(57)【要約】【課題】成膜される膜に不均一が発生することを抑制すること。【解決手段】成膜方法は、基板に成膜する成膜方法であって、第１の工程と、第２の工程を有する。第１の工程は、基板が配置され、プラズマが生成された処理容器に対して成膜原料を含んだ成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、成膜原料ガスの流量を上昇させる。第２の工程は、第１の工程の後、第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で成膜原料ガスを流して、成膜原料ガスの流量を安定させる。【選択図】図２Ｃ
2020053455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に成膜する成膜方法であって、
前記基板が配置され、プラズマが生成された処理容器に対して成膜原料を含んだ成膜原料ガスの供給を開始する際に、前記成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、前記成膜原料ガスの流量を上昇させる第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で前記成膜原料ガスを流して、前記成膜原料ガスの流量を安定させる第２の工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記処理容器は、前記基板への成膜において、前記成膜原料ガスを含んだ複数のガスが供給され、
前記複数のガスのうち、前記成膜原料ガスのみに前記第１の工程および前記第２の工程が実施される
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、成膜原料ガスの供給を開始する第１の期間、前記成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、前記成膜原料ガスの流量を上昇させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１の期間は、３〜５秒とする
ことを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記第１の流量設定値は、前記成膜原料ガスの流量を制御する最も下流側の制御機器から前記処理容器への成膜原料ガスの供給経路の体積を前記第１の期間で満たせる流量を基準とした所定範囲内の値とする
ことを特徴とする請求項３または４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記処理容器に対してプラズマ生成用ガスの供給を開始する際に、前記プラズマ生成用ガスをプラズマ生成時の流量設定値よりも大きい流量設定値で流して、前記プラズマ生成用ガスの流量を上昇させた後、前記プラズマ生成用ガスを前記プラズマ生成時の流量設定値で流して、前記プラズマ生成用ガスの流量を安定させてプラズマを生成する工程をさらに有し
前記プラズマを生成する工程の後、前記第１の工程および前記第２の工程を実施する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項７】
成膜の際に、基板が配置され、プラズマが生成される処理容器と
前記処理容器に対して成膜原料を含んだ成膜原料ガスの供給を開始する際に、前記成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、前記成膜原料ガスの流量を上昇させ、前記第１の工程の後、前記第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で前記成膜原料ガスを流して、前記成膜原料ガスの流量を安定させる制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜方法および成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、チャンバ内に被処理基板が配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入した後、チャンバ内にプラズマを生成して、被処理基板上にＴｉ膜を成膜する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１１８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による成膜方法は、基板に成膜する成膜方法であって、第１の工程と、第２の工程を有する。第１の工程は、基板が配置され、プラズマが生成された処理容器に対して成膜原料を含んだ成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、成膜原料ガスの流量を上昇させる。第２の工程は、第１の工程の後、第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で成膜原料ガスを流して、成膜原料ガスの流量を安定させる。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、理想的なガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実際のガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施形態に係るガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。
【図３】図３は、成膜原料ガスの供給経路を簡略化して示した図である。
【図４】図４は、実施形態に係る成膜方法のガスフローの一例を示した図である。
【図５】図５は、成膜された膜の膜質の変化の一例を示す図である。
【図６】図６は、成膜された膜の膜質の変化の一例を示す図である。
【図７】図７は、他の実施形態に係る成膜方法のガスフローの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本願の開示する成膜方法および成膜装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する成膜方法および成膜装置が限定されるものではない。
【０００９】
ところで、半導体集積回路の製造では、半導体ウエハ等の基板に対して、成膜装置により、成膜が行われる。成膜装置は、所定の真空度とした処理容器内に基板を配置し、基板の上部から成膜原料を含んだ成膜原料ガスを供給してプラズマを生成し、基板に成膜を行う。しかし、成膜装置は、成膜原料ガスの供給を開始してから成膜原料ガスの濃度分布が均一に安定するまで数秒から数十秒かかることがあり、その間に成膜される膜の膜厚や膜質などに膜の厚さ方向の不均一が発生する場合がある。特に、薄膜を成膜する場合、成膜原料ガスの供給を開始した期間に成膜される膜の不均一の影響が大きくなる。なお、濃度とは、代表的には数密度（Number  density）である。数密度は、単位体積あたりの対象物（原子、分子等）の個数を表す物理量である。体積Ｖ中の対象物の全数をＮとすると、数密度ｎは、下記の式で表される。
ｎ＝Ｎ／Ｖ
【００１０】
そこで、成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制することが期待されている。
【００１１】
［成膜装置の構成］
実施形態に係る成膜装置１２の構成について説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。成膜装置１２は、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）により成膜を行う装置である。成膜装置１２は、例えば、アルミニウム、或いは、アルミニウム合金により円筒体状に成形された処理容器１４を有している。処理容器１４は、接地されている。また、処理容器１４の側壁や天井壁には、冷却するための冷媒を流す冷却ジャケット１１０が設けられている。
【００１２】
処理容器１４は、内部の天井部にシャワーヘッド部１８が設けられ、シャワーヘッド部１８から必要な各種のガスを処理容器１４内の処理空間Ｓへ導入が可能とされている。
【００１３】
シャワーヘッド部１８は、例えば、ニッケルやハステロイ（商品名）、アルミニウム、或いはこれらの材料の組み合わせた材料など、導電体により全体が構成されており、平行平板電極の上部電極を兼ねている。シャワーヘッド部１８の外周側や上方側は、例えば、石英やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁物よりなる充填部材２０により全体が覆われている。シャワーヘッド部１８は、充填部材２０を介して処理容器１４側に絶縁状態で取り付け固定されている。
【００１４】
シャワーヘッド部１８は、内部にガス室１９が設けられ、ガス室１９から処理空間Ｓへ個別にガスの導入が可能とされている。例えば、シャワーヘッド部１８は、下面のガス噴射面１８Ａに多数のガス噴出口１６を形成されている。各ガス噴出口１６は、ガス室１９へと貫通しており、ガス室１９内のガスを噴出する。
【００１５】
シャワーヘッド部１８は、上面に、ガス室１９に連通するガス導入口２２が設けられている。ガス導入口２２は、ガス配管２３を介してガス供給機構２４に接続されている。
【００１６】
ガス供給機構２４は、成膜に用いる各種のガスのガス供給源にそれぞれ接続されたガス供給ラインを有している。各ガス供給ラインは、成膜のプロセスに対応して適宜分岐し、開閉バルブなどのバルブや、マスフローコントローラなどの流量制御器など、ガスの流量を制御する制御機器が設けられている。ガス供給機構２４は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器などの制御機器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。
【００１７】
ガス供給機構２４は、ガス配管２３を介して、ガス導入口２２に、成膜に用いる各種のガスをそれぞれ供給する。ガス配管２３に供給されたガスは、ガス噴出口１６から噴出される。なお、図１では、シャワーヘッド部１８にガス導入口２２およびガス配管２３を１つ設けた場合を図示しているが、これに限定されるものではない。ガス導入口２２およびガス配管２３は、シャワーヘッド部１８に複数設けられてもよい。例えば、成膜装置１２は、成膜のプロセスに応じて、ガスごとに、シャワーヘッド部１８にガスの供給に使用するガス導入口２２およびガス配管２３を分けて設けてもよい。
【００１８】
充填部材２０の下面２０Ａは、シャワーヘッド部１８の下面のガス噴射面１８Ａと同一水平レベルにされている。これにより、処理容器１４内へ導入された各種のガスが処理空間Ｓ内で乱流を生じたり、プラズマが処理空間Ｓ内で不均一に分布したりすることが抑制される。
【００１９】
シャワーヘッド部１８と充填部材２０と処理容器１４の壁部の各接合部には、例えば、Ｏリング等よりなるシール部材３８がそれぞれ介在されており、処理容器１４内の気密性を維持するようになっている。
【００２０】
また、シャワーヘッド部１８には、マッチング回路４４を介して高周波電源４２が接続されている。高周波電源４２は、プラズマを生成する際、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電圧をシャワーヘッド部１８に印加する。プラズマの生成に用いる高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば、４５０ｋＨｚ等を用いてもよい。プラズマの生成に用いる高周波電圧の周波数としては、３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。成膜装置１２は、高周波電源４２を複数設け、シャワーヘッド部１８に異なる複数の周波数の高周波電圧を印加してプラズマを生成してもよい。
【００２１】
処理容器１４の側壁には、半導体ウエハＷを搬出入するための搬出入口４６が形成されている。搬出入口４６は、ゲートバルブ４８が設けられ、ゲートバルブ４８により開閉可能とされている。ゲートバルブ４８には、半導体ウエハＷを大気に晒すことなく搬送するために図示しないロードロック室やトランスファチャンバ等が接続される。
【００２２】
処理容器１４の底部の中央は、下方へ凹部状に成形されている。処理容器１４の凹部状の側面には、排気口５０が形成されている。排気口５０には、真空排気系５２が設けられ、処理容器１４内を真空排気が可能とされている。例えば、真空排気系５２は、排気口５０に接続される排気通路５４を有している。排気通路５４には、処理容器１４内の圧力を調整する圧力調整弁５６および真空ポンプ５８がそれぞれ設けられている。そして、処理容器１４内には、半導体ウエハＷを載置するため、底部より支柱６０を介して支持された載置台６２が設けられている。
【００２３】
載置台６２は、下部電極を兼ねている。載置台６２の上部周縁部には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、リング状のフォーカスリング６４が設けられている。成膜装置１２は、下部電極である載置台６２と上部電極であるシャワーヘッド部１８との間の処理空間Ｓに上部電極へ高周波電圧を印加することにより、プラズマを発生させることが可能とされている。
【００２４】
載置台６２は、例えば、全体がセラミックス材である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により構成されている。載置台６２は、例えば、モリブデンやタングステン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ６６が所定のパターン形状に配列して内部に埋め込まれている。加熱ヒータ６６には、ヒータ電源６８が配線７０を介して接続されている。成膜装置１２は、必要に応じて加熱ヒータ６６に電力を供給することで、半導体ウエハＷを所定の温度に温度制御が可能とされている。また、載置台６２の内部には、下部電極の機能を発揮させるために、例えば、モリブデン線等をメッシュ状（網状）に網み込んでなる電極本体７２が面内方向に略全域に亘って埋め込まれている。電極本体７２は、配線７４を介して接地されている。なお、電極本体７２にバイアス電圧として高周波電圧を印加してもよい。
【００２５】
載置台６２には、上下方向に貫通した３本のピン孔７６が形成されている。なお、図１中ではピン孔７６を２本のみ図示している。各ピン孔７６には、例えば、石英製の押し上げピン８０が遊嵌状態でそれぞれ挿通されている。押し上げピン８０は、円弧状の連結リング７８にそれぞれ下端が支持されている。連結リング７８は、出没ロッド８２の上端に支持されている。出没ロッド８２は、容器底部を貫通してアクチュエータ８４に下端が接続され、アクチュエータ８４によって上下方向に移動可能とされている。出没ロッド８２の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ８６が介設されており、処理容器１４内の気密性を維持しつつ出没ロッド８２を昇降させることが可能とされている。
【００２６】
上記のように構成された成膜装置１２は、制御部１０６によって、その動作が統括的に制御される。制御部１０６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムや、成膜のプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御部１０６は、各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、半導体ウエハＷを載置する載置台６２の昇降温などの温度制御、処理容器１４内の圧力制御、プラズマ発生用の高周波電力の供給および供給の停止等を制御する。なお、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体１０８に記憶されていてもよい。記憶媒体１０８は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また、制御部１０６は、成膜装置１２の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部１０６が外部に設けられている場合、制御部１０６は、有線又は無線等の通信手段によって、成膜装置１２を制御することができる。
【００２７】
次に、成膜装置１２を用いて行われる成膜の流れを簡単に説明する。成膜装置１２は、処理容器１４の側壁に設けたゲートバルブ４８を開状態とする。成膜装置１２には、図示しないロードロック室等から搬出入口４６を介して、図示しないロボットアームにより、未処理の半導体ウエハＷが処理容器１４内へ搬入される。成膜装置１２は、押し上げピン８０を上昇させてロボットアームから半導体ウエハＷを受け取る。ロボットアームの退出後、成膜装置１２は、押し上げピン８０を降下させることによって、載置台６２上に半導体ウエハＷを載置する。
【００２８】
次に、成膜装置１２は、ゲートバルブ４８を閉状態として処理容器１４内を密閉状態とし、加熱ヒータ６６への投入電力を増して予熱状態になされている載置台６２の温度をプロセス温度まで昇温して維持する。
【００２９】
そして、成膜装置１２は、真空排気系５２により排気口５０から処理容器１４内を真空引きして処理容器１４内を所定のプロセス圧力に維持する。また、成膜装置１２は、ガス供給機構２４から成膜原料ガス含む処理ガスをシャワーヘッド部１８へ供給して、シャワーヘッド部１８から成膜原料ガス含む処理ガスを処理容器１４内の処理空間Ｓへ導入する。また、成膜装置１２は、高周波電源４２を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド部１８と下部電極である載置台６２との間に、所定周波数の高周波電圧を印加する。これにより、処理空間Ｓにプラズマが生成され、プラズマによって半導体ウエハＷの表面に成膜が行われる。
【００３０】
ところで、成膜装置１２では、成膜される膜の高い均一性を得るため、処理容器１４に対して成膜原料ガスを均一で安定な濃度分布で供給することが重要である。このため、成膜装置１２では、成膜原料ガスの供給を開始した場合、処理容器１４に供給される成膜原料ガスが成膜条件の流量に速やかに立ち上がることが好ましい。図２Ａは、理想的なガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。図２Ａには、ガス供給機構２４での成膜原料ガスの流量の設定値の変化と、成膜原料ガスの流量の理想的な変化が示されている。例えば、成膜原料ガスの流量制御器の設定値を成膜条件の流量に変えた場合、設定値の変化と同様に成膜原料ガスの流量が変化することが理想である。
【００３１】
しかし、成膜装置１２では、ガス供給機構２４からシャワーヘッド部１８へのガス配管２３など、ガスが流れる配管が数十センチメートルから数メートルある。また、成膜装置１２では、ガス流量の均一性を高めるために、ガス導入口２２にオリフィスやノズルが設けられてガス導入口２２が細穴になっている。この場合、ガス導入口２２が小さなコンダクタンスとなっていることから、処理容器１４内に供給されるガスの流量が安定するまでの時間が長くなる。この結果、成膜装置１２では、成膜原料ガスの供給を開始してから、成膜原料ガスの流量の変化が安定するまで数秒から数十秒かかることがある。図２Ｂは、実際のガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。図２Ｂには、ガス供給機構２４での成膜原料ガスの流量の設定値の変化と、成膜原料ガスの流量の実際の変化が示されている。例えば、成膜原料ガスの流量制御器の設定値を成膜条件の流量に変えた場合、成膜原料ガスの流量が設定値の流量までゆるやかに上昇し、成膜原料ガスの流量の変化が安定するまでの期間ｔ１が数秒から数十秒かかることがある。これにより、成膜装置１２では、成膜される膜の膜厚や膜質などに不均一が発生する場合がある。特に、薄膜を成膜する場合、成膜原料ガスの供給を開始した期間に成膜される膜の不均一の影響が大きくなる。
【００３２】
そこで、実施形態に係る成膜装置１２では、成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスの流量を一時的にパルス状に上昇させて供給する。図２Ｃは、実施形態に係るガス流量の変化の一例を概略的に示した図である。図２Ｃには、ガス供給機構２４での成膜原料ガスの流量の設定値の変化と、成膜原料ガスの流量の実際の変化の一例が概略的に示されている。成膜装置１２は、処理容器１４に対して成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、成膜原料ガスの流量を上昇させる。例えば、成膜装置１２の制御部１０６は、成膜原料ガスの供給を開始する第１の期間、成膜原料ガスの流量の設定値を第１の流量設定値として、成膜原料ガスの流量を一時的に上昇させる。
【００３３】
次に、成膜装置１２は、第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で成膜原料ガスを流して、成膜原料ガスの流量を安定させる。例えば、成膜装置１２の制御部１０６は、成膜原料ガスの流量の設定値を第２の流量設定値として、成膜原料ガスの流量を安定させる。これにより、成膜装置１２は、成膜原料ガスの流量の変化が安定するまでの期間ｔ１を短くできるため、成膜される膜に不均一が発生することを抑制できる。
【００３４】
第１の期間は、設定値を変更に対して流量制御器やバルブなどでの流量が反応するに要する期間である。第１の期間は、例えば、成膜原料ガスの供給を開始してから３〜５秒経過するまでの期間とする。
【００３５】
第２の流量設定値は、例えば、目標とする特性で安定して膜が成膜できる成膜条件とされた成膜原料ガスの流量とする。第１の流量設定値は、例えば、目標とする特性で安定して膜が成膜できる成膜条件とされた成膜原料ガスの流量よりも大きい値とする。第１の流量設定値は、成膜原料ガスの流量を制御する最も下流側の制御機器から処理容器への成膜原料ガスの供給経路の体積を第１の期間で満たせる流量を基準とした所定範囲内の値に定める。図３は、成膜原料ガスの供給経路を簡略化して示した図である。図３には、ガス供給機構２４から処理容器１４への成膜原料ガスの供給経路が簡略化して示されている。ガス供給機構２４は、処理容器１４のシャワーヘッド部１８に上述のガス配管２３を含んだ配管１２０で接続されている。ガス供給機構２４には、配管１２０に流れる成膜原料ガスの流量を制御する制御機器として、開閉バルブなどのバルブ１２１、１２２や、マスフローコントローラなどの流量制御器１２３が設けられている。図３では、配管１２０のうち、ガス供給機構２４の最も下流の制御機器であるバルブ１２１から処理容器１４までの部分を配管１２０Ａとしている。例えば、配管１２０Ａの配管内の体積をＶ[cc]とし、配管１２０Ａの管内の圧力をＰ[Pa]とする。また、成膜時のガス流量をＱｇ[sccm]とし、処理容器１４に取り付けられた真空ポンプ５８の排気速度をＱｖ[sccm]とする。この場合、配管１２０Ａの配管を成膜原料ガスで埋めるためには少なくとも以下の式（１）に示す時間が必要となる。
【００３６】
【数１】
2020053455.tif 000003
【００３７】
配管１２０Ａの管内の圧力Ｐおよび真空ポンプ５８の排気速度Ｑｖは、成膜装置１２を用いた実測やシミュレーションで求めてもよく、成膜装置１２の設計上の条件から計算値として求めてもよい。
【００３８】
第１の流量設定値は、式（１）の時間が第１の期間内となる何れかのガス流量Ｑｇを基準とした所定範囲内の値とする。例えば、第１の流量設定値は、ガス流量Ｑｇを基準とした±１０％の所定範囲内の値とする。
【００３９】
次に、成膜の具体的な一例を用いて、実施形態に係る成膜方法の制御の流れの一例を説明する。以下では、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスを用いて窒化シリコン膜を成膜する場合を例に説明する。図４は、実施形態に係る成膜方法のガスフローの一例を示した図である。
【００４０】
成膜装置１２は、窒化シリコン膜を成膜する際、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスを供給する。例えば、制御部１０６は、ガス供給機構２４に設けられたＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスのそれぞれ流量を制御する流量制御器の設定値を成膜条件の流量の設定値として、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスをシャワーヘッド部１８へ供給する。
【００４１】
成膜装置１２は、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量が安定した後、処理容器１４内にプラズマを生成する。例えば、制御部１０６は、高周波電源４２を制御して高周波電源４２からシャワーヘッド部１８への高周波電圧（ＲＦ）の印加を開始して、処理容器１４内にプラズマを生成する。
【００４２】
成膜装置１２は、プラズマが生成された処理容器１４に対して、成膜原料ガスであるＳｉＨ４ガスを供給する。成膜装置１２は、処理容器１４に対してＳｉＨ４ガスの供給を開始する際に、ＳｉＨ４ガスを第１の流量設定値で流して、ＳｉＨ４ガスの流量を上昇させる。例えば、成膜装置１２の制御部１０６は、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する第１の期間、ＳｉＨ４ガスの流量制御器の設定値を第１の流量設定値として、ＳｉＨ４ガスの流量を一時的に上昇させる。
【００４３】
次に、成膜装置１２は、第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値でＳｉＨ４ガスを流して、ＳｉＨ４ガスの流量を安定させる。例えば、成膜装置１２の制御部１０６は、ＳｉＨ４ガスの流量制御器の設定値を第２の流量設定値として、ＳｉＨ４ガスの流量を安定させる。
【００４４】
処理容器１４内に供給されたＳｉＨ４ガスは、プラズマによって反応して半導体ウエハＷに成膜される。実施形態に係る成膜方法は、ＳｉＨ４ガスの流量を速やかに安定させることができるため、半導体ウエハＷに成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【００４５】
ここで、成膜される膜の膜質の変化の一例を説明する。図５および図６は、成膜された膜の膜質の変化の一例を示す図である。図５および図６では、膜質として屈折率（ＲＩ）の変化が示されている。なお、図５と図６では、それぞれ異なる値で屈折率を正規化しており、縦軸のスケールが異なるものとされている。
【００４６】
図５には、比較例として、図２Ｂに示したように、成膜原料ガスの流量を制御する流量制御器に一定の設定値を設定して成膜した場合の膜の厚さに対する屈折率の変化が示されている。比較例の成膜方法では、図２Ｂに示したように、成膜原料ガスの流量が設定値の流量までゆるやかに上昇している。
【００４７】
また、図５および図６には、図２Ｃに示したように本実施形態の成膜方法を用いて成膜した実施例１〜３の膜の厚さに対する屈折率の変化が示されている。実施例１〜３の成膜方法では、第１の期間を３秒としている。また、実施例１〜３の成膜方法では、ガス流量Ｑｇを基準とした所定範囲が４〜５倍の範囲とされている。実施例１は、第１の流量設定値を第２の流量設定値の５倍としている。実施例２は、第１の流量設定値を第２の流量設定値の４．６倍としている。実施例３は、第１の流量設定値を第２の流量設定値の４倍としている。すなわち、実施例１では、成膜原料ガスの供給を開始してから３秒間、成膜原料ガスの流量の設定値を５倍にして成膜を行っている。実施例２では、成膜原料ガスの供給を開始してから３秒間、成膜原料ガスの流量の設定値を４．６倍にして成膜を行っている。実施例３では、成膜原料ガスの供給を開始してから３秒間、成膜原料ガスの流量の設定値を４倍にして成膜を行っている。
【００４８】
流量が安定していない場合、膜の厚さ方向に膜の成分の不均一が生じる。比較例の成膜方法は、図２Ｂに示したように、流量が安定するまでの期間ｔ１が長い。このため、図５に示すように、比較例では、膜厚の広い範囲で屈折率が大きく変化している。
【００４９】
一方、実施例１〜３の成膜方法は、図２Ｂに示したように、流量が安定するまでの期間ｔ１が短い。このため、図５および図６に示すように、実施例１〜３は、比較例に比べて、屈折率が大きく変化する膜厚の範囲を小さくなっている。例えば、実施例１は、２００Ａ以上の膜厚の範囲で屈折率の変化を抑制できている。
【００５０】
このように、実施例１〜３の成膜方法は、屈折率が大きく変化する膜厚の範囲を小さくすることができる。なお、実施例１は、２００Ａ以下の屈折率が大きい。この理由は、成膜原料ガスの供給を開始してから３秒間の成膜原料ガスの流量が多かったためと考えられる。本実施形態の成膜方法は、第１の期間の成膜原料ガスの流量の設定値を調整することで膜質安定までの時間を最適にすることができる。例えば、実施例２のように、成膜原料ガスの供給を開始してから３秒間、成膜原料ガスの流量の設定値を４．６倍とした場合が、もっとも膜質の変化を小さくできる。
【００５１】
このように、本実施形態に係る成膜方法は、半導体ウエハＷに成膜する成膜方法であって、第１の工程と、第２の工程を有する。第１の工程は、半導体ウエハＷが配置され、プラズマが生成された処理容器１４に対して成膜原料を含んだ成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、成膜原料ガスの流量を上昇させる。第２の工程は、第１の工程の後、第１の流量設定値よりも低い第２の流量設定値で成膜原料ガスを流して、成膜原料ガスの流量を安定させる。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態に係る成膜方法は、半導体ウエハＷへの成膜において、成膜原料ガスを含んだ複数のガスが処理容器１４に供給される。本実施形態に係る成膜方法は、複数のガスのうち、成膜原料ガスのみに第１の工程および第２の工程を実施する。このように本実施形態に係る成膜方法では、複数のガスのうち、成膜原料ガスのみに第１の工程および第２の工程を実施することで、成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【００５３】
また、本実施形態に係る成膜方法は、第１の工程において、成膜原料ガスの供給を開始する第１の期間、成膜原料ガスを第１の流量設定値で流して、成膜原料ガスの流量を上昇させる。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスの流量をすみやかに上昇させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る成膜方法は、第１の期間を、３〜５秒とする。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、成膜原料ガスが過剰に長く供給されて成膜される膜に膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【００５５】
また、本実施形態に係る成膜方法は、第１の流量設定値を、成膜原料ガスの流量を制御する最も下流側の制御機器から処理容器１４への成膜原料ガスの供給経路の体積を第１の期間で満たせる流量を基準とした所定範囲内の値とする。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、第１の期間に成膜される膜の膜厚を最小限にし、膜の厚さ方向の不均一が発生することを抑制できる。
【００５６】
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００５７】
また、実施形態では、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスを用いて窒化シリコン膜を成膜する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。成膜する膜は、何れであってもよい。
【００５８】
また、実施形態では、プラズマが生成された処理容器１４に対して成膜原料ガスの供給を開始する際に、成膜原料ガスの流量を一時的に上昇させて成膜原料ガスの流量を早期に安定させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ生成用ガスの流量を早期に安定させるために用いてもよい。例えば、処理容器１４に対してプラズマ生成用ガスの供給を開始する際に、プラズマ生成用ガスをプラズマ生成時の流量設定値よりも大きい流量設定値で流して、プラズマ生成用ガスの流量を上昇させた後、プラズマ生成用ガスをプラズマ生成時の流量設定値で流して、プラズマ生成用ガスの流量を安定させてプラズマを生成してもよい。図７は、他の実施形態に係る成膜方法のガスフローの一例を示した図である。成膜装置１２は、処理容器１４に対してプラズマ生成用ガスとしてＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスを開始する際に、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量を一時的に上昇させてＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量を早期に安定させる。例えば、制御部１０６は、ガス供給機構２４に設けられたＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスのそれぞれ流量を制御する流量制御器の設定値を、成膜条件の流量の設定値よりも大きい流量設定値で流して、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量を上昇させる。そして、制御部１０６は、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスを成膜条件の流量の設定値で流して、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量を安定させる。これにより、成膜装置１２は、ＮＨ３ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスの流量が早期に安定するため、高周波電圧（ＲＦ）の印加や成膜原料ガスであるＳｉＨ４ガスの供給開始を早めることができ、生産性が向上する。
【００５９】
また、実施形態では、基板を半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板は、シリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもあってもよい。また、基板は、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等でもあってもよい。
【００６０】
また、実施形態では、成膜装置１２を、高周波電圧を印加してプラズマを生成する容量結合型のプラズマ装置とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。成膜装置１２は、マイクロ波発振器を有し、マイクロ波発振器で発生させた所定周波数のマイクロ波を処理容器１４内に照射してプラズマを生成するプラズマ装置であってもよい。マイクロ波の周波数は、３００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲を用いることができる。例えば、プラズマを生成に使用するマイクロ波の代表的な周波数としては、例えば、８６０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなどが挙げられる。また、本実施形態に係る成膜方法は、プラズマＣＶＤやＡＬＤなどでの成膜で成膜原料ガスの供給を開始する際に使用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１２  成膜装置
１４  処理容器
１８  シャワーヘッド部
２３  ガス配管
２４  ガス供給機構
３１  載置台
１０６  制御部
１０８  記憶媒体
１２０  配管
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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