TWI650824B - 電漿處理裝置及成膜方法 - Google Patents

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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之目的為在電磁波放電方式的電漿處理裝置中，防止介電質窗氣體流路內的異常放電，並在短時間內實行介電質窗氣體流路內的氣體切換，俾實現使不同種類的電漿處理步驟交替地以一定的循環重複的處理程序的高速化。為了達成上述目的，本發明之電漿處理裝置，具備3個系統的氣體管線作為用來將處理氣體供給部80所提供之處理氣體導入處理室12內的氣體導入機構，亦即於介電質窗18設置氣體流路96以及氣體噴出口94的頂部氣體管線82，以及於處理室12的側壁12a在不同的高度位置分別設置氣體流路100、108以及氣體噴出口102、110的下部側壁氣體管線84以及上部側壁氣體管線86。然後，更具備連結頂部氣體管線82的第1氣體供給管90與排氣部（55、56）的旁通排氣管線116。

Description

電漿處理裝置及成膜方法
本發明係關於一種利用電磁波放電產生電漿的電漿處理裝置以及在被處理體上形成絶緣膜的成膜方法。
半導體裝置或FPD(Flat Panel Display，平板顯示器)的製造處理程序中的蝕刻、堆積、氧化、濺鍍等的處理，為了使處理氣體在較低溫下進行良好的反應，經常利用電漿。自以往，在該種類的電漿處理程序中，利用MHz範圍的高頻放電所產生的電漿，或是利用GHz範圍的微波放電所產生的電漿，廣為吾人所利用。
微波放電所致之電漿，具有可在低壓下產生電子溫度較低的高密度電漿此等優點，尤其是藉由採用組裝了槽孔天線的平板狀的微波導入窗構造，除了能 夠有效率地產生大口徑範圍的電漿之外，由於並不需要磁場，故具有能夠簡化電漿處理裝置此等優點。
在微波電漿處理裝置中，為了於所期望的處理程序產生必要的電漿，亦有必要對真空的處理室(處理容器)內供給所需要的處理氣體，使處理室內放電。通常，會在處理室的頂部安裝微波導入用的介電質窗當作頂板。在處理室內的電漿產生空間中，由於微波的電場以及放射功率在該介電質窗(頂板)的內側附近最強，故令處理氣體從該附近位置流入，電漿的產生效率最高。因此，經由貫通介電質窗的氣體流路從頂部將處理氣體導入處理室內的氣體導入機構為吾人所常用。
原本，介電質窗亦為微波的傳導路徑，其內部分布了許多微波電場，若處理氣體在介電質窗的氣體流路內暴露在微波電場之下便有放電的可能性。若處理氣體在介電質窗的氣體流路內放電，除了會導致微波功率無端被耗費掉之外，更會在氣體流路的壁面堆積處理氣體的分解產生物而導致傳導性降低等不良情況。最壞的情況，介電質窗甚至可能會因為放電而損壞。
關於防止該等在介電質窗內部的異常放電的技術方法，存在用導體構成氣體流路乃至氣體噴出部的壁部，為流過介電質窗內部的氣體流路的處理氣體電磁性地遮蔽微波電場的習知技術。然而，該技術方法，存在面對電漿產生空間的導體(金屬)的氣體噴出部會在來自電漿的離子的衝擊之下受到濺鍍而發生汙染之虞，或是因為微波電場電磁性地被遮蔽而阻礙到均勻地進行電漿處理之 虞。因此，宜採用於介電質窗的氣體噴出部不使用金屬製的噴射器，並將氣體噴出部內的壓力控制在大幅遠離帕申放電範圍的較高範圍的方法。
另一方面，自以往，在半導體晶圓等的被處理體上，為了保護裝置元件的表面或側面，大多使用SiN膜(氮化矽膜)，關於SiN膜的成膜方法，微波放電所致之電漿CVD法已為人所習知。例如，專利文獻1記載了利用具有複數個槽孔的平面天線將微波導入處理容器內以產生電漿，並在被處理體上利用電漿CVD法形成SiN膜的成膜方法。在該成膜方法中，作為SiN膜的成膜所使用之原料氣體的一部分，例如三甲矽烷基氨(TSA)。另外，專利文獻2記載了將矽烷(SiH4)用於成膜原料氣體，並利用電漿CVD在被處理體上形成SiN膜的技術內容。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-87186號公報
[專利文獻2]國際公開第2007/139140號
近年來，在像MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory，磁阻式隨機存取記憶體)那樣的次世代裝置的半導體製造處理程序中，對於覆蓋在被處理體上以極微小的尺寸構成的裝置元件的側面或表面的SiN膜，要求非常高的被 覆性(覆蓋性)以及電絶緣性。上述專利文獻1、2並未揭示在低溫處理程序之下實現高覆蓋性以及高電阻的SiN膜的成膜方法，在該技術領域中吾人需要一種能夠滿足該等要求的成膜方法。
針對該等問題，本發明人提出一種成膜方法，其可在處理容器內，將以下步驟重複複數回，以形成具有高覆蓋性以及高電絶緣性的含SiN絶緣膜：利用微波放電令在TSA中添加了H2/N2的處理氣體電離乃至解離，以在基板上形成含有SiN的絶緣層的成膜步驟；以及在該成膜步驟之後利用微波放電令含有N2的處理氣體電離乃至解離，以對該絶緣層進行氮化處理的氮化步驟。然後，在該新穎之成膜方法的實用化的推進過程中，更了解到在獲得相同膜厚的前提之下，成膜處理步驟以及氮化處理步驟的重複次數(循環次數)越多，含SiN絶緣膜的電絶緣性越高。
然而，在微波放電方式的電漿處理裝置中，當如上所述的採取將介電質窗氣體流路內的壓力控制在大幅遠離帕申放電範圍的較高範圍的方法，作為異常放電防止對策時，會遇到在切換成膜處理步驟以及氮化處理步驟時，由於在高壓力水準之下切換介電質窗氣體流路內的氣體需要較長的時間，故在上述含SiN絶緣膜的成膜方法中欲增加循環次數有其困難此等新的技術問題。
有鑑於上述習知技術的問題點，本發明提供一種電漿處理裝置，其在透過介電質窗將處理氣體以及電漿產生用的電磁波導入處理容器內的情況下，可防止介電質窗氣體流路內的異常放電，並可在短時間內實行介電質窗氣體流路內 的氣體的切換，進而實現交替地以一定的循環重複不同種類的電漿處理步驟的處理程序的高速化。
再者，本發明提供一種成膜方法，其可使用本發明的電漿處理裝置，在被處理體上形成覆蓋性以及電絶緣性優異的含SiN絶緣膜。
本發明之電漿處理裝置，係一種將使用第1以及第2處理氣體的第1電漿處理步驟與使用第3以及第4處理氣體的第2電漿處理步驟交替重複實行的電漿處理裝置，其特徵為包含：處理容器，其於頂部具有介電質窗，並以可送出、置入方式收納被處理體；排氣部，其用來對該處理容器內進行真空排氣；處理氣體供給部，其用來將該第1、第2、第3以及第4處理氣體供給到該處理容器內；第1氣體導入部，其具有：頂板氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該介電質窗；介電質窗氣體流路，其從外側貫通該介電質窗並到達該頂板氣體噴出口；以及第1外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該介電質窗氣體流路的氣體流路；第2氣體導入部，其具有：側壁氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該處理容器的側壁；側壁氣體流路，其在該處理容器的側壁之中沿著周向延伸，並與該側壁氣體噴出口連通；以及第2外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該側壁氣體流路的氣體流路；電磁波供給部，其用來透過該介電質窗對該處理容器內的該電漿產生空間供給電漿產生用的電磁波；旁通排氣流路，其連結該第1外部氣體流路與該排氣部；以及開閉閥，其設置於該旁通排氣流路；在該第1電漿處理步驟中， 從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將該第1以及第2處理氣體導入該處理容器內，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內；在該第2電漿處理步驟中，從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將該第3以及第4處理氣體導入該處理容器內，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內；在該第1或第2電漿處理步驟結束之後，打開該開閉閥，將該第1氣體導入部的該介電質窗氣體流路內所殘留的氣體經由該旁通排氣流路排出到該排氣部側。
本發明之電漿處理裝置，在透過介電質窗將處理氣體以及電漿產生用的電磁波導入處理容器內的構造中，令設置於介電質窗的介電質氣體流路在其上游側透過處理容器之外的旁通排氣流路與排氣部連接，並於該旁通排氣流路設置開閉閥。然後，在使第1電漿處理步驟與第2電漿處理步驟交替重複進行的情況下，在第1或第2電漿處理步驟結束之後，打開該開閉閥，將介電質窗氣體流路內所殘留之氣體經由旁通排氣流路排出到排氣部側，藉此便可高速地切換介電質窗氣體流路內的氣體。
本發明之成膜方法，係一種使用電漿處理裝置在配置於處理容器內的被處理體上形成絶緣膜的成膜方法，該電漿處理裝置包含：處理容器，其於頂部具有介電質窗，並以可送出、置入方式收納被處理體；排氣部，其用來對該處理容器內進行真空排氣；處理氣體供給部，其用來將既定的處理氣體供給到該處理容器內；第1氣體導入部，其具有：頂板氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該介電質窗；介電質窗氣體流路，其從外側貫通 該介電質窗並到達該頂板氣體噴出口；以及第1外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該介電質窗氣體流路的氣體流路；第2氣體導入部，其具有：側壁氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該處理容器的側壁；側壁氣體流路，其在該處理容器的側壁之中沿著周向延伸，並與該側壁氣體噴出口連通；以及第2外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該側壁氣體流路的氣體流路；電磁波供給部，其用來透過該介電質窗對該處理容器內的該電漿產生空間供給電漿產生用的電磁波；旁通排氣流路，其連結該第1外部氣體流路與該排氣部；以及開閉閥，其設置於該旁通排氣流路；該成膜方法的特徵為包含：第1步驟，其一邊從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將包含三甲矽烷基氨(TSA)氣體、N2氣體、Ar氣體以及H2氣體在內的第1以及第2處理氣體導入該處理容器內，一邊利用該排氣部將該處理容器內減壓，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內，在該處理容器內所產生之該第1以及第2處理氣體的電漿之下於該被處理體上形成含有SiN的含SiN絶緣膜；第2步驟，其一邊從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將包含N2氣體、Ar氣體以及H2氣體在內的第3以及第4處理氣體導入該處理容器內，一邊利用該排氣部將該處理容器內減壓，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內，在該處理容器內所產生之該第3以及第4處理氣體的電漿之下對該被處理體上的該含SiN絶緣膜進行氮化處理；以及第3步驟，其在該第1或第2步驟結束之後，打開該開閉閥，將該第1氣體導入部的該介電質窗氣體流路內所殘留之氣體經由該旁通排氣流路排出到該排氣部側；將該第1步驟以及該第2步驟交替重複實行。
本發明之成膜方法，使用本發明之電漿處理裝置，使上述第1步驟(電漿成膜處理)以及上述第2步驟(電漿氮化處理)夾著上述第3步驟(排氣)交替重複進行，藉此便可在被處理體上形成覆蓋性以及電絶緣性優異的含SiN絶緣膜。
若根據本發明的電漿處理裝置，藉由上述的構造以及作用，便可在透過介電質窗將處理氣體以及電漿產生用的電磁波導入處理容器內的情況下，防止介電質窗氣體流路內的異常放電，並在短時間內實行介電質窗氣體流路內的氣體的切換，俾實現使不同種類的電漿處理步驟交替地以一定的循環重複的處理程序的高速化。
若根據本發明的成膜方法，藉由上述的構造以及作用，便可在被處理體上形成覆蓋性以及電絶緣性優異的含SiN絶緣膜。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理室(處理容器)
12a‧‧‧側壁
12b‧‧‧底部
12c‧‧‧頂部
12h‧‧‧排氣孔
14‧‧‧微波供給部
15‧‧‧天線
16‧‧‧同軸導波管
16a‧‧‧外側導體
16b‧‧‧內側導體
17‧‧‧配管構件
18‧‧‧介電質窗
18a‧‧‧凹部
18b‧‧‧凹部
18i‧‧‧溝部
20‧‧‧平台
20a‧‧‧基座(載置台)
20b‧‧‧靜電夾頭
20d‧‧‧電極
20e‧‧‧絶緣膜
20f‧‧‧絶緣膜
20g‧‧‧冷媒室
26‧‧‧封裝構件
28‧‧‧微波產生器
30‧‧‧調諧器
32‧‧‧導波管
34‧‧‧模式轉換器
36‧‧‧冷卻套
38‧‧‧介電質板
40‧‧‧槽孔板
40a‧‧‧槽孔對
40b‧‧‧槽孔
40c‧‧‧槽孔
46‧‧‧筒狀支持部
48‧‧‧筒狀支持部
50‧‧‧排氣流路
52‧‧‧擋板
54‧‧‧排氣管
55‧‧‧APC閥(壓力調整器)
56‧‧‧排氣裝置
58‧‧‧高頻電源
60‧‧‧匹配單位
62‧‧‧供電棒
64‧‧‧直流電源
66‧‧‧開關
68‧‧‧被覆線
70‧‧‧配管
72‧‧‧配管
74‧‧‧氣體供給管
80‧‧‧處理氣體供給部
82‧‧‧頂部氣體管線(第1氣體導入部)
84‧‧‧下部側壁氣體管線(第2氣體導入部)
86‧‧‧上部側壁氣體管線(第3氣體導入部)
88‧‧‧氣體流路
90‧‧‧第1氣體供給管
91‧‧‧電磁閥(開閉閥)
92‧‧‧連接部
92a‧‧‧氣體流路
92b‧‧‧本體部
92c‧‧‧隆起部
94‧‧‧頂部氣體噴出口
95‧‧‧導波板
96‧‧‧介電質窗氣體流路
100‧‧‧下部緩衝室(分歧管)
102‧‧‧下部側壁氣體噴出口
104‧‧‧第2氣體供給管
106‧‧‧電磁閥(開閉閥)
108‧‧‧上部緩衝室(分歧管)
110‧‧‧上部側壁氣體噴出口
112‧‧‧第3氣體供給管
114‧‧‧開閉閥
116‧‧‧旁通排氣管線
118‧‧‧電磁閥(開閉閥)
120‧‧‧壓力感測器
122‧‧‧控制部
130‧‧‧MRAM元件
132‧‧‧下部電極層
134‧‧‧釘扎層
136‧‧‧第2磁性層
138‧‧‧穿隧障壁層
140‧‧‧第1磁性層
142‧‧‧上部電極層
144‧‧‧蝕刻遮罩
146‧‧‧含SiN絶緣膜
150‧‧‧TSA氣體源
152‧‧‧N2氣體源
154‧‧‧N2氣體源
156‧‧‧H2氣體源
158‧‧‧主TSA氣體管線
160‧‧‧第1分岐TSA氣體管線
162‧‧‧第2分岐TSA氣體管線
164‧‧‧電磁閥(開閉閥)
166‧‧‧電磁閥(開閉閥)
168‧‧‧MFC(質量流量控制器)
170‧‧‧MFC(質量流量控制器)
172‧‧‧主N2氣體管線
174‧‧‧第1分岐N2氣體管線
176‧‧‧第2分岐N2氣體管線
178‧‧‧電磁閥(開閉閥)
180‧‧‧電磁閥(開閉閥)
182‧‧‧MFC(質量流量控制器)
184‧‧‧MFC(質量流量控制器)
186‧‧‧主Ar氣體管線
188‧‧‧第1分岐Ar氣體管線
190‧‧‧第2分岐Ar氣體管線
192‧‧‧第3分岐Ar氣體管線
194‧‧‧電磁閥(開閉閥)
196‧‧‧電磁閥(開閉閥)
198‧‧‧電磁閥(開閉閥)
200‧‧‧MFC(質量流量控制器)
202‧‧‧MFC(質量流量控制器)
204‧‧‧MFC(質量流量控制器)
206‧‧‧主H2氣體管線
208‧‧‧第1分岐H2氣體管線
210‧‧‧第2分岐H2氣體管線
212‧‧‧電磁閥(開閉閥)
214‧‧‧電磁閥(開閉閥)
216‧‧‧MFC(質量流量控制器)
218‧‧‧MFC(質量流量控制器)
F‧‧‧聚焦環
HES‧‧‧加熱器
HCS‧‧‧加熱器
HS‧‧‧加熱器
HT‧‧‧加熱器
MSP‧‧‧輸出信號(壓力測定值信號)
S‧‧‧空間
S1~S8‧‧‧步驟
W‧‧‧被處理體
wc‧‧‧冷卻水
tC‧‧‧時間
tS1~tS7‧‧‧時間
PS‧‧‧設定值
PS’‧‧‧設定值
PC‧‧‧設定值
PC’‧‧‧設定值
FA‧‧‧流量設定值
FA’‧‧‧流量設定值
FB‧‧‧流量設定值
FB’‧‧‧流量設定值
Ts‧‧‧膜厚
Tt‧‧‧膜厚
L1~L10‧‧‧直線
L‧‧‧高度
m‧‧‧厚度
X‧‧‧中心軸線
[圖1]係表示本發明一實施態樣之電漿處理裝置的構造的剖面圖。
[圖2]係表示在上述電漿處理裝置中構成天線的槽孔板的一例的俯視圖。
[圖3]係表示上述電漿處理裝置的上部側壁氣體導入部的構造的横剖面圖。
[圖4A]係以示意方式表示在MRAM裝置的製造處理程序中被含SiN絶緣膜所覆蓋之MRAM元件的縱剖面圖。
[圖4B]係以示意方式表示將MRAM元件的側壁的周圍利用蝕刻除去之後的MRAM構造的縱剖面圖。
[圖5]係表示一實施態樣之成膜方法所使用之處理氣體供給部的構造例的方塊圖。
[圖6]係表示實施態樣之成膜方法的順序的流程圖。
[圖7]係表示上述成膜方法的1個循環內的各部位的時間性變化的時序圖。
[圖8]係表示在上述成膜方法的前置氣體導入步驟使頂部氣體管線的壓力短時間上升的方法的作用圖。
[圖9]係表示在上述成膜方法的排氣步驟使頂部氣體管線的壓力經由外部排氣管線短時間下降的方法的作用圖。
[圖10]係表示實施態樣之成膜方法所得到之含SiN絶緣膜的覆蓋性的表格。
[圖11]係表示上述覆蓋性的定義的圖式。
[圖12]係表示在實施態樣之成膜方法中當改變添加於TSA的H2的流量時含SiN絶緣膜的電絶緣性發生變化的特性圖。
[圖13]係表示在實施態樣之成膜方法中當改變氮化處理時間時含SiN絶緣膜的電絶緣性發生變化的特性圖。
[圖14A]係表示在實施態樣之成膜方法中為了獲得相同的膜厚而改變SiN成膜循環的重複次數時含SiN絶緣膜的FT-IR光譜波形發生變化的特性圖。
[圖14B]係將圖14A的一部分的波數範圍(2800cm-1~1800cm-1)的FT-IR光譜波形放大顯示的部分放大圖。
[圖15]係表示當在實施態樣之成膜處理程序的第1前置氣體導入步驟以及第1排氣步驟不使用本發明的時間縮短法時各部位的時間性變化的時序圖。
[圖16]係表示實施態樣的追加實驗所得到之含SiN絶緣膜的覆蓋性與處理溫度的相依性的圖式。
[圖17]係表示上述追加實驗之含SiN絶緣膜的電絶緣性與處理溫度的相依性的圖式。
[圖18]係表示上述追加實驗之含SiN絶緣膜的反射率與處理溫度的相依性的圖式。
[圖19A]係表示上述追加實驗之含SiN絶緣膜的膜密度與處理溫度的相依性的圖式。
[圖19B]係表示上述追加實驗之含SiN絶緣膜的N/Si比與處理溫度的相依性的圖式。
[圖19C]係表示上述追加實驗之含SiN絶緣膜的Si/H比與處理溫度的相依性的圖式。
[圖20]係表示一變化實施例之介電質窗氣體流路周圍的構造的部分放大剖面圖。
以下，參照附圖說明本發明的較佳實施態樣。
〔電漿處理裝置的整體構造〕
圖1，係表示本發明一實施態樣之電漿處理裝置的構造。該電漿處理裝置10，係在使用微波以及平板槽孔天線所激發的表面波電漿之下，實行例如電漿 CVD、電漿ALD、電漿蝕刻等的電漿處理的裝置，具有鋁或不銹鋼等的金屬製圓筒型真空處理室(處理容器)12。處理室12接地。
處理室12，收納被處理體(例如半導體晶圓)W，並區隔出產生電漿的空間S。處理室12，具有側壁12a、底部12b以及頂部12c。側壁12a，形成大略圓筒狀。底部12b，設置在側壁12a的下端側。於底部12b，設置了排氣用的排氣孔12h。側壁12a的上端部形成開口。側壁12a的上端部開口，被介電質窗18封閉。介電質窗18，被夾持在側壁12a的上端部與頂部12c之間。亦可在介電質窗18與側壁12a的上端部之間隔設著封裝構件26。封裝構件26，例如為O型環，有助於處理室12的密閉。
該電漿處理裝置，具備在處理室12內載置被處理體W的平台20。平台20，設置在介電質窗18的下方。在一構造例中，平台20，包含基座(載置台)20a以及靜電夾頭20b。
基座20a，被筒狀支持部46所支持。筒狀支持部46，由絶緣性材料所構成，從底部12b向垂直上方延伸。另外，在筒狀支持部46的外周圍，設置了導電性的筒狀支持部48。筒狀支持部48，沿著筒狀支持部46的外周圍從處理室12的底部12b向垂直上方延伸。在該筒狀支持部48與側壁12a之間，形成了環狀的排氣流路50。
在排氣流路50的上部，安裝著設置了複數個貫通孔的環狀的擋板52。排氣流路50，與提供1個或複數個排氣孔12h的排氣管54連接。該排氣管54，透過壓力調整器，例如APC閥55，與排氣裝置56連接。排氣裝置56，具有渦輪分子泵等的真空泵。壓力調整器55，調整排氣裝置56的排氣量，以調整處理室12內的壓力。利用壓力調整器55以及排氣裝置56，便可將處理室12內的電漿產生空間S減壓到所期望的真空度。另外，藉由使排氣裝置56動作，便可從平台20的周圍經由排氣流路50將氣體排出到排氣裝置56。
基座20a，例如由鋁等的導體所構成，兼作高頻電極。基座20a，透過匹配單位60以及供電棒62，與RF偏壓用的高頻電源58電連接。高頻電源58，將適合控制射入被處理體W的離子的能量的一定頻率，例如13.65MHz的高頻，以既定的功率輸出。匹配單位60，收納了整合器，其用來在高頻電源58側的阻抗與主要包含處理室12內的電漿以及高頻電極(基座20a)等的負載側的阻抗之間取得整合。
在基座20a的頂面設置了靜電夾頭20b。在一構造例中，靜電夾頭20b的頂面，構成用來載置被處理體W的載置區域。該靜電夾頭20b，用靜電吸附力保持被處理體W。在靜電夾頭20b的半徑方向外側，設置了以環狀包圍被處理體W的周圍的聚焦環F。靜電夾頭20b，具有電極20d、絶緣膜20e以及絶緣膜20f。電極20d，由導電膜所構成，設在絶緣膜20e與絶緣膜20f之間。電極20d，與高壓的直流電源64透過開關66以及被覆線68電連接。靜電夾頭20b，可藉由因為直流電源64所施加之直流電壓而產生的靜電力，在其頂面吸附保持被處理體W。
在基座20a的內部，設置了在周向上延伸的環狀的冷媒室20g。從冷卻單元(圖中未顯示)透過配管70、72對該冷媒室20g循環供給既定的溫度的冷媒，例如冷卻水wc。靜電夾頭20b上的被處理體W的處理溫度，便可被冷媒wc的溫度所控制。再者，來自導熱氣體供給部(圖中未顯示)的導熱氣體，例如He氣，透過氣體供給管74供給到靜電夾頭20b的頂面與被處理體W的背面之間。
在一構造例中，該電漿處理裝置10，可更具備加熱器HT、HS、HCS以及HES作為溫度控制機構。加熱器HT，設置在頂部12c內，以包圍天線15的方式環狀延伸。加熱器HS，在介電質窗18與平台20之間的高度位置設置於側壁12a之中，延伸成環狀。加熱器HCS，設置在基座20a的內部，與被處理體W的中心部互相對向。加熱器HES，以包圍加熱器HCS的方式在基座20a的內部設置成環狀，並與被處理體W的周邊部位互相對向。
該電漿處理裝置10，具備隔著介電質窗18對處理室12內供給電漿產生用的微波的微波供給部14。該微波供給部14，具有天線15、同軸導波管16、微波產生器28、調諧器30、導波管32以及模式轉換器34。
微波產生器28，以所設定之功率輸出具有例如2.45GHz的頻率的微波。微波產生器28，透過調諧器30、導波管32以及模式轉換器34，與同軸導波管16的上部連接。同軸導波管16，具有沿著處理室12的中心軸線在同軸上延伸的圓筒狀或管狀的外側導體16a以及內側導體16b。外側導體16a的下端，與具有導電性表 面的冷卻套36的上部電連接。內側導體16b，設置在外側導體16a的內側。內側導體16b的下端，透過連接部92與天線15的槽孔板40連接。
在一構造例中，天線15配置在頂部12c所形成的開口內。該天線15，包含介電質板38以及槽孔板40。介電質板38，係使微波的波長縮短的構件，具有大略圓板形狀。介電質板38，例如，由石英或氧化鋁所構成。介電質板38，被夾持在槽孔板40與冷卻套36的底面之間。天線15，由介電質板38、槽孔板40以及冷卻套36所構成。
槽孔板40，係形成了複數對的槽孔對的大略圓板狀的金屬板。在一構造例中，天線15為輻射狀槽孔天線。如圖2所示的，於槽孔板40形成了複數對的槽孔對40a。複數對的槽孔對40a，在半徑方向上隔著既定的間隔設置，另外，在周向上隔著既定的間隔配置。各槽孔對40a，包含2個槽孔40b以及40c。槽孔40b與槽孔40c，在彼此交叉或正交的方向上延伸。
再者，在圖1中，微波產生器28所輸出的微波，在導波管32、模式轉換器34以及同軸導波管16之中傳導並供給到天線15。然後，在介電質板38內一邊縮短波長一邊在半徑方向上擴散的微波從槽孔板40的各槽孔對40a變成包含2個正交的極化波分量在內的圓形極化波的平面波向處理室12內放射。沿著介電質窗18的表面在輻射方向上傳導的表面波的電場(微波電場)使附近的氣體電離，而產生高密度且電子溫度較低的電漿。
在一構造例中，於介電質窗18的底面，溝槽寬度向上逐漸減少的推拔形狀的溝部或凹部18a形成環狀。該凹部18a，係為了促進導入處理室12內的微波所致之駐波的發生而設置，其有助於高效率地產生微波放電所致之電漿。
該電漿處理裝置，具備提供該裝置所實施之電漿處理程序所使用的全部處理氣體的處理氣體供給部80，同時具備3個系統的氣體管線，作為將處理氣體供給部80所提供之處理氣體導入處理室12內的氣體導入機構，亦即，於介電質窗18設置氣體流路以及氣體噴出口的頂部氣體管線(第1氣體導入部)82、在不同的高度位置於處理室12的側壁12a設置氣體流路以及氣體噴出口的下部側壁氣體管線(第2氣體導入部)84以及上部側壁氣體管線(第3氣體導入部)86。
頂部氣體管線82，於同軸導波管16的內側導體16b，設置了在軸方向上貫通其中的中空的氣體流路88。內側導體16b的上端與來自處理氣體供給部80的第1氣體供給管90連接，第1氣體供給管90與同軸導波管16的氣體流路88連通。於第1氣體供給管90設置了電磁閥(開閉閥)91。
內側導體16b的下端與連接部92連接。該連接部92，由導體所構成，例如由銅、鋁、不銹鋼或該等物質的合金所構成，收納於形成在介電質窗18的頂面的圓筒形的凹部18b。在連接部92的中心部位，形成了與同軸導波管16的氣體流路88連通的貫通孔或是氣體流路92a。
在介電質窗18的底面的中心部位，面對處理室12內的電漿產生空間S，形成了1個或複數個頂部(頂板)氣體噴出口94。再者，在介電質窗18的中心部位，形成了從其頂面的凹部18b的底面，亦即從連接部92的氣體流路92a的下端，通到頂部氣體噴出口94的氣體流路，亦即介電質窗氣體流路96。介電質窗氣體流路96以及頂部氣體噴出口94構成噴射器。
在圖式的構造例中，頂部氣體噴出口94的口徑選擇非常小的尺寸，例如0.1mm以下，以避免導入處理室12內的微波或處理室12內所產生之電漿的離子或自由基等逆流進入介電質窗18的頂部氣體噴出口94之中。另一方面，為了使介電質窗氣體流路96具有氣體室或緩衝室的功能，其口徑選擇比較大的尺寸，例如8mm。該噴射器(94、96)，由於由介電質所構成，故即使接觸到處理室12內的電漿，也不會發生汙染。
另外，在利用微波供給部14對處理室12內供給電漿產生用的微波時，由於將介電質窗氣體流路96內的壓力控制成比處理室12內的壓力更高1位數或2位數的值，亦即控制在大幅遠離帕申(Paschen)放電範圍的範圍(例如40~150Torr)，故介電質窗氣體流路96內不易發生氣體的放電(異常放電)。
從處理氣體供給部80對頂部氣體管線82所送出之處理氣體，依照第1氣體供給管90、同軸導波管16的氣體流路88、連接部92的氣體流路92a以及介電質氣體流路96的順序流動，從終端的頂部氣體噴出口94向平台20的中心部位往下方噴射。
下部側壁氣體管線84具有：在介電質窗18與平台20的中間的高度位置且在處理室12的側壁12a的內部形成環狀的下部緩衝室(分歧管)100；在周向上隔著等間隔並從緩衝室100延伸到面對電漿產生空間S的複數個(例如24個)下部側壁氣體噴出口102；以及從處理氣體供給部80延伸到下部緩衝室100的第2氣體供給管104。於第2氣體供給管104設置了電磁閥(開閉閥)106。
從處理氣體供給部80對下部側壁氣體管線84所送出之處理氣體，依照第2氣體供給管104以及側壁12a內部的下部緩衝室100的順序流動，從終端的下部側壁氣體噴出口102向平台20的周邊部位往大略水平或斜下的方向噴射。
上部側壁氣體管線86具有：在接近介電質窗18的高度位置且在處理室12的側壁12a的內部形成環狀的上部緩衝室(分歧管)108；在周向上隔著等間隔並從上部緩衝室108延伸到面對電漿產生空間S的複數個(例如36個)上部側壁氣體噴出口110；以及從處理氣體供給部80延伸到上部緩衝室108的第3氣體供給管112。於第3氣體供給管112設置了開閉閥114。
從處理氣體供給部80對上部側壁氣體管線86所送出之處理氣體，依照第3氣體供給管112以及側壁12a內部的上部緩衝室108的順序流動，從終端的上部側壁氣體噴出口110沿著介電質窗18的底面往大略水平方向噴射。
圖3，係表示上部側壁氣體管線86的主要部位的構造。如圖所示的，處理氣體從隔著一定的間隔在周向上分布的複數個上部側壁氣體噴出口110向電漿產生空間S的中心部位以均勻的流量逆放射狀噴出。
該電漿處理裝置，除了上述的氣體導入機構，尤其是具備頂部氣體管線82的構造之外，更具備連結頂部氣體管線82的第1氣體供給管90與排氣部(55、56)的旁通排氣管線116。在圖式的構造例中，於處理室12的排氣孔12h與壓力調整器55之間的排氣流路50連接著旁通排氣管線116的出口(下端)。然而，亦可於壓力調整器55與排氣裝置56之間的排氣流路連接旁通排氣管線116的出口。於旁通排氣管線116設置了常閉式的電磁閥(開閉閥)118。另外，在頂部氣體管線82中亦具備測量電磁閥91的下游側內的壓力，例如第1氣體供給管90內的壓力的壓力感測器120。
控制部122，具有微電腦，控制該電漿處理裝置內的各部，例如壓力調整器55、排氣裝置56、高頻電源58、匹配單位60、靜電夾頭20b用的開關66、微波產生器28、處理氣體供給部80、氣體導入部82、84、86的電磁閥91、106、114、旁通排氣管線116的電磁閥118、加熱器HT~HES、導熱氣體供給部、冷卻單元等的各個構件的動作以及裝置整體的動作。另外，控制部122，亦與人機介面用的觸控面板(圖中未顯示)以及儲存了規定該電漿處理裝置的各種動作的各種程式或設定值等資料的記憶裝置(圖中未顯示)等連接，並接收來自各種感測器的輸出信號，尤其是來自壓力感測器120的輸出信號(壓力測定值信號)MSP。
〔關於SiN成膜處理程序的實施態樣〕
上述構造的電漿處理裝置(圖1)，可適當使用於例如MRAM的製造處理程序中的，如圖4A所示的，以包含SiN在內的絶緣膜(以下稱為「含SiN絶緣膜」或「含SiN絶緣層」)146覆蓋形成了MRAM元件130的半導體晶圓W的表面整體的處理程序(以下稱為「SiN成膜處理程序」)中。
在MRAM裝置中，各個MRAM元件130具有高低差很大的縱型多層構造，且與相鄰的MRAM元件(圖中未顯示)的間隔距離非常小。因此，SiN成膜處理程序，要求非常高水準的覆蓋性以及電絶緣性。
在圖4A所示的MRAM元件130中，從下層開始依序堆疊了下部電極層132、釘扎層134、第2磁性層136、穿隧障壁層138、第1磁性層140、上部電極層142以及蝕刻遮罩144。該SiN成膜處理程序，在蝕刻遮罩144的頂面、蝕刻遮罩144、上部電極層142以及第1磁性層140的側面、穿隧障壁層138的在第1磁性層140之外延伸的部分的頂面，形成膜厚大略平均一致的含SiN絶緣膜146。
在該SiN成膜處理程序之後，以僅殘留形成作為蝕刻遮罩144、上部電極層142以及第1磁性層140的側壁的SiN絶緣膜146的方式，將SiN絶緣膜146的其他部分(横向延伸的部分)回蝕除去。另外，將在側壁的SiN絶緣膜146的周圍延伸的穿隧障壁層138、第2磁性層136、釘扎層134以及下部電極層132蝕刻除去。
結果，便可獲得如圖4B所示之剖面構造的MRAM元件130。在此，下部電極層132，係形成在半導體晶圓W上的具有電傳導性的電極構件。下部電極層132的厚度，例如約為5nm。釘扎層134，設置在下部電極層132與第2磁性層136之間。釘扎層134，利用反鐵磁體的釘扎效應將下部電極層132的磁化方向固定。釘扎層134的材料，可使用例如IrMn(銥錳合金)、PtMn(鉑錳合金)等的反鐵磁體材料。釘扎層134的厚度，例如約為7nm。
第2磁性層136，係包含配置在釘扎層134上的鐵磁體在內的膜層。第2磁性層136，利用釘扎層134的釘扎效應，具有作為磁化方向不受外部磁場的影響而保持一定的所謂被釘扎層的功能。第2磁性層136的材料可使用CoFeB，其厚度例如約為3nm。
穿隧障壁層138，配置成被夾在第2磁性層136與第1磁性層140之間。藉由在第2磁性層136與第1磁性層140之間隔設著穿隧障壁層138，便會在第2磁性層136與第1磁性層140之間，產生穿隧磁阻效應。亦即，在第2磁性層136與第1磁性層140之間，會產生對應第2磁性層136的磁化方向與第1磁性層140的磁化方向的相對關係(平行或反向平行)的電阻。穿隧障壁層138的材料可使用MgO，其厚度例如為1.3nm。
第1磁性層140，係包含配置在穿隧障壁層138上的鐵磁體在內的膜層。第1磁性層140，具有作為磁化方向追蹤成為磁性資訊來源的外部磁場的所謂自由層的功能。第1磁性層140的材料可使用CoFeB，其厚度例如約為2nm。
上部電極層142，係形成在半導體晶圓W上具有電傳導性的電極構件。上部電極層142的厚度，例如約為5nm。蝕刻遮罩144，形成在上部電極層142之上。蝕刻遮罩144，形成對應MRAM130的平面形狀的形狀。蝕刻遮罩144，可使用例如Ta(鉭)、TiN(氮化鈦)等。
於上述的SiN成膜處理程序，可適當應用上述構造的電漿處理裝置(圖1)以及本發明一實施態樣之電漿處理方法(成膜方法)。
該實施態樣的成膜方法，如後所述的，將在處理室12內於被處理體W上以電漿CVD法堆積含SiN絶緣層的成膜處理步驟(S3)以及用電漿氮化法對該含SiN絶緣層進行氮化處理的氮化處理步驟(S6)交替地且以一定的循環重複複數回。此時，在成膜處理步驟(S3)中，由TSA氣體、N2氣體、H2氣體以及Ar氣體的混合氣體所構成的第1以及第2處理氣體從處理氣體供給部80分別經由頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84以獨立的組成比(流量比)以及流量導入處理室12內，同時由Ar氣體的單一氣體所構成的第5處理氣體從處理氣體供給部80經由上部側壁氣體管線86以獨立的流量導入處理室12內。另外，在氮化處理步驟(S6)中，由N2氣體、H2氣體以及Ar氣體的混合氣體所構成的第3以及第4處理氣體從處理氣體供給部80分別經由頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84以獨立的組成比(流量比)以及流量導入處理室12內，同時由Ar氣體的單一氣體所構成的第6處理氣體從處理氣體供給部80經由上部側壁氣體管線86以獨立的流量導入處理室12內。
圖5，係表示該實施態樣的成膜方法所使用之處理氣體供給部80的構造。此時，處理氣體供給部80，具備將4種氣體，亦即TSA氣體、N2氣體、H2氣體以及Ar氣體分別以既定的壓力送出的TSA氣體源150、N2氣體源152、Ar氣體源154以及H2氣體源156。
在此，TSA氣體源150的輸出埠，透過主TSA氣體管線158以及第1分岐TSA氣體管線160與頂部氣體管線82的第1氣體供給管90連接，同時透過主TSA氣體管線158以及第2分岐TSA氣體管線162與下部側壁氣體管線84的第2氣體供給管104連接。於第1以及第2分岐TSA氣體管線160、162，分別設置了電磁閥(開閉閥)164、166以及MFC(質量流量控制器)168、170。
N2氣體源152的輸出埠，透過主N2氣體管線172以及第1分岐N2氣體管線174與頂部氣體管線82的第1氣體供給管90連接，同時透過主N2氣體管線172以及第2分岐N2氣體管線176與下部側壁氣體管線84的第2氣體供給管104連接。於第1以及第2分岐N2氣體管線174、176，分別設置了電磁閥(開閉閥)178、180以及MFC182、184。
Ar氣體源154的輸出埠，透過主Ar氣體管線186以及第1分岐Ar氣體管線188與頂部氣體管線82的第1氣體供給管90連接，並透過主Ar氣體管線186以及第2分岐Ar氣體管線190與下部側壁氣體管線84的第2氣體供給管104連接，同時透過主Ar氣體管線186以及第3分岐Ar氣體管線192與上部側壁氣體管線86的第3氣體供 給管112連接。於第1、第2以及第3分岐Ar氣體管線188、190、192，分別設置了電磁閥(開閉閥)194、196、198以及MFC200、202、204。
另外，H2氣體源156的輸出埠，透過主H2氣體管線206以及第1分岐H2氣體管線208與頂部氣體管線82的第1氣體供給管90連接，同時透過主H2氣體管線206以及第2分岐H2氣體管線210與下部側壁氣體管線84的第2氣體供給管104連接。於第1以及第2分岐H2氣體管線208、210，分別設置了電磁閥(開閉閥)212、214以及MFC216、218。
圖6，係表示該實施態樣的成膜方法的順序。如圖所示的，在前置壓力以及溫度調整步驟(步驟S1)之後，由第1前置氣體導入步驟(步驟S2)、成膜處理步驟(步驟S3)、第1排氣步驟(步驟S4)、第2前置氣體導入步驟(步驟S5)、氮化處理步驟(步驟S6)以及第2排氣步驟(步驟S7)所構成的1個循環分量的SiN成膜處理程序重複進行，直到含SiN絶緣層的膜厚到達目標值為止。
圖7，係表示該成膜方法的1個循環內的各部位的時間性變化。圖中，tC係表示1個循環的SiN成膜處理程序所需要的時間(1個周期)，tS2係表示第1前置氣體導入步驟(S2)所需要的時間，tS3係表示成膜處理步驟(S3)所需要的時間，tS4係表示第1排氣步驟(S4)所需要的時間，tS5係表示第2前置氣體導入步驟(S5)所需要的時間，tS6係表示氮化處理步驟(S6)所需要的時間，tS7係表示第2排氣步驟(S7)所需要的時間。
該成膜方法，在被處理體W搬入處理室12之後，針對處理室12內的壓力以及各部位的溫度進行前置的調整(S1)。在該等前置調整完成之後，開始第1循環的SiN成膜處理程序。另外，在前置調整所達到的處理室內壓力成為基準值。
首先，在成膜處理步驟(S3)之前先進行前置的氣體導入。在該第1前置氣體導入步驟(S2)中，將成膜處理用的處理氣體導入處理室12內，直到處理室12內的壓力以及頂部氣體管線82內的壓力分別從基準值到達設定值PC、PS為止。
更詳細而言，從處理氣體供給部80，由TSA氣體、N2氣體、Ar氣體以及H2氣體的混合氣體所構成的第1以及第2處理氣體分別經由頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84以獨立的組成比(流量比)以及流量導入處理室12內，同時由Ar氣體的單一氣體所構成的第5處理氣體經由上部側壁氣體管線86以獨立的流量導入處理室12內。
在此，處理室12內的壓力設定值PC，可選擇適合成膜處理步驟(S3)的值(例如400~500mTorr)。另外，頂部氣體管線82內的壓力設定值PS，可選擇能夠防止介電質窗氣體流路96內的異常放電的值，亦即大幅遠離帕申放電範圍的較高範圍內的值，例如100Torr。
該第1前置氣體導入步驟(S2)，如圖7所示的，經由頂部氣體管線82所導入之第1處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)的流量設定值FA比成膜處理步驟(S3)中的正常流量設定值FB更高出許多(宜為2~3倍)為其特徴。
本發明人，針對經由頂部氣體管線82導入處理室12內的氣體流量，以實驗比較將使頂部氣體管線82內的壓力從基準值上升到設定值PS(100Torr)為止的前置氣體導入步驟中的前置流量設定值FA與成膜處理步驟中的正常流量設定值FB(200sccm)設為相同的情況(比較例)，以及將前置流量設定值FA提高到正常流量設定值FB(200sccm)的2倍(400sccm)的情況(實施例)。結果，如圖8所示的，比較例中的前置氣體導入步驟的所需要的時間約為30秒，相對於此，實施例中的前置氣體導入步驟的所需要的時間約為8秒，確認出可縮短到1/3以下。
在第1前置氣體導入步驟(S2)中，頂部氣體管線82內的壓力到達設定值PS的時點，比起處理室12內的壓力到達設定值PC的時點而言，宜大略相同或比其更早(前)，亦可較晚一些。另外，亦可在前置氣體導入步驟(S2)的途中將第1處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)的流量設定值從前置流量設定值FA切換到正常流量設定值FB。
當第1前置氣體導入步驟(S2)結束時，成膜處理步驟(S3)便開始。在成膜處理步驟(S3)中，微波從微波供給部14以既定功率經由介電質窗18導入處理室12內。在氣體系統中，除了從頂部氣體管線82所導入之第1處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)的流量如上所述的切換到正常流量之外，從下部側壁氣體管線84所導入之第2處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)以及從上部側壁氣體管線86所導入之第5處理氣體(Ar)的流量均維持與到目前為止相同的數值。
在成膜處理步驟(S3)中，當微波從微波供給部14經由介電質窗18導入處理室12內時，沿著介電質窗18的內側表面在輻射方向上傳導的表面波的電場(微波電場)使附近的氣體電離，而產生高密度且電子溫度較低的電漿。此時，從上部側壁氣體管線86的上部側壁氣體噴出口110沿著介電質窗18的底面(內側面)噴射的第5處理氣體(Ar)的氣體分子，與被微波電場加速的電子互相衝突而有效率地電離，關鍵性地促進高密度且電子溫度較低之電漿的產生。
另一方面，從頂部氣體管線82的頂部氣體噴出口94向平台20的中心部位噴射的第1處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)的氣體分子，尤其是TSA氣體分子，在從頂部氣體噴出口94噴出之後其一部分雖立即與被微波電場加速的電子互相衝突而電離，惟其大部分與第5處理氣體(Ar)所產生之高密度電漿內的高速電子互相衝突而解離，藉此產生各種自由基活性種。
同樣地，從下部側壁氣體管線84的下部側壁氣體噴出口102向平台20的周邊部位噴射的第1處理氣體(TSA/N2/Ar/H2)的氣體分子，尤其是TSA氣體分子的大部分，與第5處理氣體(Ar)所產生之高密度電漿內的高速電子互相衝突而解離，藉此產生各種自由基活性種。
更詳細而言，經由頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84供給到處理室12內的TSA氣體，如上所述的在微波電場之下或在高密度電漿之中與電子互相衝突而解離，產生有助於SiN膜成膜的各種自由基，亦即(SiH3)2N-SiH2、SiH3NH -SiH2、NH2-SiH2、(SiH3)2N、SiH3-HN、H2N等。其中，尤其是(SiH3)2N-SiH2、SiH3NH-SiH2、NH2-SiH2，相對於矽基板的吸附機率較低，成為主要的成膜前驅物堆積在被處理體W上，而形成含SiN絶緣膜。
再者，該實施態樣，由於在第1以及第2處理氣體之中於TSA添加H2，故成膜前驅物在被處理體W上的吸附機率更進一步降低，含SiN絶緣膜的覆蓋性更進一步提高。
關於此點，本發明人，根據下述的成膜處理條件，進行第1以及第2處理氣體所包含之H2氣體的全部流量於35sccm、70sccm、87sccm這3個選項之中選擇的實驗。結果，如圖10所示的，含SiN絶緣膜146的覆蓋性分別為83%、88%、91%。另外，覆蓋性，如圖11所示的，形成於MRAM元件130的側壁的含SiN絶緣膜146的膜厚Ts與形成於MRAM元件130的頂面的含SiN絶緣膜146的膜厚Tt的比以Ts/Tt表示。
〔實施例的成膜處理條件〕
微波的功率：4000W
處理室內壓力：0.95Torr
處理溫度：300℃
第1以及第2處理氣體的全部流量
TSA氣體：2.2sccm
N2氣體：2.8sccm
Ar氣體：2850sccm
H2氣體：35sccm、70sccm、87sccm(3個選項)
像這樣，確認出在成膜處理步驟(S3)中，藉由使用在TSA中添加了H2的第1以及第2處理氣體，便可形成具有良好的覆蓋性的含SiN絶緣膜146。另外，亦確認出所添加之H2氣體的組成比(流量比)或流量越大，含SiN絶緣膜146的覆蓋性越高。
當然，如圖12所示的，存在著添加於TSA的H2氣體的流量越大，則在含SiN絶緣膜146內SiH會增加而電絶緣性會降低此等互償的問題，亦在同樣的實驗判明。另外，圖12，係表示在對含SiN絶緣膜146施加1MV/cm的電場時含SiN絶緣膜146內所產生之電流的電流密度與H2流量的相依性的圖式，横軸為H2流量(sccm)，縱軸為電流密度(A/cm2)。如圖所示的，可知H2的流量增加，電流密度也增加，亦即電絶緣性降低。這是因為，H2的流量增加，在含SiN絶緣膜146內SiH也增加的關係。
此點，在該實施態樣中，如圖13所示的，可利用在成膜處理步驟(S3)之後所進行的氮化處理步驟(S6)減少SiN絶緣膜146內的SiH，以改善電絶緣性，使上述互償的問題獲得解決。另外，圖13，係表示在對含SiN絶緣膜146施加1MV/cm的電場時，在含SiN絶緣膜146內所產生之電流的電流密度與氮化處理時間的相依性的圖式，横軸為氮化處理時間(secm)，縱軸為電流密度(A/cm2)。如圖所示的，當氮化處理時間在10秒以內時，氮化處理時間越長，電流密度越 小，電絶緣性提高。然而，可知當氮化處理時間超過10秒時，電流密度幾乎不變，電絶緣性飽和。
當來自微波供給部14的微波的供給停止時，成膜處理步驟(S3)便結束。在氣體系統中，來自處理氣體供給部80的氣體供給停止，在頂部氣體管線82、下部側壁氣體管線84以及上部側壁氣體管線86中，電磁閥91、106、114從到目前為止的導通狀態切換成切斷狀態。然後，第1排氣步驟(S4)開始。
在第1排氣步驟(S4)中，壓力調整器55的閥門從到目前為止的切斷狀態切換成導通狀態，藉由排氣裝置56，處理室12內進行排氣或被排氣，直到到達基準值的壓力為止。此時，處理室12內所殘留之未反應的氣體和反應產生物的氣體從排氣孔12h通過壓力調整器55排出到排氣裝置56。
另一方面，在第1排氣步驟(S4)中，旁通排氣管線116的電磁閥118切換成導通狀態。藉此，在頂部氣體管線82中，電磁閥91的下游側的氣體流路(90、88、92a、96)透過旁通排氣管線116利用排氣裝置56進行排氣或被排氣，直到到達基準值的壓力為止。如上所述的，介電質窗氣體流路96的出口側，亦即頂部氣體噴出口94的口徑非常小，傳導性很低。因此，電磁閥91的下游側的氣體流路(90、88、92a、96)所殘留之氣體，尤其是介電質窗氣體流路96內所殘留之氣體的大部分，經由介電質窗氣體流路96→連接部92的氣體流路92a→同軸導波管16的氣體流路88→第1氣體供給管90→旁通排氣管線116→排氣裝置56的外部排氣路徑迅速地排出到排氣裝置56側。
本發明人，分別在如上所述的使用旁通排氣管線116以上述的外部排氣路徑排出的情況(實施例)下，以及在不使用旁通排氣管線116而以介電質窗氣體流路96→頂部氣體噴出口94→處理室12的內部→排氣孔12h→排氣裝置56的內部排氣路徑進行排氣的情況(比較例)下，利用實驗測量在排氣步驟中將介電質窗氣體流路96內的殘留氣體排出直到成為基準壓力(1Torr以下)為止所需要的時間。結果，如圖9所示的，可知比較例需要約100秒，相對於此，實施例只需要約5秒左右，可大縮短排氣的所需要的時間。
圖15，作為參考例(比較例)，係表示在第1前置氣體導入步驟(S2)中將前置流量設定值設定成與正常流量設定值FB相同，且在第1排氣步驟(S4)中不使用上述外部排氣路徑的情況下的各部位的時間性變化。
當上述的第1排氣步驟(S4)結束時，第2前置氣體導入步驟(S5)便開始。在該第2前置氣體導入步驟(S5)中，如圖7所示的，氮化處理用的處理氣體導入處理室12內，直到處理室12內的壓力以及頂部氣體管線82內的壓力分別從基準值到達設定值PC'、PS'為止。
更詳細而言，從處理氣體供給部80，由N2氣體、Ar氣體以及H2氣體的混合氣體所構成的第3以及第4處理氣體分別經由頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84以獨立的組成比(流量比)以及流量導入處理室12內，同時由Ar氣體的 單一氣體所構成的第6處理氣體經由上部側壁氣體管線86以獨立的流量導入處理室12內。
在此，處理室12內的壓力設定值PC'，可選擇適合氮化處理步驟(S6)的值(例如400~500mTorr)。另外，頂部氣體管線82內的壓力設定值PS'，可選擇能夠防止介電質窗氣體流路90內的氣體放電的值，亦即大幅遠離帕申放電範圍的較高範圍內的值，例如100Torr。
在該第2前置氣體導入步驟(S5)中，經由頂部氣體管線82導入之第3處理氣體(N2/Ar/H2)的流量設定值FA'比氮化處理步驟(S6)中的正常流量設定值FB'更高出許多(宜為2~3倍)亦為其特徴。藉此，所需要的時間tS5會大幅縮短。
當第2前置氣體導入步驟(S5)結束時，氮化處理步驟(S6)便開始。在氮化處理步驟(S6)中，微波亦從微波供給部14以既定的功率透過介電質窗18導入處理室12內。在氣體系統中，除了從頂部氣體管線82所導入之第3處理氣體(N2/Ar/H2)的流量從前置流量切換到正常流量之外，從下部側壁氣體管線84所導入之第4處理氣體(N2/Ar/H2)的流量以及從上部側壁氣體管線86所導入之第6處理氣體(Ar)的流量均維持與到目前為止相同的數值。
在氮化處理步驟(S6)中也是同樣，上述所需要的氣體從3個系統(頂部氣體管線82、下部側壁氣體管線84以及上部側壁氣體管線86)導入處理室12內，同時微波從微波供給部14透過介電質窗18導入處理室12內，藉此各處理氣體的 氣體分子在微波電場之下或在電漿之中與高速電子互相衝突而電離乃至解離，進而產生各種活性種。在該等活性種之中，含氮的離子或自由基滲透到被處理體W上的含SiN絶緣層，將SiH置換成SiN。藉由該氮化處理，在含SiN絶緣層內SiH的量減少，電絶緣性提高。
本發明人，利用實驗調查氮化處理步驟(S6)的處理時間(tS6)與含SiN絶緣膜的電絶緣性的改善度的相關關係，發現如圖13所示的，若實施氮化處理則絶緣特性的改善效果立即(亦即在很短的時間內)顯現，絶緣特性的改善與氮化處理時間(tS5)成正比，惟當氮化處理時間(tS5)超過10秒時，絶緣特性便不會再提高。另外，圖13，係表示當對含SiN絶緣膜146賦予1MV/cm的電場時，在絶緣膜146內所產生之電流的電流密度順著氮化處理步驟(S6)的處理時間(tS6)顯示的圖式。
氮化處理步驟(S6)，因為來自微波供給部14的微波的供給停止而結束。在氣體系統中，來自處理氣體供給部80的氣體供給停止，在頂部氣體管線82、下部側壁氣體管線84以及上部側壁氣體管線86中，電磁閥91、106、114從到目前為止的導通狀態切換成切斷狀態。接著，第2排氣步驟(S7)開始。
在第2排氣步驟(S7)中，壓力調整器55的閥門從到目前為止的切斷狀態切換成導通狀態，藉由排氣裝置56，處理室12內進行排氣或被排氣，直到到達基準值的壓力為止。此時，處理室12內所殘留之未反應的氣體和反應產生物的氣體從排氣孔12h通過壓力調整器55排出到排氣裝置56。
另一方面，在第2排氣步驟(S7)中，處理室12內所殘留之未反應氣體和反應產生物的氣體亦從排氣孔12h透過壓力調整器55送到排氣裝置56。然後，旁通排氣管線116的電磁閥118切換成導通狀態。藉此，在頂部氣體管線82中，電磁閥91的下游側的氣體流路(90、88、92a、96)，透過旁通排氣管線116排氣或被排氣。藉此，在介電質窗氣體流路96內所殘留之氣體的大部分，以介電質窗氣體流路96→連接部92的氣體流路92a→同軸導波管16的氣體流路88→第1氣體供給管90→旁通排氣管線116→排氣裝置56的外部路徑排出到排氣裝置56側。如是，第2排氣步驟(S7)的所需要的時間tS7，比不使用包含旁通排氣管線116在內的外部排氣路徑的情況更大幅縮短。
當第2排氣步驟(S7)結束時，便移到下一SiN成膜循環，重複與上述相同的步驟(S2~S7)。在該實施例中，重複SiN成膜循環，直到含SiN絶緣膜146的膜厚到達目標值為止。然而，作為另一實施例，亦可在SiN成膜循環的重複次數到達設定值的時點，視為含SiN絶緣膜146的膜厚到達目標值，並結束全部處理程序。
根據本發明人所進行的實驗，由圖14A以及圖14B所示之傅立葉轉換紅外光譜術(FT-IR光譜術)的光譜波形可知，在上述實施態樣的成膜方法中，就獲得相同的膜厚而言，使SiN成膜循環(S2~S7)的重複次數越多，換言之使每1次循環的膜厚越小，含SiN絶緣膜146所包含之SiH的量越少，亦即電絶緣性越高。
該實施態樣，由於可如上所述的在SiN成膜循環之中使第1以及第2前置氣體導入步驟(S2、S5)的所需要的時間(tS2、tS5)以及第1以及第2排氣步驟(S4、S7)的所需要的時間(tS4、tS7)分別大幅縮短，故可任意增加SiN成膜循環的重複次數，並充分改善含SiN絶緣膜146的電絶緣性。
如上所述的，若根據該實施態樣的電漿處理裝置以及電漿處理方法(成膜方法)，便可在使含SiN絶緣層以一定的膜厚形成在被處理體W上的成膜處理步驟(S3)與對含SiN絶緣層進行氮化處理的氮化處理步驟(S6)交替重複進行的SiN成膜處理程序中，達到防止構成頂部氣體管線82的一部分的介電質窗氣體流路96內的異常放電，並使SiN成膜循環縮短之目的，進而獲得具有高水準的覆蓋性以及電絶緣性的MRAM用的含SiN絶緣膜146。
另外，在該實施態樣中，與利用ALD法形成含SiN絶緣膜的情況不同，並不會使用二氯矽烷等的鹵素物質，且不會腐蝕MRAM元件130所具備之金屬部分，而能夠形成良好膜質的含SiN絶緣膜146。
再者，該實施態樣的電漿處理裝置，如上所述的具有於介電質窗18設置氣體流路96以及氣體噴出口94的頂部氣體管線(第1氣體導入部)82、在介電質窗18與平台20的中間高度位置設置氣體流路或緩衝室100以及氣體噴出口102的下部側壁氣體管線(第2氣體導入部)84，以及在靠近介電質窗18的高度位置設置氣體流路或緩衝室108以及氣體噴出口110的上部側壁氣體管線(第2氣體導入 部)86，作為用來將處理氣體供給部80所提供之處理氣體導入處理室12內的氣體導入機構。
當使用該電漿處理裝置實施上述實施態樣的成膜處理程序時，會從頂部氣體管線82以及下部側壁氣體管線84導入原料系的處理氣體(第1、第2、第3以及第4處理氣體)，並從上部側壁氣體管線86導入電漿產生用的處理氣體(第5以及第6處理氣體)。若根據該等氣體導入機構，電漿產生用的氣體會因為微波放電而產生高密度的電漿，藉由該高密度電漿，原料系的處理氣體在電漿產生空間S的中心部位以及周邊部位均勻且有效率地受到激發，自由基活性種或成膜前驅物便在被處理體W上以均勻的密度產生並擴散。藉此，便可使含SiN絶緣膜146的成膜特性(膜質以及膜厚)的面內均一性提高。
另外，若根據該實施態樣的電漿處理裝置，如以下所述的，在被處理體W上形成含SiN絶緣膜的成膜方法中，作為處理程序條件之一的處理溫度，便可在較廣的溫度範圍內進行設定。
上述實施例的實驗，可在處理溫度300℃之下獲得具有高水準的覆蓋性以及電絶緣性的MRAM用的含SiN絶緣膜。本發明人，將處理溫度當作參數，在100℃~300℃的範圍內階段性地選擇複數個設定值，進行與上述實施例同樣的SiN成膜處理程序的實驗(追加實驗)，獲得如圖16~圖19所示的結果。
在該追加實驗中，處理氣體的種類與上述實施例相同，惟其他的條件(微波的功率、處理室內壓力、氣體流量等)的設定值與上述實施例稍微有些不同。該追加實驗的目的，係在一定的溫度範圍內定性地調查含SiN絶緣膜的特性(尤其是覆蓋性以及電絶緣性)與處理溫度的相依性。即使稍微改變其他條件的設定值，在一定的溫度範圍內的處理溫度相依性的定性傾向或剖面輪廓基本上相同。另外，嚴格來說平台溫度會比被處理體(半導體晶圓)W的溫度更高一些，但通常可視為與被處理體W的溫度(處理溫度)相同。
圖16，係表示上述追加實驗所得到的含SiN絶緣膜的覆蓋性(圖11的Ts/Tt)與處理溫度的相依性。如圖所示的，所有的點沿著具有比較平緩之傾斜度的近似直線L1分布，平台溫度(處理溫度)越高，覆蓋性越高。
圖17，係表示當對上述含SiN絶緣膜施加2MV/cm的電場時，在含SiN絶緣膜內所產生之電流的電流密度與處理溫度的相依性。如圖所示的，大概的傾向為，平台溫度(處理溫度)越高，電流密度越低，電絶緣性越良好。
更精確而言，比起在100℃~200℃的溫度範圍中的電流密度/溫度的減少率(直線L2的負的傾斜度)而言，在200℃~300℃的溫度範圍中的電流密度/溫度的減少率(近似直線L3的負的傾斜度)更大得多。由於圖17的縱軸的電流密度以指數方式表述，故實際上(通常方式表述)的直線L2、L3的傾斜度的差異相當大。
圖18，係表示上述含SiN絶緣膜的反射率與處理溫度的相依性。如圖所示的，所有的點沿著幾乎水平(傾斜度為零的)近似直線L4分布，反射率幾乎不相依於平台溫度(處理溫度)。另外，反射率係由介電常數所決定。因此，可以說介電常數亦幾乎不相依於平台溫度(處理溫度)。
圖19A、圖19B以及圖19C，係分別表示上述含SiN絶緣膜的膜密度、N/Si比以及氫濃度與處理溫度的相依性。如圖所示的，大概的傾向為，平台溫度(處理溫度)越高，膜密度以及N/Si比越高，氫濃度越低。在此，膜密度以及N/Si比越高，意味著在氮化處理步驟中含SiN絶緣膜的氮化更徹底。另外，氫濃度越低，意味著在氮化處理步驟中含SiN絶緣膜中的氫(H)更少。
更精確而言，如圖19A所示的，關於膜密度，比起在100℃~200℃的溫度範圍中的上升率(近似直線L5的傾斜度)而言，在200℃~300℃的溫度範圍中的上升率(近似直線L6的傾斜度)更大得多。關於N/Si比，亦如圖19B所示的，比起在100℃~200℃的溫度範圍中的上升率(近似直線L7的傾斜度)而言，在200℃~300℃的溫度範圍中的上升率(近似直線L8的傾斜度)更大得多。另外，如圖19C所示的，關於氫濃度，比起在100℃~200℃的溫度範圍中的減少率(近似直線L9的負的傾斜度)而言，在200℃~300℃的溫度範圍中的減少率(近似直線L10的負的傾斜度)更大得多。
像這樣，大概的傾向為，在處理溫度100℃~300℃的範圍內，處理溫度越高，含SiN絶緣膜的覆蓋性以及電絶緣性均提高。吾人認為電氣特性提高係以SiN 膜密度的增加以及膜中氫濃度的減少為主要原因。尤其，在處理溫度200℃~300℃的範圍內，含SiN絶緣膜的覆蓋性以及電絶緣性的提高更加顯著。另外，一般而言，超過300℃的處理溫度，會有使構成MRAM元件130(圖4)的各層(尤其是磁性層136、140)的特性或功能劣化之虞，為較差的態樣。
如上所述的，由圖16~圖19所示之追加實驗的結果可知，若根據上述實施態樣的成膜方法，便可獲得在處理溫度100℃~300℃的較廣範圍具有大概良好的覆蓋性以及電絶緣性的含SiN絶緣膜，尤其是可獲得在處理溫度200℃~300℃的範圍具有相當良好的覆蓋性以及電絶緣性的含SiN絶緣膜。
〔其他實施態樣或變化實施例〕
在上述實施態樣的電漿處理裝置中，為了防止介電質窗氣體流路96內的異常放電，如圖20所示的，可改變介電質窗氣體流路96周圍的構造。
該變化實施例中的連接部92具有本體部92b以及隆起部92c。於本體部92b，形成了從內側導體16b內的配管構件17側的表面延伸到介電質窗氣體流路96側的表面的貫通孔，亦即氣體流路92a。隆起部92c，從本體部92b向介電質窗18的溝部18i隆起。亦即，介電質製的隆起部92c向包圍介電質窗氣體流路96的介電質窗18的溝部18i形成，藉此隆起部92c，具有作為遮蔽向介電質窗氣體流路96在內部傳導的微波的電場遮蔽構件的功能。
在連接部92的內部，設置了導波板95。導波板95，由介電質製成，包圍中心軸線X形成大略圓筒狀。導波板95，例如，為氧化鋁或石英製。導波板95，可由與構成介電質窗18的介電質相同的介電質或是不同的介電質所構成。例如，可用氧化鋁構成介電質窗18以及導波板95。或者，可用石英構成介電質窗18，並用氧化鋁構成導波板95。
導波板95，以包圍介電質窗18的介電質窗氣體流路96的方式配置在連接部92的內部。詳細而言，導波板95，埋設於連接部92的隆起部92c，藉此以包圍介電質窗氣體流路96的方式配置在連接部92的內部。更詳細而言，導波板95，在一端面露出於介電質窗18的溝部18i側的狀態下埋設於連接部92的隆起部92c，藉此以包圍介電質窗氣體流路96的方式配置在連接部92的內部。露出於導波板95的溝部18i側的一端面，亦可配置成與介電質窗18接觸。
導波板95，使向介電質窗氣體流路96在介電質窗18的內部傳導的微波從露出於介電質窗18的溝部18i側的一端面傳導至連接部92的內部側的另一端面。當微波被導波板95傳導至連接部92的內部側時，在連接部92的內部產生微波的駐波，各微波之間互相抵消。換言之，由於微波被導波板95傳導至連接部92的內部側，故微波難以到達介電質窗氣體流路96。
當在導波板95的內部傳導的微波的波長為λ時，導波板95的高度L為λ/4。導波板95的高度L，係從露出於介電質窗18的溝部18i側的導波板95的一端面，到埋入連接部92的隆起部92c的導波板95的另一端面的距離。亦即，藉由使導波板 95的高度L為λ/4，被導波板95傳導至連接部92的內部側的微波的駐波的發生率提高，故各微波之間互相抵消。
另外，當在導波板95的內部傳導的微波的波長為λ時，導波板95的厚度m在λ/8以上且λ/4以下。亦即，藉由使導波板95的厚度m在λ/8以上且λ/4以下，微波便容易經由導波板95傳導至連接部92的內部側。
導波板95，沿著遠離介電質窗氣體流路96的方向在連接部92的內部配置1個或複數個。更詳細而言，導波板95，沿著圓板狀的連接部92的半徑方向在連接部92的內部配置1個或複數個。在圖式的構造例中，2個導波板95沿著圓板狀的連接部92的半徑方向配置在連接部92的內部。各導波板95，將向連接部92的半徑方向的內側在介電質窗18的內部傳導的微波傳導至連接部92的內部側。藉此，向連接部92的半徑方向的內側在介電質窗18的內部傳導的微波便難以到達介電質窗氣體流路96。
像這樣，在該變化實施例中，由於可降低介電質窗氣體流路96內的電場強度，故其降低的部分可輕減控制提高介電質窗氣體流路96內的壓力的方法的負擔。因此，可將介電質窗氣體流路96內的壓力設定值PS選定在相當低的值(例如10Torr以下)。此時，在例如上述實施態樣的SiN成膜循環之中，便可更進一步大幅縮短第1以及第2前置氣體導入步驟(S2、S5)的所需要的時間(tS2、tS5)以及第1以及第2排氣步驟(S4、S7)的所需要的時間(tS4、tS7)。
另外，如從上述實施態樣所理解的，在例如上述實施態樣的SiN成膜循環之中，在至少第1以及第2排氣步驟(S4、S7)的其中任一方進行使用上述的旁通排氣管線116乃至外部排氣管線的排氣，亦可獲得一定的時間縮短效果。
另外，用來將處理氣體供給部80所提供之處理氣體導入處理室12內的氣體導入機構，亦可做出各種變化態樣。例如，於處理室12的側壁12a設置氣體流路以及氣體噴出口的側壁氣體管線減少至1個系統的構造，或是相反地增加至3個系統以上的構造，均為可能的態樣。從頂部氣體管線所導入的處理氣體，與從側壁氣體管線所導入的處理氣體的氣體種類亦可一部分或全部不同。
上述實施態樣的電漿處理裝置(圖1)，具備RF偏壓用的高頻電源58。然而，將高頻電源58、匹配單位60以及供電棒62省略的裝置構造，亦為可能的態樣。
本發明之電漿處理裝置，不限於電漿CVD，亦可適用電漿蝕刻或電漿ALD等的其他電漿處理程序。再者，本發明，不限於微波電漿處理裝置，亦可適用於使用高頻電磁波作為電漿產生用的電磁波的電感耦合電漿處理裝置。

Claims (11)

  1. 一種電漿處理裝置，其將使用第1以及第2處理氣體的第1電漿處理步驟與使用第3以及第4處理氣體的第2電漿處理步驟交替重複實行，其特徵為包含： 處理容器，其於頂部具有介電質窗，並以可送出、置入方式收納被處理體； 排氣部，其用來對該處理容器內進行真空排氣； 處理氣體供給部，其用來將該第1、第2、第3以及第4處理氣體供給到該處理容器內； 第1氣體導入部，其具有：頂板氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間之方式設置於該介電質窗；介電質窗氣體流路，其從外側貫通該介電質窗而到達該頂板氣體噴出口；以及第1外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該介電質窗氣體流路的氣體流路； 第2氣體導入部，其具有：側壁氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該處理容器的側壁；側壁氣體流路，其在該處理容器的側壁之中沿著周向延伸，並與該側壁氣體噴出口連通；以及第2外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該側壁氣體流路的氣體流路； 電磁波供給部，其用來透過該介電質窗對該處理容器內的該電漿產生空間供給電漿產生用的電磁波； 旁通排氣流路，其連結該第1外部氣體流路與該排氣部；以及 開閉閥，其設置於該旁通排氣流路； 在該第1電漿處理步驟中，從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將該第1以及第2處理氣體導入該處理容器內，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內； 在該第2電漿處理步驟中，從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將該第3以及第4處理氣體導入該處理容器內，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內； 在該第1或第2電漿處理步驟結束之後，打開該開閉閥，將該第1氣體導入部的該介電質窗氣體流路內所殘留的氣體經由該旁通排氣流路排出到該排氣部側。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中， 該處理氣體供給部，具有控制該第1或第3處理氣體的流量之流量控制部，在該第1或第2電漿處理步驟開始之前，在一定的時間內，將從該處理氣體供給部透過該第1氣體導入部導入該處理容器內的該第1或第3處理氣體的流量，控制成比該步驟用的正常流量設定値更高的前置流量設定値。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中， 該前置流量設定値，為該正常流量設定値的2～3倍。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中， 該第1以及第2處理氣體，係以獨立的組成比及流量包含相同種類之氣體的混合氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中， 該第3以及第4處理氣體，係以獨立的組成比以及流量包含相同種類之氣體的混合氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中， 該頂板氣體噴出口，設置在該介電質窗的中心部位。
  7. 一種成膜方法，其使用電漿處理裝置在配置於處理容器內的被處理體上形成絶緣膜；該電漿處理裝置包含： 處理容器，其於頂部具有介電質窗，並以可送出、置入方式收納被處理體； 排氣部，其用來對該處理容器內進行真空排氣； 處理氣體供給部，其用來將既定的處理氣體供給到該處理容器內； 第1氣體導入部，其具有：頂板氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該介電質窗；介電質窗氣體流路，其從外側貫通該介電質窗並到達該頂板氣體噴出口；以及第1外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該介電質窗氣體流路的氣體流路； 第2氣體導入部，其具有：側壁氣體噴出口，其以面對該處理容器內的電漿產生空間的方式設置於該處理容器的側壁；側壁氣體流路，其在該處理容器的側壁之中沿著周向延伸，並與該側壁氣體噴出口連通；以及第2外部氣體流路，其形成從該處理氣體供給部到該側壁氣體流路的氣體流路； 電磁波供給部，其用來透過該介電質窗對該處理容器內的該電漿產生空間供給電漿產生用的電磁波； 旁通排氣流路，其連結該第1外部氣體流路與該排氣部；以及 開閉閥，其設置於該旁通排氣流路； 該成膜方法的特徵為包含： 第1步驟，其一邊從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將包含三甲矽烷基氨（TSA）氣體、N2氣體、Ar氣體以及H2氣體在內的第1以及第2處理氣體導入該處理容器內，一邊利用該排氣部將該處理容器內減壓，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內，在該處理容器內所產生之該第1以及第2處理氣體的電漿之下於該被處理體上形成含有SiN的含SiN絶緣膜； 第2步驟，其一邊從該處理氣體供給部透過該第1以及第2氣體導入部分別將包含N2氣體、Ar氣體以及H2氣體在內的第3以及第4處理氣體導入該處理容器內，一邊利用該排氣部將該處理容器內減壓，同時利用該電磁波供給部將該電漿產生用的電磁波導入該處理容器內，在該處理容器內所產生之該第3以及第4處理氣體的電漿之下對該被處理體上的該含SiN絶緣膜進行氮化處理；以及 第3步驟，其在該第1或第2步驟結束之後，打開該開閉閥，將該第1氣體導入部的該介電質窗氣體流路內所殘留之氣體經由該旁通排氣流路排出到該排氣部側； 該第1步驟與該第2步驟夾著該第3步驟交替重複實行。
  8. 如申請專利範圍第7項之成膜方法，其中， 在該第1或第2步驟開始之前，於一定的時間內，將從該處理氣體供給部透過該第1氣體導入部導入該處理容器內的該第1或第3處理氣體的流量，控制成比該步驟用的正常流量設定値更高的前置流量設定値。
  9. 如申請專利範圍第8項之成膜方法，其中， 該前置流量設定値，為該正常流量設定値的2～3倍。
  10. 如申請專利範圍第7至9項中任一項之成膜方法，其中， 該第1步驟中的該被處理體的處理溫度為100℃～300℃。
  11. 如申請專利範圍第7至9項中任一項之成膜方法，其中， 該第1步驟中的該被處理體的處理溫度為200℃～300℃。
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