JPH06333856A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPH06333856A
JPH06333856A JP14555593A JP14555593A JPH06333856A JP H06333856 A JPH06333856 A JP H06333856A JP 14555593 A JP14555593 A JP 14555593A JP 14555593 A JP14555593 A JP 14555593A JP H06333856 A JPH06333856 A JP H06333856A
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JP
Japan
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source
substrate
wafer
temperature
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP14555593A
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English (en)
Inventor
Kinji Tsunenari
欣嗣 恒成
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低蒸気圧のソースを用いたCVD法を高速か
つ安定に行うと共に、高品質で均一な膜分布が得られる
ようにする。 【構成】 基板に対向したソース貯めを加熱して、ソー
スを昇華させる。ガスはそのまま対向した基板上で分解
し、膜が形成される。ここで[ソース貯め温度]>[基
板温度]とすることにより、熱泳動効果と通常の拡散の
両方を利用してソースガスを高速で基板表面に輸送す
る。この結果、蒸気圧の低い固体ソースを用いて高速の
成膜が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造に用い
られる薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化学気相成長法による薄膜の形成
装置は、加熱された基板に、その基板温度より低温の原
料ガスを供給し、基板近傍での気相反応による均一核形
成、あるいは基板表面における不均一核形成を利用して
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】固体または液体ソース
を用いた従来の気相成長装置では、気化室に充填された
固体または液体ソースから昇華あるいは蒸発したソース
ガスを、大量のキャリアガスとともに輸送管を経由して
反応室に送り込む。このため、反応室内でのソースガス
分圧を充分に高くできず、成膜速度を高速化できない場
合があると共に、気化室には常にキャリアガスが流入す
るが、このキャリアガス中に混入する不純物蓄積のた
め、ソース物質の変質や経時変化が無視できない場合が
あるという問題点があった。また、ソースガスは凝結し
やすく、枚葉式の反応炉で均一なガス輸送をはかるのは
難しい。このため、均一な分布を実現するためには多量
のガスが必要になり、ソースの利用効率が低下するとい
う問題点もあった。本発明の目的は、このような従来の
問題点を解決することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、成膜対
象基板を保持する基板保持機構と、該基板保持機構に対
向した交換可能な固体ソース貯めと、該固体ソース貯め
を加熱するヒーターと、前記固体ソース貯めと前記基板
との間に設けられた移動および交換可能なシャッターと
を備え、前記固体ソース貯めの温度が前記基板の表面温
度より高い温度で動作することを特徴とする薄膜形成装
置である。本発明の第2は、成膜対象基板を保持する移
動可能な基板保持機構と、該基板保持機構に対向した交
換可能な固体ソース貯めと、該固体ソース貯めを加熱す
るヒーターとを備え、前記固体ソース貯めの温度が前記
基板の表面温度より高い温度で動作することを特徴とす
る薄膜形成装置である。本発明の第3は、成膜対象基板
を保持する基板保持機構と、該基板保持機構に対向した
ガス供給孔と、該ガス供給孔を加熱するヒーターとを備
え、前記ガス供給孔の温度が前記基板の表面温度より高
い温度で動作することを特徴とする薄膜形成装置であ
る。本発明の第4は、成膜対象基板を保持する基板保持
機構と、該基板保持機構に対向したガス供給孔を先端部
に有するガス供給管と、該ガス供給管を加熱するヒータ
ーと、前記ガス供給孔の周辺部に配置された加熱体とを
備え、前記ガス供給孔の温度が前記基板の表面温度より
高い温度で動作することを特徴とする薄膜形成装置であ
る。
【0005】
【作用】本発明では、固体ソースの場合、本発明の第1
または第2の装置を用い、基板に対向したソース貯めを
加熱して、ソースを昇華させる。ガスはそのまま対向し
た基板上で分解し、膜が形成される。ここで[ソース貯
め温度]>[基板温度]とすることにより熱泳動効果と
通常の拡散の両方を利用してソースガスを高速で基板表
面に輸送できる。この結果、蒸気圧の低い固体ソースを
用いて高速の成膜が実現できる。この時、ソース貯めに
は、円盤状に加工した固体ソースを設置すると、ソース
の補給はロードロックを介した通常のウエハ交換と同様
の方法で行うことができるため、装置のダウンタイムを
削減でき、好都合である。また、夥粒状またはタブレッ
ト状の固体ソースをソース貯めに敷き詰めた場合も、ソ
ース交換はロードロックから行うことができる。また、
気体ソースまたは液体ソースの場合は本発明の第3また
は第4の装置を用い、液体ソースの場合にはあらかじめ
気化器等でガスにしたものをガス供給孔から反応室内に
導入する。この時、ガス供給孔あるいはその近傍の温度
が基板表面よりも高温であり、その結果、導入ガス分子
および断熱膨張あるいは気相反応で発生した微粒子が、
反応室内のガス分子との衝突により熱泳動効果で基板方
向に輸送され、成膜が行われる。本発明の装置によれ
ば、ウエハ全面は均一にソースガスが供給されるので成
膜均一性に優れていると共に、ソース物質は常に反応室
の良好な真空状態で保存されるので、ソース物質の変質
を防止することができる。
【0006】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 実施例1 図1は第1の発明による薄膜形成装置の一例の構成図で
ある。温水配管2で壁面を加熱された反応室1内には、
基板保持機構3、ソース貯め加熱ヒーター4、固体ソー
ス用のソース貯め5が設置されている。ウエハ用ロード
ロック6、ソース用ロードロック7は各々ウエハ交換
用、ソース交換用である。加熱され昇華した固体ソース
9は、メッシュ8を通り外部へ断熱膨張しつつ噴出す
る。この結果、ソース物質の一部は、微小なクラスタを
形成する。ソース温度Tsとウエハ10の温度TwをT
s>Twとなるようにしておけば、ソース貯め5の近傍
とウエハ10近傍の雰囲気の温度差により、ソース側か
らウエハ方向に向かう雰囲気ガス分子の運動量はその逆
方向に向かうガス分子の運動量より大きい。この結果、
ソース物質の分子およびクラスタは雰囲気ガス分子との
運動量交換によりウエハ表面まで輸送され付着すると共
に緻密化し、ウエハ10上に膜が成長する。シャッター
11はウエハ交換時にソース物質輸送を一次的にさえぎ
るために設けられている。本実施例では、固体ソース貯
めに供給するキャリアガスは基本的に不要であるが、雰
囲気あるいは圧力の調整や、雰囲気ガスとの反応を目的
としたガスを導入してもかまわない。また、固体ソース
は常に真空中に保持され、その交換はソース用ロードロ
ック7によってなされるため、ソース物質の変質を最小
限度に抑えられる。
【0007】実施例2 図2は第2の発明による薄膜形成装置の一例の構成図で
ある。温水配管2で壁面を加熱された反応室1内には、
基板保持機構3、ソース貯め加熱ヒーター4、固体ソー
ス用のソース貯め5が設置されている。基板保持機構3
は、基板移動機構12によって移動可能である。これ
は、実施例1のシャッター11に代わるものであり、ウ
エハ10をソースガスの流れから隔離するために用いら
れる。ウエハ用ロードロック6、ソース用ロードロック
7は各々ウエハ交換用、ソース交換用である。加熱され
昇華した固体ソース9は、メッシュ8を通り外部へ断熱
膨張しつつ噴出する。この結果、ソース物質の一部は、
微小なクラスタを形成する。ソース温度Tsとウエハ1
0の温度TwをTs>Twとなるようにしておけば、ソ
ース貯め5の近傍とウエハ10近傍の雰囲気の温度差に
より、ソース側からウエハ方向に向かう雰囲気ガス分子
の運動量はその逆方向に向かうガス分子の運動量より大
きい。この結果、ソース物質の分子およびクラスタは雰
囲気ガス分子との運動量交換によりウエハ表面まで輸送
され付着すると共に緻密化し、ウエハ10上に膜が成長
する。本実施例では、固体ソース貯めに供給するキャリ
アガスは基本的に不要であるが、雰囲気あるいは圧力の
調整や、雰囲気ガスとの反応を目的としたガスを導入し
てもかまわない。また、固体ソースは常に真空中に保持
され、その交換はソース用ロードロック7によってなさ
れるため、ソース物質の変質を最小限度に抑えられる。
【0008】実施例3 図3は第3の発明による薄膜形成装置の一例の構成図で
ある。成膜原料ソースの形態は気体または液体である
が、液体ソースの場合は、あらかじめ気化器等の手段に
よりガスにしておく。このソースガスをガス供給管13
を介してガス供給孔14から反応室1内に導入する。導
入されたソースガスの一部は、断熱膨張、気相反応等に
より微小なクラスタを形成する。ガス供給孔温度Tsと
ウエハ温度TwをTs>Twとなるようにしておけば、
ガス供給孔14近傍とウエハ10近傍の雰囲気の温度差
により、実施例1と同様にソース物質は雰囲気ガスとの
運動量交換によりウエハ10表面まで輸送され、膜が成
長する。本実施例によれば、キャリアガス量はソースガ
ス輸送に必要な量のみに限定されるため、ソース分圧を
不要に低下させず、またソース物質の変質を最小限に抑
えて成膜を行うことができる。
【0009】実施例4 図4は第4の発明による薄膜形成装置の一例の構成図で
ある。成膜原料ソースの形態は気体または液体である
が、液体ソースの場合は、あらかじめ気化器等の手段に
よりガスにしておく。このソースガスをガス供給管13
を介してガス供給孔14から反応室1内に導入する。本
実施例では、ガス供給管13およびガス供給孔14はヒ
ーター15により加熱されるが、熱泳動効果を生じさせ
る温度差を発生させるために新たにガス供給孔14の周
辺部に加熱体16が設けられている。これにより、ソー
ス温度と熱泳動効果の最適化が可能になる。導入された
ソースガスの一部は、断熱膨張、気相反応等により微小
なクラスタを形成する。ガス供給孔温度Tsとウエハ温
度TwをTs>Twとなるようにしておけば、ガス供給
孔14近傍とウエハ10近傍の雰囲気の温度差により、
実施例1と同様にソース物質は雰囲気ガスとの運動量交
換によりウエハ10表面まで輸送され、膜が成長する。
本実施例によれば、キャリアガス量はソースガス輸送に
必要な量のみに限定されるため、ソース分圧を不要に低
下させず、またソース物質の変質を最小限に抑えて成膜
を行うことができる。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜形成
装置では、反応室内でのソースガス分圧を充分に高くで
き、成膜速度を高速化できると共に、反応室に流入する
キャリアガスを最小限に抑えられるため、キャリアガス
中に混入する不純物蓄積によるソース物質の変質、経時
変化を抑制できる。また、凝結しやすい低蒸気圧のソー
スガスでも、枚葉式の反応炉で均一なガス輸送をはか
れ、均一な膜分布を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜形成装置の一例の構成図である。
【図2】本発明の薄膜形成装置の一例の構成図である。
【図3】本発明の薄膜形成装置の一例の構成図である。
【図4】本発明の薄膜形成装置の一例の構成図である。
【符号の説明】
1 反応室 2 温水配管 3 基板保持機構 4 ソース貯め加熱ヒーター 5 固体ソース貯め 6 ウエハ用ロードロック 7 ソース用ロードロック 8 メッシュ 9 固体ソース 10 ウエハ 11 シャッター 12 基板移動機構 13 ガス供給管 14 ガス供給孔 15 ヒーター 16 加熱体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜対象基板を保持する基板保持機構
    と、該基板保持機構に対向した交換可能な固体ソース貯
    めと、該固体ソース貯めを加熱するヒーターと、前記固
    体ソース貯めと前記基板との間に設けられた移動および
    交換可能なシャッターとを備え、前記固体ソース貯めの
    温度が前記基板の表面温度より高い温度で動作すること
    を特徴とする薄膜形成装置。
  2. 【請求項2】 成膜対象基板を保持する移動可能な基板
    保持機構と、該基板保持機構に対向した交換可能な固体
    ソース貯めと、該固体ソース貯めを加熱するヒーターと
    を備え、前記固体ソース貯めの温度が前記基板の表面温
    度より高い温度で動作することを特徴とする薄膜形成装
    置。
  3. 【請求項3】 成膜対象基板を保持する基板保持機構
    と、該基板保持機構に対向したガス供給孔と、該ガス供
    給孔を加熱するヒーターとを備え、前記ガス供給孔の温
    度が前記基板の表面温度より高い温度で動作することを
    特徴とする薄膜形成装置。
  4. 【請求項4】 成膜対象基板を保持する基板保持機構
    と、該基板保持機構に対向したガス供給孔を先端部に有
    するガス供給管と、該ガス供給管を加熱するヒーター
    と、前記ガス供給孔の周辺部に配置された加熱体とを備
    え、前記ガス供給孔の温度が前記基板の表面温度より高
    い温度で動作することを特徴とする薄膜形成装置。
JP14555593A 1993-05-25 1993-05-25 薄膜形成装置 Pending JPH06333856A (ja)

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