(57)【要約】【課題】良好な膜質を有するとともに、十分なドライエッチング耐性を有するシリコン窒化膜を成膜することができるシリコン窒化膜の成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】被処理基板上に、シリコン窒化膜を成膜するシリコン窒化膜の成膜方法であって、被処理基板に対して、シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化する処理とを、第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、被処理基板に対して、塩素を含有するチタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化させる処理とを、第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程とを所定回数繰り返し、所定量のチタンをドープしたシリコン窒化膜を成膜する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に、シリコン窒化膜を成膜するシリコン窒化膜の成膜方法であって、
前記被処理基板に対して、シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化する処理とを、第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、
前記被処理基板に対して、塩素を含有するチタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化させる処理とを、第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程と
を所定回数繰り返し、所定量のチタンをドープしたシリコン窒化膜を成膜することを特徴とするシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第１の回数と、前記第２の回数とを調整することにより、チタンのドープ量を制御することを特徴とする請求項１に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項３】
膜全体に対するＴｉＮの量が、０．１〜２ｍｏｌ％の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記窒化処理は、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いて行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項５】
前記窒化処理は、窒化ガスをマイクロ波プラズマにより励起して生成された窒化種によって行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項６】
前記窒化チタン膜を成膜する工程に用いる塩素を含有するチタン原料ガスとして、ＴｉＣｌ４ガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項７】
真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域とを設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と前記窒化領域とを順次通過するようにし、
前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料または前記チタン原料を窒化させる処理とを交互に行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項８】
前記窒化チタン膜を成膜する工程を実施する際に、前記窒化処理の前後に、吸着した前記チタン原料を還元ガスのプラズマにより還元する処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項９】
真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域と、前記窒化領域の前後に還元ガスのプラズマによる還元処理を行う還元領域を設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と、前記還元領域の一方と、前記窒化領域と、前記還元領域の他方とを順次通過するようにし、
前記窒化チタン膜を成膜する工程において、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料を還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料ガスを還元する処理とを順次行うことを特徴とする請求項８に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記シリコン窒化膜を成膜する工程を実施する際に、前記窒化処理の前後に、吸着した前記シリコン原料を還元ガスのプラズマにより還元する処理を行うことを特徴とする請求項８に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１１】
真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域と、前記窒化領域の前後に還元ガスのプラズマによる還元処理を行う還元領域を設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と、前記還元領域の一方と、前記窒化領域と、前記還元領域の他方とを順次通過するようにし、
前記窒化チタン膜を成膜する工程において、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料を還元する処理とを順次行い、
前記シリコン窒化膜を成膜する工程において、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを還元する処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記シリコン原料を還元する処理とを順次行うことを特徴とする請求項１０に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記還元処理は、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて行うことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１３】
前記還元処理は、還元ガスをマイクロ波プラズマにより励起して生成された還元種によって行われることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１４】
被処理基板上に、シリコン窒化膜を成膜するシリコン窒化膜の成膜装置であって、
内部が真空に保持される真空容器と、
前記真空容器内で、複数の被処理基板が載置された状態で公転される回転テーブルと、
前記真空容器内に設けられ、シリコン原料ガス供給機構およびチタン原料ガス供給機構を有し、前記被処理基板に前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、
前記真空容器内に設けられ、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化ガスのプラズマにより窒化する窒化領域と、
前記複数の被処理基板を前記回転テーブルに載置した状態で、前記回転テーブルを回転させ、前記被処理基板が前記吸着領域を通過する際に、前記シリコン原料ガス供給機構から前記シリコン原料ガスを供給して、前記被処理基板に前記シリコン原料ガスを吸着させる処理を実行させ、前記被処理基板が前記窒化領域を通過する際に、吸着した前記シリコン原料ガスを、前記窒化ガスのプラズマで窒化させる処理を行い、前記回転テーブルを第１の回数回転させることにより、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と前記窒化させる処理とを第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、前記回転テーブルを回転させ、前記被処理基板が前記吸着領域を通過する際に、前記チタン原料ガス供給機構から前記チタン原料ガスを供給して、前記被処理基板に前記チタン原料ガスを吸着させる処理を実行させ、前記被処理基板が前記窒化領域を通過する際に、吸着した前記チタン原料ガスを、前記窒化ガスのプラズマで窒化させる処理を実行させ、前記回転テーブルを第２の回数回転させることにより、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と前記窒化させる処理とを第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程と、を実施させ、前記シリコン窒化膜を成膜する工程と、前記窒化チタン膜を成膜する工程を所定回数繰り返すように制御する制御部と
を有することを特徴とするシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１５】
前記窒化領域の前後に設けられ、還元ガスのプラズマによる還元処理を行う２つの還元領域をさらに有し、
前記制御部は、前記窒化チタン膜を成膜する工程の際に、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料を還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料ガスを還元する処理とが順次行われるように制御することを特徴とする請求項１４に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記シリコン窒化膜を成膜する際に、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料を還元する処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記シリコン原料ガスを還元する処理とを順次行うように制御することを特徴とする請求項１５に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記第１の回数と、前記第２の回数とを調整することにより、チタンのドープ量を制御することを特徴とする請求項１６に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１８】
前記制御部は、膜全体に対するＴｉＮの量が、０．１〜２ｍｏｌ％の範囲になるように制御することを特徴とする請求項１７に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１９】
コンピュータ上で動作し、シリコン窒化膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１３のいずれか１項のシリコン窒化膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記シリコン窒化膜の成膜装置を制御させ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、シリコン窒化膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン窒化膜は、半導体集積回路装置において、ゲート絶縁膜などの絶縁材料としてばかりでなく、エッチングストッパ、サイドウォールスペーサ、ストレスライナーなどの材料としても幅広く使用されている。
【０００３】
このようなシリコン窒化膜の成膜処理には、化学蒸着法（ＣＶＤ法）が広く用いられていたが、近年、半導体デバイスの微細化・高集積化の進展にともない、絶縁性等の特性向上の観点から、従来のＣＶＤ法による成膜よりも低温で、良質な膜を成膜することができる原子層堆積法（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ法）が注目されている。
【０００４】
ＡＬＤ法によるシリコン窒化膜の成膜技術として、Ｓｉ原料ガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスと窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用い、これらを交互に供給し、ＮＨ３ガスを供給するときに高周波電力を印加してプラズマを生成し、窒化反応を促進する技術が提案されている（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１８５３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＡＬＤ法により良好な品質のシリコン窒化膜が得られるものの、シリコン窒化膜にはドライエッチング耐性に対する要求が高まっており、現状のＡＬＤによるシリコン窒化膜では十分なドライエッチング耐性を得難い。
【０００７】
したがって、本発明は、良好な膜質を有するとともに、十分なドライエッチング耐性を有するシリコン窒化膜を成膜することができるシリコン窒化膜の成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理基板上に、シリコン窒化膜を成膜するシリコン窒化膜の成膜方法であって、前記被処理基板に対して、シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化する処理とを、第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、前記被処理基板に対して、塩素を含有するチタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化させる処理とを、第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程とを所定回数繰り返し、所定量のチタンをドープしたシリコン窒化膜を成膜することを特徴とするシリコン窒化膜の成膜方法を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記第１の回数と、前記第２の回数とを調整することにより、チタンのドープ量を制御することができる。この場合に、膜全体に対するＴｉＮの量が、０．１〜２ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００１０】
前記窒化処理は、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いて行うことができる。また、前記窒化処理は、窒化ガスをマイクロ波プラズマにより励起して生成された窒化種によって行うことができる。前記窒化チタン膜を成膜する工程に用いる塩素を含有するチタン原料ガスとして、ＴｉＣｌ４ガスを用いることができる。
【００１１】
真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域とを設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と前記窒化領域とを順次通過するようにし、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料または前記チタン原料を窒化させる処理とを交互に行うようにすることができる。
【００１２】
前記窒化チタン膜を成膜する工程を実施する際に、前記窒化処理の前後に、吸着した前記チタン原料を還元ガスのプラズマにより還元する処理を行うことが好ましい。この場合に、真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域と、前記窒化領域の前後に還元ガスのプラズマによる還元処理を行う還元領域を設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と、前記還元領域の一方と、前記窒化領域と、前記還元領域の他方とを順次通過するようにし、前記窒化チタン膜を成膜する工程において、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料を還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料ガスを還元する処理とを順次行うようにすることができる。
【００１３】
前記シリコン窒化膜を成膜する工程を実施する際に、前記窒化処理の前後に、吸着した前記シリコン原料を還元ガスのプラズマにより還元する処理を行うようにしてもよい。この場合に、真空容器内に、前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化させる窒化領域と、前記窒化領域の前後に還元ガスのプラズマによる還元処理を行う還元領域を設け、前記真空容器内で回転テーブルに載置された複数の被処理基板を公転させて、前記被処理基板が、前記吸着領域と、前記還元領域の一方と、前記窒化領域と、前記還元領域の他方とを順次通過するようにし、前記窒化チタン膜を成膜する工程において、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料を還元する処理とを順次行い、前記シリコン窒化膜を成膜する工程において、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを還元する処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記シリコン原料を還元する処理とを順次行うようにすることができる。
【００１４】
前記還元処理は、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて行うことができる。また、前記還元処理は、還元ガスをマイクロ波プラズマにより励起して生成された還元種によって行うことができる。
【００１５】
本発明の第２の観点は、被処理基板上に、シリコン窒化膜を成膜するシリコン窒化膜の成膜装置であって、内部が真空に保持される真空容器と；前記真空容器内で、複数の被処理基板が載置された状態で公転される回転テーブルと；前記真空容器内に設けられ、シリコン原料ガス供給機構およびチタン原料ガス供給機構を有し、前記被処理基板に前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを吸着させる吸着領域と；前記真空容器内に設けられ、吸着した前記シリコン原料ガスまたは前記チタン原料ガスを窒化ガスのプラズマにより窒化する窒化領域と；前記複数の被処理基板を前記回転テーブルに載置した状態で、前記回転テーブルを回転させ、前記被処理基板が前記吸着領域を通過する際に、前記シリコン原料ガス供給機構から前記シリコン原料ガスを供給して、前記被処理基板に前記シリコン原料ガスを吸着させる処理を実行させ、前記被処理基板が前記窒化領域を通過する際に、吸着した前記シリコン原料ガスを、前記窒化ガスのプラズマで窒化させる処理を行い、前記回転テーブルを第１の回数回転させることにより、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と前記窒化させる処理とを第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、前記回転テーブルを回転させ、前記被処理基板が前記吸着領域を通過する際に、前記チタン原料ガス供給機構から前記チタン原料ガスを供給して、前記被処理基板に前記チタン原料ガスを吸着させる処理を実行させ、前記被処理基板が前記窒化領域を通過する際に、吸着した前記チタン原料ガスを、前記窒化ガスのプラズマで窒化させる処理を実行させ、前記回転テーブルを第２の回数回転させることにより、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と前記窒化させる処理とを第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程と、を実施させ、前記シリコン窒化膜を成膜する工程と、前記窒化チタン膜を成膜する工程を所定回数繰り返すように制御する制御部と；を有することを特徴とするシリコン窒化膜の成膜装置を提供する。
【００１６】
上記第２の観点において、前記窒化領域の前後に設けられ、還元ガスのプラズマによる還元処理を行う２つの還元領域をさらに有し、前記制御部は、前記窒化チタン膜を成膜する工程の際に、前記チタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料を還元する処理と、吸着した前記チタン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記チタン原料ガスを還元する処理とが順次行われるように制御することが好ましい。
【００１７】
この場合に、前記制御部は、前記シリコン窒化膜を成膜する際に、前記シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料を還元する処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを窒化させる処理と、窒化後の前記シリコン原料ガスを還元する処理とを順次行うように制御してもよい。また、前記制御部は、前記第１の回数と、前記第２の回数とを調整することにより、チタンのドープ量を制御することができる。前記制御部は、膜全体に対するＴｉＮの量が、０．１〜２ｍｏｌ％の範囲になるように制御することが好ましい。
【００１８】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、シリコン窒化膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のシリコン窒化膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記シリコン窒化膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、被処理基板に対して、シリコン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記シリコン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化する処理とを、第１の回数繰り返してシリコン窒化膜を成膜する工程と、被処理基板に対して、塩素を含有するチタン原料ガスを吸着させる処理と、吸着した前記チタン原料ガスを、窒化ガスのプラズマにより窒化させる処理とを、第２の回数繰り返して窒化チタン膜を成膜する工程とを所定回数繰り返し、所定量のチタンをドープしたシリコン窒化膜を成膜する。このため、膜質が良好でかつ十分なドライエッチング耐性を有するシリコン窒化膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す横断面図である。
【図２】図１の成膜装置のＡ−Ａ′線による縦断面図である。
【図３】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置を示す平面図である。
【図４】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の第１の領域を拡大して示す縦断面図である。
【図５】吸着領域に設けられている原料ガス導入ユニットを示す底面図である。
【図６】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の窒化領域を拡大して示す縦断面図である。
【図７】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の還元領域処理動作を説明するための縦断面図である。
【図８】本発明の成膜方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図９】ＳｉＮ膜中のＴｉＮ濃度と、ＴｉＮを含まないＳｉＮ膜のドライエッチングレートを１として規格化したドライエッチングレートとの関係を示す図である。
【図１０】ＳｉＮ膜にＴｉをドープしない場合（０ｍｏｌ％）、およびＴｉＮが１．９ｍｏｌ％、１０．２ｍｏｌ％になるようにＴｉをドープした場合のリーク電流特性を示す図である。
【図１１】本発明の成膜方法において、ＴｉＮ膜を成膜する際の好ましい形態のシーケンスおよびメカニズムを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
＜成膜装置＞
最初に、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法を実施することが可能なシリコン窒化膜の成膜装置の一例について説明する。
【００２３】
図１は本例に係る成膜装置の横断面図、図２は図１の成膜装置のＡ−Ａ′線による縦断面図、図３は本例に係る成膜装置の平面図、図４は本例に係る成膜装置の第１の領域を拡大して示す縦断面図、図５は第１の領域に設けられている原料ガス導入ユニットを示す底面図、図６は本例に係る成膜装置の第２の領域における一つの窒化領域を拡大して示す縦断面図である。
【００２４】
図１〜６に示すように、成膜装置は、成膜処理が行われる処理空間を画成する真空容器１１を有している。この真空容器１１内には複数のウエハ載置領域２１が形成された回転テーブル２が配置されている。真空容器１１内の回転テーブル２が通過する部分の上方側空間は、ウエハＷに、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）のようなＳｉ原料ガス、または、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）のような塩素（Ｃｌ）を含有するＴｉ原料ガスを吸着させる吸着領域Ｒ１と、ウエハＷに窒化処理を施す窒化領域Ｒ２と、窒化領域Ｒ２の両側に設けられた還元領域Ｒ３、Ｒ４を有している。
【００２５】
真空容器１１内の吸着領域Ｒ１の上部には、吸着領域Ｒ１にＳｉ原料ガスおよびＴｉ原料ガスを導入するための原料ガス導入ユニット３を有しており、原料ガス導入ユニット３には、Ｓｉ原料ガス供給源５２およびＴｉ原料ガス供給源５３が配管を介して接続されている。また、窒化領域Ｒ２には、窒化ガス供給源５５から配管を介して、例えばＮＨ３ガスのような窒化ガスが供給されるようになっている。また、還元領域Ｒ３およびＲ４には、還元ガス供給源５６から配管を介して例えばＨ２ガスのような還元ガスが供給されるようになっている。なお、図１では還元ガスを供給するための配管は還元領域Ｒ３のみ図示している。
【００２６】
窒化領域Ｒ２および還元領域Ｒ３、Ｒ４には、それぞれ、プラズマ生成部６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられている。ガス供給系およびプラズマ生成部については後で詳細に説明する。
【００２７】
図２に示すように、真空容器１１は、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより構成され、概ね円形の扁平な容器である。真空容器１１は、例えばアルミニウムなどの金属から構成され、真空容器１１の内面には、陽極酸化処理またはセラミックス溶射処理等の耐プラズマ処理が施される。
【００２８】
回転テーブル２の表面には、例えば真空容器１１と同様の耐プラズマ処理が施されている。回転テーブル２の中心部には鉛直下方へ伸びる回転軸１４が設けられ、回転軸１４の下端部には、回転テーブル２を回転させるための回転駆動機構１５が設けられている。
【００２９】
回転テーブル２の上面には、図１に示すように、６つのウエハ載置領域２１が周方向に均等に設けられている。各ウエハ載置領域２１は、ウエハＷよりもやや大きな直径を有する円形の凹部として構成されている。なお、ウエハ載置領域２１の数は６つに限るものではない。
【００３０】
図２に示すように、回転テーブル２の下方に位置する容器本体１３の底面には、前記回転テーブル２の周方向に沿って、円環状の環状溝部４５が形成されている。この環状溝部４５内には、ウエハ載置領域２１の配置領域に対応するようにヒーター４６が設けられている。ヒーター４６により、回転テーブル２上のウエハＷが所定の温度に加熱される。また、環状溝部４５の上面の開口は、円環状の板部材であるヒーターカバー４７によって塞がれている。
【００３１】
図１および図３に示すように、真空容器１１の側壁面には、ウエハＷを搬入出するための搬入出部１０１が設けられている。搬入出部１０１はゲートバルブにより開閉可能となっている。この搬入出部１０１を介して、外部の搬送機構に保持されたウエハＷが真空容器１１内に搬入される。
【００３２】
上述の構成を備えた回転テーブル２において、回転軸１４により回転テーブル２を回転させると、回転中心の周囲を各ウエハ載置領域２１が公転する。そのときウエハ載置領域２１は一点鎖線で示す円環状の公転領域ＲＡを通過する。
【００３３】
次に、吸着領域Ｒ１について説明する。
図２に示すように、吸着領域Ｒ１の原料ガス導入ユニット３は、回転テーブル２の上面と対向する天板１２の下面側に設けられる。また、図１に示すように、原料ガス導入ユニット３の平面形状は、ウエハ載置領域２１の公転面ＲＡを、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画して形成される扇形の形状となっている。
【００３４】
原料ガス導入ユニット３は、図４および図５に拡大して示すように、原料ガスが拡散する原料ガス拡散空間３３と、原料ガスの排気が行われる排気空間３２と、原料ガス導入ユニット３の下方側の領域と、原料ガス導入ユニット３の外方側の領域とを分離する分離ガスが拡散する分離ガス拡散空間３１とが、下方側からこの順に積層された構造となっている。
【００３５】
最下層の原料ガス拡散空間３３には原料ガス供給路１７が接続されており、原料ガス供給路１７は天板１２の上面に開口されていて、そこには原料ガス供給配管１８が接続されている。原料ガス供給配管１８はＳｉ原料配管５２１およびＴｉ原料配管５３１に分岐しており、Ｓｉ原料配管５２１には、Ｓｉ原料ガスを供給するＳｉ原料ガス供給源５２が接続されており、Ｔｉ原料配管５３１には、Ｃｌを含有するＴｉ原料ガスを供給するＴｉ原料供給源５３が接続されている。Ｓｉ原料配管５２１には開閉弁５２２およびマスフローコントローラー等の流量制御器５２３が接続されている。また、Ｔｉ原料配管５３１には開閉弁５３２およびマスフローコントローラー等の流量制御器５３３が接続されている。原料ガス導入ユニット３の下面には、原料ガス拡散空間３３から回転テーブル２側へ向けて原料ガスを供給するための多数の吐出孔３３１が形成されている。
【００３６】
Ｓｉ原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノクロロシラン（ＭＣＳ；ＳｉＨ３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＴＣＳ；ＳｉＨＣｌ３）、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ；ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ；Ｓｉ２Ｃｌ６）等を用いることができる。これらの中ではＤＣＳを好適に用いることができる。
【００３７】
また、Ｃｌを含有するＴｉ原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４ガスを好適に用いることができる。
【００３８】
吐出孔３３１は図５に破線で示した扇形の領域内に分散して設けられている。この扇形の領域の回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の長さは、ウエハ載置領域２１の直径よりも長くなっている。このため、原料ガス導入ユニット３の下方側をウエハ載置領域２１が通過すると、ウエハ載置領域２１内に載置されたウエハＷの全面に対して吐出孔３３１からＳｉ原料ガスまたはＴｉ原料ガスが供給される。
【００３９】
多数の吐出孔３３１が設けられた扇形の領域は、成膜原料ガスの吐出部３３０を構成する。吐出部３３０、原料ガス拡散空間３３、原料ガス供給路１７、Ｓｉ原料配管５２１、Ｔｉ原料配管５３１、開閉弁５２２，５３２、流量制御器５２３，５３３、Ｓｉ原料ガス供給源５２、Ｔｉ原料ガス供給源５３により、原料ガス供給部が構成される。
【００４０】
図４および図５に示すように、原料ガス拡散空間３３の上方側に形成された排気空間３２は、吐出部３３０の周囲を囲む閉路に沿って延在する排気口３２１に連通している。また排気空間３２は、排気路１９２を介して排気機構５１に接続され、原料ガス拡散空間３３から原料ガスユニット３の下方側に供給された原料ガスを排気機構５１側へと導く独立した流路が形成されている。排気口３２１、排気空間３２、排気路１９２、排気機構５１により排気部が構成される。
【００４１】
さらに、排気空間３２の上方側に形成された分離ガス拡散空間３１は、排気口３２１の周囲を囲む閉路に沿って延在する分離ガス供給口３１１に連通している。また分離ガス拡散空間３１には、分離ガス供給路１６が接続されており、分離ガス供給路１６は天板１２の上面に開口していて、そこには分離ガス供給配管５４１が接続されている。分離ガス供給配管５４１には分離ガスを供給する分離ガス供給源５４が接続されている。分離ガス供給配管５４１には開閉弁５４２およびマスフローコントローラー等の流量制御器５４３が接続されている。分離ガス供給源５４からは、分離ガス供給口３１１の内側と外側の雰囲気を分離するとともに、ウエハＷに過剰に吸着した原料ガスを除去するためのパージガスの役割も果たす分離ガスが供給される。分離ガスとしては不活性ガス、例えばＡｒガスが用いられる。分離ガス供給口３１１、分離ガス拡散空間３１、分離ガス供給路１６、分離ガス供給配管５４１、開閉弁５４２、流量制御部５４３、分離ガス供給源５４により分離ガス供給部が構成される。
【００４２】
原料ガス導入ユニット３において、吐出部３３０の各吐出孔３３１から供給された原料ガスは、回転テーブル２の上面を流れながら周囲に向けて広がり、やがて排気口３２１に到達して回転テーブル２の上面から排気される。したがって、真空容器１１内において、原料ガスが存在する領域は、第１の閉路に沿って設けられた排気口３２１の内側に限られる。原料ガス導入ユニット３はウエハ載置領域２１の公転面ＲＡの一部をウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画した形状となっているので、回転テーブル２を回転させると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷは吸着領域Ｒ１を通過し、その全面に原料ガスが吸着される。
【００４３】
一方で排気口３２１の周囲には、第２の閉路に沿って分離ガス供給口３１１が設けられ、この分離ガス供給口３１１から回転テーブル２の上面側へ向けて分離ガスの供給が行われる。したがって、吸着領域Ｒ１の内外は、排気口３２１による排気、および分離ガス供給口３１１から供給される分離ガスによって２重に分離され、吸着領域Ｒ１の外側への原料ガスの漏出、および吸着領域Ｒ１の外側からのガス成分の進入が効果的に抑制される。
【００４４】
吸着領域Ｒ１の範囲は、ウエハＷの全面に原料ガスを吸着させるのに十分な接触時間を確保でき、かつ、吸着領域Ｒ１の外側に設けられ、窒化処理が行われる窒化領域Ｒ２および還元処理が行われる還元領域Ｒ３、Ｒ４と干渉しない範囲であればよい。
【００４５】
次に、窒化領域Ｒ２および還元領域Ｒ３、Ｒ４について説明する。
上述したように、窒化領域Ｒ２およびその両側に設けられたＲ３、Ｒ４には、それぞれにはプラズマ生成部６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられている。また、窒化領域Ｒ２には、窒化ガス供給源５５から配管を介してその外側および内側から窒化ガスガスが供給されるようになっており、還元領域Ｒ３、Ｒ４には、還元ガス供給源５６から配管を介してその外側および内側から還元ガスが供給されるようになっている。窒化ガスとしてはＮＨ３ガス、Ｎ２ガス等を用いることができる。これらの中ではＮＨ３ガスを好適に用いることができる。また、還元ガスとしては、Ｈ２ガススを好適に用いることができる。
【００４６】
図６に示すように、窒化領域Ｒ２のプラズマ生成部６Ａは、真空容器１１内へ向けてマイクロ波を放射するアンテナ部６０と、アンテナ部６０に向けてマクロ波を供給する同軸導波管６５、およびマイクロ波発生器６９を備えており、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置として構成される。アンテナ部６０は、回転テーブル２の上面と対向する天板１２に設けられた概略三角形の形状の開口を塞ぐように設けられている。
【００４７】
マイクロ波発生器６９は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器６９には導波管６７が接続されており、導波管６７には、インピーダンス整合を行うチューナー６８が設けられている。導波管６７は、モード変換器６６に接続され、モード変換器６６には下方に延びる同軸導波管６５が接続されている。また、同軸導波管６５の下端にはアンテナ部６０が接続されている。そして、マイクロ波発生器６９で発生されたマイクロ波は、導波管６７、モード変換器６６、同軸導波管６５を経てアンテナ部６０に伝播される。モード変換器６６は、マイクロ波のモードを同軸導波管６５に導波可能なモードに変換するものである。同軸導波管６５は、内側導体６５１と、内側導体１５１と同軸的に設けられた外側導体６５２とを有する。
【００４８】
アンテナ部６０は、誘電体窓６１、平面スロットアンテナ６２、遅波材６３、および、冷却ジャケット６４を有するＲＬＳＡ（登録商標）アンテナとして構成されている。
【００４９】
平面スロットアンテナ６２は、概略三角形の金属板として構成され、多数のスロット６２１が形成されている。スロット６２１は、マイクロ波が効率良く放射されるように適宜設定される。例えば、スロット６２１は、上述の三角形の形状の中心から周縁へ向けた径方向、および周方向に所定の間隔で配置され、隣り合うスロット６２１、６２１同士が互いに交差または直交するように形成されている。
【００５０】
誘電体窓６１は、同軸導波管６５から伝送され、平面スロットアンテナ６２のスロット６２１から放射されたマイクロ波を透過し、回転テーブル２の上方の空間に均一に表面波プラズマを生成する機能を有しており、例えばアルミナ等のセラミックスで構成され、天板１２側の開口を塞ぐことが可能な概略三角形の平面形状を有する。誘電体窓６１の下面には、マイクロ波のエネルギーを集中させることにより、プラズマを安定して発生させるための、テーパー面を備えた環状の凹部６１１を有している。なお、誘電体窓６１の下面は平面状であってもよい。
【００５１】
遅波材６３は、スロット板６２上に設けられており、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えばアルミナ等のセラミックスで構成される。遅波材６３は、マイクロ波の波長を短くするためのものであり、誘電体窓６１やスロット板６２に対応した概略三角形の平面形状を有する。遅波材６３上には冷却ジャケット６４が設けられている。冷却ジャケット６４の内部には冷媒流路６４１が形成され、当該冷媒流路６４１に冷媒を通流させることによりアンテナ部６０を冷却することができる。
【００５２】
そして、マイクロ波発生器６９にて発生されたマイクロ波が、導波路６７、モード変換器６６、同軸導波管６５、および遅波材６３経て平面スロットアンテナ６２のスロット６２１を経て、誘電体窓６１を透過してその下方のウエハＷ通過領域直上の空間Ｓに供給される。
【００５３】
天板１２の誘電体窓６１を支持している部分の周縁部には、プラズマが生成される空間Ｓに窒化処理のためのガスを吐出する周縁側ガス吐出孔７０３が形成されている。周縁側ガス吐出孔７０３は、互いに間隔をおいて複数個所、例えば２箇所配置されている。周縁側ガス吐出孔７０３は周縁側ガス供給路１８４に連通しており、周縁側ガス供給路１８４は天板１２の上面に開口している。周縁側ガス供給路１８４には、配管５５１が接続されており、配管５５１には、窒化ガス供給源５５が接続されている。配管５５１には、開閉バルブ５５２および流量調節部５５３が設けられている。
【００５４】
一方、天板１２の誘電体窓６１を支持している部分の中央部には、プラズマが生成される空間Ｓに窒化処理のためのガスを吐出する中央側ガス吐出孔７０４が形成されている。中央側ガス吐出孔７０４は中央側ガス供給路１８５に連通しており、中央側ガス供給路１８５は天板１２の上面に開口している。中央側ガス供給路１８５には、配管５５４が接続されており、配管５５４には、窒化ガス供給源５５が接続されている。配管５５４には、開閉バルブ５５５および流量調節部５５６が設けられている。
【００５５】
これにより、マイクロ波が供給されたウエハＷ通過領域直上の空間Ｓに窒化ガスが供給され、ウエハＷの通過領域の直上の領域に窒化ガスの活性種、例えばＮＨ３ラジカル（ＮＨ３＊）が生成される。
【００５６】
なお、別途のガス供給ラインを設けて、誘電体窓６１の直下位置にプラズマ生成用ガスとしてＡｒガス等の希ガスを供給するようにしてもよい。
【００５７】
還元領域Ｒ３およびＲ４のプラズマ生成部６Ｂおよび６Ｃは、図７に示すように、窒化ガス供給源５５の代わりに、還元ガス、例えばＨ２ガスを供給する還元ガス供給源５６を有している他は、図６の窒化領域Ｒ２のプラズマ生成部６Ａと同様に構成されている。還元領域Ｒ３およびＲ４における還元ガス供給源５６からの還元ガスの供給も、窒化領域Ｒ２の窒化ガスの供給と同様に行われる。そして、還元領域Ｒ３およびＲ４では、マイクロ波が供給されたウエハＷ通過領域直上の空間Ｓに還元ガスが供給され、ウエハＷの通過領域の直上の領域に還元ガスの活性種、例えばＨ２ラジカル（Ｈ２＊）が生成される。
【００５８】
なお、窒化領域Ｒ２、および還元領域Ｒ３、Ｒ４の処理空間は、図１に示すように、真空容器１１の容器本体１３の底部の外縁部に均等に設けられた４つの排気口１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃ、１９０Ｄを介して排気機構５７により排気される。
【００５９】
図１に示すように、成膜装置は制御部８を有している。制御部８は成膜装置の各構成部、例えば、回転テーブル２を回転させる回転駆動機構１５や、原料ガス供給部、分離ガス供給部、窒化処理ガス供給部、プラズマ生成部６Ａ〜６Ｃ等を制御するようになっている。制御部８は、ＣＰＵ（コンピュータ）を有し、上記制御を行う主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。
【００６０】
＜シリコン窒化膜の成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置を用いたシリコン窒化膜の成膜方法の一実施形態について、図８のフロー図を参照して説明する。
【００６１】
従来、ＡＬＤによるシリコン窒化膜の成膜は、Ｓｉ原料ガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスと窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用い、これらをウエハ上に交互に供給し、ＮＨ３ガスを供給するときに高周波電力を印加してプラズマを生成し、窒化反応を促進するプラズマＡＬＤにより行っており、これにより膜質が良好で絶縁性の高いシリコン窒化膜が得られていたが、シリコン窒化膜にはドライエッチング耐性に対する要求が高まっており、現状のＡＬＤによるシリコン窒化膜では十分なドライエッチング耐性を得難い。
【００６２】
そこで、本実施形態では、上記成膜装置を用いて、ＡＬＤによるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）と、ＡＬＤによる窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を所定の割合で積層し、微量のチタンがドープされたシリコン窒化膜を成膜する。
【００６３】
窒化チタンは窒化シリコンよりもエッチング耐性が高いため、このように微量のチタンをドープすることにより、膜質を高く維持したまま、エッチング耐性を著しく高めることができる。
【００６４】
上記成膜装置を用いてこのようなシリコン窒化膜を成膜する際には、図８に示すように、最初に、搬入出部１０１のゲートバルブを開き、外部の搬送機構によって真空容器１１内に複数のウエハＷを搬入し、回転テーブル２のウエハ載置領域２１に複数のウエハＷを載置する（ステップ１）。
【００６５】
ウエハＷの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、全てのウエハ載置領域２１にウエハＷを載置する。ウエハＷの載置が終了したら、搬送機構を退出させ、搬入出部１０１のゲートバルブを閉じる。このとき真空容器１１内は排気機構５１、５７によって予め所定の圧力に真空排気されている。また分離ガス供給口３１１から分離ガスとして例えばＡｒガスが供給されている。
【００６６】
次いで、温度センサ（図示せず）の検出値に基づいてヒーター４６により回転テーブル２上のウエハＷを所定の設定温度まで上昇させ、真空容器１１内の吸着領域Ｒ１へのＳｉ原料ガスの供給、窒化領域Ｒ２への窒化処理のためのＮＨ３ガスの供給、およびマイクロ波生成部６Ａ〜６Ｃからのマイクロ波の供給を開始し、回転テーブル２を所定速度で時計回りに回転させ、ウエハＷ上において、Ｓｉ原料ガスの吸着と、プラズマによる窒化処理とを交互に第１の回数繰り返し、ＡＬＤにより所定厚のＳｉＮ膜を形成する（ステップ２）。
【００６７】
次いで、回転テーブル２を所定速度で時計回りに回転させたまま、吸着領域Ｒ１への供給ガスをＣｌを含有するＴｉ原料ガスに切り替えて、ウエハＷ上において、Ｔｉ原料ガスの吸着と、プラズマによる窒化処理とを交互に第２の回数繰り返し、ＡＬＤにより所定厚のＴｉＮ膜を形成する（ステップ３）。
【００６８】
そして、ステップ２とステップ３とを所定回数繰り返すことにより、所定の膜厚の、Ｔｉがドープされたシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００６９】
この際に、ステップ２の繰り返し回数である第１の回数と、ステップ３の繰り返し回数である第２の回数とを調整することにより、Ｔｉのドープ量を制御することができる。
【００７０】
この際のＴｉのドープ量は、エッチング耐性を有効に高めることができ、かつ膜質を高く維持できる範囲であることが好ましい。Ｔｉドープ量が増加するほどエッチング耐性を高めることができるが、Ｔｉドープ量が多くなりすぎると膜質を維持できなくなるため、この点を考慮すると、膜全体に対してＴｉＮが０．１〜２ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００７１】
このことを示す実験結果について説明する。図９は、ＳｉＮ膜中のＴｉＮ濃度と、ＴｉＮを含まないＳｉＮ膜のドライエッチングレートを１として規格化したドライエッチングレートとの関係を示す図である。エッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２を用いた。この図に示すように、ＴｉＮを０．１ｍｏｌ％程度の少量添加するだけでエッチングレートが急激に低下する、すなわちドライエッチング耐性が高くなることがわかる。
【００７２】
図１０は、ＳｉＮ膜にＴｉをドープしない場合（０ｍｏｌ％）、およびＴｉＮが１．９ｍｏｌ％、１０．２ｍｏｌ％になるようにＴｉをドープした場合のリーク電流特性を示す図である。この図に示すように、ＴｉＮドープ量が１．９ｍｏｌ％ではリーク電流特性が許容範囲（電界が−２ＭＶ／ｃｍでリーク電流密度が１μＡ／ｃｍ２以下）であるが、ＴｉＮドープ量が１０．２ｍｏｌ％ではリーク電流特性が悪化することがわかる。すなわち、ＳｉＮ膜のリーク電流特性は、Ｔｉドープ量（ＴｉＮ添加量）が増加するほど悪化し、ＴｉＮが２ｍｏｌ％以下が好ましいことがわかる。
【００７３】
Ｔｉのドープ量は、ステップ２の際の回転テーブル２の回転回数、つまりＳｉＮ膜の膜厚と、ステップ３の際の回転テーブルの回転回数、つまりＴｉＮ膜の膜厚の比で決まる。例えば、回転テーブル２の１回転あたりのＳｉＮ膜の膜厚とＴｉＮ膜の膜厚が同じであると仮定すると、ＴｉＮを５ｍｏｌ％にしたい場合には、ステップ２の際の回転テーブル２の回転回数が１９回、ステップ３の際の回転テーブル２の回転回数が１回となるような割合とし、これを所定の厚さになるまで繰り返す。また、ＴｉＮを２ｍｏｌ％にしたい場合には、ステップ２の際の回転テーブル２の回転回数が４９回、ステップ３の際の回転テーブル２の回転回数が１回となるような割合とし、これを所定の厚さになるまで繰り返す。
【００７４】
このように、窒化処理の際にマイクロ波プラズマを用いることにより、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができ、かつラジカル主体の処理を行うことができる。このため、より膜質のよいシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００７５】
成膜の際の好ましい条件は以下のとおりである。
成膜温度：４００〜６００℃
圧力：６６．６〜１３３０Ｐａ
Ｓｉ原料ガス（ＤＣＳガス）流量：６００〜１２００ｓｃｃｍ
Ｔｉ原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス）流量：１００〜２００ｓｃｃｍ
窒化ガス（ＮＨ３ガス）流量：８０〜４０００ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー：１０００〜２５００Ｗ
【００７６】
ところで、ＴｉＮ膜を成膜する際のＴｉ原料ガスとしては、塩素を含有するもの、例えばＴｉＣｌ４ガスを用いるが、ＴｉＣｌ４ガスを吸着させた後、ＮＨ３ガス等の窒化ガスをマイクロ波プラズマで励起して窒化させる場合、成膜されたＴｉＮ膜中にはＣｌが残留しやすい。
【００７７】
そこで、本実施形態では、窒化領域Ｒ２の両側に還元領域Ｒ３およびＲ４を設け、ＴｉＮ膜を成膜する際に、還元領域Ｒ３およびＲ４を通過するウエハＷに還元ガス、例えばＨ２ガスを供給しつつマイクロ波プラズマにより励起させ、還元ガスの活性種、例えばＨ２＊（Ｈ＊）により吸着したＴｉ原料の還元処理を行う。これにより、膜中の残留塩素を有効に還元することができ、残留塩素を減少させることができる。
【００７８】
このときのシーケンスおよびメカニズムを、図１１を参照して詳細に説明する。ここでは、ＳｉＮ膜成膜後の窒化表面に、Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＨ２ガス、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜する場合について説明する。
【００７９】
最初に、吸着領域Ｒ１において、窒化されたウエハＷ表面にＴｉＣｌ４ガスを吸着させる（吸着ステップ）。
【００８０】
次に、還元領域Ｒ３において、マイクロ波プラズマによりＨ２ガスを励起させて生成されたＨ＊により、１回目の還元処理を行う（還元１ステップ）。このとき、ＴｉＣｌ４のＣｌを完全にＨに置換すると、次の窒化処理の際にＮＨ３による窒化反応が生じないので、−Ｃｌ基を残した状態で還元を停止する。このとき、還元の対象は吸着してすぐの状態のＴｉＣｌ４であり、まだ不安定な状態であるから、還元しやすい。
【００８１】
次に、窒化領域Ｒ２において、マイクロ波プラズマによりＮＨ３ガスを励起させて生成されたＮＨ３＊により、窒化処理を行う（窒化ステップ）。このとき、ＮＨ３＊はＴｉに結合した−Ｃｌ基と反応してＴｉを窒化させるが、−Ｃｌ基の一部は残存する。
【００８２】
次に、還元領域Ｒ４において、マイクロ波プラズマによりＨ２ガスを励起させて生成されたＨ＊により、２回目の還元を行う（還元２ステップ）。これにより、窒化処理後に残存しているＣｌをほぼ完全に還元する。
【００８３】
このように、ステップ３のＴｉＮ膜成膜時に、プラズマによる窒化処理の前後にＨ２プラズマにより還元処理を行うことにより、膜中に残存しやすいＣｌを除去することができるので、Ｃｌ含有量が極めて少ない良質なＴｉＮ膜を成膜することができる。このため、Ｔｉをドープしたシリコン窒化膜の膜質を向上させることができる。また、プラズマによる還元処理であるから、Ｃｌを還元除去する効果が高い。
【００８４】
この場合の還元処理の好ましい条件は、還元１ステップおよび還元２ステップとも以下のとおりである。
Ｈ２ガス流量：１００〜４０００ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー：１０００〜２５００Ｗ
【００８５】
以上のような窒化処理の前後に行う還元処理は、ステップ３のＴｉＮ膜成膜の際に行うことが有効であるが、ステップ２のＳｉＮ膜成膜の際に行ってもよい。特に、ＤＣＳ等の塩素を含有するＳｉ原料ガスを用いた場合にも、ＴｉＣｌ４ほどではないが、膜中にＣｌが取り込まれる可能性があるため、窒化処理の前後で還元処理を行うことが好ましい。
【００８６】
Ｓｉ原料ガスとしてＤＣＳガス、還元ガスとしてＨ２ガス、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する場合の具体的なシーケンスは、以下のようなものとなる。
【００８７】
すなわち、最初に吸着領域Ｒ１において、窒化されたウエハＷ表面にＤＣＳガスを吸着させる。次に、領域Ｒ３において、マイクロ波プラズマによりＨ２ガスを励起させて生成されたＨ２＊により、１回目の還元を行う。次に、領域Ｒ２において、マイクロ波プラズマによりＮＨ３ガスを励起させて生成されたＮＨ３＊により、窒化処理を行う。次に、還元領域Ｒ４において、マイクロ波プラズマによりＨ２ガスを励起させて生成されたＨ２＊により、２回目の還元を行う。
【００８８】
このようにステップ２のＳｉＮ膜成膜時にも、プラズマによる窒化処理の前後にＨ２プラズマにより還元処理を行うことにより、ＳｉＮ膜を成膜する際にも膜中のＣｌを引き抜くことができるので、ＳｉＮ膜中のＣｌ含有量も少なくすることができ、Ｔｉをドープしたシリコン窒化膜の膜質を一層向上させることができる。
【００８９】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、その思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００９０】
例えば、上記実施形態では、複数のウエハを載せた回転テーブルを回転させることにより、原料ガスの吸着と、窒化処理とを交互に行う回転式の成膜装置によりＴｉをドープしたシリコン窒化膜を成膜する場合について示し、好ましくは、膜中のＣｌを抜くために、窒化領域の前後に還元領域を有する成膜装置を用いる場合について示したが、原料ガスの供給、パージ、窒化処理、パージを繰り返すか、あるいは原料ガスの供給、パージ、還元処理、窒化処理、還元処理、パージを繰り返す枚葉式の成膜装置を用いることもできる。
【００９１】
また、上記実施形態では、窒化処理および還元処理の際のプラズマとしてマイクロ波プラズマを用いた例を示したが、これに限るものではなく、誘導結合プラズマ等の他のプラズマを用いることもできる。
【符号の説明】
【００９２】
２；回転テーブル
３；原料ガス導入ユニット
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ；プラズマ生成部
１１；真空容器
５２；Ｓｉ原料ガス供給源
５３；Ｔｉ原料ガス供給源
５４；分離ガス供給源
５５；窒化ガス供給源
５６；還元ガス供給源
Ｒ１；吸着領域
Ｒ２；窒化領域
Ｒ３，Ｒ４；還元領域
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
2018026524.tif 000003
【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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