JPS61232612A - 気相反応装置 - 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】 本発明はプラズマＣＶＤ　　（化学蒸着）装置に関゛４
る。

本発明は反応容器内に導電性またば゛Ｉ′−導電性の材
料により作られたフートおよび枠よりなる枠構造により
プラズマ化または光励起に上り活１ノｌ化した反応性気
体を閉し込める筒状空間を設け１、二の空間内部に配設
された被形成面を有するＮｉ１ｉ　４１ｉに反応性気体
を供給するとともに、この空間の反応性気体をグロー放
電またはプラズマ状態と−＋＝Ｌめることにより、反応
容器の内壁への不要反応生成物（フレーク（雪片）状）
の付着を防止するに加えて、被形成面一１−に形成され
る反応生成物の生成収率（被膜になった反応生成物の車
Ｍｔ／供給された反応性気体の重量）を向」ニさせるプ
ラズマＣＶＩＩ　ｌ置に関する。

本発明は筒状空間に閉し込められたプうスマ内に基板を
反応性気体の流れおよび電界に平行方向に配列し、その
場合、電極間距離（ｄｃｍ）、基板の電界方向の長さく
Ｌｃｍ）’：反応中の圧力（ｐｔｏ’ｒｒ）を山」−≦
　０．４　（ｔｏｒｒ　） 好ましくは０．２ｔｏｒｒ以下の関係を有−せしめるこ
とによ□り基板内での形成された被膜の厚さのバラツキ
を所定の厚さ±１０％以下とすることを目的としている
。

加えて本発明はかかる筒状空間を構成する枠構造をその
内部に設けられたホルダ（基板保持用冶具ともいう、）
および基板をこの反応容器の一方の側に連設させた予備
室より供給させ、さらにプラズマＣＶＤの後この予備室
または他の第２の予備室に至らしめるいわゆるロードロ
ック方式をとらしめた。

従来、プラズマＣＶＤ装置としては、枠構造を有しこの
枠が絶縁物により設けられたプラズマＣＶＤ装置に関し
ては本発明人の出願による特願昭（５９−７９６２３）
　ｒプラズマ気相反応装置」昭和５９年４月２０１コ出
願に示されている。

本発明は、第１図に示す如く、一度に多数の基−板を同
時に反応空間に配設し、しかもその生成収率を大きくし
たいわゆる多量生産装置に関する。

本発明は絶縁物の枠構造により活性反応性気体を閉し込
め、この枠の内面を利用し□て筒状空間を設け、この筒
状空間の内部にホルダまたはホルダの大きさの大面積基
板またはホルダに保持された基板の被形成面を裏面を互
いに密接して配設し、かつこの複数の間隔をそれぞれ一
定または概略一定とした。そしてその距離例えば１〜］
Ｏｃｍ代表的には６ｃｍ（±０．６ｃｍ以内）１９ｊｔ
して平行ζこ配列し、この基板が林立した筒状空間にお
いてのみ均一な膜厚の被膜形成を行わしめ、活性反応性
気体がこの空間のみにしか存在しないように導き、結果
として反応性気体の生成収率を従来の１〜３％よりその
２０〜６０倍の２０〜３０％にまで高めたごとを特徴と
している。

本発明は被膜作製を多数回繰り返して行うと、その時反
応容器上部に付着形成された生成物がフレークとなり、
基板の被形成面上に落ち付着してピンホールの発生を誘
発してしまうことを防くため、基板の被形成面を重力に
そって配向せしめた。

□　　　　　　　　加えて、基板例えばｌｏｃｍ　Ｘ　
１０ｃｉｎまたは電極方向に１０〜５００ｍを有する中
１５〜１２０ｃｍの基板（この場合の最大の有効反応空
間は、上下（４５ｃｍ）　ｘ前後（１２０ｃｍ）　’　
ｘ左右（１３０ｃｍ）を期待できる）方向がその温度分
布において、１００〜４００°Ｃ例えば所定温度２１０
℃゛±１０°Ｃ好ましくは±５℃以内とした。

かくの如くに本発明は連続製造方式（ロードロック方式
）を基本条件としているため、それぞれの反応容器内で
の被膜の特性の向上に加えて、チャンバ内壁に不要の反
応生成物が付着することを防ぎ、被膜作製の際、新たに
枠およびホルダ、基板を反応容器内に挿着する度に、あ
たかも新しい内壁が作られるため、くりかえしの被膜作
製によっても被膜か従来のプラズマＣＶＤ装置の内壁の
ようなフレークの発生を防止できるという大きな特本発
明はさらにどの反応容器内を単純化するため、基板の発
熱は加熱部を石英板を介して上方、下方から離れた赤外
線ランプ（例えばハロゲンランプ）で設け、反応性気体
にとっ゛Ｃ反応容器内にはホルダおよび基板とこの筒状
空間を構成する供給フード、排気フードおよび基板に対
し電界が平行になる向きの上下または前後に相対した電
極のみとし、反応性気体および電界を被形成面に平行な
層流とすることにより単純構造のプラズマＣＶＤ反応を
せしめたことを特徴としている。

以下に図面に従って本発明を説明する。

実施例１ 第１図に従って本発明のプラズマＣＶＤ装置を示す。

第１図において反応容器（２）はその一方の側に基板を
装填するための予備室（１）を有する。予備室（１）と
反応容器（２）との連結部はゲート弁（４３）を有し、
基板、ホルダ（５）′および枠（７）。

（７′）の反応室への移動時に関しては開となり、プラ
ズマ反応中および予備室（１）での基板（４）、枠棒（
６）　、　（６°）の取り出しにおいては閉となる。装
填、取り出しの際、予備室（１）は大気圧となり、（２
ｏ）より大気圧にするための窒素が供給される。

予備室（１）において、大気圧にて外部より基板（４）
、（４’）を枠（６）　、　（６’　）に挿着し、移動
機構（ｉＪ１称レール）（図示せず）−１−に配設し、
扉を閉める。基板上の呼名物を加熱真空脱気させるため
、赤外線ランプ（］　５）　、　（１５’　）、真空排
気手段（１９）　、　（１９’　）を動作させる。予備
室、反応室のバルブ（１Ｂ）　、　（１８”）を開とし
、ターボ分子ポンプ（１９Ｌ（１９’）を利用してとも
に１Ｏ−７ｔｏｒｒｌｌ下に真空引きをし、同時にバル
ブ（１７）　、　（１７’　）を開として、赤外線ラン
プ（１５Ｌ（１５’）および（１６）、（１６°）をも
真空引きを１．７た。この後ゲート弁（４３）を開け、
反応容器（２）内に基板、ホルダ（５）、枠構造を構成
する枠（７）　、　（７’）を移動させた。

反応容器（２）内での機構を記す。

反応容器く２）は反応性気体の供給系（１０）と真空排
気系（１１）を具備する。

反応性気体を供給するドーピング系（１ｏ）はバルブ（
５１）、流量計（５２）とキャリアガス（３７）　、反
応性気体（３３）　、　（３４）、　（３５）、　（３
６）よりな、っている。

反応性気体として珪化物気体、ゲルマニューム化物気体
のごとく室温で気体のものはり３４）より、またＩ）ま
たはＮ型用の１−−−ピング用気体（例えはツボラン、
゛ノオスヒン）は（３５）より供給するごとか可能であ
る。

またノチルソラン、ヒ１゛ラシン等の室温において液体
のもの４Ｊ、バブラー　（３６）より供給される。

これらの気体は減圧下Ｑこて気体となるため、流量計に
より十分制御が可能である。また蒸発にはこのバブラ（
３６）の電子↑０温槽による／温度制御を行った。

これらの反応性気体は供給Ｉ”＋　（２７）よりイＪ（
袷ガイド（フードともいう）（７）に至り、イＪ（給手
段（２４）の穴（８）（１〜２１１ｍψ）より下方向に
均一・な層流になるように放出される。

さらにこの穴の下側にはブラスマ放電用の一対の導電性
電極をアルミニ１．−Ｊ、金属により電極の一方（２３
）を有し、ごれは電気エネルギ供給用のマツチングトラ
ンス（２５）および発振器（２１）に接続させている。

他方の端子（２２）は排気手段（２４°）のフート（７
’）ｌに設けられて網目状または多孔状の一対の電極（
２３’）が対称構造として配設されている。

この一対の電極に対応してマツチングトランスは中点を
接地とし、電極のいずれをも接地レベルに対し対称とさ
せた。

排気手段（２４’）は供給手段（２４）と概略同一形状
を有しており、全体の穴より均一に筒状空間に気体を層
流にして排気口（２８）　、圧力調整バルブ（１８°）
を経てターボ分子ポンプ（１９’）に至る。

反応性気体番才供給口（２７）より下方向にステンレス
、ニッケルまたはアルミニュームで作られた枠（３）　
、　（３°）で囲まれた筒状空間（１０１）を経−排気
口（２８）に至る。筒状空間（１０１）は外側の枠（３
）。

（３゛）を矩形の導電性材料例えばアルミニューム金属
、又は半導電性材料のステンレスまたはニッケルで作り
、その内壁に被形成面を有する基板（５）。

（５″）が一定の間隔例えば５ｃｍをとって互いに裏面
を接して配設されている。

この基板の加熱は」二側の赤外線ランプ（１６）と下側
の赤外線ランプ（１６’）とが互いに直交して金メッキ
された放物面の反射鏡を有して設ｉＪられ、筒状空間の
均熱化を計っている。

この加熱用のランプ（１６）　、　（１６’）が設ＢＪ
られている空間と１反応容器内の反応室とは、フ−ト（
７）。

（７゛）の一部を構成する透明石英板（＋３）、　（１
３’）ｌこよってしきられ、反応生成物が赤外線ランプ
に至りランプの表面に付着することを防いごいる。この
反応容器とランプ加熱部との圧力調整番１Ｌ、反応性気
体を流Ｌ７ていない時、例えばオーバーボール用の大気
圧にする時、また真空引きをする時、バルブ（１７’）
を開として等圧とし、また反応性気体が供給されている
時は閉として赤外線ランプ内に反応性気体が逆流大する
ことを防いでいる６、第２図は第１図における枠構造の
空間をよりわかりやすく示すための斜視図を示した。

図面において、この直方体のｅＭ電膜またば１１勇。

電膜の枠構造は枠（３）　、　（３′）および」一方、
下方のフ−１’　（７）　、　（７’）は縦断面図の約
半分を示している。

これらの図番等は第２図と対応しているが、フード（７
）に対し供給口（２７）より供給された気体は供給手段
（２４）の穴（８）より基板（５）の表面にそって流れ
（９）、（９’）さらにフード（７゛）排気手段（２４
’）を経て不要な反応性気体（２Ｂ’）が排気される。

枠構造の内部は部上空間（１０１）よりなり、かつその
うちの有効な空間即ち反応空間（１００）がこの枠内の
内面より２〜１５ｃｍ代表的には５〜１０ｃｍ内側の空
間として枠構造の近傍での気流の乱れによる被膜形成の
バラツキを防ぐため内側に設けて位置づけられる。

このため左右方向（８０）、前後方向く８０”）の補助
空間を設けて反応空間を補正して設けた。

かくすることにより、基板、ホルダ（ここでは基板とホ
ルダとが共通になっている場合を示す）（５）　、　（
５’　）上に被膜をその均一性として±１０％以内代表
的には±４％の基板内、基板間ばらつきを保持させるこ
とができた。

さらに第２図より明らかなように、不要空間（８０Ｌ　
（８０’）を設けることにより、この有効反応空間（１
００）を直方体（含む立方体）とすることができ、結果
として基板の充填率を円筒型の反応空間よりもさらに高
（することができにようになった。

例えば基板を２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍを２０枚６ｃｍの
間隔で配設させんとする時、延べの被形成面は２４００
０　ｃｌ。

これに必要な空間は７０ｃｍ　Ｘ　７０ｃｍ　Ｘ　３０
ｃｍ（有効空間６０ｃ＋ｎ　Ｘ　６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃ
ｍ）　＝　１４７０００ｃ＋ｄである。

即ち学位体積当たり１６．１％もの面積（２４０００Ｃ
ＩＡ／１４７０００ｃ艷）を被膜形成面積とすることが
可能である。

このため供給する反応性気体のうらの被膜となる生成収
率も従来の第１図に示した放散型の１％程度に比べ２０
％〜２５％と著しい高収率を得ることができるようにな
った。

かくして第２図に示された如き反応容器と予備室との間
でのプラズマ□気相反応を連続的に操作させることがで
きた。　１１ 実施例２ 第３図は本発明の他の実施例を示す。

第３図は実施例１の第１図に対応して図面の概要を示し
たものである。その他は第２図および実施例１と同様で
ある。

第３図において、枠構造はフード（７）、（７’）、枠
（３）、（３’）を有し、反応性気体は（２７）を経て
供給手段（２４）より電極（２３）を経て筒状空間（１
０１）でプラズマ反応をし、さらに不要反応生成物およ
びキャリアガスは排気手段（２４′）、電極（２３’）
を経て排気系（１１）に至る。

この実施例において反応空間（１００）内には基板（！
５）　、　（５”）が基板ホルダ（５）上にテーバ状（
この望み角（８１）は３〜１０°とできるだけ小さい方
が基板を多量に挿着できる）に配設され、基板の導入口
側より排気口側に向かって若干狭くなり、基板の落下を
防ぐに加えてその基板上に形成される膜の均一化をさら
に促進させた。

この実施例においても補助空間（８０）が反応空間の周
辺部に設けられ、基板（５）、ホルダ（５０）が枠構造
より電気的にフローティングとされている。

この構造においてはフレークが被形成面にチーパを有し
ているため若干付着するという欠点はあるが、シリコン
ウェハを多数枚同時に固定冶具をイ」けることなく挿着
できるいう点では実施例１より優れたものであった。

実施例３ この実施例は実施例１のプラズマＣＶＤ中置を用い、反
応性気体として（３４）よりシランを供給して珪素半導
体膜を作製したものである。

基板温度は２１０℃とした。被膜の成長速度は４．５人
／秒を高周波（１３，５６ＭＨｚを使用）電界を４００
Ｗとし、シランを４００ｃｃ　／分加え、プラズマＣＶ
Ｄ中の圧力を０．０７ｔｏｒｒとした時得ることができ
た。

即ち、 ■）＝　　　２０ｃｍ　　×０．０７ｔｏｒｒｄ’　　
　　　　６ｃｍ ＝　　　０．２３　ｔｏｒｒ≦０．４　ｔｏｒｒとなり
、±１０％以下の被膜のバラツキを得ることができた。

従来のＰＣＶＤ装置の反応容器においては１回の被膜形
成で最大５０ｃｍ　ｘ　５Ｑｃｍ　１枚のみ（この場合
もシランの量は２００ｃｃ　／分を必要とする）のロー
トが可能であった。他方、本発明のプラズマＣＶＤ装置
においては２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの、！ル板２０枚を
１ハツチで挿着（Ｉｌｌ”）でき、その結果１ハツチの
延べの形成面積は２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍ　Ｘ　２０と
従来例よりも即ら９．６倍も多量生産を可能にできた。

加えて被膜の成長速度を考慮すると、合計１９倍の多量
生産が可能になった。

さらに重要なことは、従来は１〜２回のＣＶＤ作業を行
うと、チャンバの内壁には０．３〜１μのシリコンのフ
レークが沈着し、掃除をしなりればならなかった。しか
し本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、０．５ｐの
膜厚の被膜生成を繰り返して行い、その回数が１００回
になっても、反応容器の内壁にはうつすらとフレイクが
観察されるのめであった。このため装置のダウンタイム
を少なくでき、加えて被膜のピンボール等の不良発生を
防ぎ得るといえる二重、三重の長所を有していた。

かくして形成された半導体層は、プラズマ状態での反応
性気体のドリフトの距離が長いにもかかねらず、光伝導
度は２　Ｘ　１．０−５−７　ｘ　１０−’（Ωｃｍ−
’）喧伝導度３　Ｘｌ０−１ｌ−Ｉ　Ｘｌ０−”（Ωｃ
ｍ）　−’を有していた。

ごればプラズマの電界方向が被形成面に垂直の従来の方
法が光伝導度とし７て３Ｘ１０−７〜Ｉ　ＸＩＯＸｌｏ
−１Ｏ’であることを考えると、十分ディバイスへの応
用が可能であることが判明した。

この実施例は不純物を積極的に添加しない場合であるが
、ＰまたはＮ型用の不純物を添加しても同様のＰ型また
はＮ型の半ｚｎ体膜を作ることができる。

実施例４ この実施例は実施例１のプラズマＣＶＤ装置を用いて、
窒化珪素被膜を作製した。

即ち、第１図の場合においてジシランを（３４）より２
００ｃｃ／分、アンモニアを（３５）より１０００ｃｃ
Ｚ分導入した。周波数］、３　、５６　Ｍ　Ｈｚ、出力
５００Ｗ、基板温度は３５０°Ｃとし、０．１．−０．
Ｏ］ｔｏｒｒ、例えば０．０５ｔｏｒｒとして１ハツチ
で５インチウェハを１２０枚Ｉ：Ｊ−トできた。即ち、 Ｌｐ　　−−−刈り−７−ｌ□Ｑ司（９ｒ　ｒ　　ｃｍ −〇、１７　　ｔｏｒｒ ≦　　Ｑ、４　　ｔｏｒｒ ここに５００〜５０００人の厚さに被膜形成速度１８５
人／分で形成させることができた。

被膜の均一性において、ロット内、ロット間において±
５％以内を得ることができた。

実施例５ この実施例は酸化珪素を形成させた場合である。

即ちモノシランを２００ｃｃ　／分として（３４）より
、また過酸化窒素を（３５）より１００ｃｃ　７分導入
し、同時に（３３）より窒素を４００ｃｃ　７分導入し
た。

高周波電力は５０叶とした。基板温度は１００〜４００
℃において可能であるが、２５０℃で圧力０．０１〜０
．１ｔｏｒｒ例えば０．０７ｔｏｒｒ形成させたとする
と、１ハツチに５インチウェハ１２０枚をロートして被
膜の均一性を０．５　μ形成した場合±５％以内におさ
めることができた。

その結果、１００回の連続製造をしてもフレークはまっ
たく観察することができなか−、た。

実施例に の実施例においては化合物導体例え（３１゛窒化チタン
を作製した。即ら実施例１におい（ハブう（３６）に塩
化チタンを導入し、さらに窒素を（３５）より供給し、
チタンと窒素とを）す「定の比、例えば１：２にしてブ
ラスマｃｖｎを行った。その結果、２５０℃、５００Ｗ
、圧力０．６ｔｏｒｒにおいて０．４ｐの１ツさに１〜
２人／秒の成長速度を得ることかできた。

この化合物金属と而（熱金属とを反１：ｉｓ性気体を、
ｉ１￥１節することにより、層状に多層構造で作ること
ができる。

以上の説明より明らかなごとく、本発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置番」、半導体、導体または絶縁体のいずれに対し
ても形成させる、二とができる。特に構造敏感な半導体
、またはＰまたはＮ型の不純物を添加した半導体層を複
数層積層さ一■ることも可能である。

さらに導体の形成において、１ｌｌｉＪ熱金属であるチ
タン、モリブデン、タングステンを形成さ−Ｕることも
可能である。

本発明のプラズマＣＶＤ装置として第１図は１つの反応
室を示した。しかしこれを複数個連結し、マルチチャン
バ方式とすることも可能であることはいうまでもない。

また本発明における気相反応装置の１つを光ＣＶＤまた
は光プラズマＣＶＤ装置としてもよい。

なお本発明装置の電極等の不要反応生成物の除去には、
プラズマエツチングを行った。そのためには弗化窒素を
用い、また電極はアルミニュームまたはアルミニューム
合金を用いた。するとアルミニュームは弗化物に対し対
エツチング性があるため、また電気的導電性に優れてい
るため、不要物特に弗化物生成物のエツチングに有効で
あった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。 第２図は第１図のプラズマＣＶＤ装置の筒状空間を構成
する付近の斜視図を示す。 第３図は他のプラズマＣＶＤ装置における筒状空（］９
） 間および反応性気体の供給口と１」１気「１との関係を
示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．１気圧以下の減圧状態に保持された反応容器と、該
   反応容器に反応性気体を供給する系と、不要反応生成物
   を排気する排気系とを具備したプラズマ気相反応装置に
   おいて、グロー放電またはプラズマ状態の反応空間また
   は光照射により励起した状態の反応空間とし、この空間
   を筒状空間に閉じ込めるため、導電性材料または半導電
   性材料により枠構造を設けたことを特徴とする気相反応
   装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項において、筒状空間には被形
   成面を有する基板が所定の間隔を有して平行に配設され
   、かつ Ｌｐ／ｄ≦０．４（ｔｏｒｒ） 但し、Ｌ；電界方向の基板の長さ（ｃｍ） ｄ；基板間距離（ｃｍ） ｐ；反応空間圧力（ｔｏｒｒ） の関係を有して設けられたことを特徴とする気相反応装
   置。