JP3258839B2

JP3258839B2 - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JP3258839B2
Application number: JP31407094A
Authority: JP
Inventors: 聡川上; 剛平川村; 修一石塚; 鈴木　　朗
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JPH08148486A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共
鳴を用いたプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造工程にあ
っては、半導体ウエハ上に導体或いは非導体の薄膜成形
操作とエッチング操作等を繰り返し行なって、目的とす
る集積回路を形成している。集積回路の配線パターンと
しては、主にアルミニウム配線が用いられ、これを絶縁
するための層間絶縁膜の材料としては例えばＳｉＯ
₂（シリコン酸化膜）が用いられ、ＳｉＯ₂膜の形成方法
としては膜質が良好なことからマイクロ波と磁界とを組
み合わせたＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒ
ｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理が採用される
傾向にある。

【０００３】このＥＣＲプラズマ処理を行なうプラズマ
処理装置としては例えば特開平４−２５７２２４号公報
や特開平４−２７１１２２号公報に開示されており、処
理室内に例えば２．４５ＧＨ_z のマイクロ波を導波管を
介して供給すると同時に所定の大きささ、例えば８７５
ガウスの磁界を印加してマイクロ波と磁界との相互作用
（共鳴）でガスを高密度プラズマ化し、このプラズマに
より反応性ガスを活性化させてイオン種を形成し、半導
体ウエハ表面にスパッタエッチングと堆積とを同時進行
で施すようになっている。相反するスパッタエッチング
操作と堆積操作はマクロ的に見れば堆積操作の方が優勢
となるようにコントロールされ、全体として堆積を行な
う。

【０００４】このようなＥＣＲプラズマ処理を行なう時
には、一般的には、ウエハを載置する載置台（サセプ
タ）に例えば１３．５６ＭＨ_zの負の高周波バイアス電
圧を印加して、ウエハ側にプラスイオンをできるだけ引
き付けてスパッタ効果をできるだけ発揮させるようにし
ている。この理由は、載置台がノーバイアスの場合に
は、堆積のみが先行して行なわれるのでアルミ配線間に
ボイドが発生する確率が高くなるのに対して、上述のよ
うに負のバイアスを印加すると、スパッタエッチングが
行なわれつつ同時に堆積が行なわれるので、アルミ配線
のエッジ部の堆積物が主にスパッタエッチングの影響を
受けてこの部分の成膜が抑制され、その結果、アルミ配
線間の間口が広くなって深部まで十分に堆積が行なわれ
てボイドの少ない埋め込みが可能となるからである。

【０００５】また、このようなＥＣＲプラズマ処理を行
なうことにより、別途平坦化処理を行なうことなく、配
線や電極等に起因して生ずる絶縁膜表面の凹凸も平坦化
され、絶縁特性を改善でき、多層構造も形成可能にな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなＥＣＲプラズマ処理にあっては、単にアルミ配
線間を埋め込むだけならば、それ程問題はないが量産性
を考慮すると、堆積効率が劣り、しかもウエハ表面に与
えるダメージも大きいという問題点があった。

【０００７】すなわち堆積効率に関しては、実効埋め込
み速度はスパッタエッチング量と堆積量との差分で決ま
るが、これら両者の速度がバランスされずに、例えば堆
積作用が強過ぎるとボイドが多く発生する傾向となり、
逆にスパッタエッチング作用が強過ぎるとアルミ電極が
削れてしまう。このように両者の速度はバランスさせる
ことが必要であるが、堆積速度は必要に応じてかなり増
減が可能であるが、スパッタエッチング速度は堆積速度
に対して十分に上げることができず、従って、実際の処
理においてはスパッタエッチング速度が実効埋め込み速
度を律速してしまい、堆積効率が十分ではなかった。

【０００８】この時の状態を図６及び図７に示す。図６
はウエハ中心から周縁部における各部の熱酸化膜のスパ
ッタエッチングレート（右縦軸）と成膜レート（左縦
軸）を示し、図７はウエハ中心部、これより３０ｍｍ及
び６０ｍｍ半径方向へ離れた位置におけるウエハの断面
模式図である。尚、ウエハ載置台へは１３．５６ＭＨ_z
の負の高周波バイアス電圧を印加している。

【０００９】図５から明らかなようにウエハ中心から離
れるに従ってスパッタエッチング量（右縦軸）が低下
し、これと同時に成膜量（左縦軸）も低下している。ま
た、ウエハ中心部であるポイントＰ１のウエハ断面図
（図７（Ａ））では、アルミ電極３、３間にボイドがほ
とんど発生していないが、ウエハ中心部より３０ｍｍ程
度離れたポイントＰ２のウエハ断面図（図７（Ｂ））で
は僅かにボイド２が発生し、更にウエハ中心部より６０
ｍｍ離れたウエハ周縁部であるポイントＰ３のウエハ断
面図（図７（Ｃ））では、大きなボイド４が発生してい
る。すなわちスパッタエッチングレートが低くなる程、
ボイドも発生し且つ成膜レートも低下してしまってい
る。

【００１０】ウエハ表面のダメージは次のように生じ
る。一般に半導体素子のゲート酸化膜は５０〜１００Å
と非常に薄く、例えば１０Ｖ程度の電位差で破壊されて
しまうが、上記したＥＣＲプラズマ処理ではウエハ上の
プラズマ密度が面内不均一になってそのプラズマの電位
分布の不均一がウエハ表面にそのまま反映されてしま
う。例えばウエハ中心部上方にプラズマイオンが比較的
多く集まり、ウエハ周縁部の上方にはプラズマイオンが
少なくなると、ウエハ中心部と周縁部間に電位差が生
じ、これが限界値以上になると上述したようにゲート酸
化膜等が絶縁破壊を生じてダメージを受けることにな
る。従って、製品の歩留まりもかなり低下してしまうと
いう問題があった。

【００１１】本発明は以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、成膜の堆積効率が良好で、しかもダメージが少
なくて製品歩留まりも向上させることができるプラズマ
処理方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
の結果、ボイドを発生させることなく堆積効率を向上さ
せるには、堆積効率を律速するスパッタエッチングレー
トを向上させればよい点及びこのレートを上げ、しかも
ダメージを減少させるためには載置台に供給する高周波
バイアス電圧の周波数をプラズマイオンの振動周波数以
下に設定することにより、プラズマイオンを引き込み周
波数に追随させて振動させればよい、という知見を得る
ことによりなされたものである。

【００１３】すなわち、本発明は、被処理体上の所定の
配線パターン間に層間絶縁膜をプラズマにより埋め込み
成膜を行なうプラズマ処理方法であって、ガスをプラズ
マ化する工程と、前記被処理体に、前記工程により発生
したプラズマイオンの振動周波数以下で、且つ１ＭＨｚ
以上の範囲内の所定の周波数の高周波を、静電チャック
を介して印加する工程と、を備え、これにより、スパッ
タエッチングとデポジションとを同時に進行させて前記
配線パターン間に層間絶縁膜の埋め込み成膜を行なうよ
うに構成したものである。

【００１４】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、真空容
器中のプラズマイオンは、吸引用高周波供給手段から与
えられる周波数に十分に追従して振動することになり、
この結果、被処理体表面へ衝突するイオンのエネルギも
大きくなってエッチングレートも増大する。従って、こ
れにバランスさせて成膜レートも向上させることができ
るので、全体として堆積効率を大幅に向上させることが
できる。この場合、エッチングレートが比較的大きいこ
とから、例えばアルミ電極間の間口が十分に広く維持さ
れ、深部まで成膜物を導入することができ、ボイドの発
生を抑制することが可能となる。

【００１５】更に、プラズマイオンをイオン吸引用の周
波数に追従させて振動させることができることから、被
処理体表面には、プラスとマイナスの電荷が振動数に合
わせて交互に入るので被処理体表面の電荷は直ちに中和
されてしまい、被処理体面内に大きな電位差が生ずるこ
とを防止してゲート酸化膜等が絶縁破壊等されることを
阻止することが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明に係るプラズマ処理方法の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係るプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置を示
す概略断面図、図２はプラズマ吸引用高周波供給手段の
周波数とスパッタエッチングレートとの関係を示すグラ
フである。

【００１７】図示するようにこのプラズマ処理装置６
は、例えばアルミニウム等により形成された段部状の真
空容器８を有しており、この真空容器８は上方に位置し
てプラズマを発生させるプラズマ室１０とこの下方に連
通させて連結される反応室１１とに内部が区画されてい
る。

【００１８】この真空容器８の上端は、開口されてこの
部分に例えば石英等のマイクロ波を透過する材料で形成
された透過窓１２がＯリング等のシール部材１４を介し
て気密に設けられおり、容器８内の真空状態を維持する
ようになっている。この透過窓１２の外側には、例えば
２．４５ＧＨ_Zのプラズマ発生用高周波供給手段として
の高周波源１６に接続された導波管１８が設けられてお
り、高周波源１６にて発生した高周波を導波管１８で案
内して透過窓１２からプラズマ室１０内へ導入し得るよ
うになっている。

【００１９】プラズマ室１０を区画する側壁には、その
周方向に沿って均等に配置したプラズマガスノズル２０
が設けられると共にこのノズル２０には、図示しないプ
ラズマガス源、例えばＡｒガス源とＯ₂ガス源が接続さ
れており、プラズマ室１０内の上部にＡｒガスやＯ₂ガ
ス等のプラズマガスを均等に供給し得るようになってい
る。尚、図中ノズル２０は図面の煩雑化を防止するため
２本しか記載していないが、実際にはそれ以上設けてい
る。また、プラズマ室１０を区画する側壁の外周には、
これに接近させて磁界印加手段として例えばリング状の
電磁コイル２２が配置されており、このプラズマ室１０
内に例えば上方から下方に向かう例えば８７５ガウスの
磁界Ｂを形成し得るようになっており、ＥＣＲプラズマ
条件が満たされている。尚、電磁コイル２２に代えて永
久磁石を用いてもよい。

【００２０】このようにプラズマ室１０内に周波数の制
御されたマイクロ波と磁界Ｂを形成することにより、こ
れらの相互作用により上記周波数にて上記導入ガスに共
鳴作用が生じてプラズマが高い密度で形成されることに
なる。すなわちこの装置は、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマ処理装置を構成することになる。一
方、上記反応室１１内には、容器底部に絶縁材２４を介
して支持されたサセプタとしてのアルミニウム製の載置
台２６が設けられており、この上面の載置面には例えば
静電チャック２８を介して被処理体である半導体ウエハ
Ｗが吸着保持されている。

【００２１】この載置台２６には、ウエハＷを所定の温
度に加熱する例えばセラミックヒータ３０や図示しない
プッシャピン等が設けられている。また、載置台２６に
は、本発明の特長とするプラズマ吸引用高周波供給手段
としての高周波源３２がブロッキングコンデンサ３１を
介して接続されており、ウエハＷにイオンを吸引するた
めに負のバイアス電圧を印加するようになっている。こ
の高周波源３２の周波数は、従来使用されていた１３．
５６ＭＨ_zではなく、反応室１１内のプラズマイオンの
振動周波数と同等か或いはそれ以下の周波数に設定され
る。

【００２２】このプラズマイオンの振動周波数は、イオ
ン密度、内部圧力、温度等によって決まるが、現状にて
使用される処理条件においては略１０ＭＨ_zが最高であ
り、従って、この高周波源３２の周波数は１０ＭＨ_z以
下、好ましくは２ＭＨ_z程度に設定する。そして、反応
室１１を区画する側壁には、この中に反応ガスとして例
えばシラン（ＳｉＨ₄）を導入するための反応ガス導入
ノズル３４が設けられると共にウエハＷを搬出入すると
きに内部を開放するゲートバルブ３６が気密に開閉可能
に設けられている。尚、反応ガス導入ノズル３４は、反
応室１１内にガスを均等に導入するように容器の周方向
に均等配置するようにしてもよい。

【００２３】また、この真空容器８の底部には、図示し
ない真空ポンプに接続された排気口３８が設けられてお
り、容器内雰囲気を底部排気口３８より均等に排出し得
るようになっている。尚、真空容器８自体は接地されて
ゼロ電位になされている。

【００２４】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、真空容器８の側壁に設け
たゲートバルブ３６を開いて図示しない搬送アームによ
りウエハＷを載置台２６上に載置し、これを静電チャッ
ク２８により吸着保持する。次に、このゲートバルブ３
６を閉じて内部を密閉した後、排気口３８より内部雰囲
気を排出して所定の真空度まで真空引きし、そして、プ
ラズマガスノズル２０からプラズマ室１０内へＯ₂ガス
やＡｒガス等のプラズマ発生用ガスを導入すると共に反
応ガス導入ノズル３４から反応室１１内へシランガスを
導入して内部圧力を所定のプロセス圧に維持しつつ、プ
ラズマ発生用高周波源１６やプラズマ吸引用高周波源３
２を駆動し、ウエハＷ上へのＳｉＯ₂の成膜処理を開始
する。

【００２５】プラズマ発生用高周波源１６からの２．４
５ＧＨｚの高周波は、導波管１８を搬送されて真空容器
８の天井部に至り、ここの透過窓１２を透過してマイク
ロ波４０がプラズマ室１０内へ導入される。このプラズ
マ室１０内には、プラズマ室１０の外側に設けた電磁コ
イル２２により発生した磁界Ｂが上方から下方に向けて
例えば８７５ガウスの強さで印加されており、この磁界
Ｂとマイクロ波４０との相互作用でＥ（電界）×Ｂ（磁
界）を誘発して電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共
鳴によりＡｒガスやＯ₂ガスがプラズマ化され、且つ高
密度化される。このプラズマ室１０にて発生した高密度
プラズマは、プラズマ吸引用高周波源３２により負の高
周波バイアス電圧の印加された載置台１１に吸引されて
下降して反応室１１内に流れ込む。

【００２６】反応室１１内に流れ込んだプラズマイオン
は、ここに供給されている成膜用ガスであるＳｉＨ₄ガ
スを活性化させて活性種を形成し、ウエハ表面上にＳｉ
Ｏ₂の成膜を施すことになる。前述したようにこのＥＣ
Ｒ成膜処理においては、スパッタエッチングとデポジシ
ョン（堆積）が同時に進行してデポジションの方が優勢
になるようにコントロールすることにより、成膜表面の
凹凸を削りつつそれ以上の量の堆積を行なって平坦化処
理を行なうようになっている。

【００２７】この場合、先に図６を参照して説明したよ
うにスパッタエッチングレートの低いウエハ周縁部にお
いては、成膜レートも低く且つ電極間等にボイドの発生
する確率も高くなる。すなわち実効埋め込み速度を高く
して且つ良好な埋め込みを行なうにはスパッタエッチン
グ量とデポジション量をバランスさせつつスパッタエッ
チング量を上げなければならないが、従来の１３．５６
ＭＨｚの負バイアス高周波電圧ではこれに限界があっ
た。これに対して、本発明においては載置台２６に印加
するプラズマ吸引用の負バイアス電圧としてプラズマ室
１０或いは反応室１１内のプラズマイオンの振動周波数
と同等か或いはそれ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高
周波を使用しているので、従来の上限量を超えてスパッ
タエッチング量を高くでき、従って、これにバランスさ
せて制御が比較的容易なデポジション量を高くできるの
で、結果的に実効埋め込み速度が高くなり（量産性の向
上）、且つボイドもない品質良好な成膜を得ることがで
きる。しかも、ウエハ表面がプラズマイオンから受ける
ダメージも減少させることができ、結果的に製品歩留ま
りも向上させることが可能となる。

【００２８】このようにプラズマイオンの振動周波数以
下の周波数の負バイアスを載置台に印加することにより
スパッタエッチング効率を向上させることができる理由
は以下のように推測される。すなわち従来のようにプラ
ズマイオンの振動周波数以上の高い周波数、例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波を載置台に印加すると、周波数
が高すぎてプラズマイオンが追従して振動できず、する
と図４に示すようにウエハ表面を０Ｖとするとこの上方
に電圧Ｖ_DCの直流のバイアス成分が表れてきて、この電
圧Ｖ_DCの電位差でイオンがウエハ表面に衝突してスパッ
タエッチングが行なわれる。そして、この電圧Ｖ_DCは、
イオン引き込み用の高周波電圧Ｖ₀よりも低いのでスパ
ッタエッチング量は、それ程大きくはならない。

【００２９】これに対して、本発明においては、上述の
ようにイオン引き込み用高周波をプラズマイオンの振動
周波数と同等かそれ以下に設定しているので、この周波
数に追従してプラズマイオンが振動することになる。す
ると図４にて示したように従来発生していた直流バイア
ス成分は発生せず、従って、プラズマイオンはイオン引
き込み用高周波の持つピークツウピークの振幅と略同じ
大きさの電位差Ｖ₀でウエハ表面に衝突してスパッタエ
ッチングが行なわれることになる。

【００３０】このようにイオン引き込み用高周波をプラ
ズマイオンの振動周波数以下に設定することにより、ス
パッタエッチング時のイオンに対する電位差を大きくし
て衝突エネルギを大きくできるので、スパッタエッチン
グ量を増加させることができる。図２は載置台に印加す
る負バイアス電圧の周波数ｆとプラズマスパッタエッチ
ングレートとの関係を示すグラフであり、この周波数ｆ
がプラズマイオンの振動周波数ｆｉ以下の場合には、高
いスパッタエッチングレートを示すが、この周波数を超
えて大きくなると急激にエッチングレートが低下して好
ましくないことが判明する。

【００３１】プラズマイオンの振動周波数は、プラズマ
の密度、プロセス圧力、ガス種類、温度等によって一義
的に決まるが、現在一般的に行なわれる処理条件下では
略１０ＭＨｚ程度が最高であり、この時の処理条件は、
例えばガスとしてＳｉＨ₄ を用い、プラズマの密度、プ
ロセス圧力、プラズマイオン温度はそれぞれ１０¹⁰〜１
０¹¹ｃｍ^-3、５ｍＴｏｒｒ以下、０．１ｅＶ以下であ
る。

【００３２】また、イオン引き込み用高周波の周波数は
過度に低くなるとスパッタエッチングを行なうことがで
きず、１ＭＨｚ以上の大きさとする。この理由は、この
負バイアス用の高周波のパワーを絶縁材である静電チャ
ックを介してウエハに導入しなければならないが、周波
数が１ＭＨｚを超えて小さくさるとこの静電チャック部
分におけるインピーダンスが大きくなり過ぎてしまって
ウエハまで高周波パワーを導入できなくなるからであ
る。従って、負バイアス用の高周波源の周波数は、１Ｍ
Ｈｚ以上で１０ＭＨｚ以下の範囲内で設定する。

【００３３】本実施例におけるプロセス条件は、ＳｉＨ
₄，Ｏ₂及びＡｒの流量は、それぞれ４４ＳＣＣＭ，５６
ＳＣＣＭ及び１１０ＳＣＣＭである。プロセス圧力は
７．５ｍＴｏｒｒ，プラズマ発生用高周波源１６は２．
４５ＧＨｚでそのパワーは１１００Ｗであり、また、プ
ラズマ吸引用の高周波源３２は２ＭＨｚでそのパワーは
１０００Ｗである。この時の実効成膜速度は１７００Å
／ｍｉｎを得、良好な結果を得ることができた。図３は
プラズマ吸引用の高周波源の周波数を１３．５６ＭＨｚ
（従来装置）と２ＭＨｚ（本発明装置）に設定した時の
スパッタエッチングレート（平均値）を比較したグラフ
であり、１３．５６ＭＨｚの時のレートを基準として表
している。このグラフから明らかなように供給電力に関
係なく、周波数を２ＭＨｚにした本発明装置の場合は、
従来装置に比較して１．８倍の高いエッチングレートを
示している。

【００３４】このような高いエッチングレートを示すプ
ロセス条件でＥＣＲ成膜処理を行なうことにより、前述
のように実効埋め込み速度が高くなって量産性を向上で
き、しかもボイドもない品質良好な成膜を得ることがで
きる。図５はこの時の状況を説明するための模式図であ
り、バイアス電圧を２ＭＨｚに設定してウエハＷ表面に
ＳｉＯ₂の成膜を形成する時、アルミ電極３、３の肩部
すなわちエッジ部３Ａ、３Ａに対応する部分に堆積した
成膜部４２Ａ（図中破線にて示す）が効率良くスパッタ
エッチングされるので凹部４４の間口径４６が常に大き
く維持され、従って、凹部４４の深部まで活性種が侵入
してボイドが発生しないように成膜することが可能とな
る。

【００３５】そして、このようにエッチング量が増加し
たことに対応させてデポジション量をバランスさせて増
加させることにより、実効埋め込み速度を高めて量産性
を向上させることができる。この点に関して、従来装置
の実効埋め込み速度は１６００Å／ｍｉｎであったが、
本発明装置の場合は、２４００Å／ｍｉｎまで向上させ
ることができた。

【００３６】また、このようにプラズマ吸引用高周波源
の周波数をプラズマイオンの振動周波数以下に設定する
ことにより、図４にて説明したようにプラズマイオンは
イオン引き込み高周波に追従して振動し、従って、ウエ
ハ表面にはプラスイオンとマイナスイオンが交互に侵入
することになるので、ウエハ表面の上方におけるプラズ
マ分布に偏りが生じた結果ウエハ表面内に電位差が生じ
ても、上記したプラスイオンとマイナスイオンの交互の
侵入によりウエハ表面上の電荷が中和されてこの電位差
が解消されることになり、従って、ゲート酸化膜等を絶
縁破壊するような大きな電位差が生ずることながく、製
品歩留まりを向上さることもできる。

【００３７】この点に関して、１３．５６ＭＨ_Zの周波
数を用いた従来の装置では、製品歩留まりは約４０％で
あったが、２ＭＨｚの周波数を用いた本発明の装置では
約９０％まで向上させることができた。尚、上記実施例
では、電子サイクロン共鳴を発生させるためにプラズマ
発生用の高周波源１６の周波数として２．４５ＧＨ_zを
用い、その時の磁界の強さを８７５ガウスに設定した
が、これらの値に限定されず、これらの値を２の倍数で
割った値或いは乗算した値を用いてもよい。例えば２で
割った値、すなわち１．２２５ＧＨ_zの周波数と４３
７．５ガウスの磁界を用いるようにしてもよい。

【００３８】また、本実施例ではウエハ表面を上方に向
けたいわゆるフェースアップ方式の装置を例にとって説
明したが、これに限定されず、図１に示す装置を上下逆
様にしたような、いわゆるフェースダウン方式の装置に
も適用し得るのは勿論である。

【００３９】次に、本発明の関連技術について説明す
る。前述のようなＥＣＲプラズマ処理の成膜で、例えば
アルミ配線間の絶縁膜を形成し、これをＳＯＧ（Ｓｐｉ
ｎＯｎＧｌａｓｓ）膜の下地膜として使用する場合
には、耐透水性の優れた応力変化の小さい膜を均一状態
で形成する必要があり、更に、装置課題として低ダメー
ジ、面内均一性、低パーティクル、ｉｎ−ｓｉｔｕクリ
ーニングによるスループットの向上が挙げられ、これら
を改善する必要がある。

【００４０】従来、層間絶縁膜の平坦化はプラズマＣＶ
Ｄ／エッチバック／ＳＯＧの組合せで対処してきたが、
デバイスの多層配線化に伴ってこの平坦化が一層重要な
課題になってきた。ところで、ＳＯＧは、メタルの欠損
やコロージョン、ホットキャリア耐性の劣化などの問題
を内在しており、今後の微細化にともなってこれらの問
題を回避するためには自身の水分の少ない、しかも耐透
水性の高い下地層が必要とされる。

【００４１】このような状況下において、ＥＣＲプラズ
マを用いたＳｉＯ₂膜は高信頼性の層間絶縁膜として適
用することができる。尚、このＥＣＲプラズマＳｉＯ₂
膜は、ＳＯＧのみならずＴＥＯＳ／Ｏ₃の下地膜やＣＭ
Ｐ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌ
ｉｓｈｉｎｇ）対応の埋め込みプロセスにも適用でき
る。

【００４２】図８は上記した処理を行なうＥＣＲプラズ
マ処理装置を示す断面図であり、ウエハ面を下向きに支
持したフェースダウン構造のものを示す。尚、前述した
ようにこのフェースダウン構造のＥＣＲプラズマ処理装
置を用いて先に説明した本発明装置を構成してもよいの
は勿論である。図中５０は真空容器であり、この中は例
えばＯ₂ガスとＡｒガスを導入するプラズマ室５２と、
ＳｉＨ₄ガスを導入する反応室５４に区分される。この
フェースダウン構造では反応室５４は、プラズマ室５２
の上方に位置される。

【００４３】プラズマ室５２側には、石英製の透過窓５
６を介して例えば２．４５ＧＨ_zのマイクロ波が導入さ
れると共に周縁部に配置した電磁コイル５８により内部
に所定の強さの磁界を発生させ、磁界とマイクロ波の相
互作用によるＥＣＲプラズマ条件を満たすように設計さ
れている。また、このプラズマ室５２の側部には、側壁
を冷却するための冷却水を流すクーラ手段６０を設けて
いる。

【００４４】上記反応室５２内には、下端部に静電チャ
ック６２を設けたステージ６４（載置台に対応する）が
天井部より下方に突出させて設けられており、この下端
にウエハＷを吸着保持している。このステージ６４には
２ＫＷまで印加可能な高周波バイアス電源６６が接続さ
れると共にウエハを所定温度まで加熱する図示しない加
熱手段も設けられている。そして、この反応室５２内に
は、均等配置したガス導入ノズル６８から反応ガス、す
なわちＳｉＨ₄を供給するようになっている。この反応
室５２内は、排気口７０より例えば５００リットル／秒
の図示しない２台のターボ分子ポンプで真空引きするよ
うになっている。

【００４５】上記したような装置を用いて、ＳＯＧの下
地層としてプラズマＳｉＯ₂膜を形成するのであるが、
そのプロセス工程は、先の本発明にて説明したと略同様
にして行なわれる。この場合には、ステージ６４に印加
する負バイアス高周波電圧の周波数は、１０ＭＨ_z以下
に限定されず例えば１３．５６ＭＨ_zでもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマ処
理方法によれば次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。ＥＣＲプラズマを用いて成膜処理を行なう
ときに、載置台に供給するプラズマ吸引用のバイアス高
周波電圧の周波数を、プラズマイオンの振動周波数と同
等かそれ以下となるように設定したのでこのバイアス電
圧の周波数に追従させてプラズマイオンを振動させるこ
とができる。従って、成膜効率を律速するスパッタエッ
チングレートを高めることができるので、被処理体表面
上に膜質の良好な成膜を効率よく堆積させることができ
る。また、上述のようにプラズマイオンをプラズマ吸引
用高周波の周波数に追従させて振動させることにより、
プラスイオンとマイナスイオンが交互に被処理体表面に
侵入するので、たとえプラズマが被処理体表面の直上に
て不均一に分布していたとしても、被処理体表面に存在
する電荷が中和されてしまい、被処理体表面に絶縁破壊
等のダメージが発生することを抑制でき、製品歩留まり
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理方法を実施するプラ
ズマ処理装置を示す概略断面図である。

【図２】プラズマ吸引用高周波供給手段の周波数とスパ
ッタエッチングレートとの関係を示すグラフである。

【図３】プラズマ吸引用の高周波源の周波数を１３．５
６ＭＨｚと２ＭＨｚに設定したときのスパッタエッチン
グレート（平均値）を比較したグラフである。

【図４】被処理体表面における電位の状態を説明するた
めの説明図である。

【図５】本発明のプラズマ処理方法による成膜過程を説
明するための模式図である。

【図６】従来のプラズマ処理装置による成膜時のスパッ
タエッチングレートと成膜レートを示すグラフである。

【図７】図６に示すグラフ中の各ポイントにおける成膜
状態を模式的に示す模式図である。

【図８】本発明の関連技術を説明するためのプラズマ処
理装置を示す断面図である。

【符号の説明】

３アルミ電極６プラズマ処理装置８真空容器１０プラズマ室１１反応室１２透過窓１６プラズマ発生用高周波供給手段１８導波管２０プラズマガスノズル２２電磁コイル（磁界印加手段）２６載置台３２プラズマ吸引用高周波供給手段３４反応ガス導入ノズル４０マイクロ波Ｂ磁界Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木朗東京都港区赤坂５丁目３番６号東京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献特開平５−315268（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−91645（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−33839（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−292625（ＪＰ，Ａ) 特開平４−216628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/31 H01L 21/316

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体上の所定の配線パターン間に層
間絶縁膜をプラズマにより埋め込み成膜を行なうプラズ
マ処理方法であって、ガスをプラズマ化する工程と、前記被処理体に、前記工程により発生したプラズマイオ
ンの振動周波数以下で、且つ１ＭＨｚ以上の範囲内の所
定の周波数の高周波を、静電チャックを介して印加する
工程と、を備え、これにより、スパッタエッチングとデポジションとを同
時に進行させて前記配線パターン間に層間絶縁膜の埋め
込み成膜を行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】前記プラズマイオンの振動周波数は、１
０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１記載のプラズ
マ処理方法。
【請求項３】前記所定の周波数は、２ＭＨｚであるこ
とを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】前記プラズマ化する工程は、ＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）によって行われることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理方
法。
【請求項５】前記層間絶縁膜は、ＳｉＯ₂ 膜であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラ
ズマ処理方法。