JP7247813B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
半導体製造工程において、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面に形成された凹部内に埋め込まれるようにＳｉＮ（窒化シリコン）膜を成膜する場合が有る。そして上記のＳｉＮ膜としては、シリコンを含む原料ガスと、プラズマ化したアンモニアガスとをウエハに交互に供給するようにＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を行うことで成膜される場合が有る。
特許文献１には、載置されたウエハを公転させる回転テーブルと、回転テーブル上の互いに異なる領域に原料ガス、アンモニアガスを夫々供給するガスノズルと、供給されたアンモニアガスをプラズマ化するプラズマ発生器と、を備えた成膜装置が示されている。この成膜装置において、原料ガス、アンモニアガスが各々供給される領域の雰囲気は分離ガスノズルから供給される分離ガスによって互いに分離され、ＡＬＤによってウエハ表面の凹部内にＳｉＮ膜が埋め込まれるように成膜が行われる。
特開２０１９－３３２２９号公報
本開示は、基板の表面に形成された凹部に窒化シリコン膜を埋め込むように成膜するにあたりスループットの低下を抑えると共に、当該窒化シリコン膜の成膜後における不要なエッチングを抑制することができる技術を提供する。
本開示の成膜方法は、回転テーブルを回転させて、当該回転テーブルに載置された表面に凹部が形成された基板を公転させる工程と、
前記回転テーブル上の第１の領域にシリコンを含む原料ガスを供給する工程と、
前記回転テーブル上において前記第１の領域に対して当該回転テーブルの回転方向に離れて位置すると共に雰囲気が区画された第２の領域にアンモニアガスを供給する工程と、
第１の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、第１の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記凹部内に第１の窒化シリコン膜を成膜する工程と、
前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、前記第１の流量よりも小さい第２の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記凹部内において前記第１の窒化シリコン膜に積層されるように第２の窒化シリコン膜を成膜する工程と、
を備える。
本開示によれば基板の表面に形成された凹部に窒化シリコン膜を埋め込むように成膜するにあたりスループットの低下を抑えると共に、当該窒化シリコン膜の成膜後における不要なエッチングを抑制することができる。
本開示の一実施形態である成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記シャワーヘッドの縦断側面図である。 前記成膜装置に設けられるシャワーヘッドの下面図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記成膜装置に設けられるガスインジェクタの構成図である。 前記成膜装置により処理されるウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記成膜装置により実施される成膜方法の一実施形態のフローを示すチャート図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本開示の技術の一実施形態である成膜方法を実施する成膜装置１について、図１の縦断側面図及び図２の横断平面図を参照して説明する。この成膜装置１は、シリコンを含む原料ガスとして例えばジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、シリコンを窒化させる窒化ガスとしてプラズマ化したＮＨ３（アンモニアガス）とを交互にウエハＷに供給するＡＬＤを行い、ウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する。なお、本明細書ではシリコン窒化物について、シリコンと窒素との化学量論比に関わらずＳｉＮと記載する。従って、ＳｉＮという記載には例えばＳｉ３Ｎ４が含まれる。
成膜装置１は、扁平な概ね円形の真空容器（処理容器）１１を備えており、真空容器１１は、側壁及び底部を構成する容器本体１１Ａと、天板１１Ｂとにより構成されている。図中１２は、真空容器１１内に水平に設けられる円形の回転テーブルである。図中１２Ａは、回転テーブル１２の裏面中央部を支持する支持部である。図中１３は回転機構であり、支持部１２Ａを介して回転テーブル１２を、その周方向に沿って平面視時計回りに回転させる。なお図中のＸは、回転テーブル１２の回転軸を表している。
回転テーブル１２の上面には、回転テーブル１２の周方向（回転方向）に沿って６つの円形の凹部１４が設けられており、各凹部１４にウエハＷが収納される。つまり、回転テーブル１２の回転によって公転するように、各ウエハＷは回転テーブル１２に載置される。また、図１中１５はヒーターであり、真空容器１１の底部において同心円状に複数設けられ、回転テーブル１２に載置されたウエハＷを加熱する。図２中１６は真空容器１１の側壁に開口したウエハＷの搬送口であり、図示しないゲートバルブによって開閉自在に構成される。図示しない基板搬送機構により、ウエハＷは搬送口１６を介して、真空容器１１の外部と凹部１４内との間で受け渡される。
回転テーブル１２上にはシャワーヘッド２と、プラズマ形成ユニット３Ａと、プラズマ形成ユニット３Ｂと、プラズマ形成ユニット３Ｃとが、回転テーブル１２の回転方向に沿って、当該回転方向の下流側に向かってこの順に、互いに離れて設けられている。シャワーヘッド２は上記のＤＣＳガスを供給する。プラズマ形成ユニット３Ａ～３Ｃは、プラズマ形成ユニット３Ａ～３Ｃに対応して設けられる後述のガスインジェクタ４１～４３から各々供給されるガスをプラズマ化する。具体的に、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂは例えばＨ２（水素）ガスをプラズマ化してＳｉＮ膜の改質を行い、プラズマ形成ユニット３Ｃは既述のシリコンの窒化ガスであるＮＨ３ガスをプラズマ化する。
原料ガス供給部であるシャワーヘッド２について、縦断側面図である図３及び下面図である図４も参照しながら説明する。シャワーヘッド２は、平面視、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向に広がる扇状に形成されており、当該シャワーヘッド２の下面は、回転テーブル１２の上面に近接して対向している。シャワーヘッド２の下面には、ガス吐出口２１、排気口２２及びパージガス吐出口２３が開口している。識別を容易にするために、図４では、排気口２２及びパージガス吐出口２３に多数のドットを付して示している。上記のガス吐出口２１は、シャワーヘッド２の下面の周縁部よりも内側の扇状領域２４に多数配列されている。そして、このガス吐出口２１は、回転テーブル１２の回転中にＤＣＳガスを下方にシャワー状に吐出して、ウエハＷの表面全体に当該ＤＣＳガスが供給されるように開口している。
上記の扇状領域２４においては、回転テーブル１２の中央側から回転テーブル１２の周縁側に向けて、３つの区域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが設定されている。夫々の区域２４Ａ、区域２４Ｂ、区域２４Ｃに設けられるガス吐出口２１の夫々に独立してＤＣＳガスを供給できるように、シャワーヘッド２には互いに区画されたガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが設けられている。ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの各上流側は、各々配管を介してＤＣＳガスの供給源２６に接続されており、各配管にはバルブ及びマスフローコントローラにより構成されるガス供給機器２７が介設されている。ガス供給機器２７によって、配管の下流側へのＤＣＳガスの給断及び流量の調整が行われる。
上記の排気口２２及びパージガス吐出口２３は、扇状領域２４を囲むと共に回転テーブル１２の上面に向かうようにシャワーヘッド２の下面の周縁部に各々環状に開口しており、パージガス吐出口２３が排気口２２の外側に位置して当該排気口２２を囲むように形成されている。回転テーブル１２上における排気口２２の内側の領域は、ウエハＷへのＤＣＳの吸着が行われる第１の領域である吸着領域Ｒ０を形成する。パージガス吐出口２３は、回転テーブル１２上にパージガスとして、例えばＡｒ（アルゴン）ガスを吐出する。
続いて、プラズマ形成ユニット３Ｃについて、図１、図２を参照しながら説明する。プラズマ形成ユニット３Ｃは、プラズマ形成ユニット３Ｃの下方に吐出されるＮＨ３ガスにマイクロ波を供給して、回転テーブル１２上にプラズマを発生させる。プラズマ形成ユニット３Ｃは、上記のマイクロ波を供給するためのアンテナ３１を備えており、当該アンテナ３１は、誘電体板３２と金属製の導波管３３とを含む。
誘電体板３２は、平面視回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて広がる概ね扇状に形成されている。真空容器１１の天板１１Ｂには上記の誘電体板３２の形状に対応するように、概ね扇状の貫通口が開口し、当該貫通口の下端部の内周面は貫通口の中心部側へと若干突出して、支持部３４を形成している。上記の誘電体板３２はこの扇状の貫通口を上側から塞ぎ、回転テーブル１２に対向しており、誘電体板３２の周縁部は支持部３４に支持されている。
導波管３３は誘電体板３２上に設けられ、天板１１Ｂ上に延在する内部空間３５を備える。図中３６は導波管３３の下部側を構成するスロット板であり、複数のスロット孔３６Ａを有し、誘電体板３２に接して設けられている。導波管３３の回転テーブル１２の中央側の端部は塞がれており、回転テーブル１２の周縁部側の端部には、例えば、約２．３５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３３に供給するマイクロ波発生器３７が接続されている。このマイクロ波は、スロット板３６のスロット孔３６Ａを通過して誘電体板３２に至り、誘電体板３２の下方に供給されたプラズマ形成用ガスに供給され、当該誘電体板３２の下方に限定的にプラズマが形成されて、ウエハＷに処理が行われる。このように誘電体板３２の下方は第２の領域をなすプラズマ形成領域として構成されており、Ｒ３として示す。プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂはプラズマ形成ユニット３Ｃと同様に構成されており、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂにおけるプラズマ形成領域Ｒ３に相当する領域は、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２として夫々示している。
以下、回転テーブル１２の回転方向に沿った概略縦断側面図である図５も参照しながら説明する。プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の下方には、平面視回転テーブル１２の径方向に沿って伸びるガスインジェクタ４１、ガスインジェクタ４２、ガスインジェクタ４３が夫々設けられている。ガスインジェクタ４１～４３は、その先端側が閉じられた細長の管である。そして各ガスインジェクタ４１～４３については、先端側が真空容器１１の側壁から中央部に向かって横方向に伸び出すと共に、その伸長方向に沿って多数の吐出口４４が設けられており、各吐出口４４は横方向に各々ガスを吐出する。
回転テーブル１２の回転方向に見て、ガスインジェクタ４１はプラズマ形成領域Ｒ１の下流側寄りに位置し、当該プラズマ形成領域Ｒ１の上流側へ向かってＨ２ガスを吐出する。同じく回転方向に見ると、ガスインジェクタ４２はプラズマ形成領域Ｒ２の上流側寄りに位置し、当該プラズマ形成領域Ｒ２の下流側へ向けてＨ２ガスを吐出し、ガスインジェクタ４３はプラズマ形成領域Ｒ３の下流側寄りに位置し、当該プラズマ形成領域Ｒ３の上流側へ向けてＮＨ３ガスを吐出する。
図６を参照して、アンモニアガス供給部を構成するガスインジェクタ４３について説明する。ガスインジェクタ４３内には、ガスインジェクタ４３の先端部側の多数の吐出口４４に接続される先端側流路４５、ガスインジェクタ４３の基端部側の多数の吐出口４４に接続される基端側流路４６が各々設けられている。先端側流路４５、基端側流路４６は互いに区画されている。そして、先端側流路４５、基端側流路４６は、ガス供給機器５１、５２を各々備えた配管を介してＮＨ３ガスの供給源４９に接続されている。ガス供給機器５１、５２は上記のガス供給機器２７と同様に、バルブ及びマスフローコントローラにより構成されている。つまり、先端側流路４５、基端側流路４６に各々供給されるＮＨ３ガスの流量を個別に調整することができるように、配管系が構成されている。
ガスインジェクタ４１、４２についてはガスインジェクタ４３と同様に構成されており、配管を介してＨ２ガスの供給源５３に接続されている。従って、これらガスインジェクタ４１、４２についても先端側流路４５にガス供給するためのガス供給機器５１、基端側流路４６にガス供給するためのガス供給機器５２が各々設けられるが、図２では図の複雑化を避けるためにガス供給機器５１のみを表示している。なお、既述した各ガス供給機器については、後述する制御部１０から出力される制御信号に基づいて、配管の下流側へのガスの給断及び流量の調整を行う。
ところで図２、図５に示すように、回転テーブル１２の回転方向において、プラズマ形成領域Ｒ２とＲ３との間に分離領域５５が設けられている。この分離領域５５は、プラズマ形成領域Ｒ２、Ｒ３よりも天井面が低く形成され、平面視回転テーブル１２の中心部側から周縁部側に向かうにつれて当該回転テーブル１２の回転方向に広がる扇状に形成されている。上記のように低い天井面を有することで、分離領域５５は、プラズマ形成領域Ｒ２、Ｒ３との間におけるガスの通流を抑制する。
また図２に示すように、回転テーブル１２の外側であって、第１のプラズマ形成領域Ｒ１の上流側の端辺に臨む位置、第２のプラズマ形成領域Ｒ２の下流側の端辺に臨む位置、及びプラズマ形成領域Ｒ３の上流側の端辺に臨む位置には、排気口６１～６３が各々開口している。このように開口することで、排気口６１、排気口６２、排気口６３は、ガスインジェクタ４１、ガスインジェクタ４２、ガスインジェクタ４３から夫々吐出されたガスを排気する。排気口６１、６２、６３は、排気量を調整する調整部（不図示）が設けられた排気管６４を各々介して排気装置６５に接続されており、当該調整部により各排気口６１～６３からの排気量が調整される。
図１に示すように成膜装置１には、コンピュータによって構成される制御部１０が設けられており、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、成膜装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述するＳｉＮ膜の成膜処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、回転機構１３による回転テーブル１２の回転数、各ガス供給機器の動作、各排気口６１～６３による排気量、マイクロ波発生器３７からアンテナ３１へのマイクロ波の給断、ヒーター１５への給電などが、当該プログラムによって制御される。ヒーター１５への給電の制御は、即ちウエハＷの温度の制御であり、排気口６１～６３からの排気量の制御は、即ち真空容器１１内の圧力の制御である。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、制御部１０にインストールされる。
以下、成膜装置１によって行われるＳｉＮ膜の成膜処理について、ウエハＷの縦断側面図である図７～図１０と、成膜装置１の動作のフローチャートである図１１と、を参照しながら説明する。図７は、成膜装置１へ搬送されるウエハＷの一例を示しており、当該ウエハＷの表面にはパターンとして例えば複数の凹部（図では１つのみ表示）７１が形成されている。この成膜処理では凹部７１がＳｉＮ膜で埋まるように成膜を行う。なお、この凹部７１のアスペクト比（深さＨ１／開口幅Ｌ）は、例えば２～３０である。
先に、成膜処理の概要について説明しておく。この成膜処理では回転テーブル１２の回転によりウエハＷを公転させ、ウエハＷへのＤＣＳガスの供給と、ＮＨ３ガスのプラズマの供給とを交互に行う。このように成膜を行うにあたり、後述の評価試験で示すように回転テーブル１２の回転数が比較的小さい場合、ＮＨ３ガスの流量が比較的小さい場合は、夫々形成されるＳｉＮ膜について、ＷＥＲ（ウエットエッチングレート）が低い良好な膜質の膜とすることができる。しかし、そのように回転テーブル１２の回転数が小さいと、単位時間あたりに行われるＤＣＳガスの供給とＮＨ３ガスのプラズマの供給とからなるサイクル数が小さくなるので、ＳｉＮ膜のデポレート（膜厚の増加速度）は小さくなる。また、ＮＨ３ガスの流量が比較的小さい場合は、ＳｉＮ膜を構成するためにウエハＷに供給される窒素の量が少なくなるので、やはりデポレートが小さくなる。このようにＳｉＮ膜については、低いＷＥＲ（膜質の良さ）と高いデポレートとが、トレードオフの関係にある。なお、上記のようにＮＨ３ガスの流量が小さいとＷＥＲが小さくなるのは、このＷＥＲはＳｉＮ膜に含まれるＮＨ基（イミノ基）の量に影響されると考えられており、ＮＨ３ガスの流量が小さいと、ＳｉＮ膜中の当該ＮＨ基の量が小さくなるためである。また、ここでいうＷＥＲとは、ＳｉＮ膜を例えばフッ化水素などのフッ素を含有する化合物を含むエッチング液に浸したときのＷＥＲである。
そして、後に図を用いて説明するように、上記のように成膜を行うことで凹部７１内に埋め込まれたＳｉＮ膜中には、微小な空隙が残る場合が有る。成膜の後工程においてウエハＷの表層が削られることで当該空隙が凹部としてウエハＷの表面に開口した後、ウエットエッチング液がウエハＷに供給されたとすると、その凹部に当該ウエットエッチング液が進入する。当該凹部の内壁が、上記の良好な膜質のＳｉＮ膜で成膜されていれば、そのようにウエットエッチング液が進入しても、エッチングによる凹部の拡大を防ぐことができる。つまりＳｉＮ膜の不要なエッチングを防ぐことができる。しかし、既述したように良好な膜質のＳｉＮ膜を形成する場合のデポレートは小さいので、凹部７１の埋め込み開始から終了まで、このように良好な膜質を得るための処理条件で成膜処理を行うとすると、処理に長い時間を要してしまう。
そこで、この成膜処理においては、先ず、回転テーブル１２の回転数が大きく且つＮＨ３の流量が大きい処理条件、即ち高いデポレートを得られる処理条件でＳｉＮ膜の成膜を行う。その後、凹部７１が閉塞される前に、回転テーブル１２の回転数が小さく且つＮＨ３の流量が小さい条件、即ちＳｉＮ膜のＷＥＲが低くなる処理条件に切り替えて凹部７１を閉塞させる。つまり、ＳｉＮ膜中に上記の空隙が形成されたとしても、その空隙の周囲のＳｉＮ膜は、良好な膜質のＳｉＮ膜となるように成膜を行う。なお、後述の図９は説明の便宜上、この空隙が形成されるように凹部７１内にＳｉＮ膜が成膜された状態を示している。
以下、具体的に成膜処理の手順を説明する。先ず、上記の図７に示すウエハＷが６枚、回転テーブル１２の凹部１４に各々載置される。そして、真空容器１１の搬送口１６に設けられるゲートバルブを閉鎖して当該真空容器１１内が気密にされ、ウエハＷはヒーター１５によって例えば２５０℃～６００℃、より具体的には例えば５５０℃に加熱される。そして、排気口６１～６３からの排気によって、真空容器１１内が例えば６６．７Ｐａ～６６７Ｐａである真空雰囲気にされると共に、回転テーブル１２が第１の回転数である例えば１０ｒｐｍ以上、より具体的には例えば２０ｒｐｍ～３０ｒｐｍで回転して、各ウエハＷが公転する。
シャワーヘッド２により、ガス吐出口２１から吸着領域Ｒ０にＤＣＳガスが供給される。また、シャワーヘッド２において、パージガス吐出口２３からのＡｒガスの吐出及び排気口２２からの排気が行われ、吸着領域Ｒ０の雰囲気とプラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３の雰囲気とが区画される。その一方で、ガスインジェクタ４１、４２からＨ２ガスが供給されると共に、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂによりプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２にマイクロ波が供給され、当該プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２にＨ２ガスのプラズマが形成される。また、ガスインジェクタ４３の先端側流路４５、基端側流路４６に例えば１０００ｓｃｃｍずつＮＨ３ガスが供給され、当該ガスインジェクタ４３からは第１の流量として計２０００ｓｃｃｍでＮＨ３ガスが供給される。そして、プラズマ形成ユニット３Ｃによりプラズマ形成領域Ｒ３にマイクロ波が供給され、当該プラズマ形成領域Ｒ３にＮＨ３ガスのプラズマが形成される（図１１中、ステップＳ１）。
ウエハＷは公転することで、上記のように各ガスが供給された吸着領域Ｒ０、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を順番に、繰り返し通過する。吸着領域Ｒ０においてウエハＷの表面にＤＣＳガスが吸着し、プラズマ形成領域Ｒ３において吸着したＤＣＳ中のシリコンがＮＨ３ガスのプラズマにより窒化され、ウエハＷの表面に沿ってＳｉＮ膜７２が形成される。そしてプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２において、Ｈ２ガスのプラズマによりＳｉＮ膜７２の改質が行われる。具体的に、ＳｉＮ中の未結合手に対するＨの結合及び堆積したＳｉＮからのＣｌの除去が行われることで、緻密で不純物の含有量が少ないＳｉＮとなる。ウエハＷの公転が続けられることで、ＳｉＮ膜７２の膜厚が上昇する（図８）。既述したように、ウエハＷの回転数が比較的大きく、且つ供給されるＮＨ３ガスの流量が比較的大きいためＳｉＮ膜７２の膜厚の上昇速度は比較的大きく、当該膜厚の上昇によって凹部７１の開口幅が小さくなる
吸着領域Ｒ０、プラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３に各ガスが供給されてから回転テーブル１２が予め設定された回数だけ回転すると、当該回転テーブル１２の回転数が低下し、第２の回転数である例えば５ｒｐｍ以下、より具体的には例えば１ｐｍの回転数となる。また、このように回転数が低下すると共にガスインジェクタ４３の先端側流路４５、基端側流路４６に夫々供給されるＮＨ３ガスの流量が低下し、例えば１００ｓｃｃｍずつ供給され、ガスインジェクタ４３からは第２の流量として計２００ｓｃｃｍでＮＨ３ガスが吐出される（ステップＳ２）。このように回転テーブル１２の回転数及びＮＨ３ガスの流量が変更されるタイミングでは、凹部７１はＳｉＮ膜７２により閉塞されていない。吸着領域Ｒ０へのＤＣＳガスの供給、及びプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２におけるＨ２ガスのプラズマの形成は引き続き行われ、ウエハＷにおけるＳｉＮ膜の形成と、当該ＳｉＮ膜の改質とが続けられる。このように処理条件の変更後のＳｉＮ膜を７３として、処理条件の変更前に形成されたＳｉＮ膜７２と区別する。従って、第２のＳｉＮ膜であるＳｉＮ膜７３は、凹部７１内を含むウエハＷの表面全体に、第１のＳｉＮ膜であるＳｉＮ膜７２に積層されて形成される。
既述したように、回転テーブル１２の回転数が比較的小さく且つ供給されるＮＨ３ガスの流量が比較的小さいことで、ＳｉＮ膜７３の膜厚の上昇速度は比較的小さいが、当該ＳｉＮ膜７３の膜質は良好なものとなる。ＳｉＮ膜７３の膜厚の上昇により、凹部７１はさらに縮幅される。そして、例えば凹部７１の下部よりも先に凹部７１の上部が閉塞され、微小な空隙７４を残して当該凹部７１が閉塞される。回転テーブル１２の回転数及びＮＨ３ガスの流量を変更してから予め設定された回数、回転テーブル１２が回転すると、吸着領域Ｒ０及びプラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３への各ガスの供給と、プラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３へのマイクロ波の供給が停止し、成膜処理が停止する。なお図９は、そのように成膜処理を停止したときのウエハＷを示しており、成膜処理時間が長くなることを防ぐためにＳｉＮ膜７３の膜厚Ｈ３は、ＳｉＮ膜７２の膜厚Ｈ２よりも小さくなるように形成され、この膜厚Ｈ３は、例えば２０ｎｍ以下である。
成膜処理を終えたウエハＷは処理容器１１から搬出され、既述したように例えばＣＭＰによるウエハＷの表層部の除去と、それに続く既述のウエットエッチングとからなる処理を受ける。上記のＣＭＰによる研磨が上記の空隙７４の上部に達するように行われ、図１０に示すように当該空隙７４が凹部７５としてウエハＷの表面に開口する。そして、上記のウエットエッチングにおいて、エッチング液が当該凹部７５内に進入したとする。しかし、この凹部７５の内壁は膜質が良好なＳｉＮ膜７３により構成されているので、エッチング液による当該内壁のエッチングが抑制される。
この成膜装置１によれば、回転テーブル１２の回転数が大きく且つウエハＷに供給されるＮＨ３の流量が大きい第１のステップを行い、高いデポレートでＳｉＮ膜７２を成膜する。続いて、第１のステップよりも回転テーブル１２の回転数を小さく且つウエハＷに供給されるＮＨ３の流量を小さくする第２のステップを行い、ＳｉＮ膜７３を成膜する。このように成膜を行うことで、ウエハＷにおける凹部７１内をＳｉＮ膜で埋め込むために要する成膜時間が長くなることが抑制される。さらに凹部７１に埋め込まれたＳｉＮ膜中に空隙７４が残ったとしても、この空隙７４から形成される凹部７５について、その内壁を構成するＳｉＮ膜のウエットエッチングが抑制される。従って、凹部７１にＳｉＮ膜を埋め込むための成膜処理のスループットの低下を抑制することができると共に、ウエハＷから製造される半導体製品の歩留りの低下を抑制することができる。
なお、第１のステップにおいて処理容器１１内に供給されるＮＨ３ガスの第１の流量、及び第２のステップにおいて処理容器１１内に供給されるＮＨ３ガスの第２の流量としては、上記の例に限られない。第１のステップではデポレートを高くし、第２のステップでは膜質を高くするという効果を得るために、第１の流量と第２の流量との差は、例えば１００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍとすることが好ましい。
また、上記の例ではプラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３のうちのＲ３のみにＮＨ３ガスを供給しているが、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のうちの任意のプラズマ形成領域にＮＨ３ガスを供給して窒化を行うことができ、複数のプラズマ形成領域にＮＨ３ガスを供給してもよい。そのようにプラズマ形成領域Ｒ１～Ｒ３のうちの複数にＮＨ３ガスを供給する場合には、第１の流量、第２の流量は、複数のプラズマ形成領域に供給されるＮＨ３ガスの合計となる。また、Ｒ１～Ｒ３のうち、ＮＨ３ガスが供給されるプラズマ形成領域が第２の領域に相当する。
また、説明の煩雑化を防ぐために図示を省略したが、ＮＨ３ガスを効率良くプラズマ化するために、上記の構成例では、ガスインジェクタ４３にはＨ２ガス供給源５３からＨ２ガスを供給している。従ってガスインジェクタ４３からは、ＮＨ３ガス及びＨ２ガスを供給している。つまり、ＮＨ３ガスは単独で処理容器１１内に供給してもよいが、他のガスと混合された混合ガスとして処理容器１１内に供給されてもよい。なお、ＮＨ３ガスはプラズマ化しなくてもよいが、効率良く窒化を行うためにプラズマ化することが好ましい。
また、原料ガスとしてはＤＣＳガスを用いることには限られず、例えばＨＣＤ（Hexachlorodisilane：Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスや、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスなどのシリコンを含むガスを用いることができる。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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及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。
以下、本技術に関連して行われた評価試験について説明する。評価試験１－１として、既述した成膜装置１を用いて、複数のウエハＷに対して、回転テーブル１２の回転数が異なることを除いて、互いに同じ処理条件で成膜を行った。この回転数としては１ｒｐｍ～１０ｒｐｍの範囲内で変更した。そして成膜されたＳｉＮ膜について、デポレートとＷＥＲとを取得した。
また、評価試験１－２として、既述した成膜装置１を用いて、複数のウエハＷに対して、ガスインジェクタ４３に供給するＮＨ３ガスの流量が互いに異なることを除いて、互いに同じ処理条件で各々成膜を行った。このＮＨ３ガスの流量としては、４００ｓｃｃｍあるいは６００ｓｃｃｍに設定した。そして、成膜されたＳｉＮ膜についてデポレートとＷＥＲとを取得した。なお、評価試験１－１、１－２共に、既述した実施形態で説明した成膜処理中の回転テーブル１２の回転数の変更及びＮＨ３ガスの流量の変更は行わずに、成膜を行った。
図１２、図１３のグラフは、評価試験１－１の結果、評価試験１－２の結果を夫々示している。図１２のグラフの横軸、図１３のグラフの横軸は、夫々回転テーブルの回転数（単位：ｒｐｍ）、ＮＨ３ガスの流量（単位：ｓｃｃｍ）を示している。また、図１２及び図１３のグラフの各縦軸は、ＳｉＮ膜のＷＥＲ及びデポレート（単位：Å／分）を示している。なお、各グラフでは、このＳｉＮ膜のＷＥＲについて、実測された値を、別途取得した熱酸化膜のＷＥＲを用いた計算式にあてはめて標準化した値を表示している。この標準化した値についても実測値と同様に、小さいほどエッチングされ難く、良好な膜質を有するＳｉＮ膜であることを示す。
図１２のグラフより、回転テーブル１２の回転数が高くなるにつれて、ＷＥＲ及びデポレートが各々高くなることが分かる。また、図１３のグラフより、ＮＨ３ガスの流量が大きい方がＮＨ３ガスの流量が小さい方よりもＷＥＲ、デポレート共に高い値を示していることが分かる。従って、既述したようにＷＥＲの低さ（膜質の良さ）とデポレートとはトレードオフの関係になっていること、回転テーブル１２の回転数、ＮＨ３ガスの流量を各々変更することによって、ＷＥＲ及びデポレートを各々変更することができることが分かる。そして、そのようにＷＥＲとデポレートとがトレードオフの関係であることから、低いＷＥＲが必要になる箇所を限定的に、そのように低いＷＥＲが得られる条件で処理する既述の実施形態の手法が、成膜時間を抑制するために有効であることが分かる。
Ｒ０ 吸着領域
Ｒ３ プラズマ形成領域
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 制御部
１２ 回転テーブル
２ シャワーヘッド
４３ ガスインジェクタ
７１ 凹部
７２、７３ ＳｉＮ膜

Claims (5)

  1. 回転テーブルを回転させて、当該回転テーブルに載置された表面に凹部が形成された基板を公転させる工程と、
    前記回転テーブル上の第１の領域にシリコンを含む原料ガスを供給する工程と、
    前記回転テーブル上において前記第１の領域に対して当該回転テーブルの回転方向に離れて位置すると共に雰囲気が区画された第２の領域にアンモニアガスを供給する工程と、
    第１の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、第１の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記凹部内に第１の窒化シリコン膜を成膜する工程と、
    前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、前記第１の流量よりも小さい第２の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記凹部内において前記第１の窒化シリコン膜に積層されるように第２の窒化シリコン膜を成膜する工程と、
    を備える成膜方法。
  2. 前記アンモニアガスは、プラズマ化したアンモニアガスである請求項１記載の成膜方法。
  3. 前記第１の回転数は１０ｒｐｍ以上であり、前記第２の回転数は５ｒｐｍ以下である請求項１または２記載の成膜方法。
  4. 前記第２の窒化シリコン膜の膜厚は、前記第１の窒化シリコン膜の膜厚よりも小さい請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜方法。
  5. 載置された基板が公転するように回転する回転テーブルと、
    前記回転テーブル上の第１の領域にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記回転テーブル上において前記第１の領域に対して当該回転テーブルの回転方向に離れて位置すると共に雰囲気が区画された第２の領域にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部と、
    第１の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、第１の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記基板の表面に形成された凹部内に第１の窒化シリコン膜を成膜するステップと、前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で前記回転テーブルが回転する間に、前記第１の領域への前記原料ガスの供給と、前記第１の流量よりも小さい第２の流量での前記第２の領域への前記アンモニアガスの供給とを行い、前記凹部内において前記第１の窒化シリコン膜に積層されるように第２の窒化シリコン膜を成膜するステップと、を行う制御信号を出力するように構成された制御部と、
    を備える成膜装置。
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