JP2002353209A - 半導体装置用の低誘電率絶縁膜を形成する方法 - Google Patents
半導体装置用の低誘電率絶縁膜を形成する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】CVDを使ってSi材料から成る多孔構造を有する
低誘電率膜を形成する。 【解決手段】低誘電率を有する薄膜がプラズマ反応によ
って半導体基板上に形成されるところの方法であって、
該方法は、(i)半導体基板が下部ステージ上に載置され
るところのプラズマCVD処理用反応チャンバ内に反応ガ
スを導入する工程、及び(ii)基板表面から電荷を削減若
しくは放電しながらプラズマ反応によって基板上に薄膜
を形成する工程を含む。反応チャンバ内には、プラズマ
励起用の上部領域及び基板上に膜を形成するための下部
領域が形成される。反応チャンバの内部を上部領域及び
下部領域に分割するために中間電極が使用される。放電
は特に中間電極と下部ステージとの間に配置された低温
プレートを使用することによって基板表面上に水蒸気分
子を凝結させるよう下部ステージの温度を低下させるこ
とにより実行される。
低誘電率膜を形成する。 【解決手段】低誘電率を有する薄膜がプラズマ反応によ
って半導体基板上に形成されるところの方法であって、
該方法は、(i)半導体基板が下部ステージ上に載置され
るところのプラズマCVD処理用反応チャンバ内に反応ガ
スを導入する工程、及び(ii)基板表面から電荷を削減若
しくは放電しながらプラズマ反応によって基板上に薄膜
を形成する工程を含む。反応チャンバ内には、プラズマ
励起用の上部領域及び基板上に膜を形成するための下部
領域が形成される。反応チャンバの内部を上部領域及び
下部領域に分割するために中間電極が使用される。放電
は特に中間電極と下部ステージとの間に配置された低温
プレートを使用することによって基板表面上に水蒸気分
子を凝結させるよう下部ステージの温度を低下させるこ
とにより実行される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜を形成するた
めのプラズマCVD（化学気相成長）法に関し、特に半導
体装置用の低誘電率絶縁膜を形成するための方法に関す
る。
めのプラズマCVD（化学気相成長）法に関し、特に半導
体装置用の低誘電率絶縁膜を形成するための方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】プラズマ
CVD成膜方法は、マイクロ波若しくはRFラジオ周波数電
力を反応チャンバ内に導入することによってプラズマを
生成し反応空間内の基板上に薄膜を形成する技術であ
る。電力を導入するための方法として、容量結合方法、
誘導結合方法、電磁波結合方法及びその他の方法が存在
する。図１は、容量結合方法を使用する平行平板タイプ
のプラズマCVD装置の実施例を示す。反応チャンバ104内
に互いに平行かつ対向して一対の電気的に導体の平板電
極101、102を配置し、一方にRF電力105を印加し、もう
一方を接地することによって、基板103上に薄膜を形成
するべく２つの電極間にプラズマが励起される。13.56M
Hz若しくは27MHzのメガヘルツ帯または400kHzのキロヘ
ルツ帯のラジオ周波数電力が個別に若しくは合成されて
印加される。これに加えて、マイクロ波、ヘリコン波プ
ラズマ及び表面波プラズマを使用するECR法、ICP法等が
存在する。そのような成膜装置において、プラズマソー
スが上部に配置され、膜が形成される基板が下方ステー
ジ上に載置され、下方ステージは接地されるか若しくは
バイアス電圧が印加されるところの方法がひろく使用さ
れる。
CVD成膜方法は、マイクロ波若しくはRFラジオ周波数電
力を反応チャンバ内に導入することによってプラズマを
生成し反応空間内の基板上に薄膜を形成する技術であ
る。電力を導入するための方法として、容量結合方法、
誘導結合方法、電磁波結合方法及びその他の方法が存在
する。図１は、容量結合方法を使用する平行平板タイプ
のプラズマCVD装置の実施例を示す。反応チャンバ104内
に互いに平行かつ対向して一対の電気的に導体の平板電
極101、102を配置し、一方にRF電力105を印加し、もう
一方を接地することによって、基板103上に薄膜を形成
するべく２つの電極間にプラズマが励起される。13.56M
Hz若しくは27MHzのメガヘルツ帯または400kHzのキロヘ
ルツ帯のラジオ周波数電力が個別に若しくは合成されて
印加される。これに加えて、マイクロ波、ヘリコン波プ
ラズマ及び表面波プラズマを使用するECR法、ICP法等が
存在する。そのような成膜装置において、プラズマソー
スが上部に配置され、膜が形成される基板が下方ステー
ジ上に載置され、下方ステージは接地されるか若しくは
バイアス電圧が印加されるところの方法がひろく使用さ
れる。
【０００３】プラズマCVDを使って低誘電率膜を形成す
る方法に関して、材料として低誘電率を有するテフロン
（登録商標）CFxを使用して膜を形成する方法、シリコ
ン材料にフッ素を添加することによって分極率を減少さ
せて低誘電率膜を形成する技術及びその他の方法が報告
された。しかし、フッ素を使用する技術の場合、フッ素
の腐食性及び材料の低付着性によりデバイスの信頼性が
低下するため、k＞2.5のこれらの低誘電率膜は実用的に
使用されなかった。フッ素が使用されない場合、k＞2.5
の低誘電率膜を形成するために多孔質の膜を形成するこ
とによって膜密度を減少させる必要がある。しかし、従
来のプラズマCVD法において、プラズマに晒されている
ウエハによって引き起こされる該ウエハ付近に生じるシ
ース及びウエハ基板で生じる自己バイアスのような電気
的現象により、膜は密になりk＞2.5若しくはそれ以下の
低誘電率膜を形成することは困難である。
る方法に関して、材料として低誘電率を有するテフロン
（登録商標）CFxを使用して膜を形成する方法、シリコ
ン材料にフッ素を添加することによって分極率を減少さ
せて低誘電率膜を形成する技術及びその他の方法が報告
された。しかし、フッ素を使用する技術の場合、フッ素
の腐食性及び材料の低付着性によりデバイスの信頼性が
低下するため、k＞2.5のこれらの低誘電率膜は実用的に
使用されなかった。フッ素が使用されない場合、k＞2.5
の低誘電率膜を形成するために多孔質の膜を形成するこ
とによって膜密度を減少させる必要がある。しかし、従
来のプラズマCVD法において、プラズマに晒されている
ウエハによって引き起こされる該ウエハ付近に生じるシ
ース及びウエハ基板で生じる自己バイアスのような電気
的現象により、膜は密になりk＞2.5若しくはそれ以下の
低誘電率膜を形成することは困難である。
【０００４】コーティング方法に関連して、焼結条件を
制御することによって多孔構造を有する膜を形成する例
及び超臨界乾燥方法を使用する例を含むk＞2.5若しくは
それ以下の低誘電率膜を形成する例が報告された。これ
らの方法は膜質を含む多くの問題のために実用的に使用
されていない。
制御することによって多孔構造を有する膜を形成する例
及び超臨界乾燥方法を使用する例を含むk＞2.5若しくは
それ以下の低誘電率膜を形成する例が報告された。これ
らの方法は膜質を含む多くの問題のために実用的に使用
されていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記されたように、半導
体を集積させ動作速度を高めるために、近年ほぼ2.0の
誘電率を有する低誘電率膜が要求され、コーティング方
法を使用してほぼ2.0の誘電率を有する膜の形成が報告
された。しかし、従来のコーティング方法によって形成
された膜は概して膜強度及び安定性が低く、膜形成コス
トが増加する傾向にあるという問題点を有する。一般
に、プラズマCVD法を使って形成された薄膜は高品質で
あり、そのため該方法は半導体装置製造を含むさまざま
な分野で使用されている。本発明の目的はCVDを使ってS
i材料から成る多孔構造を有する低誘電率膜を形成する
ことである。
体を集積させ動作速度を高めるために、近年ほぼ2.0の
誘電率を有する低誘電率膜が要求され、コーティング方
法を使用してほぼ2.0の誘電率を有する膜の形成が報告
された。しかし、従来のコーティング方法によって形成
された膜は概して膜強度及び安定性が低く、膜形成コス
トが増加する傾向にあるという問題点を有する。一般
に、プラズマCVD法を使って形成された薄膜は高品質で
あり、そのため該方法は半導体装置製造を含むさまざま
な分野で使用されている。本発明の目的はCVDを使ってS
i材料から成る多孔構造を有する低誘電率膜を形成する
ことである。
【０００６】発明のひとつの態様はプラズマ反応によっ
て半導体基板上に薄膜を形成するための方法であって、
(i)半導体基板が下方ステージ上に載置されているとこ
ろの反応チャンバ内にプラズマCVD処理用の反応ガスを
導入する工程と、(ii)基板表面から電荷を削減若しくは
放電させながらプラズマ反応によって基板上に薄膜を形
成する工程から成る方法である。基板表面から電荷を削
減若しくは放電させることによって、プラズマ反応によ
って生成されたナノ粒子が基板表面からはじかれるのが
防止され、それによってより多くのナノ粒子を表面上に
配置することができる。
て半導体基板上に薄膜を形成するための方法であって、
(i)半導体基板が下方ステージ上に載置されているとこ
ろの反応チャンバ内にプラズマCVD処理用の反応ガスを
導入する工程と、(ii)基板表面から電荷を削減若しくは
放電させながらプラズマ反応によって基板上に薄膜を形
成する工程から成る方法である。基板表面から電荷を削
減若しくは放電させることによって、プラズマ反応によ
って生成されたナノ粒子が基板表面からはじかれるのが
防止され、それによってより多くのナノ粒子を表面上に
配置することができる。
【０００７】上記実施例において、前記削減若しくは放
電は、プラズマ励起用の上部領域及び基板上への膜形成
用の下部領域を反応チャンバ内部に形成することによっ
て実行され、プラズマ励起を抑制するべく下部領域には
電気ポテンシャルが実質的に印加されず、それによって
下部領域から電荷を削減することができる。これは、反
応ガスが通過する複数の細孔を有する電気的に導体の中
間プレートによって上部領域及び下部領域が分割される
とき達成され、該中間プレートと下部ステージとの間に
は実質的に電気的ポテンシャルが印加されない。また、
プラズマ励起が下部領域内で抑制されるとき、ナノ粒子
のサイズは実質的に増加しない。したがって、小さいナ
ノ粒子が電荷と干渉せずに表面に配置され、その結果低
誘電率を有する微細構造の膜が得られる。
電は、プラズマ励起用の上部領域及び基板上への膜形成
用の下部領域を反応チャンバ内部に形成することによっ
て実行され、プラズマ励起を抑制するべく下部領域には
電気ポテンシャルが実質的に印加されず、それによって
下部領域から電荷を削減することができる。これは、反
応ガスが通過する複数の細孔を有する電気的に導体の中
間プレートによって上部領域及び下部領域が分割される
とき達成され、該中間プレートと下部ステージとの間に
は実質的に電気的ポテンシャルが印加されない。また、
プラズマ励起が下部領域内で抑制されるとき、ナノ粒子
のサイズは実質的に増加しない。したがって、小さいナ
ノ粒子が電荷と干渉せずに表面に配置され、その結果低
誘電率を有する微細構造の膜が得られる。
【０００８】他の実施例において、前記削減若しくは放
電は、反応チャンバ内に存在する水蒸気分子を基板上で
凝結するよう下部ステージの温度を下げ、それによって
基板表面から電荷を放電させることによって実行され
る。
電は、反応チャンバ内に存在する水蒸気分子を基板上で
凝結するよう下部ステージの温度を下げ、それによって
基板表面から電荷を放電させることによって実行され
る。
【０００９】中間プレート及び下部ステージの低温制御
が組み合わされて使用されるとき、小さい直径を有する
より多くのナノ粒子が表面上に配置される。
が組み合わされて使用されるとき、小さい直径を有する
より多くのナノ粒子が表面上に配置される。
【００１０】本発明はプラズマ反応によって半導体基板
上に薄膜を形成するためのCVD装置に同様に適用され
る。実施例において、CVD装置は、(a)反応チャンバ、
(b)反応ガスを反応チャンバ内に導入するための反応ガ
ス入口、(c)反応チャンバ内で半導体基板が載置される
下部ステージ、(d)反応チャンバ内でプラズマを励起す
るための上部電極、及び(e)上部電極と下部ステージと
の間に配置された複数の細孔を有する電気的に導体の中
間プレートであって、反応チャンバ内部を上部領域及び
下部領域に分割するところの中間プレートから成る。
上に薄膜を形成するためのCVD装置に同様に適用され
る。実施例において、CVD装置は、(a)反応チャンバ、
(b)反応ガスを反応チャンバ内に導入するための反応ガ
ス入口、(c)反応チャンバ内で半導体基板が載置される
下部ステージ、(d)反応チャンバ内でプラズマを励起す
るための上部電極、及び(e)上部電極と下部ステージと
の間に配置された複数の細孔を有する電気的に導体の中
間プレートであって、反応チャンバ内部を上部領域及び
下部領域に分割するところの中間プレートから成る。
【００１１】上記実施例において、中間プレート及び下
部ステージは両者を同じ電圧に維持するよう電気的に接
続されている。また、他の実施例において、CVD装置は
さらに下部ステージ、中間プレート及び上部電極の温度
をそれぞれ−10℃〜150℃、50℃〜200℃及び100℃〜400
℃に制御する温度制御器から成る。
部ステージは両者を同じ電圧に維持するよう電気的に接
続されている。また、他の実施例において、CVD装置は
さらに下部ステージ、中間プレート及び上部電極の温度
をそれぞれ−10℃〜150℃、50℃〜200℃及び100℃〜400
℃に制御する温度制御器から成る。
【００１２】本発明はまたSi含有ガス（有機シリコン及
び／または非有機シリコンガスのようなSi材料ガス）を
使用して上記方法によって形成される膜に適応され、そ
の膜はほぼ50nm若しくはそれ以下（好適にはほぼ10nm若
しくはそれ以下）の粒子サイズを有するナノ粒子で形成
され、ほぼ2.5若しくはそれ以下（好適にはほぼ2.0若し
くはそれ以下）の低誘電率を有する。本発明はプラズマ
CVD法を使って低誘電率膜の形成を可能にする。次世代
の高集積半導体素子用の絶縁膜としてこの低誘電率膜を
使用することで、配線間の容量によって引き起こされる
遅延を減少させることができ半導体素子の動作速度を実
質的に改善する。
び／または非有機シリコンガスのようなSi材料ガス）を
使用して上記方法によって形成される膜に適応され、そ
の膜はほぼ50nm若しくはそれ以下（好適にはほぼ10nm若
しくはそれ以下）の粒子サイズを有するナノ粒子で形成
され、ほぼ2.5若しくはそれ以下（好適にはほぼ2.0若し
くはそれ以下）の低誘電率を有する。本発明はプラズマ
CVD法を使って低誘電率膜の形成を可能にする。次世代
の高集積半導体素子用の絶縁膜としてこの低誘電率膜を
使用することで、配線間の容量によって引き起こされる
遅延を減少させることができ半導体素子の動作速度を実
質的に改善する。
【００１３】本発明はさらに他の態様を含む。他の態様
は特定的に以下に説明するように従来の構造の問題点を
解決する。
は特定的に以下に説明するように従来の構造の問題点を
解決する。
【００１４】しかし、従来のリアクタ構造において、基
板は反応空間に晒されているためもし反応空間の温度及
びプラズマ強度が上昇すると基板表面及びその付近の温
度が上昇する。結果として、基板表面上に放射されるプ
ラズマの強度が上昇し、基板表面上に吸収され及び付着
される生成物の反応を促進する。反応ガスのタイプを選
択し若しくは反応ガスの反応性を調節することによっ
て、気相反応においてさまざまな分子量を有する生成物
を形成することが可能である。特に比較的小さい分子量
を有する高い蒸気圧の生成物を半導体基板上に成長させ
るために、基板表面及びその付近の温度を低下させる必
要がある。気相中の反応性を加速するために、反応空間
の温度及びプラズマ強度を上げる必要がある。しかし、
これはウエハ基板の温度も上昇させ、高い蒸気圧の生成
物の付着を困難にする。反応生成物を中間相中で付着さ
せるとき、基板上に付着された生成物の反応がプラズマ
照射によって進行するという問題が生じる。
板は反応空間に晒されているためもし反応空間の温度及
びプラズマ強度が上昇すると基板表面及びその付近の温
度が上昇する。結果として、基板表面上に放射されるプ
ラズマの強度が上昇し、基板表面上に吸収され及び付着
される生成物の反応を促進する。反応ガスのタイプを選
択し若しくは反応ガスの反応性を調節することによっ
て、気相反応においてさまざまな分子量を有する生成物
を形成することが可能である。特に比較的小さい分子量
を有する高い蒸気圧の生成物を半導体基板上に成長させ
るために、基板表面及びその付近の温度を低下させる必
要がある。気相中の反応性を加速するために、反応空間
の温度及びプラズマ強度を上げる必要がある。しかし、
これはウエハ基板の温度も上昇させ、高い蒸気圧の生成
物の付着を困難にする。反応生成物を中間相中で付着さ
せるとき、基板上に付着された生成物の反応がプラズマ
照射によって進行するという問題が生じる。
【００１５】この問題を避けるために、反応空間の温度
を下げることによって基板表面及びその付近の温度並び
に基板上に照射されるプラズマの強度を低下させること
が考えられる。これを実行することによって、高い蒸気
圧の生成物を付着させることが可能になり、基板表面で
生じる反応を減速させることが可能となる。しかしこの
場合、反応空間の反応効率は減少する。従来の装置を使
用しては、反応空間の反応性は上昇せず、基板の温度は
低下せず、また基板表面上で生じる反応は抑制されな
い。
を下げることによって基板表面及びその付近の温度並び
に基板上に照射されるプラズマの強度を低下させること
が考えられる。これを実行することによって、高い蒸気
圧の生成物を付着させることが可能になり、基板表面で
生じる反応を減速させることが可能となる。しかしこの
場合、反応空間の反応効率は減少する。従来の装置を使
用しては、反応空間の反応性は上昇せず、基板の温度は
低下せず、また基板表面上で生じる反応は抑制されな
い。
【００１６】本発明の実施例において、プラズマ反応に
よって半導体基板上に薄膜を形成するためのCVD装置
は、(i)反応チャンバ、(ii)反応チャンバ内に反応ガス
を導入するための反応ガス入口、(iii)半導体基板が反
応チャンバ内で載置される下部ステージであって、前記
下部ステージは下部電極として機能するところの下部ス
テージ、(iv)反応チャンバ内のプラズマ励起用の上部電
極、(v)反応ガスが通過する複数の細孔を有する中間電
極であって、前記中間電極は上部電極の下側に配置さ
れ、反応空間が上部電極と中間電極との間に形成される
ところの中間電極、及び(vi)反応ガスが通過する複数の
細孔を有する低温プレートであって、前記低温プレート
は中間電極と下部ステージとの間に配置され、前記低温
プレートは中間電極より低温で制御され、中間電極と低
温プレートとの間に過渡空間が形成され、低温プレート
と下部ステージとの間に無プラズマ空間が形成されると
ころの低温プレート、から成る。
よって半導体基板上に薄膜を形成するためのCVD装置
は、(i)反応チャンバ、(ii)反応チャンバ内に反応ガス
を導入するための反応ガス入口、(iii)半導体基板が反
応チャンバ内で載置される下部ステージであって、前記
下部ステージは下部電極として機能するところの下部ス
テージ、(iv)反応チャンバ内のプラズマ励起用の上部電
極、(v)反応ガスが通過する複数の細孔を有する中間電
極であって、前記中間電極は上部電極の下側に配置さ
れ、反応空間が上部電極と中間電極との間に形成される
ところの中間電極、及び(vi)反応ガスが通過する複数の
細孔を有する低温プレートであって、前記低温プレート
は中間電極と下部ステージとの間に配置され、前記低温
プレートは中間電極より低温で制御され、中間電極と低
温プレートとの間に過渡空間が形成され、低温プレート
と下部ステージとの間に無プラズマ空間が形成されると
ころの低温プレート、から成る。
【００１７】本発明の他の態様において、プラズマ反応
によって半導体基板上に薄膜を形成するための方法は、
(a)反応ガスを反応チャンバの上部区画内に導入する工
程、(b)上部電極と基板が載置される下部ステージとの
間に電力を印加することによって反応ガスを反応させる
べく上部区画内のプラズマを励起する工程、(c)下部ス
テージと同じ電気ポテンシャルを有する中間電極を上部
電極の下方に設けることによって上部区画内にプラズマ
を閉じ込める工程であって、前記中間電極は活性化され
た反応ガスが通過する複数の細孔を有するところの工
程、(d)中間電極と下部ステージとの間に配置された低
温プレートを中間電極より低温に制御することによって
上部区画より下側の区画を冷却する工程であって、前記
低温プレートは冷却された反応ガスが通過する複数の細
孔を有し、中間電極と低温プレートとの間に中間区画が
形成されるところの工程、(e)下部ステージを低温プレ
ートより低温に制御する工程であって、低温プレートと
下部ステージとの間に下部区画が形成され、それによっ
て反応生成物が基板上に堆積するところの工程、から成
る。
によって半導体基板上に薄膜を形成するための方法は、
(a)反応ガスを反応チャンバの上部区画内に導入する工
程、(b)上部電極と基板が載置される下部ステージとの
間に電力を印加することによって反応ガスを反応させる
べく上部区画内のプラズマを励起する工程、(c)下部ス
テージと同じ電気ポテンシャルを有する中間電極を上部
電極の下方に設けることによって上部区画内にプラズマ
を閉じ込める工程であって、前記中間電極は活性化され
た反応ガスが通過する複数の細孔を有するところの工
程、(d)中間電極と下部ステージとの間に配置された低
温プレートを中間電極より低温に制御することによって
上部区画より下側の区画を冷却する工程であって、前記
低温プレートは冷却された反応ガスが通過する複数の細
孔を有し、中間電極と低温プレートとの間に中間区画が
形成されるところの工程、(e)下部ステージを低温プレ
ートより低温に制御する工程であって、低温プレートと
下部ステージとの間に下部区画が形成され、それによっ
て反応生成物が基板上に堆積するところの工程、から成
る。
【００１８】上記態様にしたがって、概して本発明は、
高温に保たれた中間電極及び低温に調節された低温プレ
ートによって反応空間とデポジション空間が分離される
ところのリアクタ構造を有し、それが高温及びプラズマ
状態で高い反応性にある反応空間（高温域）と低温及び
実質的に無プラズマ状態であるデポジション空間（低温
域）との２つの完全に異なる環境を実現するところに特
徴を有する。
高温に保たれた中間電極及び低温に調節された低温プレ
ートによって反応空間とデポジション空間が分離される
ところのリアクタ構造を有し、それが高温及びプラズマ
状態で高い反応性にある反応空間（高温域）と低温及び
実質的に無プラズマ状態であるデポジション空間（低温
域）との２つの完全に異なる環境を実現するところに特
徴を有する。
【００１９】このリアクタは高い反応効率を実現しなが
ら小さい分子量を有する高い蒸気圧生成物のデポジショ
ンを可能にする。プラズマが高温で励起されるところの
高反応性空間（高温域）において、熱及びプラズマエネ
ルギーによって材料ガスを分解若しくは重合させること
により、材料ガスは気相中で効率的に反応することがで
きる。実質的にプラズマが存在しない低温域に反応ガス
を通すことによって、気相中で反応が終了し同時に生成
されたガスは凝結し、水及びアルコールを含む高い蒸気
圧の分子は液化し基板上に付着する。
ら小さい分子量を有する高い蒸気圧生成物のデポジショ
ンを可能にする。プラズマが高温で励起されるところの
高反応性空間（高温域）において、熱及びプラズマエネ
ルギーによって材料ガスを分解若しくは重合させること
により、材料ガスは気相中で効率的に反応することがで
きる。実質的にプラズマが存在しない低温域に反応ガス
を通すことによって、気相中で反応が終了し同時に生成
されたガスは凝結し、水及びアルコールを含む高い蒸気
圧の分子は液化し基板上に付着する。
【００２０】発明及び従来技術に対する利点を要約する
ために、発明の目的及び利点が説明されてきた。もちろ
ん、本発明の特定の実施例に従って必ずしもそれらすべ
ての目的及び利点が達成されないことは理解されるべき
である。したがって、ここで教示され若しくは提案され
るような他の目的若しくは利点を必ずしも達成すること
なくここに教示されるようなひとつ若しくは複数の利点
を達成若しくは最適化する方法で発明が実施若しくは実
行されるということは当業者の知るところである。
ために、発明の目的及び利点が説明されてきた。もちろ
ん、本発明の特定の実施例に従って必ずしもそれらすべ
ての目的及び利点が達成されないことは理解されるべき
である。したがって、ここで教示され若しくは提案され
るような他の目的若しくは利点を必ずしも達成すること
なくここに教示されるようなひとつ若しくは複数の利点
を達成若しくは最適化する方法で発明が実施若しくは実
行されるということは当業者の知るところである。
【００２１】本発明のさらなる態様、特徴及び利点は以
下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。
下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。
【００２２】本発明のこれら及びその他の特徴は発明を
限定しない好適実施例の図面を参照して説明される。
限定しない好適実施例の図面を参照して説明される。
【００２３】
【発明の実施の態様】上述したように、本発明はいくつ
かの方法で達成される。第１の一般的構成は図２に示さ
れ、第２の一般的構成は図６及び７に示される。
かの方法で達成される。第１の一般的構成は図２に示さ
れ、第２の一般的構成は図６及び７に示される。
【００２４】第１の一般的構成 図２は、本発明で使用される膜形成装置の実施例を示
す。２つの電気的に導体の電極である上部電極1及び中
間電極2、並びにφ200mmのウエハ基板5が載置される下
部ステージ3におけるほぼφ250mmの３つのプレートが反
応チャンバである真空容器4内に与えられる。上部電極
及び中間電極は平行にほぼ20mmの間隔で互いに対向して
設置され、中間電極及び下部ステージもまた同様に平行
にほぼ20mmの間隔で互いに対向して設置されている。
す。２つの電気的に導体の電極である上部電極1及び中
間電極2、並びにφ200mmのウエハ基板5が載置される下
部ステージ3におけるほぼφ250mmの３つのプレートが反
応チャンバである真空容器4内に与えられる。上部電極
及び中間電極は平行にほぼ20mmの間隔で互いに対向して
設置され、中間電極及び下部ステージもまた同様に平行
にほぼ20mmの間隔で互いに対向して設置されている。
【００２５】上部電極、中間電極及び下部ステージ上に
は、独立の温度調整機構がそれぞれ設置され、決められ
た温度が維持される。温度は、上部電極に対してほぼ10
0℃〜400℃、中間電極に対してほぼ50℃〜200℃、及び
下部ステージに対してほぼ−10℃〜150℃に維持され
る。
は、独立の温度調整機構がそれぞれ設置され、決められ
た温度が維持される。温度は、上部電極に対してほぼ10
0℃〜400℃、中間電極に対してほぼ50℃〜200℃、及び
下部ステージに対してほぼ−10℃〜150℃に維持され
る。
【００２６】SiαOβCxHy（ここでαは0より大きい整
数、β、x及びyは0以上の整数である）で表現される有
機シリコンガスのようなシリコン含有材料ガス（ソース
ガス）、並びにN2O、He及びArのような添加ガスが供給
装置6〜8及び流量調整器9〜11を通じて決められた流量
に制御され、これらのガスが混合された後、それらは反
応ガスとして上部電極の頂部における入口12に導入され
る。上部電極上には、φ0.5mmの500〜10000個の細孔
（本発明を実行するためのモードで3000個の細孔）が形
成され、導入された反応ガスはこれらの細孔を通じて反
応空間内に流れる。反応空間は真空ポンプによって排気
され、所定の固定圧力はプラズマ状態が維持される100P
a〜5000Paの限度内に維持される。
数、β、x及びyは0以上の整数である）で表現される有
機シリコンガスのようなシリコン含有材料ガス（ソース
ガス）、並びにN2O、He及びArのような添加ガスが供給
装置6〜8及び流量調整器9〜11を通じて決められた流量
に制御され、これらのガスが混合された後、それらは反
応ガスとして上部電極の頂部における入口12に導入され
る。上部電極上には、φ0.5mmの500〜10000個の細孔
（本発明を実行するためのモードで3000個の細孔）が形
成され、導入された反応ガスはこれらの細孔を通じて反
応空間内に流れる。反応空間は真空ポンプによって排気
され、所定の固定圧力はプラズマ状態が維持される100P
a〜5000Paの限度内に維持される。
【００２７】13.56MHzのパルス変調されたラジオ周波数
電力が上部電極に印加され、中間電極及び下部ステージ
が電気的に接地される。上部電極と中間電極との間で、
容量結合法を使ってプラズマが励起される。
電力が上部電極に印加され、中間電極及び下部ステージ
が電気的に接地される。上部電極と中間電極との間で、
容量結合法を使ってプラズマが励起される。
【００２８】中間電極2として、500〜10000個（好適に
は1000〜5000個）の比較的大きい細孔20（本発明を実行
するためのモードで3000個の細孔）が形成された厚さ5m
mの電気的に導体のプレートである図３に示される電極
が使用される。この中間電極は、それが比較的高温のプ
ラズマ状態にある上部領域を中間電極の下方の下部領域
から分離し同時に反応ガスが上部領域から下部領域へ流
れるように設計される。
は1000〜5000個）の比較的大きい細孔20（本発明を実行
するためのモードで3000個の細孔）が形成された厚さ5m
mの電気的に導体のプレートである図３に示される電極
が使用される。この中間電極は、それが比較的高温のプ
ラズマ状態にある上部領域を中間電極の下方の下部領域
から分離し同時に反応ガスが上部領域から下部領域へ流
れるように設計される。
【００２９】実施例において、中間電極は以下のプロフ
ァイルを有する。 (a)中間電極の材料：Al及びAlNのような導体材料 (b)細孔のサイズ：ほぼ0.5〜20mm (c)中間電極のサイズ：ほぼシャワーヘッドのサイズ (d)中間電極の多孔率：ほぼ5〜100％（好適には20〜100
％）（材料が電極として機能する限り、構成はネット形
状でもよい） (e)中間電極の位置：上部電極と中間電極との間隔はほ
ぼ5〜30mmで、中間電極と下部電極との間隔はほぼ10〜1
00mm (f)中間電極の厚さ：ほぼ2〜30mm (g)中間電極の製造：製造方法はそれに限定されないがA
lベースの材料のような材料を機械的に処理し、その後
処理された材料の表面を陽極酸化処理にかける工程を含
む。
ァイルを有する。 (a)中間電極の材料：Al及びAlNのような導体材料 (b)細孔のサイズ：ほぼ0.5〜20mm (c)中間電極のサイズ：ほぼシャワーヘッドのサイズ (d)中間電極の多孔率：ほぼ5〜100％（好適には20〜100
％）（材料が電極として機能する限り、構成はネット形
状でもよい） (e)中間電極の位置：上部電極と中間電極との間隔はほ
ぼ5〜30mmで、中間電極と下部電極との間隔はほぼ10〜1
00mm (f)中間電極の厚さ：ほぼ2〜30mm (g)中間電極の製造：製造方法はそれに限定されないがA
lベースの材料のような材料を機械的に処理し、その後
処理された材料の表面を陽極酸化処理にかける工程を含
む。
【００３０】中間電極によって分割された２つの領域 上部領域において、プラズマは上部電極と中間電極との
間で励起され、材料ガスは重合反応を引き起こす。上部
領域内でナノ粒子が生成されるため、それらのサイズは
上部領域に生じる反応によって決定される。反応ガスは
反応空間（上部領域）内に導入され、それが中間電極に
達するまで、ナノ粒子のサイズは増加する。ナノ粒子の
サイズは好適には直径数nmほどであり、要求されるナノ
粒子径は反応ガスが上部領域を通過するのに必要な時間
及び上部領域の反応性を制御することによって得られ
る。上部領域を通過するための時間、すなわちこの領域
内に留まる時間は単位時間あたりの反応ガスの総流量に
よって制御される。上部領域の反応性は主にRFパワーを
調整することによって変更される。変形的に、ほぼ50ms
ecの“オンタイム”のパルス変調RF電力を使用して、粒
子径はRF電力をかけることによりナノ粒子を成長させる
方法によって制御されてもよい。粒子径を減少させる方
法に従い、φ10nm若しくはそれ以下の微小粒子が反応ガ
スに組み込まれるべきSi材料ガスの比を減少させること
によって生成される。
間で励起され、材料ガスは重合反応を引き起こす。上部
領域内でナノ粒子が生成されるため、それらのサイズは
上部領域に生じる反応によって決定される。反応ガスは
反応空間（上部領域）内に導入され、それが中間電極に
達するまで、ナノ粒子のサイズは増加する。ナノ粒子の
サイズは好適には直径数nmほどであり、要求されるナノ
粒子径は反応ガスが上部領域を通過するのに必要な時間
及び上部領域の反応性を制御することによって得られ
る。上部領域を通過するための時間、すなわちこの領域
内に留まる時間は単位時間あたりの反応ガスの総流量に
よって制御される。上部領域の反応性は主にRFパワーを
調整することによって変更される。変形的に、ほぼ50ms
ecの“オンタイム”のパルス変調RF電力を使用して、粒
子径はRF電力をかけることによりナノ粒子を成長させる
方法によって制御されてもよい。粒子径を減少させる方
法に従い、φ10nm若しくはそれ以下の微小粒子が反応ガ
スに組み込まれるべきSi材料ガスの比を減少させること
によって生成される。
【００３１】上記実施例において、上部領域内の反応ガ
スの流量はほぼ10〜1000sccmである。上部領域内に加え
られるRF電力はほぼ10W〜1500Wである。パルス変調され
た電力が上部領域に印加される際、パルス間隔は活性化
に対して10〜200msecであり、不活性化に対して20〜100
msecである。実施例において、中間電極を通過するナノ
粒子のサイズはほぼ0.5〜50nmである。
スの流量はほぼ10〜1000sccmである。上部領域内に加え
られるRF電力はほぼ10W〜1500Wである。パルス変調され
た電力が上部領域に印加される際、パルス間隔は活性化
に対して10〜200msecであり、不活性化に対して20〜100
msecである。実施例において、中間電極を通過するナノ
粒子のサイズはほぼ0.5〜50nmである。
【００３２】上部空間内で生成されたナノ粒子は反応ガ
スとともに中間電極に形成された多くの細孔を通過し、
下部領域に進入する。中間電極及び下部ステージの電気
ポテンシャルは実質的に同じかもし異なったとして電気
的ポテンシャルの差はプラズマを励起するには小さすぎ
るため、プラズマが励起されるRF電力は存在しない。下
部領域に進入するイオン化粒子は平均自由行程に対応す
る距離を移動し中性ガス分子と衝突した後非イオン状態
になる。イオン化粒子が自由に移動できる距離、すなわ
ち平均自由行程(λ)は反応チャンバ内部の圧力であるP
(Pa)を有する以下の式、λ(mm)＝44/pによって得られ
る。
スとともに中間電極に形成された多くの細孔を通過し、
下部領域に進入する。中間電極及び下部ステージの電気
ポテンシャルは実質的に同じかもし異なったとして電気
的ポテンシャルの差はプラズマを励起するには小さすぎ
るため、プラズマが励起されるRF電力は存在しない。下
部領域に進入するイオン化粒子は平均自由行程に対応す
る距離を移動し中性ガス分子と衝突した後非イオン状態
になる。イオン化粒子が自由に移動できる距離、すなわ
ち平均自由行程(λ)は反応チャンバ内部の圧力であるP
(Pa)を有する以下の式、λ(mm)＝44/pによって得られ
る。
【００３３】ほぼ10-4の高真空領域において、この平均
自由行程は数百メートルと非常に長いが、処理圧力を10
0Pa〜1000Paに増加することによって平均自由行程は0.4
4mm〜0.044mmへ非常に短くなる。結果として、中間電極
を通過したプラズマイオンは短時間に中性分子と衝突
し、プラズマ状態が下部領域内に広がることが防止され
る。
自由行程は数百メートルと非常に長いが、処理圧力を10
0Pa〜1000Paに増加することによって平均自由行程は0.4
4mm〜0.044mmへ非常に短くなる。結果として、中間電極
を通過したプラズマイオンは短時間に中性分子と衝突
し、プラズマ状態が下部領域内に広がることが防止され
る。
【００３４】中間電極は反応チャンバを２つの区画に分
割する。すなわち、反応チャンバの下部領域にはプラズ
マがほとんど存在せず、一方反応チャンバの上部領域に
はプラズマが存在する。もし下部領域内にプラズマが有
意に存在すれば、ウエハ基板、ナノ粒子及び下部電極を
含むプラズマに晒されるすべての部分は負に帯電する。
したがって、ナノ粒子は静電荷の力によってウエハ基板
の表面からはじかれ、表面上に配置されることができな
い。中間電極を使用することによって、静電荷の強度が
下部領域内で抑制され、ナノ粒子のデポジションが強化
される。また、下部領域内にプラズマがほとんど存在し
ないため、ナノ粒子サイズは有意に増加せず新しいナノ
粒子は下部領域内に生成されない。ウエハ基板の表面上
に小さいナノ粒子を配置することによって、微細構造を
有する膜が形成される。もし大きいナノ粒子が表面上に
配置されると、膜は粗い構造を有し、配線処理の際に被
処理面が荒れデバイスの品質が低下する。
割する。すなわち、反応チャンバの下部領域にはプラズ
マがほとんど存在せず、一方反応チャンバの上部領域に
はプラズマが存在する。もし下部領域内にプラズマが有
意に存在すれば、ウエハ基板、ナノ粒子及び下部電極を
含むプラズマに晒されるすべての部分は負に帯電する。
したがって、ナノ粒子は静電荷の力によってウエハ基板
の表面からはじかれ、表面上に配置されることができな
い。中間電極を使用することによって、静電荷の強度が
下部領域内で抑制され、ナノ粒子のデポジションが強化
される。また、下部領域内にプラズマがほとんど存在し
ないため、ナノ粒子サイズは有意に増加せず新しいナノ
粒子は下部領域内に生成されない。ウエハ基板の表面上
に小さいナノ粒子を配置することによって、微細構造を
有する膜が形成される。もし大きいナノ粒子が表面上に
配置されると、膜は粗い構造を有し、配線処理の際に被
処理面が荒れデバイスの品質が低下する。
【００３５】中間電極の使用は上記した静電荷現象を有
効に除去し、下部領域内でのナノ粒子の成長を抑制する
ことができる。しかし、たとえ下部領域内でプラズマが
励起されなくても、静電荷現象は完全には除去されず、
結果として柔らかい膜が形成される。以下に説明される
下部ステージ温度制御はナノ粒子の電荷を下部ステージ
へ完全に放出することを可能にする。下部ステージ温度
制御が実行されない場合には、バイアス電圧をサセプタ
に印加することによって膜の強度を強化することが可能
である。
効に除去し、下部領域内でのナノ粒子の成長を抑制する
ことができる。しかし、たとえ下部領域内でプラズマが
励起されなくても、静電荷現象は完全には除去されず、
結果として柔らかい膜が形成される。以下に説明される
下部ステージ温度制御はナノ粒子の電荷を下部ステージ
へ完全に放出することを可能にする。下部ステージ温度
制御が実行されない場合には、バイアス電圧をサセプタ
に印加することによって膜の強度を強化することが可能
である。
【００３６】下部ステージ温度制御 静電荷現象は中間電極の使用と独立若しくは組み合わせ
て下部ステージの温度を低下させることにより除去され
る。そのメカニズムは以下に説明される。
て下部ステージの温度を低下させることにより除去され
る。そのメカニズムは以下に説明される。
【００３７】中間電極及び下部ステージが比較的低温に
維持されるとき、水蒸気は下部領域内で凝結し上部領域
内で形成された粒子に付着する。水蒸気は酸素及び水素
間の反応の結果として反応チャンバ内に存在する。すな
わち、有機シリコン若しくは炭化水素のような分子中に
構成要素として水素を含む材料ガスが使用されるか若し
くは水素が添加ガスに加えられるとき、水素及び酸素は
反応ガス中でH2Oを生成するべく反応する。水蒸気は下
部領域内で冷却されると凝結する。12℃の水の蒸気圧は
10Torr（133Pa）である。したがって、もし反応チャン
バの圧力がほぼ10Torrであれば、反応ガス中に存在する
水蒸気は温度が12℃以下に下げられると凝結する。凝結
した水蒸気は上部領域内で生成されたナノ粒子及びウエ
ハ基板の表面に付着する。凝結した水蒸気の量は下部サ
セプタの温度を低下させ、反応圧力を増加し、ガスの流
量を減少させ、及び／またはより多くの水蒸気を生成す
るよう水素を加える等によって制御される。
維持されるとき、水蒸気は下部領域内で凝結し上部領域
内で形成された粒子に付着する。水蒸気は酸素及び水素
間の反応の結果として反応チャンバ内に存在する。すな
わち、有機シリコン若しくは炭化水素のような分子中に
構成要素として水素を含む材料ガスが使用されるか若し
くは水素が添加ガスに加えられるとき、水素及び酸素は
反応ガス中でH2Oを生成するべく反応する。水蒸気は下
部領域内で冷却されると凝結する。12℃の水の蒸気圧は
10Torr（133Pa）である。したがって、もし反応チャン
バの圧力がほぼ10Torrであれば、反応ガス中に存在する
水蒸気は温度が12℃以下に下げられると凝結する。凝結
した水蒸気は上部領域内で生成されたナノ粒子及びウエ
ハ基板の表面に付着する。凝結した水蒸気の量は下部サ
セプタの温度を低下させ、反応圧力を増加し、ガスの流
量を減少させ、及び／またはより多くの水蒸気を生成す
るよう水素を加える等によって制御される。
【００３８】ナノ粒子がウエハ上に堆積するとき、もし
静電荷の影響があれば数十ナノメートル以下のサイズの
微小粒子はウエハ基板に付着しない。下部空間及び下部
ステージの温度を低下させることによって、水蒸気及び
材料ガス副生物分子（例えば、CH3OH及びC2H5OHのよう
なアルコール、エーテル及び有機シリコンSiOxHy）等は
ウエハに付着され、ウエハ上に帯電した電荷は除去さ
れ、それによってより多くのナノ粒子がウエハ上に堆積
される。
静電荷の影響があれば数十ナノメートル以下のサイズの
微小粒子はウエハ基板に付着しない。下部空間及び下部
ステージの温度を低下させることによって、水蒸気及び
材料ガス副生物分子（例えば、CH3OH及びC2H5OHのよう
なアルコール、エーテル及び有機シリコンSiOxHy）等は
ウエハに付着され、ウエハ上に帯電した電荷は除去さ
れ、それによってより多くのナノ粒子がウエハ上に堆積
される。
【００３９】実施例において、中間電極が使用され、下
部ステージが冷却される。この組み合わせは小さいナノ
粒子をウエハ基板上に配置するのに有効である。下部ス
テージ及び中間電極を同じ電気的ポテンシャルに維持す
ることによって、及び反応チャンバを高圧に維持するこ
とによって、中間電極による反応空間の分割は有効にな
る。上部領域内で励起されたプラズマが下部領域に広が
ることが防止され、上部空間及び下部空間は異なる温度
すなわち上部空間は高温に及び下部空間は低温に維持さ
れる。この方法において、上部空間内の反応性を増加す
ることによって気相重合反応を促進しナノ粒子を形成す
ること、及び下部空間内で反応を終了させ同時に反応ガ
ス中に含まれる水蒸気を凝結させることが可能となる。
部ステージが冷却される。この組み合わせは小さいナノ
粒子をウエハ基板上に配置するのに有効である。下部ス
テージ及び中間電極を同じ電気的ポテンシャルに維持す
ることによって、及び反応チャンバを高圧に維持するこ
とによって、中間電極による反応空間の分割は有効にな
る。上部領域内で励起されたプラズマが下部領域に広が
ることが防止され、上部空間及び下部空間は異なる温度
すなわち上部空間は高温に及び下部空間は低温に維持さ
れる。この方法において、上部空間内の反応性を増加す
ることによって気相重合反応を促進しナノ粒子を形成す
ること、及び下部空間内で反応を終了させ同時に反応ガ
ス中に含まれる水蒸気を凝結させることが可能となる。
【００４０】水蒸気凝結の促進は中間電極を使用しなく
ても実現できる。もし中間電極が使用されなければ、下
部ステージは室温以下に冷却され一方上部電極はほぼ15
0℃若しくはそれ以上に加熱される。反応チャンバ内の
下部領域を低温に維持するために、上部電極と下部ステ
ージとの間の距離はほぼ40mm以上必要である。
ても実現できる。もし中間電極が使用されなければ、下
部ステージは室温以下に冷却され一方上部電極はほぼ15
0℃若しくはそれ以上に加熱される。反応チャンバ内の
下部領域を低温に維持するために、上部電極と下部ステ
ージとの間の距離はほぼ40mm以上必要である。
【００４１】後処理 薄膜形成処理には1〜20分かかる。膜が形成された後、
ウエハは他の真空容器内へ移送され熱処理される。成膜
されたウエハは窒素雰囲気中で真空容器内に移送され、
ほぼ10〜500Paの減圧下でほぼ200〜450℃の温度で10秒
から5分間熱処理される。この処理中、HMDS（ヘキサメ
チルジシラン：Si2(CH3)5）がこの容器中に導入され、
膜の吸湿性を抑制するべく疎水性処理が実行される。
ウエハは他の真空容器内へ移送され熱処理される。成膜
されたウエハは窒素雰囲気中で真空容器内に移送され、
ほぼ10〜500Paの減圧下でほぼ200〜450℃の温度で10秒
から5分間熱処理される。この処理中、HMDS（ヘキサメ
チルジシラン：Si2(CH3)5）がこの容器中に導入され、
膜の吸湿性を抑制するべく疎水性処理が実行される。
【００４２】発明の第１の構成の効果 上記方法を使って、ひとつの実施例においてウエハ基板
がプラズマに晒されない状態で反応ガス中にプラズマ反
応を生じさせることが可能となり、さらに同じ実施例若
しくは他の実施例において、実質的にプラズマが存在し
ない空間内でウエハ基板上に生成物を堆積することが可
能となる。結果として、有意な電気的現象（プラズマに
晒されているウエハによって引き起こされるウエハ付近
に発生するシース及びウエハ基板における自己バイア
ス）は生じず、プラズマダメージを除去することが可能
になる。本発明において、1.2〜2.5の低誘電率を有する
膜が製造される。
がプラズマに晒されない状態で反応ガス中にプラズマ反
応を生じさせることが可能となり、さらに同じ実施例若
しくは他の実施例において、実質的にプラズマが存在し
ない空間内でウエハ基板上に生成物を堆積することが可
能となる。結果として、有意な電気的現象（プラズマに
晒されているウエハによって引き起こされるウエハ付近
に発生するシース及びウエハ基板における自己バイア
ス）は生じず、プラズマダメージを除去することが可能
になる。本発明において、1.2〜2.5の低誘電率を有する
膜が製造される。
【００４３】本発明はプラズマCVD法を使って低誘電率
膜の形成を可能にする。次世代の高集積半導体素子用の
絶縁膜としてこの低誘電率膜の使用は、配線間容量によ
って生じる遅延を減少させることにより半導体素子の動
作速度を実質的に改善する。
膜の形成を可能にする。次世代の高集積半導体素子用の
絶縁膜としてこの低誘電率膜の使用は、配線間容量によ
って生じる遅延を減少させることにより半導体素子の動
作速度を実質的に改善する。
【００４４】膜の分析 本発明において、ナノ粒子が効果的に基板上に堆積し、
それによって直径50nm以下好適には10nm以下で中央直径
10nm好適には1nmを有するナノ細孔を有する多孔膜が形
成される。ナノ細孔のサイズはナノ粒子のサイズと類似
している。ナノ細孔のサイズは高強度X線拡散散乱光学
装置（例えば、ATX-ETM、日本の理学電機X線研究所）に
よって測定され得る。図４はこの装置の略示図を示す。
例えば、入射X線の発散角度及び強度は0.045及び109cps
である。X線拡散散乱データは測定データを散乱の理論
強度と比較することにより評価される。実際に、散乱対
象物の平均直径及び分布はさまざまな直径を有する球状
散乱対象物に対する散乱関数に基づいてX線拡散散乱の
強度を計算することによって決定される。
それによって直径50nm以下好適には10nm以下で中央直径
10nm好適には1nmを有するナノ細孔を有する多孔膜が形
成される。ナノ細孔のサイズはナノ粒子のサイズと類似
している。ナノ細孔のサイズは高強度X線拡散散乱光学
装置（例えば、ATX-ETM、日本の理学電機X線研究所）に
よって測定され得る。図４はこの装置の略示図を示す。
例えば、入射X線の発散角度及び強度は0.045及び109cps
である。X線拡散散乱データは測定データを散乱の理論
強度と比較することにより評価される。実際に、散乱対
象物の平均直径及び分布はさまざまな直径を有する球状
散乱対象物に対する散乱関数に基づいてX線拡散散乱の
強度を計算することによって決定される。
【００４５】他の技術との比較 イオン注入装置の場合、プラズマソースとウエハとの間
の空間にグリッド電極として中間電極を使用する例が存
在する。イオン注入装置の目的はイオンを基板表面上に
ドープするためにイオン化されたリン、ボロン等のイオ
ンをSi基板上に放射することである。結果として、他の
分子と衝突することなくステージ上に載置されたウエハ
にイオンが届くように、反応チャンバ内の圧力は10-4Pa
若しくはそれ以下の高真空に維持され、分子の平均自由
行程は分子衝突の回数を十分に少なくする程度に長いよ
うに設計される。付加的に、中間電極とウエハステージ
との間に電位差を印加することによって、中間電極を通
過するイオンが選択される。
の空間にグリッド電極として中間電極を使用する例が存
在する。イオン注入装置の目的はイオンを基板表面上に
ドープするためにイオン化されたリン、ボロン等のイオ
ンをSi基板上に放射することである。結果として、他の
分子と衝突することなくステージ上に載置されたウエハ
にイオンが届くように、反応チャンバ内の圧力は10-4Pa
若しくはそれ以下の高真空に維持され、分子の平均自由
行程は分子衝突の回数を十分に少なくする程度に長いよ
うに設計される。付加的に、中間電極とウエハステージ
との間に電位差を印加することによって、中間電極を通
過するイオンが選択される。
【００４６】イオン注入装置において、反応空間内の原
子及び分子の衝突が抑制されるため、気相中の重合反応
は生じない。さらに、高エネルギー状態のイオンがウエ
ハに到達するため、これらのイオンはウエハ上に堆積せ
ずウエハ内部にドープされる。本発明において、気相中
の重合反応を促進するよう反応空間内の気圧を増加させ
ることによって、微小粒子が気相中で生成される。さら
に、これらの微小粒子はウエハ基板内部に侵入すること
なくウエハ上に付着する。
子及び分子の衝突が抑制されるため、気相中の重合反応
は生じない。さらに、高エネルギー状態のイオンがウエ
ハに到達するため、これらのイオンはウエハ上に堆積せ
ずウエハ内部にドープされる。本発明において、気相中
の重合反応を促進するよう反応空間内の気圧を増加させ
ることによって、微小粒子が気相中で生成される。さら
に、これらの微小粒子はウエハ基板内部に侵入すること
なくウエハ上に付着する。
【００４７】第２の一般的構成及び効果 高温域及び低温域を使用する本発明の第２の態様に従
い、Si-O-C2H5、Si-O-CH 3及びSi-CH8のようなエトキシ
及び／またはメトキシを含む有機シリコンガス及び酸素
のような酸化剤が混合された反応ガスはもし温度が500
℃付近まで上昇していれば無プラズマ状態でも反応する
ことができ、反応はSiOのような固体生成物を形成しな
がら進行する。400℃若しくはそれ以下の温度環境にお
いて、反応は熱のみでは進行しないが、プラズマ効果を
結合することによってプラズマ強度に従った反応が実現
され、異なる生成物が形成される。プラズマを強化する
ことによって、主にSiOを含む固体生成物が形成され
る。プラズマ強度を低下することによって、Si-OH及びS
i-CH3基を含む分子量の小さい反応化学中間体が形成さ
れる。
い、Si-O-C2H5、Si-O-CH 3及びSi-CH8のようなエトキシ
及び／またはメトキシを含む有機シリコンガス及び酸素
のような酸化剤が混合された反応ガスはもし温度が500
℃付近まで上昇していれば無プラズマ状態でも反応する
ことができ、反応はSiOのような固体生成物を形成しな
がら進行する。400℃若しくはそれ以下の温度環境にお
いて、反応は熱のみでは進行しないが、プラズマ効果を
結合することによってプラズマ強度に従った反応が実現
され、異なる生成物が形成される。プラズマを強化する
ことによって、主にSiOを含む固体生成物が形成され
る。プラズマ強度を低下することによって、Si-OH及びS
i-CH3基を含む分子量の小さい反応化学中間体が形成さ
れる。
【００４８】印加されるRF電力を調節することによっ
て、プラズマの強度が調節される。高パワーと低パワー
の印加の切替を繰り返すことによって、最終反応生成物
及び小さい分子量を有する反応化学中間体が反応空間内
部で繰り返し形成される。生成された固体を含むガスが
低温域に導入されると、反応は終了する。付加的に、ガ
スの温度が上昇するため、例えば水蒸気及びアルコール
のような小さい分子量を有するガス成分が凝結し、固体
生成物と一緒にゾル形式の液体を基板上に付着すること
が可能になる。
て、プラズマの強度が調節される。高パワーと低パワー
の印加の切替を繰り返すことによって、最終反応生成物
及び小さい分子量を有する反応化学中間体が反応空間内
部で繰り返し形成される。生成された固体を含むガスが
低温域に導入されると、反応は終了する。付加的に、ガ
スの温度が上昇するため、例えば水蒸気及びアルコール
のような小さい分子量を有するガス成分が凝結し、固体
生成物と一緒にゾル形式の液体を基板上に付着すること
が可能になる。
【００４９】図６は本発明に従う装置の実施例を示す側
面略示図である。ほぼφ100mm（好適には基板直径より
小さく、より好適には基板直径の20〜75％、さらに好適
には基板直径の50±10％）の上部電極1及び上部電極1と
ほぼ同じ直径を有する中間電極2から成る２つの導体電
極、上部電極1とほぼ同じ直径を有する低温に保たれた
低温プレート30、及びφ200mm（好適には直径100〜350m
m）のウエハ基板5が載置されるほぼφ250mm（好適には
基板直径より大きく、より好適には基板より10〜50％大
きい）下部ステージ40が反応チャンバである真空容器23
内に設置されている。上記において、上部電極、中間電
極若しくは低温プレートの直径は実際の物理的直径であ
り、化学反応に対して使用される有効直径は実際の物理
的直径の50〜100％である。
面略示図である。ほぼφ100mm（好適には基板直径より
小さく、より好適には基板直径の20〜75％、さらに好適
には基板直径の50±10％）の上部電極1及び上部電極1と
ほぼ同じ直径を有する中間電極2から成る２つの導体電
極、上部電極1とほぼ同じ直径を有する低温に保たれた
低温プレート30、及びφ200mm（好適には直径100〜350m
m）のウエハ基板5が載置されるほぼφ250mm（好適には
基板直径より大きく、より好適には基板より10〜50％大
きい）下部ステージ40が反応チャンバである真空容器23
内に設置されている。上記において、上部電極、中間電
極若しくは低温プレートの直径は実際の物理的直径であ
り、化学反応に対して使用される有効直径は実際の物理
的直径の50〜100％である。
【００５０】上部電極1及び中間電極2はほぼ20mm（好適
には10〜30mm）の間隔で設置されている。入口110を通
って導入されたソースガスの反応は反応空間若しくは高
温空間と呼ばれる上部電極1と中間電極2との間に画成さ
れる空間21内で生じる。もし上部電極1と中間電極2との
間の距離が短ければ、反応の進行は空間内でのソースガ
スの滞留時間に依存するが、反応は十分に進行しない。
一方、もし距離が長ければ、反応効率は有意に増加し、
その結果ほとんど若しくは全く中間反応は生じず、ほと
んど若しくは全く化学中間体は生成されない。
には10〜30mm）の間隔で設置されている。入口110を通
って導入されたソースガスの反応は反応空間若しくは高
温空間と呼ばれる上部電極1と中間電極2との間に画成さ
れる空間21内で生じる。もし上部電極1と中間電極2との
間の距離が短ければ、反応の進行は空間内でのソースガ
スの滞留時間に依存するが、反応は十分に進行しない。
一方、もし距離が長ければ、反応効率は有意に増加し、
その結果ほとんど若しくは全く中間反応は生じず、ほと
んど若しくは全く化学中間体は生成されない。
【００５１】中間電極2及び低温プレート30はほぼ10mm
（好適には、5〜30mm）の間隔で設置されている。中間
電極2と低温プレート30の間に画成された空間22は過渡
空間と呼ばれる。低温プレート2は中間電極2より低温に
保たれているため、それらの距離は近いほどよいがそれ
ほど近くできない。低温プレート30は中間電極2のすぐ
下流の温度を下げるためのものであり、その結果中間反
応が生じ、化学中間体が基板5上に堆積する。ひとつ若
しくはそれ以上の付加的な低温プレートがさらに温度を
減少させるために設置されてもよい。付加的に、実施例
において、付加的な中間電極が第１の中間電極より低温
に制御されるところのひとつ若しくはそれ以上の中間電
極が設置される。もし過渡空間と反応空間が異なれば、
過渡空間の直径は反応空間よりわずかに（例えば、5〜2
0％）大きい。
（好適には、5〜30mm）の間隔で設置されている。中間
電極2と低温プレート30の間に画成された空間22は過渡
空間と呼ばれる。低温プレート2は中間電極2より低温に
保たれているため、それらの距離は近いほどよいがそれ
ほど近くできない。低温プレート30は中間電極2のすぐ
下流の温度を下げるためのものであり、その結果中間反
応が生じ、化学中間体が基板5上に堆積する。ひとつ若
しくはそれ以上の付加的な低温プレートがさらに温度を
減少させるために設置されてもよい。付加的に、実施例
において、付加的な中間電極が第１の中間電極より低温
に制御されるところのひとつ若しくはそれ以上の中間電
極が設置される。もし過渡空間と反応空間が異なれば、
過渡空間の直径は反応空間よりわずかに（例えば、5〜2
0％）大きい。
【００５２】低温プレート30及び下部ステージ40は平行
かつ互いに対向してほぼ40mm（好適には20〜150mm、よ
り好適には50〜100mm）離れて設置されている。低温プ
レート30と下部ステージ40との間の距離は化学中間体の
デポジションを促進するものである。低温プレート4と
下部ステージ40との間に画成された空間24は無プラズマ
空間、低温空間若しくは下部領域と呼ばれる。化学反応
の観点からは長距離が好適であるが、機械設計の観点か
らは短距離が好適である。
かつ互いに対向してほぼ40mm（好適には20〜150mm、よ
り好適には50〜100mm）離れて設置されている。低温プ
レート30と下部ステージ40との間の距離は化学中間体の
デポジションを促進するものである。低温プレート4と
下部ステージ40との間に画成された空間24は無プラズマ
空間、低温空間若しくは下部領域と呼ばれる。化学反応
の観点からは長距離が好適であるが、機械設計の観点か
らは短距離が好適である。
【００５３】上記において、もし反応空間21の直径が比
較的大きければ、中間電極2と基板5との間の距離は広げ
る必要がある。これは、反応空間のサイズが大きいほ
ど、より多くの反応ガスが供給されるためであり、した
がってより大きな低温空間が要求される。
較的大きければ、中間電極2と基板5との間の距離は広げ
る必要がある。これは、反応空間のサイズが大きいほ
ど、より多くの反応ガスが供給されるためであり、した
がってより大きな低温空間が要求される。
【００５４】上部電極1と中間電極2との間に配置された
反応空間21は絶縁体25によって包囲されたφ60mm（好適
には直径40〜100mm若しくは上部電極1の実際の物理的直
径の50〜100％）の内径を有する好適に円筒状の空間で
ある。中間電極2及び低温プレート30によって包囲され
た過渡空間22もまたその周囲において絶縁体25によって
分離されている。絶縁体25は上部電極1、中間電極2及び
低温プレート4と接触している（図６に示されているギ
ャップは単純に上記エレメントが独立であることを示し
ている）。
反応空間21は絶縁体25によって包囲されたφ60mm（好適
には直径40〜100mm若しくは上部電極1の実際の物理的直
径の50〜100％）の内径を有する好適に円筒状の空間で
ある。中間電極2及び低温プレート30によって包囲され
た過渡空間22もまたその周囲において絶縁体25によって
分離されている。絶縁体25は上部電極1、中間電極2及び
低温プレート4と接触している（図６に示されているギ
ャップは単純に上記エレメントが独立であることを示し
ている）。
【００５５】反応空間に導入された反応ガスは供給器及
び流量調整器によって付与の流量に調整される。これら
のガスは一緒に混合され、上部電極上に設置された入口
110内に反応ガスとして導入される。反応ガスは上部電
極1内に与えられる細孔を通って反応空間21内に流れ込
む。独立のサーモスタットが上部電極1、中間電極2、低
温プレート30及び下部ステージ40にそれぞれ取り付けら
れる。上部電極1及び中間電極2の温度は同じであるが、
低温プレート30の温度は前者より低く、下部ステージ40
の温度はそれより低い。上部電極1はほぼ150℃から350
℃（ある場合100〜400℃、他の場合200〜300℃）に保た
れる。中間電極2はほぼ150℃から350℃（ある場合100〜
400℃、他の場合200〜300℃）の付与の温度に保たれ
る。適当な温度範囲は化学反応のタイプ及びRFパワーレ
ベルに依存して選択される。もし上部電極1が反応ガス
の熱反応温度より高い温度に設定されると、生成物は上
部電極1の内側（入口110側）に付着する。このため、上
部電極1の温度は好適には反応ガスの熱反応温度より低
い温度に調節される。中間電極の温度は上部電極の温度
より低い。また、ひとつ若しくはそれ以上の付加的な中
間電極が温度制御とともに設置されてもよい。
び流量調整器によって付与の流量に調整される。これら
のガスは一緒に混合され、上部電極上に設置された入口
110内に反応ガスとして導入される。反応ガスは上部電
極1内に与えられる細孔を通って反応空間21内に流れ込
む。独立のサーモスタットが上部電極1、中間電極2、低
温プレート30及び下部ステージ40にそれぞれ取り付けら
れる。上部電極1及び中間電極2の温度は同じであるが、
低温プレート30の温度は前者より低く、下部ステージ40
の温度はそれより低い。上部電極1はほぼ150℃から350
℃（ある場合100〜400℃、他の場合200〜300℃）に保た
れる。中間電極2はほぼ150℃から350℃（ある場合100〜
400℃、他の場合200〜300℃）の付与の温度に保たれ
る。適当な温度範囲は化学反応のタイプ及びRFパワーレ
ベルに依存して選択される。もし上部電極1が反応ガス
の熱反応温度より高い温度に設定されると、生成物は上
部電極1の内側（入口110側）に付着する。このため、上
部電極1の温度は好適には反応ガスの熱反応温度より低
い温度に調節される。中間電極の温度は上部電極の温度
より低い。また、ひとつ若しくはそれ以上の付加的な中
間電極が温度制御とともに設置されてもよい。
【００５６】例えば、Si-O-CH3基を含む有機Siガスが材
料ガスとして使用される場合、若しくは例えば酸素及び
H2Oのような酸化ガスが反応ガスとして添加される場
合、温度をほぼ250℃から300℃に制御することは有効で
ある。
料ガスとして使用される場合、若しくは例えば酸素及び
H2Oのような酸化ガスが反応ガスとして添加される場
合、温度をほぼ250℃から300℃に制御することは有効で
ある。
【００５７】低温プレート30は0℃から100℃に保たれ、
下部ステージ40はほぼ−10℃から50℃に保たれる。ある
場合、低温プレート30は上部電極1若しくは中間電極2の
温度より低い100℃から300℃の温度に保たれ、下部ステ
ージ40は低温プレート30の温度より低い30℃から80℃の
温度に保たれる。
下部ステージ40はほぼ−10℃から50℃に保たれる。ある
場合、低温プレート30は上部電極1若しくは中間電極2の
温度より低い100℃から300℃の温度に保たれ、下部ステ
ージ40は低温プレート30の温度より低い30℃から80℃の
温度に保たれる。
【００５８】図７は本発明の実施例で使用可能な成膜装
置の右半分の断面図を示す。上部電極1（例えば、φ100
mm）及び中間電極2から成る２つの導体電極、低温に保
たれた低温プレート30及びウエハ基板（φ200mm）が載
置される下部ステージ40が反応チャンバである真空容器
内に設置されている。上部電極1と中間電極2との間の距
離、中間電極2と低温プレート30との間の距離、及び低
温プレート30と下部ステージとの間の距離はそれぞれ例
えば20mm、10mm及び40mmである。
置の右半分の断面図を示す。上部電極1（例えば、φ100
mm）及び中間電極2から成る２つの導体電極、低温に保
たれた低温プレート30及びウエハ基板（φ200mm）が載
置される下部ステージ40が反応チャンバである真空容器
内に設置されている。上部電極1と中間電極2との間の距
離、中間電極2と低温プレート30との間の距離、及び低
温プレート30と下部ステージとの間の距離はそれぞれ例
えば20mm、10mm及び40mmである。
【００５９】この実施例において、上部電極1としてほ
ぼφ0.5mmの100個から8000個の細孔（以下に説明する実
施例に対して1000個の細孔）を有する厚さ10mmの導体プ
レートが使用される。中間電極2としてほぼφ2mmの100
個から3000個の比較的大きい細孔（以下に説明する実施
例に対して200個の細孔）を有する厚さ5mmの導体プレー
トが使用される。
ぼφ0.5mmの100個から8000個の細孔（以下に説明する実
施例に対して1000個の細孔）を有する厚さ10mmの導体プ
レートが使用される。中間電極2としてほぼφ2mmの100
個から3000個の比較的大きい細孔（以下に説明する実施
例に対して200個の細孔）を有する厚さ5mmの導体プレー
トが使用される。
【００６０】低温プレートにも同様に、ほぼφ2mmの100
個から3000個の細孔が存在する。低温プレート30は冷却
ガス入口ブロック60と一緒に冷却ブロック70上に設置さ
れる。冷却ガスパイプ14はガスが中間電極2と低温プレ
ート30との間に導入されるところの構造を与えるよう過
渡空間に導かれる。冷却水経路13が冷却ブロック70内に
与えられる。冷却ガスは低温プレート内部に設けられた
ガス入口経路を通過し冷却ガスパイプ内を流れ、その後
低温プレート30内に設けられた細孔から冷却空間内に導
入される。冷却ガスはHe、N2及びArのような非反応性ガ
スである。
個から3000個の細孔が存在する。低温プレート30は冷却
ガス入口ブロック60と一緒に冷却ブロック70上に設置さ
れる。冷却ガスパイプ14はガスが中間電極2と低温プレ
ート30との間に導入されるところの構造を与えるよう過
渡空間に導かれる。冷却水経路13が冷却ブロック70内に
与えられる。冷却ガスは低温プレート内部に設けられた
ガス入口経路を通過し冷却ガスパイプ内を流れ、その後
低温プレート30内に設けられた細孔から冷却空間内に導
入される。冷却ガスはHe、N2及びArのような非反応性ガ
スである。
【００６１】上部電極1と中間電極2との間に配置された
反応空間は絶縁体80によって包囲されたφ60mmの内径を
有する円筒状空間である。中間電極2はヒータ15ととも
に温度制御ブロック90に固定され、付与の温度に保たれ
る。低温プレート30と温度制御ブロック90との間に、セ
ラミックのような低熱伝導性材料から成る熱絶縁プレー
ト100が配置されている。中間電極2及び低温プレート30
によって包囲された過渡空間はその周囲において熱絶縁
プレート100によって分離される。
反応空間は絶縁体80によって包囲されたφ60mmの内径を
有する円筒状空間である。中間電極2はヒータ15ととも
に温度制御ブロック90に固定され、付与の温度に保たれ
る。低温プレート30と温度制御ブロック90との間に、セ
ラミックのような低熱伝導性材料から成る熱絶縁プレー
ト100が配置されている。中間電極2及び低温プレート30
によって包囲された過渡空間はその周囲において熱絶縁
プレート100によって分離される。
【００６２】反応空間に導入された反応ガスは供給器及
び流量調整器によって付与の流量に調整される。これら
のガスは一緒に混合され上部電極上に設置された入口11
0内に反応ガスとして導入される。反応ガスは上部電極1
内に設けられた細孔を通じて反応空間内に流れる。独立
のサーモスタットが上部電極1、中間電極2、低温プレー
ト30及び下部ステージ40にそれぞれ取り付けられてい
る。
び流量調整器によって付与の流量に調整される。これら
のガスは一緒に混合され上部電極上に設置された入口11
0内に反応ガスとして導入される。反応ガスは上部電極1
内に設けられた細孔を通じて反応空間内に流れる。独立
のサーモスタットが上部電極1、中間電極2、低温プレー
ト30及び下部ステージ40にそれぞれ取り付けられてい
る。
【００６３】流量調整器によって付与の流量に制御され
た冷却ガスは低温プレート30内に設けられた細孔を通じ
て冷却空間内に流れ込む。
た冷却ガスは低温プレート30内に設けられた細孔を通じ
て冷却空間内に流れ込む。
【００６４】下部空間（冷却空間）の内部の空気は真空
ポンプによって排気され、100Paから10000Paの付与の圧
力に保たれる。27MHzのラジオ周波数電力が上部電極1に
印加される。中間電極2、低温プレート30及び下部ステ
ージ40は電気的に接地されている。プラズマは容量結合
法によって上部電極1と中間電極2との間で励起される。
印加される電力については、ほぼ10msecから1secの間隔
で高パワー及び低パワーの印加を繰り返すことによっ
て、高反応性状態及び低反応性状態が連続的に繰り返さ
れる。
ポンプによって排気され、100Paから10000Paの付与の圧
力に保たれる。27MHzのラジオ周波数電力が上部電極1に
印加される。中間電極2、低温プレート30及び下部ステ
ージ40は電気的に接地されている。プラズマは容量結合
法によって上部電極1と中間電極2との間で励起される。
印加される電力については、ほぼ10msecから1secの間隔
で高パワー及び低パワーの印加を繰り返すことによっ
て、高反応性状態及び低反応性状態が連続的に繰り返さ
れる。
【００６５】上記実施例において、反応空間内のソース
ガスの流量はほぼ10〜1000sccmである。反応空間内に加
えられるRF電力はほぼ10W〜1500Wである。高パワー印加
と低パワー印加を切替えるとき、高パワーは500〜1500W
であり一方低パワーは200〜400Wである。実施例におい
て、中間電極を通過するナノ粒子のサイズはほぼ0.5〜5
0nmである。
ガスの流量はほぼ10〜1000sccmである。反応空間内に加
えられるRF電力はほぼ10W〜1500Wである。高パワー印加
と低パワー印加を切替えるとき、高パワーは500〜1500W
であり一方低パワーは200〜400Wである。実施例におい
て、中間電極を通過するナノ粒子のサイズはほぼ0.5〜5
0nmである。
【００６６】付加的に、図７において冷却フィン120が
本体上部17に取り付けられている。絶縁体16が本体上部
17に配置されている。分配プレート18が本体上部17に取
り付けられ、上部電極1の上流のソースガスを効率的に
加熱するべく上部電極1の上に設置される。
本体上部17に取り付けられている。絶縁体16が本体上部
17に配置されている。分配プレート18が本体上部17に取
り付けられ、上部電極1の上流のソースガスを効率的に
加熱するべく上部電極1の上に設置される。
【００６７】中間電極及び低温プレート 中間電極2として、500〜10000個（例えば、1000〜5000
個）の比較的大きい細孔が形成された厚さ2〜30mm（例
えば、5mm）の電気的導体のプレートである電極が使用
される。この中間電極は、それが比較的高温のプラズマ
状態にある上部領域（反応空間）を中間電極の下方の下
部領域（過渡空間）から分離し同時に反応ガスが上部領
域から下部領域に流れるように設計される。
個）の比較的大きい細孔が形成された厚さ2〜30mm（例
えば、5mm）の電気的導体のプレートである電極が使用
される。この中間電極は、それが比較的高温のプラズマ
状態にある上部領域（反応空間）を中間電極の下方の下
部領域（過渡空間）から分離し同時に反応ガスが上部領
域から下部領域に流れるように設計される。
【００６８】実施例において、中間電極は第1の一般的
構成と同じプロファイルを有する。
構成と同じプロファイルを有する。
【００６９】低温プレートは細孔に関して中間電極と同
じ構成を有する。変形的に、低温プレートは中間電極に
関して上述された範囲で中間電極と異なる構成を有して
もよい。ひとつ若しくはそれ以上の付加的な低温プレー
トがソースガスをより効率的に冷却するために設置され
てもよい。低温プレートは例えばアルミニウムから作ら
れる。
じ構成を有する。変形的に、低温プレートは中間電極に
関して上述された範囲で中間電極と異なる構成を有して
もよい。ひとつ若しくはそれ以上の付加的な低温プレー
トがソースガスをより効率的に冷却するために設置され
てもよい。低温プレートは例えばアルミニウムから作ら
れる。
【００７０】デポジション反応 SiαOβCxHy（ここでαは0より大きい整数、β、x及びy
は0以上の整数である）によって表現される有機シリコ
ンガスのようなシリコン含有材料ガス（ソースガス）並
びにN2O、He及びArのような添加ガスは、供給装置6〜8
及び流量調整器9〜11を通じて決められた流量に制御さ
れ、混合された後、上部電極の頂部における入口110へ
反応ガスとして導入される。上部電極上にはφ0.5mmの5
00〜10000個の細孔（本発明を実行するためのモードで3
000個の細孔）が形成され、導入された反応ガスはこれ
らの細孔を通過して反応空間内に流れ込む。反応空間は
真空ポンプによって排気され、プラズマ状態が維持され
る100Pa〜5000Paの限度内で所定の固定圧力が維持され
る。
は0以上の整数である）によって表現される有機シリコ
ンガスのようなシリコン含有材料ガス（ソースガス）並
びにN2O、He及びArのような添加ガスは、供給装置6〜8
及び流量調整器9〜11を通じて決められた流量に制御さ
れ、混合された後、上部電極の頂部における入口110へ
反応ガスとして導入される。上部電極上にはφ0.5mmの5
00〜10000個の細孔（本発明を実行するためのモードで3
000個の細孔）が形成され、導入された反応ガスはこれ
らの細孔を通過して反応空間内に流れ込む。反応空間は
真空ポンプによって排気され、プラズマ状態が維持され
る100Pa〜5000Paの限度内で所定の固定圧力が維持され
る。
【００７１】材料ガス及び酸素のような添加ガスを含む
反応に含まれるすべてのガスは高温に保たれた上部電極
及び中間電極によって包囲された上部空間に導入され、
材料ガスを反応させるようプラズマが電極間で励起され
る。反応空間である上部空間内で、ナノ粒子が生成され
る。ナノ粒子の直径は上部空間内の反応条件によって決
定される。反応ガスは反応空間（上部空間）内に導入さ
れ、ナノ粒子は中間電極を通過しながら成長する。ナノ
粒子の直径は主に反応空間内で反応するのに反応ガス分
子に要求される時間によって調節される。反応時間は上
部空間を通過するのに反応空間で経過した時間である。
言い換えれば、反応時間は反応ガス分子が空間内に残っ
ている時間の長さを変化させることによって調節され
る。付加的に、ナノ粒子の直径は高周波電力がかけられ
たときの露出時間によって調節される。ほぼ50msecの間
高周波RF電力を印加することによって、直径はほぼ数ナ
ノメートルに成長する。その後、印加された電力を切る
ことによって、プラズマはμsecのオーダーで消滅し、
重合反応は終了する。この方法で、小さい粒径を有する
ナノ粒子が粒径の成長を停止することによって得られ
る。印加電力を低下させて反応空間の反応性を低下させ
ることによって、中間相で生成物を生成することが可能
である。高パワーが印加される工程と低パワーが印加さ
れる工程を繰り返すことによって、ナノ粒子及び中間反
応生成物が連続的に生成される。
反応に含まれるすべてのガスは高温に保たれた上部電極
及び中間電極によって包囲された上部空間に導入され、
材料ガスを反応させるようプラズマが電極間で励起され
る。反応空間である上部空間内で、ナノ粒子が生成され
る。ナノ粒子の直径は上部空間内の反応条件によって決
定される。反応ガスは反応空間（上部空間）内に導入さ
れ、ナノ粒子は中間電極を通過しながら成長する。ナノ
粒子の直径は主に反応空間内で反応するのに反応ガス分
子に要求される時間によって調節される。反応時間は上
部空間を通過するのに反応空間で経過した時間である。
言い換えれば、反応時間は反応ガス分子が空間内に残っ
ている時間の長さを変化させることによって調節され
る。付加的に、ナノ粒子の直径は高周波電力がかけられ
たときの露出時間によって調節される。ほぼ50msecの間
高周波RF電力を印加することによって、直径はほぼ数ナ
ノメートルに成長する。その後、印加された電力を切る
ことによって、プラズマはμsecのオーダーで消滅し、
重合反応は終了する。この方法で、小さい粒径を有する
ナノ粒子が粒径の成長を停止することによって得られ
る。印加電力を低下させて反応空間の反応性を低下させ
ることによって、中間相で生成物を生成することが可能
である。高パワーが印加される工程と低パワーが印加さ
れる工程を繰り返すことによって、ナノ粒子及び中間反
応生成物が連続的に生成される。
【００７２】上部空間内で生成されたナノ粒子は第1の
一般的構成におけるナノ粒子と同様に振舞う。
一般的構成におけるナノ粒子と同様に振舞う。
【００７３】付加的に、低温プレート及び下部ステージ
は低温に保たれるため、比較的小さい分子量を有する分
子は下部空間内で凝結し、粒子のような固体生成物とと
もにウエハ基板上に付着される。もし静電気による影響
があれば10nm若しくはそれ以下の微小粒子はウエハ基板
に付着しない。反応ガス内に含まれる低分子量のガスは
温度を低下させることによって凝結し液化する。この液
体がナノ粒子に付着し、ナノ粒子は液体と一緒に基板に
運ばれる。反応ガスが十分に水素及び酸素原子を含むと
き、反応空間内に水分子が生成され、水蒸気がウエハ基
板に付着する。この水蒸気のために、ウエハ基板の電荷
現象は抑制されナノ粒子のウエハ上への付着が加速され
る。
は低温に保たれるため、比較的小さい分子量を有する分
子は下部空間内で凝結し、粒子のような固体生成物とと
もにウエハ基板上に付着される。もし静電気による影響
があれば10nm若しくはそれ以下の微小粒子はウエハ基板
に付着しない。反応ガス内に含まれる低分子量のガスは
温度を低下させることによって凝結し液化する。この液
体がナノ粒子に付着し、ナノ粒子は液体と一緒に基板に
運ばれる。反応ガスが十分に水素及び酸素原子を含むと
き、反応空間内に水分子が生成され、水蒸気がウエハ基
板に付着する。この水蒸気のために、ウエハ基板の電荷
現象は抑制されナノ粒子のウエハ上への付着が加速され
る。
【００７４】RFパワー強度を変化することによって、化
学反応の進行が制御され、最終反応生成物に加えて化学
中間体が生成され基板上に堆積する。例えば、最終反応
生成物は以下のように生成される。 (CH3)2Si(OCH3)2+7O2→SiO2+6H2O+4CO2 化学中間体は以下のように生成される。 (CH3)2Si(OCH3)2+O2+H2→Si(CH3)2OH+2CH3OH ソースガスに依存して、最終反応生成物及び化学中間体
は上と類似の反応に従って変化する。
学反応の進行が制御され、最終反応生成物に加えて化学
中間体が生成され基板上に堆積する。例えば、最終反応
生成物は以下のように生成される。 (CH3)2Si(OCH3)2+7O2→SiO2+6H2O+4CO2 化学中間体は以下のように生成される。 (CH3)2Si(OCH3)2+O2+H2→Si(CH3)2OH+2CH3OH ソースガスに依存して、最終反応生成物及び化学中間体
は上と類似の反応に従って変化する。
【００７５】反応によって生成された水蒸気とともに化
学中間体が基板表面上に堆積するが、化学中間体は表面
上で液体若しくはゾル状態で存在する。基板が加熱され
るとき、液体若しくはゾル状態の化学中間体は凝固す
る。化学中間体と共存する水蒸気は静電気を中性化し、
それによって凝固層内に含まれたナノ粒子のデポジショ
ンが促進される。一方、最終反応生成物は固体状態にあ
り基板表面上に堆積する。化学中間体及び最終反応生成
物を基板表面で混合し若しくは層化することによって、
つづく基板の加熱処理と同時にハイブリッド膜が形成さ
れた基板が得られる。ハイブリッド膜は優れた機械的強
度を有する多孔構造を有する。化学中間体の層及び最終
反応生成物の層を交互に形成することによって、生成さ
れるハイブリッド膜は深さが均一で機械的強度が優れて
いる。
学中間体が基板表面上に堆積するが、化学中間体は表面
上で液体若しくはゾル状態で存在する。基板が加熱され
るとき、液体若しくはゾル状態の化学中間体は凝固す
る。化学中間体と共存する水蒸気は静電気を中性化し、
それによって凝固層内に含まれたナノ粒子のデポジショ
ンが促進される。一方、最終反応生成物は固体状態にあ
り基板表面上に堆積する。化学中間体及び最終反応生成
物を基板表面で混合し若しくは層化することによって、
つづく基板の加熱処理と同時にハイブリッド膜が形成さ
れた基板が得られる。ハイブリッド膜は優れた機械的強
度を有する多孔構造を有する。化学中間体の層及び最終
反応生成物の層を交互に形成することによって、生成さ
れるハイブリッド膜は深さが均一で機械的強度が優れて
いる。
【００７６】つづく処理は第1の一般的構成の処理と同
様に達成される。
様に達成される。
【００７７】低温プレートを使用しない構成との比較 本発明において、中間電極に加えて低温プレートが使用
される。第1の一般的構成で説明したように低温プレー
ト無しに中間電極のみを使って上部領域と下部領域を分
離することが可能である。しかし、低温プレートの使用
は以下に説明するように有利である。
される。第1の一般的構成で説明したように低温プレー
ト無しに中間電極のみを使って上部領域と下部領域を分
離することが可能である。しかし、低温プレートの使用
は以下に説明するように有利である。
【００７８】本発明の実施例を低温プレートを使用しな
い装置と比較したものが以下に要約されている（これは
単純な例であって、本発明を限定するものではない）。
い装置と比較したものが以下に要約されている（これは
単純な例であって、本発明を限定するものではない）。
【００７９】
【表１】 低温プレートを使用しない技術において、もし反応ガス
の総流量が増加したら、反応ガスはデポジション空間内
で十分に冷却され得ない。結果として、基板表面の温度
が上昇し低分子量の生成物が十分に液化できない。この
ため、反応ガスの総流量は200sccmを超えて増加でき
ず、ガス拡散効果が落ち、表面全体へのデポジションが
不可能になる。本発明の実施例において低温プレートを
使用して反応空間のサイズを減少させることによって、
ほぼ3000sccmの大流量とともに、反応ガスはデポジショ
ン空間内で十分に冷却され、固体粒子及び液体生成物は
基板全面に効果的に付着する。付加的に、大流量の条件
下でデポジションが可能であるため、膜は基板表面全体
で一様に形成される。
の総流量が増加したら、反応ガスはデポジション空間内
で十分に冷却され得ない。結果として、基板表面の温度
が上昇し低分子量の生成物が十分に液化できない。この
ため、反応ガスの総流量は200sccmを超えて増加でき
ず、ガス拡散効果が落ち、表面全体へのデポジションが
不可能になる。本発明の実施例において低温プレートを
使用して反応空間のサイズを減少させることによって、
ほぼ3000sccmの大流量とともに、反応ガスはデポジショ
ン空間内で十分に冷却され、固体粒子及び液体生成物は
基板全面に効果的に付着する。付加的に、大流量の条件
下でデポジションが可能であるため、膜は基板表面全体
で一様に形成される。
【００８０】他の技術との比較 遠隔プラズマ装置がリアクタ外部に取り付けられるとこ
ろの技術において、Ar及び酸素のような添加ガスが遠隔
プラズマ装置内に導入され、添加ガスを活性化するべく
高周波電力によってプラズマが励起され、活性化された
添加ガス及び異なる装置から導入された主原料ガスがリ
アクタ内部若しくはリアクタに導入される直前で混合さ
れ、リアクタ内部で膜が形成される。この場合も同様
に、主原料ガスはウエハ基板が載置されるところのリア
クタ内部で反応するように作られているため、反応用に
使用する空間と反応完了／デポジション用に使用する空
間を分離することは不可能である。
ろの技術において、Ar及び酸素のような添加ガスが遠隔
プラズマ装置内に導入され、添加ガスを活性化するべく
高周波電力によってプラズマが励起され、活性化された
添加ガス及び異なる装置から導入された主原料ガスがリ
アクタ内部若しくはリアクタに導入される直前で混合さ
れ、リアクタ内部で膜が形成される。この場合も同様
に、主原料ガスはウエハ基板が載置されるところのリア
クタ内部で反応するように作られているため、反応用に
使用する空間と反応完了／デポジション用に使用する空
間を分離することは不可能である。
【００８１】実験結果：第1の構成例１ 材料ガスとして20sccmのTEOS並びに添加ガスとして80sc
cmのO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び
8並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは入口12を通じて反応ガスとして反応チ
ャンバ4内に導入された（図２参照）。反応チャンバ4内
の圧力は真空ポンプでガスを常に排気することによって
2×103Paに維持された。300Wで13.56MHzのRF電力が上部
電極1に印加された。上部電極1、中間電極2及び下部ス
テージ3の温度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定
温度に調節された。下部ステージ3にセットされたウエ
ハ基板5は膜が形成された後熱処理用に真空容器内に挿
入され、N2雰囲気中で乾燥されHMDSによる疎水性処理が
実行された。これらの条件下で形成された膜の測定誘電
率は2.05であった。
cmのO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び
8並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは入口12を通じて反応ガスとして反応チ
ャンバ4内に導入された（図２参照）。反応チャンバ4内
の圧力は真空ポンプでガスを常に排気することによって
2×103Paに維持された。300Wで13.56MHzのRF電力が上部
電極1に印加された。上部電極1、中間電極2及び下部ス
テージ3の温度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定
温度に調節された。下部ステージ3にセットされたウエ
ハ基板5は膜が形成された後熱処理用に真空容器内に挿
入され、N2雰囲気中で乾燥されHMDSによる疎水性処理が
実行された。これらの条件下で形成された膜の測定誘電
率は2.05であった。
【００８２】例２ 材料ガスとして20sccmのジメチルジメトキシシラン(DM-
DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2並びに添加ガスとして100sccm
のO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び8
並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは入口12を通じて反応ガスとして反応チ
ャンバ4内に導入された。反応チャンバ4内の圧力は真空
ポンプでガスを常に排気することによって2×103Paに維
持された。800Wで13.56MHzのRF電力が上部電極1に印加
された。上部電極1、中間電極2及び下部ステージ3の温
度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定温度に調節さ
れた。下部ステージ3にセットされたウエハ基板5は膜が
形成された後熱処理用に真空容器内に挿入され、N2雰囲
気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性処理が実行され
た。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は1.90
であり、膜はほぼ10nm若しくはそれ以下の直径を有する
ナノ細孔を有し、ナノ粒子のサイズを表す中央直径はほ
ぼ1nmであった（日本の理学電機X線研究所の高強度X線
拡散散乱光学装置ATX-ETMによって得られた図５を参
照）。
DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2並びに添加ガスとして100sccm
のO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び8
並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは入口12を通じて反応ガスとして反応チ
ャンバ4内に導入された。反応チャンバ4内の圧力は真空
ポンプでガスを常に排気することによって2×103Paに維
持された。800Wで13.56MHzのRF電力が上部電極1に印加
された。上部電極1、中間電極2及び下部ステージ3の温
度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定温度に調節さ
れた。下部ステージ3にセットされたウエハ基板5は膜が
形成された後熱処理用に真空容器内に挿入され、N2雰囲
気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性処理が実行され
た。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は1.90
であり、膜はほぼ10nm若しくはそれ以下の直径を有する
ナノ細孔を有し、ナノ粒子のサイズを表す中央直径はほ
ぼ1nmであった（日本の理学電機X線研究所の高強度X線
拡散散乱光学装置ATX-ETMによって得られた図５を参
照）。
【００８３】例３ 材料ガスとして20sccmのジメチルジメトキシシラン(DM-
DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2並びに添加ガスとして100sccm
のO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び8
並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは反応ガスとして反応チャンバ4内に導
入された。反応チャンバ4内の圧力は真空ポンプでガス
を常に排気することによって2×103Paに維持された。パ
ルス変調された400Wで13.56MHzのRF電力が上部電極1に
印加された。上部電極1、中間電極2及び下部ステージ3
の温度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定温度に調
節された。下部ステージ3にセットされたウエハ基板5は
膜が形成された後熱処理用に真空容器内に挿入され、N2
雰囲気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性処理が実行
された。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は
1.90であった。
DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2並びに添加ガスとして100sccm
のO2、50sccmのAr及び50sccmのHeが供給装置6、7及び8
並びに流量調整器9、10及び11を通じて導入され、混合
され、混合ガスは反応ガスとして反応チャンバ4内に導
入された。反応チャンバ4内の圧力は真空ポンプでガス
を常に排気することによって2×103Paに維持された。パ
ルス変調された400Wで13.56MHzのRF電力が上部電極1に
印加された。上部電極1、中間電極2及び下部ステージ3
の温度はそれぞれ、170℃、50℃及び0℃の固定温度に調
節された。下部ステージ3にセットされたウエハ基板5は
膜が形成された後熱処理用に真空容器内に挿入され、N2
雰囲気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性処理が実行
された。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は
1.90であった。
【００８４】比較例 平行平板タイプのプラズマCVD法を使って低誘電率膜を
形成する実験が為された。図１は成膜実験に使用された
プラズマCVD装置の実施例を示す。下部ステージ102とし
て電気的に導体のφ250mmの円形プレートが使用され、
上部電極101として無制限数の細孔を有する電気的に導
体のφ250mmの円形プレートが使用され、これらのプレ
ートは平行に24mmの間隔で互いに対向して反応チャンバ
内に設置された。下部ステージ102の温度は常時400℃に
維持された。反応チャンバ104内のガスは真空ポンプを
使って常に排気され、圧力は決められた値に維持され
た。
形成する実験が為された。図１は成膜実験に使用された
プラズマCVD装置の実施例を示す。下部ステージ102とし
て電気的に導体のφ250mmの円形プレートが使用され、
上部電極101として無制限数の細孔を有する電気的に導
体のφ250mmの円形プレートが使用され、これらのプレ
ートは平行に24mmの間隔で互いに対向して反応チャンバ
内に設置された。下部ステージ102の温度は常時400℃に
維持された。反応チャンバ104内のガスは真空ポンプを
使って常に排気され、圧力は決められた値に維持され
た。
【００８５】成膜されるウエハ基板103は下部ステージ1
02にセットされ、120sccmのジメチルジメトキシシラン
(DM-DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2及び100sccmのHeが混合さ
れ、混合ガスは反応ガスとして上部電極101の細孔を通
じて反応チャンバ104内に導入された。反応チャンバ104
内の圧力は6.7×102Paに維持され、下部ステージ102は
電気的に接地され、ウエハ基板103上に膜を形成するべ
く1200Wで13.56MHzのRF電力が上部電極101に印加され
た。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は2.76
であった。
02にセットされ、120sccmのジメチルジメトキシシラン
(DM-DMOS)：(CH3)2Si(OCH3)2及び100sccmのHeが混合さ
れ、混合ガスは反応ガスとして上部電極101の細孔を通
じて反応チャンバ104内に導入された。反応チャンバ104
内の圧力は6.7×102Paに維持され、下部ステージ102は
電気的に接地され、ウエハ基板103上に膜を形成するべ
く1200Wで13.56MHzのRF電力が上部電極101に印加され
た。これらの条件下で形成された膜の測定誘電率は2.76
であった。
【００８６】実験結果：第２の構成例４ 材料ガスとして100sccmのジメチルジメトキシシラン(DM
-DMOS)：(CH3)2Si(OCH 3)2並びに添加ガスとして70sccm
のO2及び3000sccmのArが導入され、混合され、混合ガス
は入口110を通じて反応ガスとして反応チャンバ23内に
導入された。反応チャンバ23内の圧力は真空ポンプで空
気を常時排気することによって1.3×103Paに維持され
た。27MHzのRF電力はナノ粒子が高パワー工程で形成さ
れるところの高パワー（1200W）及び比較的低分子量を
有する生成物が低パワー工程で形成されるところの低パ
ワー（300W）を切替えることによって繰り返し上部電極
1に印加された。上部電極1は付与の200℃の温度に保た
れ、中間電極2は付与の200℃の温度に保たれ、低温プレ
ート30及び下部ステージ40の温度はそれぞれ、70℃及び
0℃に保たれた。デポジション後、下部ステージ40上に
載置されたウエハ基板5は熱処理用の真空容器内に挿入
された。N2雰囲気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性
処理が実行され、膜は基板表面全体に形成された。1MHz
の電圧をこれらの条件下で形成された膜に印加して測定
された誘電率は2.0であり、膜を構成するナノ粒子の直
径はほぼ10nm若しくはそれ以下であり、ナノ粒子のサイ
ズを表す中央直径はほぼ1nmであった。
-DMOS)：(CH3)2Si(OCH 3)2並びに添加ガスとして70sccm
のO2及び3000sccmのArが導入され、混合され、混合ガス
は入口110を通じて反応ガスとして反応チャンバ23内に
導入された。反応チャンバ23内の圧力は真空ポンプで空
気を常時排気することによって1.3×103Paに維持され
た。27MHzのRF電力はナノ粒子が高パワー工程で形成さ
れるところの高パワー（1200W）及び比較的低分子量を
有する生成物が低パワー工程で形成されるところの低パ
ワー（300W）を切替えることによって繰り返し上部電極
1に印加された。上部電極1は付与の200℃の温度に保た
れ、中間電極2は付与の200℃の温度に保たれ、低温プレ
ート30及び下部ステージ40の温度はそれぞれ、70℃及び
0℃に保たれた。デポジション後、下部ステージ40上に
載置されたウエハ基板5は熱処理用の真空容器内に挿入
された。N2雰囲気中で乾燥されながらHMDSによる疎水性
処理が実行され、膜は基板表面全体に形成された。1MHz
の電圧をこれらの条件下で形成された膜に印加して測定
された誘電率は2.0であり、膜を構成するナノ粒子の直
径はほぼ10nm若しくはそれ以下であり、ナノ粒子のサイ
ズを表す中央直径はほぼ1nmであった。
【００８７】上記結果は例３の結果と比較された。例３
において、膜はウエハの中心からほぼφ50mmの領域内で
のみ形成され、ウエハの内側より外側周辺には膜が形成
されなかった。
において、膜はウエハの中心からほぼφ50mmの領域内で
のみ形成され、ウエハの内側より外側周辺には膜が形成
されなかった。
【００８８】産業上の応用性 本発明を用いて、プラズマCVDを使って誘電率が2.5若し
くはそれ以下の低誘電率膜のデポジションが可能とな
る。次世代の高集積マイクロチップ用の絶縁膜としてこ
の低誘電率膜を使用することで、配線容量によって生じ
る遅延が低下され、マイクロチップの動作速度が実質的
に増加する。
くはそれ以下の低誘電率膜のデポジションが可能とな
る。次世代の高集積マイクロチップ用の絶縁膜としてこ
の低誘電率膜を使用することで、配線容量によって生じ
る遅延が低下され、マイクロチップの動作速度が実質的
に増加する。
【００８９】本発明（特に第２構成）のさまざまな実施
例 上述されたように、本発明はプラズマCVD装置に採用さ
れる。本発明は以下のさまざまな実施例を含み、各実施
例は単独若しくは２つ以上組み合わされて採用される。
例 上述されたように、本発明はプラズマCVD装置に採用さ
れる。本発明は以下のさまざまな実施例を含み、各実施
例は単独若しくは２つ以上組み合わされて採用される。
【００９０】１）プラズマCVDデポジション装置は、プ
ラズマが生成される上部空間と膜が形成される基板が載
置される下部空間との間の複数の細孔を有する少なくと
もひとつの導体プレート（中間電極）から成り、当該装
置は中間電極にわたるプラズマソースを有し、中間電極
の上部空間内のプラズマを励起し、ソースガスを反応さ
せ、中間電極より下の空間内に基板を載置し及び基板上
に生成物を付着するための構造から成る点、また下部空
間は中間電極の温度より低い温度を有する複数の孔を有
する低温プレートによって過渡空間及び無プラズマ空間
に分割される点に特徴を有する。
ラズマが生成される上部空間と膜が形成される基板が載
置される下部空間との間の複数の細孔を有する少なくと
もひとつの導体プレート（中間電極）から成り、当該装
置は中間電極にわたるプラズマソースを有し、中間電極
の上部空間内のプラズマを励起し、ソースガスを反応さ
せ、中間電極より下の空間内に基板を載置し及び基板上
に生成物を付着するための構造から成る点、また下部空
間は中間電極の温度より低い温度を有する複数の孔を有
する低温プレートによって過渡空間及び無プラズマ空間
に分割される点に特徴を有する。
【００９１】２）装置はひとつ以上の低温プレートによ
って形成されるひとつ以上の過渡空間を有する。
って形成されるひとつ以上の過渡空間を有する。
【００９２】３）反応空間は基板よりその直径が小さ
い。
い。
【００９３】４）装置は反応に寄与する材料ガス及び添
加ガスのようなすべてのガスをプラズマが励起される反
応空間内に導入するための構造から成る。
加ガスのようなすべてのガスをプラズマが励起される反
応空間内に導入するための構造から成る。
【００９４】５）装置は中間電極の上方に与えられる上
部電極を有し、13.56MHz若しくは27MHzのRF周波数電力
が上部電極と中間電極との間の反応空間内でプラズマを
励起するために上部電極に印加される。
部電極を有し、13.56MHz若しくは27MHzのRF周波数電力
が上部電極と中間電極との間の反応空間内でプラズマを
励起するために上部電極に印加される。
【００９５】６）上部電極は加熱機構を含む。
【００９６】７）上部電極は150℃若しくはそれ以上の
温度に制御される。
温度に制御される。
【００９７】８）上部電極は200℃若しくはそれ以上の
温度に制御されてもよい。
温度に制御されてもよい。
【００９８】９）中間電極は100℃若しくはそれ以上の
温度に制御される。
温度に制御される。
【００９９】１０）低温プレートは100℃若しくはそれ
以下の温度に制御される。
以下の温度に制御される。
【０１００】１１）装置は冷却ガスが中間電極と低温プ
レートとの間の過渡空間内に導入されるところの構造を
有する。
レートとの間の過渡空間内に導入されるところの構造を
有する。
【０１０１】１２）中間電極及び基板が載置される下部
ステージは同じ電気的ポテンシャル（電気的ポテンシャ
ルに差がない）を与えるよう電気的に接続されている。
ステージは同じ電気的ポテンシャル（電気的ポテンシャ
ルに差がない）を与えるよう電気的に接続されている。
【０１０２】１３）装置は1msec若しくはそれ以上の時
間のプリセット間隔の間にパワーを印加する第１工程
と、1msec若しくはそれ以上の時間のプリセット間隔の
間に第１工程で印加されたものより高いパワーを印加す
る第２工程を繰り返すよう動作する電源から成る。
間のプリセット間隔の間にパワーを印加する第１工程
と、1msec若しくはそれ以上の時間のプリセット間隔の
間に第１工程で印加されたものより高いパワーを印加す
る第２工程を繰り返すよう動作する電源から成る。
【０１０３】１４）装置は1msec若しくはそれ以上の時
間のプリセット間隔の間にパワーを断続的に印加する工
程を動作する電源から成る。
間のプリセット間隔の間にパワーを断続的に印加する工
程を動作する電源から成る。
【０１０４】１５）パワーは1msec若しくはそれ以下の
間隔で印加されるパルスラジオ周波数パワーである。
間隔で印加されるパルスラジオ周波数パワーである。
【０１０５】１６）装置は少なくともSi、C、H及びO元
素を含む反応ガスを使用して50nm若しくはそれ以下の直
径を有するナノ粒子を含む膜を形成する。
素を含む反応ガスを使用して50nm若しくはそれ以下の直
径を有するナノ粒子を含む膜を形成する。
【０１０６】１７）下部ステージは100℃若しくはそれ
以下の温度に制御される。
以下の温度に制御される。
【０１０７】１８）装置は熱処理を実行することで2.5
若しくはそれ以下の誘電率を有する低誘電率膜を形成す
る。
若しくはそれ以下の誘電率を有する低誘電率膜を形成す
る。
【０１０８】１９）非反応性ガスが過渡空間内に導入さ
れる。
れる。
【０１０９】本発明の思想から離れることなく多くの修
正が為され得ることは当業者の知るところである。した
がって、本発明の形式は例証に過ぎず、本発明の態様を
制限するものではないことが理解されるべきである。
正が為され得ることは当業者の知るところである。した
がって、本発明の形式は例証に過ぎず、本発明の態様を
制限するものではないことが理解されるべきである。
【図１】図１は、従来のCVD装置の側面略示図である。
【図２】図２は、本発明に従う装置の実施例の側面略示
図である。
図である。
【図３】図３は、本発明に従う中間電極の実施例を示す
平面図である。
平面図である。
【図４】図４は、膜のナノ細孔のサイズを測定するため
の高強度X線拡散散乱光学装置の略示図である。
の高強度X線拡散散乱光学装置の略示図である。
【図５】図５は、例２の細孔径の分布を示すグラフであ
る。
る。
【図６】図６は、本発明に従う装置の実施例の側面略示
図である。
図である。
【図７】図７は、本発明に従う装置の実施例の部分断面
略示図である。
略示図である。
1 上部電極 2 中間電極 3 下部ステージ 4 真空容器 5 ウエハ基板 6，7，8 ガス供給装置 9，10，11 流量調整器 12ガス入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兵頭 靖得 東京都多摩市永山６丁目23番１日本エー・ エス・エム株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 RR01 RR29 SS01 SS04 SS15 XX24 5F045 AA08 AB32 AC08 AC09 AC11 AC16 AC17 AD03 AD04 AE23 AF03 BB16 CB05 DC63 DP03 EB02 EF05 EH06 EH14 EH20 EJ02 EK26 EK30 GB05 HA16 5F058 BA20 BC02 BC20 BF07 BF25 BF27 BF29 BF37 BF39 BG03 BH04 BJ02
Claims (47)
- 【請求項１】プラズマ反応によって半導体基板上に薄膜
を形成するための方法であって、 半導体基板が下部ステージに載置されるところのプラズ
マCVD処理用反応チャンバ内に反応ガスを導入する工程
と、 基板表面から電荷を削減若しくは放電しながらプラズマ
反応によって基板上に薄膜を形成する工程と、から成る
方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記削減
若しくは放電は反応チャンバ内にプラズマ励起用の上部
領域と基板上に膜を形成するための下部領域を形成する
ことによって実行され、プラズマ励起を抑制するよう下
部領域には実質的に電気的ポテンシャルが印加されず、
それによって下部領域から電荷が削減される、ところの
方法。 - 【請求項３】請求項２に記載の方法であって、反応チャ
ンバの圧力は100〜5000Paである、ところの方法。 - 【請求項４】請求項２に記載の方法であって、上部領域
及び下部領域は反応ガスが通過する複数の細孔を有する
電気的導体の中間プレートによって分割され、中間プレ
ートと下部ステージとの間には実質的に電気的ポテンシ
ャルが印加されない、ところの方法。 - 【請求項５】請求項４に記載の方法であって、中間プレ
ート及び下部ステージは該中間プレート及び下部ステー
ジを同じ電圧に維持するよう電気的に接続されている、
ところの方法。 - 【請求項６】請求項３に記載の方法であって、反応ガス
は反応チャンバの上部領域内に導入されるソースガスか
ら成る、ところの方法。 - 【請求項７】請求項４に記載の方法であって、上部電極
は上部領域内の中間プレートの上方に配置され、プラズ
マは上部電極と中間プレートとの間で励起される、とこ
ろの方法。 - 【請求項８】請求項７に記載の方法であって、パルス変
調された電力が上部電極と中間プレートとの間に印加さ
れる、ところの方法。 - 【請求項９】請求項１に記載の方法であって、反応ガス
はSiから成る、ところの方法。 - 【請求項１０】請求項１に記載の方法であって、前記削
減若しくは放電は反応チャンバ内に存在する水蒸気分子
を基板上で凝結させ、それによって基板表面から電荷を
放電させるよう下部ステージの温度を低下させることに
よって実行される、ところの方法。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の方法であって、プラ
ズマは上部電極と下部ステージとの間で励起され、下部
ステージの温度は室温より低く、上部電極の温度は150
℃若しくはそれ以上である、ところの方法。 - 【請求項１２】請求項１０に記載の方法であって、水蒸
気分子は反応ガス中に存在する酸素及び水素から生成さ
れる、ところの方法。 - 【請求項１３】請求項３に記載の方法であって、前記削
減若しくは放電は反応チャンバ内に存在する水蒸気分子
を基板上で凝結させ、それによって基板表面から電荷を
放電させるよう下部ステージの温度を低下させることに
よって実行される、ところの方法。 - 【請求項１４】請求項１３に記載の方法であって、プラ
ズマは上部電極と下部ステージとの間で励起され、下部
ステージの温度は−10℃〜150℃の範囲であり、中間プ
レートの温度は50℃〜200℃の範囲であり、上部電極の
温度は100℃若しくはそれ以上であり、下部ステージの
温度は中間プレート及び上部電極の温度より低い、とこ
ろの方法 - 【請求項１５】プラズマ反応によって半導体基板上に薄
膜を形成するためのCVD装置であって、 反応チャンバと、 反応ガスを反応チャンバ内に導入するための反応ガス入
口と、 反応チャンバ内で半導体基板が載置される下部ステージ
と、 反応チャンバ内でプラズマを励起するための上部電極
と、 上部電極と下部ステージとの間に配置された複数の細孔
を有する電気的に導体の中間プレートであって、反応チ
ャンバの内部を上部領域及び下部領域に分割するところ
の中間プレートと、から成る装置。 - 【請求項１６】請求項１５に記載の装置であって、中間
プレート及び下部ステージは該中間プレート及び下部ス
テージを同じ電圧に維持するべく電気的に接続されてい
る、ところの装置。 - 【請求項１７】請求項１５に記載の装置であって、さら
に下部ステージ、中間プレート及び上部電極の温度をそ
れぞれ−10℃〜150℃、50℃〜200℃及び100℃若しくは
それ以上に制御する温度制御器から成る装置。 - 【請求項１８】シリコン含有ガスを使って請求項１の方
法により形成される膜であって、10nm若しくはそれ以下
の中央直径を有するナノ細孔を有し、2.5若しくはそれ
以下の低誘電率を有するところの膜。 - 【請求項１９】プラズマ反応によって半導体基板上に薄
膜を形成するためのCVD装置であって、 反応チャンバと、 反応ガスを反応チャンバ内に導入するための反応ガス入
口と、 反応チャンバ内で半導体基板が載置される、下部電極と
して機能する下部ステージと、 反応チャンバ内でプラズマを励起するための上部電極
と、 反応ガスが通過する複数の細孔を有する、上部電極の下
方に配置された中間電極であって、反応空間は上部電極
と中間電極との間に形成されるところの中間電極と、 反応ガスが通過する複数の細孔を有する低温プレートで
あって、前記低温プレートは中間電極と下方ステージと
の間に配置され、前記低温プレートは中間電極より低い
温度に制御され、中間電極と低温プレートとの間に過渡
空間が形成され、低温プレートと下方ステージとの間に
無プラズマ空間が形成される、ところの低温プレート
と、から成る装置。 - 【請求項２０】請求項１９に記載の装置であって、反応
空間の直径は下方ステージ上に載置されるべき基板の直
径より小さい、ところの装置。 - 【請求項２１】請求項１９に記載の装置であって、さら
に、ひとつ若しくはそれ以上の付加的な低温プレートか
ら成り、その間にひとつ若しくはそれ以上の付加的な過
渡空間が形成される、ところの装置。 - 【請求項２２】請求項１９に記載の装置であって、上部
電極は反応ガスが通過する複数の細孔を有する、ところ
の装置。 - 【請求項２３】請求項２２に記載の装置であって、反応
空間は絶縁体によって包囲されている、ところの装置。 - 【請求項２４】請求項２２に記載の装置であって、過渡
空間は絶縁体によって包囲されている、ところの装置。 - 【請求項２５】請求項１９に記載の装置であって、反応
空間内のプラズマを励起するために13.56MHz若しくは27
MHzのラジオ周波数電力が上部電極に印加される、とこ
ろの装置。 - 【請求項２６】請求項１９に記載の装置であって、上部
電極は150℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの装置。 - 【請求項２７】請求項２６に記載の装置であって、上部
電極は200℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの装置。 - 【請求項２８】請求項１９に記載の装置であって、中間
電極は100℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの装置。 - 【請求項２９】請求項１９に記載の装置であって、低温
プレートは100℃若しくはそれ以下の温度に制御され
る、ところの装置。 - 【請求項３０】請求項１９に記載の装置であって、冷却
ガスを過渡空間内に導入するよう中間電極と低温プレー
トとの間にガス出口が与えられる、ところの装置。 - 【請求項３１】請求項３０に記載の装置であって、冷却
ガスは非反応性ガスである、ところの装置。 - 【請求項３２】請求項１９に記載の装置であって、中間
電極及び下部ステージは同じ電気的ポテンシャルを与え
るよう電気的に接続されている、ところの装置。 - 【請求項３３】請求項１９に記載の装置であって、下部
ステージは100℃若しくはそれ以下の温度に制御され
る、ところの装置。 - 【請求項３４】プラズマ反応によって半導体基板上に薄
膜を形成するための方法であって、 反応ガスを反応チャンバの上部区画内に導入する工程
と、 上部電極と基板が載置される下部ステージとの間に電気
的パワーを印加することによって反応ガスを反応させる
よう上部区画内のプラズマを励起する工程と、 下部ステージと同じ電気的ポテンシャルを有し及び活性
化された反応ガスが通過する複数の細孔を有する中間電
極を上部電極の下方に設けることによって上部領域内に
プラズマを閉じ込める工程と、 中間電極と下方ステージとの間に配置され及び冷却され
た反応ガスが通過する複数の細孔を有する低温プレート
を中間電極よりも低温に制御することによって上部区画
の下方の区域を冷却する工程であって、中間電極と低温
プレートとの間に中間区画が形成される、ところの工程
と、 下部ステージを低温プレートより低温に制御する工程で
あって、低温プレートと下部ステージとの間に下部区画
が形成され、それによって反応生成物が基板上に堆積す
る、ところの工程と、から成る方法。 - 【請求項３５】請求項３４に記載の方法であって、プラ
ズマを励起するために13.56MHz若しくは27MHzのラジオ
周波数電力が上部電極に印加される、ところの方法。 - 【請求項３６】請求項３４に記載の方法であって、上部
電極は150℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの方法。 - 【請求項３７】請求項３６に記載の方法であって、上部
電極は200℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの方法。 - 【請求項３８】請求項３４に記載の方法であって、中間
電極は100℃若しくはそれ以上の温度に制御される、と
ころの方法。 - 【請求項３９】請求項３４に記載の方法であって、低温
プレートは100℃若しくはそれ以下の温度に制御され
る、ところの方法。 - 【請求項４０】請求項３４に記載の方法であって、冷却
ガスが中間区画内に導入される、ところの方法。 - 【請求項４１】請求項４０に記載の方法であって、冷却
ガスは非反応性ガスである、ところの方法。 - 【請求項４２】請求項３４に記載の方法であって、下部
ステージは100℃若しくはそれ以下の温度に制御され
る、ところの方法。 - 【請求項４３】請求項３４に記載の方法であって、プラ
ズマ励起工程は1msec若しくはそれ以上の時間のプリセ
ット間隔の間に上部電極に電力を印加する第１工程及び
1msec若しくはそれ以上の時間のプリセット間隔の間に
第１工程で印加されたものより高い電力を印加する第２
工程を繰り返すことから成る、ところの方法。 - 【請求項４４】請求項３４に記載の方法であって、プラ
ズマ励起工程は1msec若しくはそれ以上の時間のプリセ
ット間隔の間に電力を断続的に印加することから成る、
ところの方法。 - 【請求項４５】請求項３４に記載の方法であって、プラ
ズマ励起工程は1msec若しくはそれ以下の時間間隔でパ
ルスラジオ周波数電力を印加することから成る、ところ
の方法。 - 【請求項４６】請求項３４に記載の方法であって、反応
ガスは少なくともSi、C、H及びO元素を含む、ところの
方法。 - 【請求項４７】請求項３４に記載の方法であって、基板
上に形成された膜はつづく熱処理によって2.5若しくは
それ以下の誘電率を有する、ところの方法。
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