JP2007100172A - Film-forming apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit the formation of particles by inhibiting a material gas from causing a reaction in a gas supply zone in a CVD apparatus. <P>SOLUTION: The CVD apparatus 10 has double-structured gas supply pipes 26 and 27 for supplying the material gas to the gas supply zone 51. The material gas passing through the gas supply pipes 26 and 27 passes through minute orifices 28 and 29 placed in its tip, then arrives at a film-forming zone 52 and forms a thin film on wafers 41 and 42. The material gas keeps its predetermined high pressure until arriving at the orifices 28 and 29 of the gas supply pipes 26 and 27, and is cooled down to a reaction temperature or lower due to adiabatic expansion in the gas supply zone 51. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、成膜装置に関し、特に材料ガスの供給温度を制御可能な成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus capable of controlling a supply temperature of a material gas.

成膜装置、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)装置は、材料ガスを供給して、半導体ウェハ上に薄膜を成長させる装置である。このような成膜装置では、材料ガスを分解して反応させるために、高い温度で成膜している。したがって、反応容器の温度が高くなり、各種の材料ガスが供給ゾーンで混合する際に反応生成物が生じ、この反応生成物のパーティクルが成膜を阻害するという問題があった。   A film forming apparatus, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is an apparatus for supplying a material gas to grow a thin film on a semiconductor wafer. In such a film forming apparatus, the film is formed at a high temperature in order to decompose and react the material gas. Therefore, there has been a problem that the temperature of the reaction vessel is increased and a reaction product is generated when various material gases are mixed in the supply zone, and particles of the reaction product inhibit film formation.

従来の装置では、供給ガス圧を供給元で定圧化するため、供給ゾーンにガスが到達するまでに装置内部の温度(1500〜2000℃)によって昇温し、供給ゾーンで高温化したガスが反応するもので、パーティクルの発生は、原理的に避けられないものであった。   In the conventional apparatus, since the supply gas pressure is made constant at the supply source, the temperature is increased by the internal temperature (1500 to 2000 ° C.) until the gas reaches the supply zone, and the gas heated in the supply zone reacts. Therefore, the generation of particles is inevitable in principle.

近年、ガス流路周辺に冷媒(冷却液体)を流すことによりこの問題に対処することが提案されている(特許文献1参照)。図3及び図4を参照して、提案されているガス冷却器を付加した減圧CVD装置70を説明する。図4は、図3の要部を拡大したものである。   In recent years, it has been proposed to deal with this problem by flowing a refrigerant (cooling liquid) around the gas flow path (see Patent Document 1). With reference to FIG.3 and FIG.4, the low pressure CVD apparatus 70 which added the gas cooler proposed is demonstrated. FIG. 4 is an enlarged view of the main part of FIG.

減圧CVD装置70は、減圧された反応容器を備えており、反応容器内には、その下部に配置された円板状のウェハ加熱ユニット71に対向して、中央部には、2本のガス供給管72、73が並んで配置され、その周囲には、ウェハを支持するとともにウェハを回転するウェハ保持ユニット75、76が配置されている。ウェハ保持ユニット75、76に保持された半導体ウェハ91、92が、ウェハ加熱ユニット71に対向する成膜ゾーン95で、材料ガスが反応してウェハ91、92上に薄膜が形成される。なお、ウェハ加熱ユニット71とウェハ保持ユニット75、76とは、図3の矢印rに示すように回転可能である。   The reduced-pressure CVD apparatus 70 includes a reduced-pressure reaction vessel. The reaction vessel is opposed to a disk-shaped wafer heating unit 71 disposed in the lower portion thereof, and two gases are provided in the central portion. Supply pipes 72 and 73 are arranged side by side, and wafer holding units 75 and 76 that support the wafer and rotate the wafer are arranged around the supply pipes 72 and 73. The semiconductor wafers 91 and 92 held by the wafer holding units 75 and 76 are reacted with the material gas in the film formation zone 95 facing the wafer heating unit 71 to form a thin film on the wafers 91 and 92. The wafer heating unit 71 and the wafer holding units 75 and 76 are rotatable as shown by the arrow r in FIG.

材料ガスは、2本のガス供給管72、73から供給される。ガス供給管72と73の周囲にガス冷却器80が設けられ、ガス冷却器80には冷媒である液体81が満たされている。冷媒81は、冷媒導入口(図示せず)から導入され、冷媒排出口(図示せず)から排出される。ガス供給管72、73の端部出口から材料ガスが導入されるとき、材料ガスが混合しても反応しないように、ガス供給管72、73は、ガス冷却器80によって冷却される。   The material gas is supplied from two gas supply pipes 72 and 73. A gas cooler 80 is provided around the gas supply pipes 72 and 73, and the gas cooler 80 is filled with a liquid 81 which is a refrigerant. The refrigerant 81 is introduced from a refrigerant inlet (not shown) and discharged from a refrigerant outlet (not shown). When the material gas is introduced from the end outlets of the gas supply pipes 72 and 73, the gas supply pipes 72 and 73 are cooled by the gas cooler 80 so as not to react even if the material gas is mixed.

しかしながら、ガス冷却器を付加した減圧CVD装置には、次のような問題点がある。
(1)高温部周辺を液体冷却することから、気密性が要求され構造が複雑となる。
(2)供給口まで冷却することが困難で、ガスの冷却効果を高めることが困難である。
(3)液体が高温装置内に漏れると瞬時に気化し装置内部圧力が急激に上昇するので、装置を損傷するおそれもある。
したがって、このような方式では、量産性の高いシステムとすることが難しいものであった。
However, the low pressure CVD apparatus to which a gas cooler is added has the following problems.
(1) Since the periphery of the high temperature part is liquid-cooled, airtightness is required and the structure becomes complicated.
(2) It is difficult to cool to the supply port and it is difficult to enhance the gas cooling effect.
(3) When the liquid leaks into the high-temperature apparatus, the liquid is instantly vaporized and the internal pressure of the apparatus increases rapidly, which may damage the apparatus.
Therefore, with such a system, it has been difficult to make a system with high productivity.

なお、従来、薄膜形成装置で二重構造のガス導入管を備え、外管に比べ内管の原料ガスの濃度を低くした状態で流すもの(特許文献2参照)、プロセス温度を低温に維持するために断熱膨張を利用するもの(特許文献3参照)が公知である。   Conventionally, a thin-film forming apparatus is provided with a double-structure gas introduction pipe and flows with the concentration of the raw material gas in the inner pipe lower than that of the outer pipe (see Patent Document 2), and the process temperature is kept low. For this purpose, those using adiabatic expansion (see Patent Document 3) are known.

特開2004−507898号公報JP 2004-507898 A 特開2004−292255号公報JP 2004-292255 A 特開平1−206629号公報JP-A-1-206629

本発明は、上記の問題点に鑑み、簡単な構成で、ガス供給管の供給口でガス温度を下げることができる装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the apparatus which can reduce gas temperature with the supply port of a gas supply pipe by simple structure in view of said problem.

前記課題を解決するために、本発明による成膜装置は、請求項1に記載のとおり、その反応容器(1)内に、基板保持部(2)と、基板加熱部(3)と、異なるガスをそれぞれ供給する多重に配置された複数のガス供給管(21,22)とを備え、このガス供給管の供給口は、供給口まで前記ガスを所定の圧力に保持する開口からななり、該開口から前記ガスが供給される際の断熱膨張により前記ガスを冷却することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a film forming apparatus according to the present invention is different from the substrate holding unit (2) and the substrate heating unit (3) in the reaction vessel (1) as described in claim 1. A plurality of gas supply pipes (21, 22) arranged in multiples for supplying each gas, and the supply port of the gas supply pipe comprises an opening for holding the gas at a predetermined pressure up to the supply port; The gas is cooled by adiabatic expansion when the gas is supplied from the opening.

このように、本発明は、供給される材料ガス圧力に着目し、材料ガスが反応容器に供給される際の断熱膨張による冷却効果を利用するもので、所定の開口を設けるという簡素な構成により、ガス温度を低下させ、パーティクルの発生を抑え、成膜ゾーンに材料ガスを安定供給することができる。また、冷却材を用いて冷却するものではないので、冷却材漏れによる故障の心配はない。   Thus, the present invention pays attention to the supplied material gas pressure and utilizes the cooling effect by adiabatic expansion when the material gas is supplied to the reaction vessel, and has a simple configuration in which a predetermined opening is provided. The gas temperature can be lowered, the generation of particles can be suppressed, and the material gas can be stably supplied to the film formation zone. Moreover, since it is not what cools using a coolant, there is no worry of the failure by coolant leakage.

開口は、請求項2に記載のとおり、ガス供給管端部の側壁に設けることができ、これによれば、成膜ゾーンへ短距離でガスを供給することができる。   As described in claim 2, the opening can be provided on the side wall of the end of the gas supply pipe. According to this, the gas can be supplied to the film formation zone at a short distance.

開口は、請求項3に記載のとおり、微小なオリフィスから構成されても、請求項4に記載のとおり、開口面積が可変なバルブ構造をもつように構成されてもよい。開口を、微小なオリフィスで構成すると、簡単な構成によりガス温度を制御でき、開口面積が可変なバルブから構成すると、開口面積の調節が容易である。   As described in claim 3, the opening may be constituted by a small orifice, or as described in claim 4, the opening may be configured to have a valve structure having a variable opening area. When the opening is configured with a small orifice, the gas temperature can be controlled with a simple configuration. When the opening is configured with a valve having a variable opening area, the opening area can be easily adjusted.

さらに、請求項5に記載のように、多重管の最外周の供給管には、より熱耐性の高いガスを通過させると、内側を通過するガスの熱上昇をより防止でき、さらに冷却効果を高めることができる。   Furthermore, as described in claim 5, if a gas with higher heat resistance is passed through the outermost supply pipe of the multiple pipe, the heat rise of the gas passing through the inside can be further prevented, and the cooling effect can be further improved. Can be increased.

また、請求項6に記載のように、基板保持部(21,22)と前記基板加熱部(3)とを対向して配置する成膜装置に本発明が適用されるときには、本発明の冷却効果が顕著となる。   Further, when the present invention is applied to a film forming apparatus in which the substrate holding part (21, 22) and the substrate heating part (3) are arranged to face each other as described in claim 6, the cooling of the present invention. The effect becomes remarkable.

請求項7に記載のように、基板保持部(21,22)の基板回転手段によりそれぞれが保持した基板を回転させるようにすると、膜厚が不均一になることなくさらに安定な成膜を行うことができる。   As described in claim 7, when the substrates held by the substrate rotating means of the substrate holder (21, 22) are rotated, a more stable film formation is performed without uneven film thickness. be able to.

請求項8に記載のように、基板加熱部(3)の加熱部回転手段により基板加熱部を回転させると、基板をさらに均一に加熱することができる。   As described in claim 8, when the substrate heating unit is rotated by the heating unit rotating means of the substrate heating unit (3), the substrate can be heated more uniformly.

以下、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態である減圧CVD装置10の断面を示す概略図であり、図2は、その要部の拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a low pressure CVD apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof.

本実施形態では、減圧CVD装置10は、Si基板にSiCを気相成長させるために使用される。材料ガスは、プロパンガス(C)、シランガス(SiH4)であり、キャリアガスは、水素H2である。 In the present embodiment, the low pressure CVD apparatus 10 is used for vapor-phase growth of SiC on a Si substrate. The material gas is propane gas (C 3 H 8 ) and silane gas (SiH 4 ), and the carrier gas is hydrogen H 2 .

減圧CVD装置10は、本体11と上蓋13とで気密に構成された反応容器1を有する。反応容器1の下部には、ウェハ加熱ユニット3が設けられる。その上部の中心部には、ガス供給管26と、その外周に形成されたガス供給管27の2本のガス供給管が配置されている。ガス供給管26とガス供給管27とは、中心軸を共有する2重管となっている。また、2本のガス供給管26,27の周囲には、ウェハ41、42を保持するウェハ保持ユニット21、22が配置される。なお、ウェハ加熱ユニット3を上部に配置し、ウェハ保持ユニット21、22を下部に配置することもできる。   The low-pressure CVD apparatus 10 includes a reaction vessel 1 that is airtightly constituted by a main body 11 and an upper lid 13. A wafer heating unit 3 is provided below the reaction vessel 1. Two gas supply pipes, a gas supply pipe 26 and a gas supply pipe 27 formed on the outer periphery of the gas supply pipe 26, are arranged at the center of the upper portion. The gas supply pipe 26 and the gas supply pipe 27 are double pipes sharing the central axis. In addition, wafer holding units 21 and 22 that hold the wafers 41 and 42 are disposed around the two gas supply pipes 26 and 27. In addition, the wafer heating unit 3 can be arranged at the upper part, and the wafer holding units 21 and 22 can be arranged at the lower part.

本実施形態では、2本のガス供給管26,27とウェハ保持ユニット21、22とは、ウェハ加熱ユニット3に対向する部材として、上部支持体2により一体に組み付けられている。上部のガス供給管26,27とウェハ保持ユニット21、22と、下部のウェハ加熱ユニット3との間に形成される空間は、中心部は、ガス供給管26,27の供給口が配置されたガス供給ゾーン51であり、周辺部は、ウェハ41、42とウェハ加熱ユニット3が対向する成膜ゾーン52となっている。ガス供給ゾーンに供給された反応ガスとも呼ばれる材料ガスは、キャリアガスに乗って成膜ゾーンに到達し、ウェハ41、42上にSiC膜を成長させる。   In the present embodiment, the two gas supply pipes 26 and 27 and the wafer holding units 21 and 22 are integrally assembled by the upper support 2 as a member facing the wafer heating unit 3. The space formed between the upper gas supply pipes 26 and 27, the wafer holding units 21 and 22, and the lower wafer heating unit 3 is provided with the supply ports of the gas supply pipes 26 and 27 at the center. This is a gas supply zone 51, and a peripheral portion is a film formation zone 52 where the wafers 41 and 42 and the wafer heating unit 3 face each other. A material gas, also called a reaction gas, supplied to the gas supply zone rides on the carrier gas and reaches the film formation zone, and grows an SiC film on the wafers 41 and 42.

ウェハ保持ユニット21、22は、保持したウェハを回転あるいは旋回させるためのウェハ回転あるいは旋回手段をもつ。ウェハ保持ユニット21、22は、ウェハ41、42を保持する保持部と回転可能な支軸を有し、ウェハ保持ユニット21、22に保持したウェハ41、42をウェハの中心軸の周りに水平面内で回転させることができる。これは、ガス供給ゾーン51から供給されるガスの上流側(中心側)と下流側(周辺側)とではガス濃度に差があるので、ウェハを旋回させることによって、実質的にガス濃度を均一にして膜の厚みに差がでないようにするためである。なお、図には示されていないが、上部支持体2には、もう一つのウェハ保持ユニットが設けられていて、反応容器1内では一度に合計3枚のウェハを処理できるようになっている。   The wafer holding units 21 and 22 have wafer rotation or turning means for rotating or turning the held wafer. The wafer holding units 21 and 22 have a holding portion for holding the wafers 41 and 42 and a rotatable support shaft, and the wafers 41 and 42 held by the wafer holding units 21 and 22 are arranged in a horizontal plane around the central axis of the wafer. Can be rotated. This is because there is a difference in gas concentration between the upstream side (center side) and the downstream side (peripheral side) of the gas supplied from the gas supply zone 51, so that the gas concentration is substantially uniform by swirling the wafer. Thus, there is no difference in film thickness. Although not shown in the figure, the upper support 2 is provided with another wafer holding unit so that a total of three wafers can be processed in the reaction vessel 1 at a time. .

下側のウェハ加熱ユニット3は、円板状のカーボンからなる加熱板を備え、加熱板の下側には、高周波誘導コイル(図示せず)をトロイダル状に配置し、加熱板を誘導加熱する。加熱された加熱板からの輻射熱により、対向するウェハ41、42を加熱する。また、ウェハ加熱ユニット3は、回転可能な支軸を有して、水平面内に回転可能に構成されており、加熱板が均一に加熱されない場合であっても、ウェハ41、42を均一に加熱できるように構成されている。   The lower wafer heating unit 3 includes a heating plate made of disc-shaped carbon, and a high-frequency induction coil (not shown) is disposed in a toroidal shape on the lower side of the heating plate to inductively heat the heating plate. . The opposing wafers 41 and 42 are heated by the radiant heat from the heated heating plate. Further, the wafer heating unit 3 has a rotatable support shaft and is configured to be rotatable in a horizontal plane. Even when the heating plate is not heated uniformly, the wafers 41 and 42 are heated uniformly. It is configured to be able to.

反応容器1内の同心円筒で構成されたガス供給管51、52の先端部は閉塞され、閉塞された先端部近傍の側壁に複数の微小な開口すなわちオリフィス28、29が、ガス供給口として形成されている。内側のガス供給管26については、外側の供給管27よりも突出しており、その突出部の内壁にオリフィス28が設けられる。   The distal ends of the gas supply pipes 51 and 52 formed of concentric cylinders in the reaction vessel 1 are closed, and a plurality of minute openings, that is, orifices 28 and 29 are formed as gas supply ports on the side wall near the closed distal end. Has been. The inner gas supply pipe 26 protrudes from the outer supply pipe 27, and an orifice 28 is provided on the inner wall of the protruding portion.

この微小なオリフィス27、29は、材料ガスを反応容器内に導入するともに、材料ガス供給タンク(図示せず)から供給管26,27の供給口まで材料ガスの圧力を所定の高圧に維持する働きをする。なお、供給管51が供給管52から突出しているのに対応して。ウェハ加熱ユニット3の中心部には凹部が形成されているが、これは、ウェハ加熱ユニット3からの距離をとって、ガス供給管51の過熱を防ぐためである。   The small orifices 27 and 29 introduce the material gas into the reaction vessel and maintain the pressure of the material gas at a predetermined high pressure from the material gas supply tank (not shown) to the supply ports of the supply pipes 26 and 27. Work. Incidentally, in response to the supply pipe 51 protruding from the supply pipe 52. A recess is formed at the center of the wafer heating unit 3 in order to prevent the gas supply pipe 51 from being overheated by taking a distance from the wafer heating unit 3.

このような構成の減圧CVD装置10の動作は、次のとおりである。
まず、反応容器1の上蓋13を開けて、薄膜を形成する基板であるウェハをウェハ保持ユニット21、22等にセットする。
The operation of the low pressure CVD apparatus 10 having such a configuration is as follows.
First, the upper lid 13 of the reaction vessel 1 is opened, and a wafer, which is a substrate on which a thin film is to be formed, is set in the wafer holding units 21, 22 and the like.

次に、上蓋13を閉じて反応容器1を気密に保って、排気手段(図示せず)を用いて20Torrまで減圧する。   Next, the upper lid 13 is closed to keep the reaction vessel 1 airtight, and the pressure is reduced to 20 Torr using an exhaust means (not shown).

その後、加熱ユニット3の下部に配置された高周波コイル(図示せず)に電流を流し加熱ユニット3の加熱板を加熱して、輻射熱によりウェハ41、42を加熱する。ここで、加熱ユニット3は中心軸の回りに水平回転するので、均一なウェハ加熱が行われる。   Thereafter, an electric current is passed through a high-frequency coil (not shown) disposed under the heating unit 3 to heat the heating plate of the heating unit 3 and the wafers 41 and 42 are heated by radiant heat. Here, since the heating unit 3 rotates horizontally around the central axis, uniform wafer heating is performed.

所定の高温に達したことを検出して、所定の圧力、例えば0.2MPaを保持したまま材料ガス(プロパン、シラン)をキャリアガス(水素)とともに、供給管を通して供給する。本実施形態では、内側のガス供給管26には、シランガスを通し、外側のガス供給管27には、プロパンガスと、キャリアガスである水素H2を通すようにする。これは、プロパンガスと水素は、シランガスに比較して熱耐性が高く、ウェハ加熱ユニット3からの熱を受けて、プロパンガスあるいは水素ガスの温度上昇があってもその影響は比較的に少ないからである。   It is detected that a predetermined high temperature has been reached, and a material gas (propane, silane) is supplied through a supply pipe together with a carrier gas (hydrogen) while maintaining a predetermined pressure, for example, 0.2 MPa. In this embodiment, silane gas is passed through the inner gas supply pipe 26, and propane gas and hydrogen H 2 that is a carrier gas are passed through the outer gas supply pipe 27. This is because propane gas and hydrogen have higher heat resistance compared to silane gas, and even if the temperature of propane gas or hydrogen gas rises due to the heat from wafer heating unit 3, the influence thereof is relatively small. It is.

2重管に代えて3重管を用いて、最外周には供給するガスのうちで最も熱耐性のある水素ガスを導入し、その内側にプロパンガス、最も内側に配置された供給管には、シランガスを通すようにすると、よりいっそうウェハ加熱ユニットよりの熱の影響を少なくできる。   Using a triple pipe instead of the double pipe, the most heat-resistant hydrogen gas is introduced into the outermost periphery, propane gas is introduced inside, and the supply pipe arranged on the innermost side is introduced. If the silane gas is passed, the influence of heat from the wafer heating unit can be further reduced.

ガス供給管26、27を通って流れてくる材料ガス等は、供給管の先端の周囲に設けられた供給口である各オリフィス28、29から供給ゾーン51に噴出し、その後材料ガス(プロパン、シラン)は、キャリアである水素ガスに運ばれて成膜ゾーン52に供給される。   The material gas or the like flowing through the gas supply pipes 26 and 27 is jetted to the supply zone 51 from the orifices 28 and 29 which are supply ports provided around the tip of the supply pipe, and then the material gas (propane, Silane) is transported to hydrogen gas as a carrier and supplied to the film formation zone 52.

供給口まで所定の圧力0.2MPaで供給されたガスは、圧力26.6kPaの供給ゾーン51にオリフィス28、29から噴射し、断熱膨張することによりガスの温度が低下する。したがって、1500〜2000℃に達する反応容器内のガス供給管の内部で、ガス温度が反応温度まで上昇しているとしても、ガス供給管26,27の供給口であるオリフィス28,29から噴出するガスは、断熱膨張して冷却されるので、ガス自体の温度を反応温度及び分解温度例えば500℃以下に低下させることができる。したがって、ガス供給ゾーン51では、ガス供給管26、27を通って供給されるプロパンとシランが混ざりあうが、ガスの温度を反応温度及び分解温度以下に抑えられているので、反応あるいは分解することなく、成膜不良の原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。   The gas supplied to the supply port at a predetermined pressure of 0.2 MPa is injected from the orifices 28 and 29 into the supply zone 51 having a pressure of 26.6 kPa and adiabatically expands, whereby the temperature of the gas decreases. Therefore, even if the gas temperature rises to the reaction temperature inside the gas supply pipe in the reaction vessel that reaches 1500 to 2000 ° C., it is ejected from the orifices 28 and 29 that are the supply ports of the gas supply pipes 26 and 27. Since the gas is adiabatically expanded and cooled, the temperature of the gas itself can be lowered to a reaction temperature and a decomposition temperature, for example, 500 ° C. or lower. Therefore, in the gas supply zone 51, propane and silane supplied through the gas supply pipes 26 and 27 are mixed, but the gas temperature is kept below the reaction temperature and the decomposition temperature, so that the reaction or decomposition occurs. In addition, the generation of particles that cause film formation defects can be suppressed.

供給ガスゾーン51から水素ガスにより成膜ゾーンに運ばれるプロパンガスとシランガスとは、高温に保持されている成膜ゾーンで反応して、Siウェハ上にSiC皮膜を成長させることになる。なお、ここでは、前述のように、ウェハ保持ユニット21、22によりウェハが水平回転して、均一な成膜を可能にしている。   Propane gas and silane gas carried from the supply gas zone 51 to the film formation zone by hydrogen gas react in the film formation zone held at a high temperature to grow a SiC film on the Si wafer. Here, as described above, the wafer is horizontally rotated by the wafer holding units 21 and 22 to enable uniform film formation.

本発明によるガスの冷却は、圧縮流体が断熱膨張することにより低温化する原理を用いるものであるから、熱力学的理論に基づいて、オリフィスの数あるいはオリフィス径とガス供給圧とを変更することで、低下させる温度を任意に設定できる。一般に、供給圧が高いほど、低温のガスを得ることができる。   Since the cooling of the gas according to the present invention uses the principle of reducing the temperature by adiabatic expansion of the compressed fluid, the number of orifices or the orifice diameter and the gas supply pressure are changed based on the thermodynamic theory. Thus, the temperature to be lowered can be set arbitrarily. In general, the higher the supply pressure, the lower the temperature of the gas.

このようにして、供給されるガスの温度を反応温度及び分解温度以下に低下させると、供給ゾーン51での材料ガスの反応や分解は抑制される。その結果、成膜不良を引き起こすパーティクルの発生も抑えられ、材料ガスを成膜ゾーン52に安定供給でき、欠陥のない成膜を可能となる。   In this way, when the temperature of the supplied gas is lowered below the reaction temperature and the decomposition temperature, the reaction and decomposition of the material gas in the supply zone 51 are suppressed. As a result, the generation of particles that cause film formation defects can be suppressed, the material gas can be stably supplied to the film formation zone 52, and film formation without defects can be achieved.

本実施形態では、ガス供給口はオリフィスで構成したが、単なる開口ではなく、開口面積を適宜変更するために、開口面積が可変で調節可能なニードルバルブ等のバルブ構造を採用してもよい。開口面積が調節可能なバルブを用いると、冷却目標となる温度の設定等において、開口面積を容易に変更できる。なお、オリフィスあるいはバルブの数や位置については、特に限定されるものではなく、所定の圧力に保持することができるものであればよい。本実施形態では、ガス供給管の側壁にオリフィスを設けたが、例えばガス供給管の閉塞した端部に設けるようにしてもよい。これらのガス供給管の開口部の構造は、ガスの流れやガス量に応じて選択し、設定することができる。   In the present embodiment, the gas supply port is configured by an orifice. However, instead of a simple opening, a valve structure such as a needle valve having a variable and adjustable opening area may be employed in order to appropriately change the opening area. When a valve having an adjustable opening area is used, the opening area can be easily changed in setting a temperature to be a cooling target. The number and position of the orifices or valves are not particularly limited as long as they can be maintained at a predetermined pressure. In this embodiment, the orifice is provided on the side wall of the gas supply pipe. However, for example, it may be provided at the closed end of the gas supply pipe. The structure of the opening of these gas supply pipes can be selected and set according to the gas flow and the gas amount.

さらに多くの材料ガスを供給する場合には、材料ガスあるいはキャリアガスの数に対応する数の多重管を備えて、各ガスを供給するようにしてもよい。   When supplying more material gases, a number of multiple tubes corresponding to the number of material gases or carrier gases may be provided to supply each gas.

さらに、本発明は、実施形態で説明した装置に限定されることなく、ガスを供給して加熱により成膜する装置であれば、どのような装置でも適用できる。   Furthermore, the present invention is not limited to the apparatus described in the embodiment, and can be applied to any apparatus as long as the apparatus supplies a gas and forms a film by heating.

本発明の実施形態である減圧CVD装置の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the low pressure CVD apparatus which is embodiment of this invention. 図1の減圧CVD装置の要部の断面を示す概略拡大図である。It is a schematic enlarged view which shows the cross section of the principal part of the low pressure CVD apparatus of FIG. 従来のガス冷却器を備えた減圧CVD装置の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the low pressure CVD apparatus provided with the conventional gas cooler. 図3の減圧CVD装置の要部の断面を示す概略拡大図である。It is a schematic enlarged view which shows the cross section of the principal part of the low pressure CVD apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 減圧CVD装置
1 反応容器
11 上蓋
13 本体
2 上部支持体
21、22 ウェハ保持ユニット
26、27 ガス供給管
3 ウェハ加熱ユニット
41、42 ウェハ
51 ガス供給ゾーン
52 成膜ゾーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Low pressure CVD apparatus 1 Reaction container 11 Upper lid 13 Main body 2 Upper support body 21 and 22 Wafer holding unit 26 and 27 Gas supply pipe 3 Wafer heating unit 41 and 42 Wafer 51 Gas supply zone 52 Film-forming zone

Claims (8)

反応容器(1)に配置された基板上にガスを供給して、該基板に膜を形成する成膜装置であって、前記反応容器(1)は、
前記基板を保持する基板保持部(21、22)と、
前記基板を加熱する基板加熱部(3)と、
少なくとも異なるガスを供給する多重に配置された複数のガス供給管(26、27)とを備え、
前記ガス供給管の供給口(28、29)は、該供給口まで前記ガスを所定の圧力に保持する開口からなり、該開口から前記ガスが供給される際の断熱膨張により前記ガスを冷却することを特徴とする成膜装置。
A film forming apparatus for forming a film on a substrate by supplying a gas onto the substrate disposed in the reaction container (1), wherein the reaction container (1) includes:
A substrate holder (21, 22) for holding the substrate;
A substrate heating section (3) for heating the substrate;
A plurality of gas supply pipes (26, 27) arranged at least to supply different gases,
The supply ports (28, 29) of the gas supply pipe have openings that hold the gas at a predetermined pressure up to the supply ports, and cool the gas by adiabatic expansion when the gas is supplied from the openings. A film forming apparatus.
前記開口は、ガス供給管端部の側壁に設けられる請求項1に記載の成膜装置。   The film formation apparatus according to claim 1, wherein the opening is provided on a side wall of a gas supply pipe end. 前記開口は、微小なオリフィスからなる請求項1又は2に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the opening includes a small orifice. 前記開口は、開口面積が可変なバルブ構造をもつ請求項1又は2に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the opening has a valve structure having a variable opening area. 前記多重に配置された複数のガス供給管(26、27)の最外周の供給管には、より熱耐性の高いガスを通過させる請求項1〜4のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a gas having higher heat resistance is allowed to pass through the outermost supply pipes of the plurality of gas supply pipes (26, 27) arranged in multiplex. . 前記基板保持部(21、22)と前記基板加熱部(3)とは、対向して配置される請求項1〜5のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding unit (21, 22) and the substrate heating unit (3) are arranged to face each other. 前記基板保持部(21、22)は基板回転手段を備え、該基板回転手段によりそれぞれが保持した基板を回転させる請求項1〜6のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding unit (21, 22) includes a substrate rotating unit, and rotates the substrate held by the substrate rotating unit. 前記基板加熱部(3)は加熱部回転手段を備え、該加熱部回転手段により基板加熱部を回転させる請求項1〜7のいずれか1項に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate heating unit (3) includes a heating unit rotating unit, and the substrate heating unit is rotated by the heating unit rotating unit.
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