JPS5941773B2 - 気相成長方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子製造工程において、基板表面にたと
えば絶縁膜などの薄膜を成長させる気相成長装置の改良
に関するものである。

半導体素子の製造工程において、たとえばシリコン窒化
膜のような表面保護用の絶縁膜を半導体集積回路ウェハ
表面に低温度で成長させる方法としてプラズマを利用し
た気相成長法が実用化されている。

このような気相成長装置は第１図に示すように反応管１
の１側に反応ガス導入口２と、他側に排気口３を各々設
け、その反応管１の外周部に発熱体４を配設するととも
に、内部にプラズマ発生用電極５ａ、５ｂを対向配列し
、かつそれら電極を交互に共通接続し、その共通接続線
を高周波電源６に連結して反応領域Ｔを構成している。
なおウェハ８は反応領域７のプラズマ発生用電極５ａ、
５ｂの表面に各々取わ付けられる。そして排気口３から
排気して減圧された反応管１内に反応ガスとしてたとえ
ばアルゴン（Ａｒ）で希釈したモノシラン（ＳｉＨ４）
とアンモニア（ＮＨｓ）との混合ガスをガス導入口２か
ら導入して反応領域□においてプラズマを発生してウェ
ハ８表面にＳｉ３Ｎ４膜を成長させるようになつている
。ところでこのような装置で成長されるＳｉ３Ｎ４膜の
膜質は反応ガスの純度およびガス混合比や高周波電力等
に依存するが、その他周波数にも大きく影響される。す
なわち低い周波数（たとえば４００ＫＨ２）においては
、Ｓｉ３Ｎ４膜の張力ストレスが小さくて膜にクラック
を生じにくいけれども下地との密着性が悪く耐湿性に劣
るという問題がある。一方周波数が高い場合（たとえば
１３．５６ＭＨ２）には耐湿性に優れているけれどもク
ラックが生じやすいという問題がある。そこで膜質の良
いＳｉ□Ｎ４膜を得る１つの手段として高周波電源６の
周波数を成膜途中でたとえば１３．５６ＭＨ２→４００
ＫＨ２→１３．５６ＭＨ２というように複数回変えなが
ら成膜する方法も提案されているが、このような方法で
は周波数の変更に伴いマツチングの補正も高周波電力等
もそれぞれの周波数に適したものに精度よく制御しなけ
ればならず、装置や成膜工程の複雑化は避けられない。

本発明は前述の点に鑑みなされたもので、その目的は膜
質の良い薄膜を容易に形成できる気相成長装置を提供す
ることであり、その特徴は反応ガス導入口と排気口とを
有する減圧された反応管内に所定の周波数で励起される
プラズマ発生部を設けて成膜用の反応領域とした気相成
長装置に訃いて、前記反応領域の反応ガス導入口側に前
記周波数と異なる周波数で励起される別のプラズマ発生
領域を配設したところにある。

以下本発明の実施例につき図面を参照して説明する。

第２図は本発明による気相成長装置の構造を説明するた
めの要部概念図であり、第１図と同等部分には同一符号
を付した。

図に卦いて１は石英からなる反応管であつて、その反応
管１の１側つまり図の左側に反応ガス導入口２が、他側
に排気口３が各々配設してある。また反応管１の排気口
３側の外周部に発熱体４を配設するとともに、内部にプ
ラズマ発生用電極５ａ，５ｂを対向配列し、かつそれら
電極を交互に共通接続し、その共通接続線を高周波電源
６に連結して反応領域７を構成している。その反応領域
７のプラズマ発生用電極５ａ，５ｂにウエハ８を取り付
ける。このような構成は従来のプラズマを利用した気相
成長装置と同じであるが、本発明による気相成長装置は
さらに前記反応領域７の反応ガス導入口２側に別のプラ
ズマ発生領域９を配設してある。そのプラズマ発生領域
９の構成は前記高周波電源６とは別の高周波電源１０に
連結されたプラズマ発生用電極１１，１２を対向配置す
るとともにガス導入口２側の反応管１外周部に発熱体１
３を配設してなる。な卦プラズマ発生用電極１１，１２
はたとえばメッシユ状のアルミニウム（Ａノ）で形成し
てある。このような構成において、反応領域７のプラズ
マ発生用電極５ａ，５ｂにウエハ８を取り付けるととも
に排気口３から排気して反応管１内を減圧する。そして
反応ガス導入口から反応管１内に反応ガスを導入し、プ
ラズマ発生用電極１１，１２間に流入せしめて、それら
電極間に印加された高周波電界によりプラズマ発生領域
９でプラズマを発生し、反応ガスをあらかじめ高周波電
源１０の周波数で励起してから反応領域７に流入せしめ
る。そしてさらにあらかじめ励起された反応ガスを反応
領域７に卦いて引続きプラズマ発生用電極５ａ，５ｂ間
に印加される高周波電源６の周波数で励起してウエハ８
表面に薄膜を成長させるのである。この際高周波電源１
０卦よび６に卦ける周波数、高周波出力などを互いに異
なつた条件で選択設定することにより、従来反応領域７
のプラズマ発生用電極５ａ，５ｂ間に印加する高周波電
源６の周波数を成膜途中で変更した場合と実質的に同様
の効果が得られる。その結果膜質の良い薄膜をウエハ８
表面に成長させることができるのである。いまたとえば
Ｓｉ３Ｎ４膜をウエハ８表面に成長させる場合の具体的
条件について述べると、まず反応管１内を減圧した後、
発熱体４を制御して反応領域７に卦ける温度をたとえば
４００゛Ｃ程度に設定し、さらに発熱体１３によつてプ
ラズマ発生領域９の温度を反応領域７の温度よりも低く
（たとえば室温〜３００゛Ｃ）設定する。また高周波電
源１０をたとえば周波数１３．５６ＭＨｚ１出力２００
Ｗ〜１ＫＷに、高周波電源６をたとえば周波数４００Ｋ
Ｈｚ１出力を０．５Ｗ／ウエハ程度に各々設定し、たと
えばＡｒで希釈したＳｉＨ４とＮＨ３との混合ガスを約
０．５〜１Ｔ０ｒｒ程度の圧力で反応ガス導入口２から
流入してウエハ８表面にＳｉ３Ｎ４膜を成長させる。こ
のような条件で成長させたＳｉ３Ｎ４膜は耐湿性に優へ
かつクラツクのないものが得られる。な卦前述の実施例
では反応管１の両端部に反応ガス導入口２と排気口３と
を各々配設し、反応領域７の反応ガス導入口２側に１つ
のプラズマ発生領域９を設けた場合について述べたが、
プラズマ発生領域を１つに限らず、たとえば反応管の中
央部近傍に排気口と反応領域とを構成し、その反応管の
両端部に各々反応ガス導入口を設けるとともに反応領域
と各反応ガス導入口との間に各々プラズマ発生領域を配
設することも勿論可能である。

以上の説明から明らかなように本発明によれば半導体ウ
エハ表面に膜質の優れた薄膜を容易に成長させることが
でき、半導体素子製造技術の向上に貢献するところ極め
て大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気相成長装置の構造を説明するための要
部概念図、第２図は本発明による気相成長装置の構造を
説明するための要部概念図である。 １・・・反応管、２・・・反応ガス導入口、３・・・排
気口、４，１３・・・発熱体、５ａ，５ｂ，１１，１２
・・・プラズマ発生用電極、６，１０・・・高周波電源
、７・・・反応領域、８・・・半導体ウエハ、９・・・
プラズマ発生領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応ガスの励起用電源として、周波数の異なる複数
   の電源を用いて該反応ガスを励起し、被処理基板上に所
   望の皮膜を形成する気相成長法に於て、第１の周波数で
   励起される第１のプラズマ発生領域と、該第１のプラズ
   マ発生領域よりも反応ガス導入口側に第２の周波数で励
   起される第２のプラズマ発生領域とを設け、該第１のプ
   ラズマ発生領域内に該基板を載置して皮膜形成を行うこ
   とを特徴とする気相成長方法。 ２ 反応ガス導入口と排気口とを有する減圧された反応
   管内に、表面にウエハーが取付けられる複数の対向配列
   され、かつ交互に共通接続された第１の電極群と、該交
   互に共通接続された第１の電極群間に第１の高周波を印
   加する第１の高周波電源と、該第１の電極群よりも反応
   ガス導入口側に対向配置される第２の電極と、該第２の
   電極間に該第１の高周波と異なる第２の高周波を印加す
   る第２の高周波電源とを有し、該第１の周波数で励起さ
   れる第１のプラズマ発生領域をウェハー処理領域とし、
   該反応領域の反応ガス導入口側に該第２の周波数で励起
   される第２のプラズマ発生領域を記設したことを特徴と
   する気相成長装置。