JPH04291917A - 半導体製造装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電を利用して
薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置等の半導体製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述したプラズマＣＶＤ装置としては、
従来、図８に示すものが知られている。この装置は、内
部を反応室とした真空槽２４と、真空槽２４の内部に対
向して配設した平板状のアノード電極板２１及びカソー
ド電極板２２と、両電極板２１、２２に電圧を印加する
電源２７とを備える。

【０００３】カソード電極板２２は、図９に示すように
微細孔２２ａを多数有し、周辺部が真空槽２４のフラッ
トベース部分２４ａに、絶縁スペーサ２５及び絶縁ブッ
シュ２９を介して固定され、下面の略中央部には電源２
７からの電力を供給する電力導入部３１が電気的機械的
に接続されている。フラットベース部分２４ａと電力導
入部３１との間の隙間はガス導入部２６と成っており、
このガス導入部２６から反応用のガスが内部に供給され
る。フラットベース部分２４ａ、絶縁スペーサ２５及び
カソード電極板２２にて囲まれた空間はガス導入用であ
り、カソード電極２２の微細孔２２ａとガス導入部２６
を除いて、密閉された構造となっている。

【０００４】かかる構造の半導体製造装置の使用につい
ては、対向するアノード電極板２１、カソード電極板２
２の間に薄膜形成用の基板２３を配設した状態で、真空
槽２４内の温度を例えば２００〜４００゜Ｃに保持し、
ガスを供給しつつ電極板２１、２２に電圧を印加するこ
とにより、グロー放電を発生させる。このとき、圧力や
温度、及び放電のエネルギーによってガスは分解し、ラ
ジカル、イオン或は電子となって電界方向に移動し、基
板２３表面に衝突して堆積し、また堆積物と反応を起こ
して薄膜が形成される。供給される電力としては交流高
周波電力が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、基板が大型化し
てきており、液晶表示装置用半導体基板等では特に単品
サイズの大型化と取数の大量化によって著しく大型化し
ているのは文献等からも承知のごとくである。このよう
な基板の大型化により、半導体製造装置自体や電極板の
大型化が望まれており、その場合における課題としては
、大面積で形成される薄膜の厚みや膜質を均一にするこ
とである。これはガス分布の均一化及び高周波グロー放
電の均一化により可能となる。

【０００６】ところで、ガス分布の均一化を図るには種
々の方法が有るが、電極板が大型の場合、一般的にはカ
ソード電極板２２の裏側から供給されたガスを、カソー
ド電極板２２に設けた多数の微細孔２２ａより吐出させ
る、いわゆるシャワープレート方式が採用されている。 しかし、この方式によっても、供給されたガスの分解に
よりなるラジカル、イオン或は電子は、それぞれの電荷
と反対の電極へ移動するが、電極板２１、２２に供給さ
れる電力が高周波の為、分子量の大きいイオン、ラジカ
ルは高周波の＋、−の変動に追従できず、その結果とし
てカソード電極板２２の近くで密度が高くなる。

【０００７】したがって、該カソード電極板２２に近い
所では＋電荷が高くなり、カソード電極板２２は−が誘
起され、交流印加にも拘らず分極を生ずる。この為、−
に分極した側をカソード電極板２２と一般に称されてい
る。

【０００８】一方、高周波グロー放電の均一化を図るに
は、高周波インピーダンスが電極板の全域において均等
になることが必要である。具体的には、図１０に示す等
価回路を用いて説明すると、交流電力の周波数をｆとす
ると１／（２π・ｆ・Ｃ）》Ｒを満たすことが必要であ
る。但し、前記Ｃは両電極板２１、２２間の単位面積当
りの容量であり、Ｒはカソード電極板２２における単位
面積当りの抵抗である。

【０００９】従って、電極板の導体抵抗を下げることが
望ましい。このため電極材にアルミニウム等の導電性の
良いものの使用が考えられるが、そのような材料を用い
たものは一般に熱伝導性や熱膨張性が大きく、２００〜
４００゜Ｃの高温加熱の際にたわみや歪み等が生じて、
対向する電極間の離隔距離が部分的に変化し、これによ
り容量Ｃが変化し、グロー放電が長期に安定して得られ
ない。特に電極板が大型化すると、重量増も伴い、電極
間隔の安定化から電極周辺及び略中央部を固定する場合
が多く、剛性の低い電極ではたわみや歪みの発生が著し
くなる。

【００１０】そこで、電極材の大型化に対処して電極材
に硬質のステンレス等を従来使用している。しかし、導
体抵抗が大きくなって前述の１／（２π・ｆ・Ｃ）》Ｒ
の条件が満足されず、図１１に示すようにパワー密度Ｂ
は略中央部に集中し、周辺に向かって低下する分布を示
す。また、膜Ａの厚みも同様の分布状態となる。

【００１１】本発明は、このような従来技術の欠点を解
決するものであり、電極板を大型化しても膜厚及び膜質
の均一化が可能である半導体製造装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体製造
装置は、薄膜形成用の反応室内にグロー放電を行うカソ
ード電極板とアノード電極板とが対向して配設され、該
カソード電極板への電力を導入する電力導入部がカソー
ド電極板の周辺部に接続されてなり、そのことにより上
記目的が達成される。

【００１３】

【作用】本発明にあっては、カソード電極板には周辺部
より電力を供給する為、給電面積が著しく大となる。ま
た、カソード電極板の中央部へのパワー密度の集中が生
じにくく、分散される。更に、カソード電極板への導電
が周辺部から行われるため、例えばその周辺部のうちの
２箇所で導電を行うようにした場合には、そのカソード
電極板における導体抵抗が、或る周辺部部分から中央部
までの抵抗と他の周辺部部分から中央部までの抵抗とを
並列に接続した状態となり、従来よりも小さくなる。

【００１４】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。図１
において、真空槽４は内部を反応室Ｄとしてあり、上側
ケース体４ａと下側ケース体４ｂとを有する。上側ケー
ス体４ａは、例えば正方形をした平板の下側の周辺部全
域にフランジが突出形成されている。下側ケース体４ｂ
は上側ケース体４ａと同一寸法で正方形をした平板の上
側の周辺部全域にフランジが突出形成され、上側ケース
体４ａとはフランジ同士を、間に矩形環状をした図示し
ない絶縁体を介装して突合せ、図示しないクランプ手段
にて挟圧支持されている。

【００１５】上側ケース体４ａの内側フラット部にはア
ノード電極板１が設けられる。このアノード電極板１は
、上側ケース体４ａとは同心状として正方形に形成され
、上側ケース体４ａにおける内側フラット部の内径より
も１辺の長さが小さい。

【００１６】下側ケース体４ｂの内側（上側）には、ア
ノード電極板１と同一外径で円形をした、例えばステン
レス製のカソード電極板２が、下側ケース体４ｂと同心
状に取付けられている。具体的な取付けは、図２に示す
ごとく行う。即ち、下側ケース体４ｂの内側の略中央部
にセラミック等の耐熱性を有する絶縁スペーサ１３をね
じ１０ａにて取付ける。次いで、下側ケース体４ｂの内
側に予め適長離隔して平行に形成した２本の直線状の突
起５、５の上に、カソード電極板２の周辺部を位置合わ
せして載置し、カソード電極板２の略中央部をその下に
位置する絶縁スペーサ１３にねじ１０ｂを介して取付け
ると共に、突起５、５上にある周辺部部分の複数箇所を
突起５に対しねじ１０ｃを介して取り付ける。したがっ
て、カソード電極板２は絶縁スペーサ１３にて略中央部
が支持されているので、たわむ虞れがない。

【００１７】このようにしてカソード電極板２が取付け
られた下側ケース体４ｂの略中央部であって絶縁スペー
サ１３の下側には、図３（平面図）に示すごとくガス導
入孔６が設けられており、平面視で十字状に形成された
絶縁スペーサ１３と、円形に形成されたガス導入孔６と
の隙間Ｘ、及びこのガス導入孔６を介して反応用のガス
が反応室Ｄ内に供給される。供給されたガスは、カソー
ド電極板２の全域にわたって多数形成した微細孔２ａよ
りアノード電極板１へ向けて吐出される。なお、反応室
Ｄは、ガス導入孔６と微細孔２ａを除いて密閉状態とな
っている。

【００１８】上述したカソード電極板２とアノード電極
板１とが設けられた上側ケース体４ａ及び下側ケース体
４ｂはそれぞれ導電性の良いアルミニウム等からなる。 上側ケース体４ａは、高周波用の交流電源７とリード線
７ａを介して接続され、下側ケース体４ｂは同じく交流
電源７とリード線７ｂ及びその先端に取り付けた端子７
ｃを介して接続されている。したがって、端子７ｃから
カソード電極板２への電力供給は、下側ケース体４ｂの
端子７ｃ接続箇所から突起５までの部分と突起５とによ
り行われる。ここにいう電力導入部は前記部分と突起５
からなる。そして、前記突起５、５と接触しているカソ
ード電極板２の周辺部から通電が行われる。なお、上側
ケース体４ａと下側ケース体４ｂは前記絶縁体（図示せ
ず）を介して絶縁されている。また、上記端子７ｃは、
図２及び図４（底面図）に示すように上部を十字状に、
下部を円柱状に形成され、ガス導入孔６の下に固定部材
７ｄを介して固定されており、端子７ｃと固定部材７ｄ
との隙間Ｙを介してガスがガス導入孔６へ流入できるよ
うになっている。よって、反応用のガスを反応室に供給
すると共に交流電源７を通電状態とすることにより、カ
ソード電極板２とアノード電極板１との間において高周
波グロー放電が生じる。

【００１９】また、カソード電極板２とアノード電極板
１との間には図示しない公知の支持具を介して基板３が
取付固定されている。固定された基板３のカソード電極
板２側の表面には、上述した高周波グロー放電を生ぜし
めることにより薄膜が形成される。基板３の交換は、該
クランプ手段を解放して処理済みの基板３に替えて新し
い基板３を取付け、その後クランプ手段にて上側ケース
体４ａと下側ケース体４ｂとを挟圧支持することにより
行われる。

【００２０】このように本発明装置は構成されているの
で、２つのリード線７ａ、７ｂの間の電気的な等価回路
としては図５に示すものとなる。つまり、カソード電極
板２へは電力導入部の突起５と接触している２つの周辺
部部分より高周波電力が供給されるため、該周辺部部分
の一方から中央部までの抵抗Ｒ×ｎ／２と、他方の周辺
部部分から中央部までの抵抗Ｒ×ｎ／２とが並列に接続
された抵抗回路となるので、カソード電極板２の導体抵
抗は、図１０に示す従来の場合の抵抗値（Ｒ×ｎ／２）
の１／２になる。なお、図中ｒは、下側ケース体４ｂの
電力導入部部分における導体抵抗を示す。

【００２１】また、高周波グロー放電の際のパワー密度
は、図６に示すようになる。つまり、図１０に示した従
来の場合に対し、カソード電極板２の周辺部において若
干大となり、中央部においては低くなり、全体的に均一
となる。このようになるのは、カソード電極板２への電
力供給が電力導入部を介して周辺部から行われるので、
従来のようにカソード電極板の略中央部に給電していた
場合に比べて、給電面積が著しく大と成り、分散される
ことによる。なお、中央部の著しい低下はみられない。

【００２２】従って、電極材として従来同様の材質を使
用しても、安定した高周波グロー放電が得られる。

【００２３】図７は本発明装置を使用して比較的大きな
液晶表示基板に成膜した場合の膜厚の測定結果を、従来
の場合と比較して示す図であり、横軸に基板端からの距
離（ｃｍ）をとり、縦軸に膜厚（０．１ｎｍ）をとって
いる。図中、白丸は本発明の実施例であり、黒丸は従来
例である。成膜条件としては、以下の通りである。電極
板１、２の面積は４００ｍｍ２としてあり、基板３とし
ては正方形をした３００ｍｍ２のガラス基板を用い、電
極板と同心状に配置した。また、ガラス基板とカソード
電極板２との間隔を２０ｍｍ、反応室Ｄ内の真空度を０
．５ｔｏｒｒ、温度を２５０゜Ｃとし、ガスはＳｉＨ４
を水素で希釈したものを用いた。更に、高周波電力とし
て１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの電力を使用し、基板３
の表面にアモルファス状のＳｉを成膜した。厚みの測定
は、ガラス基板３の端面の２０ｍｍ内側の点から基板面
に沿って２０ｍｍ間隔で行った。

【００２４】この図より理解されるごとく、従来の場合
には基板の中央部が端部よりも著しく厚く不均一となっ
ていたが、本発明の実施例にあっては全面にわたって均
一な厚みの膜を得ることが可能となった。

【００２５】表１は、成膜条件を若干変更し、膜質の評
価指標である光学的屈折率と膜厚を測定した結果を示す
表である。表の左側は従来例、右側は本発明の実施例で
ある。

【００２６】

【表１】

【００２７】成膜条件としては、反応ガスとしてＳｉＨ
４とＮＨ３をＮ２で希釈したものを使用し、基板３とし
ては前記ガラス基板に替えて４インチのシリコンウェハ
ーを用い、電極板２の略中心部と周辺部との２箇所に対
向させてセットした。そして、他の条件をＳｉ成膜の場
合と同様にし、アモルファス状シリコン窒化膜をウェハ
ー上に成膜した。なお、膜質の評価に光学的屈折率を用
いるのは次の理由による。すなわち、シリコン窒化膜は
Ｓｉ３Ｎ４が最も安定した組成であることは良く知られ
ているが、反応生成上ＳｉとＮの比が３：４以外のもの
も生成され、トータルの膜質としてＳｉとＮの組成比が
一般的に良く評価されており、該ＳｉとＮの組成比と光
学的屈折率との間に相関があるからである。

【００２８】この表より理解されるごとく、従来例にお
いては基板の周辺部と略中央部で屈折率も膜厚も著しく
異なるのに対し、実施例においては基板の位置にかかわ
らず、屈折率も膜厚も均一になる。

【００２９】なお、上記実施例ではカソード電極板への
電力導入を突起５と下側ケース体４ｂの一部を介して行
っているが、本発明はこれに限らず、矩形板の対向する
２つの周辺部部分に突起５、５を形成した断面コの字状
の導電部材を、下側ケース体４ｂの内面側の上に間を絶
縁して取付け、その導電部材の略中央部にリード線を接
続するようにしてもよい。

【００３０】また、上記実施例ではカソード電極板へは
２つの突起５、５を介して電力導入を行っているが、本
発明はこれに限らず、突起５を３つ以上設けてカソード
電極板へ電力導入したり、或いはカソード電極板の周辺
部全域に対向するように突起を形成して周辺部全域から
電力導入を行うようにしてもよい。このようにすると、
カソード電極板の導電抵抗を更に小さくできる。

【００３１】

【発明の効果】以上の本発明方法によれば、大型電極板
を用いる場合にあっても、電極板の周縁部からカソード
電極板に給電するので、大型電極板を用いる場合であっ
ても基板上に成膜した膜厚及び膜質を均一化できる。ま
た、膜質、膜厚の均一化を可能とさせる以外に、給電部
面積が従来の中央給電方式に比して大きく取れることか
ら、大型電極板への大電力の給電も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半導体製造装置の縦断
面図である。

【図２】本発明の要部を示す断面図である。

【図３】ガス導入孔６部分の平面図である。

【図４】ガス導入孔６部分の底面図である。

【図５】図１の半導体製造装置における等価回路を示す
図である。

【図６】本発明による場合のガス分布とパワー密度を示
す図である。

【図７】本発明の効果を従来の場合と対比して示す図で
ある。

【図８】従来の半導体製造装置を示す縦断面図である。

【図９】図８の半導体製造装置におけるカソード電極板
部分を示す断面図である。

【図１０】図８の半導体製造装置における等価回路を示
す図である。

【図１１】従来の場合のガス分布とパワー密度を示す図
である。

【符号の説明】

１　　アノード電極板 ２　　カソード電極板 Ｄ　　反応室 ４ｂ　　下側ケース体 ５　　突起

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　薄膜形成用の反応室内にグロー放電を
   行うカソード電極板とアノード電極板とが対向して配設
   され、該カソード電極板への電力を導入する電力導入部
   がカソード電極板の周辺部に接続された半導体製造装置
   。