JPS6289871A - 軸対称性を有する化学蒸着用反応装置を構成する方法及び装置 - 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） 本発明は一般にガスによって運ばれた物質を個体基板の
上に化学的に蒸着させること、より詳細には軸対称性を
有する化学蒸着用反応装置に関する。

（従来技術と発明が解決しようとする問題点）反応性物
質を含むガスを固体物質の表面にそって流すことによっ
て、エピタキシャル気相成長法などでかかる物質を基板
の上に化学蒸着させることは当該技術分野で周知のこと
である。使用するガスは基板上に蒸着させるべき物質を
含む反応性ガスとする。反応性ガスと基板表面との接触
反応を持続させるため、固体基板を高温に保持すること
が通常必要である。蒸着は反応容器内で行われるのが普
通であり、かかる容器は台、つまり受は台の上に載置し
た１個、又はそれ以上の個数の、普通には多数個の基板
の隅々までガスを流すように構成されている。

従来の化学蒸着用反応装置には種々の解決すべき問題が
ある。反応性ガスが基板表面と接触反応して蒸着が進む
につれて流されているガスの中から蒸着物質が奪われる
ことによって、ガス中の反応性成分の濃度が変動する。

ウェハーとしての基板の隅々まで行き亙るようにガスの
流れを拘束しているため、ガスの成分濃度の変動によっ
て厚さの不均一な蒸着層の生じることがある。蒸着層の
この不均一性は複数個の基板相互間に生じることがあり
、又単−の基板についてはその横断方向にそって生じる
こともある。加えて、現用の蒸着装置は複数個の基板を
均一な温度に保持する能力に関して制限があり、この制
限は単一の基板に対してさえも存在する。普通、温度均
一性は基板に大きな熱質量を持たせることによって獲得
される。

すなわち、大きな熱質量とこれに随伴する熱慣性とを基
板に持たせることによって基板の温度分布の不均一性を
最少限に抑えることができるのである。しかしながら、
大きな熱慣性を持つことによって基板の平衡にもたらさ
れる速度が制限され、そのため基板の処理時間も長くな
るという悪影響を受けることになる。これを要するに、
基板が大きな熱質量を持つということは基板の生産性に
対して直接の影響を及ぼすことである。

その上、エピタキシャル成長によって蒸着膜を形成させ
るため現在使用されている化学蒸着用反応装置は、添加
用不純物（ドーパント）を普通には高濃度に含む基板の
裏面から気化するドーパントによって蒸着物質が、ドー
パントを低温に含む部分に取込まれる現象のことを謂う
オートドーピングの作用を受けることを免れない。従っ
て、従来の装置ではかかるオートドーピングを阻止する
ため、基板の裏面を密封するよう留意しなければならな
かった。

化学蒸着用反応装置の生産性を向上させようとして、よ
り多数の基板素材を収容すべく反応装置の寸法が増大し
て行った。化学蒸着用反応装置の寸法が増大した結果と
して、粒子状付着物質による基板表面の汚染が増大した
。この粒子状物質は反応装置の器壁に付着した堆積物質
に起因するものであって、かかる望ましからざる堆積物
が器壁から離れて基板の蒸着領域に侵入することによっ
て上記粒子状付着物を生じたのである。

代表的な化学蒸着装置では、ガス状物質の組成、基板の
温度、及びオートドーピングが制御できることに加えて
、蒸着プロセスの制御が求められている。

最近、より満足すべき化学蒸着プロセスを得ようとして
各基板に隅かく行き亙る軸対称的なガス流を使用する可
能性につき種々の研究が実施された。その結果、軸対称
的ガス流を備えることによって、適当な境界条件の下で
、より均一な薄着層が得られるということが判明した。

蒸着を単一ウニバー上で行なえば、ウェハーの加熱方法
の適応性が拡大されるばかりでなく、ウェハーの加熱及
び冷却に要する時間を最少限に抑えることもできる。軸
対称的ガス流を採用すればオートドーピングを最少限に
抑えることができるという利点がその上にもたらされる
が、オートドーピングとは添加用不純物（ドーパント）
を高濃度に含む基板から気化するドーパント原子によっ
て蒸着層に好ましからざるドーピングの行われる現象の
ことである。その上に、軸対称的ガス流を使用して得ら
れる利点はより大きな基板を反応装置内に収容できる点
にあり、その結果単一ウニバー装着反応装置が誕生する
ことになる。単一ウニバー装着反応装置は、基板の蒸着
領域に付着する粒状物質を減少させるという傾向がある
。

従って、軸対称的なガス流を利用することができるばか
りでなく、加えて基板に小さな熱質量を結合させること
によって均一加熱を達成することのできるような化学蒸
着用反応装置の出現が望まれていたのである。

（発明の目的） そこで、本発明の目的は、改良型化学薄着用反応装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、軸対称性を有する基板を作るに適
した化学蒸着用反応装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、軸対称性幾何学的配置を使用
して行なわれる化学１着プロセスを提供することにある
。

本発明の、その上に別の目的は、円形の幾何学的配置を
有する基板を均一に加熱するための装置及び方法を提供
することにある。

本発明の更に別の目的は、蒸着プロセスをその上に制御
することの可能な装置を具備した化学蒸着用反応装置を
提供することにある。

本発明の、その上に別の目的は、基板の隅々にまで反応
性物質を運ぶガスの流れが軸対称性を有するような化学
蒸着反応装置を提供することにある。

く問題点を解決するための手段） 上記及び他の諸目的は、本発明によれば、概して円形の
基板上に薄膜を化学蒸着により反応物質として堆積させ
る円形反応室を具備した反応装置によって達成される。

円形基板は、脚柱によって、台、つまり受は台の上に支
持される。基板からの距離の制御可能な位置に配設され
た装置によって、基板の上に蒸着させられることになる
物質を含むガスが、基板の表面に垂直で、しかも概して
一様な大きさをもつ速度で、基板の面に向けて流される
。ガスは基板の表面を隅なく流れる軸対称的な流れを生
じるように拘束されるのが普通である。

基板と結合された装置とを加熱して均一温度とするため
放射加熱装置を設ける。この加熱装置により達成される
温度均一性のため、基板と結合された装置とに比較的小
さな熱質量を持たせることができる。この小さな熱質量
のため、基板と結合された装置は迅速に選定基板温度ま
で昇温し、この温度で熱平衡に達する。基板を支持して
いる脚柱を回転させることによって温度均一性及び蒸着
層の厚さの均一性をいっそう高めることも可能である。

蒸着層のオートドーピングを最少限に抑えるため、別の
ガス流を４人させることも可能である。

（実施例） 本発明の上記諸特徴及びその他の諸特徴は添付図面に基
づいて以下の説明を読めば理解されよう。

反応装置の化学蒸着室を構成する装置の略分解図の示さ
れている第１図について説明する。反応装置の化学蒸着
室を構成する装置は、上部蒸着室６０と下部蒸着室６０
を包含する。上部と下部の両蒸着室は各蒸着室と結合さ
れた複数個の放射加熱要素をそれぞれに具備する。好ま
しい実施例において個々の蒸着室の代表的形状を方形と
する限り、代表的な上記加熱要素は細長いランプである
。

明らかに、他の幾何学的形状の蒸着室も使用可能である
。室壁に穿たれた開口にランプを挿通し、普通には該ラ
ンプを基板１０に平行な平面内に配置することによって
かかるランプが互に平行に配置されるようにする。普通
には、上部蒸着室の各ランプが下部蒸着室の各ランプと
直交するように上部と下部の両蒸着室を相対的に配列す
る。基板１０と結合された受は台１５とを反応容器内で
脚柱８０によって支持する。基板１０上に堆積すべき物
質を運ぶガス１１をガス供給装置７０が反応容器の蒸着
室に導入する。ガス供給装置７０は普通には（熱放射を
透過させるため）石英で作られていて、４人ガス１１を
受入れる室７３を包含する。ガス供給装置７０は基板１
０の面に対向し、かつ咳面に略平行な面を有する。この
面に、基板へ向う概して均一な流れとしてガスを放出さ
せることのできる多数個の開口を設ける。

つぎに、反応装置の化学蒸着室を断面で示す第２図につ
いて説明する。上部と下部の両蒸着用加熱室６０内に設
けられているランプ５０が基板１０と結合された受は台
１５とを均一に加熱する。

第２図では、ランプ５０を直交配列として図示してない
が、これは加熱ランプの配置を同一図面上で上部と下部
の両加熱室について図示するためそうしたのである。下
部加熱室６０内に配置したランプ５０は、放物面反射鏡
を介して、放射エネルギーを基板受は台１５と該受は台
に結合された基板１０とに向ける。第２図の上部加熱室
６０内に配設した外側の加熱ランプ５０では、放物面反
射鏡がこれらのランプに結合されている。これに対して
、内側の加熱ランプは平坦な反射区域５２と対向して配
置される。基板・受は金詰合体に放射を向けるようにす
るため高反射率の薄膜を平坦な区域の上と放物面鏡の上
とに被着させである。基板・受は金詰合体を脚柱８０で
支持し、第２図には図示されてないが、加熱室６０を貫
通して上記脚柱の底部が延びるようにする。蒸着すべき
物質を含むガスを基板に供給する装置７０は、ガス１１
を受入れるための１個の開口と基板１０に向けてガスを
均一に流すための多数個の開ロア４とを有する。詳細に
は図示されてない装置９０は、ガスの流れの軸対称性を
保存するような仕方で、蒸着室からガスを排出させ、る
ための装置である。

装置９０は複数個の開口を含むように構成することがで
き、その主たる機能はガスの流れを制御することにある
。この装置９０は熱損失発生源にもなっていて、この熱
損失の中には基板・受は金詰合体を全体として均一温度
に維持するための熱損失も含まれている。

つぎに、反応装置を構成する蒸着室の詳細を示す第３図
について説明する。図示の蒸着室６０は結合装置５１を
介して反応装置の残余と電気的、かつ機械的に結合され
ているランプ５０を有するが、なおその上に第２図に示
したような反射区域を該蒸着室に結合させた形で具備す
ることも可能である。ガス供給装置７０は第１の平面部
材７２と第２の平面部材７１を包含する。第２の平面部
材７１は基板１０と概して平行であり、しかも該部材７
１はガス１１を基板１０へ向けて流すための複数個の開
口を具備する。基板１０を脚柱８０が支持する。軸対称
的なガスの流れを維持するため、複数個の隔壁によって
ガスの流れを拘束する。

すなわち、第１の平面部材７１、下部平面部材、及び外
側部材７６が基板と脚柱の上部とを概ね包囲してガスの
流れを拘束するようにしている。複数個の開口を介して
上記包囲体からガスを排出するように構成することがで
きる。加熱室６０と連結されたハウジング８は、反応装
置を構成する部品の上部及び下部をこのハウジングと連
結する装置と、包囲体の内部の装置をこのハウジングと
連結する装置とを図示されている装置以外の装置として
包含する。

つぎに、蒸着層のオートドーピングを阻止する手段の示
されている第４図について説明する。蒸着物質を運ぶガ
ス１１の軸対称的な流れが基板１０の中心から外側へ基
板１０の縁端に向かって流れている。スペーサー１６を
介して基板１０をその受は台１５の上に支持する。立上
り管８１と脚柱８０の垂直な柱壁とによって、受は台１
５を脚柱８０の頂部で支持する。脚柱８０の貫通開口及
び受は台１５に穿った開口８３を経てオートドーピング
阻止用ガス１３を流し、このガスを受は台と基板との間
に形成された隙間にまで到達させる。半径方向外側へ向
うガス１３のこの流れは、蒸着物質を運ぶガス１１の半
径方向外側へ向う流れと相俟って、基板表面から気化す
る望ましくないドーパント原子を基板の蒸着区域から運
び去る働きをする。

（実施例の動作） 本発明の化学蒸着用反応装置を、基板の隅々まで行き亙
るキャリヤーガスの軸対称流が呈する有効な効果を利用
した構造に設計する。「淀み点液（ｓｔａｇｎａｔｉｅ
ｎ　ｐｏｉｎｔ　ｆｌｏｗ）Ｊとも呼ばれる此の形状を
有するガス流は基板近傍における蒸着物質の濃度を半径
方向にそって均一にし、基板表面の上方空間におけるガ
スの等点線の間隔を半径方向にそって均一にし、その上
部に基板表面の上方におけるガス中の化学反応速度を半
径方向にそって均一にするという利点を有する。

平面部材から構成され、基板に最近接する部材に開口が
穿設されるように好ましい実施例を構成することのでき
るガス供給装置７０によって、軸対称的なガス流を蒸着
室に導入するための便利な方法が提供される。この好ま
しい実施例においては、複数個の開口を等辺三角形の各
頂点に配置する。隔壁９１などの装置を設けることによ
って、キャリヤーガスの排出操作によってもガスの軸対
称流が目立って乱されないようにする。放射の大部分を
透過させてこれを基板・受は金詰合体に供給できるよう
な材料でガス供給装置７０を構成するのが普通である。

軸対称的な蒸若膜を基板上に被着させ、かつ基板の隅々
までに行き亙る均一温度が維持されるように、上部と下
部の蒸着用両加熱室を同じ構造に構成する。複数個のラ
ンプ５０をかかる加熱室内に配設する。平坦な反射区域
５２と放物面状反射区域５１は勿論、加熱室の室壁５３
の上にまで高反射率被膜を蒸着させることによって、加
熱室の熱効率を向上させると共に、基板から見ることに
よって得られる見掛けの熱源の面積を増大させる。

たとえば第２図について説明すると、図示の区域９０の
方向には熱源が存在しないことに起因して、基板の縁端
部はその残余が受ける放射と同じ量の放射に曝露されな
い。縁端部が残余部よりもより低い温度環境に曝される
のを補償するため、最も外側の加熱ランプに余分の電力
を供給して作動させることによって、上記区域を加熱す
る放射を増大させることが可能である。基板の外側区域
において増大する、この熱損失を補償するため、加熱要
素の位置を変えたり、最も外側の加熱ランプ組立体を傾
斜自在にしたり、あるいは基板を充分に越えて加熱室を
延ばしてやるなどの方策を講じることも又可能である。

加熱室の側壁に高反射率被膜を付着させ、かかる被覆側
壁から反射される放射のため、基板から見た時に熱源が
追加されたのと同し効果を奏するようにすることも可能
である。

一方の室内に配設した加熱ランプの方位をもう一方の室
内に配設した加熱ランプの方位に対して相対回転させる
ことによって、離散配置の加熱ランプに起因する、熱分
布に関する横状上の欠陥をその上に減らすこともできる
。基板を支持する脚柱を回転可能とすることによって、
熱分布に関する構造上の欠陥をまだ残っていたとしても
その上に減らすこともできる。

第４図はガスの流れ１３を使用してオートドーピングを
減らすように構成した本発明の１実施例を示す図である
。ガスの流れ１１及び１３が、基板の裏面から気化して
出てきたドーパント物質を、蒸着物質の付着する基板面
がら運び去らせる。代表的な脚柱の場合、かかる脚柱を
熱放射スペクトルの大部分に対して透明な材料で構成す
るのが普通である。

基板を支持する受は台を薄くするが、又は無（すること
によって、熱平衡に達するまで加熱しなければならない
受は台のｔｆｆｌを減らすことが可能である。熱質量を
残らすことによって、いっそう多数の基板を所定時間内
に処理することができ、そのためいっそう大きな生産性
を達成できる。

キャリヤーガスを室内へ導入するための開口を備えた部
材に対して相対的に基板を上下移動させることができる
ようにすると便利である。かかる融通性を位置調節に関
して備えることによって、蒸着条件の制御に関する、も
う１つの自由度が得られる。

熱的不均一性を生じる又別の原因としては、ガス供給装
置７０、脚柱８０、及び放射発生源と基板・受は金詰合
体との間に挿入すべき他の全ての構造部材の熱放射吸収
特性及び温度のために、基板・受は金詰合体が受けるこ
とになる熱放射の場がある。従って、ガス供給装置の、
かかる構成要素が存在することに起因して熱放射の場を
結果として生しることになる摂動であって、上記構造部
材が放射を吸収したり、放出したりすることによって生
じる熱作用などの摂動を考慮に入れる必要がある。

以上の記述は本発明の好ましい実施例の動作を説明する
ために行なったものであるから、かがる記述は本発明の
範囲を限定するものではない。本発明の範囲は特許請求
の範囲によってのみ限定されるべきである。以上の説明
からして、ここに挙げた実施例の数多の変形を実施し、
しかもかがる変形態様がなお本発明の精神及び範囲に包
含されるようにすることができることは当業者にとって
明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化学蒸着用反応装置の蒸着室の分解図
、第２図は本発明の化学蒸着用反応装置の蒸着室の略断
面図、第３図は本発明の化学蒸着用反応装置の蒸着室の
好ましい実施例をさらに詳細に示す略断面図、そして第
４図は基板上に堆積された蒸着物質のオートドーピング
を最小限に抑えるガス流を、薄着物質を運ぶガス流゛と
は別に供給する脚柱の断面図である。 １０．１５　　・　・　・　２１ｉ手）（１装置１１・
・・ガス ６０・・・加熱装置 ７０・・・ガス供給装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱した基板の上に化学蒸着を行うための反応装置
   であって、 円の形状を有する基板装置、 該基板装置を均一に加熱するための加熱装置、及び 上記基板装置の隅々までに行き亙る軸対称的なガスの流
   れを供給するガス供給装置を包含することを特徴とする
   装置。 ２、基板を均一な形状にする段階、 該基板を所定温度にまで均一に加熱する段階、及び 上記基板を通過させてガスを軸対称性を有する流れとし
   て流す段階を包含し、該ガスを上記基板上に蒸着すべき
   物質を含むものとしたことを特徴とする化学蒸着方法。