JP2021039975A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の表面に形成された凹部パターンを埋めるようにシリコン窒化膜を成膜するにあたって、凹部パターンを隙間なく埋めること。
【解決手段】
表面に凹部パターンが形成された基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜方法において、前記基板を格納する処理容器内にシリコンを含む原料ガスと、前記原料ガスを窒化する窒化ガスとを各々供給して前記基板の表面に沿ってコンフォーマルなシリコン窒化膜を形成する工程と、前記処理容器内へのシリコン原料ガスの供給を停止した状態で、前記基板に前記シリコン窒化膜を整形するためのプラズマ化した整形用ガスを供給し、凹部パターンの底部側から上部側に向かって膜厚が薄くなるように前記シリコン窒化膜を収縮させる工程と、前記シリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜を収縮させる工程とを、交互に繰り返し行い、前記凹部パターンにシリコン窒化膜を埋め込む工程と、を含む。
【選択図】図8

Description

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
半導体装置の製造工程においては、例えば基板である半導体ウエハ(以下、ウエハ)に例えばSi(以下窒化シリコンあるいはSiNと表示する)膜などの各種の膜が成膜される。この成膜処理は例えば原料ガスと反応ガスとを交互に複数回ウエハに供給するALD(Atomic Layer Deposition)などと呼ばれている手法によって行われる。ALDを行う成膜装置としては、例えば特許文献1に示すように真空容器内に設けられる回転テーブルにウエハが載置され、当該回転テーブルの回転によって公転するウエハが、原料ガスが供給される雰囲気で構成される処理領域と、反応ガスが供給される雰囲気で構成される処理領域とを繰り返し通過するように構成される装置が知られている。また、これら原料ガスの雰囲気及び反応ガスの雰囲気の他に膜を改質する改質ガスが回転テーブル上に供給され、反応ガス、改質ガスが夫々供給される所定の領域が形成されている。さらにこれらの処理領域を区画するように分離ガスを供給する分離領域が形成されている。
このようなSiN膜を成膜するにあたっては、例えば特許文献1に示すようにウエハの表面に形成された窪みパターンを埋め込むようにSiN膜を成膜することがあり、窪みパターン内部にボイドやシームと呼ばれる隙間が発生しないように埋め込むこと求められている。
特開2019−33229号公報
本開示は、このような事情に基づいてなされたものであり、基板の表面に形成された凹部パターンを埋めるようにシリコン窒化膜を成膜するにあたって、凹部パターンを隙間なく埋める技術を提供することにある。
本開示の成膜装置は、表面に凹部パターンが形成された基板に前記凹部パターンを埋め込むようにシリコン窒化膜を成膜する成膜方法において、
前記凹部パターンが形成された基板に基板の表面形状に沿ったコンフォーマルなシリコン窒化膜を成膜する工程と、
前記コンフォーマルなシリコン窒化膜が成膜された基板にプラズマを供給し、前記シリコン窒化膜を凹部パターンの底部側から上部側に向かって膜厚が薄くなるように収縮させる工程と、を含む。
基板の表面に形成された凹部パターンを埋めるようにシリコン窒化膜を成膜するにあたって、凹部パターンを隙間なく埋める技術を提供することにある。
本開示によれば、基板の表面に形成された凹部パターンを埋めるように成膜するにあたって、凹部パターンを隙間なく埋めることができる。
本開示の一実施の形態に係る成膜装置の一例を示す縦断側面図である。 前記成膜装置の一例を示す横断平面図である。 前記成膜装置に設けられるガス給排気ユニットの一例を示す縦断側面図である。 前記ガス給排気ユニットの一例を示す下面図である。 各処理領域において供給されるガスを示すタイムチャートである。 成膜処理が行われるウエハの表面部分の一例を示す断面図である。 コンフォーマルなSiN膜が成膜されたウエハの一例を示す断面図である。 SiN膜を収縮させたウエハの一例を示す断面図である。 2回目のコンフォーマルなSiN膜が成膜されたウエハの一例を示す断面図である。 2回目のコンフォーマルなSiN膜を収縮させたウエハの一例を示す断面図である。 凹部パターンにSiN膜が埋め込まれたウエハの一例を示す断面図である。 表面が研磨されたウエハの一例を示す断面図である。 ボイドやシームを含むSiN膜が成膜されたウエハの表面を研磨した例を示す断面図である。 本開示の実施の形態の他の例に係る成膜装置を示す断面図である。
本開示の一実施の形態に係る成膜装置について、図1の縦断側面図、図2の横断平面図を参照しながら説明する。この成膜装置は、基板である半導体ウエハ(以下、ウエハと記載する)Wの表面に、ALD(Atomic Layer Deposition)によってSiN膜を形成するように構成されている。明細書では、窒化シリコンについてSi及びNの化学量論比に関わらずSiNと記載する。従ってSiNという記載には、例えばSiが含まれる。
成膜装置は、ウエハWを格納する処理容器である扁平な概ね円形の真空容器11を備え、真空容器11は、側壁及び底部を構成する容器本体11Aと、天板11Bとにより構成されている。真空容器11内には、直径300mmのウエハWを水平に載置する円形の回転テーブル12が設けられている。図中12Aは、回転テーブル12の裏面中央部を支持する支持部である。支持部12Aの下方には、回転機構13が設けられ、回転テーブル12は、成膜処理中において支持部12Aを介して鉛直軸周りに上方から見て時計回り方向に回転する。図中Xは、回転テーブル12の回転軸を示す。
図2に示すように回転テーブル12の上面には、回転テーブル12の周方向(回転方向)に沿ってウエハWの載置部である6つの円形の窪み部14が設けられており、各窪み部14にウエハWが収納される。つまり各ウエハWは、回転テーブル12の回転によって公転するように回転テーブル12に載置される。図1に戻って真空容器11の底部における回転テーブル12の下方には同心円状に複数のヒータ15が設けられ、回転テーブル12に載置されたウエハWが加熱されるように構成されている。また図2に示すように真空容器11の側壁には、ウエハWの搬送口16が開口しており、図示しないゲートバルブによって開閉自在に構成されている。真空容器11内における搬送口16に臨む位置は、ウエハWの受け渡し位置となっており、当該受け渡し位置に対応する部位には、回転テーブル12の下方側に窪み部14を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。そしてウエハWは搬送口16を介して、真空容器11の外部に設けられた図示しない基板搬送機構により、受け渡し位置に搬送され、基板搬送機構と昇降ピンとの協働作用により、窪み部14に受け渡される。
回転テーブル12の上方には、図2に示すようにガス給排気ユニット2と、プラズマ形成ユニット3A〜3Cとが、時計回り方向に、この順に設けられている。また真空容器11における回転テーブル12の外側の下方であって、プラズマ形成ユニット3Bの外側には排気口51が開口しており、この排気口51は真空排気部50に接続されている。
ガス給排気ユニット2について、縦断側面図である図3及び下面図である図4も参照しながら説明する。ガス給排気ユニット2は、平面視、回転テーブル12の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル12の周方向に広がる扇状に形成されており、ガス給排気ユニット2の下面は、回転テーブル12の上面に近接すると共に対向している。
ガス給排気ユニット2は例えばアルミニウムにより構成され、その下面には、ガス吐出口21、排気口22及びパージガス吐出口23が開口している。図中での識別を容易にするために、図4では、排気口22及びパージガス吐出口23に多数のドットを付して示している。ガス吐出口21は、ガス給排気ユニット2の下面の周縁部よりも内側の扇状領域24に多数配列されている。このガス吐出口21は、成膜処理時における回転テーブル12の回転中にシリコンを含む原料ガスであるDCS(ジクロロシラン:SiHCl)ガスを下方にシャワー状に吐出して、ウエハWの表面全体に供給する。
この扇状領域24においては、ガス吐出口21の夫々にDCSガスを供給できるように、ガス給排気ユニット2にはガス流路25が設けられている。そして、ガス流路25の上流側は、配管を介してDCSガスの供給源26に接続されており、各配管にはマスフローコントローラにより構成される流量調整部27及びバルブV27が介設されている。
続いて、上記の排気口22及びパージガス吐出口23について説明する。排気口22及びパージガス吐出口23は、扇状領域24(図4参照)を囲むと共に回転テーブル12の上面に対向するように、ガス給排気ユニット2の下面の周縁部に環状に開口しており、パージガス吐出口23が排気口22の外側に位置している。回転テーブル12上における排気口22の内側の領域は、ウエハWの表面へのDCSの吸着が行われる原料ガス供給領域である吸着領域R0を構成する。パージガス吐出口23は、回転テーブル12上にパージガスとして例えばAr(アルゴン)ガスを吐出する。
図3中の23Aは、各々ガス給排気ユニット2に設けられる互いに区画されたガス流路である。ガス流路23Aの上流端は排気口22、ガス流路23Aの下流端は排気装置28に夫々接続されており、この排気装置28によって、排気口22から排気を行うことができる。また、ガス流路23Bの下流端はパージガス吐出口23、ガス流路23Bの上流端はArガスの供給源29に夫々接続されている。ガス流路23BとArガス供給源29とを接続する配管30には、流量調整部20及びバルブV20が介設されている。
成膜処理中において、ガス吐出口21からの原料ガスの吐出、排気口22からの排気及びパージガス吐出口23からのパージガスの吐出が共に行われる。それによって、図3中に矢印で示すように回転テーブル12へ向けて吐出された原料ガス及びパージガスは、回転テーブル12の上面を排気口22へと向かい、当該排気口22から排気される。このようにパージガスの吐出及び排気が行われることにより、吸着領域R0の雰囲気は外部の雰囲気から分離され、当該吸着領域R0に限定的に原料ガスを供給することができる。
続いてプラズマ形成ユニット3A〜3Cについて説明する。プラズマ形成ユニット3A、3Bにおいては、下面側にプラズマ形成用ガスとしてHガスが供給される。またプラズマ形成ユニット3Cにおいては、下面側にプラズマ形成用ガスとして原料ガスを窒化する窒化ガスであるアンモニア(NH)ガス及び水素(H)ガスが供給されることを除いてほぼ同様に構成されている。Hガスは整形用ガスに相当する。ここではプラズマ形成ユニット3Cについて説明する。プラズマ形成ユニット3Cは、回転テーブル12の中心側から外周側に向かうにつれて広がる概ね扇状に形成されている。図1に示すようにプラズマ形成ユニット3Aは、マイクロ波を供給するためのアンテナ31を備えており、当該アンテナ31は、誘電体板32と金属製の導波管33とを備えている。
導波管33は誘電体板32上に設けられており、回転テーブル12の径方向に沿って延在する内部空間35を備える。導波管33の下部側には、誘電体板32に接するように複数のスロット孔36Aを備えたスロット板が設けられている。導波管33には、マイクロ波発生器37が接続されており、例えば、約2.45GHzのマイクロ波を導波管33に供給する。
また、プラズマ形成ユニット3Aは、誘電体板32の下面側にプラズマ形成用ガスを各々供給するガス吐出孔41と、ガス吐出孔42と、を備えている。ガス吐出孔41は、回転テーブル12の中心部側から外周部側に向かってプラズマ形成用ガスを吐出し、ガス吐出孔42は、回転テーブル12の外周部側から中心側に向かって、例えばHガス及びNHガスの混合ガスが吐出される。図中43はHガスの供給源であり、図中44はNHガスの供給源である。ガス吐出孔41及びガス吐出孔42は、ガス供給機器45を備えた配管系40を介してHガス供給源43及びNHガス供給源44に各々接続されている。このプラズマ形成ユニット3Cは、導波管33に供給されたマイクロ波がスロット板36のスロット孔36Aを通過し、この誘電体板32の下方に吐出されたプラズマ形成用ガスであるNH及びHの混合ガスをプラズマ化する。またプラズマ形成ユニット3CはNHガスの供給を停止し、Hガスのみをプラズマ化できるように構成されている。またプラズマ形成ユニット3A、3Bは、誘電体板32の下方に吐出されたプラズマ形成用ガスがHガスであることを除いてプラズマ形成ユニット3Cと同様に構成されている。プラズマ形成ユニット3A〜3Cの下方は、夫々処理領域R1〜R3に相当する。
図1に示すように成膜装置には、コンピュータからなる制御部10が設けられており、制御部10にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、成膜装置の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述の成膜処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、回転機構13による回転テーブル12の回転数、ヒータ15への給電などが、プログラムによって制御される。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカードなどの記憶媒体から制御部10にインストールされる。
続いて本開示に係る成膜装置の作用について説明する。図5は、吸着領域R0及び各処理領域R1〜R3におけるガスの供給のオンオフ、供給されているガスの種類及びプラズマ形成ユニット3A〜3Cのオンオフを示すタイムチャートである。
先ず、図示しない外部の基板搬送機構によって6枚のウエハWが、回転テーブル12の各窪み部14に昇降ピンと基板搬送機構との協働作用により受け渡される。図6は、回転テーブル12に受け渡されるウエハWの表面部分の構造の一例を示す断面図である。成膜処理が行われるウエハWには、シリコン基板100に溝状の凹部パターン101が形成されている。この凹部パターン101は、線幅10nm〜50nm、深さ20nm〜1000nmに形成され、凹部パターン101の幅は、ウエハWの表面から凹部パターン101の底部まで均一な幅で形成されている。
なお以下明細書中において、ウエハWの表面とは、凹部パターン101の内面を含まないものとする。またシリコン基板100に形成された溝状の部分を「凹部パターン101」と呼び、凹部パターン101の内周面にSiN膜102を成膜して残る溝状の隙間部分を「凹部103」と呼ぶものとする。さらに本例では、ウエハWにSiN膜102を複数回に分けて成膜するが、1回目の成膜工程にて成膜されるSiN膜102をSiN膜102Aとし、2回目の成膜工程にて成膜されるSiN膜102をSiN膜102Bとする。
各窪み部14にウエハWが受け渡されると、真空容器1の搬送口16に設けたゲートバルブを閉じて、当該真空容器1内を気密にする。窪み部14に載置されたウエハWは、ヒータ7によって例えば250℃以上、より具体的には550℃に加熱される。そして、排気口51からの排気によって、真空容器1内が例えば2torr(266.6Pa)の圧力の真空雰囲気にされると共に、回転テーブル12が時計回りに例えば1rpm〜60rpmで回転する。
そして図5に示すようにHガスが処理領域R1、R2に夫々供給され、NHガス及びHガスが処理領域R3に供給される。このように各ガスが供給される一方で、各プラズマ形成ユニット3A〜3Cによって各処理領域R1〜R3に夫々マイクロ波が供給される。このマイクロ波によって処理領域R1、R2にHガスのプラズマが夫々形成され、処理領域R3にHガス及びNHガスのプラズマが形成される。また、ガス給排気ユニット2においてはガス吐出口21からDCSガス、パージガス吐出口23からArガスが夫々吐出されると共に、排気口22から排気が行われる。
そして回転テーブル12を回転させて各ウエハWを公転させることより、ウエハWが吸着領域R0に位置するとDCSガスが当該ウエハWの表面に供給されて吸着される。更に回転テーブル12が回転して、処理領域R3に至ると、ウエハW上に吸着されているDCSとNHとが反応して反応生成物であるSiNが生成される。そして本例では、ウエハWが処理領域R1〜R3の下方を通過するときに、ウエハWにHガスがプラズマ化して形成された水素の活性種が供給され、ウエハW上に残っているCl(塩素)が取り除かれる。このように回転テーブル12の回転が続けることでウエハWが吸着領域R0、及び処理領域R1〜R3を順に、繰り返し複数回通過し、ウエハWの表面にSiNが堆積して当該SiN膜102の膜厚が増大する。
そして吸着領域R0、処理領域R1〜R3に各ガスの供給が開始されてから回転テーブル12が例えば1分間回転し、ウエハWに形成されたSiN膜が所望の膜厚になると、ガス給排気ユニット2における各DCSガスの吐出を停止する。このDCSガスが停止した時点において、ウエハWにおいては、図7に示すように凹部パターン101の内面及びウエハWの表面に、ウエハWの表面形状に沿った均一な膜厚の1回目のSiN膜102A(コンフォーマルなSiN膜102)が形成されている。なおこの時点では、ウエハW表面の凹部パターン101の上端は、ウエハW表面に成膜されたSiN膜102Aにより塞がれずに開口している。1回目のSiN膜102Aの膜厚が均一であることから凹部パターン101内にSiN膜102Aを形成して残る隙間部分である凹部103の形状もウエハWの表面から凹部103の底部まで均一な幅である。
ついでDCSガスの供給を停止した状態で、Hガスを各処理領域R1〜R3に供給する。さらに処理領域R1〜R3にマイクロ波を供給し、Hガスを活性化してプラズマ化する。この状態で回転テーブル12を例えば1rpm〜120rpmの回転速度で回転させる。
これによりウエハWに形成されたSiN膜102AにHガスのプラズマが供給される。既述のようにSiN膜にHガスのプラズマを供給したときには、SiN膜102Aが改質されて、膜中に含まれるClが離脱するが、Clが十分に離脱した後も、さらにHガスのプラズマの供給を継続すると、SiN膜102A中の成分の離脱が進み、膜密度が高まると共に、徐々に膜厚が薄くなる。
ここでHガスのプラズマは、比較的失活しやすい傾向にある。そのため凹部103の残るウエハWにHガスのプラズマを供給したときに、凹部103におけるウエハWの表面に近くの浅い位置の部位は、十分に活性化されたHガスのプラズマが供給されやすくなる。一方、凹部103における深い位置の部位においては、Hガスのプラズマが深い位置に到達するまでに失活してしまい活性化されたHガスのプラズマが供給されにくくなる。
従って図8に示すように、凹部パターン101内に成膜されたSiN膜102Aのうち、ウエハWの表面近くの浅い位置の部位は、凹部パターン101における深い位置の部位に比べてHガスのプラズマによる成分の離脱が進みやすく、膜密度が高まり膜厚が薄くなる傾向にある。そして凹部103における底部側から上部側に向かって膜厚が薄くなるようにSiN膜102Aが収縮(シュリンク)することで、図8に示すようにウエハWの表面に近い位置ほど隙間の幅が広く、深くなるに従い隙間の幅が狭い凹部103になる。
このように凹部103のウエハWの表面側の膜厚を薄くし、隙間の幅を広くした後、図5のタイムチャートに示すようにガス給排気ユニット2から吸着領域R0にDCSガスを供給する。さらに各処理領域R2、R3にHガス、処理領域R1にNHガス及びHガスを供給し、処理領域R1〜R3にプラズマを発生させる。この状態にて回転テーブル12を、上記のSiN膜102Aの成膜処理を行ったときと同様の回転速度で、同様の時間、回転させる。つまり、1回目の成膜処理(SiN膜102Aの成膜処理)と同様の成膜処理を再度行う。これにより凹部103が形成されたウエハWの表面形状に沿って2回目の成膜処理によるSiN膜102Bがコンフォーマルに成膜される(図9)。
そしてSiN膜102Bを成膜した後、ガス給排気ユニット2におけるDCSガスの供給を停止し、Hガスを処理領域R1〜R3に供給すると共に処理領域R1〜R3にマイクロ波を供給して、Hガスを活性化してプラズマ化する。この状態で回転テーブル12を上記のSiN膜102Aの収縮処理を行ったときと同様の回転速度で、同様の時間、回転させる。つまり、1回目の収縮処理(SiN膜102Aの収縮処理)と同様の収縮処理を再度行う。これによりウエハWに再度Hガスのプラズマが供給され、SiN膜102Bについても凹部103の底部側よりもウエハWの表面側ほど膜厚が薄くなるように収縮される(図10)。このようにコンフォーマルなSiN膜102の成膜する工程と、ウエハWにHガスのプラズマを供給して、SiN膜102を収縮させる工程と、を以降も繰り返し行う。それにより、凹部パターン101におけるSiN膜102を埋め込みが進行する。
ここで上記のように成膜処理の間に収縮処理を挟んで行う理由について説明する。例えばこの収縮処理が行われず、成膜処理が比較的長い時間行われて凹部パターン101を埋め込むとする。その場合は、SiN膜102を成膜が進行すると凹部パターン101内に残る凹部103は徐々に細くなる。この時凹部103の幅が狭くなるに従い、ガスが凹部103内に進入しにくくなる。これによりウエハWの表面や、凹部パターン101の上端側においてはSiN膜102が成長するが、凹部パターン101の底部側においてはSiN膜102が成膜されにくくなることがある。この結果凹部パターン101の底部側を埋め切る前に、凹部パターン101の上端がSiN膜102により閉じてしまうことある。この場合には凹部パターン101に埋め込むSiN膜102内にボイドやシームと呼ばれる隙間が形成されてしまう。
しかし本実施の形態では、SiN膜102の成膜処理を行った後、次にSiN膜102の成膜処理を行う前に、先に形成したSiN膜102について上部側の方が下部側よりも収縮率が大きくなるように整形している。従って次のSiN膜102の成膜処理において、凹部103の上端側が広くなるため成膜ガスであるDCSガスや、窒化ガスであるNHガスのプラズマが凹部103内に進入しやすくなる。そのため凹部パターン101の上端側の幅は、凹部パターン101の底部側の幅よりも狭くなり難い。そのため、先の成膜処理と同じく次の成膜処理でもコンフォーマルなSiN膜102を成膜することができ、凹部103の上端側が底部側に先行して塞がれてしまうことを抑制しながら、凹部パターン101にSiN膜102成膜することができる。従って、凹部パターン101内におけるSiN膜102の埋め込みを進行させるにあたり、上記のSiN膜102内のボイドやシームの形成を防ぐことができる。
上記の成膜処理と収縮処理との繰り返しが予め決められた回数行われ、凹部パターン101にSiN膜102の埋め込みが完了すると(図11)、成膜装置を停止し、外部の基板搬送装置によりウエハWを搬出する。そして成膜装置から搬出されたウエハWは、例えば研磨装置に搬送されて、図12に示すようにウエハWの表面が研磨される。凹部パターン101に埋め込んだSiN膜102中にボイドやシームなどの隙間がある場合には、研磨を行いウエハWの上面のSiN膜102を除去したときに、図13に示すように当該隙間がウエハWの表面に凹部104として露出してしまうことがある。
更にその後ウエハWは、例えばウェットエッチング装置に搬送されて、ウェットエッチング処理が行われるが、凹部104が露出している場合には、エッチング液が凹部104内に進入してしまい、当該凹部104を形成するSiN膜102の壁部が浸食されてしまうことがある。本実施の形態に係る成膜方法においては、SiN膜102中のボイドやシームの発生を抑制できることから、成膜処理後に研磨工程及びウェットエッチング工程を行った場合に、このようなSiN膜102のエッチングを抑制することができる。
上述の実施の形態は、凹部パターン101が形成されたウエハWにコンフォーマルなSiN膜102を成膜する工程と、ウエハWにプラズマを供給して凹部103の断面形状がV字型になるようにSiN膜102を収縮させる工程と、を繰り返している。そのため凹部パターン101に埋め込まれるSiN膜102中の隙間の発生を抑制することができ、埋め込み性を良好にすることができる。
本実施の形態では、ウエハWにSiN膜102を成膜工程において、ウエハWをDCSガス、NHガスのプラズマを順に供給してSiN膜102を成膜し、さらにHガスのプラズマを供給してSiN膜102の改質を行っている。つまり、成膜処理時においても収縮処理時と同じくHプラズマがウエハWに供給されている。ただし、この成膜処理時にはSiN膜が成膜しつつ供給されているため、HプラズマについてのSiN膜102に対して既述の収縮処理時で説明した形状に収縮させる作用は抑えられ、既述のように成膜処理時にはコンフォーマルなSiN膜102として成膜される。
上記のように成膜処理と収縮処理とを繰り返し行うが、この繰り返しのうちの1回の収縮処理においては、既述のように膜が整形されるように例えばウエハWにHガスのプラズマを1分以上供給することが好ましい。なお後続の成膜処理において、ガスを凹部103に進入させやすくする観点から凹部パターン101の底部側のSiN膜102の膜厚に比べて、ウエハWの表面近くのSiN膜102の膜厚が0.2nm以上薄くなるように収縮させることが好ましい。つまり凹部103内において最も収縮率が高い位置の膜厚と最も収縮率が低い位置との膜厚差が、そのように0.2nm以上となるように1回の収縮処理を行うことが好ましい。また成膜処理と収縮処理との繰り返しのうちの1回の成膜処理において、コンフォーマルなSiN膜102は、2nm以上の膜厚で成膜することが好ましい。
なおコンフォーマルなSiN膜102とは、凹部パターン101内の深さ位置に関わらず膜厚が凡そ均一な膜であればよく、凹部パターン101内の深さ位置ごとのSiN膜102の膜厚が、最も膜厚が厚い部位の膜厚をtmax、最も膜厚が薄い部位の膜厚をtminとしたときに、膜厚の比(tmin/tmax)が0.9以上であれば、コンフォーマルなSiN膜102と見做すことができる。
ところで上記の収縮処理は、プラズマについて凹部パターン101の下部側に比べて上部側への作用が大きくなる処理条件にすればよい。そのためには、成膜処理に用いているNHガスのプラズマに比べて失活するまでの時間が短いガスのプラズマを用いることが好ましい。
そして、上記の凹部パターン101の下部側に比べて上部側への作用が大きくなるようにする収縮処理の処理条件としては、既述のように収縮処理においてプラズマ化するガスを成膜処理で用いるプラズマ化するガスとは異なる種類のものとすることに限られない。例えば収縮処理時において処理領域R1〜R3に、成膜処理時にて処理領域R1〜R3に供給したガスと同じガスを供給してプラズマ化する。ただし、成膜処理時と収縮処理時とで、マイクロ波発生器37から導波管33に供給する電力を異なる値にすることで、上記の収縮作用が得られるようにしてもよい。そのように電力を変更する場合は、例えば成膜処理時よりも収縮処理時における上記の電力を大きくする。
また、このように成膜処理時と収縮処理時とで供給電力を変更する代わりに真空容器1内の圧力を変更してもよい。具体的に、成膜処理時よりも収縮処理時の圧力を高くする。ただし、圧力を変更する場合にはその変更に時間を要することになるなどの問題がある。従って、上記のように成膜処理時と収縮処理時とで異なるガス種を用いることが装置構成を簡素にすると共にスループットを高くする上で好ましい。なお、このように供給電力や圧力を変更する場合も収縮処理時には、吸着領域R0へのDCSガスの供給は停止するものとする。
また本開示に係る成膜方法を、処理容器内に1枚のみ格納されたウエハWに処理を行う装置、つまり枚葉装置によって行ってもよい。この枚葉装置である成膜装置は、例えば図14に示すように処理容器200を備え、処理容器200内にはウエハWを略水平に保持するための載置台203が支持柱204を介して設けられている。処理容器200の側面に設けられた201は、ウエハWの搬入出口であり、202は、ゲートバルブである。処理容器200には、排気管205を介して真空排気部206が接続されている。
また処理容器200の天井面には、ウエハWに向けてガスを供給するための金属製のシャワーヘッド207が絶縁部材208を介して設けられている。シャワーヘッド207にはDCSガス供給部211、NHガス供給部212、Hガス供給部213が接続され載置台203に載置されたウエハWに向けて各ガスを供給できるように構成されている。またシャワーヘッド207には、整合器210を介して高周波供給源209が接続され。処理容器200内に高周波電界を形成できるように構成されている。このような成膜装置においてもウエハWにSiN膜102を成膜した後、Hガスのプラズマを供給することができるため同様の効果を得ることができる。なお上記のコンフォーマルなSiN膜102を形成することができれば、DCSガス、NHガスを同時に処理容器200内に供給して、CVD(Chemical Vapor Deposition)による成膜処理を行ってもよい。また、理容器200内に供給したNHガスをプラズマ化せずに成膜処理を行ってもよい。
以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
101 凹部パターン
102 SiN膜
103 凹部
W ウエハ

Claims (9)

  1. 表面に凹部パターンが形成された基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜方法において、
    前記基板を格納する処理容器内にシリコンを含む原料ガスと、前記原料ガスを窒化する窒化ガスとを各々供給して前記基板の表面に沿ってコンフォーマルなシリコン窒化膜を形成する工程と、
    前記処理容器内へのシリコン原料ガスの供給を停止した状態で、前記基板に前記シリコン窒化膜を整形するためのプラズマ化した整形用ガスを供給し、凹部パターンの底部側から上部側に向かって膜厚が薄くなるように前記シリコン窒化膜を収縮させる工程と、
    前記シリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜を収縮させる工程とを、交互に繰り返し行い、前記凹部パターンにシリコン窒化膜を埋め込む工程と、
    を含む成膜方法。
  2. 前記窒化ガスは、プラズマ化した窒化ガスであり、前記プラズマ化した整形用ガスとガスの種類が異なる請求項1記載の成膜方法。
  3. 前記整形用ガスは水素ガスを含む請求項2記載の成膜方法。
  4. 窒化ガスはプラズマ化したアンモニアガスであり、
    プラズマ化した整形用ガスは、プラズマ化したアンモニアガスよりも失活するまでの時間が短いガスを含む請求項2または3記載の成膜方法。
  5. 前記シリコン窒化膜を成膜する工程は、シリコン窒化膜を2nm以上の膜厚で成膜し、
    前記シリコン窒化膜を収縮させる工程は、前記凹部パターンの上部側においてシリコン窒化膜が収縮する膜厚が、前記凹部パターンの底部側においてシリコン窒化膜が収縮する膜厚よりも0.2nm以上大きい請求項1ないし4のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 表面に凹部パターンが形成された基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜装置において、
    前記基板が載置される載置部が内部に設けられた処理容器と、
    前記載置部に載置された基板にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記載置部に載置された基板に前記原料ガスを窒化する窒化ガスを供給する窒化ガス供給部と、
    前記基板に前記シリコン窒化膜を整形するための整形用ガスを供給する整形用ガス供給部と、
    前記処理容器内に供給されたガスをプラズマ化するプラズマ形成機構と、
    前記処理容器内に前記原料ガスと、前記窒化ガスとを各々供給して前記基板の表面に沿ってコンフォーマルな前記シリコン窒化膜を形成するステップと、前記処理容器内へのシリコン原料ガスの供給を停止した状態で前記処理容器内に前記整形用ガスを供給すると共に当該整形用ガスをプラズマ化して前記凹部パターンの底部側から上部側に向かって膜厚が薄くなるように前記シリコン窒化膜を収縮させるステップと、前記シリコン窒化膜を形成するステップと前記シリコン窒化膜を収縮させるステップとを交互に繰り返し行い、前記凹部パターンに前記シリコン窒化膜を埋め込むステップと、を実行するための制御信号を出力する制御部と、を含む成膜装置。
  7. 前記載置部は、載置された基板を公転させる回転テーブルであり、
    前記回転テーブル上に回転テーブルの回転方向に沿って、原料ガスが供給される第1の処理領域と、当該第1の処理領域とは雰囲気が分離され、前記窒化ガス及び前記整形用ガスが供給される第2の処理領域と、が互いに離間して配置され、
    前記プラズマ形成機構は前記第2の処理領域における前記窒化ガス及び前記整形用ガスをプラズマ化し、
    前記シリコン窒化膜を形成するステップは、前記原料ガスと、プラズマ化した窒化ガスとを前記第1の処理領域、前記第2の処理領域に夫々供給しながら前記基板を公転させるステップであり、
    前記シリコン窒化膜を収縮させるステップは、プラズマ化した整形用ガスを前記第2の処理領域に供給するステップである請求項6に記載の成膜装置
  8. 前記プラズマ化した窒化ガスは、前記プラズマ化した整形用ガスとはガスの種類が異なる請求項7記載の成膜方法。
  9. 前記整形用ガスは、水素ガスを含む請求項8記載の成膜方法。
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