JPS62243771A - 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上にＳｉＯあるいはＳｉＯ２な
どの異物微粒子のフレークが生成・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　　Ｖａｐｏｕｒｌ）ｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）がある。ＣＶＤとは、ガス杖物質を化学反応で固体
物質にし、基板」二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がな
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Ｓ　ｉ　ｌの熱酸化
膜」二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
たウニ六に反応ガス（例えば、Ｓ　ｉＨｅ＋０２．また
はＳ　ｉＨｑ＋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ｌは、円錐状のバッフ１２をベ
ルジャと呼ばれるカバー３で覆い、上記バッファ２の周
囲に円形状のウェハ載置台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。ベルジャ３の内部に
は反応ガスのフローパターンを規制するためのインナー
ベルジャ７が配設されている。ベルジャ３と炉本体２０
との間には中間リング１２が介装されている。中間リン
グ１２には例えば、ウェハを搬入／搬出するためのゲー
トバルブ（図示されていない）を配設することができる
。

前記ベルジャ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。使用する反応ガスのＳｉＨ４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ＳｉＨ４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、ＰＨａを使用する場合
、Ｓ　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ａ置台４の直下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を所定の温度（
例えば約５００℃）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　Ｈｑ　＋０２またはＳ　ｉ　Ｈ４＋Ｐ
ＨＪ　＋０２　）は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、反応ガス送入ノズルから炉内
に送入された反応ガスがウェハ載置台４の上のウェハに
達して膜付するまでに、反応ガスはバッファ２に沿って
流れるだけではなく、第２図に示されるような上昇流な
どの乱流が起こる。

そのためにガスの滞留が起こり、反応ガスの濃度分布が
不均一　となる。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ＳｉＯ２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インナーベルジャおよび
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上げられて炉内を
浮遊し、ウェハ表面」−に落下・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゛ｌ′、導体素ｒ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１−にフレークが堆積するとウェハの
表面に形成されるＣＶＤ膜の膜厚が不均一となる欠点も
ある。

また、インナーベルジャおよび中間リングなどの壁面−
１−にフレークが付着した場合、反応炉による成膜作業
を止めて定期的に炉内をｔＩｇ帰し、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プットが著しく低下する。

史に別の問題点として、反応炉の内壁面４−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ドするばか
りか、薄膜の成長速度の低Ｆを招いていた。

［発明の目的］ 従って、本発明の［１的は反応炉のインナーベルツヤお
よび中間リングなどの、ｔにウェハよりも高い位置にあ
る、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］ 前記の問題点を解決するための手段として、本発明は、
少な（とも、ウェハ載置台の位置よりも高い位置の反応
炉内壁面一ヒにＳｉＯ又はＳｉＯ２専の酸化物微粒子の
フレークが生成・付着することを阻止するために、Ｃｖ
Ｄ反応炉の内部において、インナーベルジャおよび中間
リングの壁面に０２ガス吹き出し手段を配設したことを
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、ウェ
ハ載置台よりも高い位置の反応炉内壁面に沿って０２ガ
スを吹き出すことにより反応炉の内壁面」−における酸
素濃度を調節する。

これは、あくまでも仮説であるが、壁面付近に存在する
ＯＨ−基が、浮遊するＳｉＯと化学反応してＳｉＯ２粒
子を壁面に生成する。また、浮遊ＳｉＯ２拉ｒ〜がＯＨ
−基と反応して壁面に付着する。この現象が庶子なって
、次第に壁面上にフレークを形成する。これに対して、
０２分子を壁面付近に集中させてやれば、０２とＯＨ−
基が先に反応してＨ２Ｏとなり、化学的活性の強いＯＨ
−基が消滅することになる。このため、内壁面上にＳｉ
Ｏ２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、内壁面ヒに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
防止される。

従って、これらフレーク（異物）がウェハ表面に落ド付
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、１４導体素子の
製造歩留りを向上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
Ｃ　Ｖ　ｌ）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膜の成長速度も向上
するので、゛１５導体素子の製造コストを低ドさせるこ
とができる。

［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。

反応ガス送大ノズル８からは水素化物（例えば、ＳｉＨ
４およびＰＨａ）が供給され、酸素ガス送大ノズル９か
らは水素化物との反応に必要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
生しにくい吠態にする。

一般的な＃′Ｂ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大ノズル８および９から
水素化物と酸素を供給する。

第１図に示されるように、インナーベルジャ７の内部に
第１の０またまりジャケット３０を配設し、同様に、中
間リングの内壁面に第２の０またまりジャケット４０を
配設する。第またまりジャケット３０には注入［１３２
から０２ガスが供給される。また、第またまりジャケッ
ト４０には注入１：ｌ：＋　４２から０２ガスが供給さ
れる。

たまりジャケットの反応炉内壁面側の全面には微小な孔
が多数穿設されており、注入された０２ガスはこの微小
孔から炉内に吹き出される。

その結果、反応ガスの上昇流は吹き出された０２ガスに
より掻き消されてしまい、反応ガスの滞留現象は発生し
なくなる。

所ｑＨにより、ウェハａ置台よりも下の位置にも０また
まりジャケット５０および／または６０を配設すること
もできる。

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濃度は、膜生成速度（デポレート）、
ＣＶｌ）膜質（不純物濃度１ｇ厚均一性。

ステップカバレージ、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。炉内全体の必５０２ＣＪ
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（デポレート）。

ＣＶＤ膜質（不純物濃度、膜厚均一性、ステップカバレ
ージ、エッチレート等）に悪影響を及ぼさない程度のも
のであればよい。

前記注入Ｌ１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。

かくして、反応したＳｉＯやＳｉＯ２粒丁は吹き出し０
２ガスにより、バッファ上を律速的に流れ、しかも、壁
面に近づけないので、拉ｒ同士の成長を起こす１１１１
にウェハに蒸召されるか、あるいは、ウェハよりもドに
行き、炉外に排出されてしまう。

本発明の実施例を常圧型ＣＶＤ薄膜形成装置について説
明してきたが、本発明の概念は減圧型ＣＶｌ）薄膜形成
装置についても実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＣＶ　Ｉ）ｆＮ膜形成装
置では、ウェハ＠置台よりも高い位置の反応炉内壁面に
沿って０２ガスを吹き出すことにより反応炉の内壁面り
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−
基が浮遊するＳｉＯと化学反応してＳｉＯ２粒子を壁面
に生成する。また、浮遊ＳｉＯ２粒子がＯＨ−基と反応
して壁面に付着する。この現象が変電なって、次第に壁
面」−にフレークを形成する。これに対して、０２分子
を壁面付近に集中させてやれば、０２とＯＨ−基が先に
反応して、Ｈ２Ｏとなり、化学的活性の強いＯＨ−基が
消滅することになる。このため、壁面にＳｉＯ２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・付着することは効果的に
防１ヒされる。

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Ｉｔ−され、半導体素子
の製造歩留りを向」ニさせることができる。

不規則反応が防ｌＥ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
、Ｉユ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ＣＶＤ薄膜形成装置の一実施例の部分
断面図、第２図はｃ　Ｖ　Ｉ）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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、ウェハ載置台の位置よりも高い位置
   の反応炉内壁面上に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、インナーベルジャおよ
   び中間リングの壁面にＯ＿２ガス吹き出し手段を配設し
   たことを特徴とする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。