JPH0314223A - Ecrプラズマcvd装置 - Google Patents

Ecrプラズマcvd装置

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JPH0314223A
JPH0314223A JP14980589A JP14980589A JPH0314223A JP H0314223 A JPH0314223 A JP H0314223A JP 14980589 A JP14980589 A JP 14980589A JP 14980589 A JP14980589 A JP 14980589A JP H0314223 A JPH0314223 A JP H0314223A
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Akio Shimizu
清水 明夫
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、LSI(大規模集積回路〕製造装置に代表
される半導体製造装置のなかで特に低温成膜を必要とす
る超LSI半導体累子基板への成膜のため、真空容器内
に導入された” + 02 + N2などのプラズマ原
料ガスをマイクロ波と磁力線との電子サイクロトロン共
鳴効果によってプラズマ化するとともに、このプラズマ
が前記磁力線の低磁束密度方向へ磁力線に沿って移送さ
れる移送路に、基板表面に生成される薄膜の原料となる
反応性ガスが導入される構成のECRプラズマCVD装
置であって、前記プラズマの移送路を構成する磁力線に
作用して基板位置でプラズマ密度が均一となるように移
送路を制御する磁力線を発生する補助ソレノイドを備え
た装置に関する。
〔従来の技術〕
従来より用いられているこの種ECI(プラズマCVD
装置の構成例を第7図に示す。図示されないマイクロ波
発生手段により発生された9周波数が2.45 Gl−
IzのマイクU波がマイクロ波の伝達手段である導波管
11の内側を通り、誘電体板からなるマイクロ波窓12
を介して真空Qこ保たれたプラズマチャンバ13a内を
こ導入され、この導入されたマイクロ波と、プラズマチ
ャンバ+3aを同軸に包囲する主ソレノイド14が発生
する磁力側との電子サイクロトロン共鳴効果により、ガ
ス供給手段17を介して送入されたAr 、 02 、
 N2 fiどのグラズマ原料ガスが高効率でプラズマ
化され、プラズマチャンバ13a内に低真空度で高密度
のプラズマか生成される。
このプラズマは、主ソレノイドが発生「る磁力馴の低磁
束密度方向へ磁力餘に沿い開口1:3Cを通って薄膜が
形成される基板20へ向かう。一方、基板かが配される
処理室13b内には、周方向に間隔をおいて枚数のガス
放出口が形成された。断面円形の中空部材からなる円阜
状のガスリング内2aが配され、このガスリング22a
内へ処理室1(bの外部から導入W路22bを介してS
iH4等の反応性ガスが送入される。このガスリング2
2aは、例えは第8図をこ示されるように、周方向に等
間隔に8個のガス放出口を形成され、この8個のガス放
出口から反応性ガスが開口13cから基板20へ向かう
プラズマの移送路へ放出されてプラズマにより活性化さ
れ、基板の刀Il熱を必要とせず良質の薄膜が高速度に
基板表面に生成される。しかし、この薄膜は、基板の直
径が大きくなると膜厚分布の均一性が悪くなるため、処
理室13bの底面近傍に補助ソレノイド18を基板と同
軸に配し、この補助ソレノイド18が発生する磁力線を
主ソレノイド14の磁力線に重畳させ、合成された磁力
線に沿ってプラズマが移送されるようQこして基板面の
プラズマ密度が均一になるよう(・こしている。第7図
において破a! 25 aはこの合成された磁力線の、
開口13cの内周縁から基板20の外周縁に至る形状を
示し、破線5bは補助ソレノイド18が設けられていな
い場合の磁力線の形状を示す。なお、第7図において、 符号15は、成膜中に処理室13bの内壁面に膜が付着
するのを防止するための円筒状の防看板を示す。
〔発明か解決しようとする課題〕
このような構成の従来のECRプラズマCVD装置にぢ
ける問題戦は次の敗りである。すなわち、基板側の表面
に生成される薄膜の膜厚分布はプラズマの移送路を形成
する磁力線の形状のほか、基板前面1111の反応性ガ
スの密度分布の影響をうけ、この密度分布を一様にする
ため、従来のE CRプラズマCVD装置に8いては、
ガスリング22aに形成されるガス放出口9(第8図)
の口径が導入管ff122bとの接合点近傍で小さく、
遠方端側で大きくなるように、例えば0.571111
1から5 +nmの範囲で変化ぎせていた。しかし、製
造上の技術的問題により、これらのガス放出口を形成す
る際の不可避117JD工豹差を口径の大小にか71)
ねらず同一割合で(5) 生せしめることは困難であり、均一なガス流が容易に得
られないという問題があった。また、このように口径の
異なるガス放出口を備えたガスリングをこおいて実質的
に均一なガス放出が得られるのは、ガスリング内へ送入
される反応性ガス流量のある狭い範囲に限られ、任意の
流量で均一なガス放出を得ることは不可能であった。
この発明の目的は、基板面でプラズマ分布が一様となる
ように形成されているプラズマ移送路の形状を保持しつ
つ、基板前面側の反応性ガスの密度分布が流量の実用範
囲内で流量に関係なく常に一様となるガス供給手段の構
成を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、前記ガス供給手段の構成を
、マイクロ波伝達手段と基板との中間位置に基板と同軸
に配され周方向に少な(とも6個等間隔に同一口径のガ
ス放出口が形成された。内径が基板直径よりも大きい連
続円環もしくは分割円環として形成され流路断面積が5
−以上の中空(6) 部材からなるガスリングに真空容器外部から導入管路を
介して反応性ガスが送入される構成とするものとする。
〔作用〕
このようOこ、ガスリングを内径が基板直径より大きい
連続円環状もしくは分割円環状に形成すれば、プラズマ
チャンバ下方の開口(第7図、 13c )の内周縁か
ら基板(20〕の外周縁に至るプラズマ移送路の形状は
、ガスリングの軸方向位置のいかんに力1つ)ねらず不
変に保持され、基板に到達するプラズマの基板位置での
密度分布の一様性が確保される。
また、本発明が特に対象とする。直径が6インテないし
8インチの大口径基板への成膜時に使用される実用範囲
内のガス流t′、に対し、以下の実施例の項で説明する
ように、ガスリングの周方向流路の断面積が5i以上で
あれは、ガスリングのガス流入口から最遠方のガス放出
口をこ到る流れの圧力降下が数%8度以下の小さい値と
なり、ガス放出口を同一口径としてこれを周方向等間隔
に6個以上形成することにより、任意の流量で基板前面
側に反応性ガスの−様な密度分布を得ることができる。
ができる。
〔実施例〕
第1図に本発明によるガス供給手段の第1の実施例を示
す。図において第7図と同一の部材をこけ同一符号を付
し、説明を省略する。この実施例では基板加の直径を6
インチとし、ガスリング6は流路断面積が10mの断面
方形の中空部材からなる。
平均直径が190.内径が15.5αの連続円環として
形成され、この中空部材の下面側に周方向等間隔に口径
が3 rnmφのガス放出口が8個形成されている。ガ
スリング6がこのように形成されたガス供給手段101
を用い、真空容器13内の圧力を数mTorrに保った
実験の一例では、ガスリング内部の圧力が反応性ff 
ス(5iH4) cl)流量30SCCM(SCCMは
標準状態:0℃、1気圧に換算したガス流i (C,4
/−=) )のとき約100 mTorrとなり、ガス
リング内部の最大圧力差は約1 mTorrすなわち最
大圧力降下は約1%であった。この値は従来のガスJン
グにおいて要求された。ガス放出口の加工誤差に基づく
流れのコンダクタンス精度数%より十分小さい。実験の
結果、膜厚分布±5%以下の目標値が余裕をもって達成
されたことを確認した。
第2図に本発明によるガス供給手段の第2の実施例を示
す。この実施例ではガスリング6の流路断面積を5cm
2としており、流路断面積が第1の実施例の半分となる
ため、反応性ガスのmi1!:を同一とすれば最大圧力
差が大きくなる。このため、ガスリングのガス流入口を
対称に2個所とし、等流量の反応性ガスを2系統から導
入して第1図の場合と同様の効果を得ることを可能にし
ている。
第3図に本発明によるガス供給手段の第3の実施例を示
す。この実施例は直径が8インチの基板を対象としたも
ので、ガスリング6の内径% 200丁綿として基板の
直径と実質的に等しくするとともにガス放出口をガスリ
ングの内周面Oこ形成し、放出ガスを基板前面1[11
へ効率よくかつ均一に供給する構成としている。
第4回船こ本発明によるガス供給手段の第4の実施例を
示す。この実施例ではガスリングのθ毘路断(9) 面を縦長の方形に形成し、隣り会ったガス放出口の間に
仕切り板4を設け、導入管路3を介して導入された反応
性ガスがガス放出口からの放出に先■ち、まず、隣り合
った仕切り板の間の大きい空間に入り、このそれぞれの
大きい空間からガスが放出されるようにして放出ガス量
の周方向等分割の数音を図ったものである。
第5図に本発明によるガス供給手段の第5の実施例を示
す。この実施例ではガス放出口は流れのコンダクタンス
の等しい管状の放出口として形成され、放出口のみがプ
ラズマにざらされる構成としている。すなわち、比較的
容積の大きいガスリング6は、例えば第1図船こおける
防着板15の外側に配することにより、成膜時に汚染さ
れることがなくfより、またガス放出口に付着するパー
ティクルは少量であるから、ガス供給手段の点検周期が
長くなる。さらに、管状のガス放出口をガスリング船こ
着脱可能としてガスリングを真空容器13(第(10) 本発明の趣旨から基板直径より大きくすることが望まし
い。
第6図に本発明によるガス供給手段の第6の実施例を示
す。この実施例ではガスリングは周方向長さが5対3の
割合fこ2分割された9円環部分6a、6bからなる分
割円環として形成され、それぞれの円環部分6a、6b
に図示されない流量調整y′Pを介した導入雪路1.2
が接続されている。ガス供給手段をこのように構成して
流i調整弁を調整することをこより、円環部分6aの1
つのガス放出口と円環部分6bの1つのガス放出口とか
ら放出されるガス量を異ならせることができ、例えば第
1図の真空排気口161こよる基板前面側のガス密度分
布の軸非対称性を袖うことができる。
〔発明の効果〕
以上をこ述べたようQこ、不発明によれば、基板前面側
のプラズマ移送路へ反応性ガスを導入するガス供給手段
の構gを、マイクロ波伝達手段と基板との中間位置に基
板と同軸に配され周方向に少なくとも6個等間隔に同一
口径のガス放出口が形成された。内径が基板直径よりも
大きい連続円環もしくは分割円環として形成され流路断
面積が5cm2以上の中空部材からなるガスリングに真
空容器外部から導入管路を介して反応性ガスが送入され
る構成としたので、プラズマチャンバ下方の開口(第1
図、13c)から基板(20) fこ至るプラズマ移送
路の形状が、ガスリングの軸方向位置に関係なく不変t
こ保持され、基板に到達するプラズマの基板位置での密
度分布の一様性を確保することができる。さらに、E 
CRプラズマCVD装置において使用される反応性ガス
流量の実用範囲内では、ガスリングの周方向流路の断面
積が5cm2以上であれは、ガスリングのガス流入口の
数をガス流量に応して適宜に選ぶことにより、ガス流入
口から最遠方のガス放出口に到る流れの圧力降下が数%
程度以下の小さい値となり、従ってガス放出口をすべて
同一口径としてこれを周方向等間隔に6個以上形成する
ことにより、ガス放出口が4個の場合には半導体基板表
面の膜厚分布が±6〜10%であったものを±5%以内
の膜厚分布とすることが可能になる。
また、ガスリングの周方向流路の断面積を、使用される
反応性ガス流量の実用範囲に即して5cm2り上として
流路に沿う圧力降下を小さくすることにより、ガス放出
口の口径をすべて同一とすることができたので、ガスリ
ングを分割円環として形成し、分割されたそれぞれの円
環部分における1つのガス放出口力)らのガス放出量を
円環部分相互の間で任意に異ならぜることが容易に可能
になり、真空容器の排気口の位置に基づく基板前面側の
ガス密度分布の軸非対称性を容易に補正することができ
る。さらに、同様の理由により、ガス放出口を管状放出
口として形成することも容易に可能となり、これにより
、ガスリングを真空容器内の防N赦の外側や、真空容器
外部に配する構成も可能となり、点検周期が長くなるた
め、装置の連続運転可能時間が延長され、膜生成の生産
性が向上する効果も合わせC得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はプラズマ移送路に反応性ガスを導入す(13) るガス供給手段の構成に対する本発明の第1の実施例を
示ずE CRプラズマCV D装置の縦断面図、第2図
ないし第6図は同じくガス供給手段の構成に対する本発
明のそれぞれ第2ないし第6の実施例を示す説明図、第
7図は従来のE CRプラズマCVD装置の構成例を示
す縦断面図、第8図は第7図に示すECI(プラズマC
VD装置のガス供給手段における複数のガス放出口の口
径の相異を示す説明図である。 1.2,3,22b・・・導入管路、5,7.9・・・
ガス放出口、6.22a・・・ガスリング、13・・・
真空容器、13a・・・グラズマチャンバ 13b・・
・処理室、14・・・主ソレノイド、17・・・ガス供
給手段、18・・・補助ソレノイド、か・・・基板、2
2.101 、102 、103 、104 、105
 。 106・・・ガス供給手段。 (14) 102刀“久代j合手Vシ。 り3 図 103’7’又召(#!F名し 第 図 104 71”又イ兵#李設 第 図 第 7 図 22Q 力゛ス1ルフ′ 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する
    手段と、このマイクロ波伝達手段と結合されてマイクロ
    波が導入されかつガス供給手段を介して送入されたプラ
    ズマ原料ガスを該マイクロ波との共鳴効果によりプラズ
    マ化する磁力線を発生する主ソレノイドにより同軸に包
    囲されるとともに該主ソレノイドが発生した磁力線の低
    磁束密度方向へ磁力線に沿って移送されるプラズマによ
    り該移送路に導入された反応性ガスが活性化されて表面
    に薄膜が形成される基板が配される真空容器と、この真
    空容器と同軸に配され前記移送路を構成する主ソレノイ
    ドの磁力線に作用して基板位置でプラズマ密度が均一と
    なるように移送路を制御する磁力線を発生する補助ソレ
    ノイドと、前記真空容器の排気を行う排気手段と、を備
    えたECRプラズマCVD装置において、前記移送路へ
    の反応性ガスの導入が、前記マイクロ波伝達手段と基板
    との中間位置に基板と同軸に配され周方向に少なくとも
    6個等間隔に同一口径のガス放出口が形成された、内径
    が基板直径よりも大きい連続円環もしくは分割円環とし
    て形成され流路断面積が5cm^2以上の中空部材から
    なるガスリングに真空容器外部から導入管路を介して反
    応性ガスが送入されることにより行われることを特徴と
    するECRプラズマCVD装置。
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