JPH0793268B2

JPH0793268B2 - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0793268B2
Application number: JP61266183A
Authority: JP
Inventors: 博相川; 恵一長崎; 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: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS63119524A

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、常圧力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
CVD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。

［発明の目的］従って、本発明の目的は疎密の差のない均一な膜質のCV
D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、接地基板電極を上面
に有し、この基板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、このサセプタ上の接地基板電
極に対向する高周波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、サセプタから高周波電極までの外周を
包囲する断熱材が少なくとも一枚配設されており、前記
高周波電極を支持する支持部材の内部に冷媒循環路が設
けら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、サセプタから高周波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高
周波電極方向にしか逃げ場がないので、高周波電極とサ
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、
サセプタ上の接地基板電極と高周波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高周波電極までの外周を
包囲する断熱材が配設されているので接地基板電極と高
周波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。

プラズマCVD法を高温で実施すると膜質が均一になるだ
けでなく、パターン段差部の傾斜がなだらかになり、多
層積層させた時に段差部に“巣”が発生することを効果
的に防止できる。

しかし、高周波電極を600〜800℃の高温に長時間曝して
おくと電極が破損する恐れがある。これを防止するため
本発明の装置では、高周波電極を支持する支持部材の内
部に電子冷凍装置を配設し、高周波電極を冷却する。操
作者の安全を確保するために、高周波電極の取付られた
トップカバーの上面にも電子冷凍装置を配設しトップカ
バーを冷却することが好ましい。

［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図は高周波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３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46,46が配
設されている。

トップカバー20には高周波電極機構50が取付られてい
る。高周波電極機構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高周波電極51
を有する。この金属製高周波電極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。
電極支持部材は高周波電源57に接続されている。

電極支持部材54の内部には電子冷凍装置110が配設され
ている。電子冷凍装置に直流電源112を接続し低温接点
を下げると共に、高温接点は冷却水（例えば、市水）で
冷却する。電子冷凍装置110には高温接点冷却用の冷却
水を循環させるため導水口114と排水口116とが配設され
ている。電子冷凍装置の下端部は中間部材53に接続され
ている。

この電子冷凍装置は、いわゆるペルチェ効果を応用した
ものである。２種類の金属（半導体）A,BをＡ−Ｂ−Ａ
のように接続して電流を流すと、接点ではジュール熱以
外の熱の発生および吸収が起こる。これをペルチェ効果
という。熱の発生する接点は高温接点であり、熱を吸収
する接点は低温接点である。ペルチェ効果による発熱量
と吸熱量は同一である。従って、高温接点が冷却される
と、低温接点の温度は一層低下する。

現在主として電子冷凍用物質として用いられているのは
Ｖ−VI族化合物半導体のBi₂Te₃,Sb₂Te₃,Bi₂Se₃とその固
溶体である。これ以外の電子冷凍用物質も使用できる。

トップカバーは一般的にステンレス等の金属製なので、
その上面も600〜700℃位にまで加熱される。従って、操
作者の安全を確保するために、トップカバーの上面にも
同様な電子冷凍装置118aおよび118bを配設することが好
ましい。

電極支持部材の内部の電子冷凍装置を作動させると、支
持部材54と電極51との間に存在する中間部材53がまず冷
やされ、その熱伝導により電極51が冷却される。中間部
材53は例えば、Ni-Cr合金などで構成することができ
る。中間部材53から電極51への伝熱性を高めるために、
すなわち電極51の冷却効率を高めるために、中間部材と
電極との間に金属製のポストを複数本立てることもでき
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均熱板61が配設されている。
この均熱板は接地基板電極を構成する。均熱板61の周囲
は絶縁材62aにより包囲されている。均熱板はウエハと
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。均熱板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と均熱板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、加熱ユニットはヒータ電源に接続されており、
また、均熱板は接地されている。

サセプタ60は支柱70,70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、サセプタから高周波電
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
付近から高周波電極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。

高周波電極51および均熱板（接地基板電極）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。ウエハ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２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を均熱板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。

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均熱板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均熱板から
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３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。

［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、サセプタから高周波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。

【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面図
であり、第２図は高周波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３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……均熱板,
62a,62b,62c……絶縁材,63……加熱ユニット,64……炭
化ケイ素伝熱板,70……支柱,72a,72b,72c……円盤状断
熱材,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,94c……アーム孔,100…
…ウエハ,110……電子冷凍装置,112……直流電源,114…
…導水口,116……排水口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接地基板電極を上面に有し、この基板電極
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、このサセプタ上の設置基板電極に対向する高周波電
極とを有し、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、前記高周波電極を支持する支持部材の内
部に、高周波電極を冷却するための電子冷凍装置が配設
されているプラズマCVD装置において、サセプタから高周波電極までの外周を包囲する昇降可能
な円筒状断熱材が少なくとも一枚配設されていることを
特徴とするプラズマCVD装置。