プラズマ処理方法
【課題】プラズマを安定して維持することができるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、Ａｒプラズマ中のイオンにより基板の表面をＡｒスパッタ処理し（Ｓ３）、Ａｒスパッタした基板に絶縁膜を成膜し（Ｓ４）、基板を真空容器から搬出し（Ｓ５）、Ａｒスパッタにより入射窓の内壁に付着した原子を、酸素プラズマ処理により酸化する（Ｓ６）。
【解決手段】金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、Ａｒプラズマ中のイオンにより基板の表面をＡｒスパッタ処理し（Ｓ３）、Ａｒスパッタした基板に絶縁膜を成膜し（Ｓ４）、基板を真空容器から搬出し（Ｓ５）、Ａｒスパッタにより入射窓の内壁に付着した原子を、酸素プラズマ処理により酸化する（Ｓ６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を形成する際のプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の素子上に酸化珪素膜や窒化珪素膜などの保護絶縁膜を形成する際に、素子表面に自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物が付着していた場合、素子と保護絶縁膜の間で十分な密着力が得られず、保護絶縁膜が剥離して、素子不良に繋がることがある。そのため、保護絶縁膜の形成前に、素子表面の自然酸化膜や不純物を除去する前処理が行われている。
【０００３】
上述した前処理として、Ａｒなどの不活性ガスを用いたスパッタが知られており、Ａｒスパッタにより素子表面の不純物などを除去することができる（特許文献１）。更に、水素を含むガス（Ｈ2、ＮＨ3など）を添加することで、自然酸化膜を効率的に除去することもできる。Ａｒスパッタは、Ａｒガスを供給できれば、保護絶縁膜を形成するプラズマＣＶＤ装置の真空容器内でも容易に実施できるので、１つの真空容器内において、Ａｒスパッタによる前処理を行った後、そのまま、保護絶縁膜の成膜処理を行うことができ、１つの真空容器で共に実施可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０８３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の素子には、配線などの金属膜が形成されており、この金属膜上に上述した保護絶縁膜を形成している。又、近年、金属膜を多用するＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる半導体素子などもあり、このような素子の場合も、金属膜上に上述した保護絶縁膜を形成している。そのため、プラズマＣＶＤ装置においては、保護絶縁膜を形成する前の金属膜に対して、Ａｒスパッタの前処理を行い、その後、保護絶縁膜を形成することになる。このＡｒスパッタを行う際に、素子表面の不純物と一緒に素子材料の金属膜もある程度スパッタされてしまい、スパッタされた金属が真空容器の内壁に付着してしまうことになる。
【０００６】
プラズマＣＶＤ装置が、ＩＣＰ（Inductively-Coupled Plasma）型のプラズマ生成機構を有する場合、つまり、真空容器の外部に設けられたアンテナから、絶縁材料からなる入射窓を介して、真空容器内部に高周波電磁波（例えば、ＲＦ（Radio Frequency））を入射するプラズマ生成機構を有する場合、スパッタされた金属が入射窓にも付着して、金属膜を形成してしまうことがある。入射窓に金属膜が形成されてしまうと、この金属膜に渦電流が発生してしまい、高周波電磁波のパワーをプラズマに適切に供給できなくなり、プラズマが不安定になったり、プラズマの点火、維持ができなくなったりしていた。
【０００７】
例えば、本発明者などの知見では、表面に金属膜を有する試験基板にＡｒスパッタ（条件：ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍ、基板径＝２００ｍｍ）を２８８秒行うと、プラズマの点火、維持ができなくなっていた。このとき、入射窓には、５０Åの金属膜が付着していた。
【０００８】
又、プラズマＣＶＤ装置では、入射窓を含め、真空容器の内壁にも成膜する保護絶縁膜が付着し、付着した保護絶縁膜は、そのままでは剥がれて、パーティクル発生源となってしまうため、定期的にプラズマクリーニングを行い、除去する必要がある。付着した保護絶縁膜は、クリーニング用のＦ系ガス（例えば、ＮＦ3）を用いて除去されるが、素子からスパッタされて、入射窓や真空容器内壁に付着した金属膜（又は、金属膜が酸化した酸化金属膜）は、Ｆ系ガスでは除去することができず、パーティクルの発生源となってしまうおそれがある。このような金属膜又は酸化金属膜を除去するためには、Ｃｌ系ガス（例えば、ＣＣｌ4）の供給系を追加する必要があり、装置のコストアップに繋がる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、プラズマを安定して維持することができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜し、
前記基板を前記真空容器から搬出し、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第１又は第２の発明に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされた原子を付着させ、前記酸素のプラズマにより酸化させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第４の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマと共に酸素のプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタすると共に、スパッタされた原子を前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第５の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第４の発明に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされて酸化された原子を付着させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１、第２、第４の発明によれば、スパッタされた原子（特に、金属膜の金属原子）を酸化することになるので、入射窓の内壁に付着した膜の導電率を下げ、この膜での渦電流の発生を防止することができる。その結果、入射窓から入射される電磁波のパワーがプラズマに適切に供給されて、プラズマの不安定性を無くすことができる。
【００１６】
第３、第５の発明によれば、予め、基板に成膜する絶縁膜と同種の他の絶縁膜を真空容器の内壁に成膜しておき（プレデポ）、他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去するので（プラズマクリーニング）、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置を説明する概略構成図である。
【図２】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の一例（実施例１）を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の一例（実施例１）を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例２）を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例２）を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例３）を説明するフローチャートである。
【図７】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例３）を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態のいくつかを、図１〜図７を参照して、詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本実施例のプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置を説明する概略構成図である。最初に、当該プラズマ処理装置について、図１を用いて説明をする。なお、図１では、一例として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型のプラズマ発生機構を備えたプラズマＣＶＤ装置を示しているが、入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構を備えたプラズマＣＶＤ装置であれば他のものでもよい。
【００２０】
本実施例のプラズマ処理方法を実施するプラズマＣＶＤ装置１０は、真空容器１１（成膜室）となる筒状容器１２と天井板１３とを有しており、円筒状の筒状容器１２の上部開口部を塞ぐように、セラミクス製の円板状の天井板１３が配設されている。筒状容器１２には、内部を真空状態にする真空装置１４が接続されており、真空容器１１の内部を高い真空度に維持可能である。
【００２１】
天井板１３の上方（直上）には、複数の円形リングからなる高周波アンテナ１５が配置されており、高周波アンテナ１５には整合器１６を介して高周波電源１７が接続されている。この高周波電源１７は、後述する低周波電源２７より高い発振周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を高周波アンテナ１５に給電可能となっており、入射窓となる天井板１３を透過して、プラズマＰを生成するための高周波電磁波（ＲＦ）を真空容器１１内へ入射可能となっている。これは、所謂、ＩＣＰ型のプラズマ発生機構の構成である。
【００２２】
又、筒状容器１２の側壁部分には、天井板１３より低く、後述する載置台２２より高い位置に複数のガスノズル１８が設けられており、ガスノズル１８から真空容器１１の内部に、所望の流量の所望のガスを供給可能となっている。供給されるガスは、プロセスに応じて変更され、例えば、保護絶縁膜（例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜）やプレデポジション（以降、プレデポと略す。）のプロセスには、原料ガスとなるＳｉＨ4、Ｎ2、Ｏ2などが使用され、スパッタのプロセスには、不活性ガス、希ガスとなるＡｒなどが使用され、プラズマクリーニングのプロセスには、ＮＦ3などが使用され、後述する酸素プラズマ処理のプロセスには、Ｏ2が使用される。
【００２３】
又、筒状容器１２の下部には、成膜対象である基板Ｗを保持する基板支持台２１が設置されている。この基板支持台２１は、基板Ｗを保持する載置台２２と、この載置台２２を支持する支持軸２３とにより構成されている。載置台２２の内部には加熱のためのヒータ（図示省略）が設置されており、このヒータは図示しない制御装置により温度が調整されている。これにより、プラズマ処理中の基板Ｗを所望の温度（例えば、１５０〜７００℃）に制御することができる。
【００２４】
又、載置台２２には、電極２４が設けられており、この電極２４には、コンデンサ２５、整合器２６を介して低周波電源２７が接続されている。低周波電源２７は、高周波電源１７より低い発振周波数（例えば、４ＭＨｚ）を電極２４に印加し、基板Ｗにバイアスパワー（ＬＦパワー）を印加できるようになっている。これにより、基板Ｗの表面にプラズマＰ中からイオンを引き込むことができる。例えば、Ａｒスパッタ時には、Ａｒイオンを基板Ｗの表面に引き込んで、自然酸化膜や不純物などを効率的に除去することができる。
【００２５】
更に、上述した電極２４には、基板Ｗを静電吸着する直流の静電電源２８が接続されており、載置台２２上に基板Ｗを吸着保持可能としている。この静電電源２８は、高周波電源１７や低周波電源２７のパワーが回り込まないように、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２９を介して接続されている。
【００２６】
なお、基板Ｗは、筒状容器１２の側壁に設けられたゲートドア（図示省略）を用いて、載置台２２上に搬送可能となっており、載置台２２上に基板Ｗを載置することで、基板Ｗが真空容器１１に収容される。その後、ゲートドアを閉め、図示しない主制御装置により、後述するプラズマ処理方法が実施される。
【００２７】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置１０で実施する本実施例のプラズマ処理方法について、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを参照して説明を行う。
【００２８】
まず、基板Ｗの搬入前に、筒状容器１２及び天井板１３からなる真空容器１１に対して、絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ１）。プレデポとしては、後述するステップＳ４において、基板Ｗに成膜する膜と同種の膜が望ましい。酸化珪素膜、窒化珪素膜などの保護絶縁膜を基板Ｗに成膜するのであれば、プレデポとしても、同種の保護絶縁膜、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉなどのＳｉ系の絶縁膜が望ましい。
【００２９】
次に、基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ２）。なお、基板Ｗには、既に、半導体素子を構成する金属膜などが形成されている。
【００３０】
次に、基板Ｗの表面のスパッタ処理を行う（ステップＳ３）。スパッタのガスとしては、不活性ガス、希ガスを用い、プラズマを生成する。又、効率よくスパッタを行うため、基板ＷにＬＦパワーを印加し、プラズマ中のイオンを基板Ｗの表面に引き込むようにする。例えば、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍの条件でＡｒによるスパッタを行う。
【００３１】
スパッタ処理により、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物が除去される。同時に、金属膜もスパッタされ、スパッタされた金属原子が真空容器１１の内壁、より正確には、プレデポの絶縁膜上に付着することになるが、付着した金属原子（或いは、付着した金属原子が積層した金属膜）は後述する酸素プラズマ処理により酸化されることになる。
【００３２】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ４）。ステップＳ３において、スパッタにより基板Ｗの表面の不純物などを除去しているので、基板Ｗの素子表面と密着性良く保護絶縁膜を形成することができる。
【００３３】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ５）。つまり、真空容器１１内に基板Ｗが無い状態とする。
【００３４】
次に、真空容器１１に対して、酸素プラズマ処理を行い（ステップＳ６）、ステップＳ３において、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）の酸化を行う。酸素プラズマ処理の条件は、天井板１３（入射窓）に付着した金属原子（或いは金属膜）の膜厚に応じて設定される。例えば、２Åの金属膜が付着した場合、金属膜２Åの酸化を行うため、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝０Ｗ、Ｏ2＝２００ｓｃｃｍ、処理時間７２秒の条件で酸素プラズマ処理を行う。このとき、ＬＦパワーは印加しない。
【００３５】
このように、１枚の基板Ｗの成膜後に、毎回、酸素プラズマ処理を行うことで、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化して、導電率を下げており、これにより、渦電流の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、ステップＳ４で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値（例えば、９μｍ＝９０００ｎｍ）に到達したか確認する（ステップＳ７）。積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ２へ戻り、前述したステップＳ２〜Ｓ６を実施する。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ２〜Ｓ６を繰り返し実施する。そして、積算膜厚が所定値に到達すると、ステップＳ８へ進む。
【００３７】
次に、真空容器１１に対して、プラズマクリーニングを行う（ステップＳ８）。例えば、ＮＦ3を用いてプラズマクリーニングを行う。このときも、ＬＦパワーは印加しない。成膜処理前のステップＳ１において、天井板１３を含む真空容器１１に対して、プレデポによりに絶縁膜を成膜しており、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）は、プレデポの絶縁膜上に付着して、酸化されている。そして、ＮＦ3などのＦ系ガスでプラズマクリーニングすると、プレデポの絶縁膜と共に酸化された金属膜も除去することができる。これにより、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００３８】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ１へ戻り、前述したステップＳ１〜Ｓ８を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図３に示すタイムチャートとなる。
【００３９】
発明の効果を確認するため、酸素プラズマ処理を除き、同一条件として、従来のプラズマ処理方法と本実施例のプラズマ処理方法とを比較してみた。
【００４０】
従来のプラズマ処理方法では、プレデポの後、基板Ｗ毎に［Ａｒスパッタ処理→膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2膜形成］を繰り返し行った。この場合、２４回成膜（２４枚の基板Ｗに成膜）したとき、つまり、積算膜厚が２４回×２００ｎｍ＝４８００ｎｍのとき、プラズマを維持できなくなった。プラズマクリーニングを実施しようとしても、既に、プラズマを点火できない状態なので、真空容器１１を開放し、メカニカルクリーニングなどのメンテナンスが必要となった。
【００４１】
これに対し、本実施例のプラズマ処理方法では、上述したように、プレデポの後、基板Ｗ毎に［Ａｒスパッタ処理→膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2膜形成→酸素プラズマ処理］を繰り返し行った。但し、酸素プラズマ処理は基板Ｗが無い状態である。この場合、４５回成膜（４５枚の基板Ｗに成膜）しても、つまり、積算膜厚が４５回×２００ｎｍ＝９０００ｎｍになっても、プラズマが不安定になることはなく、プラズマクリーニングを実施することにより、真空容器１１を初期状態に戻すことができた。このように、プラズマの不安定性を無くすことができ、これにより、従来のように、メカニカルクリーニングなどのメンテナンスをすること無く、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。なお、９０００ｎｍという積算膜厚は、Ａｒスパッタ処理が不要な場合におけるプラズマクリーニングのための積算膜厚と同じ数値である。
【００４２】
（実施例２）
図４は、本実施例のプラズマ処理方法を説明するフローチャートであり、図５は、そのタイムチャートである。なお、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートも、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１０などで実施可能であるので、ここでは、プラズマＣＶＤ装置自体の説明は省略し、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートを参照して説明を行う。又、実施例１とは、基本的には、プロセスの順序が違うだけであるので、重複する記載は簡略にする。
【００４３】
まず、基板Ｗの搬入前に、真空容器１１に対して、Ｓｉ系の絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ１１）。
【００４４】
次に、半導体素子を構成する金属膜などが形成された基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ１２）。
【００４５】
次に、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物を除去するため、ＬＦパワーを印加して、Ａｒスパッタを行う（ステップＳ１３）。
【００４６】
次に、真空容器１１に対して、酸素プラズマ処理を行い（ステップＳ１４）、ステップＳ１３において、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）の酸化を行う。このとき、真空容器１１の内部に基板Ｗがある（載置台２２上に基板Ｗが載置されている）ので、基板Ｗへの影響がないように、ＬＦパワーは印加しない。
【００４７】
このように、１枚の基板Ｗの成膜前に、毎回、酸素プラズマ処理を行うことで、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化して、導電率を下げており、これにより、渦電流の発生を防止することができる。又、保護絶縁膜の成膜前に、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化することにより、もし、保護絶縁膜に混入したとしても、その影響を低減することができる。
【００４８】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ１５）。
【００４９】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ１６）。
【００５０】
次に、ステップＳ１５で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値に到達したか確認し（ステップＳ１７）、積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ１２へ戻り、積算膜厚が所定値に到達していれば、ステップＳ１８へ進む。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ１２〜Ｓ１６を繰り返し実施する。
【００５１】
次に、真空容器１１に対して、例えば、ＮＦ3を用い、ＬＦパワーは印加しないでプラズマクリーニングを行う（ステップＳ１８）。このプラズマクリーニングにより、プレデポの絶縁膜と共に酸化された金属原子（或いは金属膜）も除去することができ、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００５２】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ１１へ戻り、前述したステップＳ１１〜Ｓ１８を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図５に示すタイムチャートとなる。
【００５３】
本実施例のプラズマ処理方法を行うことにより、実施例１と同様に、プラズマの不安定性を無くすことができ、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。
【００５４】
（実施例３）
図６は、本実施例のプラズマ処理方法を説明するフローチャートであり、図７は、そのタイムチャートである。なお、図６のフローチャート及び図７のタイムチャートも、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１０などで実施可能であるので、ここでも、プラズマＣＶＤ装置自体の説明は省略し、図６のフローチャート及び図７のタイムチャートを参照して説明を行う。又、実施例１、２とは、基本的には、一部のプロセスが違うだけであるので、重複する記載は簡略にする。
【００５５】
まず、基板Ｗの搬入前に、真空容器１１に対して、Ｓｉ系の絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ２１）。
【００５６】
次に、半導体素子を構成する金属膜などが形成された基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ２２）。
【００５７】
次に、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物を除去するため、ＬＦパワーを印加して、Ａｒスパッタを行うが、Ａｒと共に酸素を供給することにより、酸素プラズマ処理も同時に行う（ステップＳ２３）。例えば、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍ、Ｏ２＝２００ｓｓｍ、処理時間＝１２秒の条件で、Ａｒスパッタ兼酸素プラズマ処理を行う。このとき、Ａｒスパッタにより、自然酸化膜やエッチング残渣と共に金属膜もスパッタされるが、スパッタされた金属原子は酸素プラズマにより酸化されることになり、天井板１３に付着する場合には、酸化金属原子として付着することになる。
【００５８】
このように、１枚の基板Ｗの成膜前に、毎回、Ａｒスパッタと同時に酸素プラズマ処理を行うことで、スパッタされた金属原子を酸化しており、酸化した金属原子が天井板１３に付着して酸化金属膜を形成しても、その導電率は低いので、渦電流の発生を防止することができる。又、保護絶縁膜の成膜前に、スパッタされた金属原子を酸化することにより、もし、保護絶縁膜に混入したとしても、その影響を低減することができる。又、Ａｒスパッタと同時に酸素プラズマ処理を行っているので、実施例１、２と比較して、全体のプロセス時間を短くすることができ、スループットの向上を図ることもできる。
【００５９】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ２４）。
【００６０】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ２５）。
【００６１】
次に、ステップＳ２４で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値に到達したか確認し（ステップＳ２６）、積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ２２へ戻り、積算膜厚が所定値に到達していれば、ステップＳ２７へ進む。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返し実施する。
【００６２】
次に、真空容器１１に対して、例えば、ＮＦ3を用い、ＬＦパワーは印加しないでプラズマクリーニングを行う（ステップＳ２７）。このプラズマクリーニングにより、プレデポの絶縁膜と共に酸化金属膜も除去することができ、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００６３】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ２１へ戻り、前述したステップＳ２１〜Ｓ２７を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図６に示すタイムチャートとなる。
【００６４】
本実施例のプラズマ処理方法を行うことにより、実施例１、２と同様に、プラズマの不安定性を無くすことができ、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。更に、本実施例の場合には、Ａｒスパッタと酸素プラズマ処理を同時に行っているので、全体のプロセス時間を短くすることができ、スループットの向上を図ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、金属膜を有する半導体素子上に保護絶縁膜を形成する際に好適なものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ プラズマＣＶＤ装置
１１ 真空容器
１２ 筒状容器
１３ 天井板（入射窓）
１５ 高周波アンテナ
１７ 高周波電源
２４ 電極
２７ 低周波電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を形成する際のプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の素子上に酸化珪素膜や窒化珪素膜などの保護絶縁膜を形成する際に、素子表面に自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物が付着していた場合、素子と保護絶縁膜の間で十分な密着力が得られず、保護絶縁膜が剥離して、素子不良に繋がることがある。そのため、保護絶縁膜の形成前に、素子表面の自然酸化膜や不純物を除去する前処理が行われている。
【０００３】
上述した前処理として、Ａｒなどの不活性ガスを用いたスパッタが知られており、Ａｒスパッタにより素子表面の不純物などを除去することができる（特許文献１）。更に、水素を含むガス（Ｈ2、ＮＨ3など）を添加することで、自然酸化膜を効率的に除去することもできる。Ａｒスパッタは、Ａｒガスを供給できれば、保護絶縁膜を形成するプラズマＣＶＤ装置の真空容器内でも容易に実施できるので、１つの真空容器内において、Ａｒスパッタによる前処理を行った後、そのまま、保護絶縁膜の成膜処理を行うことができ、１つの真空容器で共に実施可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０８３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の素子には、配線などの金属膜が形成されており、この金属膜上に上述した保護絶縁膜を形成している。又、近年、金属膜を多用するＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる半導体素子などもあり、このような素子の場合も、金属膜上に上述した保護絶縁膜を形成している。そのため、プラズマＣＶＤ装置においては、保護絶縁膜を形成する前の金属膜に対して、Ａｒスパッタの前処理を行い、その後、保護絶縁膜を形成することになる。このＡｒスパッタを行う際に、素子表面の不純物と一緒に素子材料の金属膜もある程度スパッタされてしまい、スパッタされた金属が真空容器の内壁に付着してしまうことになる。
【０００６】
プラズマＣＶＤ装置が、ＩＣＰ（Inductively-Coupled Plasma）型のプラズマ生成機構を有する場合、つまり、真空容器の外部に設けられたアンテナから、絶縁材料からなる入射窓を介して、真空容器内部に高周波電磁波（例えば、ＲＦ（Radio Frequency））を入射するプラズマ生成機構を有する場合、スパッタされた金属が入射窓にも付着して、金属膜を形成してしまうことがある。入射窓に金属膜が形成されてしまうと、この金属膜に渦電流が発生してしまい、高周波電磁波のパワーをプラズマに適切に供給できなくなり、プラズマが不安定になったり、プラズマの点火、維持ができなくなったりしていた。
【０００７】
例えば、本発明者などの知見では、表面に金属膜を有する試験基板にＡｒスパッタ（条件：ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍ、基板径＝２００ｍｍ）を２８８秒行うと、プラズマの点火、維持ができなくなっていた。このとき、入射窓には、５０Åの金属膜が付着していた。
【０００８】
又、プラズマＣＶＤ装置では、入射窓を含め、真空容器の内壁にも成膜する保護絶縁膜が付着し、付着した保護絶縁膜は、そのままでは剥がれて、パーティクル発生源となってしまうため、定期的にプラズマクリーニングを行い、除去する必要がある。付着した保護絶縁膜は、クリーニング用のＦ系ガス（例えば、ＮＦ3）を用いて除去されるが、素子からスパッタされて、入射窓や真空容器内壁に付着した金属膜（又は、金属膜が酸化した酸化金属膜）は、Ｆ系ガスでは除去することができず、パーティクルの発生源となってしまうおそれがある。このような金属膜又は酸化金属膜を除去するためには、Ｃｌ系ガス（例えば、ＣＣｌ4）の供給系を追加する必要があり、装置のコストアップに繋がる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、プラズマを安定して維持することができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜し、
前記基板を前記真空容器から搬出し、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第１又は第２の発明に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされた原子を付着させ、前記酸素のプラズマにより酸化させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第４の発明に係るプラズマ処理方法は、
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマと共に酸素のプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタすると共に、スパッタされた原子を前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第５の発明に係るプラズマ処理方法は、
上記第４の発明に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされて酸化された原子を付着させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１、第２、第４の発明によれば、スパッタされた原子（特に、金属膜の金属原子）を酸化することになるので、入射窓の内壁に付着した膜の導電率を下げ、この膜での渦電流の発生を防止することができる。その結果、入射窓から入射される電磁波のパワーがプラズマに適切に供給されて、プラズマの不安定性を無くすことができる。
【００１６】
第３、第５の発明によれば、予め、基板に成膜する絶縁膜と同種の他の絶縁膜を真空容器の内壁に成膜しておき（プレデポ）、他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去するので（プラズマクリーニング）、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置を説明する概略構成図である。
【図２】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の一例（実施例１）を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の一例（実施例１）を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例２）を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例２）を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例３）を説明するフローチャートである。
【図７】本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態の他の一例（実施例３）を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るプラズマ処理方法の実施形態のいくつかを、図１〜図７を参照して、詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本実施例のプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置を説明する概略構成図である。最初に、当該プラズマ処理装置について、図１を用いて説明をする。なお、図１では、一例として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型のプラズマ発生機構を備えたプラズマＣＶＤ装置を示しているが、入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構を備えたプラズマＣＶＤ装置であれば他のものでもよい。
【００２０】
本実施例のプラズマ処理方法を実施するプラズマＣＶＤ装置１０は、真空容器１１（成膜室）となる筒状容器１２と天井板１３とを有しており、円筒状の筒状容器１２の上部開口部を塞ぐように、セラミクス製の円板状の天井板１３が配設されている。筒状容器１２には、内部を真空状態にする真空装置１４が接続されており、真空容器１１の内部を高い真空度に維持可能である。
【００２１】
天井板１３の上方（直上）には、複数の円形リングからなる高周波アンテナ１５が配置されており、高周波アンテナ１５には整合器１６を介して高周波電源１７が接続されている。この高周波電源１７は、後述する低周波電源２７より高い発振周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を高周波アンテナ１５に給電可能となっており、入射窓となる天井板１３を透過して、プラズマＰを生成するための高周波電磁波（ＲＦ）を真空容器１１内へ入射可能となっている。これは、所謂、ＩＣＰ型のプラズマ発生機構の構成である。
【００２２】
又、筒状容器１２の側壁部分には、天井板１３より低く、後述する載置台２２より高い位置に複数のガスノズル１８が設けられており、ガスノズル１８から真空容器１１の内部に、所望の流量の所望のガスを供給可能となっている。供給されるガスは、プロセスに応じて変更され、例えば、保護絶縁膜（例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜）やプレデポジション（以降、プレデポと略す。）のプロセスには、原料ガスとなるＳｉＨ4、Ｎ2、Ｏ2などが使用され、スパッタのプロセスには、不活性ガス、希ガスとなるＡｒなどが使用され、プラズマクリーニングのプロセスには、ＮＦ3などが使用され、後述する酸素プラズマ処理のプロセスには、Ｏ2が使用される。
【００２３】
又、筒状容器１２の下部には、成膜対象である基板Ｗを保持する基板支持台２１が設置されている。この基板支持台２１は、基板Ｗを保持する載置台２２と、この載置台２２を支持する支持軸２３とにより構成されている。載置台２２の内部には加熱のためのヒータ（図示省略）が設置されており、このヒータは図示しない制御装置により温度が調整されている。これにより、プラズマ処理中の基板Ｗを所望の温度（例えば、１５０〜７００℃）に制御することができる。
【００２４】
又、載置台２２には、電極２４が設けられており、この電極２４には、コンデンサ２５、整合器２６を介して低周波電源２７が接続されている。低周波電源２７は、高周波電源１７より低い発振周波数（例えば、４ＭＨｚ）を電極２４に印加し、基板Ｗにバイアスパワー（ＬＦパワー）を印加できるようになっている。これにより、基板Ｗの表面にプラズマＰ中からイオンを引き込むことができる。例えば、Ａｒスパッタ時には、Ａｒイオンを基板Ｗの表面に引き込んで、自然酸化膜や不純物などを効率的に除去することができる。
【００２５】
更に、上述した電極２４には、基板Ｗを静電吸着する直流の静電電源２８が接続されており、載置台２２上に基板Ｗを吸着保持可能としている。この静電電源２８は、高周波電源１７や低周波電源２７のパワーが回り込まないように、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２９を介して接続されている。
【００２６】
なお、基板Ｗは、筒状容器１２の側壁に設けられたゲートドア（図示省略）を用いて、載置台２２上に搬送可能となっており、載置台２２上に基板Ｗを載置することで、基板Ｗが真空容器１１に収容される。その後、ゲートドアを閉め、図示しない主制御装置により、後述するプラズマ処理方法が実施される。
【００２７】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置１０で実施する本実施例のプラズマ処理方法について、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを参照して説明を行う。
【００２８】
まず、基板Ｗの搬入前に、筒状容器１２及び天井板１３からなる真空容器１１に対して、絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ１）。プレデポとしては、後述するステップＳ４において、基板Ｗに成膜する膜と同種の膜が望ましい。酸化珪素膜、窒化珪素膜などの保護絶縁膜を基板Ｗに成膜するのであれば、プレデポとしても、同種の保護絶縁膜、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉなどのＳｉ系の絶縁膜が望ましい。
【００２９】
次に、基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ２）。なお、基板Ｗには、既に、半導体素子を構成する金属膜などが形成されている。
【００３０】
次に、基板Ｗの表面のスパッタ処理を行う（ステップＳ３）。スパッタのガスとしては、不活性ガス、希ガスを用い、プラズマを生成する。又、効率よくスパッタを行うため、基板ＷにＬＦパワーを印加し、プラズマ中のイオンを基板Ｗの表面に引き込むようにする。例えば、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍの条件でＡｒによるスパッタを行う。
【００３１】
スパッタ処理により、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物が除去される。同時に、金属膜もスパッタされ、スパッタされた金属原子が真空容器１１の内壁、より正確には、プレデポの絶縁膜上に付着することになるが、付着した金属原子（或いは、付着した金属原子が積層した金属膜）は後述する酸素プラズマ処理により酸化されることになる。
【００３２】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ４）。ステップＳ３において、スパッタにより基板Ｗの表面の不純物などを除去しているので、基板Ｗの素子表面と密着性良く保護絶縁膜を形成することができる。
【００３３】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ５）。つまり、真空容器１１内に基板Ｗが無い状態とする。
【００３４】
次に、真空容器１１に対して、酸素プラズマ処理を行い（ステップＳ６）、ステップＳ３において、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）の酸化を行う。酸素プラズマ処理の条件は、天井板１３（入射窓）に付着した金属原子（或いは金属膜）の膜厚に応じて設定される。例えば、２Åの金属膜が付着した場合、金属膜２Åの酸化を行うため、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝０Ｗ、Ｏ2＝２００ｓｃｃｍ、処理時間７２秒の条件で酸素プラズマ処理を行う。このとき、ＬＦパワーは印加しない。
【００３５】
このように、１枚の基板Ｗの成膜後に、毎回、酸素プラズマ処理を行うことで、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化して、導電率を下げており、これにより、渦電流の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、ステップＳ４で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値（例えば、９μｍ＝９０００ｎｍ）に到達したか確認する（ステップＳ７）。積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ２へ戻り、前述したステップＳ２〜Ｓ６を実施する。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ２〜Ｓ６を繰り返し実施する。そして、積算膜厚が所定値に到達すると、ステップＳ８へ進む。
【００３７】
次に、真空容器１１に対して、プラズマクリーニングを行う（ステップＳ８）。例えば、ＮＦ3を用いてプラズマクリーニングを行う。このときも、ＬＦパワーは印加しない。成膜処理前のステップＳ１において、天井板１３を含む真空容器１１に対して、プレデポによりに絶縁膜を成膜しており、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）は、プレデポの絶縁膜上に付着して、酸化されている。そして、ＮＦ3などのＦ系ガスでプラズマクリーニングすると、プレデポの絶縁膜と共に酸化された金属膜も除去することができる。これにより、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００３８】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ１へ戻り、前述したステップＳ１〜Ｓ８を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図３に示すタイムチャートとなる。
【００３９】
発明の効果を確認するため、酸素プラズマ処理を除き、同一条件として、従来のプラズマ処理方法と本実施例のプラズマ処理方法とを比較してみた。
【００４０】
従来のプラズマ処理方法では、プレデポの後、基板Ｗ毎に［Ａｒスパッタ処理→膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2膜形成］を繰り返し行った。この場合、２４回成膜（２４枚の基板Ｗに成膜）したとき、つまり、積算膜厚が２４回×２００ｎｍ＝４８００ｎｍのとき、プラズマを維持できなくなった。プラズマクリーニングを実施しようとしても、既に、プラズマを点火できない状態なので、真空容器１１を開放し、メカニカルクリーニングなどのメンテナンスが必要となった。
【００４１】
これに対し、本実施例のプラズマ処理方法では、上述したように、プレデポの後、基板Ｗ毎に［Ａｒスパッタ処理→膜厚２００ｎｍのＳｉＯ2膜形成→酸素プラズマ処理］を繰り返し行った。但し、酸素プラズマ処理は基板Ｗが無い状態である。この場合、４５回成膜（４５枚の基板Ｗに成膜）しても、つまり、積算膜厚が４５回×２００ｎｍ＝９０００ｎｍになっても、プラズマが不安定になることはなく、プラズマクリーニングを実施することにより、真空容器１１を初期状態に戻すことができた。このように、プラズマの不安定性を無くすことができ、これにより、従来のように、メカニカルクリーニングなどのメンテナンスをすること無く、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。なお、９０００ｎｍという積算膜厚は、Ａｒスパッタ処理が不要な場合におけるプラズマクリーニングのための積算膜厚と同じ数値である。
【００４２】
（実施例２）
図４は、本実施例のプラズマ処理方法を説明するフローチャートであり、図５は、そのタイムチャートである。なお、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートも、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１０などで実施可能であるので、ここでは、プラズマＣＶＤ装置自体の説明は省略し、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートを参照して説明を行う。又、実施例１とは、基本的には、プロセスの順序が違うだけであるので、重複する記載は簡略にする。
【００４３】
まず、基板Ｗの搬入前に、真空容器１１に対して、Ｓｉ系の絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ１１）。
【００４４】
次に、半導体素子を構成する金属膜などが形成された基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ１２）。
【００４５】
次に、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物を除去するため、ＬＦパワーを印加して、Ａｒスパッタを行う（ステップＳ１３）。
【００４６】
次に、真空容器１１に対して、酸素プラズマ処理を行い（ステップＳ１４）、ステップＳ１３において、スパッタされて付着した金属原子（或いは金属膜）の酸化を行う。このとき、真空容器１１の内部に基板Ｗがある（載置台２２上に基板Ｗが載置されている）ので、基板Ｗへの影響がないように、ＬＦパワーは印加しない。
【００４７】
このように、１枚の基板Ｗの成膜前に、毎回、酸素プラズマ処理を行うことで、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化して、導電率を下げており、これにより、渦電流の発生を防止することができる。又、保護絶縁膜の成膜前に、天井板１３に付着した金属原子（或いは金属膜）を酸化することにより、もし、保護絶縁膜に混入したとしても、その影響を低減することができる。
【００４８】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ１５）。
【００４９】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ１６）。
【００５０】
次に、ステップＳ１５で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値に到達したか確認し（ステップＳ１７）、積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ１２へ戻り、積算膜厚が所定値に到達していれば、ステップＳ１８へ進む。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ１２〜Ｓ１６を繰り返し実施する。
【００５１】
次に、真空容器１１に対して、例えば、ＮＦ3を用い、ＬＦパワーは印加しないでプラズマクリーニングを行う（ステップＳ１８）。このプラズマクリーニングにより、プレデポの絶縁膜と共に酸化された金属原子（或いは金属膜）も除去することができ、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００５２】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ１１へ戻り、前述したステップＳ１１〜Ｓ１８を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図５に示すタイムチャートとなる。
【００５３】
本実施例のプラズマ処理方法を行うことにより、実施例１と同様に、プラズマの不安定性を無くすことができ、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。
【００５４】
（実施例３）
図６は、本実施例のプラズマ処理方法を説明するフローチャートであり、図７は、そのタイムチャートである。なお、図６のフローチャート及び図７のタイムチャートも、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１０などで実施可能であるので、ここでも、プラズマＣＶＤ装置自体の説明は省略し、図６のフローチャート及び図７のタイムチャートを参照して説明を行う。又、実施例１、２とは、基本的には、一部のプロセスが違うだけであるので、重複する記載は簡略にする。
【００５５】
まず、基板Ｗの搬入前に、真空容器１１に対して、Ｓｉ系の絶縁膜（他の絶縁膜）のプレデポを行う（ステップＳ２１）。
【００５６】
次に、半導体素子を構成する金属膜などが形成された基板Ｗを真空容器１１へ搬入し、載置台２２上へ載置する（ステップＳ２２）。
【００５７】
次に、基板Ｗの表面に付着している自然酸化膜やエッチング残渣などの不純物を除去するため、ＬＦパワーを印加して、Ａｒスパッタを行うが、Ａｒと共に酸素を供給することにより、酸素プラズマ処理も同時に行う（ステップＳ２３）。例えば、ＲＦパワー＝２ｋＷ、ＬＦパワー＝５００Ｗ、Ａｒ＝２００ｓｃｃｍ、Ｏ２＝２００ｓｓｍ、処理時間＝１２秒の条件で、Ａｒスパッタ兼酸素プラズマ処理を行う。このとき、Ａｒスパッタにより、自然酸化膜やエッチング残渣と共に金属膜もスパッタされるが、スパッタされた金属原子は酸素プラズマにより酸化されることになり、天井板１３に付着する場合には、酸化金属原子として付着することになる。
【００５８】
このように、１枚の基板Ｗの成膜前に、毎回、Ａｒスパッタと同時に酸素プラズマ処理を行うことで、スパッタされた金属原子を酸化しており、酸化した金属原子が天井板１３に付着して酸化金属膜を形成しても、その導電率は低いので、渦電流の発生を防止することができる。又、保護絶縁膜の成膜前に、スパッタされた金属原子を酸化することにより、もし、保護絶縁膜に混入したとしても、その影響を低減することができる。又、Ａｒスパッタと同時に酸素プラズマ処理を行っているので、実施例１、２と比較して、全体のプロセス時間を短くすることができ、スループットの向上を図ることもできる。
【００５９】
次に、基板Ｗに保護絶縁膜を形成する（ステップＳ２４）。
【００６０】
次に、基板Ｗを真空容器１１から搬出する（ステップＳ２５）。
【００６１】
次に、ステップＳ２４で成膜した保護絶縁膜の積算膜厚が所定値に到達したか確認し（ステップＳ２６）、積算膜厚が所定値に到達していなければ、ステップＳ２２へ戻り、積算膜厚が所定値に到達していれば、ステップＳ２７へ進む。つまり、積算膜厚が所定値に到達するまで、前述したステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返し実施する。
【００６２】
次に、真空容器１１に対して、例えば、ＮＦ3を用い、ＬＦパワーは印加しないでプラズマクリーニングを行う（ステップＳ２７）。このプラズマクリーニングにより、プレデポの絶縁膜と共に酸化金属膜も除去することができ、天井板１３を含む真空容器１１を初期状態に戻すことができる。
【００６３】
保護絶縁膜を成膜する基板Ｗがまだ残っている場合には、ステップＳ２１へ戻り、前述したステップＳ２１〜Ｓ２７を繰り返し実施すればよく、これらをタイムチャートとして表すと、図６に示すタイムチャートとなる。
【００６４】
本実施例のプラズマ処理方法を行うことにより、実施例１、２と同様に、プラズマの不安定性を無くすことができ、成膜→プラズマクリーニング→成膜の連続処理が可能となった。更に、本実施例の場合には、Ａｒスパッタと酸素プラズマ処理を同時に行っているので、全体のプロセス時間を短くすることができ、スループットの向上を図ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、金属膜を有する半導体素子上に保護絶縁膜を形成する際に好適なものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ プラズマＣＶＤ装置
１１ 真空容器
１２ 筒状容器
１３ 天井板（入射窓）
１５ 高周波アンテナ
１７ 高周波電源
２４ 電極
２７ 低周波電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜し、
前記基板を前記真空容器から搬出し、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１又請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされた原子を付着させ、前記酸素のプラズマにより酸化させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマと共に酸素のプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタすると共に、スパッタされた原子を前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされて酸化された原子を付着させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜し、
前記基板を前記真空容器から搬出し、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタし、
酸素のプラズマを生成し、スパッタにより前記入射窓の内壁に付着した原子を、前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１又請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされた原子を付着させ、前記酸素のプラズマにより酸化させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
金属膜が形成された基板を収容する真空容器と、電磁波の入射窓を有する誘導結合型のプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置により、前記基板に絶縁膜を成膜するプラズマ処理方法において、
不活性ガスのプラズマと共に酸素のプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンにより前記基板の表面をスパッタすると共に、スパッタされた原子を前記酸素のプラズマにより酸化し、
スパッタした前記基板に前記絶縁膜を成膜することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
予め、前記真空容器及び前記入射窓の内壁に前記絶縁膜と同種の他の絶縁膜を成膜しておき、当該他の絶縁膜上にスパッタされて酸化された原子を付着させ、
前記基板に成膜した前記絶縁膜の積算膜厚が予め規定した所定値に到達した場合には、フッ素を含有するガスのプラズマを生成し、当該プラズマにより、前記他の絶縁膜と共に酸化された原子を除去することを特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８９６５０（Ｐ２０１３−８９６５０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６３８７（Ｐ２０１１−２２６３８７）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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