(57)【要約】【課題】パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することが可能な成膜方法を提供する。【解決手段】複数枚の被処理体Ｗが収容されて真空引き可能になされた処理容器４内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して被処理体の表面にシリコン窒化膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行うようにした成膜方法において、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれている。これによりパーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成する。【選択図】図３
2008306093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して前記被処理体の表面にシリコン窒化膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行うようにした成膜方法において、
前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、前記繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれていることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
複数枚の被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して前記被処理体の表面にシリコン窒化膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行うようにした成膜方法において、
前記処理容器内に前記被処理体を収容しない状態で前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、プラズマを立てないで前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うプリコート形成処理を行い、
その後に、前記処理容器内へ前記被処理体を収容した状態で前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、前記繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれていることを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記プリコート形成処理では、前記処理容器内へはダミー用の被処理体が収容されていることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記プラズマを立てる期間は、前記プラズマを立てる窒化ガス供給工程内の全部、或いは一部の期間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記プラズマを立てない窒化ガス供給工程は、間に１回或いは複数回のプラズマを立てる窒化ガス供給工程を挟むようにして行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜処理の間には前記プラズマを立てない窒化ガス供給工程を連続して複数回繰り返すセット工程が行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項７】
前記セット工程は、前記成膜処理の間で間欠的に繰り返し行うことを特徴とする請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記シラン系ガス供給工程と前記窒化ガス供給工程との間には間欠期間が設けられており、該間欠期間には、前記処理容器内は不活性ガスパージされていること及び／又は全てのガスの供給が停止されて真空引きされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項９】
前記プラズマを立てる窒化ガス供給では、前記窒化ガスは前記処理容器内で高周波電力によって発生したプラズマによって活性化されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記窒化ガスの供給開始から所定の時間が経過した後に、前記高周波電力が印加されることを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記薄膜の成膜時の温度は、２５℃〜７００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記薄膜の成膜時の圧力は、１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１３３００Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記シラン系ガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、モノメチルアミン（ＭＭＡ）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１５】
前記シリコン窒化膜には、不純物がドープされていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１６】
被処理体に対して所定の薄膜を形成するための成膜装置において、
真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、
前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
前記窒化ガスを活性化する活性化手段と、
請求項１乃至１５のいずれかに記載した成膜方法を実行するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１７】
前記活性化手段は、前記処理容器に一体的に組み込まれていることを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記活性化手段は、前記処理容器とは別体で形成されていることを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項１９】
複数枚の被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して前記被処理体の表面にＳｉＮ薄膜を形成するようにした成膜装置を用いて薄膜を形成するに際して、
請求項１乃至１５のいずれかに記載の成膜方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶す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、半導体ウエハ等の被処理体に薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
【０００３】
ここで上記半導体集積回路の特性を向上させる要因の１つとして、集積回路中の絶縁膜の特性を向上させることは重要である。上記集積回路中の絶縁膜としては、一般的にはＳｉＯ２ 、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＯ、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＮ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、Ｓｉ３ Ｎ４ （シリコン窒化膜）等が用いられる。そして、特にシリコン窒化膜は、絶縁特性がシリコン酸化膜より比較的良好なこと、及びエッチングストッパ膜や層間絶縁膜としても十分に機能することから多用される傾向にある。また同様な理由でボロン窒化膜も用いられる傾向にある。
【０００４】
半導体ウエハの表面に上述したようなシリコン窒化膜を形成するには、成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４ ）やジクロルシラン（ＳｉＨ２ Ｃｌ２ ）やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２ Ｃｌ６ ）、ビス  ターシャル  ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）や（ｔ−Ｃ４ Ｈ９ ＮＨ）２ ＳｉＨ２ 等のシラン系ガスを用いて熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。そして、上記絶縁膜の誘電率を小さくするためにシリコン窒化膜に不純物として例えばボロン（Ｂ）を添加して絶縁膜を形成するようにした提案もなされている（特許文献２）。
【０００５】
ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上を目的として半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減化することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、原料ガス等を間欠的に供給しながら原子レベルで１層〜数層ずつ、或いは分子レベルで１層〜数層ずつ繰り返し成膜する方法が知られている（特許文献３〜５等）。このような成膜方法は一般的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称されている。
【０００６】
ここで従来の成膜方法としては、シラン系ガスであるジクロロシラン（以下、「ＤＣＳ」とも称す）と窒化ガスであるＮＨ３ ガスとを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成している。具体的には、処理容器内に、ＤＣＳとＮＨ３ ガスとを交互に間欠的に供給し、ＮＨ３ ガスを供給する時にＲＦ（高周波）を印加してプラズマを立て、窒化反応を促進するようにしている。この場合、ＤＣＳを処理容器内へ供給することにより、ウエハ表面上にＤＣＳが分子レベルで一層、或いは複数層吸着し、そして余分なＤＣＳを不活性ガスパージ、或いは真空引きで排除した後、ＮＨ３ を供給してプラズマを立てることによって低温での窒化を促進して窒化膜を形成し、この一連の工程を繰り返し行っている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１７２４３９号公報
【特許文献２】特開平２−９３０７１号公報
【特許文献３】特開平６−４５２５６号公報
【特許文献４】特開平１１−８７３４１号公報
【特許文献５】特開２００６−２８７１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように窒化ガスであるＮＨ３ ガスを供給する時に高周波（ＲＦ）によりプラズマを立てて窒化反応を促進させることにより、プラズマを全く用いない場合と比較して成膜レート（成膜速度）を向上させることができるのみならず、堆積したシリコン窒化膜の膜質も大幅に向上させることができた。
【０００９】
しかしながら、上述のようにプラズマを立てると、この時に形成されるシリコン窒化膜の膜ストレスが大きくなる等の理由により、処理容器内で発生するパーティクルが増加する、といった新たな問題が発生していた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することが可能な成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、シリコン窒化膜の成膜に関して鋭意研究した結果、窒化ガスの供給時にプラズマを立てない場合を含ませたり、或いは成膜を開始する前にプラズマを立てないでプリコート処理を行うことにより、成膜レートを高く維持したままパーティクルの発生を抑制することができ、しかも膜質特性の良好なシリコン窒化膜を得ることができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【００１１】
請求項１に係る発明は、複数枚の被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して前記被処理体の表面にシリコン窒化膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行うようにした成膜方法において、前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、前記繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれていることを特徴とする成膜方法である。
【００１２】
このように、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、複数枚の被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して前記被処理体の表面にシリコン窒化膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行うようにした成膜方法において、前記処理容器内に前記被処理体を収容しない状態で前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、プラズマを立てないで前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うプリコート形成処理を行い、その後に、前記処理容器内へ前記被処理体を収容した状態で前記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、前記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、前記繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれていることを特徴とする成膜方法である。
【００１４】
このように、シリコン窒化膜を形成するに際して、プラズマを用いないでプリコートを形成するプリコート形成処理を行い、その後に、処理容器内へ被処理体を収容した状態でシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【００１５】
この場合、例えば請求項３に記載したように、前記プリコート形成処理では、前記処理容器内へはダミー用の被処理体が収容されている。
この場合、例えば請求項４に記載したように、前記プラズマを立てる期間は、前記プラズマを立てる窒化ガス供給工程内の全部、或いは一部の期間である。
また例えば請求項５に記載したように、前記プラズマを立てない窒化ガス供給工程は、間に１回或いは複数回のプラズマを立てる窒化ガス供給工程を挟むようにして行う。
【００１６】
また例えば請求項６に記載したように、前記成膜処理の間には前記プラズマを立てない窒化ガス供給工程を連続して複数回繰り返すセット工程が行われる。
また例えば請求項７に記載したように、前記セット工程は、前記成膜処理の間で間欠的に繰り返し行う。
また例えば請求項８に記載したように、前記シラン系ガス供給工程と前記窒化ガス供給工程との間には間欠期間が設けられており、該間欠期間には、前記処理容器内は不活性ガスパージされていること及び／又は全てのガスの供給が停止されて真空引きされている。
【００１７】
また例えば請求項９に記載したように、前記プラズマを立てる窒化ガス供給では、前記窒化ガスは前記処理容器内で高周波電力によって発生したプラズマによって活性化される。
また例えば請求項１０に記載したように、前記窒化ガスの供給開始から所定の時間が経過した後に、前記高周波電力が印加される。
また例えば請求項１１に記載したように、前記薄膜の成膜時の温度は、２５℃〜７００℃の範囲内である。
また例えば請求項１２に記載したように、前記薄膜の成膜時の圧力は、１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１３３００Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）の範囲内である。
【００１８】
また例えば請求項１３に記載したように、前記シラン系ガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、モノメチルアミン（ＭＭＡ）よりなる群より選択される１以上のガスである。
【００１９】
また例えば請求項１４に記載したように、前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］よりなる群より選択される１以上のガスである。
また例えば請求項１５に記載したように、前記シリコン窒化膜には、不純物がドープされている。
【００２０】
請求項１６に係る発明は、被処理体に対して所定の薄膜を形成するための成膜装置において、真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、前記窒化ガスを活性化する活性化手段と、請求項１乃至１５のいずれかに記載した成膜方法を実行するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【００２１】
この場合、例えば請求項１７に記載したように、前記活性化手段は、前記処理容器に一体的に組み込まれている。
また、例えば請求項１８に記載したように、前記活性化手段は、前記処理容器とは別体で形成されている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る成膜方法及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
第１の発明によれば、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【００２３】
第２の発明によれば、シリコン窒化膜を形成するに際して、プラズマを用いないでプリコートを形成するプリコート形成処理を行い、その後に、処理容器内へ被処理体を収容した状態でシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の係る成膜装置の一例を示す縦断面構成図、図２は成膜装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。尚、ここではシラン系ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）を用い、窒化ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３ ）を用い、上記ＮＨ３ ガスをプラズマにより活性化して窒化膜としてＳｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００２５】
図示するように、プラズマを形成することができるこの成膜装置２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器４を有している。この処理容器４の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器４内の天井には、石英製の天井板６が設けられて封止されている。また、この処理容器４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８がＯリング等のシール部材１０を介して連結されている。尚、ステンレス製のマニホールド８を設けないで、全体を円筒体状の石英製の処理容器で構成した装置もある。
【００２６】
上記処理容器４の下端は、上記マニホールド８によって支持されており、このマニホールド８の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート１２が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート１２の支柱１２Ａには、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
【００２７】
このウエハボート１２は、石英製の保温筒１４を介してテーブル１６上に載置されており、このテーブル１６は、マニホールド８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１８を貫通する回転軸２０上に支持される。
そして、この回転軸２０の貫通部には、例えば磁性流体シール２２が介設され、この回転軸２０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１８の周辺部とマニホールド８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２４が介設されており、処理容器４内のシール性を保持している。
【００２８】
上記した回転軸２０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２６の先端に取り付けられており、ウエハボート１２及び蓋部１８等を一体的に昇降して処理容器４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル１６を上記蓋部１８側へ固定して設け、ウエハボート１２を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２９】
このマニホールド８には、処理容器４内の方へプラズマ化される窒化ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３ ）ガスを供給する窒化ガス供給手段２８と、成膜ガスであるシラン系ガスとして例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給するシラン系ガス供給手段３０と、パージガスとして不活性ガス、例えばＮ２ ガスを供給するパージガス供給手段３６とが設けられる。具体的には、上記窒化ガス供給手段２８は、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるガス分散ノズル３８を有している。このガス分散ノズル３８には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３８Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３８Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになっている。
【００３０】
また同様に上記シラン系ガス供給手段３０も、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるガス分散ノズル４０を有している。このガス分散ノズル４０には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４０Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４０Ａから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスであるＤＣＳガスを噴射できるようになっている。
【００３１】
また同様に上記パージガス供給手段３６は、上記マニホールド８の側壁を貫通して設けたガスノズル４６を有している。上記各ノズル３８、４０、４６には、それぞれのガス通路４８、５０、５６が接続されている。そして、各ガス通路４８、５０、５６には、それぞれ開閉弁４８Ａ、５０Ａ、５６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器４８Ｂ、５０Ｂ、５６Ｂが介設されており、ＮＨ３ ガス、ＤＣＳガス及びＮ２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。これらの各ガスの供給、供給停止、ガス流量の制御及び後述する高周波のオン・オフ制御等は例えばコンピュータ等よりなる制御手段６０により行われる。またこの制御手段６０は、上記制御に加え、この装置全体の動作も制御する。そして、この制御手段６０は、上記制御を行うためのプログラムが記憶されているフロッピディスクやフラッシュメモリやハードディスク等よりなる記憶媒体６２を有している。
【００３２】
一方、上記処理容器４の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマを発生させて窒化ガスを活性化させる活性化手段６６が形成されると共に、この活性化手段６６に対向する処理容器４の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器４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６８が設けられている。具体的には、上記活性化手段６６は、上記処理容器４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７０を形成し、この開口７０をその外側より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プラズマ区画壁７２を容器外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。
【００３３】
これにより、この処理容器４の側壁の一部を凹部状に外側へ窪ませることにより一側が処理容器４内へ開口されて連通された活性化手段６６が一体的に形成されることになる。すなわちプラズマ区画壁７２の内部空間は、上記処理容器４内に一体的に連通された状態となっている。上記開口７０は、ウエハボート１２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に長く形成されている。
【００３４】
そして、上記プラズマ区画壁７２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７４が設けられると共に、このプラズマ電極７４にはプラズマ発生用の高周波電源７６が給電ライン７８を介して接続されており、上記プラズマ電極７４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。尚、この高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
【００３５】
そして、上記処理容器４内を上方向に延びていく窒化ガス用のガス分散ノズル３８は途中で処理容器４の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁７２内の一番奥（処理容器４の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、高周波電源７６がオンされている時に上記ガス分散ノズル３８のガス噴射孔３８Ａから噴射されたアンモニアガスはここで活性化されて処理容器４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。
【００３６】
そして上記プラズマ区画壁７２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８０が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー８０の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスや冷却水を流すことにより上記プラズマ電極７４を冷却し得るようになっている。
そして上記プラズマ区画壁７２の開口７０の外側近傍、すなわち開口７０の外側（処理容器４内）には、上記シラン系ガス用のガス分散ノズル４０が起立させて設けられており、このノズル４０に設けた各ガス噴射孔４０Ａより処理容器４の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射し得るようになっている。
【００３７】
一方、上記開口７０に対向させて設けた排気口６８には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材８２が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材８２は、上記処理容器４の側壁に沿って上方に延びており、処理容器４の上方のガス出口８４より図示しない真空ポンプや圧力調整弁等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器４の外周を囲むようにしてこの処理容器４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段８６が設けられている。
【００３８】
次に、以上のように構成された成膜装置２を用いて行なわれるプラズマによる本発明の成膜方法（いわゆるＡＬＤ成膜）について説明する。
本発明方法の第１の発明では、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれるようにしてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）よりなる薄膜を形成する。
【００３９】
まず、本発明方法の第１の発明について説明する。図３は本発明の成膜方法の第１の発明における各種ガスの供給のタイミングとＲＦ（高周波）の印加タイミングを示すタイミングチャートである。尚、図３中の一部には拡大図が併記して示されている。まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズの製品用のウエハＷが載置された状態のウエハボート１２を予め所定の温度になされた処理容器４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部１８でマニホールド８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
【００４０】
そして処理容器４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段８６への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。上記ＤＣＳガスをシラン系ガス供給手段３０から供給し、そして、ＮＨ３ ガスを窒化ガス供給手段２８から供給する。具体的には、図３に示すように、上記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と上記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、上記繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれるようにする。この際、上記シラン系ガス供給工程と窒化ガス供給工程との間には、パージを行う間欠期間を設けるようにするのがよい。尚、この間欠期間を設けなくてもよい。また隣り合うシラン系ガス供給工程同士間が１サイクルとなる。
【００４１】
これにより、回転しているウエハボート１２に支持されているウエハＷの表面にＳｉＮ薄膜を形成する。この際、ＮＨ３ ガスを供給する時に、常にプラズマを立てるようにするのではなく、プラズマを立てないで成膜するサイクルと、プラズマを立てて成膜するサイクルとが混在するように設定する。図３に示す場合には、説明を容易化するために複数、具体的には３サイクルの長さを１セット工程として定義して示している。
【００４２】
そして、ここでは最初の第１番目のセット工程（３サイクル）では高周波電源（ＲＦ電源）６２をオフしてプラズマを立てておらず、第２番目セット工程（３サイクル）ではＮＨ３ ガスの供給と同時に高周波電源６２をオンしてプラズマを立てている。以後、同様に、プラズマを立てないセット工程とプラズマを立てるセット工程とを交互に繰り返し行っている。尚、ここでは上記１セット工程を形成するサイクル数は、単に一例として３サイクルとしたが、このサイクル数に限定されず、例えば１〜１０数サイクルを１セット工程として定義することができる。
【００４３】
具体的には、ＮＨ３ ガスはガス分散ノズル３８の各ガス噴射孔３８Ａから水平方向へ噴射され、また、ＤＣＳガスはガス分散ノズル４０の各ガス噴射孔４０Ａから水平方向へ噴射され、各ガスが反応してＳｉＮ薄膜が形成される。この場合、上記各ガスは、連続的に供給されるのではなく、図３に示すようにＤＣＳガスは間欠的に、パルス状に供給される（シラン系ガス供給工程）。上記工程によりガスがウエハ表面に吸着されることになる。ＮＨ３ ガスは上記シラン系ガス供給工程からタイミングをずらして同じくパルス状に供給される（窒化ガス供給工程）。
【００４４】
そして、上記窒化ガス供給工程の前後にはパージを行う間欠期間を挟み込んでおり、ＳｉＮ膜を一層ずつ繰り返し積層する。また間欠期間においては真空引きが継続されて容器内に残留するガスを排除している。そして、ＮＨ３ ガスを単独で流す時には、上述したように、１セット工程毎（３サイクル毎）にＲＦ電源がオフされてプラズマを立てない場合と、ＲＦ電源をパルス状にオンしてプラズマを立てる場合とが繰り返し行われ、プラズマが立てられない時には反応速度が遅い状態で成膜がなされ、プラズマが立てられた時にはＮＨ３ ガスが活性化されて活性種等が作られて反応が促進された状態で成膜がなされる。
【００４５】
この場合、プラズマを立てる時にはＮＨ３ ガスの供給期間の全期間に亘ってＲＦ電源をオンしてもよいし、図４に示すようにＮＨ３ ガスの供給開始から所定の時間Δｔが経過した後に、ＲＦ電源をオンするようにしてもよい。この所定の時間ΔｔとはＮＨ３ ガスの流量が安定するまでの時間であり、例えば５秒程度である。このように、ＮＨ３ ガスの流量が安定化した後にＲＦ電源をオンすることにより、ウエハＷの面間方向（高さ方向）における活性種の濃度均一性を向上できる。また間欠期間では、不活性ガスであるＮ２ ガスを処理容器４内へ供給して残留ガスを排除するようにしてもよいし（不活性ガスパージ）、或いは、全てのガスの供給を停止したまま真空引きを継続して行うことにより（バキュームとも称す）、処理容器４内の残留ガスを排除するようにしてもよい。更には、間欠期間の前半はバキュームを行い、後半は不活性ガスパージを行うようにしてもよい。
【００４６】
この場合、シラン系ガスの供給期間（シラン系ガス供給工程）Ｔ１は２〜１０秒程度、窒化ガス供給期間（窒化ガス供給工程）Ｔ２は１０〜２０秒程度、前半の間欠期間Ｔ３は５〜１５秒程度、後半の間欠期間Ｔ４は５〜１５秒程度であるが、これらの各時間は単に一例を示したに過ぎず、この数値に限定されない。通常、１サイクルによって形成される膜厚は、プラズマを立てる場合と立てない場合とを平均すると、１．１〜１．３Å／サイクル程度であるので、目標膜厚が例えば５００Åであるならば、４５０サイクル（＝１５０セット工程）程度繰り返し行うことになる。この結果、図５に記載されたシリコン窒化膜の積層状態を示す断面図のように、ウエハＷの表面にはプラズマを用いないＳｉＮ膜９０Ａ（プラズマなし）と、プラズマを用いたＳｉＮ膜９０Ｂ（プラズマあり）とが交互にラミネート状に複数層に亘って成膜されることになる。
【００４７】
このような積層されたシリコン窒化膜の形成方法によれば、パーティクルの発生を極力抑制することができると共に、形成されたシリコン窒化膜全体では、全てのＮＨ３ ガス供給時にプラズマを用いて成膜した時のシリコン窒化膜と同等の膜質、すなわち誘電率が非常に低くて、ドライエッチング時のエッチング耐性の大きな薄膜を得ることができる。従って、この積層されたシリコン窒化膜の表面のクリーニング処理時やエッチング処理時に用いられる希フッ酸に対するエッチングレートを小さくでき、この結果、クリーニング処理時にこの薄膜が過度に削り取られることを防止して、この膜厚の制御性を向上させることが可能となる。またエッチングストッパ膜や層間絶縁膜としての機能も十分に果すことができる。
【００４８】
ここで上記成膜処理のプロセス条件について説明すると、ＤＣＳガスの流量は５０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、例えば１０００ｓｃｃｍ（１ｓｌｍ）であり、ＮＨ３ ガスの流量は５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、例えば１０００ｓｃｃｍである。
【００４９】
またプロセス温度はＣＶＤ成膜処理よりも低い温度であり、具体的には２５℃〜７００℃の範囲内、好ましくは４５０〜６３０℃の範囲内である。このプロセス温度が３００℃よりも低いと、反応が生ぜずにほとんど膜が堆積せず、また７００℃よりも高い場合には、膜質の劣るＣＶＤによる堆積膜が形成されてしまうのみならず、前工程ですでに形成されている金属膜等に熱的ダメージを与えてしまう。
【００５０】
またプロセス圧力は１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１３３００Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）の範囲内、好ましくは４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）〜２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）の範囲内、より好ましくは９３Ｐ（０．７Ｔｏｒｒ）〜１０７Ｐ（０．８Ｔｏｒｒ）の範囲内であり、例えばシラン系ガス供給工程では１Ｔｏｒｒ、窒化ガス供給工程では０．３Ｔｏｒｒである。ここでプロセス圧力が１３Ｐａよりも小さい場合には、成膜レートが実用レベル以下になってしまう。またプロセス圧力が１３３００Ｐａまでは、ウエハＷに対する反応は吸着反応が主流であるので、膜質が良好な薄膜を高い成膜速度で安定的に堆積させることができ、良好な結果を得ることができる。
【００５１】
しかし、プロセス圧力が１３３００Ｐａよりも大きくなると、反応形態が吸着反応から気相反応へ移行してこの気相反応が主流となり、この結果、膜厚の面間及び面内均一性が低下するのみならず、気相反応に起因するパーティクルが急激に増大するので好ましくない。
【００５２】
このように、本発明方法の第１の発明によれば、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【００５３】
尚、上記実施例では、１セット工程（＝３サイクル）毎に、プラズマを用いない窒化ガス供給工程とプラズマを用いた窒化ガス供給工程とを交互に繰り返すようにしたが、これに限定されず、３セット工程で１回の割合、４セット工程で１回の割合、或いはそれ以上の数のセット工程で１回の割合でプラズマを用いない窒化ガス供給工程を行うようにしてもよい。
ただし、プラズマを用いない窒化ガス供給工程が過度に多くなると、膜質特性が劣化し、逆に過度に少なくなり過ぎると、パーティクルの発生が急激に増加してしまう。
【００５４】
＜本発明方法の第１の発明によるシリコン窒化膜の評価＞
ここで上述した本発明方法の第１の方法発明により形成したシリコン窒化膜の評価を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは比較のために、窒化ガスであるＮＨ３ ガスの全ての供給時にプラズマを立てて形成した時のシリコン窒化膜及びＮＨ３ ガスの全ての供給時にプラズマを立てないで形成した時のシリコン窒化膜をそれぞれ基準として併記している。
【００５５】
図６はシリコン窒化膜の成膜処理における窒化ガス供給工程のプラズマの有無を示す図である。ここで図６中の１区画が１セット行程を表し、斜線部分は窒化ガス供給工程の時にプラズマを用いた場合を示し、空白部分は窒化ガス供給工程の時にプラズマを用いない場合を示している。そして、図６中の右方向が時間の経過方向となる。従って、図６（Ａ）に示す基準１は全ての窒化ガス供給工程にてプラズマを用いた場合を示し、図６（Ｂ）に示す基準２は全ての窒化ガス供給工程にてプラズマを用いない場合を示し、図６（Ｃ）に示す実施例１は２セット工程で１回の割合で窒化ガス供給工程にてプラズマを用いない場合を示し、図６（Ｄ）に示す実施例２は３セット工程で１回の割合で窒化ガス供給工程にてプラズマを用いない場合を示し、図６（Ｅ）に示す実施例３は４セット工程で１回の割合で窒化ガス供給工程にてプラズマを用いない場合を示している。
【００５６】
尚、図３に示すフローチャートは、１セット工程中のサイクル数は異なるが、図６（Ｃ）に示す実施例１の場合を示している。また、ここでの１セット工程のサイクル数は１サイクルに設定している。そして、ここでは目標膜厚は５００Å程度に設定している。
【００５７】
ここで計測したパーティクルのサイズは０．０８〜１．００μｍであり、また図７中のＴＯＰはウエハボートの上段に位置するウエハを示し、ＣＴＲは中段に位置するウエハを示し、ＢＴＭは下段に位置するウエハを示す。この点は、図７以降の図示例においても同じである。
さて、図６に示すようなプラズマ使用態様のもとでシリコン窒化膜を形成した時のパーティクル発生状況を図７に示す。ここでは同一の成膜装置内で基準１→基準２→実施例１→実施例２→実施例３の順序で成膜処理を行っている。
【００５８】
この図７に示すように、全ての窒化ガス供給工程でプラズマを用いた基準１の場合には、ウエハボートの全範囲においてパーティクル数が３００個以上になっており、パーティクルが多量に発生して好ましくないことが判る。尚、この場合、シリコン窒化膜の膜質特性はかなり良好であった。
また全ての窒化ガス供給工程でプラズマを用いなかった基準２の場合には、ウエハボートの全域に亘ってパーティクル数が十数個程度であって非常に少なく良好であるが、この場合、形成されたシリコン窒化膜の膜質特性は良好ではなかった。
【００５９】
次に、本発明の実施例１〜３の場合では、実施例１〜３になるに従って、すなわち窒化ガス供給工程でプラズマを用いる比率が順次多くなるに従って、パーティクル数は少しずつ増加するが、それでも基準１の場合よりは遥かに少なくて良好な結果が示されている。この場合、形成されたシリコン窒化膜の膜質特性もそれぞれ比較的良好であった。
【００６０】
次に、シリコン窒化膜のストレスの評価結果について説明する。図８は図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜のストレスを示すグラフである。この膜ストレスが大きい場合は、形成されたシリコン窒化膜に割れが入って剥がれ易く、パーティクルの発生原因の１つになっている。
【００６１】
図８に示すように、全ての窒化ガス供給工程でプラズマを用いた基準１は、他の基準２及び実施例１〜３よりもストレスが遥かに高くて０．６２１ＧＰａ程度に達している。このように基準１の膜ストレスが大きいことが、図７において説明したように、基準１のパーティクル数の発生個数が多いことの理由の１つとなっている、ということを理解することができる。
【００６２】
そして、基準２及び実施例１〜３の膜ストレスはプラズマを何ら用いていない基準２の場合が最小であり、窒化ガス供給工程においてプラズマを使用する比率が大きくなるに従って、膜ストレスも少しずつ増加しているが、それでも実施例３における０．４０４ＧＰａが最大であり、この値は上記基準１の場合よりも遥かに小さくなっていることを、確認することができた。このように膜ストレスが小さいことが、図７中において基準２、実施例１〜３のパーティクル数を抑制できることの理由の１つとなっていることが判る。また、窒化ガス供給工程におけるプラズマを立てる比率を変えることにより、膜ストレスをコントロールすることができる。
【００６３】
次に、シリコン窒化膜の成膜レートと膜厚均一性についての評価結果を説明する。図９は図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜の成膜レートと膜厚の面間均一性及び面内均一性を示すグラフである。図９中において棒グラフは成膜レートを示し、”□”よりなる折れ線グラフは膜厚の面内均一性を示し、”◇”よりなるポイントは膜厚の面間均一性を示す。
【００６４】
図９に示すように、基準１の場合はプラズマを多く用いていることからＮＨ３ ガスの活性化が促進されて成膜レートが大きくて１．２６Å／サイクル程度になっている。そして、基準２の場合はプラズマを全く用いないことから成膜レートは小さくて０．８９Å／サイクル程度になっている。これに対して、本発明の実施例１〜３の場合は、基準１よりは小さいが基準２よりは遥かに大きくて実施例１が１．１１Å／サイクルであり、窒化ガス供給工程でプラズマを立てる比率が増加するに従って、成膜レートも次第に大きくなり、結果的に実施例３では１．１９Å／サイクル程度まで大きくなっており、良好な結果を示していることが判る。
【００６５】
また膜厚の面内均一性は、ＴＯＰ、ＣＴＲ、ＢＴＭの各位置で変化はあるが、基準１〜実施例３まで同じ傾向を示して比較的小さくなっている。また膜厚の面間均一性に関しては、基準１及び基準２がそれぞれ±１％以下であるのに対して、本発明の実施例１〜３ではそれぞれ±１％よりも小さく、良好な結果を示していることが判る。
【００６６】
次に、膜質特性の１つであるエッチングレートの評価結果を説明する。図１０は図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜のエッチングレートを示すグラフである。ここではエッチング液として０．５％の希フッ酸（０．５％ＤＨＦ）を用いた。尚、基準１の場合には”ＣＴＲ”における結果のみを示す。
【００６７】
図１０から明らかなように、窒化ガス供給工程でプラズマを全く用いない基準２のエッチングレートは５．９２Å／ｍｉｎ程度で比較的大きい。これに対して、本発明の実施例１〜３ではエッチングレートは５．２５〜５．４５Å／ｍｉｎ程度であって上記基準２よりも小さく、そして膜質が良好な基準１の５．５３Å／ｍｉｎと同じ程度の値であり、実施例１〜３のエッチングレートは上述のようにかなり小さくて良好な特性を示していることが判る。
【００６８】
上記実施例では、図３に示すように１サイクルの中で先にＤＣＳを供給したが、これに替えて先にＮＨ３ ガスを供給するようにしてもよい。また、同様に、第２番目のセット工程で初めてプラズマを立てたが、これに替えて、第１番目のセット工程でプラズマを立てるようにしてもよい。
【００６９】
また、ここでは図６に示すプラズマを用いた評価実験との関係で１セット工程を単位としてプラズマをオン又はオフする場合を例にとって説明したが、これに限らず、例えば図１１に示すように、１サイクルを単位としてプラズマをオン又はオフするようにしてもよい。図１１は１サイクルを単位として各種ガスの供給タイミングとＲＦの印加タイミングを示すタイミングチャートである。例えば図１１（Ａ）に示す場合のように、パルス状に行われる窒化ガス供給工程において１つ置きに、すなわち交互にＲＦ（高周波電圧）を印加してプラズマを立てるようにしてもよい。
【００７０】
また図１１（Ｂ）に示す場合のように、パルス状に行われる窒化ガス供給工程の３回の内の２回の比率でＲＦを印加してプラズマを立てるようにしてもよい。いずれにしても、パーティクルが発生しないようにプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが混在するようにすればよく、パルス状に配列される窒化ガス供給工程の内のどの位置でプラズマを立てないようにするかは、特に限定されるものではない。このように、いずれにしても一連の成膜処理の間にプラズマを用いない窒化ガス供給工程を適度に組み込むことにより、パーティクルの発生を抑制しつつ膜質特性の良好なシリコン窒化膜を得ることができる。
【００７１】
＜成膜方法の第２の発明＞
上記第１の発明では、処理容器４内に、実際に製品となる半導体ウエハＷが収容されている状態で、シリコン系ガスや窒化ガスを流して成膜する場合について説明したが、これに限定されず、上記成膜処理を行う前にこの処理容器４内へ製品となる半導体ウエハＷを収容しない状態で上記各ガスを供給してプリコート形成処理を行うようにしてもよい。
【００７２】
すなわち、先の第１の発明で説明した成膜処理の前段、例えば成膜処理の直前の工程で上記プリコート形成処理を行う。このプリコート形成処理は、上述したように、上記処理容器４内に上記被処理体Ｗを収容しない状態で上記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、プラズマを立てないで上記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行う。
【００７３】
具体的には、処理容器４内のウエハボート１２上には何ら載置しないで空の状態で、或いは製品用の半導体ウエハではなく製品として用いない半導体ウエハ、すなわちダミーウエハを載置した状態で、上記プリコート形成処理を行う。このプリコート形成処理では、図３に示すようにシラン系ガス供給工程と窒化ガス供給工程とを交互に繰り返して行うが、この場合、窒化ガス供給工程では何らプラズマを立てないようにする。すなわち、このプリコート形成処理では高周波電源は全く使用しない状態となる。他のプロセス圧力やプロセス温度等のプロセス条件は、製品ウエハに対する成膜時のプロセス条件と同じである。
【００７４】
これにより、処理容器４の内壁面やウエハボート１２等の容器内構造物の表面にプラズマを用いないで形成されたシリコン窒化膜よりなるプリコート膜が施されることになる。このプリコート形成処理後の製品ウエハに対する成膜処理は、先の第１の発明において説明した内容で行われることになる。また、このようにプリコート形成処理を行った場合には、予め処理容器４内の表面にプリコート膜が形成されているので、製品ウエハに対する成膜処理における全ての窒化ガス供給工程にてプラズマを立てるようにしてもよい。
【００７５】
このように、シリコン窒化膜を形成するに際して、プラズマを用いないでプリコートを形成するプリコート形成処理を行い、その後に、処理容器４内へ被処理体であるウエハＷを収容した状態でシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と、窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、繰り返される複数の窒化ガス供給工程にはプラズマを立てる窒化ガス供給工程とプラズマを立てない窒化ガス供給工程とが含まれているようにしたので、パーティクルの発生を抑制しつつ絶縁性が高くてエッチングレートが低い等のように膜質が良好で、しかも成膜レートも高いシリコン窒化膜を形成することができる。
【００７６】
尚、ここではシリコン窒化膜としてＳｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、不純物ドープ用のガス、例えばボロン含有ガスや炭化水素ガス等を供給して、Ｂ及び／又はＣ等の不純物がドープされたシリコン窒化膜を形成するような場合にも、本発明を適用することができる。
【００７７】
また上記各実施例では、シラン系ガスとしてＤＣＳガスを用いたが、これに限定されず、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、モノメチルアミン（ＭＭＡ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００７８】
また、上記各実施例では、窒化ガスとしてＮＨ３ ガスを用いたが、これに限定されず、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の係る成膜装置の一例を示す縦断面構成図である。
【図２】成膜装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。
【図３】本発明の成膜方法の第１の発明における各種ガスの供給のタイミングとＲＦ（高周波）の印加タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】ＮＨ３ ガスの供給期間とＲＦ電源のオン状態の他の例を示す図である。
【図５】シリコン窒化膜の積層状態を示す断面図である。
【図６】シリコン窒化膜の成膜処理における窒化ガス供給工程のプラズマの有無を示す図である。
【図７】図６に示すようなプラズマ使用態様のもとでシリコン窒化膜を形成した時のパーティクル発生状況を示すグラフである。
【図８】図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜のストレスを示すグラフである。
【図９】図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜の成膜レートと膜厚の面間均一性及び面内均一性を示すグラフである。
【図１０】図６に示すプラズマ使用態様のもとで形成されたシリコン窒化膜のエッチングレートを示すグラフである。
【図１１】１サイクルを単位として各種ガスの供給タイミングとＲＦの印加タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
２  成膜装置
４  処理容器
１２  ウエハボート（保持手段）
１８  蓋部
２８  窒化ガス供給手段
３０  シラン系ガス供給手段
３６  パージガス供給手段
３８，４０  ガス分散ノズル
６０  制御手段
６２  記憶媒体
６６  活性化手段
７４  プラズマ電極
７６  高周波電源
８６  加熱手段
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2008306093.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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