JP2017157715A - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、面内均一性を高めることができる成膜方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板Ｗの表面にＳｉ含有ガスを供給し、前記基板の前記表面に前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程と、前記基板の前記表面に窒化ガスを第１のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に吸着した前記Ｓｉ含有ガスを窒化し、ＳｉＮ膜を堆積させる工程と、前記基板の前記表面にＮＨ３及びＮ２を所定の比率で含む改質ガスを第２のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に堆積した前記ＳｉＮ窒化膜を改質する工程と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、成膜方法に関する。
従来から、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition、原子層堆積法）を用いた成膜方法において、２個のプラズマ発生手段を搭載した成膜装置を用いて成膜を行う成膜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に記載の成膜装置は、真空容器内に回転テーブルを有し、回転テーブル上に基板を載置可能に構成されている。そして、成膜装置は、基板の表面に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段と、第１のプラズマ処理用ガスを供給する第１のプラズマ処理用ガス供給手段と、第２のプラズマ処理用ガスを供給する第２のプラズマ処理用ガス供給手段とを備える。更に、成膜装置は、第１のプラズマ処理用ガスをプラズマ化する第１のプラズマ発生手段と、第２のプラズマ処理用ガスをプラズマ化する第２のプラズマ発生手段とを備え、第２のプラズマ発生手段と回転テーブルとの距離は、第１のプラズマ発生手段と回転テーブルとの距離よりも短く設定されている。これにより、第２のプラズマ処理用ガスのイオンエネルギー及びラジカル濃度を、第１のプラズマ処理用ガスのイオンエネルギー及びラジカル濃度より高くすることができる。
かかる構造を有する成膜装置を用いて、第１の処理ガス供給手段からシリコン含有ガス、第１のプラズマ処理用ガス供給手段からＮＨ３、第２のプラズマ処理用ガス供給手段からＮＨ３／Ａｒ／Ｈ２の混合ガスを供給することにより、基板に吸着したシリコン含有ガスをイオンエネルギー及びラジカル濃度が低いＮＨ３により窒化し、次いでイオンエネルギー及びラジカル濃度が低いＮＨ３／Ａｒ／Ｈ２の混合ガスで改質処理を行うことができ、パターンの表面積に依存して面内成膜量が変化する所謂ローディング効果を抑制することができる。
特開２０１５−１６５５４９号公報
しかしながら、上述の特許文献１に記載の成膜方法を用いた場合であっても、回転テーブルの半径方向における基板の端部の成膜が不十分な場合があり、更なる面内均一性の向上が求められる場合がある。
そこで、本発明は、面内均一性を高めることができる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、基板の表面にＳｉ含有ガスを供給し、前記基板の前記表面に前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程と、
前記基板の前記表面に窒化ガスを第１のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に吸着した前記Ｓｉ含有ガスを窒化し、ＳｉＮ膜を堆積させる工程と、
前記基板の前記表面にＮＨ３及びＮ２を所定の比率で含む改質ガスを第２のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に堆積した前記ＳｉＮ窒化膜を改質する工程と、を有する。
本発明によれば、面内均一性の高い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。 回転テーブルの回転方向に略平行なウエハの中心を通る横軸上における比較例、実施例１〜５及び参考例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。 回転テーブルの半径方向に平行なウエハの中心を通る縦軸上における比較例、実施例１〜５及び参考例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。 比較例、実施例１〜６及び参考例に係る成膜方法の成膜結果を面内均一性の観点から示した図である。 比較例、実施例１〜６及び参考例のウエハ上に成膜されたＳｉＮ膜の均一性の算出結果を示す。 実施例４と比較例のＸ軸上における膜厚分布を示した実施結果である。 実施例４と比較例のＹ軸上における膜厚分布を示した実施結果である。
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、プラズマ発生器８１ａ、８１ｂが各々設けられている。これらプラズマ発生器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。
原料ガスノズル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の表面上に窒化源であるＮＨ２ ＊を供給し、シリコン含有ガスを窒化してＳｉＮの分子層を堆積させることができる。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が発生するプラズマにより活性化（イオン化又はラジカル化）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、ＮＨ３の窒化力を高めるため、ＮＨ３とＮ２の双方を含有するＮＨ３／Ｎ２含有ガスが選択される。ＮＨ３にＮ２を添加することにより、ＮＨ＊及びＮＨ２ ＊の双方を発生させることができ、窒化力を向上させることができる。なお、このメカニズムの詳細については、後述する。
ＮＨ３／Ｎ２含有ガスは、ＮＨ３／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、組成比も含めた全体としては、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のプラズマ発生器８１ａ及び第２のプラズマ発生器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のプラズマ発生器８１ａ及び第２のプラズマ発生器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、プラズマ発生器の一例を示す縦断面図である。また、図５は、プラズマ発生器の一例を示す分解斜視図である。さらに、図６は、プラズマ発生器に設けられる筐体の一例を示す斜視図である。
プラズマ発生器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、プラズマ発生器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、プラズマ発生器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。プラズマ発生器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、プラズマ発生器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、プラズマ発生器の一例を示す平面図である。図８は、プラズマ発生器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器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、プラズマ発生器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。
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のプラズマ発生器８１ａとの間に形成されている。また、第２の排気口６２は、第２のプラズマ発生器８１ｂと、このプラズマ発生器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部１１０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。
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。
回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハ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、原子層堆積法）又はＭＬＤ法（Molecular Layer Deposition、分子層堆積法）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との間の第１の距離が、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との間の第２の距離よりも大きく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）、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ＮＨ３、Ｎ２及び、Ａｒ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窒化ガス、第２のプラズマ処理用ガスとしては種々のＮＨ３及びＮ２の双方を含有する改質ガスを用いることができる。
本実施形態では、第１のプラズマ処理用ガスとして、ＮＨ３を含有するがＮ２を含有しない窒化ガスを用い、第２のプラズマ処理用ガスとして、ＮＨ３及びＮ２を含有する改質ガスを用いるが、まず、その理由について説明する。
プラズマ中で、ＮＨ３、Ｎ２が単独のガスとして各々存在する場合には、以下の式（１）、（２）に示すように、各々で可逆反応が発生する。
ＮＨ３⇔ＮＨ２ ＊＋Ｈ＊ （１）
Ｎ２⇔２Ｎ＊ （２）
２つのガスがプラズマ中に存在する場合には、以下の式（３）〜（５）に示すように、Ｎ＊がＨ＊と反応することで、ＮＨ＊、ＮＨ２ ＊の双方が発生し、窒化力が増加するとともに、式（１）、（２）の可逆反応を防ぐ。
Ｎ＊＋Ｈ＊→ＮＨ＊ （３）
ＮＨ＊＋Ｈ＊→ＮＨ２ ＊ （４）
ＮＨ２ ＊＋Ｈ＊→ＮＨ３ （５）
よって、式（６）に示されるように、結果的には、ＮＨ３にＮ２を添加してプラズマにより活性化することにより、窒化力を増加させる方向に作用する。
２ＮＨ３＋Ｎ２⇔２ＮＨ２ ＊＋２ＮＨ＊ （６）
かかるメカ二ズムを利用し、本実施形態では、改質用の第２のプラズマ処理用ガスとして、ＮＨ３とＮ２との混合ガスを用い、窒化力を高め、膜質を向上させる。
但し、Ｎ２がある濃度以上になった場合には、窒化ガスであるＮＨ３を希釈し過ぎ、窒化源であるＮＨ３が不足してしまうので、ＮＨ３／Ｎ２の最適な流量比が存在する。以下、その流量比についても言及しつつ本発明の実施形態に係る成膜方法について説明する。
先ず、上述した成膜装置へのウエハＷの搬入に際しては、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１０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。ウエハＷの温度は、用途に応じて適宜適切な値に設定されてよいが、３００〜６００℃の範囲に設定されてもよく、例えば、４００℃程度に設定されてもよい。
続いて、第１の処理ガスノズル３１から原料ガスであるＤＣＳを、所定の流量で供給すると共に、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３４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供給する。ここで、第１のプラズマ処理用ガスはＮＨ３、Ａｒ及びＨ２の混合ガスであり、第２のプラズマ処理用ガスはＮＨ３、Ｎ２及び、Ａｒの混合ガスである。第１のプラズマ処理用ガスは、ウエハＷの表面に吸着したＳｉ含有ガスと反応してＳｉＮ膜の分子層をウエハＷの表面上に堆積させるための窒化ガスであり、第２のプラズマ処理用ガスは、ウエハＷの表面上に堆積したＳｉＮ膜を更に窒化し、ＳｉＮ膜の膜質を向上させるための改質ガスである。改質ガスが、上述の式（６）の反応を発生するガスであり、窒化力を高める効果を有する。
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、プラズマ発生器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。なお、圧力は、用途に応じて適切な値に設定されてよいが、０．２〜２．０Ｔｏｒｒの範囲に設定されてもよく、例えば、０．７５Ｔｏｒｒ程度に設定されてもよい。
以下、図２を用いて説明する。ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１において原料ガス（Ｓｉ含有ガス）であるＤＣＳが吸着する。第１の処理ガスが吸着したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、分離領域Ｄを通過する。この分離領域Ｄでは、ウエハＷの表面に分離ガスが供給され、第１の処理ガスに関する、不要な物理吸着分が除去される。
ウエハＷは次に、回転テーブル２の回転により、第２の処理領域Ｐ２に到達する。第２の処理領域Ｐ２では、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供給された第１のプラズマ処理用ガス（ＮＨ３含有ガス）がプラズマによって活性化され、ＮＨ２ ＊によりＤＣＳが窒化され、形成したシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）がウエハＷの表面上に堆積する。
ここで、第１のプラズマ処理用ガスは、ＮＨ３含有ガス等の窒化ガスであれば、種々のガスを用いることができるが、例えば、Ａｒ、ＮＨ３及びＨ２を含む混合ガスであってもよい。また、Ａｒ、ＮＨ３及びＨ２の含有量及び比率も、用途に応じて種々の設定としてよいが、例えば、Ａｒを２０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３を３００ｓｃｃｍ、Ｈ２を６００ｓｃｃｍ含む混合ガスであってもよい。第１のプラズマ処理用ガスは、ウエハＷの表面に吸着したＳｉ成分の窒化に重点を置き、窒化源であるＮＨ３を十分に供給する。よって、第１のプラズマ処理用ガスには、Ｎ２を含まない。また、第１のプラズマ発生器８１ａは、第２のプラズマ発生器８１ｂよりも高い位置に設置され、ＮＨ３をプラズマ化したＮＨ２ ＊がウエハＷの全面に広く行き渡るようにする。ＮＨ２ ＊は、広く拡散する性質を有するので、この役割に適していると言える。
なお、一般的に、プラズマ処理用のガスのプラズマによって発生する活性種としては、イオン及びラジカルが知られており、イオンは、主として窒化膜の改質処理に寄与し、ラジカルは、主として窒化膜の形成処理に寄与する。また、イオンは、ラジカルと比較して、寿命が短く、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂと、回転テーブル２との間の距離を長くすることにより、ウエハＷに到達するイオンエネルギーが大きく減少する。
ここで、第２の処理領域Ｐ２では、第１のプラズマ発生部８１ａと回転テーブル２との間の距離が、第２の距離と比較して大きい距離に設定されている。この比較的大きい第１の距離によって、第２の処理領域Ｐ２において、ウエハＷに到達するイオンは大きく低減され、ウエハＷには主としてラジカルが供給される。即ち、第２の処理領域Ｐ２においては、ウエハＷ上の第１の処理ガスは、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによって、（初期）窒化され、薄膜成分である窒化膜の分子層が１層又は複数層形成される。また、形成された窒化膜は、プラズマによって、ある程度の改質処理もなされる。
また、成膜プロセスの初期においては、活性種のウエハへの影響が大きく、例えばイオンエネルギーが大きいプラズマを使用した場合、ウエハ自身が窒化されてしまうことがある。この観点からも、第２の処理領域Ｐ２における処理では、先ず、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによってプラズマ処理を行うことが好ましい。
第１の距離としては、限定されないが、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによって、効率的にウエハＷ上に窒化膜を成膜する観点から、８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、例えば、９０ｍｍに設定してもよい。
次に、第２の処理領域Ｐ２を通過したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、第３の処理領域Ｐ３に到達する。第３の処理領域Ｐ３では、第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から供された第２のプラズマ処理用ガスをプラズマで活性化することにより、ＳｉＮ膜が更に窒化され、堆積したＳｉＮ膜が改質処理される。
ここで、第２のプラズマ処理用ガスは、ＮＨ３及びＮ２の双方を含有する改質ガスであれば、種々のガスを用いることができるが、例えば、Ａｒ、ＮＨ３及びＮ２を含む混合ガスであってもよい。また、Ａｒ、ＮＨ３及びＮ２の含有量（流量）及び比率も、用途に応じて種々の設定としてよいが、ＮＨ３対Ｎ２の比率は、Ｎ２がＮＨ３よりも高い流量を有する比率に設定されることが好ましく、Ｎ２がＮＨ３の２倍以上の流量を有する比率に設定されることがより好ましい。更に、Ｎ２がＮＨ３の３倍以上の流量を有する比率に設定されることが更に好ましく、Ｎ２がＮＨ３の３倍以上の流量を有する比率に設定されることがより一層好ましい。例えば、Ａｒの流量を２０００ｓｃｃｍとしたときに、ＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）は、６００／１４００、５００／１５００、３００／１７００、２００／１８００といった比率とすることができる。後に、実施例を用いて説明するが、上述の比率のうち、最も良好な面内均一性で成膜できたのは、ＮＨ３／Ｎ２＝３００／１７００であった。このように、第２のプラズマ処理用ガスのＮＨ３／Ｎ２の比率は、Ｎ２がＮＨ３の３倍以上の含有量となるような設定であることが好ましい。
このような比率でＮＨ３及びＮ２を含有する混合ガスを第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から供給し、第２のプラズマ発生器８１ｂで発生したプラズマを用いて活性化することにより、上述の式（６）で説明した反応が起こり、窒化力を高めることができる。また、Ｎ２のプラズマは、寿命は短いが、高いエネルギーを有するとともに、あまり拡散せず、アンテナ８３の下に集中する性質がある。第２のプラズマ発生器８１ｂのアンテナ８３は、半径方向においてウエハＷの両端よりも長く形成されているので、アンテナ８３の下にＮＨ２ ＊、ＮＨ＊を集中させることができ、ウエハＷの径方向端部にあるＳｉＮ膜も十分に窒化することができる。これにより、ウエハＷ上のＳｉＮ膜の面内均一性を高めることができる。
また、第３の処理領域Ｐ３では、第２のプラズマ発生部８１ｂと回転テーブル２との間の距離が、前述した第１の距離よりも小さい第２の距離に設定されている。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。なお、留意すべきことは、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ということである。したがって、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷ上の第１の処理ガスは、比較的イオンエネルギーが大きく、高密度のラジカルを有するプラズマによって、窒化され、形成された窒化膜は、第２の処理領域Ｐ２と比較して、より効率的に改質処理される。
第２の距離としては、第１の距離よりも小さければ限定されないが、より効率的に窒化膜を改質する観点から、２０ｍｍ以上８０ｍｍ未満の範囲内とすることが好ましく、例えば、６０ｍｍの距離（高さ）に設定してもよい。
プラズマ処理されたウエハＷは、回転テーブル２の回転により、分離領域Ｄを通過する。この分離領域Ｄは、不要な窒化ガス、改質ガスが、第１の処理領域Ｐ１へと侵入しないように、第１の処理領域Ｐ１と第３の処理領域Ｐ３とを分離する領域である。
本実施形態においては、回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面への原料ガス（Ｓｉ含有ガス）の吸着、ウエハＷ表面に吸着した原料ガス成分（Ｓｉ）の窒化、及び反応生成物（ＳｉＮ）のプラズマ改質が、この順番で多数回に亘って行われる。即ち、ＡＬＤ法による成膜処理と、形成された膜の改質処理とが、回転テーブル２の回転よって、多数回に亘って行われる。
なお、本実施形態に係る基板処理装置における処理領域Ｐ１、Ｐ２の間には、回転テーブル２の周方向両側に分離領域Ｄを配置している。そのため、分離領域Ｄにおいて、原料ガスとプラズマ処理用ガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気口６１、６２に向かって排気されていく。
〔実施例〕
次に、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施した実施例について説明する。まず、実施例に用いた成膜装置は、上述の実施形態で説明した回転テーブル式の２つのプラズマ発生器８１ａ、８１ｂを搭載したＡＬＤ成膜装置である。
真空容器１内のウエハＷの温度は、４００℃に設定した。真空容器１内の圧力は、０．７５Ｔｏｒｒとした。回転テーブル２の回転速度は１０ｒｐｍに設定した。第２の処理領域Ｐ２、即ち第１のプラズマ処理用ガスを供給する第１のプラズマ発生器８１ａの回転テーブル２の表面との距離は９０ｍｍに設定した。また、第３の処理領域Ｐ３、即ち第２のプラズマ処理用ガスを供給する第２のプラズマ発生器８１ｂの回転テーブル２の表面との距離は６０ｍｍに設定した。原料ガスノズル３１から供給される原料ガスは、Ｓｉ含有ガスであるＤＣＳを用い、流量は１０００ｓｃｃｍに設定した。第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供給される窒化ガスは、ＮＨ３／Ａｒ／Ｈ２の混合ガスとし、ＮＨ３の流量を３００ｓｃｃｍ、Ａｒの流量を２０００ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を６００ｓｃｃｍに設定した。以上は、固定された条件である。
第２のプラズマ処理用ガスノズル３３から供給される改質ガスは、ＮＨ３／Ｎ２／Ａｒの混合ガスとし、Ａｒの流量は２０００ｓｃｃｍで固定したが、ＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）の流量を種々変化させた。
比較例がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝２０００／０であり、これは従来から実施されているＮ２を添加しない改質処理である。
実施例１がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝１５００／５００であり、実施例２がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝１０００／１０００である。実施例３がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝５００／１５００であり、実施例４がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００である。実施例５がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝２００／１８００であり、参考例がＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝０／２０００である。参考例は、Ｎ２を含有しているが、ＮＨ３を含有しておらず、ＮＨ３とＮ２の混合ガスではないので、実施例ではなく参考例としている。
図９は、Ｘ軸上、即ち回転テーブル２の回転方向に略平行なウエハＷの中心を通る横軸上における比較例、実施例１〜５及び参考例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図９において、横軸はウエハＷ上のＸ軸上における位置、縦軸はＳｉＮ膜の膜厚を示している。
図９に示されるように、ＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の実施例４における膜厚が最も大きく、また、良好な均一性が得られている。Ｎ２が添加されていない比較例は、実施例１〜５のいずれよりも小さい膜厚となっている。また、ＮＨ３を含まない参考例は、比較例よりも更に膜厚が小さい。よって、図９より、Ｘ軸上において、実施例１〜６は総て比較例及び参考例よりも均一性が良好であり、そのうち実施例４のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の流量比が最も良好であることが示された。
図１０は、Ｙ軸上、即ち回転テーブル２の半径方向に平行なウエハＷの中心を通る縦軸上における比較例、実施例１〜５及び参考例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図１０において、横軸はウエハＷ上のＹ軸上における位置、縦軸はＳｉＮ膜の膜厚を示している。
図１０に示されるように、Ｙ軸上においても、ＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の実施例４における膜厚が最も大きく、また、良好な均一性が得られている。Ｎ２が添加されていない比較例は、実施例１〜５のいずれよりも小さい膜厚となっている。また、ＮＨ３を含まない参考例は、比較例よりも更に膜厚が小さい点も、図９と同様である。よって、図１０より、Ｙ軸上においても、実施例１〜６は総て比較例及び参考例よりも均一性が良好であり、そのうち実施例４のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の流量比が最も良好であることが示された。
図１１は、比較例、実施例１〜５及び参考例に係る成膜方法の成膜結果を面内均一性の観点から示した図である。図１１において、横軸はＮ２濃度（％）を示し、右側に行く程Ｎ２密度が高くなる。また、縦軸は膜厚のウエハＷ内の均一性（±％）を示し、０に近付く程均一性は良好であることを意味する。
図１１に示されるように、実施例４のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の場合が最も均一性が良好であり、次に実施例５のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝２００／１８００の場合の均一性が良好である。続いて、実施例３のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝５００／１５００、新たに追加された実施例６のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝６００／１４００、実施例２のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝１０００／１０００、実施例１のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝１５００／５００の順に良好となっている。そして、これら実施例１〜６の均一性は、いずれも比較例のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝２０００／０及び参考例のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝０／２０００の場合よりも高い。
このように、実施例１〜６の膜厚の均一性は、総て比較例及び参考例よりも良好であり、その中でも、実施例４のＮＨ３（ｓｃｃｍ）／Ｎ２（ｓｃｃｍ）＝３００／１７００の比率が最も均一性が良好であることが示された。つまり、第２のプラズマ処理用ガスに用いる改質ガスには、ＮＨ３及びＮ２の双方を含有する混合ガスを用いることが好ましく、更に、Ｎ２の流量がＮＨ３の流量よりも大きい所定の比率に面内均一性を良好にする最適値があることが示された。
図１２は、比較例、実施例１〜６及び参考例のウエハＷ上に成膜されたＳｉＮ膜の均一性の算出結果を示した図である。
図１２において、膜厚の平均値がＷＩＮ ＡＶＧ（ｎｍ）、最大値がＭａｘ（ｎｍ）、最小値がＭｉｎ（ｎｍ）、均一性がＷｉｎ Ｕｎｉｆ（±％）で示されている。図９〜図１１で示した結果と合致して、均一性は実施例４が±１．１６％で最も良好であり、次いで、実施例５が±１．３２％で２番目に良好であり、実施例３が１．６８で３番目に良好である。更に、±１．９２％の実施例６、±２．４８％の実施例２、±２．９９の実施例１の順に均一性が良好であり、これらは、±３．７２の比較例及び±５．３５の参考例よりも良好な結果となっている。
また、膜厚に関しても、実施例４が２３．０９ｎｍで最も厚くなっており、実施例１〜６の方が、比較例及び参考例よりも大きな膜厚が得られているが、均一性程には全体で大きな差は見られない。よって、本実施例によれば、所定の膜厚を得つつ、面内均一性を向上させることができる。
図１３は、実施例４と比較例のＸ軸上における膜厚分布を示した実施結果である。図１３に示されるように、実施例４では、膜厚全体が向上しているとともに、左側と右側の端部の膜厚が比較例よりも大幅に向上し、全体として膜厚均一性が向上していることが分かる。即ち、比較例においては、Ｘ軸上の中央領域よりも左側と右側の端部の膜厚が大きく低下しており、山なりの膜厚分布となっているが、実施例４においては、左側と右側の端部の膜厚の低下が小さく、全体で略水平な膜厚分布が得られていることが分かる。
このように、最適条件である実施例４に係る成膜方法によれば、比較例よりも膜厚均一性を大幅に向上させることができることが示された。
図１４は、実施例４と比較例のＹ軸上における膜厚分布を示した実施結果である。図１４に示されるように、実施例４では、Ｘ軸上と同様に、膜厚全体が向上しているとともに、軸側と外側の端部の膜厚が比較例よりも大幅に向上し、全体として膜厚均一性が向上していることが分かる。即ち、比較例においては、Ｙ軸上の中央領域よりも軸側と外側の端部の膜厚が大きく低下しており、山なりの膜厚分布となっているが、実施例４においては、軸側と外側の端部の膜厚の低下が小さく、全体で略水平な膜厚分布が得られていることが分かる。特に、比較例では、外側において大きな膜厚の低下が見られるが、実施例４では、外側の膜厚が大幅に向上していることが分かる。
このように、最適条件である実施例４に係る成膜方法によれば、比較例よりも膜厚均一性を大幅に向上させることができることが示された。
なお、実施例１〜６の条件は、飽くまで例示であり、更なる実験により、更に良好な条件を発見し得る。
このように、本発明の実施形態及び実施例に係る成膜方法によれば、第１のプラズマ処理用ガスをＮＨ３含有ガスとし、第２のプラズマ処理用ガスをＮＨ３及びＮ２含有ガスとすることにより、窒化膜の面内均一性を向上させることができる。更に、第２のプラズマ処理用ガスにおいて、Ｎ２の含有比率をＮＨ３よりも高くし、更に最適な条件を見出すことにより、面内均一性を大幅に向上させることができる。
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
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
９０ 筐体
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 処理領域
Ｔ トレンチ
Ｗ ウエハ

Claims (13)

  1. 基板の表面にＳｉ含有ガスを供給し、前記基板の前記表面に前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程と、
    前記基板の前記表面に窒化ガスを第１のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に吸着した前記Ｓｉ含有ガスを窒化し、ＳｉＮ膜を堆積させる工程と、
    前記基板の前記表面にＮＨ３及びＮ２を所定の比率で含む改質ガスを第２のプラズマにより活性化して供給し、前記基板の前記表面上に堆積した前記ＳｉＮ窒化膜を改質する工程と、を有する成膜方法。
  2. 前記所定の比率は、Ｎ２の方がＮＨ３よりも高い比率である請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記所定の比率は、Ｎ２がＮＨ３の２倍以上含まれる比率である請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記所定の比率は、Ｎ２がＮＨ３の３倍以上含まれる比率である請求項３に記載の成膜方法。
  5. 前記窒化ガスは、ＮＨ３含有ガスである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記窒化ガスは、Ｎ２を含まないガスである請求項５に記載の成膜方法。
  7. 前記窒化ガスは、更にＡｒ及びＨ２を含む請求項５又は６に記載の成膜方法。
  8. 前記改質ガスは、更にＡｒを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
  9. 前記第２のプラズマは、前記第１のプラズマよりも前記基板の前記表面に近い位置で発生させられる請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
  10. 前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程、前記ＳｉＮ膜を堆積させる工程及び前記ＳｉＮ膜を改質する工程を順次繰り返し、前記基板の前記表面上に前記ＳＩＮ膜を所定の膜厚まで堆積させる請求項９に記載の成膜方法。
  11. 前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程と前記ＳｉＮ膜を堆積させる工程との間、及び前記ＳｉＮ膜を改質する工程と前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程との間に、前記基板の前記表面にパージガスを供給する工程を更に有する請求項１０に記載の成膜方法。
  12. 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載置され、
    前記処理室内の前記回転テーブルの上方には、前記回転テーブルの回転方向に沿って順に配置されたＳｉ含有ガス供給領域、第１のパージガス供給領域、窒化ガス供給領域、改質ガス供給領域及び第２のパージガス供給領域が設けられ、
    前記回転テーブルを回転させ、前記基板が前記Ｓｉ含有ガス供給領域、前記第１のパージガス供給領域、前記窒化ガス供給領域、前記改質ガス供給領域及び前記第２のパージガス供給領域を通過することにより、前記Ｓｉ含有ガスを吸着させる工程、前記パージガスを供給する工程、前記ＳｉＮ膜を堆積させる工程、前記ＳｉＮ膜を改質する工程及び前記パージガスを供給する工程を順次繰り返す請求項１１に記載の成膜方法。
  13. 前記窒化ガス供給領域の上方の前記処理室の外部には第１のプラズマ発生器が設けられ、
    前記改質ガス供給領域の上方の前記処理室の外部には第２のプラズマ発生器が設けられ、
    前記第２のプラズマ発生器は、前記第１のプラズマ発生器よりも低い位置に設けられている請求項１２に記載の成膜方法。
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