JPS5810988B2 - キソウカガクハンノウホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気相化学反応装置、とくに反応ガスの間欠的導
入による試料面上への膜形成方法に関する。

本発明の目的は、気相化学反応において膜を形成する対
象物質の雪降り現象による膜の質の不均一性をなくし、
良質な膜を形成する気相化学反応方式を提供することに
ある。

（なお、上述した雪降り現象とは、例えば５ｉ０２膜を
形成する場合を例にとれは、反応ガス中の０２とＳ ｉ
Ｈ４の反応は極めて早く、炉内の空間の上方で混合した
瞬間からすでにＳ ｉ ０２が形成され、空間の下方に
移動するに従って成長し、あるものは沈下し、Ｓｉウェ
ハー面上に到達することをいう。

これは均質な膜をうるためには大きな障害である。

）上記目的を達成するために本発明においては、反応ガ
スの導入、停止を交互に繰り込えすものとする。

本発明者等は、気相化学反応時に、炉内で発生するＳｉ
Ｏ２等の対象物質粒子の粒径分布を測定したところ第１
図のような結果を得、叫図は５ｉ０２の場合を示す。

）小粒子から大粒子に成長するまでに時間遅れが存在す
ることをみいだした。

したがって、障害となる大粒子の発生時間を前もって知
っておき、その時間毎に反応ガスの導入を停止するか、
あるいは粒子検出器、あるいは粒径分布測定器によって
反応開始後の対象物質粒子の大きさを検出し、許容でき
る粒径の最大のものが検出された時点、あるいは所定粒
径の粒子の数が一定値をこえた時点で反応を停止すれば
雪降り現象を防ぐことができる。

その場合、反応時間が通常の場合に比べて短いため、所
望の膜厚になっていない。

そこで、所望の膜厚になるまで反応・停止を繰り返えせ
はよいことになる。

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例である。

１はベルジャ、２は覗窓、３は被膜される試料、４は試
料台、５はバッファー、６は試料を加熱するためのヒー
ター、７と８とは反応ガスの導入口である。

さて、気相反応時における炉内空間の一部、たとえは試
料３の直上に設けた吸引口１３を介して、炉内空間の未
反応ガスと成長した５ｉｎ２’ガスとを炉外に抽出する
。

抽出されたＳ ｉ ０２粒子は、粒子検出器１４によっ
て（この粒子検出器としては、「第２２回応用物理学関
係連合講演会予稿集（Ｉ）第１６２頁（昭和５０年４月
１日）」が好適である。

）許容する最大の粒径とその数とが検出される。

ただし、許容最大粒径はあらかじめ実、験によって求め
ておくものとする。

なお、現在半導体プロセスの気相成長膜で不良となる粒
径の最小は１μ位と考えられている。

さらに高集積化を進めるためには今後０．５μ程度の粒
径が問題となる。

粒子検出器では、第１図に示したように０．３〜０．４
μｍの粒子が一定数Ｎｓに達したときに出力信号が発生
するように構成する。

そのときの時間をＴｓとする。

その出力信号はたとえはパルス１５であってもよい。

この粒子検出器の出力信号は同時に制御信号発生器１６
とタイマー１７とに入力される。

まず、１６では入力信号を受けると同時に、正の極性の
制御信号を発生させ、これをアクチュエータ２０および
２１を駆動するためのドライバー１８と１９の入力信号
とし、反応ガスの流れを停止スべくバルブ２２および２
３を閉じる方向にアクチュエータを駆動する。

バルブ２２および２３が完全に閉じたことを検出し、そ
の信号でドライバー１８および１９の駆動源を切る。

これ以降、一定時間炉内の５ｉ０２粒子がなくなるまで
反応ガスの供給を停止する。

一方、粒子検出器の出力信号を受けたタイマーは、前記
炉内のＳｉＯ２粒子がなくなった時間と同一の時間間隔
後に信号が発生するように構成する。

その信号を制御信号発生器が受けて、今度は負の極性の
制御信号を発生し、ドライバー１８および１９、アクチ
ュエータ２０および２１を介してバルブ２２および２３
を開く。

こうして、反応炉に再び反応ガスを導入して膜形成を行
う。

時間が経過すると再び大粒子の対象物質が発生し、粒子
検出器で検出されることになり、反応ガスの導入を停止
すべく作動する。

このように、反応と反応停止とを間欠的に繰り返すこと
になって対象物質粒子の霊峰現象を防ぐ。

また、この間欠動作は所望の膜厚になるまで繰り返えす
。

なお、反応ガスとしては１例えば５ｉ０２膜を形成する
とき、ボンベ２４には０２を、又ボンベ２５．２６には
Ｎ２とＳｉＨ４を入れておけはよい。

さらに、膜にＰをドープする場合ボンベ２７にＰＨ３を
入れておく。

膜形成の際、試料３はヒーター６によって加熱されてい
る。

５ｉ０２の場合４００℃１位であり、試料台４は一般に
自公転させる。

以上に説明したのは、間欠的流量導入停止の基本的な考
え方であり、これを具体的に実現する方法は幾通りも考
えられる。

たとえば、上に説明した制御の各段階をあらかじめプロ
グラムしておいて、装置始動後はこのプログラムに沿っ
て自動的に作動する如くすることもできる。

以上説明したごとく本発明によれは、試料に膜を形成す
る工程中に、被膜材料と同質の粒子の発生に伴なう霊峰
現象が起こり、試料面上に沈下する粒子によって被膜の
質を低下させることを防ぐことができる。

これによって、たとえはシリコンウェハー全面を使用で
きることになり、製品の歩留の向上およびコストダウン
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は気相反応時における粒径分布の時間的な経過の
測定例を示す図、第２図は本発明の一実施例で反応ガス
の導入および停止の間欠制御を行うための基本構成を説
明するための概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応ガスを反応炉内に導入して試料面上に対象物質
   の膜を形成する気相化学反応方式において、反応炉内に
   生成される粒子の粒径を測定し、測定粒径値が許容粒径
   値を越えた場合には反応ガスの導入を停止させ、許容粒
   径値以下になってから反応ガスの導入を再開させるよう
   にしたことを特徴とする気相化学反応方式。