JP2015159212A - カーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置 - Google Patents

カーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置を提供する。【解決手段】カーボンを含むシリコン膜の形成方法は、吸着ステップと塩素除去ステップとを備えている。吸着ステップでは、半導体ウエハが収容された反応室内にテトラクロロシランを供給して活性化させ、活性化したテトラクロロシランと半導体ウエハとを反応させて半導体ウエハにシリコン吸着物を吸着させる。塩素除去ステップでは、反応室内にトリイソプロピルボロンを供給して活性化させ、活性化したトリイソプロピルボロンとシリコン吸着物とを反応させてシリコン吸着物に含まれる塩素を除去する。そして、この吸着ステップと塩素除去ステップとを、この順に複数回繰り返す。【選択図】図３

Description

本発明は、カーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置に関する。
カーボンを含むシリコン膜、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）膜の形成方法として、例えば、特許文献１には、被処理体にテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）とトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）とを交互に供給してＳｉＣ膜を形成することができるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が提案されている（例えば、特許文献１）。
米国特許出願公開第２０１２／０１７７８４１号明細書
ところで、特許文献１の方法で形成されたＳｉＣ膜には、その膜中に多くの不純物（Ａｌ）が残ってしまうという問題がある。このため、不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜の形成方法が求められている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るカーボンを含むシリコン膜の形成方法は、
被処理体が収容された反応室内に少なくとも１つの塩素基を持ったシリコンソースガスを供給して活性化させ、該活性化したシリコンソースガスと前記被処理体とを反応させて当該被処理体にシリコン吸着物を吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内にアルキル金属ガスを供給して活性化させ、該活性化したアルキル金属ガスと前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に含まれる塩素を除去する塩素除去ステップと、
を備え、
前記吸着ステップと前記塩素除去ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする。
前記塩素除去ステップでは、前記アルキル金属ガスに、例えば、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリプロピルボロン、または、トリイソプロピルボロンを用いる。
前記吸着ステップでは、前記シリコンソースガスに、例えば、ジクロロシラン、トリクロロシラン、モノクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、または、オクタクロロトリシランを用いる。
前記塩素除去ステップでは、例えば、前記反応室内を２００℃〜６００℃に設定する。
前記塩素除去ステップを実行した後、前記反応室にプラズマにより活性化された水素ガスを供給し、前記シリコン吸着物に含まれる塩素をさらに除去するプラズマ処理ステップを、さらに備え、
前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記プラズマ処理ステップとを、この順に複数回繰り返してもよい。
前記塩素除去ステップを実行した後、前記反応室に酸素を供給して活性化させ、該活性化した酸素と前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に酸素を含ませる酸素供給ステップを、さらに備え、
前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記酸素供給ステップとを、この順に複数回繰り返してもよい。
前記酸素供給ステップを実行した後、前記反応室に窒素を供給して活性化させ、該活性化した窒素と前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に窒素を含ませる窒素供給ステップを、さらに備え、
前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記酸素供給ステップと、前記窒素供給ステップを、この順に複数回繰り返してもよい。
本発明の第２の観点に係るカーボンを含むシリコン膜の形成装置は、
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内に少なくとも１つの塩素基を持ったシリコンソースガスを供給するシリコンソースガス供給手段と、
前記反応室内にアルキル金属ガスを供給するアルキル金属ガス供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記シリコンソースガス供給手段を制御して前記反応室内にシリコンソースガスを供給させ、前記反応室内に収容された被処理体にシリコン吸着物を吸着し、前記アルキル金属ガス供給手段を制御して前記反応室内にアルキル金属ガスを供給させ、前記シリコン吸着物とに含まれる塩素を除去する、
処理を複数回繰り返す、ことを特徴とする。
本発明によれば、不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置を提供することができる。
本発明の実施の形態の処理装置を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 ＳｉＣ膜の形成方法を説明する図である。 半導体ウエハ表面での反応を説明する図である。 本発明の他の実施の形態のＳｉＣ膜の形成方法を説明する図である。 本発明の他の実施の形態の処理装置を示す図である。 本発明のＳｉＯＣ膜の形成方法を説明する図である。 本発明のＳｉＯＣＮ膜の形成方法を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態に係るカーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置について説明する。本実施の形態では、カーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、形成装置として、シリコンカーバイド膜（ＳｉＣ膜）の形成方法、及び、形成装置を例に説明する。また、ＳｉＣ膜の形成装置として、バッチ式の縦型処理装置を用いる場合を例に説明する。図１に本実施の形態の処理装置の構成を示す。
図１に示すように、処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた反応管２を備えている。反応管２は、内管２ａと、内管２ａを覆うとともに内管２ａと所定の間隔を有するように形成された有天井の外管２ｂとから構成された二重管構造を有する。内管２ａと外管２ｂの側壁は、図１に矢印で示すように、複数の開口を有している。内管２ａ及び外管２ｂは、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管２の一側方には、反応管２内のガスを排気するための排気部３が配置されている。排気部３は、反応管２に沿って上方に延びるように形成され、反応管２の側壁に設けられた開口を介して、反応管２と連通する。排気部３の上端は、反応管２の上部に配置された排気口４に接続されている。この排気口４には図示しない排気管が接続され、排気管には図示しないバルブや後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、外管２ｂの一方の側壁側（ソースガス供給管８）から供給されたガスが、内管２ａ、外管２ｂの他方の側壁側、排気部３、排気口４を介して、排気管に排気され、反応管２内が所望の圧力（真空度）に制御される。
反応管２の下方には、蓋体５が配置されている。蓋体５は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体５は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体５が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体５の上には、ウエハボート６が載置されている。ウエハボート６は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート６は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。なお、蓋体５の上部に、反応管２の炉口部分から反応管２内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハＷを収容するウエハボート６を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート６を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート６に収容された半導体ウエハＷを均一な温度に制御しやすくなる。
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ７が設けられている。この昇温用ヒータ７により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管２の内部に収容された半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内にソースガスを供給するソースガス供給管８が挿通されている。ソースガスは、被処理体にソース（Ｓｉ）を吸着させるＳｉソースであり、後述する吸着ステップで用いられる。Ｓｉソースとしては、少なくとも１つの塩素基を持ったシリコン源、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）を用いることができる。本例では、テトラクロロシランが用いられている。
ソースガス供給管８には、垂直方向の所定間隔ごとに供給孔が設けられており、供給孔から反応管２（外管２ｂ）内にソースガスが供給される。このため、図１に矢印で示すように、ソースガスが垂直方向の複数箇所から反応管２内に供給される。
また、反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内にアルキル金属を供給するアルキル金属供給管９が挿通されている。ここで、アルキル金属とは、アルキル基に金属が結合した化合物をいい、例えば、金属がボロン（Ｂ）の場合、トリメチルボロン（Ｂ（ＣＨ３）３）、トリエチルボロン（Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリプロピルボロン（Ｂ（Ｃ３Ｈ７）３）、トリイソプロピルボロン（Ｂ（Ｃ３Ｈ７）３）等が挙げられる。アルキル金属は、吸着されたソースの塩素をアルキル基に置き換え、後述する塩素除去工程で用いられる。本例では、トリイソプロピルボロンが用いられている。
また、反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内に希釈ガス及びパージガスとしての窒素（Ｎ２）を供給する窒素ガス供給管１１が挿通されている。
ソースガス供給管８、アルキル金属供給管９、窒素ガス供給管１１は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）１２５を介して、図示しないガス供給源に接続されている。
また、反応管２内には、反応管２内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ１２２、及び、反応管２内の圧力を測定する圧力計１２３が複数本配置されている。
また、処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ１２２は、反応管２内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計１２３は、反応管２内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ７を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、昇温用ヒータ７に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ７の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ１２５は、ソースガス供給管８、アルキル金属供給管９、窒素ガス供給管１１等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。
真空ポンプ１２７は、排気管に接続され、反応管２内のガスを排気する。
ボートエレベータ１２８は、蓋体５を上昇させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体５を下降させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、Ｉ／Ｏポート（Input/Output Port）１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、各種のガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行する。また、ＣＰＵ１１５は、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ１２２、圧力計１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
次に、以上のように構成された処理装置１を用いたＳｉＣ膜の形成方法について、図３に示すレシピ（タイムシーケンス）を参照して説明する。本実施の形態のＳｉＣ膜の形成方法では、ＡＬＤ法により、半導体ウエハＷ上にシリコンＳｉＣを形成する。
図３に示すように、本実施の形態では、半導体ウエハＷにソース（Ｓｉ）を吸着させる吸着ステップと、吸着したソースに含まれる塩素（Ｃｌ）を除去する塩素除去ステップと、を複数回、例えば、１００サイクル実行する（繰り返す）ことにより、半導体ウエハＷ上に所望厚のＳｉＣ膜が形成される。また、図３に示すように、本実施の形態では、Ｓｉソースガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、アルキル金属としてトリイソプロピルボロン（Ｂ（Ｃ３Ｈ７）３）、希釈ガスとして窒素（Ｎ２）を用いている。
なお、以下の説明において、処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（昇温用ヒータ７）、ＭＦＣ１２５（ソースガス供給管８等）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７を制御することにより、図３に示すレシピに従った条件に設定される。
まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３００℃に維持する。次に、半導体ウエハＷを収容したウエハボート６を蓋体５上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２内にロードする（ロード工程）。
続いて、半導体ウエハＷにソースを吸着する吸着ステップを実施する。まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、５００℃に設定する。また、窒素ガス供給管１１から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に設定する（安定化工程）。
ここで、反応管２内の温度は、２００〜６００℃とすることが好ましく、３５０〜５５０℃にすることがより好ましい。かかる範囲の温度にすることにより、形成されるＳｉＣ膜の膜質や膜厚均一性等を向上させることができるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ（０．００１Ｔｏｒｒ）〜１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）にすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハＷとＳｉとの反応を促進することができるためである。反応管２内の圧力は、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）にすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
次に、半導体ウエハＷにＳｉを吸着させる吸着ステップを実行する。吸着ステップでは、ソースガス供給管８からＳｉソースとしてのテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）を反応管２内に、例えば、図３（ｄ）に示すように、２００ｓｃｃｍ供給する（フロー工程）。
反応管２内に供給されたＳｉＣｌ４は、反応管２内で加熱されて活性化する。このため、反応管２内にＳｉＣｌ４が供給されると、半導体ウエハＷと活性化されたＳｉが反応し、図４（ａ）に示すように、半導体ウエハＷにＳｉが吸着する。
半導体ウエハＷに所定量のＳｉが吸着すると、ソースガス供給管８からのＳｉＣｌ４の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、窒素ガス供給管１１から反応管２内に窒素を反応管２内に、例えば、図３（ｃ）に示すように、５００ｓｃｃｍ供給して、反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。
次に、塩素除去ステップを実行する。まず、塩素除去ステップでは、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、５００℃に設定する。また、窒素ガス供給管１１から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に設定する。次に、図３（ｅ）に示すように、アルキル金属供給管９からアルキル金属としてトリイソプロピルボロン（Ｂ（Ｃ３Ｈ７）３）を反応管２内に、例えば、図３（ｅ）に示すように、２００ｓｃｃｍ供給する（フロー工程）。
反応管２内に供給されたＢ（Ｃ３Ｈ７）３は、反応管２内で加熱されて活性化する。このため、反応管２内にＢ（Ｃ３Ｈ７）３が供給されると、吸着したＳｉのＣｌ接合（Ｓｉ−Ｃｌ）を切断し、図４（ｂ）に示すように、吸着したソースに含まれる塩素（Ｃｌ）を除去する。
ここで、アルキル金属としてトリイソプロピルボロンを用いているので、図４（ｂ）に示すように、ボロンがＢＣｌ３という高い蒸気圧をもつ物質に変化し、膜外に排出される。排出されるＢＣｌ３は、特許文献１で排出されるＡｌＣｌ３よりも蒸気圧が高く、形成されるＳｉＣ膜中に残留しにくい。このため、特許文献１のように不純物が含まれにくく、不純物の少ないＳｉＣ膜を形成することができる。
吸着したソースに含まれる塩素が除去されると、アルキル金属供給管９からのＢ（Ｃ３Ｈ７）３の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１１から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。
これにより、吸着ステップと塩素除去ステップとからなるＡＬＤ法の１サイクルが終了する。続いて、再び、図４（ｃ）に示すように、吸着ステップから始まるＡＬＤ法の１サイクルを開始する。そして、このサイクルを所定回、例えば、１００回繰り返す。これにより、半導体ウエハＷに所望厚のＳｉＣ膜が形成される。
半導体ウエハＷに所望厚のＳｉＣ膜が形成されると、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３００℃に維持するとともに窒素ガス供給管１１から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内を窒素でサイクルパージして常圧へと戻す（常圧復帰工程）。次に、ボートエレベータ１２８により蓋体５を下降させることにより、半導体ウエハＷをアンロードする（アンロード工程）。
以上説明したように、本実施の形態によれば、半導体ウエハＷにテトラクロロシランを吸着させた後、トリイソプロピルボロンを供給してソースに含まれる塩素を除去するステップを複数回実施しているので、不純物の少ないＳｉＣ膜を形成することができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、吸着ステップと塩素除去ステップとを１サイクルとして繰り返す場合を例に本発明を説明したが、例えば、図５に示すように、ＳｉＣ膜に含まれる塩素をさらに除去するプラズマ処理ステップを加えてもよい。プラズマ処理ステップでは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、反応管２内を５００℃、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に維持した状態で、図５（ｆ）に示すように、反応管２内にプラズマにより活性化された水素ガス（Ａｒ／Ｈ２ガス）を供給する。この場合、プラズマ処理ステップで反応管２内に供給される活性化された水素ガスにより、ＳｉＣ膜中に含まれる塩素がさらに除去され、より不純物の少ないＳｉＣ膜を形成することができる。
このようなプラズマ処理を行う場合には、例えば、図６に示すような処理装置１を用いることができる。処理装置１では、反応管２の排気部３が配置されている反応管２の一側方の反対側に、プラズマ発生部２０が設けられている。プラズマ発生部２０は、一対の電極２１等を備えており、一対の電極２１間にＡｒ／Ｈ２ガス供給管１０が挿通されている。一対の電極２１は、図示しない高周波電源、整合器等に接続されている。そして、一対の電極２１間に高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加することにより、一対の電極２１間に供給された水素ガス（Ｈ２）をプラズマ励起（活性化）させ、プラズマ発生部２０から反応管２内に供給される。また、水素ガス（Ｈ２）の活性化としては、触媒、ＵＶ、熱、磁力等を用いてもよい。
上記実施の形態では、カーボンを含むシリコン膜としてＳｉＣ膜を用いた場合を例に本発明を説明したが、カーボンを含むシリコン膜はＳｉＣ膜に限定されるものではない。カーボンを含むシリコン膜は、シリコン膜にカーボンを含むものであればよく、例えば、炭素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）、炭素添加シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）であってもよい。
図７にＳｉＯＣ膜の形成方法を説明するためのレシピ（タイムシーケンス）を示す。図７に示すように、ＳｉＯＣ膜の形成方法では、前述のＳｉＣ膜の形成方法における吸着ステップと、塩素除去ステップと、形成されたＳｉＣ膜に酸素を供給する酸素供給ステップと、を所定回、例えば、１００回繰り返す。酸素供給ステップでは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、反応管２内を５００℃、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に維持した状態で、図７（ｆ）に示すように、反応管２内に酸素（Ｏ２）を５００ｓｃｃｍ供給する。これにより、ＳｉＣ膜中に酸素が導入され、半導体ウエハＷにＳｉＯＣ膜が形成される。このように、不純物の少ないＳｉＣ膜を用いてＳｉＯＣ膜を形成しているので、不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜を形成することができる。
図８にＳｉＯＣＮ膜の形成方法を説明するためのレシピ（タイムシーケンス）を示す。図８に示すように、ＳｉＯＣＮ膜の形成方法では、前述のＳｉＯＣ膜の形成方法における吸着ステップと、塩素除去ステップと、酸素供給ステップと、形成されたＳｉＯＣ膜に窒素を供給する窒素供給ステップと、を所定回、例えば、１００回繰り返す。窒素供給ステップでは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、反応管２内を５００℃、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に維持した状態で、図８（ｇ）に示すように、反応管２内にアンモニア（ＮＨ３）を５００ｓｃｃｍ供給する。これにより、ＳｉＯＣ膜中に窒素が導入され、半導体ウエハＷにＳｉＯＣＮ膜が形成される。このように、不純物の少ないＳｉＯＣ膜を用いてＳｉＯＣＮ膜を形成しているので、不純物の少ないカーボンを含むシリコン膜を形成することができる。
上記実施の形態では、Ｓｉソースとしてテトラクロロシランを用いた場合を例に本発明を説明したが、Ｓｉソースは、少なくとも１つの塩素基を持ったシリコン源であればよく、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）であってもよい。
上記実施の形態では、アルキル金属としてトリイソプロピルボロンを用いた場合を例に本発明を説明したが、アルキル金属は、吸着されたソースの塩素をアルキル基に置換可能なものであればよく、例えば、トリメチルボロン（Ｂ（ＣＨ３）３）、トリエチルボロン（Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリプロピルボロン（Ｂ（Ｃ３Ｈ７）３）であってもよい。また、金属は、その金属塩化物の蒸気圧が高いものであればよく、ボロンに限定されるものではない。
上記実施の形態では、反応管２内の温度を５００℃とした場合を例に本発明を説明したが、例えば、触媒、ＵＶ、磁力等により処理ガスを活性化させることにより、反応管２内の温度を低くしてもよい。
上記実施の形態では、吸着ステップと塩素除去ステップとを１サイクルとして、このサイクルを１００回繰り返した場合を例に本発明を説明したが、例えば、５０サイクルのように、サイクル数を少なくしてもよい。また、２００サイクルのように、サイクル数を多くしてもよい。この場合にも、サイクル数に応じて、例えば、Ｓｉソースの供給量等を調整することにより、不純物の少ないＳｉＣ膜を形成することができる。
上記実施の形態では、処理ガス供給時に処理ガスのみを供給する場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガス供給時に希釈ガスとしての窒素を供給してもよい。この場合、処理時間の設定等が容易になる。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素の他に、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）が適用できる。
本実施の形態では、処理装置１として、二重菅構造のバッチ式の処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、単管構造のバッチ式の処理装置に本発明を適用することも可能である。また、バッチ式の横型処理装置や枚葉式の処理装置に本発明を適用することも可能である。
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）など）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ：Bulletin Board System）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Operating System）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明は、カーボンを含むシリコン膜の形成方法、及び、カーボンを含むシリコン膜の形成装置に有用である。
１ 処理装置
２ 反応管
２ａ 内管
２ｂ 外管
３ 排気部
４ 排気口
５ 蓋体
６ ウエハボート
７ 昇温用ヒータ
８ ソースガス供給管
９ アルキル金属供給管
１１ 窒素ガス供給管
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏポート
１１５ ＣＰＵ
１１６ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (8)

  1. 被処理体が収容された反応室内に少なくとも１つの塩素基を持ったシリコンソースガスを供給して活性化させ、該活性化したシリコンソースガスと前記被処理体とを反応させて当該被処理体にシリコン吸着物を吸着させる吸着ステップと、
    前記反応室内にアルキル金属ガスを供給して活性化させ、該活性化したアルキル金属ガスと前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に含まれる塩素を除去する塩素除去ステップと、
    を備え、
    前記吸着ステップと前記塩素除去ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とするカーボンを含むシリコン膜の形成方法。
  2. 前記塩素除去ステップでは、前記アルキル金属ガスに、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリプロピルボロン、または、トリイソプロピルボロンを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンを含むシリコン酸化膜の形成方法。
  3. 前記吸着ステップでは、前記シリコンソースガスに、ジクロロシラン、トリクロロシラン、モノクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、または、オクタクロロトリシランを用いる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンを含むシリコン酸化膜の形成方法。
  4. 前記塩素除去ステップでは、前記反応室内を２００℃〜６００℃に設定する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカーボンを含むシリコン酸化膜の形成方法。
  5. 前記塩素除去ステップを実行した後、前記反応室にプラズマにより活性化された水素ガスを供給し、前記シリコン吸着物に含まれる塩素をさらに除去するプラズマ処理ステップを、さらに備え、
    前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記プラズマ処理ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカーボンを含むシリコン膜の形成方法。
  6. 前記塩素除去ステップを実行した後、前記反応室に酸素を供給して活性化させ、該活性化した酸素と前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に酸素を含ませる酸素供給ステップを、さらに備え、
    前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記酸素供給ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカーボンを含むシリコン膜の形成方法。
  7. 前記酸素供給ステップを実行した後、前記反応室に窒素を供給して活性化させ、該活性化した窒素と前記シリコン吸着物とを反応させて当該シリコン吸着物に窒素を含ませる窒素供給ステップを、さらに備え、
    前記吸着ステップと、前記塩素除去ステップと、前記酸素供給ステップと、前記窒素供給ステップを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項６に記載のカーボンを含むシリコン膜の形成方法。
  8. 被処理体を収容する反応室と、
    前記反応室内に少なくとも１つの塩素基を持ったシリコンソースガスを供給するシリコンソースガス供給手段と、
    前記反応室内にアルキル金属ガスを供給するアルキル金属ガス供給手段と、
    装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記シリコンソースガス供給手段を制御して前記反応室内にシリコンソースガスを供給させ、前記反応室内に収容された被処理体にシリコン吸着物を吸着し、前記アルキル金属ガス供給手段を制御して前記反応室内にアルキル金属ガスを供給させ、前記シリコン吸着物とに含まれる塩素を除去する、
    処理を複数回繰り返す、ことを特徴とするカーボンを含むシリコン膜の形成装置。
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