(57)【要約】【課題】段差被覆性と共に絶縁性を向上させる絶縁膜形成装置及び形成方法を提供する。【解決手段】基板に形成された段差を被覆する絶縁膜を形成する際、絶縁膜の形成に用いる主原料ガスと副原料ガスとを供給し、プラズマ生成時の主な励起種より基板に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて段差へ前駆体膜を成膜する成膜工程と、成膜工程の後、副原料ガスを供給し、副原料ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前駆体膜から主原料ガスの成分を減少させて絶縁膜とする組成比減少工程（窒化工程）とを実施すると共に、成膜工程及び組成比減少工程を交互に実施する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された段差を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置において、
Ｓｉを含有する主原料ガスとＳｉを含有しない副原料ガスとを含めて、複数のガスを供給するガス供給手段と、
前記ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記ガス供給手段により、少なくとも前記主原料ガスを供給し、前記プラズマ生成手段により、プラズマ生成時の主な励起種より前記基板に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記段差へ前駆体膜を成膜する成膜工程を実施し、
前記成膜工程の後、前記ガス供給手段により前記副原料ガスを供給し、前記プラズマ生成手段により前記副原料ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜中のＳｉの組成比を減少させて絶縁膜とする組成比減少工程を実施することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、前記成膜工程と前記組成比減少工程とを交互に複数回実施することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の絶縁膜形成装置において、
更に、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加手段を有し、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程において、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程の前に、
前記ガス供給手段により希ガスを供給し、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加し、前記プラズマ生成手段により前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を実施することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項５】
請求項３に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程の後に、
前記ガス供給手段により希ガスを供給し、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加し、前記プラズマ生成手段により前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記絶縁膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を実施することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の絶縁膜形成装置において、
前記絶縁膜が窒化珪素膜である場合、
前記主原料ガスとしてＳｉＨ4を用い、
前記副原料ガスとしてＮＨ3又はＮ2の少なくとも一方を用い、
前記付着確率が低い励起種としてＳｉＨ3を生成することを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項７】
基板に形成された段差を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法において、
Ｓｉを含有する主原料ガスとＳｉを含有しない副原料ガスのうち、少なくとも前記主原料ガスを供給し、プラズマ生成時の主な励起種より前記基板に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記段差へ前駆体膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程の後、前記副原料ガスを供給し、前記副原料ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜中のＳｉの組成比を減少させて絶縁膜とする組成比減少工程とを有することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の絶縁膜形成方法において、
前記成膜工程と前記組成比減少工程とを交互に複数回実施することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の絶縁膜形成方法において、
前記組成比減少工程において、前記基板へバイアスを印加することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の絶縁膜形成方法において、
希ガスを供給し、前記基板へバイアスを印加し、前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を更に有し、
前記組成比減少工程の前に前記スパッタエッチ工程を実施することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の絶縁膜形成方法において、
希ガスを供給し、前記基板へバイアスを印加し、前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記絶縁膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を更に有し、
前記組成比減少工程の後に前記スパッタエッチ工程を実施することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のいずれか１つに記載の絶縁膜形成方法において、
前記絶縁膜が窒化珪素膜である場合、
前記主原料ガスとしてＳｉＨ4を用い、
前記副原料ガスとしてＮＨ3又はＮ2の少なくとも一方を用い、
前記付着確率が低い励起種としてＳｉＨ3を生成することを特徴とする絶縁膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜形成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の半導体装置では、酸化珪素膜や窒化珪素膜等の絶縁膜が用いられており、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等を用いて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０６７９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイス製作に必要な段差を、絶縁膜の１つである窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）で被覆するとき、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いた場合、図９（ａ）に示すような段差被覆性となる。具体的には、基板３０に形成した高アスペクト比（例えば、１０：１）のトレンチ３１（段差）において、側壁部３２でのＳｉＮ膜３３の膜厚が薄くなり、その薄くなった部分での絶縁性能が悪くなる。側壁部３２においてＳｉＮ膜３３の膜厚が薄くなる理由は、成膜に寄与するガスが側壁３２に付着していくため、トレンチ３１の深い部分での側壁３２では、成膜に寄与するガスの到達量が減るためである。又、図９（ｂ）に示すように、ガスの側壁３２への付着確率が高いほど、側壁３２の膜厚が薄くなる性質を持つ。
【０００５】
従来のプラズマＣＶＤ装置において、ＳｉＨ4、Ｎ2、ＮＨ3を原料とする成膜方法の場合、絶縁性に優れたＳｉＮ膜を形成するためには、付着確率が高い励起種、例えば、ＳｉＨ2（ＮＨ2）［付着確率：０．０８］が多く発生する条件を用いる必要がある。しかしながら、前述したように、付着確率が高いガスほど側壁での膜厚が薄くなる性質を持ち、十分な段差被覆性を得ることはできない（後述する表１の従来例２参照）。
【０００６】
一方、付着確率が低い励起種、例えば、ＳｉＨ3［付着確率：０．０５］を用いた場合には、段差被覆性は向上するが、膜組成がＳｉリッチとなり、絶縁性が低下する問題があった（後述する表１の従来例１参照）。
【０００７】
このように、従来のプラズマＣＶＤ装置における成膜方法では、段差被覆性と絶縁性を両立することが難しかった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、段差被覆性と共に絶縁性を向上させる絶縁膜形成装置及び方法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】
【０００９】
上記課題を解決する第１の発明に係る絶縁膜形成装置は、
基板に形成された段差を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置において、
Ｓｉを含有する主原料ガスとＳｉを含有しない副原料ガスとを含めて、複数のガスを供給するガス供給手段と、
前記ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記ガス供給手段及び前記プラズマ生成手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記ガス供給手段により、少なくとも前記主原料ガスを供給し、前記プラズマ生成手段により、プラズマ生成時の主な励起種より前記基板に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記段差へ前駆体膜を成膜する成膜工程を実施し、
前記成膜工程の後、前記ガス供給手段により前記副原料ガスを供給し、前記プラズマ生成手段により前記副原料ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜中のＳｉの組成比を減少させて絶縁膜とする組成比減少工程を実施することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第２の発明に係る絶縁膜形成装置は、
上記第１の発明に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、前記成膜工程と前記組成比減少工程とを交互に複数回実施することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第３の発明に係る絶縁膜形成装置は、
上記第１又は第２の発明に記載の絶縁膜形成装置において、
更に、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加手段を有し、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程において、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第４の発明に係る絶縁膜形成装置は、
上記第３の発明に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程の前に、
前記ガス供給手段により希ガスを供給し、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加し、前記プラズマ生成手段により前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を実施することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第５の発明に係る絶縁膜形成装置は、
上記第３の発明に記載の絶縁膜形成装置において、
前記制御手段は、
前記組成比減少工程の後に、
前記ガス供給手段により希ガスを供給し、前記バイアス印加手段により前記基板へバイアスを印加し、前記プラズマ生成手段により前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記絶縁膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を実施することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第６の発明に係る絶縁膜形成装置は、
上記第１〜第５のいずれか１つの発明に記載の絶縁膜形成装置において、
前記絶縁膜が窒化珪素膜である場合、
前記主原料ガスとしてＳｉＨ4を用い、
前記副原料ガスとしてＮＨ3又はＮ2の少なくとも一方を用い、
前記付着確率が低い励起種としてＳｉＨ3を生成することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第７の発明に係る絶縁膜形成方法は、
基板に形成された段差を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法において、
Ｓｉを含有する主原料ガスとＳｉを含有しない副原料ガスのうち、少なくとも前記主原料ガスを供給し、プラズマ生成時の主な励起種より前記基板に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記段差へ前駆体膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程の後、前記副原料ガスを供給し、前記副原料ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜中のＳｉの組成比を減少させて絶縁膜とする組成比減少工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第８の発明に係る絶縁膜形成方法は、
上記第７の発明に記載の絶縁膜形成方法において、
前記成膜工程と前記組成比減少工程とを交互に複数回実施することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第９の発明に係る絶縁膜形成方法は、
上記第７又は第８の発明に記載の絶縁膜形成方法において、
前記組成比減少工程において、前記基板へバイアスを印加することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第１０の発明に係る絶縁膜形成方法は、
上記第９の発明に記載の絶縁膜形成方法において、
希ガスを供給し、前記基板へバイアスを印加し、前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記前駆体膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を更に有し、
前記組成比減少工程の前に前記スパッタエッチ工程を実施することを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第１１の発明に係る絶縁膜形成方法は、
上記第９の発明に記載の絶縁膜形成方法において、
希ガスを供給し、前記基板へバイアスを印加し、前記希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記絶縁膜をスパッタエッチするスパッタエッチ工程を更に有し、
前記組成比減少工程の後に前記スパッタエッチ工程を実施することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第１２の発明に係る絶縁膜形成方法は、
上記第７〜第１１のいずれか１つの発明に記載の絶縁膜形成方法において、
前記絶縁膜が窒化珪素膜である場合、
前記主原料ガスとしてＳｉＨ4を用い、
前記副原料ガスとしてＮＨ3又はＮ2の少なくとも一方を用い、
前記付着確率が低い励起種としてＳｉＨ3を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
第１、第７の発明によれば、段差を被覆する絶縁膜として、段差被覆性と良好な絶縁性を両立する絶縁膜を形成することができる。
【００２２】
第２、第８の発明によれば、段差の側壁において、所望の膜厚の絶縁膜を形成することができる。
【００２３】
第３、第９の発明によれば、組成比減少工程において、その反応速度を促進して、時間短縮を図ることができる。
【００２４】
第４、第１０の発明によれば、成膜の過程において、段差の入口付近の閉塞を防止して、段差被覆性を更に向上させることができ、又、スパッタエッチ工程後の組成比減少工程において、時間短縮を図ることができる。
【００２５】
第５、第１１の発明によれば、成膜の過程において、段差の入口付近の閉塞を防止して、段差被覆性を更に向上させることができる。
【００２６】
第６、第１２の発明によれば、段差を被覆する絶縁膜として、段差被覆性がよく、絶縁性も高い窒化珪素膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る絶縁膜形成装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した絶縁膜形成装置における絶縁膜形成方法の一例（実施例１）を示すタイムチャートである。
【図３】図２に示した絶縁膜形成方法による窒化珪素膜の形成過程を説明する図であり、（ａ）は形成前の段差の断面図、（ｂ）は成膜工程での段差の断面図、（ｃ）は窒化工程での段差の断面図、（ｄ）は全工程を複数回繰り返した後の段差の断面図である。
【図４】本発明に係る絶縁膜形成方法の他の一例（実施例２）を説明するグラフである。
【図５】本発明に係る絶縁膜形成方法の他の一例（実施例３）を説明するタイムチャートである。
【図６】図５に示した絶縁膜形成方法による窒化珪素膜の形成過程を説明する図であり、（ａ）は成膜工程での段差の断面図、（ｂ）はスパッタエッチ工程での段差の断面図、（ｃ）は窒化工程での段差の断面図、（ｄ）は全工程を複数回繰り返した後の段差の断面図である。
【図７】本発明に係る絶縁膜形成方法の他の一例（実施例４）を説明するタイムチャートである。
【図８】図７に示した絶縁膜形成方法による窒化珪素膜の形成過程を説明する図であり、（ａ）は成膜工程での段差の断面図、（ｂ）は窒化工程での段差の断面図、（ｃ）はスパッタエッチ工程での段差の断面図、（ｄ）は全工程を複数回繰り返した後の段差の断面図である。
【図９】従来のプラズマＣＶＤ装置における段差被覆性を説明する図であり、（ａ）は付着確率が０．１の場合、（ｂ）は付着確率が０．８の場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図１〜図８を参照して、本発明に係る絶縁膜形成装置及び形成方法の実施形態について説明を行う。
【００２９】
（実施例１）
図１は、本発明に係る絶縁膜形成装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
本実施例の絶縁膜形成装置は、所謂、プラズマＣＶＤ装置である。具体的には、図１に示すように、金属製の円筒状の真空チャンバ１の内部が処理室２として構成されるものであり、真空チャンバ１の上部開口部には、絶縁材料からなる円板状の天井板３が、上部開口部を閉鎖するように配設されている。又、真空チャンバ１の下部には支持台４及び支持台４を保持する下部支持台１０が備えられ、半導体材料からなる基板５（例えば、Ｓｉウェハ）が支持台４の上面に載置される。真空チャンバ１は、例えば、アルミニウム等の金属から構成されて、その内壁がアルマイト処理されており、又、天井板３は、例えば、アルミナ等のセラミクスにより構成されている。
【００３０】
天井板３の上方には、例えば、複数の円形リングからなる高周波アンテナ６が配置されており、高周波アンテナ６には整合器７を介して、数百ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数の高周波（ＲＦ）電源８が接続されている（プラズマ生成手段）。又、真空チャンバ１には、処理室２内に所望の複数のガスを導入する複数のガスノズル９が設けられている（ガス供給手段）。
【００３１】
又、基板５を支持する支持台４には、電極部１１が設けられており、電極部１１には整合器１２を介して低周波（ＬＦ）電源１３が接続されている。低周波電源１３は、高周波電源８より低い周波数を電極部１１に印加し、基板５にバイアス電力を印加できるようになっている（バイアス印加手段）。なお、図示は省略しているが、支持台４には、静電チャック機構も設けられており、静電チャック用電源からの給電により、基板５を支持台４表面に吸着保持できるようになっている。加えて、図示は省略しているが、本実施例の絶縁膜形成装置は、上述したプラズマ生成手段、ガス供給手段、バイアス印加手段を制御する制御装置（制御手段）も備えている。
【００３２】
上記構成の絶縁膜形成装置では、高周波アンテナ６にＲＦパワーを供給することにより、天井板３を介して電磁波が真空チャンバ１に入射され、ガスノズル９を介して真空チャンバ１内に導入されたプロセスガスが、入射された電磁波によりプラズマ化されている。そして、プラズマ化されたプロセスガスを用いて、基板５上に薄膜を形成している。例えば、ＳｉＮ膜を成膜する場合には、シラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）、窒素（Ｎ2）等のプロセスガスが用いられる。
【００３３】
なお、上記構成の絶縁膜形成装置は一例であり、後述する本実施例の絶縁膜形成方法を実施できるプラズマＣＶＤ装置であれば、他の構成でもよく、例えば、プラズマ生成手段やガス供給手段等は様々な態様の構成が適用可能である。
【００３４】
次に、本実施例の絶縁膜形成方法について説明する。
本実施例においては、半導体デバイスにおける高アスペクト比の段差（例えば、トレンチ等）に対して、段差被覆性と良好な絶縁性を両立する絶縁膜を形成するため、概略して、次のような工夫を行っている。具体的には、まず、上記構成の絶縁膜形成装置において、絶縁膜の形成に用いる主原料ガス（Ｓｉ含有）と副原料ガス（Ｓｉ非含有）から、基板表面に対する付着確率が低い励起種を含むプラズマを生成し、当該プラズマを用いて成膜を行うことで、段差への段差被覆性の良い前駆体膜を形成している。その後、副原料ガスのプラズマを用いて、形成した前駆体膜をプラズマ処理し、前駆体膜からＳｉの組成比を減少させることにより、絶縁性の高い絶縁膜としている。
【００３５】
以降、一例として、段差をトレンチ（アスペクト比＝１０：１）とし、絶縁膜を窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）とする場合について、図２のタイムチャート、図３の断面図を参照して、本実施例の絶縁膜形成方法を詳細に説明する。なお、図３（ａ）には、基板５に深さ１０μｍ、幅１μｍで形成したトレンチ２０を例示しているが、段差は、トレンチに限らず、他の形状の段差でもよく、又、絶縁膜も、窒化珪素膜に限らず、例えば、酸化珪素膜（ＳｉＯ膜）や酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）等でもよい。
【００３６】
本実施例の絶縁膜形成方法においては、まず、成膜工程を実施している。
この成膜工程では、ガスノズル９を用いて、ＳｉＮ膜の形成に用いるＳｉＨ4ガス（主原料ガス）とＮＨ3ガス（副原料ガス）とを供給し、プラズマ生成手段（高周波アンテナ６、整合器７、高周波電源８）を用いて、主な励起種であるＳｉＨ2（ＮＨ2）［０．０８］より基板５に対する付着確率が低い励起種であるＳｉＨ3［付着確率：０．０５］を生成すると共に、この励起種を主な励起種より多く含むようにプラズマを生成し、当該プラズマを用いてトレンチ２０へ前駆体膜２２を成膜する（図２及び図３（ａ）、（ｂ）参照）。
【００３７】
このとき、付着確率が低い励起種ＳｉＨ3を多く含むプラズマを生成することが重要であり、励起種ＳｉＨ3を多く生成できれば、後述する表１に示すように、ＳｉＨ4ガスだけ供給してもよい。又、ＮＨ3ガスに換えて、Ｎ2ガスを供給するようにしてもよいし、ＮＨ3ガスと共にＮ2ガスを供給するようにしてもよい。
【００３８】
この成膜工程では、付着確率が低い励起種ＳｉＨ3を含むプラズマを用いているので、トレンチ２０の深い部分の側壁２１において、成膜に寄与する励起種ＳｉＨ3の到達量の減少を抑制することができ、その結果、側壁２１に成膜される前駆体膜２２の膜厚の減少も抑制することになり、段差被覆性を向上させることができる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。しかしながら、この前駆体膜２２は、膜組成がＳｉリッチであり（特に、ＳｉＨ4ガスだけ供給して成膜した場合）、その状態のままでは絶縁性が高くない。
【００３９】
そこで、本実施例の絶縁膜形成方法においては、成膜工程の後、窒化工程（組成比減少工程）を実施している。
この窒化工程では、ガスノズル９を用いて、副原料ガスであるＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）を供給し、プラズマ生成手段（高周波アンテナ６、整合器７、高周波電源８）を用いて、ＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前駆体膜２２中のＳｉの組成比を減少させてＳｉＮ膜２３としている（図２及び図３（ｃ）参照）。つまり、段差被覆性はよいが、絶縁性が高くない前駆体膜２２を、ＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）のプラズマで窒化することにより、Ｓｉの組成比を減少させて、段差被覆性がよく、絶縁性も高いＳｉＮ膜２３としている。
【００４０】
そして、段差被覆性が良好な成膜工程、絶縁性が良好な窒化工程を交互に少なくとも１回以上実施して、トレンチ２０の側壁２１における膜厚が所望の膜厚となるＳｉＮ膜２３を形成することになる（図３（ｄ）参照）。上述した工程を経ることにより、段差被覆性がよく、絶縁性も高い所望の膜厚のＳｉＮ膜２３を成膜することができる。
【００４１】
本実施例のプロセス条件のいくつかを後述する表１の実験例１〜３に例示して説明する。１回の成膜工程は２秒であり、この間に０．１ｎｍの膜厚の前駆体膜２２が成膜される。又、表１の実験例１〜３に示すように、成膜工程におけるＲＦパワーの条件を、各々、０．５ｋＷ、１．５ｋＷ、４ｋＷとし、ガス流量比［ＮＨ3／（ＳｉＨ4＋ＮＨ3）］を、各々、０以上０．２以下、０以上０．３５以下、０以上０．５以下とした。なお、実験例１〜３では、ガス流量比を変更する際には、ＳｉＨ4ガス＝６０ｓｃｃｍの流量に固定し、ＮＨ3ガスの流量を変更した。
【００４２】
又、１回の窒化工程は１８０秒であり、ＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）のプラズマで前駆体膜２２の窒化を行った。このときのＲＦパワーの条件は、成膜工程における条件と同様でよいし、適宜変更してもよい。又、ＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）の流量の条件は、成膜工程において使用していれば、そのままの流量でもよいが、ＳｉＨ4ガスのみだった場合には、ＮＨ3ガス（又はＮ2ガス）を適宜な流量で供給する必要がある。なお、同等の条件の場合、ＮＨ3ガスのプラズマで窒化できる膜厚は０．３ｎｍであり、Ｎ2ガスのプラズマで窒化できる膜厚は０．５ｎｍであり、Ｎ2ガスの方がＮＨ3ガスよりも窒化できる膜厚が厚い。
【００４３】
トレンチ内壁の膜厚について、本実施例の実験例１〜３と従来例１、２とを比較する。このとき、トレンチ２０が形成されたパターン基板を用い、本実施例の実験例１〜３も従来例１、２も、共に、基板５の表面における膜厚が３０ｎｍとなるように成膜した。本実施例の実験例１〜３の場合、上記成膜工程及び窒化工程を交互に６０〜１００回程度繰り返し行って成膜している。そして、成膜により得られた膜の断面構造を調べてみると、従来例では、基板５の表面から４μｍの深さの側壁２１において、５ｎｍの膜厚であるのに対して（図３（ｄ）の点線２４、表１の従来例２参照）、本実施例では、基板５の表面から４μｍの深さの側壁２１において、７ｎｍの膜厚であり、段差被覆性がよいことが確認できた（図３（ｄ）、表１の実験例１〜３参照）。
【００４４】
又、絶縁性についても比較したところ（平面基板にＳｉＮ膜を成膜して膜抵抗を評価）、本実施例の場合、いずれも１×１０14Ω・ｍであり、表１に示す従来例１、２と比較して、絶縁性も高いことが確認できた（表１の実験例１〜３、従来例１、２参照）。
【００４５】
なお、表１には、本実施例の実験例１〜３、従来例１、２と共に、比較例１、２として、本実施例の成膜工程のみでの成膜、即ち、本実施例の窒化工程がない成膜も行っており、この成膜により得られた膜についても、段差被覆性、絶縁性を評価した。比較例１、２においても、従来例１、２と同様に、段差被覆性と良好な絶縁性は両立していない。これに対して、本実施例では、実験例１〜３に示すように、段差被覆性と良好な絶縁性が両立可能である。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
（実施例２）
本実施例は、上記実施例１を前提とするものである。従って、実施例１と重複する説明、例えば、絶縁膜形成装置の構成や絶縁膜形成方法（成膜工程、窒化工程）の基本的な部分等は省略して、本実施例の説明を行う。
【００４８】
本実施例では、実施例１で説明した窒化工程において、バイアス印加手段（電極部１１、整合器１２、低周波電源１３）を用いて、基板５にバイアスを印加している。基板５にバイアスを印加することにより、プラズマ中のイオンや電子を基板５へ照射するようにしており、成膜工程で得られた前駆体膜２２にエネルギーを与えることで、窒化反応を促進している。
【００４９】
図４は、ＬＦ＝０Ｗ、即ち、基板５にバイアスを印加しない場合の窒化速度を１とし、各ＬＦパワーにおける窒化速度を規格化したグラフである。図４に示すように、ＬＦ＝３０Ｗ、６０Ｗ、１８０Ｗの場合、ＬＦ＝０Ｗの場合よりも窒化速度が速いことがわかる。一方、ＬＦ＝２５０Ｗの場合、ＬＦ＝０Ｗの場合と同等の窒化速度であり、ＬＦ＝３００Ｗの場合、ＬＦ＝０Ｗの場合よりも窒化速度が遅くなっている。これは、ＬＦパワーが大きくなると、スパッタエッチ量が増えて、窒化速度に寄与しなくなってくるためである。従って、ＬＦパワーとしては、スパッタエッチ量の影響が小さい、２５０Ｗ以下が望ましい。このように、窒化工程において、基板５にバイアスを印加することにより、窒化速度を速くすることができ、窒化時間、換言すれば、窒化工程の時間を短縮することができる。例えば、ＬＦ＝３０Ｗの場合、窒化速度はＬＦ＝０Ｗの場合の約１．１倍であり、１０％程度の時間短縮が可能である。
【００５０】
なお、図４において評価した基板は３００ｍｍ（３０ｃｍ）径である。従って、基板の径が異なる場合には、上記の２５０Ｗを基板面積当たりのＬＦパワー密度（Ｗ／ｃｍ2）に換算し（約０．３５Ｗ／ｃｍ2となる。）、このようなＬＦパワー密度以下となるようなバイアスパワーを、基板径（基板面積）に応じて印加すればよい。
【００５１】
（実施例３）
本実施例も、上記実施例１を前提とするものである。従って、実施例２と同様に、実施例１と重複する説明は省略して、本実施例の説明を行う。なお、本実施例は、実施例２を前提としてもよい。
【００５２】
本実施例では、実施例１で説明した成膜工程と窒化工程の間にスパッタエッチ工程を追加している。具体的には、図５のタイムチャートに示すように、成膜工程の終了後、窒化工程を実施する前に、スパッタエッチ工程を実施している。これは、成膜工程及び窒化工程を複数回繰り返す場合でも同様である。
【００５３】
このスパッタエッチ工程では、ガスノズル９を用いて、希ガス、例えば、Ａｒ等を供給し、バイアス印加手段（電極部１１、整合器１２、低周波電源１３）を用いて、基板５にバイアスを印加し、プラズマ生成手段（高周波アンテナ６、整合器７、高周波電源８）を用いて、希ガスのプラズマを生成し、当該プラズマを用いて成膜工程で得られた前駆体膜２２のスパッタエッチを行っている。
【００５４】
図５に示す各工程について、図６を参照して説明する。実施例１で説明した成膜工程を用いて、トレンチ２０に前駆体膜２２を成膜する（図６（ａ）参照）。この成膜工程では、付着確率が低い励起種ＳｉＨ3を含むプラズマを用いているが、それでも、トレンチ２０の入口付近の前駆体膜２２にはオーバーハング部分２２ａが形成されてしまう。更に段差被覆性を向上させるためには、このオーバーハング部分２２ａが小さい（膜厚が薄い）方がよい。
【００５５】
そこで、本実施例においては、成膜工程の終了後にスパッタエッチ工程を実施することにより、希ガス、例えば、Ａｒガスのプラズマを用いてオーバーハング部分２２ａをスパッタエッチしており、これにより、オーバーハング部分２２ａを除去し、トレンチ２０の入口付近の閉塞を防止するようにしている（図６（ｂ）参照）。このスパッタエッチ工程は、スパッタエッチ量を大きくするために、上記実施例２とは異なり、ＬＦパワーも大きくしており、例えば、ＬＦ＝１５００Ｗとしている。このようなＬＦパワーを用いることにより、プラズマ中のイオンや電子を基板５へより多く照射し、スパッタエッチ量を大きくしている。但し、スパッタエッチにより削るオーバーハング部分２２ａは薄いため、そのスパッタエッチ時間は長くなくてよく、例えば、０．１秒程度でよい。
【００５６】
その後、実施例１で説明した窒化工程を用いて、トレンチ２０に成膜した前駆体膜２２の窒化を行い、ＳｉＮ膜２３としている（図６（ｃ）参照）。そして、成膜工程、スパッタエッチ工程及び窒化工程を、この順序で少なくとも１回以上実施して、トレンチ２０の側壁２１における膜厚が所望の膜厚となるＳｉＮ膜２３を形成する（図６（ｄ）参照）。
【００５７】
上述した工程を経ることにより、トレンチ２０の側壁２１における膜厚が更に厚くなるため、段差被覆性が更によくなり、絶縁性も高い所望の膜厚のＳｉＮ膜２３を成膜することができる。特に、本実施例の場合、窒化工程の前にスパッタエッチ工程を実施するので、窒化工程で窒化する膜厚が薄くなるため、窒化工程における時間短縮が可能となる。
【００５８】
（実施例４）
本実施例も、上記実施例１を前提とするものである。従って、実施例２と同様に、実施例１と重複する説明は省略して、本実施例の説明を行う。なお、本実施例も、実施例２を前提としてもよい。又、本実施例は、実施例３の変形例に該当する。
【００５９】
本実施例では、図７のタイムチャートに示すように、実施例１で説明した窒化工程の終了後に、スパッタエッチ工程を実施している。つまり、実施例３とは、スパッタエッチ工程を追加する順序が異なっている。これは、成膜工程及び窒化工程を複数回繰り返す場合でも同様である。
【００６０】
又、本実施例のスパッタエッチ工程でも、希ガス（例えば、Ａｒ等）を供給し、基板５にバイアスを印加し、希ガスのプラズマを生成しているが、実施例３とは異なり、当該プラズマを用いて窒化工程後に得られたＳｉＮ膜２３のスパッタエッチを行っている。
【００６１】
図７に示す各工程について、図８を参照して説明する。実施例１で説明した成膜工程を用いて、トレンチ２０に前駆体膜２２を成膜し（図８（ａ）参照）、その後、実施例１で説明した窒化工程を用いて、トレンチ２０に成膜した前駆体膜２２の窒化を行い、ＳｉＮ膜２３としている（図８（ｂ）参照）。
【００６２】
この成膜工程では、付着確率が低い励起種ＳｉＨ3を含むプラズマを用いているが、それでも、トレンチ２０の入口付近の前駆体膜２２にはオーバーハング部分２２ａが形成されてしまい、窒化工程では、その前駆体膜２２の窒化を行っているため、トレンチ２０の入口付近にはオーバーハング部分２３ａが形成されてしまう。更に段差被覆性を向上させるためには、このオーバーハング部分２３ａが小さい（膜厚が薄い）方がよい。
【００６３】
そこで、本実施例においては、窒化工程の終了後にスパッタエッチ工程を実施することにより、希ガス、例えば、Ａｒガスのプラズマを用いてオーバーハング部分２３ａをスパッタエッチしており、これにより、オーバーハング部分２３ａを除去し、トレンチ２０の入口付近の閉塞を防止するようにしている（図８（ｃ）参照）。ここでも、スパッタエッチにより削るオーバーハング部分２３ａは薄いため、そのスパッタエッチ時間は長くなくてよく、例えば、０．１秒程度でよい。
【００６４】
そして、成膜工程、窒化工程及びスパッタエッチ工程を、この順序で少なくとも１回以上実施して、トレンチ２０の側壁２１における膜厚が所望の膜厚となるＳｉＮ膜２３を形成する（図８（ｄ）参照）。上述した工程を経ることにより、トレンチ２０の側壁２１における膜厚が更に厚くなるため、段差被覆性が更によくなり、絶縁性も高い所望の膜厚のＳｉＮ膜２３を成膜することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、半導体装置に適用するものであり、特に、アスペクト比が高い段差を被覆する絶縁膜として好適である。
【符号の説明】
【００６６】
５    基板
６    高周波アンテナ
７    整合器
８    高周波電源
９    ガスノズル
１１  電極部
１２  整合器
１３  低周波電源
２０  トレンチ
２１  側壁
２２  前駆体膜
２２ａ  オーバーハング部
２３  ＳｉＮ膜
２３ａ  オーバーハング部
【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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