(57)【要約】【課題】基板であるウエハＷの表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜するにあたり、膜を緻密化しつつ、前記凹部の縦方向における膜質の均一性を高めること。【解決手段】ウエハＷの表面に形成された凹部８１の内壁面に沿ってＳｉＮ膜を成膜した後、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを活性化し、活性化されたガスをウエハＷに供給して、Ｈ２ガスの活性種によりＳｉＮ膜の未結合を結合することにより、膜を緻密化して、ＳｉＮ膜を改質する。Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを活性化したガスを用いると、ＮＨ３ガスの活性化によって生成するＨの活性種が凹部８１内の下部側のＳｉＮ膜まで侵入する。このため、凹部８１の縦方向においてＳｉＮ膜の改質処理の程度を揃えることができ、膜を緻密化しつつ、凹部８１の縦方向におけるＳｉＮ膜の膜質の均一性を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気にて、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜する方法において、
前記基板にシリコンを含む原料ガスを供給し、次いでアンモニアガスを供給して当該基板にシリコンの窒化物を生成する処理を複数回繰り返し、基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次いで前記基板に対して水素ガス及びアンモニアガスを活性化し、活性化されたガスを前記基板に供給して、シリコン窒化膜を改質する工程と、を含むことを特徴とする成膜処理方法。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜を改質する工程は、水素ガス及びアンモニアガスを基板に同時に供給する時間帯を含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜処理方法。
【請求項３】
前記凹部のアスペクト比は、５〜４０であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜処理方法。
【請求項４】
前記シリコン窒化膜を改質する工程における水素ガスの全供給量に対するアンモニアガスの全供給量の比率は、０．１〜２．０であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜処理方法。
【請求項５】
基板を載置する載置部を備え、当該基板を公転させるための回転テーブルと、前記回転テーブルに対向し、シリコンを含む原料ガスを吐出する吐出部及び当該吐出部を囲む排気口を備えた原料ガス供給部と、
前記原料ガス供給部に対して前記回転テーブルの回転方向に離れて配置され、シリコンの窒化を行うためにアンモニアガスが供給される反応領域及びシリコン窒化膜を改質するために水素ガスとアンモニアガスとが供給される改質領域と、
前記反応領域及び改質領域に供給されるガスをプラズマ化するためのプラズマ化機構と、
を備えた成膜処理装置を用い、
前記シリコン窒化膜を成膜する工程は、前記回転テーブルに基板を載置し、当該回転テーブルを回転させることにより、原料ガス供給部の下方側及び反応領域を繰り返し通過させることにより行われ、
前記シリコン窒化膜を改質する工程は、前記シリコン窒化膜を成膜する工程の後、前記回転テーブルを回転させて前記改質領域を通過させることにより行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜処理方法。
【請求項６】
真空雰囲気にて、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜する成膜処理装置において、
前記基板の載置部がその内部に設けられた真空容器と、
前記基板にシリコンを含む原料ガスを供給するための原料ガス供給部と、
前記基板にアンモニアガスを供給するための反応ガス供給部と、
前記基板に水素ガス及びアンモニアガスを供給するための改質ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気するための排気機構と、
前記基板に原料ガスを供給し、次いで前記基板上にアンモニアガスを供給して基板にシリコン窒化物を生成する処理を複数回繰り返して基板にシリコン窒化膜を成膜するステップと、
次いで真空雰囲気内にて前記基板に対して水素ガス及びアンモニアガスを活性化し、活性化されたガスを前記基板に供給して、基板上の窒化膜を改質するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする成膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程において、パターンをなす凹部が形成された基板に、例えば犠牲膜の下層膜として、シリコン窒化膜(以下「ＳｉＮ膜」と略記する場合がある)を形成する場合がある。特許文献１には、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって、ＳｉＮ膜の成膜を行う成膜処理装置について記載されている。
【０００３】
この成膜処理装置では、処理室内において、載置台に設けられた基板載置領域が処理室内の第１の領域と第２の領域とを順に通過するように、載置台を軸線中心に回転（公転）させることによって成膜処理が行われる。第１の領域では、第１のガス供給部の噴射部からジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスが供給されて基板にＳｉが吸着され、不要なＤＣＳガスは噴射部を囲むように設けられた排気口から排気される。第２の領域には、反応ガスである窒素（Ｎ２）ガスまたはアンモニア（ＮＨ３）ガスが供給されると共に、ガスが励起され、反応ガスの活性種により基板に吸着したＳｉが窒化されて、ＳｉＮ膜が形成される。
【０００４】
このＡＬＤにより緻密なＳｉＮ膜が形成されるが、用途によっては、例えば犠牲膜の下層膜として用いる場合には、より一層、膜の緻密性を高めることが要請されている。また、パターンの微細化により、アスペクト比が大きくなると、パターンをなす凹部の下部側へ十分にガスを供給できず、前記凹部の縦方向におけるＳｉＮ膜の膜質を揃えることが難しい場合がある。このように前記凹部の縦方向におけるＳｉＮ膜の膜質が不均一になると、後の犠牲膜のエッチング工程において、前記凹部の縦方向におけるＳｉＮ膜のエッチングレートが揃わなくなる。このため下層膜としての役割を十分に果たせず、例えば犠牲膜が除去された後に配線材料が埋め込まれる場合には、デバイスの電気特性に悪影響を及ぼす懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５８８２７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜するにあたり、膜を緻密化しつつ、前記凹部の縦方向におけるシリコン窒化膜の膜質の均一性を高めることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明の成膜処理方法は、
真空雰囲気にて、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜する方法において、
前記基板にシリコンを含む原料ガスを供給し、次いでアンモニアガスを供給して当該基板にシリコンの窒化物を生成する処理を複数回繰り返し、基板にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
次いで前記基板に対して水素ガス及びアンモニアガスを活性化し、活性化されたガスを前記基板に供給して、シリコン窒化膜を改質する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の成膜処理装置は、
真空雰囲気にて、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜する成膜処理装置において、
前記基板の載置部がその内部に設けられた真空容器と、
前記基板にシリコンを含む原料ガスを供給するための原料ガス供給部と、
前記基板にアンモニアガスを供給するための反応ガス供給部と、
前記基板に水素ガス及びアンモニアガスを供給するための改質ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気するための排気機構と、
前記基板に原料ガスを供給し、次いで前記基板上にアンモニアガスを供給して基板にシリコン窒化物を生成する処理を複数回繰り返して基板にシリコン窒化膜を成膜するステップと、
次いで真空雰囲気内にて前記基板に対して水素ガス及びアンモニアガスを活性化し、活性化されたガスを前記基板に供給して、基板上の窒化膜を改質するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板の表面に形成されたパターンをなす凹部の内壁面に沿ってシリコン窒化膜を成膜した後、水素ガス及びアンモニアガスを活性化し、活性化されたガスを基板に供給して、水素ガスの活性種によりシリコン窒化膜の未結合を結合することにより、膜を緻密化して、シリコン窒化膜を改質している。アンモニアガスを用いると、前記凹部内の下部側まで侵入した後、水素の活性種が生成されると推察される。このため、水素ガスに加えてアンモニアガスを改質用のガスとして用いると、前記凹部の縦方向においてシリコン窒化膜の改質処理の程度を揃えることができ、膜を緻密化しつつ、前記凹部の縦方向におけるシリコン窒化膜の膜質の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜処理装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜処理装置の横断平面図である。
【図３】前記成膜処理装置を上面側から見た平面図である。
【図４】前記第１の領域に設けられている原料ガスユニットを下面側から見た平面図である。
【図５】前記成膜処理装置に設けられている第１の改質領域または第２の改質領域の拡大縦断側面図である。
【図６】本発明によってＳｉＮ膜が形成されたウエハ表面の縦断側面図である。
【図７】本発明の成膜処理方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明が適用される成膜処理装置の他の例を示す縦断側面図である。
【図９】実施例の膜厚分布を示す特性図である。
【図１０】比較例の膜厚分布を示す特性図である。
【図１１】比較例の膜厚分布を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る成膜処理装置の構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。本例では、シリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）ガスと、アンモニア（ＮＨ３）ガスと、を反応させ、基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗにシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の薄膜を形成する例について説明する。本明細書では、シリコン窒化膜についてＳｉ及びＮ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。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本発明の成膜処理装置は、成膜処理が行われる処理空間をなす真空容器１１を備え、この真空容器１１は、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより構成されている。真空容器１１内には、円板からなる回転テーブル２が設けられ、鉛直下方へ伸びる回転軸１４を介して例えばモーターなどの回転駆動機構１５により、鉛直軸周りに回転自在に構成されている。
【００１３】
回転テーブル２の上面には、図２に示すように、その回転中心の周りに、例えば６つの載置領域２１が周方向に並べて配設され、各載置領域２１は、ウエハＷよりもやや大きな直径を有する円形の凹部として構成されている。この載置領域２１は、基板を載置する載置部をなすものである。図１に示すように、容器本体１３の底面には、回転テーブル２の周方向に沿って、扁平な円環状の環状溝部４５が形成され、この環状溝部４５内には、ヒーター４６が配設されている。図２及び図３などに示すように、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面には、不図示のゲートバルブにより開閉自在に構成された搬入出部１０１が設けられている。外部の図示しない搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出部１０１を介して真空容器１１内に搬入され、不図示の昇降ピンを用いて回転テーブル２の各載置領域２１に受け渡される。
【００１４】
成膜処理装置は、原料ガス供給部をなす原料ガスユニット３を備え、この原料ガスユニット３は、図１に示すように、回転テーブル２の上面と対向する天板１２の下面側に設けられる。また、図２及び図３に示すように原料ガスユニット３の平面形状は、載置領域２１の公転面ＲＡを、載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画して形成される扇形の形状となっている。前記公転面ＲＡとは、図２中に一点鎖線で囲んだ円環形状の領域、つまり回転テーブル２を回転させたときに載置領域２１が通過する領域である。
【００１５】
原料ガスユニット３の下面には、図４に示すように、吐出部をなすガス吐出口３３１、排気口３２１及びパージガス吐出口３１１が開口している。この図では、図中での識別を容易にするために、排気口３２１及びパージガス吐出口３１１に多数のドットを付して示している。ガス吐出口３３１は、原料ガスユニット３の下面の周縁よりも内側の扇状領域３３０に多数配列され、原料ガスであるＤＣＳガスを下方にシャワー状に吐出する。シリコンを含む原料ガスとしてはＤＣＳガスに限られず、例えばヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）などを用いてもよい。ガス吐出口３３１の夫々に独立して原料ガスを供給できるように、原料ガスユニット３には図示しないガス流路が設けられている。ガス流路の上流側は、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を備えた配管を介してＤＣＳガスの供給源に接続されている。なお、ガス供給機器、配管及びＤＣＳガスの供給源は図示を省略する。
【００１６】
排気口３２１及びパージガス吐出口３１１は、扇状領域３３０を囲むと共に回転テーブル２の上面に向かうように、原料ガスユニット３の下面の周縁に環状に開口しており、パージガス吐出口３１１が排気口３２１の外側に位置している。回転テーブル２上における排気口３２１の内側の領域は、ウエハＷの表面への原料ガスの吸着が行われる吸着領域Ｒ１を構成する。排気口３２１には図示しない排気機構が接続され、パージガス吐出口３１１には図示しないパージガス例えばアルゴン（Ａｒ）ガスの供給源が接続されている。
【００１７】
成膜処理中において、ガス吐出口３３１からの原料ガスの吐出、排気口３２１からの排気及びパージガス吐出口３１１からのパージガスの吐出が共に行われる。それによって、回転テーブル２へ向けて吐出された原料ガス及びパージガスは、回転テーブル２の上面を排気口３２１へと向かい、当該排気口３２１から排気される。このようにパージガスの吐出及び排気が行われることにより、吸着領域Ｒ１の雰囲気は外部の雰囲気から分離され、当該吸着領域Ｒ１に限定的に原料ガスを供給することができる。また、このパージガスはそのように雰囲気を分離する役割の他にも、ウエハＷに過剰に吸着した原料ガスを当該ウエハＷから除去する役割も有する。
【００１８】
続いて、プラズマ化したＮＨ３ガスを供給する反応領域Ｒ２について説明する。反応領域Ｒ２は、図２に示すように、原料ガスユニット３に対して、回転テーブル２の回転方向（本例では上面側から見て時計回り）に離れて配置されている。この反応領域Ｒ２には、ウエハＷにＮＨ３ガスを供給するための反応ガス供給部をなす２本のガスインジェクター７１、７２が設けられている。このガスインジェクター７１、７２は、回転テーブル２の半径方向（載置領域２１の公転の方向と交差する方向）に伸びる細長い直棒状に形成され、２本のガスインジェクター７１、７２が、回転テーブル２の周方向に互いに間隔を開けて挿入されている。例えば一方のガスインジェクター７１は反応領域Ｒ２の前記回転方向上流側、他方のガスインジェクター７２は、反応領域Ｒ２の前記回転方向下流側に夫々設けられている。
【００１９】
各ガスインジェクター７１、７２は、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面から回転テーブル２の回転中心へ向けてほぼ水平に挿入されている。ガスインジェクター７１、７２の内部は空洞となっており、その長さ方向へ向けてガスが流れる流路が形成されている。そして、ガスインジェクター７１、７２の側面には、載置領域２１に載置されたウエハＷの全面にＮＨ３ガスを供給可能な範囲に亘って、複数のガス吐出口（図示せず）が互いに間隔を開けて設けられている。各ガスインジェクター７１、７２は、開閉バルブＶ３、Ｖ４や流量調節部５４１、５４２を介してＮＨ３ガス供給源５４に接続されている。また、各ガスインジェクター７１、７２には、不活性ガス例えばＡｒガスの供給源（図示せず）が接続されており、流量が調節されたＡｒガスを所定のタイミングで供給できるように構成されている。
【００２０】
次いで、ＮＨ３ガスをプラズマ化するプラズマ化機構をなすプラズマ形成部６（６Ａ）の構成について説明する。なお、プラズマ形成部６Ａは、後述する第１及び第２の改質領域ｒ１、ｒ２に設けられたプラズマ形成部６（６Ｂ、６Ｃ）と同様に構成されているので、図１及び図５を参照して説明する。プラズマ形成部６は、真空容器１１内へ向けてマイクロ波を放射するアンテナ部６０と、アンテナ部６０に向けてマイクロ波を供給する同軸導波管６５、及びマイクロ波発生器６９を備える。アンテナ部６０は、反応領域Ｒ２の上方位置の天板１２に設けられ、前記領域に対応させた概略三角形の形状の開口を塞いでいる。
【００２１】
アンテナ部６０は、誘電体窓６１、スロット板６２、誘電体プレート６３、及び、冷却ジャケット６４を有するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ（東京エレクトロン株式会社の登録商標））として構成されている。誘電体窓６１はマイクロ波の波長を短縮させるものであり、その周縁部は、天板１２に形成された開口の周囲の部材によって支持されている。スロット板６２には多数のスロット孔６２１が形成され、このスロット板６２の上には誘電体プレート６３が設けられている。
【００２２】
図１及び図５中６５１は同軸導波管６５の内側導体、６５２は同軸導波管６５の外側導体であり、同軸導波管６５はモード変換器６６、導波管６７、整合器であるチューナー６８を介してマイクロ波発生器６９に接続されている。マイクロ波発生器６９は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。プラズマ形成部６においては、マイクロ波発生器６９にて発生させたマイクロ波が、同軸導波管６５を通って、誘電体プレート６３に供給され、スロット板６２のスロット孔６２１を介して誘電体窓６１からその下方側の空間に供給される。こうして、回転テーブル２を回転させると、各載置領域２１に載置されたウエハＷが反応領域Ｒ２を通過し、ウエハＷの全面に対してプラズマ化したＮＨ３ガスが供給される。
【００２３】
さらに、図２に示すように、反応領域Ｒ２が設けられている領域の外方側には、回転テーブル２と真空容器１１の内壁面との間の容器本体１３の底面側に、回転テーブル２の周方向に沿って、ＮＨ３ガスを排出するための排気溝１９１が設けられている。排気溝１９１の底部には、排気口１９０Ａが開口し、排気路１９を介して、真空容器１１内の真空排気を行うための排気機構５５が接続されている。
【００２４】
また、この成膜処理装置は、ＳｉＮ膜に対して改質処理を行う第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２を備えている。図２に示すように、第１の改質領域ｒ１は、回転テーブル２の回転方向に沿って見たときに、吸着領域Ｒ１の下流側、且つ反応領域Ｒ２の上流側の位置に設けられている。一方、第２の改質領域ｒ２は、前記回転方向に沿って見て、反応領域Ｒ２の下流側、且つ吸着領域Ｒ１の上流側の位置に設けられている。第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２の平面形状は、夫々載置領域２１が通過する既述の公転面ＲＡを、前記公転の方向と交差する方向に区画してなる概略三角形の領域として形成されている。
【００２５】
第１の改質領域ｒ１、第２の改質領域ｒ２に設けられた各機器は、共通の構成を備えるので、共通の拡大縦断側面図である図５を参照しながら、第１の改質領域ｒ１を例にして説明を行う。図５に示すように、第１の改質領域ｒ１には、当該領域に回転テーブル２の周縁側から中心側に向けて改質ガスを供給するための第１のガス吐出口７０３と、回転テーブル２の中心側から周縁側に向けて改質ガスを供給するための第２のガス吐出口７０４と、が設けられている。これら第１ガス吐出口７０３と第２のガス吐出口７０４は、ウエハＷに改質ガスであるＨ２ガス及びＮＨ３ガスを供給するための改質ガス供給部をなすものである。
【００２６】
第１のガス吐出口７０３は、後述するプラズマ形成部６（６Ｂ）のアンテナ部６０に設けられた誘電体窓６１の下方領域へ向けてガスを供給できるように、誘電体窓６１を支持している天板１２に設けられた開口部の内周面に設けられている。第１のガス吐出口７０３は、第１の改質領域ｒ１における、回転テーブル２の周縁側の１辺に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所に配置されている。この第１のガス吐出口７０３は、第１の改質領域ｒ１の前記周縁側の１辺に沿って伸びるように設けられた第１のガス供給路１８４に連通している。
【００２７】
第２のガス吐出口７０４は、第１のガス吐出口７０３が設けられている前記周縁側の１辺と対向する概略三角形の頂点側の領域に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所（例えば２箇所）に設置されている。第２のガス吐出口７０４は、第１の改質領域ｒ１の前記頂点側の領域に設けられた共通の第２のガス供給路１８５に連通している。
【００２８】
この例においては、改質処理として、後述する成膜処理のサイクル中の第１の改質処理と、成膜処理のサイクル後の第２の改質処理と、を実施している。第１の改質処理の改質ガスとしては水素（Ｈ２）ガスが用いられ、第２の改質処理の改質ガスとしてはＨ２ガス及びＮＨ３ガスが用いられる。このため、第１のガス供給路１８４は、開閉バルブＶ６１、流量調節部５５１を介してＨ２ガス供給源５５に接続されると共に、開閉バルブＶ６２、流量調節部５６１を介してＮＨ３ガス供給源５４に接続されている。同様に、第２のガス供給路１８５は、開閉バルブＶ７１、流量調節部５５２を介してＨ２ガス供給源５５に接続されると共に、開閉バルブＶ７２、流量調節部５６２を介してＮＨ３ガス供給源５４に接続されている。こうして、Ｈ２ガスとＮＨ３ガスは、バルブＶ６１、Ｖ７１の下流側において夫々配管の途中で混合されて、第１のガス吐出口７０３及び第２のガス吐出口７０４から真空容器１１内に吐出される。
【００２９】
さらに、図３及び図５に示すように、第１の改質領域ｒ１には、上述の改質ガスをプラズマ化するためのプラズマ化機構をなすプラズマ形成部６（６Ｂ）が設けられている。プラズマ形成部６Ｂの構成については、図６を用いて説明した、反応ガス用のプラズマ形成部６Ａと共通のものを用いることができるので、再度の説明を省略する。さらにまた、回転テーブル２の回転方向に沿って見たとき、第１の改質領域ｒ１の上流側に位置する回転テーブル２と真空容器１１の内壁面との間の容器本体１３の底面側には、真空容器１１の外部へ改質ガスを排出するための排気口１９０Ｂを備えた排気溝１９１が設けられている。
【００３０】
第２の改質領域ｒ２側は第１の改質領域ｒ１と同様に構成され、改質ガスをプラズマ化するプラズマ化機構をなすプラズマ形成部６（６Ｃ）の構成についても同様である。第２の改質領域ｒ２における改質ガス用の排気口１９０Ｃは、第２の改質領域ｒ２における前記回転方向の下流側に設けられている。
【００３１】
第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２では、回転テーブル２の周縁側の第１のガス吐出口７０３、及び回転テーブル２の中心側の第２のガス吐出口７０４から、載置領域２１の公転の方向と交差する方向へ向けて改質ガスが吐出される。そして、第１の改質領域ｒ１では、改質ガスが、回転方向の上流側の排気口１９０Ｂに向けて反応領域Ｒ２から遠ざかる方向へと流れ、第２の改質領域ｒ２では、回転方向の下流側の排気口１９０Ｃに向けて反応領域Ｒ２から遠ざかる方向へと流れていく。
【００３２】
以下、上述の成膜処理装置を用いて実施される本発明の成膜処理方法の一例について、図６及び図７を参照して説明する。先ず、ウエハＷの表面構造の一例について図６を参照して簡単に述べる。図６は、成膜処理装置１によってＳｉＮ膜が形成された後のウエハＷの表面の縦断側面図である。図６中８０は、パターンをなす凹部８１が形成されたシリコン基板であり、その表面にはＳｉＯ２膜８２とＳｉＮ膜８３とが下側からこの順序で積層されている。このＳｉＮ膜８３は、本発明の成膜処理方法にて成膜されるものである。この後、例えば凹部８１には図示しない例えば有機膜などからなる犠牲膜が埋め込まれ、当該犠牲膜はエッチングにより除去される。図６ではウエハＷの凹部８１の深さ、幅をＬ１、Ｌ２として夫々表示しており、アスペクト比であるＬ１／Ｌ２は、例えば５〜４０である。
【００３３】
本発明の成膜処理方法では、先ず、ウエハＷに原料ガスを供給し、次いでＮＨ３ガスを供給して、ウエハＷにＳｉの窒化物を生成する処理を複数回繰り返して、ウエハＷにＳｉＮ膜を成膜する工程を実施する。この工程では、初めに、搬入出部１０１のゲートバルブを開き、外部の搬送機構によって真空容器１１内にウエハＷを搬入した後、不図示の昇降ピンを用いて回転テーブル２の載置領域２１に受け渡す（ステップＳ１）。ウエハＷの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、全ての載置領域２１にウエハＷを載置する。続いて、搬送機構を退出させ、搬入出部１０１のゲートバルブを閉じる。このとき真空容器１１内は排気機構５５、原料ガスユニット３の排気機構によって予め所定の圧力に真空排気されている。またパージガス供給口３１１からはパージガスの供給が行われている。
【００３４】
しかる後、時計回りに回転テーブル２を回転させ、予め設定された回転速度を維持しながら、ヒーター４６によりウエハＷを加熱する（ステップＳ２）。図示しない温度センサによりウエハＷの温度が所定の設定温度例えば４７５℃になったことを確認したら、原料ガスユニット３のガス吐出口３３１から原料ガス（ＤＣＳガス）の供給、反応領域Ｒ２に設けられたガスインジェクター７１、７２からＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給、第１の改質領域ｒ１、第２の改質領域ｒ２に設けられた第１のガス吐出口７０３、第２のガス吐出口７０４からＨ２ガスの供給を、各々開始する。また、これらのガスの供給開始と共に、プラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）のアンテナ部６０からのマイクロ波の供給を行う。
【００３５】
このように各ガスの供給及びプラズマの形成が行われる一方で、真空容器１１内の圧力が所定の圧力例えば６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）〜６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）、この例では２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）になる。原料ガスユニット３においてはガス吐出口３３１からＤＣＳガス、パージガス吐出口３１１からＡｒガスが夫々所定の流量で吐出されると共に、排気口３２１から排気が行われる。これによりＤＣＳガスは、ガス吐出口３３１の周囲を囲む排気口３２１までの限定された領域である吸着領域Ｒ１内を流れる。回転テーブル２の回転によって、ウエハＷが吸着領域Ｒ１に至ると、シリコンを含む原料ガスとしてＤＣＳガスがウエハＷ表面に供給されて吸着される（ステップＳ３）。引き続き回転テーブル２が回転して、ウエハＷが吸着領域Ｒ１の外側へ向けて移動し、ウエハＷの表面にパージガスが供給され、吸着された余剰のＤＣＳガスが除去される。
【００３６】
第１の改質領域ｒ１ではＨ２ガスがプラズマ化されると共に、Ｈ２ガスが排気口１９０Ｂに向かう流れが形成されている。回転テーブル２の回転によって、ウエハＷが第１の改質領域ｒ１に至ると、プラズマに含まれるＨ２ガスの活性種により、第１の改質処理が行われ、ＳｉＮ膜中の未結合手にＨが結合されて緻密な膜へ改質される（ステップＳ４）。
【００３７】
反応領域Ｒ２ではＮＨ３ガスがプラズマ化されると共に、ＮＨ３ガスが排気口１９０Ａへ向かう流れが形成されている。回転テーブル２の回転によって各ウエハＷが反応領域Ｒ２に至ると、ＮＨ３ガスのプラズマを構成する、ＮＨ３ガスから生じたＮ（窒素）を含むラジカルなどの活性種が各ウエハＷの表面に供給される。こうして、ＮＨ３ガスの活性種がウエハＷに供給されてウエハＷ上の原料と反応し、窒化層（ＳｉＮ層）が形成される（ステップＳ５）。
【００３８】
第２の改質領域ｒ２ではＨ２ガスがプラズマ化されると共に、Ｈ２ガスが排気口１９０Ｃに向かう流れが形成されている。回転テーブル２の回転によって、ウエハＷが第２の改質領域ｒ２に至ると、プラズマに含まれるＨ２ガスの活性種により、第１の改質処理が行われ、ＳｉＮ膜が緻密な膜へ改質される（ステップＳ６）。
【００３９】
この吸着領域Ｒ１、第１の改質領域ｒ１、反応領域Ｒ２、及び第２の改質領域ｒ２にて夫々行われる処理のサイクルを成膜サイクルの１サイクルとする。そして、ステップＳ７において、この成膜サイクルが設定回数繰り繰り返されたと判定されるまで、ＤＣＳガスの供給、Ｈ２ガスの活性種の供給、ＮＨ３ガスの活性種及びＨ２ガスの活性種の供給を順に繰り返して、ウエハＷ表面にＳｉＮを堆積させ、ＳｉＮ層の成膜を行う。
【００４０】
ステップＳ７において、成膜サイクルが設定回数繰り返されたと判定されると、即ち、ＳｉＮ膜の膜厚が上昇し、所望の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、成膜処理を終了する。例えば原料ガスユニット３における各ガスの吐出及び排気を停止する。また、反応領域Ｒ２におけるＮＨ３ガスの供給及び電力の供給と、第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２におけるＨ２ガスの供給と、を各々停止する。
【００４１】
続いて、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを活性化し、活性化されたガスをウエハＷに供給して、ＳｉＮ膜を改質する工程（第２の改質処理）を実施する。例えば真空容器１１内の圧力、回転テーブル２の温度を、夫々成膜処理時と同じにし、回転テーブル２を回転させた状態で、第２の改質処理を開始する（ステップＳ８）。そして、第１の改質領域Ｒ２及び第２の改質領域Ｒ３において、第２の改質ガスであるＨ２ガス及びＮＨ３ガスを供給すると共に、プラズマ形成部６Ｂ、６Ｃに電力を供給して、第２の改質処理を実施する（ステップＳ９）。原料ガスユニット３、反応領域Ｒ２におけるＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給、及びプラズマ形成部６Ａへの電力供給は停止したままである。
【００４２】
第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２では、第１の吐出口７０３及び第２の吐出口７０４から夫々、Ｈ２ガスとＮＨ３ガスの混合ガスが供給される。つまり、この例では、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスはウエハＷに同時に供給される。そしてこれらＨ２ガス及びＮＨ３ガスは、プラズマ形成部６Ｂ、６Ｃのマイクロ波によって活性化（プラズマ化）され、Ｈ２ガスの活性種とＮＨ３ガスの活性種が生成する。そして、これら活性種により、ＳｉＮ膜中の未結合手にＨが結合され、緻密な膜へ改質される。ＤＣＳガスには塩素（Ｃｌ）が含まれているため、ＤＣＳガスを原料ガスに用いると、成膜されるＳｉＮ膜に塩素成分が不純物として取り込まれてしまう可能性がある。このため、第１及び第２の改質領域ｒ１、ｒ２においてＨ２ガスとＮＨ３ガスとの混合ガスを活性化することにより、薄膜中に含まれる塩素成分をＨラジカルの働きによって脱離させ、より純粋な（緻密な）窒化膜に改質している。
【００４３】
ここで、第２の改質処理において、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスのプラズマを用いるのは、アスペクト比が大きいパターンに対しても、凹部８１の縦方向においてほぼ均一にＨラジカルによる改質を進行させるためである。図６に示すウエハＷの表面構造において、ウエハＷ表面に形成されたＳｉＮ膜８３について、ＳｉＮ膜８３の縦方向の４か所の位置を、上部位置Ａ、凹部上方位置Ｂ、凹部下方位置Ｃ、底部位置Ｄとする。
【００４４】
後述の実施例より、Ｈ２ガスのプラズマによる改質では、凹部８１に形成されたＳｉＮ膜８３の縦方向において膜質が不均一となり、特に底部位置Ｄでは上部位置Ａに比べて改質処理が進行しないことが認められている。これは、Ｈ２ガスのプラズマ化により生成するＨラジカルの寿命が小さく、アスペクト比が大きいパターンに対しては、凹部８１の底部位置ＤにＨラジカルが侵入しにくいためと推察される。
【００４５】
一方、本発明のようにＨ２ガス及びＮＨ３ガスのプラズマにより改質処理を行うと、後述する実施例より、凹部８１の縦方向における膜質の均一性が向上することが認められている。この理由については、次のように推察される。つまり、ＮＨ３ガスのプラズマ化によって、Ｎラジカル、Ｈラジカル、ＮＨラジカル、ＮＨ２ラジカルなどが生成すると共に、ＮＨ２ラジカルやＮＨラジカルがさらに分解してＨラジカルを生成する。このため、凹部８１の底部位置Ｄに近い領域において、ＮＨ３ガスが分解してＨラジカルが生成し、これにより当該底部位置ＤにもＨラジカルが侵入するので、底部位置Ｄにおいても十分に改質処理が進行し、凹部８１の縦方向における膜質の均一性が向上するものと考えられる。
【００４６】
また、Ｈラジカルによる改質処理と並行して、ＮＨ３ガスのプラズマ化により生成したＮラジカルによって、ＳｉＮ膜の窒化処理も進行するので、成膜処理における窒化処理を補填することができる。なお、第１の改質処理では、改質ガスとしてＨ２ガス及びＮＨ３ガスを用いると、１つの成膜サイクル内におけるＮラジカルの量が多くなり、Ｈラジカルによる改質処理よりも窒化処理が進行しやすい状態になるため、当該改質処理の改質ガスはＨ２ガスのみを用いるが、ＮＨ３ガスをＨ２ガスと混合するとしても、Ｈ２ガスに比べて少量とすることが好ましい。
【００４７】
第２の改質処理におけるプロセス条件の一例を挙げると、第１の吐出口７０３及び第２の吐出口７０４から供給されるＨ２ガスの総供給量：１０００ｍｌ／分（ｓｃｃｍ）、ＮＨ３ガスの総供給量：４２５０ｍｌ／分、真空容器１１内圧力：２６６Ｐａ、回転テーブル２の温度：４７５℃、回転テーブル２の回転速度：２０ｒｐｍである。
【００４８】
上述の動作に基づき、予め設定した時間だけ第２の改質処理を実行したら、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスの供給、プラズマ形成部６Ｂ、６Ｃへの電力供給、ヒーター４６によるウエハＷの加熱を停止して、第２の改質処理を終了する。そして、ウエハＷの温度が予め設定した温度まで低下したら、搬入時とは逆の動作により、搬入出部１０１から順次、ウエハＷを搬出する（ステップＳ１０）。
【００４９】
本実施の形態によれば、ウエハＷの表面に形成されたパターンをなす凹部８１の内壁面に沿ってＳｉＮ膜を成膜した後、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを活性化（プラズマ化）し、活性化されたガスをウエハＷに供給して、ＳｉＮ膜を改質している。ＮＨ３ガスを用いると、凹部８１内の下部側まで侵入した後、水素の活性種（Ｈラジカル）が生成されると推察される。このため、Ｈ２ガスに加えてＮＨ３ガスを改質用のガスとして用いると、凹部８１の縦方向においてＳｉＮ膜の改質処理の程度を揃えることができ、膜を緻密化しつつ、前記凹部８１の縦方向におけるＳｉＮ膜の膜質の均一性を高めることができる。
【００５０】
このように、凹部８１の縦方向においてＳｉＮ膜の膜質が揃っていることから、後の工程において、ＳｉＮ膜が形成された凹部８１に犠牲膜を埋め込み、当該犠牲膜をエッチングする場合に、凹部８１の縦方向におけるＳｉＮ膜のエッチングの程度が揃えられる。これにより、ＳｉＮ膜の寸法精度が高くなり、例えば犠牲膜が除去された後に配線材料が埋め込まれる場合には、デバイスの電気特性を向上させることができる。
【００５１】
第２の改質処理において、Ｈ２ガスの全供給量に対するＮＨ３ガスの全供給量の比率（ＮＨ３ガス／Ｈ２ガス）は、例えば０．１〜２．０に設定される。例えば上述のように、Ｈ２ガスとＮＨ３ガスとを同時に処理雰囲気に吐出する場合には、ＮＨ３ガスの流量／Ｈ２ガスの流量が例えば０．１〜２．０に設定される。前記比率が０．１より小さいと、凹部８１の底部位置Ｄにおける改質処理が進行せず、前記比率が２．０より大きいと、改質処理よりも窒化処理が優先して進行する懸念があるからである。特に、前記比率は１．０以下に設定されることが好ましい。混合ガス中のＮＨ３ガスの割合が５０％を超えると、ＳｉＮ膜にＮＨ基が取り込まれ、膜の緻密性の向上を抑制するおそれがあるからである。
【００５２】
上述の例では、成膜サイクル内において第１の改質処理を行っているが、この第１の改質処理は必ずしも実施する必要がない。第１の改質処理を行わない場合には、成膜工程では、第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２にはガスの供給、プラズマ形成部６Ｂ，６Ｃへの電力の供給を停止し、その他は上述の成膜工程と同様の処理を行う。
【００５３】
また、上述の成膜処理装置は、第１の改質領域ｒ１と第２の改質領域ｒ２とを備えているが、第１の改質領域ｒ１と第２の改質領域ｒ２の少なくとも一方を備える構成であってもよい。さらに、反応領域及び改質領域に夫々専用のプラズマ形成部（プラズマ化機構）６が設けられていることに限られない。例えば反応領域及び改質領域を兼用する処理領域を設け、プラズマ化機構を兼用してもよい。この場合には、ＳｉＮ膜の成膜工程では、処理領域からＮＨ３ガスを供給して、プラズマ化機構によりＮＨ３ガスを活性化し、改質工程では、処理領域からＨ２ガス及びＮＨ３ガスを供給して、プラズマ化機構によりＨ２ガス及びＮＨ３ガスを活性化する。
【００５４】
さらに、上述の第２の改質処理を行う工程では、ＳｉＮ膜の成膜を行う工程と、真空容器１１内の圧力や、ウエハＷ温度、回転テーブル２の回転速度などのプロセス条件については同じ条件に設定したため、スループットの低下を抑えることができるが、これらのプロセス条件は変更してもよい。また、第２の改質処理を行う工程において、反応領域Ｒ２においてもプラズマ形成部６Ａに電力を供給し、プラズマを形成してもよい。反応領域Ｒ２に第１の改質領域ｒ１及び第２の改質領域ｒ２からＨ２ガス及びＮＨ３ガスが流出することもあり、反応領域Ｒ２においてもＨ２ガス及びＮＨ３ガスの活性種により改質処理を実施することができるからである。
【００５５】
反応ガス供給部及び改質ガス供給部の構成は上述の例に限られない。例えば反応ガス供給部は、１本のガスインジェクターでもよいし、改質ガス供給部と同様に、プラズマ形成部６Ａに第１及び第２のガス吐出口７０３、７０４を設けて、ＮＨ３ガスを供給するようにしてもよい。また、改質ガス供給部は、反応ガス供給部と同様にガスインジェクターにより構成してもよい。
【００５６】
さらに、原料ガスユニット３は、必ずしもパージガス吐出口３１１を備える必要はない。例えば排気口３２１の外側にさらなる排気口を設け、この排気口により吸着領域Ｒ１以外の領域からのＮＨ３ガスやＨ２ガスを排気して、吸着領域Ｒ１の雰囲気を外部の雰囲気から分離するようにしてもよい。
【００５７】
さらにまた、本発明方法を実施する成膜処理装置は上述の構成に限らない。図８は、本発明方法を実施する成膜処理装置の他の例である。この成膜処理装置では、先ず、ウエハＷを真空容器９１内の載置部９２に載置し、真空容器９１内を排気機構９３により真空雰囲気に設定すると共に、例えば載置部９２に設けられたヒーターにより加熱する。そして、ＤＣＳガス供給源９４１からガス供給室９５に設けられたガス吐出口９５１を介して原料ガスであるＤＣＳガスを供給することにより、ウエハＷ表面にＳｉを吸着させる。続いて、ＤＣＳガスの供給を停止し、真空容器９１内を排気してＤＣＳガスを排出する。
【００５８】
次いで、ＮＨ３ガス供給源９４２から反応ガスであるＮＨ３ガスを供給すると共に、高周波電源部９６からガス供給部９５に高周波を供給する。これにより、ガス供給部９５よりなる上部電極と載置部９２よりなる下部電極とにより、容量結合プラズマが発生する。こうして、ＮＨ３ガスが活性化され、この活性種によりウエハＷ上の原料が窒化されて窒化層であるＳｉＮ層が成膜される。続いて、ＮＨ３ガスの供給と高周波の供給を停止し、真空容器９１内を排気してＮＨ３ガスを排出する。このＤＣＳガスの供給と、ＮＨ３ガスの供給によるＳｉＮ層を生成する処理を複数回繰り返して、所定の膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５９】
この後、真空雰囲気内の真空容器９１にＨ２ガス供給源９４３及びＮＨ３供給源９４２から改質ガスとしてＨ２ガス及びＮＨ３ガスを供給し、ガス供給部５に高周波を供給することにより、これらガスを活性化する。こうして、活性化されたＨ２ガス及びＮＨ３ガスをウエハＷに供給して、ＳｉＮ膜を改質する工程を実施する。上述のウエハＷにＳｉＮ膜を成膜するステップと、ＳｉＮ膜を改質するステップとは、制御部９０により実行される。図８中、９１１は搬送口、９１２はゲートバルブ、９２１は昇降機構９２２により昇降される受け渡しピン、９５２は供給路、９５３はマスフローコントローラＭ、バルブＶを備えた流量調節部、９６１は整合器である。
【００６０】
さらにまた、本発明方法を実施する成膜処理装置は、例えば多数枚のウエハを保持したウエハボートを反応容器内に下側から搬送する縦型の成膜処理装置であってもよい。この装置では、縦方向に伸びる反応容器の長さ方向に沿って、反応容器の周方向の一部をプラズマ形成室として横に突出して設け、この縦方向に伸びるプラズマ形成室の側壁に電極を取り付けて、この電極に高周波を印加することにより、容量性プラズマを生成する。また、プラズマ形成室内に、原料ガスの供給ノズルと、反応ガスの供給ノズルと、改質ガスの供給ノズルとを設けるように構成する。そして、反応容器内を真空雰囲気に設定すると共に、ウエハボートを加熱し、回転させた状態で、原料ガスを供給し、次いで反応ガスを供給してＳｉＮ膜を生成する処理を複数回繰り返して所定の厚さのＳｉＮ膜を成膜する。次いで、真空雰囲気内の反応容器に改質ガスとしてＨ２ガス及びＮＨ３ガスを供給し、これらガスを活性化する。こうして、活性化されたガスをウエハＷに供給して、ＳｉＮ膜を改質する工程を実施するようにしてもよい。
【００６１】
ＳｉＮ膜成膜後のＳｉＮ膜の改質工程では、活性化されたＨ２ガス及び活性化されたＮＨ３ガスの一方及び他方を順番にウエハＷに供給するようにしてもよい。この場合には、例えばＨ２ガス及びＮＨ３ガスの流量を同じに設定し、ウエハＷに対するＨ２ガスの供給時間及びＮＨ３ガスの供給時間を調整することにより、ウエハＷに対するＨ２ガスの全供給量とＮＨ３ガスの全供給量との比率を調整するようにしてもよい。また、活性化されたＨ２ガス及び活性化されたＮＨ３ガスの一方をウエハＷに供給する段階、他方をウエハＷに供給する段階、及び両方を同時にウエハＷに供給する段階を含むようにしてもよい。
【実施例】
【００６２】
図１の成膜処理装置を用い、パターンをなす凹部８１が形成されたウエハに対してＳｉＮ膜の成膜処理を行った後、第２の改質処理を行ってＳｉＮ膜の膜質を評価した（実施例１）。また、第２の改質処理を行わない場合（比較例１）と、第２の改質処理をＨ２ガスのみを用いて行う場合（比較例２）と、についても同様に膜質の評価を行った。パターンをなす凹部８１が形成されたウエハのアスペクト比は１０であり、実施例１、比較例１，２のいずれもＳｉＮ膜は、次の成膜条件にて成膜した。
【００６３】
（ＳｉＮ膜の成膜条件）  
図１に示す成膜処理装置を用い、吸着領域Ｒ１には、ＤＣＳガス（ＤＣＳ濃度１００ｖｏｌ％）を１１９０ｍｌ／分で供給し、反応領域Ｒ２には、ＮＨ３ガス（ＮＨ３濃度１００ｖｏｌ％）とＡｒガス（Ａｒ濃度１００ｖｏｌ％）を、夫々１０００ｍｌ／分、１０００ｍｌ／分の流量で供給した。真空容器内の圧力は２６７Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）、ウエハＷ温度は４７５℃、回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍに夫々設定し、回転テーブル２が積算で８７回転する期間、成膜処理を行った。
【００６４】
（実施例１の第２の改質処理条件）  
成膜処理後、実施例１については、ＤＣＳガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガスの供給を停止し、第１の改質領域ｒ１、第２の改質領域ｒ２に、第２の改質ガスとして夫々Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを、４５２０ｍｌ／分及び１０００ｍｌ／分の流量で供給した。また、成膜処理時と同様に、真空容器１１の圧力は２６７Ｐａ、ウエハＷ温度は４７５度、回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍとし、３００秒間、改質処理を行った。
【００６５】
（比較例２の第２の改質処理条件）  
比較例２については、成膜処理後、ＤＣＳガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガスの供給を停止し、第１の改質領域ｒ１、第２の改質領域ｒ２に夫々、Ｈ２ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で供給した。また、真空容器１１の圧力は６６．５Ｐａ（０．５）Ｔｏｒｒ、ウエハＷ温度は４７５度、回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍとし、３００秒間、改質処理を行った。
【００６６】
膜質の評価は、０．５重量％濃度のフッ酸によるウェットエッチング速度（ＷＥＲ：Wet Etching Rate、[Å/分]）を、図６に示す凹部８１の上部位置Ａ、凹部上方位置Ｂ、凹部下方位置Ｃ、底部位置Ｄの４か所について夫々測定した。実施例に係るエッチング速度の測定結果を図９に、比較例１、２に係る同様の結果を夫々図１０、図１１に示す。図中左縦軸はウェットエッチング速度（ＷＥＲ）、右縦軸はエッチング速度の均一性であり、エッチング速度の均一性は、凹部８１の上部位置Ａのウェットエッチング速度を１００としたときの相対値を示している。
【００６７】
成膜処理後の第２の改質処理を行わない比較例１の結果（図１０）では、凹部８１の上部位置Ａ、凹部上方位置Ｂ、凹部下方位置Ｃ、底部位置Ｄの夫々において、エッチング速度が大きく異なり、上部位置Ａに比べて底部位置Ｄのエッチング速度が大きく、凹部８１の縦方向におけるエッチング速度の均一性が悪いことが認められた。
【００６８】
また、成膜処理後の第２の改質処理をＨ２ガスのみを用いて行った比較例２の結果（図１１）では、凹部８１の上部位置Ａ、凹部上方位置Ｂ、凹部下方位置Ｃ、底部位置Ｄの夫々において、比較例１に比べてエッチング速度が低下し、膜の緻密化が図られることが認められた。但し、上部位置Ａのエッチング速度が極めて小さいものの、底部位置Ｄのエッチング速度が大きいため、比較例１に比べて凹部８１の縦方向におけるエッチング速度の均一性が悪化することが確認された。これは、Ｈラジカルの寿命が短いため、凹部８１上部には多くのＨラジカルが到達して改質処理が速やかに進行するが、凹部８１の底部に到達するＨラジカルが少なく、底部では改質処理が進まないためと推察される。また、比較例１と比較例２の結果により、ベアウエハ等のフラットな面に対しては、Ｈ２ガスによる改質処理により膜質が改善されることが認められた。
【００６９】
実施例１では、図９に示すように、凹部８１の上部位置Ａ、凹部上方位置Ｂ、凹部下方位置Ｃ、底部位置Ｄの夫々において、比較例２に比べてエッチング速度が低下し、凹部８１の底部においても膜の緻密化が図られることが認められた。また、凹部８１の縦方向のエッチング速度が揃っており、当該縦方向におけるエッチング速度の均一性が大幅に改善されることが確認された。これは、ＮＨ３ガスのプラズマ化により、Ｈ２ガスのプラズマ化よりも、凹部８１の上部のみならず底部においても、多くのＨラジカルが到達して改質処理が速やかに進行するためと推察される。このように、ＳｉＮ膜の縦方向のエッチング速度が揃えられることにより、縦方向の膜質の均一性が改善されることが確認された。
【００７０】
また、比較例２では、改質効果を高めるために、第２の改質処理では、成膜処理工程よりも真空容器１１内の圧力を低下させているのに対して、実施例１では、成膜処理工程と同じ圧力に設定して第２の改質処理を行っている。このように、本発明の手法では成膜処理工程と同じ圧力でも十分に改質効果を得ることができるため、スループットの低下を抑えながら、改質処理を行うことができることが理解される。
【符号の説明】
【００７１】
Ｒ１            吸着領域
Ｒ２            反応領域
ｒ１            第１の改質領域
ｒ２            第２の改質領域
Ｗ              ウエハ
２              回転テーブル
２１            載置領域
３３１          吐出口
６、６Ａ〜６Ｃ  プラズマ形成部
７１、７２      ガスインジェクター
７０３          第１のガス吐出口
７０４          第２のガス吐出口
８              制御部
【図１】
2018085380.tif 000003
【図２】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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