JPH02207528A - プラズマ化学反応成膜装置及びその方法 - Google Patents
プラズマ化学反応成膜装置及びその方法Info
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- JPH02207528A JPH02207528A JP2740589A JP2740589A JPH02207528A JP H02207528 A JPH02207528 A JP H02207528A JP 2740589 A JP2740589 A JP 2740589A JP 2740589 A JP2740589 A JP 2740589A JP H02207528 A JPH02207528 A JP H02207528A
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- processing chamber
- plasma processing
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、低温プラズマを用いた半導体素子の製造に係
り、特に基板表面に絶縁膜等を形成するプラズマCVD
(化学反応成膜)装置及びその方法に関する。
り、特に基板表面に絶縁膜等を形成するプラズマCVD
(化学反応成膜)装置及びその方法に関する。
低温プラズマを用いたプラズマCVD (化学反応成膜
)装置を大別すれば、真空中で平行平板の電極の一方に
10KHz〜30M七程度の高周波電圧を印加して、プ
ラズマを発生させる技術を用いるもの(半導体研究18
i P 121− P 170.半導体研究19;P
225〜P 267)と、2.45G七のマイクロ波を
真空室へ導入してプラズマを発生させる技術を用いるも
のがある。従来、これらの中で、平行平板電極による技
術が主として用いられてきた。
)装置を大別すれば、真空中で平行平板の電極の一方に
10KHz〜30M七程度の高周波電圧を印加して、プ
ラズマを発生させる技術を用いるもの(半導体研究18
i P 121− P 170.半導体研究19;P
225〜P 267)と、2.45G七のマイクロ波を
真空室へ導入してプラズマを発生させる技術を用いるも
のがある。従来、これらの中で、平行平板電極による技
術が主として用いられてきた。
一方、半導体素子の微細化に伴い、薄膜形成時にプラズ
マ中のイオンの衝撃により素子特性が影響を受けること
が問題になってきた。更に処理能力の向上のために、成
膜速度を上げることが要請されている。
マ中のイオンの衝撃により素子特性が影響を受けること
が問題になってきた。更に処理能力の向上のために、成
膜速度を上げることが要請されている。
成膜速度を上げるには、プラズマ密度やラジカル(イオ
ン化直前の活性粒子)濃度を高めることが必要である。
ン化直前の活性粒子)濃度を高めることが必要である。
それには、投入するエネルギーを増大する手段がとられ
る。この他反応ガスの流量を増大する手段も考えられる
が、エネルギーが一定のままではガスの分解される量も
一定であり、成膜速度が飽和する。そのため、エネルギ
ーの増大が不可欠である。
る。この他反応ガスの流量を増大する手段も考えられる
が、エネルギーが一定のままではガスの分解される量も
一定であり、成膜速度が飽和する。そのため、エネルギ
ーの増大が不可欠である。
平行平板電極では、投入エネルギー、つまり高周波電力
を増大させると、成膜速度は増大するが、基板に衝突す
るイオンのエネルギーが増大し、半導体素子の電気的特
性が劣化する不具合がある。
を増大させると、成膜速度は増大するが、基板に衝突す
るイオンのエネルギーが増大し、半導体素子の電気的特
性が劣化する不具合がある。
また、異常放電の発生により、ガスの分解効率が低下し
たり、反応室壁の付着物が不純物として基板表面にとり
込まれるといった問題がある。
たり、反応室壁の付着物が不純物として基板表面にとり
込まれるといった問題がある。
従って、プラズマの高密度化とイオンエネルギーを適正
に制御することが、今後のプラズマ処理に不可欠である
。
に制御することが、今後のプラズマ処理に不可欠である
。
マイクロ波によりプラズマを発生させる場合、マグネト
ロンにより発生したマイクロ波を低圧力のプラズマ発生
室に放射しても、マイクロ波の電界強度が十分でないた
め、電子にイオン化エネルギーレベルまでエネルギーを
供給することができず、プラズマを発生させることが困
難である。
ロンにより発生したマイクロ波を低圧力のプラズマ発生
室に放射しても、マイクロ波の電界強度が十分でないた
め、電子にイオン化エネルギーレベルまでエネルギーを
供給することができず、プラズマを発生させることが困
難である。
従ってマイクロ波によりプラズマを発生させるためには
、電子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周
波数とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電
子にエネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共
振器に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度
を強めて電子にエネルギーを供給する方法の2つがある
。前者は、有磁場々イクロ波あるいはE CR(E 1
ectronCyclotron Re5onanc
e)法とよばれており、特開昭56−13480号公報
に示されている。後者は、特開昭56−96841号公
報や筆者らにより提案された特開昭63−103088
号公報に示されたものである。
、電子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周
波数とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電
子にエネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共
振器に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度
を強めて電子にエネルギーを供給する方法の2つがある
。前者は、有磁場々イクロ波あるいはE CR(E 1
ectronCyclotron Re5onanc
e)法とよばれており、特開昭56−13480号公報
に示されている。後者は、特開昭56−96841号公
報や筆者らにより提案された特開昭63−103088
号公報に示されたものである。
マイクロ波により発生したプラズマではマイクロ波より
電子へ直接エネルギーを供給されるために、プラズマと
基板との間に形成されるシール間電圧はほとんど変化し
ない。したがって基板を載せる電極に高周波電圧を印加
し、シース間電圧を任意にコントロールすることにより
、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正なイオンエネ
ルギーに制御できる。
電子へ直接エネルギーを供給されるために、プラズマと
基板との間に形成されるシール間電圧はほとんど変化し
ない。したがって基板を載せる電極に高周波電圧を印加
し、シース間電圧を任意にコントロールすることにより
、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正なイオンエネ
ルギーに制御できる。
しかし、ECR方式では、特開昭56−13480にに
示されるように、基板を載せた電極に高周波電圧を印加
すると、この電極の対向する側にはアース電極がないた
め、高周波電流は周囲の処理室との間に流れ、基板上で
のイオンエネルギーの効果が基板周囲で強く中心部で弱
くなり、基板全体を均一な条件で処理できないという問
題がある。
示されるように、基板を載せた電極に高周波電圧を印加
すると、この電極の対向する側にはアース電極がないた
め、高周波電流は周囲の処理室との間に流れ、基板上で
のイオンエネルギーの効果が基板周囲で強く中心部で弱
くなり、基板全体を均一な条件で処理できないという問
題がある。
以上の問題を解決し、適正なイオンエネルギーで高速に
成膜するために、筆者らは、特開昭63−103088
号公報に記載した空胴共振器内のマイクロ波をスリット
から放射する方式のプラズマ処理装置を提案した。この
方式について説明する。
成膜するために、筆者らは、特開昭63−103088
号公報に記載した空胴共振器内のマイクロ波をスリット
から放射する方式のプラズマ処理装置を提案した。この
方式について説明する。
一般に、導波管あるいは導波管の一種と考えられる空胴
共振器内をマイクロ波が進行する場合、導波管の表面に
は、電場、磁場に対応した電流が流れる。
共振器内をマイクロ波が進行する場合、導波管の表面に
は、電場、磁場に対応した電流が流れる。
したがってこの電流を横切るように導波管の一部にスリ
ットを設けると、スリットの両端に電荷がたまり、これ
がマイクロ波の進行に伴って変化することからスリット
両端間の電界が変化し導波管の外部にマイクロ波が放射
される。
ットを設けると、スリットの両端に電荷がたまり、これ
がマイクロ波の進行に伴って変化することからスリット
両端間の電界が変化し導波管の外部にマイクロ波が放射
される。
上記従来技術では、マイクロ波がスリットからプラズマ
発生室に放射されるため、スリットの近傍で高密度のプ
ラズマが発生し、スリットから離れるに伴い低密度にな
る。この傾向はプラズマ発生室内の圧力を高める程、例
えば5PILから50Pa、に高める程、顕著である。
発生室に放射されるため、スリットの近傍で高密度のプ
ラズマが発生し、スリットから離れるに伴い低密度にな
る。この傾向はプラズマ発生室内の圧力を高める程、例
えば5PILから50Pa、に高める程、顕著である。
従来のガス供給方法については、反応ガスを混合した状
態で1か所から導入する方法である。そのため、高密度
プラズマの領域で反応ガスの分解活性化が促進され、そ
の領域での気相中反応が進む。その結果、基板表面に形
成される膜は、凹凸の大きな膜であった。
態で1か所から導入する方法である。そのため、高密度
プラズマの領域で反応ガスの分解活性化が促進され、そ
の領域での気相中反応が進む。その結果、基板表面に形
成される膜は、凹凸の大きな膜であった。
この凹凸は圧力が高い程、大きいものである。
本発明の主たる目的は、上記従来技術の課題を解決すべ
く、気相中での反応を抑制し、基板表面の凹凸の少ない
膜を形成するようにしたプラズマ化学反応成膜装置及び
その方法を提供することにある。
く、気相中での反応を抑制し、基板表面の凹凸の少ない
膜を形成するようにしたプラズマ化学反応成膜装置及び
その方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、成膜中の基板の温度変化を小さ
くし、成膜初期と成膜終了時とで均一な膜質を得るよう
にしたプラズマ化学反応成膜装置を提供することにある
。
くし、成膜初期と成膜終了時とで均一な膜質を得るよう
にしたプラズマ化学反応成膜装置を提供することにある
。
本発明の第3の目的は、スリット板の熱変形を防止し、
常に安定したCVD成膜を出来るようにしたプラズマ化
学反応成膜装置を提供することにある。
常に安定したCVD成膜を出来るようにしたプラズマ化
学反応成膜装置を提供することにある。
即ち本発明は主たる目的を達成するために、プラズマ発
生室内に反応性ガスを個別に導入する複数のガス導入手
段を設けたことにある。第1のガスは、高密度プラズマ
の発生するスリット近傍に導入し、第2のガスをスリッ
トとウェハの間に導入するものである。
生室内に反応性ガスを個別に導入する複数のガス導入手
段を設けたことにある。第1のガスは、高密度プラズマ
の発生するスリット近傍に導入し、第2のガスをスリッ
トとウェハの間に導入するものである。
また本発明は、第2の目的を達成するために、基板の周
囲から斜めに基板を照射する熱源けるか。
囲から斜めに基板を照射する熱源けるか。
または成膜する直前にN2またはN20のプラズマで基
板表面をプレヒートして成膜中の基板の温度変化を少な
くするようにした。
板表面をプレヒートして成膜中の基板の温度変化を少な
くするようにした。
また本発明は第3の目的を達成するために、マイクロ波
窓とスリットとの間のすきまにガスを流して冷却する手
段を設けてスリット板の熱変形を防止するようにした。
窓とスリットとの間のすきまにガスを流して冷却する手
段を設けてスリット板の熱変形を防止するようにした。
更にマイクロ波窓とスリットとの間に前記冷却ガスをス
リット板の中央まで導くための案内通路を導けることに
よってスリット板の熱変形をより一層なくすようにした
。
リット板の中央まで導くための案内通路を導けることに
よってスリット板の熱変形をより一層なくすようにした
。
本発明は、スリットに近い高密度プラズマ発生領域には
、SiH,や5i2H,以外のガス例えばN2やN20
を導入し、ウェハとスリットの間にSiに。やSi、H
Gを導入することにより、高密度プラズマ発生領域でN
2やN、0の分解活性化が進み、そのプラズマが、二次
的にウェハ近傍でS i H4やSi、H,を分解し、
それによって1か所から混合したガスを供給する場合に
比べて気相中での反応が大幅に低減でき、微細な半導体
素子上に凹凸のない均一なCVD成膜を行うことができ
る。
、SiH,や5i2H,以外のガス例えばN2やN20
を導入し、ウェハとスリットの間にSiに。やSi、H
Gを導入することにより、高密度プラズマ発生領域でN
2やN、0の分解活性化が進み、そのプラズマが、二次
的にウェハ近傍でS i H4やSi、H,を分解し、
それによって1か所から混合したガスを供給する場合に
比べて気相中での反応が大幅に低減でき、微細な半導体
素子上に凹凸のない均一なCVD成膜を行うことができ
る。
また第2の発明は、ランプヒータで基板を直接が熱した
場合輻射による熱伝達であり、基板と基板載置台との間
のガス分子が介在する熱伝達に比べて、その温度上昇時
間は格段に速い。そのため、成膜初期と成膜終了時の基
板の温度差を小さくすることができ、微細な半導体素子
上に均一な膜質でもってCVD成膜を行うことができる
。また成膜する直前にN2またはN20のプラズマで基
板を加熱する方法によっても、成膜開始時の基板の温度
を高くすることができ、成膜初期と終了時の温度差を小
さくすることができ、微細な半導体素子上に均一な膜質
でもってCVD成膜を行うことができる。
場合輻射による熱伝達であり、基板と基板載置台との間
のガス分子が介在する熱伝達に比べて、その温度上昇時
間は格段に速い。そのため、成膜初期と成膜終了時の基
板の温度差を小さくすることができ、微細な半導体素子
上に均一な膜質でもってCVD成膜を行うことができる
。また成膜する直前にN2またはN20のプラズマで基
板を加熱する方法によっても、成膜開始時の基板の温度
を高くすることができ、成膜初期と終了時の温度差を小
さくすることができ、微細な半導体素子上に均一な膜質
でもってCVD成膜を行うことができる。
また第3の発明は、スリット板と、マイクロ波窓との間
に冷却ガス例えばN2を流すことにより、スリット板を
冷却でき、スリット板の熱変形を防止し、スリットから
処理室に常に一定のマイクロ波を導入することができる
。特にスリット板の温度は中心で高く1周囲で低いため
、冷却ガスをスリットの中央まで導く必要があり、その
ため、スリットとマイクロ波窓との間に案内通路を設け
、ガスがスリットの中央まで流れるようにして、スリッ
ト板の熱変形を防止するようにした。
に冷却ガス例えばN2を流すことにより、スリット板を
冷却でき、スリット板の熱変形を防止し、スリットから
処理室に常に一定のマイクロ波を導入することができる
。特にスリット板の温度は中心で高く1周囲で低いため
、冷却ガスをスリットの中央まで導く必要があり、その
ため、スリットとマイクロ波窓との間に案内通路を設け
、ガスがスリットの中央まで流れるようにして、スリッ
ト板の熱変形を防止するようにした。
以下本発明を図面に基づいて具体的に説明する。
第1図及び第2図は本発明の薄膜形成装置の一実施例で
ある概略構成を示す図である。即ち空胴共振器1はE。
ある概略構成を示す図である。即ち空胴共振器1はE。
、モードの円形空胴共振器であり、導波管2を通してマ
グネトロン3からマイクロ波が供給される。導波管2の
取付けはE0□モードとの結合をよくするため、円形空
胴共振器1に対し偏心して取り付けられている。円形空
胴共振器1のもう一方の側には分離板(セラミック板)
4とスリット板(電磁気的結合手段)5が固定しである
。
グネトロン3からマイクロ波が供給される。導波管2の
取付けはE0□モードとの結合をよくするため、円形空
胴共振器1に対し偏心して取り付けられている。円形空
胴共振器1のもう一方の側には分離板(セラミック板)
4とスリット板(電磁気的結合手段)5が固定しである
。
その下にはプラズマ発生室6が接続しである。尚、分離
板(セラミック板)4により真空に封止した構造となっ
ている。
板(セラミック板)4により真空に封止した構造となっ
ている。
スリット板5の平面構造は第3図5bに示すようE。1
モードの電界に対し、直角方向にリング状の−乃至三重
のスリット開口部がある。即ちφ60〜φ350画の円
周上に等間隔で、幅5〜20膿のスリット開口部が2〜
10個配置され、開口面積は2.5d〜130dである
。各スリット5cの長さは、2.45G)(zのマイク
ロ波を用いた場合、スリットからマイクロ波の放射をよ
(するため、マイクロ波の1/2波長に当る60na以
上の寸法としている。
モードの電界に対し、直角方向にリング状の−乃至三重
のスリット開口部がある。即ちφ60〜φ350画の円
周上に等間隔で、幅5〜20膿のスリット開口部が2〜
10個配置され、開口面積は2.5d〜130dである
。各スリット5cの長さは、2.45G)(zのマイク
ロ波を用いた場合、スリットからマイクロ波の放射をよ
(するため、マイクロ波の1/2波長に当る60na以
上の寸法としている。
プラズマ発生室6(第1図及び第2図)には基板載置台
(又は電極)7.ガス供給孔13.13’ガス排気管1
0が設けである。基板載置台(又は電極)7は絶縁材8
を介してプラズマ発生室6に固定されており、プラズマ
CVDの場合には基板載置台7に必ずしも電g11を接
続する必要はない。
(又は電極)7.ガス供給孔13.13’ガス排気管1
0が設けである。基板載置台(又は電極)7は絶縁材8
を介してプラズマ発生室6に固定されており、プラズマ
CVDの場合には基板載置台7に必ずしも電g11を接
続する必要はない。
しかし、プラズマCVDでもバイアススパッタ等の場合
にはエツチング時に高周波電源11等を接続する必要が
ある。ガス供給孔13.13’ には図示していない第
1及び第2のガス源各々からプラズマ処理用第1のガス
(例えばN2又はN20又は不活性ガス)及び第2のガ
ス(例えばSiH4又はSi、H,)が設定流量だけ供
給できるようになっている。
にはエツチング時に高周波電源11等を接続する必要が
ある。ガス供給孔13.13’ には図示していない第
1及び第2のガス源各々からプラズマ処理用第1のガス
(例えばN2又はN20又は不活性ガス)及び第2のガ
ス(例えばSiH4又はSi、H,)が設定流量だけ供
給できるようになっている。
ガス排気管10には図示しない真空排気ポンプが接続し
てあり、プラズマ発生室内を1〜1O−3Torrの圧
力にコントロールできるようになっている。
てあり、プラズマ発生室内を1〜1O−3Torrの圧
力にコントロールできるようになっている。
マグネトロン3を動作させマイクロ波を発振させ、導波
管により空胴共振器1に供給する。空胴共振器内で振幅
を大きくしたマイクロ波のエネルギーはスリット板5の
スリットよりI W/ad〜40W/cJのマイクロ波
放射電力密度にしてプラズマ発生室6に放射される。プ
ラズマ発生室6に放射されたマイクロ波の振幅は空胴共
振器1で大きくなっているため、プラズマ発生室6が空
胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持される
。
管により空胴共振器1に供給する。空胴共振器内で振幅
を大きくしたマイクロ波のエネルギーはスリット板5の
スリットよりI W/ad〜40W/cJのマイクロ波
放射電力密度にしてプラズマ発生室6に放射される。プ
ラズマ発生室6に放射されたマイクロ波の振幅は空胴共
振器1で大きくなっているため、プラズマ発生室6が空
胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持される
。
またマイクロ波放射インピーダンスを下げ、導波管2に
設けられたスタブチューナ等への影響を出来るだけ小さ
くする必要がある。そのためスリット開口部の面積とし
ては望ましく 2.5cd以上が必要で、最も望ましく
は5aJ以上が必要である。
設けられたスタブチューナ等への影響を出来るだけ小さ
くする必要がある。そのためスリット開口部の面積とし
ては望ましく 2.5cd以上が必要で、最も望ましく
は5aJ以上が必要である。
またスリット開口部の径方向のピッチPと、分離板4の
下面と基板12の表面との間隙Gとの関係を望ましくは
P/G=約1〜約5、最も望ましくはP/G=約1.5
〜約2.5にすることによって基板12の全表面に亘っ
て均一なプラズマを発生することができる。特に本実施
例の場合、ECR方式とは異なり、マグネットがないの
で、スリット開口部よりマイクロ波は拡散して放射され
る形となる。
下面と基板12の表面との間隙Gとの関係を望ましくは
P/G=約1〜約5、最も望ましくはP/G=約1.5
〜約2.5にすることによって基板12の全表面に亘っ
て均一なプラズマを発生することができる。特に本実施
例の場合、ECR方式とは異なり、マグネットがないの
で、スリット開口部よりマイクロ波は拡散して放射され
る形となる。
よってスリット開口部を中心にして垂下軸に対する角度
θに対してマイクロ波は約sinθの強さが拡散される
。よってP/Gが約2の寸法が最も均一にプラズマ発生
させることができる。
θに対してマイクロ波は約sinθの強さが拡散される
。よってP/Gが約2の寸法が最も均一にプラズマ発生
させることができる。
第1のガス(例えばNa又はN、Oは不活性ガス)はガ
ス導入孔13からガス溜め14を通り、吹出孔15から
プラズマ発生室6内へと供給される。第2のガス(例え
ばS i H4又はSi、H,)は、同様にガス導入孔
13’ からガス溜め14′ を通り吹出孔15′から
供給される。吹出孔15.15’は円周上に等間隔で直
径0.5mの孔が24個あけられである。吹出孔の角度
は、成膜条件例えば圧力やガス流量に応じて適切な角度
を選ぶことができる。ガス溜め14゜14’はリング状
の空間が形成されたものであり、各吹出孔ts、 ts
’から同じ流量のガスが吹出す様に円周上のガス圧力を
一定に保つためのアキュームレータである。プラズマ密
度はスリット板5に近い程、高密度であり、それから離
れるに伴い、低下する。第1のガス導入手段の吹出孔1
5は、スリット板5近傍に向けられており、N2又はN
20又は不活性ガスを流してマイクロ波を導入した場合
には、N2又はN20の第1のガスの高密度プラズマが
スリット板5近傍に発生する。更に第2のガス導入手段
から、SiH4又は5i2H,の第2のガスを導入すれ
ば、N2又はN、Oの第1のガスのプラズマによってS
iH4又はSi2H6第2のガスが励起され、プラズマ
CVDによりN2又はN20とSiH4又は5i2H,
を分解し、ウェハ12上にSi○膜を成膜する。このよ
うに第1のガスとしてN2またはN20を選び、第2の
ガスとしてS i H4または5i2H,を選ぶ。この
場合、1つのガス供給手段から混合して供給した場合に
比べ。
ス導入孔13からガス溜め14を通り、吹出孔15から
プラズマ発生室6内へと供給される。第2のガス(例え
ばS i H4又はSi、H,)は、同様にガス導入孔
13’ からガス溜め14′ を通り吹出孔15′から
供給される。吹出孔15.15’は円周上に等間隔で直
径0.5mの孔が24個あけられである。吹出孔の角度
は、成膜条件例えば圧力やガス流量に応じて適切な角度
を選ぶことができる。ガス溜め14゜14’はリング状
の空間が形成されたものであり、各吹出孔ts、 ts
’から同じ流量のガスが吹出す様に円周上のガス圧力を
一定に保つためのアキュームレータである。プラズマ密
度はスリット板5に近い程、高密度であり、それから離
れるに伴い、低下する。第1のガス導入手段の吹出孔1
5は、スリット板5近傍に向けられており、N2又はN
20又は不活性ガスを流してマイクロ波を導入した場合
には、N2又はN20の第1のガスの高密度プラズマが
スリット板5近傍に発生する。更に第2のガス導入手段
から、SiH4又は5i2H,の第2のガスを導入すれ
ば、N2又はN、Oの第1のガスのプラズマによってS
iH4又はSi2H6第2のガスが励起され、プラズマ
CVDによりN2又はN20とSiH4又は5i2H,
を分解し、ウェハ12上にSi○膜を成膜する。このよ
うに第1のガスとしてN2またはN20を選び、第2の
ガスとしてS i H4または5i2H,を選ぶ。この
場合、1つのガス供給手段から混合して供給した場合に
比べ。
気相中での反応が少なく、表面凹凸の小さなSiOxの
膜が基板表面に形成できる。
膜が基板表面に形成できる。
次に、基板12の温度変化を小さくするための本発明の
一実施例を同じ第1図を用いて説明する。
一実施例を同じ第1図を用いて説明する。
即ち、基板載置台7に埋込んだ抵抗線ヒータ20により
基板を加熱する方式がある。この場合、低圧力雰囲気で
あるため、基板12と載置台7との熱伝達が悪く、基板
12が載置台7に置かれてから設定温度に上昇するまで
多くの時間がかかるという問題があった。第7図に基板
12を載置台7に置いてからの基板の温度上昇を熱雷対
で測定した結果を示す。圧力が低い程、温度上昇曲線が
緩やかであることがわかる。例えば、5Pa、で基板を
載置してから30秒後にプラズマを点火し成膜を1分3
0秒行った場合、基板温度は100℃から2006C+
αまで変化する。αはプラズマによって基板が加熱され
る分である。このように基板の温度変化が大きいと成膜
初期と成膜終了時点での膜質が異なることになり、好ま
しくない。そこでランプヒータ17を基板12の周囲に
設置した。ランプヒータはリング状のハロゲンランプで
あり軸対称の溝形状の反射ミラー18に囲まれである。
基板を加熱する方式がある。この場合、低圧力雰囲気で
あるため、基板12と載置台7との熱伝達が悪く、基板
12が載置台7に置かれてから設定温度に上昇するまで
多くの時間がかかるという問題があった。第7図に基板
12を載置台7に置いてからの基板の温度上昇を熱雷対
で測定した結果を示す。圧力が低い程、温度上昇曲線が
緩やかであることがわかる。例えば、5Pa、で基板を
載置してから30秒後にプラズマを点火し成膜を1分3
0秒行った場合、基板温度は100℃から2006C+
αまで変化する。αはプラズマによって基板が加熱され
る分である。このように基板の温度変化が大きいと成膜
初期と成膜終了時点での膜質が異なることになり、好ま
しくない。そこでランプヒータ17を基板12の周囲に
設置した。ランプヒータはリング状のハロゲンランプで
あり軸対称の溝形状の反射ミラー18に囲まれである。
そのためランプからの光は斜めに基板(ウェハ)12を
周囲から照らして加熱することになる。ランプヒータ1
7により、基板12は急速に加熱されるために、デボ開
始時の温度を高くすることができ、デポ初期と終了時の
基板の温度差を小さくすることができる。更に成膜開始
と同時にランプヒータの電源をOFFするか、出力を小
さくすることによって更に基板の温度変化を小さくする
ことができる。これは、ランプヒータ17の出力低下に
よる温度の低下と、プラズマ発生による温度の上昇とが
打消されて、温度が一定になるものであるランプヒータ
17は棒状のランプを基板の周囲に複数個設置しても良
い。また、基板載置台の抵抗線ヒータと併用しても良く
、その場合ランプ出力を小さくすることができ、寿命の
長い遠赤外線ヒータを使うこともできる。本実施例では
プラズマ発生室内の低圧力の中にランプヒータ17を設
置したが、基板とランプヒータの間を石英ガラスで真空
封止することにより大気中にランプヒータ17を設置す
ることもできる。
周囲から照らして加熱することになる。ランプヒータ1
7により、基板12は急速に加熱されるために、デボ開
始時の温度を高くすることができ、デポ初期と終了時の
基板の温度差を小さくすることができる。更に成膜開始
と同時にランプヒータの電源をOFFするか、出力を小
さくすることによって更に基板の温度変化を小さくする
ことができる。これは、ランプヒータ17の出力低下に
よる温度の低下と、プラズマ発生による温度の上昇とが
打消されて、温度が一定になるものであるランプヒータ
17は棒状のランプを基板の周囲に複数個設置しても良
い。また、基板載置台の抵抗線ヒータと併用しても良く
、その場合ランプ出力を小さくすることができ、寿命の
長い遠赤外線ヒータを使うこともできる。本実施例では
プラズマ発生室内の低圧力の中にランプヒータ17を設
置したが、基板とランプヒータの間を石英ガラスで真空
封止することにより大気中にランプヒータ17を設置す
ることもできる。
また、成膜直前に非成膜ガスのプラズマを発生させても
同様に基板12の温度を高めることができる。Si○叉
を成膜する場合、N2またはN20のプラズマを使用す
る。N2のプラズマではマイクロ波電力500W、 2
5P (Lの条件で30秒でウェハ温度が50deg上
昇する。
同様に基板12の温度を高めることができる。Si○叉
を成膜する場合、N2またはN20のプラズマを使用す
る。N2のプラズマではマイクロ波電力500W、 2
5P (Lの条件で30秒でウェハ温度が50deg上
昇する。
次に第4図〜第5図により本発明の他の実施例を説明す
る。第4図の空胴共振器1の側壁にはガス導入のための
孔21があけられてあり、スリット板5と分離板(セラ
ミック板)4との間のすきまに通じている。冷却ガスと
してN2を用いた。孔21を通ったN2ガスは、スリッ
ト板5と分離板4との間のすきまを通り、スリット5c
から空胴共振器1内に流れ、空胴共振器上部中央にあけ
た孔23から排気される。このため、スリット板5を冷
却でき、プラズマからの加熱による熱変形を防止できる
。他の実施例を第5図、第6図に示す。プラズマによる
スリットする5の温度上昇は、スリット板5の中央が最
も高い。そのため、冷却用ガスがスリン1〜板5の中央
まで流れることが効率が良い。そこで第5図、第6図に
示すようにスリット板5に細長い突起5dを形成しそれ
とマイクロ波窓とを密着した時にガス流通路が形成でき
る様にした。第5図は、周囲から流れ込むガスが、最外
周のスリット5cから流れ出てしまうのを防ぐため、最
外周のスリット5cのまわりに、円弧状の細長い突起を
形成したものである。第6図は、より厳密にガスがスリ
ン1〜中央に流れる様に、案内突起5dを形成したもの
である。
る。第4図の空胴共振器1の側壁にはガス導入のための
孔21があけられてあり、スリット板5と分離板(セラ
ミック板)4との間のすきまに通じている。冷却ガスと
してN2を用いた。孔21を通ったN2ガスは、スリッ
ト板5と分離板4との間のすきまを通り、スリット5c
から空胴共振器1内に流れ、空胴共振器上部中央にあけ
た孔23から排気される。このため、スリット板5を冷
却でき、プラズマからの加熱による熱変形を防止できる
。他の実施例を第5図、第6図に示す。プラズマによる
スリットする5の温度上昇は、スリット板5の中央が最
も高い。そのため、冷却用ガスがスリン1〜板5の中央
まで流れることが効率が良い。そこで第5図、第6図に
示すようにスリット板5に細長い突起5dを形成しそれ
とマイクロ波窓とを密着した時にガス流通路が形成でき
る様にした。第5図は、周囲から流れ込むガスが、最外
周のスリット5cから流れ出てしまうのを防ぐため、最
外周のスリット5cのまわりに、円弧状の細長い突起を
形成したものである。第6図は、より厳密にガスがスリ
ン1〜中央に流れる様に、案内突起5dを形成したもの
である。
以上説明したように本発明によれば、以下に述べるよう
な効果がある。
な効果がある。
■ プラズマ発生室に導入するガスの導入手段として、
スリットの近傍に導入する第1のガス導入手段とスリッ
トとウェハ間に導入する第2のガス導入手段を設けて、
個別にガスを供給し、第1のガスのプラズマにより第2
のガスを励起する手法を用いることにより、成膜ガスの
気相中での反応を抑制できるため、基板表面に形成する
膜の凹凸を小さくすることができる。
スリットの近傍に導入する第1のガス導入手段とスリッ
トとウェハ間に導入する第2のガス導入手段を設けて、
個別にガスを供給し、第1のガスのプラズマにより第2
のガスを励起する手法を用いることにより、成膜ガスの
気相中での反応を抑制できるため、基板表面に形成する
膜の凹凸を小さくすることができる。
■ 基板周囲からランプヒータで基板を照射する基板加
熱手段を設けであるため、成膜開始時の基板開始時の温
度を高めることができ、成膜初期と終了時の温度差を小
さくして、膜質が変化することを防止できる。また、成
膜直前にN2またはN20のプラズマで基板を加熱する
方法によっても上記と同様の効果がある。
熱手段を設けであるため、成膜開始時の基板開始時の温
度を高めることができ、成膜初期と終了時の温度差を小
さくして、膜質が変化することを防止できる。また、成
膜直前にN2またはN20のプラズマで基板を加熱する
方法によっても上記と同様の効果がある。
■ スリット板とマイクロ波窓との間のすきまにガスを
流しているため、スリット板を冷却する効果があり、ス
リット板の熱変形を防止できるる。
流しているため、スリット板を冷却する効果があり、ス
リット板の熱変形を防止できるる。
第1図及び第2図は各々本発明の一実施例を示す断面図
及び部分断面斜視図、第3図はスリット板を示した平面
図、第4図は本発明の他の−実施例を示す空胴共振器の
部分を示す断面図、第5図及び第6図は各々更に本発明
の他の実施例を示すスリット板の部分を示す平面図、第
7図はプラズマ処理室のガス圧と基板表面温度の時間変
化を示す特性図である。 ・・・空胴共振器、 2・・・導波管、5・・・
スリット板、 5c・・・スリット開口部、5d・
・・突起、 6・・・プラズマ発生室、7・・
・基板載置台、 12・・・基板、13、13’・
・・ガス導入孔、14.14’・・・ガス溜め。 15、15’ ・・・吹出孔、 17・・・ランプヒ
ータ、20・・・抵抗線ヒータ。 17−−−ラニアし一タ 第 ? 図 汐b 第 図 L−一共8P1八+灰器 4−−一分嵩i+及 5−一一ス1)・・ノド、ノド瓦 Zl −−−’IfK977°’ス4xJLりC−−−
スリ・ソト ?3−−−杓トクしSし
及び部分断面斜視図、第3図はスリット板を示した平面
図、第4図は本発明の他の−実施例を示す空胴共振器の
部分を示す断面図、第5図及び第6図は各々更に本発明
の他の実施例を示すスリット板の部分を示す平面図、第
7図はプラズマ処理室のガス圧と基板表面温度の時間変
化を示す特性図である。 ・・・空胴共振器、 2・・・導波管、5・・・
スリット板、 5c・・・スリット開口部、5d・
・・突起、 6・・・プラズマ発生室、7・・
・基板載置台、 12・・・基板、13、13’・
・・ガス導入孔、14.14’・・・ガス溜め。 15、15’ ・・・吹出孔、 17・・・ランプヒ
ータ、20・・・抵抗線ヒータ。 17−−−ラニアし一タ 第 ? 図 汐b 第 図 L−一共8P1八+灰器 4−−一分嵩i+及 5−一一ス1)・・ノド、ノド瓦 Zl −−−’IfK977°’ス4xJLりC−−−
スリ・ソト ?3−−−杓トクしSし
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、マイクロ波源と、該マイクロ波源に接続された導波
管と、該導波管によって導かれたマイクロ波を共振させ
る空胴共振器と、電極上に載置された基板に対して化学
反応成膜するプラズマ処理室と、該プラズマ処理室と上
記空胴共振器とを隔離する分離板と、上記空胴共振器か
らプラズマ処理室へと共振されたマイクロ波を供給する
電磁気的結合手段と、2種以上のガスを個別に上記プラ
ズマ処理室に導入し、且つ第1のガス導入口が上記電磁
気的結合手段の附近に向くように設置され、第2のガス
導入口が上記第1のガス導入口より上記基板側に向くよ
うに設置され、成膜ガスの気相中での反応を抑制する複
数のガス導入手段とを備えたことを特徴とするプラズマ
化学反応成膜装置。 2、上記複数のガス導入手段の内、第1のガスとしてN
_2、N_2O、NH_3、不活性ガスの内、選ばれた
少なくとも一つを含むガスであり、第2のガスとしてS
iH_4、Si_2H_6の内、選ばれた少なくとも一
つを含むガス、又はこのガスにN_2、もしくは不活性
ガスを混合したガスであることを特徴とする請求項1記
載のプラズマ化学反応成膜装置。 3、マイクロ波源と、該マイクロ波源に接続された導波
管と、該導波管によって導かれたマイクロ波を共振させ
る空胴共振器と、電極上に載置された基板に対して化学
気化反応成膜するプラズマ処理室と、該プラズマ処理室
と上記空胴共振器とを隔離する分離板と、上記空胴共振
器からプラズマ処理室へと共振されたマイクロ波を供給
する電磁気的結合手段と、化学気化反応成膜ガスを上記
プラズマ処理室に導入するガス導入手段と、上記基板を
加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とするプラズマ
化学反応成膜装置。 4、上記加熱手段として、上記基板の周囲に熱源を有し
、該熱源からの輻射によって基板を加熱するように構成
したことを特徴とする請求項3記載のプラズマ化学反応
成膜装置。 5、上記加熱手段として非成膜ガスのプラズマによって
基板表面を処理して基板を加熱するように構成したこと
を特徴とする請求項3記載のプラズマ化学反応成膜装置
。 6、上記加熱手段を制御するように構成したことを特徴
とする請求項3記載のプラズマ化学反応成膜装置。 7、マイクロ波源と、該マイクロ波源に接続された導波
管と、該導波管によって導かれたマイクロ波を共振させ
る空洞共振器と、電極上に載置された基板に対して化学
気化反応成膜するプラズマ処理室と、該プラズマ処理室
と上記空胴共振器とを隔離する分離板と、上記空胴共振
器からプラズマ処理室へと共振されたマイクロ波を供給
する電磁気的結合手段と、化学気化反応成膜ガスを上記
プラズマ処理室に導入するガス導入手段と、上記分離板
と上記電磁気的結合手段との間にガスを流して冷却する
冷却手段とを備えたことを特徴とするプラズマ化学反応
成膜装置。 8、上記冷却手段として上記ガスを上記電磁気的結合手
段の中央に導くための案内を設けたことを特徴とする請
求項7記載のプラズマ化学反応成膜装置。 9、マイクロ波源から導波管を通して導かれたマイクロ
波を、プラズマ処理室と分離板により分離された空胴共
振器により共振させ、この共振されたマイクロ波を電磁
気的結合手段を通して供給し、2種以上のガスを個別に
上記プラズマ処理室に導入して成膜ガスの気相中での反
応を抑制し、該プラズマ処理室内に設置された電極上に
載置された基板に対して化学気化反応成膜することを特
徴とするプラズマ化学反応成膜方法。 10、個別に導入するガスとして、N_2、N_2O、
NH_3、不活性ガスの内、選ばれた少なくとも一つを
含むガスと、SiH_4、Si_2H_6の内、選ばれ
た少なくとも一つを含むガス、又はこのガスにN_2、
もしくは不活性ガスを混合したガスであることを特徴と
する請求項9記載のプラズマ化学反応成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2740589A JPH02207528A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | プラズマ化学反応成膜装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2740589A JPH02207528A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | プラズマ化学反応成膜装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207528A true JPH02207528A (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=12220168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2740589A Pending JPH02207528A (ja) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | プラズマ化学反応成膜装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02207528A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04333205A (ja) * | 1991-05-08 | 1992-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸化鉄軟磁性薄膜の製造方法 |
| JPH05166734A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 化学気相成長方法ならびにそのための化学気相成長処理システムおよび化学気相成長装置 |
| US6676760B2 (en) | 2001-08-16 | 2004-01-13 | Appiled Materials, Inc. | Process chamber having multiple gas distributors and method |
-
1989
- 1989-02-08 JP JP2740589A patent/JPH02207528A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04333205A (ja) * | 1991-05-08 | 1992-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸化鉄軟磁性薄膜の製造方法 |
| JPH05166734A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 化学気相成長方法ならびにそのための化学気相成長処理システムおよび化学気相成長装置 |
| US6676760B2 (en) | 2001-08-16 | 2004-01-13 | Appiled Materials, Inc. | Process chamber having multiple gas distributors and method |
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