JP2019212648A - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents
Film forming apparatus and film forming method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019212648A JP2019212648A JP2018104200A JP2018104200A JP2019212648A JP 2019212648 A JP2019212648 A JP 2019212648A JP 2018104200 A JP2018104200 A JP 2018104200A JP 2018104200 A JP2018104200 A JP 2018104200A JP 2019212648 A JP2019212648 A JP 2019212648A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- film forming
- upper electrode
- lower electrode
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using dc or ac discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/517—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using a combination of discharges covered by two or more of groups C23C16/503 - C23C16/515
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Abstract
Description
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。 The present disclosure relates to a film forming apparatus and a film forming method.
半導体集積回路の製造では、成膜装置によって、半導体ウエハ等の基板に対して成膜が行われる。成膜装置では、所定の真空度にされたチャンバ(処理容器)内に基板が配置され、チャンバ内に成膜原料ガスが供給されてプラズマが生成することにより、基板に対して成膜が行われる。成膜技術として、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、プラズマALD(Atomic Layer Deposition)等が知られている。 In manufacturing a semiconductor integrated circuit, a film is formed on a substrate such as a semiconductor wafer by a film forming apparatus. In a film forming apparatus, a substrate is placed in a chamber (processing container) that has a predetermined degree of vacuum, and a film forming raw material gas is supplied into the chamber to generate plasma, thereby forming a film on the substrate. Is called. As film formation techniques, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma ALD (Atomic Layer Deposition), and the like are known.
プラズマCVDやプラズマALDのような数百mTorr〜数Torrの高圧条件下においては、高電子密度化が図れるプラズマを発生させる必要がある。これに対し、酸化膜成膜プロセスでは、高電子密度化のためには数MHz以下の低周波が必要である一方で、低イオンエネルギー化のためには数十MHz以上の高周波が必要である。一方で、窒化膜成膜プロセスでは、高電子密度化のためには数百MHz以上の高周波が必要である一方で、高均一性のためには数十MHz以下の低周波が必要である。 Under high pressure conditions of several hundred mTorr to several Torr such as plasma CVD or plasma ALD, it is necessary to generate plasma capable of increasing the electron density. On the other hand, in the oxide film forming process, a low frequency of several MHz or less is necessary for increasing the electron density, whereas a high frequency of several tens of MHz or more is necessary for reducing the ion energy. . On the other hand, in the nitride film forming process, a high frequency of several hundred MHz or more is necessary for increasing the electron density, while a low frequency of several tens of MHz or less is necessary for high uniformity.
よって、従来の成膜装置では、高電子密度化、低イオンエネルギー化、及び、高均一性を共に達成することは困難であった。このため、どのような成膜プロセスに対しても、高電子密度化、低イオンエネルギー化、及び、高均一性を共に達成できる成膜装置が望まれていた。 Therefore, it has been difficult to achieve high electron density, low ion energy, and high uniformity in the conventional film forming apparatus. Therefore, there has been a demand for a film forming apparatus capable of achieving both high electron density, low ion energy, and high uniformity for any film forming process.
本開示は、高電子密度化、低イオンエネルギー化、及び、高均一性を共に達成できる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of achieving both high electron density, low ion energy, and high uniformity.
本開示の一態様の成膜装置は、真空排気可能な処理容器と、下部電極と、上部電極と、ガス供給部と、電圧印加部とを有する。下部電極には被処理基板が載置される。上部電極は、処理容器内で下部電極に対向して配置される。ガス供給部は、上部電極と下部電極との間の処理空間でプラズマ化する成膜原料ガスを処理空間に供給する。電圧印加部は、基準電位が時間の経過に伴って上下に交互に変化する交流電圧を上部電極に印加する。 The film formation apparatus of one embodiment of the present disclosure includes a processing container that can be evacuated, a lower electrode, an upper electrode, a gas supply unit, and a voltage application unit. A substrate to be processed is placed on the lower electrode. The upper electrode is disposed to face the lower electrode in the processing container. The gas supply unit supplies a film forming material gas to be converted into plasma in the processing space between the upper electrode and the lower electrode to the processing space. The voltage application unit applies an AC voltage whose reference potential alternately changes up and down with time to the upper electrode.
本開示の技術によれば、高電子密度化、低イオンエネルギー化、及び、高均一性を共に達成できる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to achieve both high electron density, low ion energy, and high uniformity.
以下に、本開示の技術の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the technology of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
<成膜装置の構成>
図1は、実施形態に係る成膜装置の構成例を示す図である。
<Configuration of film forming apparatus>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a film forming apparatus according to the embodiment.
図1において、成膜装置1は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等からなる金属製の処理容器であるチャンバ10を有する。チャンバ10は保安接地されている。
In FIG. 1, a
チャンバ10内には、被処理基板としての半導体ウエハWが載置される円盤状のサセプタ12が、水平に配置されている。サセプタ12は、下部電極としても機能する。チャンバ10の側壁には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ28が取り付けられている。サセプタ12は、例えばAlNセラミックからなり、チャンバ10の底から鉛直上方に延びる絶縁性の筒状支持部14に支持されている。
A disc-
筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底から鉛直上方に延びる導電性の筒状支持部(内壁部)16とチャンバ10の側壁との間に、環状の排気路18が形成されている。排気路18の底には排気口22が設けられている。
An
排気口22には排気管24を介して排気装置26が接続されている。排気装置26は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ10内の処理空間を所望の真空度まで減圧する。チャンバ10内は、例えば、200mTorr〜1700mTorrの範囲の一定の圧力に保たれるのが好ましい。
An
下部電極として用いられるサセプタ12と接地との間には、コイル101と可変コンデンサ102とを有するインピーダンス調整回路100が接続棒36を介して電気的に接続されている。
An impedance adjusting
サセプタ12の上には処理対象の半導体ウエハWが載置され、半導体ウエハWを囲むようにリング38が設けられている。リング38は、導電材(例えばNi,Al等)からなり、サセプタ12の上面に着脱可能に取り付けられる。
A semiconductor wafer W to be processed is placed on the
サセプタ12の上面には、ウエハ吸着用の静電チャック40が設けられている。静電チャック40は、膜状または板状の誘電体の間にシート状またはメッシュ状の導電体を挟んで形成される。静電チャック40内の導電体には、チャンバ10の外に配置される直流電源42がオン/オフ切替スイッチ44及び給電線46を介して電気的に接続されている。直流電源42より印加される直流電圧によって静電チャック40に発生したクーロン力により、半導体ウエハWが静電チャック40上に吸着保持される。
On the upper surface of the
サセプタ12の内部には、円周方向に延びる環状の冷媒室48が設けられている。冷媒室48には、チラーユニット(図示せず)より配管50,52を介して、所定温度の冷媒(例えば冷却水)が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック40上の半導体ウエハWの温度が制御される。さらに、ウエハ温度の精度を一層高めるために、伝熱ガス供給部(図示せず)からの伝熱ガス(例えばHeガス)が、ガス供給管51及びサセプタ12内のガス通路56を介して、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に供給される。
An
チャンバ10の天井には、サセプタ12と平行に向かい合って(つまり、対向して)、円盤状の内側上部電極60及びリング状の外側上部電極62が同心状に設けられている。径方向の好適なサイズとして、内側上部電極60は半導体ウエハWと同程度の口径(直径)を有し、外側上部電極62はリング38と同程度の口径(内径・外径)を有している。但し、内側上部電極60と外側上部電極62とは互いに電気的(より正確にはDC的)に絶縁されている。両電極60,62の間には、例えばセラミックからなるリング状の絶縁体63が挿入されている。
A disk-shaped inner
内側上部電極60は、サセプタ12と真正面に向かい合う電極板64と、電極板64をその背後(上)から着脱可能に支持する電極支持体66とを有している。電極板64の材質として、NiまたはAl等の導電材が好ましい。電極支持体66は、例えばアルマイト処理されたアルミニウムで構成される。外側上部電極62も、サセプタ12と向かい合う電極板68と、電極板68をその背後(上)から着脱可能に支持する電極支持体70とを有している。電極板68及び電極支持体70は、電極板64及び電極支持体66とそれぞれ同じ材質で構成されるのが好ましい。以下では、内側上部電極60と外側上部電極62とを「上部電極60,62」と総称することがある。このように、成膜装置1では、円盤状のサセプタ12(つまり、下部電極)と、円盤状の上部電極60,62とが互いに平行に対向している。
The inner
なお、本実施形態では、上部電極60,62が、内側上部電極60と外側上部電極62との2つの部材で構成される場合を一例として挙げた。しかし、上部電極は1つの部材で構成されても良い。
In the present embodiment, the case where the
上部電極60,62とサセプタ12との間に設定される処理空間PSに成膜原料ガスを供給するために、内側上部電極60がシャワーヘッドとして兼用される。より詳細には、電極支持体66の内部にガス拡散室72が設けられ、ガス拡散室72からサセプタ12側に貫ける多数のガス吐出孔74が電極支持体66及び電極板64に形成される。ガス拡散室72の上部に設けられるガス導入口72aには、原料ガス供給部76から延びるガス供給管78が接続されている。なお、内側上部電極60だけでなく外側上部電極62にもシャワーヘッドを設ける構成としても良い。
In order to supply the film forming source gas to the processing space PS set between the
チャンバ10の外には、印加電圧を出力する電圧印加部5が配置されている。電圧印加部5は、給電ライン88を介して上部電極60,62に接続されている。電圧印加部5は、高周波電源30と、マッチングユニット34と、可変直流電源80と、パルス発生器84と、フィルタ86と、重畳器91と、オン/オフ切替スイッチ92とを有する。
A
高周波電源30は、プラズマの生成に寄与する高周波数の交流電圧(以下では「高周波電圧」と呼ぶことがある)を生成し、生成した高周波電圧をマッチングユニット34及びオン/オフ切替スイッチ92を介して重畳器91に供給する。オン/オフ切替スイッチ92がオンになっているときは、高周波電圧が重畳器91に供給される一方で、オン/オフ切替スイッチ92がオフになっているときは、高周波電圧が重畳器91に供給されない。高周波電源30が生成する高周波電圧の周波数は、例えば13MHz以上であることが好ましい。
The high-
図2は、実施形態に係る高周波電圧の一例を示す図である。図2に示すように、高周波電源30は、例えば、0Vを基準電位RPとする−250V〜250Vの高周波電圧V1を生成する。マッチングユニット34は、高周波電源30側のインピーダンスと負荷(主に電極、プラズマ、チャンバ)側のインピーダンスとの間の整合をとる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the high-frequency voltage according to the embodiment. As illustrated in FIG. 2, the high
可変直流電源80の出力端子はパルス発生器84に接続され、可変直流電源80は、負の直流電圧(つまり負のDC電圧)をパルス発生器84に出力する。パルス発生器84は、可変直流電源80から入力される負の直流電圧を用いて、矩形波の直流パルス電圧(つまりDCパルス電圧)を発生し、発生した直流パルス電圧をフィルタ86を介して重畳器91に供給する。パルス発生器84が発生する直流パルス電圧の周波数は、例えば、10kHz〜1MHzであることが好ましい。また、パルス発生器84が発生する直流パルス電圧のデューティ比は、10%〜90%であることが好ましい。
The output terminal of the variable
図3は、実施形態に係る直流パルス電圧の一例を示す図である。図3に示すように、パルス発生器84は、例えば、−500V〜0Vの矩形波の直流パルス電圧V2を生成する。フィルタ86は、パルス発生器84から出力される直流パルス電圧をスルーで重畳器91へ出力する一方で、高周波電源30から出力される高周波電圧を接地ラインへ流してパルス発生器84側へは流さないように構成されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a DC pulse voltage according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the
重畳器91は、高周波電源30から出力される高周波電圧と、パルス発生器84から出力される直流パルス電圧とを重畳することにより、高周波電圧と直流パルス電圧とが重畳された電圧(以下では「重畳電圧」と呼ぶことがある)を生成する。生成された重畳電圧は、給電ライン88を介して上部電極60,62に印加される。重畳器91は、電圧重畳部の一例である。
The superimposing
図4は、実施形態に係る重畳電圧の一例を示す図である。図2示す高周波電圧V1と図3に示す直流パルス電圧V2とが重畳された場合、図4に示す重畳電圧V3が生成される。高周波電圧に直流パルス電圧が重畳されることにより、図4に示すように、重畳電圧V3においては、矩形波の直流パルス電圧V2(図3)の波形に合わせて、高周波電圧V1(図2)の基準電位RPが時間の経過に伴って上下に交互に変化する。つまり、電圧印加部5は、オン/オフ切替スイッチ92がオンになっている場合には、パルス状(つまり、矩形波状)に変化する高周波電圧を出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the superimposed voltage according to the embodiment. When the high-frequency voltage V1 shown in FIG. 2 and the DC pulse voltage V2 shown in FIG. 3 are superimposed, a superimposed voltage V3 shown in FIG. 4 is generated. By superimposing the direct-current pulse voltage on the high-frequency voltage, as shown in FIG. 4, in the superimposed voltage V3, the high-frequency voltage V1 (FIG. 2) is matched to the waveform of the rectangular DC pulse voltage V2 (FIG. 3). The reference potential RP changes alternately up and down over time. That is, when the on / off
なお、オン/オフ切替スイッチ92がオンになっているときは、マッチングユニット34から出力される高周波電圧が重畳器91に供給されるので、重畳器91からは重畳電圧が出力される。一方で、オン/オフ切替スイッチ92がオフになっているときは、マッチングユニット34から出力される高周波電圧が重畳器91に供給されないので、フィルタ86から出力された直流パルス電圧がそのまま重畳器91から出力される。
When the on / off
また、チャンバ10内で処理空間PSに面する適当な箇所(例えば、外側上部電極62の半径方向外側)には、例えばNi,Al等の導電性部材からなるリング状のグランドパーツ96が取り付けられている。グランドパーツ96は、例えばセラミックからなるリング状の絶縁体98に取り付けられるとともに、チャンバ10の天井壁に接続されており、チャンバ10を介して接地されている。プラズマ処理中に電圧印加部5から上部電極60,62に重畳電圧が印加されると、プラズマを介して上部電極60,62とグランドパーツ96との間で電子電流が流れるようになっている。
In addition, a ring-shaped
成膜装置1内の各構成(例えば、排気装置26、高周波電源30、オン/オフ切替スイッチ44,92、原料ガス供給部76、チラーユニット(図示せず)、伝熱ガス供給部(図示せず)等)の個々の動作、及び、成膜装置1全体の動作(シーケンス)は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部(図示せず)によって制御される。
Each component (for example,
<成膜装置での成膜処理>
成膜装置1において、成膜を行なうには、まずゲートバルブ28を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、静電チャック40の上に載置する。次に、オン/オフ切替スイッチ44をオンにし、静電吸着力によって静電チャック40上に半導体ウエハWを吸着保持する。そして、原料ガス供給部76より成膜原料ガスを所定の流量でチャンバ10内に導入し、排気装置26によりチャンバ10内の圧力を設定値に調節する。成膜原料ガスとして、例えば、Ar/O2ガス等の負性ガスやN2ガスが用いられる。さらに、高周波電源30及び可変直流電源80をオンにして、重畳電圧を上部電極60,62に印加する。また、静電チャック40と半導体ウエハWとの間に伝熱ガスを供給する。上部電極60より吐出された成膜原料ガスは、上部電極60,62と下部電極として用いられるサセプタ12との間での放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハW表面に被膜が生成される。
<Film forming process in film forming apparatus>
In order to perform film formation in the
<比較例の実験結果(成膜原料ガス:Ar/O2)>
図5及び図6は、比較例における実験結果の一例を示す図である。図5には、比較例における実験結果として、上部電極60,62に重畳電圧を印加するのではなく、上部電極60,62に450kHz、2MHz、13MHzまたは40MHzの周波数の交流電圧のみを印加した場合の圧力と電子密度との関係を示す。図6には、比較例における実験結果として、上部電極60,62に重畳電圧を印加するのではなく、チャンバ10内の圧力を500mTorrにした状態で、上部電極60,62に450kHzの周波数の交流電圧のみを印加した場合のイオンエネルギーとイオンエネルギー分布(IED:Ion Energy Distribution)との関係を示す。
<Experimental result of comparative example (deposition source gas: Ar / O2)>
5 and 6 are diagrams illustrating an example of experimental results in the comparative example. In FIG. 5, as an experimental result in the comparative example, instead of applying a superimposed voltage to the
周波数が450kHzの低周波の交流電圧のみが上部電極60,62に印加される場合は、図5に示すように、O2を含む負性ガスプラズマでも電子密度が高いため、特にチャンバ10内の圧力が0.7Torr付近で、成膜のための十分な電子密度が得られる。一方で、図6に示すように、交流電圧のパワーが1000Wの場合には、イオンエネルギーが高くなり、生成される膜に与えるダメージが大きくなる。また、交流電圧のパワーを1000Wにしたまま圧力を上げてもイオンエネルギーの大幅な低下は期待できない。これに対し、図6に示すように、交流電圧のパワーを300W、150Wというように低パワー化することで低イオンエネルギー化を図ることはできるが、低パワー化により電子密度が低下するため成膜レートが低下してしまう。
In the case where only a low frequency AC voltage having a frequency of 450 kHz is applied to the
また、図5に示すように、イオンエネルギーを低下させるために交流電圧の周波数を2MHz、13MHz、40MHzというように高周波化すると、電子温度が低下するため、電子がラジカルに付着して負イオンが作られてしまい電子密度が低下してしまう。また、図5に示すように、イオンエネルギーを低下させるために高圧化すると、電子温度が低下するため、高周波化と同様に、負イオンが作られてしまい電子密度が低下する。 In addition, as shown in FIG. 5, when the frequency of the AC voltage is increased to 2 MHz, 13 MHz, 40 MHz in order to decrease the ion energy, the electron temperature decreases, so that the electrons adhere to the radicals and negative ions are generated. As a result, the electron density is reduced. Further, as shown in FIG. 5, when the pressure is increased in order to decrease the ion energy, the electron temperature is decreased, so that negative ions are generated and the electron density is decreased as in the case of the higher frequency.
このように、上部電極60,62に交流電圧のみを印加することによっては、高電子密度化と低イオンエネルギー化との両立を図ることは困難である。
Thus, it is difficult to achieve both high electron density and low ion energy by applying only an alternating voltage to the
<実施形態の実験結果1(成膜原料ガス:Ar/O2)>
図7は、実施形態に係る実験結果1の一例を示す図である。図7には、実施形態に係る実験結果1として、上部電極60,62に重畳電圧を印加するのではなく、チャンバ10内の圧力を500mTorrにした状態で、上部電極60,62に500kHzの周波数の直流パルス電圧のみを印加した場合のイオンエネルギーとイオンエネルギー分布との関係を示す。つまり、実験結果1は、図1に示すオン/オフ切替スイッチ92をオフにした場合の実験結果である。
<
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the
周波数が500kHzの低周波の直流パルス電圧のみが上部電極60,62に印加される場合は、図7に示すように、直流パルス電圧のパワーにかかわらず、イオンエネルギーは、図6の場合と比べて非常に低くなる。また、図7に示すように、直流パルス電圧のパワーを上げることにより、イオンエネルギーを低く維持したまま、電子密度のみを高くすることができる。
When only a low-frequency DC pulse voltage with a frequency of 500 kHz is applied to the
このように、上部電極60,62に直流パルス電圧のみを印加することによって、高成膜レートのための高電子密度化と、低ダメージのための低イオンエネルギー化との両立を図ることが可能になる。
Thus, by applying only the DC pulse voltage to the
<実施形態の実験結果2(成膜原料ガス:Ar/O2)>
図8及び図9は、実施形態に係る実験結果2の一例を示す図である。図8には、実施形態に係る実験結果2として、チャンバ10内の圧力を500mTorrにした状態で、上部電極60,62に重畳電圧を印加した場合のイオンエネルギーとイオンエネルギー分布との関係を示す。図8において、直流パルス電圧の周波数は500kHz、直流パルス電圧のパワーは300W、交流電圧の周波数は40.68MHz、交流電圧のパワーは200Wまたは500Wである。また、図9には、実施形態に係る実験結果2として、上部電極60,62に重畳電圧を印加した場合の圧力と電子密度との関係を示す。図9において、直流パルス電圧の周波数は500kHz、直流パルス電圧のパワーは300Wである。なお、図9において、450kHz、2MHz、13MHz及び40MHzのプロットは、図5と同一であり、40MHz+DCのプロットが重畳電圧を印加した場合のものである。
<Experimental result 2 of embodiment (deposition source gas: Ar / O2)>
8 and 9 are diagrams illustrating an example of the experimental result 2 according to the embodiment. FIG. 8 shows the relationship between the ion energy and the ion energy distribution when the superimposed voltage is applied to the
上記の実験結果1によれば、図7に示すように、直流パルス電圧のパワーを変化させても、イオンエネルギーは、ほとんど変化しない。
According to the above
これに対し、実験結果2では、図8に示すように、重畳電圧の元になる交流電圧のパワーを変化させることで、電子密度を図7の場合と同等に維持したまま、イオンエネルギーを変化させることができる。 On the other hand, in the experimental result 2, as shown in FIG. 8, by changing the power of the alternating voltage that is the source of the superimposed voltage, the ion energy is changed while maintaining the electron density equivalent to the case of FIG. Can be made.
このように、上部電極60,62に重畳電圧を印加する場合には、上部電極60,62に直流パルス電圧のみを印加する場合に比べて、直流パルス電圧に基づく電子密度の制御と、交流電圧に基づくイオンエネルギーの制御とを、それぞれ独立に行うことができる。つまり、上部電極60,62に重畳電圧を印加することにより、高電子密度化と低イオンエネルギー化との両立を図った上で、電子密度の制御とイオンエネルギーの制御とを独立して行うことができる。
As described above, when the superimposed voltage is applied to the
また、図9に示すように、上部電極60,62に重畳電圧を印加する場合でも、特にチャンバ10内の圧力が0.7Torr付近で、図5と同様に、成膜のための十分な電子密度が得られる。
Further, as shown in FIG. 9, even when a superimposed voltage is applied to the
<実施形態の実験結果3(成膜原料ガス:N2)>
図10は、実施形態に係る実験結果3の一例を示す図である。図10には、実施形態に係る実験結果3として、チャンバ10内の圧力を500mTorrにした状態で、上部電極60,62に重畳電圧を印加した場合の波長と発光強度との関係を示す。
<
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the
交流電圧のみを上部電極60,62に印加してN2プラズマを発生させると、窒化力が弱く、良好な膜質の窒化膜を成膜することが困難である。一般に交流電圧の周波数が高いほど窒化膜の質は良くなるため、μ波プラズマにより成膜された膜が最も良質な膜となる。μ波プラズマは上部電極60,62の直下で電子温度が非常に高く、サセプタ12(つまり、下部電極)に向かって拡散プラズマとなる。
When only an alternating voltage is applied to the
直流パルス電圧を上部電極60,62印加することにより、μ波プラズマと同様に上部電極60,62の直下の電子温度を非常に高くすることができるため、μ波プラズマと同様のプラズマを発生させることができる。N2の解離には高エネルギーの電子が必要であり、直流パルス電圧のみ、または、重畳電圧を上部電極60,62印加することにより、図10に示すように、高効率にN2を解離することが可能になる。図10では、直流パルス電圧の印加によりN2の解離が進み、N2の発光強度が減少する一方で、Nラジカルの発光強度が増加していることが分かる。
By applying the DC pulse voltage to the
さらに、高周波になるほど波長が短くなるため、波長効果によってプラズマ分布の均一性が悪化する。これに対し、従来の技術では、N2の高解離度とプラズマ均一性とを両立することが困難であったため、上部電極と下部電極との間隔を大きくしたり、上部電極の形状を工夫する必要があった。これに対し、平板状の上部電極と円盤状の下部電極とが互いに平行に対向している場合には、直流パルス電圧の印加によりプラズマ均一性が良好になる。このため、直流パルス電圧のみの印加、または、重畳電圧の印加により、N2の高解離度とプラズマ均一性とを両立できるとともに、上部電極と下部電極との間隔を小さくすることができる。よって、本開示の技術は、ガスの置換時間がプロセスのスループットに与える影響が大きいPEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)のようなプロセスに適用可能である。 Furthermore, since the wavelength becomes shorter as the frequency becomes higher, the uniformity of the plasma distribution deteriorates due to the wavelength effect. On the other hand, in the conventional technique, it was difficult to achieve both high dissociation of N2 and plasma uniformity, so it is necessary to increase the distance between the upper electrode and the lower electrode or to devise the shape of the upper electrode. was there. On the other hand, when the plate-like upper electrode and the disk-like lower electrode face each other in parallel, the plasma uniformity is improved by the application of the DC pulse voltage. For this reason, by applying only the DC pulse voltage or applying the superimposed voltage, it is possible to achieve both a high dissociation degree of N2 and plasma uniformity, and to reduce the distance between the upper electrode and the lower electrode. Therefore, the technology of the present disclosure can be applied to a process such as PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) in which the gas replacement time has a large influence on the process throughput.
以上のように、実施形態では、成膜装置1は、真空排気可能なチャンバ10と、下部電極として用いられるサセプタ12、上部電極60,62と、原料ガス供給部76と、電圧印加部5とを有する。サセプタ12には被処理基板が載置される。上部電極60,62は、チャンバ10内でサセプタ12に対向して配置される。原料ガス供給部76は、上部電極60,62とサセプタ12との間の処理空間PSでプラズマ化する成膜原料ガスを処理空間PSに供給する。電圧印加部5は、基準電位が時間の経過に伴って上下に交互に変化する交流電圧と直流パルス電圧とが重畳された電圧である重畳電圧を上部電極60,62に印加する。
As described above, in the embodiment, the
こうすることで、成膜の際に、高電子密度化、低イオンエネルギー化、及び、高均一性を共に達成できる。さらに、高電子密度化と低イオンエネルギー化との両立を図った上で、電子密度の制御とイオンエネルギーの制御とを独立して行うことができる。 By doing so, it is possible to achieve both high electron density, low ion energy, and high uniformity during film formation. Furthermore, the control of the electron density and the control of the ion energy can be performed independently while achieving both high electron density and low ion energy.
また、実施形態では、成膜装置1は、サセプタ12と接地との間に接続されたインピーダンス調整回路100を有する。
In the embodiment, the
こうすることで、上部電極60,62とサセプタ12との間のインピーダンスを減少させることが可能になるため、重畳電圧の交流電圧成分がサセプタ12に到達し易くなる。
By doing so, the impedance between the
なお、本開示の実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記の実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されても良い。 In addition, it should be thought that embodiment of this indication is an illustration and restrictive at no points. Indeed, the above embodiments may be implemented in various forms. The above-described embodiments may be omitted, replaced, and changed in various forms without departing from the scope and spirit of the claims.
1 成膜装置
5 電圧印加部
10 チャンバ
12 サセプタ
60 内側上部電極
62 外側上部電極
76 原料ガス供給部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記処理容器内で被処理基板が載置される下部電極と、
前記処理容器内で前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間でプラズマ化する成膜原料ガスを前記処理空間に供給するガス供給部と、
基準電位が時間の経過に伴って上下に交互に変化する交流電圧を前記上部電極に印加する電圧印加部と、
を具備する成膜装置。 A processing container capable of being evacuated;
A lower electrode on which a substrate to be processed is placed in the processing container;
An upper electrode disposed opposite to the lower electrode in the processing vessel;
A gas supply unit that supplies a film forming material gas to be converted into plasma in a processing space between the upper electrode and the lower electrode into the processing space;
A voltage application unit for applying an alternating voltage, which is alternately changed up and down as time passes, to the upper electrode;
A film forming apparatus comprising:
をさらに具備する請求項1に記載の成膜装置。 An impedance adjustment circuit connected between the lower electrode and ground;
The film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記処理容器内で被処理基板が載置される下部電極と、
前記処理容器内で前記下部電極に対向して配置される上部電極と、
を具備する成膜装置における成膜方法であって、
前記上部電極と前記下部電極との間の処理空間でプラズマ化する成膜原料ガスを前記処理空間に供給することと、
基準電位が時間の経過に伴って上下に交互に変化する交流電圧を前記上部電極に印加することと、
を有する成膜方法。 A processing container capable of being evacuated;
A lower electrode on which a substrate to be processed is placed in the processing container;
An upper electrode disposed opposite to the lower electrode in the processing vessel;
A film forming method in a film forming apparatus comprising:
Supplying a film forming source gas to be converted into plasma in the processing space between the upper electrode and the lower electrode to the processing space;
Applying an alternating voltage, in which the reference potential alternately changes up and down with time, to the upper electrode;
A film forming method comprising:
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018104200A JP2019212648A (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Film forming apparatus and film forming method |
TW108117049A TW202012699A (en) | 2018-05-31 | 2019-05-17 | Film forming device and film forming method |
PCT/JP2019/020314 WO2019230526A1 (en) | 2018-05-31 | 2019-05-22 | Film forming device and film forming method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018104200A JP2019212648A (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Film forming apparatus and film forming method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019212648A true JP2019212648A (en) | 2019-12-12 |
Family
ID=68698104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018104200A Withdrawn JP2019212648A (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Film forming apparatus and film forming method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019212648A (en) |
TW (1) | TW202012699A (en) |
WO (1) | WO2019230526A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022009746A1 (en) * | 2020-07-10 | 2022-01-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Film-forming device and film-forming method |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1131685A (en) * | 1997-07-14 | 1999-02-02 | Hitachi Electron Eng Co Ltd | Plasma cvd device and its cleaning method |
JP2000313962A (en) * | 1999-04-26 | 2000-11-14 | Sekisui Chem Co Ltd | DEPOSITION OF TiO2 THIN FILM USING DISCHARGE PLASMA |
JP2005026063A (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Sharp Corp | Plasma processing device and plasma processing method |
JP4553247B2 (en) * | 2004-04-30 | 2010-09-29 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing equipment |
JP4607930B2 (en) * | 2007-09-14 | 2011-01-05 | 株式会社東芝 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
-
2018
- 2018-05-31 JP JP2018104200A patent/JP2019212648A/en not_active Withdrawn
-
2019
- 2019-05-17 TW TW108117049A patent/TW202012699A/en unknown
- 2019-05-22 WO PCT/JP2019/020314 patent/WO2019230526A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022009746A1 (en) * | 2020-07-10 | 2022-01-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Film-forming device and film-forming method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW202012699A (en) | 2020-04-01 |
WO2019230526A1 (en) | 2019-12-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102539151B1 (en) | Substrate processing method | |
WO2019239872A1 (en) | Film-forming apparatus, and method for cleaning film-forming apparatus | |
US8641916B2 (en) | Plasma etching apparatus, plasma etching method and storage medium | |
KR100319664B1 (en) | Plasma Treatment Equipment | |
US9502219B2 (en) | Plasma processing method | |
JP5165993B2 (en) | Plasma processing equipment | |
US20230051432A1 (en) | Film forming apparatus | |
JP2016115848A (en) | Plasma processing apparatus | |
KR102523732B1 (en) | Plasma Discharge Ignition Method for Reducing Surface Particles | |
JP5819154B2 (en) | Plasma etching equipment | |
US20190122863A1 (en) | Plasma processing apparatus | |
JP2013254723A (en) | Plasma processing apparatus | |
JP4935149B2 (en) | Electrode plate for plasma processing and plasma processing apparatus | |
TW202109603A (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
WO2019230526A1 (en) | Film forming device and film forming method | |
US20220020567A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
US20150110973A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
US20230377844A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
JP5695117B2 (en) | Plasma etching method | |
US20220139672A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
WO2024029612A1 (en) | Substrate processing system and substrate processing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210303 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20211228 |