KR100381205B1 - Plasma CVD system and plasma CVD film deposition method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 CVD 장치 및 플라즈마 CVD막 형성방법에 관한 것으로, 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 유지보수 싸이클을 연장시킴과 동시에 캐소드 전극이 플루오르화되는 것을 저감시키는 것을 목적으로 하고, 그 구성을 보면 캐소드 전극(17)에는, 캐소드 전극(17)과 애노드 전극(3)의 사이에 가스를 도입하기 위한 가스 도입공(5)이 복수개 설치되어 있고 이 가스 도입공(5)이 설치되어 있는 캐소드 전극(17)의 애노드 전극과 대향하는 면에 캐소드 전극(17)의 면적을 증대시키기 위한 요부(14)를 복수개 설치한다. 이 요부(14)는 3mm이상 내지 피치보다도 작은 폭을 갖고, 가스 도입공(5)의 개구면적보다도 큰 개구면적을 갖도록 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a method for forming a plasma CVD film, wherein the plasma CVD apparatus has an object of extending the maintenance cycle and reducing the fluorination of the cathode electrode. In the 17, a plurality of gas introduction holes 5 for introducing gas are provided between the cathode electrode 17 and the anode electrode 3, and the cathode electrode 17 in which the gas introduction holes 5 are provided. A plurality of recesses 14 for increasing the area of the cathode electrode 17 are provided on the surface facing the anode electrode. The recessed portion 14 has a width of 3 mm or more and smaller than the pitch and has an opening area larger than the opening area of the gas introduction hole 5.
Description
본 발명은 반도체 제조공정에 이용하는 플라즈마 CVD 장치 및 플라즈마 CVD막 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a plasma CVD film forming method used in a semiconductor manufacturing process.
반도체 제조공정의 하나로, 기판상에 소정의 성막을 실시하는 플라즈마 CVD (Chemical Vapor Deposition) 성막공정이 있다. 이것은 기밀(氣密)된 처리실에 기판을 충진하고 처리실내에 설치되어 있는 한 쌍의 전극 사이에 성막가스를 공급하면서 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 성막가스 중의 가스분자를 분해하여 화학반응을 일으키며 기판표면상에서 박막을 형성하는 것이다.As one of the semiconductor manufacturing processes, there is a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) film forming process for forming a predetermined film on a substrate. It fills a substrate in an airtight processing chamber and supplies a film forming gas between a pair of electrodes installed in the chamber, applying high frequency power to generate plasma, decomposing gas molecules in the film forming gas to perform a chemical reaction. To form a thin film on the substrate surface.
도 8에 나타난 종래의 플라즈마 CVD 장치의 성막실(成膜室)은 처리실(1)내에 한 쌍의 전극(2, 3)을 설치하고 한편의 애노드 전극(3)상에 기판(4)을 배치하고 다른 편의 캐소드 전극(2)으로 성막가스를 도입하도록 되어 있다. 상 히터(10)와 하 히터(11)는 기판(4)을 소정의 온도로 균일하게 가열하기 위해 설치되어 있다.In the deposition chamber of the conventional plasma CVD apparatus shown in FIG. 8, a pair of electrodes 2 and 3 are provided in the processing chamber 1 and the substrate 4 is disposed on the anode electrode 3. The deposition gas is introduced into the other cathode electrode 2. The upper heater 10 and the lower heater 11 are provided in order to uniformly heat the board | substrate 4 to predetermined temperature.
성막가스는 캐소드 전극(2)에 접속된 가스 공급관(15)을 통해 공급되며, 캐소드 전극(2)에 설치된 분산판(12), 가스 도입공(5)을 경유하여 캐소드 전극(2)과 애노드 전극(3) 사이로 도입된다.The deposition gas is supplied through the gas supply pipe 15 connected to the cathode electrode 2, and the cathode electrode 2 and the anode via the dispersion plate 12 and the gas introduction hole 5 provided in the cathode electrode 2. It is introduced between the electrodes 3.
전극(2, 3)에 도입된 성막가스에 결합 컨덴서(19), 성막가스도입관(15), 애노드 서셉터(13)를 경유한 RF 고주파 전원(9)의 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 발생시키고 기판(4)상에 소정의 성막을 실시한다. 플라즈마에 의해 처리된 성막가스의 잔류 가스는 배기관(7)을 통해 배기처리계로 처리된다.The high frequency power of the RF high frequency power source 9 is applied to the film forming gas introduced into the electrodes 2 and 3 through the coupling capacitor 19, the film forming gas introducing pipe 15, and the anode susceptor 13, thereby to generate plasma. And a predetermined film formation is carried out on the substrate 4. The remaining gas of the film forming gas treated by the plasma is processed by the exhaust gas treatment system through the exhaust pipe 7.
이와 같은 CVD 장치의 하나로 비정질 실리콘막이라고 총칭되는 박막(SiN, SiO2, 수소화 a-Si, 수소화 a-Si(N+) 등)을 형성할 수 있는 플라즈마 CVD 장치가 있다.One such CVD apparatus is a plasma CVD apparatus capable of forming thin films (SiN, SiO 2 , hydrogenated a-Si, hydrogenated a-Si (N + ), etc.) collectively referred to as amorphous silicon films.
성막가스는 SiN 형성시는 SiH4, NH3, N2의 혼합가스, a-Si형성시는 SiH4, H2의 혼합가스, SiO2형성시는 SiH4, N2O 또는 TEOS, O2의 혼합가스가 사용되고 있다. 성막가스 중에는 그 단독의 반응만으로는 성막할 수 없는 가스(비성막가스)가 포함되어 있다. 상기 예에서는, NH3, N2, H2, N2O, O2가 비성막가스이다. 이에 비해 단독반응으로 성막할 수 있는 가스, 상기 예에서는 SiH4, TEOS를 주성막가스라고 칭한다.The deposition gas is a mixed gas of SiH 4 , NH 3 , N 2 when SiN is formed, a mixed gas of SiH 4 , H 2 when a-Si is formed, SiH 4 , N 2 O or TEOS, O 2 when SiO 2 is formed. Mixed gas is used. The film forming gas contains a gas (non-film forming gas) which cannot be formed by the reaction alone. In this example, NH 3 , N 2 , H 2 , N 2 O, and O 2 are non-film gas. On the other hand, a gas which can be formed by a single reaction, in the above example, SiH 4 and TEOS are referred to as a main film gas.
그런데, 이와 같은 플라즈마 CVD 법에 의한 박막은 기판(4)의 윗면을 포함하는 접플라즈마역에서 형성된다는 특징을 갖는다. 여기서 접플라즈마역이라는 것은, 플라즈마에 접하는 영역과 그 주변이다. 주변에는 예를 들어 절연링(16, 20)이나 배기관(7)의 내부 등이 포함된다. 이 때문에, 성막처리되는 기판의 매수의 증가와 함께 캐소드 전극(2) 표면이나 절연물 표면 등에 박막이 누적 형성되게 된다. 이것을 누적형성막(累積形成膜)이라고 부른다. 또한, 접플라즈마역에 있어서 그 표면온도가 낮은 부분(대략 160℃ 이하)에 있어서는, 박막은 파우더상(분상(粉狀))이 되는 경향이 있다. 이와 같은 파우더상의 막은 진동이나 압력변화 등에 의해 용이하게 박리, 낙하, 또는 부유되기도 한다. 한편, 누적형성막은 그 두께의 증가와 함께막응력이 증가하고 바로 박리된다.By the way, the thin film by the plasma CVD method is formed in the contact plasma region including the upper surface of the substrate (4). Here, the contact plasma region is a region in contact with the plasma and its surroundings. The periphery includes, for example, the insulation rings 16 and 20, the inside of the exhaust pipe 7, and the like. For this reason, with the increase in the number of substrates to be formed into a film, thin films are accumulated and formed on the surface of the cathode electrode 2 or the surface of the insulator. This is called a cumulative formation film. Moreover, in the part where the surface temperature is low (about 160 degreeC or less) in contact plasma area | region, it exists in the tendency for a thin film to become powder form (powder phase). Such a powdery film may be easily peeled off, dropped, or floated due to vibration or pressure change. On the other hand, the cumulative forming film increases in thickness and the film stress increases and then peels off immediately.
상술한 바와 같이 종래기술에는 파우더상의 막, 누적형성막이 형성되어 박리되기 때문에 다음과 같은 문제가 있었다.As described above, in the prior art, since the powder-like film and the cumulative forming film are formed and peeled off, there are the following problems.
(1) 빈번한 유지보수 싸이클(1) frequent maintenance cycles
기판 위를 박리물, 파우더 등의 미립자로 오염시킬 뿐만 아니라, 배기계로의 오염에 의해 배기능력의 저하라는 문제의 원인이 된다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해, 현재에는 소정매수의 기판을 연속하여 성막처리한 후, 에칭성 가스(CF4, NF3등의 플루오르계 가스)를 이용한 클리닝 처리를 실시함으로써, 누적형성막이나 파우더상의 막을 기체로 변환하여 제거하고 있다. 클리닝 처리후에는 에칭성 가스나 그 부생성물(HF 등)이 처리실에 잔류되기 때문에, 이들의 영향을 없애기 위한 잔사처리가 필요하게 된다. 잔사처리는 통상적으로 성막조건하에서 실시되는 처리와 같이 처리된다. 그 결과, 처리실은 기판 여러장의 성막처리와 클리닝처리, 및 잔사처리를 빈번하게 반복한다는 싸이클 처리로 운용되고 있고, 1싸이클내에 연속적으로 성막할 수 있는 기판매수가 한정되며, 그 성막기판의 처리매수의 증가가 강하게 요구되고 있다.Not only the substrate is contaminated with fine particles such as peeling material or powder, but also the contamination of the exhaust system causes a problem of lowering the exhaust capacity. In order to prevent such a problem, at present, a predetermined number of substrates are successively formed into a film, followed by a cleaning process using an etching gas (CF 4 , fluorine-based gas such as NF 3 ) to form a cumulative film or powder. The membrane on the phase is converted to gas and removed. After the cleaning process, the etching gas and its by-products (HF, etc.) remain in the processing chamber, and a residue treatment for removing these effects is required. The residue treatment is usually treated like the treatment carried out under film forming conditions. As a result, the processing chamber is operated by a cycle process of frequently repeating the film formation process, the cleaning process, and the residue process of several substrates, and the number of substrates that can be formed continuously in one cycle is limited. The increase of is strongly demanded.
(2) 전극 플루오르화에 따른 성막속도의 저하 및 빈번한 전극 재생(2) Degradation of film formation rate and frequent electrode regeneration due to electrode fluorination
빈번하게 싸이클 처리를 반복함으로써, 캐소드 전극 표면에 플루오르화물(AlFx, MgFx등의 플루오르화 금속)이 서서히 형성된다. 이 현상에 의해, 초기의 수십 싸이클에 있어서 성막속도가 점차 저하되기도 하고, 수백 싸이클 후에 있어서 이상방전현상(아크방전)이 발생하는 문제가 발생하고 있다. 결과적으로, 단기간 중에 캐소드 전극 표면의 플루오르화물의 연마제거 또는 교환(캐소드 전극 재생이라 함)을 정기적으로 실시하지 않으면 안되는 것이 현재 상황이다.By repeating the cycle treatment frequently, fluorides (metal fluorides such as AlF x and MgF x ) are gradually formed on the cathode electrode surface. This phenomenon causes a problem that the film formation speed gradually decreases in the initial tens of cycles, and that an abnormal discharge phenomenon (arc discharge) occurs after several hundred cycles. As a result, the present situation requires that polishing or replacing fluoride (referred to as cathode electrode regeneration) on the surface of the cathode electrode must be carried out regularly for a short period of time.
본 발명의 과제는 전극의 면적을 증가시킴으로써, 상술한 종래기술의 문제점을 해소하여 유지보수 싸이클을 연장시킴과 동시에, 전극의 플루오르화 현상을 개선할 수 있는 플라즈마 CVD 장치 및 플라즈마 CVD 막 형성방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus and a plasma CVD film forming method capable of improving the fluorination phenomenon of an electrode while extending the maintenance cycle by eliminating the above-mentioned problems of the prior art by increasing the area of the electrode. To provide.
제1발명은, 감압가능한 처리실과, 상기 처리실내에 배치된 한 쌍의 평판전극에 있어, 기판이 놓이고 접지되는 제1전극 및 복수의 가스 도입공을 가지며 고주파가 인가되는 제2전극과, 상기 제2전극의 가스 도입공을 통해 제1전극과 제2전극 사이에 가스를 공급하는 성막가스공급관과, 상기 처리실로부터 가스를 배기하는 배기관을 구비하고, 상기 제1전극과 대향하는 제2전극의 면에 요부를 설치한 플라즈마 CVD 장치이다. 여기서, 요부는 제2전극을 관통하여 형성되는 가스 도입공과 달리, 관통하지 않고 형성된 것이다. 따라서, 비관통공이나 홈도 포함된다.The first invention is a process chamber capable of reducing pressure, a pair of plate electrodes disposed in the process chamber, a first electrode on which a substrate is placed and grounded, a second electrode having a plurality of gas introduction holes, and a high frequency applied thereto; A second electrode facing the first electrode, the deposition gas supply pipe supplying gas between the first electrode and the second electrode through the gas introduction hole of the second electrode, and an exhaust pipe exhausting the gas from the processing chamber; It is a plasma CVD apparatus which provided the recessed part in the surface. Here, unlike the gas introduction hole formed through the second electrode, the recess is formed without passing through. Therefore, non-through holes and grooves are also included.
제2전극에 요부를 설치하면, 비성막가스가 요부내에 체류하게 되기 때문에 요부내에 누적형성막이 형성되기 어려워지고, 유지보수 싸이클의 장기화가 가능해진다. 또한, 비성막가스가 체류한 요부로부터는 고밀도 에너지가 나오고, 가스 도입공으로 도입된 성막가스를 유효하게 전리시키기 때문에 요부를 형성하기 않은 것에 비해, 필요한 고주파 전력을 저감시킬 수 있고 전극간에 가하는 직류전압 Vdc가 큰폭으로 적어지며, 제2전극 시스 전위구배를 완만하게 할 수 있다. 그 결과, 제2전극에서의 스퍼터링 현상 등이 억제되고 제2전극으로의 플루오르화물의 생성을 저감할 수 있다.If the recessed portion is provided in the second electrode, the non-forming gas will remain in the recess, making it difficult to form a cumulative film in the recess, and the maintenance cycle can be extended. In addition, since high density energy is emitted from the recessed portion where the non-filmed gas stays and effectively ionizes the deposited gas introduced into the gas introduction hole, the required high frequency power can be reduced, and a DC voltage applied between the electrodes can be reduced. Vdc is greatly reduced, and the second electrode sheath potential gradient can be smoothed. As a result, the sputtering phenomenon etc. in a 2nd electrode can be suppressed, and generation | occurrence | production of a fluoride to a 2nd electrode can be reduced.
제2발명은, 제1발명에 있어서, 상기 요부는 3mm이상 내지 피치보다 작은 폭을 갖는 플라즈마 CVD 장치이다. 피치라는 것은, 요부 사이 또는 가스 도입공과 요부 사이의 거리 중 짧은 쪽의 거리를 말한다.The second invention is, in the first invention, the recess is a plasma CVD apparatus having a width of 3 mm or more and smaller than the pitch. The pitch refers to the shorter distance between the recesses or the distance between the gas introduction hole and the recesses.
제2발명에 따르면, 특히 요부가 3mm이상 내지 피치보다도 작은 폭을 가지면, Vdc가 큰폭으로 적어지고, 캐소드 시스 전위구배를 한층 완만하게 할 수 있다. 그 결과, 제2전극으로의 플루오르화물의 형성을 더욱 제어할 수 있다.According to the second invention, especially if the recess has a width of 3 mm or more or smaller than the pitch, Vdc is greatly reduced, and the cathode sheath potential gradient can be further smoothed. As a result, it is possible to further control the formation of fluoride to the second electrode.
제3발명은, 제2발명 또는 제3발명에 있어서, 요부는 가스 도입공의 개구면적보다도 큰 개구면적을 갖는 플라즈마 CVD 장치이다. 요부는 가스 도입공의 개구면적보다도 큰 개구면적을 갖기 때문에, 플라즈마는 요부에서 생성됨으로써 가스 도입공 내에서 플라즈마가 생성된다는 문제가 없어진다.In the second invention or the third invention, the third invention is a plasma CVD apparatus having an opening area larger than the opening area of the gas introduction hole. Since the recess has an opening area larger than the opening area of the gas introduction hole, the plasma is generated in the recess, thereby eliminating the problem that plasma is generated in the gas introduction hole.
제4발명은, 제1발명 내지 제3발명의 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 먼저 비성막가스를 도입하고, 후에 성막가스를 도입하는 플라즈마 CVD막 형성방법이다. 비성막가스로서는, N2, H 등이 있다. 성막가스로서는 Si, SiH, SiH2, SiH3등이 있다. 우선 비성막가스를 도입하고, 후에 성막가스를 도입하면, 먼저 비성막가스가 요부에 들어가기 때문에 후에 도입되는 성막가스는 요부에 들어가기 어렵고, 보다 효과적으로 성막가스를 플라즈마 분리할 수 있다.A fourth invention is the plasma CVD film forming method in which the first non-film forming gas is introduced first and the film forming gas is introduced later in the plasma CVD apparatus of the first to third inventions. Examples of the non-film gas include N 2 and H. Examples of the deposition gas include Si, SiH, SiH 2 , and SiH 3 . First, when the non-film forming gas is introduced and the film forming gas is subsequently introduced, the film forming gas introduced later becomes difficult to enter the recess, and the film forming gas can be separated into plasma more effectively.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 처리실의 개략단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a processing chamber according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 다공 캐소드 전극의 설명도로서, 도 2a는 표면도이고, 도 2b는 단면도이다.FIG. 2 is an explanatory diagram of a porous cathode electrode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a surface view, and FIG. 2B is a sectional view.
도 3은 도 2a에 도시된 L1과 L1의 선을 따라 절단하고 화살표 방향에서 본 단면도로서, 본 발명의 실시형태에 따른 요부(凹部)와 가스 도입공의 크기 설명도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the lines of L1 and L1 shown in FIG. 2A and viewed in the direction of an arrow, and is an explanatory view showing the sizes of recesses and gas introduction holes according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 다공 캐소드 전극의 구체적인 표면도이다.4 is a specific surface view of the porous cathode electrode according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 요부로부터의 에너지 전달의 간접적인 흐름을 나타내는 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating an indirect flow of energy transfer from the main portion according to the embodiment of the present invention.
도 6은 Vdc와 Vpp의 설명도이다.6 is an explanatory diagram of Vdc and Vpp.
도 7은 실시예와 비교예의 실험결과를 나타낸 표이다.7 is a table showing the experimental results of the Examples and Comparative Examples.
도 8은 종래예에 의한 처리실의 개략 단면도이다.8 is a schematic sectional view of a processing chamber according to a conventional example.
< 부호의 간단한 설명 ><Brief Description of Codes>
1: 처리실, 3: 애노드 전극, 4: 기판, 5: 가스 도입공, 7: 배기관,1: process chamber, 3: anode electrode, 4: substrate, 5: gas inlet, 7: exhaust pipe,
9: RF 고주파 전원, 14: 요부(凹部), 15: 성막가스공급관,9: RF high frequency power supply, 14: main part, 15: deposition gas supply pipe,
17: 다공 캐소드 전극17: porous cathode electrode
본 발명에서는 캐소드 전극으로의 누적형성막의 생성을 억제할 수 있는 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 유지보수 싸이클을 개선하고, 또한 캐소드 시스 전위 구배(이하, Vc라 약칭함)를 완만하게 할 수 있는 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 캐소드 전극의 플루오르화 현상을 개선하고 있다. 이하에, 그 장치 구성, 및 그 사용방법의 실시형태를 나타내면서 개선효과에 대해 설명한다.In the present invention, the plasma CVD apparatus can improve the maintenance cycle by using a plasma CVD apparatus capable of suppressing the formation of the cumulative formation film on the cathode electrode, and also smooth the cathode sheath potential gradient (hereinafter abbreviated as Vc). The device is used to improve the fluorination of the cathode electrode. The improvement effect is demonstrated below, showing embodiment of the apparatus structure and its usage method.
도 1에 실시형태의 플라즈마 CVD 장치를 나타낸다. 플라즈마 CVD 장치의 처리실(1)은 이너 케이스(inner case)(18)와 아웃터 케이스(outer case)(31)로 이루어진 감압가능한 이조(二槽) 구조로 되어 있다. 처리실(1) 내에는 한 쌍의 평행평판 전극이 설치된다. 한쪽은 애노드 전극(3), 다른 쪽은 캐소드 전극(17)을 구성한다.The plasma CVD apparatus of embodiment is shown in FIG. The processing chamber 1 of the plasma CVD apparatus has a pressure reduction double structure consisting of an inner case 18 and an outer case 31. In the processing chamber 1, a pair of parallel plate electrodes is provided. One constitutes an anode electrode 3 and the other constitutes a cathode electrode 17.
한쪽의 애노드 전극(3)은 그 위에 절연링(16)을 통해 기판(4)이 놓이며, 또한 애노드 전극(3)을 지지하는 애노드 서셉터(13)를 통해 접지된다.One anode electrode 3 is placed on the substrate 4 via an insulating ring 16 thereon, and is grounded through an anode susceptor 13 supporting the anode electrode 3.
다른 쪽의 캐소드 전극(17)은 고주파가 인가되고 또한 성막가스를 처리실(1) 내에 공급하는 복수의 가스 도입공(5)을 갖는다.The other cathode electrode 17 has a plurality of gas introduction holes 5 to which high frequency is applied and to supply the deposition gas into the processing chamber 1.
RF 고주파 전원(9)은 결합 컨덴서(19)를 통해 성막가스 도입관(15)으로부터 캐소드 전극(17)에 접속된다. 애노드 전극(3)을 지지하는 애노드 서셉터(13)는 이너 케이스(18) 및 아웃터 케이스(31)를 통해 접지된다. 이와 같은 고주파 인가회로가 구성되고 캐소드 전극(17)과 애노드 전극(3)과의 사이에 고주파가 가해진다.The RF high frequency power supply 9 is connected to the cathode electrode 17 from the film forming gas introduction pipe 15 through the coupling capacitor 19. The anode susceptor 13 supporting the anode electrode 3 is grounded through the inner case 18 and the outer case 31. Such a high frequency application circuit is configured and high frequency is applied between the cathode electrode 17 and the anode electrode 3.
성막가스는 가스공급관(15)을 통해 처리실(1) 내로 공급되고, 캐소드전극(17)에 설치된 분산판(12), 가스 도입공(5)을 경유하여 전극(3, 17)사이로 도입된다. 캐소드 전극(17)에 설치된 상 히터(10)와, 애노드 전극(3)에 설치된 하 히터(11)는 기판(4)을 일정온도로 균일하게 가열하기 위해 설치된다.The deposition gas is supplied into the process chamber 1 through the gas supply pipe 15, and is introduced between the electrodes 3 and 17 via the dispersion plate 12 and the gas introduction hole 5 provided in the cathode electrode 17. The upper heater 10 provided on the cathode electrode 17 and the lower heater 11 provided on the anode electrode 3 are provided to uniformly heat the substrate 4 at a constant temperature.
캐소드 전극(17)은 상부의 전면을 절연링(8)으로 덮고, 하부외주가 절연링(20)에 의해 지지되는 것으로, 접지되어 있는 처리실(1)의 이너 케이스(18) 및 아웃터 케이스(31)는 절연되어 있다.The cathode electrode 17 covers the entire surface of the upper part with an insulating ring 8, and the lower outer periphery is supported by the insulating ring 20. The inner case 18 and the outer case 31 of the processing chamber 1, which are grounded, are grounded. ) Is insulated.
기판(4)을 놓아두는 애노드 서셉터(13)는 승강 이동하도록 되어 있다. 애노드 서셉터(13)는 상승시 이너 케이스(18)의 하부 개구(開口)를 닫아서 내조(內槽)를 형성하고, 그 내조내에서 기판(4)을 가둔다. 하강시, 내조를 열어서 기판(4)을 외조(外槽)가 되는 아웃터 케이스(31)로 꺼낸다.The anode susceptor 13 on which the substrate 4 is placed is moved up and down. The anode susceptor 13 closes the lower opening of the inner case 18 to form an inner tank when raised, and traps the substrate 4 in the inner tank. At the time of descending, the inner tank is opened to take out the substrate 4 to the outer case 31 serving as the outer tank.
성막시는 애노드 서셉터(13)를 상승시켜 내조를 형성한다. 캐소드 전극(2)과 애노드 전극(3) 사이에 도입된 성막가스에 RF 고주파 전원(9)의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 기판(4)의 위에 소정의 성막을 실시한다. 플라즈마에 의해 처리된 성막가스의 잔류가스는 처리실(1)에 연통하는 배기관(7)을 통하고, 도시하지 않은 배기처리계로 처리된다. 또한, 도면 중, 가스공급계, 기판반송계, 배기처리계는 생략하였다.The film formation time raises the anode susceptor 13 to form an inner tank. A high frequency power of the RF high frequency power source 9 is applied to the film forming gas introduced between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3 to generate a plasma, and a predetermined film forming is performed on the substrate 4. Residual gas of the film forming gas treated by the plasma is processed by the exhaust treatment system (not shown) via the exhaust pipe 7 communicating with the processing chamber 1. In addition, the gas supply system, the board | substrate conveyance system, and the exhaust gas processing system are abbreviate | omitted in the figure.
그런데, 본 발명의 실시형태에서는, 상기 가스 도입공(5)을 형성한 캐소드 전극(17)으로서, 애노드 전극(3)과 대향하는 쪽의 면에, 전극 면적을 확대하기 위해 복수의 요부(14)를 배치한 캐소드 전극(이하, 다공 캐소드 전극(17)이라 함)을 설치한다. 다공 캐소드 전극(17)의 요부(14)는 가스 도입공(5)과 같은 관통공이 아니라, 비관통공으로 되어 있다.By the way, in embodiment of this invention, as the cathode electrode 17 in which the said gas introduction hole 5 was formed, the some recessed part 14 in order to enlarge an electrode area in the surface on the opposite side to the anode electrode 3, ), A cathode electrode (hereinafter referred to as a porous cathode electrode 17) is provided. The recessed portion 14 of the porous cathode electrode 17 is not a through hole like the gas introduction hole 5 but is a non-through hole.
요부(14)는 도 2a에 나타난 바와 같이, 가스 도입공(5)을 피하도록 균일하게 배치한다. 또한, 요부(14)의 형상은 도 2b에 나타난 바와 같이, 원주상으로 도려낸 형상으로 되어 있다. 또한, 요부(14)의 형상은 원주상으로 한정되지 않고 임의의 형상이라도 좋다. 예를 들어, 원추상, 또는 삼각추상 등 다각추상으로 할 수도 있다. 또한 공(구멍)으로 하지 않고 소정폭을 갖는 홈의 형상으로 해도 좋다. 홈의 형상의 경우, 그 형상은 직선, 곡선, 루프상, 또는 복수의 직선홈이 평행하게 배치되는 평행선상, 복수의 가로홈과 복수의 세로홈이 교차하는 격자상 등 임의이다. 이러한 경우에도, 홈은 가스 도입공(5)을 피하도록 배치한다. 요부(14)는 공(구멍) 열림 기계가공으로 형성하는 것을 고려하면, 저렴한 가격에 가공할 수 있는 원추상의 공(구멍)이 바람직하다.The recessed portions 14 are arranged uniformly to avoid the gas introduction holes 5, as shown in FIG. 2A. In addition, the shape of the recessed part 14 is a shape cut out in the column shape as shown to FIG. 2B. In addition, the shape of the recessed part 14 is not limited to the circumference, It may be arbitrary shapes. For example, it can also be set as polygonal abstract, such as a cone shape or a triangular abstraction. In addition, it is good also as a shape of the groove which has a predetermined | prescribed width, instead of making into a hole (hole). In the case of the shape of the groove, the shape is arbitrary, such as a straight line, a curve, a loop shape, or a parallel line in which a plurality of linear grooves are arranged in parallel, a lattice shape in which a plurality of horizontal grooves and a plurality of longitudinal grooves intersect. Even in this case, the grooves are arranged to avoid the gas introduction holes 5. Considering that the recess 14 is formed by a ball opening machining, a conical ball (hole) that can be processed at a low price is preferable.
도 3에 나타난 바와 같이, 요부(14)의 반경 r은 성막처리시에 캐소드 전극의 표면에 생기는 캐소드 시스(24)의 두께 t의 5배∼30배 정도가 되도록 한다. 구체적으로는, 3mmφ이상부터 피치(도 2a에 있어서, 요부(14) 사이, 또는 가스 도입공(5)과 요부(14)간의 거리 중 짧은 쪽의 거리 S) 이하의 크기로 하여도 좋다.As shown in Fig. 3, the radius r of the recess 14 is set to be about 5 to 30 times the thickness t of the cathode sheath 24 generated on the surface of the cathode during the film formation process. Specifically, the size may be smaller than or equal to 3 mm φ or less in pitch (the shorter distance S between the recesses 14 or the distance between the gas introduction hole 5 and the recesses 14 in FIG. 2A).
또한, 요부(14)의 깊이는 캐소드 시스(24)와의 관계로 결정된다. 캐소드 시스(24)는 다공 캐소드 전극(17)의 전면(全面)에 형성된다. 캐소드 시스(24)는 유한한 두께를 갖고 있기 때문에, 캐소드 시스(24)의 두께(1mm 정도)와 비교하여 요부(14)의 직경이 작으면 요부(14)가 캐소드 시스(24)에 묻혀져 버릴수 있다. 요부(14)가 캐소드 시스(24)에 묻혀져 버리면 다공 캐소드 전극(17)의 면적의 확대가 생기지 않는다. 확대를 꾀하기 위해서는, 요부(14)의 깊이는 깊을수록 좋다. 그러나, 5mm∼수mm 정도라도 충분한 효과가 얻어진다. 또한, 요부(14)의 수도 많을수록 전극 면적 확대의 효과가 크지만, 실제는 다공 캐소드 전극 자체의 강도와의 균형안배가 된다.In addition, the depth of the recess 14 is determined by the relationship with the cathode sheath 24. The cathode sheath 24 is formed on the entire surface of the porous cathode electrode 17. Since the cathode sheath 24 has a finite thickness, if the diameter of the recess 14 is small compared to the thickness of the cathode sheath 24 (about 1 mm), the recess 14 may be buried in the cathode sheath 24. have. If the recessed part 14 is buried in the cathode sheath 24, the enlargement of the area of the porous cathode electrode 17 does not occur. In order to enlarge, the depth of the recessed part 14 is so good that it is deep. However, even if it is about 5 mm-several mm, sufficient effect is acquired. In addition, the larger the number of the recessed portions 14, the greater the effect of electrode area enlargement, but in reality, the balance is balanced with the strength of the porous cathode electrode itself.
도 4에 가스 도입공(5) 및 요부(14)가 나타나는 다공 캐소드 전극(17)의 표면도의 일례를 나타낸다. 이 예에서는, 가스 도입공(5)은 0.8mmφ이고, 11mm 피치의 균등 능형(菱形) 배치로 되어 있다. 또한 요부(14)는 3mmφ이며, 4mm 피치의 균등 육각형의 배치로 되어 있다.An example of the surface view of the porous cathode electrode 17 in which the gas introduction hole 5 and the recessed part 14 appear in FIG. 4 is shown. In this example, the gas introduction hole 5 is 0.8 mm phi, and is 11-mm pitch equally-shaped arrangement | positioning. Moreover, the recessed part 14 is 3 mm phi, and is arranged in the shape of a uniform hexagon of 4 mm pitch.
상술한 바와 같은 다공 캐소드 전극(17)을 이용하면, 성막처리시에 캐소드 시스(24)가 요부(14)내에 요상(凹狀)으로 형성되고, 캐소드 시스 전위구배 Vc를 완만하게 할 수 있다.When the porous cathode electrode 17 as described above is used, the cathode sheath 24 is formed in the concave portion 14 in the concave portion 14 during the film formation process, so that the cathode sheath potential gradient Vc can be smoothed.
Vc는 이론적으로는,Vc is theoretically
에 비례하는 관계가 있다고 추정된다. 왜냐면, 캐소드 시스 전위 구배 Vc와 상관이 있는 시스 전압 V1, V2(도 6 참조)는 하기 식으로 나타나기 때문이다.It is assumed that there is a relation proportional to. This is because the sheath voltages V 1 and V 2 (see FIG. 6) that correlate with the cathode sheath potential gradient Vc are represented by the following equation.
단, A1, A2: 전극면적However, A 1 , A 2 : electrode area
실시형태의 다공 캐소드 전극(17)의 면적이 가스 도입공 만을 갖는 평평한 캐소드 전극의 면적보다도 넓기 때문에, 상기 수학식 1에 면적값을 대입하면 실시형태 쪽이 작은 값이 된다. Vdc는 작은 값이 된 Vc에 비례하기 때문에, Vdc도 작아진다. Vdc의 전계 E에 의한 +이온가속은Since the area of the porous cathode electrode 17 of the embodiment is larger than the area of the flat cathode electrode having only the gas introduction holes, the embodiment is smaller when the area value is substituted into the above expression (1). Since Vdc is proportional to Vc, which is a small value, Vdc is also reduced. + Ions acceleration by electric field E of Vdc
로 결정되기 때문에, Vdc가 낮을수록 다공 캐소드 전극에서의 이온 충돌이 적어진다. 그 결과, 다공 캐소드 전극 표면으로의 양이온 충격이 억제되고 그 전극 표면 구조물(원자)의 스퍼터링 현상이나, 다공 캐소드 전극 표면으로부터의 2차 전자 방출을 억제하는 것이 가능해진다.Since the lower the Vdc, the smaller the ion collision at the porous cathode electrode. As a result, the cationic impact on the surface of the porous cathode electrode can be suppressed, and the sputtering phenomenon of the electrode surface structure (atoms) and secondary electron emission from the surface of the porous cathode electrode can be suppressed.
스퍼터링 현상의 억제에 의해 기판(4)상으로의 금속 등의 이물오염이 유효하게 억제되고 전극 플루오르화에 수반하는 성막속도 저하, 및 전극 재생빈도가 개선된다. 또한, 2차 전자방출이 억제되지만, 요부(14)에서 플라즈마 생성효율이 향상되기 때문에, 종래와 같이 2차 전자에 의존하는 일없이, 플라즈마를 생성할 수 있다. 그 결과, 다공 캐소드 전극 표면상태에 의존하지 하지 않는 성막처리, 즉 성막속도의 안정화가 도모된다.By suppressing the sputtering phenomenon, foreign matter contamination such as metal on the substrate 4 is effectively suppressed, and the film formation rate accompanying the electrode fluorination is reduced, and the electrode regeneration frequency is improved. Moreover, although secondary electron emission is suppressed, since the plasma generation efficiency improves in the recessed part 14, plasma can be produced without relying on secondary electrons conventionally. As a result, the film forming process that does not depend on the porous cathode electrode surface state, that is, stabilization of the film forming rate, can be achieved.
또한, 도 2 또는 도 4에 나타난 바와 같이, 가스 도입공(5)을 피하도록 요부(14)를 배치함으로써, 요부(14)의 내부로의 박막형성을 억제할 수 있게 된다.이것은 성막처리중에 있어서의 요부(14)의 내부로의 주성막가스인 SiH4의 진입(치환)이 일어나기 어렵고, 비성막가스인 NH3, N3, H2가 체류하기 쉬워지기 때문이다. 그 이유는 다음과 같이 생각된다. 가스 도입공(5)만을 갖는 경우에는, 가스 도입공(5)의 내부에는 성막 반응전의 신선한 SiH4의 분압이 높은데 비해, 실시형태에 의한 요부(14)가 존재하는 경우에는 비관통공인 요부(14)의 내부로부터의 가스공급이 없이, 요부(14)내에 가스가 체류한다. 이 때문에, 요부(14)의 내부는 미반응의 SiH4분압은 낮고 오히려 분산성이 좋은 NH3, N3, H2의 분압이 점유되도록 되기 때문이다.In addition, as shown in FIG. 2 or FIG. 4, by arranging the recessed portions 14 to avoid the gas introduction holes 5, the formation of a thin film into the recessed portions 14 can be suppressed. This is because the entry (substitution) of SiH 4 , which is the main film gas into the recess 14, hardly occurs, and NH 3 , N 3 , and H 2, which are non-film gas, are likely to stay. The reason is considered as follows. In the case of having only the gas introduction hole 5, the partial pressure of fresh SiH 4 before the film formation reaction is high in the gas introduction hole 5. Without the gas supply from the inside of 14, the gas remains in the recess 14. For this reason, the inside of the main portion 14 is so because the SiH 4 partial pressure of unreacted is rather low dispersion occupies a great NH 3, N 3, the partial pressure of H 2.
이것을 도 5를 이용하여 설명한다. 이 도는 가스 도입공(5)에서 직접적으로 에너지가 전달되는 것이 아니라, 요부(14)로부터 간접적으로 에너지가 전달되는 모양을 나타내고 있다. 우선, RF 고주파 전원으로부터 다공 캐소드 전극(17)에 에너지(RF 전력)가 공급되고 다공 캐소드 전극(17)의 표면에 따라 형성되는 캐소드 시스(24)에 있어서, 그 에너지가 전자로 전달된다. 캐소드 시스(24)에서 높은 에너지를 얻은 전자는 음의 글로우(glow)(22)에 있어서 성막가스 중의 분자에 에너지를 전달한다. 에너지를 받은 성막가스 중의 분자는 전리작용에 의해 보다 높은 에너지를 갖는 활성입자(이온, 라디칼)로 분해되어 간다. 또한, 도 중에서 (25)는 양광주, (26)은 애노드 시스, (27)은 퇴적면, (28)은 기판표면이다.This will be described with reference to FIG. 5. This figure shows a state in which energy is not transferred directly from the gas introduction hole 5 but indirectly from the recess 14. First, energy (RF power) is supplied from the RF high frequency power source to the porous cathode electrode 17, and in the cathode sheath 24 formed along the surface of the porous cathode electrode 17, the energy is transferred to the electrons. Electrons with high energy in the cathode sheath 24 transfer energy to molecules in the deposition gas in the negative glow 22. Molecules in the deposited film gas are decomposed into active particles (ions and radicals) having higher energy by ionization. In the figure, reference numeral 25 denotes a positive liquor, reference numeral 26 denotes an anode sheath, reference numeral 27 denotes a deposition surface, and reference numeral 28 denotes a substrate surface.
비성막가스인 N이나 H는 분자량이 가볍고 이동속도가 빠르기 (확산성이 좋기) 때문에, 요부(14)에서는 주로 N이나 H가 존재하는 것으로 생각된다. 요부(14)에 있어서는, 상기한 전리작용이 홀로 캐소드 현상에 의해 상당히 강해지며, 에너지 밀도가 높아지게 된다. 에너지는 그 밀도가 높은 곳에서부터 낮은 곳까지로 전달되는 성질이 있기 때문에, 요부(14)에서 발생하는 고밀도 에너지는 요부(14)를 중심으로 파장이 전달되도록 구상(球狀)으로 확산되는 것으로 생각된다. 이 양상은 도 5에서 화살표로서 나타내고 있다. 이 에너지의 확산은 입자끼리의 충돌에 의한 상호작용(주로, 그 질량이 같은 정도의 입자끼리의 충돌에 의한 공명에너지 교환현상)을 통해서 일어난다고 추정된다.Since N and H, which are non-film gases, have a light molecular weight and a fast moving speed (good diffusion), it is considered that the main portion 14 mainly contains N or H. In the recessed part 14, the above-mentioned ionization action becomes very strong by the cathode phenomenon alone, and the energy density becomes high. Since energy is transmitted from high density to low density, it is thought that the high density energy generated in the recess 14 is spherically diffused so that the wavelength is transmitted around the recess 14. do. This aspect is shown as an arrow in FIG. 5. It is assumed that this diffusion of energy occurs through interaction between particles (the resonance energy exchange due to collision between particles of the same mass).
이와 같이 하여, RF 전력으로 시작되는 에너지는 요부(14)에서 발생하는 음의 글로우(22)를 통해, 가스 도입공(5)으로부터 공급되는 주성막가스에 효율적으로 전달되며, 주성막가스를 분해할 수 있다. 그 결과로서, 원하는 막품질을 얻기 위해 필요한 RF 전력을 종래와 비교하여 큰폭으로 저감할 수 있게 된다.In this way, the energy starting with the RF power is efficiently transferred to the main film gas supplied from the gas introduction hole 5 through the negative glow 22 generated in the recess 14, and decomposes the main film gas. can do. As a result, the RF power required to obtain the desired film quality can be significantly reduced as compared with the prior art.
또한, 요부(14)로는 주성막가스가 직접 도입되지 않게 되는 확율이 높아진다. 요부(14)내에서는 N2나 NH3, 또는 그들의 해리분자나 원자의 존재확율이 높고, 주성막가스이고 분자량이 큰 SiH4의 존재확율이 낮아진다. 이 때문에, 요부(14)에서 가스의 해리작용이 증대해도 성막작용이 일어나지 않고, 유지보수 싸이클의 장기화가 가능해진다.Moreover, as the recessed part 14, the probability that main film gas will not be introduce | transduced directly will become high. In the recessed portion 14, the probability of existence of N 2 , NH 3 , or their dissociation molecules and atoms is high, and the probability of existence of SiH 4 having a high molecular weight and a main film gas is low. For this reason, even if the dissociation effect | action of gas in the recessed part 14 increases, a film-forming effect will not occur and a maintenance cycle can be prolonged.
또한, 비성막가스가 요부(14)의 내부에 체류하게 되기 때문에, 그 내부에 누적형성막이 형성되기 어려워지고, 1싸이클 처리내에서 성막가능한 기판매수를 증가시킬 수 있다.In addition, since the non-film gas stays inside the recessed portion 14, it is difficult to form a cumulative forming film therein, and the number of substrates that can be formed in one cycle can be increased.
상술한 RF 전력의 저감, 유지보수 싸이클의 장기화, 및 1싸이클 처리내의 성막가능한 기판매수의 증가와 같은 효과는 주성막가스와 비성막가스를 가스 도입공(5)으로 동시에 도입해도 얻어진다. 그러나, 특히 가스 도입공(5)으로 비성막가스를 먼저 도입하고, RF 전력을 인가하고, 그 후 주성막가스를 후에 도입하면, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다. 이것은 요부내에서의 주성막가스의 존재확율이 보다 낮아지기 때문이다라고 추측된다.Effects such as the reduction of the RF power described above, the prolongation of the maintenance cycle, and the increase in the number of substrates that can be formed in one cycle can be obtained by simultaneously introducing the main film gas and the non-film gas into the gas introduction holes 5. However, in particular, when the non-film gas is first introduced into the gas introduction hole 5, RF power is applied, and then the main film gas is introduced later, a greater effect can be obtained. It is assumed that this is because the probability of existence of the main film gas in the recess is lower.
제1실시예First embodiment
그런데, 플라즈마 CVD 성막에서는 방전 인피던스를 저감하는 것이 요청되고 있다. 방전 인피던스를 규정하는 팩터로서 Vdc와 Vpp가 있다. 도 6a에 나타난 바와 같이, Vdc는 전극의 비대칭성에 기인하여 캐소드 전극(17)과 애노드 전극(3) 사이에 가하는 직류 바이어스 전압을 나타낸다. Vpp는 도 6b에 나타난 바와 같이, 전극(3, 17) 간에 인가되는 고주파 전압(Peak to peak)이다.By the way, in plasma CVD film formation, it is requested | required to reduce discharge impedance. There are Vdc and Vpp as factors that define discharge impedance. As shown in FIG. 6A, Vdc represents a direct current bias voltage applied between the cathode electrode 17 and the anode electrode 3 due to the asymmetry of the electrode. Vpp is a peak to peak applied between the electrodes 3 and 17, as shown in FIG. 6B.
캐소드 전극(17)에 요부(14)를 설치함으로써, 이것들의 Vdc, Vpp가 저감하는 것이 도 7의 실험결과를 나타낸다. 실시예에서는, 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치를 종래예에서는 도 8에 나타난 플라즈마 CVD 장치를 이용하였다. 실험내용은 3mmφ의 요부를 형성한 다공 캐소드 전극(실시예 1), 2mmφ의 요부를 형성한 다공 캐소드 전극(실시예 2), 요부를 형성하지 않은 평평한 캐소드 전극(종래예)의 3종류의 캐소드 전극만을 교환하고, 그 외의 하드는 변경없이, 방전특성이나, SiN의 막질을 비교하고 있다.By providing the recessed portions 14 in the cathode electrode 17, the reduction of these Vdc and Vpp shows the experimental result of FIG. In the embodiment, the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1 was used as the plasma CVD apparatus shown in FIG. The experiment contents were three types of cathodes: a porous cathode electrode (Example 1) having a recess of 3 mmφ, a porous cathode electrode (Example 2) having a recess of 2 mmφ, and a flat cathode electrode (conventional example) having no recess. Only the electrodes were replaced, and the other hard materials were compared without changing discharge characteristics and SiN film quality.
유리 기판크기는 37 X 47cm2, 기판온도:290℃에 있어서, 다음 조건에 의해 비교하였다.The glass substrate size was 37 X 47 cm 2 , and the substrate temperature was 290 ° C. and compared under the following conditions.
싸이클 조건Cycle condition
·성막조건Formation condition
유량: SiH4/NH3/N2유량=80sccm/240sccm/1000sccmFlow rate: SiH 4 / NH 3 / N 2 Flow rate = 80sccm / 240sccm / 1000sccm
압력: 239.4Pa/212.8Pa/266PaPressure: 239.4Pa / 212.8Pa / 266Pa
RF 전력: 700W/850W/1000WRF power: 700W / 850W / 1000W
·가스 클리닝 조건은 실시예 1, 2, 비교에서도 공통으로 성막조건과 동일하게 하였다.Gas cleaning conditions were the same as those in the film forming conditions in Examples 1 and 2 and in comparison.
·잔사조건도 성막조건과 동일하게 하였다.Residual conditions were the same as the deposition conditions.
다공 캐소드 전극의 사양Specification of porous cathode electrode
·가스 도입공: φ0.8mm, 개수 956 균등배치Gas introduction hole: φ0.8mm, number 956 evenly
(가스 도입공의 직경의 크기는 캐소드 시스를 발생시키지 않는 φ0.8mm로 하였다)(The size of the diameter of the gas inlet was set to φ 0.8 mm without generating a cathode sheath.)
·요부: φ3mm/φ2mm, 깊이 6mm, 개수: 12860 균등배치Main part: φ3mm / φ2mm, depth 6mm, number: 12860 evenly
·캐소드 시스 면적/ 애노드 시스 면적비=:3(=:은 거의 같다는 의미이다. 이하 동일.)Cathode sheath area / anode sheath area ratio = 3 (=: means almost equal.
종래의 캐소드 전극의 사양Specifications of Conventional Cathode Electrodes
·요부만이 없는 점을 제외하고 다공 캐소드 전극과 동일Same as porous cathode electrode except there is no recess
·캐소드 시스 면적 / 애노드 시스 면적비 =:0.5Cathode sheath area / anode sheath area ratio =: 0.5
또한, 캐소드 면적이나 애노드 면적은 용이하게 계산할수 있지만, 시스면적은 플라즈마가 발생하는 에어리어에 한정되기 때문에, 단순히 전극면적의 비에 대응한다고 생각할 수는 없다. 또한, 플라즈마가 발생하고 있는 에어리어를 결정하는 것은, 곤란하다. 따라서, 상기 면적비는 어디까지나 참고값이다.In addition, the cathode area and the anode area can be easily calculated, but since the sheath area is limited to the area where the plasma is generated, it cannot be considered simply to correspond to the ratio of the electrode area. In addition, it is difficult to determine the area where the plasma is generated. Therefore, the area ratio is a reference value only.
도 7 중의 각 평가항목은 플라즈마 CVD막에 있어서는 일반적으로 이하와 같은 의미를 갖고 있다.Each evaluation item in FIG. 7 generally has the following meaning in the plasma CVD film.
(1) Vpp, Vdc (도 6 참조)(1) Vpp, Vdc (see Figure 6)
Vpp가 낮을수록 낮은 인피던스의 플라즈마가 된다. 또한, 같은 전력에서 비교하면 옴의 법칙(W=IXV)에 의해 Vpp는 작을수록 전류는 크다고 말할 수 있다. Vdc는 낮을수록, 캐소드 시스면적/애노드 시스면적의 비가 커지고, 캐소드 표면으로의 데미지가 경감되고 있다.Lower Vpp results in a lower impedance plasma. In addition, when compared at the same power, according to Ohm's law (W = IXV), it can be said that the smaller the Vpp, the larger the current. As the Vdc is lower, the ratio of the cathode sheath area / anode sheath area is increased, and damage to the cathode surface is reduced.
(2) WER비(2) WER ratio
웨트 에칭 레이트의 약자로서, 열산화막과 비교하여 몇 배 빠르게 엣칭되는지를 나타내는 값이다. 이 수치는 낮을수록 막질이 좋다.Abbreviation for wet etching rate, which is a value indicating how many times faster etching is compared with a thermal oxide film. The lower this number, the better the film quality.
(3) RI(3) RI
굴절률의 값으로, 이 값은 플라즈마 SiN에서는 1.8∼2.0정도이며, 클수록 막질은 좋다고 생각된다.It is a value of refractive index, and this value is about 1.8-2.0 in plasma SiN, It is thought that the film quality is so good that it is large.
(4) 응력(Stress)(4) Stress
이 값은 막응력의 값으로, 작을(마이너스 방향)수록 막질은 좋다라고 말할수 있다.This value is a value of film stress, and the smaller (negative direction), the better the film quality.
(5) IR-피크 비 (IR-Peak ratio)(5) IR-Peak ratio
전자파 흡수율의 비율을 나타내는 값으로, N-H/Si-H, Si-N/Si-H는 모두 클수록 막질은 좋다.It is a value which shows the ratio of an electromagnetic wave absorption rate, The film quality is so good that N-H / Si-H and Si-N / Si-H are both large.
(6) DR(6) DR
성막속도의 값이며, 빠를수록 생산성이 높다.It is a value of film formation speed, and the faster the productivity is.
(7) Unif(7) Unif
막두께의 균일성으로 이값은 제로에 가까울수록 좋다.The closer to zero this value is, the better the uniformity of the film thickness.
도 7에서부터, 실시예 1, 2와 종래예의 성막조건에 따른 막질(응력, 웨트에칭레이트, 성막속도 등)은 실시예 1, 2, 종래예의 순으로 좋아지는 것으로 확인되었다. 따라서, 막질을 일치시킨 성막조건을 비교함으로써 요부를 설치한 다공 캐소드 전극을 장착함으로써 Vpp와 Vdc가 낮아지고 RF 전력을 저감시키는 효과가 인정된다. 특히, 요부의 직경을 2mmφ에서 3mmφ로 하면, Vdc가 큰폭으로 저감되는 효과가 인정된다.From Fig. 7, it was confirmed that the film quality (stress, wet etching rate, film formation rate, etc.) according to the film forming conditions of Examples 1 and 2 and the conventional example improved in the order of Examples 1 and 2 and the conventional example. Therefore, the effect of lowering Vpp and Vdc and reducing RF power by attaching a porous cathode electrode having recessed portions by comparing the film forming conditions with matching film quality is recognized. In particular, when the diameter of the recess is set to 2 mmφ to 3 mmφ, the effect of greatly reducing Vdc is recognized.
제2실시예Second embodiment
이 실험에서는, 캐소드 전극(17)에 요부(14)를 설치함으로써, 빈번한 유지보수 싸이클, 전극 플루오르화에 따른 성막속도 저하, 및 빈번한 전극재생이 개선됨을 나타낸다. 실험내용은 다음의 점을 제외하고 제1실시예와 동일하게 실시하였다.In this experiment, the provision of the recessed portion 14 in the cathode electrode 17 indicates that frequent maintenance cycles, lowering of the film formation rate due to electrode fluorination, and frequent electrode regeneration are improved. The experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except for the following points.
비교의 대상은 요부의 직경을 3mmφ으로한 다공 캐소드 전극(실시예)과, 요부가 없는 평평한 캐소드 전극(종래예)의 2종류로 하였다. 또한,The object of comparison was made into two types, a porous cathode electrode (example) having the diameter of the recessed portion of 3 mm phi and a flat cathode electrode (conventional example) without the recessed portion. Also,
실시예의 성막조건을,The film forming conditions of the embodiment,
유량: SiH4/NH3/N2유량=100sccm/300sccm/1000sccmFlow rate: SiH 4 / NH 3 / N 2 Flow rate = 100sccm / 300sccm / 1000sccm
압력: 239.4PaPressure: 239.4Pa
RF 전력: 700W로 하고,RF power: 700W
종래예의 성막조건을Deposition conditions of the conventional example
유량: SiH4/NH3/N2유량=100sccm/300sccm/1000sccmFlow rate: SiH 4 / NH 3 / N 2 Flow rate = 100sccm / 300sccm / 1000sccm
압력: 66.5PaPressure: 66.5Pa
RF 전력: 1300W로 하였다. 실험결과는 표 1∼표 3에 나타낸 대로이다.RF power: 1300 W. The experimental results are as shown in Tables 1-3.
우선, 빈번한 싸이클 처리에 대한 개선효과를 나타낸다.First, the improvement effect on frequent cycle treatment is shown.
(주 1) 기판상에 크기 1㎛ 이상의 SiN 미립자가 발생할 때까지의 연속형성 가능한 막두께(연산값).(Note 1) The film thickness (calculated value) which can be continuously formed until SiN microparticles | fine-particles of 1 micrometer or more in size generate | occur | produce on a board | substrate.
실시예에서는 1싸이클 내의 연속형성 가능한 막두께가 두꺼워지고 있지만, 이것은 다공 캐소드 전극에 의해 스퍼터링 현상이 저감하였기 때문이라고 생각된다. 이 결과에 의해, 1싸이클 내에 처리가능한 기판매수를 약 3배 증가시킬 수 있다.In Example, the film thickness which can be continuously formed in one cycle becomes thick, but it is thought that this is because the sputtering phenomenon was reduced by the porous cathode electrode. As a result, the number of substrates that can be processed in one cycle can be increased by about three times.
계속하여, 다공 캐소드의 플루오르화에 수반되는 성막속도 저하현상에 대한 개선효과를 나타낸다.Subsequently, the improvement effect on the film-forming rate reduction phenomenon accompanying fluorination of a porous cathode is shown.
(주 2) 1∼10싸이클까지의 초기성막 속도 저하율(평균값).(Note 2) The initial film formation rate decrease rate (average value) from 1 to 10 cycles.
이 결과에 의해, 초기성막 속도 저하율이 약 240배 개선된 것이다.As a result, the initial film forming rate decrease rate was improved by about 240 times.
더욱, 이상방전 다발에 의한 다공 캐소드 전극 재상에 대한 개선효과를 나타낸다. 여기서 재생이라는 것은 다공 캐소드 전극의 플루오르화물의 연마제거, 또는 교환의 것을 말한다.Furthermore, the improvement effect on the porous cathode electrode image by an abnormal discharge bundle is shown. Here, regeneration means polishing or removing fluoride of the porous cathode electrode.
(주 3) 이상방전 발생시점에서 다공 캐소드 전극교환을 실시한 시점의 다공 캐소드 전극재생빈도(개산(槪算)값).(Note 3) Porous cathode electrode regeneration frequency (approximate value) at the time of abnormal discharge occurrence when the porous cathode electrode was exchanged.
이 결과에 의해, 다공 캐소드 전극의 연속사용 가능한 수명이 100배로 연명되었다. 즉, 다공 캐소드 전극이 플루오르화해도, 요부에서 플라즈마 효율을 올리고, 2차 전자 방출에 의존하지 않는 플라즈마 생성에 의해 전극 표면상태의 영향이 극히 작고, 유지보수 싸이클을 장기화할 수 있었다.As a result, the service life of the porous cathode electrode can be used 100 times. In other words, even when the porous cathode electrode is fluorinated, the plasma efficiency is increased at the recessed portion, and the plasma surface production does not depend on the secondary electron emission.
실시형태 및 실시예의 효과Effects of Embodiments and Examples
이상 진술한 바와 같이, 실시형태 및 실시예에 따르면, 다공 캐소드 전극에 요부를 설치하였기 때문에, 요부를 설치하지 않은 평평한 종래의 캐소드 전극과 비교하여, 다음과 같은 우수한 효과가 있다.As mentioned above, according to embodiment and Example, since the recessed part was provided in the porous cathode electrode, compared with the flat conventional cathode electrode which does not provide the recessed part, there exist the following outstanding effects.
(1) 1싸이클내에서 처리가능한 기판매수를 증가할 수 있다.(1) The number of substrates that can be processed in one cycle can be increased.
(2) 다공 캐소드 전극의 플루오르화에 수반되는 초기성막 속도의 저하를 저감할 수 있다.(2) The fall of the initial film forming rate accompanying the fluorination of the porous cathode electrode can be reduced.
(3) 다공 캐소드 전극의 연속 사용가능한 수명을 연장할 수 있다.(3) The usable life of the porous cathode electrode can be extended.
(4) 원하는 막질을 얻기 위해 필요한 RF 전력을 저감할 수 있다.(4) The RF power required to obtain the desired film quality can be reduced.
본 발명에 따른 장치에 따르면, 제2전극에 요부를 설치하였기 때문에, 제2전극으로의 누적형성막을 방지하여 유지보수 싸이클을 큰폭으로 연장시킬 수 있다. 또한, 요부에 의해 제2전극 시스 전위구배를 완만히 하여, 제2전극의 플루오르화 현상을 큰폭으로 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 따르면, 비성막가스와 성막가스를 전후로 도입한다는 간단한 방법에 의해 본 발명에 따른 장치의 기능을 충분히 발휘하여 품질이 개선된 플라즈마 CVD막을 형성할 수 있다.According to the apparatus according to the present invention, since the recessed portion is provided in the second electrode, the accumulation cycle to the second electrode can be prevented, thereby greatly extending the maintenance cycle. In addition, the recessed portion of the second electrode sheath potential can be smoothed to greatly improve the fluorination phenomenon of the second electrode. In addition, according to the method of the present invention, the plasma CVD film with improved quality can be formed by sufficiently exhibiting the function of the apparatus according to the present invention by a simple method of introducing non-filming gas and film forming gas back and forth.
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