(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１またはそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されたコイルにトランスを介して交流電源から電力を供給することによって、前記反応チャンバ内に導入されたプロセスガスをプラズマ化して、被処理基板上に膜を堆積するステップを備え、
前記トランスの一次側は前記交流電源に結合されると共に、前記トランスの二次側は前記コイルに結合されており、この二次側は基準電位線に接続された中間端子を有し、前記プロセスガスは、フッ素含有物質、シリコン含有物質、酸素含有物質を含む、成膜方法。
【請求項２】
膜の構成元素を含むプロセスガスを前記反応チャンバに導入するステップを更に備える、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
プラズマ成膜装置を準備するステップと、
前記プラズマ成膜装置においてプロセスガスおよび電力を供給して、被処理基板上に膜を堆積するステップと、を備え、
前記プロセスガスは、フッ素含有物質、シリコン含有物質、酸素含有物質を含み、
前記プラズマ成膜装置は、
反応チャンバと、
プロセスガスを前記反応チャンバ内に供給するための手段と、
１またはそれ以上の回数で前記反応チャンバに巻き回されたコイルと、
前記プロセスガスをプラズマ化するための電力を前記コイルに提供するための交流電源と、
前記交流電源に接続された一次側、前記コイルに接続された二次側、および前記二次側に設けられ基準電位線に接続された中間端子を有するトランスと、
を備える成膜方法。
【請求項４】
前記コイルは、インピーダンス整合回路を介して前記交流電源と結合されている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路を製造するためには、シリコン基板上に様々な種類の膜を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ成膜装置では、チャンバ内に導入されたプロセスガスのプラズマを生成して、シリコン基板上にシリコン酸化膜を堆積する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
成膜に際して、反応チャンバ内に反応生成物がシリコン基板上に堆積される一方で、反応副生成物がチャンバ内に発生する。この反応副生成物を除去することを目的として、反応チャンバは所定回数の成膜後にクリーニングされる。
【０００４】
発明者は、ＩＣＰプラズマ成膜装置を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を成膜した後に、このクリーニングによってもほとんど除去できない反応副生成物が発生することを発見した。また、発明者の観察によれば、この反応副生成物はチャンバの特定の位置に生成されている。図１４は、発明者が撮影した反応チャンバ内壁の写真を示す図面である。この図面によれば、サイドコイルの電力導入部に沿って現れた変色領域(Black Spot)が存在する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、プラズマ成膜中に発生する反応副生成物を低減できる成膜方法を提供することとした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる成膜方法は、(１)基準電位線と容量的に結合されると共に１またはそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されたコイルに交流電源から電力を供給することによって、反応チャンバ内に導入されたプロセスガスをプラズマ化して、被処理基板上に膜を堆積するステップを備える。
【０００７】
従来の成膜方法では、コイルの一端が直接に接地された状態でコイルに電力が供給されていたので、コイルの一端の電位は常に固定されていた。このため、コイル他端の電圧値は、交流電源から与えられる電力に応じた振幅で振動していた。一方、本発明に係わる成膜方法では、コイルは基準電位線と容量的に結合されているので、基準電位線に容量的に結合されるコイルの位置と、電力が供給されるコイルの位置との両電圧値が、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。
【０００８】
本発明に係わる方法では、コイルは、交流電源と誘導的に結合されていてもよい。これによって、容量的な結合によって生じたインピーダンスの変化を補償できる。
【０００９】
本発明に係わる方法では、コイルは、キャパシタを介して基準電位線と電気的に結合されている。このキャパシタにより、容量的な結合が実現される。また、本発明に係わる方法では、電力は、インダクタを介してコイルに供給されている。インダクタは、キャパシタによって生じたインピーダンスの変化を調整できる。
【００１０】
また、本発明に係わる方法は、(２)１またはそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されたコイルにトランスを介して交流電源から電力を供給することによって、反応チャンバ内に導入されたプロセスガスをプラズマ化して、被処理基板上に膜を堆積するステップを備える。トランスの一次側は交流電源に電気的に結合される共に、その二次側はコイルに電気的に結合されている。この二次側は基準電位線に接続された中間端子を有する。このため、二次側の一端及び他端の電圧は、中間端子に与えられる電位を中心に、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。
【００１１】
本発明に係わる方法では、形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを反応チャンバに導入するステップを更に備えることができる。
【００１２】
本発明に係わる方法は、(３)プラズマ成膜装置を準備するステップと、(４)プラズマ成膜装置においてプロセスガスおよび電力を供給して、被処理基板上に膜を堆積するステップを備える。
【００１３】
このプラズマ成膜装置は、反応チャンバと、ガス供給手段と、コイルと、交流電源と、第１の結合回路とを備える。ガス供給手段は、成膜のためのプロセスガスを反応チャンバ内に供給するように設けられている。コイルは、１またはそれ以上の回数で反応チャンバに巻き回されている。交流電源は、プロセスガスをプラズマ化するための電力をコイルに提供する。第１の結合回路は、コイルと基準電位線とを結合する容量性の回路である。
【００１４】
第１の結合回路を備えると、コイルの一端及び他端の電圧が共に、交流電源から与えられる電力に応じて基準電位を中心に振動する。故に、第１の結合回路は、コイルの一端及び他端がチャンバ内においてその近傍に発生する電位を下げるように働く。また、この振動は、電圧振幅の符号がコイルの一端及び他端において異なるように生じるようにできる。
【００１５】
本発明に係わる方法では、プラズマ成膜装置はコイルと交流電源とを結合する誘導性の第２の結合回路を更に備えることができる。これによって、第１の結合回路の追加によるインピーダンス変化を第２の結合回路によって調整できる。
【００１６】
また、本発明に係わる方法では、上記のプラズマ成膜装置と異なる別のプラズマ成膜装置も使用できる。別のプラズマ成膜装置は、反応チャンバと、ガス供給手段と、コイルと、交流電源と、トランスとを備える。トランスは、交流電源に接続された一次側、コイルに接続された二次側、および二次側に設けられ基準電位線に接続された中間端子を有する。トランス一次側の両端はコイルに接続されると共に、中間端子を備えている。このため、トランスの二次側両端の電圧は、中間端子に与えられる電位を中心に、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。
【００１７】
以下に示される本発明に係わる特徴は、上記の発明と組み合わされることができる。これによって、それぞれの作用および効果並びにその組合せにより得られる作用および効果を享受できる。
【００１８】
本発明に係わる方法では、コイルは、インピーダンス整合回路を介して交流電源と結合されているようにしてもよい。これによって、電力がコイルへ効率的に提供される。
【００１９】
本発明に係わる方法は、プロセスガスは、形成されるべき膜の構成元素を含むことができ、例えばフッ素含有物質、シリコン含有物質、酸素含有物質を含むようにしてもよい。このようなプロセスガスの組合せに対して、当該方法は、反応チャンバ内壁に生成される反応副生成物を効果的に低減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。可能な場合には、同一および類似の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
(第１の実施の形態)
図１は、本実施の形態に係る高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤ装置といった成膜装置を示す。ＣＶＤ装置は、製造実験室または製造工場といった所定の場所に動作可能な状態で設置されている。ＣＶＤ装置１は処理チャンバ２を備える。処理チャンバ２は、チャンバ本体部３と、蓋部(ドーム)４とを有する。蓋部４は、チャンバ本体部３を覆うようにチャンバ本体部３上に配置されており、セラミックといったの絶縁体で形成されている。蓋部４上には、蓋部４の温度を調整するための加熱プレート５ａおよび冷却プレート５ｂといった温度調整手段、並びにガス導入部を保持する支持プレート６が設置されている。また、処理チャンバ２には活性種発生部が接続されており、この活性種発生部は、クリーニングプロセスに使用するＮＦ3といったガスのフッ素活性種を生成する。
【００２２】
処理チャンバ２内には、ウェハ(被処理基板)Ｗを支持する基板支持部７が設置されている。基板支持部７は、ウェハＷを固定するための静電チャック８を有する。基板支持部７は、マッチングネットワーク１５といったインピーダンス整合回路を介して、ＲＦジェネレータ１６といった交流電源に接続されている。ＲＦジェネレータ１６は、基板支持部７にバイアス用高周波電力を供給する。処理チャンバ２は、処理チャンバ２内を真空排気するための真空排気手段９を有する。真空排気手段９は、基板支持部７の背面に配置されたスロットルバルブ９ａ、ゲートバルブ９ｂ、およびターボ分子ポンプ９ｃをいった真空ポンプを含む。
【００２３】
処理チャンバ２には、プロセスガスを処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部１８が設けられている。プロセスガスは、Ｆ2またはＳｉＦ4ガスといったフッ素ソース物質(フッ素含有ガス)、ＳｉＨ4に代表される無機シラン系ガスといったケイ素ソース物質(ケイ素含有ガス)、Ｏ2ガスまたはＮ2Ｏガスといった酸素ソース物質(酸素含有ガス)、アルゴン（Ａｒ）ガスといった不活性ガスを含む。
【００２４】
図２に示すように、ガス導入部１８は、複数のガス通路１９ａ，１９ｂ、１９ｃと、１または複数の第１のノズル２０(トップノズルとも呼ぶ)とを有している。第１のノズル２０は、ガス導入口を有するガス通路１９ａ，１９ｂ、１９ｃに接続され、基板支持部７と対面するように蓋部４の内側に設けられている。第１のノズル２０は、反応チャンバ２の内壁から突出している。ガス通路１９ａはＳｉＨ4ガス及びＡｒガスの供給通路であり、ガス通路１９ｂはＯ2ガスの供給通路であり、ガス通路１９ｃはＳｉＦ4ガスの供給通路である。
【００２５】
チャンバ本体部３には、ガス導入部２１が設けられている。ガス導入部２１は、チャンバ２の側面からプロセスガスを処理チャンバ２内に導入する。ガス導入部２１は、ガス導入口を有するガス通路２２ａ，２２ｂと、ガス供給リング２３ａ，２３ｂと、複数の第２のノズル２４とを有している。ガス供給リング２３ａ，２３ｂの各々は、反応チャンバ２により規定される空間を囲むように設けられている。第２のノズル２４(サイドノズルとも呼ぶ)は、チャンバ本体部３の内壁からウエハの成膜面に沿って突出しており、図３に示された実施例では１２本ある。
【００２６】
再び図１を参照すると、ガス導入部１８，２１は、プロセスガス導入手段に接続されている。プロセスガス導入手段は、例えばガス供給ライン２５ａ〜２５ｈおよびガス供給源２６Ｗ〜２６Ｚを含む。ガス供給源２６ＸはＳｉＦ4ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＸはＳｉＨ4ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＹはＯ2ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＺはＡｒガスの供給源である。各ガス供給ライン２５ａ〜２５ｈには、開閉バルブ２７ａ〜２７ｈおよび質量流量コントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｈが設けられている。開閉バルブ２７ａ〜２７ｈは、ガス導入部１８，２１へのガスの供給を制御する。質量流量コントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｈは、ガス導入部１８，２１に供給されるガスの流量を調整する。これら開閉バルブ２７ａ〜２７ｈ及びＭＦＣ２８ａ〜２８ｈは、制御装置３０からの制御信号により制御される。
【００２７】
蓋部４には、トップコイル１７及びサイドコイル１２が取り付けられている。トップコイル１７は、チャンバ２の外壁面に沿って配置され、ガス導入部１８の回りに巻き回されている。トップコイル１７は、また、基板支持部７と対面するチャンバ２の上壁面部に設けられている。サイドコイル１２は、基板支持部７と上壁面部とを結ぶ軸の回りに巻き回されている。サイドコイル１２は、また、基板支持部７と上壁面部との間のプロセス空間の周囲に配置されている。
【００２８】
コイル１２，１７は、マッチングネットワーク１３ｓ，１３ｔといったインピーダンス整合回路を介して、ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４ｔといった交流電源に接続されている。ＲＦジェネレータ１４ｓ，１４ｔは、それぞれのコイル１２，１７に高周波電力を印加する。この供給によって、プロセスガスが処理チャンバ２内においてプラズマ化される。
【００２９】
図１を参照すると、本実施の形態のプラズマ成膜装置１では、コイル１２と接地電位線３２との間には、第１の結合回路１０ａが配置されている。第１の結合回路１０ａは、接地電位線３２にコイル１２を容量的に結合する容量性の回路である。このために、第１の結合回路１０ａは、例えば、コイル１２と接地電位線３２との間に接続されたキャパシタを含む。また、コイル１２とＲＦジェネレータ１４ｓとの間には、第２の結合回路１０ｂが配置されている。第２の結合回路１０ｂは、ＲＦジェネレータ１４ｓにコイル１２を誘導的に結合する誘導性の回路である。このために、第２の結合回路１０ｂは、例えば、コイル１２とＲＦジェネレータ１４ｓとの間に接続されたインダクタを含む。
【００３０】
図４(ａ)および図４(ｂ)を参照しながら、第１および第２の結合回路１０ａ、１０ｂの動作について説明する。図４(ａ)は、比較のためのプラズマ成膜装置の模式図であり、図４(ｂ)は、図１に示されたプラズマ成膜装置１の模式図である。図４(ｃ)は、マッチング回路１３ｓの一例の回路図を示す。マッチング回路１３ｓは、端子３４ａ、３４ｂの間に、可変キャパシタ３５ａ、３５ｃおよび固定キャパシタ３５ｂ、３５ｄを備える。
【００３１】
図４(ａ)および図４(ｂ)のプラズマ成膜装置では、同一の構造のコイル１２が使用されている。図４(ａ)によれば、コイルの一端１２ｃは、マッチング回路１３を介してジェネレータ１４に接続されている。コイルの他端１２ｄは、接地電位線３２に直接に接続されている。図４(ｂ)によれば、コイルの一端１２ａは、第２の結合回路１０ｂおよびマッチング回路１３ｓを介してジェネレータ１４ｓに接続されている。コイルの他端１２ｂは、第１の結合回路１０ａを介して基準電位線に接続されている。基準電位線には基準電位を与える電源が接続されることができ、また、基準電位線は、好ましくは接地電位線３２である。
【００３２】
図４(ａ)および図４(ｂ)において、コイル１２内に所定の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されている。図４(ａ)のプラズマ成膜装置では、ある瞬間において、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄの電位が１０００Ｖ、７００Ｖ、５００Ｖ、２００Ｖである。図４(ｂ)のプラズマ成膜装置１では、その瞬間において、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄにおける電位が５００Ｖ、２００Ｖ、０Ｖ、−３００Ｖである。故に、プラズマ成膜装置１では、比較用プラズマ装置に比べて、コイルにおける電圧振幅が小さくなっている。
【００３３】
図５(ａ)および図５(ｂ)を参照しながら、このような電位の違いを説明する。図５(ａ)は、図４(ａ)の比較用プラズマ成膜装置におけるコイル１２の電位分布を示しており、図５(ｂ)は、プラズマ成膜装置１におけるコイル１２の電位分布を示している。比較用プラズマ成膜装置では、コイルの一端(ＯＵＴ端子)が接地電位線３２に接続されているので、コイルの他端(ＩＮ端子)のみが矢印４０、４２に示されるように振動している。一方、プラズマ成膜装置１ではコイルの一端(ＯＵＴ端子)が第１の結合回路１０ａに接続されているので、コイルのＩＮ端子が、矢印４４、４６に示されるように振動するだけでなく、コイルのＯＵＴ端子もまた、矢印４８、５０に示されるように振動する。図５(ｂ)には、破線５６が比較用プラズマ成膜装置におけるコイルの電圧振幅を示している。第１の結合回路１０ａによって、矢印５２に示されるように、コイル内の所定の位置(以下、中性点と呼ぶ)５４が接地電位(ＧＮＤ)になる。コイル１２の電位分布において、中性点５４が生成されるので、コイル１２の両端の電圧振幅が、比較用プラズマ成膜装置の電圧振幅に比べて小さくなる。故に、コイルの全体における電位を下げることができる。このため、チャンバ内壁における反応副生成物の生成がコイルのいずれの部分においても低減できる。
【００３４】
図６(ａ)および図６(ｂ)を参照しながら、追加された回路の作用を説明する。図６(ｂ)を参照すると、本プラズマ成膜装置の電力系の等価回路が示されている。ここで、第１の結合回路１０ａが実効キャパシタンスＣを有し、コイル１２が実効インダクタンスＬ1を有し、第２の結合回路１０ｂが実効インダクタンスＬ2を有し、またこれらに振動数ωで振動する電流Ｉが回路に流れると仮定する。
【００３５】
図６(ａ)において、ベクトルＶ0は、第１の結合回路１０ａの実効キャパシタンスＣを基づくベクトルであり、
Ｖ0＝−ｊＩ／(ωＣ)
で表される。ｊは虚数単位である。このベクトルは、図６(ａ)において虚軸に沿って原点から負の方向に向く。ベクトルの終点は、第１の結合回路１０ａとコイル１２との接続点の電位に関連している。
【００３６】
ベクトルＶIは、コイル１２の実効インダクタンスＬ1の作用を含むベクトルであり、
ＶI＝ｊＩωＬ1＋Ｖ0＝ｊＩ(ωＬ1−１／(ωＣ))
で表される。このベクトルは、図６(ａ)において虚軸に沿って正の方向に向く。ベクトルの終点は、第２の結合回路１０ｂとコイル１２との接続点の電位に関連している。
【００３７】
ベクトルＶAは、第２の結合回路１０ｂの実効インダクタンスＬ2の作用を含むベクトルであり、
ＶA＝ｊＩωＬ2＋ＶI＝ｊＩ(ωＬ1＋ωＬ2−１／(ωＣ))
で表される。このベクトルは、図６(ａ)において虚軸に沿って正の方向に向く。ベクトルの終点は、電源１４ｓと第２の結合回路１０ｂとの接続点の電位に関連している。
【００３８】
ベクトルＶIおよびＶ0に着目する。これらの終点は、コイルの両端の電圧に関連している。虚軸上においてＶ0は負の方向に向き、またＶIは正の方向に向くので、コイル１２の中間に中性点が存在することが理解できる。一方、ベクトルＶCは、比較用プラズマ装置におけるコイルの両端の電圧に関連している。このベクトルの基点は原点にあるので、コイルの一端は常に接地されている。故に、コイル１２の中間に中性点は存在しない。
【００３９】
なお、ωＬ2＝１／(ωＣ)を満たすように、Ｌ2およびＣの値を選択すると、第１の結合回路を追加したために生じたインピーダンスの変化を第２の結合回路によって補償できる。このため、本発明を適用しても、既存の成膜プロセス条件を変更する必要がない。このとき、
Ｖ0＝−ｊＩωＬ2
ＶI＝ｊＩωＬ1＋Ｖ0＝ｊＩ(ωＬ1−ωＬ2)
ＶA＝ｊＩωＬ2＋ＶI＝ｊＩωＬ1
となる。特に、Ｌ1／２＝Ｌ2の場合には、
Ｖ0＝−ｊＩωＬ1／２
ＶI＝ｊＩωＬ1＋Ｖ0＝ｊＩωＬ1／２
ＶA＝ｊＩωＬ2＋ＶI＝ｊＩωＬ1
となり、これは、コイル１２の真ん中に中性点が存在する。
【００４０】
キャパシタンスＣの例示的な値は、例えば、約１×１０3ｐＦ以上１×１０5ｐＦ以下ある。
【００４１】
発明者は、従来のプラズマ成膜装置を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を成膜すると、クリーニングによってもほとんど除去できない反応副生成物が図２および図３のＡ部分に生成されることを発見した。しかしながら、本実施の形態のプラズマ成膜装置１を用いると、このような反応副生成物は、５０枚の連続成膜といった加速評価においても目視では発見されなかった。
【００４２】
(第２の実施の形態)
図７は、別の実施の形態に係るＨＤＰＣＶＤ装置を示す。図７において、プラズマ成膜装置６０は、第１および第２の結合回路１０ａ、１０ｂに代えて、電磁デバイス１１を備える。この点を除いて、ＣＶＤ装置６０は、ＣＶＤ装置１と同様の構造を備える。
【００４３】
電磁デバイス１１の作用について説明する。図８は、図７に示されたプラズマ成膜装置６０の模式図である。電磁デバイス１１において、端子１１INは、マッチング回路１３ｓを介してジェネレータ１４ｓに結合され、端子１１GNDは接地電位線３２に結合され、端子１１OUT1、１１OUT2は、それぞれ、コイル１２の端子１２ａ、１２ｂに結合されている。電磁デバイス１１は、端子１１INおよび端子１１GNDに接続された第３のインダクタ素子１１ａを備える。第１および第２のインダクタ素子１１ｂ、１１ｃは直列に接続されており、その接続点１１ｅは中間端子１１TAPに接続されている。第１、第２および第３のインダクタ素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、電磁誘導的に結合されている。電磁誘導を効率的に達成するために、電磁デバイス１１は、磁性部材で形成された磁気コア１１ｄを備える。第１、第２および第３のインダクタ素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、磁気コア１１ｄに巻き回され、磁気的に結合されている。第３のインダクタ素子１１ａに電流が流れると磁束が発生する。この磁束は、磁気コア１１ｄを介して第１および第２のインダクタ素子１１ｂ、１１ｃを貫く。第１および第２のインダクタ素子１１ｂ、１１ｃには、その磁気的結合の強さ、例えば巻き数に応じた起電力が電流変化によって生じる。
【００４４】
電磁デバイス１１では、中間端子１１TAPが接地電位線３２に接続されているので、端子１１OUT1に現れる電圧振幅の符号は、端子１１OUT2に現れる電圧振幅の符号と異なっており、また、端子１１OUT1、１１OUT2の電圧の位相が反転される。
【００４５】
図８において、コイル１２の所定の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されている。この位置は、図４(ａ)および図４(ｂ)に示された同じ符号の位置に対応する。プラズマ成膜装置６０では、コイルの両端(ＩＮ端子、ＯＵＴ端子)が電磁デバイス１１を介してジェネレータ１４ｓに接続されているので、ある瞬間において、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄの電位が５００Ｖ、２００Ｖ、０Ｖ、−３００Ｖである。この電位分布は、コイルのＩＮ端子が、図５(ｂ)に示されるように、矢印４４、４６に示されるように振動するだけでなく、コイルのＯＵＴ端子もまた、矢印４８、５０に示されるように振動することを意味する。すなわち、コイル１２の電位分布において、中性点が生成されるので、コイル１２の両端の電圧振幅が、比較用プラズマ成膜装置の電圧振幅に比べて小さくなる。故に、コイルの全体における電位を下げることができる。このため、チャンバ内壁における反応副生成物の生成がコイルのいずれの部分においても低減できる。
【００４６】
(第３に実施の形態)
引き続いて、プラズマ成膜装置１、６０を用いて成膜する方法について説明する。
【００４７】
図９は、制御装置３０を示す。制御装置３０は、ウェハ搬送制御部３０ａと、チャンバ圧力制御部３０ｂと、プラズマ制御部３０ｃと、プロセスガス制御部３０ｄとを有する。制御装置３０は、入力装置３１から処理開始信号が入力されると、メモリ３０ｍに記憶された処理プログラムに従って成膜手順を実行する。
【００４８】
ウェハ搬送制御部３０ａは、ウェハ搬送ロボット３３を用いて、ウェハＷを処理チャンバ２内に搬入した後にウェハＷを基板支持部７に配置するための指示を行うと共に、成膜プロセス終了後にウェハＷを処理チャンバ２から搬出するための指示を行う。チャンバ圧力制御部３０ｂは、真空計３４の検出値に基づいてスロットルバルブ９ａ及びゲートバルブ９ｂを制御して、反応チャンバ２の圧力が所定値に調整されるように指示する。プラズマ制御部３０ｃは、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓ，１６の出力周波数及び出力電圧を制御して、コイル１２ｔ，１２ｓ及び基板支持部７にＲＦ電力を印加するように指示する。プロセスガス制御部３０ｄは、開閉バルブ２７ａ〜２７ｈの開閉およびＭＦＣ２８ａ〜２８ｈを制御して、ガス供給源２６Ｗ〜２６Ｚからのガスの供給流量を設定するように指示する。
【００４９】
図１０は、プロセスガス制御部３０ｄによる制御処理の詳細を示すフローチャート１００である。図１０を参照しながら、成膜プロセスについて説明する。
【００５０】
入力装置３１からの処理開始信号の入力によって、成膜は、手順１０２において開始される。処理開始信号が入力された後に、処理プログラムは、ゲートバルブ９ｂを開いて、スロットルバルブ９ａを所定の角度で開いた状態で、真空ポンプ９ｃにより処理チャンバ２内を真空排気する。
【００５１】
処理プログラムは、手順１０４において、ＭＦＣ２８ｇ，２８ｈを制御するように動作し、これによって、ガス供給源２６ＺからＡｒガスがノズル２０、２４に供給される。この後、静電チャック８を導通して、ウェハ搬送ロボット３３で搬送されたウェハＷを基板支持部７に固定する。
【００５２】
続いて、処理プログラムは、手順１０６において、ジェネレータ１４ｓ、１４ｔからＲＦ電力をコイル１２、１７に供給するように動作し、これによってプラズマが生成される。電力印加は、処理チャンバ２内の圧力を安定させるために所定の時間だけ経過した後に行われる。ＲＦジェネレータ１４ｔによりトップコイル１２ｔに高周波電力を印加し、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。この時の高周波電力は例えば１ＫＷである。また、ＲＦジェネレータ１４ｓによりサイドコイル１２に高周波電力を印加する。この時の高周波電力は、例えば２ＫＷである。サイドコイル１２のパワーは、トップコイル１７のパワーより大きい。
【００５３】
次いで、処理プログラムは、手順１０８において、ＭＦＣ２８ｈを制御してサイドノズル２４に供給されるＡｒガスの流量を減少すると共に、ＭＦＣ２８ｅ、２８ｆを制御してガス供給源２６ＹのＯ2ガスをノズル２０、２４に供給するように動作する。
【００５４】
続いて、処理プログラムは、手順１１０において、プラズマが発生された状態で、所定の時間だけウエハＷを放置するように動作し、これによって、プラズマの熱によりウェハＷの表面が加熱される。
【００５５】
この後、処理プログラムは、トップコイル２０に印加するＲＦ電力を１．３ＫＷに上げると共に、サイドコイル２４に印加するＲＦ電力を３．１ＫＷに上げるように動作する。これとほぼ同時に、処理プログラムは、手順１１２において、ＭＦＣ２８ａ、２８ｂを制御してガス供給源２８ＷのＳｉＦ4ガスをノズル２０、２４に供給すると共に、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御してガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをノズル２０、２４に供給するように動作する。これによって、Ａｒガス及びＯ2ガスに加えて、ＳｉＦ4ガスおよびＳｉＨ4ガスが導入される。これによって、ウェハＷの成膜処理を開始する。このプロセスガスの組合せでは、フッ素含有シリコン酸化膜(ＦＳＧ膜)が形成される。
【００５６】
所定膜厚の成膜が完了した後、処理プログラムは、手順１１４において、ＭＦＣ２８ａ、２８ｂを制御してガス供給源２８ＷからＳｉＦ4ガスを供給することを停止すると共に、ＭＦＣ２８ｃ、２８ｄを制御してガス供給源２６ＸからＳｉＨ4ガスの供給を停止するように動作する。これによって、ウエハＷ上における成膜が停止する。
【００５７】
次いで、処理プログラムは、手順１１６において、ジェネレータ１４ｓ、１４ｔからコイル１２、１７への電力供給を停止するように動作し、これによってプラズマが消失する。
【００５８】
その後に、静電チャック８の動作を停止する。続いて、処理プログラムは、手順１１８において、ＭＦＣ２８ｇ、２８ｈを制御してノズル２０、２４に供給されるＡｒガスを停止すると共に、ＭＦＣ２８ｅ、２８ｆを制御してガス供給源２６ＹのＯ2ガスをノズル２０、２４に供給することを停止するように動作する。これによって、反応チャンバ２へのガスの供給が停止される。
【００５９】
そして、手順１２０において、一連の成膜ステップが完了する。ウェハ搬送ロボット３３によりウェハＷを処理チャンバ２の外部へ搬送して、１枚目のウェハに成膜が終了する。
【００６０】
このような成膜手順において、サイドコイル(図１または図７の２４)の両端に発生する電圧振幅が低減されているので、反応副生成物の生成がサイドコイルの電力導入部近傍に確認されなかった。故に、これまで説明された実施の形態に対する効果は明らかに認められる。発明者は、反応副生成物の成膜に対する影響さらにを調査するために実験を行った。
【００６１】
プラズマ成膜装置の特性を評価する方法として、Ａｒスパッタ法がある。この方法では、基板上に形成されたシリコン酸化膜に対してＡｒスパッタリングを本プラズマ成膜装置で行って、スパッタレート、スパッタ面内均一性の値を評価する。
【００６２】
まず、比較例について説明する。図１１(ａ)は、所定のクリーニングを行った後のスパッタリング結果を示す。図１１(ｂ)は、５０枚のＦＳＧ膜を形成した後におけるスパッタリング結果を示す。図１１(ａ)および図１１(ｂ)には、スパッタリングの面内依存性が示されている。図１１(ａ)および図１１(ｂ)に示された結果を比較すると、成膜前後において膜厚の面内分布が異なっている。具体的に示せば、
成膜前
スパッタレート；１６８．０ｎｍ／ｍｉｎ
面内ばらつき：１．２５％
成膜後
スパッタレート；１６２．１ｎｍ／ｍｉｎ
面内ばらつき：２．８８％
となる。この結果より、面内ばらつきが著しく変化している。
【００６３】
次いで、改良されたプラズマ成膜装置を用いたときの結果を示す。図１２(ａ)および図１２(ｂ)には、スパッタリングの面内依存性が示されている。図１２(ａ)は、所定のクリーニングを行った後のスパッタリング結果を示す。図１２(ｂ)は、５０枚のＦＳＧ膜を形成した後におけるスパッタリング結果を示す。図１２(ａ)および図１２(ｂ)に示された結果を比較すると、膜厚の面内分布およびスパッタレートが、成膜前後において非常に小さくなっている。具体的に示せば、成膜前
スパッタレート；１６５．８ｎｍ／ｍｉｎ
面内ばらつき：１．０５％
成膜後
スパッタレート；１６４．１ｎｍ／ｍｉｎ
面内ばらつき：１．４３％
となる。この結果より、比較例と比べて面内ばらつきおよびスパッタレートの特性が著しく改善されている。
【００６４】
図１３(ａ)および図１３(ｂ)は、ＦＳＧ膜の膜厚の面内分布を示している。このＦＳＧ膜は、改良されたプラズマ成膜装置１、６０に用いて図１０に示された成膜手順で形成された。図１３(ａ)は、一枚目のＦＳＧ膜厚の面内分布を表す等高線を示し、図１３(ｂ)は５０枚目のＦＳＧ膜厚の面内分布を表す等高線を示している。“＋”は膜厚の平均値より厚いことを意味し、“−”は膜厚の平均値より厚いことを意味する。具体的な特性値によって比較すると、
１枚目ウエハ
膜厚          ：１０４５．５ｎｍ
膜厚均一性    ：１．２８％
平均フッ素濃度：４．１９％
フッ素濃度範囲：０．６％
５０枚目ウエハ
膜厚          ：１０５３．４ｎｍ
膜厚均一性    ：１．３９％
平均フッ素濃度：４．１３％
フッ素濃度範囲：０．６％
となる。この結果から分かるように、改良されたプラズマ成膜装置を用いると、５０枚の成膜後にも特性変動が小さい。
【００６５】
以上、本発明に係る成膜方法の好適な実施形態について説明してきた。ＳｉＨ4ガスおよびＳｉＦ4ガスを用いたＦＳＧ膜を形成する場合について説明したけれども、、本発明は、これに限定されないことは言うまでもない。また、上記実施形態では、ＳｉＦ4ガス、ＳｉＨ4ガス、Ｏ2ガス、およびＡｒガスの混合ガスをプロセスガスとして使用したけれども、プロセスガスは、特にそのようなガスに限定されない。例えば、ケイ素含有ガスとしてＳｉＨＣｌ3ガスを使用することができ、酸化系ガスとしてＮＯガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯ2ガスを使用してもよい。また、ウェハＷの表面に形成する絶縁膜は、ＦＳＧ膜に限らない。特に、フッ素系ガスを反応チャンバ内に導入するウエハ処理プロセスに適用すると、その効果は顕著である。また、本実施形態ではＨＤＰＣＶＤ装置を例示的に説明したけれども、特定の構造の装置に限定されるものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる成膜方法では、コイルは、基準電位線と容量的に結合されているので、基準電位線に容量的に結合されるコイルの位置と、電力が供給されるコイルの位置との両方が、交流電源から与えられる電力に応じて振動する。このため、これらの位置における電源振幅は、従来の成膜方法におけるものと比べて低減される。
【００６７】
したがって、プラズマ成膜中に発生する反応副生成物を低減できる成膜方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示す処理チャンバの一部分を示す断面図である。
【図３】図３は、図２のＩ−Ｉ断面における断面図であり、II-II断面は、図１および図２における断面を示す。
【図４】図４(ａ)は、比較例のプラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。図４(ｂ)は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。図４(ｃ)は、マッチング回路を示す図面である。
【図５】図５(ａ)は、比較例のプラズマＣＶＤ装置のコイルの電圧分布を示す特性図である。図５(ｂ)は、第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のコイルの電圧分布を示す特性図である。
【図６】図６(ａ)は、複素平面において電位分布を示すためのベクトル図を示す。図６(ｂ)は、実施の形態に係わるプラズマ成膜装置の電力系の等価回路図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す図面である。
【図８】図８は、プラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。
【図９】図９は、制御部を示す機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、プロセスガス制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１(ａ)および図１１(ｂ)は、比較例のためのＡｒスパッタリング特性を示す図面である。
【図１２】図１２(ａ)および図１２(ｂ)は、実施例に係わるＡｒスパッタリング特性を示す図面である。
【図１３】図１３(ａ)および図１３(ｂ)は、成膜特性を示す図面である。
【図１４】図１４は、反応チャンバ内壁を示す図面である。
【符号の説明】
１、６０…高密度プラズマＣＶＤ装置、２…反応チャンバ、７…基板支持部、１０ａ…容量性結合回路、１０ａ…誘導性結合回路、１１…電磁デバイス、１８…ガス導入部、２０…トップノズル、２１…ガス導入部、２０…サイドノズル、２５ａ，２５ｂ…フッ素含有ガス供給ライン、２５ｃ，２５ｄ…ケイ素含有ガス供給ライン、２５ｅ，２５ｆ…酸化系ガス供給ライン、２５ｇ，２５ｈ…不活性ガス供給ライン、２６Ｗ…フッ素含有ガス供給源、２６Ｘ…ケイ素含有ガス供給源、２６Ｙ…酸化系ガス供給源、２６Ｚ…不活性ガス供給源、２７ａ，２７ｂ…フッ素含有ガス供給系開閉バルブ、２７ｃ，２７ｄ…ケイ素含有ガス供給系開閉バルブ、２７ｅ，２７ｆ…酸化系ガス供給系開閉バルブ、２７ｇ，２７ｈ…不活性ガス供給系開閉バルブ、２８ａ，２８ｂ…ケイ素含有ガス供給系ＭＦＣ、２８ｃ，２８ｄ…ケイ素含有ガス供給系ＭＦＣ、２８ｅ，２８ｆ…酸化系ガス供給系ＭＦＣ、２８ｇ，２８ｈ…不活性ガス供給系ＭＦＣ、３０…制御装置、３０ｄ…プロセスガス制御部、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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