JP2000054150A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法Info
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- JP2000054150A JP2000054150A JP10224041A JP22404198A JP2000054150A JP 2000054150 A JP2000054150 A JP 2000054150A JP 10224041 A JP10224041 A JP 10224041A JP 22404198 A JP22404198 A JP 22404198A JP 2000054150 A JP2000054150 A JP 2000054150A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マイクロ波励起のプラズマを用いたＣＶＤ等の
薄膜形成加工のプロセスにおいて、均一性・再現性が良
くかつ制御性が優れた大面積の基板の処理方式を提案す
る。 【解決手段】基板の表面の複数の個所の膜厚等の処理状
態をインプロセス計測し、その計測値をフィードバック
してそれぞれの位置に対応するマイクロ波の照射強度を
制御して、基板の処理量を高精度化する。 【効果】大面積基板のプラズマ処理によるＣＶＤ等の薄
膜加工が容易に均一性・再現性良くでき、製造プロセス
の高歩留まり化及び高品位化ができる。
薄膜形成加工のプロセスにおいて、均一性・再現性が良
くかつ制御性が優れた大面積の基板の処理方式を提案す
る。 【解決手段】基板の表面の複数の個所の膜厚等の処理状
態をインプロセス計測し、その計測値をフィードバック
してそれぞれの位置に対応するマイクロ波の照射強度を
制御して、基板の処理量を高精度化する。 【効果】大面積基板のプラズマ処理によるＣＶＤ等の薄
膜加工が容易に均一性・再現性良くでき、製造プロセス
の高歩留まり化及び高品位化ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は有磁場マイクロ波プ
ラズマ処理装置に係り、特に大面積の基板や複数の基板
を均一にかつ再現性良く処理するのに好適な制御方式に
関する。
ラズマ処理装置に係り、特に大面積の基板や複数の基板
を均一にかつ再現性良く処理するのに好適な制御方式に
関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等
による各種の薄膜加工は、半導体装置，液晶ディスプレ
イ用薄膜トランジスタ(ＴＦＴ−ＬＣＤ)，太陽電池，半
導体センサ，複写機用感光ドラム等々の電子機器やマイ
クロマシンの製造に広く用いられている。これらの電子
機器の大型化や製造コストの低減のために基板サイズが
大面積化の傾向にある。例えば、シリコン半導体装置で
は基板のシリコンウエハの大きさは、現在量産用は２０
０mmφが使用されており近い将来には３００mmφ，４０
０〜４５０mmφが計画されている。液晶ディスプレイで
はガラス基板の大きさは、現状５５０mm×６５０mm，６
５０mm×８３０mm、将来は１０００mm角以上が使用され
る予定である。
による各種の薄膜加工は、半導体装置，液晶ディスプレ
イ用薄膜トランジスタ(ＴＦＴ−ＬＣＤ)，太陽電池，半
導体センサ，複写機用感光ドラム等々の電子機器やマイ
クロマシンの製造に広く用いられている。これらの電子
機器の大型化や製造コストの低減のために基板サイズが
大面積化の傾向にある。例えば、シリコン半導体装置で
は基板のシリコンウエハの大きさは、現在量産用は２０
０mmφが使用されており近い将来には３００mmφ，４０
０〜４５０mmφが計画されている。液晶ディスプレイで
はガラス基板の大きさは、現状５５０mm×６５０mm，６
５０mm×８３０mm、将来は１０００mm角以上が使用され
る予定である。
【０００３】これらの大面積基板の均一加工に対応し
て、従来の技術は （１）磁力線の分布制御等によりプラズマの生成等のプ
ラズマ処理速度の主要因子の均一化を図る、（２）反応
容器内のガスの流れを均一化したり、基板表面での反応
が律速の主体となる原料ガスを選定する、（３）基板や
電極を回転させる、等々の方策が提案されている。
て、従来の技術は （１）磁力線の分布制御等によりプラズマの生成等のプ
ラズマ処理速度の主要因子の均一化を図る、（２）反応
容器内のガスの流れを均一化したり、基板表面での反応
が律速の主体となる原料ガスを選定する、（３）基板や
電極を回転させる、等々の方策が提案されている。
【０００４】これらに関係するものには、例えば、
（１）特開平2−83924 号，特開平3−6380号，特開平8
−191061 号，特開平9−22793号，特開平8−92765号，
（２）特開平8−236300 号，特開平8−102460 号，特開
平9−22797号，特開平9−36098号，（３）特開平8−679
95号，特開平8−264513 号、等が挙げられる。
（１）特開平2−83924 号，特開平3−6380号，特開平8
−191061 号，特開平9−22793号，特開平8−92765号，
（２）特開平8−236300 号，特開平8−102460 号，特開
平9−22797号，特開平9−36098号，（３）特開平8−679
95号，特開平8−264513 号、等が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に種々の装置
や製造方法が提案されているが、更なる大面積化におけ
る高均一化には不十分である。
や製造方法が提案されているが、更なる大面積化におけ
る高均一化には不十分である。
【０００６】プラズマエッチングによる加工やプラズマ
ＣＶＤによる薄膜堆積では、プラズマ処理の状態や速度
は、プラズマの電子密度，電子温度，高速電子の衝突に
よる原料ガス分子の解離速度定数，原料ガス分子が解離
して生成したラジカルの平均自由工程，生成ラジカルの
付着確立と反応確立、反応により生成したガスの脱着速
度等により決定される。更に、これらの因子は、原料ガ
スの種類と組成比及び供給量とそのタイミングや流束分
布，基板温度，マイクロ波照射強度やそのパルス変調，
基板印加バイアスの周波数や強度，反応容器の幾何学的
形状，反応圧力，基板の表面状態等々のプロセス条件の
関数となり、大面積基板の均一化のためには、これらの
プロセス条件の関数を精度良く制御する必要がある。し
かし、これらの関数のすべてを精度良く制御することは
量産においては実質的には不可能である。例えば、マイ
クロ波の入力パワーに対して実際にプラズマに吸収され
るパワーの比が密度の関数であり、その関数が非線形で
あるため、入力パワーとプラズマ（電子）密度は複雑な
非線形（密度ジャンプ，ヒステリシス）の関係があるか
らである。
ＣＶＤによる薄膜堆積では、プラズマ処理の状態や速度
は、プラズマの電子密度，電子温度，高速電子の衝突に
よる原料ガス分子の解離速度定数，原料ガス分子が解離
して生成したラジカルの平均自由工程，生成ラジカルの
付着確立と反応確立、反応により生成したガスの脱着速
度等により決定される。更に、これらの因子は、原料ガ
スの種類と組成比及び供給量とそのタイミングや流束分
布，基板温度，マイクロ波照射強度やそのパルス変調，
基板印加バイアスの周波数や強度，反応容器の幾何学的
形状，反応圧力，基板の表面状態等々のプロセス条件の
関数となり、大面積基板の均一化のためには、これらの
プロセス条件の関数を精度良く制御する必要がある。し
かし、これらの関数のすべてを精度良く制御することは
量産においては実質的には不可能である。例えば、マイ
クロ波の入力パワーに対して実際にプラズマに吸収され
るパワーの比が密度の関数であり、その関数が非線形で
あるため、入力パワーとプラズマ（電子）密度は複雑な
非線形（密度ジャンプ，ヒステリシス）の関係があるか
らである。
【０００７】また、表面状態の異なる基板や、組成の異
なる膜をエッチングや堆積する場合には、その都度エッ
チングや成膜プロセスのパラメータサーベイを実施し直
さなければならない。
なる膜をエッチングや堆積する場合には、その都度エッ
チングや成膜プロセスのパラメータサーベイを実施し直
さなければならない。
【０００８】本発明の目的は、大面積均一性・再現性お
よび生産性の優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理
方法を提供することにある。
よび生産性の優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】プラズマ処理の状態や速
度を正確に制御するためには、まず被処理基板の表面の
複数個所を局所的にモニタリングして、次いでそれぞれ
の個所に上述の関数のうち最も適切なプロセス条件をフ
ィードバックすることが有効となる。モニタリングはイ
ンプロセス（プロセスの処理の進行に並行して実施し
て、プロセス条件をプロセス進行中にフィードバックす
る）または、インライン（各プロセスの完了後に決めら
れた項目を評価し、次のロットのプロセス条件にフィー
ドバックする）のいずれでも適用できる。効果が大きく
かつ局所的に高速で制御できるプロセス条件の関数は、
マイクロ波の照射強度である。
度を正確に制御するためには、まず被処理基板の表面の
複数個所を局所的にモニタリングして、次いでそれぞれ
の個所に上述の関数のうち最も適切なプロセス条件をフ
ィードバックすることが有効となる。モニタリングはイ
ンプロセス（プロセスの処理の進行に並行して実施し
て、プロセス条件をプロセス進行中にフィードバックす
る）または、インライン（各プロセスの完了後に決めら
れた項目を評価し、次のロットのプロセス条件にフィー
ドバックする）のいずれでも適用できる。効果が大きく
かつ局所的に高速で制御できるプロセス条件の関数は、
マイクロ波の照射強度である。
【００１０】即ち、上記目的は、被処理基板の表面を局
所的にインプロセスモニタリングし、それぞれの位置に
対応するマイクロ波の照射強度を制御することにより、
基板表面のプラズマ処理量の均一性・再現性の向上が達
成される。
所的にインプロセスモニタリングし、それぞれの位置に
対応するマイクロ波の照射強度を制御することにより、
基板表面のプラズマ処理量の均一性・再現性の向上が達
成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００１２】＜実施例１＞図１（１）及び（２）は本発
明による有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１００の
垂直及び水平の断面の模式図を示す。
明による有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１００の
垂直及び水平の断面の模式図を示す。
【００１３】反応容器１２０はアルミニウム合金（３.
５％ マグネシウム入り）製で、内径４１０mmφ，高さ
１３６mmであり、３００mmφのシリコンウエハ１１０が
１枚セットできる。
５％ マグネシウム入り）製で、内径４１０mmφ，高さ
１３６mmであり、３００mmφのシリコンウエハ１１０が
１枚セットできる。
【００１４】側面にはシリコンウエハ１１０を出し入れ
するための搬送ロボット１３１付きウエハロード・アン
ロード室１３０が、下部には圧力調整のためのゲートバ
ルブ１２３を介して真空排気用ターボ分子ポンプ１２４
が備え付けられている。真空排気用ターボ分子ポンプ１
２４の排気速度は４５００リットル／ｓであり、反応ガ
ス供給量１０００ｍｌ／min の場合、０.２Ｐａ（１.５
ｍTorr）まで制御できる。
するための搬送ロボット１３１付きウエハロード・アン
ロード室１３０が、下部には圧力調整のためのゲートバ
ルブ１２３を介して真空排気用ターボ分子ポンプ１２４
が備え付けられている。真空排気用ターボ分子ポンプ１
２４の排気速度は４５００リットル／ｓであり、反応ガ
ス供給量１０００ｍｌ／min の場合、０.２Ｐａ（１.５
ｍTorr）まで制御できる。
【００１５】また、側面には４個所のマイクロ波導入用
石英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）が設けられ、導波管１２
５（ａ）〜（ｄ）を介してマイクロ波発振器(図面では
省略)が接続されている。マイクロ波発振器は２.４５Ｇ
Ｈｚ、各１.５ｋＷ、デューティ１０〜１００％可変型
であり、アルミニウム製の矩形マイクロ波導波管１２５
(ａ)〜(ｄ)により基本モードのマイクロ波を伝送する。
石英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）の周囲にはＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）形成のための磁石１２７が配置し
てある。反応容器に上面と側面には生成されたプラズマ
を閉じ込めるカプス磁場形成のための磁石１２８が配置
してある。磁石１２７，１２８はサマリウム・コバルト
製（残留磁束密度約１１０００Ｇ）で反応容器１２０の
側面周囲及び上面に配列してある。マイクロ波導入用石
英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）の内面の磁束密度はＥＣＲ
形成のための８７５Ｇを越える約１８００Ｇであり、一
方シリコンウエハ表面近傍ではデバイスダメージの発生
防止のため２０Ｇ以下としている。
石英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）が設けられ、導波管１２
５（ａ）〜（ｄ）を介してマイクロ波発振器(図面では
省略)が接続されている。マイクロ波発振器は２.４５Ｇ
Ｈｚ、各１.５ｋＷ、デューティ１０〜１００％可変型
であり、アルミニウム製の矩形マイクロ波導波管１２５
(ａ)〜(ｄ)により基本モードのマイクロ波を伝送する。
石英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）の周囲にはＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）形成のための磁石１２７が配置し
てある。反応容器に上面と側面には生成されたプラズマ
を閉じ込めるカプス磁場形成のための磁石１２８が配置
してある。磁石１２７，１２８はサマリウム・コバルト
製（残留磁束密度約１１０００Ｇ）で反応容器１２０の
側面周囲及び上面に配列してある。マイクロ波導入用石
英製窓１２６（ａ）〜（ｄ）の内面の磁束密度はＥＣＲ
形成のための８７５Ｇを越える約１８００Ｇであり、一
方シリコンウエハ表面近傍ではデバイスダメージの発生
防止のため２０Ｇ以下としている。
【００１６】反応容器には複数のガスノズル１４１が設
置されており、ガス供給系１４０に接続されている。
置されており、ガス供給系１４０に接続されている。
【００１７】反応容器１２０の内部には、シリコンウエ
ハ１１０をセットするための基板支持台１２１が設置さ
れそれは高周波電源１２２に接続されている。基板支持
台１２１はヘリウムガス冷却付き、双極型静電チャック
方式であり、接続されている高周波電源１２２は１３.
５６ＭＨｚ，５ｋＷと１００〜６００ｋＨｚ，５kＷの
２つが装備され切り換えできる。
ハ１１０をセットするための基板支持台１２１が設置さ
れそれは高周波電源１２２に接続されている。基板支持
台１２１はヘリウムガス冷却付き、双極型静電チャック
方式であり、接続されている高周波電源１２２は１３.
５６ＭＨｚ，５ｋＷと１００〜６００ｋＨｚ，５kＷの
２つが装備され切り換えできる。
【００１８】まず、シリコンウエハ１１０をウエハロー
ド・アンロード室１３０を通して基板支持台１２１にセ
ットする。次に反応容器１２０内をゲートバルブ１２３
を開放にして真空排気用ターボ分子ポンプ１２４により
真空排気する。到達圧力は０.０１ｍＰａ 以下である。
ド・アンロード室１３０を通して基板支持台１２１にセ
ットする。次に反応容器１２０内をゲートバルブ１２３
を開放にして真空排気用ターボ分子ポンプ１２４により
真空排気する。到達圧力は０.０１ｍＰａ 以下である。
【００１９】ガス供給系１４０からの所定量のガスをノ
ズル１４１を通して供給する。反応容器１２０内の圧力
の制御は、ゲートバルブ１２３の調節による。
ズル１４１を通して供給する。反応容器１２０内の圧力
の制御は、ゲートバルブ１２３の調節による。
【００２０】反応容器１２０内を所定の雰囲気に調整し
てから、各導波管１２５(ａ)〜(ｄ)を通してマイクロ波
を照射し、プラズマを発生させる。
てから、各導波管１２５(ａ)〜(ｄ)を通してマイクロ波
を照射し、プラズマを発生させる。
【００２１】基板支持台１２１への高周波１２２の印加
は、堆積膜のスパッタエッチングを併用することによ
り、微細な凹凸のある表面の溝部（凹部）への膜の堆積
充填時に用いる。
は、堆積膜のスパッタエッチングを併用することによ
り、微細な凹凸のある表面の溝部（凹部）への膜の堆積
充填時に用いる。
【００２２】図２は本発明により形成したＶＬＳＩ用多
層配線層間絶縁膜の基本構成の部分断面の模式図を示
す。
層配線層間絶縁膜の基本構成の部分断面の模式図を示
す。
【００２３】直径３００mm，能動層の形成されたシリコ
ンウエハ１０上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）２０，ア
ルミニウム（Ａｌ）を主体とする下層配線層３０が形成
された状態の被膜形成基板である。下層配線層３０は、
モリブデンシリサイド（厚み６０ｎｍ）−アルミニウム
［０.５％ 銅，シリコン含有］（８００ｎｍ）−モリブ
デンシリサイド（４０ｎｍ）の３層積層構造である。配
線幅０.５μｍ ，配線間隔０.４μｍ ，配線膜厚０.９
μｍ であり、配線溝部３５のアスペクト比は２.２５で
ある。
ンウエハ１０上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）２０，ア
ルミニウム（Ａｌ）を主体とする下層配線層３０が形成
された状態の被膜形成基板である。下層配線層３０は、
モリブデンシリサイド（厚み６０ｎｍ）−アルミニウム
［０.５％ 銅，シリコン含有］（８００ｎｍ）−モリブ
デンシリサイド（４０ｎｍ）の３層積層構造である。配
線幅０.５μｍ ，配線間隔０.４μｍ ，配線膜厚０.９
μｍ であり、配線溝部３５のアスペクト比は２.２５で
ある。
【００２４】層間絶縁膜４０を本発明の高密度プラズマ
ＣＶＤ法により堆積させた。プラズマの状態やプロセス
条件は以下の通りである。
ＣＶＤ法により堆積させた。プラズマの状態やプロセス
条件は以下の通りである。
【００２５】 反応ガス供給量 モノシランガス(ＳｉＨ4) １６０ｍｌ／min 酸素ガス(Ｏ2) ２２０ｍｌ／min アルゴン(Ａｒ) ４００ｍｌ／min 反応圧力 ０.４Ｐａ シリコンウエハの温度 制御せず （反応中はプラズマ照射により、 １５０〜２００℃に加熱されている） マイクロ波(２.４５ＧＨｚ)照射強度 １.０ｋＷ×４ケ 基板印加バイアス(４００ｋＨｚ) ２.６ｋＷ なお、基板に高周波バイアスを印加するのは、プラズマ
中のアルゴンイオンを加速した基板上の堆積膜に衝突さ
せ、堆積膜のオーバーハング部を選択的にスパッタエッ
チングさせることにより微細な配線間の溝部３５を充填
（埋込み）し、かつ表面層を平坦に成膜するためであ
る。このため、成膜速度は基板高周波バイアス印加なく
スパッタエッチングさせない場合の約６５〜７０％に低
下する。
中のアルゴンイオンを加速した基板上の堆積膜に衝突さ
せ、堆積膜のオーバーハング部を選択的にスパッタエッ
チングさせることにより微細な配線間の溝部３５を充填
（埋込み）し、かつ表面層を平坦に成膜するためであ
る。このため、成膜速度は基板高周波バイアス印加なく
スパッタエッチングさせない場合の約６５〜７０％に低
下する。
【００２６】上記の反応条件により、反応時間８０ｓで
厚み７００ｎｍのシリコン酸化膜が形成できる。堆積膜
の品位及び室温における特性は、以下の通りである。
厚み７００ｎｍのシリコン酸化膜が形成できる。堆積膜
の品位及び室温における特性は、以下の通りである。
【００２７】 成膜速度 ５２５ｎｍ／min 絶縁破壊強度 ≧８.５ＭＶ／cm 抵抗率 ２×１０15Ω−ｃｍ 誘電率（ａｔ １ＭＨｚ） ４．１±０.１ 異物密度（≧０.３μｍ） ≦０.０２ケ／cm2 プラズマダメージ なし（アンテナ比２００００のＭＯＳデ バイスのＶ−Ｉ特性のシフトより） 緩衝フッ酸によるエッチング速度 ０.８ｎｍ／ｓ （ＨＦ：ＮＨ4Ｆ＝１：１０） 昇温脱離ガス分析（含有水分量） 熱酸化膜（ドライ酸素）と同等 屈折率 １.４５６〜１.４６５ 赤外吸収スペクトルのピーク波数 （Ｓｉ−Ｏ結合） １０７８〜１０８０／cm （Ｓｉ−Ｈ結合） 検出限界以下（＜１×１０11／cm3） 上記のように、絶縁破壊強度，抵抗率の測定値およびプ
ラズマダメージ評価の結果は層間絶縁膜の基本的性質を
充分満足している。また、緩衝フッ酸によるエッチング
速度，屈折率，赤外吸収スペクトル（Ｓｉ−Ｏ結合）か
らは、緻密性膜が検証される。昇温脱離ガス分析や赤外
吸収スペクトル（Ｓｉ−Ｈ結合）の分析値から含有水分
量は、従来の高信頼性膜として半導体素子に用いられて
いるシリコンの熱酸化（ドライ酸化）による酸化膜と同
等であり、これらを総合すると、高品位緻密性膜と評価
できる。
ラズマダメージ評価の結果は層間絶縁膜の基本的性質を
充分満足している。また、緩衝フッ酸によるエッチング
速度，屈折率，赤外吸収スペクトル（Ｓｉ−Ｏ結合）か
らは、緻密性膜が検証される。昇温脱離ガス分析や赤外
吸収スペクトル（Ｓｉ−Ｈ結合）の分析値から含有水分
量は、従来の高信頼性膜として半導体素子に用いられて
いるシリコンの熱酸化（ドライ酸化）による酸化膜と同
等であり、これらを総合すると、高品位緻密性膜と評価
できる。
【００２８】膜厚や膜質の均一性について説明する。
【００２９】図３（１）は、通常の方法による４つの各
マイクロ波導入口からの入力を1.0ｋＷとした場合の、
３００φウエハ内の堆積膜厚の平均値からの偏りの分布
を示す。ウエハ内平均値から偏りは＋１０〜−８％であ
る。詳細に観察すると、矢印で示したマイクロ波導入口
（ａ）と（ｂ）の近傍が厚く、（ｃ）と（ｄ）の近傍が
比較的薄いことが判る。この分布の原因は前述したよう
に、プラズマ分布，ガス流分布，基板温度分布，基板表
面処理の分布等々の要因が挙げられる。
マイクロ波導入口からの入力を1.0ｋＷとした場合の、
３００φウエハ内の堆積膜厚の平均値からの偏りの分布
を示す。ウエハ内平均値から偏りは＋１０〜−８％であ
る。詳細に観察すると、矢印で示したマイクロ波導入口
（ａ）と（ｂ）の近傍が厚く、（ｃ）と（ｄ）の近傍が
比較的薄いことが判る。この分布の原因は前述したよう
に、プラズマ分布，ガス流分布，基板温度分布，基板表
面処理の分布等々の要因が挙げられる。
【００３０】均一化に対して、従来の方法では、これら
の要因の均一化を図るべく改良がなされた。一方、本発
明では、各種の要因のバラツキをマイクロ波の照射強度
で補正することにより、均一化を図ることにしたもので
ある。上記の測定結果を鑑みて、（ａ）〜（ｄ）の４つ
の各マイクロ波導入口からの入力をそれぞれ０.８５ｋ
Ｗ，０.９ｋＷ，１.１ｋＷ，１.０ｋＷ とした。図３
（２）は、本発明により、各マイクロ波の照射強度で補
正した場合の、３００φウエハ内の堆積膜厚の平均値か
らの偏りの分布を示す。ウエハ内平均値から偏りは±４
％と大きく改善されていることが判る。更にウエハ間の
膜厚の分布も±４％が確保できることが確認できた。ま
た、膜質の代表値として堆積膜の屈折率の分布を測定し
た結果、ウエハ内，ウエハ間とも１.４６±０.００６を
確認し、均一性・再現性が実証できた。
の要因の均一化を図るべく改良がなされた。一方、本発
明では、各種の要因のバラツキをマイクロ波の照射強度
で補正することにより、均一化を図ることにしたもので
ある。上記の測定結果を鑑みて、（ａ）〜（ｄ）の４つ
の各マイクロ波導入口からの入力をそれぞれ０.８５ｋ
Ｗ，０.９ｋＷ，１.１ｋＷ，１.０ｋＷ とした。図３
（２）は、本発明により、各マイクロ波の照射強度で補
正した場合の、３００φウエハ内の堆積膜厚の平均値か
らの偏りの分布を示す。ウエハ内平均値から偏りは±４
％と大きく改善されていることが判る。更にウエハ間の
膜厚の分布も±４％が確保できることが確認できた。ま
た、膜質の代表値として堆積膜の屈折率の分布を測定し
た結果、ウエハ内，ウエハ間とも１.４６±０.００６を
確認し、均一性・再現性が実証できた。
【００３１】＜実施例２＞図４は本発明による大面積有
磁場マイクロ波プラズマ酸化装置２００の垂直断面の模
式図を示す。装置の構成は基本的には図１に示したもの
と同様であり、相違点を主に説明する。
磁場マイクロ波プラズマ酸化装置２００の垂直断面の模
式図を示す。装置の構成は基本的には図１に示したもの
と同様であり、相違点を主に説明する。
【００３２】反応容器２２０は内径８２０mmφ，高さ２
２０mmであり、３００mmφのシリコンウエハ２１０が４
枚セットできる。４個所のマイクロ波導入用石英製窓２
２６は反応容器２２０の肩部に設けられている。基板支
持台２２１は直流電源２２２に接続されている。
２０mmであり、３００mmφのシリコンウエハ２１０が４
枚セットできる。４個所のマイクロ波導入用石英製窓２
２６は反応容器２２０の肩部に設けられている。基板支
持台２２１は直流電源２２２に接続されている。
【００３３】本装置の特徴は、光(レーザ)干渉法による
膜厚のインプロセス計測設備２５０を設置し、その測定
結果をマイクロ波発振器の出力にフィードバックするこ
とができる。照射光としては、可視Ｈｅ−Ｎｅレーザ
(λ＝６３２.８ｎｍ）を用いているが、波長が短い程、
干渉周期が短く測定精度が向上し、薄い膜に適するが、
堆積膜による光吸収が大きくなり感度が低下する。
膜厚のインプロセス計測設備２５０を設置し、その測定
結果をマイクロ波発振器の出力にフィードバックするこ
とができる。照射光としては、可視Ｈｅ−Ｎｅレーザ
(λ＝６３２.８ｎｍ）を用いているが、波長が短い程、
干渉周期が短く測定精度が向上し、薄い膜に適するが、
堆積膜による光吸収が大きくなり感度が低下する。
【００３４】酸素ガスの流量を調節して、圧力１０Ｐａ
とし、４個所の２.４５ＧＨｚ のマイクロ波出力を制御
しながら４つの入射窓からそれぞれ約１ｋＷ照射し、密
度約１０12ｎ／cm3 の酸素プラズマを発生させた。ま
た、酸化速度を向上させるために、基板に１ｋＶの直流
電圧を印加した。酸化時の基板温度は約３５０℃に保た
れており、低温高速酸化により、比較的厚い酸化膜が低
応力で形成できる。
とし、４個所の２.４５ＧＨｚ のマイクロ波出力を制御
しながら４つの入射窓からそれぞれ約１ｋＷ照射し、密
度約１０12ｎ／cm3 の酸素プラズマを発生させた。ま
た、酸化速度を向上させるために、基板に１ｋＶの直流
電圧を印加した。酸化時の基板温度は約３５０℃に保た
れており、低温高速酸化により、比較的厚い酸化膜が低
応力で形成できる。
【００３５】酸化時間１０min で、膜厚７５０ｎｍ の
シリコン酸化膜が形成された。膜厚分布はウエハ内，ロ
ット内とも±３％以内である。なお、膜厚をインプロセ
ス制御しない場合の膜厚分布はウエハ内±５％，ロット
内±８％であり、インプロセス制御の有効性が実証でき
た。
シリコン酸化膜が形成された。膜厚分布はウエハ内，ロ
ット内とも±３％以内である。なお、膜厚をインプロセ
ス制御しない場合の膜厚分布はウエハ内±５％，ロット
内±８％であり、インプロセス制御の有効性が実証でき
た。
【００３６】＜実施例３＞液晶ディスプレイ用ＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）パネルの製造プロセスに適用した
例を説明する。
（薄膜トランジスタ）パネルの製造プロセスに適用した
例を説明する。
【００３７】サイズ６５０×８３０大型ガラス基板を設
置するため、反応室は直径１１５０mm、マイクロ波の入
射窓は図１に示したものと同様の構成であり４個所であ
る。膜厚のインプロセス計測は、図４と同様の光（レー
ザ）干渉法に加えて偏光解析法（エリプソメトリ）も設
置した。偏光解析法は、多結晶や非晶質シリコンの極薄
膜の計測精度が優れているためである。
置するため、反応室は直径１１５０mm、マイクロ波の入
射窓は図１に示したものと同様の構成であり４個所であ
る。膜厚のインプロセス計測は、図４と同様の光（レー
ザ）干渉法に加えて偏光解析法（エリプソメトリ）も設
置した。偏光解析法は、多結晶や非晶質シリコンの極薄
膜の計測精度が優れているためである。
【００３８】図５は周辺駆動回路を内蔵した高精細ディ
スプレイ用の正コプレーナ型マイクロクリスタルシリコ
ンＴＦＴの基本構成の断面構造の模式図を示す。以下の
プロセスで成膜加工して形成した。
スプレイ用の正コプレーナ型マイクロクリスタルシリコ
ンＴＦＴの基本構成の断面構造の模式図を示す。以下の
プロセスで成膜加工して形成した。
【００３９】（ａ）ガラス基板３００の表面にシリコン
酸化膜（ＳｉＯ2 ）３１０被覆させた。これは、ガラス
基板中の不純物が外に放散してＴＦＴの特性を劣化させ
ることを防止するためである。原料ガスにモノシランと
酸素を使用したマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚
のインプロセス制御なしで膜厚を４００±５０ｎｍ堆積
させた。膜厚をインプロセス制御しないのは、本工程で
は膜厚の精度を必要としないためであり、モニタ部に膜
が付着することを防止して、メンテナンス頻度を少なく
て済ようにするためである。
酸化膜（ＳｉＯ2 ）３１０被覆させた。これは、ガラス
基板中の不純物が外に放散してＴＦＴの特性を劣化させ
ることを防止するためである。原料ガスにモノシランと
酸素を使用したマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚
のインプロセス制御なしで膜厚を４００±５０ｎｍ堆積
させた。膜厚をインプロセス制御しないのは、本工程で
は膜厚の精度を必要としないためであり、モニタ部に膜
が付着することを防止して、メンテナンス頻度を少なく
て済ようにするためである。
【００４０】（ｂ）次にシリコン膜３２０を堆積させ
た。原料ガスにモノシランを使用したマイクロ波プラズ
マＣＶＤにより膜厚６０±３ｎｍを堆積させた。このシ
リコンの膜厚はＴＦＴの特性に重要な要因となるため、
堆積膜厚をエリプソメトリで計測し、その結果をマイク
ロ波の出力にフィードバックしてインプロセスで制御す
ることにより基板内±５％以内とすることができた。な
お、このような大面積極薄膜では、インプロセス制御な
しでは、膜厚分布は±１０％が限度である。
た。原料ガスにモノシランを使用したマイクロ波プラズ
マＣＶＤにより膜厚６０±３ｎｍを堆積させた。このシ
リコンの膜厚はＴＦＴの特性に重要な要因となるため、
堆積膜厚をエリプソメトリで計測し、その結果をマイク
ロ波の出力にフィードバックしてインプロセスで制御す
ることにより基板内±５％以内とすることができた。な
お、このような大面積極薄膜では、インプロセス制御な
しでは、膜厚分布は±１０％が限度である。
【００４１】（ｃ）更に引き続いて同一反応室で、基板
上のシリコン膜３２０に水素プラズマを照射した。水素
プラズマは原料ガスを水素とし、マイクロ波出力を各
１.５ｋＷとして、プラズマ密度約５×１０12ｎ／cm3
の高密度とした。この時、基板はプラズマ照射を受けて
約４５０℃に加熱される。これにより、シリコン膜はア
モルファス（非晶質）状態から配向やグレインサイズの
揃ったマイクロクリスタル（微小結晶）に改質される。
これにより、ＴＦＴとして重要な特性値の１つである電
子のモビリティが、２０〜６０cm2／Ｖ・ｓ に向上し、
かつ均一性・再現性も改善される。
上のシリコン膜３２０に水素プラズマを照射した。水素
プラズマは原料ガスを水素とし、マイクロ波出力を各
１.５ｋＷとして、プラズマ密度約５×１０12ｎ／cm3
の高密度とした。この時、基板はプラズマ照射を受けて
約４５０℃に加熱される。これにより、シリコン膜はア
モルファス（非晶質）状態から配向やグレインサイズの
揃ったマイクロクリスタル（微小結晶）に改質される。
これにより、ＴＦＴとして重要な特性値の１つである電
子のモビリティが、２０〜６０cm2／Ｖ・ｓ に向上し、
かつ均一性・再現性も改善される。
【００４２】（ｄ）シリコン膜３２０をホトリソグラフ
ィとドライエッチングにより所定のパターンに加工す
る。
ィとドライエッチングにより所定のパターンに加工す
る。
【００４３】（ｅ）ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化
膜（ＳｉＯ2 ）３３０及びゲート電極としての多結晶シ
リコン膜３４０をいずれもプラズマＣＶＤ法により堆積
させて、ホトリソグラフィとドライエッチングにより所
定のパターンに加工する。
膜（ＳｉＯ2 ）３３０及びゲート電極としての多結晶シ
リコン膜３４０をいずれもプラズマＣＶＤ法により堆積
させて、ホトリソグラフィとドライエッチングにより所
定のパターンに加工する。
【００４４】（ｆ）上記マイクロクリスタルのシリコン
膜３２０の露出部に、プラズマドーピングによりリンを
ドーピングし、レーザアニールして、ｎ型とする。
膜３２０の露出部に、プラズマドーピングによりリンを
ドーピングし、レーザアニールして、ｎ型とする。
【００４５】（ｇ）キャアップ用のシリコン酸化膜３５
０を堆積させて、ホトリソグラフィとドライエッチング
により所定のパターンに加工する。
０を堆積させて、ホトリソグラフィとドライエッチング
により所定のパターンに加工する。
【００４６】（ｈ）これによりＴＦＴの基本構造が形成
でき、その後、ソース・ドレイン電極用アルミニウム配
線３６０，透明電極（ＩＴＯ），保持容量用誘電体膜と
透明電極等の工程を経てＴＦＴパネルが形成できる。
でき、その後、ソース・ドレイン電極用アルミニウム配
線３６０，透明電極（ＩＴＯ），保持容量用誘電体膜と
透明電極等の工程を経てＴＦＴパネルが形成できる。
【００４７】本発明の実施例においては、半導体装置の
多層配線層間絶縁膜用プラズマCVDやプラズマ酸化，デ
ィスプレイデバイス用のシリコン膜のプラズマＣＶＤへ
の適用を説明したが、これに限定されるものではなく、
太陽電池，感光ドラム等の大面積の装置の製造にも有効
である。また、プラズマプロセスとしては、プラズマ窒
化，ＣＶＤとしてはアモルファスカーボンなど低誘電率
膜，ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）等の高
誘電率膜，ＰＺＴ等の強誘電率膜，ダイアモンド膜，各
種金属膜等のドライエッチングのと適用できる。
多層配線層間絶縁膜用プラズマCVDやプラズマ酸化，デ
ィスプレイデバイス用のシリコン膜のプラズマＣＶＤへ
の適用を説明したが、これに限定されるものではなく、
太陽電池，感光ドラム等の大面積の装置の製造にも有効
である。また、プラズマプロセスとしては、プラズマ窒
化，ＣＶＤとしてはアモルファスカーボンなど低誘電率
膜，ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）等の高
誘電率膜，ＰＺＴ等の強誘電率膜，ダイアモンド膜，各
種金属膜等のドライエッチングのと適用できる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、（１）大面積基板上へ
の薄膜加工において、高精度の膜厚制御が可能となり、
（２）形成される薄膜の均一性・再現性が確保でき、
（３）薄膜加工装置の制御が容易であり、生産性にも優
れているため、半導体装置やディスプレイ装置の、特に
大面積基板デバイスの歩留まり向上及び特性改善に大き
な効果がある。
の薄膜加工において、高精度の膜厚制御が可能となり、
（２）形成される薄膜の均一性・再現性が確保でき、
（３）薄膜加工装置の制御が容易であり、生産性にも優
れているため、半導体装置やディスプレイ装置の、特に
大面積基板デバイスの歩留まり向上及び特性改善に大き
な効果がある。
【図１】本発明の一実施例のプラズマ処理装置の垂直及
び水平断面の模式図。
び水平断面の模式図。
【図２】本発明の製造プロセスを実施して形成した半導
体装置の部分断面の模式図。
体装置の部分断面の模式図。
【図３】本発明を適用する前と後の、大面積ウエハ内の
膜厚分布の実験結果を示すグラフ。
膜厚分布の実験結果を示すグラフ。
【図４】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の断
面の模式図。
面の模式図。
【図５】本発明の製造プロセスを実施して形成した半導
体装置の部分断面の模式図。
体装置の部分断面の模式図。
【符号の説明】１００ …有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、１１
０，２１０…シリコンウェハ、１２０，２２０…反応容
器、１２５，２２５…マイクロ波導波管、１２６，２２
６…マイクロ波導入用石英製窓、１２７，１２８，２２
７，２２８…磁石、１４１，２４１…ガスノズル、２０
０…有磁場マイクロ波プロズマ酸化装置、２５０…膜厚
インプロセス計測設備。
０，２１０…シリコンウェハ、１２０，２２０…反応容
器、１２５，２２５…マイクロ波導波管、１２６，２２
６…マイクロ波導入用石英製窓、１２７，１２８，２２
７，２２８…磁石、１４１，２４１…ガスノズル、２０
０…有磁場マイクロ波プロズマ酸化装置、２５０…膜厚
インプロセス計測設備。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｃ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ Ｈ０５Ｈ 1/46 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA09 BA35 BA46 BC05 BD01 BD08 CA00 CA05 DC48 GA02 KA09 4K030 AA06 AA14 AA16 BA27 BA29 BA44 BA46 CA04 CA06 DA04 DA08 EA06 FA02 GA02 GA12 HA01 HA06 HA08 JA13 KA30 KA39 KA41 LA02 LA15 LA16 LA17 LA18 4K057 DA11 DA20 DB06 DB11 DB15 DD01 DG20 DM29 DM36 DM38 DN01 5F004 AA01 5F045 AA09 BB02 DP04 EH03 GB04
Claims (5)
- 【請求項１】真空反応容器内に設けられたガスノズルか
ら供給されたガスが、該真空反応容器の周囲に設置され
た複数の導入口から照射されたマイクロ波と該導入口の
周囲に形成された磁場により、電子サイクロトロン共鳴
によってプラズマを形成し、該プラズマにより真空反応
容器内の支持台に設置された被処理基板の表面をプラズ
マ処理する方法において、予め被処理基板の表面層領域
の複数の個所の処理量をモニタし、それによってそれぞ
れの位置に対応するマイクロ波の照射強度を制御するこ
とにより、被処理基板の表面内の処理量を制御すること
を特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項２】真空反応容器内に設けられたガスノズルか
ら供給されたガスが、該真空反応容器の周囲に設置され
た複数の導入口から照射されたマイクロ波と該導入口の
周囲に形成された磁場により、電子サイクロトロン共鳴
によってプラズマを形成し、該プラズマにより真空反応
容器内の支持台に設置された被処理基板の表面をプラズ
マ処理するプラズマ処理装置において、 被処理基板の表面層領域の複数の個所の処理量をインプ
ロセス計測し、その計測値をマイクロ波発振器の制御装
置にフィードバックして、それぞれの位置に対応するマ
イクロ波の照射強度を制御し、反応容器内に設置された
被処理基板の表面内の処理量を制御することを特徴とす
るプラズマ処理装置。 - 【請求項３】請求項２に記載のプラズマ処理装置は、プ
ラズマＣＶＤ装置，プラズマエッチング装置，プラズマ
酸化・窒化装置，プラズマドーピング装置の内の１つで
あることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項４】真空反応容器内に設けられたガスノズルか
ら供給されたガスが、該真空反応容器の周囲に設置され
た複数の導入口から照射されたマイクロ波と該導入口の
周囲に形成された磁場により、電子サイクロトロン共鳴
によってプラズマを形成し、該プラズマにより真空反応
容器内の支持台に設置された被処理基板の表面をプラズ
マ処理するプラズマ処理方法において、 被処理基板の表面層領域の複数の個所の処理量をインプ
ロセス計測し、その計測値をマイクロ波発振器の制御装
置にフィードバックすることによりそれぞれの位置に対
応するマイクロ波の照射強度を制御することを特徴とす
るプラズマ処理方法。 - 【請求項５】請求項４に記載のプラズマ処理方法は、プ
ラズマＣＶＤ，プラズマエッチング，プラズマ酸化・窒
化，プラズマドーピングの内の１つであることを特徴と
するプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224041A JP2000054150A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224041A JP2000054150A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000054150A true JP2000054150A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16807679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10224041A Pending JP2000054150A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000054150A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010044059A (ko) * | 2000-06-29 | 2001-06-05 | 박용석 | 유리기판 또는 웨이퍼 처리용 전자 사이클로트론 공명에슁장치 |
| JP2005005328A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 不純物導入方法、不純物導入装置およびこれを用いて形成された半導体装置 |
| JP2006089846A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-04-06 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | マイクロ波処理装置、マイクロ波供給・処理システム及びマイクロ波処理方法 |
| WO2006104145A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | プラズマドーピング方法およびこれに用いられる装置 |
| WO2006106858A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | プラズマドーピング方法及び装置 |
| JP2010503202A (ja) * | 2006-08-31 | 2010-01-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 高い吸光係数を有する光吸収層を堆積させるための低温ｈｄｐｃｖｄ過程による注入ドーパントの動的表面アニーリング法 |
| JP2016509330A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-03-24 | 旭硝子株式会社 | Ｄｂｄプラズマ法のための電極対 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP10224041A patent/JP2000054150A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010044059A (ko) * | 2000-06-29 | 2001-06-05 | 박용석 | 유리기판 또는 웨이퍼 처리용 전자 사이클로트론 공명에슁장치 |
| JP2005005328A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 不純物導入方法、不純物導入装置およびこれを用いて形成された半導体装置 |
| JP2006089846A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-04-06 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | マイクロ波処理装置、マイクロ波供給・処理システム及びマイクロ波処理方法 |
| JP4586495B2 (ja) * | 2004-08-25 | 2010-11-24 | 東洋製罐株式会社 | マイクロ波処理装置、マイクロ波供給・処理システム及びマイクロ波処理方法 |
| WO2006104145A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | プラズマドーピング方法およびこれに用いられる装置 |
| US7871853B2 (en) | 2005-03-28 | 2011-01-18 | Panasonic Corporation | Plasma doping method and apparatus employed in the same |
| JP5097538B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2012-12-12 | パナソニック株式会社 | プラズマドーピング方法およびこれに用いられる装置 |
| WO2006106858A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | プラズマドーピング方法及び装置 |
| EP1865544A1 (en) * | 2005-03-31 | 2007-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Plasma doping method and apparatus |
| EP1865544A4 (en) * | 2005-03-31 | 2010-12-22 | Panasonic Corp | PLASMA DOPING METHOD AND APPARATUS |
| JP2010503202A (ja) * | 2006-08-31 | 2010-01-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 高い吸光係数を有する光吸収層を堆積させるための低温ｈｄｐｃｖｄ過程による注入ドーパントの動的表面アニーリング法 |
| JP2016509330A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-03-24 | 旭硝子株式会社 | Ｄｂｄプラズマ法のための電極対 |
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