JP2001011641A - 成膜処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマを使用した成膜処理方法に於いて、電
極の経時変化による膜厚速度の低下を補正し、而もスル
ープットの低下を防止する。 【解決手段】処理室６内に設けられた電極１５に高周波
電力を印加させてプラズマ１９を発生させ、成膜処理及
びガスクリーニングを行う成膜処理方法に於いて、成膜
処理を所定回数実施する毎にガスクリーニングを行い、
ガスクリーニング後の成膜処理では印加する高周波電力
を増大し、発生するプラズマの状態を所定の状態に維持
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス基板、シリコ
ンウェーハ等の基板上に成膜処理を行い、半導体素子等
を形成する成膜処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板に成膜処理し液晶表示基板を
製造し、或はシリコンウェーハに成膜処理等を行い半導
体素子を製造する成膜処理方法としてプラズマ成膜処理
方法がある。

【０００３】図１に於いて、プラズマ成膜処理を実施す
るプラズマ処理装置について概略を説明する。尚、図１
に示すプラズマ処理装置は２槽式のプラズマ処理装置を
示している。

【０００４】上方が開放された外槽１の上端には容器蓋
２が気密に設けられ、前記外槽１と前記容器蓋２とで気
密室３が形成される。該気密室３内には更に内槽４が設
けられ、該内槽４の上端は前記容器蓋２により気密に閉
じられている。前記内槽内部には台座５が設けられ、該
台座５は前記内槽４内部を上側の反応室６と下側の排気
室７とに仕切っている。前記反応室６と前記排気室７と
は前記台座５の周囲に設けられた排気口８により連通さ
れている。又前記内槽４の底部には排気ポート１０が連
通され、該排気ポート１０は図示しない排気装置に接続
されている。

【０００５】前記台座５の上面には基板受載板を兼ねる
アノード９が設けられ、該アノード９上に被処理基板、
例えばガラス基板１１が載置される。

【０００６】前記容器蓋２は電極ホルダとして構成さ
れ、電極フランジ１２が絶縁材１３を介して設けられ、
前記電極フランジ１２の下面にはガス溜１４が形成され
る様にカソード１５が取付けられている。該カソード１
５は前記アノード９に対向し、前記カソード１５の全面
にはガス分散孔１６が多数穿設され、前記カソード１５
は反応ガスを分散して供給するシャワープレートとして
機能する。

【０００７】前記電極フランジ１２にはガス導入路１７
が形成され、該ガス導入路１７は図示しない反応ガス供
給源に連通されていると共に前記ガス溜１４に連通して
いる。又、前記電極フランジ１２は高周波電源１８に接
続されており、該高周波電源１８から前記電極フランジ
１２を介して前記カソード１５に高周波、例えば１３．
５６ＭＨｚの交流電力が印加される。

【０００８】前記ガラス基板１１に成膜処理を行う場合
は、前記アノード９上に前記ガラス基板１１を載置す
る。前記排気ポート１０を介して前記反応室６内を真空
引し、前記ガス導入路１７を介して前記ガス溜１４に反
応ガスを導入する。反応ガスは前記ガス分散孔１６を通
過して前記反応室６内に分散流入し、反応後の排気ガス
は前記排気ポート１０より吸引排気される。前記高周波
電源１８より前記カソード１５に高周波電力を印加する
と該カソード１５と前記アノード９間にプラズマ１９が
発生し、電離活性化した分子が前記ガラス基板１１に付
着堆積することで、成膜が行われる。

【０００９】前記プラズマ１９を使用して成膜を行う
と、前記ガラス基板１１表面に成膜されると共に前記ア
ノード９、カソード１５の電極表面にも成膜される。複
数の基板に対して連続して成膜処理を行うと、電極表面
の成膜膜厚が漸次増加し、膜厚が厚くなりやがてパーテ
ィクルとして剥離する。パーティクルが前記ガラス基板
１１に付着すると成膜品質が低下し、歩留りが低下する
ので、電極表面に付着した膜を除去するガスクリーニン
グが一般に行われている。

【００１０】例えばＮＦ3 ガスを用いたガスクリーニン
グを繰返し行うと、電極の経時変化が生じ、成膜速度が
低下するという現象が現れる。成膜速度の減少は結果と
して成膜膜厚が減少することになる。デバイスでは膜厚
によってデバイス特性が変化してしまう為、膜厚は一定
にしなければならない。

【００１１】この為従来では、電極の経時変化に起因す
る成膜速度の減少を防止する為、成膜条件を設定するレ
シピ設定値を増加させ、成膜速度減少分を補う補正を行
っていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】成膜条件に挙げられる
レシピ設定項目としては、ガス流量、成膜圧力、高周波
電力、成膜時間等があるが、ガス流量、成膜圧力は成膜
速度以外の膜質にも影響する項目であり、又高周波電力
も膜質に影響すると考えられていた。そこで、膜質を変
化させずに膜厚を一定とする為に、今迄は成膜時間を長
くして成膜速度が低下した分を補正していた。

【００１３】然し、成膜時間について補正をし、成膜時
間を長くすると、装置のスループットの低下を招くとい
う問題があった。

【００１４】本発明は斯かる実情に鑑み、電極の経時変
化による膜厚速度の低下を補正してスループットの低下
を防止するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理室内に設
けられた電極に高周波電力を印加させてプラズマを発生
させ、成膜処理及びガスクリーニングを行う成膜処理方
法に於いて、成膜処理を所定回数実施する毎にガスクリ
ーニングを行い、ガスクリーニング後の成膜処理では印
加する高周波電力を増大させる成膜処理方法に係り、又
ガスクリーニング後の成膜処理で、成膜処理工程を重ね
る毎に印加する高周波電力を漸次減少させる成膜処理方
法に係るものである。

【００１６】成膜処理、ガスクリーニングを重ねること
で電極が経時変化を起こし、成膜処理速度が低下する
が、成膜処理速度に対応させ、印加する高周波電力を増
大させ、プラズマ強度を所定の状態に維持し、成膜処理
速度の低下を補う。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００１８】本発明者が電極の経時変化により成膜速度
が低下することについて原因を追及したところ、クリー
ニングガスとしてＮＦ3 ガスを用いた場合、ガスクリー
ニング時の電極表面に形成されたフッ化層に原因がある
ことを究明した。

【００１９】即ち、図２に示す様に、プラズマの高周波
（ＲＦ）電力によって分解されたガス分子のイオン（Ｈ
⁺ ）が電極（カソード１５）に衝突し、２次電子（ｅ）
がプラズマ１９中に放出され、放出された２次電子によ
り更にガスが分解されるという反応を起こす。然し、電
極表面にフッ化層２０があると該フッ化層２０は分子欠
陥が多く、２次電子（ｅ）がトラップされる。その為、
プラズマ中に放出される２次電子（ｅ）の数が少なくな
り、前記プラズマ１９の強度が低下する。成膜速度はプ
ラズマ強度に比例する為、成膜速度が低下する。図２
中、２１は成膜処理により、カソード１５に付着した反
応生成膜（ＳｉＮ膜）である。

【００２０】上記した様に、成膜速度の低下は放出され
る２次電子の数が少なくなることに原因があることに着
目し、本発明ではより多くの２次電子が放出される様な
補正を行うこととした。

【００２１】補正の対象を高周波電力として、成膜速度
の低下に対応させ印加する高周波電力を増加する。高周
波電力を増加することで、より多くのイオンが電極に衝
突し、２次電子の放出を増加させる。従って、プラズマ
強度が増大し、成膜速度を回復させることができる。

【００２２】次に、高周波電力を補正することによる膜
質への影響を考察する。

【００２３】上記した様に、膜質はプラズマ状態で決定
される。

【００２４】電極の経時変化による成膜速度の低下は、
電極表面にフッ化層が形成され放出される２次電子の数
が少なくなり、プラズマ強度が低下することにある。高
周波電力を補正するとプラズマ強度が増大する。即ち、
高周波電力による補正は、低下したプラズマ強度を増大
させることで、プラズマを本来あるべき状態に戻すこと
である。従って、膜質についても本来あるべき姿に戻る
ことになり、膜質の変化を招くことはなく、寧ろ膜質を
安定させることとなる。

【００２５】而して、高周波電力を補正し、プラズマ強
度の低下を防止することで、成膜速度の低下が防止さ
れ、スループットを低下させずに膜厚を一定に保持する
ことができる。

【００２６】図３は基板の連続処理及び処理条件を示す
ものであり、成膜処理、ガスクリーニング処理、残渣処
理で１ロットの処理が完了し、装置の可動中はこのロッ
トが繰返し行われる。

【００２７】本例では、成膜処理は１枚の基板処理に対
して１ステップ処理を行い１０枚の処理、ガスクリーニ
ングは２ステップ、残渣処理は１ステップで構成され、
各処理毎に処理条件を定める成膜レシピ、ガスクリーニ
ングレシピ、残渣レシピが設定されている。

【００２８】成膜レシピで定められる処理条件として
は、処理時間Ｔ1 sec 、圧力Ｐ1 Torr、高周波電力Ｆ1
w 、ＳiＨ4ガス流量Ａ1 sccm、ＮＨ3 ガス流量Ｂ1 scc
m、Ｎ2ガス流量Ｃ1 sccmであり、ガスクリーニングレシ
ピで定められる処理条件としてはＳＴＥＰ１が処理時間
Ｔ2 sec 、圧力Ｐ2 Torr、高周波電力Ｆ2 w 、ＮＦ3 ガ
ス流量Ｄ1 sccm、Ｎ2 ガス流量Ｃ2 sccmであり、ＳＴＥ
Ｐ２が処理時間Ｔ3 sec、圧力Ｐ3 Torr、高周波電力Ｆ3
w 、ＮＦ3 ガス流量Ｄ2 sccm、Ｎ2 ガス流量Ｃ3 sccm
であり、又残渣処理レシピで定められる処理条件として
は、処理時間Ｔ4sec 、圧力Ｐ4 Torr、高周波電力Ｆ4 w
、ＳiＨ4ガス流量Ａ2 sccm、ＮＨ3 ガス流量Ｂ2 scc
m、Ｎ2 ガス流量Ｃ4 sccmである。又、各レシピに於け
る条件の数値については、成膜の種類により決定され
る。

【００２９】上記した様に、ロットが繰返されて基板が
処理されていくが、本発明では１ロットが完了し、次ロ
ットが開始される時の成膜レシピの処理条件の内、高周
波電力Ｆ4 が補正される。

【００３０】高周波電力補正値はＰH （ｓ）、例えば図
４で示す様に求められる。

【００３１】図４は高周波電力と成膜速度との関係を示
しており、図中成膜速度低下前の高周波電力をＲ0 、成
膜速度低下後の高周波電力をＲ（ｓ）で示している。
又、高周波電力Ｒ0 、高周波電力Ｒ（ｓ）の増減率（勾
配）は処理室等機器の仕様、他の処理条件が決定される
ことで定まる定数であり、成膜速度高周波電力依存度Ａ
で示される。

【００３２】図４に於いて、例えば１ロット目の高周波
電力Ｒ0 で成膜速度が略１４５０Å／min であり、ガス
クリーニング、残渣処理を完了した状態で１０５０Å／
minに低下したとすると、成膜速度が低下しない様にす
るには高周波電力を略１．５kW増大させればよい。

【００３３】この高周波電力補正値ＰH （ｓ）を求める
式としては、

【００３４】 ＰH （ｓ）＝（Ｒ0 −Ｒ（ｓ））／Ａ…、となる。

【００３５】而して、１ロット終了毎に上記式で求め
られる高周波電力補正値ＰH （ｓ）に基づき成膜レシピ
の高周波電力値を補正することで、プラズマ強度を所定
の状態に維持でき、成膜条件を同一に保持することがで
きる。

【００３６】図５は１ロット終了毎に本発明に基づき高
周波電力を補正した場合と、補正をしなかった場合の成
膜膜厚の変化を示している。補正をしなかった場合では
成膜膜厚がロット内でも大きく変動し、全体的にも漸次
減少していくのが分かる。本発明により高周波電力を補
正した場合では、ロット内での膜厚の変動が減少し、全
体的には１０ロット繰返しても殆ど変化がないことが示
されている。

【００３７】尚、本発明は図１で示した装置構成を有す
る基板処理装置に限らず、プラズマを使用する全ての基
板処理装置に実施可能であることは言う迄もない。

【００３８】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、電極が
経時変化を起しても、成膜速度の低下を防止できるの
で、成膜処理装置のスループットを低下させずに成膜品
質を一定に保つことができるという優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が実施される基板処理装置の一例を示す
説明図である。

【図２】２次電子放出に対するフッ化層の影響を示す模
式図である。

【図３】基板処理装置の連続処理手順及び処理条件を示
す説明図である。

【図４】成膜速度と高周波電力との関係及び高周波電力
補正値を求める場合の線図である。

【図５】高周波電力を補正した場合と補正しなかった場
合の成膜膜厚の比較を示す線図である。

【符号の説明】

１ 外槽 ３ 気密室 ６ 内槽 ９ アノード １１ ガラス基板 １５ カソード １６ ガス分散孔 １８ 高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 AA18 CA04 CA06 DA06 FA03 JA16 LA15 LA18 5F004 AA15 BD04 CA03 DA00 DA17 DA25 5F045 AC01 AC02 AC15 BB08 BB14 EB05 EB06 EB11 EF05 EG02 EH13 EH20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に設けられた電極に高周波電力
   を印加させてプラズマを発生させ、成膜処理及びガスク
   リーニングを行う成膜処理方法に於いて、成膜処理を所
   定回数実施する毎にガスクリーニングを行い、ガスクリ
   ーニング後の成膜処理では印加する高周波電力を増大さ
   せることを特徴とする成膜処理方法。
2. 【請求項２】 ガスクリーニング後の成膜処理で、成膜
   処理工程を重ねる毎に印加する高周波電力を漸次減少さ
   せる請求項１の成膜処理方法。