JP2017139306A - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボトムアップ性が高く、選択的な成膜が可能なＳｉＮ膜の成膜方法を提供する。【解決手段】基板Ｗの表面に形成されたトレンチＴ内にＳｉＮ膜１３２を埋め込む成膜方法であって、トレンチＴを含む基板Ｗの表面にＮＨ３を含む第１の処理ガスをプラズマ化して供給し、トレンチＴを含む基板Ｗの表面にＮＨ２基１３０を吸着させる窒化工程を行う。次にＮＨ２基が吸着したトレンチＴを含む基板Ｗの表面にＮ２を含む第２の処理ガスをプラズマ化して供給し、ＮＨ２基の一部をＮ基１３１に変換する吸着サイト制御工程を行う。次にシリコン含有ガスをＮＨ２基及びＮ基が吸着したトレンチＴを含む基板Ｗの表面に供給し、ＮＨ２基に選択的に吸着させるシリコン吸着工程を行う。窒化工程、吸着サイト制御工程及びシリコン吸着工程を周期的に複数回繰り返す。【選択図】図９

Description

本発明は、成膜方法に関する。
従来から、処理室に設けられた基板に、シリコン含有ガスを供給して基板の表面にシリコン含有ガスを吸着させる工程と、シリコン含有ガスが吸着した基板に、水素ガスを含む第１のプラズマ処理用ガスから生成された第１のプラズマを用いて第１のプラズマ処理を施す工程と、第１のプラズマ処理が施された基板に、水素ガスを含まず、アンモニアガスを含む第２のプラズマ処理用ガスから生成された第２のプラズマを用いて第２のプラズマ処理を施す工程と、を含む基板処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる特許文献１に記載の成膜方法では、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低い第１のプラズマ処理を施す工程を経てから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高い第２のプラズマ処理を施す工程を実施することにより、ローディング効果の発生を抑制し、面内均一性に優れたＳｉＮ膜を成膜することができる。
特開２０１５−１６５５４９号公報
しかしながら、近年、トレンチ、ビア等の高アスペクト比の窪みパターンを埋め込むプロセスへの対応を要求される場合が多く、面内均一性に優れたコンフォーマルな成膜の他、高アスペクト比の窪みパターン内に良好なボトムアップ性を有して膜を埋め込むための成膜手法が広く求められている。即ち、高アスペクト比の窪みパターンでは、窪みパターンの底部に膜が充填されるより、上部に膜が多く充填されて開口が塞がってしまうと、窪みパターン内に埋め込んだ膜にボイドが発生してしまうおそれがあるため、開口を塞がず、窪みパターンの底部から徐々に膜を埋め込んでゆく成膜方法が求められている。
そこで、本発明は、ボトムアップ性が高く、選択的な成膜が可能なＳｉＮ膜の成膜方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮＨ３を含む第１の処理ガスをプラズマ化して供給し、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮＨ２基を吸着させる窒化工程と、
該ＮＨ２基が吸着した前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮ２を含む第２の処理ガスをプラズマ化して供給し、前記ＮＨ２基の一部をＮ基に変換する吸着サイト制御工程と、
シリコン含有ガスを前記ＮＨ２基及び前記Ｎ基が吸着した前記窪みパターンを含む前記基板の表面に供給し、前記ＮＨ２基に選択的に吸着させるシリコン吸着工程と、を有し、
前記窒化工程、前記吸着サイト制御工程及び前記シリコン吸着工程を周期的に複数回繰り返す。
本発明によれば、基板の表面に形成された窪みパターンに、ボトムアップ性の高い埋め込み成膜を行うことができる。
本発明の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置の一例の概略縦断面図である。 図１の成膜装置の概略平面図である。 図１の成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図である。 プラズマ発生部の一例を示す縦断面図である。 図１の成膜装置のプラズマ発生部の一例を示す分解斜視図である。 図１の成膜装置のプラズマ発生部に設けられる筐体の一例を示す斜視図である。 図１の成膜装置のプラズマ発生部の一例を示す平面図である。 プラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。 図９で説明した成膜方法を、反応モデルで示した図である。図１０（ａ）は、初期のウエハＷの表面状態の一例を示した図である。図１０（ｂ）は、窒化工程におけるウエハＷの表面状態の一例を示した図である。図１０（ｃ）は、吸着サイト制御工程におけるウエハの表面状態の一例を示した図である。図１０（ｄ）は、原料吸着工程におけるウエハの表面状態の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法を実施した実施例の結果を比較例とともに示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
〔成膜装置の構成〕
図１に、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置の一例の概略縦断面図を示す。また、図２に、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置の一例の概略平面図を示す。なお、図２では、説明の便宜上、天板１１の描画を省略している。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有すると共にウエハＷを公転させるための回転テーブル２と、を備えている。
真空容器１は、内部で基板を処理するための処理室である。真空容器１は、回転テーブル２の後述する凹部２４に対向する位置に設けられた天板（天井部）１１と、容器本体１２とを備えている。また、容器本体１２の上面の周縁部には、リング状に設けられたシール部材１３が設けられている。そして、天板１１は、容器本体１２から着脱可能に構成されている。平面視における真空容器１の直径寸法（内径寸法）は、限定されないが、例えば１１００ｍｍ程度とすることができる。
真空容器１内の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために分離ガスを供給する、分離ガス供給管５１が接続されている。
回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２に対して、鉛直軸周り、図２に示す例では時計回りに、駆動部２３によって回転自在に構成されている。回転テーブル２の直径寸法は、限定されないが、例えば１０００ｍｍ程度とすることができる。
回転軸２２及び駆動部２３は、ケース体２０に収納されており、このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガス等をパージガス（分離ガス）として供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。
真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａを為している。
回転テーブル２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されている。この凹部２４は、回転テーブル２の回転方向に沿って、複数箇所、例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに、具体的には１ｍｍ乃至４ｍｍ程度大きい内径を有する。また、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウエハＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と、回転テーブル２のウエハＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウエハＷの表面が回転テーブル２の表面よりも低くなる。なお、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出ることがあるので、ウエハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。
なお、ウエハＷの表面には、トレンチ、ビア等の窪みパターンが形成されている。本発明の実施形態に係る成膜方法は、窪みパターン内に埋め込み成膜を行うのに適した方法であるので、表面に窪みパターンが形成されてウエハＷの埋め込み成膜に好適に適用され得る。
凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する、図示しない貫通孔が形成されている。
図２に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と対向する位置には、例えば石英からなる複数本、例えば５本のノズル３１、３２、３３、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各々のノズル３１、３２、３３、４１、４２は、回転テーブル２と天板１１との間に配置される。また、これら各々のノズル３１、３２、３３、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように取り付けられている。
図２に示す例では、原料ガスノズル３１から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。しかしながら、本実施形態に係る成膜装置は、この形態に限定されず、回転テーブル２の回転方向は反時計回りであっても良く、この場合、原料ガスノズル３１から反時計回りに、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。
第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３の上方側には、図２に示すように、各々のプラズマ処理用ガスノズルから吐出されるガスをプラズマ化するために、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂが各々設けられている。これらプラズマ発生部８１ａ、８１ｂについては、後述する。
なお、本実施形態においては、各々の処理領域に１つのノズルを配置する例を示したが、各々の処理領域に複数のノズルを配置する構成であっても良い。例えば、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２は、複数のプラズマ処理用ガスノズルから構成され、各々、後述するアルゴン（Ａｒ）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス等を供給する構成であっても良いし、１つのプラズマ処理用ガスノズルのみを配置し、アルゴンガス、アンモニアガス及び水素ガスの混合ガスを供給する構成であっても良い。
処理ガスノズル３１は、原料ガス供給部をなしている。また、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２は、第１のプラズマ処理用ガス供給部をなしており、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３は、第２のプラズマ処理用ガス供給部をなしている。さらに、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。なお、分離ガスは、上述のように、パージガスと呼んでもよい。
各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、流量調整バルブを介して、図示しない各々のガス供給源に接続されている。
原料ガスノズル３１から供給される原料ガスは、シリコン含有ガスである。シリコン含有ガスの一例としては、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］、ＤＩＰＡＳ［ジイソプロピルアミノシラン］、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］、ＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］等のガスが挙げられる。
原料ガスノズル３１から供給される原料ガスとして、シリコン含有ガスの他、ＴｉＣｌ４［四塩化チタン］、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム］、ＴＥＭＡＺ［テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム］、ＴＥＭＨＦ［テトラキスエチルメチルアミノハフニウム］、Ｓｒ(ＴＨＤ)２［ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト］等の金属含有ガスを使用しても良い。
第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供給される第１のプラズマ処理用ガスは、窒化ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）含有ガスが選択される。ＮＨ３を用いることにより、窪みパターンを含むウエハＷの表面上にＮＨ２基を吸着させ、シリコン含有ガスの吸着サイトを形成することができる。なお、ＮＨ３以外のガスとしては、Ｈ２ガス、Ａｒ等を必要に応じて含んでよく、これらの混合ガスが第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供給され、第１のプラズマ発生器８１ａによりプラズマ化される。
第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から供給される第２のプラズマ処理用ガスは、ＮＨ２基を一部Ｎ基に変換するため、窒素（Ｎ２）含有ガスが選択される。Ｎ２を供給することにより、表面上に吸着したＮＨ２基の一部をＮ基に変換し、ＮＨ２基による吸着サイトを一部消滅させる。これにより、次に供給される原料ガスの選択的な吸着が可能となる。なお、具体的には、プラズマ化したＮ２ガスは、窪みパターンの奥（底部）までは到達せず、ウエハＷの表面及び窪みパターンの上部に吸着したＮＨ２基からＨが除去され、Ｎ基に変換されることになる。
Ｎ２含有ガスは、Ｎ２以外のガスとしては、Ａｒガス、Ｈ２ガス等を必要に応じて含んでよく、これらの混合ガスが第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から第２のプラズマ処理用ガスとして供給されてもよい。
このように、第１のプラズマ処理用ガスと第２のプラズマ処理用ガスは、異なるガスが選択される。
分離ガスノズル４１、４２から供給される分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガス等が挙げられる。
前述したように、図２に示す例では、原料ガスノズル３１から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。即ち、ウエハＷの実際の処理においては、原料ガスノズル３１から供給されたＳｉ含有ガスが窪みパターンを含む表面に吸着したウエハＷは、分離ガスノズル４２からの分離ガス、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２からのプラズマ処理用ガス、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３からのプラズマ処理用ガス、分離ガスノズル４１からの分離ガスの順番で、ガスに曝される。
これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２の下面側（回転テーブル２に対向する側）には、前述の各ガスを吐出するためのガス吐出孔３５が回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に形成されている。各ノズル３１、３２、３３、４１、４２の各々の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。
原料ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１である。また、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷ上の薄膜の第１のプラズマ処理を行うための第２の処理領域Ｐ２となり、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３の下方領域は、ウエハＷ上の薄膜の第２のプラズマ処理を行うための第３の処理領域Ｐ３となる。
図３に、成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図を示す。なお、図３は、分離領域Ｄから第１の処理領域Ｐ１を経て分離領域Ｄまでの断面図である。
分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、概略扇形の凸状部４が設けられている。凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられており、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが形成される。
天井面４４を形成する凸状部４は、図２に示すように、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、凸状部４には、周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１、４２がこの溝部４３内に収容されている。なお、凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。
原料ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウエハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウエハＷの近傍を避けて真空容器１の天板１１側を通流するように、ノズルカバー２３０が設けられている。ノズルカバー２３０は、図３に示すように、原料ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体２３１と、このカバー体２３１の下面側開口端における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に各々接続された板状体である整流板２３２とを備えている。なお、回転テーブル２の回転中心側におけるカバー体２３１の側壁面は、原料ガスノズル３１の先端部に対向するように回転テーブル２に向かって伸び出している。また、回転テーブル２の外縁側におけるカバー体２３１の側壁面は、原料ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。
次に、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、３３の上方側に各々配置される、第１のプラズマ発生部８１ａ及び第２のプラズマ発生部８１ｂについて、詳細に説明する。なお、本実施形態においては、第１のプラズマ発生部８１ａ及び第２のプラズマ発生部８１ｂは、各々独立したプラズマ処理を実行することができるが、各々の具体的構成については、同様のものを使用することができる。
図４は、プラズマ発生部の一例を示す縦断面図である。また、図５は、プラズマ発生部の一例を示す分解斜視図である。さらに、図６は、プラズマ発生部に設けられる筐体の一例を示す斜視図である。
プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、金属線等から形成されるアンテナ８３をコイル状に例えば鉛直軸回りに３重に巻回して構成されている。また、プラズマ発生部８１は、平面視で回転テーブル２の径方向に伸びる帯状体領域を囲むように、且つ回転テーブル２上のウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。
アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。そして、このアンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように設けられている。なお、図４において、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極８６が設けられている。
図４及び図５に示すように、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２の上方側における天板１１には、平面視で概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。
開口部１１ａには、図４に示すように、開口部１１ａの開口縁部に沿って、この開口部１１ａに気密に設けられる環状部材８２を有する。後述する筐体９０は、この環状部材８２の内周面側に気密に設けられる。即ち、環状部材８２は、外周側が天板１１の開口部１１ａに臨む内周面１１ｂに対向すると共に、内周側が後述する筐体９０のフランジ部９０ａに対向する位置に、気密に設けられる。そして、この環状部材８２を介して、開口部１１ａには、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるために、例えば石英等の誘導体により構成された筐体９０が設けられる。
また、環状部材８２は、図４に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ８２ａを有している。また、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、電動アクチュエータ等の図示しない駆動機構（昇降機構）により、各々独立して昇降可能に形成されている。プラズマ発生部８１ａ、８１ｂの昇降に対応して、ベローズ８２ａを伸縮させることで、プラズマ処理時における、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂの各々とウエハＷ（即ち、回転テーブル２）との間の距離、即ち、（以後、プラズマ生成空間の距離と呼ぶことがある）を変更可能に構成されている。
筐体９０は、図６に示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面視において、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。
筐体９０は、この筐体９０の下方にウエハＷが位置した場合に、回転テーブル２の径方向におけるウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。なお、環状部材８２と天板１１との間には、Ｏ−リング等のシール部材１１ｃが設けられる。
真空容器１の内部雰囲気は、環状部材８２及び筐体９０を介して気密に設定されている。具体的には、環状部材８２及び筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込み、次いで環状部材８２及び筐体９０の上面であって、環状部材８２及び筐体９０の接触部に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって筐体９０を下方側に向かって周方向に亘って押圧する。さらに、この押圧部材９１を図示しないボルト等により天板１１に固定する。これにより、真空容器１の内部雰囲気は気密に設定される。なお、図５においては、簡単のため、環状部材８２を省略して示している。
図６に示すように、筐体９０の下面には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ２、Ｐ３の各々を周方向に沿って囲むように、回転テーブル２に向かって垂直に伸び出す突起部９２が形成されている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、前述した第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３３が収納されている。なお、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３３の基端部（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。
筐体９０の下方側には、図４に示すように、突起部９２が周方向に亘って形成されている。シール部材１１ｃは、この突起部９２によって、プラズマに直接曝されず、即ち、プラズマ生成領域から隔離されている。そのため、プラズマ生成領域からプラズマが例えばシール部材１１ｃ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、シール部材１１ｃに到達する前にプラズマが失活することとなる。
筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された導電性の板状体である金属板例えば銅などからなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に形成された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外終端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面視で例えば概略六角形となるように構成されていても良い。
図７は、プラズマ発生部の一例を示す平面図である。図８は、プラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図である。
回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た場合の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、各々、右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６を為している。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。
アンテナ８３によって生成した電界がウエハＷに到達する場合、ウエハＷの内部に形成されているパターン（電気配線等）が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。そのため、図８に示すように、水平面９５ａには、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、多数のスリット９７が形成されている。
スリット９７は、図７及び図８に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。ここで、スリット９７は、アンテナ８３に供給される高周波に対応する波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように形成されている。また、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体等から形成される導電路９７ａが周方向に亘って配置されている。ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち、アンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。なお、前述した図２においては、簡単のために、スリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域例を、一点鎖線で示している。
図５に示すように、ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８１ａ、８１ｂとの間の絶縁性を確保するために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の石英等から形成される絶縁板９４が積層されている。即ち、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、各々、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウエハＷ）に対向するように配置されている。
このように、第１のプラズマ発生器８１ａと第２のプラズマ発生器８１ｂとは、ほぼ同様な構成を有するが、設置される高さが異なっている。即ち、回転テーブル２の表面と第１のプラズマ発生器８１ａとの間の距離と、回転テーブル２の表面と第２のプラズマ発生器８１ｂとの間の距離とが異なっている。これは、筐体９０の底面の高さを調整することにより、容易に高さを異ならせることができる。
具体的には、第１のプラズマ発生器８１ａの高さの方が、第２のプラズマ発生器８１ｂの高さよりも高く設定される。上述のように、第１のプラズマ発生器８１ａの下方の領域は、筐体９０により実質的に閉じられた第２の処理領域Ｐ２が形成されており、第２のプラズマ発生器８１ｂの下方の領域も、筐体９０により実質的に閉じられた第３の処理領域Ｐ３が形成されている。よって、回転テーブル２の表面との距離が小さい方、即ち、プラズマ発生器８１ａ、８１ｂが低く設置されている方が、より狭い空間を形成する。ここで、第２の処理領域Ｐ２における第１のプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２の表面との間の距離を第１の距離、第３の処理領域Ｐ３における第２のプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２の表面との間の距離を第２の距離とすると、第１の距離よりも相対的に小さい第２の距離によって、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷに到達するイオン量が、第２の処理領域Ｐ２と比較して多くなる。よって、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷに到達するラジカル量も、第２の処理領域Ｐ２と比較して多くなる。
一般に、プラズマ化されたＮ２は、エネルギーは高いものの、寿命が短いため、ウエハＷの表面まで到達せず、均一な窒化や改質処理を行うのに不利であった。しかしながら、ウエハＷと第２のプラズマ発生器８１ｂとの距離を短くすることにより、ウエハＷの表面及び窪みパターンの上部にまでは到達し、ウエハＷの表面及び窪みパターンの上部にのみ選択的に非吸着サイトを形成することができる。即ち、Ｎ２ガスを全体の窒化ではなく、局所的な非吸着サイトの形成に利用することにより、Ｎ２プラズマのエネルギーは高いが寿命は短いという性質を適切に利用することができ、ボトムアップ性の高い埋め込み成膜に活用することができる。
なお、第１のプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２の表面との間の第１の距離と、第２のプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２の表面との間の第２の距離は、第１の距離が第２の距離より大きい限り、種々の値とすることができるが、例えば、第１の距離が８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、第２の距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ未満の範囲内に設定されてもよい。ただし、距離は、用途に応じて種々変更することができ、これらの値に限定されるものではない。
再び、本実施形態に係る成膜装置の他の構成要素について、説明する。
回転テーブル２の外周側において、回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように例えば２箇所に排気口６１、６２が形成されている。別の言い方をすると、真空容器１の床面には、２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６１、６２が形成されている。
本明細書においては、排気口６１、６２のうち一方及び他方を、各々、第１の排気口６１、第２の排気口６２と呼ぶ。ここでは、第１の排気口６１は、分離ガスノズル４２と、この分離ガスノズル４２に対して、回転テーブルの回転方向下流側に位置する第１のプラズマ発生部８１ａとの間に形成されている。また、第２の排気口６２は、第２のプラズマ発生部８１ｂと、このプラズマ発生部８１ｂよりも回転テーブル２の回転方向下流側の分離領域Ｄとの間に形成されている。
第１の排気口６１は、第１の処理ガスや分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、プラズマ処理用ガスや分離ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、各々、バタフライバルブ等の圧力調整部６５が介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。
前述したように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を配置しているため、プラズマ処理領域Ｐ２、Ｐ３に対して回転テーブル２の回転方向上流側から通流してくるガスは、この筐体９０によって排気口６２に向かおうとするガス流が規制されてしまうことがある。そのため、筐体９０よりも外周側におけるサイドリング１００の上面には、ガスが流れるための溝状のガス流路１０１（図１及び図２参照）が形成されている。
天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて各種ガスが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。
前述したように筐体９０は中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成されているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように回転中心側に形成されている。そのため、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも、各種ガス同士が混ざりやすい状態となっている。そのため、コア部２１の上方側にラビリンス構造を形成することにより、ガスの流路を稼ぎ、ガス同士が混ざり合うことを防止することができる。
より具体的には、ラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって垂直に伸びる壁部と、天板１１側から回転テーブル２に向かって垂直に伸びる壁部とが、各々周方向に亘って形成されると共に、回転テーブル２の半径方向において交互に配置された構造を有する。ラビリンス構造部１１０では、例えば原料ガスノズル３１から吐出されて中心部領域Ｃに向かおうとする第１の処理ガスは、ラビリンス構造部１１０を乗り越えていく必要がある。そのため、中心部領域Ｃに向かうにつれて流速が遅くなり、拡散しにくくなる。結果として、処理ガスが中心部領域Ｃに到達する前に、中心部領域Ｃに供給される分離ガスにより、処理領域Ｐ１側に押し戻されることになる。また、中心部領域Ｃに向かおうとする他のガスについても、同様にラビリンス構造部１１０によって中心部領域Ｃに到達しにくくなる。そのため、処理ガス同士が中心部領域Ｃにおいて互いに混ざり合うことが防止される。
一方、分離ガス供給管５１からこの中心部領域Ｃに供給された分離ガスは、周方向に勢いよく拡散しようとするが、ラビリンス構造部１１０を設けているため、ラビリンス構造部１１０を乗り越えるうちに流速が抑えられていく。この場合、窒素ガスは、例えば回転テーブル２と突起部９２との間の極めて狭い領域へも侵入しようとするが、ラビリンス構造部１１０により流速が抑えられているので、例えば搬送口１５付近等の比較的広い領域へと流れていく。そのため、筐体９０の下方側への窒素ガスの流入が抑えられる。
回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば室温〜７６０℃程度に加熱することができる構成となっている。なお、図１における参照符号７１ａは、ヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材であり、参照符号７ａは、このヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が、周方向に亘って複数個所に設けられている。
図２に示すように、真空容器１の側壁には、ウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、ゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。真空容器１の外部には、図示しない搬送アームが設けられ、搬送アームを用いて真空容器１内にウエハＷを搬送する。
回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に対向する位置にて図示しない搬送アームによりウエハＷの受け渡しが行われる。そのため、回転テーブル２の下方側の受け渡し位置に対応する箇所には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための図示しない昇降ピン及び昇降機構が設けられている。
また、本実施形態に係る成膜装置には、装置全体の動作を制御するためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられている。この制御部１２０のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の各種動作を実行するようにステップ群が組まれており、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、フレキシブルディスク等の記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。
〔成膜方法〕
次に、本発明の実施形態に係る成膜方法について説明する。本発明の実施形態に係る成膜方法は、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition、原子層堆積方法）又はＭＬＤ法（Molecular Layer Deposition、分子層堆積方法）による成膜が可能な成膜装置であれば、種々の成膜装置により実施することができるが、本実施形態では、上述の回転テーブル式の成膜装置を用いて実施する例について説明する。
なお、第１のプラズマ処理を行う第２の処理領域Ｐ２におけるプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との間の距離は９０ｍｍ、第２のプラズマ処理を行う第３の処理領域Ｐ３におけるプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２との間の距離は６０ｍｍに設定した例を挙げて説明する。また、原料ガスノズル３１から供給する原料ガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロロシラン）とＮ２の混合ガス、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供給する第１のプラズマ処理用ガスとしてはＮＨ３、Ａｒ及びＨ２の混合ガス、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から供給する第２のプラズマ処理用ガスノズルとしてはＮ２、Ａｒ及びＨ２の混合ガスを用いる例を挙げて説明する。但し、これらは一例として挙げるものであり、原料ガスとしては種々のＳｉ含有ガス、第１のプラズマ処理用ガスとしては種々のＮＨ３含有ガス、第２のプラズマ処理用ガスとしては種々のＮ２含有ガスを用いることができる。
図９は、本発明の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
成膜方法の実施に先立ち、ウエハＷを真空容器１内に搬入する。具体的には、先ず、ゲートバルブＧを開放する。そして、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送アーム（図示せず）により搬送口１５を介して回転テーブル２上に載置する。
次いで、ゲートバルブＧを閉じて、ヒータユニット７により、ウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、ウエハＷの温度は、アンモニアラジカルでウエハＷの表面を窒化できる温度に設定され、例えば、４００℃以上８００℃以下に設定される。続いて、原料ガスノズル３１から原料ガスを、所定の流量で吐出すると共に、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から、所定の流量で第１及び第２のプラズマ処理用ガスを各々供給する。
そして、圧力調整部６５により真空容器１内を所定の圧力に調整する。また、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂでは、各々、アンテナ８３に対して、所定の出力の高周波電力を印加する。高周波電力は、例えば、５ｋＷに設定してもよい。
図９（ａ）は、ウエハＷの初期状態の一例を示した図である。ウエハＷの表面には、トレンチ、ビア等の窪みパターンが形成されている。ここでは、ウエハＷの表面にトレンチＴが形成されている例を挙げて説明する。図９（ａ）に示されるように、トレンチＴを含むウエハＷの表面には、ＯＨ基が吸着している。
図９（ｂ）は、窒化工程の一例を示した図である。窒化工程では、ウエハＷにプラズマ化されたＮＨ３含有ガス（第１のプラズマ処理用ガス）が供給され、トレンチＴを含むウエハＷの表面が窒化される。具体的には、回転テーブル２を回転させると、ウエハＷは第２の処理領域Ｐ２を通過し、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２からＡｒ／ＮＨ３／Ｈ２の混合ガスが供給され、これがプラズマ発生器８１ａによりプラズマ化される。かかるプラズマ化されたＮＨ３によりトレンチＴを含むウエハＷの表面が窒化され、表面にＮＨ２基が吸着する。
なお、窒化工程では、ウエハＷの表面全体を均一に窒化すべく、ＮＨ３含有ガスが供給される。プラズマ化したＮＨ３は、プラズマの寿命が比較的長く、第２の処理領域Ｐ２の全体に拡散し、トレンチＴの奥（底面）まで到達し、トレンチＴ内を含むウエハＷの表面全体を窒化する。ＮＨ３プラズマの寿命が長いため、全体を均一に窒化すべく、プラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との距離も比較的大きく設定される。本実施形態では、プラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との距離は９０ｍｍに設定されているが、第３の処理領域Ｐ３におけるプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２との間の距離より大きい限り、種々の値とすることができる。例えば、プラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との距離は、８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定されてもよい。なお、プラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との間の距離は、筐体９０の底面と回転テーブル２の表面との間の距離、即ち、筐体９０の底面の高さを調整することにより、種々の値に設定することができる。
図９（ｃ）は、ＮＨ２基１３０が、トレンチＴを含むウエハＷの表面上に吸着した状態を模式的に示した図である。図９（ｃ）に示されるように、ＮＨ２基１３０は、トレンチＴを含むウエハＷの表面上にコンフォーマルに形成される。
図９（ｄ）は、吸着サイト制御工程の一例を示した図である。吸着サイト制御工程では、ウエハＷにプラズマ化したＮ２含有ガス（第２のプラズマ処理用ガス）が供給され、トレンチＴの上部及びウエハＷの上面のＮＨ２基がＮ基に変換される。具体的には、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは第３の処理領域Ｐ３を通過し、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３からＮ２／Ａｒ／Ｈ２の混合ガスが供給され、プラズマ発生器８１ｂによりプラズマ化される。プラズマ化されたＮ２は、寿命が比較的短いため、トレンチＴの奥までは到達せず、トレンチＴの上部とウエハＷの上面のみ、ＮＨ２基からＨを除去し、Ｎ基に変換する。ＮＨ２基は、ＤＣＳ等の原料ガスに対して吸着基として機能するが、Ｎ基は非吸着基として機能するため、トレンチＴの上部及びウエハＷの上面に非吸着サイトが形成され、トレンチＴの底部付近に吸着サイトが形成された状態となる。
ここで、Ｎ２は、寿命が短いため、プラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２との距離は、第２の処理領域Ｐ２におけるプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との間の距離よりも短く設定される。本実施形態では、プラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２との間の距離を６０ｍｍに設定しているが、第２の処理領域Ｐ２におけるプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２との間の距離よりも短く設定されていれば、種々の値とすることができる。例えば、第３の処理領域Ｐ３におけるプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２との間の距離は、２０ｍｍ以上８０ｍｍ未満に設定してもよい。
なお、トレンチＴの上部のＮＨ２基のみからＨを抜き、Ｎ基に変換すべく、Ｎ２の流量、高周波電力の大きさ、プラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２の表面との距離等の種々の条件を適宜変更し、適切な値に設定することができる。
また、本実施形態では、第２のプラズマ処理用ガスとして、Ｎ２／Ａｒ／Ｈ２の混合ガスを用いているが、Ｎ２を含有する限り、種々のＮ２含有ガスを用いることができる。
図９（ｅ）は、ＮＨ２基１３０の一部がＮ基１３１に変換した状態を模式的に示した図である。図９（ｅ）に示されるように、トレンチＴの上部及びウエハＷの上面に形成されたＮＨ２基１３０は、Ｎ基１３１に変換される。
次に、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは分離領域Ｄの下方を通過し、分離ガスが供給されてパージされる。なお、分離ガス（パージガス）は、Ｎ２、Ａｒ等が用いられる。ウエハＷは、分離領域Ｄを通過後、第１の処理領域Ｐ１に到達する。
図９（ｆ）は、原料吸着工程の一例を示した図である。原料吸着工程では、ウエハＷに原料ガスが供給され、原料ガスが選択的にトレンチＴ内のＮＨ２基１３０上に吸着する。具体的には、ウエハＷは第１の処理領域Ｐ１を通過し、原料ガスノズル３１からＤＣＳが供給される。ＤＣＳは、ＮＨ２基１３０上には吸着するが、Ｎ基１３１上には吸着しない。よって、トレンチＴの底面付近にのみＤＣＳが吸着する。
図９（ｇ）は、ＤＣＳが選択的に吸着した状態を模式的に示した図である。図９（ｇ）に示されるように、トレンチＴの底面付近にＤＣＳ１３２が吸着しており、トレンチＴの上部及びウエハＷの上面には、ＤＣＳ１３２はあまり吸着していない。よって、ボトムアップするような形でトレンチＴ内にＤＣＳ１３２が埋め込まれる。このように、本実施形態に係る成膜方法によれば、選択的にＤＣＳ１３２を吸着させることができ、ボトムアップ性の高い埋め込み成膜を行うことができる。
次いで、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは分離領域Ｄの下方を通過し、分離ガスが供給されてパージされる。その後、ウエハＷは、第２の処理領域Ｐ２に到達する。
第２の処理領域Ｐ２をウエハＷが通過すると、再び図９（ｂ）、（ｃ）で説明した窒化工程が行われる。以下、回転テーブル２の回転に伴い、ウエハＷは図９（ｂ）〜（ｇ）で説明した窒化工程、吸着サイト制御工程及び原料吸着工程を繰り返し、トレンチＴ内の底面からボトムアップするように埋め込み成膜が行われる。そして、トレンチＴ内にＳｉＮ膜が埋め込まれて成膜され、トレンチＴ内が総て埋め込まれた段階で、成膜処理が終了する。これにより、本発明の実施形態に係る成膜方法が終了する。
成膜処理が終了したら、ガスノズル３１〜３３、４１、４２からのガスの供給を停止するとともに、回転テーブル２の回転も停止する。そして、ゲートバルブＧを開放し、成膜処理後のウエハＷを、搬送アーム（図示せず）を用いて搬送口１５から搬出する。総てのウエハＷの搬出を終えたら、成膜処理の総てが終了する。必要に応じて、次に処理すべきウエハＷを搬入し、また同様に成膜処理を実施する。
このように、本発明の実施形態に係る成膜方法によれば、良好なボトムアップ性でトレンチＴ、ビア等の窪みパターンにシリコン窒化膜を埋め込むことができるので、シリコン窒化膜のボイドの発生を防止することができる。
図１０は、図９で説明した成膜方法を、反応モデルで示した図である。
図１０（ａ）は、初期のウエハＷの表面状態の一例を示した図である。初期状態では、ウエハＷの表面には、ＯＨ基が形成されている。
図１０（ｂ）は、窒化工程におけるウエハＷの表面状態の一例を示した図である。窒化工程では、ウエハＷの表面にプラズマ化したＮＨ３／Ｈ２／Ａｒの混合ガスが供給され、ウエハＷの表面にＮＨ２基が形成される。
図１０（ｃ）は、吸着サイト制御工程におけるウエハの表面状態の一例を示した図である。吸着サイト制御工程においては、ウエハＷの表面にプラズマ化したＮ２／Ｈ２／Ａｒの混合ガスが供給され、改質を行うとともに、ＮＨ２基の一部をＮ基に変換する。なお、かかる吸着サイト及び非吸着サイトの形成は、トレンチの深さ方向で制御する。つまり、トレンチの上部に非吸着サイトを形成し、トレンチの中段から下部に吸着サイトを残す。
図１０（ｄ）は、原料吸着工程におけるウエハの表面状態の一例を示した図である。原料吸着工程においては、原料ガスであるＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）をウエハＷの表面に供給するが、ＤＣＳは、吸着サイトであるＮＨ２基に選択的に化学吸着し、Ｎ基には吸着しない。これにより、選択的な埋め込み成膜が可能となる。
なお、以降、図１０（ｂ）〜（ｄ）が繰り返され、トレンチ内にＳｉＮ膜が充填されてゆく。
〔実施例〕
図１１は、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施した実施例の結果を、比較例とともに示した図である。比較例１、２及び実施例の結果が図１に示されている。
本実施例に係る成膜方法は、上述の回転テーブル式の成膜装置を用いて実施した。また、第２の処理領域Ｐ２におけるプラズマ発生器８１ａと回転テーブル２の表面との間の距離は９０ｍｍ、第３の処理領域Ｐ３におけるプラズマ発生器８１ｂと回転テーブル２の表面との間の距離は６０ｍｍに設定した。また、高周波電力の出力は５ｋＷとした。第２の処理領域Ｐ２における第１のプラズマ処理用ガスノズル３２からは、ＮＨ３／Ｈ２／Ａｒの混合ガスを、３００／６００／２０００ｓｃｃｍの流量で供給した。
第３の処理領域Ｐ３の第２のプラズマ処理用ガスノズル３３からは、ＮＨ３／Ｎ２／Ａｒの混合ガスを、流量条件を変更して供給した。比較例１では、ＮＨ３／Ｎ２／Ａｒ＝２０００／０／２０００ｓｃｃｍ（ＮＨ３／Ｎ２＝２０００／０ｓｃｃｍ）とした。比較例２では、ＮＨ３／Ｎ２／Ａｒ＝１５００／５００／２０００ｓｃｃｍ（ＮＨ３／Ｎ２＝１５００／５００ｓｃｃｍ）とした。実施例では、ＮＨ３／Ｎ２／Ａｒ＝０／１５００／２０００ｓｃｃｍ（ＮＨ３／Ｎ２＝０／２０００ｓｃｃｍ）とした。
比較例１は、第２のプラズマ処理用ガスの窒化ガスをＮＨ３のみとした例であり、比較例２は、第２のプラズマ処理用ガスの窒化ガスをＮＨ３／Ｎ２の混合ガスとし、ＮＨ３の流量を多くした例である。実施例は、第２のプラズマ処理用ガスの窒化ガスをＮ２のみとした例である。
図１１は、比較例１、２及び実施例を実施した後のトレンチを示す図であり、比較例１の２２ｎｍの膜厚を１００％の基準状態とした。なお、図１１中には、膜厚を測定した箇所が破線の丸で示されており、その箇所の膜厚が記載されている。
比較例２では、比較例１と比較すると、底部ＢＴＭの膜厚が９６％となっており、他の部分での膜厚は１００％であるので、底部よりも上部の方がやや厚く成膜されている。
一方、実施例においては、底部ＢＴＭ及び下から２番目の２μｍの部分の膜厚が１１５％であり、上部の１００％、１０５％の膜厚よりも厚く成膜されていることが示されている。このように、本実施例に係る成膜方法によれば、選択的に埋め込み成膜を行うことができ、ボトムアップ性の良好な埋め込み成膜を行うことができることが図１１により示された。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
１５ 搬送口
２４ 凹部
３１ 原料ガスノズル
３２ 第１のプラズマ処理用ガスノズル
３３ 第２のプラズマ処理用ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
８１ａ、８１ｂ プラズマ発生器
８３ アンテナ
８５ 高周波電源
９０ 筐体
１３０ ＮＨ２基
１３１ Ｎ基
１３２ ＳｉＮ膜
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 処理領域
Ｔ トレンチ
Ｗ ウエハ

Claims (11)

  1. 基板の表面に形成された窪みパターン内にＳｉＮ膜を埋め込む成膜方法であって、
    前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮＨ３を含む第１の処理ガスをプラズマ化して供給し、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮＨ２基を吸着させる窒化工程と、
    該ＮＨ２基が吸着した前記窪みパターンを含む前記基板の表面にＮ２を含む第２の処理ガスをプラズマ化して供給し、前記ＮＨ２基の一部をＮ基に変換する吸着サイト制御工程と、
    シリコン含有ガスを前記ＮＨ２基及び前記Ｎ基が吸着した前記窪みパターンを含む前記基板の表面に供給し、前記ＮＨ２基に選択的に吸着させるシリコン吸着工程と、を有し、
    前記窒化工程、前記吸着サイト制御工程及び前記シリコン吸着工程を周期的に複数回繰り返す成膜方法。
  2. 前記吸着サイト制御工程において、前記窪みパターンの上部及び前記基板の表面上に吸着した前記ＮＨ２基が前記Ｎ基に変換される請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記第１の処理ガスは、Ｎ２を含まないガスである請求項１又は２に記載の成膜方法。
  4. 前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスは、Ａｒ及びＨ２を更に含む請求項３に記載の成膜方法。
  5. 前記シリコン含有ガスは、ジクロロシランガス、ジシランガス、ヘキサクロロジシランガス、ジイソプロピルアミノシランガス、トリスジメチルアミノシランガス、ビスターシャルブチルアミノシランガスのいずれかである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記基板の温度は、前記窪みパターンを含む前記基板の表面をアンモニアラジカルで窒化できる４００℃以上に設定された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  7. プラズマ化された前記第２の処理ガスは、プラズマ化された前記第１の処理ガスよりも高いエネルギーを有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
  8. 前記第１の処理ガスをプラズマ化する第１のプラズマは、前記第２の処理ガスをプラズマ化する第２のプラズマよりも前記基板の表面から離間した高い位置で生成される請求項７に記載の成膜方法。
  9. 前記吸着サイト制御工程と前記シリコン吸着工程との間、及び前記シリコン吸着工程と前記窒化工程との間に、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にパージガスを供給するパージ工程を更に有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
  10. 前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブルの表面上に周方向に沿って配置され、
    前記処理室内には、前記回転テーブルの上方に前記回転テーブルの回転方向に沿って前記窒化工程を実施する第１のプラズマ処理領域と、前記吸着サイト制御工程を実施する第２のプラズマ処理領域と、前記パージ工程を実施するパージ領域と、前記シリコン吸着工程を実施する吸着領域と、前記パージ工程を実施するパージ領域とが設けられ、
    前記回転テーブルが回転することにより、前記窒化工程、前記吸着サイト制御工程、前記パージ工程、前記シリコン吸着工程及び前記パージ工程が前記窪みパターンを含む前記基板の表面に実施される請求項９に記載の成膜方法。
  11. 前記第１のプラズマ処理領域及び前記第２のプラズマ処理領域では、前記処理室の天井面に第１のプラズマ発生器及び第２のプラズマ発生器が設けられ、
    前記第１のプラズマ発生器が、前記第２のプラズマ発生器よりも高い位置に設けられている請求項１０に記載の成膜方法。
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