JP2004259905A - Reactor for vapor growth deposition - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置にガス状のCVD原料を供給して成膜するために用いる気相成長用反応器に関し、更に詳細にいえば、ノズル、ガス通過部、基板受け渡し部の内部構造を改良した気相成長用反応器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置においては、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いた成膜方法は、無くてはならない成膜方法である。
【0003】
図1は、一般的な半導体製造に用いられているCVD装置の概要を示す図である。図1のCVD装置は、ガス導入口1から導入した反応ガス(一成分系又は多成分系原料)を、ガス混合器2の部分で混合攪拌し、ガス導入ノズル10を通して、基板加熱ヒータ7により加熱された基板9に吹き付け、その基板9上に、目的の膜を堆積させる。反応後のガスは、ガス導入ノズル10と基板9との隙間から、反応室チャンバ11内に拡散し、真空排気口8から排気される。
【0004】
図2は、ガス導入ノズルの部分の構造の異なったCVD装置を示す図である。図2のCVD装置は、同様に、ガス導入口1から導入した反応ガス(一成分系又は多成分系原料)を、ガスシャワーノズル12を通して、基板加熱ヒータ7により加熱された基板9に吹き付け、その基板9上に目的の膜を堆積させる。図2の装置において、ガス混合部分を設けていないのは、ガスシャワーノズル12の部分で混合が行われるので、不要であるためである。反応後のガスは、同様に、ノズル12と基板9との隙間から、反応室チャンバ11内に拡散し、真空排気口8から排気される。
図1及び図2においては、基板9を配置するときには、反応室チャンバ11を大気開放しなければできない構造である。
【0005】
図3及び図4は、量産用に用いられている真空ロードロック室付のCVD装置を示した図である。基板9は、真空ロードロック室4内の搬送用アーム6上にセットする。そして、真空ロードロック室4を、真空排気口8から真空排気を行った後に、搬送用ゲートバルブ3を開け、反応室チャンバー11内の基板加熱ヒータ7上に搬送する。成膜終了後は、逆に、搬送用アーム6により、基板加熱ヒータ7上から基板9を真空ロードロック室4内に移送し、搬送用ゲートバルブ3を締め、真空ロードロック室4を大気圧に戻し、基板9を取り出す(例えば、特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−068470号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の気相成長用反応器は、図1〜図4に示したような内部構造を有しており、基板搬送部のポートがその搬送の必要上、必要不可欠ではある。
しかし、その管状の構造上、基板上を通った未反応ガスを含むガスが流れ込み、滞留し、この滞留により、未反応物がパーティクル状になって浮遊し、又は、未反応物がない壁面上で反応し、それにより、内壁面へ反応生成物が付着し、時間と共に剥離・浮遊し、いずれは、これらが基板上に堆積することにより、均一な膜作製を阻害する原因となっていた。
【0008】
一方、ガスノズルは、反応ガスを基板上に導くためのものであり、単純な円筒形の構造であるために、パラメータとしてのノズルと基板との距離、ノズルの径と基板の大きさとの関係のみでは、より大きな形状の基板への成膜には、膜厚やデバイス特性の均一性の確保を得るには困難な状況であった。
【0009】
本発明の目的は、均一な膜作製と、膜厚やデバイス特性の均一性を確保することができる気相成長用反応器を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するCVD装置の気相成長用反応器において、基板搬送用ポート内にガスの流入を防ぐ遮蔽手段を設けたことを特徴とする気相成長用反応器である。
【0011】
請求項2の発明は、液体原料をバブリングし、又は、液体原料の蒸気若しくは気体原料をそのまま輸送して成膜するCVD装置の気相成長用反応器において、ノズル内の途中に、反応ガスを均一化する均一化手段を設けたことを特徴とする気相成長用反応器である。
【0012】
請求項3の発明は、請求項2に記載の気相成長用反応器において、前記均一化手段は、網状の部材、及び/又は、孔の開いた部材を1枚又は複数枚配置したものであることを特徴とする気相成長用反応器である。
【0013】
請求項4の発明は、請求項3に記載の気相成長用反応器において、前記均一化手段は、相対的に粗さの異なった網状の部材、又は、孔径若しくは孔数の異なった孔の開いた部材を、それぞれ複数組み合わせたものであることを特徴とする気相成長用反応器である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに、詳しく説明する。
[第1実施形態]
図1,図2は、本発明による気相成長用反応器の第1実施形態を示す図である。以下に示す各実施形態では、前述した従来例と同様な機能を果たす部分には、同様な符号を付して、適宜説明を省略する。
第1実施形態の装置は、真空ロードロック室4と反応室チャンバ11を仕切るための搬送ゲートバルブ3の反応チャンバ11側に、搬送ポートカバー(遮蔽手段)16を取り付けたものである。
この搬送ポートカバー16は、搬送ポートカバー保持棒13、真空ベローフランジ14を介して、反応室チャンバ11の外部からエアシリンダ15により、上下に動作する。
【0015】
この搬送ポートカバー16を動作するタイミングは、搬送ゲートバルブ3と連動して、基板搬送時に、図6に示すように、基板搬送を妨げない位置である下部側に下がる。それ以外の状態では、常に、搬送ポートを覆う状態(図5の状態)である。
もちろん、本発明の目的は、あくまでも、成膜時のガスの巻き込みを避けるためであるために、成膜時に、図5の状態であればよいが、好ましくは、ガスが流れている状態、例えば、ガス導入口1からガスが流れる状態(例えば、窒素パージ状態)等の場合でも、搬送ポートを覆う状態(図5の状態)であることが望ましく、従って、搬送以外のときは、図5の状態を保つことが最良である。
【0016】
第1実施形態によれば、反応器の搬送ゲート入口付近に、搬送時に邪魔にならないような機構のついたカバー16で、この部分を覆うことができ、かつ、反応ガスが流入しにくい構造のカバー16を取り付けることにより、パーティクルなどの発生しない環境で、均一な成膜が可能となった。
【0017】
(実施例1)
実施例1では、真空ロードロック室4から4インチφのシリコン(100)製基板9を搬送し、基板加熱ヒータ7上に、その基板9を置き、搬送ポートカバー16が上部にあり、搬送ポートを覆った状態となっている。
この状態で、反応室チャンバ11内は、ドライポンプとメカニカルブースタポンプとで到達真空度である0.1torr以下になるまで真空引きをした。次に、N2 :530sccm、O2 :530sccmを反応室チャンバ11内に流しながら圧力が5torrとなるように、ポンプの排気量を調節する。
基板9の温度を上昇させるために、基板加熱ヒータ7の温度を650℃に設定し、温度が安定するのを待った。
同時に、PZT膜を作製するための原料ガスである、ジ(2,2,6,6 テトラメチル3,5 ヘプタンジオナイト)鉛[Pb(DPM)2 ]を0.2g/min、ジ(2,6 ジメチル3,5 ヘプタンジナイト)ジルコニウム[Zr(DMHD)4 ]を0.1g/min、ジ(2,2,6,6,− テトラメチル3,5 ヘプタンジオナイト)ジ(イソプロポキシド)チタン[Ti(i PrO)2 (DPM)2 ]、を0.1g/min、それから、ドライガスであるN2 :450sccm、O2 :530sccmを、供給が安定する間、バイパスに流しておく。
基板の温度が十分一定になった状態で、バイパスに流していた原料ガス3種とドライガス2種を切り替えて反応室チャンバ11に流し始める。
約60分後、原料ガスを切り替えて、N2 :530sccm、O2 :530sccmのガスをしばらく流し、原料が反応室チャンバ11内から無くなるのを確認して、ドライガスを止め、反応室チャンバ11内をポンプで到達真空までひく。その後、ヒータ7の電源を切り、基板温度を下げる。基板温度が十分下がった後に、基板9を搬送して取り出し、基板9の表面のパーティクルの付着状態を観察した。
同じように、搬送ポートカバー16の無い状態で作製した膜と比較すると、パーティクルの少ない膜が作製できた。
【0018】
[第2実施形態]
図7は、本発明による気相成長用反応器の第2実施形態を示す図である。
第2実施形態の反応器は、第1実施形態の反応器のノズルの内側に、網状部材又は孔開き状部材17を、4個配置したものである(均一化手段)。
【0019】
それぞれの網状部材又は孔開き状部材17は、相互にメッシュや孔の位置が重ならないように配置した。この理由は、同じ位置に配置すると、たとえ、そのメッシュや孔が異なっていても、まっすぐに通過してしまうガスが増加するために、効果が少なくなるからである。
【0020】
第2実施形態によれば、ガスノズルにおいて、ガスノズル内の途中に、網状部材又は孔開き状部材を1枚又は複数枚配置することにより、ない場合に比べ、飛躍的に膜厚又は膜特性の均一性を向上させることが可能となった。
【0021】
(実施例2)
実施例2では、網状部材17は、2枚を14メッシュ、残り2枚を60メッシュとし、上部から、14メッシュ、60メッシュ、14メッシュ、60メッシュの順に配置した。
これらのメッシュの荒さ、順番、必要数等は、当然ながら、成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。
実施例1と同様の手順で、また、同様の成膜条件で、ガスを流し、基板9上にPZTの膜を作製した。作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光X線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材17がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【0022】
(実施例3)
実施例3では、孔開き状部材17は、実施例2のメッシュのかわりに、孔付の板を4ヶ所に配置したものである。
それぞれの孔の位置は、相互に重ならないように配置した。この理由は、同じ位置に配置すると、たとえその孔径が異なっていても、まっすぐに通過してしまうガスが増加するために効果が少なくなるからである。
実施例3では、孔径を2枚を1mm、残り2枚を0.5mmとし、上部から、1mm、0.5mm、1mm、0.5mmの順に配置した。孔の個数,密度は、いずれも4個/cm2 とした。
これらの孔径、順番、枚数等は、当然ながら、成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。実施例3では、この条件によって成膜を行った。
実施例1と同様の手順で、また、同様の成膜条件でガスを流し、基板9上にPZTの膜を作製した。実施例3で作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光X線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材17がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【0023】
(実施例4)
実施例2及び実施例3において、網状部材又は孔開き状部材17を、それぞれ別々に用いたが、実施例4では、それぞれを交互に4ヶ所に配置した。
実施例4では、孔開き状部材17の孔径の2枚を0.5mm、残り2枚の網状部材17を60メッシュとし、上部から、60メッシュ、0.5mm、60メッシュ、0.5mmの順に配置した。孔の個数密度はいずれも4個/cm2 とした。これらの孔径、順番、枚数等、又は網状部材又は孔開き状部材17のそれぞれの利用枚数は、当然ながら成膜条件により異なるため、常に最適な条件を選択する必要がある。実施例4では、この条件によって成膜を行った。
実施例1と同様の手順で、また、同様の成膜条件でガスを流し、基板上にPZTの膜を作製した。
実施例4で作製した膜の、膜厚と、鉛、ジルコニウム、チタン、酸素の組成比の均一性を蛍光X線分析法により測定したところ、ノズル内に網状部材17がない場合に比べ、均一性が増していることが確認された。
【0024】
いずれの実施例においても、これらの組み合わせは、それらの効果を補いこそすれ、妨げるものではないため、どのように組み合わせても、本発明の効果を確認できることは、明白である。
【0025】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、基板搬送ポートに遮蔽手段を設けることにより、基板搬送ポート内にガスが流れ込むことなくなるため、基板搬送ポート内に流れ込んだ反応ガスによるパーティクルの発生が押えられる。また、ガスの流れも均一になる。
【0026】
更に、ノズル内にメッシュ、網状部材又は孔開き状部材等の均一化手段を設けることにより、ノズル内を流れる反応ガスが均一化手段により拡散、混合され、ガスの流れの半径方向の分布が改善される。
以上、これらの効果により、パーティクルの無い、均一な膜の作製が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】
一般的に用いられているガス導入部にノズルを用いたバッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図2】一般的に用いられているガス導入部にシャワ板を用いたバッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図3】一般的に用いられているガス導入部にノズルを用いた真空ロードロック式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図4】一般的に用いられているガス導入部にシャワ板を用いた真空ロードロック式バッチ式反応器チャンバーを示す断面図である。
【図5】本発明による気相成長反応器の第1実施形態(搬送ポートカバーが上方に位置し搬送ポートを覆った状態)を示す反応器チャンバーの断面図である。
【図6】本発明による気相成長反応器の第1実施形態(搬送ポートカバーが下方に位置し搬送ポートを覆っていない状態)を示す反応器チャンバーの断面図である。
【図7】本発明による気相成長反応器の第2実施形態(搬送ポートカバーが上方に位置して搬送ポートを覆い、かつ、ノズル内に均一化手段を配置した状態)を示す反応器チャンバーの断面図である。
【符号の説明】
1.ガス導入口
2.ガス混合器
3.搬送ゲート弁
4.真空ロードロック室
5.搬送ロボット
6.搬送用アーム
7.基板加熱ヒータ
8.真空排気口
9.基板
10.ガス導入ノズル
11.反応室チャンバ
12.ガスシャワノズル
13.搬送ポートカバー保持棒
14.真空ベローフランジ
15.エアシリンダ
16.搬送ポートカバー
17.網状部材(又は孔開き状部材)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor for vapor phase growth used for supplying a gaseous CVD material to a semiconductor manufacturing apparatus to form a film, and more particularly, to an internal structure of a nozzle, a gas passage section, and a substrate transfer section. The present invention relates to an improved reactor for vapor phase growth.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a semiconductor manufacturing apparatus, a film formation method using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is an indispensable film formation method.
[0003]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a CVD apparatus used for general semiconductor manufacturing. In the CVD apparatus shown in FIG. 1, a reaction gas (one-component or multi-component material) introduced from a
[0004]
FIG. 2 is a view showing a CVD apparatus having a structure different from that of a gas introduction nozzle. Similarly, the CVD apparatus of FIG. 2 sprays a reaction gas (one-component or multi-component material) introduced from the
In FIGS. 1 and 2, when the
[0005]
3 and 4 are views showing a CVD apparatus with a vacuum load lock chamber used for mass production. The
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-068470 A
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional reactor for vapor phase growth has an internal structure as shown in FIGS. 1 to 4, and the port of the substrate transfer section is indispensable for the transfer.
However, due to the tubular structure, gas containing unreacted gas that has passed over the substrate flows in and stays there, and due to this stay, unreacted substances float in the form of particles, or on the wall surface where there is no unreacted matter. Thus, the reaction product adheres to the inner wall surface and separates and floats with time, and eventually, these are deposited on the substrate, which is a cause of inhibiting uniform film formation.
[0008]
On the other hand, the gas nozzle is for guiding the reaction gas onto the substrate, and has a simple cylindrical structure, so that only the relationship between the nozzle and the substrate as parameters and the relationship between the nozzle diameter and the substrate size are used. Then, it was difficult to obtain uniformity of the film thickness and device characteristics when forming a film on a substrate having a larger shape.
[0009]
An object of the present invention is to provide a reactor for vapor phase growth that can ensure uniform film formation and uniformity of film thickness and device characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in a vapor phase growth reactor of a CVD apparatus for bubbling a liquid raw material or transporting a vapor or a gas raw material of a liquid raw material as it is to form a film, a reactive gas is supplied in the middle of a nozzle. This is a reactor for vapor phase growth, provided with a homogenizing means for homogenizing.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the reactor for vapor phase growth according to the second aspect, the uniformizing means includes one or a plurality of mesh members and / or perforated members. A reactor for vapor phase growth, characterized in that:
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the reactor for vapor phase growth according to the third aspect, the homogenizing means includes a mesh member having a relatively different roughness or a hole having a different hole diameter or a different number of holes. A reactor for vapor phase growth characterized by combining a plurality of open members, respectively.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.
[First Embodiment]
1 and 2 are views showing a first embodiment of a reactor for vapor phase growth according to the present invention. In the embodiments described below, portions performing the same functions as those in the conventional example described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
In the apparatus of the first embodiment, a transfer port cover (shielding means) 16 is attached to the
The
[0015]
The timing at which the
Of course, the purpose of the present invention is to avoid the entrainment of gas at the time of film formation, and it is sufficient if the state of FIG. 5 is at the time of film formation. Even in a state where gas flows from the gas inlet 1 (for example, in a nitrogen purge state), it is desirable that the transfer port should be covered (the state shown in FIG. 5). It is best to stay in state.
[0016]
According to the first embodiment, this portion can be covered with a
[0017]
(Example 1)
In the first embodiment, a 4 inch φ silicon (100)
In this state, the inside of the
In order to increase the temperature of the
At the same time, 0.2 g / min of di (2,2,6,6
When the temperature of the substrate has become sufficiently constant, the three kinds of source gas and the two kinds of dry gas that have been flowing through the bypass are switched and flow into the
After about 60 minutes, the raw material gas was switched, and a gas of N 2 : 530 sccm and O 2 : 530 sccm was flowed for a while. After confirming that the raw material disappeared from the
Similarly, a film with less particles was produced as compared with a film produced without the
[0018]
[Second embodiment]
FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the reactor for vapor phase growth according to the present invention.
The reactor of the second embodiment has four mesh members or
[0019]
The mesh members or
[0020]
According to the second embodiment, in the gas nozzle, by arranging one or a plurality of mesh members or perforated members in the middle of the gas nozzle, the film thickness or the film characteristics are significantly more uniform than in the case where the gas nozzle is not provided. It has become possible to improve the performance.
[0021]
(Example 2)
In Example 2, two
Since the roughness, order, required number, and the like of these meshes naturally depend on the film forming conditions, it is necessary to always select optimal conditions.
A PZT film was formed on the
[0022]
(Example 3)
In the third embodiment, the
The positions of the holes were arranged so as not to overlap each other. The reason for this is that if the holes are arranged at the same position, even if the holes have different diameters, the amount of gas passing straight through increases and the effect is reduced.
In Example 3, two holes had a diameter of 1 mm and the remaining two had a diameter of 0.5 mm, and were arranged in the order of 1 mm, 0.5 mm, 1 mm, and 0.5 mm from the top. The number and density of the holes were both 4 / cm 2 .
The hole diameter, the order, the number of sheets, and the like naturally differ depending on the film forming conditions, and thus it is necessary to always select the optimum conditions. In Example 3, film formation was performed under these conditions.
A PZT film was formed on the
[0023]
(Example 4)
In Example 2 and Example 3, the mesh member or the
In Example 4, two holes having a hole diameter of the perforated
A gas was flowed in the same procedure as in Example 1 under the same film forming conditions, and a PZT film was formed on the substrate.
When the uniformity of the film thickness and the composition ratio of lead, zirconium, titanium, and oxygen of the film manufactured in Example 4 was measured by the fluorescent X-ray analysis method, the film was more uniform than when the
[0024]
In any of the examples, these combinations complement the effects and do not prevent the effects, and it is clear that the effects of the present invention can be confirmed in any combination.
[0025]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by providing the substrate transfer port with the shielding means, the gas does not flow into the substrate transfer port, so that the generation of particles due to the reaction gas flowing into the substrate transfer port is reduced. Can be held down. Also, the gas flow becomes uniform.
[0026]
Further, by providing a uniformizing means such as a mesh, a mesh member or a perforated member in the nozzle, the reaction gas flowing in the nozzle is diffused and mixed by the uniformizing means, thereby improving the radial distribution of the gas flow. Is done.
As described above, by these effects, a uniform film without particles can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG.
It is sectional drawing which shows the batch type reactor chamber which used the nozzle for the gas introduction part generally used.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a batch-type reactor chamber using a shower plate as a generally used gas inlet.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a vacuum load-lock type reactor chamber using a nozzle as a gas introduction part which is generally used.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a vacuum load-lock type batch reactor chamber using a shower plate as a gas introduction part which is generally used.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a reactor chamber showing a first embodiment of the vapor phase growth reactor according to the present invention (a state in which a transfer port cover is located above and covers the transfer port).
FIG. 6 is a cross-sectional view of a reactor chamber showing a first embodiment of the vapor phase growth reactor according to the present invention (a state in which a transfer port cover is located below and does not cover a transfer port).
FIG. 7 is a reactor chamber showing a second embodiment of the vapor-phase growth reactor according to the present invention (a state in which a transport port cover is located above and covers a transport port, and a homogenizing means is arranged in a nozzle). FIG.
[Explanation of symbols]
1.
Claims (4)
基板搬送用ポート内にガスの流入を防ぐ遮蔽手段を設けたこと
を特徴とする気相成長用反応器。In a reactor for vapor phase growth of a CVD apparatus for bubbling a liquid source, or for transporting a vapor or a gas source of the liquid source as it is to form a film,
A reactor for vapor phase growth, comprising a shielding means for preventing gas from flowing into a substrate transfer port.
ノズル内の途中に、反応ガスを均一化する均一化手段を設けたこと
を特徴とする気相成長用反応器。In a reactor for vapor phase growth of a CVD apparatus for bubbling a liquid source, or for transporting a vapor or a gas source of the liquid source as it is to form a film,
A reactor for vapor phase growth, wherein a uniformizing means for homogenizing a reaction gas is provided in the middle of a nozzle.
前記均一化手段は、網状の部材、及び/又は、孔の開いた部材を1枚又は複数枚配置したものであること
を特徴とする気相成長用反応器。The reactor for vapor phase growth according to claim 2,
The reactor for vapor phase growth is characterized in that the homogenizing means comprises one or more net-like members and / or perforated members.
前記均一化手段は、相対的に粗さの異なった網状の部材、又は、孔径若しくは孔数の異なった孔の開いた部材を、それぞれ複数組み合わせたものであること
を特徴とする気相成長用反応器。The reactor for vapor phase growth according to claim 3,
The uniformizing means is a combination of a plurality of mesh-like members having relatively different roughnesses, or members having holes having different hole diameters or the number of holes, for vapor phase growth. Reactor.
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