JP2014022653A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転テーブルにより公転している基板に対して処理ガスを用いて薄膜を成膜するにあたって、基板の表面に凹部が形成されている場合であっても、当該凹部の深さ方向に亘って良質な薄膜を形成すること。
【解決手段】回転テーブル２を回転させながら、ウエハＷに対して処理ガスを供給して反応層３０１を形成するステップと、当該反応層３０１をプラズマにより改質するステップとを繰り返して薄膜を形成する。そして、この薄膜を形成した後、処理ガスの供給を停止すると共に、加熱ランプ１２０を用いてウエハＷを成膜温度よりも高い温度に加熱して薄膜の改質を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に薄膜を成膜する成膜装置及び成膜方法に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの薄膜を成膜する手法として、例えば特許文献１に記載の装置を用いたＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。この装置では、回転テーブル上に５枚のウエハを周方向に並べると共に、この回転テーブルの上方側に複数のガスノズルを配置している。そして、公転している各々のウエハに対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給して、反応生成物を積層している。また、ガスノズルに対して周方向に離間した位置にプラズマ改質を行う部材を設けて、ウエハ上に積層される各々の反応生成物に対してプラズマ改質処理を行うことにより、薄膜の緻密化を図っている。

しかしながら、このようなシリコン酸化膜が適用されるデバイスの種別によっては、プラズマ改質を行っても、要求されるスペックを満足する程度の緻密な薄膜が形成されない場合がある。具体的には、ウエハの表面に例えば数十から百を超える大きなアスペクト比を持つホールや溝（トレンチ）などの凹部が形成されている場合には、この凹部の深さ方向における改質の度合いがばらついてしまうおそれがある。即ち、このようにアスペクト比の大きな凹部が形成されていると、プラズマ（詳しくはアルゴンイオン）が凹部内に進入しにくくなる。また、真空容器内ではプラズマ改質処理と共に成膜処理を行っているので、当該真空容器内における処理圧力は、プラズマが良好に活性を維持できる真空雰囲気と比べて高圧となっている。そのため、凹部の内壁面にプラズマが接触した時に当該プラズマが失活しやすいので、このことからも凹部の深さ方向における改質の度合いがばらつきやすくなっている。

特許文献２には、このような成膜装置において各ノズルに対して回転テーブルの周方向に離間した位置に、アニール処理を行うための加熱ランプを設けた構成について記載されているが、薄膜の具体的な膜質については検討されていない。特許文献３には、成膜処理と共に改質処理を行う装置について記載されているが、既述の課題については記載されていない。

特開２０１１−４０５７４ 特開２０１０−２４５４４８ 特開平１０−７９３７７

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転テーブルにより公転している基板に対して処理ガスを用いて薄膜を成膜するにあたって、基板の表面に凹部が形成されている場合であっても、当該凹部の深さ方向に亘って良質な薄膜を形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

本発明の成膜装置は、
真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するために、処理領域にて基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
薄膜を形成する成膜温度に基板を加熱するための加熱部と、
前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられ、プラズマ発生用ガスをプラズマ化して生成したプラズマにより基板上の分子層あるいは原子層を改質するためのプラズマ処理部と、
前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように当該回転テーブルの上方側に設けられ、基板の吸収波長領域の光を当該基板に照射して、前記成膜温度よりも高い温度に基板を加熱して薄膜を改質するための加熱ランプと、
前記回転テーブルの回転により分子層あるいは原子層を形成するステップと分子層あるいは原子層に対してプラズマにより改質するステップとを繰り返した後、処理ガスの供給を停止し、前記加熱ランプにより基板を加熱するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記成膜装置は、以下のように構成しても良い。前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に設けられている構成。前記加熱ランプにより薄膜を改質する時における基板の温度は、処理ガスが熱分解する温度以上の温度である構成。前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられ、当該処理ガス供給部から供給される処理ガスと反応するガスを前記基板載置領域に供給するための別の処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給するための分離ガス供給部と、を備え、前記加熱ランプは、前記分離領域の上方側に設けられている構成。

本発明の成膜方法は、
基板に薄膜を成膜するための成膜方法において、
真空容器内に設けられた回転テーブル上の基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を載置すると共に、この基板載置領域を公転させる工程と、
薄膜を形成する温度に前記回転テーブル上の基板を加熱する工程と、
次いで、前記回転テーブル上の基板に対して処理ガス供給部から処理ガスを供給して、当該基板上に分子層あるいは原子層を形成するステップと、前記真空容器内にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、プラズマ処理部にてこのプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって基板上の分子層あるいは原子層の改質を行うステップとを繰り返して薄膜を成膜する工程と、
しかる後、前記成膜温度よりも高い温度に基板を加熱して、前記薄膜を改質する工程と、を含むことを特徴とする。

前記成膜方法は、以下のように構成しても良い。
前記薄膜を改質する工程は、基板に対して上方側から当該基板の吸収波長領域の光を照射するための加熱ランプを用いて行う工程であり、前記処理ガス供給部、前記プラズマ処理部及び前記加熱ランプは、平面で見た時に前記回転テーブルの周方向に互いに離間するように配置されており、前記薄膜を成膜する工程及び前記薄膜を改質する工程は、前記回転テーブルを回転させることにより行われ、前記薄膜を改質する工程は、処理ガスの供給を停止して行われる構成。前記基板を加熱する工程は、前記回転テーブルの下方側から当該回転テーブルを介して加熱する工程である構成。前記改質する工程は、処理ガスが熱分解する温度以上に基板を加熱する工程である構成。前記成膜する工程は、前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられた別の処理ガス供給部から、前記処理ガス供給部の処理ガスと反応するガスを供給して行われる工程であり、前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給する工程が行われ、前記改質する工程は、前記分離領域の上方側に設けられた前記加熱ランプにより行われる工程である構成。

本発明は、回転テーブルを回転させながら、基板に処理ガスを供給して分子層あるいは原子層を形成するステップと、前記分子層あるいは原子層をプラズマにより改質するステップとを繰り返して薄膜を形成している。そして、この薄膜を形成した後、処理ガスの供給を停止すると共に、薄膜形成時の温度よりも高い温度に基板を加熱して薄膜を改質している。そのため、基板の表面に凹部が形成されていても、当該凹部の深さ方向に亘って良質で膜質の揃った薄膜を形成できる。

本発明の成膜装置の一例を示す縦断面図である。 前記成膜装置を示す斜視図である。 前記成膜装置を示す横断平面図である。 前記成膜装置を示す横断平面図である。 前記成膜装置のプラズマ処理部を示す分解斜視図である。 前記成膜装置のプラズマ処理部や加熱ランプが収納される筐体を示す斜視図である。 前記加熱ランプを示す縦断面図である。 前記成膜装置を周方向に切断した様子を模式的に示す縦断面図である。 前記成膜装置の真空容器内に供給される各ガスの分布を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記作用のフローを示すフロー図である。 前記成膜装置の他の例におけるシーケンスを示す概略図である。 本発明において行った実験の結果を示す特性図である。 本発明において行った実験の結果を示す特性図である。

本発明の実施の形態の成膜装置の一例について、図１〜図９を参照して説明する。この装置は、図１〜図４に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、平面で見た時に当該真空容器１の中心に回転中心を有する石英などからなる回転テーブル２と、を備えており、シリコン（Ｓｉ）からなるウエハＷに対して薄膜の成膜処理を行うように構成されている。そして、この成膜装置は、後で詳述するように、ウエハＷの表面に例えば数十から百を超えるアスペクト比を持つ凹部が形成されていても、当該凹部の深さ方向に亘って緻密で且つ均質な薄膜を形成できるように構成されている。続いて、この成膜装置の各部について以下に説明する。

真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、窒素（Ｎ2）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。図１中１３は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリングである。また、図２中１０ａは、後述の搬送口１５を介して真空容器１内に搬入される搬送アーム１０ｂ上のウエハＷを検出するためのカメラユニットである。また、各図では記載を省略しているが、このカメラユニット１０ａに対して周方向に離間した位置における天板１１上には、当該天板１１に嵌め込まれた透明窓などを介して回転テーブル２上のウエハＷの温度を検出するための例えば放射温度計などからなる温度検出部が設けられている。

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部（回転機構）であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。

真空容器１の底面部１４の上方側には、図１に示すように、加熱部であるヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを成膜温度例えば３００℃〜６５０℃に加熱するように構成されている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａはこのヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。

回転テーブル２の表面部には、図３〜図４に示すように、ウエハＷを落とし込んで保持するために、円形の凹部２４が基板載置領域として設けられており、この凹部２４は、当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマ発生用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。

処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部をなし、プラズマ発生用ガスノズル３４はプラズマ発生用ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。尚、図３及び図４はノズル３４、４２が見えるように後述のプラズマ処理部８０、筐体９０及び加熱ランプ１２０を取り外した状態、図４はこれらプラズマ処理部８０、筐体９０及び加熱ランプ１２０を取り付けた状態を表している。

各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス例えばオゾン（Ｏ3）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガスの供給源（詳しくはオゾナイザーの設けられた酸素ガス供給源）に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、３４、４１、４２の例えば下面側には、ガス吐出孔３３が各々形成されており、このガス吐出孔３３は、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に配置されている。図３中３１ａは、第１の処理ガスノズル３１の上方側に設けられたノズルカバーであり、当該ノズル３１から吐出された処理ガスが回転テーブル２上のウエハＷの表面に沿って通流するように構成されている。

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域（成膜領域）Ｐ１及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。プラズマ発生用ガスノズル３４の下方側の領域は、ウエハＷに対してプラズマ改質処理を行うための改質領域Ｐ３となる。即ち、プラズマ発生用ガスノズル３４の上方側には、図１、図４及び図５に示すように、当該ノズル３４から供給されるガスをプラズマ化するために、金属線からなるアンテナ８３をコイル状に巻回して構成されたプラズマ処理部８０が設けられている。尚、図２では、プラズマ処理部８０については描画を省略している。

このアンテナ８３は、図４に示すように、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されており、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びる帯状の領域を囲むように概略８角形をなしている。また、このアンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されると共に、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。

即ち、プラズマ発生用ガスノズル３４の上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、例えば石英などからなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。図１中１１ａは、筐体９０と天板１１との間に設けられたシール部材であり、９１は、筐体９０の周縁部を下方側に向かって押圧するための押圧部材である。また図１中８６は、プラズマ処理部８０と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域への窒素ガスやオゾンガスなどの侵入を阻止するために、図１及び図６に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。

筐体９０とアンテナ８３との間には、図１、図４及び図５に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が配置されており、このファラデーシールド９５は、導電性の板状体である金属板により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド９５の底面には、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、スリット９７が形成されている。このスリット９７は、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように形成されており、アンテナ８３に沿うように周方向に亘って当該アンテナ８３の下方位置に設けられている。ファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁板９４が介在している。尚、図４ではスリット９７について省略している。

分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを各々形成するためのものである。これら分離ガスノズル４１、４２のうち、始めに分離ガスノズル４１について説明すると、当該分離ガスノズル４１の上方側における天板１１には、図３及び図４に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられている。そして、分離ガスノズル４１は、この凸状部４の下面において回転テーブル２の半径方向に沿うように形成された溝部４３内に収められている。従って、分離ガスノズル４１における回転テーブル２の周方向両側には、図８に示すように、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面４４が配置され、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面よりも高い天井面４５が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、下方側に向かって直角に屈曲している。尚、図８ではプラズマ処理部８０を簡略化して描画している。

続いて、分離ガスノズル４２について説明する。この分離ガスノズル４２の上方側には、既述のプラズマ処理部８０にて説明した筐体９０が設けられている。即ち、分離ガスノズル４２の上方側における天板１１は、平面で見た時に概略扇状に開口しており、筐体９０により気密に塞がれている。そして、この筐体９０についても、下面側における外縁部が周方向に亘って回転テーブル２に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。従って、分離ガスノズル４２から見ると、回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側と、中心部領域Ｃ側と、回転テーブル２の外縁側とには突起部９２が各々配置されている。そのため、この分離ガスノズル４２から分離ガスを吐出すると、筐体９０の下方側の領域が真空容器１内の他の領域よりも陽圧になり、回転テーブル２の回転方向上流側から第１の処理ガスが侵入すること、及び回転テーブル２の回転方向下流側から第２の処理ガスが侵入することが防止される。

分離ガスノズル４２から見て筐体９０の上方側には、ウエハＷに対して改質（熱アニール）処理を行うための加熱ランプ１２０が加熱機構として設けられている。この加熱ランプ１２０は、石英からなる部材（筐体９０及び回転テーブル２）を透過すると共にウエハＷが吸収する波長の光（例えば０．５μｍ〜３μｍの赤外線）を当該ウエハＷに照射して、既述の成膜温度よりも高いアニール温度例えば６５０℃〜９００℃にウエハＷを加熱するためのものであり、複数箇所に設けられている。即ち、回転テーブル２上においてウエハＷが公転しており、回転テーブル２の回転中心側と外縁側とではウエハＷの周速度が異なるので、回転テーブル２の半径方向においてウエハＷの加熱温度を揃えるために、加熱ランプ１２０の配置個数及びレイアウトを調整している。具体的には、加熱ランプ１２０は、回転テーブル２の回転方向に沿って円弧状に複数箇所に配置されると共に、この円弧状の並びが回転テーブル２の半径方向に互いに離間するように同心円状に複数周この例では５周に亘って並べられている。

ここで、前記円弧状の並びを「ランプ群」と呼ぶと共に、各々のランプ群について、図４に示すように、回転テーブル２の回転中心側から外周側に向かって夫々「１２１」、「１２２」、「１２３」、「１２４」及び「１２５」の符号を付すと、これらランプ群１２１〜１２５における各々の加熱ランプ１２０は、回転テーブル２の回転中心側から外周部側に向かって数量が増えるように配置されており、具体的には夫々２個、３個、４個、５個及び６個となっている。また、回転テーブル２の回転中心側のランプ群１２１は、回転テーブル２上のウエハＷにおける当該回転中心側の外縁の上方側に位置するように配置されている。回転テーブル２の外周側のランプ群１２５は、回転テーブル２上のウエハＷにおける当該外周側の外縁の上方側に位置するように配置されている。そして、ランプ群１２２〜１２４は、回転中心側のランプ群１２１と、外周側のランプ群１２５と、の間において回転テーブル２の半径方向に互いに等間隔となるように配置されている。

各々の加熱ランプ１２０について簡単に説明すると、これら加熱ランプ１２０は、図７に示すように、概略円筒状に上下方向に伸びるガラスなどの光透過材１３１の内部に輻射源をなす光源１３２が封入されてハロゲンランプとして各々構成されている。そして、光源１３２から上方側及び側方側に照射される赤外線を下方側に反射させるために、光透過材１３１の上方側及び側周面を覆うように、下方側が開口する概略円錐形状の反射部材１３３が設けられている。従って、光源１３２から輻射熱として照射される赤外線は、下方側に向かって集約されると共に、光透過材１３１、筐体９０を透過して、回転テーブル２上のウエハＷに吸収される。そして、回転テーブル２が既述のように石英により構成されていることから、加熱ランプ１２０は、ウエハＷのみを輻射熱により局所的に加熱することとなる。こうして分離ガスノズル４２の下方側の領域は、既述のように分離領域Ｄをなすと共に、回転テーブル２上のウエハＷに対してアニール処理を行う加熱領域Ｐ４をなしている。

図７中１３４は各々の加熱ランプ１２０に給電するための電源部であり、ウエハＷを面内に亘って均一な温度に加熱するために、給電量を例えば３００Ｗ以下の範囲にて各々のランプ群１２１〜１２５毎に調整できるように構成されている。また、図１中１３５は、下面側が開口する概略箱型の収納部材であり、各々の加熱ランプ１２０は、この収納部材１３５の内部において上端部が支持されて、赤外線の照射位置が各々の加熱ランプ１２０にて揃うように構成されている。尚、図１では、一部の反射部材１３３については縦断面を示しており、また図５では加熱ランプ１２０や当該加熱ランプ１２０の下方側の筐体９０について省略している。

図９は、以上説明した各ガスが供給される領域を模式的に示したものであり、第１の処理ガス及び第２の処理ガスが夫々供給される処理領域Ｐ１、Ｐ２間には各々分離ガスが供給される分離領域Ｄが介在している。そして、処理領域Ｐ２の下流側の分離領域Ｄと当該処理領域Ｐ２との間には、改質領域Ｐ３が位置すると共に、この分離領域Ｄに対して回転テーブル２の周方向に離間して配置された別の分離領域Ｄは、既述のように加熱領域Ｐ４をなしている。

回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、リング状のサイドリング１００が配置されており、このサイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。言い換えると、真空容器１の底面部１４に２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００に、排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、当該第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、プラズマ発生用ガスノズル３４と、当該プラズマ発生用ガスノズル３４よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。

第１の排気口６１は、第１の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、第２の処理ガス及び分離ガスに加えて、プラズマ発生用ガスを排気するためのものである。そして、２つの筐体９０、９０のうちプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側の筐体９０について、当該筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面に、この筐体９０を避けてガスを第２の排気口６２に通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

天板１１の下面における中央部には、図３などに示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。このラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって周方向に亘って垂直に伸びる第１の壁部１１１と、天板１１側から回転テーブル２に向かって周方向に亘って垂直に伸びる第２の壁部１１２と、を回転テーブル２の半径方向に交互に配置した構成を採っている。

真空容器１の側壁には、図２〜図４に示すように、外部の搬送アーム１０ｂと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。

また、この成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部２００が設けられており、この制御部２００のメモリ内には後述の成膜処理、改質処理及びアニール処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部２０１から制御部２００内にインストールされる。

次に、上述実施の形態の作用について、図１０〜図１４及び図１５のフローチャートに基づいて説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０ｂにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。各々のウエハＷの表面には、図１０に示すように、溝やホールなどからなる凹部１０が形成されており、この凹部１０のアスペクト比（凹部１０の深さ寸法÷凹部１０の幅寸法）は、例えば数十から百を超える大きさになっている。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。そして、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃程度に加熱する（ステップＳ１１）。

続いて、処理ガスノズル３１、３２から夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスを吐出すると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４からプラズマ発生用ガスを吐出する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からも窒素ガスを所定の流量で吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。

第１の処理領域Ｐ１では、図１１に示すように、ウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層３００が生成する（ステップＳ１２）。次いで、第２の処理領域Ｐ２において、図１２に示すように、ウエハＷ上の吸着層３００が酸化されて、薄膜成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物である反応層３０１が形成される（ステップＳ１３）。この反応層３０１には、例えば第１の処理ガスに含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が残る場合がある。

プラズマ処理部８０では、高周波電源８５から供給される高周波電力によって電界及び磁界が発生する。これら電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド９５により反射あるいは吸収（減衰）されて、真空容器１内への到達が阻害される。一方、磁界は、ファラデーシールド９５にスリット９７を形成しているので、このスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内の改質領域Ｐ３に到達する。

従って、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されたプラズマ発生用ガスは、図１３に示すように、磁界によって活性化されて、例えばイオン（アルゴンイオン：Ａｒ^＋）やラジカルなどのプラズマが生成する。既述のように、回転テーブル２の半径方向に伸びる帯状体領域を囲むようにアンテナ８３を配置していることから、このプラズマは、アンテナ８３の下方側において、回転テーブル２の半径方向に伸びるように概略ライン状となる。このプラズマにウエハＷが接触すると、反応層３０１の改質処理が行われることになる（ステップＳ１４）。具体的には、プラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、反応層３０１から水分や有機物などの不純物が放出されたり、反応層３０１内の元素の再配列が起こって当該反応層３０１の緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。

こうして回転テーブル２の回転によって以上説明した吸着層３００の成膜処理と、吸着層３００の酸化による反応層３０１の形成処理と、反応層３０１のプラズマ改質処理と、を多数回（ｎ回、ｎ：自然数）に亘って繰り返すと、反応層３０１がｎ層に亘って積層されて薄膜が形成される。即ち、既述の制御部２００では、吸着層３００の形成、反応層３０１の形成及びプラズマ改質処理を行った後、回転テーブル２が既にｎ回回転したか否か、言い換えると反応層３０１の積層数がｎ層に到達したか否かを判断している（ステップＳ１５）。反応層３０１がｎ層に達していない場合には、回転テーブル２の回転及び各ガスの供給や高周波電源８５への給電を継続する。

ここで、ウエハＷの表面には既述のように極めて大きなアスペクト比の凹部１０が形成されているので、当該凹部１０内にはプラズマが入り込みにくい。また、真空容器１内においてプラズマ改質処理と共に成膜処理を行っているので、この真空容器１内の処理圧力は、プラズマが良好に活性を保ちやすい圧力よりも高圧になっている。そのため、凹部１０の底面に向かってプラズマが侵入していく時に、例えば凹部１０の内壁面にプラズマが接触すると、このプラズマが失活してしまう。従って、図１３に示すように、凹部１０内では、底面に向かうにつれてプラズマ改質処理の度合いが小さくなるので、上方側から下方側に向かって膜厚が大きくなっていく膜厚勾配が形成される。言い換えると、ウエハＷの表面（互いに隣接する凹部１０、１０間における水平面）では良好にプラズマ改質処理が行われて緻密な薄膜が形成される一方、凹部１０の底面に向かうにつれて密度の低い（疎の）薄膜となる。そこで、凹部１０の深さ方向に亘って緻密な薄膜を形成するために、既述のステップＳ１５においてｎ層の反応層３０１が積層されていて薄膜の成膜が完成していると判断された場合には、以下のようにしてアニール処理による薄膜の改質処理を行う。

具体的には、各ガス（第１の処理ガス、第２の処理ガス、プラズマ発生用ガス、分離ガス）の供給を停止すると共に、高周波電源８５への給電を停止する（ステップＳ１６）。そして、真空容器１内からの各ガスの排気が終了した後、即ち真空容器１内の圧力を例えば１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）まで減圧した後、各加熱ランプ１２０に対して電源部１３４から各々給電する（加熱ランプ１２０をオンにする）と、これら加熱ランプ１２０から赤外線が下方側に向かって照射される。この赤外線は、既述のように筐体９０及び回転テーブル２を透過する一方、ウエハＷに吸収される。そのため、回転テーブル２によって公転している各々のウエハＷは、局所的に且つ急速に既述のアニール温度に加熱される。従って、回転テーブル２などの真空容器１内の他の部材は、昇温が抑制される。

こうして回転テーブル２が回転している間に各々のウエハＷが加熱ランプ１２０によって例えば５秒〜１２０秒の間に亘って加熱されると、ウエハＷの厚さ方向に亘って既述のアニール温度となるので、図１４に示すように、凹部１０の内部にて薄膜内に残っていた既述の水分などの不純物は、当該薄膜から除去されて、凹部１０の深さ方向に亘って均質で緻密な薄膜が得られる（ステップＳ１７）。従って、薄膜の膜厚についても、凹部１０の深さ方向に亘って均一になる。以上のアニール処理を行っている間、回転テーブル２とウエハＷとが接触してので、当該ウエハＷからの入熱によって回転テーブル２が昇温していく。しかしながら、回転テーブル２を赤外線に対して透明な石英により構成しているので、またアニール処理が既述のように短時間で終了するので、回転テーブル２の昇温量は極僅かである。尚、以上説明した図１１〜図１４において、凹部１０の寸法や各膜（吸着層３００、反応層３０１）の寸法について模式的に描画している。

また、以上の一連のプロセスを行っている間、サイドリング１００にガス流路１０１を形成しているので、各ガスは、このガス流路１０１の上方側の筐体９０を避けるように、当該ガス流路１０１を通って排気される。更に、各々の筐体９０の下端側周縁部に突起部９２を設けていることから、各筐体９０内への窒素ガスや各処理ガスの侵入が抑えられる。

更にまた、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に窒素ガスを供給しているので、第１の処理ガスと第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気される。また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。

上述の実施の形態によれば、回転テーブル２を回転させながら、反応層３０１を形成するステップと、この反応層３０１をプラズマにより改質するステップとを繰り返して薄膜を形成した後、各ガスの供給を停止すると共に、薄膜形成時の温度よりも高い温度にウエハＷを加熱して薄膜を改質している。そのため、ウエハＷの表面に既述のようにアスペクト比の大きな凹部１０が形成されていても、当該凹部１０の深さ方向に亘って均質で緻密な（良質な）薄膜を形成できる。

ここで、プラズマ改質処理と共にアニール処理を以上説明したシーケンスで行っている理由について詳述する。後述の実施例に示すように、例えば３００℃程度あるいは６５０℃程度の低温の成膜温度にてＡＬＤ法を用いてシリコン酸化膜からなる薄膜を成膜しただけだと、当該薄膜は、熱酸化膜（シリコン基板を加熱しながら酸化処理して得られた酸化膜）と比べて、フッ酸（フッ化水素水溶液）に対するエッチングレートが速い。従って、ＡＬＤ法により成膜したシリコン酸化膜は、熱酸化膜よりも膜密度が低いと言える。このような薄膜の膜密度を向上させる技術として、背景の項目で述べたように、プラズマ改質処理が知られている。そして、反応層３０１を形成する度に当該反応層３０１を改質することにより、即ち各処理領域Ｐ１、Ｐ２に対して周方向に離間した位置にプラズマ処理部８０を配置することにより、既述のように低温で成膜した薄膜であっても良好な膜密度が得られる。しかしながら、ウエハＷの表面に凹部１０が形成されていると、当該凹部１０の底面付近まではプラズマが到達しにくいので、凹部１０の深さ方向において膜密度がばらついてしまう。

一方、プラズマ改質処理と同様に薄膜の膜密度を向上させる技術として、成膜温度よりも高温においてウエハＷを加熱する手法であるアニール処理が知られている。このようなアニール処理であれば、ウエハＷの厚さ方向に亘って当該ウエハＷを加熱できるので、既述のように凹部１０が形成されていても、当該凹部１０の深さ方向に亘って均一に熱処理を行うことができる。しかしながら、後述の実施例に示すように、アニール処理だけでは十分な膜密度が得られない。

そこで、本発明では、既に詳述したように、回転テーブル２が回転する度にプラズマ改質処理を行うと共に、反応層３０１を多層に亘って積層して薄膜を形成した後、アニール処理を行っている。即ち、プラズマ改質処理については反応層３０１を形成する度に行う一方、アニール処理については薄膜の形成後に一括して行う手法を採っている。従って、アニール処理をプラズマ改質処理と組み合わせて行うにあたって、本発明の手法は、得られる薄膜の膜質において、また装置の耐熱構造上において、更にはスループットの観点からも、極めて有効な手法である。即ち、薄膜の膜質としては、後述の実施例から分かるように、反応層３０１を形成する度にアニール処理を行わなくても、薄膜の形成後に一括してアニール処理を行うだけで十分に良質な膜質が得られる。そのため、加熱ランプ１２０に対して常時通電せずに済むので、コスト面からも有利である。

また、装置の耐熱構造については、既述のように薄膜の形成後に一括してアニール処理を行うと共に、加熱ランプ１２０によってウエハＷを局所的に加熱しているので、アニール処理に要する時間（加熱ランプ１２０に通電している時間）が数十秒程度の短時間で済む。そのため、このような短時間のアニール処理では、真空容器１内の回転テーブル２などの部材は、ウエハＷと比べてほとんど昇温しない。従って、真空容器１と天板１１及び筐体９０とのシール構造や、回転テーブル２をコア部２１に固定する部位における耐熱構造などについて、成膜処理を行う成膜温度（例えば３００℃〜６５０℃）に耐えうる程度の耐熱構造で済む。即ち、装置について、アニール温度に耐える程度までの耐熱構造を取らなくても、言い換えるとアニール温度に耐えられない耐熱構造の装置であっても、アニール温度もの高温のアニール処理を行うことができる。

従って、装置メーカー側からすると、成膜処理やプラズマ改質だけを行う装置と、既述のようにこれら処理に加えてアニール処理を行う装置とにおいて、加熱ランプ１２０や天板１１（筐体９０）の構成以外の部材（ヒータユニット７の加熱機構など）については共用化できる。即ち、ＡＬＤ法を用いた成膜処理とプラズマ改質処理とを行う装置を構成しておけば、加熱ランプ１２０や筐体９０を設けるだけで高温のアニール処理を行うことができる。従って、装置の汎用性が高くなり、当該装置を製造するにあたってコストダウンを図ることができると言える。

このような装置を用いて成膜されるシリコン酸化膜の適用例について一例を挙げると、ウエハＷをエッチングするためのハードマスクとしてシリコン酸化膜を成膜する時には、当該シリコン酸化膜はその後除去されるので、緻密さについてそれ程要求レベルは高くない。従って、このような場合には、加熱ランプ１２０を設けない装置が用いられる。一方、例えば凹部内にその後埋め込まれる銅配線に対するバリア膜としてシリコン酸化膜を当該凹部の内壁面に沿って形成する時には、当該シリコン酸化膜は、デバイスの形成後も残るので、このシリコン酸化膜についてはできるだけ緻密であることが求められる。従って、この場合には、加熱ランプ１２０を備えた装置が用いられる。このように、シリコン酸化膜が適用されるデバイスに応じて、即ちシリコン酸化膜の緻密さについての要求レベルに応じて、適用される装置が選択される。

そして、一つの共通の真空容器１に各ノズル３１、３２、４１、４２及びプラズマ処理部８０に加えて加熱ランプ１２０を組み込むことにより、いわばin situ （イン・サイチュ）でアニール処理を行うことができる。そのため、例えば成膜処理及びプラズマ改質処理を行った後、別の熱処理装置にて熱処理を行う場合と比べて、真空容器１から前記別の熱処理装置へのウエハＷの搬送が不要になるので、ウエハＷの搬送に要する時間の分だけスループットの向上を図ることができる。

また、アニール処理を真空容器１内にて行うにあたって、アニール処理におけるウエハＷの加熱温度は、既述のように６５０℃〜９００℃と成膜時の温度よりも高い。更に、このアニール温度は、第１の処理ガスであるＢＴＢＡＳガスの熱分解温度（例えば５５０℃）や、第２の処理ガスであるオゾンの熱分解温度（例えば６００℃）よりも高い。そして、加熱ランプ１２０にてアニール温度に加熱されたウエハＷは、後段側の第１の処理領域Ｐ１や第２の処理領域Ｐ２に到達しても、回転テーブル２が高速で回転しているので、それ程降温していない。そのため、各ガスを供給しながらアニール処理を行おうとすると、このような高温のウエハＷに各処理ガスが接触した時、各ガスが熱分解して、第１の処理ガスの吸着や、吸着層３００の酸化が良好に行われなくなってしまう。そこで、本発明では、アニール処理を行うにあたって、各ガスの供給を停止すると共に、真空容器１内からこれらガスを排気した上で、アニール処理を行っている。従って、各処理ガスの熱分解を抑制しながら、良好にアニール処理を行うことができる。また、アニール処理でも熱分解しない第２の処理ガスとして例えば酸素プラズマを得るためには、高周波電源などの付帯設備が必要になるが、この第２の処理ガスとしてオゾンガスを用いることにより、このような付帯設備更には当該付帯設備を駆動させる電力が不要になる。

そして、加熱ランプ１２０について、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための分離領域Ｄの上方側に配置して、いわばこの分離領域Ｄとアニール処理を行うための加熱領域Ｐ４とを兼用させている。そのため、天板１１上にはプラズマ処理部８０、カメラユニット１０ａ及びウエハＷの温度検出部が周方向に配置されていて、真空容器１内には各ガスノズル３１、３２、３４、４１、４２が周方向に配置されている、空きスペースのほとんどない既述の装置であっても、当該装置の大型化を抑えながらアニール処理を行うことができる。
加熱ランプ１２０については、分離ガスノズル４１の上方側などに設けても良い。

以上の例では、ｎ層の反応層３０１を積層して薄膜を形成した後アニール処理を行ったが、薄膜の形成後におけるアニール処理に加えて、この薄膜の成膜途中においてアニール処理を行っても良い。具体的には、図１６に示すように、既述の例と同様にしてｍ層（ｍ：ｎよりも小さく且つ１以上の自然数）の反応層３０１を形成すると共に各々の反応層３０１のプラズマ改質処理を行った（ステップＳ２１）後、各ガスの供給及び高周波電源８５への給電を停止する（ステップＳ２２）。次いで、加熱ランプ１２０を用いて、ｍ層の反応層３０１のアニール処理を行う（ステップＳ２３）。続いて、反応層３０１の積層数がｎ層に到達していない場合（ステップＳ２４）には、第１の処理ガス、第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスについては供給を停止したまま、例えば分離ガスを真空容器１内に供給して、ヒータユニット７による成膜温度となるまでウエハＷを冷却する（ステップＳ２５）。そして、再度プラズマ改質処理を行いながらｍ層の反応層３０１を積層した後、同様に各ガスを停止してアニール処理を行う。こうして反応層３０１の積層、アニール処理及びウエハＷの冷却を繰り返すことにより、既述の例と同様にｎ層の反応層３０１が積層される。このようなシーケンスにおいても、既述の例と同様の効果が得られる。図１６において、ステップＳ２１〜Ｓ２３からなるシーケンスを複数回に亘って繰り返すにあたり、ステップＳ２１における反応層３０１の積層数ｍとしては、あるシーケンスと他のシーケンスとで互いに異なる値にしても良い。また、前記積層数ｍについて、１回でも良く、即ち反応層３０１を形成する度にアニール処理を行っても良い。尚、図１６におけるステップＳ２１は、既述の図１５におけるステップＳ１１〜Ｓ１５に相当する。

以上の各例において、アニール処理を行う時間（加熱ランプ１２０に通電する時間）は、短すぎるとウエハＷの熱処理が不十分になり、長すぎるとウエハＷからの入熱により回転テーブル２が昇温しすぎてしまい、装置の耐熱構造にダメージを与えるおそれがあることから、５秒〜１２０秒であることが好ましい。更に、加熱ランプ１２０に給電する時、各ガスの供給を停止して真空容器１内を真空排気したが、アニール処理を行う時点における真空容器１内の真空度は、高すぎると真空容器１内にまだ処理ガスが残留しているおそれがあり、一方低すぎるとスループットの低下に繋がってしまうことから、１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）程度であることが好ましい。尚、アニール処理を行う前に、真空容器１内の真空排気と当該真空容器１内への分離ガスの供給とを行って雰囲気の置換を行って、前記真空度以上の圧力においてアニール処理を行っても良い。

更に、プラズマ改質処理について、複数層例えば１０〜１００層の反応層３０１を形成する度に行っても良い。具体的には、成膜開始時には高周波電源８５への給電を停止しておき、回転テーブル２を反応層３０１の積層数分だけ回転させた後、ノズル３１、３２へのガスの供給を停止すると共に、高周波電源８５に対して給電してプラズマ改質を行う。その後、再度反応層３０１の積層とプラズマ改質とを繰り返す。また、本発明は、既述の凹部１０が形成されているウエハＷだけでなく、このような凹部１０が形成されていない平坦なウエハＷに対して適用しても良い。

更にまた、以上述べた各例では、プラズマ処理部８０としてアンテナ８３を巻回して誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）を発生させたが、容量結合型のプラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を発生させるようにしても良い。この場合には、プラズマ発生用ガスノズル３４に対して回転テーブル２の回転方向下流側に、図示しない一対の電極を平行電極として配置する。そして、これら電極間においてプラズマ発生用ガスをプラズマ化する。

また、真空容器１内にて成膜処理及びプラズマ改質処理に加えてアニール処理についても行ったが、アニール処理については別の熱処理装置（加熱機構）にて行っても良い。具体的には、多数枚例えば１００枚程度のウエハＷを棚状に保持するウエハボートと、このウエハボートを下方側から気密に収納する反応管とを備えた縦型熱処理装置を用いて、成膜処理及びプラズマ改質処理が終了した処理済みのウエハＷを一括してアニールするようにしても良い。

以上説明したシリコン酸化膜を成膜するにあたって用いる第１の処理ガスとしては、以下の表１の化合物を用いても良い。尚、以下の各表において、「原料Ａエリア」とは、第１の処理領域Ｐ１を示しており、「原料Ｂエリア」とは、第２の処理領域Ｐ２を示している。また、以下の各ガスは一例であり、既に説明したガスについても併せて記載している。

（表１）

第１の処理ガスとして３ＤＭＡＳあるいは４ＤＭＡＳを用いると、この第１の処理ガスの熱分解温度は、ＢＴＢＡＳの熱分解温度よりも高くなり、またアニール温度よりも高くなる。
また、表１の第１の処理ガスを酸化するための第２の処理ガスとしては、表２の化合物を用いても良い。

（表２）
尚、この表２における「プラズマ＋Ｏ2」や「プラズマ＋Ｏ3」とは、例えば第２の処理ガスノズル３２の上方側にプラズマ処理部８０を設けて、あるいは既述の平行電極を用いて、これら酸素ガスやオゾンガスをプラズマ化して用いることを意味している。第２の処理ガスとして酸素ガスのプラズマを用いた場合には、当該第２の処理ガスの熱分解温度は、既述のオゾンガスの熱分解温度よりも高くなり、アニール温度以上となる。

また、既述の表１の化合物を第１の処理ガスとして用いると共に、表３の化合物からなるガスを第２の処理ガスとして用いて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成しても良い。
（表３）

尚、この表３における「プラズマ」についても、表２と同様に「プラズマ」の用語に続く各ガスをプラズマ化して用いることを意味している。

更に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして表４の化合物からなるガスを各々用いて、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を成膜しても良い。
（表４）

更にまた、上に挙げた表４の第１の処理ガスを用いて、シリコン膜（Ｓｉ膜）を成膜しても良い。即ち、この場合には第２の処理ガスノズル３２が設けられておらず、回転テーブル２上のウエハＷは、第１の処理領域（成膜領域）Ｐ１と改質領域Ｐ３とを分離領域Ｄを介して交互に通過することになる。そして、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層３００が形成されると、回転テーブル２によって回転する間に、ヒータユニット７の熱によってウエハＷの表面にて吸着層３００が熱分解を起こして水素や塩素などの不純物が脱離していく。従って、吸着層３００の熱分解反応によって反応層３０１が形成されていく。

しかしながら、回転テーブル２が鉛直軸周りに回転していることから、回転テーブル２上のウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過した後、改質領域Ｐ３に至るまでの時間、即ち吸着層３００から不純物を排出するための時間は極めて短い。そのため、改質領域Ｐ３に到達する直前のウエハＷの反応層３０１には、依然として不純物が含まれている。そこで、改質領域Ｐ３において例えばアルゴンガスのプラズマをウエハＷに供給することにより、反応層３０１から不純物が除去されて、良好な膜質の反応層３０１が得られる。こうして領域Ｐ１、Ｐ３を交互に通過させることにより、反応層３０１が多層積層されてシリコン膜が成膜される。その後、処理ガスの供給を停止してアニール処理を行うことにより、凹部１０の深さ方向に亘って均一で良質な薄膜が得られる。従って、本発明において「プラズマ改質処理」とは、反応層３０１から不純物を除去して当該反応層３０１の改質を行う処理の他に、吸着層３００を反応（熱分解反応）させるための処理も含まれる。
シリコン膜のプラズマ処理に用いるプラズマ発生用ガスとしては、ウエハＷに対してイオンのエネルギーを与えるプラズマを発生させるガスが用いられ、具体的には既述のアルゴンガスの他に、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの希ガスあるいは水素ガスなどが用いられる。

また、シリコン膜を形成する場合には、第２の処理ガスとして表５のドープ材を用いて、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）を当該シリコン膜にドープしても良い。
（表５）

また、以下の表６に示す化合物からなるガスを第１の処理ガスとして用いると共に、既述の第２の処理ガスを用いることにより、金属酸化膜、金属窒化膜、金属炭化膜あるいはＨｉｇｈ−ｋ膜（高誘電率膜）を形成しても良い。
（表６）

また、プラズマ改質用ガスあるいは当該プラズマ改質用ガスと共に用いるプラズマイオン注入ガスとしては、以下の表７の化合物からなるガスのプラズマを用いても良い。
（表７）

尚、この表７において、酸素元素（Ｏ）を含むプラズマ、窒素元素（Ｎ）を含むプラズマ及び炭素元素（Ｃ）を含むプラズマについては、酸化膜、窒化膜及び炭化膜を成膜するプロセスだけに夫々用いても良い。
以上述べた各種の薄膜を成膜する時においても、薄膜の形成後にアニール処理を行っても良いし、薄膜の成膜途中あるいは反応層３０１を形成する度にアニール処理を行っても良い。また、アニール処理を行う時、各ガスの供給及び高周波電源８５への給電を停止したが、分離ガス及びプラズマ発生用ガスの供給、更には高周波電源８５への給電（プラズマ発生用ガスのプラズマ化）については、アニール処理に特に悪影響を及ぼさないことから、当該アニール処理を行っている時に前記供給や給電を行っても良い。

続いて、本発明について行った実施例について説明する。
（実験例１）
始めに、成膜温度が６００℃におけるＡＬＤ法にてシリコン酸化膜からなる薄膜を成膜した時（プラズマ改質処理及びアニール処理なし）と、この薄膜に対してプラズマ改質処理やアニール処理を行った時とについて、薄膜の膜質を評価した実験について説明する。図１７は、以下の表８の各条件にて成膜や後処理を各々行った薄膜について、フッ酸に対するウエットエッチングレートを測定した結果を示しており、参考例である熱酸化膜におけるウエットエッチングレートを１として規格化している。尚、この実験は、凹部の形成されていないシリコンウエハに対して薄膜を成膜しており、成膜処理及びプラズマ改質処理については、既述の真空容器１内にて各々行い、アニール処理は薄膜の成膜後、真空容器１から取り出して別の熱処理装置にて行っている。
（表８）

その結果、実験例１−１、１−４、１−５、１−６では、後処理としてプラズマ改質処理及びアニール処理のいずれも施さない場合と比べて、アニール処理を行うことによって薄膜が緻密化しており、アニール温度が高くなる程緻密化が進行していることが分かった。しかしながら、８５０℃もの高温のアニール処理を行っても、薄膜の緻密さは熱酸化膜と比べて２．５倍程度も低い（悪い）値となっていた。

一方、実験例１−１、１−２、１−３の結果を比べると、プラズマ改質処理を行うことによって緻密な薄膜が得られることが分かった。そして、実験例１−１、１−７、１−８から分かるように、プラズマ改質処理に加えてアニール処理を行うことにより、熱酸化膜に極めて近い膜特性が得られていた。しかしながら、アニール処理によって緻密化が進行する程度は、実験例１−１、１−６の差異と、実験例１−２（１−３）、１−７（１−８）の差異との比較から、アニール処理に先立ってプラズマ改質処理を行った時には、プラズマ改質処理を行わずにアニール処理を行った場合よりも小さくなっていた。そのため、この実験例１の結果からすると、凹部が形成されていない場合には、プラズマ改質処理に続いてアニール処理を行っても、当該アニール処理による緻密化の効果は小さいと言える。

（実験例２）
そこで、凹部の形成されたウエハについて、実験例１と同様に薄膜を形成し、次いで後処理としてプラズマ改質処理やアニール処理を行った時に、この後処理によって凹部の深さ方向における膜質（フッ酸に対するウエットエッチングレート）がどのような傾向になるのか実験を行った。このウエットエッチングレートは、フッ酸に各々のウエハを浸漬した後、ウエハを板厚方向に切断して、互いに隣接する凹部間におけるウエハの表面（水平面）、凹部内の側面、凹部の底面付近における側面について夫々測定した。この実験では凹部の深さ寸法は、１．７μｍであり、「凹部内」及び「凹部の底面付近」とは、夫々ウエハの表面から１５０ｎｍ及び１．７μｍの部位である。この凹部の開口径は、０．１μｍである。実験例２における結果について、表９及び図１８に示す。尚、実験例２においても、ウエットエッチングレートは熱酸化膜について得られた結果を１として規格化している。また、実験例２についても、アニール処理は真空容器１とは別の熱処理装置にて行っている。
（表９）

これら表９及び図１８において、「ＲＦ０」（プラズマ改質処理なし）の結果では、アニール温度が７５０℃、８００℃及び８５０℃のいずれの条件においても、凹部の深さ方向に亘っておよそ均一な膜質となっていた。しかしながら、既述の実験例１で説明したように、アニール温度だけではそれ程良好な膜質は得られなかった。

一方、「ＲＦ５０００」（プラズマ改質処理あり、高周波電源８５への給電が５０００Ｗ）の場合には、アニール処理を行わない時には、ウエハの表面から凹部の底面に向かう程、膜質が悪化していた。しかし、プラズマ改質処理と共にアニール処理を行うことにより、凹部の深さ方向に亘って緻密で且つ均質な薄膜が得られており、この時のウエットエッチングレートは、熱酸化膜における値とほぼ同じ値となっていた。従って、プラズマ改質処理に続いてアニール処理を行うことにより、ウエハの表面に凹部が形成されていても、プラズマ改質処理及びアニール処理のいずれか一方だけを行う場合と比べて良好な膜質の薄膜が得られることが分かった。

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｐ３ 改質領域
Ｐ４ 加熱領域
１０ 凹部
８０ プラズマ処理部
１２０ 加熱ランプ

Claims (9)

1. 真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜装置において、
   基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
   前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するために、処理領域にて基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   薄膜を形成する成膜温度に基板を加熱するための加熱部と、
   前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられ、プラズマ発生用ガスをプラズマ化して生成したプラズマにより基板上の分子層あるいは原子層を改質するためのプラズマ処理部と、
   前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように当該回転テーブルの上方側に設けられ、基板の吸収波長領域の光を当該基板に照射して、前記成膜温度よりも高い温度に基板を加熱して薄膜を改質するための加熱ランプと、
   前記回転テーブルの回転により分子層あるいは原子層を形成するステップと分子層あるいは原子層に対してプラズマにより改質するステップとを繰り返した後、処理ガスの供給を停止し、前記加熱ランプにより基板を加熱するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記加熱ランプにより薄膜を改質する時における基板の温度は、処理ガスが熱分解する温度以上の温度であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられ、当該処理ガス供給部から供給される処理ガスと反応するガスを前記基板載置領域に供給するための別の処理ガス供給部と、
   前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給するための分離ガス供給部と、を備え、
   前記加熱ランプは、前記分離領域の上方側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
5. 基板に薄膜を成膜するための成膜方法において、
   真空容器内に設けられた回転テーブル上の基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を載置すると共に、この基板載置領域を公転させる工程と、
   薄膜を形成する温度に前記回転テーブル上の基板を加熱する工程と、
   次いで、前記回転テーブル上の基板に対して処理ガス供給部から処理ガスを供給して、当該基板上に分子層あるいは原子層を形成するステップと、前記真空容器内にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、プラズマ処理部にてこのプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって基板上の分子層あるいは原子層の改質を行うステップとを繰り返して薄膜を成膜する工程と、
   しかる後、前記成膜温度よりも高い温度に基板を加熱して、前記薄膜を改質する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
6. 前記薄膜を改質する工程は、基板に対して上方側から当該基板の吸収波長領域の光を照射するための加熱ランプを用いて行う工程であり、
   前記処理ガス供給部、前記プラズマ処理部及び前記加熱ランプは、平面で見た時に前記回転テーブルの周方向に互いに離間するように配置されており、
   前記薄膜を成膜する工程及び前記薄膜を改質する工程は、前記回転テーブルを回転させることにより行われ、
   前記薄膜を改質する工程は、処理ガスの供給を停止して行われることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記基板を加熱する工程は、前記回転テーブルの下方側から当該回転テーブルを介して加熱する工程であることを特徴とする請求項５または６に記載の成膜方法。
8. 前記改質する工程は、処理ガスが熱分解する温度以上に基板を加熱する工程であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一つに記載の成膜方法。
9. 前記成膜する工程は、前記処理ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられた別の処理ガス供給部から、前記処理ガス供給部の処理ガスと反応するガスを供給して行われる工程であり、
   前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給する工程が行われ、
   前記改質する工程は、前記分離領域の上方側に設けられた前記加熱ランプにより行われる工程であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一つに記載の成膜方法。

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