(57)【要約】【課題】その場で観察が可能なＯラジカル強度、Ｏ2イオン強度およびヘリウムの発光スペクトルを測定し、この測定結果に基づいて成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を迅速に検出することが可能なプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する際、そのシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出する膜質検出方法であって、前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式に代入して成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する際、そのシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出する膜質検出方法であって、
前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式に代入して成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法。
【請求項２】
前記測定されたＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比［Ｒ１］およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比［Ｒ２］を下記関数式（１）に代入することにより成膜中の前記炭素系不純物量［Ｉ］を検出することを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法。
Ｉ＝０．０９−１．７２×１０-3×Ｒ１−１．９７×１０-1×Ｒ２＋１．４５×１０-3×Ｒ１Ｒ２＋６．３５×１０-6×［Ｒ１］2＋８．２７×１０-2×［Ｒ２］2…（１）
【請求項３】
プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する方法であって、
前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式に代入して成膜中におけるシリコン酸化膜中の前記炭素系不純物を検出する工程と、
成膜中における前記シリコン酸化膜中の炭素系不純物量が決められた仕様値を越える場合は、予め求めたシリコン酸化膜中の炭素系不純物とプラズマＣＶＤ装置に投入する高周波電力の関係に基づき、次の基板へのシリコン酸化膜の成膜時にプラズマＣＶＤ装置に投入される高周波電力を制御する工程と
を含むことを特徴とするシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記測定されたＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比［Ｒ１］およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比［Ｒ２］を下記関数式（１）に代入することにより成膜中の前記炭素系不純物量［Ｉ］を検出することを特徴とする請求項３記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
Ｉ＝０．０９−１．７２×１０-3×Ｒ１−１．９７×１０-1×Ｒ２＋１．４５×１０-3×Ｒ１Ｒ２＋６．３５×１０-6×［Ｒ１］2＋８．２７×１０-2×［Ｒ２］2…（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法およびシリコン酸化膜の成膜方法に関し、詳しくはプラズマＣＶＤ装置を用いて半導体や液晶デバイスで使用されるシリコン酸化膜の成膜する際、長期的な膜中の炭素系不純物の経時変化を検出する膜質検出方法およびこの膜質検出を利用したシリコン酸化膜の成膜方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶表示装置の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）はゲート酸化膜としてテトラエトキシシラン［ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4］を原料とするプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン酸化膜が用いられている。このシリコン酸化膜において、炭素系不純物が取り込まれるとゲート絶縁膜の絶縁耐圧を低下させるため、シリコン酸化膜中の炭素系不純物を可能な限り低減させることが望まれている。
【０００３】
ところで、前述したシリコン酸化膜は特許文献１および特許文献２に記載のように通常の平行平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内に例えばテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して例えば被処理基板上に成膜する方法により形成されている。この成膜時において、チャンバ内の付着物を除去するドライクリーニングにおいて発光スペクトルを用いたエンドポイントの検出が行われている。
【特許文献１】特開平１０−４１２７５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４５１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内でのシリコン酸化膜の成膜においてその成膜中の発光スペクトル結果とシリコン酸化膜の膜質を関連付けておらず、シリコン酸化膜中の不純物の経時変化を直接的に検出していないため、不良発生後に被処理基板を分析する時点まで不純物を定量化できない。その結果、成膜されたシリコン酸化膜の膜質の経時変化による製品不良の発見が遅れるという問題があった。
【０００５】
本発明は、その場で観察が可能なＯラジカル強度、Ｏ2イオン強度およびヘリウムの発光スペクトルを測定し、この測定結果に基づいて成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を迅速に検出することが可能なプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法を提供しようとするものである。
【０００６】
本発明は、その場で観察が可能なＯラジカル強度、Ｏ2イオン強度およびヘリウムの発光スペクトルを測定し、この測定結果に基づいて成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を迅速に検出し、この検出結果から成膜条件を制御し、膜質の向上を図ることが可能なシリコン酸化膜の成膜方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する際、そのシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出する膜質検出方法であって、
前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウム（Ｈｅ）の発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式に代入して成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法が提供される。
【０００８】
また本発明によると、プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する方法であって、
前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式に代入して成膜中におけるシリコン酸化膜中の前記炭素系不純物を検出する工程と、
成膜中における前記シリコン酸化膜中の炭素系不純物量が決められた仕様値を越える場合は、予め求めたシリコン酸化膜中の炭素系不純物とプラズマＣＶＤ装置に投入する高周波電力の関係に基づき、次の基板へのシリコン酸化膜の成膜時にプラズマＣＶＤ装置に投入される高周波電力を制御する工程と
を含むことを特徴とするシリコン酸化膜の成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明よれば、プラズマＣＶＤ装置において、テトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスによるシリコン酸化膜の成膜中に炭素系不純物を直接的かつ迅速に検出することが可能なプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法を提供することができる。
【００１０】
本発明によれば、プラズマＣＶＤ装置において、テトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスによるシリコン酸化膜の成膜中に炭素系不純物を直接的かつ迅速に検出し、この検出結果から成膜条件を制御し、膜質の向上を図ることが可能なシリコン酸化膜の成膜方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の膜質検出方法を詳細に説明する。
【００１２】
プラズマＣＶＤ装置、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを一定ガス流量比で供給し、一定圧力下にて高周波電力を投入して基板表面にシリコン酸化膜を成膜する際、チャンバ内に生成したＯラジカルとＯ2イオンは基板表面への成膜時にシリコンの酸化源として働くのみならず、シリコン酸化膜中の炭素系不純物と反応してその膜中から取り除く。このため、チャンバ内のＯラジカルとＯ2イオンが多いほど、成膜されるシリコン酸化膜中の炭素系不純物の量は減少する。
【００１３】
このようなことから、基板表面にシリコン酸化膜を成膜する際、そのチャンバ内に発光分光装置を取り付け、この発光分光装置により複数の高周波電力の投入条件で、発光スペクトルを連続的に取得し、Ｏラジカルに基づく例えば７７８ｎｍの発光強度およびＯ2イオンに基づく例えば５３６ｎｍの発光強度を測定する。なお、測定されたＯラジカル発光強度およびＯ2イオン発光強度はそれぞれプラズマ中のＯラジカル密度、Ｏ2イオン密度のみならず、電子密度（イオン密度）にも比例するため、ヘリウムに基づく例えば５８８ｎｍの発光強度を測定し規格化する。また、各高周波電力の投入条件でシリコン酸化膜が成膜された基板は赤外発光スペクトル分析によって例えば１４５０ｃｍ-1付近に現れた−ＣＨ3振動をシリコン酸化膜中の炭素系不純物として定量化する。
【００１４】
したがって、前記チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを発光分光装置により解析し、Ｏラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた関係式、例えば次の関係式（１）に代入することにより成膜中におけるシリコン酸化膜中の炭素系不純物量［Ｉ］を検出することができる。
【００１５】
Ｉ＝０．０９−１．７２×１０-3×Ｒ１−１．９７×１０-1×Ｒ２＋１．４５×１０-3×Ｒ１Ｒ２＋６．３５×１０-6×［Ｒ１］2＋８．２７×１０-2×［Ｒ２］2…（１）
ここで、Ｒ１はＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、Ｒ２はＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比である。
【００１６】
前記関係式（１）において、６つの定数（０．０９、−１．７２×１０-3、−１．９７×１０-1、１．４５×１０-3、６．３５×１０-6および８．２７×１０-2）は複数のＲＦパワー条件の下で発光スペクトルによるＯラジカル発光強度、Ｏ2イオン発光強度と赤外吸収スペクトルによる炭素系不純物の量を比較しながらフィッティングすることにより求めた。この実施形態では、成膜プロセスのＲＦパワーが７００Ｗから１３００Ｗの間で赤外吸収スペクトルの結果と前記関数式（１）から計算される炭素系不純物の量を１０％以内の誤差でフィッティングできた。
【００１７】
プラズマＣＶＤ装置を備える量産ラインでは、ＲＦパワーのマッチングの不具合や反射波などの影響によりにそのＣＶＤ装置に印加される実効パワーが変化し、成膜されるシリコン酸化膜の膜質が長期的にみて仕様を越える場合がある。図１は、実施形態に係るシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出するステップを示し、成膜中の発光スペクトルによるＯラジカル発光強度、Ｏ2イオン発光強度およびヘリウム発光強度を長期的に検出し、それを前記関数（１）に代入することによって、シリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出することが可能になる。
図２は、実施形態に係るシリコン酸化膜中の炭素系不純物とＲＦパワーの関係を示している。図２からＲＦパワーが高いほど、ＯラジカルやＯ2イオンの密度が増加するため、シリコン酸化膜中の炭素系不純物は減少することがわかる。したがって、図２はシリコン酸化膜の成膜に際し、測定した炭素系不純物量からＲＦパワーをフィードバック制御するときに利用し得る。
【００１８】
すなわち、図３は実施形態に係る成膜時でのシリコン酸化膜中の炭素系不純物の変化を検出し、これを成膜条件にフィードバックしてシリコン酸化膜を成膜する方法を示す。
【００１９】
各基板の処理毎に炭素系不純物量を前述した方法で検出する。仮に、Ｎ枚目の基板にシリコン酸化膜を成膜プロセスＡで成膜し、そのときの炭素系不純物量が仕様値を満たす場合には次の基板Ｎ＋１枚目においても同じ成膜プロセスＡを実行する。一方、シリコン酸化膜中の炭素系不純物量が仕様値を超える場合には、シリコン酸化膜中の炭素系不純物とＲＦパワーの関係を示す図２に基づいて次の基板Ｎ＋１枚目ではＲＦパワーを決められた割合だけ増加した成膜プロセスＢを実行する。
【００２０】
このように平行平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内にテトラエトキシシラン、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する際、チャンバ内のＯラジカル、Ｏ2イオンおよびヘリウムの発光スペクトルを解析してＯラジカル発光強度／Ｈｅ発光強度の比、およびＯ2イオン発光強度／Ｈｅ発光強度の比を測定し、この測定結果を予め決められた前記関係式（１）に代入して成膜中の炭素系不純物量を検出し、この炭素系不純物量が仕様値を超えた場合、その直後の基板の処理にあたって、投入するＲＦパワーを決められた割合だけ上昇させることによって、Ｏラジカル密度やＯ2イオン密度を増加させルことができるため、炭素系不純物が低減された良質のシリコン酸化膜を成膜できる。
なお、前述した実施形態ではプラズマＣＶＤ装置として平行平板型のものを用いたが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るシリコン酸化膜中の炭素系不純物を検出するステップを示す図。
【図２】実施形態に係るシリコン酸化膜中の炭素系不純物とＲＦパワーの関係を示す図。
【図３】実施形態に係る成膜時でのシリコン酸化膜中の炭素系不純物の変化を検出し、これを成膜条件にフィードバックしてシリコン酸化膜を成膜するステップを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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