WO2003104525A1

WO2003104525A1 - 処理装置及び処理方法

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Publication number: WO2003104525A1
Application number: PCT/JP2003/007293
Authority: WO
Inventors: 石坂　忠大; 軍司　勲男; 河南　博; 沢田　郁夫; 小島　康彦
Original assignee: 東京エレクトロン株式会社
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2003-12-18
Also published as: JP4192148B2; JPWO2003104525A1; AU2003242099A1; US20060096531A1

Abstract

略三角形状の横断面を有するチャンバ(12)の一辺にガス供給口(13)を設け、これと対向する頂点に排気口(14)を設ける。さらに、ガス供給口(13)に、シャワーヘッド状のガス供給部(15)を設ける。これにより、チャンバ(12)を、ガス供給口(13)から排気口(14)にかけて形成されるガスの流路断面積Sが、ガスの供給方向(x方向)に向かって次第に減少するように構成する。このとき、チャンバ(12)の壁面に形成される境界層(28)の厚さδは、ほぼ一定となる。

Description

処理装置及び処理方法技術分野

本発明は、半導体ゥェハ等の被処理体に、所定の表面処理を施す処理装置及び処理方法に関する。背景技術

現在、半導体集積回路の微細化、高集積化が進行した結果、基板等の基板表面に形成される配線溝等のパターンの微細化が進行している。これにより、配線金属の下地膜として薄膜を形成する場合など、微細な酉 BH溝内に極めて薄い膜を均 —に、良好なカバレッジで形成することが求められる。このため、近年、微細な溝内にも、良好な膜質で、原子層レベルの膜を形成可能な方法として、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition： A L D ) と呼ばれる方法が開発されている。

A L Dは、例えば、以下のような工程から構成される。以下に示す例では、配線パターン（配線溝）が形成された基板の表面に、四塩ィ匕チタンガスおょぴアンモニァガスを用いて、窒化チタンからなる下地膜を形成する場合について説明する。

まず、チャンバ内に基板を収容し、チャンバ内を所定の真空度まで減圧する。続いて、チャンバ内に四塩化チタンガスを所定時間導入する。 'これにより、基板の表面に四塩化チタン分子が多層に吸着する。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、これにより、基板表面に吸着したほぼ 1層分の四塩化チタン分子を除いて、チャンバ内から四塩化チタンを除去する。

パージ後、チャンバ内にアンモニアガスを所定時間導入する。これにより、基板の表面に吸着した四塩化チタン分子とァンモニァ分子とが反応して、基板の表面にほぼ 1原子層分の窒化チタン層が形成される。このとき、形成された窒化チタン層の上には、アンモニア分子が多層に吸着している。その後、チャンバ内を不活性ガスでパージし、窒化チタン層上に吸着したほぼ 1層分のアンモニア分子を除いて、チャンバ内からアンモニア分子を除去する。続いて、再ぴ、四塩化チタンガスをチャンバ内に所定時間導入する。これにより、吸着したァンモユア分子と四塩化チタンとが反応して新たな窒ィ匕チタン層が形成される。すなわち、この状態ではほぼ 2原子層の窒化チタン層が形成されていることになる。

また、このとき、窒化チタン層上には四塩化チタン分子が多層に吸着している。その後、チヤンバ内を不活性ガスでパージすることにより、窒化チタン層上に.ほぼ 1層分の四塩化チタンが吸着した状態となる。その後、上記のように、アンモユアガスの導入、パージ、四塩化チタンガスの導入、パージ、 ···、というように、チャンパ内の雰囲気を切り替え、所定原子層分、すなわち、所定厚さの窒化チタン層を形成する。例えば、チヤンバ内のガス雰囲気を数百〜数千回切り替えることにより、数 n m〜数十 n mの窒ィ匕チタン膜を形成することができる。従って、この A L Dを用いて高いスループットを得るには、ガス雰囲気の切り換えを高速に行う必要がある。

上記 A L Dでは、チヤンバ内のガス雰囲気の切り換えを多数回、高速で行う力この場合、チヤンバの内部表面や基板上に形成される境界層の影響が無視できない。通常、ガス等の流体が壁面等（基板面を含む）によって画定された空間内を流れる^^、壁面等に近い領域には、流体が壁面等に粘着されるとによって境界層が形成される。境界層内部の速度場は、壁面等に略 ¥ffな速度成分のみから構成されるため、ガスの混合が起こり難く、境界層の厚さ方向では、実質的にガスは拡散によってのみ移動する。

一般に、完全流体の流れ場を想定した流体方程式を解くと、慣性項に対する粘性項の影響を無視できない境界層の存在が導かれることが知られている。境界層の壁面からの厚さ δは、流体の粘性係数 μ、流体の密度 <0、流速 U、流体の流れる方向の所定地点からの距離 Δ Xを用いて、式（1 ) のように表わせる。式（ 1 ) に示すように、境界層の厚さ δは距離 Δ Xの平方根に比例する。すなわち、図 7に概略的に示すように、流体が X方向に流れるにつれて、境界層の厚さ δが増大し、境界層は拡大する。

ここで、境界層の最内層（壁面と接する側）では、実質的に X方向の速度は零であり、一方、境界層の最外層では、 X方向の速度は流体全体の X方向の速度にほぼ等しい。すなわち、境界層内部において、 X方向の平均流速は流体全体の X 方向の速度よりも小きい。従って、境界層の発達とともに、流体全体としての（X 方向の）速度は低下する。

チャンバ内にガスを供給した場合も同様に、チャンパの壁面近くに形成される境界層によって、ガスの供給側（例えば、ガス供給口）力排気側（例えば、排気口）との間で流速の低下が生じる。このような流速の低下は、上記 A L Dのように、高速なガス雰囲気の切り換えが求められる場合には大きな問題となる。また、上述したように、境界層内でのガスの混合は起こり難いので、チャンバ内の雰囲気ガスを切り換えたときであっても、結果的に境界層内のガスは切り替わり難い。このため、境界層の発達は、境界層を含むチャンバ内全体のガスを十分に切り換えるための時間を増大させ、生産性を低下させる。.

このように、ガスの給気側から排気側にかけての境界層の拡大が低減されるように考慮された、高速な雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高い処理装置は、従来なかった。発明の開示

上記実状に鑑みて、本発明は、高速な雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高 V、処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第 1の観点に係る処理装置は、前記チヤンバに設けられ、前記チヤンバ内に所定のガスを供給するためのガス供給口と、

前記チャンバに前記ガス供給口と対向するように設けられ、前記チャンバ内を気するための排気口と、

を備える原子層レベルの層から構成される膜を形成する処理装置であって、前記チヤンバは、前記ガス供給口から前記排気口に向かう前記ガスの流路断面力前記ガス供給口から前記排気口に向かって漸減するように構成されている、ことを特 ί敷とする。上記目的を達成するため、本発明の第 2の観点に係る処理装置は、前記チヤンバに設けられ、前記チヤンバ内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口と、

前記チヤンバに前記ガス供給口と対向するように設けられ、前記チヤンバ内を排気する排気手段に接続される排気口と、

を備え、

前記チャンバは、前記ガス供給口から前記排気口に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口から前記排気口に向かって漸減するように構成されている、ことを特徴とする。

上記構成によれば、ガス供給口から排気口にかけてのガスの流速低下が抑えられ、これにより、チャンバ内雰囲気の高速な切り換えが可能となる。そのため、生産性の高レ、処理が可能となる。

前記チャンバは、例えば、前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口からの距離に応じて減少するように構成されている。

前記チャンバは、前記チャンバ内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿つた前記チャンバの壁面に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されていることが好ましい。

また、前記チャンバは、前記チャンバ内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿って前記チヤンバ内に配置された基板上に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されていることが望ましレ、。

すなわち、例えば、流路断面がガス供給口からの距離と反比例するように構成し、及び/又はチヤンバの壁面に形成される境界層がほぼ一定となるように構成することにより'、境界層によるガス流速の低下および雰囲気の切り換え速度の低下が抑制される。さらに、基板上に形成される境界層の厚さがほぼ一定になる場合に、基板主面内の処理の均一性が一層向上する。

上記目的を達成するため、本発明の第 3の観点に係る処理装置は、前記チヤンパに設けられ、前記チヤンバ内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口と、

前記チヤンバに設けられ、前記チヤンバ内を排気する排気手段に接続される排気口と、

を備え、

前記チャンパは、前記ガスの供給方向に対して略垂直の方向から見て略三角形状の断面を有し、前記ガス供給口は前記断面の一辺のほぼ全体に設けられ、前記排気口は前記断面の前記一辺に対向する頂点部分に設けられている、

ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第 4の観点に係る処理方法は、

チャンバ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チャンバ内の雰囲気を切り換えながら、前記チヤンバ内に配置された基板を処理する方法であって、

前記ガス供給口から所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給ステツプと、

前記ガス供給ステップにて供給された前記所定のガスを、前記ガス供給口からの距離に応じて減少する流路断面を有するように、前記チヤンパ内を流すガス流通ステップと、を備える、

ことを特 ί敷とする。

前記ガス流通ステップにて、前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンパの壁面及び Ζ又は前記基板上に略一定の厚さを有する境界層を形成させることが望ましい。

この方法によれば、チヤンバの壁面に略一定の厚さの境界層が形成されるので、ガスの流れ方向に沿って均一な流速分布が得られ、雰囲気の切り換え速度を高速に維持できる。さらに、基板上にも略一定の厚さの境界層が形成される場合には、基板主面内の処理の均一性を一層向上させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態にかかる処理装置の側断面図である。

図 2は、本発明の実施の形態にかかる処理装置の平面図である。図 3は、本発明の実施の形態にかかる処理装置を用いたに形成される境界層を模式的に示す図である。一

図 4は、 A L D処理のフローチャートの一例を示す。

図 5は、本発明の他の実施の形態を示す図である。

図 6 A及ぴ図 6 Bは、本発明の別の実施の形態を示す図である。

図 7は、壁面近傍に形成される境界層を模式的に示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本実施の形態にかかる処理装置について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、四塩化チタン（T i C 1 ₄) ガスとアンモニア（NH₃) ガスとをアルゴン (A r ) ガスによるパージを挟んでチャンパ内に交互に供給して、半導体ウェハ（以下、ウェハ W) の表面に窒化チタン（T i N) 膜を、いわゆる原子膜成膜法 (Atomic Layer Deposition： A L D) を用いて成膜する処理装置を例として説明する。

図 1に、本実施の形態にかかる処理装置 1 1の側部断面を示す。図 1に示すように、処理装置 1 1は、アルミニウム、ステンレススチール等からなる中空のチヤンバ 1 2を備える。チャンバ 1 2は、 1«方形の縦断面を有して構成され、 z 軸方向に所定の高さ Hを有して構成されている。また、略長方形の断面の、 X軸方向で対向する両辺には、ガス供給口 1 3と、排気口 1 4と、が形成されている。ガス供給口 1 3には、ガス供給部 1 5が設けられている。ガス供給部 1 5は、 T i C 1 ₄ガス?原 1 6と、 NH₃源 1 7と、 A r源 1 8と、にそれぞれ、マスフ口一コントローラ 1 9およびバルブ 2 0を介して接続されている。

排気口 1 4には、排気管 2 1が接続されている。排気管 2 1は、自動圧力調整装置（A P C) 2 2を介して排気装置 2 3に接続されている。排気装置 2 3により、チャンバ 1 2内は、所定の真空度まで排気される。

チャンバ 1 2の内部には、ウエノ、 Wを載置するための、円板状の載置台 2 4が設けられている。載置台 2 4は、窒ィヒアルミニウムなどのセラミックス等から構成されている。また、載置台 2 4には、図示しない、抵抗発熱体等のヒータが埋設されている。制御装置 1 0 0は、上記構成を有する処理装置 1 1の各構成部の動作を制御する。また、制御装置 1 0 0は、所定の処理を実行するための処理シーケンスを記

'憶し、この処理シーケンスに基づいて、後述する処理を実行する。なお、制御装置 1 0 0の構成及び詳細な動作にっレ、ては、ここでは説明を省略する。

図 2に、チャンバ 1 2の平面図を示す。図 2に示すように、チャンパ 1 2は、略三角形状の断面を有する。チャンパ 1 2は、略三角形状の断面の、 y軸方向に ffiな一辺にガス供給口 1 3を備え、この一辺に対向する頂点部分に排気口 1 4 を備える。

ガス供給口 1 3は、図 2に示すチヤンパ 1 2の y軸方向に平行な一辺のほぼ全体にわたるように形成され、ガス供給部 1 5は、ガス供給口 1 3を覆うように設けられている。ガス供給部 1 5は、 T i C 1 ₄ガス源 1 6と、 NH₃源 1 7と、 A r源、 1 8と、に接続されたガス供給管 2 5に接続されている。ガス供給部 1 5は内部に中空の拡散部 2 6を備え、ガス供給管 2 5は拡散部 2 6に接続されている。また、ガス供給部 1 5は、チャンバ 1 2の内部に露出した部分に、 y軸方向に略等間隔に配置された複数のガス供給穴 2 7を備える。ガス供給穴 2 7はそれぞれ拡散部 2 6に接続されている。ガス供給管 2 5を通過したガスは、拡散部 ·2 6 において拡散され、複数のガス供給穴 2 7からチャンバ 1 2の内部に X軸方向に供給される。なお、ガスは、拡散部 2 6により拡散され、複数のガス供給穴 2 7 からほぼ等しレ、供給速度で供給される。

チャンバ 1 2は、ガス供給口 1 3力、ら、ガス供給方向（X軸方向）への距離 Δ Xにおけるチャンバ 1 2の y軸方向の幅 Β力 Δ Xに反比例するように構成されている。一方、 X軸方向のガス流路（チャンバ 1 2) の断面積 Sは、チャンバ 1 2の z軸方向の高さ Hと y軸方向の幅 Bとの積である。すなわち、ガス流路の断面積 Sは、 S A x = (定数）を満たして、ガス供給方向の距離 Δ χに反比例するように構成されている。

ここで、ガス供給口 1 3からの距離 Δ Xにおける、チャンバ 1 2の壁面に形成される境界層の厚さ δは、流体（ガス）の粘性係数 μ、密度 ρおよび流速 Uを用いて、式 ( 2 ) のように表される。

δ = ( μ Δ χ / p U) ^{1 /2} · · · · ( 2 ) また、流速 Uは、マスバランスに基づいて、ガスの流量 Qと、流路断面積 Sと、を用いて、 U = Q/Sと表わせる。これを式（2) に代入すると、式 (3) が得られる。

δ = (μ S Δχ/pQ) ^1/2 · · · · (3)

式（3) において、粘性係数 μおよび密度 pは、所定のガス成分では一定である。また、流量 Qが一定に制御される場合には、式（3) は、定数 kを用いて、以下のように表される。

δ =k (S厶 x) ^1/2 · · · · (4)

ここで、上述したように、本実施の形態では、チャンバ 1 2は、 S Ax- (定数）を満たすように構成されている。従って、式（4) において、境界層の厚さ δ = (定数）となるので、 X.軸方向の任意の位置において、境界層の厚さ δは一定となることが理解される。

このように、チャンパ 1 2内に形成されるガス流路の断面積 Sはガス供給口 1 3からの距離 Δχと反比例し、これにより、チャンバ 1 2の壁面近傍に形成される境界層の厚さ δはほぼ一定となる。処理装置 1 1を用いた場合に形成される境界層の様子を図 3に概略的に示す。図 3に示すように、供給側から排気側に向かうにつれ、すなわち、 Δχの増大とともに、流路断面積 S (すなわち、幅 Β) は漸減し、一方、境界層 28の厚さ δは一定となっている。ここで、流路断面積 S は、チャンバ 1 2内を流れるガスが通過する空間部における、ガスの流れ方向に略垂直な面の面積を表す。

上述したように、チャンバ 1 2は、流路断面積が次第に減少し、境界層 28の厚さ δがほぼ一定となるように構成されている。これにより、ガス供給口 13から排気口 14にかけてのガスの（X軸方向の）流速の低下は抑制される。

また、前述したように、チャンバ 1 2内に導入するガスを切り換えた場合であつても、境界層 28内のガスは切り替わり難レヽ。本実施の形態にぉレ、ては、このような境界層 28の発達が抑制されているので、短時間でチャンバ 12内のガス雰囲気の切り換えを行うことができる。このように、高速な雰囲気の切り換えが可能であることから、高いスループット、および、高い生産性が得られる。次に、上記のように構成された処理装置 1 1を用いて、ウェハ W表面に T i N 膜を成膜する方法について、図 4を参照して説明する。図 4は、本実施の形態における T i N膜の形成方法を示すフローチャートである。なお、図 4に示すフロ一チャートは、処理の一例であり、同様の結果物が得られれば、このフローチヤートに示された手順に限定されない。

まず、例えば図示しない搬送アームを動作させてチャンバ 12内にウェハ Wを搬入し、載置台 24上に載置する（ステップ S 11) 。続いて、載置台 24内部のヒータを制御して、ウェハ Wを、所定の温度、例えば、 45 CTCに加熱する。また、同時に、チャンバ 12内に、 A rガスを供給する（ステップ S 12) 。ここで、 Arガスは、例えば、 200 s c cmの流量に制御されて供給される。このとき、チャンバ 12内の圧力は、例えば、 400Pa (3 T o r r ) に保持されている。なお、 Arガスは、以下に述べる処理工程中、常にチャンバ 12内に流されている。

続いて、チャンパ 12内に所定時間、例えば、 0. 5秒間 T i C 1₄ガスを供給する（ステップ S 13) 。ここで、 T i C 1₄ガスは、例えば、 30 s c cm の流量に制御されて供給される。このとき、ウェハ Wの表面に T i C 1₄分子が吸着する。

所定時間後、 T i C 1₄ガスの供給は停止される。この状態で、 A rガスは依然として流れており、チャンバ 12内は、 A rガスによりパージされる (ステツプ S 14)。このとき、ウェハ Wの表面に吸着した、ほぼ 1原子層分の T i C 1 ₄分子を除いて、 T i C 1₄ガス (分子) は、チャンバ 12内から排気され、除去される。

次いで、所定時間、例えば、 0. 5秒間パージを行った後、チャンバ 12内に所定時間、例えば、 0. 5秒間 NH₃ガスを供給する（ステップ S 15) 。ここで、 NH₃ガスは、例えば、 50 s c cmに制御されて供給される。

このとき、 NH₃分子は、ウエノヽ Wの表面に吸着した T i C 1₄分子と反応し、ほぼ 1原子層分の丁 i N層が形成される。さらに、形成された T i N層の上には、 NH₃分子が吸着する。

所定時間後、 NH₃ガスは停止される。この状態で、 A rガスは依然として流れており、チャンバ 12内は、 A rガスによりパージされる（ステップ S 16)。このとき、 T i N層上に吸着したほぼ 1層分の NH₃分子を除いて、チャンバ 1 2内の NH₃分子は排気され、除去される。

所定時間、例えば、 0. 5秒間パージを行った後、ステップ S 1 3に戻り、チヤンパ 1 2内に T i C 1 ₄ガスを供給する。このとき、 T i C 1 ₄分子は、 T i N 層上の NH₃分子と反応し、ほぼ 1原子層分の T i N層が新たに形成される。また、この T i N層上に、 T i C 1 ₄分子が吸着する。

T i C 1 ₄ガスの供給後、 A rガスによるパージを行う (ステップ S 1 4 ) 。これにより、 T i N層上に吸着したほぼ 1原子層分の T i C 1 ₄分子を除いて、 T i C 1 ₄分子はチャンバ 1 2内から排気され、除去される。 .

次に、チャンバ 1 2内に NH₃ガスを供給する (ステップ S 1 5 ) 。これにより、 NH₃分子と T i N層上に吸着した T i C 1 ₄分子とが反応して、新たな T i N層が形成される。また、この T i N層上には NH₃分子が吸着する。

NH ₃ガスの供給後、 A rガスによるパージを行う (ステップ S 1 6 ) 。これにより、 T i N層上に吸着されたほぼ 1原子層分の NH₃分子を除いて、 NH₃ 分子は、チャンバ 1 2外に排気され、除去される。

以降、上記のように、ステップ S 1 3〜ステップ S 1 6の工程を繰り返し、 T i N層をほぼ 1原子層ずつ積層する。上記工程を所定回麵り返すことにより、所定厚さの T i N膜が形成される。ここで、制御装置 1 0 0は、所定厚さの T i N層を形成するために必要な繰り返し回数を記憶している。

ステップ S 1 7にて、制御装置 1 0 0は、ステップ S 1 3〜ステップ S 1 6の工程を、上記必要な回数だけ繰り返した力否かを判別する。所定回数に達していないと判別した場合には（ステップ S 1 7： NO) 、ステップ S 1 3に戻り、上記工程を繰り返す。所定回数に達していると判別した場合には（ステップ S 1 7 ： YE S) 、 A rガスの供給を停止する（ステップ S 1 8 ) 。続いて、例えば搬送アームによりウェハ Wをチャンバ 1 2の外部に搬出する（ステップ S 1 9 )。以上で、成膜処理は終了する。

以上説明したように、本実施の形態の処理装置 1 1は、ガスの流路断面積が供給側から排気側に向かって次第に減少し、内部の壁面に形成される境界層 2 8の厚さがほぼ一定となるように形成されている。すなわち、処理装置 1 1のチャンバ 1 2は、その流路断面積が、ガス供給口 1 3からの距離に反比例するように構成され、これにより、排気側における境界層 2 8の拡大は抑制される。

上記のように境界層 2 8の拡大が抑制されているので、高速でガス雰囲気を切り換えることが可能になる。また、チャンバ 1 2内の壁面近傍に形成される境界層 2 8の厚さが従来の処理装置に比較して実質的に低減されるので、雰囲気の切り換えが容易となり、より短時間力つ高速の雰囲気の切り換えが可能となる。これらのことから、高い生産性が得られる。

本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用等が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。上記実施の形態では、ガス供給口 1 3には拡散部 2 6を有するガス供給部 1 5 を設けるものとした。しかし、ガス供給部 1 5を、図 5に示すようなノスレ構造としてもよい。図 5に示すような構成においても、ノズル構造を有するガス供給部 1 5から供給されるガスがチャンバ 1 2内に供給された直後チヤンバ 1 2内に拡散し、ガス供給口 1 3を備えたチャンバ 1 2の壁面全体から供給される場合と近似したガスの流れを実現することができ、同様の効果が得られる。

上記実施の形態では、ウエノ、 Wは、載置台 2 4に埋設されたヒータによって加熱するものとした。し力し、ウェハ Wを、例えば、チャンバ内壁に配設された赤外線ランプ等によつて加熱するようにしてもよい。

上記実施の形態では、流路断面積 S (=H B ) を構成するパラメータの内、 y 軸方向の幅 Bが、距離 Δ .χに応じて変化するものとした。し力し、幅 Bを一定とし、例えば、図 6 Aおよび図 6 Bに示すように、 z軸方向の高さ Hが変ィ匕する構成としてもよい。図 6 Aはチャンバ 1 2の側断面図を示し、図 6 Bは平面図を示す。

図 6 Bに示すように、チャンパ 1 2は、 z軸方向から見て矩形の断面を有し、 y軸方向の幅 Bは X軸方向について一定となっている。また、図 6 Aに示すように、チャンパ 1 2は、 y軸方向から見て上底が弧状に形成された略台形形状の断面を有する。すなわち、チャンパ 1 2は、ガスの供給方向（X軸方向）に向かつて、 z軸方向の高さ Hが漸減するように構成されている。これにより、ガスの流路断面積 Sは排気側に向かって漸減し、 Δ χの増加に反比例する。従って、上記実施の形態と同様の効果が得られ、境界層の厚さ δを一定に維持することができる。この、ウエノ、 W上に形成される境界層の厚さもほぼ一定に維持されるので、ウェハ W上に成膜される膜の厚さの面内均一性を一層向上させることができる。

さらに、上記のように、高さ Ηおよび幅 Βのいずれか一方が X軸方向に沿つて変化するのではなく、双方が S =H ( X ) X B ( x ) = (定数）を満たすように、 X軸方向に沿つて変化する関数として表わされる構成であってもよい。

また、チャンバ 1 2の形状は、必ずしも厳密に上式を満たすように構成されていなくてもよく、少なくとも、境界層の厚さ δがほぼ一定となるように形成されていればよい。

上記実施の形態では、チヤンバ 1 2の壁面に形成される境界層 2 8のみを考慮した。し力し、載置台 2 4の側面、ウェハ Wの表面等を考慮して、より詳細に、例えば、有限要素法等の計算手法を用いたシミュレーションを行って、チャンバ 1 2の形状を決定してもよい。

上記実施の形態では、 T i C 1 ₄と NH₃とを用いて、ウェハ Wの表面に T i N 膜を 1原子層づっ形成するものとした。し力し、ウェハ Wの表面に形成される T i N膜は、原子層レベルの厚さを有する層からなる積層膜であればよく、 1層の厚さは、 1原子層に限定されない。

上記実施の形態では、 T i C 1 ₄と NH ₃とを用いて、ウェハ Wの表面に T i N膜を形成するものとした。し力し、膜形成のために用いる物質、および、成膜する膜の種類は、これに限られない。 T i N膜の他に、 A 1 ₂〇₃、 Z r

0₂、 T a N、 S i 0₂、 S i N、 S i O N、 WN、 WS i、 R u〇₂等、他の金属膜であってもよい。また、この場合、使用するガス種は、 T i C 1 ₄の代わりに、 T a B r ₅、 T a (O C ₂H ₅) ₅、 S i C 1 ₄、 S i H₄、 S i ₂H ₆、 S i H₂ C 1 ₂、 WF ₆等のいずれか 1種を用い、 NH ₃の代わりに、 N ₂、 0₂、

0₃、 N〇、 N ₂0、 N ₂0₃、 N ₂0₅等のいずれか 1種を用いることができる。また、パージガスは、不活性なガスであればよく、 A rに限らず、窒素、ネオン等を用いてもよい。本発明の処 a¾置 1 1は、ァニール等の他の処理を行う処理装置と、インラインで接続され、または、クラスタリングされてもよレ、。 ·

本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者により上記の実施形態に種々の改良等が加えられるであろう。上記の実施形態は、図解目的であり、本発明の範囲を限定するものではない。従って、本発明の範囲は、上記記載を参照するのではなく、下記のクレームが権利を与えられる均等の全範囲に沿って決定されるべきである。

本出願は、日本国特願 2 0 0 2 _ 1 6 9 3 2 1 ( 2 0 0 2年 6月 1 0日受理）を基礎とするものであり、その明細書、請求の範囲、図面及ぴ要約書の内容を含む。この出願の全ての内容は、ここで、援用される。産業上の利用の可能性

本発明は、成膜処理に限らず、エッチング処理等、複数種のガスを用い、プロセス雰囲気を高速に切り替える必要のあるすベての処理に適用することができる。

また、本発明は、半導体ウェハに限らず、液晶表示装置用の基板にも適用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高速な雰囲気の切り換えが可能な、生産性の高!/ヽ処理装置及び処理方法が^^される。

Claims

請求の範囲

1. チャンバ（12) と、

前記チャンバ（12) に設けられ、前記チャンバ（12) 内に所定のガスを供給するためのガス供給口（13) と、

前記チャンバ（12) に前記ガス供給口（13) と対向するように設けられ、前記チャンバ（12) 内を排気するための排気口（14) と、

を備える原子層レベルの層から構成される膜を形成する処理装置であって、前記チャンバ（12) は、前記ガス供給口（13) から前記排気口（14) に向かう前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（13) 力ら前記排気口（14) に向力つて漸減するように構成されている、

ことを特徵とする処理装置。

2. チャンバ (12) と、

前記チャンバ（12) に設けられ、前記チャンバ（12) 内に複数種のガスを交互に供給するガス供給手段に接続されるガス供給口（13) と、

前記チャンバ（12) に前記ガス供給口（13) と対向するように設けられ、前記チャンバ（12) 内を排気する排気手段に接続される排気口（14) と、を備え、

前記チャンバ（12) は、前記ガス供給口（13) から前記排気口（14) に向かう前記ガスの流路断面が、俞記ガス供給口（13) 力ら前記排気口（14) に向かつて漸減するように構成されている、

ことを特徴とする処«置。

3. 前記チャンバ（12) は、前記ガスの流路断面が、前記ガス供給口（13) からの距離に応じて減少するように構成されている、ことを特徴とする請求項 2に記載の処理装置。

4. 前記チャンバ（12) は、前記チャンバ（12) 内に前記ガス力 S供給されたときに、前記ガスの流れ方向に沿った前記チャンパ（12) の壁面に形成される境界層（28) の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項 2に記載の処3¾置。

5. 前記チャンバ（12) は、前記チャンバ (12) 内に前記ガスが供給されたときに、前記ガスの流れ方向と略平行に前記チヤンバ（ 12 ) 内に配置された基板上に形成される境界層の厚さが略一定になるように構成されている、ことを特徴とする請求項 2に記載の処理装置。

6. チャンバ（1 2) と、

前記チャンバ（1 2) に設けられ、前記チャンバ（1 2) 内を排気する排気手段に接続される排気口（14) と、

を備え、

前記チャンバ（12) は、前記ガスの供給方向に対して略垂直の方向から見て略三角形状の断面を有し、前記ガス供給口（13) は前記断面の一辺のほぼ全体に設けられ、前記 ^気口（14) は前記断面の前記一辺に対向する頂点部分に設けられている、

ことを特徴とする処理装置。

7. チャンバ内に複数種のガスをガス供給口から交互に供給して、前記チャンバ内の雰囲気を切り換えながら、前記チヤンパ内に配置された基板を処理する方法であつて、

前記ガス供給口から所定のガスを前記チヤンバ内に供給するガス供給ステツプと、

前記ガス供給ステップにて供給された前記所定のガスを、前記ガス供給ロカらの ' 距離に応じて減少する流路断面を有するように、前記チャンバ内を流すガス流通ステツプと、

を備えることを特徴とする処理方法。

8. 前記ガス流通ステップにて、前記ガスの流れ方向に沿って、前記チャンバの壁面及び Z又は前記基板上に略一定の厚さを有する境界層を形成させる、

ことを特徴とする請求項 7に記載の処理方法。