JPH0817744A

JPH0817744A - ヘリコン波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: JPH0817744A
Application number: JP14831594A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ＴＥＯＳを用いて成膜したＳｉＯ_x膜のステ
ップ・カバレージの良さと、ＳｉＨ₄を用いて成膜した
ＳｉＯ_x膜の膜質の良さを兼ね備えたＳｉＯ_x膜を成膜
する。【構成】ヘリコン波プラズマ装置の高周波アンテナ２
への高周波印加を切り換えスイッチ１４により間欠／連
続のいずれかに切り換え可能とし、かつヘリコン波プラ
ズマＰ_Hの輸送に寄与する外周側ソレノイド・コイル３
ｂへの電流の印加／遮断をＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７に
より切り換え可能とすることで、ベルジャ１内およびウ
ェハＷ近傍のプラズマ密度を自在に変化させる。低密度
プラズマ中でＴＥＯＳを解離させれば、膜形成前駆体の
良好な流動性を利用してステップ・カバレージに優れる
ＳｉＯ_x膜が成膜でき、高密度プラズマ中でＳｉＨ₄を
解離させれば、残留成分の少ない緻密で耐水性に優れる
ＳｉＯ_x膜が成膜できる。

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
製造に適用して好適なヘリコン波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、特に優れたステ
ップ・カバレージと緻密な膜質とを併せ持つ酸化シリコ
ン系絶縁膜を成膜することを可能とする装置および方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等の高集積化
半導体デバイスにおいては、パターンの微細化やデバイ
ス構造の複雑化が進行し、特にロジック系デバイスでは
４層以上の多層配線構造も採用されるようになってい
る。これに伴って、基体表面の段差や接続孔のアスペク
ト比が増大しており、基体を平坦化したり、あるいはボ
イドを生ずることなく接続孔等を埋め込む上で、ステッ
プ・カバレージ（段差被覆性）に優れる層間絶縁膜を形
成することが極めて重要となっている。

【０００３】シリコン・デバイスの場合、上記層間絶縁
膜は通常、ＳｉＯ_x系材料膜を用いて形成される。ここ
で、その平坦化性や埋め込み特性を向上させるための方
法には大別して、原料ガスの選択により膜形成前駆体の
優れた流動性を利用する方法と、プラズマ放電方式の選
択によりイオン・スパッタ作用による平坦化を利用する
方法とがある。たとえば、Ｏ₂−ＴＥＯＳプラズマＣＶ
Ｄ法、Ｈ₂Ｏ−ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法、Ｏ₃−ＴＥ
ＯＳ常圧ＣＶＤ法といった有機シリコン系化合物ガスを
用いる方法は、前者の例である。また、ＳｉＨ₄／Ｏ₂
混合系等の無機シリコン系化合物ガスを用いるバイアス
ＥＣＲプラズマＣＶＤは後者の例である。バイアスＥＣ
ＲプラズマＣＶＤとは、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、埋め込み能
力に優れる成膜を可能とするＣＶＤの一手法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の技術にも解決すべき課題がある。まず、有機シ
リコン系化合物ガスを用いて形成されたＳｉＯ_x膜は、
平坦化特性や埋め込み特性に優れる反面、膜質に問題が
ある。すなわち、この方法で成膜されるＳｉＯ_x膜中に
は、ＣＶＤ反応の副生成物として発生する水分や未反応
のＳｉ−ＯＨ基が成膜条件によっては大量に取り込まれ
るが、このようなＳｉＯ_x膜を半導体デバイスの層間絶
縁膜として利用すると、ビアホール、Ａｌ配線膜、トラ
ンジスタに様々な不良が発生する。

【０００５】たとえば、このＳｉＯ_x層間絶縁膜に開口
したビアホールを高温スパッタリング法により上層Ａｌ
配線膜で埋め込む場合、スパッタリング時の基板加熱に
よりこの膜から水分が放出されるとＡｌ配線膜が変質
し、導通不良（ポイズンドビア）が発生する。また、Ａ
ｌグレインの成長が妨げられて上層Ａｌ配線膜にヒロッ
クが多発したり、ＳｉＯ_x層間絶縁膜に強い応力が生じ
て下層Ａｌ配線膜にボイドが生ずることもある。さら
に、膜中の水分によりＭＯＳ−ＦＥＴの閾値の変動やホ
ットキャリア耐性の劣化が生ずることも知られている。

【０００６】一方、バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤによ
り成膜されたＳｉＯ_x膜は、Ｓｉ原子のダングリングボ
ンドが少ないために水分のトラップが少なく、したがっ
てＳｉ−ＯＨ基やＳｉ−Ｈ基の含有量の低い緻密な膜質
を持つことが知られている。しかし、この方法では原料
ガスとして有機シラン系ガスを用いることができない。
これは、ＥＣＲプラズマのプラズマ密度が極めて高いた
めに、流動性に寄与する筈の膜形成前駆体の解離が進み
過ぎてしまい、多量の炭素分を膜中に残存させてＳｉＯ
_x膜の膜質を劣化させる虞れが大きいからである。

【０００７】このため、バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ
によるＳｉＯ_x膜の成膜は、無機シリコン系化合物ガス
に頼らざるを得ないが、平坦化性や埋め込み特性の向上
には限界がある。たとえば、図６に示されるように、Ｓ
ｉ基板２０に積層されたＳｉＯ_x層間絶縁膜２１上でバ
リヤメタル２２とＡｌ−１％Ｓｉ膜２３からなる積層配
線膜２４をパターニングし、さらに積層配線膜２４の配
線間スペースを平坦に埋め込もうとしても、今後のさら
に微細化したデザイン・ルールの下では図示されるよう
な鬆２９が生ずる可能性が高い。

【０００８】この他、ＥＣＲプラズマＣＶＤには、装置
構成に本質的に起因する問題もある。。すなわち、ＥＣ
Ｒ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】このように、従来はＳｉＯ_x膜の成膜に関
して、ステップ・カバレージと膜質との両方の要求を満
足できるプラズマＣＶＤ方法、およびこの方法を実施で
きるコンパクトで低汚染型の装置が無かった。そこで本
発明は、これらの課題を解決できる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。

【００１０】

【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
ヘリコン波プラズマ装置は、外周を高周波アンテナと少
なくとも２つのソレノイド・コイルとにより周回され、
内部にヘリコン波プラズマが生成されるようになされた
プラズマ生成チャンバと、前記高周波アンテナへの高周
波の間欠／連続印加を切り換える高周波電界制御手段
と、前記ソレノイド・コイルのうち前記ヘリコン波プラ
ズマの輸送に寄与するソレノイド・コイルに対する電流
の印加／遮断を時系列的に制御する磁界制御手段と前記
プラズマ生成チャンバに接続される真空容器であって、
その内部に収容した基板に対し、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を備えた
ものである。

【００１１】ヘリコン波プラズマ装置に関しては、プラ
ズマ生成チャンバをその軸を中心として同心的に配置さ
れた内周側ソレノイド・コイルと外周側ソレノイド・コ
イルとで二重に包囲した装置構成が従来より知られてお
り、本発明においてもかかる構成を採用することができ
る。一般的には内周側ソレノイド・コイルが主としてヘ
リコン波の伝搬、また外周側ソレノイド・コイルが主と
してヘリコン波プラズマの輸送に寄与しているため、こ
のような場合には外周側ソレノイド・コイルへの電流の
印加／遮断を時系列的に制御する。これにより、プラズ
マ生成チャンバから拡散チャンバへのヘリコン波プラズ
マの輸送が時系列的に制御される。

【００１２】一方、内周側ソレノイド・コイルには電流
を常時印加した状態としておく。したがって、ヘリコン
波プラズマの生成そのものは、高周波アンテナへの高周
波の印加方式にのみ依存することとなる。つまり、ヘリ
コン波プラズマは高周波が印加されている間のみ生成可
能とされる。

【００１３】ここで、「時系列的」と「間欠的」とを明
瞭に区別する科学的根拠は特に無いが、本明細書中では
便宜上、ある状態から他の状態への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」、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。本発明において高周波アンテナへの高
周波印加を間欠的に行う場合には、高周波印加系統にお
いて高周波アンテナと高周波電源との間にパルス生成回
路を挿入すれば良い。

【００１４】ヘリコン波プラズマは、高周波の印加期間
中のみ放電励起される。一般に、放電時間とガスの解離
状態との間には相関関係があり、構成原子数が多い化学
種ほど短時間の放電で生成し、その後放電時間が長くな
るにしたがって構成原子数の少ない化学種が多く生成す
るようになる。また、高周波の遮断期間中には、生成し
た化学種の一部が再結合やプラズマ装置の壁材との反応
により消失する。したがって、パルス生成回路における
パルス長やデューティ比は、これらの事情を考慮した上
で、十分な量の成膜種を生成させ、かつ原料ガスや膜形
成前駆体の過剰な解離を抑えるように最適化する必要が
ある。

【００１５】一方、本発明のプラズマＣＶＤ方法は、上
述のプラズマ装置を用い、前記プラズマ生成チャンバ内
に間欠的または連続的に励起されると共に前記拡散チャ
ンバ内へ時系列的に輸送されるヘリコン波プラズマを利
用して前記基板上に所定の薄膜を成膜するものである。
この方法によると、ヘリコン波プラズマの間欠／連続励
起と時系列輸送との組み合わせにより、次の４種類のモ
ードが成立可能である。すなわち、（ａ）プラズマ生成チャンバ内にヘリコン波プラズマが
励起されているが、拡散チャンバへは輸送されていない
モード（ｂ）プラズマ生成チャンバ内にヘリコン波プラズマが
励起されておらず、かつ拡散チャンバへも輸送されてい
ないモード（ｃ）プラズマ生成チャンバ内にヘリコン波プラズマが
励起されており、かつ拡散チャンバへも輸送されている
モード（ｄ）プラズマ生成チャンバ内にヘリコン波プラズマが
励起されていないが、拡散チャンバへは輸送されている
モードである。ヘリコン波プラズマが間欠励起される場合に
は、以上の４種類のモードがすべて成立し、プラズマ輸
送が起こる場合には（ａ）と（ｂ）、起こらない場合に
は（ｃ）と（ｄ）の各モードが高速に切り替わる。ま
た、ヘリコン波プラズマが連続励起される場合には、
（ａ）と（ｃ）のモードのみが成立し、この両者が時系
列的に切り替わる。

【００１６】本発明では、成膜途中でこれらのモードを
適宜切り換えることにより、基板近傍におけるプラズマ
密度を自在に制御することができる。一例として、前記
薄膜の成膜初期に前記高周波アンテナへ高周波を間欠印
加し、成膜後期に連続印加すれば、同じプラズマ輸送状
態下で比較した場合、成膜初期にはプラズマ密度を比較
的低く、また成膜後期には比較的高く変化させることが
できる。

【００１７】また、一例として成膜初期に前記ヘリコン
波プラズマの輸送に寄与するソレノイド・コイルに対し
て電流を遮断し、成膜後期に印加すれば、同じプラズマ
励起状態下で比較した場合、成膜初期にはプラズマ密度
を比較的低く、成膜後期には比較的高く変化させること
ができる。

【００１８】本発明は、ＳｉＯ_x系薄膜を成膜するプロ
セスに適用して特に好適である。この場合、前記薄膜の
成膜初期には前記プラズマ処理のためのガスとして有機
シリコン系化合物ガス、成膜後期には無機シリコン系化
合物ガスをそれ用いると、成膜初期にはステップ・カバ
レージに優れるＳｉＯ_x膜、成膜後期には膜質に優れる
ＳｉＯ_x膜を形成することができる。

【００１９】さらに、上述の説明からも明らかなよう
に、本発明では基板近傍のプラズマ密度は高周波アンテ
ナへ高周波を間欠印加し、かつソレノイド・コイルへ電
流を遮断した場合に最も低くなる。したがって、成膜初
期にこの条件下で有機シリコン系化合物ガスを用いれ
ば、膜形成前駆体を過剰に解離させることなく、平坦化
特性および埋め込み特性に優れるＳｉＯ_x膜を成膜する
ことができる。

【００２０】これに対し、高周波アンテナへ高周波を連
続印加し、かつソレノイド・コイルヘ電流を印加すれ
ば、基板近傍のプラズマ密度は最も高くなる。したがっ
て、成膜初期にこの条件下で無機シリコン系化合物ガス
を用いれば、未解離成分の取り込みの極めて少ない緻密
な膜質を有するＳｉＯ_x膜を成膜することができる。

【００２１】

【作用】ヘリコン波プラズマは、ヘリコン波からランダ
ウ減衰の過程を通じたエネルギー輸送により電子を加速
し、この電子をガス分子に衝突させることにより高いイ
オン化率を得るタイプのプラズマである。したがって、
これを発生させるプラズマ装置内では元来、プラズマ生
成チャンバ内よりも拡散チャンバ側においてプラズマ密
度が高いという性質を有する。このため、従来のヘリコ
ン波プラズマ装置内でＴＥＯＳ等の有機シリコン化合物
系ガスを用いてＳｉＯ_x膜を成膜しようとしても、この
ガスあるいは膜形成前駆体の解離が過剰に進み、良好な
平坦化特性、良好埋め込み特性、良好な膜質のいずれも
期待できない可能性が高い。

【００２２】しかし、本発明のヘリコン波プラズマ装置
は、プラズマの励起と輸送を独立に制御できる機構を備
え、電子密度を適宜低減できる構成とされている。この
ため、基板近傍におけるプラズマ密度を、有機シリコン
系化合物ガスの解離に適した低密度から、残留成分の少
ない緻密なＳｉＯ_x膜を形成できる高密度まで、自在に
変化させることができる。しかもこの変化は、電気的操
作により瞬時に達成可能である。

【００２３】したがって、たとえば成膜初期に低密度の
ヘリコン波プラズマ中で有機シリコン系化合物ガスを解
離させてステップ・カバレージに優れたＳｉＯ_x膜を成
膜し、成膜後期には高密度のヘリコン波プラズマ中で無
機シリコン系化合物ガスを解離させて膜質に優れたＳｉ
Ｏ_x膜を成膜すれば、従来では両立困難であったこれら
各特性を同時に満足する絶縁膜を形成することが可能と
なる。

【００２４】しかも、ヘリコン波プラズマ装置は、プラ
ズマ・ソースがＥＣＲプラズマ装置に比べてコンパクト
であるため、拡散チャンバ内のパーティクル汚染が低減
できるというメリットも得られる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２６】実施例１本実施例では、本発明のヘリコン波プラズマＣＶＤ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。本装置は、ヘリコン波プラズマ生成部とヘリコ
ン波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、同じく上記チャンバ
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。

【００２８】上記ベルジャ１の構成材料は、ここでは石
英とした。

【００２９】上記ループ・アンテナ２には、周波数１
３．５６ＭＨｚのプラズマ励起用ＲＦ電源１３からパル
ス発生回路１５、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）１６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。この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。ここで、上
記プラズマ励起用ＲＦ電源１３からの高周波をパルス発
生回路１５を介してループ・アンテナ２に印加すると高
周波の間欠印加を行うことができるが、本装置ではこれ
を適宜連続印加に切り換えることも可能である。この切
り替えは、上記プラズマ励起用ＲＦ電源１３と上記パル
ス発生回路１５との間に設けられた切り換えスイッチ１
４で行われ、該パルス発生回路１５につながる端子ａが
選択されれば間欠印加、端子ｂが選択されれば連続印加
となる。

【００３０】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。このソレノイド・コイル３は、ＤＣ電源１８から電
流供給を受けるが、内周側ソレノイド・コイル３ａには
常時電流が印加されているのに対し、外周側ソレノイド
・コイル３ｂについてはスイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦ状
態により適宜電流が遮断できるようになされている。

【００３１】上記ベルジャ１はプロセス・チャンバ７に
接続され、主として上記の外周側ソレノイド・コイル３
ｂが形成する発散磁界に沿って該プロセス・チャンバ７
の内部へヘリコン波プラズマＰ_Hを引き出すようになさ
れている。上記プロセス・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。その側壁面および底面は、ステンレス
鋼等の導電性材料を用いて構成されている。特に、ウェ
ハ・ステージ９の対向面である天井部分は、ウェハ・バ
イアスに対する大面積のＤＣ接地電極として機能してい
る。

【００３２】天井部分からはガス供給管５，６が挿通さ
れ、ガス供給管５を通じて矢印Ｂ方向から供給されるガ
スをベルジャ１内に、またガス供給管６を通じて矢印Ｃ
方向から供給されるガスをウェハＷの近傍にそれぞれ供
給するようになされている。プロセス・チャンバ７の下
部側壁面は、ゲート・バルブ１３を介し、たとえば図示
されないロード・ロック室に接続されている。

【００３３】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２のマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）
１１を介してバイアス印加用ＲＦ電源１２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１２の周波数を１３．５６ＭＨｚとし
た。

【００３４】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
０が内蔵されている。

【００３５】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４が配設されている。なお、この
永久磁石４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。

【００３６】かかる構成を有するヘリコン波プラズマＣ
ＶＤ装置において、ベルジャ１内に低密度のヘリコン波
プラズマＰ_Hを生成させたい場合には、図１に示される
ようにスイッチ１４の端子ａを選択し、プラズマ励起用
ＲＦ電源１３の高周波をパルス発生回路１５を介してル
ープ・アンテナ２に印加する。一方、高密度のヘリコン
波プラズマＰ_Hを生成させたい場合には、図２に示され
るようにスイッチ１４の端子ｂを選択し、高周波を直接
にループ・アンテナ２に印加する。

【００３７】また、上記ベルジャ１内に生成したヘリコ
ン波プラズマＰ_Hを余りウェハＷ近傍に輸送したくない
場合には、図１に示されるようにスイッチ１７をＯＦＦ
とし、ＤＣ電源１８から外周側ソレノイド・コイル３ｂ
への電流供給を遮断する。逆に大量に輸送したい場合に
は、図２に示されるようにＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７を
ＯＮとし、ＤＣ電源１８の電流を外周側ソレノイド・コ
イル３ｂへ印加する。

【００３８】実施例２本実施例では、Ｈ₂Ｏ−ＴＥＯＳ系による低密度プラズ
マを用いたＳｉＯ_x膜の成膜初期段階と、ＳｉＨ₄／Ｏ
₂系による高密度プラズマを用いたＳｉＯ_x膜の成膜後
期段階とを組み合わせることにより、Ａｌ系積層配線パ
ターンの配線間スペースを良好なステップ・カバレージ
および膜質を有するＳｉＯ_x膜で埋め込んだ。

【００３９】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２０上に積層されたＳ
ｉＯ_x層間絶縁膜２１上に、所定のＡｌ系配線パターン
２４が形成されたものである。ここで、上記Ａｌ系配線
パターン２４は、たとえばＴｉ／ＴｉＮ積層膜からなる
バリヤメタル２２とＡｌ−１％Ｓｉ膜２３とが積層され
たものである。上記Ａｌ系配線パターン２４の線幅、お
よび配線間スペース幅は約０．２５μｍである。

【００４０】このウェハを上述のヘリコン波プラズマＣ
ＶＤ装置のウェハ・ステージ９上にセットし、図１に示
されるように、切り換えスイッチ１４の端子ａを選択す
ると共に、ＯＮ／ＯＦＦ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。〔成膜初期段階〕Ｏ₂流量（ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＴＥＯＳ流量（ガス供給管６）２０ＳＣＣＭＨ₂Ｏ流量（ガス供給管６）５０ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａソース・パワー８００Ｗ（プラズマ励起用ＲＦ電源１３）パルス幅（パルス発生回路１５）３０ μｓｅｃ（デ
ューティ比＝１）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（バイアス印加用ＲＦ電源１２）成膜温度１５０℃

【００４１】この成膜初期段階では、ループ・アンテナ
２へのソース・パワー印加を間欠的に行ったこと、およ
び入力パワーの絶対値を８００Ｗ程度に抑えたことによ
り、プラズマ密度を１０⁹オーダーに低く抑えることが
できた。また、外周側ソレノイド・コイル３ｂによる磁
場が形成されないため、ベルジャ内１に生成したヘリコ
ン波プラズマＰ_Hは、拡散チャンバ７側へそれほど多く
は輸送されない。さらに、ウェハ・ステージ９に印加さ
れているＲＦバイアス・パワーの効果により膜堆積反応
とイオン入射による膜除去反応が競合する。これらの効
果が相まって、図４に示されるように、流動性を持つ膜
形成前駆体を経て良好な平坦化特性を有する第１のＳｉ
Ｏ_x層間絶縁膜２５が成膜された。

【００４２】次に、この第１のＳｉＯ_x層間絶縁膜２５
上に緻密な膜質を有する第２のＳｉＯ_x層間絶縁膜２６
を積層するため、図２に示されるように、切り換えスイ
ッチ１４の端子ｂを選択すると共に、ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチ１７をＯＮとした。この状態で、一例として下記の
条件により成膜を行った。〔成膜後期段階〕Ｏ₂流量（ガス供給管５）５０ＳＣＣＭＳｉＨ₄流量（ガス供給管６）２０ＳＣＣＭガス圧０．１３Ｐａソース・パワー２５００Ｗ（プラズマ励起用ＲＦ電源１３）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（バイアス印加用ＲＦ電源１２）成膜温度１５０ ℃

【００４３】この成膜後期段階では、ループ・アンテナ
２へのソース・パワー印加を連続的に行い、かつ入力パ
ワーの絶対値を２５００Ｗに高めてプラズマ密度を上昇
させたこと、さらに無機シリコン化合物系の原料ガスを
用いたこと等の効果により、図５に示されるように、緻
密な膜質を有する第２のＳｉＯ_x層間絶縁膜２６が成膜
された。

【００４４】以上の２段階の成膜により、最終的には第
１のＳｉＯ_x層間絶縁膜２５と第２のＳｉＯ_x層間絶縁
膜２６の各々の長所を併せ持つ、積層型ＳｉＯ_x層間絶
縁膜２７が得られた。

【００４５】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
ものではない。たとえば近年、ＳｉＯ_x膜にＦを若干含
有させると誘電率を低下できることが知られているが、
これを達成するために、実施例２の成膜初期段階におい
てＣ₂Ｆ₆等のフルオロカーボン系ガス２０ＳＣＣＭ
を、ガス供給管５を通じて添加しても良い。

【００４６】この他、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置の
構成、サンプル・ウェハの構成、ＣＶＤ条件等の細目は
適宜変更可能である。

【００４７】

【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、従来は極めて両立困難であったＳｉＯ
_x膜の良好なステップ・カバレージと膜質とを同時に満
足させることが可能となる。かかるＳｉＯ_x膜は、半導
体デバイス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ための絶
縁膜として用いるに極めて好適であり、半導体デバイス
の信頼性や歩留りを大幅に向上させる上で多大な貢献を
なすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したヘリコン波プラズマＣＶＤ装
置の一構成例において、ループ・アンテナへ高周波を間
欠印加すると共に外周側ソレノイド・コイルへの電流供
給を遮断し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、ループ・
アンテナへ高周波を連続印加すると共に外周側ソレノイ
ド・コイルへの電流供給を行った状態を示す模式的断面
図である。

【図３】本発明をＡｌ系配線パターンを被覆するＳｉＯ
_x層間絶縁膜の形成に適用したプロセスにおいて、Ｓｉ
Ｏ_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４】図３のＡｌ系配線パターンの配線間スペースが
ステップ・カバレージに優れる第１の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５】図４のＳｉＯ_x層間絶縁膜の上に膜質に優れる
第２のＳｉＯ_x層間絶縁膜を積層した状態を示す模式的
断面図である。

【図６】従来のＳｉＯ_x膜のプラズマＣＶＤ方法におい
て、アスペクト比の高い配線間スペースがＳｉＯ_x膜で
良好に埋め込まれず、鬆が生じ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４永久磁石５，６ガス導入管７拡散チャンバ９ウェハ・ステージ１２バイアス印加用ＲＦ電源１３プラズマ励起用ＲＦ電源１４切り換えスイッチ１５パルス発生回路１８ＤＣ電源１９ＯＮ／ＯＦＦスイッチＷウェハＰ_H ヘリコン波プラズマ２４Ａｌ系配線パターン２５第１のＳｉＯ_x層間絶縁膜２６第２のＳｉＯ_x層間絶縁膜２７積層型ＳｉＯ_x層間絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周を高周波アンテナと少なくとも２つ
のソレノイド・コイルとにより周回され、内部にヘリコ
ン波プラズマが生成されるようになされたプラズマ生成
チャンバと、前記高周波アンテナへの高周波の間欠／連続印加を切り
換える高周波電界制御手段と、前記ソレノイド・コイルのうち前記ヘリコン波プラズマ
の輸送に寄与するソレノイド・コイルに対する電流の印
加／遮断を時系列的に制御する磁界制御手段と、前記プラズマ生成チャンバに接続される真空容器であっ
て、その内部に収容した基板に対し、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を
備えたヘリコン波プラズマ装置。
【請求項２】請求項１記載のヘリコン波プラズマ装置
を用い、前記プラズマ生成チャンバ内に間欠的または連
続的に励起されると共に前記拡散チャンバ内へ時系列的
に輸送されるヘリコン波プラズマを利用して前記基板上
に所定の薄膜を成膜することを特徴とするプラズマＣＶ
Ｄ方法。
【請求項３】前記薄膜の成膜初期には前記高周波アン
テナへ高周波を間欠印加し、成膜後期には連続印加する
ことを特徴とする請求項２記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項４】前記薄膜の成膜初期には前記ヘリコン波
プラズマの輸送に寄与するソレノイド・コイルへの電流
を遮断し、成膜後期には印加することを特徴とする請求
項２または請求項３に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項５】前記薄膜の成膜初期には前記プラズマ処
理のためのガスとして有機シリコン系化合物のガス、成
膜後期には無機シリコン系化合物のガスをそれぞれ用
い、該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２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。