JP3032316B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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JP3032316B2 JP3076571A JP7657191A JP3032316B2 JP 3032316 B2 JP3032316 B2 JP 3032316B2 JP 3076571 A JP3076571 A JP 3076571A JP 7657191 A JP7657191 A JP 7657191A JP 3032316 B2 JP3032316 B2 JP 3032316B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置及び半
導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、プラズマ化
された反応ガスを用いて膜形成を行う半導体製造装置及
び半導体装置の製造方法に関する。
【0002】近年、膜形成装置として低温で膜形成が可
能なECRプラズマCVD装置が注目を集めている。E
CRプラズマCVD装置は異方性の強い反応種(例えば
SiH4 /N2 /N2 O/O2 混合ガス)を成膜材料と
しているため、平面上には堆積するが、配線の側壁な
ど、垂直な面には堆積しにくい性質がある。この性質を
利用してデポジションとスパッタ効果を組み合わせて配
線を被覆して順テーパ状の絶縁膜を形成することができ
る。そして、このような形状を利用して平坦化を行うこ
とができるので、配線の多層化も可能となる。
【0003】
【従来の技術】図4は、ECRプラズマCVD装置の構
成図で、図中符号5はメインソレノイドコイルで、プラ
ズマ生成室7内でECR条件(875ガウス)を満たす
磁界を発生させるとともに、プラズマ生成室7に連接し
ている反応室8内にプラズマを引き出す発散磁界を形成
する。6はプラズマ生成室7に導入された反応ガスをプ
ラズマ化するためのマイクロ波を印加するマイクロ波印
加手段、9は反応室8に接続されている反応ガスの導入
口、10は反応室8に接続されている反応室8内の反応
ガスを排気する排気口である。11はサブソレノイドコ
イルで、プラズマ化した反応ガスを磁場内で広げるカス
プ磁場を形成し、成膜位置でのプラズマ密度を均一にす
る。サブソレノイドコイル11に流す電流値を変えるこ
とで、カスプ面、即ちメインソレノイドコイル5による
磁場の強さとサブソレノイドコイル11による磁場の強
さが逆向きに等しくなる面を上下に移動させることがで
きる。
【0004】また、図5はECRプラズマCVD装置に
用いられるウエハ保持具の詳細について説明する構成図
で、図中符号1はウエハ保持台で、ウエハ載置面1aに
はウエハ3と接触する部分が格子状の凸部1bとして形
成されている。また、このウエハ保持台1にはウエハ3
を静電的に保持するために不図示の直流電圧の印加電極
が埋め込まれている。以上がウエハ保持具2を構成す
る。
【0005】次に、このようなウエハ保持具2を用いた
ECRプラズマCVD装置によりウエハ3上に絶縁膜を
形成する方法について図4,図5(a),(b)及び図
6(a),(b)を参照しながら説明する。
【0006】まず、ウエハ保持具2のウエハ保持台1に
埋め込まれた直流電圧の印加電極によりウエハ載置面1
aに静電的にウエハ3を保持する。
【0007】次に、プラズマ生成室7に反応ガスを供給
し、マイクロ波電場及びメインソレノイドコイル5によ
り発生した発散磁場による共振により反応ガスにエネル
ギーを供給して反応ガスをプラズマ化する。続いて、プ
ラズマ化された反応ガスを反応室8内に導入すると、反
応ガスはカスプ磁界により磁界内に閉じ込められ、更に
カスプ面の近傍に置かれたウエハ3上に磁界により移動
する。これにより、ウエハ3表面に絶縁膜4の形成が行
われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ3上
に形成される絶縁膜4の膜厚は、図5(a),(b)に
示すように、中央部で厚く形成され、ウエハ3全体に膜
厚の不均一性が大きいという問題がある。
【0009】調査によると、これは、プラズマ化された
反応ガス粒子の密度が中央部で高く、周辺部で低くなる
ことが原因していると考えられる。
【0010】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、ウエハ上に膜厚の均一な膜を形成するこ
とができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を
提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1に、チ
ャンバと、該チャンバ内に導入された反応ガスをプラズ
マ化する手段と、該プラズマ化された反応ガスにより膜
形成されるべきウエハをウエハ載置面に載置するウエハ
保持具とを有し、前記ウエハ保持具のウエハ載置面は、
周辺部でだけ前記ウエハと接触する接触部を備え、か
つ、中央部にだけ前記接触部が設けられない空間領域を
有していることを特徴とする半導体製造装置によって達
成され、第2に、プラズマ化された反応ガスを用いてウ
エハ保持具に保持されたウエハ上に膜形成を行う半導体
装置の製造方法において、前記ウエハ保持具とウエハと
の接触をウエハ保持具の周辺部でのみ行い、かつ中央部
では接触させないことにより、前記反応ガスからのエネ
ルギーの授受により加熱されるウエハの中央部の温度を
ウエハの周辺部の温度より高くし、反応ガスのスパッタ
効果を中央部で大きくしながら膜形成を行うことを特徴
とする半導体装置の製造方法によって達成される。
【0012】
【作用】本発明の半導体製造装置においては、ウエハ保
持具のウエハ載置面の中央部に接触部が設けられない空
間領域を有し、ウエハはウエハ載置面の周辺部でのみウ
エハ載置面に接触している。
【0013】このため、本発明の半導体装置の製造方法
のように、反応ガスからのエネルギーの授受により加熱
されるウエハの中央部の温度をウエハの周辺部の温度よ
り高くすることにより、反応ガスのスパッタ効果を中央
部で大きくしながら膜形成を行うことができる。従っ
て、プラズマ化された反応ガス粒子の密度が中央部で高
く、周辺部で低くなっているために、通常、ウエハの中
央部で厚く膜形成が行われる場合でも、厚く形成される
中央部の膜をスパッタ効果により周辺部の膜よりも多く
エッチングしつつ膜形成を行うことができるので、形成
膜の膜厚を均一化することができる。
【0014】
【実施例】(1)第1の実施例 図1は、本発明の第1の実施例のECRプラズマCVD
装置の構成図、図2(a),(b)は本発明の第1の実
施例のECRプラズマCVD装置に用いられるウエハ保
持具の詳細について説明する構成図である。
【0015】図1において、15はメインソレノイドコ
イルで、プラズマ生成室17内でECR条件(875ガ
ウス)を満たす磁界を発生させるとともに、プラズマ生
成室17に連接している反応室18内にプラズマを引き
出す発散磁界を形成する。16はプラズマ生成室17に
導入された反応ガスをプラズマ化するためのマイクロ波
を印加するマイクロ波印加手段で、メインソレノイドコ
イル15とマイクロ波印加手段16とが反応ガスをプラ
ズマ化する手段を構成する。19は反応室18に接続さ
れている反応ガスの導入口、20は反応室18に接続さ
れている反応室18内の反応ガスを排気する排気口であ
る。そして、プラズマ生成室17と反応室18とがチャ
ンバを構成する。
【0016】21はサブソレノイドコイルで、プラズマ
化した反応ガスを磁場内で広げるカスプ磁場を形成し、
成膜位置でのプラズマ密度を均一にする。サブソレノイ
ドコイル21に流す電流値を変えることで、カスプ面、
即ちメインソレノイドコイル15による磁場の強さとサ
ブソレノイドコイル21による磁場の強さが逆向きに等
しくなる面を上下に移動させることができる。
【0017】また、図2(a),(b)において、12
はAl板からなるウエハ保持台で、ウエハ載置面12aに
はウエハ14と接触する部分が格子状の凸部12bとして
形成されている。そして、ウエハ14からウエハ保持台
12への熱の伝導を抑制してウエハ14の中央部の温度
を局部的に上げるために、ウエハ載置面12aの中央部で
は格子状の凸部12bは例えば方形状に除去され、ウエハ
14との接触部を有しない空間領域12cが形成されてい
る。また、このウエハ保持台12にはウエハ14を静電
的に保持するために不図示の直流電圧の印加電極が埋め
込まれている。以上がウエハ保持具13を構成する。
【0018】本発明の第1の実施例のECRプラズマC
VD装置においては、ウエハ保持具13のウエハ載置面
12aの中央部に空間領域12cを有し、ウエハ14はウエ
ハ載置面12aの周辺部でのみウエハ載置面12aに接触し
ている。
【0019】このため、反応ガスからのエネルギーの授
受により加熱されるウエハ14の中央部の温度をウエハ
14の周辺部の温度より高くすることにより、反応ガス
のスパッタ効果を中央部で大きくしながら膜形成を行う
ことができる。従って、プラズマ化された反応ガス粒子
の密度が中央部で高く、周辺部で低くなっているため
に、通常、ウエハ14の中央部で厚く膜形成が行われる
場合でも、厚く形成される中央部の膜をスパッタ効果に
より周辺部の膜よりも多くエッチングしつつ膜形成を行
うことができるので、形成膜の膜厚を均一化することが
できる。
【0020】なお、第1の実施例では、本発明の半導体
製造装置をECRプラズマCVD装置に適用している
が、スパッタ装置等にも適用することができる。
【0021】(2)第2の実施例 次に、このようなウエハ保持具13を用いたECRプラ
ズマCVD装置によりウエハ14上にSiO2膜からなる絶
縁膜を形成する、本発明の第2の実施例の膜形成方法に
ついて図1,図2(a),(b)及び図3(a),
(b)を参照しながら説明する。
【0022】まず、ウエハ保持具13のウエハ保持台1
2に埋め込まれた不図示の印加電極に直流電圧を印加す
ることによりウエハ載置面12aに静電的にウエハ14を
保持する(図2(a),(b))。
【0023】次いで、図1に示す排気口20からプラズ
マ生成室17内及び反応室18内を排気する。室内が所
定の圧力に達した後、プラズマ生成室17にガス導入口
19から反応ガスとしてSiH4/O2ガスを供給し、マイク
ロ波印加手段16から周波数2GHzのマイクロ波電場を印
加し、かつメインソレノイドコイル15からECR条件
(875ガウス)を満たす発散磁場を発生させる。その
結果、電磁場による共振により反応ガスにエネルギーを
供給して反応ガスをプラズマ化する。
【0024】続いて、プラズマ化された反応ガスが反応
室18内に導入されると、反応ガスはカスプ磁界により
磁場内で広がり、更にカスプ面の近傍に置かれたウエハ
14上に磁場により移動する。これにより、ウエハ14
表面にSiO2膜22の形成が行われる。このとき、反応ガ
スからのエネルギーの授受によりウエハ14が加熱され
るが、ウエハ保持具13とウエハ14との接触をウエハ
保持具13の周辺部でのみ行っているので、ウエハ14
の中央部の温度はウエハ14の周辺部の温度より高くな
る。従って、反応ガスのスパッタ効果を中央部で大きく
しながら膜形成を行うことができる。
【0025】この状態を所定時間保持することにより、
プラズマ化された反応ガス粒子の密度が中央部で高く、
周辺部で低くなっているために、通常、ウエハ14の中
央部で厚く膜形成が行われる場合でも、厚く形成される
中央部のSiO2膜22をスパッタ効果により周辺部のSiO2
膜22よりも多くエッチングしつつ膜形成しているの
で、ウエハ14上に形成されたSiO2膜22の膜厚を均一
化することができる(図3(a),(b))。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体製造装置
においては、ウエハ保持具のウエハ載置面の中央部にウ
エハとの接触部を有しない空間領域を有し、ウエハ載置
面の周辺部でのみウエハがウエハ載置面に接触している
ので、本発明の半導体装置の製造方法のように、反応ガ
スからのエネルギーの授受により加熱されるウエハの中
央部の温度をウエハの周辺部の温度より高くすることが
できる。これにより、反応ガスのスパッタ効果を中央部
で大きくしながら膜形成を行うことができるので、通常
厚く形成されがちな中央部の膜をスパッタ効果により周
辺部の膜よりも多くエッチングしつつ膜形成を行い、形
成膜の膜厚を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のECRプラズマCVD
装置について説明する構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例のECRプラズマCVD
装置に用いられるウエハ保持具の詳細について説明する
構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例の膜形成方法について説
明する図である。
【図4】従来例のECRプラズマCVD装置について説
明する構成図である。
【図5】従来例のECRプラズマCVD装置に用いられ
るウエハ保持具の詳細について説明する構成図である。
【図6】従来例の膜形成方法について説明する図であ
る。
【符号の説明】
1,12 ウエハ保持台、 1a,12a ウエハ載置面、 1b,12b 格子状の凸部、 2,13 ウエハ保持具、 3,14 ウエハ、 4 絶縁膜、 5,15 メインソレノイドコイル(反応ガスをプラズ
マ化する手段)、 6,16 マイクロ波印加手段(反応ガスをプラズマ化
する手段)、 7,17 プラズマ生成室(チャンバ)、 8,18 反応室(チャンバ)、 9,19 ガス導入口、 10,20 排気口、 11,21 サブソレノイドコイル、 12c 空間領域、 22 SiO2膜。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/316

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバと、該チャンバ内に導入された
    反応ガスをプラズマ化する手段と、該プラズマ化された
    反応ガスにより膜形成されるべきウエハをウエハ載置面
    に載置するウエハ保持具とを有し、 前記ウエハ保持具のウエハ載置面は、周辺部でだけ前記
    ウエハと接触する接触部を備え、かつ、中央部にだけ前
    記接触部が設けられない空間領域を有していることを特
    徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項2】 プラズマ化された反応ガスを用いてウエ
    ハ保持具に保持されたウエハ上に膜形成を行う半導体装
    置の製造方法において、 前記ウエハ保持具とウエハとの接触をウエハ保持具の周
    辺部でのみ行い、かつ中央部では接触させないことによ
    り、前記反応ガスからのエネルギーの授受により加熱さ
    れるウエハの中央部の温度をウエハの周辺部の温度より
    高くし、反応ガスのスパッタ効果を中央部で大きくしな
    がら膜形成を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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