(57)【要約】【課題】基板表面に均一な膜厚のシリコン酸化膜を形成できるシリコン酸化膜の製造方法を提供する。【解決手段】真空容器内に収容された回転テーブルと、第１の処理領域において回転テーブルの上面に向けて第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２の処理領域において回転テーブルの上面に向けて第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備える成膜装置を用い、第１のガス供給部から、第１のガスであるシリコン含有ガスを連続的に供給し、第２のガス供給部から第２のガスである水素ガスと、酸化ガスとを連続的に供給し、回転テーブルを回転しながら第１の処理領域において回転テーブル上に載置された基板に第１のガスを吸着させる吸着ステップと、第２の処理領域において基板の表面に吸着した第１のガスと、第２の処理領域に供給された第２のガスとを反応させる反応ステップとを含むシリコン酸化膜の製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に回転可能に収容され、複数の基板が載置される載置部を上面に有する回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記上面の上方において区画される第１の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けて第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間する第２の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けて第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備える成膜装置において行われるシリコン酸化膜の製造方法であって、
前記第１のガス供給部から、第１のガスであるシリコン含有ガスを連続的に供給し、
前記第２のガス供給部から、第２のガスである、水素ガスと、酸化ガスと、を連続的に供給し、
前記回転テーブルを回転しながら、前記第１の処理領域において、前記回転テーブル上に載置された基板に前記第１のガスを吸着させる吸着ステップと、
前記回転テーブルを回転しながら、前記第２の処理領域において、前記基板の表面に吸着した前記第１のガスと、前記第２の処理領域に供給された前記第２のガスと、を反応させる反応ステップと、を含む、シリコン酸化膜の製造方法。
【請求項２】
前記第２のガス供給部は、２本の第２のガスノズルを備えており、
一方の前記第２のガスノズルからは前記水素ガスを、
他方の前記第２のガスノズルからは前記酸化ガスを、それぞれ供給する請求項１に記載のシリコン酸化膜の製造方法。
【請求項３】
前記第２のガス供給部は、第２のガスノズルを備えており、
前記第２のガスノズルから、予め混合された前記水素ガス及び前記酸化ガスを供給する請求項１に記載のシリコン酸化膜の製造方法。
【請求項４】
前記回転テーブルを回転させる際、前記回転テーブルの回転速度が５ｒｐｍ以上２４０ｒｐｍ以下である請求項１乃至３いずれか一項に記載のシリコン酸化膜の製造方法。
【請求項５】
前記基板を４００℃以上９００℃以下に加熱する請求項１乃至４いずれか一項に記載のシリコン酸化膜の製造方法。
【請求項６】
前記第２のガスに含まれる水素の流量が、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上である請求項１乃至５いずれか一項に記載のシリコン酸化膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン酸化膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＩＣ、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置の絶縁膜としてシリコン酸化膜が広く用いられており、従来からウエハ（基板）表面にシリコン酸化膜を形成する方法が検討されてきた。
【０００３】
例えば特許文献１には、縦型の円筒状の反応容器を用い、該反応容器内に複数枚の半導体ウエハを保持したウエハボートを搬入し、反応容器内を真空にし、加熱した後、ＴＥＯＳガス、酸素ガス、水素ガスを同時に供給するシリコン酸化膜の成膜方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４２８８４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に開示されたシリコン酸化膜の成膜方法によれば、反応容器下部から供給したＴＥＯＳ等の反応ガスが、反応容器上部に設けた排気口まで移動する間に、ウエハボートに保持されたウエハ間を通り、ウエハ表面に反応ガスが供給される。すなわち、ウエハ表面に供給される反応ガスはウエハ表面と平行に流れ、ウエハの端部側から入り、中央部を通り、他の端部側から出ることとなる。このため、成膜時にウエハボートを回転させているものの、ウエハの端部にシリコン酸化膜が形成され易く、ウエハの端部と中央部とで形成したシリコン酸化膜の膜厚が均一にならない場合があった。
【０００６】
特に近年はプロセスルールが微細化していることもあり、ウエハ上に均一な膜厚の絶縁膜を形成することが求められるようになっていた。さらに、表面に開口部のサイズが小さく、深さの深い凹部が形成されたウエハに対してシリコン酸化膜を成膜する場合も増え、従来の方法ではウエハ表面に均一な厚さの膜を形成することが困難な場合があった。このため、ウエハ表面の形状によらず均一な膜厚の絶縁膜を形成できる方法が求められていた。
【０００７】
本発明は上記従来技術が有する問題に鑑み、基板表面に均一な膜厚のシリコン酸化膜を形成できるシリコン酸化膜の製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、真空容器内に回転可能に収容され、複数の基板が載置される載置部を上面に有する回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記上面の上方において区画される第１の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けて第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記回転テーブルの周方向に沿って前記第１の処理領域から離間する第２の処理領域に配置され、前記回転テーブルの前記上面に向けて第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備える成膜装置において行われるシリコン酸化膜の製造方法であって、
前記第１のガス供給部から、第１のガスであるシリコン含有ガスを連続的に供給し、
前記第２のガス供給部から、第２のガスである、水素ガスと、酸化ガスと、を連続的に供給し、
前記回転テーブルを回転しながら、前記第１の処理領域において、前記回転テーブル上に載置された基板に前記第１のガスを吸着させる吸着ステップと、
前記回転テーブルを回転しながら、前記第２の処理領域において、前記基板の表面に吸着した前記第１のガスと、前記第２の処理領域に供給された前記第２のガスと、を反応させる反応ステップと、を含む、シリコン酸化膜の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のシリコン酸化膜の製造方法によれば、基板表面に均一な膜厚のシリコン酸化膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるシリコン酸化膜の製造方法を実施するのに好適な成膜装置を示す断面図である。
【図２】図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。
【図３】図１の成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。
【図４】図１の成膜装置のガスノズル及びノズルカバーの構成図である。
【図５】図１の成膜装置の一部断面である。
【図６】図１の成膜装置の他の一部断面である。
【図７】本発明の実施例、比較例において成膜したシリコン酸化膜の膜収縮率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
（成膜装置）
はじめに、本発明の本実施形態によるシリコン酸化膜の製造方法を実施するのに好適な成膜装置について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の断面図であり、図２は、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の斜視図である。また、図３は、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の概略上面図である。
【００１３】
図１から図３までを参照すると、この成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器（チャンバ）１と、この真空容器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、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。
【００１４】
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、その下端が回転軸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。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部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。
【００１５】
回転テーブル２の表面には、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（例えば３００ｍｍ）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を凹部２４に載置すると、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。
【００１６】
図２及び図３は、真空容器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第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２、及び分離ガスノズル４１、４２が配置されている。図示の例では、真空容器１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）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、第１のガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び第２のガスノズル３２１、３２２の順に配列されている。これらのノズル３１、３２１、３２２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２１ａ、３２２ａ、４１ａ、及び４２ａ（図３）が容器本体１２の外周壁に固定され、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入されている。そして、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対してノズルが平行に伸びるように取り付けられている。
【００１７】
本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法においては、第２のガスとして、水素ガスと、酸化ガスと、を用いることができる。酸化ガスとしては例えば酸素ガスおよび／またはオゾンガスと、を含むガスを用いることが好ましい。このため、図２、図３に示したように、第２のガスノズルとして第２のガスノズル３２１、３２２の２本配置し、一方の第２のガスノズル３２１から水素ガスを、他方の第２のガスノズル３２２から酸素ガスおよび／またはオゾンガスを供給するように構成できる。この場合、一方の第２のガスノズル３２１が水素ガス供給用の第２のガスノズル、他方の第２のガスノズル３２２が酸化ガス供給用の第２のガスノズルとなる。なお、この際、水素ガスと、酸素ガスおよび／またはオゾンガスを供給するノズルはどちらが回転テーブルの回転方向の上流側に配置されていてもよい。すなわち、一方の第２のガスノズル３２１から酸素ガスおよび／またはオゾンガスを供給し、他方の第２のガスノズル３２２から水素ガスを供給してもよい。このように第２のガスノズル３２１、３２２を２本設ける場合、第２のガスノズル３２１と第２のガスノズル３２２とは図２、図３に示すように隣接し、両者が互いに略平行になるように配置することが好ましいが、係る形態に限定されるものではない。例えば、第２のガスノズル３２１と第２のガスノズル３２２とは離隔して配置することもできる。
【００１８】
また、予め水素ガスと、酸素ガスおよび／またはオゾンガスと、を混合しておき、第２のガスノズルを１本のノズルにより供給するように構成することもできる。
【００１９】
なお、後述する第２の処理領域Ｐ２の面積が広い場合、第２の処理領域Ｐ２内に十分な量の第２のガスを供給するため、第２のガスノズルを複数組設けてもよい。例えば、第２の処理領域Ｐ２のうち、回転テーブル２の回転方向の最上流部に設けた第２のガスノズル３２１、３２２に加えて、回転テーブルの回転方向の下流側の任意の場所にさらに第２のガスノズル３２１、３２２を設置することができる。具体的には例えば、図中Ｘで示した部分、すなわち、第２の処理領域Ｐのうち、円周方向の中央部に第２のガスノズル３２１、３２２をもう一組配置することもできる。この場合、もう一組配置する第２のガスノズルも他のガスノズルと同様に、ガス導入ポートを容器本体１２の外周壁に固定し、真空容器１の外周壁から真空容器内に導入することができる。
【００２０】
第１のガスノズル３１には、第１のガスが貯留される第１のガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。また、第２のガスノズル３２１、３２２には、それぞれ第２のガスが貯留される第２のガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。
【００２１】
ここで、第１のガスとしては、シリコン含有ガスを好ましく用いることができる。具体的なシリコン含有ガスは特に限定されるものではないが、例えば３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン  Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）３Ｈ）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン  Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））４）等のアミノシラン系や、ＴＣＳ（テトラクロロシラン  ＳｉＣｌ４）、ＤＣＳ（ジクロロシラン  ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＳｉＨ４（モノシラン）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン  Ｓｉ２Ｃｌ６）等を好ましく用いることができる。第２のガスとしては、上述のように、水素ガスと、酸化ガスと、を好ましく用いることができ、酸化ガスとしては、酸素ガスおよび／またはオゾンガスを好ましく用いることができる。特に緻密なシリコン酸化膜が得られることから、酸化ガスはオゾンガスを含んでいることがより好ましい。
【００２２】
また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスやＮ２ガス（窒素ガス）などの不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。不活性ガスとしては特に限定されるものではなく、上記のように希ガスや、Ｎ２ガス等を用いることができるが、例えばＮ２ガスを好ましく用いることができる。
【００２３】
第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３（図５参照）が、第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２の長さ方向に沿って配列されている。ガス吐出孔の配置については特に限定されるものではないが、例えば１０ｍｍの間隔で配列することができる。第１のガスノズル３１の下方領域は、第１のガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。第２のガスノズル３２１、３２２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された第１のガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
【００２４】
図２及び図３に示すように、第１のガスノズル３１には、ノズルカバー３４が設けられていることが好ましい。以下、図４を参照しながら、ノズルカバー３４について説明する。ノズルカバー３４は、第１のガスノズル３１の長手方向に沿って延び、コ字型の断面形状を有する基部３５を有している。基部３５は、第１のガスノズル３１を覆うように配置されている。基部３５の上記長手方向に延びる２つの開口端の一方には、整流板３６Ａが取り付けられ、他方には、整流板３６Ｂが取り付けられている。本実施形態においては、整流板３６Ａ、３６Ｂは回転テーブル２の上面と平行に取り付けられている。また、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、回転テーブル２の回転方向に対して第１のガスノズル３１の上流側に整流板３６Ａが配置され、下流側に整流板３６Ｂが配置されている。
【００２５】
図４（ｂ）に明瞭に示されるように、整流板３６Ａ、３６Ｂは、第１のガスノズル３１の中心軸に対して左右対称に形成されている。また、整流板３６Ａ、３６Ｂの回転テーブル２の回転方向に沿った長さは、回転テーブル２の外周部に向かうほど長くなっており、このため、ノズルカバー３４は、概ね扇形状の平面形状を有している。ここで、図４（ｂ）に点線で示す扇の開き角度θは、後述する凸状部４（分離領域Ｄ）のサイズをも考慮して決定されるが、例えば５°以上９０°未満であると好ましく、具体的には例えば８°以上１０°未満であると更に好ましい。
【００２６】
なお、本実施形態においては、第１のガスノズル３１のみにノズルカバー３４が設けられた例を示したが、第２のガスノズル３２１、３２２についても同様のノズルカバーを設けてもよい。
【００２７】
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、頂部が円弧状に切断された略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。図５は、第１のガスノズル３１から第２のガスノズル３２１、３２２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、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、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）とが存在している。
【００２８】
また、図５に示すとおり、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。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。なお、図中に示す参照符号４２ｈは、分離ガスノズル４２に形成されるガス吐出孔である。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔４２ｈの開口径は例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍとすることができる。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔を形成することができる。
【００２９】
高い天井面４５の下方の空間には、第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２がそれぞれ設けられている。第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２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５に示すように、第１のガスノズル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、第２のガスノズル３２１、３２２が設けられる高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。
【００３０】
低い天井面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から不活性ガス、例えば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の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の処理領域Ｐ１からの第１のガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の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の処理領域Ｐ１からの第１のガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２のガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１のガスと第２のガスとが混合して反応することを抑制できる。
【００３１】
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。
【００３２】
再び図１〜図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部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、突出部５の下面は天井面４４と同じ高さに形成されている。
【００３３】
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６は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図６に示すように、略扇型の凸状部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を形成することができる。この屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２（図５）の間でガスが流通するのを抑制できる。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することができる。
【００３４】
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。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は圧力調整器である。
【００３５】
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６に示すように加熱手段であるヒータユニット７を設けることができ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを、プロセスレシピで決められた温度に加熱できる。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の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図６に示すように、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、を備えた構成にできる。外側部材７１ｂは、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。
【００３６】
図１に示すように、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いる。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸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。さらに、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６には一つのパージガス供給管７３を示す）。さらにまた、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。
【００３７】
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通して、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通して流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、真空容器１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通して、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
【００３８】
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できる。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（図６）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に供給される第１のガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２のガスとが、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。
【００３９】
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を形成できる。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉できる。この場合、回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しを行うこととなる。このため、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）を設けることができる。
【００４０】
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を設けることができる。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することができる。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内にインストールできる。
【００４１】
（シリコン酸化膜の製造方法）
次に、本発明の実施形態によるシリコン酸化膜の製造方法について説明する。
【００４２】
本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法を実施する際、真空容器内に回転可能に収容された回転テーブルと、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備えた成膜装置を好ましく用いることができる。
【００４３】
係る成膜装置において、回転テーブルは複数の基板（ウエハ）が載置される載置部を上面に有することができる。第１のガス供給部は、回転テーブルの上面の上方において区画される第１の処理領域に配置され、回転テーブルの上面に向けて第１のガスを供給することができる。また、第２のガス供給部は、回転テーブルの周方向に沿って第１の処理領域から離間する第２の処理領域に配置され、回転テーブルの上面に向けて第２のガスを供給することができる。具体的には、例えば既述の成膜装置を好適に用いることができる。
【００４４】
そして、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法は、第１のガス供給部から、第１のガスであるシリコン含有ガスを連続的に供給し、第２のガス供給部から、第２のガスである、水素ガスと、酸化ガスと、を連続的に供給することができる。
【００４５】
また、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法は、吸着ステップと、反応ステップとを含んでいることが好ましい。ここで吸着ステップとは、回転テーブルを回転しながら、第１の処理領域において、回転テーブル上に載置されたウエハに第１のガスを吸着させるステップとすることができる。また、反応ステップとしては、回転テーブルを回転しながら、第２の処理領域において、ウエハの表面に吸着した第１のガスと、第２の処理領域に供給された第２のガスと、を反応させるステップとすることができる。
【００４６】
上述した本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法について、上述の成膜装置を用いて実施する場合を例に説明する。
【００４７】
まず、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（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。
【００４８】
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１を最低到達真空度まで排気する。その後、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（図１）からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整器６５０により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。
【００４９】
次いで、回転テーブル２を時計回りに回転させる。回転テーブル２を回転させる際、回転テーブル２の回転速度は特に限定されないが、回転テーブル２の回転速度を５ｒｐｍ以上２４０ｒｐｍ以下とすることが好ましい。これは、回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍ以下とすることにより、第２の処理領域Ｐ２に供給された第２のガスと、ウエハＷ上に吸着された第１のガスとを十分反応させ、緻密で膜質に優れたシリコン酸化膜を製造できるためである。また、回転テーブル２の回転速度を５ｒｐｍ以上とすることにより、生産性を保ちつつシリコン酸化膜を製造することができる。生産性の向上と、シリコン酸化膜の膜質の向上との観点から、回転テーブル２の回転速度は、２０ｒｐｍ以上１２０ｒｐｍ以下とすることがより好ましい。
【００５０】
また、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法においては、第２の処理領域Ｐ２に供給された第２のガスに含まれる水素ガスと、酸化ガスと、が反応し、ＯＨ・（ヒドロキシラジカル）やＯ・（酸素ラジカル）を生成することが好ましい。ＯＨ・（ヒドロキシラジカル）は特に酸化力が強いため、単に酸化ガスを供給し、ウエハ表面に吸着した物質を酸化処理する場合と比較して、酸化反応を特に進行させることができる。このため、ウエハＷ表面に吸着した第１のガスの酸化をより確実に進めることができ、均質な膜質を有し、加熱処理等を行った場合でも膜収縮率の小さいシリコン酸化膜を形成できる。
【００５１】
そこで、第２のガスに含まれる水素ガスと、酸化ガスと、が反応し、ヒドロキシラジカル等を生成する反応をより促進できるよう、回転テーブル２を回転する際、ヒータユニット７によりウエハＷを加熱することが好ましい。この際の温度としては特に限定されるものではないが、第２のガスがウエハＷの表面に至るまでに、十分なＯＨ・（ヒドロキシラジカル）や、Ｏ・（酸素ラジカル）を生成する温度に加熱することが好ましい。具体的には例えば、基板であるウエハＷを４００℃以上９００℃以下の範囲の温度に加熱することが好ましい。
【００５２】
なお、酸化ガスとしては、酸素ガスおよび／またはオゾンガスを好ましく用いることができる。特に酸化反応を十分進行させ、緻密なシリコン酸化膜が得られることから、酸化ガスはオゾンガスを含んでいることがより好ましい。そして、酸化ガスがオゾンガスを含む場合には、オゾンガスの分解を抑制するため、４００℃以上７００℃以下の範囲の温度に加熱することが好ましい。特にヒドロキシラジカルや酸素ラジカルの生成反応を促進し、かつ、第２のガスの分解を抑制する観点から、ウエハＷを４５０℃以上６８０℃以下に加熱することがより好ましい。上記ヒータユニット７によるウエハＷの加熱は、回転テーブル２の回転を開始した後、ウエハＷ上にシリコン酸化膜の成膜を終えるまで継続して行われることが好ましい。特に、ヒータユニット７によるウエハＷの加熱は、成膜装置にウエハＷを設置してから、ウエハＷを成膜装置から搬出するまでの間継続して行われることがより好ましい。
【００５３】
上記のように回転テーブル２の回転を開始した後、真空容器１に対し、第１のガス供給部である第１のガスノズル３１から第１のガスを供給する。この際、第２のガス供給部である第２のガスノズル３２１、３２２から第２のガスも供給する。すなわち、第１のガスと第２のガスとが同時に供給を開始し、シリコン酸化膜の成膜を終えるまで連続的に供給することができる。
【００５４】
そして、第１のガスとしてはシリコン含有ガスを、また、第２のガスとしては水素ガスと、酸化ガスとを用いることができる。ここでの酸化ガスとしては、既述のように酸素ガスおよび／またはオゾンガスと、を好適に用いることができる。第１のガスとして用いるシリコン含有ガスとしては特に限定されるものではないが、既述のように例えば３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン  Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）３Ｈ）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン  Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））４）等のアミノシラン系や、ＴＣＳ（テトラクロロシラン  ＳｉＣｌ４）、ＤＣＳ（ジクロロシラン  ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＳｉＨ４（モノシラン）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン  Ｓｉ２Ｃｌ６）等を好ましく用いることができる。
【００５５】
第２のガス供給部は、２本の第２のガスノズルを備えており、一方の第２のガスノズル（水素ガス供給用第２のガスノズル）からは水素ガスを、他方の第２のガスノズル（酸化ガス供給用第２のガスノズル）からは酸化ガスを、それぞれ供給できる。また、第２のガス供給部は、１本の第２のガスノズルを備えており、該１本の第２のガスノズルから、予め混合された水素ガス及び酸化ガスを供給する構成とすることもできる。
【００５６】
また、既述のように第２のガス供給部を第２の処理領域Ｐ２に複数設置することもできる。すなわち、第２のガスノズルを複数組設けることができる。第２のガス供給部の設置位置は特に限定されないが、具体的には例えば、第２の処理領域のうち、回転テーブルの回転方向の上流側の位置と、図３のＸで示した位置、すなわち、第２の処理領域Ｐ２の円周方向の中央部に設置することができる。
【００５７】
第１のガスノズル３１から供給するシリコン含有ガスの供給条件は特に限定されるものではなく、回転テーブル２により回転するウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過する際に、ウエハＷの表面に第１のガスを吸着できるよう任意に選択することができる。例えば、第１のガスの供給速度は０．１Ｌ／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、０．３Ｌ／ｍｉｎ以上とすることがより好ましい。また、第１の処理領域内の第１のガスの圧力を２００Ｐａ以上とすることが好ましく、５００Ｐａ以上とすることがより好ましい。
【００５８】
第２のガスノズル３２１、３２２から供給する第２のガスの供給条件についても特に限定されるものではなく、ウエハＷの表面に吸着した第１のガスを十分に酸化できるように任意に選択することができる。
【００５９】
例えば、第２の処理領域Ｐ２に供給された第２のガスから十分にヒドロキシラジカル等を生成するために、第２のガスに含まれる水素ガスの供給速度を０．５Ｌ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。特に、水素ガスの供給速度を０．７５Ｌ／ｍｉｎ以上とすることがより好ましい。
【００６０】
また、第２のガスである水素ガスと、酸素ガスおよび／またはオゾンガスと、の供給量の比率も特に限定されるものではなく、成膜したシリコン酸化膜に要求される膜収縮率の程度等により選択することができる。例えば第２のガス全体の単位時間当たりの供給量を１とした場合の水素ガスの供給量の比率（以下、「水素ガスの供給量の比率」と記載する）、すなわち、［Ｈ２］／（［Ｈ２］＋［Ｏ２］＋［Ｏ３］）が０．１以上０．６以下となるように水素ガスを供給することが好ましい。なお、上記式における［Ｈ２］とは、単位時間当たりに供給する第２のガス中の水素ガス供給量を示す。［Ｏ２］、［Ｏ３］は同様に、それぞれ単位時間当たりに供給する第２のガス中の酸素ガス、オゾンガスの供給量を示している。係る比率になるように水素ガスを供給することにより、十分なヒドロキシラジカル等を生成し、ウエハ表面に吸着した第１のガスの酸化反応を特に進行することができる。また、成膜したシリコン酸化膜の膜収縮率を特に抑制するため、水素ガスの供給量の比率が０．２以上０．５以下となるように水素ガスを供給することがより好ましい。
【００６１】
第２の処理領域Ｐ２における第２のガスの圧力は特に限定されるものではないが、回転テーブル上に載置されたウエハが第２の処理領域Ｐ２を通過する際、ウエハＷ表面に吸着した第１のガスを十分に酸化できるよう選択することが好ましい。具体的には例えば０．５ｋＰａ以上１．３ｋＰａ以下とすることが好ましく、０．６７ｋＰａ以上１．０ｋＰａ以下とすることがより好ましい。
【００６２】
なお、既述のように本実施形態の成膜装置においては、真空容器１内において、第１の処理領域Ｐ１と、第２の処理領域Ｐ２との間に、回転テーブル２の上面に対して分離ガスを供給する分離ガス供給部、すなわち、分離ガスノズル４１、４２が配置されている。そして、分離ガス供給部からの分離ガスを第１の処理領域と第２の処理領域へ導く狭溢な空間（分離空間Ｈ）を回転テーブル２の上面に対して形成する天井面４４含む分離領域Ｄが配置されている。なお、天井面４４は、回転テーブル２の外延に向かう方向に沿って、回転テーブル２の周方向に沿う幅が大きくなる様に形成できる。このため、回転テーブル２を回転しながら、分離ガス供給部から分離ガスを供給して第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離空間Ｈ（図５）により分離し、真空容器１内で第１のガスと第２のガスとが互いに混合することを防止できる。
【００６３】
上述のように、回転テーブル２上にウエハＷを載置して回転させ、第１のガスと第２のガスとを連続的に供給すると、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、ウエハＷの表面に第１のガスが吸着する吸着ステップが実施される。次いで、ウエハＷが第２の処理領域Ｐを通過する際、ウエハＷの表面に吸着した第１のガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給された第２のガスとが反応する反応ステップが実施される。これにより、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜を成膜できる。
【００６４】
この際、第１のガス、および、第２のガスは、回転する回転テーブル２の上面に向けて供給され、ウエハＷは回転テーブル２の上面に配置されているため、第１のガス、第２のガスの供給方向と、ウエハの表面（シリコン酸化膜の形成面）とが略垂直となる。そして、第１のガスおよび第２のガスの供給方向と、ウエハＷの表面とが略垂直な状態を保ちつつ、ウエハＷは、回転テーブル２の回転により、第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２の下面を通過することになる。このため、ウエハＷの表面に対して、第１のガス、第２のガスを均一に供給することができ、ウエハ表面に均一な膜厚のシリコン酸化膜を形成することが可能になる。
【００６５】
以上のようにして所定の時間、第１のガス、第２のガスを連続的に供給しながらウエハＷを載置した回転テーブル２を回転させることにより、吸着ステップと、反応ステップとが交互に繰り返し実施され、ウエハＷ表面に所定の膜厚のシリコン酸化膜を形成できる。そして、所定の時間経過後、真空容器１へのガスの供給を停止し、回転テーブル２の回転を停止し、真空容器１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウエハＷが搬出する。これにより成膜工程が終了する。
【００６６】
以上のとおり、本発明の実施形態によるシリコン酸化膜の製造方法によれば、第１のガスと第２のガスとを連続的に供給しつつ、回転テーブル２を回転することにより、ウエハＷの表面に対して第１のガスと、第２のガスとを均一に、交互に供給することができる。このため、ウエハＷ表面に均一な膜厚のシリコン酸化膜を形成することができる。
【００６７】
また、第２のガスとして、水素ガスと、酸化ガスとを用いているため、ウエハＷの表面に吸着された第１のガスであるシリコン含有ガスを十分に酸化できる。このため、得られたシリコン酸化膜をさらに加熱した場合でも酸化反応はほとんど進行しない、安定したシリコン酸化膜を得ることができる。すなわち、本実施形態のシリコン酸化膜の製造方法によれば、膜収縮率の小さいシリコン酸化膜を形成できる。
【実施例】
【００６８】
以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって、なんら限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例では、図１〜図６に示した成膜装置を用い、第１のガスとしてトリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）３Ｈ（以下、「３ＤＭＡＳ」とも記載する））を用い、第２のガスとして水素ガスと酸素ガスとを用いてウエハＷ上にシリコン酸化膜を製造した。なお、ウエハＷとしては直径３００ｍｍのシリコンウエハを用いた。
主な成膜条件は、以下のとおりである。
・ウエハＷの温度： ６００℃
・３ＤＭＡＳの供給速度：０．３Ｌ／ｍｉｎ
・水素ガスの供給速度：０．７５Ｌ／ｍｉｎ
・酸素ガスの供給速度：３．０Ｌ／ｍｉｎ
・分離ガスの供給量（分離ガスノズル４１、４２の各々からの供給量）：８ｓｌｍ
・回転テーブル２の回転速度：１２０ｒｐｍ
シリコン酸化膜の製造は、本発明の実施形態で説明したように以下の手順により行った。
【００６９】
まず、成膜装置にウエハを設置し、図示しないゲートバルブを閉じた後、真空容器１内を最低到達真空度まで排気した。さらに、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管５１、パージガス供給管７２、７３から分離ガスであるＮ２ガスの供給を開始した。
【００７０】
次いで、回転テーブル２の回転を開始した。なお、ウエハＷの加熱は、ウエハＷを成膜装置に設置してから、シリコン酸化膜を成膜後、ウエハＷを搬出するまで行った。
【００７１】
そして、第１のガスノズル３１、第２のガスノズル３２１、３２２から、それぞれ第１のガス、第２のガスの供給を開始した。
【００７２】
各ガスの供給、ウエハＷの加熱、テーブルの回転は、５０ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜が成膜されるまで継続した。
【００７３】
シリコン酸化膜の成膜が終了後はガスの供給、テーブルの回転を停止し、成膜装置からウエハＷを取り出した。
【００７４】
得られたシリコン酸化膜についてウエハＷと共に、Ｎ２雰囲気中８５０℃で、３０分間加熱し、加熱の前後でシリコン酸化膜の膜収縮率を算出した。シリコン酸化膜の膜収縮率は上記加熱処理の前後でのシリコン酸化膜の膜厚を測定し、以下の式により算出した。
【００７５】
膜収縮率（％）＝｛（熱処理前の膜厚）−（熱処理後の膜厚）｝／（熱処理前の膜厚）×１００
本実施例におけるシリコン酸化膜の膜収縮率は５．９％であることが確認できた。
［実施例２］
本実施例では、酸素ガスに代えて酸素ガス供給源からの酸素をオゾン発生器によりオゾン化したガスを用いた点以外は、実施例１と同様にしてウエハＷ上にシリコン酸化膜を成膜した。この際、オゾン発生器により３ｓｌｍの酸素を３００ｇ／Ｎｍ３のオゾン濃度にオゾン化して供給した。
【００７６】
そして、得られたシリコン酸化膜について実施例１の場合と同様にして膜収縮率の測定を行ったところ、５．５％であることが確認できた。
［比較例１］
本比較例では、水素ガスの供給を行わない点以外は、実施例２と同様にしてシリコン酸化膜の成膜を行った。すなわち、第２のガスとして水素ガスを供給せず、酸素ガス供給源からの酸素をオゾン発生器によりオゾン化することにより得たガスのみを供給してシリコン酸化膜の成膜を行った。
【００７７】
得られたシリコン酸化膜について実施例１の場合と同様にして膜収縮率の測定を行ったところ、７．２％であることが確認できた。
【００７８】
以上の実施例１、２、比較例１の結果を図７にまとめて示す。これによると、第２のガスとして、酸素ガスおよび／またはオゾンガスに加えて水素ガスを供給した実施例１、２は、水素ガスを供給せずオゾンガスのみを用いた比較例１と比較して膜収縮率が小さくなっていることが確認できる。これは、水素ガスと、酸素ガスおよび／またはオゾンガスとが反応して生じたヒドロキシラジカル等のラジカル等により、ウエハに吸着した第１のガスの酸化反応を十分に進行させることができ、均質な膜質を有するシリコン酸化膜を形成できたためと考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
１                真空容器
２                回転テーブル
Ｗ                基板（半導体ウエハ）
Ｐ１              第１の処理領域
Ｐ２              第２の処理領域
３１              第１のガス供給部（第１のガスノズル）
３２１、３２２    第２のガス供給部（第２のガスノズル）
【図１】
2015056632.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】
2015056632.tif 000008
【図７】
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