JP2006066884A - 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シリコン窒化膜の成膜処理後に、この表面にパーティクルが発生乃至付着することを防止することが可能な成膜方法を提供する。
【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して加熱された被処理体Ｗの表面にシリコン窒化膜の薄膜を堆積させるようにした成膜方法において、前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程の後に前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化する表面窒化工程と、を備える。これにより、被処理体の表面にパーティクルが発生乃至付着することを防止する。
【選択図】 図１

Description

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。
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。
ところで、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。
特開２００４−６８０１号公報
ところで、上記したようなＨＣＤガスを用いた成膜プロセスは比較的低温で成膜処理が行えることから、上述したようにこの前工程で形成されている薄膜材料等に与える熱的ダメージは非常に少なくて済む利点を有する。
しかしながら、このような成膜プロセスを行った場合には、上述のようにしてシリコン窒化膜を形成した半導体ウエハにあっては、成膜直後にこのウエハ表面を検査してもパーティクルはほとんど見られないが、これを長時間、例えば数時間程度清浄な空気中に放置すると、ウエハ表面に数万個程度のパーティクル、或いはパーティクル状の粒子が付着、或いは発生するという問題があった。このような現象はクリーン度が非常に高い清浄空気中に成膜後のウエハを放置しても発生していた。
そこで、成膜直後のウエハを、Ｎ２ ガス等の不活性ガスの充填された小型の容器、いわゆるスミフボックス（商標）内等に収容して密閉状態で待機させることも考えられるが、この場合、スミフボックス内では上記したようなパーティクルの発生はそれ程見られないが、次の処理のためにウエハをスミフボックスから清浄空気の大気中へ取り出すと、取り出すと同時に上記したようなパーティクルがウエハ表面に急激に発生する現象が見られ、パーティクルに関する問題点の解決には至っていない。
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、シリコン窒化膜の成膜処理後に、この表面にパーティクルが発生乃至付着することを防止す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。
本発明者等は、シリコン窒化膜の成膜後に、その表面に発生するパーティクルについて鋭意研究した結果、このパーティクルは、堆積されたシリコン窒化膜の表面が完全に窒化されていないことに起因して発生するガス成分が原因となって生じている、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。
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に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して加熱された被処理体の表面にシリコン窒化膜の薄膜を堆積させるようにした成膜方法において、前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程の後に前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化する表面窒化工程と、を備えたことを特徴とする成膜方法である。
このように、シリコン系ガスと窒化ガスとを用いて被処理体の表面にシリコン窒化膜を堆積させる際に、上記両ガスを用いてＣＶＤにより、まずシリコン窒化膜を形成し、その後に、窒化ガスにより上記シリコン窒化膜の表面を窒化させるようにしたので、これにより、シリコン窒化膜から発生する脱ガスがほとんどなくなり、この結果、脱ガスが反応してパーティクルを形成することがなくなるので、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記薄膜形成工程のプロセス温度は５５０℃以下である。
また例えば請求項３に規定するように、前記表面窒化工程のプロセス圧力は２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上である。
また例えば請求項４に規定するように、前記表面窒化工程では、前記窒化ガスはプラズマにより活性化されると共に、プロセス圧力は１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）の範囲内である。
また例えば請求項５に規定するように、前記表面窒化工程のプロセス温度は、前記薄膜形成工程のプロセス温度以下である。
また例えば請求項６に規定するように、前記表面窒化工程のプロセス時間は１分以上である。
また例えば請求項７に規定するように、前記シラン系ガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、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以上のガスであり、前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］よりなる群より選択される１以上のガスである。
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、真空引き可能になされた処理容器と、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、前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積し、その後、前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化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。
請求項９に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、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被処理体に対して所定の薄膜を形成するに際して、前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積し、その後、前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化する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。
本発明の成膜方法、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。
シリコン系ガスと窒化ガスとを用いて被処理体の表面にシリコン窒化膜を堆積させる際に、上記両ガスを用いてＣＶＤにより、まずシリコン窒化膜を形成し、その後に、窒化ガスにより上記シリコン窒化膜の表面を窒化させるようにしたので、これにより、シリコン窒化膜から発生する脱ガスがほとんどなくなり、この結果、脱ガスが反応してパーティクルを形成することがなくなるので、パーティクルの発生を抑制することができる。
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、図３は各種のガスの供給のタイミング及びＲＦ（高周波）のオン・オフのタイミングを示すタイミングチャートである。尚、ここでは成膜ガスであるシラン系ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用い、窒化ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３ ）を用いてＣＶＤによりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜する場合を例にとって説明する。
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、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。
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。本実施例の場合において、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。
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。
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。
このマニホールド８には、処理容器４内の方へプラズマ化される窒化ガスとして、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ＨＣＤガスを供給するシラン系ガス供給手段３０と、不活性ガスとして例えばＮ２ ガスを供給する不活性ガス供給手段３２とが設けられる。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た石英管よりなる２本の窒化ガスノズル３４、３５を有している。その内、１本のガスノズルは上方向へ屈曲されて延びる分散ノズルとして形成されており、この窒化ガス分散ノズル３４には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３４Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３４Ａ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。他方の窒化ガスノズル３５は、ストレート管よりなり、そのガス噴射孔３５Ａより処理容器４内の底部へアンモニアガスを噴射できるようになっている。
また上記シラン系ガス供給手段３０は、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通したシラン系ガスノズル３６を有している。このシラン系ガスノズル３６の先端のガス噴射孔３６Ａより処理容器４内の底部へＨＣＤガスを噴射できるようになっている。また同様に上記不活性ガス供給手段３２は、上記マニホールド８の側壁を貫通して設けたストレート状のガスノズル３８を有している。そして、このガスノズル３８の先端のガス噴射孔３８ＡよりＮ２ ガスを処理容器４内の底部へ噴射できるようになっている。上記各ノズル３４、３５、３６、３８には、それぞれのガス通路４２、４３、４４、４６が接続されている。そして、各ガス通路４２、４３、４４、４６には、それぞれ開閉弁４２Ａ、４３Ａ、４４Ａ、４６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器４２Ｂ、４３Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂが介設されており、ＮＨ３ ガス、ＨＣＤ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。これらの各ガスの供給、供給停止、ガス流量の制御及び後述する高周波のオン・オフ制御等は例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段４８により行われる。
そして、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窒化ガスを活性化させる活性化手段５０が形成されると共に、この活性化手段５０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５２が設けられている。具体的には、上記活性化手段５０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５４を形成し、この開口５４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５６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５０が一体的に形成されることになる。すなわちプラズマ区画壁５６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５４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。
そして、上記プラズマ区画壁５６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５８が設けられると共に、このプラズマ電極５８にはプラズマ発生用の高周波電源６０が給電ライン６２を介して接続されており、上記プラズマ電極５８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を必要に応じて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。
そして、上記処理容器４内を上方向に延びていく一方の窒化ガス分散ノズル３４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５６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６０がオンされている時に上記窒化ガス分散ノズル３４のガス噴射孔３４Ａから噴射されたアンモニア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。尚、この窒化ガス分散ノズル３４は、後述するように、薄膜形成工程ではなく、表面窒化工程の時に用いられる。
そして上記プラズマ区画壁５６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６４が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー６４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を流すことにより上記プラズマ電極５８を冷却し得るようになっている。
一方、上記開口５４に対向させて設けた排気口５２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６６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６６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の上方のガス出口６８より図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系により真空引きされる。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７０が設けられている。
そして、上記制御手段４８は、この装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶するための例えばフロッピディスクやフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体８２を有している。
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体８２に記憶されたプログラムに基づいて行われる。ここでは成膜処理として、ウエハ表面に低温でＣＶＤによりシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明する。すなわち、本発明方法は、上記処理容器４内に上記シラン系ガスと上記窒化ガスとを供給してＣＶＤにより上記シリコン窒化膜の薄膜を堆積する薄膜形成工程と、上記処理容器４内に窒化ガスを流して上記薄膜の表面を窒化する表面窒化工程と、を備えている。この場合、本実施例では表面窒化工程においてＮＨ３ ガスを供給する時にこれをプラズマにより活性化させるようにしている。
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。
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７０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し、各種のガスをシラン系ガス供給手段３０及び窒化ガス供給手段２８からそれぞれＨＣＤガスとＮＨ３ ガスとを同時に供給し、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ＣＶＤによりシリコン窒化膜を形成する。この際、ＮＨ３ ガスは窒化ガス分散ノズル３４ではなく、窒化ガスノズル３５から処理容器４内の底部に供給する。また、必要に応じて不活性ガス供給手段３２からＮ２ ガスも同時に供給する。
このようにして、所定の時間に亘ってＣＶＤによる薄膜形成工程が終了したならば、真空引きを継続しつつＮ２ ガスをパージガスとして繰り返し流すことにより処理容器４内の残留ガスを排除するサイクルパージを行う。
このようにして、サイクルパージが終了したならば、処理容器４内へ、窒化ガスノズル３５ではなく窒化ガス分散ノズル３４よりＮＨ３ ガスを供給し、上記成膜されたシリコン窒化膜の表面を窒化処理する表面窒化工程を行う。この際、窒化処理を促進させるためにＲＦ電力によってプラズマを立ててＮＨ３ ガスを活性化させる。またこの場合、必要に応じて不活性ガスとしてＮ２ ガスも供給する。
具体的には、図３にも示すように、薄膜形成工程では、ＮＨ３ ガスは窒化ガスノズル３５のガス噴射孔３５Ａから水平方向へ噴射され、またＨＣＤガスはシラン系ガスノズル３６のガス噴射孔３６Ａから水平方向へ噴射され（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）、両ガスが処理容器４内を上昇しつつ反応し、ＣＶＤによりウエハＷの表面にシリコン窒化膜の薄膜が形成される。尚、必要に応じて、この際、Ｎ２ ガスも供給される（図３（Ｃ）参照）。このＣＶＤ処理時には、ウエハＷの温度は、それ程高くなく、比較的低温で行われる。
このようにして、低温ＣＶＤによる所定の時間の薄膜形成工程が終了したならば、次にサイクルパージ工程へ移行し、真空引きを継続して行いつつ（図３（Ｃ）参照）、Ｎ２ ガスの供給と停止とをパルス状に複数回繰り返して行い、処理容器４内に残留する処理ガスを排除する。
このようにして、サイクルパージ工程が終了したならば、次に、表面窒化工程へ移行する。ここでは、ＮＨ３ ガスを、窒化ガスノズル３５からではなく、容器４内の上方へ延びる窒化ガス分散ノズル３４の各ガス噴射孔３４Ａから供給し、この際、高周波電源（ＲＦ）６０をオンすることによりプラズマを立て（図３（Ｄ）参照）、上記供給されたＮＨ３ ガスを活性化する。この活性化されたＮＨ３ ガスにより、ウエハ表面に形成されていたシリコン窒化膜の表面を略完全に窒化処理する。尚、この際、必要に応じてＮ２ ガスも供給する。
従来の成膜方法では、シリコン窒化膜の成膜処理後に、ウエハ表面からＳｉＨや ＳｉＨ２ 等を主成分とする脱ガスが発生してこれが酸素等と反応してパーティクルを生じていたが、上述した本実施例のようにシリコン窒化膜の表面を窒化処理することにより、表面の膜中に残留していたＳｉ−Ｈ結合の大部分がＳｉ−Ｎ結合へ変換されてガス成分がなくなり、これにより脱ガスが生じなくなる。この結果、本発明方法によるシリコン窒化膜を大気中に晒しても、ウエハ表面にパーティクルが発生することを略確実に防止することができる。
ここでプロセス時の条件について説明すると、薄膜形成工程においては、ＨＣＤガスの流量は５〜５０ｓｃｃｍの範囲内で例えば２０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ ガスの流量は１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば２０００ｓｃｃｍ、プロセス圧力は１３〜１３３０Ｐａの範囲内で例えば２００Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は５５０℃以下であり、例えば４８０℃で行う。このプロセス温度が５５０℃を越えて高くなると、膜質は良好になるが、ウエハ下地層の材料が熱的にダメージを受けてしまうので好ましくない。またプロセス温度の下限値は３００℃程度であり、これよりも温度が低いと、膜自体が形成されなくなってしまう。またプロセス時間は、目標とする膜厚に依存し、例えば目標膜厚が３５ｎｍ程度の時には４０分程度の成膜処理を行う。
また窒化処理工程に関しては、ＮＨ３ ガスの流量は１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内で、例えば２０００ｓｃｃｍ（薄膜窒化工程と同じ）である。ＮＨ３ ガスの流量が、上記下限値より少ないと窒化が十分ではなく、また、上限値以上の場合には窒化反応が飽和してしまっているのでガスが無駄になる。プロセス圧力は１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）の範囲内で、例えば１３．３Ｐａである。プロセス圧力が、１３Ｐａよりも小さいと、圧力が低過ぎて窒化が十分に行われず、また２６６０Ｐａよりも高いと、プラズマ自体が立たなくなってしまう。プロセス温度は、上記薄膜形成工程の温度以下、好ましくは薄膜形成工程の温度と同じとし、昇降温操作に時間をかけないようにする。またプロセス時間Ｔ１は、１分以上であり、ここでは例えば１０分行った。プロセス時間Ｔ１が１分よりも少ないと窒化が十分に行われない。
実際に、上記実施例の評価を行ったので、その評価結果について説明する。
従来のＣＶＤ成膜方法でウエハの表面にシリコン窒化膜を成膜し、このウエハを清浄空気中に８時間放置したところ、初期値ではパーティクル数が１３個であったものが１７６６３個まで増加していた。
これに対して、本発明方法の場合には、ウエハの表面にシリコン窒化膜を形成した後に直ちに表面窒化した後、このウエハを清浄空気中に８時間放置したところ、初期値ではパーティクル数が３０個であったものが、４１個まで増加しているだけであり、パーティクルの発生を大幅に抑制できることが確認できた。
上記実施例では表面窒化工程において、処理容器４内でＮＨ３ ガスを活性化していたが、これに限定されず、処理容器４の外でＮＨ３ ガスを活性化し、これを処理容器４内へ導入するようにした、いわゆるリモートプラズマ方式を採用するようにしてもよい。
また上記実施例では表面窒化工程において、ＮＨ３ ガスをプラズマで活性化して窒化処理を促進させるようにしていたが、これに限定されず、プラズマを用いることなくＮＨ３ ガスの圧力を上げて窒化を促進させるようにしてもよい。
図４はこのような処理を行うための本発明の成膜装置の変形例を示し、図５は変形例において各種の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。尚、図１に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように、この成膜装置の処理容器４は、図１においてマニホールド８に相当する部分も全て一体的に石英で構成されて、単管構造になされている。そして、この処理容器８０は完全な円筒体状に成形されており、図１に示す構成で用いたプラズマを発生させる活性化手段５０及びこれに関連する構造物や排気カバー部材６６は設けていない。そして、窒化ガス供給手段２８は、図１に示した窒化ガス分散ノズル３４は有しておらず、直管状の窒化ガスノズル３５だけ有している。そして、処理容器４の底部に供給されたＮＨ３ ガス或いはＨＣＤガスは、この処理容器８０内をウエハＷと接触しつつ上昇し、横引きされることなく（図１参照）、天井部に設けたガス出口６８から容器外へ排出されることになる。
この成膜装置を用いて成膜処理を行う場合、図５に示すように、薄膜形成工程及びサイクルパージ工程は図３に示す場合と全く同様に行われる。
これに対して、表面窒化工程では、ＮＨ３ ガスを供給し、また必要に応じてＮ２ ガスを供給し、プラズマを立てることなくシリコン窒化膜の表面の窒化処理を行う。この場合、窒化反応を促進させるために処理容器８０内の圧力を高くする（図５（Ｄ）参照）。この時のプロセス圧力は２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上であれば十分であり、ここでは１２０Ｔｏｒｒで行っている。このプロセス圧力が２０Ｔｏｒｒよりも低いと、窒化処理が十分ではなくなってしまう。またこの場合にもプロセス時間Ｔ１は、１分以上、ここでは例えば１０分程度行っている。この変形例の場合にも、先の図３に示す実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、上記実施例では単管構造の処理容器を例にとって説明したが、これに限定されず、２重管構造の処理容器についても本発明を適用することができる。
またここでは、いわゆる縦型の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、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。
更に、上記実施例では、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、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以上のガスを用いることができる。
また窒化ガスとしてＮＨ３ ガスを用いたが、これに限定されず、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］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。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも本発明を適用することができる。
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。 成膜装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。 各種のガスの供給のタイミング及びＲＦ（高周波）のオン・オフのタイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の成膜装置の変形例を示す構成図である。 図４に示す変形例において各種の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。
符号の説明
２ 成膜装置
４ 処理容器
１２ ウエハボート（供給手段）
２８ 窒化ガス供給手段
３０ シラン系ガス供給手段
３２ 不活性ガス供給手段
３４ 窒化ガス分散ノズル
３５ 窒化ガスノズル
３６ シラン系ガス分散ノズル
４８ 制御手段
５０ 活性化手段
５８ プラズマ電極
６０ 高周波電源
７０ 加熱手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (9)

  1. 真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスとを供給して加熱された被処理体の表面にシリコン窒化膜の薄膜を堆積させるようにした成膜方法において、
    前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積する薄膜形成工程と、
    前記薄膜形成工程の後に前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化する表面窒化工程と、
    を備えたことを特徴とする成膜方法。
  2. 前記薄膜形成工程のプロセス温度は５５０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
  3. 前記表面窒化工程のプロセス圧力は２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
  4. 前記表面窒化工程では、前記窒化ガスはプラズマにより活性化されると共に、プロセス圧力は１３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）の範囲内であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
  5. 前記表面窒化工程のプロセス温度は、前記薄膜形成工程のプロセス温度以下であ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。
  6. 前記表面窒化工程のプロセス時間は１分以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜方法。
  7. 前記シラン系ガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、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以上のガスであり、前記窒化ガスは、アンモニア［ＮＨ３ ］、窒素［Ｎ２ ］、一酸化二窒素［Ｎ２ Ｏ］、一酸化窒素［ＮＯ］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６のいずれかに記載の成膜方法。
  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、
    真空引き可能になされた処理容器と、
    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、
    前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積し、その後、前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化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。
  9. 真空引き可能になされた処理容器と、
    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被処理体に対して所定の薄膜を形成するに際して、
    前記処理容器内に前記シラン系ガスと前記窒化ガスとを供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により前記シリコン窒化膜の薄膜を堆積し、その後、前記処理容器内に窒化ガスを流して前記薄膜の表面を窒化する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。


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