JPH0794500A - 成膜方法 - Google Patents
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Abstract
ながらプラズマCVDを行った後、残留電荷除去時のウ
ェハ3上ヘのパーティクル7の付着を防止する。 【構成】 プラズマCVD終了後、放電を停止し、成膜
ガスを成膜室から一旦排気してから残留電荷除去用ガス
を導入するか、残留電荷除去用ガスを導入しながら排気
するか、またはこの導入と排気を交互に繰り返すかのい
ずれかを行い、その後、残留電荷除去用ガスの放電によ
り残留電荷除去プラズマを生成させ、単極式静電チャッ
ク9の残留電荷を除去する。 【効果】 単極式静電チャック9近傍のクーロン力の影
響でウェハ3近傍に浮遊するパーティクル7が排気に伴
って成膜室外へ除去されるので、該チャックへの印加電
圧の極性反転やプラズマ照射時間に依存するパーティク
ル7の付着が低減できる。
Description
製造に適用される成膜方法に関し、特に単極式静電チャ
ックを用いてウェハを保持しながらプラズマCVDを行
った場合、残留電荷除去時のウェハ上へのパーティクル
付着を防止する方法に関する。
するに伴い、その最小加工寸法も急速に縮小されてい
る。たとえば、現状で量産ラインに移行されている16
MDRAMの最小加工寸法は約0.5μmであるが、次
世代の64MDRAMでは0.35μm以下(サブハー
フミクロン)、次々世代の256MDRAMでは0.2
5μm以下(クォーターミクロン)に縮小されるものと
みられている。
が素子の信頼性や歩留りを左右する重要な鍵となってい
る。特にCVDの場合、気相中に生成した堆積性の反応
生成物がウェハ上のみならず、その周辺部材や成膜室の
内壁面にも堆積するため、堆積物層が経時的に肥厚す
る。この堆積物層が温度変化等の要因により剥落する
と、成膜室内やウェハ面上のパーティクル・レベルを悪
化させ易いという問題がある。また、ウェハをウェハ・
ステージ上に押さえ爪の付いたクランプを用いて固定し
ている場合には、この押さえ爪とウェハとの接触により
既に形成されている薄膜の一部が剥離し、これがパーテ
ィクル源となることもある。
パーティクル汚染を低減するために、静電チャックを用
いて成膜室内でウェハを垂直に保持した状態で成膜を行
う枚葉式のCVD装置が実用化されている。
た内部電極に直流電圧を印加し、この絶縁部材とその上
に載置されたウェハとの間に発現するクーロン力を利用
してウェハを吸着固定させる機構であり、近年の低温エ
ッチング装置のウェハ・ステージにも多用されているも
のである。静電チャックには、ウェハが導体,半導体,
誘電体のいずれであるか、またウェハをアースするか否
かにより幾つかの異なる方式が知られているが、近年主
流となりつつあるのは単極式と呼ばれる方式である。こ
れは、ウェハが導体または半導体である場合に、絶縁部
材中の単一の内部電極に所定の極性の直流電圧を印加
し、対向アースはプラズマを経由して処理チャンバの壁
を通じてとる方式である。この方式ではプラズマが生成
しないとウェハをウェハ・ステージに吸着することがで
きないが、MOSデバイスのゲート酸化膜の耐圧劣化を
生じにくいという、重要なメリットがある。
ハをウェハ・ステージ上に保持しながらECR−CVD
を行っている状態の一例を示す。ここで、ウェハ3はウ
ェハ・ステージ1のウェハ載置面近傍を構成する単極式
静電チャック9の上に吸着保持され、ヒータ4による加
熱、および図示されないプラズマ生成室から発散磁界に
沿って引き出されるプラズマPの照射を受けることによ
り、その表面に所定の材料膜が成膜されるようになされ
ている。上記単極式静電チャック9は、ウェハ・ステー
ジ1の一部を構成する絶縁部材中に単一の内部電極2が
埋設されたものである。この内部電極2は、高周波遮断
フィルタ8と切り替えスイッチ5とを介して直流電源回
路に接続される。この直流電源回路は、正の直流電圧を
印加可能な直流電源6aと負の直流電圧を印加可能な直
流電源6bとを並列接続し、かつ共通に接地したもので
ある。
により内部電極2は負電荷を帯び、これに伴って単極式
静電チャック9の表面には正電荷、ウェハ3には負電荷
がそれぞれ誘導されている。つまりウェハ3は、自身の
負電荷とウェハ載置面の正電荷との間のクーロン力によ
り、単極式静電チャック9に吸着保持される。対向アー
スは、プラズマPを経由し、図示されないチャンバ壁を
通じてとられている。
場合、CVD終了後に直流電圧の印加を停止しても、電
荷は残留したままである。このため、ウェハ3を単極式
静電チャック9から脱着するためには、CVDの結果に
実質的に影響を与えないガスを供給して再び残留電荷除
去用のプラズマを生成させ、このプラズマを通じて残留
電荷をリークさせることが必要である。このときの電荷
除去時間を短縮するために、ウェハの吸着に用いた直流
電圧と逆極性の直流電圧を内部電極に短時間印加して電
荷を強制的に除去することが通常行われている。たとえ
ば、前述の図1に示されるように内部電極2に正の直流
電源6aを接続してウェハ3の吸着を行った場合には、
図5に示されるように負の直流電源6bに短時間接続
し、脱着を行う。
うに成膜直後に単極式静電チャックの印加電圧の極性を
切り換えて残留電荷除去プラズマを照射すると、照射時
間と共にウェハ上のパーティクル・レベルが悪化するこ
とがわかった。一例として図6に、SiH4 /N2 O混
合ガスによる酸化シリコン薄膜のECR−CVDを行っ
た後、N2 Oガスのプラズマを生成させて残留電荷除去
を行った場合のパーティクル汚染の様子を示す。図中、
縦軸は5インチ径ウェハ上における粒径0.3μm以下
のパーティクル数、横軸はN2 Oプラズマ照射時間
(分)を表す。これより、プラズマ照射時間が延びるに
したがってウェハ上のパーティクル数が増加している様
子が明らかである。
わち、プラズマCVDの過程では図1に示されるよう
に、気相中で発生した反応生成物あるいは図示されない
成膜室の内壁面から剥落した反応生成物のパーティクル
7が、前記クーロン力の効果によりウェハ3の近傍に多
量に浮遊している。このパーティクル7が、印加電圧の
極性反転に伴って図5に示されるようにウェハ3の表面
に引きつけられるか、あるいはブラウン運動の過程で経
時的にウェハ3上に堆積するものと考えられる。
いてウェハを保持しながらプラズマCVDを行った場合
に、残留電荷除去時のウェハ上へのパーティクル付着を
防止する方法を提供することを目的とする。
を達するために検討を行った結果、残留電荷除去プラズ
マを生成させる前に成膜室内を一旦排気すればウェハ近
傍に浮遊しているパーティクルを効果的に低減できるこ
とを見出し、本発明を提案するに至った。すなわち、本
発明の成膜方法は、プラズマCVD装置の成膜室内で単
極式静電チャックを用いてウェハ・ステージ上に保持さ
れたウェハの表面に、プラズマCVDにより所定の薄膜
を堆積させる第1の工程と、前記薄膜の堆積に用いた成
膜ガスを前記成膜室内から排気する第2の工程と、前記
成膜室内に残留電荷除去用のガスを導入する第3の工程
と、前記ガスを放電させて残留電荷除去プラズマを生成
させ、前記単極式静電チャックの残留電荷を除去する第
4の工程とを経るものである。
は、前記第2の工程と前記第3の工程とをこの順に2回
以上繰り返しても良い。すなわち、成膜ガスの排気と残
留電荷除去用のガスの導入とを多段階的に繰り返す、い
わゆるサイクル・パージを行っても良い。あるいは、成
膜ガスの排気と残留電荷除去用のガスの導入とを独立に
行うのではなく、同時に行っても良い。
は、前記成膜ガスの構成成分の一部をその構成成分とし
て用いることが簡便である。ここで選択される構成成分
は単一でも複数でも良いが、放電時に成膜に寄与する反
応生成物を生じないことが肝要である。
室内の成膜ガスを一旦排気するので、ウェハ近傍に浮遊
しているパーティクルはこのときの排気流に乗って成膜
室外へ除去される。したがって、残留電荷の除去をクリ
ーンな雰囲気下で行うことができ、たとえ途中で印加電
圧の極性を反転させたとしても、パーティクルがウェハ
面に引きつけられる虞れが極めて少なくなる。
スの導入を多段階的に繰り返す、いわゆるサイクル・パ
ージを行えば、成膜室内の雰囲気の置換効率を高めるこ
とができる。あるいは、この成膜ガスの排気を、残留電
荷除去用のガスを導入しながら行えば、残留電荷除去用
のガスの置換効果により排気時間を短縮することがで
き、排気ステップの挿入によるスループットの大幅な低
下を抑えることができる。
の組成の一部を用いる場合には、プラズマCVD終了後
にプラズマの生成を中断してもガスのみを供給し続ける
ことは容易である。したがって、スループットの低下を
最小限に抑えることができる。
する。
に単極式静電チャックを用いて5インチ径のウェハを保
持しながらSiH4 /N2 O混合ガスを用いて酸化シリ
コン薄膜を成膜し、一旦、成膜室内の排気を行った後、
N2 Oガスを用いて残留電荷除去を行った例である。
て、図1ないし図3を参照しながら説明する。図1は前
述したように、ECR−CVDを行っている状態の一例
を示している。酸化シリコン膜の成膜条件の一例を以下
に示す。 SiH4 流量 20 SCCM N2 O流量 35 SCCM ガス圧 0.1 Pa マイクロ波パワー 800 W(2.45 GHz) ウェハ温度 200 ℃ この成膜時には、ウェハ3の近傍にクーロン力に引きつ
けられた多数のパーティクル7が浮遊している。なお、
図中のパーティクル7は、模式的に大きく表現してあ
る。
コン膜が約800nmの厚さに成膜されたところでマイ
クロ波放電を停止し、成膜室内のガス圧が0.05Pa
となるまで所定時間排気した。この排気により、成膜中
および成膜終了時にウェハ近傍に浮遊していたパーティ
クル7は、図2に示されるように排気流に乗って成膜室
外へ除去された。
例として下記の条件でECR放電を行ってN2 Oプラズ
マよる残留電荷除去を行った。 N2 O流量 35 SCCM ガス圧 0.1 Pa マイクロ波パワー 800 W(2.45 GH
z) 放電時間 15 秒 内部電極への直流電圧 +100 V(最初の0.2秒
間) 0 V(残る14.8秒間) ここで、+100Vの直流電圧を印加する場合には、図
3に示されるように切り替えスイッチ5を操作して内部
電極2へ正の直流電源6aを接続し、印加しない場合
(0V)は、切り替えスイッチ5を中立状態に維持し
た。このように内部電極への逆極性の直流電圧印加を最
初の短時間のみ行っているのは、静電チャックへの逆電
荷の誘起を防止するためである。
囲気下で行われるため、印加電圧の反転やプラズマ照射
時間に依存するパーティクル付着は大幅に減少した。
テージ9から脱着されたウェハ3についてパーティクル
数(個/5インチ径ウェハ)を測定し、これを前記排気
時間(分)との関連でプロットしたグラフを図4に示
す。粒径0.2〜0.3μmのパーティクルと粒径0.
3μm以上のパーティクルの挙動には若干の差がある
が、特にクーロン力に引きつけられ易い小さなパーティ
クルの除去効果が大きい。
CVDが終了するたびに4分間の排気を行いながら連続
100枚の枚葉処理を行ったが、ウェハ3上の付着パー
ティクル数を排気を行わない場合に比べて40%以上低
減させることができた。
マCVDを終了した後、成膜室内の排気とN2 Oガスの
導入とを交互に行うサイクル・パージを行った。プラズ
マCVDによる酸化シリコン薄膜の成膜は、実施例1と
同様に行った。成膜終了後は、成膜室内の真空度が0.
05Pa以下となるまで排気する工程と、N2 Oガスを
流量35SCCMにて1分間供給する工程とを1サイク
ルとし、このサイクルを3回繰り返した。その後、実施
例1と同じ条件にてECR放電を行い、残留電荷除去を
行った。
ない従来プロセスに対して8割程度延長したが、付着パ
ーティクルを約65%も低減させることができた。
マCVDを終了した後、N2 Oガスのみを成膜室内に流
し続け、しかる後にN2 Oプラズマによる残留電荷除去
を行った。プラズマCVDによる酸化シリコン薄膜の成
膜は、実施例1と同様に行った。成膜終了後は、N2 O
ガスを1SCCMの流量で流し続けながら、成膜室内の
真空度がを0.05Pa以下となるまで排気を行った。
ことがないので浮遊パーティクルの滞留時間が短縮さ
れ、排気を行わない場合に比べて付着パーティクル数を
50%以上低減させることができた。また、排気ステッ
プの挿入によるプロセス時間の延長も2割程度に抑える
ことができた。
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、上述の例では上記内部電極2
に印加される直流電圧の極性を負→正→ゼロの順に変化
させているが、これを正→負→ゼロの順に変化させても
良い。また、上述の実施例においてウェハ・ステージ1
の導電部分にRF電源を接続すれば、バイアスECR−
CVDを行うことも可能である。
より成膜される薄膜の種類、CVD条件、成膜ガスや残
留電荷除去用のガスの組成、排気条件、残留電荷除去時
の放電条件、使用するCVD装置の種類等が適宜変更可
能であることは、言うまでもない。
明を適用すればプラズマCVDの終了後に単極式静電チ
ャックの残留電荷除去を行う際にも、ウェハ上へのパー
ティクル付着を防止することができる。本発明は、既存
のCVD装置の構成の大幅な変更や改造を必要とせず、
成膜ガスの供給タイミングや内部電極への直流電圧印加
タイミングといったシーケンスの変更により実現できる
ため、経済性に極めて優れている。また、このシーケン
ス上の工夫によっては、プロセス時間の延長も最低限に
抑制することができるため、生産性を大きく損なう虞れ
もない。
製造における信頼性と歩留りの改善に大きく貢献するも
のである。
いて固定されたウェハに対してプラズマCVDを行って
いる状態を示す模式的断面図である。
気を行ってパーティクルを除去している状態を示す模式
的断面図である。
生成させ、残留電荷除去を行っている状態を示す模式的
断面図である。
関係を示すグラフである。
おいて、ウェハ上にパーティクルが付着した状態を示す
模式的断面図である。
おいて、N2 Oプラズマ照射時間とウェハ上に付着する
パーティクル数との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 プラズマCVD装置の成膜室内で単極式
静電チャックを用いてウェハ・ステージ上に保持された
ウェハの表面に、プラズマCVDにより所定の薄膜を堆
積させる第1の工程と、 前記薄膜の堆積に用いた成膜ガスを前記成膜室内から排
気する第2の工程と、 前記成膜室内に残留電荷除去用のガスを導入する第3の
工程と、 前記ガスを放電させて残留電荷除去プラズマを生成さ
せ、前記単極式静電チャックの残留電荷を除去する第4
の工程とを有することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】 前記第1の工程と前記第4の工程との間
で、前記第2の工程と前記第3の工程とをこの順に2回
以上繰り返すことを特徴とする請求項1記載の成膜方
法。 - 【請求項3】 プラズマCVD装置の成膜室内で単極式
静電チャックを用いてウェハ・ステージ上に保持された
ウェハの表面に、プラズマCVDにより所定の薄膜を堆
積させる工程と、 前記薄膜の堆積に用いた成膜ガスを前記成膜室内から排
気すると同時に残留電荷除去用のガスを導入する工程
と、 前記ガスを放電させて残留電荷除去プラズマを生成さ
せ、前記単極式静電チャックの残留電荷を除去する工程
とを有することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項4】 前記残留電荷除去用のガスは、前記成膜
ガスの構成成分の一部からなる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項に記載の成膜方法。
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JPH0794500A true JPH0794500A (ja) | 1995-04-07 |
JP3257180B2 JP3257180B2 (ja) | 2002-02-18 |
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ID=16975382
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP23472493A Expired - Lifetime JP3257180B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 成膜方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
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JP (1) | JP3257180B2 (ja) |
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