JP3050295B2 - エッチング反応を伴うプラズマｃｖｄ法による成膜法及び装置 - Google Patents
エッチング反応を伴うプラズマｃｖｄ法による成膜法及び装置Info
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ成膜反応
として膜堆積反応と膜エッチング反応とが同時に起こり
うる材料系において、再現性の高い、且つ良好な特性を
有する膜の作成をおこなう方法を提供する。
として膜堆積反応と膜エッチング反応とが同時に起こり
うる材料系において、再現性の高い、且つ良好な特性を
有する膜の作成をおこなう方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ法を使用した成膜は、ガ
スの流量、プラズマへの供給電力、基板温度、成膜反応
室の圧力、等のパラメータを変化させ、それぞれのパラ
メータの変化に対し、膜質がどのように変化するのかを
調べる。その後、目的とする膜を作成するために、上述
した数々のパラメータを制御することにより、膜成長を
おこなう。また、プラズマＣＶＤ中の発光強度の成膜条
件依存性を測定し、イオンの発光強度の折れ曲り点を求
め、その折れ曲り点に基づいてプラズマＣＶＤ法の最適
成膜条件を設定する方法が提案されている。この方法
は、作成しようとする膜の成膜種をモニタリングするこ
とにより、最適な成膜条件を提供しようとするものであ
る。
スの流量、プラズマへの供給電力、基板温度、成膜反応
室の圧力、等のパラメータを変化させ、それぞれのパラ
メータの変化に対し、膜質がどのように変化するのかを
調べる。その後、目的とする膜を作成するために、上述
した数々のパラメータを制御することにより、膜成長を
おこなう。また、プラズマＣＶＤ中の発光強度の成膜条
件依存性を測定し、イオンの発光強度の折れ曲り点を求
め、その折れ曲り点に基づいてプラズマＣＶＤ法の最適
成膜条件を設定する方法が提案されている。この方法
は、作成しようとする膜の成膜種をモニタリングするこ
とにより、最適な成膜条件を提供しようとするものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】成膜パラメータを制御
する方法により膜生成をおこなう場合、初めに数多くの
パラメータを変化させ、それぞれに対応した膜評価をお
こなう必要がある。このような作業は、多くの時間と労
力を費やす。また、膜生成を繰り返しおこなった場合、
チャンバー内壁に材料が堆積し、その回数とともに最適
な成膜条件は変化していく。従って、定期的に更正をお
こなわなければならない。一方、成膜種であるイオンを
モニタリングする手法は、成膜時間とともに変化するプ
ラズマ中の条件を容易に捉えられるが、様々な化学反応
が起こるプラズマを充分に理解し、制御することは難し
い。特に、プラズマＣＶＤ法による成膜は、膜のエッチ
ング反応をともなうことが多く、成膜種のみをモニタリ
ングするだけでは不十分である。
する方法により膜生成をおこなう場合、初めに数多くの
パラメータを変化させ、それぞれに対応した膜評価をお
こなう必要がある。このような作業は、多くの時間と労
力を費やす。また、膜生成を繰り返しおこなった場合、
チャンバー内壁に材料が堆積し、その回数とともに最適
な成膜条件は変化していく。従って、定期的に更正をお
こなわなければならない。一方、成膜種であるイオンを
モニタリングする手法は、成膜時間とともに変化するプ
ラズマ中の条件を容易に捉えられるが、様々な化学反応
が起こるプラズマを充分に理解し、制御することは難し
い。特に、プラズマＣＶＤ法による成膜は、膜のエッチ
ング反応をともなうことが多く、成膜種のみをモニタリ
ングするだけでは不十分である。
【０００４】本発明の目的は、複雑な化学反応が起こる
プラズマ中で、膜堆積反応と膜エッチング反応とが同時
に起こりうる材料系を使用したときに、成膜種とエッチ
ング種とに着目することにより、最適な成膜条件を容易
に見出し、且つ、良好な特性を有する膜の作成を再現性
良くおこなう方法を提供することにある。
プラズマ中で、膜堆積反応と膜エッチング反応とが同時
に起こりうる材料系を使用したときに、成膜種とエッチ
ング種とに着目することにより、最適な成膜条件を容易
に見出し、且つ、良好な特性を有する膜の作成を再現性
良くおこなう方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の成膜方法は、膜
堆積反応とエッチング反応とが同時に起こる原材料系を
用いたプラズマＣＶＤ法による成膜法において、プラズ
マ中に生じる成膜種とエッチング種の発光強度と成膜依
存性との関係から、最適な成膜条件を達成し得る成膜種
とエッチング種の最適発光強度を予め求める工程と、成
膜用原料からの成膜種を含むプラズマを発生させ、基板
上に堆積膜を成膜する際に、成膜種及びエッチング種の
それぞれの発光強度をモニターし、これらの成膜種及び
エッチング種のそれぞれにおいて前記最適発光強度が維
持されるように成膜条件を制御する工程とを有すること
を特徴とする。
堆積反応とエッチング反応とが同時に起こる原材料系を
用いたプラズマＣＶＤ法による成膜法において、プラズ
マ中に生じる成膜種とエッチング種の発光強度と成膜依
存性との関係から、最適な成膜条件を達成し得る成膜種
とエッチング種の最適発光強度を予め求める工程と、成
膜用原料からの成膜種を含むプラズマを発生させ、基板
上に堆積膜を成膜する際に、成膜種及びエッチング種の
それぞれの発光強度をモニターし、これらの成膜種及び
エッチング種のそれぞれにおいて前記最適発光強度が維
持されるように成膜条件を制御する工程とを有すること
を特徴とする。
【０００６】本発明の成膜装置は、成膜用の原材料系の
プラズマを発生させるプラズマ発生領域と、該プラズマ
により堆積膜を形成する成膜領域と、前記プラズマ発生
領域に原材料系を供給する原材料系供給手段と、前記プ
ラズマ発生領域にプラズマを発生させるためのエネルギ
ーを供給するためのエネルギー供給手段とを有するＣＶ
Ｄ法による成膜装置において、前記プラズマ発生領域に
おいて発生したプラズマ中の成膜種及びエッチング種の
発光強度を測定する発光強度測定手段と、前記原材料系
供給手段及び前記プラズマ発生手段を制御する制御手段
とを設け、該制御手段は、前記発光強度測定手段で測定
される発光強度が、プラズマ中に生じる成膜種とエッチ
ング種の発光強度と成膜依存性との関係から予め求めら
れた、最適な成膜条件を達成し得る成膜種とエッチング
種の最適発光強度に維持されるように、前前記原材料系
供給手段及び前記プラズマ発生手段の少なくとも一方を
制御するものであることを特徴とする。
プラズマを発生させるプラズマ発生領域と、該プラズマ
により堆積膜を形成する成膜領域と、前記プラズマ発生
領域に原材料系を供給する原材料系供給手段と、前記プ
ラズマ発生領域にプラズマを発生させるためのエネルギ
ーを供給するためのエネルギー供給手段とを有するＣＶ
Ｄ法による成膜装置において、前記プラズマ発生領域に
おいて発生したプラズマ中の成膜種及びエッチング種の
発光強度を測定する発光強度測定手段と、前記原材料系
供給手段及び前記プラズマ発生手段を制御する制御手段
とを設け、該制御手段は、前記発光強度測定手段で測定
される発光強度が、プラズマ中に生じる成膜種とエッチ
ング種の発光強度と成膜依存性との関係から予め求めら
れた、最適な成膜条件を達成し得る成膜種とエッチング
種の最適発光強度に維持されるように、前前記原材料系
供給手段及び前記プラズマ発生手段の少なくとも一方を
制御するものであることを特徴とする。
【０００７】本発明においては、複雑な反応が起こるプ
ラズマ中で、成膜反応とエッチング反応とに着目するこ
とにより、成膜種とエッチング種の発光強度のプラズマ
ＣＶＤ成膜条件依存性を測定し、競合する両反応のバラ
ンスの良い、最適な成膜条件、すなわち、成膜種に対し
ては発光強度が高く、エッチング種に対しては発光強度
が低くなるような条件を満たすプラズマ状態が得られる
成膜条件を予め求めておき、成膜膜操作中において、成
膜種やエッチング種の発光強度をモニターして、最適な
成膜条件が維持される発光強度が成膜操作中においてリ
アルタイムで一定に維持されるように成膜条件を制御し
て、安定した再現性の高い成膜をおこなうことができ
る。
ラズマ中で、成膜反応とエッチング反応とに着目するこ
とにより、成膜種とエッチング種の発光強度のプラズマ
ＣＶＤ成膜条件依存性を測定し、競合する両反応のバラ
ンスの良い、最適な成膜条件、すなわち、成膜種に対し
ては発光強度が高く、エッチング種に対しては発光強度
が低くなるような条件を満たすプラズマ状態が得られる
成膜条件を予め求めておき、成膜膜操作中において、成
膜種やエッチング種の発光強度をモニターして、最適な
成膜条件が維持される発光強度が成膜操作中においてリ
アルタイムで一定に維持されるように成膜条件を制御し
て、安定した再現性の高い成膜をおこなうことができ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明においては、膜堆積とエッ
チング反応とが同時に起こる材料系でのプラズマＣＶＤ
法において、成膜種とエッチング種とを同時にｉｎ−ｓ
ｉｔｕでモニタリングすることにより、最適な条件で再
現性の高い成膜を実現する。すなわち、効率の良い膜堆
積反応と、堆積させた膜のエッチングを最小に抑える反
応と、両者を同時に満たす条件を見出し、その条件を成
膜の間、リアルタイムで維持することにより、最適な条
件で再現性の高い成膜を可能とする。
チング反応とが同時に起こる材料系でのプラズマＣＶＤ
法において、成膜種とエッチング種とを同時にｉｎ−ｓ
ｉｔｕでモニタリングすることにより、最適な条件で再
現性の高い成膜を実現する。すなわち、効率の良い膜堆
積反応と、堆積させた膜のエッチングを最小に抑える反
応と、両者を同時に満たす条件を見出し、その条件を成
膜の間、リアルタイムで維持することにより、最適な条
件で再現性の高い成膜を可能とする。
【０００９】本発明においては、まずプラズマ中に含ま
れる成膜種とエッチング種の発光強度と成膜依存性との
関係が求められる。この関係は、例えば後述する実施例
１におけるように、成膜条件を変化させた際の所定の種
の発光強度の相対的な変化と成膜（堆積膜形成速度）速
度との関係を測定することで求めることができる。
れる成膜種とエッチング種の発光強度と成膜依存性との
関係が求められる。この関係は、例えば後述する実施例
１におけるように、成膜条件を変化させた際の所定の種
の発光強度の相対的な変化と成膜（堆積膜形成速度）速
度との関係を測定することで求めることができる。
【００１０】発光強度をモニターすべき種としては、成
膜に影響を与える種を選定すればよい。ＴｉＣｌ4等を
用いてＴｉ膜を成長させる場合は、例えば、Ｈ、Ｔｉイ
オン及び塩素系イオンをモニターする種として選定する
ことができる。また、ＭｏＣｌ6等を用いてＭｏ膜を成
長させる場合は、例えば、Ｈ、Ｍｏイオン及び塩素系イ
オンをモニターする種として選定することができる。更
に、ＷＦ6等を用いてＷ膜を成長させる場合は、例えば
Ｈ、Ｗイオン及び塩素系イオンをモニターする種として
選択することができる。
膜に影響を与える種を選定すればよい。ＴｉＣｌ4等を
用いてＴｉ膜を成長させる場合は、例えば、Ｈ、Ｔｉイ
オン及び塩素系イオンをモニターする種として選定する
ことができる。また、ＭｏＣｌ6等を用いてＭｏ膜を成
長させる場合は、例えば、Ｈ、Ｍｏイオン及び塩素系イ
オンをモニターする種として選定することができる。更
に、ＷＦ6等を用いてＷ膜を成長させる場合は、例えば
Ｈ、Ｗイオン及び塩素系イオンをモニターする種として
選択することができる。
【００１１】本発明における成膜装置の一例を図１に示
す。図１の装置は、プラズマ８を発生させて基板８上に
堆積膜を形成させる成膜室と、成膜室に原材料系を供給
する手段と、プラズマ発生用のマイクロ波を発生させて
成膜室内に供給するマイクロ波供給手段とを有する。成
膜室にはプラズマ中の成分の発光強度を測定するための
分光光度計６の検知部が設けられている。
す。図１の装置は、プラズマ８を発生させて基板８上に
堆積膜を形成させる成膜室と、成膜室に原材料系を供給
する手段と、プラズマ発生用のマイクロ波を発生させて
成膜室内に供給するマイクロ波供給手段とを有する。成
膜室にはプラズマ中の成分の発光強度を測定するための
分光光度計６の検知部が設けられている。
【００１２】原材料系の供給手段は、各ガスのボンベ
（不図示）からの成膜室内への供給量をバルブ１０、１
１及びマスローコントローラ２、３、４により制御でき
る構成を有する。また、マイクロ波供給手段は、マイク
ロ波発生用の電力を印加するための電力供給部１と、コ
イル９とを有して構成されている。
（不図示）からの成膜室内への供給量をバルブ１０、１
１及びマスローコントローラ２、３、４により制御でき
る構成を有する。また、マイクロ波供給手段は、マイク
ロ波発生用の電力を印加するための電力供給部１と、コ
イル９とを有して構成されている。
【００１３】Ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐ
ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙを用いた発光強度を測定するため
の分光光度計６からの測定値（ＯＥＳシグナル）は、制
御部５に入力され、予め設定された最適発光強度と比較
され、成膜室内で最適発光強度が維持されるように、制
御部５によって電力供給部１、マスフローコントローラ
２、３、４の少なくとも１つが制御される。制御部５
は、コンピュータにより構成することができる。
ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙを用いた発光強度を測定するため
の分光光度計６からの測定値（ＯＥＳシグナル）は、制
御部５に入力され、予め設定された最適発光強度と比較
され、成膜室内で最適発光強度が維持されるように、制
御部５によって電力供給部１、マスフローコントローラ
２、３、４の少なくとも１つが制御される。制御部５
は、コンピュータにより構成することができる。
【００１４】なお、図１の装置では、成膜室内の同一領
域がプラズマ発生領域と成膜領域とを兼用する構成とな
っているが、これらは連通する部位を有した状態で分離
されて設けられてもよい。
域がプラズマ発生領域と成膜領域とを兼用する構成とな
っているが、これらは連通する部位を有した状態で分離
されて設けられてもよい。
【００１５】図１の装置を用いた、例えばＴｉ膜の成膜
は以下のようにして行うことができる。まず、成膜室内
のヒータ７が内蔵された基板ホルダー上に基板８をセッ
トし、所定の温度に基板を加熱するとともに、成膜室内
を不図示の排気系で排気し、所定の減圧状態とし、例え
ば１×１０-8までの減圧状態を利用することができる。
は以下のようにして行うことができる。まず、成膜室内
のヒータ７が内蔵された基板ホルダー上に基板８をセッ
トし、所定の温度に基板を加熱するとともに、成膜室内
を不図示の排気系で排気し、所定の減圧状態とし、例え
ば１×１０-8までの減圧状態を利用することができる。
【００１６】次に、バルブ１０、１１を開け、マスロー
コントローラ２、３、４を調節して、水素ガス１１、ア
ルゴンガス１２及びＴｉＣｌ4ガスを所定の流量で成膜
室内に供給する。所定の流量が安定して維持されたとこ
ろで、電力発生部から所定の電力をマイクロ波発生装置
に投与して、プラズマを発生させる。ここで、分光光度
計６の検知部で、例えばＴｉイオン（Ｔｉ+）、塩素系
イオン（Ｃｌ+、Ｃｌ2 +）の発光強度についてモニター
する。モニターした値を、制御部で解析して、この値が
予め設定された最適発光強度とのズレの有無及びその程
度を判断し、ズレが生じている場合に制御部５によっ
て、電力供給部１及びマスフローコントローラ２、３、
４の少なくとも１つを制御して、ズレを解消する。
コントローラ２、３、４を調節して、水素ガス１１、ア
ルゴンガス１２及びＴｉＣｌ4ガスを所定の流量で成膜
室内に供給する。所定の流量が安定して維持されたとこ
ろで、電力発生部から所定の電力をマイクロ波発生装置
に投与して、プラズマを発生させる。ここで、分光光度
計６の検知部で、例えばＴｉイオン（Ｔｉ+）、塩素系
イオン（Ｃｌ+、Ｃｌ2 +）の発光強度についてモニター
する。モニターした値を、制御部で解析して、この値が
予め設定された最適発光強度とのズレの有無及びその程
度を判断し、ズレが生じている場合に制御部５によっ
て、電力供給部１及びマスフローコントローラ２、３、
４の少なくとも１つを制御して、ズレを解消する。
【００１７】所定の厚さが基板８上のＴｉ堆積膜に得ら
れた段階で、マイクロ波の供給を停止し、バルブ１０、
１１を閉じ、成膜室内の残存ガスを排気してから、マニ
ュピュレータを使用して、基板を準備室（不図示）へと
搬送し、取り出す。
れた段階で、マイクロ波の供給を停止し、バルブ１０、
１１を閉じ、成膜室内の残存ガスを排気してから、マニ
ュピュレータを使用して、基板を準備室（不図示）へと
搬送し、取り出す。
【００１８】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。 実施例１ ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて、ｗｅｔ ｏｘｉｄｅ／Ｓ
ｉ（１００）基板上にＡｒ／Ｈ2流量比、ＴｉＣｌ4流
量、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒを変化させ、Ｔｉ
膜を堆積させた。それぞれの条件でｐｌａｓｍａ中の発
光分析をおこない、作成した膜に対して膜厚を測定し
た。ＴｉＣｌ4をソースガスとしたプラズマＣＶＤは、
原料ガスから供給されるＴｉ堆積反応と、原料ガスが分
解し発生する塩素によるエッチング反応とが競合してお
り、両者のバランスによりＴｉ膜の堆積が進行する。 実験装置：実験にはアネルバ製ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用
い（図１）、Ａｒ、Ｈ2、ＴｉＣｌ4を供給することによ
りＴｉ膜を堆積させた。 実験条件：試料の作成条件を表１に示す。成長時間はす
べての条件で２０ｍｉｎとした。基板はｗｅｔ酸化膜を
８５０℃で１０００Ａ堆積させた４ｉｎｃｈのｐ−Ｓｉ
（１００）を使用した。
する。 実施例１ ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて、ｗｅｔ ｏｘｉｄｅ／Ｓ
ｉ（１００）基板上にＡｒ／Ｈ2流量比、ＴｉＣｌ4流
量、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒを変化させ、Ｔｉ
膜を堆積させた。それぞれの条件でｐｌａｓｍａ中の発
光分析をおこない、作成した膜に対して膜厚を測定し
た。ＴｉＣｌ4をソースガスとしたプラズマＣＶＤは、
原料ガスから供給されるＴｉ堆積反応と、原料ガスが分
解し発生する塩素によるエッチング反応とが競合してお
り、両者のバランスによりＴｉ膜の堆積が進行する。 実験装置：実験にはアネルバ製ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用
い（図１）、Ａｒ、Ｈ2、ＴｉＣｌ4を供給することによ
りＴｉ膜を堆積させた。 実験条件：試料の作成条件を表１に示す。成長時間はす
べての条件で２０ｍｉｎとした。基板はｗｅｔ酸化膜を
８５０℃で１０００Ａ堆積させた４ｉｎｃｈのｐ−Ｓｉ
（１００）を使用した。
【００１９】
【表１】
【００２０】実験結果 発光スペクトル プラズマ中で発光している原子、またはイオン種の発光
ラインについて、様々な条件の元で測定した。測定結果
の一例を、図２に示す。図は、水素流量を変化させたと
きの発光スペクトル（４００〜５４０ｎｍ）である。図
２から、水素、塩素による発光を確認することができ
る。２００−９００ｎｍの測定波長領域で、装置内部に
導入したガスに関する発光ライン（Ａｒ、Ｈ、Ｔｉ+、
Ｃｌ+、Ｃｌ 2 +）を確認した。ここでは、成膜条件を変
えたときに変化の大きいスペクトル位置に注目し、条件
によりそれら発光ラインがどのように変化するのかを述
べる。注目した発光ラインの発光種とその発光波長を以
下に示す。 Ａｒ；８１１．５３１０８ｎｍ Ｈ；４８６．１３３２ｎｍ Ｔｉ+；３３６．１２１３ｎｍ Ｃｌ+；４８１．００６ｎｍ Ｃｌ2 +；４４０．５４ｎｍ 特に、成膜に関与しているＴｉ+と、エッチング反応に
関与しているＣｌ+やＣｌ2 +をモニタリングすることが
ＴｉプラズマＣＶＤ法に有効であることを以下に示す。
ラインについて、様々な条件の元で測定した。測定結果
の一例を、図２に示す。図は、水素流量を変化させたと
きの発光スペクトル（４００〜５４０ｎｍ）である。図
２から、水素、塩素による発光を確認することができ
る。２００−９００ｎｍの測定波長領域で、装置内部に
導入したガスに関する発光ライン（Ａｒ、Ｈ、Ｔｉ+、
Ｃｌ+、Ｃｌ 2 +）を確認した。ここでは、成膜条件を変
えたときに変化の大きいスペクトル位置に注目し、条件
によりそれら発光ラインがどのように変化するのかを述
べる。注目した発光ラインの発光種とその発光波長を以
下に示す。 Ａｒ；８１１．５３１０８ｎｍ Ｈ；４８６．１３３２ｎｍ Ｔｉ+；３３６．１２１３ｎｍ Ｃｌ+；４８１．００６ｎｍ Ｃｌ2 +；４４０．５４ｎｍ 特に、成膜に関与しているＴｉ+と、エッチング反応に
関与しているＣｌ+やＣｌ2 +をモニタリングすることが
ＴｉプラズマＣＶＤ法に有効であることを以下に示す。
【００２１】発光スペクトルと成膜速度との対応 （１）Ｈ2流量依存性 それぞれの発光種について、発光強度のＨ2流量依存性
を図３（ａ）に示す。なお、Ｈ2流量（５〜２０ｓｃｃ
ｍ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ ＴｉＣｌ4流量：０．２２ｓｃｃｍ マイクロ波パワー：１０００Ｗ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： Ｈ2流量５ｓｃｃｍ：４×１０-3Ｔｏｒｒ程度 Ｈ2流量１０ｓｃｃｍ：５．５×１０-3Ｔｏｒｒ程度 Ｈ2流量２０ｓｃｃｍ：７×１０-3Ｔｏｒｒ程度 また、発光強度は、Ｈ2流量が５ｓｃｃｍのときの値を
用いて規格化した。更に、作成したそれぞれの膜につい
て膜厚を測定し、成膜速度を求めた。成膜速度とＨ2流
量依存性との関係について図３（ｂ）に示す。図３
（ａ）より、水素流量を増加させると、Ｈの発光強度は
増加し、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度は減少することが分
かる。また、Ｔｉ+の発光強度は僅かに増加する。一
方、図３（ｂ）より、水素流量とともに成膜速度は増加
する。これらのことから、水素は原料ガスを還元するこ
と、及び、原料ガスの分解によって生成される塩素と結
合し、塩素によるＴｉのエッチングを抑制する働きがあ
る。従って、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度が弱い領域で
は、Ｔｉの成膜速度が増加する。
を図３（ａ）に示す。なお、Ｈ2流量（５〜２０ｓｃｃ
ｍ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ ＴｉＣｌ4流量：０．２２ｓｃｃｍ マイクロ波パワー：１０００Ｗ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： Ｈ2流量５ｓｃｃｍ：４×１０-3Ｔｏｒｒ程度 Ｈ2流量１０ｓｃｃｍ：５．５×１０-3Ｔｏｒｒ程度 Ｈ2流量２０ｓｃｃｍ：７×１０-3Ｔｏｒｒ程度 また、発光強度は、Ｈ2流量が５ｓｃｃｍのときの値を
用いて規格化した。更に、作成したそれぞれの膜につい
て膜厚を測定し、成膜速度を求めた。成膜速度とＨ2流
量依存性との関係について図３（ｂ）に示す。図３
（ａ）より、水素流量を増加させると、Ｈの発光強度は
増加し、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度は減少することが分
かる。また、Ｔｉ+の発光強度は僅かに増加する。一
方、図３（ｂ）より、水素流量とともに成膜速度は増加
する。これらのことから、水素は原料ガスを還元するこ
と、及び、原料ガスの分解によって生成される塩素と結
合し、塩素によるＴｉのエッチングを抑制する働きがあ
る。従って、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度が弱い領域で
は、Ｔｉの成膜速度が増加する。
【００２２】（２）ＴｉＣｌ4流量依存性 それぞれの発光種について、発光強度のＴｉＣｌ4流量
依存性を図４（ａ）に示す。なお、ＴｉＣｌ4流量（０
〜３．０ｓｃｃｍ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ Ｈ2流量：２０ｓｃｃｍ マイクロ波パワー：１０００Ｗ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： ＴｉＣｌ4流量０〜１ｓｃｃｍ：７×１０-3Ｔｏｒｒ程
度 ＴｉＣｌ4流量１〜２ｓｃｃｍ：７．５×１０-3Ｔｏｒ
ｒ程度 ＴｉＣｌ4流量２〜３ｓｃｃｍ：８×１０-3Ｔｏｒｒ程
度 また、発光強度は、ＴｉＣｌ4流量が０．０１ｓｃｃｍ
のときの値を用いて規格化した。さらに、成膜速度とＴ
ｉＣｌ4流量依存性との関係について図４（ｂ）に示
す。図４（ａ）より、ＴｉＣｌ4流量が約０．０３ｓｃ
ｃｍ以下のとき、発光強度はほとんど変化しない。しか
し、流量が０．０３ｓｃｃｍ以上になると、Ｈ、Ｃ
ｌ+、Ｃｌ2 +、Ｔｉ+の発光強度が増加する。Ｃｌ+、Ｃ
ｌ2 +の発光強度が増加するのは、塩素の発生源である原
料ガスが増加するためである。Ｈの発光強度が増加する
のは、原料ガスの分解によって生成される塩素が水素分
子を解離させるためと考えられる。次に図４（ｂ）か
ら、Ｔｉ膜の成長速度は０．０３ｓｃｃｍ付近にピーク
をもつ。流量０．０３ｓｃｃｍ以下を領域Ｉ、流量０．
０３ｓｃｃｍ以上を領域ＩＩとし、それぞれの領域での
反応を述べる。領域Ｉにおいて、Ｔｉ+発光強度は流量
とともに増加するが、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +発光強度はほぼ一
定である。本領域での成膜速度は、流量を増加させてい
くと大きくなることから、Ｔｉ膜堆積速度は原料の供給
律速によるものと考えられる。一方、領域ＩＩにおい
て、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +、Ｔｉ+の発光強度はＴｉＣｌ4流量
の増加とともに増加し、成膜速度は小さくなる。特に、
Ｔｉ+と比べてＣｌ、Ｃｌ2 +発光強度の増加が著しい。
従って、領域ＩＩでのＴｉ膜成長は、原料ガスが分解す
ることによって発生する塩素のエッチング反応が支配的
である。以上述べたように、ＴｉＣｌ 4流量を増加させ
ていくとＴｉ+の発光強度は増加する。従来の方法によ
る解釈によって成膜を試みた場合、Ｔｉ+発光強度の増
加は成膜速度を増加させるはずであるが、逆の結果とな
る。これは、成膜種を上回る量のエッチング種がプラズ
マ中で生成されるためである。
依存性を図４（ａ）に示す。なお、ＴｉＣｌ4流量（０
〜３．０ｓｃｃｍ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ Ｈ2流量：２０ｓｃｃｍ マイクロ波パワー：１０００Ｗ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： ＴｉＣｌ4流量０〜１ｓｃｃｍ：７×１０-3Ｔｏｒｒ程
度 ＴｉＣｌ4流量１〜２ｓｃｃｍ：７．５×１０-3Ｔｏｒ
ｒ程度 ＴｉＣｌ4流量２〜３ｓｃｃｍ：８×１０-3Ｔｏｒｒ程
度 また、発光強度は、ＴｉＣｌ4流量が０．０１ｓｃｃｍ
のときの値を用いて規格化した。さらに、成膜速度とＴ
ｉＣｌ4流量依存性との関係について図４（ｂ）に示
す。図４（ａ）より、ＴｉＣｌ4流量が約０．０３ｓｃ
ｃｍ以下のとき、発光強度はほとんど変化しない。しか
し、流量が０．０３ｓｃｃｍ以上になると、Ｈ、Ｃ
ｌ+、Ｃｌ2 +、Ｔｉ+の発光強度が増加する。Ｃｌ+、Ｃ
ｌ2 +の発光強度が増加するのは、塩素の発生源である原
料ガスが増加するためである。Ｈの発光強度が増加する
のは、原料ガスの分解によって生成される塩素が水素分
子を解離させるためと考えられる。次に図４（ｂ）か
ら、Ｔｉ膜の成長速度は０．０３ｓｃｃｍ付近にピーク
をもつ。流量０．０３ｓｃｃｍ以下を領域Ｉ、流量０．
０３ｓｃｃｍ以上を領域ＩＩとし、それぞれの領域での
反応を述べる。領域Ｉにおいて、Ｔｉ+発光強度は流量
とともに増加するが、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +発光強度はほぼ一
定である。本領域での成膜速度は、流量を増加させてい
くと大きくなることから、Ｔｉ膜堆積速度は原料の供給
律速によるものと考えられる。一方、領域ＩＩにおい
て、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +、Ｔｉ+の発光強度はＴｉＣｌ4流量
の増加とともに増加し、成膜速度は小さくなる。特に、
Ｔｉ+と比べてＣｌ、Ｃｌ2 +発光強度の増加が著しい。
従って、領域ＩＩでのＴｉ膜成長は、原料ガスが分解す
ることによって発生する塩素のエッチング反応が支配的
である。以上述べたように、ＴｉＣｌ 4流量を増加させ
ていくとＴｉ+の発光強度は増加する。従来の方法によ
る解釈によって成膜を試みた場合、Ｔｉ+発光強度の増
加は成膜速度を増加させるはずであるが、逆の結果とな
る。これは、成膜種を上回る量のエッチング種がプラズ
マ中で生成されるためである。
【００２３】（３）電力（Ｐｏｗｅｒ）依存性 それぞれの発光種について、発光強度のパワー依存性を
図５（ａ）に示す。なお、パワー（７００〜１０００
Ｗ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ Ｈ2：２０ｓｃｃｍ ＴｉＣｌ4流量：０．２２ｓｃｃｍ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： パワー７００〜１０００：７×１０-3Ｔｏｒｒ程度 また、発光強度は、パワーが７００Ｗのときの値を用い
て規格化した。また、抵抗値とパワー依存性との関係に
ついて図５（ｂ）に示す。発光強度は、パワーの増加と
ともにすべての波長領域でリニアに増加する。一方、Ｔ
ｉ成膜速度はパワーとともに増加する。これは、発光強
度の増加する割合が、エッチングに関与するＣｌ+、Ｃ
ｌ2 +よりもＴｉ成膜に関与するＴｉ+の方が大きいため
である。従って、パワーの増加はプラズマ中に含まれる
ガスの分解を促進させるが、エッチング種よりもＴｉ成
膜種をより多く生成する。
図５（ａ）に示す。なお、パワー（７００〜１０００
Ｗ）以外の条件は以下のとおりとした。 アルゴン流量：５０ｓｃｃｍ Ｈ2：２０ｓｃｃｍ ＴｉＣｌ4流量：０．２２ｓｃｃｍ 基板温度：６００℃ 成膜室内圧力： パワー７００〜１０００：７×１０-3Ｔｏｒｒ程度 また、発光強度は、パワーが７００Ｗのときの値を用い
て規格化した。また、抵抗値とパワー依存性との関係に
ついて図５（ｂ）に示す。発光強度は、パワーの増加と
ともにすべての波長領域でリニアに増加する。一方、Ｔ
ｉ成膜速度はパワーとともに増加する。これは、発光強
度の増加する割合が、エッチングに関与するＣｌ+、Ｃ
ｌ2 +よりもＴｉ成膜に関与するＴｉ+の方が大きいため
である。従って、パワーの増加はプラズマ中に含まれる
ガスの分解を促進させるが、エッチング種よりもＴｉ成
膜種をより多く生成する。
【００２４】（４）最適な成膜条件 ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて、ｗｅｔ ｏｘｉｄｅ／Ｓ
ｉ（１００）基板上にＡｒ／Ｈ2流量比、ＴｉＣｌ4流
量、ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒを変化させ、Ｔｉ膜を堆
積させた。それぞれの条件でｐｌａｓｍａ中の発光分析
をおこない、作成した膜に対して膜厚を測定し、成膜速
度を求めた。その結果、ＴｉＣｌ4をソースガスとした
プラズマＣＶＤは、原料ガスから供給されるＴｉ堆積反
応と、原料ガスが分解することによって生じる塩素のエ
ッチング反応とが競合しており、両者のバランスによっ
てＴｉ膜の堆積が進行する。Ｔｉ堆積を効率良くおこな
う条件は、Ｈ2＝２０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー（ｍ
ｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ）＝１０００Ｗ、ＴｉＣ
ｌ4＝０．０３ｓｃｃｍと求められる。この条件での発
光強度は、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度が弱く、Ｔｉ+の発
光強度が強い。すなわち、本発明請求項で述べた、エッ
チング種からの発光強度が弱く、成膜種からの発光強度
が強い領域となる。このような発光強度条件、すなわ
ち、成膜種であるＴｉ+からの発光強度が６．２５であ
るのに対し、エッチング種であるＣｌ+、Ｃｌ2 +からの
発光強度がそれぞれ５．７５、３．２１となる値を一定
に保つように、流量制御系、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏ
ｗｅｒ電源にフィードバックをかけながら成膜をおこな
う。図６に、発光強度からのフィードバックを行わない
場合と行った場合との結果を比較する。本発明によって
見出した成膜条件を使用してフィードバックをかけた場
合、繰り返し成膜を行ったときに膜厚が一定に保たれて
いる。
ｉ（１００）基板上にＡｒ／Ｈ2流量比、ＴｉＣｌ4流
量、ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒを変化させ、Ｔｉ膜を堆
積させた。それぞれの条件でｐｌａｓｍａ中の発光分析
をおこない、作成した膜に対して膜厚を測定し、成膜速
度を求めた。その結果、ＴｉＣｌ4をソースガスとした
プラズマＣＶＤは、原料ガスから供給されるＴｉ堆積反
応と、原料ガスが分解することによって生じる塩素のエ
ッチング反応とが競合しており、両者のバランスによっ
てＴｉ膜の堆積が進行する。Ｔｉ堆積を効率良くおこな
う条件は、Ｈ2＝２０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー（ｍ
ｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ）＝１０００Ｗ、ＴｉＣ
ｌ4＝０．０３ｓｃｃｍと求められる。この条件での発
光強度は、Ｃｌ+、Ｃｌ2 +の発光強度が弱く、Ｔｉ+の発
光強度が強い。すなわち、本発明請求項で述べた、エッ
チング種からの発光強度が弱く、成膜種からの発光強度
が強い領域となる。このような発光強度条件、すなわ
ち、成膜種であるＴｉ+からの発光強度が６．２５であ
るのに対し、エッチング種であるＣｌ+、Ｃｌ2 +からの
発光強度がそれぞれ５．７５、３．２１となる値を一定
に保つように、流量制御系、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏ
ｗｅｒ電源にフィードバックをかけながら成膜をおこな
う。図６に、発光強度からのフィードバックを行わない
場合と行った場合との結果を比較する。本発明によって
見出した成膜条件を使用してフィードバックをかけた場
合、繰り返し成膜を行ったときに膜厚が一定に保たれて
いる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とによって、プラズマＣＶＤ法で堆積反応とエッチング
反応とが同時に起こる材料系において、容易に効率の良
い成膜条件を見出すことが可能である。その条件とは、
成膜種の強度が大きく、且つエッチング種の強度が小さ
い領域であり、成膜速度の大きい条件で成長させること
が可能となる。また、堆積反応とエッチング反応に起因
する発光種をモニタリングし、そのような条件を常に保
つようにフィードバックをかけることにより、制御良く
再現性の高い成膜が可能となる。
とによって、プラズマＣＶＤ法で堆積反応とエッチング
反応とが同時に起こる材料系において、容易に効率の良
い成膜条件を見出すことが可能である。その条件とは、
成膜種の強度が大きく、且つエッチング種の強度が小さ
い領域であり、成膜速度の大きい条件で成長させること
が可能となる。また、堆積反応とエッチング反応に起因
する発光種をモニタリングし、そのような条件を常に保
つようにフィードバックをかけることにより、制御良く
再現性の高い成膜が可能となる。
【図１】本発明における成膜装置の一例の構成の要部を
模式的に示す断面図。
模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施例で使用した発光スペクトルの水
素流量依存性を示す図である。
素流量依存性を示す図である。
【図３】本発明の実施例で使用した発光強度と成膜速度
の水素流量依存性を示す図であり、（ａ）は各種の発光
強度の水素ガスの流量に対する相対的な変化を示す図、
（ｂ）は水素ガス流量と成膜速度との関係を示す図であ
る。
の水素流量依存性を示す図であり、（ａ）は各種の発光
強度の水素ガスの流量に対する相対的な変化を示す図、
（ｂ）は水素ガス流量と成膜速度との関係を示す図であ
る。
【図４】本発明の実施例で使用した発光強度と成膜速度
のＴｉＣｌ4流量依存性を示す図であり、（ａ）は各種
の発光強度のＴｉＣｌ4の流量に対する相対的な変化を
示す図、（ｂ）はＴｉＣｌ4ガス流量と成膜速度との関
係を示す図である。
のＴｉＣｌ4流量依存性を示す図であり、（ａ）は各種
の発光強度のＴｉＣｌ4の流量に対する相対的な変化を
示す図、（ｂ）はＴｉＣｌ4ガス流量と成膜速度との関
係を示す図である。
【図５】本発明の実施例使用した発光強度と成膜速度と
マイクロ波パワー依存性を示す図であり、（ａ）は各種
の発光強度のマイクロ波パワーに対する相対的な変化を
示す図、（ｂ）はマイクロ波パワーと成膜速度との関係
を示す図である。
マイクロ波パワー依存性を示す図であり、（ａ）は各種
の発光強度のマイクロ波パワーに対する相対的な変化を
示す図、（ｂ）はマイクロ波パワーと成膜速度との関係
を示す図である。
【図６】本発明の実施例で使用した成膜回数と膜厚との
関係におけるフィードバックをかけない場合とフィード
バックをかけた場合についての図である。
関係におけるフィードバックをかけない場合とフィード
バックをかけた場合についての図である。
１ 電力供給部 ２ マスフローコントローラ ３ マスフローコントローラ ４ マスフローコントローラ ５ コンピュータ ６ 分光光度計 ７ ヒータ ８ 基板 ９ 磁気コイル １０ バルブ １１ バルブ １２ アルゴンガス １３ 水素ガス １４ ＴｉＣｌ4
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｅ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/285 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (10)
- 【請求項１】 膜堆積反応とエッチング反応とが同時に
起こる原材料系を用いたプラズマＣＶＤ法による成膜法
において、 プラズマ中に生じる成膜種とエッチング種の発光強度と
成膜依存性との関係から、最適な成膜条件を達成し得る
成膜種とエッチング種の最適発光強度を予め求める工程
と、 成膜用原料からの成膜種を含むプラズマを発生させ、基
板上に堆積膜を成膜する際に、成膜種及びエッチング種
のそれぞれの発光強度をモニターし、これらの成膜種及
びエッチング種のそれぞれにおいて前記最適発光強度が
維持されるように成膜条件を制御する工程とを有するこ
とを特徴とする成膜方法。 - 【請求項２】 前記成膜条件の制御が、水素の導入量、
原材料系の導入量及びプラズマを発生させるためのエネ
ルギーの投与量から選択された少なくとも１つにより行
われる請求項１に記載の成膜方法。 - 【請求項３】 マイクロ波によってプラズマを発生させ
る請求項１または２に記載の成膜方法。 - 【請求項４】 前記エッチング種が、塩素系イオンまた
はフッ素系イオンである請求項１〜３のいずれかに記載
の成膜方法。 - 【請求項５】 前記成膜種が、Ｔｉイオン、Ｍｏイオン
またはＷイオンである請求項１〜３のいずれかに記載の
成膜方法。 - 【請求項６】 成膜用の原材料系のプラズマを発生させ
るプラズマ発生領域と、該プラズマにより堆積膜を形成
する成膜領域と、前記プラズマ発生領域に原材料系を供
給する原材料系供給手段と、前記プラズマ発生領域にプ
ラズマを発生させるためのエネルギーを供給するための
エネルギー供給手段とを有するＣＶＤ法による成膜装置
において、 前記プラズマ発生領域において発生したプラズマ中の成
膜種及びエッチング種の発光強度を測定する発光強度測
定手段と、前記原材料系供給手段及び前記プラズマ発生
手段を制御する制御手段とを設け、該制御手段は、前記
発光強度測定手段で測定される発光強度が、プラズマ中
に生じる成膜種とエッチング種の発光強度と成膜依存性
との関係から予め求められた、最適な成膜条件を達成し
得る成膜種とエッチング種の最適発光強度に維持される
ように、前前記原材料系供給手段及び前記プラズマ発生
手段の少なくとも一方を制御するものであることを特徴
とする成膜装置。 - 【請求項７】 前記原材料系に水素が含まれている請求
項６に記載の成膜装置。 - 【請求項８】 マイクロ波によってプラズマを発生させ
る請求項６または７に記載の成膜装置。 - 【請求項９】 前記エッチング種が、塩素系イオンまた
はフッ素系イオンである請求項６〜８のいずれかに記載
の成膜装置。 - 【請求項１０】 前記成膜種が、Ｔｉイオン、Ｍｏイオ
ンまたはＷイオンである請求項６〜８のいずれかに記載
の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9219512A JP3050295B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | エッチング反応を伴うプラズマｃｖｄ法による成膜法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9219512A JP3050295B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | エッチング反応を伴うプラズマｃｖｄ法による成膜法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1161415A JPH1161415A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3050295B2 true JP3050295B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=16736635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9219512A Expired - Lifetime JP3050295B2 (ja) | 1997-08-14 | 1997-08-14 | エッチング反応を伴うプラズマｃｖｄ法による成膜法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3050295B2 (ja) |
-
1997
- 1997-08-14 JP JP9219512A patent/JP3050295B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1161415A (ja) | 1999-03-05 |
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