特許 6247087 処理装置および活性種の生成方法

(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】6247087

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】処理装置および活性種の生成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20171204BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20171204BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 A

   H01L21/318 A

   H05H1/46 M

   H05H1/46 L

   H05H1/46 B

【請求項の数】15

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-261157(P2013-261157)

(22)【出願日】2013年12月18日

(65)【公開番号】特開2015-119025(P2015-119025A)

(43)【公開日】2015年6月25日

【審査請求日】2016年5月18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】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】長谷部 一秀

(72)【発明者】

【氏名】清水 亮

【審査官】 河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５０１３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５４９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７９４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０８２５６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２２５７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００３４０３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の圧力に保持されるとともに、活性種源を含む第１のガスが供給され、前記第１のガスから無声放電により相対的に高い第１の濃度の第１の活性種を生成する第１の生成室を有した第１の活性種生成ユニットと、
前記第１の活性種生成ユニットの下流に設けられ、前記第１の圧力より低い第２の圧力に保持され、前記第１の生成室から前記第１の活性種が供給されるとともに、活性種源を含む第２のガスが供給され、前記第２のガスから誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つのプラズマにより、相対的に低い第２の濃度の第２の活性種を生成する第２の生成室を有した第２の活性種生成ユニットと、
前記第２の活性種生成ユニットの下流に設けられ、被処理体に対して、前記第２の生成室から供給された前記第１、第２の活性種を用いて処理を施す処理室と
を具備し、
前記第１の活性種は、前記第１の生成室から前記第２の生成室に供給された際に、前記第２の活性種により失活が抑制され、前記第１の濃度の前記第１の活性種が前記第２の活性種とともに前記処理室に導かれることを特徴とする処理装置。

【請求項2】

前記第１の圧力は、常圧であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。

【請求項3】

前記第２の圧力は、１３．３３Ｐａ〜１３３３Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の処理装置。

【請求項4】

前記第１の活性種は、前記第１の生成室の圧力と前記第２の生成室の圧力との圧力差を利用して、前記第１の生成室から前記第２の生成室へと送られることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の処理装置。

【請求項5】

前記第１の濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の処理装置。

【請求項6】

前記第１、第２のガスはそれぞれ、活性種源として窒素成分を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の処理装置。

【請求項7】

前記第１のガスが含む窒素成分は窒素ガスであり、前記第２のガスの活性種源としての窒素成分は、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、及び／又は窒素と水素との化合物ガスが含まれることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の処理装置。

【請求項8】

前記第１の活性種は窒素ラジカルであり、前記第２の活性種は、窒素ラジカル、水素ラジカル、及びアンモニアラジカルであることを特徴とする請求項７に記載の処理装置。

【請求項9】

前記第２の生成室の形状は、円筒型であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の処理装置。

【請求項10】

前記円筒型は、前記第１の生成室の側で径が細く、前記処理室の側で径が太いものであることを特徴とする請求項９に記載の処理装置。

【請求項11】

前記第１の生成室の側で細く、前記処理室の側で太い円筒型は、コニカル型、ベル型、よびホーン型の少なくとも１つの形状、又はコニカル型、ベル型、およびホーン型の少なくとも２つを組み合わせた形状を含むことを特徴とする請求項１０に記載の処理装置。

【請求項12】

第１の生成室を第１の圧力に保持し、前記第１の生成室に活性種源を含む第１のガスを供給し、前記第１の生成室内で前記第１のガスから無声放電により相対的に高い第１の濃度の第１の活性種を生成し、
前記第１の生成室の下流に設けられた第２の生成室を前記第１の圧力より低い第２の圧力に保持し、前記第２の生成室に、前記第１の生成室から前記第１の活性種を供給するとともに、活性種源を含む第２のガスを供給し、前記第２の生成室で、前記第２のガスから誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つにより、相対的に低い第２の濃度の第２の活性種を生成し、
前記第１の活性種を、前記第１の生成室から前記第２の生成室を介して、被処理体に処理を施す処理室に送り、
その際に、前記第２の生成室において、前記第１の活性種は前記第２の活性種により失活が抑制され、前記第１の濃度の前記第１の活性種が前記第２の活性種とともに前記処理室に導かれることを特徴とする活性種の生成方法。

【請求項13】

前記第１の活性種を、前記第１の生成室の圧力と前記第２の生成室の圧力との圧力差を利用して、前記第１の生成室から前記第２の生成室へ送ることを特徴とする請求項１２に記載の活性種の生成方法。

【請求項14】

前記第１の濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーであることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の活性種の生成方法。

【請求項15】

前記第１の活性種は窒素ラジカルであり、前記第２の活性種は、窒素ラジカル、水素ラジカル、及びアンモニアラジカルであることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の活性種の生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、処理装置および活性種の生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路装置には、例えば、絶縁物として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などの窒化物膜が用いられる。窒化物膜を形成するには、窒素を含むガスからＮラジカル、ＮＨラジカルといった窒化活性種を生成し、生成した窒化活性種を窒化剤として用いるものがある。窒素を含むガスから窒化活性種を生成するには、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマといった手段が用いられる。例えば、誘導結合プラズマを用いた例は、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−７９２５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマでは、生成される活性種の濃度が低い、という事情がある。

【0005】

例えば、容量結合プラズマを用いた場合には、生成される活性種の濃度は１×１０^１０ｃｍ^−３程度であり、誘導結合プラズマ、又はマイクロ波プラズマを用いた場合であっても、生成される活性種の濃度は１×１０^１２ｃｍ^−３程度にとどまる。例えば、アンモニアガス、又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガスから、Ｎラジカル、ＮＨラジカルといった窒化活性種や、Ｈラジカルといった水素活性種を生成した場合には、これら活性種の総量は、上記濃度となる。

【0006】

これに対して、高濃度の活性種を生成できる方法として、放電、例えば、無声放電がある。無声放電によれば、生成される活性種の濃度は、誘導結合プラズマ、又はマイクロ波プラズマを用いた場合に比較して、およそ１００倍、即ち１×１０^１４ｃｍ^−３程度まで引き上げることが可能である。

【0007】

しかしながら、無声放電では高濃度の活性種を生成はできるものの、活性種が高濃度であることや、無声放電は、通常、常圧下で行われ、圧力も高いことから活性種が失活しやすい、という事情がある。

【0008】

この発明は、高濃度の活性種を生成することが可能であり、かつ、生成された高濃度の活性種を、失活を抑制しつつ処理室へ送ることが可能な処理装置および活性種の生成方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明の第１の態様に係る処理装置は、第１の圧力に保持されるとともに、活性種源を含む第１のガスが供給され、前記第１のガスから無声放電により相対的に高い第１の濃度の第１の活性種を生成する第１の生成室を有した第１の活性種生成ユニットと、前記第１の活性種生成ユニットの下流に設けられ、前記第１の圧力より低い第２の圧力に保持され、前記第１の生成室から前記第１の活性種が供給されるとともに、活性種源を含む第２のガスが供給され、前記第２のガスから誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つのプラズマにより、相対的に低い第２の濃度の第２の活性種を生成する第２の生成室を有した第２の活性種生成ユニットと、前記第２の活性種生成ユニットの下流に設けられ、被処理体に対して、前記第２の生成室から供給された前記第１、第２の活性種を用いて処理を施す処理室とを具備し、
前記第１の活性種は、前記第１の生成室から前記第２の生成室に供給された際に、前記第２の活性種により失活が抑制され、前記第１の濃度の前記第１の活性種が前記第２の活性種とともに前記処理室に導かれる。

【0010】

この発明の第２の態様に係る活性種の生成方法は、第１の生成室を第１の圧力に保持し、前記第１の生成室に活性種源を含む第１のガスを供給し、前記第１の生成室内で前記第１のガスから無声放電により相対的に高い第１の濃度の第１の活性種を生成し、前記第１の生成室の下流に設けられた第２の生成室を前記第１の圧力より低い第２の圧力に保持し、前記第２の生成室に、前記第１の生成室から前記第１の活性種を供給するとともに、活性種源を含む第２のガスを供給し、前記第２の生成室で、前記第２のガスから誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つにより、相対的に低い第２の濃度の第２の活性種を生成し、前記第１の活性種を、前記第１の生成室から前記第２の生成室を介して、被処理体に処理を施す処理室に送り、その際に、前記第２の生成室において、前記第１の活性種は前記第２の活性種により失活が抑制され、前記第１の濃度の前記第１の活性種が前記第２の活性種とともに前記処理室に導かれる。

【発明の効果】

【0011】

この発明によれば、高濃度の活性種を生成することが可能であり、かつ、生成された高濃度の活性種を、失活を抑制しつつ処理室へ送ることが可能な処理装置および活性種の生成方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の一実施形態に係る処理装置の一例を概略的に示す断面図

【図2】活性種生成部を拡大して示す断面図

【図3A】第２の活性種生成ユニットが有する生成室の一例を示す断面図

【図3B】第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第１の変形例を示す断面図

【図3C】第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第２の変形例を示す断面図

【図3D】第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第３の変形例を示す断面図

【図4】処理装置の第１の変形例を概略的に示す断面図

【図5】処理装置の第２の変形例を概略的に示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0013】

この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。

【0014】

＜処理装置＞
図１はこの発明の一実施形態に係る処理装置の一例を概略的に示す断面図、図２は処理装置の一例が備える活性種生成部を拡大して示す断面図である。

【0015】

図１および図２に示すように、この発明の一実施形態に係る処理装置１は、活性種源を含むガスを供給する処理ガス供給源２と、処理ガス供給源２から供給された活性種源を含むガスから活性種を生成する活性種生成部３を備えている。活性種生成部３において生成された活性種は、被処理体、例えば、シリコンウエハＷを収容し、収容されたシリコンウエハＷに対して、活性種を用いて処理を施す処理室４に供給される。

【0016】

処理室４内には載置台５が配置され、シリコンウエハＷは載置台５の載置面上に載置される。処理室４の側壁には、シリコンウエハＷの搬入出を行う搬入出口６が形成されている。搬入出口６はゲートバルブ７により開閉される。処理室４の底板には、排気口８が形成されている。排気口８は、排気機構９に排気管１０を介して接続されている。排気機構９は、処理室４内の排気、および圧力調整を行う。処理室４の天板には、活性種供給孔１１が形成されている。活性種供給孔１１は活性種生成部３に接続され、活性種生成部３において生成された活性種は、活性種供給孔１１を介して処理室４の内部に供給される。

【0017】

処理ガス供給源２は、処理ガス、本例においては、活性種源を含むガスを活性種生成部３に供給する。本例においては、処理装置１は、例えば、シリコンウエハＷ上に形成されたシリコン膜やシリコン酸化物膜などの薄膜をラジカル窒化するラジカル窒化処理装置を例示している。係る窒化処理装置の処理ガス供給源２には、例えば、３つのガス供給機構を備えている。１つは窒素ガス供給機構２１であり、もう１つはアンモニアガス供給機構２２であり、残りの一つは水素ガス供給機構２３である。

【0018】

活性種生成部３は、本例においては、２つの活性種生成ユニットを備えている。１つは、活性種源を含む第１のガスから無声放電により第１の活性種を生成する第１の活性種生成ユニット１２である。もう１つは、活性種源を含む第２のガスから誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つにより第２の活性種を生成する第２の活性種生成ユニット１３である。本例においては、第２の活性種生成ユニット１３は、誘導結合プラズマにより第２の活性種を生成する。

【0019】

第１の活性種生成ユニット１２は、第１の活性種を生成する第１の生成室１２１を有している。第１の生成室１２１の、例えば、天板には、活性種源を含む第１のガスが供給される活性種源供給孔１２２が設けられている。処理ガス供給源２は、第１のガスとして窒素ガス（Ｎ_２：図２参照）を、活性種源供給孔１２２を介して第１の生成室１２１の内部に供給する。

【0020】

第１の生成室１２１の内部の圧力は、例えば、常圧とされる。常圧は、例えば、大気圧であり、約１０１３ｈＰａ（７６０Ｔｏｒｒ：図２参照。なお、本明細書では１Ｔｏｒｒを１３３．３Ｐａと定義する）である。内部の圧力を常圧とした第１の生成室１２１においては、窒素ガス（Ｎ_２）から無声放電により第１の活性種として窒素ラジカル（Ｎ^＊：図２参照）が生成される。

【0021】

第１の生成室１２１の内部には、高周波電極対１２３ａ、１２３ｂが設けられている。高周波電極対１２３ａ、１２３ｂは相対向して第１の生成室１２１の内部に配置されており、その表面は、例えば、絶縁膜１２４により覆われている。高周波電極対１２３ａ、１２３ｂには第１の高周波電源１２５に接続されている。第１の高周波電源１２５からの高周波電力が、高周波電極対１２３ａ、１２３ｂに印加されると、第１の生成室１２１の内部には放電が起こり、これにより、供給された窒化ガス（Ｎ_２）から窒素ラジカル（Ｎ^＊）が生成される。窒素ラジカル（Ｎ^＊）の濃度（ラジカル濃度）は、無声放電を用いることから、例えば、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーとなる。

【0022】

第１の生成室１２１の、例えば、底板には、第１の活性種を吐出する吐出孔１２６が設けられている。濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーの窒素ラジカル（Ｎ^＊）は、吐出孔１２６から吐出されることで、第２の活性種生成ユニット１３が有する第２の生成室１３１の内部へと供給される。

【0023】

第２の活性種生成ユニット１３は、第１の活性種生成ユニット１２の下流に設けられている。第２の活性種生成ユニット１３は、第２の活性種を生成する円筒型の第２の生成室１３１を有している。第２の生成室１３１の天板は、例えば、第１の生成室１２１の底板と共通とされ、第２の生成室１３１の天板には吐出孔１２６が形成されている。吐出孔１２６からは、第１の生成室１２１から、例えば、濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーの第１の活性種、本例においては窒素ラジカル（Ｎ^＊）が供給される。また、第２の生成室１３１の側面には、活性種源を含む第２のガスが供給される活性種源供給孔１３２が設けられている。処理ガス供給源２は、第２のガスとしてアンモニアガス（ＮＨ_３：図２参照）、窒素ガス（Ｎ_２）、および水素ガス（Ｈ_２）を、活性種源供給孔１３２を介して第２の生成室１３１の内部に供給する。

【0024】

第２の生成室１３１の内部の圧力は、第１の生成室１２１の内部の圧力よりも低く設定される。本例では、第２の生成室１３１の内部の圧力は、約１３．３３Ｐａ〜約１３３３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ：図２参照）の範囲に設定される。第１の活性種、本例では窒素ラジカル（Ｎ^＊）は、第１の生成室１２１の圧力と第２の生成室１３１の圧力との圧力差を利用して、第１の生成室１２１から吐出孔１２６を介して第２の生成室１３１へと送られてくる。円筒型の第２の生成室１３１の径は、吐出孔１２６の径よりも十分に大きい。内部の圧力を約１３．３３Ｐａ〜約１３３３Ｐａとした第２の生成室１３１においては、濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーとされた窒素ラジカル（Ｎ^＊）が勢いよく吐出されてくる。このようにして、濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーとされた窒素ラジカル（Ｎ^＊）を第２の生成室１３１の内部に供給しつつ、第２の生成室１３１の内部においては、さらに、窒素ガス（Ｎ_２）、アンモニアガス（ＮＨ_３）、水素ガス（Ｈ_２）から誘導結合プラズマにより第２の活性種として窒素ラジカル（Ｎ^＊図２参照）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊：図２参照）、水素ラジカル（Ｈ^＊図２参照）を生成する。

【0025】

第２の生成室１３１の外部には、高周波コイル１３３が設けられている。高周波コイル１３３は円筒型の第２の生成室１３１の周囲を、例えば、らせん状に取り巻く。高周波コイル１３３には第２の高周波電源１３４に接続され、第２の高周波電源１３４からの高周波電力が、高周波コイル１３３に印加されると、第２の生成室１３１の内部には誘導電界が生成され、これにより、供給された窒化ガス（Ｎ_２）、アンモニアガス（ＮＨ_３）、水素ガス（Ｈ_２）から窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）が生成される。これらのラジカルを総計した濃度は、誘導結合プラズマを用いることから、例えば、１×１０^１２ｃｍ^−３オーダーとなる。

【0026】

なお、第２のガスのうち、水素ガス（Ｈ_２）は、成膜される窒化物膜の膜質を制御するための添加剤である。膜質の制御のために窒化物膜中に取り込む水素は、アンモニアガス（ＮＨ_３）から生成されるアンモニアラジカル（ＮＨ^＊）や水素ラジカル（Ｈ^＊）から得ることが可能である。もしも、取り込む水素の量が、アンモニアガス（ＮＨ_３）だけでは不足する場合には、本例のように水素ガス（Ｈ_２）を供給し、供給した水素ガス（Ｈ_２）からも水素ラジカル（Ｈ^＊）を生成するようにしてもよい。

【0027】

第２の生成室１３１の下流には処理室４が設けられている。第２の生成室１３１の、底部は、下流に設けられた処理室４の天板に設けられた活性種供給孔１１に接続されている。第１の生成室１２１において生成された濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーの窒素ラジカル（Ｎ^＊）は、第２の生成室１３１において生成された濃度が１×１０^１２ｃｍ^−３オーダーの窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）と混合されて、活性種供給孔１１を介して処理室４の内部へと供給される。これにより、処理室４の内部において、少なくとも１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）含んだ雰囲気を用いた窒化処理を、シリコンウエハＷの被処理面に対して施すことができる。

【0028】

このような一実施形態に係る処理装置１によれば、第１の生成室１２１において、例えば、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーといった高濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）を生成し、高濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）を、第２の生成室１３１の内部を介して、処理室４の内部へと送る。第２の生成室１３１においては、例えば、誘導結合プラズマが生成されており、エネルギが印加されている。このため、第２の生成室１３１に供給された高濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）は、第２の生成室１３１の中においては失活しにくい。したがって、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーといった高濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）を、処理室４の内部に送ることが可能となる。

【0029】

また、第２の生成室１３１においても、１×１０^１２ｃｍ^−３オーダーといった低濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）を生成し、上記１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーといった高濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）に混合させるようにしている。このため、１００分１程度とわずかではあるが、窒素ラジカル（Ｎ^＊）の濃度を、さらに上げることも可能である。

【0030】

また、例えば、窒化処理する膜の膜質を制御するために、微量の添加物を添加する場合があるが、この添加物を含むラジカルについては、第２の生成室１３１において生成することもできる。上記の例では、添加物を含むラジカルは、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）という水素を含んだものである。特に、添加物を含むラジカルが１×１０^１４ｃｍ^−３オーダーでは多すぎる場合には、第２の生成室１３１を利用しての生成が有利である。添加物を含むラジカルを１×１０^１２ｃｍ^−３オーダー、第１の生成室１２１に比較して、１００分１の量で生成できるためである。

【0031】

このように、一実施形態に係る処理装置１によれば、高濃度の活性種を生成することが可能であり、生成された高濃度の活性種を、失活を抑制しつつ処理室へ送ることが可能となる、という利点を得ることができる。

【0032】

＜第２の生成室１３１の変形例＞
図３Ａは、図１および図２に示した第２の活性種生成ユニット１３が有する生成室１３１の一例を示す断面図である。

【0033】

図３Ａに示すように、図１および図２に示した第２の活性種生成ユニット１３においては、第２の生成室１３１の形状が円筒型であった。第２の生成室１３１の形状は円筒型が基本的な形状である。しかし、第２の生成室１３１が円筒型であり、その径が、吐出孔１２６の径よりも十分に大きい場合には、第２の生成室１３１の隅において乱流２００が発生することもあり得る。乱流２００が発生すると、窒素ラジカル（Ｎ^＊）が乱流２００に巻き込まれ、第２の生成室１３１の内壁面に接触し、失活する確率が高まる。

【0034】

このような乱流２００の発生による窒素ラジカル（Ｎ^＊）の失活を抑制するには、円筒型として、第１の生成室１２１の側で径を細くし、処理室４の側で径を太くすることがよい。以下、第２の生成室１３１の代表的な変形例のいくつかを説明する。

【0035】

<<第１の変形例>>
図３Ｂは、第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第１の変形例を示す断面図である。

【0036】

図３Ｂに示すように第２の変形例に係る第２の活性種ユニット１３ａが有する第２の生成室１３１ａの形状は、コニカル型である。コニカル型は、吐出孔１２６から活性種供給孔１１にかけて、第２の生成室１３１ａの側面を直線状に広げたものである。

【0037】

このように、第２の生成室１３１ａの側面を、吐出孔１２６から活性種供給孔１１にかけて直線状に広げることで、図３Ａに示す第２の生成室１３１に比較して、乱流２００が発生するような箇所を無くすことができる。

【0038】

したがって、第２の生成室１３１ａによれば、乱流２００の発生を抑制することができ、窒素ラジカル（Ｎ^＊）が乱流２００に巻き込まれることに起因した失活を抑制できる、という利点を得ることができる。

【0039】

<<第２の変形例>>
図３Ｃは、第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第２の変形例を示す断面図である。

【0040】

図３Ｃに示すように第２の変形例に係る第２の活性種ユニット１３ｂが有する第２の生成室１３１ｂの形状は、ベル型である。ベル型は、吐出孔１２６から活性種供給孔１１にかけて第２の生成室１３１ｂの側面を外側に膨らんだ形状で広げていくものである。

【0041】

このように、第２の生成室１３１ｂはベル型であっても、第１の変形例と同様に、図３Ａに示す第２の生成室１３１に比較して、乱流２００が発生するような箇所を無くすことができる。

【0042】

したがって、第２の生成室１３１ｂにおいても、乱流２００の発生を抑制することができ、窒素ラジカル（Ｎ^＊）が乱流２００に巻き込まれることに起因した失活を抑制できる、という利点を得ることができる。

【0043】

<<第３の変形例>>
図３Ｄは、第２の活性種生成ユニットが有する生成室の第３の変形例を示す断面図である。

【0044】

図３Ｄに示すように第３の変形例に係る第２の活性種ユニット１３ｃが有する第２の生成室１３１ｃの形状は、ホーン型である。ホーン型は、ベル型とは反対に、吐出孔１２６から活性種供給孔１１にかけて第２の生成室１３１ｃの側面を内側に凹ませた形状で広げていくものである。

【0045】

このように、第２の生成室１３１ｃはホーン型であっても、第１の変形例と同様に、図３Ａに示す第２の生成室１３１に比較して、乱流２００が発生するような箇所を無くすことができる。

【0046】

したがって、第２の生成室１３１ｃにおいても、乱流２００の発生を抑制することができ、窒素ラジカル（Ｎ^＊）が乱流２００に巻き込まれることに起因した失活を抑制できる、という利点を得ることができる。

【0047】

＜処理装置の変形例＞
<<第１の変形例：成膜装置への適用>>
図１および図２に示した処理装置は、例えば、窒化処理装置であった。しかしながら、この発明の一実施形態に係る処理装置は、窒化処理装置のような表面処理／改質装置ばかりに適用されるものではなく、成膜装置にも適用することができる。

【0048】

図４は処理装置の第１の変形例を概略的に示す断面図である。
図４に示すように、第１の変形例に係る処理装置１ａが、図１に示した処理装置１と異なるところは、処理室４に、成膜原料ガスを供給する成膜原料ガス供給ノズル５０を設けたことである。成膜原料ガス供給ノズル５０は、成膜原料ガス供給機構５１に接続されている。成膜原料ガス供給機構５１は、成膜原料ガス供給ノズル５０を介して、成膜原料ガスを処理室４の内部に供給する。これにより、処理室４の内部には、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度窒素ラジカル（Ｎ^＊）等の他、成膜原料ガスが供給される。

【0049】

そして、成膜原料ガスを処理室４の内部へ供給しながら、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）等を供給することによって、シリコンウエハＷの被処理面上に窒化物膜を成膜することができる。

【0050】

また、成膜原料ガスを処理室４の内部へ供給し、シリコンウエハＷの被処理面上に薄膜を成膜する手順と、成膜された薄膜に対し、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度の窒素ラジカル（Ｎ^＊）等を供給して窒化する手順とを繰り返すことでも、シリコンウエハＷの被処理面上に窒化物膜を成膜することができる。

【0051】

例えば、成膜原料ガスの一例は、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガスである。成膜原料ガスをモノシランガスとし、活性種を窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）とすると、シリコンウエハＷの被処理面上には、シリコン窒化物膜を成膜することができる。このようにして成膜されたシリコン窒化物膜は、窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）の総量が、例えば、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度となる雰囲気で窒化することができることから、例えば、微細パターンの上に対しても良好な膜質を持つシリコン窒化物膜を形成できる、という利点を得ることができる。

【0052】

このように、この発明の一実施形態に係る処理装置は、窒化処理装置のような表面処理／改質装置ばかりに適用されるものではなく、成膜装置にも適用できる。

【0053】

<<第２の変形例：活性種成膜部３の変形>>
図１および図２に示した処理装置は、活性種生成部３を１つだけ有していた。しかしながら、この発明の一実施形態に係る処理装置は、活性種生成部３は１つだけ有するものに限られるものではなく、活性種生成部３を複数有していてもよい。

【0054】

図５は処理装置の第２の変形例を概略的に示す断面図である。
図５に示すように、第２の変形例に係る処理装置１ｂが、図１に示した処理装置１と異なるところは、処理室４に、複数、例えば、２つの活性種生成部３−１、３−２が取り付けられているところである。このように、１つの処理室４に、複数、例えば、２つの活性種生成部３−１、３−２を取り付け、複数、例えば、２つの活性種供給孔１１−１、１１−２を介して、１×１０^１４ｃｍ^−３オーダー以上の濃度となる窒素ラジカル（Ｎ^＊）等を処理室４の内部へ供給することも可能である。

【0055】

複数の活性種生成部３−１、３−２を取り付けたことによる利点は、処理室４の内部における窒素ラジカル（Ｎ^＊）等の分布をより均一化させることが可能なことである。これにより、例えば、窒化処理される膜の膜質の更なる均一化、あるいは成膜処理される膜の膜質や膜厚の更なる均一化を図ることが可能となる。

【0056】

以上、この発明を一実施形態により説明したが、この発明は上記一実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変形することが可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一のものでもない。

【0057】

例えば、上記一実施形態においては、第１の活性種として、窒素ラジカル（Ｎ^＊）を例示したが、第１の活性種は窒素ラジカル（Ｎ^＊）に限られるものではない。例えば、第１の活性種として酸素ラジカル（Ｏ^＊）や、ＯＨラジカル（ＯＨ^＊）に変更することも可能である。この場合の活性種源となるガスとしては、Ｈ_２Ｏガスや、Ｎ_２Ｏガスなどを挙げることができる。

【0058】

また、第２の活性種として、窒素ラジカル（Ｎ^＊）、アンモニアラジカル（ＮＨ^＊）、水素ラジカル（Ｈ^＊）を例示したが、第２の活性種についても、これら３種のラジカルに限られるものではない。これらのうち、少なくとも１つが含まれていればよい。第２の活性種源となるガスには、窒素ガス、水素ガス、窒素と水素との化合物ガス（例えばアンモニアガス）を用いたが、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスのみ、又は窒素と水素との化合物ガスのみを用いるようにしてもよい。

【0059】

また、第２の活性種として、酸素ラジカル（Ｏ^＊）や、ＯＨラジカル（ＯＨ^＊）に変更することも可能である。そして、この場合の活性種源となるガスとしては、Ｈ_２Ｏガスや、Ｎ_２Ｏガスなどを挙げることができる。

【0060】

また、第２の活性種生成ユニット１３においては、活性種源を含むガスから第２の活性種を、誘導結合プラズマを用いて生成したが、第２の活性種の生成手段は、誘導結合プラズマに限られるものではない。例えば、誘導結合プラズマの他、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマなども用いることができる。即ち、第２の活性種は、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、およびマイクロ波プラズマの少なくとも１つにより生成されればよい。

【0061】

また、第２の生成室１３１の形状として、第１の生成室１２１の側で細く、処理室４の側で太い円筒型とした場合、コニカル型、ベル型、およびホーン型を例示したが、第２の生成室１３１の形状は、コニカル型、ベル型、およびホーン型の少なくとも２つを組み合わせた形状とすることも可能である。

【0062】

また、上記実施形態は、枚葉式処理装置を例示したが、バッチ式処理装置に適用することも可能である。さらに、バッチ式処理装置においては、被処理体、例えば、シリコンウエハＷを高さ方向に積層させて処理を行う縦型のバッチ式成膜装置にも、この発明を適用することができる。その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。

【符号の説明】

【0063】

１、１ａ、１ｂ…処理装置、２…処理ガス供給源、３、３−１、３−２…活性種生成部、４…処理室、５…載置台、１１…活性種供給孔、１２…第１の活性種生成ユニット、１３、１３ａ〜１３ｃ…第２の活性種生成ユニット、１２１…第１の生成室、１２２…活性種源供給孔、１２３ａ、１２３ｂ…高周波電極対、１２４…絶縁膜、１２５…第１の高周波電源、１２６…吐出孔、１３１…第２の生成室、１３２…活性種源供給孔、１３３…高周波コイル、１３４…第２の高周波電源。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】