JPH08335573A - プラズマ成膜方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子サイクロトロン共鳴(ECR)を用いた
プラズマ処理により例えば絶縁層間膜を形成するにあた
り、内部のゲート酸化膜へのダメージを防止すること。 【構成】 ECRを利用してプラズマを発生させ、この
プラズマにより例えばSiH4 ガスを活性化させて例え
ばアルミニウム配線上にSiO2 膜を成膜する場合、成
膜初期時にはウエハの載置台のRFバイアス電力を例え
ばゼロにし、いわばソフトなプラズマにより成膜を行
い、薄いSiO2 膜が形成された後はRFバイアス電力
を印加してウエハにイオンを引き込み、スパッタリング
と堆積作用により凹部を埋め込む。このとき薄いSiO
2 膜が絶縁保護膜の役割を果たし、ゲート酸化膜へ大き
な電圧が加わらない。
プラズマ処理により例えば絶縁層間膜を形成するにあた
り、内部のゲート酸化膜へのダメージを防止すること。 【構成】 ECRを利用してプラズマを発生させ、この
プラズマにより例えばSiH4 ガスを活性化させて例え
ばアルミニウム配線上にSiO2 膜を成膜する場合、成
膜初期時にはウエハの載置台のRFバイアス電力を例え
ばゼロにし、いわばソフトなプラズマにより成膜を行
い、薄いSiO2 膜が形成された後はRFバイアス電力
を印加してウエハにイオンを引き込み、スパッタリング
と堆積作用により凹部を埋め込む。このとき薄いSiO
2 膜が絶縁保護膜の役割を果たし、ゲート酸化膜へ大き
な電圧が加わらない。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子サクロトロン
共鳴を用いたプラズマ成膜方法及びその装置に関する。
共鳴を用いたプラズマ成膜方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造工程にあ
っては、半導体ウエハ上に導体或いは非導体の薄膜成形
操作とエッチング操作等を繰り返し行なって、目的とす
る集積回路を形成している。
っては、半導体ウエハ上に導体或いは非導体の薄膜成形
操作とエッチング操作等を繰り返し行なって、目的とす
る集積回路を形成している。
【0003】集積回路の配線パターンとしては主にアル
ミニウム配線が用いられており、これを絶縁するための
層間絶縁膜の材料としては例えばSiO2 (シリコン酸
化膜)が用いられ、SiO2 膜の形成方法としては膜質
が良好なことからマイクロ波と磁界とを組み合わせたE
CR(Electron Cyclotron Res
onance)プラズマ処理が採用される傾向にある。
ミニウム配線が用いられており、これを絶縁するための
層間絶縁膜の材料としては例えばSiO2 (シリコン酸
化膜)が用いられ、SiO2 膜の形成方法としては膜質
が良好なことからマイクロ波と磁界とを組み合わせたE
CR(Electron Cyclotron Res
onance)プラズマ処理が採用される傾向にある。
【0004】このECRプラズマ処理を行なう従来のプ
ラズマ処理装置の一例を図6に挙げると、真空容器内に
例えば2.45GHz のマイクロ波を図示しない導波管
を介して供給すると同時に所定の大きさ、例えば875
ガウスの磁界を電磁コイル10により印加してマイクロ
波と磁界との相互作用(共鳴)でプラズマ生成用ガス例
えばArガス及びO2 ガスを高密度プラズマ化し、この
プラズマにより反応性ガス例えばSiH4 ガスを活性化
させてイオン種を形成し、載置台11上の半導体ウエハ
W表面にスパッタエッチングと堆積とを同時進行で施す
ようになっている。相反するスパッタエッチング操作と
堆積操作はマクロ的に見れば堆積操作の方が優勢となる
ようにコントロールされ、全体として堆積を行なう。
ラズマ処理装置の一例を図6に挙げると、真空容器内に
例えば2.45GHz のマイクロ波を図示しない導波管
を介して供給すると同時に所定の大きさ、例えば875
ガウスの磁界を電磁コイル10により印加してマイクロ
波と磁界との相互作用(共鳴)でプラズマ生成用ガス例
えばArガス及びO2 ガスを高密度プラズマ化し、この
プラズマにより反応性ガス例えばSiH4 ガスを活性化
させてイオン種を形成し、載置台11上の半導体ウエハ
W表面にスパッタエッチングと堆積とを同時進行で施す
ようになっている。相反するスパッタエッチング操作と
堆積操作はマクロ的に見れば堆積操作の方が優勢となる
ようにコントロールされ、全体として堆積を行なう。
【0005】このようなECRプラズマ処理を行なう時
には、一般的には、ウエハを載置する載置台11(サセ
プタ)に例えば高周波電源部12により13.56MH
z の負の高周波バイアス電圧を印加して、ウエハ側にプ
ラスイオンをできるだけ引き付けてスパッタ効果をでき
るだけ発揮させるようにしており、そのシーケンスにつ
いては、図7に示すように先ず時刻ta にてガスを真空
容器1内に供給し、次いで時刻tb にてマイクロ波の供
給及び高周波バイアス電圧の印加を同時に行うようにし
ている。このように高周波バイアス電圧を印加する理由
は、載置台がノーバイアスの場合には、堆積のみが先行
して行なわれるのでアルミ配線間にボイドが発生する確
率が高くなるのに対して、上述のように負のバイアスを
印加すると、スパッタエッチングが行なわれつつ同時に
堆積が行なわれるので、アルミ配線のエッジ部の堆積物
が主にスパッタエッチングの影響を受けてこの部分の成
膜が抑制され、その結果、アルミ配線間の間口が広くな
って深部まで十分に堆積が行なわれてボイドの少ない埋
め込みが可能となるからである。
には、一般的には、ウエハを載置する載置台11(サセ
プタ)に例えば高周波電源部12により13.56MH
z の負の高周波バイアス電圧を印加して、ウエハ側にプ
ラスイオンをできるだけ引き付けてスパッタ効果をでき
るだけ発揮させるようにしており、そのシーケンスにつ
いては、図7に示すように先ず時刻ta にてガスを真空
容器1内に供給し、次いで時刻tb にてマイクロ波の供
給及び高周波バイアス電圧の印加を同時に行うようにし
ている。このように高周波バイアス電圧を印加する理由
は、載置台がノーバイアスの場合には、堆積のみが先行
して行なわれるのでアルミ配線間にボイドが発生する確
率が高くなるのに対して、上述のように負のバイアスを
印加すると、スパッタエッチングが行なわれつつ同時に
堆積が行なわれるので、アルミ配線のエッジ部の堆積物
が主にスパッタエッチングの影響を受けてこの部分の成
膜が抑制され、その結果、アルミ配線間の間口が広くな
って深部まで十分に堆積が行なわれてボイドの少ない埋
め込みが可能となるからである。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】ところでウエハW
に例えば13.56MHz もの高周波バイアスが印加さ
れると、電子はこの周波数に追従して移動できるが、プ
ラズマ中のイオンは高周波に追従して移動できないため
ウエハW表面に電子が蓄積される。そしてこの電子が飽
和すると、ウエハW表面はある大きさの自己バイアス電
位をもつようになり、ウエハWの面内にて電位分布が生
じる。
に例えば13.56MHz もの高周波バイアスが印加さ
れると、電子はこの周波数に追従して移動できるが、プ
ラズマ中のイオンは高周波に追従して移動できないため
ウエハW表面に電子が蓄積される。そしてこの電子が飽
和すると、ウエハW表面はある大きさの自己バイアス電
位をもつようになり、ウエハWの面内にて電位分布が生
じる。
【0007】このように面内に電位分布が起こる理由に
ついては、図8に示すように磁束がウエハW表面に対し
て一様に垂直というわけではなく真空容器1の中心軸か
ら離れるにつれて裾広がりになるため、ウエハWの周縁
部は中心部に比べて磁束の垂直性が悪く、従って電子の
到達が中心部よりも遅れることが一因として考えられ、
更にまたアース側の真空容器1がウエハWに完全に対向
していないことも加わっていると推測される。
ついては、図8に示すように磁束がウエハW表面に対し
て一様に垂直というわけではなく真空容器1の中心軸か
ら離れるにつれて裾広がりになるため、ウエハWの周縁
部は中心部に比べて磁束の垂直性が悪く、従って電子の
到達が中心部よりも遅れることが一因として考えられ、
更にまたアース側の真空容器1がウエハWに完全に対向
していないことも加わっていると推測される。
【0008】しかしながらウエハW表面の例えばアルミ
ニウム配線の上にはデバイスの層間絶縁膜を成膜する場
合、上述のように面内の電位が均一でないと、既に形成
されている絶縁膜例えばトランジスタのゲート酸化膜が
ダメージを受ける場合がある。これはトランジスタの下
地の基板が面方向に同電位であるため、成膜初期時に、
つまりアルミニウム配線が実質的に露出している段階に
前記基板を介してゲート酸化膜に上述の電位分布に対応
した電位差が加わる。ところでゲート酸化膜は例えば5
0〜100オングストロームと非常に薄く、その耐圧が
10ボルト程度であることから、上述の電位差が耐圧を
越える値になることがあり、この場合にゲート酸化膜が
劣化するか更には破壊に至ると考えられる。
ニウム配線の上にはデバイスの層間絶縁膜を成膜する場
合、上述のように面内の電位が均一でないと、既に形成
されている絶縁膜例えばトランジスタのゲート酸化膜が
ダメージを受ける場合がある。これはトランジスタの下
地の基板が面方向に同電位であるため、成膜初期時に、
つまりアルミニウム配線が実質的に露出している段階に
前記基板を介してゲート酸化膜に上述の電位分布に対応
した電位差が加わる。ところでゲート酸化膜は例えば5
0〜100オングストロームと非常に薄く、その耐圧が
10ボルト程度であることから、上述の電位差が耐圧を
越える値になることがあり、この場合にゲート酸化膜が
劣化するか更には破壊に至ると考えられる。
【0009】このように従来のECRプラズマ処理方法
により例えば層間絶縁膜を形成する場合にはゲート酸化
膜がダメージを受けるおそれがあり、製品の歩留まり向
上の妨げになっていた。
により例えば層間絶縁膜を形成する場合にはゲート酸化
膜がダメージを受けるおそれがあり、製品の歩留まり向
上の妨げになっていた。
【0010】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、ECRプラズマ処理により絶
縁膜を成膜するにあたり、既に形成されているゲート酸
化膜等の薄膜へのダメージを防止することができ、歩留
まりを向上させることのできるプラズマ処理方法及びそ
の装置を提供することにある。
ものであり、その目的は、ECRプラズマ処理により絶
縁膜を成膜するにあたり、既に形成されているゲート酸
化膜等の薄膜へのダメージを防止することができ、歩留
まりを向上させることのできるプラズマ処理方法及びそ
の装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、被処
理基板の載置台が内部に設けられた真空容器内に磁界を
形成すると共にプラズマ発生用の高周波を供給し、電子
サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより反応性ガスを活性化させると共
に載置台にプラズマ引き込み用の高周波を供給しながら
被処理基板上に絶縁膜を形成するプラズマ成膜方法にお
いて、前記載置台に供給される高周波の電力値を、成膜
初期時には第1の値とし、被処理基板の表面が薄膜成分
により覆われた後はプラズマ引き込みのために第1の値
よりも大きな第2の値とすることを特徴とする。
理基板の載置台が内部に設けられた真空容器内に磁界を
形成すると共にプラズマ発生用の高周波を供給し、電子
サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより反応性ガスを活性化させると共
に載置台にプラズマ引き込み用の高周波を供給しながら
被処理基板上に絶縁膜を形成するプラズマ成膜方法にお
いて、前記載置台に供給される高周波の電力値を、成膜
初期時には第1の値とし、被処理基板の表面が薄膜成分
により覆われた後はプラズマ引き込みのために第1の値
よりも大きな第2の値とすることを特徴とする。
【0012】請求項2の発明は、被処理基板を載置する
ための載置台が内部に設けられた真空容器と、この真空
容器内に磁界を形成する磁界形成手段と、前記真空容器
内にプラズマ発生用の高周波を供給するプラズマ発生用
高周波供給部と、前記載置台にプラズマ引き込み用の高
周波を供給するプラズマ引き込み用高周波電源部と、を
備え、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガスを
プラズマ化し、そのプラズマにより反応性ガスを活性化
させて被処理基板上に絶縁膜を形成するプラズマ成膜装
置において、前記載置台に供給される高周波の電力値
を、成膜初期時には第1の値とし、予め設定した時間の
経過後はプラズマ引き込みのために第1の値よりも大き
な第2の値とするように前記プラズマ引き込み用高周波
電源部を制御する制御部を設けたことを特徴とする。
ための載置台が内部に設けられた真空容器と、この真空
容器内に磁界を形成する磁界形成手段と、前記真空容器
内にプラズマ発生用の高周波を供給するプラズマ発生用
高周波供給部と、前記載置台にプラズマ引き込み用の高
周波を供給するプラズマ引き込み用高周波電源部と、を
備え、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガスを
プラズマ化し、そのプラズマにより反応性ガスを活性化
させて被処理基板上に絶縁膜を形成するプラズマ成膜装
置において、前記載置台に供給される高周波の電力値
を、成膜初期時には第1の値とし、予め設定した時間の
経過後はプラズマ引き込みのために第1の値よりも大き
な第2の値とするように前記プラズマ引き込み用高周波
電源部を制御する制御部を設けたことを特徴とする。
【0013】そして本発明では、先ずプラズマ発生用ガ
ス及び反応性ガスを真空容器内に供給すると共に磁界及
びプラズマ発生用の高周波を真空容器内に印加し、EC
Rを利用してプラズマを発生させ、例えばSiO2 膜を
アルミニウム配線上に成膜する。そして成膜初期時に
は、載置台に印加するプラズマ引き込み用の高周波の電
力を例えば零(第1の値は零も含む)にしておく。この
ときウエハ表面上の自己バイアス電圧は例えば零である
ため、ウエハ表面の電位分布は、プラズマのもつ電位分
布にほとんど依存するが、プラズマの面方向の電位差は
せいぜい1ボルト程度と小さいため、既にウエハW上に
形成されている例えばゲート酸化膜に加わる電圧は小さ
く、ゲート酸化膜へのダメージはない。
ス及び反応性ガスを真空容器内に供給すると共に磁界及
びプラズマ発生用の高周波を真空容器内に印加し、EC
Rを利用してプラズマを発生させ、例えばSiO2 膜を
アルミニウム配線上に成膜する。そして成膜初期時に
は、載置台に印加するプラズマ引き込み用の高周波の電
力を例えば零(第1の値は零も含む)にしておく。この
ときウエハ表面上の自己バイアス電圧は例えば零である
ため、ウエハ表面の電位分布は、プラズマのもつ電位分
布にほとんど依存するが、プラズマの面方向の電位差は
せいぜい1ボルト程度と小さいため、既にウエハW上に
形成されている例えばゲート酸化膜に加わる電圧は小さ
く、ゲート酸化膜へのダメージはない。
【0014】次いでSiO2 膜がわずかに例えば数十n
m形成された後、プラズマ引き込み用の高周波を通常の
電力(第2の値)にして載置台に印加する。これによ
り、異方性のある、強いプラズマが発生し、ウエハの面
方向に自己バイアスに応じた電位分布が生じるが、ウエ
ハ表面例えばアルミニウム配線の上には、わずかにSi
O2 膜が形成されているため、この絶縁薄膜の存在によ
り、内部のゲート酸化膜に加わる電圧が緩和され、ゲー
ト酸化膜のダメージを防止できる。
m形成された後、プラズマ引き込み用の高周波を通常の
電力(第2の値)にして載置台に印加する。これによ
り、異方性のある、強いプラズマが発生し、ウエハの面
方向に自己バイアスに応じた電位分布が生じるが、ウエ
ハ表面例えばアルミニウム配線の上には、わずかにSi
O2 膜が形成されているため、この絶縁薄膜の存在によ
り、内部のゲート酸化膜に加わる電圧が緩和され、ゲー
ト酸化膜のダメージを防止できる。
【0015】
【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態に係るプラ
ズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図1は本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略断
面図である。図示するようにこのプラズマ処理装置は、
例えばアルミニウム等により形成された段部状の真空容
器2を有しており、この真空容器2は上方に位置してプ
ラズマを発生させるプラズマ室21とこの下方に連通さ
せて連結される反応室22とに内部が区画されている。
なおこの真空容器2は接地されてゼロ電位になってい
る。
ズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図1は本発明に係るプラズマ処理装置を示す概略断
面図である。図示するようにこのプラズマ処理装置は、
例えばアルミニウム等により形成された段部状の真空容
器2を有しており、この真空容器2は上方に位置してプ
ラズマを発生させるプラズマ室21とこの下方に連通さ
せて連結される反応室22とに内部が区画されている。
なおこの真空容器2は接地されてゼロ電位になってい
る。
【0016】この真空容器2の上端は、開口されてこの
部分にマイクロ波を透過する石英等の材料で形成された
透過窓23がOリング等のシール部材24を介して気密
に設けられており、容器2内の真空状態を維持するよう
になっている。この透過窓23の外側には、例えば2.
45GHz のプラズマ発生用高周波供給手段としての高
周波電源部3に接続された導波管31が設けられてお
り、高周波電源部3にて発生したマイクロ波Mを導波管
31で案内して透過窓23からプラズマ室21内へ導入
し得るようになっている。
部分にマイクロ波を透過する石英等の材料で形成された
透過窓23がOリング等のシール部材24を介して気密
に設けられており、容器2内の真空状態を維持するよう
になっている。この透過窓23の外側には、例えば2.
45GHz のプラズマ発生用高周波供給手段としての高
周波電源部3に接続された導波管31が設けられてお
り、高周波電源部3にて発生したマイクロ波Mを導波管
31で案内して透過窓23からプラズマ室21内へ導入
し得るようになっている。
【0017】プラズマ室21を区画する側壁には、その
周方向に沿って均等に配置したプラズマガスノズル41
が設けられると共にこのノズル41には、図示しないプ
ラズマガス源、例えばArガス源とO2 ガス源が接続さ
れており、プラズマ室21内の上部にArガスやO2 ガ
ス等のプラズマガスを均等に供給し得るようになってい
る。なお図中ノズル41は図面の煩雑化を避けるため2
本しか記載していないが、実際にはそれ以上設けてい
る。また、プラズマ室21を区画する側壁の外周には、
これに接近させて磁界形成手段として例えばリング状の
電磁コイル25が配置されており、このプラズマ室21
内に例えば上方から下方に向かう例えば875ガウスの
磁界Bを形成し得るようになっており、ECRプラズマ
条件が満たされている。なお電磁コイル22に代えて永
久磁石を用いてもよい。
周方向に沿って均等に配置したプラズマガスノズル41
が設けられると共にこのノズル41には、図示しないプ
ラズマガス源、例えばArガス源とO2 ガス源が接続さ
れており、プラズマ室21内の上部にArガスやO2 ガ
ス等のプラズマガスを均等に供給し得るようになってい
る。なお図中ノズル41は図面の煩雑化を避けるため2
本しか記載していないが、実際にはそれ以上設けてい
る。また、プラズマ室21を区画する側壁の外周には、
これに接近させて磁界形成手段として例えばリング状の
電磁コイル25が配置されており、このプラズマ室21
内に例えば上方から下方に向かう例えば875ガウスの
磁界Bを形成し得るようになっており、ECRプラズマ
条件が満たされている。なお電磁コイル22に代えて永
久磁石を用いてもよい。
【0018】このようにプラズマ室21内に周波数の制
御されたマイクロ波Mと磁界Bとを形成することによ
り、これらの相互作用により前記周波数にて前記導入ガ
スに共鳴作用が生じてプラズマが高い密度で形成される
ことになる。すなわちこの装置は、電子サイクロトロン
共鳴(ECR)プラズマ処理装置を構成することにな
る。
御されたマイクロ波Mと磁界Bとを形成することによ
り、これらの相互作用により前記周波数にて前記導入ガ
スに共鳴作用が生じてプラズマが高い密度で形成される
ことになる。すなわちこの装置は、電子サイクロトロン
共鳴(ECR)プラズマ処理装置を構成することにな
る。
【0019】一方、前記反応室22内には、容器底部に
絶縁材51を介して支持されたサセプタとしてのアルミ
ニウム製の載置台52が設けられており、この上面の載
置面には例えば静電チャック53を介して被処理体であ
る半導体ウエハWが吸着保持されている。またこの載置
台52には、ウエハWを所定の温度に加熱する例えばセ
ラミックヒータ54や図示しないプッシャピン等が設け
られている。更に前記載置台52には、ウエハWにイオ
ンを引き込むためのバイアス電圧を印加するようにプラ
ズマ引き込み用高周波電源部61がブロッキングコンデ
ンサ62を介して接続されている。
絶縁材51を介して支持されたサセプタとしてのアルミ
ニウム製の載置台52が設けられており、この上面の載
置面には例えば静電チャック53を介して被処理体であ
る半導体ウエハWが吸着保持されている。またこの載置
台52には、ウエハWを所定の温度に加熱する例えばセ
ラミックヒータ54や図示しないプッシャピン等が設け
られている。更に前記載置台52には、ウエハWにイオ
ンを引き込むためのバイアス電圧を印加するようにプラ
ズマ引き込み用高周波電源部61がブロッキングコンデ
ンサ62を介して接続されている。
【0020】更に反応室22を区画する側壁には、この
中に反応性ガスとして例えばシラン(SiH4 )ガスを
導入するための反応性ガス導入ノズル42が設けられる
と共にウエハWを搬出入するときに内部を開放するゲー
トバルブ43が気密に開閉可能に設けられている。なお
反応性ガス導入ノズル42は、反応室22内にガスを均
等に導入するように容器の周方向に均等配置するように
してもよい。前記真空容器2の底部には、図示しない真
空ポンプに接続された排気口26が設けられており、容
器内雰囲気を底部排気口26より均等に排出し得るよう
になっている。そしてこの実施例のプラズマ処理装置
は、前記高周波電源部3、61や、ガスノズル41、4
2に設けられたバルブV1〜V3などのオン、オフを制
御する制御部7と、この装置を運転するための所定のシ
ーケンスプログラムなどを格納した記憶部71とを有し
ている。
中に反応性ガスとして例えばシラン(SiH4 )ガスを
導入するための反応性ガス導入ノズル42が設けられる
と共にウエハWを搬出入するときに内部を開放するゲー
トバルブ43が気密に開閉可能に設けられている。なお
反応性ガス導入ノズル42は、反応室22内にガスを均
等に導入するように容器の周方向に均等配置するように
してもよい。前記真空容器2の底部には、図示しない真
空ポンプに接続された排気口26が設けられており、容
器内雰囲気を底部排気口26より均等に排出し得るよう
になっている。そしてこの実施例のプラズマ処理装置
は、前記高周波電源部3、61や、ガスノズル41、4
2に設けられたバルブV1〜V3などのオン、オフを制
御する制御部7と、この装置を運転するための所定のシ
ーケンスプログラムなどを格納した記憶部71とを有し
ている。
【0021】次に上述の装置を用いて、例えばSiO2
膜よりなる層間絶縁膜を形成する方法について、図2の
タイムチャートを参照しながら説明する。まず、真空容
器2の側壁に設けたゲートバルブ43を開いて図示しな
い搬送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が
形成されたウエハWを載置台52上に載置し、これを静
電チャック53により吸着保持する。
膜よりなる層間絶縁膜を形成する方法について、図2の
タイムチャートを参照しながら説明する。まず、真空容
器2の側壁に設けたゲートバルブ43を開いて図示しな
い搬送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が
形成されたウエハWを載置台52上に載置し、これを静
電チャック53により吸着保持する。
【0022】次に、このゲートバルブ43を閉じて内部
を密閉した後、排気口26より内部雰囲気を排出して所
定の真空度まで真空引きし、そして図2のタイムチャー
トに示すように時刻t1 にてバルブV1、V2、V3を
開き、プラズマガスノズル41からプラズマ室21内へ
O2 ガスやArガス等のプラズマ発生用ガスを導入する
と共に反応性ガス導入ノズル42から反応室22内へシ
ランガスを導入して内部圧力を所定のプロセス圧に維持
し、続いて時刻t2 にてプラズマ発生用高周波電源部3
をオンにし、ウエハW上へのSiO2 の成膜処理を開始
する。
を密閉した後、排気口26より内部雰囲気を排出して所
定の真空度まで真空引きし、そして図2のタイムチャー
トに示すように時刻t1 にてバルブV1、V2、V3を
開き、プラズマガスノズル41からプラズマ室21内へ
O2 ガスやArガス等のプラズマ発生用ガスを導入する
と共に反応性ガス導入ノズル42から反応室22内へシ
ランガスを導入して内部圧力を所定のプロセス圧に維持
し、続いて時刻t2 にてプラズマ発生用高周波電源部3
をオンにし、ウエハW上へのSiO2 の成膜処理を開始
する。
【0023】プラズマ発生用高周波源電源部3からの
2.45GHzの高周波(マイクロ波)は、導波管31
を搬送されて真空容器2の天井部に至り、ここの透過窓
23を透過してマイクロ波Mがプラズマ室21内へ導入
される。このプラズマ室21内には、プラズマ室21の
外側に設けた電磁コイル25により発生した磁界Bが上
方から下方に向けて例えば875ガウスの強さで印加さ
れており、この磁界Bとマイクロ波Mとの相互作用でE
(電界)×B(磁界)を誘発して電子サイクロトロン共
鳴が生じ、この共鳴によりArガスやO2 ガスがプラズ
マ化され、且つ高密度化される。反応室22内に流れ込
んだプラズマイオンは、ここに供給されている反応性ガ
スであるSiH4 ガスを活性化させて活性種を形成し、
ウエハ表面上にSiO2 の成膜を施すことになる。
2.45GHzの高周波(マイクロ波)は、導波管31
を搬送されて真空容器2の天井部に至り、ここの透過窓
23を透過してマイクロ波Mがプラズマ室21内へ導入
される。このプラズマ室21内には、プラズマ室21の
外側に設けた電磁コイル25により発生した磁界Bが上
方から下方に向けて例えば875ガウスの強さで印加さ
れており、この磁界Bとマイクロ波Mとの相互作用でE
(電界)×B(磁界)を誘発して電子サイクロトロン共
鳴が生じ、この共鳴によりArガスやO2 ガスがプラズ
マ化され、且つ高密度化される。反応室22内に流れ込
んだプラズマイオンは、ここに供給されている反応性ガ
スであるSiH4 ガスを活性化させて活性種を形成し、
ウエハ表面上にSiO2 の成膜を施すことになる。
【0024】そして所定時間経過した時刻t3 にて、例
えば図3(a)に示すようにアルミニウム配線81の表
面が50nm程度の非常に薄いSiO2 膜82で覆われ
た時点にて、プラズマ引き込み用高周波電源部61より
例えば周波数13.56MHz、電力2500Wの高周
波電力(RFバイアス電力)を載置台52に印加する。
ただしこの実施例ではRFバイアス印加面積が320c
m2 程度であるので単位面積当りの電力値は、約8W/
cm2 程度である。これによりプラズマ室21にて発生
したプラズマは載置台52に引き込まれ、図4(a)に
示すようにArイオンにより凹部83の間口がスパッタ
されながらSiO2 膜82が形成され、SiO2 膜82
が所定の膜厚になったところで、図2では時刻t4 に
て、高周波電源部3及び61をオフにすると共にバルブ
V1〜V3を閉じてガスの供給を停止する。このような
一連のシーケンス制御は、制御部7により記憶部71内
のシーケンスプログラムに基づいて行われる。
えば図3(a)に示すようにアルミニウム配線81の表
面が50nm程度の非常に薄いSiO2 膜82で覆われ
た時点にて、プラズマ引き込み用高周波電源部61より
例えば周波数13.56MHz、電力2500Wの高周
波電力(RFバイアス電力)を載置台52に印加する。
ただしこの実施例ではRFバイアス印加面積が320c
m2 程度であるので単位面積当りの電力値は、約8W/
cm2 程度である。これによりプラズマ室21にて発生
したプラズマは載置台52に引き込まれ、図4(a)に
示すようにArイオンにより凹部83の間口がスパッタ
されながらSiO2 膜82が形成され、SiO2 膜82
が所定の膜厚になったところで、図2では時刻t4 に
て、高周波電源部3及び61をオフにすると共にバルブ
V1〜V3を閉じてガスの供給を停止する。このような
一連のシーケンス制御は、制御部7により記憶部71内
のシーケンスプログラムに基づいて行われる。
【0025】このような方法によれば成膜初期段階、つ
まりアルミニウム配線が露出しているかあるいはわずか
にSiO2 膜が形成される段階ではプラズマ引き込み用
高周波は載置台52に印加されていないので、既にウエ
ハWに形成されているゲート酸化膜へのダメージはな
い。即ちこの時点ではウエハW表面の電位分布はプラズ
マのもつ電位分布に依存するが、プラズマの面方向の電
位差はせいぜい1ボルト程度と小さいため、図3(b)
に示すようにウエハW表面の電位分布も小さく、この結
果ゲート酸化膜に加わる電圧はその耐圧を越えるおそれ
がないのでゲート酸化膜へのダメージは起こらない。
まりアルミニウム配線が露出しているかあるいはわずか
にSiO2 膜が形成される段階ではプラズマ引き込み用
高周波は載置台52に印加されていないので、既にウエ
ハWに形成されているゲート酸化膜へのダメージはな
い。即ちこの時点ではウエハW表面の電位分布はプラズ
マのもつ電位分布に依存するが、プラズマの面方向の電
位差はせいぜい1ボルト程度と小さいため、図3(b)
に示すようにウエハW表面の電位分布も小さく、この結
果ゲート酸化膜に加わる電圧はその耐圧を越えるおそれ
がないのでゲート酸化膜へのダメージは起こらない。
【0026】そしてアルミニウム配線81の表面にある
程度の薄い例えば50nm程度のSiO2 膜82が形成
された時点でプラズマ引き込み用の高周波を載置台52
に印加すれば、やはりゲート酸化膜へのダメージは起こ
らない。即ちウエハW表面に既述した如く自己バイアス
が発生し、例えばウエハWの周縁部が中心部よりも磁力
線の垂直性が悪いことから電子の到達が遅れ、これに起
因して図4(b)に示すようにウエハW表面に大きな電
位分布が発生するが、アルミニウム配線81の表面に既
に形成された薄いSiO2 膜82がいわば絶縁保護膜と
しての役割を果たし、このためアルミニウム配線81が
露出している場合に比べてゲート酸化膜へ加わる電圧の
大きさが抑えられ、ゲート酸化膜の耐圧を越えるおそれ
がない。
程度の薄い例えば50nm程度のSiO2 膜82が形成
された時点でプラズマ引き込み用の高周波を載置台52
に印加すれば、やはりゲート酸化膜へのダメージは起こ
らない。即ちウエハW表面に既述した如く自己バイアス
が発生し、例えばウエハWの周縁部が中心部よりも磁力
線の垂直性が悪いことから電子の到達が遅れ、これに起
因して図4(b)に示すようにウエハW表面に大きな電
位分布が発生するが、アルミニウム配線81の表面に既
に形成された薄いSiO2 膜82がいわば絶縁保護膜と
しての役割を果たし、このためアルミニウム配線81が
露出している場合に比べてゲート酸化膜へ加わる電圧の
大きさが抑えられ、ゲート酸化膜の耐圧を越えるおそれ
がない。
【0027】このように成膜初期時には、プラズマ引き
込み用高周波を印加しない状態でいわばソフトなプラズ
マにより成膜を行い、アルミニウム配線81の表面が薄
いSiO2 膜で保護された後は、プラズマ引き込み用高
周波を印加して異方性のあるいわば強いプラズマで成膜
しているため、ボイドが発生することなく良好な埋め込
みを行いながら、またゲート酸化膜にダメージを与える
こともない。ただし本発明でいう成膜初期時とは、例え
ばSiO2 の極めて薄い膜がウエハ表面を覆うまでの間
に限定するものではなく、プラズマ引き込み用の高周波
電力を通常の大きさに立上げた後ボイドがなく埋め込み
を実現できるタイミングであれば、ある程度SiO2 の
堆積が進行する段階も含むものである。実際に上述の実
施例の方法で成膜した場合と、プラズマ引き込み用高周
波をマイクロ波電力の供給と同時に行った場合(従来方
法)とを比較すると、ゲート酸化膜が破壊しているもの
が従来方法では5%前後含まれていたのに対し、実施例
の方法では全くみられなかった。
込み用高周波を印加しない状態でいわばソフトなプラズ
マにより成膜を行い、アルミニウム配線81の表面が薄
いSiO2 膜で保護された後は、プラズマ引き込み用高
周波を印加して異方性のあるいわば強いプラズマで成膜
しているため、ボイドが発生することなく良好な埋め込
みを行いながら、またゲート酸化膜にダメージを与える
こともない。ただし本発明でいう成膜初期時とは、例え
ばSiO2 の極めて薄い膜がウエハ表面を覆うまでの間
に限定するものではなく、プラズマ引き込み用の高周波
電力を通常の大きさに立上げた後ボイドがなく埋め込み
を実現できるタイミングであれば、ある程度SiO2 の
堆積が進行する段階も含むものである。実際に上述の実
施例の方法で成膜した場合と、プラズマ引き込み用高周
波をマイクロ波電力の供給と同時に行った場合(従来方
法)とを比較すると、ゲート酸化膜が破壊しているもの
が従来方法では5%前後含まれていたのに対し、実施例
の方法では全くみられなかった。
【0028】以上において成膜すべき絶縁膜はSiO2
膜に限らずSiN膜などであってもよく、また薄い絶縁
膜が形成されるまで、上述実施例ではプラズマ引き込み
用高周波の電力値をゼロ(高周波電源部61をオフ)と
しているが、既に形成されている例えばゲート酸化膜の
ダメージを引き起こさない十分に小さな電力値(第1の
値)、例えば1W/cm2 以下であれば、プラズマ引き
込み用高周波の電力値は必ずしも零でなくともよい。
膜に限らずSiN膜などであってもよく、また薄い絶縁
膜が形成されるまで、上述実施例ではプラズマ引き込み
用高周波の電力値をゼロ(高周波電源部61をオフ)と
しているが、既に形成されている例えばゲート酸化膜の
ダメージを引き起こさない十分に小さな電力値(第1の
値)、例えば1W/cm2 以下であれば、プラズマ引き
込み用高周波の電力値は必ずしも零でなくともよい。
【0029】また前記図2に示す時刻t3 では、既述の
ように高周波電源部61より例えば周波数13.56M
Hz、電力2500Wの高周波電力をパルス状に立上げ
て載置台52に印加しているが、電力の立上げ方はこれ
に限らず、次のようにしてもよい。即ち電力印加回路に
ディレ−回路を組み込んでおき、例えば図5(a)に示
すように、時刻t3 でスイッチをオンにして所定の時定
数を持たせながら徐々に高周波電力を2500Wまで立
上げていくようにしてもよいし、図5(b)に示すよう
に、例えば1秒ごとにステップをつけて階段状に高周波
電力を上げて、所定時間経過後に電力2500Wに到達
するようにしてもよい。
ように高周波電源部61より例えば周波数13.56M
Hz、電力2500Wの高周波電力をパルス状に立上げ
て載置台52に印加しているが、電力の立上げ方はこれ
に限らず、次のようにしてもよい。即ち電力印加回路に
ディレ−回路を組み込んでおき、例えば図5(a)に示
すように、時刻t3 でスイッチをオンにして所定の時定
数を持たせながら徐々に高周波電力を2500Wまで立
上げていくようにしてもよいし、図5(b)に示すよう
に、例えば1秒ごとにステップをつけて階段状に高周波
電力を上げて、所定時間経過後に電力2500Wに到達
するようにしてもよい。
【0030】ここでゲ−ト酸化膜のダメ−ジを防止する
ためには、前記プラズマ発生用高周波電源部3をオンに
する時刻t2 と高周波電源部61より高周波電力を印加
する時刻t3 との間の時間を長くして、成膜初期段階で
アルミニウム配線81上に形成されるSiO2 膜の膜厚
を厚くすることも考えられるが、この時間を長くする
と、スパッタ効果が弱くなり、良好な埋め込みが行われ
ないおそれがある。従って、上述のように時刻t3 に高
周波電源部61より高周波電力を印加して徐々に電力を
上げていくようにすれば、時刻t3 に一気に電力250
0Wの高周波電力を印加する場合に比べて、高周波電力
印加時のウエハWの面内の電位分布はならされるので、
良好な埋め込みを行いながら、より一層ゲ−ト酸化膜の
ダメ−ジを防止することができる。
ためには、前記プラズマ発生用高周波電源部3をオンに
する時刻t2 と高周波電源部61より高周波電力を印加
する時刻t3 との間の時間を長くして、成膜初期段階で
アルミニウム配線81上に形成されるSiO2 膜の膜厚
を厚くすることも考えられるが、この時間を長くする
と、スパッタ効果が弱くなり、良好な埋め込みが行われ
ないおそれがある。従って、上述のように時刻t3 に高
周波電源部61より高周波電力を印加して徐々に電力を
上げていくようにすれば、時刻t3 に一気に電力250
0Wの高周波電力を印加する場合に比べて、高周波電力
印加時のウエハWの面内の電位分布はならされるので、
良好な埋め込みを行いながら、より一層ゲ−ト酸化膜の
ダメ−ジを防止することができる。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ECRプ
ラズマ処理により絶縁膜を成膜するにあたり、既に形成
されているゲート酸化膜等の薄膜へのダメージを防止す
ることができる。
ラズマ処理により絶縁膜を成膜するにあたり、既に形成
されているゲート酸化膜等の薄膜へのダメージを防止す
ることができる。
【図1】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図2】本発明方法の実施の形態に係るシーケンスを示
すタイムチャート図である。
すタイムチャート図である。
【図3】本発明方法の実施の形態における成膜初期時の
ウエハ表面の状態を示す説明図である。
ウエハ表面の状態を示す説明図である。
【図4】本発明方法の実施の形態における成膜途中のウ
エハ表面の状態を示す説明図である。
エハ表面の状態を示す説明図である。
【図5】本発明方法の実施の他の形態に係るタイムチャ
ート図である。
ート図である。
【図6】従来のプラズマ処理装置を示す概略断面図であ
る。
る。
【図7】従来のプラズマ処理方法に係るシーケンスを示
すタイムチャート図である。
すタイムチャート図である。
【図8】ウエハ表面の電位分布を示す説明図である。
2 真空容器 21 プラズマ室 22 反応室 23 透過窓 25 電磁コイル 3 プラズマ発生用高周波電源部 41 プラズマガスノズル 42 反応性ガスノズル 52 載置台 61 プラズマ引き込み用高周波電源部 7 制御部 71 記憶部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片桐 源一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 虎口 信 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 被処理基板の載置台が内部に設けられた
真空容器内に磁界を形成すると共にプラズマ発生用の高
周波を供給し、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズ
マガスをプラズマ化し、そのプラズマにより反応性ガス
を活性化させると共に載置台にプラズマ引き込み用の高
周波を供給しながら被処理基板上に絶縁膜を形成するプ
ラズマ成膜方法において、 前記載置台に供給される高周波の電力値を、成膜初期時
には第1の値とし、被処理基板の表面が薄膜成分により
覆われた後はプラズマ引き込みのために第1の値よりも
大きな第2の値とすることを特徴とするプラズマ成膜方
法。 - 【請求項2】 被処理基板を載置するための載置台が内
部に設けられた真空容器と、この真空容器内に磁界を形
成する磁界形成手段と、前記真空容器内にプラズマ発生
用の高周波を供給するプラズマ発生用高周波供給部と、
前記載置台にプラズマ引き込み用の高周波を供給するプ
ラズマ引き込み用高周波電源部と、を備え、電子サイク
ロトロン共鳴を用いてプラズマガスをプラズマ化し、そ
のプラズマにより反応性ガスを活性化させて被処理基板
上に絶縁膜を形成するプラズマ成膜装置において、 前記載置台に供給される高周波の電力値を、成膜初期時
には第1の値とし、予め設定した時間の経過後はプラズ
マ引き込みのために第1の値よりも大きな第2の値とす
るように前記プラズマ引き込み用高周波電源部を制御す
る制御部を設けたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7353549A JPH08335573A (ja) | 1995-04-05 | 1995-12-29 | プラズマ成膜方法及びその装置 |
US08/626,455 US5948485A (en) | 1995-04-05 | 1996-04-02 | Plasma deposition method and an apparatus therefor |
KR1019960010132A KR100415214B1 (ko) | 1995-04-05 | 1996-04-04 | 플라즈마 성막방법 |
TW085104039A TW300322B (ja) | 1995-04-05 | 1996-04-05 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10698995 | 1995-04-05 | ||
JP7-106989 | 1995-04-05 | ||
JP7353549A JPH08335573A (ja) | 1995-04-05 | 1995-12-29 | プラズマ成膜方法及びその装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08335573A true JPH08335573A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=26447074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7353549A Pending JPH08335573A (ja) | 1995-04-05 | 1995-12-29 | プラズマ成膜方法及びその装置 |
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