JP2601573B2 - プラズマ処理におけるダメージ低減方法 - Google Patents

プラズマ処理におけるダメージ低減方法

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JP2601573B2
JP2601573B2 JP3185875A JP18587591A JP2601573B2 JP 2601573 B2 JP2601573 B2 JP 2601573B2 JP 3185875 A JP3185875 A JP 3185875A JP 18587591 A JP18587591 A JP 18587591A JP 2601573 B2 JP2601573 B2 JP 2601573B2
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克之 町田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共
鳴法を用いてプラズマを生成し、半導体素子上に薄膜を
形成する際に生じるダメージを低減するようにしたプラ
ズマ処理におけるダメージ低減方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路を作成する場合、その微
細化に伴い、プラズマ処理装置を用いるのは必須のこと
となっている。しかし、プラズマ処理装置を用いた場
合、そのプラズマからのダメージが問題となっている。
特に、ダメージとして、荷電粒子のチャージアップによ
るゲート絶縁膜の破壊は重要な問題である。特に、電子
サイクロトロン共鳴法でプラズマを生成し、基板に高周
波(RF)バイアスを印加する絶縁膜平坦化技術である
バイアスECRプラズマCVD堆積法は、低温薄膜形成
及び優れた埋め込み特性を特徴としているが、ゲート絶
縁膜破壊の問題があった。
【0003】図5(a)に対象とする半導体装置の断面
図を、また、図5(b)にバイアスECRプラズマCV
D堆積法によるゲート酸化膜へのダメージ特性の時間依
存性を示す。図5(a)において、15はバイアスEC
RプラズマCVD堆積法によるSiO2 膜、16ポリシ
リコンゲート電極、17はAl電極、18はゲート酸化
膜である。図5(b)において、縦軸はゲート酸化膜の
歩留、横軸は堆積時間である。ゲート酸化膜18は11
0オングストロームであり、MOSダイオードのポリシ
リコンゲート電極16上に直接バイアスECRプラズマ
CVD堆積法によるSiO2 膜15を形成したものであ
る。図5(a)のゲート面積100μm角に対して、電
極面積を変えたアンテナパターンをパラメータとしてい
る。また、RFバイアスの印加の有無について比較を行
っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記において、RFバ
イアスを印加しない場合、アンテナ比(アンテナ電極領
域の面積をゲート領域の面積で割った値AR)が大きく
てもゲート酸化膜18の歩留の劣化はない。しかし、R
Fバイアスを印加した場合、アンテナ比の増加と堆積時
間の増加につれて歩留は劣化している。このことは、歩
留の劣化がRFバイアスを印加したときのチャージアッ
プであると考えられる。現状の装置構成で、このRFバ
イアスを印加した時のチャージアップを回避する手段が
ないのが実状である。また、RFバイアスを印加するシ
ステムで基板ホルダに印加するRF周波数を13.56
MHzから400kHzの低周波に設定し、ダメージを
回避する手段が考えられている。この手法の目的は、主
に、低周波を用いることにより電子の追随よりもイオン
の追随の方が可能になり、セルフバイアス電圧が小さく
なることによってイオン衝撃によるダメージを回避でき
るとするものであり、チャージアップを回避できるには
いたっていない。
【0005】本発明の目的は、電子サイクロトロン共鳴
法と基板ホルダにRFバイアスを印加するバイアスEC
RプラズマCVD堆積法による試料表面でのチャージア
ップ現象で生じるダメージを解決し、素子にダメージを
与えることなく絶縁膜を形成できるプラズマ処理におけ
るダメージ低減方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるプラズマ
処理におけるダメージ低減方法は、マグネットコイルを
外周に有し、かつマイクロ波導入口を有する円筒形のプ
ラズマ生成室と、このプラズマ生成室と対向し高周波バ
イアスを印加可能な基板ホルダを有する試料室とからな
り、電子サイクロトロン共鳴法を用いてプラズマを生成
するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理において、
前記マグネットコイルをその軸心と平行方向に移動して
電子サイクロトロン共鳴点をダメージ低減領域に移動さ
せてプラズマ処理を施し前記基板ホルダ上のウエハに形
成された半導体素子へのダメージを低減するようにした
ものである。また、マグネットコイルの移動範囲を電子
サイクロトロン共鳴点がマイクロ波導入口から2cm〜
6cmの範囲内に少なくとも設定されているようにした
ものである。
【0007】
【作用】本発明においては、マグネットコイルの位置を
調整して、マグネットコイルからの磁場強度の基板に及
ぼす影響を抑えることにより磁場で捕捉される電子によ
るチャージアップによる素子へのダメージを回避する。
【0008】
【実施例】図1は本発明の実施例を示す断面略図であ
る。1はマグネットコイルで、その軸心と平行方向に移
動可能となっており、また、任意の位置で固定できるよ
うに固定手段(図示せず)が設けられている。2はマイ
クロ波導入口、3はプラズマ室で、幅長が20cm,半
径が10cmの円筒状をしている。4は試料室、5はR
Fバイアスを印加する基板ホルダ、6はRF電源、7は
第1ガス導入口、8は第2ガス導入口、9,10は冷却
水、11はウエハである。本発明では、第1ガス導入口
7から酸素を導入しプラズマを生成し、第2ガス導入口
8からSiH4を導入し、ウエハ11上にSiO2 を形
成している。また、基板ホルダ5にRF電源6からRF
バイアスを印加し、スパッタエッチングを生じさせ絶縁
膜の形成と同時に平坦化を実現している。
【0009】図2は本発明のマグネットコイル1のマグ
ネットコイル位置を移動した時のゲート酸化膜18の歩
留を示したものである。縦軸はゲート酸化膜18の歩
留、横軸はマグネットコイル1の左端とウエハ11間の
距離、つまりマグネットコイル位置である。堆積時間は
200sec一定である。ガス圧は1.0mTorr、
マイクロ波パワーは800W、RFパワー密度は1.1
7W/cm2 、マグネット電流値は17Aである。ゲー
ト酸化膜厚は110オングストロームであり、ゲート酸
化膜面積は100μm角、電極面積は1.0mm角のア
ンテナパターン素子で評価した。マグネットコイル位置
Xがウエハ11から150mmの時は歩留は40%より
も悪い。しかし、マグネットコイル位置が180〜21
0mmの間では歩留は向上している。この結果から明ら
かなように、マグネットコイル位置を移動することによ
りダメージが低減されていることがわかる。
【0010】図3にマグネットコイル1を移動した時の
ウエハ11表面での半径方向Br と垂直方向Bz の磁場
強度とイオン電流密度を示す。マグネットコイル位置が
180mm以上において、半径方向Brの磁場強度は約
3分の1、垂直方向Bzは約2分の1に小さくなってい
る。また、イオン電流密度はほぼ一定である。すなわ
ち、試料表面での磁場強度がチャージアップに影響を与
えている一つの要因と考えられる。本来、ウエハ11表
面において、RFバイアスを印加すると、RFバイアス
の効果はプラズマを生成することとECRプラズマから
イオンを加速することである。ECRプラズマのみであ
れば電子の中和は十分におきている。しかし、磁場が存
在する試料表面で、RFバイアスが印加されるとプラズ
マ密度は磁場がない時に比較して増加すると考えられ
る。また、試料表面で電子は、1)プラズマに拡散する
もの、2)シース内でイオンと中和するもの、3)熱運
動で試料表面に動くものの3つが存在する。磁場強度が
強いと磁場に捕捉された電子の量が増加し、チャージア
ップを引き起こしていると考えられる。すなわち、本発
明の特徴は、マグネットコイル位置を試料表面から遠去
けることにより磁場強度を小さくし、電子によるチャー
ジアップ現象を低減することになる。ここで、試料表面
の磁場強度を小さくするために基板ホルダ5とプラズマ
室3との距離を離す方法も考えられるが、この方法で
は、ECRプラズマを効率よく膜形成に供給できなくな
り、堆積速度が小さくなる欠点がある。
【0011】図4にマグネットコイル位置を移動した時
の電子サイクロトロン共鳴点(875ガウス)を示す。
図2と図4の比較から、マグネット電流値が17Aの場
合、共鳴点がマイクロ波導入口2から2〜6cmの間に
存在する時にダメージが低減されていることがわかる。
一方、マグネット電流値が15Aの場合、試料表面での
磁場強度は小さくなる。このとき、共鳴点はマイクロ波
導入口2から15mmのところに位置している。また、
ダメージも生じている。すなわち、このことは、単にウ
エハ11表面の磁場を弱くしても、共鳴点が2〜6cm
の領域に設定されなければ本発明の目的が達成されない
ことを示している。この特異領域の存在については、物
理的に不明であるが、円筒形のプラズマ室3の大きさ等
によって変わるものと予測される。従って、任意に定め
られたプラズマ室3に対応して、このダメージ低減領域
が存在すると考えられる。本発明の特徴は、マグネット
コイル位置を調整し、磁場強度を小さくするとともに共
鳴点をダメージ低減領域に設定し、ダメージを低減する
ことを最も特徴とするものである。
【0012】なお、上記の実施例は、薄膜形成に対して
行われているが、本発明の装置構成で堆積用のガスの代
わりにエッチングガスを用いることにより、エッチング
時に生じるチャージアップの低減にも有効であることは
いうまでもない。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マグネ
ットコイルを外周に有し、かつマイクロ波導入口を有す
る円筒形のプラズマ生成室と、このプラズマ生成室と対
向し高周波バイアスを印加可能な基板ホルダを有する試
料室とからなり、電子サイクロトロン共鳴法を用いてプ
ラズマを生成するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処
理において、前記マグネットコイルをその軸心と平行方
向に移動して電子サイクロトロン共鳴点をダメージ低減
領域に移動させてプラズマ処理を施し前記基板ホルダ上
のウエハに形成された半導体素子へのダメージを低減す
るようにしたので、マグネットコイル位置を調整するこ
とでマグネット電流値を変えずに電子サイクロトロン共
鳴点をずらして、ウエハ表面での磁場強度を小さくし、
電子によるチャージアップ現象を抑えることができる。
したがって、MOSデバイスに対してダメージを与える
ことなく絶縁膜を形成することができる。
【0014】さらに、電子サイクロトロン共鳴点がマイ
クロ波導入口から2〜6cmの範囲内に少なくとも設定
されているので、MOSデバイスに対するダメージを最
小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面略図である。
【図2】本発明によるマグネットコイル位置と歩留との
関係を示す図である。
【図3】本発明によるマグネットコイル位置と、ウエハ
表面での半径方向ならびに垂直方向の磁場強度とイオン
電流密度との関係を示す図である。
【図4】本発明によるマグネットコイル位置と電子サイ
クロトロン共鳴点との関係を示す図である。
【図5】処理対象である半導体素子の断面図と、バイア
スECRプラズマCVD堆積法によるゲート酸化膜への
ダメージ特性の時間依存性を示す図である。
【符号の説明】
1 マグネットコイル 2 マイクロ波導入口 3 プラズマ室 4 試料室 5 基板ホルダ 6 RF電源 7 第1ガス導入口 8 第2ガス導入口 9 冷却水 10 冷却水 11 ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−120275(JP,A) 特開 平3−31481(JP,A) 特開 平1−247575(JP,A) 特開 平1−111877(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネットコイルを外周に有し、かつマ
    イクロ波導入口を有する円筒形のプラズマ生成室と、こ
    のプラズマ生成室と対向し高周波バイアスを印加可能な
    基板ホルダを有する試料室とからなり、電子サイクロト
    ロン共鳴法を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装
    を用いたプラズマ処理において、前記マグネットコイ
    ルをその軸心と平行方向に移動して電子サイクロトロン
    共鳴点をダメージ低減領域に移動させてプラズマ処理を
    施し前記基板ホルダ上のウエハに形成された半導体素子
    へのダメージを低減することを特徴とするプラズマ処理
    におけるダメージ低減方法
  2. 【請求項2】 マグネットコイルの移動範囲は、電子サ
    イクロトロン共鳴点がマイクロ波導入口から2cmから
    6cmの範囲内に少なくとも設定されることを特徴とす
    る請求項1記載のプラズマ処理におけるダメージ低減方
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