JPS63216973A - 気相反応装置における反応ガス送入方式 - 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］ 本発明は気相反応装置における反応ガス送入方式に関す
る。更に詳細には、本発明はＣＶＤ薄膜形成装置の反応
炉内における異物の発生量を低減させることのできる反
応ガス送入方式に関する。

［従来の技術］ 薄膜の形成方法として゛１′導体工業において−・般に
広（用いられているものの一つに化学的気相成長法（Ｃ
ＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　
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。

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Ｓｉ上の熱酸化膜上
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、Ｓ　Ｉ　Ｈ４＋０２．ま
たはＳ　ｉ　ＨＱ　＋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、５
ｉ０２とＰＳＧとの２層成膜が行われることもある。更
に、モリブデン。

タングステンあるいはタングステンシリサイド等の金属
薄膜の形成にも使用できる。

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４図に部分断面図と
して示す。

第４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の周囲に円盤吠のウェ
ハ試料台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０リング１１を介して反
応炉中間リング１２と閉鎖される。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。

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。ガス送入ノズルから送入された
ガスはバッファにより振分られてウェハ試料台４に向か
う。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９で送入し、そし
て、０２を送入ノズル８で送入する。また、Ｂ２Ｈ６ま
たはＰＨａを使用する場合、Ｓ　Ｉ　Ｈ４とともに送入
できる。

前記のウェハ試料台４の直下には僅かなギャップを介し
て加熱手段ｌＯが設けられていてウェハ６を所定の温度
（例えば約４００〜５００°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　ｓ　Ｈ４＋　０２またはＳ　ｉＨ＜＋　＋ＰＨＪ
　＋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又はＰＳＧ）の薄膜をウェハ６の表面に
生成する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このような横吹き付は膜生成法による装置は数
々の欠点を有する。

例えば、二重ノズルから送入されたガスは混合しながら
インナベルジャとバッファとの間の広い空間を低速でゆ
っくりと流下し、加熱されたウェハに触れて酸化膜を形
成する。

流下速度が遅すぎるので酸素と他の反応ガスとの混合が
十分に行われず、酸素が有効に消費されない傾向があっ
た。従って、不完全反応が起こり微小異物が多量に発生
していた。この不完全反応を抑制するために酸素の送入
量を増大させようとするとノズルの構造が複雑になり効
果的な解決策ではない。

しかも、ノズルからウェハまでの距離が長すぎるので、
流路壁面の面積も大きくなり、それだけ異物の生成付着
量を増大させることとなる。換言すれば、不完全反応に
より消費される反応ガス厘が多くなり、ガスの有効利用
率を低下させる原因でもあった。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的はＣＶＤ薄膜形成装置の反応炉内
における異物の発生量を低減させ、ガスを有効に利用で
きる反応ガス送入方式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、多重ノズルから気相
反応装置の反応炉へ複数の種類の反応ガスを送入する際
、内側のノズルから送入されるガスの噴出速度を外側の
ノズルから送入されるガスの噴出速度よりも３ｍ／ｓ以
ト、好ましくは４ｍ／ｓ以］二大きくして送入すること
を特徴とする反応ガス送入方式を提供する。

［作用］ 前記のように、本発明の反応ガス送入方式によれば、内
側ノズルからのガス噴出速度が外側ノズルからのガス噴
出速度よりも大きい。

従って、それぞれのガスが接触した時、ガス流の乱れが
大きくなり混合の度合いが飛躍的に高まる。かくして、
不完全反応の発生が抑制され、異物の発生量も激減する
。

また、噴出速度差が大であればノズル噴出後比較的短い
距離を流れる間に良く混合するので、従来の反応炉に比
べて容積を小さくすることもできる。

不完全反応による異物の付着面積が小さくなり、反応ガ
ス成分の損失が少なくなり、デポ率が向上すると共に、
膜厚分布も良好となる。

［実施例］ 以ド、図面を参ガ噂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図は本発明の反応ガス送入方式を図式化した概念図
である。

第１図に示されるように、二重のノズルから反応ガスを
送入する場合、内側ノズルから送入されるガスの噴出速
度Ｖｌと外側ノズルから送入されるガスの噴出速度ｖ２
とを、Ｖｌ〉〉Ｖ２の関係にして送入する。ＶｌとＶ２
の速度差は一般的に３ｍ／ｓ以上、好ましくは４ｍ／ｓ
以上でなければならない。

本発明者らが実験したところでは、内側ノズルの内径ｄ
の約５倍の距離（５ｄ）の範囲内には、このノズルから
送入される反応ガスのコアが存在するので、ウェハ試料
台はこの範囲外に配置しなければならない。特に限定す
る意図はないが、例えば、５ｉＨｑと０２とを反応させ
てウェハ」二にシリコン膜を成膜させる場合、内側ノズ
ルから５ｉＨｑを速度Ｖ／で送入し、外側ノズルから０
２を速度ｖ２で送入することが好ましい。

第２図に示されるように、ノズルを分散させ、流路拡大
を５°以ドとして、送入ガスがウェハに到達する前には
流れの剥がれが起きないようにすれば、熱対流の影響が
なくなり、流れの制御が容易になる。この場合、ノズル
は同一円周」−に配置される。第２図に示される形態の
ノズルの場合にも、内側ノズルからのガス送入速度Ｖｌ
＞）外側ノズルからのガス送入速度Ｖ２の関係を滴たさ
なければならない。

更に、第３図に示されるように、各ウェハ試料台の」ユ
部に二二重ノズルを連続配置し、必要最少限の混合圧［
５，５ｄ　（ここで、ｄは外側ノズルの内径である）に
若干余裕を持たせた位置にウェハを配置し、ウェハを０
転させながら前記ノズルがらＶ　１　＞＞　Ｖ２の速度
関係で反応ガスを送入すれば、ガスの挙動は更に良好と
なる。

本発明の反応ガス送入方式は前記に説明された常圧型に
限らず、減圧、プラズマ等何れのタイプのＣＶＤについ
ても適用できる。史に、反応炉のヒ都から反応ガスを送
入する形式のその他の気相反応装置、例えば、ドライエ
ツチング装置、エピタキシャル成長装置、ＰＶＤによる
金属膜被着装置、酸化φ拡散装置等の半導体製造装置に
ついても本発明の反応ガス送入方式を実施することがで
きる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の反応ガス送入方式によれ
ば、内側ノズルからのガス噴出速度が外側ノズルからの
ガス噴出速度よりも大きい。

従って、それぞれのガスが接触した時、ガス流の乱れが
大きくなり混合の度合いが飛躍的に高まる。かくして、
不完全反応の発生が押開され、異物の発生量も激減する
。

また、噴出速度差が大であればノズル噴出後比較的短い
距離を流れる間に良く混合するので、従来の反応室に比
べて容積を小さくすることもてきる。

不完全反応による異物の付着面積が小さくなり、反応ガ
ス成分の損失が少なくなり、デボ率が向上すると共に、
膜厚分布も良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応ガス送入方式を図式化した概念図
、第２図および第３図はノズルの別の態様を示す概要図
、第４図は従来のＣＶＤ薄膜形成装置のＩＩ髪図である
。 １・・・反応炉、２・・・バッファ、３・・・ベルジャ
。 ４・・・ウェハ試料台、５・・・駆動機構、６・・・ウ
ェハ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重ノズルから気相反応装置の反応炉へ複数の種
   類の反応ガスを送入する際、内側のノズルから送入され
   るガスの噴出速度を外側のノズルから送入されるガスの
   噴出速度よりも３ｍ／ｓ以上大きくして送入することを
   特徴とする気相反応装置における反応ガス送入方式。
2. （２）速度差が４ｍ／ｓ以上である特許請求の範囲第１
   項に記載の気相反応装置における反応ガス送入方式。
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項に記載の気相反
   応装置における反応ガス送入方式。