JPH08218171A - シャワーヘッド式cvd装置 - Google Patents

シャワーヘッド式cvd装置

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JPH08218171A
JPH08218171A JP2082095A JP2082095A JPH08218171A JP H08218171 A JPH08218171 A JP H08218171A JP 2082095 A JP2082095 A JP 2082095A JP 2082095 A JP2082095 A JP 2082095A JP H08218171 A JPH08218171 A JP H08218171A
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JP
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substrate
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cooling
shower head
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JP2082095A
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Asako Arai
朝子 新井
Isao Matsumoto
功 松本
Toshiya Tabuchi
俊也 田渕
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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    • 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
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    • C23C16/45563Gas nozzles
    • C23C16/45565Shower nozzles
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原料をシャワーヘッド状のノズルから噴出し
て基板上に薄膜を形成するシャワーヘッド式CVD装置
において、良質な薄膜を形成するとともに、成膜速度の
向上を図る。 【構成】 所定温度に加熱された基板に対向配置される
シャワーヘッドノズルに、冷却油流路14及び放熱ロッ
ド17からなる冷却手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シャワーヘッド式CV
D装置に関し、詳しくは、原料をシャワーヘッド状のノ
ズルから所定温度に加熱されている基板面上に噴出し、
原料の熱分解生成物を基板上に堆積させて薄膜を形成す
るシャワーヘッド式CVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】基板上に半導体薄膜を形成するCVD装
置として、図9に示すように、原料ガスを噴出するシャ
ワーヘッド状のノズル1(シャワーヘッドノズル)をシ
ャワーヘッド状に形成したシャワーヘッド式CVD装置
が知られている。このシャワーヘッド式CVD装置は、
反応管2内に設けられたサセプタ3上に基板4を載置
し、ヒーター5でサセプタ3を加熱することにより、基
板4を所定温度、例えば600℃程度に加熱するととも
に、ノズル1に設けた多数の噴出孔6から原料ガスを噴
出させ、該原料ガスを基板上で熱分解させて堆積させる
ことにより、基板面に薄膜を形成するものである。
【0003】上記シャワーヘッド式CVD装置は、シャ
ワーヘッド状ノズル1の略全面に設けた噴出孔6から原
料ガスを噴出させるため、比較的大径の基板上にも均一
な薄膜を形成することができ、例えば8インチ以上の基
板に薄膜を形成する際に多く用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シャワーヘッ
ド式CVD装置は、成膜速度を高めるためにノズル1を
基板4に近付けると、ノズル1が基板4からの輻射熱に
より加熱されて高温となり、原料がノズル1内あるいは
噴出孔6から噴出する際に、原料の一部が熱分解するこ
とがあった。このようにノズル1部分で原料が熱分解す
ると、薄膜の成膜速度が低下するだけでなく、熱分解に
より生じた固形物が基板面に落下して膜質を劣化させる
原因となる。
【0005】すなわち、ノズル1が輻射熱で加熱される
のを防止するためにノズル1を基板4から離すと、原料
と基板との接触効率が悪化して成膜速度が低下し、近付
けると上述の原料の分解を生じるという問題があった。
【0006】一方、基板4の加熱温度を下げることによ
り、ノズル1の昇温を抑えることも考えられるが、基板
4の温度を下げると所定の組成の薄膜が得られなかった
り、膜質自体が劣化したり、さらには成膜速度も低下し
たりするなどの不都合が生じる。
【0007】また、原料の温度を下げてからノズル1内
に導入することも考えられるが、BaSrTiO3 ,P
bTiO3 のように、ストロンチウムやバリウム,鉛等
を含む薄膜を形成する際には問題になる。すなわち、こ
のような薄膜を形成する際には、Sr(DPM)2 やB
a(DPM)2 、Pb(DPM)2 等を用いるが(DP
Mはジピバロイルメタナイトの略)、これらは蒸気圧が
低いために150〜200℃に加熱しなければならず、
しかも、導入経路の途中でこれらが凝縮しないように、
ノズル1に至る流路を200℃程度に保温しておかなけ
ればならない。
【0008】したがって、原料の種類によっては、導入
温度を下げることができず、上述のSr(DPM)2
の原料は、300℃程度で熱分解するため、ノズル1を
基板4に近付けることができず、成膜速度の向上には限
界があった。
【0009】このようなことから、従来は、成膜速度を
重視する場合は、ノズル通過時に原料の一部が熱分解す
るのを承知でノズル1を基板4に近付けて成膜している
が、膜質の劣化は避けることができない。一方、膜質を
重視する場合は、成膜速度が低下するのを承知の上でノ
ズル1を基板4から離し、ノズル部分が300℃以上に
ならないようにしていた。
【0010】そこで本発明は、ノズルを基板に近付ける
ことができ、比較的大きな基板に対しても良質な薄膜を
形成することができるとともに、成膜速度の向上が図れ
るシャワーヘッド式CVD装置を提供することを目的と
している。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のシャワーヘッド式CVD装置は、原料ガス
を噴出するシャワーヘッドノズルを、所定温度に加熱さ
れた基板に対向配置したシャワーヘッド式CVD装置に
おいて、前記シャワーヘッドノズルに、ノズルを冷却す
る冷却手段を備えたことを特徴としている。
【0012】さらに、本発明は、上記構成において、前
記冷却手段が、前記シャワーヘッドノズルの反基板側に
設けられた冷却油流路と、該冷却油流路の近傍と原料ガ
ス噴出部の近傍とを接続する放熱ロッドとを備えている
ことを特徴としている。
【0013】
【作 用】上記構成によれば、ノズルを冷却手段により
冷却することができるので、ノズルを基板に近付けて
も、基板やサセプタからの輻射熱によりノズルが高温に
なることを防止できる。したがって、ノズルを基板に近
付けて成膜速度を高めながら良質な薄膜を形成すること
ができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。図1及び図2は、本発明のシ
ャワーヘッド式CVD装置の第1実施例を示すもので、
図1は本発明のシャワーヘッド式CVD装置の要部であ
るノズル部分の縦断面図、図2は図1のII−II線断面図
である。
【0015】本実施例に示すシャワーヘッドノズル(以
下、単にノズルという)11は、基板(図示せず)に対
向する面に、従来と同様に、多数の原料噴出用の噴出孔
12,12を有するもので、原料ガスは、原料導入管1
3からノズル11内に流入して噴出孔12から基板に向
けて噴出する。
【0016】上記ノズル11の反基板側の面内には、前
記原料導入管13との接続部を螺旋状に巻くようにして
冷却油流路14が設けられており、冷却油流入口15か
ら流入した所定温度の冷却油が冷却油流路14を通って
冷却油流出口16から流出するように形成されている。
【0017】また、冷却油流路14が設けられている面
と、前記噴出孔12が設けられている面との間には、噴
出孔12部分の熱を冷却油流路14側に逃がすための放
熱ロッド17が複数個設けられている。
【0018】このようにノズル11を形成することによ
り、該ノズル11を基板に近付けても、ノズル11の温
度、特に噴出孔12部分の温度を原料の熱分解温度以下
にすることができるので、膜質を劣化させることなく成
膜速度を向上させることができる。また、冷却油の温度
を適当に設定すれば、原料導入管13の温度が、原料が
凝縮する温度以下になることもない。
【0019】図3及び図4は本発明の第2実施例を示す
もので、ノズル21の反基板側の面の外部に冷却油流路
22を設けたものである。本実施例においても、噴出孔
12が設けられている面を、放熱ロッド17を介して冷
却油流路22を流れる冷却油により冷却することができ
る。
【0020】なお、上記両実施例において、放熱ロッド
17は、噴出孔12から噴出する原料の流れに悪影響を
与えない位置に適当な本数を略均等に設置することが好
ましく、熱伝導性がよく、かつ、原料と反応しないも
の、例えば、ノズルと同じアルミニウムやステンレスス
チールからなる棒材を用いることができる。
【0021】図5乃至図8は、本発明の第3実施例及び
その変形例を示すもので、ノズル31の噴出孔12を有
する基板側の面の内面に冷却油流路32を設けたもので
ある。この冷却油流路32は、図6に示すような屈曲し
た管32a、図7に示すような螺旋状の管32b、図8
に示すような複数の分岐管を有する管32cなどで形成
することができる。このように、ノズル31の基板側に
冷却油流路32を設けることによっても、上記第1及び
第2実施例と同様に、ノズル31の温度が原料の熱分解
温度以上になることを防止することができる。
【0022】なお、本発明における冷却手段は、ノズル
の大きさや噴出孔の数及び位置に応じて適宜な位置に、
適宜な形状で設けることが可能であり、例えば、ノズル
側面の周壁に設けてもよい。さらに、冷却手段を冷却す
る方法は、温度範囲や熱容量,コスト等を考慮すれば、
冷却油が最適であるが、他の流体を用いることも可能で
ある。
【0023】また、冷却油等の冷却用流体の温度や流量
は、基板側からの輻射熱の量や許容温度(最高、最低
共)に応じて設定すればよく、特に限定されるものでは
ない。
【0024】ここで、前記第1実施例に示す構成のノズ
ル11を用いて成膜実験を行った結果を説明する。装置
の全体構成は、前記図9に示す構成の装置を用い、ノズ
ルのみを交換して実験を行った。
【0025】実験条件は、成長圧力を1Torr,基板
温度を650℃,基板直径を240mm(約10イン
チ),サセプタ上面とノズル下面との距離を20mmと
し、原料の供給条件を、Pb(DPM)2 を原料温度1
40℃,圧力100Torr,キャリヤーガス流量35
0cc/min、及び、Ti(O−iC3 7 4 を原
料温度40℃,圧力160Torr,キャリヤーガス流
量350cc/minとし、酸素流量を毎分1リットル
とした。
【0026】その結果、第1実施例のノズル11を用い
て冷却油流路14に150℃の冷却油を流した場合は、
毎分10nmの成膜速度で良好な品質の膜が得られたの
に対し、従来のノズルの場合は、ノズル通過時に原料の
全量が熱分解を起こしてしまい、基板上に膜を形成する
ことができなかった。
【0027】また、ノズルの基板側の面の温度を測定し
たところ、本実施例のノズル11は、全面が略220℃
程度に保たれていたのに対し、従来のノズル1は、中心
部が約450℃、周辺部が約350℃に昇温していた。
さらに、冷却油の温度を150℃にしたので、ノズル1
1に接続する原料導入管13の温度も、Pb(DPM)
2 が凝縮しない150℃であった。
【0028】なお、CVD装置の全体構成は、従来と同
様に構成できるので、詳細な説明は省略する。また、冷
却油等の冷却媒体の供給手段も周知のものを使用するこ
とができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のシャワー
ヘッド式CVD装置は、ノズルを冷却する冷却手段を設
けたから、ノズルを基板に近付けても、ノズルの温度を
原料の熱分解温度以下にすることができ、膜質を劣化さ
せることなく成膜速度を向上させることができる。
【0030】また、冷却手段を、ノズルの反基板側に設
けられた冷却油流路と、該冷却油流路の近傍と原料ガス
噴出部の近傍とを接続する放熱ロッドとで形成すること
により、ノズルから噴出する原料の流れに悪影響を与え
ることなく、容易にノズルを所定温度に冷却することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示すノズル部分の縦断
面図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 本発明の第2実施例を示すノズル部分の縦断
面図である。
【図4】 一部を切り欠いた図3のIV−IV線断面図であ
る。
【図5】 本発明の第3実施例を示すノズル部分の縦断
面図である。
【図6】 図3のVI−VI線断面図である。
【図7】 第3実施例における変形例を示すノズルの横
断面図である。
【図8】 同じくさらに他の変形例を示すノズルの横断
面図である。
【図9】 従来のシャワーヘッド式CVD装置の一例を
示す縦断面図である。
【符号の説明】
11,21,31…シャワーヘッドノズル、12…噴出
孔、13…原料導入管、14,22,32…冷却油流
路、15…冷却油流入口、16…冷却油流出口、17…
放熱ロッド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料ガスを噴出するシャワーヘッドノズ
    ルを、所定温度に加熱された基板に対向配置したシャワ
    ーヘッド式CVD装置において、前記シャワーヘッドノ
    ズルに、ノズルを冷却する冷却手段を備えたことを特徴
    とするシャワーヘッド式CVD装置。
  2. 【請求項2】 前記冷却手段は、前記シャワーヘッドノ
    ズルの反基板側に設けられた冷却油流路と、該冷却油流
    路の近傍と原料ガス噴出部の近傍とを接続する放熱ロッ
    ドとを備えていることを特徴とする請求項1記載のシャ
    ワーヘッド式CVD装置。
JP2082095A 1995-02-08 1995-02-08 シャワーヘッド式cvd装置 Pending JPH08218171A (ja)

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