(57)【要約】【課題】ハードの改良だけに依存することなく、かつ、膜の均一性、電気的又は物理的特性、および加工性等のユーザーからの要求を満足しつつ、成膜装置の生産性を向上させることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】(１)被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する工程（ステップ１）と、被処理面に向け、シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給する工程（ステップ３）とをｎ回繰り返す工程と（ただし、ｎは１回以上の有限値）、(２)被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する工程をｐ回行う工程（ステップ６）と（ただし、ｐは１回以上の有限値）、を備え、(１)工程から(２)工程までのシーケンスを１サイクルとし、１サイクルをｍサイクル行い（ただし、ｍは１回以上の有限値）、シリコン窒化物膜を、被処理面上に成膜する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜するシリコン窒化物膜の成膜方法であって、
(１)  前記被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する工程と、前記被処理面に向け、前記シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給する工程とをｎ回繰り返す工程と（ただし、ｎは１回以上の有限値）、
(２)  前記被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する工程をｐ回行う工程と（ただし、ｐは１回以上の有限値）、を備え、
前記(１)工程から前記(２)工程までのシーケンスを１サイクルとし、
前記１サイクルをｍサイクル行い（ただし、ｍは１回以上の有限値）、シリコン窒化物膜を、前記被処理面上に成膜することを特徴とするシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項２】
被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜するシリコン窒化物膜の成膜方法であって、
(１)  前記被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給した後、前記被処理面に向け、前記シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する工程と、
(２)  前記被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する工程と、を備え、
前記(１)工程から前記(２)工程までのシーケンスを１サイクルとし、
前記１サイクルをｍサイクル行い（ただし、ｍは１回以上の有限値）、シリコン窒化物膜を、前記被処理面上に成膜することを特徴とするシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項３】
前記(１)工程は、被処理面上へのシリコンの吸着が始まる吸着開始温度以上、シリコンのＣＶＤ成長が始まるＣＶＤ成長開始温度未満の温度帯で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項４】
前記(１)工程は、１００℃以上４００℃未満の温度帯で行うことを特徴とする請求項３に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項５】
前記(１)工程は、被処理面上へのシリコンの吸着が始まる吸着開始温度以上、シリコンのＣＶＤ成長への遷移が始まるＣＶＤ成長遷移開始温度未満の温度帯で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項６】
前記（１）工程は、シリコンの吸着で行うことを特徴とする請求項５に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項７】
前記(１)工程は、１００℃以上３００℃未満の温度帯で行うことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項８】
前記分解促進ガスは、ハロゲン元素を含まないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項９】
前記シリコン原料ガスの分解を促進させる物質は、ボロンであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記分解促進ガスは、ボラン系ガスであることを特徴とする請求項９に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記分解促進ガスを、前記成膜されるシリコン窒化物膜中に含有されるボロンの割合が、１％未満となる量で前記被処理面に向けて供給し、前記シリコン窒化物膜をシリコン窒化膜として成膜することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記分解促進ガスを、前記成膜されるシリコン窒化物膜中に含有されるボロンの割合が、１％以上となる量で前記被処理面に向けて供給し、前記シリコン窒化物膜を、ボロン含有シリコン窒化物膜として成膜することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１３】
前記シリコン原料ガスは、ハロゲン元素を含まないことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１４】
前記シリコン原料ガスは、シラン系ガスであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１５】
前記(１)工程から前記(２)工程を同一温度で行うことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１６】
前記窒化ガスにはエネルギーを印加して活性な窒素を生成し、前記活性な窒素を前記被処理面に向け、供給することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。
【請求項１７】
被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜する成膜装置であって、
被処理体に、成膜処理を施す処理室と、
前記処理室に、シリコン原料ガスを供給するシリコン原料ガス供給機構と、
前記処理室に、分解促進ガスを供給する分解促進ガス供給機構と、
前記処理室に、窒化ガスを供給する窒化ガス供給機構と、
前記処理室を加熱する加熱機構と、
前記成膜処理に際し、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、前記シリコン原料ガス供給機構、前記分解促進ガス供給機構、前記窒化ガス供給機構、および前記加熱機構を制御する制御部と
を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項１８】
前記窒化ガスに少なくとも窒素ラジカルが生成されるようにエネルギーを印加するエネルギー印加機構を、さらに備え、
前記制御部は、請求項１６に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、前記エネルギー印加機構を制御することを特徴とする請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記処理室内には、前記被処理体が高さ方向に沿って複数枚収容されることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記処理室内には、前記被処理体が回転するターンテーブル上に周方向に沿って複数枚収容され、
前記処理室の内部は、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、複数の処理ステージに分割されていることを特徴とする請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記処理室内には、前記被処理体が回転するターンテーブル上に周方向に沿って複数枚収容され、
前記処理室の内部は、請求項１６に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、複数の処理ステージに分割されていることを特徴とする請求項１８に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン窒化物膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン窒化物膜は、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。シリコン窒化物膜の成膜方法は、例えば、特許文献１、２に記載されている。
【０００３】
特許文献１には、三元系薄膜としてボロン含有シリコン窒化膜（ＳｉＢＮ膜）の成膜方法が記載されている。特許文献１においては、シリコン原料ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、およびボロン原料ガスとして三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）が用いられる。特許文献１は、
(１)  ＤＣＳガスおよびＢＣｌ３ガスを、処理室内に同時に供給してボロン含有シリコン膜を形成する
(２)  処理室内をパージする
(３)  窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を処理室内に供給し、ボロン含有シリコン膜をプラズマ窒化することでＳｉＢＮ膜を形成する
(４)  処理室内をパージする
以上の(１)〜(４)の工程を繰り返すことで、被処理体の被処理面上に、ＳｉＢＮ膜を形成する。
【０００４】
このようにして形成されたＳｉＢＮ膜は、
・プラズマエンハンストＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）を用いて形成したＳｉＢＮ膜に比較して、ステップカバレージが良好となること
・典型的なシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）や典型的な窒化ホウ素膜（ＢＮ膜）に比較して、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）によるエッチングがしやすいこと
・典型的なＢＮ膜に比較して、ウェットエッチング耐性に優れること
・典型的なＳｉＮｘ膜に比較して、比誘電率が低くなること
などの利点が得られる、とされている。
【０００５】
また、特許文献２にも、ボロン含有シリコン窒化膜（ＳｉＢＮ）の成膜方法が記載されている。特許文献２においても、特許文献１と同様にシリコン原料ガスとしてＤＣＳ、およびボロン原料ガスとしてＢＣｌ３が用いられる。特許文献２は、
(１)  ＤＣＳガスを処理室内に供給してシリコン膜を形成する
(２)  処理室内をパージする
(３)  窒化ガスとしてＮＨ３を処理室内に供給し、シリコン膜を窒化、好ましくはプラズマ窒化することでシリコン窒化膜を形成する
(４)  処理室内をパージする
(５)  ボロン原料ガスとしてＢＣｌ３を処理室内に供給し、ボロンをシリコン窒化膜に添加してＳｉＢＮ膜を形成する
(６)  処理室内をパージする
(７)  窒化ガスとしてＮＨ３を処理室内に供給し、ボロン含有シリコン窒化膜を、プラズマによって活性化されたＮＨ３によって、さらにプラズマ窒化するとともに、ＳｉＢＮ膜からＢＣｌ３由来の残留Ｃｌ成分を除去する
(８)  処理室内をパージする
以上の(１)〜(８)の工程を繰り返すことで、被処理体の被処理面上に、ＳｉＢＮ膜を形成する。
【０００６】
このようにして形成されたＳｉＢＮ膜は、
・プラズマによって活性化されたＮＨ３によって、さらにプラズマ窒化しない場合に比較して、エッチング耐性に優れること
・典型的なＳｉＮｘ膜に比較して、比誘電率が低くなること
などの利点が得られる、とされている。
【０００７】
なお、特許文献２においては、ボロン原料ガスとしてＢＣｌ３の他、ハロゲン元素を含まないジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリメチルボロン（Ｂ（ＣＨ３）３）を用いることができることが記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、シリコン窒化物膜の成膜方法ではないが、ボロン含有シリコン膜の成膜方法が記載されている。特許文献３においては、シリコン原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）、およびボロン原料ガスとしてＢＣｌ３が用いられる。
(１)  ＳｉＨ４ガスを処理室内に供給してシリコン膜を形成する
(２)  処理室内をパージする
(３)  ＢＣｌ３ガスを処理室内に供給し、ボロンをシリコン膜の表面に吸着させ、ボロン含有シリコン膜を形成する
(４)  処理室内をパージする
以上の(１)〜(４)の工程を繰り返すことで、被処理体の被処理面上に、ボロン含有シリコン膜を形成する。
【０００９】
このようにして形成されたボロン含有シリコン膜は、
・ボロン原子による触媒作用が働き、ＳｉＨ４ガス単体でのシリコン膜の成膜に比較して、より低温、例えば、３５０℃程度の温度でシリコン膜を成膜できること
・低温で成膜しても、ステップカバレージが良好となること
などの利点が得られる、とされている。
【００１０】
なお、特許文献３においても、ボロン原料ガスとしてＢＣｌ３の他、ハロゲン元素を含まないＢ２Ｈ６を用いることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，８１５，３５０号明細書
【特許文献２】特開２０１０−２５１６５４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近時、成膜装置へのユーザーからの要求が、大きく変わりつつある。その要求とは“成膜装置の生産性の向上”である。しかも、その生産性の向上は、良好なステップカバレージの維持並びに向上、薄膜に要求される電気的又は物理的特性の達成、加工性の良さと優れた耐エッチング性との兼備、といった特許文献１、２に課せられていたような要求をクリアした上での話である。
【００１３】
今まで、生産性の向上は、搬送ロボットの高速化、加熱装置や冷却装置の昇温降温速度の高速化など、いわゆるハードの改良を中心してもたらされてきた。しかし、ハードの改良だけでは、ユーザーの要求する生産性を満足させることが厳しくなりつつあるのが、近時の実情である。
【００１４】
この発明は、ハードの改良だけに依存することなく、かつ、膜の均一性、電気的又は物理的特性、および加工性等のユーザーからの要求を満足しつつ、成膜装置の生産性を向上させることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行する成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の第１の態様に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜するシリコン窒化物膜の成膜方法であって、(１)前記被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する工程と、前記被処理面に向け、前記シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給する工程とをｎ回繰り返す工程と（ただし、ｎは１回以上の有限値）、(２)前記被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する工程をｐ回行う工程と（ただし、ｐは１回以上の有限値）、を備え、前記(１)工程から前記(２)工程までのシーケンスを１サイクルとし、前記１サイクルをｍサイクル行い（ただし、ｍは１回以上の有限値）、シリコン窒化物膜を、前記被処理面上に成膜する。
【００１６】
この発明の第２の態様に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜するシリコン窒化物膜の成膜方法であって、(１)前記被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給した後、前記被処理面に向け、前記シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する工程と、(２)前記被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する工程と、を備え、前記(１)工程から前記(２)工程までのシーケンスを１サイクルとし、前記１サイクルをｍサイクル行い（ただし、ｍは１回以上の有限値）、シリコン窒化物膜を、前記被処理面上に成膜する。
【００１７】
この発明の第３の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜する成膜装置であって、被処理体に、成膜処理を施す処理室と、前記処理室に、シリコン原料ガスを供給するシリコン原料ガス供給機構と、前記処理室に、分解促進ガスを供給する分解促進ガス供給機構と、前記処理室に、窒化ガスを供給する窒化ガス供給機構と、前記処理室を加熱する加熱機構と、前記成膜処理に際し、上記第１の態様又は上記第２の態様に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、前記シリコン原料ガス供給機構、前記分解促進ガス供給機構、前記窒化ガス供給機構、および前記加熱機構を制御する制御部とを具備する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、ハードの改良だけに依存することなく、かつ、膜の均一性、電気的特性、および加工性等のユーザーからの要求を満足しつつ、成膜装置の生産性を向上させることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行する成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図
【図２Ａ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｂ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｃ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｄ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｅ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｆ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｇ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｈ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｉ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｊ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｋ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｌ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｍ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図２Ｎ】この発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例の主要な工程を示す断面図
【図３】成膜シーケンスを示すタイムチャート
【図４】温度とシリコンの成長レートとの一関係例を示す図
【図５Ａ】比較例によるステップカバレージを示す断面図
【図５Ｂ】第１の実施形態によるステップカバレージを示す断面図
【図６Ａ】比較例による窒素原子の突き抜け例を示す断面図
【図６Ｂ】第１の実施形態による窒素原子の突き抜け例を示す断面図
【図７】この発明の第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図
【図８】この発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な第１例に係る成膜装置を概略的に示す縦断面図
【図９】図８に示す成膜装置の水平断面図
【図１０】この発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な第２例に係る成膜装置を概略的に示す水平断面図
【図１１】第２例に係る成膜装置においてシリコン窒化物膜の成膜方法を実施した場合のシーケンスを示す流れ図
【図１２】サイクル数とシリコン窒化物膜の膜厚との関係を処理温度ごとに示す図
【図１３】処理温度とシリコン窒化物膜の屈折率との関係を示す図
【図１４Ａ】成膜装置２００における処理ステージの第１例を示す図
【図１４Ｂ】成膜装置２００における処理ステージの第２例を示す図
【図１４Ｃ】成膜装置２００における処理ステージの第３例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本願発明者らは、成膜装置の生産性を向上させるために、シリコン窒化物膜の成膜シーケンスの改善、即ちソフトの改善に着目した。そして、例えば、ＡＬＤ法のような交互供給法を用いて、シリコン窒化物膜を成膜する際、１サイクルを“１回のシリコン原料ガスの供給と１回の窒化ガスの供給”とし、この１サイクルを複数回繰り返す、という固定概念をブレークスルーするに至った。この結果、ハードの改良だけに依存することなく、かつ、膜の均一性、電気的特性、および加工性等のユーザーからの要求を満足しつつ、成膜装置の生産性を向上させることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法が実現された。
【００２１】
以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００２２】
（第１の実施形態）
＜成膜方法＞
図１はこの発明の第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｎはその成膜方法の主要な工程を示す断面図である。
【００２３】
第１の実施形態においては、シリコン基板（シリコンウエハ＝シリコン単結晶）１を、シリコン窒化物膜を成膜する下地の一例として用いる（図２Ａ参照）。下地は、シリコン基板１に限られるものではなく、シリコン酸化物膜などの絶縁膜、金属膜などの導電体膜であってもよい。第１の実施形態においては、シリコン窒化物膜を、シリコン基板１の被処理面上に成膜する。
【００２４】
次に、シリコン基板１を成膜装置の処理室内に搬入し、第１ステップとして“シリコン膜の形成処理”を行う。このために、処理室内において、シリコン基板１の被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する（図１のステップ１）。第１の実施形態においては、シリコン原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いた。
【００２５】
ステップ１における処理条件の一例は、
モノシラン流量：  １０００ｓｃｃｍ
処  理  時  間：  ３０ｓｅｃ
処  理  温  度：  ２００℃
処  理  圧  力：  １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
（本明細書では、１Ｔｏｒｒを１３３Ｐａと定義する。）
である。
【００２６】
これにより、ＳｉＨ４ガスが熱分解され、シリコン基板１の被処理面上にＳｉＨ４が吸着され、薄い第１層シリコン層２−１が形成される（図２Ｂ）。第１層シリコン層２−１の膜厚は、例えば、数十原子層の厚さである。
【００２７】
シリコン原料ガスは、ＳｉＨ４ガスに限られるものではなく、シリコンを含むシリコン化合物ガスであればよい。例えば、シラン系ガスとしては、ＳｉＨ４ガスの他、
Ｓｉ２Ｈ６ガス  
Ｓｉ３Ｈ８ガス  
などのシリコン数が２以上の、いわゆる高次シランガスを用いるようにしてもよい。本明細書においては、シラン系ガスを、シリコン数が１のモノシランガス、およびシリコン数が２以上の高次シランガスの双方を含むもの、と定義する。
【００２８】
また、シリコン原料ガスは、シラン系ガスの水素原子を、水素以外の原子に置換したシリコン化合物ガスなども用いることができる。例えば、シラン系ガスの水素原子を塩素原子に置換した、
ＳｉＨ３Ｃｌガス  
ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス  
ＳｉＨＣｌ３ガス  
Ｓｉ２Ｈ５Ｃｌガス  
Ｓｉ２Ｈ４Ｃｌ２ガス  
Ｓｉ２Ｈ３Ｃｌ３ガス  
Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４ガス  
Ｓｉ２ＨＣｌ５ガス  
などのガスも用いることができる。
【００２９】
次に、処理室内を排気しつつ処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内をパージする（図１のステップ２）。不活性ガスとしては窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガスを用いることができる。
【００３０】
次に、処理室内において、シリコン基板１の被処理面に向け、シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給する（図１のステップ３）。シリコン原料ガスの分解を促進させる物質の一例は、ボロン（Ｂ）である。第１の実施形態においては、分解促進ガスとしてジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを用いた。
【００３１】
ステップ３における処理条件の一例は、
ジボラン流  量：  ２００ｓｃｃｍ
処  理  時  間：  ３０ｓｅｃ
処  理  温  度：  ２００℃
処  理  圧  力：  １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。
【００３２】
これにより、第１層シリコン層２−１上には、ボロン原子３が吸着される（図２Ｃ）。第１層シリコン層２−１上に吸着されたボロン原子３には、シリコン化合物ガス、第１の実施形態においてはＳｉＨ４ガスの分解を促進させる触媒作用がある。このため、例えば、１００℃以上４００℃未満の低い温度帯であっても、ボロン原子３を吸着させない場合に比較して、例えば、ＳｉＨ４ガスの分解をより急速に進めることが可能となる。
【００３３】
分解促進ガスは、Ｂ２Ｈ６ガスに限られるものではなく、ボロンを含むボロン化合物ガスであればよい。例えば、ボラン系ガスとしては、Ｂ２Ｈ６ガスの他、
ＢＨ３（モノボラン）ガス  
などを用いることも可能である。また、ボロン数が２以上の、いわゆる高次ボランガスについても、Ｂ２Ｈ６ガスに限られるものではない。本明細書においては、ボラン系ガスを、ボロン数が１のモノボランガス、およびボロン数が２以上の高次ボランガスの双方を含むもの、と定義する。
【００３４】
また、ボラン系ガスの水素原子を、水素以外の原子に置換したボロン化合物ガスなども用いることができる。例えば、ボラン系ガスのボロン原子を塩素原子に置換した
ＢＣｌ３ガス  
（Ｂ（Ｃ２Ｈ５））３ガス  
なども用いることができる。
【００３５】
次に、処理室内を排気しつつ処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内をパージする（図１のステップ４）。用いる不活性ガスはステップ２と同様のものでよい。
【００３６】
次に、図１のステップ５に示すように、ステップ１〜ステップ４の繰り返し回数が、設定値ｎ回（ただし、ｎは２以上）に達したか否かを判断する。達していない（ＮＯ）、と判断された場合には、ステップ１〜ステップ４を再度繰り返す。反対に達した（ＹＥＳ）、と判断された場合にはステップ６に進む。
【００３７】
このようにステップ１〜ステップ４を２回以上繰り返すことで、第１層シリコン膜４−１が、シリコン基板１の被処理面上に形成される。図２Ｄには、設定値ｎを“３”とし、ステップ１〜ステップ４を３回繰り返すことで、第１層シリコン層２−１、第２層シリコン層２−２および第３層シリコン層２−３を含んで構成された第１層シリコン膜４−１の例が示されている。なお、図２Ｄにおいては、ステップ４において第３層シリコン層２−３上に吸着されるであろうボロン原子３の図示は省略している。
【００３８】
次に、第２ステップとして“シリコン膜の窒化処理”を、“シリコン膜の形成処理”を行った処理室内において行う。このために、処理室内において、第１層シリコン膜４−１が形成されたシリコン基板１の被処理面に向け、窒素を含む窒化ガスを供給する（図１のステップ６）。第１の実施形態においては、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いた。また、第１の実施形態においては、ＮＨ３ガスにはエネルギーを印加して、例えば、窒素ラジカルＮ＊やアンモニアラジカルＮＨ＊など含む活性な窒素を生成し、この活性な窒素をシリコン基板１の被処理面に向け、供給するようにした。ＮＨ３ガスに印加するエネルギーの一例は、高周波電界である。高周波電界の発生手法（生成機構）としては、例えば、２枚の電極板を対向させ、２枚の電極板間に高周波電界を発生させる平行平板型ＲＦプラズマ生成機構を用いた。
【００３９】
ステップ６における処理条件の一例は、
アンモニア流量：  １０００ｓｃｃｍ
処  理  時  間：  １０ｓｅｃ
処  理  温  度：  ２００℃
処  理  圧  力：  １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
高周波電界    ：  オン
である。
【００４０】
これにより、第１層シリコン膜４−１は、例えば、ラジカル窒化され、第１層シリコン窒化物膜５−１が形成される（図２Ｅ）。
【００４１】
窒化ガスは、ＮＨ３ガスに限られるものではなく、窒素を含む窒素化合物ガスであればよい。例えば、
ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）
ヒドラジン誘導体
などを用いることも可能である。もちろん窒素ガス単体でもよい。
【００４２】
また、高周波電界の発生手法（生成機構）も、平行平板型に限られるものではない。例えば、
無声放電
ラジアルロッドスロットアンテナ
などを用いてもよい。
【００４３】
次に、高周波電界をオフし、処理室内を排気しつつ処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内をパージする（図１のステップ７）。用いる不活性ガスはステップ２と同様のものでよい。
【００４４】
次に、図１のステップ８に示すように、ステップ６およびステップ７の回数が、設定値ｐ回（ただし、ｐは１以上）に達したか否かを判断する。達していない（ＮＯ）、と判断された場合には、ステップ６およびステップ７を再度行う。反対に達した（ＹＥＳ）、と判断された場合にはステップ９に進む。
【００４５】
このようにステップ６およびステップ７を１回以上行うことで、第１層シリコン膜４−１が窒化され、第１層シリコン窒化物膜５−１がシリコン基板１の被処理面上に形成される。図２Ｅには、設定値ｐを“１”とし、ステップ６およびステップ７を１回行うことで、第１層シリコン膜４−１を窒化した例が示されている。
【００４６】
なお、第１の実施形態においては、窒化の回数を１回以上の有限値に設定可能な例を示している。しかし、窒化の回数を１回に特定する場合には、シリコン窒化物膜の成膜レシピからステップ８を省略し、ステップ７の次に、ステップ９を実行するように成膜レシピを構成してもよい。
【００４７】
第１の実施形態においては、ここまでのステップ１〜ステップ８（あるいはステップ７）まで、即ち、複数回のシリコン層の形成を含むシリコン膜の形成処理（ステップ１〜ステップ５）から、シリコン膜の窒化処理（ステップ６〜ステップ８（あるいはステップ７））までのシーケンスを１サイクルとする。
【００４８】
次に、図１のステップ９に示すように、上記１サイクルの回数が、設定値ｍ（ただし、ｍは１以上）に達したか否かを判断する。達していない（ＮＯ）、と判断された場合には、ステップ１〜ステップ８（あるいはステップ７）を再度行う。反対に達した（ＹＥＳ）と判断された場合には、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法にしたがった成膜処理を終了する。
【００４９】
第１の実施形態においては設定値ｍを“３”とし、複数回のシリコン層の形成を含むシリコン膜の形成処理（ステップ１〜ステップ５）、およびシリコン膜の窒化処理（ステップ６〜ステップ８（あるいはステップ７））を３サイクル実行する例を示す。
【００５０】
このため、まず、図２Ｆ〜図２Ｈに示すように、ステップ１〜ステップ４を３回（設定値ｎ＝３）繰り返すことで、第１層シリコン窒化物膜５−１上には、第４層シリコン層２−４、第５層シリコン層２−５および第６層シリコン層２−６を含んで構成された第２層シリコン膜４−２が形成される。
【００５１】
次に、図２Ｉに示すように、ステップ６およびステップ７を１回（設定値ｐ＝１）行うことで、第２層シリコン膜４−２をラジカル窒化し、第２層シリコン窒化物膜５−２が形成される。
【００５２】
さらに、図２Ｊ〜図２Ｌに示すように、再びステップ１〜ステップ４を３回繰り返し、第２層シリコン窒化物膜５−２上に、第７層シリコン層２−７、第８層シリコン層２−８および第９層シリコン層２−９を含んで構成された第３層シリコン膜４−３を形成する。
【００５３】
さらに、図２Ｍに示すように、再びステップ６およびステップ７を１回行い、第３層シリコン膜４−３をラジカル窒化し、第３層シリコン窒化物膜５−３を形成する。
【００５４】
このようにして、図２Ｎに示すように、シリコン基板１の被処理面上には、シリコン窒化物膜５が成膜される。
【００５５】
このような第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、以下のような利点を得ることができる。
【００５６】
（スループットの向上）
図３は成膜シーケンスを示すタイムチャートである。図３は、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法と、比較例に係るシリコン窒化物膜の成膜方法とを時間軸上で対比させたものである。比較例は、１サイクルを“１回のシリコン原料ガスおよび分解促進ガスの供給”と“１回の窒化ガスの供給”とし、これを複数回繰り返す成膜方法である。なお、シリコン原料ガスの供給時間、分解促進ガスの供給時間、窒化ガスの供給時間、パージ時間については、第１の実施形態および比較例の双方とも同じと仮定する。
【００５７】
図３に示すように、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、１サイクルを“複数回のシリコン原料ガスおよび分解促進ガスの供給”と“１回の窒化ガスの供給”とする。このため、１サイクルを“１回のシリコン原料ガスおよび分解促進ガスの供給”と“１回の窒化ガスの供給”とした比較例に比較して、窒化ガスの供給回数を減らすことができる。例えば、３回のシリコン原料ガスおよび分解促進ガスの供給に対し、窒化ガスの供給を１回とすれば、窒化ガスの供給およびパージを、２回分省略できる。この分、プロセス時間を短縮することができる。また、この短縮分は、１サイクルを繰り返す毎に累積される。このため、シリコン原料ガスおよび分解促進ガスを６０回供給してシリコン窒化物膜を成膜することを考えると、
比較例        ：  窒化ガスを６０回供給
第１の実施形態：  窒化ガスを２０回供給
となる。したがって、第１の実施形態によれば、比較例に比較して窒化ガスの供給およびパージをそれぞれ４０回分省略でき、その分、プロセス時間を短縮できる。
【００５８】
さらに、シリコン原料ガスを１２０回供給してシリコン窒化物膜を成膜することを考えると、
比較例        ：  窒化ガスを１２０回供給
第１の実施形態：  窒化ガスを４０回供給
となる。この場合には、窒化ガスの供給およびパージをそれぞれ８０回分省略できることとなる。
【００５９】
このように、第１の実施形態によるプロセス時間の短縮効果は、シリコン原料ガスの供給回数が増えれば増えるほど高まる。
【００６０】
（良好なステップカバレージ）
比較例において、プロセス時間を短縮するには、シリコン原料ガスの供給１回当たりのシリコン膜の成膜量を高め、シリコン膜の膜厚が設計値に達するまでに必要なサイクル数を減じればよい。そのためには、成膜温度をシリコンが化学的気相成長しだす温度まで高めて成長レートを上げればよい。成長レートと温度との間には、温度が上昇するにつれて成長レートが高まる、という傾向がある。図４に温度とシリコンの成長レートとの一関係例を示す。
【００６１】
温度が上昇するにつれて成長レートが高まる、という傾向を微視的に分析すると、図４に示すように、４００℃未満の温度帯においては成長レートに僅かな“揺らぎ”がみられる。例えば、図４に示すように、シリコンの成長レートは１００℃付近から上昇をはじめ、その後、３００℃付近まで緩やかな上昇を続ける。３００℃を超えてくると成長レートの上昇率があがりだし、４００℃を超えると成長レートは急激に上昇する。
【００６２】
このような“揺らぎ”は、シリコンが下地に吸着しているのか、堆積しているのかに関係するもの、と推察される。例えば、１００℃以上３００℃未満の温度帯では、シリコンが下地に吸着されるのみ、あるいは吸着が支配的である、と考えられる。また、３００℃以上となると、吸着されたシリコンの上にさらにシリコンが堆積する、即ち、シリコンの化学的気相成長（ＣＶＤ）が僅かながらも始まりだす、と考えられる。そして、４００℃以上になると、シリコンの堆積が支配的となり、ほぼ完全なシリコンのＣＶＤ成長の始まりとなる。
【００６３】
したがって、シリコン原料ガス１回当たりのシリコンの成膜レートを上げるには、成膜温度を４００℃以上にすればよい。しかしながら、シリコンをＣＶＤ成長させると、図５Ａに示すように、例えば、第１層シリコン膜４−１の、被処理面に形成された凸部１０や凹部１１の被覆性（ステップカバレージ）が悪化しやすい、という事情がある。
【００６４】
このような事情に対し、第１の実施形態によれば、プロセス時間の短縮のために、シリコンの成膜温度を、ＣＶＤ成長する温度にまで上げる必要は必ずしもない。
【００６５】
したがって、図５Ｂに示すように、良好なステップカバレージを維持したまま、例えば、第１層シリコン膜４−１を形成することが可能となる。この利点は、第２層シリコン膜４−２や、第２層シリコン膜４−２よりも上層のシリコン膜についても継続して得ることができる。結果として、ステップカバレージに優れたシリコン膜４−１、４−２、…、のそれぞれを、順次窒化しながら成膜される厚いシリコン窒化物膜５には、良好なステップカバレージが得られることになる。
【００６６】
（窒素の突き抜け抑制）
比較例において、シリコンの成膜温度をＣＶＤ成長する温度にまで引き上げない場合、形成される第１層シリコン膜４−１の膜厚は大変薄いものとなる。このため、第１層シリコン膜４−１を窒化すると、図６Ａに示すように、窒素原子Ｎが第１層シリコン膜４−１を突き抜け、下地に達してしまう可能性がある。窒素原子Ｎの突き抜けが発生すると、下地がシリコン基板１であったならば、シリコン基板１の被処理面近傍の領域は、シリコン窒化物１２に変わってしまう。また、下地がシリコン酸化物であったならば、その被処理面近傍の領域は、シリコン酸窒化物に変わってしまう。つまり、比較例においては、下地を他の物質に変化させる可能性が高い、という事情がある。
【００６７】
このような事情に対し、第１の実施形態によれば、第１層シリコン膜４−１を、複数のシリコン層２−１〜２−３を積層することで得る。このため、第１層シリコン膜４−１の膜厚を、窒素原子Ｎの突き抜けを抑制するのに充分な膜厚まで、厚くすることが可能である。そして、第１層シリコン膜４−１の膜厚を、窒素の突き抜けを抑制するのに充分な膜厚に設定すれば、図６Ｂに示すように、窒化処理に際し、窒素原子Ｎが下地、例えば、シリコン基板１に達することを抑制でき、下地が他の物質に変化する可能性を低減できる、という利点を得ることができる。
【００６８】
（シリコン窒化物膜中の窒素濃度の制御性向上）
シリコン窒化物膜の化学量論組成比は“Ｓｉ：Ｎ＝３：４（Ｓｉ３Ｎ４）”である。しかし、シリコン窒化物膜は、その形成の仕方によって様々な組成比をとり得る。そして、シリコン窒化物膜の窒素濃度、即ち、シリコン窒化物膜の組成は、例えば、膜ストレスを左右する。例えば、Ｓｉ３Ｎ４の組成に対してシリコンリッチな組成の場合、膜ストレスは小さく、反対にＳｉ３Ｎ４の組成に対して窒素リッチな組成の場合、膜ストレスは大きくなる、といった具合である。
【００６９】
第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、窒素濃度は、シリコン膜の窒化処理（ステップ６およびステップ７）における、窒化ガスの供給時間、流量、およびステップ６およびステップ７を行う回数を変更することで制御することができる。また、シリコン膜の形成処理（ステップ１〜ステップ４）の繰り返し回数を変更することでも制御することができる。
【００７０】
例えば、比較例のように、１サイクルを“１回のシリコン原料ガスの供給”と“１回の窒化ガスの供給”とした場合、シリコン窒化物膜の膜厚が設計値に達するまでの間に、窒化ガスの供給回数が多くなりがちである。このため、窒素濃度を低く抑えることが難しい。
【００７１】
この点、第１の実施形態によれば、シリコン膜の形成処理（ステップ１〜ステップ４）の繰り返し回数を増やすことで、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の膜厚を大きくすると、成膜されるシリコン窒化物膜５中に含有されるシリコンの比率を高めることができる。このため、相対的に窒素の比率を低く抑えることが可能である。結果として、比較例に比較して、選択可能な窒素濃度レンジを拡大させることも可能となる。
【００７２】
このように、第１の実施形態によれば、シリコン窒化物膜中の窒素濃度の制御性も向上する、という利点についても得ることができる。
【００７３】
＜成膜温度帯について＞
次に、成膜温度帯について説明する。  
図４を参照して説明したように、シリコン膜の成膜に際し、４００℃未満の温度帯においては成長レートに僅かな“揺らぎ”がある。これは、４００℃未満の温度帯においては、吸着のみ（あるいは吸着が支配的）な温度帯と、吸着＋堆積が起こる温度帯（吸着からＣＶＤ成長へ遷移する遷移温度帯）があるもの、と推察される。４００℃以上となると、堆積、即ち、ほぼ完全なシリコンのＣＶＤ成長が始まる（ＳｉＨ４ガス単独でも、Ｓｉの堆積が可能）。
【００７４】
上述した通り、シリコン膜をＣＶＤ成長させると成膜レートは格段に上がるが、ステップカバレージが悪化しやすい。この観点から、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法においては、ほぼ完全なＣＶＤ成長が始まる温度未満の温度で、シリコン膜４（４−１、４−２、…）を形成するようにするとよい。
【００７５】
即ち、ステップ１におけるシリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度は、被処理面上へのシリコンの吸着が始まる吸着開始温度以上、シリコンのＣＶＤ成長が始まるＣＶＤ成長開始温度未満の温度帯に設定されることが好ましい。その温度帯の一例は、１００℃以上４００℃未満である（吸着したＳｉＨ４ガスと反応するＢ２Ｈ６によるＳｉ吸着または堆積）。
【００７６】
さらに好ましい温度帯としては、被処理面上へのシリコンの吸着が始まる吸着開始温度以上、ＣＶＤ成長遷移開始温度未満である。ＣＶＤ成長遷移開始温度以上、ＣＶＤ成長開始温度未満の温度帯においては、シリコンの吸着と、僅かなシリコンのＣＶＤ成長とが混在していると考えられる。僅かなシリコンのＣＶＤ成長は、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の表面に微小な凹凸を発生させる可能性がある。この可能性を低減するには、ステップ１におけるシリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度を、被処理面上へのシリコンの吸着が始まる吸着開始温度以上、シリコンのＣＶＤ成長への遷移が始まるＣＶＤ成長遷移開始温度未満の温度帯に設定されることが好ましい。これにより、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の形成処理は、ほぼシリコンの吸着で行うことができる。また、その温度帯の一例は、１００℃以上３００℃未満である。
【００７７】
＜分解促進ガスについて＞
次に、分解促進ガスについて説明する。  
上述の通り、ステップ１におけるシリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度を、ＣＶＤ成長開始温度未満の温度に引き下げるには、ステップ３に示したように、シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給することが好ましい。分解促進ガスを供給し、吸着したＳｉＨ４と、分解を促進させる物質を含む分解促進ガス、例えば、Ｂ２Ｈ６とを反応させてＳｉを吸着又は堆積させる。これにより、分解促進ガスを供給しない場合に比較して、シリコン原料ガスの分解、例えば、熱分解をより低温で発生でき、低温でＳｉを吸着又は堆積させることができる。
【００７８】
熱分解の低温化の効果は、熱分解を促進させる物質によって異なる。特に、好ましい物質が上述したボロンである。よって、分解促進ガスには、ボロンを含有したボロン化合物ガスを用いることが好ましい。
【００７９】
また、熱分解の低温化の効果は、ボロン化合物によっても異なってくる。第１の実施形態では、ボロン化合物ガスとして、ボロン−水素系化合物ガス（ボラン系ガス）と、ボロン−ハロゲン系化合物ガス（ＢＣｌ３ガス）を例示した。
【００８０】
ボラン系ガスと、ボロン−ハロゲン系ガスとを比較した場合、熱分解の低温化の効果は、ボラン系ガスの方が高い。例えば、ボラン系ガスの一つであるＢ２Ｈ６ガスを用いた場合には、ステップ１におけるシリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度を、２００℃以下までに低温化することが可能であった。更なる低温化の観点からは、分解促進ガスには、ボラン系ガスを選択することが好ましい。
【００８１】
なお、特許文献１には、シリコン原料ガスとボロン原料ガスを、処理室内に同時に供給することが記載されているが、第１の実施形態のようなボロンによる触媒作用はないか、たとえあったとしても、第１の実施形態よりも触媒作用は弱い、と考えられる。これは、特許文献１では、シリコン原料ガスとボロン原料ガスを、処理室内に同時に供給するため、被処理面上には、ボロンが高密度に吸着し難い、と考えられるためである。
【００８２】
また、特許文献２には、ボロン原料ガスを処理室内に供給することが記載されているが、これもまた、第１の実施形態のようなボロンによる触媒作用はないか、第１の実施形態よりも弱い、と考えられる。これは、特許文献２では、ボロン含有シリコン窒化物膜を、さらにプラズマ窒化するために、被処理面上のボロン密度が減少する、と考えられるためである。
【００８３】
これらを踏まえると、分解促進ガスは、シリコン原料ガスを供給する前、シリコン膜を窒化する前に供給することがよい、と言える。この観点から、例えば、図１に示したステップ１とステップ３とは入れ換えることも可能である。つまり、分解促進ガスを供給した後（ステップ３）、パージし、その後、シリコン原料ガスを供給する（ステップ１）。そして、パージするように、ステップを入れ換えるようにしてもよい。
【００８４】
＜シリコン膜の窒化処理について＞
次に、シリコン膜の窒化処理について説明する。  
第１の実施形態においては、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理の際、窒化ガスに、熱以外のエネルギーを印加するようにしている。これにより、低温での窒化、例えば、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の形成処理と同じ温度（例えば２００℃）での窒化も可能とされる。具体的には、第１の実施形態においては、窒化ガスに電気的なエネルギー、例えば高周波パワーをさらに印加し、処理室内において、活性な窒素、例えば、少なくとも窒素ラジカルを生成する。そして、処理室内において、少なくとも生成された窒素ラジカルをシリコン膜４（４−１、４−２、…）と反応させ、シリコン膜４（４−１、４−２、…）を窒化する。
【００８５】
ここで、シリコン原料ガスや、分解促進ガスに、ハロゲン元素が含まれたものを用いた場合、シリコン膜４（４−１、４−２、…）中には、微量ながらもハロゲン元素が残留する可能性がある。第１の実施形態においては、残留する可能性があるのは塩素原子である。シリコン膜４（４−１、４−２、…）中に塩素原子が残留していても、微量であれば差し支えはない。しかしながら、今後の微細化の進展を考慮すると、残留した微量の塩素原子が、シリコン窒化物膜５の成膜シーケンスに影響を与える可能性も十分にあり得る。
【００８６】
特に、第１の実施形態においては、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理の際に、電気的なエネルギーをさらに印加する。電気的なエネルギーが、シリコン膜４（４−１、４−２、…）中に残留している微量の塩素原子に印加されると、塩素原子がシリコン原子やボロン原子から離れ、処理室内において、塩素ラジカル、塩素プラズマ、および塩素イオンなどが発生する可能性がある。
【００８７】
塩素ラジカル、塩素プラズマ、塩素イオンは、シリコンのプラズマエッチングに用いられるエッチャントである。つまり、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理の際に、シリコン膜４（４−１、４−２、…）からエッチャントとなる物質が発生する可能性があるのである。反応室内に、シリコンをエッチングするエッチャントが発生すると、シリコン膜４（４−１、４−２、…）からシリコン原子を奪い取る、即ち、エッチング反応が同時に発生する可能性がある。例えば、エッチャントが塩素の場合の反応式の一例は以下の通りである。  
Ｓｉ  ＋  ４Ｃｌ  →  ＳｉＣｌ４↑
【００８８】
このようなエッチング作用が、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理と同時に発生してしまうことは、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の膜厚の減少や表面ラフネスの悪化の一因となり得る。これは、特に、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理に、熱以外のエネルギーをさらに印加する場合に発生しやすい事情である。
【００８９】
そこで、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理に、熱以外のエネルギーをさらに印加する場合、シリコン膜４（４−１、４−２、…）のエッチング反応が起こる可能性を抑制したい場合には、以下のような工夫を行うとよい。  
(ａ)  シリコン原料ガスには、ハロゲン元素を含まないシリコンの化合物ガスを用いる
(ｂ)  分解促進ガスには、ハロゲン元素を含まない化合物ガスを用いる
これら(ａ)、(ｂ)の少なくともいずれかを採用する。好ましくは(ａ)、(ｂ)双方を採用するとよい。
【００９０】
このような工夫により、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理の際、エッチング反応が起こる可能性を低減でき、膜厚の制御性がよくなり、しかも、表面ラフネスの悪化も抑制できる、という利点を、さらに得ることができる。
【００９１】
さらに好ましくは、
(ｃ)  シリコン原料ガスには、シラン系ガスを用いる
(ｄ)  分解促進ガスには、ボラン系ガスを用いる
これら(ｃ)、(ｄ)を同時に採用すると、上記(ａ)、(ｂ)の双方が実施されるばかりでなく、シリコン膜を、事実上、シリコン、水素およびボロンの３つの元素のみで構成できる、という利点をも得ることができる。
【００９２】
水素は、アモルファスなシリコン膜の形成に重要な役割を果たす元素である。また、ボロンは、成膜されるシリコン窒化物膜中に含有される割合を１％未満とすれば、成膜されるシリコン窒化物膜は、事実上、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）として取り扱うことができる。反対に、成膜されるシリコン窒化物膜中に含有される割合を１％以上とすれば、成膜されるシリコン窒化物膜は、ボロン含有シリコン窒化物膜（ＳｉＢＮ）にできる。ボロンは、シリコン窒化膜中に存在していても差し支えがない元素であるし、ＳｉＢＮ膜を成膜する際には必須の元素となる。
【００９３】
このように、(ｃ)、(ｄ)を同時に採用することで、成膜されるシリコン窒化物膜から、余計な元素の残留もしくは混入を排除でき、より品質が良いシリコン窒化物膜を成膜できる、という利点を、さらに得ることができる。
【００９４】
＜ＳｉＮ膜、ＳｉＢＮ膜の作り分け方＞
次に、ＳｉＮ膜、ＳｉＢＮ膜の作り分け方について説明する。
分解促進ガスにボロン化合物ガスを用いると、成膜されるシリコン窒化物膜５中にボロンを含有させることができる。ボロンの含有量を制御すると、シリコン窒化物膜５は、ＳｉＮ膜、ＳｉＢＮ膜のいずれにも作り分けることが可能である。
【００９５】
具体的な一例は、成膜されるシリコン窒化物膜５中に含有されるボロンの割合を１％未満とすれば、成膜されるシリコン窒化物膜５は、事実上、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）として取り扱うことができる膜となる。
【００９６】
また、成膜されるシリコン窒化物膜５中に含有されるボロンの割合を１％以上とすれば、成膜されるシリコン窒化物膜５は、ボロン含有シリコン窒化膜（ＳｉＢＮ）にできる。
【００９７】
このように、分解促進ガスにボロン化合物ガスを用い、成膜されるシリコン窒化物膜５中のボロンの含有量を制御することで、ＳｉＮ膜およびＳｉＢＮ膜の作り分けが可能となり、成膜プロセスの汎用性を向上できる、という利点を得ることができる。
【００９８】
＜シリコン膜の成膜温度と窒化温度＞
次に、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度と窒化温度とについて説明する。  
シリコン膜４（４−１、４−２、…）の形成処理に際し、分解促進ガスを用いること、およびシリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化処理に際し、窒化ガスに、熱以外のエネルギーを印加することの双方を兼ね備えると、成膜温度および窒化温度の双方を、例えば、４００℃未満といった低い温度に引き下げることができる。
【００９９】
このことを考慮すると、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度と、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化温度とを、同じ温度とすることも可能となる。これら成膜温度と窒化温度とを同じ温度とすると、シリコン膜の形成処理（ステップ１〜ステップ４）から、シリコン膜の窒化処理（ステップ６およびステップ７）への移行に際し、処理室内の温度を変更せずに済む、という利点を得ることができる。
【０１００】
処理室内の温度を変更すると、昇温時間および降温時間といった、成膜処理中の被処理体にとっては処理が止まった状態、いわば待機時間が発生する。
【０１０１】
このような待機時間は、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の成膜温度と、シリコン膜４（４−１、４−２、…）の窒化温度とを、同じ温度とすることで解消できる。このように昇温時間および降温時間といった、いわば待機時間を削減することによって、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の生産性は、より向上する、という利点を、さらに得ることもできる。
【０１０２】
（第２の実施形態）
段落００８３において、第１の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法においては、ステップ１とステップ３とを入れ換えることが可能であることを説明した。ステップ１とステップ３とを入れ換えた場合の具体的な一例が、第２の実施形態である。
【０１０３】
図７はこの発明の第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図である。
【０１０４】
図７に示すように、第２の実施形態においては、シリコン基板１を成膜装置の処理室内に搬入した後、処理室内において、シリコン基板１の被処理面に向け、シリコン原料ガスの分解を促進させる物質を含む分解促進ガスを供給する（ステップ３）。ステップ３における処理条件は、第１の実施形態において説明したステップ３の処理条件と同様でよい。
【０１０５】
次に、例えば、処理室内を排気しつつ処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内をパージする（ステップ２）。ステップ２において用いる不活性ガスは、第１の実施形態において説明したガスと同様でよい。
【０１０６】
次に、シリコン基板１の被処理面に向け、シリコンを含むシリコン原料ガスを供給する（ステップ１）。ステップ４における処理条件は、第１の実施形態において説明したステップ１の処理条件と同様でよい。
【０１０７】
次に、例えば、処理室内を排気しつつ処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内をパージする（ステップ４）。ステップ４において用いる不活性ガスは、第１の実施形態において説明したガスと同様でよい。
【０１０８】
次に、図７のステップ５に示すように、シリコン膜の形成処理であるステップ３〜ステップ２〜ステップ１〜ステップ４の繰り返し回数が、設定値ｎ回（ただし、ｎは１以上）に達したか否かを判断する。達していない（ＮＯ）、と判断された場合には、ステップ３〜ステップ２〜ステップ１〜ステップ４を再度繰り返す。反対に達した（ＹＥＳ）、と判断された場合には、第１の実施形態と同様にステップ６に進み、シリコン膜の窒化処理であるステップ６〜ステップ７を設定値であるｐ回（ただし、ｐは１以上）行う。この後、ステップ９に示すように、シリコン膜の形成処理〜シリコン膜の窒化処理を１サイクルとするシーケンスの回数が、設定値ｍ回（ただし、ｍは１以上）に達したか否かを判断する。達していない（ＮＯ）、と判断された場合には、上記シーケンスを再度行う。反対に達した（ＹＥＳ）と判断された場合には、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法にしたがった成膜処理を終了する。
【０１０９】
このように、シリコン原料ガスの供給（ステップ１）と、分解促進ガスの供給（ステップ３）とを入れ換え、先に分解促進ガスの供給（ステップ３）を行ってから、シリコン原料ガスの供給（ステップ１）を行うようにしてもよい。
【０１１０】
第２の実施形態による利点は、シリコン原料ガスよりも先に分解促進ガスを、シリコン基板１の被処理面に供給することで、第１の実施形態では、ステップ５における設定値ｎを“２”以上としなければならなかった点を“１”以上にできることである。ステップ５における設定値ｎを“１”以上にできることで、スループットの向上、シリコン原料ガスおよび分解促進ガスの節約に寄与できるとともに、実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法において、プロセスの自由度が増す、という利点をさらに得ることができる。
【０１１１】
＜成膜装置：第１例＞
次に、この発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置について説明する。
【０１１２】
図８はこの発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な第１例に係る成膜装置を概略的に示す縦断面図、図９は図８に示す成膜装置の水平断面図である。
【０１１３】
図８および図９に示すように、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室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
【０１１４】
マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、縦型ウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入される。縦型ウエハボート１０５は、複数本の図示せぬ支持溝が形成されたロッド１０６を複数本有しており、上記支持溝に被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体基板、本例では、シリコン基板１の周縁部の一部を支持させる。これにより、縦型ウエハボート１０５には、シリコン基板１が多段に載置され、処理室１０１内にはシリコン基板１が高さ方向に沿って複数枚収容される。
【０１１５】
縦型ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置される。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０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１１３の先端に取り付けられている。これにより、縦型ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。
【０１１６】
成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４、および処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５を有している。
【０１１７】
本例の処理ガス供給機構１１４は、シリコン原料ガス供給源１１７ａ、分解促進ガス供給源１１７ｂ、および窒化ガス供給源１１７ｃを含んでいる。また、不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んでいる。
【０１１８】
シリコン原料ガス供給源１１７ａから供給されるシリコン原料ガスは、図１に示したステップ１において利用され、その一例はＳｉＨ４ガスである。分解促進ガス供給源１１７ｂから供給される分解促進ガスは、ステップ３において利用され、その一例はＢ２Ｈ６ガスである。窒化ガス供給源１１７ｃから供給される窒化ガスは、図１に示したステップ６において利用され、その一例はＮＨ３ガスである。不活性ガス供給源１２０から供給される不活性ガスは処理室１０１内に供給されるガスの希釈や、図１に示したステップ２、ステップ４およびステップ７におけるパージ処理等に利用され、その一例はＡｒガスである。
【０１１９】
シリコン原料ガス供給源１１７ａは、流量制御器１２１ａおよび開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３ａに接続されている。また、分解促進ガス供給源１１７ｂは、流量制御器１２１ｂおよび開閉弁１２２ｂを介して分散ノズル１２３ｂ（図８には図示せず。図９参照）に接続されている。また、窒化ガス供給源１１７ｃは、流量制御器１２１ｃおよび開閉弁１２２ｃを介して分散ノズル１２３ｃに接続されている。
【０１２０】
分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃは石英管よりなり、マニホールド１０３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。分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃの垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【０１２１】
上記処理室１０１の側壁の一部には、プラズマ生成機構１４０が形成されている。プラズマ生成機構１４０は、窒化ガスに対して、少なくとも活性な窒素が生成されるようにエネルギーを印加するエネルギー印加機構である。プラズマ生成機構１４０は、処理室１０１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁１４１を備えている。プラズマ区画壁１４１は、例えば、石英により形成される。プラズマ区画壁１４１は断面凹部状をなし、処理室１０１の側壁に形成された開口１４２を覆う。開口１４２は、縦型ウエハボート１０５に支持されている全てのシリコン基板１を上下方向においてカバーできるように、上下方向に細長く、例えば、処理室１０１の側壁を削りとることによって形成される。本例においては、プラズマ区画壁１４１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、窒化ガスを吐出する分散ノズル１２３ｃを配置する。
【０１２２】
プラズマ生成機構１４０には、プラズマ区画壁１４１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１４３と、例えば、一対のプラズマ電極１４３それぞれに給電ライン１４４を介して接続され、一対のプラズマ電極１４３に高周波電力を供給する高周波電源１４５とが備えられている。高周波電源１４５は、一対のプラズマ電極１４３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１４１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１２３ｃから吐出された窒化ガスは、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、例えば、窒素ラジカルＮ＊やアンモニアラジカルＮＨ＊等の活性な窒素を含んだプラズマガスとして、開口１４２を介して処理室１０１の内部へと供給される。なお、成膜装置１００においては、一対のプラズマ電極１４３への高周波電力の供給を止めれば、分散ノズル１２３ｃから吐出された窒化ガスをプラズマ化させないまま、処理室１０１の内部へと供給することも可能である。
【０１２３】
プラズマ区画壁１４１の外側には、これを覆うようにして、例えば、石英よりなる絶縁保護カバー１４６が取り付けられている。絶縁保護カバー１４６の内側部分には、図示せぬ冷媒通路が設けられており、例えば、冷却された窒素ガスを流すことによりプラズマ電極１４３を冷却し得るようになっている。
【０１２４】
不活性ガス供給源１２０は、流量制御器１２１ｄおよび開閉弁１２２ｄを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に吐出させる。
【０１２５】
分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃに対して反対側に位置する処理室１０１の側壁部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、および処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
【０１２６】
処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではシリコン基板１を加熱する。
【０１２７】
成膜装置１００の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
【０１２８】
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理を実施する。
【０１２９】
この発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、図８および図９に示したような成膜装置１００を用い、コントローラ１５０によって、実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、シリコン原料ガス供給源１１７ａ、分解促進ガス供給源１１７ｂ、窒化ガス供給源１１７ｃ、加熱装置１３３、およびプラズマ生成機構１４０を制御することによって、実施することができる。
【０１３０】
＜成膜装置：第２例＞
図１０はこの発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な第２例に係る成膜装置を概略的に示す水平断面図である。
【０１３１】
成膜装置としては図８および図９に示したような縦型バッチ式に限られるものではない。例えば、図１０に示すような水平型バッチ式であってもよい。図１０には水平型バッチ式の成膜装置２００の処理室の水平断面が概略的に示されている。なお、図１０においては、処理ガス供給機構、不活性ガス供給機構、排気装置、加熱装置、およびコントローラ等の図示は省略している。また、第２例に係る成膜装置は、特に、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法に有効に用いることができる。したがって、第２例に係る成膜装置は、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法に適用した場合を想定して説明する。
【０１３２】
図１０に示すように、成膜装置２００は、ターンテーブル２０１上に、例えば、５枚のシリコン基板１を載置し、５枚のシリコン基板１に対して成膜処理を行う。ターンテーブル２０１は、成膜装置２００の処理室２０２内に設けられ、複数枚、本例では５枚のシリコン基板１を周方向に沿って載置した状態で、例えば、反時計回りに回転される。
【０１３３】
処理室２０２の内部は、６つの処理ステージに分割されており、ターンテーブル２０１が回転することによって、シリコン基板１は、６つの処理ステージを順番に廻る。本例では、ターンテーブルが１回転すると、シリコン膜の形成処理〜シリコン膜の窒化処理の１サイクルが行われたことになる。具体的な処理の一例は、ターンテーブル２０１上に５枚のシリコン基板１を載置し、分解促進ガス、例えばジボランを先に出し、全てのシリコン基板１に分解促進の触媒となるジボランを吸着させる。この後、シリコン原料ガスを出し、全てのシリコン基板１上にシリコン膜を形成する。この後、プラズマを着火し、シリコン膜を窒化する。そのまま、ガスを流し続けた状態で、所定のサイクルに達するまで、ターンテーブル２０１を回転させ処理を続ける。
【０１３４】
最初の処理ステージＰＳ１は、図７に示したステップ３を行うステージである。処理ステージＰＳ１においては、シリコン基板１の被処理面に向けて分解促進ガスの供給が行われる。処理ステージＰＳ１の上方には、分解促進ガスを供給するガス供給管２０３ａが配置されている。ガス供給管２０３ａは、ターンテーブル２０１に載置されて廻ってきたシリコン基板１の被処理面に向けて、分解促進ガスを供給する。処理ステージＰＳ１に対応する処理室２０２の部分には、分解促進ガスを排気する排気口２０４ａが設けられている。なお、本例において、ガスの排気方向は、ターンテーブル２０１の回転方向とは逆となる。分解促進ガスの一例は、０．１％Ｂ２Ｈ６を含むガスである。処理条件の一例は、０．１％Ｂ２Ｈ６を含むガスの流量が２５０ｓｃｃｍ、圧力が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）である。
【０１３５】
処理ステージＰＳ１に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、図７に示したステップ２を行う処理ステージＰＳ２である。処理ステージＰＳ２は狭隘な空間となっており、シリコン基板１は、狭隘な空間の中をターンテーブル２０１に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管２０３ｂから不活性ガスが供給され、パージ処理が行われるとともに、異なった処理ガスどうしを隔離するガス隔離エリアとしても機能する。不活性ガスの一例は、窒素ガスである。窒素ガスは、例えば、流量１０００ｓｃｃｍで供給される。
【０１３６】
処理ステージＰＳ２に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、図７に示したステップ１を行う処理ステージＰＳ３である。処理ステージＰＳ３においては、シリコン基板１の被処理面に向けてシリコン原料ガスの供給が行われる。処理ステージＰＳ３の上方には、シリコン原料ガスを供給するガス供給管２０３ｃが配置されている。ガス供給管２０３ｃは、ターンテーブル２０１に載置されて廻ってきたシリコン基板１の被処理面に向けて、シリコン原料ガスを供給する。処理ステージＰＳ３に対応する処理室２０２の、例えば、前段の処理ステージＰＳ２に近い部分には、シリコン原料ガスを排気する排気口２０４ｂが設けられている。シリコン原料ガス一例は、Ｓｉ２Ｈ６ガスである。処理条件の一例は、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量が２００ｓｃｃｍ、圧力が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）である。
【０１３７】
処理ステージＰＳ３に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、図７に示したステップ４を行う処理ステージＰＳ４である。処理ステージＰＳ４は、処理ステージＰＳ２と同様に狭隘な空間となっており、ガス隔離エリアとしても機能する。狭隘な空間の内部には、ガス供給管２０３ｄから不活性ガスが供給され、シリコン基板１には、狭隘な空間をくぐりぬけながら、パージ処理が行われる。不活性ガスの一例は、窒素ガスである。窒素ガスは、例えば、流量１０００ｓｃｃｍで供給される。
【０１３８】
処理ステージＰＳ４に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、図７に示したステップ６を行う処理ステージＰＳ５である。処理ステージＰＳ５においては、シリコン基板１の被処理面に向けての窒化ガスの供給と、窒化ガスのプラズマ化が行われる。このため、処理ステージＰＳ５の上方には、窒化ガスを供給するガス供給管２０３ｅと、プラズマ生成機構２０５とが配置されている。ガス供給管２０３ｅは、ターンテーブル２０１に載置されて廻ってきたシリコン基板１の被処理面に向けて、窒化ガスを供給する。プラズマ生成機構２０５は、窒化ガスに対して、少なくとも活性な窒素が生成されるようにエネルギーを印加する。処理ステージＰＳ５に対応する処理室２０２の、例えば、前段の処理ステージＰＳ４に近い部分には、窒化ガスを排気する排気口２０４ｃが設けられている。窒化ガスの一例は、窒素ガスである。プラズマ着火時には、窒素ガスを流量２００ｓｃｃｍ、アルゴンガスを４５００ｓｃｃｍで供給し、プラズマ着火後、窒素ガスの流量を５０００ｓｃｃｍに切り換える。
【０１３９】
また、処理ステージＰＳ５は、シリコン基板１を処理室２０２内に搬入、搬出する搬入搬出ステージとしても機能する。シリコン基板１は、処理室２０２内にウエハ搬入搬出口２０６を介して搬入搬出される。搬入搬出口２０６はゲートバルブ２０７によって開閉される。
【０１４０】
処理ステージＰＳ５に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、図７に示したステップ７を行う処理ステージＰＳ６である。処理ステージＰＳ６は、処理ステージＰＳ２、ＰＳ４と同様に狭隘な空間となっており、ガス隔離エリアとしても機能する。狭隘な空間の内部には、ガス供給管２０３ｆから不活性ガスが供給され、シリコン基板１には、狭隘な空間をくぐりぬけながら、パージ処理が行われる。
【０１４１】
処理ステージＰＳ６に対して反時計回りの方向に隣り合う処理ステージは、上述した処理ステージＰＳ１である。これにより、ターンテーブル２０１が１回転すると、シリコン基板１には、図７に示したステップ３〜ステップ２〜ステップ１〜ステップ４〜ステップ６〜ステップ７〜ステップ３…の処理が行われることとなる。なお、処理ステージＰＳ１の排気口２０４ａは、処理室２０２の処理ステージＰＳ１の部分において、処理ステージＰＳ６に近い箇所に設けられている。
【０１４２】
このように成膜装置２００においては、シリコン基板１が一周廻ると、図７に示したシリコン膜の形成処理〜シリコン膜の窒化処理の１サイクルが完了する。成膜装置２００では、シリコン基板１をターンテーブル２０１に載置した状態で、設定されたサイクル値ｍ回まで回転させることで、シリコン基板１の被処理面上にシリコン窒化物膜を成膜することができる。
【０１４３】
なお、図１０に示す成膜装置２００では、シリコン膜の形成処理（ステップ３〜ステップ２〜ステップ１〜ステップ４）の設定値ｎが“１”、同じくシリコン膜の窒化処理（ステップ６〜ステップ７）の設定値ｐが“１”である。このため、成膜装置２００の厳密なシーケンスは、図１１に示すように、図７に示したシーケンスよりステップ５およびステップ８の判断処理を削除したものとなる。つまり、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、“ｎ＝１”、“ｐ＝１”とした場合には、そのシーケンスから設定値ｎに達したか（ステップ５）、および設定値ｐに達したか（ステップ８）を削除することも可能である。
【０１４４】
この発明の第１、第２の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、図１０に示すような水平型バッチ式成膜装置２００を用いることによっても、実施することができる。
【０１４５】
＜水平型バッチ式成膜装置２００における膜厚の温度依存性＞
次に、水平型バッチ式成膜装置２００を用いて成膜されたシリコン窒化物膜の膜厚の温度依存性について説明する。
【０１４６】
図１２は、サイクル数とシリコン窒化物膜の膜厚との関係を処理温度ごとに示す図である。なお、処理ステージＰＳ１（ステップ３）で用いる分解促進ガスはジボラン、処理ステージＰＳ３（ステップ１）で用いるシリコン原料ガスはモノシラン、処理ステージＰＳ５（ステップ６）で用いる窒化ガスはアンモニアとした。また、ターンテーブル２０１の回転数は２ｒｐｍとした。
【０１４７】
図１２に示すように、成膜装置２００を用い、処理温度を４５０℃、４００℃、３５０℃、３００℃と変化させた。この結果、処理温度３００℃でもシリコン窒化物膜が成膜されることが確認された。成膜レートは処理温度が上がるにつれて高まり、少ないサイクル回数でより膜厚の厚いシリコン窒化物膜が成膜される。
【０１４８】
例えば、約４０ｎｍの膜厚のシリコン窒化物膜を成膜するには、処理温度４５０℃で約１５０サイクルのところ、処理温度４００℃で約３５０サイクルである。同じく約２０ｎｍの膜厚のシリコン窒化物膜を成膜するには、処理温度４５０℃で約１００サイクル、処理温度４００℃で約１６０サイクル、処理温度３５０℃で約４００サイクルである。また、約１０ｎｍの膜厚のシリコン窒化物膜を成膜するには、処理温度４５０℃で約５０サイクル、処理温度４００℃で約９０サイクル、処理温度３５０℃で約２００サイクル、処理温度３００℃で約３３０サイクルである。
【０１４９】
これらの結果から、膜厚が厚いシリコン窒化物膜をスループット良く成膜するには、処理温度は高い方、例えば、４００℃以上４５０℃以下を選択することが好ましく、膜厚が薄いシリコン窒化物膜を成膜する場合には処理温度３００℃以上４００℃以下を選択することが好ましい。
【０１５０】
さらに、図１２には、成膜されたシリコン窒化物膜の膜厚の面内均一性が数字により示されている。処理温度が４５０℃で、膜厚が約４０ｎｍの面内均一性は４２．５８（±％）である。処理温度が４００℃で、膜厚が約４０ｎｍの面内均一性は３９．２１（±％）である。しかし、処理温度が４００℃で、膜厚が約２８ｎｍでは面内均一性が３１．８４（±％）と向上しており、比較的良好な結果が得られた。
【０１５１】
また、処理温度３５０℃では、膜厚が約２５ｎｍで２９．８１（±％）、膜厚が約９ｎｍで２９．７５（±％）と、３０（±％）以下の良好な結果が得られた。なお、処理温度３００では、膜厚が約５ｎｍで４１．３５（±％）であった。
【０１５２】
これらの結果から、シリコン窒化物膜の膜厚の面内均一性に、例えば、３０（±％）付近、もしくは３０（±％）以下を得ようとする場合には、処理温度は３００℃以上４００℃以下の範囲に設定されることが好ましい。
【０１５３】
＜成膜装置２００におけるシリコン窒化物膜の膜質＞
次に、水平型バッチ式成膜装置２００を用いて成膜されたシリコン窒化物膜の膜質について説明する。
【０１５４】
図１３は、処理温度とシリコン窒化物膜の屈折率との関係を示す図である。なお、屈折率は光の波長が約６３２ｎｍの場合のものを示している。
【０１５５】
図１３に示すように、処理温度３００℃〜処理温度４５０℃の範囲において、成膜されたシリコン窒化物膜の屈折率は、１．９０以上１．９７以下の範囲となっている。この結果から、水平型バッチ式成膜装置２００を用いて成膜された膜は、良好なシリコン窒化物膜であることが確認された。
【０１５６】
このように、この発明の実施形態に係るシリコン窒化物の成膜方法は、図１０に示したような水平型バッチ式の成膜装置２００を用いても、充分に実施することができる。
【０１５７】
＜水平型バッチ式成膜装置の変形例＞
次に、水平型バッチ式成膜装置の変形例について説明する。
【０１５８】
図１４Ａは水平型バッチ式成膜装置における処理ステージの第１例を示す図、図１４Ｂは水平型バッチ式成膜装置における処理ステージの第２例を示す図、図１４Ｃは水平型バッチ式成膜装置における処理ステージの第３例を示す図である。
【０１５９】
図１４Ａには、図１０に示した水平型バッチ式成膜装置２００における処理ステージが示されている。図１４に示すように、図１０に示した水平型バッチ式成膜装置２００では、処理室２０２の内部が、６つの処理ステージＰＳ１〜ＰＳ６に分かれており、ターンテーブル２０１が１回転すると、シリコン膜の形成処理（ステップ３〜ステップ２〜ステップ１〜ステップ４）とシリコン膜の窒化処理（ステップ６〜ステップ７）とからなる１サイクルが行われる。つまり、水平型バッチ式成膜装置２００においては、ターンテーブル２０１が１回転＝１サイクルとなる。
【０１６０】
これに対し、図１４Ｂに示す水平型バッチ式成膜装置２００ａでは、処理室２０２の内部が、１２の処理ステージＰＳ１〜ＰＳ１２に分かれ、図１４Ａに示した水平型バッチ式成膜装置２００に比較して、処理ステージＰＳ１〜ＰＳ６が２回繰り返されるようになっている。つまり、水平型バッチ式成膜装置２００ａにおいては、ターンテーブル２０１が１回転＝２サイクルとなる。
【０１６１】
このように、処理室２０２の処理ステージは、ターンテーブル２０１が１回転すると、複数回のサイクルが実施されるように分割することも可能である。
【０１６２】
さらに、図１４Ｃに示す水平型バッチ式成膜装置２００ｂでは、図１４Ｂに示した水平型バッチ式成膜装置２００ｃに比較して、処理ステージＰＳ５およびＰＳ６が省略され、処理室２０２の内部が、１０の処理ステージＰＳ１〜ＰＳ４、ＰＳ７〜ＰＳ１２に分かれている。このように処理ステージを分割した場合には、図７に示した成膜シーケンスのうち、シリコン膜の形成処理の設定値ｎが“２”に設定されたことになる。
【０１６３】
このように、処理室２０２の処理ステージは、ターンテーブル２０１が１回転すると、複数回のシリコン膜の形成処理と１回のシリコン膜の窒化処理とが実施されるように分割することも可能である。
【０１６４】
このように、この発明の第１、第２の実施形態によれば、ハードの改良だけに依存することなく、かつ、膜の均一性、電気的又は物理的特性、および加工性等のユーザーからの要求を満足しつつ、成膜装置の生産性を向上させることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行する成膜装置を提供できる。
【０１６５】
以上、この発明を第１、第２の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１、第２の実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【０１６６】
例えば、上記第１、第２の実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではなく、例えば、処理室１０１内の容積等に応じて、適宜変更が可能である。
【０１６７】
また、上記第１、第２の実施形態は、成膜処理をバッチ式成膜装置において行う例を示したが、枚葉式成膜装置において行うことも可能である。また、バッチ式成膜装置は、縦型に限られるものではなく、横型のバッチ式成膜装置において行うことも可能である。  
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１…シリコン基板、２−１〜２−９…第１層〜第９層シリコン層、３…ボロン原子、４−１〜４−３…第１層〜第３層シリコン膜、５…シリコン窒化物膜、５−１〜５−３…第１層〜第３層シリコン窒化物膜。
【図１】
2015097255.tif 000003
【図２Ａ】
2015097255.tif 000004
【図２Ｂ】
2015097255.tif 000005
【図２Ｃ】
2015097255.tif 000006
【図２Ｄ】
2015097255.tif 000007
【図２Ｅ】
2015097255.tif 000008
【図２Ｆ】
2015097255.tif 000009
【図２Ｇ】
2015097255.tif 000010
【図２Ｈ】
2015097255.tif 000011
【図２Ｉ】
2015097255.tif 000012
【図２Ｊ】
2015097255.tif 000013
【図２Ｋ】
2015097255.tif 000014
【図２Ｌ】
2015097255.tif 000015
【図２Ｍ】
2015097255.tif 000016
【図２Ｎ】
2015097255.tif 000017
【図３】
2015097255.tif 000018
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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