(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気にてシリコン酸化膜または金属酸化膜である薄膜を形成する成膜装置において、
真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域を備えた載置台と、
前記真空容器内を真空排気するための真空排気機構と、
前記基板載置領域に載置された基板にシリコンまたは金属を含む第１の反応ガスを供給して吸着させるための第１の反応ガス供給部と、
前記基板載置領域に載置された基板に第１の反応ガスと反応してシリコン酸化物または金属酸化物を生成する酸化ガスである第２の反応ガスを供給する第２の反応ガス供給部と、
基板に吸着された第１の反応ガスの分子と反応する成分を含むプラズマを、薄膜の形成中において基板に供給して、基板上の薄膜の改質処理を行うためのプラズマ発生部と、
基板に第１の反応ガスを供給した後、第２の反応ガスを供給して成膜を行う成膜ステップと、その後基板に前記プラズマを供給する改質ステップと、からなるサイクルを複数回繰り返し、一のサイクルにおけるプラズマの強度を、それ以前の他のサイクルにおけるプラズマの強度とは異なる強度に変更するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記薄膜の下地膜は前記金属またはシリコンを含む膜であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記プラズマ発生部に供給する高周波電力と前記真空容器内の真空度との少なくとも一方を調整することによってプラズマの強度を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記制御部は、薄膜の形成初期には、前記プラズマ発生部から薄膜に供給されるプラズマの強度を第１の強度に設定し、薄膜の形成初期よりも後の時点では、プラズマの強度を第１の強度よりも大きい第２の強度に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記制御部は、薄膜の形成初期には、前記プラズマ発生部から薄膜に供給されるプラズマの強度を第２の強度に設定し、薄膜の形成初期よりも後の時点では、プラズマの強度を第２の強度よりも小さい第１の強度に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記制御部は、プラズマの強度を前記第１の強度に設定した後、当該第１の強度よりも強い第３の強度に設定することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記第１の反応ガス供給部、第２の反応ガス供給部及びプラズマ発生部は、前記真空容器の周方向に沿って互に離間して設けられることと、
前記載置台の基板載置領域が前記第１の反応ガス供給部から供給される第１の反応ガスの供給領域及び第２の反応ガス供給部から供給される第２の反応ガスの供給領域を順番に通過するように、前記反応ガス供給部及びプラズマ発生部に対して載置台を鉛直軸回りに回転させる回転機構を設けたことと、
基板に吸着された第１の反応ガスの分子と第２の反応ガスとが反応する反応領域よりも載置台の回転方向下流側領域にプラズマを発生させるようにプラズマ発生部が配置されていることと、
前記第１の反応ガスが供給される領域と第２の反応ガスが供給される領域との間に、各領域を互に分離するために分離ガス供給部から分離ガスが供給される分離領域を設けたことと、を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項８】
真空雰囲気にてシリコンまたは金属を含む第１の反応ガスとこの第１の反応ガスと反応してシリコン酸化物または金属酸化物を生成する酸化ガスである第２の反応ガスとを順番に基板に供給する工程を複数回繰り返してシリコン酸化膜または金属酸化膜である薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内に設けられた載置台の基板載置領域に基板を載置する工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、
基板に第１の反応ガスを供給した後、第２の反応ガスを供給して成膜を行う成膜ステップと、その後基板に第１の反応ガスの分子と反応する成分を含むプラズマを供給して薄膜を改質処理する改質ステップと、からなるサイクルを複数回繰り返す工程と、
一のサイクルにおける前記プラズマの強度を、それ以前の他のサイクルのプラズマの強度とは異なる強度に変更する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記薄膜の下地膜は前記金属またはシリコンを含む膜であることを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【請求項１０】
一のサイクルにおける前記プラズマの強度とそれ以前の他のサイクルにおけるプラズマの強度とは、プラズマ発生部に供給する高周波電力と前記真空容器内の真空度との少なくとも一方を調整することよって異ならせることを特徴とする請求項８または９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
一のサイクルにおける前記プラズマの強度は、それ以前の他のサイクルにおけるプラズマの強度よりも大きいことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載の成膜方法。
【請求項１２】
一のサイクルにおける前記プラズマの強度は、それ以前の他のサイクルのプラズマの強度よりも小さいことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記一のサイクルの後のサイクルにおいて、当該一のサイクルにおける前記プラズマの強度よりも大きい強度のプラズマを基板に供給することを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記成膜ステップは、前記載置台の基板載置領域が、第１の反応ガス供給部から供給される第１の反応ガスの供給領域及び第２の反応ガス供給部から供給される第２の反応ガスの供給領域を順番に通過するように、前記真空容器の周方向に沿って互いに離間して設けられた前記第１の反応ガス供給部及び第２の反応ガス供給部に対して前記載置台を鉛直軸周りに回転させる工程であり、
前記改質ステップは、前記載置台を回転させることにより、基板に吸着された第１の反応ガスの分子と第２の反応ガスとが反応する反応領域よりも載置台の回転方向下流側領域において基板にプラズマを照射する工程であり、
前記第１の反応ガスが供給される領域と第２の反応ガスが供給される領域とを互に分離するために、各領域間に設けられた分離領域に対して分離ガス供給部から分離ガスを供給する工程を行うことを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか一つに記載の成膜方法。
【請求項１５】
真空雰囲気にてシリコン酸化膜または金属酸化膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、請求項８ないし１４のいずれか一つに記載の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空雰囲気にて複数種類の反応ガスを基板の表面に順番に供給して薄膜を形成する成膜装置、成膜方法及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面にピラー状またはライン状の凸部を含むパターンの形成された例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」という）に対して、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を成膜するにあたり、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれる成膜方法が用いられる場合がある。具体的には、真空雰囲気下でシリコンを含む有機系ガスと酸化ガスとをウエハに交互に供給して、反応生成物からなる原子層や分子層を積層することにより、酸化シリコン膜からなる薄膜が形成される。この成膜方法により形成された薄膜は、当該成膜方法における成膜温度が従来のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などに比べて低いため、例えば前記有機系ガス中の有機物が薄膜中に不純物として残ることによって、良好な緻密性の得られない場合がある。
【０００３】
そこで、薄膜を積層した後、ウエハに例えば酸素（Ｏ2）を含む処理ガスのプラズマを照射することにより、反応生成物を改質して緻密化することを検討しているが、薄膜の膜厚がプラズマの進入（透過）できる膜厚よりも厚い場合には、薄膜の下層側については改質が困難になってしまう。一方、薄膜の膜厚がプラズマの進入できる膜厚よりも薄い場合には、図３４に示すように、薄膜の下地層であるウエハにプラズマが到達して、例えばシリコン層の表面を酸化してしまうおそれがある。この場合には、既述の凸部の幅寸法ｄが設計寸法よりも狭まり、求める電気特性が得られなくなってしまう。
【０００４】
ところで、例えば既述の酸化シリコン膜をゲート酸化膜として用いる場合、ＡＬＤ法あるいはＣＶＤ法により積層した薄膜では、当該薄膜とウエハとの間の界面の平坦性が熱酸化膜などに比べて悪く、欠陥の発生するおそれがある。  
特許文献１〜３には、ＡＬＤ法などについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公報７，１５３，５４２号
【特許文献２】特許３１４４６６４号公報
【特許文献３】米国特許公報６，８６９，６４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空雰囲気にてシリコンまたは金属を含む第１の反応ガス及び酸化ガスである第２の反応ガスを基板に順番に供給するサイクルを複数回繰り返してシリコン酸化膜または金属酸化膜を形成するにあたり、膜厚方向に亘って緻密な薄膜を得ることのできる技術を提供することにある。更に他の目的は、良好なデバイス構造を得ることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の成膜装置は、
真空雰囲気にてシリコン酸化膜または金属酸化膜である薄膜を形成する成膜装置において、
真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域を備えた載置台と、
前記真空容器内を真空排気するための真空排気機構と、
前記基板載置領域に載置された基板にシリコンまたは金属を含む第１の反応ガスを供給して吸着させるための第１の反応ガス供給部と、
前記基板載置領域に載置された基板に第１の反応ガスと反応してシリコン酸化物または金属酸化物を生成する酸化ガスである第２の反応ガスを供給する第２の反応ガス供給部と、
基板に吸着された第１の反応ガスの分子と反応する成分を含むプラズマを、薄膜の形成中において基板に供給して、基板上の薄膜の改質処理を行うためのプラズマ発生部と、
基板に第１の反応ガスを供給した後、第２の反応ガスを供給して成膜を行う成膜ステップと、その後基板に前記プラズマを供給する改質ステップと、からなるサイクルを複数回繰り返し、一のサイクルにおけるプラズマの強度を、それ以前の他のサイクルにおけるプラズマの強度とは異なる強度に変更するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の成膜装置の具体的な態様としては、以下の構成としても良い。
前記薄膜の下地膜は前記金属またはシリコンを含む膜である構成。前記制御部は、前記プラズマ発生部に供給する高周波電力と前記真空容器内の真空度との少なくとも一方を調整することによってプラズマの強度を変更する構成。
【０００９】
前記制御部は、薄膜の形成初期には、前記プラズマ発生部から薄膜に供給されるプラズマの強度を第１の強度に設定し、薄膜の形成初期よりも後の時点では、プラズマの強度を第１の強度よりも大きい第２の強度に設定する構成。前記制御部は、薄膜の形成初期には、前記プラズマ発生部から薄膜に供給されるプラズマの強度を第２の強度に設定し、薄膜の形成初期よりも後の時点では、プラズマの強度を第２の強度よりも小さい第１の強度に設定する構成。前記制御部は、プラズマの強度を前記第１の強度に設定した後、当該第１の強度よりも強い第３の強度に設定する構成。
【００１０】
前記第１の反応ガス供給部、第２の反応ガス供給部及びプラズマ発生部は、前記真空容器の周方向に沿って互に離間して設けられることと、
前記載置台の基板載置領域が前記第１の反応ガス供給部から供給される第１の反応ガスの供給領域及び第２の反応ガス供給部から供給される第２の反応ガスの供給領域を順番に通過するように、前記反応ガス供給部及びプラズマ発生部に対して載置台を鉛直軸回りに回転させる回転機構を設けたことと、
基板に吸着された第１の反応ガスの分子と第２の反応ガスとが反応する反応領域よりも載置台の回転方向下流側領域にプラズマを発生させるようにプラズマ発生部が配置されていることと、
前記第１の反応ガスが供給される領域と第２の反応ガスが供給される領域との間に、各領域を互に分離するために分離ガス供給部から分離ガスが供給される分離領域を設けたことと、を備えた構成。
【００１１】
本発明の成膜方法は、
真空雰囲気にてシリコンまたは金属を含む第１の反応ガスとこの第１の反応ガスと反応してシリコン酸化物または金属酸化物を生成する酸化ガスである第２の反応ガスとを順番に基板に供給する工程を複数回繰り返してシリコン酸化膜または金属酸化膜である薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内に設けられた載置台の基板載置領域に基板を載置する工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、
基板に第１の反応ガスを供給した後、第２の反応ガスを供給して成膜を行う成膜ステップと、その後基板に第１の反応ガスの分子と反応する成分を含むプラズマを供給して薄膜を改質処理する改質ステップと、からなるサイクルを複数回繰り返す工程と、
一のサイクルにおける前記プラズマの強度を、それ以前の他のサイクルのプラズマの強度とは異なる強度に変更する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記成膜ステップは、前記載置台の基板載置領域が、第１の反応ガス供給部から供給される第１の反応ガスの供給領域及び第２の反応ガス供給部から供給される第２の反応ガスの供給領域を順番に通過するように、前記真空容器の周方向に沿って互いに離間して設けられた前記第１の反応ガス供給部及び第２の反応ガス供給部に対して前記載置台を鉛直軸周りに回転させる工程であり、
前記改質ステップは、前記載置台を回転させることにより、基板に吸着された第１の反応ガスの分子と第２の反応ガスとが反応する反応領域よりも載置台の回転方向下流側領域において基板にプラズマを照射する工程であり、
前記第１の反応ガスが供給される領域と第２の反応ガスが供給される領域とを互に分離するために、各領域間に設けられた分離領域に対して分離ガス供給部から分離ガスを供給する工程を行っても良い。
【００１４】
本発明の記憶媒体は、
真空容器内にて複数種類の反応ガスを順番に基板に供給するサイクルを複数回繰り返して薄膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、既述の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、真空雰囲気にてシリコンまたは金属を含む第１の反応ガス及び酸化ガスである第２の反応ガスを順番に基板に供給するサイクルを複数回繰り返してシリコン酸化膜または金属酸化膜を形成するにあたり、薄膜の形成中において基板にプラズマを供給して基板上の薄膜の改質処理を行っているので、膜厚方向に亘って緻密な薄膜を得ることができる。そして薄膜の形成途中にて、プラズマの強度を変更しているため、例えば下地膜に対するプラズマの影響を制御することができ、あるいは薄膜の膜厚方向の緻密さの程度を揃えることができるなど、良好なデバイス構造を得ることに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図３のＩ−Ｉ’線縦断面図である。
【図２】前記成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】前記成膜装置の横断平面図である。
【図４】前記成膜装置の内部の一部の概略構成を示す斜視図である。
【図５】前記成膜装置の内部の一部の概略構成を示す縦断面図である。
【図６】前記成膜装置の内部の一部の概略構成を示す縦断面図である。
【図７】前記成膜装置に設けられた活性化ガスインジェクターの一例を示す縦断面図である。
【図８】前記成膜装置にて処理が行われる基板の一例を示す断面図である。
【図９】前記成膜装置にて行われる処理を示す概略図である。
【図１０】プラズマの強度を示す概略図である。
【図１１】前記成膜装置における処理の流れを示す模式図である。
【図１２】前記成膜装置における処理の流れを示す模式図である。
【図１３】前記成膜装置における処理の流れを示す模式図である。
【図１４】前記成膜装置における改質ステップを示す模式図である。
【図１５】前記成膜装置におけるガス流れを示す模式図である。
【図１６】前記成膜装置にて処理された基板を示す模式図である。
【図１７】前記成膜装置にて行われる他の処理を示す概略図である。
【図１８】前記他の処理を示す模式図である。
【図１９】本発明の他の例を説明するための模式図である。
【図２０】前記他の例において基板に行われる処理を示す模式図である。
【図２１】前記他の例において基板に行われる処理を示す模式図である。
【図２２】前記他の例において基板に行われる処理を示す模式図である。
【図２３】前記他の例において基板に行われる処理を示す概略図である。
【図２４】本発明の他の例を説明するための模式図である。
【図２５】前記他の例における処理を示す概略図である。
【図２６】前記他の例の処理を示す模式図である。
【図２７】前記他の例の処理を示す模式図である。
【図２８】前記他の例の処理を示す模式図である。
【図２９】本発明の他の例の装置を模式的に示す縦断面図である。
【図３０】本発明の実施例にて得られる特性を示す特性図である。
【図３１】本発明の実施例にて得られる特性を示す特性図である。
【図３２】本発明の実施例にて得られる特性を示す特性図である。
【図３３】本発明の実施例にて得られる特性を示す特性図である。
【図３４】従来の手法により得られる薄膜を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態の一例である成膜装置について、図１〜図７を参照して説明する。この成膜装置は、図１（図３のＩ−Ｉ’線に沿った断面図）に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する載置台である回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１は、真空容器１内が減圧されることにより、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に引きつけられて気密状態を維持しているが、容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
【００１８】
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の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる回転機構である駆動部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の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
【００１９】
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように、回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板である半導体ウエハ（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。このウエハＷは、例えば直径寸法が３００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）から構成されており、図８に示すように、表面にはピラー状またはライン状の凸部９０が複数箇所に形成されている。図８中ｄは、凸部９０の幅寸法である。尚、図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。
【００２０】
凹部２４は、直径がウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハＷの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハＷを凹部２４に落とし込むと、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）とが揃うことになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。凹部２４は、ウエハＷを位置決めして回転テーブル２の回転に伴う遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位である。
【００２１】
図２及び図３に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２と、２本の分離ガスノズル４１、４２と、プラズマ発生部である活性化ガスインジェクター２２０と、が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計回り（回転テーブル２の回転方向）に活性化ガスインジェクター２２０、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の反応ガスノズル３２がこの順番で配列されており、これらの活性化ガスインジェクター２２０及びノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から回転テーブル２の回転中心に向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。各ノズル３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは、真空容器１の外周壁を貫通している。これら反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガス供給部、第２の反応ガス供給部をなし、分離ガスノズル４１、４２は、分離ガス供給部をなしている。活性化ガスインジェクター２２０については、後で詳述する。
【００２２】
第１の反応ガスノズル３１は、流量調整バルブなどを介して、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の反応ガス例えばジイソプロピルアミノシランガスまたはＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されている。第２の反応ガスノズル３２は、同様に流量調整バルブなどを介して、第２の反応ガス例えばＯ3（オゾン）ガスとＯ2（酸素）ガスとの混合ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は夫々流量調整バルブなどを介して分離ガスであるＮ2（窒素）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されている。尚、以下においては、便宜上第２の反応ガスをＯ3ガスとして説明する。
【００２３】
反応ガスノズル３１、３２の下面側には、これらノズル３１、３２の長さ方向に沿って複数箇所にガス吐出孔３３が例えば等間隔に形成されている。反応ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びウエハＷに吸着したＳｉ含有ガスとＯ3ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。  
分離ガスノズル４１、４２の下面側には、ガス吐出孔３３が例えば等間隔に形成されている。これら分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものであり、この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４に形成された溝部４３内に収められている。
【００２４】
分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各反応ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在している。即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側から第２の反応ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側から第１の反応ガスが侵入することを阻止する。
【００２５】
一方天板１１の下面には、図５、図６に示すように、凸状部４における前記回転中心側の部位と連続して形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。図２及び図３は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。また、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。
【００２６】
凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、図２及び図５に示されているように、各反応ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。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の表面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
【００２７】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分における既述の第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を夫々第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２と呼ぶことにすると、これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１及び図３に示すように、夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように各々排気管６３を介して真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段である。
【００２８】
前記回転テーブル２と真空容器１の底面部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をプロセスレシピで決められた温度、例えば３００℃に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、ヒータユニット７を全周に亘って囲むようにリング状のカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び当該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。この外側部材７１ｂは、既述の排気口６１、６２の上方側においてはこれら排気口６１、６２と回転テーブル２の上方領域とを連通させるために例えば円弧状に切りかかれて排気領域Ｅ１、Ｅ２をなし、屈曲部４６の下方側においては上端面が当該屈曲部４６に近接するように配置されている。
【００２９】
真空容器１の底面部１４は、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おり、前記ケース体２０にはパージガスであるＮ2ガスを前記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。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。このヒータユニット７と回転テーブル２との間には、当該ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、既述の外側部材７１ｂの内周壁から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って接続する例えば石英からなる覆い部材７ａが設けられている。
【００３０】
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Ｎ2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、前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間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、回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（Ｓｉ含有ガス及びＯ3ガス）が混合することを防止している。
【００３１】
更に真空容器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が形成されており、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ようになっている。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の下方側において当該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。
【００３２】
次に、既述の活性化ガスインジェクター２２０について詳述する。活性化ガスインジェクター２２０は、ウエハＷが載置される基板載置領域の上方側における回転テーブル２の中心側から回転テーブル２の外周側に亘ってプラズマを発生させ、当該プラズマによりＳｉ含有ガスとＯ3ガスとの反応によってウエハＷ上に成膜された反応生成物である酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）を改質するためのものである。この活性化ガスインジェクター２２０は、図４及び図７に示すように、プラズマ発生用の処理ガスを真空容器１内に供給するための例えば石英からなる処理ガス供給部をなすガス導入ノズル３４と、このガス導入ノズル３４における回転テーブル２の回転方向下流側に設けられ、当該ガス導入ノズル３４から導入される処理ガスをプラズマ化するための各々石英からなる互いに平行な１対のシース管３５ａ、３５ｂと、を備えている。ガス導入ノズル３４及びシース管３５ａ、３５ａは、回転テーブル２上のウエハＷと夫々平行になるように、また回転テーブル２の回転方向に対して直交するように、真空容器１の外周面に設けられた基端部８０ａから回転テーブル２の中心部側に向かって当該真空容器１内に夫々気密に挿入されている。図７中３７は、シース管３５ａ、３５ｂの基端側に接続された保護管であり、３４１は、ガス導入ノズル３４の長さ方向に沿って複数箇所に設けられたガス孔である。
【００３３】
既述の図３に示すように、ガス導入ノズル３４には、プラズマ発生用の処理ガスを供給するプラズマガス導入路２５１の一端側が接続されており、このプラズマガス導入路２５１の他端側は、２本に分岐して夫々バルブ２５２及び流量調整部２５３を介してＡｒ（アルゴン）ガスの供給源２５４及びＯ2ガスの供給源２５５に夫々接続されている。
【００３４】
シース管３５ａ、３５ｂは、例えば石英、アルミナ（酸化アルミニウム）あるいはイットリア（酸化イットリウム、Ｙ2Ｏ3）により構成されており、図７に示すように、内部に例えばニッケル合金やチタンなどからなる電極３６ａ、３６ｂが各々貫挿されて平行電極をなしている。これら電極３６ａ、３６ｂの下端面と回転テーブル２上のウエハＷの表面との間の離間距離ｋは、例えば７ｍｍとなっている。これらの電極３６ａ、３６ｂには、図３に示すように、整合器２２５を介して例えば１３．５６ＭＨｚ、例えば５００Ｗ以下の高周波電力を供給するための高周波電源２２４が接続されており、後述の制御部１００により電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量が調整される。尚、図７以外では、シース管３５ａ、３５ｂを簡略化して示している。
【００３５】
図７中２２１は、ガス導入ノズル３４及びシース管３５ａ、３５ｂが配置された領域を上方側及び側面（長辺方向及び短辺方向における両側面）側から覆うように配置されたカバー体であり、このカバー体２２１は絶縁体例えば石英により構成されている。また、図７中２２２は、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向に沿って、カバー体２２１の両側面の下端部から外側に向かってフランジ状に水平に伸び出す気流規制面である。この気流規制面２２２は、回転テーブル２の上流側から通流するＯ3ガスやＮ2ガスのカバー体２２１の内部領域への侵入を抑えるために、当該気流規制面２２２の下端面と回転テーブル２の上面との間の隙間寸法ｔが小さくなるように、また回転テーブル２の中心部側からガス流の速くなる回転テーブル２の外周側に向かうほど、その幅寸法ｕが広くなるように形成されている。図６中２２３は、カバー体２２１を支持するために当該カバー体２２１と真空容器１の天板１１との間に複数箇所に設けられた支持部材である。
【００３６】
また、この成膜装置には、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のメモリ内には後述の成膜ステップ及び改質ステップからなる成膜−改質処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムによって行われるこれら成膜ステップ及び改質ステップについて簡単に説明すると、成膜ステップではＳｉ含有ガスとＯ3ガスとにより反応生成物である酸化シリコン膜が形成され、改質ステップでは当該反応生成物の改質（緻密化）が行われる。そして、反応生成物が複数層に亘って積層されるように、これら成膜ステップ及び改質ステップが例えば交互に繰り返される。この時、後述するように、複数回行われる改質ステップにおいて、薄膜を膜厚方向に亘って均一に改質するために、またウエハＷに対してはプラズマの到達（透過）を抑えて当該ウエハＷを構成するシリコンの酸化ができるだけ起こらないように、プラズマの強度を調整（変更）している。即ち、図９に示すように、反応生成物の積層膜厚が薄い時（成膜−改質処理を開始した初期）にはプラズマの強度をゼロにすると共に、反応生成物の積層膜厚が増加する程（成膜ステップの回数が増える程）、ウエハＷに供給するプラズマの強度を段階的に大きくしている。
【００３７】
ここで、「プラズマの強度」とは、ウエハＷから見た時の（ウエハＷが曝される）プラズマの強度であり、後述の実施例に示すように、電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量、真空容器１内の圧力、更にはプラズマの照射時間やウエハＷと電極３６ａ、３６ｂとの間の離間距離ｋなどによって変化する。そこで、この実施の形態では、ウエハＷから見たプラズマの強度を簡単に表すために、図１０に示すように、プラズマをシリコンウエハＷに１８０秒間連続して照射した時に、当該ウエハＷの表面（シリコン層）が酸化される膜厚ｊを指標として用いている。即ち、例えばウエハＷにある条件でプラズマを１８０秒間照射した時に、ウエハＷの表層に酸化膜が１０Å生成した場合には、「酸化膜厚ｊが１０Åに相当するプラズマの強度」として、またウエハＷの表層に酸化膜が２０Å生成した場合には、「酸化膜厚ｊが２０Åに相当するプラズマの強度」としている。
【００３８】
そして、成膜−改質処理を行っている間においては、真空容器１内の圧力などのパラメータをある値に固定すると共に、電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量を調整することにより、プラズマの強度を調整している。具体的には、電極３６ａ、３６ｂとウエハＷとの間の離間距離ｋを既述のように設定すると共に、真空容器１内の圧力を２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）とした場合には、直径寸法が３００ｍｍのウエハＷにおいては、「酸化膜厚ｊが１０Åに相当するプラズマの強度」とは、電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量が３０Ｗであり、「酸化膜厚ｊが２０Åに相当するプラズマの強度」とは、電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量が６５Ｗである。この酸化膜厚ｊと電力量との対応関係は、真空容器１内の圧力などの処理パラメータなどによって種々変化するので、例えば予めダミーウエハを用いて実験を行うことにより求められる。  
前記プログラムは後述の装置の動作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記憶媒体である記憶部１０１から制御部１００内にインストールされる。
【００３９】
次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５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６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば１２０ｒｐｍで時計回りに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３００℃に加熱する。次いで、反応ガスノズル３１、３２から夫々Ｓｉ含有ガス及びＯ3ガスを吐出すると共に、ガス導入ノズル３４からＡｒガス及びＯ2ガスを夫々９．５ｓｌｍ、０．５ｓｌｍで吐出する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ2ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ2ガスを所定の流量で吐出する。そして、圧力調整手段６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力例えば２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）に調整する。
【００４０】
回転テーブル２の回転により、ウエハＷの表面には第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスが酸化され、薄膜成分である酸化シリコン膜の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物の成膜ステップ（各反応ガスの供給サイクル）が行われる。この時、電極３６ａ、３６ｂに高周波電力を供給していないので、プラズマの強度はゼロ（第１の強度）となる。そのため、酸化シリコン膜中には、例えばＳｉ含有ガス中に含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が含まれている場合がある。こうして図９及び図１１に示すように回転テーブル２を回転させて反応生成物の膜厚が例えば１０Åとなるまで成膜ステップを続けた後、既述の酸化膜厚ｊが１５Åに相当するプラズマの強度となるように、電極３６ａ、３６ｂ間に４５Ｗの電力（第２の強度）を供給する。尚、図１１は、ウエハＷ及び当該ウエハＷ上に積層される反応生成物を模式的に示している。後述の図１２及び図１３についても同様である。
【００４１】
活性化ガスインジェクター２２０において、ガス導入ノズル３４から各ガス孔３４１を介して夫々のシース管３５ａ、３５ｂに向かって吐出されたアルゴンガス及びＯ2ガスは、シース管３５ａ、３５ｂ間の領域に供給される高周波によって活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマが生成する。このプラズマ（活性種）は、活性化ガスインジェクター２２０の下方側において回転テーブル２と共に移動（回転）するウエハＷに向かって下降していく。そして、この活性化ガスインジェクター２２０の下方領域にウエハＷが到達すると、前記プラズマにより酸化シリコン膜の改質ステップが行われることになる。具体的には、図１４に模式的に示すように、例えばプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えば酸化シリコン膜から前記不純物が放出されたり、酸化シリコン膜内の元素が再配列されて酸化シリコン膜の緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。
【００４２】
この時、プラズマ強度を既述のように設定していることから、図１２の左側に模式的に示すように、プラズマは、上層側の反応生成物からウエハＷの表層（シリコン層）に近接する位置までに亘って進入（透過）する。そのため、ウエハＷ上に積層された反応生成物については改質が膜厚方向に亘って行われ、即ちプラズマの強度をゼロに設定して成膜した既述の反応生成物について改質が行われ、一方ウエハＷの表面については酸化が抑えられる。こうして反応生成物の膜厚が例えば２０Åとなるまで、回転テーブル２を回転させることによって成膜ステップと改質ステップとからなる成膜−改質処理を例えば複数回繰り返す。成膜ステップを繰り返すことにより、反応生成物の膜厚が次第に増えて行くので、各々の改質ステップにおいてプラズマの到達する深さ位置は、次第にウエハＷの表面から上方側に移動していく。尚、図１２において、上下方向に伸びる矢印はプラズマの強度を模式的に示している。後述の図１３についても同様である。
【００４３】
ここで、真空容器１内には、活性化ガスインジェクター２２０と第２の反応ガスノズル３２との間に分離領域Ｄを設けていないので、回転テーブル２の回転に引き連れられて、活性化ガスインジェクター２２０に向かって上流側からＯ3ガスやＮ2ガスが通流してくる。しかし、カバー体２２１を設けているので、活性化ガスインジェクター２２０に向かって上流側から流れてくるガスは、図７に示すように、カバー体２２１の上方領域を介して下流側の排気口６２に通流していく。尚、改質処理により酸化シリコン膜から排出された不純物は、その後ガス化してＯ2ガスやＮ2ガスなどと共に排気口６２に向かって排気されていく。
【００４４】
また、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間においてＮ2ガスを供給し、また中心部領域Ｃにおいても分離ガスであるＮ2ガスを供給しているので、図１５に示すように、Ｓｉ含有ガスとＯ3ガス及び処理ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気されることとなる。なお、回転テーブル２の下方側をＮ2ガスによりパージしているため、排気領域Ｅに流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばＳｉ含有ガスがＯ3ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。
【００４５】
次いで、既述の酸化膜厚ｊが３７Åに相当するプラズマの強度となるように、電極３６ａ、３６ｂ間に１５０Ｗの電力を供給する。この場合においても、図１３に示すように、プラズマがウエハＷの表層に近接する位置まで到達し、反応生成物の積層体に対して膜厚方向に亘って改質が行われると共に、ウエハＷの表面の酸化が抑えられる。続いて更に反応生成物の膜厚が１００Åとなるまで成膜−改質処理を続けると、図１６に示すように、ウエハＷの表面（シリコン層）の酸化が抑えられた状態で、当該ウエハＷの表面に形成された凸部９０の形状に倣うように、膜厚方向に亘って緻密な薄膜が成膜される。従って、凸部９０について、薄膜の成膜（プラズマの照射）による幅寸法ｄの減少が抑えられる。
【００４６】
上述の実施の形態によれば、Ｓｉ含有ガスとＯ3ガスとを用いてウエハＷに反応生成物を形成する成膜ステップと、プラズマにより前記反応生成物を改質する改質ステップと、からなる成膜−改質処理を複数回行うと共に、各々の改質ステップにおいて、反応生成物の積層膜厚が薄い時（成膜−改質処理を開始した初期）にはプラズマの強度をゼロにすると共に、反応生成物の積層膜厚が増加する程（成膜ステップの回数が増える程）、ウエハＷに供給するプラズマの強度を段階的に大きくしている。そのため、プラズマによるウエハＷの表面の酸化を抑えながら、膜厚方向に亘って緻密な薄膜を得ることができる。従って、既述の図１６に示したように、良好なデバイス構造を得ることが出来る。
また、真空容器１の内部において、回転テーブル２の周方向においてウエハＷが各処理領域Ｐ１、Ｐ２を通過する経路の途中において成膜処理に干渉しないように改質処理を行っているので、例えば薄膜の成膜が完了した後で改質処理を行うよりも短時間で改質処理を行うことができる。
【００４７】
既述の例では、プラズマの強度を段階的に大きくしたが、図１７及び図１８に示すように、成膜ステップの回数が多くなる程、即ち回転テーブル２が例えば１回転する度に、プラズマの強度を連続的に大きくしても良い。この場合においても、成膜−改質処理を開始した初期（反応生成物が１０Åまで）においては、プラズマの強度はゼロに設定される。このようにプラズマの強度を調整することにより、各々の改質ステップにおいて、プラズマがウエハＷの表層に近接する位置に到達するので、膜厚方向に亘って改質が良好に行われる。尚、図１８は、ウエハＷ及び反応生成物を模式的に示しており、プラズマの強度については上下方向に伸びる矢印によって表している。
ここで、成膜−改質処理を開始した初期において、プラズマの強度を例えば既述の酸化膜厚ｊが２Åに相当するように、電極３６ａ、３６ｂ間の電力を５Ｗ程度に設定しても良いが、このように弱い出力のプラズマを安定的に保つことが困難であることから、既述のようにゼロにすることが好ましい。
【００４８】
［第２の実施の形態］
続いて、本発明の第２の実施の形態について、既述の酸化シリコン膜をゲート酸化膜として用いる場合について説明する。このゲート酸化膜では、酸化シリコン膜と下層側のシリコン層（ウエハＷ）との間における界面の平坦性の高いことが特に重要であり、一方通常のＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）やＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）またはＭＬＤ（Multi  Layer  Deposition）により成膜した酸化シリコン膜は、図１９に示すように、当該平坦性が熱酸化膜などに比べて悪い場合がある。そこで、シリコンからなる下層膜と、当該下層膜の上層側の酸化シリコン膜との間の界面について良好な平坦性の得られる成膜方法について、以下に説明する。
【００４９】
具体的には、回転テーブル２を回転させて成膜ステップと改質ステップとを交互に行うにあたり、図２０及び図２３に示すように、反応生成物の膜厚が３０Åに至るまでは、酸化膜厚ｊが５３Åに相当する第２の強度で（電極３６ａ、３６ｂに供給する電力を４００Ｗに設定して）改質ステップを行う。このプラズマは、反応生成物を突き抜けて下層側のウエハＷに到達し、当該ウエハＷの表面を酸化する。
【００５０】
そのため、ウエハＷのシリコンからなる下地膜９１上には、図２１に示すように、当該下地膜９１のプラズマ酸化によって生成した第１の酸化シリコン膜９２と、成膜−改質処理により形成された第２の酸化シリコン膜９３と、が下側からこの順番で積層されることになる。即ち、見かけ上、ウエハＷ（下地膜９１）には、これら酸化シリコン膜９２、９３からなる酸化膜９４が形成されていると言える。一般に、プラズマ酸化により形成された酸化シリコン膜と下地の界面の平坦性は熱酸化膜よりも良いため、この界面（下地膜９１と酸化膜９４との間の界面）の平坦性も良好となる。また、既述のように各々の成膜ステップにおいて反応生成物が１層または複数層の分子層ずつ積層されていくことから、ウエハＷの面内に亘って反応生成物の膜厚が揃うので、当該反応生成物を介してウエハＷに到達するプラズマの深さについても面内に亘って揃うことになる。従って、下地膜９１と第１の酸化シリコン膜９２との間の界面は、面内に亘って平坦になる。
【００５１】
その後、図２２に示すように、反応生成物の膜厚が１００Åに到達するまで、成膜ステップと共に、酸化膜厚ｊが３７Åに相当する第１の強度で改質ステップを行うと、下地膜９１との間の界面が平滑で且つ膜厚方向に亘って緻密な薄膜が得られる。ここで、プラズマの強度を酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度から酸化膜厚ｊが３７Åに相当する強度まで小さくするのは、下地酸化膜厚の増膜をその時点で確実にストップし、酸化膜厚の制御性を向上するためである。
また、既述の例では成膜初期においてプラズマの強度を大きくしたが、ウエハＷの表面を酸化すると共に緻密な薄膜を形成するにあたって、以下のようにしても良い。具体的には、各反応ガスの供給を開始する前に、真空雰囲気に保たれた真空容器１内においてウエハＷを載置した回転テーブル２を回転させると共に、活性化ガスインジェクター２２０においてプラズマを発生させる。薄膜の形成されていないウエハＷの表面にプラズマが照射されるので、当該表面がプラズマにより速やかに酸化される。そして、回転テーブル２を複数回例えば２回以上回転させた後、各反応ガス及び分離ガスを真空容器１内に供給して、薄膜の成膜と改質とを開始する。このような場合であっても、ウエハＷの表面には酸化膜９４が形成されると共に、緻密な薄膜が得られる。この時、プラズマの強度については、成膜を開始した後、成膜を開始する前よりも弱くしても良いし、あるいは成膜開始前後において揃えても良い。
従って、以上の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、プラズマの強度を調整することにより、薄膜の下地層への影響を制御していると言える。
【００５２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図２４は、既述の第２の実施の形態において改質ステップを複数回行うにあたり、多層に積層された反応生成物を模式的に示したものである。図２４には、各々の反応生成物に対して照射されたプラズマについて模式的に矢印で示している。また、各々のプラズマは、膜厚方向に亘って例えば各々複数層の反応生成物を透過（照射）しているものとする。各々のプラズマを示す矢印については、下層側の反応生成物に照射されたプラズマに対して、上層側に照射されたプラズマを模式的に順次右側にずらして描画している。
【００５３】
ここで、ウエハＷの表層から３０Å〜１００Åまでの反応生成物について、図２４から分かるように、下層側では各々の反応生成物の層に対して夫々同じ回数の改質ステップが行われている（同じ量のプラズマが照射されている）が、上層側に向かうにつれて改質ステップの回数が少なくなり、多層に積層された反応生成物の層のうち最も上層側の反応生成物については、改質ステップが一度しか行われていない。そのため、３０Å〜１００Åまでの反応生成物について、上層側の反応生成物では、改質が不十分となっている場合があり、一方下層側の反応生成物（ウエハＷの表層から３０Å付近の反応生成物）については、プラズマの照射量の多すぎる場合がある。また、ウエハＷの表層から３０Åまでの反応生成物については、既述のようにウエハＷの表面を酸化するために酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度でプラズマを照射しているので、既述の３０Å〜１００Åまでの反応生成物よりもプラズマの照射量が多くなっている場合がある。
【００５４】
そこで、膜厚方向に亘ってプラズマの照射量（反応生成物の改質の度合い）が揃うように、プラズマの強度を調整している。具体的には、図２５及び図２６に示すように、薄膜の上層側である８０Å〜１００Åの反応生成物に対しては、当該上層側におけるプラズマの強度を下層側より強くする（改質の度合いを揃える）ために、既述の図２３に示した例よりも強い第３の強度（酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度）でプラズマを照射している。また、３０Å〜８０Åまでの反応生成物については、下層側（ウエハＷの表層から３０Åまで）の反応生成物に対して照射されるプラズマの強度を抑えるために、酸化膜厚ｊが１５Åに相当する強度から酸化膜厚ｊが３７Åに相当する強度まで直線的に大きくしている。このようにプラズマの強度を調整することにより、膜厚方向に亘って改質の度合いが揃うので、均一な膜質の薄膜を得ることができる。
【００５５】
この時、図２７に示すように、ウエハＷの表層から０〜１０Åについては下地膜９１を酸化するために酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度でプラズマを照射し、１０Å〜１００Åについては酸化膜厚ｊが１５Åに相当する強度から酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度までプラズマの強度を曲線的に大きくしても良い。
また、既述の第１の実施の形態においても、この第３の実施の形態のように膜厚方向に亘って膜質を均質化しても良く、具体的には図２８に示すように、ウエハＷの表層から０〜４０Åまでは酸化膜厚ｊが１５Åに相当する強度から酸化膜厚ｊが２０Åに相当する強度まで曲線的にプラズマの強度を大きくして、４０Å〜７０Åについてはプラズマの強度をゼロにする。そして、７０Å〜１００Åについては酸化膜厚ｊが３０Åに相当する強度（電極３６ａ、３６ｂに供給する電力：１１０Ｗ）から酸化膜厚ｊが５３Åに相当する強度まで曲線的にプラズマの強度を大きくしても良い。このようにプラズマの強度を調整することにより、薄膜の下層のウエハＷの酸化を抑えながら、膜厚方向に亘って膜質が均質な薄膜を得ることができる。この場合においても、成膜を開始した初期（例えば膜厚が１０Åに達するまで）は、プラズマの強度をゼロにしても良い。
【００５６】
即ち、本発明では、デバイスの求められる特性に応じて、薄膜の膜厚方向におけるプラズマの強度を調整していると言える。そして、プラズマの強度を調整することにより、既述のように膜厚方向に亘って膜質を均質化しても良いし、あるいは不均一にしても良い。例えば酸化シリコン膜をゲート酸化膜として用いる場合には、既述のように下地膜９１と酸化膜９４との間の界面を平滑にしてチャンネルにおけるキャリアの移動度（mobility）を良くすると共に、当該酸化膜９４の内部領域であるバルクについては成膜される各層が、改質に必要十分なプラズマ強度及び時間を得られるようにすることによってリーク電流が少なく、信頼性の高い膜質とする。また、酸化膜９４の上層側については、プラズマの強度を更に高く設定することによって密度を高くしてガスバリア性を持たせるなど、デバイスに応じて膜厚方向における膜質を調整しても良い。
【００５７】
既述の各例では、成膜ステップと改質ステップとを交互に行ったが、即ち回転テーブル２を回転させながら、Ｓｉ含有ガス及びＯ3ガスの供給とプラズマの照射とを行ったが、複数回の成膜ステップ毎に改質ステップを行っても良い。この場合には、成膜ステップを連続して行っている間は電極３６ａ、３６ｂへの高周波電力の供給を停止して、改質ステップを行う時には電極３６ａ、３６ｂへ高周波電力を供給する。また、改質ステップを行う時には、例えばＳｉ含有ガスとＯ3ガスとの供給を停止して、回転テーブル２を複数回回転させることによって、いわば改質ステップを連続して複数回行っても良い。
【００５８】
既述の例では、プラズマを発生させるにあたって２本の電極３６ａ、３６ｂを用いたが、長さ方向の途中部位において屈曲して概略Ｕ字型をなす電極を用いて、当該電極の屈曲部分を回転テーブル２の中心側に配置すると共に、電極の両端側を真空容器１の側壁から外部に気密に夫々貫通させ、この電極に高周波を供給することにより、ＩＣＰ（誘導結合型）のプラズマを発生させても良い。更に、プラズマ源としては、マイクロ波を用いた表面波（ＳＷＰ）プラズマやＥＣＲプラズマを用いても良い。また、第２の反応ガスノズル３２を設けずに、活性化ガスインジェクター２２０から供給される処理ガス（アルゴンガス及びＯ2ガス）のプラズマにより、ウエハＷ上のＳｉ含有ガスの酸化及び反応生成物の改質を行っても良い。更に、既述の各例では主にプラズマの強度を変えるにあたって電極３６ａ、３６ｂに供給する電力量を調整したが、後述の実施例に示すように、この電力量に代えて、あるいは電力量と共に、真空容器１内の圧力を調整しても良い。また、第２の反応ガスとしてＯ2ガスまたはＯ3ガスを用い、プラズマ発生用の処理ガスとしてはアルゴンガスと共にＯ3ガスを用いても良い。
【００５９】
また、既述の例では、Ｓｉ含有ガスとＯ3ガスとを用いて酸化シリコン膜を成膜する例について説明したが、例えば第１の反応ガス及び第２の反応ガスとして夫々Ｓｉ含有ガスとアンモニア（ＮＨ3）ガスとを用いて窒化シリコン膜を成膜しても良い。この場合には、プラズマを発生させるための処理ガスとしては、アルゴンガス及び窒素ガスまたはアンモニアガスなどが用いられ、既述の各例と同様にウエハＷの窒化の有無が制御される。即ち、成膜処理を開始した初期にプラズマの強度を小さくあるいはゼロにして、その後プラズマの強度を大きくすると、ウエハＷの窒化が抑えられると共に膜厚方向に亘って緻密な薄膜が得られる。一方、成膜開始初期において、プラズマがウエハＷの表面に到達するようにプラズマの強度を大きくすると、ウエハＷの表層が窒化されて、窒化シリコン膜とウエハＷとの間の界面について良好な平坦性が得られる。
更に、例えば第１の反応ガス及び第２の反応ガスとして夫々ＴｉＣｌ2（塩化チタン）ガスとＮＨ3（アンモニア）ガスとを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜しても良い。この場合には、ウエハＷとしてはチタンからなる基板が用いられ、プラズマを発生させるためのプラズマ生成ガスとしては、アルゴンガス及び窒素ガスなどが用いられる。
【００６０】
更に、成膜ステップと改質ステップとを行う装置としては、複数枚例えば５枚のウエハＷに対して連続して処理を行ういわばミニバッチ式の図１に示した装置以外にも、例えば枚葉式の装置であっても良い。このような枚葉式の装置について簡単に説明すると、この装置の真空容器１内には、図２９に示すように、ウエハＷを載置する載置台２と、この載置台２に対向するように上方に配置されたガスシャワーヘッド２００とが設けられ、当該ガスシャワーヘッド２００の下面には多数のガス吐出孔２０１が形成されている。このガスシャワーヘッド２００の上面には、第１の反応ガス、第２の反応ガス、分離ガス（パージガス）及びプラズマ発生用の処理ガスを夫々供給するためのガス供給路２０２、２０３、２０４、２０５が接続されており、これらガスが互いに混合せずにガス吐出孔２０１から真空容器１内に供給されるように、これら各々のガスについて専用のガス流路（図示せず）がガスシャワーヘッド２００に夫々設けられている。そして、ガスシャワーヘッド２００には高周波電源２０６が接続されており、平行平板型のプラズマ処理装置をなしている。尚、図２９中２１０はウエハＷの搬送口、２１１は排気口、２１２は絶縁部材である。
【００６１】
この枚葉式の装置において成膜ステップを行う時には、第１の反応ガス及び第２の反応ガスが交互に真空容器１内に供給され、これらガスを切り替える時には真空容器１内へのパージガスの導入と真空容器１内の真空排気とが行われる。また、改質ステップを行う時には、パージガスの供給により真空容器１内のガスを置換して真空排気した後、真空容器１内に処理ガスを供給し、載置台２とガスシャワーヘッド２００との間に高周波を供給する。こうして真空容器１内の雰囲気を切り替える時にはパージガスが供給されて、成膜ステップと改質ステップとが例えば交互に行われることになる。
【実施例】
【００６２】
次に、改質ステップにおいて、プラズマの強度を変えることによる影響を確かめるために行った実験について説明する。
（実施例１）
先ず、真空容器１内の圧力及び高周波電力によってプラズマの強度が変化するかどうか確認した。実験には、バッチ型の実験装置を用いて、真空容器内にウエハＷを載置すると共に、このウエハＷに対向するようにＩＣＰ型のプラズマ源（いずれも図示せず）を配置して、当該ウエハＷにプラズマを１８０秒間照射した時に生成した酸化膜の膜厚ｊを確認した。そして、高周波電力を例えば２０００Ｗに固定して真空容器内の圧力を種々変化させた時の酸化膜厚ｊと、真空容器内の圧力を２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）に固定して高周波電力を種々変化させた時の酸化膜厚ｊと、を夫々評価した。これらの結果を図３０及び図３１に示す。尚、この時のウエハＷとプラズマ源との間の離間距離は、各々８０ｍｍとした。
これらの図３０及び図３１から、真空容器内の圧力及び高周波電力のいずれを調整することによっても、プラズマの強度の変化することが分かった。
【００６３】
（実施例２）
改質ステップを行わずにウエハＷ上に薄膜を形成した場合に対して、成膜ステップと共に改質ステップを行った場合について、薄膜の収縮率がどの程度となるかを計算した。この時、改質ステップを行うにあたり、プラズマの強度については種々変えて実験を行った。
その結果、図３２に示すように、プラズマの強度と膜厚の収縮率とがほぼ比例関係にあることが分かった。そのため、既述の第３の実施の形態で説明したように、膜厚方向に亘って均質な膜質を形成するためには、当該膜厚方向に亘ってプラズマの強度を調整すれば良いことが分かる。
【００６４】
（実施例３）
続いて、Ｏ2ガスを含むガスのプラズマによってシリコンからなるウエハＷが酸化されるか否か実験を行った。この実験には、表面が清浄な（シリコン層が露出した）ベアシリコンウエハと、表面に膜厚が１００Åの熱酸化膜が形成されたウエハとを用いた。そして、プラズマの照射時間を種々変えて実験を行った。尚、この実験は、既述の成膜装置を用いて、回転テーブル２を回転させながらプラズマを照射した。
その結果、ベアシリコンウエハ上には、プラズマを１０分照射することにより、２．８ｎｍの酸化膜が形成されていた。そのため、既述の各実施の形態で説明したように、膜厚方向においてプラズマの強度を調整することにより、ウエハＷの表層への影響（酸化膜の有無）を調整できることが分かった。
【００６５】
また、熱酸化膜では、プラズマを１０分照射しても、酸化膜は０．６ｎｍしか生成していなかった。プラズマの照射により生成する酸化膜は、酸化膜の堆積ではなく、シリコン層の酸化により成長する。そのため、シリコン層の上層に熱酸化膜が形成されていると、当該シリコン層に酸化種（プラズマ）が到達しにくくなるので、ベアシリコンよりも酸化膜の増加量が少なくなっていたと考えられる。また、この実験から、１００Åもの厚さの酸化膜が形成されていても、プラズマが当該酸化膜を透過できることが分かる。従って、多層に積層された反応生成物について、膜厚方向に亘ってプラズマによる改質ができ、また反応生成物の層を介して下層のウエハＷを酸化できることが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
Ｗ  ウエハ
１  真空容器
２  回転テーブル
４  凸状部
３１  第１の反応ガスノズル
３２  第２の反応ガスノズル
３４  ガス導入ノズル
３５ａ、３５ｂ  シース管
４１、４２  分離ガスノズル
２２０      活性化ガスインジェクター
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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