JPH0435029A

JPH0435029A - プラズマｃｖｄ装置のシャワー電極構造

Info

Publication number: JPH0435029A
Application number: JP14275990A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hikima; 引間　仁; Katsumi Oyama; 勝美大山
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-05

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１・、の利用分呵］この発明はプラズマＣＶ　Ｉ）　”Ａ置の反応ガスを噴
射するンヤワー電極の構造に関するものである。

［従来の技術］半導体ＩＣの製造においては、ウェハの表面に酸化シリ
コンなどの薄膜を形成する［−程かある。

薄膜の形成方法には化学的気相成長法（ＣＶ　Ｉ）　）
か用いられており、ＣＶＩＢ４；は人別すると、常月を
去、減ｊ十ｌ去およびプラス゛マｌ去の３種類がある。

最近の超ＬＳＩにおいては高東積化に対応して高品質で
高粘度な薄膜が請求され、従来の常圧、または減圧ＣＶ
　ｌ）法では対応が困難となり、プラズマＣＶＤ法が注
目されている。この方法は真空中において反応ガスをグ
ロー放電させてプラズマ化して反応に７冴なエネルギー
を得るもので、ステップカバレーン（まわり込み、また
はパターン段差部の被覆ｔ’Ｉ　）が良好で、また膜質
が強くて耐湿性か優れているなどの特長かあり、さらに
成膜速度（デポレート）か減圧法に比へて極めて速い点
が有利である。

第２図（ａ）、（ｂ）は従来のプラズマＣＶＤ装置１の
全体構造と部分図を示す。図（ａ）において、筐体ＩＯ
は気密とされ、そのベース１０１にヒーター２１と均熱
板２２とよりなるサセプタ２０を固設し、これを接地電
極とする。筐体の蓋板１０２に金属製のノズル部３０を
固定し、その−ド部にアルミニューム製のシャワー電極
４０を絶縁リング１０３により支持する。シャワー電極
に対して高周波電圧を印加する高周波発振器７が設けら
れる。図（ｂ）はシャワー電極の東向断面を示し、各部
の寸法の１例を述べると、厚さＤは湾曲の恐れがない十
分な強度を有する１４ｍｍとし、噴射孔４１は直径０．
５〜１゜０ｍｍのストレートの貫通孔とし、その密度は
反応ガスの種類と流量に応じて０．５〜２０個／Ｃｍ２
のうちの適当な個数を選定する。シャワー電極４０と均
熱板２２との間隔Ｇは６〜２０ｍｍとされている。反応
処理においては、図（ａ）における筐体の側面に設けら
れた搬入／搬出路５０のゲー）５１を開き、キャリッジ
５２によりウェハ６を搬入して均熱板２２に載置する。

ゲートを閉じて筐体内部を真空きした後、ヒーターによ
り均熱板が加熱され、これに載置されたウェハか所定の
温度となると、インレット３１．３２より所定の反応ガ
スおよびキャリヤーガスか吸入されてノズル部３０の内
部で混合され、シャワー電極の噴射孔４Ｉより噴射され
る。

ここで、シャワー電極に高周波電圧が印加されるとグロ
ー放電により反応ガスがプラズマ化し、反応による生成
物がウェハの表面に蒸着して薄膜か形成される。反応後
のガスは矢印の線路を通って排気１１１０４より外部に
排出される。

［解決しようとする課題］に記により形成された薄膜の膜質や膜厚の向性はＩＣの
品質を左右するので、これらを良好とすることが必要で
ある。膜質は、プラズマＣＶ　Ｉ）装置に対する各種の
条件に依存する。すなわち、反応ガスの種類と組成比、
その圧力と温度などのガス条件と、グロー放電を生起す
る高周波電圧の周波数とパワーに依存することは当然で
あり、これらに対する検討は種々行われて有効な条件が
実１■゛されている。しかし、膜質と膜厚の均一・性に
はグロー放電を行うシャワー電極の構造や、反応ガスの
フロー状態も影響する筈であり、この発明の発明者はこ
の点に着目、して、シャワー電極の噴射孔の形状と、シ
ャワー電極の支持方法について実験を行い、ある程度の
成果かえられている。

この発明は上記の実験に基づき、噴射孔の形状を従来の
ストレートからテーパー型に変更し、またシャワー電極
の支持方法を変更して、膜質と膜厚の均・・性とを改み
できるシャワー電極構造を提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］この発明は、被処理のウェハを載置する均熱板を有する
サセプタを接地電極とし、絶縁リングに支持され、サセ
プタに対向して設けられた金属製のシャワー電極に高周
波電圧を印加し、シャワー電極の多数の噴射孔より噴射
された反応ガスをプラズマ化し、均熱板に載置されたウ
ェハの表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置のシャ
ワー電極構造であって、１・、記の噴射孔の噴射方向に
適当な角瓜で拡大するテーパーを設け、シャワー電極と
均熱板の間隔を適切に設定したものである。

に記において、絶縁リングの下面をシャワー電極の下面
と−・致させて反応ガスのフａ−に対する妨害を排除す
る。

［作用コ上記のように噴射孔にテーパーを付けることにより、膜
質が政所されることがＢＨＦ　（バッファド弗化水素）
によるエツチングレート、密度、内部応力などの計測に
より確認されている。その理由は推測の域を出ないが、
噴射孔の直径が電極の下面で拡大するために、噴射孔の
エツジと均熱板（接地電極）との間の電界強度が従来よ
り集中し、その集中効果により反応ガスのプラズマ化ま
たは分解が増強され、その結果薄膜の密度が強化される
ものと考えられる。ただし、電界強度の集中が過度とな
ると、噴射孔の配列模様が薄膜に転写されて厚さに不均
一が生ずることが認められる。これに対しては、噴射孔
のテーパーの程度に対応してシャワー電極と均熱板の間
隔を調整する。すなわち、テーパーの角度か大きいはと
、間隔を人きくすれば膜Ｊｒ／の不拘・が防ｌトできる
ことが確認されている。以１−により、膜質と膜厚の均
・性がともに改善される。

次に、反応ガスのフローについては、シャワー電極を支
持する絶縁リングの下面かシャワー電極の下面と　一致
されているので、噴射された反応ガスカ均゛９・かつス
ムーズにウェハ而をフローして膜厚の不拘・が防止され
るものである。

［実施例］第１図（ａ）〜（ｄ）は、この発明によるプラズマＣＶ
　Ｄ装置のシャワー電極構造の実施例の垂直断面と、膜
厚の不均一に対する説明図である。図（ａ）において、
シャワー電極４０は前記した第２図（ａ）と同様に厚さ
ｌ）が１４ｍｍのアルミニューム板により製作され、こ
れに噴射孔４２または４３を貫通ずる。噴射孔の個数は
、反応ガスの流１ｕに従って０．５〜２０個／ｃｍ２の
うちの適当なものとする。図（ｂ）は噴射孔４２の形状
寸法を示す。入［−１の孔径φｌは加［二容易な０．５
〜１．０ｍｍとし、＋Ｉｊｌ＋の孔径φ２を４ｍｍ程度
として直線的なテーパーとする。この場合のテーパーの
角度は約６゜である。テーパー角度が過大であると、乱
流が発生する恐れかあるので、大きくても１０〜１５゜
程度がよい。これに対して、図（Ｃ）は噴射孔４３を小
し、入［１から中間まで孔径φｌをストレートとし、以
下の部分にテーパーを設けたもので、孔径φｌ　とφ２
は図（ｂ）と同・とする。この場合はテーパー角度はほ
ぼ１２°である。噴射孔４２と４３はほぼ同等の効果が
あり、加−１−の都合によりいずれによっても差し支え
ない。ここで、前記したテーパーによるシャワー電極４
０と均熱板２２の間の電界強度の集中効果について、図
（ｄ）により推測的に説明する。図の（イ）は従来のス
トレートな噴射孔４１の場合で、孔径φｌが小さいので
電界Ｅはほぼ様に分布している。これに対して、（ロ）
はテーパー付きの場合て、孔径かφ２に拡大したために
電界Ｅ′か孔のエツジ付近に集中し、その部分の強度か
強い。これにより、反応カスのプラズマ化または分解が
増強され、（ハ）の実線のように噴射孔に対応して膜厚
か変化し、孔模様の不均一・か牛すると考えられる。こ
の不均一は、前記したようにシャワー電極と均熱板との
間隔Ｇを適切に調整することにより、点線でボす一定の
膜厚に均一化される。

以１−のテーパー付きの噴射孔による膜質の敗訴の数値
例を挙げると、反応ガスをＴＥ０１　［（Ｃ２ＨｓＯ）
＋Ｓｉ−テトラエチルオルト・シリヶートコとして形成
されたＰ−８ｊＯの薄膜の場合、ストレートの噴射孔に
比較して、エッチレートが約３／４に低減され、密度が
約５％増加して膜厚の変化は３％程度に収まり、孔模様
は実質的に消失していることが確認されている。

次に、反応ガスのフローの問題であるが、第１図（ａ）
において、シャワー電極４０の両端に切り欠き４４を設
け、絶縁リング１０３により図示のように支１、シシて
両者の下面を一致させる。これにより従来の絶縁リング
による妨害が排除され、反応ガスは矢印のようにスムー
スにフローして膜厚の均化に寄Ｉｊ、する。ただし、こ
のような支持方法は、ンヤワー電極と均熱板の間隔Ｇが
狭いときに効果かあるもので、間隔Ｇを６ｍｍとした場
合、膜厚が上記の３％程度に収まっているもので、３％
は噴射孔のテーパーの効果と支持力法の変更によるフロ
ーの改ｙｔ効果の総合である。

［発明の効果］以Ｉ゛により、この発明によるシャワー電極構造によれ
ば、噴射孔にテーパーを付けることにより、シャワー電
極と均熱板間の電界強度を集中させて反応ガスのプラズ
マ化または分解が増強され、その結果膜質が改ｌＳされ
、またシャワー電極と均熱板の間隔を適切に設定するこ
とにより、電界強度の過度の集中による噴射孔の孔模様
が消失し、さらにシャワー電極上絶縁リングの下面を・
致させてガスフローをスムーズにすることと相まって膜
厚の均・化が敗訴されるもので、プラズマＣＶ　Ｉ）装
置において、品質の良好な薄膜の形成に寄す−するとこ
ろには大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、この発
明によるプラズマＣＶ　Ｉ）装置のシャワー電極構造の
実施例の垂直断面図、およびシャワー電極と均熱板の間
の電界分布による膜厚の変化の説明図、第２図（ａ）お
よび（ｂ）は、プラズマＣＶＤ装置の従来のシャワー電
極の構造断面図である。 ■・・・プラズマＣＶ　Ｉ）装置、ｌＯ・・・筐体、ｌ
旧・・・ベース、＋０２・・・蓋板、１０３・・・絶縁
リング、　　＋０４・・・排気１−１．２０・・・サセ
プタ、２１・・・ヒーター２２・・・均熱板、３０・・
・ノズル部、３１．３２・・・インレット、４０・・・
シャワー電極、４１．４２．４３・・・噴射孔、　　４
４・・・切り欠き、５０・・・搬入／搬出路、５１・・
・ゲート、５２・・・キャリッジ、　　　　６・・・ウ
ェハ、７・・・高周波発振器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理のウェハを載置する均熱板を有するサセプ
タを接地電極とし、絶縁リングに支持され、該サセプタ
に対向して設けられた金属製のシャワー電極に高周波電
圧を印加し、該シャワー電極の多数の噴射孔より噴射さ
れた反応ガスをプラズマ化し、上記均熱板に載置された
ウェハの表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置にお
いて、上記噴射孔の噴射方向に適当な角度で拡大するテ
ーパーを設け、かつ、上記シャワー電極と均熱板の間隔
を適切に設定したことを特徴とする、プラズマＣＶＤ装
置のシャワー電極構造。
（２）上記において、上記噴射された反応ガスのフロー
を妨げないように、上記絶縁リングの下面を上記シャワ
ー電極の下面と一致させた、請求項１記載のプラズマＣ
ＶＤ装置のシャワー電極構造。