JPH01283376A - 大気圧化学蒸着装置および方法 - 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〕 本発明は大気圧化学蒸着装置および方法に関し、より詳
細には、基質すなわちウェーハに非酸化物膜を蒸着する
のに適した上記のような装置に関する。

〔従来技術〕

インライン搬送式大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）による
酸化物被着体を生しる装置は多年にわたり知られてきた
。かかる設備はワ１−キンズージョンソン社で販売され
、ニコラスグラレンスキーにより提出発表された多くの
論文に述べられている。

一般に、先行技術のインラインＡＰＣＶＤ装置は被着す
べきウェーハずなわち基質をマツフルの中を搬送するエ
ンドレスヘル１〜を有しており、マツフルは１つまたは
それ以上の被着室を有している。これらの被着室は薬品
蒸気の反応が生して蒸着層を形成するウェーハ表面に薬
品蒸気雰囲気を作って維持するための手段を有している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる設備は酸化物被着体を形成するにば非常に満足す
べきものであるとわかった。しかしながら、差圧、流量
の変動、または蒸着室すなわち被着室への酸素の拡散に
より雰囲気の制御が悪いため、先行技術のＡＰＣＶＤ炉
では、信頼性のある非酸化物被着体は得られなかった。

しかも、ガスまたは蒸気混合物を被着室へ噴入する噴入
組立体は基質表面への反応ガスの効率的な送出しおよび
被着室から反応物カスの効率的な除去のための十分な温
度制御をもたらさなかった。

本発明の目的は真のまたはその場で１−−プされた無品
質または多結晶質シリコン、ケイ化タングステン、選択
的または一面的タングステンおよび窒化シリコンのよう
な非酸化物膜をシリコン、ガラス、セラミック又は金属
なとの基質に確実に形成するのに適した搬送式ＡＰＣＶ
Ｄ炉を提供することである。

本発明の他の目的は反応帯域から酸素を除去し、介在空
気暴露および清浄工程を省く多段処理を行い、収率およ
び生産性を高める連続層１ンヘヤ装置を有する炉を提供
することである。

本発明の他の目的は蒸着法全体にわたって基質を無酸素
雰囲気に保つことによって基質をその場でエツチングし
て自然酸化物を除去しかつその再生長を防く連続コンヘ
ヤ装置を有する炉を提供することである。

本発明の他の目的は一定な開口部を正確に糾、持し、そ
れにより蒸着室からの排ガスの一定な流量を正確に保つ
自己清浄型流量計装置を提供することである。

本発明の他の目的はコンヘヤヘルトの幅にわたって連続
層流を形成するインゼクタ組立体を提供することである
。

本発明の更に他の目的はウェーハの表面に衝突する化学
反応物蒸気の制御を行なえるインゼクタ組立体を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のこれらの目的および他の目的シコ゛、加熱マツ
フルと、該マツフルに設けられた少なくとも１つの化学
蒸着室すなわち蒸着帯域と、薬晶茎気を上記室内に導入
するためのインゼクタ組立体と、被着すべきウェーハを
上記マツフルおよび蒸着室の中を移動させるコンベヤベ
ルトとを備えている種類の搬送式大気圧化学蒸着装置に
おいて、上記インゼクク組立体を上記蒸着室に酸室の壁
部と間隔をへだてた関係で支持しかつシールするための
手段を設け、パージガスをインゼクタ組立体と室の壁部
との間の空間に導入するための手段を設けたことを特徴
とする搬送式大気圧化学蒸着装置によって達成される。

また、上記インゼクタ組立体は薬品蒸気をコンベヤベル
トの幅にわたってベルトで支持されたウェーハの表面上
に導びくための手段と、薬品蒸気およびパージガスを室
の蒸着帯域から除去するための排気系統とを有している
。

〔実施例〕

第１図および第２図を参照して説明すると、大気圧化学
蒸着マンフル炉組立体１１はマツフルすなわち炉の内部
を加熱する底部加熱要素１２を備えている。コンベヤベ
ルト１３がマツフルの装入端部１４から端部１６まで延
びていて、ローラ１７を通って戻っている。マツフルす
なわち炉の底部は孔を持つ複数９通路１８を有するのが
よく、これらの孔は後述の目的でコンベヤベルト１３の
下側と連通して不活性ガスをベルト１３を通して炉の中
へ上方に流せるようになっている。

本発明によれば、炉組立体は弗化ハロゲンおよび水蒸気
を矢印２２で示す領域に注入する弗化ハロゲン（ＨＦ）
インゼクタ組立体を有している。

弗化ハロゲンは窒素を室温に保たれた弗化水素酸と脱イ
オン水との共沸混合物の中に吹込むことによって形成し
得る。弗化水素ガスはベルトで支持されたウェーハの表
面に打ち当り、ウェーハの表面上のいずれのシリコン酸
化物をもエツチング除去する。この酸化物はウェーハの
表面へのケイ化タングステンまたは他の非酸化物物質の
付着を防ぐ。

排気系統２３は弗化水素蒸気を排気し、ならびにマツフ
ルの頂部および底部で矢印２４で示すように移動してい
る窒素をパージする。このパージ窒素は一連の開口部を
有するプレナム２６．２７を通って炉に入り、窒素をカ
ーテン２８を通り越して移動させる。この流れにより、
いずれのエツチング剤をもマンフルの中へ入らないよう
にする。

装入端部のプレナム２９を流れている窒素により、いず
れのエツチング剤をも排気系統から出て行かないように
する。

図示の装置は複数の蒸着室３１を有しており、これらの
蒸着室の各々は同様に構成されていて、入口室窒素プレ
ナム３２を有しており、このプレナム３２により、窒素
は開口部すなわち孔を通って下方に流れ、入口プレナム
の各々ごとに矢印３４．３６で示すように両方向にカー
テン３３を通り越して流れる。出口プレナム３７が設け
られており、同様に、窒素または他の不活性ガスが両方
向にカーテン３８を通り越して流れる。

本発明の特徴によれば、マツフルすなわち炉の両側には
、開口部４１およびプレナム４２が設けられており、窒
素が開口部４１およびプレナム４２に流入して種々の室
間の圧力を等しくし、化学薬品の静流を確保したり蒸着
帯域内の酸素を確実に除去したりすることができる。炉
内の差圧を測定するために、差圧ポート４３．４４が設
けられている。

炉の流出端部には、排気部４６が設けられている。排気
窒素プレナム４７はカーテン４８を有している。窒素は
カーテン４８を通り越して排気部４６に流入する。ウェ
ーハは第２コンベヤベルト５１まで搬送され、このベル
トにより窒素プレナム５３およびカーテン５４を有する
冷却マンフル５２の中を移動する。

コンベヤベルト１３上のウェーハは弗化水素エツチング
室、第１、第２、第３蒸着室を順次通り、マツフルの出
口端部を通り越して上方に移動して冷却マンフルに入り
、蒸着膜を有する冷却ウェーハがこの冷却マンフルから
出ていく。

入口プレナム、出口プレナムおよびこれらと関連したカ
ーテンを第３図にもっと明確に示してあり、この図では
、カーテン３３．３８は支持体５６．５７から垂下し、
かつコンベヤベルト１３の表面、詳細には、次々の蒸着
室を通してベルト１３で移送されるウェーハ５８に近接
するように延びている場合について示されている。マツ
フル組立体の直立壁部６１は矩形のボックス状室を形成
しており、この室は蒸着蒸気を芸着室に噴入したり、ｌ
トガスを除去したりするためのインゼクタ／−、ン１−
組立体６２を受け入れるようになっている。

このインゼクタ組立体は支持フランジ６３を有しており
、このフランジ６３は室壁部の」二端部に支持されたフ
ランジ支持体６４に載置するようになっている。支持体
６４は冷却水を受け入れる冷却用、：１イル６６と、窒
素を受り入れ、これを開ｌ」部６Ｂからインゼクタ組立
体の壁部６２と室の］−方に延びる壁部６１との間の空
間に噴入するポート６７とを有している。窒素は矢印６
９て示すように、インゼクタ組立体と室の壁部との間の
空間に流入し、この空間を清浄ずべく下方に流れ、蕉着
室の中へ入り、そして後述の排気マニホルドに向って流
れる。

第；３図、第４図および第３図を参照して説明すると、
インゼクタ組立体は矩形の中空ボックス状ボディ６１を
有しており、ごのボディは頂部にフランジ６３を有して
いる。このボックス状ボディ内には、後述の種々の管お
よび導管が延びている。

ボディの直立壁部は基部７１で支持されており、この基
部７１はガス入口や、水入口および水出ＬＩ用の配管を
受入れている。特に第３図を参照すると、ボディ７１に
は、シーリングフランジ６３が適当に取イ」すられてい
る。○リングシール７２がインゼクタ組立体を支持体６
４に対してシールしている。導管７３は冷却水を基部７
１を通して移送する。インゼクタ７４は冷却通路７６を
有し、○リング７７で基部７１にシールされている。通
路７６は導管７８に連結されている。この専管７８はイ
ンゼクタ天井ブロック７９に連なり、このブロック７９
は導管８２に連なる冷却通路８１を有している。端部天
井ブロック８３は導管８２および出口導管８６に連結さ
れている通路８４を有している。

インゼクタ組立体は薬品蒸気をウェーハ上に噴躬する手
段を有している。また、この組立体は○リングで基部に
シールされたブロック８７．８８を有しており、これら
のブロックはブレナム、および蒸気をウェーハに差し向
けるためのＩＪＩＩ　ＦＩＢを有している。より詳細に
は、蒸気は矢印９２て示すように、インゼクタボディ７
４の先端のいずれかの側に形成された通路８９．９１か
ら噴射される。

反応カスは、質量流量コントローうて調整された定常流
量てスロット８９．９１を通って被着室に流入スる。ス
ロット８９．９］を通って流れるガスは立下（９３，９
４てｍ入され、それぞれ−次分配プレーｆｌ、９６．９
７に流入する。これらのプレナムは部ＩＡブロック８８
に形成された溝と、ブロック８７に形成された溝とにま
り画成された細長い開Ｌ１部の形態である。これらの溝
におりる開口部９８．９９ば第２プレナム１．０１．１
０２に通じる一次旧鼠孔を形成する。複数の間隔をへた
てた開「１部すなわちボー１−１．０３．１０４が二次
計量孔を形成し、ごれらの二次計量孔はプレナム１０１
．１０２から下方に延び、細長い第３プレナノ、通路］
　２ １０６、．１０７と連通している。次いで、ガスはイン
ゼクタボディ７４の先端と計量ブロック６］、７７との
間の一様な隙間で形成された連続スロットを通る。かく
して、計量ブロック１０８．１０９ば二次計量孔１０３
．１０４を出る個々のガス流シェツトを除去し、通路８
９．９１を通ってインゼクタの全幅を横切って出る円滑
な層流を形成する。

北方ポートの流れ９１および下方ポートの流れ９２の両
方はインゼクタボディの先端から層流路で基質すなわち
ウェーハの加熱表面へ差し回りられ、そこでガスか混合
反応して蒸着膜を形成する。

ブロック部材７９．８３は矢印１１１で示すように」１
方に排気される窒素、および矢印１１２て示す反応性ガ
スおよび窒素を除去するための排気部として機能する細
長い開１］部すなわちスロワｌ〜を画成する。この排気
スロットは排気管１１４に連結される１ＪＴｌ路１１３
と連通している。

このインゼクタの設計を大気圧ＣＶ　Ｉ）装置に使用す
ることにより、ガスの効率的かつ均一な反応を行って基
質の表面に膜を形成することができる。

薬品はインゼクタ天井の下でインゼククガス出口からガ
スが排気プレナムに入るところまで延びる蒸着帯域で反
応する。粒子の混入を滅しかつ被膜の寿命を伸ばすため
にインゼクタ、インゼクタ天井７９および端部天井８３
への薬品の付着を最小にすることが重要である。この反
応を防く機構はいくつかある。蒸着室内のインゼクタお
よび天井は冷却媒体が構造体を一様に冷却するのに出来
るだけ効果的であるようにアルミニウムで作られている
。表面は反応物の付着を減しかつ赤外線反射を高めるた
めに滑らかな表面を形成するようによく磨がかれている
。上方ボー１〜の流れは、（特定の方法により）可能で
ある場合、天井にわたって層流を形成する不活性ガスで
ある。・また、この緩衝流は、効率を高くするためによ
り長い基質にガスを差し向ける。

基質の表面に達する前の噴射ガスの気相反応を設計トの
特徴により最小にして膜の品質および反応の効率を高め
る。ガスは、基質表面の反応箇所まで低温にかつ層流路
内に保つ。基質がインゼクタに極めて近接しており、か
つ大気圧操作により高い蒸着速度を生じるので、低濃度
の薬品を使用することができる。層流により、ガス流中
ではなく、加熱基質上で混合が起るように制御すること
ができる。反応物の膜−＼の混入はガスを正確に送出す
ことにより全く抑制される。ベント組立体の設計によれ
ば、○リングシールおよびパージガス流の使用によって
酸素が反応領域に入らないようにすることができる。蒸
着帯域は新しい薬品を連続して装入し得かつ基質に蒸着
しなかった反応生成物を一様に排出し得るように流線形
に形成された小さい領域である。

このようにして１５．２４ｃｍ（６インチ）７分のコン
ベヤベルトの速度で蒸着し得る代表的な非酸化物膜は３
つの室の各々で下記のごくわずかな試薬ガスの流れを１
吏用する。窒素０．７５５１ｍ中のジシラン（Ｓ１２）
＋６）の３９ｓｅｃｍの下方ポート流および窒素０．２
５５１ｍの上方ポート流を使用して無晶室シリコンの５
０００オングストロームの厚い膜を５７０℃の温度で蒸
着することができる。ホスホリン（ＰＩ４３）　０．９
　ｓｅｃｍの流れを下方ポートに装入することにより、
その場燐ドープンリコン膜が蒸着される。水素６５１ｍ
および窒素２５１ｍ中のンラン（ＳｉＬ）　　２７ｓｃ
ｃｍの下方ポート流と、水素１５１ｍおよび窒素ｌ　ｓ
１ｍ中の六弗化タングステン９．、ｓｃｃｍの上方ポー
ト流とを使用して、２５００オングストロームの厚い珪
化タングステン（ＷＳｉ２．４）膜を３６０℃の温度で
蒸着することができる。水素３５１ｍおよび窒素２５１
ｍの下方ポート流と、窒素２５１ｍ中の六弗化タングス
テン２１ｓｅｃｍの上方ポート流とを１吏用して４００
０オンクストロームの厚いタングステン膜を４５０℃の
温度で蒸着することができる。窒素１５１ｍ中のンラン
（ＳｉＨ４）　５　ｓｅｃｍの下方ポート流と、窒素０
．５５１ｍ中のアンモニア１６３ｓｅｃｍの上方ポート
流とを使用して、１５００オンクストロームの厚い窒化
シリコン（Ｓ、＋　Ｊ４）膜を７５０℃の温度で蒸着す
ることができる。

ガスは蒸着帯域の幅にわたって一様な速度で排気される
。これにより、基質表面上の反応薬品の滞留時間が適切
になる。自己清浄式流量計を使用してＵトガスの流れを
正賄に調整する。

気相核化粒子を形成しないうちに反応ガスを効率よく使
用するためには、これらの反応ガスを被着室から一貫し
て一様に排気することを必要とする。この被着室からの
排気が速すぎると、蒸着損失が生しる。排気が遅すぎる
と、ガスの流れが形成されず、その結果、粒子が発生ず
る。排気は時間について変化してはならない、そ・うで
ないと、基質ごとの一様性および粒子の抑１１ｊ１１が
変化してしまう。

計量装置が設けられており、この計量装置は排気部１１
４に連結されている。この８１慴装置の設計により、通
常は固定オリフィスをふさいでしま・う反応生成物を連
続的に除去することができる。

第６図を参照すると、０リングフランジ１１８でシール
された円形板１１７には開「」部ずな、わちオリフィス
１１Ｇが形成されている。モータのノヤフＩ−１２’１
には、ワイヤ１１９が設けられており、このシャツｌ−
１２１はばね押しフランジシール］Ｂ １２２によりＪＪＩ気ダクＩ・管］、　２３４に対して
適りＪにシールされている。モータ１２４によりワイヤ
を孔１１６の軸線に沿って回転させる。このワイ・＼・
１１９はオリフィス１１６の全周を定速で連続的に清掃
するように曲りられでいる。いずれの何着物質も掻き除
かれて排出される。このよ・うにして、横断面の−・定
なオリフィスが保たれ、このオＩＪフィス前後におりる
排気ゾロワからの圧力降下を測定し、維１７ｊシてＩＶ
ガスの一定の流れを４ニジることができる。

基質の背面側には何着が成る程度まで起る。この何着の
起る可能性を最小にするには、２種の機構を用いる。コ
ンベヤヘル１〜は非常に密に織成されていて、はとんど
むくの表面を基質の背面側と接触しないようになってい
る。被着室の床に設けられた窒素パージ部１８から窒素
をこの濃密織成ヘル）・に拡散する。窒素は基質の背面
（ル１の領域に圧力をかｉＪ、その周囲を上方に流れる
。これによりこの領域におりる反応ガスの流れを最小に
する。

この設計の利点として、粒子が減少し、基質の背面側の
何着物後清浄すなわちエツチングを行う必要がなくなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による大気圧化学蒸着装置の概略側両立
面図；第２図は第１図の装置の概略類平面図；第３図は
第１図の装置に使用するインゼクタ組立体の側布面部分
断面図；第４図は第３図に示すインゼクタ装置の部分断
面部分仮想斜視図；第５図は第３図の下部の拡大図；第
６図は第１図の装置から薬品蒸気およびパージガスを除
去するための自己清浄型排気オリフィス設計の側面図で
ある。 １１・・・ＡＰＣＶＤマツフル組立体、１２山加熱要素
、１３・・・コンヘヤヘルト、１８・・・通路、２１・
・・インゼクタ組立体、２３・・・排気系統、２６．２
７．２９．３２．３７．４２．４７．５３・・・プレナ
ム、２８．３３．３８、・・・カーテン、３１・・・蒸
着室、４３．４４・・・差圧ポート、５６．５７・・・
支持体、５８・・・ウェーハ、８９．９１・・・通路（
スロ・〕ｌ−）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱マッフルと、該マッフルに設けられた少なくと
   も１つの化学蒸着室と、薬品蒸気を上記室内に導入する
   ためのインゼクタ組立体と、被着すべきウェーハを上記
   マッフルおよび蒸着室の中を移動させるコンベヤベルト
   とを備えている種類の搬送式大気圧化学蒸着装置におい
   て、上記インゼクタ組立体を上記蒸着室に該室の壁部と
   間隔をへだてた関係で支持するための手段と、インゼク
   タ組立体と支持手段との間で協働してこれら両者間のシ
   ールを形成するシーリング手段と、パージガスを上記イ
   ンゼクタ組立体と室の壁部との間の空間に導入する手段
   とを設け、上記インゼクタ組立体は、薬品蒸気を上記コ
   ンベヤベルトの横方向に導入し、ベルトで支持されたウ
   ェーハの表面にそこでの反応のための差し向けるための
   手段と、ベルトの横方向に延び、薬品蒸気およびパージ
   ガスを蒸着室の蒸着帯域から除去するための排気手段と
   を有していることを特徴とする搬送式大気圧化学蒸着装
   置。 ２、薬品蒸気をベルトの横方向に導入するための上記手
   段は第１および第２ガスを受入れ、分配するための少な
   くとも１つずつの第１および第２分配プレナム手段と、
   上記インゼクタを横切って延び、蒸気をポートを通り越
   して移動しているウェーハの表面に差し向けるための第
   １および第２の細長い流れスロットと、上記第１および
   第２プレナム手段と上記第１および第２スロットとの間
   で夫々連通する間隔をへだてたポートとよりなることを
   特徴とする請求項１記載の搬送式大気圧化学蒸着装置。 ３、上記分配プレナム手段は第１および第２プレナム段
   を有していることを特徴とする請求項２記載の搬送式大
   気圧化学蒸着装置。 ４、上記インゼクタ組立体はその表面への付着を最小に
   するために上記コンベヤベルトに面する磨かれた冷却表
   面を有することを特徴とする請求項１記載の搬送式大気
   圧蒸着装置。 ５、基部と、蒸気分配プレナムと、上記基部で支持され
   たインゼクタ組立体とを有する搬送式大気圧化学蒸着装
   置用のインゼクタ組立体において、蒸着帯域へ噴入すべ
   き蒸気を受け入れるための第１および第２の間隔をへだ
   てた一次プレナムと、第１および第２の二次プレナムと
   、蒸気を上記二次プレナムに導入するために上記第１お
   よび第２の一次および二次プレナム間に連通する複数の
   ポートと、蒸気を上記蒸着帯域に噴入するための第１お
   よび第２の間隔をへだてたインゼクタスロットと、一様
   なシート状の蒸気を上記反応帯域に噴入するために上記
   第１および第２の二次プレナムと上記第１および第２ス
   ロットとの間を延びる複数のポートと、上記反応帯域か
   ら蒸気を排気するために上記プレナムおよびインゼクタ
   組立体から間隔をへだてた排気スロットとを備えている
   ことを特徴とするインゼクタ組立体。