表面波激发等离子体CVD系统技术方案

一种表面波激发等离子体ＣＶＤ系统，在通过将原料气体从上表面气体引入导管和侧表面气体引入导管其中至少之一供给到室（１）而供给包括硅原素的原料气体的同时，还用表面波激发等离子体激活原料气体，并将在原料气体中启动化学反应的过程气体从过程气体引入导管（５）供入到室（１）中。上表面气体引入导管和／或侧表面气体引入导管的气体供给孔被设置为比过程气体供给装置的气体供给孔更靠近衬底。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CVD(化学气相沉积)系统，所述CVD系统利用表面波激发等离子体形成薄膜。
技术介绍
在半导体制造工艺中，使用等离子体CVD系统，所述等离子体CVD系统利用等离子体进行薄膜制造。作为这种等离子体CVD系统，在现有技术中，已经使用电容耦合等离子体(CCP)、电感耦合等离子体(ICP)、电子回旋加速器谐振(ECR-电子回旋加速器谐振)等离子体处理系统和类似的系统。而且，近年来，已开始使用表面波激发等离子体(SWP)处理系统，其较之前的系统能够容易地在较宽区域上产生高密度的等离子体。利用这种SWP等离子体CVD系统，首先，包括用于待沉积的薄膜的元素的原料气体连同构成一些自由基的元素的过程气体(process gas)一起被供入等离子体反应室，所述过程气体产生表面波激发等离子体。并且，通过被分解的原料气体和通过被表面波激发等离子体启动的化学反应，引起薄膜在衬底上沉积。利用这种现有技术的系统，气体供给部分被设置在等离子体反应室的侧壁上，并且气体从电介质板附近的等离子体反应室的侧壁被供给(参考日本公开专利公开出版物2000-348898)。
技术实现思路
由于等离子体密度在产生SWP的电介质板附近较高，因此利用如上所述的现有技术的系统，其中原料气体被供入电介质板附近，则在该区域化学反应进行得非常剧烈。因此，电介质板附近的膜沉积速率惊人地高，但在离电介质板较远的区域，由于原料气体在电介质板附近被大量地消耗，膜沉积速率指数级地降低。换句话说，存在这样的问题即使在等离子体区，有可能沉积就膜厚度控制和膜质量控制而言适当的膜的区域被不利地限制得相当窄。本专利技术中的表面波激发等离子体CVD系统包括原料气体供给装置，其供给包括硅元素的原料气体，并将原料气体从气体供给孔供给到等离子体处理室中；以及过程气体供给装置，其将过程气体从与原料气体供给装置的气体供给孔分开设置的气体供给孔供给到等离子体处理室中，所述过程气体引起受到表面波激发等离子体激活的原料气体发生化学反应。在所述表面波激发等离子体CVD系统中，所述原料气体供给装置的气体供给孔可设置为比过程气体供给装置的气体供给孔更靠近衬底。所述原料气体供给装置可包括多个导管和多个气体供给孔。例如，所述原料气体供给装置可包括第一原料气体供给装置和第二原料气体供给装置中的至少一个，所述第一原料气体供给装置将原料气体从电介质元件和衬底之间的空间中的气体供给孔朝向衬底供给；所述第二原料气体供给装置从围绕电介质元件和衬底之间的空间的区域中的供给孔以大体平行于衬底表面的方式供给原料气体。该第二原料气体供给装置可进一步包括变化装置，所述变化装置改变气体供给孔的方向。所述原料气体供给装置的气体供给孔和衬底之间的距离可改变。所述原料气体供给装置可进一步包括位于气体供给孔前面的气流扩散元件。在上述表面波激发等离子体CVD系统中，所述过程气体供给装置可包括多个位于电介质元件中的气体流动导管和多个气体供给孔。所述电介质元件可包括多个由电介质材料制造的分开的部件。该电介质元件可具有圆形板状或者可具有矩形形状。附图说明图1示出了根据本专利技术第一优选实施例的等离子体CVD系统的总体结构示意图；图2示出了该等离子体CVD系统的电介质板的结构平面图；图3示出了该等离子体CVD系统的上表面气体引入导管的结构平面图； 图4A示出了该等离子体CVD系统的侧表面气体引入导管的结构示意透视图；图4B示出了该侧表面气体引入导管的部分结构的示意局部剖面图；图5示出了化学反应涉及的基本过程的示意图，所述化学反应在该等离子体CVD系统中的P等离子体区域中发生；图6定性地示出了在该P等离子体区域中出现的各种类型分子的密度的曲线图；图7A示出了根据本专利技术第二优选实施例的等离子体CVD系统的总体结构示意图；图7B示出了图7A中所示的区域C的部分放大剖面图；图8示出了在图7A所示的水平面中初始供给的气体的气流密度分布的示意平面图；图9示出了本专利技术的变化例子的电介质板结构的示意平面图；图10示出了本专利技术的变化例子的上表面气体引入导管的结构的示意底表面视图。具体实施例方式以下将参照附图1-10说明根据本专利技术的表面波激发等离子体CVD系统(下文中简称等离子体CVD系统)的优选实施例。第一优选实施例图1是示出根据本专利技术第一优选实施例的等离子体CVD系统的结构的总体结构示意图。图2-图4分别是示出根据第一实施例的等离子体CVD系统中的过程气体引入导管、上表面气体引入导管和侧表面气体引入导管的结构的视图。参照图1，该等离子体CVD系统100包括室1、微波波导2、槽形天线3、电介质板4、过程气体引入导管5、用于原料气体的上表面气体引入导管6、用于原料气体的侧表面气体引入导管7、真空排气导管8和衬底保持器9。室1是用于在衬底10的表面上沉积薄膜的真空室，衬底10通过在其内部空间中产生的等离子体被保持在衬底保持器9上。可沿图1所示的Z方向驱动和旋转衬底保持器9，并且，根据需要，也可以对其加热、冷却和施加电场。由石英和氧化铝等制成的电介质板4被设置在室1的上部。微波波导2被设置在电介质板4的上表面之上并与之接触。矩形开口的槽形天线3被设置在微波波导2的底板上。设置三个气体引入导管(过程气体引入导管5、上表面气体引入导管6和侧表面气体引入导管7)，用于将气体供入室1。过程气体引入导管5是用于将过程气体经由通孔51和流动导管52从开口于其上的供给孔53供入室1的导管，所述通孔51形成于室1的上侧板上，所述的流动导管52通过电介质板4形成。设置有多个供给孔53，并且，以衬底10的表面作为参照物，所述供给孔53位于与衬底相隔距离h1的位置处。上侧气体引入导管6是用于将原料气体顺序经过垂直导管61和分支导管62从供给孔63供入室1的导管。分支导管62从垂直导管61上分支并在垂直于图中的图纸的平面上延伸。设置有多个供给孔63，并且，以衬底10的表面作为参照物，所述供给孔63位于与衬底相隔距离h2的位置处，距离h2较距离h1要短。而且，垂直导管61可沿Z方向(图中的上下方向)直线移动，因此，随着垂直导管61的移动量的变化，距离h2也是变化的。侧表面气体引入导管7是将原料气体顺序经由水平导管71和垂直导管72从多个供给孔73供入室1的导管。设置有多个垂直导管72，并且所述多个垂直导管72从水平导管71分支以包围衬底10。供给孔73被设置在与衬底10的表面相距h3的位置处。水平导管71可沿Z方向直线移动，因此，随着水平导管71的移动量的变化，距离h3也是变化的。下面将详细说明这三个气体引入导管5、6和7。从气体引入导管5供入到室1的过程气体可以是构成用于激活反应的原料的气体，如N2气、O2气、H2气、NO2气、NH3气或类似的气体，或者可以是惰性气体，如Ar气、He气、Ne气、Kr气、Xe气或类似气体。从上表面气体引入导管6和从侧表面气体引入导管7引入到室1的原料气体包括Si元素，并且可以是SiH4气体、TEOS或Si2H6气体或类似的气体，其中的Si元素是硅薄膜或硅化合物薄膜的组份。作为包含Si元素的气体，还可以使用包含加入SiH4气体、TEOS或Si2H6气体或类似的气体中的H2气、NO2气、NO气、NH3气或类似的气体的混合气体。真空排气管8被设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面波激发等离子体ＣＶＤ系统，其通过电介质元件将微波引入到等离子体处理室中，产生微波的表面波，利用表面波激发等离子体处理室中的气体以产生表面波激发等离子体，并利用表面波激发等离子体在衬底上沉积硅化合物，所述表面波激发等离子体ＣＶＤ系统包括：原料气体供给装置，其将包括硅元素的原料气体从气体供给孔供给到等离子体处理室中；和过程气体供给装置，其将过程气体从与原料气体供给装置的气体供给孔分开设置的气体供给孔供给到等离子体处理室中，所述过程气体引起受到表面波激发等离 子体激活的原料气体发生化学反应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木正康，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]