JP5008957B2 - シリコン窒化膜の形成方法、形成装置、形成装置の処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン窒化膜の形成方法、形成装置、形成装置の処理方法及びプログラムに関する。
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハにシリコン窒化膜の薄膜を形成することが行われている。例えば、熱ＣＶＤ法による薄膜形成処理では、所定の温度に加熱した反応室内に成膜用ガスを供給する。反応室内に供給された成膜用ガスは、反応室内で熱反応を起こし、反応生成物を生成する。この生成された反応生成物が半導体ウエハの表面に堆積することにより、半導体ウエハの表面にシリコン窒化膜の薄膜が形成される。
ところで、薄膜形成処理によって生成される反応生成物は、半導体ウエハの表面だけでなく、例えば、反応室の内壁や各種の治具等の熱処理装置の内部にも堆積（付着）してしまう。この反応生成物（付着物）が反応室内に付着した状態で薄膜形成処理を引き続き行うと、反応室を形成する石英と付着物との熱膨張率の違いにより応力が発生し、この応力によって石英や付着物が割れてしまう。このように、石英や付着物が割れたものがパーティクルとなり、生産性を低下させる原因となる。
このため、所定の温度に加熱した反応室内にクリーニングガス、例えば、フッ素と含ハロゲン酸性ガスとの混合ガスを供給して、反応室の内壁等に付着した反応生成物を除去（ドライエッチング）する熱処理装置の洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平３−２９３７２６号公報
ところで、パーティクルの発生を抑制するためには、例えば、半導体ウエハに薄膜を形成する毎に熱処理装置の内部を洗浄するように、熱処理装置を頻繁に洗浄することが好ましい。しかし、これでは、熱処理装置の停止時間が多くなり、生産性が低下してしまう。このため、パーティクルの発生を抑制しつつ、生産性を向上させることが求められている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、パーティクルの発生を抑制するとともに、生産性を向上させることができるシリコン窒化膜の形成方法、形成装置、形成装置の処理方法及びプログラム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形成装置の処理方法は、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定する、ことを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定する、ことを特徴とする。
本発明の第２の観点に係るシリコン窒化膜形成装置の処理方法は、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする。
本発明の第３の観点に係るシリコン窒化膜形成装置の処理方法は、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程と、
前記酸化工程で酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化する窒化工程と、を備える、ことを特徴とする。
前記反応室内を４００℃〜６５０℃に設定することが好ましい。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程と、
前記酸化工程で酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化する窒化工程と、を備える、ことを特徴とする。
前記反応室内を４００℃〜６５０℃に設定することが好ましい。
本発明の第４の観点に係るシリコン窒化膜の形成方法は、
薄膜形成装置の反応室内に収容された被処理体に成膜用ガスを供給し、被処理体にシリコン窒化膜を形成する形成工程と、
第１〜第３の観点に係るシリコン窒化膜形成装置の処理方法を実行する処理実行工程と、を備える、ことを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に収容された被処理体に成膜用ガスを供給し、被処理体にシリコン窒化膜を形成する形成工程と、
第１〜第３の観点に係るシリコン窒化膜形成装置の処理方法を実行する処理実行工程と、を備える、ことを特徴とする。
前記処理実行工程は、例えば、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する工程が複数回繰り返されることにより形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が、当該シリコン窒化膜の累積膜厚値を超える前に実行される。
前記形成工程では、前記被処理体の表面を窒化する被処理体窒化工程と、前記被処理体窒化工程で窒化された被処理体の表面にシリコンを吸着させる吸着工程と、前記吸着工程で吸着されたシリコンを窒化するシリコン窒化工程とを備えてもよい。この場合、前記吸着工程と、前記シリコン窒化工程とを、複数回繰り返す。
前記成膜用ガス及び前記窒化ガスには、例えば、アンモニアを含むガスが用いられる。
本発明の第５の観点に係るシリコン窒化膜の形成装置は、
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とする。
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とする。
本発明の第６の観点に係るシリコン窒化膜の形成装置は、
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給するラジカル供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に前記酸化ガスのラジカルを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記ラジカル供給手段を制御する、ことを特徴とする。
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給するラジカル供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に前記酸化ガスのラジカルを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記ラジカル供給手段を制御する、ことを特徴とする。
本発明の第７の観点に係るシリコン窒化膜の形成装置は、
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
前記反応室内に活性化された窒化ガスを供給する、または、前記反応室内に窒化ガスを供給して活性化させる窒化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御し、
前記酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化させるように、前記窒化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とする。
前記制御手段は、例えば、形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が、当該シリコン窒化膜の累積膜厚値を超える前に、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する。
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
前記反応室内に活性化された窒化ガスを供給する、または、前記反応室内に窒化ガスを供給して活性化させる窒化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御し、
前記酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化させるように、前記窒化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とする。
前記制御手段は、例えば、形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が、当該シリコン窒化膜の累積膜厚値を超える前に、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する。
本発明の第８の観点に係るプログラムは、
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段、
薄膜形成装置の各部を制御するとともに、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する制御手段、
として機能させることを特徴とする。
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段、
薄膜形成装置の各部を制御するとともに、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する制御手段、
として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、パーティクルの発生を抑制するとともに、生産性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態に係るシリコン窒化膜の形成方法、形成装置、形成装置の処理方法及びプログラムについて説明する。本発明は、シリコン窒化膜の形成によって装置内部に付着した付着物を酸化することにより、付着物の膜剥がれを起こりにくくし、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制するものである。なお、本実施の形態では、ＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）法を用いて、シリコン窒化膜を形成する場合を例に説明する。また、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。また、図２に本実施の形態の処理装置の断面構成を示す。
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、有天井で略円筒状の反応管２を備えている。反応管２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、図示しない反応管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、反応管２内のガスが、開口、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内に処理ガスを供給する、処理ガス供給管８、９が挿通されている。処理ガスとしては、成膜用ガス、酸化ガス、窒化ガス、希釈ガス等がある。成膜用ガスは、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜するためのガスであり、本例では、アンモニア（ＮＨ３）とジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）とが用いられる。酸化ガスは、反応管２の内部等に付着した付着物（窒化シリコン）を酸化するガスであり、後述する酸化ステップで用いられる。本例では、酸化ガスとして、酸素（Ｏ２）が用いられる。窒化ガスは、酸化ステップで酸化された付着物の表面を窒化するガスであり、後述する表面窒化ステップで用いられる。本例では、窒化ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）が用いられる。希釈ガスは、処理ガスを希釈するガスであり、本例では、窒素（Ｎ２）が用いられる。
これらの処理ガスのうち、成膜用ガスのアンモニア、酸化ガス、及び、窒化ガスが処理ガス供給管８を介して反応管２内に供給される。この処理ガス供給管８は、後述するプラズマ発生部１０に挿通されている。このため、処理ガス供給管８から供給されたガスは、プラズマ励起（活性化）される。成膜用ガスのＤＣＳと希釈ガスとは、処理ガス供給管９を介して反応管２内に供給される。また、パージガス（例えば、窒素（Ｎ２））も処理ガス供給管９を介して反応管２内に供給される。なお、パージガスは、別途、パージガス供給管を介して反応管２内に供給してもよい。処理ガス供給管９は、図２に示すように、反応管２の内壁に配置されている。このため、処理ガス供給管９から供給されたガスは、プラズマ励起（活性化）されない。処理ガス供給管９としては、例えば、分散インジェクタが用いられる。
処理ガス供給管８、９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内に処理ガスが供給される。このため、図１に矢印で示すように、処理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、処理ガス供給管８、９は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２５を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図１では、プラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管８のみを図示している。また、図２では、処理ガス供給管８と、プラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管９と、を図示している。
反応管２の他側方、すなわち、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は、プラズマ発生部１０が設けられている。プラズマ発生部１０は、一対の電極１１等を備えている。プラズマ発生部１０には、一対の電極１１間に処理ガス供給管８が挿通されている。一対の電極１１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１１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１１間に供給された処理ガスをプラズマ励起（活性化）させ、例えば、酸素ラジカル（Ｏ２ ＊）のような処理ガスのラジカルを生成する。このように生成された処理ガスのラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。
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３に制御部１００の構成を示す。図３に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）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、プラズマ制御部１２９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（群）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（群）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。
圧力計（群）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、処理ガス供給管８、９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。
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。
プラズマ制御部１２９は、プラズマ発生部１０を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、プラズマ発生部１０を制御し、プラズマ発生部１０内に供給された処理ガス、例えば、酸素（Ｏ２）を活性化し、酸素ラジカル（Ｏ２ ＊）等を生成させる。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５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ている。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、処理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、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。
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、プラズマ制御部１２９等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５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（群）１２２、圧力計（群）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。
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４及び図５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、ＭＬＤ（Molecular 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４は、シリコン窒化膜の形成方法の処理手順を示す図である。図５は、成膜処理１、及び、付着物処理１のレシピ（タイムシーケンス）を示す図である。
図４に示すように、シリコン窒化膜の形成方法は、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成する成膜処理と、反応管２内等に付着した付着物を処理する付着物処理と、を備えている。なお、成膜処理（ｘｎ）が終了すると、反応管２の内壁等に付着した付着物を除去（洗浄）する洗浄処理が行われる。
成膜処理は、成膜前に半導体ウエハＷの表面を前処理（窒化）する前処理ステップと、半導体ウエハＷにシリコン（Ｓｉ）を吸着させる吸着ステップと、吸着されたＳｉを窒化する窒化ステップとを備えており、吸着ステップと窒化ステップとがＭＬＤ法の１サイクルを構成する。このサイクルを複数回（図４ではｍ回）繰り返す（ｍサイクル実行する）ことにより、半導体ウエハＷ上に所望のシリコン窒化膜が形成される。
付着物処理は、反応管２の内壁等に付着した付着物が所定の累積膜厚となる前に行われる。付着物処理は、成膜処理を複数回（図４ではｎ回）実行した後に行われる。付着物処理は、付着物（窒化シリコン：ＳｉＮ）を酸化し、酸化シリコン（ＳｉＯ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を形成する酸化ステップと、酸化ステップで形成されたＳｉＯ等の表面を窒化する表面窒化ステップとを備えている。この付着物処理により、付着物は、その内部がＳｉＯ等から構成され、その表面がＳｉＮから構成される。このため、付着物の膜収縮率や膜応力が低減され、膜剥がれが起こりにくくなる。この結果、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。
以下、これらの処理について詳細に説明する。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（処理ガス供給管８、９）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、プラズマ制御部１２９（プラズマ発生部１０）等を制御することにより、図５に示すレシピに従った条件に設定される。
（成膜処理）
まず、被処理体としての半導体ウエハＷを反応管２内に収容（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、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。
まず、被処理体としての半導体ウエハＷを反応管２内に収容（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、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。
次に、半導体ウエハＷの表面を窒化する前処理ステップを実行する。前処理ステップは、半導体ウエハＷ上に窒化ガスを供給して、その表面を窒化する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷ上にアンモニア（アンモニアラジカル）を供給することにより半導体ウエハＷの表面を窒化する。
前処理ステップでは、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、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５（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、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５（ｂ）に示すように、４５Ｐａ（０．３４Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、図５（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８からを所定量、例えば、図５（ｅ）に示すように、５ｓｌｍのアンモニア（ＮＨ３）を一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給されたアンモニアはプラズマ励起（活性化）され、アンモニアラジカル（ＮＨ３ ＊）を生成する。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から希釈ガスとしての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、反応管２内の温度は、室温（ＲＴ）〜８００℃にすることが好ましい。室温より低くなると、シリコン窒化膜を成膜することができなくなるおそれが生じ、反応管２内の温度が８００℃より高くなると、形成されるシリコン窒化膜の膜質や膜厚均一性等が悪化してしまうおそれが生じるためである。反応管２内の温度は、１００℃〜８００℃とすることがより好ましく、４００℃〜６５０℃にすることがさらに好ましい。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さらに向上させることができるためである。
また、シリコン窒化膜の形成方法においては、成膜シーケンス上、反応管２内の温度を変化させないことが好ましい。このため、本実施の形態では、後述するように、吸着ステップ、窒化ステップ、及び、付着物処理（酸化ステップ及び窒化ステップ）においても反応管２内の温度を変化させず、５５０℃に設定している。
アンモニアの供給量は、１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともに半導体ウエハＷの表面を窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、アンモニアラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、５０Ｗ〜５００Ｗとすることがより好ましく、１００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアラジカルを効率的に生成することができるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ（１ｍＴｏｒｒ）〜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、アンモニアラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間におけるアンモニアラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、４０Ｐａ〜１００Ｐａ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２内にアンモニアラジカルが供給されると、供給されたアンモニアラジカルが半導体ウエハＷの表面を窒化する。半導体ウエハＷの表面が窒化されると、処理ガス供給管８からのアンモニアの供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。また、処理ガス供給管９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、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９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、Vac工程）。
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。吸着ステップは、窒化された半導体ウエハＷの表面にＳｉを吸着させる工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷにＤＣＳを供給することにより半導体ウエハＷにＳｉを吸着させている。
吸着ステップでは、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、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５（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、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５（ｂ）に示すように、６００Ｐａ（４．６Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、処理ガス供給管９から所定量、例えば、図５（ｄ）に示すように、２ｓｌｍのＤＣＳと、図５（ｃ）に示すように、所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
ＤＣＳの供給量は、１０ｓｃｃｍ〜１０ｓｌｍにすることが好ましい。１０ｓｃｃｍより少ないと半導体ウエハＷの表面に十分なＤＣＳが供給されないおそれが生じ、１０ｓｌｍより多いと反応に寄与しないＤＣＳが多くなってしまうおそれが生じるためである。ＤＣＳの供給量は、０．５ｓｌｍ〜３ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、半導体ウエハＷの表面とＤＣＳとの反応が促進されるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ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の表面とＤＣＳとの反応を促進することができるためである。
反応管２内に供給されたＤＣＳは、反応管２内で加熱されてＤＣＳが活性化する。また、前処理ステップにより半導体ウエハＷの表面には−ＮＨ２基が存在する。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の表面の−ＮＨ２基と活性化されたＤＣＳが反応し、半導体ウエハＷの表面にＳｉが吸着する。
半導体ウエハＷの表面に所定のＳｉが吸着すると、処理ガス供給管９からのＤＣＳ及び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、処理ガス供給管９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、Vac工程）。
続いて、半導体ウエハＷの表面を窒化する窒化ステップを実行する。窒化ステップは、Ｓｉが吸着された半導体ウエハＷ上に窒化ガスを供給して、吸着されたＳｉを窒化する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷ上にアンモニア（アンモニアラジカル）を供給することにより吸着されたＳｉを窒化している。
窒化ステップでは、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、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５（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、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５（ｂ）に示すように、４５Ｐａ（０．３４Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、図５（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８から所定量、例えば、図５（ｅ）に示すように、１ｓｌｍのアンモニアを一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給されたアンモニアはプラズマ励起（活性化）され、アンモニアラジカル（ＮＨ３ ＊）を生成する。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から希釈ガスとしての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、アンモニアの供給量は、１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン窒化膜を形成するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、アンモニアラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、５０Ｗ〜５００Ｗとすることがより好ましく、１００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアラジカルを効率的に生成することができるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ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、アンモニアラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間におけるアンモニアラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、４０Ｐａ〜４００Ｐａ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２内にアンモニアラジカルが供給されると、半導体ウエハＷ上に吸着されたＳｉが窒化され、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜が形成される。半導体ウエハＷ上に所望のシリコン窒化膜が形成されると、処理ガス供給管８からアンモニアの供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。また、処理ガス供給管９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、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９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、Vac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、ＭＬＤ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ＭＬＤ法の１サイクル（サイクル２）を開始する。そして、このサイクルを所定回数（図４ではｍ回）繰り返す。これにより、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。
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と、半導体ウエハＷをアンロードする。具体的には、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して、反応管２内の圧力を常圧に戻すとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定温度に維持する。そして、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がアンロードされる。
以上のような成膜処理を行うと、成膜処理によって生成されるＳｉＮが、半導体ウエハＷの表面だけでなく、反応管２の内壁等にも堆積（付着）する。このため、成膜処理を所定回数（図４ではｎ回）行った後、付着物処理を実行する。この付着物処理は、反応管２の内壁等に付着した付着物が所定の累積膜厚となる前に行われる。すなわち、本実施の形態では、レシピ記憶部１１１に記憶されるプロセス用レシピに、成膜処理により半導体ウエハＷに形成されたシリコン窒化膜の累積膜厚が、所定の値（累積膜厚値）以下の状態、すなわち、累積膜厚値を超える前に実行するように設定されている。
ここで、累積膜厚とは、複数回の成膜処理により成膜されたシリコン窒化膜の膜厚の合計をいい、例えば、半導体ウエハＷに３０ｎｍのシリコン窒化膜を形成する成膜処理を１０回行った場合、累積膜厚は、０．０３×１０＝０．３μｍとなる。また、累積膜厚値とは、被処理体に形成する薄膜及び成膜用ガスの種類等に応じて定められる値であり、かかる値を超えて被処理体に薄膜を形成すると、反応管２の内壁等に付着した付着物が剥がれ（クラックを発生し）、パーティクルが発生しやすくなる値をいう。
（付着物処理）
まず、半導体ウエハＷを収容していない空のウエハボート６を反応管２内に収容（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、空のウエハボート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、空のウエハボート６を反応管２内にロードする。
まず、半導体ウエハＷを収容していない空のウエハボート６を反応管２内に収容（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、空のウエハボート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、空のウエハボート６を反応管２内にロードする。
次に、反応管２の内壁等に付着した付着物（ＳｉＮ）を酸化する酸化ステップを実行する。酸化ステップは、反応管２内に酸化ガスを供給してＳｉＮを酸化し、ＳｉＯまたはＳｉＯＮを形成する工程である。本実施の形態では、反応管２内に酸素（酸素ラジカル）を供給することにより付着物を酸化する。
酸化ステップでは、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、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５（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、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５（ｂ）に示すように、１００Ｐａに設定する。そして、図５（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８から所定量、例えば、図５（ｆ）に示すように、３ｓｌｍの酸素を一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給された酸素はプラズマ励起（活性化）され、酸素ラジカル（Ｏ＊）を生成する。このように生成された酸素ラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から希釈ガスとしての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、酸素の供給量は、１ｓｃｃｍ〜１０ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を形成するのに十分な酸素ラジカルを供給できるためである。酸素の供給量は、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを安定して発生させることができるためである。
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、酸素ラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、５０Ｗ〜５００Ｗとすることがより好ましく、１００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、酸素ラジカルを効率的に生成す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、酸素ラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間における酸素ラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、３０Ｐａ〜３００Ｐａ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２内に酸素ラジカルが供給されると、反応管２の内壁等に付着した付着物（ＳｉＮ）が酸化され、酸化シリコン（ＳｉＯ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）が形成される。
反応管２の内壁等にＳｉＯ等が形成されると、処理ガス供給管８から酸素の供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。また、処理ガス供給管９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、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９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、Vac工程）。
続いて、酸化ステップで酸化された付着物の表面を窒化する表面窒化ステップを実行する。表面窒化ステップは、反応管２内に窒化ガスを供給してＳｉＯ等の表面を窒化する工程である。本実施の形態では、反応管２内にアンモニア（アンモニアラジカル）を供給することにより付着物を窒化する。
表面窒化ステップでは、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、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５（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、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５（ｂ）に示すように、７５Ｐａに設定する。そして、図５（ｇ）に示すように、電極１１間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、処理ガス供給管８から所定量、例えば、図５（ｅ）に示すように、３ｓｌｍのアンモニアを一対の電極１１間（プラズマ発生部１０内）に供給する。一対の電極１１間に供給されたアンモニアはプラズマ励起（活性化）され、アンモニアラジカル（ＮＨ３ ＊）を生成する。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部１０から反応管２内に供給される。また、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９から希釈ガスとしての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、アンモニアの供給量は、１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｌｍにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともに窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。アンモニアの供給量は、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを安定して発生させることができるためである。
ＲＦパワーは、１０Ｗ〜１５００Ｗにすることが好ましい。１０Ｗより少ないと、アンモニアラジカルが生成しにくくなり、１５００Ｗを超えると、プラズマ発生部１０を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。ＲＦパワーは、５０Ｗ〜５００Ｗとすることがより好ましく、１００Ｗ〜５００Ｗとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアラジカルを効率的に生成することができるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ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、アンモニアラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハＷが置かれた空間におけるアンモニアラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管２内の圧力は、５０Ｐａ〜１００Ｐａ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２内にアンモニアラジカルが供給されると、酸化ステップで酸化された、反応管２の内壁等に付着した付着物（ＳｉＯ等）の表面が窒化される。このように処理された付着物は、その内部がＳｉＯまたはＳｉＯＮから構成され、その表面がＳｉＮから構成される。このＳｉＯ等は、ＳｉＮに比べて、反応管２等を構成する石英と熱膨張率の差が小さい。このため、例えば、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２へのロード、アンロードにより、反応管２内の温度低下が起こっても、付着物の膜収縮率や膜応力が低減され、膜剥がれが起こりにくくなる。したがって、シリコン窒化膜の累積膜厚値を大きくすることができる。この結果、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、付着物の表面はＳｉＮであり、付着物処理後に成膜処理を実施しても、成膜処理により形成されるシリコン窒化膜の成膜性能に悪影響を与えるおそれがなくなる。このため、成膜処理の再現性を保持することができる。
付着物の表面が窒化されると、処理ガス供給管８からアンモニアの供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。また、処理ガス供給管９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、図５（ｃ）に示すように、処理ガス供給管９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、Vac工程）。これにより、付着物処理が終了する。
この付着物処理により、反応管２の内壁等に付着した付着物の膜剥がれが起こりにくくなり、シリコン窒化膜の累積膜厚値を大きくすることができる。このため、図４に示すように、再び、前述のような図５に示す条件で成膜処理（成膜処理ｎ＋１）を実行する。そして、形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が累積膜厚値を超える前、すなわち、成膜処理を成膜処理２ｎまで繰り返した後、再び、付着物処理（付着物処理２）を実行する。このように、成膜処理、付着物処理を繰り返し、図４に示すように、成膜処理ｘｎまで実行することにより、シリコン窒化膜の形成方法を終了する。
このように、シリコン窒化膜の成膜処理を複数回行った後に付着物処理を行うことにより、シリコン窒化膜の累積膜厚値を大きくすることができ、反応管２の内壁等に付着した付着物を除去せずに、連続してシリコン窒化膜の成膜処理を行うことができるようになる。このため、連続してシリコン窒化膜の成膜処理を行う回数を増やすことができ、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態の効果を確認するため、付着物処理の有無により、シリコン窒化膜の累積膜厚値を求めたところ、付着物処理を行わなかった場合のシリコン窒化膜の累積膜厚値は、０．３μｍ〜０．８μｍであった。一方、付着物処理を行うことにより、シリコン窒化膜の累積膜厚値は、１．０μｍ〜８μｍとなり、従来の累積膜厚値の３〜１０倍に大きくな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、シリコン窒化膜の成膜処理を複数回行った後に、反応管２の内壁等に付着した付着物を酸化しているので、付着物の膜収縮率や膜応力が低減され、膜剥がれが起こりにくくすることができる。このため、シリコン窒化膜の累積膜厚値を大きくすることができ、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、酸化ステップで酸化した、反応管２の内壁等に付着した付着物の表面を窒化しているので、付着物処理後に成膜処理を実施しても、成膜処理により形成されるシリコン窒化膜の成膜性能に悪影響を与えるおそれがなくなる。
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、酸化ステップにおいて、プラズマにより酸素ラジカルを発生させた場合を例に本発明を説明したが、本発明は、酸化ガスを活性化させることができるものであればよく、例えば、触媒、ＵＶ、熱、磁力などを用いてもよい。
上記実施の形態では、酸化ガスとして酸素（酸素ラジカル）を用いて反応管２の内壁等に付着した付着物を酸化させた場合を例に本発明を説明したが、酸化ガスは、シリコン窒化膜の成膜性能に悪影響を与えることなく、付着物を酸化できるものであればよく、例えば、水蒸気（Ｈ２Ｏ）等を用いてもよい。また、オゾン（Ｏ３）を用いてもよい。オゾンを用いて付着物を酸化させる場合には、例えば、反応管２の外部にオゾナイザーを設けてオゾンを反応管２内に供給する。また、反応管２内の温度は４００℃〜５５０℃にすることが好ましい。かかる範囲とすることにより、オゾンが失活してしまうおそれがなく、付着物を酸化させることができるためである。
上記実施の形態では、付着物処理において、酸化ステップ後に表面窒化ステップを行った場合を例に本発明を説明したが、例えば、表面窒化ステップを行わなくてもよい。この場合にも、生産性を低下させることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。
上記実施の形態では、成膜用ガスとして、ＤＣＳとアンモニアとを用いた場合を例に本発明を説明したが、例えば、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）とアンモニアとを用いてもよい。また、窒化ガスとしてアンモニアを用いた場合を例に本発明を説明したが、酸化された付着物の表面を窒化可能なものであればよく、アンモニアに限定されるものではない。
上記実施の形態では、ＭＬＤ法を用いて、シリコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、例えば、熱ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜を形成してもよい。この場合、図６に示すような熱処理装置を用いることができる。
上記実施の形態では、成膜用ガス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。
上記実施の形態では、プラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管８と、プラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管９が設けられている場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガスの種類毎に処理ガス供給管が設けられていてもよい。また、複数本から同じガスが供給されるように、反応管２の下端近傍の側面に、複数本の処理ガス供給管８、９が挿通されていてもよい。この場合、複数本の処理ガス供給管８、９から反応管２内に処理ガスが供給され、反応管２内に処理ガスをより均一に供給することができる。
本実施の形態では、処理装置１として、単管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、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式の縦型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。また、被処理体は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＬＣＤ用のガラス基板であってもよい。
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）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搬送波に重畳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。
１ 処理装置
２ 反応管
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、９ 処理ガス供給管
１０ プラズマ発生部
１１ 電極
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
１２９ プラズマ制御部
Ｗ 半導体ウエハ
２ 反応管
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、９ 処理ガス供給管
１０ プラズマ発生部
１１ 電極
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
１２９ プラズマ制御部
Ｗ 半導体ウエハ
Claims (13)
- 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定する、ことを特徴とするシリコン窒化膜形成装置の処理方法。 - 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程を備え、
前記酸化工程では、プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とするシリコン窒化膜形成装置の処理方法。 - 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成することにより装置内部に付着したシリコン窒化膜に、活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給し、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化する酸化工程と、
前記酸化工程で酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化する窒化工程と、を備える、ことを特徴とするシリコン窒化膜形成装置の処理方法。 - 前記反応室内を４００℃〜６５０℃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項に記載のシリコン窒化膜形成装置の処理方法。
- 薄膜形成装置の反応室内に収容された被処理体に成膜用ガスを供給し、被処理体にシリコン窒化膜を形成する形成工程と、
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形成装置の処理方法を実行する処理実行工程と、を備える、ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成方法。 - 前記処理実行工程は、前記被処理体にシリコン窒化膜を形成する工程が複数回繰り返されることにより形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が、当該シリコン窒化膜の累積膜厚値を超える前に実行される、ことを特徴とする請求項５に記載のシリコン窒化膜の形成方法。
- 前記形成工程では、前記被処理体の表面を窒化する被処理体窒化工程と、前記被処理体窒化工程で窒化された被処理体の表面にシリコンを吸着させる吸着工程と、前記吸着工程で吸着されたシリコンを窒化するシリコン窒化工程とを備え、
前記吸着工程と、前記シリコン窒化工程とを、複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項５または６に記載のシリコン窒化膜の形成方法。 - 前記成膜用ガス及び前記窒化ガスには、アンモニアを含むガスが用いられる、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成方法。
- 被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成装置。 - 被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
プラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給するラジカル供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に前記酸化ガスのラジカルを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記ラジカル供給手段を制御する、ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成装置。 - 被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置であって、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段と、
前記反応室内に活性化された窒化ガスを供給する、または、前記反応室内に窒化ガスを供給して活性化させる窒化ガス供給手段と、
薄膜形成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、
シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御し、
前記酸化されたシリコン窒化膜に活性化された窒化ガスを供給して、前記酸化されたシリコン窒化膜の表面を窒化させるように、前記窒化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とするシリコン窒化膜の形成装置。 - 前記制御手段は、形成されるシリコン窒化膜の累積膜厚が、当該シリコン窒化膜の累積膜厚値を超える前に、前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する、ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜の形成装置。
- 被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜の形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記反応室内に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給する、または、前記反応室内に酸化ガスを供給して活性化させる活性化ガス供給手段、
薄膜形成装置の各部を制御するとともに、前記反応室内を３０Ｐａ〜３００Ｐａに設定し、シリコン窒化膜の形成により装置内部に付着したシリコン窒化膜に活性化された酸化ガスまたはオゾンを供給して前記装置内部に付着したシリコン窒化膜を酸化させるように前記活性化ガス供給手段を制御する制御手段、
として機能させるためのプログラム。
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