JPS62238366A - Ｃｖｄ薄膜形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＣＶＤ薄膜形成装置に関する。更に詳細には、
本発明は反応炉の内壁面」ユにＳｉＯあるいは５ｉ−０
２などの異物微粒子のフレークが生成参付着することを
防止した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、半導体工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　　ＶａｐｏｕｒＤｅｌ）ｏｓ　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、基板上に堆積することをいう。

ＣＶ　ｌ）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く、ＳｉやＳｉＬの熱酸化
膜」ユ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シベーション膜として利用され
ている。

ＣＶＤ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、ＳｉＨ＜ｌ＋＋０２．ま
たはＳ　ｉ　Ｈｌｌ　＋ＰＨＪ　＋０２　）を供給して
行われる。上記の反応ガスは反応炉（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ＰＳＧ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−・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１は、円錐状のバッファ２を円
錐状のカバー３で覆い、上記バッファ２の周囲にリング
状のウェハ載置台４を駆動機構５で回転駆動可能、また
は自公転可能に設置する。

ＰＩ　ａｌｌ状カバー３はオーリング１１を介して反応
炉中間リング１２と閉＋１−される。

１）１ｆ記円Ｘ１状カバー３の頂点付近に反応ガス送入
ノズル８および９が接続されている。使用する反応カス
の５ｉＨｑおよび０２はそれぞれ別のガス送入ノズルに
より反応炉に送入しなければならない。例えば、Ｓ　ｉ
　Ｈｔｉを送入ノズル８で送入し、そして、０２を送入
ノズル９で送入する。また、ＰＨＪを使用する場合、５
ｉＨ４とともに送入できる。取、り扱いを容易にするた
めに、反応ガスのＳｉＨ４および０２はＮ２キャリアガ
スで希釈して使用することが好ましい。

前記のウェハ載置台４の直Ｆには僅かなギャップを介し
て加熱手段１０が設けられていてウェハ６を所定のＵ度
（例えば約５００°Ｃ）に加熱する。

反応ガス送入ノズル８および９から送入された反応ガス
（例えばＳ　ｉ　Ｈ４＋０２または５ｉＨｑ＋ＰＨ３＋
０２　）は点線矢印のごとく炉内を流下し、ウェハ６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６の表面に生
成せしめる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、従来の装置では水素化物に対する酸素濃度が低
かったり、あるいは反応炉内壁面で酸素濃度が偏ったり
すると、その酸素濃度の低い箇所でＳｉＯまたはＳｉＯ
２などのような酸化物微粒子のフレークを発生しやすか
った。

従来の装置では特に反応炉内の円錐状カバー。

バッファおよび中間リングなどの壁面上で酸素濃度が不
均一になり易く、これらの箇所にＳｉＯまたはＳｉＯ２
等の酸化物微粒子のフレークを生成・付着させる傾向が
強かった。

このようなフレークは僅かな振動、風圧で剥げ落ち、ウ
ェハ表面上に落下付着することがある。

また、フレークが反応ガスにより巻き−１−げられて炉
内をｌ？遊し、ウェハ表面」−に落丁拳付着する可能性
もある。これらフレーク（異物）がウェハに付着すると
蒸着膜にピンホールを発生させたりして゛１″−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
。

中間リングの壁面上にフレークが堆積するとウェハの表
面に形成されるＣ　Ｖ　Ｉ）膜の膜厚が不均一となる欠
点もある。

また、円錐状カバー、バッファ、および中間リングなど
の壁面上にフレークが付着した場合、反応炉による成膜
作業を市めて定期的に炉内を清掃し、付着したフレーク
を取り除かなければならない。この付着したフレークの
除去作業によりスルーブツトが著しく低下する。

更に別の問題点として、反応炉の内壁面上で反応ガスが
不規則な反応をおこすために、炉内に給送した反応ガス
が無駄に消費され、ガスの有効利用率が低Ｆするばかり
か、薄膜の成長速度の低下を招いていた。

［発明の目的コ 従って、本発明の目的は反応炉の円Ｘ［状カバー。

バッファおよび中間リングなどの内壁面上に、ＳｉＯあ
るいはＳｉＯ２などの酸化物微粒子のフレ−りが生成拳
付着することを防止した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コ 前記の問題点を解決するための手段として、本発明は、
反応炉の内壁面上にＳｉＯ又はＳｉＯ２等の酸化物微粒
子のフレークが生成・付着することを阻止するために、
ＣＶＤ反応炉の内部において、反応ガス送入ノズルのほ
ぼ中央部分からバッファの１ユ端部に向かって０２ガス
を流し、円錐状カバーの上端部からＦ端部およびド端部
から上端部に向かって０２ガス゛を流し、バッファの上
端部から下端部および下端部から上端部に向かって０２
ガスを流し、かつ、中間リングの上端部から下端部およ
び下端部から上端部に向かって０２ガスを流す手段を配
設することを特徴とするＣＶＤ薄膜形成装置を提供する
。

［作用］ 前記のように、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置では、反応
炉の内壁面に沿って０２ガスを流すことにより反応炉の
内壁面」二における酸素濃度を調節する。

あくまでも仮設ではあるが、壁面付近に存在するＯＨ−
基が１′￥遊するＳｉＯと化学反応してＳｉＯ２粒子を
壁面に生成する。また、１７４　Ｓ　ｔ　０２粒子がＯ
Ｈ−基と反応して壁面に付ｚｔする。この現象が変電な
って、次第に壁面−ヒにフ１ノーりを形成する。これに
対して、０２分子を壁面に吹き付けてやれば、０２とＯ
Ｈ−基が反応して、Ｈ２Ｏとなり、化学的活性の強いＯ
Ｈ−基が消滅することになる。このため、壁面にＳｉＯ
２粒子の付着する度合が減り、フレークが出来にくくな
る。

その結果、内壁面上にＳｉＯあるいはＳｉＯ２などの酸
化物微粒子のフレークが生成φ付着することは効果的に
防止される。

また、ノズル先端部分に発生するフレークは、ノズルの
中央部に配設された酸素ガス供給手段およびノズルの外
周部に配設された酸素ガス送入ノズルから吹き出される
酸素ガスにより取り除かれる。酸素ガス供給手段と酸素
ガス送入ノズルとに挟まれて反応ガス送入ノズルが配設
占れているので、反応ガスは酸素により両側から挟まれ
た状態でウェハに向かって流下していく。

従って、これらフレーク（異物）がウェハ表面に落下付
着してウェハの蒸着膜にピンホールを発生させたりする
ような不都合なＨＪＪの発生も防止され）半導体素子の
製造歩留りを向−ヒさせることができる。

不規則反応が防止されるのでウェハの表面に生成される
ＣＶＤ膜の膜厚も均一となる。また、反応炉の内壁面−
Ｌにおけるフレークの生成争付着が大幅に抑制されるの
で、反応炉内壁面の清掃頻度も大幅に減少され、スルー
プットが向上する。

更に、反応炉内に送入した反応ガスが極めて有効に利用
されることになるばかりか、ＣＶＤ膜の成長速度も向上
するので、半導体素子の製造コストを低下させることが
できる。

［実施例］ 以下、図面を参度１しながら本発明の実施例について史
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部分
断面図である。

第１図に示される本発明のＣＶＤ薄膜形成装置において
、第２図に示される従来の装置と同じ部材については同
一の符号を使用する。

反応ガス送入ノズル８からは水素化物（例えば、ＳｉＨ
４およびＰＨ３）が供給され、酸素ガス送入ノズル９か
らは水素化物との反応に必認な酸素が供給される。水素
化物に対する酸素濃度を充分にし、炉内をフレークの発
生しにくい状態にする。

一般的な指標として、水素化物濃度に対する酸素濃度は
１対２０−４０　（４００−５００℃）である。この比
率を目安にして反応ガス送入ノズル８および９から水素
化物と酸素を供給する。

反応ガス送入ノズル８のほぼ中央部に０２ガス供給手段
７が配設されている。また、円錐−Ｌカバー、バッファ
および中間リングなどの内壁面−Ｌでは酸素濃度が不均
一になり易く、これらの壁面−ヒにフレークが生成・付
着しやすい。そこで、これら壁面−ににおける酸素濃度
を特に調節することによりフレークの生成・付着を防１
１−．する。

第１図に示されるように、本発明のＣＶ　Ｉ）薄膜形成
装置では、酸素ガス送入ノズル９に隣接して円錐状カバ
ーの１ユ端部から下端部の方向に向かってｏ２ガスを流
す第１の手段１３ａおよび下端部から」一端部に向かっ
て０２ガスを流す第１の手段１３ｂが配設されている。

同様に、バッフγ２の」二端部から下端部の方向に向か
って０２ガスを流す第２の手段１４ａおよび下端部から
上端部に向かって０２ガスを流す第２の手段１４ｂが配
設され、かつ、中間リング１２の上端部から下端部の方
向に向かって０２ガスを流す第３の手段１５ａおよび下
端部から上端部に向かって０２ガスを流す第３の手段１
５ｂが配設されている。

純粋な酸素ガスは引火爆発の危険が有り、取り扱いが困
難である。従って、０２ガスは、従来からキャリアガス
として使用されてきたＮ２ガスで希釈した混合ガスを用
いることが好ましい。

混合ガス中の０２′／ｓ度は、膜生成速度（デポレート
）、ＣＶＤ１’！質（不純物濃度、膜厚均一性。

ステ・ツブカバレージ、エッチレート等）に悪影響を及
ぼさない程度に調節すればよい。炉内全体の２受０２濃
度に合わせて適宜変更することもでき、また、局部的に
高濃度の０２ガスを流すこともできる。

０２ガスの流量も膜生成速度（デボレート）。

ＣＶ　Ｉ）膜質（不純物ｉＱ度、膜厚均一性、ステップ
カバレージ、エッチレート専）に悪影響を及ぼさない程
度のものであればよい。

前記０２ガス流下手段は例えば、ノズルのような形状の
ものである。このノズルには０２ガスおよびＮ２ガス供
給源（図示されていない）に接続された０２ガスおよび
Ｎ２ガス給送管（図示されていない）が連結される。

所望により、この０２ガスおよびＮ２ガス給送管には圧
力計および／または流量計を取り付はガス供給圧力およ
び／または流量をバルブ操作により調節することもでき
る。例えば、バッファおよび中間リングの−１一端部か
ら上端部の方向に向かって０２ガスを流す場合は該混合
ガスが壁面に沿って流下するようにするため、円錐状カ
バーの上端部から上端部の方向に向かって０２ガスを流
す場合に比べて、噴射圧力を高くする必要がある。か（
して、円錐状カバーおよび中間リングの内壁面およびバ
ッファの壁面上に０２ガスの層が形成されるので、反応
炉内に送入された水素化物反応ガスがこれらの壁面上で
不規則反応を起こすことは阻止される。その結果、これ
らの壁面上に酸化物微粒子の異物フレークが発生・付着
することは効果的に防止される。

Ｎ２ガスは従来からＣＶＤ薄膜形成反応用のキャリアガ
スとして使用されているので、本発明のＣＶＤ薄膜形成
装置において反応ガスの不規則反応阻止層を生成する目
的で使用しても、本来のＣＶＤ薄膜形成操作を阻害する
ことはない。

［発明の効果］ 以」二説明したように、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置に
おいては、反応炉の内壁面に沿って上下両方向から０２
ガスを流すことにより反応炉の内壁面上における酸素濃
度を調節する。

その結果、反応炉の内壁面上で反応ガスが不規則な反応
を起こすことは殆どなくなるので、内壁面−ＬにＳｉＯ
あるいはＳｉＯ２などの酸化物微粒子のフレークが生成
・付着することは効果的に防ｉ１＝される。従って、こ
れらフレーク（異物）がウェハ表面に落下付着してウェ
ハの蒸着膜にピンホールを発生させたりするような不都
合な事態の発生も防止され、半導体素子の製造歩留りを
向」二させることができる。

不規則反応が防ＩＬされるのでウェハの表面に生成され
るＣＶＤ膜の膜厚も均一・となる。また、反応炉の内壁
面上におけるフレークの生成−付着が大幅に抑制される
ので、反応炉内壁面の清掃頻度も大幅に減少され、スル
ープットが向上する。

更に、反応炉内に送入した反応ガスが極めて有効に利用
されることになるばかりか、ＣＶＤ膜の成長速度も向−
１−するので、半導体素子の製造コストを低下させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＣＶ　Ｉ）薄膜形成装置の一実施例の
部分断面図、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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応炉の内壁面上にＳｉＯ又はＳｉＯ＿２等の酸
   化物微粒子のフレークが生成・付着することを阻止する
   ために、ＣＶＤ反応炉の内部において、反応ガス送入ノ
   ズルのほぼ中央部分からバッファの上端部に向かってＯ
   ＿２ガスを流し、円錐状カバーの上端部から下端部およ
   び下端部から上端部に向かってＯ＿２ガスを流し、バッ
   ファの上端部から下端部および下端部から上端部に向か
   ってＯ＿２ガスを流し、かつ、中間リングの上端部から
   下端部および下端部から上端部に向かってＯ＿２ガスを
   流す手段を配設することを特徴とするＣＶＤ薄膜形成装
   置。
2. （２）前記Ｏ＿２ガスはＮ＿２ガスをキャリアガスとし
   て含む混合ガスであ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. （３）反応炉は自公転方式の常圧型ＣＶＤ反応炉である
   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。
4. （４）ノズル部へのフレークの付着を防止するため、酸
   素以外の反応ガスをＯ＿２で包囲しながらガスを供給す
   る、積層構造のノズルを有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。