JPS63119524A

JPS63119524A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPS63119524A
Application number: JP26618386A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aikawa; 相川　博; Keiichi Nagasaki; 恵一長崎; 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
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0793268B2

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１−０の利用分野］本発明はプラズマＣＶＤ装置に関する。史に詳細には、
本発明は６００〜８００℃の高温で使用されるプラズマ
ＣＶ　Ｄ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：
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）がある。ＣＶ　Ｄとは、ガス状物質を化学反応で固
体物質にし、基板−ヒ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上の熱酸化膜り
に成長した場合も電気的特性が安定であることで、広く
半導体表面のパッジベージロ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
”という言葉も間かれはじめた。これに伴い、Ｓ　ｉ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［」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法が特に注ｌ」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都被覆性）
）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−而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ビット以上／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Ｌ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（とも−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ＣＶＤ２ｉ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（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
セプタに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１−昇
させる。

従来のプラズマＣＶ　Ｉ）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、
サセプタの下部鼓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“果”が発生することを効
果的に防１１・、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（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−［−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
。

［実施例コ以Ｆ１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は筺体ｌＯ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・部に反応室内部の杖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ウェハ搬送機横
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
断拳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４８．４８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ドする。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ｌ１２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の導水口１）４と排水ＩＩ
　ｌ　１８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徹は同一である。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ドする。

現在りとして電ｒ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Ｂｉ２Ｔｅ、７゜Ｓｂ２Ｔｅ
３＋　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Ｌ而も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ｑでることもできる。

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６
１の周囲は絶縁材６２ａ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
かしである。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
容は、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りであればよい
。しかし、厚い断熱材を−・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＜シ、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
Ｆ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８０
ｂを薄＜シ、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・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、ｆ・
儒家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のド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（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（Ａ１
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、６２ａおよび６
２ｂ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２図に示されるように、本発明のプラズマＣＶＤ装置
の筐体ｌＯは断面がほぼ東方形であり、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。

正方形状筐体の四隅に、ウェハ１００を均熱板６１へ載
置したり、あるいは持ち上げたりするためのウェハハン
ドリングアーム８０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
搬送機構４０により筐体１０内へ搬入され、第１ウェハ
搬送機横４０からウェ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ェハを均熱板ｅ　ｔ
　１．に載置する。成膜処理後ハウエバハンドリングア
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の一ヒ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はアームの昇降幅と人体同じ高さを
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−・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」−（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」−而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」１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ＣＶ　Ｉ）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１ヒできる。

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。

【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＊’ｉｓｇ而図であ面、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＝　５２　ａ−５２ｂ＋　５２
　ｃ　”・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、θ０・・・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、？２ａ
。７２ｂ、？２ｃ・・・円盤状断熱材−８０ａ　＊　８０
　ｂ　−８０ｃ・・・円筒状断熱材＋　８２ａ、８２ｂ
＊　８２ｃ・・・貫通孔、８５・・・アーム収容溝、９
０・・・ウェハハンドリングアーム、９２・・・昇降機
構−９４ａ＋９４ｂ、９４ｃ・・・アーム孔、１００・
・・ウェハ。１１０・・・電子冷凍装置、１１２・・・直流電源。

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、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
にも電子冷凍装置が配設されてい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）電子冷凍装置はペルチェ効果を応用した装置であ
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。