JPH11111619A - Ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハに対する化学反応終了後の原
料ガスの逆流をなくし、併せて反応生成物及び反応副生
成物のフレークの発生を抑制する。 【解決手段】 反応室１０内に供給される原料ガスの熱
分解または気相反応等の化学反応により半導体ウェーハ
上に薄膜を形成ＣＶＤ装置において、反応室１０内に配
設した半導体ウェーハ３０載置用ウェーハ支持台２０よ
り下流に、反応処理後の原料ガスを層流にして反応室１
０外へ導く層流用ガス通路７０を、ウェーハ支持台２０
を中心にして同心に配設した筒状層流部材６０により形
成し、この層流用ガス通路７０に沿いガスを反応室外へ
層流として流動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に
関し、さらに詳しくは、反応室内に供給される気体原料
ガスや有機べーパー、無機べーパー等の反応ガス（以
下、原料ガスという）の熱分解または気相反応等の化学
反応により半導体ウェーハ上に薄膜を形成した後のガス
中の反応生成物及び反応副生成物を含む原料ガスが逆流
することなく反応室外へ流動させ得るようにしたＣＶＤ
装置に関するのもである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＣＶＤ装置（気相成長装
置）は、上部にガス導入口を、下部にガス排出口を有す
る反応室内の略中間部分に半導体ウェーハを水平に載置
するヒータ内蔵のウェーハ載置台を配設し、このウェー
ハ載置台上に半導体ウェーハを載置した後、薄膜材料を
構成する元素からなる１種又は複数種の合成物ガスや単
体ガスまたは有機べーパー、無機べーパーなどの原料ガ
スをガス導入口から反応室内の半導体ウェーハ上に向け
供給するとともにガス排出口から吸引し、かかる状態
で、所定の成膜温度（２００〜１２００℃）に保たれた
半導体ウェーハ上に気相反応又は熱分解などの化学反応
により所望の薄膜を形成するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のＣＶＤ装置では、反応室の上部に設けたガ
ス導入口から反応室内に導入された原料ガスを反応室の
下部に設けたガス排出口から吸引するだけであるため、
半導体ウェーハに対して化学反応の終了した原料ガスの
一部がウェーハ載置台の熱及びウェーハ載置台の下流側
へ流れる時の乱流などにより逆流を起こし、この逆流に
よりガス中に含まれる反応後の生成物及び反応副生成物
が半導体ウェーハ表面に付着して、半導体ウェーハの成
膜処理に悪影響を与えるほか、ガス中の反応生成物及び
反応副生成物が反応室の内壁面に付着する率が高くな
り、このため、反応室内を短い周期で清掃する必要があ
り、その分、半導体ウェーハの生産能力が低下するとい
う問題があった。

【０００４】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するもので、半導体ウェーハに対する化学反応終了後の
原料ガスの逆流をなくし、併せて反応生成物及び反応副
生成物のフレークの発生を抑制できるＣＶＤ装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、反応室内に供給される原料ガスの熱分解また
は気相反応等の化学反応により半導体ウェーハ上に薄膜
を形成するＣＶＤ装置であって、前記反応室内に配設し
た半導体ウェーハ載置用ウェーハ支持台より下流に、反
応処理後の原料ガスを層流にして反応室外へ導く層流用
ガス通路を形成したことを特徴とする。本発明において
は、層流用ガス通路に沿ってガスを反応室外へ層流とし
て流動するから、成膜に使用された後のガスが乱流して
半導体ウェーハ側へ逆流するようなことがなく、ガス中
に含まれる反応生成物及び反応副生成物が半導体ウェー
ハに付着することがない。

【０００６】本発明の請求項２に記載の発明は、前記層
流用ガス通路が、前記ウェーハ支持台の外周と反応室の
内面間の空間に、前記ウェーハ支持台を中心にして同心
に配設された複数の筒状整流部材から構成され、この筒
状整流部材により前記ウェーハ支持台から前記反応室の
内面に向けて軸線方向に沿い蛇行しながら反応室外へ連
通する層流用ガス通路を形成したことを特徴とする。本
発明においては、層流用ガス通路に沿ってガスを反応室
外へ層流として流動するから、成膜に使用された後のガ
スが乱流して半導体ウェーハ側へ逆流するようなことが
なく、ガス中に含まれる反応生成物及び反応副生成物が
半導体ウェーハに付着することがない。

【０００７】本発明の請求項３に記載の発明は、前記筒
状整流部材が、高純度耐熱性材料から成形されることを
特徴とする。本発明においては、筒状整流部材が、石
英、純ニッケル、ニッケル合金、セラミックやグラファ
イト等の多孔質材などの高純度耐熱性材料から成形され
てるから、ガス中の反応生成物及び反応副生成物は筒状
整流部材の表面に吸着され、反応生成物及び反応副生成
物のフレークの発生を抑制する。

【０００８】本発明の請求項４に記載の発明は、前記反
応室のガス導入部と前記ウェーハ支持体間に配設され、
前記半導体ウェーハの表面に向けて流動する前記原料ガ
スの温度を前記半導体ウェーハに到達する直前まで熱分
解又は凝結されない温度に制御する熱交換手段を更に設
けたことを特徴とする。本発明においては、熱交換手段
により、半導体ウェーハ表面に到達する前の原料ガスの
温度を熱分解又は凝結されない温度に確実に制御し得
る。

【０００９】本発明の請求項５に記載の発明は、前記反
応室が、内部に熱媒体の循環が可能な胴部ジャケット
と、前記胴部ジャケットの上部を閉塞し内部に熱媒体の
循環が可能な上部ジャケットと、前記胴部ジャケットの
下部を閉塞し内部に熱媒体の循環が可能な下部ジャケッ
トとから構成され、前記各ジャケット内部に前記熱媒体
循環手段により熱媒体を循環させて各ジャケットの温度
を原料ガスの熱分解又は凝結されない温度に制御するこ
とを特徴とする。本発明においては、反応室の内壁面へ
の反応生成物及び反応副生成物の付着を防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態にお
けるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。図１に
おいて、１０は反応室であり、この反応室１０は、周壁
内部にシリコンオイル加熱媒体又はアルコール等冷却媒
体等（以下、熱媒体という）の循環が可能な円筒状の胴
部ジャケット１０１と、この胴部ジャケット１０１の上
部を閉塞し周壁内部に熱媒体の循環が可能な傘状の上部
ジャケット１０２と、胴部ジャケット１０１の下部を閉
塞し内部に熱媒体の循環が可能な平板状の下部ジャケッ
ト１０３とから構成される。上部ジャケット１０２の頂
部中心には、薄膜材料を構成する元素からなる１種又は
複数種の反応ガスや有機べーパー、無機べーパーなどの
原料ガスを反応室１０内に導入するためのパイプ状のガ
ス導入部１０４が反応室１０内に突出した状態に設けら
れ、このガス導入部１０４の反応室１０内突出部分に
は、原料ガスを円周方向に放射状に分散して流出させる
多数の流出孔（図示省略）が形成されている。

【００１１】また、胴部ジャケット１０１内には、その
中心軸線上に位置してウェーハ支持台２０が配設されて
おり、このウェーハ支持台２０は半導体ウェーハ３０を
水平に載置する載置面を有し、さらにウェーハ支持台２
０には該ウェーハ支持台２０の載置面上に搭載された半
導体ウェーハ３０を加熱するヒータ等の加熱体２０１が
内蔵されている。この加熱体２０１は加熱電源２０２に
接続され、該加熱電源２０２によって所定の成膜温度
（２００〜１２００℃）に加熱される構成になってい
る。

【００１２】図１において、４０は反応室１０のガス導
入部１０４から半導体ウェーハ３０の表面に向けて流動
する原料ガスの温度を半導体ウェーハ３０に到達する直
前まで熱分解又は凝結されない温度に制御する熱交換手
段であり、この熱交換手段４０は、反応室１０の胴部ジ
ャケット１０１と上部ジャケット１０２間に両者を隔絶
するようにして上記ウェーハ支持台２０の上面と平行に
介在されている。このために、上記熱交換手段４０は、
内部を熱媒体の循環が可能なように空洞にした盤状体４
０１から構成され、この盤状体４０１に該盤状体４０１
を厚さ方向に屈曲した状態で貫通する多数のガス通路４
０２が形成され、このガス通路４０２内を反応室１０の
ガス導入部１０４から流出する原料ガスが通過すること
により、原料ガスの温度を半導体ウェーハ３０に到達す
る直前まで熱分解又は凝結されない温度に制御できるよ
うになっている。また、熱交換手段４０のウェーハ支持
台２０と相対向する表面は、電解研磨等により鏡面に仕
上げ加工されている。この鏡面ににより、ウェーハ支持
台２０からの輻射熱をウェーハ支持台２０上の半導体ウ
ェーハ３０へ反射させるようになっている。

【００１３】図１において、５０は上記熱交換手段の下
面４０とウェーハ支持台２０の上面間に平行に配設した
透明な石英板からなるガス分散体であり、このガス分散
体５０は、透明石英板に0.５mmφのガス流通孔５０１を
２mmのピッチで多数形成した後、表面の仕上げ加工を施
すことにより、孔加工時のマイクロクラックを補修で
き、かつ熱線の透過率を上げる構造になっている。この
ように構成されたガス分散体５０は、熱交換手段４０を
通過することにより半導体ウェーハ３０に到達する直前
まで熱分解又は凝結されない温度に制御された原料ガス
をウェーハ支持台２０上の半導体ウェーハ３０に対して
均一に分散する機能を有する。

【００１４】図１において、胴部ジャケット１０１内に
は、該胴部ジャケット１０１の内周面とウェーハ支持台
２０の外周面との空間を胴部ジャケット１０１の半径方
向に複数に区画する径の異なる複数の筒状整流部材６０
がウェーハ支持台２０を中心にして同心に配設され、そ
して、この各筒状整流部材６０の一端は胴部ジャケット
１０１の内周面またはウェーハ支持台２０の外周面に閉
塞状態に固着されており、これにより、ウェーハ支持台
２０の外周面と筒状整流部材６０間、隣接する筒状整流
部材６０間及び胴部ジャケット１０１の内周面と筒状整
流部材６０間には、ウェーハ支持台２０から胴部ジャケ
ット１０１に向けの軸線方向に沿い蛇行しながら連通す
る層流用ガス通路７０を形成する。この層流用ガス通路
７０のウェーハ支持台２０側は、ガス分散体５０の下面
方向に向けて開口されている。上記筒状整流部材６０
は、セラミックやグラファイト等の多孔質材である高純
度耐熱性材料から成形される。

【００１５】なお、上記各ジャケット１０１，１０２，
１０３及び熱交換手段４０は、図示省略した熱媒体循環
装置に連結され、この熱媒体循環装置により各ジャケッ
トにシリコンオイル等の加熱媒体又はアルコール等の冷
却媒体である熱媒体を循環させることで各ジャケットを
所定の温度に制御できる構成になっている。また、下部
ジャケット１０３には、上記層流用ガス通路７０の胴部
ジャケット１０１側開口に連通するガス排気口８０が形
成され、このガス排気口８０は図示省略した排気ポンプ
に接続されている。

【００１６】上記のように構成されたＣＶＤ装置におい
て、ガス排出口８０を排気ポンプで吸引することによ
り、ガス導入部１０４から導入された原料ガスはガス導
入部１０４の流出孔から上部ジャケット１０２内に拡散
状態の噴出され、この噴出された原料ガスは、さらに熱
交換手段４０の多数のガス通路４０２を通過する間に熱
分解又は凝結されない温度に制御されて胴部ジャケット
１０１内に流出する。さらに、胴部ジャケット１０１内
に流出した原料ガスはガス分散体５０により均一に分散
されてウェーハ支持台２０上の半導体ウェーハ３０に供
給される。これにより、所定の成膜温度（２００〜１２
００℃）に保たれた半導体ウェーハ３０上に気相反応又
は熱分解などの化学反応により所望の薄膜を形成する。

【００１７】半導体ウェーハ３０の成膜に使用された後
のガスは、筒状整流部材６０で形成された層流用ガス通
路７０内を図１の矢印に示すように流れることにより層
流となり、ガス排出口８０から反応室１０外に排出され
る。これにより、成膜に使用された後のガスが乱流して
半導体ウェーハ３０側へ逆流するようなことがなく、層
流用ガス通路７０に沿ってガス排出口８０へ流動するこ
とになる。従って、ウェーハ支持台２０より下流のガス
中に含まれる反応生成物及び反応副生成物が半導体ウェ
ーハ３０に付着することがなく、成膜処理の安定した製
品を提供できる。また、筒状整流部材６０を、石英、純
ニッケル、ニッケル合金、セラミックやグラファイト等
の多孔質材などの高純度耐熱性材料により成形すること
により、ガス中の反応生成物及び反応副生成物は筒状整
流部材６０の表面に吸着され、これにより、反応生成物
及び反応副生成物のフレークの発生を抑制することがで
きる。

【００１８】また、各ジャケット１０１，１０２，１０
３及び熱交換手段４０には、熱媒体循環装置により熱媒
体を循環させて、各ジャケット１０１，１０２，１０３
の温度を、反応ガスが熱分解又は凝結しない温度に制御
するから、これらジャケットの内壁面反応ガスが接触し
て反応ガスが熱分解または凝結することがなくなり、半
導体ウェーハ３０への成膜を安定して行うことができる
とともに、熱分解または凝結による生成物及び副生成物
が半導体ウェーハ３０上への成膜に悪影響するのを防止
できる。また、熱交換手段４０を設けることにより、半
導体ウェーハ表面に到達する前の原料ガスの温度を熱分
解又は凝結されない温度に確実に制御できるほか、熱交
換手段４０のウェーハ支持台２０と相対向する表面を鏡
面仕上げ加工することにより、熱交換手段４０の鏡面で
ウェーハ支持台２０からの輻射熱を半導体ウェーハ側へ
反射させ、半導体ウェーハ３０の加熱効率を向上でき
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のＣＶＤ装置
によれば、層流用ガス通路に沿ってガスを反応室外へ層
流として流動するから、成膜に使用された後のガスが乱
流して半導体ウェーハ側へ逆流するようなことがなく、
ガス中に含まれる反応生成物及び反応副生成物が半導体
ウェーハに付着することがなくなり、成膜処理の安定し
た製品を提供できる。また本発明によれば、筒状整流部
材が高純度耐熱性材料から成形されてるから、ガス中の
反応生成物及び反応副生成物は筒状整流部材の表面に吸
着され、反応生成物及び反応副生成物のフレークの発生
を抑制する。

【００２０】また本発明によれば、反応室のガス導入部
とウェーハ支持台間に熱交換手段を配設することによ
り、半導体ウェーハ表面に到達する前の原料ガスの温度
を熱分解又は凝結されない温度に確実に制御することが
できる。また本発明によれば、反応室を、内部に熱媒体
の循環が可能な胴部ジャケットと、前記胴部ジャケット
の上部を閉塞し内部に熱媒体の循環が可能な上部ジャケ
ットと、前記胴部ジャケットの下部を閉塞し内部に熱媒
体の循環が可能な下部ジャケットとから構成し、各ジャ
ケット内部に熱媒体循環手段により熱媒体を循環させて
各ジャケットの温度を原料ガスの熱分解又は凝結されな
い温度に制御することにより、反応室の内壁面への反応
生成物及び反応副生成物の付着を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における原料ガスの温度制
御装置を備えたＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 反応室 １０１ 胴部ジャケット １０２ 上部ジャケット １０３ 下部ジャケット １０４ ガス導入部 ２０ウェーハ支持台 ３０ 半導体ウェーハ ４０ 熱交換手段 ５０ ガス分散体 ６０ 筒状整流部材 ７０ 層流用ガス通路 ８０ ガス排気口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室内に供給される原料ガスの熱分解
   または気相反応等の化学反応により半導体ウェーハ上に
   薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、 前記反応室内に配設した半導体ウェーハ載置用ウェーハ
   支持台より下流に、反応処理後の原料ガスを層流にして
   反応室外へ導く層流用ガス通路を形成したことを特徴と
   するＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記層流用ガス通路は、前記ウェーハ支
   持台の外周と反応室の内面間の空間に、前記ウェーハ支
   持台を中心にして同心に配設された複数の筒状整流部材
   から構成され、この筒状整流部材により前記ウェーハ支
   持台から前記反応室の内面に向けて軸線方向に沿い蛇行
   しながら反応室外へ連通する層流用ガス通路を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記筒状整流部材は、高純度耐熱性材料
   から成形されることを特徴とする請求項２記載のＣＶＤ
   装置。
4. 【請求項４】 前記反応室のガス導入部と前記ウェーハ
   支持体間に配設され、前記半導体ウェーハの表面に向け
   て流動する前記原料ガスの温度を前記半導体ウェーハに
   到達する直前まで熱分解又は凝結されない温度に制御す
   る熱交換手段を更に設けたことを特徴とする請求項１記
   載のＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 前記反応室は、内部に熱媒体の循環が可
   能な胴部ジャケットと、前記胴部ジャケットの上部を閉
   塞し内部に熱媒体の循環が可能な上部ジャケットと、前
   記胴部ジャケットの下部を閉塞し内部に熱媒体の循環が
   可能な下部ジャケットとから構成され、前記各ジャケッ
   ト内部に前記熱媒体循環手段により熱媒体を循環させて
   各ジャケットの温度を原料ガスの熱分解又は凝結されな
   い温度に制御することを特徴とする請求項１記載のＣＶ
   Ｄ装置。