(57)【要約】【課題】金属ドープ層を形成するに際して、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせることができると共に、膜厚方向における金属の濃度分布を制御することが可能な金属ドープ層の形成方法を提供する。【解決手段】真空排気が可能になされた処理容器４内で被処理体Ｗの表面に金属が含まれた金属ドープ層１００を形成する金属ドープ層の形成方法において、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層１０４を形成する金属層形成工程とを、金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにする。これにより、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面に金属が含まれた金属ドープ層を形成する金属ドープ層の形成方法において、
絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、前記金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする金属ドープ層の形成方法。
【請求項２】
最初の工程と最後の工程は前記絶縁層形成工程であることを特徴とする請求項１記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項３】
前記絶縁層形成工程では、
前記絶縁層原料ガスを供給する絶縁層原料ガス供給ステップと、
前記絶縁層原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ステップとを交互に行うことを特徴とする請求項１又は２記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項４】
前記反応ガス供給ステップではプラズマが生成されていることを特徴とする請求項３記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項５】
前記絶縁層形成工程では、
前記絶縁層原料ガスと該絶縁層原料ガスと反応する反応ガスとを同時に供給することを特徴とする請求項１又は２記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項６】
前記金属層形成工程では、
前記金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給ステップと、前記金属層原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ステップとを交互に行う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金属ドープ層の形成方法。
【請求項７】
前記反応ガス供給ステップではプラズマが生成されていることを特徴とする請求項６記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項８】
前記金属層形成工程では、
前記金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給ステップが行われて反応ガス供給ステップは行われない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金属ドープ層の形成方法。
【請求項９】
前記金属層形成工程では、用いる前記金属層原料ガスのガス種に応じてプロセス温度を調整することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１０】
前記絶縁層形成工程と前記金属層形成工程の間には、前記処理容器内に残留するガスを排除する層間パージガス工程が行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１１】
前記金属層形成工程の直後の層間パージ工程の長さを調整することにより直前の金属層形成工程で形成した金属層の厚さをコントロールすることを特徴とする請求項１０記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１２】
前記金属層形成工程の直後に行われる前記絶縁層形成工程のプロセス温度を調整することにより直前の金属層形成工程で形成した金属層の厚さをコントロールすることを特徴とする請求項１０記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１３】
前記絶縁層形成工程と前記金属層形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１４】
前記絶縁層原料ガスは、ＤＣＳ（ジクロロシラン）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＣＳ（トリクロロシラン）、ＤＳＡ（ジシリルアミン）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉＨ（トリスエチルメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉ（テトラキスエチルメチルアミノシラン）、Ｓｉ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシシラン）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１５】
前記絶縁層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）よりなることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１６】
前記金属層原料ガスは、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ（ヘキサフルオロアセチルアセトナト−トリメチルビニルシリル銅）、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２ 、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）、ＡｌＣｌ３ （塩化アルミニウム）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｚｒ（ＯｔＢｔ）４ 、ＨＴＴＢ（ハフニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＨ（テトラキスジメチルアミノハフニウム）、ＴＤＥＡＨ（テトラキスジエチルアミノハフニウム）、ＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム）、Ｈｆ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシハフニウム）、ＺＴＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム）、ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）、Ｚｒ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシジルコニウム）、ＴＥＡ（テトラエチルアルミニウム）、Ａｌ（ＭＭＰ）３ （トリスメトキシメチルプロポキシアルミニウム）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１７】
前記反応ガスは窒化ガスであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１８】
前記窒化ガスは、ＮＨ３ 又はＮ２ ガスであることを特徴とする請求項１７記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項１９】
前記反応ガスは、還元ガスであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項２０】
前記還元ガスは、ＮＨ３ ガスであることを特徴とする請求項１９記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項２１】
前記反応ガスは酸化ガスであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項２２】
前記酸化ガスは、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｈ２ Ｏ、Ｈ２ Ｏ２ よりなる群から選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項２１記載の金属ドープ層の形成方法。
【請求項２３】
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、
真空引き可能になされた処理容器と、
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、
前記処理容器内へ絶縁層原料ガスを供給する絶縁層原料ガス供給手段と、
前記処理容器内へ金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給手段と、
前記処理容器内へ反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記処理容器内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記反応ガスを活性化する活性化手段と、
請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成工程を実行するように装置全体を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２４】
請求項２３に記載した成膜装置を用いて被処理体の表面に金属が含まれたドープ層を形成するに際して、
請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータに読み取り可能な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金属ドープ層を形成する成膜方法、成膜装置及びこの成膜装置をコンピュータ制御するプログラムを記憶する記憶媒体に関する。
【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。
【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】
ここで半導体集積回路の一種である不揮発性メモリ素子を例にとって説明すると、この不揮発性メモリ素子としては、フローティングゲートを有するフローティングゲート型メモリ素子や電荷トラップ層を有するＳＯＮＯＳ型メモリ素子等が知られている（特許文献２等）。そして、書き込み動作や消去動作が比較的良好であることから、電荷トラップ層を有するＳＯＮＯＳ型メモリ素子が注目されている。このＳＯＮＯＳ型メモリ素子は、例えばシリコン基板である半導体基板とポリシリコン等よりなるゲート電極との間に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とよりなる電荷トラップ層と、シリコン酸化膜とを介在させた構造となっている。
【０００５】
そして、上記電荷トラップ層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）中にアルミニウム等の金属をドープさせてなる金属ドープ層となっており、上述のように金属のドープを行うことによって、このメモリ素子の書き込み動作、消去動作、リテンション特性等を向上させるようになっている。
【０００６】
上記したような金属ドープ層の形成方法としては、例えばＳｉＮ膜を形成する成膜用の各ガスと上記金属が含まれたガスとを同時に処理容器内へ導入してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する方法や、上記成膜用の各ガスや金属が含まれたガスをそれぞれ交互に間欠的に繰り返し供給して原子レベル、或いは分子レベルの非常に薄い薄膜を複数層積層することにより形成する方法等が知られている（特許文献３、４）。このような成膜方法は、一般的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１７２４３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２９２３３号公報
【特許文献３】特開平６−０４５２５６号公報
【特許文献４】特開平１１−０８７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したような金属ドープ層において、膜中の金属の濃度及び膜厚方向の濃度分布は、この金属ドープ層の特性に非常に大きな影響を与える。しかしながら、上述したような従来の金属ドープ層の形成方法では、金属濃度が比較的高濃度になる傾向にあり、この金属濃度を比較的低濃度の領域で制御性良くコントロールすることが困難であった。このため、金属ドープ層の電気的特性を十分に向上させることができない、といった問題があった。特に、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っており、上記した問題点の解決が特に望まれている。
【０００９】
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、金属ドープ層を形成するに際して、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせることができると共に、膜厚方向における金属の濃度分布を制御することが可能な金属ドープ層の形成方法、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】
【００１０】
請求項１に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面に金属が含まれた金属ドープ層を形成する金属ドープ層の形成方法において、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、前記金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする金属ドープ層の形成方法である。
【００１１】
このように、金属ドープ層を形成するに際して、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしたので、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせることができると共に、膜厚方向における金属の濃度分布を制御することができる。
【００１２】
この場合、例えば請求項２に記載したように、最初の工程と最後の工程は前記絶縁層形成工程である。
また例えば請求項３に記載したように、前記絶縁層形成工程では、前記絶縁層原料ガスを供給する絶縁層原料ガス供給ステップと、前記絶縁層原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ステップとを交互に行う。
また例えば請求項４に記載したように、前記反応ガス供給ステップではプラズマが生成されている。
【００１３】
また例えば請求項５に記載したように、前記絶縁層形成工程では、前記絶縁層原料ガスと該絶縁層原料ガスと反応する反応ガスとを同時に供給する。
また例えば請求項６に記載したように、前記金属層形成工程では、前記金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給ステップと、前記金属層原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ステップとを交互に行う。
【００１４】
また例えば請求項７に記載したように、前記反応ガス供給ステップではプラズマが生成されている。
また例えば請求項８に記載したように、前記金属層形成工程では、前記金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給ステップが行われて反応ガス供給ステップは行われない。
また例えば請求項９に記載したように、前記金属層形成工程では、用いる前記金属層原料ガスのガス種に応じてプロセス温度を調整する。
【００１５】
また例えば請求項１０に記載したように、前記絶縁層形成工程と前記金属層形成工程の間には、前記処理容器内に残留するガスを排除する層間パージガス工程が行われる。
また例えば請求項１１に記載したように、前記金属層形成工程の直後の層間パージ工程の長さを調整することにより直前の金属層形成工程で形成した金属層の厚さをコントロールする。
【００１６】
また例えば請求項１２に記載したように、前記金属層形成工程の直後に行われる前記絶縁層形成工程のプロセス温度を調整することにより直前の金属層形成工程で形成した金属層の厚さをコントロールする。
また例えば請求項１３に記載したように、前記絶縁層形成工程と前記金属層形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われる。
【００１７】
また例えば請求項１４に記載したように、前記絶縁層原料ガスは、ＤＣＳ（ジクロロシラン）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＣＳ（トリクロロシラン）、ＤＳＡ（ジシリルアミン）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉＨ（トリスエチルメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉ（テトラキスエチルメチルアミノシラン）、Ｓｉ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシシラン）よりなる群より選択される１以上のガスである。
【００１８】
また例えば請求項１５に記載したように、前記絶縁層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）よりなる。
また例えば請求項１６に記載したように、前記金属層原料ガスは、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ（ヘキサフルオロアセチルアセトナト−トリメチルビニルシリル銅）、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２ 、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）、ＡｌＣｌ３ （塩化アルミニウム）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｚｒ（ＯｔＢｔ）４ 、ＨＴＴＢ（ハフニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＨ（テトラキスジメチルアミノハフニウム）、ＴＤＥＡＨ（テトラキスジエチルアミノハフニウム）、ＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム）、Ｈｆ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシハフニウム）、ＺＴＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム）、ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）、Ｚｒ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシジルコニウム）、ＴＥＡ（テトラエチルアルミニウム）、Ａｌ（ＭＭＰ）３ （トリスメトキシメチルプロポキシアルミニウム）よりなる群より選択される１以上のガスである。
【００１９】
また例えば請求項１７に記載したように、前記反応ガスは窒化ガスである。
また例えば請求項１８に記載したように、前記窒化ガスは、ＮＨ３ 又はＮ２ ガスである。
また例えば請求項１９に記載したように、前記反応ガスは、還元ガスである。
【００２０】
また例えば請求項２０に記載したように、前記還元ガスは、ＮＨ３ ガスである。
また例えば請求項２１に記載したように、前記反応ガスは酸化ガスである。
また例えば請求項２２に記載したように、前記酸化ガスは、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｈ２ Ｏ、Ｈ２ Ｏ２ よりなる群から選択される１以上のガスである。
【００２１】
請求項２３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、真空引き可能になされた処理容器と、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、前記処理容器内へ絶縁層原料ガスを供給する絶縁層原料ガス供給手段と、前記処理容器内へ金属層原料ガスを供給する金属層原料ガス供給手段と、前記処理容器内へ反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記処理容器内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記反応ガスを活性化する活性化手段と、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成工程を実行するように装置全体を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。
【００２２】
請求項２４に係る発明は、請求項２３に記載した成膜装置を用いて被処理体の表面に金属が含まれたドープ層を形成するに際して、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の金属ドープ層の形成方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータに読み取り可能な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】
【００２３】
本発明に係る金属ドープ層の形成方法、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。
金属ドープ層を形成するに際して、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしたので、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせることができると共に、膜厚方向における金属の濃度分布を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る金属ドープ層の形成方法、成膜装置及び記憶媒体の一実施形態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。
【００２５】
尚、ここでは絶縁層原料ガスとしてシラン系ガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ）を用い、金属層原料ガスとして有機金属化合物であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、反応ガスとして窒化ガスであるアンモニアガス（ＮＨ３ ）を用い、上記ＮＨ３ ガスをプラズマにより活性化して金属としてアルミニウムがドープされた金属ドープ層（ＳｉＡｌＮ膜）を形成する場合を例にとって説明する。ここで上記ＴＭＡには金属としてアルミニウムが含まれている。
【００２６】
図示するように、プラズマを形成することができるこの成膜装置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、フランジ部８が設けられている。尚、上記処理容器４の下端にステンレススチール製のマニホールドを設けるように構成した装置もある。
【００２７】
上記処理容器４の下端の開口部の下方からは、多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを複数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。本実施形態の場合において、このウエハボート１２の支柱１２Ａ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。
【００２８】
このウエハボート１２は、テーブル１６上に石英製の保温筒１４を介して載置されており、このテーブル１６は、処理容器４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。
【００２９】
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の周辺部と処理容器４の下端部との間には、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。
【００３０】
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。
【００３１】
この処理容器４の下部には、処理容器４内の方へプラズマ化される反応ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３ ）ガスを供給する反応ガス供給手段２８と、絶縁層原料ガスとしてシラン系ガスである例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給する絶縁層原料ガス供給手段３０と、金属層原料ガスとして例えばＴＭＡガスを供給する金属層原料ガス供給手段３２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３４とが設けられる。
【００３２】
具体的には、上記反応ガス供給手段２８は、上記処理容器４の下部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。
【００３３】
また同様に上記絶縁層原料ガス供給手段３０も、上記処理容器４の下部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絶縁層原料ガスであるＤＣＳガスを噴射できるようになっている。また同様に金属層原料ガス供給手段３２も、上記処理容器４の下部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。
【００３４】
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金属層原料ガスであるＴＭＡガスを噴射できるようになっている。
【００３５】
また同様にパージガス供給手段３４も、上記処理容器４の下部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パージガスとしてＮ２ ガスを噴射できるようになっている。尚、ここでは構造の理解を容易にするために各ノズル３８、４０、４２、４４は処理容器４の下部側壁を貫通させて設けたが実際にはフランジ部８から挿入されている。
【００３６】
上記各ノズル３８、４０、４２、４４には、それぞれのガス通路４８、５０、５２、５４が接続されている。そして、各ガス通路４８、５０、５２、５４には、それぞれ開閉弁４８Ａ、５０Ａ、５２Ａ、５４Ａ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が介設されており、ＮＨ３ ガス、ＤＣＳガス、ＴＭＡガス、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。
【００３７】
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プラズマを発生させて反応ガスを活性化させる活性化手段６６が形成されると共に、この活性化手段６６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取ることによって形成した細長い排気口６８が設けられている。
【００３８】
具体的には、上記活性化手段６６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７０を形成し、この開口７０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プラズマ区画壁７２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。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活性化手段６６が一体的に形成されることになる。
【００３９】
すなわちプラズマ区画壁７２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７０は、ウエハボート１２に保持されている全てのウエハＷ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、開口７０の部分に多数のスリットを形成したスリット板を設けるようにしてもよい。
【００４０】
そして、上記プラズマ区画壁７２の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極７４が設けられると共に、このプラズマ電極７４にはプラズマ発生用の高周波電源７６が給電ライン７８を介して接続されており、上記プラズマ電極７４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
【００４１】
そして、上記処理容器４内を上方向に延びていく反応ガス用のガス分散ノズル３８は途中で処理容器４の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁７２内の一番奥（処理容器４の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、高周波電源７６がオンされている時に上記ガス分散ノズル３８のガス噴射孔３８Ａから噴射されたＮＨ３ ガスはここで活性化されて処理容器４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。
【００４２】
そして上記プラズマ区画壁７２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー８０が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー８０の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスや冷却水を流すことにより上記プラズマ電極７４を冷却し得るようになっている。
【００４３】
そして上記プラズマ区画壁７２の開口７０の外側近傍、すなわち開口７０の外側（処理容器４内）には、上記絶縁層原料ガス用のガス分散ノズル４０と金属層原料ガス用のガス分散ノズル４２とパージガス用のガス分散ノズル４４とがそれぞれ起立させて設けられており、各ノズル４０、４２、４４に設けた各ガス噴射孔４０Ａ、４２Ａ、４４Ａより処理容器４の中心方向に向けてＤＣＳガスとＴＭＡガスとＮ２ ガスとをそれぞれ噴射し得るようになっている。
【００４４】
一方、上記開口７０に対向させて設けた排気口６８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８２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８２は、上記処理容器４の側壁に沿って下方に延びており、処理容器４の下方のガス出口８４より圧力調整弁８６や真空ポンプ８８を有する真空排気系９０により真空引きされる。
【００４５】
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９２が設けられている。また、この成膜装置２の全体は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段９２により制御され、具体的には各ガスの供給の開始及び停止、各ガス流量の指示、プロセス圧力やプロセス温度の指示、高周波電源７６のオン・オフ等が制御される。この制御手段９２は、上記制御を行うためのコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体９４を有している。この記憶媒体９４は、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００４６】
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金属ドープ層の成膜方法について図３乃至図６も参照して説明する。図３は本発明方法のフローチャートを示す図、図４は本発明方法の１サイクル程度の各工程と温度との関係の一例を示すグラフ、図５は本発明の成膜方法で形成される金属ドープ層の模式図の一例を示す拡大断面図、図６は本発明方法の各工程における各ガスの供給と高周波電力（ＲＦ）の供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００４７】
まず、本発明方法は、金属が内部に含まれた金属ドープ層を形成するに際して、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、上記金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしており、ここでは上記絶縁層としてシリコン窒化膜を形成し、上記金属層としてはアルミニウム層を形成する場合を例にとって説明する。
【００４８】
まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズのウエハ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で処理容器４の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
【００４９】
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９２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。上記反応ガス（ＮＨ３ ）を反応ガス供給手段２８から供給し、上記絶縁層原料ガス（ＤＣＳ）を絶縁層原料ガス供給手段３０から供給し、金属層原料ガス（ＴＭＡ）を金属層原料ガス供給手段３２から供給し、そして、パージガス（ＮＨ３ ）をパージガス供給手段３４から供給する。
【００５０】
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の表面に金属ドープ層を形成する。具体的には、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、また、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、またＴＭＡ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、またＮ２ ガスはガス分散ノズル４４の各ガス噴射孔４４Ａから水平方向へ噴射される。そして、処理容器４内の真空排気は成膜処理中は常時、連続的に行われている。
【００５１】
次に、具体的に本発明方法の金属ドープ層の形成方法について説明する。本発明では、図３に示すように、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記金属を含む金属層原料ガスを用いて金属層を形成する金属層形成工程とを、上記金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互にこの順序で順次繰り返し行うようにしている。
【００５２】
上記絶縁層形成工程ではＤＣＳガスとＮＨ３ ガスとが使用され、上記金属層形成工程ではＴＭＡガスとＮＨ３ ガスとが使用される。各絶縁層形成工程と金属層形成工程との間には、処理容器４内にパージガスを供給して残留するガスを排除するための層間パージ工程を行う。そして、この成膜処理の最初の工程と最後の工程とは絶縁層形成工程が行われるようにする。ここで隣り合う同じガス種の供給工程同士間が１サイクルとなる。
【００５３】
図３では各ステップ間に層間パージ工程を挟んでステップＳ１からステップＳｎ（ｎは３以上の正の整数）までｎステップ行っている場合を示している。尚、上記ｎは３以上であり、従って、金属膜は少なくとも１層設けるようにする。
【００５４】
また、図４にも示すように、金属層形成工程で使用する金属層原料ガスによっては、そのガス種に対応させて最適なプロセス温度になるようにプロセス温度を昇降温させる。この昇降温の操作は、対応する金属層形成工程の前後に位置する層間パージ工程の時に行う。
【００５５】
この層間パージ工程の長さは、処理容器４の容量にもよるが、例えば０．５〜２．０時間程度である。ここで図３中の各絶縁層形成工程Ｓ１、Ｓ３…や各金属層形成工程Ｓ２、Ｓ４…の各長さはそれぞれ個別に任意に設定することができ、各長さを適宜選択することにより、金属ドープ層中の金属濃度及び膜厚方向における金属の濃度分布を制御することができる。
【００５６】
ここで上記成膜方法によって形成される金属ドープ層の一例を図５を参照して説明する。図５において、図５（Ａ）は図３中におけるｎ＝３の場合を示し、図５（Ｂ）はｎ＝７の場合を示す。すなわち、図５（Ａ）に示す場合には、半導体ウエハＷの表面に形成されている金属ドープ層１００は、図３中のステップＳ１の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第１の絶縁層１０２と、この上にステップＳ２の金属層形成工程で形成したＡｌよりなる第１の金属層１０４と、この上にステップＳ３の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第２の絶縁層１０６とにより構成されている。
【００５７】
この場合、第１の金属層１０４の厚さは非常に薄くし、この上下の両側の絶縁層１０２、１０６の厚さをかなり厚くして金属ドープ層１００の膜厚方向の中央部における金属濃度が高くなるように設定している。尚、図示例では、各層を明確に分離して記載しているが、実際には、成膜中の温度や後工程における加熱処理によって金属層１０４中の金属、すなわちアルミニウムは上下の絶縁層１０２、１０６に向けて熱拡散してドープされており、全体として金属ドープ層１００が形成されることになる。
【００５８】
図５（Ｂ）に示す場合には、この金属ドープ層１１０は、図３中のステップＳ１の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第１の絶縁層１１２と、この上にステップＳ２の金属層形成工程で形成したＡｌよりなる第１の金属層１１４と、この上にステップＳ３の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第２の絶縁層１１６と、この上にステップＳ４の金属層形成工程で形成したＡｌよりなる第２の金属層１１８と、この上にステップＳ５の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第３の絶縁層１２０と、この上にステップＳ６の金属層形成工程で形成したＡｌよりなる第３の金属層１２２と、この上にステップＳ７の絶縁層形成工程で形成したＳｉＮよりなる第４の絶縁層１２４とにより構成されている。この場合は、図５（Ａ）の場合とは異なって、金属ドープ層１１０の膜厚方向において金属濃度が略均等になるように設定している。
【００５９】
図５（Ｂ）に示す場合にも、図示例では、各層を明確に分離して記載しているが、実際には、成膜中の温度や後工程における加熱処理によって金属層１０４中の金属、すなわちアルミニウムは上下の各絶縁層１１２、１１６、１２０、１２４に向けて熱拡散してドープされており、全体として金属ドープ層１１０が形成されることになる。
【００６０】
尚、前述したように、図５は金属ドープ層の一例を示しただけであり、各絶縁層や金属層の積層数はここに示した数に限定されないのは勿論である。また、図５においては、発明の理解を容易にするために、ウエハＷの上面に他の直接的に上記各層を形成した場合を示しているが、実際には、両者間に各種の他の薄膜が介在されている。
【００６１】
次に、上記各絶縁層及び金属層の形成方法について、図６も参照して説明する。図６（Ａ）は、絶縁層を形成するための絶縁層形成工程の一例を示すタイミングチャートであり、図６（Ｂ）は金属層を形成するための金属層形成工程の一例を示すタイミングチャートである。
【００６２】
まず、図６（Ａ）に示す絶縁層形成工程では、絶縁層原料ガスであるＤＣＳガスと反応ガスであるＮＨ３ ガスとを用い、これらの各ガスを連続的に供給するのではなく、両ガスを互いに交互に異なるタイミングで間欠的にパルス状に供給する。そして、両ガスの供給ステップの間には間欠期間を挟み込んでおり、この間欠期間で処理容器４内に残留するガスを排出するようになっている。この間欠期間では、パージガスを供給して残留ガスの排出を促進させるようにしてもよいし、パージガスを供給しなくてもよい。
【００６３】
また上記反応ガスを供給する時に、これに同期させて活性化手段６６の高周波電源７６（図１参照）をオンしてプラズマ電極７４に高周波電力（ＲＦ）を印加し、プラズマ区画壁７２で区画された空間にプラズマを生成し、反応ガスであるＮＨ３ ガスを活性化させる。これにより、ＮＨ３ ガスが活性化され、窒化が促進されることになる。そして、図６（Ａ）中において、隣り合う同じガス種の供給パルス間が薄膜形成用の１サイクルとなる。
【００６４】
この成膜方法では、ＤＣＳガスを供給すると、このＤＣＳガスがウエハ表面に吸着する。次にパージステップで処理容器４内の残留ガスを排除した後に、ＮＨ３ ガスを供給し、これと同時にプラズマを生成して上記ＮＨ３ ガスを活性化する。そして、この活性化されたＮＨ３ ガスが、先にウエハ表面に吸着していたＤＣＳガスと反応（窒化）して、ここに厚さが原子レベル、或いは分子レベルの一層の薄いシリコン窒化膜が形成されることになる。このシリコン窒化膜は１Å程度の厚さであり、薄膜形成用の１サイクルで１Å程度の薄膜を形成できることになる。
【００６５】
従って、この薄膜形成用のサイクル数を調整することにより所望する厚さのシリコン窒化層、すなわち絶縁層を形成することができる。この成膜方法で図５中の各絶縁層１０２、１０６、１１２、１１６、１２０、１２４が形成されることになる。ここでＤＣＳガスの供給ステップの期間Ｔ１は３〜６０ｓｅｃ程度、ＮＨ３ ガスの供給ステップの期間Ｔ２は１０〜１２０ｓｅｃ程度、パージステップの期間Ｔ３は１０〜６０ｓｅｃ程度である。
【００６６】
次に、図６（Ｂ）に示す金属層形成工程では、金属層原料ガスであるＴＭＡガスと反応ガスであるＮＨ３ ガスとを用い、図６（Ａ）に示した場合と同様にこれらの各ガスを連続的に供給するのではなく、両ガスを互いに交互に異なるタイミングで間欠的にパルス状に供給する。そして、両ガスの供給ステップの間には間欠期間を挟み込んでおり、この間欠期間で処理容器４内に残留するガスを排出するようになっている。この間欠期間では、パージガスを供給して残留ガスの排出を促進させるようにしてもよいし、パージガスを供給しなくてもよい。
【００６７】
また上記反応ガスを供給する時に、これに同期させて活性化手段６６の高周波電源７６（図１参照）をオンしてプラズマ電極７４に高周波電力（ＲＦ）を印加し、プラズマ区画壁７２で区画された空間にプラズマを生成し、反応ガスであるＮＨ３ ガスを活性化させる。これにより、ＮＨ３ ガスが活性化され、窒化が促進されることになる。そして、図６（Ｂ）中において、隣り合う同じガス種の供給パルス間が薄膜形成用の１サイクルとなる。
【００６８】
この成膜方法では、ＴＭＡガスを供給すると、このＴＭＡガスがウエハ表面に吸着する。次にパージステップで処理容器４内の残留ガスを排除した後に、ＮＨ３ ガスを供給し、これと同時にプラズマを生成して上記ＮＨ３ ガスを活性化する。そして、この活性化されたＮＨ３ ガスが、先にウエハ表面に吸着していたＴＭＡガスと反応（窒化）して、ここに厚さが原子レベル、或いは分子レベルの一層の薄いアルミニウム膜（金属膜）が形成されることになる。このシリコン窒化膜は１Å程度の厚さであり、薄膜形成用の１サイクルで１Å程度の薄膜を形成できることになる。
【００６９】
従って、この薄膜形成用のサイクル数を調整することにより所望する厚さのアルミニウム層、すなわち金属層を形成することができる。この成膜方法で図５中の各金属層１０４、１１４、１１８、１２２が形成されることになる。ここでＴＭＡガスの供給ステップの期間Ｔ４は３〜６０ｓｅｃ程度、ＮＨ３ ガスの供給ステップの期間Ｔ５は１０〜１２０ｓｅｃ程度、パージステップの期間Ｔ６は１０〜６０ｓｅｃ程度である。
【００７０】
ここで図６に示すタイミングチャートにおいて、起点と終点はＤＣＳガス、或いはＴＭＡガスの供給ステップ、ＮＨ３ ガスの供給ステップ、パージステップの内のどのステップでもよい。
【００７１】
また、上記各工程のプロセス条件の一例について説明すると、絶縁層形成工程の圧力は７０〜８６０Ｐａの範囲内、この時のプロセス温度は４００〜６００℃、好ましくは４５０〜５５０℃の範囲内、金属層形成工程の圧力は４〜２００Ｐａの範囲内、この時のプロセス温度は１５０〜３００℃、好ましくは２００〜２５０℃の範囲内（図４参照）である。
【００７２】
また図５（Ａ）中において、第１の絶縁層１０２の厚さは３９Å程度、第１の金属層１０４の厚さは１〜３Å程度、第２の絶縁層１０６の厚さは４０Å程度である。また図５（Ｂ）中において、第１と第４の絶縁層１１２、１１４の厚さは共に２〜５Å程度、第２と第３の絶縁層１１６、１２０の厚さは共に１〜３Å程度、第１、第２、第３の金属層１１４、１１８、１２２の厚さは共に１〜３Å程度である。
【００７３】
このように、本発明方法によれば、金属ドープ層１００を形成するに際して、絶縁層原料ガスを用いて絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、金属として例えばアルミニウムを含む金属層原料ガスを用いて金属層１０４を形成する金属層形成工程とを、金属層形成工程が少なくとも１回含まれるように交互に繰り返し行うようにしたので、金属を低濃度の領域において制御性良くドープさせることができると共に、膜厚方向における金属の濃度分布を制御することができる。
【００７４】
特に、絶縁層の全体の厚さに対して、金属層の全体の厚さを小さくすれば、金属ドープ層中における金属の濃度を非常に小さくすることができる。上記したような金属ドープ層は、前述したようにメモリ素子の電荷トラップ層等として用いられることになる。
【００７５】
＜金属濃度の分布の評価＞
ここで本発明方法を用いて実際に金属ドープ層を形成して、金属濃度を測定したので、その評価結果について説明する。図７は金属ドープ層中のアルミニウム金属の濃度の分布を示すグラフであり、図７（Ａ）は図５（Ａ）に示す金属ドープ層１００に対応し、図７（Ｂ）は図５（Ｂ）に示す金属ドープ層１１０に対応する。ここでは絶縁層原料ガスとしてＤＣＳを用い、金属層原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＮＨ３ ガスを用いた。また金属ドープ層中のＡｌはＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて測定した。
【００７６】
またプロセス条件としては、図７（Ａ）に示す場合は、第１及び第２の絶縁層１０２、１０６を形成するために図６（Ａ）においてそれぞれ４０サイクル行い、第１の金属層１０４を形成するために図６（Ｂ）において６サイクル行った。また図７（Ｂ）に示す場合は、第１及び第４の絶縁層１１２、１２４を形成するために図６（Ａ）においてそれぞれ３サイクル行い、第２及び第３の絶縁層１１６、１２０を形成するために図６（Ａ）においてそれぞれ６サイクル行い、更に第１、第２及び第３金属層１１４、１１８、１２０を形成するために図６（Ｂ）においてそれぞれ１サイクル行った。図７（Ａ）に示すように、金属ドープ層に金属層を１層だけ設けた場合には、Ａｌ濃度の鋭いピークが膜厚方向の中央部で存在していることが理解できる。
【００７７】
これに対して、図７（Ｂ）に示すように、金属ドープ層に金属層を３層分散させて設けた場合には、Ａｌ濃度は膜厚方向に略均一に拡散、或いは分散して存在していることが理解できる。このように、形成する金属層の数を調整することにより、金属ドープ層の厚さ方向における金属濃度を調整できることが判る。また、各金属層の厚さ自体を増減すれば、金属濃度自体の大小を任意にコントロールすることができる、ということも理解することができる。
【００７８】
＜金属濃度の絶縁層形成時の温度依存性＞
次に、金属ドープ層中の金属濃度の制御性について検討したので、その検討結果について説明する。実際の成膜装置では、上記した金属層原料ガスを少量で安定供給するのはかなり困難であり、より低濃度の金属ドープ量が要求される場合、これに対応するのは非常に難しい。
【００７９】
そこで、ここでは一旦形成した金属層の一部を昇華、或いは揮発させることによって実質的に低濃度の金属ドープ量を実現している。すなわち、図４に示すようなフローチャートにおいて、金属層形成工程Ｓ４で金属層を形成した後、層間パージ工程を経た直後に行う絶縁層形成工程（Ｓ５）におけるプロセス温度を制御することにより上記金属層の厚さの調整を行う。図８はこのような金属濃度の絶縁層形成時の温度依存性を示すグラフである。
【００８０】
ここでは図４中において金属層形成工程で前述したようなプロセス条件で金属層を形成して、層間パージ工程を行った直後の絶縁層形成工程のプロセス温度ｔ１が４５０℃の場合と５５０℃の場合について行い、全体の層数は図５（Ａ）に示すような３層構造とした。尚、金属層形成工程のプロセス温度は２５０℃であり、また、層間パージ工程の長さＴＰは１時間である。
【００８１】
図８においてＡｌ金属濃度は、金属ドープ層の全体の厚さを７０Åに設定した時の濃度に換算している。図８に示すように、金属層形成工程において実際に形成された厚さの金属層に対応する理論値は０．８５９［ａｔｏｍ％］である。これに対して、直後の絶縁層形成工程におけるプロセス温度ｔ１を４５０℃に設定した場合には、金属濃度は０．３２３［ａｔｏｍ％］へと減少し、プロセス温度ｔ１を５５０℃に設定した場合には、金属濃度は０．１３９［ａｔｏｍ％］へと更に減少した。
【００８２】
すなわち、金属層形成工程の直後に行われる絶縁層形成工程におけるプロセス温度を許容範囲内で調整することにより、直前に形成された金属層の昇華量、或いは揮発量を調整して金属濃度を更に低濃度領域でコントロールすることができる、ということを理解することができる。
【００８３】
尚、この場合、上記層間パージ工程ＴＰの長さを増減することによっても、直前に形成された金属層の昇華量、或いは揮発量を制御して、金属濃度を更に低濃度領域でコントロールすることができる。また、以上の実施形態では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように絶縁層や金属層を形成する場合には、反応ガスであるＮＨ３ ガスを供給するステップでは必ずＲＦをオンにしてプラズマを生成し、反応ガスを活性化するようにしたが、これに限定されず、絶縁層の形成時と金属層の形成時の内の少なくともいずれか一方においてプラズマを生成しないようにしてもよい。
【００８４】
図６（Ｂ）に示すように金属層を形成する場合には、必ず反応ガス（ＮＨ３ ）を流すようにしたが、これに限定されず、ＴＭＡガスのみを流して反応ガスを供給せず、且つプラズマも生成しないようにしてもよい。この場合には、金属層原料ガスとして有機官能基やアミド基を持つ有機金属化合物を用いると、特性に悪影響を及ぼす炭素成分や水素成分等が金属層中に取り込まれる恐れがある。しかしながら、この金属層形成工程の直後に行われる絶縁層形成工程でプラズマが生成されるので（図６（Ａ）参照）、このプラズマにより上記金属層中の炭素成分や水素成分がある程度取り除かれることになり、この結果、特性に悪影響を与えることがほとんどない。
【００８５】
また、以上の実施形態では、図６に示すように、絶縁層を形成する場合及び金属層を形成する場合に、交互供給法を用いて薄膜を形成するようにしたが、これに限定されず、ＤＣＳガスとＮＨ３ ガスとを同時に供給して熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、プラズマなしで絶縁層を形成するようにしてもよいし、また、ＴＭＡガスとＮＨ３ ガスとを同時に供給して熱ＣＶＤ法により、プラズマなしで金属層を形成するようにしてもよい。
【００８６】
また以上の実施形態では、絶縁層としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合について説明したが、これに限定されず、反応ガスとして酸化ガスを用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）を形成するようにしてもよい。
【００８７】
また、以上の実施形態では絶縁層原料ガスとしてＤＣＳガスを用いたが、これに限定されず、絶縁層原料ガスとしては、ＤＣＳ（ジクロロシラン）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＣＳ（トリクロロシラン）、ＤＳＡ（ジシリルアミン）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉＨ（トリスエチルメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＳｉ（テトラキスエチルメチルアミノシラン）、Ｓｉ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシシラン）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００８８】
また以上の実施形態では、金属層原料ガスとしてＴＭＡを用いたが、これに限定されず、金属層原料ガスとしては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ（ヘキサフルオロアセチルアセトナト−トリメチルビニルシリル銅）、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２ 、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリーブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）、ＡｌＣｌ３ （塩化アルミニウム）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｚｒ（ＯｔＢｔ）４ 、ＨＴＴＢ（ハフニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＨ（テトラキスジメチルアミノハフニウム）、ＴＤＥＡＨ（テトラキスジエチルアミノハフニウム）、ＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム）、Ｈｆ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシハフニウム）、ＺＴＴＢ（ジルコニウムテトラターシャリーブトキシド）、ＴＤＭＡＺ（テトラキスジメチルアミノジルコニウム）、ＴＤＥＡＺ（テトラキスジエチルアミノジルコニウム）、ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム）、Ｚｒ（ＭＭＰ）４ （テトラキスメトキシメチルプロポキシジルコニウム）、ＴＥＡ（テトラエチルアルミニウム）、Ａｌ（ＭＭＰ）３ （トリスメトキシメチルプロポキシアルミニウム）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００８９】
また、上記実施形態では、窒化ガスとしてＮＨ３ を用いたが、これに限定されず、窒化ガスとしては、ＮＨ３ 又はＮ２ ガスを用いることができる。
【００９０】
更に、シリコン酸化膜を形成する酸化ガスは、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｈ２ Ｏ、Ｈ２ Ｏ２ よりなる群から選択される１以上のガスを用いることができる。また上記実施形態ではパージガスとしてＮ２ ガスを用いたが、これに限定されず、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスを用いてもよい。
【００９１】
また、ここでの成膜装置は、一度に複数枚のウエハを処理することができる、いわゆるパ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、ウエハを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも本発明を適用することができる。
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、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ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】
【００９２】
【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（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。
【図３】本発明方法のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明方法の１サイクル程度の各工程と温度との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の成膜方法で形成される金属ドープ層の模式図の一例を示す拡大断面図である。
【図６】本発明方法の各工程における各ガスの供給と高周波電力（ＲＦ）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７】金属ドープ層中のアルミニウム金属の濃度の分布を示すグラフである。
【図８】金属濃度の絶縁層形成時の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
２  成膜装置
４  処理容器
１２  ウエハボート（保持手段）
２８  反応ガス供給手段
３０  絶縁層原料ガス供給手段
３２  金属層原料ガス供給手段
３４  パージガス供給手段
６６  活性化手段
７４  プラズマ電極
７６  高周波電源
９２  制御手段
９４  記憶媒体
１００，１１０  金属ドープ層
１０２，１０６，１１２，１１６，１２０，１２４  絶縁層
１０４，１１４，１１８，１２２  金属層
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2009260151.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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