成膜方法及び成膜装置
【課題】膜厚分布や膜質に優れた薄膜を、成膜速度を維持しつつ堆積することができる成膜方法及び成膜装置を提供する。
【解決手段】真空容器内に基板を搬入し、真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに基板を載置するステップと、回転テーブルを回転するステップと、第１の反応ガス供給部から基板に対して第１の反応ガスを供給し、第１の反応ガスを基板に吸着させる吸着ステップと、第２の反応ガス供給部から基板に対して、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、基板に吸着される第１の反応ガスと第２の反応ガスを反応させて、基板に反応生成物を形成する形成ステップと、第１及び第２の反応ガス供給部からから回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給し、回転テーブルの上方にプラズマを生成するステップとを含む成膜方法が提供される。
【解決手段】真空容器内に基板を搬入し、真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに基板を載置するステップと、回転テーブルを回転するステップと、第１の反応ガス供給部から基板に対して第１の反応ガスを供給し、第１の反応ガスを基板に吸着させる吸着ステップと、第２の反応ガス供給部から基板に対して、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、基板に吸着される第１の反応ガスと第２の反応ガスを反応させて、基板に反応生成物を形成する形成ステップと、第１及び第２の反応ガス供給部からから回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給し、回転テーブルの上方にプラズマを生成するステップとを含む成膜方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより基板表面上に成膜する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの回路パターンの更なる微細化に伴い、半導体デバイスを構成する種々の膜の更なる薄膜化および均一化が要求されている。このような要求に応える成膜方法として、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、いわゆる分子層成膜（ＭＬＤ）法（原子層成膜（ＡＬＤ）法とも言う）が知られている（例えば特許文献１）。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。
【０００３】
例えば、本発明の発明者らが提案しているＭＬＤ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（特許文献２）。
【０００４】
このようなＭＬＤ装置においては、回転テーブルを回転することにより、回転テーブル上の基板の表面に第１の反応ガスを吸着させ、基板の表面に吸着した第１の反応ガスが第２の反応ガスと反応することにより、基板の表面に反応生成物が生成され、反応性私物の膜が基板の表面に堆積される。特に、分離領域により第１の反応ガスと第２の反応ガスとが十分に分離され得るため、回転テーブルの回転速度を比較的速くすることにより、スループットの向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５４１８１号公報
【特許文献２】特許第４６６１９９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の回転テーブル式の成膜装置におけるスループットを更に向上すべく検討を行った結果、以下の知見が得られた。回転テーブルの回転速度を更に速くすると、基板の表面に吸着した第１の反応ガスと第２の反応ガスとが十分に反応する前に、基板の表面に第１の反応ガスが吸着してしまい、反応副生成物が生成された反応物生成物中に残留したり、反応生成物の密度が低下したりする場合があり、高品位な薄膜を得つつ、スループットを向上させるのが難しくなるおそれがある。
【０００７】
このため、回転テーブルに対向するようにプラズマ発生源を設けて、基板の表面上に生成された薄膜をプラズマ発生源により活性化されたガスに晒すことによって、薄膜を改質することが試みられた。その結果、膜質の向上は認められるものの、成膜速度や膜厚分布が悪化するという現象が認められるに至った。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいて為され、膜厚分布や膜質に優れた薄膜を、成膜速度を維持しつつ堆積することができる成膜方法及び成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、真空容器内に基板を搬入し、前記真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに前記基板を載置するステップと、前記回転テーブルを回転するステップと、第１の反応ガス供給部から前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させる吸着ステップと、第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板に反応生成物を形成する形成ステップと、前記第１及び前記第２の反応ガス供給部からから前記回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給し、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するステップとを含む成膜方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、前記基板載置部に載置される前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、該第１の反応ガスを前記基板に吸着させる第１の反応ガス供給部と、前記第１の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着する前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第２の反応ガス供給部と、前記第１及び前記第２の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に対して水素含有ガスを供給するガス供給管とを備える成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、膜厚分布や膜質に優れた薄膜を、成膜速度を維持しつつ堆積することができる成膜方法及び成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】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３】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４】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５】図１の成膜装置の別の概略断面図である。
【図６】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７Ａ】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７Ｂ】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。
【図８】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示す他のグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示す他のグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による成膜方法の効果を説明する説明図である。
【図１２】本発明の実施形態の変形例による成膜方法の効果を確かめるために行った実験の結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態の変形例による成膜方法の効果を確かめるために行った他の実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１４】
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置は、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部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本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
【００１７】
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反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２、及びガス導入ノズル９２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、ガス導入ノズル９２、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル９２、３１、３２、４１、４２は、各ノズル９２、３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート９２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）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ている。
なお、ガス導入ノズル９２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源８０が設けられている。プラズマ発生源８０については後述する。
【００１８】
反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第１の反応ガスとしての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。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第２の反応ガスとしての酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２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。
【００１９】
Ｓｉ含有ガスとしては、例えば有機アミノシランガスを用いることができ、酸化ガスとしては、例えばＯ３（オゾン）ガス若しくはＯ２（酸素）ガス又はこれらの混合ガスを用いることができる。
【００２０】
反応ガスノズル３１、３２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３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ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。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉ含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
【００２１】
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２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、４２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、本実施形態においては、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。
【００２２】
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル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４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３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４３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の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。
【００２３】
また、凸状部４の溝部４３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４１ｈ（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。
【００２４】
天井面４４は、狭隘な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Ｓｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化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Ｓｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスと酸化ガスとが混合し、反応することが抑制される。
【００２５】
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。
【００２６】
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２及び図３）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。
【００２７】
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、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。
【００２８】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４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と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、参照符号６５０は圧力調整器である。
【００２９】
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４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４５０℃）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Ｅ１、Ｅ２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）。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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Ｓｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、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。
【００３２】
さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハ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はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、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部位に、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。
【００３３】
次に、図６から図７Ｂまでを参照しながら、プラズマ発生源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源８０の概略断面図であり、図７Ａ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源８０の概略断面図であり、図７Ｂは、プラズマ発生源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。
【００３４】
図６を参照すると、プラズマ発生源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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、この内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通したガス導入ノズル９２が延びている。ガス導入ノズル９２には、本実施形態においては、図６に示すように、アルゴン（Ａｒ）ガスが充填されるアルゴンガス供給源９３ａと、酸素（Ｏ２）ガスが充填される酸素ガス供給源９３ｂと、アンモニア（ＮＨ３）ガスが充填されるアンモニアガス供給源９３ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ、酸素ガス供給源９３ｂ、及びアンモニアガス供給源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、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。
【００３８】
また、ガス導入ノズル９２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９２ｈが形成されており、吐出孔９２から上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔９２ｈは、図７Ａ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、ガス導入ノズル９２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源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、ガス導入ノズル９２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。
【００３９】
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７Ｂに明確に示されるように、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。
【００４０】
また、ファラデー遮蔽板８２は、図７Ａ及び図７Ｂ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
このような構成を有するプラズマ発生源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、ガス導入ノズル９２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、Ｏ２ガス、及びＮＨ３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。
【００４４】
また、本実施形態による成膜装置には、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。このプログラムは後述の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。
【００４５】
次に、本発明の実施形態による成膜方法について、上述の成膜装置１を用いて実施される場合を例にとり説明する。このため、これまでに参照した図面を適宜参照する。
先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５（図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。
【００４６】
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を最低到達真空度まで排気した後、分離ガスノズル４１、４２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、７２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６５０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を例えば４５０℃に加熱する。
【００４７】
この後、反応ガスノズル３１、３２から夫々Ｓｉ含有ガス及びＯ３ガスを吐出する。また、ガス導入ノズル９２から、所定の流量比で混合されたＡｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスを内部空間Ｓに供給し、高周波電源８７からプラズマ発生源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、酸素イオン、酸素ラジカルなどの活性酸素種だけでなく、プラズマによりＮＨ３が分解されることにより生成される水素イオンや水素ラジカルなどの活性水素種もまた存在している。
【００４８】
ここで、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に酸化シリコンが形成される。すなわち、ウエハＷが、先ず、反応ガスノズル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Ｓｉ含有ガスが吸着する。次に、ウエハＷが、反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過する際、反応ガスノズル３２からのＯ３ガスによりウエハＷ上のＳｉ含有ガスが酸化され、酸化シリコンの一分子層（又は数分子層）が形成される。次いで、ウエハＷが、プラズマ発生源８０の下方を通過する際、ウエハＷ上の酸化シリコン層は活性酸素種及び活性水素種に晒される。酸素ラジカルなどの活性酸素種は、例えばＳｉ含有ガスに含まれ酸化シリコン層中に残留した有機物を酸化することによって酸化シリコン層から離脱させるように働く。これにより、酸化シリコン層を高純度化することができる。また、酸素ラジカルなどの活性酸素種が有する高いエネルギーが酸化シリコン層中のＳｉ原子や酸素原子に伝われば、Ｓｉ原子及び酸素原子が酸化シリコン層中で振動し、これらが再配列することができる。このような高純度化及び再配列等を通して、酸化シリコン層が改質され、高品位化な酸化シリコン層が得られる。なお、活性水素種により奏されると考えられる効果については、実験結果とともに後述する。
【００４９】
以下、所望の膜厚を有する酸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、Ｓｉ含有ガスと、Ｏ３ガスと、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３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、４２、分離カス供給管５１、及びパージガス供給管７２、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。
【００５０】
次に、本実施形態による成膜方法の効果を確認するために行った実験の実験結果について説明する。実験は、３００ｍｍ径のウエハＷを用い、以下の条件にて、上述の成膜方法の手順に従って行った。
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・真空容器１内の圧力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
・反応ガスノズル３１からのＳｉ含有ガスの流量： １００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのＯ３ガスの流量： １００００ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＡｒガスの流量： １００００ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＯ２ガスの流量： ５０ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＮＨ３ガスの流量： ０〜１５０ｓｃｃｍ
・プラズマ発生源８０へ供給される高周波電力： １４００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）
実験では、ＮＨ３ガスの流量を変えて数回の成膜ランを行い、ウエハＷ上に堆積された酸化シリコン膜の諸特性がＮＨ３ガスの流量によりどのように変化するかを調べた。
図８（ａ）は、成膜速度のＮＨ３ガス流量依存性を示すグラフである。成膜速度は、各ウエハＷの面内の４９点で測定された酸化シリコン膜の膜厚についての平均膜厚を求め、平均膜厚を成膜時間で割ることにより求めた。図示のとおり、成膜速度は、ＮＨ３ガス流量の増加とともに増大し、ＮＨ３ガス流量が１５ｓｃｃｍ以上、より好ましくは３０ｓｃｃｍ以上においてほぼ一定となることが分かる。ＮＨ３ガスの供給により成膜速度が増大する理由は、以下の実験結果と合わせて後述する。
【００５１】
図８（ｂ）は、膜厚均一性のＮＨ３ガス流量依存性を示すグラフである。膜厚均一性は、各ウエハＷの面内の４９点で測定された酸化シリコン膜の膜厚について、（最大膜厚−最小膜厚）／（平均膜厚）により求めた。図示のとおり、膜厚均一性は、ＮＨ３ガス流量の増加に伴って改善され、ＮＨ３ガス流量を更に増加させると、悪化する傾向が見られる。ＮＨ３ガス流量が１５ｓｃｃｍから７５ｓｃｃｍまでの範囲においては、膜厚均一性は１．６７％から２．８８％までの範囲に収まっており、十分な均一性が得られていると言える。さらに、ＮＨ３ガス流量が２５ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍまでの範囲においては、膜厚均一性は１．６７％から１．８２％までに収まっており、均一性に優れた酸化シリコン膜が得られたということができる。なお、ＮＨ３ガスとともにガス導入ノズル９２へ供給されるＡｒガスの流量が１００００ｓｃｃｍであり、この流量に対するＮＨ３ガス流用が０．１５％から０．７５％までの範囲において好ましく、０．３％から０．５％までの範囲において更に好ましい。
【００５２】
図９は、ＮＨ３ガス流量を３０ｓｃｃｍ供給して成膜した酸化シリコン膜の耐圧試験の結果を示すグラフである。測定は、ウエハＷの面内の９点（図９のグラフ内の挿入図を参照）にて行った。電流密度−電界曲線は９点の測定箇所においてほぼ重なっており、この結果から、酸化シリコン膜の耐圧特性がウエハＷ面内でほぼ均一となっているということができる。
【００５３】
図１０は、ＮＨ３ガスを供給せずに成膜した酸化シリコン膜、及びＮＨ３ガスを３０ｓｃｃｍ供給して成膜した酸化シリコン膜に含まれるＳｉ−ＯＨ結合及びＯＨ基の密度をフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）で測定した結果を示す。図示のとおり、ＮＨ３ガスを供給しない場合に比べてＮＨ３ガスを供給した場合には、ＯＨ基に比べてＳｉ−ＯＨ結合が相対的に増加していることが分かる。この結果から、プラズマ発生源８０により内部空間Ｓに生成されたプラズマにより、ＮＨ３ガスが分解してＨラジカルなどの活性水素種が生成され、ウエハＷ表面の酸素原子と結合することが示唆される。このようにして生成されたＳｉ−ＯＨ結合のＯＨ基は、Ｓｉ含有ガスに対する吸着サイトとして働くと考えることができる。図１１（ａ）に示すように、成膜中の酸化シリコン膜の最表面に酸素原子面が現れている場合、Ｓｉ含有ガスは、その最表面に吸着し難く、または、吸着してもＯ３ガスにより酸化される前に離脱してしまう。しかし、図１１（ｂ）に示すように、ＮＨ３ガスに由来する活性水素種により酸素原子が水素原子で終端される場合、Ｓｉ含有ガスは、例えば、そのＯＨ基との間に働く分子間力等により容易に吸着されると考えられる。したがって、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され、その結果、ＮＨ３ガスを供給しない場合に比べ、酸化シリコン膜の成膜速度が増大すると考えられる。
【００５４】
また、ＮＨ３ガスが分解して生じた活性水素種により形成されるＳｉ−ＯＨ結合は、酸化シリコン膜の最表面上に均一に分布し、そこにＳｉ含有ガスが吸着するから、オゾンガスの酸化を通して形成される酸化シリコン膜の膜厚均一性もまた改善されると考えられる。図８（ｂ）に示されるように膜厚均一性が改善したのは、このような理由によるものと考えることができる。
【００５５】
なお、本発明の発明者らが行ったエッチング速度の測定結果では、ＮＨ３ガスを供給した場合であってもエッチング速度の顕著な増加が認められなかった。このため、Ｓｉ−ＯＨ結合におけるＯＨ基の水素原子は、Ｓｉ含有ガスの酸化の際に反応生成物とともに離脱し、エッチング特性に影響を与えるほどには残留していないと考えられる。また、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いた測定の結果、内部空間ＳにＮＨ３ガスを供給した場合であっても、得られた酸化シリコン膜中の窒素が増加することは殆どなかった。すなわち、ＮＨ３ガスの供給に伴う悪影響は殆ど無いと言うことができる。
【００５６】
次に、上述の実施形態の変形例について説明する。この変形例では、回転テーブル２を回転しつつ、反応ガスノズル３１からのＳｉ含有ガスの供給によりウエハＷの表面へＳｉ含有ガスを吸着させ（以下、単に吸着という）、反応ガスノズル３２からのオゾンガスの供給により、吸着したＳｉ含有ガスを酸化して酸化シリコンを生成し（以下、単に酸化という）、プラズマ発生源８０により、水素含有ガスを含むプラズマ生成ガス（Ａｒ、Ｏ２、及びＮＨ３の混合ガス）によるプラズマを酸化シリコンに照射する（以下、単にプラズマ照射という）というサイクルに先立って、吸着と酸化による酸化シリコン膜の成膜が行われる。この成膜が行われる理由は以下のとおりである。
【００５７】
酸化シリコン膜を成膜する初期の段階においては、プラズマが酸化シリコン膜を透過して下地のシリコン層（又はウエハ）に達する場合がある。この場合、プラズマが達した部分ではシリコン層が酸化されて酸化シリコン層（プラズマ酸化シリコン層）となるため、シリコン層の厚さが薄くなる。例えば、酸化シリコン膜が成膜される下地として導電性のポリシリコン配線層があれば、ポリシリコン配線層の厚さが薄くなり、その電気抵抗が所望の値よりも小さくなるといった事態ともなりかねない。
また、シリコン層の酸化はプラズマ強度に大きく影響されるため、プラズマ強度の面内分布にバラツキがあると、プラズマ酸化シリコン層の膜厚にもバラツキが生じる。吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜（ＡＬＤ酸化シリコン膜）の膜厚分布は、上述のとおり、活性水素種によりＳｉ−ＯＨ結合が均一に形成されるため、プラズマ強度の面内分布には殆ど影響されずにほぼ均一になる。しかしながら、ＡＬＤ酸化シリコン膜が薄い場合には、ＡＬＤ酸化シリコン膜の膜厚が均一ではあっても、プラズマ強度分布に基づくプラズマ酸化シリコン層の膜厚のバラツキが支配的となって、ＡＬＤ酸化シリコン膜の見かけ上の膜厚の均一性が悪化してしまう（ＡＬＤ酸化シリコン膜とプラズマ酸化シリコン層との合計膜厚には比較的大きなバラツキが生じ得る）。
【００５８】
以上の事情から、下地のシリコン層（又はウエハ）の酸化を抑える必要があることが分かる。そこで、本変形例では、吸着と酸化により酸化シリコン膜を成膜した後に、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより（ＡＬＤ）酸化シリコン膜をウエハＷ上に成膜する。これによれば、吸着と酸化により成膜した酸化シリコン膜によりプラズマが下地のシリコンに到達するのを抑制することができ、プラズマによってプラズマ酸化シリコン層が生成されるのが抑制され得る。
【００５９】
吸着と酸化による成膜により得られる酸化シリコン膜の好ましい膜厚について検討するため、以下の実験を行ったので、ここで、その実験及び実験結果について説明する。
（実験１）
この実験では、まず、シリコンの複数のベアウエハを用意した。これらのベアウエハに対しては、フッ酸系エッチャントによる自然酸化膜の除去と、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２ａｑ．）による処理とが予め行われており、この結果、その表面には約１ｎｍの酸化シリコン層が形成されている。このベアウエハに対して、吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、次いで吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより酸化シリコン膜を成膜した。ここで、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜は１００ｎｍで一定とし、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚（成膜時間）を変えることにより、５つの試料を作製し、酸化シリコン膜の合計膜厚を測定した。なお、プラズマ照射時にアンテナ８５（図６など）へ供給した高周波電力は３３００Ｗとした。また、ガス導入ノズル９２（図７など）へ供給するＡｒガスの流量は１５０００ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量は７５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの流量は４５ｓｃｃｍとした。
【００６０】
図１２は、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚に対する、合計膜厚の測定値と予定値との差（増分ΔＴ）を示すグラフである。例えば、吸着と酸化による酸化シリコンの膜厚がゼロの場合（吸着と酸化による酸化シリコンを成膜しない場合）、合計膜厚の予定値は１０１ｎｍ（過酸化水素処理による酸化シリコン膜の膜厚１ｎｍを含む）となるはずのところ、図１２のグラフに示すように、合計膜厚の測定値は予定値よりも約１．４５ｎｍ厚くなっている。この増分ΔＴは、吸着、酸化、及びプラズマ照射により酸化シリコン膜を成膜するときに、プラズマによりベアウエハが酸化され、プラズマ酸化シリコン層が生成された結果によるものと考えられる。吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を厚くしていくと、増分ΔＴが小さくなっていく。具体的には、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍにおいて増分ΔＴは最小となり、１．２ｎｍを超えて１．４５ｎｍとなるとやや増加するものの、１．４５ｎｍを超えると増分ΔＴはほぼ一定となる。吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍを超えたときに増分ΔＴが増加する理由としては、吸着と酸化により酸化シリコン膜を成膜するときにベアウエハへ拡散するオゾンの量が増加したことが考えられる。しかし、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を増やしても増分ΔＴが一定となることから、オゾンのベアウエハへの拡散量は飽和していると考えられ、しかも、プラズマ照射によるベアウエハの酸化もまた抑えられていると考えられる。
【００６１】
（実験２）
実験２においては、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を一定（実験１において増分ΔＴが最小となった１．２ｎｍ）とし、吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜の成膜時間を変えて複数の試料を作製した。また、プラズマ照射時の高周波電力は、３３００Ｗとした。また、ガス導入ノズル９２（図７など）へ供給するＡｒガスの流量は１５０００ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量は７５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの流量は４５ｓｃｃｍとした。
【００６２】
図１３は、吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜の成膜時間に対する、その膜厚の変化を示すグラフである。図示のとおり、成膜時間の増加とともに当該酸化シリコン膜の膜厚は直線的に増加していくことが分かる。ここで、成膜時間をｘとし、膜厚をｙとすると、図１３のグラフの結果から最小二乗法に基づき、
ｙ＝１．８０ｘ ＋ ２．５７ ・・・式（１）
Ｒ２＝１ ・・・式（２）
という結果が得られた。式（１）のｙ切片の２．５７（ｎｍ）という値は、吸着、酸化、及びプラズマ照射により酸化シリコン膜を成膜することなく、吸着と酸化による酸化シリコン膜にプラズマを照射した場合に、ベアウエハ上に生成された酸化シリコン膜の膜厚に相当する。上述のとおり、過酸化水素水を用いた前処理によりベアウエハの表面に生成された酸化シリコン膜の膜厚が１ｎｍであり、吸着と酸化により成膜した酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍであるから、実験２における増分ΔＴは約０．４ｎｍ｛＝２．５７−（１＋１．２）｝となることが分かる。すなわち、吸着と酸化による酸化シリコン膜と、過酸化水素水による酸化シリコン膜とを透過してプラズマがベアウエハに至り、ベアウエハが酸化され、約０．４ｎｍの膜厚を有するプラズマ酸化シリコン層が生成されたと考えられる。
【００６３】
なお、式（２）に示すように相関係数Ｒの二乗が１であることから、成膜時間により膜厚を精度良く制御可能であることが分かる。
【００６４】
（実験３）
次に、酸化シリコン膜の合計膜厚（測定値）に対する、当該合計膜厚のウエハ面内均一性について調べた結果について説明する。過酸化水素水処理したベアウエハ上に膜厚１．２ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、その上に、合計膜厚がそれぞれ３ｎｍ、６ｎｍ、及び９ｎｍとなるように吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜を成膜することにより、３つの試料を作製した。試料のそれぞれについて、ウエハ面内の４９点で合計膜厚を測定し、その平均膜厚とバラツキを求めた。その結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
表１に示すように、合計膜厚が３ｎｍから９ｎｍまで増加すると、ウエハ面内の膜厚均一性が著しく改善されることが分かる。この結果は、ベアウエハの最表面の酸化シリコン膜の膜厚均一性が、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより成膜される酸化シリコン膜が厚くなるにつれて著しく改善することを意味している。したがって、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜のウエハ面内の膜厚均一性は特に優れていると考えられる。
【００６６】
なお、合計膜厚が３ｎｍの場合、ベアウエハの酸化によるプラズマ酸化シリコン層の膜厚が０．４ｎｍであり、過酸化水素水処理による酸化シリコン膜の膜厚が１ｎｍであり、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍであることから、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜の膜厚が０．４ｎｍとなる。この場合、膜厚１．６ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を堆積し、その酸化シリコン膜に対してプラズマ照射を行うとの実質的に等しい。実験３の合計膜厚３ｎｍの場合においては、膜厚１．６ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を堆積し、実験２と同様の条件でプラズマ照射を行った。
【００６７】
以上、幾つかの実施形態及び実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更が可能である。
【００６８】
例えば、上述の実施形態において、プラズマ発生源８０は、アンテナ８５を有するいわゆる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源として構成されたが、容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）源として構成されても良い。この場合であっても、プラズマによりＮＨ３ガスから活性な水素が生成され、ウエハＷの表面上にＯＨ基が形成され得るため、上述の効果が発揮される。
【００６９】
また、成膜中の酸化シリコン膜の最表面にＯＨ基が生成されることにより、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され得ることから、ＮＨ３ガスの代わりにＨ２ガスを用いて良い。また、ＮＨ３ガスとＨ２ガスの双方を用いても良い。さらに、ＯＨ基を形成し得るガスである限り、ＮＨ３ガスやＨ２ガスに限定されることなく、例えばＨ２Ｏ（水）、Ｈ２Ｎ−ＮＨ２（ヒドラジン）、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）などを用いても良い。
【００７０】
また、上述の実施形態においては、Ｓｉ含有ガスのウエハＷ上への吸着（以下、単に吸着）、ウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスのＯ３ガスによる酸化（以下、単に酸化）、及びプラズマ発生源８０により活性化された、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスによる改質が回転テーブル２の一回転毎に行われたが、これに限定されるものではない。例えば、活性化された、Ａｒガス及びＯ２ガスの混合ガスによる酸化シリコン膜の改質（以下、単に改質）と、活性化された、Ａｒガス及びＮＨ３ガスの混合ガスによる酸化シリコン膜の最表面でのＯＨ基の形成（以下、表面改質）とを別々に行っても良い。すなわち、回転テーブル２を複数回回転する期間においては、回転テーブル２の一回転毎に吸着、酸化、及び表面改質を行い、次の数回転の期間においては、回転テーブル２の一回転毎に改質のみを行っても良い。このようにしても、活性化された、Ａｒガス及びＮＨ３ガスの混合ガスによりウエハＷの最表面上にＯＨ基が生成され得るため、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され、成膜速度の低下を避けることが可能となる。しかも、活性化されたＡｒガス及びＯ２ガスの混合ガスによる改質により、すなわち、活性酸素種による高純度化及び再配列等を通して、堆積された酸化シリコン膜が高品位化され得る。
【００７１】
また、上述の実施形態においては、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスをガス導入ノズル９２から内部空間Ｓに供給したが、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスのそれぞれに対してガス導入ノズルを設けても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・真空容器、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、５・・・突出部、７・・・ヒータユニット、１０・・・搬送アーム、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２１・・・コア部、２４・・・凹部（基板載置部）、３１，３２・・・反応ガスノズル、４１，４２・・・分離ガスノズル、４３・・・溝部、４４・・・（低い）天井面、４５・・・（高い）天井面、５１・・・分離ガス供給管、６１０，６２０・・・排気口、６４０・・・真空ポンプ、７１・・・パージガス供給管、８０・・・プラズマ発生源、８３・・・ファラデー遮蔽板、８５・・・コイル、８７・・・高周波電源、９２・・・ガス導入ノズル、９０ｂ・・・整流板、Ｃ・・・中心領域、Ｄ・・・分離領域、Ｅ１，Ｅ２・・・排気領域、Ｓ・・・内部空間、Ｗ・・・ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより基板表面上に成膜する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの回路パターンの更なる微細化に伴い、半導体デバイスを構成する種々の膜の更なる薄膜化および均一化が要求されている。このような要求に応える成膜方法として、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、いわゆる分子層成膜（ＭＬＤ）法（原子層成膜（ＡＬＤ）法とも言う）が知られている（例えば特許文献１）。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。
【０００３】
例えば、本発明の発明者らが提案しているＭＬＤ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（特許文献２）。
【０００４】
このようなＭＬＤ装置においては、回転テーブルを回転することにより、回転テーブル上の基板の表面に第１の反応ガスを吸着させ、基板の表面に吸着した第１の反応ガスが第２の反応ガスと反応することにより、基板の表面に反応生成物が生成され、反応性私物の膜が基板の表面に堆積される。特に、分離領域により第１の反応ガスと第２の反応ガスとが十分に分離され得るため、回転テーブルの回転速度を比較的速くすることにより、スループットの向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５４１８１号公報
【特許文献２】特許第４６６１９９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の回転テーブル式の成膜装置におけるスループットを更に向上すべく検討を行った結果、以下の知見が得られた。回転テーブルの回転速度を更に速くすると、基板の表面に吸着した第１の反応ガスと第２の反応ガスとが十分に反応する前に、基板の表面に第１の反応ガスが吸着してしまい、反応副生成物が生成された反応物生成物中に残留したり、反応生成物の密度が低下したりする場合があり、高品位な薄膜を得つつ、スループットを向上させるのが難しくなるおそれがある。
【０００７】
このため、回転テーブルに対向するようにプラズマ発生源を設けて、基板の表面上に生成された薄膜をプラズマ発生源により活性化されたガスに晒すことによって、薄膜を改質することが試みられた。その結果、膜質の向上は認められるものの、成膜速度や膜厚分布が悪化するという現象が認められるに至った。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいて為され、膜厚分布や膜質に優れた薄膜を、成膜速度を維持しつつ堆積することができる成膜方法及び成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、真空容器内に基板を搬入し、前記真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに前記基板を載置するステップと、前記回転テーブルを回転するステップと、第１の反応ガス供給部から前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させる吸着ステップと、第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板に反応生成物を形成する形成ステップと、前記第１及び前記第２の反応ガス供給部からから前記回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給し、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するステップとを含む成膜方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、前記基板載置部に載置される前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、該第１の反応ガスを前記基板に吸着させる第１の反応ガス供給部と、前記第１の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着する前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第２の反応ガス供給部と、前記第１及び前記第２の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部に対して水素含有ガスを供給するガス供給管とを備える成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、膜厚分布や膜質に優れた薄膜を、成膜速度を維持しつつ堆積することができる成膜方法及び成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】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３】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４】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５】図１の成膜装置の別の概略断面図である。
【図６】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７Ａ】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７Ｂ】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。
【図８】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示す他のグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による成膜方法の効果を調べるために行った実験の実験結果を示す他のグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による成膜方法の効果を説明する説明図である。
【図１２】本発明の実施形態の変形例による成膜方法の効果を確かめるために行った実験の結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態の変形例による成膜方法の効果を確かめるために行った他の実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１４】
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置は、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部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本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
【００１７】
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反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２、及びガス導入ノズル９２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、ガス導入ノズル９２、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル９２、３１、３２、４１、４２は、各ノズル９２、３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート９２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）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ている。
なお、ガス導入ノズル９２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源８０が設けられている。プラズマ発生源８０については後述する。
【００１８】
反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第１の反応ガスとしての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。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第２の反応ガスとしての酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２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。
【００１９】
Ｓｉ含有ガスとしては、例えば有機アミノシランガスを用いることができ、酸化ガスとしては、例えばＯ３（オゾン）ガス若しくはＯ２（酸素）ガス又はこれらの混合ガスを用いることができる。
【００２０】
反応ガスノズル３１、３２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３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ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。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉ含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
【００２１】
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２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、４２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、本実施形態においては、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。
【００２２】
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル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４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３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４３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の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。
【００２３】
また、凸状部４の溝部４３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４１ｈ（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。
【００２４】
天井面４４は、狭隘な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Ｓｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化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Ｓｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスと酸化ガスとが混合し、反応することが抑制される。
【００２５】
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。
【００２６】
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２及び図３）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。
【００２７】
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、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。
【００２８】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４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と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、参照符号６５０は圧力調整器である。
【００２９】
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４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４５０℃）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Ｅ１、Ｅ２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）。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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Ｓｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、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。
【００３２】
さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハ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はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、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部位に、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。
【００３３】
次に、図６から図７Ｂまでを参照しながら、プラズマ発生源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源８０の概略断面図であり、図７Ａ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源８０の概略断面図であり、図７Ｂは、プラズマ発生源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。
【００３４】
図６を参照すると、プラズマ発生源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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、この内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通したガス導入ノズル９２が延びている。ガス導入ノズル９２には、本実施形態においては、図６に示すように、アルゴン（Ａｒ）ガスが充填されるアルゴンガス供給源９３ａと、酸素（Ｏ２）ガスが充填される酸素ガス供給源９３ｂと、アンモニア（ＮＨ３）ガスが充填されるアンモニアガス供給源９３ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ、酸素ガス供給源９３ｂ、及びアンモニアガス供給源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、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。
【００３８】
また、ガス導入ノズル９２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９２ｈが形成されており、吐出孔９２から上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔９２ｈは、図７Ａ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、ガス導入ノズル９２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源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、ガス導入ノズル９２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。
【００３９】
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７Ｂに明確に示されるように、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。
【００４０】
また、ファラデー遮蔽板８２は、図７Ａ及び図７Ｂ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
このような構成を有するプラズマ発生源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、ガス導入ノズル９２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、Ｏ２ガス、及びＮＨ３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。
【００４４】
また、本実施形態による成膜装置には、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。このプログラムは後述の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。
【００４５】
次に、本発明の実施形態による成膜方法について、上述の成膜装置１を用いて実施される場合を例にとり説明する。このため、これまでに参照した図面を適宜参照する。
先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５（図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。
【００４６】
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を最低到達真空度まで排気した後、分離ガスノズル４１、４２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、７２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６５０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を例えば４５０℃に加熱する。
【００４７】
この後、反応ガスノズル３１、３２から夫々Ｓｉ含有ガス及びＯ３ガスを吐出する。また、ガス導入ノズル９２から、所定の流量比で混合されたＡｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスを内部空間Ｓに供給し、高周波電源８７からプラズマ発生源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、酸素イオン、酸素ラジカルなどの活性酸素種だけでなく、プラズマによりＮＨ３が分解されることにより生成される水素イオンや水素ラジカルなどの活性水素種もまた存在している。
【００４８】
ここで、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に酸化シリコンが形成される。すなわち、ウエハＷが、先ず、反応ガスノズル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Ｓｉ含有ガスが吸着する。次に、ウエハＷが、反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過する際、反応ガスノズル３２からのＯ３ガスによりウエハＷ上のＳｉ含有ガスが酸化され、酸化シリコンの一分子層（又は数分子層）が形成される。次いで、ウエハＷが、プラズマ発生源８０の下方を通過する際、ウエハＷ上の酸化シリコン層は活性酸素種及び活性水素種に晒される。酸素ラジカルなどの活性酸素種は、例えばＳｉ含有ガスに含まれ酸化シリコン層中に残留した有機物を酸化することによって酸化シリコン層から離脱させるように働く。これにより、酸化シリコン層を高純度化することができる。また、酸素ラジカルなどの活性酸素種が有する高いエネルギーが酸化シリコン層中のＳｉ原子や酸素原子に伝われば、Ｓｉ原子及び酸素原子が酸化シリコン層中で振動し、これらが再配列することができる。このような高純度化及び再配列等を通して、酸化シリコン層が改質され、高品位化な酸化シリコン層が得られる。なお、活性水素種により奏されると考えられる効果については、実験結果とともに後述する。
【００４９】
以下、所望の膜厚を有する酸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、Ｓｉ含有ガスと、Ｏ３ガスと、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３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、４２、分離カス供給管５１、及びパージガス供給管７２、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。
【００５０】
次に、本実施形態による成膜方法の効果を確認するために行った実験の実験結果について説明する。実験は、３００ｍｍ径のウエハＷを用い、以下の条件にて、上述の成膜方法の手順に従って行った。
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・真空容器１内の圧力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
・反応ガスノズル３１からのＳｉ含有ガスの流量： １００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのＯ３ガスの流量： １００００ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＡｒガスの流量： １００００ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＯ２ガスの流量： ５０ｓｃｃｍ
・ガス導入ノズル９２へ供給されるＮＨ３ガスの流量： ０〜１５０ｓｃｃｍ
・プラズマ発生源８０へ供給される高周波電力： １４００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）
実験では、ＮＨ３ガスの流量を変えて数回の成膜ランを行い、ウエハＷ上に堆積された酸化シリコン膜の諸特性がＮＨ３ガスの流量によりどのように変化するかを調べた。
図８（ａ）は、成膜速度のＮＨ３ガス流量依存性を示すグラフである。成膜速度は、各ウエハＷの面内の４９点で測定された酸化シリコン膜の膜厚についての平均膜厚を求め、平均膜厚を成膜時間で割ることにより求めた。図示のとおり、成膜速度は、ＮＨ３ガス流量の増加とともに増大し、ＮＨ３ガス流量が１５ｓｃｃｍ以上、より好ましくは３０ｓｃｃｍ以上においてほぼ一定となることが分かる。ＮＨ３ガスの供給により成膜速度が増大する理由は、以下の実験結果と合わせて後述する。
【００５１】
図８（ｂ）は、膜厚均一性のＮＨ３ガス流量依存性を示すグラフである。膜厚均一性は、各ウエハＷの面内の４９点で測定された酸化シリコン膜の膜厚について、（最大膜厚−最小膜厚）／（平均膜厚）により求めた。図示のとおり、膜厚均一性は、ＮＨ３ガス流量の増加に伴って改善され、ＮＨ３ガス流量を更に増加させると、悪化する傾向が見られる。ＮＨ３ガス流量が１５ｓｃｃｍから７５ｓｃｃｍまでの範囲においては、膜厚均一性は１．６７％から２．８８％までの範囲に収まっており、十分な均一性が得られていると言える。さらに、ＮＨ３ガス流量が２５ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍまでの範囲においては、膜厚均一性は１．６７％から１．８２％までに収まっており、均一性に優れた酸化シリコン膜が得られたということができる。なお、ＮＨ３ガスとともにガス導入ノズル９２へ供給されるＡｒガスの流量が１００００ｓｃｃｍであり、この流量に対するＮＨ３ガス流用が０．１５％から０．７５％までの範囲において好ましく、０．３％から０．５％までの範囲において更に好ましい。
【００５２】
図９は、ＮＨ３ガス流量を３０ｓｃｃｍ供給して成膜した酸化シリコン膜の耐圧試験の結果を示すグラフである。測定は、ウエハＷの面内の９点（図９のグラフ内の挿入図を参照）にて行った。電流密度−電界曲線は９点の測定箇所においてほぼ重なっており、この結果から、酸化シリコン膜の耐圧特性がウエハＷ面内でほぼ均一となっているということができる。
【００５３】
図１０は、ＮＨ３ガスを供給せずに成膜した酸化シリコン膜、及びＮＨ３ガスを３０ｓｃｃｍ供給して成膜した酸化シリコン膜に含まれるＳｉ−ＯＨ結合及びＯＨ基の密度をフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）で測定した結果を示す。図示のとおり、ＮＨ３ガスを供給しない場合に比べてＮＨ３ガスを供給した場合には、ＯＨ基に比べてＳｉ−ＯＨ結合が相対的に増加していることが分かる。この結果から、プラズマ発生源８０により内部空間Ｓに生成されたプラズマにより、ＮＨ３ガスが分解してＨラジカルなどの活性水素種が生成され、ウエハＷ表面の酸素原子と結合することが示唆される。このようにして生成されたＳｉ−ＯＨ結合のＯＨ基は、Ｓｉ含有ガスに対する吸着サイトとして働くと考えることができる。図１１（ａ）に示すように、成膜中の酸化シリコン膜の最表面に酸素原子面が現れている場合、Ｓｉ含有ガスは、その最表面に吸着し難く、または、吸着してもＯ３ガスにより酸化される前に離脱してしまう。しかし、図１１（ｂ）に示すように、ＮＨ３ガスに由来する活性水素種により酸素原子が水素原子で終端される場合、Ｓｉ含有ガスは、例えば、そのＯＨ基との間に働く分子間力等により容易に吸着されると考えられる。したがって、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され、その結果、ＮＨ３ガスを供給しない場合に比べ、酸化シリコン膜の成膜速度が増大すると考えられる。
【００５４】
また、ＮＨ３ガスが分解して生じた活性水素種により形成されるＳｉ−ＯＨ結合は、酸化シリコン膜の最表面上に均一に分布し、そこにＳｉ含有ガスが吸着するから、オゾンガスの酸化を通して形成される酸化シリコン膜の膜厚均一性もまた改善されると考えられる。図８（ｂ）に示されるように膜厚均一性が改善したのは、このような理由によるものと考えることができる。
【００５５】
なお、本発明の発明者らが行ったエッチング速度の測定結果では、ＮＨ３ガスを供給した場合であってもエッチング速度の顕著な増加が認められなかった。このため、Ｓｉ−ＯＨ結合におけるＯＨ基の水素原子は、Ｓｉ含有ガスの酸化の際に反応生成物とともに離脱し、エッチング特性に影響を与えるほどには残留していないと考えられる。また、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いた測定の結果、内部空間ＳにＮＨ３ガスを供給した場合であっても、得られた酸化シリコン膜中の窒素が増加することは殆どなかった。すなわち、ＮＨ３ガスの供給に伴う悪影響は殆ど無いと言うことができる。
【００５６】
次に、上述の実施形態の変形例について説明する。この変形例では、回転テーブル２を回転しつつ、反応ガスノズル３１からのＳｉ含有ガスの供給によりウエハＷの表面へＳｉ含有ガスを吸着させ（以下、単に吸着という）、反応ガスノズル３２からのオゾンガスの供給により、吸着したＳｉ含有ガスを酸化して酸化シリコンを生成し（以下、単に酸化という）、プラズマ発生源８０により、水素含有ガスを含むプラズマ生成ガス（Ａｒ、Ｏ２、及びＮＨ３の混合ガス）によるプラズマを酸化シリコンに照射する（以下、単にプラズマ照射という）というサイクルに先立って、吸着と酸化による酸化シリコン膜の成膜が行われる。この成膜が行われる理由は以下のとおりである。
【００５７】
酸化シリコン膜を成膜する初期の段階においては、プラズマが酸化シリコン膜を透過して下地のシリコン層（又はウエハ）に達する場合がある。この場合、プラズマが達した部分ではシリコン層が酸化されて酸化シリコン層（プラズマ酸化シリコン層）となるため、シリコン層の厚さが薄くなる。例えば、酸化シリコン膜が成膜される下地として導電性のポリシリコン配線層があれば、ポリシリコン配線層の厚さが薄くなり、その電気抵抗が所望の値よりも小さくなるといった事態ともなりかねない。
また、シリコン層の酸化はプラズマ強度に大きく影響されるため、プラズマ強度の面内分布にバラツキがあると、プラズマ酸化シリコン層の膜厚にもバラツキが生じる。吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜（ＡＬＤ酸化シリコン膜）の膜厚分布は、上述のとおり、活性水素種によりＳｉ−ＯＨ結合が均一に形成されるため、プラズマ強度の面内分布には殆ど影響されずにほぼ均一になる。しかしながら、ＡＬＤ酸化シリコン膜が薄い場合には、ＡＬＤ酸化シリコン膜の膜厚が均一ではあっても、プラズマ強度分布に基づくプラズマ酸化シリコン層の膜厚のバラツキが支配的となって、ＡＬＤ酸化シリコン膜の見かけ上の膜厚の均一性が悪化してしまう（ＡＬＤ酸化シリコン膜とプラズマ酸化シリコン層との合計膜厚には比較的大きなバラツキが生じ得る）。
【００５８】
以上の事情から、下地のシリコン層（又はウエハ）の酸化を抑える必要があることが分かる。そこで、本変形例では、吸着と酸化により酸化シリコン膜を成膜した後に、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより（ＡＬＤ）酸化シリコン膜をウエハＷ上に成膜する。これによれば、吸着と酸化により成膜した酸化シリコン膜によりプラズマが下地のシリコンに到達するのを抑制することができ、プラズマによってプラズマ酸化シリコン層が生成されるのが抑制され得る。
【００５９】
吸着と酸化による成膜により得られる酸化シリコン膜の好ましい膜厚について検討するため、以下の実験を行ったので、ここで、その実験及び実験結果について説明する。
（実験１）
この実験では、まず、シリコンの複数のベアウエハを用意した。これらのベアウエハに対しては、フッ酸系エッチャントによる自然酸化膜の除去と、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２ａｑ．）による処理とが予め行われており、この結果、その表面には約１ｎｍの酸化シリコン層が形成されている。このベアウエハに対して、吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、次いで吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより酸化シリコン膜を成膜した。ここで、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜は１００ｎｍで一定とし、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚（成膜時間）を変えることにより、５つの試料を作製し、酸化シリコン膜の合計膜厚を測定した。なお、プラズマ照射時にアンテナ８５（図６など）へ供給した高周波電力は３３００Ｗとした。また、ガス導入ノズル９２（図７など）へ供給するＡｒガスの流量は１５０００ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量は７５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの流量は４５ｓｃｃｍとした。
【００６０】
図１２は、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚に対する、合計膜厚の測定値と予定値との差（増分ΔＴ）を示すグラフである。例えば、吸着と酸化による酸化シリコンの膜厚がゼロの場合（吸着と酸化による酸化シリコンを成膜しない場合）、合計膜厚の予定値は１０１ｎｍ（過酸化水素処理による酸化シリコン膜の膜厚１ｎｍを含む）となるはずのところ、図１２のグラフに示すように、合計膜厚の測定値は予定値よりも約１．４５ｎｍ厚くなっている。この増分ΔＴは、吸着、酸化、及びプラズマ照射により酸化シリコン膜を成膜するときに、プラズマによりベアウエハが酸化され、プラズマ酸化シリコン層が生成された結果によるものと考えられる。吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を厚くしていくと、増分ΔＴが小さくなっていく。具体的には、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍにおいて増分ΔＴは最小となり、１．２ｎｍを超えて１．４５ｎｍとなるとやや増加するものの、１．４５ｎｍを超えると増分ΔＴはほぼ一定となる。吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍを超えたときに増分ΔＴが増加する理由としては、吸着と酸化により酸化シリコン膜を成膜するときにベアウエハへ拡散するオゾンの量が増加したことが考えられる。しかし、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を増やしても増分ΔＴが一定となることから、オゾンのベアウエハへの拡散量は飽和していると考えられ、しかも、プラズマ照射によるベアウエハの酸化もまた抑えられていると考えられる。
【００６１】
（実験２）
実験２においては、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を一定（実験１において増分ΔＴが最小となった１．２ｎｍ）とし、吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜の成膜時間を変えて複数の試料を作製した。また、プラズマ照射時の高周波電力は、３３００Ｗとした。また、ガス導入ノズル９２（図７など）へ供給するＡｒガスの流量は１５０００ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量は７５ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの流量は４５ｓｃｃｍとした。
【００６２】
図１３は、吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜の成膜時間に対する、その膜厚の変化を示すグラフである。図示のとおり、成膜時間の増加とともに当該酸化シリコン膜の膜厚は直線的に増加していくことが分かる。ここで、成膜時間をｘとし、膜厚をｙとすると、図１３のグラフの結果から最小二乗法に基づき、
ｙ＝１．８０ｘ ＋ ２．５７ ・・・式（１）
Ｒ２＝１ ・・・式（２）
という結果が得られた。式（１）のｙ切片の２．５７（ｎｍ）という値は、吸着、酸化、及びプラズマ照射により酸化シリコン膜を成膜することなく、吸着と酸化による酸化シリコン膜にプラズマを照射した場合に、ベアウエハ上に生成された酸化シリコン膜の膜厚に相当する。上述のとおり、過酸化水素水を用いた前処理によりベアウエハの表面に生成された酸化シリコン膜の膜厚が１ｎｍであり、吸着と酸化により成膜した酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍであるから、実験２における増分ΔＴは約０．４ｎｍ｛＝２．５７−（１＋１．２）｝となることが分かる。すなわち、吸着と酸化による酸化シリコン膜と、過酸化水素水による酸化シリコン膜とを透過してプラズマがベアウエハに至り、ベアウエハが酸化され、約０．４ｎｍの膜厚を有するプラズマ酸化シリコン層が生成されたと考えられる。
【００６３】
なお、式（２）に示すように相関係数Ｒの二乗が１であることから、成膜時間により膜厚を精度良く制御可能であることが分かる。
【００６４】
（実験３）
次に、酸化シリコン膜の合計膜厚（測定値）に対する、当該合計膜厚のウエハ面内均一性について調べた結果について説明する。過酸化水素水処理したベアウエハ上に膜厚１．２ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、その上に、合計膜厚がそれぞれ３ｎｍ、６ｎｍ、及び９ｎｍとなるように吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜を成膜することにより、３つの試料を作製した。試料のそれぞれについて、ウエハ面内の４９点で合計膜厚を測定し、その平均膜厚とバラツキを求めた。その結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
表１に示すように、合計膜厚が３ｎｍから９ｎｍまで増加すると、ウエハ面内の膜厚均一性が著しく改善されることが分かる。この結果は、ベアウエハの最表面の酸化シリコン膜の膜厚均一性が、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより成膜される酸化シリコン膜が厚くなるにつれて著しく改善することを意味している。したがって、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜のウエハ面内の膜厚均一性は特に優れていると考えられる。
【００６６】
なお、合計膜厚が３ｎｍの場合、ベアウエハの酸化によるプラズマ酸化シリコン層の膜厚が０．４ｎｍであり、過酸化水素水処理による酸化シリコン膜の膜厚が１ｎｍであり、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚が１．２ｎｍであることから、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜の膜厚が０．４ｎｍとなる。この場合、膜厚１．６ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を堆積し、その酸化シリコン膜に対してプラズマ照射を行うとの実質的に等しい。実験３の合計膜厚３ｎｍの場合においては、膜厚１．６ｎｍを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を堆積し、実験２と同様の条件でプラズマ照射を行った。
【００６７】
以上、幾つかの実施形態及び実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更が可能である。
【００６８】
例えば、上述の実施形態において、プラズマ発生源８０は、アンテナ８５を有するいわゆる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源として構成されたが、容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）源として構成されても良い。この場合であっても、プラズマによりＮＨ３ガスから活性な水素が生成され、ウエハＷの表面上にＯＨ基が形成され得るため、上述の効果が発揮される。
【００６９】
また、成膜中の酸化シリコン膜の最表面にＯＨ基が生成されることにより、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され得ることから、ＮＨ３ガスの代わりにＨ２ガスを用いて良い。また、ＮＨ３ガスとＨ２ガスの双方を用いても良い。さらに、ＯＨ基を形成し得るガスである限り、ＮＨ３ガスやＨ２ガスに限定されることなく、例えばＨ２Ｏ（水）、Ｈ２Ｎ−ＮＨ２（ヒドラジン）、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）などを用いても良い。
【００７０】
また、上述の実施形態においては、Ｓｉ含有ガスのウエハＷ上への吸着（以下、単に吸着）、ウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスのＯ３ガスによる酸化（以下、単に酸化）、及びプラズマ発生源８０により活性化された、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスによる改質が回転テーブル２の一回転毎に行われたが、これに限定されるものではない。例えば、活性化された、Ａｒガス及びＯ２ガスの混合ガスによる酸化シリコン膜の改質（以下、単に改質）と、活性化された、Ａｒガス及びＮＨ３ガスの混合ガスによる酸化シリコン膜の最表面でのＯＨ基の形成（以下、表面改質）とを別々に行っても良い。すなわち、回転テーブル２を複数回回転する期間においては、回転テーブル２の一回転毎に吸着、酸化、及び表面改質を行い、次の数回転の期間においては、回転テーブル２の一回転毎に改質のみを行っても良い。このようにしても、活性化された、Ａｒガス及びＮＨ３ガスの混合ガスによりウエハＷの最表面上にＯＨ基が生成され得るため、Ｓｉ含有ガスの吸着が促進され、成膜速度の低下を避けることが可能となる。しかも、活性化されたＡｒガス及びＯ２ガスの混合ガスによる改質により、すなわち、活性酸素種による高純度化及び再配列等を通して、堆積された酸化シリコン膜が高品位化され得る。
【００７１】
また、上述の実施形態においては、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスの混合ガスをガス導入ノズル９２から内部空間Ｓに供給したが、Ａｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスのそれぞれに対してガス導入ノズルを設けても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・真空容器、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、５・・・突出部、７・・・ヒータユニット、１０・・・搬送アーム、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２１・・・コア部、２４・・・凹部（基板載置部）、３１，３２・・・反応ガスノズル、４１，４２・・・分離ガスノズル、４３・・・溝部、４４・・・（低い）天井面、４５・・・（高い）天井面、５１・・・分離ガス供給管、６１０，６２０・・・排気口、６４０・・・真空ポンプ、７１・・・パージガス供給管、８０・・・プラズマ発生源、８３・・・ファラデー遮蔽板、８５・・・コイル、８７・・・高周波電源、９２・・・ガス導入ノズル、９０ｂ・・・整流板、Ｃ・・・中心領域、Ｄ・・・分離領域、Ｅ１，Ｅ２・・・排気領域、Ｓ・・・内部空間、Ｗ・・・ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に基板を搬入し、前記真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに前記基板を載置するステップと、
前記回転テーブルを回転するステップと、
第１の反応ガス供給部から前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させ、
第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成し、
前記第１及び前記第２の反応ガス供給部からから前記回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給して前記回転テーブルの上方にプラズマを生成し、前記反応生成物にプラズマを照射する、吸着−形成−照射ステップと
を含む成膜方法。
【請求項２】
前記水素含有ガスが、水素ガス及びアンモニアガスの一方又は双方である、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給される、請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスであり、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．１５％から０．７５％までの範囲にある、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスであり、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．３％から０．５％までの範囲にある、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記吸着−形成−照射ステップに先だって、
前記第１の反応ガス供給部から前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させ、
前記第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する前記第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成する、形成ステップを更に含む請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記形成ステップにおいて前記基板上に形成される前記反応生成物の厚さが、前記吸着−形成−照射ステップにおける前記プラズマが前記基板に到達しないように決定される、請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記基板載置部に載置される前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、該第１の反応ガスを前記基板に吸着させる第１の反応ガス供給部と、
前記第１の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着する前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第２の反応ガス供給部と、
前記第１及び前記第２の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に対して水素含有ガスを供給するガス供給管と
を備える成膜装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成部が、前記回転テーブルの表面に向かって開口し、当該表面との間にプラズマが生成される空間を画成する部材を有し、
前記ガス供給管が、前記空間に前記水素含有ガスを供給する、請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成部が、高周波電力が供給されるコイルを有する誘導結合プラズマ源を含む、請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記水素含有ガスが、水素ガス及びアンモニアガスの一方又は双方である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記空間にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源を更に含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．１５％から０．７５％までの範囲にある、請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．３％から０．５％までの範囲にある、請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１】
真空容器内に基板を搬入し、前記真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに前記基板を載置するステップと、
前記回転テーブルを回転するステップと、
第１の反応ガス供給部から前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させ、
第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成し、
前記第１及び前記第２の反応ガス供給部からから前記回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給して前記回転テーブルの上方にプラズマを生成し、前記反応生成物にプラズマを照射する、吸着−形成−照射ステップと
を含む成膜方法。
【請求項２】
前記水素含有ガスが、水素ガス及びアンモニアガスの一方又は双方である、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給される、請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスであり、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．１５％から０．７５％までの範囲にある、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスであり、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．３％から０．５％までの範囲にある、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記吸着−形成−照射ステップに先だって、
前記第１の反応ガス供給部から前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給し、前記第１の反応ガスを前記基板に吸着させ、
前記第２の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第１の反応ガスと反応する前記第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成する、形成ステップを更に含む請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記形成ステップにおいて前記基板上に形成される前記反応生成物の厚さが、前記吸着−形成−照射ステップにおける前記プラズマが前記基板に到達しないように決定される、請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記基板載置部に載置される前記基板に対して第１の反応ガスを供給し、該第１の反応ガスを前記基板に吸着させる第１の反応ガス供給部と、
前記第１の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して第２の反応ガスを供給し、前記基板に吸着する前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第２の反応ガス供給部と、
前記第１及び前記第２の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に対して水素含有ガスを供給するガス供給管と
を備える成膜装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成部が、前記回転テーブルの表面に向かって開口し、当該表面との間にプラズマが生成される空間を画成する部材を有し、
前記ガス供給管が、前記空間に前記水素含有ガスを供給する、請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成部が、高周波電力が供給されるコイルを有する誘導結合プラズマ源を含む、請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記水素含有ガスが、水素ガス及びアンモニアガスの一方又は双方である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記空間にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源を更に含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．１５％から０．７５％までの範囲にある、請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、０．３％から０．５％までの範囲にある、請求項１２に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２５５２０３（Ｐ２０１２−２５５２０３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２８３２（Ｐ２０１１−２５２８３２）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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