JP2002235173A - プラズマｃｖｄ装置及び堆積膜クリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成膜時の異物発生が少なく、反応室の内壁面な
どに生じてそれが剥離することにより製造不良の原因と
なるような堆積物を除去して稼働率を高めることのでき
る高スループットのプラズマＣＶＤ装置を実現する。 【解決手段】反応室１は上チャンバ２と中チャンバ４と
下チャンバ３とを備え、絶縁部品５、６で互いに電気的
に絶縁構造にした上で、上チャンバ２と下チャンバ３と
をアースして中チャンバ４に高周波パワーを印加するよ
うに構成される。これにより、中チャンバ３がパワー電
極、上下チャンバ２、３がアース電極となり、反応室１
内に均一なプラズマが形成され、壁面堆積物のクリーニ
ング（エッチング）レートが向上する。したがって、成
膜時の異物発生が少なく、反応室の内壁面などに生ずる
堆積物を効果的に除去して稼働率を高めることのできる
高スループットのプラズマＣＶＤ装置を実現することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ(chemical
vapor deposition)装置に関し、特に、マイクロ波プラ
ズマおよび高周波（ＲＦ）プラズマを用いてウエハ等に
成膜する機能に加えて、成膜時に反応室の内壁面などに
生成した堆積物を除去するクリーニング機能を有してい
る高密度プラズマＣＶＤ装置及び堆積膜クリーニング方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波プラズマと高周波（ＲＦ）プ
ラズマを用いてウエハ等に成膜する方式のプラズマＣＶ
Ｄ装置としては、例えば特開平９−２６６０９６号公報
に記載されている例や、特開２０００−１７８７４１号
公報に記載されている例が知られている。

【０００３】上記特開平９−２６６０９６号公報に記載
された例では、互いに電気的に絶縁された上壁（または
対向板）と周壁とにより囲うことで反応室を形成し、こ
の反応室に設けた支持台に載せたウエハ等の基板に薄膜
を成膜できるようにしている。

【０００４】また、上記特開２０００−１７８７４１号
公報に記載された例では、互いに電気的に絶縁された上
側チャンバと下側チャンバとにより反応室を形成し、成
膜時には上側チャンバをアースできるようにする一方
で、上側チャンバに高周波電力を印加して反応室内をク
リーニングできるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて対象物に薄膜を成長させる過程におい
ては、反応室の内壁面や対象物を配置する支持台などに
も反応生成物が堆積して薄膜が成長する。

【０００６】この堆積した薄膜は、薄膜材料（例えばＳ
ｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ｐｏｌｙ−Ｓｉなど）の種類により
異なるが、一定の厚さ(数〜数十μｍ)まで成長すると、
膜自身の内部応力により膜に亀裂が発生して堆積壁面か
ら剥離する。

【０００７】この剥離の程度は、薄膜が堆積する内壁面
の形状やその材質、さらにはそこの表面処理の種類など
により大きく異なる。何れにしても、堆積物が剥離する
と、それが対象物に異物として付着し、対象物が例えば
シリコンウエハである場合には、半導体回路の断線や短
絡の原因となり、製造不良を招くことになる。

【０００８】従って、この様な現象が起こる前に、反応
室内壁面に堆積した膜を除去しなければならない。

【０００９】そのため、プラズマＣＶＤ装置は、成膜機
能に加えて堆積膜のクリーニング機能を有する。

【００１０】堆積膜のクリーニング方法として、洗浄用
ガスをプラズマで活性化して堆積膜を化学反応やスパッ
タ作用により除去する方法、いわゆるプラズマクリーニ
ング法が一般に用いられている。この様なプラズマクリ
ーニング法に関して、上記従来技術である特開平９−２
６６０９６号公報に記載の技術には、一つの問題があっ
た。

【００１１】すなわち、上記従来技術ではそのクリーニ
ング時に、上壁と支持台のそれぞれに高周波電圧を印加
するようにしているが、この様なクリーニング方式で
は、反応室内全体にプラズマが生成されず、上壁部と支
持台部に強いプラズマが生成されるだけであるため、周
壁部分のクリーニングが効果的になされないと言う問題
があった。

【００１２】これは上壁（または対向板）が周壁と絶縁
されている事に起因していると考えられるが、これにつ
いては成膜時にも問題がある。

【００１３】すなわち、上壁が周壁と絶縁されて、上壁
のアースがなされていないために電荷が逃げにくく、反
応室内に生成された電子が上壁に蓄積され、これが内壁
面での異常放電の原因となって成膜時に異物を多く発生
させ、装置稼働率の低下や製造不良が発生すると言う問
題である。また、上記従来技術である特開２０００−１
７８７４１号公報に記載の技術にも一つの問題がある。

【００１４】すなわち、この従来技術ではクリーニング
時に、２分割した上側チャンバに高周波電圧を印加する
ようにしている。このようなクリーニング方式では、特
に、上側チャンバと下側チャンバとの絶縁部近傍に形成
される強いプラズマにより生成されたラジカルにより上
側チャンバ全体をクリーニングしている。

【００１５】そのため、反応室の容積、特に上側チャン
バの高さが高くなると、上側チャンバ上面（ウエハ面と
平行な面）のクリーニングレートが大幅に低下すると言
う問題である。

【００１６】これは、上側チャンバの高さが高くなる
と、上側チャンバと下側チャンバの絶縁部近傍に形成さ
れるプラズマにより生成されたラジカルが上側チャンバ
上面に到達し難くなるためである。

【００１７】本発明の目的は、成膜時の異物発生が少な
く、また、反応室の内壁面などに生じてそれが剥離する
ことにより製造不良の原因となるような堆積物を効果的
に除去して稼働率を高めることのできる高スループット
のプラズマＣＶＤ装置及び堆積膜クリーニング方法を実
現することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
な問題点に鑑み、プラズマＣＶＤ装置の反応室内壁面全
体を効率的にクリーニングする方法について鋭意検討し
た結果、反応室に印加する高周波電圧の印加部位とアー
ス部位を調整することで、反応室内全体に均一なプラズ
マが生成でき、クリーニング速度を高められるという現
象に着目したものである。すなわち、上記目的を達成す
るため、本発明は次のように構成される。 （１）プラズマＣＶＤ装置において、互いに電気的に絶
縁された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバを有する
反応室と、上記反応室内に配置され、処理対象物が配置
される基板電極と、上記反応室内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入部と、処理対象物への成膜時に反応室
内へ成膜用ガスを導入し、堆積膜のクリーニング時に反
応室内へエッチングガスを導入するガス導入部と、反応
室からのガス排出を行う排出部と、基板電極に接続され
た第１の高周波電源と、中チャンバに接続された第２の
高周波電源とを備える。

【００１９】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記上チャンバを固定容量型または可変容量型コンデン
サを介してアースする。

【００２０】（３）また、好ましくは、上記（１）にお
いて、コンデンサと、このコンデンサを介して上記上チ
ャンバをアースするか、上記コンデンサを介さずアース
するかの切替えを行う切替え手段とを備える。

【００２１】（４） プラズマＣＶＤ装置において、互
いに電気的に絶縁された上チャンバ、中チャンバ、下チ
ャンバを有する反応室と、上記反応室内に配置され、処
理対象物が配置される基板電極と、上記反応室内にマイ
クロ波を導入するマイクロ波導入部と、処理対象物への
成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入し、堆積膜のクリ
ーニング時に反応室内へエッチングガスを導入するガス
導入部と、反応室からのガス排出を行う排出部と、高周
波電源と、上記高周波電源を、基板電極に接続するか、
上記中チャンバに接続するかを選択し、上記成膜時には
基板電極に接続し、上記クリーニング時には中チャンバ
に接続する切替器とを備える。

【００２２】（５）好ましくは、上記（１）、（２）、
（３）又は（４）において、上記上チャンバ、中チャン
バ、下チャンバは、絶縁部品により互いに電気的に絶縁
され、上記絶縁部品の材質は、アルミナである。

【００２３】（６）プラズマＣＶＤ装置の堆積膜クリー
ニング方法において、上記プラズマＣＶＤ装置の反応室
を、互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中チャン
バ、下チャンバに分割し、上記上チャンバ及び下チャン
バをアースし、ガス導入部により上記反応室内にエッチ
ングガスを導入し、高周波電源から高周波電圧を、上記
中チャンバに印加して、上記反応室内に堆積する薄膜材
料の堆積膜をクリーニングする。

【００２４】（７）プラズマＣＶＤ装置の堆積膜クリー
ニング方法において、上記プラズマＣＶＤ装置の反応室
を、互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中チャン
バ、下チャンバに分割し、上記下チャンバをアースする
とともに、上チャンバを可変容量型コンデンサを介して
アースし、ガス導入部により上記反応室内にエッチング
ガスを導入し、高周波電源から高周波電圧を、上記中チ
ャンバに印加して、上記反応室内に堆積する薄膜材料の
堆積膜をクリーニングする。

【００２５】（８）ゲート電極配線のポリシリコン膜、
リンドープポリシリコン膜、層間絶縁のための酸化膜や
リンガラス膜、キャパシタ絶縁のためのＳｉ₃Ｎ₄膜のう
ち少なくとも一つの膜を備えた半導体素子において、上
記膜のうちの少なくとも一つが、互いに電気的に絶縁さ
れた上チャンバ、中チャンバ、下チャンバを有する反応
室と、この反応室内に配置され、処理対象物が配置され
る基板電極に接続された第１の高周波電源と、中チャン
バに接続された第２の高周波電源とを有するプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて成膜される。

【００２６】本発明では、反応室を上チャンバ、中チャ
ンバ、下チャンバで構成して絶縁部品で互いに電気的に
絶縁構造にした上で、上チャンバと下チャンバをアース
にして中チャンバに高周波パワーを印加する。

【００２７】このようにする事で、中チャンバがパワー
電極、上下チャンバがアース電極になり、反応室内に均
一なプラズマが形成され、壁面堆積物のクリーニング
（エッチング）レートが向上する。

【００２８】上記、絶縁部品の材質としてはアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）等のフッ素ラジカルに対して耐性の高いも
のが良い。このようにする事で、絶縁部品の交換頻度と
異物低減が可能になる。

【００２９】また、上チャンバを固定容量型あるいは可
変容量型のコンデンサを介してアースする。このように
する事で、反応室内のプラズマ形状を変えることがで
き、反応室内壁面のクリーニングレート分布の制御が可
能になる。

【００３０】また、上チャンバに、上チャンバのアース
形態を切り替えるための切替器設けて、反応室内壁面の
堆積分布に応じたプラズマ形状になるように制御する。

【００３１】また、ＣＶＤ装置の構成要素を減らすため
に、一つの高周波電源をクリーニング時と成膜時に印加
部位を切替器により切り替えて使用する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３３】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態によるプラズマＣＶＤ装置を、図１から図４及び図８
から図１０を用いて説明する。

【００３４】図１、図２及び図８は、プラズマＣＶＤ装
置における反応室１の縦断面の概略構成を示す縦断面図
である。図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置は、反
応室１と、支持台である基板電極１４と、反応室１内に
マイクロ波を導入するためのマイクロ波導入窓(石英製
等)７と、マイクロ波発振器２１と、真空ポンプ１１
と、ガス除害装置１２と、反応室１内に成膜やクリーニ
ングガスを導入するための上ノズル８と、下ノズル９
と、高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）１６、２０
とを備えている。

【００３５】反応室１は、上チャンバ２と、中チャンバ
４と、下チャンバ３とを組み合わせて、つまり、上チャ
ンバ２、中チャンバ４と、下チャンバ３とは分割されて
形成されており、各チャンバ２、３、４で囲われること
により反応室１が形成されている。

【００３６】各チャンバ２、３、４は導電性（例えばア
ルミ等）のチャンバ構成である。また、上チャンバ２、
中チャンバ４、下チャンバ３は、それぞれの組み合せ面
にアルミナ製等の絶縁部品５及び６を介在させること
で、互いに電気的に絶縁されている。

【００３７】また、中チャンバ４には酸素等の成膜用ガ
スを導入するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）製等の上ノズル８が
複数本と、マイクロ波導入窓(石英製等)７とが数箇所設
けられている。

【００３８】この窓７にマイクロ波を導くための導波管
２３が接続され、その先にはマイクロ波を生成するため
のマイクロ波発振器２１（周波数２．４５ＧＨｚ）とマ
イクロ波電源２２とが取り付けられている。さらに、マ
ッチングボックス１５を介して高周波電源１６が接続さ
れている。

【００３９】また、反応室１の外表面には、マイクロ波
導入窓７の出口近傍にＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴)
領域を形成して電子密度を上げ、イオン、ラジカルの生
成を促し、高密度なプラズマを生成するためと、反応室
１内に生成されたプラズマを閉じ込めるための磁場形成
用の永久磁石（図示せず）が複数個配置してある。

【００４０】下チャンバ３の下部には真空ポンプ１１が
取り付けられている。そして、真空ポンプ１１の下流に
はガス除害装置１２が接続されている。

【００４１】また、下チャンバ３はアース線１８でアー
スされ、上チャンバ２はアース線１７でアースされてい
る。

【００４２】中チャンバ４と下チャンバ３とを互いに絶
縁するための絶縁部品６には、 ＳｉＨ₄、Ａｒ等の成膜
ガスを導入するためのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）製等の下ノ
ズル９が、チャンバ３、４の周方向に複数本設けられて
いる。

【００４３】また、基板電極１４には、成膜処理用のウ
エハ１３を吸着するための静電吸着装置１０が組み込ん
である。また、静電吸着装置１０には、高周波電圧が印
加できるように、マッチングボックス１９と高周波電源
２０とが接続されている。

【００４４】成膜中のウエハ１３はプラズマからの入熱
だけでなくイオンの入射および反応熱などにより加熱さ
れる。ウエハ１３の温度は膜質、成膜レートなどに大き
な影響を与えるのでウエハ１３の温度制御が必要であ
る。この制御をウエハ１３と静電吸着装置１４との空隙
部に流すヘリウム(Ｈｅ)ガスの圧力で行う構造になって
いる。

【００４５】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ
ＣＶＤ装置では、複数回のウエハ１３の成膜処理後→ク
リーニング→プリコート→成膜→クリーニングと順次、
処理を繰り返す。複数回の成膜処理を繰返すと、次第
に、反応室１の内壁面や基板電極１４の表面に反応副生
成物による膜が堆積する。

【００４６】そして、堆積した膜が一定の厚さを超える
と、堆積膜自身の内部応力により、その堆積膜に亀裂が
発生し、最悪の場合には、これが壁面から剥離して、ウ
エハ１３の表面に付着し、半導体素子配線の短絡や断線
を引き起こして、製造不良になり、生産効率を低下させ
る。

【００４７】そのため、この様な現象が発生する前に、
反応室１内の堆積膜を除去するためのクリーニングを行
い、引き続き、クリーニングによる異物多発を防止する
ためのプリコートを行う。

【００４８】以下、それぞれの具体的な方法を説明す
る。

【００４９】（１）成膜方法 図１を用いて上記プラズマＣＶＤ装置での成膜方法につ
いて説明する。先ず、搬送室(図示せず)を経由して、真
空ポンプ１１により圧力調整された反応室１内にウエハ
１３を導入し、基板電極１４上に配置すると共に、静電
吸着装置１０に電圧を印加する事により、静電気力でウ
エハ１３を吸着する。

【００５０】この状態で、例えば、上ノズル８から酸素
ガスを、下ノズル９からＡｒガスとＳｉＨ₄ガスをマス
フローコントローラ（図示せず）を用いて所望量だけ、
反応室１内に導入し、真空ポンプ１１を用いて数ミリか
ら数十Ｐａに反応室１内の圧力を調整する。

【００５１】このようにして、マイクロ波導入窓７から
数百から数Ｋｗのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲ領域
で生成された多量の電子がＯ₂、Ａｒ、ＳｉＨ₄をプラズ
マ化し、これにより生成されたＳｉＨ₄の分解物である
ＳｉＨ₃と酸素等がウエハ１３の表面で反応する事によ
り、ウエハ１３にＳｉＯ₂膜が堆積する。

【００５２】また、同時に、基板電極１４に、高周波電
源２０とマッチングボックス１９とを用いて、数百から
数Ｋｗの高周波パワーを印加すると、ウエハ１３の表面
とプラズマとの間にプラズマシースが形成され、バイア
ス電圧(マイナス数十から数千ボルト)が発生するため
に、導入ガスのプラズマ化により生成されたイオン(特
にＡｒ)が電界によりウエハ１３の表面に入射する。

【００５３】これにより、ウエハ１３の表面に堆積され
るＳｉＯ₂膜がＡｒや酸素イオンでスパッタされる。こ
のようにする事により、Ａｌ配線等の段差部にＳｉＯ₂
膜をボイド(空隙)なしに成膜できる。

【００５４】そして、所望の膜厚を堆積させた後、ガス
の導入と、マイクロ波の印加と、高周波電圧の印加とを
停止した後、静電吸着装置１０の印加電圧をオフにし
て、反応室１外にウエハ１３を搬出する。

【００５５】（２）クリーニング方法 次に、図２を参照して、クリーニング方法について説明
する。先ず、搬送室(図示せず)を経由して、真空ポンプ
１１により圧力調整された反応室１内に静電吸着装置１
０の表面をプラズマから保護するためのアルミナ製など
のカバーウエハ２４を導入して基板電極１４上に設置す
る。

【００５６】このようにして、上ノズル８からＮＦ₃ガ
スをマスフローコントローラ（図示せず）を用いて所望
量だけ、反応室１内に導入し、真空ポンプ１１を用い
て、数から数千Ｐａに反応室１内の圧力を調整すると共
に、中チャンバ４に高周波電源１６及びマッチングボッ
クス１５を用いて数百から数Ｋｗの高周波パワーを印加
することにより、反応室１内にＮＦ₃プラズマを生成す
る。

【００５７】そして、ＮＦ₃ガスの分解で生成したＦラ
ジカル、Ｆイオンが反応室１内の壁面に堆積したＳｉＯ
₂膜のＳｉと反応し、ＳｉＦ₄などのガスにして排出する
事により壁面の堆積膜をクリーニング(エッチング)す
る。図３及び図４は、クリーニング時の、第１の実施形
態における上チャンバ２と中チャンバ４とのエッチング
レート比分布の実験結果を示したものである。エッチン
グレート比は、各測定置のエッチングレートを上チャン
バ２の中心（半径位置０ｍｍ）値で除算したものであ
り、図３の縦軸がエッチングレート比を示し、横軸が半
径位置を示す。また、図４の縦軸がエッチングレート比
を示し、横軸がチャンバ高さを示す。

【００５８】図３と図４とから、エッチングレート比
は、最小０．５、最大２．０の範囲にあることが分か
る。

【００５９】これは、本発明の第１の実施形態によれ
ば、中チャンバ４に高周波パワーを印加して、上チャン
バ２及び下チャンバ３をアースする構成としている。そ
のため、中チャンバ４がパワー電極に、上チャンバ２と
下チャンバ３とがアース電極となり、反応室１内にほぼ
均一なプラズマが生成されたため、エッチングレート比
を、最小０．５、最大２．０の範囲内とすることが可能
となったのである。このように、第１実施形態によれ
ば、反応室１内壁面の堆積膜をほぼ均一にクリーニング
できるので、反応室１の内壁面のクリーニングダメージ
が少なく、しかも、短時間でクリーニングできるという
効果がある。本発明の第１実施形態の効果を確認するた
めに、従来技術によるエッチングレートを測定した。従
来技術に対応する実験装置の構成を図８に示す。この図
８に示す構成においては、上チャンバ２と中チャンバ４
との間に、本発明のような絶縁部品５では無く、アルミ
などの導電性部品２５を挿入し、高周波電圧を高周波電
源１６とマッチングボックス１５とを用いて中チャンバ
４に印加した。

【００６０】図９及び図１０は、図８に示した従来技術
におけるプラズマＣＶＤ装置でのエッチングレート比分
布の実験結果を示したものであり、図９は、上チャンバ
のエッチングレート比を示し、図１０は中チャンバのエ
ッチングレート比を示す。

【００６１】図９と図１０とから、エッチングレート比
は、上チャンバ２のレート比が、ほぼ１であるのに対し
て、中チャンバ４のレート比は、最小３付近から最大１
５と大きな分布のある事が分かる。図１０に示すよう
に、中チャンバ４の下端（チャンバ高さ０ｍｍ）近傍の
レート比が大きいのは、従来技術では、中チャンバ４と
下チャンバ３との間の絶縁部品６の近傍にのみ強いプラ
ズマが発生し、反応室１全体に均一なプラズマが生成さ
れないためである。このように、従来技術では、反応室
１の内壁面の堆積膜を均一にクリーニングすることがで
きないので、反応室１内壁面のクリーニングダメージが
大きく、しかも、クリーニング終了までのクリーニング
時間が長くなる。

【００６２】（３）プリコート方法 上記の様なクリーニング方法で反応室１の内壁面に堆積
した堆積膜を除去している。この際、堆積膜の堆積分布
とクリーニングによる堆積膜のエッチング分布とは必ず
しも一致しないため、反応室１の内壁面の堆積物を全面
除去すると、初期段階で膜が除去された部分では、壁面
自体がエッチングされるいわゆるオーバエッチングが発
生する。

【００６３】そのため、クリーニング終了直後の成膜で
は、次に示す問題点（１）、（２）がある。

【００６４】(１)反応室１の内壁面が粗面で、内壁面に
クリーニングによる反応生成物やガス吸着が残るため、
膜剥れ等による異物が多発する。

【００６５】(２)クリーニング直後は導電性の壁面が露
出するために、プラズマにより生成された多量の電子が
反応室１の壁面の絶縁膜に蓄積されると、導電性の壁面
と絶縁膜との間の電位差により堆積膜が絶縁破壊して異
物が多発する。

【００６６】上記問題点（１）及び（２）を防止するた
めに、クリーニング直後に反応室１内壁面をプリコート
する。

【００６７】図１を用いてプリコート方法について説明
する。先ず、搬送室(図示せず)を経由して、真空ポンプ
１１により圧力調整された反応室１内にウエハ１３を導
入し、基板電極１４上に設置すると共に、静電吸着装置
１０に電圧を印加する事により、静電気力でウエハ１３
を吸着する。

【００６８】この状態で、例えば、上ノズル８から酸素
ガスを、下ノズル９からＡｒとＳｉＨ₄ガスをマスフロ
ーコントローラ（図示せず）を用いて所望量反応室１内
に導入し、真空ポンプ１１を用いて数ミリから数十Ｐａ
に反応室１内の圧力を調整する。

【００６９】このようにして、マイクロ波導入窓７から
数百から数Ｋｗのμ波を導入すると、ＥＣＲ領域で生成
された多数の電子がＯ₂、Ａｒ、ＳｉＨ₄をプラズマ化
し、これにより生成されたＳｉＨ₄の分解物であるＳｉ
Ｈ₃と酸素等が反応する事により、反応室１の内壁面に
ＳｉＯ₃膜を堆積させる。

【００７０】所望の膜厚のＳｉＯ₃膜を堆積させた後、
ガス導入、マイクロ波の印加を停止した後、静電吸着装
置１０の印加電圧をオフにして、ウエハ１３を反応室１
外に搬出する。

【００７１】このようにして、上記問題点（１）、
（２）の発生を防止することが可能となる。

【００７２】以上のように、本発明の第１の実施形態に
よれば、反応室１は、上チャンバ２と、中チャンバ４
と、下チャンバ３とを備え、絶縁部品５、６で互いに電
気的に絶縁構造にした上で、上チャンバ２と下チャンバ
３とをアースして中チャンバ４に高周波パワーを印加す
るように構成される。

【００７３】このような構成にする事で、中チャンバ３
がパワー電極、上下チャンバ２、３がアース電極とな
り、反応室１内に均一なプラズマが形成され、壁面堆積
物のクリーニング（エッチング）レートが向上する。

【００７４】したがって、成膜時の異物発生が少なく、
また、反応室の内壁面などに生じてそれが剥離すること
により製造不良の原因となるような堆積物を効果的に除
去して稼働率を高めることのできる高スループットのプ
ラズマＣＶＤ装置及び堆積膜クリーニング方法を実現す
ることができる。

【００７５】(第２の実施形態)本発明の第２実施形態に
よるプラズマＣＶＤ装置を、図５を用いて説明する。図
５は、プラズマＣＶＤ装置における反応室１の概略縦断
面図である。

【００７６】図５に示すように、本発明の第２の実施形
態では、上チャンバ２が可変容量型コンデンサ２６を介
してアースされている。その他の構成は第１の実施形態
と同様である。

【００７７】また、本発明の第２の実施形態によるプラ
ズマＣＶＤ装置での成膜方法、プリコート方法、全体の
処理の流れは第１の実施形態と同様である。

【００７８】次に、図５を用いて、本発明の第２の実施
形態におけるクリーニング方法について説明する。先
ず、搬送室(図示せず)を経由して、真空ポンプ１１によ
り圧力調整された反応室１内に静電吸着装置１０の表面
をプラズマから保護するためのアルミナ製などのカバー
ウエハ２４を導入して基板電極１４上に配置する。

【００７９】このようにして、上ノズル８からＮＦ₃ガ
スをマスフローコントローラ（図示せず）を用いて所望
量だけ、反応室１内に導入し、真空ポンプ１１を用いて
数から数千Ｐａに反応室１内の圧力を調整する。さら
に、可変容量型コンデンサ２６を所定の値に設定し、中
チャンバ４に高周波電源１６及びマッチングボックス１
５を用いて数百から数Ｋｗの高周波パワーを印加するこ
とにより、反応室１内にＮＦ₃プラズマを生成する。

【００８０】ＮＦ₃ガスの分解で生成したＦラジカル、
Ｆイオンが反応室１内の壁面に堆積したＳｉＯ₂膜のＳ
ｉと反応し、ＳｉＦ₄などのガスにして排出する事によ
り壁面の堆積膜をクリーニング(エッチング)する。本発
明の第２の実施形態によれば、中チャンバ４に高周波パ
ワーが印加され、上チャンバ２は容量可変型コンデンサ
２６を介してアースされ、下チャンバ３は直接アースさ
れている。これにより、中チャンバ４がパワー電極に、
上チャンバ２と下チャンバ３とがアース電極となり、反
応室１内にＮＦ₃プラズマが生成される。この場合、上
チャンバ２の容量可変型コンデンサ２６を、反応室１内
の条件によって予め調整する事により、反応室１内の壁
面の堆積膜の堆積分布に応じてクリーニングできるＮＦ
₃プラズマを反応室１に形成できる。このように、本発
明の第２実施形態によれば、反応室１の内壁面の堆積膜
分布に応じて、ほぼ均一にクリーニングできるので、反
応室１の内壁面のクリーニングダメージが少なく、しか
も、短時間でクリーニングできるという効果がある。

【００８１】つまり、本発明の第２の実施形態によれ
ば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる
他、上チャンバ２に設けられた可変容量型コンデンサ２
６を調整することにより、堆積膜分布に応じた高効率の
クリーニングを行うことができる。

【００８２】(第３の実施形態)本発明の第３実施形態に
よるプラズマＣＶＤ装置を、図６を用いて説明する。図
６は、本発明の第３の実施形態であるプラズマＣＶＤ装
置における反応室１の概略縦断面図である。

【００８３】図６に示すように、第３の実施形態では、
上チャンバ２を、切替器２７を用いて可変容量型コンデ
ンサ２６を介してアースするか、または可変容量型コン
デンサを介さず、直接アースできるように構成してい
る。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

【００８４】また、本発明の第３の実施形態によるプラ
ズマＣＶＤ装置での成膜方法、プリコート方法、全体の
処理の流れは第１の実施形態と同様である。

【００８５】図６を用いて、本発明の第３の実施形態に
おけるクリーニング方法について説明する。先ず、搬送
室(図示せず)を経由して、真空ポンプ１１により圧力調
整された反応室１内に静電吸着装置１０の表面をプラズ
マから保護するためのアルミナ製などのカバーウエハ２
４を導入して基板電極１４上に設置する。

【００８６】このようにして、上ノズル８からＮＦ₃ガ
スをマスフローコントローラ（図示せず）を用いて所望
量だけ、反応室１内に導入し、真空ポンプ１１を用いて
数から数千Ｐａに反応室１内の圧力を調整する。

【００８７】さらに、切替器２７で、上チャンバ２のア
ースを、可変容量型コンデンサ２６を介して行うか、直
接行うかを設定し、中チャンバ４に高周波電源１６及び
マッチングボックス１５を用いて数百から数Ｋｗの高周
波パワーを印加することにより、反応室１内にＮＦ₃プ
ラズマを生成する。

【００８８】ＮＦ₃ガスの分解で生成したＦラジカル、
Ｆイオンが反応室１内の壁面に堆積したＳｉＯ₂膜のＳ
ｉと反応し、ＳｉＦ₄などのガスにして排出する事によ
り壁面の堆積膜をクリーニング(エッチング)する。本発
明の第３の実施形態によれば、中チャンバ４に高周波パ
ワーが印加され、上チャンバ２は切替器２７で、可変容
量型コンデンサ２６を介してアースされるか、コンデン
サ２６を介さず、直接アースされるかが、クリーニング
の条件で選択され、下チャンバ３は直接アースされてい
る。

【００８９】これにより、中チャンバ４がパワー電極
に、上チャンバ２と下チャンバ３とがアース電極とな
り、反応室１内にＮＦ₃プラズマが生成される。この場
合、上チャンバ２の切替器２７を調整する事により、反
応室１の内壁面の堆積膜の堆積分布に応じてクリーニン
グできるＮＦ₃プラズマを反応室１に形成できる。この
ように、本発明の第３実施形態によれば、反応室１の内
壁面の堆積膜分布に応じてほぼ均一にクリーニングでき
るので、反応室１の内壁面のクリーニングダメージが少
なく、しかも、短時間でクリーニングできるという効果
がある。 (第４の実施形態)本発明の第４の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ装置を、図７を用いて説明する。図７は、本発
明の第４の実施形態によるプラズマＣＶＤ装置における
反応室１の概略縦断面図である。

【００９０】図７に示すように、本発明の第４実施形態
では、マッチングボックス１９と高周波電源２０とを切
替器２８で、基板電極１４と中チャンバ４とに切替えて
接続できる構成となっている。他の構成は、図１の例か
らマッチングボックス１５及び高周波電源１６が省略さ
れている点を除いて、図１の例と同様となっている。

【００９１】本発明の第４の実施形態によるプラズマＣ
ＶＤ装置での成膜方法、プリコート方法、全体の処理の
流れは第１の実施形態と同様である。

【００９２】図７を用いてクリーニング方法について説
明する。先ず、搬送室(図示せず)を経由して、真空ポン
プ１１により圧力調整された反応室１内に静電吸着装置
１０の表面をプラズマから保護するためのアルミナ製な
どのカバーウエハ２４を導入して基板電極１４上に配置
する。

【００９３】このようにして、上ノズル８からＮＦ₃ガ
スをマスフローコントローラ（図示せず）を用いて所望
量だけ、反応室１内に導入し、真空ポンプ１１を用いて
数から数千Ｐａに反応室１内の圧力を調整する。

【００９４】さらに、切替器２８で、成膜時に基板電極
１４に接続されていた高周波電源２０及びマッチングボ
ックス１９を中チャンバ４側に切替え接続して、数百か
ら数Ｋｗの高周波パワーを中チャンバ４に印加すること
により、反応室１内にＮＦ₃プラズマを生成する。

【００９５】ＮＦ₃ガスの分解で生成したＦラジカル、
Ｆイオンが反応室１の内壁面に堆積したＳｉＯ₂膜のＳ
ｉと反応し、ＳｉＦ₄などのガスにして排出する事によ
り壁面の堆積膜をクリーニング(エッチング)する。この
ように、本発明の第４の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な効果を得ることができる他、成膜時とクリ
ーニング時の高周波パワーの印加を、一組の高周波電源
２０とマッチングボックス１９とで、基板電極１４と中
チャンバ４とに切り替えて接続することにより実現でき
るので、装置構成要素が低減でき、装置コストを低減す
ることができるという効果がある。

【００９６】なお、上記で説明した実施形態によるプラ
ズマＣＶＤ装置により、成膜される被処理対象物の例と
しては、半導体素子がある。この半導体素子における、
ゲート電極配線のポリシリコン膜、リンドープポリシリ
コン膜、層間絶縁のための酸化膜あるいはリンガラス
膜、キャパシタ絶縁のためのＳｉ₃Ｎ₄膜のうち、少なく
とも一つの膜を上記プラズマＣＶＤ装置により成膜され
る。

【００９７】また、上述した例においては、上チャンバ
２が直接アースされるか、あるいは、可変容量型コンデ
ンサを介してアースされる構成としたが、上チャンバが
アースされていなくとも、上チャンバと中チャンバとを
導電性部材で電気的に接続された従来技術に比較して、
壁面堆積物のクリーニング（エッチング）レートが向上
するという効果がある。

【００９８】また、上述した実施形態においては、上チ
ャンバ２が可変容量型コンデンサを介してアースされる
構成としたが、可変容量型コンデンサではなく、固定容
量型コンデンサを介してアースされる構成としても、上
述と同様な効果を得ることができる。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマＣＶＤ装置に
おいて、反応室を、上チャンバと、中チャンバと、下チ
ャンバとに分割し、絶縁部材により、上中下のチャンバ
を互いに電気的に絶縁構造にした上で、上チャンバと下
チャンバとをアースして、中チャンバに高周波パワーを
印加するように構成される。

【０１００】このような構成にする事で、中チャンバが
パワー電極、上下チャンバがアース電極となり、反応室
内に均一なプラズマが形成され、壁面堆積物のクリーニ
ング（エッチング）レートが向上する。

【０１０１】したがって、成膜時の異物発生が少なく、
また、反応室の内壁面などに生じてそれが剥離すること
により製造不良の原因となるような堆積物を効果的に除
去して稼働率を高めることのできる高スループットのプ
ラズマＣＶＤ装置及び堆積膜クリーニング方法を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態であるプラズマＣＶＤ
装置の成膜プロセス時における反応室の概略縦断面図で
ある。

【図２】第１の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時における反応室の概略縦断面図である。

【図３】第１の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時における上チャンバのエッチングレート比
分布説明図である。

【図４】第１の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング時における中チャンバのエッチングレート比
分布説明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態であるプラズマＣＶＤ
装置のクリーニング時における反応室の概略縦断面図で
ある。

【図６】本発明の第３の実施形態であるプラズマＣＶＤ
装置のクリーニング時における反応室の概略縦断面図で
ある。

【図７】本発明の第４の実施形態であるプラズマＣＶＤ
装置のクリーニング時における反応室の概略縦断面図で
ある。

【図８】従来技術によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニ
ング時における反応室の概略縦断面図である。

【図９】従来技術によるプラズマＣＶＤ装置のクリーニ
ング時における上チャンバのエッチングレート比分布説
明図である。

【図１０】従来技術によるプラズマＣＶＤ装置のクリー
ニング時における中チャンバのエッチングレート比分布
説明図である。

【符号の説明】

１ 反応室 ２ 上チャンバ ３ 下チャンバ ４ 中チャンバ ５、６ 絶縁部品 ７ マイクロ波導入窓 ８ 上ノズル ９ 下ノズル １０ 静電吸着装置 １１ 真空ポンプ １２ ガス除害装置 １３ ウエハ １４ 基板電極 １５、１９ マッチングボックス １６ 高周波電源 １７、１８ アース線 ２０ 高周波電源 ２１ マイクロ波発振器 ２２ マイクロ波電源 ２３ 導波管 ２４ カバーウエハ ２６ 可変容量型コンデンサ ２７、２８ 切替器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 真吾 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 瀬戸山 英嗣 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所半導体製造装置推進本部内 (72)発明者 上野 雄一郎 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 和田 直憲 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 石黒 浩二 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所半導体製造装置推進本部内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC04 BC06 BD14 CA47 4K030 AA06 AA16 BA29 BA40 BA42 BA44 BB04 DA06 FA02 KA08 LA02 LA15 5F045 AA09 AC02 BB08 BB15 DP04 EB02 EB06 EC01 EF01 EF08 EH04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中
   チャンバ、下チャンバを有する反応室と、 上記反応室内に配置され、処理対象物が配置される基板
   電極と、 上記反応室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部
   と、 処理対象物への成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入
   し、堆積膜のクリーニング時に反応室内へエッチングガ
   スを導入するガス導入部と、 反応室からのガス排出を行う排出部と、 基板電極に接続された第１の高周波電源と、 中チャンバに接続された第２の高周波電源と、 を備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置におい
   て、上記上チャンバを固定容量型または可変容量型コン
   デンサを介してアースすることを特徴とするプラズマＣ
   ＶＤ装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置におい
   て、コンデンサと、このコンデンサを介して上記上チャ
   ンバをアースするか、上記コンデンサを介さずアースす
   るかの切替えを行う切替え手段とを備えることを特徴と
   するプラズマＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】互いに電気的に絶縁された上チャンバ、中
   チャンバ、下チャンバを有する反応室と、 上記反応室内に配置され、処理対象物が配置される基板
   電極と、 上記反応室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部
   と、 処理対象物への成膜時に反応室内へ成膜用ガスを導入
   し、堆積膜のクリーニング時に反応室内へエッチングガ
   スを導入するガス導入部と、 反応室からのガス排出を行う排出部と、 高周波電源と、 上記高周波電源を、基板電極に接続するか、上記中チャ
   ンバに接続するかを選択し、上記成膜時には基板電極に
   接続し、上記クリーニング時には中チャンバに接続する
   切替器と、 を備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】請求項１、２、３又は４のうちのいずれか
   一項記載のプラズマＣＶＤ装置において、上記上チャン
   バ、中チャンバ、下チャンバは、絶縁部品により互いに
   電気的に絶縁され、上記絶縁部品の材質は、アルミナで
   あることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
6. 【請求項６】プラズマＣＶＤ装置の堆積膜クリーニング
   方法において、 上記プラズマＣＶＤ装置の反応室を、互いに電気的に絶
   縁された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバに分割
   し、 上記上チャンバ及び下チャンバをアースし、 ガス導入部により上記反応室内にエッチングガスを導入
   し、 高周波電源から高周波電圧を、上記中チャンバに印加し
   て、 上記反応室内に堆積する薄膜材料の堆積膜をクリーニン
   グすることを特徴とする堆積膜クリーニング方法。
7. 【請求項７】プラズマＣＶＤ装置の堆積膜クリーニング
   方法において、 上記プラズマＣＶＤ装置の反応室を、互いに電気的に絶
   縁された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバに分割
   し、 上記下チャンバをアースするとともに、上チャンバを可
   変容量型コンデンサを介してアースし、 ガス導入部により上記反応室内にエッチングガスを導入
   し、 高周波電源から高周波電圧を、上記中チャンバに印加し
   て、 上記反応室内に堆積する薄膜材料の堆積膜をクリーニン
   グすることを特徴とする堆積膜クリーニング方法。
8. 【請求項８】ゲート電極配線のポリシリコン膜、リンド
   ープポリシリコン膜、層間絶縁のための酸化膜やリンガ
   ラス膜、キャパシタ絶縁のためのＳｉ₃Ｎ₄膜のうち少な
   くとも一つの膜を備えた半導体素子において、 上記膜のうちの少なくとも一つが、互いに電気的に絶縁
   された上チャンバ、中チャンバ、下チャンバを有する反
   応室と、この反応室内に配置され、処理対象物が配置さ
   れる基板電極に接続された第１の高周波電源と、中チャ
   ンバに接続された第２の高周波電源とを有するプラズマ
   ＣＶＤ装置を用いて成膜されることを特徴とする半導体
   素子。