JPH05271949A - プラズマ反応装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ反応装置及び薄膜形成方法のプラズ
マ励起高周波の調整を容易にする。 【構成】 プロセスガスが複数の高周波周波数によって
励起されるプラズマ反応装置において、複数の高周波周
波数で複数の成分を有する複合高周波波形を発生する波
形シンセサイザを有し、このシンセサイザの出力が、高
周波出力をプロセスガスへ結合させるための電磁カプラ
に接続されている。このように波形シンセサイザーを使
用して、互いに異なる複数の高周波を発生させ、プラズ
マを生成させることにより、高周波の周波数の調整及び
相対振幅等の調整がプログラムを変更するだけで容易に
行うことができ、また、印加すべき高周波の複雑な波形
形成、印加すべき高周波間の位相調整が、シンセサイザ
ーのプログラムを変更するだけに容易に実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用可能性】本発明はプラズマ反応装置及び
薄膜形成方法に関し、特に詳細には、半導体基板用のプ
ラズマ励起型化学気相堆積（ＣＶＤ）装置及び方法であ
って、プロセスガス混合物が同時に異なった高周波周波
数成分で励起する化学気相堆積装置及び化学気相堆積方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ励起型ＣＶＤプロセスとして
は、プロセスガス混合物を励起するために、異なった周
波数で動作する２つの個別の高周波パワー源を使用する
ものが知られている。そして、そのようなプロセスで
は、４００ｋＨｚの周波数の高周波パワー源と、１３．
５６ＭＨｚの周波数の高周波パワー源とを用い、シラン
とアンモニアのプロセスガスを使用してシリコンナイト
ライドを堆積していた。

【０００３】

【発明に解決しよとする課題】しかし、上記従来の化学
気相堆積装置では、複数の独立した高周波源を用いなけ
ればならず、又、独立した高周波源を使用しているた
め、夫々の高周波の周波数の相対振幅を調整することが
難しかった。又、このような複数の個々の高周波源を使
用するため、それらの発生する高周波の位相固定が難し
く、ドリフトや不安定性の問題を有している。

【０００４】そこで、本発明は、上記課題を解決し、印
加すべき高周波の周波数の調整が容易でかつ、その周波
数の変更が容易にできるプラズマ反応装置及びこれを利
用した薄膜形成方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ反応装
置は、プロセスガスが複数の高周波周波数によって励起
されるプラズマ反応装置であって、複数の高周波周波数
で複数の成分を有する複合高周波波形を発生する波形シ
ンセサイザを有し、このシンセサイザの出力が、高周波
出力をプロセスガスへ結合させるための電磁カプラに接
続されていることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の薄膜形成方法は、反応性プ
ロセスガスを処理すべき加工物を含むプラズマ反応チャ
ンバー内に導入する工程と、前記プロセスガスを波形シ
ンセサイザにより発生する複数の周波数を有する高周波
を印加し、プラズマ状態にまで励起する工程とを含み、
以て加工物上に、励起されたガスの化学反応により生成
された材料より構成される薄膜を堆積することを特徴と
する。

【０００７】

【作用】本発明は、上記のように、波形シンセサイザー
を使用して、互いに異なる複数の高周波を発生させ、プ
ラズマを生成させている。そのため、高周波の周波数の
調整及び相対振幅等の調整がプログラムを変更するだけ
で容易に行うことができ、また、印加すべき高周波の複
雑な波形形成、印加すべき高周波間の位相調整が、シン
セサイザーのプログラムを変更するだけに容易に実現で
きる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例に
ついて説明する。

【０００９】図１は、単にプラズマ励起型ＣＶＤシステ
ムを実行する本発明の一実施例を示す。

【００１０】図１に示すように、本システムは、ＣＶＤ
プロセスチャンバ１を備えている。このＣＶＤプロセス
チャンバ１は、第１高周波電極２と第２高周波電極４と
を有し、この第１高周波電極２は半導体ウェーハ３又は
別の加工物が処理されるために置かれる台としての機能
も有している。第２高周波電極４は第１高周波電極２に
対して上方でかつ平行に配置されている。そして、第２
高周波電極４はプロセスガスを混合する容積と半導体ウ
ェーハ３に対向する複数のガス出口穴とを備えたプロセ
スガス入口マニホールドとして機能させるように構成し
ておくことは、より好ましい。このプロセスチャンバ１
は、従来のプラズマ励起型ＣＶＤ装置ものと同じもので
よい。

【００１１】更に、本実施例のシステムは、プログラム
可能な波形シンセサイザー５及びこのシンセサイザー５
の出力部に接続された広帯域高周波アンプ６とを備えて
おり、シンセサイザー５からの出力は広域帯高周波出力
アンプ６で増幅され、増幅されら高周波信号が広帯域高
周波アンプ６から生成される。

【００１２】本実施例で使用する波形シンセサイザー５
は、どの様な複雑なパターンを有する高周波波形を生成
するようにプログラム可能な波形シンセサイザーであ
り、これは、ヒューレットパッカード社のような会社よ
り商業的に容易に入手可能である。

【００１３】この広帯域高周波アンプ６より出力される
高い出力を有する高周波信号は、広帯域高周波インピー
ダンス整合回路７を介して第１及び第２高周波電極２及
び４の間に印加される。広帯域高周波インピーダンス整
合回路７が、ＣＶＤプロセスチャンバ１内のプロセスガ
スがプラズマ状態に励起される際、アンプ６の出力イン
ピーダンスを２つの高周波電極間の電気的インピーダン
スに整合させるため設けられている。しかし、このよう
な整合回路７を設けることは、本発明にとって必須の要
件ではなく、省略してもよい。

【００１４】従来の装置のような個々の高周波源の代り
にこのようなシンセサイザーを使用することにより、従
来では、個々の高周波源を夫々の周波数に対して設けな
ければ実現不可能であるような多くの異なった周波数成
分を有するより複雑な波形を単にプログラムを作成する
ことにより容易に生成することができる。又、このシン
セサイザーを利用することにより、周波数成分間で出力
比率を変更できるパルス波形または波形の生成が容易と
なり、このような波形はいくつかのＣＶＤプロセスに対
して有用である。これらの複雑な波形は波形シンセサイ
ザーを用いることにより容易に実現できる。また、この
ような波形シンセサイザーを用いることにより、周波数
成分間の位相関係を固定することが可能となる。

【００１５】図２は本発明の第２の実施例を示す。この
第２実施例では、上記第１の実施例で使用した広帯域高
周波用の装置を使用しないものである。この部分を除
き、第１実施例と同じであるため、重複する部分の詳細
は省略する。この第２実施例の装置では、波形シンセサ
イザーにより生成されるべき所望の周波数成分がほぼ決
定されている場合に有効に働くものである。この第２実
施例では、波形シンセサイザー５は４００ＫＨｚ及び１
３ＭＨｚの周波数成分を生成するようにプログラムされ
ている。波形シンセサイザー５からの高周波出力は２つ
の第１狭帯域高周波パワーアンプ１１及び第２狭帯域高
周波パワーアンプ１２の出力に並列に接続されている。
そして、この第１狭帯域高周波パワー１アンプ１１は、
中央値が４００ＫＨｚであるバンドパスを有し、第２狭
帯域高周波パワーアンプ１２は、中央値が１３ＭＨｚで
あるバンドパスを有する。この第１及び第２狭帯域高周
波パワーアンプ１１及び１２の出力は、それぞれ第１及
び第２インピーダンス整合回路１３及び１４の入力に接
続され、この第１及び第２インピーダンス整合回路１３
及び１４は夫々４００ＫＨｚ及び１３ＭＨｚに調整され
ている。この２つの整合回路１３及び１４は第１高周波
電極２及び第２高周波電極４に並列に接続されている。

【００１６】もし、シンセサイザーが３つの周波数成分
をもった高周波信号を生成するようにプログラムされる
ならば、図２に示される第２実施例と似た別の実施例も
使用され得る。この別の実施例では、第３の狭帯域高周
波パワーアンプ及びインピーダンス整合回路は、第３の
周波数に調整されている。そして、これらは第１の２つ
のアンプ及び整合回路の図２に示すと同様に、シンセサ
イザー５と高周波電極２及び４との間に接続されてい
る。

【００１７】図３は、本発明に従う第３の実施例を示し
ており、この第３実施例では、高周波エネルギーをプロ
セスガスに結合させるために、多巻コイルのようなアン
テナを使用している。そして、このアンテナはＣＶＤチ
ャンバの内側又は外側のいずれかに配置されている。
尚、第３実施例では、第１実施例と同じ参照符号を付し
た部分は同一であるので、これらに関する詳細な説明は
省略する。

【００１８】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、種々の変形例が考えられ得る。

【００１９】例えば、本発明は、ＣＶＤプロセス以外に
プロセスにも適用できるし、またプラズマエッチングチ
ャンバのようなプラズマ反応チャンバにも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、所望の周波数でのスペクトラ
ム成分を有する複雑な波形を発生するために単一の波形
シンセサイザーを用いることにより、複数の高周波源を
設ける必要性をなくしている。具体的には、前述のシリ
コンナイトライドプロセスは、４００ＫＨｚ及び１３．
５６ＭＨｚのスペクトラム成分を夫々有する波形を生成
するために、プログラムされた単一の波形シンセサイザ
ーを使用することによって、実行される。異なった周波
数成分の相対振幅、すなわち出力比はシンセサイザーの
プログラムを単に変更するだけでＣＶＤプロセスを最適
化するための調整が容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】広帯域高周波パワーアンプを使用した本発明の
第１実施例を示す図である。

【図２】２つの狭帯域高周波パワーアンプを使用した本
発明の第２実施例を示す図である。

【図３】図１に示す装置の変形例であり、プラズマを高
周波パワーの容量結合ではなく誘導結合により励起する
装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…ＣＶＤプロセスチャンバ、２、４…高周波電極、３
…半導体ウェーハ、５…シンセサイザー、６…広帯域高
周波パワーアンプ、７…広帯域高周波インピーダンス整
合回路、１１、１２…狭帯域高周波パワーアンプ、１
３、１４…インピーダンス整合回路、２０…アンテナ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスガスが複数の高周波周波数によ
   って励起されるプラズマ反応装置において、 複数の高周波周波数で複数の成分を有する複合高周波波
   形を発生する波形シンセサイザを有し、このシンセサイ
   ザの出力が、高周波出力をプロセスガスへ結合させるた
   めの電磁カプラに接続されていることを特徴とするプラ
   ズマ反応装置
2. 【請求項２】 前記電磁カプラがチャンバー内で離間し
   た１対の電極である請求項１記載のプラズマ反応装置。
3. 【請求項３】 前記電磁カプラがアンテナである請求項
   １記載のプラズマ反応装置。
4. 【請求項４】 薄膜形成方法であって、反応性プロセス
   ガスを処理すべき加工物を含むプラズマ反応チャンバー
   内に導入する工程と、前記プロセスガスに波形シンセサ
   イザにより発生する複数の高周波周波数を印加すること
   によってプラズマ状態にまで励起する工程とを含み、以
   て加工物上に、励起されたガスの化学反応により生成さ
   れた材料より構成される薄膜を堆積することを特徴とす
   る薄膜形成方法。
5. 【請求項５】 前記ガス励起工程が、高周波出力をプロ
   セスガスに結合するためにシンセサイザに接続された電
   磁カプラを介して複数の高周波周波数を印加することに
   より実施される請求項４記載の薄膜形成方法。