(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＥＡＬＤを用いて半導体デバイスのさらなる微細化に対応した成膜を行うことができる成膜装置および成膜方法を提供する。【解決手段】チャンバー１と、ステージ２と、上部電極１１および上部電極１１と絶縁されたシャワープレート１２を有するシャワーヘッド１０と、上部電極１１に接続された第１高周波電源２６と、ステージ２に含まれる電極３１に接続された第２高周波電源３３とを備え、第１高周波電源２６から上部電極１１に高周波電力が供給されることにより、上部電極１１およびシャワープレート１２の間に高周波電界が形成されて、第１の容量結合プラズマが生成され、第２高周波電源３３から電極３１に高周波電力が供給されることにより、シャワープレート１２と電極３１との間に高周波電界が形成されて、第１の容量結合プラズマとは独立した第２の容量結合プラズマが生成され、基板上にプラズマＡＬＤにより所定の膜を成膜する成膜装置１００。【選択図】図１
2019203155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にプラズマＡＬＤにより所定の膜を成膜する成膜装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内で基板を支持するステージと、
前記ステージに対向して設けられ、導電性の上部電極および該上部電極と絶縁された導電性のシャワープレートを有し、成膜のための成膜原料ガスおよび反応ガスを含むガスが供給され、該ガスを前記チャンバー内に導入するシャワーヘッドと、
前記ステージに含まれる電極と、
前記上部電極に接続された第１高周波電源と、
前記電極に接続された第２高周波電源と
を備え、
前記第１高周波電源から前記上部電極に高周波電力が供給されることにより、前記上部電極および前記シャワープレートの間に高周波電界が形成されて、第１の容量結合プラズマが生成され、
前記第２高周波電源から前記電極に高周波電力が供給されることにより、前記シャワープレートと前記電極との間に高周波電界が形成されて、前記第１の容量結合プラズマとは独立した第２の容量結合プラズマが生成される、成膜装置。
【請求項２】
前記第１高周波電源に替えて、または前記第１高周波電源に加えて、前記上部電極にＤＣパルスを印加するＤＣパルス印加ユニットを備える、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１の容量結合プラズマにより前記反応ガスが解離され、主に反応ガスのラジカルが前記成膜原料ガスと反応して、前記基板上に所定の膜が成膜される、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第１の容量結合プラズマは、前記シャワーヘッド内のガス拡散空間内にリモートプラズマとして形成され、前記シャワープレートを通過した主に反応ガスのラジカルが前記基板に供給される、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第２の容量結合プラズマにより、前記基板に形成された膜が、主にイオンアシストによりエッチングされる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記シャワープレートの直下に設けられ、前記シャワープレートを通過する前記第２の容量結合プラズマ中のイオンを除去するイオントラップをさらに備える、請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記シャワープレートは接地されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記シャワープレートには接地ラインが接続され、前記接地ラインに設けられたインピーダンス調整回路をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記電極に接続された、前記基板に高周波バイアスを印加する機能を有する第３の高周波電源をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
基板上にプラズマＡＬＤにより所定の膜を成膜する成膜方法であって、
基板に対して成膜原料ガスを間欠的に供給する第１工程と、
前記成膜原料ガスを供給していない期間に間欠的に第１の容量結合プラズマにより反応ガスを解離させて主に反応ガスのラジカルを前記基板に供給する第２工程と、
任意のタイミングで、前記第１の容量結合プラズマとは独立して、基板にイオンアシストによるエッチング作用を及ぼす第２の容量結合プラズマを生成する第３工程と
を有する、成膜方法。
【請求項１１】
前記第１工程では、前記基板に成膜原料ガスを吸着させ、前記第２工程では、前記第１容量結合プラズマにより生成された主に前記反応ガスのラジカルを前記基板に吸着された前記成膜原料ガスと反応させる、請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記第３工程を、前記第２工程と同様のタイミングで実施する、請求項１０または請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記第３工程を、前記第２工程を行うタイミングの一部で、前記第２工程と同時に実施する、請求項１０または請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記第２工程を行うタイミングの一部を、前記第３工程で置き換えて実施する、請求項１０または請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項９のいずれかの成膜装置により行われる、請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの微細化が進んでおり、微細パターンの成膜に適した成膜技術として、所定の膜を一原子層ずつ成膜する原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）が知られている。最近では使用するガスの反応性を向上させ、プロセス温度を低下することを目的としたプラズＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、微細なトレンチ内にボイドを発生させることなく埋め込みを行う技術として、ＩＣＰ型、ＥＣＲ型等の高密度プラズマを発生可能なチャンバーを用い、基板側にバイアスをかけ、成膜とエッチングを同時進行させるＨＤＰ−ＣＶＤ法が知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５２１５９４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３４２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、ＰＥＡＬＤを用いて半導体デバイスのさらなる微細化に対応した成膜を行うことができる成膜装置および成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に係る成膜装置は、基板上にプラズマＡＬＤにより所定の膜を成膜する成膜装置であって、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内で基板を支持するステージと、前記ステージに対向して設けられ、導電性の上部電極および該上部電極と絶縁された導電性のシャワープレートを有し、成膜のための成膜原料ガスおよび反応ガスを含むガスが供給され、該ガスを前記チャンバー内に導入するシャワーヘッドと、前記ステージに含まれる電極と、前記上部電極に接続された第１高周波電源と、前記電極に接続された第２高周波電源とを備え、前記第１高周波電源から前記上部電極に高周波電力が供給されることにより、前記上部電極および前記シャワープレートの間に高周波電界が形成されて、第１の容量結合プラズマが生成され、前記第２高周波電源から前記電極に高周波電力が供給されることにより、前記シャワープレートと前記電極との間に高周波電界が形成されて、前記第１の容量結合プラズマとは独立した第２の容量結合プラズマが生成される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、ＰＥＡＬＤを用いて半導体デバイスのさらなる微細化に対応した成膜を行うことができる成膜装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】一実施形態に係る成膜装置の変形例の一部を示す概略断面図である。
【図３】一実施形態に係る成膜装置の他の変形例を示す概略断面図である。
【図４】一実施形態に係る成膜装置により第１の容量結合プラズマを生成した際の状態を示す概略断面図である。
【図５】一実施形態に係る成膜装置によりＰＥＡＬＤを行う際の基本シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図６】一実施形態に係る成膜装置により第２の容量結合プラズマを生成した際の状態を示す概略断面図である。
【図７】従来のＰＥＡＬＤにより凹部への埋め込みを行う際に凹部の開口が閉塞する状態を説明するための工程断面図である。
【図８】一実施形態に係る成膜装置を用いたＰＥＡＬＤによる凹部への埋め込みにより凹部開口の閉塞が解消されることを説明するための工程断面図である。
【図９】従来のＰＥＡＬＤにより凹部への埋め込みを行う際に埋め込んだ膜にストレスが生じることを説明するための工程断面図である。
【図１０】一実施形態に係る成膜装置を用いたＰＥＡＬＤによる凹部への埋め込みにより膜ストレスが調整可能なことを説明するための工程断面図である。
【図１１】一実施形態に係る成膜装置を用いたＰＥＡＬＤによる選択成膜の例を示す断面図である。
【図１２】第１の容量結合プラズマと第２の容量結合プラズマの印加タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】第１の容量結合プラズマと第２の容量結合プラズマの印加タイミングの他の例を示すタイミングチャートである。
【図１４】第１の容量結合プラズマと第２の容量結合プラズマの印加タイミングのさらに他の例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
【００１０】
図１は一実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。
成膜装置１００は容量結合型のプラズマ処理装置として構成されており、基板Ｗに対してＰＥＡＬＤにより所定の膜を成膜する成膜機能とエッチング機能とを有する。基板Ｗとしては、例えば半導体ウエハを挙げることができるが、これに限定されない。
【００１１】
この成膜装置１００は、略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１は保安設置されている。チャンバー１の内部には、基板Ｗを水平に載置（支持）するためのステージ２が配置されている。ステージ２は、ＡｌＮ等の絶縁性セラミックスで構成されており、その中央下部が、チャンバー１の底部から垂直に延びる円筒状の絶縁性セラミックスからなる支持部材３により支持されている。また、ステージ２にはモリブデン等の高融点金属で構成されたヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源（図示せず）から給電されることによりステージ２上の基板Ｗを所定の温度に加熱する。なお、ステージ２は導電体であってもよい。
【００１２】
なお、図示していないが、ステージ２には、複数の昇降ピンが、昇降機構によりその上面に対し突没可能に挿通されており、複数の昇降ピンの昇降動作により、ステージ２上への基板Ｗの授受が行われるようになっている。
【００１３】
チャンバー１の天壁には、開口１ａを有しており、開口１ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド１０が嵌め込まれている。シャワーヘッド１０は、全体形状が円筒状をなし、上部プレートである上部電極１１と、下面を構成するシャワープレート１２と、これらの間に設けられた円筒状の絶縁部材１３とを有している。上部電極１１とシャワープレート１２は、導電性材料で形成されている。シャワーヘッド１０の内部は、ガス拡散空間１４となっている。上部電極１１はその外周にフランジ部１１ａを有しており、このフランジ部１１ａが絶縁部材９に支持されている。シャワープレート１２には複数のガス吐出孔１５が形成されており、上部電極１１にはガス導入孔１６が形成されている。ガス導入孔１６は、成膜のためのガスを供給するガス供給機構２０のガスラインに接続されている。
【００１４】
ガス供給機構２０は、ＰＥＡＬＤ成膜を行う際に用いるガス、例えば、形成しようとする膜の構成元素を含む成膜原料ガス、成膜原料ガスと反応する反応ガス、およびパージガス等を供給する。これらガスを供給する配管には、バルブ類およびマスフローコントローラのような流量制御器が設けられている。成膜原料ガスおよび反応ガスは、成膜しようとする膜に応じて種々のものを用いることができる。パージガスとしては、不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス等の希ガスや、Ｎ２ガスを用いることができる。成膜の際には、パージガスを供給したまま、成膜原料ガスと反応ガスとを交互にかつ間欠的に供給する。また、反応ガスがプラズマの存在下でのみ成膜原料ガスと反応する場合は、反応ガスを供給したままにしてもよい。
【００１５】
シャワーヘッド１０の上部電極１１には、第１整合器２５を介して第１高周波電源２６が接続されており、この第１高周波電源２６から上部電極１１に高周波電力が供給されるようになっている。第１高周波電源２６の周波数は、４５０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚであることが好ましく、典型例としては１３．５６ＭＨｚである。一方、シャワープレート１２には、接地ライン１７が接続され、接地されている。上部電極１１とシャワープレート１２とは絶縁部材１３で絶縁されており、これらは一対の平行平板電極を構成している。上部電極１１、シャワープレート１２、第１高周波電源２６により第１の容量結合プラズマ生成部３０が構成される。
【００１６】
第１の容量結合プラズマ生成部３０においては、第１高周波電源２６に高周波電力を印加することにより、上部電極１１とシャワープレート１２との間に高周波電界が形成され、ガス拡散空間１４内に第１の容量結合プラズマが生成される。
【００１７】
第１整合器２５は、第１高周波電源２６の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものである。第１整合器２５は、ガス拡散空間１４にプラズマが生成されている時に第１高周波電源２６の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００１８】
第１の容量結合プラズマ生成部３０は、ＰＥＡＬＤのためのリモートプラズマ源として構成される。すなわち、ガス拡散空間１４に生成された第１の容量結合プラズマにより反応ガスが解離され、解離して生成された主にラジカルがガス吐出孔１５を通過してステージ２上の基板Ｗに供給され、ＰＥＡＬＤによる成膜に供される。ＰＥＡＬＤに際しては、第１の容量結合プラズマ生成部３０は、成膜原料ガスが供給されていないタイミングで、間欠的にプラズマを着火し、反応ガスを解離させる。
【００１９】
また、上部電極１１には、ＤＣパルス印加ユニット７０が接続されている。ＤＣパルス印加ユニット７０は、ＤＣ電源７１と、ＤＣパルススイッチ７２と、フィルター７３とを有している。ＤＣパルス印加ユニット７０は、第１高周波電源２６に替えて用いてもよいし、第１高周波電源２６と併用してもよい。併用する場合は、第１高周波電源２６からの高周波とＤＣパルス印加ユニット７０からのＤＣパルスとが重畳されることとなる。ＤＣパルス電源７１は、ゼロ〜正のパルス電圧、またはゼロ〜負のパルス電圧を印加することができるため、ガスの特性（極性）に合わせた電力を印加することができる。このため、ガスの解離をより促進することができる。
【００２０】
シャワープレート１２の直下には、プラズマ中のイオンをトラップするためのイオントラップ２８が設けられている。プラズマ中のイオンは、シャワープレート１２のガス吐出孔１５でその一部が失活するため、基板Ｗに供給されるイオンは少ないが、イオントラップ２８によりシャワープレート１２を通過するイオンをさらに除去することができる。イオントラップ２８は、導電体でも絶縁体でもよく、絶縁体の内部に導電体を埋め込んだものであってもよい。また、導電体の場合は、接地されていてもフローティング状態であってもよい。なお、シャワープレート１２を通過するプラズマ中のイオンが十分少なければ、イオントラップ２８は不要である。
【００２１】
また、図２に示すように、接地ライン１７にコイルおよびコンデンサを有するインピーダンス調整回路２９を設けることにより、通過イオン量を制御することができる。なお、インピーダンス調整回路２９によるインピーダンス調整により、プラズマの生成箇所をシャワープレート１２の下に変更することも可能となる。このように、プラズマの生成箇所をシャワープレート１２の下に変更することにより、後述する、ステージ２とシャワープレート１２との間に形成される容量結合プラズマの密度等の調整幅をより広げることができる。
【００２２】
ステージ２の内部には、電極３１が埋設されている。電極３１はステージ２に含まれており、ステージ２が導電体の場合は、ステージ２自体が電極として機能する。電極３１には、第２整合器３２を介して第２高周波電源３３が接続されている（図１参照）。第２高周波電源３３の周波数は、１３．５６〜１００ＭＨｚであることが好ましく、典型例としては４０ＭＨｚである。シャワープレート１２とステージ２内の電極３１とは一対の平行平板電極を構成している。シャワープレート１２、電極３１、第２高周波電源３３により第２の容量結合プラズマ生成部４０が構成される。
【００２３】
第２の容量結合プラズマ生成部４０においては、第２高周波電源３３からステージ２の電極３１に高周波電力を印加することにより、シャワープレート１２と電極３１との間に高周波電界が形成され、これらの間に第２の容量結合プラズマが生成される。そして、高周波電力印加によるバイアスによりプラズマ中のイオンが基板Ｗに引き込まれてイオンアシストエッチングが実現される。すなわち、第２の容量結合プラズマ生成部４０は、エッチングのためのプラズマ源として構成される。
【００２４】
第２整合器３２は、第２高周波電源３３の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものである。第２整合器３２は、シャワープレート１２とステージ２との間の空間にプラズマが生成されている時に第２高周波電源３３の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００２５】
なお、図３に示すように、電極３１に、第２高周波電源３３に加えて、第３整合器３６を介して第３高周波電源３７を接続してもよい。第３高周波電源３７は、プラズマ中のイオンを基板Ｗに引き込んでイオンの作用を高める高周波バイアスを基板Ｗに印加する機能を有する。第３高周波電源３７の周波数は、第２高周波電源３３の周波数よりも小さく、４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚが好ましい。典型例としては１３．５６ＭＨｚである。第３整合器３６は、第２整合器３２と同様の機能を有する。
【００２６】
チャンバー１の底壁には排気口５１が設けられており、排気口５１には排気管５２が接続されている。排気管５２には排気装置５３が接続されている。排気装置５３は自動圧力制御バルブと真空ポンプを有し、排気装置５３によりチャンバー１内を所定の真空度に保持することが可能となっている。
【００２７】
チャンバー１の側壁には、チャンバー１と隣接して設けられた真空搬送室（図示せず）との間で基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口５７と、この搬入出口５７を開閉するゲートバルブ５８とが設けられている。
【００２８】
成膜装置１００の構成部であるヒーター電源、バルブ類、流量制御器、高周波電源等は、制御部６０により制御される。制御部６０は、実際にこれらの制御を行うコンピュータ（ＣＰＵ）を有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置とを有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。
【００２９】
次に、以上のように構成された成膜装置１００における動作について説明する。
まず、ゲートバルブ５８を開放して真空搬送室から搬送装置によりウエハＷをチャンバー１内に搬入し、ステージ２上に載置する。搬送装置を退避させた後、ゲートバルブ５８を閉じる。
【００３０】
次いで、チャンバー１内にパージガスを連続的に供給し、排気装置５３により、チャンバー１内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒーター５によりステージ２の温度を所定温度に制御する。
【００３１】
そして、パージガスを連続的に供給した状態を維持したまま、成膜原料ガスを間欠的に供給するとともに、成膜原料ガスを供給していないタイミングで、第１の容量結合プラズマ生成部３０により間欠的に第１の容量結合プラズマを生成して、ＰＥＡＬＤにより所定の膜を成膜する。このときのプラズマ生成の際には、図４に示すように、第１高周波電源２６からシャワーヘッド１０のベースプレート１１に高周波電力を印加することにより、上部電極１１とシャワープレート１２との間に高周波電界を形成する。これにより、ガス拡散空間１４に第１の容量結合プラズマＰ１が生成され、この第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスが解離される。第１の容量結合プラズマＰ１は、リモートプラズマとして生成され、ガス吐出孔１５を通過した主に反応ガスのラジカルがステージ２上の基板Ｗに供給される。
【００３２】
ＰＥＡＬＤでは、具体的には図５に示すように、パージガスを連続的に供給した状態で、基板へ成膜原料ガスの供給する工程（ステップＳ１）が間欠的に実施され、第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離して、それにより生成されたラジカルを基板Ｗに供給する工程（ステップＳ２）がステップＳ１の間で間欠的に実施される。これにより、ステップＳ１による成膜原料ガスの基板Ｗへの吸着と、ステップＳ２により解離されて主にラジカル化した反応ガスとが、パージガスによるチャンバー１内のパージ（ステップＳ３）を挟んで交互に実施される。このとき第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスの解離が促進され、このプラズマのうちイオンはシャワープレート１２のガス吐出孔１５で失活し、さらにイオントラップ２８で除去されるため、基板Ｗへは主に反応ガスのラジカルが供給される。また、インピーダンス調整回路２９により通過イオン量を制御することもできる。このため、主に反応ガスのラジカルが成膜原料ガスと反応して、基板Ｗ上に所定の膜が成膜される。したがって、ラジカルを主体とした、イオンダメージのない、またはイオンコントロールされた良好な成膜が実現される。
【００３３】
成膜される膜の具体例としては、反応ガスとして酸化剤、窒化剤等を用いることにより、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ等の化合物膜を成膜することができる。また、反応ガスとしてＨ２ガスのような還元ガスを用いることにより、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ等の金属膜を成膜することができる。成膜原料ガスとしては、塩化物、水素化物、有機化合物等を挙げることができる。
【００３４】
このとき、反応ガスの供給は、プラズマの生成タイミングのみであってもよいし、反応ガスがプラズマの存在下でのみ成膜原料ガスと反応する場合は、反応ガスを供給したままにしてもよい。例えば、成膜原料ガスがＴｉＣｌ４ガスで、反応ガスがＯ２ガスの場合には、パージガスとともにＯ２ガスを供給したままの状態で、ＴｉＣｌ４ガスの供給とプラズマの生成を交互に行うことにより、ＴｉＯ２膜が成膜される。
【００３５】
一方、上記ＰＥＡＬＤによる成膜を行っている途中に所定のタイミングで、第２の容量結合プラズマ生成部４０によりプラズマを生成し、基板Ｗに形成された膜に対し、主にイオンアシストによるエッチングを行う工程を実施する。このときのプラズマ生成の際には、図６に示すように、第２高周波電源３３からステージ２内の電極３１に高周波電力を印加することにより、シャワープレート１２と電極３１との間に高周波電界を形成する。これにより、シャワープレート１２とステージ２との間の空間に第２の容量結合プラズマＰ２が生成され、基板Ｗにイオンのアシストによるエッチング作用が及ぼされる。このとき、下部電極であるステージ２（電極３１）の対向電極は、シャワープレート１２であり、第１高周波電力が印加される上部電極１１はステージ２から見えないので、上部の第１整合器２５に依存せず、安定した高周波電力の供給が可能となる。すなわち、第２の容量結合プラズマＰ２は、第１の容量結合プラズマＰ１の存在に関わらず、独立して生成することができる。第２の容量結合プラズマＰ２は、基板Ｗに接するように生成され、効率の良いエッチング特性が得られる。
【００３６】
このような第２の容量結合プラズマＰ２により、ＰＥＡＬＤ成膜中の基板Ｗにイオンのアシストによるエッチング作用をおよぼすことができ、以下の［１］〜［４］のような効果を得ることができる。
【００３７】
［１］ホールやトレンチのような凹部への埋め込み、特に深穴への埋め込みの際には、従来のＰＥＡＬＤによる成膜では、図７に示すようになっていた。すなわち、凹部２０２が形成された基板ＷにＰＥＡＬＤにより膜２０３を成膜すると、（ａ）に示すように、凹部２０２の間口に膜が過剰に堆積される場合がある。このような場合、成膜が進行すると、（ｂ）に示すように、間口に膜２０３のオーバーハング部分２０４が生じて間口が塞がり、凹部２０２の底部へのガス供給が妨げられる。このため、凹部２０２への膜２０３の埋め込みが完了した時点では、（ｃ）に示すように、ボイド２０５が残ってしまうことがあった。
【００３８】
そこで、図８に示すように、（ａ）の膜２０３のオーバーハング部分２０４が生じた状態で、第２の容量結合プラズマＰ２を生成して基板Ｗにイオンのアシストによるエッチング作用を及ぼし、膜２０３のオーバーハング部分２０４を除去する（（ｂ）参照）。これにより、凹部２０２の底部へのガス供給が妨げられず、ボイドのない埋め込みが実現される（（ｃ）参照）。
【００３９】
［２］図９に示すように、従来のＰＥＡＬＤによる成膜では、凹部２０２への膜２０３の埋め込みの際は、成膜初期の（ａ）の状態から成膜が進行すると、凹部２０２の上部と底部で膜２０３の厚さが異なる状態となり（（ｂ）参照）、それがストレスの原因となる。そして、凹部２０２への膜２０３の埋め込みが完了した時点では、膜２０３にストレスが生じることがある（（ｃ）参照）。
【００４０】
そこで、図１０に示すように、成膜が進行した（ａ）の状態（図７の（ｂ）と同じ状態）で、第２の容量結合プラズマＰ２の基板Ｗにイオンのアシストによるエッチング作用を及ぼして、膜の厚さを均一にすることによりストレスを調整する（（ｂ）参照）。これにより、凹部２０２への膜２０３の埋め込みが完了した時点で膜ストレスが低減される（（ｃ）参照）。
【００４１】
［３］第２の容量結合プラズマＰ２によって膜２０３のエッチング量をコントロールすることにより、図１１に示すように、膜２０３の側壁２０３ａの厚さａと、膜２０３の底部２０３ｂの厚さｂとの比を調整することができる。これにより、選択成膜を実現することができる。
【００４２】
［４］第２の容量結合プラズマＰ２を、第１の容量結合プラズマＰ１と同時に印加することで、反応ガスのラジカルとイオンのバランス、エッチング量をコントロールすることができる。また、プラズマ中のイオンにより、原料ガスの不要成分（リガンド）の切断を促進することができる。このため、ＰＥＡＬＤによる成膜を適切に制御することができる。
【００４３】
第１の容量結合プラズマＰ１と第２の容量結合プラズマＰ２の印加タイミングとしては、図１２〜図１４に示すものが例示される。
【００４４】
図１２の例は、成膜を行う第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離させる工程を図５と同様のタイミングで実施し、それと同じタイミングでエッチングを行う第２の容量結合プラズマＰ２を生成する工程を実施する。これにより、成膜・エッチングのバランスを同時調整することができる。
【００４５】
図１３の例は、成膜を行う第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離させる工程を図５と同様のタイミングで実施し、エッチングを行う第２の容量結合プラズマＰ２を生成する工程を、第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離させる工程のタイミングの一部で、第１の容量結合プラズマＰ１の生成と同時に実施する。これにより、例えば、凹部の間口が閉塞する前の所定のタイミングで、エッチング作用を及ぼすことができる。
【００４６】
図１４の例は、成膜を行う第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離させる工程を図５と同様のタイミングで実施するとともに、第１の容量結合プラズマＰ１の生成タイミングの一部を、エッチングを行う第２の容量結合プラズマＰ２で置き換え、第１の容量結合プラズマＰ１により反応ガスを解離させる工程と、第２の容量結合プラズマＰ２を生成する工程を独立実施する。これにより、第１の容量結合プラズマＰ１を用いて成膜を行っている途中の、例えば、凹部の間口が閉塞する前の所定のタイミングで、第２の容量結合プラズマＰ２によりエッチングを実施することができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態の成膜装置１００は、いずれもシャワープレート１２を対向電極の一方として用いる、それぞれ独立してプラズマ生成が可能な第１の容量結合プラズマ生成部３０および第２の容量結合プラズマ生成部４０を設ける。そして、上述したように、上側の第１の容量結合プラズマ生成部３０により、成膜のためのプラズマを生成し、下側の第２の容量結合プラズマ生成部４０により、主にイオンアシストによるエッチングが可能なプラズマを生成する。
【００４８】
これにより、ＰＥＡＬＤに適した容量結合プラズマを生成する成膜装置を前提とし、装置構成を複雑にすることなく、ＰＥＡＬＤ成膜の際に、プラズマのイオン量を制御して、エッチング作用を及ぼすことができる。このため、半導体デバイスのさらなる微細化に対応した成膜を行うことができる。
【００４９】
特許文献１に記載されたような従来のＰＥＡＬＤ成膜装置は、シャワーヘッドとサセプタを一対の平行平板電極として用い、シャワーヘッドに高周波電力を印加することにより、これらの間に容量結合プラズマを生成可能としていた。そして、このような構成の成膜装置により、本実施形態と同様の工程でＰＥＡＬＤによる成膜を行っていた。しかし、容量結合プラズマはＡＬＤの速いガス置換に対応することができ、プラズマ着火が速いため、ＰＥＡＬＤに適しているものの、近時、半導体メモリ等のデバイスの微細化が益々進んでおり、従来のＰＥＡＬＤでは微細化への対応が必ずしも十分でない場合が存在していた。
【００５０】
すなわち、半導体デバイスの微細化が進むことにより、微細なホールやトレンチへの良好な埋め込み性、ストレスレス、ボイドレスの埋め込み、および選択成膜の技術が求められているが、従来のＰＥＡＬＤ成膜装置ではこれらに対応することは困難であった。特に、微細な深穴への埋め込みの際には、ＰＥＡＬＤによっても、間口に膜が過剰に付着して、底部への成膜が困難になる場合がある。
【００５１】
一方、特許文献２には、微細なトレンチに埋め込みを行うために、ＩＣＰ型、ＥＣＲ型等の高密度プラズマを発生させ、かつ基板側にバイアスをかけて、ラジカルによる成膜とイオンによるエッチングを同時進行させるＨＤＰ−ＣＶＤ法が提案されている。すなわち、イオンによるエッチングにより、微細化に対応している。
【００５２】
しかし、特許文献２に記載されているＣＶＤでは、ＡＬＤのような制御性の高い成膜は困難である。また、特許文献２のＩＣＰ型、ＥＣＲ型のプラズマソースでは、ガスの置換やプラズマ着火が遅いため、ＰＥＡＬＤに対応することは困難である。従来のＰＥＡＬＤは、容量結合プラズマを用い、ＰＥＡＬＤに適した構成を実現しているものの、プラズマ生成機構は、反応ガスの解離を目的としているのみであり、イオンによるエッチング作用を及ぼすことはできなかった。
【００５３】
これに対し、本実施形態では、上述したように、簡単な装置構成で、ＰＥＡＬＤに適した容量結合プラズマを用い、成膜用のプラズマとエッチング用のプラズマを独立して制御することにより、半導体デバイスのさらなる微細化に対応した成膜を行うことができる。
【００５４】
以上、実施形態について説明したが、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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主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。
【符号の説明】
【００５５】
１；チャンバー
２；ステージ
１０；シャワーヘッド
１１；上部電極
１２；シャワープレート
１３；絶縁部材
１４；ガス拡散空間
２０；ガス供給機構
２６；第１高周波電源
３０；第１の容量結合プラズマ生成部
３１；電極
３３；第２高周波電源
４０；第２の容量結合プラズマ生成部
５３；排気装置
６０；制御部
１００；成膜装置
Ｐ１；第１の容量結合プラズマ
Ｐ２；第２の容量結合プラズマ
Ｗ；基板
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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