JPS60257129A

JPS60257129A - 膜形成装置

Info

Publication number: JPS60257129A
Application number: JP11293584A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tanigaki; 谷垣　幸男; Hideo Sakai; 秀男坂井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-06-04
Filing date: 1984-06-04
Publication date: 1985-12-18

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】〔技術分野〕本発明は、膜形成技術に関し、特に半導体装置の製造に
おける気相成長（ＣＶＤ）に利用して有効な技術に関す
る。

〔背景技術〕

ウェーハ主表面に薄膜を形成すべく、次のようなＣＶＤ
装置を考え出した。

すなわち、円筒形の反応管を横向きに配置し、一端面を
開閉可能な扉構造とする。

一方、複数のウェハを搬送台に並立させ、搬送台ととも
に、扉構造より反応管内に挿入したのち、扉構造を閉止
させ、反応管内に気密に保持する。

なお、反応管の容積を有効に利用するため、ウェハ平面
は、反応管長手方向に対して垂直となるように、搬送台
に並立されている。

反応管外部より加熱し、反応管内部を所定の温度に保持
しつつ、反応管の一端面に設けられた排気口より、たと
えば真空ポンプ等で排気しながら、他端面に設けられた
ガス供給口を通じて、反応ガス及びキャリアガス等を、
反応管内部に供給する。

所定の時間上記の状態を保持して、たとえば、熱分解等
の化学反応により１．ウェハ表面に、所用の膜厚及び膜
質を有する、薄膜を形成させる。

このようにして操作を終えたウェハは、前記扉構造を開
放して、反応管外に取り出される。

以上のようにして、ウェハをバッチ式に処理するもので
ある。

ところが、上記のＣＶＤ装置においては、以下のような
種々の欠点があることを本発明者は見い出した。

すなわち、反応管内のガスの流れが、ウェハによって乱
され、ガスとウェハ平面各部の接触状態が一様でなくな
る。

この結果、ウェハ一枚に着目してみると、ウェハ各部に
形成される膜厚および膜質が不均一となる。

さらに、反応管内における反応ガスの濃度は、反応ガス
が途中で消費されるため、上流側と下流側では異なる。

したがって、−回の操作で処理されるウェハ全体に着目
すれば、上流側、すなわちガス供給口に近いところに位
置するウェハと、下流側、すなわち排気口に近いところ
に位置するウェハでは、形成される膜厚および膜質にバ
ラツキを生じる。

また、反応管が横型であるため、反応管の横断（３）面方向の温度差が生じやすく、この温度差は５反応管の
径の大型化とともに顕著となり、ウェハのの大口径化に
対応することが困難である。

（ＶＤ装置について述べである文献として、電子材料１
９８２年別冊、ｒＣＶＤ・エピタキシャル装置ＪＰ７５
〜Ｐ８１　（工業調査会発行、昭和５７年１１月１５日
発行）がある。

〔発明の目的〕

本発明は均一な膜厚および膜質の得られる膜形成技術を
提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
発明帯の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、反応管を縦形に設置し、ウェハ主表面が、反
応管横断面に平行となるように保持しつつ回転を与え、
該ウェハ平面に平行な流れ方向を有するガスを供給しな
がら反応を進行させること（１）により、ウェハ表面に、均一な膜厚および膜質を有する
膜を形成でき得るものである。

〔実施例１〕第１図は、本発明の一実施例であるＣＶＤ装置の縦断面
図、第２図は第１図における、ｎ−ｎ線矢視断面図であ
る。

反応容器１は縦形に設置され、その上端面には、反応容
器１に着脱自在な、蓋体２が設けられ、シール機構３に
より、反応容器１内の気密が保持される構造となってい
る。

蓋体２には、モータ台４が設けられ、モータ５を固定し
ている。

さらに、蓋体２の中央部を、ウェハ保持治具６が回転自
在に貫通しており、継手７を介してモータ５の回転軸８
に連結され、モータ５の回転が伝達される。

蓋体２の、ウェハ保持治具６の貫通部には、メカニカル
シール９が設けちれ、ウェハ保持治具６の回転中に、貫
通部の気密が保持される構造となっている。

（９ノウェハ保持治具６は、その長手方向が反応容器１長手方
向にあり、ウェハ１０を保持する部分は、３本に枝分か
れしたような構造になっている。

複数のウェハ１０は、第２図に示される如く、各々その
円周上の３ケ所を、ウェハ保持治具６の、ウェハを保持
する部分に設けられた、溝１１に着脱自在に嵌挿され、
第１図に示されるようにほぼ水平に保持される。

反応容器１の下端面周辺部には、第１図に示されるよう
にガス導入管１２およびガス排気管１３が、下端面中心
を挟んで対向する位置に、貫通されている。貫通部は封
着され、気密が保持されている。

ガス導入管１２において、反応容器１の内部に突出した
部分には、複数のガス供給口１２Ａが、反応容器ｌの中
央部に面して、管体の軸方向に配列されており、ガス導
入管１２の先端部は封止されている。

同様にガス排気管１３においても、反応容器］の内部に
突出した部分に、複数のガス排気口１３Ａが、各々ガス
供給口１２Ａと対向するべく配列されており、ガス排気
管１３の先端部は封止されている。

ガス導入管１２は、ガス供給装置（図示せず）に接続さ
れており、適時に所定の組成のガスが供給される。

ガス排気管１３は、たとえば真空ポンプ等の排気装置（
図示せず）に接続されており、適時に。

反応容器１内部の排気が行なわれる。

反応容器１の外周部には、加熱体１４が設けられ、適時
に、反応容器１の内部を所定の温度に保持できる構造と
なっている。

次に本実施例の作用を説明する。

蓋体２を、反応容器の直」二方向に、たとえば、昇降装
置（図示せず）により移動させ、ウェハ治具６を、反応
容器１の外部に露出させる。

所定の数量のウェハ１０は、第１図に示されるように、
ウェハ保持治具６に、各々水平に装着される。

蓋体２は、ウェハ治具６とともに、昇降装置により、ゆ
るやかに下降され、反応容器１と一体となり、シール機
構３により、接合部の気密が保持される。

ガス排気管１３に設けられたガス排気口］、３Ａを通じ
て、気密に保持された、反応容器１内の排気が行なわれ
、所定の真空度にするとともに、加熱体１４により、反
応容器Ｉの内部を、所定の温度に保持する。

ウェハ１０は、ウェハ保持６を介して、モータ５の、所
定の速さの回転が伝達され、反応容器１の横断面と平行
の状態を維持しながら、第２図における、矢印Ｂに示さ
れる如く、回転される。

反応ガスは、たとえば、ガス供給装置（図示せず）を経
て、組成、流量、温度等が所定の値となるように調整さ
れ、ガス導入管１２に設けられた′複数のガス供給口１
．２Ａにより、複数のウェハ１０に均一に供給される。

ウェハ１０に供給された反応ガスは、ガス排気口１３Ａ
が、ウェハ１０を挟んで、はぼ対向する位置にあるため
、ウェハ１ｏの主表面と平行な流（７）れ方向を有する、乱れのない流れとなり、反応ガスとウ
ェハＩＯの主表面各部の接触状態が一様となる。

また、第２図に示される、反応容器１の横断面内におい
て、反応ガスは、ガス供給口１２Ａより、ガス排出口１
３Ａに至るまでに、反応によって徐々に消費され、濃度
勾配を生ずるが、ウェハ１０が矢印Ｂの如く回転してい
るため、ウェハｌＯの各部に対する前記濃度勾配の影響
は相殺され、均一な反応が行なわれる。

所定の時間、」二記の状態に保持して反応を進行させた
後、反応容器１内は常圧に保持され、蓋体２を」二方に
移動させ、ウェハ１０は、未処理のウェハと入れ替えら
れる。

以上の操作を繰り返すことにより、バッチ式にウェハは
処理される。

〔実施例２〕本発明による他の実施例であるＣＶＤ装置の横断面を、
第３図に示す。

本実施例では、第１図及び第２図で示される実（８）施例１におけるガス導入管口に及び、ガス排気管１３の
役目を、反応容器１の内部に、反応容器１の壁面と一体
に設けられた、２つの平行な仕切り１．５．１６によっ
て、それぞれ構成される、ガス導入部１７、およびガス
排気部１８によって行なわせるものである。

仕切りＩ５には、複数のガス供給口１５Ａが、その全面
にわたって設けられ、同様に、仕切り１６には、複数の
ガス排気口１６Ａが設けられている。

反応ガスは、反応容器１の底部に設けられた管（図示せ
ず）により、ガス導入部１７に導入され、ガス供給口１
５Ａを通じて、ウェハ１０に、シャワー状に、均一に供
給される。

ガス排気部１８は、管（図示せず）により、たとえば真
空ポンプ（図示せず）に接続され、ガス排気口１６Ａを
通じて、反応容器１内の排気が行なわれる。

本実施例においても、前記実施例１と同様の作用により
、ウェハ主表面には、均一な膜厚、膜質を有する膜が形
成される。

〔実施例３〕第４図は本発明によるＣＶＤ装置の、そらに他の実施例
を示すもので、反応容器１の横断面の形状が、実施例１
の場合と異なるものである。

すなわち、ガス導入管１２とガス排気管１３を結ぶ方向
と直交する方向に位置する、反応容器１の壁面を、横断
面形状が円形である場合に比較して、ウェハ１０の位置
する方向に接近させ、反応容器１内の無駄な容積を減少
させたものである。

この結果、反応容器１内の排気に要する時間が短縮され
る。

また、ウェハ１０をウェハ保持治具６に装着する方法と
しては、第５図に示される如く、ウェハ１０の挿入方向
が、わずかに高くなるようにされ、ウェハ１０が、ウェ
ハ保持治具６より脱落することを防止している。

〔効果〕

（１）ガスの流れ方向がウェハ平面と平行であるため、
乱流が生じにくいこと、および、反応中にウェハまたは
ガス供給手段が回転されるため、反応ガスの組成変化等
の影響が相殺され、ウェハ各部に起る反応が平均化され
る結果、ウェハ内の膜質および膜厚均一性が向上する。

（２）ウェハ配列方向の全長にわたって１反応ガスの供
給および排出手段が設けられているため、一度に処理さ
れる、複数のウェハ間の膜質および膜厚均一性が向上す
る。

（３）反応容器を縦形とすれば、反応容器の横断内の温
度分布を均一にすることが比較的容易となり、ウェハの
大口径化に対応することが可能である。

（４）さらに、ウェハ治具を反応容器内に挿入する場合
に、反応容器の壁面との接触を防止する、いわゆるソフ
トランディングが容易なため、ウェハ表面への異物の付
着を減少させ、歩留りが向上する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもな（１１）（Ａｏたとえば、静止するウェハに対して、ＣＶＤ装置側を回
転させることも可能である。

〔利用分野〕

以−ヒの説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるＣＶＤ装置に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、たとえば、エピタキシャル成長装置、プラズマ
ＣＶＤ装置等にも、広く応用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるＣＶＤ装置の断面図
。第２図は、第１図の矢印Ｈ−ＩＴで示される部分の横断
面図。第３図は、本発明の他の実施例であるＣＶＤ装置の要部
横断面図。第４図は、本発明の他の実施例であるＣＶＤ装置の要部
横断面。第５図は、ウェハの装着状態を示す部分図であ（１２）る。１・・・反応容器、２・・・蓋体、３・・・シール機構
、４・・・モータ台、５・・・モータ、６・・・ウェハ
治具、７・・・継手、８・・・回転軸、９・・・メカニ
カルシール、１０・・・ウェハ、１１・・・溝、１２・
・・ガス導入管、１３・・・ガス排気管、１．２Ａ・・
・ガス供給管（ガス供給手段）、１３Ａ・・・ガス排気
口、１４・・・加熱体、１．５，１．６・・・仕切り、
１５Ａ・・・ガス供給口（ガス供給手段）、１６Ａ・・
・ガス排気口、１７・・・ガス導入部、１８・・・ガス
排気部。第　２　図第　３　図第　４　図第　５　図

Claims

【特許請求の範囲】１、反応容器と、試料保持体と、ガス供給部と、ガス排
気部とからなる膜形成装置であって、前記試料保持体が
、ガスの流れ方向と試料の主表面とが略平行になるよう
に前記試料を保持するとともに、前記試料主表面の任意
の個所におけるガスの流れ方向が時間とともに変化する
ように前記試料に相対的な回転運動を与えるようにして
なることを特徴とする膜形成装置。２、試料に相対的な回転運動を与えるものとしては、試
料保持体を回転させてなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の膜形成装置。