JP2006013361A - Forming method of insulating film, and plasma film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、半導体集積回路装置のような半導体装置、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセスそして薄膜トランジスタの製造プロセスにおいて、絶縁膜を形成する場合に適用して好適な絶縁膜の形成方法およびプラズマ成膜装置に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an insulating film suitable for application to the formation of an insulating film in a manufacturing process of a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device, a display device such as a liquid crystal display device and a manufacturing process of a thin film transistor The present invention relates to a method and a plasma film forming apparatus.
従来、平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いた絶縁膜の形成方法が知られている。この絶縁膜の形成方法では、真空チャンバ内で発生したプラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がるため、以下のような理由により、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面にイオン損傷が与えられ易いことが知られている。すなわち、プラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がると、被処理基板がエネルギーの高い電子に接することとなるため、電子のエネルギーに伴って増大する傾向のあるシース電界が大きくなる。シース電界が大きくなると、これに伴って被処理基板に入射するイオンのエネルギーが増大する。結果として、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面にイオン損傷が生じ易くなる。 Conventionally, a method of forming an insulating film using a parallel plate type high-frequency plasma CVD apparatus is known. In this insulating film forming method, the plasma generated in the vacuum chamber spreads to the region where the substrate to be processed is disposed. Therefore, the surface of the substrate to be processed and the surface of the substrate to be processed and the insulating film are separated for the following reason. It is known that ion damage is easily given to the interface. That is, when the plasma spreads to a region where the substrate to be processed is disposed, the substrate to be processed comes into contact with high-energy electrons, and thus a sheath electric field that tends to increase with the energy of electrons increases. As the sheath electric field increases, the energy of ions incident on the substrate to be processed increases accordingly. As a result, ion damage tends to occur on the surface of the substrate to be processed and the interface between the substrate to be processed and the insulating film.
また、近年、半導体装置や液晶表示装置の製造プロセスにおいては、表面波プラズマを発生させるプラズマプロセス装置を用いることにより、プラズマを局在させた状態で、被処理基板上にプラズマ処理を施す方法（プラズマプロセス方法）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 Further, in recent years, in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, a plasma processing apparatus that generates surface wave plasma and using a plasma process on a substrate to be processed in a state where the plasma is localized ( (Plasma process method) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このプラズマプロセス方法を実現するためのプラズマプロセス装置としては、プロセスチャンバ、誘電体隔壁、プラズマ励起ガス用シャワープレート、プロセスガス用シャワープレート、ラジアルラインスロットアンテナ、及び、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロンを備えたものが提案されている。誘電体隔壁は、ラジアルラインスロットアンテナの下方に設けられている。プラズマ励起ガス用シャワープレートは、誘電体隔壁の下方に設けられている。プロセスガス用シャワープレートは、プラズマ励起ガス用シャワープレートの下方に設けられている。 As a plasma processing apparatus for realizing this plasma processing method, a process chamber, a dielectric partition, a shower plate for plasma excitation gas, a shower plate for process gas, a radial line slot antenna, and a microwave of 2.45 GHz are generated. The one equipped with a magnetron is proposed. The dielectric partition is provided below the radial line slot antenna. The plasma excitation gas shower plate is provided below the dielectric partition. The process gas shower plate is provided below the plasma excited gas shower plate.
このプラズマプロセス装置を用いたプラズマプロセス方法は、以下のようにして行う。プラズマ励起ガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プラズマ励起ガスとしての希ガスをプロセスチャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波をプロセスチャンバ内に入射させる。これにより、希ガスが励振して、チャンバ内にプラズマが発生する。プロセスガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プロセスチャンバ内にプロセスガスを導入する。これにより、プロセスガスがプラズマと反応し、被処理基板にプラズマ処理が施される。 The plasma process method using this plasma process apparatus is performed as follows. A rare gas as a plasma excitation gas is introduced into the process chamber through a plurality of openings formed in the plasma excitation gas shower plate. Microwaves radiated from the radial line slot antenna are incident into the process chamber. Thereby, the rare gas is excited and plasma is generated in the chamber. Process gas is introduced into the process chamber through a plurality of openings formed in the process gas shower plate. Thereby, the process gas reacts with the plasma, and the substrate to be processed is subjected to plasma processing.
しかしながら、特許文献１に記載のプラズマプロセス方法では、被処理基板上に膜厚の均一性の良好な絶縁膜を形成するのが難しい。すなわち、特許文献１に記載の技術では、格子状に形成されたプロセスガス用シャワープレートを備えたプラズマプロセス装置を用いている。ところが、このようなプラズマプロセス装置では、液晶表示装置のように数十ｃｍ角以上の広面積の被処理面に対して均一に成膜させることが難しいという課題がある。即ち、広面積の被処理基板上に絶縁膜を形成する場合、プロセスガスの供給量にムラが発生し、プロセスガスの供給量の多い領域に対応する被処理基板上処理面の領域ほど、形成される絶縁膜が厚くなり易い。 However, in the plasma process method described in Patent Document 1, it is difficult to form an insulating film with good film thickness uniformity on the substrate to be processed. That is, in the technique described in Patent Document 1, a plasma process apparatus including a process gas shower plate formed in a lattice shape is used. However, in such a plasma process apparatus, there is a problem that it is difficult to form a film uniformly on a surface to be processed having a wide area of several tens of cm square or more like a liquid crystal display device. That is, when an insulating film is formed on a substrate to be processed having a large area, unevenness occurs in the amount of process gas supplied, and the region of the processing surface on the substrate to be processed corresponding to the region where the amount of process gas supplied is large is formed. The insulating film is likely to be thick.
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、イオン損傷が少なく、しかも、膜厚の均一性の良好な絶縁膜を得ることができる絶縁膜の形成方法およびプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such circumstances, and provides an insulating film forming method and a plasma film forming apparatus that can obtain an insulating film with little ion damage and good film thickness uniformity. The purpose is to do.
本発明の第１の態様に係わる絶縁膜の形成方法は、電磁波入射面を有する処理容器、この処理容器内に設けられた第１のガス供給口、この第１のガス供給口より前記電磁波入射面から遠い位置に設けられた第２のガス供給口を有するプラズマ成膜装置により絶縁膜を形成するに際し、前記第１のガス供給口から前記処理容器内にプラズマ発生用としての第１のガスを供給する工程と、前記第２のガス供給口から前記処理容器内に有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスと酸素ガス及び希釈ガスのうち少なくとも一方のガスとを含む第２のガスを供給する工程とを具備してなる。 The insulating film forming method according to the first aspect of the present invention includes a processing vessel having an electromagnetic wave incident surface, a first gas supply port provided in the processing vessel, and the electromagnetic wave incident from the first gas supply port. When forming an insulating film by a plasma film forming apparatus having a second gas supply port provided at a position far from the surface, a first gas for generating plasma from the first gas supply port into the processing chamber And at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and at least one gas of an oxygen gas and a dilution gas are introduced into the processing container from the second gas supply port. A step of supplying two gases.
本発明の第２の態様に係わるプラズマ成膜装置は、プラズマを発生するための電磁波を出力する電磁波源と、この電磁波源の出力から電磁波供給導波管を介して接続された電磁波入射面を有する処理容器と、この処理容器内に設けられプラズマ発生用ガスとしての第１のガスを供給するための第１のガス供給口と、この第１のガス供給口より前記電磁波入射面から遠い位置に設けられ有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスと酸素ガス及び希釈ガスのうち少なくとも一方のガスを含むガスとを供給するための第２のガス供給口とを具備してなる。 A plasma film forming apparatus according to a second aspect of the present invention includes an electromagnetic wave source that outputs an electromagnetic wave for generating plasma, and an electromagnetic wave incident surface connected from the output of the electromagnetic wave source via an electromagnetic wave supply waveguide. A processing vessel having a first gas supply port for supplying a first gas as a plasma generating gas provided in the processing vessel, and a position farther from the electromagnetic wave incident surface than the first gas supply port And a second gas supply port for supplying at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and a gas containing at least one of an oxygen gas and a dilution gas. Become.
本発明の第１の態様に係わる絶縁膜の形成方法及び第２の態様に係わるプラズマ成膜装置によれば、第２のガスとして、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスのうちの少なくとも一方と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも一方とを含むガスを用いているため、第２のガスとして、有機珪素化合物ガスのみ又は有機金属化合物ガスのみを用いた場合と比べて、絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化膜）を均一に形成することができる。 According to the method for forming an insulating film according to the first aspect of the present invention and the plasma film forming apparatus according to the second aspect, the second gas is at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas. In addition, since a gas containing at least one of oxygen gas and dilution gas is used, the insulating film (oxidation) is compared with the case where only the organosilicon compound gas or the organometallic compound gas is used as the second gas. Silicon film or metal oxide film) can be formed uniformly.
また、例えば、表面波プラズマを用いることによって、プラズマのエネルギーの高い領域を、絶縁膜を形成する被処理体から離れた位置に局在化させることができる。したがって、被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。 Further, for example, by using surface wave plasma, a region having high plasma energy can be localized at a position away from the object to be processed on which the insulating film is formed. Therefore, ion damage given to the object to be processed and the insulating film formed on the object to be processed can be suppressed.
しかも、第１のガスを第２のガスよりも電磁波入射面に近い領域から処理容器内に供給するようにしている。電磁波入射面に近い領域では、電磁波による電界で電子が直接に加速されるため、電子のエネルギーが大きい。したがって、第１のガスによって処理容器内にプラズマを効率良く生成させることができる。さらに、電磁波入射面から離れた領域では、電磁波が高密度のプラズマによって遮蔽されるため、第２のガスに含まれる有機珪素化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、被処理体に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる、膜質の良好な絶縁膜を形成することができる。 Moreover, the first gas is supplied into the processing container from a region closer to the electromagnetic wave incident surface than the second gas. In the region near the electromagnetic wave incident surface, electrons are directly accelerated by the electric field generated by the electromagnetic waves, and thus the energy of the electrons is large. Therefore, plasma can be efficiently generated in the processing container by the first gas. Furthermore, since the electromagnetic wave is shielded by high-density plasma in a region away from the electromagnetic wave incident surface, it is possible to suppress excessive decomposition of the organosilicon compound or organometallic compound contained in the second gas. . Therefore, it is possible to form an insulating film with a good film quality that has few oxygen vacancies, is uniform, and has excellent step coverage.
イオン損傷が少なく、しかも、膜厚の均一性の良好な絶縁膜を得ることができる絶縁膜の形成方法およびプラズマ成膜装置が得られる。 An insulating film forming method and a plasma film forming apparatus capable of obtaining an insulating film with little ion damage and good film thickness uniformity can be obtained.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の絶縁膜の形成方法を実現するためのプラズマ成膜装置の一例を示している。このプラズマ成膜装置１ａは、処理容器としての真空容器２、１つ以上例えば９つの誘電体窓３、基板支持台４、ガス排出系５、第１のガス供給系としての上部ガス供給系６、第２のガス供給系としての下部ガス供給系７、電磁波源８、電磁波供給導波管９、及び、１つ以上例えば９つの導波管スロットアンテナ１０等を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a plasma film forming apparatus for realizing the insulating film forming method of the present embodiment. This plasma
真空容器２は、上壁としての上蓋２ａ、底壁２ｂ、及び、上蓋２ａの周縁と底壁２ｂの周縁とを気密に繋ぐ周壁２ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上蓋２ａ、底壁２ｂ、及び周壁２ｃを形成する材料としては、気密性を有し、ガス放出しない材料例えばガラスやアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
The
上蓋２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、誘電体窓３が設けられている。これら誘電体窓３もまた、真空容器２の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に構成されている。これら誘電体窓３を形成する誘電体材料としては、電磁波を伝播する材料例えば合成石英、酸化アルミニウム等を用いることができる。
The
詳しくは、上蓋２ａは、前記誘電体窓３の設置位置に夫々対応して、１つ以上例えば９つの四角形状開口部１２を有している。各開口部１２は、横断面略Ｔ字状の細長な空間を形成している。これら各開口部１２は、夫々所定の間隔を置いて互いに平行に設けられている。各誘電体窓３は、各開口部１２に気密に嵌合するような横断面略Ｔ字状の細長部材とされて、真空容器２を構成している。つまり、真空容器２の上蓋２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、複数の誘電体窓３が互いに並べて設けられている。すなわち、上蓋２ａは、真空容器２の壁の一部であるとともに、誘電体窓３を支持する梁としても機能している。誘電体窓３を複数に分割することにより、各々の誘電体窓３にかかる大気圧による応力が小さくなり、誘電体窓３の厚さを薄くすることが可能となる。
Specifically, the
前記真空容器２は、図示しないが、上蓋２ａと誘電体窓３との間を封止する封止機構を有している。封止機構は、例えば、開口部１２を規定する周面に、その周方向に沿って設けられた溝と、この溝に挿入されたＯ−リングとを有している。この封止機構により、開口部１２を規定する周面と誘電体窓３との間がシールされている。
Although not shown, the
真空容器２の内部には、被処理体としての被処理基板１００を支持する前記基板支持台４が設けられている。この基板支持台４は、例えば、被処理基板１００の被処理面（本実施形態では上面）が、後述する第２のガス噴出口５２の下方例えば２５ｍｍの位置に保持されるように、その位置が設定されている。
Inside the
前記電磁波源８としては、例えば、２．４５ＧＨｚの電磁波源を用いることができる。図２に示すように、電磁波源８は、発振部３１と、パワーモニタ３２と、整合器としてのＥ−Ｈチューナ３３とを備えている。発振部３１は、発振器としてのマグネトロン３１ａと、アイソレータ３１ｂとを備えている。アイソレータ３１ｂは、反射波からマグネトロン３１ａを保護する。発振部３１は、図示しない液冷式の冷却装置によって冷却されている。図２中矢印Ｅ１及びＥ２は、冷却水の流れを夫々示している。パワーモニタ３２は、進行波及び反射波をモニタリングするものである。図２中矢印Ｄ１及びＤ２は、進行波及び反射波の伝播方向を夫々示している。Ｅ−Ｈチューナ３３は、反射波を低減させる。
As the
真空容器２外、例えば上蓋２ａ上には、各誘電体窓３に夫々対応し、電磁波を真空容器２内に導入するように、複数の導波管スロットアンテナ１０が設けられている。各導波管スロットアンテナ１０は、管壁を構成する下壁の一部にスリット状の開口部１０ａを有している。各導波管スロットアンテナ１０は、開口部１０ａ近傍で起きる電磁界結合を利用して電磁波を放射することで、アンテナとして機能する。
A plurality of
これら導波管スロットアンテナ１０は、誘電体窓３の外面と夫々対向するように互いに並べて配設されている。これら導波管スロットアンテナ１０は各々接続されている。
導波管スロットアンテナ１０は、一般に金属で構成されるため、誘電体で形成されたアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高いという特長がある。また、導波管スロットアンテナ１０は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型基板用のプラズマ成膜装置に好適である。特に、本実施形態の絶縁膜の形成方法、及び、プラズマ成膜装置１ａは、例えば数十ｃｍ２角の大型の液晶表示装置等に用いる角型（矩形状）で面積の大きい基板上に絶縁膜を形成する場合に好適である。
These
Since the
各導波管スロットアンテナ１０は、導波管９を介して電磁波源例えば高周波電源８と接続されている。高周波電源８が発生した電磁波は、導波管９を介して、各導波管スロットアンテナ１０に導かれ、対応する誘電体窓３を透過して真空容器２内に入射する。この実施形態において、誘電体窓３の内面が電磁波入射面Ｆである。
Each
また、真空容器２は、ガス排出系５と、上部ガス供給系６と、下部ガス供給系７を有している。ガス排出系５は、真空容器２の内部と連通するようにこの真空容器２に設けられたガス排出部５ａと、真空排気システム５ｂとを有している。真空排気システム５ｂは、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。この真空排気システム５ｂを稼動させることにより、真空容器２内を所定の真空度に達するまで排気することができる。
The
上部ガス供給系６は、真空容器２内に第１のガスを供給する。第１のガスとしては、例えば、酸素ガス及び希ガスの少なくとも一方のガスを含むガス、例えば、クリプトンガスを用いることができる。上部ガス供給系６は、例えば、第１のガス導入部としての上部ガス導入部４１を有している。
The upper
上部ガス導入部４１は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入部４１が電磁界やプラズマに与える影響を考慮すると、上部ガス導入部４１は、入射する電磁波に対して透過性材料例えば誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管を形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入部４１は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入部４１を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入部４１の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。
The upper
図３は、上部ガス導入部４１の構成を説明するための平面図である。上部ガス導入部４１は、誘電体窓３が形成されている領域を避けて、真空容器２内の上蓋２ａ（梁）の内面に沿って設けられている。詳しくは、上部ガス導入部４１は、複数の直管４１ａと１つの延出管４１ｂとを有している。複数の直管４１ａは、真空容器２の上蓋２ａ（梁）の内面に沿うように互いに平行に配管されている。延出管４１ｂは、これら直管４１ａと直交するように配管されているとともに、これら直管４１ａを互いに連通させている。延出管４１ｂの一端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。延出管４１ｂの一端には、上記第１のガスが収容された第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
FIG. 3 is a plan view for explaining the configuration of the upper
各直管４１ａには、プラズマ発生用の第１のガスを供給するための第１のガス供給口例えば複数の第１のガス噴出口４２が設けられている。これら第１のガス噴出口４２は、下方に開放するように、直管４１ａの長手方向に沿って略等間隔に設けられている。すなわち、これら第１のガス噴出口４２は、噴出ガスが均一に分布するように例えば略同一面上に配設されている。これら第１のガス噴出口４２は、電磁波入射面Ｆからの距離が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に設けられている。
Each
下部ガス供給系７は、真空容器２内に第２のガスを供給する。第２のガスとしては、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスの少なくとも一方と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも一種とを含む混合ガス、例えば、有機珪素化合物ガスとしてのテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。下部ガス供給系７は、例えば、第２のガス導入部としての下部ガス導入部５１を有している。
The lower gas supply system 7 supplies the second gas into the
下部ガス導入部５１は、前記上部ガス導入部４１の材料と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。ところで、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの間のような過渡状態では、電磁波は下部ガス供給系７にも到達する。そのため、下部ガス導入部５１を金属材料によって形成すると、上記過渡状態において、下部ガス供給系７が電磁界やプラズマの発生に影響を与える場合がある。そのため、下部ガス導入部５１が電磁界やプラズマに与える影響を考慮すると、下部ガス導入部５１は、電磁波に対して透過性の材料例えば誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入部５１を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入部５１の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。
Similar to the material of the upper
図４に示すように、下部ガス導入部５１は、環状例えば枠状の角環状管（環状体）５１ａと１つの延出管５１ｂとを有している。角環状管５１ａは、被処理基板１００の外縁よりも一回り大きい外形を有している。なお、環状体５１ａは、被処理基板の外形が円形のとき円環状体であり、角形のとき角環状体であるのが好ましい。延出管５１ｂは、角環状管５１ａと連通されている。延出管５１ｂの一端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。延出管５１ｂの一端には、上記第２のガスが収容された第２のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
As shown in FIG. 4, the lower
角環状管５１ａには、第２のガス供給口例えば複数の第２のガス噴出口５２が設けられている。これら第２のガス噴出口５２は、角環状管５１ａの内方に開放するように、略等間隔に設けられている。すなわち、これら第２のガス噴出口５２は、略同一面上に配設されている。これら第２のガス噴出口５２は、電磁波入射面Ｆからの距離が表面波プラズマの表皮厚さδよりも大きくなる位置に設けられている。
The
第２のガスは、第１のガス噴出口４２よりも電磁波入射面Ｆから離れた位置に設けた第２のガス噴出口５２から真空容器２内に供給するのが好ましい。更に好ましくは、第１のガスは、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ未満となる位置から真空容器２内に供給され、第２のガスは、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた位置から真空容器２内に供給されるようにするとよい。
The second gas is preferably supplied into the
すなわち、真空容器２内に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させると、第１ガスや第２のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆの近傍においてプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波は、このプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなり、第１のガスや第２のガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面Ｆの近傍に限られるようになる。この状態が、表面波プラズマが生じている状態である。
That is, when electromagnetic waves are incident on the
表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面Ｆの近傍に局在する。つまり、表面波プラズマは、電磁波入射面Ｆからの距離によってその状態が異なる。また、表面波プラズマが生じている状態においては、被処理基板１００の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板１００へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板１００の損傷が少ない。
In a state in which surface wave plasma is generated, a region in which ionization of the compound is given due to the electromagnetic wave energy is localized in the vicinity of the electromagnetic wave incident surface F. That is, the state of the surface wave plasma varies depending on the distance from the electromagnetic wave incident surface F. In the state where surface wave plasma is generated, the electric field of the sheath generated in the vicinity of the surface of the substrate to be processed 100 is small. Therefore, the incident energy of ions to the
表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面（誘電体窓３の内面）Ｆと真空容器２内の空間のうちの第１のガスが供給されている領域との界面である。そして、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域、すなわち、電磁波が到達して真空容器２内のガスを直接励振させる領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面Ｆから電磁波の電界が１／ｅに減衰する位置までの距離であり、その値は電磁波入射面Ｆ近傍の電子密度に依存する。
The boundary of the region where the surface wave plasma is generated is the interface between the electromagnetic wave incident surface (the inner surface of the dielectric window 3) F and the region supplied with the first gas in the space in the
表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも近い領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも遠い領域（表皮厚さを外れた領域）では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達せず、酸素ラジカル等は拡散流として到達する。 In the state where surface wave plasma is generated, high-density plasma is generated in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface F is closer than the skin thickness. Further, in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface F is farther than the skin thickness (a region outside the skin thickness), the electromagnetic wave is shielded by high-density plasma and does not reach, and oxygen radicals or the like reach as a diffusion flow. .
ところで、絶縁膜を形成するためのプロセスガスとして、有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスを用いると、シランガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な絶縁膜が得られ易い。これは、有機珪素化合物や有機金属化合物がシランと比べて分子容積が大きいためである。すなわち、有機珪素化合物や有機金属化合物では、プラズマによって分解されてなる中間生成物もまた比較的分子容積が大きい。そのため、前記中間生成物は、立体効果により被処理体の表面でマイグレーションしながら、この被処理体の表面に比較的均一に付着する。しかしながら、有機珪素化合物や有機金属化合物は、その骨格にアルキル基等を含んでいるため、過度に分解されると、炭素骨格部分に含まれる炭素原子が、形成される絶縁膜に不純物として混入し易くなる。 By the way, when an organic silicon compound gas or an organometallic compound gas is used as a process gas for forming an insulating film, an insulating film with good coverage is easily obtained as compared with the case of using a silane gas. This is because organosilicon compounds and organometallic compounds have a larger molecular volume than silane. That is, in an organic silicon compound or an organometallic compound, an intermediate product decomposed by plasma also has a relatively large molecular volume. Therefore, the intermediate product adheres relatively uniformly to the surface of the object to be processed while migrating on the surface of the object to be processed due to the steric effect. However, since organosilicon compounds and organometallic compounds contain alkyl groups and the like in their skeletons, if they are excessively decomposed, carbon atoms contained in the carbon skeleton part are mixed as impurities into the formed insulating film. It becomes easy.
したがって、真空容器２内で表面波プラズマを生じさせ、真空容器２内に配置した被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成するような場合、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも遠い位置から有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスを含む第２のガスを供給すれば、有機珪素化合物や有機金属化合物の過度な分解を抑止できる。しかも、表面波プラズマにより分解・生成された酸素ラジカル等と有機珪素化合物や有機金属化合物とを効率良く反応させることができる。つまり、被処理基板１００に、酸素欠損が少なく、段差被覆性に優れる、膜質の良好なの絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化物膜）１０１を形成することができると考えられる。
Therefore, when surface wave plasma is generated in the
表皮厚さδは、以下の（１）式で求めることができる。
ｎC：カットオフ密度
カットオフ密度ｎCは、以下の（２）式で求めることができる。
表面波プラズマの分散関係は、以下の（３）式で示される。
プラズマの角振動数ωｐは、以下の（４）式で求めることができる。
ｍｅ：電子の質量（定数）
電磁波入射面とプラズマの境界面を表面波が伝播するには、（３）式の分母が正の値をとる必要がある。そのため、（４）式の関係も含めると、以下の（５）式の関係を満たす必要がある。
εｄ：誘電体窓の誘電率、 ｅ：素電荷（定数）、 ω：電磁波の角振動数
The skin thickness δ can be obtained by the following equation (1).
The dispersion relationship of the surface wave plasma is expressed by the following equation (3).
m e : electron mass (constant)
In order for the surface wave to propagate through the boundary surface between the electromagnetic wave incident surface and the plasma, the denominator of the equation (3) needs to take a positive value. Therefore, when the relationship of the formula (4) is included, it is necessary to satisfy the relationship of the following formula (5).
ε d : dielectric constant of dielectric window, e: elementary charge (constant), ω: angular frequency of electromagnetic wave
電磁波の周波数を２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、及び２２．１２５ＧＨｚとするとともに、電磁波入射面Ｆを有する誘電体窓３を合成石英（比誘電率 ３．８）及びアルミナ（比誘電率 ９．９）により形成した場合において、（５）式より、表面波がプラズマの境界面を伝播するのに必要な電子密度ｎ０を求め、そのときの表皮厚さδを計算すると表１のようになる。なお、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚは、日本国内において工業目的の電磁波使用のため、基本波またはスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として、最大許容値を定めずに用いられている周波数（無線設備規則第６５条、及び郵政省告示第２５７号）である。この結果より、電磁波の周波数を２．４５ＧＨｚ以上、誘電体窓の比誘電率を３．８以上とした場合、完全な表面波プラズマ状態とすると、表皮厚さは１０ｍｍ以下になることがわかる。
電磁波としてのマイクロ波を用いたプロセスでは、上述のような周波数、すなわち２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、及び２２．１２５ＧＨｚの高周波電源が用いられることが多い。また、誘電体窓３の材質としては、石英、あるいはアルミナが一般的である。具体例を挙げると、高周波電源の周波数を２．４５ＧＨｚとするとともに誘電体窓３を石英で形成した場合、表皮厚さδ以上、つまり、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れている領域では、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達せず、酸素ラジカル等は拡散流として到達すると考えられる。
In processes using microwaves as electromagnetic waves, high-frequency power sources having the above-described frequencies, that is, 2.45 GHz, 5.8 GHz, and 22.125 GHz are often used. The
また、本発明者らは、電子温度が２ｅＶ以下となるような位置から第２のガスを真空容器２内に供給すれば、有機珪素化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを見出した。プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた領域では、電子温度が大凡２ｅＶ以下であり、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
In addition, the present inventors can suppress excessive decomposition of the organosilicon compound and the organometallic compound if the second gas is supplied into the
さらに、本発明者らは、電子密度が電磁波入射面Ｆの５０％以下に減少するような位置から第２のガスを真空容器２の内部に導入すれば、有機珪素化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを見出した。プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた領域では、電子密度は電磁波入射面Ｆの５０％以下に減少しており、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
このような結果から、前記第２のガスは、前記第１のガス噴出口４２よりも電磁波入射面Ｆから離れた位置に設けた前記第２のガス噴出口５２から真空容器２内に供給するのが好ましい。なお、前記第１のガス噴出口４２は、真空容器２に電磁波入射面Ｆを有する誘電体部材を設け、該誘電体部材にノズルを形成することで実現させてもよい。
Furthermore, if the present inventors introduce the second gas into the
From such a result, the second gas is supplied into the
本実施形態では、第１のガス噴出口４２が形成されている仮想平面Ｆ１と電磁波入射面Ｆとの距離が１０ｍｍ未満、例えば、３ｍｍとなるように、上部ガス導入部４１が設けられている。すなわち、複数の第１のガス噴出口４２の位置が電磁波入射面Ｆの下方３ｍｍの位置に設けられている。
In the present embodiment, the upper
また、第２のガス噴出口５２が形成されている仮想平面Ｆ２と電磁波入射面Ｆとの距離が１０ｍｍ以上、例えば、３０ｍｍとなるように、下部ガス導入部５１が設けられている。すなわち、複数の第２のガス噴出口５２が電磁波入射面Ｆの下方３０ｍｍの位置に設けられている。
Further, the lower
なお、第２のガスに含まれる有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高く、液化し易い。そのため、第２のガスを安定して真空容器２内に供給するためには、下部ガス供給系７を適切な温度、すなわち８０℃から２００℃程度に保つのが望ましい。そのため、下部ガス供給系７は、例えばヒータのような加熱手段を備えていてもよい。
Note that the organosilicon compound gas or the organometallic compound gas contained in the second gas has a higher boiling point than monosilane or the like and is easily liquefied. Therefore, in order to stably supply the second gas into the
次に、本実施形態の絶縁膜の形成方法を説明する。本実施形態では、第１のガスとしてクリプトンガスを用いるともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランと酸素ガスとの混合ガスを用いて、被処理基板１００に絶縁膜１０１（本実施形態では酸化珪素膜）を形成する例について説明する。
Next, a method for forming an insulating film according to this embodiment will be described. In this embodiment, a krypton gas is used as the first gas, and a mixed gas of tetraalkoxysilane and oxygen gas is used as the second gas, and the insulating film 101 (silicon oxide in this embodiment) is formed on the
基板支持台４上の予め定められた位置に位置決めされて被処理基板１００が自動的に搬入される。ガス排出系５を駆動させ、真空容器２内を排気して予め定められた真空度にし、実質的に真空状態にする。上部ガス供給系６から、真空容器２内に第１のガス例えばクリプトンガスを例えば４００ＳＣＣＭの流量で供給する。下部ガス供給系７から、真空容器２内に第２のガス例えばテトラエトキシシランガスを３５ＳＣＣＭと酸素ガスを１０ＳＣＣＭの流量で供給して混合ガスを真空容器２内に供給する。すなわち、ＴＥＯＳガスを真空容器２内に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器２内に供給する際の総流量に対して、約７７．８％となるように（５０％を超えるように）設定されることが望ましい。
The substrate to be processed 100 is automatically loaded after being positioned at a predetermined position on the
本発明者らにより、有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガス（本実施形態ではテトラエトキシシランガス）を真空容器２内に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器２内に供給する際の総流量に対して５０％以下となると、成膜速度が急激に低下することが確認された。有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスを真空容器２内に供給する際の流量を、第２のガスを真空容器２内に供給する際の総流量に対して５０％を超えるように設定することにより、成膜速度を低下させることなく、均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
より好ましくは、有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスを真空容器内に供給する流量は、第２のガス噴出口５２から真空容器２内に供給する総流量に対して７０％を超えるように設定するとよい。さらに好ましくは、有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスを真空容器２内に供給する流量は、第２のガス噴出口５２から真空容器２内に供給する総流量に対して７０％以上９０％以下とするとよい。
According to the present inventors, the flow rate when supplying at least one of the organosilicon compound gas and the organometallic compound gas (tetraethoxysilane gas in the present embodiment) into the
More preferably, the flow rate at which at least one of the organosilicon compound gas and the organometallic compound gas is supplied into the vacuum vessel is 70 with respect to the total flow rate supplied into the
高周波電源８をＯＮにする。これにより、２．４５ＧＨｚの電磁波は、導波管９を介して各導波管スロットアンテナ１０に導かれ、導波管スロットアンテナ１０から誘電体窓３に向けて電磁波が照射される。
Turn on the high
２．４５ＧＨｚの電磁波は、誘電体窓３を介して真空容器２内に入射される。これにより、第１のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなる。つまり、表面波プラズマが生じる。第１のガスは、電磁波入射面Ｆとの距離が３ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さδよりも小さい領域から真空容器２内に導入されているため、表面波プラズマが生じている状態において、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。
An electromagnetic wave of 2.45 GHz is incident on the
一方、テトラエトキシシランガスは、電磁波入射面Ｆとの距離が３０ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離が表皮厚さよりも大きい領域から真空容器２内に導入されている。したがって、テトラエトキシシランガスが真空容器２内に導入されている領域には、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達しないため、テトラエトキシシランが電磁波によって過度に分解されるのを抑制できる。また、電磁波入射面Ｆとの距離が３０ｍｍとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板１００の表面に、酸化珪素が堆積する。テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板１００の表面（被処理面１００ａ）でマイグレーションしながら、この被処理基板１００の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板１００に膜質の良好な絶縁膜（酸化珪素膜）１０１が形成される。
On the other hand, the tetraethoxysilane gas is introduced into the
一方、以下のような条件でも、同様にして、絶縁膜（酸化珪素膜）を形成した。
基板支持台４上に被処理基板１００を配置する。ガス排出系５を駆動させ、真空容器２内を実質的に真空とする。上部ガス供給系６から、真空容器２内にクリプトンガスを４００ＳＣＣＭの流量で供給し、下部ガス供給系７から、真空容器２内にテトラエトキシシランガスを３５ＳＣＣＭと酸素ガスを３５ＳＣＣＭとの混合ガスを供給する。すなわち、ＴＥＯＳガスを真空容器２内に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器２内に供給する際の総流量に対して、５０％となるように設定されている。以下の工程は、上述したとおりである。
On the other hand, an insulating film (silicon oxide film) was similarly formed under the following conditions.
The substrate to be processed 100 is disposed on the
第２のガスを真空容器２内に供給する際の酸素の流量を１０ＳＣＣＭとすると、ＳｉＯ２膜の形成速度は７５ｎｍ／ｍｉｎであった。一方、第２のガスを真空容器２内に供給する際の酸素の流量を３５ＳＣＣＭとすると、成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以下であった。第２のガスに酸素を混合しない場合には、被処理基板１００の被処理面１００ａの膜厚分布は、下部ガス供給系７から供給した第２のガス（主に酸化珪素ガス）の流れに依存するが、第２のガスに酸素を混合した場合には、被処理基板１００の被処理面１００ａの膜厚分布は、下部ガス供給系７から供給した第２のガス（主に酸化珪素ガス）の流れへの依存が弱まる。
When the flow rate of oxygen when supplying the second gas into the
第２のガスとして、プロセスガスとしてのテトラエトキシシランガスと酸素との混合ガスを用いると、テトラエトキシシランガス（酸化珪素ガス）のみを使用した場合と比べて、形成される絶縁膜（ＳｉＯ２膜）の膜厚分布が２０％改善した。すなわち、第２のガスとして、プロセスガスとしてのテトラエトキシシランガスと酸素との混合ガスを用いると、絶縁膜（ＳｉＯ２膜）の均一性が向上することがわかった。 When a mixed gas of tetraethoxysilane gas and oxygen as a process gas is used as the second gas, an insulating film (SiO 2 film) is formed as compared with the case where only tetraethoxysilane gas (silicon oxide gas) is used. The film thickness distribution was improved by 20%. That is, it was found that when a mixed gas of tetraethoxysilane gas and oxygen as the process gas is used as the second gas, the uniformity of the insulating film (SiO 2 film) is improved.
以上のように、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、電磁波が入射される電磁波入射面Ｆを有する真空容器２内に、被処理基板１００を設け、真空容器２内に、第１のガス供給系６の第１のガス噴出口４２から第１のガスを供給し、第１のガス噴出口４２よりも電磁波入射面Ｆから離れた位置に設けられた第２のガス供給系７の第２のガス噴出口５２から、有機珪素化合物ガスと酸素ガスとを含むガス、例えば、テトラエトキシシランガスと酸素ガスとの混合ガスを供給し、真空容器２内に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることにより、真空容器２内で表面波プラズマを生じさせ、被処理基板に酸化珪素を堆積させるようにしている。
As described above, according to the insulating film forming method of the present embodiment, the substrate to be processed 100 is provided in the
このようにすることにより、第１のガスをプラズマの密度が比較的高い領域（電磁波による電界で電子が直接に加速されている領域）に供給することができるため、真空容器２内において酸素ラジカル等を効率良く生成させることができる。しかも、有機珪素化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスは、高密度のプラズマによって電磁波が遮蔽されて到達しない領域に供給することができる。そのため、電子の衝突によって有機珪素化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、酸素欠損が少なく、膜質が良好であって、かつ、段差被覆性に優れた高品質な絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化物膜）１０１を、イオン損傷を殆ど与えることなく被処理基板１００に形成することができる。
In this way, since the first gas can be supplied to a region where the plasma density is relatively high (a region where electrons are directly accelerated by an electric field due to electromagnetic waves), oxygen radicals are contained in the
さらに、本発明者らは、前記第２のガスとして、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスのうちの少なくとも一方と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも一方とを含むガスを用いることにより、第２のガスとして、有機珪素化合物ガスのみ又は有機金属化合物ガスのみを用いた場合と比べ、形成される絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化物膜）１０１の膜厚を均一にすることができることを見出した。より好ましくは、第２のガスは、有機珪素化合物ガス又は有機金属化合物ガスのうちの少なくとも一方と酸素ガスとからなるものとするとよいこともわかった。 Furthermore, the present inventors use, as the second gas, a gas containing at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and at least one of an oxygen gas and a dilution gas, Compared to the case where only the organosilicon compound gas or only the organometallic compound gas is used as the second gas, the insulating film (silicon oxide film or metal oxide film) 101 to be formed can have a uniform thickness. I found. More preferably, it has also been found that the second gas may be composed of at least one of an organosilicon compound gas or an organometallic compound gas and oxygen gas.
絶縁膜１０１の膜厚を均一に形成するのが困難な理由の一つとして、第２のガスの供給方法があると考えられている。すなわち、第２のガスとして、有機珪素化合物ガスのみ又は有機金属化合物ガスのみを用いると、第２のガス噴出口の近傍において、有機珪素化合物や有機金属化合物が過剰に消費され、第２のガス噴出口から離れた領域においては、有機珪素化合物や有機金属化合物が欠乏し易くなる。
One of the reasons why it is difficult to uniformly form the insulating
これに対し、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスのうちの少なくとも一方と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも一方とを含む第２のガスを用いることにより、第２のガス噴出口５２の近傍において、有機珪素化合物や有機金属化合物が過剰に消費されるのが抑制され、第２のガス噴出口５２から離れた領域においても、有機珪素化合物や有機金属化合物を良好に供給することができることがわかった。
In contrast, by using a second gas containing at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and at least one of an oxygen gas and a dilution gas, Excessive consumption of the organosilicon compound or organometallic compound is suppressed in the vicinity, and the organosilicon compound or organometallic compound can be satisfactorily supplied even in a region away from the second
さらに、本発明者らは、前記第２のガスとして、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスのうちの少なくとも一方と、希釈ガスとを含むガスを用いることにより、第２のガスとして、有機珪素化合物ガスのみ又は有機金属化合物ガスのみを用いた場合と比べて、形成される絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化物膜）の膜厚を均一にすることができることを見出した。この膜厚均一化の理由は、明らかではないが、有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスと、希釈ガス分子とが衝突し、有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスが処理容器内全体に広範囲に広がる（拡散する）ためであると考えられる。 Furthermore, the present inventors use, as the second gas, an organic silicon compound gas as a second gas by using a gas containing at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and a dilution gas. It has been found that the thickness of the insulating film (silicon oxide film or metal oxide film) to be formed can be made uniform as compared with the case where only the compound gas or only the organometallic compound gas is used. The reason for this uniform film thickness is not clear, but the organosilicon compound gas or organometallic compound gas collides with the dilution gas molecules, and the organosilicon compound gas or organometallic compound gas is widely distributed throughout the processing vessel. This is thought to be due to spreading.
したがって、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、イオン損傷が少なく、しかも、第２のガスの供給の不均一性に影響を受け難く、膜厚の均一性の良好な成膜が可能である。 Therefore, according to the method for forming an insulating film of this embodiment, ion damage is small, and it is difficult to be influenced by the nonuniformity of the second gas supply, and it is possible to form a film with a good uniformity of film thickness. It is.
しかも、有機珪素化合物ガス（ＴＥＯＳガス）を真空容器２内に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器２内に供給する際の総流量に対して５０％を超えるように設定されている。そのため、成膜速度を低下させることなく、均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
Moreover, the flow rate when supplying the organosilicon compound gas (TEOS gas) into the
また、本実施形態のプラズマ成膜装置１ａによれば、プラズマを発生するための電磁波を出力する電磁波源としての高周波電源８と、この高周波電源８の出力から電磁波供給導波管９を介して接続された電磁波入射面Ｆを有する真空容器２と、この真空容器２内に設けられプラズマ発生用ガスとしての第１のガスを供給するための第１のガス噴出口４２と、真空容器２内であって且つ第１のガス噴出口４２より電磁波入射面Ｆから遠い位置に設けられ有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスと酸素ガス及び希釈ガスのうち少なくとも一方のガスを含むガスとを供給するための第２のガス噴出口５２とを備えている。
Further, according to the plasma
したがって、イオン損傷が少なく、しかも、膜厚の均一性の良好な絶縁膜を得ることができる絶縁膜を形成することができる。 Therefore, it is possible to form an insulating film that can obtain an insulating film with little ion damage and good film thickness uniformity.
しかも、本実施形態のプラズマ成膜装置１ａによれば、第１のガス噴出口４２は、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ未満離れた位置に設けられ、第２のガス噴出口５２は、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ以上離れた位置に設けられている。そのため、被処理基板１００に、酸素欠損が少なく、段差被覆性に優れる、膜質の良好なの絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化物膜）１０１を形成することができる。
Moreover, according to the plasma
さらに、本実施形態のプラズマ成膜装置１ａによれば、第２のガス噴出口５２は、被処理基板１００の外縁よりも大きい外形に形成された環状体（角環状管）５１ａに設けられている。このようにすることにより、第１のガス噴出口４２の近傍で形成される酸素ラジカル等が、第２のガス供給系７自体に妨げられ難い。したがって、酸素ラジカル等を第２のガスが供給（噴出）されている領域にまで拡散流として到達させることができる。すなわち、被処理基板１００の全領域と対応する領域において、有機珪素化合物や有機金属化合物と酸素ラジカル等とを効率良く反応させることができるため、被処理基板１００に膜厚性のより均一な絶縁膜を形成することができる。しかも、環状体５１ａは、被処理基板の外形と相似形状に形成されている。すなわち、本実施形態では、環状体５１ａは、角形の被処理基板１００に対し、角環状に形成されている。したがって、被処理基板１００と対応する領域に、良好に第２のガスを供給することができる。
Furthermore, according to the plasma
また、導波管スロットアンテナ１０は、大面積の領域や角形（矩形）の領域に、均一に電磁波を放射することが可能である。すなわち、被処理基板１００として大型基板や角型基板（矩形状基板）を用いる場合（大型基板や角型基板に絶縁膜を形成する場合）であっても、導波管スロットアンテナ１０から放射された電磁波が、電磁波入射面Ｆから真空容器２内に入射するようにプラズマ成膜装置１ａを構成することで、真空容器２内に均一且つ良好な表面波プラズマを生じさせることができる。したがって、上述のようなプラズマ成膜装置１ａを用いることにより、大型基板や角型基板に均一性の良好な絶縁膜を形成することが可能である。
The
図５及び図６は、本実施形態の絶縁膜の形成方法を実現するためのプラズマ成膜装置の別の一例を示している。このプラズマ成膜装置１ｂは、上述したプラズマ成膜装置１ａとは、上部ガス供給系６及び下部ガス供給系７の構造が異なっているが、他の構成は上述したプラズマ成膜装置１ａと実質的に同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
5 and 6 show another example of a plasma film forming apparatus for realizing the insulating film forming method of the present embodiment. The plasma film forming apparatus 1b is different from the above-described plasma
このプラズマ成膜装置１ｂが備える上部ガス供給系６が備える上部ガス導入部４１は、偏平な箱状のシャワープレート６６を有している。シャワープレート６６の下壁には、多数のガス噴出口６７が設けられている。このシャワープレート６６の一部は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。シャワープレート６６の一部には、上記第１のガスが収容された第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
The upper
このプラズマ成膜装置１ｂが備える下部ガス供給系７が備える下部ガス導入部５１は、シャワープレート６０と延出管６１とを有している。シャワープレート６０は、互いに対向する格子状の一対の板材と、これらの周縁を繋ぐ周縁を有している。すなわち、このシャワープレート６０は、第１のガスや酸素ラジカルをシャワープレート６０の上方から下方に流通させるための多数の貫通孔６３を有して、格子状に形成されている。シャワープレート６０の格子状の内部空間には、第２のガスが流通されるようになっているとともに、延出管６１と連通されている。延出管６１の一端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。延出管６１の一端には、上記第２のガスが収容された第２のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。このシャワープレート６０は、基板支持台４及びこの基板支持台４上に配置される被処理基板１００を上方から覆うように設けられている。また、このシャワープレート６０の格子状の下壁には、複数の第２のガス噴出口６２が設けられている。
The lower
なお、このシャワープレート６０には、加熱手段を設けてもよい。加熱手段は、例えば、ポンプ、循環路、ヒータ、及び、高温流体を有する高温媒体循環器を採用することができる。高温流体としては、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル-ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択すればよい。高温流体（高温気体又は高温液体）を循環させる循環路は、シャワープレート６０内に設けるとよい。
The
このように下部ガス供給系７を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス供給系７にすばやく熱エネルギーを伝えることができるとともに、下部ガス供給系７を均等に加熱することができる。そのため、有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成する際に、有機珪素化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。 When the lower gas supply system 7 is heated by circulating the high-temperature medium in this way, heat energy can be quickly transmitted to the lower gas supply system 7 and the lower gas supply system 7 can be heated evenly. Therefore, when the insulating film is formed using a gas containing an organosilicon compound gas or an organometallic compound gas, fluctuations in the gas supply amount due to the liquefaction of the organosilicon compound gas or the organometallic compound gas can be suppressed.
このようなプラズマ成膜装置１ｂを用いても、イオン損傷が少なく、しかも、膜厚の均一性の良好な絶縁膜を得ることができる絶縁膜を形成することができる。 Even when such a plasma film forming apparatus 1b is used, an insulating film can be formed which can obtain an insulating film with little ion damage and good film thickness uniformity.
しかも、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、第２のガスとして、有機珪素化合物ガス及び有機金属化合物ガスのうちの少なくとも１種と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも１種とを含む混合ガスを用いているため、上述のように、第２のガスとして、有機珪素化合物ガスのみ又は有機金属化合物ガスのみを用いた場合と比べて、絶縁膜（酸化珪素膜や金属酸化膜）を均一に形成することができる。したがって、第２のガス供給系７が、第２のガス噴出口６２を被処理体の全域に対して均一に分布させることが比較的困難なシャワープレート６０を備えるようなプラズマ成膜装置１ｂを用いても、被処理基板１００に膜厚の均一性の良好な絶縁膜を形成することが可能である。
In addition, in the method for forming an insulating film of this embodiment, the second gas includes at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and at least one of an oxygen gas and a dilution gas. Since a mixed gas is used, as described above, an insulating film (a silicon oxide film or a metal oxide film) is used as the second gas as compared with the case where only an organosilicon compound gas or only an organometallic compound gas is used. It can be formed uniformly. Therefore, the plasma deposition apparatus 1b in which the second gas supply system 7 includes the
なお、本実施形態の絶縁膜の形成方法を実現させるために使用するプラズマ成膜装置としては、上述のようなプラズマ成膜装置１ａ，１ｂに限定されない。例えば、誘電体窓は、真空容器内に設けてもよい。その場合、上部ガス供給系は、誘電体窓の内部に形成してもよい。すなわち、上部ガス供給系は、第１のガスを流通させるガス流通経路、ガス流通経路と真空容器の内部とを連通させる複数の連通路、及び、ガス流通経路と真空容器の外方とを連通させる連通管とを有するようなものを用いてもよい。前記ガス流通経路及び連通路は、誘電体窓を切削する等により形成することができる。この場合、ガス流通経路と連通管とにより第１のガス導入部（上部ガス導入部）が構成され、連通路の開口端が、第１のガスを真空容器２内に供給する第１のガス噴出口となる。なお、連通管は、誘電体窓と一体であっても別体であってもよい。この場合においても、誘電体窓の内面が電磁波入射面Ｆとなる。
The plasma film forming apparatus used to realize the insulating film forming method of the present embodiment is not limited to the plasma
ところで、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、真空容器内を一旦真空排気した後に、この真空容器内に第１及び第２のガスを供給させるため、真空容器に、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約１ｋｇ／ｃｍ２のガス圧力差がかかる。金属材料等で形成される真空容器の本体部分は、このガス圧力差に耐えるような強度に形成することが比較的容易であるが、合成石英等からなる誘電体窓をこのガス圧力差に耐えるような強度に形成するためには、厚さを厚く形成する必要がある。 By the way, in the insulating film forming method of the present embodiment, after the vacuum vessel is once evacuated, the first and second gases are supplied into the vacuum vessel. A gas pressure difference from a pressure close to 1, that is, a gas pressure difference of about 1 kg / cm 2 is applied. The body portion of the vacuum vessel formed of a metal material or the like is relatively easy to form with a strength that can withstand this gas pressure difference, but a dielectric window made of synthetic quartz or the like can withstand this gas pressure difference. In order to form with such a strength, it is necessary to form a thick thickness.
これに対し、誘電体窓を真空容器内に設けたようなプラズマ成膜装置では、誘電体窓に、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約１ｋｇ／ｃｍ２のガス圧力差がかからない。したがって、誘電体窓を比較的薄く形成することが可能であり、１ｍ角となるような大型基板に絶縁膜を形成するような場合に好適である。 On the other hand, in a plasma film forming apparatus in which a dielectric window is provided in a vacuum vessel, the gas pressure difference between the atmospheric pressure and the pressure close to vacuum, that is, about 1 kg / cm 2 is applied to the dielectric window. There is no gas pressure difference. Therefore, it is possible to form the dielectric window relatively thinly, which is suitable when an insulating film is formed on a large substrate having a 1 m square.
なお、第１のガスは、クリプトンガスのような希ガスに限定されるものではなく、酸素ガス及び希ガスのうちの少なくとも１種を含むガスを採用することもできる。第１のガスとして、酸素ガスと希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン）との混合ガスを用いる場合、これらの混合割合は任意であり、希ガスの添加比率によって絶縁膜の形成速度を変化させることができる。 Note that the first gas is not limited to a rare gas such as krypton gas, and a gas containing at least one of oxygen gas and rare gas may be employed. When a mixed gas of oxygen gas and rare gas (helium, neon, argon, krypton, xenon) is used as the first gas, the mixing ratio is arbitrary, and the formation rate of the insulating film depends on the addition ratio of the rare gas. Can be changed.
有機珪素化合物や有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素（酸素原子）を含んでいる。そのため、第１のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、希ガスを含ませることで、真空容器２内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板１００に均一性の良好な絶縁膜１０１を形成することができる。また、第１のガスに希ガスを含ませると、プラズマ密度を増大させることができるため、成膜速度を向上させることができる。
Most organosilicon compounds and organometallic compounds contain oxygen (oxygen atoms) in their constituent elements. Therefore, the first gas does not necessarily contain oxygen gas. By containing rare gas, oxygen radicals are generated in the
一方、第１のガスに酸素ガスを含ませると、真空容器２内において酸素ラジカルを多く発生させることができる。したがって、被処理基板１００に、均一性が良好であって、しかも、酸素欠損の少ない膜質の良好な絶縁膜を形成することができる。
On the other hand, when oxygen gas is included in the first gas, a large amount of oxygen radicals can be generated in the
前記第１のガスが酸素ガスを含む場合、電磁波入射面Ｆからの距離が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に配置された第１のガス噴出口４２から、該第１のガスを前記真空容器２内に供給することで、酸素ガスを電磁波入射面Ｆの近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。しかも、これにより生じた酸素ラジカルを第２のガス噴出口５２から供給される第２のガスと十分に反応させることができる。そのため、酸素欠損が少なく、膜厚の均一性が良好で、段差被覆性に優れる膜質の良好な絶縁膜を、良好な膜形成速度で形成することができる。
In the case where the first gas contains oxygen gas, the first
また、前記第１のガスが酸素ガスを含む場合、酸素ガスを真空容器２内に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器２内に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第２のガスが供給される領域において、酸素ラジカルを第２のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機珪素化合物中の珪素原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない、高品質な絶縁膜（酸化膜）を形成することができる。
When the first gas contains oxygen gas, the flow rate when supplying the oxygen gas into the
第２のガスとしては、有機珪素化合物ガス及び有機金属酸化物ガスのうちの少なくとも一種と、酸素ガス及び希釈ガスのうちの少なくとも１種とを含むガスを採用することができる。このようにすることにより、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に膜質の均一性の良好な絶縁膜１０１を形成することができる。
As the second gas, a gas containing at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic oxide gas and at least one of an oxygen gas and a dilution gas can be employed. By doing so, the
また、第２のガスが有機珪素化合物ガスを含む場合、該有機珪素化合物としては、テトラエトキシシラン、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等を用いることができる。このようにすることにより、被処理基板１００上に膜質の良好な酸化珪素膜を形成することができる。
When the second gas contains an organosilicon compound gas, examples of the organosilicon compound include tetraethoxysilane, tetraalkoxysilane, vinylalkoxysilane, alkyltrialkoxysilane, phenyltrialkoxysilane, polymethyldisiloxane, For example, methylcyclotetrasiloxane can be used. In this way, a silicon oxide film with good film quality can be formed on the
第２のガスが有機珪素化合物ガスを含む場合、該有機金属化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等を用いることができる。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板１００上に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化珪素よりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化珪素膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜１０１を形成することができる。
When the second gas includes an organosilicon compound gas, trimethylaluminum, triethylaluminum, tetrapropoxyzirconium, pentaethoxytantalum, tetrapropoxyhafnium, or the like can be used as the organometallic compound. By selecting trimethylaluminum or triethylaluminum, an aluminum oxide film can be formed on the
なお、上述のように、有機珪素化合物としては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。有機金属化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。 As described above, examples of the organosilicon compound include tetraalkoxysilane, vinylalkoxysilane, alkyltrialkoxysilane, phenyltrialkoxysilane, polymethyldisiloxane, and polymethylcyclotetrasiloxane. It is not limited to. Examples of the organometallic compound include, but are not limited to, trimethylaluminum, triethylaluminum, tetrapropoxyzirconium, pentaethoxytantalum, and tetrapropoxyhafnium.
第２のガスが希釈ガスを含む場合、該希釈ガスは、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、及びキセノンガスのうちの少なくとも１種、すなわち、希ガスを含むようにするのが好ましい。ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスは、有機珪素化合物や有機金属化合物とは反応しない。そのため、有機珪素化合物や有機金属化合物の分解過程に影響を与えることなく、第２のガスを希釈することができる。 When the second gas includes a diluent gas, the diluent gas preferably includes at least one of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas, that is, a rare gas. Helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas do not react with organosilicon compounds or organometallic compounds. Therefore, the second gas can be diluted without affecting the decomposition process of the organosilicon compound or the organometallic compound.
被処理基板１００（被処理体）としては、例えば、石英ガラス等のガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコン等の半導体ウエハといった基板を用いることができる。また、被処理基板１００（被処理体）としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、被処理基板１００（被処理体）としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような被処理基板１００（被処理体）上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。 For example, a substrate such as a glass substrate such as quartz glass, a ceramic substrate, a resin substrate, or a semiconductor wafer such as silicon can be used as the substrate to be processed 100 (object to be processed). Further, as the substrate to be processed 100 (object to be processed), single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or amorphous silicon formed on the above-described substrate by laser crystallization, solid phase crystallization, or the like is used. Those having a semiconductor layer formed thereon may be used. Further, as the substrate to be processed 100 (object to be processed), a semiconductor layer and an insulating film laminated in any order on the substrate as described above, or the substrate to be processed 100 (object to be processed) as described above. Alternatively, a circuit element having a portion in which a semiconductor layer and an insulating film are stacked in any order, a part of the circuit element, or the like may be used.
本発明の絶縁膜の形成方法では、第１のガスの処理容器内への供給、第２のガスの処理容器内への供給、電磁波の処理容器内の供給は、その順序を問わない。また、第１のガスや第２のガスが２種以上の化合物ガスを含む場合、これらは、混合ガスとして処理容器内に供給してもよく、別々に導入してもよい。 In the method for forming an insulating film of the present invention, the supply of the first gas into the processing container, the supply of the second gas into the processing container, and the supply of the electromagnetic wave into the processing container may be performed in any order. Moreover, when 1st gas and 2nd gas contain 2 or more types of compound gas, these may be supplied in a processing container as mixed gas, and may be introduce | transduced separately.
本発明の絶縁膜の形成方法及びプラズマ成膜装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。 The insulating film forming method and the plasma film forming apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various ways without departing from the gist thereof.
１ａ，１ｂ…プラズマ処理装置、 ２…真空容器（処理容器）、 ３…誘電体窓（誘電体部材）、 ６…上部ガス供給系（第１のガス供給系）、 ７…下部ガス供給系（第２のガス供給系）、 ８…電磁波源、 ９…電磁波供給導波管、 １０…導波管スロットアンテナ、４２…第１のガス噴出口（第１のガス供給口）、 ５１ａ…環状管（枠状の管）、 ５２…第２のガス噴出口（第２のガス供給口） ６０…シャワープレート、 、６２…第２のガス噴出口、 １００…被処理基板（被処理体）、 １０１…絶縁膜、 Ｆ…電磁波入射面、
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第１のガス供給口から前記処理容器内にプラズマ発生用としての第１のガスを供給する工程と、
前記第２のガス供給口から前記処理容器内に有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスと酸素ガス及び希釈ガスのうち少なくとも一方のガスとを含む第２のガスを供給する工程とを具備してなることを特徴とする絶縁膜の形成方法。 A processing container having an electromagnetic wave incident surface, a first gas supply port provided in the processing container, and a second gas supply port provided at a position farther from the electromagnetic wave incident surface than the first gas supply port. When forming an insulating film with a plasma film forming apparatus,
Supplying a first gas for generating plasma from the first gas supply port into the processing container;
A second gas containing at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and at least one of an oxygen gas and a dilution gas is supplied from the second gas supply port into the processing vessel. And a process for forming the insulating film.
この電磁波源の出力から電磁波供給導波管を介して接続された電磁波入射面を有する処理容器と、
この処理容器内に設けられプラズマ発生用ガスとしての第１のガスを供給するための第１のガス供給口と、
この第１のガス供給口より前記電磁波入射面から遠い位置に設けられ有機珪素化合物ガスおよび有機金属化合物ガスのうち少なくとも一方のガスと酸素ガス及び希釈ガスのうち少なくとも一方のガスを含むガスとを供給するための第２のガス供給口と
を具備してなることを特徴とするプラズマ成膜装置。 An electromagnetic wave source that outputs an electromagnetic wave for generating plasma;
A processing container having an electromagnetic wave incident surface connected from the output of the electromagnetic wave source through an electromagnetic wave supply waveguide;
A first gas supply port for supplying a first gas as a plasma generating gas provided in the processing container;
A gas including at least one of an organosilicon compound gas and an organometallic compound gas and a gas containing at least one of an oxygen gas and a dilution gas provided at a position farther from the electromagnetic wave incident surface than the first gas supply port; A plasma deposition apparatus, comprising: a second gas supply port for supply.
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