JP4052454B2 - 酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法 - Google Patents

酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて基板上に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを筒状容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波の電磁波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。プラズマＣＶＤ装置においては、基板と対向する天井面の上側にリング状の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナに給電を行うことで高周波の電磁波を筒状容器内に入射している。
【０００３】
プラズマ処理装置としては、例えば、特許文献１等に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１７２３４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）では、プラズマ密度が高いために、空間の電位差により半導体の表面の電極に電圧が印加された状態になって半導体素子を破壊する（チャージアップによる素子破壊）虞があった。このため、チャージアップによる素子破壊を抑制することができるプラズマ処理装置の開発が望まれているのが現状である。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、チャージアップによる素子破壊を抑制することができる酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法は、
チャンバの上端部を閉塞する絶縁部である平板状の天井板と、天井板の上部にリング状の高周波アンテナとを設け、高周波アンテナに給電を行うことでチャンバ内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板上に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する製造方法において、
前記アンテナには１０ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の高周波電源が接続され、２ｋＷ以上１５ｋＷ以下の出力を給電することでプラズマを発生させ、
基板表面において、電子が１ｃｍ 3 あたり１０ 10 個以上存在し、電子温度が１ｅＶ以下となる領域に基板が位置するように、アンテナの下面から基板までの距離を１９０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にして成膜処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、成膜室に原料ガス（材料ガス：例えば、SiH4）を供給し、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンの膜を作製するプラズマ成膜装置であり、筒状容器内に天井面の上側からリング状のアンテナに給電を行って誘導結合方式によりプラズマを発生させて基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンを成膜するものである。
【００１３】
そして、プラズマが高密度であっても低電子温度となる領域に基板を位置させたもので、プラズマが高密度である領域は、電子が１cm3 あたり１０10個以上存在する電子密度であり、プラズマが低電子温度となる領域は、電子温度が１エレクトロンボルト以下となる領域である。
【００１４】
更に、アンテナには１０ＭＨｚから３０ＭＨｚの高周波電源が接続され、電子温度が１エレクトロンボルト以下となる領域に基板を位置させるためにアンテナの下面から基板までの距離を１９０ｍｍ以上としたものである。
【００１５】
また、アンテナには１０ＭＨｚから３０ＭＨｚの高周波電源が接続され、アンテナの下面から基板までの距離を２００ｍｍ以上としたものである。
【００１６】
従って、電子密度が高くても電子温度が低い領域に基板が位置することになり、電子温度が低い領域であるためチャージアップによる素子破壊を抑制することができる。
【００１７】
そして、本発明は、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面にエッチングやアッシング等の処理を施すプラズマ処理装置を適用することもできる。
【００１８】
以下、本発明をプラズマ成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）に適用した実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２にはアンテナの下面から基板までの距離と電子温度との関係を示してある。
【００２０】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１には、円筒状のアルミニウム製の筒状容器（容器）２が備えられ、容器２内に成膜室３（例えば、直径２５０ｍｍ〜５００ｍｍ）が形成されている。容器２の上部には円形の絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 、厚さ３０ｍｍ）の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を保持する円盤状の載置部７を有し、基板６は、例えば、静電チャック手段８により載置部７に保持されている。
【００２１】
天井板４の上には、例えば、円形コイルリング状（平面リング状）のアンテナとしての高周波アンテナ１１が配置され、高周波アンテナ１１には図示しない整合器を介して高周波電源１２（交流電源） 接続されている（高周波源）。高周波アンテナ１１に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００２２】
高周波アンテナ１１には、出力が２ｋＷから１５ｋＷ（例えば、５ｋＷ）で、１０ＭＨｚから３０ＭＨｚ（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波源が接続されている。
【００２３】
容器２には、例えば、シラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１３が設けられ、ガス供給ノズル１３から成膜室３内に成膜材料（例えばSiO2）となる原料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Al2O3 ）の補助ガス供給ノズル（図示省略）が設けられ、容器２の内部は真空装置１４により所定の圧力（例えば、０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度の減圧雰囲気）に維持される。
【００２４】
また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２５】
上述したプラズマＣＶＤ装置１では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられて保持される（例えば、静電チャック手段８）。ガス供給ノズル１３から所定流量の原料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズルから所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１２から高周波アンテナ１１に電力を供給して高周波の電磁波を発生させる。
【００２６】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積する。
【００２７】
ウエハ支持台５の載置部７に保持された基板６は、プラズマが高密度であっても低電子温度となる領域に位置するようになっている。即ち、高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈが１９０ｍｍから２５０ｍｍ（好ましくは２００ｍｍ程度）になるように、基板６の位置（載置部７の高さ）が設定されている。基板６の位置を調整するために、載置部７が昇降自在な構成とされることもある。
【００２８】
高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈが１９０ｍｍから２５０ｍｍになるように、基板６の位置を設定したことにより、電子が１cm3 あたり１０10個以上存在する電子密度の高密度のプラズマ領域となると共に、電子温度が１エレクトロンボルト（ｅＶ）以下となる領域となる。
【００２９】
電子密度が高くとも電子温度が低い領域に基板６を位置させることにより、電子温度が低い領域であるためチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制することができる。
【００３０】
高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈと電子温度との関係を、図２に基づいて説明する。
【００３１】
図２に示すように、距離Ｈが０ｍｍから１９０ｍｍ未満の範囲では、電子温度は数ｅＶとなる。距離Ｈが１９０ｍｍになると電子温度は１ｅＶとなり距離Ｈが１９０ｍｍ以上で電子温度は１ｅＶ以下となる。このため、高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈを１９０ｍｍから２５０ｍｍになるようにすることで、電子温度が低い領域としてチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制することができる。
【００３２】
距離Ｈが３００ｍｍを越えても電子温度が低い領域としてチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制することができるが、距離Ｈが大きくなると成膜レートが低下して成膜時間が長くなってしまう。このため、成膜速度を維持した状態でチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制するためには、高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈを１９０ｍｍから２５０ｍｍにすると良いことが判る。
【００３３】
また、距離Ｈが２００ｍｍを越えても、成膜レートが低下することなく電子温度が十分に低下し、確実にチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制することが可能となる。距離Ｈを２００ｍｍとして確認を行なった場合、ゲート酸化膜と電極の面積比が２百万対１で１０００枚の成膜を行なってもチャージアップによる基板６の素子破壊は一つも認められない結果が得られた。
【００３４】
従って、高周波アンテナ１１の下面から基板６までの距離Ｈが１９０ｍｍから２５０ｍｍになるように、基板６の位置を設定したことにより、電子が１cm3 あたり１０10個以上存在する電子密度の高密度のプラズマ領域であっても、電子温度が１エレクトロンボルト（ｅＶ）以下となる領域となり、電子密度が高くとも電子温度が低い領域に基板６が位置して、電子温度が低い領域であるためチャージアップによる基板６の素子破壊を抑制することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法は、チャンバの上端部を閉塞する絶縁部である平板状の天井板と、天井板の上部にリング状の高周波アンテナとを設け、高周波アンテナに給電を行うことでチャンバ内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板上に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する製造方法において、前記アンテナには１０ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の高周波電源が接続され、２ｋＷ以上１５ｋＷ以下の出力を給電することでプラズマを発生させ、基板表面において、電子が１ｃｍ 3 あたり１０ 10 個以上存在し、電子温度が１ｅＶ以下となる領域に基板が位置するように、アンテナの下面から基板までの距離を１９０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にして成膜処理を行うようにしたので、
電子密度が高くとも電子温度が低い領域に基板を位置させることができる。このため、電子温度が低い領域となりチャージアップによる基板の素子破壊を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】アンテナの下面から基板までの距離と電子温度との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１ プラズマＣＶＤ装置
２ 筒状容器（容器）
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 静電チャック手段
１１ 高周波アンテナ
１２ 高周波電源
１３ ガス供給ノズル
１４ 真空装置

Claims (1)

  1. チャンバの上端部を閉塞する絶縁部である平板状の天井板と、天井板の上部にリング状の高周波アンテナとを設け、高周波アンテナに給電を行うことでチャンバ内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板上に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する製造方法において、
    前記アンテナには１０ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の高周波電源が接続され、２ｋＷ以上１５ｋＷ以下の出力を給電することでプラズマを発生させ、
    基板表面において、電子が１ｃｍ 3 あたり１０ 10 個以上存在し、電子温度が１ｅＶ以下となる領域に基板が位置するように、アンテナの下面から基板までの距離を１９０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にして成膜処理を行うことを特徴とする酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜の製造方法。
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