JP2004124206A - Deposition film forming method and deposited film forming system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種半導体デバイス等の製作に使用される堆積膜の形成方法及び堆積膜の形成装置に関し、特に、蒸着粒子をイオン化し、基板に堆積させるイオン化成膜法に関する堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
従来のイオン化成膜法は、イオンプレーティングに代表されるような、蒸発源から被成膜基体に向かって飛翔する原料原子(分子)を電子で叩く、直接電子衝撃法、基板表面でプラズマを生成、プラズマ中を原料原子が通過する際にイオンさせる、高周波基板バイアス法等でイオン化し、被成膜基体上に堆積させるものが広く実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、イオン化のために原料原子(分子)を直接電子衝撃するが、両者の衝突断面積が小さいことから、実際にイオン化するのは1%以下〜数%と言われている。
【0004】
ところが近年、イオン化成膜に求められる機能が、従来の膜質改善や基体との付着力の向上ばかりではなくなってきた。イオンビームとして基体上の任意の部位にだけ膜を形成するとか、任意の分布にビームを制御する等、原料原子(分子)のイオン化率が十分に高く、且つ均一にイオン化が起こっていなければ実現できないところまでニーズは高度化してきている。
【0005】
このような点に鑑み、本発明は原料原子(分子)のビームの断面方向の均一なイオン化の実現、またその結果としてのイオン化率の向上を目指す堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
少なくとも希ガスを含有するプロセスガスを用い、蒸発源より堆積膜形成用の原料粒子を蒸発させ、堆積膜形成用の基板に堆積膜を形成する堆積膜形成方法において、
前記希ガスを準安定励起状態として前記原料粒子と作用させ、また、前記原料粒子の飛翔空間におけるプロセスガスの供給箇所(供給口)に近接するか、もしくは前記基板側に配置された部材(電極、防着板等)を下記の表面電位に制御しながら堆積膜を形成することを特徴とする。
【0007】
0≧Vp−V
Vp:原料原子(分子)の飛翔空間における最大プラズマ電位
V :部材の表面電位
その際、前記希ガスが少なくともヘリウムを含有することを特徴とする。
【0008】
そして、排気手段を備えた真空容器中に、堆積膜形成用の基板、蒸発源、これらを囲うようにして配置された防着板、プロセスガス供給手段及びプロセスガス励起手段を有する堆積膜形成装置において、
前記プロセスガス励起手段に設けた励起ガス供給口に近接するか、もしくは前記基板側に、表面電位を制御可能な部材(電極、防着板等)を設けたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下では、請求項の作用に関して説明する。
【0010】
本発明の方法では、排気手段を備えた真空容器内に堆積膜の原料の蒸発源を設け、少なくとも希ガスを含有するプロセスガスを供給し、前記真空容器内の基板上に原料を供給する際、希ガスを準安定励起状態にし、原料原子(分子)に作用させることでペニング電離を起こさせるので、いわゆるイオン化成膜法による堆積膜の形成が実現する。
【0011】
希ガスの準安定励起状態のエネルギーとHe,Arの長寿命については、日刊工業新聞社発行(1986年)の「プラズマと成膜の基礎」小沼光晴著に、また、最近のHeの寿命については千葉大学、解良聡らの「有機超薄膜表面におけるヘリウム励起原子のsinglet−triplet conversion」日本物理学会第52回年会(1997、3月、名古屋)等で約9000秒と報告されている。
【0012】
供給口から原料原子の飛翔空間へ放出された準安定励起状態の希ガスは、その長寿命と高励起エネルギーにより、放出経路に存在する原料原子をペニング電離させ、イオンと電子のペアを生成させる。ところが、このイオン及び電子は、共に蒸発源〜基板方向に蒸発時の放出エネルギーを持つのみで、飛翔空間の断面方向に十分な運動エネルギーを持たない。従って、供給口以降、基板までの飛翔空間の断面の原料原子イオン分布は、前記供給口からの希ガスの放出経路を反映した極めて均一性の悪いものとなる。
【0013】
当然のことながら、このような原料原子のイオン化過程での拡散性の欠如は、原料原子のイオン化率の向上の妨げともなり、飛翔空間におけるイオンの拡散性の改善は、原料原子流をイオンビームと考えれば、ビーム断面のイオン分布の均一性の向上はもとより、ビームのイオン化率の向上という点において不可欠と言える。
【0014】
これらのことを考慮した結果、本発明においては、原料粒子の飛翔空間におけるプロセスガスの供給箇所(供給口)に近接するか、もしくは前記基板側に配置された部材(電極、防着板等)を下記の表面電位に制御することにより、電子の吸引電界を形成し、恒常的な電子の流れを作ることで、イオンをこの流れに乗せる両極性拡散を誘起するものである。
【0015】
0≧Vp−V
Vp:原料原子(分子)の飛翔空間における最大プラズマ電位
V :部材の表面電位
この結果、生成したイオンは、準安定励起状態の希ガスの拡散速度の最も低い方向(イオンの存在確率の最も低い方向)へ拡散することになり、均一で高効率なイオン化が実現する。
【0016】
また、本発明の方法では、他の希ガスに比べても、数千秒という格段に長い準安定励起状態寿命を持つヘリウムを用いることにより、原料原子(分子)に飛翔空間における準安定励起状態ヘリウムの分圧を著しく高めることが可能となり、原料原子(分子)のイオン化率を顕著に高めることが可能となる。
【0017】
さらに本発明の装置においては、排気手段を備えた真空容器中に、堆積膜形成用の基板、蒸発源、これらを囲うようにして配置された防着板、プロセスガス供給手段及びプロセスガス励起手段を有する堆積膜形成装置において、
前記プロセスガス励起手段に設けた励起ガス供給口に近接するか、もしくは前記基板側に、表面電位を制御可能な部材(電極、防着板等)が存在することにより、イオン化された原料原子(分子)が速やかに飛翔空間の断面方向について均一化する。
【0018】
【実施例】
以下、本発明に係る堆積膜形成方法の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【0019】
(実施例1)
本例では、図1に示した構成の堆積膜形成装置を用い、準安定励起状態のヘリウムガスを供給しながらのスパッタリング成膜法を行なった。原料分子の発生源にはスパッタリングターゲット104を用いた。また、準安定励起状態のヘリウムは次のように生成した。即ち、マイクロ波矩形導波管からサークル型スロットアレーマイクロ波導波管112へ電力を投入、サークル型導波管内では定在波が立ち、各スロットからマイクロ波放射が起こるが、本サークル型導波管112には各スロット部にチッ化アルミ製のテーパー型ガス放出管が内蔵されており、放出管内で準安定励起状態化したヘリウムが各スロットから放出される。ターゲット104から基板102に向かう原料原子はヘリウムの準安定励起原子や準安定励起状態ヘリウムと衝突し、やはり準安定励起状態化したアルゴンと衝突し、ペニング電離機構によりイオン化した。
【0020】
以下では、工程手順に従って説明する。
【0021】
(1)図1に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー103(浮遊電位)に、直径4インチのシリコンウエハー102をセットし、ウエハー上に形成した電極対(図5)のA部に最大プラズマ電位である4Vを、B部に電極にイオン引き込み電圧として−10Vをそれぞれ接地電位に対して印加し、真空容器101内を真空排気手段109により10‐4Pa以下に一度真空排気した。
【0022】
(2)引き続き排気を行ないながら、ガス導入管107からヘリウムガスを100sccm、115からアルゴンガスを100sccm導入し、排気バルブ108の開度を調整することで真空容器101の内圧を4.0Paに維持した。
【0023】
(3)次に、電子吸引電極電圧設定用電源114を5Vに設定した。
【0024】
(4)そして、イオン化原料加速電極電圧設定用電源111を100Vに設定した。
【0025】
(5)次に、その状態でサークル型スロットアレーマイクロ波導波管112へ不図示のマイクロ波電源からマイクロ波電力400Wを投入、各スロットから準安定励起状態のヘリウムの放出を開始させた。
【0026】
(6)上記(5)の状態で、基板102の直下150mmに設置された金ターゲット104に不図示の直流電源より直流電力500Wを投入し、蒸発速度が安定するのを待って、シャッター106を開き、基板102上に成膜を行なった。
【0027】
(7)成膜時間が2分を経過したところでシャッター106を閉じ、基板102を装置から取り出して、ウエハー基準面の膜除去を行ない、その後、触針式膜厚測定器にセットし、全ての電極対のA部及びB部(図5)の堆積膜厚測定を行なった。
【0028】
以下同様に電子吸引電極電圧設定用電源114の設定電圧を−10Vから5Vきざみに15Vまで順次増して成膜を行ない、その都度サンプル上の全ての電極対の堆積膜厚測定を実施した。
【0029】
堆積膜厚の測定値は、A部の膜厚をTa、B部の膜厚をTbとしたとき、全ての電極対について求めた堆積速度比Tb/(Ta+Tb)の平均値として整理し、イオン化の程度を表す指標とした。また、ウエハー内の堆積速度比の最大値をRmax、最小値をRminとしたとき、堆積速度比分布(Rmax−Rmin)/(Rmax+Rmin)をイオン化のバラツキを表す指標とした。
【0030】
それぞれの比の電子吸引電極電圧に対する依存性を図6に示す。
【0031】
図6から、本発明によれば良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0032】
(実施例2)
本例では、ヘリウムの替わりにアルゴンを用いた点が実施例1と異なる。また、ウエハー上に形成した電極対(図5)のA部にこの系における最大プラズマ電位である2Vを印加した他の点は全て実施例1と同様にした。
【0033】
堆積膜厚の測定値は実施例1と同様の処理をし、電子吸引電極電圧に対する依存性を図7に示す。
【0034】
図7から、準安定励起状態となる希ガスをアルゴンに替えることによっても、良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0035】
(実施例3)
本例では、図2に示した構成の堆積膜形成装置を用いた。原料の蒸発源を図1の装置のスパッタリングターゲットから抵抗加熱型ルツボ(内径、開口径共に8mm)に変更している点が実施例1と異なる。他の点は全て実施例1と同様にした。
【0036】
以下では、工程手順に従って説明する。
【0037】
(1)図2に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー203(浮遊電位)に、直径4インチのシリコンウエハー202をセットして、ウエハー上に形成した電極対(図5)のA部にこの系の最大プラズマ電位である5Vを、B部に電極にイオン引き込み電圧として−10Vをそれぞれ接地電位に対して印加し、真空容器201内を真空排気手段209により10‐4Pa以下に一度真空排気した。
【0038】
(2)引き続き排気を行ないながら、ガス導入管207からヘリウムガスを100sccm導入し、排気バルブ208の開度を調整することで真空容器201の内圧を4.0Paに維持した。
【0039】
(3)次に、電子吸引電極電圧設定用電源214を5Vに設定した。
【0040】
(4)そして、イオン化原料加速電極電圧設定用電源211を100Vに設定した。
【0041】
(5)次に、その状態でサークル型スロットアレーマイクロ波導波管212へ不図示のマイクロ波電源からマイクロ波電力400Wを投入、各スロットから準安定励起状態のヘリウムの放出を開始させた。
【0042】
(6)上記(5)の状態で、基板202の直下150mmに設置され、金0.5gを収容したルツボ304を約1460℃に加熱し、蒸発速度が安定するのを待って、シャッター206を開き、基板202上に成膜を行なった。
【0043】
(7)成膜時間が30秒を経過したところでシャッター206を閉じ、基板202を装置から取り出して、ウエハー基準面の膜除去を行ない、その後、触針式膜厚測定器にセットし、全ての電極対のA部及びB部(図5)の堆積膜厚測定を行なった。
【0044】
以下同様に電子吸引電極電圧設定用電源114の設定電圧を−10Vから5Vきざみに15Vまで順次増して成膜を行ない、その都度サンプル上の全ての電極対の堆積膜厚測定を実施した。
【0045】
堆積膜厚の測定値は実施例1と同様の処理をし、電子吸引電極電圧に対する依存性を図8に示す。
【0046】
図8から、原料の蒸発源をルツボに替えることによっても、良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0047】
(実施例4)
本例では、図3に示した構成の堆積膜形成装置を用いた。準安定励起状態の希ガスを放出するサークル型マイクロ波導波管312に形成されたスロットを、図1の装置の一段から、二段構成に変更している点が図1と異なる。他の点は全て実施例1と同様にした。
【0048】
堆積膜厚の測定値は実施例1と同様の処理をし、電子吸引電極電圧に対する依存性を図9に示す。
【0049】
図9から、サークル型マイクロ波導波管312に形成されたスロットを、図1の装置の一段から、二段構成に変更すことによって、一層良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0050】
(実施例5)
本例では、ヘリウムの替わりにアルゴンを用いた点が実施例4と異なる。また、ウエハー上に形成した電極対(図5)のA部にこの系における最大プラズマ電位である2Vを印加した他の点は全て実施例4と同様にした。
【0051】
堆積膜厚の測定値は実施例1と同様の処理をし、電子吸引電極電圧に対する依存性を図10に示す。
【0052】
図10から、準安定励起状態となる希ガスをアルゴンに替えることによっても、良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0053】
(実施例6)
本例では、図4に示した構成の堆積膜形成装置を用いた。原料の蒸発源を図3の装置のスパッタリングターゲットから抵抗加熱型ルツボ(内径、開口径共に8mm)に変更している点が実施例4と異なる。また、ウエハー上に形成した電極対(図5)のA部にこの系における最大プラズマ電位である5Vを印加した他の点は全て実施例4と同様にした。
【0054】
工程手順は全て実施例3と同様である。
【0055】
堆積膜厚の測定値は実施例1と同様の処理をし、電子吸引電極電圧に対する依存性を図11に示す。
【0056】
図11から、原料の蒸発源をルツボに替えることによっても、良好なイオン化及び,イオン分布の実現が可能であることが分かる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、従来の1%以下〜数%程度のイオン化で実現する、膜質改善や基体との付着力の向上を狙うものではなく、イオンビームとして基体上の任意の部位にだけ膜を形成するとか、任意の分布にビームを制御する等、原料原子(分子)のイオン化率が十分に高く、且つ均一にイオン化が起こっていなければ実現できない高度なニーズに対応するものであり、
本発明によれば、大面積の基板に対しても上記のような高度なイオン化成膜を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の一例を示す模式図である。
【図1B】図1Aのテーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管112を示す模式図である。
【図1C】図1Aのテーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管412を示す他の模式図である。
【図2A】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図2B】図2Aのテーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管212を示す模式図である。
【図3A】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図3B】図3Aのテーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管312を示す模式図である。
【図4A】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図4B】図4Aのテーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管412を示す模式図である。
【図5】本発明の実施例において使用した、シリコンウエハー上に形成した電極対の形状及び配置を示す模式図である.
【図6】本発明の実施例1に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【図7】本発明の実施例2に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【図8】本発明の実施例3に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【図9】本発明の実施例4に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【図10】本発明の実施例5に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【図11】本発明の実施例6に係る、イオン化の程度を表す、堆積膜の堆積速度比及び、イオン化のバラツキを表す、堆積速度比分布の電子吸引電極電圧依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
101,201,301,401 真空容器
102,202,302,402 基板(シリコンウエハー)
103,203,303,403 基板ホルダー
104,304 スパッタリングターゲット
204,404 ルツボ
205,405 ルツボ加熱用ヒータ
106,206,306,406 シャッター
107,207,307,407 希ガス導入管
108,208,308,408 排気バルブ
109,209,309,409 真空排気手段
110,210,310,410 イオン化原料加速電極
111,211,311,411 イオン化原料加速電極電圧設定用電源
112,212,312,412 テーパー型ガス放出管内蔵サークル型スロットアレーマイクロ波導波管
113,213,313,413 電子吸引電極
114,214,314,414 電子吸引電極電圧設定用電源
115,315 スパッタ用アルゴンガス導入管
116,216,316,416 防着部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a deposited film and an apparatus for forming a deposited film used for manufacturing various semiconductor devices and the like, and more particularly, to a method of forming a deposited film and a method of ionizing a deposited film on a substrate by ionizing deposited particles. The present invention relates to a film forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
The conventional ionization film forming method hits a raw material atom (molecule) flying from an evaporation source toward a substrate on which a film is formed, as typified by ion plating. What is ionized by a high-frequency substrate bias method or the like and is deposited on a substrate on which a film is to be formed has been widely put into practical use.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, the material atoms (molecules) are directly electron-impacted for ionization. However, it is said that the actual ionization is 1% or less to several% due to a small collision cross-sectional area between the two.
[0004]
In recent years, however, the functions required for ionized film formation have not only been improved in the conventional film quality and the adhesion to the substrate. If the ionization rate of the source atoms (molecules) is sufficiently high and the ionization is not uniform, such as forming a film only on an arbitrary part of the substrate as an ion beam or controlling the beam to an arbitrary distribution, it can be realized. Needs are becoming more sophisticated to the point where they cannot.
[0005]
In view of such a point, the present invention provides a deposited film forming method and a deposited film forming apparatus aiming at realizing uniform ionization of a beam of source atoms (molecules) in a cross-sectional direction of the beam and consequently improving the ionization rate. The purpose is to:
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A deposition film forming method of using a process gas containing at least a rare gas, evaporating source particles for deposition film formation from an evaporation source, and forming a deposition film on a substrate for deposition film formation,
The rare gas is caused to act on the raw material particles in a metastable excited state, and a member (electrode disposed near the process gas supply point (supply port) in the flight space of the raw material particles or on the substrate side) , A deposition-preventing plate, etc.) at the following surface potential to form a deposited film.
[0007]
0 ≧ Vp−V
Vp: maximum plasma potential in the flight space of source atoms (molecules) V: surface potential of the member At that time, the rare gas contains at least helium.
[0008]
Then, a deposition film forming apparatus having a deposition film forming substrate, an evaporation source, a deposition-preventing plate disposed so as to surround them, a process gas supply means and a process gas excitation means in a vacuum vessel provided with an exhaust means. At
A member (electrode, deposition plate, etc.) capable of controlling the surface potential is provided near the excitation gas supply port provided in the process gas excitation means or on the substrate side.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the operation of the claims will be described.
[0010]
In the method of the present invention, an evaporation source for a raw material of a deposited film is provided in a vacuum vessel provided with an exhaust unit, a process gas containing at least a rare gas is supplied, and the raw material is supplied onto a substrate in the vacuum vessel. Since the rare gas is put into a metastable excited state and caused to act on the source atoms (molecules) to cause Penning ionization, a deposited film is formed by a so-called ionization film forming method.
[0011]
The energy of the metastable excited state of the rare gas and the long life of He and Ar are described in "Basics of Plasma and Film Formation" by Mitsuharu Konuma, published by Nikkan Kogyo Shimbun (1986), and the recent life of He. Is reported to be about 9000 seconds at the 52nd Annual Meeting of the Physical Society of Japan (1997, March, Nagoya), etc., by "Single-triplet conversion of helium-excited atoms on the surface of an organic ultrathin film" by Chiyo University and Satoshi Ariyoshi.
[0012]
The metastable excited rare gas released from the supply port into the flight space of the source atoms penetizes the source atoms present in the emission path due to its long life and high excitation energy, and generates pairs of ions and electrons. . However, these ions and electrons only have emission energies during evaporation from the evaporation source to the substrate, but do not have sufficient kinetic energy in the cross-sectional direction of the flight space. Therefore, the distribution of the source atom ions in the cross section of the flight space from the supply port to the substrate becomes extremely poor in uniformity reflecting the discharge path of the rare gas from the supply port.
[0013]
Naturally, such a lack of diffusivity in the ionization process of the source atoms hinders an increase in the ionization rate of the source atoms. Therefore, it can be said that it is indispensable to improve the ionization rate of the beam as well as the uniformity of the ion distribution in the beam cross section.
[0014]
As a result of taking these facts into consideration, in the present invention, a member (electrode, deposition plate, or the like) that is close to the supply point (supply port) of the process gas in the flying space of the raw material particles or disposed on the substrate side Is controlled to the following surface potential to form an electron attraction electric field, and to create a constant electron flow, thereby inducing ambipolar diffusion in which ions are put on this flow.
[0015]
0 ≧ Vp−V
Vp: the maximum plasma potential in the flight space of the raw material atoms (molecules) V: the surface potential of the member As a result, the generated ions are in the direction in which the diffusion speed of the rare gas in the metastable excited state is lowest (the probability of the existence of ions is lowest) Direction), and uniform and highly efficient ionization is realized.
[0016]
Further, in the method of the present invention, by using helium, which has a much longer metastable excited state lifetime of several thousand seconds than other rare gases, a metastable excited state in a flight space is formed in a source atom (molecule). The partial pressure of helium can be significantly increased, and the ionization rate of the raw material atoms (molecules) can be significantly increased.
[0017]
Further, in the apparatus of the present invention, a substrate for forming a deposited film, an evaporation source, a deposition preventing plate disposed so as to surround these, a process gas supply unit, and a process gas excitation unit are provided in a vacuum vessel provided with an exhaust unit. In the deposited film forming apparatus having
The source atoms (ionized by ionization) due to the presence of a member (electrode, deposition plate, etc.) capable of controlling the surface potential near the excitation gas supply port provided in the process gas excitation means or on the substrate side Molecules) quickly become uniform in the cross-sectional direction of the flight space.
[0018]
【Example】
Examples of the method for forming a deposited film according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[0019]
(Example 1)
In this example, a sputtering film forming method was performed using the deposited film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 1 while supplying a helium gas in a metastable excited state. A sputtering
[0020]
Hereinafter, description will be given according to the process procedure.
[0021]
(1) In the apparatus shown in FIG. 1, first, a
[0022]
(2) Helium gas is introduced at 100 sccm from the
[0023]
(3) Next, the
[0024]
(4) Then, the
[0025]
(5) Next, in this state, 400 W of microwave power was supplied from a microwave power supply (not shown) to the circle-type slot
[0026]
(6) In the state of (5), 500 W of DC power is supplied from a DC power supply (not shown) to the
[0027]
(7) When the film formation time has passed 2 minutes, the shutter 106 is closed, the
[0028]
Similarly, the set voltage of the electron attraction electrode voltage setting
[0029]
The measured values of the deposited film thickness are arranged as an average value of the deposition rate ratio Tb / (Ta + Tb) obtained for all the electrode pairs, where the film thickness of the portion A is Ta and the film thickness of the portion B is Tb. The index was used to indicate the degree of When the maximum value of the deposition rate ratio in the wafer is Rmax and the minimum value is Rmin, the distribution rate ratio (Rmax−Rmin) / (Rmax + Rmin) was used as an index representing the variation of ionization.
[0030]
FIG. 6 shows the dependence of each ratio on the electron withdrawing electrode voltage.
[0031]
FIG. 6 shows that the present invention makes it possible to achieve good ionization and ion distribution.
[0032]
(Example 2)
This embodiment differs from the first embodiment in that argon is used instead of helium. All other points were the same as in Example 1 except that 2 V, which was the maximum plasma potential in this system, was applied to the portion A of the electrode pair (FIG. 5) formed on the wafer.
[0033]
The measured value of the deposited film thickness is treated in the same manner as in Example 1, and the dependence on the electron withdrawing electrode voltage is shown in FIG.
[0034]
From FIG. 7, it can be seen that good ionization and ion distribution can also be achieved by replacing the rare gas in the metastable excited state with argon.
[0035]
(Example 3)
In this example, the deposited film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 2 was used. The difference from the first embodiment is that the evaporation source of the raw material is changed from the sputtering target of the apparatus of FIG. 1 to a resistance heating type crucible (both the inner diameter and the opening diameter are 8 mm). All other points were the same as in Example 1.
[0036]
Hereinafter, description will be given according to the process procedure.
[0037]
(1) In the apparatus shown in FIG. 2, first, a 4-inch
[0038]
(2) Helium gas was introduced at 100 sccm from the
[0039]
(3) Next, the
[0040]
(4) Then, the power source 211 for setting the voltage of the ionizing material acceleration electrode was set to 100V.
[0041]
(5) Next, in this state, microwave power 400 W was applied from a microwave power supply (not shown) to the circle-type slot
[0042]
(6) In the state of (5) above, the
[0043]
(7) When the film formation time has passed 30 seconds, the shutter 206 is closed, the
[0044]
Similarly, the set voltage of the electron attraction electrode voltage setting
[0045]
The measured value of the deposited film thickness is treated in the same manner as in Example 1, and the dependence on the electron withdrawing electrode voltage is shown in FIG.
[0046]
From FIG. 8, it can be seen that good ionization and ion distribution can also be achieved by replacing the evaporation source of the raw material with a crucible.
[0047]
(Example 4)
In this example, the deposited film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 3 was used. 1 is different from FIG. 1 in that the slots formed in the circle-
[0048]
The measured value of the deposited film thickness is treated in the same manner as in Example 1, and the dependence on the electron withdrawing electrode voltage is shown in FIG.
[0049]
From FIG. 9, it is possible to realize better ionization and ion distribution by changing the slot formed in the circle-
[0050]
(Example 5)
This embodiment is different from the fourth embodiment in that argon is used instead of helium. The other points were the same as in Example 4 except that 2 V, which was the maximum plasma potential in this system, was applied to part A of the electrode pair (FIG. 5) formed on the wafer.
[0051]
The measured value of the deposited film thickness is treated in the same manner as in Example 1, and the dependence on the electron withdrawing electrode voltage is shown in FIG.
[0052]
From FIG. 10, it can be seen that good ionization and ion distribution can be realized by replacing argon with a rare gas that is in a metastable excited state.
[0053]
(Example 6)
In this example, the deposited film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 4 was used. Embodiment 4 is different from Embodiment 4 in that the evaporation source of the raw material is changed from the sputtering target of the apparatus of FIG. 3 to a resistance heating type crucible (both the inner diameter and the opening diameter are 8 mm). The other points were the same as in Example 4 except that 5 V, which was the maximum plasma potential in this system, was applied to the portion A of the electrode pair (FIG. 5) formed on the wafer.
[0054]
All the steps are the same as in Example 3.
[0055]
The measured value of the deposited film thickness is treated in the same manner as in Example 1, and the dependence on the electron withdrawing electrode voltage is shown in FIG.
[0056]
From FIG. 11, it can be seen that good ionization and ion distribution can also be achieved by changing the evaporation source of the raw material to a crucible.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the present invention does not aim at improving the film quality or the adhesion to the substrate, which is realized by ionization of 1% or less to several% of the conventional ion beam. It responds to advanced needs that cannot be realized unless the ionization rate of the source atoms (molecules) is sufficiently high and ionization occurs uniformly, such as by forming a film only on the surface or controlling the beam to an arbitrary distribution. Yes,
According to the present invention, it is possible to realize the above-described advanced ionization film formation even on a large-area substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a deposited film forming apparatus capable of performing a deposited film forming method according to the present invention.
FIG. 1B is a schematic view showing a circular slot
FIG. 1C is another schematic diagram showing the tapered gas discharge tube built-in circle slot
FIG. 2A is a schematic view showing another example of the configuration of a deposited film forming apparatus capable of performing the deposited film forming method according to the present invention.
2B is a schematic diagram showing the tapered gas discharge tube built-in circle slot
FIG. 3A is a schematic view showing another example of the configuration of a deposited film forming apparatus capable of performing the deposited film forming method according to the present invention.
FIG. 3B is a schematic view showing a circular slot
FIG. 4A is a schematic view showing another example of the configuration of a deposited film forming apparatus capable of performing the deposited film forming method according to the present invention.
FIG. 4B is a schematic view showing a circular slot
FIG. 5 is a schematic view showing the shape and arrangement of an electrode pair formed on a silicon wafer used in an example of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 1 of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 2 of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 3 of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 4 of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 5 of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the dependence of the deposition rate ratio distribution on the electron withdrawing electrode voltage, showing the degree of ionization, and showing the variation in ionization, according to Example 6 of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401
103, 203, 303, 403
Claims (3)
前記希ガスを準安定励起状態として前記原料粒子と作用させ、また、前記原料粒子の飛翔空間におけるプロセスガスの供給箇所(供給口)に近接するか、もしくは前記基板側に配置された部材(電極、防着板等)を、
0≧Vp−V
Vp:原料原子(分子)の飛翔空間における最大プラズマ電位
V :部材の表面電位
の表面電位に制御しながら堆積膜を形成することを特徴とする堆積膜形成方法。A deposition film forming method of using a process gas containing at least a rare gas, evaporating source particles for deposition film formation from an evaporation source, and forming a deposition film on a substrate for deposition film formation,
The rare gas is caused to act on the raw material particles in a metastable excited state, and a member (electrode disposed near the process gas supply point (supply port) in the flight space of the raw material particles or on the substrate side) , Proof plate, etc.)
0 ≧ Vp−V
Vp: the maximum plasma potential in the flight space of the raw material atoms (molecules) V: a deposition film forming method characterized by forming a deposition film while controlling the surface potential of the member to the surface potential.
前記プロセスガス励起手段に設けた励起ガス供給口に近接するか、もしくは前記基板側に、表面電位を制御可能な部材(電極、防着板等)を設けたことを特徴とする堆積膜形成装置。In a vacuum vessel provided with an exhaust means, a substrate for forming a deposited film, an evaporation source, a deposition prevention plate disposed so as to surround them, a deposited film forming apparatus having a process gas supply means and a process gas excitation means,
A deposition film forming apparatus characterized in that a member (electrode, deposition plate, etc.) capable of controlling the surface potential is provided near the excitation gas supply port provided in the process gas excitation means or on the substrate side. .
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