JP5926794B2 - 成膜方法、成膜装置、及び、成膜システム - Google Patents

成膜方法、成膜装置、及び、成膜システム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、成膜方法、並びに、同方法の実施に用いることができる成膜装置及び成膜システムに関するものであり、より詳細には、ドーパントを含有する層の成膜に関するものである。
半導体装置、例えばＬＳＩ大規模集積回路の製造においては、被処理基体（シリコン基板）の一部領域に対してプレーナ型、フィン型、又はナノワイヤ型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を形成する工程があり、これらの工程では、フォトリソグラフィによる微細回路パターンの形成工程の他に、ソース領域、ドレイン領域、及び／又は拡張領域といったｐ型又はｎ型の導電性を有する領域を形成するために、イオン注入装置やプラズマ成膜装置や熱ＣＶＤ装置により、成膜やさまざまなプラズマ処理やドーピング処理が行われる。
上記のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を形成する工程の中において、ドーピング処理には、通常、固相拡散、イオンビーム注入、又はプラズマドーピングといった技術が用いられている。固相拡散は、被処理基体にドーピングさせたい元素（ドーパント）を含む堆積膜層をＣＶＤ法で形成させたり、或いは、ドーピングさせたい元素を含む気体雰囲気中で被処理基体を加熱することにより、ドーパントを拡散させる技術である。イオンビーム注入は、比較的高いエネルギーのイオンビームを用いて被処理基体にドーパントを注入する技術である。また、プラズマドーピングは、特許文献１に記載されているように、ドーパントを含むガスのプラズマを生成して、被処理基体にＲＦバイアスを印加させることにより、被処理基体に直接ドーパントを注入する技術である。
一方で、近年のＬＳＩ大規模集積回路の半導体装置の微細化に伴って、立体構造（３次元構造）を有するＬＳＩ大規模集積回路の半導体装置が注目されている。例えば、ＭＯＳＦＥＴの場合には、フィン型又はナノワイヤ型のＭＯＳＦＥＴの開発が進められている。
特開２００８−３００６８７号公報
しかしながら、上述した固相拡散法では、一般的に非常に高温の加熱を行うために半導体装置／ＬＳＩ基板中の拡散層が所望する深さ（拡散深さ）より非常に大きくなってしまう。そのため近年はなはだ要求が強くなっている半導体素子の微細化に対応できない。また、固相拡散では、イオンの拡散方向を制御することができないので、チャンネル長方向にドーパントが拡散し、ソース領域とドレイン領域とが接続されることがある。また、イオンビーム注入及びプラズマドーピングでは、立体的構造を有する半導体基板表面、即ち、互いに向きが異なる複数の凹凸形状表面に対するイオンの照射量が異なるので、これら複数の表面に均一なドーピングを行うことが困難である。
したがって、本技術分野においては、ドーパントを含む膜を均一に立体的構造を有する半導体基板表面に対しても追従するように形成することが要請されている。
本発明の一側面に係る成膜方法は、（ａ）その内部に被処理基体が配置された処理容器内に半導体材料の第１の前駆体ガスを供給する工程であり、第１の前駆体ガスを被処理基体に吸着させる、該工程と、（ｂ）処理容器内にドーパント材料の第２の前駆体ガスを供給する工程であり、第２の前駆体ガスを被処理基体に吸着させる、該工程と、（ｃ）処理容器内において反応ガスのプラズマを生成する工程であり、被処理基体に吸着した層を改質するようプラズマ処理を行う、該工程と、を含む。一実施形態においては、マイクロ波によってプラズマが励起されてもよい。
この成膜方法は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスを被処理基体に吸着させた後、被処理基板に吸着したドーパントの原子吸着層をプラズマ処理によって改質する。したがって、本方法によれば、ドーパントを含む膜を、立体的構造を有する表面、即ち、互いに向きが異なる複数の表面に対しても均一でコンフォーマルに形成することが可能となる。なお、コンフォーマルとは、立体構造を有する表面に濃度むらなく、均一にドーピングされる状況を示す。
また、一実施形態においては、第１の前駆体ガスを供給する工程と第２の前駆体ガスを供給する工程が別個に行われてもよい。この実施形態においては、第１の前駆体ガスを供給する工程の実施回数と第２の前駆体ガスを供給する工程の実施回数の比により、被処理基体に形成される膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。一実施形態においては、プラズマを生成する工程は、第１のプラズマ処理を行う工程と第２のプラズマ処理を行う工程を含み、第１のプラズマ処理を行う工程では、第１の前駆体ガスを供給する工程により被処理基体に吸着した層に対して、反応ガスのプラズマによるプラズマ処理が行われ、第２のプラズマ処理を行う工程では、第２の前駆体ガスを供給する工程により被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理が行われてもよい。
また、一実施形態においては、第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスはそれぞれ、水素原子及び塩素原子のうち一以上を更に含み、第１のプラズマ処理を行う工程及び第２のプラズマ処理を行う工程において、反応ガスである水素ガスのプラズマが励起されてもよい。この実施形態によれば、水素を用いた還元反応により、被処理基体に吸着した層からドーパント以外の不純物を除去することが可能となる。
また、一実施形態においては、第１の前駆体ガスを供給する工程と第２の前駆体ガスを供給する工程とを同時に実施することにより、被処理基体に第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスの混合ガスを吸着させてもよい。この実施形態では、第１の前駆体ガスの流量と第２の前駆体ガスの流量の比により、被処理基体に形成される膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。一実施形態においては、第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスはそれぞれ、水素原子及び塩素原子のうち一以上を更に含み、プラズマ処理を行う工程では、反応ガスである水素ガスのプラズマが励起されてもよい。この実施形態によれば、水素を用いた還元反応により、被処理基体に吸着した層から所望のドーパント以外の不純物を除去することが可能となる。
また、一実施形態に係る成膜方法は、第１の前駆体ガスを吸着させる工程、第２の前駆体ガスを吸着させる工程、及び、プラズマを生成する工程を含む一連の工程を一回以上繰り返した後に、被処理基体をアニールする工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、被処理基体をアニールすることにより、被処理基体に形成された膜を活性化させることが可能となる。
また、一実施形態に係る成膜方法は、被処理基体をアニールする工程の前に、被処理基体の上に形成された膜の表面にキャップ層を形成する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、上述した一連の工程により形成された膜を保護しつつ、アニールを実施することが可能となり、その結果、膜に含まれるドーパントが当該膜からアニールにより外方拡散してドーパント濃度が低下することを抑制することが可能となる。
本発明の別の一側面に係る成膜装置は、処理容器、供給部、及びプラズマ生成部を備える。処理容器内には、被処理基体が配置される。供給部は、半導体材料の第１の前駆体ガス、及び、ドーパント材料の第２の前駆体ガスを被処理基体に吸着させるよう処理容器内に当該第１の前駆体ガス及び当該第２の前駆体ガスを供給する。プラズマ生成部は、被処理基体に吸着した層をプラズマ処理により改質するよう処理容器内において反応ガスのプラズマを生成する。一実施形態においては、プラズマ生成部は、マイクロ波によって励起されるプラズマを利用してもよい。
この成膜装置は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスを被処理基体に吸着させ、被処理基体に吸着した層をプラズマ処理によって改質させることを意図することができる。したがって、本成膜装置によれば、ドーパントを含む膜を、立体的構造を有する半導体基板表面に対して均一でコンフォーマルに形成することが可能となる。
一実施形態に係る成膜装置は、供給部及びプラズマ生成部を制御する制御部を更に備え得る。
一実施形態においては、制御部は、（ａ）処理容器内に第１の前駆体ガスを供給するよう供給部を制御し、（ｂ）第１の前駆体ガスの供給により被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために反応ガスのプラズマを生成するようプラズマ生成部を制御し、（ｃ）処理容器内に第２の前駆体ガスを供給するよう供給部を制御し、（ｄ）第２のガスの供給により被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために反応ガスのプラズマを生成するよう前記プラズマ生成部を制御してもよい。この実施形態においては、第１の前駆体ガスの供給の実施回数と第２の前駆体ガスの供給の実施回数の比により、被処理基体に形成される膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。
一実施形態においては、供給部は、第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスの混合ガスを処理容器内に供給してもよく、制御部は、処理容器内に混合ガスを供給するよう供給部を制御し、混合ガスの供給により被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために反応ガスのプラズマを生成するようプラズマ生成部を制御してもよい。この実施形態では、第１の前駆体ガスの流量と第２の前駆体ガスの流量の比により、被処理基体に形成される膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。
一実施形態においては、第１のガス及び第２のガスはそれぞれ、水素原子及び塩素原子のうち一以上を更に含み、プラズマ生成部は、反応ガスである水素ガスのプラズマを生成してもよい。この実施形態によれば、水素を用いた還元反応により、被処理基体に吸着した層からドーパント以外の不純物を除去することが可能となる。
本発明の更に別の実施形態に係る成膜システムは、ＡＬＤ成膜を利用したドーピングシステムあり、上述した側面又は実施形態のうち何れかの成膜装置と、成膜装置によって処理された被処理基板を受け入れて、被処理基板をアニールするアニール装置と備える。この成膜システムによれば、被処理基板をアニールすることにより、被処理基体に形成された膜を活性化させることが可能となる。
一実施形態に係る成膜システムは、別のＡＬＤ成膜を利用したドーピングシステムの成膜装置を更に備えていてもよく、当該別のＡＬＤ成膜装置は、成膜装置と真空搬送系を介して接続されており、成膜装置から被処理基体を受け入れて、被処理基体の表面にキャップ層を形成してもよく、アニール装置は当該別の成膜装置に接続されており当該別の成膜装置から搬送された被処理基体をアニールしてもよい。この実施形態によれば、被処理基体に形成された膜を保護しつつ、アニールを実施することが可能となり、その結果、膜に含まれるドーパントが当該膜から離脱することを抑制することが可能となる。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、ドーパントを含む膜を高い均一性で立体的表面に対しても追従するように形成することが可能となる。
一実施形態に係る成膜システムを概略的に示す平面図である。 一実施形態に係る成膜装置の断面図である。 一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す上面図である。 図３に示す成膜装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。 図２に示す成膜装置一部の拡大断面図であり、領域Ｒ１を含む部分を軸線Ｘと平行に横断する断面を示す図である。 図２に示す成膜装置のガス供給部１６の噴射部、排気部１８の排気口、及びガス供給部２０の噴射口を、下方、即ち、載置台側から見た平面図である。 噴射部１６ａ、排気口１８ａ、及び噴射口２０ａを画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。 図７に示すユニットを上方から見た平面図である。 図２に示す成膜装置の拡大断面図であり、プラズマ生成部が設けられている部分の拡大断面図である。 一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿ってとった断面図である。 一実施形態の成膜装置をその製造工程に用いることができる半導体装置の一例を示す斜視図である。 一実施形態の成膜装置をその製造工程に用いることができる半導体装置の別の一例を示す斜視図である。 一実施形態に係る成膜方法を示す流れ図である。 別の実施形態に係る成膜方法を示す流れ図である。 別の実施形態に係る成膜装置を概略的に示す断面図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
まず、一実施形態に係るＡＬＤ成膜を利用したドーピングシステムの成膜装置を備える一実施形態の成膜システムについて説明する。図１は、一実施形態に係る成膜システムを概略的に示す平面図である。図１に示す成膜システム１００は、載置台１０２ａ〜１０２ｄ、収容容器１０４ａ〜１０４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，及び、トランスファーチャンバ１１０を備えている。
載置台１０２ａ〜１０２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら載置台１０２ａ〜１０２ｄの上には、収容容器１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器１０４ａ〜１０４ｄ内には、被処理基体Ｗが収容されている。
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１０４ａ〜１０４ｄの何れかに収容されている被処理基体Ｗを取り出して、当該被処理基体Ｗを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。
ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ１１０にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
トランスファーチャンバ１１０は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１１０には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ３が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２から被処理基体Ｗを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、及びＰＭ３に順に搬送する。成膜システム１００のプロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３はそれぞれ、一実施形態の成膜装置、別の成膜装置、アニール装置であり得る。
以下、プロセスモジュールＰＭ１として用いることができる一実施形態のＡＬＤ成膜を利用したドーピングシステムの成膜装置１０について説明する。まず、図２〜図４を参照する。図２は、一実施形態に係る成膜装置の断面図である。図３は、一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す上面図である。図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿ってとった断面を示している。図４は、図３に示す成膜装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。図２〜図４に示す成膜装置１０は、所謂セミバッチ式の成膜装置であり、ＡＬＤ法により成膜を行う装置である。この成膜装置１０は、処理容器１２、載置台１４、ガス供給部１６、排気部１８、ガス供給部２０、及びプラズマ生成部２２を備えている。
処理容器１２は、軸線Ｘ方向に延在する略円筒状の容器である。処理容器１２は、その内部に処理室Ｃを画成している。処理容器１２は、例えば、内面に耐プラズマ処理（例えば、アルマイト処理又はＹ２Ｏ３の溶射処理）が施されたアルミニウムといった金属から構成され得る。一実施形態においては、図２に示すように、処理容器１２は、下部１２ａ及び上部１２ｂを含んでいる。下部１２ａは、上方に開口した筒形状を有しており、処理室Ｃを画成する側壁及び底壁を含んでいる。上部１２ｂは、処理室Ｃを上方から画成する蓋体である。上部１２ｂは、下部１２ａの上部開口を閉じるように下部１２ａの頂部に取り付けられている。これら下部１２ａと上部１２ｂとの間には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材が設けられていてもよい。
処理容器１２によって画成される処理室Ｃ内には、載置台１４が設けられている。載置台１４は、略円板形状を有している。載置台１４は、軸線Ｘ中心に回転可能に構成されている。一実施形態においては、載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘ中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータといった駆動装置２４ａ及び回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部１２ａに取り付けられている。回転軸２４ｂは、軸線Ｘをその中心軸線として処理室Ｃ内まで延在しており、駆動装置２４ａからの駆動力により軸線Ｘ中心に回転する。この回転軸２４ｂには、載置台１４の中央部分が支持されている。これにより、載置台１４は、軸線Ｘ中心に回転される。なお、処理容器１２の下部１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを封止するよう、Ｏリングといった弾性封止部材が設けられていてもよい。
図２及び図４に示すように、載置台１４の上面には、一以上の載置領域１４ａが設けられている。一実施形態においては、複数の載置領域１４ａは、軸線Ｘに対して周方向に配列されている。載置領域１４ａは、当該領域に載置される被処理基体Ｗの直径と略同様、又は、被処理基体Ｗの直径よりも若干大きな直径を有する凹部として構成されている。処理室Ｃ内において載置台１４の下方には、載置領域１４ａに載置された被処理基体Ｗを加熱するためのヒータ２６が設けられている。被処理基体Ｗは、処理容器１２に設けられたゲートバルブＧを介して搬送ロボットによって処理室Ｃに搬送され、載置領域１４ａに載置される。また、成膜装置１０による処理後の被処理基体Ｗは、搬送ロボットによってゲートバルブＧを介して処理室Ｃから取り出される。この処理室Ｃは、軸線Ｘに対して周方向に配列された第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいる。したがって、載置領域１４ａに載置された被処理基体Ｗは、載置台１４の回転に伴い第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を順に通過する。
以下、図３及び図４に加えて、図５及び図６も参照する。図５は、図２に示す成膜装置一部の拡大断面図であり、領域Ｒ１を含む部分を軸線Ｘと平行に横断する断面を示している。図６は、図２に示す成膜装置のガス供給部１６の噴射部、排気部１８の排気口、及びガス供給部２０の噴射口を、下方、即ち、載置台側から見た平面図である。図３〜図６に示すように、第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するようガス供給部１６の噴射部１６ａが設けられている。換言すると、処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１となる。
図５及び図６に示すように、噴射部１６ａには、複数の噴射口１６ｈが形成されている。ガス供給部１６は、これら複数の噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１に前駆体ガスを供給する。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過する被処理基体Ｗの表面には、前駆体ガスが化学吸着する。
一実施形態においては、噴射部１６ａから第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスには、第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスが含まれる。第１の前駆体ガスは、半導体材料の前駆体ガスである。一実施形態においては、第１の前駆体ガスは、半導体材料としてシリコンを含むことができ、更に、塩素原子及び水素原子のうち少なくとも一方を含むことができる。このような第１の前駆体ガスは、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）である。第２の前駆体ガスは、ドーパント材料の前駆体ガスである。第２の前駆体ガスは、ｎ型ドーパント材料としてヒ素又はリンを含むことができる、更に、塩素原子及び水素原子のうち少なくとも一方を含むことができる。このような第２の前駆体ガスは、例えば、ＡｓＣｌＨ２ガスである。或いは、第２の前駆体ガスは、ｐ型ドーパント材料としてボロンを含むことができ、更に、塩素原子及び水素原子のうち少なくとも一方を含むことができる。このような第２の前駆体ガスは、例えば、Ｂ（ＣＨ３）２Ｈガスである。なお、噴射部１６ａからは、第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスを切り替えて供給してもよく、或いは、これら第１及び第２の前駆体ガスの混合ガスが供給されてもよい。
一実施形態においては、図６に示すように、噴射部１６ａを画定する縁部には、周方向から当該噴射部１６ａを画定する二つの縁部１６ｅが含まれている。これら二つの縁部１６ｅは、軸線Ｘに近づくにつれて互いに近づくように延在している。二つの縁部１６ｅは、例えば、軸線Ｘに対して放射方向に延在し得る。即ち、噴射部１６ａは略扇型の平面形状を有していてもよい。複数の噴射口１６ｈは、これら二つの縁部１６ｅの間にわたって設けられている。ここで、載置台１４の回転に伴う被処理基体Ｗ内の各位置の速度は、軸線Ｘからの距離により異なる。即ち、軸線Ｘから離れた位置ほど、その速度は速くなる。この実施形態では、軸線Ｘから離れた被処理基体Ｗ内の位置ほど、より多くの噴射口１６ｈに対面するように噴射部１６ａが構成されている。したがって、被処理基体Ｗの各位置が前駆体ガスに晒される時間のバラツキが低減され得る。
図５及び図６に示すように、噴射部１６ａの周囲には排気口１８ａが設けられており、排気部１８は当該排気口１８ａから第１の領域Ｒ１の排気を行う。排気部１８の排気口１８ａは、載置台１４の上面に対面しており、図６に示すように、噴射部１６ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。このように、成膜装置１０では、幅狭の排気口１８ａが噴射部１６ａの周囲を囲んでいる。
また、図５及び図６に示すように、排気口１８ａの周囲にはガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられており、ガス供給部２０は当該噴射口２０ａからパージガスを噴射する。ガス供給部２０の噴射口２０ａは、載置台１４の上面に対面しており、排気口１８ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。ガス供給部２０によって供給されるパージガスとしては、例えば、Ａｒガス又はＮ２ガスといった不活性ガスを用いることができる。このようなパージガスが被処理基体Ｗに吹き付けられると、当該被処理基体Ｗに過剰に化学吸着している前駆体ガスが被処理基体から基板に一原子層吸着分以外の余剰吸着分が除去される。
成膜装置１０では、排気口１８ａからの排気及び噴射口２０ａからのパージガスの噴射により、第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外に漏れ出すことを抑制しており、また、第２の領域Ｒ２において後述するように供給される反応ガス又はそのラジカル等が第１の領域Ｒ１に侵入することを抑制している。即ち、排気部１８及びガス供給部２０は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを分離している。また、噴射口２０ａ及び排気口１８ａは噴射部１６ａの外周を取り囲む閉路に沿って延在する帯状の平面形状を有しているので、噴射口２０ａ及び排気口１８ａのそれぞれの幅は狭くなっている。したがって、第２の領域Ｒ２が軸線Ｘに対して周方向に延在する角度範囲を確保しつつ、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との分離が実現される。一実施形態においては、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間において延在している排気口１８ａの幅Ｗ２及び噴射口２０ａの幅Ｗ３（図６参照）は、載置領域１４ａの直径Ｗ１（図４参照）よりも小さくなっている。
一実施形態においては、成膜装置１０は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、及び噴射口２０ａを画成するユニットＵを備え得る。以下、図７及び図８も参照する。図７は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、及び噴射口２０ａを画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。図８は、図７に示すユニットを上方から見た平面図である。なお、図８にはユニットＵの上面が示されており、図６には、ユニットＵの下面が示されている。図５〜図８に示すように、ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、及び第４の部材Ｍ４から構成されており、第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４が上から順に積み重ねられた構造を有している。ユニットＵは、処理容器１２の上部１２ｂの下面に当接するよう処理容器１２に取り付けられており、処理容器１２の上部１２ｂの下面と第１の部材Ｍ１との間には、弾性封止部材３０が設けられている。この弾性封止部材３０は、第１の部材Ｍ１の上面の外縁に沿って延在している。
第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４は、略扇型の平面形状を有している。第１の部材Ｍ１は、その下部側において、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。また、第２の部材Ｍ２は、その下部側において、第３〜第４の部材Ｍ３〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４は略同様の平面サイズを有している。
ユニットＵにおいては、第１〜第３の部材Ｍ１〜Ｍ３を貫通するガス供給路１６ｐが形成されている。ガス供給路１６ｐはその上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続している。このガス供給路１２ｐには、弁１６ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器１６ｃを介して、第１の前駆体ガスのガス源１６ｇが接続されている。さらに、ガス供給路１２ｐには、弁１７ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器１７ｃを介して、第２の前駆体ガスのガス源１７ｇが接続されている。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間に形成された空間１６ｄに接続している。この空間１６ｄには、第４の部材Ｍ４に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続している。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｐとガス供給路１６ｐの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３２ａが設けられている。この弾性封止部材３２ａにより、ガス供給路１６ｐ及びガス供給路１２ｐに供給された前駆体ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間、及び、第２部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３との間には、ガス供給路１６ｐを囲むようにＯリングといった弾性封止部材３２ｂ、３２ｃがそれぞれ設けられている。弾性封止部材３２ｂ及び３２ｃにより、ガス供給路１６ｐに供給された前駆体ガスが、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界、及び、第２部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間には、空間１６ｄを囲むように弾性封止部材３２ｄが設けられている。弾性封止部材３２ｄにより、空間１６ｄに供給された前駆体ガスが、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４の境界から漏れ出することが防止され得る。
また、ユニットＵにおいては、第１〜第２の部材Ｍ１〜Ｍ２を貫通する排気路１８ｑが形成されている。排気路１８ｑは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続している。この排気路１２ｑは、真空ポンプといった排気装置３４に接続している。また、排気路１８ｑは、その下端において、第２の部材Ｍ２の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続している。また、上述したように第２の部材Ｍ２は第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第２の部材Ｍ２の内側面と第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４の側端面との間には、ギャップ１８ｇが設けられている。空間１８ｄはギャップ１８ｇに接続している。このギャップ１８ｇの下端は上述した排気口１８ａとして機能する。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、排気路１８ｑと排気路１２ｑの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ａが設けられている。この弾性封止部材３６ａにより、排気路１８ｑ及び排気路１２ｑ通る排気ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間には、排気路１８ｑを囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ｂが設けられている。この弾性封止部材３６ｂにより、排気路１８ｑを通るガスが第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界から漏れ出すことが防止され得る。
さらに、ユニットＵにおいては、第１の部材Ｍ１を貫通するガス供給路２０ｒが形成されている。ガス供給路２０ｒは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続している。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器２０ｃを介してパージガスのガス源２０ｇが接続されている。また、ガス供給路２０ｒの下端は、第１の部材Ｍ１の下面と第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続している。また、上述したように第１の部材Ｍ１は、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第１の部材Ｍ１の内側面と第２の部材Ｍ２の側面との間にはギャップ２０ｐが設けられている。このギャップ２０ｐは空間２０ｄに接続している。また、このギャップ２０ｐの下端は、ガス供給部２０の噴射口２０ａとして機能する。処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｒとガス供給路２０ｒの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３８が設けられている。この弾性封止部材３８により、ガス供給路２０ｒ及びガス供給路１２ｒを通るパージガスが上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止される。
以下、図２〜図４を再び参照し、更に図９も参照する。図９は、図２に示す成膜装置の拡大断面図であり、プラズマ生成部が設けられている部分の拡大断面図である。図２〜図４及び図９に示すように、成膜装置１０は、プラズマ生成部２２を備えている。プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、当該第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給することにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成し、被処理基体Ｗに吸着した前駆体ガスの層に対するプラズマ処理を行う。第２の領域Ｒ２においては、被処理基体Ｗに化学吸着された前駆体ガス、即ち前駆体ガスの層を、反応ガスのプラズマにより改質することができる。かかる反応ガスとしては、例えば、Ｈ２ガスを用いることができる。
プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給するための一以上のアンテナ２２ａを有し得る。一以上のアンテナ２２ａの各々は、誘電体板４０及び一以上の導波管４２を含み得る。図２〜図４に示す実施形態においては、四つのアンテナ２２ａが軸線Ｘに対して周方向に配列されている。各アンテナ２２ａは、第２の領域Ｒ２の上方に設けられた誘電体板４０、及び、当該誘電体板４０上に設けられた導波管４２を有している。
ここで、図１０及び図１１を更に参照する。図１０は、一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿ってとった断面図である。図９〜図１１に示すように、誘電体板４０は、石英といった誘電体材料から構成される略板状の部材である。誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２に面するように設けられており、処理容器１２の上部１２ｂによって支持されている。
具体的に、処理容器１２の上部１２ｂには、誘電体板４０が第２の領域Ｒ２に対して露出するよう開口ＡＰが形成されている。この開口ＡＰの上側部分の平面サイズ（軸線Ｘに交差する面内のサイズ）は、当該開口ＡＰの下側部分の平面サイズ（軸線Ｘに交差する面内のサイズ）よりも大きくなっている。したがって、開口ＡＰを画成する上部１２ｂには、上方に面した段差面１２ｓが設けられている。一方、誘電体板４０の縁部は、被支持部４０ｓとして機能し、段差面１２ｓに当接する。この被支持部４０ｓが段差面１２ｓに当接することにより、誘電体板４０は上部１２ｂに支持される。なお、段差面１２ｓと誘電体板４０との間には、弾性封止部材が設けられていてもよい。
このように上部１２ｂによって支持された誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２を介して載置台１４と対面している。この誘電体板４０の下面のうち、上部１２ｂの開口ＡＰから露出した部分、即ち、第２の領域Ｒ２に面する部分は、誘電体窓４０ｗとして機能する。かかる誘電体窓４０ｗの縁部には、軸線Ｘに近づくにつれて互いに近づく二つの縁部４０ｅが含まれている。誘電体窓４０ｗの当該形状、即ち、軸線Ｘから離れるに従い周方向の長さが大きくなる形状により、被処理基体Ｗの各位置が、反応ガスのプラズマに晒される時間のバラツキが低減され得る。なお、誘電体窓４０ｗ及び被支持部４０ｓを含む誘電体板４０の平面形状は、略扇形であってもよく、また、その加工が容易であるよう、多角形状であってもよい。
この誘電体板４０上には、導波管４２が設けられている。導波管４２は、矩形導波管であり、マイクロ波が伝播する内部空間４２ｉが誘電体窓４０ｗの上方において軸線Ｘに対して略放射方向に延在するように、誘電体板４０上に設けられている。一実施形態においては、導波管４２は、スロット板４２ａ、上部部材４２ｂ、及び端部部材４２ｃを含み得る。
スロット板４２ａは、金属製の板状部材であり、導波管４２の内部空間４２ｉを下方から画成している。スロット板４２ａは、誘電体板４０の上面に接し、誘電体板４０の上面を覆っている。スロット板４２ａは、内部空間４２ｉを画成する部分において、複数のスロット孔４２ｓを有している。
このスロット板４２ａ上には、金属製の上部部材４２ｂが当該スロット板４２ａを覆うように設けられている。上部部材４２ｂは、導波管４２の内部空間４２ｉを上方から画成している。上部部材４２ｂは、スロット板４２ａ及び誘電体板４０を、当該上部部材４２ｂと処理容器１２の上部１２ｂとの間に狭持するよう、当該上部１２ｂに対してネジ留めされ得る。
端部部材４２ｃは、金属製の部材であり、導波管４２の長手方向の一端に設けられている。即ち、端部部材４２ｃは、内部空間４２ｉの一端を閉じるように、スロット板４２ａと上部部材４２ｂの一端部に取り付けられている。かかる導波管４２の他端には、マイクロ波発生器４８が接続されている。マイクロ波発生器４８は、例えば、約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生して、当該マイクロ波を導波管４２に供給する。マイクロ波発生器４８により発生されて導波管４２を伝搬するマイクロ波は、スロット板４２ａのスロット孔４２ｓを通過して誘電体板４０に供給され、誘電体窓４０ｗを介して第２の領域Ｒ２に供給される。一実施形態においては、マイクロ波発生器４８は、複数の導波管４２に対して共通のものであってもよい。また、別の実施形態においては、複数のマイクロ波発生器４８が複数の導波管４２にそれぞれ接続されていてもよい。このように複数のアンテナ２２ａに接続された一以上のマイクロ波発生器４８を用い、当該マイクロ波発生器４８によって発生するマイクロ波の強度を調整することにより、第２の領域Ｒ２に与えるマイクロ波の強度を高めることが可能である。
また、プラズマ生成部２２は、ガス供給部２２ｂを含んでいる。ガス供給部２２ｂは、反応ガスを第２の領域Ｒ２に供給する。この反応ガスは、上述したように被処理基体Ｗに化学吸着した前駆体ガスの層を改質するためのものであり、例えば、Ｈ２ガスであり得る。一実施形態においては、ガス供給部２２ｂは、ガス供給路５０ａ及び噴射口５０ｂを含み得る。ガス供給路５０ａは、例えば、開口ＡＰの周囲に延在するよう処理容器１２の上部１２ｂに形成されている。また、処理容器１２の上部１２ｂには、ガス供給路５０ａに供給された反応ガスを誘電体窓４０ｗの下方に向けて噴射するための噴射口５０ｂが形成されている。一実施形態においては、複数の噴射口５０ｂが、開口ＡＰの周囲に設けられていてもよい。また、ガス供給路５０ａには、弁５０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器５０ｃを介して、反応ガスのガス源５０ｇが接続されている。
このように構成されたプラズマ生成部２２によれば、ガス供給部２２ｂによって第２の領域Ｒ２に反応ガスが供給され、また、アンテナ２２ａによって第２の領域Ｒ２にマイクロ波が供給される。これにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマが生成される。換言すると、第２の領域Ｒ２は、反応ガスのプラズマが生成される領域である。図４に示すよう、この第２の領域Ｒ２が軸線Ｘに対して周方向に延在する角度範囲は、第１の領域Ｒ１が周方向に延在する角度範囲よりも、大きくなっている。この第２の領域Ｒ２において生成された反応ガスのプラズマにより、被処理基体Ｗ上に化学吸着した前駆体ガスの層が改質される。なお、処理容器１２の下部１２ａには、図４に示すように、載置台１４の外縁の下方において排気口２２ｈが形成されている。この排気口２２ｈには、図９に示す排気装置５２が接続している。
再び図２を参照すると、成膜装置１０は、当該成膜装置１０の各要素を制御するための制御部６０を更に備えていてもよい。制御部６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、入力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部６０では、メモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、成膜装置１０の各要素を制御することができる。一実施形態においては、制御部６０は、載置台１４の回転速度を制御するために駆動装置２４ａに制御信号を送出し、被処理基体Ｗの温度を制御するためにヒータ２６に接続された電源に制御信号を送出し、第１の前駆体ガスの流量を制御するために弁１６ｖ及び流量制御器１６ｃに制御信号を送出し、第２の前駆体ガスの流量を制御するために弁１７ｖ及び流量制御器１７ｃに制御信号を送出し、排気口１８ａに接続する排気装置３４の排気量を制御するために当該排気装置３４に制御信号を送出し、パージガスの流量を制御するために弁２０ｖ及び流量制御器２０ｃに制御信号を送出し、マイクロ波のパワーを制御するためにマイクロ波発生器４８に制御信号を送出し、反応ガスの流量を制御するために弁５０ｖ及び流量制御器５０ｃに制御信号を送出し、排気装置５２の排気量を制御するよう当該排気装置５２に制御信号を送出することができる。
かかる成膜装置１０は、第１の領域Ｒ１において第１の前駆体ガスを被処理基体Ｗの表面に化学吸着させ、第２の領域Ｒ２において被処理基体Ｗに吸着した第１の前駆体ガスの層を反応ガスのプラズマにより改質することができる。例えば、第１の前駆体ガスがＤＣＳである場合には、水素ガスのプラズマによる還元反応により、被処理基体Ｗの表面に化学吸着したＤＣＳの層から塩素を引き出し、シリコン原子の膜を被処理基体Ｗの表面に形成することができる。また、成膜装置１０は、第１の領域Ｒ１において第２の前駆体ガスを被処理基体Ｗの表面に化学吸着させ、第２の領域Ｒ２において被処理基体Ｗに吸着した第２の前駆体ガスの層を反応ガスのプラズマにより改質することができる。例えば、第２の前駆体ガスがＡｓＣｌＨ２ガスである場合には、水素ガスのプラズマによる還元反応により、被処理基体Ｗの表面に化学吸着したＡｓＣｌＨ２ガスの層から塩素を引き出し、Ａｓ原子の層を被処理基体Ｗの表面に形成することができる。なお、第２の領域Ｒ２の圧力は、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上であることが好ましい。例えば、第２の領域Ｒ２の圧力は、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）〜５０Ｔｏｒｒ（６６６６Ｐａ）であることが好ましく、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）であることがより好ましい。かかる圧力下において水素ガスのプラズマが励起されることにより、水素イオンが多量に生成され、第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスの層から塩素を引き抜く還元作用がより好適に発揮される。
また、成膜装置１０では、載置台１４の回転により第１の領域Ｒ１を被処理基体Ｗが通過するときに、当該第１の領域Ｒ１に供給するガスを第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスから選択することができる。したがって、成膜装置１０では、第１の前駆体ガスを第１の領域Ｒ１に供給する回数と第２の前駆体ガスを第１の領域Ｒ１に供給する回数の比を調整することにより、被処理基体Ｗに形成される膜内におけるドーパントの濃度を調整することができる。
また、別の実施形態では、成膜装置１０は、第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスの混合ガスを第１の領域Ｒ１に供給することができる。この実施形態では、混合ガスにおける第１の前駆体ガスの流量と第２の前駆体ガスの流量の比を調整することにより、被処理基体Ｗに形成される膜内におけるドーパントの濃度を調整することができる。
次に、成膜装置１０による成膜を好適に用いることができる半導体装置／ＬＳＩ大規模集積回路の例を説明する。図１２は、一実施形態の成膜装置をその製造工程に用いることができる半導体装置の一例を示す斜視図である。図１２に示す半導体装置Ｄ１０は、フィン型ＭＯＳトランジスタである。半導体装置Ｄ１０は、基板Ｄ１２、絶縁膜Ｄ１４、フィンＤ１６、ゲート絶縁膜Ｄ１８、及び、ゲート電極Ｄ２０を備えている。絶縁膜Ｄ１４は、基板Ｄ１２上に設けられている。フィンＤ１６は、略直方体形状を有しており、絶縁膜Ｄ１４上に設けられている。ゲート絶縁膜Ｄ１８は、フィンＤ１６の一部分の側面及び上面を覆うように設けられている。ゲート電極Ｄ２０は、ゲート絶縁膜Ｄ１８上に設けられている。
半導体装置Ｄ１０では、ゲート絶縁膜Ｄ１８の両側方においてフィンＤ１６に低濃度のドーパントを含む拡張領域Ｅ１０及びＥ１２が形成される。また、半導体装置Ｄ１０では、拡張領域Ｅ１０及びＥ１２に隣接してフィンＤ１６に高濃度のドーパントを含むソース領域Ｓｒ１０及びドレイン領域Ｄｒ１０が更に形成される。
かかる半導体装置Ｄ１０のフィンＤ１６は、図１２に示すように、立体的な形状、即ち、上面及び側面を有している。成膜装置１０は、ＡＬＤ法に基づく成膜を実施できるので、このような立体的形状、即ち、上面及び側面に対しても、成膜を行うことができる。したがって、成膜装置１０によれば、フィンＤ１６の側面及び上面に均一な膜厚の拡張領域、ソース領域、及びドレイン領域を形成することが可能である。
また、成膜装置１０は、フィン型のＭＯＳトランジスタに加えて、図１３に示す半導体装置Ｄ３０の製造にも好適に用いることができる。図１３に示す半導体装置Ｄ３０は、ナノワイヤ型のＭＯＳトランジスタであり、上述した半導体装置Ｄ１０のフィンＤ１６に代えて、略柱状のナノワイヤ部Ｄ３２を備えている。半導体装置Ｄ３０では、ナノワイヤ部Ｄ３２の長手方向の一部の表面全体を覆うようにゲート絶縁膜Ｄ１８が形成されており、当該ゲート絶縁膜Ｄ１８を覆うようにゲート電極Ｄ２０が形成されている。半導体装置Ｄ３０においても、ゲート絶縁膜の両側方においてナノワイヤ部Ｄ３２に拡張領域（Ｅ１０及びＥ１２）が形成され、拡張領域の側方にソース領域及びドレイン領域が形成される。成膜装置１０によれば、ナノワイヤ部Ｄ３２の立体的表面にわたって均一な膜厚の拡張領域、ソース領域Ｓｒ１０、及びドレイン領域Ｄｒ１０を形成することが可能である。なお、成膜装置１０は、プレーナ型のＭＯＳトランジスタの拡張領域、ソース領域、及びドレイン領域に形成にも用いることが可能である。
以下、再び図１を参照する。プロセスモジュールＰＭ２は、成膜装置１０による成膜が行われた後に、搬送ロボットＲｂ２によって搬送される被処理基体Ｗを受け入れる。このプロセスモジュールＰＭ２は、被処理基体Ｗの表面にキャップ層を形成する。キャップ層は、例えば、ＳｉＮ膜であってもよく、後述するアニールによりドーパントが膜から離脱することを防止し得る。プロセスモジュールＰＭ２は、一実施形態においては、成膜装置１０と同様の構成を有し得る。この実施形態では、プロセスモジュールＰＭ２は、第１の領域Ｒ１にシリコンの前駆体ガス、例えば、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）を供給し、第２の領域Ｒ２において窒素ガス（Ｎ２ガス）又はＮＨ３ガスのプラズマを生成することができる。
プロセスモジュールＰＭ２によってキャップ層が設けられた被処理基体Ｗは、搬送ロボットＲｂ２によってプロセスモジュールＰＭ３に搬送される。プロセスモジュールＰＭ３は、一実施形態のアニール装置である。アニール装置には、一般的なランプ加熱を有したランプアニーラー、或いは、マイクロ波を利用したマイクロ波アニール装置を用いることが望ましい。プロセスモジュールＰＭ３は、その内部に収容した被処理基体Ｗに対してアニール処理を施す。これにより、プロセスモジュールＰＭ３は、被処理基体Ｗに形成されたドーパントを含む膜を活性化させる。一実施形態においては、プロセスモジュールＰＭ３は、Ｎ２ガス雰囲気中において、１０５０℃の温度で約１秒間、被処理基体Ｗを加熱し得る。このアニール処理の加熱時間は、通常の固相拡散で用いられる加熱処理の時間よりも相当に短く、例えば、０．１〜１０秒間であることが好ましく、０．５〜５秒間であることがより好ましい。したがって、ドーパントの過剰な拡散を抑制することができる。例えば、半導体装置／ＬＳＩ大規模集積回路のチャネル長方向におけるドーパントの拡散を抑制することが可能である。
以下、成膜システム１００を利用した成膜方法の実施形態について説明する。図１４は、一実施形態に係る成膜方法を示す流れ図である。図１４に示す成膜方法では、まず、工程Ｓ１において、被処理基体ＷがプロセスモジュールＰＭ１、即ち、成膜装置１０に搬送される。そして、成膜装置１０では、工程Ｓ２〜Ｓ８を含む成膜が実施される。なお、工程Ｓ２〜Ｓ８においては、ヒータ２６により被処理基体Ｗは、２００〜４００℃に加熱される。
（第１の前駆体ガス吸着工程：工程Ｓ２）
成膜装置１０では、まず、載置台１４の回転により、被処理基体Ｗが第１の領域Ｒ１に送られる。工程Ｓ２の実施時には、第１の領域Ｒ１には、第１の前駆体ガスが供給されている。したがって、工程Ｓ２では、第１の前駆体ガスが被処理基体Ｗの表面に化学吸着する。一実施形態においては、第１の前駆体ガスとして、ジクロロシラン（ＤＣＳ）が、流量３０ｓｃｃｍで第１の領域に供給される。
（パージ工程：工程Ｓ３）
次いで、載置台１４の回転に伴い、被処理基体Ｗが噴射口２０ａの下方を通過する。工程Ｓ３では、このとき、噴射口２０ａから噴射される不活性ガスにより、被処理基体Ｗに過剰に吸着した第１の前駆体ガスが除去される。一実施形態においては、不活性ガスはＡｒガスであり、その流量は５４０ｓｃｃｍである。
（プラズマ処理工程：工程Ｓ４）
次いで、載置台１４の回転に伴い、被処理基体Ｗは第２の領域Ｒ２に至る。工程Ｓ４の実施時には、第２の領域Ｒ２に、反応ガスが供給されており、また、プラズマ源としてマイクロ波が供給されている。一実施形態においては、反応ガスとして水素ガス、即ちＨ２ガスが６０ｓｃｃｍの流量で第２の領域Ｒ２に供給されており、また、２．４５ＧＨｚの周波数を有し３ｋＷのパワーを有するマイクロ波が第２の領域に供給されている。これにより、第２の領域Ｒ２では水素ガスのプラズマが生成されている。第２の領域Ｒ２においては、プラズマ中の水素イオンによる還元反応により、被処理基体Ｗに吸着されている第１の前駆体ガスの層から塩素が引き出される。これにより、被処理基体Ｗにはシリコン原子の層が形成される。なお、第２の領域Ｒ２の圧力は、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上であることが好ましい。例えば、第２の領域Ｒ２の圧力は、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）〜５０Ｔｏｒｒ（６６６６Ｐａ）であることが好ましく、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）であることがより好ましい。かかる高圧下では水素イオンが多量に発生するので、第１の前駆体ガスの層から塩素を引き抜く還元作用がより好適に発揮される。
（第２の前駆体ガス吸着工程：工程Ｓ５）
本方法では、工程Ｓ２〜Ｓ４が１回以上繰り返された後、工程Ｓ５が実施される。工程Ｓ５では、載置台１４の回転に伴い、被処理基体Ｗが第１の領域Ｒ１に至り、このとき、第１の領域Ｒ１には、第２の前駆体ガスが供給されており、当該第２の前駆体ガスが被処理基体Ｗの表面に化学吸着する。一実施形態では、第２の前駆体ガスは、ＡｓＣｌＨ２ガスであり、流量３０ｓｃｃｍで第１の領域Ｒ１に供給される。
（パージ工程：工程Ｓ６）
次いで、載置台１４の回転に伴い、被処理基体Ｗが噴射口２０ａの下方を通過する。工程Ｓ６では、噴射口２０ａから噴射される不活性ガスにより、被処理基体Ｗに過剰に吸着した第２の前駆体ガスが除去される。一実施形態においては、不活性ガスはＡｒガスであり、その流量は５４０ｓｃｃｍである。
（プラズマ処理工程：工程Ｓ７）
次いで、載置台１４の回転に伴い、被処理基体Ｗは第２の領域Ｒ２に至る。工程Ｓ７では、工程Ｓ４と同様に、被処理基体Ｗに対するプラズマ処理が行われる。一実施形態においては、反応ガスとして水素ガス、即ちＨ２ガスが６０ｓｃｃｍの流量で第２の領域Ｒ２に供給されており、また、２．４５ＧＨｚの周波数を有し３ｋＷのパワーを有するマイクロ波が第２の領域に供給されている。これにより、第２の領域Ｒ２では水素ガスのプラズマが生成されている。第２の領域Ｒ２においては、プラズマ中の水素イオンによる還元反応により、被処理基体Ｗに吸着されている第２の前駆体ガスの層から塩素が引き出される。これにより、被処理基体Ｗにはドーパント材料の層が形成される。本実施形態では、Ａｓの層が形成される。なお、工程Ｓ７における第２の領域Ｒ２の圧力も、工程Ｓ４と同様に、１Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。
本方法では、工程Ｓ５〜Ｓ７が、１回以上繰り返された後、工程Ｓ８において、工程Ｓ２〜工程Ｓ７の一連の工程を終了するか否かが判断される。一実施形態においては、工程Ｓ１〜工程Ｓ７の繰り返し回数は予め設定されており、工程Ｓ１〜工程Ｓ７の繰り返し回数が所定回数を超えると、本方法は、工程Ｓ９に移行する。
工程Ｓ９では、被処理基体ＷがプロセスモジュールＰＭ２に搬送される。そして、続く工程Ｓ１０において、プロセスモジュールＰＭ２において、被処理基体Ｗの表面にキャップ層が形成される。一実施形態では、キャップ層は、成膜装置１０と同様の構成の別の成膜装置であるプロセスモジュールＰＭ２において、第１の領域Ｒ１にＢＴＢＡＳを供給し、第２の領域Ｒ２においてＮＨ３ガスのプラズマを生成することにより、成膜することができる。
続く工程Ｓ１１では、被処理基体Ｗは、プロセスモジュールＰＭ２からプロセスモジュールＰＭ３に搬送される。プロセスモジュールＰＭ３では、被処理基体Ｗに対してアニー処理が行われる。これにより、被処理基体Ｗに形成されたドーパントを含む膜が活性化される。一実施形態においては、Ｎ２ガス雰囲気中において、１０５０℃の温度で約１秒間、被処理基体Ｗが加熱される。この加熱は、例えば、０．１〜１０秒間行われることが好ましく、０．５〜５秒間行われることがより好ましい。本方法では、このような短時間のアニールによりドーパントを含む膜を活性化することができ、ドーパントの過剰な拡散を抑制することができる。例えば、半導体装置／ＬＳＩのチャネル長方向におけるドーパントの拡散を抑制することが可能となる。また、上述したように、アニール処理前に被処理基体Ｗの表面に形成されているので、ドーパントを含む膜からドーパントが蒸発することを抑制することが可能である。
以上説明した成膜方法は、ＡＬＤ法に基づく成膜方法であるので、ドーパントを含む膜を高い均一性で立体的表面に対しても追従するように形成することが可能である。また、被処理基体Ｗに第１の前駆体ガスを吸着させる工程Ｓ２の実施回数と被処理基体Ｗに第２の前駆体ガスを吸着させる工程Ｓ５の実施回数の比を調整することにより、膜中におけるドーパントの濃度を調整することが可能である。
次に、図１５を参照して、成膜システム１００を用いた成膜方法の別の実施形態について説明する。図１５は、別の実施形態に係る成膜方法を示す流れ図である。図１５に示す成膜方法では、工程Ｓ２２において、第１の領域Ｒ１に第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスの混合ガスが供給されることにより、被処理基体Ｗ上に当該混合ガスが吸着される点において、図１４に示した成膜方法と異なっている。図１５に示す成膜方法では、混合ガスにおける第１の前駆体ガスの流量と第２の前駆体ガスの流量との比を調整することにより、被処理基体Ｗに形成する膜中のドーパントの濃度を調整することができる。
以上、種々の実施形態について説明したが、上述した実施形態に限定されることなく、種々の変形態様を構成することが可能である。例えば、上述した成膜装置１０は、セミバッチ式の成膜装置であったが、ドーパントを含む膜を成膜する成膜装置としては、図１６に示す成膜装置も利用可能である。
図１６に示す成膜装置１０Ａは、枚葉式の成膜装置であり、前駆体ガスを供給するための処理ヘッドを有するものである。具体的に、成膜装置１０Ａは、処理容器１２Ａ、処理容器１２Ａ内において被処理基体Ｗを保持する載置台１４Ａ、及び、処理容器１２Ａ内に反応ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成部２２Ａを備えている。
プラズマ生成部２２Ａは、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器２０２、及び、マイクロ波を処理容器１２Ａ内に導入するためのラジアルラインスロットアンテナ２０４を有している。マイクロ波発生器２０２は、導波管２０６を介して、マイクロ波のモードを変換するモード変換器２０８に接続されている。モード変換器２０８は、内側導波管２１０ａ及び外側導波管２１０ｂを有する同軸導波管２１０を介してラジアルラインスロットアンテナ２０４に接続されている。マイクロ波発生器２０２によって発生したマイクロ波は、モード変換器２０８においてモード変換され、ラジアルラインスロットアンテナ２０４に到達する。マイクロ波発生器２０２が発生するマイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚである。
ラジアルラインスロットアンテナ２０４は、処理容器１２Ａに形成された開口１２０ａを塞ぐ誘電体窓２１２、誘電体窓３４の直上に設けられたスロット板２１４、スロット板２１４の上方に設けられた冷却ジャケット２１６、及び、スロット板２１４と冷却ジャケット２１６との間に配置された誘電体板２１８を含んでいる。スロット板２１４は、略円板形状を有している。スロット板２１４には、互いに直交又は交差する方向に延在する二つのスロット孔を含む複数のスロット対が、当該スロット板２１４の径方向及び周方向に配列するよう設けられている。
誘電体窓２１２は、被処理基体Ｗに対面するように設けられている。スロット板２１４の中央には、内側導波管２１０ａが接続されており、冷却ジャケット２１６には、外側導波管２１０ｂが接続されている。冷却ジャケット２１６は導波管としても機能する。これにより、内側導波管２１０ａと外側導波管２１０ｂとの間を伝播するマイクロ波は、スロット板２１４と冷却ジャケット２１６との間を反射しながら、誘電体板２１８及び誘電体窓２１２を透過して処理容器１２Ａ内に到達する。
処理容器１２Ａの側壁には、反応ガスの供給口１２０ｂが形成されている。供給口１２０ｂには、反応ガスの供給源２２０が接続されている。反応ガスとしては、上述したように、水素ガスを用いることができる。成膜装置１０Ａでは、この反応ガスにマイクロ波が照射されることにより、反応ガスのプラズマが生成される。
処理容器１２Ａの底部には、処理容器１２Ａ内のガスを排気するための排気口１２０ｃが形成されている。排気口１２０ｃには、圧力調整器２２２を介して真空ポンプ２２４が接続されている。載置台１４Ａには、当該載置台１４Ａの温度を調節するための温度調節器２２６が接続されている。
成膜装置１０Ａは、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及びパージガスを噴射するための噴射口２４０ａが形成されたヘッド部２４０を更に備えている。ヘッド部２４０は、支持部２４２を介して駆動装置２４４に接続されている。駆動装置２４４は、処理容器１２Ａの外側に配置されている。駆動装置２４４により、ヘッド部２４０は、載置台１４Ａに対面する位置と、処理容器１２Ａ内に画成された退避空間１２０ｄとの間で移動することができる。なお、ヘッド部２４０が、退避空間１２０ｄ内に位置するときには、シャッター２４６が移動して退避空間１２０ｄを隔離する。
支持部２４２は、噴射口２４０ａにガスを供給するためのガス供給路を画成しており、当該支持部２４２のガス供給路には、第１の前駆体ガスの供給源２４６、第２の前駆体ガスの供給源２４８、及び、パージガスの供給源２５０が接続されている。これら供給源２４６、２４８、及び２５０は、何れも流量制御可能なガス供給源である。したがって、ヘッド部２４０からは、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及び、パージガスを選択的に、被処理基体Ｗに対して噴射可能である。
また、成膜装置１０Ａは、制御部２５６を備える。制御部２５６は、マイクロ波発生器２０２、真空ポンプ２２４、温度調節器２２６、駆動装置２４４、及び供給源２２０，２４６，２４８，２５０に接続されている。これにより、制御部２５６は、マイクロ波出力、処理容器１２Ａ内の圧力、載置台１４Ａの温度、ヘッド部２４０の移動、並びに、反応ガス、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、パージガスのガス流量及び供給タイミングをそれぞれ制御することができる。
成膜装置１０Ａのヘッド部２４０は、第１の前駆体ガス、第２の前駆体ガス、及び、パージガスが供給される小空間を載置台１４Ａとの間に画成することができる。また、処理容器１２Ａ内には、常時、反応ガスのプラズマを生成しておくことができる。このような成膜装置によれば、前駆体ガスを供給する空間を小さくすることができ、且つ、常時、処理容器１２Ａ内にプラズマを生成しておくことができるので、高いスループットを実現することができる。
なお、更に別の実施形態においては、ヘッド部２４０を有していない枚葉式の成膜装置が用いられてもよい。枚葉式の成膜装置では、処理容器内に供給されるガスが、第１の前駆体ガス、パージガス、反応ガス、第２の前駆体ガス、パージガス、反応ガス、パージガスの順に切り替えられることにより、上述したドーパントを含む膜の成膜を行うことができる。
また、上述したプロセスモジュールＰＭ３は、被処理基体Ｗを加熱してアニールを行うものであったが、ドーパントを含む膜を活性化するためのプロセスモジュールとしては、マイクロ波を被処理基体Ｗに照射するプロセスモジュールが用いられてもよい。
また、第１の前駆体ガスとしては、ＤＣＳに代えて、シラン、ジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、クロロシラン(ＳｉＨ３Ｃｌ)、トリクロロシラン(ＳｉＨＣｌ３)などの前駆体ガスが用いられてもよい。また、第２の前駆体ガスとしては、Ｂ２Ｈ６とＨｅとの混合ガス、ＢＦ３、ＡｓＨ３、ＡｓＨ４、又はＰＨ３ガスが用いられてもよい。なお、前駆体ガスが炭素を含有する場合には、反応ガスは水素ガスに加えて酸素ガスを含んでいてもよい。
また、上述した実施形態は、主として、シリコンとドーパントを含有する膜の成膜に関するものであるが、当該膜としては、シリコンに代えて、他の半導体材料又はＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体といった化合物半導体材料を含んでいてもよい。
別の実施形態のドーピング処理方法は、所望のドーパントを被処理基板へドーピングする方法であって、（ａ）その内部に被処理基体が配置されたチャンバー（処理容器）内に半導体材料の第１の前駆体ガスを供給し被処理基体に吸着させる、該工程と、（ｂ）処理容器内にドーパント材料の第２の前駆体ガスを供給し被処理基体に吸着させる、該工程と、（ｃ）処理容器内において被処理基体に吸着した原子吸着層をドーピングするように雰囲気ガス中でプラズマ処理を行う、該工程と、を含む。一実施形態においては、マイクロ波によってプラズマが励起されてもよい。
このドーピング処理方法は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスを被処理基体に吸着させた後、被処理基板に吸着したドーパントの原子吸着層をプラズマ処理によってドーピングする。したがって、本方法によれば、ドーパントを含む膜を、立体的構造を有する表面、即ち、互いに向きが異なる複数の表面に対しても均一でコンフォーマルに形成することが可能となる。コンフォーマルとは、立体構造を有する表面に濃度むらなく、均一にドーピングされる状況を示す。
１０…成膜装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…ガス供給部（第１及び第２の前駆体ガスの供給部）、２０…ガス供給部（パージガスの供給部）、２２…プラズマ生成部、６０…制御部、１００…成膜システム、ＰＭ１…プロセスモジュール（成膜装置）、ＰＭ２…プロセスモジュール（別の成膜装置）、ＰＭ３…プロセスモジュール（アニール装置）、Ｗ…被処理基体。

Claims (20)

  1. その内部に被処理基体が配置された処理容器内に半導体材料及び塩素原子を含む第１の前駆体ガスを供給する工程であり、該第１の前駆体ガスを前記被処理基体に吸着させる、該工程と、
    前記処理容器内にドーパント材料及び塩素原子を含む第２の前駆体ガスを供給する工程であり、該第２の前駆体ガスを前記被処理基体に吸着させる、該工程と、
    前記処理容器内において水素ガスのプラズマを生成する工程であり、該プラズマ中の水素イオンによって前記被処理基体に吸着した層から塩素原子を除去するようプラズマ処理を行う、該工程と、
    を含む成膜方法。
  2. 前記第１の前駆体ガスを供給する工程と前記第２の前駆体ガスを供給する工程が別個に行われる、請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記プラズマを生成する工程は、第１のプラズマ処理を行う工程と第２のプラズマ処理を行う工程を含み、
    前記第１のプラズマ処理を行う工程では、前記第１の前駆体ガスを供給する工程により前記被処理基体に吸着した層に対して、前記水素ガスのプラズマによるプラズマ処理が行われ、
    前記第２のプラズマ処理を行う工程では、前記第２の前駆体ガスを供給する工程により前記被処理基体に吸着した層に対して前記水素ガスのプラズマによるプラズマ処理が行われる、
    請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスはそれぞれ、水素原子を更に含む、請求項３に記載の成膜方法。
  5. 前記第１の前駆体ガスを供給する工程と前記第２の前駆体ガスを供給する工程とを同時に実施することにより、前記被処理基体に前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスの混合ガスを吸着させる、請求項１に記載の成膜方法。
  6. 前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスはそれぞれ、水素原子を更に含む、請求項５に記載の成膜方法。
  7. 前記プラズマ処理を行う工程では、マイクロ波によってプラズマが励起される、請求項１〜６の何れか一項に記載の成膜方法。
  8. 前記プラズマ処理を行う工程では、前記処理容器内の圧力が１３３．３Ｐａ〜６６６６Ｐａの範囲内の圧力に設定される、請求項７に記載の成膜方法。
  9. 前記第１の前駆体ガスを吸着させる工程、前記第２の前駆体ガスを吸着させる工程、及び、前記プラズマを生成する工程を含む一連の工程を一回以上繰り返した後に、前記被処理基体をアニールする工程を更に含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の成膜方法。
  10. 前記被処理基体をアニールする工程は、０．１〜１０秒間行われる請求項９に記載の成膜方法。
  11. 前記被処理基体をアニールする工程の前に、前記被処理基体の上に形成された膜の表面にキャップ層を形成する工程を更に含む、請求項９又は１０に記載の成膜方法。
  12. その内部に被処理基体が配置される処理容器と、
    半導体材料及び塩素原子を含む第１の前駆体ガス、並びに、ドーパント材料及び塩素原子を含む第２の前駆体ガスを前記被処理基体に吸着させるよう前記処理容器内に該第１の前駆体ガス及び該第２の前駆体ガスを供給する供給部と、
    前記被処理基体に吸着した層から、プラズマ中の水素イオンによって塩素原子を除去するようにプラズマ処理を行うために、前記処理容器内において水素ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    を備える成膜装置。
  13. 前記供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部を更に備える、請求項１２に記載の成膜装置。
  14. 前記制御部は、
    前記処理容器内に前記第１の前駆体ガスを供給するよう前記供給部を制御し、
    前記第１の前駆体ガスの供給により前記被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために前記水素ガスのプラズマを生成するよう前記プラズマ生成部を制御し、
    前記処理容器内に前記第２の前駆体ガスを供給するよう前記供給部を制御し、
    前記第２の前駆体ガスの供給により前記被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために前記水素ガスのプラズマを生成するよう前記プラズマ生成部を制御する、
    請求項１３に記載の成膜装置。
  15. 前記供給部は、前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスの混合ガスを前記処理容器内に供給し、
    前記制御部は、
    前記処理容器内に前記混合ガスを供給するよう前記供給部を制御し、
    前記混合ガスの供給により前記被処理基体に吸着した層に対してプラズマ処理を行うために前記水素ガスのプラズマを生成するよう前記プラズマ生成部を制御する、
    請求項１３又は１４に記載の成膜装置。
  16. 前記第１の前駆体ガス及び前記第２の前駆体ガスはそれぞれ、水素原子を更に含む、請求項１２〜１５の何れか一項に記載の成膜装置。
  17. 前記プラズマ生成部は、マイクロ波により前記水素ガスのプラズマを励起する、請求項１２〜１６の何れか一項に記載の成膜装置。
  18. 前記成膜装置は、ＡＬＤ成膜を利用したドーピングシステムの成膜装置である、請求項１２〜１７の何れか一項に記載の成膜装置。
  19. 請求項１２〜１８の何れか一項に記載の成膜装置と、
    前記成膜装置によって処理された被処理基体を受け入れて、該被処理基体をアニールするアニール装置と、
    を備える成膜システム。
  20. 前記成膜装置と真空搬送系を介して接続されており、前記成膜装置から被処理基体を受け入れて、該被処理基体の表面にキャップ層を形成する別の成膜装置を更に備え、
    前記アニール装置は前記別の成膜装置から搬送された被処理基体をアニールするよう該別の成膜装置に接続されている、
    請求項１９に記載の成膜システム。
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