JPS63150913A - 薄膜生成装置 - 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、反応ガス相互の化学反応又は反応ガスと基板
との化学反応により半導体ウェハその他の基板上に酸化
膜や絶縁膜、又基板と同一の結晶方位を有する単結晶膜
（エピタキシャル）等を生成する気相成長装置、酸化拡
散炉その他の薄膜成長装置に係り、特に垂直方向に軸線
を有する反応容器の上方位置に導入された反応ガスが、
その下方に位置する複数の基板表面を通過しながら基板
上に薄膜を生成するようにした薄膜生成装置に関する。

「従来の技術」 従来より、周囲に高周波誘導加熱体を囲設したベルジャ
型の反応容器内に円板状のサセプタ板を回転可能に配置
し、前記誘導加熱体によりサセプタ板とともに該サセプ
タ上に密着戴置させた基板を加熱させながら、基板表面
に反応ガスを流し、所定の気相成長を行う装置や、又円
筒状の反応管内に回転可能に支持された多角形錐台状の
サセプタの各側面に夫々−又は複数個の基板を装着し、
反応管周囲に囲設された誘導加熱体によりサセプタ板と
ともに前記基板を加熱し、前記と同様に所定の気相成長
を行う装置も存在するが、前者は基板配列面が平面的で
あり、又後者においても多面体の外面にしか基板を装着
出来ない為に、反応管容積に比較して基板処理枚数が必
然的に少なく、而も基板の大口径化が進むにつれ有効処
理枚数の低下が一層進むという問題を有していた。

かかる欠点を解消する為に、前記のように主としてサセ
プタを加熱する事により基板を加熱する方式を取らず１
反応管を熱壁として反応室内全体を高温化し、該反応室
内に多数枚の基板を横列状又は縦列状に配設させて気相
成長を図る装置が提案されている・ 第５図はかかる装置の一例を示し、反応室１０１の下端
側に形成された排気口１０２内に沿って容器１０３軸線
方向に垂直に延設し１反応室１０１上方位置まで達する
ガス導入管１０４の両側に、容器短手方向に横列状に多
数の基板１０６が列設可能な一対の基板保持台１０５を
左右に平行に配置するとともに、反応容器１０３の外側
に囲設された外容器１０７の外周及び反応容器１０３下
側に位置する基台１０８内に夫々発熱体１０９を配設し
、該発熱体１０９を介して前記反応容器１０３内を高温
度に維持しつつ、前記ガス導入管１０４より反応室内に
反応ガスを流し、該反応ガスを基板保持台１０５上に立
設する多数の基板１０６間を通過させながら該基板ｔｏ
ｅ表面に気相成長を行わしめた後、容器１０３下端側に
設けた排気口１１０より外部に排出するものである（特
開昭ＥｉＯ−７０１７７号他）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながらこの種のホットウォール型装置においては
反応室を形成する容器壁自体が高温で加熱されており、
而も該容器は基板と同質材料であるシリコン又は石英等
で形成されている為に、該反応室内に導入された反応ガ
スが容器壁面でも化学反応を生じせしめ、該反応ガスの
生成物が容器内壁面に付着し、該壁面に付着した°生成
物が炉壁材との熱膨張率の違いにより容器壁から脱落し
易く、該生成物の脱落により生じたフレーク状の膜片が
基板表面に付着し、欠陥の原因になる。

特に前記従来技術のように、基板上方位置にガス導入口
を配し、該導入口より導入されたガスが基板上方の容器
状壁面に衝突しながら反応室内に分散される構成を採用
すると、基板上方位置である容器内上壁部に最も前記生
成物が付着し易く、前記欠陥が一層促進されるという問
題が生じる。

又前記のように単一のガス導入口より反応室内にガスを
分散させる構成では、ガスが乱流化し易く、而も前記装
置においては該導入口の直下に基板が位置している為に
、乱流化されたガスが直接基板表面に均一な膜厚分布が
得られないという問題が生じる。

又前記従来技術は反応容器の外側に密閉された外容器を
配設し、反応室内が所定の反応温度に維持されるよう構
成されているが、前記反応ガスは室温状態でガス導入管
から反応炉本体内に供給される為に例えその導入途中で
予備加熱されるにしても反応室内入口部での温度差が生
じ易く、この結果、前記従来技術のようにガス導入口の
直下に基板群が配置されている前記従来技術の構成では
基板表面の反応域において反応ガス温度の不均一化が生
じ、均−且つ均質な膜厚分布と抵抗分布が得られないと
いう問題が生じる。

従って前記従来技術のように基板を多数枚列状に配置さ
せた反応室内の上方位置より反応ガスを導入しながら気
相成長を図る装置においては均−且つ均質な膜厚分布や
抵抗分布を得る事が困難である為に、絶縁膜の生成を行
う装置には適用可能であるにしても、より薄膜で高精度
の膜形成が必要なエピタキシャル膜の生成装置に適用す
る事が技術上程々の困難さが生じていた。

本発明はかか条従来技術の欠点に鑑み、容器壁から脱落
した反応生成物が基板表面に付着するのを防止し得る薄
膜生成装置を提供する車を目的とする。

又本発明の他の目的とする所は、例え反応ガス導入口の
直下に複数の基板を配設する構成を採用したとしても層
流化され且つ均一な温度の反応ガスが基板表面の反応域
に流れるようにし、この結果基板処理枚数を著しく増大
させつつ均−且つ均質な膜厚分布と抵抗分布が得られる
薄膜生成装置を提供する事にある。

「問題点を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、■反応容器
内上方に位置する反応ガス導入口直下で且つ基板配設空
間の上方位置に、少なくとも前記容器軸線とほぼ直交す
る面方向に張り出されたガイド板を配した点、 ■前記導入口より容器内に導入された反応ガスがガイド
板に沿って容器周縁側に分散された後、前記複数の基板
表面を通過可能に構成した点、を必須構成要件とする薄
膜生成装置を提案し、特に好ましい実施例においては、
前記ガイド板に沿って容器周縁側に分散された反応ガス
が、容器下端側に位置する吸引手段により単一の基板表
面の反応域を通過後、外部に排出可能に構成するのがよ
い。

尚、前記反応ガスは原料ガスやドーピングガスのみを指
すのではなく、キャリアガス中のこれらのガスが混入さ
れたものを指す。

又、本発明はいわゆる縦形構造の薄膜生成装置であれば
、加圧、常圧又は減圧下における熱ＣＶＤ、ブラズ−Ｆ
ＣＶＤ、光ＣＶ　Ｄ　、　Ｐｈｏｔｏ−ＣＶ　Ｄ、ＭＯ
ＣＶＤに加えて、基板上に酸化膜を形成する酸化拡散炉
等の、反応ガス相互の化学反応又は反応ガスと基板との
化学反応により半導体ウェハその他の基板上に、絶縁膜
、酸化膜、単結晶膜等を生成するのいずれの装置にも適
用可能であるが、特に反応容器壁を熱壁として反応室全
体を高温化するとともに、該反応室内が減圧さされてい
る、いわゆるホットウォール型減圧ＣＶＤ装置に有効で
ある。

「発明の効果」 かかる技術手段によれば、反応ガス導入口とその下方に
位置する基板配設空間との間が、ガイド板にて遮断され
ている為に、例え容器上壁面に付着した生成物が容器壁
材との熱膨張率の違いにより容器壁から脱落しても前記
ガイド板に沿って容器周縁側に落下する為に、前記ガイ
ド板直下に位置する基板に前記生成物が付着する恐れを
解消し、基板表面に生成される薄膜の欠陥を防止出来る
。

又前記従来技術によれば、前記ガス導入口より反応室内
に導入されたガスは、該導入当初において例え乱流化し
ても、前記ガイド板と容器上壁間に沿って容器周縁側に
導かれる間に層流化し、該層流化したガスが基板表面の
反応域を通過させる４９が出来、而も前記反応ガスの導
入当初において反応室内温度との間で温度差が生じてい
る場合であっても前記ガイド板と容器上壁間に沿って容
器周縁側に導かれる間に加温されてガス温度の均一化が
図られる事となる。

従って、層流化され且つ均一なガス温度を有する反応ガ
スが前記反応域を通過する事となる為に、均−且つ均質
な膜厚分布と抵抗分布が得られ、この結果より薄膜で高
精度の膜形成が必要なエピタキシャル膜の生成装置への
適用も容易である。

尚、前記ガイド板をグラファイトその他の熱吸収体で形
成する事により前記反応ガスが容器周縁側に導かれる間
に効率的に加温されて前記効果を一層向上させる事が出
来る。

又本発明の好ましい実施例によれば、前記ガイド板に沿
って容器周縁側に分散された反応ガスが、容器下端側に
位置する吸引手段により単一の基板表面の反応域を通過
後、外部に排出可能に構成する事により、全ての基板に
未反応の生ガスを通過させる事が出来、この結果より一
層均−且つ均質な膜形成が可能となる。

等の種々の著効を有し、更に本発明を酸化拡散炉に適用
した場合においては前記効果とともに、従来の酸化拡散
炉に比較して多量枚数の基板の酸化拡散処理が可能であ
るとともに、而もこのように多量枚数を処理してもスリ
ップラインやその他の欠陥のない均−且つ均質な処理が
可能である。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図乃至第３図は本発明の実施例に係るホットウォー
ル型の減圧ＣＶＤ装置を示す。

本装置はガス導入管４を支持し、排気口６を有する基台
１と、該基台ｌ上にシール手段７を介して散設された内
容器２と外容器３よりなる反応炉と、前記内容器２に収
容される基板支持治具５とからなり、これらの部材はい
ずれも石英ガラス材で形成されている。− 基台１は、その上面に円筒台状の内容器取付台１１を設
けるとともに、該取付台１１の中心部を貫通する如く、
吸引ポンプ１２が連結された排気口６を設け、該排気口
６内に軸線上に沿って内容器２内の反応室上方位置にま
で延設するガス導入管５を配設支持する。

そして前記ガス導入管４の先端部を球状に膨出させると
ともにその周面上に多数の貫通孔１３ａを穿設してガス
導入口１３を形成するとともに、該導入口１３より反応
室ＩＡ内に分散された反応ガスが、内容器２内壁に沿っ
て放射状に反応室ＩＡ周縁側に導かれるよう構成する。

又前記ガス導入口１３直下には、鏡板状のガイド板９が
取り付けられている、 ガイド板８は、その下方に位置する基板支持治具５配設
空間とほぼ同一か僅かに大なる直径を有する鏡板状をな
し、その周端部を垂直下方に腕曲させる事により、前記
ガス導入口１３より反応室ＩＡ内に導入された反応ガス
が、前記ガイド板９に沿って反応室ＩＡ周縁側に分散さ
れた後、その終端位置で内容器２内壁に沿って反応ガス
が垂直下方に向は流れるように構成する。

尚、ガイド板９は石英ガラス材で形成してもよいが、吸
熱回旋な高純度グラファイト（表面にＳｉＣコートする
と良い）で形成する事により前記熱源１０よりの輻射熱
がガイド板９自体にも吸収され、反応室ＩＡ内の均熱化
がより一層達成され、またこのガイド板９は反応室を汚
染しないグラファイト以外の断熱材を選ぶことも良い。

又前記ガス導入口１３より反応室ＩＡ内に導入された反
応ガスが、導入当初にガス温度のバラツキを有していて
も速やかに反応室ＩＡ湿温度で加温させる事が出来る。

一方前記取付台１１の内部には石英綿１４その他の断熱
材を封入し、反応室ＩＡ内の熱が基台１側に逃げないよ
うに構成している。

外容器３は、赤外線の吸収を低く抑えた透明石英ガラス
材を用いて円筒ドーム状に形成され、基端側より所定間
隔離隔させた外周囲に赤外線ランプその他の輻射熱＠１
０を囲繞する。尚、前記外容器３は赤外線の吸収を低く
抑えた透明石英ガラス材のみに限定されるものではなく
、気泡を含んだ半透明石英ガラス材も用いる事が出来、
これにより外容器３透過後の赤外線が散乱し、均熱性が
一層向上する。

又前記外容器３の基端側は基台１上に取り付けられたリ
ング状耐圧シール手段７により密封封止されている。

内容器２も赤外線吸収性のよい石英ガラス材又はシリコ
ン材等を用いて、外容器３に対し相似形に縮小された円
筒ドーム状に形成するとともに、その基端側を隔室と通
気可能にして塵埃等が侵入不可部な程度に取付台１１上
に密着戴置させる。

尚、前記内容器２も外容器３と同様に気密的にシールし
て、内容器２と外容器３間に囲まれる隔室２Ａ内にパー
ジガスが、又反応室ＩＡ内に反応ガスが流れるように構
成してもよい。

基板支持治具５は第３図に示す如く、所定間陽春して上
下に水平に配置された底板１５と天板１６間に３木の棒
状キール部材１Ｂを直立して固設し、該キール部材１８
の内周面側に多数の支持溝１９を刻設して、円板状のサ
セプタ２１により支持された半導体ウェハ２０が軸線と
ほぼ直交する平面上に沿って２０〜数十枚積層して配置
可能に構成する。

前記支持治具５は、ハンドリング操作の容易化を図る為
に、キール部材１８を容器中央側に片寄せて配置し、容
器２周面側の側方位置より、ウェハ２０を支持するサセ
プタ２１ｉ装着／抜出可能に構成するとともに、ウェハ
が反応中安定してその位置が保持されるようわずかに傾
斜させである。またウェハ保持具が自転しない場合には
、ガスフローの全体バランスから反応容器軸線に直交す
る反応容器直径上で中心方向または外側方向に下方に最
高２０°程度傾斜させると反応ガスをスムーズに流すこ
とができる。

そしてかかる支持治具５を排気口６を挟んでその周囲空
間上の反応室ＩＡ内に２〜４台夫々対称位置に戴置させ
る。

尚、前記ウェハ２０を支持するサセプタ２１は石英ガラ
ス材で形成してもよいが、吸熱可能なグラファイトで形
成する事により前記熱源１０よりの輻射熱がサセプタ２
１自体にも吸収され、ウェハ２０の均熱化がより一層達
成される。

次にかかる実施例の作用を説明する 先ず、反応室ＩＡ内をパージガスで置換し、次いで前記
反応室ＩＡ内にＨ２ガスをガスガス導入管５より波しな
がら、反応室ＩＡ及び隔室２Ａ内を１〜１０ｔｏｒｒ前
後の減圧下に置き、外容器３外周囲に囲設した輻射熱源
ｌＯにより外容器３を介して内容器２を加熱し、反応室
ＩＡ内を所定温度（１１００〜１２００℃）まで加熱維
持させた後、キャリアガス（Ｈ２ガス）内に原料ガスと
ドーピングガスを所定割合で混入した反応ガスを前記ガ
スガス導入管５より反応室ＩＡ内に導入する。

そしてガスガス導入管５先端に位置する前記ガス導入口
１３より反応室ＩＡ内上方位置に導入された反応ガスは
、前記ガイド板９に沿って反応室ＩＡ周縁側に分散され
層流化されながら、その終端位置で内容器２−内壁に沿
って反応ガスが垂直下方に向はカーテン状に流れ、そし
て該容器周縁部位と対面するウェハ積層間隔位置２２よ
り順次各ウェハ２０表面の反応域に流れ込み、層流化さ
れ且つ未反応の生ガスにより気送成長成長を行った後、
単一のウェハ２０表面の反応域を通過した反応ガスが他
のウェハ２０表面の反応域を通過する事なく中央空間よ
り排気口６を通って容器外に排出される。

かかる実施例によれば、反応ガスが筒状の内容器２内壁
面に沿って垂直下方に向はカーテン状に流れる為に、下
方に位置するウェハ２０にも順次未反応の生ガスが供給
可能であるが、上方位置にあるウェハ２０表面の反応域
を通過し中央空間に滞留した反応ガスの一部が下方に位
置するウェハ２０表面の反応域に再度入り込む場合があ
る。

第４図はかかる欠点を解消したもので、その構成を前記
実施例との差異を中心に説明する。

反応室ＩＡ中央部位の排気口６延長線上には、ガイド板
９下面にまで達する円筒管３０が連接されており、該円
筒管３０の周面上の、支持治具５のウェハ積層間隔位置
２２と対応する部位に貫通孔３１を穿設する。

又内容器取付台１１上の内容器周縁部位と対応する位置
には多数の小孔３３が円周方向に環状に穿設されており
、該小孔３３は取付台１１内部に形成されたリング状空
隙輪３４と連通させ、該空隙幅３４は排出管３５を介し
て吸引ポンプ３６と連結されている。

かかる実施例によれば、例えば前記排気口６よりの吸引
力と、小孔３３と連通ずる排出管３５よりの吸引力を、
所定割合に配分するネにより、前記ガス導入口１３より
反応室ＩＡ内上方位置に導入され、ガイド板９に沿って
反応室ＩＡ周縁側に分散された反応ガスが小孔３３の吸
引力により内容器２内壁に沿って確実にカーテン状に流
れ、下方に位置するウェハ積層間隔位置２２内にも確実
に、層温化され且つ未反応の生ガスが波れ込むとともに
、各つ工ハフ０表面の反応域を通過した反応ガスは円筒
管３０の周面上に穿孔した貫通孔３１より容器外に確実
に排出され、ウェハ２０表面で反応したガスの一部が下
方に位置するウェハ２０表面の反応域に再度入り込む恐
れを確実に解消し得る。

更に上方位置にあるウェハ２０表面の反応域を通過し、
中央空間に滞留したガスの一部がウェハ支持台の間隙を
通し、下方のウェハ表面に影響を与えることを妨げるも
う一つの手段として、排気管を複数並列しあるいは同心
円状配置の多重構造としてその上端の排気孔なウェハ毎
、または隣接するウェハのグループ毎に設け、それぞれ
から一定の排ガス流量で排気することも採用できる。

以上記載した如く、前述した２つの実施例によれば、前
記した本発明の効果に加えて、シール手段７が外容器３
のみである為に、内容器２と外客器３の内圧をほぼ同一
に設定出来る為に、交換の必要性のほとんどない外容器
３さえ丈夫であれば、内容器２は薄肉の異形管でも使用
可能であり、この結果製造コストの低減とともに内容器
２の形状を自由に設定出来る為に、例えばガスを均一に
ウェハ５６表面に流すのに都合のよい形状に設定する事
も可能である。

又ウェハ５Ｂが内容器２の横断面に沿っておおよそ配置
されている為に、同一ウェハ５６内の均熱性がよくスリ
ップライン等の欠陥が発生しにくい。

面もウェハ５Ｂはガス流れ方向に対し上向きに数°の角
度をもって平行に配置されている為に、ガスはウニ八積
層間隔位置５７内に侵入し易くウェハ５６面上を炉管中
央に向かって層流状態で通過させる車が出来る。

尚、前記実施例においては、基板２０の表面（薄層の成
長される側）が上側となるよう配置されているが、これ
を逆に下側になるよう配置することも可能である。この
場合には、基板の周辺でできるだけ少ない接触部で保持
したり、また背面に薄膜の成長がないよう適当なカバー
が必要となるが、しばしばウェハー表面が上側に配置さ
れている場合に多発する突起状の結晶欠陥の原因となる
反応ガスまたは反応ガスの稀釈ガスによるウェーハ表面
上への微粒子の搬入着地が妨げられるという効果を有す
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第２図は本発明の実施例に係るホラる。 第４図は本発明の他の実施例を示す正面断面図である。 第３図はこれらの実施例に使用される基板支持治具を示
す概略斜視図である。 第５図は従来技術を示す正面断面図である。 特許出願人コ信越半導体株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）垂直方向に軸線を有する反応容器の上方位置に導入
   された反応ガスが、その下方に位置する複数の基板表面
   を通過しながら、反応ガス相互の化学反応又は反応ガス
   と基板との化学反応により該基板上に薄膜を生成するよ
   うにした薄膜生成装置において、反応容器内上方に位置
   する反応ガス導入口直下で且つ基板配設空間の上方位置
   に、少なくとも前記容器軸線とほぼ直交する面方向に張
   り出されたガイド板を配し、前記導入口より容器内に導
   入された反応ガスがガイド板に沿って容器周縁側に分散
   された後、前記複数の基板表面を通過可能に構成した事
   を特徴とする薄膜生成装置 ２）前記ガイド板に沿って容器周縁側に分散された反応
   ガスが、容器下端側に位置する吸引手段により単一の基
   板表面の反応域を通過後、外部に排出可能に構成した特
   許請求の範囲第１項記載の薄膜生成装置 ３）前記ガイド板をグラファイトその他の熱吸収体で形
   成した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の薄膜生成
   装置 ４）前記薄膜生成装置が、基板表面に単結晶膜や非単結
   晶膜を生成する気相成長装置である特許請求の範囲第１
   項から第３項までのいずれか一項記載の記載の薄膜生成
   装置 ５）前記薄膜生成装置が、熱酸化反応により基板表面に
   酸化膜を生成する酸化拡散炉である特許請求の範囲第１
   項から第４項までのいずれか一項記載の記載の薄膜生成
   装置