JP2018011009A - Deposition method and deposition apparatus of nitride film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress film thickness variation due to loading effect, when depositing a nitride film collectively for multiple work pieces by ALD method.SOLUTION: When depositing a nitride film collectively for multiple work pieces by ALD method, a step of performing hydrogen radical purge by generating hydrogen radicals in a processing container is executed between a step of adsorbing a deposition material and a step of nitriding the deposition material. In the step of adsorbing the deposition material, a portion physically adsorbed more than the saturation adsorption of an element composing a nitride is removed by hydrogen radicals in hydrogen radical purge.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、窒化膜の成膜方法および成膜装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a nitride film and a film forming apparatus.

半導体デバイスの製造シーケンスにおいては、シリコンウエハに代表される半導体ウエハ（基板）に対して絶縁膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の窒化膜を成膜する成膜処理が存在する。このようなＳｉＮ膜の成膜処理には、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ法）が用いられている。特許文献１には、複数の半導体ウエハに対して一括処理するバッチ式の縦型の成膜装置において、Ｓｉ原料ガスとしてのジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスと、窒化ガスであるＮＨ３ガスとをパージを挟んで交互に繰り返すことによりＳｉＮ膜を形成することが記載されている。 In a semiconductor device manufacturing sequence, there is a film forming process for forming a nitride film such as a silicon nitride film (SiN film) as an insulating film on a semiconductor wafer (substrate) typified by a silicon wafer. An atomic layer deposition (ALD) method is used for such a SiN film forming process. In Patent Document 1, in a batch type vertical film forming apparatus that batch processes a plurality of semiconductor wafers, dichlorosilane (DCS) gas as Si source gas and NH 3 gas as nitriding gas are purged. It is described that an SiN film is formed by repeating alternately with a gap.

ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する場合には、所定の成膜条件の下で、例えば、原料ガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスと、窒化ガスであるＮＨ３ガスとを用い、最初に基板である半導体ウエハに対してＤＣＳガスを供給し、単原子層のＳｉを化学吸着させ、次いでＮＨ３ガスのプラズマを供給して吸着したＳｉを窒化し、１分子層厚のＳｉＮ単位膜を形成する。そして、このプロセスを所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚で、良好な膜質のＳｉＮ膜を得ることができる。 When a SiN film is formed by the ALD method, for example, dichlorosilane (DCS) gas as a source gas and NH 3 gas as a nitriding gas are used under a predetermined film formation condition, and a substrate is first formed. DCS gas is supplied to the semiconductor wafer, and monoatomic Si is chemically adsorbed, and then NH 3 gas plasma is supplied to nitride the adsorbed Si to form a single molecular layer SiN unit film. To do. By repeating this process a predetermined number of times, it is possible to obtain a SiN film having a desired film thickness and a good film quality.

特開２００４−２８１８５３号公報JP 2004-281853 A

しかしながら、近時、半導体素子が益々微細化しており、それにともなって膜厚管理値が益々厳しくなっている。そのため、バッチ式の成膜装置においては、ローディング効果による膜厚の変動が無視し得なくなってきている。   However, in recent years, semiconductor elements have been increasingly miniaturized, and accordingly, the film thickness control value has become increasingly severe. For this reason, in a batch-type film forming apparatus, a change in film thickness due to a loading effect cannot be ignored.

すなわち、バッチ式の成膜装置においては、表面積が異なるウエハを処理する場合には、ローディング効果による成膜量の差を加味してプロセスの条件出しを行う必要がある。また、実際の製品ウエハはそれ自体の表面積が大きいため、成膜装置へのウエハの投入枚数が変わると、ローディング効果による膜厚の変動が生じるため、さらに多くのプロセス条件が必要となってしまう。   That is, in a batch type film forming apparatus, when processing wafers having different surface areas, it is necessary to determine the process conditions in consideration of the difference in film forming amount due to the loading effect. In addition, since actual product wafers themselves have a large surface area, if the number of wafers loaded into the film forming apparatus changes, the film thickness varies due to the loading effect, which requires more process conditions. .

したがって、本発明は、複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、ローディング効果による膜厚変動を抑制することができる窒化膜の成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention provides a method and a film forming method for forming a nitride film that can suppress film thickness variation due to a loading effect when a plurality of objects to be processed are collectively formed by the ALD method. It is an object to provide a membrane device.

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、処理容器内に複数の被処理基板を配置し、これら複数の被処理基板に対して、前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜方法であって、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去することを特徴とする窒化膜の成膜方法を提供する。   In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is that a plurality of substrates to be processed are arranged in a processing container, and the inside of the processing container is purged with an inert gas with respect to the plurality of substrates to be processed. A step of supplying a deposition source gas containing an element constituting a nitride film to be deposited in the processing vessel and chlorine and adsorbing it on the substrate to be processed; and an inert gas in the processing vessel A cycle including a step of purging and a step of supplying a nitriding gas into the processing container to nitride the elements constituting the nitride film is repeated a plurality of times, and a plurality of substrates to be processed are collectively determined. A nitride film forming method for forming a nitride film having a film thickness, wherein in each cycle, hydrogen radicals are generated in the processing vessel between the adsorbing step and the nitriding step to generate hydrogen. Raj In the hydrogen radical purge, the portion that is physically adsorbed in excess of the saturated adsorption of the elements constituting the nitride is removed by the hydrogen radical in the hydrogen radical purge. A method for forming a nitride film is provided.

上記第１の観点において、前記窒化させるステップは、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、その活性種により窒化を行うことが好ましい。   In the first aspect, it is preferable that the nitriding step generates active species of the nitriding gas by plasma and performs nitriding by the active species.

前記水素ラジカルは、水素ガスをプラズマ化することにより生成することができる。前記水素ラジカルパージを行うステップは、前記吸着させるステップと、その後の前記処理容器内を不活性ガスでパージするステップとの間に実施することができる。   The hydrogen radical can be generated by converting hydrogen gas into plasma. The step of performing the hydrogen radical purge can be performed between the adsorbing step and the subsequent purging of the inside of the processing container with an inert gas.

本発明は、前記成膜原料として塩素含有シリコン化合物を用い、前記窒化膜としてシリコン窒化膜を形成する場合に好適である。この場合に、前記塩素含有シリコン化合物は、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリクロロシラン、シリコンテトラクロライド、およびヘキサクロロジシランからなる群から選択された少なくとも一種を用いることができる。   The present invention is suitable when a chlorine-containing silicon compound is used as the film forming material and a silicon nitride film is formed as the nitride film. In this case, the chlorine-containing silicon compound may be at least one selected from the group consisting of dichlorosilane, monochlorosilane, trichlorosilane, silicon tetrachloride, and hexachlorodisilane.

また、いずれの場合にも、前記窒化ガスとしては、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスからなる群から選択された少なくとも一種を用いることができる。 In any case, as the nitriding gas, at least one selected from the group consisting of NH 3 gas and N 2 gas can be used.

本発明の第２の観点は、複数の被処理基板に対して一括して所定の膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜装置であって、前記窒化膜が成膜される複数の被処理基板を収容する処理容器と；前記処理容器内に、不活性ガス、成膜原料ガス、窒化ガス、水素ガスを供給するガス供給機構と；前記処理容器内に収容された複数の被処理基板を加熱する加熱装置と；プラズマを生成するプラズマ生成機構と；前記処理容器内を排気する排気装置と；前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜するとともに、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で前記プラズマ生成機構により水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去するように制御する制御部と；を有することを特徴とする窒化膜の成膜装置を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a nitride film forming apparatus for collectively forming a predetermined thickness of a nitride film on a plurality of substrates to be processed. A processing container for storing a substrate to be processed; a gas supply mechanism for supplying an inert gas, a film forming source gas, a nitriding gas, and a hydrogen gas into the processing container; and a plurality of substrates to be stored in the processing container A heating device that heats the processing substrate; a plasma generation mechanism that generates plasma; an exhaust device that exhausts the inside of the processing vessel; a step of purging the inside of the processing vessel with an inert gas; and a film formation in the processing vessel Supplying a deposition source gas containing an element constituting the nitride film to be formed and chlorine and adsorbing it to the substrate to be processed; purging the inside of the processing container with an inert gas; and in the processing container Nitriding gas is supplied to the nitride film A step including nitriding an element to be formed is repeated a plurality of times to collectively form a nitride film having a predetermined thickness on a plurality of substrates to be processed, and in each cycle, the step of adsorbing , Performing a step of generating a hydrogen radical by the plasma generation mechanism and performing a hydrogen radical purge in the processing vessel between the step of nitriding, and in the step of adsorbing, an element of the nitride There is provided a nitride film forming apparatus, comprising: a control unit configured to control a part that is physically adsorbed more than a saturated adsorbed part by the hydrogen radical in the hydrogen radical purge.

上記第２の観点において、前記プラズマ生成機構は、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、前記制御部は、前記窒化ステップにおいて、その活性種により窒化を行うように制御するようにすることができる。   In the second aspect, the plasma generation mechanism generates active species of the nitriding gas by plasma, and the control unit controls to perform nitridation by the active species in the nitriding step. Can do.

本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、窒化膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の窒化膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記窒化膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling the nitride film forming apparatus. Provided is a storage medium characterized by causing a computer to control the nitride film forming apparatus so that a nitride film forming method is performed.

本発明によれば、複数の被処理体に対して一括してＡＬＤ法により窒化膜を成膜処理する際に、各サイクルにおいて、成膜原料を吸着させるステップと、窒化させるステップとの間に、処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、成膜原料を吸着させるステップにおいて、窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、水素ラジカルパージにおいて、水素ラジカルにより除去する。このため、ローディング効果による膜厚変動を抑制することができる。   According to the present invention, when forming a nitride film on a plurality of objects to be processed at a time by the ALD method, in each cycle, between the step of adsorbing the film forming material and the step of nitriding In the step of generating hydrogen radicals in the processing vessel and performing hydrogen radical purging, and adsorbing the film forming raw material, the portion physically adsorbed in excess of the saturated adsorption of the elements constituting the nitride is In the hydrogen radical purge, the hydrogen radical is removed. For this reason, the film thickness fluctuation | variation by a loading effect can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the film-forming apparatus which can be used for implementation of the film-forming method of the nitride film which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示す成膜装置の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the film-forming apparatus shown in FIG. 本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法のシーケンスを示す図である。It is a figure which shows the sequence of the film-forming method of the nitride film which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の窒化膜の成膜方法のシーケンスを示す図である。It is a figure which shows the sequence of the film-forming method of the conventional nitride film. 本発明のメカニズムの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the mechanism of this invention. 実験例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of an experiment example.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態においては、窒化膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合を例にとって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the present embodiment, a case where a silicon nitride film (SiN film) is formed as a nitride film will be described as an example.

＜成膜装置の一例＞
図１は本発明の一実施形態に係る窒化膜の成膜方法の実施に用いることができる成膜装置の一例を示す縦断面図、図２は図１に示す成膜装置の水平断面図である。 <Example of film forming apparatus>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a film forming apparatus that can be used for carrying out a method for forming a nitride film according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a horizontal sectional view of the film forming apparatus shown in FIG. is there.

本例の成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の上端部近傍には、石英製の天井板２が設けられてその下側の領域が封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。   The film forming apparatus 100 of this example includes a cylindrical processing container 1 having a ceiling with a lower end opened. The entire processing container 1 is made of, for example, quartz, and a quartz ceiling plate 2 is provided in the vicinity of the upper end portion in the processing container 1, and a lower region thereof is sealed. In addition, a metal manifold 3 formed in a cylindrical shape is connected to a lower end opening of the processing container 1 via a seal member 4 such as an O-ring.

マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理基板として複数枚、例えば５０〜１００枚の半導体ウエハ（シリコンウエハ）Ｗを多段に載置した石英製のウエハボート５が処理容器１内に挿入されるようになっている。このウエハボート５は３本のロッド６を有し（図２参照）、ロッド６に形成された溝（図示せず）により複数枚のウエハＷが支持される。   The manifold 3 supports the lower end of the processing container 1, and a quartz wafer on which a plurality of, for example, 50 to 100 semiconductor wafers (silicon wafers) W are mounted in multiple stages as substrates to be processed from below the manifold 3. A boat 5 is inserted into the processing container 1. The wafer boat 5 has three rods 6 (see FIG. 2), and a plurality of wafers W are supported by grooves (not shown) formed in the rods 6.

このウエハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する金属（ステンレス）製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。   The wafer boat 5 is placed on a table 8 via a quartz heat insulating cylinder 7, and the table 8 penetrates a metal (stainless steel) lid 9 that opens and closes the lower end opening of the manifold 3. Supported on the rotating shaft 10.

そして、この回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、処理容器１内のシール性を保持するためのシール部材１２が介設されている。   A magnetic fluid seal 11 is provided in the penetrating portion of the rotating shaft 10 and supports the rotating shaft 10 so as to be rotatable while hermetically sealing. A seal member 12 is provided between the peripheral portion of the lid portion 9 and the lower end portion of the manifold 3 to maintain the sealing performance in the processing container 1.

回転軸１０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１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋部９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。   The rotating shaft 10 is attached to the tip of an arm 13 supported by an elevating mechanism (not shown) such as a boat elevator, for example, and moves up and down integrally with the wafer boat 5, the lid portion 9, etc. Is inserted and removed. Note that the table 8 may be fixed to the lid portion 9 side, and the wafer W may be processed without rotating the wafer boat 5.

また、成膜装置１００は、処理容器１内へＣｌ含有Ｓｉ化合物ガス、例えばＤＣＳガスを供給するＣｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構１４と、処理容器１内へ窒化ガス、例えばＮＨ３ガスを供給する窒化ガス供給機構１５と、処理容器１内へ水素ガス（Ｈ２ガス）を供給するＨ２ガス供給機構１６と、処理容器１内へパージガス等として不活性ガス、例えばＮ２ガスやＡｒガスを供給する不活性ガス供給機構１７とを有している。 The film forming apparatus 100 also supplies a Cl-containing Si compound gas supply mechanism 14 for supplying a Cl-containing Si compound gas, for example, DCS gas, into the processing container 1 and a nitriding gas, for example, NH 3 gas, into the processing container 1. An nitriding gas supply mechanism 15, an H 2 gas supply mechanism 16 that supplies hydrogen gas (H 2 gas) into the processing container 1, and an inert gas such as N 2 gas or Ar gas as a purge gas or the like into the processing container 1. And an inert gas supply mechanism 17 for supplying the gas.

Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構１４は、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８と、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８からＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを導くガス配管１９と、このガス配管１９に接続されて処理容器１内にＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを導くガス分散ノズル２０とを有している。Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしては、ＤＣＳガスの他、モノクロロシラン（ＭＣＳ；ＳｉＨ３Ｃｌ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ；ＳｉＨＣｌ３）、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ；ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ；Ｓｉ２Ｃｌ６）等を挙げることができる。 The Cl-containing Si compound gas supply mechanism 14 is connected to the Cl-containing Si compound gas supply source 18, a gas pipe 19 that leads the Cl-containing Si compound gas from the Cl-containing Si compound gas supply source 18, and the gas pipe 19 for processing. A gas dispersion nozzle 20 for introducing a Cl-containing Si compound gas into the container 1 is provided. As the Cl-containing Si compound gas, in addition to DCS gas, monochlorosilane (MCS; SiH 3 Cl), trichlorosilane (TCS; SiHCl 3 ), silicon tetrachloride (STC; SiCl 4 ), hexachlorodisilane (HCD; Si 2 Cl 6 ) and the like.

窒化ガス供給機構１５は、窒化ガス供給源２１と、窒化ガス供給源１２１から窒化ガスを導くガス配管２２と、処理容器１内に窒化ガスを導くガス分散ノズル２３とを有している。窒化ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、Ｎ２ガス等を挙げることができる。 The nitriding gas supply mechanism 15 includes a nitriding gas supply source 21, a gas pipe 22 that guides the nitriding gas from the nitriding gas supply source 121, and a gas dispersion nozzle 23 that guides the nitriding gas into the processing container 1. Examples of the nitriding gas include NH 3 gas and N 2 gas.

Ｈ２ガス供給機構１６は、Ｈ２ガス供給源２４と、Ｈ２ガス供給源２４からＨ２ガスを導くガス配管２５と、処理容器１内にＨ２ガスを導くガス分散ノズル２６とを有している。 The H 2 gas supply mechanism 16 includes an H 2 gas supply source 24, a gas pipe 25 that guides H 2 gas from the H 2 gas supply source 24, and a gas dispersion nozzle 26 that guides H 2 gas into the processing container 1. doing.

ガス分散ノズル２０、２３、および２６は、石英からなり、マニホールド３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。これらガス分散ノズル２０、２３、および２６の垂直部分には、ウエハボート５のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数のガス吐出孔２０ａ、２３ａ、および２６ａ（２６ａについては図２にのみ図示）が所定の間隔で形成されている。各ガス吐出孔２０ａ，２３ａ、および２６ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一にガスを吐出することができる。ガス分散ノズル２０は２本、ガス分散ノズル２３および２６はそれぞれ１本設けられている。   The gas distribution nozzles 20, 23, and 26 are made of quartz, penetrate the side wall of the manifold 3 inward, bend upward, and extend vertically. A plurality of gas discharge holes 20 a, 23 a, and 26 a (26 a) are provided in the vertical portions of the gas dispersion nozzles 20, 23, and 26 over the vertical length corresponding to the wafer support range of the wafer boat 5. (Shown only in FIG. 2) are formed at predetermined intervals. Gas can be discharged from the gas discharge holes 20a, 23a, and 26a substantially uniformly toward the processing container 1 in the horizontal direction. Two gas dispersion nozzles 20 and one gas dispersion nozzle 23 and 26 are provided.

不活性ガス供給機構１７は、不活性ガス供給源２７と、不活性ガス供給源２７から不活性ガスを導くガス配管２８と、このガス配管２８に接続され、マニホールド３の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなるガスノズル２９とを有している。   The inert gas supply mechanism 17 is provided with an inert gas supply source 27, a gas pipe 28 that guides the inert gas from the inert gas supply source 27, and is connected to the gas pipe 28 so as to penetrate the side wall of the manifold 3. And a gas nozzle 29 made of a short quartz tube.

ガス配管１９、２２、２５、２８には、それぞれ開閉弁１９ａ、２２ａ、２５ａ、２８ａ、および流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂ、２８ｂが設けられている。   The gas pipes 19, 22, 25, 28 are provided with on-off valves 19a, 22a, 25a, 28a and flow rate controllers 19b, 22b, 25b, 28b, respectively.

処理容器１の側壁の一部には、プラズマ生成機構３０が形成されている。プラズマ生成機構３０は、ＮＨ３ガス等の窒化ガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成し、さらにＨ２ガスもプラズマ化して水素ラジカルを生成するためのものである。 A plasma generation mechanism 30 is formed on a part of the side wall of the processing vessel 1. The plasma generation mechanism 30 is for generating nitrogen radicals such as NH 3 gas into plasma to generate active species for nitriding, and also generating H 2 gas into plasma to generate hydrogen radicals.

プラズマ生成機構３０は、処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２を備えている。プラズマ区画壁３２は、例えば、石英により形成される。プラズマ区画壁３２は断面凹状をなし、処理容器１の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、ウエハボート５に支持されている全ての半導体ウエハＷを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁３２により規定される内側空間、すなわち、プラズマ生成空間の内部には、上述した、ＮＨ３ガス等の窒化ガスを吐出するための分散ノズル２３、およびＨ２ガスを吐出するための分散ノズル２６が配置されている。なお、ＤＣＳガス等のＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスを吐出するための２本のガス分散ノズル２０は、処理容器１の内側壁の開口３１を挟む位置に設けられている。 The plasma generation mechanism 30 includes a plasma partition wall 32 that is airtightly welded to the outer wall of the processing vessel 1. The plasma partition wall 32 is made of, for example, quartz. The plasma partition wall 32 has a concave cross section and covers the opening 31 formed on the side wall of the processing vessel 1. The opening 31 is elongated in the vertical direction so that all the semiconductor wafers W supported by the wafer boat 5 can be covered in the vertical direction. In the inner space defined by the plasma partition wall 32, that is, in the plasma generation space, the above-described dispersion nozzle 23 for ejecting the nitriding gas such as NH 3 gas and the dispersion for ejecting the H 2 gas. A nozzle 26 is disposed. Note that the two gas dispersion nozzles 20 for discharging a Cl-containing Si compound gas such as DCS gas are provided at positions sandwiching the opening 31 on the inner wall of the processing vessel 1.

また、プラズマ生成機構３０は、プラズマ区画壁３２の両側壁の外面に、上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、一対のプラズマ電極３３のそれぞれに給電ライン３４を介して接続され、一対のプラズマ電極３３に高周波電力を供給する高周波電源３５とをさらに有している。高周波電源３５は、一対のプラズマ電極３３に対し、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。これにより、プラズマ区画壁３２により規定されたプラズマ生成空間内に、高周波電界が印加される。分散ノズル２３から吐出された窒化ガス、および分散ノズル２６から吐出されたＨ２ガスは、高周波電界が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成された窒化のための活性種および水素ラジカルが開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。 The plasma generation mechanism 30 supplies power to each of the pair of plasma electrodes 33 and the pair of plasma electrodes 33 arranged on the outer surfaces of both side walls of the plasma partition wall 32 so as to face each other in the vertical direction. A high-frequency power source 35 is further connected to the pair of plasma electrodes 33 to supply high-frequency power to the pair of plasma electrodes 33. The high frequency power supply 35 applies a high frequency voltage of 13.56 MHz, for example, to the pair of plasma electrodes 33. As a result, a high frequency electric field is applied to the plasma generation space defined by the plasma partition wall 32. The nitriding gas discharged from the dispersion nozzle 23 and the H 2 gas discharged from the dispersion nozzle 26 are turned into plasma in a plasma generation space to which a high-frequency electric field is applied, and the generated active species for nitriding and Hydrogen radicals are supplied into the processing container 1 through the opening 31.

プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして絶縁保護カバー３６が取り付けられている。絶縁保護カバー３６の内側部分には、冷媒通路（図示せず）が設けられており、そこに冷却された窒素ガス等の冷媒を流すことによりプラズマ電極３３が冷却される。   An insulating protective cover 36 is attached to the outside of the plasma partition wall 32 so as to cover it. A refrigerant passage (not shown) is provided in an inner portion of the insulating protective cover 36, and the plasma electrode 33 is cooled by flowing a refrigerant such as nitrogen gas cooled therein.

開口３１に対向する処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７はウエハボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材３８が取り付けられている。この排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材３８の下部には、排気口３７を介して処理容器１を排気するための排気管３９が接続されている。排気管３９には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４０および真空ポンプ等を含む排気装置４１が接続されており、排気装置４１により排気管３９を介して処理容器１内が排気される。また、この処理容器１の外周を囲むようにしてこの処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱機構４２が設けられている。   An exhaust port 37 for evacuating the inside of the processing container 1 is provided in a side wall portion of the processing container 1 facing the opening 31. The exhaust port 37 is formed to be elongated vertically corresponding to the wafer boat 5. An exhaust port cover member 38 having a U-shaped cross section is attached to a portion corresponding to the exhaust port 37 of the processing container 1 so as to cover the exhaust port 37. The exhaust port cover member 38 extends upward along the side wall of the processing container 1. An exhaust pipe 39 for exhausting the processing container 1 through the exhaust port 37 is connected to the lower part of the exhaust port cover member 38. An exhaust device 41 including a pressure control valve 40 for controlling the pressure in the processing container 1 and a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 39, and the processing container 1 is exhausted through the exhaust pipe 39 by the exhaust device 41. Is done. Further, a cylindrical heating mechanism 42 for heating the processing container 1 and the wafer W inside the processing container 1 is provided so as to surround the outer periphery of the processing container 1.

成膜装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、成膜装置１００の各構成部の制御、例えばバルブ１９ａ、２２ａ、２５ａ、２８ａの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器１９ｂ、２２ｂ、２５ｂ、２８ｂによるガス流量の制御、排気装置４１による排気制御、高周波電源３５による高周波電力のオン・オフ制御、および加熱機構４２によるウエハＷの温度の制御等を行う。制御部５０は、ＣＰＵ（コンピュータ）を有し、上記制御を行う主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。   The film forming apparatus 100 has a control unit 50. The control unit 50 controls each component of the film forming apparatus 100, for example, supplies and stops each gas by opening and closing valves 19a, 22a, 25a, and 28a, and controls the gas flow rate by the flow rate controllers 19b, 22b, 25b, and 28b. Then, exhaust control by the exhaust device 41, on / off control of the high frequency power by the high frequency power source 35, control of the temperature of the wafer W by the heating mechanism 42, and the like are performed. The control unit 50 includes a CPU (computer), and includes a main control unit that performs the above control, an input device, an output device, a display device, and a storage device. In the storage device, a program for controlling processing executed by the film forming apparatus 100, that is, a storage medium storing a processing recipe is set, and the main control unit stores a predetermined processing recipe stored in the storage medium. And the film forming apparatus 100 performs control so that a predetermined process is performed based on the processing recipe.

＜成膜方法＞
次に、このような成膜装置１００により実施される本発明の一実施形態による成膜方法について説明する。 <Film formation method>
Next, a film forming method according to an embodiment of the present invention performed by the film forming apparatus 100 will be described.

ここでは、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガス、窒化ガスとしてＮＨ３ガス、パージガスとしてＮ２ガスを用いた例について示す。 Here, an example is shown in which DCS gas is used as the Cl-containing Si compound gas, NH 3 gas is used as the nitriding gas, and N 2 gas is used as the purge gas.

まず、処理容器１内の温度を４００〜６００℃にし、５０〜１００枚のウエハＷが搭載されたウエハボート５を処理容器１内に搬入し、排気装置４１により処理容器１内を排気しつつ、処理容器１内を１３〜６６５Ｐａに調圧する。   First, the temperature in the processing container 1 is set to 400 to 600 ° C., the wafer boat 5 loaded with 50 to 100 wafers W is carried into the processing container 1, and the processing container 1 is exhausted by the exhaust device 41. The pressure inside the processing container 1 is adjusted to 13 to 665 Pa.

この状態で、図３のシーケンス図に示すように、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ１）、ＤＣＳガス供給（Ｓｉ吸着）工程（ステップＳ２）、水素ラジカルパージ工程（ステップＳ３）、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ４）、ＮＨ３ガス供給（窒化）工程（ステップＳ５）を所定回数繰り返し、所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。 In this state, as shown in the sequence diagram of FIG. 3, a purge process using N 2 gas (step S1), a DCS gas supply (Si adsorption) process (step S2), a hydrogen radical purge process (step S3), and an N 2 gas The SiN film having a predetermined film thickness is formed by repeating the purge process (step S4) and the NH 3 gas supply (nitriding) process (step S5) by a predetermined number of times.

ステップＳ１およびステップＳ４のパージ工程では、排気装置４１により処理容器１内を排気しつつ、不活性ガス供給源２７から処理容器１内に不活性ガスとしてＮ２ガスを供給することにより行われる。これにより、処理容器１内の雰囲気をＮ２ガスに置換する。このときの条件は、Ｎ２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：３〜１０ｓｅｃが好ましい。 The purge process of step S1 and step S4 is performed by supplying N 2 gas as an inert gas from the inert gas supply source 27 into the processing container 1 while exhausting the processing container 1 by the exhaust device 41. Thereby, the atmosphere in the processing container 1 is replaced with N 2 gas. The conditions at this time are preferably N 2 gas flow rate: 500 to 5000 sccm, and time: 3 to 10 sec.

ステップＳ２のＤＣＳガス供給工程では、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給源１８から処理容器１内にＣｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガスを供給して、ウエハＷの表面にＳｉを吸着させる。このときの条件は、ＤＣＳガス流量：５００〜３０００ｓｃｃｍ、時間：１〜１０ｓｅｃが好ましい。   In the DCS gas supply process of step S <b> 2, DCS gas is supplied as a Cl-containing Si compound gas from the Cl-containing Si compound gas supply source 18 into the processing container 1, and Si is adsorbed on the surface of the wafer W. The conditions at this time are preferably DCS gas flow rate: 500 to 3000 sccm, time: 1 to 10 sec.

ステップＳ３の水素ラジカルパージ工程では、処理容器１内を排気しつつ、Ｈ２ガス供給源２４から処理容器１内にＨ２ガスを供給し、プラズマ生成機構３０によりＨ２ガスをプラズマ化して水素ラジカルを生成し、ステップＳ２により吸着されたＳｉに水素ラジカルを作用させる。このときの条件は、高周波パワー：５０〜３００Ｗ、Ｈ２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：３〜６０ｓｅｃが好ましい。 The hydrogen radical purging process of the step S3, while exhausting the inside of the processing chamber 1 to supply H 2 gas from the H 2 gas supply source 24 into the processing vessel 1, into a plasma of H 2 gas by a plasma generating mechanism 30 hydrogen A radical is generated, and a hydrogen radical is allowed to act on the Si adsorbed in step S2. The conditions at this time are preferably high frequency power: 50 to 300 W, H 2 gas flow rate: 500 to 5000 sccm, and time: 3 to 60 sec.

ステップＳ５のＮＨ３ガス供給工程では、窒化ガス供給源２１から処理容器１内に窒化ガスとしてＮＨ３ガスを供給するとともに、プラズマ生成機構３０によりＮＨ３ガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成し、ステップＳ２により吸着されたＳｉを窒化する。このときの条件は、ＮＨ３ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ、時間：５〜１２０ｓｅｃが好ましい。 The NH 3 gas supply step of Step S5, supplies NH 3 gas as a nitriding gas into the processing chamber 1 from the nitriding gas supply source 21, the active species for nitriding by plasma NH 3 gas by the plasma generating mechanism 30 And the Si adsorbed in step S2 is nitrided. The conditions at this time are preferably NH 3 gas flow rate: 500 to 5000 sccm, and time: 5 to 120 sec.

なお、ステップＳ３の水素ラジカルパージ工程と、ステップ４のパージ工程の順序は入れ替えてもよい。   Note that the order of the hydrogen radical purge process in step S3 and the purge process in step 4 may be interchanged.

本実施形態に至った経緯は以下のとおりである。
従来のＡＬＤ法によるＳｉＮ膜の成膜においては、図４のように、水素ラジカル処理（ステップＳ３）は行わず、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ１）、ＤＣＳガス供給工程（ステップＳ２）、Ｎ２ガスによるパージ工程（ステップＳ４）、ＮＨ３ガス供給（窒化）工程（ステップＳ５）を繰り返すのみである。 The background to the present embodiment is as follows.
In the formation of the SiN film by the conventional ALD method, as shown in FIG. 4, the hydrogen radical treatment (step S3) is not performed, the purge process with N 2 gas (step S1), the DCS gas supply process (step S2), Only the purge process with N 2 gas (step S4) and the NH 3 gas supply (nitriding) process (step S5) are repeated.

ＡＬＤ法でＳｉＮ膜を成膜する場合、ステップＳ２のＤＣＳの供給の際には、原理的には、下地の化学吸着サイトにＤＣＳガスが吸着するが、飽和吸着量に達するとそれ以上はＤＣＳガスが吸着せず、このため、単原子層のＳｉが化学吸着するのである。   When a SiN film is formed by the ALD method, when supplying DCS in step S2, in principle, DCS gas is adsorbed on the underlying chemical adsorption site, but when the saturated adsorption amount is reached, DCS is further increased. The gas does not adsorb, and therefore the monoatomic Si is chemically adsorbed.

しかし、従来のＡＬＤでは、実際には、ＤＣＳガス中のＣｌ等の不純物が物理的に吸着して凝集し、不純物を介してＳｉも物理的に凝集してＳｉクラスターとなり、Ｓｉの過剰吸着が生じる。   However, in the conventional ALD, in reality, impurities such as Cl in the DCS gas are physically adsorbed and aggregated, and Si is also physically aggregated through the impurities to form Si clusters. Arise.

この場合、ウエハ表面が平坦で表面積が小さい状態の場合は、不純物が吸着しやすいため、Ｓｉの過剰吸着量が多くなるのに対し、ウエハ表面に凹凸が多く表面積が大きい状態の場合は、不純物が凹部の底に到達し難いため、Ｓｉの過剰吸着量が少なくなる。そして、このことが、ウエハの表面状態の違いにより成膜量が変動するローディング効果が生じる原因となる。また、このようなＳｉの過剰吸着により、ウエハＷの投入枚数の変動によるシリコン窒化膜の膜厚変動も生じやすくなる。   In this case, when the wafer surface is flat and the surface area is small, impurities are easily adsorbed, so the amount of excessive adsorption of Si increases. On the other hand, when the wafer surface has many irregularities and the surface area is large, impurities Since it is difficult to reach the bottom of the recess, the excessive adsorption amount of Si is reduced. This causes a loading effect in which the film formation amount fluctuates due to a difference in the surface state of the wafer. Further, due to such excessive adsorption of Si, the film thickness variation of the silicon nitride film due to the variation of the number of inserted wafers W tends to occur.

このようなローディング効果を抑制するためには、飽和吸着したＳｉの上に物理的に吸着するＣｌ等の不純物および過剰なＳｉを除去できればよい。   In order to suppress such a loading effect, it suffices if impurities such as Cl physically adsorbed on the saturated adsorbed Si and excess Si can be removed.

そこで、本実施形態では、ＡＬＤプロセスによりシリコン窒化膜を成膜するにあたり、ＤＣＳガス供給工程（ステップＳ２）の後、ステップＳ３として水素ラジカルパージを行って、ステップ２の際に物理吸着した不純物および過剰なＳｉを除去する。   Therefore, in this embodiment, in forming the silicon nitride film by the ALD process, after the DCS gas supply process (step S2), hydrogen radical purge is performed as step S3, and the impurities physically adsorbed in step 2 and Excess Si is removed.

具体的には、図５（ａ）に示すように、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスとしてＤＣＳガスを用いた場合、化学吸着した単原子層のＳｉの上に、Ｃｌ等の不純物および過剰なＳｉがクラスター状に物理吸着するが、図５（ｂ）に示すように、水素ラジカルを作用させることにより、物理吸着したＣｌ等の不純物およびＳｉを除去することができる。そして、理想的には図５（ｃ）に示すように、化学吸着した単原子層のＳｉのみを残すようにする。   Specifically, as shown in FIG. 5A, when DCS gas is used as the Cl-containing Si compound gas, impurities such as Cl and excess Si are clustered on the chemically adsorbed monoatomic Si. However, as shown in FIG. 5B, impurities such as physically adsorbed Cl and Si can be removed by the action of hydrogen radicals. Ideally, only the chemically adsorbed monoatomic layer Si is left as shown in FIG.

これにより、ウエハＷの表面状態にかかわらず、Ｓｉ層を単原子層状態に近づけることができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハＷの表面状態による膜厚の変動、すなわちローディング効果を抑制することができる。   As a result, the Si layer can be brought close to the monoatomic layer state regardless of the surface state of the wafer W, and the film thickness variation due to the surface state of the wafer W of the finally formed SiN film, that is, the loading effect is suppressed. can do.

＜実験例＞
次に、本発明の実験例について説明する。
ここでは、フラットウエハとパターンウエハを用い、図１に示す装置により、水素ラジカルパージの時間を変えてＳｉＮ膜の成膜を行った。いずれのウエハの成膜処理においても、一度に処理するウエハの枚数は１００枚とした。 <Experimental example>
Next, experimental examples of the present invention will be described.
Here, a flat wafer and a patterned wafer were used, and the SiN film was formed by changing the hydrogen radical purge time using the apparatus shown in FIG. In any wafer deposition process, the number of wafers processed at one time was 100.

結果を図６に示す。図６は、各処理について、ウエハ径方向の膜厚分布と膜厚減少率を示している。図６において、「水素ラジカルパージなし」は、図４に示す、水素ラジカルパージを行わない従来のシーケンスの場合であり、「水素ラジカルパージ５ｓｅｃ」、「水素ラジカルパージ１０ｓｅｃ」は、図３に示す本発明のシーケンスの場合である。膜厚減少率は、フラットウエハにおけるＳｉＮ膜の平均膜厚に対するパターンウエハにおけるＳｉＮ膜の平均膜厚の減少率である。例えば、フラットウエハの平均膜厚に対してパターンウエハの平均膜厚が１％薄い場合には、膜厚減少率は−１％である。   The results are shown in FIG. FIG. 6 shows the film thickness distribution and the film thickness reduction rate in the wafer radial direction for each process. In FIG. 6, “no hydrogen radical purge” is the case of the conventional sequence shown in FIG. 4 where no hydrogen radical purge is performed, and “hydrogen radical purge 5 sec” and “hydrogen radical purge 10 sec” are shown in FIG. This is the case of the sequence of the present invention. The film thickness reduction rate is a reduction rate of the average film thickness of the SiN film on the pattern wafer with respect to the average film thickness of the SiN film on the flat wafer. For example, when the average film thickness of the pattern wafer is 1% thinner than the average film thickness of the flat wafer, the film thickness reduction rate is -1%.

図６に示すように、水素ラジカルパージを行わない従来のシーケンスでは、膜厚減少率がＴＯＰで−２．３％、ＢＴＭで−２．４％と、いずれも大きい値であり、ローディング効果が大きかった。   As shown in FIG. 6, in the conventional sequence in which hydrogen radical purging is not performed, the film thickness reduction rate is -2.3% for TOP and -2.4% for BTM, both of which are large values, and the loading effect is high. It was big.

これに対し、５ｓｅｃの水素ラジカルパージを行った場合は、膜厚減少率がＴＯＰおよびＢＴＭとも−１．５％であり、１０ｓｅｃの水素ラジカルパージを行った場合は、膜厚減少率がＴＯＰで−１．１％、ＢＴＭで−１．２％となり、ＤＣＳガス供給後に水素ラジカルパージを行うことにより、ローディング効果が抑制されることが確認された。   On the other hand, when the hydrogen radical purge is performed for 5 seconds, the film thickness reduction rate is -1.5% for both TOP and BTM, and when the hydrogen radical purge is performed for 10 seconds, the film thickness reduction rate is TOP. It was confirmed that the loading effect was suppressed by performing hydrogen radical purging after supplying DCS gas.

＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 <Other applications>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning.

例えば、上記実施形態では、本発明の成膜方法を縦型のバッチ式装置により実施した例を示したが、これに限らず、横型のバッチ式装置により実施することもできる。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the film forming method of the present invention is implemented by a vertical batch type apparatus has been described. However, the present invention is not limited thereto, and can be implemented by a horizontal batch type apparatus.

また、上記実施形態では、一対のプラズマ電極に高周波電力を印加することによりプラズマを生成し、そのプラズマにより水素ラジカルを生成する例を示したが、水素ラジカルを生成する方法は、これに限らず、他の誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等の他のプラズマを用いてもよく、また、加熱フィラメントに水素ガスを接触させる処理等の方法を用いることもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the example which produces | generates a plasma by applying a high frequency electric power to a pair of plasma electrode and produces | generates a hydrogen radical by the plasma was shown, the method of producing | generating a hydrogen radical is not restricted to this. Other plasmas such as other inductively coupled plasmas and microwave plasmas may be used, and a method such as a treatment in which hydrogen gas is brought into contact with the heating filament can also be used.

さらに、上記実施形態では、Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガスと、窒化ガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明したが、Ｃｌ含有化合物ガスと窒化ガスとの組み合わせで窒化膜を形成する場合であれば適用することができる。例えば、ＴｉＣｌ４ガスと窒化ガスを用いてＴｉＮ膜を形成する場合や、ＢＣｌ３ガスと窒化ガスとを用いてＢＮ膜を成膜する場合や、ＷＣｌ６ガスと窒化ガスとを用いてＷＮ膜を成膜する場合等に適用することができる。 Furthermore, in the above embodiment, the case where the silicon nitride film is formed using the Cl-containing Si compound gas and the nitriding gas has been described as an example. However, the nitride film is formed by a combination of the Cl-containing compound gas and the nitriding gas. If applicable, it can be applied. For example, when a TiN film is formed using a TiCl 4 gas and a nitriding gas, a BN film is formed using a BCl 3 gas and a nitriding gas, or a WN film using a WCl 6 gas and a nitriding gas. This can be applied to the case of forming a film.

１；処理容器
５；ウエハボート
１４；Ｃｌ含有Ｓｉ化合物ガス供給機構
１５；窒化ガス供給機構
１６；Ｈ２ガス供給機構
３０；プラズマ生成機構
３３；プラズマ電極
３５；高周波電源
４１；排気装置
４２；加熱機構
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板） 1; processing vessel 5; wafer boat 14; Cl-containing Si compound gas supply mechanism 15; nitriding gas supply mechanism 16; H 2 gas supply mechanism 30; plasma generation mechanism 33; plasma electrode 35; Mechanism 100; film forming apparatus W; semiconductor wafer (substrate to be processed)

Claims (11)

処理容器内に複数の被処理基板を配置し、これら複数の被処理基板に対して、
前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜方法であって、
各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、
前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去することを特徴とする窒化膜の成膜方法。 A plurality of substrates to be processed are disposed in the processing container, and the plurality of substrates to be processed are
Purging the inside of the processing container with an inert gas, and supplying a film forming raw material gas containing an element constituting the nitride film and chlorine to be formed in the processing container to be adsorbed on the substrate to be processed A plurality of cycles including a step, a step of purging the inside of the processing container with an inert gas, and a step of supplying a nitriding gas into the processing container to nitride the elements constituting the nitride film, a plurality of times A nitride film forming method for forming a predetermined thickness of nitride film on a substrate to be processed at once,
In each cycle, between the adsorbing step and the nitriding step, performing a step of generating hydrogen radicals in the processing vessel and performing hydrogen radical purging,
In the adsorbing step, a portion that is physically adsorbed more than the saturated adsorbed amount of the elements constituting the nitride is removed by the hydrogen radical in the hydrogen radical purge, and the nitride film forming method is characterized in that . 前記窒化させるステップは、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、その活性種により窒化を行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化膜の成膜方法。   2. The method of forming a nitride film according to claim 1, wherein in the nitriding step, active species of the nitriding gas are generated by plasma, and nitriding is performed by the active species. 前記水素ラジカルは、水素ガスをプラズマ化することにより生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化膜の成膜方法。   The method for forming a nitride film according to claim 1, wherein the hydrogen radical is generated by converting hydrogen gas into plasma. 前記水素ラジカルパージを行うステップは、前記吸着させるステップと、その後の前記処理容器内を不活性ガスでパージするステップとの間に実施されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の窒化膜の成膜方法。   4. The hydrogen radical purging step is performed between the adsorbing step and the subsequent purging step with an inert gas in the processing container. The method for forming a nitride film according to claim 1. 前記成膜原料ガスは塩素含有シリコン化合物であり、前記窒化膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の窒化膜の形成方法。   5. The method of forming a nitride film according to claim 1, wherein the film forming source gas is a chlorine-containing silicon compound, and the nitride film is a silicon nitride film. 前記塩素含有シリコン化合物は、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリクロロシラン、シリコンテトラクロライド、およびヘキサクロロジシランからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載の窒化膜の形成方法。   6. The method for forming a nitride film according to claim 5, wherein the chlorine-containing silicon compound is at least one selected from the group consisting of dichlorosilane, monochlorosilane, trichlorosilane, silicon tetrachloride, and hexachlorodisilane. . 前記窒化ガスは、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の窒化膜の成膜方法。 The method for forming a nitride film according to claim 1, wherein the nitriding gas is at least one selected from the group consisting of NH 3 gas and N 2 gas. 複数の被処理基板に対して一括して所定の膜厚の窒化膜を成膜する窒化膜の成膜装置であって、
前記窒化膜が成膜される複数の被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に、不活性ガス、成膜原料ガス、窒化ガス、水素ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に収容された複数の被処理基板を加熱する加熱装置と、
プラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記処理容器内を排気する排気装置と、
前記処理容器内を不活性ガスによりパージするステップと、前記処理容器内に成膜しようとする窒化膜を構成する元素と塩素とを含有する成膜原料ガスを供給して被処理基板に吸着させるステップと、処理容器内を不活性ガスでパージするステップと、前記処理容器内に窒化ガスを供給して前記窒化膜を構成する元素を窒化させるステップとを含むサイクルを、複数回繰り返して、複数の被処理基板に対して一括して所定膜厚の窒化膜を成膜するとともに、各サイクルにおいて、前記吸着させるステップと、前記窒化させるステップとの間に、前記処理容器内で前記プラズマ生成機構により水素ラジカルを生成して水素ラジカルパージを行うステップを実施し、前記吸着させるステップにおいて、前記窒化物を構成する元素の飽和吸着分よりも過剰に物理吸着した部分を、前記水素ラジカルパージにおいて、前記水素ラジカルにより除去するように制御する制御部と
を有することを特徴とする窒化膜の成膜装置。 A nitride film forming apparatus that collectively forms a nitride film having a predetermined thickness on a plurality of substrates to be processed,
A processing container containing a plurality of substrates to be processed on which the nitride film is formed;
A gas supply mechanism for supplying an inert gas, a film forming source gas, a nitriding gas, and a hydrogen gas into the processing vessel;
A heating device for heating a plurality of substrates to be processed accommodated in the processing container;
A plasma generation mechanism for generating plasma;
An exhaust device for exhausting the inside of the processing container;
Purging the inside of the processing container with an inert gas, and supplying a film forming raw material gas containing an element constituting the nitride film and chlorine to be formed in the processing container to be adsorbed on the substrate to be processed A plurality of cycles including a step, a step of purging the inside of the processing container with an inert gas, and a step of supplying a nitriding gas into the processing container to nitride the elements constituting the nitride film, a plurality of times The plasma generation mechanism is formed in the processing chamber between the adsorbing step and the nitriding step in each cycle. A step of generating a hydrogen radical by hydrogen radical purging and adsorbing, in the step of adsorbing, from the saturated adsorption of the elements constituting the nitride The excess physisorbed portion, in the hydrogen radical purging, the film forming apparatus of the nitride film, characterized by a control unit for controlling to remove by the hydrogen radical. 前記プラズマ生成機構は、プラズマにより前記窒化ガスの活性種を生成し、前記制御部は、前記窒化ステップにおいて、その活性種により窒化を行うように制御することを特徴とする請求項８に記載の窒化膜の成膜装置。   9. The plasma generation mechanism according to claim 8, wherein the plasma generation mechanism generates active species of the nitriding gas by plasma, and the control unit controls to perform nitridation by the active species in the nitriding step. Nitride film deposition equipment. 前記成膜原料ガスは塩素含有シリコン化合物であり、前記窒化膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の窒化膜の形成装置。   10. The nitride film forming apparatus according to claim 8, wherein the film forming source gas is a chlorine-containing silicon compound, and the nitride film is a silicon nitride film. コンピュータ上で動作し、窒化膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項７のいずれか１項の窒化膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記窒化膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。   A storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling a nitride film forming apparatus, wherein the program is executed when the nitride film according to claim 1 is executed. A storage medium characterized by causing a computer to control the nitride film forming apparatus so that the film forming method is performed.
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