(57)【要約】      （修正有）【課題】シャワーヘッドへの膜成長を抑制する。【解決手段】アノード電極３とカソード電極１７間に高周波電力を印加してプラズマを発生させて、アノード電極３とカソード電極１７間に第一ガスと第二ガスを供給し、アノード電極３上に保持した基板４に成膜するＰＥＣＶＤにおいて、下側室５４と上側室５５とを形成したシャワーヘッド本体５０にカソード電極１７を設け、下側室５４には第一ガス供給ライン５１を接続し、上側室５５には第二ガス供給ライン５２を接続する。カソード電極１７には処理室にガスを吹き出す第一ガス供給孔５８と第二ガス供給孔５９を複数本ずつ開設し、第一ガス供給孔５８は下側室５４に連通させ、第二ガス供給孔５９は上側室５５に連通させる。カソード電極１７下面には突起６０を各第一ガス供給孔５８に対向する位置に突設し、凹部６１を各第二ガス供給孔５９に対向する位置に没設する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の平板電極間にガスを供給し、一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させて基板にプラズマ処理を行う半導体製造装置において、
前記一対の平板電極の少なくとも一方には、第一ガスおよび第二ガスをそれぞれ供給する供給ラインが設けられ、前記第一ガスの供給孔と前記第二ガスの供給孔との高さが異なることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記第二ガスは、凹部から供給されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
詳しくは、半導体製造工程に用いるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の一例であるプラズマ処理装置は、エッチングや薄膜堆積等、プラズマ固有の性質を生かした加工技術の実現により、今や産業界に不可欠な半導体基盤技術としてその重要度が増している。
中でも種々の基板上に電子材料の層を堆積するプラズマ促進化学気相堆積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ：ＰＥＣＶＤ）を用いたプラズマ処理装置は、半導体デバイスの製造に広く用いられている。
【０００３】
ＰＥＣＶＤを用いたプラズマ処理装置としては、ホローカソード現象を利用して高密度プラズマを得るとともに、メンテナンスサイクルを延ばし、電極のフッ化減少を改善したものが知られている。
従来のこの種のプラズマ処理装置として、平行平板のプラズマ電極シャワーヘッドやシャワーヘッドに突起や穴を有し、高電位のプラズマを印加するホローカソード電極タイププラズマ処理装置、が提案されている。例えば、特許文献１参照。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２００３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したホローカソード電極タイププラズマ処理装置においては、プレミックス供給であるために、シャワーヘッド自体に膜が成長し、膜剥がれによる異物が発生するという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、シャワーヘッドへの膜成長を抑制することができる半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）対向する一対の平板電極間にガスを供給し、一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させて基板にプラズマ処理を行う半導体製造装置において、
前記一対の平板電極の少なくとも一方には、第一ガスおよび第二ガスをそれぞれ供給する供給ラインが設けられ、前記第一ガスの供給孔と前記第二ガスの供給孔との高さが異なることを特徴とする半導体製造装置。
（２）前記第二ガスは、凹部から供給されることを特徴とする前記（１）に記載の半導体製造装置。
【発明の効果】
【０００８】
この半導体製造装置によれば、シャワーヘッドへの膜成長を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
まず、図１を用いて、ＰＥＣＶＤを用いて成膜処理を行うプラズマ処理装置の全体構成を説明する。
図１に示すように、プラズマ処理装置の処理室１は、インナケース１８とアウタケース３１とからなる減圧可能な二槽構造となっている。密閉されたアウタケース３１の内部にインナケース１８が設けられる。インナケース１８はアウタケース３１の天井に取り付けられて上部が閉じ底部が開口したケース本体と、底部開口を塞ぐケース外蓋としてのアノードサセプタ１３とから構成される。
【００１１】
処理室１内には一対の平行平板電極が設けられる。一方はアノード電極３、他方はカソード電極１７を構成する。一方のアノード電極３は、アノードサセプタ１３上に支持される。アノード電極３上に基板４が載置され、基板４の外周には絶縁リング１６が設けられる。アノード電極３は、アノード電極３を支持するアノードサセプタ１３を通して接地される。
【００１２】
他方のカソード電極１７は、上部全面をインナケース１８のケース本体内に設けられた絶縁ケース８で覆われる。カソード電極１７の下部外周は絶縁リング２０により支持されることで、接地されている処理室１のインナケース１８およびアウタケース３１とは絶縁されている。
【００１３】
カソード電極１７は、ガス供給ヘッド３５の一部を構成する。すなわち、ガス供給ヘッド３５は、絶縁ケース８から引き出されて成膜ガスを処理室１内に導入するガス導入口１５と、ガス導入口１５から導入されたガスを分散する分散板１２と、高周波電力を印加されるカソード電極１７とから構成される。このカソード電極１７は、ガス導入口１５から分散板１２を介して導入される成膜ガスを一対の電極３、１７間に供給する複数のガス供給孔４０を有する。
【００１４】
ＲＦ高周波電源９はマッチングボックス３７および結合コンデンサ１９を介してガス導入口１５からカソード電極１７に接続される。アノード電極３を支持するアノードサセプタ１３の接地は、インナケース１８およびアウタケース３１を介してなされる。
【００１５】
成膜ガスは、ガス導入口１５を通って処理室１内へ供給され、カソード電極１７に設けた分散板１２、ガス供給孔４０を経由して電極３、１７間へと導かれる。
カソード電極１７に設けられた上ヒータ１０と、アノード電極３に設けられた下ヒータ１１は、基板４を一定の温度に均一に加熱するために設けられている。
【００１６】
基板４を載置するアノードサセプタ１３は昇降移動するようになっている。アノードサセプタ１３は、上昇時、インナケース１８の下部開口を閉じて内槽を形成し、その内槽内に基板４を閉じ込める。下降時、内槽を開いて、基板４を外槽となるアウタケース３１へ取り出す。
【００１７】
成膜時は、アノードサセプタ１３を上昇して内槽を形成する。カソード電極１７とアノード電極３間に導入された成膜ガスに、ＲＦ高周波電源９の高周波電力を印加してプラズマを発生させ、基板４上に所定の成膜を行う。プラズマにより処理された成膜ガスの残留ガスは、処理室１に連通する排気管７を通り、図示しない排気処理系へと処理される。
なお、図中、ガス供給系、基板搬送系、排気処理系は省略してある。
【００１８】
図２はガス供給ヘッド（以下、シャワーヘッドという）３５を示す縦断面図である。
図２に示されているように、シャワーヘッド３５は下端面開口の短尺円筒形状に形成された本体５０を備えており、本体５０には第一ガス供給ライン５１および第二ガス供給ライン５２が配管されている。
本体５０内には仕切板５３が本体５０内を下側室５４と上側室５５とに仕切るように設けられており、仕切板５３には第一ガス供給ライン５１が下側室５４に連通するように接続されている。第二ガス供給ライン５２は本体５０に上側室５５に連通するように接続されている。仕切板５３には上側室５５と下側室５４とを連通する連通孔５６が複数本、全面にわたって均一に配置されて開設されている。仕切板５３下面には複数本の連通管５７が各連通孔５６にそれぞれ対向して突設されている。
本体５０の下端にはカソード電極１７が開口を閉塞するように固着されている。カソード電極１７には下側室５４と処理室１とをそれぞれ連通する第一ガス供給孔５８および第二ガス供給孔５９が複数本ずつ、全面にわたって均一に配置されてそれぞれ開設されている。各第一ガス供給孔５８は下側室５４にそれぞれ連通されている。各第二ガス供給孔５９は各連通孔５６にそれぞれ対向されており、各第二ガス供給孔５９は上側室５５に各連通孔５６によってそれぞれ連通されている。
【００１９】
カソード電極１７の下面には先端（アノード電極３側）に行くに従って径が小さくなるテーパ形状に形成された突起６０が複数個、各第一ガス供給孔５８に対向する位置にそれぞれ突設されており、各第一ガス供給孔５８は各突起６０の下面においてそれぞれ開口している。カソード電極１７の下面における各第二ガス供給孔５９に対向する位置には、各凹部６１がそれぞれ相対的に没設されており、各第一ガス供給孔５８は各凹部６１の底面においてそれぞれ開口している。したがって、第一ガス供給孔５８と第二ガス供給孔５９とは吹き出し高さ位置が互いに異なっている。すなわち、第一ガス供給孔５８の吹出口は、第二ガス供給孔５９の吹出口よりもアノード電極３に近い。
【００２０】
突起６０は先端（アノード電極３側）に行くに従って径が小さくなるテーパ形状に形成されていることにより、突起６０の先端に行くほど電界強度が高くなる電界勾配が形成されるために、突起６０内に設けた第一ガス供給孔５８を通過するガス分子は、電界勾配によって加速される。
したがって、電界勾配を形成するための突起６０からガスを供給することにより、ガスの分子および電子による衝突が増えるので、電子密度が高くなり、その結果、プラズマ生成効率を向上でき、必要とする高周波電力をより低減することができる。
突起６０の間に形成された凹部６１はホローカソード現象によるプラズマ密度を増加することができる。
【００２１】
以上の構成に係るＰＥＣＶＤを用いて基板４にシリコン窒化膜を形成する場合の作用および効果を説明する。
【００２２】
図２に示されているように、基板４がアノード電極３に保持され、アノード電極３とカソード電極１７との間に高周波電力が印加された状態で、第二ガスとしての窒素（Ｎ2 ）ガス７２が第二ガス供給ライン５２から供給されると、窒素ガス７２は上側室５５において拡散し、各連通孔５６をそれぞれ通って、各第二ガス供給孔５９から各凹部６１内にそれぞれ吹き出すために、各凹部６１の開口部付近において高密度プラズマ７３がそれぞれ形成される。
第二ガス供給孔５９から凹部６１内に窒素ガス７２を直接流すことにより、エネルギーの拡散を強めてホローカソード現象を促進することができるため、電子密度を高くすることができる。
【００２３】
第一ガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス７１が第一ガス供給ライン５１からシャワーヘッド３５の下側室５４へ供給されると、モノシランガス７１は下側室５４において拡散し、各第一ガス供給孔５８からそれぞれ吹き出す。各第一ガス供給孔５８の吹出口は各第二ガス吹出口よりもアノード電極３に近いので、第一ガス供給孔５８から供給されたモノシランガス７１の分子が凹部６１内に滞留することなく、凹部６１以外のカソード電極１７とアノード電極３との間に吹き出す。
これにより、凹部６１内にガスの分子が滞留する場合に比して、凹部６１以外のカソード電極１７とアノード電極３との間にモノシランガス７１の分子が多く存在するので、衝突が起こりやすくなり、より電子密度を高くすることができる。
【００２４】
ちなみに、カソード電極１７の凹部６１の底面に第一ガス供給孔５８を設けた場合には、凹部６１内の表面上にパーティクルがたまりやすい。しかし、凹部６１の底面に窒素ガス７２を吹き出す第二ガス供給孔５９を設けた場合には、第二ガス供給孔５９からの窒素ガス７２の供給により、パーティクルを除去することができるので、パーティクルの集積も防ぐことができる。
【００２５】
以上のようにして、第一ガス供給孔５８から吹き出されたモノシランガス７１と、第二ガス供給孔５９から吹き出された窒素ガス７２とのプラズマ反応によって、アノード電極３に保持された基板４には窒化シリコン膜（図示せず）が形成される。
【００２６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
例えば、前記実施形態においては、モノシランガスと窒素ガスとを使用して窒化シリコン膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他のガス種を使用して、酸化シリコン膜や他の膜を形成するのに適用することができる。
【００２８】
また、前記実施形態においては、ＰＥＣＶＤについて説明したが、本発明はこれに限らず、基板にプラズマ処理を施す半導体製造装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態であるＰＥＣＶＤを示す全体構成図である。
【図２】そのシャワーヘッドを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    処理室
３    アノード電極
４    基板
７    排気管
９    ＲＦ高周波電源
１５  ガス導入口
１７  カソード電極
３５  シャワーヘッド（ガス供給ヘッド）
５０  本体
５１  第一ガス供給ライン
５２  第二ガス供給ライン
５３  仕切板
５４  下側室
５５  上側室
５６  連通孔
５７  連通管
５８  第一ガス供給孔
５９  第二ガス供給孔
６０  突起
６１  凹部
７１  モノシランガス（第一ガス）
７２  窒素ガス（第二ガス）
７３  高密度プラズマ
【図１】
2010153531.tif 000003
【図２】
2010153531.tif 000004