特許 6861479 プラズマ成膜方法およびプラズマ成膜装置

(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】6861479

(24)【登録日】2021年4月1日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】プラズマ成膜方法およびプラズマ成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/50 20060101AFI20210412BHJP

   C23C 16/511 20060101ALI20210412BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20210412BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20210412BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20210412BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/50

   C23C16/511

   C23C16/42

   H01L21/318 B

   H01L21/31 C

   H05H1/46 B

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-125087(P2016-125087)

(22)【出願日】2016年6月24日

(65)【公開番号】特開2017-226894(P2017-226894A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年3月19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】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】本多 稔

(72)【発明者】

【氏名】中西 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】今中 雅士

(72)【発明者】

【氏名】韓 千洙

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４９５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７７３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６８５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７６７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／１０７４３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバー内に被処理体を配置し、前記チャンバー内に成膜ガスを供給するとともに、前記チャンバー内にプラズマを生成させ、前記プラズマにより前記成膜ガスを励起させて被処理体上に所定の膜を成膜するプラズマ成膜方法であって、
前記成膜ガスとして、シリコン原料ガスおよび窒素含有ガスを用い、前記プラズマはマイクロ波プラズマであり、前記チャンバー内に、前記成膜ガスとともにプラズマ生成ガスとしてヘリウムガスを、前記成膜ガスと前記ヘリウムガスとの分圧比率が０．１５〜２．５の範囲となるように供給し、前記チャンバー内に前記マイクロ波プラズマとしてヘリウムガスを含むプラズマを生成させ、これにより、プラズマを安定化しつつ、前記所定の膜として、所望の膜厚均一性および膜質均一性を有する窒化珪素膜を成膜することを特徴とするプラズマ成膜方法。

【請求項2】

前記マイクロ波プラズマは、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置により生成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜方法。

【請求項3】

前記被処理体の処理温度は、２５０〜５５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ成膜方法。

【請求項4】

前記チャンバー内の処理圧力は、６．５〜１００Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ成膜方法。

【請求項5】

被処理体が収容されるチャンバーと、
前記チャンバー内で被処理体が保持される基板保持部材と、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、
前記チャンバー内にマイクロ波プラズマを生成させるプラズマ生成手段と
を有し、
前記ガス供給機構は、前記被処理体上にシリコン原料ガスおよび窒素含有ガスを含む成膜ガスと、プラズマ生成ガスとしてのヘリウムガスとを、前記成膜ガスと前記ヘリウムガスとの分圧比率が０．１５〜２．５の範囲となるように前記チャンバー内に供給し、
前記プラズマ生成手段により、前記チャンバー内に前記マイクロ波プラズマとしてヘリウムガスを含むプラズマを生成させ、該プラズマにより、プラズマを安定化しつつ、前記成膜ガスを励起させて前記被処理体上に所望の膜厚均一性および膜質均一性を有する窒化珪素膜を成膜することを特徴とするプラズマ成膜装置。

【請求項6】

前記プラズマ生成手段は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、マイクロ波を放射するスロットを有する平面アンテナと、前記チャンバーの天壁を構成する誘電体からなるマイクロ波透過板とを有し、前記平面アンテナの前記スロットおよび前記マイクロ波透過板を介してマイクロ波を前記チャンバー内に放射させ、前記チャンバー内にマイクロ波プラズマを供給し、前記チャンバー内にマイクロ波プラズマを生成させることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項7】

前記被処理体の処理温度を制御する手段を有し、前記被処理体の温度が２５０〜５５０℃の範囲に制御されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項8】

前記チャンバー内の処理圧力を制御する手段を有し、前記チャンバー内の処理圧力が６．５〜１００Ｐａの範囲に制御されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ波プラズマを用いたプラズマ成膜方法およびプラズマ成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程においては、絶縁膜、保護膜、電極膜等として種々の膜の成膜が行われる。このような各種膜の成膜方法として、プラズマにより成膜ガスを励起して基板上に所定の膜を堆積させるプラズマＣＶＤが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、チャンバー内に、珪素原料ガスと、窒素含有ガスと、プラズマ生成ガスであるアルゴンガスとを供給して、マイクロ波プラズマを用いたプラズマＣＶＤにより窒化珪素膜を成膜することが記載されている。

【0004】

プラズマ生成ガスとしてのアルゴンガスは、必須ではないが、プラズマを安定的に生成するために用いられる。また、特許文献２には、このようなプラズマ生成用ガスとして、他の希ガスも使用可能なことが記載されている。しかし、実際には、ほとんどの場合、プラズマ生成ガスとしてはアルゴンガスが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２４６１２９号公報

【特許文献2】特開２０１１−７７３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、近時、半導体素子の微細化が進んでおり、成膜処理において、膜厚均一性や膜質均一性への要求が高まっている。しかし、プラズマ生成ガスとしてアルゴンガスを用いた場合には、十分な膜厚均一性や膜質均一性が得られず、むしろ悪化する場合もあることが判明した。一方、このようなことを回避するため、アルゴンガスを用いずにプラズマ成膜処理を行うと、プラズマ安定性が不十分になる可能性がある。

【0007】

したがって、本発明は、安定性が高く均一なプラズマを生成することができ、均一性の高い膜を得ることができるプラズマ成膜方法およびプラズマ成膜装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、チャンバー内に被処理体を配置し、前記チャンバー内に成膜ガスを供給するとともに、前記チャンバー内にプラズマを生成させ、前記プラズマにより前記成膜ガスを励起させて被処理体上に所定の膜を成膜するプラズマ成膜方法であって、前記成膜ガスとして、シリコン原料ガスおよび窒素含有ガスを用い、前記プラズマはマイクロ波プラズマであり、前記チャンバー内に、前記成膜ガスとともにプラズマ生成ガスとしてヘリウムガスを、前記成膜ガスと前記ヘリウムガスとの分圧比率が０．１５〜２．５の範囲となるように供給し、前記チャンバー内に前記マイクロ波プラズマとしてヘリウムガスを含むプラズマを生成させ、これにより、プラズマを安定化しつつ、前記所定の膜として、所望の膜厚均一性および膜質均一性を有する窒化珪素膜を成膜することを特徴とするプラズマ成膜方法
を提供する。

【0009】

本発明の第２の観点は、被処理体が収容されるチャンバーと、前記チャンバー内で被処理体が保持される基板保持部材と、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構と、前記チャンバー内にマイクロ波プラズマを生成させるプラズマ生成手段とを有し、前記ガス供給機構は、前記被処理体上にシリコン原料ガスおよび窒素含有ガスを含む成膜ガスと、プラズマ生成ガスとしてのヘリウムガスとを、前記成膜ガスと前記ヘリウムガスとの分圧比率が０．１５〜２．５の範囲となるように前記チャンバー内に供給し、前記プラズマ生成手段により、前記チャンバー内に前記マイクロ波プラズマとしてヘリウムガスを含むプラズマを生成させ、該プラズマにより、プラズマを安定化しつつ、前記成膜ガスを励起させて前記被処理体上に所望の膜厚均一性および膜質均一性を有する窒化珪素膜を成膜することを特徴とするプラズマ成膜装置を提供する。

【0010】

本発明において、前記マイクロ波プラズマとしては、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置により生成されたものを用いることができる。

【0012】

前記被処理体の処理温度は、２５０〜５５０℃の範囲とすることができ、前記チャンバー内の処理圧力は、６．５〜１００Ｐａの範囲とすることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、プラズマにより成膜ガスを励起させて被処理基板上に所定の膜を成膜するにあたり、チャンバー内に、成膜ガスとともにプラズマ生成ガスとしてヘリウムガスを供給し、チャンバー内にヘリウムガスを含むプラズマを生成させるので、安定性が高く均一なプラズマを生成することができ、膜厚や膜質の均一性が高い膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマ成膜方法が適用可能なプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。

【図2】プラズマ成膜方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【図3】Ｈｅガスを添加しない場合とＨｅガスを添加した場合について膜厚均一性を比較して示した図である。

【図4】Ｈｅガス添加なしおよびＨｅガス添加ありの場合における膜厚レンジの平均値（％）と屈折率（ＲＩ）レンジをプロットした図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0016】

＜プラズマ成膜装置＞
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ成膜方法が適用可能なプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。図１のプラズマ処理装置は、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ成膜装置として構成されており、被処理体である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」と記す）にプラズマＣＶＤにより窒化珪素（ＳｉＮ）膜を成膜するようになっている。

【0017】

図１に示すように、プラズマ成膜装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。

【0018】

チャンバー１内には被処理体、例えばウエハＷを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ２が設けられている。このサセプタ２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。また、サセプタ２には抵抗加熱型のヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることによりサセプタ２を加熱しウエハＷを加熱する。また、サセプタ２は電極７が埋め込まれており、電極７には整合器８を介してバイアス印加用の高周波電源９が接続されている。

【0019】

サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。

【0020】

チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部１５が設けられており、このガス導入部１５には均等にガス放射孔１５ａが形成されている。このガス導入部１５にはガス供給機構１６が接続されている。

【0021】

ガス供給機構１６は、Ｓｉ原料ガス、窒素含有ガス、およびプラズマ生成ガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給するようになっている。Ｓｉ原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ_４）やジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、窒素含有ガスとしてはＮ_２ガスやアンモニア（ＮＨ_３）が例示される。これらのガスは、それぞれのガス供給源から、別個の配管によりマスフローコントローラ等の流量制御器により独立に流量制御され、ガス導入部１５へ供給される。図１では、Ｓｉ原料ガスとしてＳｉＨ_４ガス、窒素含有ガスとしてＮ_２ガスを用いた例を示す。

【0022】

なお、ガス導入部１５よりも下方に、例えばシャワープレート等の別のガス導入部を設け、シリコン原料ガス等のプラズマにより完全に解離されないほうが好ましいガスを別のガス導入部から、よりウエハＷに近い電子温度がより低い領域に供給してもよい。

【0023】

上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気機構２４が接続されている。排気機構２４の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバー１内を所定の真空度に制御可能となっている。

【0024】

チャンバー１の側壁には、プラズマ成膜装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。

【0025】

チャンバー１の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部２７となっている。この支持部２７に誘電体、例えば石英やＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。

【0026】

マイクロ波透過板２８の上方には、マイクロ波透過板２８に対応する円板状をなす平面アンテナ３１がマイクロ波透過板２８に密着するように設けられている。この平面アンテナ３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ３１は導電性材料からなる円板で構成されている。

【0027】

平面アンテナ３１は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット３２が貫通するように形成された構成となっている。スロット３２のパターンの例としては、Ｔ字状に配置された２つのスロット３２を一対として複数対のスロット３２が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λg）に応じて決定され、例えばスロット３２は、それらの間隔がλg／４、λg／２またはλgとなるように配置される。なお、スロット３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。

【0028】

この平面アンテナ３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる遅波材３３が密着して設けられている。遅波材３３はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ３１を小さくする機能を有している。

【0029】

平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間が密着した状態となっており、また、遅波板３３と平面アンテナ３１との間も密着されている。また、遅波板３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすようにマイクロ波透過板２８、遅波材３３の厚さが調整されている。遅波材３３の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ３１の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波板３３とマイクロ波透過板２８を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。

【0030】

なお、平面アンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、離間していてもよい。

【0031】

チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。

【0032】

シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、この開口部には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ３１へ伝播されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、８６０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ等、種々の周波数を用いることができる。

【0033】

導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、この内導体４１の下端部は、平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１へ均一に効率よく伝播される。

【0034】

プラズマ成膜装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、プラズマ成膜装置１００の各構成部、例えばマイクロ波発生装置３９、ヒーター電源６、高周波電源９、排気機構２４、ガス供給機構１６のバルブや流量制御器等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。制御部５０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、プラズマ成膜装置１００に、所定の動作を実行させる。

【0035】

＜プラズマ成膜方法＞
次に、このように構成されるプラズマ成膜装置１００を用いたプラズマ成膜方法の一実施形態について図２のフローチャートを参照して説明する。

【0036】

まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５から被処理体であるウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ステップ１）。

【0037】

次いで、チャンバー１内を所定圧力に調整し、ガス供給機構１６からガス導入部１５を介して、チャンバー１内に、Ｓｉ原料ガスとして例えばＳｉＨ_４ガス、窒素含有ガスとして例えばＮ_２ガス、プラズマ生成ガスであるＨｅガスを導入する（ステップ２）。そして、マイクロ波発生装置３９から所定パワーのマイクロ波をチャンバー１内に導入してプラズマを生成し、プラズマＣＶＤによりウエハＷ上にＳｉＮ膜を成膜する（ステップ３）。

【0038】

ステップ３について具体的に説明する。
マイクロ波発生装置３９からの所定のパワーのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂをＴＥモードで伝播される。ＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードにモード変換され、ＴＥＭモードのマイクロ波が同軸導波管３７ａをＴＥＭモードで伝播される。そして、ＴＥＭモードのマイクロ波は、遅波材３３、平面アンテナ３１のスロット３２、およびマイクロ波透過板２８を透過し、チャンバー１内に放射される。

【0039】

マイクロ波は表面波としてマイクロ波透過板２８の直下領域にのみ広がり、これにより表面波プラズマが生成される。そして、プラズマは下方に拡散し、ウエハＷの配置領域では、高電子密度かつ低電子温度のプラズマとなる。

【0040】

Ｓｉ原料ガスおよび窒素含有ガスは、プラズマにより励起され、例えばＳｉＨやＮＨ等の活性種に解離され、これらがウエハＷ上で反応してＳｉＮ膜が成膜される。

【0041】

ところで、このようなプラズマを安定的に生成するために、従来からプラズマ生成ガスが用いられ、従来、プラズマ生成ガスとして、コスト的および工業的に有利なＡｒガスが多用されてきた。上述した特許文献２等に、Ａｒガス以外の他の希ガスの使用可能性が示されているものの、これらはＡｒガスと同様の機能を有するとみなされており、Ａｒガス以外の希ガスはほとんど用いられていなかった。

【0042】

しかし、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを用いた場合には、最近の半導体素子の微細化に対応して要求される膜厚均一性や膜質均一性への要求を満たすことが困難となりつつあることが判明した。

【0043】

すなわち、Ａｒガスは原子量が大きい元素であり、均一に広がり難く、かつイオン化してウエハＷ上の膜に衝突した場合に膜にダメージを与えやすいため、十分な膜厚均一性や膜質均一性が得られず、むしろ悪化してしまう。

【0044】

このようなことを回避するために、Ａｒガスを用いずにプラズマ成膜処理を行うと、プラズマ安定性が不十分になることがあった。

【0045】

そこで、他のプラズマ生成ガスを検討した結果、Ｈｅガスを用いることにより、プラズマを安定化する機能を保持した上で、所望の膜厚均一性や膜質均一性が得られることが新たに見出された。

【0046】

すなわち、Ｈｅガスは、イオン化しやすくプラズマ生成ガスとしての機能を果たすのみならず、原子量が小さい軽い元素であるため、広がりやすく、プラズマを広げて均一化する効果があり、さらに、原子量が小さいゆえにウエハＷ上の膜に対してＡｒガスのようなプラズマダメージを与え難い。このため、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスを供給することにより、プラズマを安定化しつつ、所望の膜厚均一性や膜質均一性が得られるのである。

【0047】

このとき、成膜ガスであるＳｉ原料ガスおよび窒素含有ガス（ＳｉＨ_４ガス＋Ｎ_２ガス）とＨｅガスとの分圧比（流量比）は、０．１５〜２．５（すなわち、成膜ガスとＨｅガスとの分圧比が０．１５：１〜２．５：１）の範囲であることが好ましい。

【0048】

Ｓｉ原料ガスとしてＳｉＨ_４ガスを用い、窒素含有ガスとしてＮ_２ガスを用いたときの他の条件の好ましい範囲は、以下のとおりである。
処理温度（サセプタ２表面の温度）：２５０〜５５０℃
処理圧力：６．５〜１００Ｐａ（５０〜７５０ｍＴｏｒｒ）
Ｈｅガス流量：１００〜４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＳｉＨ_４ガス流量：１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ_２ガス流量：１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
マイクロ波パワー密度：０．０１〜０．０４Ｗ／ｃｍ^２

【0049】

以上のように、本実施形態によれば、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスを用いることにより、安定性が高く均一なプラズマを生成することができ、かつ膜厚均一性および膜質均一性等の均一性の高いＳｉＮ膜を得ることができる。

【0050】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
ここでは、図１に示すプラズマ成膜装置を用いてプラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜するにあたり、プラズマ生成ガスとしてＨｅガスを添加しない場合とＨｅガスを添加した場合について膜厚均一性を比較した。

【0051】

図３はその結果を示すものであり、（ａ）はＨｅガスを添加しなかった場合、（ｂ）はＨｅガスを流量２００ｓｃｃｍで添加した場合のウエハ径方向の膜厚分布を示す図である。なお、膜厚分布はウエハの４つの径方向について求めた。また、ウエハの周方向の膜厚分布も求めた。

【0052】

Ｈｅガスの供給条件以外の条件は両者で共通であり、以下のとおりとした。
ＳｉＨ_４ガス流量：９０ｓｃｃｍ
Ｎ_２ガス流量：７０ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー密度：２．７８Ｗ／ｃｍ^２
処理時間：８０ｓｅｃ

【0053】

図３（ａ）に示すように、Ｈｅガス添加なしの場合には、ウエハの中心から周縁方向に向けて膜厚が上昇し、周縁部分において膜厚が低下するといった膜厚の不均一性が見られ、膜厚レンジ（１σ）が６．９％であった。これに対し、図３（ｂ）に示すように、Ｈｅガス添加ありの場合には、膜厚はほぼフラットであり、膜厚レンジが３．０％となった。また、半径１４７ｍｍの位置における周方向の膜厚レンジは、Ｈｅガス添加なしの場合が６．０％であったのに対し、Ｈｅガス添加ありの場合では１．１％であった。これらの結果から、Ｈｅガスを添加することにより、膜厚均一性が著しく向上することが確認された。

【0054】

次に、種々の条件でＳｉＮ膜を成膜した際の、Ｈｅガス添加の有無による膜厚均一性と膜質均一性について調査した。

【0055】

ここでは、処理条件を以下の範囲で調整し、一部ハードの調整も行って、Ｈｅガス添加なしの場合と、Ｈｅガス添加あり（１００〜４００ｓｃｃｍ）の場合について、膜厚の均一性と膜質の均一性を調査した。

【0056】

・成膜条件
ＳｉＨ_４ガス流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
Ｎ_２ガス流量：５〜２００ｓｃｃｍ
マイクロ波パワー密度：２．４３〜３．３４Ｗ／ｃｍ^２
処理時間：１０〜２００ｓｅｃ

【0057】

膜厚の均一性は、膜厚レンジの平均値（％）により求めた。また、膜質の指標としては膜の屈折率（ＲＩ）を用い、膜質の均一性は屈折率レンジにより求めた。図４は、Ｈｅガス添加なしおよびＨｅガス添加ありの場合における、各ケースでの膜厚レンジの平均値（％）と屈折率（ＲＩ）レンジをプロットした図である。

【0058】

図４に示すように、Ｈｅガスを添加した場合には、Ｈｅガス添加なしの場合に比較して、膜厚レンジの平均値および屈折率レンジともに小さくなる傾向にあり、Ｈｅガスを添加することにより、膜厚の均一性および膜質の均一性ともに向上することが確認された。

【0059】

＜他の適用＞
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。

【0060】

例えば、上記実施形態では、ＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマＣＶＤによりＳｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、プラズマとしては、他の方式のマイクロ波プラズマであっても、誘導結合プラズマ等のマイクロ波プラズマ以外のプラズマであってもよく、成膜される膜としてはＳｉＮ膜に限らず、他の膜の成膜に適用してもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限るものではなく、ガラス基板やセラミックス基板等の他の被処理体であってもよい。

【符号の説明】

【0062】

１；チャンバー
２；サセプタ
５；ヒーター
１５；ガス導入部
１６；ガス供給機構
２４；排気機構
２８；マイクロ波透過板
３１；平面アンテナ
３２；スロット
３３；遅波材
３７；導波管
３８；マッチング回路
３９；マイクロ波発生装置
４０；モード変換器
５０；制御部
１００；プラズマ成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】