WO2004044970A1

WO2004044970A1 - 基板処理装置

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Publication number: WO2004044970A1
Application number: PCT/JP2003/014162
Authority: WO
Inventors: Masanori Sakai; Nobuhito Shima; Kazuyuki Okuda
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc.
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US20110300722A1; KR100707819B1; JP5555270B2; US20060124058A1; US20090176017A1; CN100389482C; JP2012089886A; JP2013211576A; JP2009147373A; JPWO2004044970A1; JP4411215B2; KR20050053795A; CN1706031A; TW200414319A; US9169553B2; JP4939563B2; TWI292926B

Abstract

　基板処理装置は、基板１を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器１１と、反応容器１１に開口し、反応容器１１内を排気するための排気口１６と、反応容器１１へ少なくとも複数の反応ガスを供給するガス供給システム７０Ａ、７０Ｂとを有し、ガス供給システム７０Ａ、７０Ｂは、基板１に所望の処理を行うことによって反応容器１１内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニットと、クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に反応容器１１内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給ユニットとを含み、後処理用ガスは、基板に所望の処理を行なう際に用いる前記反応ガスの全てを含む。

Description

明細書基板処理装置技術分野

本発明は基板処理装置に係り、特に基板に所望の処理行った後にクリ —ニングを行なう基板処理装置に関する。背景技術

熱 CVD (Chemical Vapor Deposition) 装置は、これを構成する炉に複数の原料ガスを混合して流し基板上に膜を形成するなどの処理を行なう。基板上に膜を形成すると、基板の他に炉内部にも膜が付着する。炉内部に付着する膜が累積されて厚くなつて来ると、膜剥がれが生じ、異物発生の原因となることがある。

それを避けるためにエッチングガスを一定周期で流し、炉内部の膜を除去するクリーニングを行なう。例えば、膜種が S i Nの場合、原料ガスには DCS (S i H₂C 1₂：ジクロルシラン）ガスと、ノンプラズマの NH₃ガスとが使われ、エッチングガスには NF₃や C 1 F₃などの F (フッ素）を含むガスが使われる。

上記クリーニングによって炉内部の膜は除去されるが、クリーニング直後には F、又は Fを含んだ分子（以下、 F成分という）が炉内壁面に吸着、結合して残留している。それがその後の基板上への成膜時に脱離してきて成膜を阻害し、成膜速度を低下させてしまう現象がみられる。この理由は、 Fにはエッチング作用があり、基板上に形成した S i N膜の S iと反応して S i F 4 (気体）を生成し、基板から S iが抜けるためである。また、他の理由は、 Fが反応ガス（DCS) と反応し、原料ガスの量が減少するためである。

そこで、従来の熱 CVD装置では、プリ成膜といって、クリーニング後基板に成膜する前に、強制的に膜を炉内部に堆積してやることが行なわれている。これにより F成分を膜原料と反応させたり膜の下に封じ込めたりして（以下、単に F成分のトラップともいう）、 F成分をできるだけ炉内雰囲気から排除し、成膜時には成膜速度が回復するようにしている。

ところで、近年 ALD (Atomic Layer Deposition) 装置によっても、 S i N膜が形成されるようになってきた。 ALD装置では、反応ガスとして DCSガスと、プラズマによって活性化した NH₃ (以下、 NH₃ブラズマ又は NH₃ラジカルともいう）とが使われ、これら 2つの反応ガスを交互に供給して一原子層ずつ成膜するようになっている。 ALD装置を用いると、低温でありながら高温プロセスを要する熱 CVD装置と同等以上の良質な膜を形成することができる。ただし、 ALD装置でも、クリーニング後にプリ成膜して残留 Fを除去しなければならない点は同じである。

上述した従来技術では、プリ成膜によって、クリーニングガスに含まれた元素をトラップして、上記元素をできるだけ反応容器内の雰囲気から排除するようにしているが、そのためには厚いプリ成膜を行なう必要があり、また厚いプリ成膜を行なってもクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除することができなかった。また、専用のバッファノズルとは別に、熱 CVD成膜用ノズルを増設する必要が生じるため、反応容器の構造が複雑になりコス卜アップにつながる。また、熱 CVD成膜用ノズルを増設すると、 CVD成膜用ノズル内における成膜による異物発生の問題を新たに惹き起こすことになり好ましくないという問題があつた。従って、本発明の主な目的は、クリーニングガスに含まれた元素を有効に排除することが可能な基板処理装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ガス供給系を増設したり、ガス供給系からの異物発生を有効に防止することが可能な基板処理装置を提供することにある。発明の開示

本発明の第 1の態様によれば、

基板を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器と、

前記反応容器に開口し、前記反応容器内を排気するための排気口と、前記反応容器へ少なくとも前記複数の反応ガスを供給するガス供給システムと、を ¾し、

前記ガス供給システムは、前記基板に所望の処理を行うことによって反応容器内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ュニッ卜と、

前記クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に反応容器内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給ユニットとを含み、

前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行なう際に用いる前記反応ガスの全てを含む基板処置装置が提供される。

また、本発明の第 2の態様によれば、

複数の反応ガスを交互に供給し、基板に薄膜を形成する基板処理装置であって、

反応容器と、

前記複数の反応ガスをそれぞれ専用に供給する複数の専用供給ノズルと、

クリーニング時は、前記複数の供給ノズルの 1つからクリーニングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、を備える基板処理装置が提供される。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施の形態による縦型 A L D装置を構成する炉の概略横断面図である。

図 2は、本発明の一実施の形態による縦型 A L D装置を構成する炉の概略縦断面図である。

図 3は、本発明の一実施の形態による反応管内のバッファノズルの透視図である。

図 4 A、 4 Bは、プリ成膜に A L D法と熱 C V D法を採用した場合の、クリーニング、プリ成膜、成膜の各処理温度を比較した比較図である。

図 5は、本発明の一実施の形態による縦型 A L D装置の概略全体構成図である。発明を実施するための好ましい形態

本発明の好ましい形態によれば、

前記反応容器に開口し、前記反応容器内を排気するための排気口と、前記反応容器へ少なくとも前記複数の反応ガスを供給するガス供給システムと、を有し、

前記ガス供給システムは、前記基板に所望の処理を行うことによって反応容器内に付着する付着物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ュニットと、

前記クリーニングガスを供給して付着物を除去した後に反応容器内に残留するクリーニングガスに含まれた元素を除去することが可能な後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給ュニットとを含み、

前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行なう際に用いる前記反応ガスの全てを含む第 1の基板処理装置が提供される。

ここで、所望の処理とは、気相成長や表面反応による薄膜形成の他に、基板を加工する処理、例えば酸化膜の形成、拡散処理等が含まれる。

後処理用ガス供給ュニッ卜から、クリーニングガスに含まれた元素を反応容器から除去することが可能な後処理用ガスを供給するようにしたので、反応容器内にプリ成膜し上記元素をトラップするものと比べて、クリ一二ングガスに含まれた元素を反応容器から除去することもできる。また、後処理用ガス供給ユニットは、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを後処理用ガスとして供給するので、クリー二ングガスに含まれた元素と反応して揮発物を生成し、生成された揮発物を反応容器から有効に除去することも可能になる。また、後処理用ガス供給ュニッ卜が、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを供給するガス供給手段で構成するものであれば、新たにガス供給系を増設する必要がなく構造の複雑化を回避できる。また、ガス供給系を増設した場合に生じるガス供給系からの異物発生を防止できる。

本発明の好ましい他の形態によれば、第 1の基板処理装置において、前記後処理用ガス供給ュニットは、各反応ガスをそれぞれ独立して供給する専用の供給ノズルを有し、前記後処理用ガスとして前記反応ガスを供給する際には、前記各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する第 2の基板処理装置が提供される。

第 2の基板処理装置においては、後処理用ガス供給ユニットが、基板に所望の処理を行なう際に用いる複数の反応ガスをそれぞれ供給する各専用供給ノズルから、後処理用ガスとして各反応ガスを交互に供給することが可能なものであると、各専用供給ノズルから供給されるガスが、各専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素にそれぞれ有効に作用するので、各専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を有効に除去することができる。この場合、基板に所望の処理を行なう方法と後処理を行なう方法との組合わせとしては、例えば、 AL D法 + A L D法、熱 C V D法 + A L D法の組合わせがある。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 2の基板処理装置において、前記後処理用ガス供給ユニットから供給される各反応ガスは、各専用供給ノズル内及び反応容器内に残留する元素を除去し、かつ反応容器内に所望の膜を形成させるガスである第 3の基板処理装置が提供される。

第 3の基板処理装置においては、後処理用ガス供給ユニットが、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に残留する元素を除去するための各反応ガスを供給することが可能なものであると、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に残留する元素を反応容器から有効に除去できる。また、後処理用ガス供給ユニットが、反応容器に所望の膜、すなわちプリ成膜を形成するための各反応ガスを供給することが可能なものであると、反応容器内に残留する元素をプリ成膜内に抑え込むことができる。したがつて除去と抑え込みとの両面から残留元素を反応容器内の雰囲気から排除できるので、残留元素による成膜速度の低下を抑えることができる。また、各反応ガスを交互に供給することが可能なものであると、各専用供給ノズル内、及び反応容器内に形成する所望の膜は薄い膜で良く、スループッ卜が向上する。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 3の基板処理装置において、前記各専用供給ノズルから供給する複数の反応ガスは、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアガスである第 4の基板処理装置が提供される。

第 4の基板処理装置においては、シリコンを含むガスは、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除できる。また、プラズマ励起したアンモニアガスは、アンモニアガスを供給する専用供給ノズル内に残留したクリーニングガスに含まれた元素を反応容器内の雰囲気から有効に排除できる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 4の基板処理装置において、前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、このフッ素を含むガスを、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルから供給するものである第 5の基板処理装置が提供される。

第 5の基板処理装置においては、シリコンを含むガスはアンモニアガスよりも成膜しやすいので、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルは、アンモニアガスを供給する専用供給ノズルと比べて、ノズル内に付着物がより多く付着しやすい。したがって、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルから、クリーニングガスとしてフッ素を含むガスを供給すると、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズル内の付着物を除去して専用供給ノズル内を有効にクリ一ニングできる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 4または第 5の基板処理装置において、前記シリコンを含むガスは、 D C S ( S i H ₂ C 1 2 ) である第 6の基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 5の基板処理装置において、前記フッ素を含むガスは、 N F ₃，又は C 1 F ₃である第 7の基板処理装置が提供される。本発明の好ましい更に他の形態によれば、

反応容器と、

クリ一二ング時は、前記複数の供給ノズルの 1つからクリ一二ングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、を備える第 8の基板処理装置が提供される。本発明の好ましい更に他の形態によれば、

反応容器内にクリーニングガスを供給し、前記反応容器内をクリー二ングする工程の後、基板に処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを反応容器に供給し、反応容器内に供給したクリーニングガスに含まれた元素を除去する工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造する第 1の半導体装置の製造方法が提供される。

反応容器内をクリーニングする工程の後、基板に処理を行う際に用いる反応ガスの全てを反応容器に供給し、反応容器内に供給したクリー二ングガスに含まれた元素を除去する工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造することによって、反応容器内に残留した前記元素を有効に除去でき、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下が防止され、成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 1の半導体装置の製造方法において、前記反応ガスは、それぞれ専用の供給ノズルから反応容器内に供給され、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する工程を含む第 2 の半導体装置の製造方法が提供される。

第 2の半導体装置の製造方法においては、前記反応ガスは、それぞれ専用の供給ノズルから反応容器に供給され、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する工程を含むので、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素を除去することができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 2の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズル内及び反応容器内に残留する前記元素の除去と、反応容器内の構成物表面に所望の膜の形成とを含む第 3の半導体装置の製造方法が提供される。

第 3の半導体装置の製造方法においては、前記クリ一二ングガスに含まれた元素を除去する工程は、各専用供給ノズル内、および反応容器内に残留する前記元素を除去する工程と、反応容器の構成物表面に所望の膜を形成する工程とを含むので、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素を除去すると共に、反応容器内に形成した前記膜の中に前記元素を押さえ込むことができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 1〜第 3の半導体装置の製造方法において、前記複数の反応ガスはシリコンを含むガスと、アンモニァガスとである第 4の半導体装置の製造方法が提供される。

第 4の半導体装置の製造方法においては、好ましくは、アンモニアガスはプラズマ励起したアンモニアガスである。前記複数の反応ガスが、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアであると、各専用ノズル内に残留した前記元素を除去することができ、クリーニング工程後に行われる成膜工程時に、反応容器内と各専用ノズル内に残留した前記元素による成膜速度の低下がさらに防止され、さらに成膜量の安定した品質のよい半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 4の半導体装置の製造方法において、前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、前記クリーニングガスはシリコンを含むガスを供給する供給ノズルから反応容器内に供給する第 5の半導体装置の製造方法が提供される。

第 5の半導体装匱の製造方法においては、前記クリ一二ングガスはフッ素を含むガスであって、前記クリーニングガスはシリコンを含むガスを供給する供給ノズルから反応容器内に供給するので、アンモニアガスに比べて成膜しやすいシリコンを含むガスを供給する専用ノズル内の付着物を有効に除去し、前記専用ノズル内を有効にクリーニングすることができ、異物による影響を抑制した半導体装置を製造することができる。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 4または第 5の半導体装置の製造方法において、前記シリコンを含むガスは、 D C S ( S i H ₂ C 1 2 ) である第 6の半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の好ましい更に他の形態によれば、第 5の半導体装置の製造方法において、前記フッ素を含むガスは、 N F ₃、又は C 1 F ₃である第 7 の半導体装置の製造方法が提供される。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して更に詳細に説明する。

図 5は基板処理装置の一例を示す縦型 A L D装置の概略構成図である。基板処理装置 5 0の前面にはカセット授受ュニット 4 9が設けられている。前記基板処理装置 5 0の内部には、前記カセット授受ユニット 4 9に対向してカセット棚 5 1が設けられ、前記カセット授受ュニット 4 9の上方に予備カセッ卜棚 5 2が設けられる。前記カセッ卜授受ュニット 4 9と前記カセット棚 5 1との間にカセット搬送機 5 3が設けられ、前記カセット棚 5 1の後方に基板移載機 5 4が設けられている。前記基板移載機 5 4の後側にボートエレベータ 5 5が設けられ、前記ボートエレべ一夕 5 5の上方に縦型反応炉 1 0が設けられている。

前記カセット授受ュニット 4 9は基板搬送容器であるカセット 5 7を 2個載置可能なカセットステージ 5 8、前記カセットステージ 5 8の下方に基板姿勢整合機 5 9を 2組具備しており、外部搬送装置（図示せず）より搬送された前記カセット 5 7が前記カセットステージ 5 8に垂直姿勢（即ち、カセット 5 7に収納されるゥエーハ 1が垂直姿勢の状態）で載置されると、前記基板姿勢整合機 5 9が前記カセット 5 7内のゥェ一八等の基板（図示せず）のノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となる様、ゥエー八の姿勢を整合する。

前記カセットステージ 5 8が 9 0 ° 回転し、前記カセット 5 7を水平姿勢とすると共に前記カセット搬送機 5 3により搬送可能な状態にする。

前記カセット搬送機 5 3は前後方向に進退可能なロボットアーム 6 0 を具備し、前記ロボットアーム 6 0は横行、及び昇降可能となっており、前記ロボットアーム 6 0の進退、昇降、横行の協動により、前記力セットステージ 5 8から前記カセット棚 5 1、又は前記予備カセット棚 5 2へ前記カセット 5 7の搬送が行われる。

前記ポートエレべ一夕 5 5から延びるアーム 6 1にはシールキャップ 1 7が設けられており、前記シールキャップ 1 7に基板保持具であるボート 2が載置される。前記ボート 2はゥエーハを水平姿勢で多段に保持するものであり、前記ポートエレべ一夕 5 5により前記縦型反応炉 1 0 内に装入、引出しされる。

前記基板移載機 5 4は回転 ·昇降可能に設けられ、進退可能なゥエー八保持部 6 2を具備し、前記ゥェ一八保持部 6 2は複数枚のゥェ一八保持プレート 6 3を有し、ゥエーハを複数枚一括、或は一枚ずつ保持可能となっている。

前記基板移載機 5 4は前記カセット棚 5 1のカセット 5 7から下降状態の前記ボート 2に複数枚一括、或は一枚ずっゥヱ一八を移載する。所定枚数のゥェ一八が前記ボート 2に移載されると、前記縦型反応炉 1 0に前記ポート 2が装入され、ゥエー八の処理がなされる。このゥェ一八処理には A L D法が用いられ、処理に用いる複数種の反応ガスとしての原料ガスを 1種類ずつ交互にゥエーハ上に供給して 1原子層単位で吸着 '反応させ、これを繰り返すことにより処理している。

処理された基板は、上記した作動とは逆の作動により前記カセッ卜棚 5 1のカセット 5 7に移載され、更に前記カセット搬送機 5 3により前記カセット授受ュニット 4 9に搬送され図示しない外部搬送装置により搬出される。

図 2は実施の形態の縦型 A L D装置の縦型反応炉 1 0 (以下、単に炉 1 0という）の構成を示す。この炉 1 0は、ヒータ 1 4と、ヒータ 1 4 の内側に反応容器としての石英製円筒反応管 1 1を備える。反応管 1 1 内に基板処理領域となる反応室 1 2が形成される。反応管 1 1の炉ロ部はシールキャップ 1 7により気密に閉塞される。シールキャップ 1 7に石英キヤップ 7を介してボート 2が立設されて反応管 1 1内に挿入される。ボート 2は、天板 3と底板 4間に立設された複数本の支柱 5を有し、これらの支柱 5には多段に溝 6が設けられる。ボート 2には、これらの溝 6に、処理されるゥエーハ 1が水平姿勢で多段に保持される。ボート 2はボートエレベータ 5 5 (図 5参照）によって昇降自在に支持され、反応 1 1に対して出し入れできるようになつている。また、ボート 2は図示しない回転機構によって回転軸 1 9を中心に反応管 1 1内で回転自在に設けられる。なお、 1 8はシール用の〇リングである。

反応管 1 1にガス供給手段 7 0が設けられ、ガス供給手段 7 0から反応管 1 1内へ複数の反応ガスを供給するようになっている。ガス供給手段 7 0は、後述するクリーニングガス供給系と後処理用ガス供給系とを含む。また、反応管 1 1に排気系として排気口 1 6が設けられ、反応管 1 1の内部を排気可能としている。

ガス供給手段 7 0は、図 2では便宜上、 1系統のみが示されているが、実際には複数系統設けられていて、複数種類の原料ガス（ここでは 2種類の原料ガス）を反応管 1 1内に供給できるようになつている。複数種類の原料ガスのうちの一部のガスはプラズマにより活性化して供給されるガスであり、残りのガスはプラズマにより活性化しないで供給するガスである。例えば、基板上に形成する膜種が S i N膜の場合、原料ガスは、活性化を要する N H₃ガスと、活性化を要しない D C Sガスである。ここで示されているガス供給手段 7 0は、プラズマにより活性化した NH₃ガスを供給する第 1のガス供給手段（NH₃ガス供給手段） 7 OA である。第 1のガス供給手段 7 OAは、反応管 1 1の下部の一側に設けられた NH₃ガス導入口 20と、 NH₃ガス導入口 20に接続され反応管 1 1内に設けられている石英製の NH₃用バッファノズル 34とを備える。 NH₃用バッファノズル 34は、反応管 1 1内に導入される NH₃ガスの流量と流速とを全ゥエーハにわたって均一化する。

NH₃用バッファノズル 34は、反応管 1 1の管軸方向に延在され、反応管 1 1の下部からボート 2の頂部が位置する反応管頂部付近まで管内壁 1 3に沿って設けられる。 NH₃用バッファノズル 34は、管径がー様に細い通常のノズルと比べて比較的広いノズル空間を有し、ノズル空間を介して反応管 1 1内に NH₃ガスを噴出するようになっている。 NH₃用バッファノズル 34の噴出孔（図示せず）は、多段に保持された多数枚のゥエーハ 1に対応するように、隣接するゥエーハ 1と同ピッチで多数設けられる。

また、この NH₃用バッファノズル 34は、内部にプラズマ発生用の一対のプラズマ電極 2 7 (図では、電極は重なって示されているため、一方のみが示されている）を有し、導入される NH₃ガスをプラズマで活性化している。一対のプラズマ電極 27は、 NH3用バッファノズル 34内に設けられた一対の電極保護管 2 5内にそれぞれ挿入される。一対の電極保護管 2 5に挟まれたプラズマ生成領域 3 3にプラズマ 40が形成されるようになっている。

図 1は、図 2の I一 I線矢視断面図である。第 1のガス供給手段（N H₃ガス供給手段） 7 OAと、第 2のガス供給手段（DC Sガス供給手段） 70 Bとが設けられて、反応管 1 1内に 2種類の原料ガスを個別に導入できるようになつている。第 1のガス供給手段 7 OAと、第 2のガス供給手段 70 Bとは制御装置 1 00に接続され、制御装置 1 00によつて制御される。第 1のガス供給手段 7 OAは、 NH₃ガス導入管22、 NH₃ガス導入管 22を連結する NH₃ガス導入口 20、 NH₃ガス導入口 2 0に連通する NH₃用バッファノズル 34から構成される。第 2のガス供給手段 7 0 Bは、 DCSガス導入管 23、 DC Sガス導入管 2 3を連結する DC Sガス導入口 2 1、 DCSガス導入口 2 1に連通する DC S用バッファノズル 44から構成される。

第 1のガス供給手段 7 OAは、専用供給ノズルとしての NH₃用バッファノズル 34から、反応室 1 2内に 2種類の原料ガスのうちの 1種である NH₃ガスの他に、後処理用ガスである NH₃ガス、又は不活性ガス例えば N₂を供給するようになっている。 NH₃ガスは、成膜時、後処理時ともにプラズマで活性化して供給するように構成されている。

NH₃用バッファノズル 34は、 NH₃ガス導入口 20に接続されたガス導入ノズル部 2 8と、ガスを活性化するプラズマ生成ノズル部 29とから構成される。ガス導入ノズル部 28とプラズマ生成ノズル部 29とは隔壁 26を介して並設され、隔壁 2 6に設けた連通口 30を介して連通するようになつている。プラズマ生成ノズル部 29には、プラズマ発生用の一対のプラズマ電極 2 7が設けられ、導入されるガスをプラズマ 4 0で活性化できるようになっている。活性化された N H₃ガス 42はブラズマ生成ノズル部 29に設けた噴出孔 45から噴出されるようになっている。一対のプラズマ電極 27は、プラズマ生成ノズル部 29内に設けられた一対の電極保護管 2 5内にそれぞれ挿入される。炉 1 0の外部に電極保護管 2 5から導出された一対のプラズマ電極 2 7は、可変容量からなる整合器 32を介して高周波電源 3 1に接続される。

NH₃ガス導入口 20は、第 1バルブ 3 5、第 2バルブ 36を介して N H₃ガス又は不活性ガス N₂を供給する 2分岐のガス導入管 22に接続され、 NH₃用バッファノズル 34に NH₃又は不活性ガスを選択供給するようになつている。 NH₃ガス導入口 20から導入されたガスは、 NH₃用パッファノズル 34のガス導入ノズル部 28に入り、連通口 30を通ってプラズマ生成ノズル部 29に供給される。ここでプラズマ電極 27間に高周波電力を加えることによりプラズマ生成領域 46にプラズマ 40が発生し、このプラズマ 40により NH₃ガスは活性化される。活性化された NH₃ガスはプラズマ生成ノズル部 29の噴出孔 45から反応室 12内のゥエーハ 1上に噴出される。

このように NH₃用パッファノズル 34は、その内部に比較的広いノズル空間を持っているので、ガスを励起した際に発生するラジカルがなるベく壁にぶっからず、またプラズマ生成領域 46付近の圧力が低くなり、これにより発生したラジカルのライフタイムを確保して、 NH₃ラジカルをそのまま反応室（基板処理領域） 12に輸送することができる。第 2のガス供給手段 70Bは、専用供給ノズルとしての DCS用バッファノズル 44から、反応室 12内に 2種の原料ガスのうちの他の 1種である DCSガスの他に、クリーニングガスである NF₃ガス、後処理用ガスである D C Sガス、又は不活性ガスを供給するようになっている。

D C Sや N F ₃ガスは N H ₃と異なり、活性化しないで供給するようになつている。

D C S用バッファノズル 44は、上述した N H₃用バッファノズル 34 と異なり、プラズマ生成ノズル部を有さず、ガス導入ノズル部 28に相当する部分だけを有して構成される。ガスは DC S用バッファノズル 4 4の噴出孔 47から反応室 12内のゥェ一八 1上に噴出される。ガス導入口 21は、第 3バルブ 37、第 4バルブ 38、第 5バルブ 39を介して DCS、 NF₃又は不活性ガスを供給する 3分岐のガス導入管 23に接続され、 DC S用バッファノズル 44に DC S、 NF 3又は不活性ガスを選択供給するようになっている。 3分岐のガス導入管 23のうち、 DC Sガスを供給する DCSガス導入管 2 3 Aは、反応管内圧力（以下、炉内圧力ともいう）を NH₃ガスよりも高い圧力に短時間で昇圧することが好ましいため、第 4バルブ 38、第 6バルブ 43間に挟まれた DC Sガスを溜めるバッファタンク 41を有する。 DC Sガスを反応室 1 2に供給する際には、予め DCSガスをバッファタンク 41に溜め、反応室 1 2の排気口 1 6からの排気を例えば止めた状態で、バッファタンク 4 1 からバッファタンク 41に溜めた DC Sガスを反応室 1 2に一気に供給することにより、反応室 1 2内の複数のゥエーハ 1を DC Sガスに晒すようにする。 NF₃ガス及び不活性ガスはバッファタンク 41を通さないほうがよいので、これらを供給するガス導入管 23 B、 2 3 Cはパッファタンク 41の下流につないである。

上述したガス導入管 23 B、 DC Sガス導入口 2 1、及び DC S用バッファノズル 44が、ゥエーハ 1に成膜を行なうことによって反応管 1 1内に付着する付着物としての反応副生成物を除去するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系 7 1を構成する。また、第 1のガス供給手段（NH₃ガス供給手段） 70A、及び第 2のガス供給手段（D C Sガス供給手段） 7 0Bが、クリーニングガスを供給して反応副生成物を除去した後に反応管 1 1内に残留するクリーニングガスに含まれた F成分を反応管 1 1から除去することが可能な後処理用ガス供給系 72 を構成する。

図 3は、反応管 1 1内における 2つの NH₃用バッファノズル 34、 D C S用バッファノズル 44を示す図であり、図 1の右上に示す白抜き矢印 Z方向から見た反応管 1 1の透視図である。各バッファノズル 34、 44のガス噴出孔 45、 47は、バッファノズル 34、 44の上流から下流に向かって孔サイズを大きくしてある。これはバッファノズル 3 4、 4 4の上流から下流に向かってノズル空間の内部圧力が低くなつていくため、下流に向かって孔サイズを大きくすることによって、下流側でもガス噴出孔 4 5、 4 7から噴出される噴出量を確保し、上流から下流にわたって流量を均一に整えるためである。ガス噴出孔 4 5、 4 7 は、前述したように、多段に保持された多数枚のゥェ一八 1に対応するように、隣接するゥエーハ 1と同ピッチで設けられる。

次に、上記のように構成される実施の形態の縦型 A L D装置における作用を説明する。縦型 A L D装置の反応管 1 1内で成膜（成膜工程 A) を繰り返すと、炉内部に反応副生成物が付着残留していく。これを除去するためにクリーニングを行なう (クリーニング工程 B ) 。クリーニング後、炉内部に残留するクリーニングガスに含まれた元素を排除する後処理（後処理工程 C ) を行なう。後処理工程 Cの後、成膜工程 A、クリ一二ング工程 Bを繰り返す。以下、各工程を個別に説明していく。なお、説明中に出てくる時間はオーバヘッドを除く値である。ここで、ォーバヘッドとは、ポート 1の反応管 1 1内への揷入 '取り出しに要する時間や、反応管内の真空引き ·常圧復帰に要する時間等の時間であつて、反応室内にガスを導入し処理を行っている時間を除く時間を示している。

成膜工程 A

この工程はゥヱ一八に所望の成膜処理を行なう本成膜工程である。ボートエレべ一夕 5 5 (図 5参照）でシールキャップ 1 7を介してボート 2を下降させ、ボート 2に多数枚のゥエーハ 1を保持し、ボートエレべ一夕 5 5によりポート 1を反応管 1 1内に挿入する。シールキヤップ 1 7で反応管 1 1の炉ロを完全に密閉した後、反応管 1 1内を排気口 1 6 から真空引きして排気する。反応管 1 1内を所定温度、例えば 4 0 0〜 6 0 0 °Cに加熱し温度安定化をはかる。 2つのバッファノズル 3 4、 4 4から原料ガスを反応室 12内に供給しつつ排気口 16より排出することにより、ゥエーハ1表面に成膜処理する。

前述したように ALD装置では、 DC Sガスと NH₃プラズマとはそれぞれ専用の DC S用ノズルと NH₃用ノズルとから交互に供給されるように構成される。特に、積層した基板を一度に大量に処理する縦型 ALD 装置では、積層された各基板に均一にガスを輸送するために、 DCS用ノズル及び NH₃用ノズルは、細管で構成された通常のノズルではなく、ノズル空間の大きなバッファノズルで構成することがある。また、 DC S用バッファノズルと異なり、 NH₃用バッファノズル内には、プラズマ電極が設けられたプラズマ生成領域と、 N H ₃ガスが導入されるプラズマ非生成領域とを備え、プラズマ非生成領域に導入された NH₃ガスをブラズマ生成領域でプラズマにより活性化できるようになっている。そして、各バッファノズル内に S i N膜が成膜しにくいように、 DCS用バッファノズルから D C Sガスを供給する時は N H₃用バッファノズルから N ₂などの不活性ガスを巟し、 Ν Η₃用バッファノズルから Ν Η ₃プラズマを供給する時は D C S用バッファノズルから Ν ₂などの不活性ガスを流している。

この成膜処理は、 2種類の反応ガス D C Sと ΝΗ₃とを用いた ALD成膜処理で行われ、次の①〜④のステップから構成される。

① ΝΗ₃用バッファノズル 34のプラズマ電極 27間への高周波電力印加はオフにしておく。また、 ΝΗ₃用バッファノズル 34内への DC Sガスの混入を防止するため、第 2バルブ 36を開いて、少量の N₂ガスを流しておく。第 4バルブ 38を開けて予めバッファタンク 41に溜めた D C Sガスを D C S用バッファノズル 44に供給し、その噴出孔 47から反応室 12に噴射する。噴射する DCS流量は例えば 0. 5 s lmであり、炉内圧力は排気口 16の排気を止めて例えば 266〜931 P aとする。 DC Sガスにゥェ一ハ 1が晒されることで、ゥエーハ 1上に DC S原料が吸着される。

②第 4バルブ 38を閉め DCSガスの供給を止める。第 6バルブ 43 を開いてバッファタンク 41への DCSガス溜めを開始する。ついで、排気口 16を開けると共に、第 5バルブ 39を開けて不活性ガスである N₂ガスを DCS用バッファノズル (第 2バッファノズル) 44から反応管 11内に導入し、 DCS用バッファノズル 44及び反応管 1 1内を N

₂パージして DC S雰囲気を DC S用バッファノズル 44及び反応管 1 1 内から除去する。なお、 N₂パージに代えて真空引きで DCS雰囲気を除去してもよい。

③ DC S用バッファノズル 44内への NH₃ラジカル 42の混入を防止するため、第 5バルブ 39を開いて、少量の N₂ガスを流しておく。プラズマ電極 27間に高周波電力を印加するとともに、第 1バルブ 35を開けて NH₃ガスを NH₃用バッファノズル (第 1バッファノズル) 34に供給する。 NH₃ガスはガス導入ノズル部 28から連通孔 30を通ってブラズマ生成ノズル部 29に導入され、プラズマ電極 27間で発生したブラズマ 40により活性化される。活性化された NH₃ラジカル 42は、噴射孔 45から反応室 12に噴射される。噴射される NH₃ガス流量は例えば 3. 0〜4. 5 s 1 mであり、炉内圧力は排気口 16のコンダクタンス制御により DCSガス導入のときょり低い 40〜60 P aとする。活性化した NH₃ガスにゥエーハ 1が晒されることで、ゥエー八 1上に吸着されていた DC S原料と NH₃原料とが反応してゥエーハ 1上に 1原子層だけ S i N膜が成膜される。

④第 1パルプ 35を閉じて NH₃ガスの供給を止めるとともに、プラズマ電極 27間への高周波電力印加はオフにする。排気口 16は開けたままとして、第 2バルブ 36を開けて不活性ガスである N₂ガスを NH₃用バッファノズル 3 4に導入し、ガス導入ノズル部 2 8からプラズマ生成ノズル部 2 9を通して反応管 1 1内に導入し、 N H₃用バッファノズル 3 4 及び反応管 1 1内を N₂パージして N H₃雰囲気を N H₃用バッファノズル 3 4及び反応管 1 1から除去する。なお、 N₂パージに代えて真空引きで N H₃雰囲気を除去してもよい。

再び①へ戻って、 ①〜④のステップを所望の回数だけ繰り返す。ステッブ①〜④を 1サイクルとして、 1サイクルで一定の膜厚が成膜されていく。膜厚はサイクル数で制御する。成膜時間は温度、膜厚に依存するが、例えば成膜温度 5 5 0 °C、膜厚 3 0 O Aとすれば 1 0 0 m i n程度である。なお、上述したステップでは、先に D C Sガスを供給し、後から N H₃プラズマを供給するようにしたが、供給順序を逆にして、先に N H ₃プラズマを供給し、後から D C Sガスを供給するようにしてもよい。このようにして成膜を完了した後は、反応管 1 1内を不活性ガス N₂に置換して常圧に復帰させ、ポート 2を下降させ、ボート 2から成膜完了後のゥエー八 1を払い出す。

しかし、上述したように一方のバッファノズルから原料ガスを流す時に他方のバッファノズルから不活性ガスを流すようにしても、拡散現象によってバッファノズル間でガスがある程度混入するのは避けられない。原料ガスがプラズマ励起される N H₃用バッファノズルでは、 D C S ガスが混入すると、ノズルが異物発生源となる。ノズルが異物発生源となるのは次の理由による。

①プラズマ放電時に N H₃用バッファノズルのプラズマ生成領域に D C Sガスが混入していると、 D C Sと N H₃プラズマとが劇的に反応し、ポリマ等を形成して N H₃用バッファノズル内部に膜が付着する。これが異物発生源となる。

② D C Sと N H₃プラズマとの反応により、プラズマ生成領域部に膜が付着していくが、膜が厚く付着してしまうと、プラズマ放電時に、付着した膜に NH₃ラジカルが激しく衝突し、膜にダメージを与え膜剥がれを生じることがある。これも異物発生源になる。

そこで、複数のガスを交互に供給する複数の専用バッファノズルを使用している縦型 ALD装置では、バッファノズル内の成膜を除去するために、後述するクリーニング工程 Bでバッファノズル内にもクリーニングガスが入り込むようにする必要ある。

クリーニング工程 B

ボート 2にゥエーハ 1を保持しない状態で、ボートエレべ一夕 55によりボート 1を反応管 11内に挿入する。シールキャップ 17で反応管 1 1の炉ロを完全に密閉した後、反応管 11内を排気口 16から真空引きして排気する。反応管内温度を例えば約 610°Cにする。第 3バルブ 37を開けてクリ一ニングガスとなる NF₃ガスを DC S用バッファノズル 44から反応室 12内に噴射する。噴射する NF₃ガス流量は例えば 0. 25〜1. 5 s lmである。このとき反応管 1 1の内部の真空排気はそのまま継続され、反応管 1 1の内部の圧力は予め定めた圧力になるように、真空排気量が制御される。炉内の熱で NF₃分子が活性化される。これにより炉内接ガス部となる DC S用バッファノズル 44の内壁面、反応管 1 1の内壁面、炉ロ部付近 8の炉低温部、又はその他の接ガス部に付着した反応副生成物がエッチングされる。また、 NH₃用バッファノズル 34内にも N F ₃ガスが入つてブラズマ生成ノズル部 29内の反応副生成物がエッチングされる。エッチングされた反応副生成物は、排気口 16から排出される。クリーニング時間は累積膜厚に依存するが、例えば 0. 75 累積時は 2 h程度である。

ここで、 NH₃用バッファノズル 34のガス導入ノズル部 28内はプラズマ生成領域 46以外のプラズマ非生成領域 48であり、ガス導入ノズル部 2 8内に N F ₃ガスが入ってノズル部内壁面に F成分が吸着、結合して残留すると、 N H₃プラズマが存在しないので F成分を除去できない。そのため、クリーニング時は、ガス導入ノズル部 2 8から微量の窒素 N ₂を流し、ガス導入ノズル部 2 8内にクリーニングガスが混入しないようにしている。ここで、窒素 N₂を流す量を微量としているのは、次の理由による。プラズマ生成ノズル部 2 9内には、 D C Sガスの拡散より、多少の反応副生成物が付着していると考えられるので、前述したように、プラズマ生成ノズル部 2 9内にクリーニングガスを入れて反応副生成物を除去する必要がある。したがって窒素 N₂の流す量を多くすると、クリ一二ングガスがプラズマ生成ノズル部 2 9内に入らなくなって、反応副生成物を除去できなくなり、これを防ぐためである。

また、実施の形態では、クリーニングガスを N H₃ガスを供給する N H ₃用バッファノズル 3 4ではなく、 D C Sガスを供給する D C S用バッファノズル 4 4から流している。これは次の 3つの理由による。

① D C Sガスのみでも成膜するので、 N H₃用バッファノズル 3 4内に付着する反応副生成物の膜より、 D C S用バッファノズル 4 4内に付着する反応副生成物の膜の方が、より厚い膜になっていると考えられる。したがって、これを有効に除去する必要がある。

②クリ一二ングを実施した後に成膜を行なうと成膜速度が低下する。これは成膜ガスが残留 F成分に影響されて成膜が阻害されるからである。反応ガスが D C S + N H₃プラズマ系の場合、残留した Fとの反応は、 D C Sガスよりも N H₃プラズマの方が、 Fとの反応確率が高く、 F による影響を受けやすい。このため N H₃用バッファノズル 3 4から N F

₃ガスを流した時の方が、 D C S用バッファノズル 4 4から N F ₃ガスを流したときよりも、その後の成膜速度低下が大きくなる。したがって、 F による影響を受けにくい方から流す方が好ましい。 ③ N H₃用バッファノズル内にクリーニングガスが入り込むようにすると、 F成分が N H₃用バッファノズル内のノズル内壁面に吸着、結合する。 N H₃はプラズマ励起を行わないとフッ素 Fと反応しないため、 N H ₃用バッファノズル 3 4から N F ₃ガスを供給した場合、プラズマ生成領域 4 6以外のプラズマ非生成領域 4 8で F成分が吸着、結合して残留すると、この F成分が除去できず、ゥエー八処理開始からしばらくの間、 F を反応室 1 2内に供給し続けることになり、しばらくは成膜速度が安定しないということになる。これを回避する必要がある。

後処理工程 C

後処理工程は、クリーニング工程の後に行なう工程であり、各バッファノズル 3 4、 4 4内、及び反応室 1 2内に残留する元素 Fを反応管 1 1から除去する除去工程と、各バッファノズル 3 4、 4 4内、及び反応管 1 1内の構成物表面に所望の膜を形成するプリ成膜工程とが含まれる。 2つの除去工程及びプリ成膜工程は、別個の工程とすることもできるが、 A L D法を用いると両工程を 1つの工程で実施することができる。 A L D法を用いた 1つの工程で実現する場合のプリ成膜内容は、基本的には前述した成膜工程 Aと同じであり、成膜工程 Aと異なる点は、処理時間が例えば 1 3 m i n程度と短い点であり、この処理時間で例えば 4 0サイクル程度の成膜処理を行うことで、後処理後に行われるゥェ一八成膜の膜厚を安定させることができる。

後処理工程として、プラズマによって励起した N H₃ラジカルと D C S ガスとを交互に供給する A L D法で後処理工程を実施すると、炉内の各接ガス部の F成分は次のように除去される。

① N H₃用バッファノズル

N H ₃用バッファノズル 3 4に N H ₃ガスが後処理用ガスとして供給される。すると、この N H₃はプラズマにより活性化されるので、 N H₃用バッファノズル 34のプラズマ生成ノズル部 29内の壁面に吸着、結合して残留している F成分は、活性化により NH₃から電離された H原子と反応して、 NH₃用バッファノズル 34内から排出されやすい HFガスとなる。 HFガスは NH₃用バッファノズル 34から反応室 1 2を通って反応管 1 1の排気口 1 6から排出される。また、プリ成膜時、意図的に NH ₃用バッ NH₃ファノズル 34内にプリ成膜である S i N膜を形成していないが、 DCSガス供給時のガスの拡散作用により、 NH₃用バッファノズル 34内に多少の DC Sガスが流入するので、 NH₃用バッファノズル 3 4内に多少のプリ成膜 S i Nが形成されると考えられる。したがって N H ₃用パッファノズル 34内の壁面に吸着、結合して残留している F成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより、反応管内雰囲気から排除される。なお、 NH₃ラジカルが生成されないガス導入ノズル部 2 8については、クリーニング時に、微量の窒素 N₂を流して F成分が混入しないようにしているので、特に NH₃ラジカルによる除去とプリ成膜による抑え込みとを要さない。

② D C S用バッファノズル

D C S用バッファノズル 44に D C Sガスが後処理用ガスとして供給される。すると、この DC S (S i H₂C 1₂) ガスは S i一 F結合を作りやすいので、 DC S用バッファノズル 44内の壁面に吸着、結合して残留している F成分は、 DC Sガスと反応して S i F (フッ化シリコン）ガスとなる。この S i Fガスは DCS用バッファノズル 44から反応室 1 2を通って反応管 1 1の排気口 1 6から排出される。また、プリ成膜時、意図的に DCS用バッファノズル 44内にプリ成膜である S i N膜を形成していないが、 NH₃ラジカル供給時のガスの拡散作用により、 D C S用バッファノズル 44内に多少の D C Sガスが流入するので D C S 用バッファノズル 44内に多少のプリ成膜 S i Nが形成されると考えられる。したがって、 D C S用バッファノズル 4 4内の壁面に吸着、結合して残留している F成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより反応管内雰囲気から排除される。

③炉低温部

炉口部付近 8の炉低温部に吸着、結合して残留している F成分にも、 N H₃用バッファノズル 3 4から反応室 1 2内に供給される N H₃ラジカルは Fとの反応確率が高いため、特に有効に作用し、 F成分は H Fになつて反応管 1 1から排出される。また、各バッファノズル 3 4、 4 4から N H₃ラジカルと D C Sガスとが交互に反応管 1 1内に供給されることで炉低温部に形成されるプリ成膜によっても、壁面に吸着、結合して残留している F成分を膜の下に封じ込めて、反応管 1 1内の雰囲気から排除される。

④上記以外の部分

上記以外の炉内の接ガス部は、プリ成膜の形成、 D C Sガス又は N H ₃ラジカルとの反応による F成分の揮発化によって、壁面に吸着、結合して残留している F成分を抑えこみ、かつ除去させることができる。

以上述べた①〜④の除去効果によって、炉内の各接ガス部の F成分は有効に除去されるので、クリーニング直後であっても、基板上への成膜時に F成分が脱離してきて成膜を阻害することがなくなり、成膜速度の低下を有効に抑えることができる。

上述したように実施の形態によれば、後処理工程となるプリ成膜を行なうに際し、熱 C V D法ではなく A L D法を採用し、その際、本成膜で用いる原料ガスの全てを後処理用ガスとして供給しているので、 N H₃ラジカルと D C Sによる F元素の炉からの除去と、プリ成膜による F元素の炉内でのトラップとの両面から、 F元素を反応管内の雰囲気から有効に排除することができる。また、熱 CVD法によるプリ成膜の場合、 F成分のトラップには厚い膜が必要である。すなわち、熱 CVD法の場合、炉ロ部付近 8の低温部は、炉の他の接ガス部分に比べて成膜速度が低いので、低温部にあわせて F成分をトラップするためのプリ成膜を付けると、成膜処理時間が長くなつて他の接ガス部分の膜厚が厚くなる。また、熱 CVD法では、プラズマを使用していないため、 NH₃プラズマによる残留 F成分の反応室 12外への排出機能がない。それゆえ、多量の残留 F成分をプリ成膜の下に封じ込める必要があり、結果的に、厚いプリ成膜が必要となる。これに対して実施の形態のように ALD法によるプリ成膜の場合、 F成分のトラップには薄い膜でよい。すなわち、 ALD法の場合、 NH₃プラズマが、低温部付近の残留 F成分を有効に取り去るので、薄いプリ成膜で済む。また、プリ成膜が薄い場合、その後の基板処理によって、反応管内壁面に付着する反応副生成物が、膜剥がれを起こし始めるまでの期間が長くなり、クリーニングの回数を減少させることができる。

したがって図 4A、 4Bに示すように、プリ成膜を行なうに際して、従来のように熱 CVD法を用いると厚い膜厚が必要となり、成膜速度を稼ぐために、処理温度を上げる必要がある（図 4B) 。これに対して実施の形態では、 ALD法を用いるので、 NH₃プラズマと D C Sガスによる残留 F成分の除去効果によるプリ成膜の薄膜化が実現できるので、プリ成膜温度を本成膜の成膜温度と同じにすることができ、スループットを向上できる（図 4A) 。

また、本実施の形態では、後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給系として、各専用供給ノズルである N H ₃用バッファノズルと D C Sガスバッファノズルとをそのまま利用しており、専用供給ノズルとは別に熱 CVD成膜用ノズルを増設する必要が生じないので、反応管の構造が複雑になることも、コストアップにつながることもない。また、熱 CVD 成膜用ノズルを増設しないので、 CVD成膜用ノズル内における成膜による異物発生の問題も生じない。

以上に記述した成膜工程、クリーニング工程、後処理工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造すれば、反応室内に残留したクリーニングガスに含まれる元素による影響の少ない半導体装置を製造することができる。

また DC Sとプラズマ励起 NH₃との原料ガスを用いて S i Nを成膜したが、ガス種はこれに限らない。例えば S i N膜では、 S i ₂Cし（へキサクロロジシラン： HCD) と NH₃ (プラズマ励起してもプラズマ励起しなくてもよい）との原料ガスを用いて成膜することも可能である。また、実施の形態ではクリーニングガスとして NF₃を用いたが、これに限らず、 C 1 F₃などの他の F (フッ素）を含むエッチングガスを用いてもよい。

また、実施の形態では、本成膜と後処理とを共に ALD法で行なっているが、これに限定されず、例えば本成膜を熱 CVD法で行い、後処理のみを ALD法で行ってもよい。また、実施の形態ではパッチ式の縦型 ALD装置に適用したが、枚葉式の ALD装置にも適用できる。

また、実施の形態では、通常のノズルと比べて空間容積の大きな 2つのバッファノズルを備え、一方のバッファノズル内でガスをプラズマ励起する構造のものについて説明したが、これに限定されない。例えば、後処理工程の処理時間は増大するが、バッファノズルの外でプラズマ励起するもの、あるいは通常の細管ノズルを備えノズル外でプラズマ励起する構造のものにも適用可能である。

明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む 2002年 1 1月 1 1日提出に日本国特許出願 2002-327 193号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明の好ましい実施の形態によれば、クリーニング後に行なう後処理用ガスに反応ガスを用いるので、クリーニングガスに含まれた元素を有効に除去できる。また、基板に所望の処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを後処理用ガスとして導入すると、ガス供給系を増設する必要がなく、構造の複雑化を回避できる。また、ガス供給系を増設した場合に生じるガス供給系からの異物発生を防止できる。

その結果、本発明は、 A L D (Atomi c Layer Depos i t ion) 法によっても、半導体基板に成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板を収容し、複数の反応ガスが供給され前記基板に所望の処理を行う空間を形成する反応容器と、

前記後処理用ガスは、前記基板に所望の処理を行なう際に用いる前記反応ガスの全てを含む基板処理装置。

2 . 前記後処理用ガス供給ユニットは、各反応ガスをそれぞれ独立して供給する専用の供給ノズルを有し、前記後処理用ガスとして前記反応ガスを供給する際には、前記各専用供給ノズルから各反応ガスを交互に供給する請求項 1に記載の基板処理装置。

3 . 前記後処理用ガス供給ユニットから供給される各反応ガスは、各専用供給ノズル内及び反応容器内に残留する元素を除去し、かつ反応容器内に所望の膜を形成させるガスである請求項 2に記載の基板処理装置。

4 . 前記各専用供給ノズルから供給する複数の反応ガスは、シリコンを含むガスと、プラズマ励起したアンモニアガスである請求項 3に記載の基板処理装置。

5 . 前記クリーニングガスはフッ素を含むガスであって、このフッ素を含むガスを、シリコンを含むガスを供給する専用供給ノズルから供給するものである請求項 4に記載の基板処理装置。

6 . 前記シリコンを含むガスは、 S i H ₂ C 1 ₂である請求項 4または 5 に記載の基板処理装置。

7 . 前記フッ素を含むガスは、 N F ₃，又は C 1 F ₃である請求項 5に記載の基板処理装置。

8 . 複数の反応ガスを交互に供給し、基板に薄膜を形成する基板処理装置であって、

反応容器と、

クリ一二ング時は、前記複数の供給ノズルの 1つからクリーニングガスを前記反応容器内に供給し、前記クリーニングガスの供給後、基板処理を行う前に、基板処理時に用いる前記複数の反応ガスの全てを、前記複数の専用供給ノズルからそれぞれ交互に前記反応容器内に供給するように制御する制御装置と、

を備える基板処理装置。