JPS63119535A

JPS63119535A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPS63119535A
Application number: JP26618486A
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
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0779089B2

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
ＣＶ　ｌ）装置に関する。

［従来技術］薄膜の形成方法として゛ト導体［−業において−・般に
広く用いられているものの・つに化学的気相成長法（Ｃ
ＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｕｒｌ）ｅｐｏｓ
　ｉ　ｔ　１ｏｎ）がある。ＣＶ　Ｉ）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。

ＧＶＤ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＜ＮＳＩやＳｉ上の熱酸化膜−
ヒ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ＣＶＤ法に比べて極
めて速い。

［発明が解決しようとする問題点コしかし、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、ヒ／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。

また、ウェハのパターン上に酸化物あるいは金属の薄膜
を多層積層させると段差部に“巣”が発生し、製品不良
の原因となっていた。

［発明の目的］従って、本発明の目的は薄膜の段差部に“果”を発生さ
せず、疎密の差のない均一・な膜質のＣＶＤ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、ウェハが載置される
第１の電極を上面に有し、この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
の第１の電極に対向する第２の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−・枚配設され、かつ、サセプタから第２の電
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、前記第１の電極にバイアス電圧を印加する機
構が配設されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装
置を提供する。

［作用コ前記のように、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上（好ましくは、３枚）配設さ
れ、かつ、サセプタから第２の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第
２の電極方向にしか逃げ場がないので、第２の電極とサ
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載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
、サセブタヒの第１の電極と、これに対向する第２の電
極との間の反応空間の温度を精々５００℃程度にまでし
か」−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第
２の電極までの外周を包囲する断熱材が配設されている
ので第１の電極と第２の電極との間の反応空間内の温度
を６００〜８００℃にまで上昇させることができる。

また、第１の電極にバイアス電圧を印加する機構が配設
されているので、第１の電極に、第２の電極に対して、
常に負の電圧を印加することができる。ウェハの載置さ
れる第１の電極に負の電圧を印加して成膜処理すると、
段差部は傾斜のついたなだらかな而に形成される。この
ような段差部を有するパターンに薄膜を複数層積層させ
ても、段差部のところには“果”が発生しない。

かくして、本発明のプラズマＣＶＤ装置によればパター
ン段差部に“果”のない、均一な膜質のＣＶＤ膜を得る
ことができる。

［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■−■線に沿った底面図であり、第
３図は第２の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。

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１０と着脱可能なトップカバー２０とからなる
。

筐体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吠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・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には第２の電極機構５０が取付られて
いる。第２の電極機構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の第２の
電極５１を有する。

この金属製第２電極５１は絶縁材５２ａ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。中間品材
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。第２の電極５１は電極支持部材５
４を介して接地されている。

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１−面には金属製の第１の電極６１が配設
されている。この第１の電極上にははウェハが載置され
るので、第１の電極は均熱板としても機能する。第１の
電極６１の周囲は絶縁材８２ａにより包囲されている。

第１の電極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。第１の電極の下部
には加熱ユニット６３が配設され、この加熱ユニット６
３と第１の電極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８２
ｂ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木使用する。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７
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、サセプタから第２の
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
下部付近から第２の電極５１の上部付近までの外周を包
囲する断熱材８０　ａ　５８０ｂ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８０ｂ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（Ａｌ
２Ｏ３）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８
２ｂもアルミナで構成することができる。セラミック類
のような絶縁材も使用できる。

絶縁材６２ｂの、Ｅ端から絶縁材８２ｃの下端に達する
貫通孔θδ内に棒状金属導体６６を遊嵌状態で挿入する
。この導体６６の上端面を第１の電極の外周下面に接触
させ、第１電極外周上面から螺着する。棒状導体６６は
円盤状断熱材７２ｂの下面よりも下に位置する長さを有
し、サセプタ絶縁材８２ｃの遊嵌孔を出た棒状導体６６
は絶縁材６７で被包されている。棒状導体８６の下端面
に板状導体６８を接触させ螺着する。

第２図に示されるように、板状導体６８は十字形をして
おり、各端部で棒状導体の下端面に螺着される。各端部
に均等にバイアス電圧が印加されるようにするため、Ｉ
・字の交差部に接続端子６９を配設し、フラットケーブ
ル７３の一端を接続する。第１図に示されるように、フ
ラットケーブル７３の他端はバイアス電源接続端子７４
の一端に接続されている。バイアス電源接続端子７４は
絶縁材７５に被包されている。バイアス電源接続端子７
４の他端は筐体外に配置された整流回路７６を介して高
周波電源７７に接続されている。高周波電源７７は接地
されている。

本発明のプラズマＣＶＤ装置ではサセプタが絶縁材支柱
で筐体底壁部から浮かされているので、サセプタ上面の
第１電極にバイアス電圧を印加することができる。第２
の電極側を接地すれば、第２の電極はゼロ電位となるの
で、第１の電極にマイナスバイアス電圧を印加すると第
１の電極から第２の電極に向かって放電が起こる。第１
の電極に、第２の電極に対して、常に負の電圧を印加す
れば必ず第１の電極から第２の電極に向かって放電が起
こる。従って、第２の電極はプラス電位であることもで
きる。

第２の電極５１および第１の電極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６００〜８００
℃の高温に耐えられない。同様に、棒吠および板状導体
もインコーネルから構成することができる。その他の耐
熱性金属または合金類も使用できる。ウェハパターンも
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１０は断面がほぼ正方形であり、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を第１の電極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。

セラミック類も使用できる。

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第１の電極６
１上に載置する。成膜処理後はウェハハンドリングチー
ムにより第１の電極から持ち上げられ、第２予備室４６
のウェハ搬送機構４８に渡されて筺体外へ搬出される。

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の上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はアームの昇降幅と大体同じ高さを
有する。

特に図示されていないが、本発明のプラズマＣＶＤ装置
は６００〜８００℃で成膜反応が行われるため、第２の
電極およびこれが取付られているトップカバー上面もこ
の温度付近にまで加熱される。従って、電極を保護し、
装置取扱者の安全を確保するため、第２電極支持部材の
内部およびトップカバー」―而に適当な冷却手段を配設
することができる。このような冷却手段としては、例え
ば、冷却水を循環させるようなタイプのもの、あるいは
電子冷凍装置等を使用できる。

［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、サセプタから第２の電極までの外周を
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。

従来のプラズマＣＶＤＷｆｔ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、サセプタ上の第１の電極と、これに対向する第２の
電極との間の反応空間の温度を精々５００℃程度にまで
しか−［―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
ら第２の電極までの外周を包囲する断熱材が配設されて
いるので第１の電極と第２の電極との間の反応空間内の
温度を８００〜８００℃にまで上昇させることができる
。

また、第１の電極にバイアス電圧を印加する機構が配設
されているので、第２の電極を接地してゼロ電位として
第１の電極にマイナスのバイアス電圧を印加することが
できる。このようにすると、第１の電極から第２の電極
に向けて放電が起こる。

下側から１−側に向けて放電を起こさせて成膜処理する
と、イオン分の損失を軽減することができるだけでなく
、パターン段差部は傾斜のついたなだらかな面に形成さ
れる。このような段差部を有するパターンに薄膜を複数
層積層させても、段差部のところには“巣”が発生しな
い。

かくして、本発明のプラズマＣＶＤ装置によればパター
ン段差部に“巣”のない、均一な膜質のＣＶＤ膜を得る
ことができる。

【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■−■線に沿った底面図であり、第
３図は第２の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ｍ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、５２ａ＊　５２ｂ、５２ｃｍ
・・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・・・第１の
電極、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ・・・絶縁材、６３−・
・加熱ユニット、６４・・・炭化ケイ素伝熱板、６５・
・・遊嵌孔。６６・・・棒状導体、６８・・・板状十字形導体、７０
・・・支柱＊　７２　ａｅ　７２　ｂｅ　７２　ｃ　”
・円筒状断熱材。７３・・・フラットケーブル、７４・・・バイアス電源
接続端子、７６・・・整流回路、７７−・・高周波電源
。８０ａ、８０ｂｓ　８０ｃ・・・円筒状断熱材ｔ　８２
ａ。８２　ｂ　、　８２　ｃ　・・・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、９４ａ、９４ｂｔ　　９４ｃ”’アーム孔。１００・・・ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ウェハが載置される第１の電極を上面に有し、こ
の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、このサセプタ上の第１の電極に対向する第２
の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
、サセプタから第２の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、前記第１の電極にバ
イアス電圧を印加する機構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）第１の電極には、第２の電極に対して、負の電圧
が印加され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。