JPH07297139A

JPH07297139A - プラズマｃｖｄ方法

Info

Publication number: JPH07297139A
Application number: JP6086085A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1995-11-10
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JP3257241B2

Abstract

(57)【要約】【構成】ＤＣ電源１９からヘリコン波プラズマ
（Ｐ_H）生成部のソレノイド・コイル３へ供給するコイ
ル電流を制御スイッチ２０でＯＮ／ＯＦＦ制御し、ベル
ジャ１内にＰ_Hと誘導結合プラズマ（Ｐ_I）を交互に励
起可能とする。また、拡散チャンバ７の壁面中、軸方向
の一部を石英シリンダ６とし、その周囲にマルチターン
・アンテナを巻回してＰ_Iを励起可能とする。Ｎ₂Ｏ／
Ａｒ混合ガスでＰ _H、ＳｉＨ₄ガスでＰ_Iを励起してＳ
ｉＯ_x膜を成膜した後は、ＳＦ₆／Ｏ₂混合ガスのＰ_I
を用いてチャンバ・クリーニングを行う。【効果】Ｐ_Hの高密度イオンによるスパッタ平坦化効
果とウェハＷ近傍におけるＰ_I中でのＳｉＨ₄の解離に
より、ＳｉＯ_x膜の膜質や成膜速度が向上する。拡散チ
ャンバ７の内壁がＰ_Iと接触するため、クリーニング効
率が高く、パーティクル汚染を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体装置の
製造に適用されるプラズマＣＶＤ方法に関し、特にパー
ティクルの発生を抑制しながら優れたギャップ・フィル
能力と膜質を有する薄膜を形成可能な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年開発の進められているＶＬＳＩやＵ
ＬＳＩでは、数ｍｍ角のチップ上に数百万個以上もの素
子を集積することが要求される。かかる高い集積度を従
来どおり個々の素子の二次元的な微細化で実現すること
はもはや困難であり、今後は集積回路の三次元化が不可
欠となる。その典型例は、シリコン・トレンチを利用し
た素子分離領域，キャパシタあるいはトランジスタの形
成、および配線を層間絶縁膜を介して幾層にも積層する
多層配線構造の採用である。

【０００３】かかる三次元構造においては、配線間のス
ペースやシリコン・トレンチのアスペクト比が優に１を
越えてさらに増大する傾向にあり、中にはＤＲＡＭのト
レンチ・キャパシタのように３〜４にも達するものがあ
る。したがって、かかる高アスペクト比を有するスペー
スやトレンチを絶縁膜で均一に埋め込み（ギャップ・フ
ィル）、基板表面全体を平坦化するグローバル平坦化技
術の重要性がますます高まっている。

【０００４】絶縁膜のグローバル平坦化の手法としてこ
れまでに知られる代表的な方法としては、（ａ）ＳＯＧ
（スピン・オン・グラス）等を用いた塗布型絶縁膜の形
成とエッチバックとの組み合わせ、（ｂ）バイアスＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ、および（ｃ）ＣＭＰ（化学機械研
磨）がある。（ａ）のＳＯＧ塗布とエッチバックの組み
合わせによる方法は、塗布型絶縁膜を基板の表面段差を
埋め込むごとく十分に厚く形成した後、段差の上表面に
おいて該絶縁膜の膜厚方向の少なくとも一部をエッチン
グすることにより、絶縁膜の表面を平坦化する方法であ
る。

【０００５】（ｂ）のバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ
は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）を利用して低ガ
ス圧下ながら高いイオン電流密度を有するＥＣＲプラズ
マを生成させ、かつ上記プラズマ生成とは独立に基板バ
イアスを通じてイオン・スパッタ作用による平坦化効果
を制御することにより、ギャップ・フィル能力に優れる
成膜を可能とするＣＶＤの一手法である。

【０００６】（ｃ）のＣＭＰは、研磨パッドを張着した
定盤の表面にウェハ・ホルダに装着されたウェハを当接
させ、定盤とウェハ・ホルダの双方を回転させた状態で
この当接面に研磨微粒子を含むスラリーを供給しながら
ウェハ上の絶縁膜を研磨する方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のグローバル平坦化にも問題はある。たとえば、
（ａ）のＳＯＧ塗布とエッチバックの組み合わせによる
方法は、実用上満足できるレベルで平坦化を達成するた
めには塗布とエッチバックとを数回繰り返すことが必要
である。しかし、これは工程数の増加による多大なコス
トの増大を意味しており、またエッチバックを繰り返す
ことによるウェハ内、およびウェハ間で平坦化の均一性
が悪化するという問題も生ずる。

【０００８】（ｂ）のバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ
は、現実的には（ｃ）のＣＭＰとの組み合わせプロセス
として有望であるが、成膜時のパーティクル発生の多さ
が実用化の障害となっている。この問題は、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置の構成に本質的に起因している。すなわ
ち、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置においては、近年の大口
径ウェハに対応してプラズマ・ソース内のプラズマ均一
性を向上させるためにプラズマ生成室が大型化する傾向
にあり、またこのプラズマ生成室から発散磁界によって
拡散チャンバへプラズマを引き出しているため、拡散チ
ャンバも必然的に大型化している。したがって、拡散チ
ャンバ内部における堆積物の付着可能面積もそれだけ大
きくなり、ウェハ近傍に常に大量のパーティクルが存在
する状態となっている。しかも、この拡散チャンバはプ
ラズマ・ソースから離れた位置にあるため、プラズマ中
からチャンバ壁面へのイオン入射も余り期待できない。
したがって、たとえ成膜サイクルの一部にプラズマ・ク
リーニングを採り入れたとしても、壁面上の堆積物のス
パッタ除去機構を効率良く働かせることができず、パー
ティクル・レベルが悪化するという結果を招いている。

【０００９】かかる理由から、上述（ｃ）のＣＭＰにつ
いても、結局はその前の成膜工程で如何にパーティクル
発生を抑制しながら膜質に優れる絶縁膜を形成するか
が、実用化の鍵ということになる。

【００１０】そこで本発明は、高いギャップ・フィル能
力と良好な膜質を有する薄膜を成膜することができ、し
かもパーティクル・レベルを抑制することが可能なプラ
ズマＣＶＤ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】本発明のプラズマＣＶＤ
方法は、上述の目的を達するために提案されるものであ
り、ヘリコン波プラズマと誘導結合プラズマとを共通の
拡散チャンバ内へ同時に供給可能なプラズマ装置を用
い、該拡散チャンバ内に保持された基板上に所定の薄膜
を成膜するものである。

【００１２】ここで、ヘリコン波プラズマ・ソースと誘
導結合プラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌ
ｅｄＰｌａｓｍａ：以下、ＩＣＰと称する。）・ソー
スの各々については、従来公知のプラズマ・ソースを採
用することができる。すなわち、ヘリコン波プラズマ・
ソースは、絶縁材料よりなるドーム（ベルジャ）型もし
くは円筒型の放電チャンバに高周波ループ・アンテナを
巻回し、さらにその周囲を磁界生成手段（典型的にはソ
レノイド・コイル）で包囲した構成を有する。このヘリ
コン波プラズマ・ソースは拡散チャンバに接続され、こ
の拡散チャンバ内に置かれた基板に対して所定のＣＶＤ
が行われる。

【００１３】一方、ＩＣＰソースは、石英シリンダの周
囲に巻回された非共鳴マルチターン・アンテナに高周波
電力を供給する構成を有する。ＩＣＰ装置の場合、上記
石英シリンダの内部に基板が置かれ、所定のＣＶＤが行
われる。

【００１４】そこで、本発明で用いるプラズマＣＶＤ装
置の実用的な構成としては、たとえば従来のヘリコン波
プラズマ装置の拡散チャンバの側壁面の一部を石英シリ
ンダで構成し、この周囲にＩＣＰ励起用のマルチターン
・アンテナを巻回したものが可能である。この場合、基
板からより遠い上流側にヘリコン波プラズマ・ソース、
基板により近い下流側にＩＣＰソースが位置することに
なる。かかる構成により、ヘリコン波プラズマ・ソース
とＩＣＰソースとが生成する各々の磁界の軸方向が一致
し、基板へ向けて効率良いプラズマ輸送を行うことが可
能となる。

【００１５】上述の構成を有するプラズマＣＶＤ方法に
おいて、ヘリコン波プラズマ・ソースとＩＣＰプラズマ
・ソースとへそれぞれ異なるソース・ガスを供給すれ
ば、各プラズマの性質を巧みに利用した成膜が可能とな
る。特に、前記ヘリコン波プラズマ中では主として前記
薄膜のスパッタ平坦化に寄与するイオン種を生成させ、
前記ＩＣＰ中では主として前記薄膜の成長に寄与する堆
積種を生成させることが好適である。

【００１６】なお、この関係を逆にして、ヘリコン波プ
ラズマ中で前記薄膜の成長に寄与する化学種を生成さ
せ、ＩＣＰ中で前記薄膜のスパッタ平坦化に寄与する化
学種を生成させることも原理的には可能である。しか
し、ヘリコン波プラズマの方がＩＣＰに比べてイオン密
度が１桁高いこと、および薄膜の成長に寄与する化学種
がなるべく基板の近傍で生成する方が拡散チャンバ内の
パーティクル汚染の低減や薄膜の成長速度の向上に有利
であることを考えると、やはり上述の関係を採用するこ
とがより好ましい。

【００１７】ここで、上記ヘリコン波プラズマは、連続
的に励起させることはもちろん可能であるが、磁界生成
手段への電流供給を制御して時系列的もしくは間欠的に
励起させれば、基板に対するイオン入射エネルギーを各
成膜プロセスに応じて最適に変化させることができる。
ここで、「時系列的」と「間欠的」とを明瞭に区別でき
る科学的根拠は特に無いが、本明細書中では便宜上、プ
ラズマ生成／消滅のサイクル切り替えが手動スイッチン
グでも追従できる程度の速度で行われる場合に「時系列
的」、また上記サイクル切り替えが電気的スイッチング
でなければ追従できないほど高速に行われる場合に「間
欠的」という語を用いることにする。間欠的なヘリコン
波プラズマ励起は、典型的には磁界生成手段と電源との
間にパルス発生回路を設けることにより実現することが
できる。このとき、パルスのデューティ比を最適化すれ
ば、所望のイオン密度を達成することができる。

【００１８】前記所定の成膜を終了した後には、ＩＣＰ
のみを用いて前記拡散チャンバ内部のクリーニングを行
うことができる。このＩＣＰは、拡散チャンバの軸方向
の一部を構成する石英シリンダの内側にももちろん生成
するが、本発明で用いられるプラズマＣＶＤ装置におい
ては、ヘリコン波プラズマ生成部においても励起するこ
とができる。上述のように、ヘリコン波プラズマは磁場
中での特定周波数の電磁波の伝搬によって電子を加速す
るプラズマであるから、その励起にはＲＦ電界と磁場と
が必要である。しかし、ヘリコン波プラズマ生成部に含
まれる磁界生成手段（典型的にはソレノイド・コイル）
への電流（以下、コイル電流と称する。）の供給が時系
列的もしくは間欠的に行われている場合、ループ・アン
テナへの高周波印加が連続的に行われていれば、コイル
電流の非印加時（すなわち磁場が存在しない時）にはＲ
Ｆ電界だけが存在することになる。これは、ＩＣＰの生
成条件に他ならない。

【００１９】ところで、前記ヘリコン波プラズマを酸化
性ガスを含むソース・ガス、前記ＩＣＰをシラン系ガス
を含むソース・ガスを放電解離させることによりそれぞ
れ励起し、前記所定の薄膜として酸化シリコン系薄膜を
成膜するプロセスは、半導体装置の製造における絶縁膜
の成膜プロセスとして有用である。ここで、上記ヘリコ
ン波プラズマを励起するためのソース・ガスは、シラン
系ガスを酸化してＳｉＯ_xを生成させるために酸化性ガ
スを含んでいるが、スパッタ平坦化に寄与するイオンを
供給するために、Ａｒ等の不活性ガスを含んでいても良
い。

【００２０】また、上記所定の薄膜が酸化シリコン系薄
膜である場合、上記クリーニングには、フッ素系ガスの
放電解離により励起した誘導結合プラズマを用いること
が特に有効である。

【００２１】

【作用】本発明のプラズマＣＶＤ方法では、１台でヘリ
コン波プラズマとＩＣＰの双方を励起可能なプラズマ装
置を用いるが、これらのプラズマ・ソースはいずれも従
来のバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ装置のように大型で
高価なマイクロ波発生源やソレノイド・コイルを必要と
しない上、そのプラズマ生成チャンバや拡散チャンバは
はるかにコンパクトで済む。したがって、成膜中にパー
ティクルが発生したとしても、その付着面積を大幅に減
少させることができる。

【００２２】また、これら両プラズマ・ソースを独立に
制御することは技術的に可能なので、従来のＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置よりもさらに精密なプラズマ密度、イオ
ン／ラジカル比、イオン衝撃等の制御を行うことができ
る。

【００２３】ここで、上記プラズマ装置の実用的な構成
として基板から相対的に遠い位置にヘリコン波プラズマ
・ソース、相対的に近い位置にＩＣＰソースを配置し、
前者において主として薄膜のスパッタ平坦化に寄与する
イオン種、後者において薄膜の成長に寄与する堆積種を
生成させると、ヘリコン波プラズマ特有の高密度のイオ
ンによる効率良い薄膜のスパッタ平坦化および緻密化を
行いながら、ＩＣＰで生成した堆積種を利用して高速薄
膜成長を実現することができる。しかも、このイオン種
と堆積種の生成は、独立に制御可能である。

【００２４】特に、基板の近傍でＩＣＰにより高密度の
堆積種を生成できる点は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に
は無いメリットである。ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置で
は、パーティクル汚染に対する懸念から、プラズマ生成
チャンバ側に堆積種を生成するガスを導入していないた
め、基板近傍のプラズマは発散磁界によって輸送されて
いるだけである。したがって、輸送中の再結合により堆
積種の密度が減少して成膜速度が低下したり、あるいは
未解離ガスが膜中に取り込まれて膜質を低下させる虞れ
があったが、本発明によればこのような問題はすべて解
決される。

【００２５】本発明のプラズマＣＶＤ方法において、ヘ
リコン波プラズマ生成部の磁界生成手段に対する電流供
給を時系列的もしくは間欠的に制御すると、電流の非供
給時にはヘリコン波プラズマ生成部にＩＣＰを励起する
ことができる。これにより、電流供給時（ヘリコン波プ
ラズマ励起時）にはスパッタ平坦化、非供給時（ヘリコ
ン波プラズマ消滅時）には高速な膜堆積を進行させるこ
とができ、これら両者のバランスを調整することで精密
な成膜管理を行うことが可能となる。

【００２６】また、ＣＶＤの過程では拡散チャンバの壁
面上にパーティクルが付着するが、この拡散チャンバの
周囲にはＩＣＰ励起用の高周波アンテナが巻回されてい
るため、ＩＣＰを励起すれば該壁面がプラズマと接触
し、クリーニングされる。しかも、アンテナは通電によ
りジュール熱を生成し、その近傍の拡散チャンバ壁面を
加熱するので、クリーニング効率も高くなる。従来のＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ装置では拡散チャンバが大きく、し
かも基板近傍においてプラズマ励起が行わなれないの
で、壁面のパーティクルをクリーニングすることは容易
ではなかったが、本発明ではこのような懸念はない。

【００２７】特に、前記ヘリコン波プラズマを酸化性ガ
ス、前記ＩＣＰをシラン系ガスを放電解離させることに
よりそれぞれ励起した場合には、半導体装置の絶縁膜と
して重要な酸化シリコン系薄膜を、優れた膜質およびギ
ャップ・フィル特性をもって成膜することができる。特
に、シラン系ガスは基板の近傍で励起されるＩＣＰ中で
解離されるため、堆積種を効率良く基板上へ供給するこ
とが可能となる。

【００２８】このとき、拡散チャンバの壁面にも酸化シ
リコン系材料が堆積するが、フッ素系ガスを用いてＩＣ
Ｐを励起すれば、該ＩＣＰ中のＦ^*（フッ素ラジカル）
の寄与で堆積物が速やかに除去されるので、パーティク
ル汚染が回避される。

【００２９】

【実施例】まず、具体的な成膜プロセスの説明に入る前
に、本発明を実施するために構成したヘリコン波プラズ
マ−ＩＣＰ併設型のプラズマＣＶＤ装置について、図
１、図２および図６を参照しながら説明する。この装置
は、拡散チャンバの頂部領域にヘリコン波プラズマ生成
部、その下流側の領域にＩＣＰ生成部を設け、これら両
生成部に共通の高周波電源からソース・パワーを供給す
る構成を有する。

【００３０】上記ヘリコン波プラズマ生成部は、内部に
ヘリコン波プラズマＰ_Hを生成させるための非導電性材
料からなるベルジャ１、このベルジャ１を周回する２個
のループを有し、ＲＦパワーをプラズマへカップリング
させるためのループ・アンテナ２、上記チャンバ１を周
回するごとく設けられ、該チャンバ１の軸方向に沿った
磁界を生成させるソレノイド・コイル３を主な構成要素
とする。

【００３１】上記ベルジャ１の構成材料は、ここでは石
英とした。上記ループ・アンテナ２にはプラズマ励起用
ＲＦ電源１８からインピーダンス整合用の第１のマッチ
ング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）１５を介してＲＦパワー
が印加され、その上下２個のループには互いに逆回り方
向の電流が流れる。ここでは、上記プラズマ励起用ＲＦ
電源１８の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。なお、両
ループ間の距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最
適化されている。

【００３２】上記ソレノイド・コイル３は、主としてヘ
リコン波の伝搬に寄与する内周側ソレノイド・コイル３
ａと、主としてヘリコン波プラズマＰ_Hの輸送に寄与す
る外周側ソレノイド・コイル３ｂの二重構成とされてい
る。

【００３３】上記ベルジャ１は拡散チャンバ７に接続さ
れ、上記ソレノイド・コイル３が形成する発散磁界に沿
って該拡散チャンバ７の内部へヘリコン波プラズマＰ_H
が引き出されるようになされている。ベルジャ１内へ
は、拡散チャンバ７の天板４に挿通されたリング状のガ
ス供給管５に矢印Ｂ方向から導入されたソース・ガスが
放出される。

【００３４】拡散チャンバ７は、図示されない真空排気
系統により底面の排気孔８を通じて矢印Ａ方向に排気さ
れる高真空容器であり、その内部に収容するウェハ・ス
テージ９上にウェハＷを載置して所定の成膜を行う部分
である。この拡散チャンバ７の壁面は、後述する軸方向
の一部を除いてはステンレス鋼等の導電性材料を用いて
構成されており、特にウェハ・ステージ９の対向面であ
る天板４の部分はウェハ・バイアスに対する大面積のＤ
Ｃ接地電極として機能している。

【００３５】上記ウェハ・ステージ９は、拡散チャンバ
７の壁面から電気的に絶縁された導電性部材からなり、
その脚部は第３のマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）
２２を介してバイアス印加用ＲＦ電源２３に接続されて
いる。これにより、プラズマ中からウェハＷへ入射する
イオンのエネルギーが制御される。ここでは、バイアス
印加用ＲＦ電源２３の周波数を１３．５６ＭＨｚとし
た。

【００３６】また、ウェハ・ステージ９の内部には、成
膜中のウェハＷを所望の温度に維持するためのヒータ１
４が内蔵されている。

【００３７】さらに、上記拡散チャンバ７の外部には、
上記ウェハ・ステージ９近傍における発散磁界を収束さ
せるために、補助磁界生成手段としてマルチカスプ磁場
を生成可能な永久磁石１２が配設されている。なお、こ
の永久磁石１２の配設位置は、図示される例に限られ
ず、たとえばウェハ・ステージ９の脚部の周囲等の他の
場所であっても良い。さらにあるいは、これをミラー磁
場形成用のソレノイド・コイルに置き換えても良い。

【００３８】ここまでの構成は、従来の一般的なヘリコ
ン波プラズマ装置の構成を踏襲しているが、本発明で使
用するプラズマＣＶＤ装置はさらに、誘導結合プラズマ
生成部と、ヘリコン波プラズマ生成部の内周側ソレノイ
ド・コイル３ａと外周側ソレノイド・コイル３ｂへの電
流印加状態を制御するコイル電流制御部とを備えてい
る。

【００３９】誘導結合プラズマ生成部は、拡散チャンバ
７の軸方向の一部を構成する石英シリンダ６、およびそ
の周囲に巻回されるマルチターン・アンテナ１１を有す
る。この誘導結合プラズマ生成部においてマルチターン
・アンテナ１１が発生する磁界の軸方向は、ヘリコン波
プラズマ生成部で発生する磁界の軸方向と一致してい
る。上記マルチターン・アンテナ１１の巻き数は、シリ
ンダ６の直径、印加するＲＦ周波数等の条件に応じて最
適化されている。上記拡散チャンバ７の側壁面からはリ
ング状のガス供給管１０が挿通され、このガス供給管１
０へ矢印Ｃ方向から供給されるソース・ガスがウェハＷ
近傍に放出され、放電解離により誘導結合プラズマＰ_I
を生成するようになされている。

【００４０】上記マルチターン・アンテナ１１には、先
のプラズマ励起用ＲＦ電源１８から位相シフタ（Ｐ／
Ｓ）１７および第２のマッチング・ネットワーク（Ｍ／
Ｎ）１６を通じてソース・パワーが印加される。上記位
相シフタ１７は、上記ループ・アンテナ２と上記マルチ
ターン・アンテナ１１の共振を防止するために、これら
に印加される高周波の位相をたとえば１／２周期ずらせ
るものである。

【００４１】なお、これらループ・アンテナ２とマルチ
ターン・アンテナ１１へはそれぞれ異なる周波数のプラ
ズマ励起用ＲＦ電源を接続しても良く、この場合には位
相シフタは特に必要ない。

【００４２】コイル電流制御部には、ソレノイド・コイ
ル３へコイル電流を供給するＤＣ電源１９、コイル電流
の印加状態を制御する制御スイッチ２０、この電流の間
欠印加を可能とするパルス発生回路２１が含まれる。こ
こで、上記制御スイッチ２０は、端子ａ選択（ＯＮ）、
端子ｂ選択（ＯＮ）、非選択（ＯＦＦ）の３種類の状態
を選択することができる。

【００４３】端子ａ選択（ＯＮ）の状態は図６に示され
ており、コイル電流はパルス発生回路２１を経て間欠的
に印加される。端子ｂ選択（ＯＮ）の状態は図１に示さ
れており、コイル電流はパルス発生回路２１を経ずに連
続的に印加される。さらに非選択（ＯＦＦ）の状態は図
２に示されており、コイル電流は印加されない。時系列
的なコイル電流の印加を行うためには、端子ｂ選択（Ｏ
Ｎ）と無選択（ＯＦＦ）とを所定のタイミングで切り替
えることになる。

【００４４】かかるプラズマＣＶＤ装置において、図１
に示されるように制御スイッチ２０の端子ｂが選択され
ている場合、ベルジャ１内にはヘリコン波プラズマＰ_H
が励起される。一方、拡散チャンバ７内には誘導結合プ
ラズマＰ_Iが連続的に励起されている。したがってこの
状態によれば、ヘリコン波プラズマＰ_H中の高密度イオ
ンを用いてスパッタ平坦化を行いながら、誘導結合プラ
ズマＰ_I中の高密度の堆積種を用いた高速成膜を行うこ
とが可能となる。

【００４５】図２に示されるように制御スイッチ２０が
非選択（ＯＦＦ）となっている場合は、ベルジャ１内に
磁場が形成されなくなるので、ループ・アンテナ２から
印加されるＲＦ電界により誘導結合プラズマＰ_Iが励起
される。拡散チャンバ７のクリーニングは、この状態で
行う。

【００４６】さらに、図６に示されるように制御スイッ
チ２０の端子ａが選択されている場合は、ベルジャ１内
ではパルス発生回路２１で発生するパルスのデューティ
比に応じてヘリコン波プラズマＰ_Hと誘導結合プラズマ
Ｐ_Iとが高速に切り替わる。ヘリコン波プラズマＰ_Hは
相対的にイオンの多いプラズマ、誘導結合プラズマＰ _I
は相対的にラジカルの多いプラズマであるから、このデ
ューティ比の制御により拡散チャンバ７内で利用できる
プラズマのイオン／ラジカル比を制御できることにな
り、これによりスパッタ平坦化効果の強弱や薄膜の堆積
速度を調整することが可能となる。

【００４７】さらに、いずれの状態においても言えるこ
とは、上記プラズマＣＶＤ装置がパーティクル低減効果
に優れることである。これは、本装置の拡散チャンバ７
が従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の拡散チャンバに比
べて格段に小さいこと、該拡散チャンバ７の壁面がプラ
ズマ（Ｐ_I）と接触できる状態にあること、しかもマル
チターン・アンテナ１１が生成するジュール熱により石
英シリンダ６近傍が加熱されていることによる。

【００４８】以下、上記のプラズマＣＶＤ装置を用いた
本発明の具体的な実施例について説明する。

【００４９】実施例１本実施例は、Ｓｉ基板に形成されたトレンチをＳｉＯ_x
膜で埋め込んで素子分離領域を形成するいわゆるトレン
チ・アイソレーション・プロセスにおいて、ＳｉＯ_x膜
の堆積時はコイル電流を印加し、拡散チャンバ７のクリ
ーニング時は無印加とすることにより、ヘリコン波プラ
ズマを時系列的に励起させた例である。

【００５０】本実施例で用いたサンプル・ウェハを図３
に示す。このウェハは、Ｓｉ基板３１にアスペクト比の
異なる複数のトレンチ３２が形成されたものである。こ
のトレンチ３２の開口径は０．２５〜２μｍ、深さはい
ずれも約１μｍである。このウェハを上述のプラズマＣ
ＶＤ装置のウェハ・ステージ９上にセットし、かつ図１
に示されるように制御スイッチ２０の端子ｂを選択し
た。この状態で、一例として下記の条件によりＳｉＯ_x
膜を堆積させた。

【００５１】Ｎ₂Ｏ流量（ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＡｒ流量（ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＳｉＨ₄流量（ガス供給管１０）１００ＳＣＣＭガス圧０．１３ＰａＲＦパワー２５００Ｗ（１３．
５６ＭＨｚ）

【００５２】このＣＶＤ工程において、ヘリコン波プラ
ズマＰ_H中ではＳｉＯ_xおよび平坦化のための活性種の
イオン化が効率的に進み、一方、誘導結合プラズマＰ_I
中ではＳｉＨ₄の高解離が進行した。この結果、図４に
示されるように、アスペクト比の異なるトレンチ３２が
ＳｉＯ_x膜３３により良好なギャップ・フィル特性をも
って埋め込まれた。このＳｉＯ_x膜３３は、膜質的にも
優れたものである。これは、ＳｉＨ₄の解離がウェハＷ
の近傍で起こるために、未解離分に起因するＨ原子が膜
中へ取り込まれる虞れが少ないこと、およびスパッタ平
坦化作用により膜構造の緻密化が図れることによる。

【００５３】またこのとき、拡散チャンバ７の内壁への
パーティクル付着は最小限に抑制された。

【００５４】次に、サンプル・ウェハＷを拡散チャンバ
７からゲート・バルブ１３を介して取り出し、ウェハ・
ステージ９上にダミーのウェハＷを載置した。また、図
２に示されるように、制御スイッチ２０を非選択とし
た。この状態で、一例として下記の条件で拡散チャンバ
７のクリーニングを行った。ＳＦ₆流量（ガス供給管１０）１００ＳＣＣＭＯ₂流量（ガス供給管１０）５０ＳＣＣＭガス圧１．３ＰａＲＦパワー２５００Ｗ（１３．
５６ＭＨｚ）このクリーニング工程では、ベルジャ１、拡散チャンバ
７の双方に高密度のＦ ^*を含む誘導結合プラズマＰ_Iが
生成した。このＦ^*の作用により、壁面に堆積したＳｉ
Ｏ_x膜を容易に除去することができ、従来のバイアスＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ法で問題となっていたパーティクル
汚染の問題を解決することができた。

【００５５】なお、上記ＳｉＯ_x膜３３は最終的にはＣ
ＭＰにより平坦化し、図３に示されるような平坦なトレ
ンチ埋め込みを達成した。

【００５６】実施例２本実施例は、Ａｌ系配線膜を被覆してＳｉＯ_x層間絶縁
膜を形成するプロセスにおいて、ＳｉＯ_x膜の堆積時に
はソレノイド・コイル３へのコイル電流をパルス発生回
路２１を介して間欠印加し、拡散チャンバ７のクリーニ
ング時は無印加とした例である。

【００５７】本実施例で用いたサンプル・ウェハを図７
に示す。このウェハは、Ｓｉ基板４１上に積層されたＳ
ｉＯ_x層間絶縁膜４２上に、所定のパターンにＡｌ系配
線膜が形成されたものである。ここで、上記Ａｌ系配線
膜は、たとえばＴｉ／ＴｉＮ積層膜からなるバリヤメタ
ル４３とＡｌ−１％Ｓｉ膜４４とが積層されたものであ
る。上記Ａｌ系配線膜のパターン幅、および最小配線間
スペース幅は約０．２５μｍであり、配線間距離の最大
幅は約２μｍである。

【００５８】このウェハを上述のプラズマＣＶＤ装置の
ウェハ・ステージ９上にセットし、かつ図６に示される
ように制御スイッチ２０の端子ａを選択した。ここで
は、コイル電流の供給条件を、パルス長１５ｍｓｅｃ、
デューティ比５０％とした。他の放電条件は実施例１と
同じである。本実施例では、ヘリコン波プラズマ生成部
のソレノイド・コイル３の励磁を制御することでプラズ
マ中のイオン電流密度が高くなるタイミングを制御でき
るので、スパッタ平坦化過程と堆積過程のバランスを最
適化することができた。この結果、図８に示されるよう
に、異なる幅を有する配線間スペースを優れた膜質を有
するＳｉＯ_x層間絶縁膜４５で良好なギャップ・フィル
特性をもって埋め込むことができた。

【００５９】この後、実施例１で上述した条件により拡
散チャンバ７のクリーニングを行った。本実施例におい
ても、パーティクル発生は著しく低いレベルに抑制でき
た。また、ウェハＷの平坦化もＣＭＰにより同様に行
い、図９に示されるように配線間スペースがＳｉＯ_x層
間絶縁膜４５で平坦に埋め込まれた状態を実現した。

【００６０】以上、本発明を２例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、プラズマＣＶＤ装置の構成、サンプル・
ウェハの構成、ＣＶＤ条件、クリーニング条件等の細目
は適宜変更可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば従来のＥＣＲプラズマＣＶＤでは実現困
難であったパーティクル抑制を達成しながら、良好な膜
質およびギャップ・フィル特性を有する薄膜を形成する
ことが可能となる。本発明をＳｉＯ_x系薄膜の成膜に適
用すると、半導体装置の製造工程においてトレンチある
いは配線間スペース等の微細なギャップを精密に埋め込
むことが可能となる。

【００６２】したがって本発明は、プラズマＣＶＤ方法
の高精度化を通じて半導体装置の高集積化、微細化、高
信頼化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマＣＶＤ方法に用いられるプラ
ズマＣＶＤ装置の一構成例において、ヘリコン波プラズ
マ生成部のソレノイド・コイルへコイル電流を印加して
ベルジャ内にヘリコン波プラズマを生成させた状態を示
す模式的断面図である。

【図２】図１のプラズマＣＶＤ装置において、上記コイ
ル電流を印加せず、ベルジャ内に誘導結合プラズマを生
成させた状態を示す模式的断面図である。

【図３】本発明をトレンチ・アイソレーション用のＳｉ
Ｏ_x膜形成に適用したプロセスにおいて、ＳｉＯ_x膜形
成前のウェハの状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３のトレンチがＳｉＯ_x膜で埋め込まれた状
態を示す模式的断面図である。

【図５】図４のＳｉＯ_x膜がＣＭＰにより平坦化された
状態を示す模式的断面図である。

【図６】図１のプラズマＣＶＤ装置において、上記コイ
ル電流を間欠印加し、ベルジャ内にヘリコン波プラズマ
と誘導結合プラズマを交互に生成させた状態を示す模式
的断面図である。

【図７】本発明をＡｌ系配線膜上のＳｉＯ_x層間絶縁膜
の形成に適用したプロセスにおいて、ＳｉＯ_x層間絶縁
膜形成前のウェハの状態を示す模式的断面図である。

【図８】図７のＡｌ系配線膜の配線間スペースがＳｉＯ
_x層間絶縁膜で埋め込まれた状態を示す模式的断面図で
ある。

【図９】図８のＳｉＯ_x層間絶縁膜がＣＭＰにより平坦
化された状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１ベルジャ２ループ・アンテナ３ソレノイド・コイル３ａ内周側ソレノイド・コイル３ｂ外周側ソレノイド・コイル５，１０ガス導入管６石英シリンダ７拡散チャンバ９ウェハ・ステージ１１マルチターン・アンテナ１２永久磁石１８プラズマ励起用ＲＦ電源１９ＤＣ電源２０制御スイッチ２１パルス発生回路２３バイアス印加用ＲＦ電源Ｗウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘリコン波プラズマと誘導結合プラズマ
とを共通の拡散チャンバ内へ同時に供給可能なプラズマ
装置を用い、該拡散チャンバ内に保持された基板上に所
定の薄膜を成膜することを特徴とするプラズマＣＶＤ方
法。
【請求項２】前記基板から相対的に遠い前記ヘリコン
波プラズマ中では少なくとも前記薄膜のスパッタ平坦化
に寄与するイオン種を生成させ、前記基板に相対的に近
い前記誘導結合プラズマ中では少なくとも前記薄膜の成
長に寄与する堆積種を主に生成させることを特徴とする
請求項１記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項３】前記ヘリコン波プラズマは、前記プラズ
マ装置のヘリコン波プラズマ生成部に含まれる磁界生成
手段への電流供給を制御することにより時系列的もしく
は間欠的に励起されることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項４】前記所定の成膜を終了した後、誘導結合
プラズマのみを用いて前記拡散チャンバ内部のクリーニ
ングを行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３の
いずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項５】前記ヘリコン波プラズマは酸化性ガスを
含むソース・ガス、前記誘導結合プラズマはシラン系ガ
スを含むソース・ガスの放電解離によりそれぞれ励起
し、前記所定の薄膜として酸化シリコン系薄膜を成膜す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項６】前記クリーニングにはフッ素系ガスの放
電解離により励起した誘導結合プラズマを用いることを
特徴とする請求項５記載のプラズマＣＶＤ方法。