(57)【要約】【課題】  低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能な成膜方法を提供する。【解決手段】  被処理体Ｗの表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行う。これにより、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜形成工程と前記改質工程とは同一の処理容器内にて連続的に行われることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器であることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記窒化ガスはプラズマにより活性化され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】
前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜が予め形成されている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】
前記シリコン窒化膜形成工程の前記第１の温度は４５０℃未満であることを特徴とする請求項５記載の成膜方法。
【請求項７】
前記改質工程の前記第２の温度は４２０〜４５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜が予め形成されていることを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記シリコン窒化膜形成工程の前記第１の温度は４５０℃未満であることを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記改質工程のプロセス温度は４５０℃以下であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記シリコン窒化膜形成工程は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）法により成膜が行われ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】
前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記シラン系ガスは、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、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）よりなる群より選択される１のガスであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずかに記載の成膜方法。
【請求項１５】
前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］ガスであることを特徴とする請求項１乃至７または１３、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特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜装置において、
真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
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、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行う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】
真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
被処理体を加熱する加熱手段と、
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、
を有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するに際して、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように前記成膜装置を制御する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、成膜装置及び記憶媒体に関する。
【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】
そして、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の上から及び成膜材料の耐温度特性から半導体集積回路の製造工程における熱履歴の温度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、比較的低温でも熱分解し易い成膜ガスが用いられる傾向にある。このように比較的低温でも熱分解し易いガスとしては、例えばＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン）やＤＣＳ（ジクロロシラン）等が知られている。例えば上記ＨＣＤを用いて、絶縁膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合について説明すると、真空引きされている処理容器内へ上記ＨＣＤガスとアンモニアガスとを同時に供給し、そして、半導体ウエハ温度を例えば５００℃程度に加熱して熱分解反応を生ぜしめて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりウエハ上にシリコン窒化膜を形成するようになっている。このように形成されたシリコン窒化膜は、例えばコンタクトストッパ膜等に多用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近において、ポリシリコン膜のゲート電極に対するバリヤ層や、トランジスタ素子のソース、ドレイン等に対するコンタクトにおけるバリヤ層として、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜が注目されている。このニッケルシリサイド膜は、ゲート、ソース、ドレインの抵抗の低減が可能になる、という利点を有することから、今後、多用される傾向にある。
そして、このニッケルシリサイド膜は、耐熱性がそれ程高くはなくてせいぜい４５０℃程度であり、その結果、このニッケルシリサイド膜を形成した後の半導体デバイスの各製造工程においては、上記ニッケルシリサイド膜の特性を維持するために、そのプロセス温度を４５０℃より低い温度に設定しなければならない。
【０００６】
そして、上記ニッケルシリサイド膜の形成後は、例えばエッチングストッパ膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等を形成する場合があり、しかも素子の更なる高速動作の要請から上記シリコン窒化膜を膜ストレスが高い状態で堆積することが望まれている。
しかしながら、下層にニッケルシリサイド膜が存在すると、上述したようにプロセス温度を４５０℃よりも高くすることはできず、このためシリコン窒化膜の膜ストレスを十分に高くすることができずに高速度の要請に対して十分に対応することができない、といった問題があった。
【０００７】
特に、最近の半導体製造工程では、使用材料の熱的耐久性の制限より、低温化傾向が進んできており、低温処理を行っても膜ストレスを十分に高く維持できるシリコン窒化膜が求められていた。
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、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能な成膜方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【０００９】
このように、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成し、次に被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
【００１０】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程と前記改質工程とは同一の処理容器内にて連続的に行われるようにしてもよい。
また例えば請求項３に規定するように、前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器である。
また例えば請求項４に規定するように、前記窒化ガスはプラズマにより活性化されるようにしてもよい。
また例えば請求項５に規定するように、前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜が予め形成されている。
【００１１】
また例えば請求項６に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程の前記第１の温度は４５０℃未満である。
また例えば請求項７に規定するように、前記改質工程の前記第２の温度は４２０〜４５０℃の範囲内である。
請求項８に係る発明は、被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１２】
この場合、例えば請求項９に規定するように、前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜が予め形成されている。
また例えば請求項１０に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程の前記第１の温度は４５０℃未満である。
また例えば請求項１１に規定するように、前記改質工程のプロセス温度は４５０℃以下である。
また例えば請求項１２に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）法により成膜が行われる。
また例えば請求項１３に規定するように、前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われようにしてもよい。
【００１３】
また例えば請求項１４に規定するように、前記シラン系ガスは、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、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）よりなる群より選択される１のガスである。
また例えば請求項１５に規定するように、前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］ガスである。
【００１４】
請求項１６に係る発明は、被処理体に対して所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜装置において、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、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、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行う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。
【００１５】
請求項１７に係る発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、被処理体を加熱する加熱手段と、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、を有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するに際して、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る成膜方法、成膜装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成し、次に被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る成膜方法、成膜装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。図示するように、この成膜装置２は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器４を有している。この処理容器４は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
【００１８】
この処理容器４の天井部には、開口された排気口６が設けられると共に、この排気口６に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ノズル８が連設されている。そして、この排気ノズル８には、途中に圧力制御弁１０や真空ポンプ１２等が介設された真空排気系１４が接続されており、上記処理容器４内の雰囲気を真空引きして排気出来るようになっている。
【００１９】
上記処理容器４の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１６によって支持されており、このマニホールド１６の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート１８が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器４の下端と上記マニホールド１６の上端との間には、Ｏリング等のシール部材２０が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート１８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。尚、上記マニホールド１６の部分を石英により上記処理容器４側と一体成形する装置例もある。
【００２０】
このウエハボート１８は、石英製の保温筒２２を介してテーブル２４上に載置されており、このテーブル２４は、マニホールド１６の下端開口部を開閉する蓋部２６を貫通する回転軸２８の上端部に支持される。そして、この回転軸２８の貫通部には、例えば磁性流体シール３０が介設され、この回転軸２８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２６の周辺部とマニホールド１６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３２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。
上記した回転軸２８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３４に支持されたアーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート１８及び蓋部２６等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル２４を上記蓋部２６側へ固定して設け、ウエハボート１８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。
【００２１】
上記処理容器４の側部には、これを取り囲むようにして例えば特開２００３−２０９０６３号公報に記載されたカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段３８が設けられており、この内側に位置する上記半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。またこの加熱手段３８の外周には、断熱材４０が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド１６には、各種のガスをこの処理容器４内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
【００２２】
具体的には、このマニホールド１６には、上記処理容器４内へ成膜用のシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段４２と、処理容器４内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段４４とがそれぞれ設けられている。また、ここでは、必要に応じてＮ２ ガス等の不活性ガスをパージガスとして処理容器４内へ供給するパージガス供給手段４６も設けられている。尚、パージガスとしては、Ｎ２ に替えてＡｒやＨｅ等も用いることができる。
【００２３】
上記シリコン系ガス供給手段４２、窒化ガス供給手段４４及びパージガス供給手段４６は、上記マニホールド１６の側壁を貫通させてその先端部を処理容器４内に臨ませて設けたガスノズル４２Ａ、４４Ａ及び４６Ａをそれぞれ有している。上記各ガスノズル４２Ａ、４４Ａ、４６Ａには、それぞれガス通路５２、５４、５６が接続されると共に、各ガス通路５２、５４、５６には、それぞれ開閉弁５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂが順次介設されており、シラン系ガスや窒化ガスやＮ２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ流すようになっている。ここでシラン系ガスとしては例えばＨＣＤ（以下、「ヘキサクロロジシラン」とも称す）を用い、窒化ガスとしてはＮＨ３ ガスを用い、パージガスとしてはＮ２ ガスを用いている。
【００２４】
そして、この成膜装置には、各ガスの供給開始や供給停止、プロセス温度、プロセス圧力等を制御したり、この成膜装置の全体の動作を制御するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段６０が設けられている。この制御手段６０は、この成膜装置２の動作を制御する時に用いるプログラムを記憶するために例えばフロッピディスク（登録商標）やフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体６２を有している。
【００２５】
次に、上述のように構成された成膜装置２を用いて行われる成膜方法について説明する。以下に説明する各動作は、前述したようにコンピュータよりなる制御手段６０の制御のもとに行われれる。
＜第１実施例＞
図２は本発明方法の第１実施例の各工程を示すフローチャートである。本発明方法は、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、上記被処理体を前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして上記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うようになっている。
【００２６】
具体的には、まずＨＣＤガスとＮＨ３ ガスとを同時に処理容器４内へ供給し、第１の温度でＣＶＤ（Ｃｈｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりウエハＷの表面にシリコン窒化膜を形成する（Ｓ１）。このように、シリコン窒化膜形成工程を終了したならば、処理容器内に残留するガスを排除するパージ工程（Ｓ２）を行った後に、この処理容器４内にＮＨ３ ガスを供給してＮＨ３ 雰囲気中で、上記第１の温度よりも高い第２の温度でアニール処理を行い、上記シリコン窒化膜の改質処理を行う（Ｓ３）。このように改質工程を行うことにより、シリコン窒化膜のストレスを高くしてその特性を改善することができる。
【００２７】
実際の処理では、まず、ウエハボート１８に未処理の半導体ウエハＷが多段に支持されており、この状態で予め加熱された処理容器４内に密閉状態で収容されている。このウエハＷには前工程において、耐熱温度が低いニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜がすでに形成されており、今後行う各種処理のプロセス温度が低く制限され、例えば４５０℃よりも高い温度での処理ができない状態となっている。そして、上記処理容器４内の真空引きを開始すると共に、加熱手段３８によりウエハＷを所定の成膜温度、すなわち第１の温度まで昇温し、そして、上記各種ガス、すなわちＨＣＤガスとＮＨ３ ガスとを処理容器４内へ供給してＣＶＤにより成膜処理を行う。
【００２８】
このＣＶＤによる成膜処理では、シラン系ガス供給手段４２からＨＣＤガスを供給し、窒化ガス供給手段４４からはＮＨ３ ガスを供給し、両ガスが処理容器４内を上昇しつつＣＶＤ反応して回転しているウエハボート１８に載置されているウエハ表面にシリコン窒化膜が形成される（Ｓ１）。そして、処理容器４内を上昇したガスは、上部の排気口６をより排出され、真空排気系１４を介して系外へ排出されていく。
この時のプロセス条件は、ＨＣＤガスの流量が、５〜５０ｓｃｃｍの範囲内で例えば２０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ ガスの流量が５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば２０００ｓｃｃｍである。またプロセス圧力は０．１〜３．０Ｔｏｒｒの範囲内で例えば１．２５Ｔｏｒｒ（１６７Ｐａ）、第１の温度である成膜時のプロセス温度は、ここではニッケルシリサイド膜の耐熱温度より低い温度であり、具体的には４５０℃未満の温度、例えば４００℃である。この第１の温度の下限値は、ある程度以上の成膜レートでもってシリコン窒化膜の成膜が可能な温度であり、例えば４００℃程度である。また成膜時間は、目標とする膜厚にもよるが例えば目標膜厚が３０ｎｍの場合には、成膜時間は１００分程度である。
【００２９】
以上のようにしてシリコン窒化膜形成工程を終了したならば、ＨＣＤガスとＮＨ３ ガスの供給を停止し、次に、パージガス供給手段４６によりＮ２ ガスを処理容器４内へ供給して、この処理容器４内の残留ガスを排出する（Ｓ２）。このようにして、パージ工程を所定の時間行って容器内の残留ガスの排除をしたならば、次に、改質工程（アニール工程）へ移行する（Ｓ３）。この改質工程では、加熱手段３８によりウエハＷを先の第１の温度よりも高い第２の温度へ昇温し、プロセス温度を第２の温度に維持したならば、或いはウエハ温度を第２の温度に向けて昇温しつつ、窒化ガス供給手段４４よりＮＨ３ ガスをこの処理容器４内へ供給する。
【００３０】
これにより、ウエハＷは第２の温度に加熱された状態でＮＨ３ ガスに晒されることになり、この結果、ウエハＷの表面に形成されていたシリコン窒化膜はＮＨ３ ガスにより略完全に窒化されて改質処理が行われることになる。この時のプロセス条件は、ＮＨ３ ガスの流量が、５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば２０００ｓｃｃｍ、プロセス圧力は２０〜４００Ｔｏｒｒの範囲内で、例えば１２０Ｔｏｒ（１６０００Ｐａ）、改質時間は例えば１０分以上であり、好ましくは３０分以上である。この場合、改質時間が１０分より少ない場合には余り改質の効果がなく、また、３０分以上の場合には、改質による窒化状態が飽和状態となるので、それ以上の改質処理は時間的に無駄である。
また、第２の温度である改質時（ＮＨ３ アニール時）のプロセス温度は、４２０〜４５０℃の範囲内、例えば４５０℃である。この場合、ＮＨ３ アニール時のプロセス温度が４２０℃よりも低い場合には、改質の効果がかなり低くなり、また、４５０℃を超えて温度が高い場合には、下層のニッケルシリサイド膜に特性の劣化を生ぜしめてしまうので好ましくない。
【００３１】
このように、本発明によれば、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第１の温度で上記ウエハＷの表面にシリコン窒化膜を形成し、次にウエハＷを前記第１の温度よりも高い第２の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして上記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
また、ここではシリコン窒化膜の形成工程と改質工程とを同一の成膜装置で連続的に行うことができるので、ウエハの移し変え等を行う必要がないので、その分、スループットを向上させることができる。
【００３２】
ここでシリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間（改質時間）が膜ストレスに与える影響を評価したので、その評価結果について説明する。図３はシリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間（改質時間）が膜ストレスに与える影響を示すグラフである。シリコン窒化膜の成膜温度を、図３（Ａ）の場合は４００℃に設定し、図３（Ｂ）の場合は４２０℃に設定している。そして、共にアニール工程（改質工程）は４５０℃のＮＨ３ 雰囲気中で行った。成膜時の他のプロセス条件については、プロセス圧力が１．２５Ｔｏｒｒ、ガス流量はＨＣＤ／ＮＨ３ ＝２０／２０００ｓｃｃｍである。
またアニール工程における他のプロセス条件については、プロセス圧力は１２０Ｔｏｒｒ、ＮＨ３ ガスの流量は２０００ｓｃｃｍである。尚、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、アニール時間”０”は、それぞれ従来の成膜方法によるシリコン窒化膜を示す。図３に示すグラフから明らかなように、図３（Ａ）において１０分間アニール処理を行っても効果は出ず、図３（Ａ）の場合も、図３（Ｂ）の場合も、３０分以上アニール処理を行うことによりストレスが大幅に増加している。従って、ストレスを増加させるには、成膜温度（第１の温度）よりもアニール温度（第２の温度）を高く設定し、しかもアニール時間は３０分以上必要であることが判明する。
【００３３】
ちなみに、別の評価実験として、４２０℃で成膜処理を行って（図３（Ｂ）に示す場合と同じ成膜条件）、そのまま温度を上げることなく４２０℃の状態でＮＨ３ アニール処理を６０分行ったところ、ストレスは０．８７ＧＰａであり、図３（Ｂ）中のアニール時間が”０”の従来方法の場合のストレス”０．８６ＧＰａ”とほとんど同じであってストレス増加効果がなかった。
図４はこの時の評価結果を示すグラフである。ここでアニール温度４２０℃以外の他のデータは図３（Ｂ）中の各データに対応しており、ここのデータの成膜温度は全て４２０℃である。この図４に示すように、アニール温度を４２０℃に設定して成膜温度よりも上げなかった場合には、アニール処理を６０分行ってもほとんど効果がなかった。
【００３４】
＜第２実施例＞
次に本発明方法の第２実施例について説明する。
図５は本発明方法の第２実施例の各工程を示す図である。この図５において、Ｓ１１及びＳ１２は、図２中のＳ１及びＳ２とそれぞれ全く同じ工程であり、異なる点は、この第２実施例ではアニール工程で紫外線を照射して、シリコン窒化膜の工程を行っている（Ｓ３）。この場合には、図１に示す成膜装置の他に、別途、周知の紫外線照射装置を設け、成膜後のウエハを大気に晒すことなく、真空雰囲気中や不活性ガス雰囲気中にて紫外線照射装置まで搬送し、ここで紫外線を照射する。尚、この処理をＵＶ（紫外線）アニール処理とも称す。
【００３５】
この場合、成膜時のプロセス温度は４５０℃以下であれば特に制限はなく、更にＵＶアニール処理の温度（プロセス温度）は、先の第１実施例のような制限はなく、下層のニッケルシリサイド膜が変質しない温度、すなわち４５０℃以下ならば特に制限されず、その下限値は室温程度であってもよい。また、ＵＶアニール処理時は、ウエハの周辺雰囲気を大気圧、或いは真空雰囲気中に設定してもよいが、好ましくはＮＨ３ 等の窒化ガス雰囲気にするのがよく、この場合には、紫外線により窒化ガスが活性化されて、窒化効率を高めることができる。
【００３６】
ここで成膜温度とＵＶアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響について評価を行ったので、その評価結果について説明する。図６は成膜温度とＵＶアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響を示すグラフである。ここで成膜時のプロセス条件については、成膜温度を４００〜４５０℃まで種々変化させた以外は、図３にて説明した成膜時のプロセス条件と全く同じである。また成膜時のプロセス温度とＵＶアニール時のアニール温度とを全て同一に設定し、アニール時間を１０分及び３０分と変えている。またアニール処理時の雰囲気はＡｒガスである。尚、図６中の”アニールなし”は従来方法による薄膜を示している。
【００３７】
この図６から明らかなように、全てのＵＶアニール工程において、アニール温度が４００〜４５０℃の範囲内の場合には、少なくとも１０分以上ＵＶアニール処理を行うことにより、ストレスを十分に大きな値である１ＧＰａ以上まで増大できることが確認できた。
尚、以上の各実施例では、シラン系ガスとしてＨＣＤガスを用いたが、これに限定されず、シラン系ガスとしては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、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）よりなる群より選択される１のガスを用いることができる。
【００３８】
また同様に、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、窒化ガスとしては、ＮＨ３ ガスと同様な作用を示すガスならば他のどのようなガスも用いることができる。
またここでは、成膜装置として、一度に複数枚のウエハに対して成膜することができる、いわゆるバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、一枚毎に成膜する、いわゆる枚葉式の成膜装置についても本発明を適用することができる。
また第１及び第２実施例において、窒化ガスを用いて成膜する場合、或いは改質処理する場合に、この窒化ガスをプラズマを用いて活性化するようにしてもよい。
【００３９】
更には、ここではシリコン窒化膜を熱ＣＶＤにより成膜した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、シラン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返し供給して一層ずつ薄膜を堆積させるようにした、いわゆるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりシリコン窒化膜を形成した場合にも、本発明を適用することができる。
また被処理体として、半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミック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】
【００４０】
【図１】本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明方法の第１実施例の各工程を示すフローチャートである。
【図３】シリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間（改質時間）が膜ストレスに与える影響を示すグラフである。
【図４】４２０℃で成膜処理を行ってＮＨ３ アニール処理の温度を変えた時の評価を示すグラフである。
【図５】本発明方法の第２実施例の各工程を示す図である。
【図６】成膜温度とＵＶアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
２  成膜装置
１４  真空排気系
１８  ウエハボート（保持手段）
３８  加熱手段
４２  シラン系ガス供給手段
４４  窒化ガス供給手段
４６  パージガス供給手段
６０  制御手段
６２  記憶媒体
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【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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