JPH11340139A - 薄膜製造装置およびそれを用いる薄膜製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板への汚染が少なく、Ｓｉ選択成長に適した
薄膜製造装置およびそれを用いた薄膜製品の製造方法を
提供する。 【解決手段】真空室となりうる上部室１および下部室２
と、これら両室の境に設けられた基板保持手段３と、上
部室１に設けられた加熱ヒータ５と、加熱ヒータ５の上
部および側周部を囲うリフレクタ６と、下部室２に設け
られガス吐出口形成面７ｃにガス吐出口７ａが形成され
たマニホールドブロック７とをを備えた半導体製造装置
であって、少なくとも上記ガス吐出口形成面７ｃの下面
に、冷媒ジャケットＡが環状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空室内、特に真
空化学エピタキシー（ＶＣＥ）系において、半導体層を
成長させる半導体製造装置およびそれを用いる薄膜製品
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空化学エピタキシー系におい
て、半導体層を成長させるためには、図３に示すような
半導体製造装置が用いられる。この装置は、ステンレス
製で、略円筒状体をしており、装置内がその略中央で上
部室１と下部室２の２室に分離されている。これら上部
室１および下部室２は、それぞれターボ分子ポンプ（図
示せず）に接続されており、真空室となりうる。

【０００３】上部室１と下部室２との境には、基板保持
手段３が備えられている。この保持手段３は、中心部が
開口した円環状をしており、半導体製造装置の内周部に
水平となるように周設されている。この保持手段３の開
口周縁部は、基板４の載置部３ａとなっており、石英製
の円環状板体である。この載置部３ａの周縁部は、この
載置部３ａの保持部３ｂとなっており、ステンレス製の
円環状板体で、その外周縁が半導体製造装置の内周部に
周設されている。

【０００４】上部室１には、加熱ヒータ５およびこの加
熱ヒータの輻射熱を反射して遮蔽するためのリフレクタ
（熱遮蔽体）６が備えられている。このリフレクタ６
は、上記加熱ヒータ５の上部および前後左右の全周囲に
配置され、下向き凹状の一体物で構成されている。

【０００５】下部室２には、反応ガスを供給するマニホ
ールドブロック７が備えられている。このマニホールド
ブロック７の、上記基板４と対峙する面には、反応ガス
を吐出するガス吐出口７ａが複数形成されている。ま
た、マニホールドブロック７へは、半導体製造装置の外
部から供給管７ｂを通して、反応ガスが供給されるよう
になっている。

【０００６】上記半導体製造装置を用い、例えばつぎの
ようにして、基板４に半導体層を成長させることが行わ
れる。すなわち、まず、基板４を基板保持手段３の載置
部３ａに載置する。ついで、ターボ分子ポンプを作動さ
せることにより、上部室１および下部室２を真空室にす
る。このときの真空度は、１０^-4〜１０^-2Ｔｏｒｒ程度
である。つぎに、加熱ヒータ５を加熱させることによ
り、基板４を約１０００℃に加熱する。つぎに、マニホ
ールドブロック７のガス吐出口７ａから反応ガスを、基
板４の下面に向かって吐出させることにより供給する。
反応ガスとしては、Ｓｉ₂ Ｈ₆ ，ＧｅＨ₄ ，ＰＨ₃ ，Ｂ
₂ Ｈ₆ 等があげられる。このようにして、基板４の下面
に半導体層を成長させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造装置では、加熱ヒータ５の輻射熱により、基板保持手
段３の載置部３ａ，リフレクタ６，マニホールドブロッ
ク７のガス吐出口形成面７ｃ等、加熱ヒータ５の近くに
配置された各部材が過度に高温となり、これらの部材を
構成する材料の金属が気化し、この気化した金属が基板
４に付着して金属汚染を招くという問題が発生する。さ
らに、次工程で基板４を他の装置で処理する場合、処理
中に基板４から金属が拡散し装置内や同時処理される他
基板を汚染してしまう。このような二次的汚染は生産性
を著しく低下させてしまう。

【０００８】また、マニホールドブロック７のガス吐出
口形成面７ｃの温度が、基板４に対する加熱の影響を受
けて高くなりすぎると、マニホールドブロック７のガス
吐出口形成面７ｃ付近で反応ガスが活性化する。そし
て、基板４の表面以外で反応ガスが活性化すると、上記
半導体製造装置をＳｉ選択成長プロセス等に用いる場合
に、選択性の劣化を招くという問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、基板への汚染が少なく、Ｓｉ選択成長等に適し
た薄膜製造装置およびそれを用いた薄膜製品の製造方法
の提供をその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、真空度を１０^-10 〜１０^-1Ｔｏｒｒにな
しうる真空室と、この真空室内の略中央に基板を保持す
る基板保持手段と、上記保持された基板の一面に輻射熱
を与える加熱手段と、上記基板の他面に反応ガスを供給
する反応ガス供給手段とを備えた薄膜製造装置であっ
て、上記反応ガス供給手段の、上記基板の他面と対峙す
る面に複数のガス吐出口が形成されているとともに、こ
のガス吐出口形成面を冷却する冷却手段が設けられてい
る薄膜製造装置を第１の要旨とし、上記加熱手段の上部
および側周部を囲う熱遮蔽体が設けられているととも
に、この熱遮蔽体を冷却する冷却手段が設けられている
薄膜製造装置を第２の要旨とし、上記基板保持手段を冷
却する冷却手段が設けられている薄膜製造装置を第３の
要旨とし、上記薄膜製造装置のいずれかを用いて、金属
不純物含有率が１００ｐｐｍ以下の薄膜を形成する薄膜
製品の製造方法を第４の要旨とする。

【００１１】すなわち、本発明の薄膜製造装置は、加熱
手段の輻射熱により高温となり過ぎる部材を、特定の冷
却手段により冷却して、その部分から材料金属が気化す
ることを低減させるようにしたものである。したがっ
て、材料金属による基板汚染を大幅に低減することがで
き、製品の性能悪化を防止することができる。また、ガ
ス吐出口形成面付近で反応ガスが活性化することがなく
なり、基板表面で反応ガスが活性化するようになる。し
たがって、上記半導体製造装置をＳｉ選択成長プロセス
に用いる場合、選択性がよくなる。

【００１２】特に、上記ガス吐出口形成面に対する冷却
手段として、ガス吐出口形成面に直接冷媒ジャケットを
付設するか、ガス吐出口形成面を基板の他面から１ｃｍ
以上間隔をあけて配設したものは、ガス吐出口形成面を
効果的に冷却することができる。

【００１３】また、本発明の装置を用いる場合、特にシ
リコン，酸素，窒素，およびゲルマニウムのいずれかを
含む薄膜製造に用いることが好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて詳しく説明する。

【００１５】図１は、本発明の半導体製造装置の一実施
の形態を示している。この装置は、図３に示す従来の半
導体製造装置と基本的には同一の構成であり、同一部分
に同一番号を付して、その説明を略す。ただし、この装
置には、基板保持手段３の最外部にある保持部３ｂの下
面，リフレクタ６の外表面，ならびにマニホールドブロ
ック７のガス吐出口形成面７ｃの内面および側壁７ｄの
上部外面のそれぞれに、冷媒ジャケットＡが付設されて
おり、これが本発明の重要な特徴である。

【００１６】すなわち、これらの部分は、加熱ヒータ５
の近くに配置されているため、すでに述べたように、そ
のままでは、ヒータ加熱により過度に高温となりやすい
が、冷媒ジャケットＡが形成され、そこに水等が導入さ
れるため、部材３ｂ，６，７ｃ，７ｄが冷却され過度に
高温となることがない。したがって、上記部材３ｂ，
６，７ｃ，７ｄの材料金属が気化することを低減させる
ことができ、基板４に対する不純金属汚染を防止するこ
とができる。これにより、製品の性能悪化を防止するこ
とができる。

【００１７】特に、マニホールドブロック７においてガ
ス吐出口形成面７ｃの内面に冷媒ジャケットＡが形成さ
れ、そこに冷媒が導入されるため、ガス吐出口形成面７
ｃ付近で反応ガスが活性化することがなくなり、基板４
の下面で反応ガスが活性化するようになる。したがっ
て、上記半導体製造装置をＳｉ選択成長プロセス等に用
いる場合、選択性がよくなる。

【００１８】なお、上記装置において、各冷媒ジャケッ
トＡの形態はどのようなものであってもよく、冷媒が通
過する配管を、らせん状に巻きつける、ジグザクに配す
る、うずまき状に配する等、適宜に設定することができ
る。また、配管によらず、冷媒ジャケットＡを形成する
部材を、予め、中空部を有する２層体に形成しておき、
その中空部に水等の冷媒を導入して、部材自体がジャケ
ット構造を備えるようにしてもよい。

【００１９】また、冷媒ジャケットＡに導入する冷媒
は、水の他、液体窒素等、他の冷却液体や冷却気体を適
宜用いることができる。

【００２０】さらに、冷媒ジャケットＡは、基板保持手
段３の最外部にある保持部３ｂの下面，リフレクタ６の
外表面，ならびにマニホールドブロック７のガス吐出口
形成面７ｃの内面および側壁７ｄの上部外面の全ての部
材に設ける必要はなく、これらのうち少なくとも１つの
部材に設けることで、ある程度の効果を得ることができ
る。ただし、上記の例のように、加熱の影響を受ける部
材全てに冷媒ジャケットＡを設けることが、高品質の半
導体薄膜を得ることにつながる。

【００２１】図２は、本発明の半導体製造装置の他の実
施の形態を示している。この装置も、図３に示す従来の
半導体製造装置と基本的には同様であるが、ガス吐出口
形成面７ｃが、従来に比べ基板４の下面から大幅に下方
に設定されている（具体的には基板４の下面から９ｃｍ
間隔をあけて配設されている）。そして、従来は、上記
ガス吐出口形成面７ｃに、単なる孔として形成されてい
たガス吐出口７ａが、ガス吐出口形成面７ｃから筒状に
突出形成され、その先端が、基板４の下面に近接されて
いる。また、マニホールドブロック７のガス吐出口形成
面７ｃの内面および側壁７ｄの上部外面に、図１の装置
と同様、冷媒ジャケットＡが形成されている。

【００２２】この装置によれば、吐出口形成面７ｃが過
度に高温とならない程度に基板４の下面から充分な間隔
をあけて配設されているとともに、冷媒ジャケットＡに
よる冷却が行われ、しかも、ガス吐出口７ａが筒状に延
びて基板４の下面に近接しているため、ガス吐出口形成
面７ｃ付近で反応ガスが活性化することがなくなり、基
板４の下面でのみ反応ガスが活性化するようになる。し
たがって、上記半導体製造装置をＳｉ選択成長プロセス
等に用いる場合、選択性がよくなる。また、冷媒ジャケ
ットＡによる冷却のため、冷媒ジャケットＡが形成され
た上記部材７ｃ，７ｄが過度に高温となることがない。
このため、図１の装置と同様、上記部材７ｃ，７ｄの部
材金属が気化することを低減させることができ、基板４
に対する不純金属汚染を防止することができる。

【００２３】なお、上記他の実施の形態では、ガス吐出
口形成面７ｃを、基板４の下面から９ｃｍ間隔をあけて
配設したが、その間隔は、これに限定されるものではな
く、１ｃｍ以上あればよい。その間隔が１ｃｍよりも短
いと、ガス吐出口形成面７ｃが加熱ヒータ５に近すぎ
て、吐出口形成面７ｃが過度に高温となり、吐出口形成
面７ｃ付近で反応ガスが活性化してしまう。その結果、
半導体製造装置をＳｉ選択成長プロセスに用いると、選
択性の劣化を招いてしまう。

【００２４】また、この装置においても、図１の装置と
同様、基板保持手段３の最外部にある保持部３ｂの下面
およびリフレクタ６の外表面に冷媒ジャケットＡを設け
るようにしても差し支えはない。

【００２５】そして、図１，図２の装置は、基板４に半
導体層を成長させる場合に用いる以外に、導電性薄膜や
絶縁膜等、各種結晶膜の成長に用いることができる。な
かでも、薄膜として、シリコン，酸素，窒素，ゲルマニ
ウムのいずれかを含むものを成長されるのに用いること
が好ましい。酸素，窒素およびシリコンを含むガスを用
いて、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成する場
合、性能劣化を防ぐため金属不純物の混入しない絶縁膜
形成が要求されているからである。また、シリコンやゲ
ルマニウムを含むガスを用いて、多結晶性シリコン，多
結晶性ゲルマニウムや多結晶性シリコンゲルマニウム混
晶等の導電性膜を形成する場合も同様に金属等の不純物
を含まないことが要求されているからである。

【００２６】さらに、ＭＯＳトランジスタを製造する場
合、上記のように酸素，窒素およびシリコンを含むガス
を用いて、ゲート絶縁膜を形成したのちに、ガスをシリ
コンやゲルマニウムを含むガスに切り替えて、ゲート電
極を続けて形成することができる。従来技術では別々の
工程で形成していたゲート絶縁膜およびゲート電極を一
度に形成することになり、生産性を向上することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明の薄膜製造装置
は、加熱手段の輻射熱により高温となり過ぎる部材を、
特定の冷却手段により冷却して、その部分から材料金属
が気化することを低減させるようにしたものである。し
たがって、材料金属による基板汚染を大幅に低減するこ
とができ、製品の性能悪化を防止することができる。ま
た、ガス吐出口形成面付近で反応ガスが活性化すること
がなくなり、基板表面で反応ガスが活性化するようにな
る。したがって、上記半導体製造装置をＳｉ選択成長プ
ロセスに用いる場合、選択性がよくなる。

【００２８】特に、上記ガス吐出口形成面に対する冷却
手段として、ガス吐出口形成面に直接冷媒ジャケットを
付設するか、ガス吐出口形成面を基板の他面から１ｃｍ
以上間隔をあけて配設したものは、ガス吐出口形成面を
効果的に冷却することができる。

【００２９】また、本発明の装置を用いる場合、特にシ
リコン，酸素，窒素，およびゲルマニウムのいずれかを
含む薄膜製造に用いることが好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体製造装置を示す
説明図である。

【図２】本発明の他の実施の形態の半導体製造装置を示
す説明図である。

【図３】従来の半導体製造装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 上部室 ２ 下部室 ３ 基板保持手段 ５ 加熱ヒータ ６ リフレクタ ７ マニホールドブロック ７ａ ガス吐出口 ７ｃ ガス吐出口形成面 Ａ 冷媒ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 徹 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内 (72)発明者 古川 泰助 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 斧 高一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 木山 洋実 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空度を１０^-10 〜１０^-1Ｔｏｒｒにな
   しうる真空室と、この真空室内の略中央に基板を保持す
   る基板保持手段と、上記保持された基板の一面に輻射熱
   を与える加熱手段と、上記基板の他面に反応ガスを供給
   する反応ガス供給手段とを備えた薄膜製造装置であっ
   て、上記反応ガス供給手段の、上記基板の他面と対峙す
   る面に複数のガス吐出口が形成されているとともに、こ
   のガス吐出口形成面を冷却する冷却手段が設けられてい
   ることを特徴とする薄膜製造装置。
2. 【請求項２】 上記冷却手段として、少なくとも上記ガ
   ス吐出口形成面に、冷媒ジャケットが付設されている請
   求項１記載の薄膜製造装置。
3. 【請求項３】 上記冷却手段として、上記ガス吐出口形
   成面が、基板の他面から１ｃｍ以上間隔をあけて配設さ
   れており、ガス吐出口がガス吐出口形成面から筒状に突
   出形成されている請求項１記載の薄膜製造装置。
4. 【請求項４】 真空度を１０^-10 〜１０^-1Ｔｏｒｒにな
   しうる真空室と、この真空室内の略中央に基板を保持す
   る基板保持手段と、上記保持された基板の一面に輻射熱
   を与える加熱手段と、上記基板の他面に反応ガスを供給
   する反応ガス供給手段とを備えた薄膜製造装置であっ
   て、上記加熱手段の上部および側周部を囲う熱遮蔽体が
   設けられているとともに、この熱遮蔽体を冷却する冷却
   手段が設けられていることを特徴とする薄膜製造装置。
5. 【請求項５】 真空度を１０^-10 〜１０^-1Ｔｏｒｒにな
   しうる真空室と、この真空室内の略中央に基板を保持す
   る基板保持手段と、上記保持された基板の一面に輻射熱
   を与える加熱手段と、上記基板の他面に反応ガスを供給
   する反応ガス供給手段とを備えた薄膜製造装置であっ
   て、上記基板保持手段を冷却する冷却手段が設けられて
   いることを特徴とする薄膜製造装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄
   膜製造装置を用いて、金属不純物含有率が１００ｐｐｍ
   以下の薄膜を形成することを特徴とする薄膜製品の製造
   方法。
7. 【請求項７】 上記薄膜がシリコン，酸素，窒素，およ
   びゲルマニウムのいずれかを含む薄膜である請求項６記
   載の薄膜製品の製造方法。