(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容した処理室内にエチル基を有するシリコン含有ガスを供給し、該エチル基を有するシリコン含有ガスを前記処理室内で熱分解させて、前記基板上に炭化シリコン膜を形成する第１の処理工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給し、前記炭化シリコン膜を酸化させて炭素含有酸化シリコン膜を形成する第２の処理工程と、
を交互に繰り返すことにより、前記基板上に、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の処理工程では、前記炭化シリコン膜の一部を酸化させて前記炭素含有酸化シリコン膜を形成し、それにより、酸化されずに残った炭化シリコン膜と前記炭素含有酸化シリコン膜との積層膜を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エチル基を有するシリコン含有ガスは、エチルシラン、ジエチルシラン、トリエチルシラン、テトラエチルシラン、エチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、およびトリエチルクロロシランのうちの何れかを含む請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の処理工程では、前記基板の温度を５８０℃以上７００℃未満とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の処理工程では、前記処理室内に前記酸素含有ガスを活性化して供給する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の処理工程では、前記処理室内に前記酸素含有ガスをラジカル化して供給する請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にエチル基を有するシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記第１のガス供給系から、基板を収容した前記処理室内に前記エチル基を有するシリコン含有ガスを供給し、該エチル基を有するシリコン含有ガスを前記処理室内で熱分解させて、前記基板上に炭化シリコン膜を形成する第１の処理と、前記第２のガス供給系から前記処理室に前記酸素含有ガスを供給し、前記炭化シリコン膜を酸化させて炭素含有酸化シリコン膜を形成する第２の処理工程と、を交互に繰り返すことにより、前記基板上に、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項８】
基板を収容した処理室内にエチル基を有するシリコン含有ガスを供給し、該エチル基を有するシリコン含有ガスを前記処理室内で熱分解させて、前記基板上に炭化シリコン膜を形成する第１の処理手順と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給し、前記炭化シリコン膜を酸化させて炭素含有酸化シリコン膜を形成する第２の処理手順と、
を交互に繰り返すことにより、前記基板上に、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する手順を制御部に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面に、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い酸化シリコン膜を形成する成膜装置、及び該成膜装置を用いて基板に炭素含有酸化シリコン膜を形成する工程を有するＩＣ等の半導体装置の製造方法、及び膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおける絶縁膜の成膜工程において、トランジスタのゲート周り、配線構造、あるいは配線構造周辺に、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等が用いられている。特許文献１には、トランジスタのゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）をＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法により形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１０６５９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の酸化シリコン膜や窒化シリコン膜では、誘電率が４〜７であり、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い膜を得ることが困難であるといった課題があった。
本発明の目的は、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い炭素含有酸化シリコン膜を得ることのできる基板処理装置を提供すること、及び、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い炭素含有酸化シリコン膜を形成することのできる半導体装置の製造方法や膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を形成する第１の処理工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給し前記炭化珪素膜を酸化する第２の処理工程と、
を有し、
前記第１の処理工程と前記第２の処理工程から構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記の半導体装置の製造方法によれば、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い炭素含有酸化シリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置の熱処理炉の垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る処理ガス供給工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る処理ガス供給工程を時系列に示す図である。
【図５】基板上に形成した膜構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る基板処理装置としてのバッチ式縦型熱処理装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型熱処理装置の処理炉の垂直断面図である。
［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施例に係る基板処理装置１０を概略的に説明する。図１に示すように、基板処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う。もちろん、カセットの代わりにポッド（ＦＯＵＰ）を用いてもよい。ポッドは、基板を収納する内部に窒素等の不活性ガスを充填可能とした基板収納容器である。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部に流通させる。
【０００９】
筐体１０１の後部上方には、処理炉１５が設けられている。処理炉１５の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウェハ１６を搭載したボート１３を、処理炉１５の内と外の間で昇降させる。ボート１３は、ウェハ１６を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉１５の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ１４が取り付けられている。シールキャップ１４は、ボート１３を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウェハ１６を搬送するウェハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉１５の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート１３が処理炉１５の外にあるときに、処理炉１５の下端を閉塞することができる。
【００１０】
ウェハ１６が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート１３に対してウェハ１６が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート１３に、ウェハ１６を移載する。
【００１１】
ボート１３に所定枚数のウェハ１６が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート１３が処理炉１５内に挿入され、シールキャップ１４により、処理炉１５が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉１５内では、ウェハ１６が加熱されると共に、処理ガスが処理炉１５内に供給され、ウェハ１６に加熱等の処理がなされる。
ウェハ１６の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウェハ１６は、ウェハ移載機１１２により、ボート１３から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート１３が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉１５の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉１５内に巻き込まれるのを防止している。
【００１２】
［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施例に係る基板処理装置１０は、処理炉１５を備えており、処理炉１５は、円筒形状で石英製の反応管２１、及び円筒形状で金属製のインレットフランジ２２を備えている。反応管２１は、基板（本例ではウェハ１６）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２１は、円筒形状の加熱部（本例では抵抗ヒータ２５）の内側に、同心円状に設けられている。反応管２１は、その上端が閉塞している。反応管２１の下端は、インレットフランジ２２の上端に接しており、インレットフランジ２２の下端開口は、シールキャップ１４により、図示しない気密部材（Ｏリング等）を介して気密に閉塞される。
【００１３】
図２に示すように、反応管２１は、処理室２０１とバッファ室２０２を有している。処理室２０１には、第１の処理ガスを処理室２０１内に導入するための多孔ノズル２０３が設けられている。多孔ノズル２０３は、反応管２１の管壁に沿って垂直方向に立設されており、ガスを流出する多数の開口を有している。処理室２０１には、ボート１３が搬入される。バッファ室２０２には、その下部に、反応管２１を貫通して、２本のガスノズル２０５と２０６が設けられている。また、バッファ室２０２には、処理室２０１の方向に、丸穴またはスリット２１２が複数設けられている。
バッファ室２０２内には、ニッケルなどの金属材料から成るアンテナ電極２０７が設けられている。アンテナ電極２０７は、絶縁性の高い石英などから成るアンテナ絶縁カバー２０８により覆われている。アンテナ電極２０７は、形状を自由に変えることのできるワイヤーやメッシュ構造が好ましく、Ｕ字形状を有し、その両端に整合器５１を介して電源５２に接続されている。アンテナ電極２０７に、１〜５０ＭＨｚ、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給することで、後述するように、バッファ室２０２内にプラズマとラジカルを生成することができる。
【００１４】
ヒータ２５、反応管２１、インレットフランジ２２およびシールキャップ１４等により、処理炉１５が構成されている。また、反応管２１、インレットフランジ２２及びシールキャップ１４により、処理室２０１が形成されている。シールキャップ１４の上には、基板保持部材（ボート１３）が立設されている。ボート１３は、処理炉１５内に、処理炉１５の下端開口から挿入される。ボート１３には、バッチ処理される複数のウェハ１６が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２５は、処理炉１５に挿入されたウェハ１６を、所定の温度に加熱する。
【００１５】
シールキャップ１４は、インレットフランジ２２の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ１４は、例えばステンレス等の金属からなり、円板状に形成されている。シールキャップ１４の上面には、反応管２１の下端と当接するシール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。
【００１６】
シールキャップ１４の下側には、ボート１３を回転させるボート回転機構１９が設置されている。ボート回転機構１９の回転軸１８は、シールキャップ１４を貫通し、ボート１３に接続されており、ボート１３を回転させることでウェハ１６を回転させるように構成されている。シールキャップ１４は、反応管２１の外部に垂直に設備された昇降設備としてのボートエレベータ１２１によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート１３を処理室２０１に搬入搬出することが可能となっている。ボート回転機構１９及びボートエレベータ１２１には、制御部８０が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１７】
ボート１３は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウェハ１６を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート１３の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板１７が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２５からの熱がシールキャップ１４側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００１８】
反応管２１内には、温度検出器としての図示しない温度モニタが設置されている。ヒータ２５と温度モニタは、制御部８０に電気的に接続されており、温度モニタにより検出された温度情報に基づきヒータ２５への通電具合を調整することにより、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１９】
［ガス供給系］
図２に示すように、インレットフランジ２２を貫通する多孔ノズル２０３には、処理室２０１へ、エチル基結合を有するシリコン含有ガスである第１の処理ガス（本例ではトリエチルシランガス）を供給するガス供給管４３の一端が、接続されている。ガス供給管４３の他端は、ガス供給管４３ａとガス供給管４３ｂとに分岐している。ガス供給管４３ａには、上流から順に、第１の処理ガス（トリエチルシランガス）供給源３１ａ、ＭＦＣ（マスフローコントローラ：流量制御装置）３２ａ、開閉バルブ３３ａが設けられている。ガス供給管４３ｂには、上流から順に、不活性ガスとしての、例えば窒素ガス供給源３１ｂ、ＭＦＣ３２ｂ、開閉バルブ３３ｂが設けられている。ガス供給管４３、第１の処理ガス（トリエチルシランガス）供給源３１ａ、ＭＦＣ３２ａ、開閉バルブ３３ａ、ガス供給管４３、多孔ノズル２０３により、第１のガス供給系が構成される。第１のガス供給系は、ガス供給管４３ｂ、窒素ガス供給源３１ｂ、ＭＦＣ３２ｂ、開閉バルブ３３ｂを含むこともできる。
【００２０】
図２に示すように、反応管２１の下部を貫通するガスノズル２０５には、バッファ室２０２へ第２の処理ガス（本例では酸素ガス）を供給するガス供給管４５の一端が、接続されている。ガス供給管４５には、上流から順に、第２の処理ガス（酸素ガス）供給源３１ｃ、ＭＦＣ３２ｃ、開閉バルブ３３ｃが設けられている。なお、本実施例では、第２の処理ガスとして酸素ガスを用いているが、オゾンガスを用いることもできる。
また、反応管２１の下部を貫通するガスノズル２０６には、バッファ室２０２へ不活性ガス（本例ではヘリウムガスや窒素ガス）を供給するガス供給管４６の一端が、接続されている。ガス供給管４６の他端は、ガス供給管４６ｄとガス供給管４６ｅとに分岐している。ガス供給管４６ｄには、上流から順に、ヘリウムガス供給源３１ｄ、ＭＦＣ３２ｄ、開閉バルブ３３ｄが設けられている。ガス供給管４６ｅには、上流から順に、窒素ガス供給源３１ｅ、ＭＦＣ３２ｅ、開閉バルブ３３ｅが設けられている。
第２の処理ガス（酸素ガス）供給源３１ｃ、ＭＦＣ３２ｃ、開閉バルブ３３ｃ、ガス供給管４５、ガスノズル２０５により、第２のガス供給系が構成される。第２のガス供給系は、ヘリウムガス供給源３１ｄ、ＭＦＣ３２ｄ、開閉バルブ３３ｄ、ガス供給管４６を含むこともできる。
ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅには、制御部８０が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングで制御するように構成されている。
【００２１】
［排気系］
反応管２１の下方のインレットフランジ２２には、処理室２０１内のガスを排気する排気口２７が形成され、該排気口２７には、ガス排気管４４の一端が接続されている。ガス排気管４４の他端は、真空ポンプ３５（排気装置）にＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ３４を介して接続されている。処理室２０１内は、真空ポンプ３５によって排気される。なお、ＡＰＣバルブ３４は、弁の開閉により処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
また、圧力検出器としての圧力センサ２８が、ＡＰＣバルブ３４の上流側に設けられている。このようにして、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう、真空排気するように構成されている。ＡＰＣバルブ３４および圧力センサ２８には、制御部８０が電気的に接続されており、制御部８０は、圧力センサ２８により検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ３４により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２２】
［制御部］
制御部（コントローラ）８０は、ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、開閉バルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、ＡＰＣバルブ３４、温度モニタ、ヒータ２５、圧力センサ２８、真空ポンプ３５、ボート回転機構１９、ボートエレベータ１２１等、基板処理装置１０の各構成部に電気的に接続されている。
制御部８０は、ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの流量調整、開閉バルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ３４の開閉および圧力調整動作、ヒータ２５の温度調節、真空ポンプ３５の起動・停止、ボート回転機構１９の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御等、基板処理装置１０の各構成部の制御を、プログラム及びレシピに基づき行う。
【００２３】
図１に示す基板処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板としてのウェハ１６に対し、炭素含有の酸化シリコン膜を形成する実施例について、図３ないし図５を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る処理ガス供給工程を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る処理ガス供給工程を時系列に示す図である。制御部８０は、本実施例の基板処理装置１０を次のように制御する。
【００２４】
（ウェハ搬入工程）
処理室２０１が大気圧の状態で、ボートエレベータ１２１により、ボート１３とともにシールキャップ１４が降下され、処理炉１５の下端よりボート１３が完全に搬出される。この状態で、ウェハ移載機１１２により、ウェハ１６がボート１３に搭載される。その後、ボートエレベータ１２１により、ボート１３とともにシールキャップ１４が上がり、処理炉１５下端の炉口が閉じられ、処理室２０１へのウェハ１６の搬入が終了する。
【００２５】
（窒素ガスパージ工程）
次に、ＡＰＣバルブ３４を徐々に全開にし、真空ポンプ３５により処理室２０１内を真空排気して、処理室２０１内の圧力を例えば０．１Ｐａ以下の減圧状態にする。回転機構１９により、ウェハ１６を搭載したボート１３を回転し、１ｒｐｍから１０ｒｐｍの範囲内で回転数を一定に維持する。また、ヒータ２５に電力を供給し、５８０℃から７００℃の範囲内でウェハ１６の温度を一定に維持する。図４に示すように、毎分数リットルの窒素ガス４１１を、窒素ガス供給源３１ｅからガスノズル２０６を介してバッファ室２０２内へ供給するとともに、窒素ガス供給源３１ｂから多孔ノズル２０３を介して処理室２０１内へ供給して、任意の圧力にて窒素ガス（Ｎ２）パージを数分間実施した後、窒素ガスパージ４１１を終える。
【００２６】
（第１の処理工程）
図４に示すように、ＭＦＣ３２ｅにより０．０５ｓｌｍ（standard  liter／min）から５ｓｌｍの所望の流量に調節した窒素ガス４１２を、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入し、この窒素ガス導入を５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１の容積１００Ｌ（liter）に対して０．２ｓｌｍの窒素ガスを、２５秒間導入した。
次に、ＭＦＣ３２aにより、０．０５ｓｌｍから０．５ｓｌｍの所望の流量に調節したトリエチルシランガス（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ）４１３を、多孔ノズル２０３より処理室２０１内に導入する。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、５０Ｐａから５００Ｐａの所望の圧力で、５秒から３０秒の間維持する。本実施例では、処理室２０１の容積１００Ｌに対して０．１ｓｌｍのトリエチルシランガスを、２００Ｐａの全圧で、２０秒間導入した。このように、第１の処理工程では、炭化珪素膜を形成することができる。
第１の処理工程においては、水素終端したシリコン基板表面に、熱分解したトリエチルシランガスが反応して吸着し、炭化珪素膜を形成するものである。
その後、窒素ガス４１２とトリエチルシランガス４１３の供給を止めて、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。
【００２７】
（第２の処理工程）
図４に示すように、ＭＦＣ３２ｄにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍの所望の流量に調節したヘリウム（Ｈｅ）ガス４２１を、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入し、このヘリウムガス導入を５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１の容積１００Ｌに対して０．１ｓｌｍのヘリウムガスを、２５秒間導入した。
次に、ＭＦＣ３２ｃにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍの所望の流量に調節した酸素（Ｏ２）ガス４２２を、ガスノズル２０５より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入する。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、２０Ｐａから１００Ｐａの所望の圧力に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。また、同時に、アンテナ電極２０７への供給電力４２３を、３０Ｗから３０００Ｗの所望の電力（ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ）に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。これにより、バッファ室２０２内において、酸素含有ガスがプラズマやラジカルへと活性化される。プラズマ化されたガスのほとんどは、バッファ室２０２に留められる。中性なガスと不純物は、ガス排気口２７より排出される。なお、本実施例では、処理室２０１の容積１００Ｌに対して０．１ｓｌｍの酸素ガスを、１００Ｐａの全圧で、２０秒間導入した。また、８００Ｗの電力を２０秒間、供給した。このように、第２の処理工程では、第１の処理工程で形成された炭化珪素膜を酸化することができる。
第２の処理工程においては、第１の処理工程で形成された炭化珪素膜が、酸素ガスのラジカル（Ｏ*）と反応して、炭素含有の酸化シリコン膜を形成するものである。
なお、本例の第２の処理工程においては、不活性ガスとして窒素ガスを用いず、ヘリウムガスを用いる。窒素ガスを用いると、窒素ガスがプラズマ化されるため、炭素含有酸化シリコン膜が窒化されてしまうので、好ましくないためである。
その後、アンテナ電極２０７への電力供給４２３を止めるとともに、ヘリウムガス４２１と酸素ガス４２２の供給を止め、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。
【００２８】
（第１の処理工程と第２の処理工程の繰り返し）
上記の第１の処理工程と第２の処理工程を交互に周期的に、所望の膜厚になるまで１回以上、Ｎ回繰り返す。つまり、上記の第１の処理工程と第２の処理工程から構成される一連の処理工程を、１回以上繰り返す。ここで、１回繰り返すとは１回行うことであり、Ｎ回繰り返すとは、Ｎ回行うことを意味する。
上記の第１の処理工程と第２の処理工程により基板上に形成された炭素含有酸化シリコン膜に対して行われる第１の処理工程においては、形成された炭素含有酸化シリコン膜に、熱分解したトリエチルシランガスが反応して吸着し、再び炭化珪素膜を形成する。
また、該炭化珪素膜に対して行われる第２の処理工程においては、第１の処理工程で形成された炭化珪素膜が、酸素ガスのラジカル（Ｏ*）と反応して、炭素含有酸化シリコン膜を形成するものである。
なお、酸化シリコン膜中の炭素濃度（炭素原子含有率）を低くし、誘電率を低くするうえで、前記一連の処理工程は２回以上繰り返すのが好ましい。
【００２９】
（窒素ガスパージ工程）
その後、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、毎分数リットルの窒素ガス４５１を、バッファ室２０２内と処理室２０１内に供給して、任意の圧力にて窒素ガスパージを数分間実施した後、窒素ガスパージ４５１を終える。
【００３０】
（基板搬出工程）
その後、ボート回転とヒータ２５への電力の供給を止め、ＡＰＣバルブ３４を閉じて、処理室２０１内の圧力が大気圧になるまで、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、窒素ガスを供給する。ウェハ１６の温度が５０℃以下になったところで、成膜処理の終わったウェハ１６は、上述したウェハ１６の搬入手順と逆の手順で、処理炉１５下端から搬出されて回収される。
【００３１】
これら一連のガス供給工程を図３に示す。図３に示すように、窒素ガスパージ後、第１の処理工程と第２の処理工程は、交互に１回以上繰り返され、その後、窒素ガスパージが行われて処理が終了する。
図５に示すように、第１の処理工程により、ウェハ５０１上に形成される炭化シリコン膜（ＳｉＣ）５０２は、その一部が、第２の処理工程により酸化されて炭素含有酸化シリコン膜（ＳｉＯＣ）５０４が形成される。５０３は、第１の処理工程により形成された炭化シリコン膜（ＳｉＣ）５０２が、第２の処理工程によっても酸化されずに残っていることを示す。図５（ｃ）は、炭化シリコン膜５０３と炭素含有酸化シリコン膜５０４との積層構造を示している。
第１の処理工程において、トリエチルシランガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、炭化シリコン膜の膜厚を制御し、また、第２の処理工程において、酸素ガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、酸化シリコン膜中の炭素濃度（炭素原子含有率）を制御することや、炭化シリコン膜（ＳｉＣ）を含まない単一層からなる炭素含有酸化シリコン膜の形成も実現可能である。また、成膜する酸化シリコン膜の膜厚均一性も向上する。
また、第１の処理工程と第２の処理工程を１周期とした場合、その周期は短いほど、緻密で耐エッチング性の高い炭素含有酸化シリコン膜を形成することができ、また、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ原子の膜中分布の偏りができる問題を抑制できる。
なお、このようにして形成した炭素含有酸化シリコン膜は、成膜後の後工程において、例えば酸素プラズマによるアッシング処理を行う場合、強い耐酸化性を示すので、好ましい。
【００３２】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
本明細書の記載に基づき、次の発明を把握することができる。
すなわち、第１の発明は、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を形成する第１の処理工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給し前記炭化珪素膜を酸化する第２の処理工程と、
を有し、
前記第１の処理工程と前記第２の処理工程から構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法。
この構成により、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた炭素含有酸化シリコン膜を形成することができる。
【００３３】
なお、前記第１の発明において、前記エチル基結合を有するシリコン含有ガスは、（Ｃ２Ｈ５）ＳｉＨ３（エチルシラン）、（Ｃ２Ｈ５）２ＳｉＨ２（ジエチルシラン）、（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ（トリエチルシラン）、（Ｃ２Ｈ５）４Ｓｉ（テトラエチルシラン）、（Ｃ２Ｈ５）ＳｉＣｌ３（エチルトリクロロシラン）、（Ｃ２Ｈ５）２ＳｉＣｌ２（ジエチルジクロロシラン）、（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＣｌ（トリエチルクロロシラン）とすることができる。
また、前記第１の発明の構成により形成した炭素含有酸化シリコン膜の１％希釈フッ酸溶液に対するウエット・エッチング・レート（Wet  Etching  Rate）は、２Å／ｍｉｎ以上かつ１０Å／ｍｉｎ以下とすることができる。あるいは、前記ウエット・エッチング・レートは、２Å／ｍｉｎ以上かつ５Å／ｍｉｎ以下とすることができる。
また、前記第１の発明の構成により形成した炭素含有酸化シリコン膜の誘電率は、２．５以上かつ５．５以下とすることができる。あるいは、前記誘電率は、２．５以上かつ４．０以下とすることができる。
また、前記第１の発明の構成により形成した炭素含有酸化シリコン膜は、膜中のシリコン原子が３０原子％以上５５原子％以下であり、酸素原子が３０原子％以上５５原子％以下であり、炭素原子が５原子％以上２０原子％以下とすることができる。このような原子含有比率にすると、炭素含有酸化シリコン膜の誘電率を、２．５以上かつ４．０以下とすることができる。
【００３４】
第２の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスとを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記第１のガス供給系から、前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスを供給し前記基板上に炭化珪素膜を形成し、前記第２のガス供給系から前記処理室に酸素含有ガスを供給し前記炭化珪素膜を酸化処理し、前記炭化珪素膜の形成処理と前記酸化処理から構成される一連の処理を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置。
この構成により、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた炭素含有酸化シリコン膜を形成することができる。
【００３５】
第３の発明は、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスを供給し、前記基板上に炭化珪素膜を形成する第１の処理工程と、
前記処理室内に、酸素含有ガスを供給して、前記炭化珪素膜を酸化する第２の処理工程と、を有し、
前記第１の処理工程と前記第２の処理工程から構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する膜の形成方法。
この構成により、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた炭素含有酸化シリコン膜を形成することができる。
【００３６】
第４の発明は、
前記第１の発明において、前記エチル基を有するシリコン含有ガスおよび前記酸素含有ガスのキャリアガスとして不活性ガスが用いられ、前記エチル基を有するシリコン含有ガスおよび前記酸素含有ガスは、前記不活性ガスとともに処理室内へ供給されるようにした半導体装置の製造方法。
このように、供給される処理ガスをキャリアガスである不活性ガスとともに供給すると、処理ガスが供給管内でガス分解するのをキャリアガスにより抑制しつつ、処理ガスを処理室内へ供給することができる。また、処理ガス供給用の供給口と別に、不活性ガス供給用の供給口を設置する必要がなく、部品点数を低減し、設備費用を低減することができる。
なお、このとき、前記第１の処理工程において、前記エチル基を有するシリコン含有ガスとともに処理室内へ供給される不活性ガスは、希ガス又は窒素ガスとし、前記第２の処理工程において、前記酸素含有ガスとともに処理室内へ供給される不活性ガスは希ガスとすることができる。
また、前記第１及び第２の処理工程において用いられる希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガスとすることができる。
【００３７】
第５の発明は、
前記第１の発明において、前記第１の処理工程は、５８０℃以上７００℃未満で行われるようにした半導体装置の製造方法。
５８０℃未満であれば、トリエチルシランは気相中でほとんど分解できないため、基板への吸着量が極めて少なく、成膜が難しい。７００℃以上であれば、気相中での分解が強すぎるため、膜厚均一性の確保が難しい。５８０℃以上であれば、第１の処理工程と第２の処理工程をサイクリックに切り換えることにより、緻密で膜厚均一性の良好な特徴を持つ炭素含有酸化シリコン膜を得ることができる。
また、さらに好ましくは、前記第１の処理工程は、６００℃以上７００℃未満で行うのがよい。６００℃以上であれば、先に述べた特徴に加えて、成膜速度の向上を図ることが可能である。
【００３８】
第６の発明は、
前記第４の発明において、前記エチル基を有するシリコン含有ガスを前記不活性ガスとともに処理室内へ供給する際に、前記不活性ガスの流量を、前記シリコン含有ガスの流量に対して、１倍以上２０倍以下とするようにした半導体装置の製造方法。
不活性ガスの流量がシリコン含有ガスに比べて１倍より少ないと、シリコン含有ガスが処理室に供給される前に分解されるので好ましくない。また、不活性ガスの流量がシリコン含有ガスに比べて２０倍より多いと、成膜速度が低下して実用的でなくなる。
【００３９】
第７の発明は、
前記第４の発明において、前記酸素含有ガスを前記不活性ガスとともに処理室内へ供給する際に、前記不活性ガスの流量を、前記酸素含有ガスの流量に対して、０．５倍以上１０倍以下とするようにした半導体装置の製造方法。
不活性ガスの流量が酸素含有ガスに比べて０．５倍より少ないと、例えば酸素含有ガスをプラズマ化する場合に、プラズマ化するためのＲＦ電力を非常に大きくする必要がある。また、不活性ガスの流量が酸素含有ガスに比べて１０倍より多いと、成膜速度が低下して実用的でなくなる。
【００４０】
第８の発明は、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に、エチル基結合を有するシリコン含有ガスと不活性ガスとを供給して、前記基板上に炭化珪素膜を形成する第１の処理工程と、
前記処理室内に、酸素含有ガスと不活性ガスとを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ化して、前記炭化珪素膜を酸化する第２の処理工程とを有し、
前記第１の処理工程と第２の処理工程から構成される一連の処理工程を、１回以上繰り返すことにより、所定膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法。
このように、酸素含有ガスをプラズマ化、ラジカル化することにより、炭化珪素膜を短時間で、酸化処理することができる。
【００４１】
第９の発明は、
基板を処理する処理室と、
処理室に連通するバッファ室に設けたアンテナ電極と、
前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスと不活性ガスとを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室内に酸素含有ガスと不活性ガスとを供給する第２のガス供給系と、
前記第１のガス供給系から、前記処理室内にエチル基結合を有するシリコン含有ガスと不活性ガスとを供給して前記基板上に炭化珪素膜を形成し、前記第２のガス供給系から、前記バッファ室内に酸素含有ガスと不活性ガスとを供給し、前記アンテナ電極により前記酸素含有ガスをプラズマ化して前記炭化珪素膜を酸化処理するよう制御するとともに、前記炭化珪素膜の形成処理と前記酸化処理から構成される一連の処理工程を２回以上繰り返すことにより、所定の膜厚の炭素含有酸化シリコン膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
このように、アンテナ電極を用いて、酸素含有ガスをプラズマ化、ラジカル化することにより、炭化珪素膜を短時間で、酸化処理することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…基板処理装置、１３…ボート、１４…シールキャップ、１５…処理炉、１６…ウェハ、１９…ボート回転機構、２１…反応管、２２…インレットフランジ、２５…ヒータ、２７…ガス排気口、２８…圧力センサ、３１ａ…第１の処理ガス供給源、３１ｂ…窒素ガス供給源、３１ｃ…酸素供給源、３１ｄ…ヘリウムガス供給源、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ…ＭＦＣ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ…開閉バルブ、３４…ＡＰＣバルブ、３５…真空ポンプ、４３…ガス供給管、４４…ガス排気管、４５…ガス供給管、４６…ガス供給管、５１…整合器、５２…電源、８０…制御部、１００…カセット、１０１…筐体、１０５…カセットステージ、１１０…カセットストッカ、１１２…ウエハ移載機、１１６…炉口シャッタ、１２１…ボートエレベータ、１２１…ボートエレベータ、２０１…処理室、２０２…バッファ室、２０３…多孔ノズル、２０５…ガスノズル、２０６…ガスノズル、２０７…アンテナ電極、２０８…アンテナ絶縁カバー、２１２…スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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