(57)【要約】【課題】高密度プラズマ化学気相蒸着による絶縁膜の蒸着時、ウェハー５０の中央部が非対照的に厚くまたは薄くなり、後続の化学機械研磨工程における研磨の均一度が低下する。【解決手段】上部チャンバー１３０および下部チャンバー１２０により構成される蒸着チャンバーと;蒸着チャンバーの下部に設置され、高周波数電源が印加されるとともに、ウェハー１５０が載置される静電チャック１４０と;蒸着チャンバー内の側壁に固定され、水平面に対して所定間隔を有して配置されるとともに、化学気相蒸着用ソースガスを噴射する多数個のガス噴射用インジェクタ１６０と;多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の傾斜角度を調整する角度調整手段１７０と;高密度プラズマ化学気相蒸着装置を制御し、角度調整手段１７０によりガス噴射用インジェクタ１６０の傾斜角度を調整する制御手段１８０と；を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマ化学気相蒸着装置であって、
低周波数電源が印加される上部チャンバー、および下部チャンバーにより構成される蒸着チャンバーと；
前記蒸着チャンバーの下部に設置され、高周波数電源が印加されるとともに、ウェハーが載置される静電チャックと;
前記蒸着チャンバー内の側壁に固定され、水平面に対して所定間隔を有して配置されるとともに、化学気相蒸着用ソースガスを噴射する多数個のガス噴射用インジェクタと;
前記多数個のガス噴射用インジェクタの傾斜角度を調整する角度調整手段と;
前記高密度プラズマ化学気相蒸着装置を制御し、前記角度調整手段により前記ガス噴射用インジェクタの傾斜角度を調整する制御手段と；
を備えることを特徴とする半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記多数個のガス噴射用インジェクタの全てが同一の傾斜角度になるように前記角度調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記多数個のガス噴射用インジェクタが相異なる傾斜角度になるように前記角度調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項４】
前記角度調整手段は、前記多数個のガス噴射用インジェクタの傾斜角度を０〜９０゜に調整することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ガス噴射用インジェクタの傾斜角度が４５゜以上になるように角度調整手段を制御し、ウェハーの中央部の蒸着厚さを増加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記ガス噴射用インジェクタの傾斜角度が４５゜未満になるように角度調整手段を制御し、ウェハーの中央部の蒸着厚さを減少させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置。
【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もので、詳しくは、半導体製造用高密度プラズマ(ＨＤＰ:High  Density  Plasma)化学気相蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子の高集積化に伴い、ＳＴＩ(Shallow  Trench  Isolation)などの素子分離工程および層間絶縁膜構造において、一層精巧な臨界寸法および高い縦横比が要求されている。このとき、半導体素子の製造工程で発生した段差を平坦化するために使用される物質には、ＢＰＳＧ膜、化学気相蒸着方式により形成されたＵＳＧおよび高密度プラズマ化学気相蒸着膜などがある。前記高密度プラズマ化学気相蒸着膜を形成するための高密度プラズマ化学気相蒸着装置では、蒸着およびエッチング工程を同時に行うことで膜を形成する。
【０００３】
現在、半導体素子の製造過程で発生した段差の溝埋め込み(gap  fill)をする物質として最も好まれている膜質は、高密度プラズマ化学気相蒸着装置で蒸着した膜である。
【０００４】
図１は、従来の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した図である。
【０００５】
図１に示すように、高密度プラズマ化学気相蒸着装置１０は、蒸着チャンバー、静電チャック(ＥＳＣチャック)４０および多数個のガス噴射用インジェクタ６０により構成される。
【０００６】
蒸着チャンバーは、上部チャンバー３０および下部チャンバー２０により構成される。ここで、ドーム状に形成された上部チャンバー３０には、低い周波数電源が印加される。また、下部チャンバー２０には、ウェハー５０が載置される静電チャック４０が位置しており、静電チャック４０には、バイアス電源として使用される高い周波数電源が印加される。
【０００７】
多数個のガス噴射用インジェクタ６０は、蒸着チャンバー内の側壁に設置され、静電チャック４０の周りに沿って所定間隔に８個または２４個設置される。また、ガス噴射用インジェクタ６０は、静電チャック４０上に載置されるウェハー５０の上部に化学気相蒸着工程のための任意のガス(例えば、ＳｉＨ４ガス)を噴射する。
【０００８】
すなわち、このように構成された従来の高密度プラズマ化学気相蒸着装置では、上部チャンバー３０に低い周波数電源を印加し、静電チャック４０に高い周波数電源を印加する。また、多数個のガス噴射用インジェクタ６０を通してチャンバーの内部に化学気相蒸着用ソースガスを噴射する。
【０００９】
その結果、上部チャンバー３０に印加された低い周波数電源により、ガス噴射用インジェクタ６０を通してチャンバーの内部に噴射されたガスがプラズマ状態になる。また、静電チャック４０に印加された高い周波数電源により、プラズマ状態になったイオンがウェハー５０の表面で蒸着される。
【００１０】
図２は、従来の高密度プラズマ化学気相蒸着装置のガス噴射用インジェクタを示した図である。
【００１１】
図２に示すように、多数個のガス噴射用インジェクタ６０は、水平面、すなわち、静電チャック４０に対して４５°に傾いた状態でチャンバー内の側壁に固定されるため、インジェクタ６０と隣接したウェハー５０の部分には絶縁膜が厚く蒸着される反面、ウェハー５０の中央および縁部には相対的に薄く蒸着されるという問題点があった。この場合、蒸着対象である絶縁膜の厚さの均一度は、既存のＰＥＣＶＤ方式よりもＨＤＰ方式を用いると一層悪化される。
【００１２】
すなわち、このような高密度プラズマ化学気相蒸着による絶縁膜の蒸着時、ウェハー５０の中央部が非対照的に厚くまたは薄くなり、蒸着厚さが均一でない場合、後続の化学機械研磨(ＣＭＰ:Chemical  Mechanical  Polishing)工程における研磨の均一度が低下するという問題点があった。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，２３０，６５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４１７，１１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、後続の化学機械研磨工程のエッチング率の特性に合せてガス噴射用インジェクタの角度を変更することで、ウェハーの表面に蒸着される絶縁膜の厚さをウェハーの位置に応じて調節できる半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、低周波数電源が印加される上部チャンバー、および下部チャンバーにより構成される蒸着チャンバーと；前記蒸着チャンバーの下部に設置され、高周波数電源が印加されるとともに、ウェハーが載置される静電チャックと；蒸着チャンバー内の側壁に固定され、水平面に対して所定間隔を有して配置されるとともに、化学気相蒸着用ソースガスを噴射する多数個のガス噴射用インジェクタと；多数個のガス噴射用インジェクタの傾斜角度を調整する角度調整手段と；高密度プラズマ化学気相蒸着装置を制御し、角度調整手段によりガス噴射用インジェクタの傾斜角度を調整する制御手段と；を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、後続の化学機械研磨工程のエッチング率の特性に合せてガス噴射用インジェクタの角度を０〜９０°の間に調整することで、ウェハーの表面に蒸着される絶縁膜厚さを調節できるという効果がある。
【００１７】
また、本発明は、ガス噴射用インジェクタの角度を相異なるように調整することで、ウェハーに蒸着される膜の蒸着厚さをウェハーの位置とは関係なしに調節できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に対し、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように説明する。
【００１９】
図面では、多様な層および領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。また、明細書全体における類似した部分には、同一の符号を与えた。
【００２０】
図３は、本発明による半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した図である。
【００２１】
図３に示すように、高密度プラズマ化学気相蒸着装置１００は、蒸着チャンバー、静電チャック(ＥＳＣチャック)１４０および多数個のガス噴射用インジェクタ１６０により構成される。
【００２２】
蒸着チャンバーは、上部チャンバー１３０および下部チャンバー１２０により構成される。ここで、ドーム状に形成された上部チャンバー１３０には、低い周波数電源が印加される。また、下部チャンバー１２０には、ウェハー１５０が載置される静電チャック１４０が位置しており、静電チャック１４０には、バイアス電源として使用される高い周波数電源が印加される。
【００２３】
多数個のガス噴射用インジェクタ１６０は、蒸着チャンバー内の側壁に設置され、静電チャック１４０の周りに沿って所定間隔に８個または２４個設置される。また、多数個のガス噴射用インジェクタ１６０は、静電チャック１４０上に載置されるウェハー１５０の上部に化学気相蒸着工程のための任意のガス(例えば、ＳｉＨ４ガス)を噴射する。
【００２４】
本発明による多数個のガス噴射用インジェクタ１６０は、水平面、すなわち、静電チャック１４０の表面に対して０°〜９０°の角度に調整される。
【００２５】
本発明の高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、ガス噴射用インジェクタ１６０の角度を調整する角度調整手段１７０をさらに含むが、例えば、ステッピングモータによりガス噴射用インジェクタ１６０の傾斜角度が調整される。
【００２６】
また、本発明の高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、入力手段１９０により入力された蒸着工程の作動信号および制御命令によって角度調整手段１７０を駆動することで、多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の傾斜角度を４５°未満または４５°以上に調整し、上部チャンバー１３０および下部チャンバー１２０に駆動電源をそれぞれ印加して蒸着工程を行うように制御する制御手段１８０を含む。
【００２７】
さらに、本発明の制御手段１８０は、入力手段１９０から入力または既に設定された値によって角度調整手段１７０を調整し、多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の角度を４５°未満に低下することで、ウェハー１５０の中央表面に蒸着される絶縁膜を薄く蒸着する。その反面、多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の角度を４５°以上に上昇する場合、ウェハー１５０の中央表面に蒸着される絶縁膜を厚く蒸着することができる。
【００２８】
したがって、本発明は、後続の化学機械研磨工程のエッチング率特性に合せてガス噴射用インジェクタ１６０の傾斜角度を調整することで、ウェハー１５０の表面に蒸着される絶縁膜の厚さのプロファイルを変形することができる。
【００２９】
このように構成された本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、次のように作動する。
【００３０】
制御手段１８０は、上部チャンバー１３０に低い周波数電源を印加し、静電チャック１４０に高い周波数電源を印加する。
【００３１】
また、制御手段１８０は、入力手段１９０から入力されるか、既に設定された角度調整値に応じて角度調整手段１７０を駆動する。
【００３２】
次いで、角度調整手段１７０の駆動により、多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の角度が４５°未満に低下する。
【００３３】
次いで、制御手段１８０は、傾斜角度が４５°未満に低下したガス噴射用インジェクタ１６０を通して、チャンバーの内部に化学気相蒸着用ソースガス(例えば、ＳｉＨ４)を噴射する。
【００３４】
すると、上部チャンバー１３０に印加された低い周波数電源により、ガス噴射用インジェクタ１６０を通してチャンバーの内部に噴射されたガスがプラズマ状態になり、静電チャック１４０に印加された高い周波数電源により、プラズマ状態になったイオンがウェハー１５０の表面で蒸着される。このとき、ガス噴射用インジェクタ１６０の角度が４５°未満になるためウェハー１５０の中央部の蒸着厚さが薄くなる。
【００３５】
もし、制御手段１８０で角度調整手段１７０を駆動してガス噴射用インジェクタ１６０の角度を４５°以上に上昇する場合、傾斜角度が４５°以上に上昇したガス噴射用インジェクタ１６０を通してチャンバーの内部にソースガスが噴射され、ウェハー１５０の中央部の蒸着厚さが厚くなる。
【００３６】
図４は、本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置のガス噴射用インジェクタを示した図である。
【００３７】
図４に示すように、本発明の多数個のガス噴射用インジェクタ１６０は、水平面、すなわち静電チャック１４０の表面に対して０°〜９０°の角度に調整されるため、後続の化学機械研磨(ＣＭＰ)工程で要求される蒸着膜の厚さのプロファイルに合せてインジェクタの角度を調整することで、蒸着厚さを制御することができる。
【００３８】
また、本発明の高密度プラズマ化学気相蒸着装置は、蒸着チャンバー内の側壁に設置された多数個のガス噴射用インジェクタ１６０の角度を相異なるように調整することで、ウェハー１５０に蒸着される膜の蒸着厚さをウェハーの位置とは関係なしに調節することができる。
【００３９】
図５ａおよび図５ｂは、従来の固定されたガス噴射用インジェクタと、本発明による角度が変化されるガス噴射用インジェクタを示した図である。
【００４０】
図５ａに示すように、従来のガス噴射用インジェクタは、４５°の傾斜角度に固定される。その反面、図５ｂに示すように、本発明のガス噴射用インジェクタは、０°〜９０°の傾斜角度に調整されるため、チャンバーの内部に噴射されるガスの角度を変形することができる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されることなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した図である。
【図２】従来の高密度プラズマ化学気相蒸着装置のガス噴射用インジェクタを示した図である。
【図３】本発明による半導体製造用高密度プラズマ化学気相蒸着装置を示した図である。
【図４】本発明による高密度プラズマ化学気相蒸着装置のガス噴射用インジェクタを示した図である。
【図５ａ】従来の固定されたガス噴射用インジェクタを示した図である。
【図５ｂ】本発明による角度が変化されるガス噴射用インジェクタを示した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１００  高密度プラズマ化学気相蒸着装置、２０，１２０  下部チャンバー、３０，１３０  上部チャンバー、４０，１４０  静電チャック、５０，１５０  ウェハー、６０，１６０  ガス噴射用インジェクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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