JPS62218577A - 気相反応装置用電極 - 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】 「産業上の利用分立］ 本発明は気相反応装置用電極に関する。更に詳細には、
本発明は成膜用反応ガスを吹き出すための多数の貫通孔
を有する金属板と、該金属板の放電面側に密着された有
孔絶縁薄板とからなり、前記絶縁薄板に配設された孔の
直径が前記金属板に配設された貫通孔の直径よりも小さ
いｌ一部電極を有するプラズマＣＶＤまたはプラズマエ
ツチングなどの気相反応装置用平行平板電極に関する。

［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、気相成長法（ＣＶＤ：Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｌ）ｏｓｉｔｉｏ
ｎ）がある。ＣＶＤとは、ガス杖物質を化学反応で固体
物質にし、基板−Ｌ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り、ＳｉやＳｉ上の熱酸化膜」
ユに成長した場合も電気的特性が安定であることで、広
＜　＝ｔ′、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、史には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
ＣＶＤ法が注目を浴びている。

プラズマＣＶＤは生成膜（例えば％５１０Ｘ膜）の構成
原子を含む化合物気体（例えば５ｉＨｑおよびＮ２０）
をプラズマ状態にし、化学的に活性なイオンやラジカル
（化学的に活性な中性原子または分子種のこと）に分解
させることによって、低温（例えば、常温−約３００℃
前後）で薄膜を成長させる方法である。

従来の常圧および減圧ＣＶ　Ｉ）法は気体分子の分解や
反応を高い基板温度で純粋に熱的に行うのに対して、プ
ラズマＣＶＤ法は放電による電気的エネルギーの助けに
よって、基板温度を低く抑えることに特徴がある。

プラズマＣＶＤ法は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（、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法による膜生成速度（デポレート）は
、常圧および減圧ＣＶＤ法に比べて極めて速い。従って
、プラズマＣＶＤ法によれば、６インチ以上の大口径ウ
ェハについて膜質的に優れた、均一な厚みのＣＶＤ膜が
得られるばかりか、高いスループットも達成できる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のプラズマＣＶＤ装置には平行平板電極を使用する
、いわゆる、容量結合方式のものがある。

これには、上側の電極と接地基板電極との間で放電が行
われ、反応ガスの流れが基板電極下部より放射状に入っ
て中心から出るラインバーブ形と、反応ガスが基板電極
下部中心から入り周囲へ排出され、基板電極が磁気回転
機構により回転されるＡＭＴ形がある。

これらの装置はいずれも反応室内におけるガスのフロー
パターンが不均一になりやすく、プラズマ放電密度も一
定になりにくいので、大口径ウェハの成膜には適さない
。また、基板電極の回転により、反応室内に異物が発生
しやすい。

大口径ウェハの成膜のために、アルミニウムのような金
属板電極に微小な直径の孔を多数穿設し、この孔の上方
から反応ガスを流し、同時に、固定式接地基板電極との
間でグロー放電をかける試みがなされた。

ウェハへのガスのフローパターンは均一にはなったが、
金属板電極の放電面側の孔端部で異常放電が発生し、放
電密度が一定にならないため、逆に膜質が不安定になり
成膜処理を妨げる結果となった。

高周波の出力を高めるほどＣＶＤＩＩの膜質が良好にな
り、膜生成速度が高くなるが、一方、孔の部分における
異常放電も発生しやすくなる。

別の問題点として、有孔電極を通して反応ガスを供給し
ながら放電処理すると電極の放電面に酸化物の被膜が生
成する。これを取り除くために、一定時間ごとにＣＦ、
ガスでドライエツチング処理を行なわなければならない
。しかし、このドライエツチング処理を行なうと酸化物
被膜は取り除かれるが、逆に電極放電面に不導体のカー
ボンが付着する。

この不導体カーボンの付着量によって電極放電面のイン
ピーダンスが経時的に変化する。これにともない、膜生
成速度（デポレート）も経時的に変化してしまうので、
膜生成速度の外部的なコントロールがしにくくなる。そ
の結果、成膜処理を開始する前に、ダミーウェハでイン
ピーダンスを毎回測定し、その測定結果に基づいて成膜
処理条件を設定し直さなければならない。

前記と同様な問題はプラズマエツチング装置についても
発生する。プラズマＣＶＤ薄膜形成装置とプラズマエツ
チング装置とは、使用する反応ガスが異なるだけで、装
置自体の構成および／または構造は基本的に大体同一・
だからである。

［発明の目的コ 従って、本発明の目的は、反応室内における反応ガスの
フローパターンが均一になり、異常放電が発生せず、プ
ラズマの放電密度を常に一定に保つことができ、大口径
ウェハに均一な厚みの優れた膜質の膜を成膜することの
できる、プラズマＣＶＤまたはプラズマエツチングなど
の気相反応装置用電極を提供することである。

［問題点を解決するための丁・段］ 前記の問題点を解決し、本発明の目的を達成する為の手
段として、この発明は、上部電極と接地基板電極とから
なる気相反応装置用平行平板電極において、前記上部電
極は成膜用反応ガスを吹き出すための多数の貫通孔を有
する金属板と、該金属板の放電面側に密着された有孔絶
縁薄板とからなり、前記絶縁薄板に配設された孔の直径
が前記金属板に配設された貫通孔の直径よりも小さいこ
とを特徴とする気相反応装置用電極を提供する。

［作用コ 前記のように、本発明の−１一部電極は貫通孔を有する
金属板と、該金属板の放電面側に密着された有孔絶縁薄
板とからなり、絶縁板開孔部の直径が金属板貫通孔の直
径よりも小さい。

金属板および絶縁板の両方とも穿孔加工されているので
接地基板電極の上面に載置されたウェハに対して反応ガ
スが均一に流れる。

理由は明らかではないが、絶縁板に配設された孔の直径
を金属板の貫通孔の直径よりも小さくすると、異常放電
の発生を効果的に抑制することができる。

更に、金属板導体の放電面側に不導体の有孔絶縁薄板が
密着されているので、酸化物やカーボンなどのような不
純物は、この不導体に付着する。

そのため、導体電極間のインピーダンスは処理作業の全
過程を通じて、はぼ一定の値に維持することができる。

その結果、膜生成速度などの成膜条件も一定の値に維持
することができる。

［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」二部電極の部分拡大断面図であり、第２図は
該上部電極を有するプラズマｃｖｏ＊ａ形成装置の一実
施例を示す概略的断面図である。

第１図に示されるように、電極用金属板１１０は、成膜
用反応ガスを吹き出すための多数の貫通孔１２０ををす
る。該電極用金属板の放電面側には開孔部１３０を有す
る絶縁薄板１４０が密着されている。

絶縁薄板１４０に配設された開孔部１３０の直径φＢは
、電極用金属板１１０の貫通孔１２０の直径φＡよりも
小さい。理由は明らかではないが、φＢくφＡの場合に
は異常放電が殆ど発生しないが、φＢ≧φＡの場合には
異常放電を抑制することはできない。

一般的に、貫通孔の直径が小さいほど異常放電が発生し
に＜＜、反応室内に送入されるガスのフローパターンが
均一になる。貫通孔の直径は特に限定されないが、例え
ば、約０．５ｍｍ程度にし、絶縁板開孔部の直径を例え
ば、Ｏ−４−０，３ｍｍ程度にすることができる。しか
し、貫通孔および絶縁板開孔部の直径は、使用されるウ
ェハの口径に応じて変化させることができる。

電極用金属板１１０の材質は例えば、耐食性の高いアル
ミニウムである。これ以外の金属材料も使用できる。金
属板の厚さはプラズマ放電の熱で反らないだけの必要十
分な厚さであればよい。あくまでも−例であるが、約１
０ｍｍ程度の厚さのアルミニウム板を使用できる。

絶縁薄板１４０の材質は例えば、セラミックスまたはマ
イカレックス等である。絶縁板１４０は予め板状に成形
され、穿孔加工もされたものを使用することもできるが
、コーティング処理によって金属板の放電面側に直接成
形することもできる。

コーティング処理によって直接成形させた場合は、乾燥
固化後に絶縁板を穿孔用］二する。絶縁板１４０の厚さ
は特に限定されないが、例えば、約０゜５−一一約５鵬
■、好ましくは、約２−一未満の厚さのものを使用でき
る。

開孔部を機械的に穿孔加工成形する手間を省くために、
浮石のような多孔質で通気性の鉱物性絶縁材も使用でき
る。同様に、板状に成形されたガラスウールなども使用
できる。

第２図は本発明の電極を使用したプラズマＣＶ１〕薄膜
形成装置の概念的断面図である。

第２図に示されるように、本発明の電極はｌ一部電極１
００と接地基板電極２００とからなる、いわゆる、平行
平板電極である。

上部電極１００は、成膜用反応ガスを吹き出すための多
数の貫通孔１２０を有する電極用金属板１１０と、この
金属板の放電面側に密着された有孔絶縁薄板１４０とか
らなる。

絶縁薄板１４０は焼結金属導体１１０の放電面（すなわ
ち、接地基板電極に向かい合う而）に密着されている。

放電面との間に隙間が生じると異常放電の発生する恐れ
があるので、隙間が生じないように、できるだけ完全に
密着させることが好ましい。一般的には、電極用金属板
の放電面を絶縁薄板に押し付けることにより両部材を密
着させることができる。しかし、所望により、絶縁薄板
１４０を電極用金属板１１０にマイカレックスのような
絶縁材から製造したネジで螺首することもできる。

電極用金属板のみを４一部電極として使用すると、成膜
処理作業の進行につれて金属板の表面にＳｉＯや５ｉ０
２などの酸化物の薄膜が付若し、電極間の特性が変化す
る。そのため、膜生成速度および生成膜質が一定になら
ない。特に、電極表面に付着した酸化物薄膜を除去する
ためにＣＦＱガスでドライエッチ洗浄処理すると、カー
ボンが電極表面に生成付着し、電極のインピーダンスを
変化させる。その結果、洗浄処理の前後で膜生成速度が
大きく変化する。

従って、電極用金属板自体をそのまま４を部電極として
使用する場合には、電極を頻繁にメンテナンスしなけれ
ばならず、極めて不便である。これに対して、電極用金
属板の放電面側に有孔絶縁薄板を密着させた」一部電極
を使用すれば、前記のような欠点を全て、あるいは、は
とんど解決でき、反応ガス分布の均一・性とプラズマ放
電の均一性を同時に達成できる。

上部電極１００は電極支持機構３００により支持されて
いる。電極支持機構３００は高周波電源３１０が接続さ
れている。また、電極支持機構３００の内部には反応ガ
ス導入路３２０が配設されている。電極支持機構３００
により支持された金属板１１０と有孔絶縁薄板１４０と
は絶縁リング３３０により包囲されている。

絶縁リング３３０の棚部３４０に有孔絶縁薄板１４０の
外周縁を乗せ、この薄板の上面に金属板１１０の放電面
を押し付ける。金属板１１０の上面と絶縁リング３３０
の内面との間に反応ガス供給空間３５０を設ける。反応
ガス導入路３２０から送入された５ｉＨｑ、Ｎ２０およ
びＮ２などの反応ガスはこの供給空間３５０に吹き出さ
れる。

プラズ？ＣＶＤ法は約１−約０．４Ｔｏｒｒ程度の真空
度を維持しながら実施されるので供給空間３５０内に吹
き出された反応ガスは金属板の貫通孔１２０を通過し、
絶縁薄板の孔１３０を通り、接地基板電極２００上のウ
ェハ５００に均一に降り懸かる。

接地基板電極２００は例えば、アルミニウム製の均熱盤
２１０からなる。この灼熱盤２１０の一端からアース２
２０をとり接地基板電極を構成する。均熱盤２１０はウ
ェハ載置台４００の−Ｌ面に配置されている。均熱盤２
１０の外周縁はマイカレックスのような絶縁材２３０で
囲まれている。

均熱盤２１０のすぐ下にはヒータ２４０が配設されてお
り、均熱盤−１−のウェハ５００をプラズマＣＶＤ成膜
処理に必要な温度（例えば、約３００℃）にまで加熱す
る。

上部電極１００および接地基板電極２００の外面形状は
ウェハの形状に合わせて円形をしている。

電極の直径は使用されるウェハの直径に依存するが、最
近のＬＳＩ製造技術の急速な進歩を考慮して、１２イン
チウェハについても対応できるような直径を有すること
が好ましい。上部電極１００と接地基板電極２００との
間隔は例えば、約２０■Ｉ程度である。

電極は密閉可能な反応室６００内に配置される。

反応室６００は上部電極１００の配設されたトップカバ
ー６１０と、側壁６２０および底壁６３０とからなる。

接地基板電極に限らず、反応室、ヒータ、ウェハ載置台
など、１一部電極以外のものは全てアースをとることが
好ましい。

本発明の電極の実施例をプラズマＣＶ　Ｉ）装置につい
て説明してきたが、本発明の電極は反応ガスをエツチン
グ用の、例えば、ＣＦ４などに変更すれば、そのままプ
ラズマエツチング装置に使用できる。

［発明の効果コ 以１−説明したように、本発明の平行平板電極における
−１一部電極は貫通孔を有する金属板と、該金属板の放
電面側に密着された有孔絶縁薄板とからなり、絶縁板孔
の直径が金属板貫通孔の直径よりも小さい。

理由は明らかではないが、絶縁板に配設された開孔部の
直径を金属板の１１通孔の直径よりも小さくすると、異
常放電の発生を効果的に抑制することができる。

金属板および絶縁板の両方とも穿孔加］ユされているの
で接地基板電極の−Ｌ面に載置されたウェハに対して反
応ガスが均一・に流れる。

従来のような貫通孔付金属板のみからなる電極では反応
ガスのフローパターンは均一・になるが、孔の周辺部で
異常放電が発生し、放電密度が一定にならないばかりか
、放電集中も変化する。その結果、人１−１径ウェハに
ついて、膜厚分布が均一で、膜質的にもすぐれたＣＶＤ
膜は得られない。

更に、本発明の−１一部電極においては、電極用金属板
の放電面に不導体の有孔絶縁薄板が密着されているので
、酸化物やカーボンなどのような不純物は、この不導体
に付着する。不導体の抵抗値に比べて不純物の抵抗値は
極微小なので、不導体表面に不純物が付着しても不導体
の抵抗値を高めることにはならない。従って、ＣＦｑに
よるドライエッチ処理の前後であっても不導体の抵抗値
には殆ど変化がない。

そのため、金属板導体のインピーダンスは成膜処理作業
の全過程を通じて、実質的にほぼ一定の値に維持するこ
とができる。その結果、膜生成速度などの成膜条件も一
定の値に維持することができる。

電極用金属板のみを１一部電極として使用すると、成膜
処理作業の進行につれて導体表面にＳｉＯや５ｉ０２な
どの酸化物の薄膜が付着し、電極間の特性が変化する。

そのため、膜生成速度および生成膜質が一定にならない
。特に、電極表面に付着した酸化物薄膜を除去するため
にＣＦ、ガスでドライエッチ洗浄処理すると、カーボン
が電極表面に生成付着し、電極のインピーダンスを変化
させる。その結果、洗浄処理の前後で膜生成速度が大き
く変化する。

従って、電極用金属板自体をそのまま上部電極として使
用する場合には、電極を頻繁にメンテナンスしなければ
ならず、極めて不便である。これに対して、電極用金属
板導体の放電面に有孔絶縁薄板を密着させた−１一部電
極を使用すれば、前記のような欠点を全て、あるいは、
はとんど解決でき、スルーブツトの向りおよび反応ガス
分布の均一性とプラズマ放電の均一性を同時に達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は上部電極の部分拡大断面図であり、第２図は該
−１一部電極を有するプラズマＣＶ　ｌ）薄膜形成装置
の一実施例を示す概略的断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部電極と接地基板電極とからなる気相反応装置
   用平行平板電極において、前記上部電極は成膜用反応ガ
   スを吹き出すための多数の貫通孔を有する金属板と、該
   金属板の放電面側に密着された有孔絶縁薄板とからなり
   、前記絶縁薄板に配設された孔の直径が前記金属板に配
   設された貫通孔の直径よりも小さいことを特徴とする気
   相反応装置用電極。
2. （２）前記金属板はアルミニウムであり、前記絶縁薄板
   はセラミックであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の気相反応装置用電極。