JPH0658909B2 - 低温プラズマによる成膜方法及び装置 - Google Patents
低温プラズマによる成膜方法及び装置Info
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- JPH0658909B2 JPH0658909B2 JP61156089A JP15608986A JPH0658909B2 JP H0658909 B2 JPH0658909 B2 JP H0658909B2 JP 61156089 A JP61156089 A JP 61156089A JP 15608986 A JP15608986 A JP 15608986A JP H0658909 B2 JPH0658909 B2 JP H0658909B2
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- sample
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
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- H01J37/32697—Electrostatic control
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- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低温プラズマによる成膜装置及びその方法に係
り、特にＬＳＩ等のＩＣ多層化のための層間絶縁薄膜形
成に使用するのに好適な低温プラズマによる成膜装置、
及びその方法に関する。
り、特にＬＳＩ等のＩＣ多層化のための層間絶縁薄膜形
成に使用するのに好適な低温プラズマによる成膜装置、
及びその方法に関する。
この種装置としては特開昭59−3018号公報のようなもの
が知られており、例えばＬＳＩ基板などの平坦な基板上
への絶縁膜形成に採用されている低温プラズマによる成
膜装置は、膜質改善のために比較的低温で成膜すると共
に、できる限りイオンの加速を抑えてイオン衝撃による
膜質の劣化を防止している。
が知られており、例えばＬＳＩ基板などの平坦な基板上
への絶縁膜形成に採用されている低温プラズマによる成
膜装置は、膜質改善のために比較的低温で成膜すると共
に、できる限りイオンの加速を抑えてイオン衝撃による
膜質の劣化を防止している。
ところでＬＳＩ等における基板を複数個重ねる多層配線
構造物において、配線部分が凸部となるため、その表面
は凹凸微細溝となっている。
構造物において、配線部分が凸部となるため、その表面
は凹凸微細溝となっている。
この場合、配線表面に形成する層間絶縁膜は、凹凸微細
溝を充分に埋め、更に、それ自体の表面が平坦になるこ
とが望ましい。しかし、一般に採用されている低温プラ
ズマによる成膜装置では、層間絶縁膜の表面は平坦にな
らず、さらに配線間の凹部部分に形成される膜質が粗雑
となってしまう嫌いがあった。
溝を充分に埋め、更に、それ自体の表面が平坦になるこ
とが望ましい。しかし、一般に採用されている低温プラ
ズマによる成膜装置では、層間絶縁膜の表面は平坦にな
らず、さらに配線間の凹部部分に形成される膜質が粗雑
となってしまう嫌いがあった。
この作用を従来の低温プラズマによる成膜装置の構成と
ともに図面を参照して説明する。第６図は電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）型の低温プラズマによる成膜装置
で、中央部分には導波管１を介してマイクロ波２が導入
されるプラズマ生成室３がある。このプラズマ生成室３
には、磁気コイル４の磁場による電子のサイクロトロン
運動周波数とマイクロ波の周波数が一致して共鳴現象
（ＥＣＲ）が生ずる。すると、このプラズマ生成室３内
には電子と導入ガス（例えばＯ２）５との衝突によるプ
ラズマ６が発生する。このプラズマ６は磁気コイル４に
よる磁界勾配によってその下方部に形成されている試料
室７内に引出される。ここで、このプラズマ６は試料室
７内へ導入された成膜材料ガス（例えばＳｉＨ４）８を
活性化して試料台９上の試料１０の表面に絶縁膜（例え
ばＳｉＯ２膜）を形成する。この場合、試料室７に引出
されたプラズマ６中のイオンは、試料１０の成膜表面に
衝撃して損傷することがないように低速に維持されてい
る。
ともに図面を参照して説明する。第６図は電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）型の低温プラズマによる成膜装置
で、中央部分には導波管１を介してマイクロ波２が導入
されるプラズマ生成室３がある。このプラズマ生成室３
には、磁気コイル４の磁場による電子のサイクロトロン
運動周波数とマイクロ波の周波数が一致して共鳴現象
（ＥＣＲ）が生ずる。すると、このプラズマ生成室３内
には電子と導入ガス（例えばＯ２）５との衝突によるプ
ラズマ６が発生する。このプラズマ６は磁気コイル４に
よる磁界勾配によってその下方部に形成されている試料
室７内に引出される。ここで、このプラズマ６は試料室
７内へ導入された成膜材料ガス（例えばＳｉＨ４）８を
活性化して試料台９上の試料１０の表面に絶縁膜（例え
ばＳｉＯ２膜）を形成する。この場合、試料室７に引出
されたプラズマ６中のイオンは、試料１０の成膜表面に
衝撃して損傷することがないように低速に維持されてい
る。
第７図もＥＣＲ型の低温プラズマ成膜装置であり、この
装置においては、試料１０への入射イオンエネルギーを
制御するために、試料台９に電位を与えるＲＦ電源１
１，コンデンサ１２、および直流電源１３を備えてい
る。その動作は前述の成膜装置と同様である。
装置においては、試料１０への入射イオンエネルギーを
制御するために、試料台９に電位を与えるＲＦ電源１
１，コンデンサ１２、および直流電源１３を備えてい
る。その動作は前述の成膜装置と同様である。
しかし、これらの従来の成膜装置によって試料１０に形
成される絶縁膜は、第８図に示すように、基板１０ａの
表面には配線１０ｂがあることから、この絶縁膜１４の
表面には配線１０ｂの厚みａにほぼ等しい深さの溝１４
ａが形成されてします。
成される絶縁膜は、第８図に示すように、基板１０ａの
表面には配線１０ｂがあることから、この絶縁膜１４の
表面には配線１０ｂの厚みａにほぼ等しい深さの溝１４
ａが形成されてします。
また、さらには成膜動作を続けて絶縁膜に表面を平坦化
しようとすると、第９図に示すようにある程度その表面
は平坦になるが、絶縁膜が厚くなってしまい、かつ配線
１０ｂの間には空間１４ｃが生じて絶縁膜の質が全体的
に均一にならない嫌いがある。
しようとすると、第９図に示すようにある程度その表面
は平坦になるが、絶縁膜が厚くなってしまい、かつ配線
１０ｂの間には空間１４ｃが生じて絶縁膜の質が全体的
に均一にならない嫌いがある。
本発明は上述の点に鑑みなされもので、その目的とする
ところは、試料の表面に凹凸があっても絶縁膜厚が薄
く、かつその表面が平坦となり、さらにその絶縁膜質が
全体的に均一にすることのできる低温プラズマによる成
膜方法とその装置を提供するにある。
ところは、試料の表面に凹凸があっても絶縁膜厚が薄
く、かつその表面が平坦となり、さらにその絶縁膜質が
全体的に均一にすることのできる低温プラズマによる成
膜方法とその装置を提供するにある。
本発明は、膜の凹凸側面がイオン衝撃によって削り取ら
れる現象及び生膜現象を利用したもので、所望の膜、す
なわち薄い膜でありながら膜の表面の平坦化及び質の均
一化を達成するために、試料室への低温プラズマの引出
口と試料台の間に引き出されるプラズマ中のイオンを制
御する環状のグリッド電極を設け、かつ、前記試料への
入射エネルギーを制御するために前記試料台に電位を与
える手段と、グリッド電極へ前記材料ガスと試料台へ与
える電位との関連で可変電位を与える電位印加手段を備
えている装置、及び前記プラズマ生成室からのプラズマ
の引出口と試料台との間に設けられ、引き出されるプラ
ズマ中のイオンを制御する環状のグリッド電極を電位を
与えない状態で前記試料の表面に薄膜を形成し、次いで
前記グリッド電極に所定の電位を与えると共に、前記材
料ガスを試料室内へ無供給の状態で前記試料表面の薄膜
の一部をプラズマ中のイオンにより削り取る方法とし
て、膜形成作用と削り取り作用をさせるようにしたもの
である。
れる現象及び生膜現象を利用したもので、所望の膜、す
なわち薄い膜でありながら膜の表面の平坦化及び質の均
一化を達成するために、試料室への低温プラズマの引出
口と試料台の間に引き出されるプラズマ中のイオンを制
御する環状のグリッド電極を設け、かつ、前記試料への
入射エネルギーを制御するために前記試料台に電位を与
える手段と、グリッド電極へ前記材料ガスと試料台へ与
える電位との関連で可変電位を与える電位印加手段を備
えている装置、及び前記プラズマ生成室からのプラズマ
の引出口と試料台との間に設けられ、引き出されるプラ
ズマ中のイオンを制御する環状のグリッド電極を電位を
与えない状態で前記試料の表面に薄膜を形成し、次いで
前記グリッド電極に所定の電位を与えると共に、前記材
料ガスを試料室内へ無供給の状態で前記試料表面の薄膜
の一部をプラズマ中のイオンにより削り取る方法とし
て、膜形成作用と削り取り作用をさせるようにしたもの
である。
このようにすると、膜生成作用と削り取り作用が行われ
るので、凹凸部の凹部空間まで充分絶縁物が満され、膜
質良好にして平坦な絶縁膜を形成することができる。
るので、凹凸部の凹部空間まで充分絶縁物が満され、膜
質良好にして平坦な絶縁膜を形成することができる。
以下本発明の実施例を第１図〜第５図を参照して説明す
る。
る。
第１図は第７図で説明した従来のＥＣＲ型低温プラズマ
成膜装置に本発明を適用した実施例で、試料室７には、
プラズマ生成室３からのプラズマ引出口７ａに対応して
環状のグリッド電極１５が配置され、このグリッド電極
１５には可変電源１６からバイアス電位が与えられる。
従来装置と等価なその他の構成については同一参照符号
を付して詳細説明を省略する。
成膜装置に本発明を適用した実施例で、試料室７には、
プラズマ生成室３からのプラズマ引出口７ａに対応して
環状のグリッド電極１５が配置され、このグリッド電極
１５には可変電源１６からバイアス電位が与えられる。
従来装置と等価なその他の構成については同一参照符号
を付して詳細説明を省略する。
以上の構成において、まずグリッド電極１５にバイアス
電位を与えないで試料１０の表面に成膜すると、試料の
表面には第８図に示したような絶縁膜１４が形成され
る。そこで、成膜材料ガス８の供給を止めて膜生成作用
をなくし、グリッド電極１５にバイアス電位を与えた状
態で、プラズマ生成室３から試料室７に引出されるプラ
ズマ６中にイオンを加速して試料１０に照射すると、第
２図に示すように、試料表面に形成された絶縁膜１４の
凸部１４ｂの側面がイオン入射方向に対してある傾斜角
をもっているためにイオンの衝突によってイ→ロ→ハ→
ニ→ホ……のように順次に削り取られ、遂には第３図の
ようにほぼ平坦な表面になる。
電位を与えないで試料１０の表面に成膜すると、試料の
表面には第８図に示したような絶縁膜１４が形成され
る。そこで、成膜材料ガス８の供給を止めて膜生成作用
をなくし、グリッド電極１５にバイアス電位を与えた状
態で、プラズマ生成室３から試料室７に引出されるプラ
ズマ６中にイオンを加速して試料１０に照射すると、第
２図に示すように、試料表面に形成された絶縁膜１４の
凸部１４ｂの側面がイオン入射方向に対してある傾斜角
をもっているためにイオンの衝突によってイ→ロ→ハ→
ニ→ホ……のように順次に削り取られ、遂には第３図の
ようにほぼ平坦な表面になる。
第４図、及び第５図に本発明の他の実施例を示す。
第４図に示す実施例は、第６図に示した従来例の構成に
本発明を適用したもので、試料室７内のプラズマ引出口
７に対応して環状のグリッド電極１５を配置し、このグ
リッド電極１５に可変電源６を接続したものである。
本発明を適用したもので、試料室７内のプラズマ引出口
７に対応して環状のグリッド電極１５を配置し、このグ
リッド電極１５に可変電源６を接続したものである。
一方、第５図に示す実施例は、第１図に示した実施例を
改良したもので、プラズマの流通方向に２段のグリッド
電極１５ａ，１５ｂを設け、それぞれのグリッド電極１
５ａ，１５ｂに個々に可変電源１６ａ，１６ｂを接続し
たものである。
改良したもので、プラズマの流通方向に２段のグリッド
電極１５ａ，１５ｂを設け、それぞれのグリッド電極１
５ａ，１５ｂに個々に可変電源１６ａ，１６ｂを接続し
たものである。
上記した各実施例のように構成しても、その効果は第１
図で説明したものと同様である。
図で説明したものと同様である。
尚、第１図，第４図、及び第５図の各実施例で説明した
可変電源１６，１６ａ，１６ｂは、直流の可変電源の例
について説明したが、必要に応じて交流の可変電源とし
てもよいことは勿論である。
可変電源１６，１６ａ，１６ｂは、直流の可変電源の例
について説明したが、必要に応じて交流の可変電源とし
てもよいことは勿論である。
尚、以上の説明では成膜完了後削り取るように説明した
が、常にこのようにしなければならないわけではなく、
たとえば絶縁膜１４の生成中にグリッド電極１５に可
変、あるいは所定のバイアス電圧を与えて膜生成と凸部
削り取り作用を交互にくり返すような制御によっても同
様にその表面が平坦で、かつ均一質の絶縁膜１４を形成
することができるであろう。
が、常にこのようにしなければならないわけではなく、
たとえば絶縁膜１４の生成中にグリッド電極１５に可
変、あるいは所定のバイアス電圧を与えて膜生成と凸部
削り取り作用を交互にくり返すような制御によっても同
様にその表面が平坦で、かつ均一質の絶縁膜１４を形成
することができるであろう。
第１０図（ｂ）はこの膜生成と削り取り作用を交互に行
った場合の過程を描いたもので、わかり易くするために
第１０図（ａ）には従来の装置における成膜過程を示し
た。
った場合の過程を描いたもので、わかり易くするために
第１０図（ａ）には従来の装置における成膜過程を示し
た。
この図からもわかるように成膜完了時においては従来の
もの（第１０図（ａ））は絶縁膜の厚みがある程度大き
くなってはじめて平坦い近い形となってくるが、本発明
のもの（第１０図（ｂ））であると、絶縁膜の厚みは薄
くして平坦となり、又この図より従来のものの場合には
配列間に粗雑な部分ができる過程がわかり、本発明のも
のではそれができず均一な質になることがわかる。
もの（第１０図（ａ））は絶縁膜の厚みがある程度大き
くなってはじめて平坦い近い形となってくるが、本発明
のもの（第１０図（ｂ））であると、絶縁膜の厚みは薄
くして平坦となり、又この図より従来のものの場合には
配列間に粗雑な部分ができる過程がわかり、本発明のも
のではそれができず均一な質になることがわかる。
以上説明してきたように、本発明はグリッド電極の電位
を材料ガスとの関連で制御するとにより、試料に照射す
るイオンの流速を制御して、生成された膜表面の凸部を
削り取るようにしたので、試料の表面に配線などの凹凸
があっても、その表面は平坦に形成され、かつその配線
間に形成されがちな粗雑な部分も形成されることはなく
なり全体的に均一な膜質にすることができ、さらにこの
ような優れた膜でありながらもその厚みは非常に薄く形
成され得る。
を材料ガスとの関連で制御するとにより、試料に照射す
るイオンの流速を制御して、生成された膜表面の凸部を
削り取るようにしたので、試料の表面に配線などの凹凸
があっても、その表面は平坦に形成され、かつその配線
間に形成されがちな粗雑な部分も形成されることはなく
なり全体的に均一な膜質にすることができ、さらにこの
ような優れた膜でありながらもその厚みは非常に薄く形
成され得る。
第１図，第２図，第３図，第４図，第５図は本発明の実
施例を示すもので、第１図，第４図および第５図はそれ
ぞれ成膜装置の縦断側面図、第２図および第３図は膜表
面平坦化作用説明のための試料の縦断側面図、第６図，
第７図，第８図は従来例を示すもので、第６図および第
７図はそれぞれ成膜装置の縦断側面図、第８図及び第９
図は試料縦断側面図、第１０図は成膜過程を示す試料の
縦断側面図である。 １……導波管、２……マイクロ波、３……プラズマ生成
室、４……磁気コイル、５……導入ガス、６……プラズ
マ、７……試料室、７ａ……プラズマ引出口、８……成
膜材料ガス、９……試料台、１０……試料、１５，１５
ａ，１５ｂ……グリッド電極、１６，１６ａ，１６ｂ…
…可変電源。
施例を示すもので、第１図，第４図および第５図はそれ
ぞれ成膜装置の縦断側面図、第２図および第３図は膜表
面平坦化作用説明のための試料の縦断側面図、第６図，
第７図，第８図は従来例を示すもので、第６図および第
７図はそれぞれ成膜装置の縦断側面図、第８図及び第９
図は試料縦断側面図、第１０図は成膜過程を示す試料の
縦断側面図である。 １……導波管、２……マイクロ波、３……プラズマ生成
室、４……磁気コイル、５……導入ガス、６……プラズ
マ、７……試料室、７ａ……プラズマ引出口、８……成
膜材料ガス、９……試料台、１０……試料、１５，１５
ａ，１５ｂ……グリッド電極、１６，１６ａ，１６ｂ…
…可変電源。
フロントページの続き (72)発明者 千葉 淳 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市会瀬町２丁目９番１号 日立 サービスエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 石垣 幸雄 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中谷 光雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 渡辺 猛志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−3018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−39713（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−160263（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】低温プラズマを生成するプラズマ生成室
と、該プラズマ生成室内に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記プラズマ生成室内にマイクロ波を導入する手段
と、前記プラズマ生成室に連結され、かつ、成膜される
べき試料を保持する試料台が配置される試料室とを備
え、前記磁場発生手段の磁場による電子サイクロトロン
運動周波数とマイクロ波の周波数が一致して共鳴現象を
生じ、前記プラズマ生成室内に電子とプラズマ生成用ガ
スとの衝突により低温プラズマを生成すると共に、前記
試料室に導入された材料でガスを前記プラズマ生成室か
ら試料室内に引出した前記低温プラズマで活性化して前
記試料の表面に薄膜を形成する低温プラズマによる成膜
装置において、 前記プラズマ生成室からのプラズマの引出口と試料台と
の間に引き出されれるプラズマ中のイオンの流速を制御
する環状のグリッド電極を設け、かつ、前記試料への入
射エネルギーを制御するために前記試料台に電位を与え
る手段と、該グリッド電極へ前記材料ガスと該試料台へ
与える電位との関連で可変電位を与える電位印加手段と
を備えていることを特徴とする低温プラズマによる成膜
装置。 - 【請求項２】前記環状のグリッド電極を、プラズマの流
通方向に多段に設けたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の低温プラズマによる成膜装置。 - 【請求項３】低温プラズマを生成するプラズマ生成室
と、該プラズマ生成室内に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記プラズマ生成室内にマイクロ波を導入する手段
と、前記プラズマ生成室に連結され、かつ、成膜される
べき試料を保持する試料台が配置される試料室とを備
え、前記磁場発生手段の磁場による電子サイクロトロン
運動周波数とマイクロ波の周波数が一致して共鳴現象を
生じ、前記プラズマ生成室内に電子とプラズマ生成用ガ
スとの衝突により低温プラズマを生成すると共に、前記
試料室内に導入された材料ガスを前記プラズマ生成室か
ら試料室内に引出した前記低温プラズマで活性化して前
記試料の表面に薄膜を形成する低温プラズマによる成膜
方法において、 前記プラズマ生成室からのプラズマの引出口と試料台と
の間に設けられ引き出されるプラズマ中のイオンの流速
を制御する環状のグリッド電極に電位を与えない状態で
前記試料の表面に薄膜を形成し、次いで前記グリッド電
極に所定の電位を与えると共に、前記材料ガスを試料室
内へ無供給の状態で前記試料表面の薄膜の一部をプラズ
マ中のイオにより削り取るようにしたことを特徴とする
低温プラズマによる成膜方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15429885 | 1985-07-15 | ||
| JP60-154298 | 1985-07-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62111435A JPS62111435A (ja) | 1987-05-22 |
| JPH0658909B2 true JPH0658909B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=15581073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61156089A Expired - Lifetime JPH0658909B2 (ja) | 1985-07-15 | 1986-07-04 | 低温プラズマによる成膜方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0209109B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0658909B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0273741B1 (en) * | 1986-12-29 | 1991-10-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Plasma apparatus |
| US4926791A (en) | 1987-04-27 | 1990-05-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave plasma apparatus employing helmholtz coils and ioffe bars |
| JPH0754759B2 (ja) * | 1987-04-27 | 1995-06-07 | 日本電信電話株式会社 | プラズマ処理方法および装置並びにプラズマ処理装置用モード変換器 |
| JP2750430B2 (ja) * | 1987-05-26 | 1998-05-13 | 住友金属工業株式会社 | プラズマ制御方法 |
| DE3803355A1 (de) * | 1988-02-05 | 1989-08-17 | Leybold Ag | Teilchenquelle fuer eine reaktive ionenstrahlaetz- oder plasmadepositionsanlage |
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