JP5823922B2

JP5823922B2 - 成膜方法

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Description

本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより、両反応ガスの反応生成物を基板上に成膜する成膜方法に関し、特に基板に形成される凹部を埋め込むに好適な成膜方法に関する。

半導体集積回路（ＩＣ）の製造プロセスには、半導体ウエハ上に薄膜を成膜する工程がある。この工程については、ＩＣの更なる微細化の観点から、ウエハ面内における均一性の向上が求められている。このような要望に応える成膜方法として、原子層成膜（ＡＬＤ）法または分子層成膜（ＭＬＤ）法と呼ばれる成膜方法が期待されている。ＡＬＤ法では、互いに反応する２種類の反応ガスの一方の反応ガス（反応ガスＡ）をウエハ表面に吸着させ、吸着した反応ガスＡを他方の反応ガス（反応ガスＢ）で反応させるサイクルを繰り返すことにより、反応生成物による薄膜がウエハ表面に成膜される。ＡＬＤ法は、ウエハ表面への反応ガスの吸着を利用するため、膜厚均一性及び膜厚制御性に優れるという利点を有している。

特許４６６１９９０号

ＡＬＤ法を実施する成膜装置として、いわゆる回転テーブル式の成膜装置がある（例えば特許文献１）。この成膜装置は、真空容器内に回転可能に配置され、複数のウエハが載置される回転テーブルと、回転テーブルの上方に区画される反応ガスＡの供給領域と反応ガスＢの供給領域とを分離する分離領域と、反応ガスＡ及び反応ガスＢの供給領域に対応して設けられる排気口と、これらの排気口に接続される排気装置とを有している。このような成膜装置においては、回転テーブルを回転することによって、反応ガスＡの供給領域、分離領域、反応ガスＢの供給領域、及び分離領域をウエハが通過することとなる。これにより、反応ガスＡの供給領域においてウエハ表面に反応ガスＡが吸着し、反応ガスＢの供給領域において反応ガスＡと反応ガスＢとがウエハ表面で反応することができる。このため、成膜中には反応ガスＡ及び反応ガスＢを切り替える必要はなく、継続して供給することができる。したがって排気／パージ工程が不要となり、成膜時間を短縮できるという利点がある。

ところで、反応ガスＢの供給領域をウエハが通過する際に、ウエハ表面に吸着した反応ガスＡと反応ガスＢとが十分に反応できない場合がある。例えば、反応ガスＡと反応ガスＢとの反応性が低い場合には、反応が不十分なまま薄膜が成膜されることになりかねない。そのような薄膜中には多量の未反応の分子種が残存したり、多数の未結合手が存在したりするため、成膜された薄膜の品質が低下してしまうおそれがある。また、反応生成物の化学的両論組成からの偏差により性質が大きく変化する物質を成膜する場合には、特性を均一化できないという問題が生じ得る。

本発明は、上記の事情に照らし、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより、両反応ガスの反応生成物を基板上に成膜する成膜方法において、２種類の反応ガスを十分に反応させ得る成膜方法を提供する。

本発明の一の態様によれば、真空容器内に回転可能に収容され、複数の基板が載置される載置部を上面に有する回転テーブルと、前記回転テーブルの前記上面の上方において区画される第１の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部と、前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間する第２の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部と、前記真空容器内において前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部、及び前記分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭隘な空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面であって、前記回転テーブルの外縁に向かう方向に沿って、前記回転テーブルの周方向に沿う幅が大きくなる当該天井面を含む分離領域とを備える成膜装置において行われる成膜方法であって、前記回転テーブルを回転しながら、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給して前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離しつつ、前記第１のガス供給部から前記第１の処理領域へＴＥＭＡＺを供給すると共に、前記第２のガス供給部から前記第２の処理領域へ、前記ＴＥＭＡＺと反応し得るオゾンガスを供給し、酸化ジルコニウム膜を成膜するステップと、前記回転テーブルを回転しながら、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給して前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離しつつ、前記第１のガス供給部からＴＥＭＡＺを供給することなく、前記第２のガス供給部から前記第２の処理領域へ前記オゾンガスを活性化させることなく所定の期間供給し、前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップと、を含み、前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップにおける所定の期間は７．５秒以上であり、前記ＴＥＭＡＺは、前記酸化ジルコニウム膜を成膜するステップにおいてのみ供給されるのに対し、前記オゾンガスは、前記酸化ジルコニウム膜を成膜するステップと前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップとを通じて連続的に供給される、成膜方法が提供される。

本発明の実施形態によれば、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより、両反応ガスの反応生成物を基板上に成膜する成膜方法において、２種類の反応ガスを十分に反応させ得る成膜方法が提供される。

本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。図１の成膜装置の一部断面である。図１の成膜装置の他の一部断面である。本発明の実施形態による成膜方法を説明するタイムチャートである。本発明の実施例により成膜した酸化ジルコニウム膜の平均膜厚と膜厚均一性を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。

（成膜装置）
始めに、本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離される。

回転テーブル２の表面には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径（例えば３００ｍｍ）よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷを凹部２４に載置すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４１，４２が配置されている。図示の例では、真空容器１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２の順に配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、及び４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して平行に伸びるように取り付けられている。

反応ガスノズル３１には、第１の反応ガスが貯留される第１の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続され、反応ガスノズル３２には、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスが貯留される第２の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。

ここで、第１の反応ガスは、金属元素（又は半導体元素）を含むガスであると好ましく、第２の反応ガスは、金属元素（又は半導体元素）と反応して金属化合物（又は半導体化合物）を生成し得るガスであると好ましい。具体的には、第１の反応ガスは、金属元素（又は半導体元素）を含む有機金属（又は半導体）ガスであると更に好ましい。また、第１の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に対して吸着性を有するガスであり、第２の反応ガスとしては、ウエハＷの表面に吸着する第１の反応ガスと反応可能であり、反応化合物をウエハＷの表面に堆積させ得るガスであると好ましい。

また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。本実施形態においては、不活性ガスとしてＮ_２ガスが使用される。

反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３（図４参照）が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、第１の反応ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された第１の反応ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。

図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された略扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在している。

また、図４に示すとおり、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。なお、図中に示す参照符号４２は、分離ガスノズル４２に形成されるガス吐出孔である。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔の開口径は例えば０．３から１．０ｍｍである。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔が形成されている。

高い天井面４５の下方の空間には、反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。

低い天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２からＮ_２ガスが供給されると、このＮ_２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ_２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ_２ガスは、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合して反応することが抑制される。

なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ_２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

再び図２及び図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。

先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図５に示すように、略扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２の間でガスが流通するのを抑制する。扇型の凸状部４は、天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、参照符号６５０は圧力調整器である。

回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図５に示すように、このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

図１に示すように、ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっている。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ_２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。さらに、真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。さらにまた、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。

パージガス供給管７２からＮ_２ガスを供給すると、このＮ_２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通して、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ_２ガスを供給すると、このＮ_２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通して流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ_２ガスの流れにより、真空容器１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通して、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。

また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ_２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い空間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。

さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

また、本実施形態による成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

（成膜方法）
次に、これまでに参照した図面に加えて図６を参照しながら、本発明の実施形態による成膜方法について、上述の成膜装置を用いて実施される場合を例にとり説明する。
まず、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１を最低到達真空度まで排気した後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ_２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整器６５０により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば最大で２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば２５０℃から６５０℃までの範囲の温度に加熱する。

この後、真空容器１に対し、反応ガスノズル３１から第１の反応ガスを供給するとともに、反応ガスノズル３２から第２の反応ガスを供給する。すなわち、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１の反応ガスと第２の反応ガスとが同時に供給される。ただし、これらのガスは、分離空間Ｈ（図４）により分離され、真空容器１内で互いに混合することは殆ど無い。

第１の反応ガスと第２の反応ガスとが同時に供給されるときに、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、ウエハＷの表面に第１の反応ガスが吸着し、第２の処理領域Ｐを通過すると、ウエハＷの表面に吸着した第１の反応ガスと第２の反応ガスとが反応し、ウエハＷの表面に反応生成物による薄膜が成膜される。

次に、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、反応ガスノズル３１からの第１の反応ガスの供給を停止し、反応ガスノズル３２から第２の反応ガスを供給する。このとき、反応ガスノズル３１からＡｒやＨｅなどの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスを流しても良い。例えば、反応ガスノズル３１へのガスの逆流を抑制するため、１００ｓｃｃｍ程度の窒素ガスを反応ガスノズル３１から流しても良い。なお、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管５１、及びパージガス供給管７２、７３からのＮ_２ガスの供給は継続されている（以下において同様）。

回転テーブル２の回転により第２の処理領域Ｐ２（反応ガスノズル３２の下方領域）に至ったウエハＷは、ここで第２の反応ガスに晒されることとなる。その後、回転テーブル２の回転を継続すると、ウエハＷは、分離領域Ｄ、第１の処理領域Ｐ１、及び分離領域Ｄを経て再び第２の処理領域Ｐ２に至り、第２の反応ガスに晒される。

所定の期間が経過した後、反応ガスノズル３２から第２の反応ガスを供給しつつ、反応ガスノズル３１から第１の反応ガスを再び供給する。これにより、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１の反応ガス及び第２の反応ガスが同時に供給される。以下、第１の反応ガスの停止と供給とを間欠的に繰り返すと、所望の膜厚を有する薄膜がウエハＷ上に成膜される。この後、真空容器１へのガスの供給が停止され、回転テーブル２の回転が停止され、真空容器１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウエハＷが搬出される。これにより成膜工程が終了する。

以上のとおり、本発明の実施形態による成膜方法によれば、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを同時に供給しつつ、回転テーブル２を回転することにより、ウエハＷの表面への第１の反応ガスの吸着と、吸着した第１の反応ガスと第２の反応ガスとの反応とを繰り返した後、第１の反応ガスが停止され、ウエハＷの表面が第２の反応ガスに晒される。このため、表面に吸着したものの第２の反応ガスと反応することなくウエハＷの表面に残存している第１の反応ガスを第２の反応ガスと十分に反応させることができる。このため、第１の反応ガスが未反応のまま薄膜中に取り込まれるのが防止され、薄膜の高品質化を図ることができる。

次に、本実施形態による成膜方法の実施例について説明する。本実施例では、第１の反応ガスとして、Ｚｒ含有有機金属ガスの一種であるテトラキス・エチルメチル・アミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）を用い、第２の反応ガスとしてオゾンガスを用いた。これにより、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）膜をウエハＷ上に成膜した。なお、オゾンガスは、反応ガスノズル３２にオゾン発生器（不図示）を介して酸素ガス供給源（不図示）を接続し、酸素ガス供給源からの酸素をオゾン発生器によりオゾン化することにより得た。主な成膜条件は、以下のとおりである。
・ウエハＷの温度：３００℃
・ＴＥＭＡＺの供給量：０．４ｃｃ／ｍｉｎ（液体として）
・オゾン供給量：３００ｇ／Ｎｍ^３（酸素ガスの供給量は１０ｓｌｍ）
・分離ガスの供給量（分離ガスノズル４１、４２の各々からの供給量）：１０ｓｌｍ。

また、第１の反応ガスとしてのＴＥＭＡＺについては、供給時間と停止時間との合計を１０秒とし、供給時間２．５秒（停止時間は７．５秒）、２秒（停止時間は８秒）、１秒（停止時間は９秒）の３とおりで成膜を行った。また、回転テーブル２の回転速度は、ＴＥＭＡＺの供給時間にかかわらず等しくし、供給時間１秒のときに、回転テーブル２上のウエハＷのすべてが第１の処理領域Ｐ１（反応ガスノズル３１の下方領域）を通過するような回転速度に調整した。
なお、比較例として、ＴＥＭＡＺの供給を停止することなく、ＴＥＭＡＺとオゾンガスとを同時に供給してＺｒＯ膜を成膜した（供給時間１０秒に相当）。

上記のようにして得たＺｒＯ膜のウエハ面内の平均膜厚と膜厚均一性との結果を図７に示す。図７を参照すると、本実施例における平均膜厚は、比較例での平均膜厚に比べ、やや小さくなっていることが分かる。また、膜厚均一性については、比較例の場合にも十分に優れた結果が得られているが、実施例においては更に優れた結果が得られ、具体的には、比較例の場合の半分未満となっている。比較例では、成膜中にはＴＥＭＡＺとオゾンガスとが常時供給されており、ウエハがＴＥＭＡＺとオゾンとに交互に晒されるため、実施例に比べて、平均膜厚が大きくなっている。また、ウエハがＴＥＭＡＺとオゾンとに交互に晒されるため、ウエハ表面に吸着したＴＥＭＡＺの酸化が不十分な可能性があり、膜厚均一性が低下する可能性がある。これに対し、実施例においては、ＴＥＭＡＺの停止時間中に、ウエハ表面に吸着したＴＥＭＡＺがオゾンガスにより十分に酸化されるため、膜厚均一性が改善され、不純物濃度の低い、良好な膜質を有する膜が得られると考えられる。

以上、本発明の実施形態を参照しながら、本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変更又は変形することが可能である。

例えば、第１の反応ガスの供給停止とともに、第２の反応ガスの供給を停止し、所定の期間の経過後に、第２の反応ガスを供給するようにしてもよい。

また、本発明は、上述のＴＥＭＡＺ及びオゾンガスの組み合わせによるＺｒＯ膜の成膜に限定されることなく、例えば、
（１）トリメチルアルミニウム（TMA）及びオゾンガスの組み合わせによる酸化アルミニウム膜の成膜、
（２）テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（TEMAH）及びオゾンガスの組み合わせによる酸化ハフニウム膜の成膜、
（３）ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Sr(THD)₂）及びオゾンガスの組み合わせによる酸化ストロンチウム膜の成膜、
（４）チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ti(MPD)(THD)）及びオゾンガスの組み合わせによる酸化チタニウム膜の成膜、
（５）ビスターシャルブチルアミノシラン（BTBAS）及びオゾンガスの組み合わせによる酸化シリコン膜の成膜、及び
（６）有機アミノシランガス及びオゾンガスの組み合わせによる酸化シリコン膜の成膜などにも適用可能である。

なお、上記において、オゾン発生器により生成されるオゾンガスの代わりに、リモートプラズマを用いてプラズマにより活性化された酸素ガス（酸素ラジカルや酸素イオンを含み得る）を用いてもよい。

またオゾンガス等の代わりに、所定の窒化ガスを用いた窒化シリコン膜の成膜にも本発明の成膜方法を適用できる。

１・・・成膜装置、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２４・・・凹部（ウエハ載置部）、３１，３２・・・反応ガスノズル、４１，４２・・・分離ガスノズル、１２１，１２３・・・ガス供給源、Ｐ１・・・第１の処理領域、Ｐ２・・・第２の処理領域、Ｈ・・・分離空間、Ｗ・・・ウエハ。

Claims

真空容器内に回転可能に収容され、複数の基板が載置される載置部を上面に有する回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記上面の上方において区画される第１の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けてガスを供給する第１のガス供給部と、
前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間する第２の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に対してガスを供給する第２のガス供給部と、
前記真空容器内において前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に設けられ、
前記回転テーブルの前記上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部、及び
前記分離ガス供給部からの前記分離ガスを前記第１の処理領域と前記第２の処理領域へ導く狭隘な空間を前記回転テーブルの前記上面に対して形成する天井面であって、前記回転テーブルの外縁に向かう方向に沿って、前記回転テーブルの周方向に沿う幅が大きくなる当該天井面を含む分離領域と
を備える成膜装置において行われる成膜方法であって、
前記回転テーブルを回転しながら、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給して前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離しつつ、前記第１のガス供給部から前記第１の処理領域へＴＥＭＡＺを供給すると共に、前記第２のガス供給部から前記第２の処理領域へ、前記ＴＥＭＡＺと反応し得るオゾンガスを供給し、酸化ジルコニウム膜を成膜するステップと、
前記回転テーブルを回転しながら、前記分離ガス供給部から前記分離ガスを供給して前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離しつつ、前記第１のガス供給部からＴＥＭＡＺを供給することなく、前記第２のガス供給部から前記第２の処理領域へ前記オゾンガスを所定の期間供給し、前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップと、
を含み、
前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップは、プラズマを生成することなく少なくとも７．５秒間にわたり実行され、
前記ＴＥＭＡＺは、前記酸化ジルコニウム膜を成膜するステップにおいてのみ供給されるのに対し、前記オゾンガスは、前記酸化ジルコニウム膜を成膜するステップと前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップとを通じて連続的に供給される、
成膜方法。
前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップは、少なくとも８．０秒間にわたり実行される、請求項１に記載の成膜方法。
前記酸化ジルコニウム膜の膜厚均一性を向上させるステップにおける基板の温度は３００℃である、請求項１又は２に記載の成膜方法。