(57)【要約】【課題】本発明は、ＡＬＤ法又はＭＬＤ法を利用して均一な膜厚のシリコン膜を高い生産性で形成することができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】Ｓｉ−Ｈ結合を切断可能な第１の温度に設定された略円筒形のチャンバ内に、互いに離間した第１の処理領域と第２の処理領域とが周方向に沿って配置され、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域を回転通過可能な回転テーブル上に載置された基板上にシリコン膜を形成する成膜方法であって、前記基板が前記第１の処理領域を通過する際、前記第１の温度よりも低い第２の温度に設定されたＳｉ２Ｈ６ガスを供給し、前記基板の表面上にＳｉＨ３の分子層を形成する分子層堆積ステップと、表面上に前記ＳｉＨ３の分子層が形成された前記基板に第１の温度に保たれた前記第２の処理領域を通過させ、前記ＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断し、表面上にシリコン原子層のみを残す水素脱離ステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ−Ｈ結合を切断することが可能な第１の温度に設定された略円筒形のチャンバ内に、互いに離間した第１の処理領域と第２の処理領域とが周方向に沿って配置され、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域を回転通過可能な回転テーブル上に載置された基板上にシリコン膜を形成する成膜方法であって、
前記基板が前記第１の処理領域を通過する際、前記第１の温度よりも低い第２の温度に設定されたＳｉ２Ｈ６ガスを供給し、前記基板の表面上にＳｉＨ３の分子層を形成する分子層堆積ステップと、
表面上に前記ＳｉＨ３の分子層が形成された前記基板に第１の温度に保たれた前記第２の処理領域を通過させ、前記ＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断し、表面上にシリコン原子層のみを残す水素脱離ステップと、を含むシリコン膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第２の温度は、常温である請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記第１の温度は、５４０〜５８０℃の範囲内にある請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記分子層堆積ステップは、前記基板上にシリコン膜が露出して形成され、かつ前記回転テーブルを固定させた場合には４３０〜４７０℃の範囲内の雰囲気下である場合でのみ発生する分子層堆積反応により形成され、前記第２の温度に設定されたＳｉ２Ｈ６ガスの供給と、前記回転テーブルの回転により、前記基板の表面付近で前記４３０〜４７０℃の温度範囲の雰囲気を瞬間的に形成する請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記分子堆積ステップ及び前記水素脱離ステップのサイクルを複数回、連続的に繰り返す請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第１の処理領域から前記第２の処理領域に前記基板が移動する間隔に、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する第１の分離領域が設けられ、
前記分子層堆積ステップの後、前記基板に前記第１の分離領域を通過させて前記基板の表面にパージガスを供給し、ＳｉＨ３のＣＶＤ反応の発生を抑制するＣＶＤ反応抑制ステップを更に有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第２の処理領域から前記第１の処理領域に前記基板が移動する間隔に第２の分離領域が設けられ、
前記水素脱離ステップの後、前記基板に前記第２の分離領域を通過させて前記基板の表面にパージガスを供給する分離ステップを更に有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記第２の処理領域は、前記第１の処理領域よりも広い領域を有し、前記水素脱離ステップが前記分子層堆積ステップよりも長時間行われる請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記基板は、シリコン基板である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記分子堆積ステップを開始する前に、前記シリコン基板の表面にシード層を形成するシード層形成ステップを更に有する請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記シード層形成ステップは、有機アミノシランガスを前記シリコン基板の表面に供給する処理を含む請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記回転テーブル上には、周方向に沿って前記基板が複数枚載置可能であり、
前記回転テーブルの回転により複数の基板上に同時に前記シリコン膜を形成する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記Ｓｉ２Ｈ６ガスを、パージガスで希釈しながら供給する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１４】
Ｓｉ−Ｈ結合を切断することが可能な第１の温度に設定された略円筒形のチャンバと、
該チャンバ内に設けられ、基板が載置されるとともに回転可能な回転テーブルと、
前記チャンバ内に、周方向に沿って設けられ、前記第１の温度よりも低い第２の温度でＳｉ２Ｈ６ガスを供給し、前記回転テーブルの回転により前記基板が通過した際に、分子層堆積法により前記基板上にＳｉＨ３の分子層を形成する第１の処理領域と、
該第１の処理領域と周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの回転により前記基板が通過した際に前記基板上に形成されたＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断し、前記基板上にシリコン原子層のみを残す第２の処理領域と、を有するシリコン膜の成膜装置。
【請求項１５】
前記第２の温度は、常温である請求項１４に記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記第１の温度は、５４０〜５８０℃の範囲内にある請求項１５に記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記第１の処理領域で行われる前記ＳｉＨ３の分子層の形成は、前記基板上にシリコン膜が露出して形成され、かつ前記回転テーブルを固定させた場合には４３０〜４７０℃の範囲内の雰囲気下である場合でのみ発生する分子層堆積反応により行われる処理であって、
前記第１の処理領域は、前記第２の温度に設定されたＳｉ２Ｈ６ガスの供給と、前記回転テーブルの回転により、前記基板の表面付近で前記４３０〜４７０℃の温度範囲の雰囲気を瞬間的に形成する請求項１６に記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記回転テーブルを複数回回転させ、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域で行われる処理を複数サイクル連続的に繰り返す請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記第１の処理領域から前記第２の処理領域に前記基板が移動する間隔に、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離する第１の分離領域が設けられ、
該第１の分離領域では、前記基板の表面にパージガスを供給し、ＳｉＨ３のＣＶＤ反応の発生を抑制する請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記第２の処理領域から前記第１の処理領域に前記基板が移動する間隔に第２の分離領域が設けられ、
前記第２の分離領域では、前記基板の表面にパージガスを供給する請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記第２の処理領域は、前記第１の処理領域よりも広い領域を有し、第２の処理領域で行われる処理が前記第１の処理領域で行われる処理よりも長時間行われるように構成された請求項１４乃至２０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記基板は、シリコン基板である請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記回転テーブル上には、周方向に沿って前記基板が複数枚載置可能であり、
前記回転テーブルの回転により複数の基板上に同時に前記シリコン膜を形成する請求項１４乃至２２のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及び成膜装置に関し、特に、基板上にシリコン膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子層レベルで成膜を行う原子層堆積法（ＡＬＤ法、Atomic Layer Deposition）や、分子層レベルで成膜を行う分子層堆積法（ＭＬＤ法、Molecular Layer Deposition）が知られている。かかるＡＬＤ法、ＭＬＤ法では、原子層、分子層といった厚さが一定の層を形成することが可能であるため、これを堆積させてゆくことにより、均一な厚さを有する、カバレッジ性の良好な成膜を行うことが可能である。
【０００３】
ところで、かかるＡＬＤ法、ＭＬＤ法を利用したシリコン膜の成膜方法として、まず、４５０℃の雰囲気下でジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を反応種（プリカーサ）としてウエハ上に供給し、ウエハ上にＳｉＨ３の分子層を吸着形成し、次いで、雰囲気を５５０℃に上げることにより、Ｓｉ−Ｈ結合を切断し、ベアシリコン原子層をウエハ上に残すことにより、シリコン膜の成膜を行うようにした成膜方法が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"Research - Atomic Layer Deposition"、[online]、Tufts Plasma Engineering Laboratory、［平成２４年７月２７日検索］、インターネット＜URL：http://www.ece.tufts.edu/~hopwood/lab/PEALD.htm＞
【非特許文献２】Jun-ichi Nishizawa, et. al、"Journal of the Electrochemical Society"、150 (7) G371-G375、2003年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の非特許文献１、２に記載された成膜方法は、飽くまで実験レベルの内容であり、処理室内の温度を４５０℃と５５０℃との間で交互に上下させる必要があるため、室内温度の制御に時間を要し、実際的な量産化のプロセスに適用することはできないという問題があった。
【０００６】
つまり、ウエハ上にＳｉＨ３の分子層を吸着形成するためには、ウエハの表面にシリコンが露出した状態で、処理室内を４５０℃前後の温度にすることが不可欠であり、かかる条件下でのみ、シリコンが露出したウエハ上にＳｉＨ３のシリコンが吸着する。例えば、温度を５００℃以上にすると、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）反応が発生してしまい、気相中でＳｉＨ３同士が反応してしまい、シリコン同士が吸着するＭＬＤ反応（又はＡＬＤ反応）が発生しない。なお、処理室内に供給されるガスはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスであるが、処理室内ですぐ熱分解し、ＳｉＨ３の状態となり、上述のような吸着反応が発生する。
【０００７】
一方、ＳｉＨ３がウエハ上のシリコンに吸着した状態は、Ｓｉ−Ｈ結合が各ＳｉＨ３分子で３つ残っている状態であるから、Ｓｉ−Ｈ結合を切断して水素の脱離を行わないと、シリコンが露出した状態を作り出すことができない。Ｓｉ−Ｈ結合を切断するためには、５５０℃前後の温度で加熱することが必要であるため、処理室内を５５０℃にするステップがやはり必ず必要となる。
【０００８】
このように、上述の非特許文献１、２に記載された成膜方法では、処理室内で約１００℃の上昇、下降を交互に行う必要があり、時間を非常に要するプロセスとならざるを得ない。このようなプロセスでは、生産性が低過ぎ、半導体装置を量産化する実際の半導体製造プロセスに適用することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、上述のＡＬＤ法又はＭＬＤ法を利用したシリコン膜の成膜プロセスを、処理室内の雰囲気温度を上下させることなく行い、均一な膜厚のシリコン膜を高い生産性で形成することができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、Ｓｉ−Ｈ結合を切断することが可能な第１の温度に設定された略円筒形のチャンバ内に、互いに離間した第１の処理領域と第２の処理領域とが周方向に沿って配置され、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域を回転通過可能な回転テーブル上に載置された基板上にシリコン膜を形成する成膜方法であって、
前記基板が前記第１の処理領域を通過する際、前記第１の温度よりも低い第２の温度に設定されたＳｉ２Ｈ６ガスを供給し、前記基板の表面上にＳｉＨ３の分子層を形成する分子層堆積ステップと、
表面上に前記ＳｉＨ３の分子層が形成された前記基板に第１の温度に保たれた前記第２の処理領域を通過させ、前記ＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断し、表面上にシリコン原子層のみを残す水素脱離ステップと、を含む。
【００１１】
本発明の他の態様に係る成膜装置は、Ｓｉ−Ｈ結合を切断することが可能な第１の温度に設定された略円筒形のチャンバと、
該チャンバ内に設けられ、基板が載置されるとともに回転可能な回転テーブルと、
前記チャンバ内に、周方向に沿って設けられ、前記第１の温度よりも低い第２の温度でＳｉ２Ｈ６ガスを供給し、前記回転テーブルの回転により前記基板が通過した際に、分子層堆積法により前記基板上にＳｉＨ３の分子層を形成する第１の処理領域と、
該第１の処理領域と周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの回転により前記基板が通過した際に前記基板上に形成されたＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断し、前記基板上にシリコン原子層のみを残す第２の処理領域と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、均一な膜厚のシリコン膜を高い生産性で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の内部構成の一例を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置の内部構成の一例を示した上面図である。
【図４】第１の処理領域から第２の処理領域まで回転テーブルの同心円に沿ったチャンバの断面を示している。
【図５】天井面が設けられている領域を示す断面図である。
【図６】本実施形態に係る成膜方法の反応メカニズムを説明するための図である。図６（Ａ）は、第１の処理領域Ｐ１で行われるＳｉＨ３分子層堆積工程の一例を示した図である。図６（Ｂ）は、第２の処理領域Ｐ２で行われる水素脱離工程の一例を示した図である。
【図７】本実施形態に係る成膜装置を用いた回転テーブルを回転させない場合のシリコン成膜の温度依存性の実験結果を示した図である。
【図８】本実施形態に係る成膜装置を用いたときの成膜の時間依存性を調べるための実験結果を示した図である。図８（Ａ）は、横軸全体を１５分スケールとしたときの成膜全体における時間依存性を示した図である。図８（Ｂ）は、横軸全体を１分スケールとしたときの成膜初期における時間依存性を示した図である。
【図９】本実施形態に係る成膜方法を実施した場合のＣＶＤ反応発生領域を確認するための実験結果を示した図である。
【図１０】本発明の実施例１に係る成膜方法のＳｉＨ３分子層堆積工程の温度とインキュベーション時間との関係を示した図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る成膜方法及び成膜装置の実施結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１５】
（成膜装置）
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示した断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る成膜装置の内部構成の一例を示した斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る成膜装置の内部構成の一例を示した上面図である。
【００１６】
図１から図３までを参照すると、本実施形態に係る成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ１と、このチャンバ１内に設けられ、チャンバ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。図１に示すように、チャンバ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。
【００１７】
また、図１に示すように、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はチャンバ１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２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チャンバ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の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。なお、回転テーブル２は、サセプター２と呼んでもよい。
【００１８】
回転テーブル２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、加熱手段であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、環状の形状を有し、回転テーブル２の下方から、チャンバ１内を一定の温度に保つ。本実施形態に係る成膜装置においては、チャンバ１内が、Ｓｉ−Ｈ結合を切断することができる所定の温度に保たれる。具体的には、Ｓｉ−Ｈ結合は５５０℃前後で切断されるので、ヒータユニット７は、チャンバ１内が５５０℃前後、例えば、５４０〜５８０℃、好ましくは５５０〜５７０℃の範囲内にあるようにチャンバ１内を加熱する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、回転テーブル２の表面部には、回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板を載置するための円形状の凹部２４が設けられている。本実施形態においては、基板として、シリコンからなる半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗが用いられた例を挙げて説明する。なお図３には便宜上１個の凹部２４のみにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば２ｍｍ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が凹部２４に収容されると、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。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
【００２０】
図２及び図３は、チャンバ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及び分離ガスノズル４１，４２がチャンバ１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５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、及び分離ガスノズル４２がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、４１、４２は、各ノズル３１、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、チャンバ１の外周壁からチャンバ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に対して水平に伸びるように取り付けられている。
【００２１】
本実施形態においては、反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、反応ガスとしてのＳｉ２Ｈ６ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。
【００２２】
反応ガスノズル３１には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３が、反応ガスノズル３１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、Ｓｉ２Ｈ６ガスが分解したＳｉＨ３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。また、第１の処理領域Ｐ１と対向したガスノズルの設けられていない領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉＨ３からＨを脱離させる第２の処理領域Ｐ２となる。
【００２３】
第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間には、２つの分離領域Ｄ１、Ｄ２が設けられる。第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２は対向しているので、第１の処理領域Ｐ１の周方向両側に設けられた分離領域Ｄ１、Ｄ２は、第２の処理領域Ｐ２の周方向両側に設けられることになる。つまり、周方向において、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２は、互いに分離領域Ｄ１、Ｄ２を隔てて設けられる。なお、本実施形態においては、回転テーブル２が時計回りに回転する場合に、載置されたウエハＷが第１の処理領域Ｐ１から第２の処理領域Ｐ２に向かう方向に設けられている分離領域を第１の分離領域Ｄ１、第２の処理領域Ｐ２から第１の処理領域Ｐ１に向かう方向に設けられている分離領域を第２の分離領域Ｄ２と呼ぶこととする。
【００２４】
回転テーブル２が時計回りに回転することにより、凹部２４に載置されたウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、第１の分離領域Ｄ１、第２の処理領域Ｐ２、第２の分離領域Ｄ２を連続的に順次通過することになる。その詳細は後述するが、成膜方法の概要を説明すると、ヒータユニット７により、チャンバ１内がＳｉ−Ｈ結合を切断できる温度（５５０℃前後）に保たれた状態で、ウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過した際、反応ガスノズル３１からジシランガス（Ｓｉ２Ｈ６ガス）が供給され、熱分解したＳｉＨ３が、分子層としてウエハＷの表面に吸着する。なお、ジシランガスは、４５０℃程度でＳｉＨ３に分解するので、本実施形態のような５５０℃前後の温度設定では、容易に分解する。ウエハＷの表面は、シリコンで形成されており、ウエハ表面のＳｉと、ジシランガスが分解したＳｉＨ３のＳｉ同士が吸着する。その後、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは第１の分離領域Ｄ１に入り、表面がＮ２ガスでパージされる。これにより、ＳｉＨ３分子層には余分な分子が付着せず、分子層の状態が保たれる。つまり、余分なＣＶＤ反応等も発生しない。次いで、更なる回転テーブル２の回転により、ウエハＷは第２の処理領域Ｐ２に入る。第２の処理領域Ｐ２は、ガスノズルを有さず、一定温度の空間を形成している。この第２の処理領域Ｐ２内でＳｉ−Ｈを切断する処理が行われ、ウエハＷの表面上には、Ｓｉの原子層のみが残された状態となる。そして、回転テーブル２の更なる回転によりウエハＷは第２の分離領域Ｄ２に入り、パージガスが供給されて表面の塵等が除去される。更に回転テーブル２が回転し、第１の処理領域Ｐ１にウエハＷが入る際には、表面にはシリコンの原子層が形成され、塵等が表面から除去された状態であるので、再び同様のプロセスを繰返すことにより、シリコン膜をウエハＷの表面上に形成することができる。
【００２５】
このような一連のプロセスを、回転テーブル２の回転により連続的に行うことにより、ウエハＷの表面上には、所望の厚さのシリコン膜を形成することが可能となる。このような成膜プロセスを行うべく本実施形態に係る成膜装置は構成されているが、以下、個々の構成要素についてより詳細に説明する。
【００２６】
図４は、第１の処理領域Ｐ１から第２の処理領域Ｐ２まで回転テーブル２の同心円に沿ったチャンバ１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、チャンバ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）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。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。また、第１の処理領域Ｐ１の高い天井面４５の下方の空間には、反応ガスノズル３１が設けられている。一方、第２の処理領域Ｐ２の高い天井面４５の下方の空間は、温度は一定に保たれているが、ガスの供給は無いため、ガスノズルは特に設けられていない構成となっている。なお、反応ガスノズル３１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、ガスノズルを有しない、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。
【００２７】
また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４１ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば２ｍｍの間隔で配列されている。
【００２８】
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の吐出孔４２ｈからＮ２ガスが供給されると、このＮ２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、Ｎ２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の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の処理領域Ｐ１のＳｉ２Ｈ６ガスの第２の処理領域Ｐ２への流入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Ｓｉ２Ｈ６ガスが、第２の処理領域Ｐ２に流入しないように分離空間Ｈにより分離される。よって、チャンバ１内においてＳｉ２Ｈ６ガスが、ガスの出入り無く安定して高温に保たれている第２の処理領域Ｐ２に移動し、ＣＶＤ反応が発生することが抑制される。
【００２９】
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、成膜時のチャンバ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（Ｎ２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。
【００３０】
一方、図２及び図３に示すように、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。
【００３１】
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。
【００３２】
一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（チャンバ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、凸状部４と同様に、第１の処理領域Ｐ１から分離領域Ｄに反応ガス（Ｓｉ２Ｈ６）が侵入することを抑制して、ＣＶＤ反応の発生を抑制する。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。
【００３３】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、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部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Ｅと表記する。具体的には、図３に示すように、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と表記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と表記する。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から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０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は圧力制御器である。
【００３４】
図５に戻る。図１でも説明したように、回転テーブル２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、加熱手段であるヒータユニット７が設けられる。本実施形態に係る成膜装置においては、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、ウエハＷの表面上に形成されたＳｉＨ３の分子層のＳｉ−Ｈ結合を切断することが可能な温度（例えば５５０℃）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、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とチャンバ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、分離領域Ｄ１、Ｄ２において凸状部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。
【００３５】
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おり、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸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Ｎ２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。またチャンバ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）。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。
【００３６】
また、チャンバ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、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Ｓｉ２Ｈ６ガスが、中心領域Ｃを通って第２の処理領域Ｐ２に侵入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Ｄ１、Ｄ２）と同様に機能することができる。
【００３７】
さらに、チャンバ１の側壁には、図２及び図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には、この搬送口１５に対向する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。よって、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。
【００３８】
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。
【００３９】
（成膜方法）
次に、本発明の実施形態に係る成膜方法について上述の成膜装置を用いて行う場合を例にとり説明する。本実施形態では、ウエハＷとしてシリコンウエハを使用することとする。また、反応ガスノズル３１からジシランガスが供給されることとする。
【００４０】
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（図３）により搬送口１５（図２及び図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チャンバ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。
【００４１】
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により到達可能真空度にまでチャンバ１内を排気した後、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。これに伴い、圧力制御手段６５０（図１）によりチャンバ１内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば２０ｒｐｍ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５５０℃に加熱する。なお、以後説明する温度は、厳密にはヒータユニット７の温度であるが、理解の容易のため、ヒータユニット７の設定温度通りにチャンバ１内の雰囲気が設定されていると仮定して説明する。
【００４２】
この後、第１の処理領域Ｐ１の反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＳｉ２Ｈ６ガスを供給する。
【００４３】
図６は、本実施形態に係る成膜方法の反応メカニズムを説明するための図である。
【００４４】
図６（Ａ）は、第１の処理領域Ｐ１で行われるＳｉＨ３分子層堆積工程の一例を示した図である。図６（Ａ）において、Ｓｉ２Ｈ６ガスが供給されると、シリコンウエハＷの表面には、Ｓｉ２Ｈ６が熱分解したＳｉＨ３分子層のＳｉ原子が吸着して結合する。つまり、いわゆるＡＬＤ法又はＭＬＤ法によりＳｉＨ３分子層がウエハＷの表面上に形成される。なお、このような反応は、一般的にはＡＬＤ法と呼ばれているが、ＳｉＨ３は化学的には原子ではなく分子であるので、本実施形態においては分子層と表現し、ＡＬＤ法とＭＬＤ法とを厳密に区別せずにＡＬＤ法又はＭＬＤ法と包括的に表現している。
【００４５】
この反応は、一般的には、４５０℃前後の雰囲気下で、ベアシリコンが存在し、シリコン同士が直接結合できる条件でのみ発生する反応である。本実施形態に係る成膜装置では、チャンバ１内の温度は５５０℃前後に設定されているから、通常のプロセスではこのＡＬＤ反応は起こりえない。しかしながら、本実施形態に係る成膜方法では、反応ガスノズル３１から供給するＳｉ２Ｈ６ガスを、常温で供給する。常温は、２０〜３０℃の範囲内の温度にあり、一般的には２５℃前後である。よって、常温のＳｉ２Ｈ６ガスをウエハＷに向けて至近距離で供給することにより、ウエハＷの表面近傍の温度を瞬間的に低下させることができ、４５０℃の温度条件を瞬間的に作り出している。なお、図４に示したように、第１の処理領域Ｐ１においては、天井面４５は分離領域Ｄ１、Ｄ２の天井面４４よりも高いが、反応ガスノズル３１は、分離ガスノズル４２よりとほぼ同じ高さであり、ウエハＷの表面に近い距離である。よって、反応ガスノズル３１から供給されるＳｉ２Ｈ６ガスは、周囲の雰囲気と同じ温度となる前にウエハＷの表面に到達し、本来的には４５０℃前後の雰囲気下でのみ発生する分子層堆積反応（ＭＬＤ）を発生させている。
【００４６】
また、チャンバ１内の温度である５５０℃は、Ｓｉ２Ｈ６ガスを供給した場合、本来的にはＣＶＤ反応が発生してしまう温度である。よって、たとえＳｉＨ３がシリコンウエハＷの表面に吸着したとしても、その上にＣＶＤ反応によりＳｉＨ３膜が堆積してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態に係る成膜方法においては、回転テーブル２が回転することにより、そのような余分なＣＶＤ反応を発生させることなく第１の分離領域Ｄ１へとＳｉＨ３分子層が表面上に吸着したウエハＷが移動する。第１の分離領域Ｄ１では、狭い空間内でＮ２のパージガスが供給され、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流入を防ぐ構成となっているから、ＳｉＨ３分子層の表面上に、更にＣＶＤ反応によりＳｉＨ３膜が堆積することを防ぐことができる。
【００４７】
つまり、本実施形態に係るシリコン膜の成膜方法においては、第１の処理領域Ｐ１で、ウエハＷの表面付近で瞬間的に分子層堆積反応が発生する条件を作り出してＳｉＨ３の分子層を形成し、形成後は余分なＣＶＤ反応が発生しないうちに第１の分離領域Ｄ１へと回転移動してしまう。このような、常温のＳｉ２Ｈ６ガスの供給と、回転移動を適切に組み合わせた処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｈ結合の切断が可能な高温雰囲気下においても、それよりも低温雰囲気下でのみ発生するＳｉＨ３の分子層堆積反応を発生させ、ＳｉＨ３分子層を形成することができる。
【００４８】
また、第１の処理領域Ｐ１は、上述のような分子層堆積反応によりＳｉＨ３分子層を形成することから、分子層堆積領域、ＳｉＨ３吸着領域、ＡＬＤ領域等と呼んでもよい。
【００４９】
なお、本実施形態においては、常温のＳｉ２Ｈ６ガスを供給する例を挙げて説明するが、Ｓｉ−Ｈ結合の切断が可能な５５０℃よりも低い温度であれば、他の温度でＳｉ２Ｈ６ガスを供給してもよい。例えば、０〜５０℃の範囲で、条件に応じた適切なガス供給温度を設定することができる。
【００５０】
また、第１の分離領域Ｄ１においては、図４及び図５で説明した構造により、第１の処理領域Ｐ１からのＳｉ２Ｈ６ガスの流入を防ぐことができ、ウエハＷは、Ｎ２等のパージガスが表面に供給された状態で第１の分離領域Ｄ１を通過する。
【００５１】
図６（Ｂ）は、第２の処理領域Ｐ２で行われる水素脱離工程の一例を示した図である。図６（Ｂ）に示すように、第２の処理領域Ｐ２では、Ｓｉ−Ｈ結合の切断により水素の脱離が行われる。これにより、ＳｉＨ３分子層のＳｉはシリコンウエハＷの表面上に留まり、シリコンの原子層が形成される。第２の処理領域Ｐ２では、処理領域の温度を下げる要因となるようなガスの供給等は行われず、Ｓｉ−Ｈ結合の切断に必要な温度である５５０℃前後に保たれた状態が維持される。ウエハＷは、Ｓｉ−Ｈ結合の切断に必要な所定温度に保たれた第２の処理領域Ｐ２の空間を回転により通過することにより、水素を脱離し、ベアシリコン原子層を形成する。
【００５２】
その際、ウエハＷが第２の処理領域Ｐ２を通過中にＳｉ−Ｈ結合の切断が発生するように、第２の処理領域Ｐ２の周方向の長さと回転テーブル２の回転速度が定められる。一般に、第１の処理領域Ｐ１は、ＣＶＤ反応が発生しないように短い領域として形成されるのに対し、第２の処理領域Ｐ２は、水素の脱離反応が確実に発生するように第１の処理領域Ｐ１よりも長い領域として形成される。
【００５３】
なお、第２の処理領域Ｐ２においては、本実施形態に係る成膜方法を実施するためにはノズルは不要であるが、本実施形態に係る成膜方法を実施する前後や、他の目的でノズルが必要な場合には、それらの設置を妨げるものではなく、用途に応じて所定の目的に応じたノズルを設置するようにしてもよい。例えば、ウエハＷの表面にシード層を形成するため、酸化やプラズマ処理を行う場合には、酸化ガス供給ノズルや、プラズマ処理装置を設置してもよい。本実施形態に係る成膜方法を実施する際には、それらを停止すれば、何ら問題なく本実施形態に係る成膜方法を実施することができる。
【００５４】
また、第２の処理領域Ｐ２は、上述のようなＳｉ−Ｈ結合を分解し、水素脱離によりＳｉ原子層を形成することから、水素脱離領域、水素解離領域、Ｓｉ−Ｈ結合切断領域等と呼んでもよい。
【００５５】
第２の処理領域Ｐ２を通過したウエハＷは、第２の分離領域Ｄ２に回転移動する。第２の分離領域Ｄ２においては、Ｎ２等のパージガスがウエハＷの表面に供給され、シリコン原子層の表面に余分な塵等が堆積するのが防止される。
【００５６】
第２の分離領域Ｄ２を通過したウエハＷは、回転テーブル２の更なる回転により、ベアシリコン膜が形成された状態で、再び第１の処理領域Ｐ１に入り、上述の分子層堆積法によるＳｉＨ３分子層の形成が行われ、以下同様のプロセスが繰返される。そして、回転テーブル２を複数回連続して回転させることにより、上述のシリコン成膜プロセスが繰返され、所望の厚さのシリコン膜を形成することができる。
【００５７】
このように、本実施形態に係る成膜方法によれば、Ｓｉ−Ｈ結合の切断が可能なチャンバ１内の温度設定、これよりも低い温度のシランガスの供給、回転テーブル２の回転によるＣＶＤ反応の発生防止を適切に組み合わせることにより、チャンバ１内の温度を一定としたまま、高い生産性でＡＬＤ法を利用した均一性の高いシリコン膜を形成することができる。
【００５８】
なお、上述の説明において、チャンバ１内の温度が５５０℃前後である例を挙げて説明したが、Ｓｉ−Ｈ結合の切断が発生する温度にヒータユニット７が設定されていればよいので、例えば、５４０〜５８０℃の範囲で、Ｓｉ−Ｈ結合の切断が発生する所定温度に設定することが可能である。
【００５９】
また、上述の成膜プロセスを実行する前に、ウエハＷの表面にシード層を形成するようにしてもよい。シード層の形成は、アミノシラン系ガス、例えば、DIPAS（ジイソプロピルアミノシラン）をシリコン基板表面に吸着させてシード層を形成することで、インキュベーション時間を短くして効率的に成膜を行える。
【００６０】
（実施例等）
次に、本実施形態に係る成膜装置を用いて実施した種々の実施例及び実験結果について説明する。なお、以下に示す実験結果は、必ずしも本実施形態に係る成膜方法の実施例とは限らず、本実施形態に係る成膜方法及び設定装置で設定した種々の設定値の設定根拠を示すための内容も含んでいる。
【００６１】
図７は、本実施形態に係る成膜装置を用いた回転テーブルを回転させない場合のシリコン成膜の温度依存性の実験結果を示した図である。図７において、横軸は温度〔℃〕、縦軸は成膜速度〔ｎｍ／分〕を示している。この実験は、シード層が形成されていないウエハＷについて、回転テーブル２を回転させずに、ヒータユニット７の温度を何度まで上げたときにシリコン成膜ができたかを確認するための実験である。プロセス条件は、チャンバ１内の圧力が１．８Ｔｏｒｒ、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量が１００ｓｃｃｍである。この条件の下で、温度を種々変化させて実験を行った。また、本実験では、ＡＬＤによる成膜かＣＶＤによる成膜は特に問わずに、単にシリコンが成膜されたか否かのみを確認した。なお、シリコン成膜の有無を確認した箇所は、ウエハＷの中心点であり、３００ｍｍのウエハＷにおいて、中心を通る縦軸（Ｙ軸）上では上から１５０．０ｍｍの箇所である。
【００６２】
図７の特性曲線Ｆにおいて、４００〜４３０℃まではほぼゼロで成膜が確認されず、４３０℃以上となったときに成膜速度がゼロ以上となったことが示されている。よって、回転テーブル２を回転させない場合には、４３０℃以上のときに成膜がされることが示された。つまり、シリコン膜の成膜を行うためには、チャンバ１内の温度を４３０℃以上にすることが必要であることが、図７の実験により示された。
【００６３】
図８は、本実施形態に係る成膜装置を用いたときの成膜の時間依存性を調べるための実験結果を示した図である。図８（Ａ）は、横軸全体を１５分スケールとしたときの成膜全体における時間依存性を示した図であり、図８（Ｂ）は、横軸全体を１分スケールとしたときの成膜初期における時間依存性を示した図である。なお、測定箇所は、図７と同様にウエハＷの中心点となる箇所である。また、本実験においては、回転テーブル２は回転させていない。
【００６４】
図８（Ａ）において、測定結果を示す特性線Ｇの時間と膜厚とが比例関係にあり、全体として線形性を有する成膜時間特性を示している。
【００６５】
一方、図８（Ｂ）において、１分以内の成膜の時間依存性を拡大して見ると、プロット点が示すように、実は成膜の開始はゼロからではなく、０．５ｍｉｎ（＝３０ｓｅｃ）付近から成膜が開始していることが分かる。なお、特性線Ｈは、特性線Ｇが１分以内の領域でも完全に線形であった場合の比較用の仮想線であり、時間ゼロから比例的に成膜が開始する線形特性線Ｇと比較して、約０．５ｍｉｎ遅れて成膜が開始している。この、成膜開始の遅れ時間を、以後、インキュベーション時間と呼ぶこととする。図８（Ｂ）に示すように、インキュベーション時間が０．５ｍｉｎ（３０ｓｅｃ）付近に存在するので、このままでは、成膜開始の時間遅れが生じてしまう。本実施形態に係る成膜方法では、このインキュベーション時間をゼロにすることに成功しているが、以下、そこに至るまでの内容について説明する。
【００６６】
図９は、本実施形態に係る成膜方法を実施した場合のＣＶＤ反応とＡＬＤ反応の温度依存性を比較するための実験結果を示した図である。図９において、横軸は温度〔℃〕、縦軸は成膜速度（単位時間当たりの成膜量）〔ｎｍ／ｍｉｎ〕を示している。また、ウエハＷの中心点について測定している点は、図７及び図８で説明した実験と同様である。
【００６７】
特性線Ｉは、回転テーブル２を回転させずに成膜を行った場合の成膜速度の時間特性であり、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量が１００ｓｃｃｍである。特性線Ｉにおいては、４３０℃付近から成膜が開始し、温度が５００℃まで上昇するにつれて、成膜速度は高くなっている。特性線Ｉにおいては、成膜速度は速いが、Ｓｉ−Ｈ結合が切断される５５０℃以上よりも遙かに低い温度で成膜速度が上がっているので、ＡＬＤ反応ではなく、ＣＶＤ反応が発生していることが分かる。よって、特性線Ｉの反応では、シリコン膜のみの成膜ではなく、ＳｉＨ３がＣＶＤ反応で堆積して成膜されている状態となっている。
【００６８】
一方、特性線Ｊにおいては、チャンバ１内の圧力が０．２５Ｔｏｒｒ、回転ステージ２の回転速度が２０ｒｐｍ、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量が３００ｓｃｃｍのプロセス条件で成膜を行い、成膜速度は特性線Ｉのように高速ではないが、５５０℃以上６００℃未満（約５９０℃以下）の領域で線形的に成膜が行われていることが分かる。
【００６９】
このように、回転テーブル２を無回転とすると、５００℃以下でＣＶＤ反応が発生してしまうが、回転テーブル２を２０ｒｐｍ程度で回転させ、温度を５５０℃以上６００℃未満とすると、ＡＬＤ反応を発生させることが可能であることが分かる。なお、この結果は、既に説明した本実施形態に係る成膜方法と合致するものである。
【００７０】
図１０は、本発明の実施例１に係る成膜方法のＳｉＨ３分子層堆積工程の温度とインキュベーション時間との関係を示した図である。図１０において、横軸が温度〔℃〕、縦軸がインキュベーション時間〔分〕を示している。図１０においては、ＳｉＨ３分子層堆積工程におけるインキュベーション時間を示しているので、ベアシリコン原子層が表面に露出して形成されていれば、インキュベーション時間はゼロになるし、そのような理想的な状態になっていない場合に、インキュベーション時間が増加することを意味する。
【００７１】
図１０において、黒の四角形は、ウエハＷにシード層が形成されており、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量が３００ｓｃｃｍ、白の四角形は、ウエハＷにシード層が形成されておらず、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量が３００ｓｃｃｍのデータを示している。また、黒の菱形は、ウエハＷにシード層が形成されており、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量が１００ｓｃｃｍ、白の四角形は、ウエハＷにシード層が形成されておらず、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量が１００ｓｃｃｍのデータを示している。また、黒の四角形をラインＫ、白の四角形をラインＬで結んでいる。
【００７２】
図１０において、シード層が存在するラインＡは５３５℃前後、シード層が存在しないラインＢも５４０℃前後でインキュベーション時間がゼロになっている。上述のように、インキュベーション時間は、表面にシリコン原子層が露出している状態であるので、Ｓｉ−Ｈ結合が熱で切れる温度を示している。よって、５４０℃前後からＳｉ−Ｈ結合を切断できるので、チャンバ１内の温度は、５４０℃前後以上に設定することが好ましいことが分かる。
【００７３】
また、シード層が形成されたウエハＷの特性を示すラインＫと、シード層が形成されていないウエハＷの特性を示すラインＬとを比較すると、５００℃付近では、ラインＬの方が、インキュベーション時間が大幅に小さくなり、シード層が形成されたウエハＷの方がインキュベーション時間を短縮できることが分かる。しかしながら、上述のように、シード層が形成されていないラインＬにおいても、５４０℃付近でインキュベーション時間はゼロとなっているので、ヒータユニット７の温度を５４０℃前後以上に設定すれば、シード層が無くてもインキュベーション時間を無くすことができる。よって、本実施例に係る成膜方法では、ヒータユニット７の温度を５４０℃前後以上に設定することにより、ウエハＷにシード層が形成されていなくても、成膜開始後から速やかにシリコン膜の成膜を行うことができる。
【００７４】
一方、全体で見れば、ラインＬに比較して、ラインＫの方がインキュベーション時間は短縮されている。また、シード層の存在するウエハＷのデータを示す黒の菱形と、シード層の存在しないウエハＷのデータを示す白の菱形とを比較しても、シード層の存在するウエハＷのデータを示す黒の菱形の方が、インキュベーション時間が短くなっている。よって、全体の傾向として、シード層を形成することにより、インキュベーション時間を短縮できるので、ウエハＷにシード層を形成して本実施例に係る成膜方法を実施してもよい。
【００７５】
なお、シード層の有無については同じ条件の場合に、Ｓｉ２Ｈ６ガス流量が異なる黒の四角形と黒の菱形、及び白の四角形と白の菱形とをそれぞれ比較すると、いずれもＳｉ２Ｈ６ガス流量が少ない方が、インキュベーション時間が長くなっており、ガス濃度の影響があることが示されている。つまり、ＣＶＤ反応が発生しない範囲内で、Ｓｉ２Ｈ６ガスの濃度・流量を上げた方が、インキュベーション時間の短縮に関して言えば有効であることが示されている。
【００７６】
かかる実施結果から、本実施例に係る成膜方法及び成膜装置においては、チャンバ１内の温度は５４０℃以上、例えば５４０〜５８０℃、好ましくは５５０〜５７０℃に設定することとしている。この温度は、非特許文献１で示された５５０℃とも符合している。
【００７７】
また、本実施例において、シード層を形成した後で、本実施形態に係るシリコン膜の成膜方法のＳｉＨ３分子層形成ステップ及び水素脱離ステップを実施してもよいことも示された。
【００７８】
図１１は、本発明の実施例２に係る成膜方法及び成膜装置の実施結果を示した図である。実施例２においては、ヒータユニット７の温度５７０℃、チャンバ１内の圧力が０．２５ｔｏｒｒ、回転速度が２０ｒｐｍとした。圧力は、今までの実験及び実施例の１．８Ｔｏｒｒよりも低圧に設定されている。また、ジイソプロピルアミノシランガスを９００ｓｃｃｍ／５ｍｉｎの時間流量で供給してシード層をウエハＷ上に形成し、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量を１００ｓｃｃｍとするとともに、Ｓｉ２Ｈ６ガスをＮ２ガスで希釈し、Ｎ２ガスをキャリアガスとして供給した。そして、Ｓｉ２Ｈ６ガスとキャリアＮ２ガスの混合比（流量比）を種々変化させ、シリコンウエハＷに形成されたビアホールの各位置における膜厚を測定し、ステップカバレージ（段差被覆性）を算出した。なお、ビアホールについては、開口径は６５〜７０ｎｍ、深さは１６００〜１８００ｎｍであり、アスペクト比は２４〜２８のビアホールを形成した。
【００７９】
図１１に示すように、Ｓｉ２Ｈ６ガス／Ｎ２ガスの比は、３００／６００，１００／８００、５０／８５０、２５／８７５の場合について実施した。図１１中、より右側に記載されたデータが、Ｓｉ２Ｈ６ガスのＮ２ガスに対する流量比が小さいことを示している。また、左端のビアホールは、成膜前のビアホールの状態を示している。
【００８０】
膜厚は、上端と、上端から深さ５０ｎｍ、上端から深さ１５０ｎｍ、上端から深さ２５０ｎｍ（写真ではＴＯＰの範囲）、上端から深さ８００ｎｍ（写真ではＭＩＤの範囲）、及び底面側で上端から深さ１６００〜１８００ｎｍ（写真ではＢＴＭの範囲）について各々測定した。
【００８１】
各データを比較すると、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量割合が小さい程、各箇所において膜厚の差が小さく、ステップカバレージが向上していることが示されている。即ち、太線で囲んだ右端にあるデータにおいては、上端（ＴＯＰ）が２４ｎｍである以外は、総ての箇所で２２ｎｍの均一な膜厚特性を示している。よって、ステップカバレージも、総ての箇所で９２という極めて良好な均一性を示す測定結果が得られた。
【００８２】
このように、実施例２に係る成膜方法及び成膜装置によれば、チャンバ１内の圧力を低圧に設定し、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量比をキャリアＮ２ガスに比較して小さくすることにより、カバレージ性の良好な成膜を行うことができる。
【００８３】
なお、このＳｉ２Ｈ６ガスの流量比が小さい方がカバレージ性が良好となる原因は、以下の通りであると推定される。即ち、本実施例に係る成膜方法及び成膜装置においては、第１の処理領域Ｐ１において、低温のＳｉ２Ｈ６ガスを供給するとともに、回転テーブル２を回転させることによりウエハＷの表面付近において周囲の雰囲気よりも約１００℃低い状態を瞬間的に作り出しているが、周囲はやはり高い温度であるため、ＣＶＤ反応は常に発生し易い状態であると考えられる。また、ＡＬＤ反応（又はＭＬＤ反応）が発生する状態となるのは、ウエハＷの表面付近の一瞬のみであり、そこでＡＬＤ反応が発生しなかったＳｉ２Ｈ６ガスは、周囲の雰囲気の温度により、すぐにＣＶＤ反応を発生し得るガスに転じてしまうと考えられる。よって、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給は、ウエハＷの表面に直接供給される最小限のガスで十分であり、このような条件を満たすためには、余分な反応を抑制さえるべく、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量比をあまり大きくせずに、かつ、圧力も低圧とした方が好ましいのではないかと考えられる。
【００８４】
このように、本実施形態及び本実施例に係る成膜方法及び成膜装置によれば、均一でカバレージ性の良好なシリコン膜を高い生産性で成膜することができる。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１    チャンバ
２    回転テーブル
４    凸状部
５    突出部
７    ヒータユニット
１０    搬送アーム
１１    天板
１２    容器本体
２４    凹部（基板載置部）
３１    反応ガスノズル
４１、４２・・・分離ガスノズル
４４    （低い）天井面
４５    （高い）天井面
Ｐ１    第１の処理領域
Ｐ２    第２の処理領域
Ｄ１    第１の分離領域
Ｄ２    第２の分離領域
Ｗ    ウエハ
【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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