TWI547591B - 電漿處理裝置及電漿ｃｖｄ裝置及在電漿處理裝置中形成薄膜的製造方法 - Google Patents

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Description

電漿處理裝置及電漿CVD裝置及在電漿處理裝置中形成薄膜的製造方法
本發明係關於電漿處理裝置及電漿CVD裝置。
近年來，半導體裝置成為人類生活不可缺少的。這裏，半導體裝置是指包含至少一個電晶體的裝置，各種電子裝置都屬於半導體裝置。
包含在半導體裝置中的電晶體等的元件由薄膜構成。為形成這樣的薄膜，電漿處理是不可缺少的。此外，這裏電漿CVD法等也包括在電漿處理中。例如，當使用玻璃基板製造薄膜電晶體時，藉由將電漿CVD法應用於閘極絕緣膜的形成，能夠在低溫下形成緻密的膜。
這樣，當製造包含在半導體裝置中的電晶體等的元件時利用電漿處理裝置，由此，關於電漿處理裝置的各種技術開發也不斷得到發展(例如，專利文獻1)。
[專利文獻1]　日本專利申請公開　平11-297496號公報
另一方面，作為電漿處理裝置所要求的性能之一可舉出電漿的均勻性。為了提高電漿的均勻性，使上部電極與下部電極之間的電場強度的時間平均及導入氣體的分佈均勻即可。此外，“時間平均”是指一個週期的電場強度的平均值。
本發明的一個方式提供一種能夠使電場強度均勻且使導入氣體的分佈均勻的電漿處理裝置。
本發明的一個方式的電漿處理裝置具有如下結構：將上部電極與罩住上部電極的室壁設為共軸形狀，藉由所述上部電極內的氣體管而導入的氣體經過分散板和簇射板(shower plate)而導入到處理室，其中，所述分散板與所述上部電極內的所述氣體管對置，並且該分散板具有分散板中央部及分散板周邊部，該分散板中央部未設置氣體孔，該分散板周邊部圍繞所述分散板中央部且設置有多個氣體孔。
本發明的一個方式是一種電漿處理裝置，其特徵在於，具有：上部電極的電極面與下部電極的電極面對置且被室壁罩住的處理室；以及由所述上部電極及絕緣體與所述處理室分隔且被所述室壁的同一室壁罩住的線室(line chamber)，其中所述處理室與設置在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室連接，所述第一氣體擴散室與設置在所述分散板與所述上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室連接，所述第二氣體擴散室連接到所述上部電極內的第一氣體管，所述上部電極內的所述第一氣體管連接到第二氣體管，所述第二氣體管連接到處理用氣體供應源，所述線室具有連接到惰性氣體供應源的氣體導入口、共軸設置的所述上部電極及所述室壁，所述分散板與連接到所述上部電極的電極面的在所述上部電極內的所述第一氣體管的氣體導入口對置，並且，該分散板具有分散板中央部及分散板周邊部，該分散板中央部未設置氣體孔，該分散板周邊部圍繞所述分散板中央部且設置有多個氣體孔。
在上述結構中，所述簇射板設置有多個氣體孔，較佳的是，所述簇射板的氣體孔的數量多於所述分散板的氣體孔的數量。或者上述結構中，所述簇射板設置有多個氣體孔，較佳的是，在所述簇射板的一個主表面上的氣體孔的總面積大於在所述分散板的一個主表面上的氣體孔的總面積。這是因為能夠在所述第一氣體擴散室中使氣體均勻地分散的緣故。
在上述結構中，所述上部電極連接有溫度計，並且較佳的是，所述上部電極中的溫度計的連接部分與所述上部電極內的所述第一氣體管的氣體導入口關於所述上部電極的電極面的中心點點對稱。這是因為可以提高來自所述上部電極的電場的均勻性的緣故。備選地，在上述結構中，所述上部電極設置有冷卻介質的路徑較佳，該路徑繞過所述上部電極內的第一氣體管的氣體導入口附近。作為冷卻介質，例如可以使用水或油等。備選地，電漿處理裝置可以連接到排氣系統。
本發明的一個方式的電漿處理裝置，包括：第一電極；所述第一電極中的路徑；連接到所述路徑的第一埠的管；所述第一電極下的第一板，其中所述第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多個孔的第二部分，並且所述第一部分與所述路徑的第二埠重疊；在所述第一電極下的第二電極，所述第一板置於所述第一電極與所述第二電極之間；以及圍繞所述第一電極和所述第一板的壁，其中，所述壁和所述第一電極共軸設置。所述電漿處理裝置可以還包括所述第一板下的第二板，該第二板具有多個孔，其中，所述第二板的孔的數量多於所述第一板的孔的數量。備選地，所述電漿處理裝置可以包括所述第一板下的第二板，該第二板具有多個孔，其中，所述第二板的孔的總面積大於所述第一板的孔的總面積。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置，即其中所述第一電極包括可連接到溫度計的部分，並且其中該部分設置為關於所述第一電極的表面的中心點與所述第一埠點對稱。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置，即其中所述第一電極包括可流過冷卻介質的第二路徑，並且其中所述第二路徑繞過所述第一埠的附近。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置，即其中所述電漿處理裝置可連接到排氣系統。備選地，所述電漿處理裝置可以還包括絕緣體，該絕緣體置於所述壁與所述第一電極的側面之間。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置，即其中所述第一板具有盤狀。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置即其中所述電漿處理裝置用於膜形成。備選地，也可以提供這樣的所述電漿處理裝置，即其中被所述壁罩住的室、所述第一電極的表面以及絕緣體連接到惰性氣體供應源。
上述結構的電漿處理裝置例如是電漿CVD裝置。
能夠提供一種能使來自上部電極的電場的強度均勻且使導入氣體的分佈均勻的電漿處理裝置。
下面，使用圖式對本發明的實施方式進行詳細的說明。但是，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是本發明的方式及詳細內容可以不脫離其宗旨及範圍地被變換為各種各樣的形式。因而，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示實施方式所記載的內容中。
圖1表示本發明的一個方式的電漿處理裝置的示意圖。圖1B示出電漿處理裝置100整體的主要結構的剖面圖，而圖1A示出沿圖1B的A-B線的剖面圖。
圖1所示的電漿處理裝置100具有處理室102和線室104。處理室102由室壁114罩住，在處理室102中，上部電極110的電極面與下部電極112的電極面設置成對置。線室104由室壁114罩住，由上部電極110及絕緣體(上部電極110的電極面與室壁114之間的以空白部表示的部分)與所述處理室102分隔。
處理室102與設置在分散板116與簇射板118之間的第一氣體擴散室106連接，第一氣體擴散室106與設置在分散板116與上部電極110的電極面之間的第二氣體擴散室108連接，第二氣體擴散室108連接到上部電極110內的第一氣體管120，上部電極110內的第一氣體管120連接到第二氣體管122，第二氣體管122連接到處理用氣體供應源124。
線室104具有連接到惰性氣體供應源的氣體導入口126、共軸設置的上部電極110及室壁114。線室104為正壓的惰性氣體氣圍較佳。
此外，在本說明書中，“正壓的氣圍”為高於大氣壓的氣壓較佳，但不侷限於此。至少為高於處理室內的壓力的氣壓即可。
在此，藉由將線室104內設定為正壓的惰性氣體氣圍，可以防止線室104內的構件氧化等，降低維護頻度，並可以增大平均故障間隔(MTBF：Mean Time Between Failure)。
此外，在圖1所示的電漿處理裝置中，由於將上部電極110及室壁114設為共軸形狀，所以不阻礙導入的惰性氣體的路徑。由此，在上部電極110的線部中，同一高度處的溫度分佈的均勻性提高，並能夠使當供應到上部電極110的電力為高頻率時的上部電極的線部的表面上的電力傳播穩定。從而，藉由將上部電極110和室壁114設為共軸形狀，能夠減小阻抗且提高傳輸效率。並且，可以提高上部電極110上的電場分佈的均勻性。
在此，當設上部電極110的線部的直徑為d，室壁114內側的直徑為D，線室104的氣圍的相對介電常數為ε時，阻抗Z由式1表示。
根據上述式1，藉由增大相對介電常數ε能夠減小阻抗Z。由於可以適當地選擇導入線室104內的氣體，所以能夠選擇相對介電常數ε大的氣體以減小阻抗Z。例如，在採用氮氣圍作為線室104的氣圍的情況下，當線室104的氣圍中的溫度為20℃時，相對介電常數為ε=5.47左右。另外，在採用氬氣圍作為線室104的氣圍的情況下，當線室104的氣圍中的溫度為20℃時，相對介電常數為ε=5.17左右。
另外，由於藉由將線室104內的氣圍設定為正壓的惰性氣體氣圍，可以進行線室104內的構件的散熱，所以，例如即使在上部電極110具備加熱器的情況下也可以防止上部電極110的過熱。另外，較佳的是，如圖1B所示那樣將溫度計128連接於上部電極110。
另外，藉由將線室104內設定為正壓的惰性氣體氣圍，即使在室壁114發生洩漏的情況下也可以抑制大氣成分進入處理室102。
圖2示出分散板116的一個主表面的概略。圖2所示的分散板116具有分散板中央部130和分散板周邊部132。分散板中央部130是與連接到上部電極110的電極面的在上部電極110內的第一氣體管120的氣體導入口對置而配置的部分，其未設置氣體孔。分散板周邊部132設置有多個氣體孔。
此外，簇射板118設置有多個氣體孔，較佳的是，簇射板118的氣體孔的數量多於分散板116的氣體孔的數量。或者，簇射板118設置有多個氣體孔，較佳的是，簇射板118的氣體孔的總面積大於分散板116的氣體孔的總面積。這是因為能夠在第二氣體擴散室108中均勻地分散氣體的緣故。
如上所述，由於分散板116的分散板中央部130未設置氣體孔，所以能夠防止從第一氣體管120的氣體導入口導入的氣體未充分擴散而導入到第一氣體擴散室106，並能夠提高導入到處理室102的氣體的均勻性。
圖3示出上部電極110的電極面的一個例子。這裏，圖3是從與下部電極112相反一側觀察到的上部電極110的電極面的圖。圖3所示的上部電極110設置有第一氣體管120的氣體導入口144、溫度計的連接部分146以及冷卻介質路徑140，冷卻介質路徑140在第一氣體管120的氣體導入口144的附近具有迂回部142。
溫度計的連接部分146較佳位於：以上部電極110的電極面的中心點為基準與上部電極110內的第一氣體管120的氣體導入口144點對稱的位置。這是因為能夠連接溫度計而不降低來自上部電極110的電場的均勻性的緣故。
迂回部142設置在第一氣體管120的氣體導入口144附近較佳。作為冷卻介質，例如能夠使用水或油等。
另外，冷卻介質路徑140不侷限於圖3所示的形態。由此，也可以不設置迂回部142。
第一氣體管120的主要部的剖面的直徑d1及第二氣體管122的主要部的剖面的直徑d2的大小可以設定為當對上部電極110供應電力時第一氣體管120中或第二氣體管122中不產生放電的程度。此外，d1和d2設為大致相等的大小即可。
設上部電極110的電極面與第一氣體管120所形成的角度為θ，則第一氣體管120的氣體導入口的直徑d3可表示為d3=d1/sinθ。但是，第一氣體管120的直徑也可以在氣體導入口處增大。另外，第一氣體管120的氣體導入口的直徑d3的大小也設定為不產生放電的程度。
分散板中央部130的直徑d4大於第一氣體管120的氣體導入口的直徑d3較佳。這是為了防止從第一氣體管120的氣體導入口導入的氣體未擴散而導入到第一氣體擴散室106。
圖4A至4C示出當對圖1的電漿處理裝置100的處理室102導入處理氣體並對上部電極110和下部電極112施加電壓時的各種示意圖，亦即，圖4A至4C示出C-D處的電場強度的分佈(圖4A)、C-D處的處理氣體的分佈(圖4B)以及E-F處的反應性物質的分佈(圖4C)。
如圖4A所示，電場強度在與上部電極110及下部電極112的中央部重疊的位置上具有峰值，但是由於在圖1所示的電漿處理裝置100中電場強度的均勻性高，所以該電場強度的梯度平緩。此外，如圖4B所示，處理氣體的分佈在與分散板中央部130重疊的位置以外的區域中具有兩個峰值，根據圖4A所示的電場強度和圖4B所示的處理氣體的分佈，可以認為反應性物質(被電離的材料物質)以圖4C所示的方式分佈。當反應性物質(被電離的材料物質)如圖4C所示的方式分佈時，例如在利用電漿處理裝置100藉由電漿CVD法在基板上進行成膜的情況下，能夠減小基板面內的膜厚度的偏差，並能夠提高均勻性。或者，即使不是進行成膜的情況，也可以對基板進行高均勻性的電漿處理。
另外，當在2000Pa以上100000Pa以下，較佳在4000Pa以上50000Pa以下的壓力下進行電漿處理時，本發明的一個方式的電漿處理裝置特別有效。
100．．．電漿處理裝置
102．．．處理室
104．．．線室
106．．．第一氣體擴散室
108．．．第二氣體擴散室
110．．．上部電極
112．．．下部電極
114．．．室壁
116．．．分散板
118．．．簇射板
120．．．第一氣體管
122．．．第二氣體管
124．．．處理用氣體供應源
126．．．與惰性氣體供應源連接的氣體導入口
128．．．溫度計
130．．．分散板中央部
132．．．分散板周邊部
140．．．冷卻介質路徑
142．．．迂回部
144．．．第一氣體管120的氣體導入口
146．．．溫度計的連接部分
d1．．．第一氣體管120的主要部的剖面的直徑
d2．．．第二氣體管122的主要部的剖面的直徑
d3．．．第一氣體管120的氣體導入口的直徑
d4．．．分散板中央部的直徑
在圖式中：
圖1A和1B是本發明的一個方式的電漿處理裝置的示意圖。
圖2是本發明的一個方式的電漿處理裝置的分散板的示意圖。
圖3是本發明的一個方式的電漿處理裝置的上部電極的電極面的示意圖。
圖4A至4C是表示圖1A和1B的電漿處理裝置的電場強度等的分佈的示意圖。
100．．．電漿處理裝置
102．．．處理室
104．．．線室
106．．．第一氣體擴散室
108．．．第二氣體擴散室
110．．．上部電極
112．．．下部電極
114．．．室壁
116．．．分散板
118．．．簇射板
120．．．第一氣體管
122．．．第二氣體管
124．．．處理用氣體供應源
126．．．與惰性氣體供應源連接的氣體導入口
128．．．溫度計
130．．．分散板中央部
132．．．分散板周邊部
d1．．．第一氣體管120的主要部的剖面的直徑
d2．．．第二氣體管122的主要部的剖面的直徑
d3．．．第一氣體管120的氣體導入口的直徑
d4．．．分散板中央部的直徑

Claims (19)

  1. 一種電漿處理裝置，包括：被室壁的第一部分罩住的處理室，其中上部電極的電極面與下部電極的電極面對置；被該室壁的第二部分罩住且由該上部電極及絕緣體與該處理室分隔的線室；在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室，其中該第一氣體擴散室連接到該處理室；在該分散板與該上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室，其中該第二氣體擴散室連接到該第一氣體擴散室及在該上部電極內的第一氣體管，其中，該上部電極內的該第一氣體管的第一氣體導入口連接到第二氣體管，該第二氣體管連接到處理用氣體供應源，該線室包括與惰性氣體供應源連接的氣體導入口，以及共軸設置的該上部電極及該室壁，該分散板包括：中央部，該中央部與在該上部電極內的該第一氣體管的第二氣體導入口對置，且未設置氣體孔，其中該上部電極內的該第一氣體管的該第二氣體導入口連接到該上部電極的電極面；以及周邊部，該周邊部圍繞該中央部且設置有多個氣體孔，其中，該第一氣體管的該第二氣體導入口與該分散板 的該中央部重疊，並且該第一氣體管的該第一氣體導入口與該分散板的該周邊部重疊，以及其中，該處理室具有關於該下部電極的中心軸而對稱佈置的第一排氣埠及第二排氣埠。
  2. 根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，該簇射板包括多個氣體孔，並且該簇射板的氣體孔的數量多於該分散板的氣體孔的數量。
  3. 根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，該簇射板包括多個氣體孔，並且在該簇射板的表面中的氣體孔的總面積大於在該分散板的表面中的氣體孔的總面積。
  4. 根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，該上部電極包括可與檢測該上部電極的溫度之溫度計連接的連接部分，以及其中，該連接部分與該上部電極內的該第一氣體管的該第一氣體導入口關於該上部電極的電極面的中心點點對稱。
  5. 根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，該上部電極包括冷卻介質的路徑，其中，該路徑的第一區域和第二區域的各者沿著該上部電極的圓形外緣是圓弧形， 其中，該路徑的第三區域沿著在該上部電極內的該第一氣體管的該第一氣體導入口的圓形外緣是圓弧形，並位在該第一氣體導入口與該上部電極內的該電極面的中心點之間，以及其中，該第一區域透過該第三區域連接到該第二區域。
  6. 根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該分散板的直徑小於該上部電極的直徑與該下部電極的直徑，以及其中該簇射板的直徑小於該上部電極的直徑與該下部電極的直徑。
  7. 一種電漿CVD裝置，該電漿CVD裝置是根據申請專利範圍第1項之電漿處理裝置。
  8. 一種電漿處理裝置，包括：第一電極；該第一電極中的路徑；與該路徑的第一埠連接的管；該第一電極下的第一板，其中該第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多個孔的第二部分，並且該第一部分與該路徑的第二埠重疊，並且該第二部分與該路徑的該第一埠重疊；在該第一電極下的第二電極，該第一板置於該第一電極與該第二電極之間；以及圍繞該第一電極和該第一板的壁， 其中，該壁和該第一電極共軸設置，以及其中，該壁具有關於該第二電極的中心軸而對稱佈置的第一排氣埠及第二排氣埠。
  9. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，還包括：該第一板下的第二板，該第二板包括多個孔，其中，該第二板的孔的數量多於該第一板的孔的數量。
  10. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，還包括：該第一板下的第二板，該第二板包括多個孔，其中，該第二板的孔的總面積大於該第一板的孔的總面積。
  11. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，該第一電極包括可連接到檢測該第一電極的溫度之溫度計的部分，並且該部分設置為關於該第一電極的表面的中心點與該第一埠點對稱。
  12. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，該第一電極包括可流過冷卻介質的第二路徑，並且其中，該第二路徑的第一區域和第二區域的各者沿著該第一電極的圓形外緣是圓弧形， 其中，該第二路徑的第三區域沿著在該第一電極內的該路徑的該第一埠的圓形外緣是圓弧形，並位在該第一埠與該第一電極內的電極面的中心點之間，以及其中，該第一區域透過該第三區域連接到該第二區域。
  13. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，還包括：絕緣體，該絕緣體置於該壁與該第一電極的側面之間。
  14. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中該第一板具有盤狀。
  15. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置用於膜形成。
  16. 根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中被該壁罩住的室、該第一電極的表面以及絕緣體連接到惰性氣體供應源。
  17. 根據申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中該第一板的直徑小於該第一電極的直徑與該第二電極的直徑，以及其中該第二板的直徑小於該第一電極的直徑與該第二電極的直徑。
  18. 一種電漿CVD裝置，該電漿CVD裝置是根據申請專利範圍第8項之電漿處理裝置。
  19. 一種在電漿處理裝置中形成薄膜的製造方法，其 中，該電漿處理裝置包括：被室壁的第一部分罩住的處理室，其中上部電極的電極面與下部電極的電極面對置；被該室壁的第二部分罩住且由該上部電極及絕緣體與該處理室分隔的線室；在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室，其中該第一氣體擴散室連接到該處理室；在該分散板與該上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室，其中該第二氣體擴散室連接到該第一氣體擴散室及在該上部電極內的第一氣體管，其中，該上部電極內的該第一氣體管的第一氣體導入口連接到第二氣體管，該第二氣體管連接到處理用氣體供應源，該線室包括連接到惰性氣體供應源的氣體導入口，以及共軸設置的該上部電極及該室壁，該分散板包括：中央部，該中央部與在該上部電極內的該第一氣體管的第二氣體導入口對置，且未設置氣體孔，其中該上部電極內的該第一氣體管的該第二氣體導入口連接到該上部電極的電極面；周邊部，該周邊部圍繞該中央部且設置有多個氣體孔，其中，該第一氣體管的該第二氣體導入口與該分散板 的該中央部重疊，並且該第一氣體管的該第一氣體導入口與該分散板的該周邊部重疊，以及其中，該處理室具有關於該下部電極的中心軸而對稱佈置的第一排氣埠及第二排氣埠，該製造方法包括：藉由利用經過該分散板及該簇射板的氣體來形成薄膜。
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