JPS63119523A

JPS63119523A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPS63119523A
Application number: JP26618286A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nagasaki; 恵一長崎; Hiroshi Aikawa; 相川　博; Masayuki Hachitani; 昌幸蜂谷
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1988-05-24

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】［産業上の利用分野］本発明はプラズマＣＶ　Ｉ）装置に関する。史に詳細に
は、本発明は６００〜８００°Ｃの高温で使用されるプ
ラズマＣＶ　ｌ）　Ｗ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り用
いられているものの一つに化学的気相成長法（ＣＶＤ：
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　ｉ　ｔ
　１ｏｎ）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＜、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８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、８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。

゛ト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　ｌ）　法が特に注目されている。

この方法はＣＶ　Ｉ）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ＣＶ　Ｄ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１−面の膜質は緻密で中し分が
ないのに対して、パターン段差被覆部の膜質は荒（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膜をウェットエツ
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１・、／チップ）には、このようなウェッ
トエツ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Ｃ
ＶＤ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１−
而に有し、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ｌ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、前記サセプタのド部に断熱材が少なくとも
−・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ＣＶ　Ｉ
）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１〕（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℃程度にまでヒ昇さ
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ＣＶ　Ｉ）法を６０
０〜８００℃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（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６００〜８０
０℃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ｚＬ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＋）−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冷媒循環路を設け、冷媒を
循環させることにより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−り而にも冷媒循環路を配設しトップ
カバーを冷却することが好ましい。

このトップカバー］ユの冷媒循環路には高周波電極支持
部材の冷媒循環路から排出された冷媒を循環させること
もできるし、あるいは、独立して冷媒を循環させること
もできる。

［実施例コ以下、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の
平面図であり、第３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４図は外周断熱
材により包囲されたサセプタの！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
。

筺体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、史にウェハを反応室へ
搬入したり、搬出したりするための第１ウェハ搬送機構
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（らいか、あるいは、これよりも若干率さい直径の
、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５
２ａ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の内部には第１冷媒循環路１１Ｏが配
設されている。冷媒（例えば、市水）は点線矢印で示さ
れるように、送入口１１２から入り外側循環路１１４を
下り、その後、内側循環路１１８を上り排出口１１８か
ら排出される。この排出口１１８から排出された冷媒は
絶縁性を有する可撓性の連結ホース１１９により、トッ
プカバー−、Ｌ而に配設された第２冷媒循環路１２０へ
供給することもできる。第２冷媒循環路は連続環状路に
構成することが好ましい。第２送入１−１１２２から供
給された冷媒は第２υｔ’＋１＋＋１１２４から排出さ
れる。

第１冷媒循環路１１０と第２冷媒循環路１２０とは図示
されたような連結タイプだけでなく、独ｑ型にも構成で
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１−而も６００〜７００℃位にまで加熱され
る。従って、操作者の安全確保のために第２冷媒循環路
を配設することが好ましい。

第２図に示されるように、第２冷媒循環路１２０は入口
と出口を各々１箇所有する連続の流路とすることが好ま
しい。連続流路の形状は図示されたものに限定されない
ことは当業者に自明である。

例えば、螺旋状の連続流路も可能であり、また図示され
た外側流路と内側流路との間に中央流路を設け、三重の
流路とすることもできる。第２冷媒循環路もステンレス
等の金属で構成できる。

再び第１図を参照する。電極支持部材の内部を冷却水が
循環されると、支持部材５４と電極５１との間に存在す
る中間部材５３により電極５１が冷却される。中間部材
５３は例えば、Ｎ　１−　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。

循環冷媒は市水だけでなく、フレオンガス等の圧縮冷媒
も使用できることは当然である。しかし、コスト的観点
から市水が好ましい。

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６
１の周囲は絶縁材８２ａにより包囲されている。均熱板
はウェハと大体同じか、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８２ｂおよび８２ｃ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おり、また
、均熱板は接地されている。

サセプタ６０は支柱７０により底壁部１２から浮かしで
ある。支柱は全品で４本使用する。支柱７０は底壁部１
２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７２　ａ、　７２　
ｂ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　・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Ｆ部付近から晶周波電極５１の１一部付近までの外周
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８０
ｂ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
室からウェ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の下面の直ぐドからサセ
プタの最ド部の円盤状断熱材７２Ｃよりも史にドの位置
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（ＡＩ
２０Ｊ）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７
０および絶縁材５２　ａ　＋　　５２ｂ、８２ａ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６
００〜８００℃の高温に耐えられない。ウェハもポリシ
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３図に示されるように、本発明のプラズマＣＶＤ装置
の筐体ｌＯは断面がほぼｉＥ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、８０ｂおよび８０Ｃが３重に包囲している。

正方形杖筺体の四隅に、ウェハ１００を均熱板６１へ載
置したり、あるいは持ち、Ｌげたり−するためのウェハ
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。

ウェハ１００は例えば、第１予備室４２から第１ウェハ
搬送機横４０により筐体１０内へ搬入され、第１ウェハ
搬送機構４０からウェハハンドリンクアーム９０に移さ
れ、そしてこのアームが下降してウェハを均熱板６１上
に載置する。成膜処理後はウェ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のウェハ
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
に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、ウェハハンドリングアーム９
０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はアームの打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。

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℃程度にまで一ヒ昇
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・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
、サセプタに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−に昇させる
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６００〜８
００℃にまで」−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。

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冷媒循環路を設け、冷媒を循環
させることにより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冷媒循環路を配設しトップカ
バーを冷却することが好ましい。

このトップカバー−ヒの冷媒循環路には高周波電極支持
部材の冷媒循環路から排出された冷媒を循環させること
もできるし、あるいは、独立して冷媒を循環させること
もできる。

【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面
図であり、第２図は高周波電極を有するトップカバーの
平面図であり、第３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、４Ｂ−・
・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＋　５２
ｃｍ・・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
、８２ａ。８２ｂ、６２ｃ・・・絶縁材、８３・・・加熱ユニット
。６４・・・炭化ケイ素伝熱板、７０・・・支柱、７２ａ
ｔ？２ｂ、７２ｃ・・・円盤状断熱材＋　８０ａ＋　　
８０ｂｔ８００・・・円筒状断熱材、８２ａ、８２ｂ、
８２ｃ・・・貫通孔、８５・・・アーム収容溝、９０・
・・ウェハハンドリングアーム、９２・・・昇降機構ｔ
　９４ａｔ　９４ｂ、９４ｃ・・−アーム孔、１００−
・・ウェハ。１１０・・・第１冷媒循環路、１１４・・・外側循環路
。１１６・・・内側循環路、１１９・・・連結ホース、１
２０・・・第２冷媒循環路

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。
（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。
（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。
（５）断熱材はアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）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。
（６）高周波電極の取付られているトップカバーの上面
にも冷媒循環路を配設し、高周波電極支持部材の冷媒循
環路から排出された冷媒を、トップカバー上面の冷媒循
環路に更に循環させ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。
（７）循環冷媒は市水である特許請求の範囲第１項また
は第６項に記載のプラズマＣＶＤ装置。