JPH0722332A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ発生手段としてＩＣＰを採用すると
共に，高品質の成膜処理を可能にしたプラズマＣＶＤ装
置を提供する。 【構成】 ガス導入ノズル１０から所要のＣＶＤ処理ガ
スを真空容器２内に導入し，誘電体窓３の近傍に配設さ
れたアンテナ４に高周波電力を供給すると，アンテナ４
からの電磁波により真空容器２内に高周波電場が誘起さ
れ，該高周波電場によりＣＶＤ処理ガスがプラズマ化さ
れる。プラズマは真空容器２内のアンテナ４に近い側に
発生するので，試料５はプラズマに曝されない位置に配
置することができ，プラズマにより生成されるＣＶＤ処
理ガスの分解生成物は試料台上に載置された試料表面上
に堆積して成膜がなされる。試料５が載置される試料台
６の載置部分７が石英ガラスで形成されているため，堆
積膜中への不純物の混入が解消され，載置される試料５
の加熱温度を高く設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，半導体集積回路の製造
プロセス等に用いられるプラズマＣＶＤ装置に係り，特
に，プラズマ発生手段としてＩＣＰ（Inductively Coup
led Plasma）によってプラズマＣＶＤ装置を構成すると
共に，不純物の混入が少ない成膜を実現するＩＣＰによ
るプラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造プロセスにおける
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition −化学的
気相堆積法）の処理技術は，半導体基板の配線前絶縁膜
の形成，ヴィアホールの埋め込み，パッシベーション膜
の形成等に用いられている。このようなＣＶＤ処理に用
いられるプラズマＣＶＤ装置として，従来では平行平板
電極型プラズマＣＶＤ装置，あるいはＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ装置が採用されてきた。上記平行平板電極型プラズ
マＣＶＤ装置は，図３に概略構成図として示すように構
成される。図３において，平行平板電極型プラズマＣＶ
Ｄ装置２０は，真空容器２１内に平板状に形成された上
部電極２２と下部電極２３とが平行に向かい合って配置
され，上部電極２２に高周波電源から高周波電力が印加
される。下部電極２３上にはＣＶＤ処理を行う試料２４
が載置され，該下部電極２３は接地電位に接続される。
図示するように，上部電極２２に設けられた流路からＣ
ＶＤ処理ガスが真空容器２１内に導入されると，高周波
電力が印加された各電極２２，２３間にプラズマが発生
し，該プラズマにより生成されたＣＶＤ処理ガスの分解
生成物が試料２４上に堆積され，試料２４の表面に成膜
が施される。又，プラズマＣＶＤ装置として，上記平行
平板電極型プラズマＣＶＤ装置の他，ＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance−電子サイクロトロン共鳴）プラ
ズマを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が知られてい
る。このＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の特徴は，数十から
数百Ｔｏｒｒの比較的低圧の真空環境で高密度のプラズ
マ（１×１０¹¹〜１０¹²／cm³ 程度の電子密度）が得ら
れることにある。低圧条件下で発生させたプラズマを利
用したＣＶＤの利点は，材料ガスの平均自由行程が長く
することができ，ステップカバレージのよい成膜がなさ
れることにある。このＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は，図
４に概略構成図として示すように構成される。図４にお
いて，ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置２６は，円筒状に形成
された真空容器２７の軸方向に設けられた誘電体窓２８
からマイクロ波が真空容器２７内に導入されると共に，
真空容器２７と同軸に配設された磁場発生コイル３１か
ら真空容器２７内に磁場が印加される。真空容器２７の
軸方向の所定位置に配設された試料台３０上に試料２９
を載置して，真空容器２７内にＣＶＤ処理ガスを導入す
ると，真空容器２７内にＥＣＲプラズマが発生し，該プ
ラズマにより生成されたＣＶＤ処理ガスの分解生成物が
試料２９上に堆積され，試料２９の表面に成膜が施され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近来の半導体集積回路
の高集積化の要求に応えるためには，細密で且つ高品質
の成膜が必要である。しかしながら，上記平行平板電極
型プラズマＣＶＤ装置では，プラズマは各電極間に発生
するため，試料がプラズマに接触することになりプラズ
マにより生成された様々の化合物が好むと好まざるとに
係わらず堆積膜内に混入する。例えば，シリコン酸化膜
（ＳｉＯ）の成膜を行う場合，ＣＶＤ処理ガスとして一
般にシランガス（ＳｉＨ₄ ）及び亜酸化窒素ガス（Ｎ₂
Ｏ）が用いられる。又，有機液体材料の珪酸エチル（Ｔ
ＥＯＳ）をバブラー等の気化装置を用いて処理ガスとす
る場合もある。理想的には，堆積させたいシリコン酸化
膜の中には膜の電気的な特性（電気的破壊耐圧，耐漏れ
電流特性）を悪くするシラノール（−ＯＨ）成分，ハイ
ドロカーボン，水素成分，窒化物，有機物，重金属等が
全く含まれないことが望ましい。しかし，材料ガスが上
記のようにシランガス及び亜酸化窒素ガスである場合を
例にとっても，プラズマ中ではＳｉ，Ｈ，Ｎ，Ｏの元素
の組み合わせでできる殆どの化合物が存在することにな
る。故に，プラズマＣＶＤで実際に堆積されたシリコン
酸化膜には，Ｏ，Ｈ，Ｎ等の不純物が混入し，膜の緻密
さや電気的な特性を劣化させる。一般に平行平板電極型
プラズマＣＶＤ装置で成膜したシリコン酸化膜には，多
量の水素が含まれていることがよく知られている。上記
の問題は，シリコン酸化膜に限らず，シリコン窒化膜，
アモルファスシリコン膜，タングステン膜，タングステ
ンシリサイド膜等についても同様なことがいえる。上記
のように平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置では，試料
表面がプラズマに接していることからプラズマ中で生成
される副反応生成物の堆積膜中への混入が避けられない
問題点があった。又，平行平板電極型プラズマＣＶＤ装
置では，各電極にカーボングラファイト，酸化アルミニ
ウム，ステンレス材などが使用されるため，試料に対す
る重金属汚染の懸念もある。このような成膜中に不純物
混入の危惧があるプラズマＣＶＤ処理技術では，高集積
化の要求に応える細密化や高品質化の障害となる。

【０００４】一方，上記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置で
は，試料がプラズマ中に曝されることがないため，平行
平板電極型プラズマＣＶＤ装置でみられるような副反応
生成物の膜中への混入はない。しかし，装置構成上の問
題点がある。即ち，磁場とマイクロ波との作用でＥＣＲ
を均一に発生させることは容易でなく，現在の半導体製
造プロセスの主流となっている８インチウェハー（試
料）を処理できる装置を作ろうとすると，かなり大きな
磁場発生コイルを備えることが要求され，装置の大型化
に伴うコストアップ，設置スペースの増加等の問題点が
生じる。又，ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では，プラズマ
の均一性が誘電体窓の環境によって左右されやすく，誘
電体窓にＣＶＤ膜が堆積されて汚染されると，成膜の堆
積速度が試料面上，あるいは試料間で不均一となる問題
点があった。この誘電体窓の汚染は，誘電体窓のクリー
ニングを随時行うことにより解決されるが，周囲に磁場
発生コイルが配置された状態にあるため，クリーニング
の実施は容易でない。そこで，本願発明者らは試料がプ
ラズマ中に曝されることなくＣＶＤ処理を行うことが可
能で，且つ簡易な構成で高密度プラズマを大口径で発生
させることが可能なプラズマ発生手段として，ＩＣＰに
よるプラズマに注目した。従来型のＩＣＰではプラズマ
ＣＶＤ装置として利用するには問題があったが，プラズ
マ発生のための高周波電力を印加するアンテナに改良が
加えられたことによって大口径の高密度プラズマの生成
が可能となった。本願発明者らは，このＩＣＰによりプ
ラズマＣＶＤ装置を構成すると共に，試料上に形成され
る成膜中に不純物の混入がより少なく，且つＣＶＤ処理
に必要な試料の加熱温度をより高く保つことができるよ
うに構成して，本発明をなすに到った。従って，本発明
の目的は，プラズマ発生手段としてＩＣＰを採用すると
共に，高品質の成膜処理を可能にしたプラズマＣＶＤ装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，高周波電力が印加された真
空容器内に所要のＣＶＤ処理ガスを導入してプラズマ化
し，該プラズマにより生成された分解生成物を上記真空
容器内に配置された試料上に堆積させるプラズマＣＶＤ
装置において，上記ＣＶＤ処理ガスを導入するガス導入
ノズルと，上記高周波電力を導入する誘電体窓とを備え
た真空容器と，上記誘電体窓外の近接位置に配設され，
該誘電体窓外から上記真空容器内に高周波電力を印加す
ることにより，真空容器内に高周波電場を誘起させるア
ンテナと，上記真空容器内の所定位置に配設され，試料
載置部分が石英ガラスで形成されてなると共に，載置さ
れる上記試料を所定温度に加熱する加熱手段を備えてな
る試料台を具備してなることを特徴とするプラズマＣＶ
Ｄ装置として構成される。又，上記プラズマＣＶＤ装置
は，上記真空容器内にＣＶＤ処理ガスを導入するガス導
入ノズルが石英ガラスで形成されてなるプラズマＣＶＤ
装置として構成することができる。

【０００６】

【作用】本発明によれば，ガス導入ノズルから所要のＣ
ＶＤ処理ガスを真空容器内に導入し，誘電体窓の近傍に
配設されたアンテナに高周波電力を供給すると，アンテ
ナからの電磁波により真空容器内に高周波電場が誘起さ
れ，該高周波電場によりＣＶＤ処理ガスがプラズマ化さ
れる。ＩＣＰによるプラズマ発生は電磁波の伝播状態に
よって影響される度合いが少ないので，ＥＣＲプラズマ
の場合のように誘電体窓の汚染がプラズマの均一性に即
影響されることがない。このプラズマは真空容器内のア
ンテナに近い側に発生するので，試料はプラズマに曝さ
れない位置に配置することができ，プラズマにより生成
されるＣＶＤ処理ガスの分解生成物は試料台上に載置さ
れた試料表面上に堆積して成膜がなされる。従って，上
記のように試料がプラズマに曝されることがなく，尚且
つ，試料が載置される試料台の載置部分が石英ガラスで
形成されているため，堆積膜中への不純物の混入が解消
される。又，上記試料台の載置部分を石英で形成するこ
とにより，載置される試料の加熱温度を高く設定するこ
とができる。ＣＶＤの化学反応は温度により進行し，多
くの場合その反応は高温であるため，加熱温度の上限が
高いことはＣＶＤ装置にとって有効である。更に，ガス
導入ノズルを石英ガラスによって形成することによっ
て，導入されるＣＶＤ処理ガス中への不純物の混入が防
止される。

【０００７】

【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１は
本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示
す模式図，図２は実施例に係るアンテナ形状の一例で，
図１に示すアンテナの平面図である。図１において，本
実施例に係るプラズマＣＶＤ装置１は，円筒状に形成さ
れ，ガス導入ポート１０と真空排気のための排気ポート
１１とを備えた真空容器２と，該真空容器２の中心軸線
上に設けられた誘電体窓３と，該誘電体窓３の近傍外側
に配置されたアンテナ４と，該アンテナ４に高周波電力
をマッチング回路８を介して供給する高周波電源９と，
上記真空容器２の中心軸線上の任意高さ位置に移動可能
に配設され，試料５を載置するサセプター（載置部分）
７と，該サセプター７を介して試料５を所定温度に加熱
する加熱用ヒータ（加熱手段）１２とを備えた試料台６
とを具備して構成されている。上記アンテナ４は，例え
ば，図２に示すような渦巻き状に形成されたアンテナ４
として構成することができ，高周波電源９から供給され
る高周波電力を真空容器２内に輻射して，真空容器２内
に高周波電場を誘起させる。又，上記サセプター７は石
英ガラスにより形成され，載置される試料５への不純物
の混入を排除すると共に，裏面に設けられた加熱ヒータ
１２による試料５の加熱温度の上限を高く設定できるよ
う構成されている。更に，ガス導入ポート１０から真空
容器２内へＣＶＤ処理ガスを噴出させるガス導入ノズル
１０ａも石英ガラスにより形成され，ＣＶＤ処理ガス中
への不純物の混入の排除が図られている。

【０００８】本実施例は，上記構成になるプラズマＣＶ
Ｄ装置１により，試料５として採用された６インチ・シ
リコンウェハーに対してＣＶＤ成膜を行うものである。
該試料５を試料台６のサセプター７上に載置し，排気ポ
ート１１から図示しない真空ポンプにより真空排気し
て，シラン（ＳｉＨ₄ ）及び亜酸化窒素ガス（Ｎ₂ Ｏ）
をそれぞれ別々に流量制御した後，ガス導入ポート１０
から真空容器２内に導入する。本実施例における成膜プ
ロセス条件では，高周波電源から１３．５６ＭＨｚの高
周波を１０Ｗ〜１０００Ｗでアンテナ４に供給し，シラ
ンと亜酸化窒素ガスをそれぞれ１００ｓｃｃｍ，５００
ｓｃｃｍの流量で真空容器２内に導入した。又，試料５
である６インチ・シリコンウェハーの温度を３００度〜
４００度，圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜１０００ｍＴｏｒｒ
とし，試料台６を移動させて試料５と誘電体窓３との距
離を１cm〜３０cmに変化させてＣＶＤ処理を行った。上
記構成において，ガス導入ノズル１０ａから所要のＣＶ
Ｄ処理ガスを真空容器２内に導入し，誘電体窓３の近傍
に配設されたアンテナに高周波電力を供給すると，アン
テナからの電磁波により真空容器内に高周波電場が誘起
される。この高周波電場は自然放射線等によって真空容
器２内に発生した電子を加速し，ＣＶＤ処理ガス中の中
性原子と衝突して該中性原子をイオン化してイオンと電
子とを生成し，初期プラズマを発生する。新たに発生し
た電子は高周波電場により加速され，イオンと電子を生
成する過程を繰り返す。このようにしてプラズマ密度が
ある程度以上上昇すると，プラズマ中の電子密度が上昇
してプラズマ中の電子の応答周波数を上昇させる。その
結果，プラズマはあたかも導電体のように作用して高周
波電界を遮断するかのように電流が流れて，電磁波を遮
断し始める。このとき，プラズマ固有の特殊なモード以
外はプラズマ内部に電磁波が入らないため，表面のプラ
ズマのみがアンテナからの電磁波のエネルギーを得てプ
ラズマ密度を更に上昇させ，プラズマ内部に拡散する。

【０００９】上記のようにして発生したプラズマにより
生成される分解生成物は試料５上に堆積される。試料５
は試料台６を移動させてプラズマに直接曝されない位置
に試料表面（堆積膜を形成させたい部分）を配置するこ
とができるので，成膜中に不純物の混入がない緻密なＣ
ＶＤ膜が形成される。又，真空容器２内のプラズマに曝
される位置に導電体が配設されないので試料５の汚染が
なく，ガス導入ポート１０のノズルを石英ガラスによっ
て形成することによってＣＶＤ処理ガス中への不純物の
混入をも排除して，上記不純物の混入のない緻密なＣＶ
Ｄ膜の形成が確保される。上記実施例におけるプロセス
条件では，試料５の加熱温度は３００〜４００度に設定
しているが，サセプター７を石英ガラスで形成したこと
により，従来構成における上限温度は約５００度であっ
たが，約１１００度にまで上昇させることが可能とな
り，ＣＶＤ処理を行う条件により処理温度を高く設定す
ることができ，不純物の混入が排除されることに併せて
高品質なＣＶＤ処理が達成される。又，ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置と比較して装置構成が簡単であるため，真空
容器内のクリーニングを容易に行うことができる。

【００１０】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，ガス
導入ノズルから所要のＣＶＤ処理ガスを真空容器内に導
入し，誘電体窓の近傍に配設されたアンテナに高周波電
力を供給すると，アンテナからの電磁波により真空容器
内に高周波電場が誘起され，該高周波電場によりＣＶＤ
処理ガスがプラズマ化される。ＩＣＰによるプラズマ発
生は電磁波の伝播状態によって影響される度合いが少な
いので，ＥＣＲプラズマの場合のように誘電体窓の汚染
がプラズマの均一性に即影響されることがない。このプ
ラズマは真空容器内のアンテナに近い側に発生するの
で，試料はプラズマに曝されない位置に配置することが
でき，プラズマにより生成されるＣＶＤ処理ガスの分解
生成物は試料台上に載置された試料表面上に堆積して成
膜がなされる。したがって，上記のように試料がプラズ
マに曝されることがなく，尚且つ，試料が載置される試
料台の載置部分が石英ガラスで形成されているため，堆
積膜中への不純物の混入が解消される。又，上記試料台
の載置部分を石英で形成することにより，載置される試
料の加熱温度を高く設定することができる。ＣＶＤの化
学反応は温度により進行し，多くの場合その反応は高温
であるため，加熱温度の上限が高いことはＣＶＤ装置に
とって有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置
の構成を示す模式図。

【図２】 実施例に係るアンテナ構成の例を示す模式
図。

【図３】 従来例に係る平行平板電極型プラズマＣＶＤ
装置の構成を示す模式図。

【図４】 従来例に係るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構
成を示す模式図。

【符号の説明】 １…プラズマＣＶＤ装置 ２…真空容器 ３…誘電体窓 ４…アンテナ ５…試料 ６…試料台 ７…サセプター（載置部分） １０…ガス導入ポート １０ａ…ガス導入ノズル １１…排気ポート １２…加熱用ヒータ（加熱手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電力が印加された真空容器内に所
   要のＣＶＤ処理ガスを導入してプラズマ化し，該プラズ
   マにより生成された分解生成物を上記真空容器内に配置
   された試料上に堆積させるプラズマＣＶＤ装置におい
   て，上記ＣＶＤ処理ガスを導入するガス導入ノズルと，
   上記高周波電力を導入する誘電体窓とを備えた真空容器
   と，上記誘電体窓外の近接位置に配設され，該誘電体窓
   外から上記真空容器内に高周波電力を印加することによ
   り，真空容器内に高周波電場を誘起させるアンテナと，
   上記真空容器内の所定位置に配設され，試料載置部分が
   石英ガラスで形成されてなると共に，載置される上記試
   料を所定温度に加熱する加熱手段を備えてなる試料台を
   具備してなることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 上記ガス導入ノズルが石英ガラスで形成
   されてなる請求項１記載のＩＣＰによるプラズマＣＶＤ
   装置。