JP2018195727A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】サイドフロー方式またはクロスフロー方式のバッチ式の縦型成膜装置を用いて、被処理体上の反応活性種の濃度分布を制御することができる成膜技術を提供する。【解決手段】真空保持可能な処理容器内に収納された複数の被処理体を配置し、複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜するにあたり、所定の位置とは異なる位置に設けられた濃度調整用ガス供給部から濃度調整用のガスを複数の被処理体の表面に供給することで、複数の被処理体上での反応活性種の濃度分布を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。
従来から、半導体デバイスの製造において、半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう）に対して高スループットで成膜処理を行うことができる成膜装置として、バッチ式の縦型成膜装置が知られている。
半導体デバイスの寸法の微細化、およびウエハの大口径化にともない、より均一な成膜が可能なバッチ式の縦型成膜装置として、処理容器内の基板の保持領域に、各ウエハに対応する位置に複数のガス吐出孔を有するガスインジェクター（ガス分散ノズル）を垂直に配置するとともに、ガスインジェクターに対向する位置に排気口を設け、各ガス吐出孔から各ウエハの表面に沿って処理ガスを供給して均一なガス流を形成するサイドフロー方式またはクロスフロー方式の成膜装置が用いられている（例えば特許文献１）。
特開２０１１−１３５０４４号公報
ところで、半導体デバイスは微細化・複雑化の一途をたどり、上記特許文献１に記載された技術でも膜の均一性が不十分となりつつある。特に、パターンが形成された、いわゆるパターンウエハにおいては、ウエハ上の成膜原料ガスの濃度が均一であっても、成膜原料ガスがウエハの中央部に達する前に消費されてウエハ中央部の膜厚が薄くなるマイクロローディング効果が問題となる。
このことは、半導体ウエハ上の成膜原料ガスの濃度が均一であっても、均一な膜を成膜することができないことを意味する。すなわち、均一な膜を成膜するためには、ウエハ上の成膜原料ガスの濃度分布を制御することが必要となる。
このため、特許文献１に記載されたサイドフロー方式またはクロスフロー方式のバッチ式の縦型成膜装置を用いて、成膜原料ガスの濃度分布を制御して膜厚を制御する技術が望まれる。
しかしながら、サイドフロー方式またはクロスフロー方式のバッチ式の縦型成膜装置で形成される、ガスインジェクター→ウエハ→排気口という成膜原料ガスの流れの体系が形成されているため、排気口側へ向かうほど成膜原料ガスが反応して形成される反応活性種が高くなる。このような傾向は、成膜原料ガスが持つ物性に密接にかかわっているため、反応活性種の濃度分布を操作するためには、プロセス条件や装置構成を大幅に変更する必要がある。また、一度分解が進んで反応活性種の濃度が上がった領域を低濃度化させることも困難なため、成膜原料ガスの分布を制御して反応活性種の濃度分布を制御することは困難である。
したがって、本発明は、サイドフロー方式またはクロスフロー方式のバッチ式の縦型成膜装置を用いて、被処理体上の反応活性種の濃度分布を制御することができる成膜技術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、真空保持可能な処理容器内に収納された複数の被処理体を配置し、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記所定の位置とは異なる位置に設けられた濃度調整用ガス供給部から濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給することで、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
本発明の第２の観点は、複数の被処理体上に所定の膜を一括して形成する成膜装置であって、前記複数の被処理体を収容する真空保持可能な処理容器と、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられ、成膜原料ガスを前記被処理体の表面に沿って供給する成膜原料ガス供給部と、前記所定の位置とは異なる位置に設けられ、濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給する濃度調整用ガス供給部と、前記成膜原料ガス供給部および前記濃度調整用ガス供給部からの前記成膜原料ガスおよび前記濃度調整用ガスの供給を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記原料ガス供給部から前記処理容器内の前記被処理体の表面に原料ガスを供給させ、前記被処理体上に形成された前記成膜原料ガスから生じた反応活性種の濃度分布を、前記濃度調整用ガス供給部から前記処理容器内に被処理体の表面に濃度調整用ガスを供給させて制御することを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
本発明によれば、成膜原料ガスを供給する位置とは異なる位置から、被処理体表面に濃度調整用ガスを供給することにより、被処理体上において、成膜原料ガスから生じた反応活性種の濃度分布を制御することができる。
本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の基本構成を示す縦断面図である。 本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の基本構成を示す水平断面図である。 図１、図２に示す成膜装置によりＨＣＤガスを用いてＳｉを堆積する際の反応活性種であるＳｉＣｌ２の濃度分布を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の第１の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。 本発明の第１の実施形態の第３の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を示す水平断面図である。 基本構成の成膜装置におけるシミュレーション結果を示す図である。 第１の実施形態の第１の例におけるシミュレーション結果を示す図である。 第１の実施形態の第２の例におけるシミュレーション結果を示す図である。 第１の実施形態の第３の例におけるシミュレーション結果を示す図である。 基本構成の成膜装置におけるシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施形態における第１のシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施形態における第２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説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜成膜装置の基本構成＞
図１は本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の基本構成を示す縦断面図、図２は図１に示す成膜装置の水平断面図である。
ここでは、シリコン原料としてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ；Ｓｉ２Ｃｌ６）を用い、ＨＣＤガスと酸化剤とを交互に供給する原子層堆積法（ＡＬＤ）によりＳｉＯ２膜を形成する成膜装置を例にとって説明する。
本例の成膜装置１００はクロスフロー方式のバッチ式縦型成膜装置と同様の構成を有している。成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の上端部近傍には、石英製の天井板２が設けられてその下側の領域が封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理体として複数枚、例えば５０〜１５０枚の半導体ウエハ（シリコンウエハ）Ｗを多段に載置した石英製のウエハボート５が処理容器１内に挿入されるようになっている。このウエハボート５は３本のロッド６を有し（図２参照）、ロッド６に形成された溝（図示せず）により複数枚のウエハＷが支持される。
このウエハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する金属（ステンレス）製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。
そして、この回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、処理容器１内のシール性を保持するためのシール部材１２が介設されている。
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋部９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
また、成膜装置１００は、処理容器１内へ成膜原料ガスとしてＨＣＤガスを供給する成膜原料ガス供給機構１４と、パージガスとして用いる不活性ガス、例えばＮ２ガス、Ａｒガス等を供給する不活性ガス供給機構１５と、酸化剤、例えばＯ２ガスとＨ２ガスとの混合ガス、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス等を供給する酸化剤供給機構１６とを有している。
成膜原料ガス供給機構１４は、成膜原料ガス供給源１８と、成膜原料ガス供給源１８から成膜原料ガスを導くガス配管１９と、このガス配管１９に接続されて処理容器１内に成膜原料ガスを導くガス分散ノズル２０とを有している。
不活性ガス供給機構１５は、不活性ガス供給源２１と、不活性ガス供給源２１から不活性ガスを導くガス配管２２と、処理容器１内に不活性ガスを導くガス分散ノズル２３とを有している。
酸化剤供給機構１６は、酸化剤供給源２４と、処理容器内に酸化剤を導くガス配管２５と、処理容器１内に酸化剤を導くガス分散ノズル２６とを有している。
ガス分散ノズル２０、２３および２６は、石英からなり、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。これらガス分散ノズル２０、２３および２６の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数のガス吐出孔２０ａ、２３ａおよび２６ａ（２０ａ、２６ａについては図２にのみ図示）がウエハＷの間隔に対応した所定の間隔で形成されている。これにより、各ガス吐出孔２０ａ、２３ａ、および２６ａから水平方向に処理容器１内の各ウエハＷの表面に向けて略均一にガスを吐出することができる。
ガス配管１９、２２、２５には、それぞれ開閉弁１９ａ、２２ａ、２５ａおよび流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂが設けられている。
処理容器１は、処理容器１の外壁に気密に溶接され、ガス分散ノズル２０、２３および２６を収容する収容区画壁３２を備えている。収容区画壁３２は、例えば、石英により形成される。収容区画壁３２は断面凹状をなし、処理容器１の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、ウエハボート５に支持されている全ての半導体ウエハＷを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。収容区画壁３２により規定される内側空間には、上述した成膜原料ガスを吐出するための分散ノズル２０、不活性ガスを吐出するための分散ノズル２３、および酸化剤を吐出するための分散ノズル２６が配置されている。分散ノズル２０から吐出される成膜原料ガス、分散ノズル２３から吐出される不活性ガス、分散ノズル２６から吐出される酸化剤は、開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。
実施形態では、ガス分散ノズル２０、２３、２６は、後述する収容区画壁３２内の異なる位置に１本ずつ設けられているが、いずれかを２本以上設けるようにしてもよい。また、ノズル２０に不活性ガス配管を接続して原料ガスとともにキャリアガスとして不活性ガスを吐出するようにしてもよい。また、ノズル２６に不活性ガス配管を接続して酸化剤とともにキャリアガスとして不活性ガスを吐出するようにしてもよい。
開口３１に対向する処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７はウエハボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材３８が取り付けられている。この排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材３８の下部には、排気口３７を介して処理容器１を排気するための排気管３９が接続されている。排気管３９には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４０および真空ポンプ等を含む排気装置４１が接続されており、排気装置４１により排気管３９を介して処理容器１内が排気される。すなわち、成膜装置１００は、分散ノズル２０、２３、２６からそれぞれ吐出された成膜原料ガス、不活性ガス、酸化剤は、ウエハＷの表面を通って排気口３７から排気されるクロスフロー方式の成膜装置である。
また、処理容器１の外周を囲むようにして処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱機構４２が設けられている。
成膜装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、成膜装置１００の各構成部の制御、例えばバルブ１９ａ、２２ａ、２５ａの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂによるガス流量の制御、排気装置４１による排気制御、および加熱機構４２によるウエハＷの温度の制御等を行う。制御部５０は、ＣＰＵ（コンピュータ）を有し、上記制御を行う主制御部と、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、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。
次に、以上のように構成される成膜装置の基本構成の処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部５０における記憶部の記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
最初に、上述したようなトレンチやホール、配線等が所定パターンで形成された半導体ウエハＷ（パターンウエハ）をウエハボート５に例えば５０〜１５０枚搭載し、ターンテーブル８に、石英製の保温筒７を介してウエハＷを搭載したウエハボート５を載置し、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）により上昇させることにより、下方開口部から処理容器１内へウエハボート５を搬入する。
このとき、筒体状の加熱機構４２により処理容器１内の温度を成膜に適した範囲の所定温度になるように処理容器１内を予め加熱しておく。そして、不活性ガスを供給しながら、処理容器１内を成膜に適した所定の範囲の圧力に調整した後、バルブ１９ａおよびバルブ２５ａを間欠的に開閉し、ＨＣＤガスによるＳｉ堆積ステップ、および酸化剤による酸化ステップを、処理容器１内のパージを挟んで交互に供給し、ＡＬＤによりＳｉＯ２膜を成膜する。
成膜中の各ガス流量は、流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｄにより所定の流量に制御される。
成膜終了後、不活性ガスの供給を継続したまま、バルブ１９ａおよびバルブ２５ａを閉じて成膜を終了し、排気装置４１により排気管３９を介して処理容器１内を排気しつつ、不活性ガスにより処理容器１内のパージを行う。そして、処理容器１内を常圧に戻した後、昇降機構（図示せず）によりウエハボート５を下降させてウエハボート５を処理容器１内から搬出する。
ところで、半導体デバイスの微細化にともない、微細な凹凸パターンを含めたウエハの表面積比が増大している。ここで表面積比とは、同径のウエハにおいて、微細な凹凸パターンが形成されたウエハ（以下、パターンウエハとも称する）の表面積Ｗ１を、凹凸パターンが形成されていない半導体ウエハ（以下、ベアウエハと称する）の表面積Ｗ２で除した値（Ｗ１／Ｗ２）である。
複数枚のウエハを一括して処理するバッチ式装置で所定の膜を成膜する場合、ウエハＷ上に所定の膜を均一に成膜することを目的として、半導体ウエハを回転させながら成膜を実施しているが、この手法では、半導体ウエハの中心部が成膜原料ガスの供給口から最も遠い位置となる。
このようなパターンウエハを成膜した場合、成膜原料ガスの消費率が増大するため、ベアウエハに対して、成膜原料ガスの供給口から最も遠い中心部の膜厚が周辺部の膜厚と比較して薄くなるマイクロローディング効果が生じる。そして、この膜厚の減少量は、表面積比と成膜のプロセス条件とで略固有の値となることが発明者らの実験によりわかっている。
つまり、凹凸パターンが形成された半導体ウエハ上に均一に所定の膜を成膜するためには、ベアウエハを成膜した場合の膜厚分布と、パターンウエハを成膜した場合の膜厚分布の差を考慮して成膜を制御できるプロセス手法の確立が必要なる。
半導体ウエハへの膜の堆積は、成膜原料ガスが熱分解して生成される反応活性種の濃度に起因する。このため、半導体ウエハ面内の膜厚分布を制御するためには、反応活性種すなわち成膜原料の濃度分布を制御できる手法を確立する必要がある。
しかしながら、上記基本構成の成膜装置１００は、Ｓｉ堆積ステップにおいて、成膜原料ガスであるＨＣＤガスが分散ノズル２０から不活性ガスとともに吐出され、ウエハＷの表面に沿って流れて排気口３７から排出されるクロスフロー方式であるため、ガスインジェクター→ウエハ→排気口という成膜原料ガスの流れが形成され、炉内に導入された成膜原料ガスがウエハを通過するまで１〜２ｍといった長さであり、ウエハ位置ではガスの熱分解が進行途中の状態であると考えられる。したがって、必然的に、排気口側へ向かうほど以下の（１）に示す反応式によりＨＣＤが分解して反応活性種であるＳｉＣｌ２が生じやすくなり、図３の模式図に示すように、その濃度が排気側近傍部分で高くなる分布が形成される。
Ｓｉ２Ｃｌ６ → ＳｉＣｌ２＋ＳｉＣｌ４ ・・・（１）
このような傾向は、処理容器内の成膜ガスが持つ物性に密接に関わっているため、反応活性種の濃度分布を操作するためには、プロセス条件や装置構成を大幅に変更する必要がある。また、一度分解が進んで反応活性種の濃度が上がった領域を低濃度化させることも困難なため、成膜原料ガスの分布を制御して反応活性種の濃度分布を制御することは困難である。すなわち、上記基本構成の成膜装置１００の構成のみでは、膜厚制御のためＳｉＣｌ２濃度すなわちＨＣＤガス濃度分布（ピーク位置）を動かそうとしても、一度形成されたガス濃度分布を変えることはできなかった。
＜本発明に係る方法を実施するための装置の第１の実施形態＞
そこで、上記の点を解決可能な成膜方法について検討した。
以下、本発明に係る方法を実施するための装置の第１の実施形態について説明する。
本発明者は、サイドフロー方式またはクロスフロー方式のバッチ式縦型成膜装置において、成膜原料ガスの濃度分布を調整する方法について検討した結果、処理容器１内に成膜原料ガスを供給する際に、処理容器１内の所望位置に濃度分布調整用ガスを吐出することが有効であることを見出した。
そこで、本実施形態では、処理容器１内のウエハＷの周囲の所望位置に、ガス分散ノズル２０、２３、２６と同様の構造を有するガス分散ノズルを配置して、そのガス分散ノズルのガス吐出孔から各ウエハの表面に対して濃度調整用ガスを吐出する。
図４は、第１の実施形態の第１の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。本例の成膜装置１０１は、図１、２に示す成膜装置１００の構成要素の他、処理容器１の周囲の収容区画壁３２の両側にそれぞれ上下方向に細長く形成された凹部７０Ａおよび７０Ｂと、凹部７０Ａおよび７０Ｂの中にそれぞれ設けられた濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂとを有している。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂは、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数の濃度調整用ガス吐出孔６０Ａａおよび６０ＢａがウエハＷの間隔に対応した所定の間隔で形成されている。これにより、各濃度調整用ガス吐出孔から水平方向に処理容器１内の各ウエハＷの表面に向けて濃度調整用ガスを吐出することができる。なお、制御部５０は、濃度調整用ガスの供給制御も行えるようになっている（図５〜図７の成膜装置も同じ）。
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂの下部は水平方向に屈曲しており、マニホールド３の側壁を貫通して外側へ延びている。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂの端部には、それぞれガス配管６１Ａおよび６１Ｂの一端が接続されており、ガス配管６１Ａおよび６１Ｂの他端には、それぞれ濃度調整用ガス供給源６２Ａおよび６２Ｂが接続されている。なお、ガス配管６１Ａおよび６１Ｂには、それぞれ開閉弁６１Ａａ、６１Ｂａ、および流量制御器６１Ａｂ、６１Ｂｂが設けられている。
図５は、第１の実施形態の第２の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。本例の成膜装置１０２は、図１、２に示す成膜装置１００の構成要素の他、処理容器１の周囲の収容区画壁３２と排気口３７の中間の位置に、それぞれ対向するように上下方向に細長く形成された凹部７０Ｃおよび７０Ｄと、凹部７０Ｃおよび７０Ｄの中にそれぞれ設けられた濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄとを有している。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄは、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数の濃度調整用ガス吐出孔６０Ｃａおよび６０ＤａがウエハＷの間隔に対応した所定の間隔で形成されている。これにより、各濃度調整用ガス吐出孔から水平方向に処理容器１内の各ウエハＷの表面に向けて濃度調整用ガスを吐出することができる。
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄの下部は水平方向に屈曲しており、マニホールド３の側壁を貫通して外側へ延びている。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄの端部には、それぞれガス配管６１Ｃおよび６１Ｄの一端が接続されており、ガス配管６１Ｃおよび６１Ｄの他端には、それぞれ濃度調整用ガス供給源６２Ｃおよび６２Ｄが接続されている。なお、ガス配管６１Ｃおよび６１Ｄには、それぞれ開閉弁６１Ｃａ、６１Ｄａ、および流量制御器６１Ｃｂ、６１Ｄｂが設けられている。
図６は、第１の実施形態の第３の例に係る成膜装置を示す水平断面図である。本例の成膜装置１０３は、図１、２に示す成膜装置１００の構成要素の他、処理容器１の周囲の排気口カバー部材３８の両側にそれぞれ上下方向に細長く形成された凹部７０Ｅおよび７０Ｆと、凹部７０Ｅおよび７０Ｆの中にそれぞれ設けられた濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆとを有している。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆは、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数の濃度調整用ガス吐出孔６０Ｅａおよび６０ＦａがウエハＷの間隔に対応した所定の間隔で形成されている。これにより、各濃度調整用ガス吐出孔から水平方向に処理容器１内の各ウエハＷの表面に向けて濃度調整用ガスを吐出することができる。
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆの下部は水平方向に屈曲しており、マニホールド３の側壁を貫通して外側へ延びている。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆの端部には、それぞれガス配管６１Ｅおよび６１Ｆの一端が接続されており、ガス配管６１Ｅおよび６１Ｆの他端には、それぞれ濃度調整用ガス供給源６２Ｅおよび６２Ｆが接続されている。なお、ガス配管６１Ｅおよび６１Ｆには、それぞれ開閉弁６１Ｅａ、６１Ｆａ、および流量制御器６１Ｅｂ、６１Ｆｂが設けられている。
濃度調整用ガスとしては、例えばＮ２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスを好適に用いることができる。
以上のような第１〜第３の例では、Ｓｉ堆積ステップにおいて、それぞれの濃度調整用ガス分散ノズルの吐出孔から濃度調整用ガスを吐出することにより、その吐出方向に成膜原料ガスであるＨＣＤガスの濃度分布の高い部分を移動させることができる。この場合に、各濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの流量を調整することにより、調整量をコントロールすることができる。
第１の実施形態によれば、成膜の際に、所定位置に濃度調整用ガス分散ノズルを配置し、濃度調整用ガス分散ノズルから所定量の濃度調整ガスを吐出することにより、処理容器１内のウエハＷ表面における成膜原料ガスの分布（反応活性種の分布）を制御することができる。
これにより、排気口３７の近傍に成膜原料ガスの濃度が高い部分が形成されることを抑制することや、ローディング効果により膜厚が薄くなるウエハ中心部の成膜原料ガスの濃度を高くすることが可能となる。このため、成膜原料の堆積膜厚の面内不均一を抑制することができる。
また、ウエハＷ中心部の成膜原料ガスの濃度が高い分布を形成することができれば、ウエハＷを回転させることなく、成膜原料の堆積膜厚を均一にすることも可能である。
なお、本実施形態の第１〜第３の例では、濃度調整用ガス分散ノズルをそれぞれ２つずつ所定の位置に配置したが、濃度調整用ガス分散ノズルの本数および配置位置は、上記第１〜第３の例に限定されるものではなく、成膜原料ガスの分布に応じて適宜設定すればよい。
＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態に係る成膜装置を示す水平断面図である。本実施形態の成膜装置１０４は、図１、２に示す成膜装置１００の構成要素の他、処理容器１の周囲に、上記第１の実施形態の第１〜第３の例における濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆを全て有している。これら分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆには、それぞれガス配管６１Ａ〜６１Ｆの一端が接続され、ガス配管６１Ａ〜６１Ｆの他端には、それぞれ濃度調整用ガス供給源６２Ａ〜６２Ｆが接続されている。なお、各ガス配管６１Ａ〜６１Ｆには、それぞれ開閉弁６１Ａａ〜６１Ｆａおよび流量制御器６１Ａｂ〜６１Ｆｂが設けられている。
本実施形態においては、予め把握した成膜原料ガス（ＨＣＤガス）の分布に応じて、各濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの吐出および停止、ならびに吐出流量を制御することにより、処理容器１内のウエハＷ表面における成膜原料ガスの分布（反応活性種の分布）を所望の分布に制御することができる。この場合の制御は、制御部５０において予め把握した成膜原料ガス分布に基づいて、所望の成膜原料ガス分布になるように、各濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの吐出および停止、ならびに吐出流量を制御するようにすればよい。
これにより、種々の成膜原料ガス分布に対して、排気口３７の近傍に成膜原料ガスの濃度が高い部分が形成されることを抑制することや、ローディング効果により膜厚が薄くなるウエハ中心部の成膜原料ガスの濃度を高くすることを、より効果的に達成することが可能となる。このため、成膜原料ガスの分布によらず、成膜原料の堆積膜厚の面内均一性を良好にすることができる。
また、各濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの流量を制御することにより、ウエハＷ中心部の成膜原料ガスの濃度が高い分布を比較的容易に形成することができ、ウエハＷを回転させることなく、成膜原料の堆積膜厚を均一にすることがより達成しやすくなる。
なお、本実施形態では、処理容器１の周囲に６つの濃度調整用ガス分散ノズルを設けた例を示したが、濃度調整用ガス分散ノズルの数はこれに限定されるものではない。濃度調整用ガス分散ノズルの数を増加させるほどきめ細かな制御を行うことができる。ただし、装置コスト等を考慮して適切な数にすることが好ましい。
＜シミュレーション結果＞
次にシミュレーション結果について説明する。
［基本構成の成膜装置におけるシミュレーション結果］
まず、図１および図２に示すような基本構成のバッチ式縦型成膜装置において、成膜原料ガスの吐出位置および吐出量と、不活性ガスの吐出位置と吐出量を変更した場合における処理容器１内の成膜原料ガスの濃度分布について、熱流体解析によるシミュレーションを実施した。
なお、シミュレーションに当たっては、半導体ウエハ上に成膜される所定の膜の膜厚は、成膜原料ガスが熱分解して生成される反応活性種の濃度に起因することを考慮し、成膜原料ガスの濃度分布ではなく、反応活性種の濃度分布をシミュレーションした。
本シミュレーションでは、ＡＬＤでＳｉＯ２膜を成膜する際における、ＨＣＤ（Ｓｉ２Ｃｌ６））ガスの熱分解によるＳｉ堆積工程を想定してシミュレーションを実施している。
なお、ＨＣＤの熱分解は、上述した（１）式で表される反応式によるものであり、本シミュレーションでは、熱分解後のＳｉＣｌ２がシリコン膜の成膜に寄与する反応活性種であるとして、ＳｉＣｌ２の濃度分布をシミュレーションした。
具体的なシミュレーション条件を以下に示す。
成膜原料ガス：ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６））ガス
不活性ガス：Ｎ２ガス
処理容器内温度：６００℃
半導体ウエハＷ間のピッチ：ｘｍｍ
処理容器内面と半導体ウエハＷとのクリアランス：３ｘｍｍ
処理容器内の圧力（排気口３７近傍）：３０Ｐａ（０．２２５Ｔｏｒｒ）
図８は、この場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、図８では、ガス供給部と排気口が、図２とは逆となっている。以下の図９〜図１４も同様である。
図８では、図２の成膜原料ガス用の分散ノズル２０とパージガスである不活性ガス用の分散ノズル２３からそれぞれＨＣＤガスおよびＮ２ガスを以下に示す流量で吐出した場合のＳｉＣｌ２の濃度分布をシミュレーションした結果を示す。なお、図８のシミュレーション結果では、ＳｉＣｌ２の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど（黒色に近いほど）濃度が高いことを示している。
ＨＣＤガスおよびＮ２ガスのガス流量は、以下の通りとした。なお、本シミュレーションでは、ガス分散ノズル２０からＨＣＤガスとキャリアガスとしてのＮ２ガスの両方を吐出したものとしている。
・ガス分散ノズル２０：
ＨＣＤガス ３００ｓｃｃｍ＋Ｎ２ガス １５００ｓｃｃｍ
・ガス分散ノズル２３：
Ｎ２ガス １５００ｓｃｃｍ
図８に示すシミュレーション結果からは、ガス分散ノズル２０から吐出されたＨＣＤガスが排気口３７へ進むにつれてＳｉＣｌ２の濃度が高くなること、およびガス分散ノズル２３から吐出されるＮ２ガスの影響により、ＳｉＣｌ２の濃度分布は、ガス分散ノズル２３側で、かつ排気口３７側において最も濃度が高い領域（以下、高濃度領域とも称する）が現れることがわかった。なお、発明者は、実機において半導体ウエハを回転させずに上記シミュレーション条件と同等の条件にて成膜を行った際の膜厚分布と、上記シミュレーション結果で得られた反応活性種の濃度分布とが略一致することを確認している。
［第１の実施形態の成膜装置におけるシミュレーション結果］
次に、図８に示す成膜原料ガスおよびキャリアガスを吐出するガス分散ノズル２０およびパージ用の不活性ガスを吐出するガス分散ノズル２３に加え、第１の実施形態の第１〜第３の例に示すように、濃度調整用ガス分散ノズルを配置した場合のＳｉＣｌ２の濃度分布をシミュレーションした。なお、基本的なシミュレーション条件は、上記「基本構成の成膜装置におけるシミュレーション」の場合と同様とし、ガス分散ノズル２０および２３からのガスの流量も同様とした。
図９〜図１１は、そのシミュレーション結果である。図９は第１の例に対応し、図４の濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂを設けた場合である。図１０は第２の例に対応し、図５の濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄを設けた場合である。図１１は第３の例に対応し、図６の濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆを設けた場合である。これらにおいて、濃度調整用ガス分散ノズルから吐出される不活性ガスの流量を変化させてシミュレーショを行った。
具体的には、図９〜図１１に示すシミュレーションでは、各濃度調整用ガス分散ノズルから吐出されるＨＣＤガス（成膜原料ガス）およびＮ２ガス（不活性ガス）のガス流量を以下の３通りずつとした。
（第１の例の条件）
・図９（ａ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
・図９（ｂ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂ：Ｎ２ガス ５０００ｓｃｃｍ
・図９（Ｃ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂ：Ｎ２ガス １００００ｓｃｃｍ
（第２の例の条件）
・図１０（ａ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
・図１０（ｂ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄ：Ｎ２ガス ５０００ｓｃｃｍ
・図１０（ｃ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄ：Ｎ２ガス １００００ｓｃｃｍ
（第３の例の条件）
・図１１（ａ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
・図１１（ｂ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆ：Ｎ２ガス ５０００ｓｃｃｍ
・図１１（ｃ）
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅ：Ｎ２ガス １０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆ：Ｎ２ガス １００００ｓｃｃｍ
（第１の例のシミュレーション結果）
初めに、図９に示す第１の例のシミュレーション結果について説明する。第１の例のシミュレーションでは、ガス分散ノズル２０および２３に加え、ガス分散ノズル２３の上側位置に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａを配置し、ガス分散ノズル２０の下側位置に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂを配置した図４の場合のシミュレーション結果である。なお、図９のシミュレーション結果では、ＳｉＣｌ２の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど（黒色に近いほど）濃度が高いことを示している。
図９に示すシミュレーション結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａおよび６０Ｂから吐出されるＮ２ガスの影響をうけて、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が、図８に示すシミュレーション結果と比較して、図９に示す矢印の方向、すなわち、処理容器１の中央部に移動することがわかる。また、図９に示すシミュレーション結果では、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が紙面左上方向に向かって押し上げられるように移動することがわかる。これは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂから吐出されるＮ２ガスがＳｉＣｌ２の高濃度領域の下側を回り込むようにして排気口３７へと流れるためであると考察される。また、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂから吐出されるＮ２ガスの流量が増加するに従い、高濃度領域がガス分散ノズル２０と排気口３７との間に伸びるようにして移動することがわかる。
（第２の例のシミュレーション結果）
次に、図１０に示す第２の例のシミュレーション結果について説明する。第２の例のシミュレーションでは、ガス分散ノズル２０および２３に加え、収容区画壁３２と排気口３７との中間の処理容器１の側壁部分の上側に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃ、下側に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄを配置した図５の場合のシミュレーション結果である。なお、図１０のシミュレーション結果では、ＳｉＣｌ２の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど（黒色に近いほど）濃度が高いことを示している。
図１０に示すシミュレーション結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃおよび６０Ｄから吐出されるＮ２ガスの影響をうけて、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が、図８に示すシミュレーション結果と比較して、図１０に示す矢印の方向、すなわち、ガス分散ノズル６０Ｃの方向に移動することがわかる。これは、ＳｉＣｌ２の濃度が高い領域に近いガス分散ノズル６０Ｄからの吐出の影響が大きいためであると考察される。さらに、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄから吐出されるＮ２ガスは、ＳｉＣｌ２の高濃度領域の下側に吐出された後、左側にある排気口３７へと流れる。このため、ＳｉＣｌ２の高濃度領域は、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃに向かって押し上げられるように移動するものと考察される。また、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄから吐出されるＮ２ガスの流量が増加するに従い、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄから離れ、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃの方向へと移動することがわかる。
（第３の例のシミュレーション結果）
次に、図１１に示す第３の例のシミュレーション結果について説明する。図１１に示すシミュレーショでは、ガス分散ノズル２０および２３に加え、処理容器１の側壁の排気口３７の上側に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅ、下側に濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆを配置した図６の場合のシミュレーション結果である。なお、図１１のシミュレーション結果では、ＳｉＣｌ２の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど（黒色に近いほど）濃度が高いことを示している。
図１１に示すシミュレーション結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆから吐出されるＮ２ガスの影響により、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が、図８に示すシミュレーション結果と比較して、図１１に示す矢印の方向、すなわち、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅおよび６０Ｆから離れる方向に移動することがわかる。また、図１１に示す結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆから吐出されるＮ２ガスによる影響がより強いことがわかる。これは、ＳｉＣｌ２の濃度が高い領域に近い濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆからの吐出の影響が大きいためであると考察される。さらに、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆから吐出されるＮ２ガスの流量が増加するに従い、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆから離れることがわかる。
［第２の実施形態の成膜装置におけるシミュレーション結果］
次に、図８に示す成膜原料ガスおよびキャリアガスを吐出するガス分散ノズル２０およびパージ用の不活性ガスを吐出するガス分散ノズル２３に加え、第２の実施形態に示すように、処理容器１の周囲に６本の濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆを配置した場合のＳｉＣｌ２の濃度分布をシミュレーションした。なお、基本的なシミュレーション条件は、上記「基本構成の成膜装置におけるシミュレーション」の場合と同様とし、ガス分散ノズル２０および２３からのガスの流量も同様とした。濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０ＦはウエハＷの周囲にほぼ等間隔（約６０度ごと）に配置した。
図１３および図１４は、それぞれ第１のシミュレーション結果および第２のシミュレーション結果を示す図である。図１３および図１４では、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出される不活性ガス（Ｎ２ガス）の流量が異なっている。
なお、図１３および図１４において、（ａ）は、ＳｉＣｌ２の濃度分布自体のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は、（ａ）のシミュレーション結果を規格化した濃度分布、すなわち相対的な濃度分布を示している。（ａ）ではＳｉＣｌ２の濃度は不活性ガスの吐出量が多いと薄くなるが、規格化することによりコントラストがより強くなっている。濃度が薄くなると成膜速度が低下するが、成膜速度の低下はプロセス時間を長くすることで対処できる。したがって、成膜原料ガス（もしくは反応活性種）の相対的な濃度分布を制御できればよいため、（ｂ）に、コントラストが強い規格化したＳｉＣｌ２の濃度分布を示している。
なお、比較のため、図１２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ図８に示す基本構成の、ＳｉＣｌ２の濃度分布自体のシミュレーション結果、および規格化した濃度分布、すなわち相対的な濃度分布を示す。
（第１のシミュレーション結果）
図１３に示す第１のシミュレーションでは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガス（不活性ガス）のガス流量をいずれも１０００ｓｃｃｍとした。
図１３（ａ）に示す第１のシミュレーション結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガスの影響をうけて、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が、図１２（ａ）に示すシミュレーション結果と比較して、成膜原料ガスを吐出するガス分散ノズル２０から排気口３７に伸びるようにして処理容器１内の中央部に移動することがわかる。また、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガスの合計流量が多いために、全体としてＳｉＣｌ２の濃度が低くなっている（色が薄くなっている）ことがわかる。一方、図１３（ｂ）の規格化されたＳｉＣｌ２の濃度分布によれば、処理容器１内の中央部のＳｉＣｌ２の濃度が高く、周辺部のＳｉＣｌ２の濃度が低くなっており、ＳｉＣｌ２の濃度分布を効果的に制御できていることがわかる。
（第２のシミュレーション結果）
図１４に示す第２のシミュレーションでは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガス（不活性ガス）のガス流量を以下の通りとした。
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ：Ｎ２ガス １００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｂ：Ｎ２ガス ５００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｃ：Ｎ２ガス １００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｄ：Ｎ２ガス ５００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｅ：Ｎ２ガス ７０００ｓｃｃｍ
濃度調整用ガス分散ノズル６０Ｆ：Ｎ２ガス ３０００ｓｃｃｍ
図１４（ａ）に示す第２のシミュレーション結果からは、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガスを制御することにより、図１２（ａ）に示すシミュレーション結果と比較して、ＳｉＣｌ２の高濃度領域が、処理容器１内の中央部に移動することがわかる。また、図１３に示す例と比較しても、高濃度領域がより円形状に近い形に制御されていることがわかる。ただし、濃度調整用ガス分散ノズル６０Ａ〜６０Ｆから吐出されるＮ２ガスの合計流量が多いために、全体としてＳｉＣｌ２の濃度が低くなっている（色が薄くなっている）。一方、図１４（ｂ）の規格化されたＳｉＣｌ２の濃度分布によれば、処理容器１内の中央部のＳｉＣｌ２の濃度が高く、周辺部のＳｉＣｌ２の濃度が低くなっていることがより明確に確認される。
以上のように、シミュレーション結果から、処理容器の周囲の成膜原料ガスを吐出する位置とは異なる所定位置に濃度調整用ガス分散ノズルを配置して濃度調整用の不活性ガスを吐出することで、ウエハ上での成膜原料ガスの濃度分布を制御できることが確認された。特に、処理容器の周囲に複数の濃度調整用ガス分散ノズルを配置して、これらの流量を制御することにより、ＳｉＣｌ２の濃度をより効果的に制御することができ、排気側に偏っていたＳｉＣｌ２の濃度分布を、ウエハ中心部が高く周縁部が低い理想的な分布に制御できることが確認された。
このことから、本実施形態により、成膜原料ガス（反応活性種）の分布を制御して、パターンウエハにおいて生じるローディング効果を抑制することが可能となることがわかる。
なお、実験例では、成膜原料ガスが熱分解して生成される反応活性種の濃度分布をシミュレーションしているが、成膜原料ガスの濃度分布を制御できれば、成膜原料ガスが熱分解して生成される反応活性種の濃度分布についても制御することができると考えられる。また、ＡＬＤにおけるパージガスやキャリアガスとして用いる不活性ガスおよび濃度調整用ガスとして用いる不活性ガスの流量を調整することで、成膜原料ガス（もしくは反応活性種）の濃度についても制御ができる。つまり、成膜原料ガス（もしくは反応活性種）の濃度および相対的な濃度分布の両方を制御することができる。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、Ｓｉ原料ガスとしてのＨＣＤガスと酸化剤とを用いたＡＬＤを行う際のＳｉ堆積ステップに本発明を用いた例について示したが、これに限らず、他の成膜原料ガスと他の反応ガスを用いたＡＬＤを行う場合にも適用可能である。
また、上記実施形態では、成膜原料ガスとしてＨＣＤガスを用い、反応活性種としてそれが熱分解して生じたＳｉＣｌ２を用いたが、成膜原料ガス自体が反応活性種であってもよい。
さらに、本発明は、ＡＬＤにおける原料堆積のような短時間のプロセスに有効であるが、ＣＶＤの際にも適用することが可能である。
さらにまた、被処理体として半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限らず、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板やセラミックス基板等、他の基板にも適用できることはいうまでもない。
１；処理容器
５；ウエハボート
１４；成膜原料ガス供給機構
１５；不活性ガス供給機構
２０，２３；ガス分散ノズル
４１；排気装置
４２；加熱機構
６０Ａ〜６０Ｆ；濃度調整用ガス分散ノズル
１０１，１０２，１０３，１０４；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）

Claims (17)

  1. 真空保持可能な処理容器内に収納された複数の被処理体を配置し、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜する成膜方法であって、
    前記所定の位置とは異なる位置に設けられた濃度調整用ガス供給部から濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給することで、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜方法。
  2. 前記濃度調整用ガス供給部は、互いに異なる複数の位置から濃度調整用ガスを前記複数の被処理体の表面に供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記容器内の前記所定の位置に対向する位置から排気することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記複数の被処理体を回転させながら成膜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項に記載の成膜方法。
  5. 前記濃度調整用ガス供給部は、前記処理容器の周囲に複数配置され、これら複数の濃度調整用ガス供給部からの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記反応活性種の濃度分布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項に記載の成膜方法。
  6. 前記濃度調整用ガスは、不活性ガスであ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項に記載の成膜方法。
  7. 前記原料ガスはヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）であり、前記反応活性種はＳｉＣｌ２であり、前記不活性ガスはＮ２ガスであることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
  8. 前記ヘキサクロロジシランによるＳｉ堆積と、酸化剤によるＳｉの酸化とを交互に繰り返すＡＬＤによりシリコン酸化膜を成膜する際において、前記Ｓｉ堆積の際に、前記濃度調整用ガスを供給して前記反応活性種であるＳｉＣｌ２の濃度分布を制御することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
  9. 複数の被処理体上に所定の膜を一括して形成する成膜装置であって、
    前記複数の被処理体を収容する真空保持可能な処理容器と、
    前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられ、成膜原料ガスを前記被処理体の表面に沿って供給する成膜原料ガス供給部と、
    前記所定の位置とは異なる位置に設けられ、濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給する濃度調整用ガス供給部と、
    前記成膜原料ガス供給部および前記濃度調整用ガス供給部からの前記成膜原料ガスおよび前記濃度調整用ガスの供給を制御する制御部と
    を具備し、
    前記制御部は、
    前記原料ガス供給部から前記処理容器内の前記被処理体の表面に原料ガスを供給させ、前記被処理体上に形成された前記成膜原料ガスから生じた反応活性種の濃度分布を、前記濃度調整用ガス供給部から前記処理容器内に被処理体の表面に濃度調整用ガスを供給させて制御することを特徴とする成膜装置。
  10. 前記濃度調整用ガス供給部は、互いに異なる複数の位置から濃度調整用ガスを前記複数の被処理体の表面に供給することを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
  11. 前記処理容器内の前記成膜原料ガス供給部に対向する位置に排気口を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の成膜装置。
  12. 前記複数の被処理体を回転させる回転機構をさらに具備し、
    前記制御部は、
    前記回転機構を制御して、前記複数の被処理体を回転させながら成膜させることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
  13. 前記濃度調整用ガス供給部は、前記処理容器の周囲に複数配置され、前記制御部は、これら複数の濃度調整用ガス供給部からの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
  14. 前記濃度調整用ガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
  15. 前記原料ガスはヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）であり、前記反応活性種はＳｉＣｌ２であり、前記不活性ガスはＮ２ガスであることを特徴とする請求項１４に記載の成膜装置。
  16. 前記処理容器内に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
    前記処理容器内にパージガスを供給するパージガス供給部と
    をさらに有し、
    前記制御部は、前記ヘキサクロロジシランによるＳｉ堆積と、酸化剤によるＳｉの酸化とを交互に繰り返すＡＬＤによりシリコン酸化膜を成膜させ、前記Ｓｉ堆積の際に、前記濃度調整用ガスを供給して前記反応活性種であるＳｉＣｌ２の濃度分布を制御することを特徴とする請求項１５に記載の成膜装置。
  17. コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021020008A1 (ja) * 2019-07-26 2021-02-04 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及びガス供給システム
KR20210147895A (ko) 2020-05-29 2021-12-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR20220037352A (ko) 2020-09-17 2022-03-24 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치 및 처리 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03255618A (ja) * 1990-03-05 1991-11-14 Fujitsu Ltd 縦型ｃｖｄ装置
JP2011029441A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び基板処理方法
JP2011129879A (ja) * 2009-11-20 2011-06-30 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
JP2011135044A (ja) * 2009-11-27 2011-07-07 Tokyo Electron Ltd 成膜方法および成膜装置
JP2014067783A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法
JP2014216342A (ja) * 2013-04-22 2014-11-17 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2017033974A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及びガス供給管

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102345111B (zh) * 2010-07-29 2015-03-04 东京毅力科创株式会社 成膜方法和成膜装置
JP6128969B2 (ja) * 2013-06-03 2017-05-17 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6319171B2 (ja) * 2014-07-28 2018-05-09 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
KR102010633B1 (ko) * 2015-06-30 2019-08-13 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03255618A (ja) * 1990-03-05 1991-11-14 Fujitsu Ltd 縦型ｃｖｄ装置
JP2011029441A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び基板処理方法
JP2011129879A (ja) * 2009-11-20 2011-06-30 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
JP2011135044A (ja) * 2009-11-27 2011-07-07 Tokyo Electron Ltd 成膜方法および成膜装置
JP2014067783A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法
JP2014216342A (ja) * 2013-04-22 2014-11-17 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2017033974A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及びガス供給管

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021020008A1 (ja) * 2019-07-26 2021-02-04 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及びガス供給システム
JPWO2021020008A1 (ja) * 2019-07-26 2021-02-04
TWI757777B (zh) * 2019-07-26 2022-03-11 日商國際電氣股份有限公司 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法、藉由電腦而使基板處理裝置執行程序之程式、氣體供給系統及基板處理方法
KR20210147895A (ko) 2020-05-29 2021-12-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US11725284B2 (en) 2020-05-29 2023-08-15 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus and substrate processing method
KR20220037352A (ko) 2020-09-17 2022-03-24 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치 및 처리 방법
US11859285B2 (en) 2020-09-17 2024-01-02 Tokyo Electron Limited Processing apparatus and processing method
JP7446189B2 (ja) 2020-09-17 2024-03-08 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び処理方法

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