CN1652301A - 化学气相成长装置及膜成长方法 - Google Patents
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Abstract
一种化学气相成长装置及膜成长方法。提供可能防止微粒粘附于衬底，成长高质量薄膜的化学气相成长装置。其包括：真空处理室(4)，使复数枚衬底(3)的薄膜成长面朝下的基座(2)，配置在基座(2)上方的加热器(11)，将阻挡气体供给基座(2)的上表面的第1阻挡气体供给部分(9)，将阻挡气体供给加热器(11)的上表面的第2阻挡气体供给部分(10)，由第1阻挡气体供给部分(9)及第2阻挡气体供给部分(10)供给的阻挡气体各自独立控制其流量。通过适当地设定从第1阻挡气体供给部分(9)及第2阻挡气体供给部分(10)供给的阻挡气体的流量比，及阻挡气体的供给量和原料气体的供给量比，能够形成抑制了微粒粘附的膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种分批(batch)处理复数枚衬底的化学气相成长装置及用其的膜成长方法。
背景技术
化学气相成长装置(CVD装置)是为了很好的控制半导体膜、金属膜、绝缘膜等的薄膜的形成，在半导体装置的制造工序中必须的装置。
图4，是表示以前的化学气相成长装置的构成的剖面图。在此，特别是表示以有机金属化合物，或者是反应性气体为原料成长半导体层的有机金属化学气相成长装置(MOCVD装置)。
如图4所示，在以前的有机金属化学气相成长装置中，混合了有机金属化合物、氢化磷(PH3)、氢化砷(AsH3)等的气体(原料气体)从原料气体导入管106导入真空处理室104。将一侧的主面向下固定在基座102的支架112上的衬底103是由加热器111加热，导入真空处理室104的原料气体，在衬底103的朝下的主面上发生热化学反应。由此成膜半导体等形成的薄膜。
在此，流向排气管108的原料气体的流动混乱的情况下，反应生成物在衬底103上变成微粒粘附着。这样，以前的有机金属化学气相成长装置中，从真空处理室104的上部中央处提供阻挡气体，防止微粒的粘附。这个阻挡气体，由一台质量流量调节器(MFC＝mass flow controller)控制其流量，提供给在真空处理室104上部的中央区域的中央部分与外周部分分割的真空处理室104。从中央部分供给的阻挡气体流过加热器111和基座102之间从排气管108排出，从外周部分供给的阻挡气体流过加热器111的上方从排气管108排出。
此外，作为供给阻挡气体的方法，有将中央配管采用多重配管供给阻挡气体的方法(例如特开平9-246192号公报)或者是沿着真空处理室104的侧面供给惰性气体的方法(例如特开平7-122507号公报)。
(发明所要解决的课题)
如上所述，在以前的化学气相成长装置中，是由阻挡气体使微粒在真空处理室104的内壁或者是衬底103上不容易粘附。然而，用从前的方法将阻挡气体分中央部分和外周部分供给的情况，从中央部分供给的阻挡气体变少原料气体会侵入支架112和衬底103之间的间隙中。为此，在从前的化学气相成长装置中，在加热器111的表面生成反应生成物以外，在衬底103的薄膜成长面及基座102的下表面和对向板105之间的空间原料气体的流动混乱了。在加热器111上粘附反应物的话真空处理室104内的温度控制精度就会降低，就不能形成质量好的成膜。还有，原料气体的流动混乱的话，对向板105上粘附的反应物就会剥离，被乱气流卷起的反应生成物粘附于衬底103的薄膜成长面。再有，原料气体的一部分流过真空处理室104的侧壁上部，也可能在侧壁上部粘附反应生成物。为此，在以前的化学气相成长装置中，就产生了形成高质量的薄膜困难的情况。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种可能防止微粒粘附于衬底，成长高质量薄膜的化学气相成长装置。
(解决课题的方法)
本发明的化学气相成长装置，包括：为在衬底上成长膜的衬底处理室；配置在上述衬底处理室，为设置使上述膜的成长面朝下的复数个上述衬底的基座；配置在上述衬底处理室内的上述基座上方的，加热上述衬底的加热器；在上述衬底处理室的上部开口，将阻挡气体供给上述基座的上表面的第1阻挡气体供给部分；在上述衬底处理室的上部开口，将上述阻挡气体供给上述加热器的上表面的第2阻挡气体供给部分；将原料气体供给上述基座下表面的原料气体导入部分；将上述阻挡气体及原料气体从上述衬底处理室排出的排气管；另外，分别独立控制从上述第1阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量和从上述第2阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量。
根据这个构成，因为能够控制从上述第1阻挡气体供给部分和上述第2阻挡气体供给部分供给的阻挡气体的供给量为所希望的值，所以，可以对应衬底处理室的构造设定适合的提供给基座上表面的阻挡气体供给量和加热器上表面的阻挡气体供给量的比值，或者是各阻挡气体供给量和原料气体的供给量的比值。为此，例如，本发明的化学气相成长装置中，可以使加在基座上表面的压力(气压)和加在基座下表面的压力相等。这种情况，可以防止原料气体的乱流，所以可以防止粘附在衬底处理室的壁面或者是部件的反应物变成微粒飞到衬底表面。还有，可以防止反应物粘附在加热器的表面，可以高精度地控制衬底处理室内的温度。因此，只要使用本发明的化学气相成长装置，形成由于微粒污染少的高质量膜就成为可能。
还有，上述第1阻挡气体供给部分在上述衬底处理室的上部的中央区域开园轮状口，上述第2阻挡气体供给部分在围绕第1阻挡气体供给部分开园轮状口，上述原料气体导入部分，通过设置在上述基座的下方，可以在复数个衬底上均匀地供应原料气体的同时，还可以在加热器上表面、基座上表面、衬底处理室的侧壁不使阻挡气体乱流。
本发明的膜成长方法，为使用包括衬底处理室、基座、配置在上述衬底处理室内的上述基座上方的加热器、在上述衬底处理室的上部开口的第1阻挡气体供给部分、在上述衬底处理室的上部开口的第2阻挡气体供给部分、原料气体导入部分的化学气相成长装置的膜成长方法，包括：在上述基座上，设置膜的成长面向下的衬底的工序(a)；在上述工序(a)之后，从上述第1阻挡气体供给部分向上述基座的上表面提供阻挡气体的同时，从上述第2阻挡气体供给部分向上述加热器的上表面提供与上述第1阻挡气体供给部分分别独立控制的上述阻挡气体的工序(b)；在与上述工序(b)的同时，将原料气体从上述原料气体供给部分供给上述基座的下表面成长上述衬底上的上述膜的工序(c)。
根据这种方法，可以适当地设定工序(b)中从第1阻挡气体供给部分供给的阻挡气体和从第2阻挡气体供给部分供给的阻挡气体的流量比值，就可以使阻挡气体不产生乱流从排气管流出。还有，由于可分层流动原料气体，就能防止衬底处理室的壁面等的形成了的反应物的飞散，可以防止衬底表面上成为微粒的反应物的粘附。
例如，上述工序(b)中，最好的是控制从第1阻挡气体供给部分供给的阻挡气体的流量和从第2阻挡气体供给部分供给的阻挡气体的流量相等。根据这种方法，从加热器上表面沿衬底处理室的壁面流动的阻挡气体和从基座上表面沿衬底处理室的壁面流动的阻挡气体可以不产生乱流排出。为此，原料气体的气流就不会因为阻挡气体的气流而产生乱流，就可以抑制反应物粘附到衬底处理室的侧壁。
例如，在上述工序(b)中，为使在与上述加热器的下表面之间的空间相当于单位容积的流量，与上述工序(c)中的上述基座的下表面和上述衬底处理室之间的空间的上述原料气体的单位容积的流量相等，通过控制从上述第1阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量，可以使基座的上方空间和下方空间的气压相等。根据这个方法，可以不使原料气体从基座和衬底之间向上方溢漏。为此，可以防止原料气体气流的乱流，就可以防止粘附在衬底处理室的壁面或者是部件的反应物变成微粒飞到衬底表面来。还有，可以防止加热器表面粘附反应物，就可以进行高精度的衬底处理室内的温度控制。因此，只要利用本发明的膜成长方法，就可能形成由于微粒引起的污染少的高质量膜。
-发明的效果-
根据本发明，设置第1阻挡气体供给部分和第2阻挡气体供给部分，将各自分别独立流量控制的阻挡气体从第1阻挡气体供给部分和第2阻挡气体供给部分供给。由此，可以防止原料气体通过基座和衬底之间的间隙溢漏到基座的上表面。其结果，就可以防止能使原料气体的气流为层流，在衬底处理室的壁面或者是衬底处理室内的部件上生成的反应物在衬底的表面变成微粒粘附。
附图说明
图1(a)，是表示本发明的实施方式所涉及的化学气相成长装置的构成的剖面图。
图1(b)，是表示Ib-Ib线的化学气相成长装置的剖面图。
图2(a)，是表示图1(a)所示的实施方式所涉及的化学气相成长装置中的衬底的支撑部分周边的图。
图2(b)，是表示拿掉灼热板从上方看衬底的情况时的平面图。
图3，是使用本发明的实施方式及以前的化学气相成长装置进行各自形成薄膜的情况下，比较粘附在衬底上的微粒数的图。
图4，是表示以前的化学气相成长装置的构成的剖面图。
(符号说明)
2 基座
3 衬底
4 真空处理室
5 对向板
6 原料气体导入管
7a 第1质量流量调节器
7b 第2质量流量调节器
8 排气管
9 第1阻挡气体供给部分
10 第2阻挡气体供给部分
11 加热器
12 支架
13 灼热板
具体实施方式
-本发明的化学气相成长装置的实施方式-
图1(a)，是表示本发明的实施方式所涉及的化学气相成长装置的构成的剖面图。图1(b)，是表示Ib-Ib线的化学气相成长装置的剖面图。
如图1(a)、图1(b)所示，本实施方式的化学气相成长装置，包括：为在衬底3上进行成长薄膜的真空处理室(衬底处理室)4；配置在上述真空处理室4内，为设置使上述薄膜的成长面朝下的衬底3的基座2；配置在基座2上的，为将衬底3固定在基座2上的支架12；保持在支架12上的灼热板13；配置在基座2的上方，为加热衬底3的加热器11；在基座2的下方，也就是真空处理室4内壁的下表面上配置的对向板5。还有，本实施方式的化学气相成长装置，包括：设置在基座2的下方，为向真空处理室4供给原料气体的原料气体导入管6；在真空处理室4的上部开圆形口，为将阻挡气体供给真空处理室4的第1阻挡气体供给部分9；在真空处理室4的上部围绕第1阻挡气体供给部分9开圆形口，将阻挡气体供给真空处理室4的第2阻挡气体供给部分10；控制流过第1阻挡气体供给部分9的阻挡气体的流量的第1质量流量调节器7a；控制流过第2阻挡气体供给部分10的阻挡气体的流量的第2质量流量调节器7b；将阻挡气体及原料气体从真空处理室4排出的排气管8。在图1(b)表示的例中，第1阻挡气体供给部分9和第2阻挡气体供给部分10开口为同心园状。还有，基座2为圆形，可以设置复数个衬底3。并且，原料气体导入管6，开口在基座2的中央部分的正下方。
图2(a)，是表示图1(a)所示的实施方式所涉及的化学气相成长装置中的衬底3的支撑部分周边的图。图2(b)，是表示拿掉灼热板13从上方(图2(a)所示的A点)看衬底3时的平面图。如这些图所示，衬底3由具有复数个固定端的支架12固定为薄膜的成长面朝下的形式。衬底3和支架12之间可留有间隙。
在使用本实施方式的化学气相成长装置成长薄膜之际，在将衬底3设置到基座2上的状态下减压真空处理室4，从原料气体导入管6将原料气体，从第1阻挡气体供给部分9和第2阻挡气体供给部分10将阻挡气体分别供给真空处理室4。从原料气体导入管6喷出的原料气体在配管内混合，从基座2的下表面中央呈放射状流出。并且，原料气体，从设置在复数个位置的排气管8排出。这时，衬底3由加热器11加热，所以，薄膜在衬底3的下表面成长。还有，从第1阻挡气体供给部分9供给的阻挡气体，是从基座2的上表面中央部分，通过加热器11下表面和基座2的上表面之间沿着基座2呈放射状流过后，沿着真空处理室4的侧壁向下方流动，再由排气管8排出。还有，从第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体，通过加热器11的上表面和真空处理室4上壁之间朝着真空处理室4的侧壁流动后，沿着该侧壁向下方流动，通过排气管8排出。
在本实施方式的薄膜成长方法中，阻挡气体的供给总流量为20(L/min)，为使从第1阻挡气体供给部分9供给的阻挡气体流量为10(L/min)，从第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体流量为10(L/min)，进行使用第1质量流量调节器7a和第2质量流量调节器7b的流量控制。也就是，从第1阻挡气体供给部分9和第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的流量比为1∶1。另一方面，原料气体的流量为50(L/min)。有关阻挡气体及原料气体的流量的设定在后详细叙述。且，在形成化合物半导体膜时，作为阻挡气体例如使用了氢，作为原料气体使用了三甲镓(TMGa)等有机金属化合物和磷化氢、砷化氢等的混合气体。
只要使用本实施方式的化学气相成长装置，在上述成膜时，可以用第1质量流量调节器7a和第2质量流量调节器7b控制从第1阻挡气体供给部分9及第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的流量。为此，可以以适合值设定从第1阻挡气体供给部分9和第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的流量比，及第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体和从原料气体导入管6供给的原料气体的流量比，所以，可以防止从衬底3、基座2、支架12及灼热板13之间的间隙流过的原料气体向衬底3的上方侵入。为此，可以层流流过位于衬底3的薄膜成长面和对向板5之间的空间的原料气体。且，从第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的供给量，最好的是：基座2上表面和加热器11的下表面之间的空间的单位容积的阻挡气体流量与基座2下表面(及衬底3的下表面)和真空处理室4的下壁(或者是对向板5)之间的空间的单位容积的原料气体流量相等。通过这个流量的设定，能够防止了对向板5上粘附的反应物的剥离，衬底3的成长面上的反应物的微粒粘附。还有，通过使从第1阻挡气体供给部分9供给的阻挡气体及从第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的流量相等，能够控制在真空处理室4的侧壁中沿着加热器11的上表面流动的阻挡气体部分和沿着基座2上表面流动的阻挡气体的部分各自的乱流，防止向该部分的反应生成物的粘附成为可能。
在此，说明将阻挡气体及原料气体设定为上述流量的根据。
本发明的研究者们的研究结果，得知为使原料气体和阻挡气体的气流层流的第一条件，是从衬底3下方供给的原料气体，不从设置衬底3部分的周围的间隙溢流到衬底3的上方是必要的。因此，衬底3及基座2的下方空间和基座2的上方的空间的气压只要相等，推定为能够防止原料气体向衬底3的上方溢流。因此，要使基座2下方的空间气压和基座2上方的空间的气压相等，只要使基座2下方空间的原料气体的单位容积的流量和基座2的上方空间的阻挡气体的单位容积的流量相等即可。原料气体及阻挡气体的单位容积的流量，利用从原料气体导入管6喷出原料气体到达排气管8所通过的空间容积、阻挡气体从基座2的上表面中央到达排气管8所通过的空间容积、原料气体及阻挡气体的供给量可以求出。在本实施方式的化学气相成长装置中，(原料气体导入管6喷出原料气体到达排气管8所通过的空间容积)∶(阻挡气体从基座2的上表面中央到达排气管8所通过的空间容积)基本为5∶1。为此，由于本实施方式的化学气相成长装置中，(原料气体导入管6喷出原料气体到达排气管8所通过的空间容积)∶(阻挡气体从基座2的上表面中央到达排气管8所通过的空间容积)基本为5∶1，抑制了乱流的发生，可以大幅度减少衬底3的薄膜成长面上粘附的微粒数。还有，在加热器11的表面上不容易粘附反应生成物，所以，能够提高成膜时的真空处理室4内的温度控制精度。
接下来，原料气体和阻挡气体的气流层流的第二条件，从第1阻挡气体供给部分9供给的阻挡气体及从第2阻挡气体供给部分10供给的阻挡气体的流量相等是必要的。通过这样的设定，真空处理室4的侧壁中，相当于沿着加热器11上表面流动的阻挡气体和沿着基座2上表面流动的阻挡气体部分的单位容积的阻挡气体流量成为相等。为此，原料气体不会因为阻挡气体乱流而排出，所以能够减少了粘附在真空处理室4侧壁上的反应生成物，粘附在衬底3的微粒。
如以上那样，只要使用本实施方式的化学气相成长装置，通过设置复数个能够分别进行流量控制的阻挡气体供给部分，可以提供加热器11及基座2上表面所希望的流量的阻挡气体，所以，就可能降低薄膜成模时由于微粒的污染。为此，提高半导体装置的成品率。
还有，在本实施方式的薄膜形成方法中，设定：原料气体的供给量为50(L/min)，从第1阻挡气体供给部分9及从第2阻挡气体供给部分10的阻挡气体供给量均为10(L/min)，但是，只要是各气体的供给量的比相同，即便使各气体的供给量发生变化也能够得到上述效果。
且，本实施方式的化学气相成长装置中的第1阻挡气体供给部分9和第2阻挡气体供给部分10开口为同心园状，但是，只要能够不间断地向真空处理室4提供阻挡气体的形状，开口形状不只限于同心园。
-本实施方式的具体例-
图3，是使用本发明的实施方式及以前的化学气相成长装置进行各自形成薄膜的情况下，比较粘附在衬底3上的微粒数的图。薄膜形成在减压状态下进行，原料气体的供给量为50(L/min)，从第1阻挡气体供给部分9及从第2阻挡气体供给部分10的阻挡气体供给量均为10(L/min)。
测定结果，如图3所示，阻挡气体的供给系统为单系统时，在衬底3上粘附的粒径为0.5μm以上的微粒数为162个。与此相对应的，将阻挡气体的供给系统设定成为双系统的本实施方式的化学气相成长装置中，在衬底3上粘附的微粒数为26个，减少到阻挡气体供给系统为单系统时的16％的微粒个数。
-实用性-
本发明的化学气相成长装置，可以使用于包含半导体层的半导体装置的制造。还有，本发明的薄膜成长方法，可以利用于使阻挡气体从真空处理室中央部分供给的构造的化学气相成长装置。
Claims (5)
1.一种化学气相成长装置，其特征为：
包括：
为在衬底上让膜成长的衬底处理室，
配置在上述衬底处理室内，用以使上述膜的成长面朝下地设置复数个上述衬底的基座，
配置在上述衬底处理室内的上述基座上方的，加热上述衬底的加热器，
在上述衬底处理室的上部开口，将阻挡气体供给到上述基座的上表面的第1阻挡气体供给部分，
在上述衬底处理室的上部开口，将上述阻挡气体供给到上述加热器的上表面的第2阻挡气体供给部分，
将原料气体供给到上述基座下表面的原料气体导入部分，以及
将上述阻挡气体及上述原料气体从上述衬底处理室排出的排气管，另外
分别独立控制从上述第1阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量和从上述第2阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量。
2.根据权利要求1所述的化学气相成长装置，其特征为：
上述第1阻挡气体供给部分在上述衬底处理室的上部的中央区域开有圆环状口，
上述第2阻挡气体供给部分在上述中央区域围绕第1阻挡气体供给部分开圆环状口，
上述原料气体导入部分，设置在上述基座的下方。
3.一种膜成长方法，使用包括衬底处理室、基座、配置在上述衬底处理室内的上述基座上方的加热器、在上述衬底处理室的上部开口的第1阻挡气体供给部分、在上述衬底处理室的上部开口的第2阻挡气体供给部分、原料气体导入部分的化学气相成长装置，其特征为：
包括：
在上述基座上，让膜的成长面向下的设置衬底的工序(a)，
在上述工序(a)之后，从上述第1阻挡气体供给部分向上述基座的上表面提供阻挡气体的同时，从上述第2阻挡气体供给部分向上述加热器的上表面提供与上述第1阻挡气体供给部分分别独立控制流量的上述阻挡气体的工序(b)，
与上述工序(b)的同时，将原料气体从上述原料气体供给部分供给到上述基座的下表面让上述膜在上述衬底上成长的工序(c)。
4.根据权利要求3所述的膜成长方法，其特征为：
上述工序(b)中，进行控制而使从第1阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量和从上述第2阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量相等。
5.根据权利要求3所述的膜成长方法，其特征为：
在上述工序(b)中，为使在上述加热器的下表面和上述基座的上表面之间的空间中上述阻挡气体的单位容积的流量，与在上述工序(c)中的上述基座的下表面和上述衬底处理室之间的空间的上述原料气体的单位容积的流量相等，控制从上述第1阻挡气体供给部分供给的上述阻挡气体的流量。
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