JP4801709B2 - Cvd装置を用いた成膜方法 - Google Patents
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(chemical vapor deposition))装置に関する。
薄膜トランジスタなどの半導体素子、光電変換素子などに広範に用いられている。このような酸化シリコン、窒化シリコンなどの薄膜を形成する方法には主に次の3種類が用いられている。
(1)スパッタ、真空蒸着等の物理的気相成膜法
すなわち、固体の薄膜材料を物理的手法である原子あるいは原子団にし、被成膜面上に堆積させて薄膜を形成する方法
(2)熱CVD法
すなわち、気体の薄膜材料を高温にすることにより、化学反応を起こさせて薄膜を形成する方法
(3)プラズマCVD法
すなわち、気体の薄膜材料をプラズマ化させることで化学反応を起こさせて薄膜を形成する方法
特に、(3)のプラズマCVD法(plasma enhanced chemical
vapour deposition)が、緻密で均一な薄膜を効率的に形成することができるために広範に用いられるようになっている(特許文献1〜特許文献2参照)。
すなわち、プラズマCVD装置100は、減圧に維持されたCVDチャンバー102を備えており、CVDチャンバー102内に一定間隔離間して対向するように上部電極104と下部電極106が配置されている。この上部電極104には、図示しない成膜用ガス源に接続された成膜用ガス供給経路108が接続され、上部電極104を介して、成膜用ガスをCVDチャンバー102内に供給するように構成されている。
コン(Si3N4など)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、NH3、N2、O2、Ar等を、成膜用ガス供給経路108、上部電極104を介して、例えば、130Paの減圧状態に維持されたCVDチャンバー102内に導入される。
れた電極104、106間に、例えば、13.56MHzの高周波電力を印加して、高周波電界を発生させる。そして、この電界内で電子を成膜用ガスの中性分子に衝突させて、高周波プラズマを形成して成膜用ガスがイオンやラジカルに分解される。
物が形成される。
ことが行われている(特許文献1参照)。
08、上部電極104を介して、減圧状態に維持されたCVDチャンバー102内に導入される。
うにして、プラズマの広がりを抑制し、成膜チャンバー内における内面への膜付着量を低減するようにしている。
チャンバー102の側壁102a、下部電極106の周囲部分106aに多く付着・堆積している。
一方、半導体装置製造工程において、プラズマCVDによる成膜を行った際に、CVDチャンバー内に付着した副生物をクリーニングするが、クリーニングに使用するガスは地球温暖化係数が高く、完全に分解されないため、そのままの形で放出されると、地球温暖化の原因となる。
、その結果、クリーニングの際にクリーニング時間を短縮することが可能で、地球温暖化係数の高いガスの放出量を減らことのできるCVD装置を用いた成膜方法を提供することを目的とする。
前記CVDチャンバーから排ガスを排出するガス排出経路に配設した排ガス成分を分析する赤外線吸収分析器(FTIR)と、
成膜条件制御装置とを備え、
前記成膜条件制御装置によって、
前記CVD装置によって、基材表面上に堆積膜を形成する際に、前記対向電極ステージの温度、及び、前記RF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔である成膜条件を変化させて成膜を行い、
前記CVD装置によって、基材表面上に堆積膜を形成した後に、クリーニングガスを導入してCVDチャンバー内をクリーニングする際に、
前記赤外線吸収分析器(FTIR)によって、排ガス成分をモニターリングして、
所定の排ガス成分が、所定の濃度以下になるまでの排出量を比較して、前記対向電極ス
テージの温度、及び、前記RF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔である成膜条件の最適条件を得て、
この最適条件にて、成膜を実施することを特徴とする。
)でモニタされたSiF4の排出量が、CVDチャンバー内に付着した副生物である膜の
量と見なすことができる。
ることができ、その結果、クリーニングの際にクリーニング時間を短縮することが可能で、地球温暖化係数の高いガスの放出量を減らことができる。
このような温度に対向電極ステージの温度を設定することによって、成膜工程の際にCVDチャンバーの内壁、電極などの表面に付着、堆積するSiO2、Si3N4などの副生
成物の量が極めて少なくなる。
このような大きさにRF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔を設定することによって、成膜工程の際にCVDチャンバーの内壁、電極などの表面に付着、堆積するSiO2、Si3N4などの副生成物の量が極めて少なくなる。
などの副生成物を、効率良く除去することができる。
また、本発明によれば、第1のステップと第2のステップで電極間隔を変化させることによって、第1のステップにおいて、例えば、電極間の間隙を狭くすることによって、高密度のプラズマを発生させるとともに、上部電極、対向電極、CVDチャンバーの上方の側壁に付着した副生物を除去することができる。
る。
そして、第2のステップでは、例えば、CVDチャンバーの側壁に設けた、RF電極とは別箇に設けた第2のRF電極にRFを印加して放電するので、RF電極、対向電極ステージの側面、裏面、CVDチャンバー側壁をプラズマクリーニングすることができる。
印加することによって、付着残りの副生物を完全に除去することができる。
図1は、本発明のCVD装置の実施例を示す概略図である。
図1に示したように、プラズマCVD法に用いるプラズマCVD装置10は、減圧状態(真空状態)に維持されるCVDチャンバー12を備えており、CVDチャンバー12の底壁12cに形成された排気経路16を介して、メカニカルブースターポンプ11、ドライポンプ14、排気ガスを無毒化する除害装置13によって、内部の気体を外部に排出することによって、一定の真空状態(減圧状態)に維持されるようになっている。
このように構成される本発明のCVD装置10は、下記のように作動される。
先ず、CVDチャンバー12の下部電極18のステージ上に、例えば、シリコンウェハなどの表面にシリコン薄膜を蒸着する基材Aを載置して、図示しない駆動機構によって、上部電極20との間の距離を所定の距離に調整される。
給源28から、反応ガス供給経路26、上部電極20を介して、成膜用ガスが、減圧状態に維持されたCVDチャンバー12内に導入される。
等を、窒化シリコン(Si3N4など)を成膜する際には、モノシラン(SiH4)、NH3、N2、O2およびArを供給すればよい。しかしながら、この成膜用ガスとしては、これに限定されるものではなく、成膜する薄膜の種類などに応じて、例えば、成膜用ガスとして、ジシラン(Si2H6)、TEOS(テトラエトキシシラン;Si(OC2H5)4)等
、同伴ガスとして、O2、O3などを使用するなど適宜変更することができる。
副生成物が、一定の厚さまで成長すると自重、応力などによって剥離、飛散して、これが成膜工程の際に、異物として、半導体製品への微粒子の混入、汚染の原因となり、高品質な薄膜製造ができず、半導体回路の断線や短絡の原因となり、また、歩留まりなども低下するおそれがある。
SiF4として副生成物をガス化されるようになっている。
このように構成することによって、RF電極に印加するRFの周波数が、成膜のために印加する第1の周波数と、プラズマクリーニングする際に印加する第2の周波数とを切替えることができるので、第1の周波数を用いることによって、成膜のために好適な条件で高密度のプラズマを発生させることができ高品質な薄膜製造が可能である。
などの副生成物を、効率良く除去することができる。
さらに、この場合、第1のステップと第2のステップで、下部電極18と上部電極20との間の電極間隔を変化させることを特徴とする。
間隔dとして、好ましくは、10〜100mm、さらに好ましくは20〜60mmとするのが望ましい。
CF4、C2F6、C3F8、C4F10、C5F12などの鎖状脂肪族系パーフルオロカーボン類
;
C4F8、C5F10、C6F12などの脂環系パーフルオロカーボン類;
CF3OCF3、CF3OC2F5、C2F5OC2F5などの直鎖状パーフルオロエーテル類;
C3F6O、C4F8O、C5F10Oなどの環状パーフルオロエーテル類;
C3F6、C4F8、C5F10などの不飽和系パーフルオロカーボン類;
C4F6、C5F8などのジエン系パーフルオロカーボン類
などの炭素原子数1〜6のパーフルオロカーボン類が挙げられる。
NF3、FNO、F3NO、FNO2などの窒素を含むフッ素化合物、好ましくは酸素と窒
素を含むフッ素化合物などを用いることもできる。
これらのうちでは、CF4、C2F6、C3F8、COF2を用いることが好ましく、CF4、
C2F6、COF2を用いることがさらに好ましい。
また、本発明で用いる含フッ素化合物を含んだクリーニングガスは、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜他のガスを混合して用いることができる。このような他のガスとしては、たとえば、He、Ne、Ar、O2などが挙げられる。このような他のガスの配合
量は特に限定されず、CVD装置10のCVDチャンバー12の内壁などに付着した副生成物(付着物)の量、厚さ、使用する含フッ素化合物の種類、副生成物の組成などに対応して決定することができる。
。
ところで、クリーニングガスと添加ガスとの混合ガス系において、ガス総流量一定の条件下に、クリーニングガスの含有濃度を高めてゆくと、エッチング速度が上昇する傾向がある。しかしながら、クリーニングガスが一定濃度を超えるとプラズマの発生の不安定化、エッチング速度の鈍化、低下が起こったり、クリーニング均一性が悪化したりするなどの問題がある。特に、クリーニングガスを100%の濃度で用いると、プラズマの発生の不安定化、エッチング速度の鈍化、低下や、クリーニング均一性の悪化がより顕著となる傾向があり、実用性に欠けるという問題がある。
うに、クリーニング時のチャンバー圧を高める、もしくはガス流量を増加させると、プラズマの発生が安定しなくなり、クリーニング均一性が損なわれ、効率的なクリーニングが行えないことになる。
また、クリーニング用ガスが、放電によりプラズマを発生させるフッ素ガスと、プラズマ中において実質的にフッ素と反応しないガスとから構成されていてもよい。
であることが好ましい。
このようなフッ素系化合物によるチャンバークリーニングの目的化合物としては、CVD法等により、CVDチャンバー壁あるいはCVD装置の冶具等に付着した、ケイ素系化合物からなる付着物が挙げられる。このようなケイ素系化合物の付着物としては、たとえば、
(1)ケイ素からなる化合物、
(2)酸素、窒素、フッ素または炭素のうちの少なくとも1種と、ケイ素とからなる化合物、または
(3)高融点金属シリサイドからなる化合物
などのうちの少なくとも1種が挙げられ、より具体的には、たとえば、Si、SiO2、
Si3N4、WSi等の高融点金属シリサイドなどが挙げられる。
F6の場合には、0.5〜5L/分とすればよい。
すなわち、クリーニングガスとして、COF2とO2の混合ガスを使用することによって、CVD装置の腐蝕を低減するとともに、プラズマクリーニングで発生する排気ガス中の温暖化ガスの発生を最小限に抑制することができる。
%の混合ガスでクリーニングし、第2のステップにおける第2のクリーニングガスとして、例えば、全体のモル数を100%とした時に、COF2が40%〜90%の混合ガスで
クリーニングするのが望ましい。
、または、F2とArの混合ガス、または、F2とN2の混合ガスを使用するのが好適であ
る。
、F2とArの混合ガス、または、F2とN2の混合ガスを使用することによって、炭素の
混入を嫌う液晶などのプロセスにおいても、CVD装置の腐蝕を低減するとともに、プラズマクリーニングで発生する排気ガス中の温暖化ガスの発生を極端に少なくすることができる。
グガスとして、例えば、全体のモル数を100%とした時に、F2が30%〜100%の
混合ガスでクリーニングし、第2のステップにおける第2のクリーニングガスとして、例えば、全体のモル数を100%とした時に、F2が20%〜100%の混合ガスでクリー
ニングするのが望ましい。
この実施例のCVD装置10は、図1に示したCVD装置10と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
SiF4として副生成物をガス化することによって、ポンプ14により排気ガスとともに
排気経路16を介して、CVDチャンバー12の外部に排出されるようになっている。
去することができる。
ガスをCVDチャンバー12内に導入するようにすればよく、例えば、チャンバー12の頂壁12aから、底壁12cから導入してチャンバー壁面を直接クリーニングするようにしても良い。
この実施例のCVD装置10、図1に示したCVD装置10と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
そして、この第2のRF電極21が、高周波電源23に接続されている。この第2のRF電極21には、図示しないが、高周波印加コイルなどの高周波印加装置27が設けられており、この高周波印加装置27と高周波電源23の間には、図示しないマッチング回路が配設されている。
そして、第2のステップでは、例えば、CVDチャンバーの側壁に設けた、上部電極とは別箇に設けた第2のRF電極にRFを印加して放電するので、上部電極、対向電極ステージの側面、裏面、CVDチャンバー側壁をプラズマクリーニングすることができる。
この実施例のCVD装置10は、図1に示したCVD装置10と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
ンバー12からの排ガス中のSiF4の濃度は、所定時間T4の時点において、一定のレベルQ1以下となる。
されたSiF4の濃度データと比較して、所定のクリーニング終点濃度Q1に達した時点
T4において、クリーニングを終了するように制御するように構成されている。
などの副生成物と反応して生じるガス化されたSiF4の濃度を直接モニターすることに
なるので、正確にクリーニングが終了する時間にクリーニングを終了することができるようになっている。
、完全に副生物を除去するためには、100ppmであるのが望ましい。
でなく、ガス排出経路の配管などに付着、堆積したSiO2、Si3N4などの副生成物を
完全に除去できる濃度に対応している。
このように構成することによって、例えば、SiO2の成膜を行った際に、SiO2膜はクリーニングされる時に、SiF4として排出されるので、赤外線吸収分析器(FTIR
)50でモニタされたSiF4の排出量が、CVDチャンバー12内に付着した副生物で
ある膜の量と見なすことができる。
ーニングが進み、再び100ppm以下となるまでの排出量を比較することによって、副生物の付着、堆積量の少ない成膜条件の最適条件を得ることができる。
ーニングの際にクリーニング時間を短縮することが可能で、地球温暖化係数の高いガスの放出量を減らことができる。
このような温度に対向電極ステージ18の温度を設定することによって、成膜工程の際にCVDチャンバー12の内壁、電極などの表面に付着、堆積するSiO2、Si3N4な
どの副生成物の量が極めて少なくなる。
このような大きさにRF電極20と対向電極ステージ18との間の電極間隔を設定することによって、成膜工程の際にCVDチャンバー12の内壁、電極などの表面に付着、堆積するSiO2、Si3N4などの副生成物の量が極めて少なくなる。
ガス(No.3、No4)を用いて、クリーニングダメージ測定を行い、RF周波数(13.56MHz、60MHz)の効果の比較を行った。
とした。
とO2の混合ガス:No.2、13.56MHz)、図9(COF2とO2の混合ガス:N
o.3、60MHz)、図10(COF2とO2の混合ガス:No.4、13.56MHz)に示した。
従って、13.56MHzを第1の周波数として用いて、副生物をおおよそ除去した後、第2の周波数として、60MHzを用いれば、効率良く副生物を除去できるとともに、上部電極、対向電極ステージ18などへのダメージも少なくなることが分かる。
行った。
SiH4 70sccm
N20 2000sccm
圧力 200Pa
電源周波数 13.56MHz
Power 350W、
の各条件を一定として成膜を行った。
そして、成膜の後、下記のクリーニング条件で、CVDチャンバー12のクリーニングをそれぞれ実施した。
圧力; 200Pa
電極間隔= 30mm
Power=l000W
この際、CVDチャンバー12のクリーニングを行った時に排出されるガスを、赤外線吸収分析器(FTIR)50でモニターした。
の排出量が、CVDチャンバー12内に付着した副生物である膜の量と見なすことができる。
リーニングが進み、再び100ppm以下となるまでの排出量を比較することによって、副生物の付着、堆積量の少ない成膜条件の最適条件を得ることができる。
さらに、図6のグラフに示したように、最適条件におけるRF電極20と対向電極ステージ18との間の電極間隔が、8〜30mm、好ましくは、17mmであるのが望ましい。
である。
11 メカニカルブースターポンプ
12 CVDチャンバー
12a 頂壁
12b 側壁
12c 底壁
13 除害装置
14 ドライポンプ
16 排気経路
18 下部電極(対向電極ステージ)
20 上部電極
21 第2のRF電極
22 基端部分
23 高周波電源
24 高周波電源
25 高周波印加装置
26 反応ガス供給経路
27 高周波印加装置
28 成膜用ガス供給源
30 クリーニングガス供給経路
34 クリーニングガス源
52 開閉バルブ
54 開閉バルブ
56 開閉バルブ
60 リモートプラズマ発生装置
62 接続配管
100 プラズマCVD装置
102 CVDチャンバー
102a 側壁
104 上部電極
104a 下面
106 下部電極
106a 周囲部分
106b 表面
108 成膜用ガス供給経路
110 高周波印加装置
112 ポンプ
114 排気経路
A 基材
W 半導体製品
Claims (5)
- CVDチャンバー内にRFを印加するRF電極とそれに対向し堆積膜を形成する基板を載置することのできる対向電極ステージと、
前記CVDチャンバーから排ガスを排出するガス排出経路に配設した排ガス成分を分析する赤外線吸収分析器(FTIR)と、
成膜条件制御装置と、
前記赤外線吸収分析器(FTIR)によりモニターリングされた排ガス成分の濃度と、予め記憶された排ガス成分の濃度とを比較して、所定のクリーニング終点濃度に達した時点において、前記CVDチャンバー内のクリーニングを終了するように制御するように構成されたクリーニング制御装置と、を有するCVD装置を用いた成膜方法であって、
前記CVD装置によって、基材表面上に堆積膜を形成する際に、前記対向電極ステージの温度、及び、前記RF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔である成膜条件を変化させて成膜を行い、
前記CVD装置によって、基材表面上に堆積膜を形成した後に、クリーニングガスを導入してCVDチャンバー内をクリーニングする際に、前記赤外線吸収分析器(FTIR)によって、排ガス成分をモニターリングして、所定の排ガス成分が、所定の濃度以下になるまでの排出量を比較して、副生成物の付着、堆積量の少ない前記成膜条件の最適条件を得て、
前記クリーニング制御装置での前記最適条件データを、前記成膜条件制御装置に入力することによって、この最適条件にて、成膜を実施することを特徴とするCVD装置を用いた成膜方法。 - 前記最適条件における対向電極ステージの温度が、250〜400℃であることを特徴とする請求項1に記載のCVD装置を用いた成膜方法。
- 前記最適条件における対向電極ステージの温度が、350℃であることを特徴とする請求項2に記載のCVD装置を用いた成膜方法。
- 前記最適条件におけるRF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔が、8〜30mmであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のCVD装置を用いた成膜方法。
- 前記最適条件におけるRF電極と対向電極ステージとの間の電極間隔が、17mmであることを特徴とする請求項4に記載のCVD装置を用いた成膜方法。
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