JPS5893323A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン添加装置を有した半導体製造装置憂こ
関する。

半導体製造工程で、静電気は非常に問題となる。特に製
造プロセスにおいては、微粒子がすぐ帯電している物質
に付着し、半導体製造工程で、不純物導入や欠陥導入の
非常に大きな原因となっている。空気中の相対湿度がた
かだか２０〜３０９６程度より低くなってくるとこの静
電気の問題が非常に大きくなってくる。クリーンルーム
などには、帯電防止のイオン添加装置が取り付けられて
いるが、ウェット酸化などを除き殆んどの装置では、水
分を完全に除去した完全乾燥系であるにもかかわらず１
石英反応管内等の反応室内の帯電についてはその対策が
なされていない。又。

高純度半導体結晶を得るときなどは、成長系のリークが
非常に問題となる。通常、成長系の金属接続やバルブな
どには注意が払われているが１石英のガス透過性はあま
り問題にしていない。

本発明の目的は１反応管中での静電気防止と１石英管の
二重化による不純物ガスリークを抑えることにより、低
不純物で、かつ低欠陥な半導体装置を製造する製造装置
を提供することである。以下９本発明について洋述す半
導体プロセスに用いるガスの純度は非常に高（、その中
の水分も非常に少なく２通常、露点−７０℃以下のガス
が用いられている。−７０℃の露点というのは１体積濃
度にして、はぼ３ｐｐｍ（３Ｘ１０−’％）程度である
。すなわち、湿度としては非常に低く、ガス゛が流れる
ことによって、製造装置の絶縁物は容易に帯電してしま
う。特に、製造プロセスには石英管を使用するので、特
に注意を払う必要がある。この解決法として、第一に。

少な（とも、各県は接地を行ない、装置全体が帯電しな
いようにする。各配管、電気炉等を接地性なう。たとえ
、十分な接地をしても、石英管、ＳｉＣ管などは絶縁物
なので、チャージを十分に逃がすことはできない。ただ
。

気炉に殆んど完全に囲われるので、電気炉の接地が十分
であれば、外部からの雑音による電位変化は防ぐことが
できる。反応室に導入されるガスは、十分綿化されると
同時に各種フィルタによりガス中に含まれるゴミは除去
されている。現在では、２〜３００λ程度以上のコミの
除去が行なえるようになっている。しかし、特に集積回
路では、熱酸化、熱窒化及びＣＶＤ等で作られる成蚤膜
の厚さが。

高密度化につれて、急激に薄くなっており。

ＭＵＳＩＣのゲート絶縁膜Ｃ８ｒ、Ｎ４，５ｉＯｘ　）
では、すでに１００Ａ以下の膜厚が検討され始めている
。こうしたところに、ａ゛ｏｏ入のゴミが付着したので
は、決して良質な膜は得られない。ゴミの大きさが９次
第に小さくなるとゴミの吸着は、もっばら静電吸着で起
るようになる。したがって１反応管壁やウェハ表面、ウ
エハホルクー等に帯電があれば微９なゴミの吸着が起っ
て、成長膜などの質を劣化させる。さらに１通常の半導
体プロセスで進行する現象は、熱エネルギーで高々１．
０００℃からＬ３００℃程度のものである。電気的なエ
ネルギーに換算すると（ｑｖ＝＊Ｔ。

ｑ：単位電荷、■＝電圧、にニボル・ンマン定数、Ｔ：
゛温度）、０．１Ｖ程度の値である。す表面に帯電によ
り０．１ Ｖ程度の電位°烏が生じてし）れば９表面での反応は均
一に起らず、成長膜等）と不均一を虫ずを防止すること
は、均一な成長　′ 膜成長層工・νチング等を得るの番ときわめて重要であ
る。第二には、成長系暑と流すガス自体に＋、−のイオ
ンを含んだガスを所定の時間系内に流す。これは、成長
系など１こ反応ガスを流入する前に、たとえばＨＣＬガ
スなどを放電してＨ”　、　ＣＪ！−のイオンを作り系
１こ導入するとヨイ。正、負のイオンによる帯電防止と
同時にＣＬによる清浄化が行なわれる。こうする体ウニ
ノーの不純物、欠陥等の導入が非常番こ減少し、半導体
装置の良品化率、寿命、性能カイ飛躍的に進歩する効果
を生む。

第１図はイオン添加装置の実施例である。

石英管などの絶縁物管中１３２１こＨＰ　＋　歯＋　Ａ
ｒＣオ、、ＨＣｊなどあるいは、これ どのガス１３５を通過させる。この絶縁物ノ寸己プを導
波管１３１の中を通し、定常的＄こ番よ、高周波数１０
ＭＨｚから数ＧＨｚの間の高周波によりプラズマ化しイ
オン添加装置とする。

高周源電源、整合回路、導波管等を含めて高周波電力供
給回路とする。しかし、定常約６こは高周波放電でよい
が、−最初に放電を引き起こすトリガ回路が必要で、こ
れがｇｔ図中憂こ示される電極１３４間で、瞬時的に高
電圧を印加して放電を開始する。一度、放電が開始すれ
ば高周波励起で放電は持続する。ノ寸ルス電源１３３の
定格は、電極の間隔、ガス圧及びガスの種類番こより決
定できる。ノぐツシエンの法則により、各ガス、各圧力
によって、任意に設計すればよい。電極１３４は、高融
点作るが、直接ガス中に金属が露出していない方が、不
純物汚染の点から好ましい。石英なとのガラス類で被服
した方゛がよい。

放電持続のための高周波印加は、第１図の例では、マイ
クロ波による放電を対象として導波管で示したが１周波
数がもっと低い時には、絶縁物管１３２の外側に平行平
板電極を設けて放電を持続させてもよい。あるいは。

電極１３４間に印加するパルス電圧をくり返し印加する
ことで、放電を断続的にくり返してもよいわけである。

要するに、所要の反応を行なう反応ガスを１反応室に導
いてＣＶＤや成長あるいは、エツチングを行なう前に。

Ｎ２やＡｒとＣｊ、ガス、あるいはＨＣｊｌガス等を導
入して放電させ、正、負のイオンを導き１反応管壁や半
導体ウニ・・あるい、！マウエノ・ホルダーの帯電を打
消せばよいわけである。Ｃｌによりウェハがエツチング
されすぎ−るときは、負イオンを作る他のガスに切換え
る。

乙の放電装置は１反応室内の帯電を除去するために必要
な正及び負イオンを発生させればよいわけであるから、
放電部を必すしもガス供給系に設ける必要はない。反応
室内のガスの上流側に設けても、もちろんよいわけであ
る。反応室の反応にもっとも重要な部分が帯電防止され
ればよいからである。反応室を作る材料は１石英管、　
Ｓｉ　Ｃ管に限らず、各種高純度絶縁物でもよいし、ス
テンレス、ハステロイなどの金属でもよい。

第２図は、ガラスの組成Ｃと康ガスの透過率Ｔ、　Ｈの
関係である。横軸は、全体の５ｉＯｉのｍｏ！９６て、
５ｉｎｓにＢ、０３とｐ、　ｏ、が混入している。縦軸
がＨｅの圧力差が１気圧のときの透過率Ｔ、　Ｒを示し
ている。Ｓ　ｉ　Ｏｘに対してＢ２０．とＰ。

Ｏ１ｌ！混入させる基こつむて、　Ｈｅ透過率が下る。

５ｉＯｓ１００９６すなｉち、高純度石英ガラスが、ガ
ラスの中で最もＨｅガスの透過量が多くなる。第１表は
９石英ガラスの各ガス、各温度における通気性である。

測定者によって、相当なひらきがあるが、一応の傾向は
つかめる。高温になると、非常に通気性がよくなること
が明らかである。

〈第　１　表〉 石英管をベーキングしながら、真空に引くことを考え、
１，０００℃での気体の透過量について検討する。

温度１．　ＯＯＯ℃１石英管直径８　ｃｍ　、肉厚３　
ｍｍ、石英管長さくベーキングされる所）１００ｃｍの
条件で、大気中のＨｅ　、　Ｈａ、　８２の分圧を考え
て、ガスの通過量を計算する。第２表は、各ガスの石英
管の通過量である。

く第　２　表〉 大気中の分圧のためＮ、のガス通過量が非常に大きくな
っている。０２のデータがないが分子径などから考えて
、Ｎ２と同じ程度とすると、これも非常に問題となる。

Ｎ２の透過量を少な（するには９石英管を二重にして、
その間を低圧にすることが最もよい。１Ｔｏｒｒ以下に
するだけで１０　”−’　Ｔｏｒｒ−ｊ　／ｓｅｃ　　
以下になる。

又は、二重管の間にＡｒなどを充たしておくとＡｒはＮ
２より２桁程小さいから、１０−’ＴＯｒｒ−１１／Ｓ
ｅＣの通過量にはなる。１，０００１）ｐｍ以下の不純
ガスを含んだＨｅ　、Ａｒ、　Ｎ、、　Ｎｅ。

Ｈ，ｔＬど、（すなわち純度９９．９９６）のガスをガ
スの通過量となる二上記に示した条件２６灸管径８　ｃ
ｍ　、厚み３闘としたとき、管内番こＨ２を１　／　／
　ｍ　ｉ　ｎ　　（１気圧）の流量で流したと□　きの
大気中からのたとえば、Ｎ２のＨ８中への相介拡散によ
る混合量は。

となり、Ｈ３中に４ｐｐｍ程度のＮ２が混入することに
なる。０．＋−程度であれば、非常に問題となる。流量
’（Ｈ，）を１０／／ｍｉｎにしても１桁下るだけで、
０．４ｐｐｍの程度であり、上記述べた二重管形べが必
要である。

例えばＧａ　Ａｆｆｉ　Ａｓの混晶の液相成長では酸素
濃度が０．０１　ｐ　ｐ　ｍ程度になるとほとんど酸化
されず非常によい状態で結晶級長できる。本発明による
と非常に簡単′にこれが達成でき、前記述べたよう番ζ
二重管形式にして１反応室外側の条件は真空であればＩ
Ｔｏｒｒ程度、ガスであれば９９．９９６程度の純度で
、残留ガスを全部酸素として、リーク量を考えてえるこ
とができる。ＡＩ以外の他の酸化物で、代表的な物質と
してＳ　ｉ　Ｏ，があるが、この熱力学量から考慮して
も、はるかにＡｊの方が酸化されやすいので、他の場合
も、充分である。

第３図は、半導体製造装置の実施例である重管になさ武
た部分の長さは電気炉３０３より少し長ければ問題ない
。上流にイオン添加装置３０２を設置し、ガス３０６を
装置に流入させ、試料台３０４の上の試料３０５があり
、酸化したり、結晶成長したり、拡散等を行なう半導体
製造装置を示す。電気炉３０３は、抵抗加熱炉、赤外゛
線加熱炉、高周波加熱炉Ｉ！１づれであってもよい。赤
外線加熱炉や高μ波加熱炉においては９石英、管の冷却
が可能であるので、不純物導入、リーク量において、抵
抗加熱暫よりも有利である。抵抗加熱炉において、二重
管構造は効果が顕著に表われる。

以上９本発明は、イオン添加により反応！内の帯電を防
止することにより１反応管の開閉時の微粒子の導入を防
ぎ、又１石英管の二重管化を行なうことで、不純物のリ
ーク−量を減小させることで、低不純物、低欠陥の半導
体装置をえる効果があり、その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のイオン添加装置の実施例、第２図は
、ガラスの組成とＨｅガスの透過率の関係図、第３図は
２本発明の半導体製造装置を説明するための図である。 １３１・・・・・・導波管、１３２・・・・・・絶縁管
、１３４・・・・電極、１３−５・・・・・・ガス、１
３６・・・・・・高周波、第３図中、３０１・・・・・
・二重石英管、３０２・・・・・・イオン添加装置、３
０３・・・・・・加熱装置ｔ３０４・・・・・・試料台
、３０５・・・・・・試料’、３０６・・・・・・ガス
。 ／３６ 第１図 第２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　半導体ウェハを保持する部分を備えた反応室
   と、前記反応室に所要のガスを供給するガス供給系を備
   え、前記ガス供給系の前記反応室に隣接する部分に、放
   電を起させるための装置を備えたことを特徴とする半導
   体製造装置。
2. （２）特許請求第１項記載の半導体製造装置において２
   石英反応管を有し、該石英反応管が少なくとも炉長より
   長い部分に、！り二重石英管構造であり、該二重石英管
   の間が１ｔｏｒｒ以下の真空もしくは、該二重石英管の
   間隙に純度９９．９４以上のガスを流すことを特徴とす
   る半導体製造装置。