JP2010147139A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板配列領域における全領域で低ＷＥＲを確保するとともに、良好なＷＩＷを得る。
【解決手段】炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程では、処理容器内にシリコンを含むガスを供給して基板上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第１工程と、処理容器内に窒素を含むガスを熱で活性化して供給することで、シリコン膜を熱窒化して窒化シリコン膜に改質する第２工程と、処理容器内にシリコンを含むガスを供給して窒化シリコン膜上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第３工程と、処理容器内に炭素を含むガスを熱で活性化して供給することで、窒化シリコン膜上に形成された前記シリコン膜または窒化シリコン膜に炭素を添加する第４工程と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及び半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置に関する。

従来、減圧ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって、基板上に窒化膜を形成する事が行なわれ、様々な用途に利用されている。近年、形成される窒化膜の膜質改善が求められている。

減圧ＣＶＤ法によって、複数枚のシリコン基板上に窒化膜を形成する方法において、低温条件にて窒化膜を形成する時、成膜時にヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤ）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガスを同時に供給して窒化膜を形成し、窒化膜の膜質を改善する方法がある（特許文献１参照）。成膜ガスは例えば基板配列領域下方の反応炉下部から供給する。このとき上記窒化膜形成中に炭素（Ｃ）を含むガスを供給し、窒化膜にＣを添加することで窒化膜のウエットエッチングレート（Wet-Etching Rate:以下ＷＥＲ）の低下を図ることが行われている。また、上記窒化膜形成中に供給する炭素を含むガスの供給量の増大により、窒化膜に添加するＣの量を増大させ、ＷＥＲの低下を図ることが行われている。

特開２００５−２６８６９９号公報

従来の成膜手段では反応炉下部からのガス供給のためＣを含むガスの供給量の増大に伴い、反応炉下部（ガス流上流側）で十分な窒化膜形成ができない。そのため反応炉下部領域での膜質の面内均一性（Within-Wafer:以下ＷＩＷ）が著しく悪化する。この現象はＣを含むガスとしてプロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガスを用いる場合に限らず、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガスを用いる場合やＮ_２等の不活性ガスを用いる場合においても起こりうる。

本発明の目的は、基板配列領域における全領域で低ＷＥＲを確保するとともに、良好なＷＩＷも得る事ができる半導体ウエハ等の基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及び半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、処理容器内で基板上に炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程では、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して基板上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第１工程と、前記処理容器内に窒素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記シリコン膜を熱窒化して窒化シリコン膜に改質する第２工程と、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して前記窒化シリコン膜上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第３工程と、前記処理容器内に炭素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記窒化シリコン膜上に形成された前記シリコン膜または前記窒化シリコン膜に炭素を添加する第４工程と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、前記処理容器内に窒素を含むガスを供給する窒素含有ガス供給系と、前記処理容器内に炭素を含むガスを供給する炭素含有ガス供給系と、前記処理容器内を加熱するヒータと、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して基板上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成し、前記処理容器内に窒素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記シリコン膜を熱窒化して窒化シリコン膜に改質し、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して前記窒化シリコン膜上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成し、前記処理容器内に炭素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記窒化シリコン膜上に形成された前記シリコン膜または前記窒化シリコン膜に炭素を添加し、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うように前記シリコン含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、および前記ヒータを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が提供される。

本発明によれば、低ウエットエッチングレートで膜質の面内均一性が良好な窒化膜を形成することができる。

次に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の全体構成を示す図である。
基板処理装置１は、例えば半導体ウエハなどの基板を処理するいわゆる減圧ＣＶＤ装置である。図１に示すように、基板処理装置１は、カセット授受ユニット１００、カセット授受ユニット１００の背面側に設けられたカセットローダ１０１、カセットローダ１０１の背面側に設けられたカセットストッカ１０２、カセットストッカ１０２の上方に設けられたバッファカセットストッカ１０４、カセットストッカ１０２の背面側に設けられたウエハ移載機１０６、ウエハ移載機１０６の背面側に設けられ、ウエハ２００がセットされたボート１０８を搬送するボートエレベータ１１０、ボートエレベータ１１０の上方に設けられた処理炉２０２及び制御部２から構成される。

図２は、図１に示したボート１０８およびウエハ２００を収容した状態の処理炉２０２の概要を例示する縦断面図である。
図２に示されているように、処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０６を有する。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。

ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には、基板としてのウエハ２００上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、ウエハ２００をボート１０８によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。

アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５に係合しており、これらを支持するように設けられている。尚、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９により反応容器が形成される。

マニホールド２０９には、ガス導入部としてのノズル２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが処理室２０１内に連通するように接続されている。ノズル２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、薄膜を形成する処理ガスを処理室２０１内に供給する処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３０ｃがそれぞれ接続されている。処理ガス供給管２３２ａのノズル２３０ａとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａを介して第１処理ガス供給源としてのＨＣＤ（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス供給源２７１が接続されている。処理ガス供給管２３２ａのＭＦＣ２４１ａよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ａ、２６１ａが設けられている。処理ガス供給管２３２ｂのノズル２３０ｂとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｂを介して第２処理ガス供給源としてのＮＨ_３ガス供給源２７２が接続されている。処理ガス供給管２３２ｂのＭＦＣ２４１ｂよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｂ、２６１ｂが設けられている。処理ガス供給管２３２ｃのノズル２３０ｃとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｃを介して第３処理ガス供給源としてのＣ_３Ｈ_６ガス供給源２７３が接続されている。処理ガス供給管２３２ｃのＭＦＣ２４１ｃよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｃ、２６１ｃが設けられている。主に、処理ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ、バルブ２６２ａ，２６１ａ，２６２ｂ，２６１ｂ，２６２ｃ，２６１ｃ、ＨＣＤガス供給源２７１、ＮＨ_３ガス供給源２７２、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給源２７３により処理ガス供給系が構成される。

処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃのバルブ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃよりも下流側には、それぞれ不活性ガス供給管２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆが接続されている。
不活性ガス供給管２３２ｄの処理ガス供給管２３２ａとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｄを介して不活性ガス供給源としてのＮ_２ガス供給源２７４が接続されている。不活性ガス供給管２３２ｄのＭＦＣ２４１ｄよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｄ、２６１ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｅの処理ガス供給管２３２ｂとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｅを介してＮ_２ガス供給源２７４が接続されている。不活性ガス供給管２３２ｅのＭＦＣ２４１ｅよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｅ，２６１ｅが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｆの処理ガス供給管２３２ｃとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｆを介して不活性ガス供給源としてのＮ_２ガス供給源２７４が接続されている。不活性ガス供給管２３２ｆのＭＦＣ２４１ｆよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｆ、２６１ｆが設けられている。主に、不活性ガス供給管２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、バルブ２６２ｄ、２６１ｄ、２６２ｅ、２６１ｅ、２６２ｆ、２６１ｆ、Ｎ_２ガス供給源２７４により、不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給系には処理ガスやクリーニングガスを希釈する役割もあり、不活性ガス供給系は、処理ガス供給系やクリーニングガス供給系の一部をも構成する。また、不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。

処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃのバルブ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃよりも下流側であって、さらに不活性ガス供給管２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆとの接続部よりも下流側には、処理室２０１内をクリーニングするクリーニングガスを処理室２０１内に供給するクリーニングガス供給管２３２ｇ、２３２ｈ、２３２ｉがそれぞれ接続されている。
クリーニングガス供給管２３２ｇの処理ガス供給管２３２ａとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｇを介して、クリーニングガス供給源としてのＮＦ_３ガス供給源２７５が接続されている。クリーニングガス供給管２３２ｇのＭＦＣ２４１ｇよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｇ、２６１ｇが設けられている。クリーニングガス供給管２３２ｈの処理ガス供給管２３２ｂとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｈを介してＮＦ_３ガス供給源２７５が接続されている。クリーニングガス供給管２３２ｈのＭＦＣ２４１ｈよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｈ、２６１ｈが設けられている。クリーニングガス供給管２３２ｉの処理ガス供給管２３２ｃとの接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｉを介して、クリーニングガス供給源としてのＮＦ_３ガス供給源２７５が接続されている。クリーニングガス供給管２３２ｉのＭＦＣ２４１ｉよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｉ、２６１ｉが設けられている。クリーニングガス供給管２３２ｉのＭＦＣ２４１ｉよりも上流側、下流側にはそれぞれバルブ２６２ｉ、２６１ｉが設けられている。主にクリーニングガス供給管２３２ｇ、２３２ｈ、２３２ｉ、ＭＦＣ２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、バルブ２６２ｇ、２６１ｇ、２６２ｈ、２６１ｈ、２６２ｉ、２６１ｉ、ＮＦ_３ガス供給源２７５によりクリーニングガス供給系が構成される。

ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、バルブ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄ、２６１ｅ、２６１ｆ、２６１ｇ、２６１ｈ、２６１ｉ、２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ、２６２ｄ、２６２ｅ、２６２ｆ、２６２ｇ、２６２ｈ、２６２ｉには、ガス供給・流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部２３５は、後述する各ステップで処理室２０１内に供給するガスの種類が所望のガス種となるよう、また、供給するガスの流量が所望の流量となるよう、さらには、供給するガスの濃度が所望の濃度となるよう、ＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、バルブ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄ、２６１ｅ、２６１ｆ、２６１ｇ、２６１ｈ、２６１ｉ、２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ、２６２ｄ、２６２ｅ、２６２ｆ、２６２ｇ、２６２ｈ、２６２ｉを所望のタイミングにて制御するように構成されている。

マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２４５、および可変コンダクタンスバルブ、例えばＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ等の圧力調整装置２４２を介して、真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。真空排気装置２４６は、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるように、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２を所望のタイミングにて制御するように構成されている。主に、排気管２３１、圧力調整装置２４２、真空排気装置２４６、により排気系が構成される。

マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられる。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボートを回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート１０８に接続されており、ボート１０８を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９はプロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ１１０によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート１０８を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１０には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１０が所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

基板保持具としてのボート１０８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。尚、ボート１０８の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。

プロセスチューブ２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６と温度センサ２６３には、温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を所望のタイミングにて制御するように構成されている。

ガス供給・流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、及び温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス供給・流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、及び主制御部２３９は、コントローラ２４０として構成され、図１に示した制御部２内に配置されている。

次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＣＶＤ法により処理室２０１内でウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置１を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。

複数枚のウエハ２００がボート１０８に装填（ウエハチャージ）されると、図２に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート１０８は、ボートエレベータ１１０によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置２４２がフィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４によりボート１０８が回転されることでウエハ２００が回転される。

次いで、処理室２０１内の温度、圧力が所望の温度、圧力に維持された状態で、第１処理ガス供給源としてのＨＣＤガス供給源２７１、第２処理ガス供給源としてのＮＨ_３ガス供給源２７２、第３処理ガス供給源としてのＣ_３Ｈ_６ガス供給源２７３から、第１処理ガスとしてのＨＣＤガス、第２処理ガスとしてのＮＨ_３ガス、第３処理ガスとしてのＣ_３Ｈ_６ガスがそれぞれ処理室２０１内に供給される。すなわち、バルブ２６２ａ、２６１ａ、２６２ｂ、２６１ｂ、２６２ｃ、２６１ｃが開かれることでＨＣＤガス供給源２７１、ＮＨ_３ガス供給源２７２、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給源２７３からそれぞれ処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ内に供給されたＨＣＤガス、ＮＨ_３ガス、Ｃ_３Ｈ_６ガスは、それぞれＭＦＣ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃにて所望の流量となるように制御された後、処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃを通り、ノズル２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃから処理室２０１内に導入される。

このとき、同時に、不活性ガス供給源としてのＮ_２ガス供給源２７４から処理室２０１内にＮ_２ガスを供給し、処理ガス（ＨＣＤガス、ＮＨ_３ガス、Ｃ_３Ｈ_６ガス）を希釈するようにしてもよい。この場合、例えば、バルブ２６２ｄ、２６１ｄ、２６２ｅ、２６１ｅ、２６２ｆ、２６１ｆが開かれることでＮ_２ガス供給源２７４から不活性ガス供給管２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆ内にそれぞれ供給されたＮ_２ガスは、それぞれＭＦＣ２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｆにて所望の流量となるように制御された後、不活性ガス供給管２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆを通り、処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃを経由して、ノズル２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃから処理室２０１内に導入される。Ｎ_２ガスは、処理ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ内でＨＣＤガス、ＮＨ_３ガス、Ｃ_３Ｈ_６ガスのそれぞれと混合されることとなる。Ｎ_２ガスの供給流量を制御することで、処理ガスの濃度を制御することもできる。

処理室２０１内に導入された処理ガスは、処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気管２３１から排気される。処理ガスは、処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触する。この際、熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に薄膜、すなわち炭素（Ｃ）が添加された窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜が堆積（デポジション）される。

予め設定された処理時間が経過すると、処理ガスの供給が停止される。すなわち、バルブ２６２ａ、２６１ａ、２６２ｂ、２６１ｂ、２６２ｃ、２６１ｃが閉じられることで、ＨＣＤガス供給源２７１、ＮＨ_３ガス供給源２７２、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給源２７３からのＨＣＤガス、ＮＨ_３ガス、Ｃ_３Ｈ_６ガスの処理室２０１内への供給が停止される。その後、バルブ２６２ｄ、２６１ｄ、２６２ｅ、２６１ｅ、２６２ｆ、２６１ｆが開かれ、Ｎ_２ガス供給源２７４から処理室２０１内にＮ_２ガスが供給されつつ排気管２３１から排気されることで処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内がＮ_２ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。

その後、ボートエレベータ１１０によりシールキャップ２１９が下降されてマニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート１０８に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００はボート１０８より取出される（ウエハディスチャージ）。

尚、本実施形態の処理炉２０２にてウエハ２００を処理する際の処理条件としては、例えば、炭素が添加された窒化シリコン膜の成膜においては、
処理温度：５００〜８００℃、
処理圧力：１０〜５００Ｐａ、
ＨＣＤガス供給流量：１０〜５００ｓｃｃｍ、
ＮＨ_３ガス供給流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ
Ｃ_３Ｈ_６ガス供給流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ
が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２００に処理がなされる。

次に上記基板処理装置１を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として基板上に低温条件において低ＷＥＲのＨＣＤ窒化膜を形成する成膜方法について説明する。成膜ステップでのガス供給の方法について、図３に示す。

［実施例１］
図３（Ｂ）に示すように、成膜ステップ中のガス供給をＨＣＤガス供給ステップ、ＮＨ_３ガス供給ステップ、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給ステップで分けて、ＨＣＤガス供給ステップ、ＮＨ_３ガス供給ステップ、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給ステップの順で各ステップをそれぞれ所定時間、例えば１０秒間複数回繰り返して成膜を行う。すなわち、ＨＣＤガス供給ステップ、ＮＨ_３ガス供給ステップ、Ｃ_３Ｈ_６ガス供給ステップを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上、好ましくは複数回行うことで成膜を行う。その時のＷＥＲ、ＷＩＷを図３（Ａ）に示した比較例での成膜における結果と比較した（図４，５参照）。ただしＷＥＲ評価は１．０％ＨＦを用いて実施した。また各ステップの詳細については以下に示す。
なお、成膜工程以外の工程は、上記実施形態と同様である。

（ステップ１）
ＨＣＤガス供給ステップについて説明する。ガス供給管２３２ａのバルブ２６２ａ、バルブ２６１ａを開き、ガス供給管２３２ａにＨＣＤガス、不活性ガス供給管２３２ｄに不活性ガス（Ｎ_２）を流す。不活性ガスは、不活性ガス供給管２３２ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。ＨＣＤガスは、ガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整され、流量調整された不活性ガスと混合されて、ノズル２３０ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して処理室２０１内の圧力は上記範囲の圧力であって、例えば１３３Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＨＣＤガスの供給流量は上記の範囲の流量であって、例えば５０ｓｃｃｍとする。ＨＣＤにウエハ２００を適した時間、例えば１０秒間晒す。このときヒータ２０６の温度は、ＣＶＤ反応が生じる条件、すなわちウエハ２００の温度が上記範囲内の温度であって、例えば６００°Ｃになるよう設定する。ＨＣＤガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上に１原子層から数原子層のシリコン（Ｓｉ）膜を形成する。

（ステップ２）
ＮＨ_３ガス供給ステップについて説明する。１原子層から数原子層のＳｉ膜を成膜した後、ガス供給管２３２ａのバルブ２６２ａ，２６１ａを閉じ、ＨＣＤガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、ガス供給管２３２ｂのバルブ２６２ｂ、２６１ｂ、不活性ガス供給管２３２ｅのバルブ２６２ｅ、２６１ｅを開き、ガス供給管２３２ｂにＮＨ_３、不活性ガス供給管２３２ｅに不活性ガス（Ｎ_２）を流す。不活性ガスは、不活性ガス供給管２３２ｅから流れ、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整される。ＮＨ_３はガス供給管２３２ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整され、流量調整された不活性ガスと混合されて、ノズル２３０ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して処理室２０１内の圧力を上記範囲内の圧力、例えば２０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＮＨ_３の供給流量は上記範囲の流量であって、例えば３００ｓｃｃｍとする。なお、ＮＨ_３にウエハ２００を適した時間、例えば１０秒間晒す。このときのウエハの温度が、ステップ１のＨＣＤガスの供給時と同じく上記範囲内の温度であって、例えば６００°Ｃとなるようヒータ２０６の温度を設定する。ＮＨ_３を処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上に形成された１原子層から数原子層のシリコン（Ｓｉ）膜を熱で窒化する。これにより、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が形成される。

（ステップ３）
Ｃ_３Ｈ_６ガス供給ステップについて説明する。１原子層から数原子層のシリコン（Ｓｉ）膜を熱で窒化した後、ガス供給管２３２ｂのバルブ２６２ｂ、２６１ｂを閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４２は開いたままとし、ガス供給管２３２ｃのバルブ２６２ｃ、２６１ｃ、不活性ガス供給管２３２ｆのバルブ２６２ｆ、２６１ｆを開き、ガス供給管２３２ｃにＣ_３Ｈ_６ガス、不活性ガス供給管２３２ｆに不活性ガス（Ｎ_２）を流す。不活性ガスは、不活性ガス供給管２３２ｆから流れ、マスフローコントローラ２４１ｆにより流量調整される。Ｃ_３Ｈ_６ガスはガス供給管２３２ｃから流れ、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整され、流量調整された不活性ガスと混合されて、ノズル２３０ｃから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４２を適正に調整して処理室２０１内の圧力を上記範囲内の圧力、例えば２０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ｃで制御するＣ_３Ｈ_６の供給流量は上記範囲の流量であって、例えば２０００ｓｃｃｍとする。なお、Ｃ_３Ｈ_６にウエハ２００を適した時間、例えば１０秒間晒す。このときのウエハの温度が、ステップ１のＨＣＤガスの供給時と同じく上記範囲内の温度であって、例えば６００°Ｃとなるようヒータ２０６の温度を設定する。Ｃ_３Ｈ_６ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜へＣを添加する。これにより、低ＷＥＲのＳｉＮ膜が形成される。

［実施例２］
更に良好な膜質を得るため、図３（Ｃ）に示すように、図３（Ｂ）に示した１０秒間のＨＣＤガス供給ステップ（ステップ１）を、それぞれ５秒間のステップ１ａ、ステップ１ｂに２分割する。具体的には、（ステップ１ａ）、（ステップ２）、（ステップ１ｂ）、（ステップ３）の順で各ステップを複数回繰り返して成膜を実施する。つまり、（ステップ１ａ）、（ステップ２）、（ステップ１ｂ）、（ステップ３）の順で行う動作を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことで成膜を行う。好ましくはこのサイクルを複数回繰り返して成膜を実施する。

上記比較例、実施例１，２で成膜したウエハについて、膜質評価を実施した。その結果を図４、図５にそれぞれ示す。ただしＷＥＲ評価は１．０％ＨＦを用いて実施した。

図４に示すように、比較例においては、ＷＥＲ評価の結果は良好な値であったが、図５に示すようにＷＩＷの結果に関しては、処理炉２０２の下部領域では悪化した。この原因はガス供給が処理炉２０２下部のみであるため、ガス供給量の増大に伴い、処理炉２０２の下部において十分な窒化膜形成が行なわれなくなるためである。

これに対し、実施例１では、図４に示すようにＷＥＲは比較例に比べ大きくはなったが、処理炉２０２の上部から下部にかけて同程度のＷＥＲを持つＨＣＤ窒化膜を形成することができた。また、図５に示すようにＷＩＷについては処理炉２０２の上部および中部においては比較例と同程度であるものの処理炉２０２の下部においては比較例に比べ大幅に低減できた。すなわち、処理炉２０２の下部については、比較例に比べ大幅に均一性を向上させることができた。このように、個別にガス供給を実施することで、すなわち窒化膜の形成ステップ（ＨＣＤガス、ＮＨ_３ガス供給）とＣ添加ステップ（Ｃ_３Ｈ_６ガス供給）を分割することで、上記基板処理装置１で、処理炉２０２の上部から下部にかけて良好なＷＩＷの成膜が可能であることを確認できた。

また、実施例２では、図４に示すようにＷＥＲは比較例と同程度の低ＷＥＲの結果が得られた。また、図５に示すようにＷＩＷも実施例１と同様、良好な結果が得られた。

実施例２においては低ＷＥＲの窒化膜が得られたのに対し、実施例１においては高ＷＥＲの窒化膜が得られたのは、いったん窒化膜が形成されると、Ｃが添加されにくくなる事が原因として考えられる。すなわち、実施例１では、ガス供給のステップを（ステップ１）、（ステップ２）、（ステップ３）の順で行い、（ステップ２）においてＳｉＮ膜が形成された後に、（ステップ３）において、このＳｉＮ膜に対してＣを添加することとなる。これに対して実施例２では、ガス供給のステップを（ステップ１ａ）、（ステップ２）、（ステップ１ｂ）、（ステップ３）の順で行い、ＨＣＤガス供給のステップ（ステップ１）を（ステップ２）の前後に分割することにより、ＨＣＤガスとＣ_３Ｈ_６ガスが処理炉２０２内で混在する状態が作られ、ＳｉＮ膜が形成される前のＳｉ膜の状態でＣが効率的に添加できることとなるのである。

このように、本発明の一態様によれば、上述した半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、前記炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程は、前記処理容器内に複数枚の基板を配列した状態で行う。
また好ましくは、前記炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程は、前記処理容器内に複数枚の基板を配列した状態で行い、前記第１工程乃至第４工程の各工程では前記各ガスを、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域の一端側から供給して、その他端側に向けて流す。
また好ましくは、前記シリコンを含むガスがヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガスであり、前記窒素を含むガスがアンモニア（ＮＨ_３）ガスであり、前記炭素を含むガスがプロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガスまたはエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガスである。

また、本発明の他の態様によれば、上述した基板処理装置が提供される。
好ましくは、さらに前記処理容器内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、前記処理容器内を排気する排気系と、を有し、前記シリコン含有ガス供給系と、前記窒素含有ガス供給系と、前記炭素含有ガス供給系と、前記排気系は、前記各ガスを、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域の一端側から供給して、その他端側に向けて流すように構成される。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す図である。 図１に示したボートおよびウエハを収容した状態の処理炉の概要を例示する縦断面図である。 ガス供給の方法（順序）を示す模式図であって、（Ａ）は比較例を示し、（Ｂ）は実施例１を示し、（Ｃ）は実施例２を示す模式図である。 成膜ガスの供給方法（順序）の違いによるＷＥＲへの影響を示したグラフである。 成膜ガスの供給方法（順序）の違いによるＷＩＷへの影響を示したグラフである。

符号の説明

１・・・基板処理装置
２・・・制御部
２０２・・・処理炉
２０６・・・ヒータ
２３５・・・ガス供給・流量制御部
２３６・・・圧力制御部
２３７・・・駆動制御部
２３８・・・温度制御部
２３９・・・主制御部
２４０・・・コントローラ
２４１ａ〜２４１ｉ・・・ＭＦＣ（マスフローコントローラ）
２７１・・・ＨＣＤ（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス供給源
２７２・・・ＮＨ_３ガス供給源
２７３・・・Ｃ_３Ｈ_６ガス供給源
２７４・・・Ｎ_２ガス供給源
２７５・・・ＮＦ_３ガス供給源

Claims (2)

1. 処理容器内で基板上に炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
   前記炭素が添加された窒化シリコン膜を形成する工程では、
   前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して基板上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第１工程と、
   前記処理容器内に窒素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記シリコン膜を熱窒化して窒化シリコン膜に改質する第２工程と、
   前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して前記窒化シリコン膜上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成する第３工程と、
   前記処理容器内に炭素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記窒化シリコン膜上に形成された前記シリコン膜または前記窒化シリコン膜に炭素を添加する第４工程と、
   を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 基板を処理する処理容器と、
   前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
   前記処理容器内に窒素を含むガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
   前記処理容器内に炭素を含むガスを供給する炭素含有ガス供給系と、
   前記処理容器内を加熱するヒータと、
   前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して基板上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成し、前記処理容器内に窒素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記シリコン膜を熱窒化して窒化シリコン膜に改質し、前記処理容器内にシリコンを含むガスを供給して前記窒化シリコン膜上に１原子層から数原子層のシリコン膜を形成し、前記処理容器内に炭素を含むガスを熱で活性化して供給することで、前記窒化シリコン膜上に形成された前記シリコン膜または前記窒化シリコン膜に炭素を添加し、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うように前記シリコン含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、および前記ヒータを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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