特許 6146160 成膜方法、記憶媒体及び成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6146160

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】成膜方法、記憶媒体及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20170607BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20170607BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20170607BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20170607BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   H01L21/31 C

   C23C16/52

   C23C16/50

   H05H1/46 L

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-134002(P2013-134002)

(22)【出願日】2013年6月26日

(65)【公開番号】特開2015-12021(P2015-12021A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2015年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】加藤 寿

(72)【発明者】

【氏名】村田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】大下 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】三浦 繁博

【審査官】 河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５５２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０６２９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１１５７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２２４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３１５２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−３０４７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１３９１４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１１８４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１８７０３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／５０

Ｃ２３Ｃ １６／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対して薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内に設けられ、一面側に載置される基板を公転させるために回転自在な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転により基板が通過する第１の処理領域に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理領域にて基板に吸着された第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成するための第２の処理ガスを、前記第１の処理領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の処理領域に供給する第２の処理ガス供給部と、
前記第２の処理ガス供給部から供給された第２の処理ガスをプラズマ化するための電源部と、を用い、
前記回転テーブルを第１の回転数で回転させることにより基板に前記反応生成物を積層して第１の膜を成膜する第１の工程と、
次いで、前記回転テーブルを前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させることにより前記第１の膜の上に前記反応生成物を積層して第２の膜を成膜する第２の工程と、を行うことを特徴とする成膜方法。

【請求項2】

第１の膜及び第２の膜はシリコン窒化膜であり、第１の膜の下地膜はシリコン膜であ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】

第１の工程及び第２の工程における活性種はアンモニアガスをプラズマ化して得られたもの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】

真空容器内にて基板に対して薄膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

【請求項5】

基板に対して薄膜を形成する成膜装置において、
真空容器内に設けられ、一面側に載置される基板を公転させるために回転自在な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転により基板が通過する第１の処理領域に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理領域にて基板に吸着された第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成するための第２の処理ガスを、前記第１の処理領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の処理領域に供給する第２の処理ガス供給部と、
前記第２の処理ガス供給部から供給された第２の処理ガスをプラズマ化するための電源部と、
前記回転テーブルを第１の回転数で回転させることにより基板に前記反応生成物を積層して第１の膜を成膜する第１のステップと、次いで、前記回転テーブルを前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させることにより前記第１の膜の上に前記反応生成物を積層して第２の膜を成膜する第２のステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、処理ガスのプラズマ化によって得られたプラズマを用いて基板に対して成膜処理を行う成膜方法、この成膜方法が記録された記憶媒体及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して行われる成膜処理として、成膜ガスと反応ガスとを交互に複数回繰り返して供給するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法などと呼ばれている手法がある。この手法は、成膜された薄膜が緻密であり、また凹部に対する埋め込み特性が良好であるなどの利点があり、成膜ガスや反応ガスをプラズマ化することにより、不純物が少ない、高い緻密性の薄膜が得られる。

【0003】

ところで緻密性の高い良質な膜は応力が大きいため、膜の材質によっては、温度が変化したときにその応力と下地膜の応力との差が大きくなる場合がある。このため、薄膜に要求される品質として更に高品質化が要求されると、薄膜（上層膜）が下地膜から剥がれる懸念もあり、このような懸念を払拭する手法の確立が望まれる。

【0004】

特許文献１には、公転しているウエハに対して互いに反応する２種類の反応ガスを順番に供給すると共に、ウエハが公転する経路の途中で当該ウエハ上の反応生成物のプラズマ改質を行う手法が記載されている。しかしながら、この特許文献１では、上述の課題については着目されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−５５２４３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理ガスのプラズマ化により得られたプラズマを用いて成膜処理を行うにあたり、膜質の良好な薄膜が得られ、しかも下地膜に対する膜剥がれを抑えることのできる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、基板に対して薄膜を形成する成膜方法において、
真空容器内に設けられ、一面側に載置される基板を公転させるために回転自在な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転により基板が通過する第１の処理領域に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理領域にて基板に吸着された第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成するための第２の処理ガスを、前記第１の処理領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の処理領域に供給する第２の処理ガス供給部と、
前記第２の処理ガス供給部から供給された第２の処理ガスをプラズマ化するための電源部と、を用い、
前記回転テーブルを第１の回転数で回転させることにより基板に前記反応生成物を積層して第１の膜を成膜する第１の工程と、
次いで、前記回転テーブルを前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させることにより前記第１の膜の上に前記反応生成物を積層して第２の膜を成膜する第２の工程と、を行うことを特徴とする。

【0012】

第１の膜及び第２の膜はシリコン窒化膜であり、第１の膜の下地膜はシリコン膜である構成。この場合において、第１の工程及び第２の工程における活性種はアンモニアガスをプラズマ化して得られたものである構成。

【0013】

本発明の記憶媒体は、
真空容器内にて基板に対して薄膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、既述の成膜方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

【0014】

他の発明は、基板に対して薄膜を形成する成膜装置において、
真空容器内に設けられ、一面側に載置される基板を公転させるために回転自在な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転により基板が通過する第１の処理領域に第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給部と、
前記第１の処理領域にて基板に吸着された第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成するための第２の処理ガスを、前記第１の処理領域に対して前記回転テーブルの周方向に離れた第２の処理領域に供給する第２の処理ガス供給部と、
前記第２の処理ガス供給部から供給された第２の処理ガスをプラズマ化するための電源部と、
前記回転テーブルを第１の回転数で回転させることにより基板に前記反応生成物を積層して第１の膜を成膜する第１のステップと、次いで、前記回転テーブルを前記第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させることにより前記第１の膜の上に前記反応生成物を積層して第２の膜を成膜する第２のステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、回転テーブルの回転により基板を公転させ、第１の処理ガスを吸着させる領域と、第１の処理ガスと反応するプラズマに曝される領域とを順次通過させて薄膜を成膜する手法において、回転テーブルを第１の回転数で回転させることにより基板に反応生成物を積層して第１の膜を成膜し、次いで、回転テーブルを第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させることにより第１の膜の上に前記反応生成物を積層して第２の膜を成膜するようにしている。そのため、基板と第２の膜との間の応力差により当該第２の膜が膜剥がれを起こそうとしても、第１の膜によってこの応力差を緩和できるので、膜剥がれを抑制しつつ、良好な膜質の（緻密な）薄膜を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の成膜装置の一例を示す縦断面図である。

【図2】前記成膜装置を示す横断平面図である。

【図3】前記成膜装置を示す横断平面図である。

【図4】前記成膜装置の一部を示す分解斜視図である。

【図5】前記成膜装置を示す縦断面図である。

【図6】本発明の手法で窒化シリコン膜を成膜する時のシーケンスの一例を示す特性図である。

【図7】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図8】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図9】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図10】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図11】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図12】前記成膜装置の作用を模式的に示す基板の縦断面図である。

【図13】従来の手法で窒化シリコン膜を成膜する時のシーケンスの一例を示す特性図である。

【図14】本発明の成膜方法を実施する装置の他の例を示す縦断面図である。

【図15】前記他の例における装置を示す横断平面図である。

【図16】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図17】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図18】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図19】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図20】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図21】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図22】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図23】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図24】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図25】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図26】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図27】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【図28】本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施の形態の成膜方法を実施するための成膜装置について、図１〜図５を参照して説明する。この装置は、図１〜図４に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内にて鉛直軸周りに回転自在に構成された回転テーブル２と、を備えており、シリコンからなるウエハＷに対して処理ガスのプラズマを用いてＡＬＤ法により薄膜の成膜処理を行うように構成されている。この装置では、後で詳述するように、下地層であるウエハＷに密着させ難い窒化シリコン膜であっても、当該ウエハＷの表面に良好に密着させつつ、且つ良好な膜質となるように成膜出来るように構成されている。続いて、この成膜方法について詳述する前に、前記成膜装置について以下に簡単に説明する。

【0022】

真空容器１は、容器本体１２と、当該容器本体１２から着脱自在に構成された天板１１とを備えている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、窒素（Ｎ2）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。図１中１３は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリングである。

【0023】

真空容器１の底面部１４の上方側には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを成膜温度例えば２００℃〜４５０℃に加熱するように構成されている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａはこのヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、図１中７３は、ヒータユニット７に対して下方側から窒素ガスをパージするためのパージガス供給管である。

【0024】

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部（回転機構）であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。

【0025】

回転テーブル２の表面部には、図２〜図３に示すように、ウエハＷを落とし込んで保持するために、円形の凹部２４が基板載置領域として設けられており、この凹部２４は、当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）に、プラズマ発生用ガスノズルを兼用する第２の処理ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１及び分離ガスノズル４２がこの順番で配列されている。

【0026】

第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしており、第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス供給部及びプラズマ発生用ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。尚、図２は第２の処理ガスノズル３２が見えるように後述のプラズマ処理部８０及び筐体９０を取り外した状態、図３はこれらプラズマ処理部８０及び筐体９０を取り付けた状態を表している。また、図３では、後述のスリット９７の描画を省略している。

【0027】

各ノズル３１、３２、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、窒素（Ｎ）を含む第２の処理ガスである例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスと、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス及び水素（Ｈ2）ガスのうち少なくとも１種類のプラズマ発生用のガスと、を供給できるようにこれら各ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、４１、４２の例えば下面側には、図示しないガス吐出孔が各々形成されており、このガス吐出孔は、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に配置されている。

【0028】

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１、及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理ガスのプラズマとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４内に収められている。従って、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面が配置され、この天井面の前記周方向両側には、当該天井面よりも高い天井面が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、下方側に向かって直角に屈曲している。

【0029】

次に、既述のプラズマ処理部８０について説明する。このプラズマ処理部８０は、図３及び図４に示すように、金属線からなるアンテナ（電力供給部）８３をコイル状に巻回して構成されており、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。このアンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されると共に、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。即ち、既述の第２の処理ガスノズル３２の上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、例えば石英などからなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、上端側周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。図１中９１は、筐体９０の周縁部を下方側に向かって押圧するための押圧部材である。また図１中８６は、プラズマ処理部８０と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

【0030】

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域への窒素ガスやアンモニアガスなどの侵入を阻止するために、図５に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、既述の第２の処理ガスノズル３２が収納されている。この突起部９２の外側には、当該突起部９２により囲まれる領域を更に外側から囲むように、例えば石英により構成された概略環状の囲み部材９３が設けられており、この囲み部材９３は、例えば天板１１における回転テーブル２の中心側の部位に取り付けられている。この囲み部材９３によって、後述の駆動部１２２を介して筐体９０が回転テーブル２から上方側に離間しても、当該筐体９０の下方側への窒素ガスやアンモニアガスの侵入を阻止できるように構成されている。尚、図２では、囲み部材９３を一点鎖線にて描画している。

【0031】

筐体９０とアンテナ８３との間には、図４及び図５に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が配置されており、このファラデーシールド９５は、導電性の板状体である金属板により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド９５の底面には、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、スリット９７が形成されている。このスリット９７は、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように形成されており、アンテナ８３の長さ方向に沿うように周方向に亘って当該アンテナ８３の下方位置に設けられている。ファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との間の絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁板９４が介在している。

【0032】

以上説明した筐体９０（詳しくは後述の支持部材１２３）の上面には、図１に示すように、当該筐体９０と共にアンテナ８３、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を一体的に昇降させるための駆動部１２２から伸びる昇降軸１２１が接続されている。この駆動部１２２によって、真空容器１の内部を気密に保ちながら、回転テーブル２の表面に対する筐体９０の下面（アンテナ８３）の高さ位置、即ち当該回転テーブル２の上方側に形成されるプラズマ空間におけるプラズマ強度が調整できるように構成されている。即ち、筐体９０と天板１１との間には、上面側外縁部が水平方向に外側に向かってフランジ状に伸び出す概略環状の支持部材１２３が設けられている。そして、この支持部材１２３の前記外縁部の下面側と真空容器１の天板１１との間には、環状のフレキシブル壁１２４が設けられている。このフレキシブル壁１２４は、内部にばねなどの弾性体が気密に収納されており、上端面及び下端面が夫々支持部材１２３及び天板１１に気密に固定されている。従って、筐体９０を回転テーブル２に対して昇降させても、真空容器１の内部領域が気密に維持される。図５中１２５はシール部材である。尚、既述の図１では、支持部材１２３やフレキシブル壁１２４については描画を省略している。

【0033】

回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、環状のサイドリング１００が配置されており、このサイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、当該第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、第２の処理ガスノズル３２と、当該第２の処理ガスノズル３２よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。

【0034】

第１の排気口６１は、第１の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、第２の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものである。そして、筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを第２の排気口６２に通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

【0035】

天板１１の下面における中央部には、図３などに示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するために、回転テーブル２側と天板１１側との一方側から他方側に向かって伸びる壁部１１１が回転テーブル２の半径方向に交互に配置されている。

【0036】

真空容器１の側壁には、図２〜図４に示すように、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。

【0037】

また、この成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部２００が設けられており、この制御部２００のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部２０１から制御部２００内にインストールされる。

【0038】

次に、上述実施の形態の作用について説明する。ここで、本発明の成膜方法は、以下に詳述するように、ＡＬＤ法を用いて薄膜の成膜を行うにあたり、薄膜を上下２層に分けて、下層側及び上層側に夫々個別の成膜条件を適用したいわば２段階の成膜シーケンスを組み合わせる手法を採っている。このように２段階の成膜手法を用いた理由について、従来の１段階だけの成膜手法で薄膜を成膜した場合に生じる問題点と共に、以下に説明する。

【0039】

即ち、シリコンからなるウエハＷに窒化シリコン膜をＡＬＤ法により１段階の成膜処理にて成膜しようとした場合、既述のように、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして、夫々シリコン含有ガス及び窒素含有ガスが用いられる。そして、この窒素含有ガスとしては、例えばアンモニアガスが用いられると共に、ウエハＷ上に吸着したシリコン成分の窒化を行うために、アンモニアガスがプラズマ化（活性化）される。従って、良好な（緻密な）膜質を得るためには、ウエハＷの内部に形成されたデバイスにダメージが加わらない程度に、アンモニアガスのプラズマ化の度合いをできるだけ高くしておくことが好ましい。

【0040】

しかしながら、窒化シリコン膜は、ウエハＷを構成するシリコン層と比べて、内部応力が極めて大きい。そのため、窒化シリコン膜の緻密化を図ろうとする程、前記応力が大きくなり、従ってウエハＷからの膜剥がれが発生しやすくなる。後述の実施例に示す図１６及び図１７は、このような窒化シリコン膜の膜剥がれを示すＳＥＭ（電子顕微鏡）写真であり、円状の膜剥がれがウエハＷの表面において多数箇所で発生している。従って、ウエハＷ上に窒化シリコン膜を形成する場合には、当該窒化シリコン膜の緻密さ（密度）を向上させることと、窒化シリコン膜とウエハＷとの密着性を確保することとがトレードオフの関係になり、膜剥がれを抑制しながら緻密な窒化シリコン膜を得ることは極めて困難である。

【0041】

そこで、本発明では、ウエハＷからの膜剥がれを抑制しつつ、緻密な窒化シリコン膜を成膜するために、２段階の成膜手法を採っている。以下に、装置の具体的な使用方法を含めて、この成膜手法を説明する。先ず、図２に示すゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内の処理雰囲気を引き切りの状態にする。図６は、本発明の成膜方法の一実施形態を示すシーケンス図である。そして、回転テーブル２の回転数を例えば３０ｒｐｍに向かって増加させながら、アンテナ８３には給電せずに、即ち処理ガスのプラズマ化は行わずに、第２の処理ガスノズル３２からアルゴンガスとアンモニアガスとを真空容器１内に例えば夫々２０００ｓｃｃｍ及び３５００ｓｃｃｍの流量で供給する（時刻ｔ０）。また、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からも窒素ガスを所定の流量で吐出する。

【0042】

次いで、図１に示すヒータユニット７によるウエハＷの加熱温度が例えば４００℃程度に落ち着いた後、図５などに示すアンテナ８３への給電を例えば３０００Ｗにて時刻ｔ１において開始する（着火する）。そして、アルゴンガスの供給を停止すると共に、アンモニアガスの流量を８０００ｓｃｃｍまで増加させて、ウエハＷの表面の窒化処理を行う（時刻ｔ２）。即ち、図７に示すように、真空容器１内に搬入された時のウエハＷの表面には、大気雰囲気を搬送されたことに伴って自然酸化膜３００が形成されている。そのため、このウエハＷの表面に対してアンモニアガスのプラズマを供給すると、図８に示すように、このプラズマに含まれる活性種により前記自然酸化膜３００が窒化されて窒化層３０１が形成される。こうして各ウエハＷの自然酸化膜３００が除去されるまで、即ち回転テーブル２が予め設定された回数回転するまで、当該自然酸化膜３００の窒化処理を継続する。

【0043】

続いて、時刻ｔ３において、例えば９００ｓｃｃｍにて真空容器１内へのジクロロシランガスの供給を開始すると共に、アンテナ８３への給電電力を５０００Ｗに増加させる。回転テーブル２により第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過している各ウエハＷの表面には、第１の処理領域Ｐ１にてジクロロシランガスの成分が吸着する。次いで、ジクロロシランガスの成分が表面に吸着したウエハＷが第２の処理領域Ｐ２に到達すると、図９に示すように、前記成分がアンモニアガスのプラズマ（活性種）により窒化されて、薄膜の一部をなす反応生成物である窒化シリコン膜が第１の膜３０２として形成される。

【0044】

この第１の膜３０２は、回転テーブル２の回転数を３０ｒｐｍ程度の比較的速い速度に設定していることから、それ程緻密化しない。即ち、詳述したように、回転テーブル２上のウエハＷは、第２の処理領域Ｐ２を速やかに通過するので、当該第２の処理領域Ｐ２における滞留時間が極僅かであり、従ってアンモニアガスのプラズマによってそれ程強く窒化されない。従って、図１０に模式的に示すように、第１の膜３０２は、いわば窒化シリコン分子が疎に配置された構成を採る。そのため、この第１の膜３０２は、下層側のウエハＷ（詳しくは窒化層３０１）に対して、それ程大きな応力差が生じない。尚、図１０では、既述の窒化層３０１の描画を省略している。後述の図１１も同様である。

【0045】

即ち、既述のように、緻密な窒化シリコン膜をウエハＷの表面に形成しようとすると、当該窒化シリコン膜の内部応力によってウエハＷから膜剥がれを起こしやすい。しかしながら、第１の膜３０２のように窒化シリコン分子が疎に分散していると、当該第１の膜３０２の内部に応力が生じようとしても、それ程大きな応力が発生しないし、また第１の膜３０２では前記窒化シリコン分子が動きやすくなっており、従って応力が緩和されやすい。そのため、この第１の膜３０２は、下層側のウエハＷに対して、良好な密着性で密着する。こうしてジクロロシランガスの成分の吸着処理と、当該成分の窒化処理と、からなる成膜ステップを設定回数分だけ繰り返すと、例えば５ｎｍ程度の膜厚となるように前記第１の膜３０２が積層される。この第１の膜３０２の成膜工程は、第１の工程をなす。また、第１の膜３０２は、応力緩和層をなす。

【0046】

その後、時刻ｔ４において、回転テーブル２の回転数を１０ｒｐｍもの低速に下げて、同様に成膜ステップを多数回に亘って各ウエハＷに対して行う。このように回転テーブル２の回転数を低速度に設定していることから、各ウエハＷは、既述の第１の工程と比べて、第２の処理領域Ｐ２における滞留時間が長くなり、従ってアンモニアガスのプラズマ（活性種）の供給量が多くなる。言い換えると、回転テーブル２の回転数を低速に設定して成膜を行う工程を「第２の工程」と呼ぶと、この第２の工程の各成膜ステップにて各ウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量は、第１の工程における各々の成膜ステップにて各ウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量よりも多くなる。そのため、単位膜厚当たりに供給される活性種の量は、第１の工程よりも第２の工程の方が多い。即ち、第２の工程にて成膜される第２の膜３０３におけるある任意の膜厚を見た時、当該任意の膜厚全体に供給された活性種の量は、この任意の膜厚と同じ膜厚の第１の膜３０２に供給された活性種の量よりも多くなる。

【0047】

従って、この第２の工程にて成膜される窒化シリコン膜は、図１１に示すように、下層側の第１の膜３０２よりも密度の高い第２の膜（緻密層）３０３となる。この第２の膜３０３は、シリコン層との間における応力差が極めて大きい。しかしながら、この第２の膜３０３とウエハＷとの間に、第１の膜３０２を介在させていることから、この第１の膜３０２によって第２の膜３０３とウエハＷとの間の応力差が緩和されて、当該第２の膜３０３の膜剥がれが抑制される。こうして成膜ステップを繰り返すことにより、図１２に示すように、これら第１の膜３０２と第２の膜３０３とによって薄膜が形成される。第２の膜３０３の膜厚寸法は、例えば１５ｎｍ〜５０ｎｍとなる。従って、薄膜の膜厚全体（第１の膜３０２と第２の膜３０３との合計の膜厚）に対する第１の膜３０２の膜厚寸法の占める割合は、１０％〜２５％となる。

【0048】

上述の実施の形態によれば、ジクロロシランガスとアンモニアガスのプラズマとをウエハＷに交互に供給する成膜ステップを多数回に亘って行って窒化シリコン膜からなる薄膜を形成するにあたって、当該薄膜について、下層側の第１の膜３０２と上層側の第２の膜３０３とにより構成している。そして、第１の膜３０２を形成する時の成膜ステップにてウエハＷに供給される活性種の量について、第２の膜３０３を形成する時の成膜ステップにてウエハＷに供給される活性種の量よりも小さくしている。そのため、良好な密度を持つと共に内部の応力がウエハＷとは大きく異なる第２の膜３０３を成膜しても、第１の膜３０２によってこれら第２の膜３０３とウエハＷとの間の応力差を緩和できる。そのため、薄膜の膜剥がれを抑制しながら、良好な密度を持つ第２の膜３０３をウエハＷの露出面（最表面）に形成できる。

【0049】

また、第１の工程では第２の工程よりも高速で回転テーブル２を回転させているので、この第１の工程の成膜速度が第２の工程よりも速い。従って、成膜初期から成膜終了時まで第２の工程と同程度の回転数で回転テーブル２を回転させる場合と比べて、薄膜を速やかに成膜出来る。図１３は、従来の１段階だけの成膜処理で任意の膜厚の薄膜を成膜した場合におけるガス流量やプラズマ電力などの時系列データを示しており、既述の図６と比べると、本発明よりも薄膜の成膜処理に要する時間が長くなっている。
そして、以上説明した窒化シリコン膜は、最表面に第２の膜３０３が形成されていることから、例えばフッ酸への耐エッチング性が要求されるデバイス、例えば当該窒化シリコン膜をエッチングストップ膜として利用する場合に良好に適用できる。即ち、第２の膜３０３よりも密度の低い第１の膜３０２が薄膜の下層側に形成されていても、この第１の膜３０２が薄膜の表面には露出していないので、しかも当該第１の膜３０２の膜厚寸法が薄膜全体の膜厚寸法に比べて極めて小さいので、本発明の手法により得られた薄膜は、エッチングストップ膜として良好に機能できる。

【0050】

以上のように上述実施の形態では、応力緩和層である第１の膜３０２を成膜するときのプラズマ処理は、緻密層である第２の膜３０３を成膜するときのプラズマ処理に比べて、ＡＬＤの１サイクル時におけるウエハＷに対する活性種の供給量が少ない状態で行われる。即ち上述の実施の形態は、第１の膜３０２を成膜するときの回転テーブル２の回転数を、第２の膜３０３を成膜するときの回転数よりも高くすることにより、ＡＬＤの１サイクル時におけるウエハＷに対する活性種の供給量が少ない状態を作り出している。

【0051】

しかしＡＬＤの１サイクル時におけるウエハＷに対する活性種の供給量の調整（制御パラメータの調整値）は、回転テーブル２の回転数を調整することに限られるものではない。活性種の供給量の調整パラメータとしては、プラズマが発生している領域の圧力（真空度）、アンモニアガスの流量、プラズマを発生させるアンテナ８３とウエハＷとの離間距離、アンテナ８３に対する供給電力、及びＨ２(水素)ガスの添加などを挙げることができる。
この場合、第２の膜３０３の成膜時に対して、第１の膜３０２の成膜時における前記活性種の供給量を小さくするためには、圧力を高くする、アンモニアガスの流量を少なくする、前記離間距離を大きくする、前記供給電力を小さくする、水素ガスの添加量を少なくするという調整を挙げることができ、これらの調整の複数を組み合わせてもよい。

【0052】

具体的には、水素ガスの添加量を増やす事により、後述の図２８から分かるように、薄膜内のストレスは縮退方向（Compressive）へ向かう。即ち、窒化シリコン膜を成膜するための第１の処理ガスである既述のＤＣＳガスには、塩素（Ｃｌ）元素が含まれている。そのため、このＤＣＳガスを窒化シリコン膜の成膜に用いると、当該窒化シリコン膜には塩素成分が不純物として取り込まれてしまう可能性がある。そのため、第２の処理ガスに水素ガスを添加すると、薄膜中に含まれる塩素成分が水素ガスの活性種の働きによって脱離してより純粋な（緻密な）窒化膜になる。

【0053】

また、以上説明した本発明の成膜方法を実施するための装置としては、既述のミニバッチ式の装置に代えて、枚葉装置を用いても良いし、あるいは多数枚のウエハＷに対して一括して成膜を行うバッチ式の装置を用いても良い。図１４及び図１５は、このような装置のうちバッチ式の縦型熱処理装置を示しており、反応管４０１の内部には多数のウエハＷを棚状に積載するウエハボート４０２が下方側から気密に収納されている。

【0054】

反応管４０１の内部には、ウエハボート４０２を介して対向するように、２本のガスインジェクター４０３、４０４が当該反応管４０１の長さ方向に亘って配置されている。第２の処理ガスであるアンモニアガスを供給するためのガスインジェクター４０４とウエハボート４０２との間には、アンモニアガスをプラズマ化するための一対の電極４０５、４０５が配置されている。

【0055】

この縦型熱処理装置では、ガスインジェクター４０３から各ウエハＷに対してジクロロシランガスを供給した後、反応管４０１の上端部に設けられた排気口４０６から反応管４０１の雰囲気を排気して、次いでアンモニアガスのプラズマを各ウエハＷに供給して、既述の成膜ステップが行われる。この例についても、第１の膜３０２を形成する時にウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量は、第２の膜３０３を形成する時にウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量よりも小さく設定される。図１４中４１０はウエハボート４０２を鉛直軸周りに回転させるためのモータ、４１１は真空ポンプである。

【0056】

また、以上の各例において、第２の処理領域Ｐ２における回転テーブル２の回転方向下流側の位置であって、且つ第１の処理領域Ｐ１における回転テーブル２の回転方向上流側の位置に、反応生成物のプラズマ改質処理を行う改質領域を設けても良い。即ち、既述のプラズマ処理部８０（アンテナ８３）や筐体９０などの部材について、搬送口１５から見て回転テーブル２の回転方向上流側の位置にも別途設けると共に、当該回転方向上流側の位置にて既述のアンモニアガスの活性種の供給処理を行う。

【0057】

そして、搬送口１５から見て回転テーブル２の回転方向下流側におけるプラズマ処理部８０において、既述のプラズマ改質処理を行う。即ち、プラズマ改質処理は、アルゴンガスなどのプラズマ発生用ガス、あるいは当該プラズマ発生用ガス及び第２の処理ガス（アンモニアガス）をプラズマ化すると共に、このプラズマ化によって得られたプラズマ（活性種）をウエハＷに供給することにより行われる。このプラズマ改質処理にてウエハＷに供給されるプラズマは、薄膜の品質に関与する活性種に相当する。従って、ウエハＷの表面に薄膜を成膜する時に、当該薄膜の品質に関与する活性種とは、第２の処理ガスのプラズマ化により得られた活性種と、薄膜（反応生成物）の改質を行う時にウエハＷに供給されるプラズマ発生用ガスのプラズマ化によって得られた活性種と、の少なくとも一方である。

【0058】

以上説明した薄膜としては、窒化チタン（ＴｉＮ）膜などの窒化膜であっても良いし、あるいはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）であっても良い。シリコン酸化膜を成膜する時は、第２の処理領域Ｐ２では、酸素（Ｏ2）ガスやオゾン（Ｏ3）ガスなどのプラズマ（活性種）がウエハＷに供給される。このようなシリコン酸化膜を成膜する時に既述のプラズマ改質処理を行う場合には、第２の処理ガス（オゾンガス）の活性種を生成させる手法としては、アンテナ８３によるプラズマ化の手法に代えて、オゾナイザーを用いてオゾンガスを発生させる手法を採っても良い。

【0059】

更に、ウエハＷ上に薄膜を成膜する手法としては、ＡＬＤ法に代えて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いても良い。即ち、既述の第１の処理ガスと、第２の処理ガスのプラズマ化によって得られたプラズマとをウエハＷに対して同時に供給して、薄膜を成膜しても良い。この場合であっても、第１の膜３０２を成膜する時にウエハＷに供給される活性種の単位膜厚当たりの量は、第２の膜３０３を成膜する時にウエハＷに供給される活性種の単位膜厚当たりの量よりも少なくなるように制御パラメータの調整値が調整される。

【0060】

ＣＶＤ法を用いる場合には、タングステン（Ｗ）系の膜などの金属膜を成膜しても良い。このような金属膜を成膜する時は、第２の処理ガスとして例えば水素（Ｈ2）ガスやシラン（Ｓｉ―Ｈ系化合物）ガスが用いられ、このガスがプラズマ化される。
また、薄膜を成膜する下地層としては、シリコンからなるウエハＷに代えて、当該ウエハＷの表面に形成した前記窒化膜、金属膜あるいはシリコン酸化膜などであっても良い。

【実施例】

【0061】

次いで、本発明にて得られた実施例について説明する。初めに、従来の１段階の成膜処理にて緻密な窒化シリコン膜を成膜した時の様子を図１６及び図１７に示す。ウエハＷの表面には、直径寸法が数十μｍ程度の概略円状の膜剥がれが多数箇所に発生しており、この膜剥がれは、水平方向に膜収縮しようとする圧縮性の応力が窒化シリコン膜の内部に発生し、この応力が窒化シリコン膜とウエハＷとの間の密着力よりも大きくなったことが原因で発生したものと考えられる。

【0062】

そこで、ウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量を種々変えた時に、このような膜剥がれがどのように変化するか実験を行った。具体的には、回転テーブル２上のウエハＷと、筐体９０の下面（詳しくはアンテナ８３の下方位置における筐体９０の下面）と、の間の離間寸法を種々変えた時に、ウエハＷの表面に発生する膜剥がれの分布を観察した。尚、前記離間寸法以外の成膜条件については、各例にて共通の条件に設定した。

【0063】

その結果、図１８に示すように、前記離間寸法が３０ｍｍとなるまで筐体９０を回転テーブル２に近接させると、膜剥がれが発生していた。一方、この時の薄膜の膜厚の均一性は、図１９に示すように、前記離間寸法が小さい程、良好な結果となっていた。この理由としては、ウエハＷに筐体９０を近接させると、当該ウエハＷに接触するプラズマ領域が広くなり、面内に亘って良好なプラズマ処理が行われるためだと考えられる。従って、筐体９０の高さ位置により、ウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の量を調整できることが分かった。薄膜の膜厚については、前記離間寸法を４５ｍｍ以下に設定した場合には、前記離間寸法が９０ｍｍの場合と比べて良好な結果となっていた。尚、図１８では、ウエハＷの表面において膜剥がれが発生した部位に灰色の着色を付しており、膜剥がれの発生量に応じて前記着色を濃くしている。後述の図２０も同様である。

【0064】

そこで、図１８にて膜剥がれが生じなかった条件のうち、できるだけアンモニアガスの活性種の供給量が多い条件（前記離間寸法：３７．５ｍｍ）において、真空容器１内の真空度を高くすると共に、アンテナ８３への給電電力を大きくしたところ、図２０のように、膜剥がれが発生していた。従って、ウエハＷに供給されるアンモニアガスの活性種の供給量が多くなる程、窒化シリコン膜の膜剥がれが発生しやすくなることが分かった。

【0065】

この時、図２０の条件にて薄膜の成膜処理を行う前に、当該薄膜の下層側に既述の第１の膜３０２を形成したところ、図２１に示すように、膜剥がれが見られなかった。また、膜厚の均一性についても改善されていた。従って、既述の２段階の成膜シーケンスを経ることにより、膜剥がれの発生及び膜厚の均一性のいずれについても良好な結果が得られることが分かった。
図２２は、既述の離間寸法（筐体９０と回転テーブル２との間の寸法：ギャップ）を種々変えて窒化シリコン膜を成膜した時、当該窒化シリコン膜の内部における応力が圧縮性になっているか、引っ張り性になっているかを測定した結果を示している。その結果、ギャップによって窒化シリコン膜内部の応力の性状が変わることが分かった。この結果から、薄膜内に圧縮性の応力が発生することによって、既述の膜剥がれの発生に繋がっていることが分かる。

【0066】

また、図２３は、以下の条件１１、１２、１３にて窒化シリコン膜を成膜した時の応力を示している。
（条件１１）
第２の処理ガス：アンモニアガス（３．５ｓｌｍ）
高周波電力：４．５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：１０ｒｐｍ
（条件１２）
第２の処理ガス：アンモニアガス（７ｓｌｍ）、アルゴンガス（１ｓｌｍ）
高周波電力：５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：１０ｒｐｍ
（条件１３）
第２の処理ガス：アンモニアガス（３．５ｓｌｍ）
高周波電力：４．５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：５ｒｐｍ

【0067】

これら結果から、プラズマ発生用のガス（第２の処理ガス）の成分、第２の処理ガスの流量、回転テーブル２の回転数及びプラズマ発生用の高周波電力に応じて、窒化シリコン膜内の応力が変化することが分かった。

【0068】

図２４は、以下の条件２１、２２、２３にて成膜した時における窒化シリコン膜内の応力を測定した結果を示している。
（条件２１：１段階の成膜処理）
第２の処理ガス：アンモニアガス（５ｓｌｍ）
高周波電力：４．５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：１０ｒｐｍ
（条件２２：２段階の成膜処理）
第２の処理ガス：アンモニアガス（８ｓｌｍ）
高周波電力：５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：３０ｒｐｍ（１段階目）→１０ｒｐｍ（２段階目）
（条件２３：１段階の成膜処理）
第２の処理ガス：アンモニアガス（８ｓｌｍ）
高周波電力：５ｋＷ
回転テーブル２の回転数：１０ｒｐｍ

【0069】

この方式により、１段目を３０ｒｐｍに設定して疎な膜を形成した後、２段目で回転テーブル２の回転数を低速回転に変更することでアンモニアガスの吸着確率が上がり、緻密な薄膜（第２の膜３０３）の成膜が可能になる。これらの結果からも、第２のガスの流量及び高周波電力により窒化シリコン膜内部の応力が変化すると共に、上層側の窒化シリコン膜とウエハＷとの間に別の窒化シリコン膜（第１の膜３０２）を介在させることによって同様に膜内の応力が変化していた。そのため、別の言い方をすると、これら回転テーブル２の回転数、第２のガスの流量及び高周波電力を夫々適宜設定することにより、ある任意のストレス（応力）を持つ薄膜（第１の膜３０２や第２の膜３０３）を成膜できる。

【0070】

図２５は、ウエハＷの加熱温度について、４００℃（条件３１、３２）及び４５０℃（条件３３、３４）に設定すると共に、窒化シリコン膜の膜厚を５０ｎｍ（条件３１、条件３３）及び２５ｎｍ（条件３２、条件３４）に設定した時に当該膜内に生じる応力を測定した結果を示している。ウエハＷの加熱温度及び窒化シリコン膜の膜厚についても、同様に応力を変える要因になっていることが分かった。

【0071】

図２６は、窒化シリコン膜の膜厚を２５ｎｍに固定した時、ウエハＷの加熱温度が窒化シリコン膜内の応力に与える影響を調べた結果を示している。具体的には、前記加熱温度について、条件４１から条件４６に向かって、２００℃から５０℃ずつ高くしている。この図２６においても、図２５と同様の結果が得られた。

【0072】

図２７は、窒化シリコン膜の成膜温度と、当該窒化シリコン膜のフッ酸に対するウエットエッチングレートと、の相関を示した結果を示している。成膜処理には、図１に示したセミバッチ式の装置と、図１４に示したバッチ式の縦型熱処理装置と、を用いて夫々ＡＬＤ法により成膜を行った結果を示している。図１のセミバッチ装置では、成膜温度が４００℃もの低温でも、縦型熱処理装置において５５０℃で得られた特性と同レベルの窒化シリコン膜が得られることが分かった。また、いずれの装置においても、成膜温度が高くなる程、ウエットエッチングレートが低くなり、従って窒化シリコン膜の緻密化が進行していることが分かった。

【0073】

そのため、第２の膜３０３を成膜する時、第１の膜３０２を成膜する時よりも成膜温度を高くすることにより、第２の膜３０３が第１の膜３０２よりも緻密になるので、言い換えると第２の膜３０３の下層側に当該第２の膜３０３よりも軟質な応力緩和層を形成できるので、既述の例と同じ効果が得られる。このように薄膜の成膜途中で成膜温度を上げる場合には、例えば成膜初期（第１の膜３０２を成膜する時）には例えば２００℃にて成膜処理を行う。次いで、第１の膜３０２の膜厚に相当する分だけ成膜が進行した後、成膜温度を例えば４００℃まで高くして、第２の膜３０３の成膜を行う。

【0074】

図２８は、以下の各条件において窒化シリコン膜を成膜した場合に、当該窒化シリコン膜に残存する応力を測定した結果を示している。尚、処理圧力及びアンテナ８３への供給電力としては、各条件５１〜５３のいずれの例についても夫々９３．３Ｐａ（０．７Ｔｏｒｒ）及び５０００Ｗに設定した。また、筐体９０と回転テーブル２との間の離間距離については各々３０ｍｍに設定した。
（条件５１）
第２の処理ガス：アンモニア／水素＝５０００ｓｃｃｍ／０ｓｃｃｍｍ）
（条件５２）
第２の処理ガス：アンモニア／水素＝５０００ｓｃｃｍ／６００ｓｃｃｍｍ）
（条件５３）
第２の処理ガス：アンモニア／水素＝３００ｓｃｃｍ／６００ｓｃｃｍｍ）

【0075】

その結果、既述のように、水素ガスの添加量（第２の処理ガス全体に含まれる水素ガスの割合）を増やす程、窒化シリコン膜が緻密化しており、従って水素ガスの添加量（水素ガスの活性種の量）によっても薄膜の緻密さを調整できることが分かる。水素ガスの添加によって既述の第１の膜３０２及び第２の膜３０３の緻密さを調整する場合には、具体的には以下の手法が採られる。即ち、第１の膜３０２を成膜する時には、第２の処理ガスとして例えば水素ガスを使用せずに、アンモニアガスだけを用いる。そして、第２の膜３０３を成膜する時には、水素ガスを添加したアンモニアガスを第２の処理ガスとして用いる。言い換えると、第２の膜３０３を成膜する時に用いる第２の処理ガスには、第１の膜３０２を成膜する時に用いる第２の処理ガスと比べて、水素ガスの添加量（第２の処理ガスに占める水素ガスの添加割合）を多くすることにより、既述の各例と同様の効果が得られる。尚、図２８などにおける実験結果は、各々の条件において得られたものであり、処理圧力やガス流量などのパラメータを適宜変更した場合には、種々異なる結果が得られることは当然である。

【符号の説明】

【0076】

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
３１、３２ ガスノズル
８０ プラズマ処理部
８３ アンテナ
３０２ 第１の膜
３０３ 第２の膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】