WO2015136852A1 - プラズマ処理装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波放電方式のプラズマ処理装置において、誘電体窓ガス流路内の異常放電を防止しつつ、誘電体窓ガス流路内のガスの切り換えを短時間で行って、異なる種類のプラズマ処理工程を交互に一定のサイクルで繰り返すプロセスの高速化を実現する。 【解決手段】このプラズマ処理装置は、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構として、３系統のガスライン、すなわち誘電体窓１８にガス流路９６およびガス噴出口９４を設ける天井ガスライン８２と、異なる高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａにガス流路１００，１０８およびガス噴出口１０２，１１０をそれぞれ設ける下部側壁ガスライン８４および上部側壁ガスライン８６とを備えている。そして、天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０と排気部（５５，５６）とを繋ぐバイパス排気ライン１１６を備えている。

Description

プラズマ処理装置及び成膜方法

　本発明は、プラズマの生成に電磁波放電を利用するプラズマ処理装置および被処理体上に絶縁膜を形成する成膜方法に関する。

　半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマプロセスには、ＭＨｚ領域の高周波放電により生成されるプラズマか、もしくはＧＨｚ領域のマイクロ波放電により生成されるプラズマが広く用いられている。

　マイクロ波放電によるプラズマは、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、特にスロットアンテナを組み込んだ平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることにより、大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。

　マイクロ波プラズマ処理装置においても、所望のプロセスに必要なプラズマを生成するために、真空のチャンバ（処理容器）内に所要の処理ガスを供給し、チャンバ内で放電させる必要がある。通常は、チャンバの天井にマイクロ波導入用の誘電体窓が天板として取り付けられる。チャンバ内のプラズマ生成空間においては、この誘電体窓（天板）の内側近傍でマイクロ波の電界および放射パワーが最も強いことから、この付近に処理ガスを流し込むのが最もプラズマ生成効率が高い。このため、誘電体窓を貫通するガス流路を介して天井からチャンバ内に処理ガスを導入するガス導入機構が常用されている。

　もっとも、誘電体窓はマイクロ波の伝搬路でもあり、その内部にはマイクロ波電界が多く分布し、誘電体窓のガス流路内で処理ガスがマイクロ波電界に晒されれば放電する可能性がある。誘電体窓のガス流路内で処理ガスが放電すると、マイクロ波パワーの無駄な消費を招くだけでなく、ガス流路の壁に処理ガスの分解生成物が堆積してコンダクタンスの低下等を来す。最悪の場合、誘電体窓が放電によって破損することもある。

　このような誘電体窓内部での異常放電を防止する技法として、誘電体窓内部のガス流路を流れる処理ガスをマイクロ波電界から電磁的に遮蔽するようにガス流路ないしガス噴出部の壁を導体で構成する従来技術がある。しかし、この技法は、プラズマ生成空間に臨む導体（金属）のガス噴出部がプラズマからのイオンのアタックでスパッタされ、コンタミネーションを起こす懸念や、マイクロ波電界が電磁的に遮蔽されることにより均一なプラズマ処理を阻害する懸念がある。このため、誘電体窓のガス噴出部に金属製のインジェクタを使わずに、ガス噴出部内の圧力をパッシェンの放電領域から大きく外れる高い領域に制御する手法が好適に用いられている。

　一方で、従来より、半導体ウエハ等の被処理体上でデバイス素子の表面や側面を保護するためにＳiＮ膜（窒化珪素膜）が多く用いられており、ＳiＮ膜の成膜方法としてマイクロ波放電によるプラズマＣＶＤ法が知られている。たとえば、特許文献１には、複数の孔を有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成し、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によってＳiＮ膜を形成する成膜方法が記載されている。この成膜方法では、ＳiＮ膜の成膜に用いる原料ガスの一部として、トリシリルアミン（ＴＳＡ）が挙げられている。また、特許文献２には、シラン（ＳiＨ４）を成膜原料ガスに用いて、プラズマＣＶＤにより被処理体上にＳiＮ膜を成膜することが記載されている。

特開２０１０－８７１８６号公報 国際公開第２００７／１３９１４０号

　近年、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のような次世代デバイスの半導体製造プロセスにおいては、被処理体上に極微小な寸法で構成されるデバイス素子の側面や表面を覆うＳiＮ膜に非常に高い被覆性（カバレッジ）と電気的絶縁性が求められている。上記特許文献１，２には、低温プロセスで高カバレッジと高電気的抵抗を実現するＳiＮ膜の成膜方法は開示されておらず、当技術分野においてはこれらの要求を満たす成膜方法が要請されている。

　この課題に対して、本発明者等は、処理容器内で、ＴＳＡにＨ₂／Ｎ₂を添加した処理ガスをマイクロ波放電により電離ないし解離させて、基板上にＳiＮを含む絶縁層を形成する成膜工程と、この成膜工程の後にＮ₂を含む処理ガスをマイクロ波放電により電離ないし解離させて、該絶縁層を窒化処理する窒化工程とを複数回繰り返して、高いカバレッジ特性と高い電気的絶縁特性を有するＳiＮ含有絶縁膜を形成できる成膜方法を既に案出している。そして、この新規な成膜方法の実用化を進めていく中で、同一の膜厚を得るのに成膜処理の工程と窒化処理の工程とを繰り返す回数（サイクル数）を多くするほど、ＳiＮ含有絶縁膜の電気的絶縁特性が向上することもわかった。

　ところが、マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置において、上記のように異常放電防止対策として誘電体窓ガス流路内の圧力をパッシェンの放電領域から大きく外れる高い領域に制御する手法を採る場合は、成膜処理の工程と窒化処理の工程とを切り換える際に、誘電体窓ガス流路内のガスを高圧力レベルで切り換えるのに多くの時間を要するため、上記ＳiＮ含有絶縁膜の成膜方法においてサイクル数を増やすことが難しくなるという新たな課題に突き当たった。

　本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、誘電体窓を介して処理容器内に処理ガスとプラズマ生成用の電磁波とを導入する場合に、誘電体窓ガス流路内の異常放電を防止しつつ、誘電体窓ガス流路内のガスの切り換えを短時間で行って、異なる種類のプラズマ処理工程を交互に一定のサイクルで繰り返すプロセスの高速化を実現するプラズマ処理装置を提供する。

　さらに、本発明は、本発明のプラズマ処理装置を用いて、被処理体上にカバレッジ特性および電気的絶縁特性に優れたＳiＮ含有絶縁膜を形成できる成膜方法を提供する。

　本発明のプラズマ処理装置は、第１および第２の処理ガスを用いる第１のプラズマ処理工程と第３および第４の処理ガスを用いる第２のプラズマ処理工程とを交互に繰り返し行うプラズマ処理装置であって、天井部に誘電体窓を有し、被処理体を出し入れ可能に収容する処理容器と、前記処理容器内を真空排気するための排気部と、前記第１、第２、第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に供給するための処理ガス供給部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記誘電体窓に設けられている天板ガス噴出口と、前記誘電体窓を外側から貫通して前記天板ガス噴出口に至る誘電体窓ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記誘電体窓ガス流路までのガス流路を形成する第１の外部ガス流路とを有する第１のガス導入部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記処理容器の側壁に設けられている側壁ガス噴出口と、前記処理容器の側壁の中を周回方向に延びて、前記側壁ガス噴出口と連通する側壁ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記側壁ガス流路までのガス流路を形成する第２の外部ガス流路とを有する第２のガス導入部と、前記誘電体窓を介して前記処理容器内の前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用の電磁波を供給するための電磁波供給部と、前記第１の外部ガス供給路と前記排気部とを繋ぐバイパス排気路と、前記バイパス排気路に設けられる開閉弁とを有し、前記第１のプラズマ処理工程において、前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれ前記第１および第２の処理ガスを前記処理容器内に導入するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入し、前記第２のプラズマ処理工程において、前記処理ガス供給部により前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれ前記第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に導入するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入して、前記第１または第２のプラズマ処理工程の終了後に、前記開閉弁を開けて、前記第１のガス導入部の前記誘電体窓ガス流路内に残留しているガスを前記バイパス排気路を経由して前記排気部側へ排出する。

　本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓を介して処理容器内に処理ガスとプラズマ生成用の電磁波とを導入する構成において、誘電体窓に設けられる誘電体ガス流路をその上流側で処理容器の外のバイパス排気路を介して排気部に接続し、該バイパス排気路に開閉弁を設ける。そして、第１のプラズマ処理工程と第２のプラズマ処理工程とを交互に繰り返し行う場合に、第１または第２のプラズマ処理工程の終了後に、該開閉弁を開けて、誘電体窓ガス流路内に残留しているガスをバイパス排気路を経由して排気部側へ排出することにより、誘電体窓ガス流路内のガスを高速に切り換えることができる。

　本発明の成膜方法は、天井部に誘電体窓を有し、被処理体を出し入れ可能に収容する処理容器と、前記処理容器内を真空排気するための排気部と、所定の処理ガスを前記処理容器内に供給するための処理ガス供給部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記誘電体窓に設けられている天板ガス噴出口と、前記誘電体窓を外側から貫通して前記天板ガス噴出口に至る誘電体窓ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記誘電体窓ガス流路までのガス流路を形成する第１の外部ガス流路とを有する第１のガス導入部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記処理容器の側壁に設けられている側壁ガス噴出口と、前記処理容器の側壁の中を周回方向に延びて、前記側壁ガス噴出口と連通する側壁ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記側壁ガス流路までのガス流路を形成する第２の外部ガス流路とを有する第２のガス導入部と、前記誘電体窓を介して前記処理容器内の前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用の電磁波を供給するための電磁波供給部と、前記第１の外部ガス供給路と前記排気部とを繋ぐバイパス排気路と、前記バイパス排気路に設けられる開閉弁とを有するプラズマ処理を用いて、前記処理容器内に配置される被処理体上に絶縁膜を形成する成膜方法であって、前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれトリシリルアミン（ＴＳＡ）ガスとＮ₂ガスとＡrガスとＨ₂ガスとを含む第１および第２の処理ガスを前記処理容器内に導入しながら前記排気部により前記処理容器内を減圧するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入して、前記処理容器内で生成される前記第１および第２の処理ガスのプラズマの下で前記被処理体上にＳiＮを含むＳiＮ含有絶縁膜を形成する第１の工程と、前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれＮ₂ガスとＡrガスとＨ₂ガスとを含む第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に導入しながら前記排気部により前記処理容器内を減圧するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入して、前記処理容器内で生成される前記第３および第４の処理ガスのプラズマの下で前記被処理体上の前記ＳiＮ含有絶縁膜を窒化処理する第２の工程と、前記第１または第２の工程の終了後に、前記開閉弁を開けて、前記第１のガス導入部の前記誘電体窓ガス流路内に残留しているガスを前記バイパス排気路を経由して前記排気部側へ排出する第３の工程とを有し、前記第１の工程と前記第２の工程とを交互に繰り返し行う。

　本発明の成膜方法は、本発明のプラズマ処理装置を用いて、上記第１の工程（プラズマ成膜処理）と上記第２の工程（プラズマ窒化処理）とを上記第３の工程（パージング）を挟んで交互に繰り返し行うことにより、被処理体上にカバレッジ特性および電気的絶縁特性に優れたＳiＮ含有絶縁膜を形成することができる。

　本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、誘電体窓を介して処理容器内に処理ガスとプラズマ生成用の電磁波とを導入する場合に、誘電体窓ガス流路内の異常放電を防止しつつ、誘電体窓ガス流路内のガスの切り換えを短時間で行って、異なる種類のプラズマ処理工程を交互に一定のサイクルで繰り返すプロセスの高速化を実現することができる。

　本発明の成膜方法によれば、上記のような構成および作用により、被処理体上にカバレッジ特性および電気的絶縁特性に優れたＳiＮ含有絶縁膜を形成することができる。　

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 上記プラズマ処理装置においてアンテナを構成するスロット板の一例を示す平面図である。 上記プラズマ処理装置における上部側壁ガス導入部の構成を示す横断面図である。 ＭＲＡＭデバイスの製造プロセスにおいてＳiＮ含有絶縁膜で覆われたＭＲＡＭ素子を模式的に示す縦断面図である。 ＭＲＡＭ素子の側壁の周囲をエッチングにより除去した後のＭＲＡＭ構造を模式的に示す縦断面図である。 一実施形態における成膜方法で用いられる処理ガス供給部の構成例を示すブロック図である。 実施形態における成膜方法の手順を示すフロー図である。 上記成膜方法における１サイクル内の各部の時間的変化を示すタイミング図である。 上記成膜方法における前置ガス導入工程で天井ガスラインの圧力を短時間に立ち上げる手法の作用を示す図である。 上記成膜方法におけるパージング工程で天井ガスラインの圧力を外部排気ラインを介して短時間に立ち下げる手法の作用を示す図である。 実施形態における成膜方法により得られたＳiＮ含有絶縁膜のカバレッジを示す図である。 上記カバレッジの定義を示す図である。 実施形態における成膜方法でＴＳＡに添加するＨ₂の流量を変えたときにＳiＮ含有絶縁膜の電気的絶縁性が変化する特性を示すグラフ図である。 実施形態における成膜方法で窒化処理時間を変えたときにＳiＮ含有絶縁膜の電気的絶縁性が変化する特性を示すグラフ図である。 実施形態における成膜方法で同一の膜厚を得るためにＳiＮ成膜サイクルの繰り返し数を変えたときのＳiＮ含有絶縁膜のＦＴ－ＩＲスペクトル波形が変化する特性を示す図である。 図１４Ａの一部の波数領域（２８００ｃｍ^-1～２８００ｃｍ^-1）におけるＦＴ－ＩＲスペクトル波形を拡大して示す部分拡大図である。 実施形態における成膜プロセスの第１前置ガス導入工程および第１パージング工程で本発明の時間短縮法を使用しない場合の各部の時間的な変化を示すタイミング図である。 実施形態の追加実験で得られたＳiＮ含有絶縁膜についてカバレッジの処理温度依存性を示すグラフである。 上記追加実験におけるＳiＮ含有絶縁膜について電気的絶縁特性の処理温度依存性を示すグラフである。 上記追加実験におけるＳiＮ含有絶縁膜について反射率の処理温度依存性を示すグラフである。 上記追加実験におけるＳiＮ含有絶縁膜について膜密度の処理温度依存性を示すグラフである。 上記追加実験におけるＳiＮ含有絶縁膜についてＮ／Ｓi比の処理温度依存性を示すグラフである。 上記追加実験におけるＳiＮ含有絶縁膜についてＳi／Ｈ比の処理温度依存性を示すグラフである。 一変形例における誘電体窓ガス流路回りの構成を示す部分拡大断面図である。

　以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
　
［プラズマ処理装置全体の構成］

　図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置１０は、マイクロ波および平板スロットアンテナを用いて励起される表面波プラズマの下で、たとえばプラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行う装置であり、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１２を有している。チャンバ１２は接地されている。

　チャンバ１２は、被処理体（たとえば半導体ウエハ）Ｗを収容し、プラズマを生成する空間Ｓを画成している。チャンバ１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂおよび天井部１２ｃを有している。側壁１２ａは、略円筒状に形成されている。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天井部１２ｃとの間に狭持されている。誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材２６が介在していてもよい。封止部材２６は、たとえばＯリングであり、チャンバ１２の密閉に寄与する。

　このプラズマ処理装置は、チャンバ１２内で被処理体Ｗを載置するステージ２０を備えている。ステージ２０は、誘電体窓１８の下方に設けられている。一構成例において、ステージ２０は、サセプタ（載置台）２０ａおよび静電チャック２０ｂを含んでいる。

　サセプタ２０ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿ってチャンバ１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４８と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。

　排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気路５０は、１つまたは複数の排気孔１２ｈを提供する排気管５４に接続されている。この排気管５４には、圧力調整器たとえばＡＰＣバルブ５５を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器５５は、排気装置５６の排気量を調整して、チャンバ１２内の圧力を調整する。圧力調整器５５および排気装置５６により、チャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置５６を動作させることにより、ステージ２０の周りから排気路５０を介してガスを排気装置５６へ排出することができる。

　サセプタ２０ａは、たとえばアルミニウム等の導体からなり、高周波電極を兼ねている。サセプタ２０ａには、マッチングユニット６０および給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体Ｗに入射するイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数たとえば１３．６５ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主にチャンバ１２内のプラズマおよび高周波電極（サセプタ１２）等を含む負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。

　サセプタ２０ａの上面には静電チャック２０ｂが設けられている。一構成例において、静電チャック２０ｂの上面は、被処理体Ｗを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック２０ｂは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅおよび絶縁膜２０ｆを有している。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生する静電気力によって、その上面に被処理体Ｗを吸着保持することができる。

　サセプタ２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニット（図示せず）から配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒たとえば冷却水ｗｃが循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理体Ｗの処理温度は、冷媒ｗｃの温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨｅガスが、ガス供給管７４を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給される。

　一構成例において、このプラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣＳおよびＨＥＳを更に備えることができる。ヒータＨＴは、天井部１２ｃ内に設けられ、アンテナ１５を囲むように環状に延在している。ヒータＨＳは、誘電体窓１８とステージ２０との間の高さ位置で側壁１２ａの中に設けられ、環状に延在している。ヒータＨＣＳは、サセプタ２０ａの内部に設けられ、被処理体Ｗの中心部と対向するようになっている。ヒータＨＥＳは、ヒータＨＣＳを囲むようにサセプタ２０ａの内部に環状に設けられ、被処理体Ｗの周辺部と対向するようになっている。

　このプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内に誘電体窓１８を介してプラズマ生成用のマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給部１４を備えている。このマイクロ波供給部１４は、アンテナ１５、同軸導波管１６、マイクロ波発生器２８、チューナ３０、導波管３２およびモード変換器３４を有している。

　マイクロ波発生器２８は、たとえば２．４５ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を設定されたパワーで出力する。マイクロ波発生器２８は、チューナ３０、導波管３２およびモード変換器３４を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、チャンバ１２の中心軸線に沿って同軸に延在する円筒状または管状の外側導体１６ａおよび内側導体１６ｂを有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット３６の上部に電気的に接続されている。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側に設けられている。内側導体１６ｂの下端は、コネクタ９２を介してアンテナ１５のスロット板４０に接続している。

　一構成例において、アンテナ１５は、天井部１２ｃに形成された開口内に配置される。このアンテナ１５は、誘電体板３８およびスロット板４０を含んでいる。誘電体板３８は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円板形状を有している。誘電体板３８は、たとえば、石英またはアルミナから構成される。誘電体板３８は、スロット板４０と冷却ジャケット３６の下面の間に狭持されている。アンテナ１５は、誘電体板３８、スロット板４０および冷却ジャケット３６の下面によって構成されている。

　スロット板４０は、複数のスロット対が形成された略円板状の金属板である。一構成例において、アンテナ１５はラジアルラインスロットアンテナである。図２に示すように、スロット板４０には複数のスロット対４０ａが形成されている。複数のスロット対４０ａは、径方向に所定の間隔で設けられており、また、周回方向に所定の間隔で配置されている。各々のスロット対４０ａは、２つのスロット孔４０ｂおよび４０ｃを含んでいる。スロット孔４０ｂとスロット孔４０ｃは、互いに交差または直交する方向に延在している。

　再び図１において、マイクロ波発生器２８より出力されるマイクロ波は、導波管３２、モード変換器３４および同軸管１６の中を伝搬してアンテナ１５に給電される。そして、誘電体板３８内で波長を短縮しながら半径方向に広げられたマイクロ波はスロット板４０の各スロット対４０ａから２つの直交する偏波成分を含む円偏波の平面波となってチャンバ１２内に向けて放射される。誘電体窓１８の表面に沿ってラジアル方向に伝搬する表面波の電界（マイクロ波電界）によって付近のガスが電離して、高密度で電子温度の低いプラズマが生成されるようになっている。

　一構成例において、誘電体窓１８の下面には、溝幅が上に向かって次第に減少するテーパ形状の溝部または凹部１８ａが環状に形成されている。この凹部１８ａは、チャンバ１２内に導入されたマイクロ波による定在波の発生を促進するために設けられており、マイクロ波放電によるプラズマを効率的に生成することに寄与し得る。

　このプラズマ処理装置は、この装置で実施されるプラズマプロセスに用いる全ての処理ガスを提供する処理ガス供給部８０を備えるとともに、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構として、３系統のガスライン、すなわち誘電体窓１８にガス流路およびガス噴出口を設ける天井ガスライン（第１のガス導入部）８２と、異なる高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａにガス流路およびガス噴出口を設ける下部側壁ガスライン（第２のガス導入部）８４および上部側壁ガスライン（第３のガス導入部）８６を備えている。

　天井ガスライン８２は、同軸導波管１６の内側導体１６ｂに、その中を軸方向に貫通する中空のガス流路８８を設けている。内側導体１６ｂの上端に処理ガス供給部８０からの第１ガス供給管９０が接続され、第１ガス供給管９０と同軸導波管１６のガス流路８８は連通している。第１ガス供給管９０には電磁弁（開閉弁）９１が設けられている。

　内側導体１６ｂの下端には、コネクタ部９２が接続されている。このコネクタ部９２は、導体たとえば銅、アルミニウム、ステンレスあるいはそれらの合金からなり、誘電体窓１８の上面に形成されている円筒形の凹所１８ｂに収容されている。コネクタ部９２の中心部には、同軸導波管１６のガス流路８８と連通する貫通孔またはガス流路９２ａが形成されている。

　誘電体窓１８の下面の中心部には、チャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓに臨む１個または複数個の天井ガス噴出口９４が形成されている。さらに、誘電体窓１８の中心部には、その上面の凹所１８ｂの底面つまりコネクタ部９２のガス流路９２ａの下端から天井ガス噴出口９４に通じるガス流路つまり誘電体窓ガス流路９６が形成されている。誘電体窓ガス流路９６および天井ガス噴出口９４がインジェクタを構成する。

　図示の構成例では、チャンバ１２内に導入されたマイクロ波やチャンバ１２内で発生したプラズマからイオンやラジカル等が誘電体窓１８の天井ガス噴出口９４の中に入って逆流しないように、天井ガス噴出口９４の口径を非常に小さなサイズたとえば０．１ｍｍ以下に選んでいる。一方で、誘電体窓ガス流路９６にガス室またはバッファ室の機能を持たせるために、その口径を比較的大きなサイズたとえば８ｍｍに選んでいる。このインジェクタ（９４，９６）は、誘電体で構成されているので、チャンバ１２内のプラズマに晒されても、コンタミネーションを起こすことはない。

　また、マイクロ波供給部１４よりチャンバ１２内にプラズマ生成用のマイクロ波を供給する際には、誘電体窓ガス流路９６内の圧力をチャンバ１２内の圧力よりも１桁または２桁高い値つまりパッシェンの放電領域から大きく外れる領域（たとえば４０～１５０Torr）に制御するようにしているので、誘電体窓ガス流路９６内ではガスの放電（異常放電）が発生し難くなっている。

　処理ガス供給部８０より天井ガスライン８２に送出される処理ガスは、第１ガス供給管９０、同軸導波管１６のガス流路８８、コネクタ部９２のガス流路９２ａおよび誘電体ガス流路９６を順に流れて、終端の天井ガス噴出口９４からステージ２０の中心部に向かって下方に噴射されるようになっている。

　下部側壁ガスライン８４は、誘電体窓１８とステージ２０との中間の高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａの内部に環状に形成された下部バッファ室（マニホールド）１００と、周回方向に等間隔でバッファ室１００からプラズマ生成空間Ｓに臨む多数（たとえば２４個）の下部側壁ガス噴出口１０２と、処理ガス供給部８０から下部バッファ室１００まで延びる第２ガス供給管１０４とを有している。第２ガス供給管１０４には電磁弁（開閉弁）１０６が設けられている。

　処理ガス供給部８０より下部側壁ガスライン８４に送出される処理ガスは、第２ガス供給管１０４および側壁１２ａ内部の下部バッファ室１００を順に流れて、終端の下部側壁ガス噴出口１０２よりステージ２０の周辺部に向かって略水平または斜め下向きに噴射されるようになっている。

　上部側壁ガスライン８６は、誘電体窓１８に近い高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａの内部に環状に形成された上部バッファ室（マニホールド）１０８と、周回方向に等間隔で上部バッファ室１０８からプラズマ生成空間Ｓに臨む多数（たとえば３６個）の上部側壁ガス噴出口１１０と、処理ガス供給部８０から上部バッファ室１０８まで延びる第３ガス供給管１１２とを有している。第３ガス供給管１１２には開閉弁１１４が設けられている。

　処理ガス供給部８０より上部側壁ガスライン８６に送出される処理ガスは、第３ガス供給管１１２および側壁１２ａ内部の上部バッファ室１０８を順に流れ、終端の上部側壁ガス噴出口１１０より誘電体窓１８の下面に沿って略水平に噴射されるようになっている。

　図３に、上部側壁ガスライン８６の要部の構成を示す。図示のように、一定の間隔を隔てて周回方向に分布する多数の上部側壁ガス噴出口１１０より処理ガスがプラズマ生成空間Ｓの中心部に向かって均一な流量で逆放射状に噴出するようになっている。

　このプラズマ処理装置は、上記のようなガス導入機構、特に天井ガスライン８２を備える構成と併せて、天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０と排気部（５５，５６）とを繋ぐバイパス排気ライン１１６を備えている。図示の構成例では、チャンバ１２の排気孔１２ｈと圧力調整器５５との間の排気路５０にバイパス排気ライン１１６の出口（下端）を接続している。しかし、圧力調整器５５と排気装置５６との間の排気路にバイパス排気ライン１１６の出口を接続してもよい。バイパス排気ライン１１６にはノーマルクローズ式の電磁弁（開閉弁）１１８が設けられる。また、天井ガスライン８２において電磁弁９１の下流側内の圧力、たとえば第１ガス供給管９０内の圧力を計測する圧力センサ１２０も備わっている。

　制御部１２２は、マイクロコンピュータを有しており、このプラズマ処理装置内の各部、たとえば圧力調整器５５、排気装置５６、高周波電源５８、マッチングユニット６０、静電チャック２０ｂ用のスイッチ６６、マイクロ波発生器２８、処理ガス供給部８０、ガス導入部８２，８４，８６の電磁弁９１，１０６，１１４、バイパス排気路１１６の電磁弁１１８、ヒータＨＴ～ＨＥＳ、伝熱ガス供給部、チラーユニット等の個々の動作および装置全体の動作を制御する。また、制御部１２２は、マン・マシン・インタフェース用のタッチパネル（図示せず）およびこのプラズマ処理装置の諸動作を規定する各種プログラムや設定値等のデータを格納する記憶装置（図示せず）等とも接続されており、各種センサ類からの出力信号、特に圧力センサ１２０からの出力信号（圧力測定値信号）ＭＳ_Pを受け取るようになっている。
　
［ＳiＮ成膜プロセスに関する実施形態］

　上記構成のプラズマ処理装置（図１）は、たとえばＭＲＡＭの製造プロセスにおいて、図４Ａに示すように、ＭＲＡＭ素子１３０が形成されている半導体ウエハＷの表面全体をＳiＮを含む絶縁膜（以下、「ＳiＮ含有絶縁膜」または「ＳiＮ含有絶縁層」と称する。）１４６で被覆するプロセス（以下、「ＳiＮ成膜プロセス」と称する。）に好適に使用され得る。

　ＭＲＡＭデバイスにおいては、各々のＭＲＡＭ素子１３０が段差の大きい縦型の多層構造を有し、隣のＭＲＡＭ素子（図示せず）との離間距離が非常に小さい。このため、ＳiＮ成膜プロセスは、非常に高いレベルのカバレッジ特性と電気的絶縁特性を求められる。

　図４Ａに示すＭＲＡＭ素子１３０においては、下層から順に下部電極層１３２、ピン止め層１３４、第２磁性層１３６、トンネル障壁層１３８、第１磁性層１４０、上部電極層１４２およびエッチングマスク１４４が積層されている。このＳiＮ成膜プロセスでは、エッチングマスク１４４の上面と、エッチングマスク１４４、上部電極層１４２および第１磁性層１４０の側面と、トンネル障壁層１３８の第１磁性層１４０の外に延在する部分の上面に、ＳiＮ含有絶縁膜１４６が略均一な膜厚で形成される。

　このＳiＮ成膜プロセスの後は、エッチングマスク１４４、上部電極層１４２および第１磁性層１４０の側壁を形成するＳiＮ絶縁膜１４６だけが残るように、ＳiＮ絶縁膜１４６の他の部分（横方向に延びている部分）をエッチバックによって除去する。さらに、側壁のＳiＮ絶縁膜１４６の周囲に延在しているトンネル障壁層１３８、第２磁性層１３６、ピン止め層１３４および下部電極層１３２をエッチングによって除去する。

　その結果、図４Ｂに示すような断面構造のＭＲＡＭ素子１３０が得られる。ここで、下部電極層１３２は、半導体ウエハＷ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。下部電極層１３２の厚さは、たとえば約５ｎｍである。ピン止め層１３４は、下部電極層１３２と第２磁性層１３６の間に設けられる。ピン止め層１３４は、反強磁性体によるピン止め効果により下部電極層１３２の磁化の方向を固定する。ピン止め層１３４の材料には、たとえばＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）等の反強磁性体材料が用いられる。ピン止め層１３４の厚さは、たとえば約７ｎｍである。

　第２磁性層１３６は、ピン止め層１３４上に配置される強磁性体を含む層である。第２磁性層１３６は、ピン止め層１３４によるピン止め効果により、磁化の方向が外部磁界の影響を受けず一定に保持されるいわゆるピンド層として機能する。第２磁性層１３６の材料にはＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さはたとえば約３ｎｍである。

　トンネル障壁層１３８は、第２磁性層１３６と第１磁性層１４０との間に挟まれて配置される。第２磁性層１３６と第１磁性層１４０との間にトンネル障壁層１３８が介在することにより、第２磁性層１３６と第１磁性層１４０との間には、トンネル磁気抵抗効果が生じる。すなわち、第２磁性層１３６と第１磁性層１４０との間には、第２磁性層１３６の磁化方向と第１磁性層１４０の磁化方向との相対関係（平行または反平行）に応じた電気抵抗が生じる。トンネル障壁層１３８の材料にはＭｇＯが用いられ、その厚さはたとえば１．３ｎｍである。

　第１磁性層１４０は、トンネル障壁層１３８上に配置される強磁性体を含む層である。第１磁性層１４０は、磁気情報である外部磁場に磁化の向きが追従する、いわゆるフリー層として機能する。第１磁性層１４０の材料にはＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さはたとえば約２ｎｍである。

　上部電極層１４２は、半導体ウエハＷ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。上部電極層１４２の厚さは、たとえば約５ｎｍである。エッチングマスク１４４は、上部電極層１４２の上に形成される。エッチングマスク１４４は、ＭＲＡＭ１３０の平面形状に応じた形状に形成される。エッチングマスク１４４には、たとえばＴａ（タンタル）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）等が用いられる。

　上記のようなＳiＮ成膜プロセスには、上記構成のプラズマ処理装置（図１）と本発明の一実施形態におけるプラズマ処理方法（成膜方法）を好適に適用することができる。

　この実施形態における成膜方法は、後述するように、チャンバ１２内で被処理体Ｗ上にＳiＮ含有絶縁層をプラズマＣＶＤ法で堆積させる成膜処理工程（Ｓ₃）と、該ＳiＮ含有絶縁層をプラズマ窒化法で窒化処理する窒化処理工程（Ｓ₆）とを交互にかつ一定のサイクルで多数回繰り返す。その場合、成膜処理工程（Ｓ₃）では、処理ガス供給部８０よりＴＳＡガス、Ｎ₂ガス、Ｈ₂ガスおよびＡrガスの混合ガスからなる第１および第２の処理ガスがそれぞれ天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４を介してチャンバ１２内に独立した組成比（流量比）および流量で導入されるとともに、処理ガス供給部８０よりＡｒガスの単ガスからなる第５の処理ガスが上部側壁ガスライン８６を介してチャンバ１２内に独立した流量で導入されるようになっている。また、窒化処理工程（Ｓ₆）では、処理ガス供給部８０よりＮ₂ガス、Ｈ₂ガスおよびＡrガスの混合ガスからなる第３および第４の処理ガスがそれぞれ天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４を介してチャンバ１２内に独立した組成比（流量比）および流量で導入されるとともに、処理ガス供給部８０よりＡｒガスの単ガスからなる第６の処理ガスが上部側壁ガスライン８６を介してチャンバ１２内に独立した流量で導入されるようになっている。

　図５に、この実施形態の成膜方法に用いられる処理ガス供給部８０の構成を示す。この場合、処理ガス供給部８０は、４種類のガスすなわちＴＳＡガス、Ｎ₂ガス、Ｈ₂ガスおよびＡrガスをそれぞれ所定の圧力で送出するＴＳＡガス源１５０、Ｎ₂ガス源１５２、Ａrガス源１５４およびＨ₂ガス源１５６を備える。

　ここで、ＴＳＡガス源１５０の出力ポートは、主ＴＳＡガスライン１５８および第１分岐ＴＳＡガスライン１６０を介して天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０に接続されるとともに、主ＴＳＡガスライン１５８および第２分岐ＴＳＡガスライン１６２を介して下部側壁ガスライン８４の第２ガス供給管１０４に接続される。第１および第２分岐ＴＳＡガスライン１６０，１６２には、電磁弁（開閉弁）１６４，１６６およびＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）１６８，１７０がそれぞれ設けられる。

　Ｎ₂ガス源１５２の出力ポートは、主Ｎ₂ガスライン１７２および第１分岐Ｎ₂ガスライン１７４を介して天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０に接続されるとともに、主Ｎ₂ガスライン１７２および第２分岐Ｎ₂ガスライン１７６を介して下部側壁ガスライン８４の第２ガス供給管１０４に接続される。第１および第２分岐Ｎ₂ガスライン１７４，１７６には、電磁弁（開閉弁）１７８，１８０およびＭＦＣ１８２，１８４がそれぞれ設けられる。

　Ａrガス源１５４の出力ポートは、主Ａrガスライン１８６および第１分岐Ａrガスライン１８８を介して天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０に接続され、主Ａrガスライン１８６および第２分岐Ａrガスライン１９０を介して下部側壁ガスライン８４の第２ガス供給管１０４に接続されるとともに、主Ａrガスライン１８６および第３分岐Ａrガスライン１９２を介して上部側壁ガスライン８６の第３ガス供給管１１２に接続される。第１、第２および第３分岐Ａrガスライン１８８，１９０，１９２には、電磁弁（開閉弁）１９４，１９６，１９８およびＭＦＣ２００，２０２，２０４がそれぞれ設けられる。

　また、Ｈ₂ガス源１５６の出力ポートは、主Ｈ₂ガスライン２０６および第１分岐Ｈ₂ガスライン２０８を介して天井ガスライン８２の第１ガス供給管９０に接続されるとともに、主Ｈ₂ガスライン２０６および第２分岐Ｈ₂ガスライン２１０を介して下部側壁ガスライン８４の第２ガス供給管１０４に接続される。第１および第２分岐Ｈ₂ガスライン２０８，２１０には、電磁弁（開閉弁）２１２，２１４およびＭＦＣ２１６，２１８がそれぞれ設けられる。

　図６に、この実施形態の成膜方法における手順を示す。図示のように、前置圧力および温度調整工程（ステップＳ₁）の後に、第１前置ガス導入工程（ステップＳ₂）、成膜処理工程（ステップＳ₃）、第１パージング工程（ステップＳ₄）、第２前置ガス導入工程（ステップＳ₅）、窒化処理工程（ステップＳ₆）および第２パージング工程（ステップＳ₇）からなる１サイクル分のＳiＮ成膜プロセスが、ＳiＮ含有絶縁層の膜厚が目標値に達するまで繰り返される。

　図７に、この成膜方法における１サイクル内の各部の時間的な変化を示す。図中、ｔ_Cは１サイクル分のＳiＮ成膜プロセスの所要時間（１周期）を示し、ｔ_S2は第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）の所要時間を示し、ｔ_S3は成膜処理工程（Ｓ₃）の所要時間を示し、ｔ_S4は第１パージング工程（Ｓ₄）の所要時間を示し、ｔ_S5は第２前置ガス導入工程（Ｓ₅）の所要時間を示し、ｔ_S6は窒化処理工程（Ｓ₆）の所要時間を示し、ｔ_S7は第２パージング工程（Ｓ₇）の所要時間を示す。

　この成膜方法では、チャンバ１２に被処理体Ｗが搬入された後、チャンバ１２内の圧力および各部の温度について前置の調整（Ｓ₁）が行われる。これらの前置調整が完了した後に、第１サイクルのＳiＮ成膜プロセスが開始される。また、前置調整にて達したチャンバ内圧力が基底となっている。

　先ず、成膜処理工程（Ｓ₃）に先立って前置のガス導入が行われる。この第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）では、チャンバ１２内の圧力および天井ガスライン８２内の圧力がそれぞれ基底値から設定値Ｐ_C，Ｐ_Sに達するまで、成膜処理用の処理ガスがチャンバ１２内に導入される。

　より詳細には、処理ガス供給部８０より、ＴＳＡガス，Ｎ₂ガス、ＡrガスおよびＨ₂ガスの混合ガスからなる第１および第２の処理ガスがそれぞれ天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４を介してチャンバ１２内に独立した組成比（流量比）および流量で導入されるとともに、Ａｒガスの単ガスからなる第５の処理ガスが上部側壁ガスライン８６を介してチャンバ１２内に独立した流量で導入される。

　ここで、チャンバ１２内の圧力設定値Ｐ_Cは、成膜処理工程（Ｓ₃）に適した値（たとえば４００～５００mＴorr）に選ばれる。また、天井ガスライン８２内の圧力設定値Ｐ_Sは、誘電体窓ガス流路９６内の異常放電を防止できる値つまりパッシェンの放電領域から大きく外れる高い領域内の値たとえば１００Torrに選ばれる。

　この第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）では、図７に示すように、天井ガスライン８２を介して導入される第１の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量設定値Ｆ_Aが成膜処理工程（Ｓ₃）における正規流量設定値Ｆ_Bよりも格段に（好ましくは２～３倍）高いことが特徴になっている。

　本発明者は、天井ガスライン８２を介してチャンバ１２内に導入するガスの流量に関して、天井ガスライン８２内の圧力を基底値から設定値Ｐ_S（１００Torr）に立ち上げるまでの前置ガス導入工程における前置流量設定値Ｆ_Aを成膜処理工程における正規流量設定値Ｆ_B（200sccm）と同じにした場合（比較例）と、前置流量設定値Ｆ_Aを正規流量設定値Ｆ_S（200sccm）の２倍（400sccm）に高くした場合（実施例）とを実験で比較した。その結果、図８に示すように、比較例における前置ガス導入工程の所要時間は約３０秒であるのに対して、実施例における前置ガス導入工程の所要時間は約８秒であり、１／３以下に短縮できることが確認されている。

　第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）において、天井ガスライン８２内の圧力が設定値Ｐ_Sに達する時点は、チャンバ１２内の圧力が設定値Ｐ_Cに達する時点に比して、略同じかそれより先（前）であるのが好ましいが、多少遅れてもよい。また、前置ガス導入工程（Ｓ₂）の途中で第１の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量設定値を前置流量設定値Ｆ_Aから正規流量設定値Ｆ_Bに切り換えてもよい。

　第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）が終了すると、成膜処理工程（Ｓ₃）が開始される。成膜処理工程（Ｓ₃）では、マイクロ波供給部１４より所定パワーでマイクロ波が誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に導入される。ガス系統においては、天井ガスライン８２より導入される第１の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量が上記のように正規流量に切り換えられる外は、下部側壁ガスライン８４より導入される第２の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）および上部側壁ガスライン８６より導入される第５の処理ガス（Ａr）の流量はいずれもそれまでと同じ値を維持する。

　成膜処理工程（Ｓ₃）において、マイクロ波供給部１４よりマイクロ波が誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に導入されると、誘電体窓１８の内側表面に沿ってラジアル方向に伝搬する表面波の電界（マイクロ波電界）により付近のガスが電離して、高密度で電子温度の低いプラズマが生成される。この場合、上部側壁ガスライン８６の上部側壁ガス噴出口１１０より誘電体窓１８の下面（内側面）に沿って噴射される第５の処理ガス（Ａr）のガス分子は、マイクロ波電界により加速される電子との衝突で効率よく電離して、高密度で電子温度の低いプラズマの生成に支配的に寄与する。

　一方、天井ガスライン８２の天井ガス噴出口９４よりステージ２０の中心部に向かって噴射される第１の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）のガス分子、特にＴＳＡガス分子は、天井ガス噴出口９４から出た直後にその一部がマイクロ波電界により加速される電子との衝突で電離するものの、その多くは第５の処理ガス（Ａr）から生成された高密度プラズマ内の高速電子との衝突で解離し、それによって様々なラジカル活性種を生成する。

　同様に、下部側壁ガスライン８４の下部側壁ガス噴出口１０２よりステージ２０の周辺部に向かって噴射される第１の処理ガス（ＴＳＡ／Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）のガス分子、特にＴＳＡガス分子の多くは、第５の処理ガス（Ａr）から生成された高密度プラズマ内の高速電子との衝突で解離し、それによって様々なラジカル活性種を生成する。

　より詳細には、天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４を介してチャンバ１２内に供給されたＴＳＡガスは、上記のようなマイクロ波電界の下であるいは高密度プラズマの中で電子との衝突で解離し、ＳiＮ膜の成膜に寄与する種種のフリーラジカル、すなわち（ＳiＨ₃）₂Ｎ－ＳiＨ₂、ＳiＨ₃ＮＨ－ＳiＨ₂、ＮＨ₂－ＳiＨ₂、（ＳiＨ₃）₂Ｎ、ＳiＨ₃－ＨＮ、Ｈ₂Ｎ等を生成する。その中でも、特に（ＳiＨ₃）₂Ｎ－ＳiＨ₂、ＳiＨ₃ＮＨ－ＳiＨ₂、ＮＨ₂－ＳiＨ₂が、シリコン基板に対する吸着確率が低く、主たる成膜前駆体となって被処理体Ｗ上に堆積し、ＳiＮ含有絶縁膜を形成する。

　さらに、この実施形態では、第１および第２の処理ガスの中でＴＳＡにＨ₂を添加しているので、被処理体Ｗ上に対する成膜前駆体の吸着確率がさらに低下し、ＳiＮ含有絶縁膜のカバレッジが一層向上している。

　この点に関して、本発明者は、下記のような成膜処理条件により、第１および第２の処理ガスに含まれるＨ₂ガスの全流量を３５ｓｃｃｍ、７０ｓｃｃｍ、８７ｓｃｃｍの３通りに選んで実験を行った。その結果、図１０に示すように、ＳiＮ含有絶縁膜１４６のカバレッジはそれぞれ８３％、８８％、９１％であった。なお、カバレッジは、図１１に示すように、ＭＲＡＭ素子１３０の側壁に形成されたＳiＮ含有絶縁膜１４６の膜厚Ｔ_sと、ＭＲＡＭ素子１３０の頂面に形成されたＳiＮ含有絶縁膜１４６の膜厚Ｔ_tとの比Ｔ_s／Ｔ_tで表わされる。
［実施例の成膜処理条件］
　マイクロ波のパワー：４０００Ｗ
　チャンバ内圧力：０．９５Ｔｏｒｒ
　処理温度：３００℃
　第１および第２の処理ガスの全流量
　　ＴＳＡガス：２．２ｓｃｃｍ
　　Ｎ₂ガス：２．８ｓｃｃｍ
　　Ａｒガス：２８５０ｓｃｃｍ
　　Ｈ₂ガス：３５ｓｃｃｍ、７０ｓｃｃｍ、８７ｓｃｃｍ（３通り）

　このように、成膜処理工程（Ｓ₃）においてＴＳＡにＨ₂を添加した第１および第２の処理ガスを用いることにより、良好なカバレッジ特性を有するＳiＮ含有絶縁膜１４６を形成できることが確認されている。また、添加されるＨ₂ガスの組成比（流量比）または流量が大きいほどＳiＮ含有絶縁膜１４６のカバレッジが向上することも確認されている。

　もっとも、図１２に示すように、ＴＳＡに添加されるＨ₂ガスの流量が大きいほど、ＳiＮ含有絶縁膜１４６内でＳiＨが増えて電気的絶縁特性が低下するというトレードオフの問題があることも同様の実験で判った。なお、図１２は、ＳiＮ含有絶縁膜１４６に１ＭＶ／ｃｍの電界を印加したときにＳiＮ含有絶縁膜１４６内に生じた電流の電流密度のＨ₂流量依存性を示すグラフであり、横軸はＨ₂流量（sccm）、縦軸は電流密度（A／cm²）である。図示のように、Ｈ₂の流量が増えるほど、電流密度が増加すること、つまり電気的絶縁特性が低下することがわかる。これは、Ｈ₂の流量が増えるほど、ＳiＮ含有絶縁膜１４６内でＳiＨが増えるためである。

　この点、この実施形態では、図１３に示されるように成膜処理工程（Ｓ₃）の後に行われる窒化処理工程（Ｓ₆）によってＳiＮ絶縁膜１４６内のＳiＨを低減して電気的絶縁特性を改善できるので、上記トレードオフの問題は解決されている。なお、図１３は、ＳiＮ含有絶縁膜１４６に１ＭＶ／ｃｍの電界を印加したときにＳiＮ含有絶縁膜１４６内に生じた電流の電流密度の窒化処理時間依存性を示すグラフであり、横軸は窒化処理時間（secm）、縦軸は電流密度（A／cm²）である。図示のように、窒化処理時間が１０秒以内では、窒化処理時間が長くなるほど、電流密度が減少し、電気的絶縁特性が向上する。しかし、窒化処理時間が１０秒を超えると、電流密度は殆ど変わらず、電気的絶縁特性が飽和することがわかる。

　マイクロ波供給部１４からのマイクロ波の供給が停止すると、成膜処理工程（Ｓ₃）は終了する。ガス系統においては、処理ガス供給部８０からのガス供給が停止し、天井ガスライン８２、下部側壁ガスライン８４および上部側壁ガスライン８６において電磁弁９１，１０６，１１４がそれまでのオン状態からオフ状態に切り換えられる。そして、第１パージング工程（Ｓ₄）が開始される。

　第１パージング工程（Ｓ₄）では、圧力調整器５５のバルブがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換わり、排気装置５６によりチャンバ１２内が基底値の圧力に達するまで排気またはパージングされる。この場合、チャンバ１２内に残っていた未反応のガスや反応生成物のガスが排気孔１２ｈから圧力調整器５５を通って排気装置５６へ排出される。

　一方、第１パージング工程（Ｓ₄）では、バイパス排気ライン１１６の電磁弁１１８がオン状態に切り換えられる。これにより、天井ガスライン８２において電磁弁９１の下流側のガス流路（９０，８８，９２ａ，９６）が、基底値の圧力に達するまでバイパス排気ライン１１６を介して排気装置５６により排気またはパージングされる。上記のように、誘電体窓ガス流路９６の出口側つまり天井ガス噴出口９４は口径が非常に小さくてコンダクタンスが低い。このため、電磁弁９１の下流側のガス流路（９０，８８，９２ａ，９６）に残留していたガス、特に誘電体窓ガス流路９６内に残留していたガスの多くは、誘電体窓ガス流路９６→コネクタ部９２のガス流路９２ａ→同軸導波管１６のガス流路８８→第１ガス供給管９０→バイパス排気ライン１１６→排気装置５６の外部排気ルートを介して速やかに排気装置５６側へ排出される。

　本発明者は、パージング工程において誘電体窓ガス流路９６内の残留ガスを基底圧力（１Torr以下）になるまで排出するのに要する時間を、上記のようにバイパス排気ライン１１６を使用して上記の外部排気ルートで排出する場合（実施例）と、バイパス排気ライン１１６を使用せずに誘電体窓ガス流路９６→天井ガス噴出口９４→チャンバ１２の内部→排気孔１２ｈ→排気装置５６の内部排気ルートで排気する場合（比較例）とで、それぞれ実験によって測定した。その結果、図９に示すように、比較例では約１００秒を要するのに対して、実施例では約５秒程度で済み、パージングの所要時間を著しく短縮できることがわかった。

　図１５に、参考例（比較例）として、第１前置ガス導入工程（Ｓ₂）において前置流量設定値を正規流量設定値Ｆ_Bと同じにし、第１パージング工程（Ｓ₄）において上記外部排気ルートを使用しない場合の各部の時間的な変化を示す。

　上記のような第１パージング工程（Ｓ₄）が終了すると、第２前置ガス導入工程（Ｓ₅）が開始される。この第２前置ガス導入工程（Ｓ₅）では、図７に示すように、チャンバ１２内の圧力および天井ガスライン８２内の圧力がそれぞれ基底値から設定値Ｐ_C'，Ｐ_S'に達するまで、窒化処理用の処理ガスがチャンバ１２内に導入される。

　より詳細には、処理ガス供給部８０より、Ｎ₂ガス、ＡrガスおよびＨ₂ガスの混合ガスからなる第３および第４の処理ガスがそれぞれ天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４を介してチャンバ１２内に独立した組成比（流量比）および流量で導入されるとともに、Ａｒガスの単ガスからなる第６の処理ガスが上部側壁ガスライン８６を介してチャンバ１２内に独立した流量で導入される。

　ここで、チャンバ１２内の圧力設定値Ｐ_C'は、窒化処理工程（Ｓ₆）に適した値（たとえば４００～５００mＴorr）に選ばれる。また、天井ガスライン８２内の圧力設定値Ｐ_S'は、誘電体窓ガス流路９０内のガス放電を防止できる値つまりパッシェンの放電領域から大きく外れる高い領域内の値たとえば１００Torrに選ばれる。

　この第２前置ガス導入工程（Ｓ₅）においても、天井ガスライン８２を介して導入される第３の処理ガス（Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量設定値Ｆ_A'が窒化処理工程（Ｓ₆）における正規流量設定値Ｆ_B'よりも格段に（好ましくは２～３倍）高いことが特徴になっている。これにより、所要時間ｔ_S5が著しく短くなっている。

　第２前置ガス導入工程（Ｓ₅）が終了すると、窒化処理工程（Ｓ₆）が開始される。窒化処理工程（Ｓ₆）においても、マイクロ波供給部１４より所定のパワーでマイクロ波が誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に導入される。ガス系統においては、天井ガスライン８２より導入される第３の処理ガス（Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量が前置流量から正規流量に切り換えられる外は、下部側壁ガスライン８４より導入される第４の処理ガス（Ｎ₂／Ａr／Ｈ₂）の流量および上部側壁ガスライン８６より導入される第６の処理ガス（Ａr）の流量のいずれもそれまでと同じ値を維持する。

　窒化処理工程（Ｓ₆）においても、３系統の天井ガスライン８２、下部側壁ガスライン８４および上部側壁ガスライン８６より上記所要のガスがチャンバ１２内に導入されるとともに、マイクロ波供給部１４よりマイクロ波が誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に導入されることにより、各処理ガスのガス分子がマイクロ波電界の下であるいはプラズマの中で高速電子との衝突により電離ないし解離し、様々な活性種を生成する。それらの活性種の中で、窒素を含むイオンまたはラジカルが被処理体Ｗ上のＳiＮ含有絶縁層に浸み込んで、ＳiＨをＳiＮに置き換える。この窒化処理により、ＳiＮ含有絶縁層内でＳiＨの量が減少して、電気的絶縁特性が向上する。

　本発明者が、窒化処理工程（Ｓ₆）の処理時間（ｔ_S6）とＳiＮ含有絶縁膜における電気的絶縁特性の改善度との相関関係を実験によって調べたところ、図１３に示すように、窒化処理を施すとすぐに（つまり短い時間で）絶縁特性の改善効果が現れ、窒化処理時間（ｔ_S5）に比例して絶縁特性は改善されるが、窒化処理時間（ｔ_S5）が１０秒を超えると、絶縁特性はそれ以上向上しないことが判った。なお、図１３は、ＳiＮ含有絶縁膜１４６に１ＭＶ／ｃｍの電界を与えたときの絶縁膜１４６内に生じる電流の電流密度を窒化処理工程（Ｓ₆）の処理時間（ｔ_S6）毎に示したグラフである。

　窒化処理工程（Ｓ₆）は、マイクロ波供給部１４からのマイクロ波の供給が停止することによって終了する。ガス系統においては、処理ガス供給部８０からのガス供給が停止し、天井ガスライン８２、下部側壁ガスライン８４および上部側壁ガスライン８６において電磁弁９１，１０６，１１４がそれまでのオン状態からオフ状態に切り換えられる。次いで、第２パージング工程（Ｓ₇）が開始される。

　第２パージング工程（Ｓ₇）では、圧力調整器５５のバルブがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換わり、排気装置５６によりチャンバ１２内が基底値の圧力に達するまで排気またはパージングされる。この場合、チャンバ１２内に残っていた未反応のガスや反応生成物のガスが排気孔１２ｈから圧力調整器５５を通って排気装置５６へ排出される。

　一方、第２パージング工程（Ｓ₇）でも、チャンバ１２内に残っていた未反応ガスや反応生成物のガスが排気孔１２ｈから圧力調整器５５を介して排気装置５６へ送られる。そして、バイパス排気ライン１１６の電磁弁１１８がオン状態に切り換えられる。これにより、天井ガスライン８２において電磁弁９１の下流側のガス流路（９０，８８，９２ａ，９６）が、バイパス排気ライン１１６を介して排気またはパージングされる。これにより、誘電体窓ガス流路９６内に残留していたガスの多くは、誘電体窓ガス流路９６→コネクタ部９２のガス流路９２ａ→同軸導波管１６のガス流路８８→第１ガス供給管９０→バイパス排気ライン１１６→排気装置５６の外部ルートで排気装置５６側へ排出される。こうして、第２パージング工程（Ｓ₄）の所要時間ｔ_S7は、バイパス排気ライン１１６を含む外部排気ルートを用いない場合に比して大幅に短くなっている。

　第２パージング工程（Ｓ₇）が終了すると、次のＳiＮ成膜サイクルに移行し、上記と同じ工程（Ｓ₂～Ｓ₇）が繰り返される。この実施例では、ＳiＮ含有絶縁膜１４６の膜厚が目標値に達するまでＳiＮ成膜サイクルが繰り返される。しかし、別の実施例として、ＳiＮ成膜サイクルの繰り返し回数が設定値に達した時点で、ＳiＮ含有絶縁膜１４６の膜厚が目標値に達したものとみなして、そこで全プロセスを終了してもよい。

　本発明者の行った実験によれば、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すようなフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ－ＩＲ分光法）のスペクトル波形から、上記実施形態の成膜方法においては、同一の膜厚を得るのにＳiＮ成膜サイクル（Ｓ₂～Ｓ₇）の繰り返し数を多くするほど、別言すれば１サイクル当たりの膜厚を小さくするほど、ＳiＮ含有絶縁膜１４６に含まれるＳiＨの量が減少すること、つまり電気的絶縁特性が向上することが判った。

　この実施形態では、上記のようにＳiＮ成膜サイクルの中で第１および第２前置ガス導入工程（Ｓ₂，Ｓ₅）の所要時間（ｔ_S2，ｔ_S5）および第１および第２パージング工程（Ｓ₄，Ｓ₇）の所要時間（ｔ_S4，ｔ_S7）をそれぞれ著しく短縮することができるので、ＳiＮ成膜サイクルの繰り返し数を任意に増やして、ＳiＮ含有絶縁膜１４６の電気的絶縁特性を十分に改善することができる。

　上述したように、この実施形態におけるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法（成膜方法）によれば、被処理体Ｗ上にＳiＮ含有絶縁層を一定の膜厚で成膜する成膜処理工程（Ｓ₃）とＳiＮ含有絶縁層を窒化処理する窒化処理工程（Ｓ₆）とを交互に繰り返し行うＳiＮ成膜プロセスにおいて、天井ガスライン８２の一部を構成する誘電体窓ガス流路９６内の異常放電を防止しつつＳiＮ成膜サイクルの短縮化を図り、高レベルのカバレッジ特性および電気的絶縁特性を有するＭＲＡＭ用のＳiＮ含有絶縁膜１４６を得ることができる。

　また、この実施形態においては、ＡＬＤ法によりＳiＮ含有絶縁膜を形成する場合と異なり、ジクロロシラン等のハロゲン物質を用いることなく、かつＭＲＡＭ素子１３０が備えるメタル部分を腐食することなく、良好な膜質のＳiＮ含有絶縁膜１４６を形成することができる。

　さらに、この実施形態のプラズマ処理装置は、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構として、上記のように誘電体窓１８にガス流路９６およびガス噴出口９４を設ける天井ガスライン（第１のガス導入部）８２と、誘電体窓１８とステージ２０との中間の高さ位置にガス流路またはバッファ室１００およびガス噴出口１０２を設ける下部側壁ガスライン（第２のガス導入部）８４と、誘電体窓１８に近い高さ位置にガス流路またはバッファ室１０８およびガス噴出口１１０を設ける上部側壁ガスライン（第２のガス導入部）８６とを有している。

　このプラズマ処理装置を用いて上記実施形態のような成膜プロセスを実施する場合は、天井ガスライン８２および下部側壁ガスライン８４より原料系の処理ガス（第１、第２、第３および第４の処理ガス）を導入し、上部側壁ガスライン８６よりプラズマ生成用の処理ガス（第５および第６の処理ガス）を導入するようにしている。このようなガス導入機構によれば、プラズマ生成用のガスがマイクロ波放電によって高密度のプラズマを生成し、この高密度プラズマによって原料系の処理ガスがプラズマ生成空間Ｓの中心部および周辺部で均一に効率よく励起され、ラジカル活性種や成膜前駆体が被処理体Ｗ上で均一な密度で生成され拡散する。このことによって、ＳiＮ含有絶縁膜１４６の成膜特性（膜質および膜厚）の面内均一性を向上させることができる。

　また、この実施形態のプラズマ処理装置によれば、次に述べるように、被処理体Ｗ上にＳiＮ含有絶縁膜を形成する成膜方法においてプロセス条件の１つである処理温度を広い範囲で設定することができる。

　上記実施例の実験では、処理温度３００℃の下で高レベルのカバレッジ特性および電気的絶縁特性を有するＭＲＡＭ用のＳiＮ含有絶縁膜を得ることができた。本発明者等が、処理温度をパラメータとして１００℃～３００℃の範囲内で段階的に複数の設定値を選び、上記実施例と同様のＳiＮ成膜プロセスの実験（追加実験）を行ったところ、図１６～図１９に示すような結果が得られた。

　この追加実験は、処理ガスの種類は上記実施例と同じであるが、他の条件（マイクロ波のパワー、チャンバ内圧力、ガス流量等）の設定値は上記実施例と多少異なる。この追加実験の目的は、ＳiＮ含有絶縁膜の特性（特にカバレッジ特性および電気的絶縁特性）の処理温度依存性を一定の温度範囲内で定性的に調べることにある。他の条件の設定値を多少変えても、一定の温度範囲内での処理温度依存性の定性的な傾向またはプロファイルは基本的には同じである。なお、厳密にはステージ温度は被処理体（半導体ウエハ）Ｗの温度より幾らか高いが、通常は被処理体Ｗの温度（処理温度）と同視してよい。

　図１６は、上記追加実験で得られたＳiＮ含有絶縁膜についてカバレッジ（図１１のＴ_S／Ｔ_t）の処理温度依存性を示す。図示のように、すべてのプロットが比較的緩やかな傾きを有する近似直線Ｌ₁に沿って分布し、ステージ温度（処理温度）を高くするほど、カバレッジが高くなる。

　図１７は、上記ＳiＮ含有絶縁膜に２ＭＶ／ｃｍの電界を印加したときにＳiＮ含有絶縁膜内に生じた電流の電流密度の処理温度依存性を示す。図示のように、大まかな傾向として、ステージ温度（処理温度）を高くするほど、電流密度が低くなり、電気的絶縁特性が良くなる。

　より精確には、１００℃～２００℃の温度領域における電流密度／温度の減少率（直線Ｌ₂の負の傾き）よりも、２００℃～３００℃の温度領域における電流密度／温度の減少率（近似直線Ｌ₃の負の傾き）が一段と大きい。図１７は縦軸の電流密度を指数表記で表しているので、実際（通常表記）の直線Ｌ₂，Ｌ₃の傾きの違いは相当大きい。

　図１８は、上記ＳiＮ含有絶縁膜について反射率の処理温度依存性を示す。図示のように、すべてのプロットがほぼフラットな（傾きが零の）近似直線Ｌ₄に沿って分布し、反射率はステージ温度（処理温度）に殆ど依存しない。なお、反射率は誘電率によって定まる。したがって、誘電率もステージ温度（処理温度）に殆ど依存しないといえる。

　図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃは、上記ＳiＮ含有絶縁膜の膜密度、Ｎ／Ｓi比および水素濃度の処理温度依存性をそれぞれ示す。図示のように、大まかな傾向として、ステージ温度（処理温度）を高くするほど、膜密度およびＮ／Ｓi比は高くなり、水素濃度は低くなる。ここで、膜密度およびＮ／Ｓi比が高いほど、窒化処理工程においてＳiＮ含有絶縁膜の窒化がより進んだことを意味する。また、水素濃度が低いほど、窒化処理工程においてＳiＮ含有絶縁膜中の水素（Ｈ）がより低減したことを意味する。

　より精確には、図１９Ａに示すように、膜密度については、１００℃～２００℃の温度範囲における上昇率（近似直線Ｌ₅の傾き）よりも、２００℃～３００℃の温度範囲における上昇率（近似直線Ｌ₆の傾き）が一段と大きい。Ｎ／Ｓi比についても、図１９Ｂに示すように、１００℃～２００℃の温度範囲における上昇率（近似直線Ｌ₇の傾き）よりも、２００℃～３００℃の温度範囲における上昇率（近似直線Ｌ₈の傾き）が一段と大きい。また、図１９Ｃに示すように、水素濃度については、１００℃～２００℃の温度範囲における減少率（近似直線Ｌ₉の負の傾き）よりも、２００℃～３００℃の温度範囲における減少率（近似直線Ｌ₁₀の負の傾き）が一段と大きい。

　このように、大まかな傾向として、処理温度１００℃～３００℃の範囲内では、処理温度を高くするほど、ＳiＮ含有絶縁膜のカバレッジ特性および電気的絶縁特性のいずれも向上する。電気特性が向上するのはＳiＮ膜密度の増加および膜中水素濃度の減少が主な要因と考えられる。特に、処理温度２００℃～３００℃の範囲内では、ＳiＮ含有絶縁膜のカバレッジ特性および電気的絶縁特性の向上がより顕著になる。なお、一般に、３００℃を超える処理温度は、ＭＲＡＭ素子１３０（図４）を構成する各層（特に磁性層１３６，１４０）の特性または機能を劣化させるおそれがあり、好ましくない。

　上記のように、図１６～図１９に示す追加実験の結果から、上記実施形態の成膜方法によれば、処理温度１００℃～３００℃の広い範囲で概ね良好なカバレッジ特性および電気的絶縁特性を有するＳiＮ含有絶縁膜が得られ、特に処理温度２００℃～３００℃の範囲で頗る良好なカバレッジ特性および電気的絶縁特性を有するＳiＮ含有絶縁膜が得られることがわかった。
 
［他の実施形態又は変形例］

　上記実施形態のプラズマ処理装置においては、誘電体窓ガス流路９６内の異常放電を防止するために、図２０に示すように、誘電体窓ガス流路９６回りの構成を変形することができる。

　この変形例におけるコネクタ９２は、本体部９２ｂと、隆起部９２ｃとを有する。本体部９２ｂには、内側導体１６ｂ内の配管部材１７側の表面から誘電体窓ガス流路９６側の表面まで延在する貫通孔つまりガス流路９２ａが形成される。隆起部９２ｃは、本体部９２ｂから誘電体窓１８の溝部１８ｉに向けて隆起する。すなわち、誘電体窓ガス流路９６を囲む誘電体窓１８の溝部１８ｉに向けて誘電体製の隆起部９２ｃが形成されることによって、隆起部９２ｃは、誘電体窓ガス流路９６に向けて内部を伝搬するマイクロ波を遮蔽する電界遮蔽部材として機能する。

　コネクタ９２の内部には、導波板９５が設けられる。導波板９５は、誘電体製であり、中心軸線Ｘを囲んで略円筒状に形成される。導波板９５は、たとえば、アルミナまたは石英製である。導波板９５は、誘電体窓１８を構成する誘電体と同一の誘電体もしくは異なる誘電体により構成される。たとえば、誘電体窓１８および導波板９５をアルミナで構成することができる。あるいは、誘電体窓１８を石英で構成し、導波板９５をアルミナで構成することができる。

　導波板９５は、誘電体窓１８の誘電体窓ガス流路９６を囲むようにコネクタ９２の内部に配置される。詳細には、導波板９５は、コネクタ９２の隆起部９２ｃに埋設されることによって、誘電体窓ガス流路９６を囲むようにコネクタ９２の内部に配置される。より詳細には、導波板９５は、一端面が誘電体窓１８の溝部１８ｉ側に露出された状態でコネクタ９２の隆起部９２ｃに埋設されることによって、誘電体窓ガス流路９６を囲むようにコネクタ９２の内部に配置される。導波板９５の溝部１８ｉ側に露出された一端面は、誘電体窓１８に接触するように配置されてもよい。

　導波板９５は、誘電体窓ガス流路９６に向けて誘電体窓１８の内部を伝搬するマイクロ波を誘電体窓１８の溝部１８ｉ側に露出された一端面からコネクタ９２の内部側の他端面に導波する。導波板９５によってマイクロ波がコネクタ９２の内部側に導波されると、コネクタ９２の内部においてマイクロ波の定在波が発生し、マイクロ波どうしが互いに相殺し合う。換言すれば、導波板９５によってマイクロ波がコネクタ９２の内部側に導波されることによって、マイクロ波が誘電体窓ガス流路９６に到達し難くなる。

　導波板９５の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板９５の高さＬは、λ／４である。導波板９５の高さＬは、誘電体窓１８の溝部１８ｉ側に露出された導波板９５の一端面から、コネクタ９２の隆起部９２ｃに埋め込まれた導波板９５の他端面までの距離である。すなわち、導波板９５の高さＬをλ／４とすることによって、導波板９５によってコネクタ９２の内部側に導波されたマイクロ波の定在波の発生率が向上するので、マイクロ波どうしが相殺される。

　また、導波板９５の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板９５の厚みｍは、λ／８以上λ／４以下である。すなわち、導波板９５の厚みｍをλ／８以上λ／４以下とすることよって、マイクロ波が導波板９５を介してコネクタ９２の内部側に導波されやすくなる。

　導波板９５は、誘電体窓ガス流路９６から離れる方向に沿ってコネクタ９２の内部に１つまたは複数配置される。より詳細には、導波板９５は、円板状のコネクタ９２の径方向に沿ってコネクタ９２の内部に１つまたは複数配置される。図示の構成例では、２個の導波板９５が円板状のコネクタ９２の径方向に沿ってコネクタ９２の内部に配置される。各導波板９５は、コネクタ９２の径方向の内側に向けて誘電体窓１８の内部を伝搬するマイクロ波をコネクタ９２の内部側に導波する。これにより、コネクタ９２の径方向の内側に向けて誘電体窓１８の内部を伝搬するマイクロ波が誘電体窓ガス流路９６に到達し難くなる。

　このように、この変形例においては、誘電体窓ガス流路９６内の電界強度を低減することができるので、そのぶん誘電体窓ガス流路９６内の圧力を高めに制御する手法の負担が軽減される。したがって、誘電体窓ガス流路９６内の圧力設定値Ｐ_Sを相当低い値（たとえば１０Torr以下）に選ぶことができる。その場合は、たとえば上記実施形態のＳiＮ成膜サイクルの中で、第１および第２前置ガス導入工程（Ｓ₂，Ｓ₅）の所要時間（ｔ_S2，ｔ_S5）および第１および第２パージング工程（Ｓ₄，Ｓ₇）の所要時間（ｔ_S4，ｔ_S7）を一層顕著に短縮化することができる。

　また、上述した実施形態から理解されるように、たとえば上記実施形態のＳiＮ成膜サイクルにおいて、少なくとも第１および第２パージング工程（Ｓ₄，Ｓ₇）のいずれか一方で上記のようなバイパス排気路１１６ないし外部排気ラインを用いたパージングを行っても一定の時間短縮効果を得ることができる。

　また、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構においても、種種の変形が可能である。たとえば、チャンバ１２の側壁１２ａにガス流路およびガス噴出口を設ける側壁ガスラインを１系統に減らす構成や、反対に３系統以上に増やす構成も可能である。天井ガスラインより導入される処理ガスと、側壁ガスラインより導入される処理ガスのガス種が一部または全部異なっていてもよい。

　上記実施形態のプラズマ処理装置（図１）は、ＲＦバイアス用の高周波電源５８を備えている。しかし、高周波電源５８、マッチングユニット６０および給電棒６２を省いた装置構成も可能である。

　本発明のプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤに限定されず、プラズマエッチングやプラズマＡＬＤ等の他のプラズマプロセスにも適用可能である。さらに、本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に限定されず、プラズマ生成用の電磁波として高周波を用いる誘導結合プラズマ処理装置にも適用可能である。

　　１０　　プラズマ処理装置
　　１２　　チャンバ（処理容器）
　　１４　　マイクロ波供給部
　　１５　　アンテナ
　　１８　　誘電体窓　
　　２０　　ステージ
　　２０ａ　　サセプタ
　　５６　　排気装置
　　８０　　処理ガス供給部
　　８２　　天井ガスライン（第１のガス導入部）
　　８４　　下部側壁ガスライン（第２のガス導入部）
　　８６　　上部側壁ガスライン（第３のガス導入部）
　　９０　　第１のガス供給管
　　９４　　天井ガス噴出口
　　９６　　誘電体窓ガス流路
　１１６　　バイパス排気ライン
　１１８　　電磁弁（開閉弁）
　１２２　　制御部

Claims (11)

1. 　第１および第２の処理ガスを用いる第１のプラズマ処理工程と第３および第４の処理ガスを用いる第２のプラズマ処理工程とを交互に繰り返し行うプラズマ処理装置であって、
   　天井部に誘電体窓を有し、被処理体を出し入れ可能に収容する処理容器と、
   　前記処理容器内を真空排気するための排気部と、
   　前記第１、第２、第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に供給するための処理ガス供給部と、
   　前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記誘電体窓に設けられている天板ガス噴出口と、前記誘電体窓を外側から貫通して前記天板ガス噴出口に至る誘電体窓ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記誘電体窓ガス流路までのガス流路を形成する第１の外部ガス流路とを有する第１のガス導入部と、
   　前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記処理容器の側壁に設けられている側壁ガス噴出口と、前記処理容器の側壁の中を周回方向に延びて、前記側壁ガス噴出口と連通する側壁ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記側壁ガス流路までのガス流路を形成する第２の外部ガス流路とを有する第２のガス導入部と、
   　前記誘電体窓を介して前記処理容器内の前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用の電磁波を供給するための電磁波供給部と、
   　前記第１の外部ガス供給路と前記排気部とを繋ぐバイパス排気路と、
   　前記バイパス排気路に設けられる開閉弁と
   　を有し、
   　前記第１のプラズマ処理工程において、前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれ前記第１および第２の処理ガスを前記処理容器内に導入するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入し、
   　前記第２のプラズマ処理工程において、前記処理ガス供給部により前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれ前記第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に導入するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入し、
   　前記第１または第２のプラズマ処理工程の終了後に、前記開閉弁を開けて、前記第１のガス導入部の前記誘電体窓ガス流路内に残留しているガスを前記バイパス排気路を経由して前記排気部側へ排出する、
   　プラズマ処理装置。
2. 　前記処理ガス供給部は、前記第１または第３の処理ガスの流量を制御する流量制御部を有し、前記第１または第２のプラズマ処理工程を開始する前に、一定時間にわたり、前記処理ガス供給部より前記第１のガス導入部を介して前記処理容器内に導入する前記第１または第３の処理ガスの流量を、当該工程用の正規流量設定値よりも高い前置流量設定値に制御する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 　前記前置流量設定値は、前記正規流量設定値の２～３倍である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 　前記第１および第２の処理ガスは、同じ種類のガスを独立した組成比および流量で含む混合ガスである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 　前記第３および第４の処理ガスは、同じ種類のガスを独立した組成比および流量で含む混合ガスである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 　前記天板ガス噴出口は、前記誘電体窓の中心部に設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 　天井部に誘電体窓を有し、被処理体を出し入れ可能に収容する処理容器と、前記処理容器内を真空排気するための排気部と、所定の処理ガスを前記処理容器内に供給するための処理ガス供給部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記誘電体窓に設けられている天板ガス噴出口と、前記誘電体窓を外側から貫通して前記天板ガス噴出口に至る誘電体窓ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記誘電体窓ガス流路までのガス流路を形成する第１の外部ガス流路とを有する第１のガス導入部と、前記処理容器内のプラズマ生成空間に臨んで前記処理容器の側壁に設けられている側壁ガス噴出口と、前記処理容器の側壁の中を周回方向に延びて、前記側壁ガス噴出口と連通する側壁ガス流路と、前記処理ガス供給部から前記側壁ガス流路までのガス流路を形成する第２の外部ガス流路とを有する第２のガス導入部と、前記誘電体窓を介して前記処理容器内の前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用の電磁波を供給するための電磁波供給部と、前記第１の外部ガス供給路と前記排気部とを繋ぐバイパス排気路と、前記バイパス排気路に設けられる開閉弁とを有するプラズマ処理を用いて、前記処理容器内に配置される被処理体上に絶縁膜を形成する成膜方法であって、
   　前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれトリシリルアミン（ＴＳＡ）ガスとＮ₂ガスとＡrガスとＨ₂ガスとを含む第１および第２の処理ガスを前記処理容器内に導入しながら前記排気部により前記処理容器内を減圧するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入して、前記処理容器内で生成される前記第１および第２の処理ガスのプラズマの下で前記被処理体上にＳiＮを含むＳiＮ含有絶縁膜を形成する第１の工程と、
   　前記処理ガス供給部より前記第１および第２のガス導入部を介してそれぞれＮ₂ガスとＡrガスとＨ₂ガスとを含む第３および第４の処理ガスを前記処理容器内に導入しながら前記排気部により前記処理容器内を減圧するとともに、前記電磁波供給部より前記プラズマ生成用の電磁波を前記処理容器内に導入して、前記処理容器内で生成される前記第３および第４の処理ガスのプラズマの下で前記被処理体上の前記ＳiＮ含有絶縁膜を窒化処理する第２の工程と、
   　前記第１または第２の工程の終了後に、前記開閉弁を開けて、前記第１のガス導入部の前記誘電体窓ガス流路内に残留しているガスを前記バイパス排気路を経由して前記排気部側へ排出する第３の工程と
   　を有し、
   　前記第１の工程と前記第２の工程とを前記第３の工程を挟んで交互に繰り返し行う、成膜方法。
8. 　前記第１または第２の工程を開始する前に、一定時間にわたり、前記処理ガス供給部より前記第１のガス導入部を介して前記処理容器内に導入する前記第１または第３の処理ガスの流量を、当該工程用の正規流量設定値よりも高い前置流量設定値に制御する、請求項７に記載の成膜方法。
9. 　前記前置流量設定値は、前記正規流量設定値の２～３倍である、請求項８に記載の成膜方法。
10. 　前記第１の工程における前記被処理体の処理温度は１００℃～３００℃である、請求項７に記載の成膜方法。
11. 　前記第１の工程における前記被処理体の処理温度は２００℃～３００℃である、請求項７に記載の成膜方法。

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