特許 7438053 成膜方法及び成膜装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】成膜方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20240216BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240216BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240216BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20240216BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20240216BHJP

【ＦＩ】

H01L21/318 B

H01L21/31 C

C23C16/42

C23C16/505

H05H1/46 M

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020130444

(22)【出願日】2020-07-31

(65)【公開番号】P2022026816

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-04-12

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 都

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 昂志

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 奈央子

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０９２２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７４０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン含有ガス、窒素含有ガス及び希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された処理容器内に供給する供給工程と、
前記処理容器内にＶＨＦ帯の第１の周波数の電力と前記第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の第２の周波数の電力とを位相制御して重畳した電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を含み、
前記成膜工程において、前記第１の周波数の電力の大きさが、１５００［Ｗ］以上５０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定される、成膜方法。

【請求項2】

前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも低い周波数である、請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

前記第２の周波数は、前記第１の周波数の１／２以下である、請求項１又は２に記載の成膜方法。

【請求項4】

前記第１の周波数は、１８０［ＭＨｚ］であり、前記第２の周波数は、９０［ＭＨｚ］である、請求項１～３のいずれか一つに記載の成膜方法。

【請求項5】

前記成膜工程において、前記処理容器内の圧力が、４００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に設定される、請求項１～４のいずれか一つに記載の成膜方法。

【請求項6】

前記成膜工程において、前記第１の周波数の電力と前記第２の周波数の電力との位相差を０°以上１５０°以下の範囲内で変化させる、請求項１～５のいずれか一つに記載の成膜方法。

【請求項7】

基板が収容された処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給部と
前記処理容器内に電力を供給するための電力供給部と
制御部と
を備え、
前記制御部は、
シリコン含有ガス、窒素含有ガス及び希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された処理容器内に供給する供給工程と、
前記処理容器内にＶＨＦ帯の第１の周波数の電力と前記第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の第２の周波数の電力とを位相制御して重畳した電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程と
を含む成膜方法を各部に実行させ、
前記成膜工程において、前記第１の周波数の電力の大きさが、１５００［Ｗ］以上５０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定される、成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、シランガス、アンモニアガス及び希ガスを含む処理ガスを３００ｋＨｚ～５ＭＨｚの周波数の高周波電力を用いてプラズマ化することにより、シリコン窒化膜を成膜する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－６５０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質を制御性良く調整することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による成膜方法は、シリコン含有ガス、窒素含有ガス及び希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された処理容器内に供給する供給工程と、前記処理容器内にＶＨＦ帯の第１の周波数の電力と前記第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の第２の周波数の電力とを位相制御して重畳した電力を供給することにより、前記処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記処理ガスによって前記基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程とを含む。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質を制御性良く調整することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、一実施形態に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率（ＲＩ：Reflective Index）の測定結果の一例を示す図である。

【図5】図５は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差と成膜レートとの関係の一例を示す図である。

【図6】図６は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差と屈折率との関係の一例を示す図である。

【図7】図７は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差とストレスとの関係の一例を示す図である。

【図8】図８は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差とＳｉ－Ｈ結合密度との関係の一例を示す図である。

【図9】図９は、比較例１に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。

【図10】図１０は、比較例１に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。

【図11】図１１は、実施例１に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。

【図12】図１２は、実施例１に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。

【図13】図１３は、比較例２に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。

【図14】図１４は、比較例２に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

【0009】

ところで、近年の半導体集積回路の微細化に伴い、基板上に成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布の均一性を向上させ且つ、膜質を所望の膜質に調整することが求められている。シリコン窒化膜の成膜プロセスにおいては、膜厚の面内分布の均一性を向上させるために各種の処理パラメータを調整する場合がある。

【0010】

膜厚の面内分布の均一性を向上させるために調整する処理パラメータとしては、例えば、処理容器内の圧力、供給する処理ガスのガス流量、印加する高周波電力の大きさ（値）等がある。しかしながら、これらの処理パラメータを調整して膜厚の面内分布を制御すると、膜厚の面内分布だけでなく膜質も変化することが知られている。つまり、膜厚の面内分布と膜質とはトレードオフの関係にあるため、膜厚の面内分布の均一性と所望の膜質とを両立させることは難しい。そこで、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質を制御性良く調整することが期待されている。

【0011】

［プラズマ処理装置の構成］
図１は、一実施形態に係る成膜装置１の一例を示す概略断面図である。成膜装置１は、装置本体１０と、装置本体１０を制御する制御部１００とを備える。装置本体１０は、内部に処理空間Ｓが形成された略円筒状の処理容器１１を有する。処理容器１１は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されており、処理容器１１の内壁の表面は耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜で覆われている。処理容器１１は接地されている。

【0012】

処理容器１１の天壁１１ａの略中央には、開口部１１ｂが設けられており、天壁１１ａの上面には、内部の空洞が開口部１１ｂに連通する筒状壁１１ｃが接続されている。

【0013】

処理容器１１の側壁には、複数のガス供給管３５ｗが設けられている。それぞれのガス供給管３５ｗは、開口部３６を介して、処理容器１１の内部と連通している。複数のガス供給管３５ｗには、後述するガス供給部３０が接続されている。ガス供給部３０からそれぞれのガス供給管３５ｗに供給されたガスは、それぞれのガス供給管３５ｗの開口部３６を介して処理空間Ｓ内に供給される。

【0014】

処理容器１１の側壁の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｗが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｗ内を循環することにより処理容器１１の側壁の温度を制御することができる。なお、他の形態として、処理容器１１の側壁の外側に、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路が形成された部材が巻き付けられていてもよい。この場合には、処理容器１１の側壁の内部には流路５０ｗが形成されていなくてもよい。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。

【0015】

処理容器１１の底壁１１ｄには、開口部１１ｅが形成されている。開口部１１ｅには、排気管４１を介してＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４２および排気装置４３が接続されている。排気装置４３は、真空ポンプ等を有し、処理容器１１内のガスを排気する。ＡＰＣバルブ４２は、処理容器１１内のガスの圧力を予め定められた圧力に調整する。ＡＰＣバルブ４２および排気装置４３は、制御部１００によって制御される。

【0016】

処理容器１１内における処理空間Ｓの下方には、基板Ｗが載置される載置台１２が設けられている。載置台１２の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｓが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｓ内を循環することにより載置台１２に載置された基板Ｗの温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。

【0017】

載置台１２は、底壁１１ｄの開口部１１ｆを貫通する支持部材１３によって支持されている。支持部材１３には、フランジ１５が設けられている。フランジ１５は、ベローズ１４を介して処理容器１１の底壁１１ｄに接続されている。また、支持部材１３は、駆動部１６によって上下に駆動される。支持部材１３が上下に駆動されることにより、載置台１２が昇降する。載置台１２が昇降することにより、載置台１２に載置された基板Ｗと、後述するシャワーヘッド２０との間のギャップが変更される。駆動部１６は、制御部１００によって制御される。

【0018】

処理容器１１内における処理空間Ｓの上方には、載置台１２と対向するように、例えばアルミニウム等の金属からなるシャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は、誘電体窓２１を介して処理容器１１の側壁に支持されている。シャワーヘッド２０の内部には、ガス拡散室２０ａが形成されている。ガス拡散室２０ａには、ガス供給管３５ｃが接続されている。シャワーヘッド２０の下部、即ち、シャワーヘッド２０の処理空間Ｓ側の部分には、ガス拡散室２０ａと連通する複数のガス供給口２０ｂが形成されている。

【0019】

ガス供給管３５ｃには、ガス供給部３０が接続されている。ガス供給部３０からガス供給管３５ｃに供給されたガスは、ガス拡散室２０ａ内を拡散し、複数のガス供給口２０ｂを介して処理空間Ｓ内にシャワー状に供給される。

【0020】

ガス供給部３０は、複数のガスソース３１ａ～３１ｃ、複数の流量制御器３２ａ～３２ｃ、および複数のバルブ３３ａ～３３ｃを有する。ガスソース３１ａは、例えばシラン系ガス等のシリコン含有ガスの供給源である。ガスソース３１ｂは、例えば窒素含有ガスの供給源である。ガスソース３１ｃは、例えば希ガスの供給源である。本実施形態において、ガスソース３１ａは、例えばモノシランガスを供給し、ガスソース３１ｂは、例えばアンモニアガスを供給し、ガスソース３１ｃは、例えばヘリウムガスを供給する。

【0021】

流量制御器３２ａは、ガスソース３１ａから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ａを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。流量制御器３２ｂは、ガスソース３１ｂから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ｂを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。流量制御器３２ｃは、ガスソース３１ｃから供給されたガスの流量を制御し、流量が制御されたガスを、バルブ３３ｃを介してガス供給管３５ｃおよびそれぞれのガス供給管３５ｗに供給する。

【0022】

シャワーヘッド２０の上面の略中央には、アンテナ導体２２が接続されている。アンテナ導体２２は、天壁１１ａの開口部１１ｂおよび筒状壁１１ｃの中心軸を通るように配置されている。アンテナ導体２２には、整合器２３を介してＲＦ（Radio Frequency）電源２４が電気的に接続されている。ＲＦ電源２４は、ＶＨＦ（Very High Frequency）帯の複数の周波数の電磁波（電力）を位相制御して重畳したＴＶＷ（Tailored voltage waveform）のＲＦ電力をアンテナ導体２２に供給する。本実施形態において、ＲＦ電源２４は、ＶＨＦ帯の「第１の周波数」のＲＦ電力と第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の「第２の周波数」のＲＦ電力とを位相制御して重畳したＴＶＷのＲＦ電力をアンテナ導体２２に供給する。ＲＦ電源２４は、電力供給部の一例である。

【0023】

ＲＦ電源２４からアンテナ導体２２に供給された電力は、アンテナ導体２２の外周面と筒状壁１１ｃの内周面との間、アンテナ導体２２の外周面と開口部１１ｂとの間、および天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間を順に伝播する。そして、天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間を順に伝播した電力は、誘電体窓２１に伝搬される。言い換えると、アンテナ導体２２の外周面と筒状壁１１ｃの内周面との間、アンテナ導体２２の外周面と開口部１１ｂとの間、および天壁１１ａの下面とシャワーヘッド２０の上面との間は、装置本体１０内にＴＶＷの電磁波（電力）を導入する導波部を構成する。この導波部は、電磁波が伝播し易いように石英等の誘電体が充填されていてもよい。

【0024】

誘電体窓２１は、処理空間Ｓを介して載置台１２と対向し、かつ、シャワーヘッド２０の外周面を覆うように設けられている。誘電体窓２１に伝搬した電力は、誘電体窓２１の下面から処理空間Ｓ内に放射される。本実施形態において、誘電体窓２１の下面には、載置台１２の方向、即ち、下方に突出する複数の凸部が設けられている。

【0025】

シャワーヘッド２０の上面には、絶縁部材２５を介して冷却ジャケット５１が設けられている。冷却ジャケット５１の内部には、図示しない温度調整機構によって温度が調整された熱媒体が循環供給される流路５０ｃが形成されている。温度が調整された熱媒体が流路５０ｃ内を循環することによりシャワーヘッド２０の温度を制御することができる。熱媒体の温度は、制御部１００によって制御される。

【0026】

本実施形態において、処理容器１１の側壁の内部に形成された流路５０ｗ、載置台１２の内部に形成された流路５０ｓ、および冷却ジャケット５１の内部に形成された流路５０ｃには、それぞれ別々に温度制御された熱媒体が供給される。これにより、処理容器１１の側壁、シャワーヘッド２０、および基板Ｗを、それぞれ別々の温度に制御することができる。

【0027】

制御部１００は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリ内には、レシピ等のデータやプログラム等が格納される。メモリは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、またはＳＳＤ（Solid State Drive）等である。プロセッサは、メモリから読み出されたプログラムを実行することにより、メモリ内に格納されたレシピ等のデータに基づいて、入出力インターフェイスを介して装置本体１０の各部を制御する。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。

【0028】

［成膜方法］
次に、上記のように構成された成膜装置１を用いた成膜方法の流れについて説明する。図２は、一実施形態に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【0029】

まず、図示しない搬送装置によって、基板Ｗが処理容器１１内に搬入され、載置台１２上に載置される（ステップＳ１０１）。

【0030】

次に、制御部１００は、ガス供給部３０からシャワーヘッド２０を介して処理ガスを処理容器１１内に供給する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２は、供給工程の一例である。ステップＳ１０２では、例えばモノシランガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含む処理ガスが処理容器１１内に供給される。ヘリウムガスは、希釈ガスとして用いられる。ヘリウムガスの代わりにアルゴンガス、又はヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを希釈ガスとして使用してもよい。

【0031】

次に、制御部１００は、ＲＦ電源２４からシャワーヘッド２０を介して処理容器１１内にＴＶＷのＲＦ電力を供給することにより、処理容器１１内の処理ガスをプラズマ化する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３は、成膜工程の一例である。ＴＶＷのＲＦ電力は、ＶＨＦ帯の異なる周波数の電磁波（ＲＦ電力）を重畳し、位相を制御することにより生成される。具体的には、制御部１００は、ＲＦ電源２４を制御して、ＶＨＦ帯の「第１の周波数」のＲＦ電力に対して、ＶＨＦ帯の「第２の周波数」のＲＦ電力の位相を制御して重畳することでＴＶＷのＲＦ電力を生成する。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い周波数であることが好ましく、第１の周波数の１／２以下であることがより好ましい。例えば、第１の周波数は、１８０ＭＨｚであり、第２の周波数は、９０ＭＨｚである。また、位相は、０°～３６０°の範囲から選択される任意の位相であってよい。ステップＳ１０３では、処理容器１１内の圧力が、４００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に設定される。また、ステップＳ１０３では、第１の周波数のＲＦ電力の大きさが、１５００［Ｗ］以上５０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定される。なお、第２の周波数のＲＦ電力の大きさは、第１の周波数のＲＦ電力の大きさよりも小さいことが好ましく、例えば、５００［Ｗ］である。プラズマ化された処理ガスによって基板Ｗ上にシリコン窒化膜が成膜される。

【0032】

予め定められた膜厚のシリコン窒化膜が基板Ｗ上に成膜された後、処理容器１１内へのＲＦ電力の供給、及び処理容器１１内への処理ガスの供給が停止される。そして、処理容器１１内から基板Ｗが搬出され（ステップＳ１０４）、処理が終了する。これが一実施形態に係る成膜方法の処理の流れの一例である。

【0033】

［ＶＨＦ帯を用いる意義］
上記のように、一実施形態に係る成膜方法では、ＶＨＦ帯の第１の周波数のＲＦ電力と第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の第２の周波数のＲＦ電力とを位相制御して重畳したＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上にシリコン窒化膜を成膜する。ここで、ＶＨＦ帯以外の周波数帯が用いられる場合には、以下のデメリットが発生し得る。例えば、ＶＨＦ帯よりも低いＨＦ（High Frequency）帯の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ等）では、マイクロ波帯やＶＨＦ帯のような高い周波数に比べてシリコン窒化膜の高密度化が難しい。なお、熱エネルギーを与えるほど膜密度を高めることができることが知られている。しかし、低温（例えば４００℃以下）でのシリコン窒化膜の高密度化はＨＦ帯の周波数では達成が困難である。また、ＨＦ帯の周波数では、マイクロ波帯やＶＨＦ帯のような高い周波数に比べて膜厚の均一性の制御はしやすいが、基板のＣＵＤ（チャージアップダメージ）が起こりやすくなる。また、ＨＦ帯の周波数では、マイクロ波帯やＶＨＦ帯のような高い周波数に比べてプラズマに含まれるイオンのエネルギーが高くなり、イオンによる基板へのダメージが大きくなる。

【0034】

一方、ＶＨＦ帯よりも高いマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）帯の周波数の電力を用いて成膜が行われる場合、低温でも膜の高密度化は可能となる。しかし、マイクロ波帯の周波数の電波は、ＶＨＦ帯の周波数の電波に比べて波長が短いため、基板Ｗ付近に形成される定在波の波長も短くなる。そのため、定在波に沿って形成されるプラズマの濃淡により、膜の均一性が悪化しやすくなる。また、スロットアンテナ等のハード的な最適化により均一性を改善することも考えられるが、専用設計が必要となり装置コストが高くなる。

【0035】

そこで、一実施形態に係る成膜方法では、ＶＨＦ帯の複数の周波数のＲＦ電力を位相制御して重畳したＴＶＷのＲＦ電力を用いて成膜を行うことにより、成膜されるシリコン窒化膜の高密度化を実現し且つ基板Ｗへのダメージを低減する。

【0036】

［ＴＶＷのＲＦ電力を用いて成膜されたシリコン窒化膜の評価］
ここで、一実施形態に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の膜厚の面内分布及び膜質について評価を行った。図３は、一実施形態に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。図３には、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果も示されている。図４は、一実施形態に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率（ＲＩ）の測定結果の一例を示す図である。図４には、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果も示されている。図３及び図４の横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央（０［ｍｍ］）が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部（±１５０．０［ｍｍ］）が基板Ｗの周縁部に対応している。図３及び図４に例示された成膜レート及び屈折率のシリコン窒化膜は、主に以下の条件の下で成膜された。
（ＴＶＷのＲＦ電力を用いて成膜されたシリコン窒化膜）
処理容器１１内の圧力 ：６００［ｍＴｏｒｒ］
処理ガス ：モノシランガス、アンモニアガス及びヘリウムガス
ＴＶＷのＲＦ電力の周波数 ：第１の周波数／第２の周波数
＝１８０［ＭＨｚ］／９０［ＭＨｚ］
ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御 ：０°
ＴＶＷのＲＦ電力の大きさ ：第１の周波数のＲＦ電力／第２の周波数のＲＦ電力
＝２０００［Ｗ］／５００［Ｗ］
（単一周波数のＲＦ電力を用いて成膜されたシリコン窒化膜）
処理容器１１内の圧力 ：６００［ｍＴｏｒｒ］
処理ガス ：モノシランガス、アンモニアガス及びヘリウムガス
単一周波数のＲＦ電力の周波数：１８０［ＭＨｚ］
単一周波数のＲＦ電力の大きさ：２０００［Ｗ］

【0037】

図３から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力を用いる場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と同等の成膜レートの面内分布が得られた。一方で、図４から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力を用いる場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合の屈折率よりも大きい屈折率が得られた。図３及び図４に示す測定結果から、ＶＨＦ帯の複数の周波数のＲＦ電力を重畳したＴＶＷのＲＦ電力を用いることにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質の一例である屈折率を調整できることが分かる。

【0038】

［ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御による膜質の調整］
続いて、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相を変更することで、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布及び膜質がどのように変化するかの評価を行った。図５は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差と成膜レートとの関係の一例を示す図である。図６は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差と屈折率との関係の一例を示す図である。図５及び図６の横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央（０［ｍｍ］）が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部（±１５０．０［ｍｍ］）が基板Ｗの周縁部に対応している。図５及び図６は、それぞれ、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を変えて成膜されるシリコン窒化膜の成膜レート及び屈折率を測定した測定結果を示している。図５及び図６の測定では、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を０°、３０°、６０°、９０°、１２０°及び１５０°の６種類に設定した。また、図５及び図６には、それぞれ、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果及び屈折率の測定結果も示されている。なお、図５及び図６の評価に用いた位相差以外の条件は、図３及び図４の評価に用いた条件と同様である。

【0039】

図５から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を変化させた場合に成膜されるシリコン窒化膜の成膜レートの面内分布は、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と同等であった。一方、図６から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を変化させることにより、屈折率を複数のパターンで変化させることができた。図５及ぶ図６に示す測定結果から、ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御により位相差を変化させることにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質の一例である屈折率を制御性良く調整できることが分かる。

【0040】

［ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御によるストレスの調整］
続いて、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相を変更することで、成膜されるシリコン窒化膜のストレスがどのように変化するかの評価を行った。図７は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差とストレスとの関係の一例を示す図である。図７には、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を変えて成膜されるシリコン窒化膜のストレスを測定した測定結果を示している。図７の測定では、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を０°、３０°、６０°、９０°、１２０°及び１５０°の６種類に設定した。また、図７には、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜のストレスの測定結果も示されている。図７の縦軸において、正の方向は膜のストレスが伸張性（Ｔｅｎｓｉｌｅ）であることを示し、負の方向は膜のストレスが圧縮性（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）であることを示している。図７の横軸は、基板Ｗの面内の径方向についての屈折率の平均値を示している。

【0041】

図７から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差を変化させることにより、異なる複数のストレスが得られた。例えば、位相差を９０°及び１５０°以外の位相差とした場合に成膜されるシリコン窒化膜のストレスは、単一周波数を用いる場合と比べて圧縮性となった。一方で、位相差を９０°又は１５０°とした場合に成膜されるシリコン窒化膜のストレスは、単一周波数を用いる場合と比べて伸張性となった。図７の測定結果から、ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御により位相差を変化させることにより、膜質の一例であるストレスを制御性良く調整できることが分かる。

【0042】

図８は、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳される第１の周波数のＲＦ電力及び第２の周波数のＲＦ電力の位相差とＳｉ－Ｈ結合密度との関係の一例を示す図である。

【0043】

図８から分かるように、位相差を９０°とした場合に成膜されるシリコン窒化膜中のＳｉ－Ｈ結合密度は、９０°以外の他の位相差を用いる場合と比べて減少した。図７及び図８の測定結果から、シリコン窒化膜中のＳｉ－Ｈ結合密度の減少が、位相差を９０°とした場合に成膜されるシリコン窒化膜のストレスの伸張性を高める要因となったことが確認された。

【0044】

［第１の周波数のＲＦ電力の大きさの範囲］
続いて、第１の周波数のＲＦ電力の大きさの範囲の有効性の評価を行った。図９は、比較例１に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。図１０は、比較例１に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。図９及び図１０には、図３及び図４の成膜条件からＴＶＷのＲＦ電力の大きさ及び単一周波数のＲＦ電力の大きさを１０００［Ｗ］／５００［Ｗ］及び１０００［Ｗ］に変更した条件の下で成膜されたシリコン窒化膜の成膜レート及び膜密度が示されている。

【0045】

図１１は、実施例１に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。図１２は、実施例１に係る成膜方法によりＴＶＷのＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。図１１及び図１２には、図３及び図４の成膜条件からＴＶＷのＲＦ電力の大きさ及び単一周波数のＲＦ電力の大きさを２５００［Ｗ］／５００［Ｗ］及び２５００［Ｗ］に変更した条件の下で成膜されたシリコン窒化膜の成膜レート及び屈折率が示されている。

【0046】

図９～図１２の横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央（０［ｍｍ］）が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部（±１５０．０［ｍｍ］）が基板Ｗの周縁部に対応している。図９及び図１１には、それぞれ、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果も示されている。また、図１０及び図１２には、それぞれ、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果も示されている。

【0047】

図９から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力の大きさを１０００［Ｗ］／５００［Ｗ］とする場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と比較して成膜レートの面内分布が変化した。一方、図１０から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力の大きさを１０００［Ｗ］／５００［Ｗ］とする場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と比較して屈折率が変化した。

【0048】

また、図１１から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力の大きさを２５００［Ｗ］／５００［Ｗ］とする場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と同等の成膜レートの面内分布が得られた。一方、図１２から分かるように、ＴＶＷのＲＦ電力の大きさを２５００［Ｗ］／５００［Ｗ］とする場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合の屈折率よりも大きい屈折率が得られた。

【0049】

このように、図３、図４及び図９～図１２の測定結果から、第１の周波数のＲＦ電力の大きさを１０００［Ｗ］よりも大きい値に設定することで、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、屈折率を制御性良く調整できることが推測される。したがって、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、屈折率を制御性良く調整するという観点では、第１の周波数のＲＦ電力の大きさは、例えば、１５００［Ｗ］以上５０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定されることが好ましい。また、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、屈折率を制御性良く調整するという観点では、第１の周波数のＲＦ電力の大きさは、例えば、２０００［Ｗ］以上３０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定されることがより好ましい。

【0050】

［圧力の範囲］
続いて、処理容器１１内の圧力の範囲の有効性の評価を行った。図１３は、比較例２に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果の一例を示す図である。図１４は、比較例２に係る成膜方法により成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果の一例を示す図である。図１３及び図１４には、図３及び図４の成膜条件から処理容器１１内の圧力を１２０［ｍＴｏｒｒ］に変更した条件の下で成膜されたシリコン窒化膜の成膜レート及び屈折率が示されている。

【0051】

図１３及び図１４の横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央（０［ｍｍ］）が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部（±１５０．０［ｍｍ］）が基板Ｗの周縁部に対応している。図１３には、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の成膜レートの測定結果も示されている。また、図１４には、単一周波数のＲＦ電力を用いて基板Ｗ上に成膜されたシリコン窒化膜の屈折率の測定結果も示されている。

【0052】

図１３から分かるように、処理容器１１内の圧力が１２０［ｍＴｏｒｒ］である場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と比較して成膜レートの面内分布が変化した。一方、図１４から分かるように、処理容器１１内の圧力が１２０［ｍＴｏｒｒ］である場合、単一周波数のＲＦ電力を用いる場合と比較して屈折率が変化した。

【0053】

このように、図３、図４、図１３及び図１４の測定結果から、処理容器１１内の圧力を１２０［ｍＴｏｒｒ］よりも大きい値に設定することで、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、屈折率を制御性良く調整できることが推測される。したがって、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、屈折率を制御性良く調整するという観点では、処理容器１１内の圧力は、例えば、４００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に設定されることが好ましい。

【0054】

［ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御により膜質のみを調整可能とするメカニズム］
ＴＶＷのＲＦ電力の位相制御を行うことより電極の自己バイアスの偏りが発生してプラズマのシース厚が変化し、その結果、電磁波の伝わり方が変化したと考えられる。また、プラズマのシース厚が変化したことでイオンエネルギーが変化し、それに伴い膜質（屈折率やストレス）が変化したと考えられる。

【0055】

［実施形態の効果］
以上のように、実施形態に係る成膜方法は、シリコン含有ガス、窒素含有ガス及び希釈ガスを含む処理ガスを、基板が収容された処理容器内に供給する供給工程と、処理容器内にＶＨＦ帯の第１の周波数の電力と第１の周波数とは異なるＶＨＦ帯の第２の周波数の電力とを位相制御して重畳した電力（ＴＶＷのＲＦ電力）を供給することにより、処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板上にシリコン窒化膜を成膜する成膜工程とを含む。これにより、成膜されるシリコン窒化膜の膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質（屈折率及びストレス）を制御性良く調整することができる。

【0056】

また、第２の周波数は、第１の周波数よりも低い周波数であってもよい。第２の周波数は、第１の周波数の１／２以下であってもよい。例えば、第１の周波数は、１８０［ＭＨｚ］であり、第２の周波数は、９０［ＭＨｚ］であってもよい。これにより、ＴＶＷのＲＦ電力として重畳する周波数の組み合わせを調整して膜質を制御性良く調整することができる。

【0057】

また、成膜工程において、処理容器内の圧力が、４００［ｍＴｏｒｒ］以上１０００［ｍＴｏｒｒ］以下の範囲内の圧力に設定されてもよい。これにより、ＴＶＷのＲＦ電力を用いてシリコン窒化膜を成膜する際に、処理容器内の圧力を調整して、膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質を制御性良く調整することができる。

【0058】

また、成膜工程において、第１の周波数の電力（ＲＦ電力）の大きさが、１５００［Ｗ］以上５０００［Ｗ］以下の範囲内の大きさに設定されてもよい。これにより、ＴＶＷのＲＦ電力を用いてシリコン窒化膜を成膜する際に、第１の周波数の電力（ＲＦ電力）の大きさを調整して、膜厚の面内分布を維持しつつ、膜質を制御性良く調整することができる。

【0059】

今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

【0060】

例えば、上記した実施形態では、ＶＨＦ帯の異なる２つの周波数のＲＦ電力を位相制御して重畳したＴＶＷのＲＦ電力を用いて成膜を行う場合を例に説明したが、開示技術はこれに限定されるものではない。ＶＨＦ帯の異なる３つ以上の周波数のＲＦ電力を位相制御して重畳したＴＶＷのＲＦ電力を用いて成膜を行ってもよい。

【符号の説明】

【0061】

Ｓ 処理空間
Ｗ 基板
１ 成膜装置
１０ 装置本体
１１ 処理容器
１１ａ 天壁
１１ｂ 開口部
１１ｃ 筒状壁
１１ｄ 底壁
１１ｅ 開口部
１１ｆ 開口部
１２ 載置台
１３ 支持部材
１４ ベローズ
１５ フランジ
１６ 駆動部
２０ シャワーヘッド
２０ａ ガス拡散室
２０ｂ ガス供給口
２１ 誘電体窓
２２ アンテナ導体
２３ 整合器
２４ ＲＦ電源
２５ 絶縁部材
３０ ガス供給部
３１ａ～３１ｃ ガスソース
３２ａ～３２ｃ 流量制御器
３３ａ～３３ｃ バルブ
３５ｃ ガス供給管
３５ｗ ガス供給管
３６ 開口部
４１ 排気管
４２ ＡＰＣバルブ
４３ 排気装置
５０ｃ 流路
５０ｓ 流路
５０ｗ 流路
５１ 冷却ジャケット
１００ 制御部

【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】