(57)【要約】      （修正有）【課題】平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成することができるシリコン窒化膜の成膜方法及び成膜装置を提供する。【解決手段】平坦面に複数の微細凹部Ｔが形成された表面を有する基板Ｗの微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜２０３ａを形成するシリコン窒化膜の形成方法であって、基板の表面に活性化された塩素含有ガスを供給して基板の表面全体に塩素ラジカル２０１を吸着させ、塩素ラジカルが吸着した基板に活性化された窒化ガスを供給し、平坦面において吸着した塩素ラジカルを脱着させて平坦面における基板の表面を窒化することによりシリコン吸着サイトを形成し、次に、基板にシリコンと塩素を含有する原料ガスを供給し、シリコン吸着サイト上に原料ガスを吸着させる。【選択図】図１２
2019102670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の前記微細凹部同士の間の前記平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成方法であって、
前記基板の表面に活性化された塩素含有ガスを供給し、前記基板の表面全体に塩素ラジカルを吸着させる塩素ラジカル吸着工程と、
前記塩素ラジカルが吸着した前記基板に活性化された窒化ガスを供給し、前記平坦面において吸着した塩素ラジカルを脱着させて、前記平坦面における前記基板の表面を窒化することによりシリコン吸着サイトを形成する窒化工程と、
前記基板にシリコンと塩素を含有する原料ガスを供給し、前記シリコン吸着サイト上に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着工程と、を有するシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項２】
前記塩素含有ガスは、リモートプラズマ発生器を用いて活性化される請求項１に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項３】
前記窒化ガスは、誘導結合プラズマにより活性化される請求項１又は２に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記塩素含有ガスは、Ｃｌ２含有ガスである請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項５】
前記窒化ガスは、ＮＨ３含有ガス又はＮ２含有ガスである請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項６】
前記原料ガスはジクロロシランである請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項７】
前記微細凹部は、トレンチ又はビアホールである請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項８】
前記塩素ラジカル吸着工程、前記窒化工程及び前記原料ガス吸着工程を１サイクルとし、該１サイクルが複数サイクル繰り返される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項９】
前記窒化工程と前記原料ガス吸着工程との間、及び前記原料ガス吸着工程と前記塩素ラジカル吸着工程との間に、前記基板にパージガスを供給するパージ工程を更に有する請求項８に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
前記処理室内の前記回転テーブルより上方には、前記回転テーブルの回転方向に沿って活性化された前記塩素含有ガスを前記基板に供給可能な塩素含有ガス供給領域と、活性化された前記窒化ガスを前記基板に供給可能な窒化ガス供給領域と、前記原料ガスを前記基板に供給可能な原料ガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを回転させながら、前記塩素ラジカル吸着工程と、前記窒化工程と、前記原料ガス吸着工程を含むサイクルを実施する請求項８又は９に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記回転テーブルを回転させながら、前記塩素ラジカル吸着工程と、前記窒化工程と、前記原料ガス吸着工程を含むサイクルを実施する前に、前記窒化ガス供給領域における前記窒化ガスの供給と前記原料ガス供給領域における前記原料ガスの供給を停止し、前記塩素含有ガス供給領域において活性化された前記塩素含有ガスを前記基板に供給しながら前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第２の塩素ラジカル吸着工程をさらに有する請求項１０に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記サイクルが、前記原料ガス吸着工程と前記塩素ラジカル吸着工程の間に、前記窒化ガス供給領域における前記窒化ガスの供給と前記原料ガス供給領域における前記原料ガスの供給を停止し、前記塩素含有ガス供給領域において活性化された前記塩素含有ガスを前記基板に供給しながら前記回転テーブルを少なくとも１回回転させる第３の塩素ラジカル吸着工程を含む請求項１１に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項１３】
処理室と、
該処理室内に設けられ、表面上に基板を載置可能な基板載置領域を有する回転テーブルと、
該回転テーブル上に回転方向に沿って所定領域に設けられ、前記回転テーブル上に活性化された塩素含有ガスを供給可能な塩素含有ガス供給領域と、
前記回転テーブル上であって、該塩素含有ガス供給領域の前記回転方向における下流側に設けられ、前記回転テーブル上に活性化された窒化ガスを供給可能な窒化ガス供給領域と、
前記回転テーブル上であって、該窒化ガス供給領域の前記回転方向における下流側に設けられ、前記回転テーブル上にシリコンと塩素を含有する原料ガスを供給可能な原料ガス供給領域と、
前記窒化ガス供給領域における前記窒化ガスの供給と前記原料ガス供給領域における前記原料ガスの供給を停止し、前記塩素含有ガス供給領域において活性化された前記塩素含有ガスを前記基板に供給しながら前記回転テーブルを回転させて成膜処理の初期段階における塩素ラジカル吸着工程を実施し、前記塩素含有ガス供給領域において活性化された前記塩素含有ガスを前記基板に供給し、前記窒化ガス供給領域において活性化された前記窒化ガスを前記基板に供給し、前記原料ガス供給領域において前記原料ガスを前記基板に供給しながら前記回転テーブルを回転させて、塩素ラジカル吸着工程と、窒化工程と、原料ガス吸着工程を含む工程を１サイクルとして複数サイクル実施する制御を行う制御手段と、を有する成膜装置。
【請求項１４】
前記塩素含有ガス供給領域に活性化された前記塩素含有ガスを供給可能なリモートプラズマ発生器と、
前記窒化ガス供給領域に前記活性化された前記窒化ガスを供給可能な誘導結合プラズマのプラズマ発生器と、を有する請求項１３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、シリコン窒化膜の成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面に微細凹部が形成された被処理基板に、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吸着させる吸着工程と、吸着された成膜原料ガスを窒化活性種により窒化させる窒化工程とを繰り返して微細凹部内に窒化膜を形成する窒化膜の形成方法において、窒化工程は、窒化活性種としてＮＨ＊活性種およびＮ＊活性種を生成し、これらの濃度をコントロールすることにより、微細凹部内で成膜原料ガスが吸着する領域を変化させる窒化膜の形成方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる窒化膜の形成方法では、成膜段階に先立って、窒化工程をＮＨ＊活性種を主体として行い、コンフォーマルな窒化膜を形成する初期成膜段階を行い、その後、窒化工程において、Ｎ＊活性種の濃度が高い状態から連続的にＮ＊活性種の濃度を減少させ、微細凹部の底部から窒化膜を成長させる成膜段階を行う。これにより、トレンチ底部から窒化膜をボトムアップ成長させ、その後ＮＨ＊活性種が高い状態でコンフォーマルな成長へと制御し、微細トレンチ内部にボイドやシームが形成されることなく窒化膜を埋め込むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−９２０９８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、特許文献１に記載のようなボトムアップ成膜の他、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の前記微細凹部同士の間の前記平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成したい場合もあり、そのような要請に対応できるシリコン窒化膜の成膜方法が期待されている。
【０００６】
そこで、本発明は、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成することができるシリコン窒化膜の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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の前記微細凹部同士の間の前記平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成方法であって、
前記基板の表面に活性化された塩素含有ガスを供給し、前記基板の表面全体に塩素ラジカルを吸着させる塩素ラジカル吸着工程と、
前記塩素ラジカルが吸着した前記基板に活性化された窒化ガスを供給し、前記平坦面において吸着した塩素ラジカルを脱着させて、前記平坦面における前記基板の表面を窒化することによりシリコン吸着サイトを形成する窒化工程と、
前記基板にシリコンと塩素を含有する原料ガスを供給し、前記シリコン吸着サイト上に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る成膜装置の別の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る成膜装置に設けられるプラズマ発生器を示す他の概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る成膜装置に設けられるプラズマ発生器を示す概略上面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略平面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る成膜装置における第３の処理領域Ｐ３を説明するための一部断面図である。
【図１１】シャワーヘッド部の下面の一例を示した平面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。
【図１４】実施例１に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実験結果を示したＳＥＭ画像である。
【図１５】実施例１に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実施結果を説明するための図である。
【図１６】実施例２に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実施結果を示したＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。本実施形態は、例えば、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有するウエハＷに対して、微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成するための成膜装置及び成膜方法である。
【００１１】
［成膜装置］
まず、本発明の実施形態に係る成膜装置について説明する。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真空容器１と、真空容器１内に設けられ、真空容器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。真空容器１は、内部に収容したウエハの表面上に成膜処理を行うための処理室である。真空容器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（図１）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。
【００１２】
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の底部１４を貫通し、下端が回転軸２２（図１）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。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。
【００１３】
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（図示の例では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。なお、図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハ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４ｍｍ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。
【００１４】
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明するための図であり、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、反応ガスノズル３３、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ｂ））に互いに間隔をおいて配置されている。本実施形態に係る成膜装置は、回転テーブル２の回転方向を矢印Ａ（時計回り）の方向にも回転可能に構成されているが、本実施形態では、矢印Ｂ（反時計回り）の方向に回転して用いられる。図示の例では、後述の搬送口１５から反時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４２、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４１及び反応ガスノズル３３がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２は、各ノズル３１、３２、３３、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器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。
【００１５】
本実施形態においては、図３に示されるように、反応ガスノズル３１は、配管１１０及び流量制御器１２０などを介して、シリコンと塩素を含有するシリコン含有ガスである原料ガスのガス供給源１３０に接続されている。反応ガスノズル３２は、配管１１１及び流量制御器１２１などを介して、窒化ガスのガス供給源１３１に接続されている。更に、反応ガスノズル３３は、配管１１２及び流量制御器１２２などを介して、塩素ガス（Ｃｌ２）のガス供給源１３２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、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ｎ２ガスを用いる例を挙げて説明する。
【００１６】
反応ガスノズル３１、３２、３３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３５が、反応ガスノズル３１、３２、３３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、ウエハＷに原料ガスを吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷに活性化された窒化ガスを供給し、ウエハＷの表面を窒化するための第２の処理領域Ｐ２となる。反応ガスノズル３３の下方領域は、ウエハＷの表面に活性化された塩素含有ガスを供給し、ウエハＷの表面全体に塩素ラジカルを吸着させるための第３の処理領域Ｐ３となる。本実施形態においては、第１の処理領域Ｐ３において、ウエハＷの表面全体に塩素ラジカルを吸着させる。塩素ラジカルが吸着した表面は原料ガスの吸着が阻害される吸着阻害領域となる。上記の第３の処理領域Ｐ３において表面全体に塩素ラジカルが吸着したウエハＷに対して、第２の処理領域Ｐ２において活性化された窒化ガスを供給し、ウエハＷの平坦面に吸着した塩素ラジカルを脱着させ、ウエハＷの平坦面における表面を窒化することによりシリコン吸着サイトを形成する。塩素ラジカルを脱着させることで、ウエハＷの平坦面に吸着した原料ガス由来の未窒化のシリコンを表面に露出させ、露出したシリコンを窒化して窒化物の分子層を生成する。窒化物の分子層が成膜される窒化膜を構成する。但し、第２の処理領域Ｐ２における窒化ガスの供給は、ウエハＷが回転テーブル２上に載置され、ウエハＷに原料ガスが未だ供給されていない初期段階でも行われ、この場合には、ウエハＷの表面を窒化することになる。上記の第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷの平坦面にシリコン吸着サイトが形成されたウエハＷに対して、第１の処理領域Ｐ１において原料ガスを供給し、ウエハＷの平坦面のシリコン吸着サイトに原料ガスを吸着させる。以降は、第１の処理領域Ｐ１において平坦面に原料ガスが吸着したウエハＷに対して、第３の処理領域Ｐ３においてウエハＷの表面全体に塩素ラジカルを吸着させ、第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷの平坦面に吸着した塩素ラジカルを脱着させてウエハの平坦面に吸着していた原料ガスを窒化してシリコン吸着サイトを形成し、第１の処理領域Ｐ１においてシリコン吸着サイトに原料ガスを吸着させる工程を繰り返す。ここで、第１の処理領域Ｐ１は、原料ガスを供給する領域であるので、原料ガス供給領域Ｐ１と呼んでもよいこととする。同様に、第２の処理領域Ｐ２は、原料ガスと反応して窒化物を生成可能な窒化ガスを供給する領域であるので、窒化ガス供給領域Ｐ２と呼んでもよいこととする。また、第３の処理領域Ｐ３は、塩素ラジカルを供給する領域であるので、塩素ラジカル供給領域Ｐ３と呼んでもよいこととする。
【００１７】
一方、ウエハＷの平坦面以外の部分、即ち、ウエハＷに形成された微細凹部の内部の表面では、第３の処理領域Ｐ３において微細凹部の内部の表面に塩素ラジカルが吸着するが、第２の処理領域Ｐ２において活性化された窒化ガスが供給されても塩素ラジカルは脱着せず、従ってウエハＷの平坦面以外の部分ではシリコン吸着サイトは形成されない。このため、第１の処理領域Ｐ１において原料ガスが供給されても微細凹部の内部表面には吸着しない。従って、微細凹部の内部表面にはシリコン窒化膜は形成されない。微細凹部の内部表面に原料ガスが吸着せず、シリコン窒化膜が形成されない理由は後述する。
【００１８】
なお、第３の処理領域Ｐ３の周辺、例えば上方又は側方には、プラズマ発生器９０が設けられる。また、第２の処理領域Ｐ２の上方には、プラズマ発生器８０が設けられる。図３において、プラズマ発生器８０、９０は、破線で簡略化して示されている。プラズマ発生器９０は、塩素ラジカルを生成するためのリモートプラズマ発生器から構成される。一方、プラズマ発生器８０は、特に種類は問わないが、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）のプラズマ発生器から構成されてもよい。なお、プラズマ発生器８０、９０の詳細については後述する。
【００１９】
なお、原料ガスとしては、シリコン及び塩素を含有するガスが選択される。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜する場合には、ジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン及び塩素を含有するガスが選択される。なお、原料ガスは、シリコン及び塩素を含有するガスであれば、種々のガスが用いられてよい。ＤＣＳは、そのようなシリコン及び塩素を含有するガスの一例として挙げられている。ＤＣＳの他に、例えば、テトラクロロシラン（ＴＣＳ、ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ、Ｓｉ２Ｃｌ６）等を好ましく用いることができる。
【００２０】
また、窒化ガスとしては、一般的にはアンモニア（ＮＨ３）含有ガスが選択される。その他、窒化ガスをプラズマにより活性化して供給する場合には、窒素（Ｎ２）含有ガスが選択される場合もある。なお、窒化ガスは、アンモニアの他、Ａｒ等のキャリアガスを含んでもよい。
【００２１】
反応ガスノズル３３から供給される塩素ラジカルは、反応ガスノズル３１から供給される原料ガスがウエハＷに吸着するのを阻害する吸着阻害領域をウエハの表面上に形成する役割を有する。本実施形態に係る成膜装置及び成膜方法においては、吸着阻害領域をウエハＷの表面全体に形成し、ウエハＷの平坦面に吸着した塩素ラジカルを選択的に脱着してウエハＷの平坦面をシリコン吸着サイトとし、原料ガスがウエハＷの平坦面に選択的に吸着するように制御する。なお、本実施形態に係る成膜方法の詳細については後述する。また、図２及び図３においては、水平に延びるノズルが反応ガスノズル３３として示されているが、反応ガスノズル３３は、シャワーヘッドとして構成されてもよい。図２及び図３においては、反応ガスノズル３３が水平に延びるノズルとして構成された例について説明し、シャワーヘッドとして構成された場合については後述する。
【００２２】
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
【００２３】
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器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、真空容器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、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２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、図４に示すように、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。
【００２４】
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４２ｈ（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１０ｍｍの間隔で配列されている。
【００２５】
天井面４４は、狭い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のガス吐出孔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の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。
【００２６】
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、成膜時の真空容器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。
【００２７】
一方、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（図２及び図３）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。
【００２８】
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。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（真空容器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、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。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。
【００２９】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４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と記す。具体的には、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と記し、第２及び第３の処理領域Ｐ２、Ｐ３に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。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。また、真空ポンプ６４０と排気管６３０との間に、圧力制御器６５０が設けられる。
【００３０】
なお、図２及び図３に示されるように、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との間に分離領域Ｈは設けられていないが、図３においては、プラズマ発生器８０、９０として示された領域に、回転テーブル２上の空間を仕切る筐体が設けられる。これにより、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との空間は仕切られる。なお、この点の詳細は後述する。
【００３１】
回転テーブル２と真空容器１の底部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が、プロセスレシピで決められた温度（例えば４００℃）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（図５）。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。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄ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。
【００３２】
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。また真空容器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。
【００３３】
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、突出部５と回転テーブル２との狭い空間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に供給される原料ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される窒化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合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Ｄ）と同様に機能することができる。
【００３４】
さらに、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ことから、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。
【００３５】
次に、図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生器８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図８は、プラズマ発生器８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化している。
【００３６】
図６を参照すると、プラズマ発生器８０は、高周波透過性の材料で作製され、上面から窪んだ凹部を有し、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１と、フレーム部材８１の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有するファラデー遮蔽板８２と、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される絶縁板８３と、絶縁板８３の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状のアンテナ８５とを備える。
【００３７】
天板１１の開口部１１ａは複数の段部を有しており、そのうちの一つの段部には全周に亘って溝部が形成され、この溝部に例えばＯ−リングなどのシール部材８１ａが嵌め込まれている。一方、フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有しており、フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接し、これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。また、図６に示すように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられ、これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。
【００３８】
フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向しており、その下面の外周には全周に亘って下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられている。突起部８１ｂの下面は回転テーブル２の表面に近接しており、突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、第３の処理領域Ｐ３）が画成されている。なお、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における天井面４４の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであって良い。
【００３９】
また、この第２の処理領域Ｐ２には、突起部８１ｂを貫通した反応ガスノズル３２が延びている。反応ガスノズル３２には、本実施形態においては、図６に示すように、窒化ガスが充填される窒化ガスのガス供給源１３１が、流量制御器１２１を介して配管１１１により接続されている。窒化ガスは、例えば、アンモニア（ＮＨ３）を含有するガスであってもよく、具体的には、アンモニア（ＮＨ３）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスであってもよい。流量制御器１２１により流量制御された窒化ガスが、プラズマ発生器８０で活性化され、所定の流量で第２の処理領域Ｐ２に供給される。なお、アンモニアとアルゴンの混合ガスが窒化ガスとして用いられる場合、アンモニアとアルゴンは別々に供給されてもよいが、図６においては、説明の便宜上、混合ガスの状態で反応ガスノズル３２に供給された状態を例示している。
【００４０】
反応ガスノズル３２には、その長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）で複数のガス吐出孔３５が形成されており、ガス吐出孔３５から上述の塩素ガスが吐出される。ガス吐出孔３５は、図７に示すように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、反応ガスノズル３２から供給されるガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生器８０よりも上流側に位置する天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、第２の処理領域Ｐ２内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接しているため、反応ガスノズル３２からのガスにより第２の処理領域Ｐ２内の圧力を容易に高く維持することができる。これによっても、反応ガスや分離ガスが第２の処理領域Ｐ２内へ流れ込むのが抑止される。
【００４１】
このように、フレーム部材８１は、第２の処理領域Ｐ２を周囲から分離するための役割を担っている。よって、本発明の実施形態に係る成膜装置は、プラズマ発生器８０とともに、第２の処理領域Ｐ２を区画するため、フレーム部材８１を備えているものとする。
【００４２】
ファラデー遮蔽板８２は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地されている。図８に明確に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成されている。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びている。
【００４３】
また、ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８に示すように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有している。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。
【００４４】
絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する一方、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。
【００４５】
アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。また、アンテナ８５には立設部８５ａが設けられており、立設部８５ａに支持部８５ｂが取り付けられている。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。また、支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続されている。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生することができる。
【００４６】
このような構成を有するプラズマ発生器８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して第３の処理領域Ｐ３内へ伝播する。この磁界成分により、反応ガスノズル３３から所定の流量比で第２の処理領域Ｐ２に供給される窒化ガスが活性化される。
【００４７】
次に、本実施形態に係る成膜装置のプラズマ発生器９０について説明する。
【００４８】
図９は、プラズマ発生器８０、９０を搭載した本発明の実施形態に係る成膜装置の上面図である。プラズマ発生器９０は、リモートプラズマ発生器として構成されている。
【００４９】
図６乃至８で説明したアンテナ８５を用いたＩＣＰプラズマのプラズマ発生器８０は、高いプラズマ強度でプラズマを発生させるのに有効であり、イオン化された窒化ガスと、ラジカル化された窒化ガスの双方を発生させても良い場合には、有効に機能する。しかしながら、塩素イオンは不要であり、塩素ラジカルのみが必要な場合には、リモートプラズマ発生器の方が適している。即ち、リモートプラズマ発生器は、真空容器１の外部でプラズマによる塩素の活性化を行うため、寿命が短いイオン化した塩素は真空容器１内又はウエハＷに到達する前に死活し、寿命の長いラジカル化した塩素のみがウエハＷに供給される。これにより、真空容器１内で直接的にプラズマを発生させるＩＣＰプラズマのプラズマ発生器よりも弱く活性化された塩素ラジカルが殆どを占める活性化された塩素ガスをウエハＷに供給することができる。本実施形態に係るプラズマ発生器９０には、イオン化した塩素を殆どウエハＷに供給せず、塩素ラジカルを供給することが可能なプラズマ発生器を用いる。リモートプラズマ発生器は、そのようなプラズマ発生器の一例である。但し、プラズマ発生器９０は、リモートプラズマ発生器に限定される訳ではなく、塩素イオンをあまり発生させること無く塩素ラジカルを主に発生させることができれば、種々のプラズマ発生器を用いることができる。
【００５０】
図１０は、プラズマ発生器９０を含む本実施形態に係る成膜装置の断面図である。
【００５１】
図１０に示されるように、プラズマ発生器９０は、第３の処理領域Ｐ３において、回転テーブル２に対向して設けられる。プラズマ発生器９０は、プラズマ生成部９１と、ガス供給管９２と、シャワーヘッド部９３と、配管９４とを備えている。なお、シャワーヘッド部９３は、塩素ガス吐出部の一例であり、例えば、シャワーヘッド部９３の代わりに、ガスノズルが用いられてもよい。
【００５２】
プラズマ生成部９１は、ガス供給管９２から供給された塩素ガスをプラズマ源により活性化する。プラズマ源としては、塩素ガスをラジカル化することが可能であれば、特に限定されるものではない。プラズマ源としては、例えばＩＣＰプラズマ、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）を用いることができる。
【００５３】
ガス供給管９２は、その一端がプラズマ生成部９１と接続されており、プラズマ生成部９１に塩素ガスを供給する。ガス供給管９２の他端は、例えば開閉バルブ及び流量調整器を介して塩素ガスが貯留された塩素ガスのガス供給源１３２（図３）と接続されている。
【００５４】
シャワーヘッド部９３は、配管９４を介してプラズマ生成部９１と接続されており、プラズマ生成部９１で活性化された塩素含有ガスを真空容器１内に供給する部分である。シャワーヘッド部９３は、扇型の平面形状を有し、扇型の平面形状の外縁に沿うように形成された押圧部材９５によって下方側に向かって周方向に亘って押圧される。また、押圧部材９５が図示しないボルト等により天板１１に固定されることにより、真空容器１の内部雰囲気が気密状態とされる。天板１１に固定されたときのシャワーヘッド部９３の下面と回転テーブル２の上面との間隔は、例えば０．５ｍｍから５ｍｍ程度とすることができる。
【００５５】
シャワーヘッド部９３には、回転テーブル２の角速度の違いに対応して回転中心側で少なく、外周側で多くなるように複数のガス吐出孔９３ａが設けられている。複数のガス吐出孔９３ａの個数としては、例えば数十〜数百個とすることができる。また、複数のガス吐出孔９３ａの直径としては、例えば０．５ｍｍから３ｍｍ程度とすることができる。シャワーヘッド部９３に供給された活性化された塩素ガスは、ガス吐出孔９３ａを通って回転テーブル２とシャワーヘッド部９３との間の空間に供給される。
【００５６】
図１１は、シャワーヘッド部９３の下面の一例を示した平面図である。図１１に示されるように、ガス吐出孔９３ａは、シャワーヘッド部９３の下面９３ｂの周方向の中央に、半径方向に延在するように設けられてもよい。これにより、回転テーブル２の中心側から外周側に分散させて塩素ガスを供給することができる。
【００５７】
このように、リモートプラズマ発生器として構成されたプラズマ発生器９０を用いて塩素ラジカルをウエハＷに供給してもよい。
【００５８】
なお、リモートプラズマ発生器は、図９乃至図１１に示したようなシャワーヘッド部９３を有する構造に限らず、図２、３に示した反応ガスノズル３３を用いた構造であってもよい。この場合には、例えば、プラズマ生成部９１を、容器本体１２の外側の側面に設け、外側面側から反応ガスノズル３３に塩素ラジカルを供給する構造としてもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
更に、制御部１００は、後述する本発明の実施形態に係る成膜方法を実行するための制御も行う。
【００６１】
［シリコン窒化膜の成膜方法］
次に、図１２を用いて、本発明の実施形態に係るシリコン窒化膜の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。図１２は、本発明の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。
【００６２】
図１２（Ａ）は、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法の成膜対象であるウエハＷの一例を示した図である。
【００６３】
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し、そのシリコンウエハの表面には、図１２（Ａ）に示すように、微細凹部であるトレンチＴが形成されている。ウエハＷの表面にトレンチＴが形成されていることは、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法において必須ではないが、説明の容易のため、ウエハＷの表面にトレンチＴが形成されている例を挙げて説明する。但し、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、平坦面も含め、種々のパターンが形成されているウエハＷに適用することができる。
【００６４】
また、反応ガスノズル３１からジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ２Ｃｌ２）とキャリアガスである窒素ガスとが供給され、反応ガスノズル３２から窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）とアルゴンの混合ガスが供給され、シャワーヘッド部９３から塩素含有ガスとして塩素とアルゴンの混合ガスが供給される例を挙げて説明する。但し、ジクロロシランのキャリアガスである窒素ガス、窒化ガス及び塩素ガスとともに供給されるアルゴンガスは、いずれも不活性ガスで反応に寄与している訳ではないので、以後の説明では、特に言及しないこととする。また、窒化ガスは、プラズマ発生器８０で生成されるＩＣＰプラズマにより活性化（プラズマ化）され、塩素含有ガスはプラズマ発生器９０で生成されるリモートプラズマによりラジカル化されて供給されていることとする。
【００６５】
先ず、図１乃至図１１において説明した成膜装置において、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真空容器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。
【００６６】
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真空容器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、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御器６５０（図１）により真空容器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を反時計回りに例えば１０ｒｐｍ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４００℃に加熱する。回転テーブル２の回転速度は、用途に応じて種々の回転速度に設定することができる。また、プラズマ発生器８０、９０も作動させる。
【００６７】
この後、必要に応じて、反応ガスノズル３２（図２及び図３）から活性化された窒化ガスを供給し、ウエハＷの表面のプラズマ改質を行う。トレンチＴの内面も含めて、ウエハＷの表面はプラズマ窒化され、改質される。なお、最初のプラズマ改質工程は、ウエハＷの表面が十分に窒化されるまで回転テーブル２を所定回転数回転させ、改質された段階で終了し、窒化ガスの供給を一旦停止する。回転テーブル２は、ウエハＷを載置した状態でそのまま回転を継続する。プラズマ改質工程を行わない場合には、分離ガスを供給して回転テーブル２を回転させる。プラズマ改質工程を行う場合も行わない場合も、図１２（ｂ）の工程に入る際には反応ガスノズル３２からの窒化ガスの供給は停止させるようにする。
【００６８】
図１２（Ｂ）は、成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程においては、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化ガスの供給と原料ガス供給領域Ｐ１における原料ガスの供給を停止し、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスをウエハＷに供給しながら回転テーブル２を少なくとも１回回転させる。即ち、反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行われ、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるアルゴンの供給は行われているが、反応ガスノズル３１から原料ガスであるジクロロシランの供給は行われず、反応ガスノズル３２から窒化ガスであるアンモニアの供給も行われない状態で実施される。反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行わると、シャワーヘッド部９３から塩素ラジカルが供給される。この状態で、回転テーブル２を少なくとも１回回転させ、トレンチＴを含むウエハＷの表面に塩素ラジカル２０１を吸着させる。
【００６９】
塩素ラジカル２０１は、塩素を含有するジクロロシランに対して吸着阻害効果を有するため、ジクロロシランの吸着を抑制する。そして、塩素ラジカル吸着工程においては、このような吸着阻害効果を有する塩素ラジカルがウエハＷのトレンチＴ同士の間の平坦面上と、トレンチＴの底面上及び側面上を含めて、ウエハＷの表面全体に行き渡るまで吸着させる。塩素ラジカルは必ずしもウエハＷの表面にコンフォーマルに吸着していなくてもよいが、トレンチＴの底面上と側面上においてジクロロシランの吸着が抑制されて吸着阻害領域を形成するようにする。
【００７０】
このような吸着阻害領域の広さの調整は、塩素ラジカル２０１の供給時間を調整することにより行う。本実施形態に係る成膜装置の場合には、回転テーブル２を何回回転させる間塩素ラジカル吸着工程を継続して行うかを調整することにより、容易に塩素ラジカル吸着工程の時間を調整することができる。即ち、塩素ラジカル吸着工程を継続的に実施する回転テーブル２の回転数を多く設定すれば、塩素ラジカルはトレンチＴの底面付近まで吸着して吸着阻害領域が広範囲に形成されるし、回転テーブル２の回転数を少なくすれば塩素ラジカルの吸着範囲は狭くなる。必要とする吸着阻害領域の広さに合わせて塩素ラジカル吸着工程の時間が適切な長さとなるように調整することが好ましい。回転テーブル２の回転速度が１０ｒｐｍの場合、例えば、３回〜５回転継続して塩素ラジカル吸着工程を実施すると、トレンチＴの底面上と側面上を含む領域でジクロロシランの吸着が抑制される。
【００７１】
図１２（Ｃ）は、成膜処理の初期段階以降における第２の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。図１２（Ｄ）は、窒化工程の一例を示した図である。図１２（Ｅ）は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図１２（Ｃ）〜図１２（Ｅ）に示される工程は、ウエハＷに、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスを、窒化ガス供給領域Ｐ２において窒化ガスを、また、原料ガス供給領域Ｐ１において原料ガスを、それぞれ供給しながら、回転テーブル２を１回回転させることで行われる。即ち、反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行われ、反応ガスノズル３１から原料ガスであるジクロロシランの供給が行われ、反応ガスノズル３２から窒化ガスであるアンモニアの供給が行われ、さらに分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるアルゴンの供給が行われる状態で、回転テーブル２を１回回転させることで実施される。これにより、図１２（Ｃ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程、図１２（Ｄ）に示される窒化工程、及び図１２（Ｅ）に示される原料ガス吸着工程が連続的に行われる。
【００７２】
図１２（Ｃ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの塩素含有ガス供給領域Ｐ３において行われる第２の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。塩素含有ガス供給領域Ｐ３においては、図１２（Ｂ）に示される工程と同様に、反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行われ、シャワーヘッド部９３から塩素ラジカルが供給されて、トレンチＴを含むウエハＷの表面に塩素ラジカル２０１を吸着させる。
【００７３】
図１２（Ｄ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの窒化ガス供給領域Ｐ２において行われる窒化工程の一例を示した図である。窒化工程においては、塩素ラジカル２０１が吸着したウエハＷの表面に活性化された窒化ガスが供給される。即ち、反応ガスノズル３２から窒化ガスが供給され、プラズマ発生器８０により活性化された窒化ガスがウエハＷの表面に供給される。活性化されたアンモニアは、ウエハＷの平坦面に吸着した塩素ラジカルを脱着させて、露出した平坦面におけるウエハＷの表面を窒化してシリコン窒化膜２０２となり、これによりシリコン吸着サイトを形成する。一方、ウエハＷの平坦面以外の部分であるトレンチＴの底面と側面においては、活性化された窒化ガスが供給されても塩素ラジカルは脱着せず、窒化処理がなされないので、ウエハＷの平坦面以外の部分ではシリコン吸着サイトは形成されない。
【００７４】
図１２（Ｄ）に示される工程においてウエハＷの平坦面において塩素ラジカルが脱着する理由について説明する。塩素ラジカルはウエハＷの表面に物理吸着で吸着しており、ＩＣＰプラズマのイオンによって容易に吹き飛ばされると考えられる。塩素ラジカルが脱着した表面に活性化されたアンモニアが吸着することで、ウエハＷの表面の窒化がなされる。一方、ウエハＷの平坦面以外の部分、即ち、トレンチＴの底面及び側面では、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化処理で塩素ラジカルは脱着せず、従ってトレンチＴの底面と側面は窒化されない。これは、ＩＣＰプラズマのイオンの寿命が短く、トレンチＴの内部に到達しにくいこと、トレンチＴの底面と側面には塩素ラジカルが飽和する程度に吸着しており、多少のアンモニアがトレンチＴ内に到達してもトレンチＴ内部の表面において塩素ラジカルの脱着まで至らないこと等によると考えられる。従って、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化処理の後でも、トレンチＴの底面と側面は塩素ラジカルが吸着したままである。また、ＩＣＰプラズマの生成時の成膜装置の設定、例えばＩＣＰプラズマのパワー(アンテナ出力)と回転テーブル２の表面とフレーム部材８１の下面間のギャップ等の調節によっても、プラズマのイオンによるウエハＷの表面に吸着した塩素ラジカルを吹き飛ばす力を調節することが可能である。例えば、トレンチＴの底面と側面の塩素ラジカルは脱着せず、ウエハＷ平坦面に吸着した塩素ラジカルのみ脱着させるように、ＩＣＰプラズマの設定条件を調節することができる。
【００７５】
図１２（Ｅ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの原料ガス供給領域Ｐ１において行われる原料ガス吸着工程の一例を示した図である。原料ガス吸着工程においては、平坦面においてシリコン吸着サイトが形成されたウエハＷの表面に、シリコン及び塩素を含有する原料ガスが供給される。即ち、反応ガスノズル３１から、ジクロロシラン（ＤＣＳ）を供給する。これにより原料ガスであるジクロロシランがウエハＷの表面の平坦面におけるシリコン吸着サイトに吸着して、原料ガスの分子層２０３が形成される。分子層２０３はこの段階で窒化処理がなされておらず、窒化されていない表面を有する。ウエハＷの平坦面において窒化されていない表面を有する分子層２０３は、次に窒化ガスが供給される窒化工程において窒化されて、ウエハＷの平坦面に窒化シリコンの分子層が堆積する。このとき、トレンチＴの底面と側面は、塩素ラジカルが吸着して吸着阻害領域がとなっている。あるいは、トレンチＴの底面と側面は、原料ガス供給領域Ｐ１をウエハＷが通過する前後において分離ガスノズル４１、４２から供給されるＮ２パージガスが吹き付けられることによって塩素ラジカルが脱着されているが、窒化処理はされておらず、シリコン吸着サイトが形成されていない領域となる。このため、原料ガスであるジクロロシランはトレンチＴの底面と側面には吸着しない。原料ガスがウエハＷの平坦面上に選択的に吸着することにより、ウエハＷの平坦面上に選択的にシリコン窒化膜の分子層が堆積する。
【００７６】
ここで、図１２（Ｃ）〜図１２（Ｅ）に示される工程を行うにあたり、反応ガスノズル３１からの原料ガスの供給と、反応ガスノズル３２からの窒化ガスの供給は、同時に開始してもよい。図２、３、９に示される通り、回転テーブル２を反時計回りに回転させれば、ウエハＷは塩素ラジカル供給領域Ｐ３を通過した後は窒化ガス供給領域Ｐ２に到達し、その後原料ガス供給領域Ｐ１に到達するので、同時に原料ガスと窒化ガスの供給を開始しても、活性化された窒化ガスによりウエハＷの平坦面の塩素ラジカルが脱着してシリコン吸着サイトが形成された原料ガスの吸着工程が実施されることになるからである。
【００７７】
なお、塩素ラジカルはＮ２のパージで容易に吹き飛ばされる程度の弱い力でウエハＷの表面に吸着しているため、原料ガス供給領域Ｐ１をウエハＷが通過する前後において分離ガスノズル４１、４２から供給されるＮ２パージガスが吹き付けられることによって、トレンチＴの底面及び側面に吸着していた塩素ラジカルは容易に脱着される。以降の工程において、ウエハＷの平坦面に選択的にシリコン窒化膜を形成する工程を繰り返す際には、トレンチＴの底面及び側面に塩素ラジカルを吸着させる工程を改めて行う。
【００７８】
上記のように、図１２（Ｂ）に示される成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程の後に、図１２（Ｃ）〜（Ｅ）に示されるように、塩素含有ガス供給領域Ｐ３における第２の塩素ラジカル吸着工程、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化工程、原料ガス供給領域Ｐ１における原料ガス吸着工程が連続的に行われる。図２、３、９で示した配置の場合、回転テーブル２上のウエハＷは、第３の処理領域Ｐ３で塩素ラジカルを供給された後、第２の処理領域Ｐ２で窒化ガスが供給されてウエハＷの平坦面の塩素ラジカルが脱着されて、平坦面が窒化されてシリコン吸着サイトが形成され、第１の処理領域Ｐ１で原料ガスが供給されて原料ガスがシリコン吸着サイトに吸着される。ウエハＷの平坦面に原料ガスが吸着した後、すぐまた第３の処理領域Ｐ３に突入して塩素ラジカルが供給される。よって、成膜処理の初期段階で回転テーブル２を少なくとも１回回転させて図１２（Ｂ）に示した第１の塩素ラジカル吸着工程を行った後は、塩素ラジカルの供給を停止させること無く、図１２（Ｃ）〜（Ｅ）の工程を連続的に行うことが可能である。塩素ラジカル、窒化ガス、原料ガス及び分離ガスを供給しながらの回転テーブル２の１回の回転が、図１２（Ｃ）に示した第２の塩素ラジカル吸着工程、図１２（Ｄ）に示した窒化工程及び図１２（Ｅ）に示した原料ガス吸着工程に対応し、回転テーブル２の１回転を１サイクルとして該サイクルを複数サイクル繰り返すことで所定の膜厚のシリコン窒化膜が成膜される。
【００７９】
なお、図１２（Ｄ）の窒化工程において、ウエハＷの平坦面において表面が窒化されることにより、ＮＨ２構造の水素基で終端し、原料ガスに対して吸着サイトが形成される。図１２（Ｅ）の原料ガス吸着工程において、ＮＨ２構造の水素基で終端した原料ガス吸着サイトに原料ガスが吸着する。その後、図１２（Ｃ）の第２の塩素ラジカル吸着工程で塩素ラジカルが供給されると、ウエハＷの平坦面、トレンチＴの底面と側面においてウエハＷの表面に塩素ラジカルが吸着する。上述のように、原料ガスが塩素を含有するガスであり、塩素同士は吸着しないため、塩素ラジカルが吸着した箇所には原料ガスが吸着しない。このようにして、塩素ラジカルが吸着した箇所は吸着阻害領域となり、原料ガスの吸着が阻害される。
【００８０】
図１２（Ｆ）は、図１２（Ｃ）に示した第２の塩素ラジカル吸着工程、図１２（Ｄ）に示した窒化工程、図１２（Ｅ）に示した原料ガス吸着工程のサイクルを所定回数繰り返した後のウエハＷの一例を示した図である。第２の塩素ラジカル吸着工程、窒化工程、原料ガス吸着工程のサイクルを繰り返した回数に応じて所定の膜厚を有するシリコン窒化膜２０３ａが形成される。
【００８１】
成膜が終了したら、総てのガスの供給及びプラズマ発生器８０、９０を停止させるとともに回転テーブル２の回転を停止させる。そして、ウエハＷの搬入時と逆の手順で、回転テーブル２を間欠的に回転及び停止させ、昇降ピンでウエハＷを持ち上げ、真空容器１からウエハＷを順次搬出する。ウエハＷの表面には、平坦面上に選択的にシリコン窒化膜が成膜されている。
【００８２】
なお、図１２（Ｃ）に示される工程において、塩素ラジカルは、最初の１回転目でウエハＷの表面及びトレンチＴの上部には容易に到達するので多く吸着するが、トレンチＴの底面近傍まで到達し難いことがある。トレンチＴの奥にまで塩素ラジカルを到達させるためには、更に回転テーブル２を回転させる必要な場合がある。そのため、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法では、塩素ラジカルと分離ガスのみを供給する塩素ラジカル吸着工程の時間を、窒化工程及び原料ガス吸着工程より長くしてもよい。
【００８３】
塩素ラジカル吸着工程の時間を、窒化工程及び原料ガス吸着工程より長くする場合のシリコン窒化膜の成膜方法について図１３を参照して説明する。図１２の成膜方法と同様に上述の成膜装置を用いて行う場合を例にとり、図１２の成膜方法と共通の部分は説明を省略する。図１３は、本発明の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。
【００８４】
図１３（Ａ）は、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法の成膜対象であるウエハＷの一例を示した図である。ウエハＷの表面には、図１３（Ａ）に示すように、微細凹部であるトレンチＴが形成されている。このウエハＷを成膜装置の真空容器１内に搬入し、真空容器１内を排気して処理圧力に制御して回転テーブル２を所定の回転速度で回転させ、ヒータユニット７によりウエハＷを所定の温度に加熱する。次に、反応ガスノズル３２から活性化された窒化ガスを供給し、ウエハＷの表面のプラズマ改質を行い、トレンチＴの内面も含めて、ウエハＷの表面をプラズマ窒化する。図１３（Ｂ）の工程に入る際には反応ガスノズル３２からの窒化ガスの供給は停止させるようにする。
【００８５】
図１３（Ｂ）は、成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程においては、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化ガスの供給と原料ガス供給領域Ｐ１における原料ガスの供給を停止し、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスをウエハＷに供給しながら回転テーブル２を少なくとも１回回転させる。即ち、反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行われ、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるアルゴンの供給は行われているが、反応ガスノズル３１から原料ガスであるジクロロシランの供給は行われず、反応ガスノズル３２から窒化ガスであるアンモニアの供給も行われない状態で実施される。反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行わると、シャワーヘッド部９３から塩素ラジカルが供給される。この状態で、回転テーブル２を少なくとも１回回転させ、トレンチＴを含むウエハＷの表面に塩素ラジカル２０１を吸着させる。
【００８６】
図１３（Ｃ）は成膜処理の初期段階以降における第３の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。下記の図１３（Ｄ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程での塩素ラジカル吸着量が不十分である場合に、十分な量の塩素ラジカルが吸着するように保障的に行われる工程である。窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化ガスの供給と原料ガス供給領域Ｐ１における原料ガスの供給を停止し、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスをウエハＷに供給しながら回転テーブル２を少なくとも１回回転させる。これにより、トレンチＴを含むウエハＷの表面に十分な量の塩素ラジカル２０１を吸着させる。
【００８７】
図１３（Ｄ）は、成膜処理の初期段階以降における第２の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。図１３（Ｅ）は、窒化工程の一例を示した図である。図１３（Ｆ）は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図１３（Ｄ）〜図１３（Ｆ）に示される工程は、ウエハＷに、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスを、窒化ガス供給領域Ｐ２において窒化ガスを、また、原料ガス供給領域Ｐ１において原料ガスを、それぞれ供給しながら、回転テーブル２を１回回転させることで行われる。即ち、反応ガスノズル３３から塩素含有ガス（塩素ガス）の供給が行われ、反応ガスノズル３１から原料ガスであるジクロロシランの供給が行われ、反応ガスノズル３２から窒化ガスであるアンモニアの供給が行われ、さらに分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるアルゴンの供給が行われる状態で、回転テーブル２を１回回転させることで実施される。塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させることで、図１３（Ｄ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｅ）に示される窒化工程、及び図１３（Ｆ）に示される原料ガス吸着工程が連続的に行われる。
【００８８】
図１３（Ｄ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの塩素含有ガス供給領域Ｐ３において行われる第２の塩素ラジカル吸着工程の一例を示した図である。各ウエハＷは塩素含有ガス供給領域Ｐ３を１回通過するだけであり、この工程のみではトレンチＴを含むウエハＷの表面への塩素ラジカルの吸着が十分ではない場合があるが、図１３（Ｃ）に示される保障的な第３の塩素ラジカル吸着工程を予め行っているので、トレンチＴを含むウエハＷの表面への塩素ラジカルの吸着は十分になされる。
【００８９】
図１３（Ｅ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの窒化ガス供給領域Ｐ２において行われる窒化工程の一例を示した図である。活性化されたアンモニアは、ウエハＷの平坦面において吸着した塩素ラジカルを脱着させて、露出した平坦面におけるウエハＷの表面を窒化してシリコン窒化膜２０２となり、これによりシリコン吸着サイトを形成する。
【００９０】
図１３（Ｆ）は、塩素含有ガス（塩素ガス）、原料ガス（ジクロロシラン）、窒化ガス（アンモニア）をそれぞれ供給しながら回転テーブル２を１回回転させるときの原料ガス供給領域Ｐ１において行われる原料ガス吸着工程の一例を示した図である。原料ガスであるジクロロシランがウエハＷの表面の平坦面におけるシリコン吸着サイトに吸着して、原料ガスの分子層２０３が形成される。トレンチＴの底面と側面は塩素ラジカルが吸着して吸着阻害領域がとなっているため、原料ガスであるジクロロシランはトレンチＴの底面と側面には吸着しない。
【００９１】
上記のように、図１３（Ｂ）に示される成膜処理の初期段階における第１の塩素ラジカル吸着工程の後に、図１３（Ｃ）に示される保障的な第３の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｄ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｅ）に示される窒化工程、図１３（Ｆ）に示される原料ガス吸着工程が連続的に行われる。即ち、図１３（Ｃ）に示される工程では、窒化ガス供給領域Ｐ２における窒化ガスの供給と原料ガス供給領域Ｐ１における原料ガスの供給を停止し、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスをウエハＷに供給しながら回転テーブル２を少なくとも１回回転させる。次に、図１３（Ｃ）に示される保障的な第３の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｄ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｅ）に示される窒化工程、図１３（Ｆ）に示される原料ガス吸着工程は、ウエハＷに、塩素含有ガス供給領域Ｐ３において活性化された塩素含有ガスを、窒化ガス供給領域Ｐ２において窒化ガスを、また、原料ガス供給領域Ｐ１において原料ガスを、それぞれ供給しながら、回転テーブル２を１回回転させることで行われる。上記の図１３（Ｃ）に示される保障的な第３の塩素ラジカル吸着工程から図１３（Ｆ）に示される原料ガス吸着工程までを１サイクルとして該サイクルを複数サイクル繰り返すことで所定の膜厚のシリコン窒化膜が成膜される。
【００９２】
図１３（Ｇ）は、図１３（Ｃ）に示される保障的な第３の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｄ）に示される第２の塩素ラジカル吸着工程、図１３（Ｅ）に示される窒化工程、図１３（Ｆ）に示される原料ガス吸着工程のサイクルを所定回数繰り返した後のウエハＷの一例を示した図である。第３の塩素ラジカル吸着工程、第２の塩素ラジカル吸着工程、窒化工程、原料ガス吸着工程のサイクルを繰り返した回数に応じて所定の膜厚を有するシリコン窒化膜２０３ａが形成される。
【００９３】
このように、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、平坦面に複数の微細凹部が形成された表面を有する基板の微細凹部同士の間の平坦面上に選択的にシリコン窒化膜を形成することができる。図１２及び図１３においては、微細凹部としてトレンチＴを有するウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する例を挙げて説明したが、微細凹部の形状は問わず、平坦面を含めた種々のパターン形状に対し、微細凹部同士の間の平坦面に選択的にシリコン窒化膜を成膜できる。多様化する半導体製造プロセスにおいて、トレンチやビア等の窪みパターンへの埋め込み成膜の他、平坦面を含む種々のパターンの表面形状を有するウエハＷに対して、ウエハＷの平坦面に選択的に成膜を行う要請は多く存在し、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法及び成膜装置はそのような要請に応えるものであり、種々の用途に適用可能である。例えば、トレンチＴが形成されたウエハＷのトレンチＴ同士の間の平坦面に形成されたシリコン窒化膜は、以降の工程においてエッチングのマスクとして用いることができる。
【００９４】
［実施例１］
次に、本実施形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法及び成膜装置の実施例１について説明する。
【００９５】
成膜装置としては、上述の回転テーブル式の成膜装置を用いた。プロセス条件としては、ウエハＷの加熱温度を４００℃、真空容器１内の圧力を０．７５Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の回転速度を１０ｒｐｍに設定した。分離ガスとしては窒素ガスを用い、分離ガスノズル４１、４２からは１０００ｓｃｃｍ、中心部上方の分離ガス供給管５１からは１０００ｓｃｃｍ、中心部下方のパージガス供給管７２からは４００ｓｃｃｍ、ヒータユニット７の下方のパージガス供給管７３からは２００ｓｃｃｍの流量で供給した。処理ガスとしては、反応ガスノズル３１からは、ＤＣＳを１０００ｓｃｃｍ、キャリアガスとして窒素ガスを５００ｓｃｃｍ供給した。また、反応ガスノズル３２からは、アルゴンとアンモニアの混合ガスを、それぞれ２０００ｓｃｃｍ（２０００／２０００ｓｃｃｍ）の流量で、ＩＣＰプラズマのプラズマ発生器８０により活性化して供給した。このとき、回転テーブル２の表面とフレーム部材８１の下面間のギャップを６０ｍｍに設定して行った。また、ＩＣＰプラズマのアンテナの出力を５ｋｗに設定して行った。また、シャワーヘッド部９３からは、塩素ガスを４０００ｓｃｃｍの流量のアルゴンとの混合ガスとしてリモートプラズマによりラジカル化して供給した。上記の条件で、塩素ラジカル吸着工程、窒化工程及び原料ガス吸着工程を１サイクルとして３３１サイクル（処理時間１９８６秒）で成膜を行った。ここで、シャワーヘッド部９３から供給する塩素ガスの流量を、０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍと変更して成膜を行った。また、上記のシリコン窒化膜を成膜する前には、２ｎｍの膜厚の窒化シリコン下地層を形成して行った。窒化シリコン下地層は、塩素ガスの流量を０ｓｃｃｍとしたときの上記のシリコン窒化膜の成膜方法の条件によって形成した。
【００９６】
図１４は実施例１に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実験結果を示したＳＥＭ画像である。図１４（Ａ）は塩素ガスの流量が０ｓｃｃｍ、図１４（Ｂ）は塩素ガスの流量が２５ｓｃｃｍ、図１４（Ｃ）は塩素ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、図１４（Ｄ）は塩素ガスの流量が７５ｓｃｃｍである時のＳＥＭ画像である。図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）及び図１４（Ｄ）は本発明の実施例に係る実験結果のＳＥＭ画像であり、図１４（Ａ）は比較例に係る実験結果のＳＥＭ画像である。図１４（Ａ）に示されるように塩素ガスの流量が０ｓｃｃｍの時は、ウエハＷのトレンチＴ同士の間の平坦面の他に、ウエハＷに形成されたトレンチＴの底面及び側面にもシリコン窒化膜が形成されていた。
【００９７】
一方、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）及び図１４（Ｄ）に示されるように、塩素ガスの流量が２５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ及び７５ｓｃｃｍの時は、ウエハＷのトレンチＴ同士の間の平坦面にシリコン窒化膜が形成されているが、ウエハＷに形成されたトレンチＴの底面及び側面にはシリコン窒化膜は形成されていなかった。上記の本発明の実施形態に示したシリコン窒化膜の成膜方法により、トレンチＴが形成されたウエハＷに対して、トレンチＴ同士の間の平坦面に選択的にシリコン窒化膜を形成できることが確認された。
【００９８】
図１５は、実施例１に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実施結果を説明するための図である。図１５（Ａ）は、各トレンチの位置を説明するための図である。図１５（Ａ）に示されるように、トレンチの上端の間のウエハＷの平坦面をなす部分をＴＯＰ−Ｔとし、トレンチの上端の図面右側の側面をＴＯＰ−Ｒ、トレンチの上端の図面左側の側面をＴＯＰ−Ｌ、トレンチの深さ方向の真中よりも上側寄りの箇所（トレンチ上端から１００ｎｍの位置）をＴＯＰ−Ｓ、トレンチの深さ方向の真中よりも下側寄りの箇所（トレンチの底面から２００ｎｍの位置）をＢＴＭ−Ｓ、トレンチの底面近くの箇所をＢＴＭとした。
【００９９】
図１５（Ｂ）は、実施例１に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実施結果を示した図である。図１５（Ｂ）において、横軸は塩素の流量（Cl2 Flow）を示し、塩素ガスの流量を０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍとした時の結果である。また、図１５（Ｂ）における縦軸は膜厚（ｎｍ）を示している。図１５（Ｂ）において、ＴＯＰ−Ｔの結果を（ａ）、ＴＯＰ−Ｌの結果を（ｂ）、ＴＯＰ−Ｓの結果を（ｃ）、ＢＴＭ−Ｓの結果を（ｄ）、ＢＴＭの結果を（ｅ）で示している。また、モニターウエハ（トレンチの形成されていないベアウエハ）に対して上記と同様に成膜処理を行った時のシリコン窒化膜の膜厚をＭｏｎｉｔｏｒ（ｆ）として示している。
【０１００】
図１５（Ｂ）に示されるように、ＴＯＰ−Ｔ（ａ）におけるシリコン窒化膜の膜厚は塩素ガスの流量が０ｓｃｃｍでは約２３ｎｍであり、塩素ガス流量を増加すると薄くなり、約１４ｎｍで一定となった。Ｍｏｎｉｔｏｒ（ｆ）もＴＯＰ−Ｔ（ａ）と同様の膜厚であった。一方、ＴＯＰ−Ｌ（ｂ）におけるシリコン窒化膜の膜厚は塩素ガスの流量が０ｓｃｃｍでは約２０ｎｍであり、塩素ガス流量を増加すると薄くなり、約５ｎｍで一定となった。ＴＯＰ−Ｓ（ｃ）、ＢＴＭ−Ｓ（ｄ）、ＢＴＭ（ｅ）におけるシリコン窒化膜の膜厚は塩素ガスの流量が０ｓｃｃｍでは約１６〜２０ｎｍであり、塩素ガス流量を増加すると薄くなり、約２〜３ｎｍで一定となった。上記のシリコン窒化膜の膜厚は、２ｎｍの厚さの窒化シリコン下地層を含む膜厚である。従って、ＴＯＰ−Ｓ（ｃ）、ＢＴＭ−Ｓ（ｄ）、ＢＴＭ（ｅ）において、塩素ガスの流量が２５ｓｃｃｍ以上では、窒化シリコン下地層上に窒化シリコンはほとんど堆積していない。図１５（Ｂ）に示されるように、塩素ガスの流量を増加するとともに、シリコン窒化膜がＴＯＰ−Ｔの位置に選択的に形成されるようになることが確認された。
【０１０１】
［実施例２］
実施例２では、塩素ガスの流量を７５ｓｃｃｍ、サイクル数を１６５５サイクル、処理時間を９９３０秒とし、これ以外の条件を実施例１と同じとした。図１６は、実施例２に係るシリコン窒化膜の成膜方法の実施結果を示したＳＥＭ画像である。図１６に示されるように、実施例２の条件で、ウエハＷのトレンチＴ同士の間の平坦面にシリコン窒化膜が形成されているが、ウエハＷに形成されたトレンチＴの底面及び側面にはシリコン窒化膜は形成されていなかった。上記の本発明の実施形態に示したシリコン窒化膜の成膜方法により、トレンチＴが形成されたウエハＷに対して、トレンチＴ同士の間の平坦面に選択的にシリコン窒化膜を形成できることが確認された。
【０１０２】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されない。例えば、塩素ラジカルを得る方法としてリモートプラズマ等のプラズマ源を用いているが、これに限らず、熱分解で生じた塩素ラジカルを用いることもできる。本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び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】
【０１０３】
１    真空容器
２    回転テーブル
４    凸状部
５    突出部
７    ヒータユニット
１１    天板
１２    容器本体
１５    搬送口
２４    凹部
３１〜３３    反応ガスノズル
４１、４２    分離ガスノズル
８０、９０    プラズマ発生器
９１    プラズマ生成部
９３    シャワーヘッド部
１３０〜１３２    ガス供給源
Ｐ１〜Ｐ３    処理領域
Ｗ    ウエハ
【図１】
2019102670.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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【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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