(57)【要約】【課題】ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させる成膜装置の安定化方法を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器４内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、ボロン含有窒化膜形成処理を行った後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に、処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、
前記ボロン含有窒化膜形成処理を行った後に前記ボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、前記ボロン含有窒化膜形成処理と前記ボロン非含有窒化膜形成処理との間に、前記処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして前記処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の安定化方法。
【請求項２】
前記加熱安定化処理では、前記処理容器内に前記被処理体を保持するための保持手段が収容されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項３】
前記保持手段には、ダミー被処理体が保持されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項４】
前記酸素含有ガスは、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｈ２ Ｏ、Ｎ２ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２ 、ＣＯ２ よりなる群から選択される１以上のガスを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項５】
前記ボロン含有窒化膜は、ＳｉＮＢ、ＳｉＢＣＮ、ＢＮよりなる群から選択される１以上の膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項６】
前記ボロン非含有窒化膜は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＭＮ（Ｍ：金属を表す）よりなる群から選択される１以上の膜を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項７】
前記加熱安定化処理におけるプロセス温度は、５００〜８００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化方法。
【請求項８】
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、
排気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、
前記処理容器内へ必要な複数種類のガスを供給するガス供給系と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化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９】
前記ガス供給系は、少なくとも
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、
前記処理容器内へボロン含有ガスを供給するボロン含有ガス供給手段と、
前記処理容器内へ酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを有することを特徴とする請求項８記載の成膜装置。
【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装置の安定化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。これらの処理は、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の処理装置や複数枚のウエハを一度に処理するバッチ式の処理装置で行われる。例えばこれらの処理を縦型の、いわゆるバッチ式の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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、シリコン酸化膜に替えて絶縁特性が良好なシリコン窒化膜が用いられる傾向にあるが、最近にあっては、更なる微細化及び高集積化の要求に応じて、不純物、例えばボロン（Ｂ）等がドープされたシリコン窒化膜が更なる低誘電率化（Ｌｏｗ−ｋ）が可能なことから用いられる傾向にある（特許文献１、２）。例えばＤＲＡＭ等の半導体装置にあっては、これに含まれるゲート電極を保護するためにシーリング膜を形成しているが、このシーリング膜として上記不純物含有のシリコン窒化膜を適用することが検討されている。
【０００５】
この場合、実際の半導体装置の製造メーカにおいては、上記シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を含め、不純物等の含まれた種々多様な窒化膜を成膜することが求められる。例えば１台の半導体製造装置で不純物の含まれていない純粋なシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成したり、例えばボロンや炭素等の不純物の含まれたシリコン窒化膜を形成したりする場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０４７９５６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７４６０号公報
【特許文献３】特開平０７−３２６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のように１台の半導体製造装置で不純物の含まれていない純粋なシリコン窒化膜や不純物の含まれているシリコン窒化膜等が必要に応じて選択的に成膜されることになる。
【０００８】
しかしながら、この場合、不純物の中でもボロンを含有する窒化膜を形成した直後に、ボロンを含有しない窒化膜を形成すると、ボロンを含有しない窒化膜の膜厚が部分的に厚くなって膜厚の面内均一性が劣化したり、上記ボロンを含有しない窒化膜中に、処理容器の内壁等に付着していたボロンの原子が取り込まれてしまう、といった不都合が生じる場合があった。
【０００９】
ここで図６を参照して上記膜厚の面内均一性の劣化について説明する。図６はボロン含有のシリコン窒化膜の影響を説明するためのグラフである。ここでは、一度に複数枚の半導体ウエハを処理できる縦型の成膜装置を用いてボロンで汚染されていない段階で、まず基準ランとして純粋のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜し、その後に、半導体ウエハを入れ替えてボロン含有のシリコン窒化膜としてＳｉＢＮ膜を成膜し、更に、その後、第１ラン目、第２ラン目及び第３ラン目として再度、純粋のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を順次成膜処理した時の成膜レートと膜厚の面内均一性を示している。各ラン（成膜処理）では半導体ウエハを入れ替えている。
【００１０】
グラフ中では、黒丸印”●”が成膜レートを示し、白丸印”○”が膜厚の面内均一性を示しており、左側の縦軸に成膜レートをとり、右側の縦軸に膜厚の面内均一性をとっている。また半導体ウエハを保持するウエハボートを立て方向に５つの領域に分割して、最上部の”１”（Ｔ：ｔｏｐ）の領域から最下段の”５”（Ｂ：ｂｏｔｔｏｍ）の領域まで５段階で表示し、途中の中央部を”３”（Ｃ：ｃｅｎｔｅｒ）の領域として表している。
【００１１】
このグラフから明らかなように、ボロンを含むＳｉＢＮ膜を成膜すると処理容器内が不安定化し、この直後の第１ラン目と第２ラン目におけるＳｉＮ膜の膜厚は、基準ランと比較して大きくなって特にＴ（ｔｏｐ）の”１”の領域における膜厚が突出して大きくなっており、しかも膜厚の面内均一性も大きくなって劣化していることが判る。そして、第３ラン目になると成膜レート及び膜厚の面内均一性も基準ランと略同じになり、処理容器内が安定化して再現性が良好になっていることが判る。このように、ボロン含有窒化膜を形成した直後に成膜されたボロン非含有窒化膜の第１ラン目及び第２ラン目で膜厚の大きな変動が生じ、膜厚の面内均一性が劣化する理由は、ボロン原子自体にシリコンを活性化する触媒作用があるためと考えられる。
【００１２】
この場合、ボロン含有窒化膜の成膜の直後に上記特許文献３のように処理容器の内壁に誘電絶縁材料層を被覆させることも考えられるが、この場合には、新たな成膜処理が必要になるので好ましくない。
【００１３】
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。本発明は、ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させることが可能な成膜装置の安定化方法及び成膜装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者等は、不純物含有のシリコン窒化膜の成膜処理について鋭意研究した結果、ボロン原子にシリコン等を活性化して反応し易くすることにより膜厚を増加させる触媒作用が存在し、この触媒作用を抑制するためには処理容器内を酸素含有雰囲気にして加熱することが有効である、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。
【００１５】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、前記ボロン含有窒化膜形成処理を行った後に前記ボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、前記ボロン含有窒化膜形成処理と前記ボロン非含有窒化膜形成処理との間に、前記処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして前記処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の安定化方法である。
【００１６】
このように、真空引き可能になされた処理容器内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、ボロン含有窒化膜形成処理を行った後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に、処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたので、ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させることが可能となる。
【００１７】
請求項８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、排気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、前記処理容器内へ必要な複数種類のガスを供給するガス供給系と、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の安定化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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る成膜装置の安定化方法及び成膜装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
真空引き可能になされた処理容器内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、ボロン含有窒化膜形成処理を行った後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に、処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたので、ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】成膜装置を示す横断面構成図である。
【図３】各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の成膜装置の安定化方法を説明するために成膜装置で行われる各処理の一連の流れの一例を示す図である。
【図５】本発明の成膜装置の安定化方法の評価結果を示すグラフである。
【図６】ボロン含有のシリコン窒化膜の影響を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る成膜装置の安定化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、不純物を含むボロン含有ガスとしてＢＣｌ３ ガスを用い、酸素含有ガスとしてＯ２ ガスを用い、更にボロン含有窒化膜としてＳｉＢＮ膜を形成し、ボロン非含有窒化膜としてＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する場合を例にとって説明する。
【００２１】
図示するように、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。
【００２２】
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（製品ウエハ）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。このウエハボート１２の支柱１２Ａには、例えば５０〜１５０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。このウエハボート１２の例えば上部及び下部には、製品となる半導体ウエハＷの熱的安定性等を図るためのダミー被処理体としてダミーウエハＤＷが保持されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
このマニホールド８には、処理容器４内へ必要な複数種類のガスを供給するガス供給系２７が設けられている。具体的には、このガス供給系２７は、処理容器４内の方へ窒化ガスとして、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、ボロン含有ガスとして例えばＢＣｌ３ ガスを供給するボロン含有ガス供給手段３２と、酸素含有ガスとして例えばＯ２ ガスを供給する酸素含有ガス供給手段３４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とを有している。
【００２６】
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。
【００２７】
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（図２参照）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。
【００２８】
また同様にボロン含有ガス供給手段３２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４２を有している。このガス分散ノズル４２には、上記シラン系ガスのガス分散ノズル４０と同様にその長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４２Ａ（図２参照）が所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４２Ａから水平方向に向けて略均一にＢＣｌ３ ガスを噴射できるようになっている。
【００２９】
また同様に酸素含有ガス供給手段３４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４４を有している。このガス分散ノズル４４には、上記シラン系ガスのガス分散ノズル４４と同様にその長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４４Ａ（図２参照）が所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４４Ａから水平方向に向けて略均一にＯ２ ガスを噴射できるようになっている。
【００３０】
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、４２、４４、４６には、それぞれのガス通路４８、５０、５２、５４、５６が接続されている。そして、各ガス通路４８、５０、５２、５４、５６には、それぞれ開閉弁４８Ａ、５０Ａ、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４８Ｂ、５０Ｂ、５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂが介設されており、ＮＨ３ ガス、ＤＣＳガス、ＢＣｌ３ ガス、Ｏ２ 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。
【００３１】
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ノズル収容凹部６０が形成されると共に、このノズル収容凹部６０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６２が設けられている。具体的には、上記ノズル収容凹部６０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６４を形成し、この開口６４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区画壁６６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。
【００３２】
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ノズル収容凹部６０が一体的に形成されることになる。すなわち区画壁６６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６４は、ウエハボート１２に保持されている全てのウエハＷ（ダミーウエハＤＷを含む）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。尚、この開口６４に、多数のスリットが形成されたスリット板を設ける場合もある。そして、図２に示すように、上記ノズル収容凹部６０内に上記各ガス分散ノズル３８、４０、４２、４４が並んで設けられている。
【００３３】
一方、上記開口６４に対向させて設けた排気口６２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６８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６８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の上方にガス出口７０を形成している。このガス出口７０には、処理容器４内を真空引きする真空排気系７２が設けられる。具体的には、この真空排気系７２は、上記ガス出口７０に接続された排気通路７４を有しており、この排気通路７４には、開閉可能になされると共に弁開度が調整可能になされた圧力調整弁７６及び真空ポンプ７８が順次介設されている。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８０が設けられている。
【００３４】
そして、以上のように構成された成膜装置２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段８２により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体８４に記憶されている。具体的には、この制御手段８２からの指令により、上記各開閉弁の開閉動作による各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００３５】
また、上記制御手段８２は、これに接続されるユーザインターフェース（図示せず）を有しており、これはオペレータが装置を管理するためにコマンドの入出力操作等を行なうキーボードや、装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。更に、通信回線を介して上記各制御のための通信を上記制御手段８２に対して行なうようにしてもよい。
【００３６】
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本発明の成膜装置の安定化方法について図３及び図４も参照して説明する。本発明方法では、真空引き可能になされた処理容器内で被処理体に対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、ボロン含有窒化膜形成処理を行った後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に、処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたことを特徴としている。
【００３７】
ここで上記ボロン含有窒化膜としては、ボロンを含む種々の膜種が対応し、例えばＳｉＮＢ、ＳｉＢＣＮ、ＢＮよりなる群から選択される１以上の膜が含まれる。また上記ボロン非含有窒化膜としては、ボロンを含まない種々の膜種が対応し、例えばＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＭＮ（Ｍ：金属を表す）よりなる群から選択される１以上の膜が含まれる。またこの膜に含まれる上記金属Ｍとしては、例えばアルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、チタン、タングステン等が挙げられる。尚、上記各窒化膜の化学式は膜中に含まれる元素のみを代表して示し、その元素数の組み合わせは種々のものがある。また上記酸素含有ガスとしては、例えばＯ２ 、Ｏ３ 、Ｈ２ Ｏ、Ｎ２ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２ 、ＣＯ２ よりなる群から選択される１以上のガスを含むことができる。
【００３８】
まず、本発明の成膜装置を用いて行われる一般的な成膜方法の一例について説明する。ここでは、一例としてボロン非含有窒化膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜し、ボロン含有窒化膜としてシリコンボロン窒化膜（ＳｉＢＮ）を成膜する場合について説明する。図３は各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００３９】
まず、常温の多数枚、例えば５０〜１５０枚の３００ｍｍ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８０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。ボロン非含有窒化膜であるＳｉＮ膜を形成する場合には、図３（Ａ）に示すように上記ＤＣＳガスをシラン系ガス供給手段３０から供給し、ＮＨ３ ガスを窒化ガス供給手段２８から供給する。
【００４１】
具体的には、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、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る。この場合、図３（Ａ）に示すように、ＤＣＳガスとＮＨ３ ガスとを交互に間欠的に供給するサイクルを所定の回数だけ繰り返し行う。この際、各ガスの時間的に隣り合う供給期間の間には、処理容器４内の残留ガスを排除するパージ工程を行うのがよい。尚、このパージ工程を設けなくてもよい。また時間的に隣り合う同じガスの供給工程同士間が１サイクルとなる。
【００４２】
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膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成する。このように、成膜処理が完了したならば、ウエハボート１２をアンロードして処理済みのウエハＷを処理容器４内から取り出す。
【００４３】
これに対して、ボロン含有窒化膜であるＳｉＢＮ膜を形成する場合には、上述したようにウエハＷを保持したウエハボート１２を処理容器４内へロードし、図３（Ｂ）に示すように上記ＤＣＳガスをシラン系ガス供給手段３０から供給し、ＢＣｌ３ ガスをボロン含有ガス供給手段３２から供給し、ＮＨ３ ガスを窒化ガス供給手段２８から供給する。
【００４４】
具体的には、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、ＢＣｌ３ はガス分散ノズル４２の各ガス噴射孔４２Ａから水平方向へ噴射され、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る。この場合、図３（Ｂ）に示すように、ＤＣＳガスとＢＣｌ３ ガスとＮＨ３ ガスとをこの順序で交互に間欠的に供給するサイクルを所定の回数だけ繰り返し行う。
【００４５】
この際、各ガスの時間的に隣り合う供給期間の間には、処理容器４内の残留ガスを排除するパージ工程を行うのがよい。尚、このパージ工程を設けなくてもよい。また時間的に隣り合う同じガスの供給工程同士間が１サイクルとなる。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の表面に積層構造のＳｉＢＮ膜をＡＬＤ法によって形成する。
【００４６】
図３に示す各ガスの供給態様は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。また、ここでは上述したようにボロン非含有窒化膜の一例としてＳｉＮ膜を形成し、ボロン含有窒化膜の一例としてＳｉＢＮ膜を形成した場合を例にとって説明したが、これらの両膜として前述した各種の膜種を用いることができる。例えばボロン含有窒化膜として不純物として炭素を含むＳｉＢＣＮ膜を形成するようにしてもよい。また、このように上記した両ＳｉＮ膜とＳｉＢＮ膜の各成膜に用いない原子を不純物としてドープする場合には、このドープ元素を含むドープガスを供給するガス供給手段を図１に示す装置に設けるのは勿論である。
【００４７】
上述のようにして、同一の成膜装置２において、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理とが兼用して行われ、これらの両処理が必要に応じて選択的に行われることになる。ここで本発明方法では、前述したように、上記ボロン含有窒化膜形成処理を行った後に上記ボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、上記ボロン含有窒化膜形成処理と上記ボロン非含有窒化膜形成処理との間に、上記処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして上記処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしている。
【００４８】
この点について図４も参照して説明する。図４は本発明の成膜装置の安定化方法を説明するために成膜装置で行われる各処理の一連の流れの一例を示す図である。図１に示すような成膜装置を用いて図４に示すような順序で各処理が行われることになるが、本発明方法では、上述したようにボロン含有窒化膜処理を行った直後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に加熱安定化処理を行うようにしている。
【００４９】
例えば図４では処理Ｓ１から処理Ｓ１３までの流れを示しており、これらの処理は更に必要に応じて処理１３以降も行われていく。そして、ボロン非含有窒化膜形成処理が処理Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１３においてそれぞれ行われ、ボロン含有窒化膜形成処理が処理Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ１１においてそれぞれ行われる。そして、上記ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間、すなわち、ボロン含有窒化膜形成処理からボロン非含有窒化膜形成処理へと処理の形態が切り替わる時には、このボロン非含有窒化膜形成処理の直前に、処理Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１２として示すように加熱安定化処理を行うようにしている。
【００５０】
これにより、ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させることができる。この加熱安定化処理では、直前に行われたボロン含有窒化膜形成処理、例えば処理３、処理７及び処理１１で成膜処理された半導体ウエハをアンロードして処理容器４内から排出及び搬出し、製品ウエハが移載されて空状態になったウエハボート１２を再度処理容器４内へロードして処理容器４内を密閉してから行う。この場合、このウエハボート１２は、保温筒１４上に載置されており、また、ウエハボート１２の例えば上下部には常設されるダミーウエハＤＷは保持されたままの状態とする。
【００５１】
そして、酸素含有ガス供給手段３４のガス分散ノズル４４の各ガス噴射孔４４ＡからＯ２ ガスを噴射しながら処理容器４内をＯ２ ガス雰囲気、すなわち酸素含有ガス雰囲気として所定の時間だけ加熱処理する。
【００５２】
これにより、石英製の処理容器４の内壁、ウエハボート１２の表面、保温筒１４の表面及びシリコン基板等よりなるダミーウエハＤＷにそれぞれ付着していた不要な付着膜であるボロン含有窒化膜中の”Ｂ−Ｎ結合”のボロン（Ｂ）が酸素（Ｏ）と反応して窒素が抜けて安定化した”Ｂ−Ｏ結合”へ置き替えられることになる。
【００５３】
この場合、この不要な付着膜であるボロン含有窒化膜自体が安定することになり、この直後にボロン非含有窒化膜形成処理、例えば処理Ｓ５、処理Ｓ９及び処理Ｓ１３を行っても、処理容器４の内壁面等に堆積した不要な付着膜であるボロン含有窒化膜中のボロン元素は、上述したように”Ｂ−Ｏ結合”になって安定しているので触媒作用を示すことがなくなる。従って、触媒作用がなくなることからボロン非含有窒化膜、例えばＳｉＮ膜に対して影響力を持たなくなり、この結果、膜厚は目標通りの厚さとなり、また、膜厚の面内均一性も高く維持されて上述したように成膜処理の再現性を向上させることが可能となる。
【００５４】
ここで上記加熱安定化処理時のプロセス条件に関しては、プロセス温度は５００〜８００℃程度の範囲であって好ましくは６００〜７００℃の範囲、プロセス圧力は１〜７３０Ｔｏｒｒ（常圧）の範囲であって好ましくは１００〜６００Ｔｏｒｒの範囲である。プロセス温度が５００℃よりも低いと”Ｂ−Ｏ結合”の形成が困難になり、またプロセス温度は８００℃よりも高く設定していもよいが、直前の処理のプロセス温度や次の処理のプロセス温度等を考慮すると、８００℃よりも高くすることは処理容器の昇度に時間を要してスループットが低下するので好ましくない。
【００５５】
また、プロセス圧力が１Ｔｏｒｒよりも低い場合には、酸素含有ガスの濃度が希薄過ぎて”Ｂ−Ｏ結合”の形成が困難になり、またプロセス圧力には上限はないが７６０Ｔｏｒｒよりも高くするには装置構成を変更しなければならないので好ましくない。
【００５６】
またプロセス時間は５〜６０ｍｉｎの範囲、好ましくは１０〜３０ｍｉｎの範囲である。プロセス時間が５ｍｉｎよりも短い場合には”Ｂ−Ｏ結合”の形成が不十分であり、またプロセス時間を６０ｍｉｎよりも長くするとスループットの低下の原因となり、好ましくない。またここでのＯ２ ガスの流量は、３．０〜５．０ｓｌｍ程度の範囲内である。流量が３．０ｓｌｍよりも少ないと、”Ｂ−Ｏ結合”の形成が不十分であり、５．０ｓｌｍよりも多いとＯ２ ガスを無駄に消費することになるので好ましくない。
【００５７】
このように、本発明によれば、真空引き可能になされた処理容器４内で被処理体Ｗに対してボロン含有窒化膜を形成するボロン含有窒化膜形成処理とボロンを含まないボロン非含有窒化膜を形成するボロン非含有窒化膜形成処理とを選択的に行うことが可能な成膜装置の安定化方法において、ボロン含有窒化膜形成処理を行った後にボロン非含有窒化膜形成処理を行う際に、ボロン含有窒化膜形成処理とボロン非含有窒化膜形成処理との間に、処理容器内を酸素含有ガスの雰囲気にして処理容器内を加熱する加熱安定化処理を行うようにしたので、ボロン含有窒化膜形成処理の直後の処理容器Ｗ内を安定化させて、後続するボロン非含有窒化膜の成膜処理においてボロンが悪影響を及ぼすことを防止して成膜処理の再現性を向上させることができる。
【００５８】
＜本発明方法の評価＞
次に、本発明に係る成膜装置の安定化方法の評価結果について図５も参照して説明する。図５は本発明の成膜装置の安定化方法の評価結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は酸素含有ガス無し（Ｏ２ ガス無し）で加熱処理を行った時のグラフを示し、図５（Ｂ）は酸素含有ガス有り（Ｏ２ ガス雰囲気）で加熱するようにした本発明の特徴である加熱安定化処理を行った時のグラフを示す。
【００５９】
ここでは、図１に示すような一度に複数枚の半導体ウエハを処理できる縦型の成膜装置を用いてボロンで汚染されていない段階で、まず基準ランとして純粋のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜し、その後に、半導体ウエハを入れ替えてボロン含有のシリコン窒化膜としてＳｉＢＮ膜を成膜し、更に、ウエハボートをアンロードしてウエハを取り出してウエハボートを空状態とし（ダミーウエハＤＷはウエハボートに保持したまま）、この空状態のウエハボートを処理容器内へ再度ロードして処理容器内を密閉した。
【００６０】
そして、図５（Ａ）の場合には、Ｏ２ ガスを供給しないで６３０℃の温度で１０分間加熱処理した。また図５（Ｂ）の場合には、５．０ｓｌｍの流量でＯ２ ガスを供給して処理容器内を酸素雰囲気にして６３０℃の温度で１０分間加熱処理（加熱安定化処理）した。またプロセス圧力は共に１２０Ｔｏｒｒに設定した。更に、その後、共に第１ラン目及び第２ラン目として再度、純粋のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を順次成膜処理した。各ラン（成膜処理）では半導体ウエハを入れ替えている。この時の膜厚と膜厚の面内均一性を図５に示している。
【００６１】
図５のグラフ中では、黒丸印”●”が膜厚を示し、白丸印”○”が膜厚の面内均一性を示しており、左側の縦軸に膜厚をとり、右側の縦軸に膜厚の面内均一性をとっている。また半導体ウエハを保持するウエハボートを立て方向に３つの領域に分割して、最上部の”１”（Ｔ：ｔｏｐ）の領域から最下段の”３”（Ｂ：ｂｏｔｔｏｍ）の領域まで３段階で表示し、途中の中央部を”２”（Ｃ：ｃｅｎｔｅｒ）の領域として表している。
【００６２】
図５（Ａ）に示すように、ボロン含有窒化膜であるＳｉＢＮの成膜処理の後に、処理容器に対してＯ２ 無しの単なる加熱処理を行っただけでは、その後の第１ラン目及び第２ラン目においては基準ランよりも膜厚は大きくなる傾向にあり、しかも膜厚の面内均一性も劣化する傾向にある。この点は図６を参照して説明した従来の成膜処理と同様な結果を示している。
【００６３】
これに対して、図５（Ｂ）に示す本発明方法の場合には、ＳｉＢＮ成膜処理の後に、処理容器に対してＯ２ ガス雰囲気中の加熱処理、すなわち加熱安定化処理を行っているので、その後の第１ラン目及び第２ラン目においてもＴ、Ｃ、Ｂの全領域に亘って膜厚及び膜厚の面内均一性は共に基準ランとほぼ同じ値を示しており、再現性を良好に維持できていることが判る。
【００６４】
尚、上記実施例においては、複数の成膜ガスを交互に処理容器内へ供給するようにした、いわゆるＡＬＤ法による成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、複数の成膜ガスを同時に処理容器内へ供給して成膜するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜処理についても本発明を適用できるのは勿論である。
【００６５】
また、ここでは熱エネルギーに基づいて成膜処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器にプラズマ形成手段を設けるなどして成膜ガスをプラズマにより活性化してプラズマエネルギーも用いて成膜処理するようにした成膜方法及び成膜装置にも本発明を適用するできるのは勿論である。
【００６６】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【００６７】
２  成膜装置
４  処理容器
１２  ウエハボート（保持手段）
２７  ガス供給系
２８  窒化ガス供給手段
３０  シラン系ガス供給手段
３２  ボロン含有ガス供給手段
３４  酸素含有ガス供給手段
３６  パージガス供給手段
３８，４０，４２，４４  ガス分散ノズル
７２  真空排気系
８０  加熱手段
８２  制御手段
ＤＷ  ダミーウエハ（ダミー被処理体）
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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