JPS62101036A

JPS62101036A - Ｃｖｄ薄膜形成装置

Info

Publication number: JPS62101036A
Application number: JP24080285A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Takami; 高見　勝己; Satoru Kishimoto; 哲岸本; Kazuo Taniguchi; 谷口　和雄; Yukio Murakawa; 幸雄村川; Hitoshi Hikima; 引間　仁
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1985-10-28
Filing date: 1985-10-28
Publication date: 1987-05-11

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】［産業上の利用分野］本発明はＣＶ　Ｉ）薄膜形成装置に関する。更に詳細に
は、本発明は反応炉中および／または内壁面一■−にＳ
ｉＯあるいはＳｉＯ２などの異物微粒子が生成すること
を防１ト、シたＣＶＤ薄膜形成装置に関する。

［従来技術］薄膜の形成方法として、半導体１業において一般に広く
用いられているものの一つに、気相成長法（ＣＶＤ：Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　ｉ　ｔ　
１ｏｎ）がある。ＣＶＤとは、ガス状物質を化学反応で
固体物質にし、基板］−に堆積することをいう。

ＣＶＤの特徴は、成長しようとする薄膜の融点よりかな
り低い堆積温度で種々の薄膜が得られること、および、
成長した薄膜の純度が高＜、ｓｉやＳｉヒの熱酸化膜−
１−に成長した場合も電気的特性が安定であることで、
広く半導体表面のパッジベージピン膜として利用されて
いる。

ＣＶ　Ｉ）による薄膜形成は、例えば５００℃程度に加
熱したウェハに反応ガス（例えば、Ｓ　ｉＨ４＋０２．
またはＳ　ｉ　Ｎ９　＋ＰＨＪ　＋０２　）を供給して
行われる。上記の反応ガスはＮ２ガスをキャリヤとして
反応炉（ベルジャ）内のウェハに吹きつけられ、該ウェ
ハの表面にＳｉＯ２あるいはフォスフオシリケードガラ
ス（ＰＳＧ）の薄膜を形成する。また、ＳｉＯ２とＰＳ
Ｇとの２相成膜が行われることもある。

このようなＣＶＤによる薄膜形成操作を行うために従来
から用いられている装置の一例を第２図に部分断面図と
して示す。

第２図において、反応炉（ベルジャ）１は、円錐状のバ
ッファ２を円錐状のカバー３で覆い１．１−記バッファ
２の周囲にリング状のウェハテーブル４を回転駆動可能
に設置するとともに、上記ウェハテーブル４の上に被加
工物である半導体ウェハ５を順次に供給し、該ウェハ５
を順次に搬出するローダ／アンローダ６を設けて構成さ
れている。

前記円錐状カバー３の「１点付近に反応ガス送入管８及
び９が接続されている。８ａ＋９ａはそれぞれ反応ガス
送入ノズルである。

例えば、反応ガスの５ｉＨｑおよび０２はそれぞれ別の
ガス送入管により反応炉に送入しなければならない。例
えば、Ｓ　ｉ　Ｈｑを送入管８で送入し、そして、０２
を送入管９で送入する。ＰＨａを使用する場合、Ｓ　ｉ
　Ｈｔｔとともに送入できる。

前記のウェハテーブル４の直下には僅かなギャップを介
してヒータ１０が設けられていてウェハ５を所定の温度
（例えば、５００℃）に加熱する。

反応ガス送入管８および９から送入された反応ガス（例
えば、Ｓ　ｉＨ４＋　０２または５ｉＨ７＋ＰＨａ　＋
０２　）は矢印ａ＊　　ａ’　＋　　ｔ）ｔ　　ｔ）’
のどとくウェハ５の表面に触れて流動し、化学反応によ
って生成される物質（Ｓｉ０２またはＰＳＧ）の薄膜を
ウェハ５の表面に付着せしめる。

前記の装置による薄膜形成操作において、反応炉内に搬
入した半導体ウェハを加熱し、ｌ記の反応炉内に（１）
Ｎ２ガスを送入して炉内空気をパージし、（■）反応ガ
スを送入して成膜反応を行わしめ、（ＩＩＩ）　Ｎ２ガ
スを送入して反応ガスをパージし、そして（Ｉｖ）炉か
らウェハを搬出するといった工程順に行うこともできる
。このような場合、パージガスのＮ２はガス送入管８お
よび／または９から反応炉内に給送できる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、この装置では、炉中にＳｉＯあるいはＳｉＯ２
の微粒子が発生し、ウェハの表面へ沈降付着してウェハ
蒸着面に障害を与えていた。またＳｉＯ２粒子が反応炉
内壁面のあらゆる部分に付着し、これがフレークとなっ
て僅かな振動、風圧で剥げ落ち、ウェハ表面上に落下付
着するという現象もあった。これら粒子（異物）がウェ
ハに付着すると蒸着膜にピンホールを生じたりして半導
体素子の製造歩留りを著しく低下させるという欠点があ
った。

［発明の目的］従って、本発明の目的は反応炉中および／または内壁面
りにＳｉＯあるいはＳｉＯ２などの微粒子が生成するこ
とを防１１−シたＣＶＤ薄膜形成装置を提供することで
ある。

［問題点を解決するための手段］反応炉中および／または内壁面ｌ−にＳｉＯあるいはＳ
ｉＯ２などの微粒子が生成する原因を突きとめるため、
本発明者らは長年にわたり広範な実験と試作を繰り返し
た。その結果、ＳｉＯあるいはＳｉＯ２などの白色微粒
子が付着している反応炉内壁面の温度はウェハ温度に比
べて低いことを発見した。更に、内壁面の一部を４００
℃以上に加熱したところ、この部分ては白色微粒子は存
在せず、Ｓ　ｉ　０２の透明な膜として蒸着されている
ことも明かとなった。以上の実験結果から、反応ガスは
比較的低温度の部分に触れて白色微粒子化するという結
論に達した。

従って、この問題点を解決するために、この発明は、反
応炉内に搬入されたウェハを加熱する７段を設け、上記
の反応炉内に反応ガスを送入するようにしたＣＶＤ薄膜
形成装置において％Ｎ２ガス供給源からのＮ２ガスを加
熱し、この加熱Ｎ２ガスを反応ガスと混合することによ
り該反応ガスをＳｉＯまたはＳ　ｉ　０２　＠粒子の発
生しない温度にまでｙＩｌｌ＆Ｉｌさせて反応炉内に供
給するようにしたことを特徴とする。

反応ガスが二種類以１−の場合、それぞれのガスを別個
に加熱Ｎ２ガスと混合して所定温度にまで！、７屈させ
てから反応炉内に供給することが好ましい。

［作用］一般に反応ガスＣ３ｉＨｑ、ＰＨａ、０２）！を直接加
熱すると配管内面との間で反応する危険性があるが、本
発明のＣＶＤ薄膜形成装置ではキャリアガスであるＮ２
（１００％）を加熱し、この加熱Ｎ２ガスと反応ガスを
混合することにより該反応ガスを間接的に加熱するので
前記のような危険性はない。

本発明のＣＶＤ薄膜形成装置にあっては反応ガスとして
使用される５ｉＨｑ　（場合によりＰＨＪを含む）及び
０２が個別に加熱され、Ｓ　１０またはＳｉＯ２などの
白色微粒子が発生しない温度に保たれるので、反応炉内
のウェハ表面へ反応ガスが達する前に１′２遊性の白色
微粒子が発生することは殆どない。

更に、反応ガスは高゛温度にまで加熱され、がっ、相当
の熱量を持っているので、反応炉の内壁面で低温度の部
分に接触しても温度が低下して白色異物として該内壁面
に付着することはない。

その結果、反応炉内のウェハ表面へ白色異物が落下付着
してウェハ蒸着面に障害を与えるような不都合なｑｃｓ
は回避され、半導体素子の製造歩留りが向上する。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明の実施例について更に
詳細に詳細に説明する。

第１図は本発明のＣＶＤ薄膜形成装置の一実施例の概念
図である。

一般に、反応ガスは直接高温化すると配管内面との間で
反応する可能性があるので、本発明の一実施例ではキャ
リアガスであるＮ２を加熱する。

従って、第１図に小されるように、Ｎ２ガス供給源（例
えば線化窒素の充填されたボンベ）１１の元締弁１３を
解放することにより気化されたＮ２ガスを流］賃計１５
および総論［ａ調節弁１７を介してパイプ１９によりＮ
２ガス加熱器２１に送り所定の温度まで加熱する。加熱
器２１で加熱されたＮ２ガスはパイプ２３により加熱器
から送りだされる。パイプ２３は途中で二股に分岐され
ており、一方の分岐パイプ２３ａはＳｉＨ４ガス送入管
８に接続され、そして他方の分岐パイプ２３ｂは０２ガ
ス送入管９に接続されている。ガス送入管８および９は
第２図に示されたものと同様に、反応ガス送大ノズル８
ａおよび９ａを介して反応炉（反応炉）■の円錐状カバ
ー３の頂点付近に接続されている。

反応ガスとして使用されるＳ　ｉ　０４　　（ＰＨＪ　
）および０２は純粋ガスではなく、適当な濃度（例えば
、２０％）までＮ２ガスで希釈された混合ガスである。

そして、この希釈ガスは純粋のＮ２　　（１００％）ガ
スと更に混合され、ノズル８ａ、９ａを介して炉内に拡
散される。従って、それぞれのガスの流ａｔ比を適当に
調節すれば、純粋のＮ２ガスだけを加熱し、その後、こ
の加熱Ｎ２ガスをＩＦｊ記希釈反応ガスと混合しても、
その熱酸からいって前記反応ガスを１−分に加熱するこ
とができる。

説明するまでもなく、ガスの流量比自体は本発明の必須
要件ではない。中なる−・例として挙げれば、Ｓ　ｉ　
０４　／Ｎ２　　（２：　８）をＩＪ！／分、０２／Ｎ
２（２：８）を５Ｊ！／分、そして加熱された純粋Ｎ２
ガスを１５Ｊ／分で供給する。当然これ以外の流量比も
使用できる。ガスの流散調節は反応ガス送入管８および
９．加熱Ｎ２ガス供給分岐パイプ２３ａおよび２３ｂの
途中に配設された分配調整弁２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、
２５ｄならびに流徴計２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ
により行われる。

加熱Ｎ２ガスと混合された各反応ガスの温度は反応ガス
送大ノズル８ａおよび９ａの直前に配設されたガスｉｕ
度計２９ａおよび２９ｂで計測され、その信号は電力制
御回路３１へ導入される。この回路は各反応ガスの温度
がＳｉＯ又はＳｉＯ２微粒子（異物）を発生させない温
度以１−に保たれるように加熱器駆動回路３３を制御し
加熱器２１への供給電力を調整する。加熱器駆動回路３
３は電源３５に接続されている。別法として、電力制御
回路３１および加熱器駆動回路３３のような自動制御シ
ステムによらず、ガス温度計２９ａおよび２９ｂの指示
値に基づき加熱器２１の電源を人為的に開閉することに
より反応ガスの温度をマニュアルコントロールすること
もできる。

加熱′ｊ！Ａ２１はその内部に電熱線（例えば、ニクロ
ム線等）ヒーターを多数個配置し、その間隙をＮ２ガス
（１００％）が流動するようにしたガス加熱接触面積の
大きいＮ２ガス加熱器をＪｌｌいる。

その他の形式の加熱器も使用できる。例えば、都市ガス
を燃焼させその熱で加熱する形式、あるいは高温蒸気を
加熱源として使用する形式などである。このような形式
の場合、加熱器°として熱交換器を使用出来る。

所望により、加熱Ｎ２ガス給送管２３．その分岐管２３
ａ、２３ｂならびに分岐管と反応ガス送入管との連結部
から反応ガス送入ノズルまでの配管部分に適当な断熱材
または保温材を施して温度低ドを防ぐこともできる。

反応ガスの加熱設定温度は炉の構造、容晴９反応ガスの
種類、流量および炉内壁の平均温度によって様々に変化
する。この値は当業者が実験を繰り返すことにより容易
に決定できる。

なお、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置により反応ガスを加
熱Ｎ２ガスで所定温度にまで昇温させてから反応炉内に
供給して反応炉内のウェハ表面」二にＳｉＯ２の薄膜を
形成させる場合、特願昭６０−３４５５５号明細書に開
示されているように、　２反応炉内に搬入した半導体ウ
ェハを加熱し、該反応炉内に、（１）Ｎ２ガスを送入し
て反応炉内の空気をパージし、（■）反応ガスを送入し
て成膜反応を行わしめ、（ｉｌｌ）　Ｎ２ガスを送入し
て反応ガスをパージし、（ｍ反応炉内からウェハを搬出
することかんらなるＣＶＤによる薄膜形成操作において
、前記（Ｉｌｌ）項のに程（Ｎ２ガス送入）の後、（１
ｖ）項の１−程（ウェハの搬出）を開始する前に、反応
炉内に０２ガスを送入して反応炉の内壁面に吸着されて
いる反応ガスを０２ガスと反応せしめ、その後再度Ｎ２
ガスを送入して反応炉内のガスをパージすることもでき
る。この操作を加えれば、反応炉中および／または内壁
面」ｔにＳｉＯあるいは５１０２異物微粒子が生成付着
することを更に一層防止することができる。

［発明の効果］一般に反応ガス（Ｓ　ｉＨｑ、ＰＨａ、０２　）は直接
加熱すると配管内面との間で反応する危険性があるが、
本発明のＣＶ　Ｉ）薄膜形成装置ではキャリアガスであ
るＮ２（１００％）を加熱し、この加熱Ｎ２ガスと反応
ガスを混合することにより該反応ガスを間接的に加熱す
るので前記のような危険性はない。

本発明のＣＶ　Ｉ）薄膜形成装置にあっては反応ガスと
して使用される５ｉＨ４（場合によりＰＨａを含む）及
び０２が個別に加熱され、ＳｉＯまたはＳｉＯ２などの
白色微粒子が発生しないｚ門度に保たれるので、反応炉
内のウェハ表面へ反応ガスが達する前に２′？、逆性の
白色微粒子が発生することは殆どない。

更に、反応ガスは高温度にまで加熱され、かつ、相当の
熱酸を持っているので、反応炉の内壁面で低温度の部分
に接触しても温度が低ドして白色異物として該内壁面に
付着することはない。

その結果、反応炉内のウェハ表面へ白色異物が落下付着
してウェハ蒸着面に障害を与えるような不都合な事態は
回避され、半導体素子の製造歩留りが同−卜する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＣＶＤ薄膜形成装置の一実施例の概念
図、第２図はＣＶＤによる薄膜形成操作を行うために従
来から用いられている装置の一例の部分断面図である。ｌ・・・反応炉　２・・・バッファ　５・・・ウェハ８
および９・・・反応ガス送入管　１０・・・ヒータ１１
・・・Ｎ２供給源　２１・・・Ｎ２ガス加熱器２９・・
・ガス温度計　３１・・・電力制御回路３３・・・加熱
蒸駆動回路特、１１出願人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応炉内に搬入されたウェハを加熱する手段を設
け、上記の反応炉内に反応ガスを送入するようにしたＣ
ＶＤ薄膜形成装置において、Ｎ＿２ガス供給源からのＮ
＿２ガスを反応炉外に設けられた加熱器で加熱し、この
加熱Ｎ＿２ガスを前記反応ガスと混合することにより該
反応ガスをＳｉＯまたはＳｉＯ＿２微粒子の発生しない
温度にまで昇温させて反応炉内に供給するようにしたこ
とを特徴とするＣＶＤ薄膜形成装置。
（２）前記反応ガスが二種類以上の場合、それぞれのガ
スを別個に加熱Ｎ＿２ガスと混合して所定温度にまで昇
温させてから反応炉内に供給することを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載のＣＶＤ薄膜形成装置。
（３）電熱線ヒーターを有する加熱器でＮ＿２ガスを加
熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項に記載のＣＶＤ薄膜形成装置。
（４）熱交換器からなる加熱器でＮ＿２ガスを加熱する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
記載のＣＶＤ薄膜形成装置。