JPH08264518A - 誘導結合プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜質、膜厚について均一性に優れた成膜を行
い、しかも装置の小型化を可能にする誘導結合プラズマ
ＣＶＤ装置を提供すること。 【構成】 一方のガス噴出ノズル６７を反応チャンバ７
内の誘電体窓１９近傍に配置し、他方のガス噴出ノズル
６９を反応チャンバ７内のステージ９の近傍に配置し、
このガス噴出ノズル６９の噴孔７１を誘電体窓１９の側
へ向けて開口し、反応ガスがステージ９へ向けて直接に
吹き付けられないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製造
等に使用されるプラズマＣＶＤ装置に関し、特に誘導結
合プラズマ（ＩＣＰ）ＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＩＣＰ・ＣＶＤ装置の一例を図２
に示す。ここでは、ＳｉＯ2 膜をウエハ上に成膜するこ
とを例にとって説明する。

【０００３】ＩＣＰ・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ＳｉＯ2 膜を形成す
るワークであるウエハＷを載置される円盤状のステージ
９が水平に配置されている。ステージ９は回転装置１１
により回転駆動される。

【０００５】ステージ９の下方にはヒータ電源１３によ
る電力供給により発熱するヒータブロック１５が配置さ
れており、ヒータブロック１５はステージ９上のウエハ
Ｗの加熱を行う。この加熱温度は温度計１７により検出
される。

【０００６】上蓋３には石英ガラスによりシールドされ
た円形の誘電体窓１９がステージ９と同心に対向して設
けられている。誘電体窓１９の外面部には反応チャンバ
７内に高周波電圧を印加するためのリング状のアンテナ
２１が装着されている。

【０００７】アンテナ２１は、誘電体窓１９の外周縁部
に沿って装着され、マッチングボックス２３を介して高
周波電源２５に接続され、高周波電源２５より高周波を
与えられる。

【０００８】下蓋５には、背圧真空引き用高真空排気系
２７と、供給ガス排気用低真空排気系２９とが接続され
ている。

【０００９】背圧真空引き用高真空排気系２７は、ター
ボ分子ポンプなどによる高真空用の排気装置３１と、排
気オン／オフ切換弁３３とを有している。

【００１０】供給ガス排気用低真空排気系２９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３５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３７
と、排気オン／オフ切換弁３９とを有している。

【００１１】反応チャンバ７内にはリング状の上側ガス
噴出ノズル４１と下側ガス噴出ノズル４３とが上下間隔
をおいて固定配置されており、その各々にガス供給用配
管４５、４７が接続されている。上側ガス噴出ノズル４
１と下側ガス噴出ノズル４３は、各々下向きの噴孔４
９、５１を有し、下向き、即ちステージ９へ向けてガス
を噴出する。

【００１２】ガス供給用配管４５は、酸素（Ｏ2 ）ガス
用の配管であり、酸素ガス供給源５３と、酸素ガス供給
のオン／オフ切換弁５５とを有している。

【００１３】ガス供給用配管４７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５７と、ジクロールシランガス供給のオ
ン／オフ切換弁５９とを有している。

【００１４】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。

【００１５】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６１が設けられており、開閉弁６３の
開閉によりウエハＷのロード／アンロードが行われる。

【００１６】つぎに上述の構成によるＩＣＰ・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。

【００１７】高真空排気系２７の排気オン／オフ切換弁
３３を開いて、高真空用の排気装置３１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。これと同時にヒータ電源１３による電力でヒータブ
ロック１５を発熱動作させ、所定温度までステージ９と
共にステージ９上のウエハＷを加熱する。このウエハの
加熱温度は温度計１９により随時確認され、通常３００
〜４００℃の加熱を行う。

【００１８】またステージ９の加熱温度の均一性および
膜厚の均一性を確保するため、回転装置１１によってス
テージ９を回転させる。

【００１９】上述のプロセスが終了すると、オン／オフ
切換弁５９を開いて下側ガス噴出ノズル４３の噴孔５１
よりジクロールシランガスを反応チャンバ７内に噴出
し、次にオン／オフ切換弁５５を開いて上側ガス噴出ノ
ズル４１の噴孔４９より酸素ガスを反応チャンバ７内に
噴出する。この場合の通常のガス供給量はトータルで、
数１００ＳｃｃＭ程度であってよい。

【００２０】また排気オン／オフ切換弁３９を開き、ス
ロットルバルブ３７によって排気量を調節しながら排気
装置３５により排気を行う。

【００２１】これらの制御により反応チャンバ７内の圧
力は、０．１Ｔｏｒｒから数Ｔｏｒｒのオーダに設定さ
れる。

【００２２】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２５をオ
ンし、マッチングボックス２３を介して高周波電力をア
ンテナに供給する。この電力は１ＫＷ程度が一般的であ
る。マッチングボックス２３は、予め調整され、高周波
電源２５への反射電力を零〜最低限に抑制する。

【００２３】これにより誘電体窓１９部分にて誘電結合
作用が得られ、反応チャンバ７内のジクロールシランと
酸素ガスが分解し、プラズマｐが形成される。このプラ
ズマｐによってスデージ９上のウエハＷ上にＳｉＯ2 膜
が形成される。

【００２４】最後に上記のプロセスが一通り終了する
と、高周波電源２５をオフし、さらにオン／オフ切換弁
５５、５９を閉じ、高真空排気系２７により高真空まで
排気する。この後、図示していないパージ手段によりパ
ージを行い、処理後のウエハをチャンバ外に取り出す。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のＩ
ＣＰ・ＣＶＤ装置は下記の問題点を有している。

【００２６】ａ）ジクロールシランガスのノズル４３と
ステージ９との間隔をある程度保たなければならないた
めに、ステージ９とアンテナ２１との距離が大きくな
り、装置全体が大きなものとなる。

【００２７】ｂ）ジクロールシランガスをプラズマから
遠ざける方向に流すために、ジクロールシランガスがプ
ラズマに曝されづらくなり、分解が促進されず、膜質が
悪い。

【００２８】ｃ）ジクロールシランガスをステージ９の
側に流すために、ウエハＷにおいてノズル４３に近い部
分で成膜速度が大きくなり、不均一な膜厚の酸化膜とな
る。

【００２９】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、膜質、膜厚について均一性に優れた
成膜を行い、しかも装置の小型化を可能にする誘導結合
プラズマＣＶＤ装置を提供することを目的としている。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るために、本発明の請求項１による誘導結合プラズマＣ
ＶＤ装置は、反応チャンバと、前記反応チャンバ内に配
置されてワークを支持するステージと、前記反応チャン
バの壁面部のうち前記ステージと対向する壁面部に設け
られた誘電体窓と、前記反応チャンバ内に反応ガスを供
給する少なくとも二つのガス供給系と、前記誘電体窓に
接して設けられたアンテナと、前記アンテナに高周波電
力を供給する高周波電源と、前記反応チャンバ内を排気
するための排気系とを有する誘導結合プラズマＣＶＤ装
置において、前記二つのガス供給系のうち一方のガス供
給系はガス噴出ノズルを前記反応チャンバ内の前記誘電
体窓近傍に有し、他方のガス供給系はガス噴出ノズルを
前記反応チャンバ内の前記ステージの近傍に有し、当該
他方のガス供給系のガス噴出ノズルの噴孔は前記誘電体
窓の側へ向けて開口していることを特徴としている。

【００３１】また請求項２による誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置は、請求項１による誘導結合プラズマＣＶＤ装置
において、前記一方のガス供給系のガス噴出ノズルの噴
孔も前記誘電体窓の側へ向けて開口していることを特徴
としている。

【００３２】

【作用】請求項１による誘導結合プラズマＣＶＤ装置で
は、他方のガス供給系、即ちステージ側のガス供給系の
ガス噴出ノズルの噴孔が誘電体窓の側へ向けて開口して
いることから、ステージへ向けて反応性ガスが直接に吹
き付けられなくなり、ノズルに近い部分で成膜速度が大
きくなることがなく、均一な膜厚の成膜が行われる。

【００３３】また反応性ガスは誘電体窓の側にあるプラ
ズマへ向けて流れるから、反応性ガスがプラズマによく
曝されれるようになり、反応性ガスの分解、反応が促進
され、膜質がよい成膜が行われる。

【００３４】これらのことによりステージ側のガス噴出
ノズルはステージに極く接近させて配置することが可能
になり、また一方のガス供給系のガス噴出ノズルは誘電
体窓近傍に配置されるから、ステージとアンテナとの距
離を従来のものに比して短縮できる。

【００３５】この誘導結合プラズマＣＶＤ装置において
使用される反応性ガスとしては、ジクロールシラン（Ｓ
ｉＨ2 Ｃｌ2 ）、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、トリクロー
ルシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、四塩化ゲルマン（ＧｅＣｌ
4 ）、酸素（Ｏ2 ）、水素（Ｈ2 ）ならびにアルゴン
（Ａｒ）などが挙げられる。

【００３６】請求項２による誘導結合プラズマＣＶＤ装
置では、誘電体窓側のガス噴出ノズルの噴孔も誘電体窓
の側へ向けて開口していることにより、このガス噴出ノ
ズルの噴孔より噴出されるガスも直接にステージへ向け
て流れることがなく、上述のような請求項１における作
用がより一層顕著なものになる。

【００３７】

【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。

【００３８】図１は本発明による誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ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２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。

【００３９】上側ガス噴出ノズル６５は、リング状をな
して誘電体窓１９の近傍に配置され、上向きノズルとし
て、誘電体窓１９に向けて開口した複数個の噴孔６７を
有している。上側ガス噴出ノズル６５には酸素ガス供給
用の配管４５が接続されている。

【００４０】下側ガス噴出ノズル６９は、リング状をな
してステージ９の近傍に配置され、上向きノズルとし
て、誘電体窓１９に向けて開口した複数個の噴孔７１を
有している。下側ガス噴出ノズル６９にはジクロールシ
ランガス供給用の配管４７が接続されている。下側ガス
噴出ノズル６９のリング径はステージ９の直径に概ね一
致している。

【００４１】またこの実施例では、ガス供給用配管４５
と４７の各々に流量制御弁７３、７５が設けられてい
る。

【００４２】次に上述の如き構成よりなる誘導結合プラ
ズマＣＶＤ装置によってＳｉＯ2 膜をウエハ上に成膜す
る手順を説明する。

【００４３】先ず、ウエハＷを複数枚あるいは１枚、反
応チャンバ７内の下側にステージ９上に載置し、高真空
用の排気装置３１により反応チャンバ７内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度の真空度まで真空引きし、ヒータブロック１５
によってステージ９と共にステージ９上のウエハＷを３
００〜４００℃程度に加熱し、回転装置１１によってス
テージ９を回転させる。

【００４４】次にガス供給用配管４７によって下側ガス
噴出ノズル６９の噴孔７１より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４
１によって上側ガス噴出ノズル６５の噴孔６７より酸素
ガスを反応チャンバ７内に供給し、排気装置３５によっ
て排気を行う。

【００４５】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
して高周波電圧をアンテナ２１に印加する。

【００４６】これにより反応チャンバ７内にプラズマ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。

【００４７】この成膜プロセスで、ジクロールシランガ
スは下側ガス噴出ノズル６９の噴孔７１より誘電体窓１
９へ向けて噴出されるから、ジクロールシランガスがス
テージ９へ向けて直接に吹き付けられることがなく、ノ
ズルに近い部分で成膜速度が大きくなることがなくな
り、均一な膜厚の成膜が行われる。

【００４８】またジクロールシランガスは誘電体窓１９
の側にあるプラズマｐへ向けて流れるから、ジクロール
シランガスがプラズマによく曝されれるようになる。こ
れによりジクロールシランガスの分解、反応が促進さ
れ、膜質がよい成膜が行われる。

【００４９】また酸素ガスも上側ガス噴出ノズル６７の
噴孔６９より誘電体窓１９へ向けて噴出されるから、酸
素ガスもステージ９へ向けて直接に吹き付けられること
がなく、このことによってもノズルに近い部分で成膜速
度が大きくなることがなくなり、均一な膜厚の成膜が行
われる。

【００５０】これらのことによりステージ側の下側ガス
噴出ノズル６９は、図示されているように、ステージ９
に極く接近させて配置することが可能になり、また上側
ガス噴出ノズル６５は誘電体窓１９の近傍に配置される
から、ステージ９とアンテナ２１との距離を従来のもの
に比して短縮できる。

【００５１】成膜が終了すれば、オン／オフ切換弁５
５、５９を閉じて酸素ガス、ジクロールシランガスの供
給を停止し、その後に、排気オン／オフ切換弁３３、３
９の開閉によって背圧真空引き用排気系２７に切り換
え、１０-6〜１０-7Ｔｏｒｒまで排気する。排気作業終
了後は適当なベントラインにより反応チャンバ７を大気
開放し、成膜終了後のウエハＷを反応チャンバ７外に取
り出す。これにより一回の成膜は終了する。

【００５２】上述の構成よりなる誘導結合プラズマＣＶ
Ｄ装置において、下向きの噴孔を有するノズルを試作し
て実験を行った。

【００５３】この実験の結果、噴孔が下向きのノズルを
用いた場合には表面が非常に荒れた膜が形成された。

【００５４】これに対し図１に示されているように、噴
孔が上向きのノズルを用いて実験を行ったところ、表面
が滑らかな良好なモホロジーを有する酸化膜が得られ
た。また膜厚均一性は±１％であった。

【００５５】そこで下向き噴孔のノズルをステージから
徐々に離して滑らかな膜が形成されるステージ−ノズル
管距離を求めたところ、４０ｍｍ以上の距離が必要であ
ることが分かった。またそのときの膜厚の均一性は±３
０％で非常に悪く、膜厚の分布はステージ外周部で厚
く、中心部で薄くなることが分かった。

【００５６】この膜厚均一性は、ステージとノズル間距
離を大きくすればするほど改善されることが分かった。
しかしそのためには装置が大型化する。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による誘導結合プラズマＣＶＤ装置にによれば、ステー
ジ側のガス供給系のガス噴出ノズルの噴孔が誘電体窓の
側へ向けて開口していることから、ステージへ向けて反
応性ガスが直接に吹き付けられなくなり、ノズルに近い
部分で成膜速度が大きくなることがなく、均一な膜厚の
成膜が行われるようになると共に、反応性ガスが誘電体
窓の側にあるプラズマへ向けて流れ、反応性ガスがプラ
ズマによく曝されれるようになるから、反応性ガスの分
解、反応が促進され、膜質がよい成膜が行われるように
なる。

【００５８】これらのことによりステージ側のガス噴出
ノズルはステージに極く接近させて配置することが可能
になり、また一方のガス供給系のガス噴出ノズルは誘電
体窓近傍に配置されるから、ステージとアンテナとの距
離を従来のものに比して短縮でき、装置を小型化でき
る。

【００５９】また誘電体窓側のガス噴出ノズルの噴孔も
誘電体窓の側へ向けて開口していることにより、このガ
ス噴出ノズルの噴孔より噴出されるガスも直接にステー
ジへ向けて流れることがなくなり、上述の効果がより一
層顕著なものになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘導結合プラズマＣＶＤ装置の一
実施例を示す断面図である。

【図２】従来の一般的な誘導結合プラズマＣＶＤ装置の
一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 反応炉本体 ３ 上蓋 ５ 下蓋 ７ 反応チャンバ ９ ステージ １１ 回転装置 １３ ヒータ電源 １５ ヒータブロック １７ 温度計 １９ 誘電体窓 ２１ アンテナ ２３ マッチングボックス ２５ 高周波電源 ２７ 背圧真空引き用高真空排気系 ２９ 供給ガス排気用低真空排気系 ３１ 排気装置 ３３ 排気オン／オフ切換弁 ３５ 排気装置 ３７ スロットルバルブ ３９ 排気オン／オフ切換弁 ４１ 上側ガス噴出ノズル ４３ 下側ガス噴出ノズル ４５、４７ ガス供給用配管 ４９、５１ 噴孔 ５３ 酸素ガス供給源 ５５ オン／オフ切換弁 ５７ ジクロールシランガス供給源 ５９ オン／オフ切換弁 ６１ ポート ６３ 開閉弁 ６５ 上側ガス噴出ノズル ６７ 噴孔 ６９ 下側ガス噴出ノズル ７１ 噴孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応チャンバと、前記反応チャンバ内に
   配置されてワークを支持するステージと、前記反応チャ
   ンバの壁面部のうち前記ステージと対向する壁面部に設
   けられた誘電体窓と、前記反応チャンバ内に反応ガスを
   供給する少なくとも二つのガス供給系と、前記誘電体窓
   に接して設けられたアンテナと、前記アンテナに高周波
   電力を供給する高周波電源と、前記反応チャンバ内を排
   気するための排気系とを有する誘導結合プラズマＣＶＤ
   装置において、 前記二つのガス供給系のうち一方のガス供給系はガス噴
   出ノズルを前記反応チャンバ内の前記誘電体窓近傍に有
   し、他方のガス供給系はガス噴出ノズルを前記反応チャ
   ンバ内の前記ステージの近傍に有し、当該他方のガス供
   給系のガス噴出ノズルの噴孔は前記誘電体窓の側へ向け
   て開口していることを特徴とする誘導結合プラズマＣＶ
   Ｄ装置。
2. 【請求項２】 前記一方のガス供給系のガス噴出ノズル
   の噴孔も前記誘電体窓の側へ向けて開口していることを
   特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマＣＶＤ装
   置。