JPH01278715A - 膜製造装置 - Google Patents

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、低圧力下において、ガス状の原料を用いて、
膜を製造する装置に関するものである。

（従来の技術） 膜、殊に半導体膜は半導体装置に不可欠の構成要素であ
るが、半導体膜の物理的および科学的性質は一般に不純
物の混入によって著しく変化するので、半導体膜の製造
に際しては、半導体膜の所期の性質を損なう不純物の混
入を無くすることが必要とされる。

また、半導体膜は基板上に製造されるのが一般的である
が、この場合、半導体装置の製造歩留まりを大きくする
うえで、基板上の全領域にわたって半導体膜の性質と厚
みとが同一であるように製造することを必要とするのが
常である。

このように、半導体膜製造上の要件を満たす半導体膜製
造装置として、従来、ガス上の原料を所定の温度に加熱
された基板上に供給し、基板上での原料ガスの化学反応
によって所期の半導体膜を基板上に析出させる、いわゆ
る、化学気相堆積法を、大気圧より低い圧力下で行うよ
うにした、低圧化学気相堆積装置または低圧ＣＶＤ装置
と呼ばれている半導体膜製造装置がある。つまり、膜製
造室内を排気して低圧にすることにより、不要不純物の
半導体膜中への混入確率を下げ、同時に、原料ガスの実
効拡散係数を大きくして、半導体膜製造の化学反応が基
板表面上での反応で律速されるようにし、半導体膜質の
均一化を促進するようにしたものである。ところが、従
来のこの種の半導体膜製造装置には、以下に述べるよう
な欠点があった。

従来の低圧ＣＶＤ装置等の半導体膜製造装置において設
定される大気圧以下の圧力は、装置により異なるが、通
常約１０Ｔｏｒｒから１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度の範囲にあ
る。この場合において、上記設定圧力に応じて、原料ガ
スに対し化学反応を起こさせるには、必要な温度にまで
基板を加熱する方式として、主として高周波加熱方式、
抵抗加熱方式、ランプ加熱方式のいずれかが用いられて
いる。

すなわち、設定圧力１０”　’　Ｔｏｒｒ程度以上であ
る場合においては、基板をグラファイトでなるサセプタ
に設置することにより高周波電力で誘導加熱されたグラ
ファイト・サセプタからの熱伝導で基板を所定温度にす
る高周波加熱方式、または膜製造室外に設置された通電
加熱される抵抗体ヒータからの熱伝導により、膜製造室
内に設置された基板を所定の温度にする抵抗加熱方式、
または膜製造室外に設置されたランプから発せられた光
を膜製造室壁に設けた光透過窓を通して基板に輻射する
ことにより、基板を所定の温度にするランプ加熱方式の
うち、任意の方式を採用することができるが、これらの
うち高周波加熱方式は、基本的にサセプタと基板のみを
加熱し、膜製造室壁を加熱しないので、膜製造室壁には
半導体膜が付着しないという長所があり、他の２方式に
おいては、膜製造室壁も加熱されるので、半導体膜が膜
製造室壁にも付着し、この膜製造室壁に付着した半導体
膜を頻繁に除去することを要するという欠点があるもの
の、基板温度均一化の制御が比較的容易であるという長
所があるので、目的に応じて各方式の長所、欠点を勘案
し主として前３者の−が採用されてきた。

一方、設定圧力が１０−’Ｔｏｒｒ程度以下である場合
においては、前３者の加熱方式のうち高周波加熱方式は
、原料ガスが容易に放電するようになるので、故意に放
電を起こさせる場合を除いては、採用することができず
、主として抵抗加熱方式、またはランプ加熱方式のいず
れかが採用されてきた。

ところで、上述した半導体膜製造上の要件、すなわち不
要不純物の半導体膜中への混入低減と、半導体膜質の基
板上全域にわたる均一度向上とを、より充足せしめるた
めには、設定圧力をより低くすることが好ましく、従っ
て、原料ガス圧力を、高周波加熱方式が適用できない範
囲に設定することを要するようになる。しかし、抵抗加
熱方式またはランプ加熱方式が採用された半導体膜製造
装置においては、上述した通り、膜製造室壁に付着した
半導体膜の細片が膜製造室壁から剥がれて製造されつつ
ある半導体膜に付着し、半導体膜の膜質を１貝なうこと
を防ぐために、さらに、殊にランプ加熱方式が採用され
た半導体膜製造装置においては、膜製造室壁の一部であ
る光透過膜にも膜が付着するので、透過光量の減少を防
くために、膜製造室壁に付着した半導体膜を頻繁に除去
しなければならず、これに伴って、頻繁に半導体膜の製
造を中断せざるを得ないのみならず、装置状況を復元す
るために各種調整を必要とする等、製造効率の低下を避
けることが不可能であった。加えて、膜製造室壁に付着
した半導体膜を除去するときに、膜製造室内が不要不純
物によって汚染され、これが製造する半導体膜の品質の
劣化を招くという間題もあった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、特に高周波加熱方式が採用できないような低
圧下でガス上の原料を用いて各種薄膜を製造する場合に
おいて、従来の装置が有していた上述の欠点がない膜製
造装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ガス状にした原料から、大気圧より低い圧力
下で、基板上に膜を析出させる膜製造装置において、ヒ
ータを収納するヒータ室を有し、該ヒータ室の内部と基
板が設置される膜製造室の内部とが該ヒータ室の壁の一
部によってガス流通に関して隔離され、かつ該ヒータ室
の内部が排気される構造とする。

（実施例） 尖応汎土 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図であって
、膜製造室１とは石英壁２によりガス流通に関して隔離
されたヒータ室３を設け、該石英壁２の上面４に基板５
を接置して半導体膜を析出付着させるような加熱方式を
採用した半導体膜製造装置を示す。この半導体膜製造装
置は、前記構成要素に加えて、Ｈり製造室排気装置８、
ヒータ室排気装置９、ベント・ライン排気装置１０、原
料ガス制御供給装置１１、ヒータ６、およびヒータ６に
電力を制御供給するヒータ電源１２を基本構成要素とし
て具備している。ここで、各排気装置８，９゜１０は、
いわゆる真空ポンプを主構成要素としてなるものであり
、また原料ガス制御供給装置１１は原料ガスを貯蔵する
ボンベ、ガス圧調整器、流量調整器を主構成要素として
なるものである。なお第１図中、符号１３．１４をそれ
ぞれ付して示したバルブは、原料ガスの供給先を、膜製
造室またはベント・ライン排気装置のいずれかへと切り
替えるためのものであり、原料ガスは膜製造室へは原料
ガス導入管７を通して導入される。

ここで、ヒータ室について、その断面形状図である第２
図により、さらに詳細な説明をする。ヒータ室３はヒー
タ室壁の一部たる石英壁２と膜製造室壁の延長の部分１
５とで囲まれており、膜製造室とはガス流通に関して隔
離されている。また、第２図でヒータ室の下方は、第１
図におけるヒータ室排気装置９に通じていて、ヒータ室
内は真空排気され、これによりヒータ６が酸素等大気中
の物質と反応して劣化することが抑止される。ヒータ６
は、石英または窒化硼素（ＢＮ）等の高温下で変質の少
ないヒータ保持用絶縁体１６で保持され、タンタルやモ
リブデンやタングステン等の融点の高い材料であるヒー
タ・ホルダ１７に納められている。

ヒータ・ホルダ１７の外面のうち少なくともヒータに面
する部分は、ヒータからの熱輻射を反射して熱を効率よ
く石英壁２の上面４に伝えるように、鏡面になっている
ことが望ましい。ヒータ・ホルダは、ヒータ室壁のうち
膜付着が生じる温度になる部位を、基板が接置される部
分とその近辺のみに限定する効果を高める機能を併せも
つ。ヒータ・ホルダ１７は支持体１８を介して膜製造室
壁の延長の部分１５に接続されている。石英壁２は、ハ
イトン製の０−リング等の真空シール材１９を挟んで、
クランプ２０を用いて膜製造室壁の延長の部分１５に接
続されているが、膜製造室壁の延長の部分１５のうち真
空シール材１９が接する近辺には、冷媒を通す通路２１
が設けられており、温度上昇による真空シール材１９の
変質が防止されている。

第１図において、半導体膜を製造する基板５はヒータ室
壁２の上面４に接置される。この基板上に半導体膜を製
造するための手順の一実施例を、第１図を参照して以下
に述べ、以て本発明になる半導体膜製造装置の機能上の
特徴を説明する。

半導体膜を製造するには、まず所定の基板５をヒータ室
の石英壁上面４に接置した後、膜製造室排気装置８によ
り膜製造室１内を所定の真空度にまで排気し、基板が所
定の温度になるように、ヒータ電源１２よりヒータ６に
電力を制御供給する。

例えば基板が単結晶シリコンであり、その上に単結晶シ
リコン膜を製造する場合には、単結晶シリコン基板の表
面に存在するシリコン酸化物を除去し、清浄なシリコン
面を露出させるために、膜製造室の真空度を１０−９Ｔ
ｏｒｒ程度にまですることができる場合には、基板を９
００°Ｃ程度にまで加熱したり、またはシリコン酸化物
をエツチングするガスを基板表面上に供給したりする、
いわゆる、基板表面清浄化処理が、基板の温度を膜製造
時の温度に設定する前に、行われるのが通例である。つ
いで、バルブ１３を閉じバルブ１４を開けた状態で、原
料ガスを、ベント・ライン排気装置１０を通してベント
・ライン２２に流しつつ、原料ガス制御供給装置１１に
より所定の流量に設定する。次にバルブ１４を閉じバル
ブ１３を開けることにより、流量が設定された原料ガス
の供給元をベント・ライン２２から膜製造室１に切り替
えて、半導体膜の基板上への製造を開始する。所定の時
間が経過した後、再びバルブ１３を閉じバルブ１４を開
けて、原料ガスの供給先を膜製造室１からベント・ライ
ン２２に切り替えることにより、基板上への半導体膜の
製造を停止し、さらに原料ガスの供給停止、ヒータへの
電力の供給停止を経て、半導体膜が製造された基板を膜
製造室外に取り出した後、半導体膜製造装置の作動を停
止する。

以上が、本発明になる半導体膜製造装置を用いた半導体
膜の一製造方法であるが、この方法による場合、半導体
膜付着が起こるまでに加熱されるのは、基板と基板周辺
のヒータ室壁上面４および側面の一部とにほぼ限定され
るので、従来の加熱方式である抵抗加熱方式またはラン
プ加熱方式を用いた場合に付随していた、膜製造室壁を
頻繁に清掃しなければならない、という事情から由って
来る膜製造室汚染に伴う半導体膜質劣化および製造効率
低下の問題を著しく解消することができる。

また、ヒータが膜製造用の反応性原料ガスと接すること
がないので、ヒータ材料と原料ガスの反応生成物による
半導体膜の汚染の問題も生じない。

同時に、ヒータ材料の寿命も長いという特徴を存する。

実画ｌ生え 本発明の第２の実施例は、第１図においてヒータ室壁の
部分２をシリコンとすることを特徴とする半導体膜製造
装置である。上述の第１の実施例の膜製造装置において
も、従来の膜製造装置に伴う欠点が著しく解消されてい
るわけであるが、この第２の実施例は、第１の実施例の
膜製造装置よりも製造効率をさらに一層高めることがで
きるという長所を有する。上述の通り、ヒータ室壁の部
分２への半導体膜の付着は極めて限定されるものの、こ
れを皆無とすることはできない結果、第１の実施例のよ
うにヒータ室３の壁２が石英である場合には、半導体膜
製造温度で石英壁に付着した半導体膜が、膜製造温度に
あっては石英壁にほとんど力を及ぼすことはないが、ヒ
ータに電力が供給されていない場合の室温にあって、半
導体膜と石英との間に一般に存在する熱膨張率の差に起
因する力を石英壁に加え、その力が、石英壁に付着した
半導体膜の厚みが成る一定の値を越えると、遂には石英
壁の機械的強度を上回って石英壁を破壊するに至る。具
体的に示すと、石英ガラスの線熱膨脹率は約０．４　Ｘ
ｌ０−６に一部であり、通常工業的に使用される半導体
の線熱膨脹率２．４　Ｘｌ０−６に一部（シリコンの場
合）乃至５．８　Ｘｌ０−６にす（砒化ガリウムの場合
）と大きく異なっている。したがって、上述の事故の発
生を未然に防ぐには、石英壁がひび割れするに至る前に
石英壁に付着した半導体膜を除去する必要がある。その
頻度は、従来の抵抗加熱方式およびランプ加熱方式の半
導体膜製造装置における膜製造室壁清掃の頻度よりは著
しく少ないので、第１の実施例の半導体装置において、
すでに膜製造室の汚染は極めて低減され、かつ製造効率
の低下も十分に抑止されているわけであるが、これを皆
無にするには至っていない。

ところが、本発明の第２の実施例の場合には、ヒータ室
壁の部分２はシリコンであるので、特に製造する半導体
膜がシリコンである場合には、シリコン壁２に付着した
シリコン膜は、室温においてもシリコン壁２に全く力を
及ぼさず、したがって、上述の問題は完全に解決される
。また、製造する半導体膜がシリコン以外の半導体であ
る場合にも、シリコンとそれら半導体膜との間の線熱膨
脹率の差は、石英ガラスとそれら半導体膜との間の線熱
膨脹率の差より小さいので、シリコン壁に付着した半導
体膜の除去は皆無にはできないまでも、その頻度を第１
の実施例の半導体膜製造装置におけるよりもさらに少な
くすることができる。

ただし、シリコンは石英よりも熱伝導率が高いので、シ
リコン壁２に接する膜製造室壁の延長の部分１５を通し
て熱が膜製造室壁に放散され易いので、第１の実施例の
半導体膜製造装置の基板温度上限よりは基板温度を高く
することは困難である。

夫詣±■ 本発明の第３の実施例は、第１図においてヒータ室壁の
部分２を、シリコン・カーバイドで表面が被覆されたカ
ーボンとすることを特徴とする半導体膜製造装置である
。この実施例の半導体膜製造装置によりもたらされる効
果は、第２の実施例の半導体膜製造装置に準じるが、カ
ーボンはシリコンより熱伝導率が小さいので、基板温度
上限を第２の実施例の半導体膜製造装置の基板温度上限
より高くすることができるという、第２の実施例との比
較における長所を有する。

実１肩土 本発明の第４の実施例は、第１図においてヒータ室壁の
部分２を、石英内壁２′と、これを覆うシリコン外壁ま
たはシリコン・カーバイドで表面が被覆されたカーボン
外壁２″とからなる２層の壁とすることを特徴とする半
導体膜製造装置である。シリコン外壁またはシリコン・
カーバイドで表面が被覆されたカーボン外壁２“は、第
３図に示す通り、石英内壁２′のうち内壁温度が膜付着
の生じる温度よりも高くなる部分とその近辺だけを覆っ
ておればよい。この実施例では、構造が前記の３例より
幾分複雑ではあるものの、膜製造室壁への熱放散は実質
的に第１の実施例の場合と同等に抑制でき、また、ヒー
タ室壁に付着する膜とヒータ室壁との熱膨張率の差に関
する、第２の実施例について述べた問題は、第２の実施
例または第３の実施例と同等に解決される、という長所
がある。

尖絡拠ｉ 第４図は本発明の第５の実施例であり、第１〜第４の実
施例のいずれかの半導体膜製造装置に、さらに基板装填
用予備排気室２３および膜製造室１と基板装填予備排気
室２３との間のガス流通を遮断または接続するゲート・
バルブ２４および予備排気室用ｆｌｌ気気置２５および
基板移送機構２６が付加されたものである。

この実施例の半導体膜製造装置においては、基板は、ま
ずゲート・バルブ２４が閉じられた状態で、基板装填用
予備排気室２３に装填され、ついで基板装填用予備排気
室２３が所定の圧力にまで排気された後にゲート・バル
ブ２４を開けて、あらかじめ真空排気されている膜製造
室内にマグネット・カップリングの基板移送機構２６を
用いて移送され、ヒータ室壁土面の所定の場所に接置さ
れる。その後の半導体膜製造に係る処置法は第１の実施
例で詳述したところに準する。

第５の実施例の半導体膜製造装置は、第１〜第４の実施
例として示された半導体膜製造装置の有する本発明によ
り実現された機能上の特徴を具備するとともに、膜製造
室内が基板装填に際して直接大気に曝されることが無く
なることから、製造される半導体膜への汚染が、さらに
極めて少なくなる特徴と、基板を膜製造室に設置した後
、膜製造室内を所定の圧力にまで排気するに要する時間
が少なくて済むという特徴をも併せ持つ。

なお、以上は半導体膜を製造する場合を例にとって、本
発明の膜製造装・置の特徴を具体的に説明したが、本発
明の膜製造装置は、半導体膜のみならず金属膜または絶
縁物膜等種々の膜の製造に供して、従来の膜製造装置に
ない、上述の長所を発揮するものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の膜製造装置は、特に原料
ガスの圧力が高周波加熱方式が採用できないような低圧
力で膜製造をする場合に、従来の膜製造装置が存してい
た、膜製造室内壁に膜が付着するという欠点がほぼ解消
されて、膜製造室内の汚染を著しく低減でき、その結果
、低圧ＣＶＤ法の本来の特徴である不純物低混入性、膜
質高均一性が十分に発揮され、良質の半導体膜を効率良
く製造できるという利点がある。

さらに従来のランプ加熱方式の装置に比べて、ランプ・
チューブの変形を防止するための冷却用設備を必要とし
ないことから、コンパクトな装置を経済的に実現できる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜製造装置の第１の実施例の構成を示
す図、 第２図は本発明の膜製造装置の第１の実施例におけるヒ
ータ室の構造を示す図、 第３図は本発明の膜製造装置の第４の実施例におけるヒ
ータ室の構造を示す図、 第４図は本発明の膜製造装置の第５の実施例の構成を示
す図である。 １・・・膜製造室 ２．２’、２″・・・ヒータ室壁の部分３・・・ヒータ
室 ４・・・膜製造室に露出するヒータ室壁の上面５・・・
基板　　　　　　　　　６・・・ヒータ７・・・原料ガ
ス導入管　　　８・・・膜製造室排気装置９・・・ヒー
タ室排気装置 １０・・・ベント・ライン排気装置 １１・・・原料ガス制御■供給装置 １２・・・ヒータ電源　　　　　１３．１４・・・バル
ブ１５・・・膜製造室壁の部分 １６・・・ヒータ保持用絶縁体　１７・・・ヒータ・ホ
ルダ１８・・・ヒータ・ホルダ支持体 １９・・・真空シール材　　　　２０・・・クランプ２
１・・・冷媒通路　　　　　　２２・・・ベント・ライ
ン２３・・・基板装填用予備排気室 ２４・・・ゲート・バルブ ２５・・・予備排気室用排気装置 ２６・・・基板移送機構 特許出願人　　日本電信電話株式会社 第２図 ２１−一一冷媒追於 衣釦Σ孝反Ｎざ太た刀・ボン外譬

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス状にした原料から、大気圧より低い圧力下で、
   基板上に膜を析出させる膜製造装置において、ヒータを
   収納するヒータ室を有し、該ヒータ室の内部と基板が設
   置される膜製造室の内部とが該ヒータ室の壁の一部によ
   ってガス流通に関して隔離され、かつ該ヒータ室の内部
   が排気されることを特徴とする膜製造装置。 ２、請求項１記載の膜製造装置において、ヒータ室の壁
   のうち少なくとも膜製造室内に露出する部分が石英でな
   るか、またはシリコンでなるか、またはシリコン・カー
   バイドで表面を被覆されたカーボンでなることを特徴と
   する膜製造装置。 ３、請求項１記載の膜製造装置において、ヒータ室の壁
   のうち少なくとも膜製造室内に露出する部分がシリコン
   、またはシリコン・カーバイドで表面を被覆されたカー
   ボンである場合において、該膜製造室内に露出するヒー
   タ室の壁の部分が該シリコン、またはシリコン・カーバ
   イドで表面を被覆されたカーボンでなる外壁と、ガス流
   通に関して膜製造室内とヒータ室内とを隔離する石英で
   なる内壁とからなる二重構造となっていることを特徴と
   する膜製造装置。