TWI724112B - 基板處理裝置 - Google Patents

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TWI724112B TW106106670A TW106106670A TWI724112B TW I724112 B TWI724112 B TW I724112B TW 106106670 A TW106106670 A TW 106106670A TW 106106670 A TW106106670 A TW 106106670A TW I724112 B TWI724112 B TW I724112B
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伝宝一樹
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題，係於進行PEALD處理之基板處理裝置中，大幅地降低射入於晶圓之離子的能量，抑制因離子的植入所導致之對沉積膜的損傷，而實施表面性狀良好的成膜處理。

本發明之解決手段為一種將原料氣體供給至基板，並將電漿照射至基板以進行成膜處理之基板處理裝置，其係具備：氣密地容納用以載置基板之載置台之處理容器、以及於前述處理容器內生成電漿之電漿源；前述電漿源中，具備有電漿生成用的高頻電源，前述電漿源，具備降低所生成之電漿的鞘流電位之鞘流電位降低手段。

Description

基板處理裝置
本發明係關於對基板表面進行成膜處理之基板處理裝置。
例如於半導體裝置等之製造工序中，係對作為基板的半導體晶圓(以下亦僅記載為「晶圓」)進行離子注入處理、蝕刻處理、成膜處理等之各種處理。作為對晶圓進行成膜之手法，有時會使用稱為所謂ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積法)之處理(以下亦僅記載為ALD處理)。ALD處理中，例如將原料氣體供給至已排氣為真空之處理容器內，以使原料氣體吸附於晶圓表面。然後使用還原反應等，使原料氣體的一部分固著於晶圓表面而進行成膜。因此，即使是例如為具有凹凸狀的圖型之晶圓，亦能夠以均一的膜厚對該全面進行成膜。
然而，於藉由ALD處理來進行成膜時，例如須以約600℃的高溫對晶圓進行熱處理。如此會使晶圓的熱積存(熱履歷)增大，但伴隨著半導體的細微化，使淺接合化進行，因而要求熱積存減小。因此，近年來係採用對表面吸附有原料氣體之晶圓照射電漿，使原料氣體固著於 晶圓表面來進行成膜之所謂電漿輔助ALD(以下亦記載為PEALD)，以取代熱處理。
例如，以往的CVD處理係在富含Ar環境氣體中實施，相對於此，於進行PEALD處理之處理容器內，有時亦多量地供給H2而在富含H2環境氣體下進行處理。於PEALD裝置中，係交互地重複進行原料氣體往晶圓表面之吸附、與電漿照射，並對每個原子層進行成膜控制以進行膜厚的精密控制，此時，H3 +離子係射入於晶圓上的沉積膜表面。所射入之離子，若為相同能量，則愈輕的離子愈被深入地植入於沉積膜內部。亦即，H3 +離子，由於較Ar+離子輕，以同樣能量來比較時，與用以往的CVD處理所被植入之Ar+離子相比，H3 +離子被深入地植入。
當H3 +離子被深入地植入於所成膜之膜時，由於該離子的衝擊，於沉積膜顯現出受到損傷之表面性狀。相對於此，例如於專利文獻1中，係揭示一種於電漿處理裝置中，提高施加於電極之驅動電壓的頻率藉此降低離子能量，並且以高選擇比來進行蝕刻之技術，如該技術所揭示般，藉由施加高頻電壓以降低離子能量之技術乃為人所知。此可推測為藉由降低離子能量，可抑制上述般之對膜的損傷。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平6-275561號公報
近年來，伴隨著半導體的細微化，使淺接合化進行，要求包含細微加工之薄膜的形成，故與CVD處理相比，乃逐漸採用PEALD處理。此係由於在要求更高的寬高比時，或是要求成膜為具有懸突般之裝置形狀時，於利用Ar+離子衝擊之以往的CVD法中，相對於通孔側壁或成為懸突的陰影之部位所進行之電漿處理(例如Ti膜的成膜時之Cl脫離等)，有其侷限性，而依據PEALD處理中之H自由基的熱化學反應所進行之處理為有效之故。
然而，採用PEALD處理時，H3 +離子被深入地植入於電漿處理時所成膜之膜，而有於沉積膜產生損傷之問題。如上述般，於PEALD處理中，係推測為藉由降低離子能量，可抑制對沉積膜的損傷，但關於為了有效率地降低離子能量，而較佳地抑制該損傷之技術或詳細條件，目前仍未被充分地開發出。
鑑於此情況，本發明之目的在於提供一種於進行PEALD處理之基板處理裝置中，可大幅地降低射入於晶圓之離子的能量，抑制因離子的植入所導致之對沉積膜的損傷，而實施表面性狀良好的成膜處理之基板處理裝置。
為了達成前述目的，根據本發明，係提供一種基板處理裝置，其係將原料氣體供給至基板，並將電漿照射至基板以進行成膜處理；其特徵為具備：氣密地容納用以載置有基板之載置台之處理容器、以及於前述處理容器內生成電漿之電漿源；前述電漿源中，具備有電漿生成用的高頻電源，前述電漿源，具備降低所生成之電漿的鞘流電位之鞘流電位降低手段。
前述鞘流電位降低手段，可為可重疊施加於前述高頻電源而設置之直流電源。
藉由前述直流電源施加於前述高頻電源之電壓，可為負的電壓。
前述鞘流電位降低手段，可為波形調製前述電漿源中的高頻波形之波形調製機構；該波形調製機構，係可將前述電漿源的高頻波形，調製為：於波形1週期份的長度中，由正負電位1波長份的部分與施加電壓未變化之部分所構成之形狀。
於藉由前述波形調製機構所調製出的高頻波形中，前述正負電位1波長份的部分之斜率dV/dt可為負。
藉由前述波形調製機構所調製出的高頻波形之前述正負電位1波長份的部分之頻率，可超過13.56MHz。
前述鞘流電位降低手段，是可由可重疊施加 於前述高頻電源地設置之直流電源、以及波形調製前述電漿源中的高頻波形之波形調製機構之兩者所構成。
根據本發明，於進行PEALD處理之基板處理裝置中，可大幅地降低射入於晶圓之離子的能量，抑制因離子的植入所導致之對沉積膜的損傷，而實施表面性狀良好的成膜處理。
1‧‧‧電漿處理裝置(基板處理裝置)
10‧‧‧處理容器
11‧‧‧載置台
12‧‧‧接地線
13‧‧‧支撐構件
20‧‧‧電熱器
30‧‧‧上部電極
31‧‧‧蓋體
32‧‧‧氣體擴散室
33‧‧‧支撐構件
50‧‧‧氣體供給管
51‧‧‧處理氣體供給源
52‧‧‧原料氣體供給部
53‧‧‧還原氣體供給部
54‧‧‧稀有氣體供給部
60‧‧‧高頻電源
70‧‧‧排氣機構
100‧‧‧控制部
300‧‧‧鞘流電位降低手段
W‧‧‧晶圓(被處理體)
第1圖係表示有關本實施形態之電漿處理裝置之構成的概略之縱剖面圖。
第2圖係關於Ti膜往晶圓W上之成膜處理之概略說明圖。
第3圖係關於損傷之概略說明圖。
第4圖係表示伴隨著電源的頻率變化之電子密度的變化及H自由基之生成速度的變化之圖表。
第5圖係表示伴隨著高頻電源的頻率變化、以及於27MHz時的Vpp變化之H3 +離子的能量變化之圖表。
第6圖係先前例之頻率27MHz、施加Vpp700V的高頻電源下之正弦波1週期份的基本波形。
第7圖係有關本實施形態之頻率27MHz、施加Vpp400V的高頻電源下之高頻波形。
第8圖係表示有關本實施形態之高頻波形中，改變正負電位1波長份之部分L1的斜率時之波形之概略圖。
第9圖係表示有關本實施形態之高頻波形中，改變斜率(dV/dt)時之電子密度(電漿密度)的變化及H自由基之生成效率(生成速率)的變化之圖表。
第10圖係關於有關本實施形態之高頻波形的符號相依性之說明圖。
第11圖係表示對應於第10圖所示之各高頻波形之電子密度分布之說明圖。
第12圖係表示有關本實施形態之電漿處理裝置中，於Ti膜的成膜時，藉由第10圖所示之各高頻波形的高頻電源來進行高頻振盪時之離子能量的變化之圖表。
以下係參考附加圖面來說明本發明之實施形態的一例。於本說明書及圖面中，對於實質上具有同一機能構成之構成要素，附加同一符號並藉此省略重複說明。本實施形態中，係以基板處理裝置為使用電漿來處理基板之電漿處理裝置1，並藉由該電漿處理裝置1將Ti膜形成於晶圓W上之情形為例來說明。
第1圖係概略地表示作為有關本實施形態之基板處理裝置的電漿處理裝置1之縱向剖面圖。電漿處理裝置1，具有：有底且上方形成開口之大致呈圓筒狀的處理容器10、以及設置在處理容器10內並載置晶圓W之載 置台11。處理容器10，藉由接地線12電連接而接地。此外，處理容器10的內壁，係藉由例如表面形成有由耐電漿性的材料所構成之熱噴塗被膜之襯裡(圖中未表示)所覆蓋。
載置台11，由例如氮化鋁(AlN)等之陶瓷所形成，於該表面形成有導電性材料所成的被膜(圖中未表示)。載置台11的下方，藉由以導電性材料所形成之支撐構件13所支撐，並且電連接。支撐構件13的下端由處理容器10的底面所支撐，並且電連接。因此，載置台11經由處理容器10而接地，並發揮與後述上部電極30成對之下部電極的功能。下部電極的構成，並不限定於本實施形態的內容，例如可將金屬網等之導電性構件埋入於載置台11內而構成。
於載置台11中，內藏有電熱器20，可將載置於載置台11之晶圓W加熱至既定的溫度。此外，於載置台11上，設置有：按壓晶圓W的外周部，以固定在載置台11上之夾鉗環(圖中未表示)，或是於與設置在處理容器10的外部之圖中未表示的運送機構之間用以收授晶圓W之升降銷(圖中未表示)。
於作為下部電極之載置台11的上方且處理容器10的內側面上，形成為大致呈圓盤狀之上部電極30，與該載置台11相對向而平行地設置。若換言之，上部電極30，係與載置於載置台11上之晶圓W相對向而配置。上部電極30，例如由鎳(Ni)等之導電性金屬所形成。
於上部電極30，形成有在厚度方向上貫通該上部電極30之複數個氣體供給孔30a。此外，於上部電極30的外周緣部全周，形成有往上方突出之突出部30b。亦即，上部電極30，係具有有底且上部形成開口之大致呈圓筒形狀。上部電極30，以使該突出部30b的外側面與處理容器10的內側面僅開離既定距離之方式，較處理容器10的內徑小，並且使上部電極30之與載置台11相對向的面，例如俯視觀看時以覆蓋載置台11上之晶圓W的全面之方式，具有較晶圓W更大的直徑。於突出部30b的上端面，連接有大致呈圓盤狀的蓋體31，藉由該蓋體31與上部電極30所包圍之空間而形成氣體擴散室32。蓋體31，與上部電極30相同，亦由鎳(Ni)等之導電性金屬所形成。蓋體31與上部電極30亦可一體地構成。
於蓋體31上面的外周部，形成有朝向該蓋體31的外方而突出之卡止部31a。卡止部31a的下面，藉由處理容器10的上端部所支撐之圓環狀的支撐構件33所保持。支撐構件33，由例如石英等之絕緣材料所構成。因此，上部電極30與處理容器10呈電絕緣。此外，於蓋體31的上面設置有電熱器34。藉由此電熱器34，可將蓋體31及連接於該蓋體31之上部電極30加熱至既定溫度。
於氣體擴散室32，係貫通蓋體31而連接有氣體供給管50。於氣體供給管50，如第1圖所示，連接有處理氣體供給源51。從處理氣體供給源51所供給之處理氣體，經由氣體供給管50被供給至氣體擴散室32。供給 至氣體擴散室32之處理氣體，通過氣體供給孔30a被導入於處理容器10內。此時，上部電極30係發揮將處理氣體導入於處理容器10內之射叢板的功能。
本實施形態之處理氣體供給源51，係具有：供給TiCl4氣體作為Ti膜成膜用的原料氣體之原料氣體供給部52、供給例如H2(氫)氣體作為還原氣體之還原氣體供給部53、以及供給電漿生成用的稀有氣體之稀有氣體供給部54。從稀有氣體供給部54所供給之稀有氣體，使用例如Ar(氬)氣體。此外，處理氣體供給源51，係具有分別設置在各供給部52、53、54與氣體擴散室32之間之閥55、流量調整機構56。供給至氣體擴散室32之各氣體的流量，係由流量調整機構56所控制。
於蓋體31上，經由該蓋體31將高頻電力供給至上部電極30以生成電漿之高頻電源60，係經由匹配器61而電連接。高頻電源，係構成為可輸出例如100kHz~100MHz之頻率的高頻電力。匹配器61，係匹配高頻電源60的內部阻抗與負載阻抗者，於處理容器10內生成電漿時，係以使高頻電源60的內部阻抗與負載阻抗表觀上呈一致之方式而作用。
將處理容器10內排氣之排氣機構70，係經由排氣管71而連接於處理容器10的底面。於排氣管71中，設置有調節排氣機構70所致之排氣量之調節閥72。因此，藉由驅動排氣機構70，經由排氣管71將處理容器10內的環境排氣，可將處理容器10內減壓至既定的真空 度。
於以上的電漿處理裝置1中，設置有控制部100。控制部100，例如為電腦，並具有程式容納部(圖中未表示)。程式容納部，係控制電熱器20、34或流量調整機構56、高頻電源60、匹配器61、排氣機構70及調節閥72等之各機器，並且亦容納用以使基板處理裝置1動作之程式。
上述程式，記錄在例如電腦可讀取的硬碟(HD)、軟碟(FD)、光碟(CD)、磁光碟(MO)、記憶卡等之可於電腦讀取的記憶媒體，並可從該記憶媒體安裝於控制部100。
有關本實施形態之電漿處理裝置1，係構成如上。接著說明有關本實施形態之電漿處理裝置1之Ti膜往晶圓W上之成膜處理。第2圖係關於Ti膜往晶圓W上之成膜處理之概略說明圖。
成膜處理時，首先將晶圓W送入於處理容器10內，並載置於載置台11上而保持。於此晶圓W的表面，例如第2圖(a)所示，形成既定厚度的絕緣層200，並於對應於晶圓W上所形成之源極及汲極之導電層202的上方，形成接觸孔201。
當晶圓W保持在載置台11時，藉由排氣機構70將處理容器10內排氣而保持於氣密。同時從處理氣體供給源51中，分別以既定流量將TiCl4氣體、H2氣體及Ar氣體供給至處理容器10內。此時，各流量調整機構56 係控制為使TiCl4氣體的流量大致成為5~50sccm，使H2氣體的流量大致成為5~10000sccm，Ar氣體的流量大致成為100~5000sccm。本實施形態中，TiCl4氣體、H2氣體及Ar氣體，分別以6.7sccm、4000sccm、1600sccm的流量來供給。此外，處理容器10內的壓力例如為65Pa~1330Pa，本實施形態中，以大致成為666Pa之方式來控制調節閥72的開度。
同時藉由各電熱器20、34等，將上部電極30、載置台11上的晶圓W加熱並維持在例如400℃以上。接著藉由高頻電源60將高頻電力施加於上部電極30。藉此，供給至處理容器10內之各氣體，於上部電極30與發揮下部電極的功能之載置台11之間電漿化，而生成由TiClx、Ti、Cl、H、Ar的離子或自由基所構成之電漿。
於晶圓W的表面上，藉由電漿所分解之原料氣體之TiClx，藉由還原氣體之H自由基或H3 +離子而還原。藉此，如第2圖(b)所示，於晶圓W上形成Ti膜210。當結束晶圓W的處理時，將晶圓W從處理容器10中送出。然後將新的晶圓W送入於處理容器10內，並重複此一連串之晶圓W的處理。
以上所說明之有關本實施形態之電漿處理裝置1中之依據電漿輔助ALD處理(PEALD處理)所進行的成膜處理(例如Ti膜的成膜處理)中，為了於處理容器10內生成電漿，係從高頻電源60以既定的頻率供給既定的 電力。
本發明者們，係藉由模擬解析來進行探討由PEALD處理所進行之成膜，而得知在以例如TiCl4、H2、Ar等作為處理氣體並藉由PEALD處理來進行Ti膜的成膜之處理容器內，例如多量地供給H2且在富含H2環境中進行處理，故H3 +離子被植入於沉積膜內部，因而產生損傷。此損傷，由於是在CVD處理所致之成膜中未顯現之表面性狀，所以有導致膜質降低之疑慮。第3圖係關於損傷之概略說明圖，(a)為藉由CVD處理所成膜之膜的部分概略圖，(b)為藉由PEALD處理所成膜之膜400的部分概略圖。
對於產生如第3圖(b)所示之損傷部位401之因素更進一步探討，係發現到原因在於H3 +離子以高能量射入於膜者。例如，當以頻率為450kHz的低頻且施加Vpp(peak to peak電壓)為1350V之電源來進行高頻的振盪時，由於鞘流電位Vs(電漿~晶圓間的電位差)大，所以H3 +離子以高能量深入地浸入於沉積膜內部。
在此，本發明者們，於第1圖所示之電漿處理裝置1中，關於將以TiCl4為原料之TiClx作為母核吸附於晶圓W，並使Cl從吸附於表面之TiClx脫離而使Ti膜成膜之情形，對於用以抑制所成膜之Ti膜所可能產生之射入離子損傷的技術更進一步探討，係得到以下發現內容。
使Ti膜成膜時，為了使Cl從母核TiClx脫 離，必須將處理容器10內所生成之H自由基設為既定量以上，以往是以頻率為450kHz、Vpp為1350V之電源來進行高頻的振盪。相對於此，得知藉由降低H3 +離子的能量並降低鞘流電位Vs，可抑制對沉積膜的損傷。為了降低離子能量，係將用於高頻振盪之電源的頻率設為更高的高頻。
因此，本發明者們，於電漿處理裝置1中使Ti膜成膜時，係改變用於高頻振盪之電源的頻率，並計算H自由基的生成速度與H3 +離子的能量。第4圖係表示伴隨著電源的頻率變化之處理容器內之電子密度(圖中○)的變化及H自由基之生成速度(圖中△)的變化之圖表。此外，第4圖中，係附記於27MHz時將施加Vpp從1350V改變為700V時之處理容器內的電子密度(圖中●)的變化及H自由基的生成速度(圖中▲)。第5圖係表示伴隨著高頻電源的頻率變化之處理容器內之H3 +離子的能量變化(圖中○：最大值、及圖中△：平均值)之圖表。
如第4圖所示，於相同施加Vpp下，隨著電源的頻率增高，電子密度及H自由基的生成速度一度有減少之傾向。然而，當頻率超過13.56MHz時，電子密度及H自由基的生成速度增加，於更高的頻率中，成為極高之值。因此，當頻率超過13.56MHz時，在保持與以往頻率450kHz的施加時為同等之電子密度及H自由基的生成速度下，可降低施加Vpp。例如，當電源的頻率為27MHz時，亦可在保持與以頻率為450kHz、Vpp為1350V之電源 進行高頻的振盪時為同等之電子密度及H自由基的生成速度下，將施加Vpp降低至700V。
此外，如第5圖所示，若為同樣的施加Vpp，則隨著電源的頻率增高，處理容器內之H3 +離子的能量，係平均及最大值皆降低。亦即，藉由使電源的頻率高頻化，離子的射入能量降低係不言自明。如上述般，由於在27MHz時可降低施加Vpp，所以可進一步將離子的射入能量之平均及最大值皆降低。
如此，藉由使電源的頻率高頻化，同時減小施加Vpp，可將電子密度及H自由基的生成速度設為充分者，並降低形成於晶圓W上之電漿的鞘流電位Vs，降低H3 +離子的能量，而抑制沉積膜的損傷。在此，用以降低電漿的鞘流電位Vs之鞘流電位降低手段，可考量各種手段。以下說明此鞘流電位降低手段。第1圖中，係簡略地圖示鞘流電位降低手段300，此鞘流電位降低手段300具有以下所說明之各種構成(DC電源或波形調製機構)，可視需要設置在高頻電源60的內部等。
電漿處理裝置1中，鞘流電位降低手段300，可考量一種可重疊地施加於高頻電源60而設置之DC(直流)電源，並將既定電壓的DC重疊施加於高頻電源60之手段。尤其是為了降低鞘流電位，較佳係藉由DC電源將負的電壓之DC施加於高頻電源60(上部電極30)。
具體而言，係考量藉由將負的電壓之-300V的DC施加於例如頻率27MHz、施加Vpp700V之高頻振盪電源， 來降低電漿的鞘流電位Vs之情形。此時，形成於晶圓W上之電漿之鞘流電位的最大值約200V。
藉由此方法，可降低離子能量而抑制對沉積膜的損傷。具體而言，可防止H3 +離子以高能量深入地浸入於沉積膜內部，而防止破損的產生。
此外，若根據本發明者們的探討，係發現到藉由將高頻電源60的高頻波形進行波形調製(Waveform Tailoring)以成為較佳波形，可降低鞘流電位。亦即，藉由設置作為鞘流電位降低手段300之波形調製機構，可達到鞘流電位的降低。
此時，不須將用於高頻振盪之電源的高頻波形改變基本波長之1週期份的長度，較佳係將該波形，於同樣1週期份的長度中，調製為由正負電位1波長份的部分、與施加電壓未變化之部分所構成之形狀(在此稱為心跳波形)。
第6圖、第7圖係有關本實施形態之電漿處理裝置1中之高頻電源60的高頻波形之說明圖。第6圖係先前例之頻率27MHz、施加Vpp700V的高頻電源下之正弦波1週期波長份的長度(1週期長度L)的基本波形，並具有以下述式(1)所示之斜率(以虛線所圖示者)。
dV/dt=5.94×1010(V/s)‧‧‧(1)
另一方面，第7圖係可較佳地使用在本實施形態之頻率27MHz、施加Vpp400V的高頻電源下之高頻 波形。第7圖所示之波形的波長，與先前的基本波形(參考第6圖)為相同長度，此波形之1週期的長度L，是由正負電位1波長份的部分L1、與施加電壓未變化之部分L2所構成，而成為所謂心跳波形。關於施加電壓未變化之部分L2，即使存在著實質上不會影響電漿生成之程度的電壓變化，亦無問題。有關本實施形態之高頻波形中，正負電位1波長份的部分L1之斜率，只要具有較上述式(1)所示之斜率更大的斜率即可。例如，較佳可設為以下述式(2)所示之值。
dV/dt=9.18×1010(V/s)‧‧‧(2)
第8圖係表示有關本實施形態之高頻波形中，改變正負電位1波長份之部分L1的斜率時之波形，並表示斜率依照第8圖(a)、(b)、(c)的順序而增大之波形。第8圖(a)為dV/dt=8.00×1010(V/s)，(b)為dV/dt=9.18×1010(V/s)，(c)為dV/dt=1.03×1011(V/s)。
此外，第9圖係表示有關本實施形態之高頻波形中，如第8圖(a)~(c)所示般之增大斜率(dV/dt)時之電子密度(電漿密度)的變化及H自由基之生成速度的變化之圖表。
如第8圖、第9圖所示，有關本實施形態之電漿處理裝置1中，在將高頻電源60構成為所謂心跳波形的高頻電源時，正負電位1波長份之部分L1的斜率愈大，電子密度及H自由基的生成速度愈增大。從此結果來 看，可得知在有關本實施形態之電漿處理裝置1中，較佳係進行將正負電位1波長份之部分L1的斜率增大之波形調製。
換言之，有關本實施形態之電漿處理裝置1中，正負電位1波長份之部分L1的斜率愈大，愈可維持電子密度及H自由基的生成速度，同時降低離子能量。如此，使用進行波形調製後之有關本實施形態之高頻波形來進行電漿處理，可降低施加Vpp以降低形成於晶圓W上之電漿的鞘流電位Vs，降低H3 +離子的能量，而抑制對沉積膜的損傷。
有關本實施形態之高頻波形的振幅，可任意地調製，從降低電漿的鞘流電位Vs之觀點來看，較佳係盡可能地減小。
例如，在將以正弦波為基本波並重疊至該n倍的高調波為止所調製出之電位波形施加於電極時，該電極電位V(t)係以下述式(3)所示。
Figure 106106670-A0202-12-0017-1
此式(3)所示之電極電位，於t=m/f(惟m為整數、f為頻率)時，斜率dV/dt係取以下述式(4)所示之最大值。
Figure 106106670-A0202-12-0017-2
此式(4)所示之最大值，係與基本波的頻率f=ω/(2 π)及振幅Vo成正比。an係有關波形調製之係數。
由於不使電漿電位上升，所以Vo應盡可能地減小，但為了促進電漿的生成，將波形重疊所顯現之Vpp(與Vo成正比)之值，必須大於處理氣體的電離臨界能量(ε ion)。亦即，必須滿足下述式(5)。
Vpp>ε ion‧‧‧(5)
另一方面，為了在可能的範圍內減小Vo，f採用較大之值即可。惟由於電子須可回應於電場而運動，所以電子電漿頻率fp,e成為上限。藉由重疊至基本波之n倍的高調波為止，基本波之頻率的上限係由下述式(6)決定。
Figure 106106670-A0202-12-0018-3
在此，e為基本電荷，ε o為真空的介電常數，ne為電漿中的電子密度，me為電子的質量。
此外，關於本實施形態之高頻波形，亦須探討正負電位1波長份之部分L1的斜率之符號相依性。第10圖係關於有關本實施形態之高頻波形的符號相依性之說明圖，斜率的絕對值皆為9.18×1010(V/s)。第10圖(a)表 示dV/dt>0之情形，第10圖(b)表示dV/dt<0之情形。
此外，第11圖(a)、(b)係表示對應於第10圖所示之各高頻波形之晶圓(接地電極)-射叢(驅動電極)間的電子密度分布之說明圖。
如第10圖、第11圖所示，有關本實施形態之高頻波形中，即使正負電位1波長份之部分L1的斜率之符號的正負改變，處理容器內之基本的電子密度分布亦未大幅改變。惟dV/dt>0者(第10圖(a))，與dV/dt<0者(第10圖(b))相比，電子密度分布成為如偏向晶圓W側之分布。亦即，dV/dt<0者，與dV/dt>0者相比，晶圓W側的鞘流較濃，鞘流中之離子與氣體分子間的碰撞發生率增大，所以可進一步減小射入於晶圓W之離子的能量。
第12圖係表示有關本實施形態之電漿處理裝置1中，於Ti膜的成膜時，藉由第10圖、第11圖所示之各高頻波形的高頻電源來進行高頻振盪時之離子能量的變化之圖表。如第12圖所示，當比較(a)dV/dt>0者與(b)dV/dt<0者時，雖然射入離子能量的最大值相同，但該平均值，係以dV/dt<0者可抑制地較低。
亦即，有關本實施形態之電漿處理裝置1中，較佳係使用可調製為所謂心跳波形之高頻電源來進行高頻振盪，此外，對於該高頻波形，藉由調製為正負電位1波長份之部分L1的斜率之符號成為dV/dt<0之波形，可預見能夠進一步降低離子能量。藉此，可進一步抑制對沉積膜的損傷。
用於高頻振盪之電源，在對本實施形態之高頻波形進行波形調製時，可使用不間斷地重複出現如第7圖所示之所謂心跳波形之週期的高頻電源，或是使用於每1週期中隔著既定間隔出現所謂心跳波形之週期的高頻電源。惟不論於何種情況，必須調製為可於處理容器10內生成充份的電漿，並且於基板處理時可持續地確保該狀態之週期。
如以上所說明，於有關本實施形態之電漿處理裝置1中的成膜處理中，可採用：設置可重疊施加於高頻電源60地設置之DC(直流)電源作為鞘流電位降低手段300，並將既定電壓的DC施加於用於高頻振盪之電源之方法；或是設置對電源的高頻波形進行波形調製之波形調製機構作為鞘流電位降低手段300，並設為使用所謂心跳波形的高頻電源之構成之方法。若根據該方法，可降低電漿的鞘流電位Vs，降低離子能量，而抑制以往於成膜時所顯現之對沉積膜的損傷。
以上係已說明本發明之實施形態的一例，惟本發明並不限定於圖示的形態。若為該業者，在申請專利範圍所記載之思想的範疇內，可思及各種變形例或修正例係不言自明，並且明瞭此等變形例或修正例當然屬於本發明之技術範圍。
例如，上述實施形態中，作為鞘流電位降低手段300，係列舉出將既定電壓的DC施加於用於高頻振盪之電源之手段(設置DC電源時)；以及進行用於高頻振 盪之電源的波形調製之手段(設置波形調製機構時)。此等各手段，於電漿處理裝置1中，設為可僅設置其中一方之構成，或是設置兩者的手段之構成。
此外，上述實施形態中，關於在處理容器10內生成電漿之手段，並不限定於上述實施形態的內容。作為在處理容器內生成電漿之電漿源，可使用：經由設置為線圈狀之天線來施加高頻，藉此經由電介質窗並藉由感應耦合來生成電漿之感應耦合電漿(ICP；Inductively Coupled Plasma)；或是使用螺旋波電漿或磁旋共振電漿等之其他電漿源。
此外，例如於上述實施形態中，係以電漿輔助ALD處理為例來說明，但本發明亦可適用在例如ALE(Atomic Layer Etching：原子層蝕刻法)處理等。
[產業上之可應用性]
本發明可適用於對基板表面進行成膜處理之基板處理裝置。
L‧‧‧波形1週期的長度
L1‧‧‧正負電位1波長份的部分
L2‧‧‧施加電壓未變化之部分

Claims (6)

  1. 一種基板處理裝置，其係將原料氣體供給至基板，並將電漿照射至基板以進行成膜處理；其特徵為具備：氣密地容納用以載置基板之載置台之處理容器、以及於前述處理容器內生成電漿之電漿源；前述電漿源中，具備有電漿生成用的高頻電源，前述電漿源，具備降低所生成之電漿的鞘流電位之鞘流電位降低手段；前述鞘流電位降低手段，為波形調製前述電漿源中的高頻波形之波形調製機構；該波形調製機構，係將前述電漿源的高頻波形，調製為：於波形1週期份的長度中，由正負電位1波長份的部分與施加電壓未變化之部分所構成之形狀。
  2. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中前述鞘流電位降低手段，為可重疊施加於前述高頻電源地設置之直流電源。
  3. 如請求項2所述之基板處理裝置，其中藉由前述直流電源施加於前述高頻電源之電壓，為負的電壓。
  4. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中於藉由前述波形調製機構所調製出的高頻波形中，前述正負電位1波長 份的部分之斜率dV/dt為負。
  5. 如請求項1~4中任一項所述之基板處理裝置，其中藉由前述波形調製機構所調製出的高頻波形之前述正負電位1波長份的部分之頻率，超過13.56MHz。
  6. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中前述鞘流電位降低手段，是由可重疊施加於前述高頻電源地設置之直流電源、以及波形調製前述電漿源中的高頻波形之波形調製機構之兩者所構成。
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