JPH03500185A - 化学蒸着反応器用ガス注入装置 - 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】 化学蒸着反応器用ガス注入装置 発明の背景 本発明は一般に半導体ウェファ−の処理に使用される化学蒸着（以下ｒｃＶＤＪ と呼ぶ）反応器に関連して使用するためのガス注入装置に関する。さらに特定的 には１本発明は蒸着反応速度および蒸着層の均一性に対する厳しい制御が必要で ある単一フェーファのエピタキシャル蒸着装置に使用されるガス注入装置に関す る。

慣用のＣＶＤ反応器は、代表的には、支持体面に対するガスの流れの向きにより 分類される。商業用のエピタキシャル蒸着反応器は、代表的には、竪型、横型、 またはバレル装置として分類される。竪型反応器はウェファ−の表面に向かって 垂直方向に向けられるガスの流れを使用する。

バレル型反応装置はウェファ−が感受体（ＳＵＳＣＥＰＴＯＲ）の外面上に垂直 に配置されかつガスが反応室中に垂直方向に導入されかつウェファ−の表面を横 切って実質的に水平方向に流れるバレル形の感受体を使用している。最後に、横 型のＣＶＤ反応器においては、ウェファ−は感受体上に水平方向に配置されかつ 反応体ガスの流れがウェファ−の表面を横切って水平方向に流れる。慣用の横型 のＣＶＤ装置は、ウェファ−上に反応性の種を蒸着するためにガスの層流を使用 する。

蒸着しようとする物質を含む反応性ガス混合物は加熱された感受体上に半導体支 持体を含む予熱された反応室中に導入される。ガスが反応室中に導入されるとき に、ガスの層流は蒸着物質を支持体まで移送する。蒸着材料は支持体上に蒸着さ れかつ同時に反応体ガスの流れから涸渇する。

この同時に起こる蒸着および涸渇により、支持体の表面にわたって濃度勾配が確 立される１反応体ガスの流れからの蒸着材料が涸渇すると、必ず、反応性ガス混 合物が支持体の表面を横切って流れるときに反応性ガス混合物中の蒸着材料が低 下する結果、ウェファ−の表面を横切る蒸着が不均一になる。

蒸着反応動力学は均一な蒸着速度および蒸着層の厚さを得るために重要である。

この蒸着反応は温度および流量に実質的に依存する。均一なガスの温度および流 量プロフィルを維持することは、支持体の表面上に実質的に均一な蒸着速度を達 成するために重要である。慣用のＣＶＤ反応器においては１反応体ガスは１代表 的には、加熱された感受体と、ウェファ−と、冷い反応器の壁部との間に流れる 。

蒸着の均一性はガス内に結果的に生ずる熱および質量移送境界層により決定され る。ニドワード・ニー・ミラー氏に１９８５年２月１９日に発行された米国特許 第４，４９９゜８５３号明細書には、実質的に乱流のないガスの流れを供給する ＣＶＤ装置用のガス分配管が開示されている。当業者は、米国特許第４，４９９ ，８５３号明細書に例示されているように、均一な速度のガスの流れを発生させ ることが蒸着の均一性を高めるために望ましいと考えている。したがって、慣用 の横型のＣＶＤ装置においては、現状では、ウェファ−の表面の温度および流速 の均一性を教示している。

本発明はウェファ−のすべての領域においてガスの流れの反応性の種の実質的に 均一な濃度勾配が得られるようにするために均一なガスの流れを発生させるガス 注入装置を提供するものである。ウェファ−の曲線状の前線および後縁に対して 発生した均一な速度のガスが得られることにより、ウェファ−の表面にわたって 蒸着された材料の厚さの均一性を高めることができる。

ｌ豆皮！豊 したがって、本発明の主要な目的は、単一ウェファ−のＣＶＤエピタキシャル反 応器において蒸着の均一性を高めるためのガス注入装置を提供することにある。

本発明の別の一つの目的は、装置の内部に反応性ガスの均一な速度の流れを発生 するガス注入装置を提供することにある。

本発明の別の一つの目的は１反応性ガスが支持体の表面を横切って流れるときに 反応性ガスの均一な速度の流れの速度プロフィルを形成することができる化学蒸 着反応器用のガス注入装置を提供することにある。

本発明の別の一つの目的は、均一なガスの流れを発生し、ガスの流れの速度プロ フィルを形成しかつウェファ−の表面積をガスの流れの中の反応性の種の実質的 に均一な濃度勾配にさらすガス注入装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、蒸着材料の均一なかつ調整された濃度が得られる化 学蒸着反応器用のガス注入装置を提供することにある。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴および利点は同様な要素を同様な付号 で示した添付図面に関する本発明の好ましい実施例の以下のさらに詳細な説明か らさらに明らかになろう。

図面の簡単な説明 第１図は均一なガスの流れを多重支持体（ＭＵＬＴＩＳＬＩＢＳＴＲ−ＡＴＥ） 処理装置の中に注入するための従来技術のＣＶＤ反応器の上面図を示した略図。

第２図は単一支持体のＣＶＤ反応器内の支持体の表面を横切る異なる流路距離を 例示した上面断面図。

第３図は単一支持体ＣＶＤエピタキシャル蒸着反応器内に発生した所定の速度プ ロフィルを有する反応性ガスの流れを導入するためのガス注入装置を例示した上 面断面図。

第４図は本発明のガス注入装置の分解斜視図。

第５図は本発明のガス注入装置の基台部分の正両立面図を示した部分横断面図。

第６図は台５図を６−６線で裁った側面図を示した横断面図。

第７図は本発明のガス注入装置の基台部分の上面立面図。

第８図は本発明のガス注入装置の遠隔マニホルド部分の側面を示した断面図。

第９図は第８図を９−９線に沿って裁った側面を示した部分の横断面図である。

ましい　の　た　日 第１図は多重支持体２３を処理するためのＣＶＤ装置１１を示す１反応器１１は 該反応器の中空の内部１７中に反応体ガスを供給する反応体ガス流入口１３を含 む、ガスの流れ２５は反応器１１の流入口１３の中に注入されかつ中空の内部１ ３に実質的に均一な速度でかつ実質的に層流のプロフィルで流入する。ガスの流 れ２５は感受体２１および支持体２３を均一な速度で通過しかつ支持体２３上に ガスの流れ２５中に連行された反応体種を蒸着する０反応体種を支持体２３上に 蒸着しかつガスの流れ２５から反応体種が涸渇した後、ガスの流れ２５は反応器 １１の中空の内部１７から排出口１５を介して排出される。ガスの流れ２５の均 一な速度は等しい長さの矢印により図解的に表示されかつ反応器１１の中空の内 部１７の幅を横切って均一な速度あ大きさを表わす。

多重支持体がある場合には、ガスの流れ２５を中空の内部１７中に注入しかつ各 々の支持体の表面を横切ってガスを流すことにより支持体２３上に反応体種を比 較的に均一に蒸着することが達成された。

しかしながら、単一支持体エピタキシャル蒸着反応器においては、均一な速度の ガスの流れを注入しても蒸着層の許容可能な均一性を得ることはできない、単一 支持体反応器内への均一な速度のガスの流れ２５を導入する状態を第２図に例示 した。当業者には、均一な速度のガスの流れ２５が全体として円形の支持体３３ を通過するときにガスの流れが支持体の輻を横切って異なる支持体表面積と遭遇 することが理解されよう、符号ｒｄ１」、ｒｄ２Ｊおよび「ｄ３」により表わし たように、支持体３３のわん曲したプロフィルはガスの流れ２５が変化する距離 を横切ることが必要である。ガスの流れ２５が支持体の中央領域においてより大 きい距離「ｄｌ」を通過しなければならず、一方支持体の側縁に近い位置におい て比較的に短い距離「ｄ２」および「ｄ３」のみを通過することが図から理解さ れよう。

それ故に、反応体ガスの流れ２５は支持体の側面に向って減少する異なる支持体 の表面積にさらされる。ガスの流れ２５が均一な速度プロフィルで中空の内部１ ５の中に導入される場合に、ガスの流れ２５は同一の時間間隔内で距離ｒｄｌＪ 、ｒｄ２Ｊおよび「ｄ３」の各々を通過する。

より大きい中央の表面積「ｄｌ」は反応体積より迅速な涸渇を生じかつ支持体３ ３の水平方向の側面を横切るガスの流れの中に反応体積の等しくなり濃度勾配を 確立する。また、等しくなり濃度勾配のために、支持体３３上に反応体積の不均 一な蒸着が起こる。

ガスの流れ２５から反応体積が涸渇した後、使い尽くされたガスがガス流出口１ ５からゲート、すなわち、ポート２９を介して排出される。

第３図は本発明により得られた形成された速度のガスの流れを例示している。ガ ス注入装ｒＬ２７は反応器１１の入口１３に反応体ガスを供給する。ガスの流れ ２７は、波形の包絡線３５で示したような所定の形成された速度プロフィルを有 する反応器１１の中空の内部１７中に導入される。

ガスの流れ３７は、第３図に例示したように、異なる速度の大きさを表わした異 なるサイズの矢印により表わされている。ガスの流れ３７が包絡線３５の中央部 に近づくにつれて大きい速度を有しかつ支持体の側縁に近づくにつれて小さい速 度を有するように形成されることは理解されよう。

形成された速度プロフィルはガスの流れ３７を異なる時間間隔で距離ｒｄ　１’ Ｊ　、　ｒｄ　２″」およびｒｄ３’Ｊを通過させる。領域ｒｄｌ’Ｊおよび領 域ｒｄ　２’Ｊおよびｒｄ　３’Ｊを異なるガスの流速に選択的にさらすことに より、中央領域ｒｄ　１’Ｊにおける反応体の種のより迅速な涸渇がこの領域に おけるガスのながれの増大した速度により補正される。したがって、形成された ガスの流速プロフィルは支持体のより大きい中央の表面積ｒｄｌ’Ｊにより多量 の反応体の種を送る。相対的に小さい領域ｒｄ　２’Ｊおよび「ｄ３’Ｊはより 小さいガスの流速にさらされ、したがってより少量の反応体の種を受ける１涸渇 後、使い尽くされたガスは流出口１５からゲートまたはボート２９から流出する 。

本発明の形成されたガスの流速プロフィルは、第４図ないし第９図におけるその 好ましい実施例に例示したようなガス注入装置により達成される０本発明の好ま しい実施例によれば、単一支持体エピタキシャル化学蒸着反応器に主として使用 されるガス注入装ｗ１０が提供される。ガス注入装置１０は、一般的に、遠隔マ ニホルド１２、直線状の壁部を有する充気室５４と、シャッターが取り付けられ かつ穴を有するプレーと１６と、注入装置の主本体２０からなっている。遠隔マ ニホルド１２および充気室５４は、充気室５４からスロット５６を経て流出する 垂直方向成分を有する均一な速度のガスの流れを供給するように協働する。

遠隔マニホルド１２の充気室５４の内部に均一な速度のガスの流れを発生させる ために１反応体ガスが中空のバブル部材４０の内部に共軸をなして配置された中 空の管状部材１４を通して遠隔マニホルド１２の中に導入される１次に、中空の バブル部材４０は、遠隔マニホルド１２の上側の室５０の内部に共軸をなして配 置されている０本発明の好ましい実施例によれば、第４図に例示したように、遠 隔マニホルド１２は充気室５４、上側の室５０およびスロット５６からなってい る。上側の室５０は遠隔マニホルド１２の上側部分を通じて横方向に延びかつ遠 隔マニホルド１２の二つの側面の各々における開口部５１に終端している０貫通 して延びるガス流入開口部３４を有する中空の管状部材３４は遠隔マニホルド１ ２の一方の側面の開口部５１に取り外し可能に連結されかつ上側の室５０の中に 延びそれによりガス流入開口部３４が上側の室５０の内部に配置されている０貫 通して延びる複数個の開口部３６を有する中空のバブル部材４０が遠隔マニホル ド１２の反対側の側面の反対側の開口部５３に取り外し可能に連結されている。

中空のバブル部材４０は上側の室５０の内部に共軸をなして延びかつ中空の管状 部材１４をなして包囲している。遠隔マニホルド１２側面への中空の管状部材１ ４および中空のバブル部材４０の両方の取付けは遠隔マニホルド１２の各側面と 係合するベースプレート３２．０リング３７およびボルト３５により行うことが できる。内側の中空管状部材１４を通して流入するガスは、内側の中空管状部材 １４から外側の中空のバブル部材４０にガスを導く開口部３４に通され、かつ外 側の中空のバブル部材４０から複数個の開口部３６を通して上側の室５０中に再 分配される。充気室５４中へのガスの流れは、マニホルド１２内で分配された結 果、実質的に均一な速度プロフィルを有している。

プレート１６は貫通した複数個の開口部３８を有している。プレート１６は開口 部３８がスロット５６と連絡するように遠隔マニホルド１２に取外し可能に連結 されている。

開口部３８の各々にはシャッター２２が組み合わされている。シャッター２２は 遠隔マニホルド１２のスロット５６から流出するガスの流れの所望の部分を制限 するように調節することができる。シャッター２２は開口部３８の種々の開口部 を露出しかつガスがプレート１６の対向面から流出するときに充気室５４からス ロット５６を経て受け入れられた均一なガスの流れの速度を形成するための所望 の位置に調節される。形成されたガスの流速の垂直方向ベクトルはガスの流れが プレート１６と通過するときに維持される。

注入装置の主本体２０は、プレート１６の対向面から流出する形成された速度を 有する垂直な方向のガスの流れを受け入れかつガスの流れを反応器１１の中空の 内部１７に導入するために水平方向のベクトルに向は直すように構成されている 。注入装置の主本体２０の上面２４には複数個の開口部２８が配置されている。

プレート１６は注入装置の主本体２０の上面２４と取外し可能に連結されそれに より注入装置主本体２０の複数個の開口部２８の各々がプレート１６の開口部３ ８と合致するようになっている。プレート６の開口部３８から流出する形成され た速度を有するガスの流れは注入装置の主本体２０の開口部２８により受け入れ られる。ガスの流れは、注入装置の主本体２０の開口部２８に流入するときに、 垂直方向のベクトルを維持する。注入装置の主本体２０の内側の空は全体として Ｌ字形の横断面形状を有している。注入装置の主本体２０の開口部２８の間のウ ェブが注１％１、置の主本体２ｏの上面２４からガス注入スロット２６の上縁ま で延びていることに留意すべきである。注入装置の主本体２０の内側の室の内部 では、ガスの流れの方向が垂直方向ベクトルから水平方向ベクトルから水平方向 ベクトルに変更されかつガスは注入装置本体２０からガス注入スロット２６を経 て流出する。

第４図に例示したように、遠隔マニホルド１２、プレート１６および注入装置の 主本体２ｏを遠隔マニホルド１２の受入開口部、プレート１６および注入装置２ ０の開口部に通される複数個のボルト３ｏにより連結することが好ましい、連結 された付属具をシールするためのＯリング４１は、プレート１６と遠隔マニホル ド１２との間に、かつプレート１６と注入装置の主本体２０との間でしかも注入 装置の本体の上面２４に形成されたみぞ３９内に配置される。

注入装置の主本体２０およびＣＶＤ反応器（図示せず）をシールするための別の Ｏリング３９が注入装置の主本体２０の前側の面内に配置されかつガス注入スロ ット２６を囲繞する。

当業者により、ＣＶＤ反応器および化学蒸着プロセスに使用される反応体ガスと 相容性のある材料を使用することができることは理解されよう。

したがって、均一な速度のガスの流れを発生させ、形成された速度を有するガス の流れプロフィルを発生させるために均一な速度のガスの流れを形成しかつ形成 された速度を有するガスの流れを反応器の中空の内部に導入するために垂直方向 の流れベクトルを水平な流れベクトルに向は直すための遠隔マニホルドを有する ガス注入装置を提供することが有利であることが判明した。

以上、本発明をそのある実施例について特に説明しかつ例示したが１本発明をこ れらの実施例に厳密に限定することを意図したものではない、この技術分野にお いて通常の熟練度を有する人々には、これらの実施例と異なりしかも本発明の精 神および範囲内に該当する変更および変型を実施することができることは理解さ れよう１例えば、その他の材料または形状も本発明により考慮されよう。

したがって、請求の範囲内にあるすべてのこのような変更および変型は本発明の 範囲内にあると考えられる。

手続補正書防幻 平成２年３月を８国

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．上側の室と充気室と前記充気室と組み合わされた出口開口部とを有する遠隔 マニホルドと、少くとも１個の貫通した開口部を有する中空の管状部材とを備え 、前記の中空の管状部材はガス供給源と接続されかつ前記遠隔マニホルドの前記 の上側の室の内部に共軸をなして配置されており、さらに、貫通した複数個の開 口部を有し、前記中空の管状部材を共軸をなして囲続しかつ前記遠隔マニホルド の前記の上側の室の内部に共軸をなして配置された中空のバブル部材と、貫通し た複数個の開口部を有するプレート部材とを備え、前記プレート部材は前記遠隔 マニホルドと連結されそれにより前記プレート部材の前記の複数個の開口部が前 記充気室または前記遠隔マニホルドと組み合わされた前記出口開口部と連絡して おり、さらに、前記プレート部材の前記の複数個の開口部の前記の各々を通して のガスの流れを調整するために前記プレート部材の前記の複数個の開口部の各々 と組み合わされた流れ制限装置と、上側の面および前側の面を有する注入装置主 本体とを備え、前記注入装置主本体は前記の上側の面および前記の前側の面の各 々と連絡するＬ字形の室を該主本体の内部に有しており、前記注入装置主本体は 前記プレート部材と連結されそれにより前記プレート部材の前記の複数個の開口 部が前記注入装置主本体の上側の面および前記Ｌ字形の室と連絡しているエピタ キシャル蒸着反応器用のガス注入装置。
2. ２．前記遠隔マニホルドの前記充気室が平行な壁部を有する請求項１記載のガス 注入装置。
3. ３．前記プレート部材の前記の複数個の開口部がさらに前記プレート部材の長さ に沿って長手方向に配慮された複数個の細長いスロット開口部を備えた請求項１ 記載のガス注入装置。
4. ４．前記流れの制限装置がさらに前記の細長いスロット開口部の各々の開口部の サイズを調節するために前記の複数個の細長いスロット開口部の各々に作用する ように連結された複数個のシャッター部材を備えた請求項３記載のガス注入装置 。
5. ５．前記注入装置の主本体の前記の上側の面がさらに前記プレート部材の前記の 複数個の細長いスロット開口部および前記注入装置主体の前記のＬ字形の室と連 結した複数個の細長いスロット開口部を備えた請求項４記載のガス注入装置。
6. ６．前記注入装置の主本体の前記の前側の面がさらに前記注入装置の主本体の前 記のＬ字形の室と連絡する水平方向に配置されたガス注入開口部を備えた請求項 ３記載のガス注入装置。
7. ７．前記注入装置の主本体がさらに前記の複数個の細長いスロット開口部の各々 の間に配置されかつ前記の上側の面から前記注入装置の主本体の前記の水平方向 に配置されたガス注入開口部まで延びる開口部の間に形成されたウエブを備えた 請求項６記載のガス注入装置。
8. ８．単一支持体を処理するための反応室流入口を有するエピタキシャル蒸着装置 において反応室の流入口中に反応体ガスおよびキャリヤーガスの少なくとも一方 を注入する改良されたガス注入装置であって、前側パネルと後側パネルと１組の 対向した端縁部分と実質的に中空の室を内部に形成した閉ざされた底部および開 口した頂部とを有するガス注入装置本体と、前記の開口し頂部の上に作用するよ うに配置されるようになった細長いプレート装置とを備え、前記の細長いプレー ト装置はさらに該プレート装置を通過する前記ガスの速度プロフィルを形成しか つ前記の中空の内部を通過しかつ前記前側パネルの前記開口部出口装置を通して 前記反応室の流入口中に供給される前記ガスの所定の形成された速度プロフィル を出力するために前記の細長いプレート装置内に作用するように配置された開口 装置とを該開口装置と組み合された流れ制限装置とを有しており、さらに、前記 の細長いプレート装置の前記開口装置に向って前記ガスの全体として均一な速度 を有する流れを供給する装置と、前記ガスを前記反応室の前記流入口の中に供給 するために前記の前側パネル内に作用するように配置された開口部出口装置とを 備えた改良されたガス注入装置。
9. ９．前記ガス注入装置本体の前記の中空の内部が前記前側パネルおよび前記の開 口した頂部と連絡するＬ字形の室を備えた請求項８記載の改良されたガス注入装 置。
10. １０．前記ガス注入装置本体がさらに前記の開口した頂部内に長手方向に配置さ れかつ前記の細長いプレート装置の前記開口装置と連絡する複数個の細長いスロ ット開口部を備えた請求項９記載の改良されたガス注入装置。
11. １１．前記の流れ制限装置がさらに前記の細長いスロット開口部の各々の開口部 のサイズを調節するために前記の複数個の細長いスロット開口部の各々に作用す るように連結された複数個のシャッター装置を備えた請求項１０記載のガス注入 装置。
12. １２．全体として均一な速度をのガスの流れを供給する前記装置がさらに上側の 室と充気室と前記充気室と組み合わされた出口開口部とを有する遠隔マニホルド と、貫通した少くとも１個の開口部を有する中空の管状部材とを備え、前記の中 空の管状部材はガス供給源と接続されかつ前記遠隔マニホルドの前記の上側の室 の内部に共軸をなして配置されており、さらに、貫通した複数個の開口部を有し かつ前記の中空の管状部材を共軸をなして囲繞しかつ前記遠隔マニホルドの前記 の上側の室の内部に共軸をなして配置された中空のバブル部材を備えた請求項１ １記載のガス注入装置。
13. １３．反応体ガスを充気室の中空の内部内に垂直方向に下向きに分配し、ガス注 入装置の中空の内部から充気室を隔離するためのプレート装置内に複数個の選択 された寸法を有する開口部を設け、反応体ガスを前記プレート装置の前記の選択 された寸法を有する開口部を通して垂直方向に下向きに送りそれにより前記ガス の流れの速度プロフィルを形成し、形成された速度プロフィルを有するガスの流 れを流れ制限装置中に垂直方向に下向きに送り、前記の形成された速度プロフィ ルを有するガスの流れを前記流れ方向の装置内の垂直方向の下向きのベクトルに 対して垂直方向に向け直し、かつ前記の向け直された形成された速度プロフィル を有するガスの流れをガス注入装置の前側パネルの吐出スロットを通して放出し てそれにより形成された速度プロフィルを有するガスの流れを反応器の反応室の 中に流入させる諸工程を含む、実質的に中空の内部と、反応室の内部に配置され た感受体と、反応室に流入させるガスと、ガス供給源と、充気室、下向きに配置 されたガス通路、ガス分配通路の下端部において作用するように配置された流れ 方向装置および反応室の前側の面に形成された細長い出口スロットとを有するエ ピタキシャル蒸着反応器において形成された速度プロフィルを有するガスの流れ を発生させかつ注入する方法。