(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン及び水素を含有する原料ガスと窒素を含有するガスとのプラズマにより、プラズマ処理対象の基板に対して窒化シリコン膜を成長させるプラズマ処理方法において、
前記基板に前記プラズマ中からイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
プラズマを生成するために印加するＲＦパワーを減少させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
圧力を高くすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、
前記原料ガスと窒素を含有するガスの供給量を増加させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、
プラズマ処理温度を低下させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、
前記閾値は、２００ｍｍウェハの場合１．２ｋＷとする
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
真空容器の内部に供給するシリコン及び水素を含有する原料ガスと窒素を含有するガスのガス供給量を制御するガス供給量制御手段と、
前記真空容器の内部の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記真空容器の内部の前記原料ガスと前記窒素ガスにＲＦパワーを印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空容器の内部で、プラズマ処理対象となる基板を保持する基板保持手段と、
前記基板のプラズマ処理時の温度を制御する温度制御手段と、
前記基板にバイアスパワーを印加するバイアスパワー印加手段と、
前記基板に前記プラズマ中からイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させるパラメータ制御手段と
を備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化に伴い、ＳｉＮ膜を高アスペクト比の微小ホール（例えば、ホール径φ１マイクロメートル未満、アスペクト比１以上のホール）に埋め込み成膜するニーズが増加している。プラズマＣＶＤ装置でＳｉＮ膜の埋め込み成膜を行うためには、バイアスパワーを大きくする必要がある。
【０００３】
これは、バイアスパワーを印加していない、又は少ない成膜では、成膜前駆体の入射角度によりホール底部よりも開口部に膜が堆積してしまい、ホール開口部を塞いで内部に空孔ができてしまうが、バイアスパワーを増加させることで成膜とスパッタリングを同時に行い、開口部の堆積が抑制されるためホール底部や内部の成膜が進行し空孔のない埋込み成膜が可能となるためである。このようなプラズマ処理の一例が下記非特許文献１及び下記非特許文献２に開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】白藤  立、”プラズマＣＶＤの気相・表面反応”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２０年１月１６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ： HYPERLINK "http://shira.iic.kyoto-u.ac.jp/2006-09-02-PECVD-Lecture.pdf" ｈｔｔｐ：／／ｓｈｉｒａ．ｉｉｃ．ｋｙｏｔｏ‐ｕ．ａｃ．ｊｐ／２００６‐０９‐０２‐ＰＥＣＶＤ‐Ｌｅｃｔｕｒｅ．ｐｄｆ〉
【非特許文献２】Ｃ．Ｗ． Ｐｅａｒｃｅ、Ｒ．Ｆ．Ｆｅｔｃｈｏ、Ｍ．Ｄ．Ｇｒｏｓｓ、Ｒ．Ｆ．Ｋｏｅｆｅｒ、Ｒ．Ａ．Ｐｕｄｌｉｎｅｒ、”Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｂｙ  ｐｌａｓｍａ‐ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒａｄｉｏ-ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｏｕｒｃｅ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９９２年２月１５日、Ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．４、ｐ．１８３８‐１８４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１のＦｉｇ３１に記載されているように、従来のプラズマ処理方法では、バイアスパワーを増加させるとＳｉＮ膜のＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合量が減少し、それに伴い圧縮応力が増加してしまうため、この圧縮応力増大による膜はがれの発生が、バイアスパワー印加によるＳｉＮ膜の埋め込み成膜の障害となってしまうという問題があった。
【０００６】
このことから、本発明は、バイアスパワー印加による圧縮応力の増加およびＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ結合の減少を抑制し、ＳｉＮ膜の埋め込み成膜が可能なプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るプラズマ処理方法は、シリコン及び水素を含有する原料ガスと窒素を含有するガス（例えば、窒素ガス、アンモニアガス等）とのプラズマにより、プラズマ処理対象の基板に対して窒化シリコン膜を成長させるプラズマ処理方法において、前記基板に前記プラズマ中からイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることで前記窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合量を増加させ、前記窒化シリコン膜の圧縮応力を低減させることを特徴とする。
【０００８】
上記の課題を解決するための第２の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明に係るプラズマ処理方法において、プラズマを生成するために印加するＲＦパワーを減少させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させることを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決するための第３の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明又は第２の発明に係るプラズマ処理方法において、圧力を高くすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させることを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するための第４の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係るプラズマ処理方法において、窒素を含有するガスの供給量を増加させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させることを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するための第５の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係るプラズマ処理方法において、プラズマ処理温度を低下させることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させることを特徴とする。
上記の課題を解決するための第６の発明に係るプラズマ処理方法は、第１の発明から第５の発明のいずれかひとつに係るプラズマ処理方法において、前記閾値は、２００ｍｍウェハの場合１．２ｋＷとすることを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第７の発明に係るプラズマ処理装置は、
真空容器の内部に供給するシリコン及び水素を含有する原料ガスと窒素を含有するガスのガス供給量を制御するガス供給量制御手段と、
前記真空容器の内部の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記真空容器の内部の前記原料ガスと前記窒素ガスにＲＦパワーを印加してプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空容器の内部で、プラズマ処理対象となる基板を保持する基板保持手段と、
前記基板のプラズマ処理時の温度を制御する温度制御手段と、
前記基板にバイアスパワーを印加するバイアスパワー印加手段と、
前記基板に前記プラズマ中からイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させるパラメータ制御手段と
を備えた
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリコン及び水素を含有する原料ガスと窒素を含有するガスとのプラズマにより、プラズマ処理対象の基板に対して窒化シリコン膜を成長させるプラズマ処理方法において、窒化シリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合量を増加させることで、窒化シリコン膜の圧縮応力を低減させることにより、バイアスパワー印加時のＳｉＮ膜の圧縮応力増大による膜はがれを抑制することができるため、バイアスパワー印加によるＳｉＮ膜の埋め込み成膜を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るプラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置の一実施形態について図を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、高い真空度を維持できる真空容器１０を備えている。この真空容器１０は、筒状容器１１と天井板１２からなり、筒状容器１１の上部に天井板１２を取り付けることで外気から密閉された空間を形成している。
【００１５】
真空容器１０には、真空容器１０の内部を真空状態にする真空装置１３が設置されている。天井板１２の上部にはプラズマ１４を生成させるＲＦアンテナ１５が設置されている。このＲＦアンテナ１５には、整合器１６を介して高周波電源であるＲＦ電源１７が接続されている。すなわち、ＲＦ電源１７から供給されたＲＦパワーはＲＦアンテナ１５によりプラズマ１４に供給される。
【００１６】
筒状容器１１の側壁の上部には、成膜する膜の原料となる原料ガスを真空容器１０内に供給する原料ガス供給管１８が設置されている。原料ガス供給管１８には原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給量制御バルブ１８ａが設置されている。本実施形態では、原料ガスとして、ＳｉＨ4を供給する。筒状容器１１の側壁の上部には、Ｎ2ガスを真空容器１０内に供給するＮ2ガス供給管１９が設置されている。Ｎ2ガス供給管１９にはＮ2ガスの供給量を制御するＮ2ガス供給量制御バルブ１９ａが設置されている。筒状容器１１の側壁の上部には、Ａｒガスを真空容器１０内に供給するＡｒ供給管２０が設置されている。Ａｒガス供給管２０にはＡｒガスの供給量を制御するＡｒガス供給量制御バルブ２０ａが設置されている。これらにより、真空容器１０の内部上方には、ＳｉＨ4、Ｎ2及びＡｒのプラズマ１４が生成されることとなる。
【００１７】
筒状容器１１内の下方には、成膜対象である基板２１を保持する基板支持台２２が設置されている。この基板支持台２２は、基板２１を保持する基板保持部２３と、この基板保持部２３を支持する支持軸２４とにより構成されている。基板保持部２３の内部には加熱のためのヒータ２５が設置されており、このヒータ２５はヒータ制御装置２６により温度が調整されている。これにより、プラズマ処理中の基板２１の温度を制御することができる。
【００１８】
基板保持部２３には、基板２１に対しバイアスパワーを印加できるようにコンデンサ２７及び整合器２８を介してバイアス電源２９が接続されている。これにより、基板２１の表面にプラズマ１４中からイオンを引き込むことができる。さらに、基板保持部２３には、基板２１を静電気力で保持できるように静電電源３０が接続されている。静電電源３０へのＲＦ電源１７やバイアス電源２９のパワーが回り込まないように、ローパスフィルター３１(ＬＰＦ)を介して基板保持部２２に接続している。
【００１９】
また、バイアス電源２９のバイアスパワーと、ＲＦ電源１７のＲＦパワーと、真空装置１３の圧力と、ヒータ制御装置２６と、原料ガス供給バルブ１８ａ、Ｎ2ガス供給バルブ１９ａ及びＡｒガス供給バルブ２０ａのガス供給量とをそれぞれ制御することが可能なパラメータ制御装置３２が設置されている。なお、図１中の一点鎖線はパラメータ制御装置からバイアス電源２９、ＲＦ電源１７、真空装置１３、ヒータ制御装置２６、原料ガス供給バルブ１８ａ、Ｎ2ガス供給バルブ１９ａ及びＡｒガス供給バルブ２０ａへ制御信号を送信するための信号線を意味している。
【００２０】
上述した本実施形態に係るプラズマ処理装置において、パラメータ制御装置３２により、バイアスパワー、ＲＦパワー、圧力、成膜温度及びガス供給量を後述する条件に基づき制御することで、バイアスパワー印加による埋め込み成膜が可能となる。そして、本実施形態におけるパラメータ制御装置３２は、特に基板２１にイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させるように制御を行っている。なお、基板２１にイオン入射させるバイアスパワーを閾値以上にすることでＳｉ−Ｈ結合量を増加させて圧縮応力を低減させることが可能であることについて以下に詳細に説明する。
【００２１】
ここで、始めに本実施形態に係るプラズマ処理装置において実施した、各種実験の実験結果について説明する。
第１の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、バイアスパワーを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力、Ｓｉ−Ｈ結合量及びＮ−Ｈ結合量を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００２２】
上記のプロセス条件において、バイアスパワー（４ＭＨｚ）を変化させたときの圧縮応力を測定した結果を示す。表１はバイアスパワーを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験の実験結果を示した表である。また、図２は表１に示した実験結果をグラフとして表した図である。
【表１】
0005297048.tif 000002
【００２３】
図２に示すように、バイアスパワー０．１ｋＷまでは従来同様にバイアスパワーの印加により圧縮応力が増加するが（０．１ｋＷが極大）、更にバイアスパワーを大きくすると圧縮応力が小さくなっていることが分かる。また、各バイアスパワーにおいて、ＳｉＮ膜の状態を観察したところ、１．６ｋＷ以下では膜はがれが発生し、１．８ｋＷ以上では膜はがれが発生していない。このことから、膜はがれの発生を抑えるためにはバイアスパワーをある閾値以上にする必要があることが分かる。このため、バイアスパワーを閾値以上とするには、基板２１（図１参照）に単位面積あたり５．７Ｗ／ｃｍ2以上（２００ｍｍウエハで１．８ｋＷ）のバイアスパワーを印加する必要がある。
【００２４】
上記のプロセス条件において、バイアスパワー（４ＭＨｚ）を変化させたときのＳｉ−Ｈ結合量及びＮ−Ｈ結合量をＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）で測定した結果を示す。表２はバイアスパワーを変化させたときの、Ｓｉ−Ｈ結合量及びＮ−Ｈ結合量を測定する実験の実験結果を示した表である。また、図３は表２に示したバイアスパワーを変化させたときの、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ量の測定結果をグラフとして表した図である。
【表２】
0005297048.tif 000003
【００２５】
図３に示すように、バイアスパワー０．１ｋＷまでは従来同様にＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが低下するが、更にバイアスパワーを大きくすると、Ｓｉ−Ｈ結合量がバイアスパワーに比例して増大しＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ量が増加することが分かる。
【００２６】
ＳｉＮ膜成膜時において、バイアスパワーを０．５ｋＷ、１．６ｋＷ、２．４ｋＷとした場合の、成膜したＳｉＮ膜の状態について説明する。図４はバイアスパワーを０．５ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図、図５はバイアスパワーを１．６ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図、図６はバイアスパワーを２．４ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図である。
【００２７】
図４に示すように、バイアスパワーを０．５ｋＷとした場合、基板２１（図１参照）の前面に亘って膜はがれが発生していることが分かる。なお、図４中の模様のようになっている部分は膜はがれが発生している部分である。また、図５に示すように、バイアスパワーを１．６ｋＷとした場合、微小な膜はがれが発生していることが分かる。なお、図５中の破線で囲まれた白い点のようになっている部分は膜はがれが発生している部分である。
【００２８】
ところが、図６に示すように、バイアスパワーを２．４ｋＷとした場合、膜はがれが発生していないことが分かる。このように、バイアスパワーが１．６ｋＷ程度までは膜はがれが発生し、２．４ｋＷ程度では膜はがれが発生しないということが分かる。
【００２９】
第１の実験の結果から、バイアスパワーを閾値よりも大きくするとＳｉＮ膜の圧縮応力は低減し、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ量は増加することが分かる。これは、閾値まではバイアスパワー（イオン衝撃）による膜密度向上・圧縮応力の増加が進み、それ以上にバイアスパワーを印加すると水素の引き込み効果により圧縮応力が低減すると考えられる。すなわち、従来技術ではバイアスパワーを大きくしてＳｉＮ埋込み成膜しようとしても圧縮応力の増加により膜はがれの問題があったが、本発明により、バイアスパワーを閾値以上に制御することで、水素の引き込み効果により圧縮応力を低減し、以って埋込み成膜が可能となることを見出した。
【００３０】
第２の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、成膜するＳｉＮ膜の膜厚を３５０ｎｍと１００００ｎｍとした場合の圧縮応力を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃と設定した。
【００３１】
表３は成膜するＳｉＮ膜の膜厚を３５０ｎｍと１００００ｎｍとしたときの圧縮応力を測定する実験の実験結果を示した表である。また、図７は表３に示した、成膜するＳｉＮ膜の膜厚を３５０ｎｍと１００００ｎｍと変化させたときの圧縮応力の測定結果をグラフとして表した図である。
【表３】
0005297048.tif 000004
【００３２】
図７に示すように、ＳｉＮ膜の膜厚が増えると、ＳｉＮ膜の圧縮応力が小さくなることが分かる。これは膜厚が厚くなるとＳｉＮ膜全体のＳｉ−Ｈ結合量が増えるためである。このため、膜厚を制御することでＳｉ−Ｈ結合量を制御し、以ってＳｉＮ膜の圧縮応力を制御することができる。なお、第２の実験の結果から、１μｍ以上の深さのホールに対しても埋め込み成膜が可能であることが分かる。
【００３３】
第３の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、ＳｉＨ4の流量を変化させることで、成膜レートを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、Ｎ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００３４】
表４は成膜レートを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験の実験結果を示した表である。また、図８は表４に示した、成膜レートを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力の測定結果をグラフとして表した図である。
【表４】
0005297048.tif 000005
【００３５】
図８に示すように、成膜レートが大きくなると、ＳｉＮ膜の圧縮応力も大きくなることが分かる。このため、成膜レートを小さくすることで、印加するバイアスパワーを上述したバイアスパワーの閾値より低くした場合であっても、膜はがれの発生を抑制することができる。
【００３６】
第４の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、成膜温度を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００３７】
表５は成膜温度を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験の実験結果を示した表である。
【表５】
0005297048.tif 000006
【００３８】
表５に示すように、成膜温度が低くなると、Ｓｉ−Ｈ結合量が増大することが分かる。このため、成膜温度を制御することでＳｉ−Ｈ結合量を制御し、以ってＳｉＮ膜の圧縮応力を制御することができることが分かる。すなわち、成膜温度を低くすることでＳｉ−Ｈ結合量を増大させ、以ってＳｉＮの圧縮応力を低減することができる。
【００３９】
第５の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、Ｎ2の流量に対するＳｉＨ4の流量（ＳｉＨ4流量／Ｎ2流量）を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、Ａｒの流量は５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００４０】
表６はＳｉＨ4流量／Ｎ2流量を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験の実験結果を示した表である。
【表６】
0005297048.tif 000007
【００４１】
表６に示すように、ＳｉＨ4流量／Ｎ2流量が大きくなると、Ｓｉ−Ｈ結合量が増大することが分かる。このため、ＳｉＨ4流量／Ｎ2流量を制御することでＳｉ−Ｈ結合量を制御し、以ってＳｉＮ膜の圧縮応力を制御することができることが分かる。すなわち、ＳｉＨ4流量／Ｎ2流量を大きくすることでＳｉ−Ｈ結合量が増大させ、以ってＳｉＮの圧縮応力を低減することができる。
【００４２】
第６の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、ＲＦパワーを変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００４３】
表７はＲＦパワーを変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験の実験結果を示した表である。
【表７】
0005297048.tif 000008
【００４４】
表７に示すように、ＲＦパワーが小さくなると、Ｓｉ−Ｈ結合量が増大することが分かる。このため、ＲＦパワーを制御することでＳｉ−Ｈ結合量を制御し、以ってＳｉＮ膜の圧縮応力を制御することができることが分かる。すなわち、ＲＦパワーを小さくすることでＳｉ−Ｈ結合量を増大させ、以ってＳｉＮの圧縮応力を低減することができる。
【００４５】
第７の実験として、ＳｉＮ膜成膜時において、圧力を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験を行った。ここで、成膜処理対象の基板２１（図１参照）は、２００ｍｍ径のウェハとする。ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、バイアスパワー（４ＭＨｚ）は２．４ｋＷ、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した。
【００４６】
表８は圧力を変化させたときの、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を測定する実験の実験結果を示した表である。
【表８】
0005297048.tif 000009
【００４７】
表８に示すように、圧力が高くなると、Ｓｉ−Ｈ結合量が増大することが分かる。このため、圧力を制御することでＳｉ−Ｈ結合量を制御し、以ってＳｉＮ膜の圧縮応力を制御することができることが分かる。すなわち、圧力を高くすることでＳｉ−Ｈ結合量を増大させ、以ってＳｉＮの圧縮応力を低減することができる。
【００４８】
以上のように、第１から第７の実験の結果から、閾値以上のバイアスパワーを加えた領域ではＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ基の量（Ｓｉ−Ｈ結合量）とＳｉＮ膜の圧縮応力との間に負の相関関係があることを見出した。これにより、バイアスパワー、ＲＦパワー、圧力、膜厚、ガス混合比及び成膜温度をパラメータ制御装置３２（図1参照）で制御することにより、ＳｉＮ膜中のＳｉ−Ｈ結合量を増大させてＳｉＮ膜圧縮応力を低減させることで、バイアスパワー印加によるＳｉＮ膜の埋め込み成膜が可能となった。
【００４９】
具体的には、パラメータ制御装置３２は、ＳｉＮ膜成膜時のプロセス条件として、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ、ＳｉＨ4とＮ2とＡｒの流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍ、圧力は２５ｍＴｏｒｒ、成膜温度は２５０℃、成膜するＳｉＮ膜の膜厚は３５０ｎｍと設定した場合、バイアスパワーを成膜処理対象の基板２１（図１参照）に単位面積あたり５．７Ｗ／ｃｍ2（２００ｍｍウエハの場合、ウェハの半径ｒ＝１０ｃｍより、ウェハの面積はπｒ2＝３．１４×１０2ｃｍ2＝３１４ｃｍ2となるため、ウエハに印加されるバイアスパワーは３１４ｃｍ2×５．７Ｗ／ｃｍ2＝１．７９ｋＷとなり、この値の小数第２位を切り上げると１．８ｋＷとなる）以上のバイアスパワーを印加するよう制御する。さらに、バイアスパワーを成膜処理対象の基板２１（図１参照）に単位面積あたり５．７Ｗ／ｃｍ2以下のバイアスパワーを印加する場合には、ＲＦパワーは小さくし、圧力は高くし、ＳｉＨ4流量／Ｎ2流量は大きくし、成膜温度は低くなるよう制御する。
【００５０】
このバイアスパワー印加によるＳｉＮ膜の埋め込み成膜の適用先として、例えば、ＳｉＮ膜の高屈折率及び高透過性によるイメージセンサ（ＣＣＤ／ＣＭＯＳ）用レンズ及び導波路への適用、ＳｉＮ膜のバリア性による配線最終保護膜への適用等が挙げられる。特に、バイアスパワー、ＲＦパワー、圧力、膜厚、ガス混合比及び成膜温度の制御により、膜中のＳｉ−Ｈ結合量を増大させることが可能なため、Ｓｉ原子のダングリングボンドを水素で終端することにより暗電流が低減することが知られているイメージセンサへの適用が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】バイアスパワーを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験の実験結果をグラフとして表した図である。
【図３】バイアスパワーを変化させたときの、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ量を測定する実験の実験結果をグラフとして表した図である。
【図４】バイアスパワーを０．５ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図である。
【図５】バイアスパワーを１．６ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図である。
【図６】バイアスパワーを２．４ｋＷとして成膜したＳｉＮ膜の顕微鏡写真を示した図である。
【図７】膜厚を変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験の実験結果グラフとして表した図である。
【図８】成膜レートを変化させたときの、ＳｉＮ膜の圧縮応力を測定する実験の実験結果をグラフとして表した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  プラズマ処理装置
１０  真空容器
１１  筒状容器
１２  天井板
１３  真空装置
１４  プラズマ
１５  ＲＦアンテナ
１６  整合器
１７  ＲＦ電源
１８  原料ガス供給管
１８ａ  原料ガス供給量制御バルブ
１９  Ｎ2ガス供給管
１９ａ  Ｎ2ガス供給量制御バルブ
２０  Ａｒガス供給管
２０ａ  Ａｒガス供給量制御バルブ
２１  基板
２２  基板支持台
２３  基板保持部
２４  支持軸
２５  ヒータ
２６  ヒータ制御装置
２７  コンデンサ
２８  整合器
２９  バイアス電源
３０  静電電源
３１  ローパスフィルター（ＬＰＦ）
３２  パラメータ制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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