JP2014090188A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を得ることのできる基板処理装置を提供する、あるいは、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を形成することのできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】処理室内に基板を搬入する工程と、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し、基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給し、ホウ素膜形成工程で形成したホウ素膜を窒化する窒化処理工程とを有し、ホウ素膜形成工程と窒化処理工程とから構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成する半導体装置の製造方法。
【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基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面に、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を形成する成膜装置、及び該成膜装置を用いて基板に窒化ホウ素膜を形成する工程を有するＩＣ等の半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体デバイスにおける絶縁膜の成膜工程において、トランジスタのゲート周り、配線構造、あるいは配線構造周辺に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）等が用いられている。特許文献１には、トランジスタのゲート絶縁膜として、シリコン窒化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成する技術が開示されている。

特開平０７−１０６５９７

従来のシリコン窒化膜やシリコン炭窒化膜では、誘電率が４〜７であり、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い絶縁膜を得ることが困難であるといった課題があった。誘電率が高いと、半導体デバイスのスケールが小さくなるにつれて、その誘電率に起因する寄生容量が増大し、信号遅延やリーク電流等の影響が顕著となり、デバイス性能を十分に発揮するのが困難となる。
本発明の目的は、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を得ることのできる基板処理装置を提供すること、及び高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を形成することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
処理室内に基板を搬入する工程と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し、基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給し、ホウ素膜を窒化する窒化処理工程と、を有し、
ホウ素膜形成工程と窒化処理工程とから構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成する半導体装置の製造方法。
また、本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を処理する処理室と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
第１のガス供給系から、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し基板上にホウ素膜を形成し、第２のガス供給系から、処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給してホウ素膜を窒化処理するよう制御するとともに、ホウ素膜の形成処理と窒化処理とで構成される一連の処理を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。

上記の半導体装置の製造方法によれば、高いエッチング耐性を有し、誘電率の低い窒化ホウ素膜を形成することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の熱処理炉の垂直断面図である。 本発明の第１実施例に係るガス供給工程を示す図である。 本発明の第１実施例に係るガス供給工程を時系列に示す図である。 本発明の第１実施例に係る、基板上に形成した膜構造を示す図である。 本発明の第２実施例に係るガス供給工程を示す図である。 本発明の第２実施例に係るガス供給工程を時系列に示す図である。 本発明の第２実施例に係る、基板上に形成した膜構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置としてのバッチ式縦型熱処理装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るバッチ式縦型熱処理装置の処理炉の垂直断面図である。
［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に説明する。図１に示すように、基板処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う。もちろん、カセットの代わりにポッド（ＦＯＵＰ）を用いてもよい。ポッドは、基板を収納する内部に窒素等の不活性ガスを充填可能とした基板収納容器である。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部に流通させる。

筐体１０１の後部上方には、処理炉１５が設けられている。処理炉１５の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウエハ１６を搭載したボート１３を、処理炉１５の内と外の間で昇降させる。ボート１３は、ウエハ１６を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉１５の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ１４が取り付けられている。シールキャップ１４は、ボート１３を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウエハ１６を搬送するウエハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉１５の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート１３が処理炉１５の外にあるときに、処理炉１５の下端を閉塞することができる。

ウエハ１６が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート１３に対してウエハ１６が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート１３に、ウエハ１６を移載する。

ボート１３に所定枚数のウエハ１６が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート１３が処理炉１５内に挿入され、シールキャップ１４により、処理炉１５が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉１５内では、ウエハ１６が加熱されると共に、ガスが処理炉１５内に供給され、ウエハ１６に加熱等の処理がなされる。
ウエハ１６の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウエハ１６は、ウエハ移載機１１２により、ボート１３から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート１３が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉１５の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉１５内に巻き込まれるのを防止している。

［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、処理炉１５を備えており、処理炉１５は、例えば円筒形状で石英製の反応管２１、及び例えば円筒形状で金属製のインレットフランジ２２を備えている。反応管２１は、基板（本例ではウェハ１６）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２１は、例えば円筒形状の加熱部（本例では抵抗ヒータ２５）の内側に、同心円状に設けられている。反応管２１は、その上端が閉塞している。反応管２１の下端は、インレットフランジ２２の上端に接しており、インレットフランジ２２の下端開口は、シールキャップ１４により、図示しない気密部材（Ｏリング等）を介して気密に閉塞される。

図２に示すように、反応管２１は、処理室２０１とバッファ室２０２を有している。処理室２０１には、第１のガスを処理室２０１内に導入するための多孔ノズル２０３が設けられている。多孔ノズル２０３は、反応管２１の管壁に沿って垂直方向に立設されており、ガスを流出する多数の開口を有している。処理室２０１には、ボート１３が搬入される。バッファ室２０２には、その下部に、反応管２１を貫通して、２本のガスノズル２０５と２０６が設けられている。また、バッファ室２０２には、処理室２０１の方向に、丸穴またはスリット２１２が複数設けられている。バッファ室２０２内には、プラズマ発生部としての、ニッケルなどの金属材料から成るアンテナ電極２０７が設けられている。アンテナ電極２０７は、絶縁性の高い石英などから成るアンテナ絶縁カバー２０８により覆われている。アンテナ電極２０７は、形状を自由に変えることのできるワイヤーやメッシュ構造が好ましく、例えばＵ字形状を有し、その両端に整合器５１を介して電源５２に接続されている。アンテナ電極２０７に、１〜５０ＭＨｚ、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給することで、後述するように、バッファ室２０２内にプラズマを生成することができる。このプラズマは、ガスの配列イオン、結合性イオン、解離性イオン、ペニングイオン、電離した原子や分子、電子励起した原子や分子で構成されるラジカルと、多原子で構成されたガス分子から解離した原子や分子と、自由電子とで構成され、電気的に中性である状態をいう。後述する窒化処理は、窒素含有ガスのラジカルや自由電子を用いて処理する。

ヒータ２５、反応管２１、インレットフランジ２２およびシールキャップ１４等により、処理炉１５が構成されている。また、反応管２１、インレットフランジ２２及びシールキャップ１４により、処理室２０１が形成されている。シールキャップ１４の上には、基板保持部材（ボート１３）が立設されている。ボート１３は、処理炉１５内に、処理炉１５の下端開口から挿入される。ボート１３には、バッチ処理される複数のウエハ１６が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２５は、処理炉１５に挿入されたウエハ１６を、所定の温度に加熱する。

シールキャップ１４は、インレットフランジ２２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１４は、例えばステンレス等の金属からなり、円板状に形成されている。シールキャップ１４の上面には、反応管２１の下端と当接するシール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。

シールキャップ１４の下側には、ボート１３を回転させるボート回転機構１９が設置されている。ボート回転機構１９の回転軸１８は、シールキャップ１４を貫通し、ボート１３に接続されており、ボート１３を回転させることでウエハ１６を回転させるように構成されている。シールキャップ１４は、反応管２１の外部に垂直に設備された昇降設備としてのボートエレベータ１２１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１３を処理室２０１に搬入搬出することが可能となっている。ボート回転機構１９及びボートエレベータ１２１には、制御部８０が電気的に接続されており、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。

ボート１３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１６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。なお、ボート１３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１７が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２５からの熱がシールキャップ１４側に伝わりにくくなるよう構成されている。

反応管２１内には、温度検出器としての図示しない温度モニタが設置されている。ヒータ２５と温度モニタは、制御部８０に電気的に接続されており、温度モニタにより検出された温度情報に基づきヒータ２５への通電具合を調整することにより、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている。

［ガス供給系］
図２に示すように、インレットフランジ２２を貫通する多孔ノズル２０３には、処理室２０１へ、ホウ素含有ガスである第１のガス（本例ではジボラン：Ｂ_２Ｈ_６）を供給するガス供給管４３の一端が、接続されている。ガス供給管４３の他端は、ガス供給管４３ａとガス供給管４３ｂとガス供給管４３ｆとに分岐している。ガス供給管４３ａには、上流から順に、第１のガス（ジボラン）供給源３１ａ、ＭＦＣ（マスフローコントローラ：流量制御装置）３２ａ、開閉バルブ３３ａが設けられている。ガス供給管４３ｂには、上流から順に、不活性ガスとしての窒素ガス供給源３１ｂ、ＭＦＣ３２ｂ、開閉バルブ３３ｂが設けられている。ガス供給管４３ｆには、上流から順に、アルミニウム含有ガス（本例ではトリメチルアルミニウム：Ａｌ（ＣＨ_３）_３）供給源３１ｆ、ＭＦＣ３２ｆ、開閉バルブ３３ｆが設けられている。ホウ素含有ガスである第１のガス（本例ではジボラン）供給源３１ａ、ＭＦＣ３２ａ、開閉バルブ３３ａ、ガス供給管４３、多孔ノズル２０３により、第１のガス供給系が構成される。第１のガス供給系は、ガス供給管４３ｂ、窒素ガス供給源３１ｂ、ＭＦＣ３２ｂ、開閉バルブ３３ｂを含むこともできる。

図２に示すように、反応管２１の下部を貫通するガスノズル２０５には、バッファ室２０２へ窒素含有ガスである第２のガス（本例ではアンモニア）を供給するガス供給管４５の一端が、接続されている。ガス供給管４５には、上流から順に、第２のガス（アンモニア）供給源３１ｃ、ＭＦＣ３２ｃ、開閉バルブ３３ｃが設けられている。
また、反応管２１の下部を貫通するガスノズル２０６には、バッファ室２０２へ不活性ガス（本例ではヘリウムや窒素）を供給するガス供給管４６の一端が、接続されている。ガス供給管４６の他端は、ガス供給管４６ｄとガス供給管４６ｅとに分岐している。ガス供給管４６ｄには、上流から順に、ヘリウムガス供給源３１ｄ、ＭＦＣ３２ｄ、開閉バルブ３３ｄが設けられている。ガス供給管４６ｅには、上流から順に、窒素ガス供給源３１ｅ、ＭＦＣ３２ｅ、開閉バルブ３３ｅが設けられている。
第２のガス（アンモニア）供給源３１ｃ、ＭＦＣ３２ｃ、開閉バルブ３３ｃ、ガス供給管４５、ガスノズル２０５により、第２のガス供給系が構成される。第２のガス供給系は、ヘリウムガス供給源３１ｄ、ＭＦＣ３２ｄ、開閉バルブ３３ｄ、ガス供給管４６を含むこともできる。
ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅには、制御部８０が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングで制御するように構成されている。
なお、上記の例では、アンモニアガスを供給するガスノズル２０５と、不活性ガスを供給するガスノズル２０６とを別に設けているが、これに限らず、例えば、アンモニアガスと窒素ガスとをガスノズル２０５を用いて供給してもよい。これにより、設置するガスノズルの数を低減でき、ランニングコストを低減できる。

［排気系］
反応管２１の下方のインレットフランジ２２には、処理室２０１内のガスを排気する排気口２７が形成され、該排気口２７には、ガス排気管４４の一端が接続されている。ガス排気管４４の他端は、真空ポンプ３５（排気装置）にＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ３４を介して接続されている。処理室２０１内は、真空ポンプ３５によって排気される。なお、ＡＰＣバルブ３４は、弁の開閉により処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
また、圧力検出器としての圧力センサ２８が、ＡＰＣバルブ３４の上流側に設けられている。このようにして、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう、真空排気するように構成されている。ＡＰＣバルブ３４および圧力センサ２８には、制御部８０が電気的に接続されており、制御部８０は、圧力センサ２８により検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ３４により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう、所望のタイミングにて制御するように構成されている。

［制御部］
制御部（コントローラ）８０は、ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、開閉バルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、ＡＰＣバルブ３４、温度モニタ、ヒータ２５、圧力センサ２８、真空ポンプ３５、ボート回転機構１９、ボートエレベータ１２１等、基板処理装置１０の各構成部に電気的に接続されている。
制御部８０は、ＭＦＣ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆの流量調整、開閉バルブ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆの開閉動作、ＡＰＣバルブ３４の開閉および圧力調整動作、ヒータ２５の温度調節、真空ポンプ３５の起動・停止、ボート回転機構１９の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御等、基板処理装置１０の各構成部の制御を、プログラム及びレシピに基づき行う。

（第１実施例）
図１に示す基板処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板１６に対し、窒化ホウ素膜を形成する第１実施例について、図３ないし図５を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施例に係るガス供給工程を示す図である。図４は、本発明の第１実施例に係るガス供給工程を時系列に示す図である。制御部８０は、第１実施例の基板処理装置１０を次のように制御する。

（基板搬入工程）
処理室２０１が大気圧の状態で、ボートエレベータ１２１により、ボート１３とともにシールキャップ１４が降下され、処理炉１５の下端よりボート１３が完全に搬出される。この状態で、ウエハ移載機１１２により、ウエハ１６がボート１３に搭載される。その後、ボートエレベータ１２１により、ボート１３とともにシールキャップ１４が上がり、処理炉１５下端の炉口が閉じられ、処理室２０１へのウエハ１６の搬入が終了する。

（窒素ガスパージ工程）
次に、ＡＰＣバルブ３４を徐々に全開にし、真空ポンプ３５により処理室２０１内を排気して、処理室２０１内の圧力を例えば０．１Ｐａ以下の減圧状態にする。回転機構１９により、ウエハ１６を搭載したボート１３を回転し、１ｒｐｍから１０ｒｐｍの範囲内で回転数を一定に維持する。また、ヒータ２５への電力供給を制御し、処理室２０１内の温度を安定させることで、３００℃から７００℃の温度範囲のうち、ウエハ１６を所望の温度で維持する。図４に示すように、毎分数リットルの窒素ガスを、窒素ガス供給源３１ｅからガスノズル２０６を介してバッファ室２０２内へ供給するとともに、窒素ガス供給源３１ｂから多孔ノズル２０３を介して処理室２０１内へ供給して、任意の圧力にて窒素（Ｎ_２）ガスパージ４１１を数分間実施した後、窒素ガスパージ４１１を終える。

（ホウ素膜形成工程：Ａ工程）
処理室２０１内の温度を３００℃から５５０℃のうち所望の温度で保持した状態で、図４に示すように、ＭＦＣ３２ｅにより０ｓｌｍ（standard liter／min）より上であり５ｓｌｍ以下のうち所望の流量に調節した不活性ガスとしての窒素ガスを、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（窒素ガス導入４１２）し、この窒素ガス導入４１２を１５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１内の温度を３５０℃に保った状態で、１０Ｌ（liter）の容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍの窒素ガスを、１５秒間導入した。
上記の例では、不活性ガスとしての窒素ガスを、ガスノズル２０６から導入したが、ガスノズル２０６から導入するとともに、多孔ノズル２０３より導入するようにしてもよい。このようにすると、ジボランガスを多孔ノズル２０３より導入する前に、処理室２０１内の雰囲気が多孔ノズル２０３内に逆流することを抑制でき、この逆流により例えば、多孔ノズル２０３内が処理室２０１内の雰囲気で汚染されることや、該汚染により処理室２０１内で形成される膜が影響されることを抑制することができる。
次に、窒素ガス導入４１２を継続した状態で、ＭＦＣ３２aにより、０．０５ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節したホウ素含有ガスであるジボランガスを、多孔ノズル２０３より処理室２０１内に導入（ジボランガス導入４１３）する。水素又はヘリウム等の希ガスにより、１〜１０％の範囲内で希釈されたジボランガスを、第１のガス供給源３１ａから、多孔ノズル２０３より導入することもできる。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、５０Ｐａから５００Ｐａのうち所望の圧力で、５秒から３０秒の間維持する。本実施例では、１０Ｌ（liter）の容積の処理室２０１に対して、Ｈ_２で５％に希釈された０．１ｓｌｍのジボランガスを、０．１ｓｌｍの窒素ガスとともに、２０Ｐａの圧力で、１０秒間導入した。このように、ホウ素膜形成工程では、ホウ素を主成分としたホウ素膜を形成することができる。
その後、窒素ガス導入４１２とジボランガス導入４１３を止めて、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。

（窒化処理工程：Ｂ工程）
次に、処理室２０１内の温度を３００℃から７００℃のうち所望の温度で保持した状態で、図４に示すように、ＭＦＣ３２ｄにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節したヘリウム（Ｈｅ）ガスを、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（ヘリウムガス導入４２１）し、このヘリウムガス導入４２１を１５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１内の温度を３５０℃に保った状態で、１０Ｌ（liter）の容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍのヘリウムガスを、１５秒間導入した。
次に、ヘリウムガス導入４２１を継続した状態で、ＭＦＣ３２ｃにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節した窒素含有ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスを、ガスノズル２０５より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（アンモニアガス導入４２２）する。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、２０Ｐａから１００Ｐａのうち所望の圧力に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。また、同時に、アンテナ電極２０７への供給電力４２３を、３０Ｗから３０００Ｗのうち所望の電力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。これにより、バッファ室２０２内において、アンモニアガスがプラズマ状態にされる。プラズマ状態にされたガスのほとんどは、バッファ室２０２に留められる。中性なガスと不純物は、ガス排気口２７より排出される。なお、本実施例では、１０Ｌ（liter）の容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍのアンモニアガスを、０．１ｓｌｍのヘリウムガスとともに、５０Ｐａの圧力で、１０秒間導入した。また、ウエハ１枚当たり１０Ｗの電力を１０秒間、供給した。このように、窒化処理工程では、ホウ素膜形成工程で形成されたホウ素膜を窒化することができる。
窒化処理工程においては、ホウ素膜形成工程で形成されたＢ_ＸＨ_Ｙが、アンモニアガスのラジカルであるＮＨ_Ｗ ^*（Ｗ＝０〜３の整数）と反応して、窒化ホウ素膜を形成するものである。
なお、本例のＢ工程においては、アンモニアガスと同時に供給するヘリウムガスの流量は、アンモニアガスの０．５〜５倍とするのが好ましい。０．５倍より少ないと、実用的な膜厚均一性を確保することが難しく、５倍より多いと、実用的な成膜速度を確保することが難しいからである。また、本例のＢ工程においては、不活性ガスとして窒素ガスを用いず、ヘリウムガス、又は他の希ガスを用いる。窒素ガスを用いると、プラズマ状態にしたときに膜厚均一性を確保することが難しく、好ましくない。
その後、アンテナ電極２０７への電力供給４２３を止めるとともに、ヘリウムガス導入４２１とアンモニアガス導入４２２を止め、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。

（Ａ工程とＢ工程の繰り返し）
上記のホウ素膜形成工程（Ａ工程）と窒化処理工程（Ｂ工程）を交互に周期的に、所望の膜厚になるまで２回以上、Ｎ回繰り返す。つまり、上記のホウ素膜形成工程（Ａ工程）と窒化処理工程（Ｂ工程）から構成される一連の処理工程を、２周期からＮ周期繰り返す。ここで、２回繰り返すとは２回行うことであり、Ｎ回繰り返すとは、Ｎ回行うことを意味する。

（窒素ガスパージ工程）
その後、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、毎分数リットルの窒素ガスを、バッファ室２０２内と処理室２０１内に供給して、任意の圧力にて窒素ガスパージ４５１を数分間実施した後、窒素ガスパージ４５１を終える。

（基板搬出工程）
その後、ボート回転とヒータ２５への電力の供給を止め、ＡＰＣバルブ３４を閉じて、処理室２０１内の圧力が大気圧になるまで、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、窒素ガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を所望の温度まで降下させ、所望の温度に安定したところで、成膜処理の終わったウエハ１６は、上述したウエハ１６の搬入手順と逆の手順で、処理炉１５下端から搬出されて回収される。好ましくは、前記所望の温度は、５０℃以下であることが良く、これにより、成膜処理後のウエハ１６が、例えば酸化されることによる、成膜した膜の膜質が劣化することを抑制できる。

これら一連のガス供給工程を図３に示す。図３に示すように、窒素ガスパージ後、ホウ素膜形成工程（Ａ工程）と窒化処理工程（Ｂ工程）は、交互にＮ回（Ｎは２以上）繰り返され、その後、窒素ガスパージが行われて処理が終了する。
図５（ａ）（ｂ）に示すように、ホウ素膜形成工程（Ａ工程）により、ウエハ５０１上に形成されるホウ素膜（Ｂ層）５０２は、その一部が、窒化処理工程（Ｂ工程）により窒化されて窒化ホウ素膜（ＢＮ）５０４が形成される。５０３は、ホウ素膜形成工程（Ａ工程）により形成されたホウ素膜（Ｂ層）５０２の一部が、窒化処理工程（Ｂ工程）によっても窒化されずに残っていることを示す。図５（ｃ）は、Ａ工程とＢ工程をＮ周期繰り返した後の膜構造であり、ホウ素膜５０３と窒化ホウ素膜５０４との積層構造を示している。
ホウ素膜形成工程（Ａ工程）において、ジボランガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、ホウ素膜の膜厚を制御し、窒化処理工程（Ｂ工程）において、アンモニアガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、窒化ホウ素膜中の窒素濃度（窒素原子含有率）を制御することができる。
また、例えば、図５にて示されるように、Ｂ工程の処理が終了時点で、例えばホウ素膜（Ｂ層）５０３が十分な反応がなされずに残存してしまうことも考えられる。これに関しても、上述のように処理条件を適正に制御することにより、ホウ素膜（Ｂ層）の残存する量を低減することができ、単一層からなる窒化ホウ素膜（ＢＮ）５０４を形成することもできる。
また、Ａ工程及びＢ工程を２回以上繰り返すことにより、成膜する窒化ホウ素膜の膜厚均一性が向上する。
また、Ａ工程とＢ工程を１周期とした場合の１周期の時間は短いほど、緻密で耐エッチング性の高い窒化ホウ素膜を形成することができ、また、Ｂ、Ｎ原子の膜中分布の偏りが抑制できる。

（第２実施例）
第１実施例では、高いエッチング耐性と低誘電率を有する絶縁膜として、窒化ホウ素膜（ＢＮ膜）の成膜について説明したが、ＢＮ膜は酸化されやすく、半導体製造工程の中のアッシング工程等により、容易に酸化されてしまう。この問題を解決する為、ＢＮ膜にアルミニウム（Ａl）を含有させたＡｌ含有ＢＮ膜（ＡｌＢＮ膜）を形成することで、酸化を抑制する絶縁膜を形成する。第２実施例では、ＡｌＢＮ膜の成膜方法について説明する。

図１に示す基板処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、複数の基板１６に対し、アルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成する第２実施例について、図６ないし図８を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施例に係るガス供給工程を示す図である。図７は、本発明の第２実施例に係るガス供給工程を時系列に示す図である。制御部８０は、第２実施例の基板処理装置１０を次のように制御する。

（基板搬入工程）
第１実施例と同様に、処理室２０１が大気圧の状態で、ウエハ１６がボート１３に搭載された後、ボート１３が処理炉１５内へ搬入され、処理室２０１へのウエハ１６の搬入が終了する。

（窒素ガスパージ工程）
次に、第１実施形態と同様に、処理室２０１内を真空排気して、処理室２０１内の圧力を例えば０．１Ｐａ以下の減圧状態にする。また、ウエハ１６を搭載したボート１３を回転し、１ｒｐｍから１０ｒｐｍの範囲内で回転数を一定に維持する。また、ヒータ２５への電力供給を制御し、処理室２０１内の温度を安定させることで、３００℃から７００℃の温度範囲のうち、ウエハ１６を所望の温度で維持する。図７に示すように、毎分数リットルの窒素ガスを、窒素ガス供給源３１ｅからガスノズル２０６を介してバッファ室２０２内へ供給するとともに、窒素ガス供給源３１ｂから多孔ノズル２０３を介して処理室２０１内へ供給して、任意の圧力にて窒素（Ｎ_２）ガスパージ７１１を数分間実施した後、窒素ガスパージ７１１を終える。

（ホウ素膜形成工程：Ｃ工程）
処理室２０１内の温度を３００℃から５５０℃のうち所望の温度で保持した状態で、図７に示すように、ＭＦＣ３２ｅにより０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節した不活性ガスとしての窒素ガスを、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（窒素ガス導入７１２）し、この窒素ガス導入７１２を１５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１内の温度を３５０℃に保った状態で、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍの窒素ガスを、１５秒間導入した。
上記の例では、不活性ガスとしての窒素ガスを、ガスノズル２０６から導入したが、ガスノズル２０６から導入するとともに、多孔ノズル２０３より導入するようにしてもよい。このようにすると、ジボランガスを多孔ノズル２０３より導入する前に、処理室２０１内の雰囲気が多孔ノズル２０３内に逆流することを抑制でき、この逆流により例えば、多孔ノズル２０３内が処理室２０１内の雰囲気で汚染されることや、該汚染により処理室２０１内で形成される膜が影響されることを抑制することができる。
次に、窒素ガス導入７１２を継続した状態で、ＭＦＣ３２aにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節したホウ素含有ガスであるジボランガスを、多孔ノズル２０３より処理室２０１内に導入（ジボランガス導入７１３）する。水素又はヘリウム等の希ガスにより、１〜１０％の範囲内で希釈されたジボランガスを、第１のガス供給源３１ａから、多孔ノズル２０３より導入することもできる。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、５０Ｐａから５００Ｐａのうち所望の圧力で、５秒から３０秒の間維持する。本実施例では、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、Ｈ_２で５％に希釈された０．１ｓｌｍのジボランガスを、０．１ｓｌｍの窒素ガスとともに、２０Ｐａの圧力で、１０秒間導入した。このように、ホウ素膜形成工程（Ｃ工程）では、ホウ素を主成分としたホウ素膜を形成することができる。
その後、窒素ガス導入７１２とジボランガス導入７１３を止めて、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。

（アルミニウムドーピング処理工程：Ｄ工程）
処理室２０１内の温度を３００℃から５５０℃のうち所望の温度で保持した状態で、図７に示すように、ＭＦＣ３２ｅにより０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節した不活性ガスとしての窒素ガスを、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（窒素ガス導入７２１）し、この窒素ガス導入７２１を５秒以上維持する。本実施例では、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、処理室２０１内の温度を３５０℃に保った状態で、０．１ｓｌｍの窒素ガスを、５秒間導入した。
次に、窒素ガス導入７２１を継続した状態で、ＭＦＣ３２ｆにより、０．００５ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節したアルミニウム含有ガスであるトリメチルアルミニウムガス（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）を、多孔ノズル２０３より処理室２０１内に導入（トリメチルアルミニウムガス導入７２２）する。同時に、前記窒素ガス導入７２１により、トリメチルアルミニウムガスの５〜５００倍の流量の不活性ガスを導入する。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、５０Ｐａから５００Ｐａのうち所望の圧力で、１秒から３０秒の間維持する。本実施例では、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、０．００５ｓｌｍのトリメチルアルミニウムガスを、０．１ｓｌｍの窒素ガスとともに、５０Ｐａの圧力で、１秒間導入した。このようにして、アルミニウムドーピング処理工程では、ホウ素膜形成工程（Ｃ工程）で形成したホウ素膜に、アルミニウムをドーピング（添加）することができる。
その後、窒素ガス導入７２１とトリメチルアルミニウムガス導入７２２を止めて、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。
なお、本例では、アルミニウム含有ガスとして、トリメチルアルミニウムガス（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）を用いているが、代わりに、三塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ_３）を用いることもできる。

（窒化処理工程：Ｅ工程）
処理室２０１内の温度を３００℃から７００℃のうち所望の温度で保持した状態で、図７に示すように、ＭＦＣ３２ｄにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節したヘリウム（Ｈｅ）ガスを、ガスノズル２０６より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（ヘリウムガス導入７３１）し、このヘリウムガス導入７３１を１５秒以上維持する。本実施例では、処理室２０１内の温度を３５０℃に保った状態で、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍのヘリウムガスを、１５秒間導入した。
次に、ヘリウムガス導入７３１を継続した状態で、ＭＦＣ３２ｃにより、０．１ｓｌｍから５ｓｌｍのうち所望の流量に調節した窒素含有ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスを、ガスノズル２０５より、バッファ室２０２を介して処理室２０１内に導入（アンモニアガス導入７３２）する。このとき、処理室２０１内を、ＡＰＣバルブ３４により、２０Ｐａから１００Ｐａのうち所望の圧力に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。また、同時に、アンテナ電極２０７への供給電力７３３を、３０Ｗから３０００Ｗのうち所望の電力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）に設定し、この状態を５秒から３０秒の間維持する。これにより、バッファ室２０２内において、アンモニアガスがプラズマやラジカルへと活性化される。プラズマ状態にされたガスのほとんどは、バッファ室２０２に留められる。中性なガスと不純物は、ガス排気口２７より排出される。なお、本実施例では、１０Ｌの容積の処理室２０１に対して、０．１ｓｌｍのアンモニアガスを、０．１ｓｌｍのヘリウムガスとともに、５０Ｐａの圧力で、１０秒間導入した。また、ウエハ１枚当たり１０Ｗの電力を１０秒間、供給した。このように、窒化処理工程（Ｅ工程）では、アルミニウムドーピング処理工程で形成されたアルミニウム含有ホウ素膜を窒化することができる。
窒化処理工程においては、アルミニウムドーピング処理工程で形成されたＡｌ_ＸＢ_ＹＺが、アンモニアガスのラジカルであるＮＨ_Ｗ ^*（Ｗ＝０〜３の整数）と反応して、アルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成するものである。
なお、本例の窒化処理工程においては、アンモニアガスと同時に供給するヘリウムガスの流量は、アンモニアガスの０．５〜５倍とするのが好ましい。０．５倍より少ないと、実用的な膜厚均一性を確保することが難しく、５倍より多いと、実用的な成膜速度を確保することが難しいからである。また、本例の窒化処理工程においては、不活性ガスとして窒素ガスを用いず、ヘリウムガス、又は他の希ガスを用いる。窒素ガスを用いると、プラズマ状態にしたときに窒素成分が過多となるため、膜厚均一性を確保することが難しく、好ましくない。
その後、アンテナ電極２０７への電力供給７３３を止めるとともに、ヘリウムガス導入７３１とアンモニアガス導入７３２を止め、ＡＰＣバルブ３４を全開にして、処理室２０１内の雰囲気を速やかに排気し、除去する。

（Ｃ工程、Ｄ工程、及びＥ工程の繰り返し）
上記のホウ素膜形成工程（Ｃ工程）とアルミニウムドーピング処理工程（Ｄ工程）と窒化処理工程（Ｅ工程）とを順に周期的に、所望の膜厚になるまで２回以上、Ｎ回繰り返す。つまり、上記のホウ素膜形成工程（Ｃ工程）とアルミニウムドーピング処理工程（Ｄ工程）と窒化処理工程（Ｅ工程）とから構成される一連の処理工程を、２周期からＮ周期繰り返す。

（窒素ガスパージ工程）
その後、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、毎分数リットルの窒素ガスを、バッファ室２０２内と処理室２０１内に供給して、任意の圧力にて窒素ガスパージ７５１を数分間実施した後、窒素ガスパージ７５１を終える。

（基板搬出工程）
その後、ボート回転とヒータ２５への電力の供給を止め、ＡＰＣバルブ３４を閉じて、処理室２０１内の圧力が大気圧になるまで、ガスノズル２０６と多孔ノズル２０３より、窒素ガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を所望の温度まで降下させ、所望の温度に安定したところで、成膜処理の終わったウエハ１６は、上述したウエハ１６の搬入手順と逆の手順で、処理炉１５下端から搬出されて回収される。好ましくは、前記所望の温度は、５０℃以下であることが良く、これにより、成膜処理後のウエハ１６が、例えば酸化されることによる、成膜した膜の膜質が劣化することを抑制できる。

これら一連のガス供給工程を図６に示す。図６に示すように、窒素ガスパージ後、ホウ素膜形成工程（Ｃ工程：Ｂ層すなわちホウ素膜形成）とアルミニウムドーピング処理工程（Ｄ工程：Ｃ工程で形成したＢ層へのＡｌドーピング）と窒化処理工程（Ｅ工程：Ｄ工程で形成したＡｌ含有ホウ素膜の窒化）は、順にＮ回繰り返され、その後、窒素ガスパージが行われて処理が終了する。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、ホウ素膜形成工程（Ｃ工程）により、ウエハ８０１上に形成されるホウ素膜（Ｂ層）８０２は、その一部が、アルミニウムドーピング処理工程（Ｄ工程）によりアルミニウムをドーピングされて、アルミニウム含有ホウ素膜８０４が形成される。次に、図８（ｃ）に示すように、窒化処理工程（Ｅ工程）により、アルミニウム含有ホウ素膜８０４が窒化されて、アルミニウム含有窒化ホウ素膜（ＡｌＢＮ）８０６が形成される。図８（ｄ）は、Ｃ工程、Ｄ工程、Ｅ工程をＮ周期繰り返した後の膜構造であり、ホウ素膜（Ｂ層）８０３とアルミニウム含有窒化ホウ素膜（ＡｌＢＮ）８０６との積層構造を示している。
ホウ素膜形成工程（Ｃ工程）において、ジボランガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、ホウ素膜の膜厚を制御し、アルミニウムドーピング処理工程（Ｄ工程）において、トリメチルアルミニウムガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、アルミニウムのドーピング量を制御し、窒化処理工程（Ｅ工程）において、アンモニアガスの流量や処理時間を適正に制御することにより、アルミニウム含有窒化ホウ素膜中の窒素濃度（窒素原子含有率）を制御することができる。
また、例えば、図８にて示されるように、Ｄ工程またはＥ工程の処理が終了時点で、例えばホウ素膜（Ｂ層）８０３が十分な反応がなされずに残存してしまうことも考えられる。これに関しても、上述のように処理条件を適正に制御することにより、ホウ素膜（Ｂ層）の残存する量を低減することができ、単一層からなるアルミニウム含有窒化ホウ素膜（ＡｌＢＮ）８０６を形成することもできる。
また、Ｃ工程〜Ｅ工程を２回以上繰り返すことにより、アルミニウム含有窒化ホウ素膜中のＢ、Ａｌ、Ｎ各原子の割合を制御することが容易となり、また、成膜するアルミニウム含有窒化ホウ素膜の膜厚均一性が向上する。
また、Ｃ工程〜Ｅ工程を１周期とした場合の１周期の時間は短いほど、緻密で耐エッチング性の高いアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成することができ、また、Ｂ、Ａｌ、Ｎ各原子の膜中分布の偏りが抑制できる。
また、第２実施例の処理により、アルミニウムを含まない窒化ホウ素膜よりも耐酸化性に優れたアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成することができ、本発明処理後の装置外における搬送工程や、後工程のアッシング工程などにおける酸化を抑制し、酸化による膜質低下を防ぐことができる。よって、酸化抑制のための処理を行う必要がなく、半導体の生産性及び歩留まりの向上に寄与することができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
本明細書の記載事項には、次の発明が含まれる。
すなわち、第１の発明は、
処理室内に基板を搬入する工程と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し、基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給し、ホウ素膜を窒化する窒化処理工程と、を有し、
ホウ素膜形成工程と窒化処理工程とから構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成する半導体装置の製造方法。
この構成により、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を形成することができる。

なお、前記第１の発明において、前記ホウ素含有ガスは、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）、ボランガス（ＢＨ_３）、ジボランガス（Ｂ_２Ｈ_６）とすることができる。ＢＣｌ_３ガスを使用する場合は、同時に、ＢＣｌ_３ガスの０倍より大きく２０倍以下の流量の不活性ガスを流して希釈し、処理室内の温度を４５０〜７００℃とするのが好ましい。希釈ガスが少ない場合は、反応に寄与するガスは、ガス供給口から出た時点で反応が起こりやすくなる。このため、ウエハが回転している場合は、ウエハのエッジ部が成膜されやすく、中央部が成膜されにくくなるので、膜は例えば、すり鉢状に形成され、ウエハ面内の膜厚均一性がよくない。希釈ガスが多い場合は、反応に寄与するガスは、ウエハ上で反応が進む前に、ウエハ上を通過して排気されやすい。このため、ウエハ上に膜が形成されにくくなり、成膜速度が小さくなる。ＢＣｌ_３ガスの０倍より大きく２０倍以下の流量の不活性ガスを流すことにより、膜厚均一性（２σ（シグマ）％以内）と成膜速度（１Å／ｍin以上）の両者を良好な状態にすることができる。
また、ボランガス（ＢＨ_３）又はジボランガス（Ｂ_２Ｈ_６）を使用する場合は、ボランガス（ＢＨ_３）又はジボランガス（Ｂ_２Ｈ_６）は、不活性ガスや水素ガスにより、１〜１０％の範囲に希釈されるとともに、処理室内の温度を３００〜５５０℃とするのが好ましい。不活性ガスや水素ガスにより、１〜１０％の範囲に希釈するのは、ガス源にボンベを用いる場合の安全上の理由による。
また、前記窒素含有ガスとして、ヒドラジン（hydrazine：H₂NNH₂）を用いることにより、ホウ素膜を窒化することができる。好ましくは、前記窒素含有ガスとして窒素ガスを用いることがよく、このようにすると、安定してホウ素膜を窒化することができる。更に好ましくは、前記窒素含有ガスとしてアンモニアガスを用いることがよく、このようにすると、反応よくホウ素膜を窒化することができる、つまり、ヒドラジンや窒素ガスを用いる場合よりも、ホウ素膜の窒化処理速度を向上することができる。前記窒素含有ガスは、その流量の０．５〜５倍の流量の不活性ガスとともに供給されるのが好ましい。
なお、前記ホウ素膜形成工程において、前記ホウ素含有ガスとともに処理室内へ供給される不活性ガスは、希ガス又は窒素ガスとし、前記窒化処理工程において、前記アンモニアガスとともに処理室内へ供給される不活性ガスは、希ガスとすることが好ましい。
また、前記ホウ素膜形成工程及び窒化処理工程において用いられる希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガスとすることが好ましい。
また、前記第１の発明の構成により形成した窒化ホウ素膜の１％希釈フッ酸溶液に対するウエット・エッチング・レートは、２Å／ｍｉｎ以下とすることができる。
また、前記第１の発明の構成により形成した窒化ホウ素膜は、トランジスタのゲート、又はゲート周辺の絶縁膜として、あるいは、配線構造、又は配線構造周辺の絶縁膜として使用することができる。
また、前記第１の発明の構成により形成した窒化ホウ素膜は、膜中のホウ素原子が４５原子％以上５５原子％以下であり、窒素原子が４５原子％以上５５原子％以下とすることができる。このような原子含有比率にすると、窒化ホウ素膜の誘電率を、３．５以上かつ５．５以下とすることができる。

第２の発明は、
基板を処理する処理室と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
第１のガス供給系から、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し基板上にホウ素膜を形成し、第２のガス供給系から、処理室内に少なくとも窒素含有ガスを供給してホウ素膜を窒化処理するよう制御するとともに、ホウ素膜の形成処理と窒化処理とで構成される一連の処理を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
この構成により、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を形成することができる。

第３の発明は、
前記第１の発明において、ホウ素膜形成工程の後であって窒化処理工程の前に、処理室内に少なくともアルミニウム含有ガスを供給してホウ素膜に少なくともアルミニウムをドーピングするアルミニウムドーピング処理工程を有し、
ホウ素膜形成工程とアルミニウムドーピング処理工程と窒化処理工程とから構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚のアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成する半導体装置の製造方法。
この構成により、アルミニウムを含まない窒化ホウ素膜よりも耐酸化性に優れたアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成することができ、本発明処理後の装置外における搬送工程や、後工程のアッシング工程などにおける酸化を抑制し、酸化による膜質低下を防ぐことができる。よって、酸化抑制のための事前処理を行う必要がなく、半導体の生産性及び歩留まりの向上に寄与することができる。
なお、前記第３の発明において、前記アルミニウム含有ガスは、トリメチルアルミニウムガス（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）、又は三塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ_３）とすることができる。
また、前記アルミニウム含有ガスは、その流量の５〜５００倍の流量の不活性ガスとともに供給されるとともに、処理室内の温度を３００〜５５０℃とするのが好ましい。
また、前記第３の発明の構成により形成したアルミニウム含有窒化ホウ素膜の１％希釈フッ酸溶液に対するウエット・エッチング・レートは、２Å／ｍｉｎ以下とすることができる。
また、前記第３の発明の構成により形成したアルミニウム含有窒化ホウ素膜は、トランジスタのゲート、又はゲート周辺の絶縁膜として、あるいは、配線構造、又は配線構造周辺の絶縁膜として使用することができる。
また、前記第３の発明の構成により形成したアルミニウム含有窒化ホウ素膜は、膜中のホウ素原子が３５原子％以上５５原子％以下であり、窒素原子が３５原子％以上５５原子％以下であり、アルミニウムが１原子％以上１５原子％以下とすることができる。このような原子含有比率にすると、アルミニウム含有窒化ホウ素膜の誘電率を、２．０以上かつ５．５以下とすることができる。また、前記第１の発明の構成により形成した窒化ホウ素膜に比べて、酸化される速度を半分以下とすることができる。

第４の発明は、
第１の発明および第３の発明において、窒化処理工程において、第２のガス供給系から供給される窒素含有ガスをプラズマ状態にし、該プラズマ状態にされた窒素含有ガスを処理室内に供給して、ホウ素膜を窒化する半導体装置の製造方法。
この構成により、プラズマ状態の窒素含有ガスを供給して窒化処理できるので、前記ホウ素膜を効率良く窒化処理することができる。

第５の発明は、
処理室内に基板を搬入する工程と、
処理室内に、少なくともホウ素含有ガスと不活性ガスとを供給して、基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、
処理室内に、少なくとも窒素含有ガスと不活性ガスとを供給し、ホウ素膜を窒化する窒化処理工程とを有し、
ホウ素膜形成工程と窒化処理工程から構成される一連の処理工程を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成する半導体装置の製造方法。
このように、ホウ素膜形成工程および窒化処理工程それぞれにおいて処理ガスとともにキャリアガスとして不活性ガスを供給することで、処理ガスを、処理室内に均一に供給することができるので、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を基板上に均一に形成することができる。

第６の発明は、
基板を処理する処理室と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスと不活性ガスとを供給する第１のガス供給系と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスと不活性ガスとを供給する第２のガス供給系と、
第１のガス供給系から、処理室内に少なくともホウ素含有ガスと不活性ガスとを供給して基板上にホウ素膜を形成し、第２のガス供給系から、処理室内に少なくとも窒素含有ガスと不活性ガスとを供給し、ホウ素膜を窒化処理するよう制御するとともに、ホウ素膜の形成処理と窒化処理から構成される一連の処理工程を２回以上繰り返すことにより、所定の膜厚の窒化ホウ素膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
この構成により、ホウ素膜形成工程および窒化処理工程それぞれにおいて処理ガスとともにキャリアガスとして不活性ガスを供給することで、処理ガスを、処理室内に均一に供給することができるので、高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を基板上に均一に形成することができる。

第７の発明は、
基板を処理する処理室と、
処理室に連通するバッファ室に設けたプラズマ発生部と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスと不活性ガスとを供給する第１のガス供給系と、
処理室内に少なくとも窒素含有ガスと不活性ガスとを供給する第２のガス供給系と、
第１のガス供給系から、処理室内に少なくともホウ素含有ガスと不活性ガスとを供給して基板上にホウ素膜を形成し、第２のガス供給系から、前記バッファ室内に少なくとも窒素含有ガスと不活性ガスとを供給し、プラズマ発生部により窒素含有ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた窒素含有ガスを処理室内に供給してホウ素膜を窒化処理するよう制御するとともに、ホウ素膜の形成処理と窒化処理から構成される一連の処理工程を２回以上繰り返すことにより、所定の膜厚の窒化ホウ素膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
このように、プラズマ発生部を用いて、窒素含有ガスをプラズマ状態にしてホウ素膜を窒化処理すると、プラズマ状態にされた窒素含有ガスによって窒化処理を効率良く施すことができるので、低温で高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を形成することができる。

第８の発明は、
基板を処理する処理室と、
処理室に連通するバッファ室に設けたプラズマ発生部と、
処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
バッファ室内に少なくとも窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
第１のガス供給系から、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給し基板上にホウ素膜を形成し、第２のガス供給系から、バッファ室内に少なくとも窒素含有ガスを供給してプラズマ発生部により窒素含有ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた窒素含有ガスを処理室内に供給してホウ素膜を窒化処理するよう制御するとともに、ホウ素膜の形成処理と窒化処理とから構成される一連の処理を、２回以上繰り返すことにより、所定膜厚の窒化ホウ素膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置。
この構成により、プラズマ状態にされた窒素含有ガスによって窒化処理を効率良く施すことができるので、低温で高いエッチング耐性と低誘電率とを備えた窒化ホウ素膜を形成することができる。

１０…基板処理装置、１３…ボート、１４…シールキャップ、１５…処理炉、１６…ウエハ、１９…ボート回転機構、２１…反応管、２２…インレットフランジ、２５…ヒータ、２７…ガス排気口、２８…圧力センサ、３１ａ…ホウ素含有ガス供給源、３１ｂ…窒素ガス供給源、３１ｃ…窒素含有ガス供給源、３１ｄ…ヘリウムガス供給源、３１ｅ…窒素ガス供給源、３１ｆ…アルミニウム含有ガス供給源、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ…ＭＦＣ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ…開閉バルブ、３４…ＡＰＣバルブ、３５…真空ポンプ、４３…ガス供給管、４４…ガス排気管、４５…ガス供給管、４６…ガス供給管、５１…整合器、５２…電源、８０…制御部、１００…カセット、１０１…筐体、１０５…カセットステージ、１１０…カセットストッカ、１１２…ウエハ移載機、１１６…炉口シャッタ、１２１…ボートエレベータ、１２１…ボートエレベータ、２０１…処理室、２０２…バッファ室、２０３…多孔ノズル、２０５…ガスノズル、２０６…ガスノズル、２０７…アンテナ電極、２０８…アンテナ絶縁カバー、２１２…スリット。

Claims (9)

1. 処理室内の基板に対してホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、
   前記処理室に連通するバッファ室内に窒素含有ガスを供給してプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部を窒化して窒化ホウ素膜を形成し、それにより、窒化されずに残ったホウ素膜と前記窒化ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなる窒化ホウ素膜を形成する窒化工程と、
   を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上に、前記積層膜又は前記単一層からなる窒化ホウ素膜を複数形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
2. 処理室内の基板に対してホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成工程と、
   前記ホウ素膜形成工程後に、前記処理室内の前記基板に対してアルミニウム含有ガスを供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部にアルミニウムをドーピングしてアルミニウム含有ホウ素膜を形成し、それにより、アルミニウムがドーピングされずに残ったホウ素膜と前記アルミニウム含有ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を形成するドーピング工程と、
   前記ドーピング工程後に、前記処理室に連通するバッファ室内に窒素含有ガスを供給してプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記積層膜、又は、前記単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を窒化する窒化工程と、
   を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上にホウ素膜とアルミニウム含有窒化ホウ素膜とが交互に積層されてなる積層膜、又は、単一層からなるアルミニウム含有窒化ホウ素膜を複数形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
3. 前記窒化工程では、前記バッファ室内に前記窒素含有ガスと共に不活性ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスと前記不活性ガスとを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給する請求項１または２に記載された半導体装置の製造方法。
4. 前記窒化工程で前記バッファ室内に前記窒素含有ガスと共に供給する前記不活性ガスは、希ガスである請求項３に記載された半導体装置の製造方法。
5. 前記希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、およびネオンガスのうち少なくとも何れかを含む請求項４に記載された半導体装置の製造方法。
6. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室に連通するバッファ室と、
   前記バッファ室内でプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
   前記処理室内にホウ素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
   前記バッファ室を介して前記処理室内に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
   前記第１のガス供給系から前記処理室内の基板に対して前記ホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成処理と、前記第２のガス供給系から前記バッファ室内に前記窒素含有ガスを供給して前記プラズマ発生部により前記窒素含有ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部を窒化して窒化ホウ素膜を形成し、それにより、窒化されずに残ったホウ素膜と前記窒化ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなる窒化ホウ素膜を形成する窒化処理と、を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上に、前記積層膜、又は、前記単一層からなる窒化ホウ素膜を複数形成する処理を行うよう制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。
7. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室に連通するバッファ室と、
   前記バッファ室内でプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
   前記処理室内にホウ素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
   前記バッファ室を介して前記処理室内に窒素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
   前記処理室内にアルミニウム含有ガスを供給する第３のガス供給系と、
   前記第１のガス供給系から前記処理室内の基板に対して前記ホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成処理と、前記ホウ素膜形成処理後に前記第３のガス供給系から前記処理室内の前記基板に対して前記アルミニウム含有ガスを供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部にアルミニウムをドーピングしてアルミニウム含有ホウ素膜を形成し、それにより、アルミニウムがドーピングされずに残ったホウ素膜と前記アルミニウム含有ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を形成するドーピング処理と、前記ドーピング処理後に前記第２のガス供給系から前記バッファ室内に前記窒素含有ガスを供給して前記プラズマ発生部により前記窒素含有ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記積層膜、又は、前記単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を窒化する窒化処理と、を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上に、ホウ素膜とアルミニウム含有窒化ホウ素膜とが交互に積層されてなる積層膜、又は、単一層からなるアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成する処理を行うよう制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。
8. 基板処理装置の処理室内の基板に対してホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成手順と、
   前記処理室に連通するバッファ室内に窒素含有ガスを供給してプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部を窒化して窒化ホウ素膜を形成し、それにより、窒化されずに残ったホウ素膜と前記窒化ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなる窒化ホウ素膜を形成する窒化手順と、
   を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上に前記積層膜、又は、前記単一層からなる窒化ホウ素膜を複数形成する手順を制御部に実行させるプログラム。
9. 基板処理装置の処理室内の基板に対してホウ素含有ガスを供給することで、前記基板上にホウ素膜を形成するホウ素膜形成手順と、
   前記ホウ素膜形成手順実行後に、前記処理室内の前記基板に対してアルミニウム含有ガスを供給することで、前記ホウ素膜の少なくとも一部にアルミニウムをドーピングしてアルミニウム含有ホウ素膜を形成し、それにより、アルミニウムがドーピングされずに残ったホウ素膜と前記アルミニウム含有ホウ素膜との積層膜、又は、単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を形成するドーピング手順と、
   前記ドーピング手順実行後に、前記処理室に連通するバッファ室内に窒素含有ガスを供給してプラズマ状態にし、プラズマ状態にされた前記窒素含有ガスを前記バッファ室から前記処理室内の前記基板に対して供給することで、前記積層膜、又は、前記単一層からなるアルミニウム含有ホウ素膜を窒化する窒化手順と、
   を含む周期を繰り返すことにより、前記基板上にホウ素膜とアルミニウム含有窒化ホウ素膜とが交互に積層されてなる積層膜、または、単一層からなるアルミニウム含有窒化ホウ素膜を形成する手順を制御部に実行させるプログラム。

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