JPH08260152A - プラズマｃｖｄ法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジクロールシランを用いたプラズマＣＶＤ法
において、プロセス中に付着する塩化物（中間生成物）
の量を最小限にして成膜を行うこと。 【構成】 ジクロールシランを用いたプラズマＣＶＤ法
において、反応炉１の壁面温度を１５０〜１８０℃に保
ってプラズマ処理を行う。また反応炉内側に反応炉内壁
とは所定の距離を隔てて交換可能に石英筒体５５を配置
し、その石英筒体５５の温度が１５０〜１８０℃の温度
になるように温度調節してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法およ
び装置に関し、特にジクロールシランを用いたプラズマ
ＣＶＤ法において中間生成物が反応炉内壁に付着するこ
とを防止したプラズマＣＶＤ法および装置に関わるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を図４
に示す。図４に示したプラズマＣＶＤ装置は最もコンベ
ンショナルなプラズマＣＶＤ装置である。ここでは、Ｓ
ｉＯ2膜をウエハ上に成膜することを例にとって説明す
る。

【０００３】プラズマＣＶＤ装置は、反応炉本体１と上
蓋３と下蓋５とにより構成された密閉構造の反応チャン
バ７を有している。

【０００４】反応チャンバ７内には平行平板型の電極板
９と１１とが上下に対向配置されている。下側の電極板
１１上にはＳｉＯ2 膜を形成するワークであるウエハＷ
が載置されている。下側の電極板１１は、回転装置１３
により回転駆動され、アース接続されている。

【０００５】電極板１１の下方にはヒータ電源１５によ
る電力供給により発熱するヒータブロック１７が配置さ
れており、ヒータブロック１７は電極板１１上のウエハ
Ｗの加熱を行う。この加熱温度は温度計１９により検出
される。

【０００６】上側の電極板９は、マッチングボックス２
１を介して高周波電源２３に接続され、高周波電源２３
より高周波の電力を与えられる。

【０００７】下蓋５には、背圧真空引き用高真空排気系
２５と、供給ガス排気用低真空排気系２７とが接続され
ている。

【０００８】背圧真空引き用高真空排気系２５は、ター
ボ分子ポンプなどによる高真空用の排気装置２９と、排
気オン／オフ切換弁３１とを有している。

【０００９】供給ガス排気用低真空排気系２７は、ロー
タリーポンプやドライポンプ、メカニカルブースタポン
プ等による比較的低真空用の排気装置３３と、チャンバ
内圧力を一定に保持するためのスロットルバルブ３５
と、排気オン／オフ切換弁３７とを有している。

【００１０】上蓋３にはガス供給用配管３９と４１とが
接続されている。

【００１１】ガス供給用配管３９は、ジクロールシラン
（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガス用の配管であり、ジクロールシ
ランガス供給源４３と、ジクロールシランガス供給のオ
ン／オフ切換弁４５とを有している。

【００１２】ガス供給用配管４１は、酸素（Ｏ2 ）ガス
用の配管であり、酸素ガス供給源４７と、酸素ガス供給
のオン／オフ切換弁４９とを有している。

【００１３】反応炉本体１にはウエハＷのロード／アン
ロード用のポート５１が設けられており、開閉弁５３の
開閉によりウエハＷのロード／アンロードが行われる。

【００１４】つぎに上述の構成によるプラズマＣＶＤ装
置を使用してウエハ上にＳｉＯ2 膜を成膜する稼働状態
を説明する。

【００１５】まず開閉弁５３を開き、ワークであるウエ
ハＷをロード／アンロード用ポート５１から複数枚ある
いは１枚、反応チャンバ７内の下側の電極板１１上に載
置する。

【００１６】次に高真空排気系２５の排気オン／オフ切
換弁３１を開いて、高真空用の排気装置２９により反応
チャンバ７内を１０-6Ｔｏｒｒ程度の真空度まで真空引
きする。チャンバ内圧力は、図示されていない真空スイ
ッチまたは電離真空計などによって確認される。同時に
ヒータ電源１５による電力でヒータブロック１７を発熱
動作させ、所定温度まで電極板１１と共に電極板１１上
のウエハＷを加熱する。このウエハ加熱温度は温度計１
９により随時確認され、通常３００〜４００℃の加熱を
行う。

【００１７】また電極板１１の加熱温度の均一性を確保
するため、回転装置１３によって電極板１１を回転させ
る。

【００１８】上述のプロセスが終了すると、オン／オフ
切換弁４５を開いてガス供給用配管３９によってジクロ
ールシランガスを反応チャンバ７内に供給し、次にオン
／オフ切換弁４９を開いてガス供給用配管４１より酸素
ガスを反応チャンバ７内に供給する。この時の反応チャ
ンバ７内の排気は、低真空排気系２７を使用して行う。
具体的には、排気は排気オン／オフ切換弁３７を開いて
排気装置３３により行う。最終的な圧力調整は、開度を
自由に調整可能なスロットルバルブ３５により行う。

【００１９】通常のガス供給量はトータルで、数１００
ＳｃｃＭ程度で、圧力としては０．１Ｔｏｒｒから数Ｔ
ｏｒｒのオーダとなる。

【００２０】以上のようにしてジクロールシランガスと
酸素ガスを所定の流量比で供給し、反応チャンバ７内が
所定の圧力に調整されたところで、高周波電源２３をオ
ンし、マッチングボックス２１を介して高周波電力を電
極９に供給する。この電力は数１００Ｗ程度が一般的で
ある。マッチングボックス２１は、予め調整され、高周
波電源２３への反射電力を零〜最低限に抑制する。

【００２１】これにより２枚の電極板９と１１との間に
はプラズマｐが形成される。このプラズマｐ内でジクロ
ールシランと酸素のガスが分解／合成され、ウエハＷ上
にＳｉＯ2 膜が形成される。ジクロールシランはＣｌを
含んでいるため、ＳｉＣｌ系の中間生成物（塩化物）が
電極板９、１１および反応チャンバ７の内壁部に付着す
る。

【００２２】最後に上記のプロセスが一通り終了する
と、オン／オフ切換弁４５、４９を閉じ、高真空排気系
２５によって反応チャンバ７内を高真空まで排気し、図
示していないパージ手段によりパージする。この後に処
理後のウエハＷを反応チャンバ７外に取り出す。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ジクロ
ールシランはＣｌを含んでいるため、ＳｉＣｌ系の中間
生成物が電極板９、１１および反応チャンバ７の内壁部
に付着し、これらの中間生成物は、プロセス中にウエハ
Ｗ上にも付着して膜質の劣化を招く。また反応チャンバ
７を大気開放したときに、ＳｉＣｌ系の中間生成物は空
気中の水分と反応してＨＣｌを生成する。

【００２４】このため、従来のプラズマＣＶＤ法では、
下記の問題点がある。

【００２５】ａ）プロセス中に付着する塩化物の除去の
為、厚い膜を堆積させる際には、一旦、プラズマＣＶＤ
装置の作動を停止し、掃除を行った後に再度、プラズマ
ＣＶＤ装置を稼働させなくてはならない。そのため見掛
けの成膜速度が非常に遅いものになる。

【００２６】ｂ）プロセス中に付着する塩化物の除去の
為、ロードロック室を備えた連続運転可能な装置におい
ても数μｍの厚さの膜を堆積させた後は、プラズマＣＶ
Ｄ装置の作動を停止させて掃除を行わねばならず、プラ
ズマＣＶＤ装置の稼働率が著しく低下する。

【００２７】ｃ）プロセス中に付着する塩化物の除去の
為、反応チャンバを大気開放すると、塩化物が空気中の
水分と反応してＨＣｌを発生し、作業環境を悪化する。

【００２８】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、ジクロールシランを用いたプラズマ
ＣＶＤ法において、プロセス中に付着する塩化物（中間
生成物）の量を最小限にして成膜を行い、また塩化物の
除去作業のためにプラズマＣＶＤ装置の稼働率を低下さ
せることがないプラズマＣＶＤ法および装置を提供する
ことを目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１によるプラズマＣＶＤ法は、ジクロール
シランを用いたプラズマＣＶＤ法において、反応炉の壁
面温度を１５０〜１８０℃に保ってプラズマ処理を行う
ことを特徴としている。

【００３０】上述の目的を達成するために、請求項２に
よるプラズマＣＶＤ法は、ジクロールシランを用いたプ
ラズマＣＶＤ法において、反応炉内側に反応炉内壁とは
所定の距離を隔てて交換可能に石英筒体を配置し、その
石英筒体の温度が１５０〜１８０℃の温度になるように
温度調節を行いつつプラズマ処理を行うことを特徴とし
ている。

【００３１】また上述の目的を達成するために、請求項
３によるプラズマＣＶＤ装置は、反応炉内に反応炉内壁
とは所定の距離を隔てて交換可能に配置された石英筒体
と、前記石英筒体の温度を調節する温度調節手段を有し
ていることを特徴としている。

【００３２】

【作用】請求項１によるプラズマＣＶＤ法では、反応炉
の壁面温度を１５０〜１８０℃に保つことで、塩化物の
付着量を最小限に抑制する。

【００３３】請求項２によるプラズマＣＶＤ法では、反
応炉内に反応炉内壁とは所定の距離を隔てて交換可能に
石英筒体が配置されていることで、反応炉内壁に塩化物
が付着することがなく、その石英筒体の温度を１５０〜
１８０℃に保つことで、石英筒体に対する塩化物の付着
量を最小限に抑制する。

【００３４】請求項３によるプラズマＣＶＤ装置では、
反応炉内に石英筒体が交換可能に配置されていること
で、反応炉内壁に塩化物が付着することがなく、石英筒
体の交換によって反応炉における塩化物の除去作業が行
われる。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００３６】図１は本発明によるプラズマＣＶＤ法の実
施に使用するプラズマＣＶＤ装置の一実施例を示してい
る。なお、本発明の実施例において、上述の図４による
従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号
と同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３７】反応炉本体１は円筒体に構成され、反応チ
ャンバ７は円柱状空間をなしている。

【００３８】反応チャンバ７内には円環状の石英筒体５
５が反応炉内壁５７とは所定の距離を隔てて交換可能に
配置されている。

【００３９】石英筒体５５は、反応炉本体１の高さ寸法
に同等の高さ寸法を有して上蓋３と下蓋５との間に延在
し、反応炉本体１の内壁全体を覆って反応炉本体１との
間に温度調整媒体通路５９を画定している。

【００４０】石英筒体５５にはポート５１と整合する開
口６１が形成されている。

【００４１】反応炉本体１には冷却ガス供給用配管６３
が接続されている。冷却ガス供給用配管６３は、アルゴ
ン（Ａｒ）のように成膜に全く寄与しない不活性ガスを
冷却ガスとして温度調整媒体通路５９に供給するもので
あり、不活性ガス供給源６５と、流量制御弁６７と、オ
ン／オフ切換弁６９とを有している。

【００４２】石英筒体５５の温度を検出する温度センサ
７１が設けられており、温度センサ７１は検出信号を温
度制御装置７３へ出力する。温度制御装置７３は温度セ
ンサ７１により検出された石英筒体５５の温度に基づい
て石英筒体５５の温度が１５０〜１８０℃に保たれるよ
うに、流量制御弁６７の開口度を制御する。

【００４３】下蓋５には冷却ガス排気系７５が接続され
ている。冷却ガス排気系７５は、ロータリーポンプ等に
よる排気装置７７と、排気オン／オフ切換弁７９とを有
している。

【００４４】またこの実施例では、ガス供給用配管３９
と４１の各々に流量制御弁８１、８３が設けられてい
る。

【００４５】本発明によるプラズマＣＶＤ法において
は、ウエハＷを複数枚あるいは１枚、反応チャンバ７内
の下側の電極板１１上に載置し、高真空用の排気装置２
９により反応チャンバ７内を１０-6Ｔｏｒｒ程度の真空
度まで真空引きし、ヒータブロック１７によって電極板
１１と共に電極板１１上のウエハＷを３００〜４００℃
程度に加熱し、回転装置１３によって電極板１１を回転
させる。

【００４６】次にガス供給用配管３９によってジクロー
ルシランガスを反応チャンバ７内に供給すると共に、ガ
ス供給用配管４１より酸素ガスを反応チャンバ７内に供
給し、排気装置３３によって排気を行う。

【００４７】以上のようにしてジクロールシランガスと
酸素ガスを反応チャンバ７内に所定の流量比で供給し、
反応チャンバ７内が所定の圧力に調整されたところで、
高周波電源２３をオンし、マッチングボックス２１を介
して高周波電力を電極９に供給する。

【００４８】これにより２枚の電極板９と１１との間に
はプラズマｐが形成される。このプラズマｐ内でジクロ
ールシランと酸素のガスが分解／合成され、ウエハＷ上
にＳｉＯ2 膜が形成される。

【００４９】この場合、中間生成物である塩化物は石英
筒体５５の内面に付着し、反応炉内壁５５に塩化物が付
着することは殆どない。

【００５０】この成膜プロセスにおいては、排気オン／
オフ切換弁７９を開いて冷却ガス排気系７５の排気装置
７７により温度調整媒体通路５９の排気を行うと共に、
冷却ガス供給用配管６３のオン／オフ切換弁６９を開
き、流量制御弁６７により流量を計量しつつ不活性ガス
を冷却ガスとして温度調整媒体通路５９に供給し、温度
センサ７１により検出される石英筒体５５の温度に基づ
いて温度制御装置７３によって流量制御弁６７の開口度
をフィードバック制御する。

【００５１】これにより石英筒体５５が冷却され、石英
筒体５５の温度が１５０〜１８０℃に保たれる。

【００５２】この石英筒体５５の冷却は、石英筒体５５
の温度が１５０〜１８０℃以上に上昇する場合に行われ
るものであり、逆に石英筒体５５の温度が１５０〜１８
０℃に達しない場合には、ヒータ等によって石英筒体５
５を加熱するか、温度調整媒体通路５５に加熱された不
活性ガスを供給しなくてはならない。

【００５３】このようにすることで、石英筒体５５の温
度が１５０〜１８０℃に保たれ、石英筒体５５に付着す
る中間生成物の量が低減する。

【００５４】図２は１０μｍ成膜した場合の中間生成物
の温度依存性を、また図３は１００μｍ成膜した場合の
中間生成物の温度依存性を各々示している。これらのグ
ラフより、１５０〜１８０℃の範囲で中間生成物の生成
量が激減することが解る。

【００５５】本発明によれば、１０μｍ成膜の場合には
膜質の劣化は一向に生じることはなく、１００μｍの成
膜でも膜質の劣化が僅かであり、１００μｍの成膜で
も、石英筒体５５を交換する必要がないことが解った。

【００５６】反応チャンバ７にて生じた中間生成物の除
去は、石英筒体５５を交換することで、素早く完了す
る。これにより中間生成物の除去作業のためにプラズマ
ＣＶＤ装置の稼働率が低下することがない。

【００５７】上述の実施例では、反応チャンバ７内に石
英筒体５５を交換可能に配置し、この石英筒体５５の内
面に中間生成物が付着するようにして、該石英筒体５５
を交換するようにした例を示したが、本発明の要旨は、
反応ガスとしてジクロールシランを用いた場合に、反応
チャンバ内壁の温度を１５０〜１８０℃に温度管理して
中間生成物の付着を最少限に抑えることにある。

【００５８】それ故にプラズマ生成・基板加熱により内
壁の温度が上昇しない場合には、内壁を加熱しなくては
ならないし、温度の低い箇所は、上記温度になるよう調
整しなくてはならない。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１によるプラズマＣＶＤ法では、反応炉の壁面温度を１
５０〜１８０℃に保つことで、中間生成物の付着量を最
小限に抑制すことができ、定期的な中間生成物の除去作
業間隔を従来に比して長くできる。

【００６０】請求項２、３によるプラズマＣＶＤ法およ
び装置では、反応炉内に反応炉内壁とは所定の距離を隔
てて交換可能に石英筒体が配置されていることで、反応
炉内壁に塩化物が付着することがなく、その石英筒体の
温度を１５０〜１８０℃に保つことで、石英筒体に対す
る塩化物の付着量を最小限に抑制でき、石英筒体の交換
によって反応炉における塩化物の除去作業が行われるか
ら、中間生成物の除去作業のためにプラズマＣＶＤ装置
の稼働率が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマＣＶＤ装置の一実施例を
示す断面図である。

【図２】１０μｍ成膜した場合の中間生成物の温度依存
性を示すグラフである。

【図３】１００μｍ成膜した場合の中間生成物の温度依
存性を示すグラフである。

【図４】従来の一般的なプラズマＣＶＤ装置を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 反応炉本体 ７ 反応チャンバ ９、１１ 電極板 １７ ヒータブロック ２３ 高周波電源 ２５ 背圧真空引き用高真空排気系 ２７ 供給ガス排気用低真空排気系 ３９ ジクロールシランガスのガス供給用配管 ４１ 酸素ガスのガス供給用配管 ５５ 石英筒体 ５９ 温度調整媒体通路 ６３ 冷却ガス供給用配管 ７１ 温度センサ ７３ 温度制御装置 ７５ 冷却ガス排気系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジクロールシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）を
   用いたプラズマＣＶＤ法において、反応炉の壁面温度を
   １５０〜１８０℃に保ってプラズマ処理を行うことを特
   徴とするプラズマＣＶＤ法。
2. 【請求項２】 ジクロールシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）を
   用いたプラズマＣＶＤ法において、反応炉内に反応炉内
   壁とは所定の距離を隔てて交換可能に石英筒体を配置
   し、その石英筒体の温度が１５０〜１８０℃の温度にな
   るように温度調節を行いつつプラズマ処理を行うことを
   特徴とするプラズマＣＶＤ法。
3. 【請求項３】 反応炉内に反応炉内壁とは所定の距離を
   隔てて交換可能に配置された石英筒体と、前記石英筒体
   の温度を調節する温度調節手段を有していることを特徴
   とするプラズマＣＶＤ装置。