(57)【要約】【課題】複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、ローディング効果による膜厚変動を抑制する。【解決手段】複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、各サイクルにおいて、成膜原料を吸着させるステップと、窒化させるステップとの間に、処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、成膜原料を吸着させるステップにおいて、窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、水素ラジカルパージにおいて、水素ラジカルにより除去する。【選択図】図５
2018011009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に複数の被処理基板を配置し、これら複数の被処理基板に対して、
前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜方法であって、
各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、
前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去することを特徴とする窒化膜の成膜方法。
【請求項２】
前記窒化させるステップは、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、その活性種により窒化を行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化膜の成膜方法。
【請求項３】
前記水素ラジカルは、水素ガスをプラズマ化することにより生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記水素ラジカルパージを行うステップは、前記吸着させるステップと、その後の前記処理容器内を不活性ガスでパージするステップとの間に実施されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の窒化膜の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜原料ガスは塩素含有シリコン化合物であり、前記窒化膜はシリコン窒化膜であ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項に記載の窒化膜の形成方法。
【請求項６】
前記塩素含有シリコン化合物は、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリクロロシラン、シリコンテトラクロライド、およびヘキサクロロジシランからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載の窒化膜の形成方法。
【請求項７】
前記窒化ガスは、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の窒化膜の成膜方法。
【請求項８】
複数の被処理基板に対して一括して所定の膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜装置であって、
前記窒化膜が成膜される複数の被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に、不活性ガス、成膜原料ガス、窒化ガス、水素ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に収容された複数の被処理基板を加熱する加熱装置と、
プラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を排気する排気装置と、
前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜するとともに、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で前記プラズマ生成機構により水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去するように制御する制御部と
を有することを特徴とする窒化膜の成膜装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成機構は、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、前記制御部は、前記窒化ステップにおいて、その活性種により窒化を行うように制御することを特徴とする請求項８に記載の窒化膜の成膜装置。
【請求項１０】
前記成膜原料ガスは塩素含有シリコン化合物であり、前記窒化膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の窒化膜の形成装置。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、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７のいずれか１項の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、窒化膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造シーケンスにおいては、シリコンウエハに代表される半導体ウエハ（基板）に対して絶縁膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の窒化膜を成膜する成膜処理が存在する。このようなＳｉＮ膜の成膜処理には、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ法）が用いられている。特許文献１には、複数の半導体ウエハに対して一括処理するバッチ式の縦型の成膜装置において、Ｓｉ原料ガスとしてのジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスと、窒化ガスであるＮＨ３ガスとをパージを挟んで交互に繰り返すことによりＳｉＮ膜を形成することが記載されている。
【０００３】
ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する場合には、所定の成膜条件の下で、例えば、原料ガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスと、窒化ガスであるＮＨ３ガスとを用い、最初に基板である半導体ウエハに対してＤＣＳガスを供給し、単原子層のＳｉを化学吸着させ、次いでＮＨ３ガスのプラズマを供給して吸着したＳｉを窒化し、１分子層厚のＳｉＮ単位膜を形成する。そして、このプロセスを所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚で、良好な膜質のＳｉＮ膜を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８１８５３号公報
【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、近時、半導体素子が益々微細化しており、それにともなって膜厚管理値が益々厳しくなっている。そのため、バッチ式の成膜装置においては、ローディング効果による膜厚の変動が無視し得なくなってきている。
【０００６】
すなわち、バッチ式の成膜装置においては、表面積が異なるウエハを処理する場合には、ローディング効果による成膜量の差を加味してプロセスの条件出しを行う必要がある。また、実際の製品ウエハはそれ自体の表面積が大きいため、成膜装置へのウエハの投入枚数が変わると、ローディング効果による膜厚の変動が生じるため、さらに多くのプロセス条件が必要となってしまう。
【０００７】
したがって、本発明は、複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、ローディング効果による膜厚変動を抑制することができる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、処理容器内に複数の被処理基板を配置し、これら複数の被処理基板に対して、前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜方法であって、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去することを特徴とする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、前記窒化させるステップは、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、その活性種により窒化を行うことが好ましい。
【００１０】
前記水素ラジカルは、水素ガスをプラズマ化することにより生成することができる。前記水素ラジカルパージを行うステップは、前記吸着させるステップと、その後の前記処理容器内を不活性ガスでパージするステップとの間に実施することができる。
【００１１】
本発明は、前記成膜原料として塩素含有シリコン化合物を用い、前記窒化膜としてシリコン窒化膜を形成する場合に好適である。この場合に、前記塩素含有シリコン化合物は、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリクロロシラン、シリコンテトラクロライド、およびヘキサクロロジシランからなる群から選択された少なくとも一種を用いることができる。
【００１２】
また、いずれの場合にも、前記窒化ガスとしては、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスからなる群から選択された少なくとも一種を用いることができる。
【００１３】
本発明の第２の観点は、複数の被処理基板に対して一括して所定の膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜装置であって、前記窒化膜が成膜される複数の被処理基板を収容する処理容器と；前記処理容器内に、不活性ガス、成膜原料ガス、窒化ガス、水素ガスを供給するガス供給機構と；前記処理容器内に収容された複数の被処理基板を加熱する加熱装置と；プラズマを生成するプラズマ生成機構と；前記処理容器内を排気する排気装置と；前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜するとともに、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で前記プラズマ生成機構により水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去するように制御する制御部と；を有することを特徴とする窒化膜の成膜装置を提供する。
【００１４】
上記第２の観点において、前記プラズマ生成機構は、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、前記制御部は、前記窒化ステップにおいて、その活性種により窒化を行うように制御するようにすることができる。
【００１５】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、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】
【００１６】
本発明によれば、複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、各サイクルにおいて、成膜原料を吸着させるステップと、窒化させるステップとの間に、処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、成膜原料を吸着させるステップにおいて、窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、水素ラジカルパージにおいて、水素ラジカルにより除去する。このため、ローディング効果による膜厚変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す成膜装置の水平断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法のシーケンスを示す図である。
【図４】従来の窒化膜の成膜方法のシーケンスを示す図である。
【図５】本発明のメカニズムの概要を説明するための図である。
【図６】実験例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
本実施形態においては、窒化膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１９】
＜成膜装置の一例＞
図１は本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す縦断面図、図２は図１に示す成膜装置の水平断面図である。
【００２０】
本例の成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の上端部近傍には、石英製の天井板２が設けられてその下側の領域が封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００２１】
マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理基板として複数枚、例えば５０〜１００枚の半導体ウエハ（シリコンウエハ）Ｗを多段に載置した石英製のウエハボート５が処理容器１内に挿入されるようになっている。このウエハボート５は３本のロッド６を有し（図２参照）、ロッド６に形成された溝（図示せず）により複数枚のウエハＷが支持される。
【００２２】
このウエハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する金属（ステンレス）製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。
【００２３】
そして、この回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、処理容器１内のシール性を保持するためのシール部材１２が介設されている。
【００２４】
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋部９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
また、成膜装置１００は、処理容器１内へＣｌ含有Ｓｉ化合物ガス、例えばＤＣＳガスを供給するＣｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構１４と、処理容器１内へ窒化ガス、例えばＮＨ３ガスを供給する窒化ガス供給機構１５と、処理容器１内へ水素ガス（Ｈ２ガス）を供給するＨ２ガス供給機構１６と、処理容器１内へパージガス等として不活性ガス、例えばＮ２ガスやＡｒガスを供給する不活性ガス供給機構１７とを有している。
【００２６】
Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構１４は、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８と、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８からＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを導くガス配管１９と、このガス配管１９に接続されて処理容器１内にＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを導くガス分散ノズル２０とを有している。Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしては、ＤＣＳガスの他、モノクロロシラン（ＭＣＳ；ＳｉＨ３Ｃｌ）、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）等を挙げることができる。
【００２７】
窒化ガス供給機構１５は、窒化ガス供給源２１と、窒化ガス供給源１２１から窒化ガスを導くガス配管２２と、処理容器１内に窒化ガスを導くガス分散ノズル２３とを有している。窒化ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、Ｎ２ガス等を挙げることができる。
【００２８】
Ｈ２ガス供給機構１６は、Ｈ２ガス供給源２４と、Ｈ２ガス供給源２４からＨ２ガスを導くガス配管２５と、処理容器１内にＨ２ガスを導くガス分散ノズル２６とを有している。
【００２９】
ガス分散ノズル２０、２３、および２６は、石英からなり、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。これらガス分散ノズル２０、２３、および２６の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数のガス吐出孔２０ａ、２３ａ、および２６ａ（２６ａについては図２にのみ図示）が所定の間隔で形成されている。各ガス吐出孔２０ａ，２３ａ、および２６ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一にガスを吐出することができる。ガス分散ノズル２０は２本、ガス分散ノズル２３および２６はそれぞれ１本設けられている。
【００３０】
不活性ガス供給機構１７は、不活性ガス供給源２７と、不活性ガス供給源２７から不活性ガスを導くガス配管２８と、このガス配管２８に接続され、マニホールド３の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなるガスノズル２９とを有している。
【００３１】
ガス配管１９、２２、２５、２８には、それぞれ開閉弁１９ａ、２２ａ、２５ａ、２８ａ、および流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂ、２８ｂが設けられている。
【００３２】
処理容器１の側壁の一部には、プラズマ生成機構３０が形成されている。プラズマ生成機構３０は、ＮＨ３ガス等の窒化ガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成し、さらにＨ２ガスもプラズマ化して水素ラジカルを生成するためのものである。
【００３３】
プラズマ生成機構３０は、処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２を備えている。プラズマ区画壁３２は、例えば、石英により形成される。プラズマ区画壁３２は断面凹状をなし、処理容器１の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、ウエハボート５に支持されている全ての半導体ウエハＷを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁３２により規定される内側空間、すなわち、プラズマ生成空間の内部には、上述した、ＮＨ３ガス等の窒化ガスを吐出するための分散ノズル２３、およびＨ２ガスを吐出するための分散ノズル２６が配置されている。なお、ＤＣＳガス等のＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを吐出するための２本のガス分散ノズル２０は、処理容器１の内側壁の開口３１を挟む位置に設けられている。
【００３４】
また、プラズマ生成機構３０は、プラズマ区画壁３２の両側壁の外面に、上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、一対のプラズマ電極３３のそれぞれに給電ライン３４を介して接続され、一対のプラズマ電極３３に高周波電力を供給する高周波電源３５とをさらに有している。高周波電源３５は、一対のプラズマ電極３３に対し、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。これにより、プラズマ区画壁３２により規定されたプラズマ生成空間内に、高周波電界が印加される。分散ノズル２３から吐出された窒化ガス、および分散ノズル２６から吐出されたＨ２ガスは、高周波電界が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成された窒化のための活性種および水素ラジカルが開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。
【００３５】
プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして絶縁保護カバー３６が取り付けられている。絶縁保護カバー３６の内側部分には、冷媒通路（図示せず）が設けられており、そこに冷却された窒素ガス等の冷媒を流すことによりプラズマ電極３３が冷却される。
【００３６】
開口３１に対向する処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７はウエハボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材３８が取り付けられている。この排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材３８の下部には、排気口３７を介して処理容器１を排気するための排気管３９が接続されている。排気管３９には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４０および真空ポンプ等を含む排気装置４１が接続されており、排気装置４１により排気管３９を介して処理容器１内が排気される。また、この処理容器１の外周を囲むようにしてこの処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱機構４２が設けられている。
【００３７】
成膜装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、成膜装置１００の各構成部の制御、例えばバルブ１９ａ、２２ａ、２５ａ、２８ａの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂ、２８ｂによるガス流量の制御、排気装置４１による排気制御、高周波電源３５による高周波電力のオン・オフ制御、および加熱機構４２によるウエハＷの温度の制御等を行う。制御部５０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１００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。
【００３８】
＜成膜方法＞
次に、このような成膜装置１００により実施される本発明の一実施形態による成膜方法について説明する。
【００３９】
ここでは、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガス、窒化ガスとしてＮＨ３ガス、パージガスとしてＮ２ガスを用いた例について示す。
【００４０】
まず、処理容器１内の温度を４００〜６００℃にし、５０〜１００枚のウエハＷが搭載されたウエハボート５を処理容器１内に搬入し、排気装置４１により処理容器１内を排気しつつ、処理容器１内を１３〜６６５Ｐａに調圧する。
【００４１】
この状態で、図３のシーケンス図に示すように、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ１）、ＤＣＳガス供給（Ｓｉ吸着）工程（ステップＳ２）、水素ラジカルパージ工程（ステップＳ３）、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ４）、ＮＨ３ガス供給（窒化）工程（ステップＳ５）を所定回数繰り返し、所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００４２】
ステップＳ１およびステップＳ４のパージ工程では、排気装置４１により処理容器１内を排気しつつ、不活性ガス供給源２７から処理容器１内に不活性ガスとしてＮ２ガスを供給することにより行われる。これにより、処理容器１内の雰囲気をＮ２ガスに置換する。このときの条件は、Ｎ２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：３〜１０ｓｅｃが好ましい。
【００４３】
ステップＳ２のＤＣＳガス供給工程では、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８から処理容器１内にＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガスを供給して、ウエハＷの表面にＳｉを吸着させる。このときの条件は、ＤＣＳガス流量：５００〜３０００ｓｃｃｍ、時間：１〜１０ｓｅｃが好ましい。
【００４４】
ステップＳ３の水素ラジカルパージ工程では、処理容器１内を排気しつつ、Ｈ２ガス供給源２４から処理容器１内にＨ２ガスを供給し、プラズマ生成機構３０によりＨ２ガスをプラズマ化して水素ラジカルを生成し、ステップＳ２により吸着されたＳｉに水素ラジカルを作用させる。このときの条件は、高周波パワー：５０〜３００Ｗ、Ｈ２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：３〜６０ｓｅｃが好ましい。
【００４５】
ステップＳ５のＮＨ３ガス供給工程では、窒化ガス供給源２１から処理容器１内に窒化ガスとしてＮＨ３ガスを供給するとともに、プラズマ生成機構３０によりＮＨ３ガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成し、ステップＳ２により吸着されたＳｉを窒化する。このときの条件は、ＮＨ３ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：５〜１２０ｓｅｃが好ましい。
【００４６】
なお、ステップＳ３の水素ラジカルパージ工程と、ステップ４のパージ工程の順序は入れ替えてもよい。
【００４７】
本実施形態に至った経緯は以下のとおりである。
従来のＡＬＤ法によるＳｉＮ膜の成膜においては、図４のように、水素ラジカル処理（ステップＳ３）は行わず、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ１）、ＤＣＳガス供給工程（ステップＳ２）、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ４）、ＮＨ３ガス供給（窒化）工程（ステップＳ５）を繰り返すのみである。
【００４８】
ＡＬＤ法でＳｉＮ膜を成膜する場合、ステップＳ２のＤＣＳの供給の際には、原理的には、下地の化学吸着サイトにＤＣＳガスが吸着するが、飽和吸着量に達するとそれ以上はＤＣＳガスが吸着せず、このため、単原子層のＳｉが化学吸着するのである。
【００４９】
しかし、従来のＡＬＤでは、実際には、ＤＣＳガス中のＣｌ等の不純物が物理的に吸着して凝集し、不純物を介してＳｉも物理的に凝集してＳｉクラスターとなり、Ｓｉの過剰吸着が生じる。
【００５０】
この場合、ウエハ表面が平坦で表面積が小さい状態の場合は、不純物が吸着しやすいため、Ｓｉの過剰吸着量が多くなるのに対し、ウエハ表面に凹凸が多く表面積が大きい状態の場合は、不純物が凹部の底に到達し難いため、Ｓｉの過剰吸着量が少なくなる。そして、このことが、ウエハの表面状態の違いにより成膜量が変動するローディング効果が生じる原因となる。また、このようなＳｉの過剰吸着により、ウエハＷの投入枚数の変動によるシリコン窒化膜の膜厚変動も生じやすくなる。
【００５１】
このようなローディング効果を抑制するためには、飽和吸着したＳｉの上に物理的に吸着するＣｌ等の不純物および過剰なＳｉを除去できればよい。
【００５２】
そこで、本実施形態では、ＡＬＤプロセスによりシリコン窒化膜を成膜するにあたり、ＤＣＳガス供給工程（ステップＳ２）の後、ステップＳ３として水素ラジカルパージを行って、ステップ２の際に物理吸着した不純物および過剰なＳｉを除去する。
【００５３】
具体的には、図５（ａ）に示すように、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガスを用いた場合、化学吸着した単原子層のＳｉの上に、Ｃｌ等の不純物および過剰なＳｉがクラスター状に物理吸着するが、図５（ｂ）に示すように、水素ラジカルを作用させることにより、物理吸着したＣｌ等の不純物およびＳｉを除去することができる。そして、理想的には図５（ｃ）に示すように、化学吸着した単原子層のＳｉのみを残すようにする。
【００５４】
これにより、ウエハＷの表面状態にかかわらず、Ｓｉ層を単原子層状態に近づけることができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハＷの表面状態による膜厚の変動、すなわちローディング効果を抑制することができる。
【００５５】
＜実験例＞
次に、本発明の実験例について説明する。
ここでは、フラットウエハとパターンウエハを用い、図１に示す装置により、水素ラジカルパージの時間を変えてＳｉＮ膜の成膜を行った。いずれのウエハの成膜処理においても、一度に処理するウエハの枚数は１００枚とした。
【００５６】
結果を図６に示す。図６は、各処理について、ウエハ径方向の膜厚分布と膜厚減少率を示している。図６において、「水素ラジカルパージなし」は、図４に示す、水素ラジカルパージを行わない従来のシーケンスの場合であり、「水素ラジカルパージ５ｓｅｃ」、「水素ラジカルパージ１０ｓｅｃ」は、図３に示す本発明のシーケンスの場合である。膜厚減少率は、フラットウエハにおけるＳｉＮ膜の平均膜厚に対するパターンウエハにおけるＳｉＮ膜の平均膜厚の減少率である。例えば、フラットウエハの平均膜厚に対してパターンウエハの平均膜厚が１％薄い場合には、膜厚減少率は−１％である。
【００５７】
図６に示すように、水素ラジカルパージを行わない従来のシーケンスでは、膜厚減少率がＴＯＰで−２．３％、ＢＴＭで−２．４％と、いずれも大きい値であり、ローディング効果が大きかった。
【００５８】
これに対し、５ｓｅｃの水素ラジカルパージを行った場合は、膜厚減少率がＴＯＰおよびＢＴＭとも−１．５％であり、１０ｓｅｃの水素ラジカルパージを行った場合は、膜厚減少率がＴＯＰで−１．１％、ＢＴＭで−１．２％となり、ＤＣＳガス供給後に水素ラジカルパージを行うことにより、ローディング効果が抑制されることが確認された。
【００５９】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態では、本発明の成膜方法を縦型のバッチ式装置により実施した例を示したが、これに限らず、横型のバッチ式装置により実施することもできる。
【００６１】
また、上記実施形態では、一対のプラズマ電極に高周波電力を印加することによりプラズマを生成し、そのプラズマにより水素ラジカルを生成する例を示したが、水素ラジカルを生成する方法は、これに限らず、他の誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等の他のプラズマを用いてもよく、また、加熱フィラメントに水素ガスを接触させる処理等の方法を用いることもできる。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスと、窒化ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明したが、Ｃｌ含有化合物ガスと窒化ガスとの組み合わせで窒化膜を形成する場合であれば適用することができる。例えば、ＴｉＣｌ４ガスと窒化ガスを用いてＴｉＮ膜を形成する場合や、ＢＣｌ３ガスと窒化ガスとを用いてＢＮ膜を成膜する場合や、ＷＣｌ６ガスと窒化ガスとを用いてＷＮ膜を成膜する場合等に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１；処理容器
５；ウエハボート
１４；Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構
１５；窒化ガス供給機構
１６；Ｈ２ガス供給機構
３０；プラズマ生成機構
３３；プラズマ電極
３５；高周波電源
４１；排気装置
４２；加熱機構
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【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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