专利名称：等离子体处理装置及等离子体cvd装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理装置及等离子体CVD装置。
背景技术：
近年来，半导体装置成为人类生活不可缺少的。这里，半导体装置是指包含至少一个晶体管的装置，各种电子装置都属于半导体装置。包含在半导体装置中的晶体管等的元件由薄膜构成。为形成这样的薄膜，等离子体处理是不可缺少的。此外，这里等离子体CVD法等也包括在等离子体处理中。例如，当使用玻璃衬底制造薄膜晶体管时，通过将等离子体CVD法应用于栅极绝缘膜的形成，能够在低温下形成致密的膜。这样，当制造包含在半导体装置中的晶体管等的元件时利用等离子体处理装置， 由此，关于等离子体处理装置的各种技术开发也不断得到发展(例如，专利文献1)。[专利文献1]日本专利申请公开平1H97496号公报另一方面，作为等离子体处理装置所要求的性能之一可举出等离子体的均勻性。 为了提高等离子体的均勻性，使上部电极与下部电极之间的电场强度的时间平均及导入气体的分布均勻即可。此外，“时间平均”是指一个周期的电场强度的平均值。
发明内容
本发明的一个方式提供一种能够使电场强度均勻且使导入气体的分布均勻的等离子体处理装置。本发明的一个方式的等离子体处理装置具有如下结构将上部电极与罩住上部电极的室壁设为共轴形状，通过所述上部电极内的气体管而导入的气体经过分散板和簇射板 (shower plate)而导入到处理室，其中，所述分散板与所述上部电极内的所述气体管对置， 并且该分散板具有分散板中央部及分散板周边部，该分散板中央部未设置气体孔，该分散板周边部围绕所述分散板中央部且设置有多个气体孔。本发明的一个方式是一种等离子体处理装置，其特征在于，具有上部电极的电极面与下部电极的电极面对置且被室壁罩住的处理室；以及由所述上部电极及绝缘体与所述处理室分隔且被所述室壁的同一室壁罩住的线室(line chamber)，其中所述处理室与设置在分散板与簇射板之间的第一气体扩散室连接，所述第一气体扩散室与设置在所述分散板与所述上部电极的电极面之间的第二气体扩散室连接，所述第二气体扩散室连接到所述上部电极内的第一气体管，所述上部电极内的所述第一气体管连接到第二气体管，所述第二气体管连接到处理用气体供应源，所述线室具有连接到惰性气体供应源的气体导入口、共轴设置的所述上部电极及所述室壁，所述分散板与连接到所述上部电极的电极面的在所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口对置，并且，该分散板具有分散板中央部及分散板周边部，该分散板中央部未设置气体孔，该分散板周边部围绕所述分散板中央部且设置有多个气体孔。
在上述结构中，所述簇射板设置有多个气体孔，优选的是，所述簇射板的气体孔的数量多于所述分散板的气体孔的数量。或者上述结构中，所述簇射板设置有多个气体孔，优选的是，在所述簇射板的一个主表面上的气体孔的总面积大于在所述分散板的一个主表面上的气体孔的总面积。这是因为能够在所述第一气体扩散室中使气体均勻地分散的缘故。
在上述结构中，所述上部电极连接有温度计，并且优选所述上部电极中的温度计的连接部分与所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口关于所述上部电极的电极面的中心点点对称。这是因为可以提高来自所述上部电极的电场的均勻性的缘故。备选地，在上述结构中，所述上部电极优选设置有冷却介质的路径，该路径绕过所述上部电极内的第一气体管的气体导入口附近。作为冷却介质，例如可以使用水或油等。备选地，等离子体处理装置可以连接到排气系统。本发明的一个方式的等离子体处理装置，包括第一电极；所述第一电极中的路径；连接到所述路径的第一端口的管；所述第一电极下的第一板，其中所述第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多个孔的第二部分，并且所述第一部分与所述路径的第二端口重叠；在所述第一电极下的第二电极，所述第一板置于所述第一电极与所述第二电极之间； 以及围绕所述第一电极和所述第一板的壁，其中，所述壁和所述第一电极共轴设置。所述等离子体处理装置可以还包括所述第一板下的第二板，该第二板具有多个孔，其中，所述第二板的孔的数量多于所述第一板的孔的数量。备选地，所述等离子体处理装置可以包括所述第一板下的第二板，该第二板具有多个孔，其中，所述第二板的孔的总面积大于所述第一板的孔的总面积。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置，即其中所述第一电极包括可连接到温度计的部分，并且其中该部分设置为关于所述第一电极的表面的中心点与所述第一端口点对称。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置，即其中所述第一电极包括可流过冷却介质的第二路径，并且其中所述第二路径绕过所述第一端口的附近。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置，即其中所述等离子体处理装置可连接到排气系统。备选地，所述等离子体处理装置可以还包括绝缘体，该绝缘体置于所述壁与所述第一电极的侧面之间。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置，即其中所述第一板具有盘状。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置即其中所述等离子体处理装置用于膜形成。备选地，也可以提供这样的所述等离子体处理装置，即其中被所述壁罩住的室、所述第一电极的表面以及绝缘体连接到惰性气体供应源。上述结构的等离子体处理装置例如是等离子体CVD装置。能够提供一种能使来自上部电极的电场的强度均勻且使导入气体的分布均勻的等离子体处理装置。
图1是本发明的一个方式的等离子体处理装置的示意图。图2是本发明的一个方式的等离子体处理装置的分散板的示意图。图3是本发明的一个方式的等离子体处理装置的上部电极的电极面的示意图。图4是表示图1的等离子体处理装置的电场强度等的分布的示意图。附图标记说明100等离子体处理装置；102处理室；104线室；106第一气体扩散室；108第二气体
6扩散室；110上部电极；112下部电极；114室壁；116分散板；118簇射板；120第一气体管； 122第二气体管；IM处理用气体供应源；1 与惰性气体供应源连接的气体导入口 ；1 温度计；130分散板中央部；132分散板周边部；140冷却介质路径；142迂回部；144第一气体管120的气体导入口 ； 146温度计的连接部分；dl第一气体管120的主要部的截面的直径； d2第二气体管122的主要部的截面的直径；d3第一气体管120的气体导入口的直径；d4分散板中央部的直径。
具体实施例方式下面，使用附图对本发明的实施方式进行详细的说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是本发明的方式及详细内容可以不脱离其宗旨及范围地被变换为各种各样的形式。因而，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示实施方式所记载的内容中。图1表示本发明的一个方式的等离子体处理装置的示意图。图IB示出等离子体处理装置100整体的主要结构的截面图，而图IA示出沿图IB的A-B线的截面图。图1所示的等离子体处理装置100具有处理室102和线室104。处理室102由室壁114罩住，在处理室102中，上部电极110的电极面与下部电极112的电极面设置成对置。线室104由室壁114罩住，由上部电极110及绝缘体(上部电极110的电极面与室壁 114之间的以空白部表示的部分)与所述处理室102分隔。处理室102与设置在分散板116与簇射板118之间的第一气体扩散室106连接， 第一气体扩散室106与设置在分散板116与上部电极110的电极面之间的第二气体扩散室 108连接，第二气体扩散室108连接到上部电极110内的第一气体管120，上部电极110内的第一气体管120连接到第二气体管122，第二气体管122连接到处理用气体供应源124。线室104具有连接到惰性气体供应源的气体导入口 126、共轴设置的上部电极110 及室壁114。线室104优选为正压的惰性气体气氛。此外，在本说明书中，“正压的气氛”优选为高于大气压的气压，但不局限于此。至少为高于处理室内的压力的气压即可。在此，通过将线室104内设定为正压的惰性气体气氛，可以防止线室104内的构件氧化等，降低维护频度，并可以增大平均故障间隔(MTBF:Mean Time Between Failure)。此外，在图1所示的等离子体处理装置中，由于将上部电极110及室壁114设为共轴形状，所以不阻碍导入的惰性气体的路径。由此，在上部电极110的线部中，同一高度处的温度分布的均勻性提高，并能够使当供应到上部电极110的电力为高频率时的上部电极的线部的表面上的电力传播稳定。从而，通过将上部电极Iio和室壁114设为共轴形状，能够减小阻抗且提高传输效率。并且，可以提高上部电极110上的电场分布的均勻性。在此，当设上部电极110的线部的直径为d，室壁114内侧的直径为D，线室104的气氛的相对介电常数为ε时，阻抗Z由式1表示。
138 DZ = -^log10 7 (式 1)根据上述式1，通过增大相对介电常数ε能够减小阻抗Ζ。由于可以适当地选择导入线室104内的气体，所以能够选择相对介电常数ε大的气体以减小阻抗Ζ。例如，在采用氮气氛作为线室104的气氛的情况下，当线室104的气氛中的温度为20°C时，相对介电常数为ε =5. 47左右。另外，在采用氩气氛作为线室104的气氛的情况下，当线室104的气氛中的温度为20°C时，相对介电常数为ε =5. 17左右。另外，由于通过将线室104内的气氛设定为正压的惰性气体气氛，可以进行线室 104内的构件的散热，所以，例如即使在上部电极110具备加热器的情况下也可以防止上部电极110的过热。另外，优选的是，如图IB所示那样将温度计1 连接于上部电极110。另外，通过将线室104内设定为正压的惰性气体气氛，即使在室壁114发生泄漏的情况下也可以抑制大气成分进入处理室102。图2示出分散板116的一个主表面的概略。图2所示的分散板116具有分散板中央部130和分散板周边部132。分散板中央部130是与连接到上部电极110的电极面的在上部电极110内的第一气体管120的气体导入口对置而配置的部分，其未设置气体孔。分散板周边部132设置有多个气体孔。此外，簇射板118设置有多个气体孔，优选的是，簇射板118的气体孔的数量多于分散板116的气体孔的数量。或者，簇射板118设置有多个气体孔，优选的是，簇射板118的气体孔的总面积大于分散板116的气体孔的总面积。这是因为能够在第二气体扩散室108 中均勻地分散气体的缘故。如上所述，由于分散板116的分散板中央部130未设置气体孔，所以能够防止从第一气体管120的气体导入口导入的气体未充分扩散而导入到第一气体扩散室106，并能够提高导入到处理室102的气体的均勻性。图3示出上部电极110的电极面的一个例子。这里，图3是从与下部电极112相反一侧观察到的上部电极110的电极面的图。图3所示的上部电极110设置有第一气体管 120的气体导入口 144、温度计的连接部分146以及冷却介质路径140，冷却介质路径140在第一气体管120的气体导入口 144的附近具有迂回部142。温度计的连接部分146优选位于以上部电极110的电极面的中心点为基准与上部电极110内的第一气体管120的气体导入口 144点对称的位置。这是因为能够连接温度计而不降低来自上部电极110的电场的均勻性的缘故。迂回部142优选设置在第一气体管120的气体导入口 144附近。作为冷却介质， 例如能够使用水或油等。另外，冷却介质路径140不局限于图3所示的形态。由此，也可以不设置迂回部 142。第一气体管120的主要部的截面的直径dl及第二气体管122的主要部的截面的直径d2的大小可以设定为当对上部电极110供应电力时第一气体管120中或第二气体管 122中不产生放电的程度。此外，dl和d2设为大致相等的大小即可。设上部电极110的电极面与第一气体管120所形成的角度为θ，则第一气体管 120的气体导入口的直径d3可表示为d3 = dl/sin θ。但是，第一气体管120的直径也可以在气体导入口处增大。另外，第一气体管120的气体导入口的直径d3的大小也设定为不产生放电的程度。分散板中央部130的直径d4优选大于第一气体管120的气体导入口的直径d3。 这是为了防止从第一气体管120的气体导入口导入的气体未扩散而导入到第一气体扩散室 106。图4A至4C示出当对图1的等离子体处理装置100的处理室102导入处理气体并对上部电极110和下部电极112施加电压时的各种示意图，亦即，图4A至4C示出C-D处的电场强度的分布(图4A) X-D处的处理气体的分布(图4B)以及E-F处的反应性物质的分布(图4C)。如图4A所示，电场强度在与上部电极110及下部电极112的中央部重叠的位置上具有峰值，但是由于在图1所示的等离子体处理装置100中电场强度的均勻性高，所以该电场强度的梯度平缓。此外，如图4B所示，处理气体的分布在与分散板中央部130重叠的位置以外的区域中具有两个峰值，根据图4A所示的电场强度和图4B所示的处理气体的分布，可以认为反应性物质 (被电离的材料物质)以图4C所示的方式分布。当反应性物质(被电离的材料物质)如图 4C所示的方式分布时，例如在利用等离子体处理装置100通过等离子体CVD法在衬底上进行成膜的情况下，能够减小衬底面内的膜厚度的偏差，并能够提高均勻性。或者，即使不是进行成膜的情况，也可以对衬底进行高均勻性的等离子体处理。另外，当在2000Pa以上IOOOOOPa以下，优选在4000Pa以上50000Pa以下的压力
下进行等离子体处理时，本发明的一个方式的等离子体处理装置特别有效。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，包括被室壁的第一部分罩住的处理室，其中上部电极的电极面与下部电极的电极面对置； 被所述室壁的第二部分罩住且由所述上部电极及绝缘体与所述处理室分隔的线室； 在分散板与簇射板之间的第一气体扩散室，其中所述第一气体扩散室连接到所述处理室；在所述分散板与所述上部电极的电极面之间的第二气体扩散室，其中所述第二气体扩散室连接到所述第一气体扩散室及在所述上部电极内的第一气体管， 其中，所述上部电极内的所述第一气体管连接到第二气体管， 所述第二气体管连接到处理用气体供应源，所述线室包括与惰性气体供应源连接的气体导入口，以及共轴设置的所述上部电极及所述室壁，并且所述分散板包括中央部，该中央部与在所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口对置，且未设置气体孔，其中所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口连接到所述上部电极的电极面；以及周边部，该周边部围绕所述中央部且设置有多个气体孔。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中， 所述簇射板包括多个气体孔，并且所述簇射板的气体孔的数量多于所述分散板的气体孔的数量。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中， 所述簇射板包括多个气体孔，并且在所述簇射板的表面中的气体孔的总面积大于在所述分散板的表面中的气体孔的总面积。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，还包括 与所述上部电极连接的温度计，其中，所述上部电极中的所述温度计的连接部分与所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口关于所述上部电极的电极面的中心点点对称。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述上部电极包括冷却介质的路径，该路径绕过所述上部电极内的第一气体管的气体导入口附近。
6.一种等离子体CVD装置，该等离子体CVD装置是根据权利要求1所述的等离子体处理装置。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述等离子体处理装置可连接到排气系统。
8.一种等离子体处理装置，包括 第一电极；所述第一电极中的路径； 与所述路径的第一端口连接的管；所述第一电极下的第一板，其中所述第一板包括不具有孔的第一部分以及具有多个孔的第二部分，并且所述第一部分与所述路径的第二端口重叠；在所述第一电极下的第二电极，所述第一板置于所述第一电极与所述第二电极之间；以及围绕所述第一电极和所述第一板的壁， 其中，所述壁和所述第一电极共轴设置。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，还包括 所述第一板下的第二板，该第二板包括多个孔，其中，所述第二板的孔的数量多于所述第一板的孔的数量。
10.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，还包括 所述第一板下的第二板，该第二板包括多个孔，其中，所述第二板的孔的总面积大于所述第一板的孔的总面积。
11.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中， 所述第一电极包括可连接到温度计的部分，并且该部分设置为关于所述第一电极的表面的中心点与所述第一端口点对称。
12.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中， 所述第一电极包括可流过冷却介质的第二路径，并且所述第二路径绕过所述第一端口的附近。
13.一种等离子体CVD装置，该等离子体CVD装置是根据权利要求8所述的等离子体处理装置。
14.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述等离子体处理装置可连接到排气系统。
15.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，还包括 绝缘体，该绝缘体置于所述壁与所述第一电极的侧面之间。
16.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述第一板具有盘状。
17.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述等离子体处理装置用于膜形成。
18.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中被所述壁罩住的室、所述第一电极的表面以及绝缘体连接到惰性气体供应源。
19.一种在等离子体处理装置中形成薄膜的制造方法，其中， 该等离子体处理装置包括被室壁的第一部分罩住的处理室，其中上部电极的电极面与下部电极的电极面对置； 被所述室壁的第二部分罩住且由所述上部电极及绝缘体与所述处理室分隔的线室； 在分散板与簇射板之间的第一气体扩散室，其中所述第一气体扩散室连接到所述处理室；在所述分散板与所述上部电极的电极面之间的第二气体扩散室，其中所述第二气体扩散室连接到所述第一气体扩散室及在所述上部电极内的第一气体管， 其中，所述上部电极内的所述第一气体管连接到第二气体管， 所述第二气体管连接到处理用气体供应源，所述线室包括连接到惰性气体供应源的气体导入口，以及共轴设置的所述上部电极及所述室壁，并且所述分散板包括中央部，该中央部与在所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口对置，且未设置气体孔，其中所述上部电极内的所述第一气体管的气体导入口连接到所述上部电极的电极面；以及周边部，该周边部围绕所述中央部且设置有多个气体孔， 所述制造方法包括通过利用经过所述分散板及所述簇射板的气体来形成薄膜。
全文摘要
本发明提供一种使电场强度和气体分布均匀的等离子体处理装置，具有上部电极与下部电极对置且由室壁罩住的处理室；以及由上部电极及绝缘体与处理室分隔且由室壁罩住的线室，其中处理室与设置在分散板与簇射板之间的第一气体扩散室连接，第一气体扩散室与设置在分散板与上部电极的电极面之间的第二气体扩散室连接，第二气体扩散室连接到上部电极内的第一气体管，上部电极内的第一气体管连接到第二气体管，第二气体管连接到处理用气体供应源，线室具有惰性气体导入口、共轴设置的上部电极及室壁，分散板与连接到上部电极的电极面的在上部电极内的第一气体管的气体导入口对置，并且，该分散板具有分散板中央部及分散板周边部，该分散板中央部未设置气体孔，该分散板周边部设置有多个气体孔。
文档编号C23C16/455GK102456533SQ20111035461
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月26日
发明者一条充弘, 井上卓之, 宫入秀和, 沼泽阳一郎, 高桥功二郎 申请人:株式会社半导体能源研究所