(57)【要約】【課題】リモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法において、珪素化合物を成膜した際のシーズニング工程に要する時間を短縮し、生産性を向上させることを目的とする。【解決手段】真空容器を隔壁によりプラズマ生成空間と基板処理空間に分離するリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法におけるシーズニング工程において、通常は原料ガスをプラズマ生成空間に流入させ、珪素含有ガスを基板処理空間に流入させるが、これを原料ガス及び珪素含有ガスを共にプラズマ生成空間に流入させ反応させることでシーズニング工程に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。【選択図】図１
2014038874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で被処理基板上に珪素化合物を堆積させるＣＶＤ方法であって、
前記ＣＶＤ方法は、前記真空容器の内部を複数の孔が形成された隔壁によってプラズマ生成空間と基板処理空間に分けて行われ、
前記ＣＶＤ方法は成膜工程、クリーニング工程及びシーズニング工程を有し、
前記成膜工程は、
前記プラズマ生成空間に原料ガスを流入させる工程と、
前記プラズマ生成空間で前記原料ガスのプラズマを形成し、前記原料ガスの活性種を生成する工程と、
前記基板処理空間に珪素含有ガスを流入させる工程と、
前記原料ガスの活性種を隔壁を通じて前記基板処理空間に流入させる工程と、
前記原料ガスの活性種と前記珪素含有ガスを反応させて珪素化合物を前記被処理基板上に成膜する工程を有し、
前記シーズニング工程は、
前記プラズマ生成空間に前記珪素含有ガス及び前記原料ガスを流入させる工程と、
前記プラズマ生成空間で前記珪素含有ガス及び前記原料ガスのプラズマを形成し反応させる工程を有することを特徴とするＣＶＤ方法。
【請求項２】
前記原料ガスは窒素含有ガスであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ方法。
【請求項３】
前記窒素含有ガスはアンモニアガス、窒素ガスまたは亜酸化窒素、もしくはこれらの混合ガスであり、前記珪素含有ガスはモノシランガスまたはジシランガスであることを特徴とする請求項２に記載のＣＶＤ方法。
【請求項４】
前記原料ガスは酸素含有ガスであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ方法。
【請求項５】
前記酸素含有ガスは酸素ガスであり、前記珪素含有ガスはモノシランガスまたはジシランガスであることを特徴とする請求項４に記載のＣＶＤ方法。
【請求項６】
前記原料ガスは窒素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ方法。
【請求項７】
前記窒素含有ガスはアンモニアガス、窒素ガスまたは亜酸化窒素、もしくはこれらの混合ガスであり、
前記酸素含有ガスは酸素ガスであり、
前記珪素含有ガスはモノシランガスまたはジシランガスであることを特徴とする請求項６に記載のＣＶＤ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ誘起ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法に関し、特に、プラズマ生成空間と基板処理空間とに分離されたリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラズマ誘起ＣＶＤ方法は，原料ガスをプラズマによって化学反応させて目的の基板の表面に薄膜を成膜する方法である．通常，このプラズマ誘起ＣＶＤ方法は処理基板の表面にプラズマが直接晒されている状態で成膜を実施している．
このため，プラズマ中の荷電粒子などの影響で成膜する薄膜やあらかじめ下地に形成されている素子にダメージが生じてしまう問題があった．このダメージを回避するために該プラズマを該基板の表面から隔離した、リモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
このリモートプラズマ誘起ＣＶＤ装置では、高エネルギーのプラズマ粒子の入射を抑制し、リモートプラズマを実現するために、チャンバー内をプラズマ生成空間と基板処理空間に画す隔壁を有している。隔壁はプラズマ生成空間と基板処理空間を繋ぐ複数の貫通孔を有す。また隔壁にはガスを基板処理空間に流入させるためのガス流入口が設けられている。
【０００４】
一般にＣＶＤ処理では堆積される膜が基板上に堆積するだけでなく、例えばチャンバー内のシールド、基板ホルダ、チャンバーの内壁などにも堆積する。この基板以外への堆積膜の剥離が、ＣＶＤ処理中の条件に影響を与えることにより、所望の膜質が得られない問題がある。そのため、ＣＶＤチャンバーは定期的にクリーニングが行われる。ＣＶＤ処理によって処理基板上に珪素化合物を成膜した場合、クリーニングは一般に三フッ化窒素（ＮＦ３）のようなフッ素含有ガスをチャンバー内に流入させ、放電させることによってなされる。フッ素含有ガスはチャンバー内の堆積膜と反応し、ガス状のフッ素含有生成物を形成する。該生成物はチャンバー排気システムを通して排気される。またクリーニング工程後にチャンバー内のコンディションを整え、所望の膜質を得るためのシーズニング工程が行われることもある。
【０００５】
ここで、上述したリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法に係る装置におけるシリコン化合物の成膜では、クリーニング工程及びシーズニング工程は以下のように行われていた。
即ち、クリーニング工程においては、プラズマ生成空間にＮＦ３を流入してＮＦ３のプラズマを形成し、該プラズマを隔壁を通して基板処理空間に流入させることでチャンバー内に付着した珪素化合物を除去していた。
シーズニング工程においては、プラズマ生成空間に原料ガスを流入させてプラズマを形成して活性種を生成し、該活性種を隔壁を通して基板処理空間に流入させ、一方で基板処理空間に珪素含有ガスを流入させることで、原料ガスの活性種と珪素含有ガスを反応させ、チャンバー内のコンディションを整えていた。なお、このシーズニング工程は、一般的にチャンバー内の雰囲気を成膜する際のコンディションに整えるために、成膜時と同条件のプロセスで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４５３４９号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来のリモートプラズマ誘起ＣＶＤ法では、シーズニングに要する時間が長く、更なる生産性向上のため、シーズニングに要する時間の短縮が望まれるようになった。
本発明はこの課題に鑑み成されたものであり、基板処理空間とプラズマ生成空間を有するリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法における珪素化合物の成膜において、シーズニングに要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願発明は、成膜工程、クリーニング工程及びシーズニング工程を有するリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法であって、前記成膜工程は、前記プラズマ生成空間に原料ガスを流入させる工程と、前記プラズマ生成空間で前記原料ガスのプラズマを形成し、前記原料ガスの活性種を生成する工程と、前記基板処理空間に珪素含有ガスを流入させる工程と、前記原料ガスの活性種を隔壁を通じて前記基板処理空間に流入させる工程と、前記原料ガスの活性種と前記珪素含有ガスを反応させて珪素化合物を処理基板上に成膜する工程を有し、前記シーズニング工程は、前記プラズマ生成空間に前記珪素含有ガス及び前記原料ガスを流入させる工程と、前記プラズマ生成空間で前記珪素含有ガス及び前記原料ガスのプラズマを形成し反応させる工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によればシーズニング工程に要する時間を短縮することができ、生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法を行うための装置を示す図である。
【図２】図１に示す装置の貫通孔部分を拡大した図である。
【図３】図１に示す装置の隔壁を上から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るリモートプラズマ誘起ＣＶＤ装置１００の模式図である。図１において、１は真空容器、２は電極、２ａは電極に穿孔された孔、３は電力導入棒、４は電力導入棒３の外周部を覆う絶縁物、５は第一のガスを導入する第一のガス導入手段、６はクリーニングガス導入手段、７及び８は絶縁物、９は後述する隔壁を地絡するための金属等から出来ている電気的導体、１０は電極２の上、孔２ａの中及び電極２の下に拡がるプラズマ生成空間を示す。
【００１３】
２０は隔壁を示している。２１は貫通孔、２２は拡散孔、２３は内部空間、２４は原料ガスを導入する第二のガス導入手段、２５は孔形成領域を表している。ここで、貫通孔２１はプラズマが発生している部分よりなるプラズマ生成空間１０（第一の空間）と隔壁２０の下に位置する基板処理空間１１（第二の空間）を繋ぐ複数の孔であり、隔壁２０を柱状の形をして貫いている。
【００１４】
内部空間２３は柱状部以外で繋がっており、内部空間２３の全面に亘ってほぼ一定の圧力になっている。従って、拡散孔２２を通して噴出されるガスの流量も、拡散孔２２の位置によらずほぼ一定となっている。
【００１５】
３０は基板ホルダ、３１はその内部に埋設されているヒータである。そして、基板ホルダ３０の上部には基板１４が載置されている。１１は基板処理空間、１２は排気ポート、１３はターボ分子ポンプ等の排気手段である。
【００１６】
図２は、隔壁２０の一部の拡大図である。同一の構成要素には同一の符号を付して、説
明は省略する。
【００１７】
プラズマ１０ａはプラズマ生成空間１０で発生するプラズマである。矢印４１は該プラズマの活性種が貫通孔２１を通り基板処理空間１１に供給される方向を示し、矢印４２は第二のガス導入手段２４より内部空間２３に導入された原料ガスが拡散孔２２を通り基板処理空間１１に供給される方向を示している。
【００１８】
貫通孔２１は、３つの部分に分けることが出来る。プラズマ生成空間１０の側の２１ａはより小さな直径を有している。一方、基板処理空間１１の側の２１ｃは大きな直径となっている。その間は錐状の形状をした２１ｂで繋がっている。なお本実施形態においては、２１ａの直径が２１ｃの直径よりも小さい構造としたが、これが逆であっても問題は無い。詳細な条件については特開２０００−３４５３４９に開示されている。
【００１９】
このような形状をしているので、孔部に放電が入り込み、その結果プラズマが基板処理空間１１に漏れるのを防止できる。また、孔部では放電が生じ易いが、図２の構造ではプラズマ１０に対しては、隔壁は以下で記述する形状に比べてよりフラットである為、異常放電も起こり難い。また、径の小さな部分２１ａの長さが短いので製作も容易であるというメリットがある。
【００２０】
図３は、本発明に係わる隔壁２０に形成される貫通孔２１及び拡散孔２２の穿孔の仕方
を説明するための図である。ここで、今まで説明した実質同一の構成要素には同一の符号
を付して、説明を省略する。
【００２１】
貫通孔２１及び拡散孔２２は、孔形成領域２５の内側に形成される。例えば、円板状の
基板を処理する場合には孔形成領域２５は円状に形成すると良い。そして、例えば貫通孔
２１及び拡散孔２２はその孔形成領域と同心の異なる径を持つ円周上に形成することで実
現できる。
【００２２】
拡散孔２２は孔形成領域２５内全域に亘って単位面積あたり同一の開口率で配置されている。このような配置は、同一の孔径を持つ拡散孔２２を、同一のピッチで円周上に配置し、且つ隣接する円の径方向のピッチを同一にして配置することにより実現できる。
【００２３】
一方、貫通孔２１については周辺部における配置を増やし、中心部に比べ周辺部での単位面積あたりの開口率を大きくしている。
【００２４】
上述した装置を用いて、処理基板上に珪素化合物の成膜を行う。まず、第一のガス導入手段５によりプラズマ生成空間１０に原料ガスを流入させてプラズマを形成し、第二のガス導入手段２４により基板処理空間１１に珪素含有ガスを流入させて窒素含有ガスの活性種と反応させることで行う。
【００２５】
次のクリーニング工程は、珪素化合物の成膜後にフッ化ガスを用いた従来のクリーニング方法と同様に行うことができる。例として、プラズマ生成空間１０にＮＦ３ガスを流入させてプラズマを形成し、基板処理空間１１に窒素（Ｎ２）ガスを流入させることでチャンバー内に堆積した膜の除去を行う。
【００２６】
次にシーズニング工程を行う。ここで本発明者はシーズニング工程において、通常成膜工程と同条件で行われるところを、成膜工程に用いた原料ガス及び珪素含有ガスをプラズマ生成空間１０に流入させ、プラズマを形成することでシーズニングに要する時間を大幅に短縮できることを見出した。
【００２７】
（実施例）
以下に本実施形態に係る具体的な実施例を示す。
【００２８】
真空状態においてリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法によりＳｉＮを処理基板上に成膜した。ＳｉＮの成膜条件としてプラズマ生成空間１０にアンモニア（ＮＨ３）ガスを流入させ、ＮＨ３ガスのプラズマを形成した。ＮＨ３ガスのプラズマ形成から１０秒後に基板処理空間１１にモノシラン（ＳｉＨ４）ガスとＡｒガスの混合ガスを流入させ、貫通孔２１を通ったＮＨ３の活性種と反応させた。各ガスの流量はＮＨ３ガスが１５００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスが４０ｓｃｃｍ、Ａｒガスが２５０ｓｃｃｍとした。この反応によりＳｉＮを３０ｎｍ成膜した。
【００２９】
成膜工程を行った後にクリーニング工程を行った。クリーニング工程の条件としては、プラズマ生成空間１０にＮＦ３ガスを６００ｓｃｃｍで流入させ、基板処理空間１１にＡｒガスを１５０ｓｃｃｍで流入させる。ＮＦ３ガスのプラズマを形成することで、チャンバー内に残留したＮＨ３ガスの活性種やチャンバー内に堆積したＳｉＮ膜の除去を行う。本実施例におけるクリーニング工程の所要時間は２０秒であった。
【００３０】
クリーニング工程の後にシーズニング工程を行った。シーズニング工程の条件としては、プラズマ生成空間１０にＮＨ３ガスを１５００ｓｃｃｍ及びＳｉＨ４ガスを２００ｓｃｃｍで流入させる。その後ＮＨ３ガス及びＳｉＨ４ガスのプラズマを形成し、反応させることでチャンバー内にＳｉＮを形成しシーズニングを行う。本実施例におけるシーズニング工程の所要時間は１０秒であった。
【００３１】
ここで、本発明に係るシーズニング工程を行う場合、ＳｉＮの成膜量に対してクリーニング工程を行う頻度を高くすることが好ましい。何故ならば、後述する本発明に係るシーズニング工程においては、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスを共にプラズマ生成空間１０に流入させてプラズマを形成するため、プラズマ生成空間１０に反応生成物であるＳｉＮの堆積量が増加する。従って、クリーニング工程が１回の成膜毎に行われることが最も好ましい。
【００３２】
ここで比較例として従来行っていたシーズニング工程による所要時間を示す。また、成膜工程及びクリーニング工程については上述した実施例と同条件で行った。
【００３３】
次にシーズニング工程を行った。シーズニング工程の条件としては、プラズマ生成空間１０にＮＨ３ガスを２２５０ｓｃｃｍ流入させ、基板処理空間１１にＡｒを２５０ｓｃｃｍ流入させる。その後ＮＨ３ガスのプラズマを形成し、貫通孔２１を通してＮＨ３ガスの活性種を基板処理空間１１に流す。ＮＨ３ガスのプラズマを形成後、ＳｉＨ４ガスを基板処理空間１１に２２５０ｓｃｃｍで流入させ、ＮＨ３ガスの活性種と反応させる。本比較例におけるシーズニング工程に要した時間は１．５時間であった。
【００３４】
従って、本発明に係るシーズニング工程を用いることで、従来１．５時間要していたシーズニング工程が１０秒で完了する。
【００３５】
なお、本実施例で示したガス流量は本発明を実施する上での一例に過ぎず、ガス流量は本発明の本質的な部分ではない。即ち、プラズマ生成空間１０に窒素含有ガスと珪素含有ガスを流入させてプラズマを形成し、反応させることが肝要である。他の窒素含有ガスの例としては亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスやＮ２ガス、またはこれらの混合を用いることができ、珪素含有ガスとしてはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを用いることができる。
【００３６】
なおシーズニング工程に要した時間とは、その後の成膜工程において所望の膜質が得られる状態となるまでに要した時間であって、実施例及び比較例における所望の膜質の条件は同じとした。
【００３７】
以上の実施例ではＳｉＮ膜の成膜について説明したが、ＳｉＮ膜以外に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜をリモートプラズマ誘起ＣＶＤ法で成膜する際にも本発明は適用可能である。その場合、窒素含有ガスの代わりに酸素含有ガスを用いる。例えば、珪素含有ガスとしてＳｉＨ４ガスまたはＳｉ２Ｈ６ガス、酸素含有ガスとしては酸素ガス（Ｏ２）を好適に用いることができる。
【００３８】
さらに別の実施形態としてＳｉＮ膜の代わりにＳｉＮとＳｉＯ２が混在した膜をリモートプラズマ誘起ＣＶＤ方法で成膜する際にも本発明は適用可能である。その場合、窒素含有ガスだけでなく酸素含有ガスも混合させる。例えば、珪素含有ガスとしてＳＩＨ４ガスまたはＳｉ２Ｈ６ガス、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガス、酸素含有ガスとしてＯ２ガスを好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００  リモートプラズマ誘起ＣＶＤ装置
１   真空容器
２  電極
２ａ   電極に穿孔された孔
３   電力導入棒
４ 、７、８  絶縁物
５  原料ガス導入手段
６  クリーニングガス導入手段
９  電気的導体
１０  プラズマ生成空間
１０ａ  プラズマ
１１  基板処理空間
１２  排気ポート
１３  排気手段
１４  基板
２０  隔壁
２１  貫通孔
２２  拡散孔
２３  内部空間
２４  珪素含有ガス導入手段
３０  基板ホルダ
３１  ヒータ
４１  活性種の流れの方向
４２  原料ガスの流れの方向
【図１】
2014038874.tif 000003
【図２】
2014038874.tif 000004
【図３】
2014038874.tif 000005