專利名稱：等離子體處理裝置及等離子體cvd裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理裝置及等離子體CVD裝置。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體裝置成為人類生活不可缺少的。這里，半導(dǎo)體裝置是指包含至少一個晶體管的裝置，各種電子裝置都屬于半導(dǎo)體裝置。包含在半導(dǎo)體裝置中的晶體管等的元件由薄膜構(gòu)成。為形成這樣的薄膜，等離子體處理是不可缺少的。此外，這里等離子體CVD法等也包括在等離子體處理中。例如，當(dāng)使用玻璃襯底制造薄膜晶體管時，通過將等離子體CVD法應(yīng)用于柵極絕緣膜的形成，能夠在低溫下形成致密的膜。這樣，當(dāng)制造包含在半導(dǎo)體裝置中的晶體管等的元件時利用等離子體處理裝置， 由此，關(guān)于等離子體處理裝置的各種技術(shù)開發(fā)也不斷得到發(fā)展(例如，專利文獻(xiàn)1)。[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請公開平1H97496號公報另一方面，作為等離子體處理裝置所要求的性能之一可舉出等離子體的均勻性。 為了提高等離子體的均勻性，使上部電極與下部電極之間的電場強度的時間平均及導(dǎo)入氣體的分布均勻即可。此外，“時間平均”是指一個周期的電場強度的平均值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方式提供一種能夠使電場強度均勻且使導(dǎo)入氣體的分布均勻的等離子體處理裝置。本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置具有如下結(jié)構(gòu)將上部電極與罩住上部電極的室壁設(shè)為共軸形狀，通過所述上部電極內(nèi)的氣體管而導(dǎo)入的氣體經(jīng)過分散板和簇射板 (shower plate)而導(dǎo)入到處理室，其中，所述分散板與所述上部電極內(nèi)的所述氣體管對置， 并且該分散板具有分散板中央部及分散板周邊部，該分散板中央部未設(shè)置氣體孔，該分散板周邊部圍繞所述分散板中央部且設(shè)置有多個氣體孔。本發(fā)明的一個方式是一種等離子體處理裝置，其特征在于，具有上部電極的電極面與下部電極的電極面對置且被室壁罩住的處理室；以及由所述上部電極及絕緣體與所述處理室分隔且被所述室壁的同一室壁罩住的線室(line chamber)，其中所述處理室與設(shè)置在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室連接，所述第一氣體擴散室與設(shè)置在所述分散板與所述上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室連接，所述第二氣體擴散室連接到所述上部電極內(nèi)的第一氣體管，所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管連接到第二氣體管，所述第二氣體管連接到處理用氣體供應(yīng)源，所述線室具有連接到惰性氣體供應(yīng)源的氣體導(dǎo)入口、共軸設(shè)置的所述上部電極及所述室壁，所述分散板與連接到所述上部電極的電極面的在所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口對置，并且，該分散板具有分散板中央部及分散板周邊部，該分散板中央部未設(shè)置氣體孔，該分散板周邊部圍繞所述分散板中央部且設(shè)置有多個氣體孔。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述簇射板設(shè)置有多個氣體孔，優(yōu)選的是，所述簇射板的氣體孔的數(shù)量多于所述分散板的氣體孔的數(shù)量。或者上述結(jié)構(gòu)中，所述簇射板設(shè)置有多個氣體孔，優(yōu)選的是，在所述簇射板的一個主表面上的氣體孔的總面積大于在所述分散板的一個主表面上的氣體孔的總面積。這是因為能夠在所述第一氣體擴散室中使氣體均勻地分散的緣故。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述上部電極連接有溫度計，并且優(yōu)選所述上部電極中的溫度計的連接部分與所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口關(guān)于所述上部電極的電極面的中心點點對稱。這是因為可以提高來自所述上部電極的電場的均勻性的緣故。備選地，在上述結(jié)構(gòu)中，所述上部電極優(yōu)選設(shè)置有冷卻介質(zhì)的路徑，該路徑繞過所述上部電極內(nèi)的第一氣體管的氣體導(dǎo)入口附近。作為冷卻介質(zhì)，例如可以使用水或油等。備選地，等離子體處理裝置可以連接到排氣系統(tǒng)。本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置，包括第一電極；所述第一電極中的路徑；連接到所述路徑的第一端口的管；所述第一電極下的第一板，其中所述第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多個孔的第二部分，并且所述第一部分與所述路徑的第二端口重疊；在所述第一電極下的第二電極，所述第一板置于所述第一電極與所述第二電極之間； 以及圍繞所述第一電極和所述第一板的壁，其中，所述壁和所述第一電極共軸設(shè)置。所述等離子體處理裝置可以還包括所述第一板下的第二板，該第二板具有多個孔，其中，所述第二板的孔的數(shù)量多于所述第一板的孔的數(shù)量。備選地，所述等離子體處理裝置可以包括所述第一板下的第二板，該第二板具有多個孔，其中，所述第二板的孔的總面積大于所述第一板的孔的總面積。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置，即其中所述第一電極包括可連接到溫度計的部分，并且其中該部分設(shè)置為關(guān)于所述第一電極的表面的中心點與所述第一端口點對稱。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置，即其中所述第一電極包括可流過冷卻介質(zhì)的第二路徑，并且其中所述第二路徑繞過所述第一端口的附近。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置，即其中所述等離子體處理裝置可連接到排氣系統(tǒng)。備選地，所述等離子體處理裝置可以還包括絕緣體，該絕緣體置于所述壁與所述第一電極的側(cè)面之間。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置，即其中所述第一板具有盤狀。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置即其中所述等離子體處理裝置用于膜形成。備選地，也可以提供這樣的所述等離子體處理裝置，即其中被所述壁罩住的室、所述第一電極的表面以及絕緣體連接到惰性氣體供應(yīng)源。上述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置例如是等離子體CVD裝置。能夠提供一種能使來自上部電極的電場的強度均勻且使導(dǎo)入氣體的分布均勻的等離子體處理裝置。


圖1是本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置的分散板的示意圖。圖3是本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置的上部電極的電極面的示意圖。圖4是表示圖1的等離子體處理裝置的電場強度等的分布的示意圖。附圖標(biāo)記說明100等離子體處理裝置；102處理室；104線室；106第一氣體擴散室；108第二氣體
6擴散室；110上部電極；112下部電極；114室壁；116分散板；118簇射板；120第一氣體管； 122第二氣體管；IM處理用氣體供應(yīng)源；1 與惰性氣體供應(yīng)源連接的氣體導(dǎo)入口 ；1 溫度計；130分散板中央部；132分散板周邊部；140冷卻介質(zhì)路徑；142迂回部；144第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口 ； 146溫度計的連接部分；dl第一氣體管120的主要部的截面的直徑； d2第二氣體管122的主要部的截面的直徑；d3第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口的直徑；d4分散板中央部的直徑。
具體實施例方式下面，使用附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。但是，本發(fā)明不局限于以下說明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個事實就是本發(fā)明的方式及詳細(xì)內(nèi)容可以不脫離其宗旨及范圍地被變換為各種各樣的形式。因而，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示實施方式所記載的內(nèi)容中。圖1表示本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置的示意圖。圖IB示出等離子體處理裝置100整體的主要結(jié)構(gòu)的截面圖，而圖IA示出沿圖IB的A-B線的截面圖。圖1所示的等離子體處理裝置100具有處理室102和線室104。處理室102由室壁114罩住，在處理室102中，上部電極110的電極面與下部電極112的電極面設(shè)置成對置。線室104由室壁114罩住，由上部電極110及絕緣體(上部電極110的電極面與室壁 114之間的以空白部表示的部分)與所述處理室102分隔。處理室102與設(shè)置在分散板116與簇射板118之間的第一氣體擴散室106連接， 第一氣體擴散室106與設(shè)置在分散板116與上部電極110的電極面之間的第二氣體擴散室 108連接，第二氣體擴散室108連接到上部電極110內(nèi)的第一氣體管120，上部電極110內(nèi)的第一氣體管120連接到第二氣體管122，第二氣體管122連接到處理用氣體供應(yīng)源124。線室104具有連接到惰性氣體供應(yīng)源的氣體導(dǎo)入口 126、共軸設(shè)置的上部電極110 及室壁114。線室104優(yōu)選為正壓的惰性氣體氣氛。此外，在本說明書中，“正壓的氣氛”優(yōu)選為高于大氣壓的氣壓，但不局限于此。至少為高于處理室內(nèi)的壓力的氣壓即可。在此，通過將線室104內(nèi)設(shè)定為正壓的惰性氣體氣氛，可以防止線室104內(nèi)的構(gòu)件氧化等，降低維護(hù)頻度，并可以增大平均故障間隔(MTBF:Mean Time Between Failure)。此外，在圖1所示的等離子體處理裝置中，由于將上部電極110及室壁114設(shè)為共軸形狀，所以不阻礙導(dǎo)入的惰性氣體的路徑。由此，在上部電極110的線部中，同一高度處的溫度分布的均勻性提高，并能夠使當(dāng)供應(yīng)到上部電極110的電力為高頻率時的上部電極的線部的表面上的電力傳播穩(wěn)定。從而，通過將上部電極Iio和室壁114設(shè)為共軸形狀，能夠減小阻抗且提高傳輸效率。并且，可以提高上部電極110上的電場分布的均勻性。在此，當(dāng)設(shè)上部電極110的線部的直徑為d，室壁114內(nèi)側(cè)的直徑為D，線室104的氣氛的相對介電常數(shù)為ε時，阻抗Z由式1表示。
138 DZ = -^log10 7 (式 1)根據(jù)上述式1，通過增大相對介電常數(shù)ε能夠減小阻抗Ζ。由于可以適當(dāng)?shù)剡x擇導(dǎo)入線室104內(nèi)的氣體，所以能夠選擇相對介電常數(shù)ε大的氣體以減小阻抗Ζ。例如，在采用氮氣氛作為線室104的氣氛的情況下，當(dāng)線室104的氣氛中的溫度為20°C時，相對介電常數(shù)為ε =5. 47左右。另外，在采用氬氣氛作為線室104的氣氛的情況下，當(dāng)線室104的氣氛中的溫度為20°C時，相對介電常數(shù)為ε =5. 17左右。另外，由于通過將線室104內(nèi)的氣氛設(shè)定為正壓的惰性氣體氣氛，可以進(jìn)行線室 104內(nèi)的構(gòu)件的散熱，所以，例如即使在上部電極110具備加熱器的情況下也可以防止上部電極110的過熱。另外，優(yōu)選的是，如圖IB所示那樣將溫度計1 連接于上部電極110。另外，通過將線室104內(nèi)設(shè)定為正壓的惰性氣體氣氛，即使在室壁114發(fā)生泄漏的情況下也可以抑制大氣成分進(jìn)入處理室102。圖2示出分散板116的一個主表面的概略。圖2所示的分散板116具有分散板中央部130和分散板周邊部132。分散板中央部130是與連接到上部電極110的電極面的在上部電極110內(nèi)的第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口對置而配置的部分，其未設(shè)置氣體孔。分散板周邊部132設(shè)置有多個氣體孔。此外，簇射板118設(shè)置有多個氣體孔，優(yōu)選的是，簇射板118的氣體孔的數(shù)量多于分散板116的氣體孔的數(shù)量?；蛘?，簇射板118設(shè)置有多個氣體孔，優(yōu)選的是，簇射板118的氣體孔的總面積大于分散板116的氣體孔的總面積。這是因為能夠在第二氣體擴散室108 中均勻地分散氣體的緣故。如上所述，由于分散板116的分散板中央部130未設(shè)置氣體孔，所以能夠防止從第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的氣體未充分?jǐn)U散而導(dǎo)入到第一氣體擴散室106，并能夠提高導(dǎo)入到處理室102的氣體的均勻性。圖3示出上部電極110的電極面的一個例子。這里，圖3是從與下部電極112相反一側(cè)觀察到的上部電極110的電極面的圖。圖3所示的上部電極110設(shè)置有第一氣體管 120的氣體導(dǎo)入口 144、溫度計的連接部分146以及冷卻介質(zhì)路徑140，冷卻介質(zhì)路徑140在第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口 144的附近具有迂回部142。溫度計的連接部分146優(yōu)選位于以上部電極110的電極面的中心點為基準(zhǔn)與上部電極110內(nèi)的第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口 144點對稱的位置。這是因為能夠連接溫度計而不降低來自上部電極110的電場的均勻性的緣故。迂回部142優(yōu)選設(shè)置在第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口 144附近。作為冷卻介質(zhì)， 例如能夠使用水或油等。另外，冷卻介質(zhì)路徑140不局限于圖3所示的形態(tài)。由此，也可以不設(shè)置迂回部 142。第一氣體管120的主要部的截面的直徑dl及第二氣體管122的主要部的截面的直徑d2的大小可以設(shè)定為當(dāng)對上部電極110供應(yīng)電力時第一氣體管120中或第二氣體管 122中不產(chǎn)生放電的程度。此外，dl和d2設(shè)為大致相等的大小即可。設(shè)上部電極110的電極面與第一氣體管120所形成的角度為θ，則第一氣體管 120的氣體導(dǎo)入口的直徑d3可表示為d3 = dl/sin θ。但是，第一氣體管120的直徑也可以在氣體導(dǎo)入口處增大。另外，第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口的直徑d3的大小也設(shè)定為不產(chǎn)生放電的程度。分散板中央部130的直徑d4優(yōu)選大于第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口的直徑d3。 這是為了防止從第一氣體管120的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的氣體未擴散而導(dǎo)入到第一氣體擴散室 106。圖4A至4C示出當(dāng)對圖1的等離子體處理裝置100的處理室102導(dǎo)入處理氣體并對上部電極110和下部電極112施加電壓時的各種示意圖，亦即，圖4A至4C示出C-D處的電場強度的分布(圖4A) X-D處的處理氣體的分布(圖4B)以及E-F處的反應(yīng)性物質(zhì)的分布(圖4C)。如圖4A所示，電場強度在與上部電極110及下部電極112的中央部重疊的位置上具有峰值，但是由于在圖1所示的等離子體處理裝置100中電場強度的均勻性高，所以該電場強度的梯度平緩。此外，如圖4B所示，處理氣體的分布在與分散板中央部130重疊的位置以外的區(qū)域中具有兩個峰值，根據(jù)圖4A所示的電場強度和圖4B所示的處理氣體的分布，可以認(rèn)為反應(yīng)性物質(zhì) (被電離的材料物質(zhì))以圖4C所示的方式分布。當(dāng)反應(yīng)性物質(zhì)(被電離的材料物質(zhì))如圖 4C所示的方式分布時，例如在利用等離子體處理裝置100通過等離子體CVD法在襯底上進(jìn)行成膜的情況下，能夠減小襯底面內(nèi)的膜厚度的偏差，并能夠提高均勻性。或者，即使不是進(jìn)行成膜的情況，也可以對襯底進(jìn)行高均勻性的等離子體處理。另外，當(dāng)在2000Pa以上IOOOOOPa以下，優(yōu)選在4000Pa以上50000Pa以下的壓力
下進(jìn)行等離子體處理時，本發(fā)明的一個方式的等離子體處理裝置特別有效。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，包括被室壁的第一部分罩住的處理室，其中上部電極的電極面與下部電極的電極面對置； 被所述室壁的第二部分罩住且由所述上部電極及絕緣體與所述處理室分隔的線室； 在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室，其中所述第一氣體擴散室連接到所述處理室；在所述分散板與所述上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室，其中所述第二氣體擴散室連接到所述第一氣體擴散室及在所述上部電極內(nèi)的第一氣體管， 其中，所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管連接到第二氣體管， 所述第二氣體管連接到處理用氣體供應(yīng)源，所述線室包括與惰性氣體供應(yīng)源連接的氣體導(dǎo)入口，以及共軸設(shè)置的所述上部電極及所述室壁，并且所述分散板包括中央部，該中央部與在所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口對置，且未設(shè)置氣體孔，其中所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口連接到所述上部電極的電極面；以及周邊部，該周邊部圍繞所述中央部且設(shè)置有多個氣體孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中， 所述簇射板包括多個氣體孔，并且所述簇射板的氣體孔的數(shù)量多于所述分散板的氣體孔的數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中， 所述簇射板包括多個氣體孔，并且在所述簇射板的表面中的氣體孔的總面積大于在所述分散板的表面中的氣體孔的總面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，還包括 與所述上部電極連接的溫度計，其中，所述上部電極中的所述溫度計的連接部分與所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口關(guān)于所述上部電極的電極面的中心點點對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述上部電極包括冷卻介質(zhì)的路徑，該路徑繞過所述上部電極內(nèi)的第一氣體管的氣體導(dǎo)入口附近。
6.一種等離子體CVD裝置，該等離子體CVD裝置是根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理裝置可連接到排氣系統(tǒng)。
8.一種等離子體處理裝置，包括 第一電極；所述第一電極中的路徑； 與所述路徑的第一端口連接的管；所述第一電極下的第一板，其中所述第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多個孔的第二部分，并且所述第一部分與所述路徑的第二端口重疊；在所述第一電極下的第二電極，所述第一板置于所述第一電極與所述第二電極之間；以及圍繞所述第一電極和所述第一板的壁， 其中，所述壁和所述第一電極共軸設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，還包括 所述第一板下的第二板，該第二板包括多個孔，其中，所述第二板的孔的數(shù)量多于所述第一板的孔的數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，還包括 所述第一板下的第二板，該第二板包括多個孔，其中，所述第二板的孔的總面積大于所述第一板的孔的總面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中， 所述第一電極包括可連接到溫度計的部分，并且該部分設(shè)置為關(guān)于所述第一電極的表面的中心點與所述第一端口點對稱。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中， 所述第一電極包括可流過冷卻介質(zhì)的第二路徑，并且所述第二路徑繞過所述第一端口的附近。
13.一種等離子體CVD裝置，該等離子體CVD裝置是根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理裝置可連接到排氣系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，還包括 絕緣體，該絕緣體置于所述壁與所述第一電極的側(cè)面之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中所述第一板具有盤狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理裝置用于膜形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其中被所述壁罩住的室、所述第一電極的表面以及絕緣體連接到惰性氣體供應(yīng)源。
19.一種在等離子體處理裝置中形成薄膜的制造方法，其中， 該等離子體處理裝置包括被室壁的第一部分罩住的處理室，其中上部電極的電極面與下部電極的電極面對置； 被所述室壁的第二部分罩住且由所述上部電極及絕緣體與所述處理室分隔的線室； 在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室，其中所述第一氣體擴散室連接到所述處理室；在所述分散板與所述上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室，其中所述第二氣體擴散室連接到所述第一氣體擴散室及在所述上部電極內(nèi)的第一氣體管， 其中，所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管連接到第二氣體管， 所述第二氣體管連接到處理用氣體供應(yīng)源，所述線室包括連接到惰性氣體供應(yīng)源的氣體導(dǎo)入口，以及共軸設(shè)置的所述上部電極及所述室壁，并且所述分散板包括中央部，該中央部與在所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口對置，且未設(shè)置氣體孔，其中所述上部電極內(nèi)的所述第一氣體管的氣體導(dǎo)入口連接到所述上部電極的電極面；以及周邊部，該周邊部圍繞所述中央部且設(shè)置有多個氣體孔， 所述制造方法包括通過利用經(jīng)過所述分散板及所述簇射板的氣體來形成薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使電場強度和氣體分布均勻的等離子體處理裝置，具有上部電極與下部電極對置且由室壁罩住的處理室；以及由上部電極及絕緣體與處理室分隔且由室壁罩住的線室，其中處理室與設(shè)置在分散板與簇射板之間的第一氣體擴散室連接，第一氣體擴散室與設(shè)置在分散板與上部電極的電極面之間的第二氣體擴散室連接，第二氣體擴散室連接到上部電極內(nèi)的第一氣體管，上部電極內(nèi)的第一氣體管連接到第二氣體管，第二氣體管連接到處理用氣體供應(yīng)源，線室具有惰性氣體導(dǎo)入口、共軸設(shè)置的上部電極及室壁，分散板與連接到上部電極的電極面的在上部電極內(nèi)的第一氣體管的氣體導(dǎo)入口對置，并且，該分散板具有分散板中央部及分散板周邊部，該分散板中央部未設(shè)置氣體孔，該分散板周邊部設(shè)置有多個氣體孔。
文檔編號C23C16/455GK102456533SQ20111035461
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者一條充弘, 井上卓之, 宮入秀和, 沼澤陽一郎, 高橋功二郎 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所