JP2805589B2

JP2805589B2 - 低圧化学蒸着装置

Info

Publication number: JP2805589B2
Application number: JP6163179A
Authority: JP
Inventors: 哲周黄
Original assignee: 黄哲周
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH08288221A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低圧化学蒸着装置に関す
るもので、詳しくはウェーハ上に良質の化合物を蒸着し
て半導体素子をより高集積化し得るようにした低圧化学
蒸着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体の製造に必要な絶縁膜、
誘電膜及び導電膜等を蒸着するためには低圧化学蒸着(l
ow pressure chemical vapor deposition)技術を用いて
いる。このような蒸着技術は、真空状態で加熱して化合
物ソースガスであるＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＴＥＯＳ、
ＰＨ₃、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＴＭＯＢ、ＴＭＯＰ、Ｏ₂、
Ｎ₂等を熱分解してからウェーハ上に蒸着するものであ
る。しかし、化合物ソースガスは熱分解温度がそれぞれ
違うため、温度につれて最適の蒸着工程条件を維持する
ための管理上の問題があり、かつ化合物薄膜の蒸着工程
温度が高くてウェーハ上に蒸着されている種々の薄膜間
に熱衝撃が発生し、物理的特性が変化して電気的特性が
劣化するため半導体の高集積化及び大量生産に差し支え
を招来する。特に低圧化学蒸着技術において、反応炉内
のウェーハの位置に応じてウェーハ上に蒸着される化合
物薄膜の組成が互いにやや違うため、蒸着工程だけでな
く後続工程でも問題が発生する可能性が大変高い。又、
このような化学的反応条件を完全に満足させることが難
しいため化学的反応過程で汚染が発生する心配がある。

【０００３】以下、従来の低圧化学蒸着装置の代表的例
を添付図面に基づいて説明する。図１９は従来の低圧化
学蒸着装置の一例の蒸着工程の進行状態を示す断面図、
図２０はボートが分離された状態を示す断面図である。
同図に示すように、この装置は、一側に化合物ソースガ
ス注入管１ａが連結され、他側に排出管１ｂが連結され
た蒸着機ベース１と、該蒸着機ベース１に気密に結合さ
れる外部石英管２ｂとこの外部石英管２ｂの内部に設置
され内部に形成された蒸着反応空間Ｓが前記化合物ソー
スガス注入管１ａに連通され、外部石英管２ｂとの間に
前記排出管１ｂに連通される化合物ソースガス排出路２
ｃが形成される内部石英管２ａとの二重管形態の反応炉
２と、前記蒸着機ベース１の下端の開口部を開閉する開
閉板３と、該開閉板３上に安着され複数のウェーハＷが
搭載されるボート４と、前記反応炉２の周囲に設置され
る反応炉加熱手段５とから構成されている。

【０００４】図面のうち、未説明符号１ｃは蒸着機ベー
ス１の内部に突出形成された支持片、６は蒸着設備本
体、７は蒸着機ベース１を蒸着設備本体６に固定するた
めの固定ボルト、８はボート４を乗降させるラムで、そ
の上端にはボート支持板８ａが形成されている。

【０００５】このように構成された装置によりウェーハ
Ｗに化合物薄膜を蒸着するためには、図１９に示すよう
に、ボート４を分離してボート４に複数のウェーハＷを
搭載し、ラム８を用いてボート４を反応炉２の蒸着反応
空間Ｓ内に挿入するとともに開閉板３を閉じたあと、真
空装置（図示せず）及び加熱手段５により反応炉２の蒸
着反応空間Ｓ内の真空度及び温度を蒸着工程に適するよ
うに維持しながら化合物ソースガス注入管１ａを通じて
化合物ソースガスを蒸着反応空間Ｓ内に注入する。反応
炉２の下端に注入された化合物ソースガスは内部石英管
２ａの下部を経て上昇する間、熱分解及び蒸着反応する
ことにより化合物薄膜がウェーハＷ上に蒸着される。こ
の際に、生成される反応生成物は真空装置（図示せず）
の吸入力により上端部から内部石英管２ａと外部石英管
２ｂ間に形成された排出路２ｃと排出管１ｂを通じて外
部へ排出される。

【０００６】一方、半導体の製造工程では、ウェーハＷ
上に自然酸化膜(native oxide)が形成される場合に蒸着
される化合物薄膜の化学的、物理的特性が変換するの
で、良質の薄膜を蒸着させるためにはウェーハＷ上に自
然酸化膜が形成されることを防止すべきである。従っ
て、一般に酸化剤である酸素を除去し、不活性雰囲気
（通常Ｎ₂雰囲気）でボート４を反応炉２の内部又は外
部に移動させている。

【０００７】又、一般に蒸着過程では化合物薄膜がウェ
ーハＷだけに蒸着されなく、内外部石英管２ａ，２ｂに
も蒸着され、このように内外部石英管２ａ，２ｂに薄膜
が蒸着されると蒸着機ベース１から内外部石英管２ａ，
２ｂを分離し、洗浄して蒸着物質を除去するか又は新し
い石英管で交替しなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置においては、冷たい化合物ソースガスが
反応炉２の内部石英管２ａの下端に直接注入されるた
め、反応炉２の下部に位置するウェーハＷに対しては化
合物ソースガスが十分に加熱及び活性化されなかった状
態で蒸着反応が起こってドーピングが不均一になるた
め、蒸着される薄膜が不安定となり、かつ蒸着炉内のウ
ェーハの位置に応じて膜質の組成及び厚さが不均一にな
る。

【０００９】又、化合物ソースガスが内部石英管２ａを
通じて上昇した後、その上部で内外部石英管２ａ，２ｂ
間に形成された排出路２ｃを通じて流動されるため、反
応炉加熱手段５の熱が排出される過程にある化合物ソー
スガス側に先ず伝達され、流入される過程にある化合物
ソースには遅く伝達されるので、加熱手段５の加熱効果
を低下するのみならず、反応炉２内で薄膜を蒸着させる
時にウェーハだけに蒸着されなく反応炉２の内外部石英
管２ａ，２ｂにも薄膜が蒸着され、累積されて加熱手段
５の輻射熱を遮断するので加熱手段５の加熱効果を低下
させる。さらに他の要因となるため、内外部石英管２
ａ，２ｂを使用する反応炉２では加熱手段５の加熱効果
低下による電力消費が高く、温度調節が難しく、内外部
石英管２ａ，２ｂの管理も面倒であった。

【００１０】又、従来の装置においては、図２０に示す
ように、開閉板３を開放しウェーハＷ及びボート４を反
応炉２から分離した状態で不活性ガスであるＮ₂ガスを
内部石英管２ａの下部から上部に流入する過程中に上昇
気流が形成されながら酸化剤である酸素がＮ₂ガスとと
もに反応炉２の内部に流入され、ウェーハＷが搭載され
たボート４を反応炉２内の蒸着位置に上昇移動させる過
程で反応炉２の内部の高温度及び流入酸素によりウェー
ハＷ上に不必要な酸素膜が形成されるため、化合物薄膜
の特性を低下させる問題点があった。

【００１１】終わりに、従来の装置においては、蒸着機
ベース１が蒸着設備本体６に固定ボルト７により固定さ
れ、内外部石英管２ａ，２ｂは単に蒸着機１に載せられ
た状態にあるため、内外部石英管２ａ，２ｂを蒸着機ベ
ース１等から分離するか組立するのに長時間が所要さ
れ、その作業が面倒である問題がある。

【００１２】従って、本発明は前述したような従来の問
題点に鑑みてなされたもので、反応炉を構成する内外部
石英管の間に化合物ソースガス供給路を形成して化合物
ソースガスがウェーハを搭載したボートの上部から下部
に下降供給されるようにすることにより、これらの化合
物ソースガスを十分に混合及び予熱された状態で蒸着反
応空間に注入して、均一膜質及び厚さの化合物薄膜を得
るようにした低圧化学蒸着装置を提供することをその目
的とする。本発明の他の目的は、Ｎ₂を用いる洗浄時に
周囲の酸素が混入されなくて不必要な酸化膜が形成され
ることによる不良率を極小化することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、一方側に化合物ソースガス供給管が
設置され他方側に排出管が設置された蒸着機ベースと、
該蒸着機ベースに気密に結合され、その外壁に上下端部
が付着固定されて内部と連通する化合物ソースガス通路
管を備えた単一型（ＳｉｎｇｌｅＴｕｂｅＴｙｐ
ｅ）反応炉と、上記蒸着機ベースの下側開口部を開閉す
る開閉板と、該開閉板を貫通して昇降し、上端にはボー
ト支持板が形成されたラムと、上記ボート支持板上に安
着され複数のウェーハが搭載されるボートと、上記化合
物ソースガス供給管に下端が連結され、上端はボートの
上部側に位置する注入器と、上記反応炉の周囲に設置さ
れる反応炉加熱手段とから構成されることにある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による低圧化学蒸着装置を添付
図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１及び
図２は本発明による低圧化学蒸着装置の一実施例を示す
もので、図１は本発明による低圧化学蒸着装置の蒸着工
程進行状態を示す縦断面図、図２は本発明による低圧化
学蒸着装置のボートの分離状態を示す縦断面図である。

【００１５】同図に示すように、本発明による低圧化学
蒸着装置は、一側に化合物ソースガス供給管１１が設置
され、他側に排出管１２が設置された蒸着機ベース１０
と、前記蒸着機ベース１０に気密に結合される石英管２
１を有する反応炉２０と、前記蒸着機ベース１０の下端
開口部を開閉する開閉板３０と、前記開閉板３０を貫通
して昇降し上端にボート支持板４１が形成されたラム４
０と、前記ボート支持板４１上に安着され、複数のウェ
ーハが搭載されるボート５０と、前記化合物ソースガス
供給管１１に下端が連結され上端はボート５０の上端に
臨む注入器６０及び前記反応炉２０の周囲に設置される
反応炉加熱手段７０とから構成される。

【００１６】前記蒸着器ベース１０は蒸着設備本体（図
示せず）に結合されるもので、石英管２１を分離し得る
ように分解及び結合可能に設置される。前記反応炉２０
を構成する石英管２１は全体的に一定直径を有し、上端
が閉鎖され下端が開放された円筒形に形成される。前記
開閉板３０はウェーハＷが搭載されたボート５０をロー
ディング及びアンローディングさせる時に蒸着機ベース
１０の下端の開口部を開閉するもので、その上面には開
閉板３０の上面に薄膜が蒸着されることを防止するため
にボート支持板４１を取り囲む蒸着防止リング３１が装
着されている。前記蒸着防止リング３１はボート支持板
４１を取り囲む円筒形本体３２と開閉板３０の上面に密
着固定されるフランジ部３３とから構成される。前記ラ
ム４０は油圧シリンダー等の直線運動機構（図示せず）
により昇降可能に設置されたものである。前記ボート５
０は複数（通常１００枚程度）のウェーハＷを所定間隔
を搭載し得るように複数（通常三つ）の支柱にウェーハ
Ｗの縁部が掛かる掛止段を形成したもので、下端には反
応生成物が円滑に排出されるよう空間を確保するための
ボート支持部５１が結合される。

【００１７】前記注入器６０は下端が化合物ソースガス
供給管１１に連結される状態で蒸着機１０の内側壁に固
定され、上端は少なくともローディングされたボート５
０の上端に至るように設置され、化合物ソースガス供給
管１１から供給された化合物ソースガスが蒸着反応空間
Ｓの上端から噴出されるようになっている。又、注入器
６０は石英材で形成されたもので、化合物ソースガス供
給管１１との結合は通常の管ジョイント(pipe joint)を
使用できる。前記加熱蒸着７０は通常の電熱ヒーター
で、上端は反応炉２０を形成する石英管２１の上端より
高く設置され、下端はローディングされたボート５０の
最下端に搭載されたウェーハＷの高さに一致する高さに
至るように設置される。

【００１８】このように構成された本発明による低圧化
学蒸着装置によりウェーハＷに化合物薄膜を蒸着する過
程を説明する。先ず、図１に示すように、複数のウェー
ハＷが搭載されたボート５０を反応炉２０の蒸着反応空
間Ｓ内に挿入し開閉板３０を閉じてローディングを完了
した後、真空装置（図示せず）及び加熱手段７０により
反応炉２０の内部真空度と温度を蒸着工程に適するよう
に維持する状態で化合物ソースガスを供給管１１を通じ
て供給すると、化合物ソースガスは供給管１１に連結さ
れた注入器６０を通じて上昇する。化合物ソースガスは
注入器６０内で上昇する間にはウェーハＷに接触しな
く、注入器６０の上端に至るまで加熱手段７０により十
分に予熱及び混合されてから蒸着反応空間Ｓ内に噴出さ
れ、ボート５０に搭載されたウェーハＷに接触しながら
熱分解及び反応してウェーハＷ上に望む薄膜として蒸着
される。

【００１９】このような蒸着過程により生成される反応
生成物等は真空装置（図示せず）の吸入力により石英管
２１の上端部から矢印方向に回流し、石英管２１の下端
でこれに連通された蒸着機ベース１０の排出管１２を通
じて外部へ排出される。この際に、化合物ソースガス供
給管１１を通じて注入された化合物ソースガスは反応炉
２０の石英管２１の一側に設置された注入器６０を通じ
て注入されて石英管２１の上端部に至る過程で混合され
ながらボート５０の最上端に位置するウェーハＷに接触
される前に十分に混合されるとともに注入器６０を通過
する間に石英管２１の周囲に設置された反応炉加熱手段
７０により十分に予熱されるのでボート５０の最上端に
位置するウェーハＷにも安定した薄膜が蒸着され、これ
によりパーティクル等の汚染が発生しなく、最上端に位
置するウェーハＷにも十分に混合及び予熱された化合物
ソースガスが接触するとともに化合物ソースガスが上部
から下部に下降流動しながら各ウェーハＷに接触するの
で、蒸着反応空間Ｓの上部と下部等の全領域での熱効率
が均一になるので、ウェーハＷを搭載して工程を進行し
得る領域が拡大され、ドーピングが均一になって均一な
膜質及び厚さを得ることができるとともに薄膜蒸着温度
を低めて薄膜の成長速度を向上させることができて工程
時間を２０％以上短縮し得ることになる。

【００２０】又、化合物ソースガスが注入器６０を通じ
て供給される過程において、反応炉加熱手段７０の熱が
石英管２１を介在して直接伝達されるので予熱及び加熱
効果が向上して反応炉２０内部の温度を適宜な温度に加
熱及び維持させるのに所要される電力を節減することが
でき、温度調節が容易になる。

【００２１】一方、図２に示すように、開閉板３０を開
放し、ウェーハＷ及びボート５０を反応炉２０から分離
した状態で、ウェーハＷの自然酸化を防止するために不
活性ガスであるＮ₂ガスを注入する過程でＮ₂ガスを供
給管１１を通じて注入すると、化合物ソースガスを注入
する過程と同様に注入器６０を通じて石英管２１の上端
に上昇してから石英管２１の内部を通じて下部に下降流
動し、その下端で排出口１２に排出されながら下降気流
が形成されるので、開放された下部側から酸素が流入さ
れなくてウェーハＷ上に不必要な酸化膜が形成されな
く、これにより不良率を大幅減らすことができるように
なる。

【００２２】図３は前記反応炉２０の変形例を示すもの
で、ここでは反応炉２０を構成する石英管２１を蒸着機
ベース１０に安着し得るように大直径の下端結合部２２
と、前記下端結合部２２より小さい直径を有し上向に延
長形成された反応室部２３とから構成することにより、
反応室部２３の内壁とボート５０に搭載されたウェーハ
Ｓ間の間隔を減らして化合物ソースガスの接触がより円
滑になるようにしたものである。即ち、低圧化学蒸着工
程中にはＨＴＯ(high temperature oxide deposition)
工程のように薄膜の厚さ均一度(uniformity)がボート５
０と石英間２１の周壁間の距離に敏感に依存する工程が
あるもので、本例においては反応室部２３の内径を減ら
したため厚さ均一度が優秀な薄膜を蒸着できるようにな
る。

【００２３】図４は前記反応炉２０のさらに他の変形例
を示す横断面図で、ここでは反応炉２０を構成する石英
管２１の一側周壁に注入器６０が挿入される溝２４を形
成して蒸着反応空間Ｓ内で注入器６０が化合物ソースガ
スの循環に影響を及ぼさないようにすることにより蒸着
反応がより円滑になるようにしたものである。

【００２４】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は前記蒸着防止
リング３１の変形例を示すもので、ここでは円筒形本体
３２の底面にフランジ部３３と同一平面をなす底板３４
を一体的に形成し、その底板３４の中心にラム４０が貫
通されるラム貫通孔３５を穿孔することにより、ラム４
０の昇降動作に支障がなく開閉板３０上に薄膜が蒸着さ
れることをより確かに防止し得るようにしたものであ
る。これらの図３〜図５の変形例のその他の部分の構成
及び作用効果は前述した実施例と同一であるので、同一
部分に対しては同一符号を付け、具体的説明は省略す
る。

【００２５】図６及び図７は本発明による他の実施例を
示すもので、反応炉２０を構成する石英管２１を大直径
の下端結合部２２と該下端結合部２２から上方に延長形
成される小直径の反応室部２３とから構成し、その下端
結合部２２の一側上端部と反応室部２３の上端一側壁に
それぞれ通孔２２ａ，２３ａを穿孔し、この通孔２２
ａ，２３ａを化合物ソースガス通路管２５で連結し、こ
の通路管２５内に前記注入器６０を挿入設置したもので
ある。

【００２６】図６では通路管２５の上端が連結される通
孔２３ａがローディングされたボート５０の上端の高さ
とおおよそ同じ高さに穿孔されて、注入器６０から噴出
される化合物ソースガスがボート５０の上端と同一高さ
で噴出されるようにしたものであり、図７では通路管２
５の上端が連結される通孔２３ａが石英管２１の最上端
に穿孔されて、注入器６０から噴出される化合物ソース
ガスがボート５０の上端より高い位置で噴出されるよう
にしたもので、その他の部分の構成及び作動は前述した
実施例と同一であるので同一部分には同一符号を付け、
具体的説明は省略する。特に、本実施例においては、石
英管２１の内壁とボート５０間の距離を減らすことがで
きるので薄膜厚さの均一度が向上し、特にＨＴＯのよう
に厚さ均一度を維持しにくい工程に有利である。又、注
入器６０が石英管２１の外周に一体形で結合されて化合
物ソースガスが十分に予熱及び混合されるので蒸着され
る薄膜の特性が優秀になり組成の均一な膜質の薄膜を蒸
着し得ることになる。

【００２７】図８及び図９は前記注入器６０の変形例を
示すもので、注入器６０は石英管２１の一側又は通路管
２５内に挿入される垂直形注入管６１と、この注入管６
１と前記化合物ソースガス供給管１１とを連結する導入
管６１とから構成され、注入器６０を蒸着機ベース１０
に固定設置するとともに石英管２１内に挿入設置するこ
とが簡便になるようにしたものである。前記垂直形注入
管６１は単純な直線形に形成され、導入管６２は短い垂
直部６２ａと供給管１１に連結される水平部６２ｂとか
ら構成され、図８の例においては、導入管６２の垂直部
６２ａの注入管６１の下端に内挿されるものであり、図
９の例においては、導入管６２の垂直部６２ａが注入管
６１の下端に外挿されるものである。

【００２８】図１０は本発明のさらに他の実施例を示す
もので、反応炉２０が上下部が開放された内部石英管２
６と、この内部石英管２６を取り囲み下端が開放され上
端が塞がった外部石英管２７とから構成され、内外部石
英管２６、２７間に前記化合物ソースガス供給管１１に
連通される化合物ソースガス注入路２８が形成され、こ
の化合物ソースガス注入路２８の上端は内部石英管２６
により限定される蒸着反応空間Ｓに連通され、その下端
は蒸着機ベース１０の内周面に沿って突出形成され内部
石英管２６の下端を支える支持片１３により密閉され
て、化合物ソースガス供給管１１から供給される化合物
ソースガスが化合物ソースガス注入路２８を通じて内部
石英管２６の上端から蒸着反応空間Ｓ内に注入されるよ
うにしたものである。

【００２９】前記内部石英管２６の下端を支える支持片
１３は化合物ソースガス供給管１１の位置よりは下側に
かつ排出管１２よりは上側に位置して、内部石英管２６
の下端が化合物ソースガス供給管１１よりは低く排出管
１２よりは高く位置するように設置される。外部石英管
２７の外周面の下端側には掛止突起２７ａが突出形成さ
れ、蒸着設備本体８０には側方にスライド可能に設置さ
れて掛止突起２７ａを支えるようにしたスライド支持片
８１が備えられている。

【００３０】前記掛止突起２７ａは環状帯形に形成され
るか二つ以上の突起に形成され、前記スライド支持片８
１は“フ”字形又は“レ”字形に形成され蒸着設備本体
８０に形成された案内溝８２内で内外側にスライド移動
可能に設置され、手動式に移動されるか又は動力例えば
空気圧又は油圧シリンダー又はソレノイド又はモーター
等を用いてスライド移動されるようになっている。前記
ボート５０はボート支持板４１の上面にボート支持部５
１を介して装着され、このボート支持部５１には複数の
通孔５１ａが穿孔される。前記通孔５１ａは２〜１０程
度に穿孔することが望ましい。

【００３１】本実施例において、前述した実施例と同一
部分には同一符号を付け、これに関する具体的構成及び
作用効果の説明は省略し、以下では本実施例の特徴的作
用効果に関して説明する。図１０に示すように、複数の
ウェーハＷが搭載されたボート５０を反応炉２０の蒸着
反応空間Ｓ内に挿入し開閉板３０を閉じてローディング
を完了した後、真空装置（図示せず）及び加熱手段７０
により反応炉２０の内部真空度及び温度を蒸着工程に適
するように維持する状態で化合物ソースガス供給管１１
を通じて供給すると、化合物ソースガス供給管１１に連
結された注入路２８を通じて上方に上昇する。化合物ソ
ースガスは注入路２８内で上昇する間にはウェーハＷに
接触しなく、注入路２８の上端に至るまで加熱手段７０
により十分に予熱及び混合された後に蒸着反応空間Ｓ内
に噴出されボート５０に搭載されたウェーハＷに接触し
ながら熱分解及び反応してウェーハＷ上に望む薄膜とし
て蒸着される。

【００３２】このような蒸着過程により生成される反応
生成物等は真空装置（図示せず）の吸入力により反応炉
２０の上端部から内部石英管２６の内部である蒸着反応
空間Ｓを経て、内部石英管２６の下端に連通された蒸着
機ベース１０の排出管１２に排出される。この際に、化
合物ソースガス供給管１１を通じて注入された化合物ソ
ースガスは反応炉２０の内外部石英管２６、２７間に設
置された注入路２８を通じて注入され外部石英管２７の
上端部に至るまで混合されながらボート５０の最上端に
位置するウェーハＷに接触する前に十分に混合されると
ともに注入路２８を通過する間に外部石英管２７の周囲
に設置された反応炉加熱手段７０により十分に予熱され
るのでボート５０の最上端に位置するウェーハＷにも安
定した薄膜が蒸着され、これによりパーティクル等の汚
染が発生しなく、最上端に位置するウェーハにも十分に
混合及び予熱された化合物ソースガスが接触するととも
にこの化合物ソースガスが上部から下部に下降流動しな
がら各ウェーハＷに接触するので蒸着反応空間Ｓの上部
と下部の全領域での熱効率が均一になってウェーハＷを
搭載して工程を進行させ得る領域が拡大され、ドーピン
グが均一になって均一な膜質及び厚さを得ることがで
き、薄膜蒸着温度を低めることができ、薄膜の成長速度
を向上させることができて、工程時間を２０％以上短縮
し得ることになる。

【００３３】又、化合物ソースガスが注入路２８を通じ
て供給される過程で反応炉加熱手段７０の熱が外部石英
管２７のみを介在して直接伝達されるので、予熱及び加
熱効果が向上して反応炉２０の内部の温度を適正温度に
加熱及び維持させるのに所要される電力を節減でき、温
度調節が容易である。

【００３４】一方、図１１に示すように、開閉板３０を
開放しウェーハＷ及びボート５０を反応炉２０から分離
した状態でウェーハＷの自然酸化を防止するために不活
性ガスであるＮ₂ガスを注入する過程でＮ₂ガスを供給
管１１を通じて注入すると、化合物ソースガスを注入す
る過程と同様に注入路２８を通じて外部石英管２７の上
端に上昇してから内部石英管２６の内部を通じて下部に
下降流動し、その下端で排出口１２に排出されながら下
向気流が形成されるので、開放された下部側から酸素が
流入されなくてウェーハＷ上に不必要な酸化膜が形成さ
れなく、これにより不良率を大きく減らすことができる
ことになる。

【００３５】又、蒸着過程で内外部石英管２６，２７に
化合物薄膜が蒸着されるため洗浄するか交替するために
内外部石英管２６，２７を分離することにおいては、開
閉板３０を完全に下降させラム４０の上端に形成された
ボート支持板４１からボート５０を分離した後、図１４
に示すように、開閉板３０を上昇させて蒸着機ベース１
０が開閉板３０により支持されるようにし、固定ボルト
１４を解いて蒸着機ベース１０を蒸着設備本体８０から
分離すると、蒸着機ベース１０は開閉板３０だけにより
支持される状態になり、この状態で開閉板３０を下降さ
せると外部石英管２７が蒸着機ベース１０とともに下降
し、この際に、図１２に示すように蒸着設備本体８０に
スライド可能に設置されたスライド支持片８１を内方に
移動させ開閉板３０を徐々に下降させると、図１３に示
すように外部石英管２７はその掛止突起２７ａがスライ
ド支持片８１に掛かってその以上に下降されなく内部石
英管２６だけが下降され、内部石英管２６が外部石英管
２７から完全に抜き出されると内部石英管２６を分離す
る。

【００３６】内部石英管２６を分離した後、図１４に示
すように再び開閉板３０を上昇させて外部石英管２７の
掛止突起２７ａがスライド支持片８１から少し離脱され
るようにし、図１５に示すようにスライド支持片８１を
外方に移動させると外部石英管２７が蒸着設備本体８０
から分離されて蒸着機ベース１０に安着される。この状
態で開閉板３０を徐々に下降させると、図１６に示すよ
うに外部石英管２７は蒸着機ベース１０を通じて開閉板
３０に安着された状態で下降し、外部石英管２７がその
周囲に設置された加熱手段７０から完全に外れると外部
石英管２７を分離することにより内外部石英管２６，２
７の分離作業が完了される。内外部石英管２６，２７の
組立は前述した分離過程の逆順になる。従って、本発明
では内外部石英管２６，２７の洗浄及び交替のための分
離及び組立作業が簡便になる。

【００３７】図１７は本発明にさらに他の実施例を示す
もので、化合物ソースガス供給管１１を内外部供給管１
１ａ，１１ｂの二重管に形成するとともに、図１０〜図
１６の実施例の化合物ソースガス注入炉２８内に内部供
給管１１が連結され上端が加熱手段７０の下端に一致す
るように設置された内部注入管６３と前記外部供給管１
１に連結されて前記内部注入管６３の周囲を取り囲む外
部注入管６４とからなる注入器６０を内装設置すること
により、二種の化合物ソースガスを注入する場合に、こ
の二種の化合物ソースガスが工程適正温度を維持しない
内部注入管６３の上端位置に至る低温領域では混合され
なく、工程適正温度を維持する内部注入管６３の上端位
置以上の工程適正温度領域では混合されるようにしてパ
ーティクルの発生を防止して望む膜質の薄膜を蒸着し得
るようにしたものである。

【００３８】前記外部注入管６４は、図１８に示すよう
に蒸着機ベース１０の内壁に固定されたホルダー６５に
より遊動されないように固定設置することにより工程中
に注入器６０を構成する内外部注入管６３，６４が振動
しながらパーティクルを発生させないようにしている。
前記ホルダー６５は蒸着機ベース１０の内壁に固定され
る固定棒６６と、前記固定棒６６が挿入され周面にセッ
トスクリュー６７が締結された挿入管部６８と、この挿
入管部６８の先端に形成された注入管挿入溝６９ａを有
する把持部６９とから構成される。

【００３９】前記固定棒６６はその端部に形成されたネ
ジ部６６ａを蒸着機ベース１０の内壁に形成されたネジ
溝１５に締結することにより蒸着機ベース１０に固定設
置され前記挿入管部６８に挿入され、この挿入管部６８
に締結されたセットスクリュー６７を締結して締めるこ
とにより挿入管部６８と把持部６９が固定棒６６を通じ
て蒸着機ベース１０の内壁に固定される。又、ホルダー
６５は挿入管部６８を固定棒６６に対して反応炉２０の
半径方向に移動させて蒸着機ベース１０の内壁からの突
出高さを調節してからセットスクリュー６７を締結する
ことにより注入器６０を適宜な位置に固定支持すること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると以
下のような効果を奏する。反応炉を構成する内外部石英
管の間に化合物ソースガス供給路を形成して化合物ソー
スガスがウェーハを搭載したボートの上部から下部に下
降供給されるようにすることにより、これらの化合物ソ
ースガスを十分に混合及び予熱された状態で蒸着反応空
間に注入して均一膜質及び厚さの化合物薄膜を得ること
ができ、Ｎ_２を用いる洗浄時に周囲の酸素が混入されな
くて不必要な酸化膜が形成されることによる不良率を極
小化することができ、内外部石英管の洗浄又は交替時に
簡便に分離及び再組立でき、生産費節減及び大量生産に
有利に適用できる。本発明は、反応炉の外側に化合物ソ
ースガス通路管を設置し、該化合物ソースガス通路管の
内部に注入器を挿入設置し、反応炉の内部に配置された
注入器を反応炉の外部に設置することができるようにな
るため、ヒーターからウェハボートへの熱伝達が石英管
からなる注入器により妨害されることをなくして、反応
炉内部の温度分布を均一に維持することができる。ま
た、本発明は、反応炉を、蒸着機ベースに安着される直
径の大きい下端結合部と該下端結合部の上方側に一体形
成される直径の小さい反応室部とを備えた単一管型に構
成するため、ウェハボートと反応炉の反応室部の内壁間
との間隔を狭くし、薄膜を形成するとき均一性（Ｕｎｉ
ｆｏｒｍｉｔｙ）を向上することができる。さらに、異
種ガスを供給したとき〔例えば、ＤＣＳ（Ｄｉｃｈｌｏ
ｒｏｓｉｌｅｎｅ）とＮＨ_３〕、所定温度以下ではそれ
らのガスが混合されてパーティクル（Ｐａｒｔｉｃｌ
ｅ）を発生するという問題点がありましたが、本発明で
は化合物ソースガス供給管を内・外部供給管により構成
し、相互異なる化合物ソースガスが工程適温を維持する
高温領域で混合されるようにするため、パーティクルの
発生を防止して所望する膜質の薄膜を蒸着することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による低圧化学蒸着装置の蒸
着工程進行状態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例による低圧化学蒸着装置のボ
ート分離状態を示す縦断面図である。

【図３】本発明による反応炉の変形例を示す縦断面図で
ある。

【図４】本発明による反応炉の変形例を示す縦断面図で
ある。

【図５】（Ａ）は本発明の蒸着防止リングの変形例を示
す平面図である。（Ｂ）は本発明の蒸着防止リングの変
形例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図８】本発明の注入器の変形例を示す断面図である。

【図９】本発明の注入器の変形例を示す断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例による低圧化学蒸
着装置の縦断面図である。

【図１１】図１０において、ボート分離状態を示す縦断
面図である。

【図１２】図１０の実施例の作動を示す縦断面図であ
る。

【図１３】図１０の実施例の作動を示す縦断面図であ
る。

【図１４】図１０の実施例の作動を示す縦断面図であ
る。

【図１５】図１０の実施例の作動を示す縦断面図であ
る。

【図１６】図１０の実施例の作動を示す縦断面図であ
る。

【図１７】本発明のさらに他の実施例による低圧化学蒸
着装置を示す断面図である。

【図１８】図１７の実施例に使用される注入器とホルダ
ーの結合状態を示す拡大断面図である。

【図１９】従来の低圧化学蒸着装置の蒸着工程進行状態
を示す縦断面図である。

【図２０】従来の低圧化学蒸着装置のボート分離状態を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０蒸着機ベース１１化合物ソースガス供給管１１ａ内部供給管１１ｂ外部供給管１２排出管１３支持片２０反応炉２１石英管２２下端結合部２３反応室部２４溝２５通路管２６内部石英管２７外部石英管２７ａ掛止突起２８注入路３０開閉板３１蒸着防止リング３２円筒形本体３３フランジ部３４底板３５ラム貫通孔４０ラム４１ボート支持板５０ボート５１ボート支持部５１ａ通孔６０注入器６１垂直形注入管６２導入管６２ａ垂直部６２ｂ水平部６３内部注入管６４外部注入管６５ホルダー６６固定棒６７セットスクリュー６８挿入管６９把持部７０加熱手段８０蒸着設備本体８１スライド支持片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/44 H01L 21/285 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一方側に化合物ソースガス供給管が設置
され他方側に排出管が設置された蒸着機ベースと、該蒸
着機ベースに気密に結合され、その外壁に上下端部が付
着固定されて内部と連通する化合物ソースガス通路管を
備えた単一型（ＳｉｎｇｌｅＴｕｂｅＴｙｐｅ）反
応炉と、上記蒸着機ベースの下側開口部を開閉する開閉
板と、該開閉板を貫通して昇降し、上端にはボート支持
板が形成されたラムと、上記ボート支持板上に安着され
複数のウェーハが搭載されるボートと、上記化合物ソー
スガス供給管に下端が連結され、上端はボートの上部側
に位置する注入器と、上記反応炉の周囲に設置される反
応炉加熱手段とから構成されることを特徴とする低圧化
学蒸着装置。
【請求項２】上記反応炉は、蒸着機ベースに安着され
る直径の大きい下端結合部と、該下端結合部の上部に一
体形成される直径の小さい反応室部とから構成されるこ
とを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項３】上記注入器は、上記化合物ソースガス供
給管の内部に挿入設置されたことを特徴とする請求項１
記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項４】上記注入器は、下端が化合物ソースガス
供給管の高さに位置し上端がボートの上端高さに至る垂
直形注入管と、上記化合物ソースガス供給管に連結され
る水平部と上記垂直形注入管に連結される垂直部とを有
する導入管とから構成されることを特徴とする請求項１
記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項５】上記化合物ソースガス供給管は内・外部
供給管により構成され、上記注入器は下端が上記内部供
給管に連結され上端が上記加熱手段の下端高さに位置す
る内部注入管と、下端が上記外部供給管に連結され上端
がローディングされたボートの上端に位置する外部注入
管とから構成されることを特徴とする請求項１記載の低
圧化学蒸着装置。
【請求項６】上記外部注入管は、その下端部が上記蒸
着機ベースに固定されるホルダーにより固定設置される
ことを特徴とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項７】上記ホルダーは、蒸着機ベースの内壁に
固定される固定棒と、該固定棒が挿入され周面にセット
スクリューが締結された挿入管部と、該挿入管部の先端
に形成される外部注入管が挿入固定される挿入溝を有す
る把持部とから構成されることを特徴とする請求項６に
記載の低圧化学蒸着装置。
【請求項８】上記反応炉を構成する石英管の内周面に
は、上記注入器の挿入される溝が形成されたことを特徴
とする請求項１記載の低圧化学蒸着装置。