JP2002151492A

JP2002151492A - 成膜方法

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Publication number: JP2002151492A
Application number: JP2000333662A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tabata; 篤田畑; Masanari Koseki; 勝成小関; Hideyuki Iwata; 秀之岩田
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-24
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP4889144B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ成膜中に発生する反応副生成物を低
減できる成膜方法を提供する。【解決手段】成膜方法は、プラズマ成膜装置１を準備
するステップと、プラズマ成膜装置１にプロセスガスお
よび電力を供給して、被処理基板Ｗ上に膜を堆積するス
テップを備える。プラズマ成膜装置１は、反応チャンバ
２と、ガス供給手段と、コイル１２と、交流電源１４ｓ
と、第１の結合回路１０ａとを備える。ガス供給手段
は、成膜のためのプロセスガスを反応チャンバ２内に供
給するように設けられている。コイル１２は、１または
それ以上の回数で反応チャン２バに巻き回されている。
交流電源１４ｓは、プロセスガスをプラズマ化するため
の電力をコイル１２に提供する。第１の結合回路１０ａ
は、コイル１２と基準電位線３２とを容量的に結合する
容量性回路である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を製造するためには、シ
リコン基板上に様々な種類の膜を形成する。例えば、プ
ラズマＣＶＤ成膜装置では、チャンバ内に導入されたプ
ロセスガスのプラズマを生成して、シリコン基板上にシ
リコン酸化膜を堆積する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】成膜に際して、反応チ
ャンバ内に反応生成物がシリコン基板上に堆積される一
方で、反応副生成物がチャンバ内に発生する。この反応
副生成物を除去することを目的として、反応チャンバは
所定回数の成膜後にクリーニングされる。

【０００４】発明者は、ＩＣＰプラズマ成膜装置を用い
てフッ素含有シリコン酸化膜を成膜した後に、このクリ
ーニングによってもほとんど除去できない反応副生成物
が発生することを発見した。また、発明者の観察によれ
ば、この反応副生成物はチャンバの特定の位置に生成さ
れている。図１４は、発明者が撮影した反応チャンバ内
壁の写真を示す図面である。この図面によれば、サイド
コイルの電力導入部に沿って現れた変色領域(Black Spo
t)が存在する。

【０００５】そこで、本発明の目的は、プラズマ成膜中
に発生する反応副生成物を低減できる成膜方法を提供す
ることとした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる成膜方法
は、(１)基準電位線と容量的に結合されると共に１また
はそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されたコイル
に交流電源から電力を供給することによって、反応チャ
ンバ内に導入されたプロセスガスをプラズマ化して、被
処理基板上に膜を堆積するステップを備える。

【０００７】従来の成膜方法では、コイルの一端が直接
に接地された状態でコイルに電力が供給されていたの
で、コイルの一端の電位は常に固定されていた。このた
め、コイル他端の電圧値は、交流電源から与えられる電
力に応じた振幅で振動していた。一方、本発明に係わる
成膜方法では、コイルは基準電位線と容量的に結合され
ているので、基準電位線に容量的に結合されるコイルの
位置と、電力が供給されるコイルの位置との両電圧値
が、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。

【０００８】本発明に係わる方法では、コイルは、交流
電源と誘導的に結合されていてもよい。これによって、
容量的な結合によって生じたインピーダンスの変化を補
償できる。

【０００９】本発明に係わる方法では、コイルは、キャ
パシタを介して基準電位線と電気的に結合されている。
このキャパシタにより、容量的な結合が実現される。ま
た、本発明に係わる方法では、電力は、インダクタを介
してコイルに供給されている。インダクタは、キャパシ
タによって生じたインピーダンスの変化を調整できる。

【００１０】また、本発明に係わる方法は、(２)１また
はそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されたコイル
にトランスを介して交流電源から電力を供給することに
よって、反応チャンバ内に導入されたプロセスガスをプ
ラズマ化して、被処理基板上に膜を堆積するステップを
備える。トランスの一次側は交流電源に電気的に結合さ
れる共に、その二次側はコイルに電気的に結合されてい
る。この二次側は基準電位線に接続された中間端子を有
する。このため、二次側の一端及び他端の電圧は、中間
端子に与えられる電位を中心に、交流電源から与えられ
る電力に応じて振動する。

【００１１】本発明に係わる方法では、形成されるべき
膜の構成元素を含むプロセスガスを反応チャンバに導入
するステップを更に備えることができる。

【００１２】本発明に係わる方法は、(３)プラズマ成膜
装置を準備するステップと、(４)プラズマ成膜装置にお
いてプロセスガスおよび電力を供給して、被処理基板上
に膜を堆積するステップを備える。

【００１３】このプラズマ成膜装置は、反応チャンバ
と、ガス供給手段と、コイルと、交流電源と、第１の結
合回路とを備える。ガス供給手段は、成膜のためのプロ
セスガスを反応チャンバ内に供給するように設けられて
いる。コイルは、１またはそれ以上の回数で反応チャン
バに巻き回されている。交流電源は、プロセスガスをプ
ラズマ化するための電力をコイルに提供する。第１の結
合回路は、コイルと基準電位線とを結合する容量性の回
路である。

【００１４】第１の結合回路を備えると、コイルの一端
及び他端の電圧が共に、交流電源から与えられる電力に
応じて基準電位を中心に振動する。故に、第１の結合回
路は、コイルの一端及び他端がチャンバ内においてその
近傍に発生する電位を下げるように働く。また、この振
動は、電圧振幅の符号がコイルの一端及び他端において
異なるように生じるようにできる。

【００１５】本発明に係わる方法では、プラズマ成膜装
置はコイルと交流電源とを結合する誘導性の第２の結合
回路を更に備えることができる。これによって、第１の
結合回路の追加によるインピーダンス変化を第２の結合
回路によって調整できる。

【００１６】また、本発明に係わる方法では、上記のプ
ラズマ成膜装置と異なる別のプラズマ成膜装置も使用で
きる。別のプラズマ成膜装置は、反応チャンバと、ガス
供給手段と、コイルと、交流電源と、トランスとを備え
る。トランスは、交流電源に接続された一次側、コイル
に接続された二次側、および二次側に設けられ基準電位
線に接続された中間端子を有する。トランス一次側の両
端はコイルに接続されると共に、中間端子を備えてい
る。このため、トランスの二次側両端の電圧は、中間端
子に与えられる電位を中心に、交流電源から与えられる
電力に応じて振動する。

【００１７】以下に示される本発明に係わる特徴は、上
記の発明と組み合わされることができる。これによっ
て、それぞれの作用および効果並びにその組合せにより
得られる作用および効果を享受できる。

【００１８】本発明に係わる方法では、コイルは、イン
ピーダンス整合回路を介して交流電源と結合されている
ようにしてもよい。これによって、電力がコイルへ効率
的に提供される。

【００１９】本発明に係わる方法は、プロセスガスは、
形成されるべき膜の構成元素を含むことができ、例えば
フッ素含有物質、シリコン含有物質、酸素含有物質を含
むようにしてもよい。このようなプロセスガスの組合せ
に対して、当該方法は、反応チャンバ内壁に生成される
反応副生成物を効果的に低減する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の知見は、例示として示さ
れた添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮するこ
とによって容易に理解することができる。可能な場合に
は、同一および類似の部分には同一の符号を付して重複
する説明を省略する。

【００２１】(第１の実施の形態)図１は、本実施の形態
に係る高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤ装置といった成
膜装置を示す。ＣＶＤ装置は、製造実験室または製造工
場といった所定の場所に動作可能な状態で設置されてい
る。ＣＶＤ装置１は処理チャンバ２を備える。処理チャ
ンバ２は、チャンバ本体部３と、蓋部(ドーム)４とを有
する。蓋部４は、チャンバ本体部３を覆うようにチャン
バ本体部３上に配置されており、セラミックといったの
絶縁体で形成されている。蓋部４上には、蓋部４の温度
を調整するための加熱プレート５ａおよび冷却プレート
５ｂといった温度調整手段、並びにガス導入部を保持す
る支持プレート６が設置されている。また、処理チャン
バ２には活性種発生部が接続されており、この活性種発
生部は、クリーニングプロセスに使用するＮＦ₃といっ
たガスのフッ素活性種を生成する。

【００２２】処理チャンバ２内には、ウェハ(被処理基
板)Ｗを支持する基板支持部７が設置されている。基板
支持部７は、ウェハＷを固定するための静電チャック８
を有する。基板支持部７は、マッチングネットワーク１
５といったインピーダンス整合回路を介して、ＲＦジェ
ネレータ１６といった交流電源に接続されている。ＲＦ
ジェネレータ１６は、基板支持部７にバイアス用高周波
電力を供給する。処理チャンバ２は、処理チャンバ２内
を真空排気するための真空排気手段９を有する。真空排
気手段９は、基板支持部７の背面に配置されたスロット
ルバルブ９ａ、ゲートバルブ９ｂ、およびターボ分子ポ
ンプ９ｃをいった真空ポンプを含む。

【００２３】処理チャンバ２には、プロセスガスを処理
チャンバ２内に導入するためのガス導入部１８が設けら
れている。プロセスガスは、Ｆ₂またはＳｉＦ₄ガスとい
ったフッ素ソース物質(フッ素含有ガス)、ＳｉＨ₄に代
表される無機シラン系ガスといったケイ素ソース物質
(ケイ素含有ガス)、Ｏ₂ガスまたはＮ₂Ｏガスといった酸
素ソース物質(酸素含有ガス)、アルゴン（Ａｒ）ガスと
いった不活性ガスを含む。

【００２４】図２に示すように、ガス導入部１８は、複
数のガス通路１９ａ，１９ｂ、１９ｃと、１または複数
の第１のノズル２０(トップノズルとも呼ぶ)とを有して
いる。第１のノズル２０は、ガス導入口を有するガス通
路１９ａ，１９ｂ、１９ｃに接続され、基板支持部７と
対面するように蓋部４の内側に設けられている。第１の
ノズル２０は、反応チャンバ２の内壁から突出してい
る。ガス通路１９ａはＳｉＨ₄ガス及びＡｒガスの供給
通路であり、ガス通路１９ｂはＯ₂ガスの供給通路であ
り、ガス通路１９ｃはＳｉＦ₄ガスの供給通路である。

【００２５】チャンバ本体部３には、ガス導入部２１が
設けられている。ガス導入部２１は、チャンバ２の側面
からプロセスガスを処理チャンバ２内に導入する。ガス
導入部２１は、ガス導入口を有するガス通路２２ａ，２
２ｂと、ガス供給リング２３ａ，２３ｂと、複数の第２
のノズル２４とを有している。ガス供給リング２３ａ，
２３ｂの各々は、反応チャンバ２により規定される空間
を囲むように設けられている。第２のノズル２４(サイ
ドノズルとも呼ぶ)は、チャンバ本体部３の内壁からウ
エハの成膜面に沿って突出しており、図３に示された実
施例では１２本ある。

【００２６】再び図１を参照すると、ガス導入部１８，
２１は、プロセスガス導入手段に接続されている。プロ
セスガス導入手段は、例えばガス供給ライン２５ａ〜２
５ｈおよびガス供給源２６Ｗ〜２６Ｚを含む。ガス供給
源２６ＸはＳｉＦ₄ガスの供給源であり、ガス供給源２
６ＸはＳｉＨ₄ガスの供給源であり、ガス供給源２６Ｙ
はＯ₂ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＺはＡｒガ
スの供給源である。各ガス供給ライン２５ａ〜２５ｈに
は、開閉バルブ２７ａ〜２７ｈおよび質量流量コントロ
ーラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｈが設けられている。開閉
バルブ２７ａ〜２７ｈは、ガス導入部１８，２１へのガ
スの供給を制御する。質量流量コントローラ（ＭＦＣ）
２８ａ〜２８ｈは、ガス導入部１８，２１に供給される
ガスの流量を調整する。これら開閉バルブ２７ａ〜２７
ｈ及びＭＦＣ２８ａ〜２８ｈは、制御装置３０からの制
御信号により制御される。

【００２７】蓋部４には、トップコイル１７及びサイド
コイル１２が取り付けられている。トップコイル１７
は、チャンバ２の外壁面に沿って配置され、ガス導入部
１８の回りに巻き回されている。トップコイル１７は、
また、基板支持部７と対面するチャンバ２の上壁面部に
設けられている。サイドコイル１２は、基板支持部７と
上壁面部とを結ぶ軸の回りに巻き回されている。サイド
コイル１２は、また、基板支持部７と上壁面部との間の
プロセス空間の周囲に配置されている。

【００２８】コイル１２，１７は、マッチングネットワ
ーク１３ｓ，１３ｔといったインピーダンス整合回路を
介して、ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４ｔといった交流
電源に接続されている。ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４
ｔは、それぞれのコイル１２，１７に高周波電力を印加
する。この供給によって、プロセスガスが処理チャンバ
２内においてプラズマ化される。

【００２９】図１を参照すると、本実施の形態のプラズ
マ成膜装置１では、コイル１２と接地電位線３２との間
には、第１の結合回路１０ａが配置されている。第１の
結合回路１０ａは、接地電位線３２にコイル１２を容量
的に結合する容量性の回路である。このために、第１の
結合回路１０ａは、例えば、コイル１２と接地電位線３
２との間に接続されたキャパシタを含む。また、コイル
１２とＲＦジェネレータ１４ｓとの間には、第２の結合
回路１０ｂが配置されている。第２の結合回路１０ｂ
は、ＲＦジェネレータ１４ｓにコイル１２を誘導的に結
合する誘導性の回路である。このために、第２の結合回
路１０ｂは、例えば、コイル１２とＲＦジェネレータ１
４ｓとの間に接続されたインダクタを含む。

【００３０】図４(ａ)および図４(ｂ)を参照しながら、
第１および第２の結合回路１０ａ、１０ｂの動作につい
て説明する。図４(ａ)は、比較のためのプラズマ成膜装
置の模式図であり、図４(ｂ)は、図１に示されたプラズ
マ成膜装置１の模式図である。図４(ｃ)は、マッチング
回路１３ｓの一例の回路図を示す。マッチング回路１３
ｓは、端子３４ａ、３４ｂの間に、可変キャパシタ３５
ａ、３５ｃおよび固定キャパシタ３５ｂ、３５ｄを備え
る。

【００３１】図４(ａ)および図４(ｂ)のプラズマ成膜装
置では、同一の構造のコイル１２が使用されている。図
４(ａ)によれば、コイルの一端１２ｃは、マッチング回
路１３を介してジェネレータ１４に接続されている。コ
イルの他端１２ｄは、接地電位線３２に直接に接続され
ている。図４(ｂ)によれば、コイルの一端１２ａは、第
２の結合回路１０ｂおよびマッチング回路１３ｓを介し
てジェネレータ１４ｓに接続されている。コイルの他端
１２ｂは、第１の結合回路１０ａを介して基準電位線に
接続されている。基準電位線には基準電位を与える電源
が接続されることができ、また、基準電位線は、好まし
くは接地電位線３２である。

【００３２】図４(ａ)および図４(ｂ)において、コイル
１２内に所定の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されている。図
４(ａ)のプラズマ成膜装置では、ある瞬間において、位
置ａ，ｂ，ｃ，ｄの電位が１０００Ｖ、７００Ｖ、５０
０Ｖ、２００Ｖである。図４(ｂ)のプラズマ成膜装置１
では、その瞬間において、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄにおける
電位が５００Ｖ、２００Ｖ、０Ｖ、−３００Ｖである。
故に、プラズマ成膜装置１では、比較用プラズマ装置に
比べて、コイルにおける電圧振幅が小さくなっている。

【００３３】図５(ａ)および図５(ｂ)を参照しながら、
このような電位の違いを説明する。図５(ａ)は、図４
(ａ)の比較用プラズマ成膜装置におけるコイル１２の電
位分布を示しており、図５(ｂ)は、プラズマ成膜装置１
におけるコイル１２の電位分布を示している。比較用プ
ラズマ成膜装置では、コイルの一端(ＯＵＴ端子)が接地
電位線３２に接続されているので、コイルの他端(ＩＮ
端子)のみが矢印４０、４２に示されるように振動して
いる。一方、プラズマ成膜装置１ではコイルの一端(Ｏ
ＵＴ端子)が第１の結合回路１０ａに接続されているの
で、コイルのＩＮ端子が、矢印４４、４６に示されるよ
うに振動するだけでなく、コイルのＯＵＴ端子もまた、
矢印４８、５０に示されるように振動する。図５(ｂ)に
は、破線５６が比較用プラズマ成膜装置におけるコイル
の電圧振幅を示している。第１の結合回路１０ａによっ
て、矢印５２に示されるように、コイル内の所定の位置
(以下、中性点と呼ぶ)５４が接地電位(ＧＮＤ)になる。
コイル１２の電位分布において、中性点５４が生成され
るので、コイル１２の両端の電圧振幅が、比較用プラズ
マ成膜装置の電圧振幅に比べて小さくなる。故に、コイ
ルの全体における電位を下げることができる。このた
め、チャンバ内壁における反応副生成物の生成がコイル
のいずれの部分においても低減できる。

【００３４】図６(ａ)および図６(ｂ)を参照しながら、
追加された回路の作用を説明する。図６(ｂ)を参照する
と、本プラズマ成膜装置の電力系の等価回路が示されて
いる。ここで、第１の結合回路１０ａが実効キャパシタ
ンスＣを有し、コイル１２が実効インダクタンスＬ₁を
有し、第２の結合回路１０ｂが実効インダクタンスＬ₂
を有し、またこれらに振動数ωで振動する電流Ｉが回路
に流れると仮定する。

【００３５】図６(ａ)において、ベクトルＶ₀は、第１
の結合回路１０ａの実効キャパシタンスＣを基づくベク
トルであり、Ｖ₀＝−ｊＩ／(ωＣ) で表される。ｊは虚数単位である。このベクトルは、図
６(ａ)において虚軸に沿って原点から負の方向に向く。
ベクトルの終点は、第１の結合回路１０ａとコイル１２
との接続点の電位に関連している。

【００３６】ベクトルＶ_Iは、コイル１２の実効インダ
クタンスＬ₁の作用を含むベクトルであり、Ｖ_I＝ｊＩωＬ₁＋Ｖ₀＝ｊＩ(ωＬ₁−１／(ωＣ)) で表される。このベクトルは、図６(ａ)において虚軸に
沿って正の方向に向く。ベクトルの終点は、第２の結合
回路１０ｂとコイル１２との接続点の電位に関連してい
る。

【００３７】ベクトルＶ_Aは、第２の結合回路１０ｂの
実効インダクタンスＬ₂の作用を含むベクトルであり、Ｖ_A＝ｊＩωＬ₂＋Ｖ_I＝ｊＩ(ωＬ₁＋ωＬ₂−１／(ω
Ｃ)) で表される。このベクトルは、図６(ａ)において虚軸に
沿って正の方向に向く。ベクトルの終点は、電源１４ｓ
と第２の結合回路１０ｂとの接続点の電位に関連してい
る。

【００３８】ベクトルＶ_IおよびＶ₀に着目する。これら
の終点は、コイルの両端の電圧に関連している。虚軸上
においてＶ₀は負の方向に向き、またＶ_Iは正の方向に向
くので、コイル１２の中間に中性点が存在することが理
解できる。一方、ベクトルＶ _Cは、比較用プラズマ装置
におけるコイルの両端の電圧に関連している。このベク
トルの基点は原点にあるので、コイルの一端は常に接地
されている。故に、コイル１２の中間に中性点は存在し
ない。

【００３９】なお、ωＬ₂＝１／(ωＣ)を満たすよう
に、Ｌ₂およびＣの値を選択すると、第１の結合回路を
追加したために生じたインピーダンスの変化を第２の結
合回路によって補償できる。このため、本発明を適用し
ても、既存の成膜プロセス条件を変更する必要がない。
このとき、Ｖ₀＝−ｊＩωＬ₂ Ｖ_I＝ｊＩωＬ₁＋Ｖ₀＝ｊＩ(ωＬ₁−ωＬ₂) Ｖ_A＝ｊＩωＬ₂＋Ｖ_I＝ｊＩωＬ₁ となる。特に、Ｌ₁／２＝Ｌ₂の場合には、Ｖ₀＝−ｊＩωＬ₁／２Ｖ_I＝ｊＩωＬ₁＋Ｖ₀＝ｊＩωＬ₁／２Ｖ_A＝ｊＩωＬ₂＋Ｖ_I＝ｊＩωＬ₁ となり、これは、コイル１２の真ん中に中性点が存在す
る。

【００４０】キャパシタンスＣの例示的な値は、例え
ば、約１×１０³ｐＦ以上１×１０⁵ｐＦ以下ある。

【００４１】発明者は、従来のプラズマ成膜装置を用い
てフッ素含有シリコン酸化膜を成膜すると、クリーニン
グによってもほとんど除去できない反応副生成物が図２
および図３のＡ部分に生成されることを発見した。しか
しながら、本実施の形態のプラズマ成膜装置１を用いる
と、このような反応副生成物は、５０枚の連続成膜とい
った加速評価においても目視では発見されなかった。

【００４２】(第２の実施の形態)図７は、別の実施の形
態に係るＨＤＰＣＶＤ装置を示す。図７において、プラ
ズマ成膜装置６０は、第１および第２の結合回路１０
ａ、１０ｂに代えて、電磁デバイス１１を備える。この
点を除いて、ＣＶＤ装置６０は、ＣＶＤ装置１と同様の
構造を備える。

【００４３】電磁デバイス１１の作用について説明す
る。図８は、図７に示されたプラズマ成膜装置６０の模
式図である。電磁デバイス１１において、端子１１
_INは、マッチング回路１３ｓを介してジェネレータ１４
ｓに結合され、端子１１_GNDは接地電位線３２に結合さ
れ、端子１１_OUT1、１１_OUT2は、それぞれ、コイル１２
の端子１２ａ、１２ｂに結合されている。電磁デバイス
１１は、端子１１_INおよび端子１１_GNDに接続された第
３のインダクタ素子１１ａを備える。第１および第２の
インダクタ素子１１ｂ、１１ｃは直列に接続されてお
り、その接続点１１ｅは中間端子１１_TAPに接続されて
いる。第１、第２および第３のインダクタ素子１１ａ、
１１ｂ、１１ｃは、電磁誘導的に結合されている。電磁
誘導を効率的に達成するために、電磁デバイス１１は、
磁性部材で形成された磁気コア１１ｄを備える。第１、
第２および第３のインダクタ素子１１ａ、１１ｂ、１１
ｃは、磁気コア１１ｄに巻き回され、磁気的に結合され
ている。第３のインダクタ素子１１ａに電流が流れると
磁束が発生する。この磁束は、磁気コア１１ｄを介して
第１および第２のインダクタ素子１１ｂ、１１ｃを貫
く。第１および第２のインダクタ素子１１ｂ、１１ｃに
は、その磁気的結合の強さ、例えば巻き数に応じた起電
力が電流変化によって生じる。

【００４４】電磁デバイス１１では、中間端子１１_TAP
が接地電位線３２に接続されているので、端子１１_OUT1
に現れる電圧振幅の符号は、端子１１_OUT2に現れる電圧
振幅の符号と異なっており、また、端子１１_OUT1、１１
_OUT2の電圧の位相が反転される。

【００４５】図８において、コイル１２の所定の位置
ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されている。この位置は、図４(ａ)
および図４(ｂ)に示された同じ符号の位置に対応する。
プラズマ成膜装置６０では、コイルの両端(ＩＮ端子、
ＯＵＴ端子)が電磁デバイス１１を介してジェネレータ
１４ｓに接続されているので、ある瞬間において、位置
ａ，ｂ，ｃ，ｄの電位が５００Ｖ、２００Ｖ、０Ｖ、−
３００Ｖである。この電位分布は、コイルのＩＮ端子
が、図５(ｂ)に示されるように、矢印４４、４６に示さ
れるように振動するだけでなく、コイルのＯＵＴ端子も
また、矢印４８、５０に示されるように振動することを
意味する。すなわち、コイル１２の電位分布において、
中性点が生成されるので、コイル１２の両端の電圧振幅
が、比較用プラズマ成膜装置の電圧振幅に比べて小さく
なる。故に、コイルの全体における電位を下げることが
できる。このため、チャンバ内壁における反応副生成物
の生成がコイルのいずれの部分においても低減できる。

【００４６】(第３に実施の形態)引き続いて、プラズマ
成膜装置１、６０を用いて成膜する方法について説明す
る。

【００４７】図９は、制御装置３０を示す。制御装置３
０は、ウェハ搬送制御部３０ａと、チャンバ圧力制御部
３０ｂと、プラズマ制御部３０ｃと、プロセスガス制御
部３０ｄとを有する。制御装置３０は、入力装置３１か
ら処理開始信号が入力されると、メモリ３０ｍに記憶さ
れた処理プログラムに従って成膜手順を実行する。

【００４８】ウェハ搬送制御部３０ａは、ウェハ搬送ロ
ボット３３を用いて、ウェハＷを処理チャンバ２内に搬
入した後にウェハＷを基板支持部７に配置するための指
示を行うと共に、成膜プロセス終了後にウェハＷを処理
チャンバ２から搬出するための指示を行う。チャンバ圧
力制御部３０ｂは、真空計３４の検出値に基づいてスロ
ットルバルブ９ａ及びゲートバルブ９ｂを制御して、反
応チャンバ２の圧力が所定値に調整されるように指示す
る。プラズマ制御部３０ｃは、ＲＦジェネレータ１４
ｔ，１４ｓ，１６の出力周波数及び出力電圧を制御し
て、コイル１２ｔ，１２ｓ及び基板支持部７にＲＦ電力
を印加するように指示する。プロセスガス制御部３０ｄ
は、開閉バルブ２７ａ〜２７ｈの開閉およびＭＦＣ２８
ａ〜２８ｈを制御して、ガス供給源２６Ｗ〜２６Ｚから
のガスの供給流量を設定するように指示する。

【００４９】図１０は、プロセスガス制御部３０ｄによ
る制御処理の詳細を示すフローチャート１００である。
図１０を参照しながら、成膜プロセスについて説明す
る。

【００５０】入力装置３１からの処理開始信号の入力に
よって、成膜は、手順１０２において開始される。処理
開始信号が入力された後に、処理プログラムは、ゲート
バルブ９ｂを開いて、スロットルバルブ９ａを所定の角
度で開いた状態で、真空ポンプ９ｃにより処理チャンバ
２内を真空排気する。

【００５１】処理プログラムは、手順１０４において、
ＭＦＣ２８ｇ，２８ｈを制御するように動作し、これに
よって、ガス供給源２６ＺからＡｒガスがノズル２０、
２４に供給される。この後、静電チャック８を導通し
て、ウェハ搬送ロボット３３で搬送されたウェハＷを基
板支持部７に固定する。

【００５２】続いて、処理プログラムは、手順１０６に
おいて、ジェネレータ１４ｓ、１４ｔからＲＦ電力をコ
イル１２、１７に供給するように動作し、これによって
プラズマが生成される。電力印加は、処理チャンバ２内
の圧力を安定させるために所定の時間だけ経過した後に
行われる。ＲＦジェネレータ１４ｔによりトップコイル
１２ｔに高周波電力を印加し、処理チャンバ２内にプラ
ズマを発生させる。この時の高周波電力は例えば１ＫＷ
である。また、ＲＦジェネレータ１４ｓによりサイドコ
イル１２に高周波電力を印加する。この時の高周波電力
は、例えば２ＫＷである。サイドコイル１２のパワー
は、トップコイル１７のパワーより大きい。

【００５３】次いで、処理プログラムは、手順１０８に
おいて、ＭＦＣ２８ｈを制御してサイドノズル２４に供
給されるＡｒガスの流量を減少すると共に、ＭＦＣ２８
ｅ、２８ｆを制御してガス供給源２６ＹのＯ₂ガスをノ
ズル２０、２４に供給するように動作する。

【００５４】続いて、処理プログラムは、手順１１０に
おいて、プラズマが発生された状態で、所定の時間だけ
ウエハＷを放置するように動作し、これによって、プラ
ズマの熱によりウェハＷの表面が加熱される。

【００５５】この後、処理プログラムは、トップコイル
２０に印加するＲＦ電力を１．３ＫＷに上げると共に、
サイドコイル２４に印加するＲＦ電力を３．１ＫＷに上
げるように動作する。これとほぼ同時に、処理プログラ
ムは、手順１１２において、ＭＦＣ２８ａ、２８ｂを制
御してガス供給源２８ＷのＳｉＦ₄ガスをノズル２０、
２４に供給すると共に、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御し
てガス供給源２６ＸのＳｉＨ₄ガスをノズル２０、２４
に供給するように動作する。これによって、Ａｒガス及
びＯ₂ガスに加えて、ＳｉＦ₄ガスおよびＳｉＨ₄ガスが
導入される。これによって、ウェハＷの成膜処理を開始
する。このプロセスガスの組合せでは、フッ素含有シリ
コン酸化膜(ＦＳＧ膜)が形成される。

【００５６】所定膜厚の成膜が完了した後、処理プログ
ラムは、手順１１４において、ＭＦＣ２８ａ、２８ｂを
制御してガス供給源２８ＷからＳｉＦ₄ガスを供給する
ことを停止すると共に、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御し
てガス供給源２６ＸからＳｉＨ₄ガスの供給を停止する
ように動作する。これによって、ウエハＷ上における成
膜が停止する。

【００５７】次いで、処理プログラムは、手順１１６に
おいて、ジェネレータ１４ｓ、１４ｔからコイル１２、
１７への電力供給を停止するように動作し、これによっ
てプラズマが消失する。

【００５８】その後に、静電チャック８の動作を停止す
る。続いて、処理プログラムは、手順１１８において、
ＭＦＣ２８ｇ、２８ｈを制御してノズル２０、２４に供
給されるＡｒガスを停止すると共に、ＭＦＣ２８ｅ、２
８ｆを制御してガス供給源２６ＹのＯ₂ガスをノズル２
０、２４に供給することを停止するように動作する。こ
れによって、反応チャンバ２へのガスの供給が停止され
る。

【００５９】そして、手順１２０において、一連の成膜
ステップが完了する。ウェハ搬送ロボット３３によりウ
ェハＷを処理チャンバ２の外部へ搬送して、１枚目のウ
ェハに成膜が終了する。

【００６０】このような成膜手順において、サイドコイ
ル(図１または図７の２４)の両端に発生する電圧振幅が
低減されているので、反応副生成物の生成がサイドコイ
ルの電力導入部近傍に確認されなかった。故に、これま
で説明された実施の形態に対する効果は明らかに認めら
れる。発明者は、反応副生成物の成膜に対する影響さら
にを調査するために実験を行った。

【００６１】プラズマ成膜装置の特性を評価する方法と
して、Ａｒスパッタ法がある。この方法では、基板上に
形成されたシリコン酸化膜に対してＡｒスパッタリング
を本プラズマ成膜装置で行って、スパッタレート、スパ
ッタ面内均一性の値を評価する。

【００６２】まず、比較例について説明する。図１１
(ａ)は、所定のクリーニングを行った後のスパッタリン
グ結果を示す。図１１(ｂ)は、５０枚のＦＳＧ膜を形成
した後におけるスパッタリング結果を示す。図１１(ａ)
および図１１(ｂ)には、スパッタリングの面内依存性が
示されている。図１１(ａ)および図１１(ｂ)に示された
結果を比較すると、成膜前後において膜厚の面内分布が
異なっている。具体的に示せば、成膜前スパッタレート；１６８．０ｎｍ／ｍｉｎ面内ばらつき：１．２５％成膜後スパッタレート；１６２．１ｎｍ／ｍｉｎ面内ばらつき：２．８８％となる。この結果より、面内ばらつきが著しく変化して
いる。

【００６３】次いで、改良されたプラズマ成膜装置を用
いたときの結果を示す。図１２(ａ)および図１２(ｂ)に
は、スパッタリングの面内依存性が示されている。図１
２(ａ)は、所定のクリーニングを行った後のスパッタリ
ング結果を示す。図１２(ｂ)は、５０枚のＦＳＧ膜を形
成した後におけるスパッタリング結果を示す。図１２
(ａ)および図１２(ｂ)に示された結果を比較すると、膜
厚の面内分布およびスパッタレートが、成膜前後におい
て非常に小さくなっている。具体的に示せば、成膜前スパッタレート；１６５．８ｎｍ／ｍｉｎ面内ばらつき：１．０５％成膜後スパッタレート；１６４．１ｎｍ／ｍｉｎ面内ばらつき：１．４３％となる。この結果より、比較例と比べて面内ばらつきお
よびスパッタレートの特性が著しく改善されている。

【００６４】図１３(ａ)および図１３(ｂ)は、ＦＳＧ膜
の膜厚の面内分布を示している。このＦＳＧ膜は、改良
されたプラズマ成膜装置１、６０に用いて図１０に示さ
れた成膜手順で形成された。図１３(ａ)は、一枚目のＦ
ＳＧ膜厚の面内分布を表す等高線を示し、図１３(ｂ)は
５０枚目のＦＳＧ膜厚の面内分布を表す等高線を示して
いる。“＋”は膜厚の平均値より厚いことを意味し、
“−”は膜厚の平均値より厚いことを意味する。具体的
な特性値によって比較すると、１枚目ウエハ膜厚：１０４５．５ｎｍ膜厚均一性：１．２８％平均フッ素濃度：４．１９％フッ素濃度範囲：０．６％５０枚目ウエハ膜厚：１０５３．４ｎｍ膜厚均一性：１．３９％平均フッ素濃度：４．１３％フッ素濃度範囲：０．６％となる。この結果から分かるように、改良されたプラズ
マ成膜装置を用いると、５０枚の成膜後にも特性変動が
小さい。

【００６５】以上、本発明に係る成膜方法の好適な実施
形態について説明してきた。ＳｉＨ ₄ガスおよびＳｉＦ₄
ガスを用いたＦＳＧ膜を形成する場合について説明した
けれども、、本発明は、これに限定されないことは言う
までもない。また、上記実施形態では、ＳｉＦ₄ガス、
ＳｉＨ₄ガス、Ｏ₂ガス、およびＡｒガスの混合ガスをプ
ロセスガスとして使用したけれども、プロセスガスは、
特にそのようなガスに限定されない。例えば、ケイ素含
有ガスとしてＳｉＨＣｌ₃ガスを使用することができ、
酸化系ガスとしてＮＯガス、Ｎ₂Ｏガス、ＮＯ₂ガスを使
用してもよい。また、ウェハＷの表面に形成する絶縁膜
は、ＦＳＧ膜に限らない。特に、フッ素系ガスを反応チ
ャンバ内に導入するウエハ処理プロセスに適用すると、
その効果は顕著である。また、本実施形態ではＨＤＰＣ
ＶＤ装置を例示的に説明したけれども、特定の構造の装
置に限定されるものではない。

【００６６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる成膜方法では、コイルは、基準電位線と容量的に結
合されているので、基準電位線に容量的に結合されるコ
イルの位置と、電力が供給されるコイルの位置との両方
が、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。こ
のため、これらの位置における電源振幅は、従来の成膜
方法におけるものと比べて低減される。

【００６７】したがって、プラズマ成膜中に発生する反
応副生成物を低減できる成膜方法が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置を示す図面である。

【図２】図２は、図１に示す処理チャンバの一部分を示
す断面図である。

【図３】図３は、図２のＩ−Ｉ断面における断面図であ
り、II-II断面は、図１および図２における断面を示
す。

【図４】図４(ａ)は、比較例のプラズマＣＶＤ装置を示
す模式図である。図４(ｂ)は、第１の実施の形態に係る
プラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。図４(ｃ)は、
マッチング回路を示す図面である。

【図５】図５(ａ)は、比較例のプラズマＣＶＤ装置のコ
イルの電圧分布を示す特性図である。図５(ｂ)は、第１
の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のコイルの電圧
分布を示す特性図である。

【図６】図６(ａ)は、複素平面において電位分布を示す
ためのベクトル図を示す。図６(ｂ)は、実施の形態に係
わるプラズマ成膜装置の電力系の等価回路図である。

【図７】図７は、第２の実施の形態に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置を示す図面である。

【図８】図８は、プラズマＣＶＤ装置を示す模式図であ
る。

【図９】図９は、制御部を示す機能ブロック図である。

【図１０】図１０は、プロセスガス制御部の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１１】図１１(ａ)および図１１(ｂ)は、比較例のた
めのＡｒスパッタリング特性を示す図面である。

【図１２】図１２(ａ)および図１２(ｂ)は、実施例に係
わるＡｒスパッタリング特性を示す図面である。

【図１３】図１３(ａ)および図１３(ｂ)は、成膜特性を
示す図面である。

【図１４】図１４は、反応チャンバ内壁を示す図面であ
る。

【符号の説明】

１、６０…高密度プラズマＣＶＤ装置、２…反応チャン
バ、７…基板支持部、１０ａ…容量性結合回路、１０ａ
…誘導性結合回路、１１…電磁デバイス、１８…ガス導
入部、２０…トップノズル、２１…ガス導入部、２０…
サイドノズル、２５ａ，２５ｂ…フッ素含有ガス供給ラ
イン、２５ｃ，２５ｄ…ケイ素含有ガス供給ライン、２
５ｅ，２５ｆ…酸化系ガス供給ライン、２５ｇ，２５ｈ
…不活性ガス供給ライン、２６Ｗ…フッ素含有ガス供給
源、２６Ｘ…ケイ素含有ガス供給源、２６Ｙ…酸化系ガ
ス供給源、２６Ｚ…不活性ガス供給源、２７ａ，２７ｂ
…フッ素含有ガス供給系開閉バルブ、２７ｃ，２７ｄ…
ケイ素含有ガス供給系開閉バルブ、２７ｅ，２７ｆ…酸
化系ガス供給系開閉バルブ、２７ｇ，２７ｈ…不活性ガ
ス供給系開閉バルブ、２８ａ，２８ｂ…ケイ素含有ガス
供給系ＭＦＣ、２８ｃ，２８ｄ…ケイ素含有ガス供給系
ＭＦＣ、２８ｅ，２８ｆ…酸化系ガス供給系ＭＦＣ、２
８ｇ，２８ｈ…不活性ガス供給系ＭＦＣ、３０…制御装
置、３０ｄ…プロセスガス制御部、Ｗ…ウェハ（被処理
基板）。

フロントページの続き (72)発明者田畑篤千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者小関勝成千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者岩田秀之千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 AA14 BA44 CA04 FA03 FA04 LA15 5F045 AA08 AB32 AC01 AC02 AC11 AC16 AF03 BB15 DP03 DP04 EB02 EH12 EH20 5F058 BA20 BC02 BC04 BF07 BF23 BF24 BF29 BG01 BJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準電位線と容量的に結合されると共に
１またはそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回された
コイルに交流電源から電力を供給することによって、反
応チャンバ内に導入されたプロセスガスをプラズマ化し
て、被処理基板上に膜を堆積するステップを備える、成
膜方法。
【請求項２】前記コイルは、キャパシタを介して基準
電位線と結合されている、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】前記コイルは、前記交流電源と誘導的に
結合されている、請求項１または請求項２に記載の成膜
方法。
【請求項４】前記電力は、インダクタを介して前記コ
イルに供給されている、請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】１またはそれ以上の回数で反応チャンバ
に巻き回されたコイルにトランスを介して交流電源から
電力を供給することによって、前記反応チャンバ内に導
入されたプロセスガスをプラズマ化して、被処理基板上
に膜を堆積するステップを備え、前記トランスの一次側は前記交流電源に結合される共
に、前記トランスの二次側は前記コイルに結合されてお
り、この二次側は基準電位線に接続された中間端子を有
する、成膜方法。
【請求項６】膜の構成元素を含むプロセスガスを前記
反応チャンバに導入するステップを更に備える、請求項
１〜請求項５のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項７】プラズマ成膜装置を準備するステップ
と、前記プラズマ成膜装置においてプロセスガスおよび電力
を供給して、被処理基板上に膜を堆積するステップを備
え、前記プラズマ成膜装置は、反応チャンバと、プロセスガスを前記反応チャンバ内に供給するための手
段と、１またはそれ以上の回数で前記反応チャンバに巻き回さ
れたコイルと、前記プロセスガスをプラズマ化するための電力を前記コ
イルに提供するための交流電源と、前記コイルと基準電位線とを結合する容量性の第１の結
合回路と、を備える成膜方法。
【請求項８】前記プラズマ成膜装置は前記コイルと前
記交流電源とを結合する誘導性の第２の結合回路を更に
備える、請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】プラズマ成膜装置を準備するステップ
と、前記プラズマ成膜装置においてプロセスガスおよび電力
を供給して、被処理基板上に膜を堆積するステップとを
備え、前記プラズマ成膜装置は、反応チャンバと、プロセスガスを前記反応チャンバ内に供給するための手
段と、１またはそれ以上の回数で前記反応チャンバに巻き回さ
れたコイルと、前記プロセスガスをプラズマ化するための電力を前記コ
イルに提供するための交流電源と、前記交流電源に接続された一次側、前記コイルに接続さ
れた二次側、および前記二次側に設けられ基準電位線に
接続された中間端子を有するトランスと、を備える成膜
方法。
【請求項１０】前記コイルは、インピーダンス整合回
路を介して前記交流電源と結合されている、請求項１〜
請求項９のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１１】前記プロセスガスは、フッ素含有物
質、シリコン含有物質、酸素含有物質を含む、請求項１
〜請求項１０のいずれかに記載の成膜方法。