JP2019153711A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】原子層堆積法により、高い生産性を維持しつつ膜厚が薄くても面内均一性の高い膜を成膜することができる技術を提供する。【解決手段】被処理体上に成膜原料ガスと反応ガスとを交互に供給して原子層堆積法にて所定の膜を成膜するにあたり、成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で原子層堆積法による成膜を開始し、温度を上昇させながら原子層堆積法による成膜を継続し、成膜原料ガスの分解が生じる温度で原子層堆積法による成膜を終了する。【選択図】図６

Description

本発明は、原子層堆積法（ＡＬＤ法）による成膜方法および成膜装置に関する。
近時、半導体デバイスの微細化・集積化の進展にともない、薄く均一な膜を高いステップカバレッジで成膜することが求められており、そのための手法として、従来の化学蒸着法（ＣＶＤ法）に代わり、成膜原料の吸着を利用したＡＬＤ法が注目されている。
例えば、特許文献１には、縦型のバッチ式熱処理装置において、シリコン原料ガスと窒化ガスとを交互に供給してＡＬＤ法によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する技術が提案されている。
純粋なＡＬＤ法は、成膜原料（プリカーサ）を吸着可能な比較的低温で行われ、かつ成膜原料が分解しない温度で行われるため、被処理体の表面温度にバラツキがあっても同じサイクルレートで均一な膜を高いステップカバレッジで成膜することができる。しかし、純粋なＡＬＤ法には、成膜レートが遅く、生産性が低いという問題がある。このため、実際のＳｉＮ膜の成膜においては、成膜温度をＳｉ原料ガスの分解が生じる比較的高温とし、ＣＶＤ反応も生じるようにしてＡＬＤ成膜を行っている。また、高温成膜にすることにより、不純物が少ない良好な膜質の膜を得ることができる。
しかし、このように比較的高温でＡＬＤ成膜を行う場合、膜厚が薄い膜を良好な面内均一性で成膜することが困難な場合が生じる。
膜厚が薄いＳｉＮ膜を良好な面内均一性で成膜できる技術として、特許文献２には、被処理体の表面にアミノシラン系ガスを供給してシード層を形成し、その上にＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する成膜方法が提案されている。
特開２００６−４９８０９号公報 特開２０１２−１４６９５５号公報
ところで、特許文献２の技術では、膜厚が薄いＳｉＮ膜を良好な面内均一性で成膜できるものの、シード層を形成する付加的な工程を有するため、生産性向上の要求を十分に満たせない可能性がある。
したがって、本発明は、原子層堆積法により、高い生産性を維持しつつ膜厚が薄くても面内均一性の高い膜を成膜することができる技術を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理体上に成膜原料ガスと反応ガスとを交互に供給して原子層堆積法にて所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を開始し、温度を上昇させながら前記原子層堆積法による成膜を継続し、前記成膜原料ガスの分解が生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を終了することを特徴とする成膜方法を提供する。
本発明の第２の観点は、被処理体上に成膜原料ガスと反応ガスとを交互に供給して原子層堆積法にて所定の膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内に前記成膜原料ガスと前記反応ガスを供給するガス供給部と、前記被処理体を加熱する加熱機構と、前記処理容器内を排気して減圧状態とする排気機構と、前記ガス供給部、前記加熱機構、および前記排気機構を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を開始させ、温度を上昇させながら前記原子層堆積法による成膜を継続させ、前記成膜原料ガスの分解が生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を終了させるように制御することを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる記憶媒体を提供する。
本発明によれば、成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で原子層堆積法による成膜を開始し、温度を上昇させながら原子層堆積法による成膜を継続し、成膜原料ガスの分解が生じる温度で原子層堆積法による成膜を終了するので、高い生産性を維持しつつ膜厚が薄くても面内均一性の良い膜を成膜することができる。
ＡＬＤ法による成膜を説明するための模式図である。 成膜温度とサイクルレート（成膜レート）との関係において、ＡＬＤ領域、ＡＬＤ＋ＣＶＤ領域、ＣＶＤ領域を示す図である。 従来のセミＡＬＤプロセスの際の温度プロファイルとウエハの温度分布を示す図である。 ウエハ温度とＳｉプリカーサの吸着量との関係を示す模式図である。 従来のセミＡＬＤプロセスを用いた場合のＳｉＮ膜の膜厚分布を示す図である。 本発明の一実施形態に係る成膜方法の温度プロファイルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る成膜方法を行った場合のＳｉＮ膜の膜厚分布の推移を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法に適用可能な成膜装置の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法に適用可能な成膜装置の一例を示す水平断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜ＳｉＮ膜への適用例＞
本発明に係る成膜方法をＳｉＮ膜の成膜に適用した例について説明する。ここでは、被処理体として半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを用い、その上にＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する。
純粋なＡＬＤ法では、図１に示すように、処理容器内にウエハＷを配置した状態で、処理容器内に成膜原料ガスであるＳｉ原料ガス（Ｓｉプリカーサ）を供給し、被処理体の被処理面に吸着させる工程（ステップ１）と、残留ガスを処理容器から排出させる工程（パージ工程）（ステップ２）と、処理容器内に反応ガスである窒化ガスを供給して吸着したＳｉ原料ガスを窒化する工程（ステップ３）と、残留ガスを処理容器から排出させる工程（パージ工程）（ステップ４）とを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す。
ステップ１では、Ｓｉプリカーサを供給することにより、被処理面の吸着サイトに１原子層のＳｉプリカーサが吸着する。
ステップ２では、ステップ１終了後に残留ガスとして存在する未反応Ｓｉプリカーサおよび反応生成物を不活性ガスによるパージ等により処理容器から排出し、清浄な反応サイトを形成する。
ステップ３では、窒化ガスを供給することにより、吸着した１原子層のＳｉプリカーサに窒化ガスが吸着し、Ｓｉプリカーサと窒化ガスとが反応する。
ステップ４では、ステップ３終了後に残留ガスとして存在する未反応の窒化ガスおよび反応生成物を不活性ガスによるパージ等により処理容器から排出し、清浄な吸着サイトを形成する。
Ｓｉプリカーサとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）、モノクロロシラン（ＭＣＳ；ＳｉＣｌＨ３）、トリクロロシラン（ＴＣＳ；ＳｉＨＣｌ３）、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ；ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ；Ｓｉ２Ｃｌ６）等の塩素含有シラン系化合物を好適に用いることができる。これらの中ではＨＣＤが好ましい。
また窒化ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、その誘導体、例えばモノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）ガス等を用いることができる。
ところで、純粋なＡＬＤ法は、成膜原料（プリカーサ）を吸着可能な比較的低温で行われ、かつ成膜原料が分解しない温度で行われるため、被処理体の表面温度にバラツキがあっても同じサイクルレートで均一な膜を高いステップカバレッジで成膜することができるが、サイクルレート（成膜レート）が小さく、生産性が低いという問題がある。一方、ＣＶＤ法では、一般的に成膜原料のほぼ全部が分解する温度で成膜を行うため生産性が高いが、均一性やステップカバレッジが悪いという問題がある。このため、従来は、成膜温度をＳｉプリカーサの一部に分解が生じる比較的高温とし、ＣＶＤ反応も生じさせて成膜レート（サイクルレート）が高い条件、すなわち、図２に示すように、ＡＬＤ領域である領域ＩとＣＶＤ領域である領域IIIの間の領域IIのＡＬＤ＋ＣＶＤの条件でセミＡＬＤプロセスを行っている。これにより、均一性やステップカバレッジが優れたＡＬＤ法の利点と、生産性が高いＣＶＤ法の利点を兼ね備えた成膜を行うことができる。
例えば、ＳｉプリカーサとしてＨＣＤガスを用い、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いた場合、ＨＣＤガスが吸着可能な５５０℃程度でＡＬＤ成膜を行うことができるが、従来は、ＨＣＤガスの分解が生じる温度（ＣＶＤ反応が生じる温度）、例えば６３０℃でＡＬＤサイクルを実施している。
このセミＡＬＤプロセスについてバッチ式熱処理装置を例にとって説明する。バッチ式熱処理装置においては、処理容器内に複数のウエハをウエハボートに搭載した状態で処理容器に挿入した後、図３に示す温度プロファイルを用いて成膜を行う。すなわち、処理容器の外側には加熱装置が設けられ、加熱装置は処理容器内が例えば６３０℃になるように設定されており、ウエハの温度は、ウエハボートが処理容器に挿入されたときの約５００℃から設定温度の６３０℃まで昇温され、６３０℃で温度安定化が図られ、ウエハをその温度に保持した状態で、実際のＡＬＤプロセスが開始される。
バッチ式熱処理装置の場合、加熱装置が処理容器の外周に設けられているため、ウエハへの熱伝達は、エッジからセンターに向かってなされる。したがって、図３に示すように、５００℃から６３０℃に温度が上昇するまでの間、ウエハセンター部よりもエッジ部の温度が高い温度分布となる。このため、６３０℃で温度を安定化して、極力温度を均一にしてから成膜を開始する。
しかし、加熱装置が処理容器の外側に設けられているため、温度安定化期間を設けても、ウエハセンター部よりもエッジ部の温度が高い温度分布は完全には解消しない。
一方、Ｓｉプリカーサが分解する温度（ＣＶＤ反応が生じる温度）では、図４に示すように、ウエハＷに対するＳｉプリカーサの吸着量は温度が高いほど増加する。
したがって、ＣＶＤ反応が生じる温度、例えば６３０℃での成膜では、成膜初期において、ウエハエッジ部のほうがＳｉプリカーサの吸着量が多く、ウエハエッジ部に対してウエハセンター部の成膜が遅れる。セミＡＬＤプロセスで薄い膜を成膜する場合、成膜初期の膜厚分布、特に、最初のプリカーサ吸着時の吸着量の分布が最終的な膜厚分布に大きな影響を及ぼすため、ＨＣＤガスを用いた従来の６３０℃でのセミＡＬＤプロセスでは、成膜されたＳｉＮ膜の膜厚分布は、図５に示すように、ウエハＷのエッジ部が厚くセンター部が薄い凹状の分布となりやすい。このため、膜厚が薄い膜を良好な面内均一性で成膜することが困難な場合が生じる。そして、このような面内均一性の悪化は成膜温度が高いほど大きくなり、ＨＣＤガスがほぼ完全に分解する温度、例えば、７００℃以上になると、膜厚の面内均一性が悪化しやすいウエハボートの上部（Ｔｏｐ）において膜厚の面内ばらつき（不均一性）が６３０℃のときの２倍以上となってしまう。
そこで、本実施形態では、生産性と膜厚均一性とを両立させるべく、成膜開始温度を、純粋なＡＬＤ法による成膜温度と同様の、プリカーサの吸着のみが生じ、分解が生じない低温とし、温度を上昇（ランプアップ）させながらＡＬＤ成膜を継続し、プリカーサの分解が生じる所定温度で成膜を終了する。このとき、ＡＬＤの手順は、ステップ１の吸着量が温度により変化する以外は、上述した純粋なＡＬＤ成膜のステップ１〜４のサイクルを複数回繰り返すことにより行われる。
具体的には、図６に示すように、成膜開始温度であるＸ（℃）で温度安定化処理を行った後、その温度で成膜を開始し、温度を上昇させながら、成膜終了温度Ｙ（℃）まで時間Ｚ（ｍｉｎ）の期間ＡＬＤ成膜を行う。Ｘ、Ｙ、Ｚを適宜設定することにより、所望の成膜を行うことができる。成膜終了温度Ｙ（℃）になった時点で成膜を終了してもよいが、成膜する膜の膜厚によっては、Ｙ（℃）で所定時間ＡＬＤ成膜を継続してもよい。また、図６では、便宜上、直線状に昇温させる例について示しているが、必ずしも直線状に限らない。
ＳｉプリカーサとしてＨＣＤを用い、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いた場合、成膜開始温度Ｘの好ましい範囲は５３０〜５７０℃、例えば５５０℃であり、成膜終了温度Ｙの好ましい範囲は
６１０〜６５０℃、例えば６３０℃であり、成膜時間Ｚは膜厚により決定される適宜の時間とされる。
他の条件としては、以下の範囲が例示される。
圧力：１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）
ＨＣＤガス流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
ステップ１の時間：０．１〜５ｍｉｎ
ステップ２の時間：０．１〜１０ｍｉｎ
ステップ３の時間：０．１〜５ｍｉｎ
ステップ４の時間：０．１〜１０ｍｉｎ
また、サイクル数は膜厚によって変化するが、例えば１０〜１００回である。
本実施形態の成膜方法によれば、最終的な膜厚分布に大きな影響を及ぼす最初のプリカーサ吸着時の温度は、吸着のみ生じ分解が生じない低温（例えば５５０℃）なので、プリカーサの吸着量の分布を均一にすることができ、図７（ａ）に示すように、成膜初期における面内膜厚均一性を高くすることができる。初期段階で均一な膜が形成されると、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、その後成膜温度を６００℃、６３０℃と上昇させても面内の膜厚均一性が維持され、膜厚が薄い場合であっても最終的に面内膜厚均一性が高い膜を形成することができる。また、成膜初期ではプリカーサの分解が生じない低温で成膜するためサイクルレート（成膜レート）は低いが、成膜期間に温度をプリカーサの分解が生じる温度まで上昇させるので、サイクルレート（成膜レート）を上昇させることができ、生産性の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態により生産性と面内膜厚均一性を両立させることができる。
バッチ式熱処理装置の場合、従来は、上述したように、ウエハボートの上部（Ｔｏｐ）において成膜する膜のウエハ面内の膜厚均一性が悪化しやすい傾向があった。これは、ウエハボートの上部ほどプリカーサの供給量が減少する傾向があるためと考えられる。これに対して、本実施形態では、成膜初期における膜厚の均一性が高いので、ウエハボートのＴｏｐにおいてもウエハ面内の膜厚均一性を良好にすることができる。また、このようにウエハボートのＴｏｐにおける面内膜厚均一性が良好になることにより、ウエハ面間の膜厚均一性も良好となる。
次に、実際に、バッチ式熱処理装置にて、ＳｉプリカーサとしてＨＣＤガス、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを用いて、従来の方法および本実施形態の方法によりＳｉＮ膜を成膜した。
この際の条件は以下の通りとした。
（共通条件）
圧力：１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
ＨＣＤガス流量：３００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量：５０００ｓｃｃｍ
（従来の方法の条件）
成膜温度：６３０℃
成膜時間：６０ｍｉｎ
サイクル数：２０回
（本実施形態の方法の条件）
成膜開始時の温度Ｘ：５５０℃
成膜終了時の温度Ｙ：６３０℃
成膜時間Ｚ：６０ｍｉｎ
サイクル数：２０回
これらについて、膜厚および膜厚の均一性を求めた。
その結果、膜厚の平均値は、従来の方法では３１．８ｎｍ、本実施形態の方法では２８．２ｎｍであった。また、ウエハボートのＴｏｐのウエハ面内膜厚均一性（ばらつきレンジ）は、従来の方法では３．１８％、本実施形態の方法では１．９８％であった。このことから、両者の平均膜厚が大差ない条件で、本実施形態の方法のほうが従来の方法よりもウエハボートＴｏｐにおける面内膜厚均一性が良好であることが確認された。また、ウエハの面間膜厚均一性（ばらつきレンジ）は、従来の方法では１．９４％、本実施形態では１．２４％であった。このことから、面間膜厚均一性についても本実施形態の方法のほうが従来の方法のほうが良好であることが確認された。
＜処理装置＞
次に、上記実施形態に係る成膜方法に適用可能な成膜装置の一例について説明する。図８は上記実施形態に係る成膜方法に適用可能な成膜装置の一例を示す縦断面図、図９はその水平断面図である。
本例の成膜装置１００はホットウォールタイプの縦型バッチ式熱処理装置として構成されており、外管１０１ａおよび内管１０１ｂからなる二重管構造の反応管として構成された有天井をなす処理容器１０１を有している。この処理容器１０１の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器１０１の内管１０１ｂの中には、５０〜１５０枚のウエハＷが多段に載置された石英製のウエハボート１０５が配置される。処理容器１０１の外側には、下面側が開口する概略円筒型の本体部１０２が設けられており、本体部１０２の内壁面には、周方向に亘ってヒーターを有する加熱機構１５２が設けられている。本体部１０２はベースプレート１１２に支持されている。
処理容器１０１の外管１０１ａの下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材（図示せず）を介して連結されている。
上記マニホールド１０３は処理容器１０１の外管１０１ａを支持しており、このマニホールド１０３の下方から、ウエハボート１０５が、処理容器１０１の内管１０１ｂ内に挿入される。マニホールド１０３の底部は蓋部１０９により閉止されるようになっている。
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７に載置されており、保温筒１０７には蓋部１０９を貫通して回転軸１１０が取り付けられており、回転軸１１０はモータ等の回転駆動機構１１３により回転可能となっている。これにより、回転駆動機構１１３により、保温筒１０７を介してウエハボート１０５を回転可能となっている。なお、保温筒１０７を上記蓋部１０９側へ固定して設け、ウエハボート１０５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
処理装置１００は、各種ガスを供給するガス供給機構１２０を有している。ガス供給機構１２０は、ＳｉプリカーサであるＨＣＤガスを供給するＨＣＤガス供給源１２１、窒化ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源１２２、不活性ガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源１２５を有している。
ＨＣＤガス供給源１２１には、配管１２６が接続され、配管１２６には、マニホールド１０３および処理容器１０１の内管１０１ｂの側壁を貫通して内管１０１ｂ内で上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英製のガス分散ノズル１２７が接続されている。ＮＨ３ガス供給源１２２には、配管１２８が接続され、配管１２８には、マニホールド１０３および内管１０１ｂの側壁を貫通して内管１０１ｂ内で上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英製のガス分散ノズル１２９が接続されている。Ｎ２ガス供給源１２５には、配管１３４が接続され、配管１３４には、マニホールド１０３および内管１０１ｂの側壁を貫通して処理容器１０１内に至る直線状をなす石英製のガスノズル１３５が接続されている。
配管１２６には、開閉バルブ１２６ａおよびその上流側にマスフローコントローラのような流量制御器１２６ｂが設けられている。また、配管１２８、１３４にも同様に、それぞれ開閉バルブ１２８ａ、１３４ａ、および流量制御器１２８ｂ、１３４ｂが設けられている。
ガス分散ノズル１２７および１２９の垂直部分には、ウエハボート１０５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、各ウエハＷに対応して所定の間隔で複数のガス吐出孔１２７ａおよび１２９ａが形成されている（図８ではガス吐出孔１２９ａのみ図示）。これにより、各ガス吐出孔１２７ａおよび１２９ａから水平方向に処理容器１０１に向けて略均一にガスを吐出することができる。
処理容器１０１の内管１０１ｂの、ガス分散ノズル１２７および１２９の配置位置に対向する部分には、処理容器１０１内を真空排気するための排気口１４７が設けられている。この排気口１４７はウエハボート１０５に対応して上下に細長く形成されている。一方、処理容器１０１の外管１０１ａには、排気口１４７近傍部分に排気ポート１１１が形成されており、排気ポート１１１には、処理容器１０１を排気するための排気管１４９が接続されている。排気管１４９には、処理容器１０１内の圧力を制御する圧力制御バルブ１５０および真空ポンプ等を含む排気装置１５１が接続されており、排気装置１５１により排気管１４９を介して処理容器１０１内が排気される。
この処理容器１０１およびその内部のウエハＷは、上述した本体部１０２の内側の加熱機構１５２に給電されることにより、所定温度に加熱される。
処理装置１００は制御部１６０を有している。制御部１６０は、処理装置１００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器であるマスフローコントローラ、昇降機構等の駆動機構、加熱機構１５２等を制御する。制御部１６０は、ＣＰＵを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００に所定の処理を行わせるように制御する。
次に、成膜装置１００の処理動作について説明する。
成膜に際しては、制御部１６０において記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて以下のように行われる。
最初に、ウエハＷを複数枚、例えば５０〜１５０枚ウエハボート１０５に搭載し、そのウエハボート１０５を処理装置１００内の処理容器１０１内に下方から挿入することにより、複数のウエハＷを処理容器１０１の内管１０１ｂ内に収容する。そして、蓋部１０９でマニホールド１０３の下端開口部を閉じることにより処理容器１０１内の空間を密閉空間とする。
そして、処理容器１０１内を排気装置１５１により排気して圧力を１〜１０Ｔｏｒｒ（１３３〜１３３３Ｐａ）の範囲の所定の圧力に制御しつつ、Ｎ２ガス供給源１２５から処理容器１０１内に不活性ガスであるＮ２ガスを供給し、所定の減圧状態のＮ２ガス雰囲気とする。このとき、加熱機構１５２により処理容器１０１内の温度（ウエハＷの温度）を、ＨＣＤガスが吸着可能であり、分解しない温度、例えば５５０℃に昇温する。
ウエハＷの温度が５５０℃に到達した時点で、所定時間温度安定化を行った後、ＡＬＤ成膜を開始するとともに、制御部１６０により加熱機構１５２の出力を上昇させ、処理容器１０１内の温度（ウエハ温度）を上昇させる。
ＡＬＤ成膜は、Ｎ２ガスの供給を継続したまま、ＨＣＤガス供給源１２１から配管１２６、ガス分散ノズル１２７を介して、ガス吐出孔１２７ａからＨＣＤガスをウエハＷの表面に沿って供給してウエハＷの表面に吸着させ、次いでＨＣＤガスの供給を停止し、Ｎ２ガスにより処理容器１０１内をパージした後、ＮＨ３ガス供給源から配管１２８およびガス分散ノズル１２９を介して、ガス吐出孔１２９ａからＮＨ３ガスをウエハＷの表面に沿って供給してウエハＷに吸着したＳｉを窒化させ、次いで、ＮＨ３ガスの供給を停止し、Ｎ２ガスにより処理容器１０１内をパージする、といった操作を繰り返す。
そして、このようなＡＬＤ成膜を、ＨＣＤガスが分解する所定の温度、例えば６３０℃まで継続し、成膜を終了する。なお、膜厚によっては、終点温度で所定時間ＡＬＤ成膜を継続してもよい。
以上の成膜処理が終了後、処理容器１０１内をＮ２ガスによりパージし、次いで、処理容器１０１内を大気圧に戻して、ウエハボート１０５を下方へ搬出する。
以上の成膜処理により、最初のプリカーサ吸着時の温度が低温であることから、成膜初期における膜厚の均一性を高くすることができ、その後成膜温度を上昇させた際にも面内の膜厚均一性が維持されて、面内膜厚均一性が高い膜を形成することができる。また、成膜期間に温度をプリカーサの分解が生じる温度まで上昇させてサイクルレート（成膜レート）を上昇させるので、生産性の低下を抑制することができる。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施の形態では、成膜する膜としてＳｉＮ膜の場合を例にとって説明したが、ＡＬＤ法で成膜することができる膜であれば、これに限るものではなく、例えばＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜等、他の膜の成膜にも適用することができる。
また、上記実施の形態では、本発明をバッチ式熱処理装置に適用した場合について示したが、これに限らず、横型のバッチ式装置、枚葉装置、回転テーブルの上に複数枚の被処理体を載せて処理を行うセミバッチ式装置等他の装置に適用することもできる。例えば、枚葉装置の場合、ステージのヒーターにて被処理体を加熱することが一般的であるが、被処理体の温度のばらつきが生じることがあり、その場合は、従来の温度プロファイルでは、バッチ式装置と同様、膜厚の不均一が生じる。このため、昇降ピンにより被処理体をステージから所定距離離間させること等により迅速に温度調整を行って本発明の温度プロファイルを形成すればよく、これにより均一な膜を成膜することができる。
さらに、上記実施の形態では、被処理体として半導体ウエハを用いた例について示したが、これに限らず、ガラス基板やセラミックス基板等の他の被処理体であってもよい。
１００；処理装置
１０１；処理容器
１０１ａ；外管
１０１ｂ；内管
１０２；本体部
１２０；ガス供給機構
１２１；ＨＣＤガス供給源
１２２；ＮＨ３ガス供給源
１４７，１４７ａ，１４７ｂ；排気口
１５１；排気装置
１５２；加熱機構
１６０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

  1. 被処理体上に成膜原料ガスと反応ガスとを交互に供給して原子層堆積法にて所定の膜を成膜する成膜方法であって、
    前記成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を開始し、
    温度を上昇させながら前記原子層堆積法による成膜を継続し、
    前記成膜原料ガスの分解が生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を終了することを特徴とする成膜方法。
  2. 前記成膜を終了する温度に達した時点で前記原子層堆積法による成膜を終了することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記成膜を終了する温度に達した後、前記所定の膜の膜厚に応じた所定時間、前記成膜を終了する温度で前記原子層堆積法による成膜を継続することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  4. 前記成膜原料ガスおよび前記反応ガスを供給しない状態で、前記被処理体を、前記成膜を開始する温度で安定化させ、その後、前記成膜原料ガスおよび前記反応ガスを供給して前記原子層堆積法による成膜を開始することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜方法。
  5. 前記原子層堆積法による成膜は、複数の被処理体に対して一括して成膜を行うバッチ式装置により行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
  6. 前記成膜原料ガスとして、シリコンを含むシリコン原料ガスを用い、前記反応ガスとして、前記シリコン原料ガスを窒化する窒化ガスを用い、前記所定の膜としてシリコン窒化膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
  7. 前記シリコン原料ガスはヘキサクロロジシランガスであり、前記窒化ガスはアンモニアガスであることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
  8. 前記成膜を開始する温度は、５３０〜５７０℃であり、前記成膜を終了する温度は、６１０〜６５０℃であることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
  9. 被処理体上に成膜原料ガスと反応ガスとを交互に供給して原子層堆積法にて所定の膜を成膜する成膜装置であって、
    前記被処理体を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に前記成膜原料ガスと前記反応ガスを供給するガス供給部と、
    前記被処理体を加熱する加熱機構と、
    前記処理容器内を排気して減圧状態とする排気機構と、
    前記ガス供給部、前記加熱機構、および前記排気機構を制御する制御部と
    を具備し、
    前記制御部は、前記成膜原料ガスの吸着のみが生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を開始させ、温度を上昇させながら前記原子層堆積法による成膜を継続させ、前記成膜原料ガスの分解が生じる温度で前記原子層堆積法による成膜を終了させるように制御することを特徴とする成膜装置。
  10. 前記成膜装置は、前記処理容器内に複数の被処理体を収容してバッチ処理を行うバッチ式装置であることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
  11. コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる、記憶媒体。
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