(57)【要約】【課題】直径３００ｍｍの大面積半導体基板上への成膜において±３％以下の膜厚均一性を達成することができるプラズマ処理装置を与える。【解決手段】反応容器内に一対の平行平板電極が配置された、薄膜形成用のプラズマ処理装置が与えられる。当該プラズマ処理装置は、平行平板電極の一方の電極に高周波電力を給電するための高周波電力給電システムを含み、該高周波電力給電システムが、高周波電源と、インピーダンス整合回路と、高周波電源からの高周波電力をインピーダンス整合回路を介して平行平板電極の一方の電極の給電点に給電するための高周波伝送手段であって、高周波伝送手段は２つに分岐し、さらにそれぞれが２つに分岐した４つの伝送系統から成り、伝送系統の各々は特性インピーダンスが実質的に等しいところの高周波伝送手段と、伝送系統に設けられた少なくともひとつの着脱自在なインダクタンス調整手段と、から成ることを特徴とする。【選択図】図１
2004311646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に一対の平行平板電極が配置された、薄膜形成用のプラズマ処理装置であって、平行平板電極の一方の電極に高周波電力を給電するための高周波電力給電システムを含み、前記高周波電力給電システムが、
高周波電源と、
インピーダンス整合回路と、
前記高周波電源からの高周波電力を前記インピーダンス整合回路を介して平行平板電極の一方の電極の給電点に給電するための高周波伝送手段であって、前記高周波伝送手段は２つに分岐し、さらにそれぞれが２つに分岐した４つの伝送系統から成り、前記伝送系統の各々は特性インピーダンスが実質的に等しいところの高周波伝送手段と、
前記伝送系統に設けられた少なくともひとつの着脱自在なインダクタンス調整手段と、から成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記インダクタンス調整手段は、フェライトコアである、ところの装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記高周波伝送手段は、金属プレート及びインピーダンスが実質的に等しいインダクタから成る、ところの装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記高周波電力の周波数は２７．１２ＭＨｚ以上である、ところの装置。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記給電点は、前記一方の電極の表面上にその中心に関して回転対称な位置に設けられた４つの給電端子から成る、ところの装置。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、前記インダクタは中空銅管から成る、ところの装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記フェライトコアは前記中空銅管に挿着可能な円環形状を有し、挿着する個数を選択することにより、前記伝送系統のインピーダンスを調節することが可能である、ところの装置。
【請求項８】
請求項１に記載のプラズマ処理装置を使って、半導体基板上に炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法であって、
フェライトコアの個数を調節して各伝送系統の特性インピーダンスを均一に調整する工程と、
半導体基板を所定の温度に加熱する工程と、
アルコキシシリコン化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを反応室内に導入する工程と、
反応室内部を所定の圧力に制御する工程と、
２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を一方の電極に印加する工程と、
から成る方法。
【請求項９】
請求項１に記載のプラズマ処理装置を使って、半導体基板上に炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法であって、
フェライトコアの個数を調節して各伝送系統の特性インピーダンスを均一に調整する工程と、
半導体基板を所定の温度に加熱する工程と、
アルキルシリコン化合物、酸素含有ガス及び不活性ガスを含む反応ガスを反応室内に導入する工程と、
反応室内部を所定の圧力に制御する工程と、
２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を一方の電極に印加する工程と、
から成る方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のプラズマ処理装置を使って、半導体基板上に窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法であって、
フェライトコアの個数を調節して各伝送系統の特性インピーダンスを均一に調整する工程と、
半導体基板を所定の温度に加熱する工程と、
アルキルシリコン化合物、アンモニア及び不活性ガスを含む反応ガスを反応室内に導入する工程と、
反応室内部を所定の圧力に制御する工程と、
２７．１２ＭＨｚ以上の第１の高周波電力及び３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの第２の高周波電力を重畳して一方の電極に印加する工程と、
から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は半導体基板若しくはガラス基板上に薄膜を形成するためのプラズマ処理装置に関し、特に、放電電極に高周波電力を均等に給電する高周波電力給電システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、ＬＳＩ装置の高速化を図るために、金属配線材料としてアルミニウムより電気抵抗の小さい銅が採用されるようになってきた。また同時に信号遅延の原因となる配線間容量を低減するために層間絶縁膜材料として低誘電率の炭素含有シリコン酸化膜が採用されるようになってきた。この炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法では、所定の形成膜構造体を実現するために、シロキサン構造を有する原材料と２７．１２ＭＨｚの高周波電力が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許出願公開第２００１／００４６５６７号明細書
【０００４】
従来利用されてきた１３．５６ＭＨｚの高周波電力は、シロキサン構造を有する原材料ガスの分解を促進し、反応ガスが半導体基板上に到達する前にシロキサン構造を分解してしまう。それに対して、２７．１２ＭＨｚの高周波電力は、原材料ガスが有するシロキサン構造を破壊することなく半導体基板上にシロキサン構造を有する炭素含有シリコン酸化膜を形成することができる。
【０００５】
また、銅の拡散を防止するためのバリア膜として、比誘電率が７程度のシリコン窒化膜が使用されてきたが、比誘電率が４〜５程度のシリコンカーバイド膜が現在使用され始めている。シリコンカーバイド膜の形成にはシリコンと炭素との結合を分子内に有するアルキルシリコン化合物が原材料ガスとして用いられる。反応ガスの分解が促進されすぎると、反応ガス分子のアルキル基から水素が放出され、膜中に取り込まれる。その結果、シリコンカーバイド膜のリーク電流は１×１０−７Ａ／ｃｍ２（リーク電流測定用にシリコンカーバイド膜に印加する電場を２ＭＶ／ｃｍとした時）程度の高い数値を示すようになり、金属配線間で電流のリークが発生してしまう。シリコンカーバイド膜のリーク電流値を低減するには、反応ガスのアルキル基の水素を解離させないために比較的高い２７．１２ＭＨｚの高周波電力を利用するのが有効である。
【０００６】
さらに、ＬＳＩ装置の生産コストを低減するために、近年直径３００ｍｍの半導体基板が使用され始めた。それに伴い、大面積での処理の均一性が要求されるようになった。特に、一枚若しくは複数枚の半導体基板を反応炉内で処理する平行平板型プラズマ処理装置（例えば、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置）では半導体基板全面にわたり、温度分布の均一性及び電極間プラズマの均一性が要求される。２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を使用する大面積の平行平板電極では、定在波の影響による電圧分布のために電場分布が不均一になる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄ．Ｈｅらによる「Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｒｆ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｌａｓｅｒｓ」Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  ５４（８），  １９８３年８月，  ｐ．４３６７
【０００８】
この電場分布の不均一性は、半導体基板１枚の中に形成される膜の成長速度の不均一性となり、半導体基板全面にわたり厚さが均等な膜を得ることができなくなる。この問題を解決するために、同じ長さ及び同じ特性インピーダンスを有する複数の同軸ケーブルを用いて高周波電力を分配し、放電電極の複数の給電点に均等になるように高周波電力を印加する方法が考案された（例えば、特許文献２及び３）。この方法により±１０％以下の膜厚均一性が達成された。
【０００９】
【特許文献２】
特許第３３３２８５７号明細書
【００１０】
【特許文献３】
米国特許第６３５３２０１号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年のＬＳＩ装置の製造装置に求められる膜厚均一性は、直径３００ｍｍの半導体基板において±３％以下である。インピーダンス整合器から放電電極までを同じ長さ及び同じ特性インピーダンスを有する同軸ケーブルで接続しても、高周波伝達経路の各特性インピーダンスは、高周波伝送経路とその周囲部品との間に生じる浮遊容量及び／または同軸ケーブルの特性誤差に起因した特性インピーダンスの個体差により、実質的に同一とはならない。また各同軸ケーブルと給電点との接続部でも損失の個体差が生じてしまう。その結果、電場が不均一となり、膜厚均一性が±１０％程度となって、現在のＬＳＩ装置に求められる±３％以内を達成することはできない。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、直径３００ｍｍの大面積半導体基板上への成膜において±３％以下の膜厚均一性を達成することができるプラズマ処理装置を与えることである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を使って、誘電率が低くかつ機械的強度が高い炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法を与えることである。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を使って、誘電率が低くかつリーク電流の小さい窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法を与えることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は以下の手段から成る。
【００１６】
本発明に係る反応容器内に一対の平行平板電極が配置された、薄膜形成用のプラズマ処理装置は、平行平板電極の一方の電極に高周波電力を給電するための高周波電力給電システムを含み、該高周波電力給電システムが、
高周波電源と、
インピーダンス整合回路と、
インピーダンス整合回路を介して高周波電源からの高周波電力を平行平板電極の一方の電極の給電点に給電するための高周波伝送手段であって、高周波伝送手段は２つに分岐し、さらにそれぞれが２つに分岐した４つの伝送系統から成り、伝送系統の各々は特性インピーダンスが実質的に等しいところの高周波伝送手段と、
伝送系統に設けられた少なくともひとつの着脱自在なインダクタンス調整手段と、から成ることを特徴とする。
【００１７】
具体的にはインダクタンス調整手段は、フェライトコアである。
【００１８】
また、具体的には高周波伝送手段は、金属プレート及びインピーダンスが実質的に等しいインダクタから成る。
【００１９】
好適には、高周波電力の周波数は２７．１２ＭＨｚ以上である。
【００２０】
また好適には給電点は、一方の電極の表面上にその中心に関して回転対称な位置に設けられた４つの給電端子から成る。
【００２１】
さらに好適には、インダクタは中空銅管から成り、フェライトコアを挿着する個数を選択することにより、伝送系統のインピーダンスを調節することができる。
【００２２】
一方、本発明に係るプラズマ処理装置を使って、半導体基板上に炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法は、
フェライトコアの個数を調節して各伝送系統の特性インピーダンスを均一に調整する工程と、
半導体基板を所定の温度に加熱する工程と、
アルコキシシリコン化合物及び不活性ガスを含む反応ガスを反応室内に導入する工程と、
反応室内部を所定の圧力に制御する工程と、
２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を一方の電極に印加する工程と、
から成る。
【００２３】
ここで、反応ガスとしてアルコキシシリコン化合物の替わりにアルキルシリコン化合物及び酸素含有ガスの混合物を使用してもよい。
【００２４】
本発明に係るプラズマ処理装置を使って、半導体基板上に窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法は、
フェライトコアの個数を調節して各伝送系統の特性インピーダンスを均一に調整する工程と、
半導体基板を所定の温度に加熱する工程と、
アルキルシリコン化合物、アンモニア及び不活性ガスを含む反応ガスを反応室内に導入する工程と、
反応室内部を所定の圧力に制御する工程と、
２７．１２ＭＨｚ以上の第１の高周波電力及び３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの第２の高周波電力を重畳して一方の電極に印加する工程と、
から成る。
【００２５】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るプラズマ処理装置の好適実施例の断面略示図である。半導体基板上に薄膜を形成するためのプラズマ処理装置１は、反応室２と、該反応室内にあって半導体基板９を載置するためのサセプタ３と、該サセプタ３に対向して平行に設置され半導体基板９に反応ガスを均一に噴射するためのシャワーヘッド４と、該シャワーヘッド４に高周波電力を給電するための高周波電力給電システム３０と、反応室２内部を排気するための排気口２０とから成る。
【００２６】
反応室２の側面には開口部１９が設けられており、当該反応室２はゲートバルブ１８を介して半導体基板９を搬入及び搬出するための搬送室（図示せず）と接続されている。
【００２７】
反応室２内にあって、半導体基板９を載置するためのサセプタ３はアルミニウム合金で製作されている。サセプタ３の内部には、抵抗加熱型シースヒータ２６及び熱電対７が埋設され、外部の温度制御器１６と接続されている。抵抗加熱型シースヒータ２６によりサセプタ３を加熱し、熱電対で温度をモニターすることで半導体基板９を所定の温度に制御することができる。半導体基板９が載置されるところのサセプタ３はプラズマ放電のもう一方の電極を画成するために接地２７されている。変形的に、アルミニウム合金製サセプタ３の替わりに、セラミックヒータを使用してもよい。その際、セラミックヒータは、半導体基板９を反応室２内で直接保持するサセプタを兼ねる。該セラミックヒータは、抵抗加熱型ヒータを一体焼結製作されたセラミック基体から成る。セラミック基体の素材としては、例えばフッ素若しくは塩素系の活性種に耐久性を有する窒化物若しくは酸化物のセラミックがある。セラミック基体は好適には窒化アルミニウムから成るが、酸化アルミニウム若しくは酸化マグネシウムであっても良い。
【００２８】
反応室２内にあって、上記サセプタ３と平行に対向する位置にシャワーヘッド４が設置されている。該シャワーヘッド４の下面には反応ガスを基板９に噴出するための数千個の細孔（図示せず）が設けられている。シャワーヘッド４のガス導入口３２には反応ガスを導入するためのガス導入管１４が接続されている。ガス導入管１４にはバルブ６を介して反応ガス導入配管１１が接続されている。反応ガス導入配管１１のガス流入ポート５には、質量流量制御器（図示せず）により所定の流量に制御された反応ガスが流入される。ガス導入管１４には、バルブ１５を介して遠隔プラズマ室１３が設けられ、反応室２内部をクリーニングするためのクリーニングガスを活性化するために用いられる。遠隔プラズマ室１３には、クリーニングガスを供給するための配管が設けられ、その上流にはバルブ（図示せず）及び質量流量制御器（図示せず）が設置されている。ガス流入ポート１２の数は、クリーニングガスの種類に応じて決定される。
【００２９】
本発明に従って、シャワーヘッド４に高周波電力を給電するための高周波電力給電システム３０が与えられる。当該高周波電力給電システム３０は、以下に詳細に説明するように、高周波電源８、インピーダンス整合回路（例えば、自動インピーダンス整合器）１０及び高周波伝送手段２２から成る。シャワーヘッド４はプラズマ放電のもう一方の電極を画成するべく、高周波伝送手段２２、インピーダンス整合回路１０を介して高周波電源８と電気的に接続されている。サセプタ３が高周波電源８と接続される場合には、シャワーヘッド４が接地される。高周波電源８は、好適には２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を発生する。ここで、高周波電源を複数設けることもできる。その場合、例えば第１の高周波電源は２７．１２ＭＨｚの高周波電力を発生し、第２の高周波電源は３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波電力を発生する。高周波電源８で発生した高周波電力は、インピーダンス整合回路１０及び高周波伝送手段２２を介してシャワーヘッド４の給電点に印加される。
【００３０】
反応室２内部には排気口２０が設けられており、該排気口２０は配管１７を通じて真空排気ポンプ（図示せず）に接続されている。排気口２０と真空ポンプとの途中には反応室２内部の圧力を調節するためのコンダクタンス調整バルブ２１が設けられている。該コンダクタンス調整バルブ２１は外部の制御装置２８に電気的に接続されている。好適には、反応室２内部の圧力を測定するために圧力計２９が設けられ、該圧力計２９は制御装置２８に電気的に接続されている。
【００３１】
図２は、図１の高周波電力給電システム３０を拡大略示したものである。高周波電力給電システム３０は、高周波電源８、インピーダンス整合回路１０及び高周波伝送手段２２から成る。高周波電源８は好適には２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力し同軸ケーブル３３を介してインピーダンス整合回路１０に接続される。インピーダンス整合回路１０は可変コンデンサ３４及び３５から成る自動インピーダンス整合器であって、負荷側から反射される高周波電力（反射電力）がゼロになるように反射電力検出回路（図示せず）の検出値に基づいて自動的に容量を変化させ負荷インピーダンスを５０Ωに整合させることができる。インピーダンス整合回路１０は同軸ケーブルを介して高周波伝送手段２２に接続される。高周波伝送手段２２は並列に接続された２つの等価インダクタ３７、３８並びにインダクタ３７と直列でかつ互いに並列に接続された等価インダクタ４１、４２及びインダクタ３８と直列でかつ互いに並列に接続された等価インダクタ４３、４４から成る。図２に示されるように、高周波伝送系統は、１段目の分岐点３６で２つに分割され、それぞれが２段目の分岐点３９及び４０でさらに２つに分割される。このようにして、インピーダンス整合回路１０から出力された高周波電力は４つに分割され給電端子４６、４７、４８、４９へ給電される。各給電端子４６、４７、４８、４９は、シャワーヘッド４の上面に直接若しくは金属プレートを介して接続される。
【００３２】
本発明に係る高周波伝送手段２２の構成に従い、高周波電力は、以下の４つの伝送系統に分割される。
【００３３】
第１の高周波伝送系統：分岐点３６から、インダクタ３７を介し、分岐点３９を経てインダクタ４１を介し給電点４６へ至る。
【００３４】
第２の高周波伝送系統：分岐点３６から、インダクタ３７を介し、分岐点３９を経てインダクタ４２を介し給電点４７へ至る。
【００３５】
第３の高周波伝送系統：分岐点３６から、インダクタ３８を介し、分岐点４０を経てインダクタ４３を介し給電点４８へ至る。
【００３６】
第４の高周波伝送系統：分岐点３６から、インダクタ３８を介し、分岐点４０を経てインダクタ４４を介し給電点４９へ至る。
【００３７】
これらの各高周波伝送系統において、それぞれのインピーダンス特性は実質的に等しい。
【００３８】
図３は、図２の高周波電力給電システム３０の変形例を示す。高周波電力給電システム３０´は、第１の高周波電源８、第２の高周波電源５１、インピーダンス整合回路１０´及び高周波伝送手段２２から成る。第１の高周波電源８は好適には２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力し、第２の高周波電源５１は好適には３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波電力を出力する。インピーダンス整合回路１０´は可変コンデンサ３４及び３５から成る自動インピーダンス整合器部と、それと並列に設けられたコンデンサ５３及びコイル５２から成るバンドパスフィルタ部から成る。第１の高周波電源８は同軸ケーブルを介してインピーダンス整合回路１０´の自動インピーダンス整合器部に接続され、第２の高周波電源５１は同軸ケーブルを介してインピーダンス整合回路１０´のバンドパスフィルタ部に接続される。高周波伝送手段２２の構成は図２と同一なので説明を省略する。
【００３９】
次に、本発明に係る高周波伝送手段２２の好適実施例について説明する。図４は本発明に係る高周波伝送手段２２及びシャワーヘッド４の分解斜視図を示す。高周波伝送手段２２は金属製の分配プレート５４を含む。該分配プレート５４は中央のオフセット部５７と左右のアーム部５６、５６’から成る。インピーダンス整合回路１０の出力端子５５は、オフセット部５７に接続される。分配プレート５４のアーム部５６、５６’には２本の第１中空銅管６０、６０’が該アーム部に対して垂直かつ互いに平行になるようボルト締結されている。第１中空銅管６０、６０’の他端には２枚の金属製の連結プレート６１、６１’が当該第１中空銅管に対して垂直かつ互いに平行になるようボルト締結されている。第１中空銅管６０、６０’の両端部付近には少なくともひとつの円環形状のフェライトコア５９、５９’が挿着されており、該フェライトコア５９、５９’と分配プレート及び連結プレートとの間にはフェライトコア５９、５９’を固定するためのテフロン（登録商標）樹脂製の絶縁リング５８、５８’が挿着されている。
【００４０】
連結プレート６１、６１’には他に、第１中空銅管よりも短い２本の第２中空銅管６５、６５’が第１中空銅管６０、６０’に対して平行かつ互いに平行になるようにボルト締結されている。第２中空銅管６５、６５’の他端には２枚の金属製の連結プレート６４、６４’が当該第２中空銅管に対して垂直かつ互いに平行になるようボルト締結されている。第２中空銅管６５、６５’の両端付近にも少なくともひとつの円環形状のフェライトコア６３、６３’が挿着されており、該フェライトコア６３、６３’と連結プレートとの間にはフェライトコア６３、６３’を固定するためのテフロン（登録商標）樹脂製の絶縁リング６２、６２’が挿着されている。少なくともひとつのフェライトコア５９及び絶縁リング５８を有する第１中空銅管６０、連結プレート６１並びに少なくともひとつのフェライトコア６３及び絶縁リング６２を有する第２中空銅管６５によって、図２のインダクタ３７が構成される。同様に、少なくともひとつのフェライトコア５９’及び絶縁リング５８’を有する第１中空銅管６０’、連結プレート６１’並びに少なくともひとつのフェライトコア６３’及び絶縁リング６２’を有する第２中空銅管６５’によって、図２のインダクタ３８が構成される。
【００４１】
連結プレート６４には、長さの等しい第３中空銅管６８及び第４中空銅管６９が連結プレート６４に対して垂直かつ連結プレート６４をはさんで互いに一直線となるように接続されている。同様に、連結プレート６４’には、長さの等しい第３中空銅管６８’及び第４中空銅管６９’が連結プレート６４’に対して垂直かつ連結プレート６４’をはさんで互いに一直線となるように接続されている。第３中空銅管６８、６８’の他端には金属製の給電コネクタ７２、７２’が接続され、第４中空銅管６９、６９’の他端には金属製の給電コネクタ７３、７３’が接続されている。第３中空銅管６８、６８’の両端付近には少なくともひとつの円環形状のフェライトコア６７、６７’が挿着されており、該フェライトコア６７、６７’と連結プレート及び給電コネクタとの間にはフェライトコア６７、６７’を固定するためのテフロン（登録商標）樹脂製の絶縁リング６６、６６’が挿着されている。同様に、第４中空銅管６９、６９’の両端付近には少なくともひとつの円環形状のフェライトコア７０、７０’が挿着されており、該フェライトコア７０、７０’と連結プレート及び給電コネクタとの間にはフェライトコア７０、７０’を固定するためのテフロン（登録商標）樹脂製の絶縁リング７１、７１’が挿着されている。少なくともひとつのフェライトコア６７及び絶縁リング６６を有する第３中空銅管６８によって、図２のインダクタ４１が構成され、少なくともひとつのフェライトコア７０及び絶縁リング７１を有する第４中空銅管６９によって、図２のインダクタ４２が構成される。同様に、少なくともひとつのフェライトコア６７’及び絶縁リング６６’を有する第３中空銅管６８’によって、図２のインダクタ４３が構成され、少なくともひとつのフェライトコア７０’及び絶縁リング７１’を有する第４中空銅管６９’によって、図２のインダクタ４４が構成される。
【００４２】
分配プレート５４、連結プレート６１、６４、６１’、６４’、ナット、給電コネクタ７２、７３、７２’、７３’は、金、銀若しくは銅から製造される。銅の場合には表面に金若しくは銀を０．１μｍ以上メッキしたものを使用する。中空銅管と連結プレート若しくは給電コネクタとの接続は、中空銅管の端部を外ネジ加工することによりナットで行う。その際、真鍮製のナットを使用してもよい。
【００４３】
インピーダンス整合回路の出力端子５５から、分配プレート５４を経て、第１中空銅管６０、連結プレート６１、第２中空銅管６５、連結プレート６４、第３中空銅管６８、及び給電コネクタ７２を介し、給電端子７４に接続される伝送経路は、図２の第１高周波伝送系統に相当する。インピーダンス整合回路の出力端子５５から、分配プレート５４を経て、第１中空銅管６０、連結プレート６１、第２中空銅管６５、連結プレート６４、第４中空銅管６９、及び給電コネクタ７３を介し、給電端子７５に接続される伝送経路は、図２の第２高周波伝送系統に相当する。インピーダンス整合回路の出力端子５５から、分配プレート５４を経て、第１中空銅管６０’、連結プレート６１’、第２中空銅管６５’、連結プレート６４’、第３中空銅管６８’、及び給電コネクタ７２’を介し、給電端子７６に接続される伝送経路は、図２の第３高周波伝送系統に相当する。インピーダンス整合回路の出力端子５５から、分配プレート５４を経て、第１中空銅管６０’、連結プレート６１’、第２中空銅管６５’、連結プレート６４’、第４中空銅管６９’、及び給電コネクタ７３’を介し、給電端子７７に接続される伝送経路は、図２の第４高周波伝送系統に相当する。
【００４４】
シャワーヘッド４の上面には、その中心に関して回転対称な位置に等間隔で給電端子７４、７５、７６、７７が設けられている。給電コネクタ７２、７３、７２’、７３’はそれぞれ給電端子７４、７５、７６、７７と接続される。こうして、インピーダンス整合回路１０の出力端子５５から供給された高周波電力は、４系統に分配されてシャワーヘッド４に設けられた給電端子７４、７５、７６、７７に給電される。
【００４５】
４系統の高周波電力伝送回路のインピーダンスは、第１から第４までの中空銅管に挿着されたフェライトコアの個数を調整することで調節することができる。この結果、４系統の高周波電力伝送回路のインピーダンスをそれぞれ独立に調節することができるため、４つの給電端子７４、７５、７６、７７に分割給電される高周波電力値を実質的に等価にすることが可能となる。
【００４６】
図５は、図１の反応室２の拡大断面図である。反応室２内部には半導体基板９を載置するためのサセプタ３が設置される。反応室２内部の天井部には該サセプタ３に対向してシャワーヘッド４が設置される。シャワーヘッド４の底面には数千個の細孔８０が設けられている。シャワーヘッド４と反応室の天井８２との間には空間８４が設けられ、該空間８４内部にはシャワーヘッド４と平行にガス分散板８３が設置されている。ガス分散板８３には所定の数の開口８１が設けられている。反応室の天井中央にはガス導入口３２が設けられており、該ガス導入口３２から導入された反応ガスはガス分散板８３の開口８１を通過し、シャワーヘッド４の細孔８０から半導体基板９に均一に噴射される。シャワーヘッド４の外周部上面８８には給電端子７４、７５、７６、７７がシャワーヘッド４の中心に関して回転対称な位置に等間隔で結合されている。給電端子に高周波電力が給電されると、シャワーヘッド４とサセプタ３との間の反応空間８５にプラズマ放電が生じる。シャワーヘッド４の下方には排気バランサー８７が設けられている。排気バランサー８７の下部には円環状のリングプレート８９が設けられている。排気バランサー８７とリングプレート８９によってチャネル８６が構成される。排気バランサー８７の側面には排気口２０が設けられており、反応室２内のガスはチャネル８６を通って排気口２０を介し外部の真空ポンプによって排気される。
【００４７】
次に、本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法について説明する。炭素含有シリコン酸化膜の形成には図１に示されたプラズマ処理装置１を使用する。搬送室から搬送されたφ３００ｍｍの半導体基板９を反応室２内のサセプタ３上に載置する。シャワーヘッド４とサセプタ３との間の距離（電極間隔）は５ｍｍから１００ｍｍ、好適には１０ｍｍから５０ｍｍさらに好適には２０ｍｍから３０ｍｍに設定する。成膜処理に入る前に、フェライトコアの個数を調節し４つの伝送系統の特性インピーダンスが均等になるよう調整しておく。
【００４８】
まず本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法は、半導体基板９を加熱する工程を含む。温度制御器１６からシースヒータ２６に電流を流し、サセプタ３により半導体基板９を２００℃から４２０℃、好適には３００℃から４００℃、さらに好適には３５０℃から３９０℃に加熱する。同時にシャワーヘッド４を上部に取り付けられたヒータ（図示せず）により１００℃から３００℃に加熱する。
【００４９】
また本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法は、反応ガスを反応室２内に導入する工程を含む。反応ガスは材料ガス及び添加ガスから成る。材料ガスは、シリコン、酸素、炭化水素から構成されるアルコキシシリコン化合物から成る。アルコキシシリコン化合物として、好適には、ジメトキシジメチルシランＳｉ（ＯＣＨ３）２（ＣＨ３）２（以下、ＤＭＤＭＯＳという）が使用されるが、これ以外にＳｉ（ＯＣＨ３）３ＣＨ３、ＳｉＯＣＨ３（ＣＨ３）３、Ｓｉ２Ｏ（ＣＨ３）６、Ｓｉ２Ｏ（ＯＣＨ３）２（ＣＨ３）４、Ｓｉ（ＯＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５ＣＨ３、Ｓｉ（ＯＣＨ３）２（Ｃ２Ｈ５）２のいずれかを使用することもできる。アルコキシシリコン化合物の替わりに、アルキルシリコン化合物及び酸素含有ガスの混合物を使用してもよい。この場合、アルキルシリコン化合物として、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２などが使用され、酸素含有ガスとしてＣＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３またはこれらの混合物が使用される。添加ガスは不活性ガス若しくは窒素ガス、または不活性ガス及び窒素ガスの混合ガスから成る。ここで不活性ガスは、好適にはヘリウムであるが、アルゴン、ネオン、キセノン若しくはクリプトンであってもよい。材料ガスは、質量流量制御器によって１００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍ、好適には１５０ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍ、さらに好適には２００ｓｃｃｍから２５０ｓｃｃｍに流量制御されて、ガス流入ポート５からガス導入口３２を介しシャワーヘッド４に導入される。同様に添加ガスは、質量流量制御器により２０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍ、好適には３０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍ、さらに好適には５０ｓｃｃｍから１５０ｓｃｃｍに流量制御されて、ガス流入ポート５からガス導入口３２を介しシャワーヘッド４に導入される。
【００５０】
さらに本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法は、反応室２内の圧力を２００から２６６０Ｐａ、好適には４００から１０００Ｐａ、より好適には６００から８００Ｐａに保持する工程を含む。反応室２内の圧力は圧力計２９によってモニターされ、制御装置２８に転送される。制御装置２８はモニターされた圧力値に応答して、コンダクタンス調整バルブ２１の開度を調節し、反応室２内部を所望の圧力に保持する。
【００５１】
さらにまた本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜を形成する方法は、高周波電力給電システム３０によってシャワーヘッド４に２７．１２ＭＨｚの高周波電力を給電する工程を含む。高周波電力は１０００から５０００Ｗ、好適には１５００から３０００Ｗ、さらに好適には２０００から３０００Ｗで印加される。高周波電力は高周波伝送手段２２により均等に４分割されて、シャワーヘッド４の各給電端子７４、７５、７６、７７に給電される。
【００５２】
本発明に係る方法に従えば、比誘電率２．５〜３．１の炭素含有シリコン酸化膜を４００ｎｍ／ｍｉｎ以上の速度で成膜することができた。φ３００ｍｍ半導体基板内の膜厚均一性（（最大値−最小値）／２を平均値で除した値のパーセント表示）を±１．５％から±３％に抑えることができた。
【００５３】
次に、本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法について説明する。窒素含有シリコンカーバイド膜の場合にも炭素含有シリコン酸化膜と同様に基本的には図１に示されるプラズマ処理装置１を使用するが、高周波電力の給電には図３に示される高周波電力給電システム３０´を使用する。搬送室から搬送されたφ３００ｍｍの半導体基板９を反応室２内のサセプタ３上に載置する。シャワーヘッド４とサセプタ３との間の距離（電極間隔）は５ｍｍから１００ｍｍ、好適には１０ｍｍから５０ｍｍさらに好適には１５ｍｍから２５ｍｍに設定する。成膜処理に入る前に、フェライトコアの個数を調節し４つの伝送系統の特性インピーダンスが均等になるよう調整しておく。
【００５４】
まず本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法は、半導体基板９を加熱する工程を含む。温度制御器１６からシースヒータ２６に電流を流し、サセプタ３上の半導体基板９を２５０℃から４２０℃、好適には３００℃から３９０℃、さらに好適には３３０℃から３７０℃に加熱する。同時にシャワーヘッド４を上部に取り付けられたヒータ（図示せず）により１００℃から３００℃に加熱する。
【００５５】
また本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法は、反応ガスを反応室２内に導入する工程を含む。反応ガスは材料ガス及び添加ガスから成る。材料ガスは、シリコン及び炭化水素から構成されるアルキルシリコン化合物、及びＮＨ３から成る。アルキルシリコン化合物として好適にはＳｉ（ＣＨ３）４が使用されるがＳｉＨ（ＣＨ３）３を使用してもよい。添加ガスは不活性ガス若しくは窒素ガスから成る。ここで不活性ガスは、好適にはヘリウムであるが、アルゴン、ネオン、キセノン若しくはクリプトンであってもよい。材料ガスであるＳｉ（ＣＨ３）４は、質量流量制御器によって１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍ、好適には２００ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍ、さらに好適には２５０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに流量制御されて、ガス流入ポート５からガス導入口３２を介しシャワーヘッド４に導入される。材料ガスであるＮＨ３は質量流量制御器によって１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍ、好適には２００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍ、さらに好適には２５０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに流量制御されて、ガス流入ポート５からガス導入口３２を介しシャワーヘッド４に導入される。添加ガスであるヘリウムは、質量流量制御器により１０００ｓｃｃｍから１５０００ｓｃｃｍ、好適には２０００ｓｃｃｍから１００００ｓｃｃｍ、さらに好適には３５００ｓｃｃｍから６０００ｓｃｃｍに流量制御されて、ガス流入ポート５からガス導入口３２を介しシャワーヘッド４に導入される。
【００５６】
さらに本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法は、反応室２内の圧力を２００から２６６０Ｐａ、好適には４００から１０００Ｐａ、より好適には６００から８００Ｐａに保持する工程を含む。反応室２内の圧力は圧力計２９によってモニターされ、制御装置２８に転送される。制御装置２８はモニターされた圧力値に応答して、コンダクタンス調整バルブ２１の開度を調節し、反応室２内部を所望の圧力に保持する。
【００５７】
さらにまた本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する方法は、高周波電力給電システム３０´によってシャワーヘッド４に２７．１２ＭＨｚの第１の高周波電力及び３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの第２の高周波電力を重畳して給電する工程を含む。第１の高周波電力は３００から１５００Ｗ、好適には５００から１０００Ｗで印加され、第２の高周波電力は３０から５００Ｗ、好適には７５から３００Ｗで印加される。高周波電力は高周波伝送手段２２により均等に４分割されて、シャワーヘッド４の各給電端子７４、７５、７６、７７に給電される。
【００５８】
本発明に係る方法に従えば、比誘電率４．０〜５．０の窒素含有シリコンカーバイド膜を１００ｎｍ／ｍｉｎ以上の速度で成膜することができた。φ３００ｍｍ半導体基板内の膜厚均一性を±１．５％から±３％に抑えることができた。
【００５９】
変形的に、窒素含有シリコンカーバイド膜の代わりに酸素含有シリコンカーバイド膜を形成することもできる。その場合には、材料ガスとしてＤＭＤＭＯＳ及びＣＯ２、添加ガスとしてＨｅを使用する。材料ガスとしてＳｉ（ＣＨ３）４若しくはＳｉＨ（ＣＨ３）３及びＣＯ２、Ｏ２若しくはＮ２Ｏを用いることもできる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置を使って、炭素含有シリコン酸化膜を形成する実験を行ったので説明する。実験では、材料ガスとしてＤＭ−ＤＭＯＳを用い、添加ガスとしてヘリウムを用いた。反応ガスの流量及び高周波電力の値を変えた場合について膜特性を評価した。
【００６１】
（実験１）
2004311646.tif 000003
【００６２】
（実験２）
2004311646.tif 000004
【００６３】
（実験３）
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【００６４】
（実験４）
2004311646.tif 000006
【００６５】
表１に上記実験条件にて成膜した炭素含有シリコン酸化膜の膜特性を示す。なお、比誘電率の測定には水銀プローブ測定器が用いられた。
【００６６】
【表１】
2004311646.tif 000007
【００６７】
表１の結果より、本発明に従えば、比誘電率が低く、機械的強度が高い炭素含有シリコン酸化膜を形成することができた。これは、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を印加したことで、反応ガスの過分解が抑制され、シロキサン構造を有する炭素含有シリコン酸化膜が形成されたためであると考えられる。
【００６８】
また、表１の結果より、本発明に従えば、φ３００ｍｍの大口径半導体基板上に成膜した場合の膜厚均一性を±１．７％以内に抑えることができた。これは、中空銅管をインダクタとして採用しそれに着脱可能なフェライトコアを適宜挿着したことにより、インピーダンス整合回路から給電端子までの４つの伝送系統のすべてにおいて特性インピーダンス及び電力損失を均一に調整することができたためであると考えられる。
【００６９】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置を使って、窒素含有シリコンカーバイド膜を形成する実験を行ったので説明する。実験では、材料ガスとしてＳｉ（ＣＨ３）４及びＮＨ３を用い、添加ガスとしてヘリウムを用いた。反応ガスの流量、高周波電力の値及び圧力を変えた場合について膜特性を評価した。
【００７０】
（実験５）
2004311646.tif 000008
【００７１】
（実験６）
2004311646.tif 000009
【００７２】
表２に上記実験条件にて成膜した窒素含有シリコンカーバイド膜の膜特性を示す。なお、比誘電率の測定には水銀プローブ測定器が用いられた。リーク電流測定用に印加された電圧は２ＭＶ／ｃｍである。
【００７３】
【表２】
2004311646.tif 000010
【００７４】
表２の結果より、本発明に従えば、比誘電率が低く、リーク電流の小さい窒素含有シリコンカーバイド膜を形成することができた。これは、２７．１２ＭＨｚ及び４００ｋＨｚの高周波電力を重畳して印加したことで、反応ガス中のアルキル基の過分解が抑制され、水素をメチル基として取り込んだ窒素含有シリコンカーバイド膜が形成されたためであると考えられる。
【００７５】
また、表２の結果より、本発明に従えば、φ３００ｍｍの大口径半導体基板上に成膜した場合の膜厚均一性を±１．８％以内に抑えることができた。これは、中空銅管をインダクタとして採用しそれに着脱可能なフェライトコアを適宜挿着したことにより、インピーダンス整合回路から給電端子までの４つの伝送系統のすべてにおいて特性インピーダンス及び電力損失を均一に調整することができたためであると考えられる。
【００７６】
【効果】
本発明に係るプラズマ処理装置により、直径３００ｍｍの大面積半導体基板上への成膜において±３％以下の膜厚均一性を達成することができた。
【００７７】
また、本発明に係る炭素含有シリコン酸化膜の形成方法により、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を使って、誘電率が低くかつ機械的強度が高い炭素含有シリコン酸化膜を形成することができた。
【００７８】
さらに、本発明に係る窒素含有シリコンカーバイド膜の形成方法により、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を使って、誘電率が低くかつリーク電流の小さい窒素含有シリコンカーバイド膜を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従うプラズマ処理装置の断面略示図である。
【図２】図２は、本発明に従うプラズマ処理装置の高周波電力給電システムの概要を示したものである。
【図３】図３は、図２の高周波電力給電システムの変形例を示す。
【図４】図４は、本発明に従うプラズマ処理装置に用いられる高周波伝送手段の好適実施例の斜視図である。
【図５】図５は、本発明に従うプラズマ処理装置に用いられる反応室の拡大図である。
【符号の説明】
１                    プラズマ処理装置
２                    反応室
３                    サセプタ
４                    シャワーヘッド
５                    反応ガス流入ポート
６                    バルブ
７                    熱電対
８                    高周波電源
９                    半導体基板
１０          インピーダンス整合回路
１１          反応ガス導入配管
１２          クリーニングガス流入ポート
１３          遠隔プラズマ室
１４          ガス導入管
１５          バルブ
１６          温度制御器
１７          配管
１８          ゲートバルブ
１９          開口部
２０          排気口
２１          コンダクタンス調整バルブ
２２          高周波電力伝送手段
２６          シースヒータ
２７          接地
２８          圧力制御装置
２９          圧力計
３０          高周波電力給電システム
３２          ガス導入口
【図１】
2004311646.tif 000011
【図２】
2004311646.tif 000012
【図３】
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【図４】
2004311646.tif 000014
【図５】
2004311646.tif 000015