JP2016157884A - シリコン含有膜の成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転テーブル式のＡＬＤ法を利用した成膜装置で高品質のシリコン含有膜を成膜可能なシリコン含有膜の成膜方法を提供する。【解決手段】基板を載置可能な回転テーブルと、該回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して設けられた第１の処理ガス供給手段及び第２の処理ガス供給手段を有する成膜装置を用いたシリコン含有膜の成膜方法である。前記回転テーブルを回転させながら第１の処理ガス供給手段から基板にアミノシランガスを供給し、基板の表面にシード層を形成するシード層形成工程と、回転テーブルを回転させながら第１の処理ガス供給手段からホウ素含有ガスを基板の表面に供給する触媒供給工程と、回転テーブルを回転させながら第２の処理ガス供給手段からシラン系ガスを基板の表面に供給し、基板の表面にシリコン同士の結合を発生させる原料ガス供給工程と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、シリコン含有膜の成膜方法に関する。
従来から、複数枚のウエハを水平にした状態で鉛直方向に間隔を空けて多段に積載保持するウエハボート上に載置し、ウエハを保持したウエハボートを縦長の処理容器内に収容し、処理容器内に所定のガスを供給するとともに処理容器を加熱してウエハ上に成膜を行う縦型熱処理装置が知られている。
かかる縦型熱処理装置を用いた成膜方法として、処理容器内へシリコンと水素とよりなるシラン系ガスを該シラン系ガスが被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と、処理容器内へＢＣｌ３等の不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うことによりアモルファス状態で不純物含有のシリコン膜を形成する成膜方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
同様に、縦型熱処理装置を用いた成膜方法として、基材上にシラン系ガス（ＤＣＳ）、窒化性ガス（ＮＨ３）及びホウ素含有ガス（ＢＣｌ３）を、Ｎ２パージを逐次行いながらこの順で供給してホウ素含有窒化シリコン層を形成する工程と、このホウ素含有窒化シリコン層に、プラズマにより活性化された窒化性ガス（活性化ＮＨ３）を供給する工程とを含み、これらの工程をこの順で繰り返し行うホウ素含有窒化シリコン膜の成膜方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
上述の縦型熱処理装置では、処理室内が区画されていないため、種類の異なるガスを処理室内に同時に供給すると、異なるガス同士は処理室内で混合して互いに反応してしまう。このような反応を防止するため、特許文献１に記載の成膜方法においては、第１のガス供給工程と第２のガス供給工程を交互に行うため、第１のガス供給工程を行った後、シラン系ガスの供給を停止するとともにシラン系ガスの残留ガスを排除するためにパージ工程を行い、更に第２のガス供給工程終了後も不純物含有ガスの供給を停止するとともにこの残留ガスを排除するためのパージ工程を行う。そして、これを１サイクルとし、所定のサイクル数に達するまで上述のサイクルを繰り返して成膜が行われる。
同様に、特許文献２に記載の成膜方法においても、上述のように、シラン系ガス、窒化性ガス、ホウ素含有ガスを供給する各工程の間にＮ２パージを行う工程が挿入され、これにプラズマにより活性化された窒化性ガスを供給する工程を加えたサイクルを繰り返すことにより成膜が行われる。
このような成膜方法は、第１の反応ガスを基板に供給して基板の表面に第１の反応ガスを吸着させ、次に第２の反応ガスを基板に供給して基板の表面に吸着された第１の反応ガスと第２の反応ガスとを反応させることにより、これらの反応ガスの反応生成物から構成される膜を基板に堆積する成膜方法であり、原子層成膜（ＡＬＤ）法又は分子層成膜（ＭＬＤ）法と呼ばれている。
特開２０１１−２５４０６３号公報 特開２０１０−２５１６５４号公報 特開２０１０−２６３２４５号公報
しかしながら、上述の特許文献１、２に記載の構成では、ガスの供給と停止が頻繁に繰り返されるため、１サイクルを行うのにも相当の時間を要する。また、所定の膜厚を有する成膜を行うためには、このサイクルを複数回繰り返す必要があり、非常に長時間を要し、生産性が非常に悪いという問題があった。
一方、上述のＡＬＤ法又はＭＬＤ法を実施する成膜装置として、いわゆる回転テーブル式のものが知られている。かかる回転テーブル式の成膜装置は、基板が載置される回転テーブルと、回転テーブルに向けて第１の反応ガスを供給する第１の反応ガス供給部と、回転テーブルに向けて第２の反応ガスを供給する第２の反応ガス供給部と、第１の反応ガス供給部及び第２の反応ガス供給部との間に設けられ第１の反応ガスと第２の反応ガスとを分離する分離領域とを有している。分離領域には、第１の反応ガスが供給される領域、及び第２の反応ガスが供給される領域よりも低い天井面と、分離ガスを供給する分離ガス供給部とが設けられている（例えば、特許文献３参照）。
かかる回転テーブル式のＡＬＤ法又はＭＬＤ法を利用した成膜装置によれば、特許文献１、２に記載の成膜方法を高い生産性で実施することができる。即ち、回転テーブルを１回転させるだけで上述の１サイクルを実施することができ、回転テーブルを複数回回転させることで、複数サイクルをガスの供給を停止させることなく連続的に行うことができる。
しかしながら、回転テーブル式の成膜装置は、上述の縦型熱処理装置と装置の構成、成膜プロセスにおける温度条件等が異なるため、上述の特許文献１、２に記載された成膜方法を回転テーブル式の成膜装置で実施しても、必ずしも高品質な膜を得ることはできない。
そこで、本発明は、回転テーブル式のＡＬＤ法又はＭＬＤ法を利用した成膜装置を用いて、高品質のシリコン含有膜を成膜可能なシリコン含有膜の成膜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、本発明の一態様に係るシリコン含有膜の成膜方法は、処理室内に基板を載置可能な回転テーブルと、該回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して設けられた第１及び第２の処理領域と、該第１の処理領域内で前記基板に第１の処理ガスを供給可能な第１の処理ガス供給手段と、前記第２の処理領域内で前記基板に第２の処理ガスを供給可能な第２の処理ガス供給手段と有する成膜装置を用いたシリコン含有膜の成膜方法であって、
前記回転テーブルを回転させながら前記第１の処理ガス供給手段から前記基板にアミノシランガスを所定期間供給し、前記基板の表面にシード層を形成するシード層形成工程と、
該シード層形成工程終了後に、前記回転テーブルを回転させながら前記第１の処理ガス供給手段から触媒ガスとしてホウ素含有ガスを前記基板の表面に供給する触媒供給工程と、
前記回転テーブルを回転させながら前記第２の処理ガス供給手段から原料ガスとしてシラン系ガスを前記基板の表面に供給し、前記ホウ素含有ガスの触媒作用により前記シラン系ガスに含まれるシリコン同士の結合を前記基板の表面上で発生させる原料ガス供給工程と、を有する。
本発明によれば、回転テーブル式の成膜装置を用いて、高品質のシリコン含有膜を成膜することができる。
本発明の実施形態に用いる成膜装置を示す概略断面図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 図１の成膜装置の真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルの同心円に沿った、当該真空容器に概略断面図である。 図１の成膜装置の別の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略上面図である。 本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の処理フローを説明するための図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を実施するための成膜装置の供給ガスの平面配置の一例を示した図である。図９（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例のタイミングチャートを示した図である。 塩素を含有しないシラン系ガスに対するホウ素の触媒作用を説明するための図である。図１０（ａ）は、第１の反応モデル図である。図１０（ｂ）は、第２の反応モデル図である。図１０（ｃ）は、第３の反応モデル図である。 本発明の第１の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。 本発明の第３の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図１３（ａ）は、測定箇所を説明するための図である。図１３（ｂ）は、第３の実施例に係る成膜方法のカバレッッジ性の測定結果を比較例とともに示した図である。 本発明の第３の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果である膜の表面粗さの測定結果を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例を説明するための図である。図１５（ａ）は、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施するための成膜装置の一例の平面構成を示した図である。ズマ発生器８０を用いて窒化ラジカルをウエハＷに供給し、ＳｉＢＮ膜を成膜する。図１５（ｂ）は、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例のタイミングチャートを示した図である。 本発明の第４の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果を示した図である。 本発明の第５の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜のエッチング耐性を調べた結果を示した図である。 本発明の第６の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜の絶縁性を調べた結果を示した図である。 本発明の第７の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜のカバレッジ性を調べた結果を示した図である。図１９（ａ）は、測定箇所を説明するための図である。図１９（ｂ）は、第７の実施例に係る成膜方法のカバレッッジ性の測定結果を比較例とともに示した図である。 本発明の第８の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜の表面粗さを調べた結果を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
まず、本発明の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。図１は、成膜装置の一例の縦断面図であり、図２は成膜装置の一例の分解斜視図である。また、図３は、成膜装置の一例の分解平面図である。
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を実施可能な成膜装置（以下、「成膜装置」という。）は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。真空容器１は、中でウエハＷの処理を行うための容器であるので、処理室１と呼んでもよい。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピン（図示せず）が貫通する貫通孔２５（図３参照）が形成されている。
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる処理ガスノズル３１〜３３、分離ガスノズル４１〜４３が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、処理ガスノズル３２、分離ガスノズル４３及び処理ガスノズル３３がこの順番で配列されている。これらのノズル３１〜３３、４１〜４３は、各ノズル３１〜３３、４１〜４３の基端部を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられる。
なお、処理ガスノズル３３の上方には、図３において、破線にて簡略化して示すようにプラズマ発生器８０が設けられている。プラズマ発生器８０については後述する。
処理ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第１の処理ガスとしてのホウ素含有ガスの供給源（図示せず）に接続されている。処理ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第２の処理ガスとしてのＳｉ（シリコン）含有ガスの供給源（図示せず）に接続されている。処理ガスノズル３３は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第３の処理ガスとしての窒化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１〜４３は、いずれも不図示の配管及び流量調整バルブなどを介して、分離ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。
なお、処理ガスノズル３２は、シリコン含有膜を成膜する成膜用の原料ガス（シラン系ガス）の他、シード層を形成するためのアミノシランガスの供給源にも接続可能に構成されている。本実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法では、最初にウエハＷの表面にシード層を形成し、その後にシリコンを主成分とするシリコン含有膜の成膜を行う。シード層形成用の処理ガスも、アミノシランガスであるので、双方ともシラン系ガスである。なお、シード層形成用のアミノシランガスと、成膜用のシラン系ガスとの切り替えは、図示しないバルブ等により処理ガスノズル３２に接続される供給源を切り替えることにより行われてよい。
シード層形成用のアミノシランガスとしては、例えば、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることができる。また、成膜用のシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８等の高次のシラン系ガスを用いることができる。また、処理ガスノズル３１から供給されるホウ素含有ガスは、ホウ素の触媒機能を用いて、シリコン同士の結合を発生させるための触媒ガスである。ホウ素含有ガスとしては、例えば、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｂ（ＣＨ３）３、Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３又はＢＣｌ３を用いることができる。また、処理ガスノズル３３から供給される窒化ガスは、シリコンを主成分とする膜を窒化してシリコン窒化膜を生成するためのガスであり、プラズマにより活性化された状態で供給される。窒化ガスとしては、例えば、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスを含む混合ガスを用いてもよい。なお、処理ガスノズル３３は、窒化膜を成膜するときに必要となる処理ガス供給手段であり、窒化膜を成膜せずに、Ｓｉ膜を成膜する場合には設けなくてもよい。よって、処理ガスノズル３３は、必要に応じて設けられてもよい。
処理ガスノズル３１、３２、３３には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３５が、処理ガスノズル３１、３２、３３の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。処理ガスノズル３１の下方領域は、ホウ素含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。処理ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着したホウ素含有ガスの触媒作用により、供給したシラン系ガスに含まれるシリコン同士の結合を発生させ、シリコン膜を堆積させる第２の処理領域Ｐ２となる。
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には３つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１〜４３とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、図示の成膜装置においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、処理ガスノズル３１から処理ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４７が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４７内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４７が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方には空間４８１が形成され、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方には空間４８２が形成される。
また、凸状部４の溝部４７に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。
天井面４４は、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の領域Ｐ１からのホウ素含有ガスと、第２の領域Ｐ２からのシラン系ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からのホウ素含有ガスと、第２の領域Ｐ２からのシラン系ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスとホウ素含有ガスとが混合し、反応することが抑制される。
図４においては、紙面の都合上、分離ガスノズル４２のみ示し、これらについてのみ説明したが、分離ガスノズル４１も同様の構成を有しているので、その説明を省略する。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図１及び図２）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Ｅと記す（図１参照）。排気領域Ｅの底部には、図１から図３に示すように、第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４に接続されている。なお図１に示すように、排気口６１と真空ポンプ６４との間の排気管６３に圧力調整器６５が設けられている。
回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば２５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅに至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５参照）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるホウ素含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給されるシラン系ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、真空容器１の側壁には、図２及び図３に示すように、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４では、搬送口１５に対向する位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われる。よって、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する位置に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
次に、図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生器８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図８は、プラズマ発生器８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化している。
図６を参照すると、プラズマ発生器８０は、高周波透過性の材料で作製され、上面から窪んだ凹部を有し、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１と、フレーム部材８１の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有するファラデー遮蔽板８２と、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される絶縁板８３と、絶縁板８３の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状のアンテナ８５とを備える。
天板１１の開口部１１ａは複数の段部を有しており、そのうちの一つの段部には全周に亘って溝部が形成され、この溝部に例えばＯ−リングなどのシール部材８１ａが嵌め込まれている。一方、フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有しており、フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接し、これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。また、図６に示すように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられ、これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。
フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向しており、その下面の外周には全周に亘って下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられている。突起部８１ｂの下面は回転テーブル２の表面に近接しており、突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、内部空間Ｓ）が画成されている。なお、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における天井面１１の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであって良い。
内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通した処理ガスノズル３３が延在している。図６に示すように、処理ガスノズル３３には、アルゴン（Ａｒ）ガスが充填されるアルゴンガス供給源９３ａと、窒素（Ｎ２）ガスが充填される窒素ガス供給源９３ｂと、水素（Ｈ２）ガスが充填される水素ガス供給源９３ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ、窒素ガス供給源９３ｂ、及び水素ガス供給源９３ｃから、対応する流量制御器９４ａ、９４ｂ、及び９４ｃにより流量制御されたＡｒガス、Ｎ２ガス、及びＨ２ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。なお、窒素ガスが充填される窒素ガス供給源９３ｂは、窒素ガスの代わりにアンモニアガスが充填されるアンモニアガス供給源９３ｂであってもよい。つまり、窒素ガス供給源９３ｂは、窒化ガスが充填される窒化ガス供給源９３ｂとして機能できればよい。
処理ガスノズル３３には、その長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）で複数の吐出孔３５が形成されており、吐出孔３３から上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔３５は、図７に示すように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、処理ガスノズル３３から供給されるガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生器８０よりも上流側に位置する天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接しているため、処理ガスノズル３３からのガスにより内部空間Ｓ内の圧力を容易に高く維持することができる。これによっても、反応ガスや分離ガスが内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。
ファラデー遮蔽板８２は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地されている。図８に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成されている。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びている。
また、ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８に示すように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有している。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。
絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する一方、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。
アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。また、アンテナ８３の両端には立設部８５ａが設けられており、立設部８５ａに支持部８５ｂが取り付けられている。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。また、支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続されている。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生することができる。
このような構成を有するプラズマ発生器８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して内部空間Ｓ内へ伝播する。この磁界成分により、処理ガスノズル３３から所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給されるＡｒガス、Ｎ２ガス、及びＨ２ガス等のガスからプラズマが発生する。このようにして発生するプラズマによれば、ウエハＷ上に堆積される薄膜への照射損傷や、真空容器１内の各部材の損傷などを低減することができる。
また、成膜装置には、図１に示すように、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１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する本実施形態に係る成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは本実施形態に係る成膜方法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媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
次に、本発明の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法について説明する。本発明の実施形態に係る成膜方法では、図１乃至図８を用いて説明した回転テーブル式の成膜装置を用いて成膜方法を実施する形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図９は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の処理フローを説明するための図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を実施するための成膜装置の供給ガスの平面配置の一例を示した図であり、図９（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例のタイミングチャートを示した図である。なお、図９（ｂ）においては、従来のシード層を形成しない成膜方法も比較態様として示しており、上段のタイミングチャートが従来の成膜方法である。図９（ｂ）の下段に示されたタイミングチャートが第１の実施形態に係る成膜方法の処理フローである。
第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法においては、ウエハＷ上にホウ素含有シリコン膜（ＳｉＢ膜）を成膜する方法について説明する。ここで言うホウ素含有シリコン膜（ＳｉＢ膜）は、触媒として用いられるホウ素（Ｂ）が僅かに混入しているシリコン膜であり、基本的にはシリコンを主成分とする単膜を意味している。
まず、第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の準備動作とも言える基板搬入工程から説明する。なお、以後の説明において、これまでに参照した図面を適宜参照し、今まで説明した構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を適宜省略する。
最初に、図示しないゲートバルブを開き、外部から図示しない搬送アームにより搬送口１５（図２、３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔２５を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１が所定の真空度に到達するまで排気する。真空容器１内が所定の真空度に到達したら、図９（ａ）のステップＳ１に示すように、分離領域Ｄ内の分離ガスノズル４１、４２、４３から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整器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。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば最大で２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを２５０〜４５０℃の範囲のいずれかの温度、例えば２５０℃に加熱する。なお、真空容器１内の圧力は、例えば、０．５〜９．５Ｔｏｒｒに設定することができる。
次に、図９（ｂ）のステップＳ２に示されるように、シード層形成工程が行われる。具体的には、回転テーブル２が回転した状態で、処理ガスノズル３２から、アミノシランガスが第２の処理領域Ｐ２内にて供給される。ウエハＷが真空容器１内に搬入された際、一般的には、ウエハＷの表面には自然酸化膜が形成されている。自然酸化膜は、ウエハＷを大気中に載置して保存しているときに、何らプロセスを行わなくて自然にウエハＷの表面に生成される酸化膜である。ウエハＷがシリコンウエハの場合には、ＳｉＯ２膜が自然酸化膜として形成される。このような自然酸化膜がウエハＷの表面に形成されていると、成膜用のシラン系ガスを供給しても、ウエハＷの表面に直接的にシラン系ガスが吸着するのは困難である。例えば、３時間程度シラン系ガスを供給しても、ウエハＷの表面にはシラン系ガスが吸着しない場合が殆どであり、６〜８時程度費やしてようやく吸着する、というレベルである。このような吸着度では、実際の製造プロセスにおいて、ウエハＷの表面にＳｉ膜を成膜するのは、生産性が非常に悪く困難である。
そこで、本発明の第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法においては、ウエハＷの表面に自然酸化膜が形成されていても吸着し得るアミノシランガスを最初に供給し、ウエハＷの表面にシード層を形成する。アミノシランガスからなるシード層をウエハＷの表面に形成することにより、成膜用の原料ガスであるシラン系ガスを供給したときに、シード層上にシラン系ガスが吸着することができ、その後の成膜プロセスを効率良く、高い生産性で行うことが可能となる。
なお、シード層形成用に処理ガスノズル３２から供給するアミノシランガスは、アミノシランガスである限り種類は問わず、用途に応じて種々のアミノシランガスを用いることができる。本実施形態では、アミノシランガスとして、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ、［ＳｉＨ３Ｎ（ｉＰｒ）２］）を用いた例を挙げて説明する。
図９（ａ）に示すように、回転テーブル２が回転した状態で、第２の処理ガスノズル３２からジイソプロピルアミノシランガスが供給され、他のノズル３１、３３、４１〜４３からは、ガスの供給が停止して何も供給されないか、又はＮ２ガスが供給される。なお、ジイソプロピルアミノシランガスの流量は、例えば、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内に設定してもよい。
シード層形成工程は、シード層がウエハＷの表面にカバレッジ良く形成されるまで行えばよく、その時間は用途に応じて適切な時間として良いが、１〜１０分の範囲、好ましくは３〜７分の範囲としてもよく、更に好ましくは４〜６分の範囲としてよく、好適には５分前後に設定してもよい。
シード層形成工程が終了したら、処理ガスノズル３２からのアミノシランガスの供給が停止される。図９（ｂ）のステップＳ３に示すように、シード層形成工程が終了したら、パージ工程が行われる。パージ工程は、処理ガスノズル３１〜３３から処理ガスの供給は行われず、分離ガスノズル４１〜４３のみからＮ２ガスが供給される。なお、処理ガスノズル３１〜３３からも、Ｎ２ガスの供給が可能な場合は、Ｎ２ガスの供給を行ってもよい。また、本実施形態では、パージ工程でＮ２ガスが供給されているが、Ｎ２ガスの代わりに、Ａｒ、Ｈｅといった希ガスを供給してもよい。
図９（ｂ）の上段に示すように、従来の成膜方法では、ステップＳ２のシード層形成工程と、ステップＳ３のパージ工程は行われていない。従来の成膜方法では、ステップＳ１で真空容器１内全体に分離ガスを供給した後、ステップＳ１のシード層形成工程及びステップＳ２のパージ工程を行うことなく成膜工程に入る。この場合は、上述のように、シラン系ガスのウエハＷの表面上の吸着が困難となり、生産性が低下するおそれがある。一方、本実施形態に係る成膜方法によれば、シード層をウエハＷの表面に形成することにより、成膜用のシラン系ガスが吸着し易い状態を作ることができる。
なお、ステップＳ２におけるパージ工程は、シード層形成工程で供給したアミノシランガスを真空容器１内から排出し、次に行う成膜工程の準備を行うために行われる。
ステップＳ４〜Ｓ９までは、ＡＬＤ法による成膜ループであり、ステップＳ６〜Ｓ９のサイクルを繰り返すことにより、ウエハＷの表面上にシリコン含有膜が堆積する。ステップＳ６〜Ｓ９は、順々に１段階ずつ行う工程ではなく、回転テーブル２の回転により順次行われる連続的な工程であり、全体のサイクルを成膜工程又は堆積工程と呼んでもよい。
堆積工程を行う際には、分離ガスノズル４１〜４３からは引き続き分離ガス（Ｎ２）ガスが連続的に供給され、第１の処理ガスノズル３１からはホウ素含有ガス、第２の処理ガスノズル３２からはシラン系ガスが供給される。回転テーブル２は、ステップＳ０から連続的に回転させてもよいし、ステップＳ３のパージ工程で回転テーブル２を停止させていた場合には、回転テーブル２を回転させる。
図９（ａ）に示されるように、回転テーブル２の時計方向の回転により、回転テーブル２上のウエハＷは、分離ガスノズル４１が設けられた分離領域Ｄ、第１の処理ガスノズル３１が設けられた第１の処理領域Ｐ１、分離ガスノズル４２が設けられた分離領域Ｄ、第２の処理ガスノズル３２が設けられた第２の処理領域Ｐ２、分離ガスノズル４３が設けられた分離領域Ｄを順次通過する。堆積工程が開始した際、各ウエハＷの位置は異なっているので、必ずしも分離ガスノズル４１のある分離領域Ｄから堆積工程が開始する訳ではないが、回転テーブル２上の任意の位置から堆積工程が開始された後は、搬送口１５（図９（ａ）では上部）を起点とすれば、上述の各領域を順番に通過するサイクルが連続的に行われることになる。以下、ウエハＷが各領域を通過した際に行われる各工程を詳細に説明する。
まず、図９（ｂ）のステップＳ４では、触媒供給工程が行われる。触媒供給工程では、第１の処理領域Ｐ１の第１の処理ガスノズル３１から触媒ガスとして、ホウ素含有ガスが供給される。ホウ素含有ガスは、シラン系ガスのＨ２を切り離す分解促進作用とともに、Ｓｉ同士の結合を促進する触媒作用を有する。ウエハＷは、回転テーブル２の回転により第１の処理領域Ｐ１を通過した際、ホウ素含有ガスが供給され、ウエハＷの表面に吸着する。使用可能なホウ素含有ガスの例としては、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｂ（ＣＨ３）３、Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３及びＢＣｌ３等を含むガスが挙げられる。本実施形態においては、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）とＨ２ガスの混合ガスをホウ素含有ガスとして用いた例を挙げて説明する。なお、ホウ素含有ガスは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）とＨ２ガスの混合ガスの場合、例えばジボランの割合は０．１％程度であってもよい。なお、ホウ素含有ガスとして第１の処理ガスノズル３１からＢ２Ｈ６を供給する場合には、例えば、０．１％のＢ２Ｈ６を、５０〜５００ｓｃｃｍの流量で供給してもよい。また、第２の処理ガスノズル３２から供給されるＳｉ２Ｈ６等のシラン系ガスの流量は、例えば、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内に設定してもよい。
ステップＳ５では、回転テーブル２上のウエハＷが、分離ガスノズル４２が設けられた分離領域Ｄの下方に移動し、分離領域Ｄでガス分離工程が行われる。分離領域Ｄでは、分離ガスノズル４２から分離ガスが供給され、ウエハＷがパージされる。なお、ガス分離工程は、パージ工程と呼んでもよい。
ステップＳ６では、回転テーブル２上のウエハＷが、第２の処理ガスノズル３２が設けられた第２の処理領域Ｐ２の下方に移動し、第２の処理ガスノズル３２からウエハＷの表面に原料ガスとしてシラン系ガスが供給される。即ち、ウエハＷに原料ガスが供給される原料ガス供給工程が行われる。シラン系ガスとしては、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６又はＳｉ３Ｈ８等の高次のシラン系ガスを用いてもよい。本実施形態においては、Ｓｉ２Ｈ６をシラン系ガスとして用いた例を挙げて説明する。
ウエハＷ上に供給されたＳｉ２Ｈ６は、Ｈ２ガスが抜け、ＳｉＨ２基として吸着したホウ素と結合するとともに、Ｓｉ同士の結合が発生し、Ｓｉ膜が堆積する。
図１０は、塩素を含有しないシラン系ガスに対するホウ素の触媒作用を説明するための図である。図１０（ａ）は、Ｂ（ＳｉＨ２）３がウエハＷの表面に形成されている状態で、シラン（ＳｉＨ４）が供給された状態を示した図である。
図１０（ｂ）は、供給されたシラン（ＳｉＨ４）がホウ素（Ｂ）と反応して結合するとともに、シランからＨ２が抜けてＢ（ＳｉＨ２）４が生成した状態を示した図である。
図１０（ｃ）は、新たなＳｉ−Ｓｉ結合が発生した状態を示した図である。このような反応が発生することにより、Ｓｉ同士が結合し、Ｓｉ膜が堆積してゆく。このような反応が、図９（ｂ）のステップＳ６で発生する。かかる反応は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す通り、１．２ｅＶ程度の低活性化エネルギー状態で行われるため、真空容器１内の低温化が可能となり、低温プロセスの実現が可能となる。一般に、４００℃以上の温度でＳｉ含有膜の成膜が行われるが、本実施形態に係る成膜方法によれば、２５０〜３００℃程度の低温で成膜を行うことが可能である。
図９（ｂ）に戻り、ステップＳ７では、ウエハＷが、分離ガスノズル４３が設けられた分離領域Ｄの下方に移動し、ガス分離工程が行われる。この工程は、ステップＳ５のガス分離工程と同様の工程であるので、その説明を省略する。
ステップＳ８では、ウエハＷが、処理ガスノズル３３が設けられた第３の処理領域Ｐ３の下方に移動し、ガス分離工程が引き続き行われる。第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法では、プラズマの印加は行われない。よって、処理ガスノズル３３は、処理ガスを供給するノズルとしてではなく、Ｎ２ガスを供給する分離ガスとして機能する。また、不要であれば、処理ガスノズル３３を設けなくてもよい。第３の処理領域Ｐ３は、回転テーブル２の回転方向上流側が分離ガスノズル４３を含む分離領域Ｄ、回転方向下流側が分離ガスノズル４１を含む分離領域Ｄと隣接しているため、両方の分離領域Ｄから分離ガスが供給され、処理ガスノズル３３から分離ガスを供給しなくても、分離ガスで満たされる。よって、必ずしも処理ガスノズル３３を設けて分離ガスを供給しなくてもよい。
ステップＳ９では、ウエハＷが、分離ガスノズル４１が設けられた分離領域Ｄの下方に移動し、分離ガスノズル４１から分離ガスが供給されてガス分離工程が行われる。この工程は、ステップＳ５、Ｓ７のガス分離工程と同様の工程であるので、その説明を省略する。
このように、回転テーブル２が１回転する度に、堆積工程が１サイクル行われる。ウエハＷ上に堆積されるシリコン含有膜が所定の膜厚になるまでステップＳ４〜Ｓ９のサイクルからなる堆積工程を繰り返し、所定の膜厚に到達したら第１及び第２の処理ガスノズル３１、３２からの第１及び第２の処理ガスの供給を停止する。続いて、分離ガスノズル４１〜４３、第３の処理ガスノズル３３、分離カス供給管５１、及びパージガス供給管７２からのＮ２ガスの供給も停止し、回転テーブル２の回転を停止する。この後、真空容器１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウエハＷが搬出される。
このように、第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法によれば、プラズマを用いることなく、高い生産性の低温プロセスでシリコン含有膜を成膜することができる。
〔実施例〕
次に、第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を実施した実施例について説明する。
図１１は、本発明の第１の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果を示した図である。実施例１においては、第１の実施形態と同様に、ジイソプロピルアミノシランを用いてシード層形成工程を５分間実施し、その後、ジボラン（Ｂ２Ｂ６）をホウ素含有ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を原料ガスとして堆積工程を実施した。また、回転テーブル２の回転速度は２ｒｐｍに設定した。
なお、第１の実施例では、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。
図１１において、横軸はサイクルタイム、縦軸は膜厚である。直線Ｆは、比較例１に係る成膜方法であり、ウエハ温度を３５０℃とし、シード層を形成せずに成膜を行った。つまり、図９（ｂ）の上段に示した成膜方法である。この場合、４０サイクルから成膜が開始された。つまり、４０サイクルまでは、堆積工程を実施しても膜が何ら堆積されず、成膜がなされなかったことを意味する。この、堆積工程（成膜工程）を開始してから、実際の成膜が開始されるまでの時間をインキュベーションタイムと呼ぶが、比較例１に係る成膜方法では、４０サイクル分のインキュベーションタイムが発生したことになる。
一方、図１１における直線Ｇは、直線Ｆと同じくウエハ温度を３５０℃に設定し、シード層形成工程を行ってから堆積工程を実施した実施例１に係る成膜方法である。実施例１に係る成膜方法によれば、インキュベーションタイムは３〜５サイクルレベルに留まり、堆積工程を実施してから短時間で実際の成膜が開始されるという結果が得られた。
直線Ｉは、ウエハ温度を３００℃に設定し、シード層形成工程を行う実施例２に係る成膜方法の実施結果である。ウエハ温度が５０℃低い設定であるが、インキュベーションタイムは１３〜１５サイクル程度であり、ウエハ温度が低い設定にも関わらず、比較例１に係る成膜方法よりはインキュベーションタイムが短縮している結果が得られた。
直線Ｊは、ウエハ温度を２５０℃に設定し、更に低温のプロセスとしてシード層形成工程を行った実施例３に係る成膜方法の実施結果である。比較例１よりも１００℃低い温度の設定であるが、インキュベーションタイムは、比較例１とほぼ同様の４０サイクルであった。
このように、実施例１〜３に係る成膜方法によれば、シード層形成工程を行ってから堆積工程を行うことにより、インキュベーションタイムを低減させることができるとともに、低温化プロセスが可能になるということが示された。
図１２は、本発明の第２の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。第２の実施例に係る成膜方法においては、２５０〜３００℃の低温プロセスを含む各温度で、シード層形成工程の有無による成膜のサイクルレートと面内均一性の比較を行った。
その他のプロセス条件は第１の実施例と同様であり、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。
図１２において、横軸はウエハ温度と回転テーブル２の回転速度の設定条件、縦軸は成膜（膜厚）のサイクルレート（Å／ｃｙｃｌｅ）及び面内均一性（＋／−％）を示している。また、図１２において、三角形の黒塗り及び白抜きプロットは、シード層形成工程を有するウエハ温度２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃における実施例４〜７に係る成膜方法のサイクルレート（Å／ｃｙｃｌｅ）及び面内均一性（＋／−％）を各々示している。回転テーブルの回転速度は２ｒｐｍである。また、菱形の黒塗り及び白抜きプロットは、シード層形成工程を有しないウエハ温度２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃における比較例２〜５に係る成膜方法のサイクルレート（Å／ｃｙｃｌｅ）及び面内均一性（＋／−％）を各々示している。回転テーブル２の回転速度は、比較例３に係る３００℃及び比較例４に係る３５０℃の条件においては、２ｒｐｍ、５ｒｐｍ、１０ｒｐｍの３サンプルを取得したが、ウエハ温度２５０℃に係る比較例２及びウエハ温度４００℃に係る比較例５では、回転速度２ｒｐｍの１サンプルのみである。
ウエハ温度２５０℃の実施例４に係る成膜方法と比較例２に係る成膜方法のサイクルレートを比較すると、実施例４は０．７３（Å／ｃｙｃｌｅ）であるのに対し、比較例２は０．００（Å／ｃｙｃｌｅ）となっている。これは、３時間以上の成膜時間を設定して実験を行った所、実施例４に係る成膜方法は０．７３（Å／ｃｙｃｌｅ）成膜したが、比較例２に係る成膜方法では３時間以上成膜を行っても全く成膜されず、０．００（Å／ｃｙｃｌｅ）と表示せざるを得なかったことを意味している。このように、シード層を形成してから堆積工程を行うことにより、成膜開始時の成膜においてインキュベーションタイムを抑制し、無駄な待機時間を発生させずに迅速に実質的な成膜を開始することができる。
一方、ウエハ温度３００℃における実施例５と比較例３、ウエハ温度３５０℃における実施例６と比較例４、ウエハ温度４００℃における実施例７と比較例５とを比較すると、シード層の有無に関わらず、サイクルレート及び面内均一性はほぼ同様の値を示している。シード層の形成は、成膜開始時の成膜を迅速に行う点では有効であるが、一旦成膜が開始すれば、サイクルレート、面内均一性にまでは特段の効果を有していないことが分かる。即ち、一旦成膜が始まってしまえば、下地の膜は同一となってしまうので、その後の成膜にシード層の有無は影響を与えない、ということになる。
図１３は、本発明の第３の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。第３の実施例に係る成膜方法においては、ウエハＷの表面にトレンチの窪み形状パターンが形成されているときの、トレンチに形成されたシリコン含有膜のカバレッジ性を測定した。
なお、プロセス条件は第１の実施例と同様であり、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。
図１３（ａ）は、測定箇所を説明するための図である。第３の実施例で使用したウエハＷのトレンチは、アスペクト比が１０、トレンチ幅が０．２３μｍ、深さが２．３μｍである。図１３（ａ）に示すように、トレンチを、表面を含むＲ、表面に近いＴＯＰ Ｓｉｄｅ、トレンチの中間付近のＭＩＤ１，２，３、及びＢｏｔｔｏｍ Ｓｉｄｅの６箇所で膜厚の測定を行った。ＴＯＰの膜厚を１００％とし、これに対して何％の膜厚が各箇所で成膜されているかを測定した。
図１３（ｂ）は、第３の実施例に係る成膜方法のカバレッジ性の測定結果を比較例とともに示した図である。図１３（ｂ）において、５分間シード層形成工程を行ったウエハ温度２５０℃の場合の実施例８と、５分間シード層形成工程を行ったウエハ温度３５０℃の場合の実施例９とが示されている。また、シード層形成工程を行わないウエハ温度３５０℃の場合の比較例６と、シード層形成工程を行わないウエハ温度４００℃の場合の比較例７と、シード層形成工程を行わないウエハ温度４５０℃の場合の比較例８とが併せて示されている。回転テーブル２の回転速度は、総て２ｒｐｍとした。
ウエハ温度３５０℃で比較すると、実施例９と比較例６では、カバレッジ性に大きな差は見られない。また、ウエハ温度４００℃、４５０℃の場合の比較例７、比較例８との比較でも、大きな差は見られない。これは、両者とも、平均的には８０％程度のカバレッジ性であった。
一方、ウエハ温度２５０℃の場合の実施例８では、カバレッジ性が大幅に向上しているのが分かる。すなわち、殆どの箇所において、１００％に近い膜厚となっており、約９０％のカバレッジ性となった。これは、２５０℃程度の低温の条件下でシード層を形成してから堆積工程を行うと、カバレッジ性の高い成膜が可能となることを示している。低温のプロセスは、加熱エネルギーを余分に費やすことを防ぎ、また、加熱時間も短縮されるので、コスト的、時間的に高温プロセスよりも有利になる。更に、ウエハＷを真空容器１内に導入した際のウエハＷの反りの低減も図ることができる。また、真空容器１内外の種々の器具の取り扱いも容易にすることができ、種々の利点がある。本実施例において、本実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法の用途の拡大の可能性を示唆しているとも言える。
図１４は、本発明の第３の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果である膜の表面粗さの測定結果を示した図である。図１４において、横軸が温度（℃）、縦軸が表面粗さＲａ（ｎｍ）を示している。また、成膜条件は、図１３で示した条件と同様であり、図１３で成膜された膜の表面粗さＲａを測定した結果となっている。
図１４において、シード層を形成してから成膜を行った実施例８、９の結果を示す黒塗りの菱形と、シード層を形成せずに成膜を行った比較例６〜９を示す白抜きの菱形が示されている。なお、ウエハ温度３００℃であって、シード層を形成していない比較例９の測定結果も図１４においては追加されている。
図１４に示されるように、比較例６〜９では表面粗さＲａが０．７ｎｍ程度なのに対して、実施例８では０．５８、実施例９では０．５１と、実施例では０．５−０．６ｎｍのレベルに減少している。よって、シード層を形成して成膜を行うことにより、膜の表面粗さを低減させる効果があることが示された。
このように、第１〜第３の実施例の結果から、第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法によれば、成膜開始時のインキュベーションタイムを減少させることができるとともに、カバレッジ性の高い低温化プロセスを実施可能であり、更に膜の表面粗さを低減させることができることが示された。
また、第１〜第３の実施例の結果以外に、実施例よりも高い４Ｔｏｒｒでウエハ温度２００℃での成膜が可能なことが確認され、真空容器１内の圧力を高くすることで、より低温での成膜も可能なことが分かった。よって、本発明の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法では、２００〜３５０℃の範囲でシリコン含有膜の成膜が可能である。
〔第２の実施形態〕
図１５は、本発明の第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例を説明するための図である。第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法では、シリコンの単膜ではなく、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を成膜する方法を説明する。なお、窒化シリコン膜は、ホウ素（Ｂ）も微量ではあるが含有されているので、厳密にはＳｉＢＮ膜の成膜方法となる。
図１５（ａ）は、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施するための成膜装置の一例の平面構成を示した図である。図１５（ａ）に示すように、真空容器１内に、第１の処理ガスノズル３１が設けられた第１の処理領域Ｐ１、第２の処理ガスノズル３２が設けられた第２の処理領域Ｐ２が回転テーブル２の回転方向に沿って離間して設けられ、第１の処理領域Ｐ１の上流側に分離ガスノズルが設けられた分離領域Ｄ、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に分離ガスノズル４２が設けられた分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２の下流側に分離ガスノズル４３が設けられた分離領域Ｄが設けられている点は、図９（ａ）に示された第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施するための成膜装置と同様であるが、分離ガスノズル４３が設けられた分離領域Ｄの下流側の第３の処理領域Ｐ３内にプラズマ発生器８０が更に設けられている点で異なっている。第２の実施形態に係る成膜方法においては、各分離領域Ｄを介して第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２でＳｉＢ膜を成膜した後、第３の処理領域Ｐ３でプラズマ発生器８０を用いて窒化ラジカルをウエハＷに供給し、ＳｉＢＮ膜を成膜する。
図１５（ｂ）は、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法の一例のタイミングチャートを示した図である。図１５（ｂ）に示すタイミングチャートにおいて、ステップＳ１〜Ｓ７及びウエハＷの搬送動作は、図９（ｂ）で説明した内容と同様であるので、その説明を省略する。以下、図９（ｂ）で説明した第１の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法と異なる内容のみ説明する。
まず、複数のウエハＷを真空容器１内に搬入して回転テーブル２上に順に載置して真空容器１内の真空排気、ヒータユニット７の温度調整等を行った後、図９（ｂ）のステップＳ１及びＳ２は、図９（ｂ）で説明した内容と同様の処理を行う。つまり、パージ工程を行ってシード層形成工程までは、第１の実施形態と同様の手順で処理を行う。なお、真空容器１内の圧力は、例えば、０．５〜９．５Ｔｏｒｒに設定することができる。また、ジイソプロピルアミノシランガスの流量は、例えば、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内に設定してもよい。
その後、ステップＳ３にてパージ工程を行った後、ステップＳ４の開始前に処理ガスノズル３１、３２から夫々ホウ素含有ガス（Ｂ２Ｈ６とＨ２の混合ガス）及びシラン系ガス（Ｓｉ２Ｈ６）を吐出するとともに、処理ガスノズル３３から、所定の流量比で混合されたＡｒガス、Ｎ２ガス、及びＨ２ガスの混合ガスを内部空間Ｓに供給し、高周波電源８７からプラズマ発生器８０のアンテナ８５に高周波を例えば７００Ｗの電力で供給する。これにより、内部空間Ｓにプラズマが生成される。このプラズマ中には、窒素イオン、窒素ラジカルなどの活性窒素種と、水素イオンや水素ラジカルの活性水素種が存在する。なお、プラズマ生成用の混合ガスのＮ２ガスの代わりに、ＮＨ３ガスを用いて、ＮＨ３プラズマを生成してもよい。
ここで、ホウ素含有ガスとして第１の処理ガスノズル３１からＢ２Ｈ６を供給する場合には、例えば、０．１％のＢ２Ｈ６を、５０〜５００ｓｃｃｍの流量で供給してもよい。また、第２の処理ガスノズル３２から供給されるＳｉ２Ｈ６等のシラン系ガスの流量は、例えば、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内に設定してもよい。また、高周波電源８７から供給する高周波電力は、例えば、１５００〜５０００Ｗの範囲内で設定してもよい。また、プラズマ用の混合ガスのうち、Ｎ２ガスの流量は、０．５〜１０ｓＬｍの範囲内に設定してもよい。
次いで、ステップＳ４〜Ｓ９で１サイクルとして構成されるＡＬＤループの堆積工程を実施するが、回転テーブル２が一回転する間、以下のようにしてウエハＷに窒化シリコンが形成される。すなわち、ウエハＷが、先ず、処理ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過する際、ウエハＷの表面には触媒として機能するホウ素含有ガスが吸着する。次に、ウエハＷが、処理ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過する際、処理ガスノズル３２から供給されるＳｉ２Ｈ６ガスがホウ素（Ｂ）と結合するとともに、Ｈ２が発生して解離する。そして、Ｓｉ同士の結合が発生し、Ｂ含有のＳｉの単膜の一原子層（又は数原子層）が成膜される（ステップＳ４〜Ｓ６）。
そして、ウエハＷが分離ガスノズル４３を有する分離領域Ｄを経てから（ステップＳ７）、第３の処理領域Ｐ３に設けられたプラズマ発生器８０の下方を通過する際、ウエハＷ上のホウ素含有シリコン層（ＳｉＢ）は活性窒素種及び活性水素種に晒される。ここで、Ｎラジカルがホウ素含有シリコン層と反応し、ホウ素含有窒化シリコン膜（ＳｉＢＮ）が生成される（ステップＳ８）。
この後、ウエハＷは分離ガスノズル４１を有する分離領域Ｄを通過し（ステップＳ９）、またステップＳ４からＡＬＤループが開始する。そして、所定膜厚となるまでステップＳ４〜Ｓ９の堆積工程を繰り返す。
以下、所望の膜厚を有する窒化シリコン膜が形成される回数だけ回転テーブル２を回転した後、ホウ素含有ガスと、シラン系ガスと、Ａｒガス、Ｎ２ガス、及びＨ２ガスの混合ガスとの供給を停止することにより成膜方法を終了する。続けて、分離ガスノズル４１〜４３、分離カス供給管５１、及びパージガス供給管７２からのＮ２ガスの供給も停止し、回転テーブル２の回転を停止する。この後、真空容器１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウエハＷが搬出される。
このように、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法によれば、シード層を形成してインキュベーションタイムを抑制して生産性を高めつつ、窒化シリコン膜を成膜することができる。なお、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法においても、低温化プロセスの実施が可能であり、窒化シリコン膜を成膜する場合、低温化することにより、アモルファス状態のシリコン単膜を成膜することが可能となるため、窒化が容易に行えるという利点がある。この点も、含めて、以下、具体的な実施例を用いて第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法を更に詳細に説明する。
〔実施例〕
図１６は、本発明の第４の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法の実施結果を示した図である。図１６においては、サイクルタイムと膜厚との関係の実施結果が示されている。図１６では、各例の成膜速度が示されており、傾きが大きい程、成膜速度が高く、生産性が高いことを意味する。また、回転テーブル２の回転速度は２ｒｐｍであった。
なお、第４の実施例では、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。高周波電源８７の高周波電力は、３０００Ｗに設定した。また、プラズマ用の混合ガスのＮ２ガスの流量は、４ｓＬｍに設定した。
図１６において、直線Ｋはウエハ温度２５０℃としてシード層形成工程を行った実施例１０の実施結果であり、直線Ｌはウエハ温度３５０℃としてシード層形成工程を行った実施例１１の実施結果である。また、直線Ｍはウエハ温度３００℃としてシード層形成工程を含まない比較例１０の実施結果であり、直線Ｎはウエハ温度３５０℃としてシード層形成工程を含まない比較例１１の実施結果であり、直線Ｏはウエハ温度４００℃としてシード層形成工程を含まない比較例１２の実施結果である。
図１６に示されるように、ウエハ温度が２５０℃と低い実施例１０の実施結果と、ウエハ温度が３５０℃とそれよりも高い実施例１１の実施結果とを比較すると、ウエハ温度が低い実施例１０の方が、成膜速度が速い。また、比較例１０〜１２と比較すると、ウエハ温度が高い４００℃の比較例１２の成膜速度は、実施例１よりも大きくなるが、ウエハ温度が３００℃、３５０℃とそれよりも低い比較例１０、１１では、実施例１０、１１の双方よりも成膜速度が低いという結果になっている。
よって、ＳｉＮ膜の成膜においては、シード層を形成した場合、低温の方が、成膜速度が高い。つまり、ＳｉＮ膜の成膜では、低温化プロセスが成膜速度を高める観点からも有効であるという結果が得られた。また、シード層を形成しない場合には、高温のプロセス程成膜速度が高くなるという結果も得られた。
図１７は、本発明の第５の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜のエッチング耐性を調べた結果を示した図である。図１７においては、膜の緻密さを調べるため、フッ酸を用いてエッチングを行い、各膜のエッチング耐性を調べた。図１７に示すように、ウエハ温度２５０℃としてシード層形成工程を行った実施例１２、ウエハ温度３００℃としてシード層形成工程を行った実施例１３、ウエハ温度３５０℃としてシード層形成工程を行っていない比較例１３、ウエハ温度４００℃としてシード層形成工程を行っていない比較例１４、ウエハ温度４５０℃としてシード層形成工程を行っていない比較例１５、シード層形成を行わずに成膜されたＳｉＯ２膜が比較例１６、が実験対象である。
なお、第５の実施例において、他のプロセス条件は、第４の実施例と同様であり、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。高周波電源８７の高周波電力は、３０００Ｗに設定した。また、プラズマ用の混合ガスのＮ２ガスの流量は、４ｓＬｍに設定した。
図１７に示す通り、ウエハ温度２５０℃と低い温度でシード層を形成した場合のエッチング量と、ウエハ温度４５０℃と高い温度でシード層を形成しない場合のエッチング量が少なく、緻密な膜が得られていることが分かる。
このように、シード層を形成してインキュベーションタイムを抑制した場合、低温プロセスの方が、成膜速度及び膜質の双方において高くなるという結果が得られた。
これは、３００℃前後を境界として、Ｓｉの結晶構造が変化していると推定される。つまり、シリコンが結晶化する温度は３００℃前後であり、２５０℃のプロセスの場合、非晶質（アモルファス）状態のシリコンでプロセスを行うことが可能であると考えられる。非晶質状態であれば、Ｓｉ膜に窒素を反応させる場合でも、窒素の入り込む余地が十分にあり、反応し易い状態を維持しているのではないかと考えられる。
一方、３００℃以上で結晶化してしまうと、一般的な原速通り、温度が高い方が成膜速度も高く、膜質も良好になるという傾向が得られるのではと考えられる。
よって、第２の実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法では、非晶質シリコンを用いた種々のプロセスに今後発展させることができる可能性が多くあると言える。
図１８は、本発明の第６の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜の絶縁性を調べた結果を示した図である。第６の実施例においては、各実施例及び比較例の成膜後、電界を印加してリーク電流の発生量を調べた。図１８において、参照特性となる特性Ｑがあるが、これに対し、シード層を形成せずにウエハ温度４５０℃の特性Ｒを示す比較例１７、シード層を形成せずにウエハ温度４００℃の特性Ｔを示す比較例１８と、シード層を形成してウエハ温度３５０℃の特性Ｕを示す実施例１４、シード層を形成してウエハ温度２５０の特性Ｖを示す実施例１５が示されている。
なお、第６の実施例において、他のプロセス条件は、第４の実施例と同様であり、真空容器１内の圧力は１Ｔｏｒｒ、ジイソプロピルアミノシランの流量は３００ｓｃｃｍ、ジボランの流量は２５０ｓｃｃｍ、ジシランの流量は２００ｓｃｃｍとした。高周波電源８７の高周波電力は、３０００Ｗに設定した。また、プラズマ用の混合ガスのＮ２ガスの流量は、４ｓＬｍに設定した。
図１８に示されるように、リーク電流は、実施例１４（特性Ｕ）、実施例１５（特性Ｖ）、比較例１７（特性Ｒ）、比較例１８（特性Ｔ）の総てが、参照特性Ｑとほぼ同様の特性を示している。これにより、本実施例に係る成膜方法により成膜された膜は、問題の無い電気的特性（絶縁性）を有することが示された。
図１９は、本発明の第７の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜のカバレッジ性を調べた結果を示した図である。第７の実施例においても、ウエハ温度以外のプロセス条件は第４の実施例と同様である。
図１９（ａ）に示すように、アスペクト比１０、幅０．２３μｍ、深さ２．３μｍのトレンチの表面を含むＲ、ＴＯＰ Ｓｉｄｅ、ＭＩｄ １，２、３、ＢＴＭ Ｓｉｄｅの６箇所について、トップの膜厚を１００％として、他の箇所の膜厚のパーセンテージを調べた。サンプルは、ウエハ温度２５０℃でシード層が形成された実施例１６と、ウエハ温度３５０℃でシード層が形成された実施例１７と、ウエハ温度３５０℃でシード層が形成されていない比較例１９である。
図１９（ｂ）に示されるように、３５０℃同士の比較では、シード層を有しない比較例１９よりもシード層を有する実施例１７の方が、カバレッジ性が良く、更にシード層を有する実施例１６と実施例１７とで比較すると、低温プロセスの実施例１６の方が良好なカバレッジ性が得られた。よって、ＳｉＮ膜の成膜においても、シード層の形成により、インキュベーションタイムの短縮のみならず、カバレッジ性を向上させることができ、更に３００℃より低い低温のプロセスとすることにより、カバレッジ性を更に向上可能であることが示された。
図２０は、本発明の第８の実施例に係るシリコン含有膜の成膜方法により成膜された膜の表面粗さを調べた結果を示した図である。サンプルは、シード層を有するシリコン膜の実施例１８、シード層を有する窒化シリコン膜の実施例１９、シード層を有しないシリコン膜の比較例１９、シード層を有しない窒化シリコン膜の比較例２０である。なお、第８の実施例においても、ウエハ温度以外のプロセス条件は第４の実施例と同様である。
シリコン膜同士で実施例１８と比較例１９を比較すると、いずれの温度でも、実施例１８の方が、表面粗さＲａが小さいという結果が得られている。また、窒化シリコン膜同士で実施例１９と比較例２０とを比較すると、やはりいずれの温度でも実施例１９の方が、表面粗さが小さいという結果が得られている。更に、実施例１９のウエハ温度２５０℃では、表面粗さＲａ＝０．１６という極めて小さい値が得られている。
かかる結果から、シード層を形成する本実施形態に係るシリコン含有膜の成膜方法は、表面粗さＲａが小さい平坦な膜を成膜するのにも極めて有効であることが示された。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
１５ 搬送口
２４ 凹部
３１〜３３ 処理ガスノズル
４１〜４３ 分離ガスノズル
８０ プラズマ発生器
Ｄ 分離領域
Ｐ１〜Ｐ３ 処理領域
Ｗ ウエハ

Claims (13)

  1. 処理室内に基板を載置可能な回転テーブルと、該回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して設けられた第１及び第２の処理領域と、該第１の処理領域内で前記基板に第１の処理ガスを供給可能な第１の処理ガス供給手段と、前記第２の処理領域内で前記基板に第２の処理ガスを供給可能な第２の処理ガス供給手段と有する成膜装置を用いたシリコン含有膜の成膜方法であって、
    前記回転テーブルを回転させながら前記第１の処理ガス供給手段から前記基板にアミノシランガスを所定期間供給し、前記基板の表面にシード層を形成するシード層形成工程と、
    該シード層形成工程終了後に、前記回転テーブルを回転させながら前記第１の処理ガス供給手段から触媒ガスとしてホウ素含有ガスを前記基板の表面に供給する触媒供給工程と、
    前記回転テーブルを回転させながら前記第２の処理ガス供給手段から原料ガスとしてシラン系ガスを前記基板の表面に供給し、前記ホウ素含有ガスの触媒作用により前記シラン系ガスに含まれるシリコン同士の結合を前記基板の表面上で発生させる原料ガス供給工程と、を有するシリコン含有膜の成膜方法。
  2. 前記触媒供給工程及び前記原料ガス供給工程は、前記基板の表面上に所定の膜厚を有するシリコン含有膜が堆積されるまで繰り返される請求項１に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  3. 前記基板を２００〜３５０℃の範囲に加熱した状態で、前記シード層形成工程、前記触媒供給工程、前記原料ガス供給工程及を行う請求項１又は２に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  4. 前記基板を２５０〜３５０℃の範囲に加熱した状態で、前記シード層形成工程、前記触媒供給工程、前記原料ガス供給工程及を行う請求項３に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  5. 前記シード層形成工程と前記触媒供給工程との間に、前記分離領域から前記分離ガスを供給するパージ工程を更に有する請求項２乃至４のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  6. 前記シード層形成工程は、３〜７分間行われる請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  7. 前記アミノシランガスは、ジイソプロピルアミノシランガスである請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  8. 前記ホウ素含有ガスは、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｂ（ＣＨ３）３、Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３又はＢＣｌ３を含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  9. 前記シラン系ガスは、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６又はＳｉ３Ｈ８を含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  10. 前記第１の処理領域の前記回転テーブルの回転方向上流側及び前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間には、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを分離する分離ガスが供給可能な分離領域が設けられ、
    前記触媒供給工程の前と、前記触媒供給工程と前記原料ガス供給工程との間には、前記回転テーブルを回転させながら前記基板に分離ガスを供給する第１及び第２の分離工程が更に設けられた請求項１乃至９のいずれか一項に記載シリコン含有膜の成膜方法。
  11. 前記成膜装置は、前記回転テーブルの前記回転方向下流側に前記第２の処理領域と離間して設けられた第３の処理領域と、
    該第３の処理領域内で前記基板の表面に第３の処理ガスを供給する第３の処理ガス供給手段と、
    該第３の処理ガスから供給された前記第３の処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生器と、を更に有し、
    前記原料ガス供給工程の後、前記回転テーブルを回転させながら前記第３の処理領域で窒化プラズマを前記基板の表面に供給する窒化工程を更に有する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  12. 前記第３の処理ガスは、窒素ガス又はアンモニアガスであり、
    前記窒化プラズマは、Ｎ２プラズマ又はＮＨ３プラズマである請求項１１に記載のシリコン含有膜の成膜方法。
  13. 前記第２の領域と前記第３の領域との間には、前記第２の処理ガスと前記第３の処理ガスとを分離する分離ガスが供給可能な第３の分離領域が設けられ、
    前記触媒供給工程と前記原料ガス供給工程との間に、前記回転テーブルを回転させながら前記基板に分離ガスを供給する第３の分離工程が更に設けられた請求項１１又は１２に記載シリコン含有膜の成膜方法。
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