(57)【要約】【課題】プレコート膜を蒸着することなく、基板上への金属汚染を防止する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置は、基板を載置しかつ電極として機能する冷却サセプタと、内部に形成された複数の貫通孔を通じて冷却サセプタの方向へガスを導入するためのシャワープレートを含む。該シャワープレートは、もう一方の電極として機能し、冷却サセプタと平行に配置される。冷却サセプタは、冷媒を流通するための冷媒流路を具備するセラミック材料から成る。【選択図】図２
2008300832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置し、基板と接触し、かつ電極として機能する冷却サセプタであって、冷媒を通過させるための冷媒流路を具備するセラミック材料から成るところの冷却サセプタと、
内部に形成された複数の貫通孔を通じて前記冷却サセプタに向かってガスを導入するためのシャワープレートであって、もう一方の電極として機能しかつ前記冷却サセプタと平行に配置されるところのシャワープレートと、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記冷却サセプタはさらに、サセプタ内に埋設されたＲＦプレートを具備する、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記シャワープレートはセラミック材料から成る、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記冷媒流路は、サセプタの底部に設けられる、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記冷却サセプタを構成する前記セラミック材料は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３から成る、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記シャワープレートを構成する前記セラミック材料は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３から成る、ことを特徴とする請求項３記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記シャワープレートは凸面の中心領域を有する、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記サセプタは凹面の中心領域を有する、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
さらに、冷媒流出口及び冷媒流入口を有しその両方が前記冷却サセプタの冷媒流路に結合されている冷媒循環装置を含む、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１０】
前記冷媒循環装置は冷媒を有し、前記冷媒は１０〜４０重量％のエチレングリコール水溶液から成る、ことを特徴とする請求項９記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１１】
前記冷却サセプタは、前記冷却サセプタの表面から露出した面をそれぞれ有するリフトピンを含み、少なくとも前記面はセラミック材料から成る、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１２】
さらに、アルミニウム製の内壁を有する反応チャンバを備え、その内部で、前記冷却サセプタ及び前記シャワープレートが平行に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１３】
プラズマＣＶＤにより基板の上に薄膜を堆積するための方法であって、
反応チャンバ内に、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置を設ける工程と、
−５０℃から２０℃の温度に請求項１記載の冷却サセプタの温度を制御する工程と、
前記冷却サセプタの表面上に前記基板を載置する工程と、
前記シャワープレートを通じて前記反応チャンバ内にガスを導入し、かつ、前記シャワープレートにＲＦ電力を印加する工程と、
前記基板の上に薄膜を堆積する工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１４】
冷媒流路が前記冷却サセプタの底部に設けられたことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却サセプタの温度を制御する工程は、前記冷媒流路を通じて冷媒を循環する工程を含む、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記冷媒は、１０〜４０重量％のエチレングリコール水溶液から成る、ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、プラズマＣＶＤ装置に関し、特に、基板上の金属汚染を減少させるプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のプラズマＣＶＤ装置の略示図である。従来のプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）では、薄膜は反応チャンバ１内部の半導体基板上に１から１０Torrの雰囲気で堆積される。そこでは、被処理体である半導体基板５が０から３５０℃に加熱された抵抗加熱型等のヒータ３上に載置されている。ヒータ３は反応ガスを放出するシャワープレート２に対向して配置されており、１３．５６MHzから６０MHz等の高周波（RF）電力が１００から４０００Wの出力レベルでシャワープレートに印加されると、ヒータ３とシャワープレート２との間にRF放電が生じてプラズマが生成される。ヒータ３は下部電極として機能し、一方シャワープレート２は上部電極として機能する。シャワープレート２に印加されるRF電力は、RF給電ポート７を通じて、RFジェネレータ４から給電される。反応ガスは、ガス供給口６を介して反応チャンバ１の内部に供給され、排気口８から排気される。この構成の下で、絶縁膜等がプラズマCVD法に基づき堆積される。通常、上部及び下部電極は主にアルミニウムから成る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属材料を使用すると、金属原子による汚染物質が発生し、そのためシリコン基板の頂部と底部に金属が堆積し、絶縁層が破壊されるか、他の問題が生じて、デバイスの歩留まりが低下する。これは深刻な問題であり、結果的に金属汚染を防止するという要求は、デバイスが微細構造になるに従いより厳しくなっている。プラズマCVDにおいて、多くの場合、プラズマを生成するための電極として、アルミニウム製シャワープレートと組み合わせてアルミニウム製サセプタが使用される。
【０００４】
加熱サセプタが使用される場合、基板の載置面及びサセプタの他の部品に使用される金属は、金属以外のセラミック等に置換される。しかし、加熱サセプタは、約５０ｎｍのデバイスノードを目標とする絶縁膜を堆積する場合には適切ではない。また、他の問題として、シャワープレートは金属製であるため、ウエハ表面への金属汚染を完全に防止することが困難である。さらに、リアクタを構成する多くの部材もまた金属製であるため、これらの他の部材についても注意深く吟味する必要がある。これらのほとんどの部材については、堆積処理を実行する前に、“プレコート膜”と呼ばれる膜でリアクタの内壁をコーティングすることにより金属汚染を防止することができる。しかし、プレコート処理の結果として生産性が低下し、プレコート膜を堆積することは、装置の長期間の安定動作には問題となる。一方、デバイスノードの縮小化は、約５０ｎｍのデバイスノードを目標とする絶縁膜を堆積する方法の開発を加速させている。特に、このトレンドは配線パターン及びＳＴＩ技術に対して大きな変更をもたらすものと期待されており、プレコート膜の堆積は新たに予想される条件のもとでは困難と考えられる。したがって、プレコート膜を堆積することなく、約５０ｎｍのデバイスノードに適切な絶縁膜に要求される条件で、基板上への金属汚染物質の影響を防止することが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記に鑑み、本発明のひとつの態様において、本発明は、プラズマＣＶＤ装置を与える。当該装置は、(i)基板を載置し、基板と接触し、かつ電極として機能する冷却サセプタであって、冷媒を流通させるための冷媒流路を具備するセラミック材料から成る冷却サセプタと、(ii)複数の貫通孔を介してサセプタに向けてガスを導入するためのシャワープレートであって、もう一方の電極として機能し、かつ、該サセプタに平行に配置されたシャワープレートと、を備える。
【０００６】
本発明の上記実施態様は、さらに、これに限定しないが、以下の実施形態を含む。
【０００７】
上記実施形態のいずれかにおいて、サセプタはさらにサセプタ内に埋設されたＲＦプレートを具備する。
【０００８】
上記実施形態のいずれかにおいて、冷媒流路はサセプタの底部に与えられる。
【０００９】
サセプタを構成するセラミック材料は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３である。
【００１０】
上記実施形態のいずれかにおいて、シャワープレートはセラミック材料から成る。シャワープレートを構成するセラミック材料は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３である。
【００１１】
上記実施形態のいずれかにおいて、シャワープレートは凸面の中心領域を有する。
【００１２】
上記実施形態のいずれかにおいて、サセプタは凹面の中心領域を有する。
【００１３】
上記実施形態のいずれかにおいて、プラズマＣＶＤ装置はさらに、冷媒流出口及び冷媒流入口を有する冷媒循環装置を備え、その両者はサセプタの冷媒流路に結合されている。冷媒循環装置はさらに、１０〜４０重量％のエチレングリコール水溶液である冷媒を含む。
【００１４】
上記実施形態のいずれかにおいて、サセプタは、当該サセプタの表面から露出する面をそれぞれ有するリフトピンを含み、少なくとも当該面はセラミック材料から成る。
【００１５】
上記実施形態のいずれかにおいて、プラズマＣＶＤ装置はさらに、アルミニウム製の内壁を有し、その内部においてサセプタ及びシャワープレートは平行に配置されている。
【００１６】
本発明の他の態様において、プラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を堆積するための方法が与えられる。当該方法は、(i)リアクタチャンバ内に、上記したプラズマＣＶＤ装置を与える工程と、(ii)サセプタの温度を−５０℃から２０℃に制御する工程と、(iii)サセプタの表面上に基板を載置する工程と、(iv)シャワープレートを通じて反応チャンバ内にガスを導入し、かつ、シャワープレートにＲＦ電力を印加する工程と、(v)基板上に薄膜を堆積する工程と、を備える。
【００１７】
上記した態様はさらに、これに限定しないが、以下の実施形態を含む。
【００１８】
冷媒流路はサセプタの底部に与えられる。
【００１９】
上記実施形態のいずれかにおいて、サセプタの温度を制御する工程は、冷媒流路を通じて冷媒を循環させる工程を含む。
【００２０】
上記した実施形態のいずれかにおいて、冷媒は１０〜４０重量％のエチレングリコール水溶液である。
【００２１】
従来技術に対する利点及び本発明を要約するために、本発明のいくつかの目的及び利点が説明される。もちろん、本発明の特定の実施形態に従って、必ずしもすべての目的または利点が達成されるものではない。よって、例えば、ここに教示されまたは示唆されるような他の目的及び利点を必ずしも達成することなく、ここに教示されるような利点を達成または最適化する方法で、本発明を実施または実行し得ることは当業者の知るところである。
【００２２】
本発明の他の態様、特徴及び利点は、以下の好適実施形態の詳細な説明により明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
上記したように、配線パターン及びＳＴＩ技術は、デバイスノードが約５０ｎｍレベルに達するに従い大きく変化する。特に、メモリデバイスに関して、ＲＣ遅延を減少させる目的で、絶縁膜に対して低誘電率（low-k）材料を適用すること、銅（Ｃｕ）配線を導入すること、あるいは、それ以外の方法が試されている。ＰＭＤ（プリメタル誘電体）絶縁膜の誘電率を減少させる必要もあり、この目的のために低誘電率材料の適用が研究されている。ＳＴＩに基づく埋め込み酸化膜もまた狭くなってきており、今日使用されている酸化膜のサイズは３５から５０ｎｍの範囲であり、アスペクト比は約１：２０である。ＨＤＰ−ＣＶＤ（高密度プラズマＣＶＤ）及びＯ３ベースＣＶＤのような従来の方法は、十分な埋め込み特性を達成することができないことが報告されている。したがって、今日のデバイスは、配線パターン及びＳＴＩにより要求される本質的な膜特性として、良好な埋め込み特性及び微細なサイズを提供する膜を要求する。シリコン基板上に液状の反応物質を形成し、その後、表面張力により基板構造体中に反応物質を埋め込む技術に関する研究が為されている。このような反応物質は、プラズマ放電により堆積された反応物質が再び液化する際にのみ形成可能であるため、基板表面上に液状の反応物質を形成するためには、サセプタの温度を低下させる必要がある。サセプタ温度が所定の範囲を超えれば、十分な埋め込み特性が達成できないため、特定的に、サセプタ温度は、−５０から２０℃の範囲が好ましい。ここで、堆積された膜の材料には、熱処理またはＵＶキュアリングなどの後処理が施される。当該材料は液体のままであり、堆積ステージの間、形成膜中に存在しない。
【００２４】
同様に、冷却サセプタにより堆積される絶縁膜もまた不完全な状態にあり、したがって弱く、プレコーティングを施すのが困難である。このため、本発明の実施形態において、プレコーティング処理の必要性を除去するべく、リアクタ内部の部材に対して非金属材料が使用される。本発明の実施形態において、シリコン基板の表面及び背面が金属材料と接触するような状況が作られるのを防止するために、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３のようなセラミックスがシャワープレート及び／または冷却サセプタを構成するのに使用される。
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の好適実施形態を詳細に説明する。しかし、好適実施形態及び図面は本発明を限定するものではない。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に従うプラズマＣＶＤ装置の略示図である（この図は、説明の都合上、極端に単純化されている）。この実施形態において、下部のセラミック電極２４及び上部セラミック電極２２は、反応チャンバ１内部で互いに平行に配置されている。下部セラミック電極２４は冷却されているサセプタであり、“冷却サセプタ”とも呼ばれる。ここで、サセプタ自身は、セラミック材料から成る。この実施形態において、基板はサセプタ上に直接載置され、異なる材料から作られた別の部材または付加的プレートなどは存在しない。ひとつの実施形態において、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３が冷却サセプタ用の材料として使用され、冷媒流路２５はセラミック材料内部に直接形成されている。例えば、この流路は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３材料内部に穴を開けるか、流路の半分をそれぞれ形成する２つのＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３部分を結合して形成することができる。冷却サセプタはまた下部電極としても機能するため、ＲＦ電極がセラミック製の冷却サセプタ内に埋設されている。
【００２７】
一方、この実施形態において、上部セラミック電極２２はＲＦ電極が埋設されたセラミック製シャワープレートを有する。セラミック製シャワープレートの頂部には、シャワープレートの温度を制御するための加熱装置１７が具備されている。ひとつの実施形態において、反応チャンバ内部の温度を制御するためにヒータ（図示せず）が反応チャンバの壁内部に形成されてもよい。この図に示される装置はいずれもセラミック製の上部及び下部電極を有するが、他の実施形態において下部電極のみがセラミック製であってもよい。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に従う冷却サセプタの断面略示図である。このサセプタは基板支持部３８及び軸部３７を備え、好適にこれらはセラミック材料を使って一体的に構成されている。ひとつの実施形態において、基板支持部３８のみがセラミック製であってもよい。タングステンまたはチタンなどの金属から成るＲＦプレート３１が基板支持部３８内に、例えば、表面から０．２〜５０ｍｍの深さに埋設され、ＲＦプレート３１はネット形状等を有し、その厚さは約０．１から３ｍｍである。接地バー３４がこのＲＦプレート３１に接続され、接地接続を与える。基板支持部３８はまた冷媒流路３２を有し（ここで冷媒は水に限定されない）、冷媒流路３２は冷媒供給管３５に結合され、冷媒循環管３６は軸部３７内部に与えられる。その結果、冷媒は冷媒供給管３５から軸部付近の位置の冷媒流路３２へ供給され、それにより、冷媒は基板支持部３８の内部で、内側から外側へ循環することが可能となり、最後に軸部付近に戻り冷媒循環管３６から放出される。図３に示す冷媒流路の形状は極端に単純化して示されている。冷媒流路３２は渦巻き形状、または円周方向にジグザグ若しくは蛇行する形状を有してもよく、その結果、冷媒は基板支持部３８内部を均一に循環することができる。基板支持部３８の温度は、例えば、基板支持部３８の深さの中心に対応する中心付近位置のセラミック材料内に埋設された温度測定用の熱電対３３を使って測定することができる。
【００２９】
この図において、冷媒流路は、基板支持面全体に対する温度の不均一性を減少させるために、ＲＦプレート下部の基板支持部３８の底部（ベース）に設けられている。しかし、ひとつの実施形態において、冷媒流路は基板支持部３８の深さの中心に対応する位置に設けられてもよい。ひとつの実施形態において、冷媒流路の断面積は約１から１０ｃｍ２である。図３に示す実施形態において、冷媒流路は正方形の断面を有するが、他の実施形態において、断面は円形または楕円であってもよい。
【００３０】
図７は、本発明の異なる実施形態に従う冷却サセプタの平面図の略示図である。冷媒流路は点線で示されている。冷媒流路７２は、冷媒が中心付近に設けられた冷媒流入口７３から冷却サセプタに流入し、中心から外側に向かってほぼ渦巻き状に回って流れ、その後中心付近に設けられた冷媒流出口７４を通じて最外部７５を介して冷却サセプタから流出するように与えられる。この実施形態に与えられるサセプタを図面上で４つの区画に分割すると、冷媒流路は左上の区画を除き一定の曲率を保っている。特定的に、第１流路７２ａ、第２流路７２ｂ、第３流路７２ｃ及び第４流路７２ｄはこの順序で中心から外周に向かって配置されており、この区画の各流路においてすべて一定の曲率を有している。しかし、渦巻き形状を形成するために、左上区画の流路は直線部（７２ａ’、７２ｂ’、７２ｃ’）及び円弧部を含む。このレイアウトを採用することにより、冷却効率を減少させることなく、リフトピン用の穴７１を効果的に避けることが可能となる。また、温度測定用の熱電対３３もまた効果的に避けることが可能となる。流路はサセプタの厚さ方向に対して単一の深さレベルで与えられるが、他の実施形態において２つまたはそれ以上の深さレベルを有するように構成することも可能である。
【００３１】
この流路は、別個の部材を使用することなくセラミック製サセプタ内に直接形成することができる。流路は、例えば、サセプタを構成するセラミックスを焼結した後、材料を除去して流路に対応する部分を形成し、その後サセプタセラミックスを焼結するか、または凹面流路を有するひとつの部分を鋳造し、その後別々に形成したベースとなる部分を結合することにより形成することができる。流路はセラミック製サセプタ内に直接設けられるため、優れた熱伝導率を達成することができ、それが冷却効率を向上させる。さらに、この実施形態において、セラミックス以外の他の材料はサセプタの基板支持部分の表面に使用されておらず、それにより基板支持部の表面（プラズマに露出する面）は、冷媒による高い熱伝導率を達成する方法で効率的に冷却可能となる。
【００３２】
ひとつの実施形態において、基板支持部３８の厚さは約１．５から１５ｃｍであり、その直径は約３３から４０ｃｍである。ひとつの実施形態において、軸部３７の直径は約５から１５ｃｍであり、その長さは約１５から４０ｃｍである。
【００３３】
ひとつの実施形態において、冷媒流路を流れる冷媒は、約２０〜５０重量％の水と、エタノール及び／またはエチレングリコールの混合物である。この冷媒は、例えば、水で５０重量％またはそれ以下の濃度に希釈されたエタノール溶液、または水で６０重量％またはそれ以下の濃度に希釈されたエチレングリコール溶液である。しかし、冷媒はこれらの水溶液に限定されず、高い熱特性及び高い流動性を与えながら低温において流体の凍結を防止する組成である限りあらゆる流体を使用することが可能である。冷媒の濃度及び材料は、冷却により下げる必要がある温度などのさまざまな要因により決定される。ひとつの実施形態において、冷媒による冷却は反応チャンバ１の外部に設置された冷媒循環装置（図６に示す）を使って実行され、その結果、冷媒温度の制御が可能となる。この温度制御は冷媒循環装置を使って冷媒温度を制御することにより達成される。特定の温度に冷却された冷媒の流量は、温度測定用の熱電対３３の温度をモニターすることにより、必要に応じて調節可能である（この温度を以下で“冷却サセプタ温度”と呼ぶ）。ひとつの実施形態において、冷却サセプタ温度は、−５０℃から２０℃の範囲の温度（−４０℃、−３０℃、−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃及びこれらの任意の２数間の値を含む）のような２０℃またはそれ以下に調節される。冷却が実行されている間、上記のように制御された冷媒は温度制御を与えるべく流路を通じて一定に流れる。
【００３４】
冷却サセプタの周囲の結露を防止するために、リアクタが開閉される際に、冷却サセプタの温度は室温付近（２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃及びこれら任意の２数間の値を含む）に維持するのが好ましい。これは、冷媒を熱媒（例えば、温水）に切り替えることにより容易に達成できる。他に、冷却サセプタ温度は、リアクタの内壁またはシャワープレート内部に設けられたヒータからの輻射熱を使うことにより、上記のように調節することも可能である。ひとつの実施形態において、リアクタが大気に開放される瞬間に、温度設定は加熱モードに切り替えられてもよい。
【００３５】
ひとつの実施形態において、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３のような非金属材料が、冷却サセプタと同じ方法でシャワープレートに対しても使用される。金属汚染物質は、プラズマ放電が発生する上部電極と下部電極との間に位置するシリコン基板に大きな衝撃を与えるため、シリコン基板の上面及び底面の金属汚染を劇的に減少させるためには、上部及び下部電極の両方の材料をＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３のような非金属材料に変更して測定してみるのがよい。上記した測定の後に、シリコン基板の上面及び底面の金属汚染を調べた結果、金属汚染物質のレベルはすべての金属原子に関して５．０×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下であった。上部及び下部電極がアルミニウムから成る場合、約１．０×１０１２原子／ｃｍ２のアルミニウム汚染物質が生じ、このような装置を半導体デバイス製造プロセスに使用することは不可能である。金属汚染を減少させるために洗浄処理を実行することも必要になってくる。プラズマＣＶＤに基づく多くの処理は金属配線に対しても使用される。本発明のひとつの実施形態において、金属汚染は大幅に減少するため、プラズマＣＶＤによる膜堆積はすべての基板処理及び配線処理に関して可能となる。また、ひとつの実施形態において、堆積処理前のプレコーティングまたは、上部電極及び下部電極を保護するための他の従来の手段が必要でなくなり、生産性が向上するばかりかウエハ処理の単位コストを削減することができる。
【００３６】
図４は、本発明のひとつの実施形態に従う、セラミック製シャワープレート４３の断面略示図である。このセラミック製シャワープレートはその内部に埋設されたＲＦプレート４１を有する。このＲＦプレートはセラミック製サセプタ内に埋設されたＲＦプレートと基本的に同じ構造を有する。しかし、シャワープレートはガスを放出するための多くの細孔（図示せず）を有するため、ＲＦプレートはこれらの孔と干渉しないように構成されている。セラミック製シャワープレートは、シャワープレートの温度を約５０℃から２５０℃の範囲内で制御することができる加熱装置（図２）を有する。ひとつの実施形態において、ガス流出口でのセラミック製シャワープレートの厚さは約０．２から５ｃｍであり、その外径は約３０から５０ｃｍである。
【００３７】
ひとつの実施形態において、サセプタプレートは膜厚分布の均一性等を考慮して、その表面の高さが異なる構造を有する。例えば、図５はサセプタの断面略示図を与える（冷媒流路は図示せず）。図５において、直径３００ｍｍ基板用のサセプタ５３は、中心付近の１３５から１５０．５ｍｍの領域（または直径２７０から３０１ｍｍ）をカバーする徐々に凹面となる領域５１を有する。ひとつの実施形態において、この凹面領域の面積は、水平面面積に換算して、基板支持面（基板を支持するのに使用される領域）の約７０から９５％に対応する。他の実施形態において、凹面領域は仮想的に基板とほぼ同じ大きさであってもよい。図５において、凹面５１は中心に向かって傾斜し、中心での深さは０．５から２ｍｍである。図示しない他の実施形態において、凹面全体が平坦であり、かつ、表面が基板と完全に接触することがないように複数のディンプルを有する。ひとつの実施形態において、このディンプルの深さは４０から８０μmである。
【００３８】
シャワープレートに関するひとつの実施形態において、膜厚分布の均一性は、表面の高さの違いばかりでなく、円形パターンで配置された多数の細孔によりサセプタと同じ方法で制御される。例えば、図４には、表面形状が略示されている。図４において、シャワープレート表面の中心付近の２００００から６９０００ｍｍ２をカバーする徐々に凸面の領域４２が設けられている。この領域は、シャワープレートの底面の約２５から９０％に対応する。他の実施形態において、凸面領域は、水平面面積に換算して、シャワープレートの底面の約２５から９０％に対応する面積を占める。ひとつの実施形態において、凸面の中心高さは、シャワープレートの外周から測定して約０．５から６ｍｍである。しかし、多くの場合、標準仕様として、平坦なシャワープレートが使用される。
【００３９】
上記したように、金属汚染を減少させるために、ウエハと接触する領域で、Ａ  ｌＮまたはＡｌ２Ｏ３のような非金属材料を使用することが効果的である。上部電極と下部電極との間の領域はプラズマ反応により生成される活性種に晒されるという点で、電極付近のガス流を考慮した場合、上部及び下部電極を非金属材料で構成することも効果的である。上部電極が金属材料から成る場合、上部電極から流下するガスは金属と接触し、これにより金属汚染物質の付着が生じる。したがって、下部電極ばかりでなく上部電極も非金属材料により作成する必要がある。
【００４０】
プラズマＣＶＤによる薄膜堆積方法は、従来の装置の例ですでに説明した。特定的に、シャワープレートを介してリアクタ内に導入されるガスは、それぞれ上部及び下部電極を構成するシャワープレートとサセプタとの間で放電されるプラズマと反応し、反応物質がシリコン基板上に堆積される。その後、ガスは排気プレートにより案内され排気管に流れ、ドライポンプを経由して、最終的に排気される。冷却サセプタプレートは冷却サセプタ内部を流れる冷媒を制御することにより冷却される。サセプタプレートの温度はサセプタ内部に設置された熱電対により検出される。温度制御は、冷媒循環装置により制御される冷媒を、流路を通じてサセプタ内部に導入することにより実行される。
【００４１】
図６は、本発明のひとつの実施形態に従うプラズマＣＶＤ装置の略示図である。この図において、３つの反応チャンバ１がゲートバルブ７０を介して基板搬送チャンバ６８に結合されている。２つのロードロックチャンバ６３もまた基板搬送チャンバ６８に結合されている。ロードロックチャンバ６３はミニエンバイロメント６７を介して基板カセット６１に結合されている。基板は、ミニエンバイロメント６７内に配置される大気ロボット６２により基板カセット６１からロードロックチャンバに搬入され、その後、基板搬送チャンバ６８内に配置される真空ロボット６４により各反応チャンバ１内に搬入され、そこで基板処理が開始される。冷却サセプタ２４は反応チャンバ１内に設けられ、この冷却サセプタ２４は、冷媒が冷媒供給管６９を通じて冷媒循環装置６６から供給され、冷却サセプタ内部を循環し、最終的に冷媒循環管６５を通じて冷媒循環装置６６に戻るように、冷媒循環装置６６に結合されている。
【００４２】
ここで、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３がセラミック材料として主に使用されるが、ＢＮまたはその他の材料が他の実施形態において使用されてもよい。
【００４３】
本発明の詳細な説明において開示された条件及び／または構造は特定的なものではなく、当業者は本発明の開示を勘案し、通常の実験にもとづいて、このような条件及び／または構造を容易に付与することが可能である。
【００４４】
また、本発明の詳細な説明において、実施形態に適用された数値は他の実施形態においても±５０％だけ修正可能であり、実施形態に適用される範囲は終点を含んでも含まなくてもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を参照して、本発明を説明する。しかし、これらの実施例は本発明を限定するものではない。実施例において、サセプタ及びシャワープレートが特定されることを除き、プラズマＣＶＤ装置としてEagle（商標）10（日本エーエスエム社製）を使用した。
【００４６】
＜従来例＞
ここで使用されたサセプタ、シャワープレート及び成膜条件は以下の通りである。
【００４７】
シャワープレート材料：アルミニウム
サセプタ材料：アルミニウム
サセプタ温度：０℃
シャワープレート温度：１００℃
リアクタ側壁温度：１００℃
ＤＭ−ＤＭＯＳ流量：２５ｓｃｃｍ
ヘキサン流量：８０ｓｃｃｍ
Ｈｅ流量：６３０ｓｃｃｍ
Ｏ２流量：１００ｓｃｃｍ
リアクタ圧力：４００Ｐａ
放電ギャップ：２０ｍｍ
上記条件の下での動作の結果、以下のレベルの金属汚染物質が検出された。検出はＩＣＰ−ＭＳ評価に基づいて行った。ちなみに、各原子の標準値は、５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下である。“その他”はニッケル及びマンガンのような金属原子の合計を示している。
【００４８】
アルミニウム：１×１０１３原子／ｃｍ２
チタン：３×１０１１原子／ｃｍ２
クロム：８．５×１０１０原子／ｃｍ２
その他：５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下
上記したように、他の金属原子の金属汚染物質レベルは標準値付近であるが、アルミニウム、チタン、及びクロムの金属汚染物質レベルはすべて標準値を超えており、金属汚染が確認された。ここで、検出された金属は上部及び下部電極によるものであると考えられる。
【００４９】
＜実施例１＞
ここで使用されたサセプタ、シャワープレート及び成膜条件は以下の通りである。
【００５０】
シャワープレート材料：ＡｌＮ
冷却サセプタ材料：ＡｌＮ
サセプタ温度：０℃
シャワープレート温度：１００℃
リアクタ側壁温度：１００℃
ＤＭ−ＤＭＯＳ流量：２５ｓｃｃｍ
ヘキサン流量：８０ｓｃｃｍ
Ｈｅ流量：６３０ｓｃｃｍ
Ｏ２流量：１００ｓｃｃｍ
リアクタ圧力：２６６Ｐａ
放電ギャップ：２０ｍｍ
上記条件の下での動作の結果、以下のレベルの金属汚染物質が検出された。検出はＩＣＰ−ＭＳ評価に基づいて行った。ちなみに、各原子の標準値は、５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下である。“その他”は鉄、クロム、チタン及びニッケルのような金属原子の合計を示している。
【００５１】
アルミニウム：４．５×１０１０原子／ｃｍ２
その他：５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下
上記のように、金属汚染物質レベルで大きな改善が見られる。特に、アルミニウム汚染物質は次数３だけ減少した。
【００５２】
＜実施例２＞
ここで使用されたサセプタ、シャワープレート及び成膜条件は以下の通りである。
【００５３】
シャワープレート材料：ＡｌＮ
冷却サセプタ材料：ＡｌＮ
サセプタ温度：０℃
シャワープレート温度：１００℃
リアクタ側壁温度：１００℃
ＤＭ−ＤＭＯＳ流量：２５ｓｃｃｍ
ヘキサン流量：８０ｓｃｃｍ
Ｈｅ流量：８３０ｓｃｃｍ
Ｏ２流量：１００ｓｃｃｍ
リアクタ圧力：８００Ｐａ
放電ギャップ：２０ｍｍ
上記条件の下での動作の結果、以下のレベルの金属汚染物質が検出された。検出はＩＣＰ−ＭＳ評価に基づいて行った。ちなみに、各原子の標準値は、５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下である。“その他”はチタン及びクロムのような金属原子の合計を示している。
【００５４】
アルミニウム：３×１０１０原子／ｃｍ２
その他：５×１０１０原子／ｃｍ２またはそれ以下
上記のように、金属汚染物質レベルで大きな改善が見られる。特に、アルミニウム汚染物質は次数３だけ減少した。
【００５５】
本発明の思想から離れることなく、さまざまな修正及び変更が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の態様を制限することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、従来のプラズマＣＶＤ装置の略示図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従うプラズマＣＶＤ装置の略示図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従う冷却サセプタの断面略示図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従うシャワープレートの断面略示図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従うサセプタの断面略示図（冷媒流路は図示せず）である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従う複数のリアクタ及びサセプタ冷却装置を含むプラズマＣＶＤ装置の略示図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従う冷却サセプタの平面略示図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・反応チャンバ、２・・・上部電極（シャワープレート）、３・・・下部電極（サセプタ）、４・・・高周波（ＲＦ）ジェネレータ、５・・・半導体基板、６・・・ガス供給口、７・・・ＲＦ電力給電ポート、８・・・排気口、１７・・・加熱装置、２２・・・セラミックシャワープレート、２４・・・セラミックサセプタ（冷却サセプタ）、３１・・・ＲＦ電極、３２・・・冷媒流路、３３・・・熱電対、３４・・・接地バー、３５・・・冷媒供給管、３６・・・冷媒循環管、３７・・・軸部、３８・・・基板支持部、４１・・・ＲＦプレート、４２・・・凸面領域、４３・・・シャワープレート、５１・・・凸面領域、５３・・・冷却サセプタ、６１・・・ウエハカセット、６２・・・大気ロボット、６３・・・ロードロックチャンバ、６４・・・真空ロボット、６５・・・冷媒循環管、６６・・・冷媒循環装置、６７・・・ミニエンバイロメント、６８・・・ウエハ搬送チャンバ、６９・・・冷媒供給管、７０・・・ゲートバルブ。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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