JPH11238727A

JPH11238727A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH11238727A
Application number: JP3845198A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 博志岩田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】稼働率が良く、保守作業工数の少ないプラズ
マＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置のサセプタ３０表面
の、半導体ウェハの載置領域外縁部に隣接する領域に、
この領域の上方の、高周波電圧による放電作用の電界を
強化するための溝部３１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
に関し、さらに詳しくは、被処理基板を載置し、容量結
合型でプラズマを発生させる一方の電極ともなる電極基
板の構造に特徴を有するプラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の製造工程における導
電体膜、絶縁膜、ポリシリコン膜等の成膜装置として、
プラズマＣＶＤ装置が多用されている。このプラズマＣ
ＶＤ装置には、反応ガスのプラズマを発生させるための
電力供給方法の違い等による、容量結合型プラズマＣＶ
Ｄ装置、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置等があ
り、半導体ウェハ面内の成膜の膜質や膜厚の均一性、成
膜速度向上等を目指したプラズマＣＶＤ装置の検討がな
されている。

【０００３】ここでは、従来の容量結合型プラズマＣＶ
Ｄ装置の一つである平行平板型プラズマＣＶＤ装置の例
を、図５〜図７を参照して説明する。まず、平行平板型
プラズマＣＶＤ装置１は、図５に示すように、処理容器
である反応チャンバ２と、反応チャンバ２内の半導体ウ
ェハ１０を載置するウェハ基板（サセプタ）３と、反応
チャンバ２内のサセプタ３に対向した状態に配置され、
反応ガスをプラズマ化するための高周波電極５が接続さ
れた上部電極４と、反応チャンバ２内に反応ガスを送り
込むガス配管６と、反応チャンバ２内の反応ガス等を排
気する排気管７等で概略構成されている。

【０００４】サセプタ３は、円板状となっていて、円板
状の周辺部に複数枚の半導体ウェハ１０を載置し、モー
タ等の駆動部と接続した回転軸８によりサセプタ３が回
転するようになっている。またサセプタ３は、接地され
ていて、上部電極４に対応する下部電極ともなってい
る。上部電極４の内部には、半導体ウェハ１０を輻射熱
により加熱するための加熱ヒータ９が設けられている。
反応チャンバ２内のガス配管６の側壁には、反応チャン
バ２内に反応ガスを噴出させる小孔６ａが複数個設けら
れていて、反応ガスがサセプタ３の中央に向け、サセプ
タ３に平行に噴出するようになっている。

【０００５】次に、円板状のサセプタ３の詳細構造を、
図６および図７を参照して説明する。ここで、図６
（ａ）はサセプタ３の概略平面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）のＡ−Ａ部の概略断面図、図７は、図６（ｂ）の
Ｐ部の拡大図で、サセプタ３に半導体ウェハ１０を載置
した状態での図である。サセプタ３は、図６に示すよう
に、円板状となっており、この円板状のサセプタ３中央
には、回転軸８にサセプタ３を取り付けるための孔２１
が設けられいて、サセプタ３周辺部には、複数の半導体
ウェハ１０を載置する載置領域２２に設けられた、３個
の小孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃを一組とする複数の小孔
群が設けられている。

【０００６】上述した一組の小孔２３ａ、２３ｂ、２３
ｃは、半導体ウェハ１０をサセプタ３に載置する際に、
図５に示すサセプタ３の下方に配置された半導体ウェハ
１０の突き上げピン（図示省略）が挿入されるための小
孔である。突き上げピンは、半導体ウェハ１０がウェハ
ハンドラ等によりサセプタ３に送られてきた時に、半導
体ウェハ１０をサセプタ３表面より上方に突き出した突
き上げピンの先端で受け、その状態で突き上げピンが降
下して、半導体ウェハ１０をサセプタ３の所定位置に載
置したり、成膜処理終了後に半導体ウェハ１０をサセプ
タ３表面より上方に持ち上げた状態にして、半導体ウェ
ハ１０をウェハハンドラに受け渡すものである。上述し
た半導体ウェハ１０の載置領域２２は、ウェハハンドラ
により突き上げピンの上方に搬送されてきた半導体ウェ
ハ１０の位置で決まる領域である。

【０００７】ウェハハンドラ、突き上げピンおよびサセ
プタ３の回転方向の移動等の動作により、半導体ウェハ
１０は小孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃを一組とした、サセ
プタ３表面の複数の載置領域２２に次々と載置される。
この半導体ウェハ１０がサセプタ３上に載置領域２２に
載置された状態の、図６（ｂ）のＰ部の拡大図が図７で
ある。

【０００８】次に、上述した平行平板型プラズマＣＶＤ
装置１を用いた、絶縁膜等を成膜する動作を説明する。
まず、サセプタ３の周辺部の載置領域２２上に複数枚の
半導体ウェハ１０を載置し、その後排気管７に接続する
排気系により、反応チャンバ２内を真空にする。その後
サセプタ３を駆動部により回転させながら、上部電極４
の加熱ヒータ９により半導体ウェハ１０を加熱して所定
温度にする。その後、ガス配管６より反応チャンバ２内
に絶縁膜等を成膜するための反応ガス、例えば成膜する
絶縁膜をＳｉＮ膜とする時は、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガ
スとの混合ガスを反応チャンバ２内に導入して、反応チ
ャンバ２内の反応ガスの圧力を所定圧力にした後、高周
波電源のパワーをＯＮして、反応チャンバ２内にプラズ
マを発生させ、半導体ウェハ１０上へＳｉＮ膜を堆積す
る。ＳｉＮ膜の膜厚が所定膜厚となった段階で、高周波
電源のパワーをＯＦＦしてプラズマを消滅させ、反応ガ
スの導入を停止して、反応チャンバ２内の反応ガスを排
気する。その後Ｎ₂ガス等を反応チャンバ２内に導入し
て、反応チャンバ２内の圧力を大気圧とした後、サセプ
タ３上の半導体ウェハ１０を取り出す。

【０００９】上述した平行平板型プラズマＣＶＤ装置１
により、半導体ウェハ１０上に堆積したＳｉＮ膜は、当
初半導体ウェハ１０面内でほぼ均一な膜厚となっている
が、上述したＳｉＮ膜のプラズマＣＶＤ作業を繰り返し
て行うと、半導体ウェハ１０面内のＳｉＮ膜の膜厚は均
一性が悪くなり、図８に示すように、半導体ウェハ１０
の中央より周辺に向かって膜厚が減少するような膜厚分
布となってくる。この様にＳｉＮ膜の膜厚分布が不均一
になると、このＳｉＮ膜を用いて作製される半導体装置
の特性に大きなばらつきを発生させる虞がある。そこ
で、膜厚の不均一性が大きくなる前の段階でプラズマＣ
ＶＤの繰り返し作業を止め、サセプタ３上の載置領域２
２の外側に繰り返し堆積されることで蓄積した厚いＳｉ
Ｎ膜をメカニカルクリーニングにより除去する、サセプ
タ３の保守作業を行う。この保守作業の頻度は高く、例
えば８回のプラズマＣＶＤ作業毎に、１回程度行う必要
があり、平行平板型プラズマＣＶＤ装置１の稼働率を低
下させ、また作業工数を増加させるという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の平行平板型
プラズマＣＶＤ装置は、プラズマＣＶＤ作業回数の増加
と共に、半導体ウェハ上に堆積するＳｉＮ膜の、半導体
ウェハ面内の膜厚均一性が劣化するという問題があり、
この問題を回避するため、サセプタ上の載置領域の外側
に繰り返し堆積されることで蓄積した厚いＳｉＮ膜をメ
カニカルクリーニングして除去するという、サセプタの
保守作業を頻繁に行う必要があるので、プラズマＣＶＤ
装置の稼働率の低下と、作業工数の増加という問題があ
った。本発明は、上記事情を考慮してなされたものであ
り、その目的は、稼働率が良く、保守作業工数の少ない
プラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は、上述の課題を解決するために提案するものであ
り、被処理基板を載置し、容量結合型でプラズマを発生
させる一方の電極にもなる電極基板を有するプラズマＣ
ＶＤ装置において、電極基板の被処理基板の載置面の、
被処理基板の載置領域外縁部に隣接して、高周波電圧に
よる放電作用の電界を強化する電界強化部を設けたこと
を特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、電極基板の被処理基板の
載置面の、被処理基板の載置領域外縁部に隣接して、高
周波電圧による放電作用の電界を強化する、溝部又は突
起部による電界強化部を設けることで、電界強化部の上
方の電界が強くなり、放電作用が大きくなるため、この
効果が、成膜作業回数の増加により被処理基板の載置領
域外に蓄積した厚い堆積膜のために、被処理基板の載置
領域外の電界の減少による放電作用減少を補うように働
き、被処理基板面内の成膜の膜厚均一性を多数回の成膜
作業後にも持続できる。従って、被処理基板面内の成膜
の膜厚均一性を維持するための、電極基板上に蓄積した
厚い堆積膜をメカニカルクリーニングで除去する電極基
板の保守作業を、従来のような頻度で行う必要がなくな
り、プラズマＣＶＤ装置の稼働率が向上し、保守作業工
数も大幅に低減できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
例につき、添付図面を参照して説明する。なお従来技術
の説明で参照した図５〜図７中の構成部分と同様の構成
部分には、同一の参照符号を付すものとする。

【００１４】実施の形態例１本実施の形態例は、容量結合型プラズマＣＶＤ装置の一
つである平行平板型プラズマＣＶＤ装置に本発明を適用
した例であり、これを従来技術説明で用いた図５と、図
１および図２を参照して説明する。まず、本発明のプラ
ズマＣＶＤ装置の基本構成は、図５に示す従来例のプラ
ズマＣＶＤ装置１の構造と同様なので、同様な部分の説
明は省略し、本発明の特徴部分である、被処理基板を載
置し、容量結合型でプラズマを発生させる一方の電極に
もなる電極基板（サセプタ）に関して詳述する。

【００１５】サセプタ３０の構造は、例えば図１（ａ）
のサセプタ３０の概略平面図、および図１（ａ）のＢ−
Ｂ部における概略断面図の図１（ｂ）に示すように、円
板状となっており、この円板状のサセプタ３０中央に
は、従来例と同様の回転軸８にサセプタ３０を取り付け
るための孔２１が設けられていて、サセプタ３０周辺部
には、複数の被処理基板、例えば半導体ウェハ１０を載
置する載置領域２２に設けられた、３個の小孔２３ａ、
２３ｂ、２３ｃを一組とする複数の小孔群が設けられて
いる。載置領域２２外縁部に隣接した領域には、高周波
電圧による放電作用の電界を強化する電界強化部、例え
ばサセプタ３０表面に形成された溝部３１が設けられて
いる。

【００１６】次に、上述した溝部３１と半導体ウェハ１
０との位置関係を、図２を参照して説明する。ここで、
図２は半導体ウェハ１０がサセプタ３０に載置された状
態における、図１（ｂ）のＱ部の拡大図である。半導体
ウェハ１０は、従来例と同様に、ウェハハンドラと３個
の小孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃに対応して設けられてい
る突き上げピンの動作により、サセプタ３０表面の載置
領域２２に載置される。この半導体ウェハ１０の載置領
域２２外縁部に沿って溝部３１が設けられている。半導
体ウェハ１０のような円形状の被処理基板の場合の溝部
３１は、図１（ａ）に示すように、円形状の半導体ウェ
ハ１０の載置領域２２の外側に位置する、円形状の構造
となる。

【００１７】上述した溝部３１構造は、例えば半導体ウ
ェハ１０の大きさが５インチ径の場合において、図２に
示すように、溝部３１の幅Ｗを約１０ｍｍ、溝部３１の
深さＤを約５ｍｍ、上面より見た円形状の溝部３１の径
を、５インチ径の半導体ウェハ１０の円形状の外縁部と
溝部３１の内側側壁との距離Ｌが約１ｍｍとなる径とす
る。

【００１８】次に、上記のサセプタ３０を用いたプラズ
マＣＶＤ装置の動作について説明する。まず、従来例と
同様にして、サセプタ３０の複数の半導体ウェハ１０の
載置領域２２に複数枚の半導体ウェハ１０を載置し、そ
の後排気管７に接続する排気系により、反応チャンバ２
内を真空にする。その後サセプタ３０を駆動部により回
転させながら、上部電極４の加熱ヒータ９により半導体
ウェハ１０を所定温度に加熱する。その後、ガス配管６
より反応チャンバ２内に絶縁膜等を成膜するための反応
ガス、例えば成膜する絶縁膜をＳｉＮ膜とする時は、Ｓ
ｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスとの混合ガスを反応チャンバ２
内に導入して、反応チャンバ２内の反応ガスの圧力を所
定の圧力にした後、高周波電源のパワーをＯＮして、反
応チャンバ２内にプラズマを発生させ、半導体ウェハ１
０上へのＳｉＮ膜の堆積を開始する。ＳｉＮ膜の膜厚が
所定膜厚となった段階で、高周波電源のパワーをＯＦＦ
してプラズマを消滅させ、反応ガスの導入を停止して、
反応チャンバ２内の反応ガスを排気する。その後Ｎ₂ガ
ス等を反応チャンバ２内に導入して、反応チャンバ２内
の圧力を大気圧とした後、サセプタ３０上の半導体ウェ
ハ１０を取り出す。

【００１９】上述したサセプタ３０、即ち載置領域２２
外縁部に隣接して溝部３１を設けたサセプタ３０を用い
たプラズマＣＶＤ装置においては、反応チャンバ２内
の、反応ガスであるＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスとの混合
ガスに、高周波電源より電圧を印加して、上部電極４と
サセプタ３０間にプラズマを発生させ、半導体ウェハ１
０上にＳｉＮ膜を堆積する際、図３に示すようなプラズ
マの密度分布、即ち半導体ウェハ１０の外側に設けた溝
部３１の上方にプラズマの密度の高い部分が発生する。
これは、平坦なサセプタ３０表面に溝部３１を設けたこ
とで、溝部３１上部のコーナ３１ａ、３１ｂの電界が大
きくなり、この部分での放電作用が大きくなったことに
よるものである。

【００２０】この半導体ウェハ１０の外側の溝部３１上
方に密度の高いプラズマを発生させることで、ＳｉＮ膜
のプラズマＣＶＤ作業を繰り返し行っても、図８に示す
従来例のＳｉＮ膜の膜厚分布、即ち半導体ウェハ１０の
中央より周辺に向かって膜厚が減少するような膜厚分布
が発生し難くなる。この理由は、プラズマＣＶＤ装置に
よるＳｉＮ膜の堆積作業を繰り返すと、半導体ウェハ１
０の載置される載置領域外のサセプタ３０表面には、Ｓ
ｉＮ膜の堆積作業の繰り返しにより、絶縁膜であるＳｉ
Ｎ膜が厚く堆積して、従来例のサセプタ３０においては
この厚いＳｉＮ膜がこの領域の電界を弱めて、放電作用
を小さくし、プラズマ密度減少を起こしたが、本発明の
サセプタ３０を用いることで、上記のプラズマ密度減少
効果を補償する電界が、溝部３１上部のコーナ３１ａ、
３１ｂ部に発生することに起因すると推論される。

【００２１】上述したサセプタ３０を用いたプラズマＣ
ＶＤ装置は、平坦性を維持したＳｉＮ膜の成膜作業を、
従来よりも多数回繰り返すことができるので、サセプタ
３０の保守作業の頻度を少なくすることができ、プラズ
マＣＶＤ装置の稼働率の向上、および保守作業工数の大
幅な低減が可能となる。

【００２２】実施の形態例２本実施の形態例は、容量結合型プラズマＣＶＤ装置の一
つである平行平板型プラズマＣＶＤ装置に本発明を適用
した例であり、これを従来技術説明で用いた図５と、図
４を参照して説明する。本発明のプラズマＣＶＤ装置の
基本的構造は、図５に示す従来例のプラズマＣＶＤ装置
１と同様なので、同様な部分の説明は省略し、本発明の
特徴であるサセプタの構造に関して詳述する。

【００２３】本発明のサセプタ４０は、電界強化部の形
状が実施の形態例１と異なるサセプタで、実施の形態例
１の図１（ｂ）のＱ部に対応する、半導体ウェハ１０を
載置する載置領域近傍が図４の概略断面図のようになっ
ている。即ち、半導体ウェハ１０を載置する載置領域外
縁部の外側のサセプタ４０表面には、高周波電圧による
放電作用の電界を強化する電界強化部、例えば半導体ウ
ェハ１０の載置領域の中心部を通る面での断面が円弧状
となる突起部４１が設けられている。

【００２４】上述した突起部４１構造は、例えば半導体
ウェハ１０の大きさが５インチ径の場合において、図４
に示すように、半径Ｒが約６ｍｍの円弧が、平坦なサセ
プタ４０表面より約３ｍｍ程度突出した状態となってい
て、上面より見た円形状の突起部４１の径を、５インチ
径の半導体ウェハ１０の円形状の外縁部と突起部４１の
内側端部との距離Ｌが約１ｍｍの径となるようにする。

【００２５】上述したサセプタ４０、即ち電界強化部で
ある突起部４１を設けたサセプタ４０を用いたプラズマ
ＣＶＤ装置においては、反応チャンバ２内の、反応ガス
であるＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスとの混合ガスに、高周
波電源より電力を印加して上部電極４とサセプタ４０間
にプラズマを発生させ、半導体ウェハ１０上にＳｉＮ膜
を堆積する際、実施の形態例１の図３に示すと同様なプ
ラズマの密度分布、即ち半導体ウェハ１０の外側に設け
た突起部４１の上方にプラズマの密度の高い部分が発生
する。これは、平坦なサセプタ４０表面に上記のような
突起部４１を設けると、この突起部４１の上方の電界が
大きくなり、この部分での放電作用が大きくなることに
よるものである。

【００２６】この半導体ウェハ１０の外側の突起部４１
上方の密度の高いプラズマを発生させることで、実施の
形態例１と同様に、ＳｉＮ膜のプラズマＣＶＤ作業を繰
り返しおこなっても、図８に示す従来例の膜厚分布、即
ち半導体ウェハ１０の中央より周辺に向かって膜厚が減
少するような膜厚分布が発生し難くなる。

【００２７】従って、このサセプタ４０を用いたプラズ
マＣＶＤ装置は、実施の形態例１と同様に、平坦性を維
持したＳｉＮ膜の成膜作業を、従来よりも多数回繰り返
すことができるので、サセプタ４０の保守作業の頻度を
少なくすることができ、プラズマＣＶＤ装置の稼働率の
向上、および保守作業工数の大幅な低減が可能となる。

【００２８】以上、本発明を２例の実施の形態例により
説明したが、本発明はこれらの実施の形態例に何ら限定
されるものではない。例えば、本発明の実施の形態例で
は、本発明を多数枚の半導体ウェハ上に同時に成膜す
る、所謂バッチ式の平行平板型プラズマＣＶＤ装置によ
り説明したが、一枚づつの半導体ウェハに成膜する、所
謂枚葉式の平行平板型プラズマＣＶＤ装置に適用しても
よい。また、本発明の実施の形態例では、容量結合型プ
ラズマＣＶＤ装置を平行平板型プラズマＣＶＤ装置によ
り説明したが、多極石英管型プラズマＣＶＤ装置や、同
軸円筒型プラズマＣＶＤ装置等に適用してもよい。

【００２９】更に、本発明の実施の形態例１では、サセ
プタの半導体ウェハの載置領域の外側に設ける電界強化
部の断面を矩形状の溝部として説明したが、断面が半円
形状や三角形状等となる溝部であってもよい。また、本
発明の実施の形態例２では、サセプタの半導体ウェハの
載置領域の外側に設ける電界強化部の断面を円弧形状の
突起部として説明したが、断面が三角形状や矩形状等と
なる突起部であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の容量結合型のプラズマＣＶＤ装置は、被処理基板を載
置し、高周波電力を印加する一方の電極にもなる電極基
板（サセプタ）表面の、被処理基板の載置領域外縁部に
隣接して、高周波電圧による放電作用の電界を強化す
る、溝部又は突起部による電界強化部を設けることで、
電界強化部の上方の電界が強くなり、放電作用が大きく
なるため、この効果が成膜作業回数の増加により被処理
基板の載置領域外に蓄積した厚い堆積膜のために、被処
理基板の載置領域外の電界の減少による放電作用減少を
補うように働き、被処理基板面内の成膜の膜厚均一性を
多数回の成膜作業後にも持続できる。従って、被処理基
板面内の成膜の膜厚均一性を維持するための、電極基板
上に蓄積した厚い堆積膜をメカニカルクリーニングで除
去する電極基板の保守作業を、従来のような頻度で行う
必要がなくなり、プラズマＣＶＤ装置の稼働率が向上
し、保守作業工数も大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例１のサセプタの概略図
で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。

【図２】図１（ｂ）のＱ部に半導体ウェハを載置した状
態における、Ｑ部の拡大図である。

【図３】本発明の実施の形態例１のサセプタを用いたプ
ラズマＣＶＤ装置のプラズマ発生時のプラズマ密度分布
を説明する図で、サセプタの半導体ウェハの載置領域近
傍の概略断面図である。

【図４】本発明の実施の形態例２のサセプタの、半導体
ウェハの載置領域近傍の概略断面図である。

【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略断面図であ
る。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置のサセプタの概略図
で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。

【図７】図６（ｂ）のＰ部に半導体ウェハを載置した状
態における、Ｐ部の拡大図である。

【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置による複数回の成膜
作業後に、半導体ウェハ上に堆積されるＳｉＮ膜の膜厚
分布図である。

【符号の説明】

１…平行平板型プラズマＣＶＤ装置、２…反応チャン
バ、３，３０，４０…サセプタ、４…上部電極、５…高
周波電源、６…ガス配管、６ａ，２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ…小孔、７…排気管、８…回転軸、９…加熱ヒータ、
１０…半導体ウェハ、２１…孔、２２…載置領域、３１
…溝部、４１…突起部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を載置し、容量結合型でプラ
ズマを発生させる一方の電極にもなる電極基板を有する
プラズマＣＶＤ装置において、前記電極基板の前記被処理基板の載置面の、前記被処理
基板の載置領域外縁部に隣接して、高周波電圧による放
電作用の電界を強化する電界強化部を設けたことを特徴
とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記電界強化部は、前記電極基板の平坦
面に形成された溝部であることを特徴とする、請求項１
に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】前記電界強化部は、前記電極基板の平坦
面に形成された突起部であることを特徴とする、請求項
１に記載のプラズマＣＶＤ装置。