JP3257180B2 - 成膜方法 - Google Patents
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-
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Description
造に適用される成膜方法に関し、特に単極式静電チャッ
クを用いてウェハを保持しながらプラズマCVDを行っ
た場合、残留電荷除去時のウェハ上へのパーティクル付
着を防止する方法に関する。
最小加工寸法も縮小されている。例えば、16MDRA
Mの最小加工寸法は約0.5μmであるが、64MDR
AMでは0.35μm以下(サブハーフミクロン)、2
56MDRAMでは0.25μm以下(クォーターミク
ロン)にまで縮小することが要求される。
が素子の信頼性や歩留まりを左右する。特に、CVDの
場合、気相中に生成した堆積性の反応生成物がウェハ上
のみならず、その周辺部材や成膜室の内壁面にも堆積す
るため、堆積物層が経時的に肥厚する。この堆積物層が
温度変化等の要因により剥落すると、成膜室内やウェハ
面上のパーティクル・レベルを悪化させ易いという問題
がある。また、ウェハをウェハ・ステージ上に押さえ爪
の付いたクランプを用いて固定している場合には、この
押さえ爪とウェハとの接触により既に形成されている薄
膜の一部が剥離し、これがパーティクル源となることも
ある。
クル汚染を低減するため、静電チャックを用いて成膜室
内でウェハを垂直に保持した状態で成膜を行う枚葉式の
CVD装置が実用化されている。
た内部電極に直流電圧を印加し、この絶縁部材とその上
に載置されたウェハとの間に発現するクーロン力を利用
してウェハを吸着固定させる機構であり、低温エッチン
グ装置のウェハ・ステージにも広く用いられている。
体、誘電体のいずれであるか、またウェハをアースする
か否かにより幾つかの異なる方式が知られているが、単
極式と呼ばれる方式が広く用いられている。これは、ウ
ェハが導体又は半導体である場合に、絶縁部材中の単一
の内部電極に所定の極性の直流電圧を印加し、対向アー
スはプラズマを経由して処理チャンバの壁を通じてとる
方式である。この方式ではプラズマが生成しないとウェ
ハをウェハ・ステージに吸着することができないが、M
OSデバイスのゲート酸化膜の耐圧劣化を生じにくい利
点がある。
ハをウェハ・ステージ上に保持しながらECR−CVD
を行っている状態の一例を示す。
ウェハ載置面近傍を構成する単極式静電チャック9の上
に吸着保持され、ヒータ4による加熱及び図示されない
プラズマ生成室から発散磁界に沿って引き出されるプラ
ズマPの照射を受けることにより、その表面に所定の材
料膜が成膜される。単極式静電チャック9は、ウェハ・
ステージ1の一部を構成する絶縁部材中に単一の内部電
極2が埋設されたものである。この内部電極2は、高周
波遮断フィルタ8と切り替えスイッチ5とを介して直流
電源回路に接続される。この直流電源回路は、正の直流
電圧を印加可能な直流電源6aと負の直流電圧を印加可
能な直流電源6bとを並列接続し、かつ共通に接地した
ものである。
により内部電極2は負電荷を帯び、これに伴って単極式
静電チャック9の表面には正電荷、ウェハ3には負電荷
がそれぞれ誘導されている。すなわち、ウェハ3は、自
身の負電荷とウェハ載置面の正電荷との間のクーロン力
により、単極式静電チャック9に吸着保持される。対向
アースは、プラズマPを経由し、図示されないチャンバ
壁を通じてとられている。ところで、単極式静電チャッ
ク9を用いた場合、CVD終了後に直流電圧の印加を停
止しても、電荷は残留したままである。このため、ウェ
ハ3を単極式静電チャック9から脱着するためには、C
VDの結果に実質的に影響を与えないガスを供給して再
び残留電荷除去用のプラズマを生成させ、このプラズマ
を通じて残留電荷をリークさせることが必要である。こ
のときの電荷除去時間を短縮するために、ウェハの吸着
に用いた直流電圧と逆極性の直流電圧を内部電極に短時
間印加して電荷を強制的に除去することが通常行われて
いる。例えば、前述の図1に示されるように内部電極2
に正の直流電源6aを接続してウェハ3の吸着を行った
場合には、図5に示されるように負の直流電源6bに短
時間接続し、脱着を行う。
単極式静電チャックの印加電圧の極性を切り換えて残留
電荷除去プラズマを照射すると、照射時間とともにウェ
ハ上のパーティクル・レベルが悪化することがわかっ
た。
ガスによる酸化シリコン薄膜のECR−CVDを行った
後、N2Oガスのプラズマを生成させて残留電荷除去を
行った場合のパーティクル汚染の様子を示す。図中、縦
軸は5インチ径ウェハ上における粒径0.3μm以下の
パーティクル数、横軸はN2 Oプラズマ照射時間
(分)を表す。これより、プラズマ照射時間が延びるに
したがってウェハ上のパーティクル数が増加している様
子が明らかである。
わち、プラズマCVDの過程では図1に示されるよう
に、気相中で発生した反応生成物あるいは図示されない
成膜室の内壁面から剥落した反応生成物のパーティクル
7が、前記クーロン力の効果によりウェハ3の近傍に多
量に浮遊している。このパーティクル7が、印加電圧の
極性反転に伴って図5に示されるようにウェハ3の表面
に引きつけられるか、あるいはブラウン運動の過程で経
時的にウェハ3上に堆積するものと考えられる。
用いてウェハを保持しながらプラズマCVDを行った場
合に、残留電荷除去時のウェハ上へのパーティクル付着
を防止する方法を提供することを目的とする。
め、本発明に係る成膜方法は、プラズマCVD装置の成
膜室内で単極式静電チャックを用いてウェハ・ステージ
上に保持されたウェハの表面に、成膜ガスとして酸素含
有ガスを用いたプラズマCVDにより所定の薄膜を堆積
させる第1の工程と、前記成膜ガスを前記成膜室内から
排気する第2の工程と、前記成膜室内に前記酸素含有ガ
スを導入する第3の工程と、前記酸素含有ガスを放電さ
せて残留電荷除去プラズマを生成させ、前記単極式静電
チャックの残留電荷を除去する第4の工程とを有する。
第4の工程との間で、前記第2の工程と前記第3の工程
とをこの順に2回以上繰り返すことが望ましい。すなわ
ち、成膜ガスの排気と残留電荷除去用のガスの導入とを
多段階的に繰り返す、いわゆるサイクル・パージを行っ
てもよい。
程と前記第3の工程を同時に行うようにしてもよい。
内の成膜ガスを一旦排気するので、ウェハ近傍に浮遊し
ているパーティクルは、このときの排気流に乗って成膜
室外へ除去される。したがって、残留電荷の除去をクリ
ーンな雰囲気下で行うことができ、途中で印加電圧の極
性を反転させたとしても、パーティクルがウェハ面に引
きつけられることが少なくなる。
導入を多段階的に繰り返す、いわゆるサイクル・パージ
を行えば、成膜室内の雰囲気の置換効率を高めることが
できる。
荷除去用のガスを導入しながら行えば、残留電荷除去用
のガスの置換効果により排気時間を短縮することがで
き、排気ステップの挿入によるスループットの大幅な低
下を抑えることができる。
して用いた酸素含有ガスを用いることにより、プラズマ
CVD終了後にプラズマの生成を中断してもガスのみを
供給し続けることが容易となり、スループットの低下を
最小限に抑えることができる。
する。
に単極式静電チャックを用いて5インチ径のウェハを保
持しながらSiH4/N2O混合ガスを用いて酸化シリ
コン薄膜を成膜し、一旦、成膜室内の排気を行った後、
N2Oガスを用いて残留電荷除去を行った例である。
て、図1乃至図3を参照しながら説明する。
行っている状態の一例を示している。酸化シリコン膜の
成膜条件の一例を以下に示す。
けられた多数のパーティクル7が浮遊している。なお、
図中のパーティクル7は、模式的に大きく表現してあ
る。
コン膜が約800nmの厚さに成膜されたところでマイ
クロ波放電を停止し、成膜室内のガス圧が0.05Pa
となるまで所定時間排気した。この排気により、成膜中
及び成膜終了時にウェハ近傍に浮遊していたパーティク
ル7は、図2に示されるように排気流に乗って成膜室外
へ除去された。
例として下記の条件でECR放電を行ってN2Oプラズ
マよる残留電荷除去を行った。
3に示されるように切り替えスイッチ5を操作して内部
電極2へ正の直流電源6aを接続し、印加しない場合
(0V)は、切り替えスイッチ5を中立状態に維持し
た。このように内部電極への逆極性の直流電圧印加を最
初の短時間のみ行っているのは、静電チャックへの逆電
荷の誘起を防止するためである。
囲気下で行われるため、印加電圧の反転やプラズマ照射
時間に依存するパーティクル付着は大幅に減少した。
テージ9から脱着されたウェハ3についてパーティクル
数(個/5インチ径ウェハ)を測定し、これを前記排気
時間(分)との関連でプロットしたグラフを図4に示
す。粒径0.2〜0.3μmのパーティクルと粒径0.
3μm以上のパーティクルの挙動には若干の差がある
が、特にクーロン力に引きつけられ易い小さなパーティ
クルの除去効果が大きい。
CVDが終了するたびに4分間の排気を行いながら連続
100枚の枚葉処理を行ったが、ウェハ3上の付着パー
ティクル数を排気を行わない場合に比べて40%以上低
減させることができた。
マCVDを終了した後、成膜室内の排気とN2Oガスの
導入とを交互に行うサイクル・パージを行った。
成膜は、実施例1と同様に行った。成膜終了後は、成膜
室内の真空度が0.05Pa以下となるまで排気する工
程と、N2Oガスを流量35SCCMにて1分間供給す
る工程とを1サイクルとし、このサイクルを3回繰り返
した。その後、実施例1と同じ条件にてECR放電を行
い、残留電荷除去を行った。
ない従来プロセスに対して8割程度延長したが、付着パ
ーティクルを約65%も低減させることができた。
マCVDを終了した後、N2Oガスのみを成膜室内に流
し続け、しかる後にN2Oプラズマによる残留電荷除去
を行った。
成膜は、実施例1と同様に行った。成膜終了後は、N2
Oガスを1SCCMの流量で流し続けながら、成膜室内
の真空度が0.05Pa以下となるまで排気を行った。
ことがないので浮遊パーティクルの滞留時間が短縮さ
れ、排気を行わない場合に比べて付着パーティクル数を
50%以上低減させることができた。また、排気ステッ
プの挿入によるプロセス時間の延長も2割程度に抑える
ことができた。
明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
加される直流電圧の極性を負→正→ゼロの順に変化させ
ているが、これを正→負→ゼロの順に変化させてもよ
い。
ージ1の導電部分にRF電源を接続すれば、バイアスE
CR−CVDを行うことも可能である。
より成膜される薄膜の種類、CVD条件、成膜ガスや残
留電荷除去用のガスの組成、排気条件、残留電荷除去時
の放電条件、使用するCVD装置の種類等が適宜変更可
能であることは、言うまでもない。
明を用いることにより、プラズマCVDの終了後に単極
式静電チャックの残留電荷除去を行う際にも、ウェハ上
へのパーティクル付着を防止することができる。また、
本発明は、既存のCVD装置の構成の大幅な変更や改造
を必要とせず、成膜ガスの供給タイミングや内部電極へ
の直流電圧印加タイミングといったシーケンスの変更に
より実現できるため、経済性に極めて優れている。この
シーケンス上の工夫によっては、プロセス時間の延長も
最低限に抑制することができるため、生産性を大きく損
なうおそれもなく、残留電荷除去時のウェハ上へのパー
ティクル付着を防止することができる。
して成膜ガスの組成の一部を用いることにより、プラズ
マCVD終了後にプラズマの生成を中断してもガスのみ
を供給し続けることが容易となり、スループットの低下
を最小限に抑えることが可能となる。
いて固定されたウェハに対してプラズマCVDを行って
いる状態を示す模式的断面図である。
気を行ってパーティクルを除去している状態を示す模式
的断面図である。
生成させ、残留電荷除去を行っている状態を示す模式的
断面図である。
関係を示すグラフである。
おいて、ウェハ上にパーティクルが付着した状態を示す
模式的断面図である。
おいて、N2Oプラズマ照射時間とウェハ上に付着する
パーティクル数との関係を示すグラフである。
ハ、 5 切り替えスイッチ、 6a,6b 直流電
源、 9 単極式静電チャック
Claims (3)
- 【請求項1】 プラズマCVD装置の成膜室内で単極式
静電チャックを用いてウェハ・ステージ上に保持された
ウェハの表面に、成膜ガスとして酸素含有ガスを用いた
プラズマCVDにより所定の薄膜を堆積させる第1の工
程と、前記 成膜ガスを前記成膜室内から排気する第2の工程
と、 前記成膜室内に前記酸素含有ガスを導入する第3の工程
と、前記酸素含有ガス を放電させて残留電荷除去プラズマを
生成させ、前記単極式静電チャックの残留電荷を除去す
る第4の工程とを有することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】 前記第1の工程と前記第4の工程との間
で、前記第2の工程と前記第3の工程とをこの順に2回
以上繰り返すことを特徴とする請求項1記載の成膜方
法。 - 【請求項3】 前記第2の工程と前記第3の工程が同時
に行われることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
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