JP3223661B2 - プラズマ堆積方法 - Google Patents

プラズマ堆積方法

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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、枚葉式プラズマ堆積方
法に関する。本発明は、例えば、電子材料（半導体装置
等）形成の際の成膜に用いるプラズマＣＶＤ方法等とし
て利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来の枚葉処理式プラズマＣＶＤ装置に
おいては、１回のデポジションを行うと、その直後にチ
ャンバプラズマクリーニングを１回行っていた。即ち図
２に示すように、１回デポジションＩａを行った場合、
その後１回のクリーニングＩＩａを行って、その後次の
デポジションＩｂを行い、そのデポジションＩｂの直後
にもクリーニングＩＩｂを行うようにしていた。
【０００３】デポジション時に電極にもＣＶＤ膜が形成
されるため、連続して次のデポジションを行うと電極間
の電界の強さが前回のデポジション時に対して低下し、
ＣＶＤ膜厚並びにＣＶＤ膜質（エッチングレート、膜応
力等）の不均一を招くため、このように１回のデポジシ
ョンを行ったら直後にチャンバプラズマクリーニングを
１回行い、電極に形成されたＣＶＤ膜の除去を行うよう
にしていたものである。しかし従来技術にあっては、こ
のクリーニングシーケンスに要する時間がトータルの処
理時間を長くしてしまい、装置の処理能力を低下させて
しまうという問題を有していた。
【０００４】なお、従来の技術においても、電極間実効
電力を確実にモニターできる適切なパワーメーターがあ
れば、適時適切な高周波出力を行うことができ、電極間
の電界の強さを一定にできることから連続デポジション
も可能であると考えられるかもしれない。しかし実際に
は、高周波回路上の整合器以降の、電極を含むインピー
ダンス、特にプラズマインピーダンスがガス圧／チャン
バ内の汚れ／電極への堆積付着などにより複雑に変化し
一定ではないために、現在のところ精度良く即座に実効
電力をモニターできるパワーメーターが無く、よって従
来方法では電極間実効電力の制御が困難であり、この結
果、やはりデポジション毎のクリーニングが必要とな
る。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、上記従来方法の問題点を鑑み
てなされたもので、プラズマ堆積処理能力を大きくでき
るプラズマ堆積方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本出願の請求項１の発明は、枚葉処理式プラズマ堆
積方法において、電極間距離を一定としつつ、デポジシ
ョン毎の堆積膜の膜成長速度および膜質が変化しないよ
うにデポジション毎の電極間の電圧を変化させて設定
し、かつ、複数回のデポジションに１回の割合でチャン
バプラズマクリーニングを行う構成とする。
【０００７】請求項２の発明は、枚葉処理式プラズマ堆
積方法において、デポジション毎の堆積膜の膜成長速度
および膜質が変化しないようにデポジション毎の電極間
の電界の強さを変化させて設定するとともに、前記電極
間の電界の強さの変化は、上部電極に堆積する膜の膜厚
に基づいて設定するものとし、かつ、複数回のデポジシ
ョンに１回の割合でチャンバプラズマクリーニングを行
う構成とする。
【０００８】例えば、成膜が電界密度に影響されない膜
（ＳｉＯ2 系膜で、３０００Å膜厚程度のものなど）に
ついては、電界の強さを任意に変化させてクリーニング
をデポジション複数回に１回の割合にすることができ
る。成膜が電界密度に関連があときは、膜質が変化しな
い設定で電界を変化させるように構成すればよい。
【０００９】
【作用】本出願の請求項１の発明によれば、複数回のデ
ポジションに１回の割合でチャンバプラズマクリーニン
グを行うので、従来１回のデポジションを行ったら直後
にチャンバプラズマクリーニングを１回行っていたプロ
セスシーケンス中のクリーニング頻度を低減でき、この
ことから、枚葉処理プラズマＣＶＤ式装置の処理能力を
大幅に向上できる。
【００１０】また、各デポジション毎に電極間の電圧を
変化させるので、デポジション時に電極に形成された堆
積膜による電極間電界の強さの低下を容易かつ適正に補
正できることから、膜厚並びに膜質（エッチングレー
ト、膜応力等）の不均一を招くことなく連続して次のデ
ポジションを行うことができる。請求項２の発明によれ
ば、上記請求項１の発明と同様に、クリーニング頻度の
低減ができ、処理能力を大幅に向上できるとともに、デ
ポジションにおいては、デポジション毎の電極間の電界
の強さを変化させて設定するとともに、該電極間の電界
の強さの変化は、上部電極に堆積する膜の膜厚に基づい
て設定するものとしたので、その設定を容易に適正に達
成でき、やはり膜厚並びに膜質（エッチングレート、膜
応力等）の不均一を招くことなく連続して次のデポジシ
ョンを行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。なお当然のことではあるが、本発明は実施
例により限定を受けるものではない。
【００１２】実施例１ この実施例は、本発明を、枚葉式プラズマＣＶＤ方法に
具体化したものである。
【００１３】本実施例では、図１に示すプロセスシーケ
ンスのとおり、複数回のデポジションＩに１回の割合で
クリーニングＩＩを行う。これにより、処理能力を大幅
に向上させた。
【００１４】図３に示すのは、本実施例で用いる平行平
板型枚葉処理式プラズマＣＶＤ装置の電極部概念図であ
る。平行平板型電極は上部電極１と下部電極２からな
り、下部電極２上にウエーハ３が置かれＣＶＤ膜形成が
行われる。図３は、ウエーハ３へのデポジション直前の
状態を示しており、上部電極１には、直前のデポジショ
ンによって既に膜厚ｄ３のＣＶＤ膜４が形成されてい
る。図３の状態において、平行平板間の空間にかかる電
界の強さＥｘは、次のように表される。
【００１５】
【数１】Ｅｘ＝Ｅ0 −（Ｅ2 ＋Ｅ3 ）
【００１６】ここで、Ｅ0 はウエーハ３並びにＣＶＤ膜
４がない場合の電界の強さ、Ｅ2 ，Ｅ3 はそれぞれウエ
ーハ３中、ＣＶＤ膜４中の電界強さである。つまり、Ｃ
ＶＤ膜４が上部電極１に堆積していることにより、図３
の状態において平行平板間の空間にかかる電界の強さは
Ｅ3 だけ弱められていることになる。Ｅ3 はＣＶＤ膜４
の膜厚ｄ３の関数であり、膜厚ｄ３が厚くなるほどＥ3
は大きくなり平行平板間の空間にかかる電界の強さは弱
められてしまう。図７ないし図９は、枚葉処理式プラズ
マＣＶＤ装置にて電界補正をせずにプラズマ窒化膜を連
続デポジションした時の屈折率、成長速度、膜ストレス
データである。ＣＶＤ膜４が上部電極１に堆積するほど
平行平板間の空間にかかる電界の強さが弱められている
様子が良くわかる。
【００１７】本実施例では各デポジション毎の電界補正
の手段として、上部電極１に堆積するＣＶＤ膜４の膜厚
ｄ３に応じて平行平板間への印加電圧を上げる。これに
より、デポジション時に電極に形成された堆積膜による
電極間電界の強さの低下を容易かつ適正に補正できるこ
とから、膜厚並びに膜質（エッチングレート、膜応力
等）の不均一を招くことなく連続して次のデポジション
を行って、何ら問題ない。
【００１８】本実施例によれば、図４ないし図６に示す
ように、プラズマ窒化膜を連続デポジションした場合の
デポジション回数と、屈折率、成長速度、膜ストレスと
の関係は、ほぼフラットであり、堆積状況が変化しない
ことがわかる。
【００１９】従来技術では、図１０に示すように、プラ
ズマ窒化膜の連続デポジションにおいて、ある一定の膜
厚では図のグラフの如く電極間ＲＦパワーの低下によっ
て、膜質の一指数であるＨＦエッチングレートの低下が
起きる。これに対し、本実施例の如く電界の強さを補正
することにより、デポジション回数によらず一定の膜質
のプラズマ窒化膜が得られる。
【００２０】本実施例では、電極に形成されたＣＶＤ膜
による電極間電界の強さの低下を補正できることから、
ＣＶＤ膜厚並びにＣＶＤ膜質の不均一を招くことなく良
好に連続して次のデポジションを行うことができ、プロ
セスシーケンス中のクリーニング頻度を低減することを
問題なく具体化できる。
【００２１】実施例２ 本実施例では、各デポジション毎の電界補正手段とし
て、上部電極１に堆積するＣＶＤ膜４の膜厚ｄ３に応じ
て平行平板間隔ｄ１を縮めることを採用した。本実施例
も、実施例１と同様の作用、効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ堆積の処理能
力を大きくできるプラズマ堆積方法を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による枚葉処理式ＣＶＤ装置シーケンス
を示す図である。
【図２】従来の枚葉処理式ＣＶＤ装置シーケンスを示す
図である。
【図３】枚葉式プラズマＣＶＤ装置の構成を示す概念図
である。
【図４】実施例におけるデポジション回数と屈折率との
関係を示す図である。
【図５】実施例におけるデポジション回数と成長速度と
の関係を示す図である。
【図６】実施例におけるデポジション回数と膜ストレス
との関係を示す図である。
【図７】従来例におけるデポジション回数と屈折率との
関係を示す図である。
【図８】従来例におけるデポジション回数と成長速度と
の関係を示す図である。
【図９】従来例におけるデポジション回数と膜ストレス
との関係を示す図である。
【図１０】従来例の問題点を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ 複数回のデポジション ＩＩ クリーニング １ 上部電極 ２ 下部電極 ３ ウエーハ ４ ＣＶＤ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/52 H01L 21/205 H01L 21/316

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】枚葉処理式プラズマ堆積方法において、電極間距離を一定としつつ、デポジション毎の堆積膜の
    膜成長速度および膜質が変化しないようにデポジション
    毎の電極間の電圧を変化させて設定し、かつ、 複数回の
    デポジションに１回の割合でチャンバプラズマクリーニ
    ングを行うことを特徴とするプラズマ堆積方法。
  2. 【請求項２】枚葉処理式プラズマ堆積方法において、デポジション毎の堆積膜の膜成長速度および膜質が変化
    しないようにデポジション毎の電極間の電界の強さを変
    化させて設定するとともに、前記電極間の電界の強さの
    変化は、上部電極に堆積する膜の膜厚に基づいて設定す
    るものとし、かつ、 複数回のデポジションに１回の割合でチャンバプラズマ
    クリーニングを行うことを特徴とする プラズマ堆積方
    法。
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