WO2019181438A1 - 成膜装置およびそれに用いる載置台 - Google Patents

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WO2019181438A1
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WO
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film
mounting
adjustment member
mounting table
forming apparatus
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金望 李
大輔 大場
浩之 生田
佳紀 森貞
軍司　勲男
小宮　隆行
博一 上田
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a film forming apparatus and a mounting table used therefor.
  • the plasma of the edge portion of the semiconductor wafer (also simply referred to as a wafer) that is the object to be processed becomes uneven, and the film thickness of the edge portion tends to be thicker than the inner portion. It is in.
  • Patent Document 1 a technique for adjusting the edge shape of a shower plate that discharges gas onto a wafer has been proposed.
  • Non-Patent Document 1 a focus ring is provided outside the wafer, and the influence of the material, inner diameter (distance from the wafer edge), shape, etc. on the plasma has been studied.
  • Patent Documents 2 to 6 describe that the focus ring is used for forming a metal film such as a Ti film or a W film.
  • the present disclosure provides a technique capable of suppressing the non-uniformity of the film thickness of the edge portion of the target object when forming a predetermined film on the target object using plasma.
  • a film formation apparatus is a film formation apparatus that forms a predetermined film on a target object using plasma, and includes a processing container that stores the target object, and the processing container.
  • a mounting table for mounting the object to be processed, a processing gas introduction mechanism for introducing a processing gas for film formation into the processing container, and a plasma generation mechanism for generating plasma in the processing container;
  • the mounting table includes a mounting table main body having a processing object mounting area on an upper surface, and a processing object that is provided in an annular shape so as to surround the processing object mounting area, and is mounted on the processing object mounting area And an adjustment member for adjusting the plasma, which has a height higher than that.
  • the present disclosure when forming a predetermined film on the object to be processed using plasma, it is possible to suppress unevenness of the film thickness at the edge portion of the object to be processed.
  • the film thickness of the edge portion of the object to be processed is several times that of the inner portion. It tends to increase by more than%.
  • an insulating film such as a silicon nitride (SiN) film or a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed, a film thickness uniformity of 1% or less is required. The effect of increasing the thickness on the uniformity of the film thickness is large.
  • the edge of the workpiece has a discontinuous structure, and this discontinuous structure locally increases the plasma density of the edge of the workpiece. it is conceivable that.
  • Non-Patent Document 1 the influence of the material, inner diameter, shape, and the like of the focus ring on the plasma in the plasma etching apparatus is studied, but the film thickness uniformity in plasma CVD is not studied.
  • the inventors have conducted various studies on members disposed on the outer side of the edge of the object to be processed, such as a focus ring, in order to eliminate the unevenness of the film thickness at the edge of the object to be processed. .
  • a focus ring members disposed on the outer side of the edge of the object to be processed.
  • it has been found that it is effective to arrange an annular part for adjusting plasma similar to that of the conventional focus ring on the outer part of the edge of the object to be processed, and to make its height higher than that of the object to be processed. It was.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a film forming apparatus according to an embodiment.
  • the film forming apparatus 100 of this example is configured as a capacitively coupled single-wafer plasma CVD apparatus that forms a SiN film or a SiO 2 film while forming plasma by forming a high-frequency electric field on parallel plate electrodes.
  • the film forming method is not limited to CVD, and ALD is also allowed.
  • the film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical processing container 1. On the bottom of the processing container 1, a mounting table 2 is provided on which a wafer W as an object to be processed is mounted.
  • the mounting table 2 has a wafer mounting area on the upper surface, and is provided outside the wafer mounting area of the mounting table main body 2a made of insulating ceramics such as aluminum nitride (AlN) and the mounting table main body 2a.
  • An adjustment member 50 for adjusting plasma is formed in a ring shape.
  • An electrode 3 that functions as a lower electrode of the parallel plate electrode is provided inside the mounting table body 2a. Further, a heater 4 for heating the wafer W is provided in the mounting table main body 2a. Details of the adjustment member 50 will be described later.
  • a shower head 5 that also functions as an upper electrode of a parallel plate electrode is provided on the top wall of the processing vessel 1 via an insulating member 9.
  • the shower head 5 is provided with a gas diffusion space 6 therein, and a large number of gas discharge holes 7 are formed in the shower plate 5 a on the lower surface of the shower head 5.
  • a gas introduction hole 8 is formed at the center of the top wall of the processing container 1. Gas is introduced into the gas diffusion space 6 through the gas introduction hole 8, and the gas is introduced into the processing container 1 from the gas discharge hole 7. It is designed to be discharged.
  • a gas diffusion plate may be provided in the gas diffusion space 6 of the shower head 5.
  • the mounting table 2 is provided with a mechanism (not shown) that can adjust the gap with the shower head 5 that is the upper electrode.
  • the shower head 5 is connected to a high-frequency power source 10 for generating plasma via a matching unit 11.
  • a high frequency electric field is formed between the shower head 5 and the mounting table 2 (electrode 3), thereby generating capacitively coupled plasma in the processing chamber 1. Is done.
  • the frequency of the high frequency power supply 10 is, for example, 13.56 MHz.
  • the supply site of the high frequency power is not limited to the shower head 5.
  • the film forming apparatus 100 has a gas supply mechanism 20 for supplying gas from the gas introduction hole 8 to the shower head 5.
  • the gas supply mechanism 20 includes a Si source gas supply source, an oxidant supply source, a nitriding agent supply source, an inert gas supply source, and a cleaning gas supply source (all not shown).
  • the oxidizing agent, the nitriding agent, the inert gas, and the cleaning gas are supplied to the shower head 5 through individual pipes (not shown) and the pipe 21.
  • the individual piping is provided with an opening / closing valve and a flow rate controller (none of which is shown) such as a mass flow controller.
  • any Si-containing compound applicable to the CVD method can be used, and is not particularly limited, but a silane compound, an aminosilane compound, a chlorosilane compound, and the like can be suitably used.
  • an alkoxide compound such as tetraethoxysilane (TEOS) can also be used.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • NH 3 gas or N 2 gas can be preferably used.
  • the oxidant O 2 gas, O 3 gas, H 2 O, NO 2 gas, or the like can be used.
  • the inert gas is used as a purge gas or a plasma generation gas, and a rare gas such as Ar gas can be suitably used.
  • the cleaning gas cleans the inside of the processing container after film formation and the exhaust system, and for example, plasma of NF 3 gas is used.
  • An exhaust port 30 is provided on the bottom wall of the processing container 1, and an exhaust pipe 31 is connected to the exhaust port 30.
  • An automatic pressure control valve (APC) 32 for controlling the pressure in the processing container 1 and a vacuum pump 33 are connected to the exhaust pipe 31. Then, the inside of the processing container 1 is evacuated by the vacuum pump 33, and the pressure in the processing container 1 is controlled by adjusting the opening of the automatic pressure control valve (APC) 32 during the film forming process.
  • APC automatic pressure control valve
  • a loading / unloading port 34 for loading / unloading the wafer W into / from an adjacent vacuum transfer chamber (not shown) and a gate valve 35 for opening / closing it are provided on the side wall of the processing chamber 1.
  • the film forming apparatus 100 includes a control unit 40.
  • the control unit 40 is a main control unit including a CPU that controls each component of the film forming apparatus 100, such as valves, a mass flow controller that is a flow rate controller, a heater power source, and a high-frequency power source, and inputs such as a keyboard and a mouse.
  • the main control unit of the control unit 40 sets the storage medium in which the processing recipe is stored in the storage device, thereby causing the film forming apparatus 100 to perform a predetermined operation based on the processing recipe called from the storage medium.
  • the adjustment member 50 of the mounting table 2 described above will be described in detail.
  • the adjustment member 50 is provided in an annular shape (ring shape) so as to surround the wafer mounting area outside the wafer mounting area on the upper surface of the mounting table main body 2a.
  • the adjustment member 50 has a function of adjusting the plasma at the wafer edge portion, similarly to the conventional focus ring.
  • the adjustment member 50 is provided such that the height of the adjustment member 50 is higher than the height of the wafer W when the wafer W is placed in the wafer placement region.
  • the adjustment member 50 is preferably formed of an insulating ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or AlN. Insulating ceramics has a high film thickness adjusting effect on the edge portion of the wafer W, and has high resistance to NF 3 plasma used for cleaning. As the insulating ceramic, Al 2 O 3 having higher resistance to NF 3 plasma is preferable.
  • the adjustment member 50 may be made of the same material and the same AlN as the mounting table main body 2a in order to prevent displacement during temperature rise due to a difference in thermal expansion.
  • the mounting base main body 2a and the adjusting member 50 can be prevented from being misaligned during temperature rise due to a difference in thermal expansion by being made of the same material regardless of the material.
  • the difference between the height of the adjusting member 50 and the height of the wafer surface is preferably in the range of 0.3 to 2.5 mm. With the height in this range, the effect of adjusting the film thickness of the wafer edge portion can be enhanced. A more preferable range of this height difference is a range of 0.8 to 2.0 mm.
  • the adjustment member 50 may be composed of a single member, and the height may be adjusted according to the thickness thereof. However, as shown in FIG. 3, the first member 51 and the second member 52 may be adjusted.
  • the adjustment member 50 having a predetermined height may be configured by overlapping the two.
  • the number of sheets to be stacked is not particularly limited.
  • the first member 51 and the second member 52 may be the same material or different materials.
  • the mounting table main body 2a is made of AlN
  • the first member 51 adjacent to the mounting table main body 2a may be made of AlN
  • the second member 52 thereon may be made of Al 2 O 3 . Thereby, the position shift due to the thermal expansion difference can be suppressed by the first member 51, and the plasma resistance can be increased by the second member 52.
  • the outer portion of the wafer mounting area of the mounting table body 2 a may be an annular convex portion 53 higher than the wafer surface, and the annular convex portion 53 may be used as the adjustment member 50.
  • the outer portion of the wafer mounting area of the mounting table main body 2 a is an annular portion 54, and an annular member 55 is disposed on the annular portion 54, and the annular portion 54, the annular member 55,
  • the adjustment member 50 may be configured as described above.
  • the annular member 55 is also preferably made of an insulating ceramic such as Al 2 O 3 or AlN.
  • the distance between the adjustment member 50 and the wafer W is preferably as narrow as possible, and is preferably 1 mm or less. More preferably, it is 0.5 mm or less. Further, it is preferable to adjust the distance strictly in units of 0.1 mm so that the distance between the adjustment member 50 and the wafer W is uniform.
  • the inside of the processing container 1 is adjusted to a predetermined pressure, then the gate valve 35 is opened, and the transfer means (not shown) passes through the loading / unloading port 34.
  • a wafer W is carried in from an adjacent vacuum transfer chamber (not shown). Then, the wafer W is placed on the wafer placement region on the top surface of the placement table main body 2 a of the placement table 2. Thereafter, the transfer means is retracted from the processing container 1 and the gate valve 35 is closed.
  • an inert gas for example, Ar gas
  • the pressure in the processing container 1 is set to 66.7 to 1333 Pa by the automatic pressure control valve (APC) 32 while exhausting by the vacuum pump 33. Adjust to (0.5 to 10 Torr).
  • the temperature of the wafer W is controlled to a predetermined temperature in the range of 200 to 600 ° C. by the heater 4.
  • high-frequency power is applied from the high-frequency power source 10 to the shower head 5 that is the upper electrode, and Si raw material and nitriding agent, or Si raw material and oxidizing agent are introduced into the processing vessel 1.
  • a high frequency electric field is formed between the shower head 5 as the upper electrode and the wafer mounting table 2 (electrode 3) as the lower electrode, and a SiN film or a SiO 2 film is formed by plasma CVD.
  • the adjusting member 50 When the adjusting member 50 is not present, the high frequency electric field between the shower head 5 and the mounting table 2 (electrode 3) is locally changed due to the discontinuous structure of the wafer edge, and the plasma density is locally increased at the wafer edge portion. As a result, the film thickness is considered to be non-uniform at the wafer edge.
  • the height is higher than the wafer W outside the wafer W placed in the wafer placement region of the placement table main body 2a.
  • An adjustment member 50 having an annular shape is provided.
  • the difference between the height of the adjustment member 50 and the height of the wafer surface is preferably in the range of 0.3 to 2.5 mm, and 0.8 to 2. A range of 0 mm is more preferable.
  • the height of the upper surface of the adjustment member 50 in addition to the height of the upper surface of the adjustment member 50, the gap between the shower head 5 as the upper electrode and the wafer mounting table 2 as the lower electrode, the gas diffusion plate provided in the shower head Conductance distribution, process parameters (pressure, temperature, gas flow rate, etc.), the distance between the adjustment member 50 and the wafer W, etc. have an influence, and after adjusting these, the height position of the upper surface of the adjustment member 50 is adjusted. By doing so, extremely high film thickness uniformity can be obtained.
  • a film thickness uniformity of 1% or less is required, and it is effective to make the film thickness uniform by the adjusting member 50 having a height higher than that of the wafer. It is.
  • an adjustment member (adjustment member A) made of an Al 2 O 3 member having a thickness of 1 mm is provided outside the wafer placement region of the AlN placement table main body having a flat upper surface.
  • an adjustment member (adjustment member B) in which an Al 2 O 3 member having a thickness of 1 mm is stacked on an AlN member having a thickness of 1 mm is disposed.
  • a wafer having a diameter of 300 mm and a thickness of about 0.8 mm (0.775 mm) was used, and the adjusting member was a ring-shaped member having an inner diameter of 301 mm.
  • the difference between the height of the adjustment member A and the height of the wafer is about 0.2 mm, and the difference between the height of the adjustment member B and the height of the wafer is about 1.2 mm.
  • the interelectrode gap between the shower head as the upper electrode and the mounting table as the lower electrode is 10 mm and 15 mm when the SiO 2 film is formed, and only 15 mm when the SiN film is formed. did.
  • FIG. 6 is a diagram showing a radial thickness distribution when an SiO 2 film is formed with a gap between electrodes of 10 mm.
  • FIG. 7 is a diagram showing a radial thickness distribution when an SiO 2 film is formed with an interelectrode gap of 15 mm.
  • FIG. 8 is a diagram showing a film thickness distribution in the radial direction when a SiN film is formed with an interelectrode gap of 15 mm.
  • the adjustment member A and the adjustment member B were effective in suppressing an increase in the film thickness at the wafer edge, but the effect was that the difference in height from the wafer was 1.2 mm. It was confirmed that the member B was larger.
  • the film thickness uniformity of the film thickness can be improved by adjusting the film thickness of the wafer edge by the height of the adjusting member.
  • the film thickness reduction at the wafer edge can be adjusted by the distance between the adjustment member and the wafer, and the inclination of the wafer inner part is optimized for the conductance distribution of the gas diffusion plate provided in the shower head, the process It can be adjusted by parameter optimization or the like.
  • Adjustment member C is a case where a convex part is used as an adjustment member as it is.
  • the adjusting member D is a case where an adjusting member is configured by arranging an Al 2 O 3 member having a thickness of 1 mm on the annular convex portion (height 1.8 mm).
  • the adjustment member E is a case where the adjustment member is configured by disposing an Al 2 O 3 member having a thickness of 1.5 mm on the annular convex portion (height 2.3 mm).
  • the difference between the height of the adjustment member C and the height of the wafer is almost zero, the difference between the height of the adjustment member D and the height of the wafer is 1 mm, and the difference between the height of the adjustment member E and the height of the wafer is 1. 5 mm.
  • FIG. 9 is a diagram showing the radial thickness distribution when the SiO 2 film is formed
  • FIG. 10 is a diagram showing the radial thickness distribution when the SiN film is formed. Both figures show both the film thickness distribution of the edge from the wafer center and the film thickness distribution of only the edge portion.
  • the increase in the film thickness at the wafer edge portion was large.
  • the adjusting members D and E in which the Al 2 O 3 member is arranged on the annular convex portion are used, the film thickness of the wafer edge portion is increased, but it depends on the height of the adjusting member. The effect of reducing the film thickness at the wafer edge was observed.
  • the increase in the film thickness at the wafer edge portion was also large.
  • the adjusting members D and E in which the Al 2 O 3 member is arranged on the annular convex portion are used, the film thickness at the wafer edge is hardly increased, but rather at the outermost edge. Had fallen.
  • the adjustment member D having a height difference of 1.0 mm from the wafer was used, the film thickness distribution was almost optimized.
  • a film forming apparatus for forming an insulating film such as a SiO 2 film or a SiN film
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to an apparatus for forming another film. Can do.
  • a capacitively coupled plasma CVD apparatus that generates plasma by forming a high-frequency electric field between parallel plate electrodes is exemplified as the film forming apparatus.
  • the present invention is not limited to this.
  • the semiconductor wafer has been described as an example of the object to be formed, but the present invention is not limited to this.

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Abstract

プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜する成膜装置は、被処理体を収容する処理容器と、処理容器内で被処理体を載置する載置台と、処理容器内に成膜のための処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、載置台は、上面に被処理体載置領域を有する載置台本体と、被処理体載置領域を取り囲むように環状に設けられ、被処理体載置領域に載置された被処理体よりも高い高さを有する、プラズマ調整用の調整部材とを備える。

Description

成膜装置およびそれに用いる載置台
　本開示は、成膜装置およびそれに用いる載置台に関する。
　半導体デバイスの製造工程においては、種々の薄膜を成膜するプロセスが存在し、このような成膜を行う成膜装置として枚葉式のプラズマＣＶＤ装置が存在する。しかし、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置は、被処理体である半導体ウエハ（単にウエハとも表記する）のエッジ部分のプラズマが不均一となって、エッジ部分の膜厚が内側部分よりも厚くなる傾向にある。
　このようなプラズマの不均一を解消するための技術として、ウエハにガスを吐出するシャワープレートのエッジ形状を調整する技術が提案されている（特許文献１）。
　また、プラズマエッチング装置の例ではあるが、ウエハの外側にフォーカスリングを設け、その材質や内径（ウエハエッジとの距離）、形状等がプラズマに及ぼす影響が検討されている（非特許文献１）。
　さらに、特許文献２～６には、フォーカスリングをＴｉ膜やＷ膜のような金属膜の成膜に用いることが記載されている。
米国特許第６５５３９３２号明細書 特開２０１０－０５９５２２号公報 特開２００９－１４１２２７号公報 特開２００６－３１９０４２号公報 特開２００３－２９３１３８号公報 特開２００２－２４１９４６号公報
Journal of Applied Physics 101, 113307(2007)
　本開示は、プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜するにあたり、被処理体のエッジ部分の膜厚の不均一を抑制することができる技術を提供する。
　本開示の一態様に係る成膜装置は、プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内に成膜のための処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、前記載置台は、上面に被処理体載置領域を有する載置台本体と、前記被処理体載置領域を取り囲むように環状に設けられ、前記被処理体載置領域に載置された被処理体よりも高い高さを有する、プラズマ調整用の調整部材とを備える。
　本開示によれば、プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜する際に、被処理体のエッジ部分の膜厚の不均一を抑制することができる。
一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す断面図である。 図１の成膜装置において、一つの例の調整部材を用いた載置台を示す断面図である。 図１の成膜装置において、他の例の調整部材を用いた載置台を示す断面図である。 図１の成膜装置において、さらに他の例の調整部材を用いた載置台を示す断面図である。 図１の成膜装置において、別の例の調整部材を用いた載置台を示す断面図である。 実験例１において、調整部材Ａ、Ｂを用いて、電極間ギャップ１０ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。 実験例１において、調整部材Ａ、Ｂを用いて、電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。 実験例１において、調整部材Ａ、Ｂを用いて、電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＮ膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。 実験例２において、調整部材Ｃ、Ｄ、Ｅを用いてＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。 実験例２において、調整部材Ｃ、Ｄ、Ｅを用いてＳｉＮ膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。
　以下、添付図面を参照して実施の形態について具体的に説明する。
　＜経緯＞
　最初に、本開示の成膜装置に至った経緯について説明する。
　本開示の成膜装置が前提とする枚葉式のプラズマＣＶＤ装置により所定の膜を成膜する場合には、被処理体（例えば半導体ウエハ）のエッジ部分の膜厚が、内側部分よりも数％以上増加する傾向がある。特に、窒化珪素（ＳｉＮ）膜や酸化珪素（ＳｉＯ２）膜等の絶縁膜を成膜する際には１％以下の膜厚均一性が求められており、このようなエッジ部分の膜厚が厚くなることによる膜厚の均一性に及ぼす影響が大きい。
　被処理体のエッジ部分の膜厚が内側部分よりも厚い原因は、被処理体のエッジが不連続構造であり、この不連続構造により被処理体のエッジ部分のプラズマ密度が局所的に増加したためと考えられる。
　この局所的なプラズマの不均一性を解消するためには、被処理体のエッジ部分近傍に存在する構造物の形状や材質を調整することが考えられる。例えば、上記特許文献１では、ウエハにガスを吐出するシャワープレートのエッジ形状を調整している。しかし、シャワープレートはコストが高く、エッジ形状の最適化は困難である。
　一方、被処理体のエッジ部分のプラズマの不均一性を解消する技術として、被処理体の外側領域にフォーカスリングを設置することが知られている。フォーカスリングは、主にプラズマエッチング装置に用いられており、ウエハ上方に生じるプラズマの分布域を外側に拡大してプラズマの均一性を高めるためのものである。上記非特許文献１には、プラズマエッチング装置において、フォーカスリングの材質や内径、形状等がプラズマに及ぼす影響が検討されているが、プラズマＣＶＤにおける膜厚均一性については検討されていない。
　また、フォーカスリングをＴｉ膜やＷ膜のような金属膜の成膜に用いることは、上記特許文献２～６に記載されているが、被処理体のエッジ部分の膜厚の不均一性については言及されていない。
　そこで、発明者らは、被処理体のエッジ部分の膜厚の不均一性を解消するために、フォーカスリングのような被処理体のエッジの外側部分に配置する部材について種々の検討を行った。その結果、被処理体のエッジの外側部分に従来のフォーカスリングと同様のプラズマを調整するための環状部を配置し、その高さを被処理体よりも高くすることが有効であることを見出した。
　＜成膜装置＞
　次に、一実施形態に係る成膜装置について説明する。
　図１は、一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す断面図である。
　本例の成膜装置１００は、平行平板電極に高周波電界を形成することによりプラズマを形成しつつＳｉＮ膜またはＳｉＯ２膜を成膜する容量結合型の枚葉式プラズマＣＶＤ装置として構成される。なお、成膜手法はＣＶＤに限らずＡＬＤも許容される。
　この成膜装置１００は、略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１の底部には、被処理体としてのウエハＷを載置する載置台２が設けられている。載置台２は、上面にウエハ載置領域を有し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁性セラミックスで構成された載置台本体２ａと、載置台本体２ａのウエハ載置領域の外側に設けられた環状（リング状）をなす、プラズマ調整用の調整部材５０とを有する。載置台本体２ａの内部には、平行平板電極の下部電極として機能する電極３が設けられている。また、載置台本体２ａ内には、ウエハＷを加熱するための加熱ヒータ４が設けられている。調整部材５０の詳細については後述する。
　処理容器１の天壁には、絶縁部材９を介して平行平板電極の上部電極としても機能するシャワーヘッド５が設けられている。シャワーヘッド５は内部にガス拡散空間６が設けられており、シャワーヘッド５の下面のシャワープレート５ａには多数のガス吐出孔７が形成されている。処理容器１の天壁中央には、ガス導入孔８が形成されており、このガス導入孔８を介してガス拡散空間６にガスが導入され、ガス吐出孔７から処理容器１内にガスが吐出されるようになっている。シャワーヘッド５のガス拡散空間６内にはガス拡散板を設けてもよい。
　なお、載置台２には、上部電極であるシャワーヘッド５との間のギャップを調節することができる機構（図示せず）が設けられている。
　シャワーヘッド５には、整合器１１を介してプラズマを生成するための高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からシャワーヘッド５に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド５と載置台２（電極３）との間に高周波電界が形成され、それにより処理容器１内に容量結合プラズマが生成される。高周波電源１０の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚである。なお、シャワーヘッド５と載置台２（電極３）との間に高周波電界が形成されれば、高周波電力の供給部位はシャワーヘッド５に限らない。
　成膜装置１００は、上記ガス導入孔８からシャワーヘッド５にガスを供給するためのガス供給機構２０を有している。ガス供給機構２０は、Ｓｉ原料ガス供給源、酸化剤供給源、窒化剤供給源、不活性ガス供給源、クリーニングガス供給源（いずれも図示せず）を有し、これら供給源からＳｉ原料ガス、酸化剤、窒化剤、不活性ガス、クリーニングガスが個別配管（図示せず）および配管２１を経てシャワーヘッド５に供給されるようになっている。個別配管には開閉バルブ、およびマスフローコントローラ等の流量制御器（いずれも図示せず）が設けられている。
　Ｓｉ原料ガスとしては、ＣＶＤ法に適用可能なＳｉ含有化合物全般を用いることができ、特に限定されないが、シラン系化合物、アミノシラン系化合物、クロロシラン系化合物等を好適に用いることができる。ＳｉＯ２膜を成膜する際には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などのアルコキシド系化合物も用いることができる。また、窒化剤としては、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスを好適に用いることができる。また、酸化剤としては、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２ガス等を用いることができる。不活性ガスは、パージガスやプラズマ生成ガスとして用いられ、Ａｒガス等の希ガスを好適に用いることができる。クリーニングガスは、成膜後の処理容器内や排気系をクリーニングするものであり、例えばＮＦ３ガスのプラズマが用いられる。
　処理容器１の底壁には、排気口３０が設けられており、排気口３０には排気配管３１が接続されている。排気配管３１には、処理容器１内の圧力を制御するための自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３２と、真空ポンプ３３とが接続されている。そして、真空ポンプ３３により処理容器１内が排気され、成膜処理中、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３２の開度を調整することにより処理容器１内の圧力が制御される。
　また、処理容器１の側壁には、隣接する真空搬送室（図示せず）に対してウエハＷを搬入出するための搬入出口３４およびそれを開閉するためのゲートバルブ３５が設けられている。
　成膜装置１００は、制御部４０を有する。制御部４０は、成膜装置１００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器であるマスフローコントローラ、ヒータ電源、高周波電源等を制御する、ＣＰＵからなる主制御部と、キーボードやマウス等の入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置とを有している。制御部４０の主制御部は、記憶装置に処理レシピが記憶された記憶媒体をセットすることにより、記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて成膜装置１００に所定の動作を実行させる。
　次に、上述した載置台２の調整部材５０について詳細に説明する。
　上述したように、調整部材５０は、載置台本体２ａ上面のウエハ載置領域の外側にウエハ載置領域を取り囲むように環状（リング状）に設けられている。調整部材５０は、従来のフォーカスリングと同様、ウエハエッジ部のプラズマを調整する機能を有する。調整部材５０は、図２にも示すように、ウエハ載置領域にウエハＷが載置された際に、その高さが、ウエハＷの高さよりも高くなるように設けられている。
　調整部材５０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ＡｌＮ等の絶縁性セラミックスで形成されることが好ましい。絶縁性セラミックスは、ウエハＷのエッジ部の膜厚調整効果が高く、かつクリーニングに用いるＮＦ３プラズマに対する耐性が高い。絶縁性セラミックスとしてはＮＦ３プラズマに対する耐性がより高いＡｌ２Ｏ３が好ましい。載置台本体２ａがＡｌＮ製の場合には、熱膨張差による昇温中の位置ずれを防止するために、調整部材５０を載置台本体２ａと同じＡｌＮで同じ材料で構成してもよい。なお、載置台本体２ａおよび調整部材５０は、材料にかかわらず、同じ材料で構成することにより、熱膨張差による昇温中の位置ずれを防止することができる。
　調整部材５０の高さとウエハ表面の高さの差は０．３～２．５ｍｍの範囲であることが好ましい。この範囲の高さで、ウエハエッジ部の膜厚の調整効果を高くすることができる。この高さの差のより好ましい範囲は、０．８～２．０ｍｍの範囲である。
　図２に示すように、調整部材５０を１枚の部材で構成して、その厚さにより高さを調整してもよいが、図３に示すように、第１部材５１および第２部材５２を重ねることにより、所定高さの調整部材５０を構成してもよい。重ねる枚数は特に限定されない。このとき、第１部材５１と第２部材５２は同じ材質でも異なる材質でもよい。載置台本体２ａがＡｌＮ製の場合は、それに隣接する第１部材５１をＡｌＮで構成し、その上の第２部材５２をＡｌ２Ｏ３で構成してもよい。これにより、第１部材５１により熱膨張差による位置ずれを抑制し、第２部材５２によりプラズマ耐性を高めることができる。
　また、図４に示すように、載置台本体２ａのウエハ載置領域の外側部分を、ウエハ表面より高い環状凸部５３とし、その環状凸部５３を調整部材５０として用いてもよい。
　さらに、図５に示すように、載置台本体２ａのウエハ載置領域の外側部分を環状部５４とするとともに、環状部５４の上に環状部材５５を配置し、環状部５４と環状部材５５とで調整部材５０を構成してもよい。環状部材５５もＡｌ２Ｏ３やＡｌＮ等の絶縁性セラミックスで構成されることが好ましい。
　調整用部材５０とウエハＷとの間の距離は、狭いほど好ましく、１ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ以下である。また、調整用部材５０とウエハＷとの間の距離が均一になるように、その距離を０．１ｍｍ単位で厳密に調整することが好ましい。
　このように構成される成膜装置１００においては、まず、処理容器１内を所定の圧力に調整した後、ゲートバルブ３５を開放して、搬送手段（図示せず）によって搬入出口３４を介して隣接する真空搬送室（図示せず）からウエハＷを搬入する。そして、ウエハＷを載置台２の載置台本体２ａ上面のウエハ載置領域に載置する。その後、搬送手段を処理容器１から退避させ、ゲートバルブ３５を閉じる。
　この状態で、パージガスとして不活性ガス、例えばＡｒガスを処理容器１内に供給し、真空ポンプ３３により排気しつつ自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）３２により処理容器１内の圧力を６６．７～１３３３Ｐａ（０．５～１０Ｔｏｒｒ）に調整する。さらに、ヒータ４によりウエハＷの温度を２００～６００℃の範囲の所定温度に制御する。そして、高周波電源１０から上部電極であるシャワーヘッド５に高周波電力を印加するとともに、Ｓｉ原料と窒化剤、あるいはＳｉ原料と酸化剤を処理容器１内に導入する。これにより、上部電極であるシャワーヘッド５と下部電極であるウエハ載置台２（電極３）との間に高周波電界が形成され、プラズマＣＶＤにより、ＳｉＮ膜またはＳｉＯ２膜が成膜される。
　調整部材５０が存在しない場合、ウエハエッジの不連続構造によりシャワーヘッド５と載置台２（電極３）との間の高周波電界が局所的に変化し、ウエハエッジ部分でプラズマ密度が局所的に増加する。これにより、ウエハエッジ部分で膜厚の不均一が生じると考えられる。
　本実施形態では、このようなウエハエッジ部分におけるプラズマ密度の局所的増加を抑制するため、載置台本体２ａのウエハ載置領域に載置されたウエハＷの外側に、ウエハＷよりも高さが高い環状をなす調整部材５０を設ける。これにより、ウエハエッジ部分のプラズマを調整し、ウエハエッジ部分の膜厚の増加を抑制して、膜厚の均一性を高めることができる。
　ウエハエッジ部の膜厚の調整効果を高くする観点からは、調整部材５０の高さとウエハ表面の高さの差は０．３～２．５ｍｍの範囲であることが好ましく、０．８～２．０ｍｍの範囲であることがより好ましい。
　膜厚均一性には、調整部材５０の上面の高さの他に、上部電極であるシャワーヘッド５と下部電極であるウエハ載置台２との間のギャップ、シャワーヘッドに設けられたガス拡散板のコンダクタンス分布、プロセスパラメータ（圧力、温度、ガス流量等）、調整部材５０とウエハＷとの距離等が影響を及ぼし、これらを最適化した上で、調整部材５０の上面の高さ位置を調整することにより、極めて高い膜厚均一性を得ることができる。
　特に、ＳｉＮ膜やＳｉＯ２膜等の絶縁膜を成膜する際には１％以下の膜厚均一性が求められており、ウエハよりも高さが高い調整部材５０による膜厚均一化が有効である。
　＜実験例＞
　以下、実験例について説明する。
　　［実験例１］
　ここでは、図１に示す成膜装置において、上面がフラットなＡｌＮ製の載置台本体のウエハ載置領域の外側に、厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３製部材からなる調整部材（調整部材Ａ）、または、厚さ１ｍｍのＡｌＮ部材の上に厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３製部材を重ねた調整部材（調整部材Ｂ）を配置した。この成膜装置により、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜を成膜し、径方向の膜厚分布を測定した。ウエハとしては直径３００ｍｍ厚さ約０．８ｍｍ（０．７７５ｍｍ）のものを用い、調整部材は、内径が３０１ｍｍのリング状のものとした。調整部材Ａの高さとウエハの高さとの差は約０．２ｍｍであり、調整部材Ｂの高さとウエハの高さとの差は約１．２ｍｍである。
　上部電極であるシャワーヘッドと下部電極である載置台との間の電極間ギャップに関しては、ＳｉＯ２膜の成膜の際には１０ｍｍおよび１５ｍｍとし、ＳｉＮ膜の成膜の際には１５ｍｍのみとした。
　図６は電極間ギャップ１０ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。また、図７は電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。さらに、図８は電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＮ膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。
　これらの図に示すように、調整部材Ａおよび調整部材Ｂにより、ウエハエッジ部の膜厚増大を抑制する効果は見られたが、その効果は、ウエハとの高さの差が１．２ｍｍの調整部材Ｂを用いたほうが大きいことが確認された。
　具体的には、図６に示すように、電極間ギャップ１０ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際には、高さの差が０．２ｍｍの調整部材Ａを用いた場合は、ウエハエッジ部で膜厚が若干増加する傾向が見られた。一方、高さの差が１．２ｍｍの調整部材Ｂを用いた場合は、ウエハ最エッジ部ではむしろ膜厚が低下した。
　図７に示すように、電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＯ２膜を成膜した際には、調整部材Ａを用いた場合のウエハエッジ部での膜厚増加の傾向が電極間ギャップ１０ｍｍのときよりも大きくなった。一方、調整部材Ｂを用いた場合は、やはりウエハ最エッジ部での膜厚が低下した。
　図８に示すように、電極間ギャップ１５ｍｍでＳｉＮ膜を成膜した際には、調整部材Ａおよび調整部材Ｂを用いた場合のいずれも、ウエハエッジ部での膜厚増加は見られなかった。調整部材Ｂを用いた場合は、ウエハ最エッジ部での膜厚低下が見られた。
　このように調整部材の高さにより、ウエハエッジ部の膜厚を調整して、膜厚均一性を向上させ得ることが確認された。
　なお、ウエハ最エッジ部の膜厚低下は、調整部材とウエハとの距離により調整することができ、ウエハ内側部の傾きは、シャワーヘッドに設けられたガス拡散板のコンダクタンス分布の最適化、プロセスパラメータの最適化等により調整することができる。
　　［実験例２］
　ここでは、ウエハ載置領域の周囲に０．８ｍｍの高さの環状凸部を有する載置台本体を用い、調整部材を以下の調整部材Ｃ、Ｄ、Ｅとした場合について、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜を成膜し、径方向の膜厚分布を測定した。調整部材Ｃは、凸部をそのまま調整部材とした場合である。調整部材Ｄは、環状凸部の上に厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３製部材を配置して調整部材を構成した場合（高さ１．８ｍｍ）である。調整部材Ｅは、環状凸部の上に厚さ１．５ｍｍのＡｌ２Ｏ３製部材を配置して調整部材を構成した場合（高さ２．３ｍｍ）である。ウエハとしては直径３００ｍｍ厚さ約０．８ｍｍ（０．７７５ｍｍ）のものを用い、調整部材は、内径が３０１ｍｍのリング状のものとした。調整部材Ｃの高さとウエハの高さとの差はほぼ０であり、調整部材Ｄの高さとウエハの高さとの差は１ｍｍであり、調整部材Ｅの高さとウエハの高さとの差は１．５ｍｍである。
　図９はＳｉＯ２膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図、図１０はＳｉＮ膜を成膜した際の径方向の膜厚分布を示す図である。いずれの図も、ウエハ中心からエッジの膜厚分布とエッジ部分のみの膜厚分布の両方を示している。
　ＳｉＯ２膜の成膜においては、環状凸部のみでウエハの高さとの差がほぼ０の調整部材Ｃを用いた場合には、ウエハエッジ部の膜厚増加が大きかった。これに対し、環状凸部の上にＡｌ２Ｏ３製部材を配置した調整部材Ｄ、Ｅを用いた場合には、ウエハエッジ部の膜厚増加が見られるものの、調整部材の高さに依存してウエハエッジ部の膜厚を下げる効果が見られた。
　ＳｉＮ膜の成膜においては、環状凸部のみでウエハの高さとの差がほぼ０の調整部材Ｃを用いた場合には、やはりウエハエッジ部の膜厚増加が大きかった。これに対し、環状凸部の上にＡｌ２Ｏ３製部材を配置した調整部材Ｄ、Ｅを用いた場合には、ウエハエッジ部の膜厚増加がほとんどみられず、むしろ最エッジ部では膜厚が低下していた。そして、ウエハとの高さの差が１．０ｍｍの調整部材Ｄを用いた場合に膜厚分布がほぼ最適化された。
　＜他の適用＞
　以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　例えば、上記実施形態では、絶縁膜であるＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜を成膜する成膜装置の例を示したが、これに限ることなく、他の膜を成膜する装置にも適用することができる。
　また、上記実施形態では、成膜装置として、平行平板電極間に高周波電界を形成してプラズマを生成する容量結合型のプラズマＣＶＤ装置を例示したが、これに限るものではない。
　また、成膜する被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限るものではない。
　１；処理容器、２；載置台、２ａ；載置台本体、３；電極、５；シャワーヘッド、１０；高周波電源、５０；調整部材、Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）

Claims (20)

  1. 　プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
    　被処理体を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
    　前記処理容器内に成膜のための処理ガスを導入する処理ガス導入機構と、
    　前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と
    を具備し、
    　前記載置台は、
    　上面に被処理体載置領域を有する載置台本体と、
    　前記被処理体載置領域を取り囲むように環状に設けられ、前記被処理体載置領域に載置された被処理体よりも高い高さを有する、プラズマ調整用の調整部材と
    を備える、成膜装置。
  2. 　前記調整部材の高さは、前記被処理体載置領域に載置された被処理体の高さよりも０．３～２．５ｍｍ高い、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記調整部材は、前記載置台本体と同じ材料で形成されている、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
  4. 　前記調整部材は、絶縁性セラミックスで形成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 　前記調整部材を形成する絶縁性セラミックスは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである、請求項４に記載の成膜装置。
  6. 　前記調整部材は、前記載置台本体上に配置された第１部材と、前記第１部材の上に配置された第２部材とを有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 　前記第１部材および前記第２部材は、いずれも酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムで形成されている、請求項６に記載の成膜装置。
  8. 　前記載置台本体および前記第１部材は窒化アルミニウムで形成され、前記第２部材は酸化アルミニウムで形成されている、請求項７に記載の成膜装置。
  9. 　前記調整部材は、前記載置台本体の前記被処理体載置領域の外側部分に形成された環状凸部により形成されている、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
  10. 　前記調整部材は、前記載置台本体の前記被処理体載置領域の外側部分に形成された環状凸部と、前記環状凸部の上に配置された環状部材とで構成されている、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
  11. 　前記調整部材と前記被処理体載置領域に載置された被処理体との間の隙間は、１ｍｍ以下である、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
  12. 　前記処理ガス導入機構は、前記載置台に対向して設けられたシャワーヘッドであり、前記プラズマ生成機構は、前記シャワーヘッドと前記載置台との間に高周波電界を形成して容量結合プラズマを生成する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
  13. 　前記所定の膜は絶縁膜である、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
  14. 　プラズマを用いて被処理体上に所定の膜を成膜する成膜装置の処理容器内で被処理体を載置する載置台であって、
    　上面に被処理体載置領域を有する載置台本体と、
    　前記被処理体載置領域を取り囲むように環状に設けられ、前記被処理体載置領域に載置された被処理体よりも高い高さを有する、プラズマ調整用の調整部材と
    を備える、載置台。
  15. 　前記調整部材の高さは、前記被処理体載置領域に載置された被処理体の高さよりも０．３～２．５ｍｍ高い、請求項１４に記載の載置台。
  16. 　前記調整部材は、絶縁性セラミックスで形成されている、請求項１４または請求項１５に記載の載置台。
  17. 　前記調整部材を形成する絶縁性セラミックスは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである、請求項１６に記載の載置台。
  18. 　前記調整部材は、前記載置台本体上に配置された第１部材と、前記第１部材の上に配置された第２部材とを有する、請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の載置台。
  19. 　前記調整部材は、前記載置台本体の前記被処理体載置領域の外側部分に形成された環状凸部により形成されている、請求項１４または請求項１５に記載の載置台。
  20. 　前記調整部材は、前記載置台本体の前記被処理体載置領域の外側部分に形成された環状凸部と、前記環状凸部の上に配置された環状部材とで構成されている、請求項１４または請求項１５に記載の載置台。
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