(57)【要約】【課題】リーク電流が小さく、絶縁破壊の生じにくい陽極酸化膜を有する改良された半導体基板保持装置を与える。【解決手段】プラズマCVD装置の反応室内で半導体基板を保持するための半導体基板保持装置であって、載置ブロックと、加熱ブロックとから成り、載置ブロックの上面及び側面が陽極酸化処理されており、陽極酸化膜の膜厚が３０μｍから６０μｍであることを特徴とする装置。陽極酸化膜の膜厚を厚くすることで絶縁破壊電圧が高くなり、チャージアップによるダメージが低減される。【選択図】図１
2005064284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマCVD装置の反応室内で半導体基板を保持するための半導体基板保持装置であって、載置ブロックと、加熱ブロックとから成り、前記載置ブロックの表面及び側面が陽極酸化処理されており、陽極酸化膜の膜厚が３０μｍから６０μｍであることを特徴とする半導体基板保持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体基板保持装置であって、前記載置ブロックは直径２３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍのアルミニウム合金製の円板体から成る、ところの半導体基板保持装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体基板保持装置であって、前記載置ブロックは周縁部にリップ部を有する、ところの半導体基板保持装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体基板保持装置であって、前記陽極酸化膜の絶縁破壊電圧は３００V以上である、ところの半導体基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置の反応室内で基板を保持する基板保持装置に関し、特に枚葉式のプラズマCVD装置の反応室内で電極と兼用される半導体基板保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の枚葉式プラズマCVD装置において電極と兼用される半導体基板保持装置の材料として、軽量で熱伝導性に優れしかも重金属汚染の恐れの少ないアルミニウム若しくはアルミニウム合金が使用されてきた。アルミニウム若しくはアルミニウム合金の表面は耐ガス腐食性及び耐プラズマ性が必ずしも良い訳ではないので表面に陽極酸化処理を施し厚さ約１５μmの陽極酸化膜を形成することにより耐ガス腐食性及び耐プラズマ性を向上させている。
【０００３】
しかし、従来の半導体基板保持装置では、プラズマによるチャージアップに起因して半導体装置がダメージを受ける事が多い。チャージアップに起因する問題として、リーク電流の増大及び陽極酸化膜の絶縁破壊が上げられる。半導体基板上のチャージアップが増大し陽極酸化膜の耐圧を超えてしまうと、局所的に絶縁破壊が生じ、半導体基板が接地状態となる。すると半導体基板に大量の電荷が流れて半導体装置のゲート絶縁膜などが破壊されてしまう。陽極酸化膜の絶縁破壊が生じなくとも、リーク電流により半導体装置にダメージが与えられる可能性がある。リーク電流とは半導体装置上の電荷が半導体基板保持装置を通して接地電位に流れる電流をいう。リーク電流が一定の値を超えると、半導体装置のゲート絶縁膜などが劣化若しくは破壊されてしまい半導体装置の歩留まりが低下する。
【０００４】
従来の半導体基板保持装置は、その上面及び側面が陽極酸化膜により被覆されているので電荷は半導体基板保持装置を通じて流れ難い。しかし加熱するとアルミニウム合金基材と陽極酸化膜との間に線熱膨脹係数の差に起因した応力が発生し、陽極酸化膜表面から基材に貫通するひび割れが発生する。このひび割れにより電荷が半導体基板保持装置を通じて接地電位へ流れやすくなり、リーク電流を増大させる原因の一つとなる。
【０００５】
これらの対策として、固定絶縁板若しくは可動絶縁板を使用する方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３４４８７号公報
【０００６】
絶縁板を使用すると、半導体基板上の電荷が接地電位に流れないのでリーク電流は無くなり絶縁破壊も起こらなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、絶縁板を使用すると熱伝導性が低下するため半導体基板温度を上昇させるのに時間を要し、スループットが大幅に低下してしまう。また、基板温度は陽極酸化処理を施した基板保持装置上に載置した場合よりかなり低くなり、基板温度を上昇させるためにヒータの温度を上げると、ヒータと基板との温度差が大きいため温度制御が困難となる。このことは枚葉式のプラズマCVD装置において成膜すべき膜の膜質の制御を困難にし、設計通りに半導体装置を製造することを不可能にしてしまう。これは非常に大きな問題である。したがって枚葉式プラズマＣＶＤ装置では上記のような絶縁板の使用は実用的ではない。
【０００８】
本発明は以上の問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、リーク電流が小さく、絶縁破壊の生じにくい陽極酸化膜を有する改良された半導体基板保持装置を与えることである。
【０００９】
本発明の他の目的は、基板温度の制御性が良くプロセス安定性が高い半導体基板保持装置を与えることである。
【００１０】
本発明の他の目的は、チャージアップに起因するダメージを低減させ、歩留まりを向上させる半導体基板保持装置を与えることである。
【００１１】
本発明の他の目的は、製造が簡単でコストが安い半導体基板保持装置を与えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を解決するために本発明に係る基板保持装置は以下の特徴を有する。
【００１３】
プラズマCVD装置の反応室内で半導体基板を保持するための半導体基板保持装置は、載置ブロックと、加熱ブロックとから成り、載置ブロックの上面及び側面が陽極酸化処理されており、陽極酸化膜の膜厚が３０μｍから６０μｍであることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、載置ブロックは直径２３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍのアルミニウム合金製の円板体から成る。
【００１５】
好適には、載置ブロックは周縁部にリップ部を有する。
【００１６】
陽極酸化膜の絶縁破壊電圧は３００V以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
従来１５μｍであった陽極酸化膜の膜厚を３０μｍ〜６０μｍへと厚くしたことで絶縁破壊電圧が好適には３００Ｖ以上となり、プラズマ処理中に陽極酸化膜が絶縁破壊を起こし難くなる。また、陽極酸化膜の膜厚を従来よりも厚くすることで陽極酸化膜の抵抗値が大きくなりリーク電流を小さくすることができる。さらに、陽極酸化膜の膜厚を従来よりも厚くすることでひび割れが少なくなり、たとえひび割れが生じたとしてもアルミニウム合金まで達し難くなる。その結果リーク電流を小さくすることができる。
【００１８】
絶縁板を使用していないため、半導体基板の温度制御性がよくプロセス安定性が高い。
【００１９】
チャージアップに起因するダメージを低減することが可能となり、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００２０】
改良された半導体保持装置は製造コストが安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明に従う半導体基板保持装置を含む枚葉式プラズマCVD装置を略示したものである。プラズマCVD装置1は、反応室2と、該反応室内にあって半導体基板9を載置するための基板保持装置3と、該基板保持装置3に平行に対向して設置され半導体基板9に反応ガスを均一に噴射するためのシャワーヘッド4と、反応室2内部を排気するための排気口14と、反応室2内外に半導体基板9を搬入出するための開口部12と、から成る。
【００２２】
基板保持装置3は以下で詳細に説明するように、半導体基板9を載置するための載置ブロック7と、半導体基板9を加熱するための加熱ブロック6とから成る。載置ブロック7は好適にはアルミニウム合金から成る直径２３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍの円板体であり、上面及び側面に陽極酸化膜が被覆されている。加熱ブロック6は好適にはアルミニウム合金から成る直径２３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ〜１００ｍｍの円柱体であり、支持体21と一体になっている。支持体21は接地24されており、基板保持装置3はプラズマ放電の一方の電極を画成する。支持体21は基板保持装置3を上下に移動させるための駆動機構（図示せず）と機械的に結合されている。加熱ブロック6の内部には抵抗加熱型の発熱体22が埋設されており、外部の温度制御器23及び電源（図示せず）と接続されている。発熱体22は温度制御器23によって温度制御され半導体基板9を所定の温度（例えば、３００℃〜４５０℃）に加熱する。
【００２３】
シャワーヘッド4はガス導入管5を通じて外部の反応ガス供給装置（図示せず）に接続されている。シャワーヘッド4の下面11にはガス導入管5を介して導入された反応ガスを半導体基板9に噴出するための数千個の細孔（図示せず）が設けられている。シャワーヘッド4は反応室外部の整合回路10を介して高周波発振器（8,8’）と電気的に接続され、プラズマ放電のもう一方の電極を画成する。高周波発振器（8,8’）は好適には１３.５６MHz及び３００〜４５０kHzのそれぞれ異なる２種類の高周波電力を発生する。これら２種類の高周波電力は整合回路10内部で合成されシャワーヘッドに印加される。
【００２４】
排気口14は配管15を通じてコンダクタンス調整バルブ16を介し外部の真空排気ポンプ（図示せず）に結合されている。コンダクタンス調整バルブ16は、圧力計18及び圧力制御装置17と接続され、反応室内部の圧力を調節する。
【００２５】
開口部12にはゲートバルブ13が設けられており、反応室2は当該ゲートバルブ13を介して半導体基板9を搬入出するための搬送室（図示せず）と結合されている。
【００２６】
図２は本発明に従う半導体基板保持装置3の載置ブロック7の好適実施例の拡大断面図である。載置ブロック7は、アルミニウム合金から成る略円板体であり、その直径は２３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、好適には半導体基板9の直径より３０ｍｍ〜５０ｍｍ大きく、厚さは５ｍｍ〜１５ｍｍ、好適には７ｍｍ〜１２ｍｍである。載置ブロック7の上面周縁部にはリング状のリップ20が設けられている。当該リップ20は載置ブロックの載置面25上に半導体基板が載置されたとき、そのリップ部の上面26が半導体基板9の表面と同じ高さとなるように形成されている。当該リップ20はシャワーヘッドからのプラズマ電位が集中するのを防止する役目を果たす。載置面25は汚染防止及び熱伝導性の観点から好適には表面粗さがRa＝５μｍ以下の平面となるように形成されている。
【００２７】
載置ブロック7の上面（上記、載置面25及びリップ部の上面26を含む）及び側面27には、好適には３０μｍ〜６０μｍ、より好適には４０μｍ〜５０μｍの厚さの陽極酸化膜19が被覆処理されている。図２に記載の好適実施例において、載置ブロック7の下面には陽極酸化膜が被覆処理されていないが、下面にも同様の厚さで陽極酸化膜が被覆処理されていても良い。変形的に、載置ブロックはリップ部を有しない単純な円板体であってもよい。また、載置面25は平坦ではなく凹状にザグリ加工されていてもよい。その他、あらゆる形状の載置ブロックに対して本発明を適用することが可能である。載置ブロック7は加熱ブロック6とネジで固定されており、着脱自在である。したがって例えば、陽極酸化膜厚の異なる載置ブロックを数種類用意し、プロセス条件に応じて使い分けることも可能である。他の実施例として、載置ブロック及び加熱ブロックを着脱不能の一体型に形成することもできる。
【００２８】
以下、本発明に従う基板保持装置の電気特性を評価する測定を行ったので説明する。測定には、陽極酸化膜の厚さが１５μｍ、３０μｍ及び４５μｍの３種類の基板保持装置を使用した。基板保持装置上に直径０.１７ｍｍの電極を置き、０〜１０００Vの直流電圧を印加して、リーク電流及び絶縁破壊が発生する電圧を測定した。表１は、１００Vの電圧を印加したときのリーク電流値及び絶縁破壊電圧値の測定結果を示す。
【００２９】
【表１】
2005064284.tif 000003
【００３０】
図３は、表１の測定結果をグラフ化したものである。測定結果から明らかなように、基板保持装置の陽極酸化膜の膜厚が従来の２倍になるとリーク電流値は２４％低下し、膜厚が従来の３倍になるとリーク電流値は７７％低下する。これは、膜厚が厚くなることで陽極酸化膜の抵抗値が増大したためであると考えられる。また、基板保持装置の陽極酸化膜の膜厚が従来の２倍になると絶縁破壊電圧値は約１.９倍となり、膜厚が従来の３倍になると絶縁破壊電圧値は約３.９倍となる。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体基板保持装置を使って実際に成膜処理を行ったのでその結果について説明する。測定には陽極酸化膜の厚さが３０μｍのものと４５μｍのものを使用した。成膜処理終了後、形成された膜の膜厚、均一性、ストレス等の膜質を調べたところ、従来の陽極酸化膜の厚さ１５μｍの基板保持装置で成膜した膜と変化が無かった。
【００３２】
表２は、従来の基板保持装置を使用した場合と本発明に従う基板保持装置を使用した場合とでテストウエハによる表面電位（V）、フラットバンド電位（V）及び界面準位密度（個／cm2・eV）を測定した結果を示す。プラズマダメージの程度の指標である表面電位、フラットバンド電位及び界面準位密度の値は、従来の基板保持装置よりも本発明の基板保持装置を使用した方が非常に小さくなっていることがわかった。これは本発明の基板保持装置によりプラズマダメージが低減されたためであると考えられる。
【００３３】
【表２】
2005064284.tif 000004
【００３４】
したがって、以上の実験結果から本発明に従う半導体基板保持装置の陽極酸化膜の膜厚は３０μｍ以上、絶縁破壊電圧にすると３００V以上であることが望ましいと言える。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従う半導体基板保持装置を含むプラズマCVD装置の略示図である。
【図２】本発明に従う半導体基板保持装置の好適実施例の部分拡大断面図である。
【図３】本発明に従う半導体基板保持装置のリーク電流及び絶縁破壊電圧の測定結果を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
1      プラズマCVD装置
2      反応室
3      半導体基板保持装置
4      シャワーヘッド
5      ガス導入管
6      加熱ブロック
7      載置ブロック
8      高周波発振器
9      半導体基板
10      整合回路
12      開口部
13      ゲートバルブ
14      排気口
15      配管
16      コンダクタンス調整バルブ
17      圧力制御装置
18      圧力計
19      陽極酸化膜
20      リップ
21      支持体
22      発熱体
23      温度制御器
24      接地
【図１】
2005064284.tif 000005
【図２】
2005064284.tif 000006
【図３】
2005064284.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月20日(2003.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
プラズマCVD装置の反応室内で半導体基板を保持するための半導体基板保持装置であって、載置ブロックと、加熱ブロックとから成り、前記載置ブロックの上面及び側面が陽極酸化処理されており、陽極酸化膜の膜厚が３０μｍから６０μｍであることを特徴とする半導体基板保持装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
したがって、以上の測定結果から本発明に従う半導体基板保持装置の陽極酸化膜の膜厚は３０μｍ以上、絶縁破壊電圧にすると３００V以上であることが望ましいと言える。