JPH01129973A

JPH01129973A - 反応処理装置

Info

Publication number: JPH01129973A
Application number: JP28535687A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Rohata; 呂畑　勉; Hisato Nakamura; 寿人中村; Masahiro Fujita; 藤田　昌洋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1989-05-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、反応処理技術、特に、ノズルから複数種類の
ガスを吹き出して基板主面に処理を施す処理技術に関し
、たとえば、半導体デバイスの製造工程において、ウェ
ハ上にＣＶＤ膜を生成する自公転式のＣＶＤ装置に利用
して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体デバイスの製造において、半導体薄板（ウェハ）
の主面にエピタキシャル成長層を成長させたり、あるい
は酸イビ膜等の被膜を被着させたりする工程がある。こ
の工程において、通常気相化学成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　　Ｖａ−ｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）が多用されている。ＣＶＤ装置、たとえば、常圧ＣＶ
Ｄ装置としては、工業調査会発行「電子材料Ｊ　１９８
５年別冊号、昭和６０年１１月２０日発行、Ｐ５３〜Ｐ
５４に記載されているように各種の構造がある。

これらのＣＶＤ装置は、同文献にも記載されているよう
に、その方式がメーカーにより異なっており、処理方法
として、連続処理方式およびバッチ処理方式とに分かれ
、反応部のノズル形状もさまざまである。そして、この
文献には、数種のノズル形状が示されている。また、同
文献には、これらの装置は習熟された装置とはいえず、
ユーザーの要求に対し満足できる装置は少ないが、成長
スピードが早く、スルーブツトが高いことやメインテナ
ンスが容易なためよく使用される旨記載されている。ま
た、これらの装置における問題点はスノーフレークが多
い、ステンブカバレージが悪い。

クラックが発生し易い、膜厚、不純物濃度の均一性が悪
い等が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記文献にも記載されているように、膜厚の均一化を達
成するには、多くの解決する課題がある。

解決課題の一つとして、ノズルからのガスの吹き出し形
態がある。

ＣＶＤ装置の一つとして、前記文献に記載されているよ
うに、バッファを使用した構造が知られている。このＣ
ＶＤ装置は、処理室と、処理室内に配置された円錐体の
バッファと、このバッファの裾の周囲を自公転するよう
に配設された複数のサセプタと、バッファの頂上に対面
する処理室の天井部分に配設されて複数種類の処理ガス
を吹き出すノズル（ヘッド）とを備えている。被処理物
としてのウェハは、サセプタ上に収容されてサセプタの
自公転によって回動し、かつこの状態で前記ノズルから
噴出される複数種類の処理ガスによる反応生成物をウェ
ハ主面に堆積（デポジション）させるようになっている
。

ところで、このＣＶＤ装置においては、成長膜厚のより
一層の均一化を図るためには、以下のような点の解決が
重要であることが本発明者によってあきらかにされた。

すなわち、前記のようなバッファを用いるＣＶＤ装置で
は、ヘッドの一番内側のノズルから反応ガスを吹き出す
構造となっているため、その下部に位置するバッファ上
でガスを周囲に均一に拡散して、各ウェハに均一にガス
を運ぶことが重要である。バッファ上での反応ガスの均
一混合３反応ガス比率の適性化、流速の均一化が膜厚の
均一化をもたらし、ウェハ上での異物発生、比抵抗〔ρ
＄　（Ω／ｃｍ”））のバラツキの低減化に繋がる。

しかし、ヘッドの一番内側のノズルの中心と、円錐体の
バッファの中心とを単に機械的に一致させても、前記内
側のノズルから吹き出された反応ガスが、バッファの頂
点を中心として周囲に均一に分配奄れて流れるとは限ら
ず、これが反応ガスの均一混合や反応ガス比率を乱し、
均一な膜厚形成を阻害する原因の一つとなることが判明
した。

本発明の目的は、反応ガスを反応炉内で均一に拡散させ
ることによって、各ウェハに均一な被膜を形成すること
ができる処理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のＣＶＤ装置にあっては、円錐体状の
バッファの頂点上方に位置するノズルは、三重管構造と
なっていて、中央ノズルから不活性ガスとして微量な窒
素ガス（Ｎ２）を、中間ノズルからモノシラン（ＳｉＨ
４）とホスフィン（ＰＨ１）を、最外周ノズルから酸素
ガス（０□）をそれぞれ噴き出し、前記バッファの裾に
配設された自公転するサセプタ上に載置されたウェハの
主面に、リンシリケートガラス膜（Ｓｉｆｔ　　ＰｔＯ
２：ＰＳＧ膜）を堆積するようになっている。

また、前記Ｎ２はＳ　ｉＨ４，ＰＨ２，、Ｏｘからなる
反応ガスの流れを阻害しないような速度および量で吹き
出されるようになっている。

〔作用〕

上記したように、本発明のＣＶＤ装置にあっては、円錐
体状のバッファの頂点上方に位置するガスを噴き出すノ
ズルは、三重管構造となっていて、中央ノズルからＮ２
を、中間ノズルから５ｉＨｎ、ＰＨ，を、最外周ノズル
からＯｔをそれぞれ噴き出す構造となっているため、中
央ノズルから噴き出されたＮ、ガスはバッファの頂点に
当たる。

この結果、中間ノズルから吹きだされた５ｉＨｎ、ＰＨ
，は、バッファの頂点を越えて相互に交わらず、リング
状にバッファに吹き出されるため、バッファの全円周に
均一に分配される。また、これら均一供給された５ＩＨ
４，ＰＨｓは、それぞれ最外周ノズルから吹きだされた
ｏ２と一定の反応ガス比率を維持して反応する。この結
果、比抵抗が一定となるとともに、膜厚も均一となる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるＣＶＤ装置の概要を示
す断面図、第２図は同じくノズルの要部を示す拡大断面
図である。

この実施例のＣＶＤ装置は第２図に示されるように、下
部に排気口１が開設されているチャンバ２を備えている
。このチャンバ２の上部はインナーベルジャ３とアウタ
ーベルジャ４からなるベルジャ５で気密的に塞がれてい
る。前記インナーベルジャ３はその内面が中央が高くな
る緩やかな傾斜面を有する円錐面６となっている。また
、アウターベルジャ４はこのインナーベルジャ３の周辺
部分を支持し、かつチャンバ２の上縁に重なるようにな
っている。そしてこのチャンバ２とベルジャ５によって
処理室７が形成されている。

一方、前記処理室７の天井部の中央、すなわち、インナ
ーベルジャ３の中央には、ノズル８を組み込んだヘッド
９が取り付けられている。前記ノズル８は、第１図に模
式的に、第２図には具体的な構造として示されているが
、三重管構造となり、中央の管１０で構成される中央ノ
ズル１１と、前記中央の管１０を同心円的に取り囲む二
層目の管１２と中央の管１０とで構成される中間ノズル
１３と、前記二層目の管１２を同心円的に取り囲む三層
目の管１４と中央ノズル１１とで構成される最外周ノズ
ル１５とからなっている。また、各中央の管ＩＯ９二層
目の管１２．三層目の管１４は、それぞれ数ｍｍの間隔
を有して同心円的に配列されるように、それぞれ相互に
嵌合する中央ブロック１６．二層目ブロック１７．三層
目ブロック１８の一部として構成されている。そして、
これら中央ブロック１６．二層目ブロック１７．三層目
ブロック１日にそれぞれ取り付けられたパイプ１９．２
０．２１によって、所定のガスが処理室７内に送り込ま
れる。この実施例では、前記中央ノズル１１からはＮ２
が、前記中間ノズル１３からはＳ　ｉ　Ｈａ　、　Ｐ　
Ｈｓが、前記最外周ノズル１５からはｏ２がそれぞれ吹
き出されるようになっている。なお、第２図における２
２は気密性を維持するためのＯリングである。

他方、前記処理室７の中央には支台２３が設けられ、こ
の支台２３上にはバッファ２４が配設されている。この
バッファ２４は、中央が上方に突出した円錐体となって
いる。この円錐体の頂点は、前記ノズル８の中心に一致
している。また、このバッファ２４は途中から傾斜角度
が急激に緩やかになり、裾の長い緩斜面２５を有してい
る。この緩斜面２５は、前記インナーベルジャ３０円錐
面６と略同じ傾斜度となっている。したがって、この緩
斜面２５と円錐面６との間には略一定の間隔が形成され
ることになる。反応ガスはこの間隔を流れるようになっ
ている。

また、前記排気口１の周囲には、回転軸２６に支持され
るサセプタ２７がそれぞれ配設されている。このサセプ
タ２７はその主面（上面）に被処理物であるウェハ２８
を載置するようになっている。また、このサセプタ２７
の下方には前記サセプタ２７を加熱するヒータ２９が配
設されている。

また、前記サセプタ２７の周囲にはヒータカバー３０が
配設されている。さらに、前記回転軸２６は、前記支台
２３の周囲を取り囲むように配設されたドーナツ状の回
転板３１に取り付けられている。したがって、前記回転
輪２６が回転しかつ前記回転板３１が回転することから
、サセプタ２７上に載置されたウェハ２８は自公転する
。

このようなＣＶＤ装置では、前記サセプタ２７Ｃそれぞ
れウェハ２８を載置した後、ウェハ２８を加熱しかつ自
公転させた状態で、前記ノズル８から反応ガスを供給す
ることによりて、前記ウェハ２８の主面にＰＳＧ膜が堆
積する。この場合、前記ノズル８は三重構造となってい
て、中央ノズルｌｌから吹き出されたＮ２ガスは、下方
に位置するバッファ２４の頂点に向かって流れる。した
がって、中央ノズル１１に対して同心円的となるリング
状の吹き出し口を有する中間ノズル１３から吹き出され
たＳｉＨ，、ＰＨ，は、バッファ２４の頂点を交差する
ように流れることなく、頂点をいくぶん下った斜面にリ
ング状に吹き出されるため、バッファ２４の円錐面の全
周にそれぞれ均一に吹き出される。そして、これら均一
に分配供給されたＳ　ｉＨ４１Ｐ　Ｈｘと、このＳｉＨ
，、ＰＨ３の外側に前記最外周ノズル１５からリング状
に吹き出された０□とは、各所で混合組成比を変えるこ
となく混ざりかつ反応する。この結果、前記バッファ２
４の裾に位置するウェハ２８に至った反応生成物はウェ
ハ２８の主面に均一に堆積することになる。

なお、前記中央ノズル１１から吹き出されるＮ８ガスは
、その外周に吹き出される５ｉＨａ、ＰＨ３が、バッフ
ァ２４の頂点を乗り越えて混ざり合うことがないように
し、０□との混合比を損なわないようにするための作用
をすればよ（、また、ＳｉＨ４，ＰＨｓと０．との混合
状態、気密状態に影響を与えて反応性を乱さないように
する必要があることから、微速でかつ微量吹き出される
ようになっている。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のＣＶＤ装置は、ノズルから吹、き出され
た反応ガスを円錐体からなるバッファを用いて３６０度
全方位に分配し、バッファの周囲に位置するウェハ面に
反応物質を送り込むようになっているが、前記ノズルは
三重管構造となり、中央ノズルから出るＮ、ガスを前記
バッファの頂点に吹き付け、Ｎ２ガスの外側に吹き出す
反応ガスの配分を全方位で均一となるようにしているた
め、反応ガスの混合が均一となり、ウェハ主面には比抵
抗が均一な被膜が形成されるという効果が得られる。バ
ッチ処理における比抵抗のバラツキは、従来の±１０％
以内から、±２％乃至±３％以内と低くすることができ
る。

（２）上記（１）により、本発明のＣＶＤ装置は、反応
ガスが全方位に亘って均一に分配されかつ拡散されるこ
とから、各ウェハ上での被膜の堆積は均一となり、各ウ
ェハ間での膜厚のバラツキが少なくなるとともに、−枚
のウェハ面における各部の膜厚も均一になるという効果
が得られる。

（３）上記（１）および（２）により、本発明のＣＶＤ
装置は、膜形成の再現性を向上させることができるため
、歩留りを高くすることができるという効果が得られる
。

、（４）上記（３）により、本発明のＣＶＤ装置によれ
ば、歩留り向上から被膜形成コストの低減が達成できる
という効果が得られる。

（５）上記（１）〜（４）により、本発明によれば、所
望の比抵抗を有する均質で均一な厚さの被膜を安価に形
成することができるＣＶＤ装置を提供することができる
という相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、ノズルは三重
管よりも多い多重管構造でも前記実施例同様な効果が得
られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である被膜形成技術に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、本発明は被処理物の表面をエツチングする技術
にも適用できる。この場合、本発明を適用することによ
って均一なエツチング、精度の高いエツチングが行える
ようになる。

〔発明の効果〕本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
名。

本発明のＣＶＤ装置にあっては、ノズルが三重管構造と
なっていて、中央ノズルから吹き出されたＮ２ガスは、
バッファの頂点に吹き付けられる。

この結果、前記中央ノズルの周囲の中間ノズルから吹き
出される５ｉ１（４，ｐＨ，は、バッファの頂点を交差
して流れることがないため、全円周に均一に分配される
。したがって、これらＳｉＨ。

、ＰＨ，は、最外周ノズルから吹き出されるＯｏと混合
組成比率を一定にして拡散するため、均一な反応が起き
ることになり、被膜各部の比抵抗が一定となる。また、
被膜の膜厚も均一となり、品質の優れた被膜を再現性良
く高歩留りで形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、によるＣＶＤ装置の概要を
示す断面図、第２図は同じくノズルの要部を示す拡大断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、処理室と、この処理室の中央に配設された円錐体状
のバッファと、このバッファの頂点に対面する処理室の
天井部分に配設されたノズルと、前記バッファの周囲に
配設されかつ主面に被処理物を載置する自公転可能なサ
セプタとを有する反応処理装置であって、前記ノズルは
三重以上の多重管構造となっていて、中央ノズルは前記
バッファの頂点に対面しかつ不活性ガスを前記バッファ
の頂点に向かって吹きつけ、前記中央ノズルの外側の各
ノズルはそれぞれ反応性のガスを吹き出すように構成さ
れていることを特徴とする反応処理装置。２、前記中央ノズルから吹き出される不活性ガスは反応
ガスの流れを阻害しない程度の流速および流量で吹き出
されるように構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の反応処理装置。