬入出口１１を介してチャンバー１内にウエハＷを搬入し、サセプタ２上に載置し、搬送装置を退避させ、サセプタ２を処理位置まで上昇させる。そして、ゲートバルブ１２を閉じ、チャンバー１内を所定の減圧状態に保持し、ヒーター２１によりサセプタ２の温度をＡＬＤ成膜する際の成膜反応に応じて所定温度に制御する。

この状態で、開閉バルブ７３ｂおよび７４ｂを開き、第１パージガス供給源５３および第２パージガス供給源５４から第１パージガス供給配管６３および第２パージガス供給配管６４を介してパージガスを連続的に供給しつつ、原料ガス供給配管６１の開閉バルブ７１ｂおよび反応ガス供給配管６２の開閉バルブ７２ｂを交互に間欠的に開閉させる。

具体的には、図６に示すように、原料ガス供給ステップ（原料ガス＋パージガス）Ｓ１１、パージステップ（パージガスのみ）Ｓ１２、反応ガス供給ステップ（反応ガス＋パージガス）Ｓ１３、パージステップ（パージガスのみ）Ｓ１４を順次繰り返し行う。これにより、熱ＡＬＤによる所定の成膜が行われる。成膜に際しては、ステップＳ１１の時間Ｔ１１、ステップＳ１２の時間Ｔ１２、ステップＳ１３の時間Ｔ１３、ステップＳ１４の時間Ｔ１４が適宜設定される。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様、シャワーヘッド３のガス拡散空間３３の内部に円板状をなすバッフル板３４が設けられていることにより、１回の原料ガスの供給時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）Ｔ１１を適宜設定することにより、原料ガスの面内分布を制御することができ、これにより膜厚の面内分布を制御することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７は本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一例の要部を示す断面図である。本実施形態では、バッフル板３４をウエハＷの面内方向である水平方向に移動させて、バッフル板３４の水平方向位置を調整する駆動機構９０を有している。

これにより、原料ガス供給量の分布中心位置を調整することができ、分布中心位置をウエハ中心から偏心させることが可能となる。

一例として、図８に示すように、バッフル板３４を中心から左に移動させた場合のシミュレーション結果を図９に示す。図９（ａ），（ｂ）は、それぞれＤｕｒａｔｉｏｎが０．０５ｓｅｃおよび０．１２５ｓｅｃの場合を示すものである。図９は原料ガス供給量を色分けして示したものをモノクロで示しているので、供給量自体はわかりにくいが、分布中心がウエハ中心から左側にシフトしていることがわかる。なお、Ｄｕｒａｔｉｏｎが０．０５ｓｅｃの場合は、分布中心の原料ガス供給量が最も低く、０．１２５ｓｅｃの場合は分布中心の少し外側の部分の原料ガス供給量が最も高い。

なお、図７の例では、第２の実施形態の熱ＡＬＤを行う成膜装置に本実施形態を適用した例を示したが、もちろん第１の実施形態のプラズマＡＬＤを行う装置に適用することもできる。

＜ＡＬＤ成膜の具体例＞
本発明のＡＬＤ成膜においては、成膜する膜に特に制限はなく、通常ＡＬＤで成膜される膜には全て適用可能である。原料ガスとしては、Ｓｉ含有ガスやＢ含有ガス、またはＴｉ、Ａｌ，Ｈｆ等の金属を含む金属含有ガスが用いられ、反応ガスとしては、酸化ガス、窒化ガス、炭化ガス、還元ガス等が用いられる。酸化ガスを用いた場合は酸化膜を形成することができ、窒化ガスを用いた場合は窒化膜を形成することができ、炭化ガスを用いた場合は炭化膜を形成することができ、還元ガスを用いた場合は金属膜等の単体膜を形成することができる。

原料ガスおよび反応ガスは、成膜しようとする膜の組成に応じて決定され、上記第１および第２の実施形態では、１種類の原料ガスと１種類の反応ガスとを交互に供給した例を示したが、組成によってはこれらのいずれかを複数用いてもよい。この場合は、３種類以上のガスを供給する処理ガス供給機構を用いればよく、これらガスは、成膜しようとする膜の組成に応じて適宜の供給パターンでシーケンシャルに供給すればよい。供給パターンによっては複数種類の原料ガスまたは複数種類の反応ガスを続けて供給する場合もあり得るが、このような場合でも、全体としては原料ガスと反応ガスの交互供給が維持される。原料ガスまたは反応ガスを複数用いる場合は、複合膜を形成することができる。

成膜される膜の具体例としては、酸化膜としてＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２等を挙げることができ、窒化膜としてＴｉＮ、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ、ＳｉＢＮ等を挙げることができ、炭化膜としては、ＳｉＣ、ＴｉＡｌＣ等、金属膜のような単体膜としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ等を挙げることができる。その他、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＢＣＮ等を挙げることができる。

膜に応じて、第１の実施形態のプラズマＡＬＤと第２の実施形態の熱ＡＬＤを適宜選択するが、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＳｉＯ_２、Ｔｉ等はプラズマＡＬＤが好ましく、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２等は熱ＡＬＤが好ましい。

＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記２つの実施形態の成膜装置は例示にすぎず、これらの成膜装置に限らず、種々の形態をとることができる。特に、上記第１の実施形態では、プラズマ生成機構として平行平板型の容量結合プラズマを生成するものを用いたが、これに限らず、誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等を他のプラズマを生成するものであってもよい。また、処理容器と離れた適宜のプラズマ生成機構で生成したプラズマをチャンバーに導くリモートプラズマであってもよい。

また、上記２つの実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハはシリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

１；チャンバー
２；サセプタ
３；シャワーヘッド
４；排気部
５；ガス供給機構
６；プラズマ生成機構
７；制御部
３１；本体部
３２；シャワープレート
３３；ガス拡散空間
３４；バッフル板
３５；ガス吐出孔
５１；原料ガス供給源
５２；反応ガス供給源
５３；第１パージガス供給源
５４；第２パージガス供給源
６１〜６４；ガス供給配管
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ；マスフローコントローラ
７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ；開閉バルブ
９０；駆動機構
１００，１００′；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (12)

1. ＡＬＤにより被処理基板に所定の膜を形成する成膜装置であって、
   被処理基板を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内で水平に被処理基板が載置される載置台と、
   前記チャンバー内に、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
   前記チャンバー内を排気する排気機構と、
   前記載置台上の被処理基板と対向して設けられ、前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記チャンバー内の被処理基板に向けてシャワー状に吐出するシャワーヘッドと、
   前記原料ガスと反応状態にある前記反応ガスとが被処理基板に交互に供給されるように前記処理ガス供給機構を制御する制御部と
   を具備し、
   前記シャワーヘッドは、
   内部にガス拡散空間を有する本体部と、
   本体部の下面に設けられた複数のガス吐出孔と、
   前記本体部の上部中央から前記処理ガスを導入するガス導入部と、
   前記ガス拡散空間に設けられ、前記ガス導入部から前記ガス拡散空間に導入された前記処理ガスを前記ガス拡散空間の周縁部に導くバッフル板とを有し、
   前記制御部は、前記原料ガスの１回の供給時間を制御し、前記ガス吐出孔から吐出される前記原料ガスの供給量の前記被処理基板の面内での分布を制御することを特徴とする成膜装置。
2. 前記バッフル板の直径は、前記被処理基板の直径以上であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記載置台上の被処理基板を前記原料ガスと前記反応ガスが反応する温度に加熱する加熱機構をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ生成機構をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記処理ガス供給機構は、前記処理ガスとしてさらにパージガスを供給し、前記制御部は、少なくとも前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間で、前記チャンバーのパージが行われるように前記パージガスの供給を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記バッフル板を水平方向に移動させて、前記バッフル板の水平方向位置を調整する駆動機構をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. チャンバー内に設けられた載置台に被処理基板を水平に配置し、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する状態の反応ガスを、前記載置台上の被処理基板と対向して設けられたシャワーヘッドを介して前記チャンバー内の被処理基板に交互に供給し、ＡＬＤにより被処理基板に所定の膜を形成する成膜方法であって、
   前記シャワーヘッドを、内部にガス拡散空間を有する本体部と、本体部の下面に設けられた複数のガス吐出孔と、前記本体部の上部中央から前記処理ガスを導入するガス導入部と、前記ガス拡散空間に設けられ、前記ガス導入部から前記ガス拡散空間に導入された前記処理ガスを前記ガス拡散空間の周縁部に導くバッフル板とを有する構成とし、
   前記原料ガスの１回の供給時間を制御することで、前記ガス吐出孔から吐出される前記原料ガスの供給量の前記被処理基板の面内での分布を制御することを特徴とする成膜方法。
8. 前記バッフル板の直径は、前記被処理基板の直径以上であることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記原料ガスと前記反応ガスとの反応をプラズマによるアシストで行うプラズマＡＬＤにより前記所定の膜を成膜することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の成膜方法。
10. 前記原料ガスと前記反応ガスとの反応を熱により行う熱ＡＬＤにより前記所定の膜を成膜することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の成膜方法。
11. 前記原料ガスの供給と前記反応ガスの供給との間で、パージガスにより前記チャンバーのパージを行うことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜方法。
12. 前記バッフル板を水平方向に移動させて、前記バッフル板の水平方向位置を調整することにより、前記原料ガスの供給量の分布中心位置を調整することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の成膜方法。