(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜するシリコン膜の成膜方法であって、
前記被処理体に対して第１の洗浄処理を施す第１工程と、
前記第１の洗浄処理を施した前記被処理体を、処理室に搬送して前記処理室内に搬入する第２工程と、
前記処理室内で、前記被処理体の前記被処理面を、酸素ガスと水素ガスとを用いたガス処理による第２の洗浄処理を施す第３工程と、
前記処理室内で、大気暴露することなく連続して、前記ガス処理した前記被処理面上に、膜厚が２．５ｎｍ以下の有限値であるシリコン膜を成膜する第４工程と
を、具備することを特徴とするシリコン膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第３工程における前記ガス処理の処理温度を、前記第４工程における前記シリコン膜の成膜温度以下とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第４工程における前記シリコン膜の成膜温度は、前記シリコン膜を成膜可能な温度以上４００℃以下とすることを特徴とする請求項２に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第１工程および前記第３工程は、前記被処理面上から有機物を含む不純物を除去することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第３工程における前記ガス処理の処理温度は、前記被処理面上から有機物を除去可能な温度以上３００℃以下とすることを特徴とする請求項４に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第３工程における前記ガス処理の処理圧力を、前記第４工程における前記シリコン膜の成膜圧力未満とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項７】
前記被処理体は、前記被処理体を複数枚載置することが可能な被処理体ボートに載置されて前記処理室内に搬入され、
前記複数枚の被処理体に対して、前記第３工程と前記第４工程とを行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項８】
前記被処理体ボートは、前記被処理体を複数枚高さ方向に載置することが可能な縦型被処理体ボートであることを特徴とする請求項７に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項９】
前記縦型被処理体ボートに、実使用に供されるプライム被処理体と、実使用に供されないダミー被処理体とを載置した状態で、
前記第３工程と前記第４工程とを行うことを特徴とする請求項８に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記プライム被処理体は、前記縦型被処理体ボートの中段部に載置され、
前記ダミー被処理体は、前記縦型被処理体ボートの上段部および下段部に載置されることを特徴とする請求項９に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記プライム被処理体は、前記第３工程と前記第４工程とが終了した後に新たなプライム被処理体に交換し、
前記ダミー被処理体は、前記第３工程と前記第４工程とが終了した後、設計された使用回数に達するまで交換せず、前記設計された使用回数に達した後、新たなダミー被処理体に交換することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記第３工程は、前記被処理体を回転させながら行うことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項１３】
前記第３工程において、前記酸素ガスおよび前記水素ガスは、前記被処理体の被処理面に沿って供給されることを特徴とする請求項１２に記載のシリコン膜の成膜方法。
【請求項１４】
被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜する成膜装置であって、
前記被処理体に対して処理を施す処理室と、
前記被処理体を前記処理室に対して搬入および搬出する搬入搬出装置と、
前記処理室内に、酸素ガス、水素ガス、およびシリコン原料ガスを少なくとも供給するガス供給機構と、
前記処理室内を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気する排気装置と、
前記搬入搬出装置、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、前記処理室内において、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載されたシリコン膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御することを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理体の被処理面、例えば、シリコンウエハの被処理面上には、有機物等を含む様々な不純物が付着している。被処理面上に付着した不純物は、被処理面上へのシリコン原料の吸着を阻害する要因となる。被処理面上へのシリコン原料の吸着が阻害されると、核生成密度が低下し、被処理面上には、表面がランダムに荒れたシリコン膜が成膜されてしまう。
【０００３】
このため、シリコン膜を成膜する前に、被処理面上に付着した不純物の除去が行われる。例えば、特許文献１には、被処理体を反応室（処理室）に収容し、この反応室内の温度を３５０〜４００℃に加熱して、被処理体に付着した有機物を、酸化性ガス（酸素ガス）及び還元性ガス（水素ガス）により除去する処理方法および処理装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、多結晶シリコン膜を成膜する前に、反応管の中で被処理体表面をオゾン雰囲気にさらし、被処理体表面に吸着している吸着分子を取り除いた後、同じ反応管（処理室）の中で多結晶シリコン膜を成膜する多結晶シリコン膜の成膜方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６０７３４７号公報
【特許文献２】特開平４−２９０２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体集積回路装置等の電子製品の製造分野においては、シリコン膜の更なる薄膜化が要求されている。しかしながら、現状のシリコン膜の成膜前に行われる処理、例えば、洗浄処理や不純物除去処理では、厚いシリコン膜に対しては充分な表面ラフネスを達成できるが、薄いシリコン膜を成膜しようとすると表面ラフネスが悪化しだし、要求される高精度な表面ラフネスの達成が困難になる、という事情がある。
【０００７】
この発明は、薄いシリコン膜を成膜した場合であっても、高精度な表面ラフネスを達成することが可能なシリコン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第１の態様に係るシリコン膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜するシリコン膜の成膜方法であって、前記被処理体に対して第１の洗浄処理を施す第１工程と、前記第１の洗浄処理を施した前記被処理体を、処理室に搬送して前記処理室内に搬入する第２工程と、前記処理室内で、前記被処理体の前記被処理面を、酸素ガスと水素ガスとを用いたガス処理による第２の洗浄処理を施す第３工程と、前記処理室内で、大気暴露することなく連続して、前記ガス処理した前記被処理面上に、膜厚が２．５ｎｍ以下の有限値であるシリコン膜を成膜する第４工程とを、具備する。
【０００９】
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体に対して処理を施す処理室と、前記被処理体を前記処理室に対して搬入および搬出する搬入搬出装置と、前記処理室内に、酸素ガス、水素ガス、およびシリコン原料ガスを少なくとも供給するガス供給機構と、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気する排気装置と、前記搬入搬出装置、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記処理室内において、上記第１の態様に係るシリコン膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、薄いシリコン膜を成膜した場合であっても、高精度な表面ラフネスを達成することが可能なシリコン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】被処理面上の不純物量と経過時間との関係を示す図
【図２】測定試験と実際の製造プロセスとの対応関係を説明するための図
【図３】この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図
【図４Ａ】図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図４Ｂ】図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図４Ｃ】図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図４Ｄ】図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図４Ｅ】図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５】ＤＯＰ分解物数の測定結果を示す図
【図６】ＤＯＰおよび測定したＤＯＰ分解物を示す図
【図７】シリコン酸化物膜の膜厚の測定結果を示す図
【図８】ガス処理時間とシリコン膜の膜厚との関係を示す図
【図９】ガス処理時間とシリコン膜の表面ラフネスＲａとの関係を示す図
【図１０】ガス処理時間とシリコン膜の面内均一性との関係を示す図
【図１１】この発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図
【図１２】ガス処理温度と処理室内のパーティクル数との関係を示す図
【図１３】ガス処理の温度とＨａｚｅとの関係を示す図
【図１４】ガス処理温度とシリコン膜の面内均一性との関係を示す図
【図１５】ガス処理温度とシリコン膜の表面ラフネスＲａとの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の実施形態の説明に先立ち、本願発明者の知見を説明する。シリコン膜を成膜する前には、被処理体、例えば、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下ウエハという）の被処理面が、洗浄装置を用いて洗浄される。洗浄装置における洗浄にはウェット洗浄が用いられる。ウェット洗浄としては、例えば、アンモニア水、過酸化水素水、および水を混合した洗浄液を用いるＡＰＭ洗浄処理が広く実施されている。
【００１３】
ＡＰＭ洗浄処理は、周知のとおり、被処理面上に付着したパーティクルや有機物を含む不純物を効果的に除去することができる。しかしながら、ＡＰＭ洗浄処理では、シリコン膜を現状以下に薄膜化、例えば、２．５ｎｍ以下に薄膜化しようとすると、表面ラフネスが悪化する傾向が観測された。
【００１４】
この原因としては、薄膜化されたシリコン膜を成膜する場合、被処理面の清浄度が、要求される表面ラフネスに対応できないレベルである、と考えられる。そこで、被処理面の清浄度を乱す要因の一つとして、洗浄処理をしてからシリコン膜の成膜を開始するまでの間の経過時間が関係しているのではないか、と推論した。経過時間は、概ね洗浄装置から成膜装置までの搬送時間と成膜装置のローディングエリア部での待機時間との合計時間である。
【００１５】
（不純物量と経過時間との関係）
図１は被処理面上の不純物量と経過時間との関係を示す図、図２は測定試験と実際の製造プロセスとの対応関係を説明するための図である。
【００１６】
図１には、不純物として酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）および炭素（Ｃ）の量が、経過時間０時間（０Ｈ）、４時間（４Ｈ）および８時間（８Ｈ）ごとに示されている。
【００１７】
また、不純物量の測定試験に使用するサンプルウエハＷｓａｍｐは、図２に示すように、シリコンウエハ１の表面を熱酸化して熱酸化膜からなるシリコン酸化物膜２を形成し、シリコン酸化物膜２上にモニター用アモルファスシリコン膜５１を形成することで得た。次に、モニター用アモルファスシリコン膜５１の表面を被処理面と仮定し、モニター用アモルファスシリコン膜５１の表面を、洗浄装置６１を用いてウェット洗浄であるＡＰＭ洗浄処理を施した。サンプルウエハＷｓａｍｐは、ＡＰＭ洗浄処理の後、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて洗浄装置６１にてＩＰＡ乾燥させた。
【００１８】
この後、ＡＰＭ洗浄処理およびＩＰＡ乾燥させたサンプルウエハＷｓａｍｐを、０時間、４時間および８時間放置した。放置した時間は、経過時間を再現するものであり、洗浄装置６１から成膜装置６２への、ＦＯＵＰ６３を用いた搬送時間と、成膜装置６２のローディングエリア部における待機時間とを想定したものである。
【００１９】
それぞれ０時間、４時間および８時間経過後に、成膜装置６２の成膜部にてモニター用アモルファスシリコン膜５１上に、アモルファスシリコン膜３を形成した。アモルファスシリコン膜３を形成した後、モニター用アモルファスシリコン膜５１とアモルファスシリコン膜３との界面付近を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）の量を分析した。その分析結果が図１に示されている。
【００２０】
図１に示すように、経過時間が長くなるにつれて、微量ではあるが、モニター用アモルファスシリコン膜５１とアモルファスシリコン膜３との界面付近、即ち、被処理面における不純物の量は確実に増加している。この傾向から、洗浄処理をしてからシリコン膜の成膜を開始するまでの間の経過時間と、不純物量との間には、密接な関係があることが裏付けられた。この理由は、清浄大気中であっても極微量に存在する不純物が被処理面に付着したものと考えられる。
【００２１】
この知見に基づき、シリコン膜の成膜方法を改善した。以下、改善したシリコン膜の成膜方法を、この発明の第１の実施形態として説明する。実施の形態の説明に際しては、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）
＜シリコン膜の成膜方法＞
図３はこの発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図４Ａ〜図４Ｅは図３に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００２３】
まず、図４Ａに示すように、被処理体として、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）１を用意する。ウエハ１の表面上には、シリコン酸化物膜２が形成されている。シリコン酸化物膜２は、ウエハ１を熱酸化して形成されてもよいし、ウエハ１上にシリコンを堆積して形成されてもよい。シリコン酸化物膜２の表面は、シリコン膜が成膜される被処理面であり、被処理面は有機物を含む汚染物を除去するために、例えば、ＡＰＭ洗浄処理等の洗浄処理が施されている。
【００２４】
次に、図３のステップ１、および図４Ｂに示すように、洗浄処理を施したウエハ１を、洗浄装置から成膜装置の成膜部、即ち、被処理体に成膜処理を施す処理室１０１に搬送し、処理室１０１内に搬入する。
【００２５】
次に、図３のステップ２に示すように、処理室１０１内を大気圧から真空引きした後、処理室１０１内の圧力調整を行う。また、温度調整の必要があれば、これに応じて処理室１０１内の温度調整を行う。
【００２６】
次に、図３のステップ３、および図４Ｃに示すように、ウエハ１の被処理面を、酸素（Ｏ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを用いてガス処理する。ステップ３の処理条件の一例は、
Ｏ２ガス流  量：  １７００ｓｃｃｍ  
Ｈ２ガス流  量：  １０００ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  ３０〜１８０ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ３００℃  
処  理  圧  力：  約４７Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）
（本明細書においては１Ｔｏｒｒを１３３．３Ｐａと定義する）
である。ステップ３におけるガス処理により、ウエハ１の被処理面、本例においてはシリコン酸化物膜２の表面から有機物を含む不純物が除去される。ステップ３は、外部の洗浄処理装置を用いての洗浄処理（プリクリーニング）の後、さらにシリコン膜の成膜前に処理室内で洗浄する、いわばインサイチュ・プリクリーニングともいえるステップである。
【００２７】
（有機物の除去状況と被処理体の酸化状況）
＜有機物の除去状況＞
ステップ３に使用可能なガスとしては２種類ある。１つはオゾン（Ｏ３）ガスであり、もう１つは酸素（Ｏ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを混合した混合ガスである。
【００２８】
有機物の除去状況を確認するために、サンプルウエハの被処理面を、有機物であるフタル酸ジオクチル（以下ＤＯＰという）を用いて強制汚染させた。次いで、双方のガスそれぞれでガス処理を行い、ＤＯＰの除去状況を確認した。ＤＯＰの除去状況の確認は、
・ガス処理なし
・Ｏ３ガス処理（３００℃、５ｍｉｎ、Ｏ３＝２００ｇ／Ｎｍ３）
・Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理（３００℃、３０ｍｉｎ、Ｈ２＝１０％）
の条件で行い、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を用いて、飛散するＤＯＰ分解物の数を測定した。
【００２９】
図５はＤＯＰ分解物数の測定結果を示す図、図６はＤＯＰおよび測定したＤＯＰ分解物を示す図である。
【００３０】
図５に示すように、ガス処理をしなかったサンプルウエハの場合、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝５７が約８万個、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝１０４が約１万個、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝１４９が約５万個、それぞれ測定された。
【００３１】
対して、Ｏ３ガス処理、並びにＯ２ガス＋Ｈ２ガス処理をしたサンプルウエハの場合、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝５７が約１万２〜３千個、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝１０４が約２千個、ＤＯＰ分解物ｍ／ｚ＝１４９が約７〜８千個まで減少した。
【００３２】
この結果から、有機物の除去効果は、Ｏ３ガス処理、並びにＯ２ガス＋Ｈ２ガス処理の双方とも、ほぼ同等レベルであることが確認された。
【００３３】
＜被処理体の酸化状況＞
次に、オゾンガス、並びに酸素ガスと水素ガスとを混合した混合ガスそれぞれの酸化力を確認した。
【００３４】
酸化力の確認は、ベアシリコン、例えば、シリコンウエハを
・ベアシリコンのまま
・Ｏ３ガス処理（３００℃、５ｍｉｎ、Ｏ３＝２００ｇ／Ｎｍ３）
・Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理（３００℃、３０ｍｉｎ、Ｈ２＝１０％）
の条件でベアシリコンを酸化し、ベアシリコンの表面に形成されるシリコン酸化物膜の膜厚を測定した。
【００３５】
図７はシリコン酸化物膜の膜厚の測定結果を示す図である。
【００３６】
図７に示すように、ベアシリコンは、そのままの状態でも表面には約１．０５ｎｍの自然シリコン酸化物膜が形成されている。ベアシリコンをＯ２ガス＋Ｈ２ガス処理した場合には、ベアシリコンの表面に約１．１０ｎｍのシリコン酸化物膜が形成され、ベアシリコンをＯ３ガス処理した場合には、ベアシリコンの表面に約１．３７ｎｍのシリコン酸化物膜が形成された。
【００３７】
この結果から、オゾンガスは、酸素ガスと水素ガスとを混合した混合ガスに比較して酸化力が強いことが確認された。
【００３８】
Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理にて形成されるシリコン酸化物膜の膜厚は約１．１ｎｍであり、自然シリコン酸化物膜の膜厚約１．０５ｎｍと０．０５ｎｍの差しかない。これは、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスは大気よりは酸化力はあるが、酸化力にほとんど差がなく、Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理による酸化力は極めて繊細なものであることを示している。
【００３９】
これに対して、Ｏ３ガス処理にて形成されるシリコン酸化物膜の膜厚は約１．３７ｎｍであり、自然シリコン酸化物膜の膜厚約１．０５ｎｍと０．３２ｎｍの差がある。つまり、Ｏ３ガス処理は、Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理に比較して約６倍以上にベアシリコンを酸化する。このように、オゾンガスは、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスに比較して酸化力が極めて強い。
【００４０】
オゾンガスも、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスも、図５に示したように有機物の除去に有効である。しかし、オゾンガスは、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスに比較して極めて酸化力が強い。このため、シリコン膜が成膜される被処理面を無用に荒らしてしまう可能性がある。薄膜化されたシリコン膜、例えば、膜厚が２．５ｎｍ以下を目指してシリコン膜を被処理面上に成膜するためには、被処理面の荒れは可能な限り抑制されることが望ましい。
【００４１】
また、シリコン膜を成膜しているとき、処理室の内壁等、予期せぬ箇所にもシリコン膜が成膜される。予期せぬ箇所に成膜されたシリコン膜は、本来、成膜すべき箇所に成膜した膜ではないため、被処理面上に成膜されたシリコン膜に比較して、膜質に劣る。膜質に劣るシリコン膜が、強い酸化力を持つオゾンガスによって酸化されてしまうと、膜が剥がれ落ちたりして、パーティクルを発生させる原因となり得る。処理室内に発生したパーティクルが被処理面に付着してしまうと、成膜されるシリコン膜の膜質を低下させ、表面ラフネスを悪化させる。
【００４２】
したがって、薄膜化されたシリコン膜を成膜する前に行われることがあるガス処理（ステップ３）においては、本実施形態のように、オゾンガスよりも酸化力が弱い、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。これにより、成膜されるシリコン膜の膜質の低下や表面ラフネスの悪化を、オゾンガスを用いる場合に比較して、抑制することができる。
【００４３】
また、ガス処理に、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いることは、オゾンガスを用いる場合に比較して、酸化力の調節が可能となる、という利点も得ることができる。例えば、水素ガスの流量を上げ、酸素ガスの流量を下げると、混合ガスの酸化力が弱まるように調節でき、反対に水素ガスの流量を下げ、酸素ガスの流量を上げると、混合ガスの酸化力が強まるように調節できる。しかも、このような酸化力の調節を、極めて繊細に行うことができる。上記混合ガスは、それ自体の酸化力が弱いためである。
【００４４】
次に、図３のステップ４に示すように、処理室１０１内を真空引きした後、処理室１０１内を不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガスによってパージする。
【００４５】
次に、図３のステップ５、および図４Ｄに示すように、ウエハ１のガス処理した被処理面上に、シリコン膜３を成膜する。シリコン原料ガスとしては、周知のシリコン原料ガスを用いることができるが、本例ではジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを用いた。ステップ５の処理条件の一例は、
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量：  ３５０ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  １００ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ３８０℃  
処  理  圧  力：  １３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。ステップ５におけるシリコン膜の成膜により、ウエハ１の被処理面、本例においてはシリコン酸化物膜２の表面上に、膜厚が約５．０９〜５．１９ｎｍ程度のシリコン膜３が成膜される。なお、上記処理条件で成膜されるシリコン膜３は、多結晶シリコン膜ではなく、アモルファスシリコン膜である。
【００４６】
次に、図３のステップ６に示すように、処理室１０１内を真空引きした後、処理室１０１内を不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガスによってパージする。
【００４７】
次に、図３のステップ７に示すように、処理室１０１内の圧力を大気圧に復帰させる。
【００４８】
次に、図３のステップ８、および図４Ｅに示すように、シリコン膜３が成膜されたウエハ１を処理室１０１から搬出する。これにより、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法に従ったシリコン膜の成膜シーケンスが終了する。
【００４９】
＜ガス処理時間とシリコン膜の膜厚との関係＞
図８は、ガス処理時間とシリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【００５０】
図８には、ウエハ１の被処理面に対して、事前に洗浄装置による洗浄処理を施していない場合（洗浄装置による洗浄なし）と、洗浄処理を施した場合（洗浄装置による洗浄あり）との２つの実測例が示されている。洗浄装置において行われる洗浄処理は、本例ではＡＰＭ洗浄処理である。
【００５１】
なお、ガス処理の条件は、
Ｏ２ガス流  量：  １７００ｓｃｃｍ  
Ｈ２ガス流  量：  １０００ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  ３０ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ３００℃  
処  理  圧  力：  約４７Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）
である。また、シリコン成膜の条件は図８中に示す。
【００５２】
図８に示すように、左欄に記された“洗浄装置による洗浄なし”、同じく右欄に記された“洗浄装置による洗浄あり”の双方の場合において、“ガス処理なし”よりも“Ｏ２ガス＋Ｈ２ガス処理”をした方が、例えば、１００ｍｉｎのシリコン成膜で成膜されるシリコン膜の膜厚の方が厚くなる。これは、ガス処理をすることで、シリコン膜のインキュベーション時間が短縮されていることを示す。
【００５３】
なお、洗浄装置による洗浄の有無に関わらずにシリコン膜のインキュベーション時間が短縮されることは、図３のステップ３に示した“ガス処理”が有効であることを裏付けている。つまり、ステップ３に示したガス処理をすることによって、ウエハ１の被処理面から有機物を含む不純物が、洗浄装置による洗浄の有無に関わらずにさらに除去することができる。これにより、被処理面の清浄度は、ガス処理をしない場合に比較して、さらに向上させることができ、シリコン膜の薄膜化に貢献することが可能となる。
【００５４】
また、ガス処理時間が長くなるにつれて、１００ｍｉｎのシリコン成膜で成膜されるシリコン膜の膜厚は厚くなっていく。これは、ウエハ１の被処理面の清浄度はガス処理時間に依存し、ガス処理時間を調節することによってウエハ１の被処理面の清浄度を制御できる。例えば、ウエハ１の被処理面の清浄度をより向上させるためには、ガス処理時間を長くすればよい。
【００５５】
さらに、インキュベーション時間が短縮されることは、ウエハ１の被処理面上へのシリコンの核発生密度が高くなっていることを表す。シリコンの核発生密度が高くなると、核が疎らに発生する場合に比較して成膜されるシリコン膜の表面ラフネスは改善される。
【００５６】
＜ガス処理時間とシリコン膜の表面ラフネスＲａとの関係＞
図９は、ガス処理時間とシリコン膜の表面ラフネスＲａとの関係を示す図である。
【００５７】
図９に示すように、ガス処理をすることによって、ガス処理をしない場合に比較して、シリコン膜の表面ラフネスＲａは改善されることが確認された。表面ラフネスＲａもまた、ガス処理時間依存性を有しており、ガス処理時間を長くするにつれて表面ラフネスＲａはより良好、即ちウエハの表面ラフネスＲａ（ウエハ１の被処理面側の表面ラフネスＲａ）に近づいていく。
【００５８】
このように第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法においては、ウエハ１の被処理面上にシリコン膜３を成膜する前に、同じ処理室内において、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いて被処理面をガス処理する。これにより、シリコン膜３のインキュベーション時間を短縮でき、成膜されるシリコン膜３の表面ラフネスＲａを、例えば、シリコン膜３が成膜されるウエハ１元来の表面ラフネスＲａに近づくように改善することができる。
【００５９】
したがって、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法によれば、薄いシリコン膜を成膜した場合であっても、高精度な表面ラフネスを達成することが可能なシリコン膜の成膜方法を提供できる。
【００６０】
さらに、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法によれば、シリコン膜の面内均一性をも改善できることが確認された。
【００６１】
＜ガス処理時間とシリコン膜の面内均一性との関係＞
図１０は、ガス処理時間とシリコン膜の面内均一性との関係を示す図である。
【００６２】
図１０に示すように、ガス処理をすることによって、ガス処理をしない場合に比較して、シリコン膜の面内均一性（ウエハ１の面内）も、より均一な膜厚となるように改善される。シリコン膜の面内均一性も併せて向上する、ということは、今後、さらに進展するであろうウエハの大口径化にも追従可能であることを示している。
【００６３】
また、シリコン膜の面内均一性もまたガス処理時間に依存する。このため、より良好な面内均一性を得たい場合には、ガス処理時間を長くすればよい。
【００６４】
なお、インキュベーション時間、シリコン膜の表面ラフネスＲａ、およびシリコン膜の面内均一性のいずれにおいても、ガス処理時間を長くすることによって短縮、又は改善という、シリコン膜の薄膜化にとって望ましい方向に進む。しかし、ガス処理時間をむやみに長くすることは、スループットの無用な悪化を招くことになる。このため、例えば、“半導体集積回路装置の製造”という、実使用上の観点を考慮すれば、ガス処理時間は１８０ｍｉｎ以下がよいであろう。
【００６５】
また、スループットの悪化を懸念し、ガス処理時間を短縮してしまうと“被処理面の清浄度の向上”という効果が薄れてしまう。より有効な効果を得るためには、ガス処理時間は３０ｍｉｎ以上がよいであろう。
【００６６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上記第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。
【００６７】
図１１はこの発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００６８】
図１１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。
【００６９】
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、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハ１を複数枚高さ方向に載置することが可能な石英製の縦型ウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。縦型ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のウエハ１が高さ方向に支持されるようになっている。
【００７０】
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上に載置されている。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、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。
【００７１】
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と、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と、を有している。
【００７２】
処理ガス供給機構１１４は、Ｏ２ガス供給源１１７ａ、Ｈ２ガス供給源１１７ｂ、およびシリコン原料ガス供給源１１７ｃを含んで構成されている。
【００７３】
本例においては、Ｏ２ガス供給源１１７ａはＯ２ガスを、Ｈ２ガス供給源１１７ｂはＨ２ガスを、シリコン原料ガス供給源１１７ｃはシリコン原料ガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを、それぞれ処理室１０１内に供給する。
【００７４】
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んで構成されている。不活性ガス供給源は不活性ガスとしてＮ２ガスを、処理室１０１内に供給する。
【００７５】
Ｏ２ガス供給源１１７ａは、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３ａに接続されている。同様に、Ｈ２ガス供給源１１７ｂは流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して図示せぬ分散ノズル１２３ｂに、同様に、シリコン原料ガス供給源１１７ｃは流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して分散ノズル１２３ｃに、それぞれ接続されている。
【００７６】
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１２４ａ〜１２４ｃが所定の間隔を隔てて形成されている。Ｏ２ガス、Ｈ２ガス、シリコン原料ガスはそれぞれ、ガス吐出孔１２４ａ〜１２４ｃから処理室１０１内に向けて水平方向に略均一に吐出される。
【００７７】
不活性ガス供給源１２０は流量制御器１２１ｄ及び開閉弁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処理室１０１内に水平方向に向けて吐出させる。
【００７８】
処理室１０１内の、分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃと反対側の部分には、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、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
【００７９】
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内に供給された処理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、本例ではウエハ１を加熱する。
【００８０】
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、ユーザーインターフェース１５１が接続されている。ユーザーインターフェース１５１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ためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部が備えられている。
【００８１】
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で実施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施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が実施することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。
【００８２】
本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法を実施する。上記第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法は、図１１に示すような成膜装置１００によって実施することができる。
【００８３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上記第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法を実施に際し、採用することが好ましい工夫の例に関する。なお、第３の実施形態において説明する工夫に関しても、上記第２の実施形態において説明した成膜装置１００によって実施することが可能であることはもちろんである。
【００８４】
＜第１例：ガス処理の処理温度＞
ガス処理の処理温度は、シリコン膜３の成膜温度以下とすることが好ましい。シリコン膜３の成膜工程においては、シリコン膜がウエハ１の被処理面上だけでなく、ウエハボート、例えば縦型ウエハボート１０５の表面上や、さらには処理室１０１の内壁上にも堆積される。シリコン膜３を成膜する処理室１０１の内部に、意図せぬシリコン膜が堆積された状態のままガス処理を行うと、シリコン膜３の成膜温度では揮発しきれなかった揮発成分が揮発し、ガスを発生させることがある。意図せぬシリコン膜中から発生したガスは、例えば、ガス処理の雰囲気と反応して、処理室１０１の内部にパーティクルを発生させる。もしも、このようなパーティクルがウエハ１の被処理面上に付着したならば、被処理面上に形成されるシリコン膜３の膜質を悪化させる可能性がある。
【００８５】
図１２は、ガス処理温度と処理室内のパーティクル数との関係を示す図である。
【００８６】
図１２に示すように、ガス処理の温度が高くなると、処理室１０１を飛散するパーティクルが上昇する。本測定では、ガス処理の温度３５０℃まではパーティクルの飛散が観測されなかったが、ガス処理の温度４００℃以上となるとパーティクルの飛散が観測された。しかも、検出器の検出限界を超える量であった。３５０℃と４００℃との間には、シリコン膜３の成膜温度３８０℃がある。成膜温度３８０℃が、処理室１０１内にパーティクルを発生させるスレッショルドであると推測される。
【００８７】
図１３は、ガス処理の温度とＨａｚｅとの関係を示す図である。
【００８８】
図１３に示すように、ガス処理温度が成膜温度３８０℃以下の３００℃、３５０℃では、Ｈａｚｅが約１．３ｐｐｍであったところ、ガス処理温度が成膜温度を超える５００℃では約２．０ｐｐｍに上昇している。これは、シリコン膜３の表面が曇り、表面ラフネスが悪化していることを示している。
【００８９】
したがって、ガス処理の処理温度はシリコン膜３の成膜温度以下とし、ガス処理の際、処理室１０１の内部に堆積されていた意図せぬシリコン膜からのガスの発生を抑制する。このようにして、処理室１０１の内部に無用なパーティクルの飛散を抑制し、表面ラフネスの悪化を抑制することが好ましい。
【００９０】
なお、ガス処理の条件は、
Ｏ２ガス流  量：  １７００ｓｃｃｍ  
Ｈ２ガス流  量：  １０００ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  ３０ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃、６００℃
処  理  圧  力：  約４７Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）
である。また、シリコン成膜の条件は図１２、１３中に示す。
【００９１】
なお、縦型ウエハボート１０５上、および処理室１０１の内壁上などに堆積された意図せぬシリコン膜は、クリーニングを行うことで除去できる。しかし、シリコン膜３を成膜する毎にクリーニングを行うことはスループットの低下につながる。このため、ユーザーからクリーニングの頻度を下げたい、という要求がなされる場合がある。このような要求に対しても、ガス処理の処理温度をシリコン膜３の成膜温度以下とすることは、クリーニングの頻度を下げることを可能とするので有用である。
【００９２】
また、ウエハボートが縦型ウエハボート１０５であった場合には、処理室１０１内のプロセス環境を安定させるなどの観点から、縦型ウエハボート１０５の中段に実使用に供されるウエハ（以下プライムウエハという）を載置し、縦型ウエハボート１０５の上段部および下段部には、実使用に供されないダミーウエハを載置する場合がある。この場合には、例えば、中段部に複数枚のプライムウエハを、上段部および下段部のそれぞれに複数枚のダミーウエハを載置した状態で、ガス処理工程およびシリコン膜３の成膜工程を行う。
【００９３】
プライムウエハは、ガス処理工程およびシリコン膜３の成膜工程が終了した後、新たなプライムウエハに交換されるが、ダミーウエハは設計された使用回数に達するまで交換されず、使用回数に達した後、新たなダミーウエハに交換される。
【００９４】
つまり、処理室１０１の内壁や縦型ウエハボート１０５等の表面にシリコン膜がなく、クリーンな状態であったとしても、ダミーウエハの表面にはシリコン膜が堆積されている場合がある。ダミーウエハの表面に堆積されたシリコン膜も、ガス処理の際、処理室１０１の内部に無用なパーティクルの発生させる一因となる。
【００９５】
このような、例えば、処理室１０１内のプロセス環境の安定化のためにダミーウエハを使用する、という観点からも、ガス処理の処理温度をシリコン膜３の成膜温度以下とすることは、パーティクルの抑制に有効である。
【００９６】
なお、本例においては、複数枚のダミーウエハを縦型ウエハボート１０５の上段部および下段部のそれぞれに載置した例を説明したが、縦型ウエハボート１０５へのダミーウエハの載置の仕方は、これに限られるものではなく、必要に応じた任意な載置パターンにて載置されてよい。
【００９７】
また、ガス処理の温度が成膜温度以下の場合、ガス処理温度は、より成膜温度に近づけた方がよい場合もある。
【００９８】
図１４はガス処理温度とシリコン膜の面内均一性との関係を示す図、図１５はガス処理温度とシリコン膜の表面ラフネスＲａとの関係を示す図である。
【００９９】
図１４に示すように、シリコン膜３の成膜温度が３８０℃であった場合、ガス処理温度が３００℃よりも３５０℃の方が、シリコン膜の面内均一性が約±３．２％から約±２．７％に改善される。
【０１００】
また、シリコン膜３の表面ラフネスＲａについても、図１５に示すように、ガス処理温度が３００℃よりも３５０℃の方が、約０．２０３ｎｍから約０．１９９ｎｍへと改善される。
【０１０１】
このように、ガス処理の温度を成膜温度以下とした場合、ガス処理温度は、より成膜温度に近づけた方が好ましい。
【０１０２】
なお、ガス処理の条件は、
Ｏ２ガス流  量：  １７００ｓｃｃｍ  
Ｈ２ガス流  量：  １０００ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  ３０ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ３００℃又は３５０℃  
処  理  圧  力：  約４７Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）
である。また、シリコン成膜の条件は図１４、１５中に示す。
【０１０３】
＜ガス処理中における被処理体の状態＞
ガス処理をしている間、ウエハ１は静止させていてもよいが、回転させたほうが有機物を含む不純物の除去効果が高まる。このため、ガス処理は、ウエハ１を回転させながら行うことが好ましい。
【０１０４】
特に、図１１に示した成膜装置１００のように、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスを、ウエハ１の被処理面に沿って供給する場合には、ウエハ１を回転させることで、ウエハ１を静止させる場合に比較して、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスをウエハ１の被処理面の全体に均一に供給することが可能となる。このため、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスを、ウエハ１の被処理面に沿って供給する場合には、ウエハを回転させながらガス処理を行うことが好ましい。
【０１０５】
また、ウエハ１を高さ方向に載置する縦型ウエハボート１０５は、処理室１０１の下方から処理室１０１の内部へと挿入される。この際、処理室１０１付近の気流が乱れ、処理室１０１の内部、あるいはローディングエリアの内部に存在していたパーティクルや不純物が巻き上げられる可能性がある。巻き上げられたパーティクルや不純物は、縦型ウエハボート１０５に載置されたウエハ１の縁の部分に付着しやすい。つまり、ウエハ１の中央の部分よりも縁の部分の方が、パーティクルや不純物の存在確率が高い。ウエハ１の縁に多く付着しているパーティクルや不純物は、ガス処理を、ウエハ１を静止させて行うよりも回転させながら行ったほうが、より効率よく除去することができる。
【０１０６】
以上、この発明を第１〜第３の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１〜第３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。
【０１０７】
例えば、上記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い。処理条件は、例えば、被処理体を収容する処理室の容積や、処理圧力の変更等に応じて変更することが可能である。
【０１０８】
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】
【０１０９】
１…シリコンウエハ、２…シリコン酸化物膜、３…シリコン膜。
【図１】
0006322131.tif 000002
【図２】
0006322131.tif 000003
【図３】
0006322131.tif 000004
【図４Ａ】
0006322131.tif 000005
【図４Ｂ】
0006322131.tif 000006
【図４Ｃ】
0006322131.tif 000007
【図４Ｄ】
0006322131.tif 000008
【図４Ｅ】
0006322131.tif 000009
【図５】
0006322131.tif 000010
【図６】
0006322131.tif 000011
【図７】
0006322131.tif 000012
【図８】
0006322131.tif 000013
【図９】
0006322131.tif 000014
【図１０】
0006322131.tif 000015
【図１１】
0006322131.tif 000016
【図１２】
0006322131.tif 000017
【図１３】
0006322131.tif 000018
【図１４】
0006322131.tif 000019
【図１５】
0006322131.tif 000020