[go: up one dir, main page]

JP2013012776A - Plasma processing apparatus and substrate placement base - Google Patents

Plasma processing apparatus and substrate placement base Download PDF

Info

Publication number
JP2013012776A
JP2013012776A JP2012209270A JP2012209270A JP2013012776A JP 2013012776 A JP2013012776 A JP 2013012776A JP 2012209270 A JP2012209270 A JP 2012209270A JP 2012209270 A JP2012209270 A JP 2012209270A JP 2013012776 A JP2013012776 A JP 2013012776A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon nitride
gas
nitride film
plasma cvd
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012209270A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Yamashita
潤 山下
Tatsuo Nishida
辰夫 西田
Masayuki Kono
真之 鴻野
Shuichiro Otao
修一郎 大田尾
Toshio Nakanishi
敏雄 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2012209270A priority Critical patent/JP2013012776A/en
Publication of JP2013012776A publication Critical patent/JP2013012776A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus which provides stress, which is larger than stress provided under the process conditions, to a thin film.SOLUTION: A plasma processing apparatus includes: a process container 1; a substrate placement base 3 provided in the process container 1 and on which a processed substrate W is placed; and a gas introduction part 27 supplying gas into the process container 1. A substrate placement surface 3a of the substrate placement base 3, on which the processed substrate W is placed, has a recess 3b. When the diameter of the recess 3b is set to be 200 mm, the depth of the deepest part is set to be 1 mm or less.

Description

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。   The present invention relates to a plasma processing apparatus and a substrate mounting table.

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(SiH)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)。 Silicon nitride films are used as insulating films and protective films in various semiconductor devices. It is known that such a silicon nitride film can be formed, for example, by plasma CVD using a silicon-containing compound gas such as silane (SiH 4 ) as a source gas and a nitrogen-containing compound gas such as nitrogen or ammonia. (For example, Patent Document 1).

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)。   In a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, it has been an important problem to suppress film stress that adversely affects device characteristics, that is, tensile stress and compressive stress. For example, when the compressive stress of a silicon nitride film is large, it is known that stress migration that causes disconnection of the metal wiring immediately below the film is caused by the stress. To prevent this, it is necessary to keep the compressive stress small. is there. In the case of the plasma CVD method, the direction of the stress (whether it is tensile stress or compression stress) and the magnitude of the silicon nitride film depend on film forming conditions such as pressure, temperature, and film forming gas type. For this reason, the conditions under which strong stress does not occur in the silicon nitride film have been selected, and a silicon nitride film having no stress has been formed by plasma CVD (for example, Non-Patent Document 1).

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)。   However, in recent years, attempts have been made to improve device characteristics by positively utilizing the stress of the silicon nitride film in certain devices (for example, Patent Document 2).

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。   However, stress applied to a thin film such as a silicon nitride film has a limit on the stress value because it depends on process conditions as described in Non-Patent Document 1.

特開2000−260767号公報JP 2000-260767 A 特開2007−49166号公報JP 2007-49166 A

前田和夫「VLSIとCVD」槇書店,1997年7月31日発行Kazuo Maeda “VLSI and CVD” Tsubaki Shoten, issued July 31, 1997

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。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a substrate mounting table capable of applying a stress to a thin film that is greater than a stress given in process conditions.

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。   In order to solve the above problem, a plasma processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a processing container, a substrate mounting table provided in the processing container on which a substrate to be processed is mounted, and the processing A gas introduction part for supplying gas in the container, the substrate placement surface of the substrate placement table on which the substrate to be processed is placed has a depression, and the diameter of the depression is 200 mm. When the depth of the deepest part is 1 mm or less.

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。   A substrate mounting table according to a second aspect of the present invention is a substrate mounting table that is used in a plasma processing apparatus and on which a processing target substrate to be plasma processed is mounted, and the processing target substrate of the substrate mounting table. When the substrate mounting surface on which the substrate is mounted has a recess, and the diameter of the recess is 200 mm, the depth of the deepest portion is 1 mm or less.

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。   According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus and a substrate mounting table that can apply a stress greater than the stress applied in the process conditions to the thin film.

プラズマ成膜装置の一例を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically an example of a plasma film-forming apparatus 平面アンテナの一例を示す平面図Plan view showing an example of a planar antenna 載置台の一例を示す図The figure which shows an example of a mounting base 成膜の様子を示す断面図Sectional view showing film formation 載置台の他例を示す図The figure which shows the other example of a mounting base 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The figure which shows the relation between the processing pressure in plasma CVD and the magnitude of the stress of the silicon nitride film 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Schematic sectional view showing an example of a plasma CVD apparatus used in a method for forming a plasma CVD silicon nitride film according to the second embodiment of the present invention シャワーヘッドの一例を示す平面図Plan view showing an example of a shower head 水素量の処理温度依存性を示す図Diagram showing dependence of hydrogen amount on processing temperature 水素量の珪素含有ガス流量依存性を示す図Diagram showing the dependence of hydrogen content on the flow rate of silicon-containing gas 水素量のマイクロ波パワー依存性を示す図Diagram showing the dependence of hydrogen content on microwave power 水素量の処理圧力依存性を示す図Diagram showing dependence of hydrogen amount on processing pressure 薄膜のエッチングレートを示す図Diagram showing thin film etching rate 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Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which concerns on the application example 1 in order of main manufacturing processes 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Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device concerning the application example 2 in order of main manufacturing processes 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The figure which shows the relationship between the stress of a plasma CVD silicon nitride film, and the quantity of NH bond. 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Sectional drawing which shows the step coverage of the plasma CVD silicon nitride film formed using ammonia gas 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Sectional view showing step coverage of plasma CVD silicon nitride film formed using nitrogen gas 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Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device concerning the application example 3 in order of main manufacturing processes

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。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings as appropriate.

(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/cm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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a plasma film forming apparatus that can be used for forming a thin film. The plasma film forming apparatus 100a has a high density by introducing a microwave into the chamber 1 with a planar antenna having a plurality of slots, particularly a RLSA (Radial Line Slot Antenna) to generate plasma. And an RLSA microwave plasma film forming apparatus capable of generating microwave-excited plasma having a low electron temperature, having a plasma density of 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 and 0.7 to 2 eV. Treatment with low electron temperature plasma is possible. Therefore, it can be suitably used for the purpose of forming a thin film by plasma CVD, for example, forming a silicon nitride film in the manufacturing process of various semiconductor devices.

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。   The plasma film forming apparatus 100a includes a substantially cylindrical processing chamber (processing container) 1 that is airtight and grounded. The chamber 1 may have a rectangular tube shape. In the processing chamber 1, a thin film such as a plasma CVD silicon nitride film is formed on a semiconductor wafer W that is a substrate to be processed. A circular opening 1b is formed at a substantially central portion of the bottom wall 1a of the processing chamber 1, and an exhaust chamber 2 that communicates with the opening 1b and protrudes downward is provided on the bottom wall 1a. Yes.

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、Al、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。 Inside the processing chamber 1, a susceptor (substrate mounting table) 3 made of ceramics such as AlN for horizontally supporting the wafer W is provided. The susceptor 3 is supported by a support member 4 made of ceramic such as cylindrical AlN extending upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 2. A cover ring 5 for covering the outer edge and guiding the wafer W is provided on the outer edge of the susceptor 3. The cover ring 5 is a member made of a material such as quartz, AlN, Al 2 O 3 , or SiN. For example, a resistance heating type heater 6 is embedded in the susceptor 3. The heater 6 is supplied with power from a heater power source 6 a to heat the susceptor 3, and heats the wafer W with the heat of the susceptor 3. A thermocouple 6 b is embedded in the susceptor 3. The susceptor 3 is temperature-controlled in a range from room temperature to 1000 ° C., for example, by a temperature controller (TC) 6c based on a temperature signal detected by the thermocouple 6b. The susceptor 3 is provided with wafer support pins (not shown) for supporting the wafer W and moving it up and down so as to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 3.

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。   The exhaust chamber 2 is connected to an exhaust pipe 2a, and an exhaust device 2b including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 2a. The exhaust device 2b includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, a pressure control valve, and the like, and sets the inside of the processing chamber 1 to a predetermined reduced pressure atmosphere.

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。   A gate valve 9 is provided on the side wall portion of the processing chamber 1. By opening and closing the gate valve 9, the processing chamber 1 is communicated with the outside world or airtightly blocked from the outside world. The wafer W is carried into and out of the processing chamber 1 through the gate valve 9.

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。   The upper part of the processing chamber 1 is an opening, and the microwave introduction part 10 is airtightly arranged so as to close the opening. The microwave introduction unit 10 includes a microwave transmission plate 11, a planar antenna member 12, and a slow wave material 13 in order from the susceptor 3 side.

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Al、AlN等のセラミックスから構成される。 The microwave transmission plate 11 is disposed in an airtight manner via a seal member 15 on an annular support 14 provided in an opening at the top of the processing chamber 1. The microwave transmission plate 11 is made of a dielectric material that transmits microwaves, for example, ceramics such as quartz, Al 2 O 3 , and AlN.

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。   The planar antenna member 12 is provided above the microwave transmission plate 11 and is locked to the upper end of the opening of the processing chamber 1. The planar antenna member 12 is made of, for example, a copper plate or an aluminum plate having a surface plated with gold or silver, and a plurality of slot holes 16 for radiating microwaves are formed in a predetermined pattern. The slot hole 16 has a pair of long grooves as shown in FIG. Typically, adjacent slot holes 16 are arranged in a T shape, and a plurality of slot holes 16 arranged in a T shape are arranged concentrically. The length and the arrangement interval of the slot holes 16 are determined according to the wavelength (λg) of the microwave. For example, the interval of the slot holes 16 is arranged to be λg / 4 to λg. In FIG. 2, the interval between adjacent slot holes 16 formed concentrically is indicated by “Δr”. The shape of the slot hole 16 may be, for example, a circular shape or an arc shape. The arrangement of the slot holes 16 is not particularly limited to a concentric shape, and can be arranged in a spiral shape or a radial shape, for example.

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、Al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。 The slow wave material 13 is provided on the planar antenna member 12. The slow wave material 13 is composed of a dielectric having a dielectric constant larger than that of vacuum, for example, quartz, ceramics such as Al 2 O 3 , fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, or polyimide-based resin. Since the wavelength of the wave becomes long, it has a function of adjusting the plasma by shortening the wavelength of the microwave. The planar antenna member 12 and the microwave transmission plate 11 and the planar antenna member 12 and the slow wave member 13 may be in close contact with each other or may be separated from each other.

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。   A cover 17 is provided above the processing chamber 1 so as to cover the planar antenna member 12 and the slow wave material 13. The cover 17 forms a planar antenna and a flat waveguide, and is disposed on the upper surface of the processing chamber 1 via a seal member 18 so that microwaves do not leak outside. The cover 17 is made of, for example, a metal material such as aluminum or stainless steel, and a cooling water passage 17a is formed inside. The cover 17, the slow wave material 13, the planar antenna 12, and the microwave transmission plate 11 are cooled by flowing the cooling water through the cooling water flow path 17 a, and the cover 17, the slow wave material 13, the planar antenna 12, and the microwave transmission The deformation and breakage of the plate 11 are prevented. The cover 17 is grounded via an antenna and a processing chamber.

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。   An opening 17 b is formed in the center of the upper wall of the cover 17. A waveguide 18 is connected to the opening 17b. A mode converter 21 and a rectangular waveguide are connected to the end of the waveguide 18, and a microwave generator 20 is connected via a matching circuit 19. The microwave generator 20 generates a microwave having a frequency of 2.45 GHz, for example. The generated microwave is propagated to the planar antenna member 12 through the waveguide 18. As the microwave frequency, 2.45 GHz, 8.35 GHz, 1.98 GHz, or the like can be used.

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。   The waveguide 18 is a coaxial waveguide 18a having a circular cross section extending upward from the opening 17b of the cover 17, and extends to the center of the coaxial waveguide 18a, and is fixedly connected to the center of the planar antenna member 12. An inner conductor 18c, and a horizontally extending rectangular waveguide 18b connected to the upper end of the coaxial waveguide 18a via a mode converter 21. The mode converter 21 converts the microwave propagating in the rectangular waveguide 18b in the TE mode into the TEM mode, and efficiently and uniformly propagates radially to the planar antenna member 12 via the inner conductor 18c.

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。   Below the antenna, gas inlets 22a and 22b are provided in an annular shape up and down, and each gas inlet 22a and 22b has a plurality of gas discharge holes on the side walls of the gas inlets 22a and 22b. It is formed uniformly along the inner periphery of the. A gas supply unit 27 for supplying a film forming source gas and a plasma excitation gas is connected to the gas introduction units 22a and 22b. The gas introduction parts 22a and 22b may be arranged in a nozzle shape or a shower shape.

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。   In this example, the gas supply unit 27 includes a silicon-containing gas supply source 27a, a nitrogen-containing gas supply source 27b, an inert gas supply source 27c, and a cleaning gas supply source 27d. The nitrogen-containing gas supply source 27b is connected to the upper gas introduction part 22a, and the silicon-containing gas supply source 27a, the inert gas supply source 27c, and the cleaning gas supply source 27d are connected to the lower gas introduction part 22b. ing.

成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、例えば、窒素(N)、アンモニア(NH)、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。 As the nitrogen-containing gas that is a film forming material gas, for example, hydrazine derivatives such as nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), and monomethyl hydrazine (MMH) can be used.

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(SiH)、ジシラン(Si)などを用いることができるが、特にジシラン(Si)が好ましい。 Moreover, as a silicon-containing gas that is another film forming source gas, for example, silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), and the like can be used, and disilane (Si 2 H 6 ) is particularly preferable.

不活性ガスとしては、例えば、N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。 For example, N 2 gas or rare gas can be used as the inert gas. As the rare gas that is a plasma excitation gas, for example, Ar gas, Kr gas, Xe gas, He gas, or the like can be used. In terms of cost, Ar gas is preferable.

洗浄用ガスとしては、ClF、HF、NFなどを用いることができる。 As the cleaning gas, ClF 3 , HF, NF 3 or the like can be used.

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。   The nitrogen-containing gas reaches the gas introduction part 22a via the gas line 21a, and is introduced into the chamber 1 from the gas introduction part 22a.

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。   The silicon-containing gas and the inert gas reach the gas introduction part 22b through the gas line 21a, and are introduced into the chamber 1 from the gas introduction part 22b.

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。   Each gas line 21a connected to each gas supply source is provided with a mass flow controller 21b and an opening / closing valve 21c before and after the mass flow controller 21b, and is configured to be able to switch the supplied gas and control the flow rate. Yes. Note that a rare gas for plasma excitation such as Ar is an arbitrary gas and is not necessarily supplied simultaneously with the film forming source gas.

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。   Each component of the plasma film forming apparatus 100 a is controlled by the control unit 50. The control unit 50 includes a process controller 51 including a CPU, a user interface 52 connected to the process controller 51, and a storage unit 53. The user interface 52 includes a keyboard on which a process manager manages command input to manage the plasma CVD apparatus 100b, a display that visualizes and displays the operating status of the plasma CVD apparatus 100a, and the like. The storage unit 53 stores a recipe in which a control program (software) for realizing various processes executed by the plasma CVD apparatus 100a under the control of the process controller 51, processing condition data, and the like are recorded. An arbitrary recipe is called from the storage unit 53 by an instruction from the user interface 52 as necessary, and is executed by the process controller 51. When the process controller 51 executes the recipe, the plasma film forming apparatus 100 a performs a desired process under the control of the process controller 51. The recipe is stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, a hard disk, a flexible disk, or a flash memory, or from another device, for example, via a dedicated line. It can be transmitted at any time and used online.

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。   The plasma film forming apparatus 100a configured in this way can proceed with damage-free plasma processing to the base film or the like at a low temperature of 800 ° C. or lower, preferably 600 ° C. or lower, and has excellent plasma uniformity. Process uniformity can be achieved.

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。   Furthermore, the susceptor (substrate mounting table) 3 of the plasma film forming apparatus 100a according to the present embodiment has the following configuration.

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。   3A is a perspective view showing an example of the mounting table 2, and FIGS. 3B and 3C are cross-sectional views taken along lines 3B-3B and 3C-3C in FIG. 3A, respectively.

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。   As shown in FIGS. 3A to 3C, the wafer placement surface 3a on which the wafer W of the susceptor 3 is placed has a spherical recess 3b. An example of the curved surface of the recess 3b is that a curvature radius R (R = r) is constant at any position when a virtual true sphere having a radius r is assumed on the placement surface 3a.

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)。   The wafer W is chucked to the susceptor 3 with its center C0 positioned so as to correspond to the deepest part of the recess 3b, in this example, the center C1 of the recess 3b, and its edge E0 positioned in the recess 3b. Is done. As a result, the wafer W is depressed along the curved surface of the recess 3b with a constant radius of curvature at any position, for example, the uppermost surface (deposition surface on which a thin film is formed) TS0 of the wafer W is contracted. (See FIG. 4A).

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)。   A thin film, in this example, a silicon nitride film 60, is formed on the wafer W while the uppermost surface TS0 of the wafer W is bent so as to contract (see FIG. 4B).

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。   When the wafer W on which the silicon nitride film 60 is formed is removed from the susceptor 3, the wafer W returns to the horizontal. Since the silicon nitride film 60 is formed in a bent state in accordance with the bending state of the wafer W, the area of the uppermost surface TS2 of the silicon nitride film 60 is smaller than the area of the lowermost surface BS2 (see FIG. 4C). When such a silicon nitride film 60 is returned to the horizontal position (see FIG. 4D), a force F that tries to spread from the center C0 of the wafer W toward the edge E0 acts on the top surface TS2 of the silicon nitride film 60 and its vicinity. (See FIG. 4E). When the force F acts, a high tensile stress is generated in the silicon nitride film 60. In this example, since the wafer W is recessed so that the radius of curvature is constant at any position, the force F acts uniformly on the silicon nitride film 60. Therefore, high tensile stress can be uniformly generated in the silicon nitride film 60.

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。   5A is a perspective view showing another example of the susceptor 3, and FIGS. 5B and 5C are sectional views taken along lines 5B-5B and 5C-5C in FIG. 5A, respectively.

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。   As shown in FIGS. 5A to 5C, the wafer placement surface 3a on which the wafer W of the susceptor 3 is placed may be provided with a spherical bulge 3c. In this case, compressive stress can be generated in the formed thin film. An example of the curved surface of the bulge 3c is to form a curvature radius R (R = r) at any position when a virtual true sphere with a radius r is hypothesized below the placement surface 3a. Also in this case, the wafer W is arranged so that its center C0 corresponds to the top of the bulge 3c, in this example, the center of the bulge 3c, and the edge of the wafer W is arranged in the bulge 3c. What is necessary is just to be chucked by the mounting base 2 in the state.

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。   The stress σ acting on the silicon nitride film 60 can be expressed by the following equation.

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。
σ = Eh2 / {(1-ν) 6Rt}
Here, E / (1-ν) is the biaxial elastic modulus (Pa) of the wafer W, h is the thickness (m) of the wafer W, t is the thickness (m) of the silicon nitride film 60, and R is the curvature of the wafer W. The radius (m) and σ are the average stress (Pa) of the thin film. An example of the value of the biaxial elastic modulus E / (1-ν) is 1.805 × 10 11 Pa when the surface orientation of the wafer W is (100). When the average stress σ is positive, it is tensile stress, and when it is negative, it is compressive stress.

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。   The curvature radius R is infinite, that is, the curvature is zero when the wafer mounting surface 3a is flat. If a thin film is formed on the wafer W placed on the flat wafer placement surface 3a under the condition that neither tensile stress nor compressive stress is generated, no stress is generated. There is no stress. If the wafer mounting surface 3a is not flat, a finite value is generated in the radius of curvature R, and a recess 3b or a bulge 3c is generated on the wafer mounting surface 3a, and the mounted wafer W bends. If the bent wafer W is returned to the horizontal position, a tensile stress or a compressive stress is generated in the thin film formed on the wafer W.

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。   If the wafer W is bent too much, it may break. Further, if the deflection of the wafer W is small, even if the wafer W is returned to a horizontal position, the thin film is not stressed much. For this reason, the depression 3b or the bulge 3c has an upper limit and a lower limit.

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。   For example, when the diameter of the recess 3b is 200 mm, the lower limit is a spherical shape such that the depth of the deepest portion of the recess 3b is about 0.5 mm, and the upper limit is about 1 mm. It is good to make it spherical.

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。   Further, when the diameter of the bulge 3c is 240 mm, the lower limit is a spherical shape in which the height of the top of the bulge 3c is about 0.5 mm, and the upper limit is about 1 mm. It is good to make it spherical.

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。   The stress of the thin film varies depending on the film forming source gas and the processing pressure, that is, the process conditions.

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。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the processing pressure in plasma CVD and the magnitude of stress in the silicon nitride film. The vertical axis in FIG. 6 indicates the magnitude of stress in the silicon nitride film, where the positive (plus) side is tensile stress and the negative (minus) side is compressive stress. In FIG. 6, the processing pressure on the horizontal axis indicates mTorr on a logarithmic scale. The upper part shows the value of mTorr, and the lower part shows the value of Pa converted.

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(NH/Siガス系)>
NHガス流量;500mL/min(sccm)
Si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(N/Siガス系)>
ガス流量(ガス導入部15a);1100mL/min(sccm)
Siガス流量;1mL/min(sccm)
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NH/Si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。
In this test, the silicon nitride film was formed under the following plasma CVD conditions by changing the film forming gas.
<Plasma CVD film formation conditions (NH 3 / Si 2 H 6 gas system)>
NH 3 gas flow rate: 500 mL / min (sccm)
Si 2 H 6 gas flow rate; 5 mL / min (sccm)
Processing pressure: 2.7 Pa (20 mTorr), 6.7 Pa (50 mTorr), 40.0 Pa (300 mTorr) and 133.3 Pa (1 Torr)
Temperature of susceptor 3; 400 ° C
Microwave power: 2000W
<Plasma CVD film forming conditions (N 2 / Si 2 H 6 gas system)>
N 2 gas flow rate (gas introduction part 15a); 1100 mL / min (sccm)
Si 2 H 6 gas flow rate; 1 mL / min (sccm)
N 2 gas flow rate (gas introduction part 15b); 100 mL / min (sccm)
Processing pressure: 4.0 Pa (30 mTorr), 6.7 Pa (50 mTorr), 13.3 Pa (100 mTorr) and 66.6 Pa (500 mTorr)
Temperature of susceptor 3; 500 ° C
Microwave power: 3000W
6, when the film forming gas is NH 3 / Si 2 H 6 gas, tensile stress is generated in the silicon nitride film, and the tensile stress tends to increase as the processing pressure increases. A tensile stress of about 400 MPa is obtained at a processing pressure of 7 Pa.

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。   Therefore, when tensile stress is applied to the silicon nitride film, the processing pressure is preferably 6.7 Pa (50 mTorr) or more. In order to form a silicon nitride film having a high tensile stress of 800 MPa or more, for example, 800 to 2000 MPa, the processing pressure is preferably set to 40 Pa or more, for example, 40 to 266.6 Pa (300 mTorr to 2 Torr).

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。   Furthermore, in order to give a high tensile stress of 1000 MPa or more, for example, 1000 to 2000 MPa, it is preferable to set the treatment pressure to 53.3 Pa or more, for example, 53.3 to 266.6 Pa (400 mTorr to 2 Torr). Furthermore, in order to give a high tensile stress of 1500 MPa or more, for example 1500 to 2000 MPa, it is preferable to set the treatment pressure to 133.3 Pa or more, for example 133.3 to 266.6 Pa (1 Torr to 2 Torr). This is considered that the tensile stress was increased by decreasing the Si—H amount and increasing the N—H amount having a large bonding force.

また、成膜ガスをN/Si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N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。 Further, when the film forming gas is an N 2 / Si 2 H 6 gas system, compressive stress is generated in the silicon nitride film, and the compressive stress tends to increase as the processing pressure decreases, and is about 5.3 Pa ( A compressive stress exceeding about −800 MPa is obtained at a processing pressure of less than 40 mTorr). Therefore, when compressive stress is applied to the silicon nitride film, the processing pressure is preferably less than 5.3 Pa (40 mTorr). Furthermore, in order to obtain a silicon nitride film having a high compressive stress of 1000 MPa or more, for example, 1000 to 1500 MPa, it is preferable to set the processing pressure to 4 Pa or less, for example, 1.3 to 4 Pa (10 mTorr to 30 mTorr). This is presumably because N 2 gas that does not contain N—H was used as the gas species, so that N—H was not taken into the film and N—H was not contained.

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。   As shown in FIG. 6, when the silicon nitride film is formed without bending the wafer W, the tensile stress takes a value as shown by the curve I, and the compressive stress takes a value as shown by the curve II. .

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。   Further, as in the present embodiment, when the silicon nitride film is formed with the wafer W bent, and the wafer W is returned to the horizontal after the film formation, the value of the tensile stress is as shown by the curve III. And the compressive stress value is improved as shown in curve IV.

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。   As described above, according to the plasma film forming apparatus 100a according to the first embodiment, the wafer mounting surface 3a of the susceptor 3 is provided with the spherical recess 3b or the spherical bulge 3c, and the wafer W is bent. Since the thin film is formed on the wafer W in the state, a high tensile stress or a compressive stress higher than the stress obtained under the process conditions can be applied to the thin film formed on the wafer W.

(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。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a plasma film forming apparatus that can be used in the plasma CVD silicon nitride film forming method according to the second embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 7, the plasma film forming apparatus 100b differs from the apparatus 100a shown in FIG. 1 in that the gas introduction part is a shower head 22c and the susceptor 3 is embedded with a lower electrode 6d. It is connected to the RF power source 6f through the matcher 6e.

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。   In this example as well, although not shown in FIG. 7, as in the first embodiment, the wafer mounting surface 3 a of the susceptor 3 has a spherical recess 3 b as shown in FIGS. 3A to 3C, or A spherical bulge 3c as shown in FIGS. 5A to 5C is provided.

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。   Between the susceptor 3 and the microwave introduction unit 10 in the processing chamber 1, a shower head 22 c for introducing a processing gas is provided horizontally. As shown in FIG. 8, the shower head 22 c has a lattice-like gas flow path 23 and a large number of gas discharge holes 24 formed in the lattice-like gas flow path 23. A space 25 is formed between the lattice-like gas flow paths 23, and the gas discharge holes 24 are formed on the susceptor 3 side of the gas flow paths 23. A gas supply pipe 26 extending to the outside of the processing chamber 1 is connected to the gas flow path 23. The gas supply pipe 26 is connected to a gas supply unit 27 that supplies a processing gas for plasma processing.

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。   In this example, the gas supply unit 27 includes a silicon-containing gas supply source 27a, a nitrogen and hydrogen-containing gas supply source 27b, and a plasma generation gas supply source 27c. In this example, silicon-containing gas, nitrogen and hydrogen-containing gas are supplied to the shower head 22c via the gas line 21a. In FIG. 7, illustration of a mass flow controller, a valve, and the like is omitted. The shower head 22c allows the gas to flow inside the processing chamber 1 at a predetermined flow rate through the lattice-like gas flow passages 23 and the gas discharge holes 24 formed on the susceptor 3 side of the lattice-like gas flow passages 23. Among these, it supplies to the space 1c between the shower head 22c and the susceptor 3. An example of a silicon-containing gas is disilane, and an example of a nitrogen and hydrogen-containing gas is ammonia.

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。   On the side wall of the processing chamber 1 between the shower head 22c and the microwave introduction unit 10, an annular plasma generation gas introduction unit 22d is provided. The plasma generation gas introduction section 222 d includes a plurality of discharge holes 22 e for discharging the plasma generation gas toward the inside of the processing chamber 1. The plasma generating gas is supplied to the gas introduction part 22d. The gas introduction unit 22d supplies the plasma generation gas to the space 1d between the shower head 22c and the microwave introduction unit 10 in the processing chamber 1 through the discharge hole 22e. An example of the plasma generating gas is argon.

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。   The plasma generating gas supplied to the space 1d is turned into plasma by the microwave introduced into the space 1d through the microwave introduction unit 10. The plasma gas is supplied to the space 1c through the space 25 of the shower head 22c, and the processing gas discharged from the gas discharge holes 24 of the shower head 22c is converted into plasma in the space 1c.

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。   The plasma film forming apparatus 100b configured as described above deposits a silicon nitride film on the surface of the wafer W by the plasma CVD method in the following procedure, for example.

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。   First, the gate valve 9 is opened, and the wafer W is loaded into the processing chamber 1 and placed on the susceptor 3.

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/cm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。 Next, the plasma generation gas is introduced from the gas supply unit 27 into the space 1 d of the processing chamber 1 through the discharge hole 22 e, and the microwave from the microwave generator 20 is passed through the matching circuit 19. The rectangular waveguide 18b, the mode converter 21, and the coaxial waveguide 18a are sequentially passed through and supplied to the planar antenna member 12 through the inner conductor 18c. The microwave supplied to the planar antenna member 12 is radiated into the space 1 d of the processing chamber 1 from the slot hole 16 of the planar antenna member 12 through the transmission plate 11. The plasma generation gas is excited into plasma by being excited by the emitted microwave. The microwave-excited plasma becomes a low electron temperature plasma of, for example, a high density of about 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 and 2 eV or less by radiating microwaves from a large number of slot holes 16. The plasmaized gas passes through the space 25 of the shower head 22c and is supplied to the space 1c.

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SiN(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。 Next, silicon-containing gas, nitrogen and hydrogen-containing gas are supplied from the gas supply unit 27 into the space 1c in the processing chamber 1 through the gas discharge holes 24 of the shower head 22c. The gas is excited and plasmatized by the plasmatized gas that has passed through the lattice-like space 25. In the vicinity of the wafer W, for example, low electron temperature plasma of about 1.5 eV or less is obtained. The plasma thus formed has little plasma damage caused by ions or the like on the underlying film. Then, dissociation of the processing gas proceeds in the plasma. For example, silicon nitride SiN x (where x is not necessarily determined stoichiometrically and varies depending on the processing conditions due to the reaction of active species such as SiH and NH. A thin film is deposited.

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。   A plasma CVD silicon nitride film is formed using the plasma film formation apparatus 100b shown in FIG. 7, and the amount of hydrogen (Si—H bond, N—H bond, and Si—H in the formed plasma CVD silicon nitride film is formed. The processing temperature dependency, the silicon-containing gas flow rate dependency, the microwave power dependency, and the processing pressure dependency were measured. The silicon-containing gas used in this measurement is disilane, nitrogen, and the hydrogen-containing gas is ammonia. For the analysis of the film quality of the plasma CVD silicon nitride film, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) is used. From the intensity of the spectrum derived from the N—H bond and the intensity of the spectrum derived from the Si—H bond, The amount of N—H bonds and the amount of Si—H bonds were determined. Further, the total amount of hydrogen in the film (total H) was obtained by summing the obtained amount of N—H bonds and the amount of Si—H bonds.

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。   FIG. 9 is a diagram showing the treatment temperature dependence of the hydrogen amount, FIG. 9A shows the treatment conditions, and FIG. 9B shows the relationship between the hydrogen amount and the treatment temperature.

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(Si)とアンモニア(NH)との流量比を“5sccm/500sccm=0.01”、マイクロ波パワーを1.023W/cm(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。 As shown in FIG. 9A, the processing condition is that the processing temperature is a parameter (indicated by “−” in the figure), and the flow ratio of disilane (Si 2 H 6 ) and ammonia (NH 3 ) is “5 sccm / 500 sccm = 0. .01 ", the microwave power was 1.023 W / cm 2 (2 kW), and the processing pressure was 950 mTorr. Under such processing conditions, the processing temperature was changed from 300 ° C. to 600 ° C. in increments of 100 ° C. The processing temperature is the heating temperature of the susceptor 3 in this example.

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。   As shown in FIG. 9B, when the treatment temperature was changed from 300 ° C. to 400 ° C., the amount of Si—H bonds showed a gradual increase, whereas the amount of N—H bonds was greatly reduced. The total value of Si—H bonds and N—H bonds (hereinafter referred to as the total amount of hydrogen in the film (Total H)) was greatly reduced when the treatment temperature was 400 ° C. compared to when the treatment temperature was 300 ° C. This is thought to be difficult for NH to be taken in due to the supply rate limiting region.

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。   Furthermore, when the treatment temperature was changed from 400 ° C. to 500 ° C., the amount of Si—H bonds showed a large decreasing tendency, and the amount of N—H bonds increased gradually. The total amount of hydrogen in the film was gradually increased as the amount of N—H bonds was increased, but the amount of Si—H bonds was decreased by an amount exceeding the increase amount of N—H bonds, so that compared with the case where the processing temperature was 400 ° C. In the case of 500 ° C., it decreased.

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。   Furthermore, when the processing temperature was changed from 500 ° C. to 600 ° C., the amount of Si—H bonds continued to decrease. The amount of N—H bonds remained almost unchanged and showed a tendency to saturate. The total amount of hydrogen in the film was reduced when the treatment temperature was 600 ° C. compared to when the treatment temperature was 500 ° C. This is thought to be because the reaction does not proceed because of the reaction rate limiting region, and a lot of NH is not taken up. Thus, it is considered that the rate is controlled at a temperature of 400 ° C. or lower, and the rate is controlled at a temperature exceeding 400 ° C.

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。 The total amount of hydrogen in the film has a tendency to decrease as the processing temperature is increased. From the order of 10 22 (atoms / cc) at a processing temperature of 300 ° C. to 600 ° C., 10 21 (atoms / cc). It was confirmed that it was possible to reduce to the order of.

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。   FIG. 10 is a diagram showing the dependence of the amount of hydrogen on the flow rate of silicon-containing gas, FIG. 10A shows the processing conditions, and FIG. 10B shows the relationship between the amount of hydrogen and the flow rate of silicon-containing gas.

図10Aに示すように、珪素含有ガス、本例ではジシラン(Si)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(NH)の流量を1000sccm、マイクロ波パワーを1.023W/cm(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。 As shown in FIG. 10A, the flow rate of the silicon-containing gas, in this example disilane (Si 2 H 6 ), is a parameter (indicated by “−” in the figure), the processing temperature (temperature of the susceptor 3) is 500 ° C., ammonia ( The flow rate of NH 3 ) was 1000 sccm, the microwave power was 1.023 W / cm 2 (2 kW), and the processing pressure was 1000 mTorr. Under such processing conditions, the flow rate of disilane is changed to 5 sccm, 10 sccm, 12.5 sccm, and 15 sccm, and the flow rate ratio of disilane to ammonia is changed to 0.005, 0.01, 0.0125, 0.015. I let you.

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。   As shown in FIG. 10B, when the flow rate ratio was changed from 0.005 to 0.01, the amount of Si—H bonds remained almost unchanged while the amount of N—H bonds tended to decrease. Indicated. The total amount of hydrogen in the film decreased when the flow rate ratio was 0.01 compared to when the flow rate ratio was 0.005.

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。   Further, when the ratio of disilane is increased so that the flow rate ratio becomes 0.0125 and 0.015 and the ratio of ammonia is decreased, the amount of Si—H bonds remains low, but the N—H bonds are not changed. The amount of continued to show a downward trend. The total amount of hydrogen in the film was decreased when the flow ratio was 0.025 compared to 0.01 and when the flow ratio was 0.125 compared with 0.125.

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。 As described above, when the proportion of disilane in the processing gas is increased and the proportion of ammonia is decreased, the amount of N—H bonds can be reduced, although the amount of Si—H bonds is hardly changed. It was confirmed that the amount can be reduced to the order of 1 × 10 22 (atoms / cc) or less. This is thought to be because it can be brought into the supply rate-limiting region.

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。   FIG. 11 is a diagram showing the dependence of the amount of hydrogen on the microwave power, FIG. 11A shows the processing conditions, and FIG. 11B shows the relationship between the amount of hydrogen and the microwave power.

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(Si)の流量とアンモニア(NH)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/cm(1kW)、1.023W/cm(2kW)、1.534W/cm(3kW)と変化させた。 As shown in FIG. 11A, the microwave power is a parameter (indicated by “−” in the figure), the processing temperature (temperature of the susceptor 3) is 500 ° C., the flow rate of disilane (Si 2 H 6 ) and ammonia (NH 3 ). The flow rate ratio was 5.5 sccm / 1000 sccm = 0.0055, and the treatment pressure was 1000 mTorr. Under such processing conditions, the microwave power was changed to 0.511 W / cm 2 (1 kW), 1.023 W / cm 2 (2 kW), and 1.534 W / cm 2 (3 kW).

図11Bに示すように、マイクロ波パワーを0.511W/cm(1kW)、1.023W/cm(2kW)、1.534W/cm(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/cm(1kW)、1.023W/cm(2kW)、1.534W/cm(3kW)、…、と高めていくことで減少する。 As shown in FIG. 11B, when the microwave power is increased to 0.511 W / cm 2 (1 kW), 1.023 W / cm 2 (2 kW), and 1.534 W / cm 2 (3 kW), Si—H bonding It has been found that the amount of N—H bonds is reduced, while the amount of N remains almost unchanged. The total amount of hydrogen in the film decreases as the microwave power is increased to 0.511 W / cm 2 (1 kW), 1.023 W / cm 2 (2 kW), 1.534 W / cm 2 (3 kW),. To do.

このように、マイクロ波パワーを、実用的には、0.5W/cm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。 As described above, when the microwave power is practically increased in the range of 0.5 W / cm 2 to 2.045 W / cm 2 ( (4 kw)), Si—H bonding Although the amount remains almost unchanged, the amount of N—H bonds can be reduced, and the total amount of hydrogen in the film can be reduced to an order of 1.4 × 10 22 (atoms / cc) or less. This is thought to be because the plasma density increases and the reaction proceeds more by increasing the power.

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。   FIG. 12 is a diagram showing the processing pressure dependence of the hydrogen amount, FIG. 12A shows the processing conditions, and FIG. 12B shows the relationship between the hydrogen amount and the processing pressure.

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(Si)の流量とアンモニア(NH)の流量との流量比を5sccm/500sccm=0.01、マイクロ波パワーを1.023W/cm(2kW)とし、処理圧力を250mTorr、1000mTorr、2000mTorr、3000mTorrと変化させた。 As shown in FIG. 12A, the processing pressure is a parameter (indicated by “−” in the figure), the processing temperature (temperature of the susceptor 3) is 600 ° C., the flow rate of disilane (Si 2 H 6 ) and ammonia (NH 3 ). The flow rate ratio with respect to the flow rate was 5 sccm / 500 sccm = 0.01, the microwave power was 1.023 W / cm 2 (2 kW), and the processing pressure was changed to 250 mTorr, 1000 mTorr, 2000 mTorr, and 3000 mTorr.

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。 As shown in FIG. 12B, when the processing pressure in the chamber 1 is set to 1000 mTorr (133.3 Pa) or less, the N—H bond is superior to the Si—H bond as in the normal low pressure plasma CVD method. It turned out to be. This is supply-limited. Specifically, when the plasma CVD apparatus 100b shown in FIG. 7 is used, when the processing pressure is 1000 mTorr or less, the amount of N—H bonds is on the order of 9 × 10 21 atoms / cc or more. Thus, the amount of Si—H bonds remains on the order of 1 × 10 21 atoms / cc or less. The total amount of hydrogen in the film is on the order of 9 × 10 21 atoms / cc or more.

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。   On the other hand, when the processing pressure is increased to 1000 mTorr or more, the Si—H bond increases rapidly, but conversely, the N—H bond tends to decrease rapidly. This is reaction limited. Moreover, the decrease in N—H bonds is greater than the increase in Si—H bonds. For this reason, it was found that the total amount of hydrogen in the film, which was the sum of both, began to decrease.

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。 Furthermore, as the processing pressure is increased, the amount of N—H bonds and the amount of Si—H bonds can be balanced even in the case of a plasma CVD silicon nitride film formed using ammonia gas. In addition, the amount of N—H bonds and the amount of Si—H bonds are balanced when the processing pressure is approximately 1800 mTorr (239.9 Pa). The total amount of hydrogen in the film at this time further decreases to the order of 8 × 10 21 atoms / cc (in this example, the order of approximately 8.4 × 10 21 atoms / cc).

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。   Further, when the processing pressure is increased to 1800 mTorr or more, plasma CVD nitridation in which the amount of N—H bonds is smaller than the amount of Si—H bonds even in a plasma CVD silicon nitride film formed using ammonia gas. A silicon film could be obtained.

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。 For example, in this example, when the processing pressure is 2000 mTorr (266.6 Pa), the amount of N—H bonds is on the order of 3 × 10 21 atoms / cc, and the amount of Si—H bonds is 5 × 10 21 atoms / cc. A plasma CVD silicon nitride film of the order of 10 nm was obtained. The total amount of hydrogen in the film at this time is further reduced to the order of 8 × 10 21 atoms / cc.

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。 When the processing pressure was increased to 2000 mTorr or more, it was found that the decrease in N—H bonds continued, but the increase in Si—H bonds slowed down. That is, the increased Si—H bond begins to be saturated. The fact that the Si—H bond is saturated while the N—H bond decreasing trend continues means that the amount of hydrogen in the total film can be further reduced. In this example, when the processing pressure is 3000 mTorr (400 Pa), the amount of N—H bonds decreases to the order of 1 × 10 21 atoms / cc, but the amount of Si—H bonds is 5 × 10 21 atoms / cc. Almost no change in order. At this time, the total amount of hydrogen in the film continues to decrease to the order of 6 × 10 21 atoms / cc.

さらに、総膜中水素量は、例えば、ジシラン(Si)の流量とアンモニア(NH)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。 Further, the total amount of hydrogen in the film is changed, for example, by changing the flow rate ratio between the flow rate of disilane (Si 2 H 6 ) and the flow rate of ammonia (NH 3 ) so that the amount of Si—H bonds is reduced (flow rate ratio increase). And / or increase the microwave power, it can be reduced to 6 × 10 21 atoms / cc or less. A plasma CVD silicon nitride film is better with fewer Si—H bonds in the film.

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。 According to such a plasma CVD silicon nitride film forming method, even if a gas containing nitrogen and hydrogen, for example, ammonia gas is used as a nitrogen-containing gas that is a processing gas for forming a silicon nitride film. By setting the processing pressure to 1000 mTorr (133.3 Pa) or higher, the total amount of hydrogen in the film, which is the sum of the amount of Si—H bonds in the silicon nitride film and the amount of N—H bonds in the film, is 8.4. × it is possible to obtain a low hydrogen content of the plasma CVD silicon nitride film can be below 10 21 atoms / cc.

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。   Incidentally, by setting the processing pressure to 1000 mTorr or more, the upper limit of the processing pressure is, for example, 100 Torr (for example) as long as the Si—H bond tends to be saturated while the N—H bond decreasing tendency is continued. 13333 Pa) or less. The pressure is preferably 10 Torr (1333 Pa) or less.

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/cm以上2.045W/cm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。 Furthermore, the flow ratio of the silicon-containing gas and a nitrogen and hydrogen-containing gas and 0.01 to 0.015 or less, and / or microwave power when the W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, film A plasma CVD silicon nitride film with fewer Si—H bonds therein can be obtained.

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。   In addition, since the plasma CVD silicon nitride film formed according to the film forming method of this example is formed using a gas containing nitrogen and hydrogen, for example, the plasma CVD silicon nitride film is formed using only nitrogen gas. The reaction is more likely to occur and the controllability is better than in the case of film formation. In addition, although the plasma CVD silicon nitride film is formed using a gas containing nitrogen and hydrogen, the amount of N—H bonds can be reduced. Furthermore, the amount of N—H bonds can be made equal to or less than the amount of Si—H bonds. Therefore, the situation that a large amount of N—H bonds are likely to be contained in the plasma CVD silicon nitride film formed using a gas containing nitrogen and hydrogen can be solved. It was. If the range of the total amount of hydrogen in the plasma CVD silicon nitride film is described, the range is equal to or less than the sum of the amount of N—H bonds and the amount of Si—H bonds and equal to or greater than the amount of Si—H bonds. . If the total amount of hydrogen in the film is in the above range, a plasma CVD silicon nitride film having a small total amount of hydrogen in the film can be obtained.

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。   In the present invention, a plasma CVD silicon nitride film with a small amount of hydrogen in the total film is further formed on the susceptor 3 provided with the recess 3b or the bulge 3c on the wafer mounting surface 3a. When a wafer W on which a plasma CVD silicon nitride film having a small amount of hydrogen in the film is formed is separated from the susceptor 3, a tensile stress or compression higher than the stress obtained under process conditions is applied to the plasma CVD silicon nitride film. Can give stress.

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。   Thus, according to the second embodiment, the total amount of hydrogen in the plasma CVD silicon nitride film can be reduced, and a plasma CVD silicon nitride film having a small total hydrogen amount can be obtained under process conditions. It is possible to provide a film forming method capable of applying a tensile stress higher than the stress or a compressive stress.

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。   Thus, the plasma CVD silicon nitride film with a small total amount of hydrogen formed at a low temperature using the method of the present invention has a low probability of generating vacancies caused by the escape of hydrogen from the film. Therefore, the probability of occurrence of electron traps is reduced, the film quality is hardly deteriorated, and a highly reliable plasma CVD silicon nitride film that can maintain a good film quality for a long period of time is obtained. Such a plasma CVD silicon nitride film is advantageous for application to a semiconductor integrated circuit device.

(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。
(Third embodiment)
Furthermore, the relationship between the amount of N—H bonds and the film quality of the plasma CVD silicon nitride film was examined. As an index indicating the film quality, an etching rate when a hydrofluoric acid solution was used as an etchant was used. For the calculation of the etching rate, the difference between the film thickness before etching and the film thickness after completion of etching was obtained by ellipsometry, and the etching amount per unit time was calculated.

図13は、プラズマCVD窒化珪素膜(SiN)、減圧CVD窒化珪素膜(Si)、熱酸化珪素膜(SiO)、プラズマCVD酸化珪素膜(SiO)、CVD酸化珪素膜(TEOS−SiO)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。 FIG. 13 shows a plasma CVD silicon nitride film (SiN x ), a low pressure CVD silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a thermal silicon oxide film (SiO 2 ), a plasma CVD silicon oxide film (SiO x ), a CVD silicon oxide film ( TEOS-SiO 2) is a diagram showing an etching rate for each of hydrofluoric acid solution.

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。 As shown in FIG. 13, a plasma CVD silicon nitride film, in this example, a microwave plasma CVD silicon nitride film (1), (2) is a film formed according to the film forming method according to this embodiment. Two types of films were prepared: a film (1) with an N—H bond amount of the order of 10 22 atoms / cc and a film (2) with an order of 10 21 atoms / cc. Further, the low-pressure CVD silicon nitride film (3), the thermal silicon oxide film (4), the plasma CVD silicon oxide film (5), and the CVD silicon oxide film (6) are films formed according to existing film forming methods, respectively. is there. These films (3) to (6) are shown as comparative examples for the films (1) and (2).

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。   With respect to the films (3) to (6), the low pressure CVD silicon nitride film (3) has an etching rate of 2.86 A / min (0.8 .0) with respect to a hydrofluoric acid solution (0.5%) diluted with pure water. 286 nm / min), and the etching resistance to the hydrofluoric acid solution is the best. In the following, the etching resistance is a thermal silicon oxide film (4), a plasma CVD silicon oxide film (5), and a CVD silicon oxide film (6). Among the comparative examples, the CVD silicon oxide film (6) is the most hydrofluoric acid solution. It can be seen that the film is well etched.

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。 The film (1) is a plasma CVD silicon nitride film having an N—H bond amount of the order of 10 22 atoms / cc. The etching rate of the film (1) with respect to the hydrofluoric acid solution (0.5%) is 37.87 A / min (3.787 nm / min), and the etching rate of the plasma CVD silicon oxide film (5) is 40.35 A / min. As a result, the etching resistance to the hydrofluoric acid solution was better than (4.035 nm / min). However, the etching resistance of the film (1) to the hydrofluoric acid solution does not reach that of the low-pressure CVD silicon nitride film (3).

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。 Further, for the film (2), that is, the plasma CVD silicon nitride film having an N—H bond amount of the order of 10 21 atoms / cc, in this example 3.43 × 10 21 atoms / cc, a hydrofluoric acid solution (0. 5%) is an etching rate of 0.77 A / min (0.077 nm / min), which is an order of magnitude higher than the etching rate 2.86 A / min (0.286 nm / min) of the low-pressure CVD silicon nitride film (3), The result that the etching resistance with respect to a hydrofluoric acid solution was good was able to be obtained.

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。 As described above, the plasma CVD silicon nitride film having the N—H bond amount of 10 21 atoms / cc order or less and the total film hydrogen amount of 10 21 atoms / cc order or less is lower than the low pressure CVD silicon nitride film (3). Good etching resistance to hydrofluoric acid solution. A film having such properties is advantageous for application to an internal structure of a semiconductor integrated circuit device as described below, for example.

(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。
(Application example 1)
Application Example 1 is an example in which a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount in the order of 10 21 atoms / cc or less is used as an etching stopper and a hard mask.

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。   14A to 14C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to Application Example 1 in the order of main manufacturing steps.

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/cm以上2.045W/cm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/cm以上2.045W/cm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。 First, as shown in FIG. 14A, an insulating film 201 such as an interlayer insulating film is formed on a semiconductor wafer (not shown). Next, an etching stopper 202 is formed over the insulating film 201. As the etching stopper 202, a plasma silicon nitride film is used. The plasma silicon nitride film is formed under the processing temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower as described above. , for example, disilane and the nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, the flow rate ratio of ammonia 0.005 0.015, microwave power 0.5 W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, the process pressure 133. 3 Pa or more and 13333 Pa or less. Preferably, it is set to 1333 Pa or less. With such film formation conditions, an etching stopper 202 using a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount in the order of 10 21 atoms / cc or less can be formed. Next, an interlayer insulating film 203 is formed over the etching stopper 202. As the interlayer insulating film 203, for example, a known low dielectric constant insulating film having a dielectric constant lower than that of a silicon oxide film may be used. Next, a hard mask 204 is formed over the interlayer insulating film 203. As with the etching stopper 202, a plasma silicon nitride film is used for the hard mask 204. The film forming conditions of the plasma silicon nitride film to be the hard mask 204 are the same as the etching stopper 202, and the processing temperature is 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, and a silicon-containing gas such as disilane. nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, the flow rate ratio of ammonia 0.005 0.015, microwave power 0.5 W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, the process pressure 133.3Pa than 13333Pa less And Preferably, it is set to 1333 Pa or less. With such film formation conditions, the hard mask 202 using a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount in the order of 10 21 atoms / cc or less can be formed. Next, on the hard mask 204, a mask pattern 205 made of a photoresist, for example, a mask pattern 205 having a hole corresponding to a groove for embedding a wiring material and a hole for connecting wirings is formed.

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。   Next, as shown in FIG. 14B, the hard mask 204 is etched using the mask pattern 205 as a mask.

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。   Next, as shown in FIG. 14C, after removing the mask pattern 205, the interlayer insulating film 203 is etched using the hard mask 204 as an etching mask, and a groove for embedding a wiring material in the interlayer insulating film 203, or A hole 206 for connecting the wirings is formed. The etching of the interlayer insulating film 203 is continued until the etching stopper 202 is exposed. When the etching stopper 202 is exposed, the etching rate is reduced, and the etching is actually stopped.

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。 A plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content of the order of 10 21 atoms / cc or less at a low temperature has good etching resistance. Therefore, the etching stopper 202 for stopping the etching, the semiconductor integrated circuit such as the interlayer insulating film 203, etc. It is suitable for the hard mask 204 used as an etching mask when the internal structure is processed.

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(Si)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。 Further, as shown in FIG. 13, the etching resistance of the plasma CVD silicon nitride film is better than that of the low pressure plasma CVD silicon nitride film (Si 3 N 4 ). Compared with the case of using the mask 204, the film thickness can be further reduced. If the thickness of the etching stopper 202 and the hard mask 204 can be reduced, for example, the film formation time and the etching time can be shortened, which helps to improve the throughput. In addition, since the internal structure in the vertical direction of the semiconductor integrated circuit device can be thinned, it is advantageous for the multilayer structure of the semiconductor integrated circuit device which is considered to be further developed in the future.

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。   In Application Example 1, the plasma CVD silicon nitride film according to the embodiment is used for both the etching stopper 202 and the hard mask 204. However, it is not necessarily used for both, and may be used for either one. .

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。   As described above, the plasma CVD silicon nitride film suitable for the etching stopper 202 and the hard mask 204 formed at a low temperature by the method of the present invention, and the recess 3b or the bulge 3c on the wafer mounting surface 3a are provided. 3 is formed. For this reason, a high tensile stress or a compressive stress higher than the stress obtained under the process conditions can be applied to the plasma CVD silicon nitride film suitable for the etching stopper 202 and the hard mask 204.

(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。
(Application example 2)
Application Example 2 is an example in which a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount in the order of 10 21 atoms / cc or less is used for a cap layer and a sidewall spacer in a self-aligned contact structure.

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。   15A to 15D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to Application Example 2 in order of main manufacturing steps.

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/cm以上2.045W/cm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。 As shown in FIG. 15A, a semiconductor wafer W (a silicon wafer in this example) is thermally oxidized to form a thermal silicon oxide film to be a gate insulating film 301, and a gate is formed on the thermal silicon oxide film to be the gate insulating film 301. For example, a conductive polysilicon film to be the electrode 302 is formed. Next, a cap layer 303 is formed on the polysilicon film to be the gate electrode 302. For the cap layer 303, the plasma CVD silicon nitride film according to the embodiment is used, and the film formation conditions are a processing temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, and a silicon-containing gas such as disilane. nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, the flow rate ratio of ammonia 0.005 0.015, microwave power 0.5 W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, the process pressure 133.3Pa than 13333Pa less And Preferably, it is set to 1333 Pa or less. With such film formation conditions, it is possible to form the cap layer 303 using a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content in the order of 10 21 atoms / cc or less. Next, a gate pattern (not shown) made of a photoresist is formed on the cap layer 303, and the cap layer 303, the polysilicon film, and the thermal oxide film are sequentially etched using the gate pattern as a mask, and the cap layer 303 is formed above. Is formed. Next, using the gate electrode 302 as a mask, impurities for forming source / drain regions 304 having a conductivity type different from that of the wafer W are introduced into the wafer W.

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/cm以上2.045W/cm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。 Next, as illustrated in FIG. 15B, an insulating film to be the sidewall spacer 305 is formed on the source / drain regions 304 and the gate electrode 302. The plasma CVD silicon nitride film according to the embodiment is used for the insulating film to be the sidewall spacer 305, and the film forming conditions are a processing temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, and a silicon-containing gas. , for example, disilane and the nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, the flow rate ratio of ammonia 0.005 0.015, microwave power 0.5 W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, the process pressure 133. 3 Pa or more and 13333 Pa or less. Preferably, it is set to 1333 Pa or less. Next, the insulating film to be the sidewall spacer 305 is anisotropically etched to form the sidewall spacer 305 on the sidewalls of the cap layer 303 and the gate electrode 302. As a result, the sidewall spacer 305 using the plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content in the order of 10 21 atoms / cc or less can be formed at a low temperature.

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。   Next, as illustrated in FIG. 15C, an interlayer insulating film 306 is formed on the cap layer 303, the source / drain regions 304, and the sidewall spacers 305. For the interlayer insulating film 306, for example, a known low dielectric constant insulating film having a dielectric constant lower than that of a silicon oxide film may be used. Next, a contact hole pattern (not shown) reaching the source / drain region 304 made of a photoresist is formed on the interlayer insulating film 306, and the interlayer insulating film 306 is etched using the contact hole pattern as a mask to form a contact hole. 307 is formed. The contact hole 307 in this example extends over the cap layer 303 and the side wall spacer 305, and the contact hole 307 is in contact with the space between the cap layer 303 and the side wall spacer 305 that covers the gate electrode 302, that is, the gate electrode 302. This is a so-called self-aligned contact structure formed in a self-aligned manner.

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。   Next, as illustrated in FIG. 15D, the contact hole 307 is filled with the conductive material 308, thereby forming the structure according to Application Example 2.

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。 Since the plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount of 10 21 atoms / cc or less has good etching resistance, the gate electrode when the contact hole 307 is formed in a self-aligned manner with respect to the space between the gate electrodes 302 is used. It is also suitable for the cap layer 303 covering the surface 302 and the side wall spacer 305.

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。   As described above, the plasma CVD silicon nitride film suitable for the cap layer 303 and the side wall spacer 305 formed at a low temperature by the method of the present invention is formed on the susceptor 3 provided with the recess 3b or the bulge 3c on the wafer mounting surface 3a. Form with. Therefore, a tensile stress or a compressive stress higher than the stress obtained under the process conditions can be applied to the plasma CVD silicon nitride film suitable for the cap layer 303 and the side wall spacer 305.

(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。
(Fourth embodiment)
Furthermore, the relationship between the amount of N—H bonds and the stress of the plasma CVD silicon nitride film was examined. For measurement of stress, FLX-2320 manufactured by KLA-Tencor was used.

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。   FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the stress of the plasma CVD silicon nitride film and the amount of N—H bonds.

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。 As shown in FIG. 16, the stress of the plasma CVD silicon nitride film having an N—H bond amount of the order of 10 22 atoms / cc, in this example, the plasma CVD silicon nitride film of 1.32 × 10 22 atoms / cc is It has a tensile stress of 1496 MPa.

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。 On the contrary, the stress of the plasma CVD silicon nitride film having an N—H bond amount of the order of 10 21 atoms / cc, in this example, the plasma CVD silicon nitride film of 3.43 × 10 21 atoms / cc is a compression of −1099 MPa. Have stress.

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。   Thus, it was confirmed that the stress of the film tends to shift from the tensile stress to the compressive stress as the amount of N—H bonds, particularly the total amount of hydrogen in the total film, decreases from the plasma CVD silicon nitride film.

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。 In the present embodiment, a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content of, for example, the order of 10 21 atoms / cc is formed by the film forming method described in the second embodiment, and then the plasma CVD silicon nitride is formed. Further desorb hydrogen from the membrane. For this reason, the total amount of hydrogen in the film is less than the order of 10 21 atoms / cc, such as the order of 10 20 atoms / cc, the order of 10 19 atoms / cc, the order of 10 18 atoms / cc, and so on. A plasma CVD silicon nitride film is obtained. For this reason, for example, a plasma CVD silicon nitride film having a compressive stress exceeding −1500 Pa can be obtained at a low temperature.

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。   Further, a plasma CVD silicon nitride film is formed using nitrogen and hydrogen-containing gas (for example, ammonia gas) as a nitriding process gas, and a nitrogen gas not containing hydrogen is used as a nitriding process gas. The step coverage of the formed film was examined when the film was formed.

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。   17 is a cross-sectional view showing the step coverage of a plasma CVD silicon nitride film formed using ammonia gas, and FIG. 18 is a cross-sectional view showing the step coverage of a plasma CVD silicon nitride film formed using nitrogen gas. is there. FIG. 18 is a reference example.

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/cm(2kW)、処理圧力1000mTorrである。 As shown in FIG. 17, the plasma CVD silicon nitride film 400 NH3 formed using nitrogen and hydrogen containing gas, in this example, ammonia gas, has a film thickness (Side) on the step side surface and a film thickness (Step The ratio “Side / Top” with respect to (Top) is about 91%, and the ratio “Btm / Top” between the film thickness (Btm) on the step bottom surface and the film thickness (Top) on the step top surface is about 97%. A step coverage of approximately 90% or more was obtained. The film forming conditions in this example are a processing temperature of 400 ° C., a flow rate ratio of disilane and ammonia of 5 sccm / 500 sccm, a microwave power of 1.023 W / cm 2 (2 kW), and a processing pressure of 1000 mTorr.

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/cm(2kW)、処理圧力20mTorrである。 On the other hand, as shown in FIG. 18, the plasma CVD silicon nitride film 400 N2 formed using nitrogen gas has a ratio “Side / Top” of about 30% and a ratio “Btm / Top” of about 38%. The step coverage was generally 30 to 40%. The film forming conditions in this example are a processing temperature of 500 ° C., a flow ratio of disilane and nitrogen of 1 sccm / 1200 sccm, a microwave power of 1.023 W / cm 2 (2 kW), and a processing pressure of 20 mTorr.

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。   Thus, for example, a plasma CVD silicon nitride film formed at a low temperature using the film forming method described in the second embodiment can be used for nitriding by using nitrogen and hydrogen-containing gas as a nitriding process gas. It was confirmed that the step coverage can be improved as compared with the case of using nitrogen gas as the processing gas. From the measurement result of the step coverage, as described in the first embodiment, the plasma CVD silicon nitride film is formed using nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, only nitrogen gas is used. It was confirmed again that the reaction easily occurs and the controllability is improved as compared with the case of using the plasma CVD silicon nitride film.

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。 As described above, when the plasma CVD silicon nitride film is formed using nitrogen and hydrogen-containing gas, the step coverage is good, and the amount of N—H bonds is increased from the order of 10 22 atoms / cc to 10 21 atoms. By reducing it to less than / cc order, either tensile stress or compressive stress can be selected and applied to the film stress. Further, a plasma CVD silicon nitride film having an N—H bond amount of the order of 10 21 atoms / cc or less can select either tensile stress or compressive stress as the film stress.

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。 Furthermore, in this embodiment, after forming a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen amount of, for example, the order of 10 21 atoms / cc at a low temperature by the film forming method described in the second embodiment, Hydrogen is further desorbed from the plasma CVD silicon nitride film. For this reason, for example, a plasma CVD silicon nitride film having a compressive stress exceeding −1500 Pa can be obtained with good step coverage. The film is advantageous, for example, for application to an internal structure of a semiconductor integrated circuit device as described below.

(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。
(Application example 3)
Application Example 3 is an example in which the plasma CVD silicon nitride film according to the embodiment of the present invention is used as a stress liner that applies stress to a channel of a transistor and improves charge mobility.

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。   19A and 19B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to Application Example 3 in the order of main manufacturing steps.

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。   As shown in FIG. 19A, the surface of a semiconductor wafer W (silicon wafer in this example) is thermally oxidized to form a thermal silicon oxide film to be a gate insulating film 401, and on the thermal silicon oxide film to be the gate insulating film 401. For example, a conductive polysilicon film to be the gate electrode 402 is formed. Next, a gate pattern (not shown) made of a photoresist is formed on the polysilicon film to be the gate electrode 402, and the gate electrode 402 is formed by sequentially etching the polysilicon film and the thermal oxide film using the gate pattern as a mask. To do. Next, using the gate electrode 402 as a mask, impurities for forming source / drain regions 403 having a conductivity type different from that of the wafer W are introduced into the wafer W.

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/cm以上2.045W/cm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。 Next, as shown in FIG. 19B, a stress liner 404 is formed on the source / drain region 403 and the gate electrode 402. The plasma CVD silicon nitride film according to the embodiment is used for the insulating film serving as the stress liner 404, and the film forming conditions are such that the processing temperature is 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, and the silicon-containing gas. , for example, disilane and the nitrogen and hydrogen-containing gas, for example, the flow rate ratio of ammonia 0.005 0.015, microwave power 0.5 W / cm 2 or more 2.045W / cm 2 or less, the process pressure 133. 3 Pa or more and 13333 Pa or less. Preferably, it is set to 1333 Pa or less. With such film formation conditions, the stress liner 404 using a plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content in the order of 10 21 atoms / cc or less can be formed.

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。 A plasma CVD silicon nitride film having a total hydrogen content in the order of 10 21 atoms / cc or less can have a compressive stress of −1500 Pa or less, for example, as shown in FIG.

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。 As described above, by using the plasma CVD silicon nitride film in which the total amount of hydrogen in the film is controlled to the order of 10 21 atoms / cc or less for the stress liner 404, a strong compressive stress can be applied to the channel. When compressive stress is applied to the channel, the hole mobility is improved, so that it can be effectively applied to a P-channel MOSFET or MISFET.

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。   Further, when the plasma CVD silicon nitride film uses nitrogen and hydrogen containing gas, for example, ammonia, as the nitriding process gas, the step coverage is good. For example, as described with reference to FIG. 17, a step coverage of approximately 90% or more can be obtained. Such a film is suitable for application to a stress liner. For example, if the step coverage of the stress liner is poor, the portion of the stress liner on the gate electrode becomes particularly thick, and the height of the gate electrode increases and the unevenness on the surface of the semiconductor wafer tends to increase. This leads to a situation in which, for example, it becomes difficult to fill the space between the gate electrodes with an interlayer insulating film. However, if the stress liner is formed of a film having a good step coverage, for example, a film having a step coverage of 90% or more, the situation where the portion of the stress liner on the gate electrode becomes particularly thick is solved. The Therefore, it is possible to prevent the unevenness on the surface of the semiconductor wafer from becoming large, and for example, it is possible to obtain an advantage that the gap between the gate electrodes can be easily filled with the interlayer insulating film.

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。   As described above, the plasma CVD silicon nitride film having good step coverage formed at a low temperature is formed on the susceptor 3 provided with the recess 3b or the bulge 3c on the wafer mounting surface 3a by the method of the present invention. For this reason, high tensile stress or compressive stress higher than the stress obtained under the process conditions can be applied to the plasma CVD silicon nitride film having good step coverage.

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。   While the present invention has been described with reference to some embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

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。   For example, although disilane was used as the silicon-containing gas, silane, TSA, or the like can be used in addition to disilane. In addition, although ammonia was used as the nitrogen and hydrogen containing gas, it can be used as long as it contains nitrogen and hydrogen and can form a silicon nitride film by supplying it with the silicon containing gas. is there.

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。   In the above embodiment, the microwave plasma film forming apparatus is exemplified as the film forming apparatus. However, the present invention is not limited to the microwave plasma film forming apparatus, and other plasma film forming apparatuses can be used.

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。   For example, in the above embodiment, tensile stress or compressive stress is generated in the silicon nitride film, but the thin film that generates the stress is not limited to the silicon nitride film. For example, the present invention can be applied to any thin film that can be formed by a film formation apparatus, such as a silicon film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a metal film, and a metal silicide.

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。   Further, although the microwave plasma film forming apparatus is shown as the film forming apparatus, the film forming apparatus is not limited to the microwave plasma film forming apparatus. A parallel plate type plasma film forming apparatus may be used, and not only plasma but also a thermal film forming apparatus may be used. Further, the film forming method is not limited to the CVD method, and may be a sputtering method. The present invention can be applied not only to vapor phase growth but also to liquid layer growth, for example, a film forming apparatus using an LPD method or a plating method.

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。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber (processing container), 2 ... Exhaust chamber, 3 ... Susceptor (substrate support stand), 3a ... Substrate mounting surface, 3b ... Spherical depression, 3c ... Spherical bulge, 4 ... Support part, 5 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Guide ring, 6 ... Heater, 7a ... Liner, 7b ... Baffle plate, 8 ... Post, 9 ... Gate valve, 10 ... Microwave introduction part, 11 ... Microwave transmission plate, 12 ... Planar antenna member, 13 ... Slow wave 14 ... annular support, 15 ... sealing member, 16 ... slot hole, 17 ... shield cover, 18 ... waveguide, 19 ... matching circuit, 20 ... microwave generator, 21 ... mode converter, 22a, 22b, 22d ... gas introduction unit, 22c ... shower head, 27 ... gas supply unit, 50 ... control unit, 51 ... process controller, 52 ... user interface, 53 ... storage unit, 100a, 00b ... Plasma deposition apparatus, 201 ... insulating film, 202 ... etching stopper, 203 ... interlayer insulating film, 204 ... hard mask, 205 ... photoresist, 206 ... groove or hole, 301 ... gate insulating film, 302 ... gate electrode, 303 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Cap layer, 304 ... Source / drain region, 305 ... Side wall spacer, 306 ... Interlayer insulating film, 307 ... Contact hole, 308 ... Conductor, 401 ... Gate insulating film, 402 ... Gate electrode, 403 ... Source / drain region, 404: Stress liner.

Claims (2)

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。
A processing vessel;
A substrate mounting table on which a substrate to be processed is mounted; provided in the processing container;
A gas introduction part for supplying gas in the processing container;
The substrate mounting surface of the substrate mounting table on which the substrate to be processed is mounted has a recess, and when the diameter of the recess is 200 mm, the deepest portion has a depth of 1 mm or less. Plasma processing equipment.
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。
A substrate mounting table that is used in a plasma processing apparatus and on which a substrate to be processed to be plasma is mounted,
The substrate mounting surface of the substrate mounting table on which the substrate to be processed is mounted has a recess, and when the diameter of the recess is 200 mm, the deepest portion has a depth of 1 mm or less. Substrate mounting table.
JP2012209270A 2012-09-24 2012-09-24 Plasma processing apparatus and substrate placement base Pending JP2013012776A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012209270A JP2013012776A (en) 2012-09-24 2012-09-24 Plasma processing apparatus and substrate placement base

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012209270A JP2013012776A (en) 2012-09-24 2012-09-24 Plasma processing apparatus and substrate placement base

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008090715A Division JP2009246130A (en) 2008-03-31 2008-03-31 Film forming device, film forming method, and method of manufacturing semiconductor integrated circuit device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013012776A true JP2013012776A (en) 2013-01-17

Family

ID=47686331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012209270A Pending JP2013012776A (en) 2012-09-24 2012-09-24 Plasma processing apparatus and substrate placement base

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013012776A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018026547A (en) * 2016-07-22 2018-02-15 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation Centering of wafer in pocket for improving uniformity of thickness in azimuth direction in wafer edge

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01137638A (en) * 1987-11-24 1989-05-30 Canon Inc Thin film forming equipment
JP2005515630A (en) * 2001-12-21 2005-05-26 三菱住友シリコン株式会社 Epitaxial growth susceptor and epitaxial growth method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01137638A (en) * 1987-11-24 1989-05-30 Canon Inc Thin film forming equipment
JP2005515630A (en) * 2001-12-21 2005-05-26 三菱住友シリコン株式会社 Epitaxial growth susceptor and epitaxial growth method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018026547A (en) * 2016-07-22 2018-02-15 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation Centering of wafer in pocket for improving uniformity of thickness in azimuth direction in wafer edge
CN113832452A (en) * 2016-07-22 2021-12-24 朗姆研究公司 Wafer is centered in groove to improve azimuthal thickness uniformity at wafer edge
JP7111449B2 (en) 2016-07-22 2022-08-02 ラム リサーチ コーポレーション Centering wafers in pockets to improve azimuthal thickness uniformity at the wafer edge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7960293B2 (en) Method for forming insulating film and method for manufacturing semiconductor device
US20110053381A1 (en) Method for modifying insulating film with plasma
US8372761B2 (en) Plasma oxidation processing method, plasma processing apparatus and storage medium
CN101523576B (en) Plasma oxidation treatment method
JP2010087187A (en) Silicon oxide film and method of forming the same, computer-readable storage, and plasma cvd apparatus
JP2009246129A (en) Method for forming plasma cvd silicon nitride film and method for manufacturing semiconductor integrated circuit device
JP2011077321A (en) Selective plasma nitriding method, and plasma nitriding device
US20120252188A1 (en) Plasma processing method and device isolation method
JPWO2006106666A1 (en) Method for forming silicon oxide film
US7910495B2 (en) Plasma oxidizing method, plasma processing apparatus, and storage medium
WO2008038787A1 (en) Method for forming silicon oxide film, plasma processing apparatus and storage medium
US20100093186A1 (en) Method for forming silicon oxide film, plasma processing apparatus and storage medium
TWI415187B (en) Selective plasma treatment
CN101151721B (en) Insulating film manufacturing method and plasma processing apparatus
WO2010038886A1 (en) Method for depositing silicon nitride film, computer-readable storage medium, and plasma cvd device
US8318267B2 (en) Method and apparatus for forming silicon oxide film
US20060269694A1 (en) Plasma processing method
JPWO2006106665A1 (en) Method for nitriding substrate and method for forming insulating film
WO2006025363A1 (en) Silicon oxide film forming method, semiconductor device manufacturing method and computer storage medium
WO2009123049A1 (en) Method for depositing high stress thin film and method for fabricating semiconductor integrated circuit device
JPWO2006132262A1 (en) Plasma nitriding method, semiconductor device manufacturing method, and plasma processing apparatus
WO2010038885A1 (en) Silicon nitride film and process for production thereof, computer-readable storage medium, and plasma cvd device
JPWO2004017396A1 (en) Method for forming an insulating film on a semiconductor substrate
CN101548375A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20120252209A1 (en) Plasma nitriding method, plasma nitriding apparatus and method of manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130723

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20131119