JP3725325B2

JP3725325B2 - Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP3725325B2
Application number: JP06819998A
Authority: JP
Inventors: 智司渡辺; 敦彦須田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Kokusai Electric Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: JPH11265884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造方法ならびに半導体製造装置に係わり、特にプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、プラズマエッチング装置等において、ウエハにガスを供給する方法とその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、薄膜形成に一般に広く用いられる技術に化学気相成長法がある（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤと略記する）。例えば、ＳｉＨ₄やＴＥＯＳなどのガスを原料として化学反応を用いて基板上に薄膜を堆積する技術で、大きく分けて、ガスを加熱して反応させる熱ＣＶＤと、プラズマを利用して反応させるプラズマＣＶＤとがある。
【０００３】
このようなＣＶＤによる薄膜形成に、従来から使用されている装置を図を用いて説明する。
図１０は、従来の平行平板電極方式のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示した図である。図１０において、反応室１内に一対の対向しておかれた上部電極２ならびに下部電極３が設けられている。
【０００４】
ウエハ４を下部電極３の上に置き、上部電極２からガスを供給し、一方で排気口６からガスを排気しながら、両電極２、３の間に高周波電界を印加してプラズマ５を発生させ、ウエハ４の表面に成膜させる。
【０００５】
上述したように、上部電極２はガス供給ヘッドとしての機能を併せ持っており、ガス供給管２１から上部電極２の内部に導入されたガスは、上部電極２内部の分散流路２２で周辺まで十分に分散させられ、抵抗板２３を通してウエハ４にガスが供給される。
【０００６】
抵抗板２３としては、通常１ｍｍ以下の小穴を多数開けた多孔板が使用されることが多い。また、上部電極２の構造は、ガスが抵抗板２３を通過する際の圧力損失に対して分散流路２２を流れる圧力損失が無視できる程度に小さくなるようにしてある。
【０００７】
このため、分散流路２２内部の圧力は一様になり、抵抗板２３の穴の大きさを同じにすることによってウエハ４に均等にガスを供給できるようにしてある。一枚の抵抗板２３で十分に分散流路２２の圧力が一様にならない場合には、図１１に示すように複数の抵抗板２３を適当な間隔で多段に重ねた上部電極２が用いられることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマＣＶＤでは単位時間当りに処理できるウエハの枚数を増やすため成膜速度の向上が望まれている。上述した平行平板方式の装置では上下電極の間隔を狭くしプラズマ密度を高めることがよく行われる。
【０００９】
本願発明者らの実験によれば、ＴＥＯＳガスを用いて５０００オングストローム／分以上の成膜速度でＳｉＯ₂膜を成膜しようとすると（ＴＥＯＳの他にＯ₂とＨｅを供給）、上下電極の間隔を１０ｍｍ以下にする必要があることがわかった。
【００１０】
ところが、上下電極の間隔を１０ｍｍ以下にすると、抵抗板（多孔板）から高速で噴出したガスが直接ウエハに吹き付けられ、穴の真下と、それ以外の場所との成膜速度差が大きくなり、多孔板の穴の跡がウエハに転写されるという結果を生じる成膜速度分布となった。特に、噴出速度が１０ｍ／ｓ以上になると成膜速度のばらつきが大きくなり、条件によっては、成膜速度のばらつきが数％に達する場合もあった。
【００１１】
多孔板の穴を大きくしてガスの噴出速度を下げれば成膜速度のばらつきは低減できるが（実験によれば２ｍ／ｓ以下の噴出速度では、成膜速度のばらつきはほとんど問題にならなかった）、反対にプラズマ領域で生成されたラジカルやイオンが穴を通して拡散でガス供給ヘッドの内部に入り易くなる。
【００１２】
ラジカルがガス供給ヘッド内部に入ると、内部に膜が生成され異物の原因となるなどの問題が発生することもわかってきた。このように、成膜速度のばらつきを小さくするにはガス供給ヘッドから噴出したガスの流速を遅くする必要があるのに対して、ラジカルがガス供給ヘッド内部に入らないようにするには反対にガス流速を速くすることが必要である。これは、従来の多孔板を用いたガス供給ヘッドでは相反する条件であり、上下電極の間隔を狭くした場合には、成膜速度のばらつきの抑制と、ラジカルのガス供給ヘッドへの侵入防止を両立させることが困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、このようなウエハの近傍に置かれたガス供給ヘッドから、ウエハにガスを供給する際の問題を解決することであり、上下電極の間隔を狭くした場合においても、ラジカルのガス供給ヘッドへの侵入を防止するとともに、成膜速度のばらつきを抑制可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。すなわち、反応室とガス供給路とを仕切る抵抗板にガスを通過させる複数の流路を設け、上記流路の途中に設けた絞り部を通過するガスの流速が、流路出口から噴出する際の抵抗板法線方向へのガス流速より速くなるように流路を構成し、上記抵抗板を介して被加工部であるウエハにガスを供給しながら処理する。絞り部のガス流速を流路出口から噴出する流速より速くするための具体的手段として、絞り部の断面積を流路出口の断面積より小さくなるように流路を構成する。
【００１５】
このようにすれば、絞り部においてガス流速が速くても、ガス流速を減速させる流路を設けてあるため、ウエハに対するガスの噴出速度は低減され、成膜速度のばらつきを抑制することができる。また、絞り部のガス流速は抵抗板から噴出した抵抗板法線方向へのガスの流速を越える速度であるので、抵抗板から噴出されるガスの速度が遅くとも、プラズマ領域で生成されたラジカルやイオンのガス供給ヘッドへの侵入が防止される。したがって、上下電極の間隔を狭くした場合においても、ラジカルのガス供給ヘッドへの侵入を防止するとともに、成膜速度のばらつきを抑制することが可能となる。
【００１６】
後ほど実施形態を用いて詳しく説明するが、特に絞り部を通過するガスの流速を流路出口から噴出する際の抵抗板法線方向への流速の２倍以上にすると、上記の効果は顕著となる。そのため、絞り部の断面積を流路出口の断面積の１／２以下になるように流路を構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す図で、平行平板プラズマＣＶＤ装置の反応室１の断面を示したものである。なお、この第１の実施形態において、上部電極２以外の部分は、従来技術で説明したプラズマＣＶＤ装置と同様なので説明を省略する。
【００１８】
図１において、上部電極２は、その中央部分にガス供給管２１が接続されており、これに続いて、上部電極２内に分散流路２２が設けてある。抵抗板２３は、互いに、ほぼ平行に配置される上板２３ａならびに下板２３ｂから構成されており、分散流路２２の下側、つまり、下部電極３側であってウエハ４に対面するように上部電極２に取り付けられている。
【００１９】
図２は、抵抗板２３の断面を拡大した図であり、図３は上板２３ａと下板２３ｂとを重ねる前の状態を斜めから見た図である。抵抗板２３は複数のスリット２５ａ、２５ｂを設けた上板２３ａと下板２３ｂとを、上下のスリット２５ａ、２５ｂが直接連通しないように重ねて構成される。
【００２０】
上板２３ａと下板２３ｂとの間に絞り部２６が形成されるように下板２３ｂの上面に周辺を残し、断面矩形の溝２４Ａを設けてある。つまり、上板２３ａと下板２３ｂとを重ね合わしたときに、下板２３ｂの周辺部と上板２３ａの下面の周辺部とが接触し、スリット２５ａとスリット２５ｂとが形成された部分は、互いに直接接触しないように構成されている。
【００２１】
分散流路２２内に供給されたガスは、まず上板２３ａのスリット２５ａを通り、次に、絞り部２６を、最後に下板２３ｂのスリット２５ｂを流れて抵抗板２３から噴出し、ウエハ４に供給される。
【００２２】
ガスは、上板２３ａのスリット２５ａ内を上板２３ａの上面に垂直な方向に流れ、絞り部２６内を上板２３ａの下面に水平な方向に流れ、スリット２５ｂ内を下板２３ｂの上面に垂直な方向に流れる。よって、絞り部２６を流れるガスは、ウエハ４の法線方向の速度成分がゼロになる。下板２３ｂのスリット２５ｂの幅は、上下電極の間隔が数ｍｍの条件ではプラズマのシースも薄くなるので１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００２３】
これに対して、上板２３ａのスリット２５ａの幅は絞り部２６の長さが十分に確保できれば１ｍｍ以上でも良い。溝２４Ａの深さは一つのスリット２５ａを流れてきたガスが、二分されて絞り部２６を流れるので、下板２３ｂのスリット２５ｂの幅の１／４以下にする必要がある。そのようにすれば、スリット２５ｂの出口のガス流速に対して絞り部２６のガス流速はおおよそ２倍以上になる。
また、この構造では、図２に示すように、左側の絞り部２６Ｌと右側の絞り部２６Ｒを流れるガスが、下板２３ｂのスリット２５ｂの中央で衝突することによって流れる方向を変えるため、より一層ウエハ４の法線方向の流速成分が小さくなる。上部電極２内部と反応室１内には数〜数十Ｔｏｒｒの圧力差が生じるので、抵抗板２３の変形を防止するため上板２３ａと下板２３ｂは数ｍｍ程度の厚さにする。したがって、スリット２５ｂの幅を１ｍｍ以下にするには非常に狭くて深いスリットを形成しなければならない。
【００２４】
このようなスリットを機械加工で作成することは困難であるが、ワイヤー放電加工を用いれば容易に加工することができる。また、溝２４Ａは、例えばフライス盤による機械加工や、エッチングによって作成することができる。ただし、特にこれらの加工方法を特定するものではない。
【００２５】
図４は、抵抗板２３を構成する下板２３ｂの他の形状を示す図である。この図４に示した下板２３ｂと図３に示した下板２３ｂとの違いは、図３の例においては、絞り部２６が形成されるように、下板２３ｂの上面に周辺を残し、断面矩形の溝２４Ａを設けたが、図４の例では、幅ｂの溝２４Ｂを一定間隔で、スリット２５ｂにほぼ直交する方向に形成し、絞り部２６を形成する構造となっている点にある。このようにすると、絞り部２６の流路断面積をさらに小さくすることができるので、絞り部２６のガス流速をより速くすることができるという効果がある。
【００２６】
なお、溝２４Ｂと溝２４Ｂとの間隔は、スリット２５ｂと同程度にすれば十分であるが、場合によってはもっと間隔を広くしても良い。
また、図３、図４には矩形の抵抗板２３を示したが、特に抵抗板２３の形状を矩形に限定するものではなく、円形などその他の形状であっても良い。
【００２７】
次に、これまで説明した条件を満足するような具体例を挙げて本発明の効果を説明する。
抵抗板２３として以下に示した形状のものを考える。なお、図３に示したように下板２３ｂの上面に周辺を残して矩形の溝２４Ａを設けた場合と図４に示したように一定間隔で溝２４Ｂを設けた場合の二種類を検討するものとする。
【００２８】
抵抗板２３は幅２６０ｍｍ×奥行２６０ｍｍ（矩形）、溝２４Ａは幅２４０ｍｍ×奥行２４０ｍｍ×深さ０．０５ｍｍ（矩形）、溝２４Ｂは幅２４０ｍｍ×奥行１ｍｍ×ピッチ５ｍｍ×深さ０．０５ｍｍ×長さ３ｍｍ（矩形）、スリット２５ｂは幅２４０ｍｍ×高さ０．５ｍｍ×長さ５ｍｍで４８本（５ｍｍピッチ）、分散領域２２は幅２４０ｍｍ×奥行２４０ｍｍ×高さ５ｍｍである。
【００２９】
最初に、ガス流速の見積もりを行う。図５は、圧力を１０Ｔｏｒｒ、温度を４００°Ｃとして、スリット２５ｂから噴出したガスならびに絞り部２６を流れるガスの平均流速を縦軸に示し、横軸にガスの総流量をとって示したグラフである。
【００３０】
また、図５において、ｓｌｉｔがスリット２５ｂを噴出する時の流速、ｔｈｒｏａｔＡならびにｔｈｒｏａｔＢは溝２４Ａならびに溝２４Ｂの場合の絞り部２６の流速である。ガス総流量として８インチウエハ用の装置における典型的な値である５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍの範囲を計算した。
【００３１】
スリット２５ｂが幅０．５ｍｍであるのに対して、溝２４の深さを０．０５ｍｍとしたので、絞り部２６の断面積は溝２４Ａの場合にはスリット２５ｂの断面積の１／１０に、溝２４Ｂの場合にはスリット２５ｂの断面積の１／５０になる。したがって、絞り部２６のガス流速はスリット２５ｂ出口の５倍ならびに２５倍になる。
【００３２】
次に、スリット２５ｂ内に入り込むラジカルの濃度と流路出口からの距離との関係を図６に示すような簡単なモデルを用いて検討する。ラジカルは流路の壁面に付着しながらガスの流れに逆らって拡散で流路の内部に入り込むとし、その濃度分布が流路の出口からの距離のみに依存して一次元的に次式（１−１）〜（１−３）で示されると仮定する（境界条件も同時に示した。）
u・(dC/dx) = D・(d²C/dx²)- k・C (1-1)
C = C₀ (x = 0) (1-2)
(dC/dx) = 0 (x = ∞) (1-3)
上記（１−１）〜（１−３）式において、Ｃはラジカルの濃度（ｍｏｌ／ｍ³）、ｕはガス流速（ｍ／ｓ）、Ｄはラジカルの拡散係数（ｍ²／ｓ）、ｘは流路の出口からの距離（ｍ）、ｋは（１／４）・ｖ’・η・（Ｓ／Ａ）でありラジカルの付着反応の速度定数（１／ｓ）、ｖ’はラジカルの平均分子速度（ｍ／ｓ）、ηはラジカルの付着確率（ｍ／ｓ）、Ｓは穴の周囲長さ（ｍ）、Ａは流路の断面積（ｍ²）、Ｃ0は流路の出口でのラジカルの濃度（ｍｏｌ／ｍ³）である。
【００３３】
ただし、図６に示したように、位置座標ｘは流路の出口を原点に取って上流側を正としてあるため、ガス流速ｕは常に負の値を取る。ラジカル（ガス）の種類によって、拡散係数と付着反応の速度定数とは変化する。
【００３４】
ガス流速、拡散係数、ラジカルの表面への付着反応の速度定数を定数とすれば、この微分方程式は簡単に解けて、次式（２）で表される。
C = C₀・exp{(u-√(u²+4・D・k))/(2・D))・x} (2)
図７、図８、図９は、式（２）を用いてガス流速ｕならびにラジカルの壁面への付着確率ηをパラメータとし、ガス出口からの距離と出口ガス濃度に対するガス濃度の比（Ｃ／Ｃ0）との関係を示したグラフである。
【００３５】
ＴＥＯＳによるＳｉＯ₂膜の成膜（ＴＥＯＳ、Ｏ₂、Ｈｅの流量比は約１：４：５）を例にとるものとし、ＴＥＯＳの拡散係数を０．００５ｍ²／ｓ（圧力１０Ｔｏｒｒ、温度４００°Ｃ）とした。また、流路の周囲の長さと断面積との比Ｓ／Ａは（１／溝２４の深さ）とした。
【００３６】
ガス流速ｕは１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓの５ケース、付着確率ηは１．０、１．０ｅ−３、１．０ｅ−６の３ケースを計算した。
【００３７】
以上の計算結果、すなわち、図５、７、８、９から以下のことが言える。まず、高活性で付着確率ηが１．０のラジカルでは、いずれの流速においてもｘが１ｍｍ以下で十分に濃度が下がり、実質的に上部電極２内部にはラジカルは入り込まない。
【００３８】
しかし、ＴＥＯＳの成膜反応に見られる比較的活性が低いラジカルで付着確率ηが１．０ｅ−３以下のものは、長さが数ｍｍ程度の流路では流速が遅いと数％〜数十％が内部に入り込むことがわかる。上部電極２内部にラジカルが入り込まない条件としてＣ／Ｃ0＜０．０１を満たす必要があると考え、流路の長さを５ｍｍとすれば、付着確率ηが１．０ｅ−３、１．０ｅ−６いずれの場合もガス流速は５ｍ／ｓ以上にする必要がある。
【００３９】
これに対し溝２４Ａの場合には３０００ｓｃｃｍ以上の流量で、上記条件を満足し、溝２４Ｂの場合には５００ｓｃｃｍ以上の流量で、上記条件を満足する。一方、従来技術で述べたように、抵抗板２３から噴出するガスの速度を２ｍ／ｓ以下にすれば成膜速度のばらつきはほとんど問題ない程度に抑えられるが、流量が５０００ｓｃｃｍ以下であればスリット２５ｂを噴出する速度もほぼそれ以下に抑えられる。
【００４０】
このように、本発明によって抵抗板２３を噴出するガスの流速に対して絞り部２６での流速を２倍以上にすれば、成膜速度のばらつきを問題ない範囲に抑えつつ、かつラジカルが上部電極内部に入り込まない条件を満たすことができる。
【００４１】
次に、成膜条件として圧力を変化した場合にこれらの結果がどのように変化するかを検討してみる。ガスの濃度分布を示す式（２）は、次式（３）のように変形される。
【００４２】
C = C₀・exp{(((u/D)-√((u/D)²+4・(k/D)))/2)・x} (3)
濃度分布は、拡散係数Ｄ、流速ｕならびに付着反応の速度定数ｋ（圧力には依存しない）によって変化するが、４（ｋ／Ｄ）＞＞（ｕ／Ｄ）²が成立する条件（例えば図７に示したように付着確率ηが高くてガス濃度が流速に依存しない条件）を除けば、ガスの濃度分布は（ｕ／Ｄ）に依存することがわかる。
【００４３】
拡散係数（二つのガスの相互拡散係数）は通常、次式（４）で与えられ、圧力に反比例し、また、ガス流量が一定であれば流速も圧力に反比例する。これより、圧力を変化させても（ｕ／Ｄ）は変化せず、濃度分布もほぼ同じと考えて良い。
D₁₂ = 1.883・10^-2・T^3/2・{(M₁+M₂)/(M₁・M₂)}^1/2・{1/(P・σ₁₂ ²・Ω)} (4)
上記式（４）において、Ｄ₁₂は拡散係数（ｍ²／ｓｅｃ）、Ｍ₁、Ｍ₂は分子量（ｋｇ／ｋｍｏｌ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｐは圧力（Ｐａ）、σ₁₂は特性長（オングストローム）、Ωは拡散係数の衝突積分である。
【００４４】
このように、上記の計算では特定の圧力１０Ｔｏｒｒに対して本発明の効果を見積もったが、圧力が変化したとしても図８、図９に示すように付着確率が比較的低いガスについては、ほぼ妥当なものとなっている。
【００４５】
それでは、次に、抵抗板２３の圧力損失について説明する。
これも従来技術のところで説明したように、分散流路２２内の圧力を均一にするには、抵抗板２３をガスが通過する際の圧力損失を大きくする必要がある。
【００４６】
ここで、スリット２５ａ、２５ｂならびに絞り部２６は非常に偏平な矩形断面の流路であるから、流れが粘性流（層流）であると仮定すると、ガス流量と圧力損失の関係は次式（５−１）、（５−２）、（５−３）で与えられる。
△P = λ・(L/De)・ρ・(v² _m/2) ≒ {(12・ν・L・ρ)/(b・h³)}・Q (5-1)
λ = 96/Re (5-2)
De = 4・A/S = (4・b・h)/(2・(b+h)) ≒ (4・b・h)/(2・b) = 2h (5-3)
上記式（５−１）〜（５−３）において、△Ｐは圧力差（Ｐａ）、Ｑは体積流量（ｍ³／ｓｅｃ）、λは管摩擦係数（＝９６／Ｒｅ）、Ｒｅはレイノルズ数（＝ｕＤｅ／ν）、νは動粘性係数（ｍ²／ｓｅｃ）、Ｌは流路長さ（ｍ）、Ｄｅは流路の等価直径（ｍ）、ρはガス密度（ｋｇ／ｍ³）、ｖmは平均流速（ｍ／ｓｅｃ）、Ａは流路断面積（ｍ²）、ｈは流路の高さ（ｍ）、ｂは流路の幅（ｍ）である。
【００４７】
同じ流量が流れた場合の圧力差は流路の高さの３乗に比例するから、抵抗板２３を通過する際の圧力損失は、ほぼ全て絞り部２６圧力損失である。したがって、
抵抗板２３の圧力損失を計算するには絞り部２６の圧力損失のみを考慮すれば良い。
【００４８】
一方、分散流路２２も矩形流路であるから上記式（５−１）〜（５−３）が適用できる。分散領域２２内での圧力損失の最大値ΔＰ２２ｍａｘは総流量の１／２が分散流路２２の中央から端まで流れると仮定した時の圧力損失であり、この値と全ての絞り部２６を同じ流量が流れると仮定した時の圧力損失ΔＰ２３とを比較してみる。
【００４９】
温度および圧力が等しいと仮定し、絞り部２６ならびに分散流路２２の寸法を入れて計算すれば、ΔＰ２２ｍａｘ／ΔＰ２３≒０．００１９となり、分散流路２２内の圧力損失がほとんど無視できるようになっていることがわかる。
【００５０】
また、逆に上記式（５−１）〜（５−３）から、絞り部２６を流れる流量が絞り部２６の高さｈの３乗に比例することがわかる。したがって、絞り部２６を形成するために下板２３に設ける溝２４の深さは、どの位置でも同じになるようにする必要がある。通常、ガスの供給は、数％程度のばらつきで均一にする必要があるから、上記のように溝２４の深さを０．０５ｍｍとした場合では２〜３μｍのばらつきにする必要がある。
【００５１】
なお、上記式（５−１）〜（５−３）は流れが粘性流（層流）の場合の式であるが、ガスの流量と圧力損失の関係は、粘性流、中間流、分子流のそれぞれの領域において異なるし、管の形状によっても異なるから、成膜条件や抵抗板２３の形状によって、それぞれ適切な式を使う必要があることは言うまでもない。また、粘性流においてマッハ数が０．１以上になればガスの断熱膨張の影響を考慮する必要がある。
【００５２】
上述した本発明の一実施形態によれば、上下電極の間隔を狭くした場合においても、ラジカルのガス供給ヘッドへの侵入を防止するとともに、成膜速度のばらつきを抑制可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することができる。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態として最も望ましい装置構造を詳細に説明した。
すなわち、下板２３ｂの上面に周辺を残して、矩形で且つ一様な深さの溝２４Ａを設け、上板２３ａと下板２３ｂとの間に絞り部２６を形成する構造である。これは、溝２４Ａの加工が容易であること、絞り部２６がほぼ水平方向に向いているためにウエハ４の法線方向の速度成分を小さくできるので、成膜速度のばらつきを低減する効果が高いなどの点で優れている。
【００５４】
しかしながら、本発明では、特に絞り部２６を概略水平とすることを必要条件とはしていない。絞り部２６は、いずれの方向を向くように構成されていても良い。下板２３ｂの上面と上板２３ａの下面は、両面の間に絞り部２６として適当な隙間を形成するように嵌合できれば、どのような形状をしていても良い。また、上板２３ａと下板２３ｂにはスリット２５ａ、２５ｂの代わりに、適当な間隔で管状の穴を設けても良い。
【００５５】
また、次のようにすれば、従来と同様に一枚の板に多数の管状の穴をあけた抵抗板２３でも、二枚の板を重ね合わせた場合に比べて効果は劣るものの、同様の効果が得られる。
【００５６】
一つの手段は、絞り部２６となる穴を抵抗板２３の表面に対して斜めに開けることによって、絞り部２６内でのガス流速を保ったままでウエハ４への法線方向へのガス流速を下げることである。ウエハ４の法線方向へのガス流速を絞り部２６内でのガス流速の１／２にするには、穴を抵抗板２３の法線に対して６０°の角度となるようにあければ良い。他の手段として、絞り部２６となる穴の出口に座ぐりあるいはテーパー加工などを施して流路で断面積が徐々に広がるようにする方法がある。穴の面積を二倍にすれば、ガス流速は１／２になる。上記の二つを組み合わせることにより、一層効果は高くなる。
【００５７】
以上、プラズマＣＶＤ装置を例にとって説明したが、本発明を熱ＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等へ適用することにより、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているため、次のような効果がある。上下電極の間隔を狭くした場合においても、ラジカルのガス供給ヘッドへの侵入を防止するとともに、成膜速度のばらつきを抑制可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の反応室断面を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の上部電極の断面の一部を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の抵抗板の一例の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の抵抗板の他の例の構造を示す斜視図。
【図５】本発明の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の抵抗板を通過する際の流量とガス流速との関係を示す図である。
【図６】反応室内のラジカルが上部電極内部へ拡散で入り込む量を計算するための計算モデルを示す図である。
【図７】反応室内のラジカルが上部電極内部へ拡散で入り込む量を計算した結果を示すグラフである。
【図８】反応室内のラジカルが上部電極内部へ拡散で入り込む量を計算した結果を示すグラフである。
【図９】反応室内のラジカルが上部電極内部へ拡散で入り込む量を計算した結果を示すグラフである。
【図１０】従来のプラズマＣＶＤ装置の構造を示す図である。
【図１１】従来のプラズマＣＶＤ装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１反応室
２上部電極
３下部電極
４ウエハ
５プラズマ
６排気口
２１ガス供給管
２２分散流路
２３抵抗板
２３ａ上板
２３ｂ下板
２４Ａ、２４Ｂ溝
２５ａ上板スリット
２５ｂ下板スリット
２６絞り部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a method and structure for supplying a gas to a wafer in plasma CVD, thermal CVD, plasma etching apparatus and the like.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing process, there is a chemical vapor deposition method as a technique generally widely used for forming a thin film (Chemical Vapor Deposition, hereinafter abbreviated as CVD). For example, a technique of depositing a thin film on a substrate using a chemical reaction using a gas such as SiH ₄ or TEOS as a raw material, roughly divided, thermal CVD that reacts by heating the gas, and plasma that reacts using plasma There is CVD.
[0003]
An apparatus conventionally used for such thin film formation by CVD will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a conventional parallel plate electrode type plasma CVD apparatus. In FIG. 10, a pair of opposed upper electrode 2 and lower electrode 3 are provided in reaction chamber 1.
[0004]
A wafer 4 is placed on the lower electrode 3 and gas is supplied from the upper electrode 2, while a gas is exhausted from the exhaust port 6, and a high frequency electric field is applied between the electrodes 2 and 3 to generate plasma 5. To form a film on the surface of the wafer 4.
[0005]
As described above, the upper electrode 2 also has a function as a gas supply head, and the gas introduced from the gas supply pipe 21 into the upper electrode 2 is sufficiently distributed to the periphery through the dispersion channel 22 inside the upper electrode 2. The gas is supplied to the wafer 4 through the resistance plate 23.
[0006]
As the resistance plate 23, a perforated plate having many small holes of 1 mm or less is usually used. Further, the structure of the upper electrode 2 is set so that the pressure loss flowing through the dispersion flow path 22 is negligible with respect to the pressure loss when the gas passes through the resistance plate 23.
[0007]
For this reason, the pressure inside the dispersion flow path 22 is uniform, and the gas can be supplied uniformly to the wafer 4 by making the size of the holes of the resistance plate 23 the same. In the case where the pressure of the dispersion flow path 22 is not sufficiently uniform with a single resistor plate 23, as shown in FIG. 11, the upper electrode 2 in which a plurality of resistor plates 23 are stacked in multiple stages at appropriate intervals is used. Sometimes.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in plasma CVD, it is desired to improve the film forming speed in order to increase the number of wafers that can be processed per unit time. In the parallel plate type apparatus described above, the plasma density is often increased by narrowing the interval between the upper and lower electrodes.
[0009]
According to the experiments by the present inventors, when an SiO ₂ film is formed using TEOS gas at a deposition rate of 5000 Å / min or more (O ₂ and He are supplied in addition to TEOS), the upper and lower electrodes It was found that the interval needs to be 10 mm or less.
[0010]
However, when the distance between the upper and lower electrodes is 10 mm or less, the gas ejected at a high speed from the resistance plate (perforated plate) is directly blown onto the wafer, and the difference in film formation rate between the position directly below the hole and other places becomes large, The film deposition rate distribution resulted in the result that the traces of the holes in the perforated plate were transferred to the wafer. In particular, when the ejection speed is 10 m / s or more, the variation in the film formation rate increases, and depending on the conditions, the variation in the film formation rate may reach several percent.
[0011]
If the perforated plate is enlarged and the gas ejection speed is lowered, the variation in the deposition rate can be reduced. (According to the experiment, the variation in the deposition rate was hardly a problem at an ejection rate of 2 m / s or less. On the other hand, radicals and ions generated in the plasma region are likely to enter the gas supply head by diffusion through the holes.
[0012]
It has also been found that when a radical enters the gas supply head, a film is formed inside the gas supply head and causes a foreign matter. As described above, in order to reduce the variation in the deposition rate, it is necessary to reduce the flow rate of the gas ejected from the gas supply head. On the contrary, to prevent radicals from entering the gas supply head. It is necessary to increase the gas flow rate. This is a contradictory condition in a conventional gas supply head using a perforated plate. When the interval between the upper and lower electrodes is narrowed, the variation in the film formation rate is suppressed and the penetration of radicals into the gas supply head is prevented. It was difficult to achieve both.
[0013]
An object of the present invention is to solve the problem of supplying gas to a wafer from such a gas supply head placed in the vicinity of the wafer. Even when the distance between the upper and lower electrodes is narrowed, radicals can be removed. An object of the present invention is to realize a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus capable of preventing a gas supply head from entering and suppressing variations in film forming speed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, when a plurality of flow paths for allowing gas to pass are provided in a resistance plate that partitions the reaction chamber and the gas supply path, the flow velocity of the gas passing through the throttle provided in the middle of the flow path is ejected from the flow path outlet. The flow path is configured so as to be faster than the gas flow velocity in the normal direction of the resistance plate, and processing is performed while supplying gas to the wafer which is a workpiece through the resistance plate. As a specific means for making the gas flow rate of the throttle portion faster than the flow velocity ejected from the flow channel outlet, the flow channel is configured so that the cross-sectional area of the throttle portion is smaller than the cross-sectional area of the flow channel outlet.
[0015]
In this way, even if the gas flow rate is high in the throttle part, since the flow path for decelerating the gas flow rate is provided, the gas ejection speed to the wafer is reduced, and variations in the film formation speed can be suppressed. . In addition, since the gas flow velocity in the throttle portion exceeds the flow velocity of the gas ejected from the resistance plate in the normal direction of the resistance plate, radicals generated in the plasma region and Intrusion of ions into the gas supply head is prevented. Therefore, even when the distance between the upper and lower electrodes is narrowed, it is possible to prevent radicals from entering the gas supply head and to suppress variations in the film formation rate.
[0016]
This will be described in detail later with reference to the embodiment. In particular, when the flow velocity of the gas passing through the throttle portion is set to be twice or more than the flow velocity in the normal direction of the resistance plate when ejected from the outlet of the flow path, the above effect is remarkable. Become. Therefore, the flow path is configured so that the cross-sectional area of the throttle portion is ½ or less of the cross-sectional area of the flow path outlet.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and shows a cross section of a reaction chamber 1 of a parallel plate plasma CVD apparatus. In the first embodiment, the portions other than the upper electrode 2 are the same as those of the plasma CVD apparatus described in the prior art, and the description thereof is omitted.
[0018]
In FIG. 1, a gas supply pipe 21 is connected to the central portion of the upper electrode 2, and subsequently, a dispersion channel 22 is provided in the upper electrode 2. The resistance plate 23 is composed of an upper plate 23a and a lower plate 23b that are arranged substantially in parallel with each other, and faces the wafer 4 on the lower side of the dispersion channel 22, that is, on the lower electrode 3 side. Attached to the upper electrode 2.
[0019]
FIG. 2 is an enlarged view of the cross section of the resistor plate 23, and FIG. 3 is a view of the state before the upper plate 23a and the lower plate 23b are overlapped, as viewed obliquely. The resistance plate 23 is configured by overlapping an upper plate 23a provided with a plurality of slits 25a, 25b and a lower plate 23b so that the upper and lower slits 25a, 25b do not directly communicate with each other.
[0020]
A groove 24A having a rectangular cross section is provided on the upper surface of the lower plate 23b so that a narrowed portion 26 is formed between the upper plate 23a and the lower plate 23b. That is, when the upper plate 23a and the lower plate 23b are overlapped, the peripheral portion of the lower plate 23b and the peripheral portion of the lower surface of the upper plate 23a are in contact with each other, and the portions where the slit 25a and the slit 25b are formed are mutually connected. It is configured not to make direct contact.
[0021]
The gas supplied into the dispersion flow path 22 first passes through the slit 25a of the upper plate 23a, then flows through the throttle portion 26, and finally flows through the slit 25b of the lower plate 23b to be ejected from the resistance plate 23, and the wafer 4 To be supplied.
[0022]
The gas flows in the slit 25a of the upper plate 23a in a direction perpendicular to the upper surface of the upper plate 23a, flows in the throttle portion 26 in a direction horizontal to the lower surface of the upper plate 23a, and in the slit 25b on the upper surface of the lower plate 23b. It flows in the vertical direction. Therefore, the velocity component in the normal direction of the wafer 4 of the gas flowing through the throttle unit 26 becomes zero. The width of the slit 25b of the lower plate 23b is preferably 1 mm or less because the plasma sheath becomes thin when the distance between the upper and lower electrodes is several mm.
[0023]
On the other hand, the width of the slit 25a of the upper plate 23a may be 1 mm or more as long as the length of the diaphragm portion 26 can be sufficiently secured. The depth of the groove 24A needs to be ¼ or less of the width of the slit 25b of the lower plate 23b because the gas flowing through one slit 25a is divided into two and flows through the throttle portion 26. By doing so, the gas flow rate of the throttle portion 26 is approximately twice or more than the gas flow rate at the exit of the slit 25b.
Further, in this structure, as shown in FIG. 2, the gas flowing through the left throttle portion 26L and the right throttle portion 26R changes its flowing direction by colliding with the center of the slit 25b of the lower plate 23b. The flow velocity component in the normal direction of the wafer 4 becomes small. Since a pressure difference of several to several tens of Torr is generated in the upper electrode 2 and the reaction chamber 1, the upper plate 23 a and the lower plate 23 b are made to have a thickness of about several millimeters in order to prevent the resistance plate 23 from being deformed. Therefore, in order to make the width of the slit 25b 1 mm or less, a very narrow and deep slit must be formed.
[0024]
It is difficult to create such a slit by machining, but it can be easily processed by using wire electric discharge machining. Further, the groove 24A can be formed by, for example, machining with a milling machine or etching. However, these processing methods are not particularly specified.
[0025]
FIG. 4 is a view showing another shape of the lower plate 23 b constituting the resistance plate 23. The difference between the lower plate 23b shown in FIG. 4 and the lower plate 23b shown in FIG. 3 is that the periphery of the lower plate 23b is left in the example of FIG. Although the groove 24A having a rectangular cross section is provided, in the example of FIG. 4, the groove 24B having a width b is formed at regular intervals in a direction substantially perpendicular to the slit 25b to form the throttle portion 26. is there. In this case, the flow passage cross-sectional area of the throttle portion 26 can be further reduced, so that the gas flow rate of the throttle portion 26 can be further increased.
[0026]
It should be noted that the gap between the groove 24B and the groove 24B is sufficient to be approximately the same as that of the slit 25b, but the gap may be made wider depending on circumstances.
3 and 4 show the rectangular resistor plate 23, the shape of the resistor plate 23 is not particularly limited to a rectangle, and may be other shapes such as a circle.
[0027]
Next, the effects of the present invention will be described by giving specific examples that satisfy the conditions described so far.
A resistor plate 23 having the following shape is considered. In addition, two types of cases where a rectangular groove 24A is provided with the periphery remaining on the upper surface of the lower plate 23b as shown in FIG. 3 and a case where grooves 24B are provided at regular intervals as shown in FIG. 4 are examined. Shall.
[0028]
The resistance plate 23 is 260 mm wide × 260 mm deep (rectangular), the groove 24A is 240 mm wide × 240 mm deep × 0.05 mm deep (rectangular), and the groove 24B is 240 mm wide × 1 mm deep × 5 mm pitch × 0.05 mm deep × long. 48 mm (5 mm pitch) with a width of 3 mm (rectangular), a slit 25 b of 240 mm wide × 0.5 mm high × 5 mm long, and the dispersion region 22 is 240 mm wide × 240 mm deep × 5 mm high.
[0029]
First, the gas flow rate is estimated. FIG. 5 is a graph showing the average flow velocity of the gas ejected from the slit 25b and the gas flowing through the throttle portion 26 on the vertical axis and the total flow rate of the gas on the horizontal axis at a pressure of 10 Torr and a temperature of 400 ° C. It is.
[0030]
Further, in FIG. 5, the flow rate when slit is ejected from the slit 25b, throat A and throat B are the flow rates of the throttle portion 26 in the case of the groove 24A and the groove 24B. A range of 500 sccm to 5000 sccm, which is a typical value in an apparatus for an 8-inch wafer, was calculated as the total gas flow rate.
[0031]
Since the slit 25b has a width of 0.5 mm, the depth of the groove 24 is set to 0.05 mm. Therefore, in the case of the groove 24A, the sectional area of the throttle portion 26 is 1/10 of the sectional area of the slit 25b. In the case of the groove 24B, it becomes 1/50 of the sectional area of the slit 25b. Therefore, the gas flow rate of the throttle portion 26 is 5 times and 25 times that of the exit of the slit 25b.
[0032]
Next, the relationship between the concentration of radicals entering the slit 25b and the distance from the flow path outlet will be examined using a simple model as shown in FIG. The radicals adhere to the wall surface of the flow path and diffuse into the flow path against the gas flow, and the concentration distribution depends on only the distance from the flow path outlet in a one-dimensional manner (1 -1) to (1-3) are assumed (boundary conditions are also shown).
u ・ (dC / dx) = D ・ (d ² C / dx ² )-k ・ C (1-1)
C = C ₀ (x = 0) (1-2)
(dC / dx) = 0 (x = ∞) (1-3)
In the above formulas (1-1) to (1-3), C is a radical concentration (mol / m ³ ), u is a gas flow rate (m / s), D is a radical diffusion coefficient (m ² / s), x is the distance (m) from the outlet of the flow path, k is (1/4) · v ′ · η · (S / A), the rate constant (1 / s) of the radical attachment reaction, and v ′ is the radical Mean molecular velocity (m / s), η is the probability of radical attachment (m / s), S is the perimeter of the hole (m), A is the cross-sectional area of the channel (m ² ), C 0 is the channel It is the radical concentration (mol / m ³ ) at the outlet.
[0033]
However, as shown in FIG. 6, since the position coordinate x is positive on the upstream side with the outlet of the flow path as the origin, the gas flow velocity u always takes a negative value. Depending on the type of radical (gas), the diffusion coefficient and the rate constant of the attachment reaction vary.
[0034]
If the gas flow rate, the diffusion coefficient, and the rate constant of the radical attachment reaction on the surface are constants, this differential equation can be easily solved and expressed by the following equation (2).
C = C ₀・ exp {(u-√ (u ² +4 ・ D ・ k)) / (2 ・ D)) ・ x} (2)
7, 8, and 9, using the equation (2), the gas flow rate u and the adhesion probability η of the radical to the wall surface as parameters, and the ratio of the gas concentration to the distance from the gas outlet and the outlet gas concentration (C / It is the graph which showed the relationship with C0).
[0035]
Taking a SiO ₂ film by TEOS (TEOS, O ₂ , He flow ratio is about 1: 4: 5) as an example, the diffusion coefficient of TEOS is 0.005 m ² / s (pressure 10 Torr, temperature 400). ° C). The ratio S / A between the circumference of the flow path and the cross-sectional area was (1 / depth of the groove 24).
[0036]
The gas flow velocity u is 5 cases of 1 m / s, 2 m / s, 5 m / s, 10 m / s, 50 m / s, and the adhesion probability η is 3 cases of 1.0, 1.0e-3, 1.0e-6. Calculated.
[0037]
The following can be said from the above calculation results, that is, FIGS. First, in a radical having a high activity and an adhesion probability η of 1.0, the concentration is sufficiently lowered when x is 1 mm or less at any flow rate, and the radical does not substantially enter the upper electrode 2.
[0038]
However, radicals with relatively low activity found in the TEOS film formation reaction and having an adhesion probability η of 1.0e-3 or less have a flow rate of several millimeters to tens % Can get inside. Assuming that it is necessary to satisfy C / C0 <0.01 as a condition for preventing radicals from entering the upper electrode 2, and assuming that the flow path length is 5 mm, the adhesion probability η is 1.0e-3, 1.0e. In all cases, the gas flow rate must be 5 m / s or more.
[0039]
In contrast, in the case of the groove 24A, the above condition is satisfied at a flow rate of 3000 sccm or more, and in the case of the groove 24B, the above condition is satisfied at a flow rate of 500 sccm or more. On the other hand, as described in the prior art, if the speed of the gas ejected from the resistance plate 23 is set to 2 m / s or less, the variation in the film forming speed can be suppressed to a problem level, but if the flow rate is 5000 sccm or less, the slit The speed at which 25b is ejected can also be suppressed to substantially less than that.
[0040]
As described above, when the flow rate at the throttle portion 26 is doubled or higher than the flow rate of the gas ejected from the resistance plate 23 according to the present invention, the variation of the film formation rate is suppressed to a range that does not cause a problem and The condition that does not enter the electrode can be satisfied.
[0041]
Next, it will be examined how these results change when the pressure is changed as a film forming condition. The equation (2) indicating the gas concentration distribution is transformed as the following equation (3).
[0042]
C = C ₀・ exp {((((u / D) -√ ((u / D) ² +4 ・ (k / D))) / 2) ・ x} (3)
The concentration distribution varies depending on the diffusion coefficient D, the flow rate u, and the rate constant k of the attachment reaction (which does not depend on the pressure), but a condition that satisfies 4 (k / D) >> (u / D) ² (for example, FIG. As shown in FIG. 7, it is understood that the gas concentration distribution depends on (u / D) except for the condition that the adhesion probability η is high and the gas concentration does not depend on the flow velocity.
[0043]
The diffusion coefficient (mutual diffusion coefficient of two gases) is usually given by the following equation (4), and is inversely proportional to the pressure. If the gas flow rate is constant, the flow rate is also inversely proportional to the pressure. Accordingly, even if the pressure is changed, (u / D) does not change, and the concentration distribution may be considered to be substantially the same.
D ₁₂ = 1.883 ・ 10 ^-2・ T ^3/2・ {(M ₁ + M ₂ ) / (M ₁・ M ₂ )} ^1/2・ {1 / (P ・ σ ₁₂ ²・ Ω)} (4 )
In the above formula (4), D ₁₂ is a diffusion coefficient (m ² / sec), M ₁ and M ₂ are molecular weights (kg / kmol), T is temperature (K), P is pressure (Pa), and σ ₁₂ is characteristics. Long (Angstrom), Ω is the collision integral of the diffusion coefficient.
[0044]
As described above, in the above calculation, the effect of the present invention was estimated for a specific pressure of 10 Torr. However, even if the pressure changes, as shown in FIGS. It is reasonable.
[0045]
Next, the pressure loss of the resistance plate 23 will be described.
As also explained in the prior art, in order to make the pressure in the dispersion flow path 22 uniform, it is necessary to increase the pressure loss when the gas passes through the resistance plate 23.
[0046]
Here, since the slits 25a and 25b and the throttle part 26 are flow paths having a very flat rectangular cross section, assuming that the flow is a viscous flow (laminar flow), the relationship between the gas flow rate and the pressure loss is expressed by the following equation ( 5-1), (5-2), and (5-3).
△ P = λ ・ (L / De) ・ ρ ・ (v ² _m / 2) ≒ {(12 ・ ν ・ L ・ ρ) / (b ・ h ³ )} ・ Q (5-1)
λ = 96 / Re (5-2)
De = 4 ・ A / S = (4 ・ b ・ h) / (2 ・ (b + h)) ≒ (4 ・ b ・ h) / (2 ・ b) = 2h (5-3)
In the above formulas (5-1) to (5-3), ΔP is the pressure difference (Pa), Q is the volume flow rate (m ³ / sec), λ is the pipe friction coefficient (= 96 / Re), and Re is Reynolds. Number (= uDe / ν), ν is the kinematic viscosity coefficient (m ² / sec), L is the channel length (m), De is the equivalent diameter (m) of the channel, and ρ is the gas density (kg / m ³⁾ ), Vm is the average flow velocity (m / sec), A is the channel cross-sectional area (m ² ), h is the channel height (m), and b is the channel width (m).
[0047]
Since the pressure difference when the same flow rate flows is proportional to the cube of the height of the flow path, almost all the pressure loss when passing through the resistance plate 23 is the pressure loss of the throttle portion 26. Therefore,
In order to calculate the pressure loss of the resistance plate 23, only the pressure loss of the throttle portion 26 needs to be considered.
[0048]
On the other hand, since the dispersion channel 22 is also a rectangular channel, the above formulas (5-1) to (5-3) can be applied. The maximum value ΔP22max of the pressure loss in the dispersion region 22 is a pressure loss when it is assumed that 1/2 of the total flow rate flows from the center to the end of the dispersion flow path 22, and this value and all the throttle portions 26 are the same. Compare the pressure loss ΔP23 when the flow rate is assumed to flow.
[0049]
Assuming that the temperature and pressure are equal, and calculating with the dimensions of the throttle portion 26 and the dispersion flow path 22, ΔP22max / ΔP23≈0.0019 is obtained, and the pressure loss in the dispersion flow path 22 can be almost ignored. You can see that
[0050]
On the other hand, from the above formulas (5-1) to (5-3), it can be seen that the flow rate flowing through the throttle portion 26 is proportional to the cube of the height h of the throttle portion 26. Therefore, the depth of the groove 24 provided in the lower plate 23 for forming the throttle portion 26 needs to be the same at any position. Usually, the gas supply needs to be uniform with a variation of about several percent, so when the depth of the groove 24 is 0.05 mm as described above, it is necessary to have a variation of 2 to 3 μm.
[0051]
In addition, although said Formula (5-1)-(5-3) is a type | formula when a flow is a viscous flow (laminar flow), the relationship between the flow volume of gas and pressure loss is a viscous flow, an intermediate flow, a molecular flow. Of course, it is necessary to use an appropriate formula depending on the film forming conditions and the shape of the resistance plate 23. Further, if the Mach number becomes 0.1 or more in the viscous flow, it is necessary to consider the influence of the adiabatic expansion of the gas.
[0052]
According to one embodiment of the present invention described above, a semiconductor manufacturing method and a semiconductor capable of preventing radicals from entering the gas supply head and suppressing variations in film formation speed even when the distance between the upper and lower electrodes is narrowed. A manufacturing apparatus can be realized.
[0053]
As described above, the most desirable device structure as one embodiment of the present invention has been described in detail.
In other words, a rectangular groove 24A having a uniform depth is provided on the upper surface of the lower plate 23b, and the narrowed portion 26 is formed between the upper plate 23a and the lower plate 23b. This is because the processing of the groove 24A is easy, and the speed component in the normal direction of the wafer 4 can be reduced because the narrowed portion 26 is oriented substantially in the horizontal direction. Excellent in terms of high.
[0054]
However, in the present invention, in particular, it is not a necessary condition that the diaphragm portion 26 is substantially horizontal. The diaphragm unit 26 may be configured to face in any direction. The upper surface of the lower plate 23b and the lower surface of the upper plate 23a may have any shape as long as they can be fitted so as to form an appropriate gap as the throttle portion 26 between both surfaces. Further, the upper plate 23a and the lower plate 23b may be provided with tubular holes at appropriate intervals instead of the slits 25a and 25b.
[0055]
Further, if the resistance plate 23 having a large number of tubular holes in a single plate is used in the following manner, the effect is inferior to that in the case where the two plates are overlapped. An effect is obtained.
[0056]
One means is to make a gas flow rate in the normal direction to the wafer 4 while maintaining the gas flow rate in the throttle unit 26 by opening a hole to be the throttle unit 26 obliquely with respect to the surface of the resistance plate 23. Is to lower. In order to reduce the gas flow rate in the normal direction of the wafer 4 to ½ of the gas flow rate in the throttle portion 26, it is sufficient that the hole is at an angle of 60 ° with respect to the normal line of the resistance plate 23. . As another means, there is a method in which a cross-sectional area is gradually widened in the flow path by applying a counterbore or a taper process to the outlet of the hole serving as the throttle portion 26. If the hole area is doubled, the gas flow rate is halved. By combining the above two, the effect is further enhanced.
[0057]
Although the plasma CVD apparatus has been described above as an example, the same effect can be obtained by applying the present invention to a thermal CVD apparatus, a plasma etching apparatus, or the like.
[0058]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. Even when the interval between the upper and lower electrodes is narrowed, it is possible to realize a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus capable of preventing radicals from entering the gas supply head and suppressing variations in film formation speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a cross section of a reaction chamber of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a part of a cross section of an upper electrode of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a structure of an example of a resistance plate of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of another example of a resistance plate of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a flow rate and a gas flow rate when passing through a resistance plate of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a calculation model for calculating the amount of radicals in the reaction chamber that enter into the upper electrode by diffusion.
FIG. 7 is a graph showing the calculation result of the amount of radicals in the reaction chamber entering into the upper electrode by diffusion.
FIG. 8 is a graph showing the result of calculating the amount of radicals in the reaction chamber entering into the upper electrode by diffusion.
FIG. 9 is a graph showing the result of calculating the amount of radicals in the reaction chamber entering into the upper electrode by diffusion.
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a conventional plasma CVD apparatus.
FIG. 11 is a view showing the structure of a conventional plasma CVD apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction chamber 2 Upper electrode 3 Lower electrode 4 Wafer 5 Plasma 6 Exhaust port 21 Gas supply pipe 22 Dispersion flow path 23 Resistance plate 23a Upper plate 23b Lower plate 24A, 24B Groove 25a Upper plate slit 25b Lower plate slit 26 Restriction part

Claims

A resistance plate that separates the reaction chamber and the gas supply path is provided with a plurality of flow paths for allowing gas to pass therethrough, and the flow rate of the gas passing through the throttle portion provided in the middle of the flow path is the resistance when the gas flows out from the flow path outlet. A semiconductor manufacturing method characterized in that a flow path is configured to be faster than a gas flow velocity in a plate normal direction, and processing is performed while supplying gas to a wafer as a workpiece through the resistance plate.

A plurality of flow paths for allowing gas to pass are provided in a resistance plate that partitions the reaction chamber and the gas supply path, and the flow path is such that the cross-sectional area of the throttle portion provided in the middle of the flow path is smaller than the cross-sectional area of the flow path outlet. And a process for supplying a gas to a wafer as a workpiece through the resistance plate.

3. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein a gap formed by superposing two plates is used as the narrowed portion.

A resistance plate that separates the reaction chamber and the gas supply path is provided with a plurality of flow paths for allowing gas to pass therethrough, and the flow rate of the gas passing through the throttle portion provided in the middle of the flow path is the resistance when the gas flows out from the flow path outlet. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein a flow path is configured to be faster than a gas flow velocity in a plate normal direction, and processing is performed while supplying gas to a wafer as a workpiece through the resistance plate.

A plurality of flow paths for allowing gas to pass are provided in a resistance plate that partitions the reaction chamber and the gas supply path, and the flow path is such that the cross-sectional area of the throttle portion provided in the middle of the flow path is smaller than the cross-sectional area of the flow path outlet. And processing while supplying gas to the wafer as the workpiece through the resistance plate.

6. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4 , wherein a gap formed by overlapping two plates is used as the narrowed portion.