等离子体CVD装置转让专利
申请号 : CN200580009273.1
文献号 : CN1934288B
文献日 : 2010-09-22
发明人 : 前桥聪
申请人 : 东京毅力科创株式会社
摘要 :
本发明以提供能够抑制施加在被处理基板上的电压增加，防止基板损伤，改善成品率的等离子体CVD装置作为课题。本发明使用，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对所述腔室内进行干洗并回到初始状态的等离子体CVD装置中，具有在所述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台、埋设在所述载物台中的接地电极、在所述腔室内与所述接地电极相对设置的高频电极、向所述高频电极供给生成等离子体用的高频的高频电源、为了抑制由从所述初始状态随着所述成膜处理的累积次数增大，所述接地电极与所述基板之间的载物台·电阻降低引起的施加在所述基板上的电压增加，插入在所述接地电极与地电位之间的固定电容的等离子体CVD装置，解决所述课题。
权利要求 :
1.一种等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对所述腔室内进行干洗，回到初始状态，其特征在于，具有：在所述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；
埋设在所述载物台中的接地电极；
在所述腔室内与所述接地电极相对设置的高频电极；
向所述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；和固定电容器，为了抑制由从所述初始状态随着所述成膜处理的累积次数增大，所述接地电极与所述基板之间的电阻或所述接地电极与所述高频电极之间的电阻降低引起的施加在所述基板上的电压增加，插入在所述接地电极与地电位之间，选定所述固定电容器的电容，以使在所述成膜处理仅重复所述规定值的次数的一个循环内，循环结束时的所述固定电容器的电阻和所述接地电极与所述基板之间的电阻的合成电阻实质上与循环开始时的所述接地电极与所述基板之间的电阻一致，或者循环结束时的所述固定电容器的电阻和所述接地电极与所述高频电极之间的电阻的合成电阻实质上与循环开始时的所述接地电极与所述高频电极之间的电阻一致。
2.一种等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对所述腔室内进行干洗，回到初始状态，其特征在于，具有：在所述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；
埋设在所述载物台中的接地电极；
在所述腔室内与所述接地电极相对设置的高频电极；
向所述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；
插入在所述接地电极与地电位之间的可变电容器；和控制部，为了抑制由从所述初始状态随着所述成膜处理的累积次数增大，所述接地电极与所述基板之间的电阻或所述高频电极与所述接地电极之间的电阻降低引起的施加在所述基板上的电压增加，可变控制所述可变电容器的电容，所述控制部可变地控制所述可变电容器的电容，以使所述成膜处理仅重复所述规定值的次数的一个循环，实质上保持所述可变电容器的电阻和所述接地电极与所述基板之间的电阻的合成电阻为一定、或所述可变电容器的电阻和所述高频电极与所述接地电极之间的电阻的合成电阻为一定。
3.根据权利要求1所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述载物台由AlN构成。
4.根据权利要求1所述的等离子体CVD装置，其特征在于：在所述载物台中设置有用于加热所述基板的加热部。
5.根据权利要求4所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述加热部具有设置在所述接地电极下部的发热体。
6.根据权利要求5所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述接地电极形成为网状。
7.根据权利要求1所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述处理气体包含金属化合物气体，在所述基板上形成金属膜。
8.根据权利要求7所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述处理气体包含TiCl4，在所述基板上形成Ti膜。
9.根据权利要求1所述的等离子体CVD装置，其特征在于：所述高频的频率在450kHz～2MHz的范围内选择。
说明书 :
技术领域
本发明涉及利用等离子体，通过化学气相生长(CVD)对被处理基板进行成膜处理的等离子体CVD装置。
背景技术
等离子体CVD是在已减压的腔室内通过等离子的能量将反应性的处理气体化学分解成活性的离子和原子团，通过被处理基板上的表面反应形成膜的成膜法。
一般，在用于形成金属膜例如Ti膜的等离子体CVD装置中，因为将基板保持在腔室内的载物台上，从载物台侧加热(加热器热)基板，促进表面反应，所以伴随着基板上的成膜，在基板周围(特别是载物台的上面和侧面)也生成沉积物。
而且，在这种基板周围生成的沉积物，对等离子体状态产生影响，由于剥离成为产生微粒的原因。从而，例如经过每500次(500枚)的成膜处理次数(基板处理枚数)就要对腔室内进行干洗，使腔室内的各部分回到没有沉积物的初始状态。
一般，在用于形成金属膜例如Ti膜的等离子体CVD装置中，因为将基板保持在腔室内的载物台上，从载物台侧加热(加热器热)基板，促进表面反应，所以伴随着基板上的成膜，在基板周围(特别是载物台的上面和侧面)也生成沉积物。
而且，在这种基板周围生成的沉积物，对等离子体状态产生影响，由于剥离成为产生微粒的原因。从而，例如经过每500次(500枚)的成膜处理次数(基板处理枚数)就要对腔室内进行干洗，使腔室内的各部分回到没有沉积物的初始状态。
发明内容
但是，即使在上述那样定期地对腔室内进行干洗的方式中，由于处理条件和器件条件，在干洗循环的后半部分(例如200枚以后)在基板上发生损伤，成品率降低。
本发明者调查其原因，发现随着重复成膜处理的次数的增加，在腔室内沉积物积累起来或增多了，电阻发生变化，其中施加在基板上的电压(基板电压差)逐渐上升。因此，得出当重复成膜处理的次数时，达到由异常放电等使基板受到损伤的状态的结论。
对于这个问题，缩短干洗循环是处置方法中的一个方法。但是干洗需要长的时间(通常5小时以上)。缩短干洗循环(即增加干洗的频度)从生产效率方面来看是不优选的。
本发明就是鉴于上述那样的现有技术的问题提出的，本发明的目的在于提供即便在干洗循环中重复成膜处理的次数，也能够以抑制被处理基板上的电压增加的方式防止基板被损伤，改善成品率的等离子体CVD装置。
为了达到上述目的，本发明的第一等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；和固定电容，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述接地电极与上述基板之间的载物台·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，插入在上述接地电极与地电位之间。
在上述第一等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低载物台·电阻，也能够通过由固定电容引起的电阻插入效果或分压效果，由此补偿载物台·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。
根据优选的一个方式，以使在成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环内，循环结束时的电容器的电阻和载物台·电阻的合成电阻实质上与循环开始时的载物台·电阻一致或近似的方式，选定电容器的电容。
为了达到上述目的，本发明的第二等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；和固定电容，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的腔室·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，插入在上述接地电极与地电位之间。
在上述第二等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低腔室·电阻，也能够通过由固定电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿腔室·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。根据优选的一个方式，以使在成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环内，循环结束时的电容器的电阻和腔室·电阻的合成电阻实质上与循环开始时的腔室·电阻一致或近似的方式，选定电容器的电容。
为了达到上述目的，本发明的第三等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；插入在上述接地电极与地电位之间的可变电容；和控制部，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的载物台·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，可变控制上述可变电容器的电容。
在上述第三等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低载物台·电阻，也能够通过由可变电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿载物台·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。根据优选的一个方式，以成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环，实质上保持电容器的电阻和载物台·电阻的合成电阻为一定的方式，控制部可变地控制电容器的电容。
本发明的第四等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；
插入在上述接地电极与地电位之间的可变电容；和控制部，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的腔室·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，可变控制上述可变电容器的电容。
为了达到上述目的，在本发明的第四等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低腔室·电阻，也能够通过由可变电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿腔室·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压上升或增加。根据优选的一个方式，以成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环，实质上保持电容器的电阻和腔室·电阻的合成电阻为一定的方式，控制部可变地控制电容器的电容。
在本发明的等离子体CVD装置中，将基板载置在绝缘体载物台上，在接地电极与基板之间形成电容(载物台·电容)。作为载物台的材料，优选热传导率高的AkN。在载物台上，优选将发热体设置在接地电极的下面，通过网状的接地电极将从发热体产生的热传送到载物台上的绝缘体。等离子生成用高频能够选定在任意频率上，但优选可以在能够实质上忽视基板、电极、基板周围的沉积物(导电膜)的450kHz～2MHz的范围内进行选择。根据本发明，特别是在用于形成Ti等的金属膜的等离子体CVD装置中很有利。
根据本发明的等离子体CVD装置，通过上述那样的构成和作用，即便在干洗循环中重复成膜处理的次数，也能够有效地抑制被处理基板上的电压的增加，防止基板被损伤，提高成品率。
本发明者调查其原因，发现随着重复成膜处理的次数的增加，在腔室内沉积物积累起来或增多了，电阻发生变化，其中施加在基板上的电压(基板电压差)逐渐上升。因此，得出当重复成膜处理的次数时，达到由异常放电等使基板受到损伤的状态的结论。
对于这个问题，缩短干洗循环是处置方法中的一个方法。但是干洗需要长的时间(通常5小时以上)。缩短干洗循环(即增加干洗的频度)从生产效率方面来看是不优选的。
本发明就是鉴于上述那样的现有技术的问题提出的，本发明的目的在于提供即便在干洗循环中重复成膜处理的次数，也能够以抑制被处理基板上的电压增加的方式防止基板被损伤，改善成品率的等离子体CVD装置。
为了达到上述目的，本发明的第一等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；和固定电容，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述接地电极与上述基板之间的载物台·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，插入在上述接地电极与地电位之间。
在上述第一等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低载物台·电阻，也能够通过由固定电容引起的电阻插入效果或分压效果，由此补偿载物台·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。
根据优选的一个方式，以使在成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环内，循环结束时的电容器的电阻和载物台·电阻的合成电阻实质上与循环开始时的载物台·电阻一致或近似的方式，选定电容器的电容。
为了达到上述目的，本发明的第二等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；和固定电容，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的腔室·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，插入在上述接地电极与地电位之间。
在上述第二等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低腔室·电阻，也能够通过由固定电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿腔室·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。根据优选的一个方式，以使在成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环内，循环结束时的电容器的电阻和腔室·电阻的合成电阻实质上与循环开始时的腔室·电阻一致或近似的方式，选定电容器的电容。
为了达到上述目的，本发明的第三等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；插入在上述接地电极与地电位之间的可变电容；和控制部，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的载物台·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，可变控制上述可变电容器的电容。
在上述第三等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低载物台·电阻，也能够通过由可变电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿载物台·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压增加。根据优选的一个方式，以成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环，实质上保持电容器的电阻和载物台·电阻的合成电阻为一定的方式，控制部可变地控制电容器的电容。
本发明的第四等离子体CVD装置，在可减压的腔室内通过等离子体放电分解原料气体，在被处理基板上形成导电膜，当成膜处理的累积次数达到规定值时对上述腔室内进行干洗，回到初始状态，具有：在上述腔室内载置被处理基板的绝缘体载物台；埋设在上述载物台中的接地电极；在上述腔室内与上述接地电极相对设置的高频电极；向上述高频电极供给用于生成等离子体的高频的高频电源；
插入在上述接地电极与地电位之间的可变电容；和控制部，为了抑制由从上述初始状态随着上述成膜处理的累积次数增大，上述高频电极与上述接地电极之间的腔室·电阻降低引起的施加在上述基板上的电压增加，可变控制上述可变电容器的电容。
为了达到上述目的，在本发明的第四等离子体CVD装置中，即便在干洗循环中降低腔室·电阻，也能够通过由可变电容引起的电阻插入效果或分压效果，补偿腔室·电阻的降低，抑制施加在基板上的电压上升或增加。根据优选的一个方式，以成膜处理仅重复规定值的次数的一个循环，实质上保持电容器的电阻和腔室·电阻的合成电阻为一定的方式，控制部可变地控制电容器的电容。
在本发明的等离子体CVD装置中，将基板载置在绝缘体载物台上，在接地电极与基板之间形成电容(载物台·电容)。作为载物台的材料，优选热传导率高的AkN。在载物台上，优选将发热体设置在接地电极的下面，通过网状的接地电极将从发热体产生的热传送到载物台上的绝缘体。等离子生成用高频能够选定在任意频率上，但优选可以在能够实质上忽视基板、电极、基板周围的沉积物(导电膜)的450kHz～2MHz的范围内进行选择。根据本发明，特别是在用于形成Ti等的金属膜的等离子体CVD装置中很有利。
根据本发明的等离子体CVD装置，通过上述那样的构成和作用，即便在干洗循环中重复成膜处理的次数，也能够有效地抑制被处理基板上的电压的增加，防止基板被损伤，提高成品率。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的等离子体CVD装置的主要构成的示意图。
图2是表示图1的等离子体CVD装置中的腔室内高频电阻的等效电路的示意图。
图3是模式地表示图2的等效电路中的电位分布和本发明的作用的示意图。
图4是模式地表示不基于本发明的图2的等效电路中的电位分布作为参考例的示意图。
图5是用于说明图1的等离子体CVD装置中的电容器的电容选定方法(一例)的示意图。
图6是表示本发明的一个实施方式的等离子体CVD装置的主要构成的示意图。
图7是用于说明图6的等离子体CVD装置的电容器的电容可变控制方法(一例)的示意图。
图8是模式地表示图6的等离子体CVD装置的本发明作用的示意图。
标号说明
10腔室
12载物台
18接地电极
20加热器
22电容器
24加热器电源
26上部电极(喷淋头)
28气体供给机构
34高频电源
36匹配器
44排气装置
50控制部
图2是表示图1的等离子体CVD装置中的腔室内高频电阻的等效电路的示意图。
图3是模式地表示图2的等效电路中的电位分布和本发明的作用的示意图。
图4是模式地表示不基于本发明的图2的等效电路中的电位分布作为参考例的示意图。
图5是用于说明图1的等离子体CVD装置中的电容器的电容选定方法(一例)的示意图。
图6是表示本发明的一个实施方式的等离子体CVD装置的主要构成的示意图。
图7是用于说明图6的等离子体CVD装置的电容器的电容可变控制方法(一例)的示意图。
图8是模式地表示图6的等离子体CVD装置的本发明作用的示意图。
标号说明
10腔室
12载物台
18接地电极
20加热器
22电容器
24加热器电源
26上部电极(喷淋头)
28气体供给机构
34高频电源
36匹配器
44排气装置
50控制部
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的优选实施方式。
实施例1
图1表示本发明的一个实施方式的等离子体CVD装置的主要部分的构成。该等离子体CVD装置具有作为用于形成Ti膜的电容耦合型平行平板等离子体CVD装置的构成，例如具有铝或不锈钢等的金属制的圆筒形腔室10。
在腔室10内，设置有载置作为被处理基板的例如半导体基板W的圆盘状的载物台12。在图示的构成例中，为了将载物台12水平地支承在规定高度的位置上，设置有从腔室10的底部延伸到垂直上方的脚状的支承部14。在载物台12的上面周边部分设置有当晶片加工送料时用于将半导体晶片W引导到晶片载置面12a上的引导环16。虽然在图示中省略了，但是也具有当晶片加工送料/卸料时用于将半导体晶片W放置到载物台12上和从载物台12卸下的升降机构(升降销、升降驱动部等)。
载物台12主要由绝缘体构成，至少由热传导率高的绝缘体例如AlN构成晶片载置面12a，在晶片载置面12a的下面设置网状的接地电极18，进一步在其下面内置有例如由电阻发热元件构成的加热器20。按照本发明，接地电极18隔着电容器22接地到地电位。该实施方式中的电容器22是电容一定的固定电容。
加热器20通过来自加热器24的馈电或通电而发热。在加热器20中产生的热穿过网状的接地电极18传输到晶片载置面12a上的半导体晶片W上。
在载物台12上方的腔室顶部设置有与接地电极18相对的上部电极26。该上部电极26兼作向载物台12上的半导体晶片W供给处理气体的喷淋头，具有多个气体喷出孔26a和气体歧管(缓冲室)26b。来自气体供给机构28的气体供给管30经过绝缘性的连接器部件27与该喷淋头26的气体导入口26c连接。在气体供给管30的途中设置有开闭阀32。
气体供给机构28具有供给形成Ti膜用的气体的处理气体供给系统和供给干洗用的清洗气体的清洗气体供给系统。在处理气体供给系统中，除了含有Ti的气体(通常为Ti化合物气体例如TiCl4气)供给部外，还包含还原气体(例如H2气)供给部、稀有气体(例如Ar气)供给部等。在清洗气体供给系统中，除了供给作为清洗气体的例如ClF3气的ClF3气供给部外，还包含供给作为稀释气体的例如N2气的N2气供给部等。各气体供给部个别地具有开闭阀和质量流量控制器(MFC)。
在该上部电极26中，当成膜处理时从高频电源34经过匹配器36以规定功率施加规定频率的，例如450kHz的高频电压。当在上部电极26上施加来自高频电源34的高频电压时，通过与接地电极18之间的辉光放电，在载物台12上方的空间中生成反应气体的等离子体。本实施方式中的等离子体生成用的高频电压能够选定在任意的频率，但是，优选在能够实质上忽视基板、电极、基板周围的沉积物(导电膜)的450kHz～2MHz的范围内。上部电极26通过环状的绝缘体38与腔室10电绝缘。
在腔室10的底部设置有排气口40，排气装置44通过排气管42与该排气口40连接。排气装置44具有真空泵，能够将腔室10内的处理空间减压到规定的真空度。在腔室10的侧壁上安装有开闭半导体晶片W的搬入搬出口的闸门阀46。
在该等离子体CVD装置中，当在载物台12上的半导体晶片W上实施形成Ti膜的处理时，从气体供给机构28以规定的混合比和流量将上述那样的处理气体(TiCl4气、H2气、Ar气等)导入到腔室10内，通过排气装置44使腔室10内压力达到设定值。进一步，从高频电源34以规定的功率将高频电压馈电到上部电极26。而且，由加热器电源24使载物台12内的加热器20通电并发热，将晶片载置面12a加热到规定温度(例如350～700℃)。从上部电极(喷淋头)26的气体喷出孔26a喷出的处理气体，在上部电极26与下部电极(接地电极)12之间的辉光放电中等离子体化，由该等离子体生成的原子团和离子等入射到半导体晶片W的主面(上面)上，通过表面反应(TiCl4和H2的还原反应)形成Ti膜。
由该等离子体CVD装置形成Ti膜的代表性的应用例是埋入配线连接孔(接触孔、通孔等)之前的势垒金属。这种势垒金属是以高纵横尺寸比在配线连接孔的内壁成膜所需要的。因此，能够将气体流量、压力、温度等的处理参数控制为最佳值。
但是，伴随着在半导体晶片W上形成Ti膜，在腔室10内的各部分，特别是与晶片同等加热的载物台12上生成不希望有的沉积物。晶片处理枚数越增加，即越重复成膜处理的次数，这些沉积物的积聚量越大，成为剥离和产生粒子的原因。因此，在该等离子体CVD装置中，定期地，例如经过每500次(500枚)的成膜处理次数(基板处理枚数)，对腔室内进行干洗，使腔室内的各部分回到没有沉积物的初始状态。
在干洗处理中，在载物台12上没有载置半导体晶片W的状态下，从气体供给机构28以规定的混合比和流量将上述那样的清洗气体(ClF3气、N2气等)导入到腔室10内，通过排气装置44使腔室10内压力达到设定值。由于使用ClF3气的干洗不需要等离子体，所以可以切断高频电源34。优选处理温度是通过通电发热将载物台12加热到适当温度的温度，但是也可以保持室温不变。
由喷淋头26的气体喷出孔26a喷出的ClF3气散布到腔室10内的各个角落，与各部分的沉积物或堆积膜发生反应而刻蚀。将通过刻蚀而从各部分蒸发的反应生成物作为排出气体从排气口40排出到腔室10的外面。
通过定期地进行这种干洗，能够避免在腔室10内生成的不想要的沉积物成长到超过允许限度的事态发生。
但是，在干洗循环即500次成膜处理期间，随着在腔室10内沉积物的成长，对于来自高频电源34的高频电压的电阻慢慢降低，因此，施加在半导体晶片W上的电压(晶片电位差)逐渐增大。在这种腔室内的电阻降低的过程中，载物台12的电阻即半导体晶片W与接地电极18之间的电阻(载物台·电阻)的降低显著地起着支配的作用。
在该实施方式的等离子体CVD装置中，为了补偿这种腔室内的电阻减低，特别是载物台·电阻的降低，在接地电极18与地电位之间插入电容器22。该电容器22与载物台·电阻串联连接，它们的合成电阻比单独的载物台·电阻大，从而补偿了载物台·电阻的降低。
下面，参照图2和图3更详细地说明本实施方式的电容器22的作用。
图2表示该等离子体CVD装置中的腔室10内高频电阻的等效电路。在该等效电路中，ZP是在载物台12上方的空间(上部电极26与半导体晶片W之间的空间)生成的等离子体的电阻。ZW是等离子体与载物台12之间的半导体晶片W的电阻，能够近似为电容性负载(电容)CW。ZS是半导体晶片W与接地电极18之间的载物台·电阻，能够近似为电容性负载(电容器)CS。此外，Z22是电容器22的电阻，能够近似为电容性负载(电容器)C22。匹配器36具有在高频电源34侧的输出或传送电阻与负载侧的电阻之间进行匹配的功能。
图3模式地表示上述等效电路中的电位分布。当忽视匹配器36中的电压下降时，将来自高频电源34的高频电压VRF(峰峰值)由串联连接的等离子体·电阻ZP、晶片·电阻ZW、载物台·电阻ZS和电容器22分别分压为VP’、VW’、VS’、V22。即，VP是施加在等离子体上的电压，VW是施加在半导体晶片W上的电压，VS是施加在载物台12的晶片载置面12a上的电压，V22是施加在电容器22上的电压。
如上所述，当在干洗循环中重复成膜处理的次数时，在腔室10内沉积物积聚或成长。这时，在腔室10内的电阻中载物台·电阻ZS显著降低。即，当附着在载物台12周围的Ti系的堆积膜增加时，载物台·电阻ZS的电容(电容CS)增大，载物台·电阻ZS减少。
与载物台·电阻ZS的变化(减少)比较，等离子体·电阻ZP和晶片·电阻ZW的变化小到能够忽略。而且，由匹配器36进行的电阻匹配也起着主要保持施加在等离子体·电阻ZP上的电压VP大致恒定的作用。
在该等离子体CVD装置中，在接地电极18与地电位之间插入与载物台·电阻ZS串联的电容器22，使载物台·电阻ZS在全体串联电阻中占有的分压比减小。因此，伴随着载物台·电阻ZS的降低的分压电压VS的减小率很小。而且，使由施加在载物台·电阻ZS上的电压VS的减少引起的分配到其它电阻的电压增加量由晶片·电阻ZW和电容器22分摊。因此，能够显著地抑制施加在半导体晶片W上的电压(晶片电位差)VW的增加或上升，半导体晶片W不会因异常放电等受到损伤。
在图3中，实线表示干洗循环开始时的初始状态中的电位分布，虚线表示干洗循环结束时的电位分布。在干洗循环中当施加在载物台·电阻ZS上的电压从VS减少到VS’时，施加在半导体晶片W和电容器22上的电压V22分别从VW、V22增大到VW’、V22’。其中，施加在半导体晶片W上的电压的增加(VW→VW’)并不那么大。
在图4中，作为比较例，模式地表示在省去电容器22时的腔室10内的高频电阻中的电位分布。实线是干洗循环开始时的初始状态中的电位分布，虚线是干洗循环结束时的电位分布。
当在接地电极18与地电位之间不插入电容器22时，载物台·电阻ZS在全体串联电阻中占有的分压比大。因此，伴随着载物台·电阻ZS的降低的分压电压VS的减小率大，使得由电压VS的减少引起的分配到其它电阻的电压增加量几乎都集中在晶片·电阻ZW上，施加在半导体晶片W上的电压VW显著增大。
在该实施方式中，由于将固定电容用于电容器22，所以该电容值(恒定值)的选定是重要的。下面，通过一个实施例说明电容器22的电容选定方法。
如上所述，载物台·电阻ZS实质上是电容性负载(电容)，该电容值CS在干洗循环中与成膜处理次数成正比地增大。例如，如图5所示，当干洗循环开始时为7000pF，但是当干洗循环结束时上升到20000pF。在本发明中，由于电容器22与载物台·电阻ZS串联连接，所以当设定电容器22的电容值为C22时，合成电容C0由下列公式(1)表示。
C0＝CS×C22/(CS+C22) ……(1)
电容器22的电容C22越小，合成电容C0也越小，能够强烈地抵消载物台·电容CS的增加量。但是当合成电容C0过小时，电阻过大，对等离子体生成效率和等离子体分布状态，直到处理产生恶劣的影响。即，存在由腔室·电阻的电容使等离子体成为不稳定的区域，必须避免这样的区域。
根据本发明的一个观点，以使干洗循环结束时(第500枚)的合成电容C0，与干洗循环开始时(第1枚)的载物台·电容CS实质上相同或近似的方式，选定电容器22的电容值C22。所以在图5的例子中，当CS＝20000pF，C0＝7000pF时，从使上述公式(1)变形得到的下列公式(2)求得电容器22的电容C22约为10000pF。
C22＝CS×C0/(CS-C0)
＝7000×20000/(20000-7000)
＝10769 (2)
通过上述那样的方法选定电容器22的电容C22，能够没有对等离子体和处理产生影响地从干洗循环的开始到结束为止补偿载物台·电容CS的增大(载物台·电阻ZS的减少)，抑制施加在半导体晶片W上的电压VW的增加。
在上述实施方式中将电容一定的固定电容用于电容器22，但是如图6所示的实施方式那样，也可以将电容可变的可变电容用于与电容器22相当的电容。此外，在图6中，除了电容器22A以外，在前面已说明的部分上附加相同的参照标号，并省略对它们的说明。
这时，控制部50与干洗循环联动，可变地控制由可变电容构成的电容器22A的电容C22。例如，在上述公式(2)中设定合成电容C0为恒定值(常数)，设定电容器22A的电容C22为载物台·电容CS(进而成膜处理次数)的函数，能够求得用于通过干洗循环保持合成电容C0恒定的电容C22的可变控制特性。
图7表示一个例子。而且，与成膜处理次数相应，适当地可变控制电容器22A的电容C22，也可以维持通过干洗循环将合成电容C0维持在载物台·电容CS的初始值(7000pF)上，或者也可以根据任意的函数进行改变。
根据这样地可变控制电容器22A的电容C22的方式，如图8所示，在干洗循环中即便将施加在载物台·电阻ZS上的电压从VS减少到VS’，也可以实质上只由电容器22A负担所有的由此分配到其它电阻的电压增加量，使施加在半导体晶片W上的电压VW大致保持恒定。
以上说明了一个优选的实施方式，但是在本发明的技术思想的范围内可以进行各种变形、变更。
例如，腔室10内的各部分，特别是载物台12和上部电极26等可以采用各种构成和方式，也能够将干洗循环设定在任意长度(处理次数或处理枚数)上。在将固定电容用于电容器22的方式中(图1)，也可以设置用于选择地在接地电极18与地电位之间插入电容器22的开关。这时，例如也可以在干洗循环开始后暂时不立即插入电容器22，而是将接地电极18直接与地电位连接后，在中途(例如第150枚)插入电容器22。同样，在将可变电容用于电容器22的情形中，也能够设置同样的开关方式。
本发明能够如上述实施方式那样在形成Ti膜用的等离子体CVD装置中取得很大的效果。但是，本发明也可以适用于形成Ti膜以外的金属成膜用的等离子体CVD装置，进一步，本发明也可以适用于用于形成Si、金属化合物、贵金属氧化物等的导电膜的等离子体CVD装置等。
所以，在上述实施方式中将载物台·电阻作为腔室内电阻的主要变动部分，但是也可以与成膜材料和腔室构造等相应地将腔室内外的其它部分的电阻作为腔室内电阻的主要变动部分，与上述实施方式同样，应用本发明的电容分压方式。本发明中的被处理基板不限于半导体晶片，也可以是FPD用的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。
产业上的可利用性
根据本发明的等离子体CVD装置，通过上述那样的构成和作用，即便在于洗循环中重复成膜处理的次数也能够有效地抑制施加在被处理基板上的电压增加，防止基板损伤，提高成品率。
实施例1
图1表示本发明的一个实施方式的等离子体CVD装置的主要部分的构成。该等离子体CVD装置具有作为用于形成Ti膜的电容耦合型平行平板等离子体CVD装置的构成，例如具有铝或不锈钢等的金属制的圆筒形腔室10。
在腔室10内，设置有载置作为被处理基板的例如半导体基板W的圆盘状的载物台12。在图示的构成例中，为了将载物台12水平地支承在规定高度的位置上，设置有从腔室10的底部延伸到垂直上方的脚状的支承部14。在载物台12的上面周边部分设置有当晶片加工送料时用于将半导体晶片W引导到晶片载置面12a上的引导环16。虽然在图示中省略了，但是也具有当晶片加工送料/卸料时用于将半导体晶片W放置到载物台12上和从载物台12卸下的升降机构(升降销、升降驱动部等)。
载物台12主要由绝缘体构成，至少由热传导率高的绝缘体例如AlN构成晶片载置面12a，在晶片载置面12a的下面设置网状的接地电极18，进一步在其下面内置有例如由电阻发热元件构成的加热器20。按照本发明，接地电极18隔着电容器22接地到地电位。该实施方式中的电容器22是电容一定的固定电容。
加热器20通过来自加热器24的馈电或通电而发热。在加热器20中产生的热穿过网状的接地电极18传输到晶片载置面12a上的半导体晶片W上。
在载物台12上方的腔室顶部设置有与接地电极18相对的上部电极26。该上部电极26兼作向载物台12上的半导体晶片W供给处理气体的喷淋头，具有多个气体喷出孔26a和气体歧管(缓冲室)26b。来自气体供给机构28的气体供给管30经过绝缘性的连接器部件27与该喷淋头26的气体导入口26c连接。在气体供给管30的途中设置有开闭阀32。
气体供给机构28具有供给形成Ti膜用的气体的处理气体供给系统和供给干洗用的清洗气体的清洗气体供给系统。在处理气体供给系统中，除了含有Ti的气体(通常为Ti化合物气体例如TiCl4气)供给部外，还包含还原气体(例如H2气)供给部、稀有气体(例如Ar气)供给部等。在清洗气体供给系统中，除了供给作为清洗气体的例如ClF3气的ClF3气供给部外，还包含供给作为稀释气体的例如N2气的N2气供给部等。各气体供给部个别地具有开闭阀和质量流量控制器(MFC)。
在该上部电极26中，当成膜处理时从高频电源34经过匹配器36以规定功率施加规定频率的，例如450kHz的高频电压。当在上部电极26上施加来自高频电源34的高频电压时，通过与接地电极18之间的辉光放电，在载物台12上方的空间中生成反应气体的等离子体。本实施方式中的等离子体生成用的高频电压能够选定在任意的频率，但是，优选在能够实质上忽视基板、电极、基板周围的沉积物(导电膜)的450kHz～2MHz的范围内。上部电极26通过环状的绝缘体38与腔室10电绝缘。
在腔室10的底部设置有排气口40，排气装置44通过排气管42与该排气口40连接。排气装置44具有真空泵，能够将腔室10内的处理空间减压到规定的真空度。在腔室10的侧壁上安装有开闭半导体晶片W的搬入搬出口的闸门阀46。
在该等离子体CVD装置中，当在载物台12上的半导体晶片W上实施形成Ti膜的处理时，从气体供给机构28以规定的混合比和流量将上述那样的处理气体(TiCl4气、H2气、Ar气等)导入到腔室10内，通过排气装置44使腔室10内压力达到设定值。进一步，从高频电源34以规定的功率将高频电压馈电到上部电极26。而且，由加热器电源24使载物台12内的加热器20通电并发热，将晶片载置面12a加热到规定温度(例如350～700℃)。从上部电极(喷淋头)26的气体喷出孔26a喷出的处理气体，在上部电极26与下部电极(接地电极)12之间的辉光放电中等离子体化，由该等离子体生成的原子团和离子等入射到半导体晶片W的主面(上面)上，通过表面反应(TiCl4和H2的还原反应)形成Ti膜。
由该等离子体CVD装置形成Ti膜的代表性的应用例是埋入配线连接孔(接触孔、通孔等)之前的势垒金属。这种势垒金属是以高纵横尺寸比在配线连接孔的内壁成膜所需要的。因此，能够将气体流量、压力、温度等的处理参数控制为最佳值。
但是，伴随着在半导体晶片W上形成Ti膜，在腔室10内的各部分，特别是与晶片同等加热的载物台12上生成不希望有的沉积物。晶片处理枚数越增加，即越重复成膜处理的次数，这些沉积物的积聚量越大，成为剥离和产生粒子的原因。因此，在该等离子体CVD装置中，定期地，例如经过每500次(500枚)的成膜处理次数(基板处理枚数)，对腔室内进行干洗，使腔室内的各部分回到没有沉积物的初始状态。
在干洗处理中，在载物台12上没有载置半导体晶片W的状态下，从气体供给机构28以规定的混合比和流量将上述那样的清洗气体(ClF3气、N2气等)导入到腔室10内，通过排气装置44使腔室10内压力达到设定值。由于使用ClF3气的干洗不需要等离子体，所以可以切断高频电源34。优选处理温度是通过通电发热将载物台12加热到适当温度的温度，但是也可以保持室温不变。
由喷淋头26的气体喷出孔26a喷出的ClF3气散布到腔室10内的各个角落，与各部分的沉积物或堆积膜发生反应而刻蚀。将通过刻蚀而从各部分蒸发的反应生成物作为排出气体从排气口40排出到腔室10的外面。
通过定期地进行这种干洗，能够避免在腔室10内生成的不想要的沉积物成长到超过允许限度的事态发生。
但是，在干洗循环即500次成膜处理期间，随着在腔室10内沉积物的成长，对于来自高频电源34的高频电压的电阻慢慢降低，因此，施加在半导体晶片W上的电压(晶片电位差)逐渐增大。在这种腔室内的电阻降低的过程中，载物台12的电阻即半导体晶片W与接地电极18之间的电阻(载物台·电阻)的降低显著地起着支配的作用。
在该实施方式的等离子体CVD装置中，为了补偿这种腔室内的电阻减低，特别是载物台·电阻的降低，在接地电极18与地电位之间插入电容器22。该电容器22与载物台·电阻串联连接，它们的合成电阻比单独的载物台·电阻大，从而补偿了载物台·电阻的降低。
下面，参照图2和图3更详细地说明本实施方式的电容器22的作用。
图2表示该等离子体CVD装置中的腔室10内高频电阻的等效电路。在该等效电路中，ZP是在载物台12上方的空间(上部电极26与半导体晶片W之间的空间)生成的等离子体的电阻。ZW是等离子体与载物台12之间的半导体晶片W的电阻，能够近似为电容性负载(电容)CW。ZS是半导体晶片W与接地电极18之间的载物台·电阻，能够近似为电容性负载(电容器)CS。此外，Z22是电容器22的电阻，能够近似为电容性负载(电容器)C22。匹配器36具有在高频电源34侧的输出或传送电阻与负载侧的电阻之间进行匹配的功能。
图3模式地表示上述等效电路中的电位分布。当忽视匹配器36中的电压下降时，将来自高频电源34的高频电压VRF(峰峰值)由串联连接的等离子体·电阻ZP、晶片·电阻ZW、载物台·电阻ZS和电容器22分别分压为VP’、VW’、VS’、V22。即，VP是施加在等离子体上的电压，VW是施加在半导体晶片W上的电压，VS是施加在载物台12的晶片载置面12a上的电压，V22是施加在电容器22上的电压。
如上所述，当在干洗循环中重复成膜处理的次数时，在腔室10内沉积物积聚或成长。这时，在腔室10内的电阻中载物台·电阻ZS显著降低。即，当附着在载物台12周围的Ti系的堆积膜增加时，载物台·电阻ZS的电容(电容CS)增大，载物台·电阻ZS减少。
与载物台·电阻ZS的变化(减少)比较，等离子体·电阻ZP和晶片·电阻ZW的变化小到能够忽略。而且，由匹配器36进行的电阻匹配也起着主要保持施加在等离子体·电阻ZP上的电压VP大致恒定的作用。
在该等离子体CVD装置中，在接地电极18与地电位之间插入与载物台·电阻ZS串联的电容器22，使载物台·电阻ZS在全体串联电阻中占有的分压比减小。因此，伴随着载物台·电阻ZS的降低的分压电压VS的减小率很小。而且，使由施加在载物台·电阻ZS上的电压VS的减少引起的分配到其它电阻的电压增加量由晶片·电阻ZW和电容器22分摊。因此，能够显著地抑制施加在半导体晶片W上的电压(晶片电位差)VW的增加或上升，半导体晶片W不会因异常放电等受到损伤。
在图3中，实线表示干洗循环开始时的初始状态中的电位分布，虚线表示干洗循环结束时的电位分布。在干洗循环中当施加在载物台·电阻ZS上的电压从VS减少到VS’时，施加在半导体晶片W和电容器22上的电压V22分别从VW、V22增大到VW’、V22’。其中，施加在半导体晶片W上的电压的增加(VW→VW’)并不那么大。
在图4中，作为比较例，模式地表示在省去电容器22时的腔室10内的高频电阻中的电位分布。实线是干洗循环开始时的初始状态中的电位分布，虚线是干洗循环结束时的电位分布。
当在接地电极18与地电位之间不插入电容器22时，载物台·电阻ZS在全体串联电阻中占有的分压比大。因此，伴随着载物台·电阻ZS的降低的分压电压VS的减小率大，使得由电压VS的减少引起的分配到其它电阻的电压增加量几乎都集中在晶片·电阻ZW上，施加在半导体晶片W上的电压VW显著增大。
在该实施方式中，由于将固定电容用于电容器22，所以该电容值(恒定值)的选定是重要的。下面，通过一个实施例说明电容器22的电容选定方法。
如上所述，载物台·电阻ZS实质上是电容性负载(电容)，该电容值CS在干洗循环中与成膜处理次数成正比地增大。例如，如图5所示，当干洗循环开始时为7000pF，但是当干洗循环结束时上升到20000pF。在本发明中，由于电容器22与载物台·电阻ZS串联连接，所以当设定电容器22的电容值为C22时，合成电容C0由下列公式(1)表示。
C0＝CS×C22/(CS+C22) ……(1)
电容器22的电容C22越小，合成电容C0也越小，能够强烈地抵消载物台·电容CS的增加量。但是当合成电容C0过小时，电阻过大，对等离子体生成效率和等离子体分布状态，直到处理产生恶劣的影响。即，存在由腔室·电阻的电容使等离子体成为不稳定的区域，必须避免这样的区域。
根据本发明的一个观点，以使干洗循环结束时(第500枚)的合成电容C0，与干洗循环开始时(第1枚)的载物台·电容CS实质上相同或近似的方式，选定电容器22的电容值C22。所以在图5的例子中，当CS＝20000pF，C0＝7000pF时，从使上述公式(1)变形得到的下列公式(2)求得电容器22的电容C22约为10000pF。
C22＝CS×C0/(CS-C0)
＝7000×20000/(20000-7000)
＝10769 (2)
通过上述那样的方法选定电容器22的电容C22，能够没有对等离子体和处理产生影响地从干洗循环的开始到结束为止补偿载物台·电容CS的增大(载物台·电阻ZS的减少)，抑制施加在半导体晶片W上的电压VW的增加。
在上述实施方式中将电容一定的固定电容用于电容器22，但是如图6所示的实施方式那样，也可以将电容可变的可变电容用于与电容器22相当的电容。此外，在图6中，除了电容器22A以外，在前面已说明的部分上附加相同的参照标号，并省略对它们的说明。
这时，控制部50与干洗循环联动，可变地控制由可变电容构成的电容器22A的电容C22。例如，在上述公式(2)中设定合成电容C0为恒定值(常数)，设定电容器22A的电容C22为载物台·电容CS(进而成膜处理次数)的函数，能够求得用于通过干洗循环保持合成电容C0恒定的电容C22的可变控制特性。
图7表示一个例子。而且，与成膜处理次数相应，适当地可变控制电容器22A的电容C22，也可以维持通过干洗循环将合成电容C0维持在载物台·电容CS的初始值(7000pF)上，或者也可以根据任意的函数进行改变。
根据这样地可变控制电容器22A的电容C22的方式，如图8所示，在干洗循环中即便将施加在载物台·电阻ZS上的电压从VS减少到VS’，也可以实质上只由电容器22A负担所有的由此分配到其它电阻的电压增加量，使施加在半导体晶片W上的电压VW大致保持恒定。
以上说明了一个优选的实施方式，但是在本发明的技术思想的范围内可以进行各种变形、变更。
例如，腔室10内的各部分，特别是载物台12和上部电极26等可以采用各种构成和方式，也能够将干洗循环设定在任意长度(处理次数或处理枚数)上。在将固定电容用于电容器22的方式中(图1)，也可以设置用于选择地在接地电极18与地电位之间插入电容器22的开关。这时，例如也可以在干洗循环开始后暂时不立即插入电容器22，而是将接地电极18直接与地电位连接后，在中途(例如第150枚)插入电容器22。同样，在将可变电容用于电容器22的情形中，也能够设置同样的开关方式。
本发明能够如上述实施方式那样在形成Ti膜用的等离子体CVD装置中取得很大的效果。但是，本发明也可以适用于形成Ti膜以外的金属成膜用的等离子体CVD装置，进一步，本发明也可以适用于用于形成Si、金属化合物、贵金属氧化物等的导电膜的等离子体CVD装置等。
所以，在上述实施方式中将载物台·电阻作为腔室内电阻的主要变动部分，但是也可以与成膜材料和腔室构造等相应地将腔室内外的其它部分的电阻作为腔室内电阻的主要变动部分，与上述实施方式同样，应用本发明的电容分压方式。本发明中的被处理基板不限于半导体晶片，也可以是FPD用的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。
产业上的可利用性
根据本发明的等离子体CVD装置，通过上述那样的构成和作用，即便在于洗循环中重复成膜处理的次数也能够有效地抑制施加在被处理基板上的电压增加，防止基板损伤，提高成品率。