JPS63119525A

JPS63119525A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPS63119525A
Application number: JP26618586A
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Ｔ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。ＣＶＤ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。

ＣＶ　Ｉ）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＜、ＳｌやＳｉ上の熱酸化
股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ジベージビ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（、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（デボレート）は、減圧ＣＶ　Ｉ）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法に全く欠点がないわけではな
い。

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ＣＶ　ｌ）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。

［作用コ前記のように、本発明のプラズマＣＶ　Ｉ）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−・枚以ト（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Ｌ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１−５ｉ？、
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６０
０〜８００℃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“果”が発生することを効
果的に防１ヒできる。

［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図は高周波電極をを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ｌＯ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５８が存在する。電極支
持部材は高周波電源５７に接続されている。

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８２ａにより包囲されている。均熱板
はウェハと大体同じ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。加熱ユニー／トロ３
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、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。支柱は全部で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＜シ、最下部の？
２ｃ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ｌＯ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の下面の直ぐ下からサセ
プタの最Ｆ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（Ａ１
２０３）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８
２ｂもアルミナで構成することができる。

高周波電極板５１および均熱板６１は耐熱性に優れたＮ
ｉ−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。

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は断面が正方形であり、中央部にサセプタ６
０が配設されている。このサセプタを円筒状断熱材８０
ａ、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１ｐ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６１」
−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のウエ
ノ１搬送機横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６
０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大体同じ高さを
有する。

［発明の効果］以ヒ説明したように、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−・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Ｊ−’Ｉ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
、サセプタ上面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−［−がさ
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ｌ−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
果的に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高温プラズマ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４１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法置、１０−・・筐体、１２−
・・底壁部、１４・・・側壁部、２０・・・トップカバ
ー。３０・・・窓部、４０・・・第１ウエハ搬送機横、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＝　５２　ａｌ　５２　ｂ、５
２　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、６０・・・サセプタ、６１・・・均熱板
＝８２ａ＊８２　ｂ、　８２　ｃ・・・絶縁材、６３・
・・加熱ユニット。

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１項から第３項ま
での何れかに記載のプラズマ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。