JPS63270468A - 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又は５ｉ０２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、
かつ、膜厚均一性を高めることのできる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的気相成長法（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」ユ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り、ＳｉやＳｉ上の熱酸化膜り
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、例えば約４００℃−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／／　＋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５ｉ０２
あるいはフォスフオシリケードガラス（ＰＳＧ）または
ボロシリケートガラス（ＢＳＧ）の薄膜を形成する。ま
た５ｉ０２とＰＳＧまたはＢＳＧとの２層成膜が行われ
ることもある。更：こ、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。

この上うな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５図に部分断面図と
して示す。

第５図において、反応炉１は、円錐伏のバッファ２をベ
ルジャ３で覆い、上記バッファ２の周囲にリング状のウ
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はオーリング１１を介し
て反応炉中間リング１２と閉止される。中間リング１２
の下部には反応炉本体１３が０リング１４を介して配設
されている。

ベルジャの内側には反応ガスの流れを成膜反応に適する
ように規制するためのインナーベルジャ１５が固設され
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。ガス送入管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、ＰＨＪを使用する場合、５ｉＨ４ａ
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、Ｓ　ｉ　Ｈ
ｑ　＋０２またはＳｉＨ４＋ＰＨ３＋ｏ２）は点線矢印
のごとく炉内を流ドし、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、反応炉内壁面上で反応ガス
が反応し、該壁面−ヒにＳｉＯまたは５ｉ０２等の酸化
物微粒子のフレークを生成Φ付着させる。

反応炉内の表面積が大きいために壁面に付着するフレー
クの量も非常に多かった。特に、人容酸のＣＶＤ装置で
は異物の発生量および付着量が桁はづれに増大する傾向
がある。

反応炉の内壁面に付着した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。

更に別の問題点として、反応炉の内壁面上で反応ガスが
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下するばかりか、薄膜
の成長速度の低下を招いていた。

川に別の問題点として、従来の装置では、インナーベル
ジャの中間リング寄り部分で反応ガスの淀みが発生して
いた。このため、試料台、ヒのウェハ周縁部に反応ガス
が均一に回り込まず、ウェハ周縁部の膜厚が薄くなって
いた。このため、膜厚均一性が低下し、製品の歩留りに
も悪影響を与えていた。

［発明の目的］ 従って、この発明の目的は反応炉の内壁面１−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し、送入した反応ガス
を有効に利用でき、しかも、膜厚の均一性を高めること
のできるＣ　Ｖ　Ｉ）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し、あわすで本発明の目的を達成す
るための手段として、この発明は、ベルジャおよび中間
リングを何するＣＶＤ薄膜形成装置において、ベルジャ
の外壁面一１−に冷却手段が配設されていて、１亥ベル
ジヤの外周縁寄り部分が湾曲されていることを特徴とす
るＣＶＤ薄膜形成装置を提供する。

［作用コ 前記のように、本発明のＣＶＤＩ置はベルジャの外壁面
上にベルジャ壁面冷却手段を有する。このため、炉内に
送入された反応ガスがベルジャの内壁面に触れても不規
則反応を起こしフレークを生成・付着させることは少な
い。

原因については現在のところ明らかではないが、反応炉
内のＮ２０Ｍ気が冷却壁面で結露し、壁面へ付着してき
た５ｉｂ うことにより、これらがフレークへ成長していくのを抑
制しているのではないかと思われる。

史に、壁面温度が反応開始温度よりも低いので、反応炉
の内壁面上で反応ガスが反応するこ七は殆どなくなる。

一般的に、５ｉＨｑ−０２系のＣＶ■）法はＳｉＨ４が
０２と室温で爆発的に反応するので、不活性ガスで十分
に希釈して用いられる。

反応ガス中の５ｉＨｑ濃度は例えば、５ｉＨｑ−０２−
Ｎ２の混合ガス中では少なくとも０．８％以ドであれば
室温でも反応せず、１４０℃−２７０℃に加温された場
合に反応を開始する。

従って、ベルジャの内壁面の表面温度が１００℃程度に
なるまで冷却すれば、ベルジャ内壁面上におけるフレー
クの生成−付着は効果的に抑■１されるものと思われる
。

その結果、内壁面上にＳｉＯあるいは５ｉ０２などの酸
化物微粒−ｒのフレークが生成Φ付着することは効果的
に防ＩＬ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ａ？Ｉ膜にピンホール
を発生させたりするような不都合なｑＴ態の発生も防止
され、半導体素子の製造歩留りを向」ユさせることがで
きる。

また、反応ガスの不規則反応が抑制されるため、ガスの
有効利用率が向上する。

更に、ベルジャの外周縁で、中間リングに接する部分が
所定の曲率で湾曲されている。このため、ベルジャの内
壁面に沿って流下してきた反応ガスは中間リング付近で
淀むことなく試料台上のウェハに均一に降り懸かる。そ
の結果、膜厚の均一性が高められる。

［実施例コ 以下、図面を参照しながら本発明のＣＶＤ装置の一例に
ついて更に詳細に説明する。

第１図は本発明のＣＶＤ装置の一例の部分概要断面図で
ある。

第１図において第４図と同一の部材については同じ符号
を使用する。従って、１は反応炉、２はバッファ、４は
試料台、５は回転駆動機構、６はウェハ、８および９は
反応ガス送入ノズル、　　１０は加熱手段、１２は中間
リング、そして１３は反応炉本体をそれぞれ示す。

第１図に示されるように、ベルジャ１５の外壁面上に冷
却手段を構成する銅パイプの蛇管２０を配設する。蛇管
２０はベルジャ外壁面上に点溶接により溶着させること
もできるし、あるいは、溶接なとの固設処理をすること
なく単に外壁面上に配置するだけでもよい。

銅パイプ蛇管の内部には液状冷媒（例えば、冷却水）ま
たは圧縮ガス状冷媒（例えば、フレオン）を循環させる
。銅パイプは蛇管状だけでな（フィル状に成形して使用
することもできる。

第２図に示されるように、パイプとパイプとの間に高熱
伝導性材料３０を填隙し、パイプの全表面を被包する。

高熱伝導性材料３０を隙間なく填隙し、その上面に断熱
性カバー４０を被覆すれば冷却効率は一層高まる。

別法として、第３図に示されるように、パイプ２０を高
熱伝導性材料３０で被包するだけで、山と山の間に谷が
形成されるような態様で実施することもできる。

本発明で使用できる高熱伝導性材料は例えば、銅または
アルミニウムのような金属の粉末あるいは熱伝導性接着
剤である。熱伝導性接着剤は例えば、銅粉またはアルミ
ニウム紛の配合された２液性工ポキシ配合樹脂などであ
る。その他の熱伝導性空間填隙材も同様に使用できる。

このような材料は当業者に周知である。

冷却手段は前記のようなコイルまたは蛇管状でなく、ジ
ャケットタイプのものも使用できる。

ベルジャの内壁面などウェハの加熱に直接必要のない部
分の表面温度を前記冷却手段により、成膜反応開始温度
よりも低い温度、例えば９０℃以Ｆに冷却する。各部に
おける表面温度が所定の設定値以下に保たれているか否
か測定するために、各部に一個以上の表面温度計を設置
することもできる。

かくして、ベルジャ内壁面などウェハの加熱に直接必髪
のない部分で反応ガスが反応して、これらの部分に酸化
物微粒子のフレークを生成・付着させ、かつ、ガスの有
効利用率を低下させるような不都合な事態の発生は効果
的に防止される。

再び第１図を参照する。ベルジャ１５の外周縁周辺で、
中間リング１２に接する部分は所定の曲率で湾曲されて
いる。この湾曲部５０の曲率は膜厚分布の制御の点から
Ｒ２５〜Ｒ２００の範囲内の値とすることが好ましい。

前記のような曲率を有する湾曲ベルジャに沿って反応ガ
スを炉内に送入すると、中間リング付近にはガスの淀み
が発生しないので、ウェハーにに均一な膜厚分布を有す
る蒸着膜を生成させることができる。

本発明のＣＶＤ装置で成膜した場合の膜厚分布を第４図
（ａ）に示す。第５図に示されるような従来のインナー
ベルジャタイプのＣＶＤ装置で成膜した場合の膜厚分布
を第４図（ｂ）に示す。これらの図から明らかなように
、本発明の装置によればウェハのほぼ全域にわたって均
一な厚さの膜を生成できるが、従来の装置ではウェハの
外周辺に向かうにつれて膜厚が薄くなる。この原因は、
従来の装置では中間リング付近に反応ガスの淀みが発生
しウェハ周辺部に反応ガスが回り込まないためと思われ
る。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のＣＶＤ装置はベルジャの
外壁部ににベルジャ壁面冷却手段を有する。このため、
炉内に送入された反応ガスがベルジャの内壁面に触れて
も不規則反応を起こしフレークを生成・付着させること
は少ない。

原因については現在のところ明らかではないが、反応炉
内の８２０！気が冷却壁面で結露し、壁面へ付着してき
た５ｉｂ うことにより、これらがフレークへ成長していくのを抑
制しているのではないかと思われる。

更に、壁面温度が反応開始温度よりも低いので、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。

一般的に、Ｓ　ｉ　Ｈ４−０２系のＣＶＤ法はＳｉＨ４
が０２と室温で爆発的に反応するので、不活性ガスで十
分に希釈して用いられる。

反応ガス中のＳｉＨ＜＋７１度は例えば、５ｉＨ４−０
２−Ｎ２の混合ガス中では少なくとも０．８％以下であ
れば室温でも反応せず、１４０℃−２７０℃に加温され
た場合に反応を開始する。

従って、ベルジャの内壁面の表面温度がｌＯＯ°Ｃ程度
になるまで冷却すれば、ベルジャ内壁面上におけるフレ
ークの生成・付着は効果的に抑制されるものと思われる
。

その結果、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働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＋Ｌされ、
゛ト導体素子の製造歩留りを向−ヒさせることができる
。

また、反応ガスの不規則反応が抑制されるため、ガスの
有効利用率が向上する。

史に、ベルジャの外周縁で、中間リングに接する部分が
所定の曲率で６曲されている。このため、ベルジャの内
壁面に沿って流下してきた反応ガスは中間リング付近で
淀むことなく試料台上のウェハに均一に降り懸かる。そ
の結果、膜厚の均一性が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＣＶＤ装置の一例の概要部分断面図で
あり、第２図は冷却手段の配設例を示す部分概要図であ
り、第３図は冷却手段の別の配設例を示す部分概要図で
あり、第４図（ａ）は本発明の装置による膜厚分布を示
す特性図であり、第４図（ｂ）は従来のＣＶＤ装置によ
る膜厚分布を小す特性図であり、第５図は従来のＣＶＤ
装置の概要部分断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベルジャおよび中間リングを有するＣＶＤ薄膜形
   成装置において、ベルジャの外壁面上に冷却手段が配設
   されていて、該ベルジャの外周縁寄り部分が湾曲されて
   いることを特徴とするＣＶＤ薄膜形成装置。
2. （２）湾曲部分はＲ２５〜Ｒ２００の範囲内の曲率を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＣ
   ＶＤ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。