專利名稱：等離子體成膜裝置和等離子體成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使基于微波生成的等離子體作用在半導(dǎo)體晶片等 來形成薄膜的等離子體成膜裝置和等離子體成膜方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體制品的高密度化和高微細(xì)化，在半導(dǎo)體制品的 制造工程中，為了進(jìn)行成膜、蝕刻、灰化等各種處理，普遍使用了等離
子體處理裝置。特別是，由于微波即使在O.lmTorr (13.3mPa ) ~數(shù) Torr (數(shù)百Pa)左右的壓力比較低的高真空狀態(tài)下也能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生 等離子體，所以使用微波，并使用利用了產(chǎn)生高密度等離子體的微波的 等離子體處理裝置。
這樣的等離子體處理裝置被公開在專利文獻(xiàn)1 5等中。這里，參照 圖11至圖13，對為了在半導(dǎo)體晶片上形成薄膜而使用了微波的一般的 等離子體成膜裝置進(jìn)行概括的說明。圖11是表示以往一般的等離子體 成膜裝置的概略結(jié)構(gòu)圖，圖12是表示從下方觀察氣體導(dǎo)入單元時(shí)的狀 態(tài)的俯視圖。
在圖11中，該等離子體成膜裝置2具有構(gòu)成為可被抽真空的處理容 器4、和設(shè)在處理容器4內(nèi)的載置半導(dǎo)體晶片W的載置臺(tái)6。在與該載 置臺(tái)6對置的頂部氣閉密封地設(shè)有可透過微波的圓板狀的頂板8，該頂 板8由氧化鋁、氮化鋁、或石英等構(gòu)成。另外，在處理容器4的側(cè)壁上 設(shè)有用于向容器4內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定的氣體的氣體導(dǎo)入單元10 ，并且設(shè)有晶片 W的搬入搬出用開口部12。在該開口部12"^殳有氣密地開閉該開口部12 的門閥G。另外，在處理容器4的底部設(shè)有排氣口 14，該排氣口14與 未圖示的真空排氣系統(tǒng)連接，從而能夠如上述那樣將處理容器4內(nèi)抽真 空
另外，在上述頂板8的上側(cè)設(shè)有向上述處理容器4內(nèi)導(dǎo)入微波的微 波導(dǎo)入單元16。具體是，該微波導(dǎo)入單元16具有設(shè)在上述頂板8的上面的厚度為數(shù)mm左右的例如由銅板構(gòu)成的圓板狀平面天線部件18， 在該平面天線部件18的上面?zhèn)仍O(shè)有用于縮短微波的波長的例如由電介 體構(gòu)成的滯波部件20。而且，在平面天線部件18上形成有多個(gè)例如由 長槽狀貫通孔構(gòu)成的微波發(fā)射用的槽22。
同軸波導(dǎo)管24的中心導(dǎo)體24A與上述平面天線部件18連接，而且， 同軸波導(dǎo)管24的外側(cè)導(dǎo)體24B與覆蓋上述滯波部件20整體的波導(dǎo)箱 26的中央部連接。由微波發(fā)生器28發(fā)生的例如2.45GHz的微波在通過 模式轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換成規(guī)定的振蕩模式后，被導(dǎo)入平面天線部件18和滯 波部件20。微波放射狀地在天線部件18的半徑方向傳播。然后從設(shè)在 平面天線部件18上的各個(gè)槽22發(fā)射出微波，并透過頂板8。然后，微 波被導(dǎo)入到下方的處理容器4內(nèi)，基于該微波，在處理容器4內(nèi)的處理 空間S中產(chǎn)生等離子體，從而對半導(dǎo)體晶片W實(shí)施成膜處理。另外， 在上述波導(dǎo)箱26的上面設(shè)有冷卻器32，其用于冷卻因微波的感應(yīng)損耗 被加熱的滯波部件20。
而且，上述氣體導(dǎo)入單元10為了向處理容器4內(nèi)的處理空間S的 整體區(qū)域供給原料氣體，例如圖12所示那樣，具有形成為井口狀、或 格狀的例如石英管制的噴淋頭部34。在該噴淋頭部34的下表面的大致 整體區(qū)域上設(shè)有多個(gè)氣體噴射孔34A，從各個(gè)氣體噴射孔34A中噴射原 料氣體。另外，該氣體導(dǎo)入單元10為了導(dǎo)入其他輔助氣體，例如具有 石英管制的氣體噴嘴36。
另外，作為以往的等離子體成膜裝置的其他一例，如圖13所示的 概略結(jié)構(gòu)圖那樣，取代圖U的氣體噴嘴36而在頂板8的正下方的處理 容器側(cè)壁上設(shè)有圓環(huán)狀的噴氣環(huán)38。在該噴氣環(huán)38上，沿著其圓周方 向以規(guī)定的間隔形成有氣體噴射孔38A，從這些各個(gè)氣體噴射孔38A分 別供給02氣或Ar氣。在這種情況下，作為原料氣體的TEOS與圖11 所示的情況同樣，被供給到噴淋頭部34。
專利文獻(xiàn)1:日本特開平3-191073號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開平5-343334號公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:日本特開平9-181052號>^凈艮專利文獻(xiàn)4:日本特開2003-332326號^5^艮 專利文獻(xiàn)5:日本特開2006-128529號/>才艮
但是，在使用上述的等離子體成膜裝置，采用等離子體CVD (Chemical Vapor Deposition )形成例如CF膜等結(jié)合能比較小的薄膜 的情況下，充電損壞少，成膜速率充分大、且膜厚的面內(nèi)均勻性也高， 未產(chǎn)生問題。
然而，在釆用等離子體CVD形成Si02膜等結(jié)合能比較大的薄膜的 情況下，產(chǎn)生了不僅成膜速率下降，而且膜厚的面內(nèi)均勻度也惡化的問 題。
如果對這一點(diǎn)進(jìn)行具體說明，則在采用等離子體CVD形成SiOz膜 的情況下，例如作為原料而使用TEOS(正硅酸乙酯)，作為輔助氣體而 使用氧化用的02氣體和等離子體穩(wěn)定用的Ar氣體。而且，如圖11和 圖12所示，相比輔助氣體，供給量非常少的原料TEOS流向上述噴淋 頭部34，從各個(gè)氣體噴射孔34A被大致均勻地導(dǎo)入到處理空間S，而供 給量遠(yuǎn)大于TEOS的02氣體和Ar氣體是從氣體噴嘴36導(dǎo)入。另外， 在圖13所示的裝置例的情況下，02氣體和Ar氣體是從噴氣環(huán)38供給。
但是，在這種情況下，由于如上述那樣，Si02的結(jié)合能大，所以存 在著不僅成膜速率非常低，而且膜厚的面內(nèi)均勻性惡化的問題。其原因 是，由于上迷噴淋頭部34形成為格狀，所以在處理空間S的水平面內(nèi) 整體區(qū)域中形成的該格子部分具有等離子體遮蔽功能，因此等離子體受 到了格子部分的阻擋，因而不能獲得足夠的形成Si02的能量。在這種 情況下，雖然進(jìn)行了各種變更氣體導(dǎo)入單元10形狀的嘗試，但目前還 未得到滿意的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述問題，為了有效地解決上述問題而做出的。本 發(fā)明的目的是提供一種能夠維持高成膜速率、并且能夠維持高度的膜厚 的面內(nèi)均勻性的等離子體成膜裝置和等離子體成膜方法。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置具有處理容器，其頂部開口，且內(nèi)部可被抽真空；載置臺(tái)，其為了載置待處理體而被設(shè)在上述處理容器內(nèi)；頂板， 其由用于透過微波的電介體構(gòu)成，并被氣密地安裝在上述頂部的開口中； 氣體導(dǎo)入單元，其向上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包含成膜用原料氣體和輔助氣體 的處理氣體；及具有平面天線部件的微波導(dǎo)入單元，其為了向上述處理 容器內(nèi)導(dǎo)入微波而設(shè)在上述頂板側(cè)，該等離子體成膜裝置特征在于，上 述氣體導(dǎo)入單元具有位于上述待處理體的中央部的上方的原料氣體用 的中夾部氣體噴射孔；及在上述待處理體的周邊部上方沿著待處理體的 圓周方向排列的原料氣體用的多個(gè)周邊部氣體噴射孔，在位于上述待處 理體的中央部與周邊部之間的中間部的上方，設(shè)有用于沿著圓周方向遮 蔽等離子體的等離子體遮蔽部。
這樣，在待處理體的中央部的上方設(shè)有中央部氣體噴射孔，在周邊 部的上方設(shè)有周邊部氣體噴射孔，在待處理體的位于中央部與周邊部之 間的中間部的上方，沿著其圓周方向設(shè)有等離子體遮蔽部，利用該等離 子體遮蔽部遮蔽等離子體。因此，通過盡可能減小具有等離子體遮蔽功
能的氣體導(dǎo)入單元的占有面積，可防止等離子體的電子密度的低下，而
的等離子體。其結(jié)果，可在維持高成膜速率的同時(shí)，維持高度的膜厚的 面內(nèi)均勻性。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，在不設(shè)置該等離子體遮蔽部 的情況下，通過從上述中央部氣體噴射孔和上述周邊部氣體噴射孔噴射 原料氣體進(jìn)行成膜時(shí)，在上述待處理體表面上形成的薄膜存在變厚的部 分，上述等離子體遮蔽部位于與該變厚的部分的上方對應(yīng)的位置。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述等離子體遮蔽部包括一 個(gè)或多個(gè)環(huán)形部件。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述等離子體遮蔽部利用從 石英、陶瓷、鋁、半導(dǎo)體所構(gòu)成的組中選擇出的l種材料構(gòu)成。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述氣體導(dǎo)入單元包括具 有上述中央部氣體噴射孔的中央部氣體噴嘴部、和具有上述周邊部氣體 噴射孔的周邊部氣體噴嘴部。的特征是，上述中央部氣體噴嘴部和上 述周邊部氣體噴嘴部都具有環(huán)形形狀。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述中央部氣體噴嘴部和上 述周邊部氣體噴嘴部可分別獨(dú)立地控制氣體流量。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述氣體導(dǎo)入單元具有導(dǎo)入 上述輔助氣體的輔助氣體用噴嘴部。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述輔助氣體用噴嘴部具有 輔助氣體用氣體噴射孔，該輔助氣體用氣體噴射孔從上述頂板的中央部 的正下方，向上述頂板噴射氣體。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述氣體導(dǎo)入單元具有為了 導(dǎo)入上述輔助氣體而設(shè)置在上述頂板上的輔助氣體用供給部。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述輔助氣體用供給部包
括設(shè)在上述頂板上的上述輔助氣體用氣體通路；和與上述氣體通路連 通、設(shè)在上述頂板的下表面的上述輔助氣體用的多個(gè)氣體噴射孔。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述氣體噴射孔被分散設(shè)置 在上述頂板的下表面。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，在上述輔助氣體用氣體通路 和/或上述輔助氣體用氣體噴射孔中，設(shè)有通氣性多孔狀電介體。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述原料氣體的導(dǎo)入量在 0.331sccm/cm2~0.522 sccm/cm2的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述原料氣體用氣體噴射孔 位于同 一水平面上，上述載置臺(tái)與上述原料氣體用氣體噴射孔所在的水 平面之間的距離被設(shè)定為40mm以上。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，在上述載置臺(tái)上設(shè)有用于加 熱上述待處理體的加熱單元。
本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征是，上述原料氣體利用從TEOS、
S氾4、 Si2H6所構(gòu)成的組中選擇出的1種材料構(gòu)成，上述輔助氣體利用
9從02、 NO、 N02、 N20、 03所構(gòu)成的組中選擇出的l種材料構(gòu)成。
本發(fā)明的等離子體成膜方法，其特征在于，包括向可被抽真空的 處理容器內(nèi)導(dǎo)入包含成膜用原料氣體和輔助氣體的處理氣體的工序；和
從上述處理容器的頂部導(dǎo)入微波，發(fā)生等離子體，在設(shè)置于上述處理容 器內(nèi)的待處理體的表面上形成薄膜的工序，在向處理容器內(nèi)導(dǎo)入處理氣 體時(shí)，從上述待處理體的中心部的上方和周邊部的上方噴射導(dǎo)入上述原 料氣體，并且利用設(shè)在上述待處理體的上方且位于待處理體的中央部與 周邊部之間的等離子體遮蔽部來遮蔽等離子體，由此形成上述薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體成膜裝置和等離子體成膜方法，可發(fā)揮如下 的良好的作用效果。
在待處理體的中央部的上方設(shè)有中央部氣體噴射孔，在周邊部的上 方設(shè)有周邊部氣體噴射孔，且在位于待處理體的中央部與周邊部之間的 中間部的上方沿著其圓周方向設(shè)有等離子體遮蔽部，利用該等離子體遮 蔽部遮蔽等離子體。因此，通過盡可能減小具有等離子體遮蔽功能的氣 體導(dǎo)入單元的占有面積，可防止等離子體的電子密度的低下，而且可積 極地抑制膜厚有變得比其他部分厚的傾向的待處理體中間部分的等離 子體。其結(jié)果，可在維持高成膜速率的同時(shí)，維持高度的膜厚的面內(nèi)均 勻性。


圖l是表示本發(fā)明的等離子體成膜裝置的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示從下方觀察氣體導(dǎo)入單元時(shí)的狀態(tài)的俯視圖。 圖3是用于評價(jià)格狀噴淋頭部對成膜速率產(chǎn)生的影響的曲線圖。 圖4(A)、 (B)是為了說明等離子體遮蔽部可改善膜厚的面內(nèi)均勻
性的原理，表示各個(gè)氣體噴射孔的位置與晶片截面方向的膜厚的關(guān)系的
模式圖。
圖5 (A)、 (B)是用于說明等離子體遮蔽部的效果的表示膜厚分布 的仿真結(jié)果的圖。
圖6 (A)、 (B)是表示晶片的直徑方向上的位置與成膜速率的關(guān)系 的曲線圖。圖7是表示本發(fā)明的等離子體成膜裝置的第2實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖8 (A)、 (B)是表示第2實(shí)施例的頂板部分的俯視圖。 圖9是表示相對TEOS的流量的成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性的依 存性的曲線圖。
圖IO是表示相對載置臺(tái)與TEOS的氣體噴嘴所處的水平高度之間 的距離的成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性的依存性的曲線圖。 圖11是表示以往一般的等離子體成膜裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖12是表示從下方觀察氣體導(dǎo)入單元時(shí)的狀態(tài)的俯視圖。 圖13是表示以往的等離子體成膜裝置的其他一例的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下表面，參照附圖，對本發(fā)明的等離子體成膜裝置和等離子體成膜 方法的一個(gè)實(shí)施例的方式進(jìn)行說明。
<第1實(shí)施例>
圖l是表示本發(fā)明的等離子體成膜裝置的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，圖 2是表示從下方觀察氣體導(dǎo)入單元時(shí)的狀態(tài)的俯視圖。這里，使用TEOS 作為原料氣體，作為輔助氣體使用氧化用的02氣體和等離子體穩(wěn)定用 的Ar氣體，以采用等離子體CVD形成由Si02膜構(gòu)成的薄膜的情況為 例進(jìn)行說明。另外，在上述TEOS中可根據(jù)需要添加Ar等稀有氣體。
如圖所示，等離子體成膜裝置42具有處理容器44，該處理容器44 的側(cè)壁和底部例如由鋁等導(dǎo)體構(gòu)成，整體成形為筒體形狀，處理容器44 的內(nèi)部成為密閉的例如圓形的處理空間S，在該處理空間S內(nèi)形成等離 子體。該處理容器44本身接地。
在該處理容器44內(nèi)設(shè)有載置臺(tái)46，在載置臺(tái)46的上面載置作為待 處理體的例如半導(dǎo)體晶片W。該載置臺(tái)46例如由經(jīng)過了表面氧化處理 的鋁等形成為平坦的大致圓板狀，例如利用由鋁等構(gòu)成的支柱48從容 器44的底部44a支撐。在該處理容器44的側(cè)壁44b上設(shè)有在向其內(nèi)部 搬入、搬出晶片W時(shí)使用的待處理體搬入搬出用的搬入搬出口 50，在 該搬入搬出口 50處設(shè)有在密閉狀態(tài)下開閉的門閥52。另外，在該處理容器44上設(shè)有用于向其中導(dǎo)入必要的上述各種氣 體的氣體導(dǎo)入單元54。關(guān)于該氣體導(dǎo)入單元54的具體結(jié)構(gòu)將在后面說 明。另外，在容器底部44a上設(shè)有排氣口 56，并且該排氣口56與排氣 路徑62連接，該排氣路徑62中順序連接有壓力控制閥58和真空泵60， 從而可根據(jù)需要將處理容器44內(nèi)抽真空到規(guī)定的壓力。
另外，在上述載置臺(tái)46的下方設(shè)有在晶片W的搬入搬出時(shí)使其升 降的多個(gè)、例如3個(gè)升降銷64 (在圖1中只圖示出2個(gè))，該升降銷64 通過升降桿68可以升降，該升降桿68在通過可伸縮的波紋管66貫通 容器底部而設(shè)置。另外，在上述載置臺(tái)46上，形成有用于使上述升降 銷64插通的銷插通孔70。上述載置臺(tái)46整體由耐熱材料，例如氧化鋁 等陶瓷構(gòu)成，在該陶瓷中設(shè)有加熱單元72。該加熱單元72由嵌入到載 置臺(tái)46大致整個(gè)區(qū)域中的例如薄板狀的電阻加熱器構(gòu)成，該加熱單元 72通過經(jīng)由支柱48內(nèi)的布線74與加熱器電源76連接。另外，也有不 設(shè)置該加熱單元72的情況。
另外，在該載置臺(tái)46的上面?zhèn)仍O(shè)有在內(nèi)部具有例如被配置成網(wǎng)格 狀的導(dǎo)體線78的薄的靜電吸盤80,能夠利用靜電吸附力來吸附被載置 在該載置臺(tái)46上、具體是該靜電吸盤80上的晶片W。而且，該靜電吸 盤80的上述導(dǎo)體線78為了發(fā)揮上述靜電吸附力，通過布線82與直流 電源84連接。另外，該布線82為了在必要時(shí)向上述靜電吸盤80的導(dǎo) 體線78施加例如13.56MHz的偏置用高頻電力，與偏置用高頻波電源 86連接。另外，根據(jù)處理的方式，有不設(shè)置該偏置用高頻波電源86的 情況。
另外，處理容器44的頂部被開口，在此處通過O形環(huán)等密封部件 卯氣密地設(shè)置頂板88，該頂板88例如由石英或陶瓷等構(gòu)成，其對于由 氧化鋁(A1203)或氮化鋁(A1N)等電介體所形成的微波具有透過性。 該頂板88的厚度考慮到耐壓性，例如設(shè)定為20mm左右。
而且，在該頂板88的上面?zhèn)仍O(shè)有微波導(dǎo)入單元92。具體是，該微 波導(dǎo)入單元92具有被設(shè)置成與上述頂板88的上面接觸，用于把微波導(dǎo) 入到處理容器44內(nèi)的平面天線部件94。上述平面天線部件94在與大小 為300mm尺寸的晶片對應(yīng)的情況下，由例如直徑為400~500mm、厚度 為1 數(shù)mm的導(dǎo)電性材料構(gòu)成的例如表面鍍銀的銅板或鋁板構(gòu)成，在該圓板上，形成有例如由長槽狀貫通孔構(gòu)成的多個(gè)微波發(fā)射用的槽96。 對于該槽96的配置方式?jīng)]有特別的限定，例如也可以配置成同心圓狀、 渦旋狀、或放射狀，也可以在天線部件整面上均勻分布。該平面天線部 件94成為所謂RLSA( Radial Line Slot Antenna)方式的天線構(gòu)造，由 此，可獲得高密度低電子溫度的等離子體。
另外，與該平面天線部件94上相接，設(shè)有由例如石英或陶瓷、例 如氧化鋁或氮化鋁等電介體等構(gòu)成的平板狀的滯波部件98。該滯波部件 98為了縮短微波的波長而具有高介電常數(shù)特性。該滯波部件98形成為 薄板圓板狀，并被設(shè)置在平面天線部件94上面的大致整體的面上。
而且，以整體覆蓋該滯波部件98的上面和側(cè)面的方式設(shè)有由導(dǎo)體 制中空圓筒狀容器構(gòu)成的波導(dǎo)箱100。上述平面天線部件94作為該波導(dǎo) 箱100的底板發(fā)揮功能。在該波導(dǎo)箱100的上部，為了冷卻該波導(dǎo)箱100， 設(shè)有冷卻罩102，其作為流入冷卻劑的冷卻單元。
該波導(dǎo)箱100和平面天線部件94的周邊部均與處理容器44導(dǎo)通。 而且，上述平面天線部件94與同軸波導(dǎo)管104連接。具體是，該同軸 波導(dǎo)管104由中心導(dǎo)體104A、和以規(guī)定的間隙配置在其周圍的截面呈 圓形的外側(cè)導(dǎo)體104B構(gòu)成，上述波導(dǎo)箱100的上部中心與上述截面呈 圓形狀的外側(cè)導(dǎo)體104B連接，內(nèi)側(cè)中心導(dǎo)體104A通過上述滯波部件 98的中心，與上述平面天線部件94的中心部連接。
而且，該同軸波導(dǎo)管104通過模式轉(zhuǎn)換器106和在其路徑的中途具 有匹配器(未圖示)的矩形波導(dǎo)管108,與例如2.45GHz的微波發(fā)生器 110連接，使微波向上述平面天線部件94和滯波部件98傳播。關(guān)于該 頻率，不限于2.45GHz,也可以使用其他頻率例如8.35GHz。
下表面，對向上述處理容器44內(nèi)導(dǎo)入各種氣體的上述氣體導(dǎo)入單 元54進(jìn)行說明。該氣體導(dǎo)入單元54具有位于該晶片W的中央部Wa 的上方的原料氣體用的中央部氣體噴射孔112A、和在該晶片W的周邊 部Wb的上方沿著其周圍方向排列配置的原料氣體用的周邊部氣體噴 射孔114A。具體是，上述氣體導(dǎo)入單元54,如圖2所示那樣，具有位 于晶片W的中心部上方的直徑小的圓形環(huán)狀中央部氣體噴嘴部112、和 位于晶片W的周邊部(邊緣部)上方的直徑被設(shè)定為與晶片W大致相
13同的圓形環(huán)狀周邊部氣體噴嘴部114。
上述中央部氣體噴嘴部112和周邊部氣體噴嘴部114均由例如外徑 為5mm左右的環(huán)狀石英管構(gòu)成。在上述中央部氣體噴嘴部112的下表 面?zhèn)?，沿著其圓周方向，以規(guī)定的間隔形成有多個(gè)上述中央部氣體噴射 孔112A,向下方的晶片W的表面中央部Wa噴射作為原料氣體的TEOS 氣體。另外，上述中央部氣體噴嘴部112也可以不形成環(huán)狀，而簡單地 用直線狀石英管形成，通過把其前端向下方彎曲來設(shè)置1個(gè)中央部氣體 噴射孔112A。
另外，在上述周邊部氣體噴嘴部114的下表面?zhèn)龋刂鋱A周方向， 以規(guī)定的間隔形成有多個(gè)上述周邊部氣體噴射孔114A，向下方的晶片 W的表面周邊部(邊緣部)Wb噴射TEOS氣體。另外，該周邊部氣體 噴射孔114A雖然還與晶片的直徑相關(guān)，但在例如晶片W的直徑為 300mm的情況下，是64個(gè)左右。
上述中央部氣體噴嘴部112和周邊部氣體噴嘴部114分別與處理容 器44內(nèi)的部分、例如由石英管形成的氣體通路116、 118連接。這些氣 體通路116、 118分別被貫通處理容器44的側(cè)壁而設(shè)置，在各個(gè)氣體通 路116、 118中，分別設(shè)有如質(zhì)量流量控制器那樣的流量控制器116A、 118A,能夠分別獨(dú)立地一邊進(jìn)行流量控制， 一邊供給TEOS。在該TEOS 中，根據(jù)需要，作為栽體氣體而混入Ar氣體等稀有氣體。另外，也可 以是對上述TEOS不進(jìn)行獨(dú)立的流量控制，而能夠以固定的流量比率向
另外，上述中央部氣體噴嘴部112和周邊部氣體噴嘴部114,由如 在圖2中的處理空間S中用點(diǎn)劃線所示那樣被十字狀配置的細(xì)的支撐桿 120支撐在容器44的側(cè)壁44b上。另外，該支撐桿120在圖1中被省 略了圖示。另外，也可以用例如石英管形成該支撐桿120，并把其兼用 作上述氣體通路116、 118。
另外，上述氣體導(dǎo)入單元54具有向處理容器44內(nèi)導(dǎo)入輔助氣體的 輔助氣體用噴嘴部124 (參照圖1 )。該輔助氣體用噴嘴部124在圖2中 被省略了圖示。該輔助氣體用噴嘴部124例如由貫通處理容器44的側(cè) 壁44b而設(shè)置的石英管構(gòu)成，在其前端部設(shè)有輔助氣體用的氣體噴射孔124A。氣體噴射孔124A位于晶片W的中央部上方的頂板8的正下方， 并且其噴射方向朝向上方，即朝向頂板88的下方噴射氣體。
這里，作為輔助氣體而使用氧化用02氣體和等離子體穩(wěn)定化用Ar 氣體。各個(gè)氣體流路126、 128中分別設(shè)有如質(zhì)量流量控制器那樣的流 量控制器126A、 128A，分別獨(dú)立地一邊控制流量， 一邊供給02氣體和 Ar氣體。另外，也可以設(shè)置多個(gè)上述輔助氣體噴嘴部124，分別獨(dú)立地 通過不同的系統(tǒng)通路供給上述02氣體和Ar氣體。
在該處理空間S中，為了遮擋等離子體，設(shè)有作為本發(fā)明的特征的 等離子體遮蔽部130。該等離子體遮蔽部130的設(shè)置，是為了在位于晶 片W的中央部和周邊部之間的中間部(也稱為中周部)Wc的上方，沿 著其圓周方向遮蔽等離子體的。另外，這里所謂上述中周部Wc是指晶 片W的中央部Wa與周邊部Wb之間的區(qū)域。具體是，上述等離子體 遮蔽部130位于以下位置在不設(shè)置該等離子體遮蔽部130,從上述中 央部氣體噴射孔112A和周邊部氣體噴射孔114A分別噴射原料氣體在 晶片W上進(jìn)行了成膜時(shí)，形成在該晶片W表面上的薄膜(Si02)變厚 的部分的上方所對應(yīng)的位置。
另外，在該成膜時(shí)，當(dāng)然也從輔助氣體用氣體噴射孔124A供給02 氣體和Ar氣體。換言之，為了維持高度的成膜速率，在氣體噴嘴部所 在的水平面內(nèi)，通過在盡可能抑制具有等離子體遮蔽功能的氣體噴嘴部 的占有面積的同時(shí)，選擇性地稍微遮蔽膜厚變厚的部分的等離子體，由 此可維持高度的膜厚的面內(nèi)均勻性。
在本實(shí)施例的情況下，上述等離子體遮蔽部130被設(shè)置在位于晶片 W的中心與邊緣之間的大致中央部的上方、或稍微靠向半徑方向外側(cè)的 上方的位置。另外，等離子體遮蔽部130、中央部氣體噴嘴部112和周 邊部氣體噴嘴部114被配置在大致同一水平面(大致同一水平高度上) 上。另外，中央部氣體噴射孔112A和周邊部氣體噴射孔114A也被配 置在大致同一水平面上(大致同一水平高度上)。具體是，該等離子體 遮蔽部130由環(huán)狀(圓環(huán)狀)的內(nèi)側(cè)的環(huán)形部件130A、和被配置成與 其呈同心圃狀的外側(cè)的環(huán)形部件130B形成。該兩個(gè)環(huán)形部件130A、 130B例如由環(huán)狀石英板形成。而且，內(nèi)側(cè)環(huán)形部件130A的寬度為10mm 左右，厚度為3mm左右，外側(cè)環(huán)形部件130B的寬度為4mm左右，厚度為3mm左右。
另外，在晶片W的直徑為300mm的情況下，處理空間S的中心與 內(nèi)側(cè)環(huán)形部件130A之間的距離Hl為5.4cm左右，內(nèi)側(cè)環(huán)形部件130A 與外側(cè)環(huán)形部件130B之間的距離H2為2.8cm左右，外側(cè)環(huán)形部件130B 與周邊部氣體噴嘴部114之間的距離H3為1.8cm左右。另外，上述內(nèi) 側(cè)和外側(cè)環(huán)行部件130A、 130B由在圖2中用點(diǎn)劃線所示的支撐桿120 支撐固定。另外，這里，是由被同心圓狀分割成2個(gè)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)環(huán)形 部件130A、 130B構(gòu)成了等離子體遮蔽部130，但也可以把這些一體化， 用l個(gè)環(huán)形部件形成。
另外，返回圖1，對于這樣形成的等離子體成膜裝置42的整體動(dòng)作， 利用例如由計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的控制單元132進(jìn)行控制，進(jìn)行該動(dòng)作的計(jì)算 機(jī)的程序被保存在軟盤、CD ( CompactDisc )、或閃存存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)介 質(zhì)134中。具體是，根據(jù)來自該控制單元134的指令，進(jìn)行各個(gè)氣體的 供給和流量控制、微波或高頻波的供給和電力控制、以及處理溫度和處 理壓力的控制等。
下表面，對使用如上述那樣構(gòu)成的等離子體成膜裝置42進(jìn)行成膜 的成膜方法的 一例進(jìn)行說明。
首先，打開門閥52,通過待處理體用搬入搬出口 50，利用搬送臂 (未圖示)把半導(dǎo)體晶片W收納在處理容器44內(nèi)。然后，通過使升降 銷64上下移動(dòng)，把晶片W載置在載置臺(tái)46上面的載置面上，然后， 利用靜電吸盤80將該晶片W靜電吸附。該晶片W在必要的情況下， 利用加熱單元72維持在規(guī)定的處理溫度，在對從未圖示的氣體源供給 的規(guī)定的各種氣體進(jìn)行了流量控制后，利用氣體導(dǎo)入單元54供給到處 理容器44內(nèi)，并控制壓力控制閥58,把處理容器44內(nèi)維持在規(guī)定的處 理壓力。
與此同時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)微波導(dǎo)入單元92的微波發(fā)生器110，把由該微 波發(fā)生器110發(fā)生的微波，通過矩形波導(dǎo)管108和同軸波導(dǎo)管104，供 給到平面天線部件94和滯波部件98。通過滯波部件98縮短了波長的微 波從各個(gè)槽96被向下方發(fā)射，在透過了頂板88后，在頂板的正下方產(chǎn) 生等離子體。該等離子體在處理空間S中逐步被擴(kuò)散，由此進(jìn)行規(guī)定的等離子體CVD處理。
這里，TEOS從構(gòu)成氣體導(dǎo)入單元54的一部分的中央部氣體噴嘴部 112的各個(gè)中央部氣體噴射孔112A、和周邊部氣體噴嘴部114的各個(gè)周 邊部氣體噴射孔114A中分別一邊進(jìn)行流量控制， 一邊向處理空間S向 下方供給，并在處理空間S中被擴(kuò)散。另外，作為輔助氣體的氧化用 02氣體和等離子體穩(wěn)定化用Ar氣體從構(gòu)成氣體導(dǎo)入單元54的一部分 的輔助氣體用噴嘴部124的氣體噴射孔124A朝向頂板88的下表面中央 部，向上噴射，并在處理空間S中擴(kuò)散。
而且，上述TEOS和02氣體在該處理容器44內(nèi)，基于由微波發(fā)生 的等離子體被活性化，促進(jìn)兩種氣體的反應(yīng)，在晶片W的表面上，通 過等離子體CVD而逐漸堆積起硅氧化膜。在這種情況下，如果是圖11 至圖13所示的以往的等離子體成膜裝置，則由于氣體導(dǎo)入單元IO的供 給TEOS的噴淋頭部34形成為井口狀或格狀，所以能夠向處理空間S 內(nèi)均勻供給原料氣體。但是，由于占有面積大的該格狀的噴淋頭部34 同時(shí)還具有等離子體遮蔽功能，所以，等離子體相應(yīng)地被遮蔽，降低等 離子體的電子密度，將會(huì)造成成膜速率下降的不良情況。
與此相反，在本實(shí)施例中，在晶片W的中心部Wa的上方和周邊部 Wb的上方，設(shè)有占用盡量少的占有面積的中央部氣體噴嘴部112和周 邊部氣體噴嘴部114,從設(shè)在各個(gè)噴嘴部112、 114上的中央部氣體噴射 孔112A和周邊部氣體噴射孔114A分別噴射原料氣體進(jìn)行供給。因此， 能夠使與輔助氣體相比其流量相當(dāng)小的原料氣體盡可能均勻地分散在 處理空間S中，而且，盡可能減少具有等離子體遮蔽功能的各個(gè)噴嘴部 112、 114的占有面積，從而可盡可能高效率地使用所發(fā)生的等離子體。 而且，在晶片W上的膜厚具有變厚的傾向的中周部Wc上，通過"^殳置 例如由內(nèi)側(cè)和外側(cè)的環(huán)形部件130A、 130B構(gòu)成的等離子體遮蔽部130， 部分地且選擇性地遮蔽等離子體，抑制該部分的成膜作用。其結(jié)果，能 夠提高等離子體的電子密度，盡可能維持高成膜速率，并且能夠在膜厚
的面內(nèi)均勻性高的狀態(tài)下進(jìn)行Si02膜的成膜。
換言之，在晶片W的中心部Wa的上方，設(shè)置形成在中央部氣體噴 嘴部112上的中央部氣體噴射孔112A，在周邊部Wb的上方i史置形成 在周邊部氣體噴嘴部114上的周邊部氣體噴射孔114A,并且在中周部
17Wc的上方，沿著其圓周方向設(shè)置等離子體遮蔽部130，在該等離子體 遮蔽部130的部分遮蔽等離子體。因此，可盡可能減少具有等離子體遮 蔽功能的氣體導(dǎo)入單元54的占有面積，并且可積極地抑制膜厚有變得 比其他部分厚的傾向的晶片W的中周部Wc的等離子體，其結(jié)果，可 維持高成膜速率，并維持高度的膜厚的面內(nèi)均勻性。
另外，由于把輔助氣體，即02氣體和Ar氣體向頂板88下表面的 中央部噴射，所以該輔助氣體可阻止原料氣體即TEOS氣體與頂板88 的下表面接觸。由此，可防止在頂板88的下表面堆積導(dǎo)致產(chǎn)生顆粒的 不需要的薄膜。
這里，關(guān)于上述等離子體CVD中的處理?xiàng)l件如下處理壓力在 1.3~66Pa左右的范圍內(nèi)，理想的是在8Pa( 50mTorr)~ 33Pa( 250mTorr ) 的范圍內(nèi)。處理溫度在250-450X:左右的范圍內(nèi)，例如390 €左右。TEOS 的流量在10~500sccm范圍內(nèi)，例如70 80sccm左右。02的流量比上述 TEOS大，在100 1000sccm的范圍內(nèi)，例如卯0sccm左右。Ar的流量 在50 500sccm的范圍內(nèi)，例如是100 300sccm的范圍。
這里，說明制造上述本發(fā)明裝置的在所有的過程中進(jìn)行的各種評價(jià)。
<相對成膜速率的格狀噴淋頭部的評價(jià)>
首先，由于進(jìn)行關(guān)于格狀噴淋頭部對成膜速率產(chǎn)生什么樣的影響的 實(shí)驗(yàn)，所以說明其評價(jià)結(jié)果。
圖3是用于評價(jià)格狀噴淋頭部對成膜速率所產(chǎn)生的影響的曲線圖。 在圖3中，橫軸表示晶片W與頂板88之間的距離Ll (參照圖11)，縱 軸表示成膜速率。圖中，曲線A表示如圖11和圖12所示那樣作為氣體 導(dǎo)入單元54而設(shè)置了格狀噴淋頭部的裝置的情況，曲線B表示作為氣 體導(dǎo)入單元54而把直管狀噴嘴的前端插入到處理空間的中央部，并把 其前端部向下方彎曲進(jìn)行設(shè)置的裝置的情況，在任何情況下，在圖3中 都是表示其模式圖。
此時(shí)的處理?xiàng)l件是，處理壓力為50 250mTorr，處理溫度為390"C， TEOS的流量為80sccm， 02的流量為900sccm， Ar的流量為300sccm。說明書第15/23頁
從圖3中的曲線A可看出，在使用格狀噴淋頭部供給TEOS的情 況下，與間隙的大小無關(guān)，成膜速率為一定，而且在曲線中雖然未表現(xiàn) 出來，但膜厚的面內(nèi)均勻性良好。但是，在這種情況下，存在的缺點(diǎn)是 成膜速率為500A/min，非常低。其原因是，占有面積大的格狀噴淋頭 部具有等離子體遮蔽功能，從而相應(yīng)地造成了等離子體的電子密度下 降，阻礙了成膜。
與此相反，如曲線B所示，在從處理空間的中央部的一點(diǎn)供給TEOS 的情況下，成膜速率雖然根據(jù)間隙的大小而稍微變動(dòng)，但總體上成為非 常高的2000A/min左右，從而可獲得比上述曲線A高4倍左右的成膜 速率。但是，在曲線B的情況下，雖然在曲線中未表現(xiàn)出，但膜厚的面 內(nèi)均勻性有相當(dāng)程度的劣化。這樣地將兩曲線比較，可以理解為，如果 使用格狀噴淋頭部，則導(dǎo)致成膜速率的大幅降低。
因此，本發(fā)明為了維持高成膜速率而盡量減少氣體導(dǎo)入單元的占有 面積，并且為了實(shí)現(xiàn)向處理空間的TEOS氣體的均勻分散供給，采用了 分別在晶片W的中心部Wa的上方和周邊部Wb的上方i殳置氣體噴射 孔112A、 114A，來供給TEOS氣體的構(gòu)造。
<等離子體遮蔽部的評價(jià)>
但是，如上所述，在晶片W中心部Wa的上方和周邊部Wb的上 方設(shè)置了氣體噴射孔112A、 114A的氣體導(dǎo)入單元的構(gòu)造，雖然可維持 高成膜速率，但膜厚的面內(nèi)均勻性惡化。因此，為了解決此問題，與膜 厚有變厚的傾向的部分對應(yīng)，設(shè)置不過度降低成膜速率的僅有微小的占 有面積的等離子體遮蔽部130。
圖4是為了說明等離子體遮蔽部可改善膜厚的面內(nèi)均勻性的原理， 表示各個(gè)氣體噴射孔的位置與晶片截面方向的膜厚的關(guān)系的模式圖。圖 4 (A)表示在設(shè)置中央部氣體噴射孔112A和周邊部氣體噴射孔114A， 不設(shè)置等離子體遮蔽部的情況下的氣體噴射孔與膜厚的關(guān)系，圖4 (B) 表示在設(shè)置了中央部氣體噴射孔112A、周邊部氣體噴射孔114A、和等 離子體遮蔽部130的情況下(與本發(fā)明的裝置對應(yīng))的氣體噴射孔和等 離子體遮蔽部與膜厚的關(guān)系。另外，圖中只簡化示出了 l個(gè)中央部氣體 噴射孔112A,并簡化了等離子體遮蔽部130,只圖示了l個(gè)環(huán)形部件。在圖4( A)中，虛線曲線112A-1表示由來自中央部氣體噴射孔112A 的TEOS所形成的膜厚的分布，虛線曲線114A-1表示由來自圖中右側(cè) 的周邊部氣體噴射孔114A的TEOS形成的膜厚的分布，虛線曲線 114A-2表示由來自圖中左側(cè)的周邊部氣體噴射孔114A的TEOS形成的 膜厚的分布。
另夕卜，圖中的實(shí)線表示重合了上述各條虛線112A-l、114A-l、114A-2 的整體的膜厚。如圖4 ( A)所示，在不設(shè)置等離子體遮蔽部130，而設(shè) 置了中央部氣體噴射孔112A和周邊部氣體噴射孔114A的情況下，雖 然成膜速率(膜厚)非常大，但在與中央部氣體噴射孔112A和周邊部 氣體噴射孔114A之間對應(yīng)的晶片W的中周部Wc,如區(qū)域P1所示那 樣，形成了膜厚凸?fàn)盥∑?，呈現(xiàn)高峰的部分，造成了膜厚的面內(nèi)均勻性 的劣化。
因此，如圖4(B)所示那樣，與上述區(qū)域P1所示的部分對應(yīng)，即， 與薄膜的膜厚成為最厚的部分的上方對應(yīng)，設(shè)置微小的占有面積的等離 子體遮蔽部130。在這種情況下，圖4(A)中的區(qū)域P1部分的成膜速 率(膜厚)可相應(yīng)地稍微降低與等離子體被遮蔽的部分對應(yīng)的大小，其 結(jié)果，可在維持高成膜速率的同時(shí)，改善并維持高度的膜厚的面內(nèi)均勻 性。
在實(shí)際的成膜裝置中，由于根據(jù)各個(gè)氣體的供給量和處理壓力等的 不同，區(qū)域P1的位置也變動(dòng)，所以希望相應(yīng)地調(diào)整等離子體遮蔽部130 的設(shè)置位置。在這種情況下，也可以如上面說明的那樣，由單一環(huán)形部 件、或同心圓狀配置的2個(gè)環(huán)形部件130A、 130B形成等離子體遮蔽部 130，并且，不限于上述構(gòu)造，也可以由同心圓狀配置的3個(gè)以上環(huán)形 部件構(gòu)成。
總而言之，以在不過度降低成膜速率的范圍內(nèi)，能維持高度的膜厚 的面內(nèi)均勻性的方式，設(shè)定等離子體遮蔽部130的整體的占有面積、等 離子體遮蔽部130的分割數(shù)及其厚度等。另外，區(qū)域P1的位置不限于 成為中央部氣體噴射孔112A與周邊部氣體噴射孔114A之間的中間點(diǎn)， 也有偏靠內(nèi)周側(cè)的情況，也有偏靠外周側(cè)的情況，并與其對應(yīng)設(shè)定等離 子體遮蔽部130的設(shè)置位置。<表示等離子體遮蔽部的效果的仿真結(jié)果>
圖5是表示用于說明等離子體遮蔽部的效果的膜厚分布的仿真結(jié)果 的圖。圖5 (A)是表示從晶片的中心到端部的膜厚的平均值的變化的 曲線，圖5 (B)的左側(cè)圖表示不設(shè)置等離子體遮蔽部而在處理空間的 中央部和周邊部設(shè)置了 TEOS的氣體噴射孔的情況(與獲得了圖4(A) 的曲線時(shí)的成膜裝置對應(yīng))下的3維膜厚分布，圖5 (B)的右側(cè)圖表 示設(shè)置了等離子體遮蔽部的本發(fā)明的裝置(與獲得了圖4 (B)的曲線 時(shí)的成膜裝置對應(yīng))的3維膜厚分布。這里，使用直徑為200mm的晶 片，處理?xiàng)l件是，02氣體的流量為325sccm、 Ar氣體的流量為50sccm、 TEOS氣體的流量為78sccm、壓力為90mTorr、溫度為390"C、處理時(shí) 間為60sec。
如圖5 (B)的左側(cè)的圖所示，在不設(shè)置等離子體遮蔽部的情況下， 雖然成膜速率(膜厚)高，但上面的膜厚的凹凸的階梯差大，膜厚的面 內(nèi)均勻性差。
與此相反，在圖5 (B)的右側(cè)圖所示的設(shè)置了等離子體遮蔽部的 本發(fā)明裝置的情況下，成膜速率(膜厚)高，而且上面的膜厚的凹凸的 階梯差相比圖5 (B)的左側(cè)圖所示的情況，得到了抑制，從而判斷為 可提高膜厚的面內(nèi)均勻性。這一點(diǎn)也體現(xiàn)在圖5(A)所示的曲線中， 由此可看出，在設(shè)置了等離子體遮蔽部的本發(fā)明的情況下，相比不設(shè)置 等離子體遮蔽部的情況，膜厚的面內(nèi)均勻性得到了相當(dāng)程度的改善。
<基于實(shí)際的氧化處理的評價(jià)>
這里，由于實(shí)際使用本發(fā)明的裝置進(jìn)行了 Si02膜的成膜處理，所 以對其評價(jià)結(jié)果進(jìn)行說明。
圖6是表示晶片的直徑方向上的位置與成膜速率的關(guān)系的曲線，圖 6(A)表示不設(shè)置等離子體遮蔽部而在處理空間的中央部和周邊部設(shè)置 了 TEOS的氣體噴射孔的情況(與獲得了圖4 (A)的曲線時(shí)的成膜裝 置對應(yīng))下的膜厚分布，圖6 (B)表示設(shè)置了等離子體遮蔽部的本發(fā) 明裝置(與獲得了圖4 (B)的曲線時(shí)的成膜裝置對應(yīng))的膜厚分布。
這里，使用直徑為200mm的晶片，處理?xiàng)l件是，02氣體的流量為325sccm、 Ar氣體的流量為50sccm、 TEOS氣體的流量為78sccm、壓 力為90mTorr、溫度為390C、處理時(shí)間為60sec。另外，這里，膜厚 的測定是在晶片的相互正交的方向(X、 Y方向)上進(jìn)行。
如圖6(A)所示，在不設(shè)置等離子體遮蔽部的情況下，中央部的成 膜速率(膜厚)成為非常大的峰值，并且越靠近周邊部越小。與此相反， 在圖6 (B)所示的設(shè)置了等離子體遮蔽部的本發(fā)明裝置的情況下，成 膜速率在中央部大致均勻，而在周邊部也只有稍微的下降，從而可確認(rèn) 可大幅提高整體的膜厚的面內(nèi)均勻性。
<第2實(shí)施例>
下表面，對本發(fā)明的等離子體處理裝置的第2實(shí)施例進(jìn)行說明。使 用之前的圖l所示的裝置的第1實(shí)施例雖然能夠在維持高成膜速率的同 時(shí)一定程度地改善膜厚的面內(nèi)均勻性，但希望進(jìn)一步提高該膜厚的面內(nèi) 均勻性。在之前的第1實(shí)施例中，是把輔助氣體用噴嘴部124的輔助氣 體用氣體噴射孔124A設(shè)置在中央部，由此來供給02氣體等，但為了提 高該膜厚的面內(nèi)均勻性，需要構(gòu)成能夠把該02氣體等均勻地向處理空 間S的整體區(qū)域供給，且不遮蔽微波的噴淋頭構(gòu)造。因此，在本第2實(shí) 施例中，使形成處理容器頂部的頂板88具備該噴淋頭的功能。
圖7表示本發(fā)明的等離子體成膜裝置的第2實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖， 圖8是表示第2實(shí)施例的頂板部分的俯視圖，圖8 (A)表示仰視圖、 圖8 (B)表示后述的下側(cè)頂板部件的俯視圖。另外，對于與圖l和圖2 所示的構(gòu)成部分相同的構(gòu)成部分標(biāo)記相同的參照符號并省略其說明。
如圖7所示，這里，取代圖1所示的氣體導(dǎo)入單元54的一部分的 輔助氣體用噴嘴部124,而在劃分出處理容器44的頂部的頂板88上形 成有輔助氣體用供給部140。具體是，如上述那樣，上述頂板88由石英 或陶瓷、例如氧化鋁或氮化鋁等電介體形成的對微波具有透過性的材料 構(gòu)成。
而且，上述輔助氣體用供給部140具有形成在上述頂板88上，并 向下方的處理空間S開口的輔助氣體用的多個(gè)氣體噴射孔142。該氣體 噴射孔142在上方向上不貫通，通過形成在頂板88內(nèi)的氣體通路144與向該氣體噴射孔142供給規(guī)定的氣體、即02或Ar的氣體流路126、 128連接，從而能夠一邊控制流量一邊進(jìn)行規(guī)定的氣體、即02或Ar的 供給。
上述氣體噴射孔142在頂板88上被同心圓狀地設(shè)置多個(gè)，在圖示 的例中是設(shè)置10個(gè)，其均勻分布在頂板88下表面的大致整體面上。而 且，上述氣體通路144與上述氣體噴射孔142的排列對應(yīng)地同心圓狀設(shè) 置多個(gè)，在圖示例中i殳置2重，并且相互連通。而且，該氣體通路144 連通上述各個(gè)氣體噴射孔142的上端部，從而能夠輸送上述02等氣體。 另外，上述氣體噴射孔142的個(gè)數(shù)不限于10個(gè)，也可以設(shè)置10個(gè)以下 或10個(gè)以上，而且氣體噴射孔142的排列不限于2列，也可以設(shè)定l 列或3列以上。由此，頂板88具有所謂的噴淋頭構(gòu)造。
而且，在上述氣體噴射孔142和氣體通路144中分別填充有由具有 通氣性的多孔狀的電介體構(gòu)成的多孔狀電介體146。這樣，通過在氣體 噴射孔142和氣體通路144中填充多孔狀電介體146,能夠在容許規(guī)定 的氣體、即02或Ar氣體的流通的同時(shí)，抑制基于微波的異常放電。
下表面說明各個(gè)部分的尺寸，氣體噴射孔142的直徑Dl被設(shè)定為 在頂板88中傳播的電磁波(微波)的波長入o的1/2以下，例如，這里 是l 35mm左右的范圍內(nèi)。上述直徑Dl如果大于波長A o的1/2,則該 氣體噴射孔142的部分的介電常數(shù)發(fā)生大的變化，結(jié)果使該部分的電場 密度與其他部分不同，在等離子體密度分布中形成大的差異，因而這是 不希望發(fā)生的情況。
另外，上述多孔狀電介體146中所包含的氣泡的直徑被設(shè)定為 O.lmm以下。在該氣泡的直徑大于O.lmm的情況下，基于微波的等離 子體異常放電的發(fā)生概率變大。另外，這里，在多孔狀電介體146中通 過使上述無數(shù)個(gè)氣泡連通來確保通氣性。并且，上述各個(gè)氣體通路144 的直徑在不阻礙氣體的流通的范圍內(nèi)盡可能地小，被設(shè)定為至少小于上 述氣體噴射孔142的直徑Dl,以便對微波、或電場的分布不產(chǎn)生不良 影響。
這里，對上述的頂板88是石英的情況下的制造方法的一例進(jìn)行簡 單說明。該頂板88具有被上下2分割的下側(cè)頂部件88A、和與下側(cè)頂板部件88A接合的上側(cè)頂板部件88B。首先，準(zhǔn)備構(gòu)成下側(cè)頂板部件 88A的母材的規(guī)定厚度的圓板狀石英基板，在其規(guī)定的位置形成氣體噴 射孔142，進(jìn)一步通過在該石英基板的表面上形成槽，來形成各個(gè)氣體 通路144。
然后，把由溶融狀態(tài)的包含氣泡的多孔質(zhì)石英構(gòu)成的多孔狀電介體 146填入上述各個(gè)氣體噴射孔142和各個(gè)氣體通路144，然后通過研磨 使其表面整體平坦化，由此制成下側(cè)頂板部件88A。然后，把下側(cè)頂板 部件88A與上側(cè)頂板部件88B接合，該上側(cè)頂板部件88B由通過不同 于下側(cè)頂板部件88A的平坦化工序的另外平坦化工序平坦化的圓板狀 石英基板構(gòu)成。在石英的變形點(diǎn)以下的溫度下通過燒結(jié)或熱處理進(jìn)行粘 接。由此，可制作出在氣體噴射孔142和氣體通路144中填充了具有通 氣性的多孔(多孔質(zhì))狀電介體146的頂板88。在上述氣體通路144 和氣體噴射孔142中等離子體的異常放電的可能性小的情況下，也可以 增大上述多孔狀電介體146的氣泡的直徑，甚至不設(shè)置該多孔狀電介體。
另外，這里是將同心圓狀排列的各個(gè)氣體通路144相互連通，但不 限于此，為了促進(jìn)上述氣體通路144中的02等氣體的流通，也可以從 與02氣體源和Ar氣體源連通的氣體通路126、 128側(cè)分別獨(dú)立地向同 心圓狀排列的各個(gè)氣體通路144供給氣體。
在這樣構(gòu)成的該第2實(shí)施例中，TEOS (在必要的情況下還包含Ar 氣體等稀有氣體)，與之前的第1實(shí)施例同樣，從中心部氣體噴嘴部112 的中央部氣體噴射孔112A和周邊部氣體噴嘴部114的周邊部氣體噴射 孔114A被分別向處理空間S供給。
與此相反，02氣體和Ar氣體則從設(shè)在頂板88上的輔助氣體用供給 部140的輔助氣體用的各個(gè)氣體噴射孔142，向處理空間S供給。在這 種情況下，加之形成在載置臺(tái)46上方的等離子體遮蔽部130A、 130B 的作用效果，并且由于上述輔助氣體用氣體噴射孔142是在項(xiàng)板88的 面內(nèi)方向的大致整體區(qū)域上形成的，所以能夠在處理空間S的整體面內(nèi) 方向上大致均勻地供給02氣體和Ar氣體。其結(jié)果，相比之前的笫1 實(shí)施例的情況，能夠進(jìn)一步提高形成在晶片W上的硅氧化膜的膜厚的 面內(nèi)均勻性。另外，基于RLSA的等離子體是所謂的表面波等離子體，由于形成 在離頂板88數(shù)mm左右的頂板正下方，所以，從氣體噴射孔142供給 的02氣體和Ar氣體在該頂板正下方迅速離解，由此，能夠與之前的第 1實(shí)施例同樣地維持高成膜速率。另外，關(guān)于處理?xiàng)l件，例如處理壓力、 處理溫度、各個(gè)氣體的供給量，與之前的第1實(shí)施例的情況相同。
這里，由于使用上述等離子體成膜裝置的第2實(shí)施例實(shí)際形成薄膜， 對成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性進(jìn)行了評價(jià)，所以對其評價(jià)結(jié)果進(jìn)行說 明。圖9是表示相對TEOS的流量的成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性的依 存性的曲線圖。此時(shí)的處理?xiàng)l件是，處理壓力為270mTorr、處理溫度 為390X:、 02的流量為500sccm、 Ar的流量為50sccm。在成膜中使用 了直徑為200mm的硅晶片。另外，在橫軸上同時(shí)表示了晶片的單位面 積的TEOS流量。這里，使TEOS的流量從78sccm變化到182sccm。
從圖9中可看出，關(guān)于成膜速率，隨著使TEOS的流量從78sccm 增加到182sccm,成膜速率描繪出平緩的曲線逐漸上升。與此相反，膜 厚的面內(nèi)均勻性隨著TEOS的流量的增加，首先減少，在TEOS流量為 130sccm左右時(shí)成為底點(diǎn)(最下點(diǎn))，然后轉(zhuǎn)為上升，整體形成下凸?fàn)?特性曲線。因此，在把膜厚的面內(nèi)均勻性的容許范圍設(shè)定為7[sigma%
以下時(shí)，TEOS流量在104 164sccm的范圍，即，如果換算成晶片的單 位面積流量，則是0.331 0.522sccm/cm2的范圍，理想的是成為6 %以 下的 109 156sccm 的范圍，即晶片的單位面積流量是 0.347~0.497sccm/cm2的范圍。
關(guān)于該膜厚的面內(nèi)均勻性，由于才艮據(jù)圖5(A)所示的第1實(shí)施例的 膜厚分布求出的膜厚的面內(nèi)均勻性為18[sigma。/o左右，所以與此相比， 上述第2實(shí)施例的情況可容易地下降到7[sigma。/。以下，因此，可看出 該第2實(shí)施例相比第1實(shí)施例能夠進(jìn)一步提高膜厚的面內(nèi)均勻性。
其次，關(guān)于上述等離子體成膜裝置的第2實(shí)施例，由于對實(shí)際的薄 膜形成、載置臺(tái)與TEOS的氣體噴嘴之間的最佳距離進(jìn)行了研究，所以 對其研究結(jié)果進(jìn)行說明。圖IO是表示相對載置臺(tái)與TEOS的氣體噴嘴 所在的水平高度之間的距離L2的成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性的依存 性的曲線圖。另外，在圖中同時(shí)示出了表示上述距離L2的模式圖。此時(shí)的處理?xiàng)l件是，處理壓力為120 140mTorr、處理溫度為3卯 ^C、 TEOS的流量為78sccm、 Ar的流量為50sccm。另外，在02的流 量為275sccm和500sccm的2種情況下進(jìn)行處理。這里，使上述距離 L2從20變化到85mm，距離L2在20~50mm的范圍內(nèi)把02的流量設(shè) 定為275sccm,距離L2在20~50mm的范圍內(nèi)把02的流量i殳定為 500sccm。
從圖10中可看出，隨著使距離L2從20mm變化到85mm，成膜 速率逐漸降低，而且基本沒有基于02氣體的流量大小的影響。
另外，關(guān)于膜厚的面內(nèi)均勻性，隨著使上述距離L2從20mm變 化到85mm,膜厚的面內(nèi)均勻性在20~50mm急劇上升，在50~85mm大 致飽和，基本穩(wěn)定在10[sigma。/o左右。另外，在此情況下，也基本沒 有基于02氣體的流量大小的影響。
因此，如果考慮成膜速率和膜厚的面內(nèi)均勻性，則對于距離L2， 把膜厚的面內(nèi)均勻性將要達(dá)到飽和之前的40mm作為下限，設(shè)定為 40mm以上，理想的是設(shè)定為50mm以上。但是，由于如果上述距離 L2過度大，則有可能導(dǎo)致成膜速率極端低，所以距離L2的上限為85mm 左右。
另外，在上述實(shí)施例中，等離子體遮蔽部130由石英形成，但不 限于此，上述等離子體遮蔽部130也可以由從石英、陶瓷、鋁、半導(dǎo)體 構(gòu)成的組中選擇出的l種材料形成。在這種情況下，作為陶瓷可使用例 如A1N、 Ah03等，作為半導(dǎo)體可使用硅或鍺等。另外，這里，作為用 于等離子體穩(wěn)定化的輔助氣體而使用了 Ar氣體，但不限于此，也可以 使用其他稀有氣體，例如He、 Ne、 Xe等。
并且，這里是從設(shè)在頂板88的下表面中央部的正下方的氣體噴射 孔124A中來供給氧化性氣體的02氣體和上述Ar氣體，或采用所謂的 噴淋頭構(gòu)造來供給氧化性氣體的02氣體和上述Ar氣體，但由于這些氣 體遠(yuǎn)多于TEOS氣體的供給量，在處理容器44內(nèi)不會(huì)不均而可迅速均 勻地且容易地?cái)U(kuò)散到處理空間S的整個(gè)區(qū)域，所以也可以把該氣體噴射 孔124A設(shè)置在容器內(nèi)的側(cè)壁附近等。另外，這里為了通過等離子體CVD形成Si02膜，作為原料氣體 而使用TEOS，作為氧化氣而使用了 02氣體，但不限于此，作為原料 氣體也可以使用SiH4、 Si2He等，另外，作為氧化氣體可以使用NO、 N02、 N20、 03等。
另外，這里舉例說明了形成Si02膜的情況，但不限于此，在形成
SiN膜、CF膜等其他種類的薄膜的情況下也能夠應(yīng)用本發(fā)明。
另外，這里，作為待處理體舉例說明了半導(dǎo)體晶片，但不限于此， 在玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等情況下也能夠應(yīng)用本發(fā)明。
2權(quán)利要求
1. 一種等離子體成膜裝置，具有處理容器，其頂部開口，且內(nèi)部可被抽真空；載置臺(tái)，其為了載置待處理體而被設(shè)在上述處理容器內(nèi)；頂板，其由用于透過微波的電介體構(gòu)成，并被氣密地安裝在上述頂部的開口中；氣體導(dǎo)入單元，其向上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包含成膜用原料氣體和輔助氣體的處理氣體；及具有平面天線部件的微波導(dǎo)入單元，其為了向上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波而設(shè)在上述頂板側(cè)，該等離子體成膜裝置特征在于，上述氣體導(dǎo)入單元具有位于上述待處理體的中央部的上方的原料氣體用的中央部氣體噴射孔；及在上述待處理體的周邊部上方沿著待處理體的圓周方向排列的原料氣體用的多個(gè)周邊部氣體噴射孔，在位于上述待處理體的中央部與周邊部之間的中間部的上方，設(shè)有用于沿著圓周方向遮蔽等離子體的等離子體遮蔽部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體成膜裝置，其特征在于， 在不設(shè)置上述等離子體遮蔽部的情況下，通過從上述中央部氣體噴射孔和上述周邊部氣體噴射孔噴射原料氣體進(jìn)行成膜時(shí)，在上述待處理 體表面上形成的薄膜存在變厚的部分，上述等離子體遮蔽部位于與該變 厚的部分的上方對應(yīng)的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上 述等離子體遮蔽部包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)形部件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 等離子體遮蔽部利用從石英、陶瓷、鋁、半導(dǎo)體所構(gòu)成的組中選擇出的 1種材料構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 氣體導(dǎo)入單元包括具有上述中央部氣體噴射孔的中央部氣體噴嘴部、 和具有上述周邊部氣體噴射孔的周邊部氣體噴嘴部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 中央部氣體噴嘴部和上述周邊部氣體噴嘴部都具有環(huán)形形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 中央部氣體噴嘴部和上述周邊部氣體噴嘴部可分別獨(dú)立地控制氣體流量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 氣體導(dǎo)入單元具有導(dǎo)入上述輔助氣體的輔助氣體用噴嘴部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 輔助氣體用噴嘴部具有輔助氣體用氣體噴射孔，該輔助氣體用氣體噴射 孔從上述頂板的中央部的正下方，向上述頂板噴射氣體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 氣體導(dǎo)入單元具有為了導(dǎo)入上述輔助氣體而設(shè)置在上述頂板上的輔助氣體用供給部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 輔助氣體用供給部包括設(shè)在上述頂板上的上述輔助氣體用氣體通路； 和與上述氣體通路連通、設(shè)在上述頂板的下表面的上述輔助氣體用的多 個(gè)氣體噴射孔。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的等離子體成膜裝置，其特征在于， 上述氣體噴射孔被分散設(shè)置在上述頂板的下表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任意一項(xiàng)所述的等離子體成膜裝置， 其特征在于，在上述輔助氣體用氣體通路和/或上述輔助氣體用氣體噴 射孔中，設(shè)有通氣性多孔狀電介體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 原料氣體的導(dǎo)入量在0.331sccm/cm2~0.522 sccm/cm2的范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體成膜裝置，其特征在于， 上述原料氣體用氣體噴射孔位于同一水平面上， 上述載置臺(tái)與上述原料氣體用氣體噴射孔所在的水平面之間的距離被i殳定為40mm以上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，在上 述載置臺(tái)上設(shè)有用于加熱上述待處理體的加熱單元。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，上述 原料氣體利用從TEOS、 SiH4、 Si2H6所構(gòu)成的組中選擇出的1種材料構(gòu) 成，上述輔助氣體利用從02、 NO、 N02、 N20、 03所構(gòu)成的組中選擇 出的l種材料構(gòu)成。
18. —種等離子體成膜方法，其特征在于，包括 向可被抽真空的處理容器內(nèi)導(dǎo)入包含成膜用原料氣體和輔助氣體的處理氣體的工序；和從上述處理容器的頂部導(dǎo)入微波，發(fā)生等離子體，在設(shè)置于上述處 理容器內(nèi)的待處理體的表面上形成薄膜的工序，在向處理容器內(nèi)導(dǎo)入處理氣體時(shí)，從上述待處理體的中心部的上方和周邊部的上方噴射導(dǎo)入上述原料氣體，并且利用設(shè)在上述待處理體的 上方且位于待處理體的中央部與周邊部之間的等離子體遮蔽部來遮蔽 等離子體，由此形成上述薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠維持高成膜速率，并且維持高度的膜厚的面內(nèi)均勻性的等離子體成膜裝置。這樣的等離子體成膜裝置具有可被抽真空的處理容器(44)、用于載置待處理體(W)的載置臺(tái)(46)、被安裝在頂部的由透過微波的電介體構(gòu)成的頂板(88)、導(dǎo)入包含成膜用原料氣體和輔助氣體的處理氣體的氣體導(dǎo)入單元(54)、和為了導(dǎo)入微波而設(shè)在頂板側(cè)的具有平面天線部件的微波導(dǎo)入單元(92)。氣體導(dǎo)入單元具有位于待處理體的中央部上方的原料氣體用中央部氣體噴射孔(112A)；和在待處理體的周邊部上方，沿著待處理體的圓周方向排列的原料氣體用的多個(gè)周邊部氣體噴射孔(114A)。在待處理體的上方的中央部氣體噴射孔(112A)與周邊部氣體噴射孔(114A)之間，沿著圓周方向設(shè)有用于遮蔽等離子體的等離子體遮蔽部(130)。
文檔編號H01L21/31GK101523573SQ20078003770
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者上田博一, 堀込正弘 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社