JP2002217188A

JP2002217188A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2002217188A
Application number: JP2001011550A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 博志岩田; Hideaki Motono; 英明本野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ装置によってウェーハの上面
にナイトライド膜を生成させる際に、下部電極に載置し
たウェーハと下部電極との間に生ずる段差部によって、
プラズマ放電が局部的に緻密になり、ウェーハエッジ近
傍に生成されたナイトライド膜が厚くなるのを防止す
る。【解決手段】上部電極と下部電極とを備え、下部電極
にウェーハを載置し対峙した上部電極からガスを噴出さ
せると共にプラズマを発生させてウェーハ上に膜を形成
するプラズマＣＶＤ装置であって、前記下部電極のウェ
ーハが載置される部位で、ウェーハの周縁部分に略対応
する位置近傍に所定幅の絶縁領域を形成した構成とする
ことによって、ウェーハの厚みによって生ずる段差部近
傍において、従来発生していたプラズマ放電密度が緻密
になる現象を解消させることができ、それによってウェ
ーハエッジ周縁部と中心部とに生成されるナイトライド
膜の膜厚を略均等に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体ウ
ェーハ等の表面にナイトライド膜を形成するためのプラ
ズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶｅｐｅｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のプラズマＣＶＤ装置としては、
例えば、特開平１１−３０７５２１号公報に開示された
「プラズマＣＶＤ装置及びその使用方法」と図１１に
略示した「プラズマＣＶＤ装置」が従来技術として公知
になっている。

【０００３】前記の従来技術においては、「被生膜ウ
エハをその上面に載せて加熱する下部電極と、その下部
電極の上方にあり、下部電極との間に高周波電力を印加
するとともに反応ガスを噴出する吹出口を兼ねる上部電
極とを有するプラズマＣＶＤ装置において、前記上部電
極の周囲に、ヒータを兼ねる高周波電力印加用の補助電
極を有してなるプラズマＣＶＤ装置」であって、その構
成における補助電極の存在によって、成膜時におけるヒ
ータ加熱により不要膜の剥がれによるパーティクルの発
生を抑制できること、且つ、ドライクリーニング時にお
けるＲＦ電力の印加により不要付着物の除去、上部電極
の長寿命化を実現できること、等の効果を奏するという
ものである。

【０００４】また、前記の従来技術においては、原理
的には前記の従来技術と同じであって、複数の上部電
極１とウェーハ移送手段を備えたテーブル状の大きな下
部電極２とから構成されており、下部電極２上の所定位
置に被成膜処理されるウェーハ３が載置され、下部電極
２に設けられた移送手段が設定された角度範囲において
間歇的に回転しウェーハ３を持ち上げて順次移送し、ウ
ェーハ３を上部電極１と対峙する位置にセットし、各位
置において上部電極１からガス４を噴出させると共に高
周波と低周波のＲＦ、即ちプラズマ５を発生させてウェ
ーハ３の表面にナイトライド膜を成膜するものである。
なお、上部電極１および下部電極２は、反応炉８内にセ
ットされている。

【０００５】このようにテーブル状の大きな下部電極２
を使用することで、一方においてウェーハ３を順次供給
して移送させ、各上部電極１によって順次ナイトライド
膜が積層されて厚手の成膜が可能であり、且つ、供給と
同時に他方において成膜工程が終了したウェーハ３を順
次取り出すことで、連続処理が可能になり、処理工程が
効率よく行えるものである。

【０００６】ところで、前記及びの従来技術におい
ては、図１２に示したように、下部電極２にウェーハ３
を載置したときに、下部電極２とウェーハ３の周縁部と
の間に必然的に段差部６が生じることになる。このよう
な段差部６が生じている状態で上部電極１からプラズマ
５を発生（放電）させると、プラズマ放電の性質上から
して段差部６の近傍、即ちウェーハ３の周縁部において
は、他の部分に比べてプラズマの放電密度が緻密になる
現象が生じ、プラズマ放電の強さにバラツキが生ずる。

【０００７】ナイトライド膜の成長速度は、プラズマ放
電の強さに大きく影響を受けるため、図１３に示したよ
うに、ウェーハ３の表面に生成されるナイトライド膜７
は、プラズマ放電の密度が緻密になっている部位、即ち
ウェーハ３の周縁部が中心部を含む他の部位に比べて成
長速度が速くなり、それによりウェーハ３の周縁部に形
成される膜厚が著しく厚くなって局部的な盛り上がり部
７ａが形成されてしまうのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体の製造方法とし
て、バイポーラＩＣの製造方法を例に挙げると、ナイト
ライド膜を生成した後にエッチング工程が行われる。そ
して、ナイトライド膜を生成したウェーハ内膜厚の均一
性については、通常ウェーハエッジ周辺から６ｍｍのポ
イントとウェーハ中心部とを測定して、一般的に用いら
れている次の計算式により算出している。［ウェーハ内膜厚の均一性計算式］

【０００９】ところが、前記したように従来例で成膜し
たウェーハにおいては、ウェーハエッジから０．５ｍｍ
周辺の膜厚が他の部分に比べて最も大きな膜厚値を示す
ことから、この周縁部の膜厚と他の部分の膜厚とを測定
してウェーハ内膜厚均一性を算出した場合に、局部的な
盛り上がりによる最大膜厚値が大きいことから、ウェー
ハ内膜厚均一性が１０％を超えてしまう結果になる。

【００１０】ナイトライド膜の生成工程後に行われるエ
ッチング工程で、例えば、ドライエッチング工程でウェ
ーハを処理した場合に、ウェーハ表面に生成したナイト
ライド膜を均等に設定された量（厚さ）だけエッチング
することになるが、ウェーハエッジ周縁部におけるナイ
トライド膜は、他の部分に比べて最初から盛り上がった
厚味があることからエッチング工程後においても、その
盛り上がった厚味はそのまま残っており、その盛り上が
った厚味によって、ＩＣの電気的特性に障害が発生し、
結果としてウェーハエッヂ周辺部は歩留まりが低下する
という問題点を有している。

【００１１】従って、従来技術におけるナイトライド膜
を生成させるプラズマＣＶＤ装置において、プラズマ放
電が局部的に緻密にならないようにし、ウェーハ内膜厚
均一性が１０％以下になるようにすることに解決しなけ
ればならない課題を有している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記従来技術の課題を解
決する具体的手段として本発明は、上部電極と下部電極
とを備え、下部電極にウェーハを載置し対峙した上部電
極からガスを噴出させると共にプラズマを発生させてウ
ェーハ上に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記下部電極のウェーハが載置される部位で、ウェーハ
の周縁部分に略対応する位置近傍に所定幅の絶縁領域を
形成したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提供す
るものである。

【００１３】また、本発明においては、所定幅の絶縁領
域は、リング状の絶縁部材で形成したこと；リング状の
絶縁部材を下部電極の表面に埋め込み、且つ下部電極の
表面と面一にまたは一部を突出させて形成したこと；所
定幅の絶縁領域の外形寸法は、ウェーハの周縁外形寸法
よりも大きく形成したこと；および所定幅の絶縁領域を
形成する絶縁部材は、耐熱性の材料で形成したこと；を
付加的な要件として含むものである。

【００１４】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、ウェ
ーハが載置される下部電極に、載置されるウェーハの周
縁部分に対応させて、所定幅の絶縁領域を形成したこと
により、ウェーハの厚みによって生ずる段差部近傍にお
いて、従来発生していたプラズマ放電密度が緻密になる
現象を解消させることができ、それによってウェーハエ
ッジ周縁部と中心部とに生成されるナイトライド膜の膜
厚を略均等にすることができるのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置について好ましい実施の形態を図面を参照して説
明する。なお、理解を容易にするため、前記従来技術と
実質的に同じ機能を有する部位には同一符号を付して説
明する。まず、図１〜図３に示した第１の実施の形態
は、ナイトライド膜を生成させるためのプラズマＣＶＤ
装置を構成する要部のみを示すものである。その要部の
一つである下部電極２について、その具体的構成は、半
導体ウェーハ等の処理されるべきウェーハ３が載置され
る部位で、ウェーハ３の周縁部近傍に略対応する位置に
リング状の絶縁部材１０を配設し所定幅の絶縁領域を形
成させたものである。

【００１６】この場合の絶縁部材１０は、例えば、石
英、セラミック等の耐熱性に優れた材料で形成されたも
のであり、図２に示したように、下部電極２の上面に埋
め込んで面一状態になるようにし、載置されるウェーハ
３の周縁部が絶縁部材１０の一部に接触するように配設
したものである。

【００１７】このように構成された下部電極２をプラズ
マＣＶＤ装置に適用した場合に、図３に示したように、
下部電極２にウェーハ３を載置すると下部電極２との間
に段差部６が生じた状態になり、この状態で上部電極１
と対峙させてガス４を噴出させながらプラズマ放電を行
うものであるが、ウェーハ３の周縁部にある所定幅の絶
縁領域によりプラズマ放電が抑制されるようになってお
り、プラズマ５を発生（放電）させても段差部６の近傍
においてプラズマの放電密度が緻密になることはなく、
ウェーハ３の上面において全面的に略均等なプラズマ放
電がなされるのである。

【００１８】従って、ウェーハ３の上面でプラズマ放電
が均等になされることにより、成膜の成長速度が全面的
に均等に行われるようになって、図４に示したように、
ウェーハ３の上面に略均等厚さの理想的なナイトライド
膜７が形成できるのである。

【００１９】第２の実施の形態を図５に示してある。こ
の第２の実施の形態においては、絶縁部材１０ａをやや
大き目に形成すると共に、下部電極２の上面に埋め込ん
で面一状態になるように形成したものであり、処理され
るウェーハ３の周縁部は段差部６をもって載置される
が、絶縁部材１０ａに接触しない状態になっている。

【００２０】また、第３の実施の形態を図６に示してあ
る。この第３の実施の形態においては、絶縁部材１０ｂ
を載置されるウェーハ３よりもやや大き目に形成し、そ
の絶縁部材１０ｂを下部電極２の上面に取り付ける際
に、一部が上面に突出する状態で一部を埋め込んで取り
付けられたものである。そして、ウェーハ３の周縁部は
段差部６をもって載置されるが、絶縁部材１０ｂで囲ま
れた内側に位置してウェーハ３の周縁部は絶縁部材１０
ｂに接触しない状態になる。

【００２１】これら第２および第３の実施の形態におい
ては、下部電極２に載置されたウェーハ３はいずれも絶
縁部材１０ａ、１０ｂと接触しない状態にあるが、これ
ら絶縁部材はいずれもウェーハ周縁部の近傍に位置して
所定幅の絶縁領域を形成する構成になっている。

【００２２】図７に第４の実施の形態を示してある。こ
の第４の実施の形態においては、前記第１の実施の形態
における絶縁部材の幅を広く形成したものである。即
ち、リング状を呈する絶縁部材１０ｃのリングの幅を約
２倍の広さにしたものであり、ウェーハ３の周縁部は段
差部６をもって載置され、且つウェーハ３の周縁部は、
第１の実施の形態に比べて絶縁部材１０ｃと約２倍の接
触幅をもって接触すると共に、周縁部からの絶縁部材１
０ｃのはみ出し幅も約２倍になっている。

【００２３】これ等第２〜第４のいずれの実施の形態に
おいても、下部電極２にウェーハ３を載置したときに下
部電極２との間に段差部６が生じているが、ウェーハ３
の周縁部にそれぞれ絶縁部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃが
存在することにより、段差部６の近傍において所定幅の
絶縁領域が形成され、プラズマの放電が抑制されるので
プラズマ放電密度が緻密になることはなく、ウェーハ３
の上面において全面的に略均等なプラズマ放電がなさ
れ、成膜の成長速度が全面的に均等に行われて、第１の
実施の形態と同様に、ウェーハ３の上面に略均等厚さの
理想的なナイトライド膜が形成できるのである。

【００２４】更に、第５の実施の形態を図８および図９
に示してある。この実施の形態は、図１１に略対応する
前記の従来例に相当するものであり、ウェーハステー
ジと称されるテーブル状の大きな下部電極を使用したＣ
ＶＤ装置を対象とするものであって、図８は、その要部
であるウェーハステージ、即ち下部電極２のみを略示的
に示したものである。

【００２５】この下部電極２においては、略等間隔に設
定された複数個所（図示の実施の形態では６個所）の位
置においてウェーハが成膜処理されるものであり、その
設定された各処理位置に略同じ構成のリング状の絶縁部
材１０ｄが配設してあり、各絶縁部材１０ｄが配設され
た位置の上部にそれぞれ上部電極が対峙した状態で設け
られる。更に、設定された処理位置と略等間隔をもって
ウェーハの供給位置１１と排出位置１２とが設定されて
いる。要するに、円形状を呈する下部電極２を角度的に
８等分し、その内の隣接する６個所を処理位置とし、残
りの２個所を供給位置と排出位置とに設定したものであ
る。

【００２６】このような下部電極２にはウェーハの移送
手段１３が設けられている。この移送手段１３は、下部
電極２の中央部に位置し、軸１４によって上下動すると
共に設定された角度範囲において間歇的に回転するハブ
部１５と、該ハブ部１５の周縁部から放射状に配設した
複数の対をなす棒状のウェーハ支持部材１６とから構成
されており、ウェーハ支持部材１６は各処理位置とウェ
ーハの供給位置１１および排出位置１２とにそれぞれ位
置するように等間隔で８組設けられている。なお、ウェ
ーハ支持部材１６がそれぞれの位置にセットされたとき
に沈み込めるように下部電極２に溝部１７が設けられて
いる。

【００２７】そして、このような下部電極２を使用した
ＣＶＤ装置においては、ウェーハの供給位置１１からウ
ェーハをウェーハ支持部材１６に順次供給し移送手段１
３により移送させ、図９に示したように、各処理位置に
おいて上部電極１からガス４を噴出させると共にプラズ
マ５を発生させることによってウェーハ３の表面に順次
ナイトライド膜が積層されるものであるが、各処理位置
には絶縁部材１０ｄが設けられていることから、プラズ
マ５がウェーハ３の周縁部に密集せず全体に渡って均等
に発生し、それによって均等で厚手の成膜が可能になる
のである。

【００２８】また、この第５の実施の形態においては、
ウェーハ３の成膜処理工程で、一方からウェーハの供給
を行うと同時に他方においては排出位置１２で成膜工程
が終了したウェーハ３を順次取り出すことで、ウェーハ
の連続処理が可能になり、処理工程が効率よく行えるも
のである。

【００２９】いずれの実施の形態においても、下部電極
２に取り付けられる絶縁部材は、少なくともそのリング
状の外形寸法を載置されるウェーハの周縁外形寸法より
も大きく形成してあり、ウェーハを載置したときの段差
部近傍に所定幅の絶縁領域を形成することによって、段
差部近傍におけるプラズマの伝達を抑制して放電しにく
くし、プラズマ放電密度が段差部近傍において緻密にな
らないようにすると共に、ウェーハ上面における全体の
プラズマ密度を略均等にして、ナイトライド膜の成長速
度をウェーハ中心部とエッジ部とで略同一になるように
し、結果としてウェーハ内均一性に優れた成膜工程が遂
行できるのである。

【００３０】更に、絶縁部材は、その厚味およびリング
幅によってプラズマ放電密度に多少の変化が生ずる。絶
縁部材としてセラミックリングを使用した場合に、例え
ば、そのリングの幅が６〜１４ｍｍで厚さが１〜３ｍｍ
の範囲の幾つかの組合せで、前記第１の実施の形態によ
る下部電極を用い通常の成膜工程に従って成膜実験した
結果をグラフとして図１０に示してある。なお、セラミ
ックリングを使用しない従来技術によって成膜実験した
結果を参考例（リファレンス）として示してある。

【００３１】この実験結果は、成膜工程後に各ウェーハ
上に生成されたナイトライド膜の膜厚をウェーハエッジ
側の０．５ｍｍの個所から徐々にウェーハ中心部まで測
定を行って数値的に表示したものである。このグラフか
ら明らかなように、セラミックリングの厚さが３ｍｍで
あると、ウェーハエッジから０．５ｍｍの位置では膜厚
がやや薄いが適用可能な範囲であり、また、幅が１４ｍ
ｍになった場合に、ウェーハの周縁部からはみ出す長さ
が約７ｍｍになり、同様にウェーハエッジから０．５ｍ
ｍの位置では膜厚がやや薄いが適用可能な範囲である。
特に、従来例（リファレンス）のものに比べてウェーハ
エッジ周辺部（０．５ｍｍ）における膜厚が適正に薄く
なっているのが確認できたのである。

【００３２】いずれにしても、処理されるべきウェーハ
が載置される下部電極において、ウェーハ周縁部に相当
する部位に所定幅の絶縁領域を設けることにより、ウェ
ーハと下部電極との間に生ずる段差部（ウェーハの厚
み）近傍にプラズマ放電密度が集中して緻密にならない
ようにすることができるのであり、従来例に比べてウェ
ーハ内膜厚均一性が向上し歩留まりが良好になるのであ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマＣＶＤ装置は、上部電極と下部電極とを備え、下部
電極にウェーハを載置し対峙した上部電極からガスを噴
出させると共にプラズマを発生させてウェーハ上にナイ
トライド膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、前
記下部電極のウェーハが載置される部位で、ウェーハの
周縁部分に略対応する位置近傍に所定幅の絶縁領域を形
成した構成とすることによって、ウェーハの厚みによっ
て生ずる段差部近傍において、従来発生していたプラズ
マ放電密度が緻密になる現象を解消させることができ、
それによってウェーハエッジ周縁部と中心部とに生成さ
れるナイトライド膜の膜厚を略均等に形成することがで
きるという優れた効果を奏する。

【００３４】また、本発明においては、ウェーハに形成
されたナイトライド膜の膜厚が全面的に均等であること
から、ウェーハ（基板）の平坦化が良好になるため、品
質、即ち電気的特性の安定した半導体を製造することが
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される第１
の実施の形態に係る下部電極を示す略示的平面図であ
る。

【図２】同実施の形態に係る下部電極の略示的断面図で
ある。

【図３】同実施の形態に係る下部電極を使用し上部電極
と対峙させて成膜を行う状況を説明するための略示的断
面図である。

【図４】同実施の形態に係る下部電極を使用してプラズ
マＣＶＤ処理した後のウェーハを略示的に示した断面図
である。

【図５】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される第２
の実施の形態に係る下部電極を示す略示的断面図であ
る。

【図６】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される第３
の実施の形態に係る下部電極を示す略示的断面図であ
る。

【図７】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される第４
の実施の形態に係る下部電極を示す略示的断面図であ
る。

【図８】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される第５
の実施の形態に係る下部電極を略示的に示した平面図で
ある。

【図９】同実施の形態に係る下部電極を使用し上部電極
と対峙させて成膜を行う状況を説明するための略示的断
面図である。

【図１０】本発明のプラズマＣＶＤ装置に使用される幾
つかの下部電極と従来例の下部電極とを用いて成膜実験
をした結果を示すグラフである。

【図１１】従来例のプラズマＣＶＤ装置を示すもので、
複数の上部電極とウェーハ移送手段を備えたテーブル状
の大きな下部電極とから構成されている例を示す略示的
断面図である。

【図１２】従来例のプラズマＣＶＤ装置において、下部
電極と上部電極と対峙させて成膜を行う状況を示す説明
図である。

【図１３】同従来例のプラズマＣＶＤ装置で処理した後
のウェーハを略示的に示した断面図である。

【符号の説明】

１上部電極、２下部電極、３ウェーハ、４
ガス、５プラズマ、６段差部、７ナイトラ
イド膜、８反応炉、１０、１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｄ絶縁部材、１１ウェーハの供給位置、
１２ウェーハの排出位置、１３ウェーハの移送手
段、１４軸、１５ハブ部、１６ウェーハ支持
部材、１７溝部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 CA04 CA12 FA01 GA02 KA17 LA02 5F045 AA08 BB02 EH04 EH05 EH08 EH14 EH19 EN04 HA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部電極と下部電極とを備え、下部電極
にウェーハを載置し対峙した上部電極からガスを噴出さ
せると共にプラズマを発生させてウェーハ上に膜を形成
するプラズマＣＶＤ装置であって、前記下部電極のウェーハが載置される部位で、ウェーハ
の周縁部分に略対応する位置近傍に所定幅の絶縁領域を
形成したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】所定幅の絶縁領域は、リング状の絶縁部材で形成したことを特徴とする請求項
１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】所定幅の絶縁領域は、リング状の絶縁部材を下部電極の表面に埋め込み、且つ下部電極の表面と面一にまたは一部を突出させて形
成したことを特徴とする請求項１または２に記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。
【請求項４】所定幅の絶縁領域の外形寸法は、ウェーハの周縁外形寸法よりも大きく形成したことを特
徴とする請求項１、２または３に記載のプラズマＣＶＤ
装置。
【請求項５】所定幅の絶縁領域を形成する絶縁部材
は、耐熱性の材料で形成したことを特徴とする請求項１、
２、３または４に記載のプラズマＣＶＤ装置。