JPH0317272A - 堆積膜形成装置 - Google Patents
堆積膜形成装置Info
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- JPH0317272A JPH0317272A JP1338400A JP33840089A JPH0317272A JP H0317272 A JPH0317272 A JP H0317272A JP 1338400 A JP1338400 A JP 1338400A JP 33840089 A JP33840089 A JP 33840089A JP H0317272 A JPH0317272 A JP H0317272A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/482—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps
-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の属する技術分野〕
本発明は、半導体デバイス、絶縁膜あるいは電子写真用
の感光デバイスなどの用途に有用な堆積膜を化学的気相
法により形成する装置に関するものであり、とりわけ、
半導体集積回路又は大規模集積回路デバイスを外界から
隔離するためのバッシベーション膜の形成に適した堆積
膜形成装置に関する。
の感光デバイスなどの用途に有用な堆積膜を化学的気相
法により形成する装置に関するものであり、とりわけ、
半導体集積回路又は大規模集積回路デバイスを外界から
隔離するためのバッシベーション膜の形成に適した堆積
膜形成装置に関する。
【従来技術の説明１
従来、堆積膜の形成法には、真空蒸着法、プラズマＣＶ
Ｄ法、熱ＣＶＤ法、反応性スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、光ＣＶＤ法などが知られている。これ
らの方法は、各々、堆積膿の種類や用途に応じて適宜選
択して採用されている。
Ｄ法、熱ＣＶＤ法、反応性スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、光ＣＶＤ法などが知られている。これ
らの方法は、各々、堆積膿の種類や用途に応じて適宜選
択して採用されている。
しかしながら、いずれの堆積膜形成法もそれぞれ未解決
の問題点を有している。
の問題点を有している。
例えば、熱ＣＶＤ法は、堆積膜構成元素からなる化合物
の気体を高温下で熱分解反応させることにより基体表面
上に薄膜を形成せしめる方法であるが、高温熱分解反応
によるため限られたプロセスにしか用いることができな
いという問題を有する。また、高周波プラズマ励起によ
る放電プラズマＣＶＤ法は、エネルギーの高いプラズマ
状態下で、反応ガスの化学結合を低温で分解し、活性度
の高い化学状態の粒子（主に励起された原子、分子など
のラジカル群）を作り出し、活性化された粒子間の化学
反応により薄膜を形成せしめる方法である。この方法は
、低温での粒子生成を可能にすることから実用性の観点
から高く評価されているが、こうしたプラズマＣＶＤ法
の反応プロセスは、熱ＣＶＤ法に比較してかなり複雑で
あり、その堆積膜形成バラメーターも多く、製造条件を
一般化することが難しいのが実状である。光ＣＶＤ法に
ついては、化学反応を励起し且つ促進させる方法として
光エネルギーを用いる方法であるが、プラズマＣＶＤ法
では高エネルギーの粒子の基体への衝突や、荷電粒子の
存在などによりデバイスの特性が変動するおそれがある
のに対し、光ＣＶＤ法ではそうした問題がないのに加え
て、プラズマＣＶＤ法と同様に低温成膜の効果を期待で
きる。しかしながら、光ＣＶＤにあたっては、反応ガス
について、吸収する光の波長の制限がある。このことか
ら、生成される膜の種類はおのずと限られてしまう。
の気体を高温下で熱分解反応させることにより基体表面
上に薄膜を形成せしめる方法であるが、高温熱分解反応
によるため限られたプロセスにしか用いることができな
いという問題を有する。また、高周波プラズマ励起によ
る放電プラズマＣＶＤ法は、エネルギーの高いプラズマ
状態下で、反応ガスの化学結合を低温で分解し、活性度
の高い化学状態の粒子（主に励起された原子、分子など
のラジカル群）を作り出し、活性化された粒子間の化学
反応により薄膜を形成せしめる方法である。この方法は
、低温での粒子生成を可能にすることから実用性の観点
から高く評価されているが、こうしたプラズマＣＶＤ法
の反応プロセスは、熱ＣＶＤ法に比較してかなり複雑で
あり、その堆積膜形成バラメーターも多く、製造条件を
一般化することが難しいのが実状である。光ＣＶＤ法に
ついては、化学反応を励起し且つ促進させる方法として
光エネルギーを用いる方法であるが、プラズマＣＶＤ法
では高エネルギーの粒子の基体への衝突や、荷電粒子の
存在などによりデバイスの特性が変動するおそれがある
のに対し、光ＣＶＤ法ではそうした問題がないのに加え
て、プラズマＣＶＤ法と同様に低温成膜の効果を期待で
きる。しかしながら、光ＣＶＤにあたっては、反応ガス
について、吸収する光の波長の制限がある。このことか
ら、生成される膜の種類はおのずと限られてしまう。
こうした種々のＣＶＤ法の問題点を解決するについて種
々の方法が試みられている。その１つとして高周波プラ
ズマＣＶＤ法を改良した混成励起法によるＣＶＤ法が提
案されている。
々の方法が試みられている。その１つとして高周波プラ
ズマＣＶＤ法を改良した混成励起法によるＣＶＤ法が提
案されている。
以下、その一例を記載する。
従来、半導体集積回路（以下、ｒＩＣＪと略す。）、特
に大規模集積回路（以下．ｒＵＬＳＩＪと略す。）の信
頼性向上のため、これらのデバイスを外界の影響から隔
離することを目的としたパッシベーション膜が用いられ
ている。そして該パッシベーション膜の材質には、リン
シリケートガラス（ＰＳＧ）等が用いられてきたが、こ
の材料は、ＨａＯ、Ｎａイオン等に対するプロツキング
効果が十分ではなく、さらにプロツキング効果の高いも
のが求められてきた。
に大規模集積回路（以下．ｒＵＬＳＩＪと略す。）の信
頼性向上のため、これらのデバイスを外界の影響から隔
離することを目的としたパッシベーション膜が用いられ
ている。そして該パッシベーション膜の材質には、リン
シリケートガラス（ＰＳＧ）等が用いられてきたが、こ
の材料は、ＨａＯ、Ｎａイオン等に対するプロツキング
効果が十分ではなく、さらにプロツキング効果の高いも
のが求められてきた。
こうしたなかで、ＳｉｓＮ４膜は、ＰＳＧ，Ｓｉｎ．等
と比較して、硬度があり、化学的に不活性で高密度なた
め、Ｈ＊Ｏ，Ｎａイオン等不純物に対するブロッキング
効果は極めて大きいことから、パッシベーション膜とし
て利用が期待されているが、その成膜時に８００℃程度
にウエハを昇温する必要があることから実用化には至っ
ていない。
と比較して、硬度があり、化学的に不活性で高密度なた
め、Ｈ＊Ｏ，Ｎａイオン等不純物に対するブロッキング
効果は極めて大きいことから、パッシベーション膜とし
て利用が期待されているが、その成膜時に８００℃程度
にウエハを昇温する必要があることから実用化には至っ
ていない。
最近、プラズマＣＶＤ （以下，ｒＰｃＶＤＪと略す。
）法の開発により、３００℃程度でのＳ Ｌ ｓ Ｎ
４膜の成膜が可能となった。これについての報告例は多
数見られる。提出されている。例えば「真空」第３１巻
第３号第１６７頁小早川幹夫ら著゛゜低圧プラズマＣＶ
Ｄによる窒化シリコンコーティング膜”がその１例とし
てあげられる。以下、ＰＣＶＤ法によるＳｉｓＮ＜膜の
成膜について図面を用いて説明する。
４膜の成膜が可能となった。これについての報告例は多
数見られる。提出されている。例えば「真空」第３１巻
第３号第１６７頁小早川幹夫ら著゛゜低圧プラズマＣＶ
Ｄによる窒化シリコンコーティング膜”がその１例とし
てあげられる。以下、ＰＣＶＤ法によるＳｉｓＮ＜膜の
成膜について図面を用いて説明する。
第３図はＰＣＶＤ法による成膜装置を説明するための概
略図である。該装置によるＳｉｚＮ＋膜の成膜は以下の
ようにして行なわれる。すなわち、バルブ４を開き、真
空容器３内の残留ガスを排気した後、流量調節弁２５を
介してガス吹き出し用リング２２からＳ ｉ Ｈ ａと
Ｎ Ｈ ｓの混合ガスを真空容器内に導入する。次に、
バルブ４で容器内の圧力をｌＯｔｏｒｒ程度に調達し、
ウエハホルダ５上に載置したウエハ６をヒーター２４で
３００℃に加熱する。その後、ＲＦ（主に１３．５６
ＭＨｚ）電源１よりＲＦ電力を、カソード電極７とウエ
ハホルダ５の間に印加する。この際電界が生じ、それに
よりカソード電極７とウエハホルダ５との間にグロー放
電がもたらされてガスがプラズマ状態となり、Ｓ ｉ
Ｈ ４とＮＨ．が分解、結合を繰り返しウエハ表面に反
応生成物としてのＳｉ３Ｎ４の膜が堆積される。
略図である。該装置によるＳｉｚＮ＋膜の成膜は以下の
ようにして行なわれる。すなわち、バルブ４を開き、真
空容器３内の残留ガスを排気した後、流量調節弁２５を
介してガス吹き出し用リング２２からＳ ｉ Ｈ ａと
Ｎ Ｈ ｓの混合ガスを真空容器内に導入する。次に、
バルブ４で容器内の圧力をｌＯｔｏｒｒ程度に調達し、
ウエハホルダ５上に載置したウエハ６をヒーター２４で
３００℃に加熱する。その後、ＲＦ（主に１３．５６
ＭＨｚ）電源１よりＲＦ電力を、カソード電極７とウエ
ハホルダ５の間に印加する。この際電界が生じ、それに
よりカソード電極７とウエハホルダ５との間にグロー放
電がもたらされてガスがプラズマ状態となり、Ｓ ｉ
Ｈ ４とＮＨ．が分解、結合を繰り返しウエハ表面に反
応生成物としてのＳｉ３Ｎ４の膜が堆積される。
しかしながら、ＰＣＶＤ法で成膜されたＳｊＪ＜膜は、
ＳｉＨ．Ｎ−Ｈ結合の形で約２０ａｔｍ％ものＨな含む
。このＳｉｓＮ４膜をＭＯＳデバイスに使用した場合、
前記のＨがゲート電極とシリコン表面の界面に移動し、
ホットエレクトロンをトラップしてしまう。その結果、
ＭＯＳデバイスのしきい値の変動及び劣化を引き起こす
。第５図はＰＣＶＤ法で成膜したＳｉｓＮ４膜の赤外線
吸収特性を示すスペクトルである。
ＳｉＨ．Ｎ−Ｈ結合の形で約２０ａｔｍ％ものＨな含む
。このＳｉｓＮ４膜をＭＯＳデバイスに使用した場合、
前記のＨがゲート電極とシリコン表面の界面に移動し、
ホットエレクトロンをトラップしてしまう。その結果、
ＭＯＳデバイスのしきい値の変動及び劣化を引き起こす
。第５図はＰＣＶＤ法で成膜したＳｉｓＮ４膜の赤外線
吸収特性を示すスペクトルである。
以上の問題点を改善するために、クヌーセン領域におけ
る混成励起ＣＶＤ法の応用が考えられている。該混成励
起ＣＶＤ法による膜形成は、高周波グロー放電により励
起した堆積膜の構成要素となる原料ガスを堆積膜形成用
基体表面に供給するとともに、該基体表面に光照射を行
って基体表面を活性化せしめ、活性化された基体表面に
所望の堆積膜を形成せしめるものである。この方法によ
れば、Ｓ ｉ Ｈ ４ガスを用いたＮ２プラズマ中で分
解・再結合の過程を経てウエハ上にＳ ｉ Ｎ， Ｓｉ
Ｈ，ＮＨの結合物としての膜を堆積させるものであるが
、前記従来例のＰＣＶＤ法に比較して、ウエハ上の堆積
物のうち、ＳｉＨは非常に少ない、主にＳＬＮ，ＮＨが
堆積する。そして、ウエ八表面には紫外線ランプから紫
外線が照射され、ＮＨ結合基は波長４５０ ｎｍ以下の
光を吸収するため、分解し気相中に脱離する。この結果
、Ｈ含入量の少ないＳｉＮ膜を得ることが可能となる。
る混成励起ＣＶＤ法の応用が考えられている。該混成励
起ＣＶＤ法による膜形成は、高周波グロー放電により励
起した堆積膜の構成要素となる原料ガスを堆積膜形成用
基体表面に供給するとともに、該基体表面に光照射を行
って基体表面を活性化せしめ、活性化された基体表面に
所望の堆積膜を形成せしめるものである。この方法によ
れば、Ｓ ｉ Ｈ ４ガスを用いたＮ２プラズマ中で分
解・再結合の過程を経てウエハ上にＳ ｉ Ｎ， Ｓｉ
Ｈ，ＮＨの結合物としての膜を堆積させるものであるが
、前記従来例のＰＣＶＤ法に比較して、ウエハ上の堆積
物のうち、ＳｉＨは非常に少ない、主にＳＬＮ，ＮＨが
堆積する。そして、ウエ八表面には紫外線ランプから紫
外線が照射され、ＮＨ結合基は波長４５０ ｎｍ以下の
光を吸収するため、分解し気相中に脱離する。この結果
、Ｈ含入量の少ないＳｉＮ膜を得ることが可能となる。
即ち、後述する第４図に示す装置を用いた成膜例ではＨ
含入量ｆＯａｔｍ％以下のＳｉＮが得られる。第６図に
クヌーセン領域における混成励起ＣＶＤ法で成膜したＳ
ｆＮ膜の赤外綿吸収特性を示した。
含入量ｆＯａｔｍ％以下のＳｉＮが得られる。第６図に
クヌーセン領域における混成励起ＣＶＤ法で成膜したＳ
ｆＮ膜の赤外綿吸収特性を示した。
第４図は、クヌーセン領域における混成励起ＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置の１例を模式的に示す断面図である
。図中、１は高周波電源、２は真空計、３は導電性物質
からなる反応容器、４は排気量調節弁、５はウエハホル
ダ、６はウエハ（堆積膜形成用基体）、７はカソード電
極、８はＳ ｉ Ｈ ４ガス吹き出し用リング、９はＳ
ｉ Ｈ ４ガス流量調節弁、ｌＯは絶縁物からなる円
筒状の反応容器、１１はＮ２ガス流量調節弁、ｌ４はＸ
ｅランブ光透過窓、１５はＸｅランブ電源、ｌ６はＸｅ
ランプ、ｌ７はＸｅランブ光吸収用鏡、２５はウエハホ
ルダ回転用モーター、２６はギヤ、２７はウエハホルダ
回転用モーターの電源をそれぞれ示している。
よる堆積膜形成装置の１例を模式的に示す断面図である
。図中、１は高周波電源、２は真空計、３は導電性物質
からなる反応容器、４は排気量調節弁、５はウエハホル
ダ、６はウエハ（堆積膜形成用基体）、７はカソード電
極、８はＳ ｉ Ｈ ４ガス吹き出し用リング、９はＳ
ｉ Ｈ ４ガス流量調節弁、ｌＯは絶縁物からなる円
筒状の反応容器、１１はＮ２ガス流量調節弁、ｌ４はＸ
ｅランブ光透過窓、１５はＸｅランブ電源、ｌ６はＸｅ
ランプ、ｌ７はＸｅランブ光吸収用鏡、２５はウエハホ
ルダ回転用モーター、２６はギヤ、２７はウエハホルダ
回転用モーターの電源をそれぞれ示している。
該装置を用いた堆積膜の形成は以下のようにして行なわ
れる。すなわち、ウエハ６上にＳｉＮ膜を形成させる場
合、バルブ４を通して真空容器３内のガスを排気した後
、流量調節弁１１よりＮ２ガスおよび流量調節弁９より
ＳｉＨ４ガスをそれぞれ真空容器内に導入する。Ｓ Ｉ
Ｈ ４ガスは、吹き出し用リング８から、ウエハホル
ダ５上に置かれたウエハ６に吹き付けられる。容器内の
圧力をバルブ４で調節し、カソード電極７にＲ Ｆ （
１３．５６ＭＨｚｌ電源１から、ＲＦ電力を印加する
。すると、カソード電極７とアース接地された真空容器
壁３の間でグロー放電が発生し、Ｎ２ガスは励起されて
プラズマ状態となり真空容器内部全体に拡散する。Ｓ
Ｉ Ｈ ４吹き出し用リング８からウエハ表面に吹き出
されたＳ Ｉ Ｈ ４ガスは、Ｎ２プラズマと反応し、
前記のようにウエハ上に堆積する。この堆積物にランプ
ｌ６から紫外線がウエハ６表面に照射され、良質のＳｉ
Ｎ膜が形成される。
れる。すなわち、ウエハ６上にＳｉＮ膜を形成させる場
合、バルブ４を通して真空容器３内のガスを排気した後
、流量調節弁１１よりＮ２ガスおよび流量調節弁９より
ＳｉＨ４ガスをそれぞれ真空容器内に導入する。Ｓ Ｉ
Ｈ ４ガスは、吹き出し用リング８から、ウエハホル
ダ５上に置かれたウエハ６に吹き付けられる。容器内の
圧力をバルブ４で調節し、カソード電極７にＲ Ｆ （
１３．５６ＭＨｚｌ電源１から、ＲＦ電力を印加する
。すると、カソード電極７とアース接地された真空容器
壁３の間でグロー放電が発生し、Ｎ２ガスは励起されて
プラズマ状態となり真空容器内部全体に拡散する。Ｓ
Ｉ Ｈ ４吹き出し用リング８からウエハ表面に吹き出
されたＳ Ｉ Ｈ ４ガスは、Ｎ２プラズマと反応し、
前記のようにウエハ上に堆積する。この堆積物にランプ
ｌ６から紫外線がウエハ６表面に照射され、良質のＳｉ
Ｎ膜が形成される。
しかし、こうした従来の装置による方法では、真空容器
内のプラズマが一方向から流れてくるため、プラズマ密
度は中心からずれた位置に極大をもつ分布となる。実際
にプラズマ密度を測定したところ、カソード電極７から
離れるに従ってプラズマ密度が減少しており、例えばＮ
２ガスがｌＯｍｔｏｒｒのガス圧の時カソード電極７に
２．２ ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力を印加したところ、プラ
ズマ密度はウエ八表面のカソード電極付近で２ Ｘ １
０”ｃｍ−”であり、モしてウエハ中心部ではＩ Ｘ
１０’ ｃｍ−’だった，ＳｉＨ４ガスはプラズマ密度
の濃い所程分解が進むため、このことは成膜速度の面内
均一性に大きな影響を与え、基体上の膜厚分布が不均一
となる原因となる。この場合の成膜速度分布は第７（ａ
ｌ図に示すとおりであった。この偏りを改善するため第
４図中のモーター２５により、ギャ２６を介して、ウエ
ハホルダ５を回転させ、成膜速度分布の均一化をはかっ
た。第７（ｂ）図にウエハホルダ５を回転させた時の成
膜速度分布を示した。しかしこうした従来装置を用いた
成膜においては以下のような問題点がある。
内のプラズマが一方向から流れてくるため、プラズマ密
度は中心からずれた位置に極大をもつ分布となる。実際
にプラズマ密度を測定したところ、カソード電極７から
離れるに従ってプラズマ密度が減少しており、例えばＮ
２ガスがｌＯｍｔｏｒｒのガス圧の時カソード電極７に
２．２ ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力を印加したところ、プラ
ズマ密度はウエ八表面のカソード電極付近で２ Ｘ １
０”ｃｍ−”であり、モしてウエハ中心部ではＩ Ｘ
１０’ ｃｍ−’だった，ＳｉＨ４ガスはプラズマ密度
の濃い所程分解が進むため、このことは成膜速度の面内
均一性に大きな影響を与え、基体上の膜厚分布が不均一
となる原因となる。この場合の成膜速度分布は第７（ａ
ｌ図に示すとおりであった。この偏りを改善するため第
４図中のモーター２５により、ギャ２６を介して、ウエ
ハホルダ５を回転させ、成膜速度分布の均一化をはかっ
た。第７（ｂ）図にウエハホルダ５を回転させた時の成
膜速度分布を示した。しかしこうした従来装置を用いた
成膜においては以下のような問題点がある。
即ち、（ｉ）ウエハホルダを回転させ、成膜速度の平均
化を計っているため、膜の厚さ方向に成膜速度の大きな
膜と小さな膜が重なり、膜質の均一化が難しい。
化を計っているため、膜の厚さ方向に成膜速度の大きな
膜と小さな膜が重なり、膜質の均一化が難しい。
（ｆｉｌウエハホルダの回転で成膜速度の均一化をはか
るためには成膜速度分布が第７（Ｃ）図の点線状に分布
している必要がある。しかし、プラズマ密度分布は、カ
ソード電極付近を頂点とした円錐状となっている。この
ため成膜速度分布もプラズマ密度分布に似て第７（ｃ）
図の実線の分布になる。この結果ウエハホルダを回転さ
せても成膜速度分布はウエ八円周部がウエハ中心部より
小さくなり、限界がある。
るためには成膜速度分布が第７（Ｃ）図の点線状に分布
している必要がある。しかし、プラズマ密度分布は、カ
ソード電極付近を頂点とした円錐状となっている。この
ため成膜速度分布もプラズマ密度分布に似て第７（ｃ）
図の実線の分布になる。この結果ウエハホルダを回転さ
せても成膜速度分布はウエ八円周部がウエハ中心部より
小さくなり、限界がある。
（ｉｉｉ）ウエハホルダを回転させるためには回転機構
が必要である。これは装置構成を複雑にしまた故障の原
因となる。
が必要である。これは装置構成を複雑にしまた故障の原
因となる。
（ｉｖ）さらに、第４図に示す従来の装置は、プラズマ
を生成する空間と基板表面活性化光の光路とが分離され
ていないため、生成したプラズマの一部が光透過窓１４
に向けて拡敗し、光透過窓１４の表面に堆積膜が形成さ
れて、光透過窓ｌ４の内側に曇りを発生させてしまう。
を生成する空間と基板表面活性化光の光路とが分離され
ていないため、生成したプラズマの一部が光透過窓１４
に向けて拡敗し、光透過窓１４の表面に堆積膜が形成さ
れて、光透過窓ｌ４の内側に曇りを発生させてしまう。
そしてこのことは、光透過窓ｌ４に付着した膜を定期的
に除去する必要があるという問題を生じさせるばかりで
なく、光透過窓ｌ４上に付着した膜はがれを生じ、はが
れた膜ウエハ（基体）６の表面を汚染するという問題を
生じさせるところとなる。
に除去する必要があるという問題を生じさせるばかりで
なく、光透過窓ｌ４上に付着した膜はがれを生じ、はが
れた膜ウエハ（基体）６の表面を汚染するという問題を
生じさせるところとなる。
〔発明の目的］
本発明の目的は、前述のごとき従来の混成励起法による
堆積膜形成装置における諸問題を克服し、基板表面に均
一な膜質・膜厚を有する堆積膜を安定して形成しつる装
置を提供することにある。
堆積膜形成装置における諸問題を克服し、基板表面に均
一な膜質・膜厚を有する堆積膜を安定して形成しつる装
置を提供することにある。
［発明の構成・効果］
本発明者は、従来の混成励起法による堆積膜形成装置に
おける諸問題を克服すべく鋭意検討を重ねたところ、堆
積膜形成用原料ガスを励起させる空間と、堆積膜形或用
基体表面を活性化させる光の光路とを同軸とし、かつ分
離すること、および、プラズマを基体の外周方向からド
ーナツ状に拡散させることによりプラズマ密度分布を均
一として、基板の回転などの機械的運動を用いずども均
一な膜厚分布を有する堆積膜の形成が可能となることが
判明した。また、光導入窓と基板との間にオリフィスを
設け、該オリフィス内に焦点を結ぶような光照射系を設
けることにより、導入窓の曇りを防止しつるとともに、
大面積の基板への膜形成を可能とじうることも判明した
。
おける諸問題を克服すべく鋭意検討を重ねたところ、堆
積膜形成用原料ガスを励起させる空間と、堆積膜形或用
基体表面を活性化させる光の光路とを同軸とし、かつ分
離すること、および、プラズマを基体の外周方向からド
ーナツ状に拡散させることによりプラズマ密度分布を均
一として、基板の回転などの機械的運動を用いずども均
一な膜厚分布を有する堆積膜の形成が可能となることが
判明した。また、光導入窓と基板との間にオリフィスを
設け、該オリフィス内に焦点を結ぶような光照射系を設
けることにより、導入窓の曇りを防止しつるとともに、
大面積の基板への膜形成を可能とじうることも判明した
。
本発明は、これらの知見に基づいて完成せしめたもので
あり、その骨子とするところは、円筒状反応容器、該反
応容器内に配置された堆積膜形成用基体、プラズマ発生
手段、および該基体への光照射手段を有する堆積膜形成
装置であって、該円筒状反応容器の少なくとも一部の円
筒部分を容器本体から絶縁された外側電極で構成すると
ともに該円筒状反応容器の内側には前記外側電極と対向
する位置に他の内側電極を配置し、前記基体を該内側電
極の直下に配置し、該基体表面を活性化させる光の光路
と円筒状反応容器とが同軸となるように光照射用光源を
前記内側電極の直上に配置し、さらに、前記外側電極を
高周波電源に接続するとともに前記内側電極アース接地
し、かつ、前記内側電極と前記外側電極との間に少なく
とも一種以上の堆積膜形成用原料ガス導入口を設けたこ
とを特徴とする堆積膜形成装置、あるいはさらに基体表
面を活性化させる光の透過窓と基体との間にオリフィス
を設け、かつ、該オリフィス内に焦点を結ぶように光照
射系を配置したことを特徴とする堆積膜形成装置にある
。
あり、その骨子とするところは、円筒状反応容器、該反
応容器内に配置された堆積膜形成用基体、プラズマ発生
手段、および該基体への光照射手段を有する堆積膜形成
装置であって、該円筒状反応容器の少なくとも一部の円
筒部分を容器本体から絶縁された外側電極で構成すると
ともに該円筒状反応容器の内側には前記外側電極と対向
する位置に他の内側電極を配置し、前記基体を該内側電
極の直下に配置し、該基体表面を活性化させる光の光路
と円筒状反応容器とが同軸となるように光照射用光源を
前記内側電極の直上に配置し、さらに、前記外側電極を
高周波電源に接続するとともに前記内側電極アース接地
し、かつ、前記内側電極と前記外側電極との間に少なく
とも一種以上の堆積膜形成用原料ガス導入口を設けたこ
とを特徴とする堆積膜形成装置、あるいはさらに基体表
面を活性化させる光の透過窓と基体との間にオリフィス
を設け、かつ、該オリフィス内に焦点を結ぶように光照
射系を配置したことを特徴とする堆積膜形成装置にある
。
上記構成の装置によれば、例えばＳｉＮ膜を成膜させる
場合、Ｎ２プラズマがウエハの外周方向からドーナツ状
に拡散されるため、ウエハ両端部からのプラズマが加算
されてウエハ全面にわたりプラズマ密度は平均化される
。また、ウエハ表面に照射されるＸｅランブからの光は
ドーナツ状のＮ２プラズマの内側を通りウエハに照射さ
れる。
場合、Ｎ２プラズマがウエハの外周方向からドーナツ状
に拡散されるため、ウエハ両端部からのプラズマが加算
されてウエハ全面にわたりプラズマ密度は平均化される
。また、ウエハ表面に照射されるＸｅランブからの光は
ドーナツ状のＮ２プラズマの内側を通りウエハに照射さ
れる。
［実施例１
以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明はこれ
らにより限定されるものではない。
らにより限定されるものではない。
叉１１生上
第１図は、本発明の実施例装置の典型的１例を示す断面
図である。図中、１はＲＦグロー放電を起こすためのＲ
Ｆ電源、２は真空室内の圧力を調べる真空計、３はステ
ンレス等導電性物質でできた真空容器、４は排気系の排
気量を調節するためのコンダクタンスバルブ、５はウエ
ハホルダ、６は堆積膜形成用基体であるウエハ５７はＲ
Ｆ電力を真空容器内に投入するためのカソード電極（外
側電極） ８はＳｉＨ．ガスをウエハ表面に吹き付ける
ためのリング状ガス噴出管、９はＳ Ｉ Ｈ ４ガス流
量を制御するためのバルプ、１０は石英等の絶縁物でで
きた外側円筒管、１１はＮ２ガス流量を制御するための
バルブ、ｌ２はＮ２ガスをドーナツ状に噴出するための
リング状ガス導入管、１３はステンレス等導電性物質で
できていてアース接地されている内側円筒管（内側電極
）１４は石英等紫外線を透過する材料でできた光透過窓
、１５はＸｅランプの電源、１６はＸｅランブ光を照射
するためのランプ、ｌ７はＸｅランブ光をウエハ方向に
収束させるための鏡，１８はＸｅランブ光の光路をそれ
ぞれ示しており、反応容器は、上記の真空容器３と外側
円筒管ｌＯと内側円筒管１３と光透過窓ｌ４との複合で
構成されている。
図である。図中、１はＲＦグロー放電を起こすためのＲ
Ｆ電源、２は真空室内の圧力を調べる真空計、３はステ
ンレス等導電性物質でできた真空容器、４は排気系の排
気量を調節するためのコンダクタンスバルブ、５はウエ
ハホルダ、６は堆積膜形成用基体であるウエハ５７はＲ
Ｆ電力を真空容器内に投入するためのカソード電極（外
側電極） ８はＳｉＨ．ガスをウエハ表面に吹き付ける
ためのリング状ガス噴出管、９はＳ Ｉ Ｈ ４ガス流
量を制御するためのバルプ、１０は石英等の絶縁物でで
きた外側円筒管、１１はＮ２ガス流量を制御するための
バルブ、ｌ２はＮ２ガスをドーナツ状に噴出するための
リング状ガス導入管、１３はステンレス等導電性物質で
できていてアース接地されている内側円筒管（内側電極
）１４は石英等紫外線を透過する材料でできた光透過窓
、１５はＸｅランプの電源、１６はＸｅランブ光を照射
するためのランプ、ｌ７はＸｅランブ光をウエハ方向に
収束させるための鏡，１８はＸｅランブ光の光路をそれ
ぞれ示しており、反応容器は、上記の真空容器３と外側
円筒管ｌＯと内側円筒管１３と光透過窓ｌ４との複合で
構成されている。
次に、該装置を用いた堆積膜形成について、ＳｉＮ成膜
例を用いて説明する。まず、バルブ４を開き、真空容器
３と外側円筒管ｌＯと内側円筒管１３と光透過窓１４で
構成される反応容器内を真空排気する。そして、バルブ
１ｌを開き、Ｎ２ガスを反応容器内に導入する。同様に
バルブ９を開きＳ ｉ Ｈ ４ガスを導入する。真空計
２で圧力を観察しながらバルブ４を閉じて反応容器内の
圧力を調節する。その後Ｘｅランブｌ６を点灯し、ウエ
ハ表面に紫外線を照射する。一方、カソード電極７（外
側電極）に電源１からＲＦ電力を供給する。
例を用いて説明する。まず、バルブ４を開き、真空容器
３と外側円筒管ｌＯと内側円筒管１３と光透過窓１４で
構成される反応容器内を真空排気する。そして、バルブ
１ｌを開き、Ｎ２ガスを反応容器内に導入する。同様に
バルブ９を開きＳ ｉ Ｈ ４ガスを導入する。真空計
２で圧力を観察しながらバルブ４を閉じて反応容器内の
圧力を調節する。その後Ｘｅランブｌ６を点灯し、ウエ
ハ表面に紫外線を照射する。一方、カソード電極７（外
側電極）に電源１からＲＦ電力を供給する。
するとＲＦ電力は、絶縁物でできた外側円筒管１ｏ壁を
透過してアースに接地された内側円筒管ｌ３壁（内側電
極）との間で、グロー放電を起こす。この放電は、同心
円筒状の２個の電極７，ｌ３の間で生じるため、グロー
放電で生じたプラズマは、ウエハの外周部分からウエハ
中心部に向かって拡散する。そして、リング状のＳ ｉ
Ｈ ４ガス導入管８から噴出されたＳ ｉ Ｈ ４ガ
スと反応する。そして、反応生成物がウエハの表面に堆
積する。Ｘｅランブ１６で発生した紫外線は鏡１７でウ
エハ方向に収光され、光路１８に沿って光透過窓ｌ４を
透過してウエハ表面に照射される。ウエハ６表面上での
ＳｉＮ膜の成膜速度はＮ２プラズマ密度に依存するが、
該設置においては、円筒管（内側電極）１３と石英管か
らなる円筒管ｌＯの口径、円筒管１３の下端とウエハ（
基体）６表面までの距離、さらには、カソード電極（外
側電極）７の位置を、原料ガスの種類や導入圧力などに
応じて適宜調整することにより、ウエ八６付近のプラズ
マ密度を均一にすることが可能となるため、ウェ八６表
面上に形成される膜の膜厚分布を均一にすることが可能
となる。
透過してアースに接地された内側円筒管ｌ３壁（内側電
極）との間で、グロー放電を起こす。この放電は、同心
円筒状の２個の電極７，ｌ３の間で生じるため、グロー
放電で生じたプラズマは、ウエハの外周部分からウエハ
中心部に向かって拡散する。そして、リング状のＳ ｉ
Ｈ ４ガス導入管８から噴出されたＳ ｉ Ｈ ４ガ
スと反応する。そして、反応生成物がウエハの表面に堆
積する。Ｘｅランブ１６で発生した紫外線は鏡１７でウ
エハ方向に収光され、光路１８に沿って光透過窓ｌ４を
透過してウエハ表面に照射される。ウエハ６表面上での
ＳｉＮ膜の成膜速度はＮ２プラズマ密度に依存するが、
該設置においては、円筒管（内側電極）１３と石英管か
らなる円筒管ｌＯの口径、円筒管１３の下端とウエハ（
基体）６表面までの距離、さらには、カソード電極（外
側電極）７の位置を、原料ガスの種類や導入圧力などに
応じて適宜調整することにより、ウエ八６付近のプラズ
マ密度を均一にすることが可能となるため、ウェ八６表
面上に形成される膜の膜厚分布を均一にすることが可能
となる。
以上の実施例で次の効果が得られた。
（ａ）ＲＦ電力により発生したＮ２プラズマは、ウエハ
外周部からドーナツ状に拡散する。このためウエハ中心
部では、ウエハ両端からのプラズマ拡散が重なり、プラ
ズマ密度はウエハ全体にわたり均一化される。
外周部からドーナツ状に拡散する。このためウエハ中心
部では、ウエハ両端からのプラズマ拡散が重なり、プラ
ズマ密度はウエハ全体にわたり均一化される。
即ち、実例として、１０ｍｔｏｒｒ ， Ｎ ２雰囲気
でカソード電極７に０．６ｗ／ｃｍ” （全体で２００
ｗ）のＲＦ電力を供給したところ電子密度は、６ ｉｎ
ｃｈウエハの端部で５ Ｘ １０”ｃｍ−” 該ウエ
ハ中心部で４、５×ｔｏ” ｃｍ−”であッタ。
でカソード電極７に０．６ｗ／ｃｍ” （全体で２００
ｗ）のＲＦ電力を供給したところ電子密度は、６ ｉｎ
ｃｈウエハの端部で５ Ｘ １０”ｃｍ−” 該ウエ
ハ中心部で４、５×ｔｏ” ｃｍ−”であッタ。
（ｂ）前記（ａｌ により、ウエハの回転なしで第８図
に示すような戊膜速度分布±１．０％以下が得られた。
に示すような戊膜速度分布±１．０％以下が得られた。
ｆｃｌ反応室の直径をウエハ直径の２倍程度に小型化で
きた。
きた。
笈立旦ユ
第２図は、本発明の他の実施例装置を示す断面模式図で
ある。図中、第ｌ図と同一符合を付したものは、前記第
１図と同一の内容を示しており、ｌ９はハエノ目レンズ
、２０はオリフィス、２ｌはガス導入管をそれぞれ示し
ている。
ある。図中、第ｌ図と同一符合を付したものは、前記第
１図と同一の内容を示しており、ｌ９はハエノ目レンズ
、２０はオリフィス、２ｌはガス導入管をそれぞれ示し
ている。
第２図に示す装置は、第１図に示す装置における基板表
面活性化の導入法を改良したものであって、光源ｌ６か
らの光１８が光透過窓ｌ４を通過して内側円筒管ｌ３で
囲まれた空間Ａで焦点を結ぶように、光源１６と光透過
窓ｌ４の間にハエノ目レンズ１９を配置してある。さら
に、空間Ａ内の焦点位置には光束程度の孔を開けたオリ
フィス２０を設置してあり、基体表面活性化光ｌ８はオ
イフィス２０の孔を通過したのち再び拡がり、ウエハ６
表面に照射されるようにされている。
面活性化の導入法を改良したものであって、光源ｌ６か
らの光１８が光透過窓ｌ４を通過して内側円筒管ｌ３で
囲まれた空間Ａで焦点を結ぶように、光源１６と光透過
窓ｌ４の間にハエノ目レンズ１９を配置してある。さら
に、空間Ａ内の焦点位置には光束程度の孔を開けたオリ
フィス２０を設置してあり、基体表面活性化光ｌ８はオ
イフィス２０の孔を通過したのち再び拡がり、ウエハ６
表面に照射されるようにされている。
該装置を用いた堆積膜を用いた膜形成は、実施例ｌの場
合と同様にして行なわれ均一な膜厚を有する堆積膜の形
成が可能となるが、さらに本実施例装置の場合には、光
透過窓１４への堆積膜付着による量りが防止される。す
なわち、実施例１の場合と同様にＳ ｉ Ｎｌｉの形成
を例とすると、ガス導入管ｌ２より導入されたＮ２ガス
はプラズマにより励起されてＮ２活性種となって基体６
表面へ向けて拡散するが、このうちの少数のＮ，活性種
は光透過窓ｌ４方向にも拡散する。しかし、本装置には
オリフィス２０が配置されているため、Ｎ２活性種が光
透過窓ｌ４に直接到達するのを減少させることができる
。さらに該装置においては、内側円筒管１３内壁にガス
導入管２１を設置しオリフィス２０と光透過窓ｌ４とに
囲まれた空間にＮ２ガスを導入し、オリフィス２０の孔
からウエハ６表面に向けてＮ２ガスを放出させることも
可能となり、この場合にはＮ２活性種が光透過窓ｌ４に
到達する確率がさらに減少する。また、本装置において
は光源ｌ６からの光ｌ８をハエノ目レンズ１９でいった
ん収束させ、再び拡げているため、光透過窓１４の大き
さに比較して基板面積を大きくすることができることか
ら、大面積の堆積膜形成も可能となる。
合と同様にして行なわれ均一な膜厚を有する堆積膜の形
成が可能となるが、さらに本実施例装置の場合には、光
透過窓１４への堆積膜付着による量りが防止される。す
なわち、実施例１の場合と同様にＳ ｉ Ｎｌｉの形成
を例とすると、ガス導入管ｌ２より導入されたＮ２ガス
はプラズマにより励起されてＮ２活性種となって基体６
表面へ向けて拡散するが、このうちの少数のＮ，活性種
は光透過窓ｌ４方向にも拡散する。しかし、本装置には
オリフィス２０が配置されているため、Ｎ２活性種が光
透過窓ｌ４に直接到達するのを減少させることができる
。さらに該装置においては、内側円筒管１３内壁にガス
導入管２１を設置しオリフィス２０と光透過窓ｌ４とに
囲まれた空間にＮ２ガスを導入し、オリフィス２０の孔
からウエハ６表面に向けてＮ２ガスを放出させることも
可能となり、この場合にはＮ２活性種が光透過窓ｌ４に
到達する確率がさらに減少する。また、本装置において
は光源ｌ６からの光ｌ８をハエノ目レンズ１９でいった
ん収束させ、再び拡げているため、光透過窓１４の大き
さに比較して基板面積を大きくすることができることか
ら、大面積の堆積膜形成も可能となる。
［発明の効果の概要１
本発明の装置は、混成励起ＣＶＤ法による堆積膜形成装
置において、プラズマ生成空間と基板表面活性化光の光
路とを同軸構造とし、かつプラズマを基体の外周方向か
ら拡散させることにより、基板の回転等の機械的運動な
しで、均一な膜厚分布を得ることが可能になる。
置において、プラズマ生成空間と基板表面活性化光の光
路とを同軸構造とし、かつプラズマを基体の外周方向か
ら拡散させることにより、基板の回転等の機械的運動な
しで、均一な膜厚分布を得ることが可能になる。
また、光導入窓と基板間にオリフィスを設け、そのオリ
フィス内に焦点を結ぶ光学系を用いることにより、窓の
量りを減少させることが可能になる。
フィス内に焦点を結ぶ光学系を用いることにより、窓の
量りを減少させることが可能になる。
さらに、オリフィス内の焦点を結ぶ光照射系を設けるこ
とにより、大面積の基板への膜形成が可能となる。
とにより、大面積の基板への膜形成が可能となる。
第ｌ図は、本発明の実施例装置の典型的１例を示す断面
模式図であり、第２図は、本発明の他の実施例装置のｌ
例を示す断面模式図である。第３図は、一般的なＰＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置の１例を示す断面模式図であ
り、第４図は従来の混成励起法による堆積膜形成装置の
１例を示す断面模式図である。 第５図は、第３図に図示する装置で成膜したＳｉｓＮ＋
膜の赤外練吸収特性を表わしており、第６図は、第４図
に図示する装置で成膜したＳｉｓＮ４ｔｌｉの赤外線吸
収特性を表わしており、第７図は第４図に図示する装置
で成膜した時の６ｉｎｃｈウエハ内成膜速度分布を表わ
すものであって（ａ）はウエハを回転しない時，（ｂ）
はウエハを回転した時、（Ｃ）はウエハを回転しない時
の成膿速度分布をそれぞれ表わしており、第８図は第ｉ
図に図示する装置で成膜した時の６ ｉｎｃｈウェハ内
成膜速度分布を表わしている。 第１乃至４図において、 １・・・ＲＦ電力発生用電源、２・・・真空計、３・・
・導電性物質でできた反応室壁、４・・・排気量調節弁
、５・・・ウェハホルダ、６・・・ウエハ、７・・・カ
ソード電極、８・・・ＳＩＨ４ガス吹き出し用リング、
９・・・ＳＩＨ４ガス流量調節弁、 ｌＯ・・・絶縁物でできた円筒状の反応室壁、１１・・
・Ｎ３ガス流量調節弁、 ｌ２・・・Ｎ２ガス吹き出し用リング、１３・・・導電
物でできた反応室壁でアノード電極をかねる。 ｌ４・・・Ｘｅランブ光透過窓、ｌ５・・・Ｘｅランブ
電源、ｌ６・・・Ｘｅランブ、工７・・・Ｘｅランブ光
収光用鏡、１８・・・Ｘｅランブ光光路、ｌ９・・・ハ
エノ目レンズ、２０・・・オリフィス、２ｌ・・・ガス
導入管、２２・・・ＳｉＨ＋＋Ｎ２ガス吹き出し用リン
グ、２３・・・ウエハホルダ加熱ヒーター用電源、２４
・・・ウエハホルダ加熱ヒーター ２５・・・ウエハホルダ回転用モーター２６・・・ギヤ
、 ２７・・・ウエハホルダ回転用モーターの電源。 第 ２ 図 第 ４ 図 １１ 第７（ａ）図 電ｆｉ７ ５０ ０ ウエハ中心からの距菫 ５０ （ｍｍ） ウエハ中心からの距離 第 ６ 図 波数 第 ８ 凶 ウエハ中心からの距離 （ｃｍ”）
模式図であり、第２図は、本発明の他の実施例装置のｌ
例を示す断面模式図である。第３図は、一般的なＰＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置の１例を示す断面模式図であ
り、第４図は従来の混成励起法による堆積膜形成装置の
１例を示す断面模式図である。 第５図は、第３図に図示する装置で成膜したＳｉｓＮ＋
膜の赤外練吸収特性を表わしており、第６図は、第４図
に図示する装置で成膜したＳｉｓＮ４ｔｌｉの赤外線吸
収特性を表わしており、第７図は第４図に図示する装置
で成膜した時の６ｉｎｃｈウエハ内成膜速度分布を表わ
すものであって（ａ）はウエハを回転しない時，（ｂ）
はウエハを回転した時、（Ｃ）はウエハを回転しない時
の成膿速度分布をそれぞれ表わしており、第８図は第ｉ
図に図示する装置で成膜した時の６ ｉｎｃｈウェハ内
成膜速度分布を表わしている。 第１乃至４図において、 １・・・ＲＦ電力発生用電源、２・・・真空計、３・・
・導電性物質でできた反応室壁、４・・・排気量調節弁
、５・・・ウェハホルダ、６・・・ウエハ、７・・・カ
ソード電極、８・・・ＳＩＨ４ガス吹き出し用リング、
９・・・ＳＩＨ４ガス流量調節弁、 ｌＯ・・・絶縁物でできた円筒状の反応室壁、１１・・
・Ｎ３ガス流量調節弁、 ｌ２・・・Ｎ２ガス吹き出し用リング、１３・・・導電
物でできた反応室壁でアノード電極をかねる。 ｌ４・・・Ｘｅランブ光透過窓、ｌ５・・・Ｘｅランブ
電源、ｌ６・・・Ｘｅランブ、工７・・・Ｘｅランブ光
収光用鏡、１８・・・Ｘｅランブ光光路、ｌ９・・・ハ
エノ目レンズ、２０・・・オリフィス、２ｌ・・・ガス
導入管、２２・・・ＳｉＨ＋＋Ｎ２ガス吹き出し用リン
グ、２３・・・ウエハホルダ加熱ヒーター用電源、２４
・・・ウエハホルダ加熱ヒーター ２５・・・ウエハホルダ回転用モーター２６・・・ギヤ
、 ２７・・・ウエハホルダ回転用モーターの電源。 第 ２ 図 第 ４ 図 １１ 第７（ａ）図 電ｆｉ７ ５０ ０ ウエハ中心からの距菫 ５０ （ｍｍ） ウエハ中心からの距離 第 ６ 図 波数 第 ８ 凶 ウエハ中心からの距離 （ｃｍ”）
Claims (2)
- （１） 円筒状反応容器、該反応容器内に配置された堆
積膜形成用基体、プラズマ発生手段、および該基体への
光照射手段を有する堆積膜形成装置であって、該円筒状
反応容器の少なくとも一部の円筒部分を容器本体から絶
縁された外側電極で構成するとともに該円筒状反応容器
の内側には前記外側電極と対向する位置に他の内側電極
を配置し、前記基体を該内側電極の直下に配置し、該基
体表面を活性化させる光の光路と円筒状反応容器とが同
軸となるように光照射用光源を前記内側電極の直上に配
置し、さらに、前記外側電極を高周波電源に接続すると
ともに前記内側電極をアース接地し、かつ、前記内側電
極と前記外側電極との間に少なくとも一種以上の堆積膜
形成用原料ガス導入口を設けたことを特徴とする堆積膜
形成装置。 - （２） 基体表面を活性化させる光の導入窓と基体との
間にオリフィスを設け、かつ、該オリフィス内に焦点を
結ぶように光照射系を配置したことを特徴とする請求項
（１）に記載の堆積膜形成装置。
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