JPS63270469A - Ｃｖｄ薄膜形成装置およびｃｖｄ薄膜形成方法 - 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、
本発明はマイクロ波をウェハに集中させウェハのみを加
熱できる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（ＣＶＩ）
：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａＩ）ｏｕｒｌ）ｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）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５ｉｋ−、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、例えば約４００℃−５００″
Ｃ程度に加熱したウェハに反応ガス（例えば、Ｓ　ｉＨ
４＋　０２　＋　　またはＳ　ｉ　ＨＱ　＋ＰＨ３＋０
２）を供給して行われる。−に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（ＰＳ
Ｇ）またはボロシリケートガラス（ＢＳＧ）の薄膜を形
成する。

また、ＳｉＯ２とＰＳＧまたはＢＳＧとの２層成膜が行
われることもある。史に、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３図に■≦分断面図
として示す。

第３図において、反応炉１は、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
置するとともに、−１−記つエバ試料台の、ヒに被加工
物であるウェハ６を順次に供給し、該ウェハを順次に搬
出するウェハ搬送手段７を設けて構成されている。ウェ
ハ搬送手段を炉内に導入するための開閉１■能なゲート
部１１が反応炉に設けられている。

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、ＳｉＨ４を送入管８で送入し
、そして、０２を送入管９で送入する。また、ＰＨａを
使用する場合、５ｉＨｑとともに送入できる。取り扱い
を容易に筆るために、反応ガスのＳｉＨ４およびｏ２は
Ｎ２キャリアガスで希釈して使用することが好ましい。

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　Ｈｑ　＋０２またはＳｉＨ４＋ＰＨ３＋ｏ
２　）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ＰＳＧ）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、この装置では試料台のみならず反応炉全体が高
温であった。このため、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全ての壁面に接触し
ながら反応炉内を微速流動するので、反応炉内９而上で
反応ガスが反応し、該壁面−ににＳｉＯまたは５ｉ０２
等の酸化物微粒子のフレークを生成・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
クの晴も非常に多かった。特に、大容量のＣＶ　Ｄ装置
では異物の発生Ｆｕ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粒子間の付着力が
微弱なため、僅かな振動、風圧で剥げ落ち、ウェハ表面
−１−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
上に落ド・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゛μ導体素了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１！！
（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ドを招いていた。

［発明のＬＩ的コ 従って、この発明の目的は反応炉の内壁面上にＳｉＯあ
るいは５ｉ０２などの酸化物微粒子のフレークが生成・
付７ｔすることを抑制または防出し、送入した反応ガス
をＣｆ効に利用できる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、反応炉を有するＣ　
Ｖ　Ｉ）薄膜形成装置において、昇降可能な駆動軸に支
持されたｆｒ孔試料台を反応炉の内部に配設し、この試
料台に対峙して反応炉のに部にマイクロ波発生装置を配
設し、前記有孔試料台に温度センサを設けたことを特徴
とするＣＶＤ薄膜形成装置を提供する。

また、この発明は、ＣＶＤ法によりウェハの表面に薄膜
を形成する方法において、昇降可能な駆動軸に支持され
温度センサを有する有孔試料台にウェハを乗せ、前記駆
動軸を上下に駆動させながらウェハＬにスタンディング
ウェーブが起こる位置を前記温度センサによりさがし出
し、該位置でウェハにマイクロ波を集中させてウェハの
みを加熱しながら反応炉内に反応ガスを送入することに
よりウェハの表面に薄膜を形成させることを特徴とする
ＣＶＤ薄膜形成方法を提供する。

［作用コ 前記のように、本発明の装置および方法によれば、ウェ
ハをスタンディングウェーブが起こる位置に固定し、ウ
ェハにマイクロ波を集中させてウェハだけを加熱する。

かくして、反応炉の内壁面の温度はあまり上昇。

しないので、内壁面で反応ガスが不規則反応を起こして
壁面に酸化物微粒子のフレークを生成・付着することは
効果的に防止される。その結果、壁面のフレークがウェ
ハに落下・付着してウェハの蒸着膜にピンホールを発生
させるような不都合な＝１ｃ態も防止され、半導体素子
の製造歩留りが向１ユされる。

史に、反応炉の内壁面」−で反応ガスが反応することが
なくなるので、炉内に送入された反応ガスの有効利用率
も向モし、薄膜の成長速度を高めることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の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薄膜形成装置の一例の部分４！
！姿図であり、第２図（ａ）は試料台の平面図、第２図
（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

第１図において、１５は反応炉本体を示し、２０はベル
ジャを示す。ベルジャ２０は反応炉本体の−に端部にク
ランプ１６で締着される。

ベルジャ２０の中央部付近にはマイクロ波発生装置３０
が配設されている。このマイクロ波発生装置はマイクロ
波発振器３２を有し、マイクロ波発振器には導波管３４
が取付られており、この導波管３４のベルジャ接合前に
はマイクロ波導入窓３６が設けられている。マイクロ波
発振器３２により発振されたマイクロ波は導波管３４を
通ってマイクロ波導入窓３６から反応炉本体内へ送り込
まれる。

ベルジャ２０には反応ガス送入ノズル２２および２４が
更に配設されている。例えば、ノズル２２からＳｉＨ＜
＋、ＰＨａ’″！？を送入し、ノズル２４から０２を送
入する。これらのガスはＮ２ガスで希釈して使用するこ
ともできる。

反応炉本体内には、前記マイクロ波発生装置に対峙して
、ウェハ試料台４０が配設されている。

ウェハ試料台は所定の厚さの金属板またはセラミック板
から構成できる。

この試料台４０は昇降可能な駆動軸４２に支持されてい
る。この駆動軸４２は炉外に配設された駆動源４４に接
続されている。この駆動軸４２は昇降可能の他、回転［
１工能に構成することもできる。

駆動軸を回転させることにより、試料台上のウェハ１３
を回転させることができ、膜厚分布が均一化される。

第２図（ａ）および（ｂ）に示されるように、試料台は
ウェハが載置される一中央部を除いた周辺部分に多数の
貫通孔４６が穿設されている。ノズル２２および２４か
ら炉内に送入された反応ガスはこの１１通孔を通って排
気ダクト１７から炉外へ排出される。図示されていない
が、υＦ気ダクト１７は工場のυ［気系または独立した
真空ポンプ等の排気−Ｌ段に接続されている。

試料台４０のウェハ載置部分には温度センサ４８が設け
られている。ウェハ１３の中心部および周辺部の温度を
検出できるように、センサは複数個設けることが好まし
い。

１与び第１図を参照する。温度センサ４８は導線５０ａ
により制御部６０に接続されている。制御部６０は更に
試料台駆動源４４およびマイクロ波発振器３０にも導線
５０ｂおよび５０ｃによりそれぞれ接続されている。

次に、本発明のＣＶＤ薄膜形成装置の動作について説明
する。

まず、制御部６０からマイクロ波発振器に動作４Ａ号が
出され、マイクロ波を発生させる。次いで、制御部はマ
イクロ波発振中に試料台駆動源４４を動作させて駆動軸
４２を１−下動させる。ウェハーＬにスタンディングウ
ェーブが起こる位置は温度センサ４８により検出される
。スタンディングウェーブが起こる位置にウェハが来る
と温度が急上昇する。この位置からずれると温度は低下
する。この現象を温度センサ４８で検出することにより
ウェハをスタンディングウェーブが起こる位置に固定す
ることができる。制御部６０には温度センサ４８が検出
した温度信号を処理する回路が内蔵されていて、複数個
のセンサにより検出された温度信号は平均化され、温度
の急上昇が確認された時点で制御部は試料台駆動源の動
作を停止１−させる。

この位置でマイクロ波発振器３０の出力を制御ｍく６０
によりコントロールし、ウェハを所定の温度に加熱する
。ウェハの温度はマイクロ波発振器にかけるパワーによ
り自由に可変できる。ウェハの温度が設定温度に達した
ら炉内に反応ガスを送入し、ウェハ表面で成膜反応を生
起させ、ＣＶＩ）膜を生成させる。

前記のように、本発明の装置によればスタンディングウ
ェーブが起こる位置にウェハを固定することにより、ウ
ェハのみを加熱することができる。

しかし、ウェハ以外のものもマイクロ波により多少は加
熱されるので時間の経過とともに炉内の温度は徐々に上
昇してくる。これをそのまま放置すると反応炉内壁面に
フレークが生成・付着してくる恐れがある。従って、反
応炉の外壁面に冷却パイプまたは冷却コイル７０を配設
することが好ましい。パイプまたはコイルの内部には液
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。冷却水としては水道水の
ような市水を使用することが好ましい。

ウェハを炉内へ搬入したり、炉外へ搬出する場合、クラ
ンプ１６をリリースし、ベルジャ２０を取り除（ことに
より枚葉式に行う。別法として、反応炉本体の側面に開
閉可能なゲート部を配設し、ここからウェハのロード／
アンロードを行うこともできる。

「発明の効果コ 以」ユ説明したように、本発明の装置および方法によれ
ば、ウェハをスタンディングウェーブが起こる位置に固
定し、ウェハにマイクロ波を集中させてウェハだけを加
熱する。

かくして、反応炉の内壁面の４度はあまり−Ｌ昇しない
ので、内壁面で反応ガスが不規則反応を起こして壁面に
酸化物微粒子のフレークを生成争付着することは効果的
に防止される。その結果、壁面のフレークがウェハに落
下・付着してウェハの蒸着膜にピンホールを発生させる
ような不都合な事態も防１Ｆ、され、１４．導体素子の
製造歩留りが向上される。

更に、反応炉の内壁面上で反応ガスが反応することがな
くなるので、炉内に送入された反応ガスの有効利用率も
向−卜し、薄膜の成長速度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＣＶＤ薄膜形成装置の−・例の部分概
要図であり、第２図（ａ）は試料台の甲面図、第２図（
ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図、第３図は従来のＣＶ　
Ｉ）薄膜形成装置の一例のＪＲ装図である。 １３・・・ウェハ、１５・・・反応炉本体、１６・・・
クランプ、１７・・・活気ダクト、２０・・・ベルジャ
。 ３０・・・マイクロ波発生装置、３２・・・７１クロ彼
発振器、３４・・・導波管、３６・・・マイクロ波導入
窓。 ４０・・・ウェハ試料台、４２・・・駆動軸。 ４４・・・駆動源、４６・・・１１通孔、４８・・・温
度センサ。 ６０・・・制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応炉を有するＣＶＤ薄膜形成装置において、昇
   降可能な駆動軸に支持された有孔試料台を反応炉の内部
   に配設し、この試料台に対峙して反応炉の上部にマイク
   ロ波発生装置を配設し、前記有孔試料台に温度センサを
   設けたことを特徴とするＣＶＤ薄膜形成装置。
2. （２）反応炉の外壁面には冷却手段が更に配設されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＣＶ
   Ｄ薄膜形成装置。
3. （３）昇降可能な駆動軸は更に回転可能に構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＣＶ
   Ｄ薄膜形成装置。
4. （４）反応炉は枚葉式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。
5. （５）ＣＶＤ法によりウェハの表面に薄膜を形成する方
   法において、昇降可能な駆動軸に支持され温度センサを
   有する有孔試料台にウェハを乗せ、前記駆動軸を上下に
   駆動させながらウェハ上にスタンディングウェーブが起
   こる位置を前記温度センサによりさがし出し、該位置で
   ウェハにマイクロ波を集中させてウェハのみを加熱しな
   がら反応炉内に反応ガスを送入することによりウェハの
   表面に薄膜を形成させることを特徴とするＣＶＤ薄膜形
   成方法。