JPH1022279A

JPH1022279A - 誘導結合型プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH1022279A
Application number: JP17235396A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fukuyama; 聡福山; Yutaka Asanome; 裕浅野目
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】装置コスト及びランニングコストの増大を招
くことなく、良質のＣＶＤ薄膜を効率良く形成すること
が可能な誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を提供するこ
と。【解決手段】本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
は、排気手段４３を備えた反応室１と；反応室１の内部
で被処理材２０を支持するステージ４１と；ステージ４
１に対向する様に設けられた誘電体窓５と；誘電体窓５
に近接して反応室の外部に配置されたリング状アンテナ
６と；リング状アンテナ６に高周波電力を供給する第一
の電源８と；誘電体窓５に近接して反応室１の内部に配
置された酸素ガス供給ノズル１４と；ステージ４１の被
処理材２０を支持する面に近接して配置された反応ガス
供給ノズル２１と；酸素ガス供給ノズル１４と反応ガス
供給ノズル２１との間に配置されたグリッド状の電極５
１と；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合型プラズ
マＣＶＤ装置に係り、特に、酸素ガスプラズマを用いて
反応ガスを分解して、試料上にＳｉＯ₂ 等の薄膜を堆積
させる誘導結合型プラズマＣＶＤ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図２に、従来の誘導結合型プラズマＣＶ
Ｄ装置（Inductive Coupled Plasma CVD System ）の構
造の一例を示す。反応室１は、側壁２、上蓋３及び下蓋
４で構成されている。反応室１内には、側壁２の内周に
沿って石英製の円環２７が配置されている。上蓋３の上
面には石英製の誘電体窓５が設けられ、誘電体窓５の上
には銅製でリング状のアンテナ６が設置されている。ア
ンテナ６は、マッチングボックス７を介して高周波電源
８に接続されている。

【０００３】上蓋３には酸素ガスを反応室１内に供給す
る酸素ガス供給ノズル１４が設けられ、この酸素ガス供
給ノズル１４に酸素ガス供給用の配管１３が接続されて
いる。酸素ガスは、ボンベ３１、ボールバルブ３０、流
量調整弁２９、配管１３及び酸素ガス供給ノズル１４を
介して、反応室１内の誘電体窓５の下側付近に供給され
る。

【０００４】一方、被処理材であるウエハ２０は、下蓋
４に支持されたヒータ１９の上にセットされる。ヒータ
１９の周囲には、数組の反射板１８が配置されている。
ヒータ１９の上方には、石英製でリング状の反応ガス供
給ノズル２１が設けられており、反応ガスを当該リング
の内側へ向けて噴出する様になっている。この反応ガス
供給ノズル２１には、下蓋４を貫通する配管２４が接続
され、配管２４を介して反応室の外部から反応ガスが供
給される。また、下蓋４には排気管２６が接続されてお
り、反応室１の内部の真空排気を行う。

【０００５】次に、この誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
の運転の概要を、ウエハ２０上にＳｉＯ₂ 薄膜を形成す
る場合を例にとって、説明する。先ず、ウエハ２０を反
応室１内のヒータ１９の上にセットした後、排気管２６
を介して反応室１内を、真空ポンプ（図示せず）によっ
て、例えば、１０^-6 Torr まで真空排気する。

【０００６】ヒータ１９に電力を供給して、所定の温度
まで（３００〜５００℃程度）まで昇温する。昇温後、
反応室１の内部に酸素ガス供給ノズル１４を介して酸素
ガスを供給するとともに、反応ガスとしてジクロールシ
ランガス（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）を反応ガス供給ノズル２１
を介して酸素ガスに対して所定の割合で供給する。

【０００７】反応室１内の圧力を所定圧力に調節した
後、マッチングボックス７を介して、アンテナ６に高周
波電力を供給する。これによって、反応室１内に供給さ
れた酸素ガスが励起されて、誘電体窓５の下側に酸素ガ
スプラズマ２８が形成される。ウエハ２０の表面近傍に
供給されたジクロールシランガスは、酸素ガスプラズマ
２８中から供給される活性酸素によって分解されて、そ
の結果、ウエハ２０の上にＳｉＯ₂ の薄膜が堆積され
る。

【０００８】薄膜の形成が完了した後、高周波電源８を
切り、酸素ガス、ジクロールシランガスの供給を停止
し、これらのガスを、反応室１内から排気管２６を介し
て排気して、薄膜の形成プロセスが終了する。

【０００９】（従来の技術の問題点）上記の様な構造を
備えた従来の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置に関して
は、下記の様な問題点がある。

【００１０】ａ．良質のＳｉＯ₂ 薄膜を得るには、プラ
ズマ中で生成された活性酸素が充分な量でウエハ表面に
供給されることが必要である。ところが、活性酸素の寿
命が非常に短いので、プラズマとウエハとの距離をでき
るだけ近付けなければならない。なお、活性酸素の供給
量が少ない場合、良質のＳｉＯ₂ 薄膜が得られず、クラ
ック発生等の要因となる。

【００１１】ｂ．ジクロールシランを、ウエハの表面近
傍から供給しているので、プラズマとウエハとの間隔を
近付けるに従って、ジクロールシランの供給ノズルとプ
ラズマとの距離も縮まる。この様な状態で薄膜の形成を
行うと、プラズマ中で同時に形成される高エネルギー電
子によってジクロールシランも分解され、それによって
気相中でＳｉ微粒子が形成されるので、やはり良質の薄
膜が得られない。

【００１２】ｃ．以上の様なジクロールシランの過分解
を抑制するために、プラズマ中の電子温度の低下を図る
べく所定の周波数で高周波電力のＯＮ／ＯＦＦを行う
と、電子温度が低下し、これに伴って酸素ガスの活性化
も抑制される結果、反って膜質が劣化してしまう。

【００１３】ｄ．また、薄膜の堆積速度を増大するする
ために、ジクロールシランの流量を増大すると活性酸素
量が不足する。また、これを改善すべく供給する酸素ガ
スの流量を増大すると、排気装置の容量を増大する必要
がある。しかし、排気装置の容量を大きくすると、設備
コストの高騰を招く。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な問題に鑑
み、本発明の課題は、設備コスト及びランニングコスト
の増大を招くことなく、良質のＣＶＤ薄膜を効率良く形
成することが可能な誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の誘導結合型プラ
ズマＣＶＤ装置は、反応室と、反応室の内部を排気する
排気手段と、反応室の内部に配置され、被処理材を支持
するステージと、前記ステージに対向する様に設けら
れ、反応室を構成する界壁の一部なす誘電体窓と、前記
誘電体窓に近接して反応室の外部に配置されたアンテナ
と、前記アンテナに高周波電力を供給する第一の電源
と、前記誘電体窓に近接して反応室の内部に配置され、
反応室の内部に酸素ガスを供給する酸素ガス供給ノズル
と、前記ステージの被処理材を支持する面に近接して配
置され、反応室の内部に反応ガスを供給する反応ガス供
給ノズルと、を備えた誘導結合型プラズマＣＶＤ装置に
おいて、前記酸素ガス供給ノズルと前記反応ガス供給ノ
ズルとの間に、グリッド状の電極を配置するとともに、
このグリッド状の電極に電圧を供給する第二の電源を設
けたことを特徴とする。

【００１６】なお、上記のグリッド状の電極とは、例え
ば、多数の貫通孔が設けられた金属板、あるいは金属製
の格子などの様に、気体が容易に透過することが可能な
形状の電極を意味する。

【００１７】また、前記グリッド状の電極に起因する反
応室内のコンタミネーションが問題となる場合には、こ
の電極を石英硝子等で被覆する。但し、その場合には、
前記第二の電源を高周波電源として、前記グリッド状の
電極に高周波電圧を供給する必要がある。

【００１８】以下に、本発明による誘導結合型プラズマ
ＣＶＤ装置の作用を説明する。酸素ガス供給ノズルから
誘電体窓の近傍に供給された酸素ガスは、アンテナによ
り形成される高周波電場によって励起されてプラズマ状
態となる。一方、反応ガス供給ノズルからステージ上の
被処理材の表面の近傍に供給された反応ガスは、酸素ガ
スプラズマ中で生成され被処理材の表面の近傍に到達し
た活性酸素によって分解され、その結果、被処理材の表
面に薄膜の堆積が起こる。

【００１９】本発明による誘導結合型プラズマＣＶＤ装
置では、上記の様な酸素ガスプラズマ生成領域と、反応
ガスが供給される被処理材の表面近傍領域との間にグリ
ッド状の電極を配置して、これら二つの領域の間を分離
している。

【００２０】薄膜形成のプロセス中に、前記電極に所定
の電圧を印加することによって、反応ガスの過分解の要
因となる高エネルギー電子が、酸素ガスプラズマ生成領
域から被処理材の表面近傍領域に侵入しない様にしてい
る。即ち、前記電極の電位をプラズマ電位と等しくすれ
ば、プラズマ生成領域と被処理材の表面近傍領域との間
を流れる電流（即ち、イオン及び電子の流れ）がなくな
る。また、プラズマ電位に較べて前記電極の電位を小さ
くすれば、高エネルギー電子がプラズマ生成領域から被
処理材の表面近傍領域へ侵入することが防止され、反応
ガスの過分解が抑制される。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に基く誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置の構造の一例を示す。反応室１は、
側壁２、上蓋３及び下蓋４で構成されている。上蓋３の
上面には、石英製の誘電体窓５が設けられている。誘電
体窓５の上には、銅製のリング状アンテナ６が設置され
ており、リング状アンテナ６は、マッチングボックス７
を介して高周波電源８（第一の電源）に接続されてい
る。誘電体窓５と上蓋３との間には、Ｏリング９が配置
されており、反応室１の内部をシールしている。

【００２２】反応室１の下蓋４の上にはステージ４１が
設置されており、ステージ４１の上部にウエハ２０（被
処理材）がセットされる。なお、この例では、ウエハ２
０のサイズは６インチ（１５０ｍｍφ）である。

【００２３】下蓋４には排気管２６が接続されており、
排気管２６にはターボ分子ポンプ４３が接続され、その
排気側はロータリーポンプ４５に接続されている。反応
室１の上蓋３の下側には、酸素ガスを誘電体窓５の下面
に向けて供給するリング状の酸素ガス供給ノズル１４が
配置されている。この酸素ガス供給ノズル１４は、反応
室１の外部に配置された酸素ボンベ（図示せず）に接続
されている。なお、誘電体窓５の有効径は３００ｍｍで
あり、誘電体窓５の下面から酸素ガス供給ノズル１４ま
での距離は１５ｍｍである。

【００２４】ステージ４１の上方には、ジクロールシラ
ンガス（反応ガス）をウエハ２０の表面付近に供給する
反応ガス供給ノズル２１が配置され、反応ガス供給ノズ
ル２１は、反応室１の外部に配置された反応ガス供給源
（図示せず）に接続されている。反応ガス供給ノズル２
１は、図１に示す様に、ウエハ２０の中心部の上方に位
置し、ジクロールシランガスを下方のウエハ２０表面に
向けて噴出する様になっている。なお、ウエハ２０から
反応ガス供給ノズル２１までの距離は２５ｍｍである。

【００２５】更に、酸素ガス供給ノズル１４と反応ガス
供給ノズル２１との間には、リング状の酸素ガス供給ノ
ズル１４の下側を完全に遮蔽する様に、グリッド状の電
極５１が配置されている。この電極５１は、厚さ１ｍ
ｍ、直径３２０ｍｍの銅製の薄板であり、この電極５１
には直径３ｍｍの貫通孔５２が、縦横それぞれ６ｍｍピ
ッチで配列されている。また、電極５１から酸素ガス供
給ノズル１４までの距離は１０ｍｍ、電極５１から反応
ガス供給ノズル２１までの距離は１８ｍｍである。

【００２６】反応室の外部には、電極５１に対して電圧
を供給する電源５３（第二の電源）が設けられている。
なお、電極５１は絶縁碍子５５を用いて反応室１に取付
けられており、電源５３と電極５１を接続する配線５７
が反応室１を貫通する部分には、絶縁碍子５６が設けら
れている。

【００２７】次に、この誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
の運転について、ウエハ２０の表面にＳｉＯ₂ の薄膜を
形成する場合を例にとって説明する。ウエハ２０を反応
室１内のステージ４１の上にセットした後、反応室１の
内部を、排気管２６を介してターボ分子ポンプ４３によ
り、１０^-6 Torr まで排気する。

【００２８】酸素ガス供給ノズル１４から、０．５ＳＬ
Ｍの酸素ガスを反応室１の内部に供給する。反応ガス供
給ノズル２１から、０．１ＳＬＭのジクロールシランガ
ス（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）を供給する。

【００２９】反応室１内の圧力を１０^-2 Torr に調節し
た後、電極５１に−３０Ｖの電圧を印加する。高周波電
源８からマッチングボックス７を介してリング状アンテ
ナ６に３ＫＷの高周波電力を供給する。以上によって、
酸素ガスが励起されて誘電体窓５の下側に酸素ガスプラ
ズマ２８が形成される。

【００３０】酸素ガスプラズマ２８の内部における電子
のエネルギーは非常に大きい。酸素ガス供給ノズル１４
と反応ガス供給ノズル２１との間に配置された電極５１
に−３０Ｖの電圧を印加することによって、この様な高
エネルギー電子が酸素プラズマ生成領域２８からウエハ
２０の表面近傍の領域へ侵入することが防止され、ジク
ロールシランガスの過分解が抑制される。

【００３１】一方、酸素ガスプラズマ２８中で生成され
た活性酸素は、１．６×１０^-19 Ｃの電荷を有している
ので、電極５１によって加速されて、電極５１に設けら
れた貫通孔５２を通過し、ウエハ２０の表面近傍に到達
する。ウエハ２０の表面近傍に供給されたジクロールシ
ランガスは、この活性酸素によって分解されてウエハ２
０上にＳｉＯ₂ の薄膜が堆積する。

【００３２】なお、堆積した膜厚の管理は、その場観察
で管理してもよいし、成膜速度と時間で管理してもよ
い。薄膜の形成が完了した後、高周波電源８及び電源５
３を切り、酸素ガス及びジクロールシランガスの供給を
停止し、これらのガスを、反応室１内から排気管２６を
介して排気して、薄膜の形成プロセスが終了する。

【００３３】なお、本発明は図１の例に示した構成に限
定されず、種々の変形を施して適用することができる。
例えば、誘電体窓５としては、石英のほか、電波は透過
するが赤外線は透過しないアルミナの様な材料も使用で
きる。リング状アンテナ６を、必要に応じて、その内部
に冷却水を流す様に管状部材で構成することもできる。
ステージ４１は、この例では固定式としているが、薄膜
形成速度のウエハ内均一性を向上すべく、回転可能な構
造とすることもできる。この例では、ウエハ２０の昇温
は行っていないが、昇温を行う場合にはステージ４１の
内部にヒータを組込む。ウエハ２０の保持は、単にステ
ージ４１の上に載置するだけでもよいし、真空チャック
等を使用してステージ４１に固定することもできる。

【００３４】また、グリッド状の電極５１は、金属板に
多数の丸穴のほか長穴を設けたものでもよいし、あるい
は金網状のものでもよい。また、電極５１に起因する反
応室内のコンタミネーションが問題となる場合には、電
極５１を石英硝子等で被覆する。但し、その場合には、
電源５３を高周波電源にして、電極５１には高周波電圧
を供給する必要があり、また、マッチングボックスが必
要となる。

【００３５】また、供給する酸素ガスの中に、例えば窒
素ガスの様な不活性ガスを混入してもよい。この様な方
法は、例えば光導波路の製作の場合に屈折率を変化させ
て成膜する場合に有用である。

【００３６】

【実施例】従来の構造の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
を用いて、アンテナに３ＫＷの高周波電力を印加して薄
膜形成を行った場合、アンテナとウエハ表面までの距離
を４０ｍｍまで近付けると、Ｓｉ微粒子の発生がみら
れ、膜質が非常に悪くなった。しかし、本発明の誘導結
合型プラズマＣＶＤ装置では、上記と同じ条件で薄膜の
形成を行ったところ、膜質上、全く問題なく、また成膜
速度として５μｍ／ｍｉｎが得られた。

【００３７】

【発明の効果】本発明による誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置では、酸素ガス供給ノズルと反応ガス供給ノズルと
の間に、グリッド状の電極を配置することによって。酸
素ガスプラズマ形成領域からウエハ表面までの距離、従
って、アンテナからウエハ表面までの距離を短縮するこ
とができる。

【００３８】この結果、プラズマ中で生成された活性酸
素が効率良くウエハ表面に供給される様になり、設備コ
スト及びランニングコストの増大を招くことなく、良質
のＣＶＤ薄膜を効率良く形成することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基く誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の
一例を示す図。

【図２】従来の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の一例を
示す図。

【符号の説明】

１・・・反応室、２・・・側壁、３・・・上蓋、４・・・下蓋、５・・・誘電体窓、６・・・リング状アンテナ、７・・・マッチングボックス、８・・・高周波電源（第一の電源）、１４・・・酸素ガス供給ノズル、１９・・・ヒータ、２０・・・ウエハ、２１・・・反応ガス供給ノズル、２６・・・排気管、２７・・・石英製の円環、２８・・・酸素ガスプラズマ、３１・・・酸素ガスのボンベ、４１・・・ステージ、４３・・・ターボ分子ポンプ、４５・・・ロータリーポンプ、５１・・・グリッド状の電極、５２・・・貫通孔、５３・・・電源（第二の電源）、５５、５６・・・絶縁碍子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室と、反応室の内部を排気する排気手段と、反応室の内部に配置され、被処理材を支持するステージ
と、前記ステージに対向する様に設けられ、反応室を構成す
る界壁の一部なす誘電体窓と、前記誘電体窓に近接して反応室の外部に配置されたアン
テナと、前記アンテナに高周波電力を供給する第一の電源と、前記誘電体窓に近接して反応室の内部に配置され、反応
室の内部に酸素ガスを供給する酸素ガス供給ノズルと、前記ステージの被処理材を支持する面に近接して配置さ
れ、反応室の内部に反応ガスを供給する反応ガス供給ノ
ズルと、を備えた誘導結合型プラズマＣＶＤ装置において、前記酸素ガス供給ノズルと前記反応ガス供給ノズルとの
間に、グリッド状の電極を配置するとともに、このグリ
ッド状の電極に電圧を供給する第二の電源を設けたこと
を特徴とする誘導結合型プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記グリッド状の電極を石英で被覆する
とともに、前記第二の電源を高周波電源としたことを特
徴とする請求項１に記載の誘導結合型ブラズマＣＶＤ装
置。