JPH10242134A

JPH10242134A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH10242134A
Application number: JP4528397A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mito; 清水戸; Masahiko Nishida; 雅彦西田; Shinji Masuoka; 真二増岡; Hideki Sakurai; 秀樹桜井
Original assignee: Sharp Corp; Sharp Manufacturing Systems Corp
Current assignee: Sharp Corp; Sharp Manufacturing Systems Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ装置内の堆積物を簡易低コスト
な構造のものでかつ効率的にプラズマドライクリーニン
グできるようにする。【解決手段】反応室２内に一方側電極としての高周波
電極１６と、他方側電極としてのウエハ搭載台８とが配
置されているとともに、高周波電極１６と対向する反応
室２内の適所にクリーニング専用電極２４が配置され、
クリーニング専用電極２４によりクリーニングプラズマ
が励起されることで反応室内の堆積物が除去可能にされ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、減圧下で反応性ガ
スのプラズマ放電分解によってウエハ上に薄膜を形成す
るプラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的低温でのＣＶＤ反応が成立するプ
ラズマＣＶＤ装置の中には平行平板型プラズマＣＶＤ装
置と称するものがある。この平行平板型プラズマＣＶＤ
装置は反応室内に平板電極を対向させ、一方の平板電極
をウエハ搭載台としてこれの中にヒータを内蔵させる一
方、このウエハ搭載台と他方の平板電極との間に高周波
電源を印加することで低圧反応ガスのプラズマを発生さ
せてウエハ上に薄膜を成膜するものである。

【０００３】このような平行平板型ＣＶＤ装置の従来の
概略構成について図３を参照しながら説明すると、反応
室２は電気的に接地されている。反応室２は下部側に真
空排気口４、上部側に反応ガス導入口６をそれぞれ有し
ている。反応室２内の底面上に接地された電極としての
ウエハ搭載台８が固定されている。ウエハ搭載台８内に
はヒータユニット１０が配置されている。ウエハ搭載台
８上にはウエハ１２が配置されてこのウエハ１２はヒー
タユニット１０で加熱可能になっている。反応室２内の
天面には反応ガス導入口６を囲むように環状の絶縁台１
４が固定されてるとともに、この絶縁台１４上に高周波
電極１６が固定されている。この高周波電極１６は多数
のガス流出孔１８を有しかつ高周波電源２０に接続され
ている。

【０００４】上記構成を有するＣＶＤ装置でウエハ搭載
台８上のウエハ１２に一例として窒化珪素（ＳｉＮ)を
成膜させる場合について以下に詳しく説明すると、ウエ
ハ搭載台８上のウエハ１２をヒーターユニット１０で所
定の温度に加熱し、反応室２内にはガス流出孔１８を介
してモノシランガス（ＳｉＨ₄）、窒素ガス（Ｎ₂）およ
びアンモニアガス（ＮＨ₃）からなる混合ガスを流した
状態で、真空排気口４から反応室２内を真空排気してそ
の内部を所定の真空度に維持する。高周波電極１６には
高周波電源２０を印加して一方側電極である高周波電極
１６と他方側電極であるウエハ搭載台１２との間でプラ
ズマ放電を発生させることでＳiＨ₄ガス、Ｎ₂ガス、Ｎ
Ｈ₃ガスを分解する。この分解によりほとんどのガスは
そのまま真空排気口４を介して反応室２外へ出ていく一
方でウエハ１２上にＳｉＮが成膜されるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に上述のようなＣ
ＶＤ装置においては、ドライクリーニングを実施しなけ
れば１枚のウエハの上に薄膜を形成する毎に反応室内の
高周波電極、ウエハ搭載台、反応室の側壁および底壁な
どの反応室構成部品に副生成物が堆積しその堆積物によ
る膜厚が次第に厚くなってくる結果、最終的にはその堆
積物がはがれたり浮遊してきたりしてウエハの成膜に対
してのパーティクルの原因となり、ウエハの歩留り低下
につながる。そのために、ＣＶＤ装置においては、一般
には１枚のウエハに成膜を終了する毎に反応室内をエッ
チングガスによるプラズマドライクリーニングを実施す
るようにしたものがある。

【０００６】しかしながら、上述のＣＶＤ装置において
はドライクリーニングを実施するための電極として高周
波電極が兼用されることになるが、この高周波電極をプ
ラズマクリーニング電極とした場合ではクリーニングプ
ラズマがウエハを中心としたプラズマ放電空間以上には
広がらず、したがって、クリーニングプラズマが及ぶ範
囲内の反応室構成部品への堆積物についてはクリーニン
グできても、その範囲外の堆積物についてはクリーニン
グできなかったから上述したパーティクルを大幅に減少
させてウエハの歩留まりを維持させることは困難である
という課題があった。

【０００７】一方、こうした課題に鑑みて、反応室構成
部品への堆積物の付着を防止してパーティクルの減少、
ウエハの歩留まり維持を図る場合においては、そのため
の構成が複雑でかつその付着防止効率が低かったのでは
ウエハを用いた半導体部品の製造コストが単にアップす
るのみならず、製造コストがアップした割にはウエハ上
に品質よく成膜できないことなるので到底採用でき得る
ものではない。

【０００８】そこで、本発明者らは、簡易な構成として
半導体素子の製造コストをアップさせないようにし、そ
れでいてウエハ上に品質よく成膜できるようにするべく
ウオールパージと称し窒素ガスを反応室壁を中心にエア
ーカーテンのように流して堆積物の付着を防止する実験
を試みたのであるが、このエアーカーテンによっても堆
積物の付着を十分に完全に防止することができなかっ
た。そこで、本発明者らは、簡易な構造でありしかも制
御性に優れたものとして、クリーニングプラズマの広が
りという面からも非常に有効な方式となるプラズマＣＶ
Ｄ装置を提供するべくさらに鋭意研究した結果、反応室
内において高周波電極と対向する適所にドライクリーニ
ング専用電極を配置し、この専用電極を用いて任意の周
期で反応室内の堆積物ヘプラズマを直接作用させ得るよ
うにしたことで、従来のＣＶＤ装置ではなし得なかった
除去が困難な所にある堆積物であってもこれを直接的に
かつ有効に除去できるようにしたプラズマＣＶＤ装置を
提供できるに至った。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明におい
ては、反応室内に一方側電極としての高周波電極と、他
方側電極としてのウエハ搭載台とが配置されているとと
もに、前記高周波電極と対向する反応室内の適所にクリ
ーニング専用電極が配置されており、このクリーニング
専用電極によりクリーニングプラズマが励起されること
で反応室内の堆積物が除去可能にされていることを特徴
としたことで上述の課題を解決している。

【００１０】請求項２の本発明においては、請求項１に
加えて、前記高周波電極と前記クリーニング専用電極と
に選択的にまたは個別に高周波電源が印加可能にされて
いることで上述の課題を解決している。

【００１１】請求項３の本発明においては、請求項１ま
たは２に加えて、前記ドライクリーニング専用電極が前
記反応室内に絶縁部材を介して配置されていることで上
述の課題を解決している。

【００１２】請求項４の本発明においては、反応室の一
方側にガス導入孔を有し、このガス導入孔を含む該反応
室の一方側に多数のガス流出口を備えた一方側電極とし
ての高周波電極が固定され、前記反応室の他方側には他
方側電極としてのウエハ搭載台が配置されるとともに該
他方側に真空排気口を有したプラズマＣＶＤ装置におい
て、前記ウエハ搭載台周囲の前記反応室他方側の適所に
は絶縁部材を介してクリーニング専用電極が配置され、
このクリーニング専用電極にはドライクリーニング時に
高周波電源が印加可能にされていることを特徴としたこ
とで上述の課題を解決している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
る平行平板型のプラズマＣＶＤ装置について説明する。
図１は本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図
であり、同図を参照して、反応室２は電気的に接地され
ている。反応室２は下部側に真空排気口４、上部側に反
応ガス導入口６をそれぞれ有している。反応室２内の底
面上にウエハ搭載台８が固定されている。ウエハ搭載台
８内にはヒータユニット１０が配置されている。ウエハ
搭載台８上にはウエハ１２が配置されている。反応室２
内の天面には反応ガス導入口６を囲むように環状の絶縁
台１４が固定されてるとともに、この絶縁台１４に高周
波電極１６が固定されている。高周波電極１６は多数の
ガス流出孔１８を有しかつ高周波電源２０が印加される
ようになっている。

【００１４】本実施の形態においては、上述の従来の構
成に加えて、プラズマ放電時に絶縁をつかさどる環状絶
縁部材２２が反応室２内の底壁と側壁とにかけて設けら
れているとともに、底壁上の絶縁部材２２を介してアル
ミニュームなどのような導電材つまり成膜の際にウエハ
に影響が無いか少ない導電材で構成された環状のクリー
ニング専用電極２４が設けられている。クリーニング専
用電極２４はウエハ搭載台８周囲に環状に配置されてい
ることで、クリーニングプラズマの広がりをクリーニン
グしにくい反応室２内の底壁などに広げられ堆積物をよ
り効果的に除去できるようになっている。また、クリー
ニング専用電極２４はこの実施の形態では１枚であった
が、必要に応じて複数枚であってもよい。また、クリー
ニング専用電極２４はこの実施の形態では反応室２の底
壁上であったが、この配置に限定されるものではなく、
高周波電極１６と対向する反応室２の適所例えば底壁近
傍の側壁その他であっても構わない。そして、高周波電
極１６とクリーニング専用電極２４はそれぞれ高周波電
源２０に対して高周波電極用切換スイッチ２６とクリー
ニング専用電極用切換スイッチ２８とを介して接続され
ていることでそれぞれ個別に高周波電源２０にオンオフ
可能になっている。

【００１５】次に動作について説明する。ウエハ搭載台
８上に搭載されているシリコン等のウエハ１２上にシリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜などを成膜するのである
が、この成膜に際しては下部電極となるウエハ搭載台８
上のウエハ１２以外として例えばウエハ搭載台１２の周
辺とか高周波電極１６の周辺、さらには反応室２内の側
壁とか底壁といったところにも堆積物が付着してくる。
こうした堆積物を除去するために反応室２内にプラズマ
クリーニングを実施する。このプラズマクリーニングの
ためのガスとしては三フッ化窒素(ＮＦ₃)やフロン１１
６(Ｃ₂Ｆ₆)あるいはこれらのガスと酸素(Ｏ₂),亜酸化窒
素(Ｎ₂Ｏ)との混合ガスであり、この混合ガスをガス導
入口６を介して反応室２内に導入するとともに、高周波
電極１６にある多数のガス流出口１８でもって分散均一
化させながら反応室２内に導入し、高周波電極用切換ス
イッチ２６とクリーニング専用電極用切換スイッチ２８
とをそれぞれオンにして高周波電源２０により高周波電
極１６と、ドライクリーニング用専用電極２４と、ウエ
ハ搭載台８との間に高周波電源２０を印加してプラズマ
を放電させる。こうしたプラズマ放電により反応室構成
部品に付着した堆積物はエッチング除去されたうえでガ
ス化されてクリーニングされる。

【００１６】以上のように構成されかつ動作する本実施
の形態のプラズマＣＶＤ装置について、さらにウエハ１
２にＳｉＮを成膜させるともに、これによる堆積物をド
ライクリーニングする場合について説明する。ウエハ搭
載台８上のウエハ１２をヒータユニット１０で所定温度
に加熱し、反応室２には高周波電極１６のガス流出孔１
８からＳiＨ₄ガス（１００ｓｃｃｍ）とＮ₂ガス（２０
００ｓｃｃｍ）とＮＨ₃ガスとの混合ガスを反応ガスと
して導入する一方、反応室２を約４Ｔｏｒｒの真空状態
に保持させる。高周波電極用切換スイッチ２６をオンに
して高周波電極１６には１３.５６ＭＨｚで５００Ｗの
高周波電源２０を印加して高周波電極１６とウエハ搭載
台８との間でプラズマ放電を起こさせる。これによって
反応室２中の反応ガスとしてのＳiＨ₄と、Ｎ₂ガスと、
ＮＨ₃ガスはそれぞれプラズマのエネルギーにより分解
されてしまい、これによりウエハ１２上にＳｉＮ膜が成
膜される。この場合、１枚のウエハの成膜厚さを０.７
μｍとして、５枚のウエハに連続して成膜した場合、５
枚目のウエハ上のパーティクル(０.１３μｍ以上)の数
は、９０〜１１０個であった。

【００１７】次に、ウエハ上への上述の成膜の後でドラ
イクリーニングするのであるが、このドライクリーニン
グ用のガスとしてＣ₂Ｆ₆２５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂２５０ｓ
ｃｃｍ、１Ｔｏｒｒ,１００vol％とし、（１）切換スイ
ッチ２６をオンに、切換スイッチ２８をオフにして高周
波電極１６のみに５００Ｗの高周波電力を１０分間印加
しただけのドライクリーニングの場合、（２）切換スイ
ッチ２６をオフ、切換スイッチ２８をオンにして、クリ
ーニング専用電極２４のみに５００Ｗの高周波電源２０
を１０分間印加してドライクリーニングをした場合、
（３）いずれの切換スイッチ２６，２８もオンにして高
周波電極１６とクリーニング専用電極２４とに同時に５
００Ｗの高周波電源２０を１０分間印加してドライクリ
ーニングした場合とで反応室構成部品への堆積物の除去
状況について比較実験したところ、前記（１）では高周
波電極１６とウエハ搭載台８近傍でのみ堆積物が除去さ
れている程度でその堆積物除去効果は少なく、前記
（２）では反応室２底壁とウエハ搭載台８近傍のみなら
ず、高周波電極１６近傍の外周部まで堆積物が除去され
ていたから前記（１）よりも堆積物除去効果が大きく、
前記（３）では反応室構成部品のほぼすべてにわたって
堆積物が除去されていたので堆積物除去効果が高い。

【００１８】以上の各比較による条件は代表的なもので
あるから、成膜条件の変動に応じて適宜実施しても構わ
ないことは勿論である。

【００１９】以上のように構成された本実施の形態にお
けるプラズマCＶＤ装置によって膜厚０．７μｍのＳｉ
Ｎ膜を成膜した場合、ウエハ表面上の０.１３μｍ以上
のパーティクル数は、３０〜４０個程度となり、ウエッ
トクリーニング後の成膜時の際のパーティクル数とほぼ
同じ結果が得られたので、ドライクリーニングでウエッ
トクリーニングを実施したのと同じ結果を得られたこと
になった。したがって、本実施の形態のプラズマＣＶＤ
装置によれば、ウエハへの成膜の都度に毎回、反応室を
クリーニングせずとも、数枚連続成膜後にクリーニング
を実施すれば良く、更に反応室を大気に開放しウエット
クリーニングを実施する頻度も低減することができるの
で、その生産性を向上することができた。

【００２０】なお、上述の実施の形態においては、クリ
ーニング専用電極が反応室内の通常の手法では配置し難
い場所に設けられるために以下の配置要素を鑑み実施し
ても構わない。まず、このクリーニング専用電極によっ
て異常放電を起こしたり、ノイズの原因となったり、あ
るいはゴミ溜まりとなってしまうことがないように反応
室壁とかの面とは画一化を図ると共にセラミックなどの
絶縁部材でもって絶縁を図るとともに空間距離をチャン
バー容積の最小化を鑑み最適化しても構わない。異常放
電に対してはクリーニング専用電極用切換スイッチを通
常の成膜時にはオフとし、ドライクリーニング時にはク
リーニング専用電極用切換スイッチをオンにするとよ
い。

【００２１】なお、上述の実施の形態においては、高周
波電源の発振周波数が１３．５６ＭＨｚ帯となっている
が、その発振周波数は、反応室の形状とか形式、電極の
形状とか形式に応じて適宜選択して構わない。

【００２２】なお、上述の実施の形態においては、図２
で示すように、高周波電極１６とクリーニング専用電極
２４とに個別にそれぞれ専用の高周波電源２０ａ，２０
ｂをそれぞれ接続し、それぞれの高周波電源２０ａ，２
０ｂで駆動できるようにしても構わない。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次の効果
を得られる。

【００２４】請求項１によれば、反応室内に一方側電極
としての高周波電極と、他方側電極としてのウエハ搭載
台とが配置されているとともに、前記高周波電極と対向
する反応室内の適所にクリーニング専用電極が配置され
ており、このクリーニング専用電極によりクリーニング
プラズマが励起されることで反応室内の堆積物が除去可
能にされていることから、ドライクリーニングするに際
しては特に重要なプラズマ放電空間の拡がりによって有
効にドライクリーニングを実施できるうえ、そのドライ
クリーニングによる堆積物除去も化学的であるために生
産性に影響を及ぼさない。結果として、ウエハを１枚成
膜する毎に反応室内の堆積物を除去する必要がなく、堆
積物除去の頻度を大幅に減らすことができることにより
パーティクルの低減と抑制および生産性の向上およびウ
エハ上の成膜の信頼性を向上することができる。また、
このことはチャンバー蓋を開けて反応室内を大気側に解
放する頻度を最小限に抑え込むことができることになる
ため装置の稼動率を高いレベルで維持し継続できる。

【００２５】請求項２によれば、前記高周波電極と前記
クリーニング専用電極とに選択的にまたは個別に高周波
電源が印加可能にしたから、プラズマの広がりとそのエ
ネルギを有効に活用でき、装置としての汎用性が拡大で
きる。

【００２６】請求項３によれば、前記ドライクリーニン
グ専用電極が前記反応室内に絶縁部材を介して配置され
ているので、クリーニングプラズマがクリーニング専用
電極に集中するのを防止して反応室構成部品に不要なダ
メージを及ぼすことなくクリーニングプラズマの広がり
を持たせて堆積物をより効果的に除去できる。

【００２７】請求項４によれば、反応室の一方側にガス
導入孔を有し、このガス導入孔を含む該反応室の一方側
に多数のガス流出口を備えた一方側電極としての高周波
電極が固定され、前記反応室の他方側には他方側電極と
してのウエハ搭載台が配置されるとともに該他方側に真
空排気口を有したプラズマＣＶＤ装置において、前記ウ
エハ搭載台周囲の前記反応室他方側の適所には絶縁部材
を介してクリーニング専用電極が配置され、このクリー
ニング専用電極にはドライクリーニング時に高周波電源
が印加可能にされていることから、ドライクリーニング
するに際しては特に重要なプラズマ放電空間の拡がりに
よって有効にドライクリーニングを実施できるうえ、そ
のドライクリーニングによる堆積物除去も化学的である
ために生産性に影響を及ぼさない。結果として、ウエハ
を１枚成膜する毎に反応室内の堆積物を除去する必要が
なく、堆積物除去の頻度を大幅に減らすことができるこ
とによりパーティクルの低減と抑制および生産性の向上
およびウエハ上の成膜の信頼性を向上することができ
る。また、このことはチャンバー蓋を開けて反応室内を
大気側に解放する頻度を最小限に抑え込むことができる
ことになるため装置の稼動率を高いレベルで維持し継続
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置
の断面図。

【図２】本発明の他の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ
装置の断面図。

【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の断面図。

【符号の説明】

２反応室４真空排気口６ガス導入口８ウエハ搭載台１０ヒータユニット１２ウエハ１６高周波電極１８ガス流出口２０高周波電源２２絶縁部材２４クリーニング専用電極２６高周波電極用切換スイッチ２８クリーニング専用電極用切換スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田雅彦大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内 (72)発明者増岡真二大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内 (72)発明者桜井秀樹大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号シャープマニファクチャリングシステム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内に一方側電極としての高周波電極
と、他方側電極としてのウエハ搭載台とが配置されてい
るとともに、前記高周波電極と対向する反応室内の適所
にクリーニング専用電極が配置されており、このクリー
ニング専用電極によりクリーニングプラズマが励起され
ることで反応室内の堆積物が除去可能にされていること
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記高周波電極と前記クリーニング専用電
極とに選択的にまたは個別に高周波電源が印加可能にさ
れていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。
【請求項３】前記ドライクリーニング専用電極が前記反
応室内に絶縁部材を介して配置されていることを特徴と
する請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】反応室の一方側にガス導入孔を有し、この
ガス導入孔を含む該反応室の一方側に多数のガス流出口
を備えた一方側電極としての高周波電極が固定され、前
記反応室の他方側には他方側電極としてのウエハ搭載台
が配置されるとともに該他方側に真空排気口を有したプ
ラズマＣＶＤ装置において、前記ウエハ搭載台周囲の前記反応室他方側の適所には絶
縁部材を介してクリーニング専用電極が配置され、この
クリーニング専用電極にはドライクリーニング時に高周
波電源が印加可能にされていることを特徴とするプラズ
マＣＶＤ装置。