(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置の処理容器内に載置され、炭素原子を含有する炭素含有膜を有する被処理基板上に、窒化膜を形成する成膜方法であって、
水素原子を含まない窒化種のガスと不活性ガスとを含む第１の反応ガスのプラズマにより、前記炭素含有膜上に第１の窒化膜を形成する第１の窒化膜形成工程を含み、
前記第１の反応ガスは、Ｎ２ガスとＡｒガスの混合ガスであり、
Ａｒガスの流量に対するＮ２ガスの流量の比率は、１／５０以下であることを特徴とする成膜方法。 
【請求項２】
前記第１の窒化膜形成工程において、
前記第１の窒化膜は、ＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）法により形成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の窒化膜形成工程では、アンテナから前記処理容器内に供給されたマイクロ波により前記第１の反応ガスのプラズマが生成され、
前記アンテナから前記処理容器内に供給されるマイクロ波の電力の合計は２ｋＷ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。 
【請求項４】
前記第１の窒化膜形成工程の後に、前記第１の反応ガスとは異なるガスを含む第２の反応ガスのプラズマにより、前記第１の窒化膜の上に、第２の窒化膜を形成する第２の窒化膜形成工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜方法。 
【請求項５】
前記第２の反応ガスには、水素原子を含む窒化種のガスが含まれることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。 
【請求項６】
前記処理容器は、
前記被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台の回転により前記軸線に対して前記被処理基板が移動する周方向に複数の領域に分けられており、
前記第１の窒化膜形成工程には、
前記複数の領域の中の一つの領域に前駆体ガスを供給し、前記被処理基板の表面に前記前駆体ガスの分子を吸着させる工程と、
前記複数の領域の中の他の領域に前記第１の反応ガスを供給する工程と、
前記他の領域に供給されたマイクロ波により前記第１の反応ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマにより、前記前駆体ガスの分子が吸着した前記被処理基板の表面をプラズマ処理する工程と
が含まれ、
前記第２の窒化膜形成工程には、
前記一つの領域において前記前駆体ガスを処理容器内に供給し、前記被処理基板の表面に前記前駆体ガスの分子を吸着させる工程と、
前記他の領域に前記第２の反応ガスを供給する工程と、
前記他の領域に供給されたマイクロ波により前記第２の反応ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマにより、前記前駆体ガスの分子が吸着した前記被処理基板の表面をプラズマ処理する工程と
が含まれることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜方法。 
【請求項７】
前記第１の窒化膜は、０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの厚みで前記炭素含有膜上に形成されることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板は、大気に晒されることにより、表面に薄い自然酸化膜が形成される。Ｓｉ基板上に自然酸化膜が形成されていると、Ｓｉ基板上にＳｉＮ膜を形成する際に、ＳｉＮ膜の異常成長が起こる。これを防止するために、Ｓｉ基板を反応炉に搬送した後、Ｓｉ基板上に、基板表面依存性の小さいＳｉＯＮ系薄膜よりなる薄い下地膜を成膜し、連続してＳｉＮ系薄膜を成膜する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭素原子を含有する膜を下地膜として、その上に窒化膜を形成する場合、プラズマ中のイオンと、下地膜に含まれる炭素原子とが反応し、下地膜が分解する場合がある。そのため、炭素原子を含有する下地膜の厚みを維持したまま、下地膜の上に所定の厚みの窒化膜を形成することは難しい。特に、ＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）法により基板上に窒化膜を形成する場合、成膜速度が遅く下地膜がプラズマに接する時間が長いため、下地膜の表面に吸着した分子を窒化させる際に、分子と下地膜との間で意図しない反応が起こることがある。これにより、下地膜の分解や、窒化膜の劣化が起こることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面における成膜方法は、成膜装置の処理容器内に載置され、炭素原子を含有する炭素含有膜を有する被処理基板上に、窒化膜を形成する成膜方法であって、水素原子を含まない窒化種のガスと不活性ガスとを含む第１の反応ガスのプラズマにより、前記炭素含有膜上に第１の窒化膜を形成する第１の窒化膜形成工程を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の種々の側面および実施形態によれば、炭素原子を含有する下地膜の膜厚の減少を抑えつつ、下地膜の上に所定の厚みの窒化膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、上方から見た場合の成膜装置の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図５】図５は、ユニットＵの下面の一例を示す図である。
【図６】図６は、図１における軸線Ｘの右側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、成膜処理が行われる前の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、成膜処理が行われる前の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ＮＨ３ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／５０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／３０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／１０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝１０００／０ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図１０Ａから図１０Ｄに示した実験結果をまとめた表である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、１つのアンテナを使用し、アンテナから供給されるマイクロ波の電力を０．５ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、２つのアンテナを使用し、それぞれのアンテナから供給されるマイクロ波の電力を１．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板の一例を示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、１つのアンテナを使用し、アンテナから供給されるマイクロ波の電力を２．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、２つのアンテナを使用し、それぞれのアンテナから供給されるマイクロ波の電力を２．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、２つのアンテナを使用し、それぞれのアンテナから供給されるマイクロ波の電力を４．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、図１２Ａから図１２Ｅに示した実験結果をまとめた表である。
【図１４】図１４は、保護膜を形成した後にＳｉＮ膜を形成する成膜処理の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスにより保護膜を形成した後にＳｉＮ膜を形成した場合の基板の断面の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
開示する成膜方法は、１つの実施形態において、成膜装置の処理容器内に載置され、炭素原子を含有する炭素含有膜を有する被処理基板上に、窒化膜を形成する成膜方法であって、水素原子を含まない窒化種のガスと不活性ガスとを含む第１の反応ガスのプラズマにより、炭素含有膜上に第１の窒化膜を形成する第１の窒化膜形成工程を含む。
【０００９】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、第１の窒化膜形成工程において、第１の窒化膜は、ＡＬＤ法により形成されてもよい。
【００１０】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、第１の反応ガスは、Ｎ２ガスとＡｒガスの混合ガスであってもよい。
【００１１】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、Ａｒガスの流量に対するＮ２ガスの流量の比率は、１／５０以下であってもよい。
【００１２】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、第１の窒化膜形成工程では、アンテナから処理容器内に供給されたマイクロ波により第１の反応ガスのプラズマが生成され、アンテナから処理容器内に供給されるマイクロ波の電力の合計は２ｋＷ以上であってもよい。
【００１３】
また、開示する成膜方法は、１つの実施形態において、第１の窒化膜形成工程の後に、第１の反応ガスとは異なるガスを含む第２の反応ガスのプラズマにより、第１の窒化膜の上に、第２の窒化膜を形成する第２の窒化膜形成工程を含んでもよい。
【００１４】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、第２の反応ガスには、水素原子を含む窒化種のガスが含まれてもよい。
【００１５】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、処理容器は、被処理基板を載置し、被処理基板が軸線の周囲を移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台の回転により軸線に対して被処理基板が移動する周方向に複数の領域に分けられていてもよい。また、第１の窒化膜形成工程には、複数の領域の中の一つの領域に前駆体ガスを供給し、被処理基板の表面に前駆体ガスの分子を吸着させる工程と、複数の領域の中の他の領域に第１の反応ガスを供給する工程と、複数の領域の中の他の領域に供給されたマイクロ波により第１の反応ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマにより、前駆体ガスの分子が吸着した被処理基板の表面をプラズマ処理する工程とが含まれていてもよい。また、第２の窒化膜形成工程には、複数の領域の中の一つの領域において前駆体ガスを処理容器内に供給し、被処理基板の表面に前駆体ガスの分子を吸着させる工程と、複数の領域の中の他の領域に第２の反応ガスを供給する工程と、複数の領域の中の他の領域に供給されたマイクロ波により第２の反応ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマにより、前駆体ガスの分子が吸着した被処理基板の表面をプラズマ処理する工程とが含まれていてもよい。
【００１６】
また、開示する成膜方法の１つの実施形態において、第１の窒化膜は、０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの厚みで炭素含有膜上に形成されてもよい。
【００１７】
以下に、開示する成膜方法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、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
（実施形態）
図１は、成膜装置１０の一例を示す断面図である。図２は、上方から見た場合の成膜装置１０の一例を示す模式図である。図２におけるＡ−Ａ断面が図１である。図３および図４は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。図５は、ユニットＵの下面の一例を示す図である。図６は、図１における軸線Ｘの右側の部分の一例を示す拡大断面図である。図１〜図６に示す成膜装置１０は、主に、処理容器１２、載置台１４、第１のガス供給部１６、排気部１８、第２のガス供給部２０、およびプラズマ生成部２２を備える。
【００１９】
図１に示すように、処理容器１２は、下部部材１２ａおよび上部部材１２ｂを有する。下部部材１２ａは、上方が開口した略筒形状を有し、処理室Ｃを形成する側壁および底壁を含む凹部を形成する。上部部材１２ｂは、略筒形状を有する蓋体であり、下部部材１２ａの凹部の上部開口を閉蓋することにより処理室Ｃを形成する。下部部材１２ａと上部部材１２ｂとの間の外周部には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材、例えばＯリングが設けられる。
【００２０】
成膜装置１０は、処理容器１２により形成される処理室Ｃの内部に、載置台１４を備える。載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘを中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータ等の駆動装置２４ａおよび回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部部材１２ａに取り付けられる。
【００２１】
回転軸２４ｂは、軸線Ｘを中心軸線とし、処理室Ｃの内部まで延在する。回転軸２４ｂは、駆動装置２４ａから伝達される駆動力により軸線Ｘを中心に回転する。載置台１４は、中央部分が回転軸２４ｂにより支持される。これにより、載置台１４は、軸線Ｘを中心に、回転軸２４ｂの回転に従って回転する。なお、処理容器１２の下部部材１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを密閉する例えばＯリング等の弾性封止部材が設けられる。
【００２２】
成膜装置１０は、処理室Ｃ内部の載置台１４の下方に、載置台１４に載置された被処理基板である基板Ｗを加熱するためのヒータ２６を備える。具体的には、ヒータ２６は、載置台１４を加熱することにより基板Ｗを加熱する。
【００２３】
処理容器１２は、例えば図２に示すように、軸線Ｘを中心軸とする略円筒状の容器であり、内部に処理室Ｃを備える。処理室Ｃには、噴射部１６ａを備えたユニットＵが設けられる。処理容器１２は、例えば、アルマイト処理またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）の溶射処理等の耐プラズマ処理が内面に施されたＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成される。成膜装置１０は、処理容器１２内に複数のプラズマ生成部２２を有する。
【００２４】
それぞれのプラズマ生成部２２は、処理容器１２の上部に、マイクロ波を出力する複数のアンテナ２２ａ−１〜２２ａ−３を備える。本実施形態において、それぞれのアンテナ２２ａの外形は、角に丸みを帯びた略三角形状である。図２において、処理容器１２の上部には３個のアンテナ２２ａ−１〜２２ａ−３が設けられているが、アンテナ２２ａの数はこれに限定されず、２個以下でもよく、４個以上であってもよい。
【００２５】
成膜装置１０は、例えば図２に示すように、上面に複数の基板載置領域１４ａを有する載置台１４を備える。載置台１４は、軸線Ｘを中心軸とする略円板状の部材である。載置台１４の上面には、基板Ｗを載置する基板載置領域１４ａが、軸線Ｘを中心として同心円状に複数（図２の例では５個）形成されている。基板Ｗは基板載置領域１４ａ内に配置され、基板載置領域１４ａは、載置台１４が回転した際、基板Ｗがズレないように基板Ｗを支持する。基板載置領域１４ａは、略円状の基板Ｗと略同形状の略円状の凹部である。基板載置領域１４ａの凹部の直径は、基板載置領域１４ａに載置される基板Ｗの直径Ｗ１と比べ、略同一である。すなわち、基板載置領域１４ａの凹部の直径は、載置される基板Ｗが凹部に嵌合し、載置台１４が回転しても、遠心力により基板Ｗが嵌合位置から移動しないように基板Ｗを固定する程度であればよい。
【００２６】
成膜装置１０は、処理容器１２の外縁に、ロボットアーム等の搬送装置を介して、基板Ｗを処理室Ｃへ搬入し、基板Ｗを処理室Ｃから搬出するためのゲートバルブＧを備える。また、成膜装置１０は、載置台１４の外縁の下方に、載置台１４の周縁に沿って排気部２２ｈを備える。排気部２２ｈには、排気装置５２が接続される。成膜装置１０は、排気装置５２の動作を制御し、排気穴から処理室Ｃ内のガスを排気することにより、処理室Ｃ内の圧力を目的とする圧力に維持する。
【００２７】
処理室Ｃは、例えば図２に示すように、軸線Ｘを中心とする円周上に配列された第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を含む。基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転に伴い、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を順に通過する。本実施形態において、図２に示した載置台１４は、上から見た場合に例えば時計回りの方向に回転する。
【００２８】
第１のガス供給部１６は、例えば図３および図４に示すように、内側ガス供給部１６１、中間ガス供給部１６２、および外側ガス供給部１６３を有する。また、第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図３および図４に示すように、載置台１４の上面に対面するように、ガスの供給、パージ、および排気を行うユニットＵが設けられる。ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、および第４の部材Ｍ４が順次積み重ねられた構造を有する。ユニットＵは、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に当接するように処理容器１２に取り付けられる。
【００２９】
ユニットＵには、例えば図３および図４に示すように、第２の部材Ｍ２〜第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路１６１ｐ、ガス供給路１６２ｐ、およびガス供給路１６３ｐが形成されている。ガス供給路１６１ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２１ｐに接続される。ガス供給路１２１ｐには、弁１６１ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６１ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６１ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６１ｂで囲まれたバッファ空間１６１ｄに接続される。バッファ空間１６１ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた内側噴射部１６１ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３０】
また、ガス供給路１６２ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２２ｐに接続される。ガス供給路１２２ｐには、弁１６２ｖおよび流量制御器１６２ｃを介して、ガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６２ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６２ｂで囲まれたバッファ空間１６２ｄに接続される。バッファ空間１６２ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた中間噴射部１６２ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３１】
また、ガス供給路１６３ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２３ｐに接続される。ガス供給路１２３ｐには、弁１６３ｖおよび流量制御器１６３ｃを介して、ガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６３ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６３ｂで囲まれたバッファ空間１６３ｄに接続される。バッファ空間１６３ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた外側噴射部１６３ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３２】
内側ガス供給部１６１のバッファ空間１６１ｄ、中間ガス供給部１６２のバッファ空間１６２ｄ、および外側ガス供給部１６３のバッファ空間１６３ｄは、例えば図３および図４に示すように、独立した空間を形成する。そして、それぞれのバッファ空間を通る前駆体ガスの流量は、流量制御器１６１ｃ、流量制御器１６２ｃ、および流量制御器１６３ｃによってそれぞれ独立に制御される。
【００３３】
ユニットＵには、例えば図３および図４に示すように、第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路２０ｒが形成される。ガス供給路２０ｒは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒに接続される。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃを介して、パージガスのガス供給源２０ｇが接続される。
【００３４】
ガス供給路２０ｒの下端は、第４の部材Ｍ４の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続される。また、第４の部材Ｍ４には、第１の部材Ｍ１〜第３の部材Ｍ３を収容する凹部が形成される。凹部を形成する第４の部材Ｍ４の内側面と、第３の部材Ｍ３の外側面との間にはギャップ２０ｐが設けられる。ギャップ２０ｐは、空間２０ｄに接続される。ギャップ２０ｐの下端は、噴射口２０ａとして機能する。
【００３５】
ユニットＵには、例えば図３および図４に示すように、第３の部材Ｍ３および第４の部材Ｍ４を貫通する排気路１８ｑが形成される。排気路１８ｑは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続される。排気路１２ｑは、真空ポンプ等の排気装置３４に接続される。また、排気路１８ｑは、下端が第３の部材Ｍ３の下面と、第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続される。
【００３６】
第３の部材Ｍ３は、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２を収容する凹部を備える。第３の部材Ｍ３が備える凹部を構成する第３の部材Ｍ３の内側面と、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２の外側面との間には、ギャップ１８ｇが設けられる。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続される。ギャップ１８ｇの下端は、排気口１８ａとして機能する。
【００３７】
ユニットＵの下面、即ち、載置台１４と対向する面には、例えば図５に示すように、軸線Ｘから離れる方向であるＹ軸方向に沿って、噴射部１６ａが設けられる。処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１である。噴射部１６ａは、載置台１４上の基板Ｗへ前駆体ガスを噴射する。噴射部１６ａは、例えば図５に示すように、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａを有する。
【００３８】
内側噴射部１６１ａは、例えば図５に示すように、軸線Ｘからの距離がｒ１〜ｒ２の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である内側環状領域Ａ１内に形成されている。また、中間噴射部１６２ａは、軸線Ｘからの距離がｒ２〜ｒ３の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である中間環状領域Ａ２内に形成されている。また、外側噴射部１６３ａは、軸線Ｘからの距離がｒ３〜ｒ４の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である外側環状領域Ａ３内に形成されている。
【００３９】
ユニットＵの下面に形成された噴射部１６ａが、Ｙ軸方向に延在する範囲であるｒ１からｒ４までの長さＬは、例えば図５に示すように、直径Ｗ１の基板ＷがＹ軸を通過する長さよりも、軸線Ｘ側の方向に所定距離ΔＬ以上長く、軸線Ｘ側と反対の方向に所定距離ΔＬ以上長い。
【００４０】
内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａは、例えば図５に示すように、複数の噴射口１６ｈを備える。前駆体ガスは、それぞれの噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１へ噴射される。内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａのそれぞれの噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１へ噴射される前駆体ガスの流量は、流量制御器１６１ｃ、流量制御器１６２ｃ、および流量制御器１６３ｃによって、それぞれ独立に制御される。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過した基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が吸着する。前駆体ガスには、ケイ素原子を含有するガス、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）やモノクロロシラン、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン等を含むガスが用いられる。
【００４１】
第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図３および図４に示すように、載置台１４の上面に対面するように、排気部１８の排気口１８ａが設けられている。排気口１８ａは、例えば図５に示すように、噴射部１６ａの周囲を囲むように、ユニットＵの下面に形成されている。排気口１８ａは、真空ポンプなどの排気装置３４の動作により、排気口１８ａを介して処理室Ｃ内のガスを排気する。
【００４２】
第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図３および図４に示すように、載置台１４の上面に対面するように、第２のガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられている。噴射口２０ａは、例えば図５に示すように、排気口１８ａの周囲を囲むように、ユニットＵの下面に形成されている。第２のガス供給部２０は、噴射口２０ａを介して第１の領域Ｒ１へパージガスを噴射する。第２のガス供給部２０によって噴射されるパージガスは、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスである。パージガスが基板Ｗの表面に噴射されることにより、基板Ｗに過剰に吸着した前駆体ガスの原子または分子（残留ガス成分）が基板Ｗから除去される。これにより、基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が吸着した原子層または分子層が形成される。
【００４３】
ユニットＵは、噴射口２０ａからパージガスを噴射し、排気口１８ａから載置台１４の表面に沿ってパージガスを排気する。これにより、ユニットＵは、第１の領域Ｒ１に供給された前駆体ガスが第１の領域Ｒ１外に漏れ出すことを抑制する。また、ユニットＵは、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａから載置台１４の面に沿ってパージガスを排気することにより、第２の領域Ｒ２に供給される反応ガスまたは反応ガスのラジカル等が第１の領域Ｒ１内に侵入することを抑制する。すなわち、ユニットＵは、第２のガス供給部２０からのパージガスの噴射および排気部１８からの排気により、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを分離する。
【００４４】
成膜装置１０は、例えば図６に示すように、第２の領域Ｒ２の上方にある上部部材１２ｂの開口ＡＰに、載置台１４の上面に対面するように設けられたプラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、アンテナ２２ａと、アンテナ２２ａにマイクロ波を供給する同軸導波管２２ｂと、第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給する反応ガス供給部２２ｃを有する。本実施形態において、上部部材１２ｂには例えば３つの開口ＡＰが形成され、成膜装置１０は、例えば３つのアンテナ２２ａ−１〜２２ａ−３を備える。
【００４５】
プラズマ生成部２２は、アンテナ２２ａおよび同軸導波管２２ｂから第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給し、反応ガス供給部２２ｃから第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給することにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。そして、プラズマ生成部２２は、基板Ｗの表面に吸着した原子層または分子層に対してプラズマ処理を施す。本実施形態において、反応ガスとしては窒素原子含有ガスが用いられ、プラズマ生成部２２は、基板Ｗに吸着した原子層または分子層を窒化させる。反応ガスとしては、例えばＮ２（窒素）ガスとＨ２（水素）ガスの混合ガス、または、ＮＨ３（アンモニア）ガスとＨ２ガスの混合ガス等の窒素原子含有ガスを用いることができる。
【００４６】
プラズマ生成部２２は、例えば図６に示すように、開口ＡＰを閉塞するようにアンテナ２２ａを気密に配置する。アンテナ２２ａは、天板４０、スロット板４２、および遅波板４４を有する。天板４０は、誘電体で形成された角の丸い略正三角形状の部材であり、例えばアルミナセラミックス等で形成される。天板４０は、その下面が処理容器１２の上部部材１２ｂに形成された開口ＡＰから第２の領域Ｒ２に露出するように上部部材１２ｂによって支持されている。
【００４７】
天板４０の上面には、スロット板４２が設けられる。スロット板４２は、略正三角形状に形成された板状の金属製部材である。スロット板４２には、複数のスロット対が形成されている。各スロット対には、互いに直交する二つのスロット穴が含まれている。
【００４８】
スロット板４２の上面には遅波板４４が設けられている。遅波板４４は、例えばアルミナセラミックス等の誘電体により、略正三角形状に形成される。遅波板４４には、同軸導波管２２ｂの外側導体６２ｂを配置するための略円筒状の開口が設けられる。
【００４９】
遅波板４４の上面には金属製の冷却プレート４６が設けられる。冷却プレート４６は、その内部に形成された流路を流通する冷媒により、遅波板４４を介してアンテナ２２ａを冷却する。冷却プレート４６は、図示しないバネ等により遅波板４４の上面に押圧されており、冷却プレート４６の下面は、遅波板４４の上面に密着している。
【００５０】
同軸導波管２２ｂは、内側導体６２ａおよび外側導体６２ｂを備える。内側導体６２ａは、アンテナ２２ａの上方から遅波板４４の開口およびスロット板４２の開口を貫通する。外側導体６２ｂは、内側導体６２ａの外周面と、外側導体６２ｂの内周面との間に隙間をあけて、内側導体６２ａを囲むように設けられる。外側導体６２ｂの下端は、冷却プレート４６の開口部に接続される。なお、アンテナ２２ａは、電極として機能してもよい。あるいは、処理容器１２内に設けられた電極をアンテナ２２ａとして用いてもよい。
【００５１】
成膜装置１０は、導波管６０およびマイクロ波発生器６８を有する。マイクロ波発生器６８が発生させた、例えば約２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管６０を介して同軸導波管２２ｂに伝搬し、内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの隙間を伝搬する。そして、遅波板４４内を伝搬したマイクロ波は、スロット板４２のスロット穴から天板４０へ伝搬し、天板４０から第２の領域Ｒ２へ放射される。
【００５２】
第２の領域Ｒ２には、反応ガス供給部２２ｃから反応ガスが供給される。反応ガス供給部２２ｃは、例えば図２に示すように複数の内側噴射口５０ｂおよび複数の外側噴射口５１ｂを有する。それぞれの内側噴射口５０ｂは、例えば図６に示すように、弁５０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５０ｃを介して、反応ガスのガス供給源５０ｇに接続される。それぞれの内側噴射口５０ｂは、例えば図６に示すように、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に設けられる。
【００５３】
それぞれの内側噴射口５０ｂは、弁５０ｖおよび流量制御部５０ｃを介してガス供給源５０ｇから供給された反応ガスを、軸線Ｘから遠ざかる方向であって、例えば、載置台１４の基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗの面と並行な方向に向けて、アンテナ２２ａの下方の第２の領域Ｒ２に噴射する。
【００５４】
それぞれの外側噴射口５１ｂは、弁５１ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５１ｃを介して、反応ガスのガス供給源５０ｇに接続される。それぞれの外側噴射口５１ｂは、例えば図６に示すように、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に設けられる。それぞれの外側噴射口５１ｂは、弁５１ｖおよび流量制御部５１ｃを介してガス供給源５０ｇから供給された反応ガスを、軸線Ｘに近づく方向であって、例えば、載置台１４の基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗの面と並行な方向に反応ガスを噴射する。
【００５５】
また、本実施形態において、内側噴射口５０ｂおよび外側噴射口５１ｂから噴射される反応ガスの流量は、流量制御部５０ｃおよび流量制御部５１ｃによってそれぞれ独立に制御される。さらに、流量制御部５０ｃおよび流量制御部５１ｃは、アンテナ２２ａ毎に設けられてもよく、内側噴射口５０ｂおよび外側噴射口５１ｂから噴射される反応ガスの流量が、アンテナ２２ａ毎に独立に制御されてもよい。
【００５６】
プラズマ生成部２２は、複数の内側噴射口５０ｂおよび複数の外側噴射口５１ｂにより第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、アンテナ２２ａにより第２の領域Ｒ２にマイクロ波を放射する。これにより、プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。
【００５７】
載置台１４の周縁には、例えば図２に示すように、排気部２２ｈが設けられる。排気部２２ｈは、例えば図６に示すように、上部が開口した溝部２２２と、溝部２２２の上部に設けられる蓋部２２１とを有する。溝部２２２は、排気装置５２に接続される。蓋部２２１は、例えば図２に示した排気領域２２０ｈにおいて複数の排気穴を有する。
【００５８】
また、外側噴射口５１ｂの下方であって、蓋部２２１上には、スペーサ２２０が設けられる。スペーサ２２０は、例えば図６に示すように、蓋部２２１の上面から載置台１４の上面までの高さと略同一の厚みを有する。スペーサ２２０は、外側噴射口５１ｂの下方において、載置台１４と蓋部２２１との段差によって生じるガスの流速の増加を抑制する。
【００５９】
排気部２２ｈは、それぞれの排気領域２２０ｈにおいて、排気装置５２の動作により、蓋部２２１に設けられた複数の排気穴から溝部２２２を介して処理室Ｃ内のガスを排気する。なお、蓋部２２１に設けられた排気穴は、それぞれの排気領域２２０ｈからの排気量が略同一となるように、それぞれの排気領域２２０ｈに設けられた排気穴の位置、大きさ、および数が調整されている。
【００６０】
成膜装置１０は、例えば図１に示すように、成膜装置１０の各構成要素を制御するための制御部７０を備える。制御部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部７０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、成膜装置１０の各構成要素を制御する。
【００６１】
制御部７０は、載置台１４の回転速度を制御する制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。また、制御部７０は、基板Ｗの温度を制御する制御信号をヒータ２６に接続された電源へ送信する。また、制御部７０は、前駆体ガスの流量を制御する制御信号を弁１６１ｖ〜１６３ｖおよび流量制御器１６１ｃ〜１６３ｃへ送信する。また、制御部７０は、排気口１８ａに接続された排気装置３４の排気量を制御する制御信号を排気装置３４へ送信する。
【００６２】
また、制御部７０は、パージガスの流量を制御する制御信号を弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃへ送信する。また、制御部７０は、マイクロ波の送信電力を制御する制御信号をマイクロ波発生器６８へ送信する。また、制御部７０は、反応ガスの流量を制御する制御信号を弁５０ｖ、弁５１ｖ、流量制御部５０ｃ、および流量制御部５１ｃへ送信する。また、制御部７０は、排気部２２ｈからの排気量を制御する制御信号を排気装置５２へ送信する。
【００６３】
上述のように構成された成膜装置１０により、第１のガス供給部１６から前駆体ガスが、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗ上に噴射され、過剰に吸着した前駆体ガスが排気部１８および第２のガス供給部２０によって基板Ｗから除去される。そして、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗは、プラズマ生成部２２によって生成された反応ガスのプラズマに晒される。載置台１４の回転によって、基板Ｗに対して上記動作が繰り返されることにより、成膜装置１０は、基板Ｗ上に所定の厚みの膜を形成する。
【００６４】
［実施例］
以下では、図１〜図６を用いて説明した成膜装置１０を用いて、炭素原子を含有する下地膜上に、窒化膜としてＳｉＮ膜を例えば約２０ｎｍの厚みで形成し、ＳｉＮ膜の上に例えば白金等を蒸着させることにより導体膜を形成する実験を行った。下地膜は、炭素含有膜の一例である。
【００６５】
まず、前駆体ガスとしてＤＣＳを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いて、下地膜上にＳｉＮ膜を形成する実験を行った。ＮＨ３ガスは、水素原子を含む窒化種のガスの一例である。図７Ａは、成膜処理が行われる前の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。図７Ｂは、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。
【００６６】
本実験におけるＳｉＮ膜の成膜処理では、図７Ａに示すように、シリコン等のベース基板１００上に炭素原子を含有する下地膜１０１が約６０ｎｍの厚みで形成された基板Ｗを用いた。反応ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合、図７Ｂに示すように、下地膜１０１上にＳｉＮ膜は形成されなかった。さらに、図７Ｂに示すように、成膜処理後の下地膜１０１は、厚みが約２５ｎｍに減少し、内部に空隙も発生していた。これは、反応ガスのプラズマに含まれる水素原子と、下地膜１０１に含まれる炭素原子とが反応し、下地膜１０１が分解したためと考えられる。
【００６７】
次に、前駆体ガスとしてＤＣＳを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスのみを用いて、下地膜上にＳｉＮ膜を形成する実験を行った。図８Ａは、成膜処理が行われる前の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。図８Ｂは、ＮＨ３ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。
【００６８】
本実験におけるＳｉＮ膜の成膜処理では、図８Ａに示すように、ベース基板１００上に約６２．４ｎｍの厚みの下地膜１０１が形成されている基板Ｗを用いた。また、前駆体ガスには、ＤＣＳを用いた。反応ガスとしてＮＨ３ガスのみを用いて成膜処理を行った場合、図８Ｂに示すように、下地膜１０１上に約１７．８ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができた。ＳｉＮ膜１０２が形成されたので、ＳｉＮ膜１０２上に導体膜１０３を形成した。
【００６９】
しかし、本実験では、図８Ｂに示すように、成膜処理後の下地膜１０１の厚みが約６２．４ｎｍから約２３．６ｎｍに大きく減少しており、下地膜１０１内部に空隙も発生していた。また、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られる。そのため、下地膜１０１とベース基板１００との密着力が低下しており、下地膜１０１がベース基板１００から剥がれやすくなっていると考えられる。
【００７０】
これは、ＮＨ３ガスにも水素原子が含まれているため、ＮＨ３ガスのプラズマに含まれる水素原子と下地膜１０１に含まれる炭素原子とが反応し、下地膜１０１が分解したためと考えられる。従って、反応ガスとしてＮＨ３ガスのみを用いた場合には、炭素原子を含有する下地膜１０１上にＳｉＮ膜１０２を成膜することは可能ではあるが、下地膜１０１の膜厚の減少や空隙の発生など、下地膜１０１に大きなダメージを与えてしまう。
【００７１】
次に、前駆体ガスとしてＤＣＳを用い、反応ガスとしてＮ２ガスおよび不活性ガスの混合ガスを用いて、下地膜上にＳｉＮ膜を形成する実験を行った。Ｎ２ガスは、水素原子を含まない窒化種のガスの一例である。本実験では、不活性ガスとしてＡｒガスを用いた。また、前駆体ガスには、ＤＣＳを用いた。図９は、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。
【００７２】
本実験におけるＳｉＮ膜の成膜処理では、図８Ａに示した基板Ｗと同様に、約６２．４ｎｍの下地膜１０１が形成された基板Ｗを用いた。反応ガスとしてＮ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合、図９に示すように、下地膜１０１上に約２０．１ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができた。ＳｉＮ膜１０２が形成されたので、ＳｉＮ膜１０２上に導体膜１０３を形成した。
【００７３】
本実験では、図９に示すように、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５５．４ｎｍに減少しているものの、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いて成膜処理を行った場合や、ＮＨ３ガスのみを用いて成膜処理を行った場合の下地膜１０１と比べて、膜厚の減少量はずっと少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られなかった。また、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との密着力も維持されていると考えられる。
【００７４】
反応ガスとしてＮ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスを用いることにより、下地膜１０１上にＳｉＮ膜１０２を形成することができると共に、下地膜１０１の膜厚の減少や空隙の発生などの下地膜１０１へのダメージを抑制できることが分かった。次に、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの流量比を変える実験を行い、下地膜１０１の膜厚の減少や空隙の発生などのダメージを抑制可能な条件の範囲を検討した。
【００７５】
図１０Ａから図１０Ｄは、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの流量比を変えて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。なお、図１０Ａから図１０Ｄに示した実験では、図８Ａに示した基板Ｗと同様に、約６２．４ｎｍの下地膜１０１が形成された基板Ｗを用いた。また、前駆体ガスとしてＤＣＳを用いた。また、図１０Ａから図１０Ｄに示した実験では、プラズマ処理における基板Ｗの温度は３００℃であり、マイクロ波を供給するアンテナはアンテナ２２ａ−２および２２ａ−３を用い、各アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力は４．０ｋＷであり、載置台１４の回転速度は２０ｒｐｍである。
【００７６】
図１０Ａは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／５０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。図１０Ａに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１８．６ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１０Ａに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５２．３ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００７７】
図１０Ｂは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／３０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。図１０Ｂに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１７．４ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１０Ｂに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５４．３ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００７８】
図１０Ｃは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／１０００ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。図１０Ｃに示した実験結果では、下地膜１０１上に約２０．１ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１０Ｃに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５５．４ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００７９】
図１０Ｄは、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝１０００／０ｓｃｃｍの流量比の反応ガスを用いて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。なお、図１０Ｄに示した実験では、反応ガスにＡｒガスは含まれていない。図１０Ｄに示した実験結果では、下地膜１０１上に約２２．５ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。しかし、図１０Ｄに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約４６．５ｎｍに減少しており、膜厚の減少量は大きい。また、図１０Ｄに示すように、下地膜１０１内部に空隙が発生しており、下地膜１０１の一部がベース基板１００から剥がれている。
【００８０】
図１１は、図１０Ａから図１０Ｄに示した実験結果をまとめた表である。図１１に示すように、反応ガスにＮ２ガスのみを用いて成膜処理を行った場合には、下地膜１０１の膜厚の減少量が大きい。また、この場合、図１０Ｄに示したように、下地膜１０１内に空隙などのダメージが発生する。一方、反応ガスにＮ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いた場合、下地膜１０１の膜厚の減少量は、反応ガスにＮ２ガスのみを用いて成膜処理を行った場合に比べてずっと少ない。また、この場合、図１０Ａから図１０Ｃに示したように、下地膜１０１内に空隙などのダメージの発生も見られなかった。
【００８１】
これは、反応ガスにＡｒガス等の不活性ガスを加えることにより、プラズマ密度が上昇し、ＳｉＮ膜１０２の成膜速度が上がり、下地膜１０１へのダメージが大きくなる前に、ＳｉＮ膜１０２の成膜が終了するためと考えられる。従って、下地膜１０１の膜厚の減少量を減らし、下地膜１０１内に空隙などのダメージの発生を抑制するためには、反応ガスにＮ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いることが好ましい。また、図１０Ａ〜図１０Ｄに示した実験結果から、下地膜１０１の膜厚の減少量を減らし、下地膜１０１内に空隙などのダメージの発生を抑制するためには、Ｎ２ガスの流量とＡｒガスの流量の比は、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍ＝１／５０以下であることが好ましい。
【００８２】
また、理想的なＡＬＤでは、成膜速度は基板回転速度に依存し、プラズマ密度には依存しない。しかし、実際は、Ａｒガスの流量が少ない場合には、窒素ラジカルの存在確率が低下するため、窒化可能なサイトが１００あると仮定した場合、６０程度しか窒化されない。結果的にＡｒガスの流量が少ない場合には、成膜速度が遅くなることになる。成膜速度が速くなると、下地膜と窒素ラジカルとが、Ｃ−Ｎ結合を形成する確率も減るため、下地膜のダメージが減少することになる。
【００８３】
次に、マイクロ波を供給するアンテナ２２ａの数、および、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を変える実験を行い、下地膜１０１の膜厚の減少や空隙の発生などのダメージを抑制可能な条件の範囲を検討した。図１２Ａから図１２Ｅは、アンテナ２２ａの数および電力を変えて成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。なお、図１２Ａから図１２Ｄに示した実験では、図８Ａに示した基板Ｗと同様に、約６２．４ｎｍの下地膜１０１が形成された基板Ｗを用いた。また、前駆体ガスとしてＤＣＳを用いた。また、図１２Ａから図１２Ｄに示した実験では、プラズマ処理における基板Ｗの温度は３００℃であり、マイクロ波を供給するアンテナはアンテナ２２ａ−２および２２ａ−３を用い、Ｎ２ガスの流量とＡｒガスの流量の比は、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／１０００ｓｃｃｍであり、載置台１４の回転速度は２０ｒｐｍである。
【００８４】
図１２Ａは、１つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−３）を使用し、アンテナから供給されるマイクロ波の電力を０．５ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。なお、図１２Ａに示した実験では、アンテナ２２ａ−１および２２ａ−２は使用していない。図１２Ａに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１６．６ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。
【００８５】
しかし、図１２Ａに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の内部には空隙が発生しており、その影響で、下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約６７．０ｎｍに膨張している。また、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られ、下地膜１０１とベース基板１００との密着力が低下していると考えられる。
【００８６】
図１２Ｂは、２つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−２および２２ａ−３）を使用し、それぞれのアンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を１．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板Ｗの一例を示す断面図である。本実験では、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計は、２．０ｋＷである。なお、図１２Ｂに示した実験では、アンテナ２２ａ−１は使用していない。
【００８７】
図１２Ｂに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１７．４ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１２Ｂに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５５．０ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００８８】
図１２Ｃは、１つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−３）を使用し、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を２．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板Ｗの一例を示す断面図である。なお、図１２Ｃに示した実験では、アンテナ２２ａ−１および２２ａ−２は使用していない。
【００８９】
図１２Ｃに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１３．４ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１２Ｃに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５２．５ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００９０】
図１２Ｄは、２つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−２および２２ａ−３）を使用し、それぞれのアンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を２．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板Ｗの一例を示す断面図である。本実験では、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計は、４．０ｋＷである。なお、図１２Ｄに示した実験では、アンテナ２２ａ−１は使用していない。
【００９１】
図１２Ｄに示した実験結果では、下地膜１０１上に約１８．２ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１２Ｄに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約６０．１ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００９２】
図１２Ｅは、２つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−２および２２ａ−３）を使用し、それぞれのアンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力を４．０ｋＷとして成膜処理を行った場合の基板Ｗの一例を示す断面図である。本実験では、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計は、８．０ｋＷである。なお、図１２Ｅに示した実験では、アンテナ２２ａ−１は使用していない。
【００９３】
図１２Ｅに示した実験結果では、下地膜１０１上に約２０．１ｎｍの厚みのＳｉＮ膜１０２を形成することができている。また、図１２Ｅに示した実験結果では、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約６２．４ｎｍから約５５．４ｎｍに減少しているものの、膜厚の減少量は少ない。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙が見られなかった。
【００９４】
図１３は、図１２Ａから図１２Ｅに示した実験結果をまとめた表である。図１３に示すように、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計が０．５ｋＷの場合には、下地膜１０１の変質が起り、下地膜１０１内に空隙の発生などのダメージが生じる。一方、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計が２．０ｋＷ以上の場合には、下地膜１０１の変質や空隙の発生などのダメージは見られなかった。
【００９５】
供給されるマイクロ波の電力が低いと、Ｎ２ガスの分子がプラズマ中で十分に解離せず、プラズマに含まれる窒素原子のイオンやラジカルの数が少なくなると考えられる。そのため、成膜速度が遅くなり、所定の厚みのＳｉＮ膜１０２を形成されるまでの間、下地膜１０１を含む基板Ｗが高温環境下に長時間さらされることになる。これにより、下地膜１０１が熱的な影響を受けて、変質すると考えられる。
【００９６】
これに対し、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計が例えば２．０ｋＷ以上の場合には、プラズマ中で解離するＮ２ガスの分子が増加し、プラズマに含まれる窒素原子のイオンやラジカルの数が増えると考えられる。そのため、成膜速度が速くなり、所定の厚みのＳｉＮ膜１０２を形成するまでの時間が短くなる。これにより、下地膜１０１を含む基板Ｗが高温環境下にさらされる時間が短くなり、下地膜１０１が受ける熱的な影響が低減され、下地膜１０１の変質が抑えられると考えられる。
【００９７】
従って、下地膜１０１の変質を抑制しつつ、下地膜１０１上に所定の厚みのＳｉＮ膜１０２を成膜するためには、アンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力の合計が例えば２．０ｋＷ以上であることが好ましい。
【００９８】
次に、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマにより、下地膜１０１上に所定の厚みのＳｉＮ膜（第１の窒化膜）を形成し、これを保護膜として、その上にＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマによりＳｉＮ膜（第２の窒化膜）を形成する実験を行った。図１４は、保護膜を形成した後にＳｉＮ膜を形成する成膜処理の一例を示すフローチャートである。
【００９９】
まず、ベース基板１００上に下地膜１０１が形成された基板Ｗが成膜装置１０の処理容器１２内に搬入される（Ｓ１００）。そして、保護膜形成工程が実行される（Ｓ１０１）。保護膜形成工程では、第１のガス供給部１６から、前駆体ガスとしてＤＣＳガスが、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗ上に噴射される。そして、基板Ｗの表面に過剰に吸着した前駆体ガスが、排気部１８および第２のガス供給部２０の作用によって基板Ｗから除去される。そして、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗは、反応ガス供給部２２ｃから反応ガスとして供給されたＮ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマに晒される。これにより、下地膜１０１上に保護膜が形成される。
【０１００】
なお、保護膜形成工程では、Ｎ２ガスの流量とＡｒガスの流量の比は、Ｎ２ガス／Ａｒガス＝２０／１０００ｓｃｃｍであり、２つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−２および２２ａ−３）が使用され、それぞれのアンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力は２．０ｋＷである。また、プラズマ処理における基板Ｗの温度は３００℃であり、載置台１４の回転速度は２０ｒｐｍである。
【０１０１】
そして、下地膜１０１上に所定の厚みの保護膜が形成されるまで（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に示した保護膜形成工程が所定回数繰り返される。本実験では、例えば約３ｎｍの厚みの保護膜が形成されるまで、ステップＳ１０１に示した保護膜形成工程が繰り返される。保護膜形成工程が所定回数繰り返された場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、窒化膜形成工程が実行される（Ｓ１０３）。
【０１０２】
窒化膜形成工程では、第１のガス供給部１６から、前駆体ガスとしてＤＣＳガスが、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗ上に噴射される。そして、基板Ｗに過剰に吸着した前駆体ガスが、排気部１８および第２のガス供給部２０の作用によって基板Ｗから除去される。そして、載置台１４の回転によって移動する基板Ｗは、反応ガス供給部２２ｃから反応ガスとして供給されたＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマに晒される。これにより、保護膜上にＳｉＮ膜が形成される。
【０１０３】
なお、窒化膜形成工程では、ＮＨ３ガスの流量とＨ２ガスの流量の比はＮＨ３ガス／Ｈ２ガス＝７５０／４０００ｓｃｃｍであり、２つのアンテナ２２ａ（アンテナ２２ａ−２および２２ａ−３）が使用され、それぞれのアンテナ２２ａから供給されるマイクロ波の電力は４．０ｋＷである。また、プラズマ処理における基板Ｗの温度は３００℃であり、載置台１４の回転速度は２０ｒｐｍである。
【０１０４】
そして、保護膜上に所定の厚みのＳｉＮ膜が形成されるまで（Ｓ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に示した窒化膜形成工程が所定回数繰り返される。本実験では、例えば約１７ｎｍの厚みのＳｉＮ膜が形成されるまで、ステップＳ１０３に示した窒化膜形成工程が繰り返される。窒化膜形成工程が所定回数繰り返された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、基板Ｗが処理容器１２から搬出され（Ｓ１０５）、本フローチャートに示した成膜処理が終了する。
【０１０５】
図１５は、図１４に示した成膜処理によって成膜された基板の断面の一例を示す模式図である。図１５に示した基板Ｗでは、下地膜１０１上に約２２．５ｎｍの膜厚のＳｉＮ膜１０２が形成されている。図１５に示したＳｉＮ膜１０２には、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマにより形成された保護膜と、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマにより形成されたＳｉＮ膜とが含まれている。
【０１０６】
本実験では、約６０ｎｍの膜厚の下地膜１０１が形成されている基板Ｗを用いた。図１５に示すように、成膜処理後の下地膜１０１の厚みは約５９．３ｎｍであり、成膜前の下地膜１０１からほとんど変化していなかった。また、本実験では、下地膜１０１内部には空隙が見られず、下地膜１０１とベース基板１００との間にも空隙は見られなかった。また、下地膜１０１の変質も見られなかった。
【０１０７】
さらに、実験を重ねた結果、Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマにより形成される保護膜の厚みは、０．５〜１．０ｎｍまで薄くしても、下地膜１０１の保護膜として機能し、下地膜１０１の空隙の発生を抑制できることが分かった。本実験の目的は、炭素を含有する下地膜１０１の上に、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマによりＳｉＮ膜を形成することである。Ｎ２ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマにより形成された保護膜は、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマにより形成されたＳｉＮ膜とは異なる性質を有する膜である。そのため、保護膜は、極力薄い方が好ましい。従って、保護膜の厚みは、０．５〜１．０ｎｍの厚みであることが好ましい。
【０１０８】
以上、一実施形態について説明した。本実施形態の成膜装置１０によれば、炭素原子を含有する下地膜の膜厚の減少を抑えつつ、下地膜の上に所定の厚みの窒化膜を形成することができる。
【０１０９】
なお、本発明は、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。
【０１１０】
例えば、上記した実施形態において、保護膜上に形成されるＳｉＮ膜は、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマにより形成されるが、開示の技術はこれに限られない。保護膜上に形成されるＳｉＮ膜は、例えば、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマにより形成されてもよい。保護膜を設けずに、下地膜上にＮ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマによりＳｉＮ膜を形成するとすれば、プラズマ中に含まれる水素原子により、炭素原子を含有する下地膜の膜厚の減少量が大きくなるが、下地膜上に形成した保護膜上に、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスのプラズマによりＳｉＮ膜を形成することにより、下地膜の膜厚の減少を抑えつつ、下地膜の上に所定の厚みの窒化膜を形成することが可能となる。
【０１１１】
また、上記した実施形態では、マイクロ波を用いたセミバッチ式の成膜装置１０を例に説明したが、成膜装置１０はこれに限られない。例えば、成膜装置１０は、マイクロ波を用いたＡＬＤ方式の成膜装置であって、枚葉式やバッチ式の成膜装置であってもよく、高周波を用いたＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）方式の成膜装置であってもよい。
【０１１２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｗ  基板
１００  ベース基板
１０１  下地膜
１０２  ＳｉＮ膜
１０３  導体膜
１０  成膜装置
１２  処理容器
１２ａ  下部部材
１２ｂ  上部部材
１４  載置台
１６  第１のガス供給部
１８  排気部
２０  第２のガス供給部
２２  プラズマ生成部
２２ａ  アンテナ
【図１】
0006345104.tif 000002
【図２】
0006345104.tif 000003
【図３】
0006345104.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006345104.tif 000006
【図６】
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【図７Ａ】
0006345104.tif 000008
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
0006345104.tif 000013
【図１０Ｂ】
0006345104.tif 000014
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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