JP2015162554A - シリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法 - Google Patents

シリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマダメージを受けることなく、低温で高品質なシリコン窒化膜を形成することができるシリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法を提供する。【解決手段】処理装置１は、半導体ウエハＷを収容する反応管２と、反応管２内にケイ素を含むソースガスを供給するソースガス供給管８と、反応管２内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給管９と、反応管２内にＤＣＳを供給し、反応管２内に収容された半導体ウエハＷにケイ素を吸着させ、反応管２内にアンモニアを供給し、前記半導体ウエハＷに吸着したケイ素を窒化して、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を形成する制御部１００と、を備えている。窒化ガス供給管９の内壁には、白金金属系材料がコーティングされており、窒化ガス供給管９から供給されたアンモニアを活性化する。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法に関する。
半導体プロセスの微細化に伴い、低温で高品質なシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）の成膜技術開発が求められ、例えば、特許文献１では、複数枚のウエハを一括して処理する処理室を形成したプロセスチューブと、処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室内を排気する排気手段と、処理室内にてプラズマを生成させて処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の放電電極とを備えたバッチ式リモートプラズマ処理装置が提案されている。
特開２００２−２８０３７８号公報
ところで、このようなプラズマ技術を用いて成膜した場合には、プラズマダメージが発生してしまうという問題がある。プラズマダメージは、発生させるプラズマの強度（アンモニア分子の活性化力）と深く関係している。例えば、窒化力を上げるためにＲＦパワーを上げて、窒化時間を短縮したり、プラズマ照射時間を延ばしたりすると、プラズマダメージが増加してしまう。
また、例えば、半導体ウエハのエッジ部分にプラズマ発生機構を有し、半導体ウエハのセンターに向かってプラズマで活性化したアンモニアを供給して成膜する装置の場合、プラズマ発生箇所に近い半導体ウエハのセンターと遠いエッジとで窒化力に差異が見られ、シリコン窒化膜の膜厚や膜質の面内傾向に差異が生じてしまう。これは、半導体ウエハのエッジで活性化されたアンモニア分子が、センターに到達する前に失活してしまう現象が発生するためと考えられる。さらに、面間方向についても、プラズマのプロファイル起因と想定されるシリコン窒化膜の膜厚や膜質のプロファイルが生じてしまう。
このように、プラズマを利用してアンモニアを活性化するには、半導体ウエハ面内・面間の窒化力バランスの制御が困難であり、面内、面間で均一なシリコン窒化膜を形成するためには、プラズマダメージを回避するために窒化時間の短縮が困難である。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プラズマダメージを受けることなく、低温で高品質なシリコン窒化膜を形成することができるシリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法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の観点に係るシリコン窒化膜の形成装置は、
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内にケイ素を含むソースガスを供給するソースガス供給手段と、
前記反応室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
前記ソースガス供給手段を制御して前記反応室内にソースガスを供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体にケイ素を吸着させ、前記窒化ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスを供給し、前記被処理体に吸着したケイ素を窒化して、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する制御手段と、を備え、
前記反応室内に供給される窒化ガスが前記被処理体に到達するまでの流路上に配置された部材に白金金属系材料がコーティングされ、前記窒化ガス供給手段から供給された窒化ガスを活性化する、
ことを特徴とする。
前記窒化ガス供給手段の供給管の内壁には、例えば、前記白金金属系材料がコーティングされている。
前記制御手段は、例えば、前記ソースガス供給手段を制御して前記反応室内にソースガスを供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体にケイ素を吸着させ、前記窒化ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスを供給し、前記被処理体に吸着したケイ素を窒化して、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する、処理を複数回繰り返す。
前記白金金属系材料は、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び、これらの金属の酸化物である。
前記窒化ガスは、例えば、アンモニアである。
前記反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内の温度を１００〜７００℃に加熱する、ことが好ましい。
本発明の第２の観点に係るシリコン窒化膜の形成方法は、
被処理体が収容された反応室内にケイ素を含む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ケイ素を吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に窒化ガスを供給して活性化させ、該活性化した窒化ガスと前記被処理体に吸着したケイ素とを反応させて窒化する窒化ステップと、を備え、
前記窒化ステップでは、前記反応室内に供給される窒化ガスが前記被処理体に到達するまでの流路上に配置された部材に白金金属系材料がコーティングされ、供給される窒化ガスを活性化する、
ことを特徴とする。
前記吸着ステップと前記窒化ステップとを、この順に複数回繰り返すことにより、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する、ことが好ましい。
本発明によれば、プラズマダメージを受けることなく、低温で高品質なシリコン窒化膜を形成することができる。
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。 シリコン窒化膜の形成方法を説明する図である。 白金金属系およびその酸化物などをコーティングしたウエハ、及び、モニターウエハの位置を示す図である。 各位置のモニターウエハに形成されたシリコン窒化膜の膜厚を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係るシリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法について説明する。本実施の形態では、本発明のシリコン窒化膜の形成装置として、バッチ式の縦型処理装置を用い、窒化ガス（アンモニア）を供給する窒化ガス供給管の内部に白金金属系材料をコーティングした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、ケイ素（Ｓｉ）を含むガス、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨＣｌ２）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ２Ｃｌ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）等を用いることができる。本例では、ＤＣＳ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）内に窒化ガス供給する窒化ガス供給管９が挿通されている。窒化ガスは、被処理体に吸着されたソース（Ｓｉ）を窒化させるガスであり、後述する窒化ステップで用いられる。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）等が挙げられる。
窒化ガス供給管９は、ソースガス供給管８と同様に、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）内に窒化ガスが供給される。窒化ガス供給管９は、その内部（内壁）が白金金属系材料によりコーティングされている。白金金属系材料としては、白金族元素からなる金属、すなわち、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び、これらの金属の酸化物等が挙げられる。窒化ガス供給管９内を窒化ガス、例えば、アンモニアが供給されると、アンモニアは、窒化ガス供給管９の内部で触媒作用及び熱作用によって分解され、活性な状態となる。このため、窒化ガス供給管９から供給されたアンモニアは、活性な状態で反応管２内（半導体ウエハＷ）に供給される。
なお、コーティングされた窒化ガス供給管９の内部がアンモニアガスに晒されたり、シリコン窒化膜が成膜されることなどにより、白金金属系材料の触媒効果が低下した場合には、窒化ガス供給管９に酸化剤を流して酸化させたり、ドライクリーニングを実施することにより触媒効果を回復させることができる。
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、窒化ガス供給管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、窒化ガス供給管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を用いたシリコン窒化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。本実施の形態のシリコン窒化膜の形成方法では、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成する。
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、吸着したソースを窒化する窒化ステップと、を備えている。そして、吸着ステップと窒化ステップとを、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上に所望厚のシリコン窒化膜が形成される。また、図３に示すように、本実施の形態では、Ｓｉソースガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）、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、５５０℃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、１００〜７００℃とすることが好ましく、５００〜６００℃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、形成されるシリコン窒化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、１３３Ｐａ（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。
反応管内の温度及び圧力が安定すると、図３（ｄ）に示すように、ソースガス供給管８からＳｉソースとしてのＤＣＳを所定量供給するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１１から所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
反応管２内に供給されたＤＣＳ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ＤＣＳ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、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ＤＣＳ及び窒素ガス供給管１１からの窒素の供給を停止する。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）。
次に、吸着ステップで半導体ウエハＷに吸着したソース（Ｓｉ）を窒化する窒化ステップを実行する。窒化ステップでは、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、５５０℃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、窒化ガス供給管９からアンモニアを所定量供給するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１１から所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
ここで、窒化ガス供給管９の内部（内壁）には白金金属系材料がコーティングされているので、窒化ガス供給管９内にアンモニアが供給されると、アンモニアは、窒化ガス供給管９の内部で触媒作用によって分解され、活性な状態となる。さらに、窒化ガス供給管９は、反応管２の内部に配置されているので、窒化ガス供給管９内にアンモニアが供給されると、アンモニアは、窒化ガス供給管９の内部での熱作用によって分解され、活性な状態となる。このように、アンモニアは、窒化ガス供給管９の内部での触媒作用及び熱作用によって分解され、活性な状態となる。このため、窒化ガス供給管９から供給されたアンモニアは、活性な状態で反応管２内（半導体ウエハＷ）に供給される。反応管２内に活性な状態のアンモニアが供給されると、吸着されたＳｉを窒化する。
吸着されたＳｉが窒化されると、窒化ガス供給管９からのアンモニア及び窒素ガス供給管１１からの窒素の供給を停止する。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、吸着ステップと窒化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、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サイクル、例えば、１００サイクル繰り返す。この結果、半導体ウエハＷに所望厚のシリコン窒化膜が形成される。
半導体ウエハＷに所望厚のシリコン窒化膜が形成されると、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）。
このように、窒化ガス供給管９の内部には白金金属系材料がコーティングされているので、窒化ガスとしてのアンモニアが活性化し、半導体ウエハＷに吸着されたソース（Ｓｉ）を良好に窒化させることができる。
次に、本発明の効果を確認するため、窒化ガス供給管９の内部（内壁）に白金金属系材料をコーティングした場合と、コーティングしていない場合とについて、前述のシリコン窒化膜の形成方法の吸着ステップと窒化ステップとを１００サイクル繰り返し、半導体ウエハＷに形成されたシリコン窒化膜の膜厚を測定したところ、窒化ガス供給管９の内部（内壁）に白金金属系材料をコーティングすることにより、形成されたシリコン窒化膜の膜厚が１．５倍〜２．８倍となることが確認できた。また、この形成されたシリコン窒化膜は、面内均一性、及び、面間均一性に優れたものであることが確認できた。
以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化ガス供給管９の内部（内壁）に白金金属系材料をコーティングすることにより、プラズマダメージを受けることなく、低温で高品質なシリコン窒化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、窒化ガス供給管９の内部（内壁）に白金金属系材料をコーティングした場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２の内壁、ウエハボート６、ダミーウエハのように、反応管２内に供給されたアンモニアが半導体ウエハＷに到達するまでの流路に配置された部材に白金金属系材料をコーティングしてもよい。これらの部材に白金金属系材料をコーティングすることにより、結果的に、半導体ウエハＷに活性化されたアンモニアが供給されるためである。なお、反応管２の内壁、ウエハボート６等のコーティングする材料が石英の場合、その表面は平滑であるより、例えば、サンドブラスト加工などにより荒らして表面積を大きくしておくことが好ましい。チャンバーに供給される前に触媒と接するアンモニアガスの絶対量が増加し、分解触媒効果も増加するためである。
例えば、図４に示すように、白金金属系およびその酸化物などをコーティングしたウエハ（ＲｕＯ、Ｒｕ、Ｐｔ）をウエハボート６に配置してシリコン窒化膜を形成し、モニターウエハ上に形成されたシリコン窒化膜の膜厚を測定した。図５に、各位置のモニターウエハに形成されたシリコン窒化膜の膜厚を示す。図５に示すように、白金金属系およびその酸化物などをコーティングしたウエハ近傍のモニターウエハは、それ以外のモニターウエハに比べ、１．２倍〜２．３倍の膜厚であることが確認できた。また、この形成されたシリコン窒化膜は、面内均一性、及び、面間均一性に優れたものであることが確認できた。このように、プラズマダメージを受けることなく、低温で高品質なシリコン窒化膜を形成することができる。また、従来より短時間で十分な窒化性能が得られたり、プラズマ処理条件をプラズマダメージが発生しない弱い条件に変更できるため、これまでプラズマダメージの観点で適用されなかった工程に対応可能となる。
上記実施の形態では、ＳｉソースとしてＤＣＳを用いた場合を例に本発明を説明したが、Ｓｉソースは、ケイ素（Ｓｉ）を含むガス、例えば、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ２Ｃｌ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）であってもよい。
上記実施の形態では、吸着ステップと窒化ステップとを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。
上記実施の形態では、ＡＬＤ法を用いて半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、本発明はＡＬＤ法を用いた場合に限定されるものではなく、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を形成してもよい。
上記実施の形態では、ＤＣＳ等の処理ガス供給時に希釈ガスとしての窒素を供給する場合を例に本発明を説明したが、処理ガス供給時に窒素を供給しなくてもよい。ただし、窒素を希釈ガスとして含ませることにより処理時間の設定等が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。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、シリコン窒化膜の形成装置、及び、シリコン窒化膜の形成方法に有用である。
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 窒化ガス供給管
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. 被処理体を収容する反応室と、
    前記反応室内にケイ素を含むソースガスを供給するソースガス供給手段と、
    前記反応室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
    前記ソースガス供給手段を制御して前記反応室内にソースガスを供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体にケイ素を吸着させ、前記窒化ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスを供給し、前記被処理体に吸着したケイ素を窒化して、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する制御手段と、を備え、
    前記反応室内に供給される窒化ガスが前記被処理体に到達するまでの流路上に配置された部材に白金金属系材料がコーティングされ、前記窒化ガス供給手段から供給された窒化ガスを活性化する、
    ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成装置。
  2. 前記窒化ガス供給手段の供給管の内壁には、前記白金金属系材料がコーティングされている、ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
  3. 前記制御手段は、前記ソースガス供給手段を制御して前記反応室内にソースガスを供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体にケイ素を吸着させ、前記窒化ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスを供給し、前記被処理体に吸着したケイ素を窒化して、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する、処理を複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
  4. 前記白金金属系材料は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、及び、これらの金属の酸化物である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
  5. 前記窒化ガスは、アンモニアである、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
  6. 前記反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段を、さらに備え、
    前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内の温度を１００〜７００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
  7. 被処理体が収容された反応室内にケイ素を含む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ケイ素を吸着させる吸着ステップと、
    前記反応室内に窒化ガスを供給して活性化させ、該活性化した窒化ガスと前記被処理体に吸着したケイ素とを反応させて窒化する窒化ステップと、を備え、
    前記窒化ステップでは、前記反応室内に供給される窒化ガスが前記被処理体に到達するまでの流路上に配置された部材に白金金属系材料がコーティングされ、供給される窒化ガスを活性化する、
    ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成方法。
  8. 前記吸着ステップと前記窒化ステップとを、この順に複数回繰り返すことにより、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する、ことを特徴とする請求項７に記載のシリコン窒化膜の形成方法。
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