JPH02228476A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばマイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴（ｆｌｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　玉ｅ
ｓｏｎａｎｃｅ。

ＥＣＲ）励起により発生させたプラズマを利用する高集
積半導体素子等の製造装置として用いられるプラズマプ
ロセス装置に関する。

〔従来技術〕

電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生させ
る方法は低ガス圧で活性度の高いプラズマを生成でき、
イオンエネルギの広範囲な選択が可能であり、また大き
なイオン電流がとれ、イオン流の指向性、均一性に優れ
るなどの利点があり、高集積半導体素子等の製造に欠か
せないものとしてその研究、開発が進められている。

第１３図はＣＶＤ装置として構成した従来におけるマイ
クロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴励起を利用する
プラズマプロセス装置の縦断面図であり、３１はプラズ
マ生成室を示している。プラズマ生成室３１は周囲壁を
２重構造にして冷却水の通流室３１ａを備え、また上部
壁中央には石英ガラス板３１ｂにて封止したマイクロ波
導入口３１ｃを、更に下部壁中央には前記マイクロ波導
入口３１ｃと対向する位置にプラズマ引出窓３１ｃｌを
夫々備えている。

前記マイクロ波導入口３１ｃには他端を図示しない高周
波発振器に接続した導波管３２の一端が接続され、また
プラズマ引出窓３１ｄに臨ませて試料室たる反応室３３
を配設し、更に周囲にはプラズマ生成室３１及びこれに
接続した導波管３２の一端部にわたってこれらを囲繞す
る態様でこれらと同心状に励磁コイル３４を配設しであ
る。

反応室３３内には前記プラズマ引出窓３１ｄと対向する
位置に試料台３７が配設され、その上には円板形をなす
ウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又は静電吸着等の手段
にて着脱可能に載置され、また反応室３３の下部壁には
図示しない排気装置に連なる排気口３３ａが開口され、
更に試料台３７の試料！！載置面対し、プラズマ引出窓
３１ｄと反対側、即ち試料台３７の下方に環状ガス供給
管３８がプラズマ引出窓３１ｄ、試料台３７．排気口３
３ａ、プラズマ流Ｐに対し同心状に配設されている。こ
の環状ガス供給管３８にはプラズマ流Ｐと対向する周壁
に複数の吹出口が開口されており、ガス供給系３８ａか
ら供給されてくるガス、例えば５１ｇ４等を試料台３７
の下方からプラズマ流Ｐに向けて均一に吹き出すように
なっている。

その他３１ｈ、　３１ｉは夫々冷却水の給水系、排水系
、３１ｇはプラズマ生成にあずかる原料ガス、例えば０
□＋　ＮＺ＋　Ｈ２等のガス供給系を示している。

而してこのようなＣＶＤ装置にあっては、プラズマ生成
室３１１反応室３３内を所要の真空度に設定した後プラ
ズマ生成室３１内にガス供給系３１ｇを通じてＡｒ＋　
０２＋　Ｎ２＋　Ｈｚ等のプラズマ生成にあずかるガス
を、また環状ガス供給管３８を通じて反応室３３内には
ＳｉＨ４等の反応性ガスを供給し、励磁コイル３４にて
磁界を形成しつつプラズマ生成室３１内にマイクロ波を
導入し、プラズマ生成室３１を空洞共振器としてガスを
電離せしめてプラズマを生成させ、生成させたプラズマ
を励磁コイル３４にて形成される反応室３３側に向かう
に従い磁束密度が低下する発散磁界によって反応室３３
内の試料Ｓ周辺に投射せしめ、反応室３３内の反応性ガ
スを活性化し、試料Ｓ表面に成膜を行うようになってい
る（実願昭６２−１１４４４１号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述した従来装置の環状ガス供給管３８は試料
台３７の下方または試料台３７の試料載置面と同一平面
上に設けられており、またそのガスの吹出口はプラズマ
流Ｐと対向する周壁に開口されている。このため原料ガ
スは反応室３３の下方から反応室３３の上方に向けて拡
散される。その結果半分以上のガスは成膜反応に寄与せ
ず排気口３３ａから排気され、原料ガスの利用効率が悪
いという問題があった。

さらにガス排気口３３ａの位置によりガス流れが影響さ
れ易く、試料台上周辺でのガス滞留時間が短く、またプ
ラズマ密度が低く、成膜速度の試料上均一性が悪いとい
う問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、試料台上周辺でのガス滞留を大き
くすることにより、原料ガスの利用効率を高め、プラズ
マ密度を上昇させ、また成膜速度の試料上均一性を向上
させるプラズマプロセス装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマプロセス装置は、プラズマ引出窓
を通じて試料室内の試料台付近に導入されるプラズマ流
の周囲に、原料ガスを吹き出す環状のガス供給管を配設
したプラズマプロセス装置において、前記試料台の周囲
に、前記プラズマ引出窓と同心状に位置する側壁を設け
、該側壁に前記環状ガス供給管を配設したことを特徴と
する。

〔作用〕

本発明に係るプラズマプロセス装置にあっては、前記側
壁に配設された環状ガス供給管より原料ガスが試料上周
辺に供給される。供給された原料ガスは前記側壁により
試料上周辺に長時間とどまる。

これにより試料上周辺での原料ガス滞留が大きくなり、
原料ガスの利用効率が向上する。

〔実施例〕

以下本発明をＣＶＤ装置として構成した実施例につき図
面に基づき具体的に説明する。第１図は本発明に係るプ
ラズマプロセス装置（以下本発明装置という）の縦断面
図であり、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は
試料Ｓに対し成膜を施す試料室たる反応室、４は励磁コ
イルを示している。

プラズマ生成室１は周囲壁を２重構造として冷却水の通
流室１ａを備える中空円筒形をなし、マイクロ波に対し
て空洞共振器を構成するよう形成されており、上部壁中
央には石英ガラス板１ｂで閉鎖されたマイクロ波導入口
１ｃを備え、また上部壁中央には前記マイクロ波導入口
１ｃと対向する位置にプラズマ引出窓１ｄを備えている
。前記マイクロ波導入口１ｃには導波管２の一端部が接
続され、またプラズマ引出窓１ｄにはこれに臨ませて試
料室たる反応室３が配設され、更に周囲にはプラズマ生
成室１及びこれに連結された導波管２の一端部にわたっ
て励磁コイル４が周設せしめられている。

導波管２の他端部は図示しない高周波発振器に接続され
、また励磁コイル４は図示しない直流電源に接続されて
おり、直流電流の通流によってプラズマ生成室１内にマ
イクロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を
形成すると共に、反応室３側に向けて磁束密度が低くな
る発散磁界を形成し、この発散磁界によってプラズマ生
成室１内に生成されたプラズマをプラズマの流れ、即ち
プラズマ流Ｐとして反応室３内に導入せしめるようにな
っている。

反応室３はプラズマ引出窓１ｄと対向する底壁には、図
示しない排気装置に連なる排気口３ａを開［コしてあり
、また内部には前記プラズマ引出窓１ｄの直下にこれと
対向させて試料台７が配設され、この試料台７上に前記
プラズマ引出窓１ｄと対向させて試料Ｓが配設されてい
る。

そして本発明装置の試料台７の外周には側壁９がプラズ
マ引出窓１ｄ、試料台７．排気口３ａ＋　プラズマ流Ｐ
に対し、同心状に配設されている。この側壁９には複数
のガス吹出口１０．１０・・・を開口した環状のガス供
給管８が内蔵されており、ガス供給管８ａから供給され
てくる原料ガス、例えばＳ　ｉ　ｌ！　４等を試料台７
上周辺のプラズマ流Ｐに向けて均一に吹き出すようにな
っている。

その他１ｈ、　１４は夫々冷却水の給水系、排水系、１
ｇはプラズマ生成にあずかる原料ガス、例えば０□。

Ｎ、、　Ｈ２等のガス供給系を示している。

第２図〜第６図は第１図に示した本発明装置において試
料台７の外周に配設される側壁９の形状例を示す縦断面
模式図であり、第２図は側壁９全体が試料台７に対して
垂直な垂直形状、第３図は側壁９の大部分は第２図と同
様垂直であり、その上端部のみ試料Ｓ方向に傾斜した鍵
形状、第４図は側壁９全体が試料Ｓ方向に弓なりになっ
た弓形状、第５図は側壁９全体が試料Ｓ側に傾斜した斜
壁形状の側壁であり、これらの側壁９に設けられた環状
ガス供給管８のガス吹出口１０．１０・・・からは試料
Ｓ上に向けて原料ガスが供給さ・れる。また第６図は側
壁９の内面が試料Ｓと反対側に傾斜した曲面である斜壁
形状の側壁であり、この側壁９に設けられた環状ガス供
給管８のガス吹出口１０．１０・・・からは試料Ｓの上
方周辺のプラズマ流Ｐに向けて原料ガスが供給される。

なお、側壁９に配設する環状ガス供給管８の設置方法は
上述のように側壁９に内蔵するものに限らず、以下に示
す第７図及び第８図のように設置してもよい。第７図及
び第８図は第３図に示した鍵形状の側壁９に環状ガス供
給管８を設置した本発明の他の実施例を示す縦断面模式
図であり、第７図においては第３図の側壁９の垂直部と
傾斜部とがなす凹み部に環状ガス供給管８を直接取り付
けた例であり、また第８図においては側壁９の前記凹み
部に環状ガス供給管８を支持棒８ｂを介して取り付けた
例である。

また、環状ガス供給管８のガスの吹出口の開口個数、開
口面積、開口方向等は特に限定するものではなく、例え
ば第９図又は第１０図に示すように反応室３内での原料
ガス分布が均一となるよう適宜に設定すればよい。第９
図及び第１０図は環状ガス供給管８の平面模式図であり
、第９図は求心状のガス吹出口１０．１０・・・を有し
、側壁９に内蔵されたもの、第１０図は円周方向にガス
吹出口１０．１０・・・を有し、側壁９の内周面上に直
接取り付けられたものを示す。

更に側壁９の寸法は試料台上周辺のガス流の散逸を防ぐ
ためにどのような寸法に設定しでもよく、その材質はプ
ラズマ流中で侵されないようなものであればどのような
材料を用いてもよい。

而してこのような本発明装置にあっては反応室３内の試
料台７上に試料Ｓを載置し、プラズマ生底室１２反応室
３内を所要の真空度に設定した後、ガス供給系１ｇを通
じてプラズマ生成にあずかるガスをプラズマ生成室１内
に、また側壁９に設けられた環状ガス供給管８を通じて
原料ガスを反応室３内に夫々供給し、励磁コイル４に直
流電流を通流すると共に、導波管２．マイクロ波導入口
ＩＣを通じてマイクロ波をプラズマ生成室１内に導入す
る。プラズマ生成室１内に導入されたマイクロ波はプラ
ズマ空洞共振器として機能するプラズマ生成室１内で共
振状態となり、ガスを電離せしめてプラズマを生成せし
める。発生したプラズマは励磁コイル４にて形成される
発散磁界によって反応室３内に導入され、反応室３内の
反応性ガスを活性化し、試料Ｓ表面への成膜が行われる
こととなる。

環状ガス供給管８を通じて試料Ｓ上周辺に供給された原
料ガスは側壁９にて試料Ｓ上周辺から散逸することが防
がれ、また排気口３ａによるガス流れの影響も受けない
ので試料台７上周辺でのガス滞留時間が長くなり、プラ
ズマ密度が上昇し、原料ガスが効率よく利用される。

第１１図は本発明装置及び従来装置により試料Ｓ上に成
膜を施し、その成膜速度を測定した結果を示すグラフで
あり、横軸は試料測定位置（ｃｍ）、縦軸は成膜速度（
入／ｍ１ｎ）である。図より明らかな如く本発明装置を
用いた場合の成膜速度（Ｏ印）は従来装置によるもの（
・印）と比べて約２０％向上し、本発明により効率よく
成膜がなされ、また成膜速度の試料上均一性も良好であ
ることがわかる。

なお、本発明装置における試料Ｓの取出し、取入れは第
１２図に示す如く、試料台７の試料Ｓ載置面に設けた孔
部にノックアウトビン７Ｌ　７１・・・を挿入し、図示
しない駆動機構によりノックアウトピン７１．７１・・
・を試料Ｓ方向に突き出し、試料Ｓを側壁９よりも高く
持ち上げて行うとよい。

また、本実施例においては、本発明装置をＥＣＲ励起に
よりプラズマを発生させるＣｖＤ装置に適用した構成を
示したが、何らこれに限るものではなく、例えば高周波
グロー放電によりプラズマを発生させるプラズマ装置、
またはエツチング装置。

スパッタ装置等にも適用し得ることは勿論である。

［効果］ 以上の如く本発明にあっては試料台の周囲にプラズマ引
出窓と同心状に位置する側壁を設け、該側壁に環状ガス
供給管を配設したので、試料台上周辺でのガス滞留時間
が長くなり、プラズマ密度が上昇し、また原料ガスの利
用効、率が向上する。

ことにより成膜速度がはやくなり、成膜均一性も良好で
あるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマプロセス装置の縦断面図
、第２図〜第６図は第１図における側壁９の形状例を示
す縦断面模式図であり、第２図は垂直形状のもの、第３
図は鍵形状のもの、第４図は弓形状のもの、第５図及び
第６図は斜壁形状のもの、また第７図及び第８図は環状
ガス供給管８の他の設置方法を示す継断面模式図、第９
図及び第１０図は環状ガス供給管８のガス吹出口の例を
示す平面模式図、第１１図は本発明装置及び従来装置に
より成膜を行った場合の成膜速度を示すグラフ、第１２
図は本発明装置において試料を取入れ取出しする場合に
用いるノックアウト機構を説明するための概略模式図、
第１３図は従来のプラズマプロセス装置の縦断面図であ
る。 １ｄ・・・プラズマ引出窓　３・・・反応室　７・・・
試料台８・・・環状ガス供給管　９・・・側壁　Ｓ・・
・試料枠　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　　河　　野　　登　　夫弔 図 弔 図 第 図 第 図 弔 図 弔 図 弔 図 弔 図 弔 図 第 図 第 図 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマ引出窓を通じて試料室内の試料台付近に導
   入されるプラズマ流の周囲に、原料ガスを吹き出す環状
   のガス供給管を配設したプラズマプロセス装置において
   、 前記試料台の周囲に、前記プラズマ引出窓 と同心状に位置する側壁を設け、 該側壁に前記環状ガス供給管を配設したこ とを特徴とするプラズマプロセス装置。