JP2022002246A - Deposition method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

To deposit a silicon nitride film capable of achieving a high film density.SOLUTION: A silicon nitride film deposition method using a plasma processing apparatus comprising a processing container, a placement table, a showerhead, an RF power source, a gas supply mechanism for supplying a process gas into the processing container and a control unit includes a supply step and a deposition step. In the supply step, the process gas containing a silicon containing gas, a nitrogen containing gas and a diluent gas is supplied from the gas supply mechanism into the processing container. In the deposition step, a silicon nitride film is deposited on a substrate by the process gas which is made into plasma by supply of power in a frequency ranging from 180 [MHz] or higher to 860 [MHz] or lower from the RF power source through the showerhead to the process gas within the processing container.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、成膜方法およびプラズマ処理装置に関する。 Various aspects and embodiments of the present disclosure relate to film forming methods and plasma processing devices.

例えば下記の特許文献1には、シランガス、アンモニアガス、および希ガスをマイクロ波によりプラズマ化することにより、シリコン窒化膜を成膜する技術が記載されている。 For example, Patent Document 1 below describes a technique for forming a silicon nitride film by plasma-forming silane gas, ammonia gas, and noble gas by microwaves.

特開2012−188735号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-188735

本開示は、高い膜密度を達成することができるシリコン窒化膜の成膜方法およびプラズマ処理装置を提供する。 The present disclosure provides a method for forming a silicon nitride film and a plasma processing apparatus capable of achieving a high film density.

本開示の一側面は、天壁、側壁、および底壁を有する処理容器と、処理容器内に配置され、昇降機構により昇降可能な載置台と、載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、シャワーヘッドに接続されたRF電力源と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、制御部と、を備えるプラズマ処理装置によるシリコン窒化膜の成膜方法であって、供給工程と、成膜工程とを含む。供給工程では、ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが、基板が収容された処理容器内に供給される。成膜工程では、RF電力源からシャワーヘッドを介して処理容器内の処理ガスに180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板上にシリコン窒化膜が成膜される。 One aspect of the present disclosure is a processing container having a top wall, a side wall, and a bottom wall, a mounting table which is arranged in the processing container and can be raised and lowered by an elevating mechanism, and a mounting table which is arranged at a position facing the mounting table. A method of forming a silicon nitride film by a plasma processing apparatus including a shower head for supplying a shower head, an RF power source connected to the shower head, a gas supply mechanism for supplying a processing gas into a processing container, and a control unit. It includes a supply process and a film forming process. In the supply step, the processing gas containing the silicon-containing gas, the nitrogen-containing gas, and the diluting gas is supplied from the gas supply mechanism into the processing container in which the substrate is housed. In the film forming process, the processing gas is turned into plasma by supplying electric power having a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less from the RF power source to the processing gas in the processing container via the shower head. A silicon nitride film is formed on the substrate by the plasma-generated processing gas.

本開示の種々の側面および実施形態によれば、高い膜密度を達成可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。 According to various aspects and embodiments of the present disclosure, it is possible to form a silicon nitride film capable of achieving a high film density.

図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of the film forming method. 図3は、図2に例示された成膜方法で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the measurement result of the film density of the silicon nitride film formed by the film forming method exemplified in FIG. 図4は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図5は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the flow rate of the added hydrogen gas is changed. 図6は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図7は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the gas of the nitride type is changed. 図8は、シャワーヘッドの設定温度および処理容器の側壁の設定温度を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the set temperature of the shower head and the set temperature of the side wall of the processing container are changed. 図9は、RF電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the magnitude of the RF power is changed. 図10は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図11は、シャワーヘッドと基板との間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the gap between the shower head and the substrate is changed. 図12は、処理容器内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the pressure in the processing container is changed. 図13は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the film formation rate is changed. 図14は、処理条件毎のSi−H結合数およびN−H結合数の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of the number of Si—H bonds and the number of N—H bonds for each processing condition. 図15は、処理条件毎のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film for each processing condition. 図16は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図17は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the flow rate of the added hydrogen gas is changed. 図18は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図19は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the gas of the nitride type is changed. 図20は、プラズマに供給される電力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when the electric power supplied to the plasma is changed. 図21は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. 図22は、シャワーヘッドと基板との間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the gap between the shower head and the substrate is changed. 図23は、処理容器内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the pressure in the processing container is changed. 図24は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the film formation rate is changed. 図25は、図4〜図24の結果をまとめた図である。FIG. 25 is a diagram summarizing the results of FIGS. 4 to 24. 図26は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when a specific processing condition is combined. 図27は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when a specific processing condition is combined. 図28は、RF電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the frequency of RF power is changed. 図29は、RF電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when the frequency of RF power is changed. 図30は、RF電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the frequency of RF power is changed.

以下に、成膜方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される成膜方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。 Hereinafter, the film forming method and the embodiment of the plasma processing apparatus will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments do not limit the disclosed film forming method and plasma processing apparatus.

ところで、例えば図30に示されるようにプラズマに供給される電力の周波数がHF(High Frequency)帯のような低い周波数(例えば13.56MHz等)では、マイクロ波帯やVHF(Very High Frequency)帯のような高い周波数に比べてシリコン窒化膜の高密度化が難しい。なお、熱エネルギーを与えるほど膜密度を高めることができることが知られている。しかし、低温(例えば400℃以下)でのシリコン窒化膜の高密度化はHF帯の周波数では達成が困難である。また、プラズマに供給される電力の周波数がHF帯のような低い周波数では、マイクロ波帯やVHF帯のような高い周波数に比べて均一性の制御はしやすいが、基板のCUD(チャージアップダメージ)が起こりやすくなる。また、プラズマに供給される電力の周波数がHF帯のような低い周波数では、マイクロ波帯やVHF帯のような高い周波数に比べてプラズマに含まれるイオンのエネルギーが高くなり、イオンによる基板へのダメージが大きくなる。 By the way, for example, as shown in FIG. 30, when the frequency of the power supplied to the plasma is a low frequency (for example, 13.56 MHz) such as the HF (High Frequency) band, the high frequency band or the VHF (Very High Frequency) band. It is difficult to increase the density of the silicon nitride film compared to high frequencies such as. It is known that the more heat energy is applied, the higher the film density can be. However, it is difficult to increase the density of the silicon nitride film at a low temperature (for example, 400 ° C. or lower) at frequencies in the HF band. Further, when the frequency of the electric power supplied to the plasma is a low frequency such as the HF band, the uniformity can be easily controlled as compared with the high frequency such as the microwave band or the VHF band, but the CUD (charge-up damage) of the substrate is easy. ) Is more likely to occur. Further, when the frequency of the electric power supplied to the plasma is a low frequency such as the HF band, the energy of the ions contained in the plasma is higher than that of the high frequency such as the microwave band or the VHF band, and the ions are transferred to the substrate. The damage will be large.

一方、前述の特許文献1に記載された技術のように、マイクロ波(例えば2.45GHz)帯の周波数の電力を用いて成膜が行われる場合、低温でも膜の高密度化は可能となる。しかし、マイクロ波帯の周波数の電波は、VHF帯やUHF(Ultra High Frequency)帯等の周波数の電波に比べて波長が短いため、基板付近に形成される定在波の波長も短くなる。そのため、定在波に沿って形成されるプラズマの濃淡により、膜の均一性が悪化しやすくなる。また、スロットアンテナ等のハード的な最適化により均一性を改善することも考えられるが、専用設計となって装置コストが高くなる。 On the other hand, when the film formation is performed using the electric power of the frequency of the microwave (for example, 2.45 GHz) band as in the technique described in the above-mentioned Patent Document 1, the density of the film can be increased even at a low temperature. .. However, since the wavelength of the radio wave having a frequency in the microwave band is shorter than that of the radio wave having a frequency such as the VHF band or the UHF (Ultra High Frequency) band, the wavelength of the standing wave formed in the vicinity of the substrate is also short. Therefore, the uniformity of the film tends to deteriorate due to the shading of the plasma formed along the standing wave. Further, although it is conceivable to improve the uniformity by hardware optimization of the slot antenna or the like, the device cost will be high due to the special design.

そこで、本開示は、低温で高い膜密度を達成しつつ、膜応力の制御が可能なシリコン窒化膜を成膜することができる技術を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a technique capable of forming a silicon nitride film capable of controlling the film stress while achieving a high film density at a low temperature.

[プラズマ処理装置1の構成]
図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置1の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置1は、装置本体10と、装置本体10を制御する制御部100とを備える。装置本体10は、内部に処理空間Sが形成された略円筒状の処理容器11を有する。処理容器11は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されており、処理容器11の内壁の表面は耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜で覆われている。処理容器11は接地されている。
[Plasma processing device 1 configuration]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure. The plasma processing apparatus 1 includes an apparatus main body 10 and a control unit 100 that controls the apparatus main body 10. The apparatus main body 10 has a substantially cylindrical processing container 11 in which a processing space S is formed. The treatment container 11 is made of a metal material such as aluminum, and the surface of the inner wall of the treatment container 11 is covered with a thermal spray coating made of a plasma resistant material. The processing container 11 is grounded.

処理容器11の天壁11aの略中央には、開口部11bが設けられており、天壁11aの上面には、内部の空洞が開口部11bに連通する筒状壁11cが接続されている。 An opening 11b is provided substantially in the center of the top wall 11a of the processing container 11, and a cylindrical wall 11c through which an internal cavity communicates with the opening 11b is connected to the upper surface of the top wall 11a.

処理容器11の側壁には、複数のガス供給管35wが設けられている。それぞれのガス供給管35wは、開口部36を介して、処理容器11の内部と連通している。複数のガス供給管35wには、後述するガス供給機構30が接続されている。ガス供給機構30からそれぞれのガス供給管35wに供給されたガスは、それぞれのガス供給管35wの開口部36を介して処理空間S内に供給される。 A plurality of gas supply pipes 35w are provided on the side wall of the processing container 11. Each gas supply pipe 35w communicates with the inside of the processing container 11 via the opening 36. A gas supply mechanism 30, which will be described later, is connected to the plurality of gas supply pipes 35w. The gas supplied from the gas supply mechanism 30 to each gas supply pipe 35w is supplied into the processing space S through the opening 36 of each gas supply pipe 35w.

処理容器11の側壁の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路50wが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路50w内を循環することにより処理容器11の側壁の温度を制御することができる。なお、他の形態として、処理容器11の側壁の外側に、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路が形成された部材が巻き付けられていてもよい。この場合には、処理容器11の側壁の内部には流路50wが形成されていなくてもよい。熱媒体の温度は、制御部100によって制御される。 Inside the side wall of the processing container 11, a flow path 50w is formed in which a heat medium whose temperature has been adjusted by a temperature adjusting mechanism (not shown) is circulated and supplied. The temperature of the side wall of the processing container 11 can be controlled by circulating the heat medium whose temperature has been adjusted in the flow path 50w. As another form, a member having a flow path for circulating and supplying a heat medium whose temperature has been adjusted by a temperature adjusting mechanism (not shown) may be wound around the outside of the side wall of the processing container 11. In this case, the flow path 50w may not be formed inside the side wall of the processing container 11. The temperature of the heat medium is controlled by the control unit 100.

処理容器11の底壁11dには、開口部11eが形成されている。開口部11eには、排気管41を介してAPC(Auto Pressure Controller)バルブ42および排気装置43が接続されている。排気装置43は、真空ポンプ等を有し、処理容器11内のガスを排気する。APCバルブ42は、処理容器11内のガスの圧力を予め定められた圧力に調整する。APCバルブ42および排気装置43は、制御部100によって制御される。排気装置43は、排気機構の一例である。 An opening 11e is formed in the bottom wall 11d of the processing container 11. An APC (Auto Pressure Controller) valve 42 and an exhaust device 43 are connected to the opening 11e via an exhaust pipe 41. The exhaust device 43 has a vacuum pump or the like, and exhausts the gas in the processing container 11. The APC valve 42 adjusts the pressure of the gas in the processing container 11 to a predetermined pressure. The APC valve 42 and the exhaust device 43 are controlled by the control unit 100. The exhaust device 43 is an example of an exhaust mechanism.

処理容器11内における処理空間Sの下方には、基板Wが載置される載置台12が設けられている。載置台12の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路50sが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路50s内を循環することにより載置台12に載置された基板Wの温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部100によって制御される。載置台12の流路50s内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第3の温度制御機構の一例である。 Below the processing space S in the processing container 11, a mounting table 12 on which the substrate W is placed is provided. Inside the mounting table 12, a flow path 50s is formed in which a heat medium whose temperature has been adjusted by a temperature adjusting mechanism (not shown) is circulated and supplied. The temperature of the substrate W mounted on the mounting table 12 can be controlled by circulating the heat medium whose temperature has been adjusted in the flow path 50s. The temperature of the heat medium is controlled by the control unit 100. The chiller unit that controls the temperature of the heat medium circulating in the flow path 50s of the mounting table 12 is an example of the third temperature control mechanism.

載置台12は、底壁11dの開口部11fを貫通する支持部材13によって支持されている。支持部材13には、フランジ15が設けられている。フランジ15は、ベローズ14を介して処理容器11の底壁11dに接続されている。また、支持部材13は、駆動部16によって上下に駆動される。支持部材13が上下に駆動されることにより、載置台12が昇降する。載置台12が昇降することにより、載置台12に載置された基板Wと、後述するシャワーヘッド20との間のギャップが変更される。駆動部16は、制御部100によって制御される。駆動部16は、昇降機構の一例である。 The mounting table 12 is supported by a support member 13 that penetrates the opening 11f of the bottom wall 11d. The support member 13 is provided with a flange 15. The flange 15 is connected to the bottom wall 11d of the processing container 11 via the bellows 14. Further, the support member 13 is driven up and down by the drive unit 16. By driving the support member 13 up and down, the mounting table 12 moves up and down. As the mounting table 12 moves up and down, the gap between the substrate W mounted on the mounting table 12 and the shower head 20 described later is changed. The drive unit 16 is controlled by the control unit 100. The drive unit 16 is an example of an elevating mechanism.

処理容器11内における処理空間Sの上方には、載置台12と対向するように、例えばアルミニウム等の金属からなるシャワーヘッド20が設けられている。シャワーヘッド20は、誘電体窓21を介して処理容器11の側壁に支持されている。シャワーヘッド20の内部には、ガス拡散室20aが形成されている。ガス拡散室20aには、ガス供給管35cが接続されている。シャワーヘッド20の下部、即ち、シャワーヘッド20の処理空間S側の部分には、ガス拡散室20aと連通する複数のガス供給口20bが形成されている。 Above the processing space S in the processing container 11, a shower head 20 made of a metal such as aluminum is provided so as to face the mounting table 12. The shower head 20 is supported on the side wall of the processing container 11 via the dielectric window 21. A gas diffusion chamber 20a is formed inside the shower head 20. A gas supply pipe 35c is connected to the gas diffusion chamber 20a. A plurality of gas supply ports 20b communicating with the gas diffusion chamber 20a are formed in the lower part of the shower head 20, that is, the portion of the shower head 20 on the processing space S side.

ガス供給管35cには、ガス供給機構30が接続されている。ガス供給機構30からガス供給管35cに供給されたガスは、ガス拡散室20a内を拡散し、複数のガス供給口20bを介して処理空間S内にシャワー状に供給される。 A gas supply mechanism 30 is connected to the gas supply pipe 35c. The gas supplied from the gas supply mechanism 30 to the gas supply pipe 35c diffuses in the gas diffusion chamber 20a and is supplied in a shower shape into the processing space S via the plurality of gas supply ports 20b.

ガス供給機構30は、複数のガスソース31a〜31c、複数の流量制御器32a〜32c、および複数のバルブ33a〜33cを有する。ガスソース31aは、例えばシラン系ガス等のシリコン含有ガスの供給源である。ガスソース31bは、例えば窒素含有ガスの供給源である。ガスソース31cは、例えば希ガスの供給源である。本実施形態において、ガスソース31aは、例えばモノシランガスを供給し、ガスソース31bは、例えばアンモニアガスを供給し、ガスソース31cは、例えばヘリウムガスを供給する。 The gas supply mechanism 30 has a plurality of gas sources 31a to 31c, a plurality of flow rate controllers 32a to 32c, and a plurality of valves 33a to 33c. The gas source 31a is a supply source of a silicon-containing gas such as a silane-based gas. The gas source 31b is, for example, a source of nitrogen-containing gas. The gas source 31c is, for example, a source of rare gas. In the present embodiment, the gas source 31a supplies, for example, monosilane gas, the gas source 31b supplies, for example, ammonia gas, and the gas source 31c supplies, for example, helium gas.

流量制御器32aは、ガスソース31aから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ33aを介してガス供給管35cおよびそれぞれのガス供給管35wに供給する。流量制御器32bは、ガスソース31bから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ33bを介してガス供給管35cおよびそれぞれのガス供給管35wに供給する。流量制御器32cは、ガスソース31cから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ33cを介してガス供給管35cおよびそれぞれのガス供給管35wに供給する。 The flow rate controller 32a controls the flow rate of the gas supplied from the gas source 31a, and supplies the gas whose flow rate is controlled to the gas supply pipe 35c and the respective gas supply pipes 35w via the valve 33a. The flow rate controller 32b controls the flow rate of the gas supplied from the gas source 31b, and supplies the gas whose flow rate is controlled to the gas supply pipe 35c and the respective gas supply pipes 35w via the valve 33b. The flow rate controller 32c controls the flow rate of the gas supplied from the gas source 31c, and supplies the gas whose flow rate is controlled to the gas supply pipe 35c and the respective gas supply pipes 35w via the valve 33c.

シャワーヘッド20の上面の略中央には、アンテナ導体22が接続されている。アンテナ導体22は、天壁11aの開口部11bおよび筒状壁11cの中心軸を通るように配置されている。アンテナ導体22には、整合器23を介してRF(Radio Frequency)電源24が電気的に接続されている。RF電源24は、VHF帯の周波数の電磁波(電力)を整合器23を介してアンテナ導体22に供給する。本実施形態において、RF電源24は、180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を整合器23を介してアンテナ導体22に供給する。RF電源24は、RF電力源の一例である。 An antenna conductor 22 is connected to substantially the center of the upper surface of the shower head 20. The antenna conductor 22 is arranged so as to pass through the opening portion 11b of the top wall 11a and the central axis of the cylindrical wall 11c. An RF (Radio Frequency) power supply 24 is electrically connected to the antenna conductor 22 via a matching unit 23. The RF power supply 24 supplies an electromagnetic wave (electric power) having a frequency in the VHF band to the antenna conductor 22 via the matching unit 23. In the present embodiment, the RF power supply 24 supplies electric power having a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less to the antenna conductor 22 via the matching unit 23. The RF power supply 24 is an example of an RF power source.

RF電源24からアンテナ導体22に供給された電力は、アンテナ導体22の外周面と筒状壁11cの内周面との間、アンテナ導体22の外周面と開口部11bとの間、および天壁11aの下面とシャワーヘッド20の上面との間を順に伝播する。そして、天壁11aの下面とシャワーヘッド20の上面との間を順に伝播した電力は、誘電体窓21に伝搬される。言い換えると、アンテナ導体22の外周面と筒状壁11cの内周面との間、アンテナ導体22の外周面と開口部11bとの間、および天壁11aの下面とシャワーヘッド20の上面との間は、装置本体10内にVHF帯の電磁波を導入する導波部を構成する。この導波部は、電磁波が伝播し易いように石英等の誘電体が充填されていてもよい。 The electric power supplied from the RF power supply 24 to the antenna conductor 22 is between the outer peripheral surface of the antenna conductor 22 and the inner peripheral surface of the tubular wall 11c, between the outer peripheral surface of the antenna conductor 22 and the opening 11b, and the top wall. It propagates in order between the lower surface of 11a and the upper surface of the shower head 20. Then, the electric power propagated in order between the lower surface of the top wall 11a and the upper surface of the shower head 20 is propagated to the dielectric window 21. In other words, between the outer peripheral surface of the antenna conductor 22 and the inner peripheral surface of the tubular wall 11c, between the outer peripheral surface of the antenna conductor 22 and the opening 11b, and between the lower surface of the top wall 11a and the upper surface of the shower head 20. In the meantime, a waveguide for introducing electromagnetic waves in the VHF band is configured in the apparatus main body 10. The waveguide may be filled with a dielectric such as quartz so that electromagnetic waves can easily propagate.

誘電体窓21は、処理空間Sを介して載置台12と対向し、かつ、シャワーヘッド20の外周面を覆うように設けられている。誘電体窓21に伝搬した電力は、誘電体窓21の下面から処理空間S内に放射される。本実施形態において、誘電体窓21の下面には、載置台12の方向、即ち、下方に突出する複数の凸部が設けられている。 The dielectric window 21 is provided so as to face the mounting table 12 via the processing space S and to cover the outer peripheral surface of the shower head 20. The electric power propagated to the dielectric window 21 is radiated into the processing space S from the lower surface of the dielectric window 21. In the present embodiment, the lower surface of the dielectric window 21 is provided with a plurality of convex portions projecting in the direction of the mounting table 12, that is, downward.

シャワーヘッド20の上面には、絶縁部材25を介して冷却ジャケット51が設けられている。冷却ジャケット51の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路50cが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路50c内を循環することによりシャワーヘッド20の温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部100によって制御される。 A cooling jacket 51 is provided on the upper surface of the shower head 20 via an insulating member 25. Inside the cooling jacket 51, a flow path 50c is formed in which a heat medium whose temperature has been adjusted by a temperature adjusting mechanism (not shown) is circulated and supplied. The temperature of the shower head 20 can be controlled by circulating the heat medium whose temperature has been adjusted in the flow path 50c. The temperature of the heat medium is controlled by the control unit 100.

本実施形態において、処理容器11の側壁の内部に形成された流路50w、載置台12の内部に形成された流路50s、および冷却ジャケット51の内部に形成された流路50cには、それぞれ別々に温度制御された熱媒体が供給される。これにより、処理容器11の側壁、シャワーヘッド20、および基板Wを、それぞれ別々の温度に制御することができる。冷却ジャケット51の流路50c内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第1の温度制御機構の一例であり、処理容器11の側壁の流路50w内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第2の温度制御機構の一例である。 In the present embodiment, the flow path 50w formed inside the side wall of the processing container 11, the flow path 50s formed inside the mounting table 12, and the flow path 50c formed inside the cooling jacket 51, respectively. A separately temperature-controlled heat medium is supplied. Thereby, the side wall of the processing container 11, the shower head 20, and the substrate W can be controlled to different temperatures. The chiller unit that controls the temperature of the heat medium circulating in the flow path 50c of the cooling jacket 51 is an example of the first temperature control mechanism, and is the temperature of the heat medium circulating in the flow path 50w on the side wall of the processing container 11. The chiller unit that controls the above is an example of the second temperature control mechanism.

制御部100は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリ内には、レシピ等のデータやプログラム等が格納される。メモリは、例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、またはSSD(Solid State Drive)等である。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリ内に格納されたレシピ等のデータに基づいて、入出力インターフェイスを介して装置本体10の各部を制御する。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)またはDSP(Digital Signal Processor)等である。 The control unit 100 has a memory, a processor, and an input / output interface. Data such as recipes and programs are stored in the memory. The memory is, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or the like. The processor controls each part of the apparatus main body 10 via the input / output interface based on the data such as the recipe stored in the memory by executing the program read from the memory. The processor is a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like.

[成膜方法]
図2は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。例えば、載置台12とシャワーヘッド20との間のギャップが予め定められた距離に設定され、排気装置43によって処理容器11内が真空排気された後、本フローチャートに示される処理が開始される。
[Film film method]
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the film forming method. For example, after the gap between the mounting table 12 and the shower head 20 is set to a predetermined distance and the inside of the processing container 11 is evacuated by the exhaust device 43, the processing shown in this flowchart is started.

まず、図示しない搬送装置によって、基板Wが処理容器11内に搬入され、載置台12の上に載置される(S10)。 First, the substrate W is carried into the processing container 11 by a transfer device (not shown) and placed on the mounting table 12 (S10).

次に、ガス供給機構30からシャワーヘッド20を介して処理容器11内に処理ガスが供給される(S11)。ステップS11は、供給工程の一例である。基準条件において、ステップS11では、モノシランガス、アンモニアガス、およびヘリウムガスを含む処理ガスが処理容器11内に供給される。 Next, the processing gas is supplied from the gas supply mechanism 30 into the processing container 11 via the shower head 20 (S11). Step S11 is an example of the supply process. Under the reference conditions, in step S11, a processing gas containing monosilane gas, ammonia gas, and helium gas is supplied into the processing container 11.

次に、処理容器11内の圧力および各部の温度が調整される(S12)。ステップS12では、処理容器11内の圧力が100〜800[mTorr](例えば、120[mTorr]や600[mTorr])に調整される。また、ステップS12では、基板Wの温度が320[℃]に調整される。 Next, the pressure in the processing container 11 and the temperature of each part are adjusted (S12). In step S12, the pressure in the processing container 11 is adjusted to 100 to 800 [mTorr] (for example, 120 [mTorr] or 600 [mTorr]). Further, in step S12, the temperature of the substrate W is adjusted to 320 [° C.].

処理容器11内の圧力および各部の温度が安定した後、RF電源24からシャワーヘッド20を介して処理容器11内にRF電力が供給され、処理容器11内の処理ガスがプラズマ化される(S13)。ステップS13は、成膜工程の一例である。基準条件において、ステップS13では、VHF帯(例えば180[MHz]や220[MHz])の周波数で、2000〜3000[W](例えば、2000[W]や2500[W])の大きさのRF電力が処理容器11内の処理ガスに供給される。プラズマ化された処理ガスによって基板W上にシリコン窒化膜が成膜される。 After the pressure in the processing container 11 and the temperature of each part are stabilized, RF power is supplied from the RF power supply 24 to the processing container 11 via the shower head 20, and the processing gas in the processing container 11 is turned into plasma (S13). ). Step S13 is an example of the film forming process. Under the reference conditions, in step S13, RF having a magnitude of 2000 to 3000 [W] (for example, 2000 [W] or 2500 [W]) at a frequency in the VHF band (for example, 180 [MHz] or 220 [MHz]). Electric power is supplied to the processing gas in the processing container 11. A silicon nitride film is formed on the substrate W by the plasma-generated processing gas.

予め定められた膜厚のシリコン窒化膜が基板W上に成膜された後、処理容器11内への電力の供給、および、処理容器11内への処理ガスの供給が停止される。そして、処理容器11内から基板Wが搬出され(S14)、本フローチャートに示された処理が終了する。 After the silicon nitride film having a predetermined film thickness is formed on the substrate W, the supply of electric power into the processing container 11 and the supply of the processing gas into the processing container 11 are stopped. Then, the substrate W is carried out from the processing container 11 (S14), and the processing shown in this flowchart is completed.

図3は、図2に例示された成膜方法で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果の一例を示す図である。図3には、比較例として120[MHz]のRF電力を用いて成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果も示されている。図3を参照すると、シリコン窒化膜の高密度化には、RF電力の周波数は、少なくとも180[MHz]以上である必要があることがわかった。なお、図3に例示された膜密度のシリコン窒化膜は、120[mTorr]の圧力下で、2500[W]の大きさのRF電力を用いて成膜された。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the measurement result of the film density of the silicon nitride film formed by the film forming method exemplified in FIG. FIG. 3 also shows the measurement result of the film density of the silicon nitride film formed by using the RF power of 120 [MHz] as a comparative example. With reference to FIG. 3, it was found that the frequency of RF power needs to be at least 180 [MHz] or more in order to increase the density of the silicon nitride film. The silicon nitride film having the film density exemplified in FIG. 3 was formed under a pressure of 120 [mTorr] using an RF power of 2500 [W].

次に高密度なシリコン窒化膜を形成するための主なパラメータの最適化(基準条件)を行った。高密度なシリコン窒化膜としては、例えば2.80[g/cm3]以上の膜密度をターゲットとした。基準条件における主なパラメータの値をまとめると、例えば以下のとおりである。
基板Wの温度:320[℃]
窒化種:アンモニアガス
シャワーヘッド20の温度:80[℃]
処理容器11の側壁の温度:80[℃]
RF電力の周波数:220[MHz]
RF電力の大きさ:2700[W]
基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップ:80[mm]
処理容器11内の圧力:600[mTorr]
成膜レート:84[nm/min]
希釈ガス:ヘリウムガス
Next, the main parameters for forming a high-density silicon nitride film were optimized (reference conditions). As a high-density silicon nitride film, for example, a film density of 2.80 [g / cm 3 ] or higher was targeted. The values of the main parameters under the reference conditions are summarized below, for example.
Substrate W temperature: 320 [° C]
Nitriding: Ammonia gas
Shower head 20 temperature: 80 [° C]
Temperature of the side wall of the processing container 11: 80 [° C.]
RF power frequency: 220 [MHz]
Magnitude of RF power: 2700 [W]
Gap between the substrate W and the shower head 20: 80 [mm]
Pressure in processing vessel 11: 600 [mTorr]
Film formation rate: 84 [nm / min]
Diluted gas: helium gas

[評価]
ここでは、基準条件を元に主なパラメータの依存性について評価した。図4から図13の縦軸は膜密度を示しており、横軸は屈折率(RI)を示している。エッチング耐性の観点から屈折率は1.95から2.1をターゲットとし、本評価では屈折率は2.0から2.05近傍をターゲットとした。図4は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図4には、基準条件(ref)と共に、基準条件から希釈ガスをアルゴン(Ar)ガスに変更した条件(第1の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図4には、基準条件から基板Wの温度を400[℃]に変更した条件(第2の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図4には、基準条件に加えて70[sccm]の流量の水素ガスを添加した条件(第3の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。
[evaluation]
Here, the dependence of the main parameters was evaluated based on the standard conditions. The vertical axis of FIGS. 4 to 13 shows the film density, and the horizontal axis shows the refractive index (RI). From the viewpoint of etching resistance, the refractive index was targeted at 1.95 to 2.1, and in this evaluation, the refractive index was targeted at around 2.0 to 2.05. FIG. 4 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. FIG. 4 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (first condition) in which the diluting gas is changed to argon (Ar) gas from the reference condition together with the reference condition (ref). Further, FIG. 4 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (second condition) in which the temperature of the substrate W is changed to 400 [° C.] from the reference condition. Further, FIG. 4 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (third condition) in which hydrogen gas having a flow rate of 70 [sccm] is added in addition to the reference condition.

なお、図4における基準条件および第1の条件では、モノシランガスとアンモニアガスの流量比を変えることにより、屈折率が異なるいくつかのシリコン窒化膜が形成された。基準条件および第1の条件では、例えば図4に示されるように、屈折率が2.05付近でシリコン窒化膜の膜密度がピークとなっている。 Under the reference condition and the first condition in FIG. 4, several silicon nitride films having different refractive indexes were formed by changing the flow rate ratio of the monosilane gas and the ammonia gas. Under the reference condition and the first condition, for example, as shown in FIG. 4, the film density of the silicon nitride film peaks at a refractive index of around 2.05.

シリコン窒化膜の膜密度は、図4に例示されたいずれの条件においても、2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。 The film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more under any of the conditions exemplified in FIG. 4, and a high film density is realized.

また、例えば図4に示されるように、第2および第3の条件において成膜されたシリコン窒化膜では、基準条件において成膜されたシリコン窒化膜よりもさらに膜密度が高くなっている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、基板Wの温度を400[℃]に変更する、または、70[sccm]の流量の水素ガスを添加することも好ましい。なお、基準条件および第2の条件のいずれにおいても、高い膜密度が実現されている。そのため、高い膜密度を実現するという観点では、基板Wの温度は、320[℃]以上400[℃]以下の範囲内の温度であることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 4, for example, the silicon nitride film formed under the second and third conditions has a higher film density than the silicon nitride film formed under the reference conditions. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, it is also preferable to change the temperature of the substrate W to 400 [° C.] or add hydrogen gas at a flow rate of 70 [sccm]. A high film density is realized under both the reference condition and the second condition. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, the temperature of the substrate W is preferably in the range of 320 [° C.] or more and 400 [° C.] or less.

また、添加される水素ガスの流量については、他の流量についても実験が行われた。図5は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。添加される水素ガスの流量については、図5に例示されたいずれの流量であっても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。即ち、高い膜密度を実現するという観点では、300[sccm]以下の流量の水素ガスが供給されてもよい。 As for the flow rate of the added hydrogen gas, experiments were also conducted on other flow rates. FIG. 5 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the flow rate of the added hydrogen gas is changed. Regarding the flow rate of the added hydrogen gas, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more regardless of the flow rate exemplified in FIG. 5, and the high film density is high. It has been realized. That is, from the viewpoint of achieving a high film density, hydrogen gas having a flow rate of 300 [sccm] or less may be supplied.

図6は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図6には、基準条件(ref)と共に、基準条件に窒化種として窒素ガスを添加した条件(第4の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図6には、基準条件からシャワーヘッド20の設定温度を30[℃]に変更した条件(第5の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図6には、基準条件に加えて成膜後に60[min]の間、処理容器11内を真空排気する条件(第6の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図6には、基準条件からRF電力の大きさを2900[W]に変更した条件(第7の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. FIG. 6 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition of adding nitrogen gas as a nitride to the reference condition (fourth condition) together with the reference condition (ref). Further, FIG. 6 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (fifth condition) in which the set temperature of the shower head 20 is changed to 30 [° C.] from the reference condition. Further, FIG. 6 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition of vacuum exhausting the inside of the processing container 11 (sixth condition) for 60 [min] after the film formation in addition to the reference condition. Has been done. Further, FIG. 6 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (seventh condition) in which the magnitude of the RF power is changed from the reference condition to 2900 [W].

シリコン窒化膜の膜密度は、図5に例示された第4〜第7の条件のいずれにおいても、2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。 The film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more under all of the fourth to seventh conditions exemplified in FIG. 5, and a high film density is realized.

また、例えば図6に示されるように、第4〜第7のいずれの条件において成膜されたシリコン窒化膜においても、基準条件において成膜されたシリコン窒化膜よりもさらに膜密度が高くなっている。従って、窒素ガスを添加する、または、シャワーヘッド20の設定温度を30[℃]に変更することにより、基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、成膜後に60[min]処理容器11内を真空排気する、または、RF電力を2900[W]に変更することにより、基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。 Further, as shown in FIG. 6, for example, the silicon nitride film formed under any of the fourth to seventh conditions has a higher film density than the silicon nitride film formed under the reference conditions. There is. Therefore, by adding nitrogen gas or changing the set temperature of the shower head 20 to 30 [° C.], the film density of the silicon nitride film can be increased more than the reference condition. Further, by vacuum exhausting the inside of the 60 [min] processing container 11 after film formation or changing the RF power to 2900 [W], the film density of the silicon nitride film can be increased more than the reference condition.

なお、基準条件および第6の条件のいずれにおいても、高い膜密度が実現されている。そのため、高い膜密度を実現するという観点では、成膜後に60[min]以下の時間、排気装置43によって処理容器11内を真空引きすることが好ましい。なお、成膜後に排気装置43によって処理容器11内を真空引きする場合、図2に例示された成膜方法におけるステップS13とステップS14との間に、排気装置43によって処理容器11内を60[min]以下の時間、真空引きする真空引き工程が追加される。また、成膜後に残留する処理ガス等を処理容器11内から排除するため(処理容器11の容積にもよるが)5[min]以下(例えば、1[min])の時間、真空引きを行うことが一般的であるため、それよりも長い時間、真空引きをすることが好ましい。 A high film density is realized under both the reference condition and the sixth condition. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, it is preferable to evacuate the inside of the processing container 11 by the exhaust device 43 for a time of 60 [min] or less after the film formation. When the inside of the processing container 11 is evacuated by the exhaust device 43 after the film formation, the inside of the processing container 11 is evacuated by the exhaust device 43 between steps S13 and S14 in the film forming method exemplified in FIG. min] A vacuuming step of vacuuming is added for the following time. Further, in order to remove the processing gas and the like remaining after the film formation from the processing container 11 (depending on the volume of the processing container 11), evacuation is performed for a time of 5 [min] or less (for example, 1 [min]). Since it is common, it is preferable to evacuate for a longer time.

また、第4の条件については、窒化種のガスをアンモニアガスから窒素ガスに変えた場合についても実験が行われた。図7は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。例えば図7に示されるように、窒化種のガスとして、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合であっても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。 As for the fourth condition, an experiment was also conducted in the case where the nitriding gas was changed from ammonia gas to nitrogen gas. FIG. 7 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the gas of the nitride type is changed. For example, as shown in FIG. 7, even when nitrogen gas is used instead of ammonia gas as the nitriding gas, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more. Therefore, a high film density is realized.

また、シャワーヘッド20の設定温度および処理容器11の側壁の設定温度については、他の組み合わせについても実験が行われた。図8は、シャワーヘッド20の設定温度および処理容器11の側壁の設定温度を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シャワーヘッド20の設定温度および処理容器11の側壁の設定温度については、図8に例示されたいずれの組み合わせにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。特に、高い膜密度を実現するという観点では、シャワーヘッド20の設定温度を、処理容器11の側壁の設定温度よりも低くすることが好ましい。 Further, regarding the set temperature of the shower head 20 and the set temperature of the side wall of the processing container 11, experiments were also conducted on other combinations. FIG. 8 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the set temperature of the shower head 20 and the set temperature of the side wall of the processing container 11 are changed. Regarding the set temperature of the shower head 20 and the set temperature of the side wall of the processing container 11, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more in any combination exemplified in FIG. Therefore, a high film density is realized. In particular, from the viewpoint of achieving a high film density, it is preferable that the set temperature of the shower head 20 is lower than the set temperature of the side wall of the processing container 11.

また、RF電力の大きさについては、他の大きさについても実験が行われた。図9は、RF電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。RF電力については、図9に例示されたいずれの大きさにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、RF電力の大きさは、2000[W]以上2900[W]以下の範囲内の大きさであることが好ましい。なお、図9の結果から、RF電力の大きさが大きくなるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。 As for the magnitude of RF power, experiments were also conducted on other magnitudes. FIG. 9 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the magnitude of the RF power is changed. Regarding the RF power, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more in any of the sizes exemplified in FIG. 9, and a high film density is realized. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, the magnitude of the RF power is preferably in the range of 2000 [W] or more and 2900 [W] or less. From the results of FIG. 9, it can be seen that the film density of the silicon nitride film tends to increase as the magnitude of the RF power increases.

図10は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図10には、基準条件(ref)と共に、基準条件からシャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップを60[mm]に変更した場合の条件(第8の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図10には、基準条件から処理容器11内の圧力を300[mTorr]に変更した条件(第9の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図10には、基準条件から成膜レートを40[nm/min]に変更した条件(第10の条件)において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film formed under specific processing conditions. In FIG. 10, the silicon nitriding film formed under the reference condition (ref) and the condition (eighth condition) when the gap between the shower head 20 and the substrate W is changed from the reference condition to 60 [mm] is shown. The membrane density of the membrane is shown. Further, FIG. 10 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (9th condition) in which the pressure in the processing container 11 is changed from the reference condition to 300 [mTorr]. Further, FIG. 10 shows the film density of the silicon nitride film formed under the condition (10th condition) in which the film formation rate is changed from the reference condition to 40 [nm / min].

シリコン窒化膜の膜密度は、図10に例示された第8〜第10の条件のいずれにおいても、2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。 The film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more under all of the eighth to tenth conditions exemplified in FIG. 10, and a high film density is realized.

また、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップについては、他のギャップについても実験が行われた。図11は、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップについては、例えば図11に例示されたいずれのギャップにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップが60[mm]以上100[mm]以下の範囲内のギャップとなるように制御されることが好ましい。なお、図11の結果から、シャワーヘッド20と基板Wの間のギャップが小さくなるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。 As for the gap between the shower head 20 and the substrate W, experiments were also conducted on other gaps. FIG. 11 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the gap between the shower head 20 and the substrate W is changed. Regarding the gap between the shower head 20 and the substrate W, for example, in any of the gaps exemplified in FIG. 11, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more, which is high. Membrane density has been achieved. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, it is preferable that the gap between the shower head 20 and the substrate W is controlled to be within the range of 60 [mm] or more and 100 [mm] or less. From the results of FIG. 11, it can be seen that the smaller the gap between the shower head 20 and the substrate W, the higher the film density of the silicon nitride film.

また、処理容器11内の圧力については、他の圧力についても実験が行われた。図12は、処理容器11内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。処理容器11内の圧力については、例えば図12に例示されたいずれの圧力においても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、処理容器11内の圧力が300[mTorr]以上1000[mTorr]以下の範囲内の圧力となるように制御されることが好ましい。なお、図12の結果から、処理容器11内の圧力が下がるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。 As for the pressure inside the processing container 11, experiments were also conducted for other pressures. FIG. 12 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the pressure in the processing container 11 is changed. Regarding the pressure inside the processing container 11, for example, at any of the pressures exemplified in FIG. 12, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more, and a high film density is realized. ing. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, it is preferable to control the pressure in the processing container 11 so as to be in the range of 300 [mTorr] or more and 1000 [mTorr] or less. From the results of FIG. 12, it can be seen that the film density of the silicon nitride film tends to increase as the pressure in the processing container 11 decreases.

また、成膜レートについては、他の成膜レートについても実験が行われた。図13は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シリコン窒化膜の成膜レートを増加させる場合、処理容器11内に供給されるモノシランガスおよびアンモニアガスの流量が増やされる。一方、シリコン窒化膜の成膜レートを減少させる場合、処理容器11内に供給されるモノシランガスおよびアンモニアガスの流量が減らされる。成膜レートについては、例えば図13に例示されたいずれの成膜レートにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。即ち、高い膜密度を実現するという観点では、成膜レートが40[nm/min]以上117[nm/min]以下の範囲内の値となるように制御されることが好ましい。なお、図13の結果から、成膜レートが下がるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。 As for the film formation rate, experiments were also conducted on other film formation rates. FIG. 13 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the film formation rate is changed. When the film formation rate of the silicon nitride film is increased, the flow rates of the monosilane gas and the ammonia gas supplied into the processing container 11 are increased. On the other hand, when the film formation rate of the silicon nitride film is reduced, the flow rates of the monosilane gas and the ammonia gas supplied into the processing container 11 are reduced. Regarding the film forming rate, for example, at any of the film forming rates exemplified in FIG. 13, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more, and a high film density is realized. There is. That is, from the viewpoint of achieving a high film density, it is preferable that the film formation rate is controlled to be within the range of 40 [nm / min] or more and 117 [nm / min] or less. From the results of FIG. 13, it can be seen that the film density of the silicon nitride film tends to increase as the film forming rate decreases.

以上の結果から、基準条件の各種パラメータを変更しても、高い膜密度が維持できることが確認できた。従って、VHF帯を使用した基準条件は、ロバストな条件であるといえる。さらに一部のパラメータにおいては、基準条件よりさらに高い膜密度を達成できることが確認された。 From the above results, it was confirmed that high film density can be maintained even if various parameters of the reference conditions are changed. Therefore, it can be said that the reference condition using the VHF band is a robust condition. Furthermore, it was confirmed that even higher film densities than the reference conditions could be achieved for some parameters.

図14は、処理条件毎のSi−H結合数およびN−H結合数の一例を示す図である。図15は、処理条件毎のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シリコン窒化膜の膜密度の向上にはシリコン窒化膜中におけるSi−H結合およびN−H結合の総数を減らすことが有効であると考えられる。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the number of Si—H bonds and the number of N—H bonds for each processing condition. FIG. 15 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film for each processing condition. It is considered effective to reduce the total number of Si—H bonds and N—H bonds in the silicon nitride film in order to improve the film density of the silicon nitride film.

例えば図14に示されるように、第3の条件では、基準条件に比べて、Si−H結合の数が若干増加しているものの、N−H結合の数が大幅に減少している。そのため、第3の条件では、基準条件よりもSi−H結合およびN−H結合の総数が減少している。これにより、例えば図15に示されるように、第3の条件では、基準条件に比べて、シリコン窒化膜の膜密度が大幅に増加している。 For example, as shown in FIG. 14, under the third condition, the number of Si—H bonds is slightly increased, but the number of N—H bonds is significantly decreased as compared with the reference condition. Therefore, in the third condition, the total number of Si—H bonds and N—H bonds is smaller than that in the reference condition. As a result, for example, as shown in FIG. 15, under the third condition, the film density of the silicon nitride film is significantly increased as compared with the reference condition.

また、例えば図14に示されるように、第2の条件、第4の条件、および第7の条件では、基準条件に比べて、Si−H結合およびN−H結合の数がいずれも減少している。これにより、例えば図15に示されるように、第2の条件、第4の条件、および第7の条件では、基準条件に比べて、シリコン窒化膜の膜密度が大幅に増加している。従って、高い膜密度を実現するという観点では、基板Wの温度を上げること(第2の条件)、水素ガスを添加すること(第3の条件)、窒素ガスを添加すること(第4の条件)、およびRF電力を大きくすること(第7の条件)ことが特に有効である。 Further, for example, as shown in FIG. 14, under the second condition, the fourth condition, and the seventh condition, the number of Si—H bonds and N—H bonds is reduced as compared with the reference condition. ing. As a result, for example, as shown in FIG. 15, under the second condition, the fourth condition, and the seventh condition, the film density of the silicon nitride film is significantly increased as compared with the reference condition. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, raising the temperature of the substrate W (second condition), adding hydrogen gas (third condition), and adding nitrogen gas (fourth condition). ), And increasing the RF power (seventh condition) is particularly effective.

[膜のストレス]
ここでは、高い膜密度を維持したまま、シリコン窒化膜のストレスを制御する評価を行った。具体的には、膜密度の評価と同様に先ずは基準条件での膜ストレスの傾向を示し、主なパラメータとなる第1の条件から第10の条件を変更することでシリコン窒化膜のストレスがどのように変化するかの評価を行った。図16は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図16には、基準条件(ref)と共に、第1の条件、第2の条件、および第3の条件のそれぞれにおいて成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。図16の縦軸において、正の方向は膜のストレスが伸張性(Tensile)であることを示し、負の方向は膜のストレスが圧縮性(Compressive)であることを示している(図17以降のストレスの図に関しても同様である)。
[Membrane stress]
Here, an evaluation was made to control the stress of the silicon nitride film while maintaining a high film density. Specifically, as in the evaluation of the film density, the tendency of the film stress under the reference conditions is first shown, and the stress of the silicon nitride film is increased by changing the first condition to the tenth condition, which are the main parameters. We evaluated how it would change. FIG. 16 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. FIG. 16 shows the stress of the silicon nitride film formed under each of the first condition, the second condition, and the third condition together with the reference condition (ref). In the vertical axis of FIG. 16, the positive direction indicates that the stress of the membrane is tensile, and the negative direction indicates that the stress of the membrane is compressive (FIG. 17 and after). The same is true for the stress diagram).

なお、図16における基準条件、第1の条件、および第3の条件では、モノシランガスとアンモニアガスの流量比を変えることにより、屈折率が異なるいくつかのシリコン窒化膜が形成された。いずれの条件においても、屈折率が高くなるほど、膜のストレスが圧縮性となる傾向が見られる。 Under the reference condition, the first condition, and the third condition in FIG. 16, several silicon nitride films having different refractive indexes were formed by changing the flow rate ratio of the monosilane gas and the ammonia gas. Under any condition, the higher the refractive index, the more compressible the stress of the film is.

膜のストレスは、図16に示される第1〜第3の条件のいずれにおいても、基準条件に比べて伸張性となっている。図4〜図5に例示されたように、第1〜第3の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、膜密度を高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、希釈ガスとしてアルゴンガスを用いることが好ましい。また、膜密度を高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、基板Wの温度は、320[℃]より大きく400[℃]以下の範囲内の温度であることが好ましい。 The stress of the membrane is more stretchable than the reference condition under any of the first to third conditions shown in FIG. As illustrated in FIGS. 4 to 5, in each of the first to third conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more. Therefore, from the viewpoint of increasing the film density and increasing the stress of extensibility rather than the reference condition, it is preferable to use argon gas as the diluting gas. Further, from the viewpoint of increasing the film density and increasing the stress of extensibility rather than the reference condition, the temperature of the substrate W is preferably a temperature in the range of 400 [° C.] or more, which is larger than 320 [° C.].

また、添加される水素ガスの流量については、他の流量についても実験が行われた。図17は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。例えば図17に示されるように、添加される水素ガスの流量が70[sccm]では、膜のストレスが基準条件に比べて伸張性となっている。また、添加される水素ガスの流量が300[sccm]では、2.16付近の屈折率で膜のストレスが約−200[MPa]となっている。ここで、膜のストレスは、屈折率が高くなるほど圧縮性になる傾向があり、2.16付近の屈折率では、基準条件における膜のストレスは、−400[MPa]以下になると考えられる。そのため、添加される水素ガスの流量が300[sccm]では、膜のストレスが基準条件に比べて伸張性になっている。従って、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、300[sccm]以下の流量の水素ガスを添加することが好ましい。 As for the flow rate of the added hydrogen gas, experiments were also conducted on other flow rates. FIG. 17 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the flow rate of the added hydrogen gas is changed. For example, as shown in FIG. 17, when the flow rate of the added hydrogen gas is 70 [sccm], the stress of the membrane is extensibility as compared with the reference condition. Further, when the flow rate of the added hydrogen gas is 300 [sccm], the stress of the film is about −200 [MPa] at a refractive index of around 2.16. Here, the stress of the film tends to be more compressible as the refractive index becomes higher, and it is considered that the stress of the film under the reference condition is −400 [MPa] or less at the refractive index of around 2.16. Therefore, when the flow rate of the added hydrogen gas is 300 [sccm], the stress of the membrane becomes extensible as compared with the reference condition. Therefore, from the viewpoint of increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more and increasing the stress of extensibility more than the reference condition, it is preferable to add hydrogen gas at a flow rate of 300 [sccm] or less.

図18は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図18には、基準条件(ref)と共に、第4〜第7の条件において成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。 FIG. 18 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. FIG. 18 shows the stress of the silicon nitride film formed under the fourth to seventh conditions together with the reference condition (ref).

膜のストレスは、図18に例示された第4〜第7のいずれの条件においても、基準条件における膜のストレスと同等となっている。図6〜図9に例示されたように、第4〜第7の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、第4〜第7の条件では、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めることができる。 The membrane stress is equivalent to the membrane stress under the reference conditions under any of the fourth to seventh conditions exemplified in FIG. As illustrated in FIGS. 6 to 9, in each of the fourth to seventh conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more. Therefore, under the fourth to seventh conditions, the film density can be increased while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition.

なお、図6および図8に例示されたように、第5および第6の条件では、いずれも基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。そのため、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、シャワーヘッド20の温度が30[℃]以上80[℃]以下の範囲内の温度となるように制御されることが好ましい。また、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を基準条件よりも高めるという観点では、成膜後に60[min]以下の時間、排気装置43によって処理容器11内を真空引きすることが好ましい。 As illustrated in FIGS. 6 and 8, under the fifth and sixth conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased more than the reference condition. Therefore, from the viewpoint of increasing the film density while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition, the temperature of the shower head 20 is controlled to be within the range of 30 [° C.] or more and 80 [° C.] or less. Is preferable. Further, from the viewpoint of increasing the film density above the standard condition while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition, the inside of the processing container 11 is evacuated by the exhaust device 43 for a time of 60 [min] or less after the film formation. Is preferable.

また、窒化種については、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合についても実験が行われた。図19は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。例えば図19に示されるように、窒化種のガスとして、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合であっても、シリコン窒化膜のストレスは、基準条件と同等となっている。図7に例示されたように、アンモニアガスおよび窒素ガスの少なくともいずれかが窒化種のガスとして用いられることにより、2.80[g/cm3]以上の高い膜密度を実現することができる。そのため、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、アンモニアガスおよび窒素ガスの少なくともいずれかが窒化種のガスとして用いられることが好ましい。また、アンモニアガスに窒素ガスを添加したガスを用いることでさらに高い膜密度が得られる。 For nitrides, experiments were also conducted when nitrogen gas was used instead of ammonia gas. FIG. 19 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the gas of the nitride type is changed. For example, as shown in FIG. 19, even when nitrogen gas is used instead of ammonia gas as the nitriding gas, the stress of the silicon nitride film is equivalent to the reference condition. As illustrated in FIG. 7, by using at least one of ammonia gas and nitrogen gas as the nitriding gas, a high film density of 2.80 [g / cm 3 ] or more can be realized. Therefore, from the viewpoint of increasing the film density while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition, it is preferable that at least one of ammonia gas and nitrogen gas is used as the nitride gas. Further, a higher film density can be obtained by using a gas obtained by adding nitrogen gas to ammonia gas.

また、RF電力の大きさについては、他の大きさについても実験が行われた。図20は、RF電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。RF電力の大きさが2000[W]の場合、膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。一方、RF電力の大きさが2900[W]の場合、膜のストレスは基準条件と同程度になっている。RF電力については、図9に例示されたいずれの値においても、2.80[g/cm3]以上の高い膜密度を実現することができる。従って、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を高めるという観点では、RF電力の大きさが2000[W]以上2700[W]未満の範囲内の大きさに制御されることが好ましい。一方、基準条件と同様のストレスに維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、RF電力の大きさが2700[W]以上2900[W]以下の範囲内の大きさに制御されることが好ましい。 As for the magnitude of RF power, experiments were also conducted on other magnitudes. FIG. 20 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when the magnitude of RF power is changed. When the magnitude of RF power is 2000 [W], the stress of the membrane is more stretchable than the reference condition. On the other hand, when the magnitude of the RF power is 2900 [W], the stress of the film is about the same as the reference condition. With respect to the RF power, a high film density of 2.80 [g / cm 3 ] or more can be realized at any of the values exemplified in FIG. Therefore, from the viewpoint of making stress more extensible than the reference condition and increasing the film density, it is preferable that the magnitude of the RF power is controlled to a magnitude within the range of 2000 [W] or more and less than 2700 [W]. On the other hand, from the viewpoint of increasing the film density while maintaining the same stress as the reference condition, it is preferable that the magnitude of the RF power is controlled within the range of 2700 [W] or more and 2900 [W] or less. ..

図21は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図21には、基準条件(ref)と共に、第8〜第10の条件において成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。 FIG. 21 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film formed under specific processing conditions. FIG. 21 shows the stress of the silicon nitride film formed under the eighth to tenth conditions together with the reference condition (ref).

膜のストレスは、図21に例示された第8〜第10のいずれの条件においても、基準条件よりも膜のストレスが圧縮性となっている。図10〜図13に例示されたように、第8〜第10の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、第8〜第10の条件では、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。 As for the stress of the membrane, under any of the eighth to tenth conditions exemplified in FIG. 21, the stress of the membrane is more compressible than the reference condition. As illustrated in FIGS. 10 to 13, under the eighth to tenth conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more. Therefore, under the eighth to tenth conditions, the compressible stress can be increased more than the reference condition.

また、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップについては、他のギャップについても実験が行われた。図22は、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップについては、60[mm]および100[mm]において、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップについては、図11に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めるという観点では、シャワーヘッド20と基板Wとの間のギャップは、60[mm]以上80[mm]未満または80[mm]より大きく100[mm]以下の範囲内の値であることが好ましい。 As for the gap between the shower head 20 and the substrate W, experiments were also conducted on other gaps. FIG. 22 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the gap between the shower head 20 and the substrate W is changed. Regarding the gap between the shower head 20 and the substrate W, at 60 [mm] and 100 [mm], the stress of the silicon nitride film is more compressible than the reference condition. Regarding the gap between the shower head 20 and the substrate W, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more at any of the values exemplified in FIG. Therefore, from the viewpoint of making stress more compressible than the reference condition and increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more, the gap between the shower head 20 and the substrate W is 60 [mm] or more and 80. It is preferably a value less than [mm] or larger than 80 [mm] and within a range of 100 [mm] or less.

また、処理容器11内の圧力については、他の圧力についても実験が行われた。図23は、処理容器11内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。処理容器11内の圧力が300[mTorr]の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。一方、処理容器11内の圧力が1000[mTorr]の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。処理容器11内の圧力については、図12に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めるという観点では、処理容器11内の圧力は、300[mTorr]以上600[mTorr]未満の範囲内の値であることが好ましい。また、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めるという観点では、処理容器11内の圧力は、600[mTorr]以上1000[mTorr]以下の範囲内の値であることが好ましい。 As for the pressure inside the processing container 11, experiments were also conducted for other pressures. FIG. 23 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the pressure in the processing container 11 is changed. When the pressure in the processing container 11 is 300 [mTorr], the stress of the silicon nitride film is more compressible than the reference condition. On the other hand, when the pressure in the processing container 11 is 1000 [mTorr], the stress of the silicon nitride film is more extensable than the reference condition. With respect to the pressure in the processing container 11, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more at any of the values exemplified in FIG. 12. Therefore, from the viewpoint of making stress more compressible than the reference condition and increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more, the pressure in the processing container 11 is 300 [mTorr] or more and less than 600 [mTorr]. It is preferably a value within the range. Further, from the viewpoint of making the stress more extensible than the reference condition and increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more, the pressure in the processing container 11 is 600 [mTorr] or more and 1000 [mTorr] or less. It is preferably a value within the range.

また、成膜レートについては、他の成膜レートについても実験を行った。図24は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。成膜レートが40[nm/min]の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。一方、成膜レートが117[nm/min]の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。成膜レートについては、図13に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めるという観点では、成膜レートは、処理容器11内の圧力は、40[nm/min]以上84[nm/min]未満の範囲内の値であることが好ましい。また、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めるという観点では、成膜レートは、84[nm/min]より大きく117[nm/min]以下の範囲内の値であることが好ましい。 As for the film formation rate, experiments were also conducted on other film formation rates. FIG. 24 is a diagram showing an example of stress of the silicon nitride film when the film formation rate is changed. When the film formation rate is 40 [nm / min], the stress of the silicon nitride film is more compressible than the reference condition. On the other hand, when the film formation rate is 117 [nm / min], the stress of the silicon nitride film is more extensable than the reference condition. Regarding the film formation rate, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more at any of the values exemplified in FIG. Therefore, from the viewpoint of making stress more compressible than the reference condition and increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more, the film formation rate is 40 [nm / min] and the pressure in the processing container 11 is 40 [nm / min]. It is preferable that the value is within the range of 84 [nm / min] or more. Further, from the viewpoint of making stress more stretchable than the reference condition and increasing the film density to 2.80 [g / cm 3 ] or more, the film formation rate is larger than 84 [nm / min] and 117 [nm / min]. The value is preferably within the following range.

[結果のまとめ]
図25は、図4〜図24の結果をまとめた図である。図25に示されたストレスにおいて、「+」は基準条件よりも伸張性であることを示し、「±」は基準条件と同等であることを示し、「−」は基準条件よりも圧縮性であることを示している。
[Summary of results]
FIG. 25 is a diagram summarizing the results of FIGS. 4 to 24. In the stress shown in FIG. 25, "+" indicates that it is more extensible than the reference condition, "±" indicates that it is equivalent to the reference condition, and "-" indicates that it is more compressible than the reference condition. It shows that there is.

第1〜第3の条件を含むグループG1では、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの伸張性を高めることができる。 In the group G1 including the first to third conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more, and the stress extensibility can be increased more than the reference condition.

第4〜第7の条件を含むグループG2では、シリコン窒化膜の膜密度を2.90[g/cm3]以上に高めると共に、基準条件と同程度のストレスを維持することができる。 In the group G2 including the fourth to seventh conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.90 [g / cm 3 ] or more, and the stress equivalent to that of the reference condition can be maintained.

第8〜第10の条件を含むグループG3の条件群では、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの圧縮性を高めることができる。また、グループG3には、シリコン窒化膜の膜密度を2.80[g/cm3]以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの伸張性を高めることができる条件が含まれている。また、グループG3には、基準条件と同程度の膜密度において、基準条件よりもストレスの圧縮性を高めることができる条件が含まれている。 In the condition group of group G3 including the 8th to 10th conditions, the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more, and the stress compressibility can be increased more than the reference condition. .. Further, the group G3 includes a condition in which the film density of the silicon nitride film can be increased to 2.80 [g / cm 3 ] or more and the stress extensibility can be increased more than the reference condition. Further, the group G3 includes a condition that can increase the compressibility of stress more than the reference condition at the same film density as the reference condition.

このように、シリコン窒化膜に求められる様々な要求に応じて、図25に例示された条件を用いて成膜を行うことにより、膜密度を2.80[g/cm3]以上に維持しつつ、膜ストレスの制御が可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。 In this way, the film density is maintained at 2.80 [g / cm 3 ] or more by forming a film using the conditions exemplified in FIG. 25 in response to various requirements for the silicon nitride film. At the same time, it is possible to form a silicon nitride film capable of controlling the film stress.

[条件の組み合わせ]
次に、高い膜密度と高い伸張性を有するシリコン窒化膜を成膜することを目指し、図25に示された条件をいくつか組み合わせて実験を行った。図26は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図27は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
[Combination of conditions]
Next, an experiment was conducted by combining some of the conditions shown in FIG. 25 with the aim of forming a silicon nitride film having high film density and high extensibility. FIG. 26 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when a specific processing condition is combined. FIG. 27 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when a specific processing condition is combined.

図26および図27において、組合せ条件1〜3に含まれる主なパラメータは、以下のとおりである。
[組合せ条件1]
基板Wの温度:400[℃]
窒化種:アンモニアガス
シャワーヘッド20の温度:80[℃]
処理容器11の側壁の温度:80[℃]
RF電力の周波数:220[MHz]
RF電力の大きさ:2700[W]
基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップ:80[mm]
処理容器11内の圧力:600[mTorr]
成膜レート:84[nm/min]
希釈ガス:アルゴンガス
添加ガス(水素ガス):70[sccm]
[組合せ条件2]
基板Wの温度:320[℃]
窒化種:アンモニアガス
シャワーヘッド20の温度:80[℃]
処理容器11の側壁の温度:80[℃]
RF電力の周波数:220[MHz]
RF電力の大きさ:2500[W]
基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップ:80[mm]
処理容器11内の圧力:720[mTorr]
成膜レート:117[nm/min]
希釈ガス:アルゴンガス
添加ガス(水素ガス):70[sccm]
[組合せ条件3]
基板Wの温度:400[℃]
窒化種:アンモニアガス
シャワーヘッド20の温度:80[℃]
処理容器11の側壁の温度:30[℃]
RF電力の周波数:220[MHz]
RF電力の大きさ:2700[W]
基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップ:80[mm]
処理容器11内の圧力:600[mTorr]
成膜レート:84[nm/min]
希釈ガス:アルゴンガス
添加ガス(水素ガス):70[sccm]
In FIGS. 26 and 27, the main parameters included in the combination conditions 1 to 3 are as follows.
[Combination condition 1]
Substrate W temperature: 400 [° C]
Nitriding: Ammonia gas
Shower head 20 temperature: 80 [° C]
Temperature of the side wall of the processing container 11: 80 [° C.]
RF power frequency: 220 [MHz]
Magnitude of RF power: 2700 [W]
Gap between the substrate W and the shower head 20: 80 [mm]
Pressure in processing vessel 11: 600 [mTorr]
Film formation rate: 84 [nm / min]
Diluting gas: Argon gas
Addition gas (hydrogen gas): 70 [sccm]
[Combination condition 2]
Substrate W temperature: 320 [° C]
Nitriding: Ammonia gas
Shower head 20 temperature: 80 [° C]
Temperature of the side wall of the processing container 11: 80 [° C.]
RF power frequency: 220 [MHz]
Magnitude of RF power: 2500 [W]
Gap between the substrate W and the shower head 20: 80 [mm]
Pressure in processing vessel 11: 720 [mTorr]
Film formation rate: 117 [nm / min]
Diluting gas: Argon gas
Addition gas (hydrogen gas): 70 [sccm]
[Combination condition 3]
Substrate W temperature: 400 [° C]
Nitriding: Ammonia gas
Shower head 20 temperature: 80 [° C]
Temperature of the side wall of the processing container 11: 30 [° C.]
RF power frequency: 220 [MHz]
Magnitude of RF power: 2700 [W]
Gap between the substrate W and the shower head 20: 80 [mm]
Pressure in processing vessel 11: 600 [mTorr]
Film formation rate: 84 [nm / min]
Diluting gas: Argon gas
Addition gas (hydrogen gas): 70 [sccm]

例えば図26に示されるように、組合せ条件1および3では、基準条件よりも高い膜密度を実現することができた。また、例えば図27に示されるように、組合せ条件1〜3では、いずれにおいても基準条件よりも高い伸張性のストレスを実現することができた。図25に示された条件を組み合わせることにより、成膜されるシリコン窒化膜の特性をさらに細かく調整することができる。 For example, as shown in FIG. 26, under the combination conditions 1 and 3, a higher film density than the reference condition could be realized. Further, as shown in FIG. 27, for example, under the combination conditions 1 to 3, it was possible to realize a stress with higher extensibility than the reference condition. By combining the conditions shown in FIG. 25, the characteristics of the silicon nitride film to be formed can be finely adjusted.

[RF電力の周波数]
図28は、RF電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図29は、RF電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
[RF power frequency]
FIG. 28 is a diagram showing an example of the film density of the silicon nitride film when the frequency of RF power is changed. FIG. 29 is a diagram showing an example of stress of a silicon nitride film when the frequency of RF power is changed.

180[MHz]のRF電力を用いた実験は、220[MHz]のRF電力を用いた基準条件と同じ条件で行われた。また、860[MHz]のRF電力を用いた実験は、主に以下の条件で行われた。
基板Wの温度:320[℃]
窒化種:アンモニアガス+窒素ガス
シャワーヘッド20の温度:20[℃]〜室温
処理容器11の側壁の温度:60〜90[℃]
RF電力の大きさ:3000[W]
基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップ:150[mm]
処理容器11内の圧力:100[mTorr]
成膜レート:90[nm/min]
希釈ガス:アルゴンガスまたはヘリウムガス
The experiment using the RF power of 180 [MHz] was performed under the same conditions as the reference condition using the RF power of 220 [MHz]. Further, the experiment using the RF power of 860 [MHz] was mainly carried out under the following conditions.
Substrate W temperature: 320 [° C]
Nitriding: Ammonia gas + nitrogen gas
Shower head 20 temperature: 20 [° C] to room temperature
Temperature of the side wall of the processing container 11: 60 to 90 [° C.]
Magnitude of RF power: 3000 [W]
Gap between the substrate W and the shower head 20: 150 [mm]
Pressure in processing vessel 11: 100 [mTorr]
Film formation rate: 90 [nm / min]
Diluted gas: Argon gas or helium gas

例えば図28に示されるように、RF電力の周波数が180[MHz]および860[MHz]のいずれの場合であっても、シリコン窒化膜の膜密度は2.80[g/cm3]以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、RF電力の周波数は、180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数であることが好ましい。 For example, as shown in FIG. 28, the film density of the silicon nitride film is 2.80 [g / cm 3 ] or more regardless of whether the frequency of the RF power is 180 [MHz] or 860 [MHz]. A high film density is realized. Therefore, from the viewpoint of achieving a high film density, the frequency of the RF power is preferably a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less.

また、例えば図29に示されるように、RF電力の周波数が180[MHz]の場合、基準条件と同程度のストレスが実現されている。また、RF電力の周波数が860[MHz]の場合、基準条件と同等またはそれ以上の伸張性のストレスが実現されている。従って、基準条件と同等以上のストレスを維持しつつ、高い膜密度を実現するという観点では、RF電力の周波数は、180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数であることが好ましい。 Further, for example, as shown in FIG. 29, when the frequency of the RF power is 180 [MHz], the same degree of stress as the reference condition is realized. Further, when the frequency of the RF power is 860 [MHz], the stress of extensibility equal to or higher than the reference condition is realized. Therefore, from the viewpoint of achieving high film density while maintaining stress equal to or higher than the reference condition, the frequency of RF power is preferably a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less. ..

なお、860[MHz]以下の周波数における電磁波の波長は、マイクロ波の波長よりも長い。そのため、スロットアンテナ等のハード的な専用設計を必要せずに簡便な装置で膜質を改善できる。また、180[MHz]以上の周波数の電力を用いて成膜を行うことにより、膜密度を2.80[g/cm3]以上に維持しつつ、基板Wへのダメージを低減することができる。 The wavelength of the electromagnetic wave at a frequency of 860 [MHz] or less is longer than the wavelength of the microwave. Therefore, the film quality can be improved with a simple device without the need for a dedicated hardware design such as a slot antenna. Further, by performing the film formation using the electric power having a frequency of 180 [MHz] or more, it is possible to reduce the damage to the substrate W while maintaining the film density at 2.80 [g / cm3] or more.

以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における成膜方法は、天壁、側壁、および底壁を有する処理容器11と、処理容器11内に配置され、駆動部16により昇降可能な載置台12と、載置台12に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッド20と、シャワーヘッド20に接続されたRF電源24と、シャワーヘッド20の温度を制御する第1の温度制御機構と、処理容器11の側壁の温度を制御する第2の温度制御機構と、載置台12の温度を制御する第3の温度制御機構と、処理容器11内に処理ガスを供給するガス供給機構30と、処理容器11内のガスを排気する排気装置43と、制御部100と、を備えるプラズマ処理装置1によるシリコン窒化膜の供給工程と、成膜工程とを含む。供給工程では、ガス供給機構30からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが、基板Wが収容された処理容器11内に供給される。成膜工程では、RF電源24からシャワーヘッド20を介して処理容器11内の処理ガスに180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板W上にシリコン窒化膜が成膜される。これにより、基板Wのダメージを抑えつつ、均一性の高いシリコン窒化膜を成膜することができる。 The embodiment has been described above. As described above, the film forming method in the present embodiment includes a processing container 11 having a top wall, a side wall, and a bottom wall, a mounting table 12 arranged in the processing container 11 and capable of being raised and lowered by a drive unit 16. A shower head 20 arranged at a position facing the pedestal 12 and supplying processing gas, an RF power supply 24 connected to the shower head 20, a first temperature control mechanism for controlling the temperature of the shower head 20, and a processing container. A second temperature control mechanism that controls the temperature of the side wall of 11, a third temperature control mechanism that controls the temperature of the mounting table 12, a gas supply mechanism 30 that supplies the processing gas into the processing container 11, and a processing container. It includes a step of supplying a silicon nitride film by a plasma processing device 1 including an exhaust device 43 for exhausting the gas in 11 and a control unit 100, and a film forming step. In the supply step, the processing gas containing the silicon-containing gas, the nitrogen-containing gas, and the diluted gas is supplied from the gas supply mechanism 30 into the processing container 11 in which the substrate W is housed. In the film forming process, the processing gas is plasma by supplying power from the RF power supply 24 to the processing gas in the processing container 11 via the shower head 20 at a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less. A silicon nitride film is formed on the substrate W by the processing gas that has been turned into plasma. As a result, it is possible to form a highly uniform silicon nitride film while suppressing damage to the substrate W.

また、上記した実施形態において、ガス供給機構30から供給されるシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスのうち、シリコン含有ガスは、シラン系ガスであり、窒素含有ガスは、アンモニアガスであり、希釈ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスである。これによりシリコン窒化膜を成膜することができる。 Further, in the above-described embodiment, among the processing gases containing the silicon-containing gas, the nitrogen-containing gas, and the diluted gas supplied from the gas supply mechanism 30, the silicon-containing gas is a silane-based gas, and the nitrogen-containing gas is It is an ammonia gas, and the diluting gas is a helium gas or an argon gas. This makes it possible to form a silicon nitride film.

また、上記した実施形態では、成膜工程において、前記基板の温度は、第3の温度制御機構によって、320[℃]以上400[℃]以下の範囲内の温度に制御される。これにより、高い膜密度のシリコン窒化膜を成膜することができる。また、基準条件よりも高い伸張性のストレスのシリコン窒化膜を成膜することができる。 Further, in the above-described embodiment, in the film forming step, the temperature of the substrate is controlled to a temperature within the range of 320 [° C.] or more and 400 [° C.] or less by the third temperature control mechanism. This makes it possible to form a silicon nitride film having a high film density. In addition, a silicon nitride film having a stress higher than the reference condition can be formed.

また、上記した実施形態では、ガス供給機構30は、処理容器11内に窒素ガスをさらに供給し、供給工程において、窒素ガスが処理容器11内にさらに供給される。これにより、高い膜密度のシリコン窒化膜を成膜することができる。また、基準条件と同程度のストレスのシリコン窒化膜を成膜することができる。 Further, in the above-described embodiment, the gas supply mechanism 30 further supplies nitrogen gas into the processing container 11, and in the supply step, the nitrogen gas is further supplied into the processing container 11. This makes it possible to form a silicon nitride film having a high film density. In addition, a silicon nitride film having the same stress as the reference condition can be formed.

また、上記した実施形態では、ガス供給機構30は、処理容器11内に水素ガスをさらに供給し、供給工程において、300[sccm]以下の流量の水素ガスが処理容器11内にさらに供給される。これにより、シリコン窒化膜の膜密度および伸張性のストレスを高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, the gas supply mechanism 30 further supplies hydrogen gas into the processing container 11, and in the supply step, hydrogen gas having a flow rate of 300 [sccm] or less is further supplied into the processing container 11. .. This makes it possible to increase the film density and eccentric stress of the silicon nitride film.

また、上記した実施形態において、成膜工程では、第1の温度制御機構によりシャワーヘッド20の温度が30[℃]以上80[℃]以下の範囲内の温度となるように制御され、第2の温度制御機構により処理容器11の側壁の温度が30[℃]以上80[℃]以下の温度となるように制御される。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, in the film forming step, the temperature of the shower head 20 is controlled to be within the range of 30 [° C.] or more and 80 [° C.] or less by the first temperature control mechanism, and the second temperature is controlled. The temperature of the side wall of the processing container 11 is controlled to be 30 [° C.] or more and 80 [° C.] or less by the temperature control mechanism of. This makes it possible to increase the film density of the silicon nitride film to be formed while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition.

また、上記した実施形態における成膜方法には、成膜工程の後に、排気装置43により、60[min]以下の時間、シリコン窒化膜が成膜された基板Wを収容している処理容器11内が予め定められた真空度に維持される真空引き工程がさらに含まれる。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めることができる。 Further, in the film forming method in the above-described embodiment, after the film forming step, the processing container 11 accommodating the substrate W on which the silicon nitride film is formed by the exhaust device 43 for a time of 60 [min] or less. Further included is a vacuuming step in which the inside is maintained at a predetermined degree of vacuum. As a result, the film density can be increased while maintaining the stress of the film in the same manner as the reference condition.

また、上記した実施形態では、成膜工程において、RF電源24から処理容器11内の処理ガスに供給される電力の大きさは、2000[W]以上2900[W]以下の範囲内の大きさである。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、、成膜工程において、RF電源24から処理容器11内の処理ガスに供給される電力の大きさは、2000[W]以上2700[W]以下の範囲内の大きさであってもよい。これにより、膜のストレスを基準条件よりも伸張性にしつつ、膜密度を基準条件よりも高めることができる。また、成膜工程において、RF電源24から処理容器11内の処理ガスに供給される電力の大きさは、2700[W]より大きく2900[W]以下の範囲内の大きさであってもよい。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を基準条件よりも高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, the magnitude of the electric power supplied from the RF power supply 24 to the processing gas in the processing container 11 in the film forming step is within the range of 2000 [W] or more and 2900 [W] or less. Is. This makes it possible to increase the film density of the silicon nitride film to be formed. Further, in the film forming step, the magnitude of the electric power supplied from the RF power supply 24 to the processing gas in the processing container 11 may be in the range of 2000 [W] or more and 2700 [W] or less. .. This makes it possible to increase the membrane density above the reference condition while making the membrane stress more stretchable than the reference condition. Further, in the film forming step, the magnitude of the electric power supplied from the RF power supply 24 to the processing gas in the processing container 11 may be larger than 2700 [W] and within the range of 2900 [W] or less. .. As a result, the film density can be increased above the reference condition while maintaining the stress of the membrane in the same manner as the reference condition.

また、上記した実施形態において、駆動部16により、基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップは、60[mm]以上100[mm]以下の範囲内のギャップとなるように制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、駆動部16により、基板Wとシャワーヘッド20との間のギャップが、60[mm]以上80[mm]未満または80[mm]より大きく100[mm]以下の範囲内の値に制御されることにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, the drive unit 16 controls the gap between the substrate W and the shower head 20 so as to be within the range of 60 [mm] or more and 100 [mm] or less. This makes it possible to increase the film density of the silicon nitride film to be formed. Further, the drive unit 16 controls the gap between the substrate W and the shower head 20 to a value within the range of 60 [mm] or more and less than 80 [mm] or larger than 80 [mm] and 100 [mm] or less. Thereby, the compressible stress can be increased more than the reference condition.

また、上記した実施形態では、成膜工程において、処理容器11内の圧力は、排気装置43によって300[mTorr]以上1000[mTorr]以下の範囲内の圧力に制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、処理容器11内の圧力は、排気装置43によって300[mTorr]以上600[mTorr]未満の範囲内の圧力に制御されてもよい。これにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。また、処理容器11内の圧力は、排気装置43によって600[mTorr]より高く1000[mTorr]以下の範囲内の圧力に制御されてもよい。これにより、基準条件よりも伸張性のストレスを高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, in the film forming step, the pressure in the processing container 11 is controlled by the exhaust device 43 to a pressure in the range of 300 [mTorr] or more and 1000 [mTorr] or less. This makes it possible to increase the film density of the silicon nitride film to be formed. Further, the pressure in the processing container 11 may be controlled by the exhaust device 43 to a pressure in the range of 300 [mTorr] or more and less than 600 [mTorr]. This makes it possible to increase the compressible stress more than the reference condition. Further, the pressure in the processing container 11 may be controlled by the exhaust device 43 to a pressure in the range of 1000 [mTorr] or higher than 600 [mTorr]. This makes it possible to increase eccentric stress more than the reference condition.

また、上記した実施形態では、成膜工程において、シリコン窒化膜の成膜レートが40[nm/min]以上117[nm/min]以下の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構30から供給される処理ガスの流量が制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、シリコン窒化膜の成膜レートが40[nm/min]以上84[nm/min]未満の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構30から供給される処理ガスの流量が制御されてもよい。これにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。また、シリコン窒化膜の成膜レートが84[nm/min]より大きく117[nm/min]以下の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構30から供給される処理ガスの流量が制御されてもよい。これにより、基準条件よりも伸張性のストレスを高めることができる。 Further, in the above-described embodiment, the gas supply mechanism is such that the film formation rate of the silicon nitride film is within the range of 40 [nm / min] or more and 117 [nm / min] or less in the film formation step. The flow rate of the processing gas supplied from 30 is controlled. This makes it possible to increase the film density of the silicon nitride film to be formed. Further, the flow rate of the processing gas supplied from the gas supply mechanism 30 is controlled so that the film formation rate of the silicon nitride film is within the range of 40 [nm / min] or more and less than 84 [nm / min]. May be done. This makes it possible to increase the compressible stress more than the reference condition. Further, the flow rate of the processing gas supplied from the gas supply mechanism 30 is such that the film formation rate of the silicon nitride film is larger than 84 [nm / min] and is within the range of 117 [nm / min] or less. It may be controlled. This makes it possible to increase eccentric stress more than the reference condition.

また、上記した実施形態におけるプラズマ処理装置1は、処理容器11と、載置台12と、シャワーヘッド20と、RF電源24と、第1の温度制御機構と、第2の温度制御機構と、第3の温度制御機構と、ガス供給機構30と、排気装置43と、制御部100とを備える。処理容器11は、天壁、側壁、および底壁を有し、基板Wを収容する。載置台12は、処理容器11内に配置される。シャワーヘッド20は、載置台12に対向する位置に配置され、処理容器11内に処理ガスを供給する。RF電源24は、シャワーヘッド20に接続され、シャワーヘッド20にRF電力を供給する。ガス供給機構30は、処理容器11内に処理ガスを供給する。制御部100は、供給工程と、成膜工程とを実行する。供給工程では、ガス供給機構30からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが処理容器11内に供給される。成膜工程では、RF電源24からシャワーヘッド20を介して処理容器11内の処理ガスに180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスによって基板W上にシリコン窒化膜が成膜される。これにより、高い膜密度を達成可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。 Further, the plasma processing apparatus 1 in the above-described embodiment includes a processing container 11, a mounting table 12, a shower head 20, an RF power supply 24, a first temperature control mechanism, a second temperature control mechanism, and a second. 3. The temperature control mechanism, the gas supply mechanism 30, the exhaust device 43, and the control unit 100 are provided. The processing container 11 has a top wall, a side wall, and a bottom wall, and houses the substrate W. The mounting table 12 is arranged in the processing container 11. The shower head 20 is arranged at a position facing the mounting table 12, and supplies the processing gas into the processing container 11. The RF power supply 24 is connected to the shower head 20 and supplies RF power to the shower head 20. The gas supply mechanism 30 supplies the processing gas into the processing container 11. The control unit 100 executes a supply process and a film forming process. In the supply step, the processing gas containing the silicon-containing gas, the nitrogen-containing gas, and the diluted gas is supplied from the gas supply mechanism 30 into the processing container 11. In the film forming step, the processing gas is plasma by supplying power having a frequency within the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less from the RF power supply 24 to the processing gas in the processing container 11 via the shower head 20. A silicon nitride film is formed on the substrate W by the treated gas that has been turned into plasma. This makes it possible to form a silicon nitride film that can achieve a high film density.

[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
[others]
The technique disclosed in the present application is not limited to the above-described embodiment, and many modifications can be made within the scope of the gist thereof.

例えば、上記した各実施形態では、容量結合型プラズマ(CCP)をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置1を例に説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)等が挙げられる。 For example, in each of the above-described embodiments, the plasma processing apparatus 1 using a capacitively coupled plasma (CCP) as a plasma source has been described as an example, but the plasma source is not limited to this. Examples of plasma sources other than the capacitively coupled plasma include inductively coupled plasma (ICP) and the like.

なお、今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣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。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. Indeed, the above embodiments can be embodied in a variety of forms. Moreover, the above-mentioned embodiment may be omitted, replaced or changed in various forms without departing from the scope of the attached claims and the purpose thereof.

S 処理空間
W 基板
1 プラズマ処理装置
10 装置本体
11 処理容器
11a 天壁
11b 開口部
11c 筒状壁
11d 底壁
11e 開口部
11f 開口部
12 載置台
13 支持部材
14 ベローズ
15 フランジ
16 駆動部
20 シャワーヘッド
20a ガス拡散室
20b ガス供給口
21 誘電体窓
22 アンテナ導体
23 整合器
24 RF電源
25 絶縁部材
30 ガス供給機構
31 ガスソース
32 流量制御器
33 バルブ
35c ガス供給管
35w ガス供給管
36 開口部
41 排気管
42 APCバルブ
43 排気装置
50c 流路
50s 流路
50w 流路
51 冷却ジャケット
100 制御部
S Processing space W Substrate 1 Plasma processing device 10 Device main body 11 Processing container 11a Top wall 11b Opening 11c Cylindrical wall 11d Bottom wall 11e Opening 11f Opening 12 Mounting table 13 Support member 14 Bellows 15 Flange 16 Drive unit 20 Shower head 20a Gas diffusion chamber 20b Gas supply port 21 Dielectric window 22 Antenna conductor 23 Matcher 24 RF power supply 25 Insulation member 30 Gas supply mechanism 31 Gas source 32 Flow controller 33 Valve 35c Gas supply pipe 35w Gas supply pipe 36 Opening 41 Exhaust Pipe 42 APC valve 43 Exhaust device 50c Flow path 50s Flow path 50w Flow path 51 Cooling jacket 100 Control unit

Claims (12)

天壁、側壁、および底壁を有する処理容器と、前記処理容器内に配置される載置台と、前記載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに接続されたRF電力源と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、制御部と、を備えるプラズマ処理装置によるシリコン窒化膜の成膜方法であって、
前記ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された前記処理容器内に供給する供給工程と、
前記RF電力源から前記シャワーヘッドを介して前記処理容器内の前記処理ガスに180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を含む成膜方法。
A processing container having a top wall, a side wall, and a bottom wall, a mounting table arranged in the processing container, a shower head arranged at a position facing the above-mentioned table and supplying processing gas, and the shower head. A method for forming a silicon nitride film by a plasma processing apparatus including a connected RF power source, a gas supply mechanism for supplying a processing gas into the processing container, and a control unit.
A supply step of supplying a processing gas containing a silicon-containing gas, a nitrogen-containing gas, and a diluting gas from the gas supply mechanism into the processing container containing the substrate.
By supplying electric power having a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less from the RF power source to the processing gas in the processing container via the shower head, the processing gas is turned into plasma. A film forming method including a film forming step of forming a silicon nitride film on the substrate by the plasma-ized processing gas.
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構から供給されるシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスのうち、
前記シリコン含有ガスは、シラン系ガスであり、
前記窒素含有ガスは、アンモニアガスであり、
前記希釈ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスである請求項1に記載の成膜方法。
Of the processing gases containing silicon-containing gas, nitrogen-containing gas, and diluted gas supplied from the gas supply mechanism of the plasma processing apparatus.
The silicon-containing gas is a silane-based gas and is
The nitrogen-containing gas is ammonia gas.
The film forming method according to claim 1, wherein the diluted gas is helium gas or argon gas.
前記プラズマ処理装置は、前記載置台の温度を制御する第1の温度制御機構をさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記基板の温度を320[℃]以上400[℃]以下の範囲内の温度に制御する請求項1に記載の成膜方法。
The plasma processing apparatus further includes a first temperature control mechanism for controlling the temperature of the above-mentioned table.
The film forming method according to claim 1, wherein the control unit controls the temperature of the substrate to a temperature within the range of 320 [° C.] or more and 400 [° C.] or less in the film forming step.
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構は、前記処理容器内に窒素ガスをさらに供給し、
前記制御部は、前記供給工程において、前記窒素ガスが前記処理容器内にさらに供給されるように前記ガス供給機構を制御する請求項1に記載の成膜方法。
The gas supply mechanism of the plasma processing apparatus further supplies nitrogen gas into the processing container.
The film forming method according to claim 1, wherein the control unit controls the gas supply mechanism so that the nitrogen gas is further supplied into the processing container in the supply step.
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構は、前記処理容器内に水素ガスをさらに供給し、
前記制御部は、前記供給工程において、300[sccm]以下の流量の水素ガスが前記処理容器内にさらに供給されるように前記ガス供給機構を制御する請求項1に記載の成膜方法。
The gas supply mechanism of the plasma processing apparatus further supplies hydrogen gas into the processing container.
The film forming method according to claim 1, wherein the control unit controls the gas supply mechanism so that hydrogen gas having a flow rate of 300 [sccm] or less is further supplied into the processing container in the supply step.
前記プラズマ処理装置は、前記シャワーヘッドの温度を制御する第2の温度制御機構と、前記処理容器の側壁の温度を制御する第3の温度制御機構とをさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記シャワーヘッドの温度が30[℃]以上80[℃]以下の範囲内の温度となるように前記第2の温度制御機構を制御し、前記処理容器の側壁の温度が30[℃]以上80[℃]以下の温度となるように前記第3の温度制御機構を制御する請求項1に記載の成膜方法。
The plasma processing apparatus further includes a second temperature control mechanism for controlling the temperature of the shower head and a third temperature control mechanism for controlling the temperature of the side wall of the processing container.
The control unit controls the second temperature control mechanism so that the temperature of the shower head is within the range of 30 [° C.] or more and 80 [° C.] or less in the film forming step, and the processing container. The film forming method according to claim 1, wherein the third temperature control mechanism is controlled so that the temperature of the side wall of the wall is 30 [° C.] or more and 80 [° C.] or less.
前記プラズマ処理装置は、前記処理容器内を排気する排気機構をさらに備え、
前記制御部が、前記成膜工程の後に、60[min]以下の時間、前記シリコン窒化膜が成膜された前記基板を収容している前記処理容器内が予め定められた真空度に維持されるように前記排気機構を制御する真空引き工程をさらに含む請求項1に記載の成膜方法。
The plasma processing apparatus further includes an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container.
After the film forming step, the control unit maintains the inside of the processing container containing the substrate on which the silicon nitride film is formed at a predetermined vacuum degree for a time of 60 [min] or less. The film forming method according to claim 1, further comprising a vacuuming step for controlling the exhaust mechanism.
前記制御部は、前記成膜工程において、前記RF電力源から前記処理容器内の処理ガスに供給される電力の大きさが、2000[W]以上2900[W]以下の範囲内の大きさとなるように前記RF電力源を制御する請求項1に記載の成膜方法。 In the film forming process, the control unit has a magnitude of the electric power supplied from the RF power source to the processing gas in the processing container within the range of 2000 [W] or more and 2900 [W] or less. The film forming method according to claim 1, wherein the RF power source is controlled as described above. 前記プラズマ処理装置は、前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに備え、
前記制御部は、前記基板と前記シャワーヘッドとの間のギャップが、60[mm]以上100[mm]以下の範囲内のギャップとなるように前記昇降機構を制御する請求項1に記載の成膜方法。
The plasma processing apparatus further includes an elevating mechanism for elevating and lowering the above-mentioned pedestal.
The first aspect of claim 1, wherein the control unit controls the elevating mechanism so that the gap between the substrate and the shower head is within the range of 60 [mm] or more and 100 [mm] or less. Membrane method.
前記プラズマ処理装置は、前記処理容器内を排気する排気機構をさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記処理容器内の圧力が、300[mTorr]以上10000[mTorr]以下の範囲内の圧力となるように前記排気機構を制御する請求項1に記載の成膜方法。
The plasma processing apparatus further includes an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container.
The first aspect of the present invention, wherein the control unit controls the exhaust mechanism so that the pressure in the processing container is in the range of 300 [mTorr] or more and 10000 [mTorr] or less in the film forming step. Film formation method.
前記制御部は、前記成膜工程において、前記シリコン窒化膜の成膜レートが40[nm/min]以上117[nm/min]以下の範囲内の成膜レートとなるように、前記ガス供給機構から供給される処理ガスの流量を制御する請求項1に記載の成膜方法。 The control unit has the gas supply mechanism so that the film formation rate of the silicon nitride film is within the range of 40 [nm / min] or more and 117 [nm / min] or less in the film formation step. The film forming method according to claim 1, wherein the flow rate of the processing gas supplied from the surface is controlled. 天壁、側壁、および底壁を有し、基板が収容されるする処理容器と、
前記処理容器内に配置される載置台と、
前記載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドに接続されたRF電力源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する供給工程と、
前記RF電力源から前記シャワーヘッドを介して前記処理容器内の前記処理ガスに180[MHz]以上860[MHz]以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を実行するプラズマ処理装置。
A processing container having a top wall, a side wall, and a bottom wall and accommodating a substrate,
A mounting table arranged in the processing container and
A shower head that is located opposite the above-mentioned stand and supplies processing gas,
With the RF power source connected to the shower head,
A gas supply mechanism that supplies the processing gas into the processing container,
Equipped with a control unit
The control unit
A supply step of supplying a processing gas containing a silicon-containing gas, a nitrogen-containing gas, and a diluting gas from the gas supply mechanism into the processing container, and
By supplying electric power having a frequency in the range of 180 [MHz] or more and 860 [MHz] or less from the RF power source to the processing gas in the processing container via the shower head, the processing gas is turned into plasma. A plasma processing apparatus that executes a film forming step of forming a silicon nitride film on the substrate by the plasma-ized processing gas.
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