JP2969651B2 - Ecrプラズマcvd装置 - Google Patents

Ecrプラズマcvd装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ励起及び表面反応により薄膜を気
相成長させるプラズマCVD装置に関し、特にプラズマ発
生源にECR(電子サイクロトロン共鳴)現象を利用したE
CRプラズマCVD装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、プラズマ生成室内にガス導入手段を介して
ガスを導入すると共に、マイクロ波導波手段を介してマ
イクロ波を導波してプラズマを発生させ、該プラズマ中
の分子を活性化し、膜形成すべき基板上で反応させて薄
膜を堆積させるECRプラズマCVD装置において、プラズマ
を生成する上記プラズマ生成室の外側に複数の第1の永
久磁石を配し、かつ上記プラズマ生成室と反応室の間に
あるプラズマ引き出し窓の上記プラズマ生成室側に、上
記プラズマの流れる方向に磁界を揃えた複数の第2永久
磁石を配し、上記複数の第1及び第2の永久磁石の間隔
が等間隔である構成とすることにより、ECRプラズマCVD
装置の小型化並びに省力化が実現できるようにしたもの
である。
〔従来の技術〕
一般に、静磁界中の荷電粒子は、ローレンツ力による
円運動(サイクロトロン運動)を行なう。この運動の角
周波数と高周波電界の周波数2.45GHzを一致させたと
き、共鳴吸収が起こり、電界エネルギが効率よく荷電粒
子に吸収される。この現象を用い反応ガスを効率よく分
解,活性化し、例えば10-5Torr程度の高真空で膜形成を
行なう方法がECRプラズマCVD法である。
このECRプラズマCVD法は、デバイスの高集積化が進む
中で、層間膜の平坦化が重要になるというニーズに応え
られる重要な技術となりつつあり、今後の超高集積回路
の膜形成技術として注目されている。
即ち、ECRプラズマCVD法は、低圧で放電(電離)が可
能で低圧でも高密度プラズマの形成ができるため、アス
ペクト比の高い溝へも高速で膜成長が可能であるばかり
でなく、プラズマ発生領域と膜成長領域の分離が可能で
あること。また、ウェハを支持する試料台に高周波電圧
(RFbias)を印加すれば、余分な膜をエッチング除去し
ながら膜成長できるため、凹凸面のあるウェハ表面上に
平坦化した膜を形成することが可能であること。その
他、高周波によるウェハのダメージ、異物発生が低減で
き、しかも低温プラズマを用いるので、低温で良質の薄
膜を形成することが可能である。
そして、従来のECRプラズマCVD装置は、第3図に示す
ように、ウェハ(21)を載置するサセプタ(22)を内部
に配設した反応室(23)と、活性化すべきガスをプラズ
マ状態にするプラズマ生成室(24)とを有して成り、反
応室(23)は、その側壁に反応ガス導入管(25)が配設
されると共に、排気系とも接続され、一方プラズマ生成
室(24)は、その上部にガス導入管(26)とマイクロ波
導波管(27)が配設されると共に、その外部に励磁コイ
ル(28)が配されて成る。尚、(29)はマイクロ波導入
窓、(30)はプラズマ生成室(24)にて生成されたプラ
ズマ流である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、一般にECRプラズマCVD法を行なう際、プラ
ズマ生成室(24)内においてECR条件を満たさなければ
ならない。このECR条件とは、磁界の作用によりサイク
ロトロン運動を行なっている荷電粒子の角周波数とマイ
クロ波の周波数を一致させることである。そのためには
875Gaussの磁界をプラズマ生成室(24)内に印加する必
要がある。
しかしながら、ECR条件を満たす875Gaussという磁界
を永久磁石で作るとプラズマ生成室(24)全体に均一に
よく磁界を形成することができず、第3図に示すような
大きな励磁コイル(28)を必要とする。そのため、ECR
プラズマCVD装置の小型化が実現できない。特に、大口
径化傾向にあるウェハに適用した場合、装置自体が大型
化するという欠点を有する。更に、875Gaussの磁界形成
のためには多大な電流を励磁コイル(28)に流さなけれ
ばならず成膜工程の省力化が達成できない。
本発明は、このような点に鑑み成されたもので、装置
自体の小型化,省力化並びに成膜工程の省力化を図るこ
とができるECRプラズマCVD装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のECRプラズマCVD装置は、プラズマ生成室
(2)内にガス導入手段(9)を介してガスを導入する
と共に、マイクロ波導波手段(7)及び(8)を介して
マイクロ波を導波してプラズマを発生させ、該プラズマ
中の分子を活性化し、膜形成すべき基板(ウェハ)
(3)上で反応させて薄膜を堆積させるECRプラズマCVD
装置において、プラズマを生成する上記プラズマ生成室
(2)の外側に複数の第1の永久磁石(10)を配し、か
つ上記プラズマ生成室(2)と反応室(1)の間にある
プラズマ引き出し窓(6)のプラズマ生成室(2)側
に、プラズマの流れる方向(14)に磁界 を揃えた複数の第2の永久磁石(12)を配し、上記複数
の第1及び第2の永久磁石(10)、(12)の間隔が等間
隔lである構成とする。
尚、プラズマ生成室(2)の外側に配する磁界発生手
段(10)は、励磁コイル,永久磁石どちらでもよい。
〔作用〕
上述の本発明の構成によれば、プラズマ生成室(2)
の外側に複数の第1の永久磁石を配し、かつプラズマ生
成室(2)と反応室(1)の間にあるプラズマ引き出し
窓(6)のプラズマ生成室(2)側に、プラズマの流れ
る方向(14)に磁界 を揃えた複数の第2の永久磁石(12)を配し、これら複
数の第1及び第2の永久磁石(10)、(12)を等間隔に
配設するようにしたので、たとえ永久磁石(12)でもEC
R条件を満たす875Gaussの磁界を均一にかつマイクロ波
による電界に対して垂直に供給することができる。
従って、永久磁石(12)の使用によりECRプラズマCVD
装置自体の小型化が実現でき、特に大口径化傾向にある
ウェハ(3)に適用した場合、非常に有利である。ま
た、永久磁石(12)であるため、電流を供給する必要が
なく装置自体の省力化が図れると供に、成膜工程の省力
化をも図ることができる。
〔実施例〕
以下、第1図及び第2図を参照しながら本発明の実施
例を説明する。
第1図は、本実施例に係るECRプラズマCVD装置を示す
構成図である。この図において、(1)はウェハ(3)
に対し成膜を行なう反応室、(2)はプラズマ生成室を
示す。
反応室(1)は内部に、ウェハ(3)が載置されるサ
セプタ(4)を有すると共に、側壁に反応ガス導入管
(5)を設けて成る。また、反応室(1)は、バルブ,
ポンプ等よりなる排気系に接続されている。そして、こ
の反応室(1)の上部に複数のプラズマ引出し窓(6)
を介してプラズマ生成室(2)が設けられ、更にこのプ
ラズマ生成室(2)にマイクロ波導入窓(7)を介して
マイクロ波導波管(8)が設けられている。また、プラ
ズマ生成室(2)にはその上部にガス導入管(9)が設
けられる。
しかして本例においては、プラズマ生成室(2)の外
側に円柱状あるいは角柱状を有する複数の永久磁石(1
0)が配されると共に、プラズマ生成室(2)と反応室
(1)間の仕切板(11)の上面におけるプラズマ引出し
窓(6)以外の場所にも円柱状あるいは角柱状を有する
複数の永久磁石(12)が配されて成る。
これらの永久磁石(10)及び(12)は、等間隔lに配
されると共に、上部がN極、下部がS極となされて各永
久磁石(12)間並びに側壁(2a)と永久磁石(10)間の
プラズマ発生領域(13)に下向きの磁界 が形成されるようになされる。そして、これら永久磁石
(10)及び(12)としては、総合的に換算して各プラズ
マ発生領域(13)に875Gaussの磁界が形成されるような
磁力を有する永久磁石を用いる。尚、プラズマ生成室
(2)内及び反応室(1)内は、排気系により例えば5
×10-3Torrの高真空に保たれている。
そして、本実施例に係るECRプラズマCVD装置は次によ
うにしてウェハ(3)に対し成膜を行なう。
即ち、第1図に示すように、ガス導入管(9)からプ
ラズマ生成室(2)内に例えばアルゴンArガス(他に水
素H2ガスも用いられる)を導入すると共に、マイクロ波
導波管(8)及びマイクロ波導入窓(7)を通じてプラ
ズマ生成室(2)内にマイクロ波(2.45GHz,800W)を導
波すると、永久磁石(10)及び(12)の磁界により、プ
ラズマ生成室(2)内の各プラズマ発生領域(13)にお
いてアルゴンArガスプラズマが発生され、自己拡散ある
いは磁界により下方、即ち反応室(1)の方向に流れて
所謂プラズマ流(14)をかたちづくる。
一方、反応ガス導入管(5)より反応室(1)内に導
入された反応ガスWF6/SiH4/H2は、プラズマ流(14)と
共に複数のプラズマ引出し窓(6)を介して拡散するプ
ラズマ状態にされたアルゴンArのうちの励起準安定状態
にあるArによって直接解離される。反応ガスWF6/SiH4
/H2は、本例においては、WF6=20SCCM,SiH4=30SCCM,H2
=100SCCMとした。尚、H2はキャリアガス兼還元ガスで
ある。
このように解離されて活性種となったWあるいはWS
ixはプラズマ流(14)と一体となってサセプタ(4)
上に輸送されて、ウェハ(3)上にタングステン(W)
膜あるいはタングステンシリサイド(WSix)膜を形成す
る。
上述の如く本例によれば、プラズマ生成室(2)の外
側と内側に複数の永久磁石(10)及び(12)を等間隔l
に配置し、更に上記永久磁石(10)及び(12)として、
総合的に換算したときプラズマ生成室(2)内の各プラ
ズマ発生領域(13)に875Gaussの磁界が形成されるよう
な磁力を有する永久磁石を用いるようにしたので、各プ
ラズマ発生領域(13)に875Gaussで、かつマイクロ波に
よる電界 の向きに対して垂直な向きの磁界 を均一に供給することができる。
従って、従来の如くプラズマ生成室(2)の外側に大
きな励磁コイルを設ける必要がなくなり、ECRプラズマC
VD装置自体の小型化が実現できる。特に、大口径のウェ
ハに対して成膜を行なう場合、ウェハの大きさに準じて
プラズマ生成室(2)の径も大きくする必要があるが、
従来のように磁界発生を励磁コイルで行なう場合、径の
大きいプラズマ生成室(2)内に875Gaussの磁界を得る
には励磁コイルもそれに準じて大きくする必要があり、
装置自体が大型化する。しかし本例では、プラズマ生成
室(2)の外側及び内側に永久磁石(10)及び(12)を
配設するだけで済むため、装置は従来のものと比して非
常にコンパクトとなる。
また、磁界発生手段として永久磁石(10)及び(12)
のみを用いるため、磁界発生手段への電流の供給が省略
でき、装置自体の省力化を図ることができると共に、成
膜工程の省力化をも図ることができる。
上記実施例では、プラズマ生成室(2)と反応室
(1)間の仕切板(11)に複数のプラズマ引出し窓
(6)を設け、該仕切板(11)上のプラズマ引出し窓
(6)以外の場所に永久磁石(12)を配設するようにし
たが、その他第2図に示すように、プラズマ引出し窓
(6)を1つだけ設けてその周囲に永久磁石(12)を配
設するようにしてもよい。尚、第2図において、第1図
と対応するものについては同符号を記す。
また、プラズマ生成室(2)の外側に配する磁界発生
手段としては本例の永久磁石(10)のほか、励磁コイル
を用いてもよい。この場合、通常用いられる励磁コイル
よりも小型の励磁コイルが使用できる。
〔発明の効果〕
本発明に係るECRプラズマCVD装置は、プラズマを生成
するプラズマ生成室の外側に複数の第1の永久磁石を配
し、かつプラズマ生成室の間と反応室にあるプラズマ引
き出し窓のプラズマ生成室側に、プラズマの流れる方向
に磁界を揃えた複数の第2の永久磁石を配し、これら複
数の第1及び第2の永久磁石を等間隔に配して構成する
ようにしたので、装置自体の小型化及び省力化が実現で
きると共に、成膜処理の省力化をも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例に係るECRプラズマCVD装置を示す構成
図、第2図はその変形例を示す構成図、第3図は従来例
に係るECRプラズマCVD装置を示す構成図である。 (1)は反応室、(2)はプラズマ生成室、(3)はウ
ェハ、(4)はサセプタ、(5),(9)はガス導入
管、(6)はプラズマ引出し窓、(7)はマイクロ波導
入窓、(8)はマイクロ波導波管、(10),(12)は永
久磁石、(13)はプラズマ発生領域である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ生成室内にガス導入手段を介して
    ガスを導入すると共に、マイクロ波導波手段を介してマ
    イクロ波を導波してプラズマを発生させ、該プラズマ中
    の分子を活性化し、膜形成すべき基板上で反応させて薄
    膜を堆積させるECRプラズマCVD装置において、 プラズマを生成する上記プラズマ生成室の外側に複数の
    第1の永久磁石を配し、かつ上記プラズマ生成室と反応
    室の間にあるプラズマ引き出し窓の該プラズマ生成室側
    に、上記プラズマの流れる方向に磁界を揃えた複数の第
    2の永久磁石を配し、 上記複数の第1及び第2の永久磁石の間隔が等間隔であ
    るECRプラズマCVD装置。
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