基板處理裝置的制作方法

本發(fā)明涉及在基板基板表面進(jìn)行成膜處理的基板處理裝置。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件等的制造工藝中，對作為基板的半導(dǎo)體晶片(以下僅記載為“晶片”)進(jìn)行離子注入處理/蝕刻處理/成膜處理等各種處理。作為對晶片進(jìn)行成膜的方法，有時(shí)使用被稱為ald(atomiclayerdeposition：原子層沉積)的處理(以下僅記載為ald)。在ald處理中，向例如被排氣為真空的處理容器內(nèi)供給原料氣體，使原料氣體吸附在晶片表面上。然后，利用還原反應(yīng)等使原料氣體的一部分固定在晶片表面來進(jìn)行成膜。因此，例如即使是具有凹凸圖案的晶片，也可以在其整個(gè)表面以均勻的膜厚進(jìn)行成膜。

然而，在通過ald處理進(jìn)行成膜時(shí)，需要在例如600℃的高溫下對晶片進(jìn)行熱處理。然后，晶片的熱預(yù)算(熱經(jīng)歷)變大，然而，伴隨著半導(dǎo)體的小型化，淺結(jié)化得以發(fā)展，因而要求熱預(yù)算變小。所以近年來代替熱處理，采用了通過對表面吸附有原料氣體的晶片照射等離子體而在晶片表面固定原料氣體進(jìn)行成膜的所謂等離子體增強(qiáng)ald(以下也記載為peald)。

例如，現(xiàn)有的cvd處理是在氬氣充沛的空氣中實(shí)施的，與此相對地，進(jìn)行peald處理的處理容器內(nèi)提供較多的氫氣，也可在氫氣充沛的空氣中進(jìn)行處理。在peald裝置中，交替地重復(fù)原料氣體吸附在晶片表面以及等離子體照射，通過在每個(gè)原子層進(jìn)行成膜控制而精確地控制膜厚，此時(shí)，h3⁺離子入射到晶片上的沉積膜表面。如果入射的離子能量相同，則越輕的離子越深地注入沉積膜內(nèi)部。即，h3⁺離子比ar⁺離子輕，因而以相同能量進(jìn)行比較時(shí)，現(xiàn)有的cvd處理中被注入的h3⁺離子比ar⁺離子被更深地注入。

h3⁺離子被較深地注入成膜的膜中時(shí)，由于該離子的沖擊，在沉積膜上出現(xiàn)了受到損傷的表面性狀。對此，例如專利文獻(xiàn)1公開了在等離子體處理裝置中，通過提高對電極施加的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率而降低離子能量，并且以較高的選擇比進(jìn)行蝕刻的技術(shù)，通過施加高頻電壓從而降低離子能量的技術(shù)已成公知?？梢酝茰y出通過降低離子能量能夠抑制對上述膜的損傷。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平6-275561號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明想要解決的技術(shù)問題

近年來，伴隨著半導(dǎo)體的小型化的淺結(jié)化得以發(fā)展，要求形成包含微細(xì)加工的薄膜，與cvd處理相比正在采用peald處理。這是因?yàn)橐髮Ω叩目v橫比或者具有突出物的器件形狀進(jìn)行成膜時(shí)，在使用ar⁺離子沖擊的現(xiàn)有的cvd法中，對孔側(cè)壁和成為突出物的陰影的部位的等離子體處理(例如ti膜的成膜中的cl脫離等)是有界限的，而peald處理中的采用h自由基的熱化學(xué)反應(yīng)的處理是有效的。

然而，采用peald處理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)h3⁺離子被較深地注入等離子體處理時(shí)成膜的膜而在沉積膜上產(chǎn)生損傷的問題。如上所述，可以推測在peald處理中，通過降低離子能量，能夠抑制對沉積膜的損傷，然而，現(xiàn)狀是能夠有效地降低離子能量，良好地抑制該損傷的技術(shù)或具體的條件等卻沒有被完全發(fā)明。

鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種進(jìn)行進(jìn)行peald處理的基板處理裝置，該裝置能夠大幅地降低入射到晶片的離子能量，抑制由離子注入導(dǎo)致的對沉積膜的損傷，實(shí)現(xiàn)表面性狀良好的成膜處理。

用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基板處理裝置，其對基板供給原料氣體并對基板照射等離子體來進(jìn)行成膜處理的基板處理裝置，上述基板處理裝置的特征在于，包括：氣密地收納用于載置基板的載置臺(tái)的處理容器；和在上述處理容器內(nèi)生成等離子體的等離子體源，上述等離子體源包括等離子體生成用的高頻電源，上述等離子體源包括使要生成的等離子體的鞘電位降低的鞘電位降低機(jī)構(gòu)。

上述鞘電位降低機(jī)構(gòu)可以是以能夠?qū)ι鲜龈哳l電源疊加施加的方式設(shè)置的直流電源。

由上述直流電源對上述高頻電源施加的電壓可以為負(fù)。

上述鞘電位降低機(jī)構(gòu)是對所述等離子體源中的高頻波形進(jìn)行波形調(diào)制的波形調(diào)制機(jī)構(gòu)，該波形調(diào)制機(jī)構(gòu)可以將所述等離子體源的高頻波形，在波形一個(gè)周期長度中調(diào)制成由正負(fù)電位一個(gè)波長的部分和施加電壓不變化的部分構(gòu)成的形狀。

在由上述波形調(diào)制機(jī)構(gòu)調(diào)制出的高頻波形中，上述正負(fù)電位一個(gè)波長的部分的斜率dv/dt可為負(fù)。

由上述波形調(diào)制機(jī)構(gòu)調(diào)制的的高頻波形的上述正負(fù)電位1個(gè)波長的部分的頻率可超過13.56mhz。

上述鞘電位降低機(jī)構(gòu)由以能夠?qū)λ龈哳l電源疊加施加的方式設(shè)置的直流電源和對上述等離子體源中的高頻波形進(jìn)行波形調(diào)制的波形調(diào)制機(jī)構(gòu)這兩者構(gòu)成。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行peald處理的基板處理裝置中，能夠大幅地降低入射到晶片的離子的能量，抑制由離子注入導(dǎo)致的對沉積膜的損傷，實(shí)施表面性狀良好的成膜處理。

附圖說明

圖1是表示本實(shí)施方式的等離子體處理裝置的大致結(jié)構(gòu)的縱截面圖。

圖2是涉及晶片w上的ti膜的成膜處理的概略說明圖。

圖3是關(guān)于損傷的概略說明圖。

圖4是表示伴隨電源的頻率變化的電子密度的變化和h自由基的生成速度的變化的曲線圖。

圖5是表示伴隨高頻電源的頻率變化和27mhz下vpp的變化的h3⁺離子的能量的變化的曲線圖。

圖6是作為現(xiàn)有實(shí)例的、頻率為27nhz、施加的vpp為700v的高頻電源中的正弦波一個(gè)周期的基本波形。

圖7是本實(shí)施方式的、頻率為27mhz、施加的vpp為400v的高頻電源中的高頻波形。

圖8是表示在本實(shí)施方式的高頻波形中，改變正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率時(shí)的波形的概略圖。

圖9是表示在本實(shí)施方式的高頻波形中，改變斜率(dv/dt)時(shí)的電子密度(等離子體密度)的變化和h自由基的生成效率(生成率)的變化的曲線圖。

圖10是本實(shí)施方式的高頻波形的附圖標(biāo)記依存性的說明圖。

圖11是表示圖10所示的各高頻波形相應(yīng)的電子密度分布的說明圖。

圖12是表示在本實(shí)施方式的等離子體處理裝置中ti膜的成膜時(shí)，由圖10所示的各高頻波形的高頻電源進(jìn)行高頻振蕩時(shí)的離子能量的變化的曲線圖。

附圖標(biāo)記說明

1等離子體處理裝置(基板處理裝置)

10處理容器

11載置臺(tái)

12接地線

13支承部件

20電熱器

30上部電極

31蓋體

32氣體擴(kuò)散室

33支承部件

50氣體供給管

51處理氣體供給源

52原料氣體供給部

53還原氣體供給部

54稀有氣體供給部

60高頻電源

70排氣機(jī)構(gòu)

100控制部

300鞘電位降低機(jī)構(gòu)

w晶片(被處理體)。

具體實(shí)施方式

以下參考附圖對本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。在本說明書以及附圖中，對于實(shí)質(zhì)上具有相同功能構(gòu)成的構(gòu)成要素，附加同一附圖標(biāo)記以省略重復(fù)說明。還有，在本實(shí)施方式中，基板處理裝置是采用等離子體進(jìn)行基板處理的等離子體處理裝置1，以由該等離子體處理裝置1在晶片w上形成ti膜的情形作為例子進(jìn)行說明。

圖1是概略地表示作為本實(shí)施方式的基板處理裝置的等離子體處理裝置1的縱截面圖。等離子體裝置1包括：具有底部且上部開口的大致圓筒狀的處理容器10；和設(shè)置在處理容器10內(nèi)的、載置有晶片的載置臺(tái)11。處理容器10通過接地線12電連接而接地。另外，處理容器10的內(nèi)壁被例如在表面形成有抗等離子體性的材料構(gòu)成的熱噴涂層的內(nèi)襯(未圖示)覆蓋。

載置臺(tái)11由例如氮化鋁(aln)等陶瓷形成，在其表面形成有由導(dǎo)電性材料(未圖示)構(gòu)成的涂層。載置臺(tái)11的下表面被由導(dǎo)電材料形成的支承部件13支承，并且被電連接。支承部件13的下端被處理容器10的底面支承，并且被電連接。因而，載置臺(tái)11通過處理容器10被接地，作為與后述的上部電極30成對的下部電極發(fā)揮功能。另外，作為下部電極的構(gòu)成，在本實(shí)施方式的內(nèi)容中并沒有限定，例如可以在載置臺(tái)11內(nèi)埋入金屬網(wǎng)等導(dǎo)電性部件而構(gòu)成。

在載置臺(tái)11中內(nèi)置有電熱器20，能夠?qū)⑤d置在載置臺(tái)11上的晶片w加熱到規(guī)定的溫度。另外，在載置臺(tái)11上設(shè)置有升降銷(未圖示)，其用于在按壓晶片w的外周部而將其固定在載置臺(tái)11上的夾具(未圖示)，和設(shè)置在處理容器10的外部未圖示的輸送機(jī)構(gòu)之間傳送晶片w。

在作為下部電極的載置臺(tái)11的上方，在處理容器10的內(nèi)側(cè)面，與該載置臺(tái)11相對且平行地設(shè)置有形成為大致圓盤狀的上部電極30。換句話說，上部電極30與載置在載置臺(tái)11的晶片w相對地配置。上部電極30由例如鎳(ni)等導(dǎo)電性的金屬形成。

在上部電極30上形成有在厚度方向上貫穿該上部電極30的多個(gè)氣體供給孔30a。另外，在上部電極30的整個(gè)外周緣部上形成有向上方突出的突出部30b。即，上部電極30具有具備底部且上部開口的大致圓筒形狀。上部電極30比處理容器10的內(nèi)徑小，以使該突出部30b的外側(cè)面與處理容器10的內(nèi)側(cè)面隔開規(guī)定的距離，并且，上部電極30比晶片w的直徑大，以使上部電極30中的與載置臺(tái)11相對的面例如在俯視時(shí)覆蓋載置臺(tái)11的晶片w的整個(gè)面。在突出部30b的上端面連接有大致圓盤狀的蓋體31，由該蓋體31與上部電極30所圍成的空間形成氣體擴(kuò)散室32。蓋體31與上部電極30相同，也由鎳等導(dǎo)電性金屬形成。另外，蓋體31和上部電極30可一體地構(gòu)成。

在蓋體31上表面的外周部，形成有向該蓋體31的外部突出的卡止部31a?？ㄖ共?1a的下表面由被處理容器10的上端部支承的、圓環(huán)狀的支承部件33保持。支承部件33由例如石英等絕緣材料形成。因而，上部電極30和處理容器10電絕緣。另外，在蓋體31的上表面設(shè)置有電熱器34。通過該電熱器34能夠?qū)⑸w體31和連接在該蓋體31的上部電極30加熱到規(guī)定的溫度。

在氣體擴(kuò)散室32貫穿蓋體31連接有氣體供給管50。如圖1所示，在氣體供給管50上連接有處理氣體供給源51。從處理氣體供給源51供給的處理氣體通過氣體供給管50被供給到氣體擴(kuò)散室32。被供給到氣體擴(kuò)散室32的處理氣體通過氣體供給孔30a被導(dǎo)入處理容器10內(nèi)。此時(shí)，上部電極30作為將處理氣體導(dǎo)入到處理容器10內(nèi)的噴淋板發(fā)揮功能。

本實(shí)施方式中的處理氣體供給源51包括：原料氣體供給部52，其供給供給ticl4氣體作為ti膜的成膜用的原料氣體；還原氣體供給部53，其供給例如h2(氫)氣體作為還原氣體；和供給等離子體生成用的稀有氣體的稀有氣體供給部54。作為從稀有氣體供給部54供給的稀有氣體，例如可以使用ar(氬)氣。另外，處理氣體供給源51具有分別設(shè)置在各個(gè)氣體供給部52、53、54和氣體擴(kuò)散室32之間的閥55以及流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)56。供給到氣體擴(kuò)散室32的各氣體的流量被流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)56控制。

在蓋體31上通過匹配器61電連接有高頻電源60，其用于通過該蓋體31向上部電極30供給高頻電力而生成等離子體。高頻電源構(gòu)成為能夠輸出例如100khz～100mhz的頻率的高頻電力。匹配器61使高頻電源60的內(nèi)部阻抗和負(fù)載阻抗相匹配，其發(fā)揮作用以使在處理容器10內(nèi)生成等離子體時(shí)，高頻電源60的內(nèi)部阻抗和負(fù)載阻抗從表面看一致。

在處理容器10的底面通過排氣管71連接有對處理容器10內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣機(jī)構(gòu)70。在排氣管71設(shè)置有調(diào)節(jié)排氣機(jī)構(gòu)70的排氣量的調(diào)節(jié)閥72。因而，能夠通過驅(qū)動(dòng)排氣機(jī)構(gòu)70，經(jīng)由排氣管71對處理容器10內(nèi)的氣氛進(jìn)行排氣，將處理容器10內(nèi)減壓到規(guī)定的真空度。

在上述等離子體處理裝置1中設(shè)有控制部100。控制部100例如是計(jì)算機(jī)，具備程序存儲(chǔ)部(未圖示)。在程序存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)有用于控制電熱器20、34和、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)56、高頻電源60、匹配器61、排氣機(jī)構(gòu)70以及調(diào)節(jié)閥72等各裝置而使基板處理裝置1工作的程序。

另外，上述程序記錄在例如硬盤(hd)、軟盤(fd)、光盤(cd)、磁光盤(mo)、存儲(chǔ)卡等計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，也可從該存儲(chǔ)介質(zhì)安裝到控制部100。

本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1具有上述構(gòu)成。接下來，對本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1中的向晶片w上的ti膜的成膜處理進(jìn)行說明。圖2是關(guān)于晶片w上的ti膜的成膜處理的概略說明圖。

在成膜處理時(shí)，首先，晶片w被搬入處理容器10內(nèi)，被載置并保持在載置臺(tái)11上。例如圖2的(a)所示，在該晶片w的表面上形成有具有規(guī)定厚度的絕緣層200，在形成在晶片w上的源極和漏極相應(yīng)的導(dǎo)電層202的上方形成有接觸孔201。

晶片w被保持在載置臺(tái)11上時(shí)，通過排氣機(jī)構(gòu)70處理容器10內(nèi)被排氣并保持氣密。與此同時(shí)從處理氣體供給源51向處理容器10內(nèi)分別以規(guī)定的流量供給ticl4氣體、h2氣體以及ar氣體。此時(shí)，控制各流量調(diào)整機(jī)構(gòu)56以使ticl4氣體的流量為大約5～50sccm、h2氣體的流量為大約5～10000sccm、ar氣體的流量為大約100～5000sccm。在本實(shí)施方式中，分別以6.7sccm、4000sccm、1600sccm的流量供給ticl4氣體、h2氣體以及ar氣體。另外，控制調(diào)節(jié)閥72的開度以使處理容器10內(nèi)的壓力為例如65pa～1330pa，在本實(shí)施方式中大約為666pa。

與此同時(shí)，通過各電熱器20、34等，將上部電極30、載置臺(tái)11上的晶片w加熱并維持到例如400℃以上。然后，由高頻電源60向上部電極30施加高頻電力。由此，被供給到處理容器10內(nèi)的各氣體在上部電極30和作為下部電極發(fā)揮功能的載置臺(tái)11之間被等離子體化，生成由ticlx、ti、cl、h、ar的離子或自由基構(gòu)成的等離子體。

在晶片w的表面上，作為被等離子體分解的原料氣體的ticlx，通過作為還原氣體的h自由基或h3⁺離子被還原。由此，如圖2的(b)所示，在晶片w上形成ti膜210。在晶片w的處理結(jié)束時(shí)，從處理容器10搬出晶片w。并且，向處理容器10內(nèi)搬入新的晶片w，反復(fù)進(jìn)行該一系列的晶片w的處理。

在以上說明的、本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1中進(jìn)行的基于等離子體增強(qiáng)ald處理(peald處理)進(jìn)行的成膜處理(例如ti膜的成膜處理)中，為了在處理容器10內(nèi)生成等離子體，從高頻電源60以規(guī)定的頻率供給規(guī)定的電力。

關(guān)于基于peald處理進(jìn)行的成膜，本發(fā)明人通過模擬分析等進(jìn)行了討論，在將例如ticl4、h2、ar等作為處理氣體，通過peald處理進(jìn)行ti膜的成膜的處理容器內(nèi)，例如供給較多的h2，在富于h2的氣氛中進(jìn)行處理，由此可知，由于向沉積膜內(nèi)部注入h3⁺離子而產(chǎn)生了損傷。該損傷是在基于cvd處理進(jìn)行的成膜中未表現(xiàn)出的表面性狀，因而擔(dān)心會(huì)導(dǎo)致膜質(zhì)量的下降。圖3是關(guān)于損傷的概略說明圖，(a)是通過cvd處理成膜的膜400的局部概略圖，(b)是通過peald處理成膜的膜400的局部概略圖。

對于如圖3的(b)所示的損傷部位401的生成的主要原因進(jìn)行了進(jìn)一步討論，認(rèn)為其原因是h3⁺離子以高能量入射到膜中。例如以頻率為450khz的低頻，施加vpp(peaktopeak電壓)為1350v的電源進(jìn)行高頻振蕩時(shí)，由于鞘電位vs(等離子體～晶片間的電位差)較大，h3⁺離子以高能量較深地浸入沉積膜的內(nèi)部。

在此，本發(fā)明人在圖1所示的等離子體處理裝置1中，將ticl4為原料的ticlx作為前驅(qū)體吸附在晶片w上，使cl從吸附在表面上的ticlx脫離而形成ti膜的情形下，對用于抑制有可能在被成膜的ti膜上產(chǎn)生的入射離子損傷的技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的討論，得出如下見解。

在形成ti膜時(shí)，為了使cl從前驅(qū)體ticlx脫離，需要使在處理容器10內(nèi)生成的h自由基成為規(guī)定量以上，現(xiàn)有技術(shù)中通過頻率為450khz，vpp為1350v的電源進(jìn)行高頻振蕩。與此相對，可以得知通過降低h3⁺離子的能量，降低鞘電位vs能夠抑制對沉積膜的損傷。為了降低離子能量，可以使用于高頻振蕩的電源的頻率為更高的頻率。

因而，本發(fā)明人在等離子裝置1中形成ti膜時(shí)，使用于高頻振蕩的電源的頻率發(fā)生變化，計(jì)算出h自由基的生成速度以及h3⁺離子的能量。圖4是表示伴隨著電源的頻率變化的處理容器內(nèi)的電子密度(圖中○)的變化以及h自由基的生成速度(圖中△)的變化的曲線圖。另外，在圖4中附注有在頻率為27mhz，使施加vpp從1350v變化到700v時(shí)的處理容器內(nèi)的電子密度(圖中●)和h自由基的生成速度(圖中▲)。圖5是表示伴隨著電源的頻率的變化的處理容器內(nèi)的h3⁺離子的能量的變化(圖中○：最大值以及圖中△：平均值)的曲線圖。

如圖4所示，在相同的施加vpp的情況下，隨著電源的頻率變高，電子密度以及h自由基的生成速度有一度減少的傾向。然而，在頻率超過13.56mhz時(shí)，電子密度以及h自由基的生成速度增加，在更高的頻率下，為非常大的值。因而，在頻率超過13.56mhz時(shí)，能夠保持與現(xiàn)有的施加450khz的頻率時(shí)相同的電子密度以及h自由基的生成速度，同時(shí)減少施加vpp。例如電源的頻率為27mhz時(shí)，能夠保持與以頻率為450khz、vpp為1350v的電源進(jìn)行高頻振蕩時(shí)大致相同的電子密度以及h自由基的生成速度，同時(shí)將施加vpp降低到700v。

另外，如圖5所示，在相同的施加vpp情況下，隨著電源的頻率變高，處理容器內(nèi)的h3⁺離子的能量的平均值和最大值一同減少。即，顯而易見通過將電源的頻率高頻化，離子的入射能量減少。如上所述，由于在27mhz的頻率下能夠降低施加vpp，進(jìn)而可以一同減少離子的入射能量的平均值和最大值。

這樣，通過將電源的頻率高頻化，并且減小施加vpp，能夠使電子密度以及h自由基的生成速度足夠，并且降低在晶片w上形成的等離子體的鞘電位vs，減少h3⁺離子的能量，抑制對沉積膜的損傷。在此，作為用于降低等離子體的鞘電位vs的鞘電位降低機(jī)構(gòu)有各種各樣的。以下，對于該鞘電位降低機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，在圖1中，簡略地表示了鞘電位降低機(jī)構(gòu)300，該鞘電位降低機(jī)構(gòu)300如下述說明具有各種構(gòu)成(dc電源或波形調(diào)制機(jī)構(gòu))，可根據(jù)需要設(shè)置在高頻電源60的內(nèi)部等。

在等離子裝置1中，作為鞘電位降低機(jī)構(gòu)300設(shè)置有以能夠?qū)Ω哳l電源60疊加施加的方式設(shè)置的dc(直流)電源，將規(guī)定的電壓的dc疊加施加在高頻電源60。特別地優(yōu)選為了降低鞘電位，通過dc電源將作為負(fù)電壓的dc施加在高頻電源60(上部電極30)。

具體地說，通過對例如頻率為27mhz、施加vpp為700v的高頻振蕩電源施加作為負(fù)的電壓的-300v的dc而降低等離子的鞘電位vs。在此，在晶片w上形成的等離子體的鞘電位的最大值約為200v。

通過該方法，能夠降低離子能量從而抑制對沉積膜的損傷。具體地說，能夠防止h3⁺以高能量較深地浸入沉積膜內(nèi)部，產(chǎn)生損傷。

另外，根據(jù)本發(fā)明人的研究，實(shí)地觀察得知通過將高頻電源60的高頻波形進(jìn)行波形調(diào)制(waveformtailoring)，使成為適宜的波形，從而能夠降低鞘電位。即，通過設(shè)置作為鞘電位降低機(jī)構(gòu)300的波形調(diào)制機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)鞘電位的降低。

此時(shí)，優(yōu)選將用于高頻振蕩的電源的高頻波形，在不改變基本波長的1個(gè)周期的長度的情況下，調(diào)制成在相同的1個(gè)周期的長度中由正負(fù)電位1個(gè)波長的部分和施加電壓不變化的部分構(gòu)成的形狀(在此，稱為heartbeat波形)。

圖6、圖7是本實(shí)施方式的等離子處理裝置1的高頻電源60的高頻波形的說明圖。圖6是作為現(xiàn)有例的頻率為27nhz、施加vpp為700v的高頻電源中的正旋波的1個(gè)周期的波長的長度(1個(gè)周期的長度l)的基本波形，具有如下述式(1)所示斜率(以虛線圖示)。

dv/dt＝5.94×10¹⁰(v/s)…(1)

另一方面，圖7是優(yōu)選在本實(shí)施方式中使用的、頻率為27nhz、施加vpp為400v的高頻電源中的高頻波形。圖7中所示的波長與現(xiàn)有的基本波形(參考圖6)長度相同，該波形的1個(gè)周期的長度l由正負(fù)電位1個(gè)波長的部l1和施加電壓不變化的部分l2構(gòu)成，成為所謂的heartbeat波形。另外，關(guān)于施加電壓不變化的部分l2，實(shí)質(zhì)上即使存在不妨礙等離子體生成的程度的電壓變化也是沒有問題的。在該本實(shí)施方式的高頻波形中，正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率可以具有比上述式(1)所示的斜率大。例如，優(yōu)選為如下述式(2)所示的值。

dv/dt＝9.18×10¹⁰(v/s)…(2)

圖8表示在本實(shí)施方式的高頻波形中，改變正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率時(shí)的波形，圖8的(a)、(b)、(c)依次表示斜率變大的波形。圖8的(a)為dv/dt＝8.00×10¹⁰(v/s),(b)為dv/dt＝9.18×10¹⁰(v/s)，(c)為dv/dt＝1.03×10¹¹(v/s)。

另外，圖9是表示在本實(shí)施方式的高頻波形中，如圖8的(a)～(c)所示增大斜率(dv/dt)時(shí)的電子密度(等離子體密度)的變化以及h自由基的生成速度的變化的曲線圖。

如圖8、9所示，在本實(shí)施方式的等離子裝置1中，將高頻電源60作為所謂的heartbeat波形的高頻電源時(shí)，正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率越大，電子密度以及h自由基的生成速度變大。由此可知，在本實(shí)施方式的高頻波形中，優(yōu)選將正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率增大的波形調(diào)制。

換句話說，在本實(shí)施方式的高頻波形中，正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率越大，越能夠維持電子密度以及h自由基的生成速度，并且使離子能量降低。通過采用這樣進(jìn)行波形調(diào)制的本實(shí)施方式的高頻波形進(jìn)行等離子體處理，能夠減小施加vpp在晶片w上形成的等離子體的鞘電位vs，降低h3⁺離子的能量，抑制對沉積膜的損傷。

另外，本實(shí)施方式的高頻波形的振幅能夠任意調(diào)制，然而從降低等離子體的鞘電位vs的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選盡可能地減小。

例如，以正弦波為基本波，在對電極施加通過將其疊加至其n倍的高頻波而調(diào)制的電位波形的情況下，其電極電位v(t)如下述式(3)所示。

【公式1】

該式(3)所示的電極電位為t＝m/f(m是整數(shù)，f是頻率)時(shí)，斜率dv/dt取下述式(4)所示的最大值。

【公式2】

該式(4)所示的最大值與基本波的頻率f＝ω/(2π)以及振幅v0成比例。另外，an是波形調(diào)制的系數(shù)。

為了使等離子體電位上升，v0應(yīng)盡可能地減小，然而，為了促進(jìn)等離子體的生成，需要使疊加波形出現(xiàn)的vpp(與v0成比例)的值大于處理氣體的電離閾值能量(εion)。即，需要滿足下述式(5)。

vpp＞εion…(5)

另一方面，為了在可能的范圍內(nèi)減小v0，增大f的值即可。然而，由于需要電子能夠與電場對應(yīng)地運(yùn)動(dòng)，電子等離子體頻率fp，e成為上限。疊加至基本波的n倍的高頻波，因而基本波的頻率的上限由下述式(6)決定。

【公式3】

在此，e為元電荷，εo為介電常數(shù)，ne為等離子體中的電子密度，me為電子的質(zhì)量。

另外，關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的高頻波形，需要對正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率的附圖標(biāo)記依賴性也進(jìn)行研究。圖10是關(guān)于本實(shí)施方式的高頻波形的附圖標(biāo)記依存性的說明圖，斜率的絕對值均為9.18×10¹⁰(v/s)。圖10(a)表示dv/dt＞0的情形，圖10的(b)表示dv/dt＜0的情形。

另外，圖11的(a)、(b)是表示與圖10所示的高頻波形對應(yīng)的晶片(接地電極)-噴淋器(驅(qū)動(dòng)電極)間的電子密度分布的說明圖。

如圖10、圖11所示，在本實(shí)施方式的高頻波形中，即使在正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率的附圖標(biāo)記的正負(fù)發(fā)生改變的情況下，處理容器內(nèi)的基本的電子密度分布也沒有大的變化。然而，當(dāng)dv/dt＞0時(shí)(圖10的(a))與dv/dt＜0時(shí)(圖10的(b))相比，電子密度更偏于晶片w一側(cè)分布。即，dv/dt＜0時(shí)與dv/dt＞0時(shí)相比，晶片w一側(cè)的鞘較厚，鞘中的離子與氣體分子間的碰撞頻率增大，因而能夠進(jìn)一步地降低入射到晶片w的離子的能量。

圖12是表示在本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1中ti膜成膜時(shí)，通過圖10、11所示的各高頻波形的高頻電源進(jìn)行高頻振蕩時(shí)的離子能量的變化的曲線圖。如圖12所示，(a)中dv/dt＞0時(shí)與(b)中dv/dt＜0相比，雖然入射離子能量的最大值相同，但是dv/dt＜0時(shí)其平均值被抑制地更低。

即，在本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1中，優(yōu)選使用能夠調(diào)制出所謂heartbeat波形的高頻電源進(jìn)行高頻振蕩，進(jìn)一步地，對于該高頻波形，通過調(diào)制出正負(fù)電位1個(gè)波長的部分l1的斜率的附圖標(biāo)記為dv/dt＜0的波形，能夠預(yù)料到離子能量的進(jìn)一步降低。由此，能夠進(jìn)一步地抑制對沉積膜的損傷。

另外，在用于高頻振蕩的電源中，在對本實(shí)施方式的高頻波形進(jìn)行波形調(diào)制時(shí)，可以使用不間斷地重復(fù)如圖7所示的所謂的heartbeat波形的周期的高頻電源，另外，也可使用以每1個(gè)周期空出規(guī)定間隔的周期產(chǎn)生所謂的heartbeat波形的高頻電源。然而，無論在哪種情況下都需要調(diào)制成在處理容器10內(nèi)生成足夠的等離子體，在基板處理時(shí)持續(xù)地確保該狀態(tài)的周期。

如上述所說明的方式，在采用本實(shí)施方式的等離子體處理裝置1的成膜處理中，能夠采用：作為鞘電位降低機(jī)構(gòu)300，設(shè)置有以能夠?qū)Ω哳l電源60疊加施加的方式設(shè)置的dc(直流)電源，將規(guī)定的電壓的dc施加于用于高頻振蕩的電源的方法，以及設(shè)置對電源的高頻波形進(jìn)行波形調(diào)制的波形調(diào)制機(jī)構(gòu)，形成使用所謂的heartbeat波形的高頻電源的結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)這樣的方法，能夠降低等離子體的鞘電位vs，離子能量降低，抑制現(xiàn)有成膜時(shí)出現(xiàn)的對沉積膜的損傷。

以上對本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)例子，但本發(fā)明并不限定于圖示的方式。顯而易見，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在專利申請的范圍所記載的思想范圍內(nèi)，能夠想到各種變形例或者修改例，可以理解為這些也自然屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。

例如在上述實(shí)施方式中，作為鞘電位降低機(jī)構(gòu)300，列舉出將規(guī)定的電壓的dc施加在用于高頻振蕩的電源的裝置(設(shè)置有dc電源的情況)以及進(jìn)行用于高頻振蕩的電源的波形調(diào)制的裝置(設(shè)置有波形調(diào)制機(jī)構(gòu)的情況)進(jìn)行了說明。該各裝置可構(gòu)成為在等離子體處理裝置1中僅設(shè)置1個(gè)，或者也可構(gòu)成為設(shè)置2個(gè)。

另外，在上述實(shí)施方式中，關(guān)于在處理容器10內(nèi)生成等離子體的裝置，并不限定于上述實(shí)施方式的內(nèi)容。作為在處理容器內(nèi)生成等離子體的等離子體源，可以使用通過采用線圈狀設(shè)置的天線施加高頻而隔著電介質(zhì)窗通過電感耦合生成等離子體的電感耦合等離子體(icp)，也可以使用螺旋波等離子體或回旋共振等離子體等其他的等離子體源。

并且，例如在上述實(shí)施方式中，以等離子體增強(qiáng)ald處理為例進(jìn)行了說明，本發(fā)明也可以適用于例如ale(atomiclayeretching)處理等。

工業(yè)上的可利用性

本發(fā)明能夠適用于在基板表面進(jìn)行成膜處理的基板處理裝置。