JPH0779089B2

JPH0779089B2 - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0779089B2
Application number: JP26618486A
Authority: JP
Inventors: 恵一長崎; 博相川; 昌幸蜂谷
Original assignee: 日立電子エンジニアリング株式会社
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPS63119535A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はプラズマCVD装置に関する。更に詳細には、本
発明は600〜800℃の高温で使用されるプラズマCVD装置
に関する。

［従来技術］薄膜の形成方法として半導体工業において一般に広く用
いられているものの一つに化学的気相成長法（CVD:Chem
ical Vapour Deposition）がある。CVDとは、ガス状物
質を化学反応で固体物質にし、基板上に堆積することを
いう。

CVDの特徴は、成長しようとする薄膜の融点よりかなり
低い堆積温度で種々の薄膜が得られること、および、成
長した薄膜の純度が高く、SiやSi上の熱酸化膜上に成長
した場合も電気的特性が安定であることで、広く半導体
表面のパッシベーション膜として利用されている。

CVD法は大別すると、（１）常圧，（２）減圧および
（３）プラズマの３種類がある。

最近の超LSI技術の急速な進歩により、“超々LSI"とい
う言葉も聞かれはじめた。これに伴い、Siデバイスはま
すます高集積化，高速度化が進み、６インチから８イン
チ、更には12インチ大口径基板が使用されるようになっ
た。

半導体デバイスの高集積化が進むに伴い、高品質、高精
度な絶縁膜が求められ、常圧CVD法では対応が困難にな
ってきた。そこで、プラズマ化学を利用したプラズマCV
D法が特に注目されている。

この方法はCVDの反応の活性化に必要なエネルギーを、
真空中におけるグロー放電のプラズマによって得るもの
で、成長は300℃前後の低温で起こり、ステップカバレ
ージ（まわりこみ、またはパターン段差部被覆性））が
良く、膜の強度が強く、更に耐湿性に優れているといっ
た特長を有する。また、プラズマCVD法による成膜生成
速度（デポレート）は、減圧CVD法に比べて極めて速
い。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、プラズマCVD法にも幾つかの欠点が存在する。

例えば、生成された膜の上面の膜質は緻密で申し分がな
いのに対して、パターン段差被覆部の膜質は荒くなる傾
向がある。膜質の荒い部分は耐湿性に劣る。

従って、膜質に疎密の差があるCVD膜をウエットエッチ
ング処理すると、膜質の荒い部分は膜質の緻密な部分よ
りも先に溶解してしまう。

線幅がサブミクロンの単位のパターンの場合（例えば、
4Mビット以上／チップ）には、このようなウエットエッ
チングレートの相違が重大な問題となる。

また、ウエハのパターン上に酸化物あるいは金属の薄膜
を多層積層させると段差部に“巣”が発生し、製品不良
の原因となっていた。

［発明の目的］従って、本発明の目的は薄膜の段差部に、“巣”を発生
させず、疎密の差のない均一な膜質のCVD膜を生成する
ことのできるプラズマCVD装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］前記の問題点を解決し、あわせて本発明の目的を達成す
るための手段として、この発明は、ウエハが載置される
第１の電極を上面に有し、この電極を加熱するための加
熱ユニットを内部に有するサセプタと、このサセプタ上
の第１の電極に対向する第２の電極とを有するプラズマ
CVD装置において、前記サセプタの下部に断熱材が少な
くとも一枚配設され、かつ、サセプタから第２の電極ま
での外周を包囲する断熱材が少なくとも一枚配設されて
おり、前記第１の電極にバイアス電圧を印加する機構が
配設されていることを特徴とするプラズマCVD装置を提
供する。

［作用］前記のように、本発明のプラズマCVD装置はサセプタの
下部に断熱材が一枚以上（好ましくは、３枚）配設さ
れ、かつ、サセプタから第２の電極までの外周を包囲す
る断熱材が一枚以上（好ましくは、３枚）配設されてい
る。

かくして、サセプタの加熱ユニットに通電すると熱は第
２の電極方向にしか逃げ場がないので、第２の電極とサ
セプタ上面との間に形成される反応空間内に蓄えられ、
この空間内の湿度を600〜800℃程度にまで上昇させる。

従来のプラズマCVD法は300〜400℃程度の比較的に低い
温度で成膜反応を実施できることが特徴であった。しか
し、意外にもこのプラズマCVD法を600〜800℃の高温で
実施すると、疎密の差のない均一な膜質のCVD膜が得ら
れることが判明した。

従来のプラズマCVD装置ではサセプタの加熱ユニットを
いくら増強しても、熱が周囲に放散してしまうために、
サセプタ上の第１の電極と、これに対向する第２の電極
との間の反応空間の温度を精々500℃程度にまでしか上
昇させることができない。これに対して、本発明の装置
によれば、サセプタの下部およびサセプタから第２の電
極までの外周を包囲する断熱材が配置されているので第
１の電極と第２の電極との間の反応空間内の温度を600
〜800℃にまで上昇させることができる。

また、第１の電極にバイアス電圧を印加する機構が配設
されているので、第１の電極に、第２の電極に対して、
常に負の電圧を印加することができる。ウエハの載置さ
れる第１の電極に負の電圧を印加して成膜処理すると、
段差部は傾斜のついたなだらかな面に形成される。この
ような段差部を有するパターンに薄膜を複数層積層させ
ても、段差部のところには“巣”が発生しない。

かくして、本発明のプラズマCVD装置によればパターン
段差部に“巣”のない、均一な膜質のCVD膜を得ること
ができる。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について更
に詳細に説明する。

第１図は本発明のプラズマCVD装置の一例の概要断面図
であり、第２図はII−II線に沿った底面図であり、第３
図は第２の電極を有するトップカバーを外した状態の概
要平面図であり、第４図は外周断熱材により包囲された
サセプタの概要斜視図である。

第１図に示されるように、本発明のプラズマCVD装置１
は筐体10と着脱可能なトップカバー20とからなる。

筐体10は底壁部12と側壁部14とからなる。側壁部14の一
部に反応室内部の状況を観察するための石英ガラス製窓
部30を配設し、更にウエハを反応室へ搬入したり、搬出
したりするための第１ウエハ搬送機構40が収容された第
１予備室42が固設されている。第１予備室42と筐体10と
はゲートバルブ44により遮断・連通可能に構成できる。
予備室は別の側壁部にも固設し、合計２室とすることも
できる。側壁部14の下部には真空排気ダクト46が配設さ
れている。

トップカバー20には第２の電極機構50が取付られてい
る。第２の電極機構50は下部に、サセプタの直径と同じ
くらいか、あるいは、これよりも若干小さい直径の、円
盤状で、多数の貫通孔が穿設された金属製の第２の電極
51を有する。この金属製第２電極51は絶縁材52aにより
包囲されている。また、この電極51は中間部材53を介し
て電極支持部材54により支持されている。中間部材53と
電極支持部材54とは絶縁材52bおよび52cによりトップカ
バーから絶縁されている。電極支持部材54の内部には反
応ガス流路55が設けられている。中間部材53と電極51と
の間には、前記流路55に連続するガス拡散空間56が存在
し、送入された反応ガスは実線矢印のように流下する。
第２の電極51は電極支持部材54を介して接地されてい
る。

筐体10の内部にはサセプタ60が配設されている。このサ
セプタの上面には金属製の第１の電極61が配設されてい
る。この第１の電極上にははウエハが載置されるので、
第１の電極は均熱板としても機能する。第１の電極61の
周囲は絶縁材62aにより包囲されている。第１の電極は
ウエハと大体同じか、あるいは若干大きな直径を有する
ように構成されている。第１の電極の下部には加熱ユニ
ット63が配設され、この加熱ユニット63と第１の電極61
との間に炭化ケイ素伝熱板64を介在させることができ
る。加熱ユニット63は絶縁材62bおよび62cで包囲されて
いる。図示されていないが、説明するまでもなく加熱ユ
ニットはヒータ電源に接続されている。

サセプタ60は支柱70により底壁部12から浮かしてある。
支柱は全部で４本使用する。支柱70は底壁部12に螺着さ
れている。この支柱の間に、サセプタ60の直径とほぼ同
じ直径の円盤状断熱材72a,72bおよび72cが所定の間隔で
配設されている。この断熱材の厚みは特に限定されな
い。反応室の容量，加熱ユニットの出力等を考慮して当
業者が容易に決定できる。断熱材の配設枚数は一枚以上
であればよい。しかし、厚い断熱材を一枚だけ使用する
よりも、図示されたように比較的に薄手の断熱材を所定
の間隔で離して数枚使用するほうが断熱効果が高い。ま
た、熱応力による破損を避けるために、上側の72aおよ
び72bを薄くし、最下部の72cを厚くすることもできる。

本発明のプラズマCVD装置では、サセプタから第２の電
極までの外周を包囲する断熱材が少なくとも一枚配設さ
れている。好ましくは、すくなくともサセプタ60の下部
付近から第２の電極51の上部付近までの外周を包囲する
断熱材80a,80bおよび80cを配設する。この断熱材は円筒
状である。円盤状断熱材と同様に、中側の80aおよび80b
を薄くし、最外部の80cを厚くすることもできる。円筒
状断熱材には、筐体10の側壁部14に配設された窓部30お
よび予備室32のゲート部に対応する位置に、それぞれ貫
通孔82が穿設されている。３枚の円筒状断熱材の孔の位
置を一致させれば、窓部から反応空間における反応状態
などを観察することができ、また、予備室からウエハを
出し入れすることもできる。しかし、この孔の位置を常
時一致させておくと断熱効果が損なわれるので、内側の
断熱材80aおよび80bを図中の二点鎖線で示されるように
昇降可能に構成することが好ましい。このような昇降機
構は当業者に周知である。

断熱効果を可能な限り高めるために、最外部の円筒状態
断熱材80cはトップカバー20の下面の直ぐ下からサセプ
タの最下部の円盤状断熱材72cよりも更に下の位置に達
するような高さのものを使用することが好ましい。内側
の円筒状断熱材80aおよび80bの高さは80cよりも低くす
ることができる。

断熱材70および80としては例えば、アルミナ（Al₂O₃）
などを使用できる。その他の耐熱性材料も使用できる。
このような材料は当業者に周知である。支柱70および絶
縁材52a,52b,62aおよび62bもアルミナで構成することが
できる。セラミック類のような絶縁材も使用できる。

絶縁材62bの上端から絶縁材62cの下端に達する貫通孔65
内に棒状金属導体66を遊嵌状態で挿入する。この導体66
の上端面を第１の電極の外周下面に接触させ、第１電極
外周上面から螺着する。棒状導体66は円盤状断熱材72b
の下面よりも下に位置する長さを有し、サセプタ絶縁材
62cの遊嵌孔を出た棒状導体66は絶縁材67で被包されて
いる。棒状導体66の下端面に板状導体68を接触させ螺着
する。

第２図に示されるように、板状導体68は十字形をしてお
り、各端部で棒状導体の下端面に螺着される。各端部に
均等にバイアス電圧が印加されるようにするため、十字
の交差部に接続端子69を配設し、フラットケーブル73の
一端を接続する。第１図に示されるように、フラットケ
ーブル73の他端はバイアス電源接続端子74の一端に接続
されている。バイアス電源接続端子74は絶縁材75に被包
されている。バイアス電源接続端子74の他端は筐体外に
配置された整流回路76を介して高周波電源77に接続され
ている。高周波電源77は接地されている。

本発明のプラズマCVD装置ではサセプタが絶縁材支柱で
筐体底壁部から浮かれているので、サセプタ上面の第１
電極にバイアス電圧を印加することができる。第２の電
極側を接地すれば、第２の電極はゼロ電位となるので、
第１の電極にマイナスバイアス電圧を印加すると第１の
電極から第２の電極に向かって放電が起こる。第１の電
極に、第２の電極に対して、常に負の電圧を印加すれば
必ず第１の電極から第２の電極に向かって放電が起こ
る。従って、第２の電極はプラス電位であることもでき
る。

第２の電極51および第１の電極61は耐熱性に優れたNi−
Cr合金（別名“インコーネル”）で構成することが好ま
しい。従来のアルミニウムでは600〜800℃の高温に耐え
られない。同様に、棒状および板状導体もインコーネル
から構成することができる。その他の耐熱性金属または
合金類も使用できる。ウエハパターンもポリシリコン等
のような耐熱性材料で構成することが好ましい。

第３図に示されるように、本発明のプラズマCVD装置の
筐体10は断面がほぼ正方形であり、中央部にサセプタ60
が配設されている。このサセプタを円筒状断熱材80a,80
bおよび80cが３重に包囲している。

正方形状筐体の四隅に、ウエハ100を第１の電極61へ載
置したり、あるいは持ち上げたりするためのウエハハン
ドリングアーム90が配設されている。各アームはそれぞ
れ昇降機構92に螺着されている。アームもアルミナから
構成できる。セラミック類も使用できる。

ウエハ100は例えば、第１予備室42から第１ウエハ搬送
機構40により筐体10内へ搬入され、第１ウエハ搬送機構
40からウエハハンドリングアーム90に移され、そしてこ
のアームが下降してウエハを第１の電極61上に載置す
る。成膜処理後はウエハハンドリングアームにより第１
の電極から持ち上げられ、第２予備室46のウエハ搬送機
構48に渡されて筐体外へ搬出される。この様子は窓部30
から観察することができる。サセプタ60の上面にはアー
ムを収容する溝85が刻設されている。

第４図に示されるように、ウエハハンドリングアーム90
は円筒状断熱材に穿設されたアーム孔94a,94bおよび94c
を貫通してサセプタ上面の溝64に収容されている。アー
ム孔94a,94bおよび94cはアームの昇降幅と大体同じ高さ
を有する。

特に図示されていないが、本発明のプラズマCVD装置は6
00〜800℃で成膜反応が行われるため、第２の電極およ
びこれが取付けられているトップカバー上面もこの温度
付近にまで加熱される。従って、電極を保護し、装置取
扱者の安全を確保するため、第２電極支持部材の内部お
よびトップカバー上面に適当な冷却手段を配設すること
ができる。このような冷却手段としては、例えば、冷却
水を循環させるようなタイプのもの、あるいは電子冷凍
装置等を使用できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のプラズマCVD装置はサセ
プタの下部に断熱材が一枚以上（好ましくは、３枚）配
設され、かつ、サセプタから第２の電極までの外周を包
囲する断熱材が一枚以上（好ましくは、３枚）配設され
ている。

かくして、サセプタの加熱ユニットに通電すると熱は第
２の電極方向にしか逃げ場がないので、第２の電極とサ
セプタ上面との間に形成される反応空間内に蓄えられ、
この空間内の温度を600〜800℃程度にまで上昇させる。

従来のプラズマCVD装置ではサセプタの加熱ユニットを
いくら増強しても、熱が周囲に放散してしまうために、
サセプタ上の第１の電極と、これに対向する第２の電極
との間の反応空間の温度を精々500℃程度にまでしか上
昇させることができない。これに対して、本発明の装置
によれば、サセプタの下部およびサセプタから第２の電
極までの外周を包囲する断熱材が配設されているので第
１の電極と第２の電極との間の反応空間内の温度を600
〜800℃にまで上昇させることができる。

また、第１の電極にバイアス電圧を印加する機構が配設
されているので、第２の電極を接地してゼロ電位として
第１の電極にマイナスのバイアス電圧を印加することが
できる。このようにすると、第１の電極から第２の電極
に向けて放電が起こる。下側から上側に向けて放電を起
こさせて成膜処理すると、イオン分の損失を軽減するこ
とができるだけなく、パターン段差部は傾斜のついたな
だらかな面に形成される。このような段差部を有するパ
ターンに薄膜を複数層積層させても、段差部のところに
は“巣”が発生しない。

かくして、本発明のプラズマCVD装置によればパターン
段差部に“巣”のない、均一の膜質のCVD膜を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマCVD装置の一例の概要断熱材
であり、第２図はII−II線に沿った底面図であり、第３
図は第２の電極を有するトップカバーを外した状態の概
要平面図であり、第４図は外周断熱材により包囲された
サセプタの概要斜視図である。１…プラズマCVD装置,10…筐体,12…底壁部,14…側壁
部,20…トップカバー,30…窓部,40…第１ウエハ搬送機
構,42…第１予備室,44…ゲートバルブ,46…真空排気ダ
クト,48…第２予備室,49…第２ウエハ搬送機構,50…高
周波電極機構,51…金属製高周波電極,52a,52b,52c…絶
縁材,53……中間部材,54…電極支持部材,55…反応ガス
流路,56…ガス拡散空間,57…高周波電源,60…サセプタ,
61…第１の電極,62a,62b,62c…絶縁材,63…加熱ユニッ
ト,64…炭化ケイ素伝熱板,65…遊嵌孔,66…棒状導体,68
…板状十字形導体,70…支柱,72a,72b,72c…円盤状断熱
材,73…フラットケーブル,74…バイアス電源接続端子,7
6…整流回路,77…高周波電源,80a,80b,80c…円筒状断熱
材,82a,82b,82c…貫通孔,85…アーム収容溝,90…ウエハ
ハンドリングアーム,92…昇降機構,94a,94b,95c…アー
ム孔,100…ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハが載置される第１の電極を上面に有
し、この電極を加熱するための加熱ユニットを内部に有
するサセプタと、このサセプタ上の第１の電極に対向す
る第２の電極とを有するプラズマCVD装置において、前
記サセプタの下部に断熱材が少なくとも一枚配設され、
かつ、サセプタから第２の電極までの外周を包囲する断
熱材が少なくとも一枚配設されており、前記第１の電極
にバイアス電圧を印加する機構が配設されていることを
特徴とするプラズマCVD装置。
【請求項２】サセプタの下部に断熱材を三枚配設するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ
CVD装置。
【請求項３】すくなくともサセプタの下部付近から高周
波電極の上部付近に至る外周を包囲する断熱材を三枚配
設することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
プラズマCVD装置。
【請求項４】三枚の断熱材は所定の間隔で相互に離隔さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項または
第３項に記載のプラズマCVD装置。
【請求項５】断熱材はアルミナ（Al₂O₃）である特許請
求の範囲第１項から第４項までの何れかに記載のプラズ
マCVD装置。
【請求項６】第１の電極には、第２の電極に対して、負
の電圧が印加されることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のプラズマCVD装置。