JP2014165402A - 窒化膜を形成する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】良質な窒化膜を高いスループットで形成可能な方法を提供する。
【解決手段】一実施形態では、処理体上に窒化膜を形成する方法が提供される。この方法は、前駆体ガスであるジクロロシランに被処理体を晒す工程（工程（ａ））と、工程（ａ）の後、アンモニアガスと水素ガスを含む処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程（工程（ｂ）と、を含む。一形態においては、工程（ａ）と工程（ｂ）が交互に繰り返され、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、ジクロロシランを除去する工程（工程（ｃ））が更に行われてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、窒化膜を形成する方法に関するものである。
半導体デバイスといったデバイスの製造においては、被処理体上への成膜が行われる。成膜のための一手法として、近年、プラズマ励起原子層体積（ＰＥ−ＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が注目されている。ＰＥ−ＡＬＤ法は、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載されたＰＥ−ＡＬＤ法は、窒化膜を形成するものである。具体的に、特許文献１に記載されたＰＥ−ＡＬＤ法は、ウエハを収容した反応管内にジクロロシランを供給し（工程１）、次いで、反応管内に水素ラジカルを供給し（工程２）、次いで、反応管内にアンモニアラジカルを供給する（工程３）。このＰＥ−ＡＬＤ法では、複数回のサイクルの各々において工程１、工程２、及び工程３を順に実施している。このＰＥ−ＡＬＤ法によれば、工程１においてジクロロシランに基づく反応物がウエハに吸着し、当該反応物に含まれる塩素が工程２において水素に置換され、工程Ｓ３において窒化処理が行われる。これにより、良質な、即ち、ウェットエッチングレート比の小さい窒化膜の形成が可能となっている。なお、ウェットエッチングレート比、即ち、ＷＥＲＲとは、評価対象の膜の品質の尺度であり、熱酸化膜のフッ酸によるウェットエッチングレートに対する評価対象の膜のフッ酸によるウェットエッチングレートの比である。このＷＥＲＲが小さい評価対象の膜は、良質な膜であるものと評価される。
特開２００６−２７８４９７号公報
特許文献１に記載されたＰＥ−ＡＬＤ法では、ジクロロシランに基づく反応物から塩素を除去するために、水素ラジカルにウエハを晒す時間を大きくとる必要がある。しかしながら、水素ラジカルにウエハを晒す時間を大きくとると、アンモニアラジカルにウエハを晒す時間が短くなり、１サイクルにおける窒化用の時間が短くなる。その結果、１サイクルで形成可能な窒化膜の厚みが小さくなる。一方、水素ラジカルに被処理体を晒す時間を短くすると、形成される窒化膜のＷＥＲＲが大きくなる。即ち、形成される窒化膜の質が低下する。
したがって、本技術分野においては、良質な窒化膜を高いスループットで形成可能な方法が要請されている。
本発明の一側面においては、被処理体上に窒化膜を形成する方法が提供される。この方法は、前駆体ガスであるジクロロシランに被処理体を晒す工程（工程（ａ））と、工程（ａ）の後、アンモニアガスと水素ガスを含む処理ガスのプラズマに被処理体を晒す工程（工程（ｂ））と、を含む。一形態においては、工程（ａ）と工程（ｂ）が交互に繰り返され、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、ジクロロシランを除去する工程（工程（ｃ））が更に行われてもよい。
上記方法では、工程（ａ）において、ジクロロシランに基づく反応物が被処理体上に吸着する。工程（ｂ）では、処理ガス中にアンモニアガスと水素ガスが含まれているので、反応物中の塩素を水素に置換する反応、及び、反応物の窒化が並行して進行する。したがって、工程（ｂ）において、反応物中の塩素を水素に置換する反応を進行させる時間、及び、反応物の窒化を進行させる時間を比較的大きくとることができる。また、工程（ｂ）においては、窒素ガスではなく、アンモニアガスが用いられているので、窒素ラジカルとの結合による水素ラジカルの消費が抑制される。結果的に、この方法によれば、良質な窒化膜を高いスループットで形成可能となる。
一形態においては、工程（ｂ）におけるアンモニアガスの流量は、当該工程（ｂ）における水素ガスの流量に対して、水素ガスの流量：アンモニアガスの流量＝７：２で規定される流量よりも少ない。この形態によれば、工程（ｂ）において生成される水素ラジカルの量を増加させることが可能となり、水素ラジカルと置換される反応物中の塩素原子の量を増加させることが可能となる。その結果、ＷＥＲＲのより小さな、即ち、より良質な窒化膜を形成することが可能となる。
一形態においては、被処理体は、処理容器内において軸線中心に回転可能に設けられた載置台上に載置され、当該被処理体は、該載置台の回転に伴い軸線中心に処理容器内の第１の領域及び第２の領域を順に通過し、ジクロロシランは、第１の領域に供給され、処理ガスのプラズマは、第２の領域において生成される。この形態によれば、軸線中心に被処理体を回転させることにより、工程（ａ）及び工程（ｂ）が実施される。この形態によれば、軸線中心に周方向に複数の被処理体を配列させることにより、複数の被処理体に対する窒化膜の形成を同時に行うことが可能となる。よって、この形態によれば、窒化膜形成のスループットが更に向上される。
一形態においては、処理ガスはマイクロ波によって励起されてもよい。マイクロ波は、誘導結合又は容量結合といったプラズマ源よりも処理ガスを励起することができる圧力帯域が広い。例えば、マイクロ波は、他のプラズマ源では困難な高い圧力においても処理ガスの励起が可能である。したがって、マイクロ波をプラズマ源として用いることにより、広範な圧力帯域から選択される圧力において上記方法を実施することが可能となる。
以上説明したように、本発明の一側面及び種々の形態によれば、良質な窒化膜を高いスループットで形成可能な方法が提供される。
一実施形態の窒化膜を形成する方法を示す流れ図である。 図１に示す方法における反応を説明するための図である。 図１に示す方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す図である。 図３に示す成膜装置を概略的に示す上面図である。 図４に示す成膜装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。 図３に示す成膜装置の拡大断面図であり、第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口が設けられている部分の拡大断面図である。 図３に示す成膜装置の第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を示す平面図であり、下方、即ち、載置台側から第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を見た平面図である。 第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。 図８に示すユニットを上方から見た平面図である。 図３に示す成膜装置の拡大断面図であり、プラズマ生成部が設けられている部分の拡大断面図である。 一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿ってとった断面図である。 図１に示す方法の実施に用いることができる成膜装置の別の一例を示す図である。 図１３に示す成膜装置のスロット板を示す平面図である。 実験例１〜３及び比較実験例１〜３で作成した窒化膜のＷＥＲＲを示すグラフである。 比較実験例４〜７の窒化工程及び比較実験例４〜７の実験結果を示す図である。 実験例４〜６で作成した窒化膜のＷＥＲＲ及び実験例４〜８のＯＥＳ発光強度比を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態の窒化膜を形成する方法を示す流れ図である。また、図２は、図１に示す方法ＭＴ１における反応を説明するための図である。以下では、図１及び図２を参照して、一実施形態に係る窒化膜を形成する方法ＭＴ１について説明する。図１に示す方法ＭＴ１では、まず、工程Ｓ１において、処理容器内に前駆体ガスが供給される。これにより、工程Ｓ１では、被処理体（以下、「ウエハ」という）が前駆体ガスに晒される。方法ＭＴ１においては、前駆体ガスは、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）である。
工程Ｓ１では、図２の（ａ）に示すように、ウエハＷ表面の水素原子（Ｈ）とジクロロシラン（図中、参照符号１０１で示す）中の塩素（Ｃｌ）とが反応する。その結果、図２の（ｂ）に示すように、ジクロロシランに基づく反応物１０２がウエハＷ上に化学吸着する。なお、ウエハＷの表面の水素原子（Ｈ）とジクロロシラン中の塩素（Ｃｌ）との反応によって生成される塩化水素（ＨＣｌ）はウエハＷ表面から離脱する。
図１に戻り、方法ＭＴ１では、続く工程Ｓ２において、ＤＣＳが除去される。一実施形態においては、工程Ｓ２において、ウエハＷ上に過剰に吸着したＤＣＳ、例えば、ウエハＷ上に物理的に吸着しているＤＣＳが除去される。
方法ＭＴ１では、続く工程Ｓ３において、処理ガスのプラズマにウエハＷが晒される。この工程Ｓ３では、処理容器内にアンモニア（ＮＨ３）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを含む処理ガスが供給され、当該処理ガスが励起されることによってプラズマが生成される。このプラズマは、水素ガスが励起されることによって生成される水素ラジカルを含む。また、このプラズマは、アンモニアガスが励起されることによって生成されるアンモニアラジカル、即ちＮＨ２及びＮＨ、並びに、窒素（Ｎ）ラジカルを含む。さらに、このプラズマは、アンモニアガスが励起されることによって生成される水素ラジカルも含む。
工程Ｓ３では、図２の（ｃ）に示すように、プラズマ中の水素ラジカル（図中「Ｈ＊」で示す）と反応物１０２の塩素（Ｃｌ）との反応により、当該反応物１０２から塩素が離脱する。この反応によってＨＣｌが生成され、当該ＨＣｌはウエハＷから離脱する。また、工程Ｓ３では、図２の（ｃ）に示すように、反応物１０２中の塩素基が水素ラジカル（Ｈ＊）によって置換される。これにより、工程Ｓ３では、反応物１０２中の塩素が除去される。以下、図２の（ｃ）に示した反応のことを、「水素置換反応」という。この水素置換反応により、図２の（ｃ）に示した反応物１０２は、図２の（ｄ）に示した反応物１０４となる。
また、工程Ｓ３では、図２の（ｄ）に示すように、ウエハＷ表面の反応物１０４の水素とアンモニアラジカル、即ち、ＮＨ２とが反応する。これにより、反応物１０４からＮＨ３が離脱する。また、反応物１０４の水素終端が窒素ラジカル（図中「Ｎ＊」で示す）に置換される。これによって、図２の（ｅ）に示すように窒化シリコンが生成される。以下、図２の（ｄ）に示した反応を、「窒化反応」という。
再び図１を参照すると、方法ＭＴ１では、続く工程Ｓ４において、工程Ｓ１〜Ｓ３を繰り返すか否かの判定が行われる。工程Ｓ４において所定の終了条件が満たされるとき、方法ＭＴ１が終了する。一方、工程Ｓ４において所定の終了条件が満たされないとき、工程Ｓ５が行われる。一実施形態では、工程Ｓ５において、パージが行われる。このパージは、ウエハＷ上の雰囲気を置換する処理である。この工程Ｓ５に続いて、方法ＭＴ１では、工程Ｓ１〜Ｓ３が更に繰り返される。なお、終了条件は、工程Ｓ１〜Ｓ３のサイクルの繰り返し回数が所定回数に達したときに、満たされたものと判定されてもよい。
かかる方法ＭＴ１によれば、工程Ｓ３において、水素置換反応と窒化反応が並行して進行する。したがって、水素置換反応用の時間、及び、窒化反応用の時間を比較的大きくとることができる。その結果、ジクロロシランに基づく反応物中の塩素の除去が促進される。また、工程Ｓ３では、窒素ガスではなく、アンモニアガスが用いられているので、アンモニアラジカルが、窒素ラジカルと水素ラジカルの結合ではなく、アンモニアガスの解離によって生成される。したがって、水素ラジカルの消費が抑制され、ジクロロシランに基づく反応物中の塩素の除去が促進される。よって、方法ＭＴ１によれば、良質な窒化膜を高いスループットで形成可能となる。
一実施形態では、工程Ｓ３におけるアンモニアガスの流量は、同工程における水素ガスの流量に対して、水素ガスの流量：アンモニアガスの流量＝７：２、で規定される流量よりも少なくなっていてもよい。この実施形態によれば、工程Ｓ３において生成される水素ラジカルの量を増加させることが可能となり、水素ラジカルと置換される反応物中の塩素の量を増加させることが可能となる。その結果、ＷＥＲＲのより小さな、即ち、より良質な窒化膜を形成することが可能となる。
より具体的に説明すると、アンモニアの解離は、以下の四つの式（ｉ）〜（ｉｖ）で説明される。
（ｉ） ＮＨ３ → Ｎ＋Ｈ２＋Ｈ （７．７ｅＶ），
（ｉｉ） ＮＨ３ → ＮＨ＋Ｈ２ （３．９ｅＶ），
（ｉｉｉ） ＮＨ３ → ＮＨ２＋Ｈ （４．５ｅＶ），
（ｉｖ） Ｈ＋ＮＨ３ → ＮＨ２＋Ｈ２ （−０．０４ｅＶ），
なお、式（ｉ）〜（ｉｖ）における括弧内のエネルギー（ｅＶ）は、それぞれの式で示される解離に必要なエネルギーである。
処理容器に供給されるアンモニア（ＮＨ３）の全量うち、解離するアンモニアは数％であり、したがって、解離に要するエネルギーが小さい（ｉｉ）の解離は、アンモニアガスの流量に対する依存性が低く、アンモニアガスの流量が少なくなっても実質的に変化することなく生じるものと考えられる。
アンモニアガスの流量が水素ガスの流量に対して相対的に少なくなると、より高いエネルギーを必要とする（ｉ）の解離に利用し得るエネルギーが相対的に増加する。工程Ｓ３におけるアンモニアガスの流量が、同工程における水素ガスの流量に対して、水素ガスの流量：アンモニアガスの流量＝７：２、で規定される流量よりも少なくなると、上述した（ｉ）の解離の発生が相対的に増加するものと考えられる。その結果、生成される水素ラジカルの量が増加し、水素ラジカルと置換される反応物中の塩素の量を増加させることが可能となる。よって、ＷＥＲＲのより小さな、即ち、より良質な窒化膜を形成することが可能となる。
また、一実施形態では、工程Ｓ３においては、処理ガスがマイクロ波によって励起されることで、プラズマが生成されてもよい。マイクロ波は、誘導結合又は容量結合といったプラズマ源よりも処理ガスを励起することができる圧力帯域が広い。例えば、マイクロ波は、他のプラズマ源では困難な高い圧力においても処理ガスの励起が可能である。したがって、マイクロ波をプラズマ源として用いることにより、広範な圧力帯域から選択される圧力において方法ＭＴ１を実施することが可能となる。
以下、方法ＭＴ１の実施に用いることが可能な成膜装置の種々の例について説明する。
図３は、図１に示す方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す図であり、当該装置の断面を概略的に示している。図４は、図３に示す成膜装置を概略的に示す上面図である。図３は、図４のIII−III線に沿ってとった断面を示している。図５は、図４に示す成膜装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。
図３、図４、及び図５に示す成膜装置１０は、所謂セミバッチ式の成膜装置であり、処理容器１２、載置台１４、第１のガス供給部１６、排気部１８、第２のガス供給部２０、及びプラズマ生成部２２を備えている。
処理容器１２は、軸線Ｘ方向に延在する略円筒状の容器である。処理容器１２は、その内部に処理室Ｃを画成している。一実施形態においては、図３に示すように、処理容器１２は、下部１２ａ及び上部１２ｂを含んでいる。下部１２ａは、上方に開口した筒形状を有しており、処理室Ｃを画成する側壁及び底壁を含んでいる。上部１２ｂは、処理室Ｃを上方から画成する蓋体である。上部１２ｂは、下部１２ａの上部開口を閉じるように下部１２ａの頂部に取り付けられている。これら下部１２ａと上部１２ｂとの間には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材が設けられていてもよい。
処理容器１２によって画成される処理室Ｃ内には、載置台１４が設けられている。載置台１４は、略円板形状を有している。載置台１４は、軸線Ｘ中心に回転可能に構成されている。一実施形態においては、載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘ中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータといった駆動装置２４ａ及び回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部１２ａに取り付けられている。回転軸２４ｂは、軸線Ｘをその中心軸線として処理室Ｃ内まで延在しており、駆動装置２４ａからの駆動力により軸線Ｘ中心に回転する。この回転軸２４ｂには、載置台１４の中央部分が支持されている。これにより、載置台１４は、軸線Ｘ中心に回転される。なお、処理容器１２の下部１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを封止するよう、Ｏリングといった弾性封止部材が設けられていてもよい。
図３及び図５に示すように、載置台１４の上面には、一以上の載置領域１４ａが設けられている。一実施形態においては、複数の載置領域１４ａが、軸線Ｘに対して周方向に配列されている。載置領域１４ａは、当該領域に載置されるウエハＷの直径と略同様、又は、ウエハＷの直径よりも若干大きな直径を有する凹部として構成されている。処理室Ｃ内において載置台１４の下方には、載置領域１４ａに載置されたウエハＷを加熱するためのヒータ２６が設けられている。ウエハＷは、処理容器１２に設けられたゲートバルブＧを介してロボットアームといった搬送装置によって処理室Ｃに搬送され、載置領域１４ａに載置される。また、成膜装置１０による処理後のウエハＷは、搬送装置によってゲートバルブＧを介して処理室Ｃから取り出される。この処理室Ｃは、軸線Ｘに対して周方向に配列された第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいる。したがって、載置領域１４ａに載置されたウエハＷは、載置台１４の回転に伴い第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を順に通過する。
以下、図４及び図５に加えて、図６及び図７も参照する。図６は、図３に示す成膜装置の拡大断面図であり、第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口が設けられている部分の拡大断面図である。図７は、図３に示す成膜装置の第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を示す平面図であり、下方、即ち、載置台側から第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を見た平面図である。図４〜図６に示すように、第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するよう第１のガス供給部１６の噴射部１６ａが設けられている。換言すると、処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１となる。
図６及び図７に示すように、噴射部１６ａには、複数の噴射口１６ｈが形成されている。第１のガス供給部１６は、これら複数の噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１に前駆体ガスを供給する。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過するウエハＷの表面には、前駆体ガスが化学吸着する。方法ＭＴ１を成膜装置１０において実施する場合には、この前駆体ガスとして、ＤＣＳ（ジクロロシラン）を用いることができる。
一実施形態においては、図７に示すように、噴射部１６ａを画定する縁部には、周方向から当該噴射部１６ａを画定する二つの縁部１６ｅが含まれている。これら二つの縁部１６ｅは、軸線Ｘに近づくにつれて互いに近づくように延在している。二つの縁部１６ｅは、例えば、軸線Ｘに対して放射方向に延在し得る。即ち、噴射部１６ａは略扇型の平面形状を有していてもよい。複数の噴射口１６ｈは、これら二つの縁部１６ｅの間にわたって設けられている。ここで、載置台１４の回転に伴うウエハＷ内の各位置の周速度は、軸線Ｘからの距離により異なる。即ち、軸線Ｘから離れた位置ほど、その周速度は早くなる。この実施形態では、軸線Ｘから離れたウエハＷ内の位置ほど、より多くの噴射口１６ｈに対面するように噴射部１６ａが構成されている。したがって、ウエハＷの各位置が前駆体ガスに晒される時間のバラツキが低減され得る。
図６及び図７に示すように、噴射部１６ａの周囲には排気口１８ａが設けられており、排気部１８は当該排気口１８ａから第１の領域Ｒ１の排気を行う。排気部１８の排気口１８ａは、載置台１４の上面に対面しており、図５に示すように、噴射部１６ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。このように、成膜装置１０では、幅狭の排気口１８ａが噴射部１６ａの周囲を囲んでいる。
また、図６及び図７に示すように、排気口１８ａの周囲には第２のガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられており、第２のガス供給部２０は当該噴射口２０ａからパージガスを噴射する。第２のガス供給部２０の噴射口２０ａは載置台１４の上面に対面しており、排気口１８ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。第２のガス供給部２０によって供給されるパージガスとしては、不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガス又はアルゴン（Ａｒ）ガスといった希ガスを用いることができる。このようなパージガスがウエハＷに吹き付けられると、当該ウエハＷに過剰に吸着している前駆体ガスがウエハＷから除去される。
成膜装置１０では、排気口１８ａからの排気及び噴射口２０ａからのパージガスの噴射により、第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外に漏れ出すことを抑制しており、また、第２の領域Ｒ２において後述するように供給される処理ガス又はそのラジカル等が第１の領域Ｒ１に侵入することを抑制している。即ち、排気部１８及び第２のガス供給部２０は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを分離している。また、噴射口２０ａ及び排気口１８ａは噴射部１６ａの外周を取り囲む閉路に沿って延在する帯状の平面形状を有しているので、噴射口２０ａ及び排気口１８ａのそれぞれの幅は狭くなっている。したがって、第２の領域Ｒ２が軸線Ｘに対して周方向に延在する角度範囲を確保しつつ、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との分離が実現される。一実施形態においては、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間において延在している排気口１８ａの幅Ｗ２及び噴射口２０ａの幅Ｗ３（図７参照）は、載置領域１４ａの直径Ｗ１（図５参照）よりも小さくなっている。
一実施形態においては、成膜装置１０は、かかる噴射部１６ａ、排気口１８ａ、及び噴射口２０ａを画成するユニットＵを備え得る。以下、図８及び図９も参照する。図８は、第１のガス供給部の噴射部、排気部の排気口、及び第２のガス供給部の噴射口を画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。図９は、図８に示すユニットを上方から見た平面図である。なお、図９にはユニットＵの上面が示されており、図７には、ユニットＵの下面が示されている。図６〜図９に示すように、ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、及び第４の部材Ｍ４から構成されており、第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４が上から順に積み重ねられた構造を有している。ユニットＵは、処理容器１２の上部１２ｂの下面に当接するよう処理容器１２に取り付けられており、処理容器１２の上部１２ｂの下面と第１の部材Ｍ１との間には、弾性封止部材３０が設けられている。この弾性封止部材３０は、第１の部材Ｍ１の上面の外縁に沿って延在している。
第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４は、略扇型の平面形状を有している。第１の部材Ｍ１は、その下部側において、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。また、第２の部材Ｍ２は、その下部側において、第３〜第４の部材Ｍ３〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４は略同様の平面サイズを有している。
ユニットＵにおいては、第１〜第３の部材Ｍ１〜Ｍ３を貫通するガス供給路１６ｐが形成されている。ガス供給路１６ｐはその上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続している。このガス供給路１２ｐには、弁１６ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器１６ｃを介して、前駆体ガスのガス源１６ｇが接続されている。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間に形成された空間１６ｄに接続している。この空間１６ｄには、第４の部材Ｍ４に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続している。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｐとガス供給路１６ｐの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３２ａが設けられている。この弾性封止部材３２ａにより、ガス供給路１６ｐ及びガス供給路１２ｐに供給された前駆体ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間、及び、第２部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３との間には、ガス供給路１６ｐを囲むようにＯリングといった弾性封止部材３２ｂ、３２ｃがそれぞれ設けられている。弾性封止部材３２ｂ及び３２ｃにより、ガス供給路１６ｐに供給された前駆体ガスが、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界、及び、第２部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間には、空間１６ｄを囲むように弾性封止部材３２ｄが設けられている。弾性封止部材３２ｄにより、空間１６ｄに供給された前駆体ガスが、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４の境界から漏れ出することが防止され得る。
また、ユニットＵにおいては、第１〜第２の部材Ｍ１〜Ｍ２を貫通する排気路１８ｑが形成されている。排気路１８ｑは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続している。この排気路１２ｑは、真空ポンプといった排気装置３４に接続している。また、排気路１８ｑは、その下端において、第２の部材Ｍ２の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続している。また、上述したように第２の部材Ｍ２は第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第２の部材Ｍ２の内側面と第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４の側端面との間には、ギャップ１８ｇが設けられている。空間１８ｄはギャップ１８ｇに接続している。このギャップ１８ｇの下端は上述した排気口１８ａとして機能する。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、排気路１８ｑと排気路１２ｑの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ａが設けられている。この弾性封止部材３６ａにより、排気路１８ｑ及び排気路１２ｑ通る排気ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間には、排気路１８ｑを囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ｂが設けられている。この弾性封止部材３６ｂにより、排気路１８ｑを通るガスが第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界から漏れ出すことが防止され得る。
さらに、ユニットＵにおいては、第１の部材Ｍ１を貫通するガス供給路２０ｒが形成されている。ガス供給路２０ｒは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続している。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器２０ｃを介してパージガスのガス源２０ｇが接続されている。また、ガス供給路２０ｒの下端は、第１の部材Ｍ１の下面と第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続している。また、上述したように第１の部材Ｍ１は、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第１の部材Ｍ１の内側面と第２の部材Ｍ２の側面との間にはギャップ２０ｐが設けられている。このギャップ２０ｐは空間２０ｄに接続している。また、このギャップ２０ｐの下端は、第２のガス供給部２０の噴射口２０ａとして機能する。処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｒとガス供給路２０ｒの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３８が設けられている。この弾性封止部材３８により、ガス供給路２０ｒ及びガス供給路１２ｒを通るパージガスが上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止される。
以下、図３〜図５を再び参照し、更に図１０も参照する。図１０は、図３に示す成膜装置の拡大断面図であり、プラズマ生成部が設けられている部分の拡大断面図である。図３〜図５及び図１０に示すように、成膜装置１０は、プラズマ生成部２２を備えている。プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２に処理ガスを供給し、当該第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給することにより、第２の領域Ｒ２において処理ガスのプラズマを生成する。方法ＭＴ１を成膜装置１０において実施する場合には、第２の領域Ｒ２において、ウエハＷに化学吸着された前駆体ガス（ＤＣＳ）に基づく反応物を窒化させることができる。
プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給するための一以上のアンテナ２２ａを有し得る。一以上のアンテナ２２ａの各々は、誘電体板４０及び一以上の導波管４２を含み得る。図３〜図５に示す実施形態においては、四つのアンテナ２２ａが軸線Ｘに対して周方向に配列されている。各アンテナ２２ａは、第２の領域Ｒ２の上方に設けられた誘電体板４０、及び、当該誘電体板４０上に設けられた導波管４２を有している。
ここで、図１１及び図１２を更に参照する。図１１は、一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿ってとった断面図である。図１０〜図１２に示すように、誘電体板４０は、石英といった誘電体材料から構成される略板状の部材である。誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２に面するように設けられており、処理容器１２の上部１２ｂによって支持されている。
具体的に、処理容器１２の上部１２ｂには、誘電体板４０が第２の領域Ｒ２に対して露出するよう開口ＡＰが形成されている。この開口ＡＰの上側部分の平面サイズ（軸線Ｘに交差する面内のサイズ）は、当該開口ＡＰの下側部分の平面サイズ（軸線Ｘに交差する面内のサイズ）よりも大きくなっている。したがって、開口ＡＰを画成する上部１２ｂには、上方に面した段差面１２ｓが設けられている。一方、誘電体板４０の縁部は、被支持部４０ｓとして機能し、段差面１２ｓに当接する。この被支持部４０ｓが段差面１２ｓに当接することにより、誘電体板４０は上部１２ｂに支持される。なお、段差面１２ｓと誘電体板４０との間には、弾性封止部材が設けられていてもよい。
このように上部１２ｂによって支持された誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２を介して載置台１４と対面している。この誘電体板４０の下面のうち、上部１２ｂの開口ＡＰから露出した部分、即ち、第２の領域Ｒ２に面する部分は、誘電体窓４０ｗとして機能する。かかる誘電体窓４０ｗの縁部には、軸線Ｘに近づくにつれて互いに近づく二つの縁部４０ｅが含まれている。誘電体窓４０ｗの当該形状、即ち、軸線Ｘから離れるに従い周方向の長さが大きくなる形状により、ウエハＷの各位置が、処理ガスのプラズマに晒される時間のバラツキが低減され得る。なお、誘電体窓４０ｗ及び被支持部４０ｓを含む誘電体板４０の平面形状は、略扇形であってもよく、また、その加工が容易であるよう、多角形状であってもよい。
この誘電体板４０上には、導波管４２が設けられている。導波管４２は、矩形導波管であり、マイクロ波が伝播する内部空間４２ｉが誘電体窓４０ｗの上方において軸線Ｘに対して略放射方向に延在するように、誘電体板４０上に設けられている。一実施形態においては、導波管４２は、スロット板４２ａ、上部部材４２ｂ、及び端部部材４２ｃを含み得る。
スロット板４２ａは、金属製の板状部材であり、導波管４２の内部空間４２ｉを下方から画成している。スロット板４２ａは、誘電体板４０の上面に接し、誘電体板４０の上面を覆っている。スロット板４２ａは、内部空間４２ｉを画成する部分において、複数のスロット孔４２ｓを有している。
このスロット板４２ａ上には、金属製の上部部材４２ｂが当該スロット板４２ａを覆うように設けられている。上部部材４２ｂは、導波管４２の内部空間４２ｉを上方から画成している。上部部材４２ｂは、スロット板４２ａ及び誘電体板４０を、当該上部部材４２ｂと処理容器１２の上部１２ｂとの間に狭持するよう、当該上部１２ｂに対してネジ留めされ得る。
端部部材４２ｃは、金属製の部材であり、導波管４２の長手方向の一端に設けられている。即ち、端部部材４２ｃは、内部空間４２ｉの一端を閉じるように、スロット板４２ａと上部部材４２ｂの一端部に取り付けられている。かかる導波管４２の他端には、マイクロ波発生器４８が接続されている。マイクロ波発生器４８は、例えば、約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生して、当該マイクロ波を導波管４２に供給する。マイクロ波発生器４８により発生されて導波管４２を伝搬するマイクロ波は、スロット板４２ａのスロット孔４２ｓを通過して誘電体板４０に供給され、誘電体窓４０ｗを介して第２の領域Ｒ２に供給される。一実施形態においては、マイクロ波発生器４８は、複数の導波管４２に対して共通のものであってもよい。また、別の実施形態においては、複数のマイクロ波発生器４８が複数の導波管４２にそれぞれ接続されていてもよい。このように複数のアンテナ２２ａに接続された一以上のマイクロ波発生器４８を用い、当該マイクロ波発生器４８によって発生するマイクロ波の強度を調整することにより、第２の領域Ｒ２に与えるマイクロ波の強度を高めることが可能である。
また、プラズマ生成部２２は、第３のガス供給部２２ｂを含んでいる。第３のガス供給部２２ｂは、処理ガスを第２の領域Ｒ２に供給する。この処理ガスは、方法ＭＴ１を成膜装置１０で実施する場合には、アンモニアガス及び水素ガスを含む。一実施形態においては、第３のガス供給部２２ｂは、ガス供給路５０ａ及び噴射口５０ｂを含み得る。ガス供給路５０ａは、例えば、開口ＡＰの周囲に延在するよう処理容器１２の上部１２ｂに形成されている。また、処理容器１２の上部１２ｂには、ガス供給路５０ａに供給された処理ガスを誘電体窓４０ｗの下方に向けて噴射するための噴射口５０ｂが形成されている。一実施形態においては、複数の噴射口５０ｂが、開口ＡＰの周囲に設けられていてもよい。また、ガス供給路５０ａには、弁５０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器５０ｃを介して、水素ガスのガス源５０ｇが接続されている。さらに、ガス供給路５０ａには、弁５１ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器５１ｃを介して、アンモニアガスのガス源５１ｇが接続されている。
このように構成されたプラズマ生成部２２によれば、第３のガス供給部２２ｂによって第２の領域Ｒ２に処理ガスが供給され、また、アンテナ２２ａによって第２の領域Ｒ２にマイクロ波が供給される。これにより、第２の領域Ｒ２において処理ガスのプラズマが生成される。換言すると、第２の領域Ｒ２は、処理ガスのプラズマが生成される領域である。図５に示すよう、この第２の領域Ｒ２が軸線Ｘに対して周方向に延在する角度範囲は、第１の領域Ｒ１が周方向に延在する角度範囲よりも、大きくなっている。この第２の領域Ｒ２において生成された処理ガスのプラズマにより、ウエハＷ上に化学吸着した前駆体ガスに基づく反応物が窒化される。なお、処理容器１２の下部１２ａには、図５に示すように、載置台１４の外縁の下方において排気口２２ｈが形成されている。この排気口２２ｈには、図１０に示す排気装置５２が接続している。
再び図３を参照すると、成膜装置１０は、当該成膜装置１０の各要素を制御するための制御部６０を更に備えていてもよい。制御部６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、入力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部６０は、メモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、成膜装置１０の各要素を制御することができる。一実施形態においては、制御部６０は、載置台１４の回転速度を制御するために駆動装置２４ａに制御信号を送出し、ウエハＷの温度を制御するためにヒータ２６に接続された電源に制御信号を送出し、前駆体ガスの流量を制御するために弁１６ｖ及び流量制御器１６ｃに制御信号を送出し、排気口１８ａに接続する排気装置３４の排気量を制御するために当該排気装置３４に制御信号を送出し、パージガスの流量を制御するために弁２０ｖ及び流量制御器２０ｃに制御信号を送出し、マイクロ波のパワーを制御するためにマイクロ波発生器４８に制御信号を送出し、処理ガス中の水素ガスの流量を制御するために弁５０ｖ及び流量制御器５０ｃに制御信号を送出し、処理ガス中のアンモニアガスの流量を制御するために弁５１ｖ及び流量制御器５１ｃに制御信号を送出し、排気装置５２の排気量を制御するよう当該排気装置５２に制御信号を送出することができる。
以上説明した成膜装置１０では、載置台１４上に複数のウエハＷを載置することができる。載置台１４上に載置されたウエハＷは、載置台１４の軸線Ｘ中心の回転に伴い、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を順に通過する。ウエハＷが第１の領域Ｒ１を通過している期間においては、方法ＭＴ１の工程Ｓ１が実施される。また、第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に進む際に、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間において、ウエハＷに対して方法ＭＴ１の工程Ｓ２が実施される。また、ウエハＷが第２の領域Ｒ２を通過している期間においては、方法ＭＴ１の工程Ｓ３が実施される。また、第２の領域Ｒ２から第１の領域Ｒ１に進む際に、第２の領域Ｒ２と第１の領域Ｒ１との間において、ウエハＷに対して方法ＭＴ１の工程Ｓ５が実施される。このように、成膜装置１０によれば、複数のウエハＷに対する方法ＭＴ１の実施を同時に行うことが可能である。したがって、成膜装置１０を用いて実施される方法ＭＴ１によれば、窒化膜形成のスループットが更に向上される。
なお、別の実施形態においては、アンテナ２２ａをラジアルラインスロットアンテナと称されるマイクロ波供給用のアンテナに置き換えてもよい。
以下、方法ＭＴ１の実施に用いることができる成膜装置の別の一例について説明する。図１３は、方法ＭＴ１の実施に用いることができる成膜装置の別の一例を示す図である。図１３に示す成膜装置１００は、所謂枚葉式の成膜装置であり、処理容器１１２を備えている。
処理容器１１２は、ウエハＷを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１１２は、側壁１１２ａ、天部１１２ｂ、及び、底部１１２ｃを含み得る。側壁１１２ａは、軸線Ｘが延びる方向（以下、「軸線Ｘ方向」という）に延在する略筒形状を有している。底部１１２ｃは、側壁１１２ａの下端側に設けられている。側壁１１２ａの上端部は開口している。側壁１１２ａの上端部開口は、誘電体製の天板１１８によって閉じられている。天板１１８は、側壁１１２ａの上端部と天部１１２ｂとの間に狭持されている。この天板１１８と側壁１１２ａの上端部との間には封止部材１２６が介在していてもよい。封止部材１２６は、例えばＯリングであり、処理容器１１２の密閉に寄与する。
成膜装置１００は、処理容器１１２内に設けられたステージ１２０を更に備えている。ステージ１２０は、天板１１８の下方に設けられている。一実施形態においては、ステージ１２０は、台１２０ａ、及び、静電チャック１２０ｂを含んでいる。
台１２０ａは、底部１１２ｃが軸線Ｘ方向に延びる支持部１４６によって支持されている。台１２０ａの側面と側壁１１２ａの間、台１２０ａの下面と底部１１２ｃとの間には、排気路ＶＬが形成されている。この排気路ＶＬは、底部１１２ｃに設けられた排気口１１２ｄに繋がっている。排気口１１２ｄには、排気装置１５０が接続されている。排気装置１５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ及び圧力調整器を有している。この排気装置１５０によって、処理容器１１２内の処理空間Ｓを所望の圧力に調整することができる。また、排気装置１５０を動作させることにより、ステージ１２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することができる。
台１２０ａの上面には、静電チャック１２０ｂが設けられている。一実施形態においては、静電チャック１２０ｂの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック１２０ｂは、ウエハＷを静電吸着力で保持する。静電チャック１２０ｂの径方向外側には、ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック１２０ｂは、電極１２０ｄ、絶縁膜１２０ｅ、及び、絶縁膜１２０ｆを含んでいる。電極１２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１２０ｅと絶縁膜１２０ｆの間に設けられている。電極１２０ｄには、高圧の直流電源１６４がスイッチ１６６及び被覆線１６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１２０ｂは、直流電源１６４から印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面にウエハＷを吸着保持することができる。
台１２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１２０ｇが設けられている。この冷媒室１２０ｇには、チラーユニットから配管１７０，１７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。静電チャック１２０ｂ上のウエハＷの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管１７４を介して静電チャック１２０ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
一実施形態においては、成膜装置１００は、温度制御機構として、ヒータＨＣＳ、及び、ＨＥＳを更に備え得る。ヒータＨＣＳは、台１２０ａ内に設けられている。ヒータＨＣＳは、台１２０ａ内の中央領域、即ち軸線Ｘに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥＳは、台１２０ａ内において、ヒータＨＥＳを囲むように環状に延在している。
また、成膜装置１００は、アンテナ１１４、同軸導波管１１６、天板１１８、マイクロ波発生器１２８、チューナ１３０、導波管１３２、及び、モード変換器１３４を更に備え得る。マイクロ波発生器１２８は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器１２８は、チューナ１３０、導波管１３２、及びモード変換器１３４を介して、同軸導波管１１６の上部に接続されている。同軸導波管１１６は、その中心軸線である軸線Ｘに沿って延在している。同軸導波管１１６は、外側導体１１６ａ及び内側導体１１６ｂを含んでいる。外側導体１１６ａは、軸線Ｘ方向に延びる筒形状を有している。外側導体１１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット１３６の上部に電気的に接続され得る。内側導体１１６ｂは、外側導体１１６ａの内側に設けられている。内側導体１１６ｂは、軸線Ｘに沿って延びている。内側導体１１６ｂの下端は、アンテナ１１４のスロット板１４０に接続している。
アンテナ１１４は、天部１１２ｂに形成された開口内に配置されて得る。このアンテナ１１４は、遅波板１３８及びスロット板１４０を含んでいる。遅波板１３８は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円板形状を有している。遅波板１３８は、例えば、石英又はアルミナから構成される。遅波板１３８は、スロット板１４０と冷却ジャケット１３６の下面の間に狭持されている。アンテナ１１４は、したがって、遅波板１３８、スロット板１４０、及び、冷却ジャケット１３６の下面によって構成され得る。
スロット板１４０は、複数のスロット対が形成された略円板状の金属板であり、アンテナ１１４は、ラジアルラインスロットアンテナであり得る。図１４は、図１３に示す成膜装置のスロット板を示す平面図である。スロット板１４０には、複数のスロット対１４０ａが形成されている。複数のスロット対１４０ａは、径方向に所定の間隔で設けられており、また、周方向に所定の間隔で配置されている。複数のスロット対１４０ａの各々は、二つのスロット孔１４０ｂ及び１４０ｃを含んでいる。スロット孔１４０ｂとスロット孔１４０ｃは、互いに交差又は直交する方向に延在している。
図１３を再び参照する。成膜装置１００では、マイクロ波発生器１２８により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１１６を通って、遅波板１３８に伝播され、スロット板１４０のスロット孔１４０ｂ及び１４０ｃから天板１１８に与えられる。
天板１１８は、略円板形状を有しており、例えば、石英又はアルミナから構成されている。天板１１８は、スロット板１４０の直下に設けられている。天板１１８は、アンテナ１１４から受けたマイクロ波を透過して、当該マイクロ波を処理空間Ｓに導入する。これにより、天板１１８の直下に電界が発生し、処理空間内にプラズマが発生する。
また、成膜装置１００では、ガス供給部１８０が側壁１１２ａに取り付けられている。ガス供給部１８０の一端１８０ａは、処理容器１１２内において開口している。ガス供給部１８０の他端には、ガス源１８２ａが、弁１８２ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器１８２ｃを介して接続されている。また、ガス供給部１８０の他端には、ガス源１８４ａが、弁１８４ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器１８４ｃを介して接続されている。さらに、ガス供給部１８０の他端には、ガス源１８６ａが、弁１８６ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器１８６ｃを介して接続されている。ガス源１８２ａ、１８４ａ、１８６ａはそれぞれ、水素ガスのガス源、アンモニアガスのガス源、パージガスのガス源である。ガス源１８２ａからの水素ガス及びガス源１８４ａからのアンモニアガスは、方法ＭＴ１の工程Ｓ３において用いられる処理ガスとなる。また、ガス源１８６ａからのパージガスは、方法ＭＴ１の工程Ｓ２及びＳ５において用いられる。なお、パージガスには、不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、又はアルゴン（Ａｒ）ガスといった希ガスを用いることができる。
また、処理容器１１２内且つステージ１２０上には、軸線Ｘに対して周方向に延在するガス供給部１９０が設けられている。このガス供給部１９０は、環状の管であり、当該ガス供給部１９０には、ステージ１２０に向けて開口する複数のガス噴射口１９０ａが形成されている。ガス供給部１９０には、ガス源１９２ａが、弁１９２ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器１９２ｃを介して接続されている。ガス源１９２ａは、前駆体ガス、即ち、方法ＭＴ１の実施においてはＤＣＳのガス源である。
また、成膜装置１０は、制御部１６０を更に備え得る。制御部１６０は、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部１６０は、流量制御器１８２ｃ，１８４ｃ，１８６ｃ，１９２ｃに制御信号を送出して、ガス源１８２ａ，１８４ａ，１８６ａ，１９２ａからのガスの流量をそれぞれ制御することができる。また、制御部１６０は、マイクロ波のパワー、及び、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器１２８及び排気装置１５０にそれぞれ、制御信号を供給し得る。また、制御部１６０は、ウエハＷの温度を調整するために、ヒータＨＣＳ及びＨＥＳに接続された電源に制御信号を送出することができる。
この成膜装置１００において、方法ＭＴ１を実施する場合には、工程Ｓ１においてガス源１９２ａから供給されてガス供給部１９０により噴射されるＤＣＳに、ウエハＷが晒される。次いで、工程Ｓ２において、ガス源１８６ａからパージガスが処理空間Ｓに供給され、また、排気装置１５０によって処理空間Ｓが排気される。次いで、工程Ｓ３においては、ガス源１８２ａからの水素ガス及びガス源１８４ａからのアンモニアガスを含む処理ガスが、処理空間Ｓに供給され、アンテナ１１４から天板１１８を介して処理空間Ｓにマイクロ波が導入される。これによって、処理ガスのプラズマが生成され、当該処理ガスのプラズマによってウエハＷに吸着したＤＣＳに基づく反応物が窒化される。そして、この成膜装置１００を用いる場合も、工程Ｓ５を経て、工程Ｓ１〜Ｓ３が所定回数繰り返される。このように、枚葉式の成膜装置１００においても、方法ＭＴ１を実施することが可能である。
以下、上記方法ＭＴ１の評価のために行った実験例について説明する。以下に説明する実験例は、図１３及び図１４に示した成膜装置１００を用いて行ったものである。
（実験例１〜３及び比較実験例１〜３）
実験例１〜３では、ウエハＷに対して方法ＭＴ１を実施した。実験例１〜３では、工程Ｓ１〜Ｓ５を２００サイクル繰り返した。また、実験例１〜３ではそれぞれ、工程Ｓ３の処理時間を５秒、１５秒、３０秒とした。実験例１〜３の他の条件は以下に示す通りであり、共通のものとした。
（実験例１〜３の工程Ｓ１の条件）
ＤＣＳ流量 ２８０ｓｃｃｍ
処理時間 ５秒
処理容器内圧力 ５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）
（実験例１〜３の工程Ｓ３の条件）
アンモニア（ＮＨ３）ガス流量 ２００ｓｃｃｍ
水素（Ｈ２）ガス流量 ７００ｓｃｃｍ
処理容器内圧力 ５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）
マイクロ波パワー ４０００Ｗ
また、比較のため、工程Ｓ３のアンモニア（ＮＨ３）ガスに代えて窒素（Ｎ２）ガスを用いた点で実験例１〜３とは異なる比較実験例１〜３を行った。比較実験例１〜３における窒化時間、即ち、Ｎ２ガスとＨ２ガスとを含む処理ガスのプラズマにウエハＷを晒す時間はそれぞれ、１０秒、３０秒、６０秒とした。また、比較実験例１〜３における処理ガス中のＮ２ガスの流量は３００ｓｃｃｍとし、当該処理ガス中のＨ２ガスの流量は７００ｓｃｃｍとした。
そして、実験例１〜３及び比較実験例１〜３で作成した窒化膜のＷＥＲＲを求めた。なお、ＷＥＲＲは、評価対象の膜の品質の尺度であり、熱酸化膜のフッ酸によるウェットエッチングレートに対する評価対象の膜のフッ酸によるウェットエッチングレートの比である。
実験例１〜３及び比較実験例１〜３で作成した窒化膜のＷＥＲＲを図１５に示す。図１５の（ａ）に示すグラフは、実験例１〜３の窒化膜のＷＥＲＲを示しており、図１５の（ｂ）に示すグラフは、比較実験例１〜３の窒化膜のＷＥＲＲを示している。図１５の（ｂ）のグラフから明らかなように、Ｎ２ガスとＨ２ガスとを含む処理ガスのプラズマでは、窒化時間を延ばして６０秒としても、ＷＥＲＲは０．２３が限界であることが確認された。一方、図１５の（ａ）に示すように、方法ＭＴ１によれば、工程Ｓ３の処理時間が３０秒の場合にＷＥＲＲが０．２となり、良質の窒化膜が得られることが確認された。
（比較実験例４〜７）
また、比較のため、図１６の（ａ）に示すように、窒化工程においてＨ２ガスのプラズマにウエハＷを晒した後にＮ２ガスとＨ２ガスとを含む処理ガスのプラズマにウエハＷを晒した点で比較実験例１〜３とは異なる比較実験例４〜７を実施した。比較実験例４〜７では、ＯＮ時のマイクロ波のパワーは４０００Ｗとした。比較実験例４〜７では、（Ｈ２ガスのプラズマにウエハＷを晒す時間Ｔ１）／（Ｎ２ガスとＨ２ガスとを含む処理ガスのプラズマにウエハＷを晒す時間Ｔ２）をそれぞれ、０秒／３０秒、１０秒／２０秒、２０秒／１０秒、０秒／１０秒とした。
図１６の（ｂ）に、比較実験例４〜７で得られた窒化膜のＷＥＲＲを示す。図１６に示すように、比較実験例４〜７では、時間Ｔ１と時間Ｔ２のそれぞれを、双方の時間の合計（Ｔ１＋Ｔ２）が３０秒の範囲内にあるという制限の下で調整しても、ＷＥＲＲが最小であっても０．２より大きな値となることが確認された。これら比較実験例４〜７の結果と実験例３の結果を対比すれば明らかなように、方法ＭＴ１によれば、３０秒の工程Ｓ３によりＷＥＲＲ＝０．２の良質の窒化膜が得られることが確認された。
（実験例４〜８）
実験例４〜８では、ウエハＷに対して方法ＭＴ１を実施した。実験例４〜８では、工程Ｓ１〜Ｓ５を２００サイクル繰り返した。また、実験例４〜８では、工程Ｓ３の処理時間を３０秒とし、Ｈ２ガスの流量を７００ｓｃｃｍとした。また、実験例４〜８ではそれぞれ、工程Ｓ３におけるＮＨ３ガスの流量を６００ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍとした。実験例４〜８の他の条件は、実験例１〜３の条件と同様とした。
そして、実験例４〜６において作成した窒化膜のＷＥＲＲを求めた。また、実験例４〜８では、発光分光分析装置（ＯＥＳ）を用いて、工程Ｓ３における水素（Ｈ）の発光強度とアンモニアラジカル（ＮＨ）の発光強度の比、即ち、（Ｈの発光強度）／（ＮＨの発光強度）を測定した。
図１７の（ａ）に実験例４〜６において作成した窒化膜のＷＥＲＲを示し、図１７の（ｂ）に実験例４〜８の工程Ｓ３における（Ｈの発光強度）／（ＮＨの発光強度）、即ち、ＯＥＳ発光強度比を示す。図１７の（ａ）から明らかなように、実験例４〜６の結果、ＮＨ３ガスの流量をＨ２ガスの流量に対して相対的に減少させることにより、ＷＥＲＲの小さな、即ち、良質な窒化膜が得られることが確認された。また、図１７の（ｂ）に示すように、Ｈ２ガスの流量７００ｓｃｃｍに対して、ＮＨ３ガスの流量を２００ｓｃｃｍ以下とすることで、発光強度比が大きくなること、即ち、水素ラジカルの量が多くなることが確認された。この結果から、Ｈ２ガスの流量７００ｓｃｃｍに対してＮＨ３ガスの流量を２００ｓｃｃｍ以下とすることで、水素ラジカルの量を増加させることができ、延いては良質な窒化膜が得られることが確認された。
ＭＴ１…窒化膜を形成する方法、１０…成膜装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…第１のガス供給部（ＤＣＳ）、１８…排気部、２０…第２のガス供給部（パージガス）、２２…プラズマ生成部、２２ｂ…第３のガス供給部（処理ガス）、２４…駆動機構、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、１００…成膜装置、１１２…処理容器、１１４…アンテナ、１１８…天板、１２０…ステージ、１４０…スロット板。

Claims (5)

  1. 被処理体上に窒化膜を形成する方法であって、
    前駆体ガスであるジクロロシランに被処理体を晒す工程と、
    前記ジクロロシランに晒す前記工程の後、アンモニアガスと水素ガスを含む処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程と、
    を含む方法。
  2. 前記ジクロロシランに前記被処理体を晒す前記工程と前記処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す前記工程が、交互に繰り返され、
    前記ジクロロシランに前記被処理体を晒す前記工程と、これに続く、前記処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す前記工程との間に、前記ジクロロシランを除去する工程を更に含む、
    請求項１に記載の方法。
  3. 処理ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程における前記アンモニアガスの流量は、該工程における前記水素ガスの流量に対して、
    前記水素ガスの流量：前記アンモニアガスの流量＝７：２
    で規定される流量よりも少ない、
    請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記被処理体は、処理容器内において軸線中心に回転可能に設けられた載置台上に載置され、該載置台の回転に伴い前記軸線中心に前記処理容器内の第１の領域及び第２の領域を順に通過し、
    前記ジクロロシランは、前記第１の領域に供給され、
    前記処理ガスのプラズマは、前記第２の領域において生成される、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記処理ガスはマイクロ波によって励起される、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
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