JPS6318078A - 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５ｉ０２な
どの異物微粒イのフレークが生成・付着することを防止
したＣＶＤ薄膜形成装置に関する。

［従来の技術］ 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化学気相成長法（ＣＶＤ：
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）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１−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５ｉ−ｆ−の熱酸化
膜上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ンシベーシ２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、ＳｉＨ４＋０２．または
Ｓ　ｉ　Ｈ／１１　＋ＰＨＪ　＋０２　）を供給して行
われる。上記の反応ガスは反応炉内のウェハに吹きつけ
られ、該ウェハの表面にＳｉｎ＞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、Ｓ
ｉＯ２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３図に部分断面図と
して示す。

第３図において、反応炉１は、円錐状のバッファ２をベ
ルジャ３で覆い、上記バッファ２の周囲に円板状のウェ
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はオーリング１１を介して
反応炉中間リング１２と閉！トされる。中間リング１２
の下部には反応炉本体１３がＯリング１４を介して配設
されている。

ウェハ載置台４の直１ｔには反応ガスの流れを規制する
ためのインナーベルジャ１５がベルジャ３に固設されて
いる。

前記ベルジャ３の頂点付近に反応ガス送入管８および９
が接続されている。使用する反応ガスのＳｉＨ＊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、５ｉＨｑを送入管８で送入、
そして、０２を送入管９で送入する。また、ＰＨ３を使
用する場合、ＳｉＨ４とともに送入できる。

前記のウェハ載置台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６を所定の温度
（例えば、約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、５ｉＨｑ＋
０２またはＳｉＨ４＋０２．３　＋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Ｐ
ＳＧ）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、この装置では、反応ガス送入管により反応炉内
に送入された反応ガスが反応炉内のベルジャ、インナー
ベルジャ、バッファおよび中間リングなどの壁面に接触
しながら反応炉内を微速流動するので、反応炉内壁面ヒ
で反応ガスが反応し、該壁面」−にＳｉＯまたはＳｉＯ
２等の酸化物微粒子のフレークを生成・付着させる。反
応ガス送大ノズルからウェハまでの流路中で流速が０に
なる“よどみ点”では特に微粒異物が発生し易い。

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
表面上に落下・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。

史に別の問題点として、反応炉の内壁面ｌ−で反応ガス
が反応してしまうため、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
膜の成長速度の低下を招いていた。

［発明の目的コ 従って、この発明の目的は反応炉のベルジャ。

インナーベルジャ、バッフｌおよび中間リングなどの内
壁面りにＳｉＯあるいは５ｉ０２などの酸化物微粒子の
フレークが生成・付着することを抑制または防止できる
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し、あわせて本発明の目的を達成す
るための手段として、この発明は反応ガスが反応炉の内
壁面に接触することを阻止するために、ＣＶＤ反応炉の
内部において、ベルジャの壁面に沿って、該壁面のＬ部
から下部に向かって隔離ガスを流し、インナーベルジャ
の壁面に沿って、該壁面のｌ一部からド部に向かって隔
離ガスを流し、バッファの壁面に沿って、該壁面の１一
部からド部に向かって隔離ガスを流し、かつ中間リング
の壁面に沿って、該壁面の１〕部から下部に向かって隔
離ガスを流す手段を配設し、前記ベルジャ。

インナーベルジャおよびバッファの壁面に沿って隔離ガ
スを流下する手段の噴出［１に直交する隔離ガス吹出ノ
ズル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隔離ガスを流すことにより反応ガス
が反応炉の内壁面に接触することを阻止する。

すなわち、不完全反応を起こす温度条件でかなりの熱量
を供給する流路壁面を反応に関与しないガスで被覆する
ことにより不完全反応が抑制される。また、炉内壁面湿
度に比較して低温のガスを壁面に沿って供給して壁面お
よびその近傍の空間の温度をドげることにより不完全反
応が抑制される。

あくまでも仮設ではあるが、壁面付近に存在するＯＨ−
基がｌツ遊するＳｉＯと化学反応してＳｉＯ２粒子を壁
面に生成する。また、浮遊５ｉ０２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
壁面上にフレークを形成する。これに対して、０２分子
を壁面に吹き付けてやれば、０２とＯＨ−基が反応して
、Ｈ２Ｏとなり、化′７的活性の強いＯＨ−基が消滅す
ることになる。このため、隔離ガスとして窒素の他に酸
素を混合して使用することにより、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」ユにＳｉＯあるいは５ｉ０２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。

また、隔離ガス噴出口に直交して隔離ガス吹出ノズルが
配設されているので、噴出口付近の“よどみ点”周辺に
微粒異物が発生することはほとんどない。

その結果、反応炉の内壁面−Ｌで反応ガスが反応するこ
とは殆どなくなるので、内壁面りにＳｉＯあるいは５ｉ
０２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Ｆ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−卜させること
ができる。

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ドさせることが
できる。

［実施例］ 以Ｆ１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３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。

第１図にンＪ＜されるように、本発明のＣＶＤ薄膜形成
装置では、ＣＶＤ反応炉の内部において、ベルジャ３の
内壁面に沿って、該壁面の１一部から上部に向かって隔
離ガスを流すための手段２０．インナーベルジャ１５の
壁面に沿って、該壁面の上部から下部に向かって隔離ガ
スを流すための手段２２、バッファ２の壁面に沿って、
該壁面の上部から下部に向かって隔離ガスを流すための
手段２４、かつ中間リング１１の壁面に沿って、該壁面
の上部から下部に向かって隔離ガスを流すための１段２
６を配設している。

前記ベルジャ３の壁面に沿って隔離ガスを流下する手段
２０の噴出口に直交するように隔離ガス吹出ノズル２８
を配設する。同様に、インナーベルジャ１５の壁面に沿
って隔離ガスを流下する手段２２の噴出口に直交するよ
うに隔離ガス吹出ノズル３０を配設し、バッファ２の壁
面に沿って隔離ガスを流下する手段２４の噴出［」に直
交するように隔離ガス吹田ノズル３２を配設する。

中間リング１２とインナーベルジャ１５との間には僅か
な間隙が存在する。従って、インナーベルジャ１５の内
部側から中間リングの壁面に向けて隔離ガスを噴出させ
れば、ガスはこの間隙部を流下する。その結果、中間リ
ングおよびインナー−１〇− ベルジャの各間隙部壁面への微粒異物の付着は抑制され
る。

ベルジャおよびバッファに配設される隔離ガス流下手段
の個数は少な（とも１個以りでなければならない。複数
個配設することが好ましい。例えば、第１図に図示され
た配設位置に加えて、ベルジャの反応ガス送入ノズル取
付部付近およびバッファの円錐頂部付近にも隔離ガス流
下手段を配設することが好ましい。か（して、流路壁面
全体が隔離ガスで覆われる。

隔離ガス噴出口は細い開口部または多数の微小円孔を有
する環状部材であり、壁面円周をカバーする。隔離ガス
吹田ノズルも同様に環状部材である。

隔離ガスとしては、窒素だけからなるガスまたは窒素と
酸素との混合ガスを使用できる。これらのガスはいずれ
も従来よりＣＶＤ成膜反応に使用されてきたものであり
、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置においても何の不都合も
なく使用できる。

第１図において、隔離ガス流下丁・段２０および２４か
ら隔離ガスを噴出させて、それらの壁面平行流をつくる
。かくして、第１図における（イ）の部分では第２図の
（ａ）に示したように、反応ガスは隔離ガスに挟まれて
、７ｊわばサンドイッチ状のままウェハ載置台に向かっ
て流下していく。

隔離ガスがない場合には流路壁面に反応ガスの境界層が
でき、不完全反応を起こし易い吠態となる。これにたい
して、図示されたように、隔離ガスが流路壁面と反応ガ
スとの間に割って入れば流路壁面には隔離ガスの境界層
が形成され、壁面上における反応ガスの不完全反応は抑
制される。

一方、第１図において、隔離ガス流下手段２２から隔離
ガスを噴出させると、第１図の（ロ）の部分では第２図
の（ｂ）に示されるように、反応ガスはインナーベルジ
ャ壁面のみからしか隔離されない。

かくして、反応ガスはガラス化反応温度に加熱されたウ
ェハ載置台にのみ接触し、そこで所期の成膜反応を起こ
すことができる。このように、反応ガスはウェハ載置台
以外の壁面に出来るだけ接触しないように反応炉内を流
下されるので、シリコンの酸化物微粒子のフレークが壁
面に発生することは殆どなくなる。

史に、隔離ガス中に０２が存在すれば、不完全反応を助
長する可能性のあるＯＨ基と反応して、Ｈ２０蒸気を生
じ、これが流路壁面に付着して不完全反応を一層抑制す
るものと思われる。

再び第１図を参照する。

隔離ガス流Ｆ手段２０．２２および２θならびに隔離ガ
ス吹出ノズル２８および３０には隔離ガス供給パイプ４
０から隔離ガスが供給される。

中間リング用の隔離ガス流下手段２６には連続的に隔離
ガスが供給されるが、隔離ガス吹出ノズル２８および３
０には自動切替弁４２により間欠的に隔離ガスを供給し
吹き出させる。吹き出し周期は特に限定されない。説明
するまでもなく、隔離ガス吹出ノズル２８および３０か
ら隔離ガスが吹き出されている時は、隔離ガス流下手段
２０および２２からは隔離ガスは流下されない。

同様に、バッファ２に配設される隔離ガス流下手段２４
および隔離ガス吹出ノズル３２には隔離ガス供給パイプ
４４から隔離ガスが供給される。

パイプ４４はパイプ４０に接続することもできる。

このようにすれば、隔離ガスの供給源を−・本化するこ
とができる。パイプ４４の途中に設けられた自動切替弁
４６により隔離ガス吹出ノズル３２から間欠的に隔離ガ
スを吹き出させる。自動切替弁４６は自動切替弁４２と
同調させることもできる。

また弁４２と弁４６の吹き出し周期は同一であることも
できるし、異なっていてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置では
、反応炉の内壁面に沿って隔離ガスを流すことにより反
応ガスが反応炉の内壁面に接触することを阻止する。

すなわち、不完全反応を起こす温度条件でかなりの熱量
を供給する流路壁面を反応に関与しないガスで被覆する
ことにより不完全反応が抑制される。また、炉内壁面温
度に比較して低温のガスを壁面に沿って供給して壁面お
よびその近傍の空間の温度を下げることにより不完全反
応が抑制される。

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Ｓ　ｉ　０２粒子がＯＨ−基と
反応して壁面に付着する。この現象が皮取なって、次第
に壁面上にフレークを形成する。これに対して、０２分
子を壁面に吹き付けてやれば、０２とＯＨ−基が反応し
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、隔離ガスとして窒素の他に酸
素を混合して使用することにより、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（なる。

従って、内壁面上にＳｉＯあるいは５ｉ０２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。

また、隔離ガス噴出口に直交して隔離ガス吹出ノズルが
配設されているので、噴出口付近の“よどみ点”周辺に
微粒異物が発生することはほとんどない。

その結果、反応炉の内壁面上で反応ガスが反応すること
は殆どなくなるので、内壁面上にＳｉＯあるいは５ｉ０
２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、を導体素子の装造歩留りを向ヒさせることがで
きる。

また、異物量を大幅に低減させることができるので、本
発明のＣＶＤ薄膜形成装置は６インチ以Ｌ１好ましくは
８インチよりも大きな直径のシリコンウェハの成膜処理
に特に適する。

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、ＣＶＩ）膜の成長速度も向
ｌ〕するので、半導体素ｆの製造コストを低ドさせるこ
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（ａ）および（ｂ）は第１図の中に示さ
れた（イ）および（ロ）の部分における隔離ガスと反応
ガスとの流速分布図、第３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。 １・・・反応炉、２・・・バッファ、３・・・ベルジャ
。 ４・・・ウェハ載置台、５・・・駆動機構、６・・・ウ
ェハ。 ８および９・・・反応ガス送入管、１０・・・加熱手段
。 １２・・・中間リング、１５・・・インナーベルジャ。 ２０．２２．２４．２８・・・隔離ガス流下手段。 ２８．３０．３２・・・隔離ガス吹出ノズル。 ４０．４４・・・隔離ガス供給バイブ、４２．４８・・
・自動切替弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応ガスが反応炉の内壁面に接触することを阻止
   するために、ＣＶＤ反応炉の内部において、ベルジャの
   壁面に沿って、該壁面の上部から下部に向かって隔離ガ
   スを流し、インナーベルジャの壁面に沿って、該壁面の
   上部から下部に向かって隔離ガスを流し、バッファの壁
   面に沿って、該壁面の上部から下部に向かって隔離ガス
   を流し、かつ中間リングの壁面に沿って、該壁面の上部
   から下部に向かって隔離ガスを流す手段を配設し、前記
   ベルジャ、インナーベルジャおよびバッファの壁面に沿
   って隔離ガスを流下する手段の噴出口に直交する隔離ガ
   ス吹出ノズルをそれぞれ配設することを特徴とするＣＶ
   Ｄ薄膜形成装置。
2. （２）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。