JP2006351582A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、ＯＮＯ構造の積層膜を形成する場合において、重複する操
作を極力省くと共に、重複する操作の時間を極力短縮することにより、スループットを向
上させることのできる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【解決手段】 基板１を反応炉２０内に搬入する工程と、反応炉２０内で基板１上に酸
化膜と窒化膜の積層膜を形成する工程と、積層膜形成後の基板１を反応炉２０より搬出す
る工程とを有し、積層膜形成工程では、反応炉２０内の圧力を大気圧よりも低い圧力とし
た状態で、反応炉２０内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつつ、酸素原子を
含むガスと、シラン系ガスとを間隔を空けて交互に供給するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板上に酸化膜と窒化膜の積層構造を有する絶縁膜を形成
するための半導体装置（デバイス）の製造方法及び基板処理装置に関する。

不揮発性メモリのフローティングゲートの絶縁膜として用いられるＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３
Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有する絶縁膜（以下、単にＯＮＯ構造の絶縁膜と称す。
）を形成する場合、従来、例えば、ＳｉＯ_２膜はＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮ_２Ｏガスとを用
いてＣＶＤ法により、また、Ｓｉ_３Ｎ_４膜はＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスとを用いて
ＣＶＤ法により形成していた（特許文献１参照）。この場合、ＳｉＯ_２膜とＳｉ_３Ｎ_４膜
は、それぞれ異なる反応炉にて形成するのが一般的だった。
特開２００３−１９７７８４号

しかしながら、上述のＯＮＯ構造の絶縁膜形成方法では、それぞれの膜を形成する度に
、反応炉内に基板を搬入し、反応炉内を真空引きし、基板温度を処理温度まで上昇させ、
成膜後には反応炉内を不活性ガスで置換し、大気圧復帰させ、基板を反応炉より搬出して
冷却し、その後、基板を他の反応炉へ移送する必要がある。

すなわち、まず基板を第１反応炉内に搬入し、第１反応炉内を真空引きし、基板温度を
室温から処理温度まで上昇させて基板上にＳｉＯ_２膜を形成する。その後、第１反応炉内
をＮ_２等の不活性ガスで置換し、大気圧復帰させ、第１反応炉より成膜後の基板を搬出し
て冷却する。基板冷却後、表面にＳｉＯ_２膜が形成された基板を第２反応炉に対して移送
する。移送後、表面にＳｉＯ_２膜が形成された基板を第２反応炉内に搬入し、第２反応炉
内を真空引きし、基板温度を処理温度まで上昇させて基板上のＳｉＯ_２膜上にＳｉ_３Ｎ_４
膜を形成する。その後、第２反応炉内をＮ_２等の不活性ガスで置換し、大気圧復帰させ、
第２反応炉より成膜後の基板を搬出して冷却する。基板冷却後、表面にＳｉ_３Ｎ_４膜／Ｓ
ｉＯ_２膜が形成された基板を第１反応炉に対して移送する。移送後、表面にＳｉ_３Ｎ_４膜
／ＳｉＯ_２膜が形成された基板を第１反応炉内に搬入して、第１反応炉内を真空引きし、
基板温度を処理温度まで上昇させて基板上のＳｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜上にＳｉＯ_２膜を
形成する。その後、第１反応炉内をＮ_２等の不活性ガスで置換し、大気圧復帰させ、第１
反応炉より成膜後の基板を搬出して冷却する。

このように、上述のＯＮＯ構造の絶縁膜形成方法では、反応炉内への基板搬入、反応炉
内の真空引き、処理温度までの基板温度の昇温、成膜後の反応炉内のＮ_２ガス置換、大気
圧復帰、反応炉からの基板搬出、基板冷却、他の反応炉への基板移送等、各成膜において
重複する操作が多く、スループットを向上させることが難しかった。また、成膜の度に基
板を反応炉から取り出して他の反応炉へ移送するため、絶縁膜を形成する途中において、
基板が大気に晒され、基板表面上に自然酸化膜が形成されたり、大気中の有機汚染物質が
付着したりするという問題があった。

本発明の目的は、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成する場合において、上述の重複する操作を
極力省くと共に、重複する操作の時間を極力短縮することにより、スループットを向上さ
せることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。また、
本発明の目的は、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成する途中において、基板が大気に晒されて、
基板表面上に自然酸化膜が形成されたり、大気中の有機汚染物質が付着したりすることを
防止することができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明の第１の特徴とするところは、基板を反応炉内に搬入する工程と、前記反応炉内
で基板上に酸化膜と窒化膜の積層構造を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜形成
後の基板を前記反応炉より搬出する工程とを有し、前記絶縁膜形成工程では、前記反応炉
内の圧力を大気圧よりも低い圧力とした状態で、前記反応炉内に水素原子および窒素原子
を含むガスを供給しつつ、酸素原子を含むガスと、シラン系ガスとを間隔を空けて交互に
供給することを特徴とする半導体装置の製造方法にある。

本発明の第２の特徴とするところは、第１の特徴において、前記絶縁膜形成工程では、
前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつつ、酸素原子を含むガスと
、シラン系ガスと、酸素原子を含むガスとを間隔を空けて順次供給することを特徴とする
半導体装置の製造方法にある。

本発明の第３の特徴とするところは、第１の特徴において、前記絶縁膜形成工程では、
前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつつ、酸素原子を含むガスの
供給と、シラン系ガスの供給とを間隔を空けて交互に複数回繰り返すことを特徴とする半
導体装置の製造方法にある。

本発明の第４の特徴とするところは、第１の特徴において、前記絶縁膜形成工程は、反
応炉内温度または／および反応炉内圧力を一定に保持した状態で行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法にある。

本発明の第５の特徴とするところは、第１の特徴において、前記水素原子および窒素原
子を含むガスとはアンモニア（ＮＨ_３）ガスであり、前記酸素原子を含むガスとは、酸素
（Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガスよりなる群から選択
される少なくとも一つのガスであり、前記シラン系ガスとは、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガ
ス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガ
ス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つの
ガスであることを特徴とする半導体装置の製造方法にある。

本発明の第６の特徴とするところは、基板を処理する反応炉と、前記反応炉内に水素原
子および窒素原子を含むガスを供給する第１のガス供給ラインと、前記反応炉内に酸素原
子を含むガスを供給する第２のガス供給ラインと、前記反応炉内にシラン系ガスを供給す
る第３のガス供給ラインと、前記反応炉内を排気する排気ラインと、前記排気ラインに接
続され前記反応炉内を真空引きする真空ポンプと、前記反応炉内の圧力を大気圧よりも低
い圧力とした状態で、前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつつ、
酸素原子を含むガスと、シラン系ガスとを間隔を空けて交互に供給するように制御するコ
ントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置にある。

本発明によれば、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成する場合において、重複する操作を極力省
くことができると共に、重複する操作の時間を極力短縮することができ、スループットを
向上させることができる。また、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成する途中において、基板が大
気に晒されて、基板表面上に自然酸化膜が形成されたり、大気中の有機汚染物質が付着し
たりすることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本実施形態における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置の概略
構成図を示す。

反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（処理室）
４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。ボート２は、複数枚の基板としての半
導体ウェハ（シリコンウェハ）１を略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段
に保持するように構成されている。反応管２１の下方は、ボート２を挿入するために開放
され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。ボート２は
断熱キャップ２５上に搭載され、断熱キャップ２５は回転軸２６を介して回転機構２７に
取り付けられている。反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置され
ている。

反応管２１には、水素原子（Ｈ）および窒素原子（Ｎ）を含むガスとしてのアンモニア
（ＮＨ_３）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する第１のガス供給ライン７と
、酸素原子（Ｏ）を含むガスとしての酸素（Ｏ_２）ガスを基板１の上流側から基板１に対
して供給する第２のガス供給ライン８と、シラン系ガスとしてのジクロロシラン（ＳｉＨ
_２Ｃｌ_２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する第３のガス供給ライン９と
が接続されている。なお、第３のガス供給ライン９には、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２
）ガスを供給する第４のガス供給ライン１０が接続されており、第４のガス供給ライン１
０から供給したＮ_２ガスを第３のガス供給ライン９を介して基板１の上流側から基板１に
対して供給できるようになっている。第１のガス供給ライン７はアンモニア（ＮＨ_３）ガ
ス供給源４１に接続され、第２のガス供給ライン８は酸素（Ｏ_２）ガス供給源４２に接続
され、第３のガス供給ライン９はジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス供給源４３に接
続され、第４のガス供給ライン１０は窒素（Ｎ_２）ガス供給源４４に接続されている。第
１のガス供給ライン７と、第２のガス供給ライン８と、第３のガス供給ライン９は、何れ
も反応管２１の天井壁３１を貫通して設けられている。これらガス供給ラインのガス噴出
口は下方を向いており、処理室４の一端側から下方に向けてＮＨ_３ガス、Ｏ_２ガス、Ｓｉ
Ｈ_２Ｃｌ_２ガス、およびＮ_２ガスを噴出するようになっている。各ガス供給ライン７、８
、９、１０には、各ガスの供給および供給停止を行うための電磁バルブ６ａ、６ｂ、６ｃ
、６ｄと、各ガスの流量の調整を行うためのマスフローコントローラ（流量制御装置）１
２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが、それぞれ設けられている。

また、反応管２１には反応管２１内のガスを排気する排気ライン２３が接続されており
、この排気ライン２３には真空ポンプ３が接続されている。基板処理中、反応管２１内は
真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力制御はコ
ントローラ２４により行う。なお、コントローラ２４は、この他、回転機構２７や、抵抗
加熱ヒータ５や、電磁バルブ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄや、マスフローコントローラ１２ａ
、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ等、基板処理装置を構成する各部の動作を制御する。

次に、上述の基板処理装置を使用して、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程と
して、基板上に、酸化膜と窒化膜の積層構造を有する絶縁膜、例えばＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３
Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有する絶縁膜（ＯＮＯ構造の絶縁膜）を形成する方法に
ついて図２を参照して説明する。図２は、上述の反応炉２０内（以下、単に炉内ともいう
。）において、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成する際の炉内温度変化、プロセスシーケンス、
ＮＨ_３ガス、Ｏ_２ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給のタイミング、炉内圧力変化を表すもの
である。図２において、横軸は時間の経過を表しており、縦軸は、炉内温度、各ガスの供
給状態、炉内圧力等を表している。なお、以下の説明において基板処理装置を構成する各
部の動作はコントローラ２４により制御される。

基板１をボート２に移載し、１バッチ分の基板１をボート２に装填すると（基板装填工
程）、抵抗加熱ヒータ５により加熱状態が維持された反応炉２０の処理室４内に複数枚の
基板１を装填したボート２を装入し、シールキャップ２２により反応管２１内を密閉する
（基板搬入工程）。このとき、反応炉２０内の温度は、基板処理（後述する酸化処理、窒
化膜形成処理）時の温度よりも低い所定の基板搬入温度、例えば３００℃〜６００℃程度
の温度となるように制御される。なお、基板１の表面上には事前にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜（ポ
リシリコン膜）が形成されている。

次に、反応炉２０内の温度を基板搬入温度に維持した状態で、真空ポンプ３により反応
管２１内を真空引きし、反応炉２０内の圧力が大気圧よりも低く基板処理時の圧力よりも
高い所定の圧力、例えば１００〜１００００Ｐａ程度の圧力となるように制御する（真空
引き工程）。このとき、回転機構２７により回転軸２６を介してボート２が所定の回転速
度で回転するようにする。

反応炉２０内の圧力を所定の圧力にした後、反応炉２０内の温度を基板搬入温度から所
定の酸化処理温度、例えば７５０〜９００℃程度の温度まで昇温させる（炉内昇温工程）
。この炉内昇温工程から、反応炉２０内へのＮＨ_３ガスの供給を開始する。すなわち、電
磁バルブ６ａを開き、ＮＨ_３ガス供給源４１よりＮＨ_３ガスをマスフローコントローラ１
２ａにより流量制御しつつ第１のガス供給ライン７を介して反応炉２０内へ供給する。以
降、ＮＨ_３ガスは、後述する第二酸化処理工程後の炉内降温工程が終了するまで（大気圧
復帰工程の直前まで）反応炉２０内へ連続的に供給し続けることとなる。炉内昇温工程後
、炉内温度が酸化処理温度にて安定化するように制御する（温度安定工程）。

炉内温度が酸化処理温度にて安定化した後、反応炉２０内の圧力を所定の酸化処理圧力
、例えば１０〜１０００Ｐａ程度の圧力とし、反応炉２０内にＮＨ_３ガスの供給を維持し
た状態で、Ｏ_２ガスを供給する。すなわち、電磁バルブ６ｂを開き、Ｏ_２ガス供給源４２
よりＯ_２ガスをマスフローコントローラ１２ｂにより流量制御しつつ第２のガス供給ライ
ン８を介して反応炉２０内へ供給する。これにより、Ｏ_２ガスとＮＨ_３ガスとが抵抗加熱
ヒータ５により加熱された減圧の雰囲気内で反応して反応種が生成され、この反応種によ
り基板１に対して熱酸化処理が施される。ＮＨ_３ガスの供給とＯ_２ガスの供給を所定時間
維持することにより、基板１に対する酸化処理が所定時間なされ、基板表面に所定膜厚の
酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される（第一酸化処理工程）。酸化処理温度としては７５０
〜９００℃、酸化処理圧力としては１０〜１０００Ｐａ、ＮＨ_３ガス流量としては５〜２
０００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス流量としては１０〜５０００ｓｃｃｍが例示される。

Ｏ_２ガスの供給を停止することにより基板１に対する酸化処理が終了する。基板１に対
する酸化処理終了後、炉内温度を酸化処理温度から所定の窒化膜形成温度、例えば７００
〜８００℃程度の温度まで降温させる（炉内降温工程）。同時に炉内圧力を所定の窒化膜
形成圧力、例えば１０〜１００Ｐａ程度の圧力とする。このときも炉内へのＮＨ_３ガスの
供給は継続されており、Ｏ_２ガスの供給停止と同時にＮＨ_３ガスにより反応炉２０内のパ
ージがなされ、炉内はＮＨ_３ガスで置換されることとなる。炉内降温工程後、炉内温度が
窒化膜形成温度にて安定化するように制御する（温度安定工程）。

炉内温度が窒化膜形成温度にて安定化した後、反応炉２０内にＮＨ_３ガスの供給を維持
した状態で、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを供給する。すなわち、電磁バルブ６ｃを開き、ＳｉＨ
_２Ｃｌ_２ガス供給源４３よりＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスをマスフローコントローラ１２ｃにより
流量制御しつつ第３のガス供給ライン９を介して反応炉２０内へ供給する。これにより、
ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスとが抵抗加熱ヒータ５により加熱された減圧の雰囲気内
で分解し、基板表面に形成されたＳｉＯ_２膜上に、熱ＣＶＤ反応により窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ
_４膜）が形成される。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給とＮＨ_３ガスの供給を所定時間維持する
ことにより、基板表面に形成されたＳｉＯ_２膜上にＣＶＤにより所定膜厚のＳｉ_３Ｎ_４膜
が形成される（窒化膜形成工程）。窒化膜形成温度としては７００〜８００℃、窒化膜形
成圧力としては１０〜１００Ｐａ、ＮＨ_３ガス流量としては５〜２０００ｓｃｃｍ、Ｓｉ
Ｈ_２Ｃｌ_２ガス流量としては５〜５００ｓｃｃｍが例示される。

ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を停止することにより基板１に対する窒化膜形成処理が終了
する。基板１に対する窒化膜形成処理終了後、炉内温度を窒化膜形成温度から所定の酸化
処理温度、例えば７５０〜９００℃程度の温度まで昇温させる（炉内昇温工程）。同時に
炉内圧力を所定の酸化処理圧力、例えば１０〜１０００Ｐａ程度の圧力とする。このとき
も炉内へのＮＨ_３ガスの供給は継続されており、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給停止と同時に
ＮＨ_３ガスにより反応炉２０内のパージがなされ、炉内はＮＨ_３ガスで置換されることと
なる。炉内昇温工程後、炉内温度が酸化処理温度にて安定化するように制御する（温度安
定工程）。

炉内温度が酸化処理温度にて安定化した後、反応炉２０内にＮＨ_３ガスの供給を維持し
た状態で、Ｏ_２ガスを供給する。これにより、Ｏ_２ガスとＮＨ_３ガスとが抵抗加熱ヒータ
５により加熱された減圧の雰囲気内で反応して反応種が生成され、この反応種により、基
板１に対して熱酸化処理が施される。ＮＨ_３ガスの供給とＯ_２ガスの供給を所定時間維持
することにより、基板１に対する酸化処理が所定時間なされ、基板表面に形成されたＳｉ
_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜表面に所定膜厚の酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される（第二酸化処
理工程）。酸化処理温度としては７５０〜９００℃、酸化処理圧力としては１０〜１００
０Ｐａ、ＮＨ_３ガス流量としては５〜２０００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス流量としては１０〜５
０００ｓｃｃｍが例示される。

Ｏ_２ガスの供給を停止することにより基板１に対する酸化処理が終了する。基板１に対
する酸化処理終了後、炉内温度を酸化処理温度から所定の基板搬出温度、例えば３００〜
６００℃程度の温度まで降温させる（炉内降温工程）。同時に炉内圧力を所定の圧力、例
えば１００〜１００００Ｐａ程度の圧力とする。このときも炉内へのＮＨ_３ガスの供給は
継続されており、Ｏ_２ガスの供給停止と同時にＮＨ_３ガスにより反応炉２０内のパージが
なされ、炉内はＮＨ_３ガスで置換されることとなる。

炉内降温工程後、炉内へのＮＨ_３ガスの供給を停止し、炉内にＮ_２ガスを導入する。す
なわち、電磁バルブ６ｄを開き、Ｎ_２ガス供給源４４よりＮ_２ガスをマスフローコントロ
ーラ１２ｄにより流量制御しつつ第４のガス供給ライン１０、第３のガス供給ライン９を
介して反応炉２０内へ供給する。このＮ_２ガスにより反応炉２０内のパージがなされ、炉
内はＮ_２ガスで置換されることとなる。その後、炉内へのＮ_２の導入を維持しつつ炉内圧
力を上昇させて大気圧に復帰させる（大気圧復帰工程）。

大気圧復帰工程後、処理後の基板１、すなわちＯＮＯ構造の絶縁膜が形成された基板１
を支持したボート２を反応炉２０より搬出し（基板搬出工程）、ボート２に支持された全
ての基板１が冷えるまで、ボート２を所定位置で待機させる（基板冷却工程）。待機させ
たボート２に保持された全ての基板１が所定温度まで冷却されると、基板移載機等により
基板１を回収する（基板取出し工程）。

本実施形態によれば、従来必要であった重複する操作を極力省くと共に、重複する操作
の時間を極力短縮することができる。具体的には、従来必要であった第一酸化処理後およ
び窒化膜形成後の炉内のＮ_２ガス置換、大気圧復帰、反応炉からの基板搬出、基板冷却、
他の反応炉への基板移送や、窒化膜形成および第二酸化処理のための炉内への基板搬入、
反応炉内の真空引き等の操作を省くことができる。また、第一酸化処理後に基板温度を窒
化膜形成温度に変更する時間、窒化膜形成後に基板温度を第二酸化処理温度に変更する時
間等を短縮できる。これらにより、スループットを向上させることができる。

また、本実施形態によれば、基板処理（酸化処理、窒化膜形成処理）の度に基板を反応炉
から搬出して他の反応炉へ移送するようなことはしないため、ＯＮＯ構造の絶縁膜を形成
する途中において、基板が大気に晒されて、基板表面上に自然酸化膜が形成されたり、大
気中の有機汚染物質が付着したりすることを防止することができる。

また、本実施形態にて使用する水素原子（Ｈ）および窒素原子（Ｎ）を含むガスである
ＮＨ_３ガスは、上述のＣＶＤによる窒化膜の形成処理、およびその前後に行う減圧雰囲気
下での熱酸化処理の両方に用いることができる。しかもＮＨ_３ガスはそれ単独ではＣＶＤ
反応、酸化反応に寄与しないのでパージガスとしても用いることができる。さらに本実施
形態においてはＮＨ_３ガスを少なくとも基板処理中、すなわちＯＮＯ構造の積層膜の形成
中は常に反応炉２０内に供給し続けるようにしたので、酸化処理時に用いるＯ_２ガスの供
給、もしくは、ＣＶＤ窒化膜形成時に用いるＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を停止すると自動
的に炉内のＮＨ_３パージがなされることとなる。よって、炉内をパージする際に、別途パ
ージ用のガス、たとえばＮ_２等の不活性ガスに切り替えてパージを行う必要がなく、基板
処理後、スムーズかつ速やかにパージが行われることとなる。また、各処理後は炉内をＮ
Ｈ_３ガスで置換しており、各処理毎にＮ_２等の不活性ガスによる炉内のガス置換を行う必
要がない。Ｎ_２等の不活性ガスによる炉内のガス置換は最後の処理（第二酸化処理）終了
後に一度行うだけでよい。このように、本実施形態によれば、一つの反応炉２０内でＯＮ
Ｏ構造の絶縁膜、すなわちＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有する絶
縁膜を、基板上に連続的に、しかも効率的に形成することができる。

なお、上記実施形態では、酸素原子（Ｏ）を含むガスとしてＯ_２ガスを用いる場合につ
いて説明したが、酸素原子を含むガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ
）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用い
ることができる。また、上記実施形態では、シラン系ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを用
いる場合について説明したが、シラン系ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス、ジ
クロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス、テ
トラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを
用いることができる。

ところで、減圧雰囲気下で熱酸化処理が可能な条件範囲と、熱ＣＶＤにより窒化膜の形
成が可能な成膜条件範囲は、それぞれ重複する条件範囲があることから、酸化処理と、窒
化膜形成を、同一の処理温度または／および同一の処理圧力で行うことも可能である。図
３は、酸化処理温度と窒化膜形成温度とを同一温度とし、さらに酸化処理圧力と窒化膜形
成圧力とを同一圧力とした例である。この場合、処理温度としては７５０〜８００℃程度
、酸化処理圧力としては１０〜１００Ｐａ、ＮＨ_３ガス流量としては５〜２０００ｓｃｃ
ｍ、Ｏ_２ガス流量としては１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス流量としては５
〜５００ｓｃｃｍが例示される。このように酸化処理と窒化膜形成処理の処理温度または
／および処理圧力を同一とすることにより、第一酸化処理と窒化膜形成との間、および窒
化膜形成と第二酸化処理との間の炉内温度または／および炉内圧力を変更し、安定化させ
る工程が不要となり、より一層プロセスシーケンスの効率化を図ることができ、より一層
スループットを向上させることができる。

なお、上記実施形態では、減圧雰囲気下でＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスと、Ｓｉ
Ｈ_２Ｃｌ_２ガスと、Ｏ_２ガスとを間隔を空けて順次供給することにより、基板上にＯＮＯ
構造の絶縁膜、すなわちＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有する絶縁
膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、ＯＮ構造の絶縁膜、すなわちＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜の積層構造を有する絶
縁膜を基板上に形成するようにしてもよい。この場合は上記実施形態における第ニ酸化処
理工程を省略し、減圧雰囲気下でＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスと、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２
ガスとを間隔を空けて順次供給するようにすればよい。

また例えば、ＮＯ構造の絶縁膜、すなわちＳｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有す
る絶縁膜を基板上に形成するようにしてもよい。この場合は上記実施形態における第一酸
化処理工程を省略し、減圧雰囲気下でＮＨ_３ガスを供給しつつ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、
Ｏ_２ガスとを間隔を空けて順次供給するようにすればよい。

また例えば、ＯＮＯＮ構造の絶縁膜、すなわちＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜
／Ｓｉ_３Ｎ_４膜の積層構造を有する絶縁膜を基板上に形成するようにしてもよい。この場
合は、減圧雰囲気下で、ＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスの供給と、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガ
スの供給とを間隔を空けて交互に複数回繰り返すようにすればよい。具体的には、ＮＨ_３
ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスと、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、Ｏ_２ガスと、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガ
スとを間隔を空けて順次供給するようにすればよい。

また例えば、ＯＮＯＮＯ構造の絶縁膜、すなわちＳｉＯ_２膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２
膜／Ｓｉ_３Ｎ_４膜／ＳｉＯ_２膜の積層構造を有する絶縁膜を基板上に形成するようにして
もよい。この場合も、減圧雰囲気下で、ＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスの供給と、Ｓ
ｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給とを間隔を空けて交互に複数回繰り返すようにすればよい。具体
的には、ＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスと、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、Ｏ_２ガスと、Ｓ
ｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、Ｏ_２ガスとを間隔を空けて順次供給するようにすればよい。

いずれの場合も、減圧雰囲気下で、ＮＨ_３ガスを供給しつつ、Ｏ_２ガスの供給と、Ｓｉ
Ｈ_２Ｃｌ_２ガスの供給とを間隔を空けて交互に必要な回数だけ行うようにすればよい。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す概略断面図 本発明の実施形態に係るプロセスシーケンス（第１例）を示す図 本発明の実施形態に係るプロセスシーケンス（第２例）を示す図

符号の説明

１ ウェハ
２ ボート
３ 真空ポンプ
４ 反応室
５ 抵抗加熱ヒータ
６ａ 電磁バルブ
６ｂ 電磁バルブ
６ｃ 電磁バルブ
６ｄ 電磁バルブ
７ ＮＨ_３供給ライン
８ Ｏ_２供給ライン
９ ＳｉＨ_２Ｃｌ_２供給ライン
１０ Ｎ_２供給ライン
１２ａ マスフローコントローラ
１２ｂ マスフローコントローラ
１２ｃ マスフローコントローラ
１２ｄ マスフローコントローラ
２０ 反応炉
２１ 反応管
２３ 排気ライン
２４ コントローラ

Claims (6)

1. 基板を反応炉内に搬入する工程と、
   前記反応炉内で基板上に酸化膜と窒化膜の積層構造を有する絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜形成後の基板を前記反応炉より搬出する工程とを有し、
   前記絶縁膜形成工程では、前記反応炉内の圧力を大気圧よりも低い圧力とした状態で、前
   記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつつ、酸素原子を含むガスと、
   シラン系ガスとを間隔を空けて交互に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   
2. 前記絶縁膜形成工程では、前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつ
   つ、酸素原子を含むガスと、シラン系ガスと、酸素原子を含むガスとを間隔を空けて順次
   供給することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
   
3. 前記絶縁膜形成工程では、前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給しつ
   つ、酸素原子を含むガスの供給と、シラン系ガスの供給とを間隔を空けて交互に複数回繰
   り返すことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
   
4. 前記絶縁膜形成工程は、反応炉内温度または／および反応炉内圧力を一定に保持した状態
   で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
   
5. 前記水素原子および窒素原子を含むガスとはアンモニア（ＮＨ_３）ガスであり、前記酸素
   原子を含むガスとは、酸素（Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ
   ）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記シラン系ガスとは、
   モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス、ヘキサクロロジ
   シラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）ガスよりなる群から選
   択される少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
   方法。
   
6. 基板を処理する反応炉と、
   前記反応炉内に水素原子および窒素原子を含むガスを供給する第１のガス供給ラインと、
   前記反応炉内に酸素原子を含むガスを供給する第２のガス供給ラインと、
   前記反応炉内にシラン系ガスを供給する第３のガス供給ラインと、
   前記反応炉内を排気する排気ラインと、
   前記排気ラインに接続され前記反応炉内を真空引きする真空ポンプと、
   前記反応炉内の圧力を大気圧よりも低い圧力とした状態で、前記反応炉内に水素原子およ
   び窒素原子を含むガスを供給しつつ、酸素原子を含むガスと、シラン系ガスとを間隔を空
   けて交互に供給するように制御するコントローラと、
   を有することを特徴とする基板処理装置。

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