JP2014051738A - プラズマ生成を安定化させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続プロセスでプラズマ生成を安定化させる方法を提供する。
【解決手段】 連続プロセスでプラズマ生成を安定化させる方法は、上部電極と基板が置かれる下部電極との間にＲＦ電力のスパイクを印加する工程（スパイクはゼロ電力から始まって、スパイク電力へジャンプし、次にプラズマ生成不良となる程度に低いベース電力へと低下する）と、上部電極と下部電極との間に、ベース電力のＲＦ電力を、基板を処理するためにスパイクの期間より長い期間、連続して印加する連続印加工程と含み、スパイクは、プラズマ生成不良を減らすものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般的にプラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）や他のプラズマ励起堆積などにより、プラズマで基板を処理する方法に関して、プラズマを安定して生じさせる方法に関するものである。

ＰＥＡＬＤプロセスでは、例えば、ＲＦ電力は膜質を制御する重要なパラメータである。高ＲＦ電力は膜質を改善することができるが、いくつかの適用例では、極めて低いＲＦ電力が必要とされることがある。以下の三つの適用例は典型例である。

図１Ａは、固体拡散（ＳＳＤ）のためのホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）プロセスの概略図である。この処理において低ＲＦ電力が必要な理由は、高ＲＦ電力が印加された場合では、Ｓｉ基板へドーパントの注入がイオン衝撃により膜形成段階で生じてしまうからである。図１Ａに図示されているように、ＢＳＧ膜１が基板３上に形成されるとき、ホウ素が基板３に浸透し、基板３にホウ素拡散層２が形成される。成膜後にドーパントを基板拡散させたくない部分のＢＳＧ膜を除去し、その後熱処理を行うことにより不純物拡散を基板面内の所望の部位のみに行うことが出来る。しかし成膜中に拡散が生じてしまうと望まない部分にも不純物が拡散された状態となってしまう。リンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）処理にもまた、高ＲＦ電力が印加されるとき、上記と同様の問題がある。

図１Ｂは、下地層の酸化が望まれないＳｉＯプロセスの概略図である。このプロセスで低ＲＦ電力が望ましい理由は、高ＲＦ電力が印加されると、下地層の物質が酸素プラズマ、イオン衝撃及び／又はスパッタリングにより、膜形成段階で酸化されるからである。図１Ｂに示されているように、ＳｉＯ膜４がタングステン(Ｗ)層６の上で形成されるとき、Ｗ層６は酸化され、Ｗ層6に酸化層5が形成される。下地層がＷやＴｉＮ、又はＳｉＮのような膜を含む場合で、さらにＰＥＡＬＤ−ＳｉＯ膜がその上に堆積されている場合、下地層の物質がＰＥＡＬＤ−ＳｉＯ膜を形成するための酸素を含むプラズマにより酸化される。下地材料が酸化した場合、所望のデバイス特性が得られなくなってしまう。

図１Ｃは、フォトレジスト上の膜形成プロセスを示す概略図である。低ＲＦ電力が本プロセスで必要とされる理由は、高ＲＦ電力が印加されると、フォトレジストが酸素プラズマ、イオン衝撃及び／又はスパッタリングにより膜形成段階で酸化、又はエッチングされてしまうためである。図１Ｃに示されているとおり、ＳｉＯ膜７が下地層９の上に形成されたフォトレジスト８上に形成されるとき、フォトレジスト８は酸化又はエッチングされ、フォトレジスト８の寸法が減少する。ダブルパターニングプロセススキームでは、フォトレジスト上にＰＥＡＬＤ−酸化膜を堆積するとき、ＰＥＡＬＤ−酸化膜を形成するための酸素を含むプラズマが、下に位置するフォトレジストを酸化、エッチングし、またスパッタリングによりフォトレジストを縮小する。その結果、望ましい寸法をもつマスクパターンを得ることができない。

一方、低ＲＦ電力設定も問題を引き起こす。ＲＦ電力が低と、ＲＦ伝達回路の電力損失による影響、高周波整合機の整合点ズレへの敏感さ、反応チャンバ中の雰囲気の変化（例えば、内部堆積膜の厚さの変化による）等の影響を受け、時々、電極間電圧が放電開始電圧に達せず、プラズマ生成不良を引き起こしたり、プラズマ生成時間が短くなってしまうことが生じる。その結果、意図した処理結果（例えば、膜の厚さ又は均一性）を得ることができない。

この開示において、従来技術とその解決手段に関する議論は、本発明の内容を説明するために行ったものであって、この議論が本発明時に公知となっていたことを意味するものではない。

いくつかの実施形態は、基板上に行われる連続プロセスでのプラズマ生成を安定化させるための方法を提供し、該方法は、（ｉ）上部電極と基板が配置される下部の電極との間にＲＦ電力のスパイクを印加する工程（ここでスパイクはゼロ電力から始まってスパイク電力にジャンプし、そして、プラズマ生成困難となる程度に低いベース電力に落ちるものである。）と、（ｉｉ）基板を処理するために、スパイクの期間よりも実質的に長い期間の間、上部電極と下部電極との間にベース電力にてＲＦ電力を印加する工程とを含み、ここでスパイクは生成不良を減らすものである。

いくつかの実施形態では、ベース電力は放電開始電圧の近傍に設定される。いくつかの実施形態では、プラズマが生成した後、スパイクは終了するが、そのスパイクの終了は、スパイクのないベース電力で処理される膜と比較して、スパイクが基板上の膜に実質的な変化を引き起こす前になされる。

ＲＦ電力のスパイクの印加により、膜に実質的な変化を引き起こすことなく、プラズマ生成不良を著しく減らすることができる。

本発明の態様および従来技術を超えて達成される利点を要約する目的のために、本発明のある目的及び利点が本開示で説明される。もちろん、このような目的や利点のすべてが必ずしも本発明に係る任意の具体的な実施形態に従って達成されるわけではないことは理解されるであろう。従って、例えば、本明細書で教示し又は示唆する他の目的、利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示する一つの利点又は一群の利点を達成する又は最適にする方法で本発明を実施または実行することができることを、当業者は認めるであろう。

本発明のさらなる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明により明らかになろう。

本発明のそれらの特徴または他の特徴は、本発明の図示を意図し、限定を意図しない好適実施形態の図面を参照して説明される。図面は説明の目的で非常に単純化され、尺度も必ずしも一致しない。

図１Ａは、固体拡散（ＳＳＤ）のためのホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）プロセスの概略図である。 図１Ｂは、下地層の酸化が望ましくないＳｉＯプロセスの概略図である。 図１Ｃは、フォトレジスト上での膜形成プロセスの概略図である。 図２Ａは、基板を処理するために電極に印加されるＲＦ電力の従来のパターンを示す。 図２Ｂは、本発明の実施形態に従った、基板を処理するために電極に印加されるＲＦ電力のパターンを示す。 図３は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）がＰＥＡＬＤによってSi基板上に堆積されたとき、Si基板に拡散したホウ素の濃度を示す二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を表すグラフである。 図４は、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）のための装置の概略図を示し、本発明の実施形態に従ったプラズマ生成を示す変数も併せて示す。 図５Ａ（通常のプラズマ生成）、図５Ｂ（プラズマ生成不良）及び図５Ｃ（スパイクを伴ったプラズマ生成）は、本発明の実施形態に従ったプラズマモニタリング（プラズマモニター）と印加されたＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）の出力を示すグラフである。 図６（通常のプラズマ生成）、図６Ｂ（プラズマ生成不良）及び図６Ｃ（スパイクを伴ったプラズマ生成）は、本発明の実施形態に従って印加されたＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）に応答するＶｄｃ及びＶｐｐの出力を示すグラフである。 図７は、本発明の実施形態に従ったＲＦ電力の印加のタイミングチャートである。 図８は、本発明の実施形態に従ったＲＦ電力の印加の改善されたタイミングチャートである。 図９は、本発明の実施形態に従ってＲＦ電源を制御する制御スキームを略示する。 図１０は、本発明の実施形態に従ったスパイクＲＦモードのシーケンスを示すフローチャートである。 図１１は本発明の実施形態に従ったスパイクＲＦモードのシーケンスの一部を示すフローチャートである。

この開示では、“ガス”は、気化した固体及び／又は液体を含んでもよく、一つのガス又はガスの混合物によって構成されてもよい。この開示において、プリカーサ、反応ガス、他の添加ガスは、ガスのタイプに関して、互いに異なっても、或いは相互に相いれないものであってもよく、すなわち、これらのカテゴリーの中で、ガスの重複がない。ある実施形態では、“膜”は、全ターゲット又は当該表面を覆うための、ピンホールのない実質的に厚さ方向に対して垂直な方向に連続して伸長する層、又は単に、ターゲット又は当該表面を覆う層を示す。また、ある実施例では、“層”は、表面または膜と同義のものの上に形成された特定の厚さを有する構造を示す。膜又は層が、特定の特徴をもつ個別膜又は層、又は複数の膜又は層により構成されてもよく、隣接した膜又は層の境界は明りょうであっても、明りょうでなくともよく、物理的、化学的、及び／又は他の特徴、形成プロセス又はシーケンス、及び／又は隣接する膜又は層の機能又は目的に基づいて確立されてもよい。本開示において、「一つの」は、一つの種又は複数の種を含む一つの属に言及したものである。さらに、本開示において、変数のいずれの二つの数も、その変数の実行可能な範囲（該実行可能な範囲はルーティンワークに基づいて決定され得る）を構成する場合があり、示されるいずれの範囲も、端点を含む場合があり除く場合もある。さらに、示される変数のいずれの値も、いくつかの実施形態において、正確な値又は近似の値に言及するものであり、等価なものを含み、平均値、中央値、代表値、過半数等を参照する場合がある。

条件及び／又は構造が特定されない本開示では、当業者は本開示に鑑み、一連の実験の方法として、そのような条件及び／又は構造を容易に提供することができる。

開示された実施形態の全てにおいて、実施形態に使用されるいずれの要素も、意図した目的のために、本明細書において明示的に、必然的に、または本質的に開示される同等のいずれかの要素に置き換えることができる。さらに本発明は、装置及び方法に等しく適用することができる。

本開示において、いくつかの実施形態では、定義されたいずれの意味も、必ずしも通常及び慣例の意味を排除しない。

上述のように、いくつかの実施形態は、基板上に行われる連続プロセスでのプラズマ生成を安定化させるための方法を提供し、該方法は、（ｉ）上部電極と基板が配置される下部の電極との間にＲＦ電力のスパイクを印加する工程（ここでスパイクはゼロ電力から始まってスパイク電力にジャンプし、そして、プラズマ生成不良となる程度に低いベース電力に落ちるものである。）と、（ｉｉ）基板を処理するために、スパイクの期間よりも実質的に長い期間の間、上部電極と下部電極との間にベース電力でもってＲＦ電力を印加する工程とを含み、ここでスパイクはプラズマ生成不良を減らすものである。この開示では、“連続的”処理は、ＲＦ電力が同じ層を処理するため、同じ層を形成するために、又は物理的に若しくは化学的に同じ反応を行うため印加されるプロセス、又はこれらと同等の意味を示す。さらに、この開示では、“連続的に”とは、真空状態の中断を行わずに、一連の時間の経過の中断を行わずに、ＲＦ関連条件を除いた条件の変更を行わずに、二つの構造の間で物理的又は化学的な境界を生じさせずに、または上記と同等の意味を示す。この開示において、“スパイク”はＲＦ電力の鋭い瞬間的な増加、又はＲＦ電力において鋭く上昇し、その後に鋭くまたは階段状に減少するものを示す。スパイクの形状は典型的には棒状でもよいが、尖ったもの、又は階段状のものでもよい。スパイクの期間は、ベース電力が印加される処理の期間よりも実質的に短い。この開示では、“実質的により短い”、“実質的により長い”、“実質的に異なる”等は、重大な違い又は１／１００、１０／１００、５０／１００、９０／１００又は実施態様において任意の範囲といった、当業者により認められる違いを示す。

いくつかの実施形態では、ベース電力は放電開始電圧の近傍に設定される。この開示では、“放電開始電圧”は、ガス中の電極間に、自立的放電、即ち外部励起源なしで維持できる放電を生じさせるのに必要な最小の電位を示す。自立的放電は、電極間のギャップで生ずる励起プロセスにより維持される。電圧が放電開始電圧より低いとき、放電は開始されず、その電圧が放電開始電圧であるとき、生成不良が起こるとしても、放電は起こり得る。放電開始電圧の大きさは、ガスの性質及び圧力により、電極の材質、形状及び表面の状況により、さらに電極間のギャップなどにより決定される。当業者であれば、放電が開始するどうかに基づいて、電圧が放電開始電圧より高いかどうかを容易に決定できるとしても、放電開始電圧の正確な値は、それがガスのタイプ、圧力、電極やリアクタの形状などにより影響を受けることから、正確に特定することは容易ではない。その電圧が、放電が開始する放電開始電圧より高いと仮定できるので、この開示では、その電圧は、放電が開始する放電開始電圧より高いと仮定され、生成不良が起こる比率が、例えば、約０％より高い、約２０％から約９０％、又は約２０％から約５０％ときに、“放電開始電圧の近傍”にあると仮定される。生成不良が起こる比率とは、ＲＦ電力が電極に印加される全回数に対してプラズマが遅れることなく発生する回数の比率として定義される。電極間の電位及びそれらの間に印加されるＲＦ電力はある程度相互に関連し、電極間に印加されるＲＦ電力がゼロから上昇するとき、プラズマはＲＦ電力が放電開始電圧に対応する値に達するときに発生する。いくつかの実施態様では、ＲＦ電力が、生成不良が起こる比率が、約０％より高い、約２０％から約９０％（又は約２０％から約５０％）であるようなとき、ＲＦ電力は“放電開始電圧の近傍に設定されたベース電力”である。スパイク電力はベース電力より大きく、ある実施形態では、スパイク電力は、生成不良が起こる比率が約２０％未満、約１０％以下又は５％以下であるようなものである。スパイクはゼロ電力から始まって、スパイク電力へジャンプし、そして放電開始電圧の近傍に設定されたベース電力に低下する。

いくつかの実施形態では、ベース電力はプラズマ生成不良が起こる程度に低いものである。いくつかの実施形態では、ベース電力は、下部電極の面積当たり約０．１２Ｗ／ｃｍ^２未満で、スパイク電力は約０．１２Ｗ／ｃｍ^２を超える。いくつかの実施形態では、ベース電力は、下部の電極の面積当たり約０．０１２Ｗ／ｃｍ^２を超え、又は０．０２４Ｗ／ｃｍ^２超える。ベース電力が非常に低いと、プラズマはそれが一旦生成されるにせよ消滅してしまう。いくつかの実施形態では、スパイク電力は、下部電極の面積当たり、約０．３６Ｗ／ｃｍ^２以下、又は０．２４Ｗ／ｃｍ^２以下である。スパイク電力が短時間、電極の間に印加されると、続くベース電力は、ベース電力が放電開始電圧の近傍に設定されているときでも、生成不良が起こる比率が低いプラズマを維持することができる。いくつかの実施形態では、スパイクを伴わないベース電力の使用を除き、同じく処理される膜と比較して、スパイクが基板上の膜に実質的な変化を生じさせる前に、スパイクは終わる。スパイクの期間があまりに長いと、背景技術で述べたように、高電力による不都合な効果が基板にもたらされる。しかし、その期間が短いならば、スパイクは、不都合な効果をもたらすことなく、プラズマ生成を改善し、生成不良が起こる比率を低下させる。

いくつかの実施形態では、スパイクはプラズマ生成を改善するためにプラズマが生成された後、終了する。しかし、前述のとおり、スパイクの期間は、不都合な効果の発生を妨げるために、短くされる。いくつかの実施形態では、スパイクはスパイクの開始の約５０ミリ秒未満、典型的には約２０ミリ秒未満以内（例えば、約１０ミリ秒から約２０ミリ秒）で終了する。いくつかの実施形態では、スパイクはプログラムを使用して制御することができる予め設定された時間の範囲内で終了する。

図２Ａは、基板を処理するために電極に印加されるＲＦ電力の従来のパターンを図示し、ここでＲＦ電力は開始のゼロミリ秒から終了となる２００ミリ秒まで５０Ｗで一定である。この５０Ｗの電力は、放電開始電圧の近傍の電力に対応する。すなわち、その電力は非常に低く、そのため生成不良が起こる確率が非常に高いものである（例えば、２０％以上）。図２Ｂは、本発明の実施形態に従った、基板を処理する電極に印加されるＲＦ電力のパターンを図示するもので、この場合、開始時にＲＦ電力の大きさは２００Ｗにジャンプし、２０ミリ秒後に、ＲＦ電力の大きさは５０Ｗに低下しスパイクを構成する。その後、ＲＦ電力は２００ミリ秒で終了するまで、５０Ｗに維持される。スパイク電力は高く、その結果、プラズマ生成不良が起こる確率は低い（例えば、２０％未満）。この実施形態では、５０Ｗはベース力電力であり、２００Ｗはスパイク電力である（すなわち、スパイク電力はベース電力の４倍となっている）。いくつかの実施形態では、スパイク電力は、ベース電力の約１．５倍から１０倍となる場合がある。スパイクの期間は非常に短いので、スパイク電力は、スパイクが実施されない場合と比較して基板に重大又は相当なダメージを与えることがない。

典型的に、ＲＦ電力の大きさはアナログ信号を使って制御され、ＲＦ電力のオン／オフの切り換えはデジタル信号を使って制御される。図７は、本発明の実施形態に従った、ＲＦ電力の印加のタイミングチャートで、ここで、ＲＦ電力がオンにされると（“ＲＦ−ＯＮ”）、デジタル信号はトリガーとして使用され、その信号に対するＲＦ電力のアナログ信号が出力される。しかし、もともと、アナログ信号開始時の遅れ（“ＡＳＤ”）が、スパイク電力（“ＳＰ”）に達する前に起こる。さらに、後述のとおり、スパイクの期間は５０ミリ秒の倍数にのみ設定できる（例えば、ＲＦ電源の制御器（アナログ・デジタルシステム）とモジュール制御器（プロセスモジュール制御器）との間の通信についての交信容量による）。したがって、図７に示されているように、スパイクの期間（又はスパイク時間“ＳＴ”）の期間は最低限の５０ミリ秒で設定される。スパイクの後、ＲＦ電力はベース電力（又は通常のＲＦ電力「ＲＦＰ」）に維持される。

図９は、本発明の実施例に従ってＲＦ電源（“ＲＦＧｅｎ”）９４を制御する制御スキームの概要を図示する。主要制御ユニット（“ＵＰＣ”）９１（制御器）は、例えば、伝送制御プロトコル（“ＴＣＰ”）とインターネットプロトコル（“ＩＰ”）を使ってプロセスモジュール制御器（“ＰＭＣ”）９２と通信する（プロセスモジュール制御器はＲＦ電源９４を制御するためのプロセスモジュールを含む。）。例えば、プロセスモジュール制御器９２は、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（データ交換のための制御装置を相互接続するためにオートメーション産業で使われているネットワークシステム）を介して、アナログ・デジタルシステム（“ＡＤＳ”）９３と通信する。アナログ・デジタルシステム９３（プロセスモジュール制御器９２とＲＦ電源９４のＩ／Ｏインターフェースボードの間に位置する）は、プロセスモジュール制御器９２から制御コマンドを受け取り、そのコマンドのデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビットシーケンスを個々のデジタル出力ポートへと出力する。アナログ・デジタルシステム９３も、ＲＦ電源９４からのアナログおよびデジタル信号を変換し、それらをプロセスモジュール制御器９２に出力する。プロセスモジュール制御器９２はすべてのアナログ出力とデジタル出力セッティングをアナログ・デジタルシステム９３に５０ミリ秒毎に出力し、アナログ・デジタルシステム９３はすべてのアナログ入力とデジタル入力の現在値をプロセスモジュール制御器９２に５０ミリ秒毎に出力する。上記のデータボリュームが非常に大きいので、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔは、プロセスモジュール制御器９２とアナログ・デジタルシステム９３との間で、５０ミリ秒毎以上に頻繁にデータを送ることができない。ＲＦ電力の大きさはアナログ信号を使って制御され、さらにＲＦ電力のオン／オフの切り換えはデジタル信号を使って制御されるので、スパイクが従来の制御システムを使って制御されるならば、図７に図示されているように、スパイクの開始でのアナログ信号の遅れ（ＡＳＤ）及び５０ミリ秒の倍数で設定されるスパイクの期間（ＳＴ））は必然的なものである。

しかし、いくつかの実施態様では、アナログ・デジタルシステムボードで、オン／オフの切換信号、ＲＦ電力、スパイク電力、スパイク時間及びベース電力をパラメータとして設定することにより、アナログ・デジタルシステムボードは、ＲＦ電力オン信号をトリガーとして使用するときに、ミリ秒でスパイクを制御することができる。さらに、ＲＦ電力がオフに切り替わったとき、スパイク電力を出力電力として設定することにより、アナログの信号の遅れを避けることができる。図８は、本発明の実施形態に従った上記を表すＲＦ電力印加のタイミングチャートである。この実施形態では、スパイクのタイミングはＲＦ電力のオン／オフ切り換え、並びにスパイク電力（ＳＰ）及びスパイク時間（ＳＴ）のデジタル信号によって制御される。スパイク電力はゼロを超える（すなわち、ベース電力を超える）設定値（スパイク電力の大きさ）をもち、そして連続プロセスの前（図８において、−５０〜０ミリ秒）に始まっていて、連続プロセスでのスパイクの間（ＳＴ，図８において、０〜２０ミリ秒）も続き、連続プロセスの後（図８において、２００〜２５０ミリ秒）に再開する一方で、連続プロセス中のスパイクの終わりに、ゼロ（つまり、ベース電力）で開始し、連続プロセスの終わりまで（図８において、２０〜２００ミリ秒）続くパラメータとして使用される。スパイク電力（ＳＰ）は、ＲＦ電力オンオフ信号及び設定値をもつスパイク時間により規制されるが、パラメータ（タイマーがスパイクの始まりからカウントを開始し、設定時間が終えるまで（図８において０ミリ秒〜２０ミリ秒）カウントを続ける）として使用される。図８において、ＲＦ電力がオフで、スパイク時間のタイマーが−５０ミリ秒から０ミリ秒までの時間の間でまだカウントを開始していない時、スパイク電力の信号は出力される。スパイク電力の信号は出力されるが、ＲＦ電力がオフであるので、ＲＦ電力の印加はない。ＲＦ電力がオンで、スパイク時間のタイマーが０ミリ秒から２０ミリ秒までの時間の間カウントしているとき、スパイク電力の信号は出力される。０ミリ秒から２０ミリ秒までの時間の間、ＲＦ電力がオンであり、さらにスパイク電力が出力されるので、スパイク電力の印加がある。ＲＦ電力がオンで、スパイク時間のタイマーが２０ミリ秒から２００ミリ秒までの時間の間でカウントを終了するとき、スパイク電力の信号の出力はない。つまり、ベース電力が出力される。ＲＦ電力がオンであるので、ベース電力の印加はある。ＲＦ電力がオフで、スパイク時間のタイマーが２００ミリ秒から２５０ミリ秒の時間の間でカウントを終了しているとき、スパイク電力の信号は出力される。スパイク電力の信号は出力されるが、ＲＦ電力がオフとなっているので、ＲＦ電力の印加はない。ＲＦ電力は、０ミリ秒のときオンであり、スパイク電力の信号はすでに出力されているので、スパイクは発生する。かくして、スパイクの開始のときに、スパイク電力のパラメータ値の変化が除かれることにより、アナログの開始遅れなしで、スパイクは開始する。この実施形態では、スパイクのタイミングは、ＲＦ電力のオン／オフの信号、スパイク電力及びスパイク時間によって制御される（スパイク時間は設定値をもち、そしてＲＦ電力がオンとなったときカウントを開始し、その設定値が終わるまでカウントを続けるパラメータとして使用され、またスパイク電力は設定値をもち、そしてＲＦ電力のオンオフ信号及びスパイク時間により規制されるパラメータとして使用される（スパイク電力の信号は、ＲＦ電力がオフの間、またはスパイク時間のカウントが行われている間、出力され、スパイク電力の信号は、ＲＦ電力がオンではあるがスパイク時間のカウントが停止している間、出力されない。）。

この実施形態において、前述のとおり、ＲＦ電力が０ミリ秒でオンとなるとき、スパイク電力のパラメータは、値がゼロから設定される値まで上昇することを無くすために、スパイクに対して設定値を既に有しており、このことにより、アナログ開始遅れが除去される。さらに、設定されたスパイク時間が終わったとき、プロセスモジュール制御器から出力されるスパイクを終了させる信号を待つことなくスパイクは終了し、したがって、スパイクの期間をミリ秒で設定することができる。

図８に図示されるそれのようなスパイク制御は、図１０に図示されるフローチャートで示されているように実行されるプログラムを使用して達成することができる。いくつかの実施形態において、パラメータは下記の表1で示されているように定めることができる。

最初に、アナログデジタルシステム（ＡＤＳ）はデジタル出力及びアナログ出力（ＤＯ／ＡＯ）信号を、必要ならばＤｅｖｉｃｅＮｅｔ（ステップ１）を介してプロセスモジュール制御器（ＰＭＣ）から取得する。ＡＤＳ及びＰＭＣは、制限されたデータ伝送能力のために、例えば、５０ミリ秒以下毎に互いに通信することができない場合がある。次に、スパイク電力の設定値がゼロであるかどうか（ステップ２）、およびスパイク時間の設定値がゼロであるかどうか（ステップ３）が決定される。どちらの値もゼロでないならば、スパイクＲＦモードが起動する。そして、ＲＦ電力がオンであるかどうか（ステップ４）が決定される。図８に図示されるように、ＲＦ電力のオン／オフ切り換えは別に制御される。ＲＦ電力が、例えば、−５０ミリ秒から０ミリ秒まで、または２００ミリ秒から２５０ミリ秒までの時間の間（図８）オンではない場合、ＲＦ−ＯＮのＤＯ信号がオフとなり（ステップ５）、スパイクＲＦモードの状況は「非動作中」に設定される。つぎに、ＲＦ電力がオンである時いつでもスパイクを行えるように、スパイクＲＦ電力（スパイク電力）の値がＲＦ電力の出力として設定される（ステップ７）（ＲＦ電力が遅れなしでスパイク電力へとジャンプすることができる。）。その後、全てのＤＯ信号及び全てのＡＯ信号が、ＡＤＳからＲＦ電源へ出力され（ステップ８及び９）、ＲＦ電源が制御される。ステップ９（ここで、ＲＦ電源がデジタル及びアナログ信号を使って操作される。）の後、ステップ１に戻って、上記シーケンスが繰り返される。

ステップ４で、イエスの場合、すなわち、ＲＦ電力がオンである場合、ＲＦ−ＯＮのＤＯ信号がオンに設定される（ステップ１０）。つぎに、スパイクＲＦモードが「動作中」かどうかが決定される（ステップ１１）。ノーである場合、すなわち、スパイクＲＦモードが「非動作中」である場合、スパイクＲＦモードが完了しているかどうかが決定される（ステップ１２）。ノーである場合、スパイクＲＦ電力モードの状態は、「動作中」に設定され（ステップ１３）、スパイク時間タイマーは、例えば、０ミリ秒のときに（図８）カウントを開始する（ステップ１４）。スパイクＲＦ電力（スパイク電力）の値が、すでにＲＦ電力の出力として設定されており（ステップ７）、ステップ８及び９がその後に続き、その結果ＲＦ電力が遅れなしでスパイクＲＦ電力の設定値へジャンプすることができる。

ステップ１２で、イエスの場合、すなわち、スパイクＲＦモードが、例えば、２０ミリ秒から２００ミリ秒まで時間の間（図８）、完了している場合、通常のＲＦ電力（ベース電力）の値がＲＦ電力の出力として設定され（ステップ１７）、ステップ８と９が続く。

ステップ１１で、イエスの場合、すなわち、スパイクＲＦモードが「動作中」である場合、スパイクＲＦモード（スパイクＲＦ動作時間）が終わっているかどうかが決定され（ステップ１５）、例えば、０ミリ秒から２０ミリ秒の時間の間（図８）、また終わっていない場合、スパイクＲＦ電力の設定値が適用されているように、ステップ７、８及び９が実行される。ステップ１５で、スパイクＲＦモードが、例えば、２０ミリ秒（図８）で終了している場合、スパイクＲＦモードの状態は、「完了」に変わる（ステップ１６）。次に、通常のＲＦ電力（ベース電力）の値が、ＲＦ電力の出力として設定され（ステップ１７）、ステップ８及び９が続く。

ステップ２及び３で、スパイク電力又はスパイク時間のいずれかがゼロの場合、図１１に図示されているように、通常のＲＦモードが起動する。つまり、ＲＦ電力がオンであるかどかが決定される（ステップ１８）。イエスである場合、ＲＦ−ＯＮのＤＯ信号がオンに設定され（ステップ１９）、通常のＲＦ電力（ベース電力）の値が、ＲＦ電力の出力として設定され（ステップ２１）、ステップ８及び９が続き、ステップ１へと戻る。ステップ１８で、ノーの場合、すなわち、ＲＦ電力がオンとなっていない場合、ＲＦ−ＯＮのＤＯ信号はオフに設定され（ステップ２０）、ステップ２１、８及び９が続く。

上記実施形態において、スパイクのタイミングはプログラムされ、スパイクは経過時間に基づいて終了するようにプログラムされる（プラズマが生成された後、スパイクを終了させる時間が設定される。）。当業者であれば、ルーティーンの実験に基づいてプラズマ生成のタイミングを容易に決めることができるだろう。しかし、いくつかの実施形態では、ＲＦ電源及び／又はプラズマ光からの信号に基づいてプラズマ生成をモニターすることによって、スパイクは、プラズマ生成が検出されたときに終了する。いくつかの実施形態では、プラズマ生成は、光センサーを使用して、上下の電極の間でプラズマ光をモニターすることによって検出される。いくつかの実施形態では、プラズマ生成は、ＲＦ電源や整合機で測定されるピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）及び／又は自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）をモニターすることによって検出される。

図４は、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）のための装置の概略図であり、本発明の実施形態にしたがったプラズマ生成を示す変数を図示する。使用可能な装置は図４に図示の装置に限定されず、本発明のいくつかの実施形態は、ＰＥＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、サイクリックＰＥＣＶＤ、プラズマエッチング、プラズマクリーニング、又は他のプラズマ処置のために適したどのプラズマ堆積装置にでも適用することができる。本装置は、チャンバ４５、チャンバ４５内に備えられる上部電極又はシャワーヘッド４７、および下部電極又はサセプター４６を含む。基板Ｗが下部電極４６上に載置されて、プラズマとの反応のためにチャンバ内部（チャンバは排気管４９を使用して排気される。）へプリカーサ容器４１から供給されるプリカーサ及びガス容器４２から供給されるリアクタントを使用して原子層堆積を行う。プラズマは整合機４４を介してＲＦ電源４３からのＲＦ電力を印加することによって、電極の間で発生する。外側からプラズマ光をモニターするために、チャンバ４５は、ビューポート（観察窓）４８（その中に光センサー３３が上部及び下部電極の間の空間に向けて設置される）を有する。光センサー３３は光ケーブル３２を介して光センサーモジュール３１に接続されている。光センサーモジュール３１から、アナログ出力信号がＡＤＳ（図示せず）に出力される。図４の中のグラフ(ａ)はプラズマ光モニターの典型的な結果である。（プラズマのモニタリング（プラズマモニター）のパルスはＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）のパルスと同期して、検出される。）。

図５Ａ（（通常のプラズマ生成）、図５Ｂ（プラズマ生成不良）及び図５Ｃ（スパイクを伴ったプラズマ生成）（図４中の(ａ)よりも詳細に示す）は、本発明の実施形態に従って印加ＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）に応じたプラズマのモニタリング（プラズマモニター）の出力を示すグラフである。図５Ａは、ＲＦ進行電力（Ｆｗd）が印加されたとき、プラズマが生成し（アナログ信号を出力する（プラズマモニター）光センサーにより検出される）、その後信号が維持されることを示し、ＲＦ電力がオフとなるまでプラズマが維持されていることを示す。しかし、図５Ｂに示されているように、ＲＦ電力の電圧が放電開始電圧の近傍の場合、ＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）が印加されたときでも、時に、信号は光センサーで検出されない（プラズマが生成していないことを示す）。図５Ｃでは、図５Ａで使用された電力より大きいＲＦ電力がＲＦ電力の印加開始の時に適用されたとき、光センサーからのアナログ信号出力（プラズマ生成が生じたことを示す）が検出され、検出の直後に、ＲＦ電力は図５Ａに示されたのと同じ電力に減少する（図５Ｃに示されているように、ＲＦ電力のスパイクが構成される。）。ＲＦ電力のスパイクを印加することにより、図５Ｂに示されたようなプラズマ生成不良を避けることができる。

図４に示されているように、プラズマ生成をモニターするために、チャンバ４５は、ＲＦ電源や整合機４４で測定されるピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）及び／又は自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）をモニターするための他の検出システムを更に、又は代わりのものとして有する。図４の中のグラフ(ｂ)は、プラズマ生成をモニターする典型的な結果を示す（ここで、Ｖｄｃ及びＶｐｐのパルスが、ＲＦ進行電力（Ｆｗｄ）のパルスと同期して検出されている。）。

図６Ａ（通常のプラズマ生成）、図６Ｂ（プラズマ生成不良）及び図６Ｃ（スパイクを伴ったプラズマ生成）（図４の中の(ｂ)よりも詳細を示す）は、本発明の実施形態にしたがって印加RF進行電力（Ｆｗｄ）に応じたＶｄｃ及びＶｐｐの出力を図示するグラフである。図６ＡはＲＦ電力（Ｆｗｄ）が印加されたとき、プラズマが生成されたことを示す（プラズマはＶｄｃを変化させ、Ｖｄｃの下向きパルスを形成する一方で、Ｖｐｐのパルスは、プラズマ生成に関係なく、ＲＦ電力のパルスと非常に相関したものとなっている。）。しかし、図６Ｂに示されているように、ＲＦ電力の電圧が放電開始電圧の近傍であると、ＲＦ電力（Ｆｗｄ）が印加されたときでも、時に、Ｖｄｃの変化は検出されず、このことは、プラズマ生成が起こっていないことを示す。図６Ｃにおいて、図６Ａの中で用いられたＲＦ電力より大きいＲＦ電力がＲＦ電力の印加の開始時に印加されるとき、Ｖｄｃの変化が検出され（このことはプラズマ生成が起こっていることを示す。）、検出の直後に、ＲＦ電力は図６Ａに示されたのと同じ電力へと減少し、図６Ｃに示されているようにＲＦ電力のスパイクが構成されることになる。Ｖｐｐのスパイクは、ＲＦ電力のスパイクを反映している。ＲＦ電力のスパイクを印加することによって、図６Ｂに示されているようなプラズマ生成不良を避けることができる。

上記の実施形態や他の実施形態において、当業者であれば、本装置が、ここで記述され、実行される上記検出プロセスを行うようにプログラムされるか、さもなければ、構成される一つ以上の制御器（図示せず）を含むことは分かるであろう。制御器は、当業者には分かるように、リアクタの電力源、加熱システム、ポンプ、ロボット及びガス流制御器又は弁と通信する。

開示された実施形態は特定の例に関連して説明されているが、これは本発明を制限することを意図するものではない。具体的な例に示されている数値は、他の条件では少なくとも＋５０％の範囲（範囲の端点は含んでも、含まなくともよい）で修正することができる。条件や構成が具体的になっていないものについて、当業者であれば、本開示の下、ルーティーンの実験項目として、具体的な条件や構成を容易に提供できるだろう。

例
半導体基板（直径３００ｍｍ）が、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）のＰＥＡＬＤ用の図４に示された装置の直径３２５ｍｍをもつサセプター上に載置され、ＢＳＧの膜が、以下の条件の下、基板に堆積された。

ＢＳＧ用のＰＥＡＬＤ
プリカーサ：ＢＤＥＡＳ、ＴＥＯＢ
プリカーサの流入圧：４００Ｐａ
基板温度：３００℃
プリカーサーキャリアガス流量：２．０ＳＬＭ（連続）
反応ガス流量：０．５ＳＬＭ（連続）
サイクル当たりのプリカーサ供給時間：０．３秒
プリカーサ供給後のパージ時間：１．０秒
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
サイクル当たりのＲＦプラズマ照射時間：０．２秒
ＲＦ電力印加サイクル後のパージ時間：０．１秒

ＲＦ電力の印加サイクルは、以下の表２に示された条件の下で、図１０及び図１１に図示されたシーケンスを実行するプログラムを使用して、図２Ｂに基づき制御された。各条件の下、プラズマ生成不良が起こる比率（ＲＦ電力を電極に印加した全回数に対して、遅れなくプラズマが生成された回数の比率）が決定され、その結果も表２に示されている。

表２に示されているように、例１ではスパイクが印加されなかったとき（例１）、プラズマ生成不良が起こる比率は３５%であった（このことは、５０Ｗが放電開始電圧近傍のＲＦ電力であったことを示すと考えられる。（プラズマ生成不良が起こる比率が２０％以上であるとき、例えば、ＲＦ電力はこの条件下で放電開始電圧の近傍に設定されていると考えられる。））。スパイク電力が１００Ｗでスパイク期間が１０ミリ秒のスパイクが印加されたとき（例２）、プラズマ生成不良が起こる比率はまだ３５％で改善されなかった。さらに、スパイク電力が１００Ｗでスパイク期間が２０ミリ秒（例２の二倍の時間）のスパイクが印加されたとき（例７）、プラズマ生成不良が起こる比率はまだ３５％で改善されなかった。さらに、スパイク電力が１００Ｗでスパイク期間が５０ミリ秒（例２の四倍）のスパイクが印加されたとき（例９）、プラズマ生成不良が起こる比率は３０％程度の高さで大幅な改善は無かった。したがって、スパイク電力が高くないとき、スパイクの時間が長くなっても、プラズマ生成不良が起こる比率は改善されない。

スパイク電力が２００Ｗ（例２の場合の２倍）でスパイク時間が１０ミリ秒のスパイクが印加されたとき（例３）、プラズマ生成不良が起こる比率は３５％%で改善されなかった。しかし、スパイク電力が２００Ｗでスパイク期間が２０ミリ秒（例３の場合の二倍）のスパイクが印加されたとき（例８）、プラズマ生成不良が起こる比率に５％に低下し、実質的に改善された。スパイク電力が２００Ｗでスパイク期間が５０ミリ秒（例３の場合の五倍）のスパイクが印加されたとき（例１０）、プラズマ生成不良が起こる比率は０％に低下し、急激に改善された。スパイク電力が３００Ｗ（例２の場合の三倍）でスパイク期間が１０ミリ秒のスパイクが印加されたとき（例４）、プラズマ生成不良が起こる比率は実質的に１５％に低下し、実質的に改善された。さらに、スパイク電力が４００Ｗ（例２の場合の四倍）でスパイク期間が１０ミリ秒のスパイクが印加されたとき（例５）、プラズマ生成不良が起こる比率は０％に低下し急激に改善された。さらに、スパイク電力が５００Ｗ（例２の場合の五倍）でスパイク期間が１０ミリ秒のスパイクが印加されたとき（例６）、プラズマ生成不良が起こる比率は０％に低下し、急激に改善された。このように、少なくとも２００ＷのＲＦ電力をもつスパイクを適切な時間設定（例えば、約２００Ｗで約２０ミリ秒、約３００Ｗで１０ミリ秒）で使用すると、プラズマ生成不良は実質的に改善された。

次に、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を以下を除き上記と同じ条件で、4つの条件で成膜を行った（スパイクなしの５０Ｗ、２００Ｗで２０ミリ秒のスパイクを伴う５０Ｗ、２００Ｗで５０ミリ秒のスパイクを伴う５０Ｗ、およびスパイク無しの２００Ｗ）。このようにして得られた基板は、基板の表面を露出するためにＤＨＦに浸漬しＢＳＧ膜を除去した（Si基板の表面について、基板に拡散するホウ素の濃度を測定するために二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行った。）。結果は図３に示されている。スパイクなしの５０ＷのＲＦ電力で基板上にＢＳＧ膜を堆積した場合、プラズマ生成は上記の表２（例１）で示されているように不安定である。しかし基板に浸透され、拡散されたホウ素の濃度は４Ｅ＋１６原子／ｃｍ^３のオーダー内にあった（このことはドーパントのホウ素の衝撃が深刻でなかったことを示している。）。一方、スパイクなしの２００ＷのＲＦ電力が基板上にＢＳＧ膜を堆積するために、印加されたとき、プラズマ生成は安定的（プラズマ生成不良が起こる比率がゼロパーセント）であるが、基板に浸透され、拡散されたホウ素の濃度は図３に示されているように、１．５Ｅ＋１７原子／ｃｍ^３のオーダーに上昇した（このことはドーパントのホウ素の衝撃が重大であることを示している。）。２００Ｗで５０ミリ秒のスパイクを伴う５０ＷのＲＦ電力が基板上にＢＳＧ膜を堆積するために、印加されたとき、プラズマ生成は表２に示されているとおり（例１０、プラズマ生成不良が起こる比率がゼロパーセント）安定的であったが、しかし、基板に浸透され、拡散されたホウ素の濃度は、図３に示されているとおり、スパイクなしの２００ＷのＲＦ電力を印加する場合と実質的に同じレベルに増加した（このことは、スパイクの期間が非常に長いと（約５０ミリ秒以上長い）、ドーパントのホウ素の衝撃が、スパイク電力の連続な印加のときと同じように重大となった。）。２００Ｗで２０ミリ秒のスパイクを伴う５０ＷのＲＦ電力が基板上にＢＳＧ膜を堆積するために、印加されたとき、プラズマ生成は図表２に示されているとおり（例８、プラズマ生成不良が起こる比率が５パーセント）安定的であり、基板に浸透され、拡散されたホウ素の濃度は増加せず、図３に示されているとおり、スパイクなしの５０ＷのＲＦ電力の印加の場合と実質的に同じレベルであった（このことは、スパイクの期間が十分に短いと（約２０ミリ秒以下と短い）、ドーパントのホウ素の衝撃が、スパイクなしのベース電力の連続な印加と同じように制御され、スパイクは基板に実質的な変化を生じさせなかった。）。

上記のとおり、スパイク電力（Ｐ［Ｗ］）及びスパイク時間（Ｔ［ミリ秒］）が適切に設定されると、プラズマ生成は、スパイクで基板に実施的な変化を生じさせることなく効果的に安定化することができる。適切なＰおよびＴが基板材料、プロセスのタイプなどに依存するが、当業者であれば、ここでの開示及び他のルーティーンの実験に基づき適切なＰ及びＴを決定することができる。いくつかの実施形態では、式Ｐ＝（２０００／Ｔ）＋１００は直径３２５ｍｍをもつサセプター-に適用され、Ｐ＋２０％、Ｔ＋２０％を採用することができる。いくつかの実施形態では、下部電極の面積当たりのスパイク電力、Ｐは０．１５Ｗ／ｃｍ^２から０．６Ｗ／ｃｍ^２の範囲で設定され、スパイクの期間（ミリ秒）はＴ＋５０％またはＴ＋２０％で、ここでＴ＝２．４／（Ｐ−０．１２）である。

いくつかの実施形態で、本発明は、背景技術において議論されたプロセスを含む適切なプラズマ処理にも適用される。

本発明の思想から逸脱することなく、多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。従って、言うまでもなく、本発明の態様は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

Claims (14)

1. 基板上に実行される連続プロセスにおけるプラズマ生成を安定化させる方法であって、
   上部電極と基板が置かれる下部電極との間にＲＦ電力のスパイクを印加する工程であって、前記スパイクはゼロ電力から始まって、スパイク電力へジャンプし、次にプラズマ生成不良となる程度に低いベース電力へと低下する、ところの印加工程と、
   前記上部電極と下部電極との間に、前記ベース電力のＲＦ電力を、前記基板を処理するために前記スパイクの期間より長い期間、連続して印加する連続印加工程と、含み、
   前記スパイクは、プラズマ生成不良を減らすものである、ことを特徴とする方法。
2. 前記ベース電力が放電開始電圧の近傍に設定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記下部電極の面積当たり、前記ベース電力が０．１２Ｗ／ｃｍ^２未満で、前記スパイク電力が０．１２Ｗ／ｃｍ^２を超える、請求項２に記載の方法。
4. 前記スパイク電力が前記下部電極の面積当たり０．３６Ｗ／ｃｍ^２以下である、請求項３に記載の方法。
5. 前記スパイク電力が、プラズマが生成した後に終了する、請求項１に記載の方法。
6. 前記スパイクが、前記スパイクのないベース電力の使用を除き、同じく処理される膜と比較して前記スパイクが前記基板上に変化を引き起こす前に、前記スパイクが終了する、請求項５に記載の方法。
7. 前記スパイクは、前記スパイクの開始から２０ミリ秒以内で終了する、請求項５に記載の方法。
8. さらに、RF電源及び／又はプラズマ光からの信号に基づいてプラズマ生成をモニターし、プラズマ生成が検出されたとき前記スパイクを終了する工程を含む、請求項５に記載の方法。
9. プラズマ生成が、光センサーを使って前記上部及び下部電極の間のプラズマ光をモニターすることにより検出される、請求項８に記載の方法。
10. プラズマ生成が、前記高RF電源や整合機で測定されたピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）及び／又は自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）をモニターすることにより検出される、請求項８に記載の方法。
11. 前記スパイクが、予め設定された時間の範囲内で終了する、請求項５に記載の方法。
12. 前記スパイクのタイミングが、ＲＦ電力のオンオフ信号、及びスパイク電力及びスパイク時間により制御され、前記スパイク時間は、設定値を有し、ＲＦ電力がオンとなったときにカウントを開始し、設定値が終了するまでカウントを続けるパラメータとして使用され、前記スパイク電力は、設定値を有し、ＲＦ電力のオンオフ信号及び前記スパイク時間により規制されるパラメータとして使用され、ここで、ＲＦ電力がオフの間で、また前記スパイク時間がカウントしている間、前記スパイク電力の信号が出力され、ＲＦ電力がオンではある前記スパイク時間のカウントが停止している間、前記スパイク電力の信号が出力されず、ＲＦ電力がオンとなったときに、前記スパイクが生成され、このことにより、前記スパイクは、前記スパイクの開始時の前記スパイク電力のパラメータの値の変化をなくすことによりアナログ開始の遅れなく始まる、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記スパイク時間の期間が２０ミリ秒に設定される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記連続プロセスが、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）のプロセスである、請求項１に記載の方法。