プラズマ処理装置および基板載置台
【課題】 プロセス条件で与えられるストレス以上に大きなストレスを薄膜に与えることが可能なプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】 処理容器１と、処理容器１内に設けられた、被処理基板Ｗが載置される基板載置台３と、処理容器１内に、ガスを供給するガス導入部２７と、を具備し、基板載置台３の、被処理基板Ｗが載置される基板載置面３ａが窪み３ｂを有し、窪み３ｂの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さを１ｍｍ以下とする。
【解決手段】 処理容器１と、処理容器１内に設けられた、被処理基板Ｗが載置される基板載置台３と、処理容器１内に、ガスを供給するガス導入部２７と、を具備し、基板載置台３の、被処理基板Ｗが載置される基板載置面３ａが窪み３ｂを有し、窪み３ｂの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さを１ｍｍ以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置および基板載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素膜は、各種半導体装置における絶縁膜や保護膜等として使用されている。このような窒化珪素膜は、例えば、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）などのシリコン含有化合物のガスと、窒素やアンモニアのような窒素含有化合物のガスを使用するプラズマＣＶＤ法により形成できることが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法により形成される窒化珪素膜においては、デバイス特性に悪影響を及ぼす膜の応力、すなわち引張り（Ｔｅｎｓｉｌｅ）ストレスおよび圧縮（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）ストレスを抑制することが重要な課題であった。例えば窒化珪素膜の圧縮ストレスが大きい場合には、膜直下の金属配線がストレスにより断線を引き起こすストレスマイグレーションが発生することが知られており、これを防止するためには圧縮ストレスを小さく抑える必要がある。窒化珪素膜のストレスの方向（引張りストレスであるか圧縮ストレスであるか）や大きさは、プラズマＣＶＤ法の場合、圧力、温度、成膜ガス種などの成膜条件に左右される。このため、窒化珪素膜に強いストレスが生じない条件を選定し、プラズマＣＶＤ法によりストレスを有さない窒化珪素膜の成膜が行なわれてきた（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
しかし、近年ある種のデバイスにおいて、窒化珪素膜のストレスを積極的に利用してデバイス特性を改善しようする試みがなされている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
しかしながら、窒化珪素膜等の薄膜に与えられるストレスは、非特許文献１にも記載されているように、プロセス条件によるため、ストレス値に限度がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６０７６７号公報
【特許文献２】特開２００７−４９１６６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】前田和夫「ＶＬＳＩとＣＶＤ」槇書店，１９９７年７月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、プロセス条件で与えられるストレス以上に大きなストレスを薄膜に与えることが可能なプラズマ処理装置および基板載置台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ために、この発明の第１の態様に係るプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器内に設けられた、被処理基板が載置される基板載置台と、前記処理容器内に、ガスを供給するガス導入部と、を具備し、前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下である。
【００１０】
この発明の第２の態様に係る基板載置台は、プラズマ処理装置に使用され、プラズマ処理される被処理基板が載置される基板載置台であって、前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、プロセス条件で与えられるストレス以上に大きなストレスを薄膜に与えることが可能なプラズマ処理装置および基板載置台を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プラズマ成膜装置の一例を模式的に示す断面図
【図２】平面アンテナの一例を示す平面図
【図３】載置台の一例を示す図
【図４】成膜の様子を示す断面図
【図５】載置台の他例を示す図
【図６】プラズマＣＶＤにおける処理圧力と窒化珪素膜のストレスの大きさの関係を示す図
【図７】この発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法に使用されるプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図
【図８】シャワーヘッドの一例を示す平面図
【図９】水素量の処理温度依存性を示す図
【図１０】水素量の珪素含有ガス流量依存性を示す図
【図１１】水素量のマイクロ波パワー依存性を示す図
【図１２】水素量の処理圧力依存性を示す図
【図１３】薄膜のエッチングレートを示す図
【図１４】適用例１に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【図１５】適用例２に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【図１６】プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとＮ−Ｈ結合の量との関係を示す図
【図１７】アンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図
【図１８】窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図
【図１９】適用例３に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、薄膜の形成に利用可能なプラズマ成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ成膜装置１００ａは、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にてチャンバー１内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ成膜装置として構成されており、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度のプラズマによる処理が可能である。従って、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによる薄膜の成膜処理、例えば、窒化珪素膜の成膜処理などの目的で好適に利用可能なものである。
【００１５】
上記プラズマ成膜装置１００ａは、気密に構成され、接地された略円筒状の処理チャンバー（処理容器）１を有している。なお、チャンバー１は角筒形状でもよい。処理チャンバー１の中で、被処理基板である半導体ウエハＷ上に、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜等の薄膜が成膜される。処理チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１ｂが形成されており、底壁１ａにはこの開口部１ｂと連通し、下方に向けて突出する排気室２が設けられている。
【００１６】
処理チャンバー１の内部には、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（基板載置台）３が設けられている。サセプタ３は、排気室２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４により支持されている。サセプタ３の外縁部には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング５が設けられている。カバーリング５は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された部材である。サセプタ３には、例えば、抵抗加熱型のヒーター６が埋め込まれており、このヒーター６はヒーター電源６ａから給電されることによりサセプタ３を加熱し、サセプタ３の熱でウエハＷを加熱する。サセプタ３には熱電対６ｂが埋設されている。サセプタ３は、熱電対６ｂが検出した温度信号に基づいて、温度コントローラ（ＴＣ）６ｃにより、例えば、室温から１０００℃までの範囲で温度制御される。サセプタ３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３の表面に対して突没可能に設けられている。
【００１７】
排気室２は排気管２ａに接続され、排気管２ａには真空ポンプを含む排気装置２ｂが接続されている。排気装置２ｂは、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプおよび圧力制御バルブ等を備えており、処理チャンバー１の内部を所定の減圧雰囲気に設定する。
【００１８】
処理チャンバー１の側壁部分には、ゲートバルブ９が設けられている。ゲートバルブ９を開閉することにより、処理チャンバー１は外界と連通されたり、外界から気密に遮断されたりする。ウエハＷは、ゲートバルブ９を介して処理チャンバー１の内部に搬入出される。
【００１９】
処理チャンバー１の上部は開口部となっており、開口部を塞ぐようにマイクロ波導入部１０が気密に配置される。マイクロ波導入部１０は、サセプタ３の側から順に、マイクロ波透過板１１、平面アンテナ部材１２、遅波材１３を備えている。
【００２０】
マイクロ波透過板１１は、処理チャンバー１上部の開口部に設けられた環状の支持部１４上に、シール部材１５を介して気密に配置される。マイクロ波透過板１１は、マイクロ波を透過する誘電体、例えば、石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成される。
【００２１】
平面アンテナ部材１２は、マイクロ波透過板１１の上方に設けられ、処理チャンバー１の開口部の上端に係止されている。平面アンテナ部材１２は、例えば、表面が金または銀メッキされた銅板、又はアルミニウム板から構成され、マイクロ波を放射するための多数のスロット孔１６が所定のパターンで貫通して形成されている。スロット孔１６は、例えば、図２に示すように一対の長溝状をなす。典型的には隣接するスロット孔１６どうしが、Ｔ字状に配置され、Ｔ字状に配置されたスロット孔１６が複数個、同心円状に配置される。スロット孔１６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、スロット孔１６の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット孔１６どうしの間隔を、“Δｒ”で示している。スロット孔１６の形状は、例えば、円形状、円弧状等の形状であってもよい。スロット孔１６の配置についても、特に同心円状に限定されるものではなく、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
【００２２】
遅波材１３は、平面アンテナ部材１２の上に設けられる。遅波材１３は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば、石英、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂から構成され、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材１２とマイクロ波透過板１１との間、及び平面アンテナ部材１２と遅波材１３との間は、それぞれ密着させてもよいし、離間させてもよい。
【００２３】
処理チャンバー１の上方には、平面アンテナ部材１２、及び遅波材１３を覆うように、カバー１７が設けられている。カバー１７は平面アンテナと扁平導波管とを形成し、マイクロ波が外に漏れないように、処理チャンバー１の上面上に、シール部材１８を介して配置される。カバー１７は、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属材から構成され、内部には冷却水流路１７ａが形成される。冷却水を冷却水流路１７ａに流すことでカバー１７、遅波材１３、平面アンテナ１２、及びマイクロ波透過板１１がそれぞれ冷却され、カバー１７、遅波材１３、平面アンテナ１２、及びマイクロ波透過板１１の変形及び破損が防止される。なお、カバー１７は、アンテナ、処理チャンバーを介して接地されている。
【００２４】
カバー１７の上壁の中央には開口部１７ｂが形成されている。開口部１７ｂには導波管１８が接続されている。導波管１８の端部には、モード変換器２１、矩形導波管が接続され、マッチング回路１９を介してマイクロ波発生装置２０が接続される。マイクロ波発生装置２０は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。発生されたマイクロ波は、導波管１８を介して平面アンテナ部材１２へ伝搬される。マイクロ波の周波数としては、２．４５ＧＨｚ、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等も用いることができる。
【００２５】
導波管１８は、カバー１７の開口部１７ｂから上方へ延出する断面円形状の同軸導波管１８ａと、同軸導波管１８ａの中心に延在し、平面アンテナ部材１２の中心に接続固定される内導体１８ｃと、同軸導波管１８ａの上端部にモード変換器２１を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管１８ｂとを有している。モード変換器２１は、矩形導波管１８ｂ内をＴＥモードで伝搬するマイクロ波を、ＴＥＭモードに変換して、内導体１８ｃを介して平面アンテナ部材１２へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００２６】
アンテナの下方には、ガス導入部２２ａおよび２２ｂが上下に環状に配設されて設けられており、各ガス導入部２２ａおよび２２ｂには、複数のガス吐出孔がガス導入部２２ａ、２２ｂの側壁の内周に沿って均等に形成されている。ガス導入部２２ａおよび２２ｂには、成膜原料ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給部２７が接続されている。なお、ガス導入部２２ａおよび２２ｂはノズル状またはシャワー状に配置してもよい。
【００２７】
ガス供給部２７は、本例では、珪素含有ガス供給源２７ａ、窒素含有ガス供給源２７ｂ、不活性ガス供給源２７ｃ、及び洗浄用ガス供給源２７ｄを備えている。窒素含有ガス供給源２７ｂは、上部のガス導入部２２ａに接続され、珪素含有ガス供給源２７ａ、不活性ガス供給源２７ｃ、及び洗浄用ガス供給源２７ｄは、下部のガス導入部２２ｂに接続されている。
【００２８】
成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）のようなヒドラジン誘導体などを用いることができる。
【００２９】
また、他の成膜原料ガスである珪素含有ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用いることができるが、特にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が好ましい。
【００３０】
不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２ガスや希ガスなどを用いることができる。プラズマ励起用ガスである希ガスとしては、例えば、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。コスト的には、Ａｒガスが好ましい。
【００３１】
洗浄用ガスとしては、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３などを用いることができる。
【００３２】
窒素含有ガスは、ガスライン２１ａを介してガス導入部２２ａに至り、ガス導入部２２ａからチャンバー１内に導入される。
【００３３】
珪素含有ガス、及び不活性ガスは、それぞれガスライン２１ａを介してガス導入部２２ｂに至り、ガス導入部２２ｂからチャンバー１内に導入される。
【００３４】
各ガス供給源に接続する各々のガスライン２１ａには、マスフローコントローラ２１ｂ、及びその前後に開閉バルブ２１ｃが設けられており、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るように構成されている。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の希ガスは任意のガスであり、必ずしも成膜原料ガスと同時に供給しなくてもよい。
【００３５】
プラズマ成膜装置１００ａの各構成部は、制御部５０によって制御される。制御部５０は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、プロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２及び記憶部５３とを備えている。ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマＣＶＤ装置１００ｂを管理するためにコマンドの入力操作等を行なうキーボードや、プラズマＣＶＤ装置１００ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を備えている。記憶部５３は、プラズマＣＶＤ装置１００ａで実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピを格納する。任意のレシピは、必要に応じ、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて記憶部５３から呼び出され、プロセスコントローラ５１において実行される。プロセスコントローラ５１がレシピを実行することで、プラズマ成膜装置１００ａは、プロセスコントローラ５１の制御のもと、所望の処理を行う。レシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば、専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３６】
このように構成されたプラズマ成膜装置１００ａは、８００℃以下、好ましくは６００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を進めることができるとともに、プラズマ均一性に優れており、プロセスの均一性を実現できる。
【００３７】
さらに、本実施形態に係るプラズマ成膜装置１００ａのサセプタ（基板載置台）３は、以下のような構成となっている。
【００３８】
図３Ａは載置台２の一例を示す斜視図、図３Ｂ、図３Ｃはそれぞれ図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線及び３Ｃ−３Ｃ線に沿う断面図である。
【００３９】
図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、サセプタ３のウエハＷが載置されるウエハ載置面３ａは、球面状の窪み３ｂを有している。窪み３ｂの曲面の一例は、載置面３ａ上に半径ｒの仮想真球を仮想した場合、どの位置においても曲率半径Ｒ（Ｒ＝ｒ）が一定となるように形成されることである。
【００４０】
ウエハＷは、その中心Ｃ０を、窪み３ｂの最深部、本例では窪み３ｂの中央部Ｃ１に対応するように配置し、かつ、そのエッジＥ０を窪み３ｂ内に配置した状態でサセプタ３にチャックされる。これにより、ウエハＷは、どの位置においても曲率半径が一定のままに窪み３ｂの曲面に沿って凹んだ状態、例えば、ウエハＷの最上面（薄膜が成膜される成膜面）ＴＳ０が縮むように撓んだ状態で載置される（図４Ａ参照）。
【００４１】
ウエハＷの最上面ＴＳ０が縮むように撓んだ状態で、ウエハＷ上に薄膜、本例では窒化珪素膜６０を成膜する（図４Ｂ参照）。
【００４２】
窒化珪素膜６０が成膜されたウエハＷをサセプタ３から取り外すと、ウエハＷは水平に戻る。窒化珪素膜６０はウエハＷの撓み具合にならって撓んだ状態で成膜されるから、窒化珪素膜６０の最上面ＴＳ２の面積は最下面ＢＳ２の面積よりも小さくなる（図４Ｃ参照）。このような窒化珪素膜６０を水平に戻すと（図４Ｄ参照）、窒化珪素膜６０の最上面ＴＳ２及びその近傍に、ウエハＷの中心Ｃ０から縁Ｅ０に向かって拡がろうとする力Ｆが働く（図４Ｅ参照）。力Ｆが働くことによって、窒化珪素膜６０には高い引張りストレスが生ずる。本例では、ウエハＷが、どの位置でも曲率半径が一定になるように凹ませていたから、力Ｆは窒化珪素膜６０に均一に働く。よって、高い引張りストレスを、窒化珪素膜６０に均一に生じさせることができる。
【００４３】
図５Ａはサセプタ３の他例を示す斜視図、図５Ｂ、図５Ｃはそれぞれ図５Ａ中の５Ｂ−５Ｂ線及び５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。
【００４４】
図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、サセプタ３のウエハＷが載置されるウエハ載置面３ａは、球面状の膨らみ３ｃを設けるようにしても良い。この場合には形成される薄膜に圧縮ストレスを生じさせることができる。膨らみ３ｃの曲面の一例は、載置面３ａ下に半径ｒの仮想真球を仮想した場合、どの位置においても曲率半径Ｒ（Ｒ＝ｒ）となるように形成されることである。この場合もまた、ウエハＷは、その中心Ｃ０を、膨らみ３ｃの最頂部、本例では膨らみ３ｃの中央部に対応するように配置し、かつ、そのウエハＷのエッジを膨らみ３ｃ内に配置した状態で載置台２にチャックされれば良い。
【００４５】
窒化珪素膜６０に働くストレスσは、次の式により表すことができる。
【００４６】
σ＝Ｅｈ２／｛（１−ν）６Ｒｔ｝
ここで、Ｅ／（１−ν）はウエハＷの二軸弾性係数（Ｐａ）、ｈはウエハＷの厚み（ｍ）、ｔは窒化珪素膜６０の厚み（ｍ）、ＲはウエハＷの曲率半径（ｍ）、σは薄膜の平均ストレス（Ｐａ）である。二軸弾性係数Ｅ／（１−ν）の値の例は、ウエハＷの面方位が（１００）のときには１．８０５×１０１１Ｐａである。なお、平均ストレスσがプラスのときは引張りストレスであり、マイナスのときは圧縮ストレスである。
【００４７】
曲率半径Ｒが無限大、即ち、曲率がゼロは、ウエハ載置面３ａが平坦のときである。平坦なウエハ載置面３ａ上に載置されたウエハＷ上に薄膜を引張りストレスも圧縮ストレスも生じない条件で成膜すればストレスは発生しない。ストレスはゼロである。ウエハ載置面３ａが平坦でなければ曲率半径Ｒに有限の値が生じ、ウエハ載置面３ａに窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃが生じ、載置されたウエハＷは撓む。撓んだウエハＷを水平に戻せば、ウエハＷ上に形成された薄膜には引張りストレス、又は圧縮ストレスが生じる。
【００４８】
ウエハＷは大きく撓ませすぎると割れてしまったりする。また、ウエハＷの撓みが小さいと、ウエハＷを水平に戻しても薄膜にはストレスがあまり生じない。このため、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃには上限と下限とがある。
【００４９】
例えば、窪み３ｂの直径が２００ｍｍとしたときには、下限としては窪み３ｂの最深部の深さが約０．５ｍｍとなるような球面状、上限としては窪み３ｂの最深部の深さが約１ｍｍとなるような球面状とするのが良い。
【００５０】
また、膨らみ３ｃの直径が２４０ｍｍとしたときには、下限としては膨らみ３ｃの最頂部の高さが約０．５ｍｍとなるような球面状、上限としては膨らみ３ｃの最頂部の高さが約１ｍｍとなるような球面状とするのが良い。
【００５１】
薄膜のストレスは成膜原料ガスと処理圧力、即ちプロセス条件で変わる。
【００５２】
図６は、プラズマＣＶＤにおける処理圧力と窒化珪素膜のストレスの大きさの関係を示す図である。図６の縦軸は窒化珪素膜のストレスの大きさを示しており、正（プラス）側は引張りストレス、負（マイナス）側は圧縮ストレスである。また、図６において横軸の処理圧力はｍＴｏｒｒを対数目盛で示したものであり、上段にｍＴｏｒｒの値を示し、下段に換算したＰａの値を示す。
【００５３】
本試験において窒化珪素膜は、成膜ガスを変えて、以下のプラズマＣＶＤ条件で成膜した。
＜プラズマＣＶＤ成膜条件（ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系）＞
ＮＨ３ガス流量；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、４０．０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）および１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
サセプタ３の温度；４００℃
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
＜プラズマＣＶＤ成膜条件（Ｎ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系）＞
Ｎ２ガス流量（ガス導入部１５ａ）；１１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量（ガス導入部１５ｂ）；１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）および６６．６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）
サセプタ３の温度；５００℃
マイクロ波パワー；３０００Ｗ
図６より、成膜ガスをＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系とした場合に、窒化珪素膜に引張りストレスが生じ、その引張りストレスは、処理圧力が高くなるほど大きくなる傾向があり、約６．７Ｐａの処理圧力で約４００ＭＰａの引張りストレスが得られている。
【００５４】
従って、窒化珪素膜に引張りストレスを与える場合には、処理圧力は６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上とすることが好ましい。また、８００ＭＰａ以上例えば８００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを有する窒化珪素膜を成膜するためには、処理圧力を４０Ｐａ以上例えば４０〜２６６．６Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。
【００５５】
さらにまた、１０００ＭＰａ以上例えば１０００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを与えるためには、処理圧力を５３．３Ｐａ以上例えば５３．３〜２６６．６Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。さらに、１５００ＭＰａ以上例えば１５００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを与えるためには、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上例えば１３３．３〜２６６．６Ｐａ（１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。これは、Ｓｉ−Ｈ量を低く、結合力の大きいＮ−Ｈ量を多くすることで、引っ張りストレスが大きくなった、と考えられる。
【００５６】
また、成膜ガスをＮ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系とした場合に、窒化珪素膜に圧縮ストレスが生じ、その圧縮ストレスは、処理圧力が小さくなるほど大きくなる傾向があり、約５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）未満の処理圧力で約−８００ＭＰａを超える圧縮ストレスが得られている。従って、窒化珪素膜に圧縮ストレスを与える場合には、処理圧力は、５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）未満とすることが好ましい。さらに１０００ＭＰａ以上例えば１０００〜１５００ＭＰａの高い圧縮ストレスを有する窒化珪素膜を得るためには、処理圧力を４Ｐａ以下例えば１．３〜４Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ）に設定することが好ましい。これは、ガス種にＮ−Ｈを含まないＮ２ガスを用いたので、膜中にＮ−Ｈが取り込まれることがなく、Ｎ−Ｈが含まれないため、と考えられる。
【００５７】
図６に示すように、ウエハＷを撓ませないで窒化珪素膜を成膜した場合には、引張ストレスは曲線Ｉに示すような値をとり、圧縮ストレスは曲線IIに示すような値をとる。
【００５８】
さらに、本実施形態のように、ウエハＷを撓ませた状態で窒化珪素膜を成膜し、成膜後、ウエハＷを水平に戻した場合には、引張ストレスの値は曲線IIIに示すように向上し、圧縮ストレスの値は曲線IVに示すように向上する。
【００５９】
このように、第１の実施形態に係るプラズマ成膜装置１００ａによれば、サセプタ３のウエハ載置面３ａに球面状の窪み３ｂ、又は球面状の膨らみ３ｃを設け、ウエハＷを撓ませた状態でウエハＷ上に薄膜を形成するようにしたので、ウエハＷ上に形成される薄膜に、プロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図７は、この発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法に利用することが可能なプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。
【００６１】
図７に示すように、プラズマ成膜装置１００ｂが、図１に示した装置１００ａとことなるところは、ガス導入部がシャワーヘッド２２ｃとなっていること、及びサセプタ３には下部電極６ｄが埋め込まれており、マッチャー６ｅを介してＲＦ電源６ｆに接続されていることである。
【００６２】
本例においても、図７には図示しないが、第１の実施形態と同様に、サセプタ３のウエハ載置面３ａには、図３Ａ乃至図３Ｃに示したような球面状の窪み３ｂ、又は、図５Ａ乃至図５Ｃに示したような球面状の膨らみ３ｃが設けられている。
【００６３】
処理チャンバー１内の、サセプタ３とマイクロ波導入部１０との間には、処理ガスを導入するためのシャワーヘッド２２ｃが水平に設けられている。シャワーヘッド２２ｃは、図８に示すように、格子状のガス流路２３と、格子状のガス流路２３に形成された多数のガス吐出孔２４とを有している。格子状のガス流路２３の間は空間部２５となっており、ガス吐出孔２４はガス流路２３のサセプタ３側に形成されている。ガス流路２３には処理チャンバー１の外側に延びるガス供給管２６が接続される。ガス供給管２６は、プラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給部２７に接続される。
【００６４】
ガス供給部２７は、本例では珪素含有ガス供給源２７ａ、窒素及び水素含有ガス供給源２７ｂ、及びプラズマ生成用ガス供給源２７ｃを備えている。本例では、珪素含有ガス、窒素及び水素含有ガスを、ガスライン２１ａを介してシャワーヘッド２２ｃに供給する。なお、図７においては、マスフローコントローラ、及びバルブ等の図示は省略している。シャワーヘッド２２ｃは、上記ガスを、格子状のガス流路２３、及格子状のガス流路２３のサセプタ３側に形成されたガス吐出孔２４を介して所定の流量で処理チャンバー１の内部のうち、シャワーヘッド２２ｃとサセプタ３との間の空間１ｃへ供給する。珪素含有ガスの一例はジシランであり、窒素及び水素含有ガスの一例はアンモニアである。
【００６５】
シャワーヘッド２２ｃとマイクロ波導入部１０との間の処理チャンバー１の側壁には、環状のプラズマ生成用ガス導入部２２ｄが設けられている。プラズマ生成用ガス導入部２２２ｄは、処理チャンバー１の内部に向かってプラズマ生成用ガスを吐出する吐出孔２２ｅを複数備えている。プラズマ生成用ガスは、ガス導入部２２ｄに供給される。ガス導入部２２ｄは、プラズマ生成用ガスを、吐出孔２２ｅを介して処理チャンバー１の内部のうち、シャワーヘッド２２ｃとマイクロ波導入部１０との間の空間１ｄへ供給する。プラズマ生成用ガスの一例はアルゴンである。
【００６６】
空間１ｄに供給されたプラズマ生成用ガスは、マイクロ波導入部１０を介して空間１ｄに導入されたマイクロ波によりプラズマ化される。プラズマ化されたガスは、シャワーヘッド２２ｃの空間部２５を通過して空間１ｃに供給され、空間１ｃにおいて、シャワーヘッド２２ｃのガス吐出孔２４から吐出された処理ガスをプラズマ化する。
【００６７】
このように構成されたプラズマ成膜装置１００ｂは、例えば、以下のような手順でプラズマＣＶＤ法によりウエハＷ表面上に窒化珪素膜を堆積する。
【００６８】
まず、ゲートバルブ９を開にしてウエハＷを処理チャンバー１の内部に搬入し、サセプタ３上に載置する。
【００６９】
次に、ガス供給部２７からプラズマ生成用ガスを、吐出孔２２ｅを介して処理チャンバー１のうち、空間１ｄ内に導入しつつ、マイクロ波発生装置２０からのマイクロ波を、マッチング回路１９を経て、矩形導波管１８ｂ、モード変換器２１、及び同軸導波管１８ａを順次通過させ、内導体１８ｃを介して平面アンテナ部材１２に供給する。平面アンテナ部材１２に供給されたマイクロ波は、平面アンテナ部材１２のスロット孔１６から透過板１１を介して処理チャンバー１のうち、空間１ｄ内に放射される。プラズマ生成ガスは、放射されたマイクロ波により励起されてプラズマ化される。マイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が多数のスロット孔１６から放射されることにより、例えば、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。プラズマ化されたガスは、シャワーヘッド２２ｃの空間部２５を通過して空間１ｃに供給される。
【００７０】
次に、ガス供給部２７から珪素含有ガス、窒素及び水素含有ガスを、シャワーヘッド２２ｃのガス吐出孔２４を介して処理チャンバー１のうち、空間１ｃ内に供給する。上記ガスは、格子状の空間部２５を通過してきたプラズマ化されたガスにより励起されてプラズマ化される。ウエハＷ近傍では、例えば、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このようにして形成されたプラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、例えば、ＳｉＨ、ＮＨなどの活性種の反応によって、窒化珪素ＳｉＮｘ（ここで、ｘは必ずしも化学量論的に決定されず、処理条件により異なる値をとる）の薄膜が堆積される。
【００７１】
図７に示すプラズマ成膜装置１００ｂを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜し、成膜されたプラズマＣＶＤ窒化珪素膜中の水素量（Ｓｉ−Ｈ結合、Ｎ−Ｈ結合、及びＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合との合計）の、処理温度依存性、珪素含有ガス流量依存性、マイクロ波パワー依存性、及び処理圧力依存性を、それぞれ測定した。この測定において使用した珪素含有ガスはジシラン、窒素及び水素含有ガスはアンモニアである。プラズマＣＶＤ窒化珪素膜の膜質の分析には、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用い、Ｎ−Ｈ結合に由来するスペクトルの強度、及びＳｉ−Ｈ結合に由来するスペクトルの強度から、Ｎ−Ｈ結合の量、及びＳｉ−Ｈ結合の量を求めた。また、求められたＮ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを合計することにより総膜中水素量（ｔｏｔａｌ Ｈ）を求めた。
【００７２】
図９は水素量の処理温度依存性を示す図で、図９Ａは処理条件を、図９Ｂは水素量と処理温度との関係を示している。
【００７３】
図９Ａに示すように、処理条件は、処理温度をパラメータ（図中“−”で示す）とし、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とアンモニア（ＮＨ３）との流量比を“５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ＝０．０１”、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力を９５０ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、処理温度を３００℃から６００℃まで１００℃ずつ変化させた。処理温度は、本例ではサセプタ３の加熱温度とした。
【００７４】
図９Ｂに示すように、処理温度を３００℃から４００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は緩やかな上昇傾向を示したのに対し、Ｎ−Ｈ結合の量は大きく減少した。Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合との合計値（以下総膜中水素量（Ｔｏｔａｌ Ｈ）という）は、処理温度が３００℃の場合に比較して４００℃の場合のほうが大きく減少した。これは、供給律速領域のためＮ−Ｈが取り込まれ難くなる、と考えられる。
【００７５】
さらに、処理温度を４００℃から５００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は、反対に大きな減少傾向を示し、Ｎ−Ｈ結合の量は緩やかに増加した。総膜中水素量は、Ｎ−Ｈ結合の量が緩やかに増加した反面、Ｓｉ−Ｈ結合の量がＮ−Ｈ結合の増加量を上回る量で減少したため、処理温度が４００℃の場合に比較して５００℃の場合のほうが減少した。
【００７６】
さらに、処理温度を５００℃から６００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は、引き続き減少傾向を示した。Ｎ−Ｈ結合の量は、ほぼ変化がなく、飽和する傾向を示した。総膜中水素量は、処理温度が５００℃の場合に比較して６００℃の場合のほうが減少した。これは、反応律速領域のため反応が進まず、Ｎ−Ｈが多く取り込まれない、と考えられる。このように、４００℃以下では供給律速で、４００℃を超えると反応律速と考えられる。
【００７７】
総膜中水素量は、処理温度を高くするに連れて減少する傾向を示し、ほぼ処理温度が３００℃以上６００℃以下で１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダーから、１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダーまで減らすことが可能であることが確認された。
【００７８】
図１０は水素量の珪素含有ガス流量依存性を示す図で、図１０Ａは処理条件を、図１０Ｂは水素量と珪素含有ガス流量との関係を示している。
【００７９】
図１０Ａに示すように、珪素含有ガス、本例ではジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量をパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を５００℃、アンモニア（ＮＨ３）の流量を１０００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、ジシランの流量を５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１２．５ｓｃｃｍ、及び１５ｓｃｃｍと変化させ、ジシランとアンモニアとの流量比を０．００５、０．０１、０．０１２５、０．０１５と変化させた。
【００８０】
図１０Ｂに示すように、流量比を０．００５から０．０１に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しなかったのに対し、Ｎ−Ｈ結合の量は減少傾向を示した。総膜中水素量は、流量比が０．００５の場合に比較して０．０１の場合のほうが減少した。
【００８１】
さらに、流量比が０．０１２５、０．０１５となるようにジシランの割合を高め、アンモニアの割合を低くしていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しないが、Ｎ−Ｈ結合の量は、引き続き減少傾向を示した。総膜中水素量は、流量比が０．０１の場合に比較して０．０２５の場合のほうが減少し、同じく流量比が０．１２５の場合に比較して０．０１５のほうが減少した。
【００８２】
このように、処理ガス中のジシランの割合を高め、アンモニアの割合を低くしていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量はほぼ変化しないものの、Ｎ−Ｈ結合の量を減少でき、総膜中水素量を１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダー以下に減らすことが可能であることが確認された。これは、供給律速領域にもっていけるから、と考えられる。
【００８３】
図１１は水素量のマイクロ波パワー依存性を示す図で、図１１Ａは処理条件を、図１１Ｂは水素量とマイクロ波パワーとの関係を示している。
【００８４】
図１１Ａに示すように、マイクロ波パワーをパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を５００℃、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比を５．５ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍ＝０．００５５、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）と変化させた。
【００８５】
図１１Ｂに示すように、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）と高めていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しない代わりに、Ｎ−Ｈ結合の量が減少することが判明した。総膜中水素量は、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）、…、と高めていくことで減少する。
【００８６】
このように、マイクロ波パワーを、実用的には、０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２（（４ｋｗ）以下の範囲で、マイクロ波パワーを高めていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しないものの、Ｎ−Ｈ結合の量を減少でき、総膜中水素量を、１．４×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダー以下に減らすことが可能であることが確認された。これは、パワーを上げることで、プラズマ密度が上がり、より反応が進むため、と考えられる。
【００８７】
図１２は水素量の処理圧力依存性を示す図で、図１２Ａは処理条件を、図１２Ｂは水素量と処理圧力との関係を示している。
【００８８】
図１２Ａに示すように、処理圧力をパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を６００℃、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比を５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ＝０．０１、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）とし、処理圧力を２５０ｍＴｏｒｒ、１０００ｍＴｏｒｒ、２０００ｍＴｏｒｒ、３０００ｍＴｏｒｒと変化させた。
【００８９】
図１２Ｂに示すように、通常の減圧プラズマＣＶＤ法と同じように、チャンバー１内の処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下とした場合には、Ｎ−Ｈ結合がＳｉ−Ｈ結合よりも優勢であることが判明した。これは供給律速である。具体的には、図７に示したプラズマＣＶＤ装置１００ｂを用いると、処理圧力が１０００ｍＴｏｒｒ以下の場合には、Ｎ−Ｈ結合の量が９×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以上のオーダーとなるのに対して、Ｓｉ−Ｈ結合の量は１×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のオーダーにとどまる。総膜中水素量は、９×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以上のオーダーである。
【００９０】
対して、処理圧力を、１０００ｍＴｏｒｒ以上に上げてくるとＳｉ−Ｈ結合が急激に増加するが、反対にＮ−Ｈ結合も急激に減少しだす傾向があることが判明した。これは反応律速である。しかも、Ｎ−Ｈ結合の減少分のほうが、Ｓｉ−Ｈ結合の増加分より大きい。このため、両者の量を合計した総膜中水素量が減少に転じだす傾向が見いだされた。
【００９１】
さらに、処理圧力を上げていくと、アンモニアガスを使用して成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜であっても、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを均衡させることができる。また、処理圧力が、おおよそ１８００ｍＴｏｒｒ（２３９．９Ｐａ）付近でＮ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とが均衡する。このときの総膜中水素量は、８×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダー（本例では、おおよそ８．４×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダー）まで、さらに減少している。
【００９２】
さらに、処理圧力を１８００ｍＴｏｒｒ以上に上げると、アンモニアガスを使用して成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜であっても、Ｎ−Ｈ結合の量がＳｉ−Ｈ結合の量よりも少なくなるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができた。
【００９３】
例えば、本例では、処理圧力を２０００ｍＴｏｒｒ（２６６．６Ｐａ）とすると、Ｎ−Ｈ結合の量が３×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーで、Ｓｉ−Ｈ結合の量が５×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができた。このときの総膜中水素量は、８×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで、さらに減少している。
【００９４】
処理圧力を２０００ｍＴｏｒｒ以上に上げると、Ｎ−Ｈ結合の減少傾向が続くが、Ｓｉ−Ｈ結合の増加分が鈍化することが判明した。つまり、増加していたＳｉ−Ｈ結合が飽和しだす。Ｎ−Ｈ結合の減少傾向が続きつつ、Ｓｉ−Ｈ結合が飽和する、ということは、つまり、総膜中水素量を、さらに減少させることができる、ということである。本例では、処理圧力を３０００ｍＴｏｒｒ（４００Ｐａ）とすると、Ｎ−Ｈ結合の量が１×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで減少するが、Ｓｉ−Ｈ結合の量が５×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーでほとんど変化しなかった。このときの総膜中水素量は、６×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで引き続き減少する。
【００９５】
さらに、総膜中水素量は、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比をＳｉ−Ｈ結合の量が少なくなるように変える（流量比増大）、及び／又はマイクロ波パワーを上げると、６×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下に、減少させることができる。プラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜中のＳｉ−Ｈ結合がより少ない方がなお良い。
【００９６】
このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法によれば、窒化珪素膜を成膜する処理ガスである窒素含有ガスとして、窒素と水素とを含むガス、例えば、アンモニアガスを使用した、としても、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上とすることで、窒化珪素膜の膜中Ｓｉ−Ｈ結合の量と膜中Ｎ−Ｈ結合の量とを合計した総膜中水素量が８．４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下にできる低水素量のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９７】
ちなみに、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ以上とすることで、Ｎ−Ｈ結合の減少傾向を継続させつつ、Ｓｉ−Ｈ結合については飽和させることができる傾向がある限り、処理圧力の上限は、例えば、１００Ｔｏｒｒ（１３３３３Ｐａ）以下で良い。好ましくは１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）以下である。
【００９８】
さらに、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を０．０１以上０．０１５以下とする、及び／又はマイクロ波パワーをＷ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下とすると、膜中のＳｉ−Ｈ結合がより少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９９】
しかも、本例の成膜方法に従って成膜されたプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜するので、例えば、窒素ガスのみを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜する場合に比較して反応が起りやすく、制御性も良い。そのうえ、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜されるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜でありながらも、Ｎ−Ｈ結合の量を減らすことができる。さらにはＮ−Ｈ結合の量をＳｉ−Ｈ結合の量以下とすることもできる。このことから、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜されるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜において懸念点であった、Ｎ−Ｈ結合が多量に含有されやすい、という事情も解消することもできた。このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の総膜中水素量の範囲を述べるならば、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量との合計値以下Ｓｉ−Ｈ結合の量以上の範囲である。総膜中水素量が上記範囲にあれば、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【０１００】
本発明は、さらに、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成することにより、上記の条件で総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が形成されたウエハＷを、サセプタ３から離した際に、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１０１】
このように、第２の実施形態によれば、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜の総膜中水素量を減らすことができるとともに、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に、プロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることが可能な成膜方法を提供できる。
【０１０２】
このように、本発明方法を用いて低温で形成された総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜中から水素が抜け出すことで発生する空孔が発生する確率が低い。よって、電子トラップが発生する確率が減り、膜質が劣化し難く、長い期間にわたって良い膜質を保つことができる、信頼性の高いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜となる。このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、半導体集積回路装置への適用に有利である。
【０１０３】
（第３の実施形態）
さらに、Ｎ−Ｈ結合の量とプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の膜質との関係を調べてみた。膜質を示す指標には、エッチャントとして弗酸溶液を用いたときのエッチングレートを利用した。エッチングレートの算出には、エリプソメトリ法によりエッチング前の膜厚とエッチング終了後の膜厚との差を求め、単位時間当たりのエッチング量を算出するようにした。
【０１０４】
図１３は、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（Ｓｉ３Ｎ４）、熱酸化珪素膜（ＳｉＯ２）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）、ＣＶＤ酸化珪素膜（ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２）それぞれの弗酸溶液に対するエッチングレートを示す図である。
【０１０５】
図１３に示すように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例ではマイクロ波プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（１）、（２）が本実施形態に係る成膜方法に従って成膜された膜である。この膜には、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーの膜（１）と、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーの膜（２）との２種類を用意した。また、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）、熱酸化珪素膜（４）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）は、それぞれ既存の成膜方法に従って成膜された膜である。これらの膜（３）乃至（６）は、膜（１）及び（２）に対する比較例として示されている。
【０１０６】
膜（３）乃至（６）については、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）が、純水で希釈した弗酸溶液（０．５％）に対して、エッチングレートが２．８６Ａ／ｍｉｎ（０．２８６ｎｍ／ｍｉｎ）であり、最も弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い。エッチング耐性は、以下、熱酸化珪素膜（４）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）となり、比較例の中では、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）が最も弗酸溶液に対して良くエッチングされることが理解される。
【０１０７】
膜（１）はＮ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜である。膜（１）は、弗酸溶液（０．５％）に対するエッチングレートが３７．８７Ａ／ｍｉｎ（３．７８７ｎｍ／ｍｉｎ）であり、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）のエッチングレート４０．３５Ａ／ｍｉｎ（４．０３５ｎｍ／ｍｉｎ）よりも弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い、という結果を得ることができた。しかし、膜（１）の弗酸溶液に対するエッチング耐性は、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）のそれには及ばない。
【０１０８】
また、膜（２）、即ち、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、本例では３．４３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜については、弗酸溶液（０．５％）に対するエッチングレートが０．７７Ａ／ｍｉｎ（０．０７７ｎｍ／ｍｉｎ）であり、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）のエッチングレート２．８６Ａ／ｍｉｎ（０．２８６ｎｍ／ｍｉｎ）よりも一桁、弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い、という結果を得ることができた。
【０１０９】
このように、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）よりも弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い。このような性質を持つ膜は、例えば、次に説明するような半導体集積回路装置の内部構造体への適用に有利である。
【０１１０】
（適用例１）
適用例１は、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、エッチングストッパ及びハードマスクに利用した例である。
【０１１１】
図１４Ａ乃至図１４Ｃは適用例１に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１１２】
まず、図１４Ａに示すように、半導体ウエハ（図示せず）上に、例えば、層間絶縁膜のような絶縁膜２０１を形成する。次いで、絶縁膜２０１上に、エッチングストッパ２０２を形成する。エッチングストッパ２０２にはプラズマ窒化珪素膜が利用され、このプラズマ窒化珪素膜の成膜条件は、上述したように処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたエッチングストッパ２０２を形成することができる。次いで、エッチングストッパ２０２上に、層間絶縁膜２０３を形成する。層間絶縁膜２０３には、例えば、酸化珪素膜よりも誘電率が低い周知の低誘電率絶縁膜が用いられて良い。次いで、層間絶縁膜２０３上に、ハードマスク２０４を形成する。ハードマスク２０４には、エッチングストッパ２０２と同様に、プラズマ窒化珪素膜が利用される。また、ハードマスク２０４となるプラズマ窒化珪素膜の成膜条件は、エッチングストッパ２０２と同様に、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることにより、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたハードマスク２０２を形成することができる。次いで、ハードマスク２０４上に、ホトレジストからなるマスクパターン、例えば、配線材料を埋め込むための溝や、配線どうしを接続するための孔に対応した開孔を持つマスクパターン２０５を形成する。
【０１１３】
次いで、図１４Ｂに示すように、マスクパターン２０５をマスクに用いて、ハードマスク２０４をエッチングする。
【０１１４】
次いで、図１４Ｃに示すように、マスクパターン２０５を除去した後、ハードマスク２０４をエッチングのマスクに用いて層間絶縁膜２０３をエッチングし、層間絶縁膜２０３に、配線材料を埋め込むための溝、又は配線どうしを接続するための孔２０６を形成する。層間絶縁膜２０３のエッチングは、エッチングストッパ２０２が露出するまで続けられ、エッチングストッパ２０２が露出したところでエッチング速度が低下し、事実上、エッチングは停止する。
【０１１５】
低温で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜はエッチング耐性が良いので、エッチングを停止させるためのエッチングストッパ２０２や、層間絶縁膜２０３等の半導体集積回路の内部構造体を加工する際にエッチングのマスクとして用いられるハードマスク２０４等に好適である。
【０１１６】
また、上記プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のエッチング耐性は、図１３に示したように、減圧プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（Ｓｉ３Ｎ４）よりも良いので、減圧プラズマＣＶＤ窒化珪素膜をエッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に用いた場合に比較して、膜厚をさらに薄くすることもできる。エッチングストッパ２０２やハードマスク２０４の膜厚を薄くできると、例えば、成膜時間やエッチング時間を短縮することでき、スループットの向上に役立つ。また、半導体集積回路装置のうち、垂直方向の内部構造体を薄くすることができるので、今後さらに進展すると考えられる半導体集積回路装置の多層構造化にも有利になる。
【０１１７】
なお、適用例１においては、エッチングストッパ２０２及びハードマスク２０４の双方に実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたが、双方に用いる必要は必ずしもなく、いずれか一方に用いるようにしても良い。
【０１１８】
このように、本発明の方法で、低温で形成したエッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に低温で好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、エッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１１９】
（適用例２）
適用例２は、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、セルフアラインコンタクト構造におけるキャップ層及び側壁スペーサに利用した例である。
【０１２０】
図１５Ａ乃至図１５Ｄは適用例２に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１２１】
図１５Ａに示すように、半導体ウエハＷ（本例ではシリコンウエハ）を熱酸化し、ゲート絶縁膜３０１となる熱酸化珪素膜を形成し、ゲート絶縁膜３０１となる熱酸化珪素膜上に、ゲート電極３０２となる、例えば、導電性のポリシリコン膜を形成する。次いで、ゲート電極３０２となるポリシリコン膜上に、キャップ層３０３を形成する。キャップ層３０３には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたキャップ層３０３を形成することができる。次いで、キャップ層３０３上に、ホトレジストからなる図示せぬゲートパターンを形成し、ゲートパターンをマスクに用いて、キャップ層３０３、ポリシリコン膜、熱酸化膜を順次エッチングして、上部にキャップ層３０３を備えたゲート電極３０２を形成する。次いで、ゲート電極３０２をマスクに用いて、ウエハＷ内に、ウエハＷとは異なる導電型のソース／ドレイン領域３０４形成用の不純物を導入する。
【０１２２】
次に、図１５Ｂに示すように、ソース／ドレイン領域３０４及びゲート電極３０２上に、側壁スペーサ３０５となる絶縁膜を形成する。側壁スペーサ３０５となる絶縁膜には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。次いで、側壁スペーサ３０５となる絶縁膜を異方性エッチングし、キャップ層３０３及びゲート電極３０２の側壁上に側壁スペーサ３０５を形成する。これにより、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いた側壁スペーサ３０５を低温で形成することができる。
【０１２３】
次に、図１５Ｃに示すように、キャップ層３０３、ソース／ドレイン領域３０４、側壁スペーサ３０５上に、層間絶縁膜３０６を形成する。層間絶縁膜３０６には、例えば、酸化珪素膜よりも誘電率が低い周知の低誘電率絶縁膜が用いられて良い。次いで、層間絶縁膜３０６上に、ホトレジストからなるソース／ドレイン領域３０４に達するコンタクト孔パターン（図示せず）を形成し、コンタクト孔パターンをマスクに用いて、層間絶縁膜３０６をエッチングし、コンタクト孔３０７を形成する。本例のコンタクト孔３０７は、キャップ層３０３及び側壁スペーサ３０５上にかかっており、コンタクト孔３０７は、ゲート電極３０２を被覆するキャップ層３０３及び側壁スペーサ３０５、即ち、ゲート電極３０２間の空間に対して自己整合的に形成される、いわゆる、セルフアラインコンタクト構造である。
【０１２４】
次に、図１５Ｄに示すように、コンタクト孔３０７を導電物３０８で埋め込むことで、適用例２に係る構造体が形成される。
【０１２５】
総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜はエッチング耐性が良いので、コンタクト孔３０７を、ゲート電極３０２間の空間に対して自己整合的に形成する際の、ゲート電極３０２上を被覆するキャップ層３０３や、側壁スペーサ３０５にも好適である。
【０１２６】
このように、本発明の方法で、低温で形成したキャップ層３０３や側壁スペーサ３０５に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、キャップ層３０３や側壁スペーサ３０５に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１２７】
（第４の実施形態）
さらに、Ｎ−Ｈ結合の量とプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとの関係を調べてみた。ストレスの測定には、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＦＬＸ−２３２０を用いた。
【０１２８】
図１６は、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとＮ−Ｈ結合の量との関係を示す図である。
【０１２９】
図１６に示すように、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例では、１．３２×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスは、１４９６ＭＰａの引張ストレスを持つ。
【０１３０】
反対に、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例では、３．４３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスは、−１０９９ＭＰａの圧縮ストレスを持つ。
【０１３１】
このように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜からＮ−Ｈ結合の量、特に、総膜中水素量が減るにつれて、膜のストレスは、引張ストレスから圧縮ストレスの方向にシフトする傾向が確認された。
【０１３２】
本実施形態では、第２の実施形態で説明した成膜方法で、総膜中水素量が、例えば、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜した後、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素をさらに離脱させる。このため、総膜中水素量が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、…、というように、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が得られる。このため、例えば、−１５００Ｐａを超える圧縮応力を持つプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を低温で得ることが可能となる。
【０１３３】
さらに、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガス（例えば、アンモニアガス）を用いて成膜した場合と、窒化用の処理ガスとして水素を含まない窒素ガスを用いて成膜した場合とで、成膜された膜の段差被覆性を調べてみた。
【０１３４】
図１７はアンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図、図１８は窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図である。なお、図１８は参考例である。
【０１３５】
図１７に示すように、窒素及び水素含有ガス、本例ではアンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜４００ＮＨ３は、段差側面上の膜厚（Ｓｉｄｅ）と段差上面上の膜厚（Ｔｏｐ）との比“Ｓｉｄｅ／Ｔｏｐ”が約９１％であり、段差底面上の膜厚（Ｂｔｍ）と段差上面上の膜厚（Ｔｏｐ）との比“Ｂｔｍ／Ｔｏｐ”が約９７％であり、おおよそ９０％以上の段差被覆率を得ることができた。なお、本例における成膜条件は、処理温度４００℃、ジシランとアンモニアとの流量比５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力１０００ｍＴｏｒｒである。
【０１３６】
対して、図１８に示すように、窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜４００Ｎ２は、比“Ｓｉｄｅ／Ｔｏｐ”が約３０％であり、比“Ｂｔｍ／Ｔｏｐ”が約３８％であり、段差被覆率は、おおむね３０〜４０％であった。なお、本例における成膜条件は、処理温度５００℃、ジシランと窒素との流量比１ｓｃｃｍ／１２００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力２０ｍＴｏｒｒである。
【０１３７】
このように、例えば、第２の実施形態で説明した成膜方法を用いて低温で成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガスを用いることで、窒化用の処理ガスとして窒素ガスを用いる場合に比較して、段差被覆性を良好にできることが確認された。このような段差被覆性の測定結果から、第１の実施形態においても述べたが、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒素及び水素含有ガスを使用して成膜することで、例えば、窒素ガスのみを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜する場合に比較して反応が起りやすく、制御性も良くなるということを、改めて確認することができた。
【０１３８】
このように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒素及び水素含有ガスを使用して成膜すると、段差被覆性が良く、また、Ｎ−Ｈ結合の量を１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以上から１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下へ減らしていくことで、膜のストレスに、引張ストレス及び圧縮ストレスのいずれかを選択して与えることができる。さらに、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下であるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜のストレスとして引張ストレス、又は圧縮ストレスのいずれかを選択することができる。
【０１３９】
さらに、本実施形態では、第２の実施形態で説明した成膜方法で、総膜中水素量が、例えば、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を低温で成膜した後、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素をさらに離脱させる。このため、例えば、−１５００Ｐａを超える圧縮応力を持つプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、段差被覆性良く得ることができる。膜は、例えば、次に説明するような半導体集積回路装置の内部構造体への適用に有利である。
【０１４０】
（適用例３）
適用例３は、この発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、トランジスタのチャネルにストレスを与え、電荷の移動度を改善するストレスライナーに利用した例である。
【０１４１】
図１９Ａ及び図１９Ｂは適用例３に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１４２】
図１９Ａに示すように、半導体ウエハＷ（本例ではシリコンウエハ）の表面を熱酸化し、ゲート絶縁膜４０１となる熱酸化珪素膜を形成し、ゲート絶縁膜４０１となる熱酸化珪素膜上に、ゲート電極４０２となる、例えば、導電性のポリシリコン膜を形成する。次いで、ゲート電極４０２となるポリシリコン膜上に、ホトレジストからなる図示せぬゲートパターンを形成し、ゲートパターンをマスクに用いて、ポリシリコン膜、熱酸化膜を順次エッチングしてゲート電極４０２を形成する。次いで、ゲート電極４０２をマスクに用いて、ウエハＷ内に、ウエハＷとは異なる導電型のソース／ドレイン領域４０３形成用の不純物を導入する。
【０１４３】
次に、図１９Ｂに示すように、ソース／ドレイン領域４０３及びゲート電極４０２上に、ストレスライナー４０４を形成する。ストレスライナー４０４となる絶縁膜には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは、５００℃以下の低温で珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたストレスライナー４０４を形成することができる。
【０１４４】
総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、図１６に示したように、例えば、−１５００Ｐａ以下の圧縮ストレスを持たせることができる。
【０１４５】
このように、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下に制御したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ストレスライナー４０４に用いることで、チャネルに強い圧縮ストレスを与えることができる。チャネルに圧縮ストレスを与えると、反対に正孔の移動度が向上するので、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＭＩＳＦＥＴに有効に適用することができる。
【０１４６】
また、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガス、例えば、アンモニアを使用すると段差被覆性が良い。例えば、図１７を参照して説明したように、おおよそ９０％以上の段差被覆率を得ることができる。このような膜は、ストレスライナーへの適用に好適である。例えば、ストレスライナーの段差被覆性が悪いと、ストレスライナーのうち、ゲート電極上の部分が特に厚くなってしまい、ゲート電極の高さが増して半導体ウエハ表面上の凹凸が大きくなりやすい。これは、例えば、ゲート電極間を層間絶縁膜で埋め込み難くなる、という事情を招く。しかしながら、ストレスライナーを、段差被覆率が良い、例えば、９０％以上の段差被覆率を持つ膜で形成すると、ストレスライナーのうち、ゲート電極上の部分が特に厚くなってしまうような事情が解消される。よって、半導体ウエハ表面上の凹凸が大きくなることを抑制でき、例えば、ゲート電極間を層間絶縁膜で埋め込み易くなる、という利点も得ることができる。
【０１４７】
このように、本発明の方法で、低温で形成した段差被覆性が良いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、段差被覆性が良いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１４８】
以上、この発明を、いくつかの実施形態を参照して述べたが、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１４９】
例えば、珪素含有ガスとしてジシランを使用したが、ジシランの他、シランやＴＳＡ等も使用することができる。また、窒素及び水素含有ガスとしてはアンモニアを使用したが、窒素と水素とを含有し、かつ、珪素含有ガスとともに供給することで窒化珪素膜を成膜できるものでれば使用することが可能である。
【０１５０】
また、上記実施形態では、成膜装置として、マイクロ波プラズマ成膜装置を例示したが、マイクロ波プラズマ成膜装置に限られることもなく、他のプラズマ成膜装置を使用することもできる。
【０１５１】
例えば、上記実施形態では、引張りストレス、又は圧縮ストレスを窒化珪素膜に生じさせたが、ストレスを生じさせる薄膜は窒化珪素膜に限られるものではない。例えば、珪素膜、酸化珪素膜、酸窒化珪素膜、金属膜、金属珪化物等、成膜装置で成膜することができる薄膜であれば、この発明を適用することができる。
【０１５２】
また、成膜装置としてはマイクロ波プラズマ成膜装置を示したが、成膜装置もマイクロ波プラズマ成膜装置に限られるものではない。平行平板型プラズマ成膜装置であってもよいし、プラズマに限らず熱成膜装置でも良い。また、成膜手法もＣＶＤ法に限られるものではなく、スパッタ法でも良い。また、気相成長ばかりでなく、液層成長、例えば、ＬＰＤ法やメッキ法を利用した成膜装置にも、この発明は適用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１…処理チャンバー（処理容器）、２…排気室、３…サセプタ（基板支持台）、３ａ…基板載置面、３ｂ…球面状の窪み、３ｃ…球面状の膨らみ、４…支持部、５…ガイドリング、６…ヒーター、７ａ…ライナー、７ｂ…バッフルプレート、８…支柱、９…ゲートバルブ、１０…マイクロ波導入部、１１…マイクロ波透過板、１２…平面アンテナ部材、１３…遅波材、１４…環状の支持部、１５…シール部材、１６…スロット孔、１７…シールドカバー、１８…導波管、１９…マッチング回路、２０…マイクロ波発生装置、２１…モード変換器、２２ａ、２２ｂ、２２ｄ…ガス導入部、２２ｃ…シャワーヘッド、２７…ガス供給部、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００ａ、１００ｂ…プラズマ成膜装置、２０１…絶縁膜、２０２…エッチングストッパ、２０３…層間絶縁膜、２０４…ハードマスク、２０５…ホトレジスト、２０６…溝又は孔、３０１…ゲート絶縁膜、３０２…ゲート電極、３０３…キャップ層、３０４…ソース／ドレイン領域、３０５…側壁スペーサ、３０６…層間絶縁膜、３０７…コンタクト孔、３０８…導電物、４０１…ゲート絶縁膜、４０２…ゲート電極、４０３…ソース／ドレイン領域、４０４…ストレスライナー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置および基板載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素膜は、各種半導体装置における絶縁膜や保護膜等として使用されている。このような窒化珪素膜は、例えば、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）などのシリコン含有化合物のガスと、窒素やアンモニアのような窒素含有化合物のガスを使用するプラズマＣＶＤ法により形成できることが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法により形成される窒化珪素膜においては、デバイス特性に悪影響を及ぼす膜の応力、すなわち引張り（Ｔｅｎｓｉｌｅ）ストレスおよび圧縮（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）ストレスを抑制することが重要な課題であった。例えば窒化珪素膜の圧縮ストレスが大きい場合には、膜直下の金属配線がストレスにより断線を引き起こすストレスマイグレーションが発生することが知られており、これを防止するためには圧縮ストレスを小さく抑える必要がある。窒化珪素膜のストレスの方向（引張りストレスであるか圧縮ストレスであるか）や大きさは、プラズマＣＶＤ法の場合、圧力、温度、成膜ガス種などの成膜条件に左右される。このため、窒化珪素膜に強いストレスが生じない条件を選定し、プラズマＣＶＤ法によりストレスを有さない窒化珪素膜の成膜が行なわれてきた（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
しかし、近年ある種のデバイスにおいて、窒化珪素膜のストレスを積極的に利用してデバイス特性を改善しようする試みがなされている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
しかしながら、窒化珪素膜等の薄膜に与えられるストレスは、非特許文献１にも記載されているように、プロセス条件によるため、ストレス値に限度がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６０７６７号公報
【特許文献２】特開２００７−４９１６６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】前田和夫「ＶＬＳＩとＣＶＤ」槇書店，１９９７年７月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、プロセス条件で与えられるストレス以上に大きなストレスを薄膜に与えることが可能なプラズマ処理装置および基板載置台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ために、この発明の第１の態様に係るプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器内に設けられた、被処理基板が載置される基板載置台と、前記処理容器内に、ガスを供給するガス導入部と、を具備し、前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下である。
【００１０】
この発明の第２の態様に係る基板載置台は、プラズマ処理装置に使用され、プラズマ処理される被処理基板が載置される基板載置台であって、前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、プロセス条件で与えられるストレス以上に大きなストレスを薄膜に与えることが可能なプラズマ処理装置および基板載置台を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プラズマ成膜装置の一例を模式的に示す断面図
【図２】平面アンテナの一例を示す平面図
【図３】載置台の一例を示す図
【図４】成膜の様子を示す断面図
【図５】載置台の他例を示す図
【図６】プラズマＣＶＤにおける処理圧力と窒化珪素膜のストレスの大きさの関係を示す図
【図７】この発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法に使用されるプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図
【図８】シャワーヘッドの一例を示す平面図
【図９】水素量の処理温度依存性を示す図
【図１０】水素量の珪素含有ガス流量依存性を示す図
【図１１】水素量のマイクロ波パワー依存性を示す図
【図１２】水素量の処理圧力依存性を示す図
【図１３】薄膜のエッチングレートを示す図
【図１４】適用例１に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【図１５】適用例２に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【図１６】プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとＮ−Ｈ結合の量との関係を示す図
【図１７】アンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図
【図１８】窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図
【図１９】適用例３に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、薄膜の形成に利用可能なプラズマ成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ成膜装置１００ａは、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にてチャンバー１内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ成膜装置として構成されており、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度のプラズマによる処理が可能である。従って、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによる薄膜の成膜処理、例えば、窒化珪素膜の成膜処理などの目的で好適に利用可能なものである。
【００１５】
上記プラズマ成膜装置１００ａは、気密に構成され、接地された略円筒状の処理チャンバー（処理容器）１を有している。なお、チャンバー１は角筒形状でもよい。処理チャンバー１の中で、被処理基板である半導体ウエハＷ上に、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜等の薄膜が成膜される。処理チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１ｂが形成されており、底壁１ａにはこの開口部１ｂと連通し、下方に向けて突出する排気室２が設けられている。
【００１６】
処理チャンバー１の内部には、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（基板載置台）３が設けられている。サセプタ３は、排気室２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４により支持されている。サセプタ３の外縁部には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング５が設けられている。カバーリング５は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された部材である。サセプタ３には、例えば、抵抗加熱型のヒーター６が埋め込まれており、このヒーター６はヒーター電源６ａから給電されることによりサセプタ３を加熱し、サセプタ３の熱でウエハＷを加熱する。サセプタ３には熱電対６ｂが埋設されている。サセプタ３は、熱電対６ｂが検出した温度信号に基づいて、温度コントローラ（ＴＣ）６ｃにより、例えば、室温から１０００℃までの範囲で温度制御される。サセプタ３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３の表面に対して突没可能に設けられている。
【００１７】
排気室２は排気管２ａに接続され、排気管２ａには真空ポンプを含む排気装置２ｂが接続されている。排気装置２ｂは、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプおよび圧力制御バルブ等を備えており、処理チャンバー１の内部を所定の減圧雰囲気に設定する。
【００１８】
処理チャンバー１の側壁部分には、ゲートバルブ９が設けられている。ゲートバルブ９を開閉することにより、処理チャンバー１は外界と連通されたり、外界から気密に遮断されたりする。ウエハＷは、ゲートバルブ９を介して処理チャンバー１の内部に搬入出される。
【００１９】
処理チャンバー１の上部は開口部となっており、開口部を塞ぐようにマイクロ波導入部１０が気密に配置される。マイクロ波導入部１０は、サセプタ３の側から順に、マイクロ波透過板１１、平面アンテナ部材１２、遅波材１３を備えている。
【００２０】
マイクロ波透過板１１は、処理チャンバー１上部の開口部に設けられた環状の支持部１４上に、シール部材１５を介して気密に配置される。マイクロ波透過板１１は、マイクロ波を透過する誘電体、例えば、石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成される。
【００２１】
平面アンテナ部材１２は、マイクロ波透過板１１の上方に設けられ、処理チャンバー１の開口部の上端に係止されている。平面アンテナ部材１２は、例えば、表面が金または銀メッキされた銅板、又はアルミニウム板から構成され、マイクロ波を放射するための多数のスロット孔１６が所定のパターンで貫通して形成されている。スロット孔１６は、例えば、図２に示すように一対の長溝状をなす。典型的には隣接するスロット孔１６どうしが、Ｔ字状に配置され、Ｔ字状に配置されたスロット孔１６が複数個、同心円状に配置される。スロット孔１６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、スロット孔１６の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット孔１６どうしの間隔を、“Δｒ”で示している。スロット孔１６の形状は、例えば、円形状、円弧状等の形状であってもよい。スロット孔１６の配置についても、特に同心円状に限定されるものではなく、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
【００２２】
遅波材１３は、平面アンテナ部材１２の上に設けられる。遅波材１３は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば、石英、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂から構成され、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材１２とマイクロ波透過板１１との間、及び平面アンテナ部材１２と遅波材１３との間は、それぞれ密着させてもよいし、離間させてもよい。
【００２３】
処理チャンバー１の上方には、平面アンテナ部材１２、及び遅波材１３を覆うように、カバー１７が設けられている。カバー１７は平面アンテナと扁平導波管とを形成し、マイクロ波が外に漏れないように、処理チャンバー１の上面上に、シール部材１８を介して配置される。カバー１７は、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属材から構成され、内部には冷却水流路１７ａが形成される。冷却水を冷却水流路１７ａに流すことでカバー１７、遅波材１３、平面アンテナ１２、及びマイクロ波透過板１１がそれぞれ冷却され、カバー１７、遅波材１３、平面アンテナ１２、及びマイクロ波透過板１１の変形及び破損が防止される。なお、カバー１７は、アンテナ、処理チャンバーを介して接地されている。
【００２４】
カバー１７の上壁の中央には開口部１７ｂが形成されている。開口部１７ｂには導波管１８が接続されている。導波管１８の端部には、モード変換器２１、矩形導波管が接続され、マッチング回路１９を介してマイクロ波発生装置２０が接続される。マイクロ波発生装置２０は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。発生されたマイクロ波は、導波管１８を介して平面アンテナ部材１２へ伝搬される。マイクロ波の周波数としては、２．４５ＧＨｚ、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等も用いることができる。
【００２５】
導波管１８は、カバー１７の開口部１７ｂから上方へ延出する断面円形状の同軸導波管１８ａと、同軸導波管１８ａの中心に延在し、平面アンテナ部材１２の中心に接続固定される内導体１８ｃと、同軸導波管１８ａの上端部にモード変換器２１を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管１８ｂとを有している。モード変換器２１は、矩形導波管１８ｂ内をＴＥモードで伝搬するマイクロ波を、ＴＥＭモードに変換して、内導体１８ｃを介して平面アンテナ部材１２へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００２６】
アンテナの下方には、ガス導入部２２ａおよび２２ｂが上下に環状に配設されて設けられており、各ガス導入部２２ａおよび２２ｂには、複数のガス吐出孔がガス導入部２２ａ、２２ｂの側壁の内周に沿って均等に形成されている。ガス導入部２２ａおよび２２ｂには、成膜原料ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給部２７が接続されている。なお、ガス導入部２２ａおよび２２ｂはノズル状またはシャワー状に配置してもよい。
【００２７】
ガス供給部２７は、本例では、珪素含有ガス供給源２７ａ、窒素含有ガス供給源２７ｂ、不活性ガス供給源２７ｃ、及び洗浄用ガス供給源２７ｄを備えている。窒素含有ガス供給源２７ｂは、上部のガス導入部２２ａに接続され、珪素含有ガス供給源２７ａ、不活性ガス供給源２７ｃ、及び洗浄用ガス供給源２７ｄは、下部のガス導入部２２ｂに接続されている。
【００２８】
成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）のようなヒドラジン誘導体などを用いることができる。
【００２９】
また、他の成膜原料ガスである珪素含有ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用いることができるが、特にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が好ましい。
【００３０】
不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２ガスや希ガスなどを用いることができる。プラズマ励起用ガスである希ガスとしては、例えば、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。コスト的には、Ａｒガスが好ましい。
【００３１】
洗浄用ガスとしては、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＮＦ３などを用いることができる。
【００３２】
窒素含有ガスは、ガスライン２１ａを介してガス導入部２２ａに至り、ガス導入部２２ａからチャンバー１内に導入される。
【００３３】
珪素含有ガス、及び不活性ガスは、それぞれガスライン２１ａを介してガス導入部２２ｂに至り、ガス導入部２２ｂからチャンバー１内に導入される。
【００３４】
各ガス供給源に接続する各々のガスライン２１ａには、マスフローコントローラ２１ｂ、及びその前後に開閉バルブ２１ｃが設けられており、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るように構成されている。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の希ガスは任意のガスであり、必ずしも成膜原料ガスと同時に供給しなくてもよい。
【００３５】
プラズマ成膜装置１００ａの各構成部は、制御部５０によって制御される。制御部５０は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、プロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２及び記憶部５３とを備えている。ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマＣＶＤ装置１００ｂを管理するためにコマンドの入力操作等を行なうキーボードや、プラズマＣＶＤ装置１００ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を備えている。記憶部５３は、プラズマＣＶＤ装置１００ａで実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピを格納する。任意のレシピは、必要に応じ、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて記憶部５３から呼び出され、プロセスコントローラ５１において実行される。プロセスコントローラ５１がレシピを実行することで、プラズマ成膜装置１００ａは、プロセスコントローラ５１の制御のもと、所望の処理を行う。レシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば、専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３６】
このように構成されたプラズマ成膜装置１００ａは、８００℃以下、好ましくは６００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を進めることができるとともに、プラズマ均一性に優れており、プロセスの均一性を実現できる。
【００３７】
さらに、本実施形態に係るプラズマ成膜装置１００ａのサセプタ（基板載置台）３は、以下のような構成となっている。
【００３８】
図３Ａは載置台２の一例を示す斜視図、図３Ｂ、図３Ｃはそれぞれ図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線及び３Ｃ−３Ｃ線に沿う断面図である。
【００３９】
図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、サセプタ３のウエハＷが載置されるウエハ載置面３ａは、球面状の窪み３ｂを有している。窪み３ｂの曲面の一例は、載置面３ａ上に半径ｒの仮想真球を仮想した場合、どの位置においても曲率半径Ｒ（Ｒ＝ｒ）が一定となるように形成されることである。
【００４０】
ウエハＷは、その中心Ｃ０を、窪み３ｂの最深部、本例では窪み３ｂの中央部Ｃ１に対応するように配置し、かつ、そのエッジＥ０を窪み３ｂ内に配置した状態でサセプタ３にチャックされる。これにより、ウエハＷは、どの位置においても曲率半径が一定のままに窪み３ｂの曲面に沿って凹んだ状態、例えば、ウエハＷの最上面（薄膜が成膜される成膜面）ＴＳ０が縮むように撓んだ状態で載置される（図４Ａ参照）。
【００４１】
ウエハＷの最上面ＴＳ０が縮むように撓んだ状態で、ウエハＷ上に薄膜、本例では窒化珪素膜６０を成膜する（図４Ｂ参照）。
【００４２】
窒化珪素膜６０が成膜されたウエハＷをサセプタ３から取り外すと、ウエハＷは水平に戻る。窒化珪素膜６０はウエハＷの撓み具合にならって撓んだ状態で成膜されるから、窒化珪素膜６０の最上面ＴＳ２の面積は最下面ＢＳ２の面積よりも小さくなる（図４Ｃ参照）。このような窒化珪素膜６０を水平に戻すと（図４Ｄ参照）、窒化珪素膜６０の最上面ＴＳ２及びその近傍に、ウエハＷの中心Ｃ０から縁Ｅ０に向かって拡がろうとする力Ｆが働く（図４Ｅ参照）。力Ｆが働くことによって、窒化珪素膜６０には高い引張りストレスが生ずる。本例では、ウエハＷが、どの位置でも曲率半径が一定になるように凹ませていたから、力Ｆは窒化珪素膜６０に均一に働く。よって、高い引張りストレスを、窒化珪素膜６０に均一に生じさせることができる。
【００４３】
図５Ａはサセプタ３の他例を示す斜視図、図５Ｂ、図５Ｃはそれぞれ図５Ａ中の５Ｂ−５Ｂ線及び５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。
【００４４】
図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、サセプタ３のウエハＷが載置されるウエハ載置面３ａは、球面状の膨らみ３ｃを設けるようにしても良い。この場合には形成される薄膜に圧縮ストレスを生じさせることができる。膨らみ３ｃの曲面の一例は、載置面３ａ下に半径ｒの仮想真球を仮想した場合、どの位置においても曲率半径Ｒ（Ｒ＝ｒ）となるように形成されることである。この場合もまた、ウエハＷは、その中心Ｃ０を、膨らみ３ｃの最頂部、本例では膨らみ３ｃの中央部に対応するように配置し、かつ、そのウエハＷのエッジを膨らみ３ｃ内に配置した状態で載置台２にチャックされれば良い。
【００４５】
窒化珪素膜６０に働くストレスσは、次の式により表すことができる。
【００４６】
σ＝Ｅｈ２／｛（１−ν）６Ｒｔ｝
ここで、Ｅ／（１−ν）はウエハＷの二軸弾性係数（Ｐａ）、ｈはウエハＷの厚み（ｍ）、ｔは窒化珪素膜６０の厚み（ｍ）、ＲはウエハＷの曲率半径（ｍ）、σは薄膜の平均ストレス（Ｐａ）である。二軸弾性係数Ｅ／（１−ν）の値の例は、ウエハＷの面方位が（１００）のときには１．８０５×１０１１Ｐａである。なお、平均ストレスσがプラスのときは引張りストレスであり、マイナスのときは圧縮ストレスである。
【００４７】
曲率半径Ｒが無限大、即ち、曲率がゼロは、ウエハ載置面３ａが平坦のときである。平坦なウエハ載置面３ａ上に載置されたウエハＷ上に薄膜を引張りストレスも圧縮ストレスも生じない条件で成膜すればストレスは発生しない。ストレスはゼロである。ウエハ載置面３ａが平坦でなければ曲率半径Ｒに有限の値が生じ、ウエハ載置面３ａに窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃが生じ、載置されたウエハＷは撓む。撓んだウエハＷを水平に戻せば、ウエハＷ上に形成された薄膜には引張りストレス、又は圧縮ストレスが生じる。
【００４８】
ウエハＷは大きく撓ませすぎると割れてしまったりする。また、ウエハＷの撓みが小さいと、ウエハＷを水平に戻しても薄膜にはストレスがあまり生じない。このため、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃには上限と下限とがある。
【００４９】
例えば、窪み３ｂの直径が２００ｍｍとしたときには、下限としては窪み３ｂの最深部の深さが約０．５ｍｍとなるような球面状、上限としては窪み３ｂの最深部の深さが約１ｍｍとなるような球面状とするのが良い。
【００５０】
また、膨らみ３ｃの直径が２４０ｍｍとしたときには、下限としては膨らみ３ｃの最頂部の高さが約０．５ｍｍとなるような球面状、上限としては膨らみ３ｃの最頂部の高さが約１ｍｍとなるような球面状とするのが良い。
【００５１】
薄膜のストレスは成膜原料ガスと処理圧力、即ちプロセス条件で変わる。
【００５２】
図６は、プラズマＣＶＤにおける処理圧力と窒化珪素膜のストレスの大きさの関係を示す図である。図６の縦軸は窒化珪素膜のストレスの大きさを示しており、正（プラス）側は引張りストレス、負（マイナス）側は圧縮ストレスである。また、図６において横軸の処理圧力はｍＴｏｒｒを対数目盛で示したものであり、上段にｍＴｏｒｒの値を示し、下段に換算したＰａの値を示す。
【００５３】
本試験において窒化珪素膜は、成膜ガスを変えて、以下のプラズマＣＶＤ条件で成膜した。
＜プラズマＣＶＤ成膜条件（ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系）＞
ＮＨ３ガス流量；５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、４０．０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）および１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
サセプタ３の温度；４００℃
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
＜プラズマＣＶＤ成膜条件（Ｎ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系）＞
Ｎ２ガス流量（ガス導入部１５ａ）；１１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ２ガス流量（ガス導入部１５ｂ）；１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理圧力；４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）および６６．６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）
サセプタ３の温度；５００℃
マイクロ波パワー；３０００Ｗ
図６より、成膜ガスをＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系とした場合に、窒化珪素膜に引張りストレスが生じ、その引張りストレスは、処理圧力が高くなるほど大きくなる傾向があり、約６．７Ｐａの処理圧力で約４００ＭＰａの引張りストレスが得られている。
【００５４】
従って、窒化珪素膜に引張りストレスを与える場合には、処理圧力は６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上とすることが好ましい。また、８００ＭＰａ以上例えば８００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを有する窒化珪素膜を成膜するためには、処理圧力を４０Ｐａ以上例えば４０〜２６６．６Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。
【００５５】
さらにまた、１０００ＭＰａ以上例えば１０００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを与えるためには、処理圧力を５３．３Ｐａ以上例えば５３．３〜２６６．６Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。さらに、１５００ＭＰａ以上例えば１５００〜２０００ＭＰａの高い引張りストレスを与えるためには、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上例えば１３３．３〜２６６．６Ｐａ（１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）に設定することが好ましい。これは、Ｓｉ−Ｈ量を低く、結合力の大きいＮ−Ｈ量を多くすることで、引っ張りストレスが大きくなった、と考えられる。
【００５６】
また、成膜ガスをＮ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系とした場合に、窒化珪素膜に圧縮ストレスが生じ、その圧縮ストレスは、処理圧力が小さくなるほど大きくなる傾向があり、約５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）未満の処理圧力で約−８００ＭＰａを超える圧縮ストレスが得られている。従って、窒化珪素膜に圧縮ストレスを与える場合には、処理圧力は、５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）未満とすることが好ましい。さらに１０００ＭＰａ以上例えば１０００〜１５００ＭＰａの高い圧縮ストレスを有する窒化珪素膜を得るためには、処理圧力を４Ｐａ以下例えば１．３〜４Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ）に設定することが好ましい。これは、ガス種にＮ−Ｈを含まないＮ２ガスを用いたので、膜中にＮ−Ｈが取り込まれることがなく、Ｎ−Ｈが含まれないため、と考えられる。
【００５７】
図６に示すように、ウエハＷを撓ませないで窒化珪素膜を成膜した場合には、引張ストレスは曲線Ｉに示すような値をとり、圧縮ストレスは曲線IIに示すような値をとる。
【００５８】
さらに、本実施形態のように、ウエハＷを撓ませた状態で窒化珪素膜を成膜し、成膜後、ウエハＷを水平に戻した場合には、引張ストレスの値は曲線IIIに示すように向上し、圧縮ストレスの値は曲線IVに示すように向上する。
【００５９】
このように、第１の実施形態に係るプラズマ成膜装置１００ａによれば、サセプタ３のウエハ載置面３ａに球面状の窪み３ｂ、又は球面状の膨らみ３ｃを設け、ウエハＷを撓ませた状態でウエハＷ上に薄膜を形成するようにしたので、ウエハＷ上に形成される薄膜に、プロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図７は、この発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法に利用することが可能なプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。
【００６１】
図７に示すように、プラズマ成膜装置１００ｂが、図１に示した装置１００ａとことなるところは、ガス導入部がシャワーヘッド２２ｃとなっていること、及びサセプタ３には下部電極６ｄが埋め込まれており、マッチャー６ｅを介してＲＦ電源６ｆに接続されていることである。
【００６２】
本例においても、図７には図示しないが、第１の実施形態と同様に、サセプタ３のウエハ載置面３ａには、図３Ａ乃至図３Ｃに示したような球面状の窪み３ｂ、又は、図５Ａ乃至図５Ｃに示したような球面状の膨らみ３ｃが設けられている。
【００６３】
処理チャンバー１内の、サセプタ３とマイクロ波導入部１０との間には、処理ガスを導入するためのシャワーヘッド２２ｃが水平に設けられている。シャワーヘッド２２ｃは、図８に示すように、格子状のガス流路２３と、格子状のガス流路２３に形成された多数のガス吐出孔２４とを有している。格子状のガス流路２３の間は空間部２５となっており、ガス吐出孔２４はガス流路２３のサセプタ３側に形成されている。ガス流路２３には処理チャンバー１の外側に延びるガス供給管２６が接続される。ガス供給管２６は、プラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給部２７に接続される。
【００６４】
ガス供給部２７は、本例では珪素含有ガス供給源２７ａ、窒素及び水素含有ガス供給源２７ｂ、及びプラズマ生成用ガス供給源２７ｃを備えている。本例では、珪素含有ガス、窒素及び水素含有ガスを、ガスライン２１ａを介してシャワーヘッド２２ｃに供給する。なお、図７においては、マスフローコントローラ、及びバルブ等の図示は省略している。シャワーヘッド２２ｃは、上記ガスを、格子状のガス流路２３、及格子状のガス流路２３のサセプタ３側に形成されたガス吐出孔２４を介して所定の流量で処理チャンバー１の内部のうち、シャワーヘッド２２ｃとサセプタ３との間の空間１ｃへ供給する。珪素含有ガスの一例はジシランであり、窒素及び水素含有ガスの一例はアンモニアである。
【００６５】
シャワーヘッド２２ｃとマイクロ波導入部１０との間の処理チャンバー１の側壁には、環状のプラズマ生成用ガス導入部２２ｄが設けられている。プラズマ生成用ガス導入部２２２ｄは、処理チャンバー１の内部に向かってプラズマ生成用ガスを吐出する吐出孔２２ｅを複数備えている。プラズマ生成用ガスは、ガス導入部２２ｄに供給される。ガス導入部２２ｄは、プラズマ生成用ガスを、吐出孔２２ｅを介して処理チャンバー１の内部のうち、シャワーヘッド２２ｃとマイクロ波導入部１０との間の空間１ｄへ供給する。プラズマ生成用ガスの一例はアルゴンである。
【００６６】
空間１ｄに供給されたプラズマ生成用ガスは、マイクロ波導入部１０を介して空間１ｄに導入されたマイクロ波によりプラズマ化される。プラズマ化されたガスは、シャワーヘッド２２ｃの空間部２５を通過して空間１ｃに供給され、空間１ｃにおいて、シャワーヘッド２２ｃのガス吐出孔２４から吐出された処理ガスをプラズマ化する。
【００６７】
このように構成されたプラズマ成膜装置１００ｂは、例えば、以下のような手順でプラズマＣＶＤ法によりウエハＷ表面上に窒化珪素膜を堆積する。
【００６８】
まず、ゲートバルブ９を開にしてウエハＷを処理チャンバー１の内部に搬入し、サセプタ３上に載置する。
【００６９】
次に、ガス供給部２７からプラズマ生成用ガスを、吐出孔２２ｅを介して処理チャンバー１のうち、空間１ｄ内に導入しつつ、マイクロ波発生装置２０からのマイクロ波を、マッチング回路１９を経て、矩形導波管１８ｂ、モード変換器２１、及び同軸導波管１８ａを順次通過させ、内導体１８ｃを介して平面アンテナ部材１２に供給する。平面アンテナ部材１２に供給されたマイクロ波は、平面アンテナ部材１２のスロット孔１６から透過板１１を介して処理チャンバー１のうち、空間１ｄ内に放射される。プラズマ生成ガスは、放射されたマイクロ波により励起されてプラズマ化される。マイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が多数のスロット孔１６から放射されることにより、例えば、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。プラズマ化されたガスは、シャワーヘッド２２ｃの空間部２５を通過して空間１ｃに供給される。
【００７０】
次に、ガス供給部２７から珪素含有ガス、窒素及び水素含有ガスを、シャワーヘッド２２ｃのガス吐出孔２４を介して処理チャンバー１のうち、空間１ｃ内に供給する。上記ガスは、格子状の空間部２５を通過してきたプラズマ化されたガスにより励起されてプラズマ化される。ウエハＷ近傍では、例えば、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このようにして形成されたプラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中で処理ガスの解離が進み、例えば、ＳｉＨ、ＮＨなどの活性種の反応によって、窒化珪素ＳｉＮｘ（ここで、ｘは必ずしも化学量論的に決定されず、処理条件により異なる値をとる）の薄膜が堆積される。
【００７１】
図７に示すプラズマ成膜装置１００ｂを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜し、成膜されたプラズマＣＶＤ窒化珪素膜中の水素量（Ｓｉ−Ｈ結合、Ｎ−Ｈ結合、及びＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合との合計）の、処理温度依存性、珪素含有ガス流量依存性、マイクロ波パワー依存性、及び処理圧力依存性を、それぞれ測定した。この測定において使用した珪素含有ガスはジシラン、窒素及び水素含有ガスはアンモニアである。プラズマＣＶＤ窒化珪素膜の膜質の分析には、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用い、Ｎ−Ｈ結合に由来するスペクトルの強度、及びＳｉ−Ｈ結合に由来するスペクトルの強度から、Ｎ−Ｈ結合の量、及びＳｉ−Ｈ結合の量を求めた。また、求められたＮ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを合計することにより総膜中水素量（ｔｏｔａｌ Ｈ）を求めた。
【００７２】
図９は水素量の処理温度依存性を示す図で、図９Ａは処理条件を、図９Ｂは水素量と処理温度との関係を示している。
【００７３】
図９Ａに示すように、処理条件は、処理温度をパラメータ（図中“−”で示す）とし、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とアンモニア（ＮＨ３）との流量比を“５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ＝０．０１”、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力を９５０ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、処理温度を３００℃から６００℃まで１００℃ずつ変化させた。処理温度は、本例ではサセプタ３の加熱温度とした。
【００７４】
図９Ｂに示すように、処理温度を３００℃から４００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は緩やかな上昇傾向を示したのに対し、Ｎ−Ｈ結合の量は大きく減少した。Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合との合計値（以下総膜中水素量（Ｔｏｔａｌ Ｈ）という）は、処理温度が３００℃の場合に比較して４００℃の場合のほうが大きく減少した。これは、供給律速領域のためＮ−Ｈが取り込まれ難くなる、と考えられる。
【００７５】
さらに、処理温度を４００℃から５００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は、反対に大きな減少傾向を示し、Ｎ−Ｈ結合の量は緩やかに増加した。総膜中水素量は、Ｎ−Ｈ結合の量が緩やかに増加した反面、Ｓｉ−Ｈ結合の量がＮ−Ｈ結合の増加量を上回る量で減少したため、処理温度が４００℃の場合に比較して５００℃の場合のほうが減少した。
【００７６】
さらに、処理温度を５００℃から６００℃に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は、引き続き減少傾向を示した。Ｎ−Ｈ結合の量は、ほぼ変化がなく、飽和する傾向を示した。総膜中水素量は、処理温度が５００℃の場合に比較して６００℃の場合のほうが減少した。これは、反応律速領域のため反応が進まず、Ｎ−Ｈが多く取り込まれない、と考えられる。このように、４００℃以下では供給律速で、４００℃を超えると反応律速と考えられる。
【００７７】
総膜中水素量は、処理温度を高くするに連れて減少する傾向を示し、ほぼ処理温度が３００℃以上６００℃以下で１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダーから、１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダーまで減らすことが可能であることが確認された。
【００７８】
図１０は水素量の珪素含有ガス流量依存性を示す図で、図１０Ａは処理条件を、図１０Ｂは水素量と珪素含有ガス流量との関係を示している。
【００７９】
図１０Ａに示すように、珪素含有ガス、本例ではジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量をパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を５００℃、アンモニア（ＮＨ３）の流量を１０００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、ジシランの流量を５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１２．５ｓｃｃｍ、及び１５ｓｃｃｍと変化させ、ジシランとアンモニアとの流量比を０．００５、０．０１、０．０１２５、０．０１５と変化させた。
【００８０】
図１０Ｂに示すように、流量比を０．００５から０．０１に変化させると、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しなかったのに対し、Ｎ−Ｈ結合の量は減少傾向を示した。総膜中水素量は、流量比が０．００５の場合に比較して０．０１の場合のほうが減少した。
【００８１】
さらに、流量比が０．０１２５、０．０１５となるようにジシランの割合を高め、アンモニアの割合を低くしていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しないが、Ｎ−Ｈ結合の量は、引き続き減少傾向を示した。総膜中水素量は、流量比が０．０１の場合に比較して０．０２５の場合のほうが減少し、同じく流量比が０．１２５の場合に比較して０．０１５のほうが減少した。
【００８２】
このように、処理ガス中のジシランの割合を高め、アンモニアの割合を低くしていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量はほぼ変化しないものの、Ｎ−Ｈ結合の量を減少でき、総膜中水素量を１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダー以下に減らすことが可能であることが確認された。これは、供給律速領域にもっていけるから、と考えられる。
【００８３】
図１１は水素量のマイクロ波パワー依存性を示す図で、図１１Ａは処理条件を、図１１Ｂは水素量とマイクロ波パワーとの関係を示している。
【００８４】
図１１Ａに示すように、マイクロ波パワーをパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を５００℃、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比を５．５ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍ＝０．００５５、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒとした。このような処理条件において、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）と変化させた。
【００８５】
図１１Ｂに示すように、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）と高めていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しない代わりに、Ｎ−Ｈ結合の量が減少することが判明した。総膜中水素量は、マイクロ波パワーを０．５１１Ｗ／ｃｍ２（１ｋＷ）、１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、１．５３４Ｗ／ｃｍ２（３ｋＷ）、…、と高めていくことで減少する。
【００８６】
このように、マイクロ波パワーを、実用的には、０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２（（４ｋｗ）以下の範囲で、マイクロ波パワーを高めていくと、Ｓｉ−Ｈ結合の量は低いままほぼ変化しないものの、Ｎ−Ｈ結合の量を減少でき、総膜中水素量を、１．４×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）のオーダー以下に減らすことが可能であることが確認された。これは、パワーを上げることで、プラズマ密度が上がり、より反応が進むため、と考えられる。
【００８７】
図１２は水素量の処理圧力依存性を示す図で、図１２Ａは処理条件を、図１２Ｂは水素量と処理圧力との関係を示している。
【００８８】
図１２Ａに示すように、処理圧力をパラメータ（図中“−”で示す）とし、処理温度（サセプタ３の温度）を６００℃、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比を５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ＝０．０１、マイクロ波パワーを１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）とし、処理圧力を２５０ｍＴｏｒｒ、１０００ｍＴｏｒｒ、２０００ｍＴｏｒｒ、３０００ｍＴｏｒｒと変化させた。
【００８９】
図１２Ｂに示すように、通常の減圧プラズマＣＶＤ法と同じように、チャンバー１内の処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下とした場合には、Ｎ−Ｈ結合がＳｉ−Ｈ結合よりも優勢であることが判明した。これは供給律速である。具体的には、図７に示したプラズマＣＶＤ装置１００ｂを用いると、処理圧力が１０００ｍＴｏｒｒ以下の場合には、Ｎ−Ｈ結合の量が９×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以上のオーダーとなるのに対して、Ｓｉ−Ｈ結合の量は１×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のオーダーにとどまる。総膜中水素量は、９×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以上のオーダーである。
【００９０】
対して、処理圧力を、１０００ｍＴｏｒｒ以上に上げてくるとＳｉ−Ｈ結合が急激に増加するが、反対にＮ−Ｈ結合も急激に減少しだす傾向があることが判明した。これは反応律速である。しかも、Ｎ−Ｈ結合の減少分のほうが、Ｓｉ−Ｈ結合の増加分より大きい。このため、両者の量を合計した総膜中水素量が減少に転じだす傾向が見いだされた。
【００９１】
さらに、処理圧力を上げていくと、アンモニアガスを使用して成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜であっても、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを均衡させることができる。また、処理圧力が、おおよそ１８００ｍＴｏｒｒ（２３９．９Ｐａ）付近でＮ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とが均衡する。このときの総膜中水素量は、８×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダー（本例では、おおよそ８．４×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダー）まで、さらに減少している。
【００９２】
さらに、処理圧力を１８００ｍＴｏｒｒ以上に上げると、アンモニアガスを使用して成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜であっても、Ｎ−Ｈ結合の量がＳｉ−Ｈ結合の量よりも少なくなるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができた。
【００９３】
例えば、本例では、処理圧力を２０００ｍＴｏｒｒ（２６６．６Ｐａ）とすると、Ｎ−Ｈ結合の量が３×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーで、Ｓｉ−Ｈ結合の量が５×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができた。このときの総膜中水素量は、８×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで、さらに減少している。
【００９４】
処理圧力を２０００ｍＴｏｒｒ以上に上げると、Ｎ−Ｈ結合の減少傾向が続くが、Ｓｉ−Ｈ結合の増加分が鈍化することが判明した。つまり、増加していたＳｉ−Ｈ結合が飽和しだす。Ｎ−Ｈ結合の減少傾向が続きつつ、Ｓｉ−Ｈ結合が飽和する、ということは、つまり、総膜中水素量を、さらに減少させることができる、ということである。本例では、処理圧力を３０００ｍＴｏｒｒ（４００Ｐａ）とすると、Ｎ−Ｈ結合の量が１×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで減少するが、Ｓｉ−Ｈ結合の量が５×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーでほとんど変化しなかった。このときの総膜中水素量は、６×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃのオーダーまで引き続き減少する。
【００９５】
さらに、総膜中水素量は、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の流量とアンモニア（ＮＨ３）の流量との流量比をＳｉ−Ｈ結合の量が少なくなるように変える（流量比増大）、及び／又はマイクロ波パワーを上げると、６×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下に、減少させることができる。プラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜中のＳｉ−Ｈ結合がより少ない方がなお良い。
【００９６】
このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法によれば、窒化珪素膜を成膜する処理ガスである窒素含有ガスとして、窒素と水素とを含むガス、例えば、アンモニアガスを使用した、としても、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上とすることで、窒化珪素膜の膜中Ｓｉ−Ｈ結合の量と膜中Ｎ−Ｈ結合の量とを合計した総膜中水素量が８．４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下にできる低水素量のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９７】
ちなみに、処理圧力を１０００ｍＴｏｒｒ以上とすることで、Ｎ−Ｈ結合の減少傾向を継続させつつ、Ｓｉ−Ｈ結合については飽和させることができる傾向がある限り、処理圧力の上限は、例えば、１００Ｔｏｒｒ（１３３３３Ｐａ）以下で良い。好ましくは１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）以下である。
【００９８】
さらに、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を０．０１以上０．０１５以下とする、及び／又はマイクロ波パワーをＷ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下とすると、膜中のＳｉ−Ｈ結合がより少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９９】
しかも、本例の成膜方法に従って成膜されたプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜するので、例えば、窒素ガスのみを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜する場合に比較して反応が起りやすく、制御性も良い。そのうえ、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜されるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜でありながらも、Ｎ−Ｈ結合の量を減らすことができる。さらにはＮ−Ｈ結合の量をＳｉ−Ｈ結合の量以下とすることもできる。このことから、窒素と水素とを含むガスを使用して成膜されるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜において懸念点であった、Ｎ−Ｈ結合が多量に含有されやすい、という事情も解消することもできた。このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の総膜中水素量の範囲を述べるならば、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量との合計値以下Ｓｉ−Ｈ結合の量以上の範囲である。総膜中水素量が上記範囲にあれば、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【０１００】
本発明は、さらに、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成することにより、上記の条件で総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が形成されたウエハＷを、サセプタ３から離した際に、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１０１】
このように、第２の実施形態によれば、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜の総膜中水素量を減らすことができるとともに、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に、プロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることが可能な成膜方法を提供できる。
【０１０２】
このように、本発明方法を用いて低温で形成された総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜中から水素が抜け出すことで発生する空孔が発生する確率が低い。よって、電子トラップが発生する確率が減り、膜質が劣化し難く、長い期間にわたって良い膜質を保つことができる、信頼性の高いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜となる。このようなプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、半導体集積回路装置への適用に有利である。
【０１０３】
（第３の実施形態）
さらに、Ｎ−Ｈ結合の量とプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の膜質との関係を調べてみた。膜質を示す指標には、エッチャントとして弗酸溶液を用いたときのエッチングレートを利用した。エッチングレートの算出には、エリプソメトリ法によりエッチング前の膜厚とエッチング終了後の膜厚との差を求め、単位時間当たりのエッチング量を算出するようにした。
【０１０４】
図１３は、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（Ｓｉ３Ｎ４）、熱酸化珪素膜（ＳｉＯ２）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）、ＣＶＤ酸化珪素膜（ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２）それぞれの弗酸溶液に対するエッチングレートを示す図である。
【０１０５】
図１３に示すように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例ではマイクロ波プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（１）、（２）が本実施形態に係る成膜方法に従って成膜された膜である。この膜には、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーの膜（１）と、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーの膜（２）との２種類を用意した。また、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）、熱酸化珪素膜（４）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）は、それぞれ既存の成膜方法に従って成膜された膜である。これらの膜（３）乃至（６）は、膜（１）及び（２）に対する比較例として示されている。
【０１０６】
膜（３）乃至（６）については、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）が、純水で希釈した弗酸溶液（０．５％）に対して、エッチングレートが２．８６Ａ／ｍｉｎ（０．２８６ｎｍ／ｍｉｎ）であり、最も弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い。エッチング耐性は、以下、熱酸化珪素膜（４）、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）となり、比較例の中では、ＣＶＤ酸化珪素膜（６）が最も弗酸溶液に対して良くエッチングされることが理解される。
【０１０７】
膜（１）はＮ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜である。膜（１）は、弗酸溶液（０．５％）に対するエッチングレートが３７．８７Ａ／ｍｉｎ（３．７８７ｎｍ／ｍｉｎ）であり、プラズマＣＶＤ酸化珪素膜（５）のエッチングレート４０．３５Ａ／ｍｉｎ（４．０３５ｎｍ／ｍｉｎ）よりも弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い、という結果を得ることができた。しかし、膜（１）の弗酸溶液に対するエッチング耐性は、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）のそれには及ばない。
【０１０８】
また、膜（２）、即ち、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、本例では３．４３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜については、弗酸溶液（０．５％）に対するエッチングレートが０．７７Ａ／ｍｉｎ（０．０７７ｎｍ／ｍｉｎ）であり、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）のエッチングレート２．８６Ａ／ｍｉｎ（０．２８６ｎｍ／ｍｉｎ）よりも一桁、弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い、という結果を得ることができた。
【０１０９】
このように、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、減圧ＣＶＤ窒化珪素膜（３）よりも弗酸溶液に対するエッチング耐性が良い。このような性質を持つ膜は、例えば、次に説明するような半導体集積回路装置の内部構造体への適用に有利である。
【０１１０】
（適用例１）
適用例１は、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、エッチングストッパ及びハードマスクに利用した例である。
【０１１１】
図１４Ａ乃至図１４Ｃは適用例１に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１１２】
まず、図１４Ａに示すように、半導体ウエハ（図示せず）上に、例えば、層間絶縁膜のような絶縁膜２０１を形成する。次いで、絶縁膜２０１上に、エッチングストッパ２０２を形成する。エッチングストッパ２０２にはプラズマ窒化珪素膜が利用され、このプラズマ窒化珪素膜の成膜条件は、上述したように処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたエッチングストッパ２０２を形成することができる。次いで、エッチングストッパ２０２上に、層間絶縁膜２０３を形成する。層間絶縁膜２０３には、例えば、酸化珪素膜よりも誘電率が低い周知の低誘電率絶縁膜が用いられて良い。次いで、層間絶縁膜２０３上に、ハードマスク２０４を形成する。ハードマスク２０４には、エッチングストッパ２０２と同様に、プラズマ窒化珪素膜が利用される。また、ハードマスク２０４となるプラズマ窒化珪素膜の成膜条件は、エッチングストッパ２０２と同様に、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることにより、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたハードマスク２０２を形成することができる。次いで、ハードマスク２０４上に、ホトレジストからなるマスクパターン、例えば、配線材料を埋め込むための溝や、配線どうしを接続するための孔に対応した開孔を持つマスクパターン２０５を形成する。
【０１１３】
次いで、図１４Ｂに示すように、マスクパターン２０５をマスクに用いて、ハードマスク２０４をエッチングする。
【０１１４】
次いで、図１４Ｃに示すように、マスクパターン２０５を除去した後、ハードマスク２０４をエッチングのマスクに用いて層間絶縁膜２０３をエッチングし、層間絶縁膜２０３に、配線材料を埋め込むための溝、又は配線どうしを接続するための孔２０６を形成する。層間絶縁膜２０３のエッチングは、エッチングストッパ２０２が露出するまで続けられ、エッチングストッパ２０２が露出したところでエッチング速度が低下し、事実上、エッチングは停止する。
【０１１５】
低温で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜はエッチング耐性が良いので、エッチングを停止させるためのエッチングストッパ２０２や、層間絶縁膜２０３等の半導体集積回路の内部構造体を加工する際にエッチングのマスクとして用いられるハードマスク２０４等に好適である。
【０１１６】
また、上記プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のエッチング耐性は、図１３に示したように、減圧プラズマＣＶＤ窒化珪素膜（Ｓｉ３Ｎ４）よりも良いので、減圧プラズマＣＶＤ窒化珪素膜をエッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に用いた場合に比較して、膜厚をさらに薄くすることもできる。エッチングストッパ２０２やハードマスク２０４の膜厚を薄くできると、例えば、成膜時間やエッチング時間を短縮することでき、スループットの向上に役立つ。また、半導体集積回路装置のうち、垂直方向の内部構造体を薄くすることができるので、今後さらに進展すると考えられる半導体集積回路装置の多層構造化にも有利になる。
【０１１７】
なお、適用例１においては、エッチングストッパ２０２及びハードマスク２０４の双方に実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたが、双方に用いる必要は必ずしもなく、いずれか一方に用いるようにしても良い。
【０１１８】
このように、本発明の方法で、低温で形成したエッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に低温で好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、エッチングストッパ２０２やハードマスク２０４に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１１９】
（適用例２）
適用例２は、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、セルフアラインコンタクト構造におけるキャップ層及び側壁スペーサに利用した例である。
【０１２０】
図１５Ａ乃至図１５Ｄは適用例２に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１２１】
図１５Ａに示すように、半導体ウエハＷ（本例ではシリコンウエハ）を熱酸化し、ゲート絶縁膜３０１となる熱酸化珪素膜を形成し、ゲート絶縁膜３０１となる熱酸化珪素膜上に、ゲート電極３０２となる、例えば、導電性のポリシリコン膜を形成する。次いで、ゲート電極３０２となるポリシリコン膜上に、キャップ層３０３を形成する。キャップ層３０３には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたキャップ層３０３を形成することができる。次いで、キャップ層３０３上に、ホトレジストからなる図示せぬゲートパターンを形成し、ゲートパターンをマスクに用いて、キャップ層３０３、ポリシリコン膜、熱酸化膜を順次エッチングして、上部にキャップ層３０３を備えたゲート電極３０２を形成する。次いで、ゲート電極３０２をマスクに用いて、ウエハＷ内に、ウエハＷとは異なる導電型のソース／ドレイン領域３０４形成用の不純物を導入する。
【０１２２】
次に、図１５Ｂに示すように、ソース／ドレイン領域３０４及びゲート電極３０２上に、側壁スペーサ３０５となる絶縁膜を形成する。側壁スペーサ３０５となる絶縁膜には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以下の低温で、珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。次いで、側壁スペーサ３０５となる絶縁膜を異方性エッチングし、キャップ層３０３及びゲート電極３０２の側壁上に側壁スペーサ３０５を形成する。これにより、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いた側壁スペーサ３０５を低温で形成することができる。
【０１２３】
次に、図１５Ｃに示すように、キャップ層３０３、ソース／ドレイン領域３０４、側壁スペーサ３０５上に、層間絶縁膜３０６を形成する。層間絶縁膜３０６には、例えば、酸化珪素膜よりも誘電率が低い周知の低誘電率絶縁膜が用いられて良い。次いで、層間絶縁膜３０６上に、ホトレジストからなるソース／ドレイン領域３０４に達するコンタクト孔パターン（図示せず）を形成し、コンタクト孔パターンをマスクに用いて、層間絶縁膜３０６をエッチングし、コンタクト孔３０７を形成する。本例のコンタクト孔３０７は、キャップ層３０３及び側壁スペーサ３０５上にかかっており、コンタクト孔３０７は、ゲート電極３０２を被覆するキャップ層３０３及び側壁スペーサ３０５、即ち、ゲート電極３０２間の空間に対して自己整合的に形成される、いわゆる、セルフアラインコンタクト構造である。
【０１２４】
次に、図１５Ｄに示すように、コンタクト孔３０７を導電物３０８で埋め込むことで、適用例２に係る構造体が形成される。
【０１２５】
総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜はエッチング耐性が良いので、コンタクト孔３０７を、ゲート電極３０２間の空間に対して自己整合的に形成する際の、ゲート電極３０２上を被覆するキャップ層３０３や、側壁スペーサ３０５にも好適である。
【０１２６】
このように、本発明の方法で、低温で形成したキャップ層３０３や側壁スペーサ３０５に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、キャップ層３０３や側壁スペーサ３０５に好適なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１２７】
（第４の実施形態）
さらに、Ｎ−Ｈ結合の量とプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとの関係を調べてみた。ストレスの測定には、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＦＬＸ−２３２０を用いた。
【０１２８】
図１６は、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスとＮ−Ｈ結合の量との関係を示す図である。
【０１２９】
図１６に示すように、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例では、１．３２×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスは、１４９６ＭＰａの引張ストレスを持つ。
【０１３０】
反対に、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜、本例では、３．４３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜のストレスは、−１０９９ＭＰａの圧縮ストレスを持つ。
【０１３１】
このように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜からＮ−Ｈ結合の量、特に、総膜中水素量が減るにつれて、膜のストレスは、引張ストレスから圧縮ストレスの方向にシフトする傾向が確認された。
【０１３２】
本実施形態では、第２の実施形態で説明した成膜方法で、総膜中水素量が、例えば、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜した後、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素をさらに離脱させる。このため、総膜中水素量が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー、…、というように、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が得られる。このため、例えば、−１５００Ｐａを超える圧縮応力を持つプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を低温で得ることが可能となる。
【０１３３】
さらに、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガス（例えば、アンモニアガス）を用いて成膜した場合と、窒化用の処理ガスとして水素を含まない窒素ガスを用いて成膜した場合とで、成膜された膜の段差被覆性を調べてみた。
【０１３４】
図１７はアンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図、図１８は窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の段差被覆性を示す断面図である。なお、図１８は参考例である。
【０１３５】
図１７に示すように、窒素及び水素含有ガス、本例ではアンモニアガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜４００ＮＨ３は、段差側面上の膜厚（Ｓｉｄｅ）と段差上面上の膜厚（Ｔｏｐ）との比“Ｓｉｄｅ／Ｔｏｐ”が約９１％であり、段差底面上の膜厚（Ｂｔｍ）と段差上面上の膜厚（Ｔｏｐ）との比“Ｂｔｍ／Ｔｏｐ”が約９７％であり、おおよそ９０％以上の段差被覆率を得ることができた。なお、本例における成膜条件は、処理温度４００℃、ジシランとアンモニアとの流量比５ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力１０００ｍＴｏｒｒである。
【０１３６】
対して、図１８に示すように、窒素ガスを用いて成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜４００Ｎ２は、比“Ｓｉｄｅ／Ｔｏｐ”が約３０％であり、比“Ｂｔｍ／Ｔｏｐ”が約３８％であり、段差被覆率は、おおむね３０〜４０％であった。なお、本例における成膜条件は、処理温度５００℃、ジシランと窒素との流量比１ｓｃｃｍ／１２００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー１．０２３Ｗ／ｃｍ２（２ｋＷ）、処理圧力２０ｍＴｏｒｒである。
【０１３７】
このように、例えば、第２の実施形態で説明した成膜方法を用いて低温で成膜したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガスを用いることで、窒化用の処理ガスとして窒素ガスを用いる場合に比較して、段差被覆性を良好にできることが確認された。このような段差被覆性の測定結果から、第１の実施形態においても述べたが、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒素及び水素含有ガスを使用して成膜することで、例えば、窒素ガスのみを用いてプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を成膜する場合に比較して反応が起りやすく、制御性も良くなるということを、改めて確認することができた。
【０１３８】
このように、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒素及び水素含有ガスを使用して成膜すると、段差被覆性が良く、また、Ｎ−Ｈ結合の量を１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以上から１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下へ減らしていくことで、膜のストレスに、引張ストレス及び圧縮ストレスのいずれかを選択して与えることができる。さらに、Ｎ−Ｈ結合の量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下であるプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、膜のストレスとして引張ストレス、又は圧縮ストレスのいずれかを選択することができる。
【０１３９】
さらに、本実施形態では、第２の実施形態で説明した成膜方法で、総膜中水素量が、例えば、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダーのプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を低温で成膜した後、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素をさらに離脱させる。このため、例えば、−１５００Ｐａを超える圧縮応力を持つプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、段差被覆性良く得ることができる。膜は、例えば、次に説明するような半導体集積回路装置の内部構造体への適用に有利である。
【０１４０】
（適用例３）
適用例３は、この発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、トランジスタのチャネルにストレスを与え、電荷の移動度を改善するストレスライナーに利用した例である。
【０１４１】
図１９Ａ及び図１９Ｂは適用例３に係る半導体集積回路装置の製造方法を主要な製造工程順に示す断面図である。
【０１４２】
図１９Ａに示すように、半導体ウエハＷ（本例ではシリコンウエハ）の表面を熱酸化し、ゲート絶縁膜４０１となる熱酸化珪素膜を形成し、ゲート絶縁膜４０１となる熱酸化珪素膜上に、ゲート電極４０２となる、例えば、導電性のポリシリコン膜を形成する。次いで、ゲート電極４０２となるポリシリコン膜上に、ホトレジストからなる図示せぬゲートパターンを形成し、ゲートパターンをマスクに用いて、ポリシリコン膜、熱酸化膜を順次エッチングしてゲート電極４０２を形成する。次いで、ゲート電極４０２をマスクに用いて、ウエハＷ内に、ウエハＷとは異なる導電型のソース／ドレイン領域４０３形成用の不純物を導入する。
【０１４３】
次に、図１９Ｂに示すように、ソース／ドレイン領域４０３及びゲート電極４０２上に、ストレスライナー４０４を形成する。ストレスライナー４０４となる絶縁膜には、実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜が用いられ、成膜条件は、処理温度を３００℃以上６００℃以下、好ましくは、５００℃以下の低温で珪素含有ガス、例えばジシランと窒素及び水素含有ガス、例えばアンモニアとの流量比を０．００５以上０．０１５以下、マイクロ波パワーを０．５Ｗ／ｃｍ２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ２以下、処理圧力を１３３．３Ｐａ以上１３３３３Ｐａ以下とする。好ましくは、１３３３Ｐａ以下とする。このような成膜条件とすることで、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を用いたストレスライナー４０４を形成することができる。
【０１４４】
総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は、図１６に示したように、例えば、−１５００Ｐａ以下の圧縮ストレスを持たせることができる。
【０１４５】
このように、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダー以下に制御したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ストレスライナー４０４に用いることで、チャネルに強い圧縮ストレスを与えることができる。チャネルに圧縮ストレスを与えると、反対に正孔の移動度が向上するので、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＭＩＳＦＥＴに有効に適用することができる。
【０１４６】
また、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、窒化用の処理ガスとして窒素及び水素含有ガス、例えば、アンモニアを使用すると段差被覆性が良い。例えば、図１７を参照して説明したように、おおよそ９０％以上の段差被覆率を得ることができる。このような膜は、ストレスライナーへの適用に好適である。例えば、ストレスライナーの段差被覆性が悪いと、ストレスライナーのうち、ゲート電極上の部分が特に厚くなってしまい、ゲート電極の高さが増して半導体ウエハ表面上の凹凸が大きくなりやすい。これは、例えば、ゲート電極間を層間絶縁膜で埋め込み難くなる、という事情を招く。しかしながら、ストレスライナーを、段差被覆率が良い、例えば、９０％以上の段差被覆率を持つ膜で形成すると、ストレスライナーのうち、ゲート電極上の部分が特に厚くなってしまうような事情が解消される。よって、半導体ウエハ表面上の凹凸が大きくなることを抑制でき、例えば、ゲート電極間を層間絶縁膜で埋め込み易くなる、という利点も得ることができる。
【０１４７】
このように、本発明の方法で、低温で形成した段差被覆性が良いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、ウエハ載置面３ａに、窪み３ｂ、又は膨らみ３ｃを設けたサセプタ３上で形成する。このため、段差被覆性が良いプラズマＣＶＤ窒化珪素膜に対してプロセス条件で得られるストレス以上の高い引張りストレス、又は圧縮ストレスを与えることができる。
【０１４８】
以上、この発明を、いくつかの実施形態を参照して述べたが、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１４９】
例えば、珪素含有ガスとしてジシランを使用したが、ジシランの他、シランやＴＳＡ等も使用することができる。また、窒素及び水素含有ガスとしてはアンモニアを使用したが、窒素と水素とを含有し、かつ、珪素含有ガスとともに供給することで窒化珪素膜を成膜できるものでれば使用することが可能である。
【０１５０】
また、上記実施形態では、成膜装置として、マイクロ波プラズマ成膜装置を例示したが、マイクロ波プラズマ成膜装置に限られることもなく、他のプラズマ成膜装置を使用することもできる。
【０１５１】
例えば、上記実施形態では、引張りストレス、又は圧縮ストレスを窒化珪素膜に生じさせたが、ストレスを生じさせる薄膜は窒化珪素膜に限られるものではない。例えば、珪素膜、酸化珪素膜、酸窒化珪素膜、金属膜、金属珪化物等、成膜装置で成膜することができる薄膜であれば、この発明を適用することができる。
【０１５２】
また、成膜装置としてはマイクロ波プラズマ成膜装置を示したが、成膜装置もマイクロ波プラズマ成膜装置に限られるものではない。平行平板型プラズマ成膜装置であってもよいし、プラズマに限らず熱成膜装置でも良い。また、成膜手法もＣＶＤ法に限られるものではなく、スパッタ法でも良い。また、気相成長ばかりでなく、液層成長、例えば、ＬＰＤ法やメッキ法を利用した成膜装置にも、この発明は適用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１…処理チャンバー（処理容器）、２…排気室、３…サセプタ（基板支持台）、３ａ…基板載置面、３ｂ…球面状の窪み、３ｃ…球面状の膨らみ、４…支持部、５…ガイドリング、６…ヒーター、７ａ…ライナー、７ｂ…バッフルプレート、８…支柱、９…ゲートバルブ、１０…マイクロ波導入部、１１…マイクロ波透過板、１２…平面アンテナ部材、１３…遅波材、１４…環状の支持部、１５…シール部材、１６…スロット孔、１７…シールドカバー、１８…導波管、１９…マッチング回路、２０…マイクロ波発生装置、２１…モード変換器、２２ａ、２２ｂ、２２ｄ…ガス導入部、２２ｃ…シャワーヘッド、２７…ガス供給部、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００ａ、１００ｂ…プラズマ成膜装置、２０１…絶縁膜、２０２…エッチングストッパ、２０３…層間絶縁膜、２０４…ハードマスク、２０５…ホトレジスト、２０６…溝又は孔、３０１…ゲート絶縁膜、３０２…ゲート電極、３０３…キャップ層、３０４…ソース／ドレイン領域、３０５…側壁スペーサ、３０６…層間絶縁膜、３０７…コンタクト孔、３０８…導電物、４０１…ゲート絶縁膜、４０２…ゲート電極、４０３…ソース／ドレイン領域、４０４…ストレスライナー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、被処理基板が載置される基板載置台と、
前記処理容器内に、ガスを供給するガス導入部と、を具備し、
前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマ処理装置に使用され、プラズマ処理される被処理基板が載置される基板載置台であって、
前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とする基板載置台。
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、被処理基板が載置される基板載置台と、
前記処理容器内に、ガスを供給するガス導入部と、を具備し、
前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
プラズマ処理装置に使用され、プラズマ処理される被処理基板が載置される基板載置台であって、
前記基板載置台の、前記被処理基板が載置される基板載置面が窪みを有し、前記窪みの直径を２００ｍｍとしたとき、最深部の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とする基板載置台。
【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】
【公開番号】特開２０１３−１２７７６（Ｐ２０１３−１２７７６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０９２７０（Ｐ２０１２−２０９２７０）
【出願日】平成２４年９月２４日（２０１２．９．２４）
【分割の表示】特願２００８−９０７１５（Ｐ２００８−９０７１５）の分割
【原出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２４日（２０１２．９．２４）
【分割の表示】特願２００８−９０７１５（Ｐ２００８−９０７１５）の分割
【原出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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