JP5689398B2 - 窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置 Download PDF

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Description

この発明は、窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置に関する。
窒化シリコン膜の成膜において、成膜開始初期時、膜が付き始めるまでの時間（以下インキュベーション時間という）が存在する。インキュベーション時間を改善するための公知例としては、特許文献１がある。特許文献１では、ＳｉＯ系絶縁膜上にＳｉＮ系絶縁膜を成膜するに当たり、ＳｉＯ系絶縁膜を閉鎖雰囲気下で成膜後、大気から遮断された状態に維持したまま、ＲＣＡ洗浄を行うことなく急速熱窒化およびＣＶＤを順次行う。
また、特許文献２には、窒化シリコン膜などのシリコン含有膜をプラズマ化学気相堆積により成膜する方法が記載されている。特許文献２ではシリコン含有膜の成膜前に、被処理体表面上にアンモニアラジカルを十分に吸着させる。この後、アミノシラン等のシリコン前駆体をアンモニアラジカルと反応させることで、窒化シリコンを形成する。
特開平７−２９７１８２号公報 特開２００８−２５８５９１号公報
窒化シリコン膜の成膜においては、インキュベーション時間が存在する。このため、成膜初期段階では、窒化シリコン膜が一様に付かず、窒化シリコンがアイランド状に点在することになる。このため、極薄膜状態の窒化シリコン膜は、例えば、段差被覆性が良くない、膜厚や膜質が均一でない、といった物理的な特性や、絶縁性などの電気的な特性も良くない、という事情がある。
この発明は、極薄膜状態であっても、物理的な特性及び電気的な特性に優れている窒化シリコン膜を成膜可能な窒化シリコン膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。
この発明の第１の態様に係る窒化シリコン膜の成膜方法は、（１）被処理体を処理室内に搬入する工程と、（２）前記処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、前記被処理体の表面上にシリコンを吸着させる工程と、（３）前記処理室内にアンモニアを含むガスを導入し、前記シリコンが吸着された前記被処理体の表面上にシード層を形成する工程と、（４）前記処理室内に窒化シリコンを成膜する成膜ガスを導入し、前記シード層上に窒化シリコン膜を形成する工程とを具備し、前記（３）の工程で、前記処理室内の温度を前記窒化シリコン膜の成膜温度に上昇させる。
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、窒化シリコン膜を成膜する成膜装置であって、被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、アミノシラン系ガス、アンモニアを含むガス、及び窒化シリコンを成膜する成膜ガスを供給するガス供給機構と、を備え、第１の態様に係る窒化シリコン膜の成膜方法を、前記処理室内において実行されるように構成されている。
この発明によれば、極薄膜状態であっても、物理的な特性及び電気的な特性に優れている窒化シリコン膜を成膜可能な窒化シリコン膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。
図１はこの発明の第１の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図 図２は図１に示す一例中の被処理体の断面例を示す断面図 図３はこの発明の第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図 インキュベーション時間を示す図 第１、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図 第１、又は第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を利用した半導体装置の一成膜工程例を示す断面図
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図２は図１に示す一例中の被処理体の断面例を示す断面図である。
図１中のステップ１に示すように、被処理体を成膜装置の処理室内に搬入する。本例では被処理体は半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハである。シリコンウエハの断面例を図２Ａに示す。本例では被処理体の一例として、シリコン基板１の表面上に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜２が形成されたシリコンウエハＷを使用した。即ち、窒化シリコン膜が形成される下地は、本例では酸化シリコン膜２である。なお、下地としては、酸化シリコン膜２に限られることはなく、表面に自然酸化膜を有したシリコンや、表面に自然酸化膜を有した金属、表面に自然酸化膜を有していない金属等であっても良い。被処理体を成膜装置の処理室内に搬入した後、処理室内の温度をシリコン吸着温度（処理温度）に上昇させる。本例では、シリコン吸着温度を４５０℃に設定した。
次に、図１中のステップ２に示すように、シリコン吸着温度とされた処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、酸化シリコン膜２の表面上にシリコンを吸着させる。これにより、図２Ｂに示すように、酸化シリコン膜２の表面上には、シリコン吸着層３が形成される。本例では、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノシランガス（ＤＩＰＡＳ）を用いた。
また、本例で用いた処理条件は、
ＤＩＰＡＳ流量： １５０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ６０ｓｅｃ
処 理 温 度： ４５０℃
処 理 圧 力： ５３２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）
である。処理終了後、処理室内を、不活性ガスを用いてパージする（ステップ３）。本例では、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いた。
次に、図１中のステップ４に示すように、処理室内にアンモニア（ＮＨ３）を含むガスを導入する。これにより、シリコン吸着層３にアミノ基（例えば、ＮＨ２）を結合させ、図２Ｃに示すように、酸化シリコン膜２の表面上にシード層４を形成する。
本例で用いた処理条件は、
ＮＨ３ 流 量： ５０００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ２５ｍｉｎ
処 理 温 度： 処理の間に４５０℃から６３０℃へ上昇
処 理 圧 力： ６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）
である。
また、本例では、処理室内にアンモニアガスを導入しながら、処理室内の温度を４５０℃から窒化シリコン成膜温度、本例では６３０℃まで上昇させていった。このように温度を高くしていくことにより、処理室内の温度をシリコン吸着温度から変えない場合に比較して、シリコン吸着層３とアンモニアガスとの反応をより促進させることができる。処理終了後、処理室内を、不活性ガスを用いてパージする（ステップ５）。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いた。
次に、図１中のステップ６に示すように、窒化シリコン成膜温度とされた処理室内に窒化シリコンを成膜する成膜ガスを導入し、図２Ｄに示すように、シード層４上に窒化シリコン膜５を形成する。
本例では、窒化シリコン膜５の形成に、シリコンを含むガスと窒化剤を含むガスとを交互に供給し、シード層４上に、窒化シリコンを堆積させる成膜手法を採用した。この成膜手法は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、又はＭＬＤ(Molecular Layer Deposition)法と呼ばれる成膜手法である。本例では、シリコンを含むガスとしてシラン系ガス、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、窒化剤を含むガスとしてアンモニアを含むガスを用いた。窒化シリコン膜５の形成は、まず、処理室内にＤＣＳを導入し、シード層４上にシリコンを吸着させる。次いで、処理室内を不活性ガス、例えば、窒素ガスでパージし、シリコン以外の不純物を処理室内から排出する。次いで、処理室内にアンモニアを含むガスを導入し、吸着されたシリコンを窒化する。次いで、処理室内を不活性ガス、例えば、窒素ガスでパージし、不純物を処理室内から排出する。これらの工程を、窒化シリコン膜５が所望の厚みとなるまで繰り返すことで、窒化シリコン膜５が形成される。
なお、窒化シリコン膜５の形成には、シリコンを含むガスと窒化剤を含むガスとを同時に供給し、シード層４上に、窒化シリコンを堆積させていく成膜手法、いわゆるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を採用することも可能である。
このような第１の実施形態によれば、窒化シリコン膜５を、下地、本例では酸化シリコン膜２上に成膜するのに際し、酸化シリコン膜２の表面に、アミノシラン系ガスを用いてシリコンを吸着させてシリコン吸着層３を形成し、このシリコン吸着層３に、アンモニアを含むガスを用いてアミノ基を結合させ、シリコン吸着層３をシード層４に変える。この後、シード層４上に、窒化シリコン膜５を形成する。この構成を備えることにより、詳しくは後述するが、酸化シリコン膜２上に直接、窒化シリコン膜５を形成する場合に比較して、インキュベーション時間を短縮できる。インキュベーション時間を短縮できる結果、極薄膜状態であっても、物理的な特性及び電気的な特性に優れた窒化シリコン膜が得られる、という利点を得ることができる。特に、第１の実施形態によれば、段差被覆性、膜厚や膜質の均一性が良く、電気的な絶縁性にも優れた極薄膜状態の窒化シリコン膜が得られる。
また、第１の実施形態によれば、窒化シリコン膜５のインキュベーション時間を短縮できるので、例えば、半導体集積回路装置の製造にあたり、特に、窒化シリコン膜の成膜工程のスループットを向上できる、という利点についても併せて得ることができる。
（第２の実施形態）
図３はこの発明の第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図である。なお、一例中の被処理体の断面例は、図２Ａ〜図２Ｄを代用する。
第２の実施形態が、第１の実施形態と、特に、異なるところは、下地表面上へのシリコン吸着層３の生成、及びシリコン吸着層３のシード層４への変換を、アミノシラン系ガスの導入とアンモニアを含むガスの導入とを所定の回数繰り返すことで行うようにしたことである。
まず、図３中のステップ１１に示すように、被処理体、本例では、第１の実施形態と同様に、シリコン基板１の表面上に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜２が形成されたシリコンウエハ（図２Ａ参照）を成膜装置の処理室内に搬入する。被処理体を成膜装置の処理室内に搬入した後、処理室内の温度をシリコン吸着温度（処理温度）に上昇させる。本例では、シリコン吸着温度を、第１の実施形態よりも高い５５０℃に設定した。この理由を以下に説明する。
第１の実施形態では、下地表面上にシリコンを吸着させた後、処理室内の温度を窒化シリコン成膜温度まで上昇させながら、アンモニアを含むガスを導入させた。対して、第２の実施形態は、アミノシラン系ガスの導入とアンモニアを含むガスの導入とを所定の回数繰り返す。このため、アンモニアを含むガスを導入するごとに処理室内の温度を、例えば、窒化シリコン成膜温度まで上昇させたり、アミノシラン系ガスを導入するごとに処理室内の温度をシリコン吸着温度に下降させたりしてしまうと、処理時間が長くなる。処理時間を短縮するために、本例では、処理室内の温度を、アミノシラン系ガスの導入時とアンモニアを含むガスの導入時とで等しくする。これにより、処理室内の温度を変化させる必要がなくなり、処理室内の温度を変化させる場合に比較して、処理時間を短縮することができる。また、処理室内の温度をシリコン吸着温度から変化させない場合、シリコン吸着層３とアンモニアガスとの反応が進み難くなることも予想される。このため、本例では、シリコン吸着層３とアンモニアガスとの反応促進を考慮し、シリコン吸着温度を、第１の実施形態よりも高い５５０℃に設定した。
次に、図３中のステップ１２に示すように、シリコン吸着温度とされた処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、酸化シリコン膜２の表面上にシリコンを吸着させる（図２Ｂ）。これにより、酸化シリコン膜２の表面上には、シリコン吸着層３が形成される。本例では、アミノシラン系ガスとして、トリジメチルアミノシランガス（ＴＤＭＡＳ）を用いた。
また、本例で用いた処理条件は、
ＴＤＭＡＳ流量： １５０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １５ｓｅｃ
処 理 温 度： ５５０℃
処 理 圧 力： ５３２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）
である。処理終了後、処理室内を、不活性ガスを用いてパージする（ステップ１３）。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いた。
次に、図３中のステップ１４に示すように、処理室内にアンモニア（ＮＨ３）を含むガスを導入する。これにより、シリコン吸着層３にアミノ基（例えば、ＮＨ２）を結合させる。
本例で用いた処理条件は、
ＮＨ３ 流 量： ５０００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ２０ｓｅｃ
処 理 温 度： ５５０℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
次に、図３中のステップ１５に示すように、アミノシラン系ガスの導入とアンモニアを含むガスの導入との繰り返し回数が設定回数に達したか否かを判断する。
設定回数に達していない場合（Ｎｏ．）、ステップ１６に進み、処理室内の温度を維持したまま、不活性ガス、本例では窒素ガスを用いてパージする。続いて、ステップ１２、１３、１４を繰り返す。
設定回数に達した場合（Ｙｅｓ．）、シード層４の形成が完了する（図２Ｃ）。この場合、ステップ１７に進み、処理室内の温度をシリコン吸着温度から窒化シリコン成膜温度、本例では６３０℃に上昇させながら、不活性ガス、本例では窒素ガスを用いてパージする。
次に、図３中のステップ１８に示すように、窒化シリコン成膜温度とされた処理室内に窒化シリコンを成膜する成膜ガスを導入し、シード層４上に窒化シリコン膜５を形成する。窒化シリコン膜５の成膜手法は、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様にＡＬＤ法又はＭＬＤ法と呼ばれる手法であり、成膜条件も第１の実施形態のステップ６と同じである。なお、第２の実施形態においても、成膜手法はＡＬＤ法又はＭＬＤ法に限られることはなく、ＣＶＤ法が採用されても良い。
このような第２の実施形態においても、シード層４上に、窒化シリコン膜５が形成される。このため、第１の実施形態と同様に、酸化シリコン膜２上に直接、窒化シリコン膜５を形成する場合に比較して、窒化シリコン膜５のインキュベーション時間を短縮できる、という利点を得ることができる。
（インキュベーション時間）
次に、第１の実施形態、及び第２の実施形態のインキュベーション時間を、比較例と比較しながら説明する。
図４は、インキュベーション時間を示す図である。縦軸は窒化シリコン膜５の膜厚、横軸はＡＬＤサイクル数を示している。
図４中の線Ｉは第１の実施形態により窒化シリコン膜５を成膜した場合、線IIは第２の実施形態により窒化シリコン膜５を成膜した場合である。線IIIは比較例である。比較例は、下地（酸化シリコン膜２）表面上に直接、窒化シリコン膜５をＡＬＤ法又はＭＬＤ法と呼ばれる手法を用いて形成した例である。成膜条件は、第１の実施形態のステップ６の処理条件と同じである。
窒化シリコン膜５の膜厚は、ＡＬＤサイクルが３０回の時、５０回の時、７０回の時にそれぞれ測定した。線Ｉ〜IIIは、測定された３つの膜厚を最小二乗法で直線近似した直線であり、式は次の通りである。
線Ｉ ： ｙ ＝ 0.8996ｘ − 17.113 …（１）
線II ： ｙ ＝ 0.9265ｘ − 14.181 …（２）
線III： ｙ ＝ 0.9159ｘ − 21.846 …（３）
上記（１）、（２）、（３）式をｙ＝０、即ち、窒化シリコン膜５の膜厚を“０”としたときのＡＬＤサイクルは次のようになる。
線Ｉ ： １９サイクル（第１の実施形態）
線II ： １５サイクル（第２の実施形態）
線III： ２４サイクル（比較例）
つまり、比較例ではＡＬＤサイクルを２４回繰り返した後に窒化シリコン膜５が成長しだす。対して、第１の実施形態ではＡＬＤサイクルを１９回繰り返した後に窒化シリコン膜５が成長しだし、第２の実施形態ではＡＬＤサイクルをさらに速い１５回繰り返した後に窒化シリコン膜５が成長しだす。このように、第１、第２の実施形態は、双方ともが比較例よりも速い段階から窒化シリコン膜５が成長しだすことが明らかとなった。
したがって、窒化シリコン膜５を、被処理体の表面上、第１、第２の実施形態では酸化シリコン膜２の表面上に成膜する前に、少なくともアミノシラン系ガスを用いて、シリコンウエハＷの表面上に窒化シリコン膜５のシードとなるシード層４を形成する第１、第２の実施形態によれば、酸化シリコン膜２上に直接、窒化シリコン膜５を形成する場合に比較して、窒化シリコン膜５のインキュベーション時間を短縮できることが裏付けられた。
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上記第１、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。
図５は、第１、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図５に示すように、成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１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１０４を介して連結されている。
マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハＷを多段に載置可能な石英製のウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のシリコンウエハＷが支持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を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。
成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４と、処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。
処理ガス供給機構１１４は、アミノシラン系ガス供給源１１７、成膜ガス供給源１１８、アンモニアを含むガス供給源１１９を含んでいる。成膜ガスは、例えば、シラン系ガスである。
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んでいる。不活性ガスは、パージガス等に利用される。
アミノシラン系ガス供給源１１７は、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３に接続されている。分散ノズル１２３は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４が所定の間隔を隔てて形成されている。有機系シリコンガスは、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。また、成膜ガス供給源１１８もまた、流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して、例えば、分散ノズル１２３に接続される。
アンモニアを含むガス供給源１１９は、流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して、分散ノズル１２５に接続されている。分散ノズル１２５は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２５の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２６が所定の間隔を隔てて形成されている。アンモニアを含むガスは、各ガス吐出孔１２６から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
不活性ガス供給源１２０は、流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室１０１内に向けて吐出させる。
処理室１０１内の、分散ノズル１２３及び１２５と反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、例えば、半導体基板、本例ではウエハＷを加熱する。
成膜装置１００の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。
本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記第１の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法のステップ１〜ステップ６に従った処理、又は第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法のステップ１１〜１８を順次実行する。
上記第１、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法は、図５に示すような成膜装置１００によって、実施することができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１、又は第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を利用した半導体装置の一成膜工程例に関する。
図６Ａ〜図６Ｅは、第１、又は第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を利用した半導体装置の一成膜工程例を示す断面図である。本一成膜工程例は、半導体装置、特に、半導体集積回路装置のゲート電極の側壁上に、窒化シリコン膜５からなる側壁スペーサを形成する例である。また、本例は、第１の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を採用した例で説明するが、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法を採用できることは、もちろんである。
図６Ａには、窒化シリコン膜５の成膜前の断面例が示されている。即ち、シリコン基板１上にはゲート絶縁膜１１、ポリシリコン層１２、金属層１３が順次形成されてなるゲート電極１４が形成されている。ゲート絶縁膜１１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、金属層１３は、例えば、タングステン（Ｗ）である。図６Ａに示す構造体を含む被処理体を、例えば、図５に示した成膜装置１００の処理室１０１内に搬入する。次いで、処理室１０１内の温度をシリコン吸着温度、例えば、４５０℃に上昇させる。
次に、図６Ｂに示すように、シリコン吸着温度とされた処理室１０１内にアミノシラン系ガスを導入し、ゲート電極１４の側壁及び上面、並びにシリコン基板（例えば、露出面に図示せぬ自然酸化膜が有るシリコン基板）１の表面上にシリコンを吸着させ、シリコン吸着層３を形成する。本例では、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノシランガス（ＤＩＰＡＳ）を用いた。この後、処理室１０１内を不活性ガス、例えば、窒素ガスを用いてパージする。
次に、図６Ｃに示すように、処理室１０１内にアンモニア（ＮＨ３）を含むガスを導入し、シリコン吸着層３にアミノ基（例えば、ＮＨ２）を結合させ、ゲート電極１４の側壁及び上面、並びにシリコン基板１の表面上にシード層４を形成する。このとき、処理室１０１内の温度をシリコン吸着温度から窒化シリコン成膜温度まで上昇させる。この後、処理室１０１内を不活性ガス、例えば、窒素ガスを用いてパージする。
次に、図６Ｄに示すように、窒化シリコン成膜温度とされた処理室１０１内に窒化シリコンを成膜する成膜ガスを導入し、図２Ｄに示すように、シード層４上に窒化シリコン膜５を形成する。本例では、窒化シリコン膜５を、成膜ガスとしてシリコンを含むガスと窒化剤を含むガスとを交互に供給し、シード層４上に、窒化シリコンを堆積させることで形成する。本例では、シリコンを含むガスとしてシラン系ガス、例えば、ＤＣＳ、窒化剤を含むガスとしてアンモニアを含むガスを用いた。ここまでの工程を、例えば、図５に示した成膜装置１００の処理室１０１内で行う。
次に、図６Ｅに示すように、図６Ｄに示す構造体となったシリコンウエハＷを、処理室１０１から搬出し、異方性エッチング装置の処理室に移送する。ここで、窒化シリコン膜５を異方性エッチングすることで、ゲート電極１４の側壁上に、窒化シリコン膜５からなる側壁スペーサ１５が形成される。
このように、第１、第２の実施形態に係る窒化シリコン膜の成膜方法は、半導体集積回路装置の製造工程、例えば、ゲート電極１４の側壁上への側壁スペーサ１５の形成工程等に利用することが可能である。
以上、この発明をいくつかの実施形態に従って説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されることは無く、種々変形可能である。
例えば、上記実施形態においては、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノシランガス（ＤＩＰＡＳ）、又はトリジメチルアミノシランガス（ＴＤＭＡＳ）を用いたが、アミノシラン系ガスとしては、ＤＩＰＡＳ、ＴＤＭＡＳの他、下記のアミノシラン系ガスを使うことができる。
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、及び
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）
また、アミノシラン系ガスとしては、分子式中のシリコン（Ｓｉ）が１つとなるものに限られるものではなく、分子式中のシリコンが２つとなるもの、例えば、ヘキサキスエチルアミノジシラン（C１２H３６N６Si２）なども用いることができる。
さらに、ヘキサキスエチルアミノジシランの他、下記の式（１）〜（４）により表示される物質も用いることができる。
（１） (((R1R2)N)nSi２H６-n-m(R3)m …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（２） ((R1)NH)nSi２H６-n-m(R3)m …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（１）、（２）式において、
R1、R2、R3 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2 ＝ R3、または同じでなくても良い。
n ＝ １〜６の整数
m ＝ ０、１〜５の整数

（３） (((R1R2)N)nSi２H６-n-m(Cl)m …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（４） ((R1)NH)nSi２H６-n-m(Cl)m …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（３）、（４）式において
R1、R2 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2、または同じでなくても良い。
n ＝ １〜６の整数
m ＝ ０、１〜５の整数
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
１…シリコン基板、２…酸化シリコン膜、３…シリコン吸着層、４…シード層、５…窒化シリコン膜。

Claims (7)

  1. （１） 被処理体を処理室内に搬入する工程と、
    （２） 前記処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、前記被処理体の表面上にシリコンを吸着させる工程と、
    （３） 前記処理室内にアンモニアを含むガスを導入し、前記シリコンが吸着された前記被処理体の表面上にシード層を形成する工程と、
    （４） 前記処理室内に窒化シリコンを成膜する成膜ガスを導入し、前記シード層上に窒化シリコン膜を形成する工程と
    を具備し、
    前記（３）の工程で、前記処理室内の温度を前記窒化シリコン膜の成膜温度に上昇させることを特徴とする窒化シリコン膜の成膜方法。
  2. 前記（４）工程が、シリコンを含むガスと窒化剤を含むガスとを交互に供給し、前記シード層上に、窒化シリコンを堆積させていく工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。
  3. 前記（４）工程が、シリコンを含むガスと窒化剤を含むガスとを同時に供給し、前記シード層上に、窒化シリコンを堆積させていく工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。
  4. 前記シリコンを含むガスが、シラン系ガスであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。
  5. 前記被処理体の表面に、少なくともシリコンを主体とする領域と、金属を主体とする領域とが含まれていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。
  6. 前記アミノシラン系ガスが、
    ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
    ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
    ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
    ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
    ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）
    ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
    ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）
    ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）
    ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
    ヘキサキスエチルアミノジシラン
    （１） (((R1R2)N)nSi２H６-n-m(R3)m
    （２） ((R1)NH)nSi２H６-n-m(R3)m
    （３） (((R1R2)N)nSi２H６-n-m(Cl)m
    （４） ((R1)NH)nSi２H６-n-m(Cl)m
    の少なくとも一つを含むガスから選ばれることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法。
    （ただし、（１）、（２）式において、n：アミノ基の数、m：アルキル基の数、
    （３）、（４）式において、n：アミノ基の数、m：塩素の数、
    （１）〜（４）式において、n ＝ １〜６の整数、m ＝ ０、１〜５の整数、
    R1、R2、R3 ＝ CH３、C２H５、C３H７ R1 ＝ R2 ＝ R3、または同じでなくても良い。）
  7. 窒化シリコン膜を成膜する成膜装置であって、
    被処理体を収容する処理室と、
    前記処理室内に、アミノシラン系ガス、アンモニアを含むガス、及び窒化シリコンを成膜する成膜ガスを供給するガス供給機構と、を備え、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の窒化シリコン膜の成膜方法を、前記処理室内において実行されるように構成されていることを特徴とする成膜装置。
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