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JP2014140013A - 薄膜形成方法および薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成方法および薄膜形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な特性を有する薄膜を形成することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】第１の原料ガスと第２の原料ガスとを反応室内に供給する第１の工程と、第１の原料ガスの供給を停止し、第２の原料ガスを反応室内に供給し、反応室内の圧力を第１の工程における圧力と比較して高くする第２の工程と、を備え、第１の工程と第２の工程とを交互に複数回繰り返すことにより、反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置に関する。
従来、酸化シリコン膜等の成膜には、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）が用いられている（例えば、特許文献１）。ＬＰ−ＣＶＤによる成膜では、圧力制御された反応室内に、一定に流量調整されたガスを定めた時間流して、目的の膜厚まで成膜させる。
特開２００７−９５８８５号公報
近年、半導体装置の構造の変更や装置の微細化に伴い、従来のＬＰ−ＣＶＤ成膜条件ではカバレッジ性能が低く、従来の工程をそのまま適用することができないという問題がある。この問題は、特にアスペクト比の高いＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）形状や、ホール形状のパターンに対して成膜を行う際に問題となる。また、ＬＰ−ＣＶＤ成膜においては、成膜中の不純物濃度をより低減したいという要望がある。このように、良好な特性を有する薄膜を形成する方法が求められている。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、良好な特性を有する薄膜を形成することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、良好なカバレッジ性能を有する薄膜を形成することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、不純物濃度をより低減することができる薄膜を形成することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置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の観点にかかる薄膜形成方法は、
反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
第１の原料ガスと第２の原料ガスとを前記反応室内に供給する第１の工程と、
前記第１の原料ガスの供給を停止し、前記第２の原料ガスを前記反応室内に供給し、前記反応室内の圧力を前記第１の工程における圧力と比較して高くする第２の工程と、を備え、
前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返す、ことを特徴とする。
前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程をさらに備え、
前記第１の工程と、前記第２の工程と、前記改質工程と、を複数回繰り返す、ことが好ましい。
前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程をさらに備え、
前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行する、ことが好ましい。
本発明の第２の観点にかかる薄膜形成方法は、
反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
成膜用ガスを前記反応室内に供給して、前記反応室内に収容された前記被処理体に薄膜を形成する第１の工程と、
改質用ガスを前記反応室内に供給して、前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程と、を備え、
前記第１の工程と、前記改質工程と、を交互に複数回繰り返す、または、前記第１の工程を複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行する、ことを特徴とする。
前記改質工程では、例えば、改質用ガスに酸素及び水素を用いる。
前記被処理体には、例えば、溝又はホールが形成されている。この場合、前記溝又は前記ホールの上に薄膜を形成する。
前記第１の原料ガスは、例えば、ジクロロシランであり、
前記第２の原料ガスは、例えば、亜酸化窒素である。
本発明の第３の観点にかかる薄膜形成装置は、
反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記反応室内に第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
前記反応室内に第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
前記反応室内の圧力を制御する圧力制御手段と、
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、
前記第１の原料ガス供給手段と前記第２の原料ガス供給手段とを制御し、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを前記反応室内に供給する第１の工程と、
前記第１の原料ガス供給手段を制御して前記第１の原料ガスの供給を停止し、前記第２の原料ガス供給手段を制御して前記第２の原料ガスを前記反応室内に供給し、前記圧力制御手段を制御して前記反応室内の圧力を前記第１の工程における圧力と比較して高くする第２の工程と、を、
交互に複数回繰り返して前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする。
前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段を、さらに備え、
前記制御手段は、
前記第１の工程と、前記第２の工程と、前記改質用ガス供給手段を制御して前記改質用ガスを前記反応室内に供給し前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程と、を複数回繰り返して前記被処理体の上に薄膜を形成することが好ましい。
前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段を、さらに備え、
前記制御手段は、
前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質用ガス供給手段を制御して前記改質用ガスを前記反応室内に供給して前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程を実行して前記被処理体の上に薄膜を形成することが好ましい。
本発明の第４の観点にかかる薄膜形成装置は、
反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記反応室内に成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段と、
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、
前記成膜用ガス供給手段を制御して前記成膜用ガスを前記反応室内に供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体に薄膜を形成する第１の工程と、
前記改質用ガス供給手段を制御し、前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程と、を、
交互に複数回繰り返す、または、前記第１の工程を複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行することにより、前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする薄膜形成装置。
本発明によれば、良好な特性を有する薄膜を形成することができる薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供することができる。
本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 本実施の形態の薄膜形成方法を説明するレシピを示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。 薄膜形成方法を説明するレシピの別例を示す図である。
以下、本発明の薄膜形成方法および薄膜形成装置について説明する。以下では、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜を形成する場合を例に本発明を説明する。また、本実施の形態では、薄膜形成装置として、図１に示すバッチ式の縦型の熱処理装置を用いた場合を例に説明する。
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、内管３と、内管３を覆うとともに内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の外管４とから構成された二重管構造を有する。内管３及び外管４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。
外管４の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁から突出するとともに、マニホールド５と一体に形成された支持リング６に支持されている。
マニホールド５の下方には蓋体７が配置され、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体７が上昇すると、マニホールド５の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ８により蓋体７が下降すると、マニホールド５の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体７には、例えば、石英からなるウエハボート９が載置されている。ウエハボート９は、被処理体、例えば、半導体ウエハ１０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。
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように断熱体１１が設けられている。断熱体１１の内壁面には、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられている。この昇温用ヒータ１２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、半導体ウエハ１０が所定の温度に加熱される。
マニホールド５の側面には、複数の処理ガス導入管１３が挿通（接続）されている。なお、図１では処理ガス導入管１３を１つだけ描いている。処理ガス導入管１３は、内管３内を臨むように配設されている。例えば、図１に示すように、処理ガス導入管１３は、支持リング６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側面に挿通されている。
処理ガス導入管１３は、図示しないマスフローコントローラ等を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。このため、処理ガス供給源から処理ガス導入管１３を介して所望量の処理ガスが反応管２内に供給される。本実施の形態では、ＨＴＯ膜を形成することから、処理ガス導入管１３から供給される成膜用ガス（原料ガス）は、例えば、シリコンソースとしてのジクロロシラン（ＤＣＳ）、酸化剤としての亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）である。
マニホールド５の側面には反応管２内のガスを排気するための排気口１４が設けられている。排気口１４は支持リング６より上方に設けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形成された空間に連通する。そして、内管３で発生した排ガス等が内管３と外管４との間の空間を通って排気口１４に排気される。
マニホールド５の側面の排気口１４の下方には、パージガス供給管１５が挿通されている。パージガス供給管１５には、図示しないパージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管１５を介して所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管２内に供給される。
排気口１４には排気管１６が気密に接続されている。排気管１６には、その上流側から、バルブ１７と、真空ポンプ１８とが介設されている。バルブ１７は、排気管１６の開度を調整して、反応管２内の圧力を所定の圧力に制御する。例えば、バルブ１７のオリフィス又はコンダクタンスを調整し、オリフィスを小さく、または、コンダクタンスを小さくすることで反応管２内の圧力を上昇させる。また、バルブ１７を完全にクローズしてもよい。さらに、処理ガスの流量を増加させ、反応管２内の圧力を上げてもよい。真空ポンプ１８は、排気管１６を介して反応管２内のガスを排気するとともに、反応管２内の圧力を調整する。
なお、排気管１６には、図示しないトラップ、スクラバー等が介設されており、反応管２から排気された排ガスを、無害化した後、熱処理装置１外に排気するように構成されている。
また、熱処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２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、マスフローコントローラ（ＭＦＣ： Mass Flow Controller）制御部１２５、バルブ制御部１２６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、処理ガス導入管１３内、排気管１６内等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、処理ガス導入管１３内、排気管１６内等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１２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、これらに通電してこれらを加熱し、また、これらの消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ制御部１２５は、処理ガス導入管１３、及び、パージガス供給管１５に設けられた図示しないＭＦＣを制御して、これらに流れるガスの流量を制御部１００から指示された量とするとともに、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、各管に配置されたバルブの開度を制御部１００から指示された値に制御する。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、Ｉ／Ｏポート（Input/Output Port）１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５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。熱処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱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、例えば、反応管２への半導体ウエハ１０のロードから、処理済みの半導体ウエハ１０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（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、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。
Ｉ／Ｏポート１１４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、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ１１５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し、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、熱処理装置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、ＭＦＣ制御部１２５等に反応管２内、処理ガス導入管１３内、及び、排気管１６内の各部の温度、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、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６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。
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いた膜の形成方法について説明する。以下の説明において、熱処理装置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１２）、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６等を制御することにより、例えば、図３に示すようなレシピに従った条件に設定される。なお、本実施の形態では、図３に示すように、シリコンソースとしてＤＣＳ（ジクロロシラン）、酸化剤としてＮ２Ｏ（亜酸化窒素）を用いてシリコン酸化膜（ＨＴＯ膜）を形成する方法を例に挙げて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、反応管２（内管３）内を所定の温度、例えば６００℃に設定する。また、図３（ｅ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３（反応管２）内に所定量の窒素を供給する。次に、半導体ウエハ１０が収容されているウエハボート９を蓋体７上に載置する。そして、ボートエレベータ８により蓋体７を上昇させ、半導体ウエハ１０（ウエハボート９）を反応管２内にロードする（ロード工程）。なお、半導体ウエハ１０の表面には、いわゆるＳＴＩ構造の溝及び／又はホールが形成されている。
続いて、図３（ｅ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３内に所定量の窒素を供給するとともに、図３（ａ）に示すように反応管２内を所定の温度に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、図３（ｂ）に示すように反応管２を所定の圧力に減圧する。ここで、反応管２内の温度は、例えば８００℃、圧力は例えば０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）とする。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（安定化工程）。
反応管２内を所定の圧力および温度で安定させた後、図３（ｃ）に示すように、処理ガス導入管１３から反応管２内に所定量の第１の成膜用ガス（原料ガス）として、ＤＣＳを導入する。ここで、本実施形態では、図３（ｃ）に示すようにＤＣＳは２００ｓｃｃｍの流量で供給される。第１の成膜用ガスを供給するとともに、図３（ｄ）に示すように、第２の成膜用ガス（原料ガス）として、Ｎ２Ｏを処理ガス導入管１３から反応管２内に供給する。Ｎ２Ｏは、図３（ｄ）に示すように２００ｓｃｃｍの流量で供給される。この際、反応管２内の圧力は、図３（ｂ）に示すように０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）に維持される（第１の工程）。この第１の工程は、所定の時間、例えば１分程度維持する。
ここで、第１の工程での成膜用ガスの供給においては、反応管２内にいきなり設定値（２００ｓｃｃｍ）の流量の成膜用ガスを流すのではなく、徐々に成膜用ガスの流量を増加させることにより、設定値の流量の成膜用ガスを反応管２内に供給することが好ましい。
次に、図３（ｃ）に示すように、第１の成膜用ガスであるＤＣＳの供給を停止するとともに、図３（ｂ）に示すように反応管２内の圧力を第１の工程における圧力と比較して上昇させる。例えば反応管２内の圧力は、０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ（１３.３Ｐａ〜１３３０Ｐａ）とする。なお、図３（ｄ）に示すように、第２の成膜用ガスであるＮ２Ｏの供給は停止せず、２００ｓｃｃｍの流量を維持する（第２の工程）。また、この第２の工程は所定の時間、例えば１分程度維持する。
続いて、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、再び、第１の成膜用ガスとしてＤＣＳを供給し、反応管２内の圧力を減圧する第１の工程を実行する。また、図３（ｄ）に示すように第２の成膜用ガスであるＮ２Ｏの供給も維持されている。この工程でも、第１の成膜用ガスの供給流量と、第２の成膜用ガスの供給流量と、反応管２内の圧力と、工程を維持する時間と、は、一つ前のサイクルにおける第１の工程と同様とする。
次に、再び、第１の成膜用ガスであるＤＣＳの供給を停止するとともに、図３（ｂ）に示すように反応管２内の圧力を上昇させる第２の工程を実行する。また、図３（ｄ）に示すようにＮ２Ｏの供給は停止せず、２００ｓｃｃｍの流量を維持する。この工程でも、第２の成膜用ガスの供給流量と、反応管２内の圧力と、工程を維持する時間と、は、一つ前のサイクルにおける第２の工程と同様とする。
このように、第１の工程と第２の工程とを一つのサイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより半導体ウエハ１０上に所定厚のＨＴＯ膜を形成する。なお、サイクルを繰り返す回数は、例えば、７５回〜２２５回程度である。この回数は必要とされる膜厚等に応じて決定される。
本実施の形態では、第１の成膜用ガスであるＤＣＳの供給と停止を繰り返し行い、加えて第２の成膜用ガスであるＮ２Ｏの供給は第１の成膜用ガスの供給とは連動させずに維持した上で、反応管２内の圧力は第１の成膜用ガスの供給時と比較して第１の成膜用ガスを停止している際には高い圧力とする。第１の工程では、第２の工程に比べ低圧であることから、ＤＣＳとＮ２Ｏとを、溝及び／又はホールが形成された半導体ウエハ１０上に行き渡らせやすくなる。また、第２の工程では、第１の工程に比べ高圧としてＮ２Ｏを供給しているので、溝及び／又はホールが形成された半導体ウエハ１０上に行き渡ったＤＣＳとＮ２Ｏとの反応（酸化）を促進することができる。このため、半導体ウエハ１０上に形成されるＨＴＯ膜のカバレッジ性能を向上させることが可能となる。
所定の厚みのＨＴＯ膜が形成されると、処理ガス導入管１３からの成膜用ガスの供給を停止する。次に、反応管２内から成膜用ガスを排出し、図３（ｅ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３内に所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排出する（パージ工程）。
続いて、図３（ａ）に示すように、反応管２内を所定の温度、例えば６００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を常圧に戻す。そして、ボートエレベータ８により蓋体７を下降させることにより、半導体ウエハ１０（ウエハボート９）を反応管２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、積層膜の形成が終了する。
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。
上記実施の形態では、各サイクルの成膜用ガス（ＤＣＳ及びＮ２Ｏ）の流量を同じとする構成を例に挙げているが、例えば、図４に示すように、サイクルによって成膜用ガスの流量を異ならせてもよい。さらに、各サイクルにおけるＤＣＳとＮ２Ｏの流量を異ならせてもよい。
また、上記実施の形態では、第１の工程と第２の工程とで成膜用ガス（ＤＣＳ及びＮ２Ｏ）の流量を同じとする構成を例に挙げているが、例えば、第１の工程での成膜用ガスの流量と第２の工程での成膜用ガスの流量とを異ならせてもよい。また、第１の工程の維持時間を１分、第２の工程の維持時間を２分とするように、第２の工程を第１の工程と比較して長く設定してもよく、逆に第１の工程を第２の工程と比較して短く設定してもよい。
また、本発明は第２の工程における反応管２内の圧力（Ｐ２、Ｐ４）を第１の工程における反応管２内の圧力（Ｐ１、Ｐ３）と比較して高くするものであればよく、サイクルによって反応管２内の圧力を異ならせてもよい。例えば、図５に示すように、サイクルＡを複数サイクル行った後、サイクルＢを複数サイクル行ってもよい。この場合、サイクルＢでの第１の工程における反応管２内の圧力Ｐ３をサイクルＡでの第１の工程における反応管２内の圧力Ｐ１より高く（Ｐ３＞Ｐ１）することが好ましい。カバレッジ性能を向上させることができるとともに、デポレートを向上させることができるためである。また、第２の工程における反応管２内の圧力（Ｐ２、Ｐ４）を大きく変化させる、例えば、サイクルＢでの第２の工程における反応管２内の圧力Ｐ４をサイクルＡでの第２の工程における反応管２内の圧力Ｐ２より極めて高く（Ｐ４＞＞Ｐ２）してもよい。また、上記実施の形態では、反応管２内の温度を８００℃とする場合を例に挙げて説明しているが、反応管２内の温度は適宜変更可能である。
上記実施の形態では、第１の成膜用ガスであるシリコンソースとしてＤＣＳ、第２の成膜用ガスとして酸化剤であるＮ２Ｏを用いた場合を例に本発明を説明したが、ＨＴＯ膜（ＳｉＯ２膜）を形成できるものであれば、他の原料を用いてもよい。例えば、シリコンソースとして、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いてもよい。さらに、酸化剤として、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）を用いてもよい。また、ＨＴＯ膜に限られず、ＳｉＮ膜を形成してもよい。
さらに、図６に示すように、第１、第２工程後に、処理ガス導入管１３から反応管２内に改質用ガス、例えば、酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）を供給して、反応管２内に酸素を含む活性種（ラジカル）を発生させる改質工程を実施してもよい。改質用ガスは、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）に限定されるものではなく、ＨＴＯ膜の改質が可能なものであればよく、例えば、水素（Ｈ２）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）であってもよい。改質工程は、所定の時間、例えば、１秒〜６０秒、好ましくは、５秒〜１５秒程度実行する。この改質工程により、形成された薄膜（ＨＴＯ膜）と活性化された酸素及び水素（ラジカル）とが反応し、ＨＴＯ膜に含まれる塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）等の不純物の濃度を低減することができる。例えば、形成されたＨＴＯ膜中の塩素濃度を測定したところ、改質工程を実施することにより、ＨＴＯ膜中の塩素濃度が大きく低減できることを確認した。また、ＨＴＯ膜の膜ストレスを大きくすることができる。特に、Ｙ軸方向の膜ストレスについては、４倍近く大きくできることを確認した。
ここで、改質工程では、反応管２内の温度を７００℃〜９００℃に設定することが好ましい。反応管２内の温度をかかる範囲にすることにより、ＨＴＯ膜中に含まれる塩素、水素等の不純物が除去されやすく、ＨＴＯ膜を改質しやすいためである。特に、改質工程では、反応管２内の温度をＨＴＯ膜の成膜温度（８００℃）近傍、例えば、７５０℃〜８５０℃にすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、反応管２内の温度制御が容易にできるためである。
また、改質工程では、反応管２内の圧力を１．３３Ｐａ〜１３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。反応管２内の圧力をかかる範囲にすることにより、ＨＴＯ膜中に含まれる塩素、水素等の不純物が除去されやすく、ＨＴＯ膜を改質しやすいためである。特に、反応管２内の圧力を６．６５Ｐａ〜１３．３Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ〜０．１Ｔｏｒｒ）にすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、形成されるＨＴＯ膜の面間均一性が向上するためである。
さらに、改質工程では、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）との供給量の比を１：１〜１：３であることが好ましく、１：１．５〜１：２であることがさらに好ましい。酸素と水素との混合比をかかる範囲にすることにより、ＨＴＯ膜に含まれる不純物の濃度を低減することができるとともに、ＨＴＯ膜の膜ストレスを大きくすることができるためである。
また、改質工程は、サイクル毎に実行しなくてもよい。例えば、最初の数サイクルまでは改質工程を実行することなく第１及び第２の工程を実行し、その後、第１、第２の工程及び改質工程を実行してもよい。また、図７に示すように、所望厚のＨＴＯ膜を形成した後、改質工程を実行してもよい。これらの場合にも、ＨＴＯ膜に含まれる不純物の濃度を低減することができるとともに、ＨＴＯ膜の膜ストレスを大きくすることができる。
また、図８に示すように、第２の工程に代えて、改質工程を実行してもよい。この場合にも、ＨＴＯ膜に含まれる不純物の濃度を低減することができるとともに、ＨＴＯ膜の膜ストレスを大きくすることができる。この場合、ＨＴＯ膜の塩素濃度が大きく低減でき、特に、膜中の深さ方向における濃度の低下が顕著であることを確認した。
さらに、図９に示すように、第１の工程を複数回繰り返し、所望厚のＨＴＯ膜を形成した後、改質工程を実行してもよい。この場合にも、ＨＴＯ膜に含まれる不純物の濃度を低減することができるとともに、ＨＴＯ膜の膜ストレスを大きくすることができる。
上記実施の形態では、膜の形成装置として、二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置を用いた場合を例に本発明を説明したが、例えば、本発明を単管構造のバッチ式熱処理装置に適用することも可能である。
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（Compact Disc Read Only Memory）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：Bulletin Board System）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（Operating System）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。
本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置に有用である。
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ 内管
４ 外管
５ マニホールド
６ 支持リング
７ 蓋体
８ ボートエレベータ
９ ウエハボート
１０ 半導体ウエハ
１１ 断熱体
１２ 昇温用ヒータ
１３ 処理ガス導入管
１４ 排気口
１５ パージガス供給管
１６ 排気管
１７ バルブ
１８ 真空ポンプ
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制御部
１２６ バルブ制御部

Claims (11)

  1. 反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
    第１の原料ガスと第２の原料ガスとを前記反応室内に供給する第１の工程と、
    前記第１の原料ガスの供給を停止し、前記第２の原料ガスを前記反応室内に供給し、前記反応室内の圧力を前記第１の工程における圧力と比較して高くする第２の工程と、を備え、
    前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返す、ことを特徴とする薄膜形成方法。
  2. 前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程をさらに備え、
    前記第１の工程と、前記第２の工程と、前記改質工程と、を複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
  3. 前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程をさらに備え、
    前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
  4. 反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
    成膜用ガスを前記反応室内に供給して、前記反応室内に収容された前記被処理体に薄膜を形成する第１の工程と、
    改質用ガスを前記反応室内に供給して、前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程と、を備え、
    前記第１の工程と、前記改質工程と、を交互に複数回繰り返す、または、前記第１の工程を複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行する、ことを特徴とする薄膜形成方法。
  5. 前記改質工程では、改質用ガスに酸素及び水素を用いる、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
  6. 前記被処理体には、溝又はホールが形成されており、
    前記溝又は前記ホールの上に薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
  7. 前記第１の原料ガスは、ジクロロシランであり、
    前記第２の原料ガスは、亜酸化窒素である、ことを特徴とする請求項１乃至３、６のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
  8. 反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
    前記反応室内に第１の原料ガスを供給する第１の原料ガス供給手段と、
    前記反応室内に第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給手段と、
    前記反応室内の圧力を制御する圧力制御手段と、
    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、
    前記第１の原料ガス供給手段と前記第２の原料ガス供給手段とを制御し、前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとを前記反応室内に供給する第１の工程と、
    前記第１の原料ガス供給手段を制御して前記第１の原料ガスの供給を停止し、前記第２の原料ガス供給手段を制御して前記第２の原料ガスを前記反応室内に供給し、前記圧力制御手段を制御して前記反応室内の圧力を前記第１の工程における圧力と比較して高くする第２の工程と、を、
    交互に複数回繰り返して前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする薄膜形成装置。
  9. 前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段を、さらに備え、
    前記制御手段は、
    前記第１の工程と、前記第２の工程と、前記改質用ガス供給手段を制御して前記改質用ガスを前記反応室内に供給し前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程と、を複数回繰り返して前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜形成装置。
  10. 前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段を、さらに備え、
    前記制御手段は、
    前記第１の工程と、前記第２の工程と、を交互に複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質用ガス供給手段を制御して前記改質用ガスを前記反応室内に供給して前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質工程を実行して前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜形成装置。
  11. 反応室内に収容された被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
    前記反応室内に成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
    前記反応室内に前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを供給する改質用ガス供給手段と、
    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、
    前記成膜用ガス供給手段を制御して前記成膜用ガスを前記反応室内に供給し、前記反応室内に収容された前記被処理体に薄膜を形成する第１の工程と、
    前記改質用ガス供給手段を制御し、前記被処理体に形成された薄膜を改質する改質用ガスを前記反応室内に供給する改質工程と、を、
    交互に複数回繰り返す、または、前記第１の工程を複数回繰り返し、前記被処理体に所望厚の薄膜が形成された後、前記改質工程を実行することにより、前記被処理体の上に薄膜を形成する、ことを特徴とする薄膜形成装置。
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