特許 5723243 成膜方法、これを含む半導体装置の製造方法、成膜装置、及び半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5723243

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】成膜方法、これを含む半導体装置の製造方法、成膜装置、及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20150507BHJP

   H01L 21/8242 20060101ALI20150507BHJP

   H01L 27/108 20060101ALI20150507BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20150507BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20150507BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   H01L27/10 621Z

   H01L27/10 671B

   H01L27/10 651

   H01L21/90 P

   H01L21/318 B

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-176138(P2011-176138)

(22)【出願日】2011年8月11日

(65)【公開番号】特開2013-41879(P2013-41879A)

(43)【公開日】2013年2月28日

【審査請求日】2014年1月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓介

(72)【発明者】

【氏名】門永 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】両角 友一朗

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０４７９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５１６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２９２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４４４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７００１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９９７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４６４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３９０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８７１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６０４５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５−２１／３２１３、２１／３６５、

２１／４６９−２１／４７５、２１／７６８、２１／８２２９、

２１／８２４２−２１／８２４７、２１／８６、

２３／５２−２３／５２２、２７／１０−２７／１１５、

２７／２８、５１／０５、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６、

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を保持する基板保持部が収容される反応管と、
シリコンを含む第１の原料ガスを前記反応管へ供給する第１のガス供給部であって、前記第１の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第１の開閉弁を有する当該第１のガス供給部と、
ホウ素を含む第２の原料ガスを前記反応管へ供給する第２のガス供給部であって、前記第２の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第２の開閉弁を有する当該第２のガス供給部と、
チッ素を含む第３の原料ガスを前記反応管へ供給する第３のガス供給部であって、前記第３の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第３の開閉弁を有する当該第３のガス供給部と、
前記反応管と、当該反応管と接続される排気部との間に設けられ、前記反応管と前記排気部とを連通させ、遮断する第４の開閉弁と、を備える成膜装置において行われる成膜方法であって、
前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第１の開閉弁を開いて前記第１の原料ガスを前記反応管へ供給し、
第１の期間の経過後に、前記第１の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第１の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、
第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、
第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化シリコン層を形成する窒化シリコン層堆積ステップと、
前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第２の開閉弁を開いて前記第２の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第２の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第２の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化ホウ素層を形成する窒化ホウ素層堆積ステップと
を複数回ずつ繰り返すことにより、ホウ素添加窒化シリコン膜を成膜する成膜方法。

【請求項2】

前記第３の原料ガスを供給する際には、前記第３の原料ガスがプラズマにより活性化される、請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

前記第３の原料ガスを供給する際に、前記反応管内の圧力が所定の圧力に制御される、請求項１又は２に記載の成膜方法。

【請求項4】

複数の基板を保持する基板保持部が収容される反応管と、
シリコンを含む第１の原料ガスを前記反応管へ供給する第１のガス供給部であって、前記第１の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第１の開閉弁を有する当該第１のガス供給部と、
ホウ素を含む第２の原料ガスを前記反応管へ供給する第２のガス供給部であって、前記第２の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第２の開閉弁を有する当該第２のガス供給部と、
チッ素を含む第３の原料ガスを前記反応管へ供給する第３のガス供給部であって、前記第３の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第３の開閉弁を有する当該第３のガス供給部と、
前記反応管と、当該反応管と接続される排気部との間に設けられ、前記反応管と前記排気部とを連通させ、遮断する第４の開閉弁と、
前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第１の開閉弁を開いて前記第１の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第１の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第１の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化シリコン層が形成され、前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第２の開閉弁を開いて前記第２の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第２の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第２の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化ホウ素層が形成され、前記窒化シリコン層の形成と前記窒化ホウ素層の形成とを複数回ずつ繰り返すように、前記第１の開閉弁、前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁、及び前記第４の開閉弁を制御する制御部と
を備える成膜装置。

【請求項5】

前記第３の原料ガスを活性化するプラズマを生成するプラズマ生成部を更に備える、請求項４に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記反応管と前記排気部との間に設けられ、前記反応管内の圧力を調整する圧力調整弁を更に備える、請求項４又は５に記載の成膜装置。

【請求項7】

電界効果トランジスタと、柱状形状を有するキャパシタとを有する半導体装置を製造する製造方法であって、
前記電界効果トランジスタが形成された基板上に、ホウ素添加窒化シリコン膜を含む多層膜を形成し、
前記多層膜を貫通して、前記電界効果トランジスタの不純物拡散領域と電気的に接続され、柱状形状を有する第１の電極を形成し、
前記ホウ素添加窒化シリコン膜が残るように前記多層膜を除去し、
前記第１の電極の少なくとも側面に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜を覆う第２の電極を形成する工程を含み、
前記ホウ素添加窒化シリコン膜が、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜方法により形成される、
半導体装置の製造方法。

【請求項8】

電界効果トランジスタと、柱状形状を有するキャパシタとを有する半導体装置であって、
前記電界効果トランジスタの不純物拡散領域と電気的に接続し、柱状形状を有する第１の電極と、
前記第１の電極の少なくとも側面に形成される誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成される第２の電極と、
前記柱状形状を有する前記第１の電極の長手方向と交差する方向に延び、前記第２の電極の少なくとも一部を貫通して前記第１の電極を連結するホウ素添加窒化シリコン膜により形成される支持膜と
を備え、
前記ホウ素添加窒化シリコン膜が、請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜方法により形成される、
半導体装置。

【請求項9】

前記支持膜が、前記第１の電極の下端よりも上端に近い位置に位置する、請求項８に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハなどの基板に薄膜を成膜する成膜方法、これを含む半導体装置の製造方法、成膜装置、及び半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体記憶素子の更なる高集積化のため、キャパシタのウエハ面上の占有面積を低減しつつ静電容量を十分に確保できる柱状構造を有するメモリセルが注目を集めている。具体的には、このメモリセルにおけるキャパシタは、柱状形状を有する下部電極と、その側面に形成される誘電体膜と、その上に形成される上部電極とにより構成される。柱状形状の下部電極の側面を利用することにより、キャパシタの面積を確保することが可能となり、したがって十分な静電容量が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５３４１８号公報

【特許文献2】特開２００６−２８７１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の柱状形状の下部電極は、高集積化の要請から２次元的に高密度に林立するように形成されるため、例えば直径約４０ｎｍで、高さ約２０００ｎｍといった高アスペクト比を有している。このため、メモリセルの製造過程において下部電極が倒壊してしまうという問題が生じ得る。

【0005】

これを防止するため、基板面と平行に延び、複数の下部電極の上端付近を繋いで下部電極を支持する支持膜を設ける試みが行われている。例えば特許文献１には、ルテニウム（Ｒｕ）により形成されるピラー型電極の上部を連結する窒化シリコン膜が開示されている。

【0006】

一方、半導体記憶素子の開発動向として、高集積化のために限界寸法の更なる低減が求められている。限界寸法の低減は、例えば絶縁膜による絶縁特性の悪化を招くおそれがあり、これを防止するため、従来は使用されていなかった絶縁体材料が使用されるようになってきている。新しい材料のなかには、例えば成膜温度がこれまでの材料よりも低いものもある。この場合、その絶縁膜を成膜した後のプロセスにおいて、その成膜温度よりも高い温度に基板を加熱すると、その絶縁膜が劣化するなどの問題が生じ得る。そのため、後続のプロセス温度を低くしなければならなくなるが、そうすると、例えば上述の支持膜に働く応力が大きくなり、却って柱状形状の下部電極が倒壊してしまう事態ともなる。

【0007】

本発明は、上記に照らし、柱状形状を有し密に配列される電極の倒壊を防ぐことが可能な成膜方法、これを含む半導体装置の製造方法、成膜装置、及び半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の観点によれば、複数の基板を保持する基板保持部が収容される反応管と、シリコンを含む第１の原料ガスを前記反応管へ供給する第１のガス供給部であって、前記第１の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第１の開閉弁を有する当該第１のガス供給部と、ホウ素を含む第２の原料ガスを前記反応管へ供給する第２のガス供給部であって、前記第２の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第２の開閉弁を有する当該第２のガス供給部と、チッ素を含む第３の原料ガスを前記反応管へ供給する第３のガス供給部であって、前記第３の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第３の開閉弁を有する当該第３のガス供給部と、前記反応管と、当該反応管と接続される排気部との間に設けられ、前記反応管と前記排気部とを連通させ、遮断する第４の開閉弁と、を備える成膜装置において行われる成膜方法であって、前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第１の開閉弁を開いて前記第１の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第１の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第１の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化シリコン層を形成する窒化シリコン層堆積ステップと、前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第２の開閉弁を開いて前記第２の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第２の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第２の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化ホウ素層を形成する窒化ホウ素層堆積ステップと、を複数回ずつ繰り返すことにより、ホウ素添加窒化シリコン膜を成膜する成膜方法が提供される。

【0009】

本発明の第２の観点によれば、複数の基板を保持する基板保持部が収容される反応管と、シリコンを含む第１の原料ガスを前記反応管へ供給する第１のガス供給部であって、前記第１の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第１の開閉弁を有する当該第１のガス供給部と、ホウ素を含む第２の原料ガスを前記反応管へ供給する第２のガス供給部であって、前記第２の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第２の開閉弁を有する当該第２のガス供給部と、チッ素を含む第３の原料ガスを前記反応管へ供給する第３のガス供給部であって、前記第３の原料ガスの前記反応管への供給及び停止を制御する第３の開閉弁を有する当該第３のガス供給部と、前記反応管と、当該反応管と接続される排気部との間に設けられ、前記反応管と前記排気部とを連通させ、遮断する第４の開閉弁と、前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第１の開閉弁を開いて前記第１の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第１の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第１の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化シリコン層が形成され、前記第４の開閉弁を閉じたまま、前記第２の開閉弁を開いて前記第２の原料ガスを前記反応管へ供給し、第１の期間の経過後に、前記第２の開閉弁を閉じて、前記反応管へ供給された前記第２の原料ガスを前記反応管に閉じ込め、第２の期間の経過後に、前記第４の開閉弁を開いて前記反応管内を排気し、第３の期間の経過後に、前記第３の開閉弁を開いて前記第３の原料ガスを供給することにより前記基板上に窒化ホウ素層が形成され、前記窒化シリコン層の形成と前記窒化ホウ素層の形成とを複数回ずつ繰り返すように、前記第１の開閉弁、前記第２の開閉弁、前記第３の開閉弁、及び前記第４の開閉弁を制御する制御部と、を備える成膜装置が提供される。

【0010】

本発明の第３の観点によれば、電界効果トランジスタと、柱状形状を有するキャパシタとを有する半導体装置を製造する製造方法であって、前記電界効果トランジスタが形成された基板上に、ホウ素添加窒化シリコン膜を含む多層膜を形成し、前記多層膜を貫通して、前記電界効果トランジスタの不純物拡散領域と電気的に接続され、柱状形状を有する第１の電極を形成し、前記ホウ素添加窒化シリコン膜が残るように前記多層膜を除去し、
前記第１の電極の少なくとも側面に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜を覆う第２の電極を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法が提供される。

【0011】

本発明の第４の観点によれば、電界効果トランジスタと、柱状形状を有するキャパシタとを有する半導体装置であって、前記電界効果トランジスタの不純物拡散領域と電気的に接続し、柱状形状を有する第１の電極と、前記第１の電極の少なくとも側面に形成される誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成される第２の電極と、前記柱状形状を有する前記第１の電極の長手方向と交差する方向に延び、前記第２の電極の少なくとも一部を貫通して前記第１の電極を連結するホウ素添加窒化シリコン膜により形成される支持膜と、を備える半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明の実施形態によれば、柱状形状を有し密に配列される電極の倒壊を防ぐことが可能な成膜方法、これを含む半導体装置の製造方法、成膜装置、及び半導体装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。

【図2】本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図3】図２に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図4】図３に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図5】図４に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図6】図５に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図7】図６に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図8】図７に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図9】図８に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図10】図９に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図11】図１０に引き続いて、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する説明図である。

【図12】図２から図１１までを参照しながら説明した半導体装置の製造方法に好適に使用し得る成膜装置を示す概略図である。

【図13】図１２の成膜装置を示す概略上面図である。

【図14】本発明の実施形態による成膜方法を説明するタイミングチャートである。

【図15】本発明の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結果を説明する図である。

【図16】本発明の実施形態による半導体装置、及びその製造方法により得られる効果を説明する図である。

【図17】本発明の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別の結果を説明する図である。

【図18】本発明の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別の結果を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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、同一または対応する部材または部品については、同一また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。

【0015】

（第１の実施形態）
図１から図１１までを参照しながら、本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法について、ピラー型キャパシタを含むメモリセルを製造する場合を例にとり説明する。
図１は、本実施形態による半導体装置であるメモリセルの一例を示す断面図である。図示のとおり、メモリセル１００は、ｐ型のシリコンウエハＷ（以下、ウエハＷ）に形成される（電界効果）トランジスタＴｒと、層間絶縁膜１を介してトランジスタＴｒの上方に形成されるキャパシタＣとを有している。トランジスタＴｒは、ウエハＷに局所的に絶縁体を埋め込むことにより形成された素子分離領域５０と、素子分離領域５０により区画される活性化領域においてウエハＷに形成された凹部の側壁を覆うゲート酸化膜５１ｓと、ゲート酸化膜５１ｓにより画成される凹部を埋め込むとともに、凹部よりも上方に突出するように形成されるゲート電極５１ｅと、ソース／ドレイン領域としての不純物拡散領域５１ｃ，５１ｎとを有している。

【0016】

また、トランジスタＴｒの不純物拡散領域５１ｃは、コンタクトプラグ５１ｐを介してビット線５１ｂと電気的に接続されている。一方、素子分離領域５０上にはワード線５１ｗが形成されている。また、ゲート電極５１ｅ及びワード線５１ｗの上には例えば窒化シリコンからなる絶縁膜５４が形成され、これらを覆うように絶縁膜５３が形成されている。絶縁膜５３の上には、上述の層間絶縁膜１が形成されている。

【0017】

キャパシタＣは、ピラー形状を有する下部電極７Ｌと、下部電極７Ｌを覆う誘電体層７Ｋと、誘電体層７Ｋ上に設けられる上部電極７Ｕとを有している。下部電極７Ｌは、ソース電極又はドレイン電極を兼ねるコンタクトプラグ２を介してトランジスタＴｒの不純物拡散領域５１ｎと電気的に接続されている。
また、下部電極７Ｌは、本実施形態においてはルテニウム（Ｒｕ）から形成され、例えば約４０ｎｍの直径と、約２０００ｎｍの高さとを有している。下部電極７Ｌのアスペクト比（高さ／直径）が大きい場合には、下部電極７Ｌが倒壊するおそれがあるため、下部電極７Ｌの上部に下部電極７Ｌの倒壊を防ぐためのサポート膜５が設けられている。サポート膜５は、後述のとおりホウ素を含有する窒化シリコン（ＳｉＢＮ）により形成される。説明の便宜上、以下の説明においてサポート膜５をＳｉＢＮ膜という場合がある。

【0018】

また、誘電体層７Ｋは、例えばハフニウムオキサイド（ＨｆＯ_２）、アルミニウムオキサイド（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）といった高誘電体（high-k）材料から構成される。また、これらの材料を積層した多層膜により誘電体層７Ｋを形成しても良い。
また、上部電極７Ｕは、Ｒｕ、Ｗなどの金属又はポリシリコンにより形成することができる。

【0019】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明では、図１に示す半導体装置１００を製造する場合を例にとる。
（トランジスタＴｒの形成）
始めに、半導体装置１００のトランジスタＴｒの製造について説明する。まず、フォトリソグラフィ技術により、素子分離領域５０となる凹部をウエハＷに形成し、凹部を埋め込むようにウエハＷ上に例えば酸化シリコンを堆積し、その酸化シリコン膜を例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法により除去することにより、素子分離領域５０が形成される。次いで、ウエハＷ表面における素子分離領域５０の間の領域に対して、リン等のｎ型不純物をイオン注入する。この後、イオンが注入された領域の上にマスク層を形成して、ウエハＷに凹部を形成する。これにより、イオンが注入された領域が分離されて、不純物拡散領域５１ｃ及び５１ｎが得られる。また、マスク層を残したまま、熱酸化法により凹部の内面にゲート酸化膜５１ｓを形成する。続けて、ゲート酸化膜５１ｓで画成される凹部を埋め込むように例えばＴｉＮなどの金属と窒化シリコンとをこの順で堆積し、マスク層を除去（リフトオフ）すると、ゲート電極５１ｅ及び絶縁膜５４が得られる。
なお、マスク層には、素子分離領域５０の表面に対応した開口が設けられており、これにより、ゲート電極５１ｅとともにワード線５１ｗが形成され、ワード線５１ｗ上にも絶縁膜５４が得られる。
次に、ゲート電極５１ｅ、絶縁膜５４、及びウエハＷの表面を覆うように絶縁膜５３を形成する。次いで、絶縁膜５３中に、不純物拡散領域５１ｃと接続するコンタクトプラグ５１ｐを形成した後、コンタクトプラグ５１ｐと接続するビット線５１ｂを形成する。次に、絶縁膜５３及びビット線５１ｂを覆うように層間絶縁膜１を形成した後、フォトリソグラフィ技術及びエッチングにより、コンタクトプラグ２を形成するため、層間絶縁膜１及び絶縁膜５３を貫く開口を形成する。

【0020】

続けて、開口の側面及び底面と、層間絶縁膜１の上とにチタン（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）をこの順で堆積した後、開口を埋め込むようにタングステン（Ｗ）を堆積する。この後、層間絶縁膜１上に堆積されたＴｉ、ＴｉＮ、及びＷを、ＣＭＰ法により除去し、層間絶縁膜１を露出させる。これにより、層間絶縁膜１及び絶縁膜５３を貫通し、不純物拡散領域５１ｎに電気的に接続するコンタクトプラグ２が形成される。この後、層間絶縁膜１上に、絶縁膜（窒化シリコン）３を形成すると、トランジスタＴｒの形成が終了する。

【0021】

（キャパシタＣの形成）
次に、図２から図１１までを参照しながら、メモリセル１００のキャパシタＣの形成方法を説明する。図２から図１１は、説明の便宜上、トランジスタＴｒを省略する。また、図２から図８においては２つの断面図を示す。各図の（ａ）は、図１に示す断面（ｘ−ｚ面）に対応した断面を示し、図（ｂ）は、図（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図（ｚ−ｙ面）を示す。

【0022】

図２に示すように、絶縁膜３の上に、酸化シリコン膜４、ボロンを含有する窒化シリコン（ＳｉＢＮ）膜５、酸化シリコン膜６、アモルファスカーボン膜７、及び反射防止膜８をこの順に例えばＣＶＤ法により堆積する。これらの膜の膜厚を例示すると、絶縁膜３は５０〜１００ｎｍであり、酸化シリコン膜４は１〜３μｍであり、ＳｉＢＮ膜５は約１００ｎｍであり、酸化シリコン膜６は約１００ｎｍであり、アモルファスカーボン膜７は約８００ｎｍである。また、反射防止膜８は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層と、この上に堆積される酸化シリコン膜とにより構成され得る。
なお、ＳｉＢＮ膜５は、後述する本発明の実施形態による堆積方法によって好適に成膜される。この成膜方法については後述する。

【0023】

また、反射防止膜８の上にはフォトレジスト膜９が形成されており、図２（ａ）に示すように、フォトレジスト膜９は、ｙ軸方向に延びるラインがｘ軸方向に所定のピッチで配列されるライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンへとパターニングされている。ここで、Ｌ／Ｓパターンのスペースは、コンタクトプラグ２の上方に位置しており、また、スペースの幅はコンタクトプラグ２の幅（直径）と等しい。

【0024】

次に、フォトレジスト膜９をマスクとして用い、ＣＦ_４ガスを用いた異方性ドライエッチングにより反射防止膜８をエッチングし、さらに、フォトレジスト膜９とエッチングされた反射防止膜８とをマスクとして用い、酸素（Ｏ_２）ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、アモルファスカーボン膜７をエッチングする。このとき、フォトレジスト膜９もまたＯ_２ガスを用いたエッチングにより除去される。この結果、図３に示す構造が得られる。

【0025】

次いで、Ｌ／Ｓパターンが転写されたアモルファスカーボン膜７をマスクとして用い、異方性ドライエッチングにより、酸化シリコン膜６、ＳｉＢＮ膜５、酸化シリコン膜４、及び絶縁膜３（窒化シリコン）をエッチングする。この結果、図４（ａ）に示すように、酸化シリコン膜６、ＳｉＢＮ膜５、酸化シリコン膜４、及び絶縁膜３を貫き、ｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に所定のピッチで配列される複数の溝部１０が形成される。溝部１０の底部にはコンタクトプラグ２が露出している。

【0026】

次に、エッチングされずに残る酸化シリコン膜６の表面を覆い、溝部１０を埋め込むようにルテニウム（Ｒｕ）膜１１をＣＶＤ法により堆積する。この後、酸素（Ｏ_２）ガスと塩素（Ｃｌ_２）ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングにより、又はＣＭＰにより、酸化シリコン膜６が露出するまでＲｕ膜１１を除去する。この結果、図５（ａ）に示すように、溝部１０に埋め込まれたＲｕ膜１１が、酸化シリコン膜６の表面に露出することとなる。なお、Ｒｕ膜１１は、底部においてコンタクトプラグ２と電気的に接続されている。

【0027】

次いで、酸化シリコン膜６の表面と、ここに露出するＲｕ膜１１との上に、図６に示すように、酸化シリコン膜１２、アモルファスカーボン膜１３、及び反射防止膜１４をこの順に堆積する。ここで、酸化シリコン膜１２の膜厚は９０〜１１０ｎｍであり、アモルファスカーボン膜１３の膜厚は７２０〜８８０ｎｍである。また、反射防止膜１４は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層と、この上に堆積される酸化シリコン膜とにより構成され得る。また、反射防止膜１４の上にはフォトレジスト膜１７が形成されている。このフォトレジスト膜１７は、図６（ｂ）に示すように、ｘ軸方向に延びるラインがｙ軸方向に所定のピッチで配列されるＬ／Ｓパターンへとパターニングされている。また、フォトレジスト膜１７におけるラインは、コンタクトプラグ２の配列方向（ｘ軸方向）に沿うと共に、これらのコンタクトプラグ２の上方に位置している。
なお、図２に示したフォトレジスト膜９のラインはｙ軸方向に延びていたため、フォトレジスト膜９に基づいて形成されたＲｕ膜１１もまたｙ軸方向に延びている。一方、図６に示したフォトレジスト膜１７のラインはｘ軸方向に延びている。すなわち、上方から（−ｚ軸方向から）見ると、Ｒｕ膜１１とフォトレジスト膜１７のラインとが井桁状に配列されている。そして、Ｒｕ膜１１におけるフォトレジスト膜１７のラインと重なる部分の下方に、コンタクトプラグ２が位置している。

【0028】

次に、フォトレジスト膜１７をマスクとして用い、ＣＦ_４ガスを用いた異方性ドライエッチングにより反射防止膜１４をエッチングする。そして、フォトレジスト膜１７と、フォトレジスト膜１７のＬ／Ｓパターンが転写された反射防止膜１４とをマスクとして用い、酸素（Ｏ_２）ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、アモルファスカーボン膜１３をエッチングする。これにより、フォトレジスト膜１７のＬ／Ｓパターンがアモルファスカーボン膜１３に転写される。また、このエッチングにより、フォトレジスト膜１７もまた除去される。この結果、図７に示す構造が得られる。

【0029】

次に、アモルファスカーボン膜１３をマスクとして用い、異方性ドライエッチングにより酸化シリコン膜１２、酸化シリコン膜６、ＳｉＢＮ膜５、及び酸化シリコン膜４をエッチングする。この結果、図８に示す構造が得られる。この構造を斜視図で示すと図９のとおりである。すなわち、この構造は、ｘ軸方向に延び、ｙ軸方向に所定のピッチで配列される複数の第１の壁部Ｗ１と、第１の壁部Ｗ１に直交する、ｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に所定のピッチで配列される第２の壁部Ｗ２とを有している。第２の壁部Ｗ２は、Ｒｕ膜１１から構成されており、第１の壁部Ｗ１は、Ｒｕ膜１１を含むと共に、アモルファスカーボン膜１３を用いたエッチングにおいて残存した酸化シリコン膜４、ＳｉＢＮ膜５、酸化シリコン膜６、及び酸化シリコン膜１２を有している。

【0030】

次に、酸化シリコン膜１２をマスクとして用い、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置においてＲｕ膜１１を異方性エッチングする。この異方性エッチングでは、酸素（Ｏ_２）ガスと塩素（Ｃｌ_２）ガスを混合したガスがエッチングガスとして用いられる。このエッチングにより、図９に示す、露出した第２の壁部Ｗ２が除去され、第１の壁部Ｗ１が残ることとなる（図１０参照）。

【0031】

続いて、希フッ酸（ＤＨＦ）を用いた湿式エッチングにより、第１の壁部Ｗ１内に残存している酸化シリコン膜１２、酸化シリコン膜６、及び酸化シリコン膜４を除去すると、図１１に示すように、層間絶縁膜１及び絶縁膜３上に、Ｒｕ膜１１とＳｉＢＮ膜５とが残る。このＲｕ膜１１は、コンタクトプラグ２の上に立設するとともに、マトリックス状に配置される複数の柱状形状を有しており、下部電極７Ｌに相当する。図１１に示すように、下部電極７Ｌは、ｘ軸方向に延びるＳｉＢＮ膜５により上部において連結され、これにより倒壊が防止されている。

【0032】

次に、下部電極７Ｌ、絶縁膜３、及びＳｉＢＮ膜５の露出面を覆うように誘電体層７Ｋを形成する。この後、ＣＶＤ法により、Ｒｕ、Ｗなどの金属またはポリシリコンを用いて、上部電極７Ｕを形成する。そして、上部電極７Ｕ上に層間絶縁膜７３、配線７４、及び表面保護膜７５（図１）を形成すると、図１に示す半導体装置１１１が完成する。

【0033】

（第３の実施形態）
次に、上述のＳｉＢＮ膜５を成膜するに好適な、本発明の実施形態による成膜装置について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。
図１２は、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り、図１３は、成膜装置（加熱手段は省略）を示す横断面図である。図示のとおり、成膜装置２００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器４００を有している。処理容器４００は、例えば石英により形成され、その天井には、石英製の天井板４１が設けられている。また、処理容器４００の下端開口部には、例えばステンレススチールにより形成された、円筒体形状を有するマニホールド８００がＯリング等のシール部材８１を介して連結され、マニホールド８００によって処理容器４００が支持されている。マニホールド８００の下部開口から、多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート１２０が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施形態において、ウエハボート１２０の支柱１２Ａには、例えば５０〜１００枚の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持され得る。

【0034】

ウエハボート１２０は、石英製の保温筒１４０を介してテーブル１６０上に載置されており、このテーブル１６０は、マニホールド８００の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部１８０を貫通する回転軸Ｓにより支持される。回転軸Ｓと、回転軸Ｓが貫通する、蓋部１８０における貫通孔との間には、例えば磁性流体シール２２が介設され、この回転軸Ｓを気密に回転可能に支持している。また、蓋部１８の周辺部とマニホールド８００の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２４が介設されており、処理容器４００内の密閉性が保持されている。

【0035】

回転軸Ｓ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２６の先端に取り付けられており、ウエハボート１２０及び蓋部１８０等を一体的に昇降して処理容器４００内へ出し入れされる。尚、テーブル１６０を蓋部１８０へ固定し、ウエハボート１２０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。

【0036】

マニホールド８００には、プラズマ化される窒化ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する窒化ガス供給手段２８と、成膜ガスであるシラン系ガスとして例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給するシラン系ガス供給手段３０と、ボロン含有ガスとして例えばＢＣｌ_３ガスを供給するボロン含有ガス供給手段３２と、パージガスとして不活性ガス、例えばＮ_２ガスを供給するパージガス供給手段３６とが接続されている。

【0037】

具体的には、窒化ガス供給手段２８は、マニホールド８００の側壁を内側へ貫通し、屈曲されて上方向へ延びる石英管よりなるガス分散ノズル３８を有している。ガス分散ノズル３８には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３８Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３８Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスが噴射される。

【0038】

また、シラン系ガス供給手段３０は、マニホールド８００の側壁を内側へ貫通し、屈曲されて上方向へ延びる石英管よりなるガス分散ノズル４０を有している。ガス分散ノズル４０には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４０Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４０Ａから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスであるＤＣＳガスが噴射される。

【0039】

また、ボロン含有ガス供給手段３２は、マニホールド８００の側壁を内側へ貫通し、屈曲されて上方向へ延びる石英管よりなるガス分散ノズル４２を有している。ガス分散ノズル４２には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４２Ａ（図１３参照）が所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４２Ａから水平方向に向けて略均一にＢＣｌ_３ガスが噴射される。
また、パージガス供給手段３６は、マニホールド８００の側壁を内側へ貫通するガスノズル４６を有している。

【0040】

上述の各ノズル３８、４０、４２、４６には、それぞれのガス通路４８、５０、５２、５６が接続されている。各ガス通路４８、５０、５２、５６には、それぞれ開閉弁４８Ａ、５０Ａ、５２Ａ、５６Ａ、及び例えばマスフローコントローラなどの流量制御器４８Ｂ、５０Ｂ、５２Ｂ、５６Ｂが設けられている。これらにより、ＮＨ_３ガス、ＤＣＳガス、ＢＣｌ_３ガス、及びＮ_２ガスが、流量制御されて供給され得る。また、これらの各ガスの供給、停止、ガス流量の制御、排気系ＥＳの開閉弁８４ａ及び圧力調整弁８４ｂ、並びに高周波電源７６のオン・オフ制御等は、例えばコンピュータ等を含む制御部６０により行われる。制御部６０は、成膜装置１００の全体の動作も制御する。また、制御部６０は、制御を行うためのプログラムが記憶されている記憶媒体６２からプログラムを読み込み、読み込んだプログラムを実行することにより、成膜装置２００及び各構成部品又は部材を制御する。記憶媒体６２は、例えば、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、フロッピーディスク（登録商標）等であって良い。

【0041】

処理容器４００の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマを発生させて窒化ガスを活性化させる活性化部６６が形成されている。具体的には、活性化部６６は、処理容器４００の側壁に上下方向に細長く形成された開口７０を、その外側から、例えば石英製のプラズマ区画壁７２で気密に覆うことにより形成されている。より具体的には、開口７０に対して、その外側からプラズマ区画壁７２を溶接することにより形成されている。これにより、処理容器４００の側壁には、凹部状に外側へ窪み、処理容器４００に向かって開口する空間が形成される。開口７０は、ウエハボート１２０に保持される全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
また、プラズマ区画壁７２の外側において、両側壁に沿って、上下方向に延びて互いに対向する細長い一対のプラズマ電極７４が設けられている（図１３参照）。プラズマ電極７４にはプラズマ発生用の高周波電源７６が給電ライン７８を介して接続されており、プラズマ電極７４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより、プラズマ区画壁７２の内部空間にプラズマを発生させることができる。尚、高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。

【0042】

また、プラズマ区画壁７２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー８０が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー８０の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスや冷却水を流すことによりプラズマ電極７４が冷却され得る。

【0043】

また、窒化ガス用のガス分散ノズル３８は、途中で処理容器４００の半径方向外方へ屈曲されて、プラズマ区画壁７２のウエハボート１２０に対向する面に沿って起立している。したがって、高周波電源７６からプラズマ電極７４へ高周波電圧を印加すると、ガス分散ノズル３８のガス噴射孔３８Ａから噴射されたアンモニアガスは、プラズマ区画壁７２の内部空間で活性化され、処理容器４００内のウエハボート１２０に向かって流れる。

【0044】

一方、図１３に示すように、シラン系ガス用のガス分散ノズル４０とボロン含有ガス用のガス分散ノズル４２は、処理容器４００内において、プラズマ区画壁７２の開口７０の外側にそれぞれ起立している。各ノズル４０、４２に設けた各ガス噴射孔４０Ａ、４２Ａから処理容器４００の中心方向に向けてシラン系ガスとＢＣｌ_３ガスをそれぞれ噴射される。

【0045】

また、処理容器４００には、処理容器４００内を排気する細長い排気口６８が、ウエハボート１２０を対し活性化部６６を隔てて設けられている。また、排気口６８を覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材８２が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材８２は、処理容器４００の側壁に沿って上方に延びており、処理容器４００の上方にガス出口８４を有している。ガス出口８４は、開閉弁８４ａ、圧力調整弁８４ｂ、及び真空ポンプ８４ｐを含む排気系ＥＳに接続され、これらにより処理容器４００は真空に排気される。また、処理容器４００の外周を囲むようにしてこの処理容器４００及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱部８６が設けられている。

【0046】

（第４の実施形態）
次に、図１２及び図１３に加えて図１４を参照しながら、本発明の第４の実施形態による成膜方法について、上述の成膜装置２００を用いて上述のＳｉＢＮ膜を成膜する場合を例にとる。
まず、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズのウエハＷをウエハボート１２０（図１２）に搭載する。次いで、このウエハボート１２０を、予め所定の温度に設定された処理容器４００内に対して下方より挿入し、蓋部１８を閉じることにより処理容器４００を密閉する。処理容器４００うちを排気して所定の圧力に維持すると共に、加熱手段８６への供給電力を増大させることにより、ウエハＷを加熱してプロセス温度に維持する。

【0047】

次に、排気系ＥＳの開閉弁８４ａ（図１２）を開き、圧力調整弁８４ｂを全開にし、真空ポンプ８４ｐにより処理容器４００内を到達真空度まで排気する。この後、開閉弁８４ａを閉じて処理容器４００内を封止する。次いで、開閉弁５０Ａ（図１２）を開いて、シラン系ガス供給手段３０からＤＣＳガスを処理容器４００内へ供給し、所定の期間Ｔ１（図１４）の経過後、開閉弁５０Ａを閉じる。この後、所定の期間Ｔ２、処理容器４００は封止されたままに放置される。期間Ｔ１中に処理容器４００内に供給されたＤＣＳガスは、期間Ｔ１だけでなく期間Ｔ２においても処理容器４００内に閉じ込められており、これにより、ウエハボート１２０に保持されるウエハＷの表面にＤＣＳガスが十分に吸着する。

【0048】

次に、圧力調整弁８４ｂを全開にしたまま開閉弁８４ａを開いて、処理容器４００内の雰囲気中のＤＣＳガスを排気する。所定の期間Ｔ３の経過後、開閉弁４８Ａを（図１２）を開いて、窒化ガス供給手段２８からＮＨ_３ガスを処理容器４００内へ供給すると共に、圧力調整弁８４を例えば半開することにより、処理容器４００内を所定の圧力に維持する。所定の期間Ｔ４が経過し、処理容器４００内の圧力が安定した後、高周波電源７６をオンしてプラズマ電極７４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加すると、プラズマ区画壁７２の内部空間にプラズマが発生し、これによりＮＨ_３ガスが活性化される。ＮＨ_３の活性化により生成された活性種が、ウエハＷの表面に吸着したＤＣＳガスを窒化し、ウエハＷの表面に一又は数分子層のＳｉＮ層が形成される。所定の期間Ｔ５が経過した後、高周波電源７６をオフにし、開閉弁４８Ａを閉じると共に圧力調整弁８４ｂを全開することにより、処理容器４００内のＮＨ_３ガスを所定の期間Ｔ６だけ排気し、再び圧力調整弁８４ｂを閉める。続けて、以上の期間Ｔ１からＴ６までのサイクルが所定の回数繰り返され、所定の分子数を有するＳｉＮ膜がウエハＷの表面上に成膜される。

【0049】

次に、ＳｉＮ膜の成膜サイクルの最後の期間Ｔ６の後、圧力調整弁８４ｂを閉めたまま、シラン系ガス供給手段３０の開閉弁５０Ａの代わりに、ボロン含有ガス供給手段３２の開閉弁５２Ａを開いてＢＣｌ_３ガスを処理容器４００内に供給し、所定の期間Ｐ１の経過後、開閉弁５２Ａを閉じる。この後、所定の期間Ｐ２、処理容器４００は封止されたままに放置される。処理容器４００内に期間Ｐ１中に供給されたＢＣｌ_３ガスは、期間Ｐ１だけでなく期間Ｐ２においても処理容器４００内に閉じ込められており、これにより、ウエハボート１２０に保持されるウエハＷの表面（ＳｉＮ膜上）にＢＣｌ_３ガスが十分に吸着する。

【0050】

次に、圧力調整弁８４ｂを全開にしたまま開閉弁８４ａを開いて、処理容器４００内の雰囲気中のＢＣｌ_３ガスを排気する。所定の期間Ｐ３の経過後、開閉弁４８Ａを（図１２）を開いて、窒化ガス供給手段２８からＮＨ_３ガスを処理容器４００内へ供給すると共に、圧力調整弁８４を半開することにより、処理容器４００内を所定の圧力に維持する。所定の期間Ｐ４が経過し、処理容器４００内の圧力が安定した後、高周波電源７６をオンしてプラズマ電極７４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加すると、プラズマ区画壁７２の内部空間にプラズマが発生し、これによりＮＨ_３ガスが活性化される。ＮＨ_３の活性化により生成された活性種が、ウエハＷの表面に吸着したＢＣｌ_３ガスを窒化し、ウエハＷの表面に一又は数分子層のＢＮ層が形成される。所定の期間Ｐ５が経過した後、高周波電源７６をオフにし、開閉弁４８Ａを閉じると共に圧力調整弁８４ｂを全開することにより、処理容器４００内のＢＣｌ_３ガスを所定の期間Ｐ６だけ排気する。続けて、以上の期間Ｐ１からＰ６までのサイクルが所定の回数繰り返され、所定の分子数を有するＢＮ膜がウエハＷの表面上に成膜される。
これ以降、期間Ｔ１からＴ６までのＳｉＮ成膜サイクルと、期間Ｐ１からＰ６までのＢＮ成膜サイクルとが所定の回数ずつ繰り返され、ＳｉＢＮ膜が成膜される。また、ＳｉＮ成膜サイクルの回数と、ＢＮ成膜サイクルの回数とを変えることにより、ＳｉｘＢｙＮｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）膜の組成ｘ及び組成ｙを調整することができる。

【0051】

上記の成膜方法における条件を例示すると以下のとおりである。
・ＤＣＳ流量： ５０〜２０００ｓｃｃｍ
・ＢＣｌ_３流量： ５０〜３００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３流量： ５００〜５０００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３供給時の処理容器４００内圧力： １３．３〜１３３Ｐａ
・期間Ｔ１： 約３秒
・期間Ｔ２： ０〜３０秒
・期間Ｔ３： ５〜１０秒
・期間Ｔ４： 約１秒
・期間Ｔ５： ２０秒
・期間Ｔ６： ５〜１０秒
・期間Ｐ１： ５〜１５秒
・期間Ｐ２： ５〜１０秒
・期間Ｐ３： ５〜１０秒
・期間Ｐ４： 約１秒
・期間Ｐ５： ２０秒
・期間Ｐ６： ５〜１０秒
なお、処理容器４００内を排気する期間Ｔ３、Ｔ６、Ｐ３、Ｐ６においては、例えばパージガス供給手段３６から不活性ガスを処理容器４００内へ供給し、処理容器４００内に残るガスをパージしても良い。また、ＮＨ_３ガスの流量と処理容器４００内の圧力とを安定するための期間Ｔ４及びＰ４を設けずに、ＮＨ_３ガスの供給開始と共に高周波電源７６をオンにしても良い。

【0052】

次に、本発明の第４の実施形態による成膜方法の効果・利点について図１５から図１８までを参照しながら説明する。
図１５は、成膜したＳｉＢＮ膜（ＳｉＮ膜を含む）に働く応力と、そのＳｉＢＮ膜中のホウ素濃度との関係を示すグラフである。図中のホウ素濃度（atm.%）は、ＳｉｘＢｙＮｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）と表した場合の組成ｙに対応する。ここで組成ｚはほぼ０．６であり、（ｘ＋ｙ）はほぼ０．４である。また、ＳｉＢＮ膜中の応力は、ＳｉＢＮ膜を成膜するウエハの成膜前後におけるウエハの反りをストレス計により測定し、その結果に基づいて求めた。また、ＳｉＢＮ膜の成膜温度は５５０℃とした。

【0053】

図１５に示すように、ホウ素濃度がゼロ（すなわちＳｉＮ膜）の場合、膜中の引っ張り応力は約１．２ＧＰａにも達している。しかし、組成ｙが増えるにしたがって、応力は急激に減少する。特に組成ｙが０．３の場合には、ＳｉＢＮ膜中に働く応力は圧縮応力（約０．１ＧＰａ）となっている。例えば、サポート膜５（図１１）としてのＳｉＢＮ膜の膜中に引っ張り応力が働いていると、例えば、サポート膜５と下部電極７Ｌとを示す上面図である図１６に示すように、下部電極７Ｌ（Ｒｕ膜１１）が、サポート膜５により互いに引っ張られて傾き、下部電極７Ｌの上端部が接近してしまうおそれがある（図中の矢印参照）。この場合において、互いに隣り合う下部電極７Ｌが、その上部で接触してしまうと、もはやキャパシタＣを形成できなくなる。しかしながら、本発明の実施形態による半導体装置１００においては、例えばＳｉＮ膜と比べて小さい引っ張り応力を有するＳｉＢＮでサポート膜を形成しているため、下部電極７Ｌが傾くのを回避することが可能となる。図１５の結果から、ホウ素濃度は、膜中の応力が０．５ＧＰａ以下となる１５atm.%から３０atm.%までの範囲が好ましく、２１atm.%から２８atm.%までの範囲が更に好ましい。

【0054】

図１７は、ＳｉＢＮ膜の希フッ酸によるエッチング速度について調べた結果を示す。図１０に示す酸化シリコン膜１２、酸化シリコン膜６、及び酸化シリコン膜４を希フッ酸により除去し、下部電極７Ｌの上部を支持するサポート膜５（ＳｉＢＮ膜）を得るため、サポート膜５の希フッ酸によるエッチング耐性を調べることは重要である。
図１７において、縦軸はエッチング量を示し、横軸はエッチング時間を示している。また、図１７には、ホウ素濃度がゼロatm.%、０．１２atm.%、０．２１atm.%、０．３atm.%の場合について結果を示している。図示のとおり、ホウ素濃度がゼロatm.%（すなわちＳｉＮ膜）の場合において、希フッ酸によるエッチング速度（図１７のグラフにおける傾き）が最も大きく、ホウ素濃度が高くなるにしたがって、エッチング速度が低下していくことが分かる。特にホウ素濃度が０．３atm.%の場合には、エッチング初期においては（すなわち最表面は）、ＳｉＮ膜よりもエッチングされ易いものの、ＳｉＮ膜のエッチング速度に比べてエッチング速度が半減していることが分かる。この結果から、ＳｉＢＮ膜は、ＳｉＮ膜に比べ、希フッ酸に対する大きな耐性を有していることが分かる。希フッ酸に対する耐性が高ければ、サポート膜５の膜を薄くすることができる。このため、下部電極７Ｌに加わる力も低減され、下部電極７Ｌの倒壊が一層回避される。図１７に示す結果からは、ホウ素濃度は１２atm.%から３０atm.%までの範囲にあると好ましいと考えられる。

【0055】

また、図１８は、ＳｉＢＮ膜のエッチング量の経時変化について調べた結果を示している。すなわち、所定のホウ素濃度を有するＳｉＢＮ膜（ＳｉＮ膜を含む）を成膜２日後と７日後に同一の条件にて希フッ酸によりエッチングし、そのエッチング量を比較した。なお、成膜２日後と７日後におけるエッチングは、一枚のウエハ上に成膜した同一のＳｉＢＮ膜の異なる部分に対して行った。図示のとおり、ホウ素濃度が高くなるにしたがって、２日後のエッチング量に対する７日後のエッチング量が大きくなっていくことが分かる。エッチング量が大きくなる原因としては、ＳｉＢＮ膜が雰囲気中の水分を吸収することが考えられ、ホウ素濃度が大きくなるにしたがって、吸湿性が高くなることが推測される。希フッ酸による酸化シリコン膜４等のエッチング後に残るサポート膜（ＳｉＢＮ膜）５の厚さのプロセス間の再現性の観点から、エッチング量の経時変化は小さい方が好ましい。図１８に示す結果から、成膜後２日後から７日後までの５日間におけるエッチング量の増大が約１８ｎｍから２２ｎｍ程度までである３０atm.%以下のホウ素濃度が好ましいと考えられる。

【0056】

なお、上述の範囲のホウ素濃度を有するＳｉＢＮ膜を成膜する際には、本発明の実施形態による成膜方法によれば、組成を制御し易いという利点がある。この成膜方法においては、ＳｉＮ成膜サイクルとＢＮ成膜サイクルとが独立に行われる。すなわち、ＳｉＮ膜の成膜中には、ホウ素原料（例えばＢＣｌ_３）は処理容器４００（図１２）へは供給されず、ＢＮ膜の成膜中には、シリコン原料（ＤＣＳ）は処理容器４００へは供給されない。仮に、ホウ素原料とシリコン原料とを処理容器４００へ同時に供給する場合には、ホウ素原料分子とシリコン原料分子とが吸着する割合（吸着比）は、両原料の供給量比によって制御される。しかし、吸着比と供給量比との関係は、成膜条件にも依存するため、供給量比によって組成比を十分に制御できないおそれがある。本発明の実施形態による成膜方法によれば、シリコン原料のみがウエハ表面に吸着し、窒化されてＳｉＮ膜が形成され、ホウ素原料のみがウエハ表面に吸着し、窒化されてＢＮ膜が形成されるため、吸着比を制御する必要がない。そして、ＳｉＮ膜とＢＮ膜との膜数比により組成比を制御することができるため、制御性が良い。

【0057】

以上の結果から、本発明の実施形態による半導体装置、半導体装置の製造方法、成膜装置、及び成膜方法の効果・利点が理解される。

【0058】

以上、幾つかの実施形態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に限定されることなく、種々に変形可能である。

【0059】

例えば、上述の成膜装置２００には、処理容器４００と真空ポンプ８４ｐとの間に開閉弁８４ａと圧力調整弁８４ｂを設けたが、これらに代わり圧力調整機能付きの開閉弁（遮断可能な圧力調整弁）を使用しても良い。

【0060】

また、ＭＯＳ型トランジスタとしては、溝型以外のゲート電極を用いてもよい。たとえば、プレーナ型や縦型のトランジスタも使用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１００・・・メモリセル、Ｃ・・・キャパシタ、Ｔｒ・・・トランジスタ、５１ｅ・・・ゲート電極、５１ｓ・・・ゲート酸化膜、５１ｎ・・・不純物拡散領域、２・・・コンタクトプラグ、７Ｌ・・・下部電極、７Ｋ・・・誘電体層、７Ｌ・・・上部電極、２００・・・成膜装置、４００・・・処理容器、１２０・・・ウエハボート、２８・・・窒化ガス供給手段、３０・・・シラン系ガス供給手段、３２・・・ボロン含有ガス供給手段、６０・・・制御部、７２・・・プラズマ区画壁、７６・・・高周波電源、Ｗ・・・ウエハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】