(57)【要約】  本発明は、基板にダメージを与えることなく、基板上に良質な窒化膜を成膜することができる窒化膜成膜方法を提供することを目的とする。そして、本発明の窒化膜成膜方法は、ガス供給口（１１）を介してシラン系ガスを処理室（１０）内に供給するステップ(a) と、ラジカル発生器（２０）からラジカルガス通過口（２５）を介して窒素ラジカルガス（７）を処理室（１０）内に供給するステップ(b) と、処理室（１０）内でプラズマ現象を生じさせることなく、上記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと上記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、ウエハー（１）上に窒化膜を成膜するステップ(c) とを備えている。
2018150452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室（１０）内に配置された基板（１）上に窒化膜を成膜する窒化膜成膜方法であって、
(a) シラン系ガスを前記処理室に供給するステップと、
(b) 窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップと、
(c) 前記処理室内でプラズマ現象を生じさせることなく、前記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと前記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、前記基板上に窒化膜を成膜するステップとを備える、
窒化膜成膜方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化膜成膜方法であって、
(d) 水素を前記処理室に供給するステップをさらに備える、
窒化膜成膜方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の窒化膜成膜方法であって、
前記ステップ(b) は、前記処理室とは別に設けられたラジカル発生器（２０）内で窒素ガスから窒素ラジカルガスを生成し、生成した窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップを含み、
前記ラジカル発生器を加熱することで４００℃以下の状態で窒素ラジカルガスを生成することを特徴とする、
窒化膜成膜方法。
【請求項４】
請求項３記載の窒化膜成膜方法であって、
前記ラジカル発生器は、互いに対向した一対の電極間において誘電体を介して放電空間を形成し、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、前記放電空間内に窒素ガスを通過させることにより、窒素ラジカルガスを得ることを特徴する、
窒化膜成膜方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の窒化膜成膜方法において、
前記ステップ(c) は、シラン系ガスが分解する温度以上に前記基板の表面温度を加熱する加熱処理をさらに実行する、
窒化膜成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン窒化膜等の窒化膜を成膜する窒化膜成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化膜は半導体やその他の様々な用途に使用されているが、特に半導体分野においてシリコン窒化膜はゲート絶縁膜の他、金属と他の膜の間のバリア膜や様々な膜に使用されている。使用されている理由として、ゲート絶縁膜として用いる場合、従来、主に使用されている酸化膜に比べ絶縁性能に優れており、バリア膜として用いる場合、エッチングによる耐性が良く、金属に拡散しにくい等、製造工程における優位性を有するという特徴があるために幅広く使用されている。【０００３】
基板にシリコン窒化膜を成膜する場合、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）装置、光ＣＶＤ装置またはプラズマＣＶＤ装置や熱ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition；原子層堆積法）装置、プラズマＡＬＤ装置が用いられている。特に、プラズマＣＶＤ及びプラズマＡＬＤ装置が多々使用されている。例えば、熱・光ＣＶＤ装置、熱・光ＡＬＤ装置よりも、プラズマＣＶＤ及びプラズマＡＬＤ装置の方が、成膜温度を低くでき、かつ、成膜速度が高く、短時間の成膜処理ができるなどの利点がある。【０００４】
なお、熱窒化によって窒化膜を成膜する熱窒化方法を採用した従来技術として例えば特許文献１で開示された半導体装置の製造方法があり、プラズマ処理を用いて窒化膜を成膜するプラズマ窒化方法を採用した従来技術として例えば特許文献２で開示されたプラズマ処理装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８７９４号公報
【特許文献２】特開２０１５−５７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
窒化膜形成対象の基板上にシリコン窒化膜を成膜する場合、シラン系ガス（シリコンと水素を含む化合物で構成されたガス）と窒化源とを処理室に供給し、窒化膜を成膜する方法が一般的に採用されている。【０００７】
窒化膜を成膜する方法として、前述したように、熱処理による熱窒化方法（特許文献１）、プラズマを使用したプラズマ窒化方法（特許文献２）などが挙げられる。【０００８】
しかしながら、熱窒化方法を用いて窒化膜を成膜する場合、窒化膜形成対象の基板となるウエハーの温度や処理温度を８００℃程度の高温に曝す必要があり、窒化膜や前工程で成膜した膜のデバイス特性が熱によって劣化する可能性が高い。このため、前工程で成膜した膜を含んだウエハーにダメージを与えることなく、良質な窒化膜を成膜することができないという、問題点があった。【０００９】
一方、プラズマ窒化方法を用いて窒化膜を成膜する場合、処理温度を５００℃程度にして、窒化膜形成対象の基板近くにプラズマを発生させているため、基板直近で物質が反応し良質な窒化膜が成膜される反面、基板がプラズマやイオンによりダメージを受け、基板にダメージが蓄積される可能性が高い。このため、熱窒化方法と同様、窒化膜形成対象の基板にダメージを与えることなく、良質な窒化膜を成膜することができないという、問題点があった。【００１０】
このように、従来の窒化膜成膜方法である熱窒化方法及びプラズマ窒化方法いずれを用いても、製造時に熱あるいはプラズマによるダメージを少なからず基板に与えてしまうことを回避できないという問題点があった。【００１１】
また、従来は窒化源としてアンモニアのようなガスを用いて窒化膜を成膜することが一般的であった。しかしながら、窒化源としてアンモニアを用いた場合、窒素原子と水素原子の比率が固定されており、水素分子を使用したくない工程では使用できず、また水素量を制御したい場合、水素量を増減できないといった問題点を有している。【００１２】
本発明では、上記のような問題点を解決し、窒化膜形成対象の基板にダメージを与えることなく、基板上に良質な窒化膜を成膜することができる窒化膜成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る請求項１記載の窒化膜成膜方法は、処理室内に配置された基板上に窒化膜を成膜する窒化膜成膜方法であって、(a) シラン系ガスを前記処理室に供給するステップと、(b) 窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップと、(c) 前記処理室内でプラズマ現象を生じさせることなく、前記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと前記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、前記基板上に窒化膜を成膜するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明における窒化膜成膜方法は、ステップ(c) にて処理室内でプラズマ現象を生じさせることなく基板上に窒化膜を成膜するため、ステップ(c) の実行時にプラズマ現象による基板へのダメージを回避して良質な窒化膜を成膜することができる。【００１５】
さらに、ステップ(b) にて反応性に富む窒素ラジカルガスを処理室に供給するため、８００℃程度の高温下で行う熱窒化方法を用いることなく、基板上に窒化膜を成膜することができる。このため、ステップ(c) の実行時に、窒化膜や前工程で成膜した膜のデバイス特性が熱によって劣化してしまう現象を回避して良質な窒化膜を成膜することができる。【００１６】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１である窒化膜成膜方法を実行する成膜装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１で示すラジカル発生器の内部構成を模式的に示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２である窒化膜成膜方法を実行する成膜装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法に関する、実験時の処理条件を表形式で示す説明図である。
【図５】図４で示した実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法の実験結果（その１）を表形式で示す説明図である。
【図６】図４で示した実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法の実験結果（その２）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である窒化膜成膜方法を実行する成膜装置５１の概略構成を示す説明図である。
【００１９】
同図に示すように、成膜装置５１は処理室１０とラジカル発生器２０とにより構成されており、処理室１０の上面上にラジカル発生器２０が隣接配置されている。
【００２０】
処理室１０内の底面上に載置されたウエハーステージ２上にウエハー１が配置される。このウエハー１が窒化膜形成対象の基板となる。処理室１０はウエハーステージ２の配置位置より高い上部に設けられたガス供給口１１よりシラン系ガスの供給を受け、ウエハーステージ２の配置位置と同程度の高さの下部に設けられた排出口１６を介して処理室１０内のガスを排出する。なお、シラン系ガスとは、シリコンと水素を含む化合物で構成されたガスを意味する。
【００２１】
ラジカル発生器２０にはガス供給口２１を介して窒化源として純窒素ガスが供給される。そして、ラジカル発生器２０は、誘電体バリア放電を利用して、供給された窒素ガス６を活性化して窒素ラジカルガス７を生成し、下面（処理室１０の上面）に設けられたラジカルガス通過口２５を介して処理室１０内に窒素ラジカルガス７を供給する。
【００２２】
図２はラジカル発生器２０の内部構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、高電圧側電極構成部１０１と、高電圧側電極構成部１０１の下方に設けられる接地側電極構成部１０２と、高電圧側電極構成部１０１及び接地側電極構成部１０２に交流電圧を印加する高周波電源５とを基本構成として有している。
【００２３】
高電圧側電極構成部１０１は、誘電体電極１１１と誘電体電極１１１の上面上に形成される金属電極１１０とを有し、接地側電極構成部１０２は、誘電体電極１２１と誘電体電極１２１の下面上に形成される金属電極１２０とを有している。接地側電極構成部１０２の金属電極１２０が接地レベルに接続され、高電圧側電極構成部１０１の金属電極１１０に高周波電源５から交流電圧が印加される。なお、金属電極１１０は誘電体電極１１１上において全面あるいは選択的に形成され、金属電極１２０は誘電体電極１２１下において全面あるいは選択的に形成される。
【００２４】
そして、高周波電源５の交流電圧の印加により、誘電体電極１１１及び１２１が対向する誘電体空間内において、金属電極１１０及び１２０が平面視重複する領域を含む領域が放電空間として規定される。上述した高電圧側電極構成部１０１、接地側電極構成部１０２及び高周波電源５を主要構成として図１で示したラジカル発生器２０が構成される。
【００２５】
このような構成のラジカル発生器２０において、高周波電源５による交流電圧の印加により、高電圧側電極構成部１０１と接地側電極構成部１０２との間に放電空間が形成され、この放電空間に窒素ガス６（窒素分子）を供給すると、窒素分子が解離してラジカル化した窒素原子である窒素ラジカルガス７を得ることができる。
【００２６】
なお、上述したように、ラジカル発生器２０は、誘電体バリア放電を利用して窒素ラジカルガス７を生成しているため、窒素ラジカルガス７の温度は必然的に常温以上４００℃以下に加熱される。
【００２７】
このような構成において、実施の形態１の窒化膜成膜方法は、以下のステップ(a) 〜(c) を実行して、処理室１０内に配置された窒化膜形成対象の基板であるウエハー１上に窒化膜（シリコン窒化膜）を成膜する。
【００２８】
ステップ(a)は、ガス供給口１１を介してシラン系ガスを処理室１０内に供給するステップである。
【００２９】
ステップ(b)は、ラジカル発生器２０からラジカルガス通過口２５を介して窒素ラジカルガス７を処理室１０内に供給するステップである。
【００３０】
ステップ(c)は、処理室１０内でプラズマ現象を生じさせることなく、上記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと上記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、ウエハー１上に窒化膜を成膜するステップである。なお、上記ステップ(a) 〜(c) は大部分の期間において同時に実行される。
【００３１】
なお、ステップ(c) の実行時に供給されたガス（窒素ラジカルガス７，シラン系ガス等）は反応後、排出口１６より排出される。
【００３２】
また、上記ステップ(b) は、より詳細には、処理室１０と別に処理室１０の上面に隣接して設けられたラジカル発生器２０内で窒素ガス６から窒素ラジカルガス７を生成し、生成した窒素ラジカルガス７を処理室１０処理室に供給するステップとなる。
【００３３】
そして、ラジカル発生器２０は、前述したように、互いに対向した一対の電極間（電極構成部１０１，１０２間）において誘電体電極１１１，１２１を介して放電空間を形成し、一対の電極間に高周波電源５から交流電圧を印加し、上記放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、上記記放電空間内に窒素ガス６を通過させることにより、窒素ラジカルガス７を得ている。
【００３４】
上述した実施の形態１の窒化膜成膜方法による具体的な処理条件１の一例を以下に示す。
【００３５】
ジシラン・ガス流量：０．５ｓｃｃｍ（standard cc/min）、
窒素ガス・ガス流量：１ｓｌｍ（standard L/min）、
ウエハーステージ温度：４００℃、
処理時間：６０ｍｉｎ、
処理室圧力：１３３Ｐａ、
ラジカル発生器電力：１００Ｗである。
【００３６】
上記処理条件１では、シラン系ガスとしてジシランが用いられ、ジシラン及び窒素ガス６の供給ガス流量は上述したように設定される。「ウエハーステージ温度」はウエハーステージ２の設定温度を意味し、「処理時間」は主としてステップ(c)の実行時間を意味し、「処理室圧力」は処理室１０内の圧力を意味し、「ラジカル発生器電力」は高周波電源５からの供給電力を意味する。なお、窒素ラジカルガス７の供給量は、ラジカル発生器２０に投入する電力（ラジカル発生器電力）を変えることにより所望の量に制御可能である。
【００３７】
上記条件で処理することによりシラン系ガスと窒素ラジカルガス７との反応により、ウエハー１の表面上に６ｎｍ程度の窒化膜を成膜することができる。
【００３８】
実施の形態１による窒化膜成膜方法は、上記ステップ(c) にて処理室１０内においてプラズマ現象を生じさせることなく、ウエハー１上に窒化膜を成膜するため、上記ステップ(c) の実行時にプラズマ現象によるウエハー１へのダメージを回避して、良質な窒化膜を成膜することができる。
【００３９】
さらに、上記ステップ(b) にて反応性に富む窒素ラジカルガス７を処理室１０に導入するため、８００℃程度の高温下で行う熱窒化法を用いることなく、ウエハー１上に窒化膜を成膜することができる。このため、上記ステップ(c) の実行時に、窒化膜あるいはウエハー１に関連するデバイス特性が熱によって劣化してしまう現象を回避して、良質な窒化膜を成膜することができる。なお、窒化膜の形成時に既に他の成膜工程で膜が形成されている場合は、他の膜のデバイス特性の劣化の発生も回避することができる。
【００４０】
加えて、上記ステップ(c) の実行時に、ラジカル発生器２０を加熱することで常温以上４００℃以下の窒素ラジカルガス７が上記ステップ(b) の実行によって供給されており、窒素ラジカルガス７に例えば１００℃以上４００℃以下の温度要因が加味される結果、シラン系ガスと窒素ラジカルガスとの反応を促進させることができるため、成膜レートの向上を図ることができる。
【００４１】
また、ラジカル発生器２０内において誘電体バリア放電を発生させて窒素ラジカルガス７を得ているため、イオンのない窒素ラジカルガス７を処理室１０内に安定性良く供給することができる。このため、上記ステップ(c) の実行時に、イオン化状態のガスによってダメージを受けることがないため、窒化膜や前工程で成膜した膜のデバイス特性がより良好な窒化膜を成膜することできる。
【００４２】
さらに、上記処理条件１を採用した場合、上記ステップ(c) はウエハーステージ２を４００℃にして、シラン系ガスがシリコンと水素ガスとに分解する温度以上にウエハー１の表面温度を加熱する加熱処理を実行している。このため、上記加熱処理によってシラン系ガスと窒素ラジカルガスとの反応をより促進させることができるため、成膜レートのさらなる向上を図ることができる。その結果、短時間で良質な窒化膜を成膜することができる。シラン系ガスを含むシリコン系のガスは、４００℃程度で分解が開始される。すなわち、シラン系ガスがシリコンと水素ガスとに分解する温度は４００℃前後の温度となる。したがって、シラン系ガスがシリコンと水素ガスとに分解させ、かつ、可能な範囲で低温な加熱処理を実行する観点から、ステップ(c) で実行する加熱処理におけるウエハーステージ２の加熱温度は４００℃前後に設定することが望ましい。
【００４３】
なお、上記処理条件１を採用しても、ウエハーステージ２の設定温度は４００℃程度であり、熱窒化方法で必要とする８００℃及びプラズマ窒化方法で必要とする５００℃に比べ十分低いため、上記ステップ(c) の実行時に熱によるダメージを必要最小限に抑えることができる。
【００４４】
＜実施の形態２＞
図３はこの発明の実施の形態２である窒化膜成膜方法を実行する成膜装置５２の概略構成を示す説明図である。
【００４５】
同図に示すように、成膜装置５２は処理室１０Ｂとラジカル発生器２０とにより構成されており、処理室１０Ｂの上面上にラジカル発生器２０が隣接配置されている。
【００４６】
処理室１０Ｂ内の底面に載置されたウエハーステージ２上にウエハー１が配置される。処理室１０Ｂはウエハーステージ２の配置位置より高い上部に設けられたガス供給口１１を介してシラン系ガスを受け、ガス供給口１２を介して水素ガスの供給を受ける。一方、ウエハーステージ２の配置位置と同程度の高さの下部に設けられた排出口１６を介して処理室１０Ｂ内のガスを排出する。
【００４７】
ラジカル発生器２０は実施の形態１と同様な構成であり、下面（処理室１０Ｂの上面）に設けられたラジカルガス通過口２５を介して処理室１０Ｂ内に窒素ラジカルガス７を供給する。
【００４８】
このような構成において、実施の形態２の窒化膜成膜方法は、以下のステップ(a)，(b)，(d) ,(c)を実行して、処理室１０Ｂ内に配置された窒化膜形成対象の基板であるウエハー１上に窒化膜（シリコン窒化膜）を成膜する。
【００４９】
ステップ(a)は、ガス供給口１１を介してシラン系ガスを処理室１０Ｂ内に供給するステップである。
【００５０】
ステップ(b)は、ラジカル発生器２０からラジカルガス通過口２５を介して窒素ラジカルガス７を処理室１０Ｂ内に供給するステップである。
【００５１】
ステップ(d) は、ガス供給口１２を介して水素ガスを処理室１０Ｂ内に供給するステップである。
【００５２】
ステップ(c)は、処理室１０Ｂ内でプラズマ現象を生じさせることなく、上記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと上記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、ウエハー１上に窒化膜を成膜するステップである。
【００５３】
このように、実施の形態２の窒化膜成膜方法は、実施の形態１の窒化膜成膜方法（ステップ(a) 〜(c) ）に加えて、さらにステップ(d) 水素ガス供給処理を実行することを特徴としている。
【００５４】
上述した実施の形態２の窒化膜成膜方法による具体的な処理条件２の一例を以下に示す。
【００５５】
ジシラン・ガス流量：０．５ｓｃｃｍ（standard cc/min）、
窒素ガス・ガス流量：１ｓｌｍ（standard L/min）、
水素ガス・ガス流量：１０ｓｃｃｍ、
ウエハーステージ温度：４００℃、
処理時間：６０ｍｉｎ、
処理室圧力：１３３Ｐａ、
ラジカル発生器電力：１００Ｗである。
【００５６】
上記処理条件２で処理することによりシラン系ガスは窒素ラジカルと反応し、ウエハー表面９ｎｍ程度の窒化膜を成膜することができる。
【００５７】
実施の形態２による窒化膜成膜方法は、実施の形態１の窒化膜成膜方法と同様、ステップ(a) 〜(c) を実行するため、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００５８】
さらに、実施の形態２の窒化膜成膜方法は、ステップ(d)によって水素ガスを処理室１０Ｂ内に供給しているため、水素ガスの供給によりシラン系ガスと窒素ラジカルガスとの反応を実施の形態１以上に促進させて成膜レートを向上させ、かつ絶縁特性に優れた窒化膜を成膜することができる。
【００５９】
＜実験結果＞
図４は実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法に関する、実験時の処理条件を表形式で示す説明図である。
【００６０】
同図に示すように、実施の形態１の処理条件１Ａは、前述した処理条件１とほぼ同様であり、処理時間が１０５分（処理条件１では６０分）のみが異なる。
【００６１】
実施の形態２の処理条件２Ａは、前述した処理条件２とほぼ同様であり、処理時間が６５分（処理条件２では６０分）のみが異なる。
【００６２】
実施の形態２の処理条件２Ｂは、前述した処理条件２と以下の点が異なる。すなわち、シラン系材料として「モノシラン」を用いた点（処理条件２では「ジシラン」）、モノシランのガス流量が「１５ｓｃｃｍ」である点（処理条件２では０．５ｓｃｃｍ）、水素ガス・ガス流量が「５ｓｃｃｍ」である点（処理条件２では１０ｓｃｃｍ）、処理時間が９０分（処理条件２では６０分）に設定された点が異なる。
【００６３】
図５は図４で示した実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法の実験結果（その１）を表形式で示す説明図である。
【００６４】
同図に示すように、処理条件１Ａで実行された実施の形態１の窒化膜成膜方法では、膜厚が「約１０ｎｍ」の窒化膜が得られ、成膜レートは「０．０９５（nm/min）」となった。また、窒化膜の屈折率として「２．１２２」が得られた。
【００６５】
処理条件２Ａで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その１）では、膜厚が「約１０ｎｍ」の窒化膜が得られ、成膜レートは「０．１５４（nm/min）」となった。また、窒化膜の屈折率として「２．０７３」が得られた。
【００６６】
処理条件２Ｂで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その２）では、膜厚が「約１０ｎｍ」の窒化膜が得られ、成膜レートは「０．１１７（nm/min）」となった。また、窒化膜の屈折率として「１．９０３」が得られた。
【００６７】
図６は図４で示した実施の形態１及び実施の形態２の窒化膜成膜方法の実験結果（その２）を示すグラフである。図６において横軸は窒化膜の膜厚方向に印加される単位長さ（ｃｍ）当たりの電圧Ｅｇ（ＭＶ／ｃｍ）を示し、縦軸は単位面積当たり（ｃｍ２）に流れる漏れ電流Ｊｇ（Ａ／ｃｍ２）を示している。
【００６８】
同図に示すように、処理条件１Ａで実行された実施の形態１の窒化膜成膜方法では、絶縁特性線Ｌ１１が得られた。
【００６９】
処理条件２Ａで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その１）では、絶縁特性線Ｌ２１が得られた。
【００７０】
処理条件２Ｂで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その２）では、絶縁特性線Ｌ２２が得られた。
【００７１】
以下、「処理条件１Ａで実行された実施の形態１の窒化膜成膜方法」を単に「実施の形態１の態様１Ａ」、「処理条件２Ａで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その１）」を単に「実施の形態２の態様２Ａ」、「処理条件２Ｂで実行された実施の形態２の窒化膜成膜方法（その２）」を単に「実施の形態２の態様２Ｂ」と称する場合がある。
【００７２】
図６に示すように、実施の形態１の態様１Ａ、実施の形態２の態様２Ａ及び２Ｂのいずれにおいても、プラズマ窒化方法及び熱窒化方法で得られる窒化膜と同等あるいはそれ以上の特性を有している。そして、絶縁特性の優秀性は、実施の形態２の態様２Ｂ（絶縁特性線Ｌ２２）、実施の形態２の態様１Ａ（絶縁特性線Ｌ２１）、実施の形態１の態様１Ａ（絶縁特性線Ｌ１１）の順となっている。
【００７３】
また、図５に示すように、成膜レートの優秀性は、実施の形態２の態様２Ａ、実施の形態２の態様２Ｂ、実施の形態１の態様１Ａの順となっている。
【００７４】
なお、屈折率に関しても、実施の形態１の態様１Ａ、実施の形態２の態様２Ａ及び２Ｂのいずれにおいても、理想的なシリコン窒化膜の屈折率２．０２３に近い屈折率が得られた。
【００７５】
このように、図４〜図６で示す実験結果から、実施の形態１及び実施の形態２による窒化膜成膜方法は共に、ウエハー１上に良質な窒化膜を成膜することができるが確認された。
【００７６】
さらに、図４〜図６で示す実験結果から、ステップ(d) の水素ガス供給工程を有する実施の形態２の窒化膜成膜方法は、実施の形態１より高い成膜レートで、実施の形態１に比べて絶縁特性に優れた窒化膜（シリコン窒化膜）を成膜できることが確認された。なお、絶縁特性は窒化膜に関連するデバイス特性の一つである。
【００７７】
加えて、実施の形態２において、シラン系ガスとしてジシランよりモノシランを用いる方が、絶縁特性がより優れた窒化膜を成膜できることが確認できた。
【００７８】
なお、図４〜図６の実験結果から、実施の形態１においても、実施の形態２と同様、シラン系ガスとしてジシランよりモノシランを用いる方が、絶縁特性がより優れた窒化膜を成膜できることが推測される。
【００７９】
＜その他＞
実施の形態１の処理条件１及び処理条件１Ａや実施の形態の処理条件２及び処理条件２Ａでは、シラン系ガス（シリコンと水素を含む化合物で構成されたガス）としてジシランを示した。シラン系ガスとしてジシランに限らず、実施の形態２の処理条件２Ｂのようにモノシランを使用しても、トリシラン等の他のシラン系ガスを使用してもよい。
【００８０】
図１で示す実施の形態１の成膜装置５１や図３で示す実施の形態２の成膜装置５２では、ラジカル発生器２０は処理室１０（１０Ｂ）の上面に隣接して配置した。しかしながら、処理室１０及びラジカル発生器２０を隣接配置することなく、ラジカル発生器２０と処理室１０とを距離を隔てて離散配置し、ラジカル発生器２０より得られる窒素ラジカルガス７を配管を通して処理室１０内に供給するようにしてもよい。
【００８１】
また、実施の形態２の成膜装置５２において、ガス供給口１２から水素ガスを処理室１０内に供給していた。すなわち、水素ガスはシラン系ガスの供給前に添加する（混合する）ことなく、処理室１０にシラン系ガスとは独立して供給していた。しかしながら、ガス供給口１１からシラン系ガスに水素ガスを添加した状態で供給するようにしても良い。
【００８２】
さらに、ラジカル発生器２０相当の構成を用いて、水素ガスから水素ラジカルガスを得た後、水素ラジカルガスとして処理室１０内に供給するようにしても良い。
【００８３】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００８４】
１  ウエハー
２  ウエハーステージ
１０，１０Ｂ  処理室
１１，１２，２１  ガス供給口
１６  排出口
２０  ラジカル発生器
２５  ラジカルガス通過口
５１，５２  成膜装置
【図１】
2018150452.tif 000003
【図２】
2018150452.tif 000004
【図３】
2018150452.tif 000005
【図４】
2018150452.tif 000006
【図５】
2018150452.tif 000007
【図６】
2018150452.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月23日(2019.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室（１０）内に配置された基板（１）上に窒化膜を成膜する窒化膜成膜方法であって、
(a) シラン系ガスを前記処理室に供給するステップと、
(b) 窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップと、
(c) 前記処理室内でプラズマ現象を生じさせることなく、前記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと前記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、前記基板上に窒化膜を成膜するステップとを備え、
前記ステップ(c) は、シラン系ガスが分解する温度以上に前記基板の表面温度を加熱する加熱処理を含む、
窒化膜成膜方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化膜成膜方法であって、
(d) 水素を前記処理室に供給するステップをさらに備える、
窒化膜成膜方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の窒化膜成膜方法であって、
前記ステップ(b) は、前記処理室とは別に設けられたラジカル発生器（２０）内で窒素ガスから窒素ラジカルガスを生成し、生成した窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップを含み、
前記ラジカル発生器を加熱することで４００℃以下の状態で窒素ラジカルガスを生成することを特徴とする、
窒化膜成膜方法。
【請求項４】
請求項３記載の窒化膜成膜方法であって、
前記ラジカル発生器は、互いに対向した一対の電極間において誘電体を介して放電空間を形成し、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、前記放電空間内に窒素ガスを通過させることにより、窒素ラジカルガスを得ることを特徴する、
窒化膜成膜方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明に係る請求項１記載の窒化膜成膜方法は、処理室内に配置された基板上に窒化膜を成膜する窒化膜成膜方法であって、(a) シラン系ガスを前記処理室に供給するステップと、(b) 窒素ラジカルガスを前記処理室に供給するステップと、(c) 前記処理室内でプラズマ現象を生じさせることなく、前記ステップ(a) で供給されるシラン系ガスと前記ステップ(b) で供給される窒素ラジカルガスとを反応させて、前記基板上に窒化膜を成膜するステップとを備え前記ステップ(c) は、シラン系ガスが分解する温度以上に前記基板の表面温度を加熱する加熱処理を含む。
【国際調査報告】
2018150452.tif 000009
2018150452.tif 000010
2018150452.tif 000011
2018150452.tif 000012