(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100302
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】プラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置及び成膜方法
(51)【国際特許分類】
C23C 16/50 20060101AFI20240719BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
C23C16/50
H01L21/31 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023004201
(22)【出願日】2023-01-16
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100119035
【弁理士】
【氏名又は名称】池上 徹真
(74)【代理人】
【識別番号】100141036
【弁理士】
【氏名又は名称】須藤 章
(74)【代理人】
【識別番号】100178984
【弁理士】
【氏名又は名称】高下 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】広橋 拓也
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030FA01
4K030KA12
4K030KA30
4K030KA45
5F045AA08
5F045AD01
5F045AE21
5F045BB15
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EF05
5F045EF14
5F045EF18
5F045EH13
5F045EH19
5F045EK07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】シャワーヘッドとステージとの間にプラズマを生成して基板上に膜を生成する場合に、寄生プラズマの生成を抑制或いは低減可能なプラズマＣＶＤ装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１００は、プロセスチャンバ１０２と、ステージ１０４と、シャワーヘッド１０６と、プラズマ生成回路１３０と、隔壁１０８と、を備える。プラズマ生成回路は、シャワーヘッドとステージとをそれぞれ電極として、それらの間でプラズマを生成させる。隔壁は、シャワーヘッドとステージとの間のプロセスチャンバ内の第１の空間とシャワーヘッドのステージ側とは反対側のプロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、シャワーヘッドからプロセスガスが供給され、第２の空間にプロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ第１の空間内が排気される状態で、第２の空間の圧力が第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１００は、プロセスチャンバ１０２と、ステージ１０４と、シャワーヘッド１０６と、プラズマ生成回路１３０と、隔壁１０８と、を備える。プラズマ生成回路は、シャワーヘッドとステージとをそれぞれ電極として、それらの間でプラズマを生成させる。隔壁は、シャワーヘッドとステージとの間のプロセスチャンバ内の第１の空間とシャワーヘッドのステージ側とは反対側のプロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、シャワーヘッドからプロセスガスが供給され、第２の空間にプロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ第１の空間内が排気される状態で、第２の空間の圧力が第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に配置され、基板を載置するステージと、
前記プロセスチャンバ内で前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させるプラズマ生成回路と、
前記シャワーヘッドと前記ステージとの間の前記プロセスチャンバ内の第１の空間と前記シャワーヘッドの前記ステージ側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記シャワーヘッドから前記プロセスガスが供給され、前記第２の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ前記第１の空間内が排気される状態で、前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される隔壁と、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
前記プロセスチャンバ内に配置され、基板を載置するステージと、
前記プロセスチャンバ内で前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させるプラズマ生成回路と、
前記シャワーヘッドと前記ステージとの間の前記プロセスチャンバ内の第１の空間と前記シャワーヘッドの前記ステージ側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記シャワーヘッドから前記プロセスガスが供給され、前記第２の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ前記第１の空間内が排気される状態で、前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される隔壁と、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
【請求項2】
前記隔壁は第１の隔壁として用いられ、
前記第１の空間と前記ステージの前記シャワーヘッド側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第３の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記シャワーヘッドから前記プロセスガスが供給され、前記第２の空間及び前記第３の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ前記第１の空間内が排気される状態で、前記第３の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される第２の隔壁をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
前記第１の空間と前記ステージの前記シャワーヘッド側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第３の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記シャワーヘッドから前記プロセスガスが供給され、前記第２の空間及び前記第３の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ前記第１の空間内が排気される状態で、前記第３の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される第２の隔壁をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
【請求項3】
排気口を有するプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に配置され、基板を載置するステージと、
前記プロセスチャンバ内で前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させるプラズマ生成回路と、
前記シャワーヘッドと前記ステージとの間の前記プロセスチャンバ内の第１の空間と前記ステージの前記シャワーヘッド側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記第２の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給される隔壁であって、上方から見て前記第２の空間の中心から前記排気口へ向かう方向とは変位した方向に前記隙間が局所的に形成された隔壁と、、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
前記プロセスチャンバ内に配置され、基板を載置するステージと、
前記プロセスチャンバ内で前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させるプラズマ生成回路と、
前記シャワーヘッドと前記ステージとの間の前記プロセスチャンバ内の第１の空間と前記ステージの前記シャワーヘッド側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記第２の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給される隔壁であって、上方から見て前記第２の空間の中心から前記排気口へ向かう方向とは変位した方向に前記隙間が局所的に形成された隔壁と、、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
【請求項4】
前記隔壁は、絶縁体で形成されることを特徴とする請求項１又は３記載のプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置。
【請求項5】
基板を載置するステージと、前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給するシャワーヘッドとの間のプロセスチャンバ内の第１の空間の圧力よりも前記シャワーヘッドの前記ステージ側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間の圧力が高い状態を形成する工程と、
前記第１の空間の圧力よりも前記第２の空間の圧力が高い状態で、前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させ、前記基板上に所定の膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
前記第１の空間の圧力よりも前記第２の空間の圧力が高い状態で、前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させ、前記基板上に所定の膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、プラズマＣＶＤ装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【0002】
平行平板型プラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置では、成膜チャンバ内で、一方の電極と、対向する位置に配置される他方の電極との間に高周波電圧を印加することで、電極間にプラズマを生成する。その際、一方の電極が基板を載置するステージになる。また、他方の電極が原料ガスを導入するシャワーヘッドになる。そして、プラズマで原料ガスを分解し、基板上で気相成長させることにより、基板上に所望の膜を成膜する。また、シャワーヘッドの裏面側からパージガスを流すことにより基板にダスト等が付着することを抑制している。
【0003】
ここで、シャワーヘッドやステージといった電極とチャンバ壁との間に成膜に寄与しない寄生プラズマが生成されてしまう場合がある。かかる寄生プラズマが生じると、印加された電力のうち、寄生プラズマの生成に寄与した電力分のエネルギーが消費され、シャワーヘッドとステージとの間のプラズマ生成に寄与する電力が低下してしまう。これにより、原料ガスの乖離度が低下し、成膜速度の低下や膜の組成不良を引き起こすといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第９，７４１，５７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施形態は、シャワーヘッドとステージとをそれぞれ電極として、シャワーヘッドとステージとの間にプラズマを生成して基板上に膜を生成する場合に、寄生プラズマの生成を抑制或いは低減可能なプラズマＣＶＤ装置及び成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態のプラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置は、プロセスチャンバと、ステージと、シャワーヘッドと、プラズマ生成回路と、隔壁と、を備える。ステージは、前記プロセスチャンバ内に配置され、基板を載置する。シャワーヘッドは、前記プロセスチャンバ内で前記ステージと対向する位置に配置され、前記基板にプロセスガスを供給する。プラズマ生成回路は、前記シャワーヘッドと前記ステージとをそれぞれ電極として、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間でプラズマを生成させる。隔壁は、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間の前記プロセスチャンバ内の第１の空間と前記シャワーヘッドの前記ステージ側とは反対側の前記プロセスチャンバ内の第２の空間とを所定の隙間を残して遮断し、前記シャワーヘッドから前記プロセスガスが供給され、前記第２の空間に前記プロセスガスとは異なるガスが供給され、かつ前記第１の空間内が排気される状態で、前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力よりも高くなるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。
【図2】第１の実施形態の比較例における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。
【図3】第１の実施の形態における放電電圧と、圧力とギャップ距離との積との関係を示す図である。
【図4】第１の実施の形態における電離レート係数と電子温度との関係の一例を示す図である。
【図5】第１の実施の形態における電子温度と圧力との関係の一例を示す図である。
【図6】第１の実施形態の変形例１におけるシャワーヘッドと隔壁との配置構成の一例を示す図である。
【図7】第１の実施形態の変形例２におけるシャワーヘッドと隔壁との配置構成の一例を示す図である。
【図8】第２の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。
【図9】第２の実施形態における隔壁の一例の上面図である。
【図10】第２の実施形態の変形例１における隔壁の配置構成の一例を示す図である。
【図11】第３の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。図１の例では、半導体製造装置として、平行平板型プラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置１００を示している。図１の例では、例えば、１つの成膜チャンバを配置したシングルチャンバ方式のプラズマＣＶＤ装置１００が示されている。プラズマＣＶＤ装置１００は、プロセスチャンバ１０２、ステージ１０４、シャワーヘッド１０６、隔壁１０８、及びプラズマ生成回路１３０を備えている。
図１は、第１の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。図１の例では、半導体製造装置として、平行平板型プラズマＣＶＤ（化学気相成長）装置１００を示している。図１の例では、例えば、１つの成膜チャンバを配置したシングルチャンバ方式のプラズマＣＶＤ装置１００が示されている。プラズマＣＶＤ装置１００は、プロセスチャンバ１０２、ステージ１０４、シャワーヘッド１０６、隔壁１０８、及びプラズマ生成回路１３０を備えている。
【0009】
プロセスチャンバ１０２内には、一方の電極となるステージ１０４と、他方の電極となるシャワーヘッド１０６が配置される。そして、ステージ１０４上には、成膜対象となる基板１０１が載置される。
【0010】
シャワーヘッド１０６は、プロセスチャンバ１０２内でステージ１０４と対向する位置に配置される。言い換えれば、シャワーヘッド１０６は、基板１０１と対向する位置に配置される。
【0011】
そして、所望の温度に制御されるプロセスチャンバ１０２内を図示しない真空ポンプにより排気口１１６から真空引きを行う。真空引きされたプロセスチャンバ１０２内に原料ガスを供給する。原料ガスが供給された状態で、プロセスチャンバ１０２内は所望の圧力に制御される。原料ガス（プロセスガス）は、シャワーヘッド１０６によって基板１０１に供給される。具体的には、原料ガスは、シャワーヘッド１０６の導入口１１２から導入され、シャワーヘッド１０６下面の複数の孔から基板１０１に供給される。
【0012】
プラズマ生成回路１３０は、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させる。図１の例では、ステージ１０４を高周波電極として用い、シャワーヘッド１０６をグランド（ＧＮＤ）電極として用いる場合を示している。また、プロセスチャンバ１０２は接地される。具体的には、シャワーヘッド１０６をグランド電極として接地（グランド電位を印加）した状態で、プラズマ生成回路１３０は、ステージ１０４に高周波（ＲＦ）電圧を印加する。これにより、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させる。
【0013】
なお、上述した例では、ステージ１０４を高周波電極として用い、シャワーヘッド１０６をグランド電極として用いる場合を示したが、これに限るものではない。シャワーヘッド１０６を高周波電極として用い、ステージ１０４をグランド電極として用いる場合であっても構わない。
【0014】
プロセスチャンバ１０２内では、原料ガスの化学反応により所望の膜が基板１０１上に形成される。例えば、シラン（ＳｉＨ４）系のガスを主原料ガスとして導入して、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する。その他、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガス等を主原料ガスとして導入して、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を成膜する。また、原料ガスと共に、アルゴン（Ａｒ）或いは／及びヘリウム（Ｈｅ）等のキャリアガスが併せて供給されても構わない。
【0015】
その際、シャワーヘッド１０６の裏面側となるプロセスチャンバ１０２内の上部に形成される導入口１１４からパージガス（プロセスガスとは異なるガス）がプロセスチャンバ１０２内に導入される。そして、パージガスは、シャワーヘッド１０６の側面を伝って、排気口１１６が形成されたプロセスチャンバ１０２内の底面側に向かって流れる。そして、排気口１１６から排気される。よって、プロセスチャンバ１０２の側壁よりも内側であって基板１０１外周よりも外側に、パージガスによるエアカーテンを生成し、プロセスチャンバ１０２の壁面に付着した、或いは浮遊するダスト等を排気口１１６側へと押し流す。これにより、ダスト等が基板１０１上に降り積もることを低減或いは抑制する。パージガスとして、例えば、Ａｒ、或いは／及びＨｅ等の希ガスやＮ２等の不活性ガスが用いられると好適である。
【0016】
また、第１の実施形態では、隔壁１０８（第１の隔壁）がシャワーヘッド１０６とステージ１０４との間のプロセスチャンバ１０２内の空間Ａ（第１の空間）とシャワーヘッド１０６のステージ１０４側とは反対側のプロセスチャンバ１０２内の空間Ｂ（第２の空間の一例）とを所定の隙間Ｇを残して遮断する。隔壁１０８は、プロセスチャンバ１０２の側壁に固定される。隔壁１０８とプロセスチャンバ１０２の側壁との間は隙間無く接触して配置されると好適である。隔壁１０８は、絶縁体で形成される。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等で形成されると好適である。或いは、隔壁１０８は、導電体に絶縁体でコーティングしたものであっても構わない。
【0017】
図１の例では、隔壁１０８がシャワーヘッド１０６と実質的に同じ高さ位置に配置される。例えば、隔壁１０８の下面とシャワーヘッド１０６の下面とが実質的に同じ高さ位置に配置される。よって、隙間Ｇは、シャワーヘッド１０６の側面と隔壁１０８の側壁との間に形成される。パージガスは、かかる隙間Ｇを通って、空間Ａ側に流れる。
【0018】
図２は、第１の実施形態の比較例における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。図２に示す比較例では、隔壁１０８が配置されていない点以外は、図１と同様である。かかる構成において、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させると、シャワーヘッド１０６とプロセスチャンバ１０２の側壁との間に成膜に寄与しない寄生プラズマが生成されてしまう場合がある。同様に、ステージ１０４とプロセスチャンバ１０２の側壁との間に成膜に寄与しない寄生プラズマが生成されてしまう場合がある。かかる寄生プラズマが生じると、印加された電力のうち、寄生プラズマの生成に寄与した電力分のエネルギーが消費され、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間のプラズマ生成に寄与する電力が低下してしまう。これにより、原料ガスの乖離度が低下し、成膜速度の低下や膜の組成不良を引き起こすといった問題があった。
【0019】
これに対して、第１の実施形態では、図１に示すように、隔壁１０８によって、空間Ａと空間Ｂとを隙間Ｇを残して遮断する。隔壁１０８は、シャワーヘッド１０６から原料ガスが供給され、空間Ｂにパージガスが供給され、かつ空間Ａ内が排気される状態で、空間Ｂの圧力Ｐ２が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高くなるように構成される。
【0020】
図３は、第１の実施の形態における放電電圧と、圧力とギャップ距離との積との関係を示す図である。図３において、縦軸に放電電圧［Ｖ］を示し、横軸に圧力と（電極間）ギャップ距離との積［Ｔｏｒｒ・ｃｍ］を示している。また、図３では、Ａｒ、Ｈｅ、ネオン（Ｎｅ）、窒素（Ｎ２）、及び水素（Ｈ２）についての関係を一例として示している。圧力とギャップ距離との積の所定の帯域では、各ガス共に放電電圧が低くなり、寄生プラズマが生じる場合があることがわかる。なお、これらのガスの中でも、パージガスとして使用する例えばＡｒは、図３に示すように、特に、その他のガスに比べて放電し易い。また、パージガスとして使用し得るその他の希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ）についても、Ｎ２及びＨ２に比べて放電し易い。このように、第１の実施形態において、使用するパージガスが放電し易い希ガスであると、特に上述した寄生プラズマが生じ易い。
【0021】
図４は、第１の実施の形態における電離レート係数と電子温度との関係の一例を示す図である。図４において、縦軸に電離レート［ｍ３／ｓ］を示し、横軸に電子温度［ｅＶ］を示す。図４では、例えば、Ａｒ原子の電子衝突による電離レート係数を示す。図４に示すように、プラズマＣＶＤで使用されるプラズマの電子温度帯では、電子温度を下げると電離レートを大幅に小さくできる。例えば、電子温度が１ｅＶ下がると、電離レートは１／２以下にできる。よって、寄生プラズマが生じる空間の電子温度を成膜する空間の電子温度よりも小さくすれば、寄生プラズマの発生を低減できる。
【0022】
図５は、第１の実施の形態における電子温度と圧力との関係の一例を示す図である。図５において、縦軸に電子温度を示し、横軸に圧力を示す。１０００Ｐａ程度以下の圧力下では、電子温度は、圧力を高めることにより小さくできる。プラズマＣＶＤで成膜する際の圧力は、一般に１０００Ｐａよりも低い圧力、例えば、５００Ｐａ程度なので、寄生プラズマが生じる空間Ｂの圧力を成膜する空間Ａの圧力よりも高くすれば、寄生プラズマの発生を低減或いは抑制できる。シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間の空間Ａの成膜時の圧力が、例えば、５００Ｐａで、電子温度が５ｅＶである場合に、空間Ｂの電子温度を４ｅＶにするための空間Ｂの圧力は、電子温度と圧力との関係をフィッティングした近似式から１５３０Ｐａ程度と近似できる。
【0023】
そこで、第１の実施形態では、隔壁１０８の隙間Ｇの面積Ｓと長さＬとを調整することにより、所望の圧力差が生じるように隔壁１０８を配置する。例えば、円筒導管を流れるガスをモデルとした以下の式（１）を用いて、隙間Ｇの面積Ｓと長さＬを近似できる。
（１） Ｑ＝（πｄ４／１２８ηＬ）Ｐａｖｅ（Ｐｕ－Ｐｄ）
（１） Ｑ＝（πｄ４／１２８ηＬ）Ｐａｖｅ（Ｐｕ－Ｐｄ）
【0024】
ここで、各パラメータは以下のように定義される。
Ｑ：ガス流量［Ｐａ・ｍ３／ｓ］
ｄ：円筒導管の半径［ｍ］
Ｌ：円筒導管の長さ［ｍ］
Ｐｕ：上流側の圧力［Ｐａ］
Ｐｄ：下流側の圧力［Ｐａ］
Ｐａｖｅ：上流と下流側の圧力の平均値［Ｐａ］（Ｐａｖｅ＝（Ｐｕ＋Ｐｄ）／２）
η：ガスの粘性係数［Ｐａ・ｓｅｃ］（例えば、η＝２．２２Ｅ－５）
Ｑ：ガス流量［Ｐａ・ｍ３／ｓ］
ｄ：円筒導管の半径［ｍ］
Ｌ：円筒導管の長さ［ｍ］
Ｐｕ：上流側の圧力［Ｐａ］
Ｐｄ：下流側の圧力［Ｐａ］
Ｐａｖｅ：上流と下流側の圧力の平均値［Ｐａ］（Ｐａｖｅ＝（Ｐｕ＋Ｐｄ）／２）
η：ガスの粘性係数［Ｐａ・ｓｅｃ］（例えば、η＝２．２２Ｅ－５）
【0025】
式（１）を用いて、空間Ｂの圧力に応じた円筒導管の半径ｄと円筒導管の長さＬとの関係が得られる。よって、隔壁１０８の厚さを所望の隙間Ｇの長さＬとし、隔壁１０８の厚さに対する隙間Ｇの面積Ｓ（＝πｄ２）を近似できる。例えば、パージガスの流量Ｑを３４０Ｐａ・ｍ３／ｓ（約２００ｓｌｍ）、下流側の圧力Ｐｄ（プロセス圧力）＝５００Ｐａ、上流側の圧力Ｐｕ＝１５３０Ｐａ、円筒導管の長さＬ＝０．１ｍとすると、円筒導管の半径ｄ＝０．０６５ｍ程度となる。よって、隙間Ｇの面積Ｓは、１．３Ｅ－４ｍ２と近似できる。シャワーヘッド１０６の外径を０．４ｍとすると、隙間Ｇの幅は約０．１ｍｍにすればよいことがわかる。
【0026】
第１の実施形態では、以上のように、隔壁１０８により、空間Ｂの圧力Ｐ２が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態を形成する。
【0027】
そして、空間Ａの圧力Ｐ１よりも空間Ｂの圧力Ｐ２が高い状態で、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させ、基板１０１上に所定の膜を形成する。具体的には、隔壁１０８により、空間Ｂの圧力Ｐ２が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態で、プラズマ生成回路１３０は、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させる。シャワーヘッド１０６の側面および裏面側の圧力Ｐ２が、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間の圧力Ｐ１よりも高いため、シャワーヘッド１０６の側面および裏面側においてパージガスの電離レートを低くできる。これにより、シャワーヘッド１０６の側面および裏面での寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。
【0028】
図６は、第１の実施形態の変形例１におけるシャワーヘッドと隔壁との配置構成の一例を示す図である。図１の例では、プロセスチャンバ１０２内に１つのシャワーヘッド１０６と１枚の基板１０１とが配置される構成を示したが、これに限るものではない。１つのプロセスチャンバ１０２内に複数の基板１０１を配置できるよう、それぞれの基板用のシャワーヘッド１０６を配置したマルチステージ処理方式であっても好適である。図６の例では、４つのシャワーヘッド１０６ａ～１０６ｄが縦横２×２の配列で配置された場合を示している。かかる場合には、１枚の隔壁１０８に４つの開口部が形成され、それぞれの開口部に、４つのシャワーヘッド１０６ａ～１０６ｄの１つが隙間Ｇを開けて配置される。また、４つの排気口１１６がプロセスチャンバ１０２の底面に配置される。プロセスチャンバ１０２の底面の４つの外周辺の中央付近にそれぞれ１つずつ排気口１１６が配置されると好適である。
【0029】
図７は、第１の実施形態の変形例２におけるシャワーヘッドと隔壁との配置構成の一例を示す図である。上述した例では、隔壁１０８とシャワーヘッド１０６側面との間に隙間Ｇが形成される場合を示したが、隙間の位置は、これに限るものではない。隔壁１０８とシャワーヘッド１０６側面は隙間なく配置され、別の位置に隙間を形成しても良い。図７の例では、例えば、シャワーヘッド１０６を取り囲むように、複数の開口部を形成する場合を示している。例えば、円形或いは矩形の複数の開口部が円周上に配列するように形成され、かかる複数の開口部が圧力調整用の隙間Ｇとして機能する。
【0030】
以上のように、第１の実施形態によれば、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間にプラズマを生成して基板１０１上に膜を形成する場合に、シャワーヘッド１０６の側面および裏面側に生じ得る寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。よって、シャワーヘッド１０６の側面および裏面側に生じる寄生プラズマによる電力消費を抑制できる。その結果、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間のプラズマ生成に寄与する電力の低下を抑制できる。これにより、原料ガスの乖離度の低下、成膜速度の低下や膜の組成不良を抑制或いは低減できる。
【0031】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、シャワーヘッド１０６側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を説明した。しかし、寄生プラズマは、ステージ１０４側にも生じ得る。第２の実施形態では、さらに、ステージ１０４側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を加えた構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は第１の実施形態と同様である。
第１の実施形態では、シャワーヘッド１０６側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を説明した。しかし、寄生プラズマは、ステージ１０４側にも生じ得る。第２の実施形態では、さらに、ステージ１０４側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を加えた構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は第１の実施形態と同様である。
【0032】
図８は、第２の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。図８の例では、ステージ１０４の裏面側にステージ１０４の裏面からプロセスチャンバ１０２の底面まで続く隔壁１０９（第２の隔壁）を追加した点、及び、プロセスチャンバ１０２の底面にパージガスを導入する導入口１１８を形成した点、以外は図１と同様である。
【0033】
第２の実施形態では、隔壁１０９が、ステージ１０４とシャワーヘッド１０６との間の空間Ａとステージ１０４のシャワーヘッド１０６側とは反対側のプロセスチャンバ１０２内の空間Ｃ（第２の空間の他の一例、第３の空間の一例）とを所定の隙間Ｇを残して遮断する。隔壁１０９は、絶縁体で形成される。例えば、Ａｌ２Ｏ３等で形成されると好適である。或いは、隔壁１０９は、導電体に絶縁体でコーティングしたものであっても構わない。
【0034】
隔壁１０９は、ステージ１０４の外径寸法と同程度の外形寸法を有する筒状に形成される。そして、隔壁１０９の外周がステージ１０４の外周に沿うように配置される。また、隔壁１０９はステージ１０４を支持する軸を取り囲むように配置される。また、隔壁１０９は、その環状の上面がステージ１０４の裏面の外周部と接触するように配置される。その際、上面の一部に切り欠きを形成して高さを低くして、隔壁１０９とステージ１０４裏面との間に隙間Ｇを形成する。また、隔壁１０９は、プロセスチャンバ１０２の底面と隙間無く接触して配置される。隔壁１０９の内径寸法は、例えば、円筒導管を流れるガスをモデルとして導かれる隙間Ｇの長さに応じて適宜設定すればよい。
【0035】
プロセスチャンバ１０２の底面のうち、筒状の隔壁１０９の内側であって、ステージ１０４を支持する軸の周囲に、パージガス（プロセスガスとは異なるガス）を導入する導入口１１８が形成される。パージガスとして、Ａｒ或いはＨｅ等の希ガスやＮ２等の不活性ガスを用いると好適である。パージガスは、隔壁１０９とステージ１０４との間に形成された隙間Ｇを通って、空間Ｃから空間Ａ側に流れる。そして、排気口１１６から排気される。
【0036】
隔壁１０９は、シャワーヘッド１０６から原料ガスが供給され、空間Ｂ及び空間Ｃにパージガスが供給され、かつ空間Ａ内が排気される状態で、空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高くなるように構成される。
【0037】
図９は、第２の実施形態における隔壁の一例の上面図である。隔壁１０９に形成する隙間Ｇは、上方から見て空間Ｃの中心から排気口１１６に向かう方向とは変位した方向の位置に形成される。例えば、図９に示すように、プロセスチャンバ１０２底面の排気口１１６からできるだけ遠い位置に形成すると好適である。例えば、上方から見て隔壁１０９の中心から排気口１１６に向かう方向を１８０度回転させた方向の外周部に隙間Ｇを形成すると良い。排気口１１６から遠い位置に局所的に隙間Ｇを形成することで、排気口１１６近傍の圧力の影響をさほど受けずに、空間Ａと空間Ｃとの圧力差を精度良く制御しながら空間Ｃ内から排気口１１６に向けて効率良くパージガスを流すことができる。
【0038】
図１０は、第２の実施形態の変形例１における隔壁の配置構成の一例を示す図である。図８の例では、プロセスチャンバ１０２内に１つのステージ１０４と１枚の基板１０１とが配置される場合を示したが、これに限るものではない。プロセスチャンバ１０２内に複数の基板１０１を配置できるよう、それぞれの基板用のステージ１０４を配置したマルチステージ処理方式であっても好適である。図１０の例では、１つのプロセスチャンバ１０２内の４つのステージ１０４下にそれぞれ隔壁１０９ａ～１０９ｄが配置された場合を示している。４つのステージ１０４の配列位置に合わせて、４つの隔壁１０９ａ～１０９ｄが縦横２×２の配列で配置された場合を示している。
【0039】
図１０において、４つの隔壁１０９ａ～１０９ｄにはそれぞれ隙間Ｇが形成される。各隙間Ｇは、４つの隔壁１０９ａ～１０９ｄのそれぞれにおいて、排気口１１６に向かう方向とは変位した方向の位置に形成される。例えば、プロセスチャンバ１０２底面の排気口１１６からできるだけ遠い位置に形成すると好適である。図１０の例では、プロセスチャンバ１０２の底面の４つの外周辺の中央付近にそれぞれ１つずつ排気口１１６が配置される場合を示している。各隔壁１０９では、例えば、上方から見て各隔壁１０９が取り囲む空間Ｃの中心から排気口１１６に向かう方向から最も離れた方向の外周部に隙間Ｇを形成すると良い。図１０の例では、例えば、上方から見て隔壁１０９の中心から最も近い２つの排気口１１６に向かう方向の中間の方位（空間Ｃの中心から最も近い２つの排気口１１６に向かう方向をそれぞれ９０度回転させた方向）に隙間Ｇを形成すると良い。よって、図１０の例では、排気口１１６に向かう方向から最も離れた方向が２つずつ存在するので、各隔壁１０９にそれぞれ２つの隙間Ｇを形成すると好適である。なお、各隔壁１０９に形成される隙間は、１つずつであっても構わない。
【0040】
排気口１１６から遠い位置に局所的に隙間Ｇを形成することで、排気口１１６近傍の圧力の影響をさほど受けず、空間Ａと空間Ｃとの圧力差を精度良く制御しながら空間Ｃ内から排気口１１６に向けて効率良くパージガスを流すことができる。
【0041】
第２の実施形態では、以上のように、隔壁１０９により、空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態を形成する。
【0042】
そして、空間Ａの圧力Ｐ１よりも空間Ｃの圧力Ｐ３が高い状態で、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させ、基板１０１上に所定の膜を形成する。具体的には、隔壁１０９により、空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態で、プラズマ生成回路１３０は、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させる。ステージ１０４の裏面側の圧力Ｐ３が、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間の圧力Ｐ１よりも高いため、ステージ１０４の裏面側においてパージガスの電離レートを低くできる。これにより、ステージ１０４の裏面での寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。
【0043】
以上のように第２の実施形態によれば、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間にプラズマを生成して基板１０１上に膜を形成する場合に、ステージ１０４の裏面側に生じ得る寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。よって、ステージ１０４の裏面側に生じる寄生プラズマによる電力消費を抑制できる。その結果、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間のプラズマ生成に寄与する電力の低下を抑制できる。これにより、原料ガスの乖離度の低下、成膜速度の低下や膜の組成不良を抑制或いは低減できる。
【0044】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、ステージ１０４の裏面側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を説明した。しかし、寄生プラズマは、ステージ１０４の側面側にも生じ得る。第３の実施形態では、ステージ１０４の裏面側及び側面側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を加えた構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は第２の実施形態と同様である。
第２の実施形態では、ステージ１０４の裏面側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を説明した。しかし、寄生プラズマは、ステージ１０４の側面側にも生じ得る。第３の実施形態では、ステージ１０４の裏面側及び側面側に生じ得る寄生プラズマを抑制或いは低減する構成を加えた構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は第２の実施形態と同様である。
【0045】
図１１は、第３の実施形態における半導体製造装置の構成の一例を示す構成図である。図１１の例では、隔壁１０９の代わりに、ステージ１０４の側面側にステージ１０４の上面からプロセスチャンバ１０２の底面まで続く隔壁１１０（第２の隔壁の他の一例）を追加した点以外は図８と同様である。
【0046】
隔壁１１０は、ステージ１０４の外径寸法よりも大きい内径寸法を持った筒状の本体と、ステージ１０４の外径寸法と同程度の内径寸法を持った円環状板との組み合わせにより形成される。筒状の本体の外径寸法は、例えば、円筒導管を流れるガスをモデルとして導かれる隙間Ｇの長さＬに応じて適宜設定すればよい。円環状板の外径寸法は、筒状の本体の外径寸法と一致させると好適である。円環状板は、筒状の本体の上に配置される。筒状の本体上面の高さ位置は、ステージ１０４上面の高さ位置より低くステージ１０４の裏面の高さ位置よりも高い位置になるように構成される。筒状の本体の上に円環状板が配置された状態で、円環状板の上面の高さ位置がステージ１０４の上面高さ位置と同程度になると好適である。そして、隔壁１１０の筒状の本体の内周面がステージ１０４の側面の下部を、隙間を開けて取り囲むように配置される。また、隔壁１１０の円環状板の内周面がステージ１０４の側面の上部に隙間無く接触するように配置される。その際、隔壁１１０の筒状の本体の中央付近の高さ位置に開口部を形成して、隔壁１１０で覆われたステージ１０４裏面側の空間Ｃに隙間Ｇを形成する。また、隔壁１１０は、プロセスチャンバ１０２の底面と隙間無く接触して配置される。
【0047】
第３の実施形態では、隔壁１１０が、ステージ１０４とシャワーヘッド１０６との間の空間Ａとステージ１０４のシャワーヘッド１０６側とは反対側のプロセスチャンバ１０２内の空間Ｃ（第２の空間の他の一例、第３の空間の他の一例）とを所定の隙間Ｇを残して遮断する。第３の実施形態では、ステージ１０４の側面側の空間を空間Ｃに含めることができる。隔壁１１０は、絶縁体で形成される。例えば、Ａｌ２Ｏ３等で形成されると好適である。或いは、隔壁１１０は、導電体に絶縁体でコーティングしたものであっても構わない。
【0048】
プロセスチャンバ１０２の底面のうち、隔壁１１０の内側であって、ステージ１０４を支持する軸の周囲に、パージガス（プロセスガスとは異なるガス）を導入する導入口１１８が形成される。パージガスとして、Ａｒ或いはＨｅ等の希ガスやＮ２等の不活性ガスを用いると好適である。パージガスは、隔壁１１０の側面に形成された隙間Ｇを通って、空間Ｃから空間Ａ側に流れる。そして、排気口１１６から排気される。
【0049】
隔壁１１０に形成する隙間Ｇは、図１１に示すように、プロセスチャンバ１０２底面の排気口１１６からできるだけ遠い位置に局所的に形成すると好適である点は、第２の実施形態と同様である。例えば、上方から見て隔壁１１０の中心から排気口１１６に向かう方向を１８０度回転させた方向の外周部に隙間Ｇを形成すると良い。
【0050】
隔壁１１０は、シャワーヘッド１０６から原料ガスが供給され、空間Ｂ及び空間Ｃにパージガスが供給され、かつ空間Ａ内が排気される状態で、空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高くなるように構成される。
【0051】
第３の実施形態では、以上のように、隔壁１１０により、ステージ１０４の側面側の空間を含む空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態を形成する。
【0052】
そして、空間Ａの圧力Ｐ１よりも空間Ｃの圧力Ｐ３が高い状態で、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させ、基板１０１上に所定の膜を形成する。具体的には、隔壁１１０により、空間Ｃの圧力Ｐ３が空間Ａの圧力Ｐ１よりも高い状態で、プラズマ生成回路１３０は、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間でプラズマを生成させる。ステージ１０４の裏面側および側面側の圧力Ｐ３が、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間の圧力Ｐ１よりも高いため、ステージ１０４の裏面側および側面側においてパージガスの電離レートを低くできる。これにより、ステージ１０４の裏面および側面での寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。
【0053】
以上のように第３の実施形態によれば、シャワーヘッド１０６とステージ１０４とをそれぞれ電極として、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間にプラズマを生成して基板１０１上に膜を形成する場合に、ステージ１０４の裏面側及び側面側に生じ得る寄生プラズマの生成を抑制或いは低減できる。よって、ステージ１０４の裏面側及び側面側に生じる寄生プラズマによる電力消費を抑制できる。その結果、シャワーヘッド１０６とステージ１０４との間のプラズマ生成に寄与する電力の低下をさらに抑制できる。これにより、さらに、原料ガスの乖離度の低下、成膜速度の低下や膜の組成不良を抑制或いは低減できる。
【0054】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した第２の実施形態或いは第３の実施形態において、シャワーヘッド１０６側の隔壁１０８は配置せずに、ステージ１０４側の隔壁１０９（或いは１１０）を配置する構成であっても構わない。これにより、シャワーヘッド１０６の側面側および裏面側に寄生プラズマは生じ得るが、ステージ１０４の裏面側（及び側面側）の寄生プラズマの生成は抑制或いは低減できる。
【0055】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのプラズマＣＶＤ装置および成膜方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0056】
１００ プラズマＣＶＤ装置、１０２ プロセスチャンバ、１０４ ステージ、１０６ シャワーヘッド、１０８，１０９，１１０ 隔壁、１３０ プラズマ生成回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】