JPH0691015B2 - 気相成長装置及びその予備処理方法 - Google Patents

気相成長装置及びその予備処理方法

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JPH0691015B2
JPH0691015B2 JP59280735A JP28073584A JPH0691015B2 JP H0691015 B2 JPH0691015 B2 JP H0691015B2 JP 59280735 A JP59280735 A JP 59280735A JP 28073584 A JP28073584 A JP 28073584A JP H0691015 B2 JPH0691015 B2 JP H0691015B2
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4408Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、特に高純度な成長膜が得られる気相成長装置
とその予備処理方法に関する。
従来、半導体装置を製造する際、そのウエハープロセス
において、化学気相成長装置(CVD装置;Chemical Vapor
Deposition)が使用されており、例えば配線用のアルミ
ニウム(Al)膜を成長したり、あるいは、シリコン膜を
成長したりする工程に使用されている。
このようなCVD装置によつて被着するAl膜などの成長膜
は、出来る限り純度の高いものが要望されており、それ
は半導体装置の性能・信頼性に大きな影響を与えるから
である。
[従来の技術] 第3図は、従前から常用されているCVD装置の概要断面
図を示しており、1は反応処理室(チャンバ),2は反応
ガス噴射口,3はウエハー(被処理試料),4はヒータを設
けたステージ,5は反応ガス流入口,6は排気口である。
このようなCVD装置を用いて、例えば、Al膜を成長する
場合、まず、処理室1を排気口6より真空排気して10-6
Torr程度の真空度にしておく。次いで、ヘリウム(He)
ガスをキャリアガスとしたアルキルアルミニウム(Al
(R))ガスを反応ガス流入口5から流入して、噴射
口2よりシャワー状に噴出させる。噴射口2はウエハー
3に対向した平面に設けた多数の孔からなり、噴射した
反応ガスは温度300〜400℃に加熱されたウエハーに当た
つて加熱分解し、金属Al膜が成長する。
本例は減圧方式のCVD装置で、反応処理中は約0.3〜10To
rr減圧度に保持され,このような減圧CVD装置は被覆性
(カバーレィジ)が良いから、現在、最も良く普及して
いる方式である。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、このようなCVD装置では、気相成長装置を行
なう前に外部から水・酸素等の不純物ガスが処理室内に
入り込んで処理室1の側壁内部に吸着した状態となって
いることがある。そして気相成長装置での反応処理にあ
たって、初期に処理室内を真空排気する際かかる不純物
ガスは大部分排出される。
しかし吸着状態となっている一部の不純物ガスはなお吸
着残留することがあり、かかる不純物ガスは、反応ガス
を流入して成長処理を行なっている時に側壁から分離
し、反応ガスに混入し、気相成長による成長膜に不純物
として含有されることがある。
特に、上記例のように、アルキルアルミニウムを分解さ
せて、Al膜を成長する場合は、アルキルアルミニウムが
水や酸素と反応して酸化し易いため、混入した水や酸素
が成長膜に混入して成長膜を酸化し易く、その導電性を
低下させる等の問題が生じている。
本発明は、このような欠点が解消されるCVD装置及びそ
の予備処理方法を提案するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は本発明により反応処理室は耐圧性ある外壁
と、その内側で間隔をおいて平行に配置された多孔の内
壁より構成され、外壁の一端中央にあって気相成長処理
時に流入される反応ガスの流入口と結合する噴射口は内
壁の一端開口部に、また反応ガス流入口を取り巻き反応
処理室の予備処理時に流入されるパージガスの流入口は
外壁と内壁間に、それぞれ対面配置され、反応ガス排気
口は外壁他端に、またパージガス排気口は外壁の他端側
面に取付けられ、外壁外部周囲には反応処理室の予備処
理時に外壁を加熱及び冷却するための加熱帯及び冷却帯
が備えられ、反応処理室内壁内には、気相成長処理時に
載置されるウエハーを加熱するヒータを有するステージ
が配置されることを特徴とする予備処理手段を有する気
相成長装置によって解決され、さらにかかる気相成長装
置において反応処理室を真空排気し、加熱帯を加熱し、
外壁の内部壁面温度を高め、内部壁面に吸着している水
・酸素等の不純物ガスを遊離気化状態となし、続いて反
応処理時の減圧度のもとでパージガスを流入し、該ガス
は外壁と内壁間を通ってパージガス排気口に、また一部
ガスは多孔内壁を通って反応ガス排気口に流れ、遊離気
化状態の不純物ガスを排出し、かかる状態で加熱帯によ
る加熱を止め、冷却帯で外壁を冷却し、外壁と内壁間の
下部に残留している不純物ガス中の水を液化し、パージ
ガスによってパージガス排気口からさらに排出し、その
後冷却帯による冷却及びパージガスの流入を止めること
を特徴とする気相成長における予備処理方法によって解
決される。
〔作用〕
本発明によれば、反応処理室は外壁と内壁の二重構造と
なっており、反応ガスは内壁内を流れ、一方パージガス
は外壁と内壁間を主として流れ、内壁内にはウエハーを
載置するステージが設けられ、それにはウエハーを加熱
するヒータが備えられ、さらに外壁の外面には外壁を加
熱する加熱帯と、冷却する冷却帯とを備えている。
そしてかかる予備処理手段を有する気相成長装置では、
反応処理室内には、外部から水・酸素等の不純物ガスが
入り込み、外壁内部壁面に吸着していることがあるが、
本発明ではかかる気相成長装置によってウエハー上に金
属膜等を気相成長する場合、予め反応処理室を真空排気
した状態で加熱帯を加熱すると、外壁内部壁面に吸着状
態となっていた水・酸素等の不純物ガスは遊離気体状態
となる。
従ってかかる状態で外壁と内壁との間にパージガスを流
すと、パージガスによって、遊離気体状態の不純物ガス
は外壁と内壁との間を下方に流され、主としてパージガ
ス排気口から、また一部は反応ガス排気口から排出され
る。
これによって不純物ガスは殆んど除去されるが、なお不
純物ガス中の水が外壁と内壁間の下部に残留することが
ある。このため加熱帯による外壁の加熱を止め、冷却帯
によって外壁を冷却する。
これによって残留していた水は流化し、パージガスによ
ってさらにパージガス排気口から排出されると共に、な
お水分が残っていても、この冷却帯による冷却によって
外壁下部内面に凍結体となり付着し、その後パージガス
の流入と冷却帯による外壁の冷却は止められる。
次にウエハーが反応処理室の内壁内のステージ上に載置
され、ヒータで加熱され、気相成長処理が行なわれる。
しかしかかる反応処理においても、外壁下部内面の水の
凍結体は、ウエハーとの間に内壁が介在し、処理室内は
減圧下にあり、しかも反応ガスが上方から下端の反応ガ
ス排気口に向かって内壁内を流れるため、ウエハーの加
熱によっても凍結状態を維持し、気相成長処理に悪影響
を及ぼすことはなく、不純物ガスを含まない高純度の成
長膜が形成される。
[実施例] 以下,図面を参照して実施例によつて詳細に説明する。
第1図は本発明にかかる一実施例のVD装置の概要側面図
を示し、同装置の中心線から左半分は断面図を図示して
いる。図において、11は反応処理室,12は反応ガス噴射
口,13はウエハー,14はヒータを設けたステージ,15は反
応ガス流入口,16は排気口で、20は外壁,21はメッシュ状
の内壁,22はパージガス流入口,23はパージガス排気口,2
4,25は外壁外部に設けた加熱帯と冷却帯である。
図のように、メッシュ状の内壁21は反応ガス噴射口12の
傘状部分と接続しており、パージガス流入口22から流入
させたガスは、内壁21と外壁20との間を流れてパージガ
ス排気口23から排気される構造である。また、そのパー
ジガスの一部は内壁21のメッシュ状の孔を通つて、排気
口16からも排気される。
次に、かようなCVD装置を用いた成長処理方法を、金属A
l膜を成長する処理例によつて説明する。まず、予備処
理として処理室11を排気口16より真空排気して10-6Torr
程度の真空度にした後、外壁外部に設けた加熱帯24を加
熱して、側壁を200〜300℃に昇温する。これによって既
に外部から処理室に入り込んで外壁内部壁面に吸着状態
となている水・酸素等の不純物ガスはすべて遊離気化状
態となる。そして、パージガス流入口22から水素(He)
ガスをパージガスとして流入させると、水素ガスは内壁
21と外壁20との間を流れてパージガス排気口23から排気
されるが、また、そのガスの一部は内壁21のメッシュ状
の孔を通つて、排気口16からも排気される。これによっ
て大部分の不純物ガスは排出される。その時、減圧度は
反応処理時点と同様に、0,3〜10Torrに保つておく。
次いで、水素ガスを流出入させたままにしておいて、加
熱を中止し、冷却帯25に液体窒素を流して−数10℃に外
壁を冷却する。そうすると不純物ガスの特に水は遊離気
化状態で残留していても、これは外壁と内壁との間の下
部に集まっているので、液化され水滴となって水素ガス
と共に内壁と外壁との間を通ってパージガス排気口23か
ら排出され、またなお水が残留していても、冷却帯によ
る外壁の冷却によって外壁下部内面に凍結体として付着
する。
このようにして予備処理で、外壁の内部壁面に吸着して
いた水や酸素が、加熱と冷却によって分割され、水素ガ
スと共に排出除去され、なお水が残っていても外壁下部
内面に凍結体として付着する。
第2図(a)に示すCVD装置の断面は、このような予め
水素ガス(パージガス)と共に不純物ガスを排出(パー
ジ)させる時点の、ガスの流れ状態を図示しているもの
である。
次いで、冷却を中止し、水素ガスの流入出を止めて、処
理室11の中を10-6Torrの真空度に上げた後、ステージ14
の上にウエハー13を載置する。それには、図示していな
いロードロック室から自動的に処理室11にウエハーが送
入される。(ロードロック室は紙面の垂直方向にあり、
そのために図示されていない。) かくして、ウエハーが300〜400℃に加熱されると、反応
ガス流入口15からヘリウムガスをキャリアガスとしたア
ルキルアルミニウムガスを流入して、噴出口12より噴出
させ、ウエハー上で反応ガスを分解して、ウエハー13表
面に金属Al膜を成長させる。
なおかかる反応処理時はウエハーはヒータで加熱されて
いるが、外壁下部内面に付着する水の凍結体は、ウエハ
ーとの間に内壁が介在し、処理室内は減圧下にあり、し
かも反応ガスが流入口より下端の反応ガス排気口に向か
って内壁内を流れているので、凍結状態を維持し、気相
成長処理に悪影響を及ぼすことはない。
第2図(b)に示すCVD装置の断面は、その成長時のガ
スの流れ状態を図示している。
このように処理すれば、外壁内部壁面には水や酸素のよ
うな不純物ガスがなくなり、また一部存在していても凍
結体となって反応処理に何等の影響も与えることなく高
純度なAl膜がウエハー13面に成長する。
上記は金属Al膜を成長する例であるが、その他の膜、例
えば多結晶シリコン膜の成長にも適用できることは当然
である。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明によるCVD装置
によれば、高純度な成長膜がウエハー上に形成されて、
ICなど半導体装置の高信頼化に大きく寄与するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例のCVD装置の概要側面図、 第2図(a)および(b)はそのCVD装置におけるパー
ジガス及び反応ガスの流れの状態を示す装置断面図、 第3図は従来のCVD装置の概要断面図である。 図において、 1,11は反応処理室、2,12は反応ガス噴射口、 3,13はウエハー(被処理試料)、 4,14はステージ、5,15は反応ガス流入口、 6,16は排気口 20は外壁、21は内壁、 22はパージガス流入口、 23はパージガス排気口、 24は加熱帯、25は冷却帯、 を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩谷 喜美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−21974(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応処理室は耐圧性ある外壁と、その内側
    で間隔をおいて平行に配置された多孔の内壁より構成さ
    れ、外壁の一端中央にあって気相成長処理時に流入され
    る反応ガスの流入口と結合する噴射口は内壁の一端開口
    部に、また反応ガス流入口を取り巻き反応処理室の予備
    処理時に流入されるパージガスの流入口は外壁と内壁間
    に、それぞれ対面配置され、反応ガス排気口は外壁他端
    に、またパージガス排気口は外壁の他端側面に取付けら
    れ、外壁外部周囲には反応処理室の予備処理時に外壁を
    加熱及び冷却するための加熱帯及び冷却帯が備えられ、
    反応処理室内壁内には、気相成長処理時に載置されるウ
    エハーを加熱するヒータを有するステージが配置される
    ことを特徴とする予備処理手段を有する気相成長装置。
  2. 【請求項2】反応処理室は耐圧性ある外壁と、その内側
    で間隔をおいて平行に配置された多孔の内壁より構成さ
    れ、外壁の一端中央にあって気相成長処理時に流入され
    る反応ガスの流入口と結合する噴射口は内壁の一端開口
    部に、また反応ガス流入口を取り巻き反応処理室の予備
    処理時に流入されるパージガスの流入口は外壁と内壁間
    に、それぞれ対面配置され、反応ガス排気口は外壁他端
    に、またパージガス排気口は外壁の他端側面に取付けら
    れ、外壁外部周囲には反応処理室の予備処理時に外壁を
    加熱及び冷却するための加熱帯及び冷却帯が備えられ、
    反応処理室内壁内には、気相成長処理時に載置されるウ
    エハーを加熱するヒータを有するステージが配置される
    気相成長装置において、反応処理室を真空排気し、加熱
    帯を加熱し、外壁の内部壁面温度を高め、内部壁面に吸
    着している水・酸素等の不純物ガスを遊離気化状態とな
    し、続いて反応処理時の減圧度のもとでパージガスを流
    入し、該ガスは外壁と内壁間を通ってパージガス排気口
    に、また一部ガスは多孔内壁を通って反応ガス排気口に
    流れ、遊離気化状態の不純物ガスを排出し、 かかる状態で加熱帯による加熱を止め、冷却帯で外壁を
    冷却し、外壁と内壁間の下部に残留している不純物ガス
    中の水を液化し、パージガスによってパージガス排気口
    からさらに排出し、その後冷却帯による冷却及びパージ
    ガスの流入を止めることを特徴とする気相成長における
    予備処理方法。
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