JPH07326581A

JPH07326581A - プラズマ装置およびこれを用いたプラズマｃｖｄ方法

Info

Publication number: JPH07326581A
Application number: JP6119339A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】高いギャップ・フィル能力と良好な膜質を有
する薄膜をプラズマＣＶＤにて成膜する際のパーティク
ル・レベルを改善する。【構成】ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置の拡散チャン
バ４の側壁にマグネトロン放電用ＲＦ電源１８を接続
し、またチャンバ内部には該側壁近傍に開口するクリー
ニング用ガス供給管８を設ける。こうして、本来はヘリ
コン波プラズマＰ_Hの閉じ込め用に設置されている永久
磁石９をマグネトロン放電プラズマＰ_Mの生成にも利用
し、チャンバ壁面に付着したパーティクルのクリーニン
グを可能とする。Ｐ_Hによる成膜とＰ_Mによるクリーニ
ングとは、交互にも同時にも行える。【効果】アスペクト比の大きいトレンチや配線間スペ
ースを、クリーンな環境下で、膜質の良好なＳｉＯ_x層
間絶縁膜により均一に埋め込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体デバイ
スの製造に適用されるプラズマ装置およびこれを用いた
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装置および方法に関する。

【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ず、特
に拡散チャンバの側壁面へのイオン入射は少ない。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、実用化の鍵と言われている。

【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
ズマ装置およびこれを用いたプラズマ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】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。すなわち、本発明
のプラズマ装置は、外周を高周波アンテナと磁界生成手
段とにより周回され、内部にヘリコン波プラズマを生成
させる絶縁性のプラズマ生成チャンバと、前記プラズマ
生成チャンバに接続され、内部に収容された基板に対
し、前記プラズマ生成チャンバから引き出されたヘリコ
ン波プラズマを用いて所定のプラズマ処理を行う導電性
のプラズマ拡散チャンバと、少なくとも前記プラズマ生
成チャンバに前記所定のプラズマ処理のためのガスを供
給する処理ガス供給手段と、前記プラズマ拡散チャンバ
の外側を周回するごとく複数配設され、前記ヘリコン波
プラズマを閉じ込めるための磁界を生成する永久磁石
と、前記プラズマ拡散チャンバの壁面領域中、少なくと
も前記永久磁石と対向する領域に高周波を印加する高周
波印加手段とを備え、前記プラズマ拡散チャンバ内にお
いて前記永久磁石の配設位置近傍でマグネトロン放電を
起こすようになされたものである。

【００１２】ここで、上記プラズマ生成チャンバは、一
般に円筒形もしくはベルジャ型をなすチャンバである。
典型的には石英で構成されるが、他に適当な絶縁性セラ
ミクス等の材料があれば、これを用いて構成しても良
い。これに対し、プラズマ拡散チャンバは一般にアース
をとるためにＳＵＳ鋼等の導電性材料を用いて構成され
ている。本発明では、マグネトロン放電を生じさせるた
めにこのプラズマ拡散チャンバの壁面領域中、永久磁石
と対向する領域に高周波を印加するので、従来と同様の
構成材料からなるプラズマ拡散チャンバを用いて良い。
ただし、マグネトロン放電、および基板バイアスを用い
る場合にはこの基板バイアスに対するアース領域を確保
するため、高周波を印加する領域とアース領域とを絶縁
しておく必要がある。

【００１３】処理ガスは、これを用いてヘリコン波プラ
ズマを生成させる必要から少なくともプラズマ生成チャ
ンバへ供給される必要があるが、この処理ガスを構成す
るガス成分のすべてがプラズマ生成チャンバへ向けて供
給される必要はない。たとえば、シラン系ガスと酸化性
ガスとの混合系により酸化シリコン系薄膜を成膜する場
合、従来のバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤにおいても行
われているように、プラズマ生成チャンバへ酸化性ガス
を供給し、プラズマ拡散チャンバへ（すなわち基板の近
傍に）シラン系ガスを供給しても良い。

【００１４】一方、クリーニング用ガスはプラズマ拡散
チャンバへ供給する必要があるので、上記処理ガス供給
手段がプラズマ拡散チャンバへも処理ガスを供給可能な
構成とされている場合には、これを用いてクリーニング
用ガスを供給することができる。しかし、かかる構成を
有する処理ガス供給手段は、通常は基板近傍へ向けてガ
スを供給するように構成されているので、プラズマ拡散
チャンバの壁面近傍で効率良くマグネトロン放電を起こ
すためには、該壁面近傍へ向けてクリーニング用ガスを
供給するクリーニング用ガス供給手段が独立に設けられ
ていることが特に好ましい。

【００１５】本発明のプラズマＣＶＤ方法は、上述のプ
ラズマ装置のいずれかを用い、ヘリコン波プラズマを生
成させて前記基板の表面に所望の薄膜を成膜する工程
と、前記マグネトロン放電を起こして前記プラズマ拡散
チャンバをクリーニングする工程とを少なくとも１回ず
つ経るものである。

【００１６】すなわち、最も単純な方法は、１枚の基板
に対して成膜を終了した後、次の基板を搬入する前（た
だし、ダミー基板は搬入しても良い。）にクリーニング
を行うことである。しかし、成膜とクリーニングとを短
時間ごとに繰り返しながら１枚の基板に対する成膜を終
了しても良く、場合によってはこのためにパルス放電を
行っても良い。

【００１７】あるいは、クリーニング用ガス供給手段が
処理ガス供給手段とは独立に設けられたプラズマ装置を
用いれば、上記成膜と上記クリーニングとを同時に行う
こともできる。

【００１８】本発明は、成膜中にプラズマ拡散チャンバ
内に発生するパーティクルの除去が随時必要とされるあ
らゆる成膜プロセスに適用可能であるが、特に酸化シリ
コン系薄膜の成膜プロセスに適用して好適である。ま
た、酸化シリコン系薄膜の成膜プロセスにおいては、ク
リーニング用ガスとしてフッ素系ガスを用いることが好
適である。

【００１９】

【作用】本発明のプラズマ装置は、ヘリコン波プラズマ
を生成させる装置であって、本来はプラズマ拡散チャン
バ内にプラズマ閉じ込め用のマルチカスプ磁場（多極磁
場）を形成するための永久磁石をマグネトロン放電にも
利用することにより、プラズマ拡散チャンバの壁面のク
リーニングを可能としたものである。

【００２０】この装置のマルチカスプ磁場を形成させる
ための永久磁石は、もともと拡散チャンバの壁面に対し
てほぼ直交する発散磁界を形成しているので、この壁面
に高周波を印加すると該発散磁界に直交する電界を形成
することができ、壁面がカソード（陰極）となる。この
ため、上記壁面近傍においてプラズマ拡散チャンバ内の
電子がサイクロイド運動を起こし、マグネトロン放電プ
ラズマが生成する。このとき、チャンバ壁面近傍に形成
されるイオン・シースに陰極降下電圧Ｖ_dcがかかること
により、プラズマ中のイオンが壁面に向けて加速され、
衝突する。すなわち、イオン・スパッタ効果を得ること
ができる。

【００２１】しかも、マグネトロン放電では原理的にカ
ソード近傍のシース直上に高密度プラズマを局在化させ
ることができるので、同一のプラズマ拡散チャンバ内で
たとえ成膜用のヘリコン波プラズマと同時にマグネトロ
ン放電プラズマが生成されたとしても、ヘリコン波プラ
ズマにはほとんど影響を与えない。上述の壁面近傍にク
リーニング用ガスを供給するための専用のクリーニング
用ガス供給手段を配する構成は、プラズマを局在化さ
せ、クリーニングに寄与する化学種の分布範囲を限定す
る上で、極めて有利である。

【００２２】かかるプラズマ装置を用いてプラズマＣＶ
Ｄを行う場合、成膜とクリーニングとは交互もしくは同
時に行われるが、いずれにしても、成膜時にプラズマ拡
散チャンバの内壁面に付着した堆積物は、マグネトロン
放電プラズマのイオン・スパッタ作用により除去され
る。したがって、多数回のロット処理を繰り返した後で
も、パーティクル・レベルが悪化する虞れはほとんどな
い。

【００２３】本発明を適用して酸化シリコン系薄膜を成
膜し、フッ素系ガスを用いてクリーニングを行った場合
には、プラズマ拡散チャンバ内に堆積した酸化シリコン
系のパーティクルがＦ^*（フッ素ラジカル）やＦ⁺（フ
ッ素イオン）の寄与で速やかに除去されるので、パーテ
ィクル汚染を回避することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２５】実施例１本実施例では、本発明を適用したヘリコン波プラズマＣ
ＶＤ装置の一構成例について、図１および図２を参照し
ながら説明する。これら両図は、本ヘリコン波プラズマ
ＣＶＤ装置の概念的な構成と、該装置内における２通り
のプラズマ励起状態を示すものである。

【００２６】本装置は、プラズマ生成部と、該プラズマ
生成部で生成したヘリコン波プラズマを用いてウェハＷ
上に成膜を行うプラズマ拡散部とに大別される。

【００２７】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るソレノイド・コイル３、後述の
拡散チャンバ４の天板６から挿通され、上記ベルジャ１
内へ矢印Ｂ方向から処理ガスを供給するための第１の処
理ガス供給管５を主な構成要素とする。

【００２８】上記ベルジャ１の構成材料は、ここでは石
英とした。上記ソレノイド・コイル３は、上記ベルジャ
１の軸方向に沿った磁界を生成させ、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３ａ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から構成される。

【００２９】上記ループ・アンテナ２には、ヘリコン波
プラズマ励起用ＲＦ電源１５から第１のスイッチ１４お
よび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）１３を通じてＲＦパワーが印加され、
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１５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。

【００３０】一方のプラズマ拡散部は、上記ベルジャ１
に接続される拡散チャンバ４を中心とする部分である。
上記拡散チャンバ４は、その内部に収容されたウェハＷ
に対し、上記ソレノイド・コイル３が形成する発散磁界
に沿って引き出されたヘリコン波プラズマＰ_Hを用いて
所定の成膜を行う容器であり、その壁面はＳＵＳ鋼によ
り構成されている。ただし、ウェハＷとの対向面を構成
する天板６をマグネトロン放電時のアース電極として用
いるため、該天板６とそれ以外の部分との間には絶縁部
材２２を介在させてある。また、この拡散チャンバ４の
内部は、その底部に開口される排気孔１０を通じて、矢
印Ａ方向に高真空排気されている。

【００３１】ウェハＷは、この拡散チャンバ４の壁面か
ら絶縁された導電性のウェハ・ステージ１１の上に載置
される。このウェハ・ステージ１１には、成膜時のウェ
ハ加熱を行うためのヒータ１２が内蔵され、またその脚
部には第３のマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）１９
を介してバイアス印加用ＲＦ電源２０が接続されてい
る。ここでは、上記バイアス印加用ＲＦ電源２０の周波
数を、２ＭＨｚとした。

【００３２】ウェハ・ステージ１１の上方には、天板６
から挿通されるリング状の第２の処理ガス供給管７が開
口されており、矢印Ｃ方向から供給される処理ガスをウ
ェハＷ近傍へ供給するようになされている。また、拡散
チャンバ４の側壁面に沿った部分には、同じくリング状
のクリーニング用ガス供給管８が天板６より挿通されて
おり、矢印Ｄ方向から導入されるクリーニング用ガスを
該拡散チャンバ４の壁面領域中、後述の永久磁石９との
対向面近傍に集中的に供給可能とされている。

【００３３】さらに、上記拡散チャンバ４の外部には、
上記基板ステージ１１近傍における発散磁界を収束させ
るために、マルチカスプ磁場を生成可能な永久磁石９が
配設されている。この永久磁石９の構成材料は、たとえ
ばＳｍ−Ｃｏ等の希土類合金である。また、上記拡散チ
ャンバ４のチャンバ壁には、マグネトロン放電用ＲＦ電
源１８から第２のスイッチ１７およびインピーダンス整
合用の第２のマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）１６
を通じて高周波が印加されるようになされている。

【００３４】なお、図面には上記ソレノイド・コイル３
の電流制御系統が図示されていないが、ここでは常にＯ
Ｎ（通電）状態と考える。すなわち、上述の構成を有す
るプラズマＣＶＤ装置において、ヘリコン波プラズマＰ
_Hの生成／消滅は、第１のスイッチ１４を用いたループ
・アンテナ２への高周波のＯＮ／ＯＦＦ制御、もしくは
第１のガス供給管５や第２のガス供給管７を通じた処理
ガスの供給／停止により決定される。

【００３５】また、マグネトロン放電プラズマＰ_Mの生
成／消滅は、第２のスイッチを用いた拡散チャンバ４へ
の高周波のＯＮ／ＯＦＦ制御によって行われる。なお、
マグネトロン放電プラズマＰ_Mの励起そのものは、クリ
ーニング用ガス供給管８からクリーニング用ガスが供給
されていない場合でも、処理ガスを用いて可能である。
ただし、このようなマグネトロン放電プラズマＰ_Mは当
然、チャンバ壁のクリーニングには寄与しない。

【００３６】このように、本発明のプラズマＣＶＤ装置
ではヘリコン波プラズマＰ_Hとマグネトロン放電プラズ
マＰ_Mの双方が励起可能であるが、装置全体はコンパク
トにまとめられている。これは、プラズマ・ソース自体
を小型化できるヘリコン波プラズマ装置にして初めて可
能なことである。装置全体が大型化しがちな従来のＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置では、マグネトロン放電のための
機構を付加すること自体が困難である。

【００３７】実施例２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、実施例１で
上述したプラズマＣＶＤ装置内でヘリコン波プラズマを
用いてＳｉＯ_x膜を成膜した後、クリーニング用ガス供
給管８を通じてフッ素系ガスを導入し、マグネトロン放
電を起こして拡散チャンバ４の内壁面をクリーニングし
た例である。

【００３８】本実施例で用いたプロセス用のウェハを図
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
ＣＶＤ装置のウェハ・ステージ１１上にセットし、かつ
図１に示されるように第１のスイッチ１４をＯＮ、第２
のスイッチ１７をＯＦＦとした。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。

【００３９】Ｎ₂Ｏ流量（第１の処理ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＡｒ流量（第１の処理ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＳｉＨ₄流量（第２の処理ガス供給管７）１００ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａソース・パワー（ヘリコン波プラズマ励起用ＲＦ電源１５）２５００Ｗ（13.56 ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー（バイアス印加用ＲＦ電源２０）１００Ｗ（２ＭＨｚ）成膜温度１５０ ℃

【００４０】このＣＶＤ工程において、ベルジャ１内で
はヘリコン波プラズマが生成して酸化およびスパッタ平
坦化に寄与する化学種のイオン化が効率的に進み、一
方、ウェハＷの近傍では拡散チャンバ４へ引き出された
上記ヘリコン波プラズマ中の電子によりＳｉＨ₄の解離
が高効率に進行した。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３
３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、膜質的にも優れている。
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
れが少ない上、スパッタ平坦化作用により膜構造の緻密
化が図れたからである。

【００４１】なお、このＣＶＤ工程では、ＳｉＨ₄がウ
ェハＷの近傍で解離されたため、発生したパーティクル
はベルジャ１側へはほとんど移行せず、主として拡散チ
ャンバ４の側壁面に付着した。また、酸化膜３３のスパ
ッタ平坦化にともなってウェハＷ上から発生したパーテ
ィクルも、拡散チャンバ４の側壁面に付着した。

【００４２】次に、プロセス用のウェハＷを拡散チャン
バ４からゲート・バルブ２１を介して取り出し、ウェハ
・ステージ１１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、第１のスイッチ１４をＯＦ
Ｆ、第２のスイッチ１７をＯＮとし、第１の処理ガス供
給管５および第２の処理ガス供給管７からのガス供給は
すべて停止させた。この状態で、一例として下記の条件
でマグネトロン放電を起こし、拡散チャンバ４のクリー
ニングを行った。

【００４３】ＮＦ₃流量（クリーニング用ガス供給管８）１００ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａソース・パワー（マグネトロン放電用ＲＦ電源）１０００Ｗ（13.56 ＭＨｚ）放電時間１０秒

【００４４】このマグネトロン放電は、拡散チャンバ４
の側壁面へ高周波を印加することにより、アース電極で
ある天板６との間で生ずるものである。このとき、拡散
チャンバ４の側壁面に沿ってイオン・シースが形成さ
れ、この部分にかかるＶ_dcにより加速されたイオンが該
側壁面をアタックする。したがって、成膜工程で堆積し
たパーティクルは速やかに除去され、多数回のロット処
理を経た後にもパーティクル・レベルが何ら悪化するこ
とはなかった。

【００４５】なお、上記ＳｉＯ_x膜３３は最終的にはＣ
ＭＰにより平坦化し、図５に示されるような平坦なトレ
ンチ埋め込みを実現した。

【００４６】実施例３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層間絶縁膜の
堆積と拡散チャンバ４の側壁面のクリーニングとを同時
に行った例である。本実施例で用いたプロセス用のウェ
ハを図７に示す。このウェハは、Ｓｉ基板４１上に積層
されたＳｉＯ_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Ａ
ｌ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、配線間ス
ペースの最大幅は約２μｍである。

【００４７】このウェハを上述のプラズマＣＶＤ装置の
ウェハ・ステージ１１上にセットし、かつ図６に示され
るように第１のスイッチ１４および第２のスイッチ１７
を共にＯＮとした。ここで、一例として下記の条件で放
電を行った。Ｎ₂Ｏ流量（第１の処理ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＡｒ流量（第１の処理ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＳｉＨ₄流量（第２の処理ガス供給管７）１００ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａソース・パワー（ヘリコン波プラズマ励起用ＲＦ電源１５）２５００Ｗ（13.56 ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー（バイアス印加用ＲＦ電源２０）１００Ｗ（２ＭＨｚ）ＮＦ₃流量（クリーニング用ガス供給管８）１００ＳＣＣＭソース・パワー（マグネトロン放電用ＲＦ電源１８）１０００Ｗ（13.56 ＭＨｚ）成膜温度１５０ ℃

【００４８】上記の工程では、ヘリコン波プラズマＰ_H
とマグネトロン放電プラズマＰ_Mとが同時に生成するた
め、成膜とクリーニングが同時進行することになるが、
マグネトロン放電プラズマＰ_Hの生成領域は拡散チャン
バ４の側壁面近傍に限定されているため、クリーニング
が成膜に影響を及ぼすことはほとんど無かった。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、しかも極めて
クリーンな環境下で埋め込むことができた。

【００４９】この後、ＣＭＰを行って上記ＳｉＯ_x層間
絶縁膜４５を平坦化し、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
状態とした。

【００５０】以上、本発明を３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
ものではない。たとえば、ソレノイド・コイル３あるい
は拡散チャンバ４の側壁面への電流供給系統へのいずれ
かに位相シフタを挿入すれば、ヘリコン波プラズマ励起
用ＲＦ電源１５とマグネトロン放電用ＲＦ電源１８とを
共通化しても、ヘリコン波プラズマＰ_Hとマグネトロン
放電プラズマＰ_Mとの干渉をほぼ完全に抑制することが
できる。また、このときの電流供給系統にパルス生成回
路を挿入し、ヘリコン波プラズマＰ_Hまたはマグネトロ
ン放電プラズマＰ_Mの少なくとも一方を間欠的に励起す
ることも可能である。

【００５１】この他、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
の細部は適宜変更可能である。

【００５２】

【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。

【００５３】しかも、これを実現可能な本発明のプラズ
マ装置は、構成が極めてシンプルかつ小型であり、経済
性に優れている。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、低コスト化に大きく貢献するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプラズマＣＶＤ装置の一構成
例において、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、拡散チャ
ンバの側壁面上にマグネトロン放電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、ベルジャ
内にヘリコン波プラズマ、拡散チャンバの側壁面上にマ
グネトロン放電プラズマを同時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４拡散チャンバ５第１の処理ガス供給管６天板７第２の処理ガス供給管８クリーニング用ガス供給管９永久磁石１１ウェハ・ステージ１４第１のスイッチ１５ヘリコン波プラズマ励起用ＲＦ電源１７第２のスイッチ１８マグネトロン放電用ＲＦ電源２０バイアス印加用ＲＦ電源ＷウェハＰ_H ヘリコン波プラズマＰ_M マグネトロン放電プラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周を高周波アンテナと磁界生成手段と
により周回され、内部にヘリコン波プラズマを生成させ
る絶縁性のプラズマ生成チャンバと、前記プラズマ生成チャンバに接続され、内部に収容され
た基板に対し、前記プラズマ生成チャンバから引き出さ
れたヘリコン波プラズマを用いて所定のプラズマ処理を
行う導電性のプラズマ拡散チャンバと、少なくとも前記プラズマ生成チャンバに前記所定のプラ
ズマ処理のためのガスを供給する処理ガス供給手段と、前記プラズマ拡散チャンバの外側を周回するごとく複数
配設され、前記ヘリコン波プラズマを閉じ込めるための
磁界を生成する永久磁石と、前記プラズマ拡散チャンバの壁面領域中、少なくとも前
記永久磁石と対向する領域に高周波を印加する高周波印
加手段とを備え、前記プラズマ拡散チャンバ内において前記永久磁石の配
設位置近傍でマグネトロン放電を起こすようになされた
プラズマ装置。
【請求項２】前記プラズマ拡散チャンバの内部であり
かつ前記永久磁石の配設位置の近傍である領域に向けて
クリーニング用ガスを供給するためのクリーニング用ガ
ス供給手段を備え、該クリーニング用ガスを用いて前記
マグネトロン放電を起こすようになされた請求項１記載
のプラズマ装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のプラズ
マ装置を用い、ヘリコン波プラズマを生成させて前記基
板の表面に所望の薄膜を成膜する工程と、前記マグネトロン放電を起こして前記プラズマ拡散チャ
ンバをクリーニングする工程とを少なくとも１回ずつ経
ることを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項４】請求項２に記載のプラズマ装置を用い、
ヘリコン波プラズマを生成させて前記基板の表面に所望
の薄膜を成膜すると同時に、前記マグネトロン放電を起
こして前記プラズマ拡散チャンバのクリーニングを行う
ことを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項５】前記所望の薄膜として酸化シリコン系薄
膜を成膜し、前記クリーニングをフッ素系ガスを用いて
行うことを特徴とする請求項３または請求項４記載のプ
ラズマＣＶＤ方法。