(57)【要約】【課題】成膜性の処理ガスを平行平板型の装置を用いてプラズマ化して成膜処理をする際に，プラズマの脈動を防止する。【解決手段】処理容器２内に成膜性ガスを導入すると共に，ウエハＷに対向配置される電極板２１に第２の高周波電源３１によって高周波電力を供給してプラズマを発生させてウエハＷに対して成膜する際に，処理容器内２の圧力を１３３Ｐａ以上とし，さらに前記高周波より低い周波数の低周波バイアスを低周波電源４２によって電極板２１に対して，印加する。【選択図】  図１
2004183071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する方法であって，
さらに前記基板と対向する側の電極に対して，前記高周波より低い低周波バイアスを印加して成膜処理を行うことを特徴とする，プラズマ成膜方法。
【請求項２】
処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する方法であって，
前記処理容器内の圧力を１３３Ｐａ以上とし，
前記基板と対向する側の電極における少なくともプラズマに曝される表面を２００℃以上の温度に維持して成膜処理を行うことを特徴とする，プラズマ成膜方法。
【請求項３】
処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する装置であって，
前記基板と対向する側の電極内に，プラズマに曝された表面からの熱が，当該電極の支持部側へ伝達するのを抑制する断熱部材が設けられていることを特徴とする，プラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記断熱部材は，前記基板と対向する側の電極の上面に密着して設けられていることを特徴とする，請求項３に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記基板と対向する側の電極内にヒータが設けられていることを特徴とする，請求項４に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項６】
処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する装置であって，
前記基板と対向する側の電極内にヒータが設けられていることを特徴とする，プラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から，例えば処理容器内に堆積性ガス，例えばＳｉＣＨ系ガスを導入すると共に，処理容器内にプラズマを発生させて，処理容器内の基板に対して成膜処理をすることが行われており，例えばいわゆる平行平板型プラズマ成膜装置が使用されている（例えば，特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２０８７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，発明者の検証によれば，平行平板型プラズマ成膜装置において基板と対向する側の電極（通常は処理容器内の上部に位置する上部電極）に，１３．５６ＭＨｚの高周波を印加すると，処理容器内の圧力が高圧力（１ｔｏｒｒ以上：１３３Ｐａ以上）の場合には，上部電極付近にプラズマの脈動と呼ばれる現象が生ずる。これは，堆積性ガスの解離に伴って上部電極にデポが偏在して発生し，その結果これらデポからの二次電子，二次イオンの放出が電極の他の部分からの放出に比べて多いため，プラズマの濃淡が生じ，時間の経過と共にそれらデポの消滅，発生という現象が場所を変えて次々と起こることによるものだと考えられる。
あるいは上部電極上に堆積され成長した膜が微粒子となって気相（プラズマ）中に放出され，それらがさらに成長，移動しながらプラズマ中の電子を吸収し負イオンになることによってプラズマが不安定になり脈動が生ずるものと考えられる。
【０００５】
そのようなプラズマの脈動が発生すると，プラズマの不均一を招いて均一な成膜処理が行えなかったり，また成膜の再現性が劣化するおそれがある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり，プラズマ成膜処理に置いて，高周波が印加されている基板と対向している側の電極にデポが付着するのを抑えて，その結果，微粒子の発生をも抑止してプラズマの脈動を抑えることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため，請求項１によれば，処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極，例えば上下に平行に配置された電極の場合には上部電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する方法であって，さらに前記基板と対向する側の電極に対して前記高周波より低い低周波バイアス，例えば２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚを印加して成膜処理を行うことを特徴とする，プラズマ成膜方法が提供される
【０００８】
発明者らの検証によれば，基板と対向する側の電極に対して低周波バイアス印加すると，処理容器内に発生したプラズマ中のイオンを，前記電極側に積極的に引き寄せ，それによって前記電極に堆積したデポを削ることができる。これによって前記電極へのデポの付着を抑制してプラズマの脈動を防止することができる。
【０００９】
前記処理容器内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上とし，さらに基板と対向する側の電極における少なくともプラズマに曝される表面を２００℃以上，好ましくは４００℃以上の温度に維持して成膜処理を行うようにすれば，電極表面からデポの脱離を図って電極への堆積を抑え，プラズマの脈動を防止することができる。
【００１０】
本発明のプラズマ成膜装置は，処理容器内に成膜性ガスを導入すると共に，処理容器内において対向する一対の電極のうちの基板と対向する側の電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させ，該処理容器内の基板に対して成膜する装置であって，前記基板と対向する側の電極内に，プラズマに曝された表面からの熱が，当該電極の支持部側へ伝達するのを抑制する断熱部材が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
かかる装置によれば，プラズマから電極に伝達された熱が電極の支持部側へ伝達するのを抑制することができ，その結果当該電極を高温に維持する事ができ，例えば断熱部材の存在によって，基板と対向する側の電極における少なくともプラズマに曝される表面を２００℃以上，好ましくは４００℃以上の温度に維持して成膜処理することができる。
【００１２】
また前記基板と対向する側の電極内にヒータを設ければ，電極に対して積極的に加熱して，プラズマに曝される表面を２００℃以上，好ましくは４００℃以上の温度に維持して成膜処理することができる。もちろん前記した断熱材と組み合わせて設ければ，より効率よく電極を高温に維持することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかるプラズマ成膜装置１の縦断面の様子を示しており，このプラズマ成膜装置１は例えばアルミニウムからなる，接地された円筒状の処理容器２を備えている。前記処理容器２の底部には，基板として例えば半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを載置するためのサセプタ３が設けられている。このサセプタ３は平行平板電極のうちの下部電極を兼用している。前記サセプタ３は例えばアルミニウムからなり，ほぼ円柱状に形成され，表面には静電チャック４が設けられている。静電チャック４は，薄い誘電層の中にチャック電極５を埋設して構成され，チャック電極５はスイッチ６を介して直流電圧源７から直流電圧が印加されることによりウエハＷを静電吸着する。
【００１４】
前記静電チャック４には伝熱ガス用の孔８が複数箇所に開いており，伝熱ガス供給管９からの伝熱ガス例えばヘリウムガスが前記孔８を介してウエハＷと静電チャック４との間の微小な隙間に供給されるように構成されている。また図示していないが，静電チャック４及びサセプタ３内を貫通して昇降する，ウエハＷの受け渡し用のリフタ−ピンが設けられている。
【００１５】
前記サセプタ３内には冷媒流路１１が形成され，冷媒供給管１２から供給された冷媒が冷媒流路１１を通って冷媒排出管１３から排出されるようになっている。ウエハＷの温度は，例えばこの冷媒による冷熱と前記伝熱ガスによるウエハＷ，静電チャック４間の伝熱効率とにより調整される。前記サセプタ３の上部周縁部には，絶縁材よりなるリング体１４が設けられている。このリング体１４によって，反応性イオンをウエハＷに効果的に入射させることが可能である。
【００１６】
前記サセプタ３は処理容器２に対して絶縁されるように，上面が開口した平型円筒状の絶縁体１５の中に配置されている。そして下部電極であるサセプタ３と，基準電位例えばア−スとの間には整合器１６及び第１の高周波電源１７が接続されている。この第１の高周波電源１７の電力は，例えば０．５〜１．０ｋｗ，周波数が４００〜２０００ｋＨｚの間の所定の周波数に夫々設定されている。
【００１７】
前記処理容器２の天井部には，サセプタ３に対して平行にかつ対向するように上部電極を形成する電極板２１が設けられている。この電極板２１は例えばＳｉＯ２  によりコ−ティングされたアルミニウムにより構成されると共に多数のガス供給孔２２を備えており，導電体からなる電極支持体２３に支持されている。
【００１８】
電極板２１と電極支持体２３との間にはガス拡散板２４が配置されると共に，電極支持体２３とガス拡散板２４との間に処理ガスを供給するように，前記電極支持体２３にガス供給管２５が接続されている。ガス供給管２５からの処理ガスはガス拡散板２４を介して電極板２１のガス供給孔２２から，処理空間にあるサセプタ３上のウエハＷに向けて供給される。前記電極板２１及び電極支持体２３は絶縁体２６によって処理容器２に対して絶縁されている。
【００１９】
上部電極である電極板２１と基準電位例えばア−スとの間には，整合器３１及び第２の高周波電源３２が接続されている。この第２の高周波電源３２の電力は，例えば０．５〜２．０ｋｗ，周波数は１３．５６ＭＨに夫々設定されている。
【００２０】
また電極板２１には，さらに整合器４１及び低周波電源４２が接続されている。この低周波電源４２の電力は，例えば０．３〜２．０ｋｗ，周波数は４００ＫＨに夫々設定されている。
【００２１】
前記ガス供給管２５はバルブＶを介して例えば複数に分岐され，各分岐路は処理ガスのガス供給源に接続されている。この例ではＳｉＣＨ系の絶縁膜を成膜するために，２本の分岐路５１，５２には，マスフロ−コントロ−ラ５３，５４を介して，成膜性の処理ガスとして，例えばＳｉＨ２（ＣＨ３）２（ジメチルシランガス）と，希釈に使用されるＡｒ（アルゴンガス）供給源５５，５６が接続されている。
【００２２】
処理容器２の排気系について説明すると，処理容器２の底部には排気管６１が接続され，真空ポンプ６２により真空排気が行われるようになっており，例えば処理容器２内を，例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の圧力まで減圧することが可能になっている。
【００２３】
本実施の形態にかかるプラズマ成膜装置１は，以上の構成を有しており，被処理体であるウエハＷは処理容器２に隣接している図示しないロ−ドロック室から，予め所定の真空度に維持された処理容器２内に搬入され，図示しない既述のリフトピンの昇降動作を介して，予め所定の温度に調整されているサセプタ３上に載置される。そしてスイッチ６をオンにして直流電圧をチャック電極５に印加することにより静電チャック４により吸着保持される。
【００２４】
一方，バルブＶが開かれ，処理容器２内にはＳｉＨ２（ＣＨ３）２（ジメチルシランガス）と，希釈に使用されるＡｒ（アルゴンガス）Ａｒガスとが，各々ガス供給源５５，５６からマスフローコントローラ５３，５４を介して所定の流量に調整されて，ガス供給管２５を介してガス供給孔２２から処理容器２内に供給される。このとき処理容器２内の圧力は，例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に維持される。
【００２５】
そして上部電極としての電極板２１に対して，第２の高周波電源３２から，電力値が１．０ｋｗ，周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加され，同時に低周波電源４２から，例えば電力値０．５ｋｗ，周波数が４００ｋＨｚ低周波電力が，重畳して印加される。
【００２６】
次いでサセプタ３に第１の高周波電源１７から，例えば電力値０．５ｋｗ，周波数が２ＭＨｚの高周波電力が印加される。
【００２７】
そうすると，処理容器２内におけるウエハＷの上方空間には，プラズマが発生し，成膜ガスとしてのＳｉＨ２（ＣＨ３）２（ジメチルシランガス）がプラズマ化され，ウエハＷ上に絶縁性のＳｉＣｘＨｙ（ｘ，ｙは正の実数）膜が成膜される。
【００２８】
そしてそのような成膜処理がなされている間，電極板２１には，低周波電源４２からの低周波が印加されているので，プラズマ中のイオンが電極板２１に引き寄せられ，電極板２１の表面に対して衝撃を与える。これによって，解離した成膜種が上部電極２１に付着してデポとなろうとしても，該衝撃によって除去される。したがって，上部電極としての電極板２１の表面にＳｉＣＨ系のデポが付着するのを抑えて，既述したプラズマ脈動の原因となるデポによる表面の凹凸の形成が防止されるのである。特に本実施の形態では，成膜処理の間に同時に電極板２１の表面に対していわばクリーニングを実行することができ，装置を停止して電極板２１の表面のデポを別途行う専用のクリーニング処理を行う必要がない。
【００２９】
前記した霊では，使用した成膜ガスは，ＳｉＨ２（ＣＨ３）２（ジメチルシランガス）であったが，もちろんこれに限らず，例えばアルキルシランガス［Ｓｉ（ＣｎＨ２ｎ＋１）ｍＨ４−ｍ］と酸素ガスとの混合ガス（ｎ，２ｎ＋１，ｍ，４−ｍは化学式では下付きであるが，便宜上並べて記載してある）や，モノメチルシランガス［ＳｉＨ３ＣＨ３］，トリメチルシランガス［ＳｉＨ（ＣＨ３）３］及びテトラシランガス［Ｓｉ（ＣＨ３）］４などのメチルシランガスや，エチルシランガスなどを用いることができる。あるいはアルキルシランガスの代りに，ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３などのアルコキシシランガスを用いてもよいし，これらを混合して用いてもよい。
【００３０】
上記実施の形態では，上部電極としての電極板２１に対して低周波のバイアスを印加するようにして，成膜処理の間に，同時にイオンによるいわばクリーニングを実施するようにしていたが，これに代えて，あるいは併用して，電極板２１を温度を２００℃以上に維持して成膜処理を実施しても良い。
【００３１】
この場合，例えば図２に示したように，電極板２１の内部に，電源７１からの電力の供給によってによって発熱するヒータ，例えばセラミックヒータ７２を埋設すればよい。これによって，電極板２１におけるプラズマに曝される表面側を２００℃，好ましくは４００℃以上に維持して，プロセスを実行することができる。そしてこのように電極板２１の表面をそのような高温に維持することにより，堆積種が電極表面に付着しても，これを脱離させることができる。したがって，プラズマ脈動の原因となる上部電極へのデポの付着を成膜処理中に実行することができ，安定したプラズマ成膜処理を行うことができる。
【００３２】
さらにまた図３に示したように，電極板２１と拡散板２４との間における電極板２１の上面側に，断熱材，例えばセラミックス板７３を配置してもよい。この場合，セラミックス板７３には，電極板２１に設けられているガス供給孔２２に対応して，孔７３ａを形成しておくとよい。このような断熱材としてのセラミックス板７３を設けることで，プラズマからの熱が電極板２１に伝達されても，当該セラミックス板７３によって，該熱が電極の支持側に逃げていくのを抑えることができ，その結果電極板２１におけるプラズマに曝される表面側の温度を，２００℃以上に維持することが可能である。これによって，堆積種が電極板２１表面に付着しても，これを脱離させることができる。
【００３３】
なお図３，４に示した例ではセラミックス板７３は，電極板２１の上面に密着して設けていたが，拡散板２４の下面側に配置してもよい。この場合拡散板２４の拡散孔２４ａに対応して，孔７３ａをセラミックス板７３に形成すればよい。
【００３４】
もちろん前記したヒータ７２とセラミックス板７３とを併用すれば，さらに効率よく，また所望の高温に，電極板２１におけるプラズマに曝される表面側の温度を維持することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば，いわゆる平行平板型のプラズマ成膜装置を用いて，基板と対向する側の電極付近にプラズマの脈動が発生するのを防止して，均一でかつ安定したプラズマ成膜処理を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ成膜装置の断面説明図である。
【図２】電極板内にヒータを有する上部電極周りの構成を示す断面説明図である。
【図３】電極板の上部にセラミックス板を有する上部電極周りの構成を示す断面説明図である。
【図４】図３の電極板構造の拡大断面図である。
【符号の説明】
１    プラズマ成膜装置
２    処理容器
３    サセプタ
１７    第１の高周波電源
２１    電極板
３２    第２の高周波電源
４２    低周波電源
６１    排気管
６２    真空ポンプ
７２    セラミックヒータ
７３    セラミックス板
Ｗ    ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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