高ストレス薄膜の成膜方法及び半導体集積回路装置の製造方法
【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高ストレス薄膜の成膜方法を提供すること。
【解決手段】水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程（ステップ１）と、薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら薄膜から水素を離脱させる工程（ステップ２、ステップ１１及び１２）と、を具備する。
【解決手段】水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程（ステップ１）と、薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら薄膜から水素を離脱させる工程（ステップ２、ステップ１１及び１２）と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法に関する。
【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。
【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１】前田和夫「ＶＬＳＩとＣＶＤ」槇書店，１９９７年７月３１日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る高ストレス薄膜の成膜方法は、水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程と、前記薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備する。
【０００８】
この発明の第２の態様に係る高ストレス薄膜の成膜方法は、マイクロ波励起プラズマを用いた高ストレス薄膜の成膜方法であって、処理容器内に、珪素含有ガスと、窒素及び水素含有ガスとを導入する工程と、マイクロ波を前記処理容器内に放射し、前記処理容器内に導入された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ化する工程と、前記プラズマ化された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスを、被処理基板の表面上に供給し、この被処理基板の表面上に、成膜条件を、処理温度を３００℃以上６００℃以下、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を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以下として窒化珪素膜を成膜する工程と、前記窒化珪素膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備する。
【０００９】
この発明の第３の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、絶縁膜上に、この絶縁膜とは異なる物質を含むエッチングストッパを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、前記エッチングストッパの上方に、このエッチングストッパとは異なる物質を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に、この層間絶縁膜とは異なる物質を含むハードマスクを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、前記ハードマスクをエッチングマスクに用いて、前記層間絶縁膜に、溝又は孔を形成する工程と、を具備する。
【００１０】
この発明の第４の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、半導体基板上に、この半導体基板と絶縁され、上部にキャップ層を備えたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、前記ゲート電極の側壁上に、側壁スペーサを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、を具備する。
【００１１】
この発明の第５の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、前記半導体基板上に、前記ゲート電極を被覆し、前記ゲート電極下の前記半導体基板の部分にストレスを与えるストレスライナーを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
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高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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（基板支持台）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、水素離脱ガス供給源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、及び水素離脱ガス供給源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】
水素離脱ガスは成膜された薄膜から水素を離脱させるガスであり、薄膜から水素を離脱させる物質を含む。薄膜から水素を離脱させる物質としては、例えば、ハロゲン含有ガスを用いることができる。ハロゲンとしては弗素、又は塩素を挙げることができ、好ましいハロゲン含有ガスの一例としては、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物を挙げることができる。また、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスの例としては、例えば、ＮＦ３ガス、又はＮＦ３含有ガスやＣｌＦ３ガス、又はＣｌＦ３含有ガス等を挙げることができる。さらに、プラズマを安定に生成する希釈ガスとして、希ガス、例えば、Ａｒガスを用いることが好ましい。また、水素離脱ガスとして、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスを用いた場合には、チャンバー１内等を洗浄する洗浄ガスと兼用することも可能である。この場合には、水素離脱ガスは、プラズマ成膜装置１００ａに接続された洗浄ガス供給源から供給されれば良い。
【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、不活性ガス、及び水素離脱ガスは、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が、プラズマの安定生成を考えると、用いることが好ましい。
【００３５】
なお、本例では水素離脱ガスをチャンバー１内に、下部のガス導入部２２ｂから供給するようにしているが、上部のガス導入部２２ａから供給するようにしても良いし、ガス導入部２２ａおよび２２ｂとは別に設けた水素離脱ガス導入のガス導入部から供給するようにしても良い。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図３Ａは、本実施の形態に係る成膜方法の基本的な流れを示す流れ図である。
【００３９】
図３Ａに示すように、まず、水素を含む成膜原料ガスをチャンバー１内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する（ステップ１）。
【００４０】
次いで、薄膜から水素を離脱させる水素離脱ガスをチャンバー１内に供給し、成膜された薄膜から水素を離脱させる（ステップ２）。
【００４１】
図４は、堆積時のストレスと水素離脱後のストレスとの差（ストレス変化量）を示す図である。図４では、薄膜が水素を取り込んだ窒化珪素膜の場合を示している。
【００４２】
図４に示すように、濃度が大きく減少する、即ち、離脱水素量が大きいほど、ストレスが大きく変化する。薄膜が窒化珪素膜である場合には、特に、圧縮ストレスが高まる。
【００４３】
図５は、薄膜に生じるストレスと処理圧力との関係を示す図である。
【００４４】
図５中の線Ｉは、下記のプロセス条件で成膜された窒化珪素膜に生ずるストレスを示したものである。
【００４５】
＜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）
載置台２の温度；５００℃
マイクロ波パワー；３０００Ｗ
図５中の線Ｉが、成膜された薄膜に対してプロセス条件で与えられるストレスである。成膜原料ガスをＮ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系として成膜された窒化珪素膜には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る。
【００４６】
成膜された窒化珪素膜から水素を離脱させると、線Ｉに示す圧縮ストレスに対して図４に示した圧縮ストレスを加えることができる。この結果、窒化珪素膜に生じる圧縮ストレスは、図５中の線IIに示すように、さらに強くなる。
【００４７】
このように、成膜された薄膜中から水素を離脱させることで、成膜された薄膜に対して、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与えることができる。
【００４８】
しかしながら、水素離脱ガスが成膜された薄膜と良く反応する場合には、かえって水素離脱ガスが薄膜を減膜させてしまう可能性がある。特に、水素離脱ガスが弗素、又は塩素、又は弗素及び塩素の双方を含む単化合物ガスの場合には薄膜の減膜傾向が強い。中でも、成膜された薄膜が水素を取り込んだ窒化珪素膜であり、水素離脱ガスがＮＦ３ガスの場合に、この減膜傾向が顕著である。さらに、希ガスにより希釈することにより、より減膜できる。
【００４９】
減膜量が増すと、窒化珪素膜の膜厚が設計された膜厚を満たすことが困難になり、また、成膜したはずの窒化珪素膜が消滅する可能性もある。半導体素子は年々微細化しており、これに伴い半導体集積回路中の薄膜は、より薄くなる傾向にある。このため、減膜が起ると、将来、半導体集積回路の特性に著しい影響を与える可能性がある。しかも、この影響は、今後、加速度的に増大していく可能性がある。成膜された薄膜に対してプロセス条件で与えられる以上のストレスを与えることができた、としても、減膜するのであれば、実際の半導体装置のプロセスに適用することが難しい。これでは、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持つ薄膜を形成することが困難になる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、以下のように薄膜中から希釈ガスによりハロゲン化合物ガスの量を極小量にすることで減膜せず、効率的に水素を離脱するように工夫した。
【００５１】
まず、チャンバー１の内部にプラズマ励起用の希ガス、例えば、Ａｒガスを供給し、マイクロ波放射孔３３からマイクロ波を放射してチャンバー１の内部をプラズマ雰囲気とする。そして、図３Ｂに示すように、水素離脱ガスを、所定の時間の間、チャンバー１内に供給する（ステップ１１）。所定の時間の例は、水素離脱ガスの供給開始から、成膜された薄膜の減膜量が許容範囲内に収まる時間内、又は成膜された薄膜が減膜しない時間である。図６に、具体的なタイムチャートの一例を示す。図６中の時刻Ｔ１からＴ２の期間に示すように、本例では、希ガス２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ３ガスを２０ｓｃｃｍの流量で３秒間、チャンバー１に供給した。これでチャンバー１の雰囲気は、薄膜から水素を離脱させる雰囲気となる。薄膜は、本例では水素を取り込んだ窒化珪素膜である。
【００５２】
次いで、図３Ｂに示すように、水素離脱ガスの供給を止め、チャンバー１内の雰囲気を水素離脱ガスが供給される前の雰囲気に戻す（ステップ１２）。水素離脱ガスが供給される前の雰囲気とは、チャンバー１内の雰囲気中に水素離脱ガスが無い、又はほとんど無い状態である。本例では、図６中の時刻Ｔ２からＴ３の期間に示すように、ＮＦ３ガスの供給を止め、ＮＦ３ガスがチャンバー１に残留しないように排気又は自然消滅又は排気と自然消滅を利用し、チャンバー１内のＮＦ３ガスの濃度を弱めながら、ＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻す（時刻Ｔ２から時刻Ｔ３）。本例では、所定の排気量でチャンバー１の内部を排気しながら、ＮＦ３ガスの供給を６０秒間止めた。
【００５３】
さらに、本実施形態では、上記ステップ１１、１２を、所定回数繰り返す。
【００５４】
本例では、図６の時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の期間に示すように、チャンバー１の雰囲気がＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻ったら、再度、ＮＦ３ガスを２０ｓｃｃｍの流量で３秒間、チャンバー１に供給した。その後、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の期間に示すように、再度、ＮＦ３ガスの供給を止め、チャンバー１の雰囲気をＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻す。このようにステップ１１、１２を繰り返すことで、水素離脱ガス、本例ではＮＦ３ガスがチャンバー１の内部にパルス的に供給される。ステップ１１、１２が所定回数繰り返されたら、水素を離脱させる工程は終了し、薄膜の成膜工程が終了する。
【００５５】
このように、本例では、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部にパルス的に供給することで、チャンバー１の内部の雰囲気を数秒乃至数十秒間の短い期間だけＮＦ３ガス含有雰囲気とした後、ＮＦ３ガス供給前の雰囲気、即ちＮＦ３ガスが無い、もしくはほとんど無い雰囲気に戻すことができる。
【００５６】
チャンバー１の内部が、ＮＦ３ガスの供給開始から数秒乃至数十秒間だけＮＦ３ガス含有雰囲気となっても、水素を取り込んだ窒化珪素膜からは水素が離脱する。離脱した水素の量は、図６に示すように、上記ステップ１１、１２を繰り返す毎に累積されていく。
【００５７】
このように、本例によれば、成膜された窒化珪素膜から水素を離脱させることができる。よって、成膜された窒化珪素膜に対してプロセス条件で与えられる以上のストレスを与えることができる。
【００５８】
さらに、ＮＦ３ガスの供給開始から数秒乃至数十秒間という短い期間は、ＮＦ３ガスが例えば、チャンバー１の内部に十分な濃度で十分に拡がっていない期間である。このため、窒素珪素膜を減膜させる量が非常に少ない期間、又は全く減膜しない期間となる。ＮＦ３ガスによる窒化珪素膜の減膜量も、図６に示すように、上記ステップを繰り返す毎に累積されるのであるが、減膜量が非常に少ないか、又は全く減膜しないから、減膜量を、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部に供給し続ける比較例（図６中の点線に示す）に比較して減らすことができる、又は減膜量をゼロにすることができる。
【００５９】
このように、本例によれば、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持つ薄膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で形成することができる。高ストレス薄膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で形成することができることは、今後の半導体素子の微細化にも有利である。
【００６０】
なお、第１の実施形態では、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部にパルス的に供給するようにしたが、さらに、プラズマをパルス的にたてるようにしても、窒素珪素膜の減膜量を小さくできる、又は減膜が生じない状態とすることができる。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【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、プラズマ生成用ガス供給源２７ｃ、及び水素離脱ガス供給源２７ｄ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、及び水素離脱ガスを、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。水素離脱ガスの例は、第１の実施形態と同様に、例えば、ハロゲン含有ガスである。ハロゲンとしては弗素、又は塩素を挙げることができ、ハロゲン含有ガスの一例としては、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物を挙げることができる。また、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスの例としては、例えば、ＮＦ３ガス、又はＮＦ３含有ガスやＣｌＦ３ガス、又はＣｌＦ３含有ガス等を挙げることができる。また、水素離脱ガスとして、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスを用いた場合には、チャンバー１内等を洗浄する洗浄ガスと兼用することも可能である。この場合には、水素離脱ガスは、プラズマ成膜装置１００ａに接続された洗浄ガス供給源から供給されれば良い。
【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。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。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】
次に、第１の実施形態で説明した方法を用いて、堆積された薄膜から水素を離脱させる。
【００７２】
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。
【００７３】
図９は水素量の処理圧力依存性を示す図で、図９Ａは処理条件を、図９Ｂは水素量と処理圧力との関係を示している。
【００７４】
図９Ａ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。
【００７５】
図９Ｂ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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
さらに、本例では、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得たのち、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて、水素を、さらに離脱させる。このため、総膜中水素量が２×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００８７】
さらに、本例では、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で得ることができる。
【００８８】
このように、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜では、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くなる。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。
【００８９】
このように、第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜によれば、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを合計した総膜中水素量を減らすことが可能なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法を提供できる。
【００９０】
（第３の実施形態）
図１０に、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比（ハロゲン化合物ガス／希ガス）と、減膜率との関係を示す。
【００９１】
図１０に示すように、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比を低くすることで、減膜率が小さくなる。実用的には、減膜率は５％以下とされることが好ましく、減膜率を５％以下とするには、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比を０．００６以下とすることが好ましい。
【００９２】
このように、水素が少なく、かつ、減膜し難い膜は、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。
【００９３】
（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。
【００９４】
図１１Ａ乃至図１１Ｃ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。
【００９５】
まず、図１１Ａ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【００９６】
次いで、図１１Ｂ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。
【００９７】
次いで、図１１Ｃ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。
【００９８】
本発明の方法ではプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、たとえ、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を薄く形成した、としても、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９９】
このように、本発明の方法で形成したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は減膜し難いので、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（適用例２）
適用例２は、本発明の方法で形成したプラズマ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。
【０１０２】
図１２Ａ乃至図１２Ｄ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。
【０１０３】
図１２Ａ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【０１０４】
次に、図１２Ｂ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。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。このように水素を離脱させることで、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側壁スペーサ３０５を形成することができる。
【０１０５】
次に、図１２Ｃ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。
【０１０６】
次に、図１２Ｄ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。
【０１０７】
本発明の方法ではプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、たとえ、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を薄く形成した、としても、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。このため、本発明の方法で形成したプラズマ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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
図１３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。
【０１１０】
図１３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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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窒化珪素膜を得ることが可能となる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図１４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１５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１５は参考例である。
【０１１６】
図１４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。
【０１１７】
対して、図１５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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
図１６Ａ及び図１６Ｂ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。
【０１２３】
図１６Ａ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。
【０１２４】
次に、図１６Ｂ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【０１２５】
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１３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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
しかも、本例では、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、段差被覆性が良く、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で得ることができる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
さらに、上記実施形態では、水素を離脱させることによって成膜された窒化珪素膜に、プロセス条件によって与えられるストレスに加えて、別の新たなストレスを生じさせたが、別の新たな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。水素を離脱させることによって、別の新たなストレスが生じる薄膜であれば、如何なる薄膜においても、この発明を適用することができる。
【０１３３】
また、薄膜の成膜にはマイクロ波プラズマ成膜装置を用いたが、マイクロ波プラズマ成膜装置を用いて成膜された薄膜に限られるものではない。平行平板型プラズマ成膜装置を用いて成膜された薄膜であっても良いし、プラズマに限らず熱成膜装置を用いて成膜された薄膜であっても良い。また、成膜手法もＣＶＤ法に限られるものではなく、スパッタ法を用いて成膜された薄膜でも良い。また、気相成長ばかりでなく、液層成長、例えば、ＬＰＤ法やメッキ法を用いて成膜された薄膜にも、この発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【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】実施の形態に係る成膜方法の基本的な流れを示す流れ図
【図４】離脱水素量とストレスとの関係を示す図
【図５】ストレスと処理圧力との関係を示す図
【図６】水素離脱工程の一例を示す図
【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】水素量の処理圧力依存性を示す図
【図１０】ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比と減膜率との関係を示す図
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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
【符号の説明】
【０１３５】
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）、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、高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法に関する。
【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。
【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１】前田和夫「ＶＬＳＩとＣＶＤ」槇書店，１９９７年７月３１日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る高ストレス薄膜の成膜方法は、水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程と、前記薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備する。
【０００８】
この発明の第２の態様に係る高ストレス薄膜の成膜方法は、マイクロ波励起プラズマを用いた高ストレス薄膜の成膜方法であって、処理容器内に、珪素含有ガスと、窒素及び水素含有ガスとを導入する工程と、マイクロ波を前記処理容器内に放射し、前記処理容器内に導入された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ化する工程と、前記プラズマ化された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスを、被処理基板の表面上に供給し、この被処理基板の表面上に、成膜条件を、処理温度を３００℃以上６００℃以下、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を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以下として窒化珪素膜を成膜する工程と、前記窒化珪素膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備する。
【０００９】
この発明の第３の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、絶縁膜上に、この絶縁膜とは異なる物質を含むエッチングストッパを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、前記エッチングストッパの上方に、このエッチングストッパとは異なる物質を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に、この層間絶縁膜とは異なる物質を含むハードマスクを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、前記ハードマスクをエッチングマスクに用いて、前記層間絶縁膜に、溝又は孔を形成する工程と、を具備する。
【００１０】
この発明の第４の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、半導体基板上に、この半導体基板と絶縁され、上部にキャップ層を備えたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、前記ゲート電極の側壁上に、側壁スペーサを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、を具備する。
【００１１】
この発明の第５の態様に係る半導体集積回路装置の製造方法は、半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されたゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、前記半導体基板上に、前記ゲート電極を被覆し、前記ゲート電極下の前記半導体基板の部分にストレスを与えるストレスライナーを上記第１の態様又は第２の態様に係る成膜方法を用いて形成する工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
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高ストレス薄膜の成膜方法及びその成膜方法を用いた半導体集積回路装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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（基板支持台）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、水素離脱ガス供給源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、及び水素離脱ガス供給源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】
水素離脱ガスは成膜された薄膜から水素を離脱させるガスであり、薄膜から水素を離脱させる物質を含む。薄膜から水素を離脱させる物質としては、例えば、ハロゲン含有ガスを用いることができる。ハロゲンとしては弗素、又は塩素を挙げることができ、好ましいハロゲン含有ガスの一例としては、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物を挙げることができる。また、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスの例としては、例えば、ＮＦ３ガス、又はＮＦ３含有ガスやＣｌＦ３ガス、又はＣｌＦ３含有ガス等を挙げることができる。さらに、プラズマを安定に生成する希釈ガスとして、希ガス、例えば、Ａｒガスを用いることが好ましい。また、水素離脱ガスとして、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスを用いた場合には、チャンバー１内等を洗浄する洗浄ガスと兼用することも可能である。この場合には、水素離脱ガスは、プラズマ成膜装置１００ａに接続された洗浄ガス供給源から供給されれば良い。
【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、不活性ガス、及び水素離脱ガスは、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が、プラズマの安定生成を考えると、用いることが好ましい。
【００３５】
なお、本例では水素離脱ガスをチャンバー１内に、下部のガス導入部２２ｂから供給するようにしているが、上部のガス導入部２２ａから供給するようにしても良いし、ガス導入部２２ａおよび２２ｂとは別に設けた水素離脱ガス導入のガス導入部から供給するようにしても良い。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図３Ａは、本実施の形態に係る成膜方法の基本的な流れを示す流れ図である。
【００３９】
図３Ａに示すように、まず、水素を含む成膜原料ガスをチャンバー１内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する（ステップ１）。
【００４０】
次いで、薄膜から水素を離脱させる水素離脱ガスをチャンバー１内に供給し、成膜された薄膜から水素を離脱させる（ステップ２）。
【００４１】
図４は、堆積時のストレスと水素離脱後のストレスとの差（ストレス変化量）を示す図である。図４では、薄膜が水素を取り込んだ窒化珪素膜の場合を示している。
【００４２】
図４に示すように、濃度が大きく減少する、即ち、離脱水素量が大きいほど、ストレスが大きく変化する。薄膜が窒化珪素膜である場合には、特に、圧縮ストレスが高まる。
【００４３】
図５は、薄膜に生じるストレスと処理圧力との関係を示す図である。
【００４４】
図５中の線Ｉは、下記のプロセス条件で成膜された窒化珪素膜に生ずるストレスを示したものである。
【００４５】
＜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）
載置台２の温度；５００℃
マイクロ波パワー；３０００Ｗ
図５中の線Ｉが、成膜された薄膜に対してプロセス条件で与えられるストレスである。成膜原料ガスをＮ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系として成膜された窒化珪素膜には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る。
【００４６】
成膜された窒化珪素膜から水素を離脱させると、線Ｉに示す圧縮ストレスに対して図４に示した圧縮ストレスを加えることができる。この結果、窒化珪素膜に生じる圧縮ストレスは、図５中の線IIに示すように、さらに強くなる。
【００４７】
このように、成膜された薄膜中から水素を離脱させることで、成膜された薄膜に対して、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与えることができる。
【００４８】
しかしながら、水素離脱ガスが成膜された薄膜と良く反応する場合には、かえって水素離脱ガスが薄膜を減膜させてしまう可能性がある。特に、水素離脱ガスが弗素、又は塩素、又は弗素及び塩素の双方を含む単化合物ガスの場合には薄膜の減膜傾向が強い。中でも、成膜された薄膜が水素を取り込んだ窒化珪素膜であり、水素離脱ガスがＮＦ３ガスの場合に、この減膜傾向が顕著である。さらに、希ガスにより希釈することにより、より減膜できる。
【００４９】
減膜量が増すと、窒化珪素膜の膜厚が設計された膜厚を満たすことが困難になり、また、成膜したはずの窒化珪素膜が消滅する可能性もある。半導体素子は年々微細化しており、これに伴い半導体集積回路中の薄膜は、より薄くなる傾向にある。このため、減膜が起ると、将来、半導体集積回路の特性に著しい影響を与える可能性がある。しかも、この影響は、今後、加速度的に増大していく可能性がある。成膜された薄膜に対してプロセス条件で与えられる以上のストレスを与えることができた、としても、減膜するのであれば、実際の半導体装置のプロセスに適用することが難しい。これでは、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持つ薄膜を形成することが困難になる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、以下のように薄膜中から希釈ガスによりハロゲン化合物ガスの量を極小量にすることで減膜せず、効率的に水素を離脱するように工夫した。
【００５１】
まず、チャンバー１の内部にプラズマ励起用の希ガス、例えば、Ａｒガスを供給し、マイクロ波放射孔３３からマイクロ波を放射してチャンバー１の内部をプラズマ雰囲気とする。そして、図３Ｂに示すように、水素離脱ガスを、所定の時間の間、チャンバー１内に供給する（ステップ１１）。所定の時間の例は、水素離脱ガスの供給開始から、成膜された薄膜の減膜量が許容範囲内に収まる時間内、又は成膜された薄膜が減膜しない時間である。図６に、具体的なタイムチャートの一例を示す。図６中の時刻Ｔ１からＴ２の期間に示すように、本例では、希ガス２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ３ガスを２０ｓｃｃｍの流量で３秒間、チャンバー１に供給した。これでチャンバー１の雰囲気は、薄膜から水素を離脱させる雰囲気となる。薄膜は、本例では水素を取り込んだ窒化珪素膜である。
【００５２】
次いで、図３Ｂに示すように、水素離脱ガスの供給を止め、チャンバー１内の雰囲気を水素離脱ガスが供給される前の雰囲気に戻す（ステップ１２）。水素離脱ガスが供給される前の雰囲気とは、チャンバー１内の雰囲気中に水素離脱ガスが無い、又はほとんど無い状態である。本例では、図６中の時刻Ｔ２からＴ３の期間に示すように、ＮＦ３ガスの供給を止め、ＮＦ３ガスがチャンバー１に残留しないように排気又は自然消滅又は排気と自然消滅を利用し、チャンバー１内のＮＦ３ガスの濃度を弱めながら、ＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻す（時刻Ｔ２から時刻Ｔ３）。本例では、所定の排気量でチャンバー１の内部を排気しながら、ＮＦ３ガスの供給を６０秒間止めた。
【００５３】
さらに、本実施形態では、上記ステップ１１、１２を、所定回数繰り返す。
【００５４】
本例では、図６の時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の期間に示すように、チャンバー１の雰囲気がＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻ったら、再度、ＮＦ３ガスを２０ｓｃｃｍの流量で３秒間、チャンバー１に供給した。その後、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の期間に示すように、再度、ＮＦ３ガスの供給を止め、チャンバー１の雰囲気をＮＦ３ガス供給前の雰囲気に戻す。このようにステップ１１、１２を繰り返すことで、水素離脱ガス、本例ではＮＦ３ガスがチャンバー１の内部にパルス的に供給される。ステップ１１、１２が所定回数繰り返されたら、水素を離脱させる工程は終了し、薄膜の成膜工程が終了する。
【００５５】
このように、本例では、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部にパルス的に供給することで、チャンバー１の内部の雰囲気を数秒乃至数十秒間の短い期間だけＮＦ３ガス含有雰囲気とした後、ＮＦ３ガス供給前の雰囲気、即ちＮＦ３ガスが無い、もしくはほとんど無い雰囲気に戻すことができる。
【００５６】
チャンバー１の内部が、ＮＦ３ガスの供給開始から数秒乃至数十秒間だけＮＦ３ガス含有雰囲気となっても、水素を取り込んだ窒化珪素膜からは水素が離脱する。離脱した水素の量は、図６に示すように、上記ステップ１１、１２を繰り返す毎に累積されていく。
【００５７】
このように、本例によれば、成膜された窒化珪素膜から水素を離脱させることができる。よって、成膜された窒化珪素膜に対してプロセス条件で与えられる以上のストレスを与えることができる。
【００５８】
さらに、ＮＦ３ガスの供給開始から数秒乃至数十秒間という短い期間は、ＮＦ３ガスが例えば、チャンバー１の内部に十分な濃度で十分に拡がっていない期間である。このため、窒素珪素膜を減膜させる量が非常に少ない期間、又は全く減膜しない期間となる。ＮＦ３ガスによる窒化珪素膜の減膜量も、図６に示すように、上記ステップを繰り返す毎に累積されるのであるが、減膜量が非常に少ないか、又は全く減膜しないから、減膜量を、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部に供給し続ける比較例（図６中の点線に示す）に比較して減らすことができる、又は減膜量をゼロにすることができる。
【００５９】
このように、本例によれば、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持つ薄膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で形成することができる。高ストレス薄膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で形成することができることは、今後の半導体素子の微細化にも有利である。
【００６０】
なお、第１の実施形態では、ＮＦ３ガスをチャンバー１の内部にパルス的に供給するようにしたが、さらに、プラズマをパルス的にたてるようにしても、窒素珪素膜の減膜量を小さくできる、又は減膜が生じない状態とすることができる。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【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、プラズマ生成用ガス供給源２７ｃ、及び水素離脱ガス供給源２７ｄ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、及び水素離脱ガスを、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。水素離脱ガスの例は、第１の実施形態と同様に、例えば、ハロゲン含有ガスである。ハロゲンとしては弗素、又は塩素を挙げることができ、ハロゲン含有ガスの一例としては、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物を挙げることができる。また、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスの例としては、例えば、ＮＦ３ガス、又はＮＦ３含有ガスやＣｌＦ３ガス、又はＣｌＦ３含有ガス等を挙げることができる。また、水素離脱ガスとして、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物、又はこれら弗化物を含有するガスを用いた場合には、チャンバー１内等を洗浄する洗浄ガスと兼用することも可能である。この場合には、水素離脱ガスは、プラズマ成膜装置１００ａに接続された洗浄ガス供給源から供給されれば良い。
【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。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。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】
次に、第１の実施形態で説明した方法を用いて、堆積された薄膜から水素を離脱させる。
【００７２】
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。
【００７３】
図９は水素量の処理圧力依存性を示す図で、図９Ａは処理条件を、図９Ｂは水素量と処理圧力との関係を示している。
【００７４】
図９Ａ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。
【００７５】
図９Ｂ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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
さらに、本例では、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得たのち、このプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて、水素を、さらに離脱させる。このため、総膜中水素量が２×１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００８７】
さらに、本例では、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で得ることができる。
【００８８】
このように、総膜中水素量が少ないプラズマＣＶＤ窒化珪素膜では、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くなる。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。
【００８９】
このように、第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ窒化珪素膜によれば、Ｎ−Ｈ結合の量とＳｉ−Ｈ結合の量とを合計した総膜中水素量を減らすことが可能なプラズマＣＶＤ窒化珪素膜の成膜方法を提供できる。
【００９０】
（第３の実施形態）
図１０に、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比（ハロゲン化合物ガス／希ガス）と、減膜率との関係を示す。
【００９１】
図１０に示すように、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比を低くすることで、減膜率が小さくなる。実用的には、減膜率は５％以下とされることが好ましく、減膜率を５％以下とするには、ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比を０．００６以下とすることが好ましい。
【００９２】
このように、水素が少なく、かつ、減膜し難い膜は、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。
【００９３】
（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。
【００９４】
図１１Ａ乃至図１１Ｃ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。
【００９５】
まず、図１１Ａ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【００９６】
次いで、図１１Ｂ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。
【００９７】
次いで、図１１Ｃ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。
【００９８】
本発明の方法ではプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、たとえ、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を薄く形成した、としても、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。
【００９９】
このように、本発明の方法で形成したプラズマＣＶＤ窒化珪素膜は減膜し難いので、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（適用例２）
適用例２は、本発明の方法で形成したプラズマ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。
【０１０２】
図１２Ａ乃至図１２Ｄ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。
【０１０３】
図１２Ａ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【０１０４】
次に、図１２Ｂ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。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。このように水素を離脱させることで、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側壁スペーサ３０５を形成することができる。
【０１０５】
次に、図１２Ｃ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。
【０１０６】
次に、図１２Ｄ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。
【０１０７】
本発明の方法ではプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、あるいはプラズマをパルス的にたてながら、あるいは水素離脱ガスをパルス的に供給するとともにプラズマをパルス的にたてながらプラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、たとえ、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜を薄く形成した、としても、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｏｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を得ることができる。このため、本発明の方法で形成したプラズマ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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
図１３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。
【０１１０】
図１３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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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窒化珪素膜を得ることが可能となる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図１４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１５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１５は参考例である。
【０１１６】
図１４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。
【０１１７】
対して、図１５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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
図１６Ａ及び図１６Ｂ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。
【０１２３】
図１６Ａ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。
【０１２４】
次に、図１６Ｂ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。さらに、成膜されたプラズマ窒化珪素膜から、第１の実施形態で説明した方法を用いて水素を離脱させる。このように水素を離脱させることで、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。
【０１２５】
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１３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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
しかも、本例では、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる水素離脱ガスを、チャンバー１にパルス的に供給しながら、プラズマＣＶＤ窒化珪素膜から水素を離脱させる。このため、段差被覆性が良く、総膜中水素量が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下のプラズマＣＶＤ窒化珪素膜を、差し支えのない範囲の減膜量、又は減膜が生じない状態で得ることができる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
さらに、上記実施形態では、水素を離脱させることによって成膜された窒化珪素膜に、プロセス条件によって与えられるストレスに加えて、別の新たなストレスを生じさせたが、別の新たな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。水素を離脱させることによって、別の新たなストレスが生じる薄膜であれば、如何なる薄膜においても、この発明を適用することができる。
【０１３３】
また、薄膜の成膜にはマイクロ波プラズマ成膜装置を用いたが、マイクロ波プラズマ成膜装置を用いて成膜された薄膜に限られるものではない。平行平板型プラズマ成膜装置を用いて成膜された薄膜であっても良いし、プラズマに限らず熱成膜装置を用いて成膜された薄膜であっても良い。また、成膜手法もＣＶＤ法に限られるものではなく、スパッタ法を用いて成膜された薄膜でも良い。また、気相成長ばかりでなく、液層成長、例えば、ＬＰＤ法やメッキ法を用いて成膜された薄膜にも、この発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【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】実施の形態に係る成膜方法の基本的な流れを示す流れ図
【図４】離脱水素量とストレスとの関係を示す図
【図５】ストレスと処理圧力との関係を示す図
【図６】水素離脱工程の一例を示す図
【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】水素量の処理圧力依存性を示す図
【図１０】ハロゲン化合物ガスと希ガスとの流量比と減膜率との関係を示す図
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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
【符号の説明】
【０１３５】
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）、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】
水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程と、
前記薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備することを特徴とする高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項２】
マイクロ波励起プラズマを用いた高ストレス薄膜の成膜方法であって、
処理容器内に、珪素含有ガスと、窒素及び水素含有ガスとを導入する工程と、
マイクロ波を前記処理容器内に放射し、前記処理容器内に導入された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ化する工程と、
前記プラズマ化された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスを、被処理基板の表面上に供給し、この被処理基板の表面上に、成膜条件を、処理温度を３００℃以上６００℃以下、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を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以下として窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記窒化珪素膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、
を具備することを特徴とする高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記薄膜から水素を離脱させる物質が、ハロゲン含有ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記ハロゲンが、弗素、又は塩素であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項５】
前記水素を含む成膜原料ガスが、珪素の水素化物を含むガスと、窒素を含むガスとを含み、
前記薄膜が、窒化珪素膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記窒化珪素膜から前記水素を離脱させる物質が、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物であることを特徴とする請求項５に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項７】
前記窒素の弗化物、又は前記塩素の弗化物を含むガスが、前記チャンバーの内部を洗浄する洗浄ガスであることを特徴とする請求項６に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項８】
前記薄膜から水素を離脱させる工程が、
前記水素離脱ガスを、この水素離脱ガスの供給開始から前記成膜された薄膜の減膜量が許容範囲内に収まる時間内又は前記成膜された薄膜が減膜しない時間内で前記チャンバー内に供給する第１の工程と、
前記水素離脱ガスの供給を止め、前記チャンバー内の雰囲気を、前記水素離脱ガスが供給される前の雰囲気に戻す第２の工程と、を含み、
前記第１の工程及び第２の工程を所定の回数繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項９】
前記薄膜から水素を離脱させる工程が、プラズマ雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項１０】
絶縁膜上に、この絶縁膜とは異なる物質を含むエッチングストッパを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
前記エッチングストッパの上方に、このエッチングストッパとは異なる物質を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、この層間絶縁膜とは異なる物質を含むハードマスクを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
前記ハードマスクをエッチングマスクに用いて、前記層間絶縁膜に、溝又は孔を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に、この半導体基板と絶縁され、上部にキャップ層を備えたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、
前記ゲート電極の側壁上に、側壁スペーサを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極を被覆し、前記ゲート電極下の前記半導体基板の部分にストレスを与えるストレスライナーを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１】
水素を含む成膜原料ガスをチャンバー内に供給し、水素が取り込まれた薄膜を半導体基板上に成膜する工程と、
前記薄膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、を具備することを特徴とする高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項２】
マイクロ波励起プラズマを用いた高ストレス薄膜の成膜方法であって、
処理容器内に、珪素含有ガスと、窒素及び水素含有ガスとを導入する工程と、
マイクロ波を前記処理容器内に放射し、前記処理容器内に導入された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ化する工程と、
前記プラズマ化された前記珪素含有ガス及び前記窒素及び水素含有ガスを、被処理基板の表面上に供給し、この被処理基板の表面上に、成膜条件を、処理温度を３００℃以上６００℃以下、珪素含有ガスと窒素及び水素含有ガスとの流量比を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以下として窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記窒化珪素膜から水素を離脱させる物質を含む水素離脱ガスを前記チャンバーにパルス的に供給しながら前記薄膜から水素を離脱させる工程と、
を具備することを特徴とする高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記薄膜から水素を離脱させる物質が、ハロゲン含有ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記ハロゲンが、弗素、又は塩素であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項５】
前記水素を含む成膜原料ガスが、珪素の水素化物を含むガスと、窒素を含むガスとを含み、
前記薄膜が、窒化珪素膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記窒化珪素膜から前記水素を離脱させる物質が、窒素の弗化物、又は塩素の弗化物であることを特徴とする請求項５に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項７】
前記窒素の弗化物、又は前記塩素の弗化物を含むガスが、前記チャンバーの内部を洗浄する洗浄ガスであることを特徴とする請求項６に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項８】
前記薄膜から水素を離脱させる工程が、
前記水素離脱ガスを、この水素離脱ガスの供給開始から前記成膜された薄膜の減膜量が許容範囲内に収まる時間内又は前記成膜された薄膜が減膜しない時間内で前記チャンバー内に供給する第１の工程と、
前記水素離脱ガスの供給を止め、前記チャンバー内の雰囲気を、前記水素離脱ガスが供給される前の雰囲気に戻す第２の工程と、を含み、
前記第１の工程及び第２の工程を所定の回数繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項９】
前記薄膜から水素を離脱させる工程が、プラズマ雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高ストレス薄膜の成膜方法。
【請求項１０】
絶縁膜上に、この絶縁膜とは異なる物質を含むエッチングストッパを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
前記エッチングストッパの上方に、このエッチングストッパとは異なる物質を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、この層間絶縁膜とは異なる物質を含むハードマスクを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
前記ハードマスクをエッチングマスクに用いて、前記層間絶縁膜に、溝又は孔を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に、この半導体基板と絶縁され、上部にキャップ層を備えたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、
前記ゲート電極の側壁上に、側壁スペーサを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されたゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクに用いて、ソース／ドレイン領域形成用の不純物を前記半導体基板内に導入する工程と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極を被覆し、前記ゲート電極下の前記半導体基板の部分にストレスを与えるストレスライナーを請求項１乃至請求項９いずれか一項に記載の成膜方法を用いて形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００９−２４６１３１（Ｐ２００９−２４６１３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９０７１６（Ｐ２００８−９０７１６）
【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２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【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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