JP2023068928A - 成膜方法、及び成膜方法 - Google Patents

成膜方法、及び成膜方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2023068928A
JP2023068928A JP2021180387A JP2021180387A JP2023068928A JP 2023068928 A JP2023068928 A JP 2023068928A JP 2021180387 A JP2021180387 A JP 2021180387A JP 2021180387 A JP2021180387 A JP 2021180387A JP 2023068928 A JP2023068928 A JP 2023068928A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
film
power
film forming
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021180387A
Other languages
English (en)
Inventor
都 金子
Miyako Kaneko
奈央子 鈴木
Naoko Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2021180387A priority Critical patent/JP2023068928A/ja
Priority to PCT/JP2022/039560 priority patent/WO2023080004A1/ja
Publication of JP2023068928A publication Critical patent/JP2023068928A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/42—Silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Abstract

Figure 2023068928000001
【課題】 膜質が良好なシリコン窒化膜を成膜する技術を提供すること。
【解決手段】
処理容器内に設けられる載置台に基板を載置して、シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを処理容器内に供給する。一方、載置台に対向する電極に、３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数を有する第２の電力と、を重畳して印加して、前記処理容器内における前記処理ガスをプラズマ化し、基板にシリコン窒化膜を成膜する。この手法により、Tensile Stress及び膜密度の数値が高く、膜質が良好なシリコン窒化膜を成膜することができる。
【選択図】図１

Description

本開示は、成膜方法、及び成膜装置に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」ともいう）に、シリコン窒化膜を成膜することが行われている。シリコン窒化膜は、例えば形成された膜のパターニングを行うにあたり、エッチング処理により除去されない部分を覆うハードマスクなどに用いられる。このようなシリコン窒化膜は、膜原料を含むガスや、膜原料の窒化を行うガスをウエハに供給して、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜される。
成膜処理においては、前記ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を利用する場合がある。
例えば特許文献１には、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置にて、半導体ウエハに絶縁膜を堆積する際に、絶縁膜の膜質を向上させるために、上部電極に２種の異なる周波数の電力を印加する技術が提案されている。２種の異なる周波数は、一方が１０～１００ＭＨｚであり、他方が２００～５００ｋＨｚであることが記載されている。
特開２００２－３６７９８６号公報
本開示は、膜質が良好なシリコン窒化膜を成膜する技術を提供する。
本開示は、
処理容器内に設けられる載置台に基板を載置する工程と、
シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する工程と、
前記載置台に対向する電極に、３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数を有する第２の電力と、を重畳して印加し、前記処理容器内における前記処理ガスをプラズマ化して、前記基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と、
を備える成膜方法である。
本開示によれば、膜質が良好なシリコン窒化膜を成膜することができる。
本開示に係る成膜装置の構成例である。 ストレスの測定結果を示す第１の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第１の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第２の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第２の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第３の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第３の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第４の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第４の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第５の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第５の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第６の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第６の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第７の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第７の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第８の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第８の特性図である。 ストレスの測定結果を示す第９の特性図である。 膜密度の測定結果を示す第９の特性図である。 ストレスと膜密度との関係を示す特性図である。
（第１の実施形態）
＜成膜装置＞
図１を参照しながら、基板であるウエハに対してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の成膜を行う、第１の実施形態に係る成膜装置１について説明する。図１は、本例の成膜装置１の縦断側面図である。この成膜装置１は、ウエハの表面に、シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを供給し、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を成膜する装置として構成されている。
このプラズマにより形成されるＳｉＮ膜に関して、Tensile Stress(引っ張り応力)及び膜密度の各々が比較的高い値を有するように成膜することが求められる場合が有る。Tensile Stressとは、ウエハを水平面に載置したときに中央部よりも周縁部の方が高くなる、即ちウエハが碗状に反るように作用する応力である。しかし、後に実験データを用いて詳しく述べるように、従来の成膜手法によればTensile Stress及び膜密度については、一方を高くしようとすると他方が低くなるというトレードオフの関係となっていたので、上記の要請に応えることが難しかった。なお、プラズマを用いずに比較的高い温度でウエハを加熱してＣＶＤを行うことも考えられるが、半導体デバイスの微細化に伴い、ウエハに形成された各膜への熱の影響を抑えるために、比較的低い温度でＳｉＮ膜を成膜することが求められている。
本開示の成膜装置１は、上記のトレードオフの問題を解決し、Tensile Stress及び膜密度の値が高い、膜質の良好なＳｉＮ膜を成膜できるように構成されている。成膜装置１の概要を説明すると、処理容器内にて容量結合プラズマを形成するにあたり、３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の電力とを、重畳して印加するように構成されている。こうして、処理ガスがプラズマ化されて、ウエハにＳｉＮ膜が成膜され、このように重畳成膜を行い、さらに電力を調整することで上記のトレードオフの問題が解消される。以降、成膜装置１の各部の構成について、詳しく説明する。
成膜装置１は、接地された金属製の略円筒状の処理容器１０を備えている。処理容器１０の側面には、図示しない真空搬送室との間でウエハの搬入出を行うための、ゲートバルブ１２により開閉自在な搬入出口１１が形成されている。
また、処理容器１０の底面には、排気路１３を介して、例えば圧力調整バルブ及び真空ポンプ等を含む真空排気部１４が接続され、予め設定された真空圧力まで処理容器１０内を減圧できるように構成されている。
処理容器１０内には、ウエハＷを略水平に保持するための載置台２１が設けられている。本例の載置台２１は接地され、ＳｉＮ膜の処理ガスをプラズマ化するための下部電極を構成している。載置台２１は支柱部２２にて支持され、この支柱部２２の下端に接続された昇降機構２３により、昇降自在に構成される。昇降機構２３は処理容器１０の下方に配置され、処理容器１０の底面と昇降機構２３との間には、処理容器１０内を機密に保つためのカバー部材２４が設けられている。
載置台２１にはヒーター２５が埋設され、ウエハＷを設定温度に加熱することができる。本例では、ウエハＷの加熱温度は、２５０℃～５５０℃の範囲内の例えば３２０℃に設定されている。
また、処理容器１０内には、載置台２１と外部の図示しない搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行うための、図示しない昇降ピンが設けられている。図１には、バイアス用の高周波電力を供給するバイアス用高周波電源が接続されていない下部電極（載置台２１）の例を示してある。なお、載置台２１に対しては、整合器を介してバイアス用高周波電源を接続する構成としてもよい。
さらに、処理容器１０の天井面には、ウエハＷに向けて成膜ガスを供給するための扁平な円盤状のシャワーヘッド３が、絶縁部材３４を介して取り付けられている。このシャワーヘッド３は、載置台２１に対向する上部電極を構成している。
シャワーヘッド３は、その内部に処理ガスを拡散させるための拡散空間３１が形成されると共に、この拡散空間３１の底面には、ウエハＷに向けて処理ガスを吐出するための多数の吐出孔３２が分散して設けられている。
載置台２１上面とシャワーヘッド３下面との間の距離である電極間距離は載置台２１の昇降により調整され、６０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲内の距離例えば８０ｍｍに設定されている。
シャワーヘッド３の上面には、給電棒３３の一端が接続されている。給電棒３３の他端は第１の整合器４１を介して第１の高周波電源４２に接続されると共に、第２の整合器４３を介して第２の高周波電源４４に接続されている。図１に示す例において、第１の整合器４１及び第２の整合器４３は、処理容器１０の上面を覆うカバー部材３５の上面側に設けられている。第１の高周波電源４２及び第２の高周波電源４４は電力印加部を構成するものである。
第１の高周波電源４２及び第２の高周波電源４４は、シャワーヘッド３に各々異なる周波数のプラズマ形成用の高周波電力を供給するように構成されている。第１の高周波電源４２から供給される高周波電力は、例えばＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の周波数の電力である。本明細書において、ＵＨＦ帯とは３００ＭＨｚよりも高く、且つ３ＧＨｚ以下の周波数の範囲である。
一方、第２の高周波電源４４は、上記したように第１の高周波電源４２が供給する周波数よりも低い周波数の高周波電力を供給するものである。この高周波電力は、例えばＶＨＦ（Very High Frequency）帯の周波数の電力である。なお、本明細書において、ＶＨＦ帯とは３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚの周波数の範囲である。以下、第１の高周波電源４２の周波数及び電力を夫々第１の周波数及び第１の電力とし、第２の高周波電源４４の周波数及び電力を夫々第２の周波数及び第２の電力として説明する。
上述のように、本開示の成膜装置１は、上部電極をなすシャワーヘッド３と、下部電極をなす載置台２１とにより平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。そして、シャワーヘッド３に処理ガスを供給する一方、第１の電力と第２の電力とを重畳して印加することにより、当該２つの各高周波は重畳されて合成波として処理容器内に放射され、こうして処理ガスが電離してプラズマが形成される。
第１の周波数及び第２の周波数について、より具体的な例示をしておくと、第１の周波数は３６０ＭＨｚ、第２の周波数は１８０ＭＨｚである。従って、第１の周波数は第２の周波数の２倍である。このように第１及び第２の周波数を設定しているのは、第１の周波数が、第２の周波数のｎ倍以外の数（ｎは整数）であるとすると、各高周波の重畳により生成して処理容器１０内に供給される合成波としては乱れたものとなってしまい、ウエハＷの面内における膜密度、膜厚分布におけるばらつきが大きくなるおそれが有るためである。
なお、そのようにウエハＷの面内における処理のばらつきを抑える観点からは、第１の周波数は第２の周波数の２ｎ倍であればよく、２倍（即ち、ｎ＝１）とすることには限られず、例えば４倍（即ち、ｎ＝２）とすることも考えられる。つまり、上記のように第１の周波数が３６０ＭＨｚであるなら、第２の周波数を９０ＭＨｚとしてもよい。但し、第２の周波数について、低すぎると後述する実験データに示すように、十分な膜密度が得られなくなる。また、ＶＨＦ帯より低い周波数とするとプラズマ中のイオンエネルギーが高くなりすぎることで、形成されるＳｉＮ膜の膜質の低下を招くおそれが有る。そのため２倍とすることが好ましい。
従って、既述したように第１の周波数は、第２の周波数の２倍となるように設定することが好ましい。なお、後の各実験では第２の周波数を上記したように１８０ＭＨｚとして設定し、上記のトレードオフの問題を解消し、十分なTensile stress及び膜密度が得られている。そのため、１８０ＭＨｚよりも若干低い周波数、例えば１００ＭＨｚ以上の周波数であれば、十分な膜質を確保できると考えられる。なお、第１の電力及び第２の電力については、後に実験の説明と共に好ましい関係、範囲を説明する。
シャワーヘッド３の拡散空間３１には、ガス供給路５の下流側端部が接続されている。このガス供給路５の上流側は、シリコン含有ガス例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの供給源５１、窒素含有ガス例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスの供給源５２、希釈ガス例えば窒素（Ｎ２）ガスの供給源５３に、夫々の供給用流路５４、５５、５６を介して接続されている。各供給用流路５４、５５、５６には、夫々流量調節部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３が介設されている。
これらＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスは、ガス供給路５を介してシャワーヘッド３の拡散空間３１に流れ込み、吐出孔３２を通って、処理ガスとして処理容器１０内に供給される。
この例の処理ガス供給部は、ＳｉＨ４ガスの供給源５１、ＮＨ３ガスの供給源５２、供給用流路５４、５５、ガス供給路５、シャワーヘッド３を含むものである。
上述の構成を備えた成膜装置１は、制御部１００を備えている。制御部１００は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、ＣＰＵを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部１００から成膜装置１の各部に向けて制御信号を出力し、各ガスの給断や、第１の電力及び第２の電力の給電制御を行うことにより、ＳｉＮ膜の成膜処理を実行するように命令（ステップ）が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部１００にインストールされる。
＜成膜処理動作＞
以上に説明した構成を備える成膜装置１の動作について簡単に説明しておく。
初めに、ゲートバルブ１２を開き、不図示の真空搬送室内に設けられた搬送機構により、搬入出口１１を介してウエハＷを搬入し、不図示の昇降ピンを介して載置台２１に載置する（載置台に基板を載置する工程）。次いで、ゲートバルブ１２を閉じて、真空排気部１４により処理容器１０内の真空排気を実施し、処理容器１０内を予め設定された圧力例えば３Ｐａ～１００Ｐａの範囲内の圧力に調節する。また、ヒーター２５によりウエハＷを例えば３２０℃に加熱する。
しかる後、処理ガスの供給を開始する（処理ガスを処理容器内に供給する工程）と共に、第１の高周波電源４２及び第２の高周波電源４４から、第１の電力及び第２の電力の供給を開始する。こうして、第１及び第２の高周波電源４２、４４から同時に電力の印加を開始して、シャワーヘッド３に第１の電力及び第２の電力を重畳して印加する。第１の電力及び第２の電力を同時に印加するとは、これらの電力のシャーヘッド３への供給を同時に開始するということである。
上述の動作により、処理容器１０内にて、シャワーヘッド３と載置台２１との間に、容量結合プラズマが形成され、供給された処理ガスがプラズマ化される。こうして、プラズマ中に含まれるラジカルやイオンによりウエハＷの表面にＳｉＮ膜が成膜されていく（基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程）。
そして、予め設定された期間、プラズマ化された処理ガスによる成膜を継続することにより、所望の膜厚のＳｉＮ膜を形成する。次いで、第１及び第２の電力の供給を終了すると共に、処理ガスの供給を停止する。その後、搬入時とは反対の手順でウエハＷを処理容器１０から搬出し、次のウエハＷの搬入を待つ。
以上に説明した構成の成膜装置１を用いて成膜されたＳｉＮ膜は、例えば高アスペクト比を有する微細な加工を行うエッチング処理において、ハードマスクとして用いられ、Tensile Stress及び膜密度が共に高い値であることが求められる。
続いて、上記したTensile Stress及び膜密度のトレードオフの関係の解消に至るまでに実施した種々の実験、またこれらTensile Stress及び膜密度が共に高い値を有する、膜質が良好なＳｉＮ膜が得られる成膜条件を見出すために実施した種々の実験について、データと共に説明する。
＜単一周波数での評価実験＞
先ず、シャワーヘッド３に一つの高周波電源から電力を印加する、即ち単一周波数の高周波電力を印加する場合について、パラメータを変えて評価実験を行った。評価するパラメータは、「電極間距離」、「電力」、「処理容器内の圧力（以下「圧力」ということもある）」、「成膜レート」とした。
これらの評価は、図１に示す成膜装置１を用い、第１の高周波電源４２のみからシャワーヘッド３に電力を印加して行った。パラメータを調整する前の基本の成膜条件（リファレンス条件）は以下のとおりとした。
周波数 ：２２０ＭＨｚ
電力 ：２７００Ｗ
電極間距離 ：８０ｍｍ
圧力 ：８０Ｐａ（６００ｍＴｏｒｒ）
成膜レート ：８４ｎｍ／ｍｉｎ
載置台温度 ：３２０℃
＜評価実験１：電極間距離＞
電極間距離を変えてＳｉＮ膜の成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜についてストレス（膜応力）と膜密度とを測定した。電極間距離以外のパラメータについては、リファレンス条件と同様とした。ストレスは波長が６８０ｎｍのレーザー走査による反り(曲率半径)変化量を取得し、膜密度については、Ｘ線回折を行うことで測定した。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図２及び図３に示す。図２及び図３中、横軸は所定の膜厚における屈折率である。図２中縦軸はストレスであり、正の応力が大きい程、伸長性(Tensile）が大きく、碗型の反りが大きくなるように反ることを示し、負の応力が大きい程、圧縮性(Compressive）であり逆さの碗型となる反りが大きくなるように反ることを示している。従って、上記のTensile Stressは、グラフ中で正の値となる応力である。図３中、縦軸は膜密度である。また、図２、図３のグラフ中、所定の屈折率、所定の膜密度について夫々Ｘ、Ｙとして表記している。従ってこれらＸ、Ｙは正数である。なお、以降のストレス及び膜密度の測定結果の特性図においても、夫々図２及び図３の縦軸及び横軸と同様である。そして、以降は所定の膜厚における屈折率を、単に屈折率として記載する。屈折率Ｘは、例えばＸ＝１．９５～２．０５の範囲であり、膜密度Ｙは例えばＹ＝２．７０～２．８５の範囲である。
図２及び図３においては、電極間距離６０ｍｍのデータを◇にて、８０ｍｍのデータを○にて、夫々プロットした。
図２において、電極間距離８０ｍｍの各プロットから一次関数式で表される近似直線を引いている。図示のように近似直線は、屈折率の低下につれてストレスが上昇することを表す。同じ屈折率である近似直線上の点と、電極間距離６０ｍｍのプロットとを比較すると、近似直線上の点の方が高いストレスを示している。図３において電極間距離８０ｍｍのプロットに基づいて、経験則から予想される膜密度と屈折率との関係を破線で予想線として示している。図示のように、この予想線は所定の値となるまで、屈折率の上昇につれて膜密度が上昇することを示す。同じ屈折率である予想線上の点と、電極間距離６０ｍｍのプロットとを比較すると、電極間距離６０ｍｍのプロットの方が高い膜密度を示している。この結果から電極間距離を調整しても、Tensile Stressと膜密度の両方を上昇させることができず、これらはトレードオフの関係になることが分かる。
なお、後に説明する評価実験２～４の結果を示す図４～図９でも図２、図３と同様に、プロットから得られる近似直線を実線で、予想線を破線で夫々示している。そして、実験から直接得られたデータのプロットと近似直線上の点あるいは予想線上の点とから考えられる、同じないしは概ね同じ屈折率でのストレス、膜密度についての比較結果を述べる。
＜評価実験２：電力＞
シャワーヘッド３に印加される高周波電源の電力を変えてＳｉＮ膜の成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。電力以外のパラメータについては、リファレンス条件と同様とした。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図４及び図５に示す。これらの図においては、電力が２９００Ｗのデータを△、２７００Ｗのデータを○、２０００Ｗのデータを◇にて夫々プロットした。
図４に示すように、ストレスは、電力が大きくなるほど測定値が小さくなることから、電力が小さい方が好ましく、また、同じ条件では屈折率が小さいほどストレスが大きくなることが認められた。一方、図５に示すように、膜密度は、電力が大きくなるほど測定値が大きく、電力が大きい方が好ましい。
このように、電力を調整しても、Tensile Stressと膜密度がトレードオフの関係になることが分かった。
＜評価実験３：圧力＞
処理容器１０内の圧力を変えてＳｉＮ膜の成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。当該圧力以外のパラメータについては、リファレンス条件と同様とした。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図６及び図７に示す。これらの図においては、圧力が１３３Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）のデータを△、８０Ｐａ（６００ｍＴｏｒｒ）のデータを○、４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）のデータを◇にて夫々プロットした。
図６に示すように、ストレスは、圧力が高いほど測定値が大きくなることから、圧力は高い方が好ましく、また、同じ条件では屈折率が小さいほどストレスが大きくなることが認められた。一方、図７に示すように、膜密度は、圧力が低いほど測定値が大きく、圧力が低い方が好ましい。
このように、圧力を調整しても、Tensile stressと膜密度がトレードオフの関係になることが分かった。
＜評価実験４：成膜レート＞
成膜レートを変えてＳｉＮ膜の成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。成膜レートは、処理ガスの流量により調整し、成膜レート以外のパラメータについては、リファレンス条件と同様とした。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図８及び図９に示す。これらの図においては、成膜レートが１１７ｎｍ／ｍｉｎのデータを△、８４ｎｍ／ｍｉｎのデータを○、４０ｎｍ／ｍｉｎのデータを◇にて夫々プロットした。
図８に示すように、ストレスは、４０ｎｍ／ｍｉｎでは負の応力が大きくなることから、成膜レートは大きい方が好ましい。また、８４ｎｍ／ｍｉｎ、１１７ｎｍ／ｍｉｎの測定値から、屈折率が小さいほどストレスが大きくなることが認められた。一方、図９に示すように、膜密度は、成膜レートが小さいほど測定値が大きいことから、成膜レートは小さい方が好ましい。
このように、成膜レート、即ち処理ガスの流量を調整しても、Tensile stressと膜密度がトレードオフの関係になることが分かった。
以上の実験データから、電極間距離の増大、高周波電力の減少、処理容器内圧力の高圧化、成膜レートの増大というウエハＷに供給されるプラズマ中のイオンエネルギーが低い条件では、ＳｉＮ膜のストレスが増大し、Tensile Stressの値が高くなる一方、膜密度は低下している。
これに対して、電極間距離の減少、高周波電力の増大、処理容器内圧力の低圧化、成膜レートの減少という上記のイオンエネルギーが高い条件では、ＳｉＮ膜のストレスが減少して、Compressive化が進み、膜密度は上昇している。
上記のイオンエネルギーの違いによって、形成される膜の性質が変化する理由については、以下のように推察される。イオンエネルギーが高い条件では、ＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスにおける各分子内の結合の切断が十分に進行する。ＳｉＨ４分子中の結合の切断により、ＳｉＨ４分子から１つ～複数のＨ原子が脱離し、プラズマ中にはＳｉ原子のみ、あるいはＳｉ原子とＨ原子とが結合した状態の活性種が比較的多く含まれることになる。そのため、ウエハＷ上でＳｉ原子の重合が比較的起こりやすく、形成されるＳｉＮ膜中ではＳｉ原子同士の結合が比較的多くなる。当該結合は、結合長が比較的大きいことで、Compressive化を進行させる要因となると考えられる。
また、上記したようにＮＨ３ガス中のＮ原子とＨ原子との結合の切断が十分に進むが、このＮ原子とＨ原子との結合が膜中に存在すると、Tensile Stressを発生させる要因になると考えられる。これらの理由からイオンエネルギーが高い条件で成膜を行うと、Tensile Stressは比較的低くなる。また、互いに結合した２つのＳｉ原子と、互いに結合したＳｉ原子及びＮ原子とを比較すると、互いに結合した２つのＳｉ原子の方が重い。上記したように膜中にＳｉ原子同士の結合が多く含まれることになるので、ＳｉＮ膜の膜密度は比較的高くなる。また、切断されたＨが再結合し、Ｈ２となって排気され、膜中Ｈ要素が低減したことによるＳｉ－Ｓｉ、Ｓｉ－Ｎ含有比の増加も高膜密度化に作用すると考えられる。
一方、ウエハＷに供給されるプラズマのイオンエネルギーが低い条件では、ＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスにおける各分子内の結合の切断が抑制される。そのため、当該イオンエネルギーが高い条件での成膜とは逆に、Tensile Stressは比較的高くなり、膜密度は比較的低くなる。
なお、屈折率との関係では、屈折率が低いほど、ＳｉＮ膜中のＮ原子とＨ原子との結合が多くなることに起因し、Tensile Stressは増大し、膜密度が低下する。
＜評価実験５：周波数依存性＞
続いて、印加する高周波の周波数と処理容器内圧力を変えてＳｉＮ膜の成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。周波数と圧力以外のパラメータについては、リファレンス条件と同様とした。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図１０及び図１１に示す。これらの図において、周波数（ＭＨｚ）と圧力（Ｐａ（ｍＴｏｒｒ））の各データは、以下の記号にて夫々プロットした。
■：１２０ＭＨｚ、１６Ｐａ（１２０ｍＴｏｒｒ）
□：１２０ＭＨｚ、６４Ｐａ（４８０ｍＴｏｒｒ）以上
▲：１８０ＭＨｚ、１６Ｐａ（１２０ｍＴｏｒｒ）
△：１８０ＭＨｚ、６４Ｐａ（４８０ｍＴｏｒｒ）以上
●：２２０ＭＨｚ、１６Ｐａ（１２０ｍＴｏｒｒ）
○：２２０ＭＨｚ、６４Ｐａ（４８０ｍＴｏｒｒ）以上
図１０に示すように、ストレスは、６４Ｐａ以上の圧力では、周波数が異なっても、ストレスの測定値の変化量が小さいことから、周波数依存性が小さいと言える。一方、図１１に示すように、膜密度は、周波数が高くなるほど測定値が大きくなる傾向がある。つまり、この実験から１２０ＭＨｚ～２２０ＭＨｚの範囲の高周波を印加する場合、周波数が高いほど膜密度が高くなることが示された。
なおグラフ中に示していないが、２２０ＭＨｚよりも高い周波数の高周波を印加した場合についても同様の評価を行っている。その結果、ＵＨＦ帯の周波数である８６０ＭＨｚやマイクロ波の周波数帯の高周波を印加した場合であっても、成膜されるＳｉＮ膜の膜密度は２２０ＭＨｚの高周波電力を印加した場合と同程度であった。以上の実験結果となったこと、及び印加する高周波の周波数が高い装置構成とすると装置の製造コスト及び運用コストが高くなる傾向となることから、膜密度を高くするにあたって周波数を２２０ＭＨｚから大きく上昇した値に設定することは得策ではないことが確認された。なお、８６０ＭＨｚの高周波を印加して成膜を行った場合も評価実験１～４と同様に、Tensile Stressと膜密度とはトレードオフの関係となることが認められている。
＜評価実験６＞
評価実験５の結果を鑑みて、２２０ＭＨｚ以上であるＵＨＦ帯の周波数の高周波を印加した場合について、成膜レートを変更して同様の評価を試みた。具体的には、周波数３６０ＭＨｚ、電力２７００Ｗの高周波を印加して成膜処理を行い、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。成膜レートは６４ｎｍ／ｍｉｎと、これよりも成膜レートが大きい、高成膜レート（高ＤＲ：７６ｎｍ／ｍｉｎ）とし、その他のパラメータはリファレンス条件と同様とした。なお、以降の実験データにおける「高成膜レート」は、この評価実験６とほぼ同等のレートである。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図１２及び図１３に示す。これらの図においては、成膜レートがリファレンス条件のデータを○、高ＤＲのデータを◇にて夫々示す。図１２、図１３のグラフでは、リファレンス条件のデータから近似直線を引いている。各近似直線は、これまでの経験則で得られているストレスと屈折率との関係、膜密度と屈折率との関係に従ったものであった。比較を容易にするために、高ＤＲのデータから得られるストレスと屈折率の関係を示す予想直線、膜密度と屈折率との関係を示す予想直線を夫々経験則に従い、図１２、図１３中に破線にて示している。そのように経験則に基づいて引いているため、各予想直線は、近似直線と並行している。
図１２のグラフ、図１３のグラフの夫々において、同じ屈折率での近似直線上の点と予想直線上の点とを比較すると、高ＤＲはストレスに関してはリファレンスよりも高く、膜密度に関してはリファレンスよりも低い。つまり、依然としてTensile Stressと膜密度は互いにトレードオフの関係にあることが確認された。
＜評価実験についてのまとめ＞
以上の単一周波数の実験データから、「電極間距離」、「電力」、「処理容器内圧力」、「成膜レート」のパラメータを調整しても、ＳｉＮ膜のTensile Stressと膜密度とのトレードオフの関係は解消できないこと、
ストレスは周波数依存性が低いが、膜密度は周波数が高くなるにつれて増加する傾向があり、２２０ＭＨｚ以上の周波数では同程度となること、
周波数を３６０ＭＨｚと高くしても、ＳｉＮ膜のTensile Stressと膜密度とはトレードオフの関係であること、が確認された。
＜第１の周波数と第２の周波数との重畳：実施例１＞
このような経緯にて、単一周波数ではＳｉＮ膜のTensile Stressと膜密度との双方を向上させることは困難であると判断し、異なる周波数の高周波を重畳して印加することに着目して評価を行った。
具体的には、第１の高周波電源４２及び第２の高周波電源４４から夫々第１の電力及び第２の電力を同時に印加して、単周波評価実験６（７６．３ｎｍ／ｍｉｎ）と同等の高成膜レート(７９．２ｎｍ／ｍｉｎ)で成膜処理を行い（実施例１）、得られたＳｉＮ膜について、評価実験１と同様の評価を行った。
第１の周波数は、評価実験にて膜密度が良好であった２２０ＭＨｚよりも高い周波数であるＵＨＦ帯の３６０ＭＨｚとした。また、第２の周波数は、第１の周波数の１／２倍の１８０ＭＨｚとした。第１の電力及び第２の電力は次のとおりであり、第１の電力及び第２の電力のトータルの電力を後述する比較例１、２と揃えている。この他のパラメータはリファレンス条件と同様とした。
第１の高周波：第１の周波数３６０ＭＨｚ、第１の電力１３５０Ｗ
第２の高周波：第２の周波数１８０ＭＨｚ、第２の電力１３５０Ｗ
比較例１、比較例２として、単一周波数の高周波を印加した場合についても同様の評価を行った。夫々の条件は次のとおりである。
比較例１：周波数３６０ＭＨｚ、電力２７００Ｗ
比較例２：周波数３６０ＭＨｚ、電力２７００Ｗ、高成膜レート
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図１４及び図１５に示し、実施例１は△、比較例１は○、比較例２は◇にて夫々データをプロットした。これらの図では、比較例１の複数のデータに基づいて、一次関数式を用いて、実線にて示す近似直線を作成している。また、評価実験６と同様に、図１４、図１５の各グラフには予想直線を引いている。破線は実施例１のデータから得た予想直線、一点鎖線は比較例２のデータから得た予想直線である。但し、図１５中での比較例２の予想直線は表示を省略している。比較例１の近似直線は経験則に従ったものであった。実施例１及び比較例２の予想直線は、評価実験６と同様に経験則から、比較例１の近似直線と並行するように引いている。
図１４に示すように、同じ屈折率におけるストレスを比較すると、実施例１の方が比較例１、比較例２よりも大きく、高成膜レート（高ＤＲ）の成膜条件である実施例１と比較例２とを比較すると、比較例２よりも実施例１の方が大きい。また、図１５に示すように、同じ屈折率における膜密度を比較すると、比較例１よりも実施例１、比較例２の方が低く、高成膜レートである実施例１と比較例２とではほぼ同じであった。さらに詳しく述べると、図１５中の実施例１の予想直線に接して比較例２のデータのプロットが位置している。上記したように、高ＤＲである実施例１、比較例２の各々で供給されている電力の合計は同じである。そのように成膜条件が揃えられた上で、単一の周波数の電力を印加すること（比較例２）から、異なる２つの周波数の電力を印加すること（実施例１）へ変更することで、Tensile Stressは上昇し、且つ膜密度は低下せずに維持されるという結果となった。従って成膜装置１の項目で述べたように、第１の周波数である第１の電力と、第１の周波数よりも低い第２の周波数である第２の電力とを、重畳して印加することで、Tensile Stressと膜密度とのトレードオフの関係から脱却できることが分かった。
＜第１の周波数と第２の周波数との重畳：実施例２～実施例４＞
図１５に示す膜密度の測定結果では、実施例１は比較例１よりも小さいことから、膜密度を改善する条件を探索すべく、実施例２～実施例４の評価を行った。実施例２～実施例４は、いずれも実施例１に比べて第１及び第２の電力を増大させた例であり、夫々の条件は以下のとおりである。なお、第１及び第２の電力以外のパラメータは実施例１と同様とした。
（実施例２）
第１の周波数３６０ＭＨｚ、第１の電力２７００Ｗ
第２の周波数１８０ＭＨｚ、第２の電力１４００Ｗ
（実施例３）
第１の周波数３６０ＭＨｚ、第１の電力２７００Ｗ
第２の周波数１８０ＭＨｚ、第２の電力２７００Ｗ
（実施例４）
第１の周波数３６０ＭＨｚ、第１の電力２９００Ｗ
第２の周波数１８０ＭＨｚ、第２の電力２９００Ｗ
このように第１の周波数３６０ＭＨｚ、第２の周波数１８０ＭＨｚとするにあたり、第１の電力は第２の電力以上となるように設定している。これは、評価実験５で１２０ＭＨｚ～２２０ＭＨｚの周波数の範囲において、周波数が高いほど膜密度が高い結果となったことに因る。つまり、仮に第１の周波数３６０ＭＨｚの高周波、第２の周波数１８０ＭＨｚの高周波を個別に印加するとした場合、第１の周波数３６０ＭＨｚの高周波を印加した方が、膜密度が高くなる。そのように高い膜密度が得られる第１の周波数の高周波の作用を確実に得る目的で、第１の電力と第２の電力とを上記の関係としている。
ストレス及び膜密度の測定結果を夫々図１６及び図１７に示し、同図において、実施例２は△、実施例３は□、実施例４は▽にて、夫々データをプロットした。また、同図に示す◇は上述の比較例２のデータである。図１６、図１７では、実施例２のデータに基づく近似直線を実線、実施例３のデータに基づく近似直線を破線、実施例４のデータに基づく予想直線を一点鎖線により夫々示している。各近似直線は、夫々のデータに基づいて一次関数式を用いて算出されたものである。実施例４ではプロットが１つのため、この近似直線に並行する直線を予想直線として引いている。
図１６に示す結果から、ストレスについては、実施例２、実施例３は比較例２とほぼ同等か僅かに小さい値であるのに対して、実施例４では比較例２に対して低下することが認められた。また実施例２、３の間では、僅かに実施例３の方が高い値となっている。
図１７に示す結果から、膜密度については、実施例２～実施例４は、いずれも比較例２に比べて高いことが確認された。また、この膜密度について、実施例４よりも実施例２、３の方が高く、実施例２、３の間では実施例３の方が僅かに高かった。
以上のように、高ＤＲである実施例２、３及び比較例２の各々は、いずれも３６０ＭＨｚの高周波を２７００Ｗで供給している。そのように成膜条件が揃えられた上で単一の周波数を供給すること（比較例２）から、１８０ＭＨｚの周波数を夫々１４００Ｗ（実施例２）、２７００Ｗ（実施例３）で重畳するように変更することで、膜密度は上昇する一方、Tensile Stressは低下せずに維持されるという結果となった。実施例４について見ればTensile Stressと膜密度とはトレードオフの関係になっているものの、実施例２、３では当該トレードオフの関係が解消されている。従って、本実験結果から第１の電力、第２の電力との関係を適正なものとすることで、第１の周波数の第１の電力、第２の周波数の第２の電力を重畳して印加することにより、トレードオフの関係を解消することができることが分かる。そして、その適正な関係の一つとして実施例２、３より、第１の電力を２７００Ｗに設定したときには、第２の電力は１４００Ｗ～２７００Ｗとすればよいことが分かる。
＜実施例のまとめ＞
以上の実施例１～実施例４の実験データから、ＵＨＦ帯である第１の周波数の第１の電力と、ＶＨＦ帯である第２の周波数の第２の電力とを重畳して印加することで、既述したトレードオフの問題が解消される。即ち、ＳｉＮ膜についてTensile Stress及び膜密度の双方について高い数値を確保できることが確認された。
なお、高い膜密度を得るにあたり、第１の周波数はＵＨＦ帯よりも高い帯域の周波数でもよいが、評価試験５で説明したように、周波数を一定の高さより大きくしても膜密度はほとんど上昇しない。従って、第１の周波数としてはＵＨＦ帯の周波数とすることが好ましい。そして、第２の周波数についても、高い膜密度を得る目的、及び成膜装置の項目で述べたイオンエネルギーに起因する膜質の低下を防止する目的から、比較的高い周波数に設定することが好ましい。既述した実施例１～実施例４ではＶＨＦ帯での周波数に設定することでトレードオフを解消しているのでＶＨＦ帯に設定することが好ましいが、そのようにＶＨＦ帯の周波数に設定することには限られない。例えば第１の周波数がＵＨＦ帯の比較的高い周波数に設定される場合には、第２の周波数もＵＨＦ帯の周波数に設定してもよい。
また、第１及び第２の電力については、実施例２～４の説明で述べたように、膜密度を高くするために第１の電力を第２の電力以上（第２の電力が、第１の電力以下）としている。実施例では第２の電力／第１の電力について１／２～１とすることで、トレードオフの関係が解消されることが示されており、そのような関係とすることが好ましい。
そして第１の電力及び第２の電力について、実施例４における共に２９００Ｗの設定ではトレードオフの関係を解消できなかったが、実施例１～３における１３５０Ｗ、１４００Ｗ、２７００Ｗの設定ではトレードオフが解消されている。そのため第１の電力及び第２の電力について、１３５０Ｗ以上、２９００Ｗよりも低い値とすることが好ましく、より好ましくは１３５０Ｗ以上２７００Ｗ以下である。なお第２の電力については、２７００Ｗより低くすることがさらに好ましい。これについては後の実験で説明する。
以上において、第１の電力と第２の電力とをシャワーヘッド３に重畳して印加するとは、第１の電力と第２の電力とが共にシャワーヘッド３に印加されていることをいう。従って、第１及び第２の高周波電源４２、４４からの電力の印加開始が同時である場合の他、印加開始のタイミングがずれても、第１の電力を印加する期間と第２の電力を印加する期間が重なっている場合は含まれる。但し、印加開始のタイミングの時間差が長くなると、第１の電力と第２の電力とが共に印加されていないときに成膜されたＳｉＮ膜の膜密度が低下し、ＳｉＮ膜の深さ方向の膜の組成が変化してしまう懸念がある。このため、第１及び第２の電力の印加開始は同時であることが好ましい。
＜効果＞
以上に説明した成膜装置１によれば以下の効果がある。３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の電力と、重畳して印加することにより、処理ガスをプラズマ化しているので、Tensile Stress及び膜密度を両立させた、良好な膜質のＳｉＮ膜を成膜することができる。
＜第２の実施形態＞
続いて、本開示の第２の実施形態について説明する。周波数の異なる高周波電力を重畳して印加するにあたり、ＳｉＮ膜のストレス及び膜密度について、より高い数値を要求される場合がある。このため、この実施形態は、パラメータを調整して、ＳｉＮ膜のTensile Stress及び膜密度について更なる改善を図ったものである。
この実施形態の成膜装置は、第１の実施形態の成膜装置１において、水素ガス（Ｈ２ガス）を供給できるように構成されており、シャワーヘッド３に、処理ガスと共にＨ２ガスを供給して、第１の実施形態と同様の手法にてＳｉＮ膜の成膜処理が行われる。
この際、「処理容器内の圧力」、「水素ガス流量」、「電極間距離」、「第２の電力」のパラメータを調整することにより、ＳｉＮ膜のストレス及び膜密度の改善を図っている。
以下に、実験データに基づいて説明する。パラメータ調整前の成膜条件（実施例１０）は、以下のとおりである。
処理容器内圧力 ：８０Ｐａ（６００ｍＴｏｒｒ）
ＳｉＨ４ガス流量：８５ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量 ：１３２ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス流量 ：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量 ：１５００ｓｃｃｍ
電極間距離 ：８０ｍｍ
第１の周波数 ：３６０ＭＨｚ
第１の電力 ：２７００Ｗ
第２の周波数 ：１８０ＭＨｚ
第２の電力 ：２７００Ｗ
実施例１０の成膜条件にて成膜されたＳｉＮ膜のストレスと膜密度について、図１８及び図１９に夫々示し、当図において、データを◆でプロットした。
また、実施例１０の成膜条件から、「圧力」、「水素ガス流量」、「電極間距離」、「Ｎ２ガス／ＮＨ３ガスの流量比」、「Ａｒガス流量」の各パラメータを１つずつ調整した場合のデータについて、図１８及び図１９に◇にて示す。これらのデータは、実施例１０の条件から、対応するパラメータを１つのみ変更してＳｉＮ膜の成膜を行い、取得したものである。
この結果、ストレスについては、実施例１０よりも低い屈折率において同等の値を得た、ストレスに有利な条件があるものの、多くの条件において負の値を示すことが認められた。また、膜密度については、実施例１０と同等かそれよりも低い値であった。これらのことから、パラメータをひとつずつ調整する単一のパラメータ調整では、ストレス及び膜密度の改善をそれほど見込めないことが分かった。
そこで、「圧力」、「水素ガス流量」、「電極間距離」、「第２の電力」の４つのパラメータを一度に調整することを試みた。このパラメータ調整後の成膜条件（実施例１１）は、以下のとおりである。
処理容器内圧力 ：８６Ｐａ（６５０ｍＴｏｒｒ）
ＳｉＨ４ガス流量：８５ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量 ：１２９ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス流量 ：１２５ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量 ：１４９２ｓｃｃｍ
電極間距離 ：７０ｍｍ
第１の周波数 ：３６０ＭＨｚ
第１の電力 ：２７００Ｗ
第２の周波数 ：１８０ＭＨｚ
第２の電力 ：２５００Ｗ
このように実施例１１は、実施例１０と比較して、「圧力」が上昇し、「水素ガス流量」が増加し、「電極間距離」が減少し、「第２の電力」が低減した条件となっている。なお、実施例１０、実施例１１では、「ＮＨ３ガス流量」、「Ａｒガス流量」が若干異なっているが、この変化量はＳｉＮ膜のストレスや膜密度に影響を与えるものではない。
実施例１１の成膜条件にて成膜されたＳｉＮ膜のストレスと膜密度について、図２０に夫々示し、データについては●にてプロットした。図２０中縦軸は膜密度、横軸はTensile Stress（ストレスとして表記）である。
また、同図に、実施例１０のデータを■、実施例１２のデータを○、実施例１３のデータを□、比較例１０のデータを◇にて夫々プロットした。実施例１２、実施例１３、比較例１０の条件は夫々以下のとおりである。
実施例１２：実施例１０から「水素ガス流量」のパラメータのみを１９９ｓｃｃｍに変更した実施例、
実施例１３：実施例１０から「第２の電力」のパラメータのみを１４００Ｗに変更した実施例、
比較例１０：実施例１０にて第２の高周波電源からの第２の電力の印加を停止し、第１の周波数３６０ＭＨｚ、第１の電力２７００Ｗの単一周波数のみを印加した比較例
この結果、比較例１０に比べて、実施例１０、実施例１３は、膜質が改善されること、実施例１０と実施例１３との比較により、第２の電力を１４００Ｗから２７００Ｗに増大した実施例１０では、ストレス及び膜密度の測定値がさらに上昇することが認められた。
また、「水素ガス流量」のパラメータのみを調整した実施例１２は、ストレスが６７５ＭＰａ、膜密度が２.８８ｇ／ｃｍ３であり、実施例１０に比べてさらなる改善が見られた。ＳｉＮ膜中に存在するＨは不純物となるが、水素ガスの添加により、プラズマ中に含まれることになる水素のラジカルやイオンが、ＳｉＮ膜中のＨを脱離させ、膜質改善に効果的な影響を与えていると推察される。
さらに、実施例１０から４つのパラメータを同時に調整した実施例１１は、実施例１０及び実施例１２に比べて、ストレス及び膜密度が大幅に改善され、膜密度が２.８８ｇ／ｃｍ３以上、且つストレスが７００ＭＰａ以上、さらにはストレスが８１１ＭＰａ、膜密度が２.８９ｇ／ｃｍ３のＳｉＮ膜を成膜できることが認められた。
実施例１１では、「圧力」は高圧化、「水素ガス流量」は実施例１０に比べて増量、「電極間距離」は減少、「第２の電力」は低減しており、プラズマ中のイオンエネルギーを減少させるパラメータ調整（圧力、第２の電力）と、増大させるパラメータ調整（電極間距離）を組み合わせている。
この結果、これらのパラメータの影響の相互作用により、ストレス及び膜密度について高い値を獲得でき、ＳｉＮ膜の大幅な膜質改善を図ることができたものと推察される。
＜第２の実施形態の効果＞
実施例１１では、「圧力」を８０Ｐａより大きく、「水素ガス流量」を１９９ｓｃｃｍより低く、「電極間距離」を８０ｍｍより小さく、「第２の電力」を２７００Ｗより低い値に設定している。このようにパラメータを設定することにより、成膜されたＳｉＮ膜について、ストレス及び膜密度について特に高い良好な特性を持つＳｉＮ膜を成膜することができる。
＜他の実施形態＞
ＳｉＮ膜を成膜するための成膜装置１は、図１に示す構成には限らず、第１の高周波電源と第２の高周波電源を設ける代わりに、互いに異なる２つの周波数の電力を共通の高周波電源により供給する構成としてもよい。
また、ＳｉＮ膜を成膜するために処理容器１０に供給される処理ガスの構成は既述の例に限定されない。例えばシリコン含有ガスはＳｉＨ４ガスの他にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、分子中にシリコン原子を３以上含む高次シランガスを用いてもよいし、アミノシラン系ガスなどの有機シランガスを用いることもできる。
上述の実施形態では、ＮＨ３ガスが窒素含有ガスであるとして述べたが、希釈ガスとして用いているＮ２ガスについてもプラズマ化し、ＳｉＮ膜への窒素の供与源となる。つまり、Ｎ２ガスはキャリアガスの役割と窒素含有ガスの役割を兼用する。窒素含有ガスとしては、これらＮ２ガス及びＮＨ３ガスの他にトリメチルアミン、トリエチルアミンを用いることができる。
さらに、希釈ガスとしては、Ｎ２ガスの他、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの不活性ガスが用いられる。さらにまた、本技術で形成されるシリコン窒化膜は、ハードマスクの用途に限定されず、配線金属の拡散防止用のバリア膜や層間絶縁膜としても利用することができる。
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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 成膜装置
１０ 処理容器
２１ 載置台
３ シャワーヘッド（電極）
４２ 第１の高周波電源
４４ 第２の高周波電源

Claims (17)

  1. 処理容器内に設けられる載置台に基板を載置する工程と、
    シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する工程と、
    前記載置台に対向する電極に、３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数を有する第２の電力と、を重畳して印加し、前記処理容器内における前記処理ガスをプラズマ化して、前記基板にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と、
    を備える成膜方法。
  2. 前記第２の周波数は、ＶＨＦ帯の周波数である請求項１記載の成膜方法。
  3. 前記第２の周波数は、１００ＭＨｚ以上である請求項２記載の成膜方法。
  4. 前記第１の周波数は、前記第２の周波数の２ｎ倍（ｎは整数）の周波数である請求項２または３記載の成膜方法。
  5. 前記２ｎ倍は、２倍である請求項４記載の成膜方法。
  6. 前記第１の周波数は３６０ＭＨｚであり、前記第２の周波数は１８０ＭＨｚである請求項５記載の成膜方法。
  7. 前記成膜工程は、前記第１の電力と前記第２の電力とを前記電極に同時に印加開始して成膜する工程を含む請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜方法。
  8. 前記第２の電力は、前記第１の電力以下である請求項１ないし７のいずれか一つに記載の成膜方法。
  9. 前記第１の電力及び前記第２の電力は、１３５０Ｗ以上で２９００Ｗより低い値である請求項７記載の成膜装置。
  10. 前記第２の電力は、２７００Ｗより低い値である請求項１ないし９のいずれか一つに記載の成膜方法。
  11. 前記成膜工程では、前記処理容器内の圧力が８０Ｐａより大きい請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の成膜方法。
  12. 前記処理ガスは水素ガスを含む請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の成膜方法。
  13. 前記成膜工程では、前記水素ガスを１９９ｓｃｃｍより低い流量で前記処理容器内に供給する請求項１２記載の成膜方法。
  14. 前記成膜工程では、前記電極と前記載置台との距離が８０ｍｍより小さい請求項１ないし１３記載の成膜方法。
  15. 前記処理ガスは水素ガスを含み、前記第２の電力は、２７００Ｗより低い値であり、前記成膜工程では、前記処理容器内の圧力が８０Ｐａより大きく、前記水素ガスを１９９ｓｃｃｍより低い流量で前記処理容器内に供給し、且つ前記電極と前記載置台との距離が８０ｍｍより小さい請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の成膜方法。
  16. 前記成膜工程は、膜密度が２．８８ｇ／ｃｍ３以上、且つストレスが７００ＭＰａ以上であるシリコン窒化膜を成膜する工程である請求項１ないし１５のいずれか一つに記載の成膜方法。
  17. 内部に基板を載置する載置台を備える処理容器と、
    シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する処理ガス供給部と、
    前記載置台に対向する電極と、
    前記処理容器内における前記処理ガスをプラズマ化して前記基板にシリコン窒化膜を成膜するために、３００ＭＨｚより高い第１の周波数を有する第１の電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数を有する第２の電力と、を重畳して前記電極に印加する電力印加部と、
    を備える成膜装置。
JP2021180387A 2021-11-04 2021-11-04 成膜方法、及び成膜方法 Pending JP2023068928A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021180387A JP2023068928A (ja) 2021-11-04 2021-11-04 成膜方法、及び成膜方法
PCT/JP2022/039560 WO2023080004A1 (ja) 2021-11-04 2022-10-24 成膜方法、及び成膜装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021180387A JP2023068928A (ja) 2021-11-04 2021-11-04 成膜方法、及び成膜方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023068928A true JP2023068928A (ja) 2023-05-18

Family

ID=86240982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021180387A Pending JP2023068928A (ja) 2021-11-04 2021-11-04 成膜方法、及び成膜方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023068928A (ja)
WO (1) WO2023080004A1 (ja)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3201492B2 (ja) * 1992-03-27 2001-08-20 キヤノン株式会社 非晶質シリコン膜の製造方法、非晶質窒化シリコン膜の製造方法、微結晶シリコン膜の製造方法、及び非単結晶半導体装置
JP3712898B2 (ja) * 1998-05-28 2005-11-02 株式会社日立製作所 プラズマエッチング装置
JP4228150B2 (ja) * 2005-03-23 2009-02-25 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
US20090104541A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Eui Kyoon Kim Plasma surface treatment to prevent pattern collapse in immersion lithography
US8247315B2 (en) * 2008-03-17 2012-08-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Plasma processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
JP2010225751A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 原子層成長装置
JP2020064924A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 東京エレクトロン株式会社 窒化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023080004A1 (ja) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101300604B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR101991574B1 (ko) 성막 장치, 및 그것에 이용하는 가스 토출 부재
JP6567489B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
JP4540742B2 (ja) 原子層成長装置および薄膜形成方法
US10388511B2 (en) Method of forming silicon nitride film, film forming apparatus and storage medium
JP2015180768A (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法並びに記録媒体
US10438791B2 (en) Film forming method, film forming apparatus, and storage medium
JP2023514497A (ja) 局所応力調整のためのｕｖ硬化
KR20150075362A (ko) 콘택트층의 형성 방법
KR20170108831A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 기록 매체 및 프로그램
KR101759769B1 (ko) Ｔｉ막의 성막 방법
WO2023080004A1 (ja) 成膜方法、及び成膜装置
JP6988629B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
WO2020053960A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP7300970B2 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
KR102493031B1 (ko) 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치
KR102493935B1 (ko) 비정질 실리콘막의 제조방법
KR20170044777A (ko) 플라즈마를 이용하여 실리콘 산화막을 형성하는 방법
JP7210647B2 (ja) 薄膜蒸着方法及びこれを用いた半導体素子の製造方法
JP7431210B2 (ja) 基板処理装置、プラズマ生成装置、半導体装置の製造方法、プラズマ生成方法及びプログラム
JP2018137293A (ja) 成膜装置
KR20180054448A (ko) 성막 장치
WO2022107611A1 (ja) 成膜方法及び成膜装置
WO2022044817A1 (ja) 成膜方法および成膜装置
TW202233877A (zh) 低k碳氮化硼薄膜