JP2668915B2

JP2668915B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2668915B2
Application number: JP63031546A
Authority: JP
Inventors: 盛衛早川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1997-10-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JPH01205534A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、プラズマ処理装置に関し、特に半導体集
積回路等における層間絶縁膜や保護膜の成膜に使用され
るECR（Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロト
ロン共鳴）プラズマCVD装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、半導体集積回路の絶縁膜等を成膜する方法と
しては、従来よりプラズマCVD法が採用されているが、
最近、このプラズマCVD法の一種として、ECRプラズマCV
D法が開発され、既に実用に供されている。

このECRプラズマCVD法を用いた成膜装置（以下、ECR
プラズマCVD装置と記す）を第５図に示す。図におい
て、１はプラズマ室であり、このプラズマ室１は導波管
２を介して導入されるマイクロ波（周波数2.45GHz）に
対して空洞共振器の構造をなしている。そしてプラズマ
室１周囲には磁気回路としてのマグネット３が配設さ
れ、これにより前記プラズマ室１内に875ガウスの磁場
を形成するとともに、図中下方に発散する発散磁界を形
成するようにしている。従って、プラズマ室１内にマイ
クロ波及びプラズマ発生用のガスが導入され、マグネッ
ト３に通電されると、該プラズマ室１内には電子サイク
ロトロン共鳴による放電が起こり、高密度のプラズマが
発生するとともに、このプラズマは前記発散磁界の磁力
線Ｍに沿って、プラズマ室１の下方に設けられた反応室
４内に引き出される。この反応室４内には反応ガスが導
入されており、前記プラズマとの反応により形成された
反応物質が、この反応室４内に配置された基板５上に堆
積し、膜形成が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなECRプラズマCVD法は、低温で成膜できるこ
と及び成膜速度が高速であること等の利点を有するもの
である。しかるに、基板５上での磁力線分布密度に着目
すると、前記第５図から明らかなように、基板中央部が
最も高く、基板周辺部は中央から離れるに従って低くな
る。従って前記磁力線に沿って引き出されるプラズマの
密度についても同様で、基板中央部が高く、周辺部が低
くなり、これにより基板表面に形成される膜厚が不均一
になってしまうという問題があった。この問題は特に基
板が大面積になると顕著である。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、基板
上に形成される膜の膜厚分布の均一性を向上することの
できるプラズマ処理装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るプラズマ処理装置は、ECRプラズマCVD
装置において、プラズマ室と試料を収容する試料室との
間に磁場補正室を設けるとともに、この磁場補正室の周
囲を取り囲むリング状の磁芯とその周縁部に配置された
複数の電磁コイルを有する磁場補正マグネットを備え、
この磁場補正マグネットが発生する磁界によって前記発
散磁界の磁力線を前記試料近傍で平行化することを特徴
とする。

〔作用〕

この発明においては、通常のECRプラズマCVD法の操作
により、プラズマ室内にプラズマを発生させ、これらを
発散磁界により引き出して試料室内に導入し、プラズマ
流に沿って反応物質を試料室に収容された基板等の試料
上に到達させる。この際、前記プラズマ室と試料室との
間に、磁場補正室及び磁場補正用の磁気回路が設けられ
ているから、これにより試料近傍の発散磁界が補正され
て、前記発散磁界は試料上で局所的に平行化される。従
って試料上での磁力線分布は均一化され、試料に照射さ
れるプラズマ流のプラズマ密度も均一化されて、該試料
上に形成される膜の膜厚分布は均一なものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の断面構
成図であり、図において、１は導入されるマイクロ波に
対して空洞共振器となるように構成されたプラズマ室で
あり、このプラズマ室１にはプラズマ発生用のガスを導
入するためのガス導入口1aが設けられるとともに、マイ
クロ波導入のための導波管２が接続されている。また、
プラズマ室１内には、図示していないが、マイクロ波導
入窓，マイクロ波引き出し窓等が設けられている。前記
プラズマ室１の周囲にはプラズマ発生用磁気回路として
の電磁コイル３が配設されており、この電磁コイル３に
よる磁界の強度は、マイクロ波による電子サイクロトロ
ン共鳴の条件が前記プラズマ室１の内部で成立するよう
に決定される。また、前記電磁コイル３によって下方に
向けて発散する発散磁界が形成される。

前記プラズマ室１の下方には、試料室４が設けられて
おり、この試料室４内には、前記プラズマ室１から引き
出されたプラズマ流が照射される試料としての基板５が
設けられ、該基板５は基板ホルダ６に保持されている。

そして、前記プラズマ室１と試料室４との間には、磁
場補正室７が設けられ、この磁場補正室７の周囲には、
前記発散磁界を補正して、基板付近での磁界が局所的に
平行となるように磁場補正マグネット８が設けられてい
る。磁場補正マグネット８は、第２図及びその底面図で
ある第３図に示すように、リング状の磁芯8aと、その周
縁部に配置された複数の電磁コイル8bと、これらに外接
するように設けられた非磁性体からなる外部カバー8cと
から構成されている。なお、前記磁場補正室７には、こ
の中に反応ガスを導入するためのガス導入口7aが設けら
れている。

次に作用を第１図及び第４図により説明する。

まず、プラズマ室１内に例えばO₂,N₂等のプラズマ発
生用のガスを導入する。そしてプラズマ室１の周囲に設
けられた電磁コイル３に通電して、プラズマ室１内の磁
束密度が875ガウスになるようにする。次に導波管２を
介して周波数2.45GHzのマイクロ波を前記プラズマ室１
に導入する。このような条件により、プラズマ室１内に
おいては、875ガウスの磁場により回転する電子の周波
数と、マイクロ波の周波数2.45GHzとが一致し、電子サ
イクロトロン共鳴を起こす。従って電子はマイクロ波か
ら効率よくエネルギを吸収し、低ガス圧にて高密度のプ
ラズマが発生されることとなる。そしてこのプラズマ室
１内に発生したプラズマは、前記電磁コイル３によって
形成される発散磁界の磁力線Ｍ（第１図参照）に沿って
引き出される。

そして例えばSiH₄等の反応ガスを磁場補正室７内に導
入すると、この磁場補正室７内において、反応ガスと前
記のようにしてプラズマ室１から引き出されたプラズマ
とが反応する。この反応により形成された反応物質は前
記発散磁界の方向に加速され、試料室４内の基板５上に
到達してSi酸化膜やSi窒化膜が堆積される。

ここで、前記磁場補正室７には、その周囲に配設され
た磁場補正マグネット８により、第１図に示すような磁
力線Ｍ′の磁界が形成される。このとき、同じ向きの磁
力線同士は反発するから、磁場補正マグネット８の磁力
線Ｍ′によって、前記発散磁界の磁力線Ｍは基板５付近
で局所的に平行化される。従って、基板５上での磁力線
分布は一様化され、この磁力線に沿って基板５上に照射
されるプラズマ流のプラズマ密度も一様化されて、基板
５上に均一に膜形成が行われる。

このような本実施例では、プラズマ室１と基板５が収
容された試料室４との間に、磁場補正室７及び磁場補正
用のマグネット８を設けたので、プラズマ発生用の電磁
コイル３によって形成された発散磁界を前記磁場補正用
のマグネット８により補正することができ、基板付近の
磁力線を局所的に平行化して前記基板上に一様化された
プラズマ密度のプラズマ流を照射することが可能とな
り、基板上に、膜厚の均一な薄膜を形成することができ
る。

なお、前記実施例では膜形成のみを行う場合の装置に
ついて説明したが、本発明は膜の食刻を併用したバイア
スECRプラズマCVD装置に応用できる。即ち、前記実施例
では基板５にバイアス電圧を印加していないが、前記基
板５に高周波電圧を印加すると、これによりプラズマ中
のイオンが基板５に引き寄せられ、基板表面の食刻が行
われる。

このようなバイアスECRプラズマCVD装置では、食刻を
行いながら膜形成を行うことができるので、形成される
膜の平坦化を向上させることができ、特に基板表面に凹
凸がある場合は、凸部のエッヂ部は膜の付着よりも食刻
を受ける割合の方が多くなり、相対的に凸部は食刻，凹
部は膜形成が行われることとなる。従って、多層膜を形
成して高集積度のICを製造する場合に有効となるが、こ
のような装置に本発明を適用することにより、基板上で
一様な指向性を持つプラズマ流が得られることとなり、
特に大面積の基板において膜形成及び食刻の一様化を図
ることができる。

また、前記実施例ではプラズマ室の下方に磁場補正室
及び反応室を設けたが、プラズマ室を最も下方に配置
し、その上方に磁場補正室，反応室を順に設けてもよ
く、このようにすれば、各室の側壁等に付着した反応物
質が基板上に落下するようなこともなく、より均一で良
質の膜形成を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ECRプラズマCVD装
置において、プラズマ室と基板等の試料を収容する試料
室との間に磁場補正室を設けるとともに、この磁場補正
室の周囲を取り囲むリング状の磁芯とその周縁部に配置
された複数の電磁コイルを有する磁場補正マグネットを
備え、この磁場補正マグネットが発生する磁界によって
前記発散磁界の磁力線を前記試料近傍で平行化するよう
にしたので、試料上での磁力線分布は効率的に均一化さ
れ、試料に照射されるプラズマ流のプラズマ密度も均一
化されて、該試料上に均一に膜形成を行うことができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の断
面構成図、第２図はその磁場補正用のマグネットを示す
一部断面図、第３図は該磁場補正用マグネットの底面
図、第４図は前記実施例によるプラズマ処理装置の動作
を説明するための図、第５図は従来のプラズマ処理装置
の断面構成図である。１……プラズマ室、２……導波管、３……電磁コイル、
４……試料室、５……基板、７……磁場補正室、８……
磁場補正用マグネット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波及びプラズマ発生用のガスが導
入され、その内部にプラズマを発生するためのプラズマ
室と、処理すべき試料が収容された試料室と、前記プラ
ズマ室の周囲に配設されたプラズマ発生用磁気回路とを
備え、前記プラズマ発生用磁気回路により、前記プラズ
マ室内に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を形
成するとともに、前記プラズマ室から試料室内の試料に
向けて発散する磁界を形成するようにしたプラズマ処理
装置において、前記プラズマ室と試料室との間に磁場補
正室が設けられ、この磁場補正室の周囲を取り囲むリン
グ状の磁芯とその周縁部に配置された複数の電磁コイル
を有する磁場補正マグネットを備え、この磁場補正マグ
ネットが発生する磁界によって前記発散磁界の磁力線を
前記試料近傍で平行化することを特徴とするプラズマ処
理装置。