JPH02243595A - Vapor growth device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要］
集積回路などの基板として使用するシリコンウェハー等
の表面に、薄膜を形成するための気相成長装置に関し、
ウェハーの温度分布を均一化し、ウェハー上に形成する
薄膜の膜厚を均一化することによって、高集積、微細加
工が可能である薄膜を形成するところの気相成長装置を
実現することを目的とし、化学的気相成長法によって、
基板上に薄膜を形成する装置において、石英管から成る
反応炉の外周にカーボン層を設け、該カーボン層の外周
にヒータを設けるように構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a vapor phase growth apparatus for forming a thin film on the surface of a silicon wafer, etc. used as a substrate for integrated circuits, etc., which uniformizes the temperature distribution of the wafer and forms a thin film on the wafer. The aim is to realize a vapor phase growth apparatus that can form thin films that can be highly integrated and microfabricated by making the thickness of the thin film uniform, and using chemical vapor deposition,
In an apparatus for forming a thin film on a substrate, a carbon layer is provided on the outer periphery of a reactor made of a quartz tube, and a heater is provided on the outer periphery of the carbon layer.
本発明はぐ集積回路などの基板として使用するシリコン
ウェハー等の表面に、薄膜を形成するための気相成長装
置に関する。The present invention relates to a vapor phase growth apparatus for forming a thin film on the surface of a silicon wafer or the like used as a substrate for integrated circuits or the like.
化学的気相成長法（Ｃｈｅ＋ａｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉ。Chemical vapor deposition method (Che+aical vapor deposition method)
Deposit.
ｎ：ｃＶＤ法）による薄膜形成は、膜にする材料の揮発
性化合物を気化し、高温に加熱した基板上に均一に送り
込み、該基板上で熱分解、水素還元などの化学反応を行
わせ、該基板上に薄膜を形成するものである。Thin film formation using the cVD method involves vaporizing volatile compounds of the material to be filmed, sending them uniformly onto a substrate heated to a high temperature, and causing chemical reactions such as thermal decomposition and hydrogen reduction to occur on the substrate. A thin film is formed on the substrate.
この場合、基板上に送り込む反応ガスを低圧で送り込む
低圧化学的気相成長法（Ｌｏｗ ＰｒｅｓｓｕｒｅＣＶ
Ｄ ： ＬＰＣＶＤ法）が広く用いられている。In this case, a low pressure chemical vapor deposition method (Low Pressure CV
D: LPCVD method) is widely used.
ＬＰＣＶＤ法の利点は、反応ガスの拡散が大きく、基板
をガス流に対して垂直に置くことが可能である点である
。すなわち、１回の処理で大量の基板を処理することが
でき、かつ形成した薄膜の均一性も優れている。The advantage of the LPCVD method is that the diffusion of the reactant gas is large and the substrate can be placed perpendicular to the gas flow. That is, a large number of substrates can be processed in one process, and the uniformity of the formed thin film is also excellent.
第５図は、従来の気相成長装置を説明する図で、縦向き
の円筒状装置の切断部端面図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional vapor phase growth apparatus, and is a cut end view of a vertically oriented cylindrical apparatus.
従来の気相成長装置は、円筒状の石英管１から成る反応
炉の外周に、該石英管Ｉを取り囲むようにヒータ３を設
けたものである。In the conventional vapor phase growth apparatus, a heater 3 is provided around the outer periphery of a reactor consisting of a cylindrical quartz tube 1 so as to surround the quartz tube I.
例えば、シリコンウェハー２の上にＳｉｎ、絶縁膜を形
成する場合は、次の手順で作業が行われる。For example, when forming a Sin insulating film on the silicon wafer 2, the following steps are performed.
■石英管ｌの中に該石英管１の軸方向に対し、ウェハー
面が垂直になるように該シリコンウェハー２を並べて納
める。(2) The silicon wafers 2 are placed side by side in a quartz tube 1 so that the wafer surfaces are perpendicular to the axial direction of the quartz tube 1.
■カンタル線等から成るヒータ３で、シリコンウェハー
２を８００℃に加熱する。(2) Heat the silicon wafer 2 to 800°C using a heater 3 made of a Kanthal wire or the like.
■石英管１内に反応ガス４としてＳｉＨ４，ＮｚＯを導
入する。(2) Introducing SiH4 and NzO as reaction gas 4 into the quartz tube 1.
以上である。That's all.
このとき、成膜の反応は次式のように行われる。At this time, the film forming reaction is performed as shown in the following equation.
ＳｉＨ４＋ Ｎ、Ｏ□→ＳｉＯ□
（８００°Ｃ）
また、薄膜の成長速度は、反応温度、反応ガスの圧力、
反応ガスの流速、などの反応条件によって変化する。SiH4+ N, O□→SiO□ (800°C) In addition, the growth rate of the thin film depends on the reaction temperature, the pressure of the reaction gas,
It changes depending on the reaction conditions such as the flow rate of the reaction gas.
したがって、所定の膜厚を優れた再現性で得るために、
前記の反応条件を精密に制御している。Therefore, in order to obtain a predetermined film thickness with excellent reproducibility,
The reaction conditions mentioned above are precisely controlled.
他方、集積回路等の半導体装置においては、小型、高速
、高機能の装置が求められており、それにともない、集
積回路の微細加工化と高集積化が急速に進んでいる。On the other hand, in semiconductor devices such as integrated circuits, there is a demand for small, high-speed, and highly functional devices, and as a result, microfabrication and higher integration of integrated circuits are rapidly progressing.
そのため、薄膜形成においても今迄以上の均一な膜厚が
必要となっており、従来の気相成長装置で形成する薄膜
の均一性が問題となっている。Therefore, even in thin film formation, a more uniform film thickness than ever is required, and the uniformity of thin films formed using conventional vapor phase growth apparatuses has become a problem.
すなわち、従来の気相成長装置では、ウェハー中央部の
膜厚よりもウェハー外周部の膜厚が厚くなるのである。That is, in the conventional vapor phase growth apparatus, the film thickness at the outer periphery of the wafer is thicker than the film thickness at the center of the wafer.
また、ウェハ−２相互間にも膜厚の違いがある。Further, there is also a difference in film thickness between the wafers 2.
これは、ヒータ３によって加熱されたウェハー２の、温
度分布が不均一であることに原因している。This is caused by the uneven temperature distribution of the wafer 2 heated by the heater 3.
すなわち、ウェハー２は加熱されると同時に自らも熱エ
ネルギーの輻射を行って冷却するが、ヒータ３に接近し
ているウェハー外周部は、該ヒータ３からの輻射熱エネ
ルギーと反応ガス４による熱伝導を受けやすく、ウェハ
ー中央部は受は難い。That is, the wafer 2 cools itself by radiating thermal energy at the same time as it is heated, but the outer peripheral part of the wafer that is close to the heater 3 absorbs the radiant heat energy from the heater 3 and the heat conduction by the reaction gas 4. The central part of the wafer is difficult to receive.
したがって、ウェハー中央部に供給される熱エネルギー
は、ウェハー外周部からの伝導熱による成分が多くなり
、温度が低下するのである。Therefore, the thermal energy supplied to the center of the wafer has a larger component due to conductive heat from the outer periphery of the wafer, resulting in a decrease in temperature.
−１的に反応温度が高い程、反応速度も速くなり、その
結果、温度の高いウェハー外周部の膜厚が厚くなる。-1, the higher the reaction temperature, the faster the reaction rate, and as a result, the film thickness at the outer periphery of the wafer, where the temperature is higher, becomes thicker.
本発明の技術的課題は、従来の気相成長装置における以
上のような問題を解消し、ウェハーの温度分布を均一化
し、ウェハー上に形成する薄膜の膜厚を均一化すること
によって、高集積、微細加工が可能である薄膜を形成す
るところの気相成長装置を実現することにある。The technical problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems in conventional vapor phase growth equipment, to make the temperature distribution of the wafer uniform, and to make the thickness of the thin film formed on the wafer uniform, thereby achieving high integration. The object of the present invention is to realize a vapor phase growth apparatus for forming thin films that can be microfabricated.
第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、縦向きの
円筒状装置の切断部端面図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the basic principle of the present invention, and is a cut-away end view of a vertically oriented cylindrical device.
本発明の気相成長装置の特徴は、同じ温度でも最も輻射
エネルギー量の多い黒体に近似するところの、カーボン
を使用することである。A feature of the vapor phase growth apparatus of the present invention is the use of carbon, which is similar to a black body and has the highest amount of radiant energy even at the same temperature.
すなわち、化学的気相成長法によって、基板上に薄膜を
形成する装置において、石英管１から成る反応炉の外周
にカーボン層５を設け、該カーボン層５の外周にヒータ
３を設けるのである。That is, in an apparatus for forming a thin film on a substrate by chemical vapor deposition, a carbon layer 5 is provided around the outer periphery of a reactor made of a quartz tube 1, and a heater 3 is provided around the outer periphery of the carbon layer 5.
第２図は、輻射エネルギーの分布を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram explaining the distribution of radiant energy.
同図の縦軸はエネルギーの大きさ、横軸は波長で、９０
０°Ｃのカンタルヒータが輻射するエネルギー分布６と
８５０°Ｃのカーボンが輻射するエネルギー分布５ａを
示している。In the figure, the vertical axis is the amount of energy, and the horizontal axis is the wavelength.
An energy distribution 6 radiated by the kanthal heater at 0°C and an energy distribution 5a radiated by carbon at 850°C are shown.
気相成長装置の加熱ヒータとしては、−船釣に抵抗発熱
のカンタルヒータが使用されている。As a heater for a vapor phase growth apparatus, a resistance heating Kanthal heater is used for boat fishing.
しかし第２図に示すように、カンタルヒータの輻射する
エネルギーのスペクトラムは、カーボンと比較すると非
常に狭いものである。However, as shown in FIG. 2, the spectrum of energy radiated by a kanthal heater is very narrow compared to that of carbon.
すなわち、カーボンは黒体に近似しているため多量のエ
ネルギースペクトルを輻射するのである。In other words, since carbon is similar to a black body, it radiates a large amount of energy spectrum.
したがって、カーボンからの熱輻射によって加熱を行う
場合は、カンタルヒータから直接に加熱するよりも低い
温度で、ウェハー２を加熱することが可能となる。Therefore, when heating is performed by thermal radiation from carbon, it is possible to heat the wafer 2 at a lower temperature than when heating directly from a Kanthal heater.
その結果、ウェハー２の外周部の温度と中央部の温度の
差が少なくなり、温度分布が均一化する。As a result, the difference between the temperature at the outer periphery and the temperature at the center of the wafer 2 decreases, and the temperature distribution becomes uniform.
（１）装置の実施例
第３図は、実施例を説明する図で、（ａ）は縦向きの円
筒状装置の切断部端面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断
部端面図である。(1) Example of the device Fig. 3 is a diagram for explaining the example, in which (a) is an end view of a cut portion of a vertically oriented cylindrical device, and (b) is an end view of the A-A cut portion of (a). It is a diagram.
この装置は、反応炉を形成する石英管１ａとヒータ３ａ
の間に、円筒状に焼結したカーボン層５を設けたもので
ある。This device consists of a quartz tube 1a forming a reactor and a heater 3a.
In between, a cylindrical sintered carbon layer 5 is provided.
ただし、カーボン層５の酸化を防止するために、該カー
ボン層５の外周にも石英管ｉｂを設は外気を遮断すると
ともに、石英管１ａと１ｂの間に窒素などの不活性ガス
７を導入するように構成したものである。However, in order to prevent oxidation of the carbon layer 5, a quartz tube ib is also installed around the outer circumference of the carbon layer 5 to block the outside air, and an inert gas 7 such as nitrogen is introduced between the quartz tubes 1a and 1b. It is configured to do so.
（２）／！ｉ度の比較
従来の気相成長装置と本発明による気相成長装置におけ
る、各部の温度を比較する。(2)/! Comparison of I degrees The temperatures of various parts in a conventional vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth apparatus according to the present invention will be compared.
第４図は、温度測定点を説明する図で、（ａ）は従来の
気相成長装置、（ｂ）は本発明による気相成長装置、で
ある。FIG. 4 is a diagram illustrating temperature measurement points, in which (a) is a conventional vapor phase growth apparatus, and (b) is a vapor phase growth apparatus according to the present invention.
測定点は、従来の気相成長装置では４箇所、本発明の気
相成長装置では５箇所である。There are four measurement points in the conventional vapor phase growth apparatus and five measurement points in the vapor phase growth apparatus of the present invention.
その測定点は、Ａ点がカンタルヒータ３および３ａ、
Ｂ点がカーボン層５．０点が反応炉である石英管１およ
びｌａ、 Ｄ点がウェハー２の外周部、８点がウェハー
２の中央部、である。The measurement points are the kanthal heaters 3 and 3a, and point A is
Point B is the carbon layer 5.0 point is the reactor of the quartz tube 1 and la, point D is the outer circumference of the wafer 2, and point 8 is the center of the wafer 2.
表１゜
表２゜
表１１表２．は、反応ガスによる熱伝導を考慮しない場
合の各部の温度例で、表１．は従来の気相成長装置、表
２．は実施例の気相成長装置の温度例である。Table 1゜Table 2゜Table 11Table 2. Table 1 shows an example of the temperature of each part when heat conduction by reaction gas is not considered. is a conventional vapor phase growth apparatus, Table 2. is an example of the temperature of the vapor phase growth apparatus of the example.
従来の気相成長装置では、ヒータ温度９００’Ｃで石英
管温度が８５０”Ｃ５またその時のウェハー外端温度８
０２°Ｃでウェハー中央温度８００’Ｃである。In a conventional vapor phase growth apparatus, the heater temperature is 900'C, the quartz tube temperature is 850'C5, and the wafer outer end temperature at that time is 850'C5.
The temperature at the center of the wafer is 800'C.
これに対し、本発明の気相成長装置では、ヒータ温度９
００°Ｃでカーボン温度８５０″Ｃ１石英管温度８２５
°Ｃ１ウェ／’Ｌ−外端温度８０２’Ｃ，ウェハー中央
温度８００°Ｃである。On the other hand, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the heater temperature is 9
Carbon temperature 850″C1 quartz tube temperature 825 at 00°C
°C1 wa/'L-outer end temperature is 802'C, wafer center temperature is 800°C.
すなわち、本発明の気相成長装置の場合は、カーボン層
５があるので、ヒータ温度は同一であっても、ウェハー
２を低い温度の該カーボン層５で同一温度に加熱するこ
とができる。つまり、カーボン層５は８５０″Ｃであり
ながら、ウェハー２を従来装置と同一温度まで加熱でき
るのである。That is, in the case of the vapor phase growth apparatus of the present invention, since the carbon layer 5 is provided, even if the heater temperature is the same, the wafer 2 can be heated to the same temperature by the carbon layer 5 having a lower temperature. In other words, although the carbon layer 5 is at 850''C, the wafer 2 can be heated to the same temperature as the conventional device.
また、石英管１ｂはカーボン層５の輻射熱を透過させる
ので、その温度は８２５°Ｃとなり、従来の装置よりも
幾分低い温度となる。Furthermore, since the quartz tube 1b transmits the radiant heat of the carbon layer 5, its temperature is 825°C, which is somewhat lower than that of the conventional device.
表３、
表４゜
反応ガスによる熱伝導を考慮した場合、従来の気相成長
装置の場合では、石英管１に近いウェハー外端温度が８
１２°Ｃまで上昇するが、実施例の気相成長装置では、
石英管１ｂの温度が低いためウェハー外端温度は８０７
°Ｃまでしか上昇しない。Table 3, Table 4゜When considering heat conduction by the reaction gas, in the case of a conventional vapor phase growth apparatus, the temperature at the outer end of the wafer near the quartz tube 1 is 8.
Although the temperature rises to 12°C, in the vapor phase growth apparatus of the example,
Since the temperature of the quartz tube 1b is low, the wafer outer end temperature is 807
It only rises to °C.
すなわち、従来の気相成長装置では、ウェハー中央と外
端の温度差が１２゛Ｃあるのに対し、実施例の気相成長
装置では、７°Ｃの温度差となっている。That is, in the conventional vapor phase growth apparatus, the temperature difference between the center and the outer edge of the wafer is 12°C, whereas in the vapor phase growth apparatus of the embodiment, the temperature difference is 7°C.
表３０表４．は、反応ガスによる熱伝導を考慮した場合
の各部の温度例で、表３．は従来の気相成長装置、表４
．は実施例の気相成長装置の温度例である。Table 30Table 4. Table 3 shows an example of the temperature of each part when heat conduction by reaction gas is taken into consideration. is a conventional vapor phase growth apparatus, Table 4
．． is an example of the temperature of the vapor phase growth apparatus of the example.
（３）成膜例
本発明の実施例気相成長装置を使用して、Ｓｉ０ｇ膜の
成膜を行った。(3) Film Formation Example An SiOg film was formed using a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
反応ガスとして５ｉＨａ 、ＮｔＯを石英管の反応炉に
導入する。このとき、成膜の反応は次式のように行われ
る。5iHa and NtO are introduced as reaction gases into a quartz tube reactor. At this time, the film forming reaction is performed as shown in the following equation.
ＳｉＨ，＋ Ｎ２０□→Ｓｉｎｇ
（８００°Ｃ）
この結果、ＳｉＯ□膜の膜厚偏差は±２％以内という良
好な結果が得られた。SiH, + N20□→Sing (800°C) As a result, a good result was obtained in which the film thickness deviation of the SiO□ film was within ±2%.
ちなみに、従来の気相成長装置では±１０％程度である
。By the way, in a conventional vapor phase growth apparatus, it is about ±10%.
以上のように本発明の気相成長装置によれば、ヒータと
反応炉の間にカーボン層を設けることに。As described above, according to the vapor phase growth apparatus of the present invention, a carbon layer is provided between the heater and the reactor.
より、該カーボン層が該ヒータより低い温度でウェハー
を加熱することができるので、該ウェハーの温度分布が
均一化する。Since the carbon layer can heat the wafer at a lower temperature than the heater, the temperature distribution of the wafer becomes uniform.
したがって、ウェハー上に形成する薄膜の膜厚が飛躍的
に均一化する。Therefore, the thickness of the thin film formed on the wafer becomes dramatically uniform.
その結果、高集積、微細加工に対して良好な薄膜を形成
するところの気相成長装置を実現することができる。As a result, it is possible to realize a vapor phase growth apparatus that forms thin films that are suitable for high integration and fine processing.
第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、縦向きの
円筒状装置の切断部端面図、
第２図は、輻射エネルギーの分布を説明する図、第３図
は、実施例を説明する図で、（ａ）は縦向きの円筒状装
置の切断部端面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断部端面
図、
第４図は、温度測定点を説明する図で、（ａ）は従来の
気相成長装置、（ｂ）は本発明による気相成長装置、
第５図は、従来の気相成長装置を説明する図で、縦向き
の円筒状装置の切断部端面図、である。
図において、１．ｌａ、ｌｂは石英管、２はウェハー３
．３ａはヒータ、４は反応ガス、５，５ａはカーボン層
、６はカンタル、７は不活性ガス、をそれぞれ示してい
る。
特許出願人 富士通株式会社
復代理人 弁理士 福 島 康 文
樒唱■基オＪ、理
（ｂ）
央記例
第３ｚ
エキ）ｌ、笑゛−分布図
第２図
Ａ屓溌１定焦
第４すFIG. 1 is a diagram explaining the basic principle of the present invention, and is a cut-away end view of a vertically oriented cylindrical device. FIG. 2 is a diagram explaining the distribution of radiant energy, and FIG. 3 is a diagram showing an embodiment. In the diagrams for explaining, (a) is an end view of a cut section of a vertically oriented cylindrical device, (b) is an end view of a section cut along A-A in (a), and FIG. 4 is a diagram for explaining temperature measurement points. , (a) is a conventional vapor phase growth apparatus, (b) is a vapor phase growth apparatus according to the present invention, and FIG. This is an end view. In the figure, 1. la and lb are quartz tubes, 2 is wafer 3
．． 3a is a heater, 4 is a reactive gas, 5 and 5a are carbon layers, 6 is Kanthal, and 7 is an inert gas. Patent Applicant Fujitsu Limited Sub-Agent Patent Attorney Yasushi Fukushima Written by: Moto J, R (b) Central Example No. 3z Eki) L, L - Distribution Diagram Fig. 2 4th
Claims (1)
置において、 石英管（１）から成る反応炉の外周にカーボン層（５）
を設け、 該カーボン層（５）の外周にヒータ（３）を設けたこと
を特徴とする気相成長装置。[Claims] In an apparatus for forming a thin film on a substrate by chemical vapor deposition, a carbon layer (5) is provided on the outer periphery of a reactor made of a quartz tube (1).
A vapor phase growth apparatus characterized in that a heater (3) is provided on the outer periphery of the carbon layer (5).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6487089A JPH02243595A (en) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vapor growth device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP6487089A JPH02243595A (en) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vapor growth device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02243595A true JPH02243595A (en) | 1990-09-27 |
Family
ID=13270610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6487089A Pending JPH02243595A (en) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | Vapor growth device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02243595A (en) |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP6487089A patent/JPH02243595A/en active Pending
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