JP2792886B2 - Chemical vapor deposition equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウエハプロセスなどで使用されるCVD
装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to CVD used in a semiconductor wafer process and the like.
It concerns the device.
従来のこの種のCVD装置は第６図に示すように構成さ
れている。A conventional CVD apparatus of this type is configured as shown in FIG.
第６図は従来の常圧CVD装置の概略構成を示す断面図
で、同図において１は半導体ウエハ（以下、単にウエハ
という。）、２はこのウエハ１を加熱するためのウエハ
ステージで、このウエハステージ２は上面にウエハ１が
載置される平坦部2aが形成され、かつヒータ2bが内蔵さ
れており、CVD装置本体（図示せず）に対して固定され
ている。３は反応ガス（例えば、SiH4ガスとO2ガス）を
前記ウエハ１に吹きつけるためのガス噴出ヘッドで、こ
のガス噴出ヘッド３は、平面視長方形状を呈する箱体か
らなり、底部にガス噴出孔3aが多数設けられ、前記ウエ
ハステージ２の上方に配置されている。また、このガス
噴出ヘッド３は反応ガス供給管４を介してガス供給装置
（図示せず）に接続されると共に、駆動装置（図示せ
ず）に連結されており、この駆動装置によって後述する
排気フードと共にウエハステージ２に対して水平移動自
在に設けられている。５は未反応のまま残留された反応
ガスを排出するための排気フードで、この排気フード５
は前記ガス噴出ヘッド３を囲んで設けられており、排気
管６を介してガス排出装置（図示せず）に接続され、か
つ前記ガス噴出ヘッド３と共に水平移動されるように構
成されている。７は負圧チャンバーを形成するための排
気カバーで、この排気カバー７は前記排気フード５の側
方および上方を囲み、ウエハステージ２の平坦部2aを全
面にわたって覆うように構成されており、排気ダクト８
を介して吸引装置（図示せず）に連結されている。すな
わち、この吸引装置を作動させることにより排気カバー
７内のチャンバー全体が負圧となり、この負圧を保つこ
とによって反応ガスが外部に漏れるのを防ぐことができ
る。なお、上述したCVD装置はガス噴出ヘッド３をウエ
ハ１に対して移動自在に設けたものを示したが、噴出ヘ
ッド３をCVD装置本体に固定させ、ウエハステージ２を
移動自在に設けたCVD装置も採用されている。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional normal pressure CVD apparatus. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) and reference numeral 2 denotes a wafer stage for heating the wafer 1. The wafer stage 2 has a flat portion 2a on the upper surface on which the wafer 1 is mounted, and a built-in heater 2b, which is fixed to a CVD apparatus main body (not shown). Reference numeral 3 denotes a gas ejection head for blowing a reaction gas (for example, SiH 4 gas and O 2 gas) onto the wafer 1. The gas ejection head 3 is formed of a box having a rectangular shape in plan view, and has a gas A large number of ejection holes 3a are provided, and are arranged above the wafer stage 2. The gas ejection head 3 is connected to a gas supply device (not shown) via a reaction gas supply pipe 4 and is connected to a driving device (not shown). The hood is horizontally movable with respect to the wafer stage 2. Reference numeral 5 denotes an exhaust hood for discharging the reaction gas remaining unreacted.
Is provided so as to surround the gas ejection head 3, is connected to a gas discharge device (not shown) via an exhaust pipe 6, and is configured to be horizontally moved together with the gas ejection head 3. Reference numeral 7 denotes an exhaust cover for forming a negative pressure chamber. The exhaust cover 7 surrounds the side and the upper side of the exhaust hood 5, and is configured to cover the entire flat portion 2 a of the wafer stage 2. Duct 8
Through a suction device (not shown). That is, by operating this suction device, the entire chamber in the exhaust cover 7 becomes negative pressure, and by maintaining this negative pressure, it is possible to prevent the reaction gas from leaking to the outside. In the above-described CVD apparatus, the gas ejection head 3 is provided movably with respect to the wafer 1. However, the CVD apparatus in which the ejection head 3 is fixed to the CVD apparatus main body and the wafer stage 2 is movably provided. Has also been adopted.
次に、このように構成された従来のCVD装置の動作に
ついて説明する。このCVD装置によってウエハ１上に薄
膜を形成するには、先ず、主面（薄膜を形成させる表
面）を上方に向けてウエハ１をウエハステージ２上に載
置させ、ヒータ2bによってウエハ１を所定温度に加熱す
る。そして、排気カバー７内を負圧にした状態で反応ガ
スをウエハ１に吹きつける。反応ガスを吹きつけるにあ
たっては、第７図に示すように、ウエハ１上に薄膜が均
一に形成されるようにガス噴出ヘッド３あるいはウエハ
ステージ２を平行移動させ、反応ガスをウエハ１の全面
にわたり吹きつける。このようにしてウエハ１上に化学
気相成長により薄膜が形成されることになる。なお、第
７図においては前記第６図で説明したものと同等の部材
については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。Next, the operation of the conventional CVD apparatus configured as described above will be described. In order to form a thin film on the wafer 1 by this CVD apparatus, first, the wafer 1 is placed on the wafer stage 2 with its main surface (the surface on which the thin film is formed) facing upward, and the wafer 1 is placed in a predetermined position by the heater 2b. Heat to temperature. Then, the reaction gas is blown to the wafer 1 with the inside of the exhaust cover 7 kept at a negative pressure. In spraying the reaction gas, the gas ejection head 3 or the wafer stage 2 is moved in parallel so that a thin film is uniformly formed on the wafer 1 as shown in FIG. Spray. Thus, a thin film is formed on the wafer 1 by chemical vapor deposition. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same members as those described in FIG. 6, and the detailed description is omitted.
しかるに、このように構成された従来のCVD装置にお
いては、ウエハ１の主面が上向きであるため気相反応に
よる反応生成物がウエハ１上に落下されやすく、この反
応生成物が異物としてウエハ１上に残留されてしまう。
また、ガス噴出ヘッド３はウエハ１における主面の全面
を覆うほど大きく形成されていないため、反応ガスがウ
エハ１の全体にわたって吹きつけられるようにガス噴出
ヘッド３あるいはウエハステージ２を移動させなければ
ならない。このため、構造が複雑になりコストが高くな
るという問題があった。ガス噴出ヘッド３あるいはウエ
ハステージ２を移動させたとしても、ウエハ１において
は反応ガスが吹きつけられない部位が生じるため、反応
生成膜の成長速度が遅くなる。さらにまた、排気カバー
７内を負圧にすると排気カバー７の開口部から外気が侵
入されやすく、外気中の異物によって膜質が低下されや
すい。However, in the conventional CVD apparatus configured as described above, since the main surface of the wafer 1 is upward, a reaction product due to a gas phase reaction easily falls on the wafer 1, and the reaction product is formed as foreign matter as foreign matter. Will be left on top.
Further, since the gas ejection head 3 is not formed large enough to cover the entire main surface of the wafer 1, the gas ejection head 3 or the wafer stage 2 must be moved so that the reaction gas is blown over the entire wafer 1. No. For this reason, there has been a problem that the structure becomes complicated and the cost increases. Even if the gas ejection head 3 or the wafer stage 2 is moved, a portion where the reaction gas is not blown occurs on the wafer 1, so that the growth rate of the reaction product film is reduced. Furthermore, if the inside of the exhaust cover 7 is set to a negative pressure, outside air tends to enter through the opening of the exhaust cover 7 and foreign matter in the outside air tends to deteriorate the film quality.
本発明に係る化学気相成長装置は、反応チャンバ内の
加熱したウエハステージで半導体ウエハの主面を下向き
に保持し、上記半導体ウエハの下方に配置したガス噴出
ヘッドを上記半導体ウエハの外径より大きな寸法に形成
し、上記ガス噴出ヘッドのガス噴出孔から上記半導体ウ
エハの全面に反応ガスを吹き付けて、排気ダクトから上
記反応ガスを排気するようにした化学気相成長装置にお
いて、上記半導体ウエハの側方へ放射状に上記排気ダク
トに複数の排気孔を配置し、上記ウエハステージで保持
した上記半導体ウエハの主面が水平方向で上記排気孔と
ほぼ同じ高さになるようにしたものである。A chemical vapor deposition apparatus according to the present invention holds a main surface of a semiconductor wafer downward on a heated wafer stage in a reaction chamber, and moves a gas ejection head disposed below the semiconductor wafer from an outer diameter of the semiconductor wafer. In a chemical vapor deposition apparatus formed to have a large size and spraying a reaction gas from the gas ejection holes of the gas ejection head onto the entire surface of the semiconductor wafer to exhaust the reaction gas from an exhaust duct, A plurality of exhaust holes are arranged in the exhaust duct radially to the side so that the main surface of the semiconductor wafer held by the wafer stage is substantially at the same height as the exhaust holes in the horizontal direction.
ウエハの主面が下方に向けられた状態で反応生成膜が
形成されるため、異物がウエハ上に付着されにくくな
る。また、反応ガスはウエハの主面全面にわたって均等
に吹きつけられ、ウエハの主面に沿って流されてウエハ
の側方に排気されることになる。さらにまた、ステージ
および反応ガス噴出ヘッドの外周部が排気ダクトによっ
て囲まれているから外気が侵入されにくくなる。Since the reaction product film is formed with the main surface of the wafer directed downward, foreign substances are less likely to adhere to the wafer. In addition, the reaction gas is evenly blown over the entire main surface of the wafer, flows along the main surface of the wafer, and is exhausted to the side of the wafer. Furthermore, since the outer peripheral portions of the stage and the reaction gas ejection head are surrounded by the exhaust duct, it becomes difficult for outside air to enter.
以下、本発明の一実施例を第１図および第２図によっ
て詳細に説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG.
第１図は本発明に係る化学気相成長装置の概略構成を
示す断面図、第２図は第１図中II−II線断面図である。
これらの図において、11は半導体ウエハ（以下、単にウ
エハという。）、12はこのウエハ11を加熱するためのウ
エハステージで、このウエハステージ12はヒータ12aを
内蔵し、かつ下部を平坦に形成することによってウエハ
保持面12bが形成されており、このウエハ保持面12bに開
口されかつ真空吸引装置（図示せず）に連通される吸気
孔12cが穿設されている。そして、このウエハステージ1
2はウエハ保持面12bを下方に向けた状態でCVD装置本体
（図示せず）に取付けられている。13はウエハ11に反応
ガスを吹きつけるためのガス噴出ヘッドで、このガス噴
出ヘッド13は前記ウエハステージ12の下方に所定間隔お
いて配置されており、ガス供給管14を介してガス供給装
置（図示せず）に接続されている。また、このガス噴出
ヘッド13は中空部を有する円筒状に形成されており、そ
の外径は前記ウエハ11の外径より大きな寸法をもって形
成され、かつウエハ11と対向する平坦部13aにはガス噴
出孔13bが全面にわたり多数穿設されている。15は反応
ガスを排気させるための排気ダクトで、この排気ダクト
15は前記ウエハステージ12の外周部および前記ガス噴出
ヘッド13の外周部を囲み、これらに全周にわたり密接さ
れる排気ダクト本体15aと、この排気ダクト本体15aの外
周部に一体に設けられ、周方向に沿って等間隔おいて配
設された排気孔15bとから構成されている。すなわち、
この化学気相成長装置においては、ガス供給管14からガ
ス噴出ヘッド13に供給された反応ガスは、第１図および
第２図中矢印で示すように、ガス噴出孔13bから噴出さ
れ、ガス噴出ヘッド13とウエハステージ12との間の反応
チャンバ内をガス噴出ヘッド13の半径方向に沿って外周
部側へ流され、排気ダクト15の排気孔15bを通って排気
されることになる。なお、排気時には排気孔15bが均等
に配置されているためにガスの流れが乱されにくく、速
やかに排気することができる。また、反応チャンバは前
記排気ダクト15によって密閉されることになるから、外
気が侵入されにくくなる。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
In these figures, reference numeral 11 denotes a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer), 12 denotes a wafer stage for heating the wafer 11, and the wafer stage 12 has a built-in heater 12a and has a lower portion formed flat. As a result, a wafer holding surface 12b is formed, and an intake hole 12c opened in the wafer holding surface 12b and communicated with a vacuum suction device (not shown) is formed. And this wafer stage 1
2 is attached to a CVD apparatus main body (not shown) with the wafer holding surface 12b facing downward. Reference numeral 13 denotes a gas ejection head for spraying a reaction gas onto the wafer 11. The gas ejection head 13 is disposed below the wafer stage 12 at a predetermined interval, and is provided with a gas supply device ( (Not shown). Further, the gas ejection head 13 is formed in a cylindrical shape having a hollow portion, the outer diameter of which is larger than the outer diameter of the wafer 11, and the gas ejection head 13 is formed on a flat portion 13a facing the wafer 11. A large number of holes 13b are formed over the entire surface. Reference numeral 15 denotes an exhaust duct for exhausting the reaction gas.
Reference numeral 15 denotes an exhaust duct body 15a which surrounds the outer peripheral portion of the wafer stage 12 and the outer peripheral portion of the gas ejection head 13, and is provided integrally with the outer peripheral portion of the exhaust duct main body 15a. And exhaust holes 15b arranged at regular intervals in the direction. That is,
In this chemical vapor deposition apparatus, the reaction gas supplied from the gas supply pipe 14 to the gas ejection head 13 is ejected from the gas ejection holes 13b as indicated by arrows in FIG. 1 and FIG. The gas flows into the reaction chamber between the head 13 and the wafer stage 12 toward the outer peripheral side along the radial direction of the gas ejection head 13, and is exhausted through the exhaust hole 15 b of the exhaust duct 15. At the time of evacuation, since the exhaust holes 15b are evenly arranged, the flow of gas is less likely to be disturbed, and exhaust can be performed quickly. In addition, since the reaction chamber is sealed by the exhaust duct 15, it is difficult for outside air to enter.
このように構成された化学気相成長装置によってウエ
ハ11上に薄膜を形成するには、先ず、真空吸引装置を作
動させてウエハステージ12の保持面12bにウエハ11を真
空吸着させ、ヒータ12aによって所定温度に加熱する。
この際、ウエハ11の主面が下方を向くように裏面をウエ
ハステージ12の保持面12bに対接させる。次いで、SiH4
ガスとO2ガス等の反応ガスをガス噴出ヘッド13から噴出
させる。この反応ガスはウエハ11の主面全面にわたって
均等に吹きつけられ、ウエハ11の主面に沿って外周部側
へ流されて排気ダクト15から排気されることになる。詳
述すると、加熱された半導体ウエハ11に触れた反応ガス
は温度が高くなることから上昇し、半導体ウエハ11の主
面によって上昇が阻止されることによりこの主面を伝う
ように、しかも放射状に流れて排気される。このように
してウエハ１上に化学気相成長により薄膜が形成される
ことになる。In order to form a thin film on the wafer 11 by the chemical vapor deposition apparatus configured as described above, first, the vacuum suction device is operated to vacuum-adsorb the wafer 11 to the holding surface 12b of the wafer stage 12, and the heater 12a Heat to a predetermined temperature.
At this time, the back surface is brought into contact with the holding surface 12b of the wafer stage 12 so that the main surface of the wafer 11 faces downward. Then, SiH 4
A gas and a reaction gas such as O 2 gas are ejected from the gas ejection head 13. The reaction gas is evenly blown over the entire main surface of the wafer 11, flows to the outer peripheral side along the main surface of the wafer 11, and is exhausted from the exhaust duct 15. More specifically, the reactant gas that has touched the heated semiconductor wafer 11 rises due to an increase in temperature, and is prevented from rising by the main surface of the semiconductor wafer 11 so as to travel along this main surface, and in a radial manner. It flows and is exhausted. Thus, a thin film is formed on the wafer 1 by chemical vapor deposition.
なお、本実施例ではウエハ11が真空吸着によってウエ
ハステージ12に保持される構造のものについて説明した
が、ウエハ11の主面を下方へ向けて保持する構造のもの
であればどのようなものでもよく、第３図に示すように
ウエハステージにウエハを固定するための押さえピンを
設けたり、あるいは、静電チャックを使用してもよい。
第３図において、21はウエハ11の外周部を係止する押さ
えピンで、この押さえピン21はウエハステージ12のウエ
ハ保持面12bに突設されている。In the present embodiment, the structure in which the wafer 11 is held on the wafer stage 12 by vacuum suction has been described, but any structure may be used as long as the structure holds the main surface of the wafer 11 downward. A holding pin for fixing the wafer to the wafer stage may be provided as shown in FIG. 3, or an electrostatic chuck may be used.
In FIG. 3, reference numeral 21 denotes a holding pin for locking the outer peripheral portion of the wafer 11, and the holding pin 21 projects from the wafer holding surface 12 b of the wafer stage 12.
また、本実施例ではウエハ11を熱伝導によって加熱す
るウエハステージ12を使用したが、第４図に示すよう
に、ランプによって加熱する形式のウエハステージを使
用してもよい。第４図において22はランプ加熱式のウエ
ハステージで、このウエハステージ22には中空部22aが
設けられており、この中空部22aの上部にランプ23が配
設され、かつ下部にウエハ11が装着されている。このよ
うにするとランプ23からの輻射熱によってウエハ11が加
熱されることになる。Further, in this embodiment, the wafer stage 12 for heating the wafer 11 by heat conduction is used. However, as shown in FIG. 4, a wafer stage for heating by a lamp may be used. In FIG. 4, reference numeral 22 denotes a lamp heating type wafer stage. The wafer stage 22 is provided with a hollow portion 22a, a lamp 23 is provided above the hollow portion 22a, and a wafer 11 is mounted below the hollow portion 22a. Have been. By doing so, the wafer 11 is heated by the radiant heat from the lamps 23.
さらにまた、本実施例では排気ダクト15の排気孔15b
を排気ダクト本体15aの外周部に配設した例を示した
が、ガスがウエハ11の外周部側に向かって流されるもの
であれば、どのように構成してもよく、第５図に示すよ
うな排気ダクトを使用しても本実施例と同等の効果が得
られる。第５図は排気ダクトの他の実施例を示す断面図
で、同図において24は排気ダクトを示し、この排気ダク
ト24はガス噴出ヘッド13の外周部に全周にわたって密接
される排気ダクト本体24aと、この排気ダクト本体24aの
上部に周方向に沿って一連に設けられたカバー24bとか
らなり、このカバー24b内にウエハステージ12を臨ませ
た状態でガス噴出ヘッド13に装着されている。このよう
にすると、反応ガスは同図中矢印に示すようにウエハス
テージ12の外周側を上方へ向かって流されることにな
る。Furthermore, in this embodiment, the exhaust holes 15b of the exhaust duct 15 are provided.
Is shown on the outer peripheral portion of the exhaust duct body 15a, but any configuration may be used as long as the gas flows toward the outer peripheral portion side of the wafer 11, as shown in FIG. Even when such an exhaust duct is used, the same effect as that of the present embodiment can be obtained. FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the exhaust duct. In FIG. 5, reference numeral 24 denotes an exhaust duct. This exhaust duct 24 is closely connected to the outer periphery of the gas ejection head 13 over its entire circumference. And a cover 24b provided in series on the upper part of the exhaust duct main body 24a along the circumferential direction. The cover 24b is mounted on the gas ejection head 13 with the wafer stage 12 facing the inside. By doing so, the reaction gas flows upward on the outer peripheral side of the wafer stage 12, as indicated by the arrow in FIG.
本発明に係る化学気相成長装置は、半導体ウエハの側
方へ放射状に排気ダクトに複数の排気孔を配置し、ウエ
ハステージで半導体ウエハの主面を下向きに保持し、半
導体ウエハの主面が水平方向で排気孔とほぼ同じ高さに
なるようにしたので、半導体ウエハの主面の全域にわた
ってほぼ平行でほぼ均等に反応ガスが流れるため、反応
生成膜を半導体ウエハの主面の全域にわたってほぼ均等
に形成できるとともに、速く成長させることができる。In the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, a plurality of exhaust holes are arranged in an exhaust duct radially to the side of the semiconductor wafer, the main surface of the semiconductor wafer is held downward on the wafer stage, and the main surface of the semiconductor wafer is Since the height is substantially the same as the height of the exhaust hole in the horizontal direction, the reaction gas flows almost parallel and almost uniformly over the entire main surface of the semiconductor wafer. It can be formed evenly and can grow quickly.
第１図は本発明に係る化学気相成長装置の概略構成を示
す断面図、第２図は第１図中II−II線断面図、第３図は
押さえピンをウエハステージに設けた他の実施例を示す
断面図、第４図はウエハステージにウエハ加熱用ランプ
を設けた他の実施例を示す断面図、第５図は排気ダクト
の他の実施例を示す断面図、第６図は従来の常圧CVD装
置の概略構成を示す断面図、第７図は従来のCVD装置の
動作を説明するための平面図である。 11……半導体ウエハ、12……ウエハステージ、12a……
ヒータ、13……ガス噴出ヘッド、13b……ガス噴出孔、1
5……排気ダクト、15b……排気孔。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment in which a lamp for heating a wafer is provided on a wafer stage, FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of an exhaust duct, and FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional atmospheric pressure CVD apparatus, and FIG. 7 is a plan view for explaining the operation of the conventional CVD apparatus. 11 ... Semiconductor wafer, 12 ... Wafer stage, 12a ...
Heater, 13 ... gas ejection head, 13b ... gas ejection hole, 1
5… Exhaust duct, 15b… Exhaust hole.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−113214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−177920（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54616（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-57-113214 (JP, A) JP-A-59-177920 (JP, A) JP-A-61-54616 (JP, A)
Claims (1)
で半導体ウエハの主面を下向きに保持し、上記半導体ウ
エハの下方に配置したガス噴出ヘッドを上記半導体ウエ
ハの外径より大きな寸法に形成し、上記ガス噴出ヘッド
のガス噴出孔から上記半導体ウエハの全面に反応ガスを
吹き付けて、排気ダクトから上記反応ガスを排気するよ
うにした化学気相成長装置において、上記半導体ウエハ
の側方へ放射状に上記排気ダクトに複数の排気孔を配置
し、上記ウエハステージで保持した上記半導体ウエハの
主面が水平方向で上記排気孔とほぼ同じ高さになるよう
にしたことを特徴とする化学気相成長装置。A semiconductor wafer is held downward by a heated wafer stage in a reaction chamber, and a gas ejection head disposed below the semiconductor wafer is formed to have a size larger than an outer diameter of the semiconductor wafer. In a chemical vapor deposition apparatus in which a reaction gas is blown from a gas ejection hole of the gas ejection head to the entire surface of the semiconductor wafer and the reaction gas is exhausted from an exhaust duct, the reaction gas is radially directed to the side of the semiconductor wafer. A plurality of exhaust holes are arranged in an exhaust duct, and a main surface of the semiconductor wafer held by the wafer stage is arranged at substantially the same height in the horizontal direction as the exhaust holes. .
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|---|---|---|---|
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| JP1044319A JP2792886B2 (en) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | Chemical vapor deposition equipment |
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