(57)【要約】【課題】基板表面に窒化シリコン膜を成膜するにあたって、パーティクルの発生を抑えることができる技術を提供すること。【解決手段】縦型熱処理装置の反応容器内にてシラン系のガスと活性化したアンモニアガスとを交互に供給することにより基板表面にシリコン窒化膜を成膜する。次に反応容器から基板保持具を搬出して基板を取り出し、空になった基板保持具を反応容器内に搬入し、反応容器内の温度を、シリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温する。そして反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持し、しかる後、反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却する。【選択図】図４
2008010685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入する工程と、
反応容器内にシラン系ガス及び窒素を含むガスを供給すると共に反応容器の周囲に設けられた加熱手段により反応容器内を加熱して前記基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次に反応容器から基板保持具を搬出する工程と、
その後、反応容器内の温度を、前記工程におけるシリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温する工程と、
反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持するパージ処理工程と、  
次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
基板にシリコン窒化膜を成膜する工程は、少なくとも窒素を含むガスを活性化させて行うことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入する工程と、
反応容器内にシラン系のガス及び窒素を含むガスを供給し且つ少なくとも窒素を含むガスについては活性化すると共に反応容器の周囲に設けられた加熱手段により反応容器内を加熱して前記基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次に反応容器から基板保持具を搬出する工程と、
その後、反応容器内の温度を、前記工程におけるシリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温する工程と、
反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてパージ処理する工程と、  
次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
シラン系のガス及び窒素を含むガスが交互に反応容器内に複数回供給されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の成膜方法。
【請求項５】
パージ処理工程は、成膜処理後の基板を基板保持具から取り出した後、基板を載せずに基板保持具を反応容器内に搬入した状態で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の成膜方法。
【請求項６】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置において、
前記反応容器の周囲を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記アンモニアガスを反応容器内に供給するガス供給手段と、
前記反応容器内を強制的に冷却する冷却手段と、
前記基板にシリコン窒化膜を成膜した後、反応容器から基板保持具を搬出するステップと、その後反応容器内の温度を、前記シリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温するステップと、反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持するパージ処理ステップと、次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却するステップと、を実行するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
処理ガスを活性化させるための活性化手段を備えていることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、活性化した処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置において、
前記反応容器の周囲を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
処理ガスを活性化するための活性化手段と、
前記アンモニアガスを反応容器内に供給するガス供給手段と、
前記反応容器内を強制的に冷却する冷却手段と、
前記基板にシリコン窒化膜を成膜した後、反応容器から基板保持具を搬出するステップと、その後反応容器内の温度を、前記シリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温するステップと、反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてパージ処理するステップと、次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却するステップと、を実行するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
処理ガスであるシラン系のガス及び窒素を含むガスが交互に反応容器内に複数回供給されるように制御動作することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一に記載の成膜装置。
【請求項１０】
制御部は、成膜処理後の基板を基板保持具から取り出した後、基板を載せずに当該基板保持具を反応容器内に搬入した状態でパージ処理ステップを行うように構成されていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一に記載の成膜装置。
【請求項１１】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の工程を実施するようにステップ群が組まれてい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、基板表面に窒化シリコン膜を形成する成膜方法及び成膜装置、並びに前記成膜方法を実施するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の基板の表面に窒化シリコン膜（以下「ＳｉＮ膜」という）を形成する処理がある。このＳｉＮ膜は、エッチング時におけるいわゆるハードマスクなどに広く用いられており、また比誘電率が高いことから物理的膜厚が大きくてもシリコン酸化膜と同様の電気的特性を有し、ゲート酸化膜や層間絶縁膜のキャップ膜などにも用いられる有用な膜である。
【０００３】
ＳｉＮ膜はシラン系のガス例えばシリコン及び塩素の化合物である例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを反応させることによりＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)により成膜され、その成膜プロセスを実施する装置としては、例えばバッチ処理を行う縦型熱処理装置が従来から知られている。そして前記熱処理装置においてＳｉＮ膜の成膜処理を繰り返し行うと、ＳｉＮ膜の成膜反応の主生成物や副生成物が反応容器の内壁やウエハ保持具に付着して次第に堆積していく。そして累積膜厚が所定の厚さになると、次の熱処理の際、反応容器内を加熱したときに、前記膜からガスが発生したり、堆積した膜にクラックが入って膜が剥がれるといったことが起こる。膜からガスが発生すると、そのガスが反応してウエハ上に予定していない成分が付着するおそれがあるし、また膜が剥がれると、熱処理雰囲気を浮遊して、ウエハに対するパーティクル汚染の原因になる。
【０００４】
このようなことから、成膜処理を行い、累積膜厚が所定の厚さになったときにパージ処理が行われ、例えば１回の成膜処理の目標膜厚が前記所定の厚さ以上になるときには、成膜処理をする毎にパージ処理を行っている。このパージ処理については、特許文献１に記載されており、処理済みのウエハＷを搭載したウエハ保持具を反応容器から搬出し、次に処理が行われる未処理のウエハＷを搭載したウエハ保持具を再び反応容器内に搬入する間に、反応容器内に不活性ガス例えば窒素ガスを供給しながら、反応容器内を成膜温度以下に冷却している。即ち、反応容器内の堆積膜に積極的に熱応力を発生させ、膜に亀裂を発生させ、膜の表層部を積極的に剥がし、ガスやパーティクルの発生を抑制している。このパージ処理によって除去される膜は、今にも剥がれそうな状態で反応容器内に付着している膜の表層部であるが、これを除去することにより、パージ処理に引き続いて行われる成膜処理でのガスやパーティクルの発生が抑えられる。
【０００５】
ところで、回路素子の特性向上の面から熱処理について、前工程で形成された膜に対する熱履歴をできるだけ少なくするために低温化プロセスが要請されている。こうした背景から特許文献２には、縦型の反応容器に、処理ガスをプラズマ化するための機構を組み合わせた装置が記載されており、具体的には、反応容器の側面部にガス供給用のインジェクタを起立して設けると共にこのインジェクタの周囲にプラズマ発生用の電極を設け、また反応容器におけるインジェクタに対向する側面部に排気口を形成して構成されている。この装置の好ましい運用として、ＤＣＳガスとアンモニアガスとを交互に反応容器内に供給し、これらガスを前記電極による電界により活性化させ、その活性種をウエハ表面に吸着するいわゆる分子層堆積法が記載されている。
【０００６】
しかしながら、処理ガスをプラズマ化する手法においては、アンモニアの活性種が失活している領域あるいは活性種が少なくなっている領域例えば反応容器の排気口付近などでは、シリコンとアンモニアとの反応の程度が小さいことから、反応容器内に付着するＳｉＮ膜は、窒素の含有率が小さくシリコンの含有率の大きい、シリコンリッチな膜となる。本発明者の検証によれば、この膜は既述のように反応容器内の温度を低下させても膜が剥がれにくく、結果として一連の成膜プロセスによりウエハに付着するパーティクルが多くなっている。特に成膜の前において例えばウエハの搬入時（ロード時）などにおいてウエハの表面にパーティクルが付着すると、その上にＳｉＮ膜が成膜されるため、今後素子の微細化が進むと、歩留まりの低下の要因になってしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３０６９０４号公報：段落００３２、００３３
【特許文献２】特開２００４−３４３０１７：図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、基板表面に窒化シリコン膜を成膜するにあたって、パーティクルの発生を抑えることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の成膜方法は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入する工程と、
反応容器内にシラン系のガス及び窒素を含むガスを供給すると共に反応容器の周囲に設けられた加熱手段により反応容器内を加熱して前記基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次に反応容器から基板保持具を搬出する工程と、
その後、反応容器内の温度を、前記工程におけるシリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温する工程と、
反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持するパージ処理工程と、  
次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上述した成膜方法において、基板にシリコン窒化膜を成膜する工程は、少なくとも窒素を含むガスを活性化させて行うことが好ましい。
【００１１】
また本発明の成膜方法は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入する工程と、
反応容器内にシラン系のガス及び窒素を含むガスを供給し且つ少なくとも窒素を含むガスについては活性化すると共に反応容器の周囲に設けられた加熱手段により反応容器内を加熱して前記基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次に反応容器から基板保持具を搬出する工程と、
その後、反応容器内の温度を、前記工程におけるシリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温する工程と、
反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてパージ処理する工程と、  
次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上述した成膜方法において、シラン系のガス及び窒素を含むガスが交互に反応容器内に複数回供給されるようになっており、これらのガスの少なくとも一方が活性化されていてもよい。またパージ処理工程は、成膜処理後の基板を基板保持具から取り出した後、基板を載せずに基板保持具を反応容器内に搬入した状態で行うことが好ましい。
【００１３】
また本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置において、
前記反応容器の周囲を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記アンモニアガスを反応容器内に供給するガス供給手段と、
前記反応容器内を強制的に冷却する冷却手段と、
前記基板にシリコン窒化膜を成膜した後、反応容器から基板保持具を搬出するステップと、その後反応容器内の温度を、前記シリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温するステップと、反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持するパージ処理ステップと、次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却するステップと、を実行するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上述した成膜装置において、処理ガスを活性化させるための活性化手段（励起手段）を備えていることが好ましい。
【００１５】
また本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、活性化した処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置において、
前記反応容器の周囲を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整手段と、
処理ガスを活性化するための活性化手段（励起手段）と、
前記アンモニアガスを反応容器内に供給するガス供給手段と、
前記反応容器内を強制的に冷却する冷却手段と、
前記基板にシリコン窒化膜を成膜した後、反応容器から基板保持具を搬出するステップと、その後反応容器内の温度を、前記シリコン窒化膜の成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温するステップと、反応容器内にアンモニアガスを供給し、パージ処理温度にてパージ処理するステップと、次いで反応容器内に付着しているシリコン窒化膜を熱応力により剥離するために反応容器内を強制的に冷却するステップと、を実行するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上述した成膜装置において、処理ガスであるシラン系のガス及び窒素を含むガスが交互に反応容器内に複数回供給されるように制御動作され、これらのガスの少なくとも一方が活性化されていてもよい。また前記制御部は、成膜処理後の基板を基板保持具から取り出した後、基板を載せずに当該基板保持具を反応容器内に搬入した状態でパージ処理ステップを行うように構成されていることが好ましい。
【００１７】
さらに本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して搬入搬出手段により反応容器内に搬入し、処理ガスにより基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述した工程を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。前記記憶媒体としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、シリコン窒化膜の成膜処理の後、反応容器内の温度を、成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温させて、反応容器内にパージガスであるアンモニアガスを供給し、このパージ処理温度にてアンモニアガスの分圧を８０００Ｐａ以上の圧力に維持し、しかる後、反応容器内を強制的に冷却して反応容器内に付着しているシリコン窒化膜に熱的応力を与えているので、今にも剥がれそうな状態で反応容器内に付着している膜の表層部などを容易に剥がすことができる。
【００１９】
また処理ガスを活性化してシリコン窒化膜を成膜する場合、反応容器内においてアンモニアガスの活性化が不十分な部位では窒化が不十分なため強制的に剥離しにくい膜となって反応容器の内壁等に付着しているが、アンモニアガスにより窒化を促進させて熱応力により剥離しやすい状態としていることから、膜の剥離を促進するのに有効である。  
従って本発明によれば、パージ処理に引き続いて行われる成膜処理でのガスやパーティクルの発生が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図１及び図２は夫々縦型熱処理装置からなるバッチ式の成膜装置の概略縦断面図及び概略横断面図である。図１及び図２中の２は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器であり、この反応容器２内の天井には、石英製の天井板２１が設けられて封止されている。また、この反応容器２の下端開口部の周縁部にはフランジ２２が一体に形成されており、このフランジ２２の下面には、例えばステンレススチールにより円筒状に形成されたマニホールド３がＯリング等のシール部材３１を介して連結されている。
【００２１】
前記マニホールド３の下端は、搬入出口（炉口）として開口され、その開口部３２の周縁部にはフランジ３３が一体に形成されている。前記マニホールド３の下方には、フランジ３３の下面にＯリング等のシール部材３４を介して開口部３２を気密に閉塞する、例えば石英製の蓋体４がボートエレベータ４１により上下方向に開閉可能に設けられている。前記蓋体４の中央部には回転軸４２が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート５が搭載されている。
【００２２】
このウエハボート５は、３本以上例えば３本の支柱５１を備えており、各々の外縁部を支持して複数枚例えば１２５枚の被処理体であるウエハＷを棚状に保持できるようになっている。前記回転軸４２の下部には、当該回転軸４２を回転させる駆動部をなすモータＭが設けられており、従ってウエハボート５はモータＭにより回転することになる。また蓋体４の上には前記回転軸４２を囲むように断熱ユニット４３が設けられている。
【００２３】
こうしてウエハボート５はボートエレベータ４１により、前記蓋体４が反応容器２を塞いだときの反応容器２内の位置と、反応容器２の下方側に設けられた、ウエハＷの搬出エリアである図示しないローディングエリア内の位置との間で昇降自在に構成されている。
【００２４】
前記マニホールド３の側壁には、Ｌ字型の第１の原料ガス供給管６０が挿入して設けられており、前記第１の原料ガス供給管６０の先端部には、図２に示すように反応容器２内を上方向へ延びる石英管よりなる第１の原料ガス供給ノズル６１が２本、後述のプラズマ発生部８０の細長い開口部８１を挟んで配置されている。これら第１の原料ガス供給ノズル６１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔６１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔６１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第１の原料ガス供給管６０の基端側には、供給機器群６２を介してシラン系のガス例えばシリコンと塩素との化合物であるＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン：ＤＣＳ）ガスの供給源６３が接続されている。
【００２５】
また前記マニホールド３の側壁には、Ｌ字型の第２の原料ガス供給管７０が挿入して設けられており、前記第２の原料ガス供給管７０の先端部には、反応容器２内を上方向へ延びて途中で屈曲し後述するプラズマ発生部８０内に設置される石英管よりなる第２の原料ガス供給ノズル７１が設けられている。この第２の原料ガス供給ノズル７１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔７１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔７１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第２の原料ガス供給管７０の基端側は二つに分岐されており、一方の第２の原料ガス供給管７０には供給機器群７２を介してアンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源７３が接続されており、他方の第２の原料ガス供給管７０には供給機器群７４を介して窒素（Ｎ２）ガスの供給源７５が接続されている。なお、前記供給機器群６２，７２，７４は、バルブ及び流量調整部等により構成されている。またＤＣＳガスはＳｉＮ膜を成膜するための原料ガスとして使用され、ＮＨ３ガスはＳｉＮ膜を成膜するための原料ガスと反応容器内をパージ処理するためのパージガスとして使用され、Ｎ２ガスはＤＣＳガス及びＮＨ３ガスを運ぶためのキャリアガスと反応容器内を大気圧復帰するためのガスとして使用される。
【００２６】
また前記反応容器２の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部８０が設けられている。前記プラズマ発生部８０は、前記反応容器２の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口部８１を形成し、この開口部８１を覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁８２を反応容器２の外壁に気密に溶接接合することにより構成される。この開口部８１は、ウエハボート５に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分長く形成されている。また前記区画壁８２の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極８３が設けられている。このプラズマ電極８３には、プラズマ発生用の高周波電源８４が給電ライン８５を介して接続されており、上記プラズマ電極８３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。また前記区画壁８２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８６が取り付けられている。前記プラズマ電極８３及び高周波電源８４は、処理ガスを活性化（励起）する活性化手段に相当する。
【００２７】
また前記プラズマ発生部８０に対向する反応容器２の反対側には、反応容器２内の雰囲気を真空排気するために、処理容器２の側壁を例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口８８が形成されている。この排気口８８にはこれを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に形成された排気カバー部材８９が溶接により取り付けられている。この排気カバー部材８９は、前記反応容器２の側壁に沿って上方に延びて、反応容器２の上方側を覆うように構成されており、当該排気カバー部材８９の天井側にはガス出口９０が形成されている。このガス出口９０には、反応容器２内を所望の真空度に減圧排気可能な真空排気手段をなす真空ポンプ９１及び例えばバタフライバルブからなる圧力調整部９２を備えた排気管９３が接続されている。
【００２８】
また図１に示すように反応容器２の外周を囲むようにして、反応容器２及び反応容器２内のウエハＷを加熱する加熱手段である筒状体のヒータ９４が設けられている。前記ヒータ９４としては、コンタミネーションがなく昇降温特性が優れたカーボンワイヤー等が用いられる。
【００２９】
また図３に示すように、反応容器２の外周を囲むようにヒータ９４を備えた加熱炉２４が設けられており、前記加熱炉２４の上面には排気路２６が接続されている。また前記反応容器２と前記加熱炉２４との間にはリング状の送気ポート２５が設けられており、前記送気ポート２５に冷却ガス供給源２３から冷却ガスが送られるようになっている。
【００３０】
また上記プラズマ処理装置は制御部９を備えており、前記制御部９は、例えばコンピュータからなり、ボートエレベータ４１の昇降動作、ヒータ９４の供給電力、供給機器群６２，７２，７４、圧力調整部９２及び強制冷却用のガス供給源２３のガスの供給等を制御するように構成されている。ここで本発明の実施の形態の成膜装置は、成膜ガスによる成膜処理に加えて、反応容器２内に付着している薄膜を強制的に剥がすためにパージガスによるパージ処理とを行うように構成されており、これら処理を実行するようにステップ群が組み込まれたプログラムがメモリ内に記憶され、前記制御部９はこのプログラムに従って後述の一連の処理を行うようになっている。このプログラムは、例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部９に格納される。
【００３１】
次に上述の実施の形態の作用について説明を行う。本発明は、図４に示すように、成膜処理の終了から次に行われる成膜処理の開始までに行われる反応容器２内のパージ処理について特徴があるが、その説明の前に上述した成膜装置を用いてウエハボート５に棚状に保持されている多数のウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜する方法について簡単に述べておく。反応容器２内にウエハボート５を搬入した後、反応容器２内を真空ポンプ９１によって真空引きし、反応容器２内が所定の真空度となるようにする。次いで第１のガス供給ノズル６１より反応容器２内にＤＣＳガス及びＮ２ガスを供給し、回転しているウエハボート５の棚状に保持されているウエハＷの表面にＤＣＳガスの分子を吸着させる。その後、ＤＣＳガスの供給を止め、反応容器２内にはＮ２ガスを供給し続け、反応容器２内をＮ２パージする。次いで、第２のガス供給ノズル７１より反応容器２内にＮＨ３ガス及びＮ２ガスを、高周波電源８４がオンの状態で供給し、ウエハＷの表面に例えばＮラジカル，ＮＨラジカル，ＮＨ２ラジカル，ＮＨ３ラジカル等の活性種を吸着させる。そしてウエハＷの表面では、ＤＣＳガスの分子とＮＨ３の活性種とが反応してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の薄膜が形成される。その後、ＮＨ３ガスの供給を止め、反応容器２内にはＮ２ガスを供給し続け、反応容器２内をＮ２パージする。このような一連の工程を繰り返すことで、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜の薄膜が一層ずつ積層され、ウエハＷの表面に所望の厚さのＳｉＮ膜が形成される。このような成膜法は、分子層堆積法などと呼ばれている。この成膜処理時における反応容器２内の設定温度は、例えば６３０℃である。
【００３２】
そして成膜処理が終わった後、反応容器２内の温度を６３０℃に保持したまま、反応容器２内にＮ２ガスを供給し、反応容器２内を大気圧に復帰させる。しかる後、ウエハボート５の搬出（アンロード）が行われる。そしてウエハボート５から成膜処理が終わったウエハＷを取り出し、このウエハＷが載置されていない空のウエハボート５を反応容器２内に搬入（ロード）し、反応容器２の開口部３２を気密に閉塞する。
【００３３】
続いて反応容器２内を真空ポンプ９１によって４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）／ｓｅｃで真空引きし、反応容器２内が所定の真空度例えば１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）となるようにする。また図４に示すように真空引きの開始と同時に反応容器２内の設定温度を６３０℃からパージ処理温度例えば８００℃まで昇温させると共に反応容器２内が所定の真空度に達した後で反応容器２内の設定温度が上昇中に、ガス供給源７３から所定量のＮＨ３ガスを第２のガス供給ノズル７１を介して反応容器２内に供給し、パージ処理温度（８００℃）にてＮＨ３ガスの分圧を例えば８０００〜４００００Ｐａ（６０〜３００Ｔｏｒｒ）例えば１６０００Ｐａ（１２０Ｔｏｒｒ）の圧力に維持する。そしてこの状態で所定時間例えば５０分間パージ処理を行う。既述の成膜処理によって、反応容器２内例えば反応容器２の内壁やウエハボート５にはＳｉＮ膜が付着しているが、反応容器２内の温度が６３０℃程度と低いことから、アンモニア活性種の失活の程度が大きい領域例えば反応容器２の排気口８８付近などにおける内壁は、窒素の含有率が小さくシリコンの含有率の大きい、シリコンリッチな膜が付着している。ここでパージ処理は、ＳｉＮ膜に対してＮＨ３ガスを成膜時の温度よりも高い温度で、且つ高い分圧の下で反応させているので、ＳｉＮ膜の窒化が促進されると推測される。
【００３４】
しかる後、図３に示すように反応容器２と加熱炉２４との間に冷却ガス供給源２３から例えば０℃のエアを、送気ポート２５を介して供給し、当該エアを排気路２６から排気することで急速な冷却を行うことにより、反応容器２内の設定温度を８００℃から例えば３００℃まで急速に降温させる。この際、真空ポンプ９１により反応容器２内は所定の真空度例えば１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）まで真空排気されている。
【００３５】
このように反応容器２を急速冷却することで、反応容器２内に付着しているＳｉＮ膜と石英からなる反応容器２との熱収縮の差によりＳｉＮ膜に応力が作用してクラックが入り、これによりＳｉＮ膜が剥がれ、排気口８８を介して外部に排気される。
【００３６】
そして反応容器２内の設定温度を３００℃から例えば６３０℃に昇温させた後、反応容器２内にガス供給源７５から所定量のＮ２ガスを第２のガス供給ノズル７１を介して供給し、反応容器２内を大気圧に復帰させて、図５に示すようにウエハＷが載置されていない空のウエハボート５の搬出（アンロード）が行われる。空のウエハボート５が搬出された後、次に成膜処理すべき製品ウエハＷが当該ウエハボート５に移載され、上述と同様にして次の成膜処理が行われる。
【００３７】
上述の実施の形態によれば、シリコン窒化膜の成膜処理の後、反応容器２内の温度を、成膜時の処理温度よりも高いパージ処理温度まで昇温させ、反応容器２内にＮＨ３ガスをその分圧が１６０００Ｐａ（１２０Ｔｏｒｒ）もの高い圧力となるように供給して、パージ処理を行ってＳｉＮ膜の窒化を促進させている。従って、ＳｉＮ膜と石英からなる反応容器２との間で熱収縮の程度の差が大きくなるので、その後、反応容器２内を強制的に冷却することにより、反応容器２内に付着しているシリコン窒化膜に大きな熱的応力が働き、今にも剥がれそうな状態で反応容器２内に付着している膜の表層部などが高い確実性をもって剥がれる。
【００３８】
ＮＨ３ガスを活性化してウエハＷに供給する上述の成膜方法においては、反応容器２内にＮＨ３ガスの活性化が不十分な部位では窒化が不十分なため強制的に剥離しにくい膜となっているが、このようなパージ処理を行うことで膜の剥離が促進される。  
このようなことから、その後の成膜処理では、反応容器２内やウエハボート５に付着しているＳｉＮ膜からのガスの発生やその膜の剥がれが抑えられるので、パーティクル汚染を低減できる。
【００３９】
なお、上述の例ではＮＨ３ガスを活性化させているが、ＤＣＳガスについても活性化させて、ＤＣＳガスの活性種をウエハＷの表面に吸着させる工程と、ＮＨ３ガスの活性種をウエハＷの表面に吸着させる工程とを交互に行うようにしてもよい。また活性化したＤＣＳガスと活性化したＮＨ３ガスとを同時に反応容器２内に所定量供給して、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜するようにしてもよい。このような手法は、第１のガス供給ノズル６１をプラズマ発生部８０に設けることにより実施することができる。
【００４０】
また本発明は、ＤＣＳガス及びＮＨ３ガスを活性化せず、これらのガスを交互に所定の温度に設定した反応容器２内に複数回供給してウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜する場合にも適用でき、またＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを同時に反応容器２内に供給するようにしてもよい。
【００４１】
また上述の実施の形態では、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜するに当たって、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスの代わりにＳｉ２Ｃｌ６（ＨＣＤ）ガスやビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスなどであってもよい。
【００４２】
また上述の実施の形態では、ウエハＷにＳｉＮ膜を成膜するガスであるＮＨ３ガスを用いたが、この窒素を含むガスはＮＨ３ガスの代わりに、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガスなどを用いてもよい。
【実施例】
【００４３】
次に本発明の効果を確認するために行った実験について述べる。
【００４４】
（実施例１）
図１及び図２に示す成膜装置を用い、ウエハボート５に保持されているウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜して、続いて図４に示すシーケンスを実行して成膜処理後の反応容器２内のパージ処理を行った。成膜処理時の反応容器２内の設定温度は６３０℃であり、成膜ガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス及びＮＨ３ガスを用いた。パージ処理時の反応容器２内の設定温度は８００℃であり、パージガスとしてはＮＨ３ガスを用いた。そしてパージ処理温度にてアンモニアの分圧を１２００Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の圧力に維持した。またパージ処理した後、反応容器２内の設定温度を８００℃から３００℃まで急速に降温させると共に反応容器２内を真空排気した。
【００４５】
（実施例２）
実施例１においてアンモニアの分圧を８０００Ｐａ（６０Ｔｏｒｒ）の圧力に維持した他は、実施例１と同様の反応容器２内の設定温度及び処理条件で成膜処理及びパージ処理を行った。
【００４６】
（実施例３）
実施例１においてアンモニアの分圧を１６０００Ｐａ（１２０Ｔｏｒｒ）の圧力に維持した他は、実施例１と同様の反応容器２内の設定温度及び処理条件で成膜処理及びパージ処理を行った。
【００４７】
（比較例）
実施例２においてパージガスをＮ２ガスとした他は、実施例２と同様の反応容器２内の設定温度及び処理条件で成膜処理及びパージ処理を行った。
（観察方法）
成膜処理及びパージ処理を行った後、反応容器２からウエハボート５を搬出し、ウエハボート５の上部に載置されているウエハ（ＴＯＰ）、ウエハボート５の中央部に載置されているウエハ（ＣＴＲ）及びウエハボート５の下部に載置されているウエハ（ＢＴＭ）を夫々一枚取出して、各ウエハ（ＴＯＰ、ＣＴＲ、ＢＴＭ）の表面に光を照射させて、ウエハの表面に付着している０．０６５μｍ以上のパーティクを観察した。
（結果及び考察）
図６に、実施例１〜実施例３及び比較例の結果を示す。図６に示すように実施例１〜実施例３は、比較例に比べて各ウエハ（ＴＯＰ、ＣＴＲ、ＢＴＭ）の表面に付着しているパーティクルの数が大幅に減少していることが分かる。この結果から反応容器２内に供給するパージガスとしてはＮ２ガスよりもＮＨ３ガスの方が有効であることが理解できる。またパージガスとしてＮＨ３ガスを用いた実施例１〜実施例３において、実施例２及び実施例３は実施例１に比べて各ウエハ（ＴＯＰ、ＣＴＲ、ＢＴＭ）の表面に付着しているパーティクルの数が大幅に低減していることから、パージ処理時における反応容器２内のアンモニアガスの分圧は８０００Ｐａ以上の圧力とすることが有効であることが分かる。なお、パージ処理時のＮＨ３ガスの分圧については、本発明の効果を得る上で分圧が大き過ぎることによる不利益はないと考えるので、本発明におけるＮＨ３ガスの上限を規定する意味はない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す縦断断面図である。
【図２】本発明に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図４】本発明に係る成膜方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明に係る成膜方法を説明するための工程図である。
【図６】基板表面に付着しているパーティクの数を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｗ    半導体ウエハ
Ｍ    モータ
２    反応容器
３    マニホールド
４１  ボートエレベータ
５    ウエハボート
５１  支柱
６０  第１の原料ガス供給管
６１  第１の原料ガス供給ノズル
６３  シラン系のガス供給源
７０  第２の原料ガス供給管
７１  第２の原料ガス供給ノズル
７３  ＮＨ３ガス供給源
７５  Ｎ２ガス供給源
８０  プラズマ発生部
８３  プラズマ電極
８４  高周波電源
８９  排気カバー部材
９    制御部
９１  真空ポンプ
９２  圧力調整部
【図１】
2008010685.tif 000003
【図２】
2008010685.tif 000004
【図３】
2008010685.tif 000005
【図４】
2008010685.tif 000006
【図５】
2008010685.tif 000007
【図６】
2008010685.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008010685.tif 000009
【図２】
2008010685.tif 000010
【図３】
2008010685.tif 000011
【図４】
2008010685.tif 000012
【図５】
2008010685.tif 000013
【図６】
2008010685.tif 000014