JP2002016003A

JP2002016003A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2002016003A
Application number: JP2000195545A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Taniguchi; 武志谷口
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高温時の基板−素線間距離の変化をなくし、
ホットワイヤＣＶＤ法によって安定した膜を得る。【解決手段】半導体製造装置は、反応室１２内の基板
１５の近傍に設けられた素線１６と、反応室１２内に供
給される原料ガスとの接触分解反応を利用して基板１５
に成膜する。素線１６は、基板１５上を横切り、蛇行を
繰り返して、基板１５の面内全面をカバーするように配
設される。基板１５の両側に配置した石英角材２２で
は、素線１６はモリブデン製の係止部２４を利用し、蛇
行した素線１６の折り返し部３１に引掛けることで張設
される。中央の石英棒２３では、素線１６の中央部３２
付近は同様にモリブデン製の係止部２５を利用して懸吊
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に係
り、特にホットワイヤＣＶＤにおける高温素線の支持構
造を改善したもの関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを使用しない半導体製造装置の
ＣＶＤ法として、高温素線を使用したホットワイヤＣＶ
Ｄ法（ＨｏｔＷｉｒｅＣＶＤ法）と呼ばれる方法が注
目されている。このホットワイヤＣＶＤ法は、所定の温
度に加熱した素線を反応室内に配置し、反応室内に供給
した原料ガスを前記素線に接触させ、素線との接触分解
反応を利用しながら基板に所定の薄膜を堆積させる手法
である。例えば、タングステン線を素線として使用して
1600〜2000℃程度に加熱し、シラン（ＳｉＨ₄）及びア
ンモニア（ＮＨ₃）を原料ガスとして供給して素線に接
触させると、シラン及びアンモニアが高温素線との接触
によって分解し、基板上に窒化シリコン膜が堆積する。
この際の基板の温度はヒータにより３００℃以下に保た
れ、比較的低温での成膜が可能になっている。このよう
なことから、ホットワイヤＣＶＤ法は、高品位の成膜方
法として最近特に注目されている。ホットワイヤＣＶＤ
法の素線には、前述したタングステン線（以下、素線と
いう）が使用される。常温において十分な張力を与えら
れない素線を高温に加熱（1600〜2000℃）した場合、素
線は熱膨張によって大きくたわんでしまう。ホットワイ
ヤＣＶＤ法では、素線は基板上に張られ、その素線−基
板間距離によって成膜速度や膜質が変化する。このた
め、たわみによる基板−素線間距離の変化は成膜に重大
な影響を与えることになる。

【０００３】従来は、図７に示すように、素線加熱用電
源４から通電されて加熱される素線３は、反応室１内で
剛構造の支持体５により基板２上に張られる（実線で示
す）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の素線の支持構造には次のような欠点があった。

【０００５】（１）素線３が剛構造の支持体５により支
持されているので、高温時の熱膨張による素線の伸びを
吸収できない。したがって、常温時に素線がピーンと張
られていても、高温時になると、重力方向に大きくたわ
んでしまうことになる（点線で示す）。特に、素線をコ
イル状とした場合には、線長が長くなるので、たわみが
大きくなる。素線３がたわむと、基板−素線間距離に変
化が生じ、前述したように成膜に重大な影響を与えるこ
とになる。

【０００６】（２）剛構造支持では、コイル状の素線を
基板面内に亘って均一に張設することが難しいので、基
板面内を均一にカバーして薄膜を均一に堆積することが
困難であった。

【０００７】（３）また素線を支持するにあたって、次
の点も考慮に入れる必要がある。素線は加熱時の温度
が非常に高く、この温度による影響で、素線を支持する
支持体から不純物が放出し、成膜に悪影響を与える。
素線を支持する支持体の熱容量が大きいと、素線の熱損
失が大きく、これにより素線の温度が下がるため、温度
低下を補償するために素線に大きな電力を加える必要が
ある。素線に電流を流すので、これを短絡させないこ
とが必要である。

【０００８】本発明の課題は、高温時に基板−素線間距
離が変化するという従来技術の問題点を解消して、ホッ
トワイヤＣＶＤによって安定した膜を得ることが可能な
半導体製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、反応室内の基板の近傍に設けられた高温素線と、前
記反応室内に供給される原料ガスとの接触分解反応を利
用して、前記基板に成膜する半導体製造装置において、
前記基板の面内を横切り前記基板の面内に亘るように前
記素線を蛇行させ、蛇行させた素線の折返し部分を引っ
張り支持したことを特徴とする半導体製造装置である。

【００１０】素線を蛇行させるので素線間の距離が確保
でき、素線間の短絡を容易に防止できる。したがって、
素線外周に絶縁用の被覆が不要となる。また、基板面内
を横切るように素線を蛇行させるので、基板の端から端
までをもれなくカバーできる。また、基板面内に亘るよ
うに素線を蛇行させるので、基板面内をカバーできる。
基板面と平行な面上で素線を蛇行させることにより、基
板上に薄膜を均一に堆積できる。また、蛇行させた素線
を引っ張り支持するので、高温時にも重力方向のたわみ
がなく、基板−素線間距離を均一に維持できる。また、
素線の折返し部分を支持するので、素線の張設が容易で
ある。さらに、素線を部分的に支持するので、支持部の
熱伝導面積が小さくなり、素線の熱損失を極力抑えるこ
とができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の半導体製造装置において、前記素線の基板面内を横切
る部分の中央部付近を支持するようにしたことを特徴と
する半導体製造装置である。

【００１２】請求項２の発明では、さらに素線の中央部
付近も支持するようにしているので、重力方向の素線の
たわみを更になくすことができ、高温時の基板−素線間
距離を一層均一に維持できる。

【００１３】上記請求項１の発明において、蛇行させた
素線を折返し部で支持するには、反応室を構成する反応
容器と同じ材質となる石英製の固定部材を基板の両側に
配設し、その固定部材に支持部品である係止部（フッ
ク）を取り付け、その係止部に折返し部を引っ掛けて、
基板面と平行になるように素線を張設することが好まし
い。また、請求項２の発明において、素線を中央部付近
で支持するには、基板の中央を走る石英製の固定部材を
配設し、その固定部材に支持部品である係止部を取り付
け、その係止部に素線の中央部を引っ掛けて素線を懸吊
することが好ましい。上記した両支持部材の材質は、ヤ
ング率が大きく、沸点が高く、線熱膨張率が小さく、不
純物の放出が少ないモリブデンが好ましい。

【発明の実施の形態】以下に本発明の半導体製造装置の
実施の形態について説明する。

【００１４】図５は、ホットワイヤＣＶＤ法を実施する
半導体製造装置の概略正断面図である。この装置は、石
英製の反応容器１１と、反応容器１１の内部に形成され
て成膜が行なわれる反応室１２と、反応室１２内に所定
の原料ガスを供給する石英製のガス供給口１３と、ガス
供給口１３から供給された原料ガスを基板面にシャワー
状に噴出させる石英製のガスシャワー板１４と、ガスシ
ャワー板１４から噴出された原料ガスが接触するように
反応室１２内の基板１５の近傍に設けられた素線１６
と、反応容器１１の外部に設けられ素線１６に電流を流
して素線を加熱する素線加熱用電源１７と、素線１６の
作用によって所定の薄膜が堆積する位置に基板１５を保
持する石英製のサセプタ１８と、サセプタ１８を加熱し
て基板１５を所定温度に加熱維持するヒータ１９と、反
応容器１１の底部に設けた石英製の真空排気口２０とか
ら主に構成されている。前記素線１６としては、例え
ばタングステン線が使用される。サセプタ１８は図示し
ないヒータ昇降機構で昇降可能である。

【００１５】図５に示す装置において、ガスシャワー板
１４に供給された原料ガスは、ガスシャワー板１４に形
成したガス吹出し孔２１から吹き出し、加熱された素線
１６に接触して接触分解反応を生ずる。接触分解反応の
結果生成された化学種は基板１５に達し、基板１５の表
面に所定の薄膜を堆積させる。接触分解反応により生成
された化学種は、その内部エネルギーが高いことから、
成膜の際の基板１５の温度は比較的低くて足りる。図
中、ガスシャワー板１４と素線間距離ａ、および反応室
底部とサセプタ間距離ｂで示された寸法は、それぞれ任
意値に設定可能である。ただし、ａは反応室１２を大気
開放して操作する。ｂは反応室１２を真空保持中でもヒ
ータ昇降機構を利用して変更可能である。

【００１６】この実施の形態では、前記素線１６を、図
５のＡ−Ａ断面図を示す図５のように、基板１５の面内
を横切り基板１５の面内に亘るように蛇行させている。
同図の例では、反応容器１１の断面形状をはじめ、サセ
プタ１８及び基板１５の形状はすべて矩形をしている。
素線１６は、複数回折り曲げて蛇行状に基板１５の近傍
に配設されている。このため素線１６間の短絡を容易に
防止できる。また、基板面内を横切るように素線１６を
蛇行させているので、基板１５の端から端までをもれな
くカバーできる。また、基板面内に亘るように素線１６
を蛇行させるので、基板面内を均一にカバーして薄膜を
均一に堆積できる。

【００１７】次に、反応室内の素線１６の支持構造を図
１〜図４を用いて説明する。

【００１８】図１は素線１６を張設した反応室１２内の
平面図である。この例では図６と異なり、基板１５は円
形をしている。他の元素が極力混入しない系を確立する
ために、反応室１２内の支持構造体は石英部品を中心と
した部材で構成する。ただし、素線１６および後述する
支持部品にはタングステンを使用する。反応室１２内の
両側（図では左右）に、素線支持用の石英角材２２を、
基板１５を挟むように、それぞれ設置し、中央には素線
支持用の石英棒（丸棒材）２３を石英角材２２と平行に
設置する。両側に設置した石英角材２２間に素線１６を
蛇行させ数回往復するように張設する。蛇行させた素線
１６は、反応室１２内の両側の折返し部３１を石英角材
２２で支持する一方、素線１６の基板面内を横切る部分
の中央部３２の付近を石英棒２３でも支持する。前記支
持構造体とは、石英角材２２、石英棒２３、支持部品で
ある係止部から構成される。

【００１９】図１を用いて素線の支持構造をさらに説明
する。基板１５上を横切るように一端側から反応室１２
をその底面ないし基板面と平行になるように横断し、他
端側で反応室側壁に平行に若干走らせて先程横切った素
線１６と重ならないように水平方向前方にシフトさせ、
シフト後、その他端側から折り返して逆方向に戻るよう
に基板１５ないし底部を横断させ前記一端部に達しさ
せ、そこで、再び水平方向前方にシフトして蛇行させ、
この蛇行を繰り返して、基板１５の面内全面をカバーす
る。素線１６の折返し部３１をシフトさせて蛇行形状を
矩形にするので、素線１６間の間隔を十分に保つことが
でき、被覆なしに素線間の短絡防止が容易になる。両側
の石英角材２２において、素線１６はモリブデン製の係
止部２４を利用し、折り返し部３１に引っ掛けることで
固定される。中央の石英棒２３においては、素線１６は
同様にモリブデン製の係止部２５を利用して懸吊され
る。素線１６を絶縁物である石英材で支持するので、素
線１６と反応室１２間で電気的な絶縁をとることがで
き、短絡を有効に防止できる。

【００２０】図２に素線１６の折返し部３１の支持構造
を２例示しているが、図面での理解を容易にするため
に、タングステン素線１６については平面視で、係止部
２４については正面視で示してある。係止部２４は、Ｓ
字状のモリブデン細線２４ａと、Ｕ字状のモリブデン太
線２４ｂとからなる。素線１６のシフト端部にＳ字状の
モリブデン細線２４ａの一端を係止し、他端を石英角材
２２に固定したＵ字状のモリブデン太線２４ｂの係止部
に引っ掛けて、素線１６を引っ張り支持する。石英角材
２２へのモリブデン太線２４ｂの固定は、例えば、図３
に示すように、予め等間隔に明けられた石英角材の貫通
孔２６に、その孔形状に合致した形状に加工されたモリ
ブデン太線２４ｂ１、２４ｂ２を取り付けることによ
る。この時のモリブデン太線形状は、孔径に合わせてコ
イル状に巻いたものでも良いし（符号２４ｂ２）、単に
孔径に合わせて曲げた形状でも構わない（符号２４ｂ
１）。また、楔形としその端部を外向きに曲げ、これを
引っ掛かりとする形でも構わない（符号２４ｂ３）。Ｓ
字状のモリブデン細線２４ａによるタングステン素線１
６の係止位置がずれないように、タングステン素線１６
の折返し部３１は凹みを入れるとよい。図２（ａ）で
は、折返し部３１の角部を石英角材２２側に尖らして鋭
角を作ることにより窪みを形成している。図２（ｂ）で
は、折返し部３１の角部を石英角材２２側に突出した略
半円とすることで窪みを形成している。

【００２１】支持部品にモリブデンを使用するのは、ヤ
ング率が大きく（324×10⁹N/m²）、沸点が高く（4660
℃）、線熱膨張率が小さい（0.051×10^-4/K）からであ
る。また、Ｕ字状のモリブデン太線２４ｂは、強度を確
保するために太目の線材を用いている。略Ｓ字状のモリ
ブデン細線２４ａは、加熱された素線１６の熱損失を極
力避ける意味で細めの線材を用いている。また細めの線
材を用いることでＳ字状のモリブデン細線２４ａとする
ことでより大きな復元性ないし弾力性をもたせ、高温時
の膨張によるたわみのみならず、タングステン素線１６
の位置ずれや振動を吸収している。なお、素線支持用の
Ｕ字状のモリブデン太線２４ｂは石英角材２２に対し動
かぬように固定してある。

【００２２】また、反応室内の両側に平行に配設した石
英角材２２間の中間には、前述したように、石英角材２
２と平行して細い１〜数本の石英棒２３を架け渡してあ
る。図４に示すように、この石英棒２３にモリブデン製
の係止部２５を取り付け、タングステン素線１６の中央
部３２の付近を支持する。ここでのモリブデン製の係止
部２５としてのＳ字状のモリブデン細線２５ａで構成さ
れている点は、図２のモリブデン細線２４ａと同じであ
るが、Ｓ字状のくびれ部で９０°ひねってあり、石英棒
２３に対するタングステン素線１６のクロス支持を容易
にしている点が異なる。タングステン素線１６は、図４
に示すように、石英棒２３から吊り下げられた恰好にな
る。

【００２３】反応室１２の両側に設置した石英材を角材
としたのは、石英角材２２を、その一面を基板面と平行
となるように配設することによって、蛇行させた素線１
６を基板面と平行に張設することを容易にするためであ
る。中央に設置した石英材を丸棒としたのは、Ｓ字状の
モリブデン細線２５ａを石英棒２３に沿って滑らして、
素線１６の中央部付近を容易に支持できるようにするた
めである。

【００２４】上述したように、反応室内に石英部材を配
設し、素線係止用の係止部を取り付けるだけの簡単な構
造で、高温時にも素線−基板間距離の変化を抑えること
ができる。

【００２５】上記のように構成した半導体製造装置を使
って、基板搬入から搬出までの処理内容について説明す
る。基板１５を反応室１２内に搬入する。基板１５はサ
セプタ１８に保持され、サセプタ１８下方のヒータ１９
により処理温度まで加熱される。この状態でガス供給口
１３に原料ガスを導入し、ガスシャワー板１４を介して
均等に反応室１２へ供給する。原料ガスは高温に加熱さ
れた素線１６を介して基板１５に達する。この際、高温
に加熱された素線１６の表面において原料ガスが分解し
て活性種を生成し、基板１５の表面に所定の膜を形成す
る。成膜処理後、ガス供給を停止し、基板１５を取り出
す。

【００２６】処理条件としては、例えば第６０回応用物
理学会学術講演会講演予稿集や「Ｃａｔ−ＣＶＤ法によ
る半導体デバイス製造プロセス」公開シンポジウム要旨
集等に記載のあるような条件にて、例えばシランを０．
５〜５０ｓｃｃｍの範囲で、水素を１００ｓｃｃｍ、圧
力を０．２７〜１３．３Ｐａ、素線温度１８００〜２０
００℃、基板温度３００℃前後で処理を行うことで、ポ
リシリコン膜を得ることができた。

【００２７】蛇行させた素線１６を引っ張り支持するこ
とによって、基板−素線間の距離を一定に保つことがで
き、基板面内での膜厚・膜質への影響を大きく改善する
ことができた。

【００２８】なお、上述した実施の形態では、素線１６
自信の形状には触れなかったが、素線は単線でも、コイ
ル状素線でもよい。また、上述した基板には、半導体ウ
ェハ（Ｓｉ、化合物半導体）の他に液晶ディスプレイ用
のガラス基板などが含まれる。

【００２９】また、実施の形態では両側に配置して石英
材を断面矩形の石英角材２２とし、中央に配置した石英
材を断面円形の石英棒２３としたが、基板との平行支持
ができるものであれば、断面形状は特に限定されず、任
意の形状であってもよい。

【００３０】また、実施の形態では、モリブデン細線２
４ａ、２５ａをＳ字状に形成したが、引っ掛け機能があ
れば特に形状は限定されず、Ｃ字状などとしてもよい。
また、モリブデン太線２４ｂをＵ字状としたが、係止機
能があれば特に形状は限定されず、Ｖ字状などとしても
よい。また、実施の形態では、Ｕ字状のモリブデン太線
２４ｂを石英角材２２に固定するようにしたが、モリブ
デン細線２４ａを直接、石英角材２２に固定できれば、
モリブデン太線２４ｂを省略してもよい。さらに、素線
の蛇行形状は、折返し部３１で一旦平行にシフトさせて
から反対側に折り返す矩形の蛇行形状としたが、シフト
部分を省略して折り返し点で直接反対側に方向転換させ
るくさび形の蛇行としてもよい。

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、素線を
基板面内を横切り基板面内に亘るように蛇行させ、蛇行
させた素線の折返し部を引っ張り支持したので、基板−
素線間の距離を一定に保つことができ、基板面内での膜
厚・膜質への影響を大きく改善することができる。

【００３１】請求項２に記載の発明によれば、素線の基
板面内を横切る部分の中央部付近を支持するので、基板
−素線間の距離を一層一定に保つことができ、基板面内
での膜厚・膜質への影響をより大きく改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による反応室内の素線支持構造を示
す平面図である。

【図２】実施の形態による素線の折返し部の支持構造を
具体的に示す説明図である。

【図３】実施の形態による石英角材へのモリブデン太線
の固定説明図である。

【図４】実施の形態による素線の中央部分の支持構造を
具体的に示す説明図である。

【図５】実施の形態による半導体製造装置の概略正断面
図である。

【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図７】従来例による半導体製造装置の素線支持構造に
よる問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１２反応室１５基板１６素線２２石英角材２４係止部２５係止部３１折返し部分３２中央部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内の基板の近傍に設けられた高温素
線と、前記反応室内に供給される原料ガスとの接触分解
反応を利用して、前記基板に成膜する半導体製造装置に
おいて、前記基板の面内を横切り前記基板の面内に亘るように前
記素線を蛇行させ、蛇行させた素線の折返し部分を引っ張り支持したことを
特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、前記素線の基板面内を横切る部分の中央部付近を支持す
るようにしたことを特徴とする半導体製造装置。