JP2010098158A - プラズマｃｖｄ装置用サセプタ及びその製造方法、並びに、プラズマｃｖｄ装置、並びにその保守方法、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にする、プラズマＣＶＤ装置用サセプタを提供すること。
【解決手段】本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタ１００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含むサセプタ基板１１０と、サセプタ基板１１０の上に、クラック１２２を有するように形成されたアルマイト層１２０と、クラック１２２の内部に形成された被覆層１３０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ装置用サセプタ及びその製造方法、並びに、プラズマＣＶＤ装置、並びにその保守方法、並びに半導体装置の製造方法に関する。

半導体プロセスに用いられるプラズマＣＶＤ装置などの成膜装置は、多くの性能が同時に求められている。求められる性能としては、成膜される膜の膜厚が面内で均一であること、長期間の安定動作が可能であること、および装置のメンテナンス頻度が低い、すなわちメンテナンスと次のメンテナンスまでの期間に、良好に成膜できる回数が多いこと、等が挙げられる。

たとえば、特開平１０−３４０８９６号公報には、サセプタと称するウェハ載置台を粗面化し、その表面に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、またはアルマイトを保護膜として形成したプラズマＣＶＤ装置が開示されている。このようにすると、ウェハ基板とサセプタの接触割合が低減され、成膜の再現性が高まる等の記載がある。
特開平１０−３４０８９６号公報

しかしながら、サセプタに保護膜として、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、またはアルマイト等を設けると、該保護膜自体が損傷して装置の不具合を生じることがあった。たとえば、サセプタがアルミニウム等の金属で構成された場合は、サセプタおよび保護膜の熱膨張率の差によって、保護膜にクラックが生じて、アルミニウムが露出して、装置内部の電界を攪乱して成膜に不具合を生じるなどの問題があった。

本発明者らは、研究の結果、サセプタのアルミニウムが露出した状態で、たとえばメンテナンス時に、装置内でフッ素を含むプラズマを発生させると、フッ化アルミニウムが生成するという知見を得た。そして、当該フッ化アルミニウムが、装置内の他の部材等に付着して装置の成膜性能を低下させる一因となっていることを見出した。

本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、メンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にする、プラズマＣＶＤ装置用サセプタを提供することにある。

本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、メンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にする、プラズマＣＶＤ装置及びその保守方法を提供することにある。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタは、
アルミニウムまたはアルミニウム合金を含むサセプタ基板と、
前記サセプタ基板の上に、クラックを有するように形成されたアルマイト層と、
前記クラックの内部に形成された被覆層と、
を有する。

このようなプラズマＣＶＤ装置用サセプタは、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にすることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタにおいて、
前記被覆層は、窒化ケイ素を含むことができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法は、
アルミニウムまたはその合金を含み、表面にアルマイト層が形成された基板を準備する工程と、
前記基板を加熱して、前記アルマイト層にクラックを形成する工程と、
前記クラック内部に被覆層を形成する工程と、
を有する。

このようにすれば、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にすることができるプラズマＣＶＤ装置用サセプタを容易に製造することができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法において、
前記被覆層を形成する工程は、
前記クラック内部、および前記アルマイト層の表面に絶縁層を形成する工程と、
前記表面に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
を含むことができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法において、
前記被覆層を形成する工程は、複数回行われることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法は、
シャワー板に対向する面にアルマイト層が形成されたサセプタを有するプラズマＣＶＤ装置の保守方法であって、
前記サセプタを加熱して前記アルマイト層にクラックを形成する工程と、
前記クラック内部に被覆層を形成する工程と、
を有する。

このようにすれば、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンスの頻度を低減し、長期間にわたり安定した成膜を可能にすることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法において、
前記被覆層を形成する工程は、前記クラック内部、および前記アルマイト層の前記シャワー板に対向する表面に絶縁層を形成する工程と、
前記表面に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
を含むことができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法において、
前記絶縁層を除去する工程は、ＮＦ_３ガスを含むプラズマを用いたエッチングによって行われることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法において、
前記絶縁層を形成する工程、および前記絶縁層を除去する工程は、当該プラズマＣＶＤ装置を用いて行われることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法において、
前記被覆層を形成する工程は、複数回行われることができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法において、
前記被覆層は、窒化ケイ素を含むことができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
上述の保守方法により保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う工程を有する。

このようにすれば、性能の良好な薄膜を有する半導体装置を長期間連続して安定して製造することができる。

本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置は、
上述のプラズマＣＶＤ装置用サセプタを備えている。

このようなプラズマＣＶＤ装置は、性能の良好な薄膜を長期間連続して安定して形成することができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う工程を有する。

このようにすれば、性能の良好な薄膜を有する半導体装置を長期間連続して安定して製造することができる。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例として説明するものである。

１．プラズマＣＶＤ装置用サセプタおよびこれを備えたプラズマＣＶＤ装置
図１は、本実施形態にかかるプラズマＣＶＤ装置１０００の要部を模式的に示す断面図である。図２および図７〜図１０は、本実施形態にかかるプラズマＣＶＤ装置１０００に備えられたプラズマＣＶＤ装置用サセプタ１００（以下、サセプタ１００ということがある。）を模式的に示す断面図である。図３は、サセプタ１００を模式的に示す平面図である。

プラズマＣＶＤ装置１０００は、図１に示すように、少なくとも、チャンバ１０と、ガス導入管２０と、排気管３０と、シャワー板４０と、サセプタ１００とを有する。

チャンバ１０は、プラズマＣＶＤ装置１０００のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜を行うための空間を形成している。チャンバ１０は、図１に示すように、少なくとも、ガス入口１２、および排気口１４を備えている。チャンバ１０の形状は、図示の例では略矩形の断面を有するように描かれているが、他の形状であってもよい。チャンバ１０は、一体的に形成されてもよく、また、複数の部品を組み立てて形成されていてもよい。チャンバ１０は、後述するシャワー板４０およびサセプタ１００と電気的に絶縁されることができる。チャンバ１０の材質は、導電性であっても絶縁性であってもよい。チャンバ１０は、耐熱性、耐食性を有する材料で形成されることが好ましい。チャンバ１０は、たとえば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属、耐熱ガラス、石英等の材料で形成されてもよい。チャンバ１０は、内壁にライナーを有していてもよい。

ガス入口１２は、外部からチャンバ１０の内部へガスを導入するために、チャンバ１０に設けられた開口である。ガス入口１２は、導入されるガスが、シャワー板４０の穴４２を介して成膜空間に到達するように、シャワー板４０の背面側に設けられることが好ましい。ガス入口１２には、図に示したように、たとえば、ガス導入管２０が接続される。ガス入口１２を通じて、プラズマ状態のガスや、ＮＦ_３、ＢＦ_３、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＧｅＦ_４、ＳｉＦ_４などの反応性ガスを外部からチャンバ１０内に供給することができる。

排気口１４は、チャンバ１０の内部の気体を排気するために、チャンバ１０に設けられた開口である。排気口１４は、チャンバ１０の内部の気体を排気することができる限り、任意の位置に設けることができる。排気口１４は、複数設けられてもよい。排気口１４からは、大気、窒素等を排気することができる上、さらに、ガス入口１２から過剰に供給されたガス、ＣＶＤ等の反応によって生成したガス、および、エッチング（クリーニングを含む）によって生じたガスを排気することができる。排気口１４には、たとえば、図に示したように排気管３０が接続されることができる。

ガス導入管２０は、チャンバ１０のガス入口１２に接続される。ガス導入管２０は、気密性を確保できる配管またはその一部であることができる。ガス導入管２０は、図示せぬ所望の用役配管、ボンベ等に接続される。また、ガス導入管２０は、図示のように、ガスを分解するための分解室２２を備えていてもよい。分解室２２は、反応性のガスを分解またはプラズマ化する等の機能を有することができる。分解室２２には、たとえば、図示のように電極２６や、図示しない磁石等が付属していてもよい。ガス導入管２０は、バルブ２４を備えることができる。バルブ２４は、複数備えられてもよい。バルブ２４は、ガス導入管２０内を流れるガスの流量を調節し、チャンバ１０内に導入されるガスの量を制御することができる。

排気管３０は、チャンバ１０の排気口１４に接続される。排気管３０は、気密性を確保できる配管またはその一部であることができる。排気管３０は、図示せぬ真空ライン、吸引ポンプ等に接続される。排気管３０は、バルブ３４を備えることができる。バルブ３４は、複数備えられてもよい。バルブ３４は、排気管３０内を流れるガスの流量を調節し、チャンバ１０内から排出されるガスの量を制御することができる。

シャワー板４０は、チャンバ１０内に設けられる。シャワー板４０は、サセプタ１００に対向するように設けられる。シャワー板４０は、ガス入口１２から導入されるガスを、サセプタ１００の全体に向かって均一に流れるようにする機能を有する。シャワー板４０は、一体的に形成されてもよく、また、複数の部品を組み立てて形成されていてもよい。シャワー板４０は、複数の穴４２を有する。穴４２は、シャワー板４０を貫通しており、シャワー板４０の背面（図示の例では上側）の気体を正面（図示の例では下側）に導くことができる。シャワー板４０の平面形状は、任意であるが、後述のサセプタ１００の平面形状と同じ平面形状を有することが好ましい。このようにすれば、サセプタ１００に対してより均一にガスを供給することができる。また、シャワー板４０は、プラズマＣＶＤ装置１０００のカソードとしての機能を持たせることもできる。シャワー板４０は、たとえば、図示のように、チャンバ１０に固定されて設けられる。また、シャワー板４０は、ガス導入管２０に固定され、チャンバ１０と接しないように設けられてもよい。シャワー板４０は、ガス入口１２からチャンバ１０内へガスが供給される際に、該ガスがシャワー板４０の穴４２を通過するように設けられる。なお、シャワー板４０は、チャンバ１０との間の絶縁が必要な場合は、図示のようにガスケット４４等を介して固定されてもよい。シャワー板４０の材質としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属、炭素系材料、およびケイ素を含む材料等が好適であり、反応性のガス等による腐食を抑制するために、表面に酸化アルミニウム、アルマイト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の腐食防止膜が形成されていてもよい。

サセプタ１００は、チャンバ１０内に、シャワー板４０に対向するように設けられる。
サセプタ１００は、サセプタ基板１１０と、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面に設けられたアルマイト層１２０と、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面に設けられ、アルマイト層１２０のクラック１２２を充填するように形成された被覆層１３０と、から構成される。プラズマＣＶＤ装置１０００によって半導体ウエハ等に成膜を行う際、サセプタ１００のアルマイト層１２０が形成された面の上に、半導体ウエハ等が載置または固定される。サセプタ１００の上面には、半導体ウエハ等を吸引固定するための溝や、半導体ウエハ等の取り扱いを容易にするためのピン等の機構が設けられていてもよい。

サセプタ１００の平面形状は、任意であるが、前述のシャワー板４０の平面形状と同じ平面形状を有することが好ましい。このようにすれば、シャワー板４０からくるガスをより均一に受けることができる。また、サセプタ１００は、プラズマＣＶＤ装置１０００のアノードとしての機能を持たせることができる。サセプタ１００は、たとえば、図示のように、載置台５０を介してチャンバ１０に固定されて設けられる。サセプタ１００のサセプタ基板１１０は、図示の例では、載置台５０の上に固定されているが、載置台５０と一体的であってもよい。また、サセプタ１００は、チャンバ１０との間の絶縁が必要な場合は、図示のようにガスケット５２等を介して固定されてもよい。

サセプタ基板１１０は、サセプタ１００の基体である。サセプタ基板１１０の材質は、アルミニウム、またはアルミニウム合金を含む。サセプタ基板１１０は、載置台５０に、たとえば、ねじ止め等により固定される。このようにすれば、サセプタ１００の交換等の際に、サセプタ基板１１０のみを交換することができる。サセプタ基板１１０と載置台５０が別体である場合には、載置台５０の材質としては、たとえば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属で形成されることができる。

アルマイト層１２０は、少なくとも、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面に設けられる。アルマイト層１２０は、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面以外の表面に設けられてもよい。また、サセプタ基板１１０が載置台５０と一体的に形成されている場合においても、アルマイト層１２０は、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面以外の表面に形成されることができる。アルマイト層１２０は、サセプタ１００の上に半導体ウエハ等が載置された際に、サセプタ基板１１０と半導体ウエハ等との間の絶縁を確保する機能を有する。また、アルマイト層１２０は、サセプタ基板１１０が、ＮＦ_３等の反応性のガスと接触して腐食することを防止する機能を有する。さらに、アルマイト層１２０は、サセプタ基板１１０が半導体ウエハ等との機械的な接触により損傷することを抑制する機能を有する。アルマイト層１２０の厚みは、１〜５０μｍが好ましく、２０〜３０μｍがより好ましい。アルマイト層１２０の厚みが１μｍよりも小さいと、上記の機能が十分に得られないことがあり、５０μｍよりも大きいと、表面の凹凸が増大したり被覆層１３０を形成しにくくなる場合がある。

アルマイト層１２０は、図２、および図３に示すようにクラック１２２を有するように形成される。クラック１２２は、アルマイト層１２０を貫通していてもよいし、アルマイト層１２０を貫通していなくてもよい。クラック１２２が形成される位置および数は、図３の例では、平面的に見て一様に複数形成されているが、このような形状に限定されず、単数であっても形成される位置に偏りを有していてもよい。クラック１２２の開口１２２ａの幅は、１〜１０μｍが好ましい。開口１２２ａの幅が１μｍよりも小さいと、被覆層１３０を形成し難くなることがあり、また、サセプタ１００が加熱された際に、被覆層１３０によって被覆されない新たな亀裂を生じることがある。また、開口１２２ａの幅が１０μｍよりも大きいと、サセプタ１００の表面の平坦性が損なわれる場合がある。後述するが、図２および図３では、クラック１２２の内部に被覆層１３０が形成されている。アルマイト層１２０の材質としては、アルミニウムの陽極酸化によって生成するアルミニウムの酸化物等を挙げることができる。

被覆層１３０は、少なくとも、サセプタ基板１１０のシャワー板４０に対向する側の面に設けられる。被覆層１３０は、アルマイト層１２０のクラック１２２の内部に設けられる。被覆層１３０は、アルマイト層１２０のクラック１２２によって、露出するサセプタ基板１１０の表面を覆うように設けられる。被覆層１３０は、上述のアルマイト層１２０と同様の機能を有する。被覆層１３０の厚みは、サセプタ基板１１０が反応性ガスと接触しない程度の厚みを有すれば任意であるが、図２に示すように、アルマイト層１２０の厚みと近い厚みに形成されることがより好ましい。さらに、被覆層１３０の厚みは、クラック１２２の内部全体を充填するように形成されることが特に好ましい。このようにすれば、サセプタ１００のシャワー板４０に対向する側の面の平坦性が高まり、プラズマＣＶＤ装置１０００によって形成される膜の膜厚を、面内でより均一にすることができる。また、被覆層１３０は、アルマイト層１２０のシャワー板４０に対向する側の面に形成されていてもよい（たとえば、図７、図９、図１０の被覆層１３０ａを参照）。被覆層１３０の材質としては、絶縁性を有し、かつ、反応性ガス等の気体を透過しにくい性質を有するものが好ましく、たとえば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどが挙げられ、さらに、サセプタ基板１１０および／またはアルマイト層１２０との密着性が高い点、緻密な構造を有する点および形成が比較的容易な点等により、特に好ましくは窒化ケイ素である。

２．プラズマＣＶＤ装置の動作等
本実施形態にかかるプラズマＣＶＤ装置１０００は、ＣＶＤによって、各種の薄膜を形成することが可能である。また、プラズマＣＶＤ装置１０００は、たとえば、ガスの分解によって生じた副生成物等が、チャンバ内に付着したときに、これを除去するためのエッチング（クリーニング）を行うことができる。

プラズマＣＶＤ装置１０００を用いたＣＶＤ成膜は、たとえば以下のように行うことができる。まず、サセプタ１００の上に被成膜体（たとえば半導体ウエハ）を載置する。次に、チャンバ１０内を減圧状態にして、所望の反応性ガス（たとえば、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＢＦ_３、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＧｅＦ_４、ＳｉＦ_４など）を流量制御してシャワー板４０を介して導入する。反応性ガスは、プラズマ化された状態で導入されてもよい。そして、たとえば、サセプタ１００を接地電位とし、シャワー板４０に高周波電圧を印加してグロー放電を生じさせる。このとき、反応性ガスが高電圧で加速された電子と衝突して、イオン化、励起、または分解され、イオンまたは中性ラジカルとなる。このようにして生じたイオンまたは中性ラジカルは、接地電位に置かれたウエハ等の被成膜体に入射し、表面反応によって被成膜体に所望の薄膜が形成される。

一方、プラズマＣＶＤ装置１０００は、ガスを用いて成膜するため、当該ガスの反応副生成物を生成することがある。このような反応副生成物は、排気口１４から排気されて除去される場合もあるが、チャンバ１０内に堆積することも多い。また、チャンバ１０内において、被成膜体以外の部位（たとえば、サセプタ１００の被成膜体が載置されなかった部分）にも、不要な薄膜が形成されてしまうことがある。このような反応副生成物や不要な薄膜は、プラズマＣＶＤ装置１０００を用いた成膜を繰り返すことにより増加する。そうすると、これらがパーティクルの原因となったり、形成する薄膜の膜厚の均一性を損ねる原因となることがある。そのため、プラズマＣＶＤ装置１０００は、状況に応じてクリーニングと称する処理が行われる。

プラズマＣＶＤ装置１０００のクリーニングは、たとえば以下のように行うことができる。被成膜体がチャンバ１０内にない状態で、チャンバ１０内を減圧状態にする。次に、所望のクリーニングガス（たとえば、ＮＦ_３、ＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６など）を流量制御して導入する。このとき、クリーニングガスとしては、除去したい異物（反応副生成物や不要な薄膜など）を気化させうるものを選択する。そして、該クリーニングガスによって、気化された異物は、排気口１４から排気されて、チャンバ１０内から除去される。

ここで、このようなクリーニングガスは、除去したい異物を気化させると同時に、チャンバ１０内の部材に悪影響を及ぼすこともある。たとえば、プラズマＣＶＤ装置１０００を用いたＣＶＤ成膜を行うときには、サセプタ１００を加熱する場合がある。サセプタ基板１１０の上にアルマイト層１２０のみが形成され、被覆層１３０が形成されていないと、サセプタ基板１１０とアルマイト層１２０の熱膨張率の差によってアルマイト層１２０に亀裂が生じ、サセプタ基板１１０のアルミニウムやその合金がチャンバ１０内に露出することがある。このようにアルミニウムやその合金がチャンバ１０内で露出しているときに、ＮＦ_３等のフッ素系ガス用いてクリーニングを行うと、フッ素とアルミニウムが化合して、フッ化アルミニウムを生じることがある。フッ化アルミニウムが生じたときに、クリーニングの排気が不十分であると、フッ化アルミニウムがチャンバ１０内に堆積してチャンバ１０内の電界分布や、ガスの流れを乱すことがある。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０００は、サセプタ１００の表面がアルマイト層１２０および被覆層１３０によって覆われる構造を有するため、サセプタ基板１１０のアルミニウムまたはアルミニウム合金が、チャンバ１０内で露出することが抑制される。そのため、フッ化アルミニウムの生成等の不具合が極めて生じにくくなっている。したがって、プラズマＣＶＤ装置１０００のメンテナンスの頻度を低く抑えることが可能で、しかも性能の良好な薄膜を長期間連続して安定して形成することができる。

３．プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法
図４ないし図１０は、本実施形態にかかるサセプタ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。

本実施形態のサセプタ１００の製造方法は、アルミニウムまたはその合金を含み表面にアルマイト層１２０が形成された基板１を準備する工程と、基板１を加熱して、アルマイト層１２０にクラック１２２を形成する工程と、クラック１２２内部に被覆層１３０を形成する工程と、を有する。

まず、図４に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含むサセプタ基板１１０の上の全面にアルマイト層１２０ａが形成された基板１を準備する。このような基板１は、市販品を準備してもよい。また、基板１は、サセプタ基板１１０を陽極酸化してアルマイト層１２０ａを形成して作製してもよい。

次に、基板１を加熱して、アルマイト層１２０にクラック１２２を形成する工程を行う。基板１を加熱すると、図５および図６に示すように、アルマイト層１２０ａにクラック１２２が形成される。この工程は、サセプタ基板１１０とアルマイト層１２０ａの熱膨張率の差を利用している。本工程の加熱によって到達する基板１の温度は、アルマイト層１２０ａにクラック１２２が発生する範囲であれば任意であるが、当該基板１を元に形成されるサセプタ１００が成膜に用いられるときの温度（以下、これを「実使用温度」という。）に応じて好ましい範囲がある。基板１の温度は、実使用温度以上であって、実使用温度よりも４０℃高い温度以下の範囲であることが好ましく、実使用温度以上であって、実使用温度よりも２０℃高い温度以下の範囲であることがさらに好ましい。たとえば、実使用温度が４００℃である場合は、本工程で基板１の温度は、４００〜４４０℃とすることが好ましく、４００〜４２０℃とすることがさらに好ましい。本工程の加熱によって到達する基板１の温度を上記の好ましい範囲にすれば、当該基板１を元に形成されるサセプタ１００が成膜に用いられるとき（実使用時）に、アルマイト層１２０のクラック１２２の近傍で発生する応力を抑えることができる。本工程の加熱によって到達する基板１の温度が上記の好ましい範囲よりも低いと、実使用時にアルマイト層１２０のクラック１２２の近傍で発生する応力によって、アルマイト層１２０に不要な亀裂等が生じることがある。また、本工程の加熱によって到達する基板１の温度が上記の好ましい範囲よりも高いと、サセプタ基板１１０の変形や劣化が生じることがある。

形成されるクラック１２２の開口部１２２ａの幅は、サセプタ基板１１０およびアルマイト層１２０の材質、および基板１が加熱される温度に依存するが、１〜１０μｍとなるように温度等が調整されることが望ましい。クラック１２２の開口部１２２ａの幅が１μｍよりも小さいと、後述の被覆層１３０を形成する工程において、クラック１２２の開口部１２２ａが閉塞して、絶縁層１３２のクラック１２２の内部への成膜が困難になる場合がある。本工程は、大気中で行うことができるが、不要な酸化膜等の形成を抑えるために、減圧雰囲気で行われることが好ましい。また、本工程は、上述のプラズマＣＶＤ装置１０００内で行われることがさらに好ましい。このようにすれば、以下に説明する工程を同一のチャンバ１０内で一貫して行うことができ、また、本工程を減圧雰囲気で行うことが容易となる。さらに、本工程がプラズマＣＶＤ装置１０００内で行われると、以下の工程を基板１を加熱した状態のまま行うことができる。このようにすれば、サセプタ基板１１０とアルマイト層１２０ａの寸法差が大きい状態、すなわち、開口部１２２ａがより開口した状態で、以下の工程を行うことができる。したがって、被覆層１３０のクラック１２２内部へのカバレッジをより良好にすることができる。

以下の工程は、基板１をプラズマＣＶＤ装置１０００内に導入し、該装置を用いて行う場合について例示する。

次に、図７に示すように、クラック１２２の内部に絶縁層１３２を形成する工程を行う。絶縁層１３２は、被覆層１３０となるため、被覆層１３０の材質を用いて形成される。本工程は、クラック１２２を形成する工程で加熱された状態で、引き続き行われることがより好ましい。このようにすれば、クラック１２２の開口部１２２ａの幅を冷却時に比較して大きい状態で絶縁層１３２を形成できる。そのため、サセプタ１００の使用中の加熱等による不要な亀裂を生じにくくできる。図７に示すように、絶縁層１３２は、クラック１２２の内部および、アルマイト層１２０の上面（絶縁層１３２ａ）の両方に形成されてもよい。絶縁層１３２の形成は、ＣＶＤによって行うことができるが、蒸着やスパッタリング等によって形成してもよい。ＣＶＤによって形成する場合のチャンバ１０内に導入されるガス種としては、所望の膜を形成しうるものであればよく、たとえば、窒化ケイ素の絶縁層１３２を形成する場合は、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、およびＮ_２の混合ガスなどが挙げられる。本工程によって形成される絶縁層１３２（１３２ａ）の厚みとしては、たとえば、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは１００〜３００ｎｍである。本工程で形成される絶縁層１３２の厚みが１０ｎｍよりも小さいと、絶縁層１３２が被覆層１３０となった際に、サセプタ基板１１０をクリーニングガス等から保護する効果が得られないことがあり、また、クラック１２２の全部を絶縁層１３２で充填する場合には、そのために必要な絶縁層１３２の成膜回数が多くなりすぎることがある。また、５００ｎｍよりも大きいと、クラック１２２の開口部１２２ａが閉塞して、クラック１２２の内部への絶縁層１３２の成膜が困難になる場合がある。

以上の工程により、絶縁層１３２が形成され、当該絶縁層１３２が被覆層１３０となって、図７に示すような本実施形態のサセプタ１００が製造される。そして、さらに、本実施形態のサセプタ１００の製造方法において、必要に応じて以下の工程をさらに付加することができる。上述の工程によっては、絶縁層１３２によってクラック１２２の全部が充填されない場合がある。このような場合に、次に述べる工程を行うことによって、絶縁層１３２（被覆層１３０）によってクラック１２２の全部が充填されたサセプタ１００を製造することができる。これにより、サセプタ１００をプラズマＣＶＤ装置１０００で使用した場合に、さらに電界の乱れ等を生じにくくすることができる。

たとえば、図７に示したように、サセプタ１００のクラック１２２の内部全体に絶縁層１３２が形成されていない場合、さらに、以下に記す工程により、クラック１２２の中に絶縁層１３２を積層するように形成することができる。

まず、クラック１２２の開口１２２ａ付近に堆積した絶縁層１３２ａによって開口１２２ａが狭窄されている場合には、図８に示すように、アルマイト層１２０の上面に形成された絶縁層１３２ａを除去する。この工程を行うと絶縁層１３２ａが除去され、開口１２２ａの狭窄が解消されるため、次の工程で形成される絶縁層１３２がクラック１２２の内部により堆積されやすくなる。絶縁層１３２ａの除去は、たとえば、減圧状態でクリーニングガスと接触させる方法や、ドライエッチング法等によって行うことができる。この工程は、プラズマＣＶＤ装置１０００を用いて行うことができ、その場合は、プラズマＣＶＤ装置１０００のクリーニング処理と同様に行うことができる。この際、アルマイト層１２０の上面に形成された絶縁層１３２ａの除去の速度は、クラック１２２の内部に形成された絶縁層１３２の除去の速度よりも大きい。そのため、アルマイト層１２０の上面に形成された絶縁層１３２ａが除去されても、クラック１２２の内部に形成された絶縁層１３２は残存する。次いで、図９に示すように、クラック１２２の内部に絶縁層１３２を形成する。絶縁層１３２の形成方法は、すでに述べた通りである。

絶縁層１３２ａを除去する工程、および絶縁層１３２を形成する工程を複数回繰り返すことによって、図１０に示すように、クラック１２２の内部全体に絶縁層１３２を形成することができる。絶縁層１３２ａを除去する工程、および絶縁層１３２を形成する工程を繰り返す回数は、アルマイト層１２０の厚み、および絶縁層１３２を形成する工程における一回あたりの層厚に依存するが、２０〜８０回、好ましくは４０〜６０回である。図１０のように形成されたサセプタ１００は、必要に応じて、アルマイト層１２０の上面が露出するまで絶縁層１３２ａを除去してもよい。

以上のようにしてクラック１２２の内部に絶縁層１３２が形成され、この絶縁層１３２が被覆層１３０となり、表面がアルマイト層１２０および被覆層１３０によって覆われる構造を有するサセプタ１００を製造することができる。

４．プラズマＣＶＤ装置の保守方法
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の保守方法を以下に例示する。プラズマＣＶＤ装置１０００は、「２．プラズマＣＶＤ装置の動作等」の項で述べたように、各種の薄膜を形成することが可能で、また、チャンバ１０内の異物を除去するためのエッチング（クリーニング）を行うことができる。しかしながら、一般に、プラズマＣＶＤ装置を一定期間運転すると、サセプタに摩耗等を生じることがある。すなわちサセプタは、消耗品であるため、これを交換する必要が生じる。プラズマＣＶＤ装置のサセプタを交換する際に、新しいサセプタとして、上述したサセプタ１００を準備できる場合は、そのまま「１．プラズマＣＶＤ装置用サセプタおよびこれを備えたプラズマＣＶＤ装置」の項で述べたプラズマＣＶＤ装置１０００を構成することができる。しかし、プラズマＣＶＤ装置のサセプタを交換する際に、新しいサセプタとして、上述したサセプタ１００を準備できない場合は、そのままでは、上述のプラズマＣＶＤ装置１０００の特徴を有することはできない。このような場合には、以下に述べるプラズマＣＶＤ装置の保守方法を行うことが極めて有効である。これにより、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンスの頻度を低く抑えることが可能となり、製造プロセスのメンテナンスによる中断が減少し、製造プロセスの経済性を向上することができる。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の保守は、「３．プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法」で述べたサセプタ１００の製造を応用して行われる。本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の保守方法は、シャワー板に対向する面にアルマイト層が形成されたサセプタを有するプラズマＣＶＤ装置の保守方法であって、サセプタを加熱してアルマイト層にクラックを形成する工程と、クラック内部に被覆層を形成する工程と、を有する。以下の記載において「３．プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法」で述べた部材については同じ符号を付し、実質的に同じ工程については説明を省略する。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の保守方法は、メンテナンス（サセプタの交換）を行った際に、メンテナンス後の成膜等を行う前に、以下の工程を行うことに特徴を有する。

まず、基板１を準備する。基板１は、図４に示すような、サセプタ基板１１０の表面の全面にアルマイト層１２０ａが形成されたものである。基板１は、市販品を準備してもよい。基板１は、新しいサセプタとして、劣化したサセプタに換えてプラズマＣＶＤ装置に設置される。以下、基板１は、新しいサセプタとして単にサセプタと称することがある。

次に、サセプタを加熱してアルマイト層１２０ａにクラックを形成する工程を行う。この工程は「３．プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法」で述べた、基板１を加熱して、アルマイト層１２０にクラック１２２を形成する工程と同様である。

そして、クラック１２２内部に被覆層１３０を形成する工程を行う。この工程は、「３．プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法」の項で述べた、クラック１２２内部に被覆層１３０を形成する工程と同様である。さらに、任意的に、同項で述べたと同様に、絶縁層１３２ａを除去する工程、および絶縁層１３２を形成する工程を行うことができる。また、これらの工程は、複数回繰り返すこともできる。

以上説明したプラズマＣＶＤ装置の保守方法は、メンテナンス（サセプタの交換）を行った際に、メンテナンス後の成膜等を行う前に、上記の各工程を行うことに特徴を有する。これにより、メンテナンス後、製造等を再開する前に、交換後の新しいサセプタを「１．プラズマＣＶＤ装置用サセプタおよびこれを備えたプラズマＣＶＤ装置」で述べたサセプタ１００と同様の構成を有するものにすることができる。そのため、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の保守方法によれば、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンスの頻度を低く抑えることが可能で、製造プロセスのメンテナンスによる中断が減少し、製造プロセスの経済性を向上することができる。

５．半導体装置の製造方法
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、「１．プラズマＣＶＤ装置用サセプタおよびこれを備えたプラズマＣＶＤ装置」で述べたプラズマＣＶＤ装置１０００を用いて成膜を行う工程を有する。また、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、「４．プラズマＣＶＤ装置の保守方法」で述べた保守方法により保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う工程を有する。半導体装置の製造において、薄膜を形成する工程は広範に行われている。たとえば、ＭＯＳ構造を有する電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、半導体装置に形成される基本的な素子であるが、該素子における成膜工程としては、ゲート酸化膜の形成や、各種の配線の形成などがある。また、その他の半導体装置における成膜工程としては、キャパシタ等の誘電体層の形成工程などがある。このように成膜工程は、広範な半導体装置の製造において一般的に行われる工程である。

本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、例示したような成膜工程を上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて行うことに特徴を有している。また、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、このような成膜工程を上述の保守方法により保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いて行うことに特徴を有している。

本実施形態にかかるプラズマＣＶＤ装置、および本実施形態にかかるプラズマＣＶＤ装置の保守方法によって保守されたプラズマＣＶＤ装置は、メンテナンスの頻度が低い。そのため、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、製造プロセスのメンテナンスによる中断が減少し、長期間にわたって安定して所望の半導体装置を製造することが可能である。

６．実施例および比較例
以下に実施例および比較例を記載して、本発明をさらに具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例の試料は、サセプタを新品に交換した後、本発明の保守方法によって保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いて、シリコンウエハ上に成膜した窒化ケイ素膜である。比較例の試料は、サセプタを新品に交換した後、本発明の保守方法を行わずに、シリコンウエハ上に成膜した窒化ケイ素膜である。

実施例で行った具体的な保守方法は、次のようにした。サセプタを新品に交換した後、プラズマＣＶＤ装置に装着した。チャンバ内を減圧（５３３Ｐａ）するとともに、サセプタを４２０℃に加熱した。次いで、サセプタを加熱した状態で、２００ｎｍの膜厚となるように窒化ケイ素を成膜した。次いで、減圧状態のまま、クリーニングガスとして、ＮＦ_３をチャンバ内に導入した。クリーニングガスを停止し、チャンバ内を十分に排気した後、再び２００ｎｍの膜厚となるように窒化ケイ素を成膜した。この成膜およびクリーニング（エッチング）操作の組を５０回連続して行った。

実施例および比較例には同一のプラズマＣＶＤ装置を用いた。プラズマＣＶＤ装置は、日本エー・エス・エム株式会社から市販されている形式「イーグル１０」を用いた。実施例および比較例ともに、新品のサセプタは、同社から交換部品として購入したものを用いた。当該新品のサセプタは、アルミニウム基板の上に、アルマイト層のみが形成されたものである。アルマイト層の厚みは２５μｍであった。

実施例および比較例の試料は、サセプタの上にシリコンウエハを載置して成膜し、シリコンウエハを交換しながら、連続して、それぞれ、３００枚および１５０枚作製した。なお、実施例の試料を３００枚作製した後、サセプタの表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察し、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析を行ったところ、アルマイト層のクラックの中に、窒化ケイ素が充填されていることが確認でき、しかも窒化ケイ素とアルマイト層との間には段差がほとんどないことが分かった。また、クラックの平均的な幅は７μｍであった。一方、比較例の試料を１５０枚作製した後、サセプタの表面をＳＥＭ観察し、ＥＤＸ分析を行ったところ、アルマイト層のクラックの底部に、フッ化アルミニウムが堆積していることが確認され、しかもクラックは充填されておらず開口していた。

作製した実施例および比較例のすべての試料について、それぞれウエハ面内の複数の点において、窒化ケイ素膜の厚みを測定し、面内における最大膜厚、最小膜厚、および平均膜厚を求めた。そして、面内均一性として「（最大膜厚−最小膜厚）／平均膜厚／２」の値を求めた。面内均一性は、３％以下であれば良好であり、３％を超えると不良であるといえる。

図１１は、縦軸に面内均一性をとり、横軸に連続成膜枚数をとって、実施例および比較例についてプロットしたグラフである。当該プロットは、５〜１０枚毎のデータを抜き出したものである。図１１のグラフを見ると、実施例の試料は、３００枚連続で作製される間を通じて、面内均一性が極めて良好であった。しかも、実施例の試料は、３００枚作製する間を通じて、面内均一性が大きく変化することなく、安定な成膜状態が維持されていた。したがって、実施例の試料は、３００枚作製した時点で良好であるため、この時点ではプラズマＣＶＤ装置のメンテナンスを行う必要がないことが分かった。

これに対して、比較例の試料は、８０枚目前後から後はすべて、面内均一性が３％を超えて不良となった。また、比較例では、１５０枚作製する間において、面内均一性が大きく変動した。比較例における面内均一性の変動は、たとえ面内均一性が良好な範囲であっても半導体等の製造プロセスにおいては望ましくないといえる。比較例の試料は、８０枚程度作製した時点で不良となっているため、この時点でプラズマＣＶＤ装置のメンテナンスが必要な状態にあることが分かった。

以上のように、サセプタを新品に交換した後、本発明の保守方法によって保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いることにより、シリコンウエハ上に窒化ケイ素膜を長期間にわたって、メンテナンスによる中断を行うことなく、良好に成膜できることが判明した。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０００を模式的に示す断面図。 実施形態のプラズマＣＶＤ装置用サセプタ１００を模式的に示す断面図。 実施形態のプラズマＣＶＤ装置用サセプタ１００を模式的に示す平面図。 実施形態のサセプタ１００の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００及びその製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００及びその製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００及びその製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態のサセプタ１００及びその製造工程を模式的に示す断面図。 実施例及び比較例の面内均一性測定結果を示すグラフ。

符号の説明

１ 基板、１０ チャンバ、１２ ガス入口、１４ 排気口、２０ ガス導入管、
２２ 分解室、２４ 弁、２６ 電極、３０ 排気管、３４ 弁、４０ シャワー板、
４２ 穴、４４ ガスケット、５０ 載置台、５２ ガスケット、
１００ プラズマＣＶＤ装置用サセプタ、１１０ サセプタ基板、
１２０ アルマイト層、１２２ クラック、１２２ａ 開口部、
１３０，１３０ａ 被覆層、１３２，１３２ａ 絶縁層、１０００ プラズマＣＶＤ装置

Claims (14)

1. アルミニウムまたはアルミニウム合金を含むサセプタ基板と、
   前記サセプタ基板の上に、クラックを有するように形成されたアルマイト層と、
   前記クラックの内部に形成された被覆層と、
   を有する、プラズマＣＶＤ装置用サセプタ。
2. 請求項１において、
   前記被覆層は、窒化ケイ素を含む、プラズマＣＶＤ装置用サセプタ。
3. アルミニウムまたはその合金を含み、表面にアルマイト層が形成された基板を準備する工程と、
   前記基板を加熱して、前記アルマイト層にクラックを形成する工程と、
   前記クラック内部に被覆層を形成する工程と、
   を有する、プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法。
4. 請求項３において、
   前記被覆層を形成する工程は、
   前記クラック内部、および前記アルマイト層の表面に絶縁層を形成する工程と、
   前記表面に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
   を含む、プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法。
5. 請求項３または請求項４において、
   前記被覆層を形成する工程は、複数回行われる、プラズマＣＶＤ装置用サセプタの製造方法。
6. シャワー板に対向する面にアルマイト層が形成されたサセプタを有するプラズマＣＶＤ装置の保守方法であって、
   前記サセプタを加熱して前記アルマイト層にクラックを形成する工程と、
   前記クラック内部に被覆層を形成する工程と、
   を有する、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
7. 請求項６において、
   前記被覆層を形成する工程は、前記クラック内部、および前記アルマイト層の前記シャワー板に対向する表面に絶縁層を形成する工程と、
   前記表面に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
   を含む、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
8. 請求項７において、
   前記絶縁層を除去する工程は、ＮＦ_３ガスを含むプラズマを用いたエッチングによって行われる、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
9. 請求項７または請求項８において、
   前記絶縁層を形成する工程、および前記絶縁層を除去する工程は、当該プラズマＣＶＤ装置を用いて行われる、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれか一項において、
    前記被覆層を形成する工程は、複数回行われる、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
11. 請求項６ないし請求項１０のいずれか一項において、
    前記被覆層は、窒化ケイ素を含む、プラズマＣＶＤ装置の保守方法。
12. 請求項６ないし請求項１１のいずれか一項に記載の保守方法により保守されたプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う工程を有する、半導体装置の製造方法。
13. 請求項１または請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置用サセプタを備えたプラズマＣＶＤ装置。
14. 請求項１３に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う工程を有する、半導体装置の製造方法。

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