(57)【要約】 【課題】  低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができるシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムを提供する。【解決手段】  まず、反応管２内にＤＣＳを供給し、半導体ウエハＷにＤＣＳを吸着させる。次に、反応管２内に酸素ラジカルを供給して、吸着したＤＣＳを酸化させ、半導体ウエハＷにシリコン酸化膜を形成する。続いて、反応管２内にアンモニアラジカルを供給して、形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、半導体ウエハＷにシリコン酸窒化膜を形成する。この処理を複数回繰り返すことにより所望のシリコン酸窒化膜を形成することができる。【選択図】  図１
2007019145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップと、を備え、
前記吸着ステップと、前記シリコン酸化膜形成ステップと、前記シリコン酸窒化膜形成ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項２】
前記反応室内を４００℃〜５５０℃に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記酸化ガスに、酸素、酸化窒素、または、一酸化二窒素を用いる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項４】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記窒化ガスに、アンモニアを用いる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項５】
前記吸着ステップでは、前記反応室内を４００Ｐａ〜１２００Ｐａに設定する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項６】
前記吸着ステップでは、前記反応室内にジクロロシランを０．５ｓｌｍ〜２ｓｌｍ供給する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項７】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記反応室内を４０Ｐａ〜４００Ｐａに設定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項８】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、７０Ｐａ〜４００Ｐａに設定されたプラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項９】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に酸化ガスを０．５ｓｌｍ〜５ｓｌｍ供給する、ことを特徴とする請求項８に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項１０】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記反応室内を４０Ｐａ〜１００Ｐａに設定する、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項１１】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、７０Ｐａ〜６００Ｐａに設定されたプラズマ発生室に窒化ガスを供給して窒化ガスのラジカルを形成し、形成した窒化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項１２】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に窒化ガスを１ｓｌｍ〜８ｓｌｍ供給する、ことを特徴とする請求項１１に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項１３】
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内のガスを排気する排気手段と、
前記反応室内にジクロロシランを供給するジクロロシラン供給手段と、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給する酸化ガスラジカル供給手段と、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給する窒化ガスラジカル供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ジクロロシラン供給手段を制御して前記反応室内にジクロロシランを供給し、前記反応室内に収容された被処理体に前記ジクロロシランを吸着させ、
前記酸化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着されたジクロロシランを酸化させて前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
前記窒化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜を窒化させて前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成する、
処理を複数回繰り返す、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成装置。
【請求項１４】
コンピュータに、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップとを、
この順に複数回繰り返す手順、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハにシリコン酸窒化膜やシリコン酸化膜等を形成する場合、例えば、５００℃以下のような低温下で処理を行うことが求められている。シリコン酸窒化膜の形成においては、例えば、５００℃以下のような低温下で、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、半導体ウエハにシリコン酸化膜を形成した後、このシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を形成している。
【０００３】
しかし、デバイスの微細化に伴い、例えば、ゲート間のギャップが狭くなると、この方法ではゲート間ギャップを埋めることが困難となり、ステップカバレッジが悪くなってしまうという問題がある。低温化で、ステップカバレッジのよい薄膜を形成する方法としては、例えば、原子層蒸着（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法が考えられる。
【０００４】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。例えば、被処理体上に第１の原料ガスと第２の原料ガスとを交互に、被処理体表面に沿った流れの形で供給し、第１の原料ガス中の原料ガス分子を被処理体表面に吸着させ、この吸着した第１の原料ガス中の原料ガス分子に第２の原料ガス中の原料ガス分子を反応させることにより、一分子層分の厚さの膜を形成する。そして、このプロセスを繰り返すことにより、被処理体表面に高品質な誘電体膜、特に、高誘電体膜を形成することができる。
【０００５】
このようなＡＬＤ法を用いた薄膜の成形については様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、ＡＬＤ法を用いて、３００℃〜６００℃の低温でシリコン窒化膜が成膜できることが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８１８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＡＬＤ法を用いて、シリコン酸窒化膜を形成する方法については、全く提案されていない。このため、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができる方法が求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができるシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラム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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るシリコン酸窒化膜の形成方法は、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップと、を備え、
前記吸着ステップと、前記シリコン酸化膜形成ステップと、前記シリコン酸窒化膜形成ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする。
【０００９】
前記反応室内を４００℃〜５５０℃に設定することが好ましい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記酸化ガスとして、例えば、酸素、酸化窒素、または、一酸化二窒素を用いる。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記窒化ガスとして、例えば、アンモニアを用いる。
【００１０】
前記吸着ステップでは、前記反応室内を４００Ｐａ〜１２００Ｐａに設定することが好ましい。
前記吸着ステップでは、前記反応室内にジクロロシランを０．５ｓｌｍ〜２ｓｌｍ供給することが好ましい。
【００１１】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記反応室内を４０Ｐａ〜４００Ｐａに設定することが好ましい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、７０Ｐａ〜４００Ｐａに設定されたプラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給してもよい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に酸化ガスを０．５ｓｌｍ〜５ｓｌｍ供給することが好ましい。
【００１２】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記反応室内を４０Ｐａ〜１００Ｐａに設定することが好ましい。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、７０Ｐａ〜６００Ｐａに設定されたプラズマ発生室に窒化ガスを供給して窒化ガスのラジカルを形成し、形成した窒化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給してもよい。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に窒化ガスを１ｓｌｍ〜８ｓｌｍ供給することが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の観点に係るシリコン酸窒化膜の形成装置は、
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内のガスを排気する排気手段と、
前記反応室内にジクロロシランを供給するジクロロシラン供給手段と、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給する酸化ガスラジカル供給手段と、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給する窒化ガスラジカル供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ジクロロシラン供給手段を制御して前記反応室内にジクロロシランを供給し、前記反応室内に収容された被処理体に前記ジクロロシランを吸着させ、
前記酸化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着されたジクロロシランを酸化させて前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
前記窒化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜を窒化させて前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成する、
処理を複数回繰り返す、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップとを、
この順に複数回繰り返す手順、
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸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】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係るシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムについて説明する。本実施の形態では、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）の形成装置として、バッチ式の縦型処理装置を用いた場合を例に説明する。図１に本実施の形態の処理装置の構成を示す。また、図２に本実施の形態の処理装置の断面構成を示す。
【００１７】
図１に示すように、処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた、有天井で略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【００１８】
反応管２の一側方には、反応管２内のガスを排気するための排気部３が配置されている。排気部３は、反応管２に沿って上方に延びるように形成され、図示しない反応管２の側壁に設けられた開口を介して、反応管２と連通する。排気部３の上端は、反応管２の上部に配置された排気口４に接続されている。この排気口４には図示しない排気管が接続され、排気管には図示しないバルブや後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、反応管２内のガスが、開口、排気部３、排気口４を介して、排気管に排気され、反応管２内が所望の圧力（真空度）に制御される。
【００１９】
反応管２の下方には、蓋体５が配置されている。蓋体５は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体５は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体５が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
【００２０】
蓋体５の上には、ウエハボート６が載置されている。ウエハボート６は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート６は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。なお、蓋体５の上部に、反応管２の炉口部分から反応管２内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハＷを収容するウエハボート６を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート６を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート６に収容された半導体ウエハＷを均一な温度に制御しやすくなる。
【００２１】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ７が設けられている。この昇温用ヒータ７により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管２の内部に収容された半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
【００２２】
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２内に処理ガス（例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、酸化ガス（例えば、酸素（Ｏ２））、窒化ガス（例えば、アンモニア（ＮＨ３））、窒素（Ｎ２））を供給する、処理ガス供給管８、９が複数挿通されている。各処理ガス供給管８、９は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２５を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図１では、後述するプラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管８（本実施の形態では、酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管）のみを図示している。また、図２では、この酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管８と、後述するプラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管９（本実施の形態では、ＤＣＳや窒素を供給する処理ガス供給管）と、を図示している。処理ガス供給管９としては、例えば、分散インジェクタが用いられる。
【００２３】
反応管２の他側方、すなわち、排気部３が配置されている反応管２の一側方の反対側には、プラズマ発生部１０が設けられている。プラズマ発生部１０は、酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管８や、一対の電極１１等から構成されている。処理ガス供給管８は、一対の電極１１間に酸素やアンモニアを供給できるように、例えば、一対の電極１１間に配置されている。一対の電極１１は、図示しない高周波電源、整合器等に接続されている。そして、一対の電極１１間に高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加することにより、一対の電極１１間に供給された酸素等をプラズマ励起（活性化）させ、酸素ラジカル（Ｏ２＊）等を生成する。このように生成された酸素ラジカル（Ｏ２＊）等がプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。
【００２４】
また、反応管２内には、反応管２内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ１２２、及び、反応管２内の圧力を測定する圧力計１２３が複数本配置されている。
【００２５】
また、処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図３に制御部１００の構成を示す。図３に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８、プラズマ制御部１２９等が接続されている。
【００２６】
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
【００２７】
温度センサ（群）１２２は、反応管２内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
【００２８】
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ７を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、昇温用ヒータ７に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ７の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
【００２９】
ＭＦＣ１２５は、処理ガス供給管８、９等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
【００３０】
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。
真空ポンプ１２７は、排気管に接続され、反応管２内のガスを排気する。
【００３１】
ボートエレベータ１２８は、蓋体５を上昇させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体５を下降させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
【００３２】
プラズマ制御部１２９は、プラズマ発生部１０を制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、プラズマ発生部１０を制御し、プラズマ発生部１０内に供給された、例えば、酸素を活性化し、酸素ラジカル（Ｏ２＊）を生成させる。
【００３３】
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
【００３４】
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
【００３５】
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
【００３６】
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８、プラズマ制御部１２９等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【００３７】
ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
【００３８】
次に、以上のように構成された処理装置１を用いたシリコン酸窒化膜の形成方法について、図４に示すレシピを参照して説明する。本実施の形態のシリコン酸窒化膜の形成方法では、原子層蒸着（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、半導体ウエハＷ上にシリコン酸窒化膜を形成する。
【００３９】
図４に示すレシピは、ＤＣＳを供給するＤＣＳ供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとを備えており、これらのステップがＡＬＤ法の１サイクルを示している。この図４のレシピに示すサイクルを複数回、例えば、２００サイクル実行する（繰り返す）ことにより、半導体ウエハＷ上に所望のシリコン酸窒化膜が形成される。
【００４０】
なお、以下の説明において、処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（昇温用ヒータ７）、ＭＦＣ１２５（処理ガス供給管８、９）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、プラズマ制御部１２９（プラズマ発生部１０）等を制御することにより、図４に示すレシピ（タイムシーケンス）に従った条件になる。
【００４１】
まず、被処理体としての半導体ウエハＷを反応管２内に収容（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、半導体ウエハＷを収容したウエハボート６を蓋体５上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２内にロードする。
【００４２】
次に、ＤＣＳを供給するＤＣＳ供給ステップを実行する。図４（ｃ）に示すように、例えば、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量、例えば、０．５ｓｌｍの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、４５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４００Ｐａに設定する。そして、この操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
【００４３】
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、処理ガス供給管９からＤＣＳを所定量、例えば、図４（ｄ）に示すように、１ｓｌｍと、窒素を所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、０．５ｓｌｍを反応管２内に供給する（フロー工程）。反応管２内に供給されたＤＣＳは、反応管２内で加熱されてＤＣＳが活性化し、半導体ウエハＷの表面に吸着する。
【００４４】
ここで、反応管２内の温度は、４００℃〜５５０℃にすることが好ましい。４００℃より低くなると、シリコン酸窒化膜を成膜することができなくなるおそれが生じ、反応管２内の温度が５５０℃より高くなると、形成されるシリコン酸窒化膜の膜質や膜厚均一性等が悪化してしまうおそれが生じるためである。反応管２内の温度は、４５０℃〜５００℃にすることがさらに好ましい。かかる範囲の温度にすることにより、形成されるシリコン酸窒化膜の膜質や膜厚均一性等をさらに向上させることができるためである。
【００４５】
また、シリコン酸窒化膜の形成方法においては、成膜シーケンス上、反応管２内の温度を変化させないことが好ましい。このため、本実施の形態では、後述するように、酸化膜形成ステップ及び窒化ステップにおいても反応管２内の温度を変化させず、４５０℃に設定している。
【００４６】
反応管２内の圧力は、４００Ｐａ〜１２００Ｐａにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハＷ表面とＤＣＳとの反応を促進することができるためである。反応管２内の圧力は、８００Ｐａ〜１０００Ｐａにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
【００４７】
ＤＣＳの供給量は、０．５ｓｌｍ〜２ｓｌｍにすることが好ましい。０．５ｓｌｍより少ないと半導体ウエハＷ表面に十分なＤＣＳが供給されないおそれが生じ、２ｓｌｍより多いと半導体ウエハＷ表面に反応に寄与しないＤＣＳが多くなってしまうおそれが生じるためである。ＤＣＳの供給量は、１ｓｌｍ〜２ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、半導体ウエハＷ表面とＤＣＳとの反応が促進されるためである。
【００４８】
半導体ウエハＷの表面に所定量のＤＣＳが吸着されると、処理ガス供給管９からのＤＣＳの供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、５ｓｌｍの窒素を反応管２内に供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。
【００４９】
続いて、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップを実行する。酸化膜形成ステップは、ＤＣＳ供給ステップで、半導体ウエハＷ上に吸着されたＤＣＳに酸化ガスを供給して酸化させることにより、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷ上に酸素（酸素ラジカル）を供給することによりＤＣＳを酸化している。
【００５０】
図４（ｃ）に示すように、例えば、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量、例えば、０．５ｓｌｍの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、４５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４００Ｐａに設定する。そして、この操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
【００５１】
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、図４（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８から酸素を所定量、例えば、図４（ｅ）に示すように、３ｓｌｍを一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給された酸素はプラズマ励起（活性化）され、酸素ラジカル（Ｏ２＊、Ｏ＊）を生成する。このように生成された酸素ラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、処理ガス供給管９から窒素を所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、０．５ｓｌｍを反応管２内に供給する（フロー工程）。反応管２内に酸素ラジカルが供給されると、半導体ウエハＷ上に吸着されたＤＣＳが酸化され、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜が形成される。
【００５２】
ここで、酸素の供給量は、０．５ｓｌｍ〜５ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を形成するのに十分な酸素ラジカルを供給できるためである。酸素の供給量は、２．５ｓｌｍ〜３．５ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、酸素プラズマを安定して発生させることができるためである。
【００５３】
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、酸素ラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、３００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、酸素ラジカルを効率的に生成することができるためである。
【００５４】
反応管２内の圧力は、４０Ｐａ〜４００Ｐａにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、酸素ラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間における酸素ラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、５０Ｐａ〜７０Ｐａにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
【００５５】
また、プラズマ発生部１０内の圧力は、７０Ｐａ〜４００Ｐａにすることが好ましく、３５０Ｐａ〜４００Ｐａにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を形成するのに十分な酸素ラジカルを供給できるためである。
【００５６】
半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス供給管８から酸素の供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、処理ガス供給管９から反応管２内に窒素を所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、０．５ｓｌｍを反応管２内に供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（Vacuum工程）。
【００５７】
次に、酸化膜を窒化する窒化ステップを実行する。窒化ステップは、酸化膜形成ステップで、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜に窒化ガスを供給して窒化し、シリコン酸窒化膜を形成する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷ（シリコン酸化膜）上にアンモニア（アンモニアラジカル）を供給することによりシリコン酸窒化膜を窒化している。
【００５８】
まず、図４（ｃ）に示すように、例えば、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量、例えば、０．５ｓｌｍの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、４５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４０Ｐａに設定する。そして、この操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
【００５９】
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、図４（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８からアンモニア（ＮＨ３）を所定量、例えば、図４（ｆ）に示すように、３ｓｌｍを一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給されたアンモニアはプラズマ励起（活性化）され、アンモニアラジカル（ＮＨ３＊）を生成する。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、処理ガス供給管９から窒素を所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、０．５ｓｌｍを反応管２内に供給する（フロー工程）。
【００６０】
ここで、アンモニアの供給量は、１ｓｌｍ〜８ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。アンモニアの供給量は、３ｓｌｍ〜４ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアプラズマを安定して発生させることができるためである。
【００６１】
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、アンモニアラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、３００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアラジカルを効率的に生成することができるためである。
【００６２】
反応管２内の圧力は、４０Ｐａ〜１００Ｐａにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、アンモニアラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間におけるアンモニアラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、５０Ｐａ〜７０Ｐａにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
【００６３】
また、プラズマ発生部１０内の圧力は、７０Ｐａ〜６００Ｐａにすることが好ましく、２８０Ｐａ〜３３０Ｐａにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。
【００６４】
反応管２内にアンモニアラジカルが供給されると、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜が窒化され、半導体ウエハＷ上にシリコン酸窒化膜が形成される。これにより、ＤＣＳを供給するＤＣＳ供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとからなる、ＡＬＤ法の１サイクルが終了する。
【００６５】
続いて、再び、ＤＣＳを供給するＤＣＳ供給ステップから始まるＡＬＤ法の１サイクルを開始する。そして、このサイクルを複数回、例えば、２００回繰り返す。これにより、半導体ウエハＷ上に所望のシリコン酸窒化膜が形成される。
【００６６】
ここで、酸化膜を窒化する窒化ステップ後には、半導体ウエハＷ上にシリコン酸窒化膜が形成されるので、シリコン酸窒化膜の表面には−ＮＨ２基が存在する。これは、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜をアンモニアラジカルで窒化することにより、半導体ウエハＷ上では、シリコン酸化膜の表面に存在する−ＯＨ基の一部と−Ｈ基の一部とが−ＮＨ２基に置換されるためである。この−ＮＨ２基が存在する状態でＤＣＳを供給しているので、シリコン酸窒化膜の表面では、反応式１に示す反応が起こり、ＤＣＳの吸着が促進される。このため、シリコン酸窒化膜の成膜速度を向上させることができる。
（反応式１）
−ＮＨ２＋ＳｉＨ２Ｃｌ２  →  −ＮＨ（ＳｉＨ２Ｃｌ）＋ＨＣｌ
【００６７】
半導体ウエハＷ上に所望のシリコン酸窒化膜が形成されると、半導体ウエハＷをアンロードする。具体的には、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して、反応管２内の圧力を常圧に戻すとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定温度に維持する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を下降させることにより、半導体ウエハＷがアンロードされる。
【００６８】
このように形成されたシリコン酸窒化膜について、ステップカバレッジを確認したところ、ほぼ１００％近いステップカバレッジであることが確認できた。また、膜厚均一性も良好であった。このため、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜が形成されていることが確認できた。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＤＣＳを供給するＤＣＳ供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとからなるサイクルを複数回繰り返しているので、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができる。
【００７０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００７１】
上記実施の形態では、酸化ガスとして酸素を用いた場合を例に本発明を説明したが、酸化ガスは、半導体ウエハＷ上に吸着されたＤＣＳを酸化してシリコン酸化膜を形成可能なものであればよく、例えば、酸化窒素（ＮＯ）や一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）であってもよい。
【００７２】
上記実施の形態では、窒化ガスとしてアンモニアを用いた場合を例に本発明を説明したが、窒化ガスは、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を形成可能なものであればよく、アンモニアに限定されるものではない。
【００７３】
上記実施の形態では、２００サイクル実行することにより、半導体ウエハＷ上にシリコン酸窒化膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、例えば、５０サイクル、１００サイクルのように、サイクル数を少なくしてもよい。また、３００サイクル、４００サイクルのように、サイクル数を多くしてもよい。この場合にも、サイクル数に応じて、例えば、ＤＣＳ、酸素及びアンモニアの供給量、ＲＦパワー等を調整することにより、所望の厚さのシリコン酸窒化膜の形成が可能である。
【００７４】
上記実施の形態では、プラズマにより酸素ラジカル及びアンモニアラジカルを発生させた場合を例に本発明を説明したが、本発明は、酸素及びアンモニアを活性化させることができるものであればよく、例えば、磁力、紫外線などを用いてもよい。
【００７５】
上記実施の形態では、ＤＣＳ等の処理ガス供給時に窒素を供給する場合を例に本発明を説明したが、処理ガス供給時に窒素を供給しなくてもよい。ただし、窒素を希釈ガスとして含ませることにより処理時間の設定等が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスの他に、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）が適用できる。
【００７６】
上記実施の形態では、プラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管８と、プラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管９が設けられている場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガスの種類毎に処理ガス供給管が設けられていてもよい。また、複数本から同じガスが供給されるように、反応管２の下端近傍の側面に、複数本の処理ガス供給管８、９が挿通されていてもよい。この場合、複数本の処理ガス供給管８，９から反応管２内に処理ガスが供給され、反応管２内に処理ガスをより均一に供給することができる。
【００７７】
本実施の形態では、処理装置１として、単管構造のバッチ式の処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式の縦型処理装置に本発明を適用することも可能である。また、被処理体は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＬＣＤ用のガラス基板であってもよい。
【００７８】
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
【００７９】
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態の処理装置を示す図である。
【図２】図１の処理装置の断面構成を示す図である。
【図３】図１の制御部の構成を示す図である。
【図４】シリコン酸窒化膜の形成方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  処理装置
２  反応管
３  排気部
４  排気口
５  蓋体
６  ウエハボート
７  昇温用ヒータ
８、９  処理ガス供給管
１０  プラズマ発生部
１１  電極
１００  制御部
１１１  レシピ記憶部
１１２  ＲＯＭ
１１３  ＲＡＭ
１１４  Ｉ／Ｏポート
１１５  ＣＰＵ
１１６  バス
１２１  操作パネル
１２２  温度センサ
１２３  圧力計
１２４  ヒータコントローラ
１２５  ＭＦＣ
１２６  バルブ制御部
１２７  真空ポンプ
１２８  ボートエレベータ
１２９  プラズマ制御部
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
2007019145.tif 000003
【図２】
2007019145.tif 000004
【図３】
2007019145.tif 000005
【図４】
2007019145.tif 000006