JPH0922795A

JPH0922795A - プラズマｃｖｄ装置およびプラズマｃｖｄ方法

Info

Publication number: JPH0922795A
Application number: JP7168442A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】大口径の被処理基板１に対し、ギャップフィ
ル能力の高い平坦化層間絶縁膜を形成しうるプラズマＣ
ＶＤ層間絶縁膜およびプラズマＣＶＤ方法を提供する。【構成】プラズマ発生室１０には第１のヘリコン波ア
ンテナ１２および第２のヘリコン波アンテナ１４を巻回
し、ｍ＝０とｍ＝１モードのヘリコン波プラズマを合成
し、プラズマ密度とそのプロファイル等を制御するとと
もに、プラズマ処理室２０には誘導結合アンテナ２１を
巻回する。【効果】被処理基板１上でのプラズマ密度やその分布
が幅広く制御でき、層間絶縁膜のステップカバレッジや
膜質を任意に選ぶことができ、グローバル平坦化を可能
にする。誘導結合アンテナ２１により、プラズマ処理室
２１のｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングも可能であり、パー
ティクル汚染が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造プロセ
ス等で用いられるプラズマＣＶＤ装置およびプラズマＣ
ＶＤ方法に関し、更に詳しくは、被処理基板上のプラズ
マ密度やその分布等を任意に制御しうるとともに、プラ
ズマ処理室のｉｎ−ｓｉｔｕプラズマクリーニングをも
可能とするプラズマＣＶＤ装置およびプラズマＣＶＤ方
法に関に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化が進
み、そのデザインルールがハーフミクロンからサブクォ
ータミクロンのレベルへと微細化されるにともない、内
部配線のパターン幅も縮小されると同時に、層間絶縁膜
を介して２層以上に積層する多層配線が多用されてい
る。また個々の素子構造もキャパシタ、素子間アイソレ
ーションおよびトランジスタそのものにもトレンチ構造
を採用した３次元構造が不可欠となっいる。このような
高集積度半導体装置においては、隣り合う配線間のスペ
ースやトレンチのアスペクト比は優に１を超える場合が
多い。かかる段差を有する下地上にさらに層間絶縁膜等
を介して上層配線を形成する場合には、上層配線材料の
ステップカバレッジやリソグラフィ時のＤＯＦ（Ｄｅｐ
ｔｈｏｆｆｏｒｃｕｓ）を確保する意味から、段差凹
部をＳｉＯ₂等の絶縁膜で均一に埋め込み、さらにこの
絶縁膜表面を基板の全面にわたって平坦化するグローバ
ル平坦化の重要性が増大している。

【０００３】グローバル平坦化を実現する主な方法とし
て、従来より次に記す方法が提案されている。（ａ）塗布絶縁膜形成とそのエッチバック。（ｂ）バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ。（ｃ）化学的機械研磨（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭ
ｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）。

【０００４】これらのうち、（ａ）は無機ＳＯＧ（Ｓｐ
ｉｎｏｎＧｌａｓｓ）や有機ＳＯＧ、あるいはポリ
イミド等の塗布型絶縁膜を塗布乾燥後、熱処理あるいは
焼成し、必要に応じてこれをさらにエッチバックして平
坦面を得る方法である。このうち、無機ＳＯＧは塗布焼
成とエッチバックを何度も繰り返せば所望の平坦面が得
られるが、工程増によるスループットの低下や面内均一
性の低下が懸念される。また有機ＳＯＧやポリイミドに
おいては、１回の塗布で比較的良好な平坦面が得られる
が、膜の耐湿性や緻密性に問題を残す。また（ｂ）は、
低ガス圧力下でＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏ
ｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）放電により高密度プラ
ズマを生成し、さらに基板バイアスを独立に印加するこ
とにより、ＣＶＤとスパッタリングを競合させて平坦面
を得る方法であり、アスペクト比２程度までは充分なギ
ャップフィル能力を有する。しかしながら、ＥＣＲプラ
ズマ発生源は０．０８７５Ｔの強磁場を必要とし、被処
理基板の大口径化への対応を考えた場合、装置の巨大化
やクリーンルームのスペース効率の低下は避けられな
い。また発散磁界に沿って活性種が被処理基板に入射す
るため、処理の均一性の確保にも限界がある。さらに
（ｃ）は、化学反応と機械研磨を組み合わせた方法であ
り、スラリと研磨パッドの選択やコンディショニング等
のノウハウを必要とするものの、グローバル平坦化能力
は高く、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎ
ｇＵｎｉｔ）等付加価値の高いデバイスに導入されて
いる。

【０００５】したがって、メモリ等の汎用デバイスにも
ＣＭＰの適用を考えた場合、被処理基板の面内均一性と
平坦化能力の高いプラズマＣＶＤ方法により絶縁膜を堆
積した後、プラズマＣＶＤのみでは不可避的に残存す
る、絶縁膜の凸部を主体として部分的にＣＭＰを導入す
ることにより、スループットの高いグローバル平坦化を
施す方法が最も実現性が高いと考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した技術
的背景をもとに創出されたものであり、高アスペクト比
を有する基板凹部や配線間のギャップフィル能力および
その均一性にすぐれたプラズマＣＶＤ装置およびプラズ
マＣＶＤ方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は、上述した課題を達成するために提案するもので
あり、誘電体材料からなり、開放端面と、略平坦な閉鎖
端面を有するべルジャの外周に巻回したｍ＝０またはｍ
＝１モードのうちのいずれかのヘリコン波プラズマを発
生しうる第１のヘリコン波アンテナと、この第１のヘリ
コン波アンテナのさらに外周に配設したソレノイドコイ
ルアッセンブリと、このべルジャの閉鎖端面に臨むリン
グ状のｍ＝０およびｍ＝１モードの双方のヘリコン波プ
ラズマを発生しうる第２のヘリコン波アンテナとを有す
るヘリコン波プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の
開放端面に連接するとともに、被処理基板を載置した基
板ステージを内部に配設したプラズマ処理室を具備する
プラズマＣＶＤ装置であって、先のプラズマ処理室の外
周に、誘導結合アンテナを巻回したことを特徴とするも
のである。

【０００８】本発明のプラズマＣＶＤ装置の好ましい実
施態様においては、第１のヘリコン波アンテナ、第２の
ヘリコン波アンテナおよび誘導結合アンテナは、高周波
電力を連続的に印加する手段を有することを特徴とす
る。

【０００９】本発明の別の好ましい実施態様において
は、第１のヘリコン波アンテナ、第２のヘリコン波アン
テナおよび誘導結合アンテナに、高周波電力を間欠的に
印加する手段を有することを特徴とする。

【００１０】本発明のさらに別の好ましい実施態様にお
いては、ソレノイドコイルアッセンブリのうち、ヘリコ
ン波の輸送に寄与するソレノイドコイルへの電力を間欠
的に印加する手段を有することを特徴とする。ここで各
アンテナおよびソレノイドコイルに電力を間欠的に印加
するということは、電力を例えば１０μｓｅｃのオーダ
でパルス的に断続印加するという意味であるが、そのデ
ューティ比や周期等は装置特性やプラズマＣＶＤ条件に
応じ、任意に設定してよい。またプラズマＣＶＤプロセ
ス中を通じて、電力の供給をｏｆｆ状態にしておく場合
をも含むものである。

【００１１】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、基板ステ
ージに基板バイアス電力を印加する手段を有することを
特徴とする。

【００１２】一方、本発明のプラズマＣＶＤ方法は上述
した課題を達成するために提案するものであり、上述の
プラズマＣＶＤ装置により、ｍ＝０モードのヘリコン波
プラズマ、ｍ＝１モードのヘリコン波プラズマおよび誘
導結合プラズマとを被処理基板に同時に照射しつつプラ
ズマＣＶＤ膜を堆積することを特徴とするものである。

【００１３】また本発明のプラズマＣＶＤ方法は、上述
のプラズマＣＶＤ装置により、ｍ＝０モードのヘリコン
波プラズマ、ｍ＝１モードのヘリコン波プラズマおよび
誘導結合プラズマのうちの少なくとも１種を被処理基板
に間欠的に照射しつつプラズマＣＶＤ膜を堆積すること
を特徴とするものである。

【００１４】さらにまた本発明のプラズマＣＶＤ方法
は、上述のプラズマＣＶＤ装置により、ヘリコン波の輸
送に寄与するソレノイドコイルへ間欠的に電力を印加し
つつプラズマＣＶＤ膜を堆積することを特徴とする。こ
こでも間欠的という語の意味は、上述した定義と同じで
ある。

【００１５】

【作用】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、ＥＣＲプラズ
マ発生源に比してはるかにシンプルで小型なヘリコン波
プラズマ発生源において、伝播モードを異にする２つの
ヘリコン波アンテナを組み合わせるとともに、ヘリコン
波が拡散するプラズマ処理室の外周に誘導結合アンテナ
を巻回し、誘導結合プラズマをも併用しうる装置構成と
した点に特徴を有する。

【００１６】ヘリコン波プラズマは、誘電体べルジャに
０．０１Ｔ程度の比較的低い磁界を印加し、さらにこの
べルジャの外周に巻回したループ状のヘリコン波アンテ
ナにＲＦを印加してべルジャ内にヘリコン波を生成し、
ヘリコン波からランダウ減衰の過程を経て電子へエネル
ギを輸送して電子を加速し、加速電子をガス分子に衝突
させて高いイオン化率を得るものと考えられており、例
えば米国特許第４，８１０，９３５号明細書にその開示
がある。ヘリコン波プラズマ発生源は、１０^-1ないし１
０^-2Ｐａ台の低圧下において、１０¹²／ｃｍ³台の高密
度プラズマ（イオン電流密度で約２０ｍＡ／ｃｍ²）を
生成することが可能である。

【００１７】ヘリコン波プラズマは、ヘリコン波アンテ
ナのループ形状の選択により、ｍ＝０とｍ＝１モードの
定在波を有するプラズマを励起することができる。代表
的なヘリコン波アンテナの概略形状と高周波電流の流れ
方を図５に示す。図５（ａ）は最も簡単なシングルルー
プ状のヘリコン波アンテナであり、ｍ＝０とｍ＝１モー
ドの両方の定在波を有するプラズマが発生する。これに
対し、図５（ｂ）のように逆方向の電流が流れる２つの
ループ形状のアンテナを、伝播するヘリコン波の波長の
整数分の１の間隔で離間させた場合には、ｍ＝０モード
の定在波のみが発生する。さらに、図５（ｃ）および図
５（ｄ）に示すようにべルジャを部分的に巻回し、逆方
向の電流が流れる２つのハーフターンアンテナを組み合
わせた場合にはｍ＝１モードの定在波のみが発生する。
このうち、右廻り波であるｍ＝−１モードのイオン電流
密度は、左廻り波であるｍ＝＋１モードのイオン電流密
度の数倍に達し、実質的な高密度ヘリコン波プラズマの
生成に寄与すると言われている。

【００１８】円筒プラズマを伝播するヘリコン波の電気
力線の断面形状およびその磁場方向への伝播の様子を数
値計算してこれをイメージ化した概略斜視図を図６に示
す。このうち図６（ａ）はｍ＝＋１モードであり、図６
（ｂ）はｍ＝０モードである。さらに円筒プラズマを伝
播するヘリコン波の直径方向のイオン電流密度分布を図
７に示す。同図はべルジャの内径が２５０ｍｍの場合で
ある。これから明らかなように、ｍ＝＋１モードは円筒
中心軸上にイオン電流密度のピークがある。一方ｍ＝０
モードの場合には、中心軸から離間した位置に対称に２
つのピークを有する。したがって、ｍ＝１モードとｍ＝
０モードの両方の定在波を有するヘリコン波プラズマを
合成すれば、理論上はイオン電流密度のピークが平坦化
された、あるいはイオン電流密度のプロファイルを自在
にコントロールしたヘリコン波プラズマ発生源を得るこ
とが可能になる。

【００１９】本発明のプラズマＣＶＤ装置はこの点に着
目し、２系統のヘリコン波アンテナを用いてｍ＝１モー
ドとｍ＝０モードの合成プラズマ発生源を利用するもの
である。ただし、２系統のヘリコン波アンテナをべルジ
ャ近傍に設置するので、相互のアンテナが障害や干渉を
を発生しない設置個所を選ぶ必要がある。したがって、
まずべルジャの外周に巻回して第１のヘリコン波アンテ
ナを設け、これとは重なり合わないべルジャの閉鎖端面
に臨む位置に、第２のヘリコン波アンテナを設ける構成
を採用する。

【００２０】ここで、べルジャの閉鎖端面に臨む位置に
設けたシングルループの第２のヘリコン波アンテナのみ
によっても、ｍ＝０とｍ＝１モードの両方の定在波を有
するプラズマを発生することは可能である。しかしなが
ら、この第２のヘリコン波アンテナ単独では、イオン電
流密度のプロファイルを自在に制御することはできな
い。したがって、第２のヘリコン波アンテナに加えて、
べルジャ外周にｍ＝０モードの第１のヘリコン波アンテ
ナを設ければ、べルジャ周辺部のイオン電流密度分布が
協調された３つのピークを有するイオン電流密度プロフ
ァイルが得られる。また第２のヘリコン波アンテナに加
えて、べルジャ外周にｍ＝０モードまたはｍ＝１モード
の第１のヘリコン波アンテナを設ければ、べルジャの中
心軸から離間した位置が強調された３つのピークを有す
る電流密度プロファイル、またはべルジャ中心部のイオ
ン電流密度分布が強調された３つのピークを有するイオ
ン電流密度プロファイルが得られる。

【００２１】このようにイオン電流密度のべルジャ径方
向のピークが増えることにより、プラズマ密度が均一化
し、大口径基板に対する均一処理の可能性が高まる。か
かるヘリコン波アンテナの構成に加え、各アンテナの少
なくともいずれか１種に間欠的に高周波を印加すること
により、ソースガスの解離制御やイオンエネルギの制御
が可能となる。すなわち、電子温度の緩和時間が数ｎｓ
ｅｃオーダであるのに対し、プラズマの寿命が数十μｓ
ｅｃのオーダと４桁程度長いことを利用し、プラズマ密
度は略一定に維持しながら、電子温度のみを制御するこ
とができる。電子温度はＣＶＤのソースガスの解離や被
処理基板表面でのシースを決定するパラメータの１つで
あるので、上述の制御が可能となるのである。

【００２２】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、電界によ
るヘリコン波プラズマの制御の他に、磁界によるプラズ
マ制御を施すことも可能である。特にヘリコン波プラズ
マ発生室の外周に、ヘリコン波プラズマの伝播に寄与す
る内側ソレノイドコイルと、ヘリコン波プラズマの輸送
に寄与する外側ソレノイドコイルの２系統のソレノイド
コイルからなるソレノイドコイルアッセンブリを有する
プラズマＣＶＤ装置の場合には、かかるプラズマ制御は
容易である。すなわち、内側ソレノイドコイルには常時
通電してヘリコン波プラズマ発生室内にプラズマを立て
ておき、外側ソレノイドコイルには間欠的に通電して、
プラズマ処理室へのプラズマの輸送を断続することが可
能である。この方法により、被処理基板近傍のプラズマ
密度の制御ができる。

【００２３】さらに本発明においては、プラズマ処理室
の外周に巻回した誘導結合アンテナにより、プラズマ処
理室内や内壁面近傍で高密度プラズマを生成するので、
プラズマ処理室においてさらにプラズマ密度の制御をお
こなうことができる。また必要に応じ、誘導結合プラズ
マによりプラズマ処理室内壁のｉｎ−ｓｉｔｕクリーニ
ングを施すことができるので、プラズマ処理室内壁に付
着した堆積膜の剥離によるパーティクル発生が抑制でき
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。

【００２５】実施例１本実施例におては、本発明のプラズマＣＶＤ装置の具体
的構成例につき、図１に示す概略断面図を参照して説明
する。本プラズマＣＶＤ装置は、プラズマ発生室１０と
プラズマ処理室２０とに大別されており、プラズマ処理
室２０内には、例えば８インチ以上の大口径の被処理基
板１を載置した基板ステージ２を、プラズマ発生室１０
に臨んで配設する。基板ステージ２には、入射イオンの
エネルギを制御する基板バイアス電源３を接続する。こ
の基板バイアスにより、堆積とは別個にスパッタリング
条件を設定可能となり、堆積とスパッタリングを競合し
つつギャップフィル能力の高いプラズマＣＶＤが可能と
なる。基板ステージ２の被処理基板１加熱機構やチャッ
キングの機構は図示を省略する。

【００２６】プラズマ発生室１０は、略平坦な閉鎖端面
と解放端面を有する、石英やアルミナ等の誘電体材料か
らなるべルジャ１１の外周に巻回されたｍ＝１モードの
ヘリコン波プラズマを生成する第１のヘリコン波アンテ
ナ１２と、べルジャの閉鎖端面に臨むリング状の第２の
ヘリコン波アンテナ１４、および内側ソレノイドコイル
と外側ソレノイドコイルからなるソレノイドコイルアッ
センブリ１６、ソレノイドコイル電源１７等より大略構
成する。第１のヘリコン波アンテナ１２には第１のヘリ
コン波アンテナ電源１３を、また第２のヘリコン波アン
テナ１４には第２のヘリコン波アンテナ電源１５を接続
する。これらヘリコン波アンテナ電源は、マッチングネ
ットワークや高周波電源をパルス的に断続する機構等
（図示せず）をも含むものである。またソレノイドコイ
ル電源１７は、外側ソレノイドコイルへの通電の断続機
構（図示せず）を有している。

【００２７】一方のプラズマ処理室２０は、同じく石英
やアルミナ等の誘電体材料からなるチャンバの外周に誘
導結合アンテナ２１を巻回し、誘導結合アンテナ２１に
は誘導結合アンテナ電源２２を接続する。この誘導結合
アンテナ電源２２も、図示しないマッチングネットワー
クや高周波電源をパルス的に断続する機構等を有する。
本プラズマＣＶＤ装置のこれら各電源は、予め電力印加
プログラムや他のプラズマＣＶＤ条件等を設定したした
コンピュータで一元的に制御することも可能である。

【００２８】本プラズマＣＶＤ装置のソースガス導入系
は２系統あり、プラズマ生成室１０のべルジャ１１の閉
鎖端面近傍の第１のガスノズル４と、プラズマ処理室２
０の被処理基板１近傍のシャワーリング状の第２のガス
ノズル５からなる。なお同図では、ソースガス導入系の
マスフローコントローラや、その他真空ポンプ、ゲート
バルブ等の細部は図示を省略するものとする。

【００２９】本プラズマＣＶＤ装置によれば、ｍ＝１モ
ードのヘリコン波を発生する第１のヘリコン波アンテナ
と、ｍ＝０およびｍ＝１モードのヘリコン波を発生する
第２のヘリコン波アンテナとの合成モードのヘリコン波
プラズマにより、大口径の被処理基板に対しギャップフ
ィル能力にすぐれしかも均一で高密度のプラズマＣＶＤ
を施すことが可能である。また内側ソレノイドコイルへ
の印加電力制御により、ヘリコン波プラズマの輸送を断
続でき、電子温度やプラズマ密度の制御が可能である。
さらにプラズマ処理室２０外周の誘導結合アンテナ２１
を併用すれば、より細かなプラズマ密度制御やプラズマ
処理室２０内壁のｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングが可能で
ある。なお本実施例では第１のヘリコン波アンテナ１２
はｍ＝１モードのヘリコン波を発生しうるものを選択し
たが、ｍ＝０モードのヘリコン波を発生しうるものを採
用し、第２のヘリコン波アンテナ１４から発生するｍ＝
０とｍ＝１モードのヘリコン波プラズマとの合成プラズ
マとしてもよい。

【００３０】実施例２本実施例は上述したプラズマＣＶＤ装置により、配線間
のギャップをステップカバレッジ良く埋め込みながら１
ステップで層間絶縁膜を形成した例であり、これを図２
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。本実施例で採用し
た被処理基板は、シリコン等の半導体基板３１上にＳｉ
Ｏ₂等の下地絶縁膜３２を形成し、この上にＴｉ／Ｔｉ
Ｎの積層からなる密着層兼バリアメタル層３３、Ａｌ−
１％ＳｉからなるＡｌ系金属層３４からなるＡｌ系金属
配線３４ａが形成されたものである。Ａｌ系金属配線３
４ａおよびそのスペース間隔の幅の最小値は、一例とし
て共に０．２０μｍであり、配線高は０．４０μｍすな
わちアスペクト比は２．０である。Ａｌ系金属配線３４
ａは部分的に不規則にレイアウトされており、広い配線
間スペースも存在する。

【００３１】この被処理基板１を前述のプラズマＣＶＤ
装置の基板ステージ２上にセッティングし、一例として
下記プラズマＣＶＤ条件によりＳｉＯ₂からなる層間絶
縁膜を形成した。Ｏ₂ （第１のガスノズル）５０ｓｃｃｍＳｉＨ₄（第２のガスノズル）５０ｓｃｃｍガス圧力０．１３Ｐａ第１のヘリコン波電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）第２のヘリコン波電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）（共に連続的に印加）誘導結合アンテナ電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板ステージ加熱温度４００ ℃ 本実施例においては各電源電力はともに連続的に通電
し、またソレノイドコイル電源は内側外側ともにｏｎと
した。このプラズマＣＶＤにより、図２（ｂ）に示すよ
うに狭い配線間スペースはもとより、広い配線間スペー
スをも良好に埋め込んだ層間絶縁膜３５が形成された。
層間絶縁膜３５の膜厚均一性は被処理基板径が８インチ
の場合±２％であり、極めて優れたレベルであった。

【００３２】層間絶縁膜３５は、このままの状態でも充
分平坦性を有するが、より完全な平坦面を得るために、
この後Ａｌ系金属配線３４ａ上に僅かに残る凸部を除去
するため、公知のＣＭＰによりこの凸部を除去した。本
実施例によれば、合成された均一なヘリコン波プラズマ
と、誘導結合プラズマの併用により、１ステップでギャ
ップフィル特性にすぐれた層間絶縁膜を形成することが
可能である。また後処理で用いたＣＭＰも僅かな段差凸
部を除去するのみでほぼ完全なグローバル平坦化が達成
でき、スループットの点でもすぐれたものであった。

【００３３】実施例３本実施例は同じプラズマＣＶＤ装置により、プラズマ密
度を制御しつつ２ステップで層間絶縁膜を形成した例で
あり、これを図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
本実施例で採用した図３（ａ）に示す被処理基板は、基
本的構成は図２（ａ）に示した被処理基板と同様である
ので重複する説明は省略するが、図３（ａ）において
は、最小ラインアンドスペース領域のみを示してある。

【００３４】この被処理基板を基板ステージ２上にセッ
ティングし、一例として下記２ステップのプラズマＣＶ
Ｄ条件によりＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜を形成した。ステップ１Ｏ₂ （第１のガスノズル）５０ｓｃｃｍＴＥＯＳ（第２のガスノズル）２０ｓｃｃｍＨ₂Ｏ（第２のガスノズル）５０ｓｃｃｍガス圧力０．１３Ｐａ第１のヘリコン波電源電力１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）第２のヘリコン波電源電力２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）（共に３０μｓｅｃ間隔ｏｎ／ｏｆｆで間欠印加）誘導結合アンテナ電源電力０Ｗ基板バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板ステージ加熱温度４００ ℃ ステップ１ではソレノイドコイル電源は外側のソレノイ
ドコイルのみｏｆｆとした。ヘリコン波電源電力は実施
例１より低く、また間欠的なパルス印加であるのでプラ
ズマ密度は１０¹⁰／ｃｍ³台と低く、プラズマの輸送も
制御されるので、ＴＥＯＳのプラズマ解離は抑えられ
る。この結果被処理基板表面には流動性の高い膜形成前
駆体が形成され、ここに基板バイアスの印加によるイオ
ン入射エネルギが印加されるので、堆積とスパッタリン
グが競合し、後述の図３（ｂ）で示すようにステップカ
バレッジのよいＴＥＯＳ系の第１の層間絶縁膜３６が形
成される。第１の層間絶縁膜３６の面内均一性は、被処
理基板径が８インチの場合、±１．５％であった。

【００３５】第１の層間絶縁膜３６は弱いプラズマＣＶ
Ｄ条件での成膜であるので、膜中にＨやＯＨ基を含有し
ており、このままでは耐湿性に問題を残す。そこで次の
ステップ２では下記プラズマＣＶＤ条件により、膜質に
すぐれた緻密な第２の層間絶縁膜３７を例えば３００ｎ
ｍの厚さに形成する。ステップ２Ｏ₂ （第１のガスノズル）５０ｓｃｃｍＳｉＨ₄（第２のガスノズル）２０ｓｃｃｍガス圧力０．１３Ｐａ第１のヘリコン波電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）第２のヘリコン波電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）（共に連続的に印加）誘導結合アンテナ電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板ステージ加熱温度４００ ℃ ステップ２ではソレノイド電源は内側外側ともにｏｎと
した。このプラズマＣＶＤにより、ＨやＯＨ等の残存物
のない、緻密で耐湿性に優れた第２の層間絶縁膜３７が
図３（ｂ）に示すように形成された。

【００３６】第１の層間絶縁膜３６および第２の層間絶
縁膜３７の形成により、充分な平坦面を有する層間絶縁
膜が形成されるが、Ａｌ系金属配線３５上に残るわずか
な凸部を除去するため、公知のＣＭＰを用いてほぼ完全
な平坦面とすることもできる。この際は図３（ｃ）に示
すようにＣＭＰ後に再度ステップ２とおなじプラズマＣ
ＶＤ条件で第３の層間絶縁膜３８を形成する。もちろん
第２の層間絶縁膜３７を形成せず、第１の層間絶縁膜形
成後、直ちにＣＭＰを施し、この後第３の層間絶縁膜３
８を形成してもよい。

【００３７】本実施例によれば、膜質の問題を残すＴＥ
ＯＳ等の有機シリコンソースガスを用いたプラズマＣＶ
Ｄにおいても、プラズマ密度の制御により平坦性、均一
性を一層向上するとともに、ＴＥＯＳ酸化膜そのものの
膜質の向上も改善することができる。この後無機シラン
系ガスによる高密度プラズマＣＶＤにより、緻密な層間
絶縁膜を積層する２ステップ方式により、信頼性の高い
グローバル平坦化が可能となる。

【００３８】実施例４本実施例は前実施例３の変形例であり、低誘電率のＳｉ
Ｏ_xＦ_yを採用した２ステップ方式のプラズマＣＶＤの
例を図４（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。ラインア
ンドスペース間隔や層間絶縁膜自体の厚さが縮小されつ
つある高集積度半導体装置においては、配線間の静電容
量を低減することが動作速度の向上のために重要であ
る。本実施例で採用した被処理基板は、前実施例で採用
した図３（ａ）に示す被処理基板と同様であるので重複
する説明は省略する。

【００３９】この被処理基板を図１に示すプラズマＣＶ
Ｄ装置の基板ステージ上に載置し、この被処理基板を基
板ステージ２上にセッティングし、ステップ１では一例
として下記プラズマＣＶＤ条件によりＳｉＯ_xＦ_yから
なる層間絶縁膜を形成した。ステップ１Ｃ₂Ｆ₆（第１のガスノズル）２０ｓｃｃｍＯ₂ （第１のガスノズル）５０ｓｃｃｍＴＥＯＳ（第２のガスノズル）２０ｓｃｃｍＨ₂Ｏ（第２のガスノズル）５０ｓｃｃｍガス圧力０．１３Ｐａ第１のヘリコン波電源電力１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）第２のヘリコン波電源電力２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）（共に３０μｓｅｃ間隔ｏｎ／ｏｆｆで間欠印加）誘導結合アンテナ電源電力２５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板バイアス電力１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板ステージ加熱温度４００ ℃ ステップ１ではソレノイドコイル電源は外側のソレノイ
ドコイルのみｏｆｆとした。ここでもヘリコン波電源電
力は実施例１より低く、また間欠的なパルス印加である
のでプラズマ密度は１０¹⁰／ｃｍ³台と低く、プラズマ
の輸送も制御されるので、ＴＥＯＳのプラズマ解離は抑
えられる。この結果被処理基板表面には流動性の高い膜
形成前駆体が形成され、ここに基板バイアスの印加によ
るイオン入射エネルギが印加されるので、堆積とスパッ
タリングあるいはエッチングが競合し、図４（ａ）で示
すようにボイドのないステップカバレッジのよいＳｉＯ
_xＦ_yからなる低誘電率の第１の層間絶縁膜３９が形成
される。低誘電率の第１の層間絶縁膜３９の面内均一性
は、被処理基板径が８インチの場合、±１．０％であっ
た。

【００４０】低誘電率の第１の層間絶縁膜３９は弱いプ
ラズマＣＶＤ条件での成膜であるので、膜中にＨやＯＨ
基を含有しておりこのままでは耐湿性に問題を残す。そ
こで次のステップ２では前実施例３のステップ２と同様
のプラズマＣＶＤ条件により、膜質にすぐれた緻密な第
２の層間絶縁膜３７を例えば３００ｎｍの厚さに形成す
る。この状態を図４（ｂ）に示す。

【００４１】低誘電率の第１の層間絶縁膜３９および第
２の層間絶縁膜３７の形成により、充分な平坦面を有す
る層間絶縁膜が形成されるが、Ａｌ系金属配線３５上に
残るわずかな凸部を除去するため、公知のＣＭＰを用い
てほぼ完全な平坦面とすることもできる。この際は前実
施例３と同様にＣＭＰ後に再度ステップ２のプラズマＣ
ＶＤ条件で第３の層間絶縁膜３８を形成する。もちろん
第２の層間絶縁膜３７を形成せず、第１の層間絶縁膜形
成後、直ちにＣＭＰを施し、この後第３の層間絶縁膜３
８を形成してもよい。

【００４２】本実施例によれば、膜質の問題を残すＴＥ
ＯＳ等の有機シリコンソースガスを用いたプラズマＣＶ
Ｄにおいても、プラズマ密度の制御により平坦性、均一
性を一層向上するとともに、ＳｉＯ_xＦ_y膜そのものの
膜質の向上も改善することができる。この後無機シラン
系ガスによる高密度プラズマＣＶＤにより、緻密な層間
絶縁膜を積層する２ステップ方式により、信頼性の高い
グローバル平坦化が可能となる。さらに本実施例におい
てはステップ１で導入されたＣ₂Ｆ₆は、プラズマ処理
室外周に巻回された誘導結合アンテナにより高密度プラ
ズマを生成し、プラズマ処理室内壁をクリーニングする
効果をも有する。このため、堆積種やＣＶＤ膜がプラズ
マ処理室内壁に堆積してさらに剥離することがなく、パ
ーティクル汚染のないクリーンな成膜が可能である。

【００４３】以上、本発明を４例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
なく、ｍ＝０モードのヘリコン波プラズマと、ｍ＝１モ
ードのヘリコン波プラズマを同時に採用し、ヘリコン波
プラズマのプラズマ強度プロファイルやプラズマ強度を
自在に制御し、かつ誘導結合プラズマを併用してプラズ
マ処理室でのプラズマ密度の制御やｉｎ−ｓｉｔｕクリ
ーニングを施す技術的思想の範囲で、プラズマＣＶＤ装
置構成やプラズマＣＶＤ条件、被処理基板構成等適宜変
更することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマＣＶＤ装置およびプラズマＣＶＤ方法によれ
ば、プラズマＣＶＤ条件を自在に制御してプラズマ密度
やプラズマ密度分布を任意に設定できるので、高アスペ
クト比の微細な段差凹部をもボイドなく埋め込み平坦な
表面を形成することができ、しかも面内均一性と膜質を
も向上することができる。さらにＣＭＰを併用する場合
でも、わずかに残る段差凸部を除去するだけで済むの
で、グローバル平坦化がスループット良く実現できる。
したがって、本発明によれば多層配線を多用した高集積
度半導体装置の生産性や信頼性の向上に寄与するところ
大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１によるプラズマＣＶ
Ｄ装置の概略断面図である。

【図２】本発明を適用した実施例２によるプラズマＣＶ
Ｄ方法を示す概略断面図であり、（ａ）は下地絶縁膜上
にラインアンドスペース形状のＡｌ系金属配線を形成し
た状態、（ｂ）は層間絶縁膜を形成した状態、（ｃ）は
層間絶縁膜の凸部をＣＭＰで除去した状態である。

【図３】本発明を適用した実施例３のプラズマＣＶＤ方
法を示す概略断面図であり、（ａ）は下地絶縁膜上にラ
インアンドスペース形状のＡｌ系金属配線を形成した状
態、（ｂ）は第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜を形
成した状態、（ｃ）はＣＭＰを施した後、第３の層間絶
縁膜を形成した状態である。

【図４】本発明を適用した実施例４のプラズマ処理方法
を示す概略断面図であり、（ａ）はラインアンドスペー
ス形状のＡｌ系金属配線上に低誘電率の第１の層間絶縁
膜を形成した状態、（ｂ）は第２の層間絶縁膜を形成し
た状態である。

【図５】代表的なヘリコン波アンテナの概略形状を示
し、（ａ）はシングルループ状、（ｂ）は逆方向の電流
が流れる２つのループ形状アンテナを組み合わせたも
の、（ｃ）および（ｄ）は逆方向の電流が流れる２つの
ハーフターンアンテナを組み合わせたものである。

【図６】円筒プラズマを伝播するヘリコン波の電気力線
の断面形状およびその磁場方向の伝播の様子を示す概略
斜視図であり、（ａ）はＭ＝＋１モード、（ｂ）はｍ＝
０モードである。

【図７】円筒プラズマを伝播するヘリコン波の直径方向
のイオン電流密度分布を示す図である。

【符号の説明】

１被エッチング基板２基板ステージ３基板バイアス電源４第１のガスノズル５第２のガスノズル１０プラズマ発生室１１べルジャ１２第１のヘリコン波アンテナ１４第２のヘリコン波アンテナ１６ソレノイドコイルアッセンブリ２０プラズマ処理室２１誘導結合アンテナ３１半導体基板３２下地絶縁膜３４ａＡｌ系金属配線３５層間絶縁膜３６第１の層間絶縁膜３７第２の層間絶縁膜３８第３の層間絶縁膜３９低誘電率の第１の層間絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体材料からなり、開放端面と、略平
坦な閉鎖端面を有するべルジャの外周に巻回したｍ＝０
およびｍ＝１モードののうちのいずれかのヘリコン波プ
ラズマを発生しうる第１のヘリコン波アンテナと、前記第１のヘリコン波アンテナのさらに外周に配設した
ソレノイドコイルアッセンブリと、前記べルジャの閉鎖端面に臨むリング状のｍ＝０および
ｍ＝１モードの双方のヘリコン波プラズマを発生しうる
第２のヘリコン波アンテナとを有するヘリコン波プラズ
マ発生室と、前記プラズマ発生室の前記開放端面に連接するととも
に、被処理基板を載置した基板ステージを内部に配設し
たプラズマ処理室とを具備するプラズマＣＶＤ装置であ
って、前記プラズマ処理室の外周に、誘導結合アンテナを巻回したことを特徴とする、プラズ
マＣＶＤ装置。
【請求項２】第１のヘリコン波アンテナ、第２のヘリ
コン波アンテナおよび誘導結合アンテナに、高周波電力
を連続的に印加する手段を有することを特徴とする、請
求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】第１のヘリコン波アンテナ、第２のヘリ
コン波アンテナおよび誘導結合アンテナに、高周波電力
を間欠的に印加する手段を有することを特徴とする、請
求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】ソレノイドコイルアッセンブリのうち、
ヘリコン波の輸送に寄与するソレノイドコイルへの電力
を間欠的に印加する手段を有することを特徴とする、請
求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】基板ステージに基板バイアス電力を印加
する手段を有することを特徴とする、請求項１記載のプ
ラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置によ
り、ｍ＝０モードのヘリコン波プラズマ、ｍ＝１モード
のヘリコン波プラズマおよび誘導結合プラズマとを被処
理基板に同時に照射しつつプラズマＣＶＤ膜を堆積する
ことを特徴とする、プラズマＣＶＤ方法。
【請求項７】請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置によ
り、ｍ＝０モードのヘリコン波プラズマ、ｍ＝１モード
のヘリコン波プラズマおよび誘導結合プラズマのうちの
少なくとも１種を被処理基板に間欠的に照射しつつプラ
ズマＣＶＤ膜を堆積することを特徴とする、プラズマＣ
ＶＤ方法。
【請求項８】請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置によ
り、ヘリコン波の輸送に寄与するソレノイドコイルへの
電力を間欠的に印加しつつプラズマＣＶＤ膜を堆積する
ことを特徴とする、プラズマＣＶＤ方法。