(57)【要約】【課題】高い膜密度を達成可能なシリコン窒化膜を成膜する。【解決手段】処理容器、載置台、シャワーヘッド、ＲＦ電力源、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構、および制御部を備えるプラズマ処理装置によるシリコン窒化膜の成膜方法は、供給工程と、成膜工程とを含む。供給工程では、ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが処理容器内に供給される。成膜工程では、ＲＦ電力源からシャワーヘッドを介して処理容器内の処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することによりプラズマ化された処理ガスによって基板上にシリコン窒化膜が成膜される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天壁、側壁、および底壁を有する処理容器と、前記処理容器内に配置される載置台と、前記載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに接続されたＲＦ電力源と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、制御部と、を備えるプラズマ処理装置によるシリコン窒化膜の成膜方法であって、
前記ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された前記処理容器内に供給する供給工程と、
前記ＲＦ電力源から前記シャワーヘッドを介して前記処理容器内の前記処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を含む成膜方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構から供給されるシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスのうち、
前記シリコン含有ガスは、シラン系ガスであり、
前記窒素含有ガスは、アンモニアガスであり、
前記希釈ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスである請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理装置は、前記載置台の温度を制御する第１の温度制御機構をさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記基板の温度を３２０［℃］以上４００［℃］以下の範囲内の温度に制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構は、前記処理容器内に窒素ガスをさらに供給し、
前記制御部は、前記供給工程において、前記窒素ガスが前記処理容器内にさらに供給されるように前記ガス供給機構を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理装置の前記ガス供給機構は、前記処理容器内に水素ガスをさらに供給し、
前記制御部は、前記供給工程において、３００［ｓｃｃｍ］以下の流量の水素ガスが前記処理容器内にさらに供給されるように前記ガス供給機構を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理装置は、前記シャワーヘッドの温度を制御する第２の温度制御機構と、前記処理容器の側壁の温度を制御する第３の温度制御機構とをさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記シャワーヘッドの温度が３０［℃］以上８０［℃］以下の範囲内の温度となるように前記第２の温度制御機構を制御し、前記処理容器の側壁の温度が３０［℃］以上８０［℃］以下の温度となるように前記第３の温度制御機構を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理装置は、前記処理容器内を排気する排気機構をさらに備え、
前記制御部が、前記成膜工程の後に、６０［ｍｉｎ］以下の時間、前記シリコン窒化膜が成膜された前記基板を収容している前記処理容器内が予め定められた真空度に維持されるように前記排気機構を制御する真空引き工程をさらに含む請求項１に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記制御部は、前記成膜工程において、前記ＲＦ電力源から前記処理容器内の処理ガスに供給される電力の大きさが、２０００［Ｗ］以上２９００［Ｗ］以下の範囲内の大きさとなるように前記ＲＦ電力源を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記プラズマ処理装置は、前記載置台を昇降させる昇降機構をさらに備え、
前記制御部は、前記基板と前記シャワーヘッドとの間のギャップが、６０［ｍｍ］以上１００［ｍｍ］以下の範囲内のギャップとなるように前記昇降機構を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記プラズマ処理装置は、前記処理容器内を排気する排気機構をさらに備え、
前記制御部は、前記成膜工程において、前記処理容器内の圧力が、３００［ｍＴｏｒｒ］以上１００００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力となるように前記排気機構を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記制御部は、前記成膜工程において、前記シリコン窒化膜の成膜レートが４０［ｎｍ／ｍｉｎ］以上１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］以下の範囲内の成膜レートとなるように、前記ガス供給機構から供給される処理ガスの流量を制御する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項１２】
天壁、側壁、および底壁を有し、基板が収容されるする処理容器と、
前記処理容器内に配置される載置台と、
前記載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドに接続されたＲＦ電力源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する供給工程と、
前記ＲＦ電力源から前記シャワーヘッドを介して前記処理容器内の前記処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を実行するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の種々の側面および実施形態は、成膜方法およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記の特許文献１には、シランガス、アンモニアガス、および希ガスをマイクロ波によりプラズマ化することにより、シリコン窒化膜を成膜する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８８７３５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、高い膜密度を達成することができるシリコン窒化膜の成膜方法およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面は、天壁、側壁、および底壁を有する処理容器と、処理容器内に配置され、昇降機構により昇降可能な載置台と、載置台に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッドと、シャワーヘッドに接続されたＲＦ電力源と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、制御部と、を備えるプラズマ処理装置によるシリコン窒化膜の成膜方法であって、供給工程と、成膜工程とを含む。供給工程では、ガス供給機構からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが、基板が収容された処理容器内に供給される。成膜工程では、ＲＦ電力源からシャワーヘッドを介して処理容器内の処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板上にシリコン窒化膜が成膜される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の種々の側面および実施形態によれば、高い膜密度を達成可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２に例示された成膜方法で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果の一例を示す図である。
【図４】図４は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図５】図５は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図６】図６は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図７】図７は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図８】図８は、シャワーヘッドの設定温度および処理容器の側壁の設定温度を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図９】図９は、ＲＦ電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、シャワーヘッドと基板との間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、処理容器内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、処理条件毎のＳｉ−Ｈ結合数およびＮ−Ｈ結合数の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、処理条件毎のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図１８】図１８は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図１９】図１９は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２０】図２０は、プラズマに供給される電力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２１】図２１は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２２】図２２は、シャワーヘッドと基板との間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、処理容器内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２４】図２４は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２５】図２５は、図４〜図２４の結果をまとめた図である。
【図２６】図２６は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図２８】図２８は、ＲＦ電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【図２９】図２９は、ＲＦ電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【図３０】図３０は、ＲＦ電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、成膜方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される成膜方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。
【０００９】
ところで、例えば図３０に示されるようにプラズマに供給される電力の周波数がＨＦ（High  Frequency）帯のような低い周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ等）では、マイクロ波帯やＶＨＦ（Very  High  Frequency）帯のような高い周波数に比べてシリコン窒化膜の高密度化が難しい。なお、熱エネルギーを与えるほど膜密度を高めることができることが知られている。しかし、低温（例えば４００℃以下）でのシリコン窒化膜の高密度化はＨＦ帯の周波数では達成が困難である。また、プラズマに供給される電力の周波数がＨＦ帯のような低い周波数では、マイクロ波帯やＶＨＦ帯のような高い周波数に比べて均一性の制御はしやすいが、基板のＣＵＤ（チャージアップダメージ）が起こりやすくなる。また、プラズマに供給される電力の周波数がＨＦ帯のような低い周波数では、マイクロ波帯やＶＨＦ帯のような高い周波数に比べてプラズマに含まれるイオンのエネルギーが高くなり、イオンによる基板へのダメージが大きくなる。
【００１０】
一方、前述の特許文献１に記載された技術のように、マイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）帯の周波数の電力を用いて成膜が行われる場合、低温でも膜の高密度化は可能となる。しかし、マイクロ波帯の周波数の電波は、ＶＨＦ帯やＵＨＦ（Ultra  High  Frequency）帯等の周波数の電波に比べて波長が短いため、基板付近に形成される定在波の波長も短くなる。そのため、定在波に沿って形成されるプラズマの濃淡により、膜の均一性が悪化しやすくなる。また、スロットアンテナ等のハード的な最適化により均一性を改善することも考えられるが、専用設計となって装置コストが高くなる。
【００１１】
そこで、本開示は、低温で高い膜密度を達成しつつ、膜応力の制御が可能なシリコン窒化膜を成膜することができる技術を提供する。
【００１２】
［プラズマ処理装置１の構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、装置本体１０と、装置本体１０を制御する制御部１００とを備える。装置本体１０は、内部に処理空間Ｓが形成された略円筒状の処理容器１１を有する。処理容器１１は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されており、処理容器１１の内壁の表面は耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜で覆われている。処理容器１１は接地されている。
【００１３】
処理容器１１の天壁１１ａの略中央には、開口部１１ｂが設けられており、天壁１１ａの上面には、内部の空洞が開口部１１ｂに連通する筒状壁１１ｃが接続されている。
【００１４】
処理容器１１の側壁には、複数のガス供給管３５ｗが設けられている。それぞれのガス供給管３５ｗは、開口部３６を介して、処理容器１１の内部と連通している。複数のガス供給管３５ｗには、後述するガス供給機構３０が接続されている。ガス供給機構３０からそれぞれのガス供給管３５ｗに供給されたガスは、それぞれのガス供給管３５ｗの開口部３６を介して処理空間Ｓ内に供給される。
【００１５】
処理容器１１の側壁の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｗが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｗ内を循環することにより処理容器１１の側壁の温度を制御することができる。なお、他の形態として、処理容器１１の側壁の外側に、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路が形成された部材が巻き付けられていてもよい。この場合には、処理容器１１の側壁の内部には流路５０ｗが形成されていなくてもよい。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。
【００１６】
処理容器１１の底壁１１ｄには、開口部１１ｅが形成されている。開口部１１ｅには、排気管４１を介してＡＰＣ（Auto  Pressure  Controller）バルブ４２および排気装置４３が接続されている。排気装置４３は、真空ポンプ等を有し、処理容器１１内のガスを排気する。ＡＰＣバルブ４２は、処理容器１１内のガスの圧力を予め定められた圧力に調整する。ＡＰＣバルブ４２および排気装置４３は、制御部１００によって制御される。排気装置４３は、排気機構の一例である。
【００１７】
処理容器１１内における処理空間Ｓの下方には、基板Ｗが載置される載置台１２が設けられている。載置台１２の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｓが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｓ内を循環することにより載置台１２に載置された基板Ｗの温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。載置台１２の流路５０ｓ内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第３の温度制御機構の一例である。
【００１８】
載置台１２は、底壁１１ｄの開口部１１ｆを貫通する支持部材１３によって支持されている。支持部材１３には、フランジ１５が設けられている。フランジ１５は、ベローズ１４を介して処理容器１１の底壁１１ｄに接続されている。また、支持部材１３は、駆動部１６によって上下に駆動される。支持部材１３が上下に駆動されることにより、載置台１２が昇降する。載置台１２が昇降することにより、載置台１２に載置された基板Ｗと、後述するシャワーヘッド２０との間のギャップが変更される。駆動部１６は、制御部１００によって制御される。駆動部１６は、昇降機構の一例である。
【００１９】
処理容器１１内における処理空間Ｓの上方には、載置台１２と対向するように、例えばアルミニウム等の金属からなるシャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は、誘電体窓２１を介して処理容器１１の側壁に支持されている。シャワーヘッド２０の内部には、ガス拡散室２０ａが形成されている。ガス拡散室２０ａには、ガス供給管３５ｃが接続されている。シャワーヘッド２０の下部、即ち、シャワーヘッド２０の処理空間Ｓ側の部分には、ガス拡散室２０ａと連通する複数のガス供給口２０ｂが形成されている。
【００２０】
ガス供給管３５ｃには、ガス供給機構３０が接続されている。ガス供給機構３０からガス供給管３５ｃに供給されたガスは、ガス拡散室２０ａ内を拡散し、複数のガス供給口２０ｂを介して処理空間Ｓ内にシャワー状に供給される。
【００２１】
ガス供給機構３０は、複数のガスソース３１ａ〜３１ｃ、複数の流量制御器３２ａ〜３２ｃ、および複数のバルブ３３ａ〜３３ｃを有する。ガスソース３１ａは、例えばシラン系ガス等のシリコン含有ガスの供給源である。ガスソース３１ｂは、例えば窒素含有ガスの供給源である。ガスソース３１ｃは、例えば希ガスの供給源である。本実施形態において、ガスソース３１ａは、例えばモノシランガスを供給し、ガスソース３１ｂは、例えばアンモニアガスを供給し、ガスソース３１ｃは、例えばヘリウムガスを供給する。
【００２２】
流量制御器３２ａは、ガスソース３１ａから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ａを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。流量制御器３２ｂは、ガスソース３１ｂから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ｂを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。流量制御器３２ｃは、ガスソース３１ｃから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ｃを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。
【００２３】
シャワーヘッド２０の上面の略中央には、アンテナ導体２２が接続されている。アンテナ導体２２は、天壁１１ａの開口部１１ｂおよび筒状壁１１ｃの中心軸を通るように配置されている。アンテナ導体２２には、整合器２３を介してＲＦ（Radio  Frequency）電源２４が電気的に接続されている。ＲＦ電源２４は、ＶＨＦ帯の周波数の電磁波（電力）を整合器２３を介してアンテナ導体２２に供給する。本実施形態において、ＲＦ電源２４は、１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を整合器２３を介してアンテナ導体２２に供給する。ＲＦ電源２４は、ＲＦ電力源の一例である。
【００２４】
ＲＦ電源２４からアンテナ導体２２に供給された電力は、アンテナ導体２２の外周面と筒状壁１１ｃの内周面との間、アンテナ導体２２の外周面と開口部１１ｂとの間、および天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間を順に伝播する。そして、天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間を順に伝播した電力は、誘電体窓２１に伝搬される。言い換えると、アンテナ導体２２の外周面と筒状壁１１ｃの内周面との間、アンテナ導体２２の外周面と開口部１１ｂとの間、および天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間は、装置本体１０内にＶＨＦ帯の電磁波を導入する導波部を構成する。この導波部は、電磁波が伝播し易いように石英等の誘電体が充填されていてもよい。
【００２５】
誘電体窓２１は、処理空間Ｓを介して載置台１２と対向し、かつ、シャワーヘッド２０の外周面を覆うように設けられている。誘電体窓２１に伝搬した電力は、誘電体窓２１の下面から処理空間Ｓ内に放射される。本実施形態において、誘電体窓２１の下面には、載置台１２の方向、即ち、下方に突出する複数の凸部が設けられている。
【００２６】
シャワーヘッド２０の上面には、絶縁部材２５を介して冷却ジャケット５１が設けられている。冷却ジャケット５１の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｃが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｃ内を循環することによりシャワーヘッド２０の温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。
【００２７】
本実施形態において、処理容器１１の側壁の内部に形成された流路５０ｗ、載置台１２の内部に形成された流路５０ｓ、および冷却ジャケット５１の内部に形成された流路５０ｃには、それぞれ別々に温度制御された熱媒体が供給される。これにより、処理容器１１の側壁、シャワーヘッド２０、および基板Ｗを、それぞれ別々の温度に制御することができる。冷却ジャケット５１の流路５０ｃ内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第１の温度制御機構の一例であり、処理容器１１の側壁の流路５０ｗ内を循環する熱媒体の温度を制御するチラーユニットは、第２の温度制御機構の一例である。
【００２８】
制御部１００は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリ内には、レシピ等のデータやプログラム等が格納される。メモリは、例えばＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、またはＳＳＤ（Solid  State  Drive）等である。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリ内に格納されたレシピ等のデータに基づいて、入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御する。プロセッサは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）またはＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等である。
【００２９】
［成膜方法］
図２は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。例えば、載置台１２とシャワーヘッド２０との間のギャップが予め定められた距離に設定され、排気装置４３によって処理容器１１内が真空排気された後、本フローチャートに示される処理が開始される。
【００３０】
まず、図示しない搬送装置によって、基板Ｗが処理容器１１内に搬入され、載置台１２の上に載置される（Ｓ１０）。
【００３１】
次に、ガス供給機構３０からシャワーヘッド２０を介して処理容器１１内に処理ガスが供給される（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、供給工程の一例である。基準条件において、ステップＳ１１では、モノシランガス、アンモニアガス、およびヘリウムガスを含む処理ガスが処理容器１１内に供給される。
【００３２】
次に、処理容器１１内の圧力および各部の温度が調整される（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、処理容器１１内の圧力が１００〜８００［ｍＴｏｒｒ］（例えば、１２０［ｍＴｏｒｒ］や６００［ｍＴｏｒｒ］）に調整される。また、ステップＳ１２では、基板Ｗの温度が３２０［℃］に調整される。
【００３３】
処理容器１１内の圧力および各部の温度が安定した後、ＲＦ電源２４からシャワーヘッド２０を介して処理容器１１内にＲＦ電力が供給され、処理容器１１内の処理ガスがプラズマ化される（Ｓ１３）。ステップＳ１３は、成膜工程の一例である。基準条件において、ステップＳ１３では、ＶＨＦ帯（例えば１８０［ＭＨｚ］や２２０［ＭＨｚ］）の周波数で、２０００〜３０００［Ｗ］（例えば、２０００［Ｗ］や２５００［Ｗ］）の大きさのＲＦ電力が処理容器１１内の処理ガスに供給される。プラズマ化された処理ガスによって基板Ｗ上にシリコン窒化膜が成膜される。
【００３４】
予め定められた膜厚のシリコン窒化膜が基板Ｗ上に成膜された後、処理容器１１内への電力の供給、および、処理容器１１内への処理ガスの供給が停止される。そして、処理容器１１内から基板Ｗが搬出され（Ｓ１４）、本フローチャートに示された処理が終了する。
【００３５】
図３は、図２に例示された成膜方法で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果の一例を示す図である。図３には、比較例として１２０［ＭＨｚ］のＲＦ電力を用いて成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の測定結果も示されている。図３を参照すると、シリコン窒化膜の高密度化には、ＲＦ電力の周波数は、少なくとも１８０［ＭＨｚ］以上である必要があることがわかった。なお、図３に例示された膜密度のシリコン窒化膜は、１２０［ｍＴｏｒｒ］の圧力下で、２５００［Ｗ］の大きさのＲＦ電力を用いて成膜された。  
【００３６】
次に高密度なシリコン窒化膜を形成するための主なパラメータの最適化（基準条件）を行った。高密度なシリコン窒化膜としては、例えば２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上の膜密度をターゲットとした。基準条件における主なパラメータの値をまとめると、例えば以下のとおりである。
基板Ｗの温度：３２０［℃］
窒化種：アンモニアガス
シャワーヘッド２０の温度：８０［℃］
処理容器１１の側壁の温度：８０［℃］
ＲＦ電力の周波数：２２０［ＭＨｚ］
ＲＦ電力の大きさ：２７００［Ｗ］
基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップ：８０［ｍｍ］
処理容器１１内の圧力：６００［ｍＴｏｒｒ］
成膜レート：８４［ｎｍ／ｍｉｎ］
希釈ガス：ヘリウムガス
【００３７】
［評価］
ここでは、基準条件を元に主なパラメータの依存性について評価した。図４から図１３の縦軸は膜密度を示しており、横軸は屈折率（ＲＩ）を示している。エッチング耐性の観点から屈折率は１．９５から２．１をターゲットとし、本評価では屈折率は２．０から２．０５近傍をターゲットとした。図４は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図４には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、基準条件から希釈ガスをアルゴン（Ａｒ）ガスに変更した条件（第１の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図４には、基準条件から基板Ｗの温度を４００［℃］に変更した条件（第２の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図４には、基準条件に加えて７０［ｓｃｃｍ］の流量の水素ガスを添加した条件（第３の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。
【００３８】
なお、図４における基準条件および第１の条件では、モノシランガスとアンモニアガスの流量比を変えることにより、屈折率が異なるいくつかのシリコン窒化膜が形成された。基準条件および第１の条件では、例えば図４に示されるように、屈折率が２．０５付近でシリコン窒化膜の膜密度がピークとなっている。
【００３９】
シリコン窒化膜の膜密度は、図４に例示されたいずれの条件においても、２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。
【００４０】
また、例えば図４に示されるように、第２および第３の条件において成膜されたシリコン窒化膜では、基準条件において成膜されたシリコン窒化膜よりもさらに膜密度が高くなっている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、基板Ｗの温度を４００［℃］に変更する、または、７０［ｓｃｃｍ］の流量の水素ガスを添加することも好ましい。なお、基準条件および第２の条件のいずれにおいても、高い膜密度が実現されている。そのため、高い膜密度を実現するという観点では、基板Ｗの温度は、３２０［℃］以上４００［℃］以下の範囲内の温度であることが好ましい。
【００４１】
また、添加される水素ガスの流量については、他の流量についても実験が行われた。図５は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。添加される水素ガスの流量については、図５に例示されたいずれの流量であっても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。即ち、高い膜密度を実現するという観点では、３００［ｓｃｃｍ］以下の流量の水素ガスが供給されてもよい。
【００４２】
図６は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図６には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、基準条件に窒化種として窒素ガスを添加した条件（第４の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図６には、基準条件からシャワーヘッド２０の設定温度を３０［℃］に変更した条件（第５の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図６には、基準条件に加えて成膜後に６０［ｍｉｎ］の間、処理容器１１内を真空排気する条件（第６の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図６には、基準条件からＲＦ電力の大きさを２９００［Ｗ］に変更した条件（第７の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。
【００４３】
シリコン窒化膜の膜密度は、図５に例示された第４〜第７の条件のいずれにおいても、２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。
【００４４】
また、例えば図６に示されるように、第４〜第７のいずれの条件において成膜されたシリコン窒化膜においても、基準条件において成膜されたシリコン窒化膜よりもさらに膜密度が高くなっている。従って、窒素ガスを添加する、または、シャワーヘッド２０の設定温度を３０［℃］に変更することにより、基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、成膜後に６０［ｍｉｎ］処理容器１１内を真空排気する、または、ＲＦ電力を２９００［Ｗ］に変更することにより、基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。
【００４５】
なお、基準条件および第６の条件のいずれにおいても、高い膜密度が実現されている。そのため、高い膜密度を実現するという観点では、成膜後に６０［ｍｉｎ］以下の時間、排気装置４３によって処理容器１１内を真空引きすることが好ましい。なお、成膜後に排気装置４３によって処理容器１１内を真空引きする場合、図２に例示された成膜方法におけるステップＳ１３とステップＳ１４との間に、排気装置４３によって処理容器１１内を６０［ｍｉｎ］以下の時間、真空引きする真空引き工程が追加される。また、成膜後に残留する処理ガス等を処理容器１１内から排除するため（処理容器１１の容積にもよるが）５［ｍｉｎ］以下（例えば、１［ｍｉｎ］）の時間、真空引きを行うことが一般的であるため、それよりも長い時間、真空引きをすることが好ましい。
【００４６】
また、第４の条件については、窒化種のガスをアンモニアガスから窒素ガスに変えた場合についても実験が行われた。図７は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。例えば図７に示されるように、窒化種のガスとして、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合であっても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。
【００４７】
また、シャワーヘッド２０の設定温度および処理容器１１の側壁の設定温度については、他の組み合わせについても実験が行われた。図８は、シャワーヘッド２０の設定温度および処理容器１１の側壁の設定温度を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シャワーヘッド２０の設定温度および処理容器１１の側壁の設定温度については、図８に例示されたいずれの組み合わせにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。特に、高い膜密度を実現するという観点では、シャワーヘッド２０の設定温度を、処理容器１１の側壁の設定温度よりも低くすることが好ましい。
【００４８】
また、ＲＦ電力の大きさについては、他の大きさについても実験が行われた。図９は、ＲＦ電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。ＲＦ電力については、図９に例示されたいずれの大きさにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、ＲＦ電力の大きさは、２０００［Ｗ］以上２９００［Ｗ］以下の範囲内の大きさであることが好ましい。なお、図９の結果から、ＲＦ電力の大きさが大きくなるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。
【００４９】
図１０は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図１０には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、基準条件からシャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップを６０［ｍｍ］に変更した場合の条件（第８の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図１０には、基準条件から処理容器１１内の圧力を３００［ｍＴｏｒｒ］に変更した条件（第９の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。また、図１０には、基準条件から成膜レートを４０［ｎｍ／ｍｉｎ］に変更した条件（第１０の条件）において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度が示されている。
【００５０】
シリコン窒化膜の膜密度は、図１０に例示された第８〜第１０の条件のいずれにおいても、２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。
【００５１】
また、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップについては、他のギャップについても実験が行われた。図１１は、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップについては、例えば図１１に例示されたいずれのギャップにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップが６０［ｍｍ］以上１００［ｍｍ］以下の範囲内のギャップとなるように制御されることが好ましい。なお、図１１の結果から、シャワーヘッド２０と基板Ｗの間のギャップが小さくなるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。
【００５２】
また、処理容器１１内の圧力については、他の圧力についても実験が行われた。図１２は、処理容器１１内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。処理容器１１内の圧力については、例えば図１２に例示されたいずれの圧力においても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、処理容器１１内の圧力が３００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力となるように制御されることが好ましい。なお、図１２の結果から、処理容器１１内の圧力が下がるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。
【００５３】
また、成膜レートについては、他の成膜レートについても実験が行われた。図１３は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シリコン窒化膜の成膜レートを増加させる場合、処理容器１１内に供給されるモノシランガスおよびアンモニアガスの流量が増やされる。一方、シリコン窒化膜の成膜レートを減少させる場合、処理容器１１内に供給されるモノシランガスおよびアンモニアガスの流量が減らされる。成膜レートについては、例えば図１３に例示されたいずれの成膜レートにおいても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。即ち、高い膜密度を実現するという観点では、成膜レートが４０［ｎｍ／ｍｉｎ］以上１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］以下の範囲内の値となるように制御されることが好ましい。なお、図１３の結果から、成膜レートが下がるほど、シリコン窒化膜の膜密度が高くなる傾向がみられる。
【００５４】
以上の結果から、基準条件の各種パラメータを変更しても、高い膜密度が維持できることが確認できた。従って、ＶＨＦ帯を使用した基準条件は、ロバストな条件であるといえる。さらに一部のパラメータにおいては、基準条件よりさらに高い膜密度を達成できることが確認された。
【００５５】
図１４は、処理条件毎のＳｉ−Ｈ結合数およびＮ−Ｈ結合数の一例を示す図である。図１５は、処理条件毎のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。シリコン窒化膜の膜密度の向上にはシリコン窒化膜中におけるＳｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の総数を減らすことが有効であると考えられる。
【００５６】
例えば図１４に示されるように、第３の条件では、基準条件に比べて、Ｓｉ−Ｈ結合の数が若干増加しているものの、Ｎ−Ｈ結合の数が大幅に減少している。そのため、第３の条件では、基準条件よりもＳｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の総数が減少している。これにより、例えば図１５に示されるように、第３の条件では、基準条件に比べて、シリコン窒化膜の膜密度が大幅に増加している。
【００５７】
また、例えば図１４に示されるように、第２の条件、第４の条件、および第７の条件では、基準条件に比べて、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の数がいずれも減少している。これにより、例えば図１５に示されるように、第２の条件、第４の条件、および第７の条件では、基準条件に比べて、シリコン窒化膜の膜密度が大幅に増加している。従って、高い膜密度を実現するという観点では、基板Ｗの温度を上げること（第２の条件）、水素ガスを添加すること（第３の条件）、窒素ガスを添加すること（第４の条件）、およびＲＦ電力を大きくすること（第７の条件）ことが特に有効である。
【００５８】
［膜のストレス］
ここでは、高い膜密度を維持したまま、シリコン窒化膜のストレスを制御する評価を行った。具体的には、膜密度の評価と同様に先ずは基準条件での膜ストレスの傾向を示し、主なパラメータとなる第１の条件から第１０の条件を変更することでシリコン窒化膜のストレスがどのように変化するかの評価を行った。図１６は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図１６には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、第１の条件、第２の条件、および第３の条件のそれぞれにおいて成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。図１６の縦軸において、正の方向は膜のストレスが伸張性（Ｔｅｎｓｉｌｅ）であることを示し、負の方向は膜のストレスが圧縮性（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）であることを示している（図１７以降のストレスの図に関しても同様である）。
【００５９】
なお、図１６における基準条件、第１の条件、および第３の条件では、モノシランガスとアンモニアガスの流量比を変えることにより、屈折率が異なるいくつかのシリコン窒化膜が形成された。いずれの条件においても、屈折率が高くなるほど、膜のストレスが圧縮性となる傾向が見られる。
【００６０】
膜のストレスは、図１６に示される第１〜第３の条件のいずれにおいても、基準条件に比べて伸張性となっている。図４〜図５に例示されたように、第１〜第３の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、膜密度を高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、希釈ガスとしてアルゴンガスを用いることが好ましい。また、膜密度を高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、基板Ｗの温度は、３２０［℃］より大きく４００［℃］以下の範囲内の温度であることが好ましい。
【００６１】
また、添加される水素ガスの流量については、他の流量についても実験が行われた。図１７は、添加される水素ガスの流量を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。例えば図１７に示されるように、添加される水素ガスの流量が７０［ｓｃｃｍ］では、膜のストレスが基準条件に比べて伸張性となっている。また、添加される水素ガスの流量が３００［ｓｃｃｍ］では、２．１６付近の屈折率で膜のストレスが約−２００［ＭＰａ］となっている。ここで、膜のストレスは、屈折率が高くなるほど圧縮性になる傾向があり、２．１６付近の屈折率では、基準条件における膜のストレスは、−４００［ＭＰａ］以下になると考えられる。そのため、添加される水素ガスの流量が３００［ｓｃｃｍ］では、膜のストレスが基準条件に比べて伸張性になっている。従って、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めると共に基準条件よりも伸張性のストレスを高めるという観点では、３００［ｓｃｃｍ］以下の流量の水素ガスを添加することが好ましい。
【００６２】
図１８は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図１８には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、第４〜第７の条件において成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。
【００６３】
膜のストレスは、図１８に例示された第４〜第７のいずれの条件においても、基準条件における膜のストレスと同等となっている。図６〜図９に例示されたように、第４〜第７の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、第４〜第７の条件では、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めることができる。
【００６４】
なお、図６および図８に例示されたように、第５および第６の条件では、いずれも基準条件よりもシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。そのため、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、シャワーヘッド２０の温度が３０［℃］以上８０［℃］以下の範囲内の温度となるように制御されることが好ましい。また、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を基準条件よりも高めるという観点では、成膜後に６０［ｍｉｎ］以下の時間、排気装置４３によって処理容器１１内を真空引きすることが好ましい。
【００６５】
また、窒化種については、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合についても実験が行われた。図１９は、窒化種のガスを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。例えば図１９に示されるように、窒化種のガスとして、アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いた場合であっても、シリコン窒化膜のストレスは、基準条件と同等となっている。図７に例示されたように、アンモニアガスおよび窒素ガスの少なくともいずれかが窒化種のガスとして用いられることにより、２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上の高い膜密度を実現することができる。そのため、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、アンモニアガスおよび窒素ガスの少なくともいずれかが窒化種のガスとして用いられることが好ましい。また、アンモニアガスに窒素ガスを添加したガスを用いることでさらに高い膜密度が得られる。
【００６６】
また、ＲＦ電力の大きさについては、他の大きさについても実験が行われた。図２０は、ＲＦ電力の大きさを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。ＲＦ電力の大きさが２０００［Ｗ］の場合、膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。一方、ＲＦ電力の大きさが２９００［Ｗ］の場合、膜のストレスは基準条件と同程度になっている。ＲＦ電力については、図９に例示されたいずれの値においても、２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上の高い膜密度を実現することができる。従って、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を高めるという観点では、ＲＦ電力の大きさが２０００［Ｗ］以上２７００［Ｗ］未満の範囲内の大きさに制御されることが好ましい。一方、基準条件と同様のストレスに維持しつつ、膜密度を高めるという観点では、ＲＦ電力の大きさが２７００［Ｗ］以上２９００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに制御されることが好ましい。
【００６７】
図２１は、特定の処理条件で成膜されたシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。図２１には、基準条件（ｒｅｆ）と共に、第８〜第１０の条件において成膜されたシリコン窒化膜のストレスが示されている。
【００６８】
膜のストレスは、図２１に例示された第８〜第１０のいずれの条件においても、基準条件よりも膜のストレスが圧縮性となっている。図１０〜図１３に例示されたように、第８〜第１０の条件では、いずれも、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、第８〜第１０の条件では、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。
【００６９】
また、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップについては、他のギャップについても実験が行われた。図２２は、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップについては、６０［ｍｍ］および１００［ｍｍ］において、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップについては、図１１に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めるという観点では、シャワーヘッド２０と基板Ｗとの間のギャップは、６０［ｍｍ］以上８０［ｍｍ］未満または８０［ｍｍ］より大きく１００［ｍｍ］以下の範囲内の値であることが好ましい。
【００７０】
また、処理容器１１内の圧力については、他の圧力についても実験が行われた。図２３は、処理容器１１内の圧力を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。処理容器１１内の圧力が３００［ｍＴｏｒｒ］の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。一方、処理容器１１内の圧力が１０００［ｍＴｏｒｒ］の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。処理容器１１内の圧力については、図１２に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めるという観点では、処理容器１１内の圧力は、３００［ｍＴｏｒｒ］以上６００［ｍＴｏｒｒ］未満の範囲内の値であることが好ましい。また、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めるという観点では、処理容器１１内の圧力は、６００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の値であることが好ましい。
【００７１】
また、成膜レートについては、他の成膜レートについても実験を行った。図２４は、成膜レートを変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。成膜レートが４０［ｎｍ／ｍｉｎ］の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも圧縮性になっている。一方、成膜レートが１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］の場合、シリコン窒化膜のストレスは基準条件よりも伸張性になっている。成膜レートについては、図１３に例示されたいずれの値においても、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めることができる。従って、基準条件よりもストレスを圧縮性とし、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めるという観点では、成膜レートは、処理容器１１内の圧力は、４０［ｎｍ／ｍｉｎ］以上８４［ｎｍ／ｍｉｎ］未満の範囲内の値であることが好ましい。また、基準条件よりもストレスを伸張性とし、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めるという観点では、成膜レートは、８４［ｎｍ／ｍｉｎ］より大きく１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］以下の範囲内の値であることが好ましい。
【００７２】
［結果のまとめ］
図２５は、図４〜図２４の結果をまとめた図である。図２５に示されたストレスにおいて、「＋」は基準条件よりも伸張性であることを示し、「±」は基準条件と同等であることを示し、「−」は基準条件よりも圧縮性であることを示している。
【００７３】
第１〜第３の条件を含むグループＧ１では、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの伸張性を高めることができる。
【００７４】
第４〜第７の条件を含むグループＧ２では、シリコン窒化膜の膜密度を２．９０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めると共に、基準条件と同程度のストレスを維持することができる。
【００７５】
第８〜第１０の条件を含むグループＧ３の条件群では、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの圧縮性を高めることができる。また、グループＧ３には、シリコン窒化膜の膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に高めると共に、基準条件よりもストレスの伸張性を高めることができる条件が含まれている。また、グループＧ３には、基準条件と同程度の膜密度において、基準条件よりもストレスの圧縮性を高めることができる条件が含まれている。
【００７６】
このように、シリコン窒化膜に求められる様々な要求に応じて、図２５に例示された条件を用いて成膜を行うことにより、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に維持しつつ、膜ストレスの制御が可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００７７】
［条件の組み合わせ］
次に、高い膜密度と高い伸張性を有するシリコン窒化膜を成膜することを目指し、図２５に示された条件をいくつか組み合わせて実験を行った。図２６は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図２７は、特定の処理条件を組み合わせた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【００７８】
図２６および図２７において、組合せ条件１〜３に含まれる主なパラメータは、以下のとおりである。
［組合せ条件１］
基板Ｗの温度：４００［℃］
窒化種：アンモニアガス
シャワーヘッド２０の温度：８０［℃］
処理容器１１の側壁の温度：８０［℃］
ＲＦ電力の周波数：２２０［ＭＨｚ］
ＲＦ電力の大きさ：２７００［Ｗ］
基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップ：８０［ｍｍ］
処理容器１１内の圧力：６００［ｍＴｏｒｒ］
成膜レート：８４［ｎｍ／ｍｉｎ］
希釈ガス：アルゴンガス
添加ガス（水素ガス）：７０［ｓｃｃｍ］
［組合せ条件２］
基板Ｗの温度：３２０［℃］
窒化種：アンモニアガス
シャワーヘッド２０の温度：８０［℃］
処理容器１１の側壁の温度：８０［℃］
ＲＦ電力の周波数：２２０［ＭＨｚ］
ＲＦ電力の大きさ：２５００［Ｗ］
基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップ：８０［ｍｍ］
処理容器１１内の圧力：７２０［ｍＴｏｒｒ］
成膜レート：１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］
希釈ガス：アルゴンガス
添加ガス（水素ガス）：７０［ｓｃｃｍ］
［組合せ条件３］
基板Ｗの温度：４００［℃］
窒化種：アンモニアガス
シャワーヘッド２０の温度：８０［℃］
処理容器１１の側壁の温度：３０［℃］
ＲＦ電力の周波数：２２０［ＭＨｚ］
ＲＦ電力の大きさ：２７００［Ｗ］
基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップ：８０［ｍｍ］
処理容器１１内の圧力：６００［ｍＴｏｒｒ］
成膜レート：８４［ｎｍ／ｍｉｎ］
希釈ガス：アルゴンガス
添加ガス（水素ガス）：７０［ｓｃｃｍ］
【００７９】
例えば図２６に示されるように、組合せ条件１および３では、基準条件よりも高い膜密度を実現することができた。また、例えば図２７に示されるように、組合せ条件１〜３では、いずれにおいても基準条件よりも高い伸張性のストレスを実現することができた。図２５に示された条件を組み合わせることにより、成膜されるシリコン窒化膜の特性をさらに細かく調整することができる。
【００８０】
［ＲＦ電力の周波数］
図２８は、ＲＦ電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜の膜密度の一例を示す図である。図２９は、ＲＦ電力の周波数を変えた場合のシリコン窒化膜のストレスの一例を示す図である。
【００８１】
１８０［ＭＨｚ］のＲＦ電力を用いた実験は、２２０［ＭＨｚ］のＲＦ電力を用いた基準条件と同じ条件で行われた。また、８６０［ＭＨｚ］のＲＦ電力を用いた実験は、主に以下の条件で行われた。
基板Ｗの温度：３２０［℃］
窒化種：アンモニアガス＋窒素ガス
シャワーヘッド２０の温度：２０［℃］〜室温
処理容器１１の側壁の温度：６０〜９０［℃］
ＲＦ電力の大きさ：３０００［Ｗ］
基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップ：１５０［ｍｍ］
処理容器１１内の圧力：１００［ｍＴｏｒｒ］
成膜レート：９０［ｎｍ／ｍｉｎ］
希釈ガス：アルゴンガスまたはヘリウムガス
【００８２】
例えば図２８に示されるように、ＲＦ電力の周波数が１８０［ＭＨｚ］および８６０［ＭＨｚ］のいずれの場合であっても、シリコン窒化膜の膜密度は２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上となっており、高い膜密度が実現されている。従って、高い膜密度を実現するという観点では、ＲＦ電力の周波数は、１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数であることが好ましい。
【００８３】
また、例えば図２９に示されるように、ＲＦ電力の周波数が１８０［ＭＨｚ］の場合、基準条件と同程度のストレスが実現されている。また、ＲＦ電力の周波数が８６０［ＭＨｚ］の場合、基準条件と同等またはそれ以上の伸張性のストレスが実現されている。従って、基準条件と同等以上のストレスを維持しつつ、高い膜密度を実現するという観点では、ＲＦ電力の周波数は、１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数であることが好ましい。
【００８４】
なお、８６０［ＭＨｚ］以下の周波数における電磁波の波長は、マイクロ波の波長よりも長い。そのため、スロットアンテナ等のハード的な専用設計を必要せずに簡便な装置で膜質を改善できる。また、１８０［ＭＨｚ］以上の周波数の電力を用いて成膜を行うことにより、膜密度を２．８０［ｇ／ｃｍ3］以上に維持しつつ、基板Ｗへのダメージを低減することができる。
【００８５】
以上、一実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における成膜方法は、天壁、側壁、および底壁を有する処理容器１１と、処理容器１１内に配置され、駆動部１６により昇降可能な載置台１２と、載置台１２に対向する位置に配置され、処理ガスを供給するシャワーヘッド２０と、シャワーヘッド２０に接続されたＲＦ電源２４と、シャワーヘッド２０の温度を制御する第１の温度制御機構と、処理容器１１の側壁の温度を制御する第２の温度制御機構と、載置台１２の温度を制御する第３の温度制御機構と、処理容器１１内に処理ガスを供給するガス供給機構３０と、処理容器１１内のガスを排気する排気装置４３と、制御部１００と、を備えるプラズマ処理装置１によるシリコン窒化膜の供給工程と、成膜工程とを含む。供給工程では、ガス供給機構３０からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが、基板Ｗが収容された処理容器１１内に供給される。成膜工程では、ＲＦ電源２４からシャワーヘッド２０を介して処理容器１１内の処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板Ｗ上にシリコン窒化膜が成膜される。これにより、基板Ｗのダメージを抑えつつ、均一性の高いシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００８６】
また、上記した実施形態において、ガス供給機構３０から供給されるシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスのうち、シリコン含有ガスは、シラン系ガスであり、窒素含有ガスは、アンモニアガスであり、希釈ガスは、ヘリウムガスまたはアルゴンガスである。これによりシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００８７】
また、上記した実施形態では、成膜工程において、前記基板の温度は、第３の温度制御機構によって、３２０［℃］以上４００［℃］以下の範囲内の温度に制御される。これにより、高い膜密度のシリコン窒化膜を成膜することができる。また、基準条件よりも高い伸張性のストレスのシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００８８】
また、上記した実施形態では、ガス供給機構３０は、処理容器１１内に窒素ガスをさらに供給し、供給工程において、窒素ガスが処理容器１１内にさらに供給される。これにより、高い膜密度のシリコン窒化膜を成膜することができる。また、基準条件と同程度のストレスのシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００８９】
また、上記した実施形態では、ガス供給機構３０は、処理容器１１内に水素ガスをさらに供給し、供給工程において、３００［ｓｃｃｍ］以下の流量の水素ガスが処理容器１１内にさらに供給される。これにより、シリコン窒化膜の膜密度および伸張性のストレスを高めることができる。
【００９０】
また、上記した実施形態において、成膜工程では、第１の温度制御機構によりシャワーヘッド２０の温度が３０［℃］以上８０［℃］以下の範囲内の温度となるように制御され、第２の温度制御機構により処理容器１１の側壁の温度が３０［℃］以上８０［℃］以下の温度となるように制御される。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。
【００９１】
また、上記した実施形態における成膜方法には、成膜工程の後に、排気装置４３により、６０［ｍｉｎ］以下の時間、シリコン窒化膜が成膜された基板Ｗを収容している処理容器１１内が予め定められた真空度に維持される真空引き工程がさらに含まれる。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を高めることができる。
【００９２】
また、上記した実施形態では、成膜工程において、ＲＦ電源２４から処理容器１１内の処理ガスに供給される電力の大きさは、２０００［Ｗ］以上２９００［Ｗ］以下の範囲内の大きさである。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、、成膜工程において、ＲＦ電源２４から処理容器１１内の処理ガスに供給される電力の大きさは、２０００［Ｗ］以上２７００［Ｗ］以下の範囲内の大きさであってもよい。これにより、膜のストレスを基準条件よりも伸張性にしつつ、膜密度を基準条件よりも高めることができる。また、成膜工程において、ＲＦ電源２４から処理容器１１内の処理ガスに供給される電力の大きさは、２７００［Ｗ］より大きく２９００［Ｗ］以下の範囲内の大きさであってもよい。これにより、膜のストレスを基準条件と同様に維持しつつ、膜密度を基準条件よりも高めることができる。
【００９３】
また、上記した実施形態において、駆動部１６により、基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップは、６０［ｍｍ］以上１００［ｍｍ］以下の範囲内のギャップとなるように制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、駆動部１６により、基板Ｗとシャワーヘッド２０との間のギャップが、６０［ｍｍ］以上８０［ｍｍ］未満または８０［ｍｍ］より大きく１００［ｍｍ］以下の範囲内の値に制御されることにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。
【００９４】
また、上記した実施形態では、成膜工程において、処理容器１１内の圧力は、排気装置４３によって３００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、処理容器１１内の圧力は、排気装置４３によって３００［ｍＴｏｒｒ］以上６００［ｍＴｏｒｒ］未満の範囲内の圧力に制御されてもよい。これにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。また、処理容器１１内の圧力は、排気装置４３によって６００［ｍＴｏｒｒ］より高く１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に制御されてもよい。これにより、基準条件よりも伸張性のストレスを高めることができる。
【００９５】
また、上記した実施形態では、成膜工程において、シリコン窒化膜の成膜レートが４０［ｎｍ／ｍｉｎ］以上１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］以下の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構３０から供給される処理ガスの流量が制御される。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜密度を高めることができる。また、シリコン窒化膜の成膜レートが４０［ｎｍ／ｍｉｎ］以上８４［ｎｍ／ｍｉｎ］未満の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構３０から供給される処理ガスの流量が制御されてもよい。これにより、基準条件よりも圧縮性のストレスを高めることができる。また、シリコン窒化膜の成膜レートが８４［ｎｍ／ｍｉｎ］より大きく１１７［ｎｍ／ｍｉｎ］以下の範囲内の成膜レートとなるように、ガス供給機構３０から供給される処理ガスの流量が制御されてもよい。これにより、基準条件よりも伸張性のストレスを高めることができる。
【００９６】
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理装置１は、処理容器１１と、載置台１２と、シャワーヘッド２０と、ＲＦ電源２４と、第１の温度制御機構と、第２の温度制御機構と、第３の温度制御機構と、ガス供給機構３０と、排気装置４３と、制御部１００とを備える。処理容器１１は、天壁、側壁、および底壁を有し、基板Ｗを収容する。載置台１２は、処理容器１１内に配置される。シャワーヘッド２０は、載置台１２に対向する位置に配置され、処理容器１１内に処理ガスを供給する。ＲＦ電源２４は、シャワーヘッド２０に接続され、シャワーヘッド２０にＲＦ電力を供給する。ガス供給機構３０は、処理容器１１内に処理ガスを供給する。制御部１００は、供給工程と、成膜工程とを実行する。供給工程では、ガス供給機構３０からシリコン含有ガス、窒素含有ガス、および希釈ガスを含む処理ガスが処理容器１１内に供給される。成膜工程では、ＲＦ電源２４からシャワーヘッド２０を介して処理容器１１内の処理ガスに１８０［ＭＨｚ］以上８６０［ＭＨｚ］以下の範囲内の周波数の電力を供給することにより、処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスによって基板Ｗ上にシリコン窒化膜が成膜される。これにより、高い膜密度を達成可能なシリコン窒化膜を成膜することができる。
【００９７】
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００９８】
例えば、上記した各実施形態では、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置１を例に説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）等が挙げられる。
【００９９】
なお、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、添付の特許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。
【符号の説明】
【０１００】
Ｓ  処理空間
Ｗ  基板
１  プラズマ処理装置
１０  装置本体
１１  処理容器
１１ａ  天壁
１１ｂ  開口部
１１ｃ  筒状壁
１１ｄ  底壁
１１ｅ  開口部
１１ｆ  開口部
１２  載置台
１３  支持部材
１４  ベローズ
１５  フランジ
１６  駆動部
２０  シャワーヘッド
２０ａ  ガス拡散室
２０ｂ  ガス供給口
２１  誘電体窓
２２  アンテナ導体
２３  整合器
２４  ＲＦ電源
２５  絶縁部材
３０  ガス供給機構
３１  ガスソース
３２  流量制御器
３３  バルブ
３５ｃ  ガス供給管
３５ｗ  ガス供給管
３６  開口部
４１  排気管
４２  ＡＰＣバルブ
４３  排気装置
５０ｃ  流路
５０ｓ  流路
５０ｗ  流路
５１  冷却ジャケット
１００  制御部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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