JPS6021528A - プラズマ気相反応装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、気相反応装置に関するものであり、特に、プ
ラズマ族’ｉｌＥ’に利用して薄膜を形成する装置、及
びＭｔｋエツチングする装置に関するものである。

〔発明の背景〕

プラズマ気相成長法は、ＩＣあるいはＬＳＩ等の半導体
装置を製造する際の試料処理方法の１つであり、この方
法は、反応カスを流通した状態で、容器内ケ減王してお
き、プラズマ放電により反応を励起し該容器内に設置し
九試料表面に薄膜を堆積する方法で、近年広く利用され
ている。この方法を実行する装置として平行平板型のプ
ラズマ気相成長装置が広く用いられている、従来この型
の気相成長装置では、その堆積膜Ｊ！ｖの分布を良くす
るために種々の試みがなされている。例えば、試料保持
基板の中心から反応ガス全供給し、’ｉｉ周辺へ流通し
排気する方法や、逆に基板の周辺からガスヶ供給し、基
板中心から吸引排気する方法等が知られている（米国特
許第３，７５７，７３３号）。しかし、これらの方法で
は、ガスの流れの方向が基板の半径方向であり、１回の
薄膜生成における試料処理数全多くするために基板を大
口径化するにつれて、半径方向における反応ガス濃度の
不均一が生じ、膜厚の不均一が大きくなる。反応ガス濃
度の不均一を除去するためにはガス流量を増加すれば良
い。しかしながら減圧下でなければプラズマ放１１毛は
起こらず、このため所定の圧力を得るだめの真空装置が
大きくなる欠点がある。この半径方向に生じる不均一は
該装置？プラズマエツチング装置として使用する際には
エツチング量の不均一となる。そこで、発明者等は第１
図（ａ）に示すプラズマ気相反応装置でまず実験を行っ
た。この装置は、反応容器内の試料保持基板２上の半径
方向に反応ガスヶシリコンウエハ９上に供給する一端を
閉じた管６を設け、その管に試料保持基板２の中心を原
点として等間隔に８ケの基板に対向した向きの貫通孔７
を有している。（ｂ）は、この装置を用い上記管に反応
ガスを流通した状態で反応容器内を所定の圧力０．０１
〜１０Ｔｏｒｒに減圧しプラズマ気相成長法で所定時間
膜を回転する試料保持基板上のウェハに酸化珪素ケ堆積
させたとき半径方向の位置と膜厚との関係ケ示したもの
である。

図から明らかな様に、ＩＩＩ′ＡＪすは試料保持基板の
中心に近づく程厚く、周辺稲薄りなる。しかも貫通孔直
下の膜厚は、その近傍で極大となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、−１−記した（イ、来装置の欠点を除
去した改良されたブラズス気相反応装置を提供すること
にある。本発明の目的は共体的には均一な膜）ワ分布を
もつ薄膜を試ネ４表面に形成することができ、また試料
表面を均一にエツチングすることのできる改良されたプ
ラズマ気相反応装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、反応ガスヶ答器内に導入する一端を閉じた複
数個の貫通孔を有する管を、回転機構を有する試料保持
基板■二の半径方向に設置して、貫通孔の位置と、試料
上に堆積された薄膜の膜厚分布との関係’ｆｒ［べるこ
とにより、試料保持基板の中心部に近い程、上６１″２
管に設けられた貫通孔の間隔全長＜シ、周縁部に行く程
、その間隔を短かくすることを見い出したのであり、そ
の管における貫通孔の位置の設定に特徴を有する。以下
その位置の設定の仕方を第３図を参照しながら説明する
っ第３図は、本発明プラズマ気相反応装置内部の反応ガ
ス供給管６の貫通孔７の位置と、試料保持基板との位置
関係を示す図である。管６の貫通孔７は、図面に記載さ
れた如く試料保持基板をその中心を原点とする同心円相
互間のリング状部分が同一面積となるように複数の同心
円に区分したとき、その各＋７７グ状部分（但し最内側
は円形）の半径方向の所定の位置即ち略中夫の真上に位
置するように設けられている。り筐り、第３図の基板の
中心全原点として半径ｒＩの円と半径ｒ川の円の間に位
置するリング状部分の面積が常に一定となるように・半
径ｒＩ、ｒｌ＋１が（１）式を満たしてい′るとき、π
（’ｌ＋１２ｒＩ２）＝：定数；　ｒ　ｒ　＜ｒ　Ｉｎ
　＋＋１−（ｉ）貫通孔の位置を（２）式の位置に設け
ている。

（ｒ（、＋　＋　ｒ　ｉ　）　／２　、　１０１１０８
９６．（２）〔発明の実施例〕 以下本発明の第】の実施例を詳細に説明する。

第２図（ａ）は、第１の実施例のプラズマ気相反応装置
の縦断面図、　（＋３）は横断面図である。第２図で反
応容器１け円筒形であシ、その内側には円板形状の試料
保持基板２とぞれに対向する１１ｔ極３が設置される。

試料保持基板２ｉ、ｉ、反応容器１内の基板２の下側に
配置された抵抗加熱型ヒータ４により均一に加熱され、
ま九回転機ｉ、５により一定速度で回転できるようにな
っている。反応ガス供給管６は、反応容器１外から基板
２と電極３との間に案内され基板と略平行をなして配置
されている。

また、供給ｗ６の反応容器内端は閉じられ、基板の中心
に対応する個所から周縁に向かって所定の間隔で基板側
に向かって開口する複数個の貫通孔７が設けられている
。この貫通孔は上述した第３図の如くに設けられる。８
は反応容器ｊｌに設けた排気口で、例えば図示しないメ
カニカルブースタポンプと油回転ポンプに連らなってい
る。反応ガスは、ボンベ等から減圧弁、質量流量計等°
（図示せず）で所定の供給凪に制御されたのち混合して
供給管６に送られ、反応容器１内に供給される。

反応ガスのプラズマ励起ｔユ、高周波電縣（図示せず）
から柘；極３に印加される高周波により行なわれる。試
料保持基板２の上には試料、例えば円板形のシリコンウ
ェハ９が載置される。

第４図（ａ）は、第１の実施例の反応容器内を示してい
る。ここで貫通孔７の位置は、第３図に示された様なリ
ング状部分（最内側は円形）に基板２を区分したとき、
そのリング状部分の面積１ｔｏ。

ａｄとしたときのものである。具体的には供給管６の先
端仰１から２．８　ｏｎ　、　４．０　ｃｍ　、　２．
１　ｃｍ　、１．７　ａｍ　。

１．４ｃｒｎ、　１．２ｃｒｎ、　Ｌ２ｃｍ、　１．１
ｏ＋＋、　１．０ｃｍ、　０．９ｒｍ、　０．９　ｃｍ
、　０．８　ｃｎｒ、　０．８　ｃｍの間隔で１３個の
貫通孔苓７設けている。また供給管６とウェハ９との間
隔は２ｃｍである。なお、この実施例では区分された基
板の最内側の円の面積もｌ　００　ｃｔｌとしたが、ウ
ェハ９の配置の仕方により必らずしもその周辺のリング
の面積と同一とする必娶はない。（ｂ）は、（ａ）の第
１の実施例における装置を用い所定時間膜會堆債させた
ときの膜厚と、その位置との関係を示したものである。

膜厚は、その位ＩＷにががわらず一定で試料保持基板上
に膜紫均−に堆積できることがわかる。なお、本実施例
で薄膜形成するどきの条件は次の】亀りである。

】、装置条件 電極半径　２０ｃｍ 簀１１命ｒ１月隔　４ｃｍ 商周波電源の周波数　１３．５６ＭＨｚ２、　反応ガス
のｆｌ（類 モノシラン（Ｓ目Ｉ４）と笑気ガス（Ｎｉｐ）の混合ガ
ス［Ｎｉｌ　Ｏ／Ｓ目１４　＝　Ｉ　Ｏ（容量比）〕。

したがって試＄＝Ｉ表面に一下配反応によシ、二酸化珪
素薄膜が形成される。

Ｓ　Ｉ　ＦＴ＜　−ｔ−Ｎｚ　Ｏ→Ｓ　ｊ　Ｏｇ　＋２
Ｉ−Ｉａ　千２Ｎ２なお、キャリアガスとしてヘリウム
を用いた。

３、　反応条件 反応温度　３２０１．’ 反応圧力　０．２１７１ｏｉ−ｒ 高周波電力　２００Ｗ 第５図は、貫通孔の位Ｗ？決定する試料保持基板のリン
グ状部分の面積と膜のばらつきとの関係を示したもので
ある。ここで横軸は、リング状部分面積金管の高さく管
とウェハとの間隔）で規格化している。この結果より、
管の高さに１ａｎとしたときは、膜が均一となるリング
状部分の面積は、２５〜８０ｃｒｌの範囲となることが
わかる。なお、この冥験は、真空度０．１〜ＩＴｏｒｒ
の範囲内で行なった。

本発明において、貫通孔の位置だけでなく、管径と貫通
孔の径との比も膜の均一化に欠かせない要件となる。第
６図にウェハ上に堆積された膜の膜厚ばらつきと、管径
／貫通孔径との関係を示す。

その径の比が３を境界として比が大きくなるに従い膜厚
分布は均一となシ、比が小さくなるに従い分布が不均一
となることがわかる。そこで本発明ではその径の比が３
以上となるように貫通孔径金定めた。

次に本発明の第２の実施例を第７図に示す。

（ａ）は気相反応装置内の反応容器内を示している。

第１の実施例と異なる点は、貫通孔７の位置の決（９） め方として供給管６ケ試料保持基板の中心からウェハの
周辺端まで（図では２０　ｃｍ　）　ｋ　３等分して３
つのブロックに分け（図ではＬ　Ｊｌ、　ＩＩＩ）、そ
のブロック内に含まれる第１の実施例の貫通孔７の間隔
の平均を名ブロックごとにとり、各ブロック内でその平
均の間隔で等しく＊連孔７を穿孔した点にある。図では
供給１６の先端から１．Ｔ［。

■ブロックごとに、３ｃＷＩ、　１．５ｃｒｎ、１ｍの
間隔で１２個の貫通孔奮有している。（ｂ）は、第２の
実施例の装置により、ウェハーにに所定時間膜を堆積し
たときの膜厚分布ケ示している。この実施例は、第１の
実施例の理論ｆ＋ｉを適当に近似した位置に貫通孔を設
けているが、（ｂｌより明らかな様に膜厚の均一性＃′
１１ｇ１の実施例と同様に良好であった。

上述した実施例は、本発明を気相成長装置＃として利用
した例についてのみケあげたが、第１の実施例の装置ヲ
プラズマエッチ装置として用いても、試料保持基板」二
で均一にエッチすることができるという効果が有る。

更に、　ｆｉｌｅの実Ｍ１１例だけでなく次に述べる構
成（ｌＯ） の実施例も行ない得る。

（１）上記実施例では貫通孔７は試料保持基板２の面に
垂直な方向を向いているが、垂直な方向でなくとも基板
の回転方向を向いていれば膜の均一化は可能である。た
だし、この場合、垂直な方向を向いているのに比べて薄
膜の生成速度が低下する。

（２）試刺保持電４！ｆ２は、上下どちらにしても良く
、特に上部を試料保持電極とすると異物を低減する効果
が有る。

（３）　上記実施例では、管が１本だけであったが複数
個設置しても同様の効果が有り、更に薄膜の生成速度が
増加するという効果が有る。

なお、上記実施例では、プラズマ気相成長装置に限定し
たが、減圧または常圧の気相成長装置においても均一な
膜厚分布を得ることができるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料保持電極上の試料に均一な膜厚分
布を有する薄膜を形成する効果が有る。

（１１）

【図面の簡単な説明】

第１図は、貫通孔の間隔ケ等ｔ．，＜を一だ装置内の概
要と、生成膜の膜１７分布を示す。第２図は、本発明の
第１の実施例であるプラズマ気相反応装置の縦断面図及
び横用１而図である。第３図は、本発明の槙１の更ｌＩ
Ｉ＋ｊ例における貫通引２の試料保持基板上の位置を示
す。第４図は、第１の実施例の反応容器内の概要と、生
成膜の膜厚分布ケ示す。第５図は、第１の実施例の貫通
｛４．の位置決めに使う試料保持基板の区分面積會管の
篩さで規格化したものと膜厚のばらつきとの関係ケ示す
。第６図け、管径／貫通孔径と膜厚のばらつきとの関係
金示す。 第７図は、本発明の第２の実施例の装置の反応容器内の
概要と、生成膜の膜厚分布ケ示す。 １・・・反応容器、２・・・試料保持基板、３・・・対
向電極、４・・・ヒータ、５・・・自転機構、６・・・
管、７・・・ｎ通孔、（１２） 第　１　口 （８） ’□　Ｑ　（ｃ＝ｔ）”’ ４’ｒ　２　ｒ］ ６月寸６ ２ 第４−　図 （ｂ） ０　１と）　２０ 爬　触　（酬） ０　ＩＯ 俳　炒 ０ （Ｃｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応時に０．０１〜１０Ｔｏｒｒに保持される反応
   容器と、反応容器内に配置され回転可能に支持された試
   料保持基板と、試料保持基板」二に配置された対向電極
   と、反応容器内に反応ガスを案内する供給管と全備え、
   供給管は試料保持基板と対向電極間に位［１〜端部が閉
   じられ試料保持基板の中央から周縁に向かって間隔が密
   となるように試料保持基板側に開口する複数の貫通孔が
   設けられていること全特徴とするプラズマ気相反応装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、貫通孔を、上記試
   料保持基板を同心円を有する惨敗の円に分けしかも区分
   され九りングの面積が全て略同−となるように区分され
   たとき各リングの半径方向の所定の箇所に対応した供給
   管の位置に設けることを特徴とするプラズマ気相反応装
   置。