KR20030040119A

KR20030040119A - 발열체 ｃｖｄ 장치 및 이것을 이용한 발열체 ｃｖｄ 방법

Info

Publication number: KR20030040119A
Application number: KR1020020070237A
Authority: KR
Inventors: 가라사와미노루; 이시바시게이지; 다나카마사히코
Original assignee: 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2003-05-22
Also published as: KR20100037071A; TW200300271A; EP2208806A1; KR100972962B1; CN1419268A; TWI245329B; CN1276472C; EP1312698A1; US20060254516A1

Abstract

발열체 CVD 장치를 이용하여 실리콘막을 제작하는 경우에 있어서, 디바이스상, 고품질의 다결정 실리콘막(폴리실리콘막)을 형성할 수 있는 발열체 CVD 장치 및 발열체 CVD 방법을 제공한다.

기판상에 실리콘막을 성막 중, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면을 적어도 200℃이상 바람직하게는 적어도 350℃이상으로 가열 유지하는 발열체 CVD 장치 및 이것을 이용한 CVD 방법.

Description

발열체 ＣＶＤ 장치 및 이것을 이용한 발열체 ＣＶＤ 방법{HEATING ELEMENT CVD APPARATUS AND HEATING ELEMENT CVD METHOD OF USING IT}

본 발명은 진공실(처리용기)내에 소정의 온도에 유지되는 발열체를 설치하여 원료가스를 상기 발열체에 의해서 분해 및/또는 활성화시키고, 진공실(처리용기)내에 배치되어 있는 기판상에 박막을 퇴적시키는 발열체 CVD 장치 및 발열체 CVD 방법에 관한 것이다.

LSI(대규모 집적회로)를 비롯한 각종 반도체 디바이스나 LCD(액정 디스플레이) 및 태양전지 등의 제작에 있어서는, 기판상에 소정의 박막을 형성하는 프로세스의 하나로서, 화학기상퇴적(CVD :Chemical Vapor Deposition)법이 널리 이용되고 있다.

CVD법에는, 방전 플라스마 중에서 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜서 성막을 행하는 플라스마 CVD법이나 기판을 가열하여 그 열에 의해 화학반응을 일으켜서 성막을 행하는 열 CVD법 등 외에, 소정의 고온으로 유지한 발열체에 의해 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜서 성막을 행하는 방식의 CVD법(이하, 발열체 CVD법이라고 한다)이 있다. 발열체 CVD법을 행하는 성막처리장치(발열체 CVD 장치)는 진공배기 가능한 처리실내에 설치된 텅스텐 등의 고융점 금속으로 이루어지는 발열체를 1000~200O℃정도의 고온에 유지하면서 원료가스를 도입하도록 구성되어 있다. 도입된 원료가스는 발열체의 표면을 통과할 때에 분해나 활성화되고, 이들이 기판에 도달함으로써 최종적인 목적물인　재료의 박막(예를 들면, 실리콘막 등)이 기판의 표면에 퇴적된다.

또한, 이와 같은 발열체 CVD법 중 와이어형상의 발열체를 이용하는 것에 관해서는 핫 와이어(Hot Wire) CVD법이라고 불리고, 또, 발열체에 의한 원료가스의 분해 또는 활성화에 있어서 발열체의 촉매반응을 이용하고 있는 것에 관해서는 촉매 CVD(또는 Cat-CVD :Catalytic-CVD)법이라고 불린다.

발열체 CVD법에서, 원료가스의 분해나 활성화는 발열체를 통과할 때에 일어나기 때문에, 기판의 열에만 의해서 반응을 일으키는 열 CVD법에 비하여 기판의 온도를 낮게 할 수 있다는 장점이 있다. 또, 플라스마 CVD법과 같이 플라스마를 형성하는 일이 없으므로, 플라스마에 의한 기판에의 손상과 같은 문제에서도 관계가 없다. 이러한 이유에서, 발열체 CVD법은 고집적화나 고기능화가 점차　진행되는 차세대의 디바이스 등의 성막법으로서 유망시되고 있다.

그러나, 이와 같은 유용성이 높은 발열체 CVD법이긴 하지만, 고품질의 다결정 실리콘막을 재현성 좋고 안정되게 형성할 수 있기까지에는 이르지 않았다. 여기서 고품질의 다결정 실리콘막이란, 전자 디바이스로서, 예를 들면, 전자 이동도가 20㎠/Vs까지 개선되고 있는 것을 가리킨다. 일반적으로, 발열체 CVD 장치를 이용하여 실리콘막을 형성한 경우, 다결정의 상태는 실현되지만 성막 후의 상태는 결정화도가 좋지 않고, 오히려, 아몰퍼스에 가까운 막질을 나타내고 있었다. 즉, 발열체 CVD법에 의한 성막 직후의 다결정 실리콘막은, 산업상, 전자 디바이스로서 요구되는 품질에는 이르지 않았다.

그래서, 본 발명자는, 예의연구에 의해, 처리용기 중의 실리콘막 형성시의 성막환경의 중요성, 특히 원자형 수소를 유지, 안정시키는 것의 중요성에 주목하여, 종래기술에 없는, 성막 환경이 유지되는 장치구성 및 성막방법의 확립을 지향하였다.

즉, 실리콘막의 형성단계에 있어서는, 실란(SiH₄)이나 수소(H₂)의 분해 및/또는 활성화 과정에서 생성되는 원자형 수소의 실활(失活)을 억제하고 원자형 수소가 처리용기 내에 안정하게 존재할 수 있는 환경을 만드는 것이 고품질의 다결정 실리콘막의 형성에 불가결하다는 결론에 이르고, 본 발명에 있는 발열체 CVD 장치, 발열체 CVD 방법으로서 실용화를 지향하였다.

한편, 실리콘막은 발열체에 의해서 원료가스인　실란(SiH₄)이나 수소(H₂)가 분해 및/또는 활성화되어 기판상에 형성되는데, 실란(SiH₄)이나 수소(H₂)의 분해 및/또는 활성화 과정에서 생성되는 원자형 수소는 처리용기 내벽에도 동시에 퇴적된 부착막과의 반응에 의해서 2차 생성물을 발생시켜버리기 때문에, 이것이 기판상의 형성과정에 있는 실리콘막의 막질에 영향을 주어 양질인 실리콘막이 제작되기 어렵게 되고 있는 것도 알 수 있게 된다.

이것은, 예를 들면, 제 48회 응용 물리학 관계 연합 강연회 강연 예고집 200129a-ZQ-3, p.949에 있어서, 마스다 순, 등에 의해서 보고되어 있다.

본 발명은, 상술한 종래기술을 감안하여, 발열체 CVD 장치를 이용하여 실리콘막을 제작하는 경우에 있어서, 디바이스상, 고품질의 다결정 실리콘막(폴리실리콘막)을 형성할 수 있는 발열체 CVD 장치 및 발열체 CVD 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 발열체 CVD 장치의 구성을 설명하는 정면 단면 개략도,

도 2는 원료가스 공급기의 단면 개략도,

도 3은 (a)는 본 발명의 발열체 CVD 장치에 있어서의 처리용기의 내부를 위에서 본 일부를 생략한 도면, (b)는 가열지그의 측면을 투시한 도면.

(부호의 설명)

1 처리용기2 배기계

3 가스 공급계4 발열체

5 기판홀더6 전력공급기구

7 가열기구8 가열지그

9 기판11 배기구

12 접속부13 히터

14 센서15 가열 온도 조절기

16 배선17 방착판

21 진공펌프22 배기속도 조정기

31a 가스 봄베31b 가스 봄베

32 원료가스 공급기33 배관

34 밸브35 유량 조정기

61 배선320 가스분출구멍

321 접속단자322 원료가스 공급실

323 연결판

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명이 제안하는 발열체 CVD 장치는 종래 공지의 발열체 CVD 장치와 마찬가지로 내부에 구비되어 있는 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 대하여 소정의 처리가 이루어지는 처리용기(진공용기), 당해 처리용기에 접속되어 있고 처리용기내를 진공으로 배기하는 배기계, 처리용기 내에 소정의 원료가스를 공급하는 원료가스 공급계, 및 당해 처리용기 내에 배치되어 있고 전력공급기구로부터 전력공급을 받아서 고온으로 되는 발열체를 구비하고 있는 것이다. 그리고, 원료가스 공급계로부터 처리용기 내에 도입된 원료가스가 고온으로 유지되고 있는 발열체에 의해서 분해 및/또는 활성화되고, 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 박막이 형성되는 것이다.

이러한 구성의 발열체 CVD 장치에 있어서, 본원 발명이 제안하는 발열체 CVD 장치는, 상기 기판상에 박막을 성막 중, 상기 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 발열체 CVD 장치에 의하면, 기판상에 박막, 예를 들면, 실리콘막을 성막 중, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이 가열되어 있는 것에 의해서 원자형 수소가 상기 공간에 안정하게 존재할 수 있고, 또한, 실리콘막의 성막과정에서 동시에 발생하고 있는 2차 생성물을 저감시킨 환경을 만들 수가 있다. 이것에 의해서, 고품질의 다결정 실리콘막 형성을 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 발열체 CVD 장치에 있어서, 소정의 처리란, 예를 들면, 처리용기 내에 배치되어 있는 기판에의 박막의 형성이나 처리용기 내부의 부착물을 제거하는 클리닝 등을 말한다. 또, 소정의 원료가스는 성막되는 박막에 따라 여러가지로　결정되고, 예를 들면, 실리콘막을 제작하는 경우에는 실란(SiH₄)과 수소(H₂)의 혼합가스가 소정의 원료가스가 된다. 또한, 실리콘 카바이드막을 제작하는 경우에는 메탄(CH₄), 아세틸렌(C₂H₂), 및 에탄(C₂H₆) 중 적어도 1종류 이상과 실란(SiH₄) 및 수소(H₂)의 혼합가스가 소정의 원료가스가 된다. 실리콘 게르마늄막을 제작하는 경우에는 실란(SiH₄)과 게르만(GeH₄) 및 수소(H₂)의 혼합가스가 소정의 원료가스가 된다. 또한, 가열된 발열체가 유지하는 고온이란, 예를 들면, 성막시에는 1600~2000℃정도, 클리닝시(처리용기 내부의 부착물 제거시)에는 2000~2500℃정도를 말한다.

상기 본 발명의 발열체 CVD 장치에 있어서, 기판홀더와 발열체 사이의 공간 을 둘러싸는 구조체는, 전력면에서의 효율의 좋은 점을 고려하여, 그 자체에 가열기구를 구비하고 있는 구조체, 예를 들면, 어떠한 지그로서, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 것이면 어떠한 것이라도 채용할 수 있다.

그래서, 처리용기의 내측벽의 내측에서, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸도록 하여 설치되어 있고, 상기 구조체의 내면의 가열은 내장되어 있는 가열기구에 의해서 행해지는 가열지그를 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체로서 채용할 수 있다.

또, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체를 처리용기의 내측벽으로 하고, 상기 구조체의 내면의 가열은 당해 내측벽에 내장되어 있는 가열기구에 의해서 행하여지도록 하는 것도 가능하다.

또한, 가열기구는, 예를 들면, 히터, 온도검지 센서, 및 온도검지 센서로부터의 신호를 기초로 히터에의 투입전력을 조정하는 가열 온도 조절기 등에 따라서 구성할 수가 있다.

또, 상기 본 발명의 발열체 CVD 장치에 있어서, 가열은 상기 구조체의 내면이 적어도 200℃이상으로 바람직하게는 적어도 350℃ 이상으로 가열 유지되는 것으로 할 수 있다.

이 구조체의 내면을 가열 유지하는 온도는 발열체 CVD 장치가 통상 사용되는 압력범위, 예를 들면, 수십 Pa의 영역에서는 적어도 350℃이상으로 해 두는 것이 바람직하다. 이와 같은 수십 Pa의 압력영역에 있어서는, 적어도 350℃ 이상으로가열 유지되고 있는 구조체의 내면에 의해서 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러쌈으로써, 기판상에 박막을 성막 중, 원자형 수소가 이 공간에 안정되게 존재할 수 있고, 또한, 실리콘막의 성막과정에서 동시에 발생하고 있는 2차 생성물을 저감시킨 환경을 만들 수가 있다.

또한, 발열체 CVD 장치를 약간 낮은 압력범위, 예를 들면, 수 Pa의 영역에서 사용할 때에는, 상기 구조체의 내면을 가열 유지하는 온도를 적어도 200℃이상으로 해 두면, 기판상에 박막을 성막 중, 원자형 수소가 기판홀더와 발열체 사이의 공간에 안정되게 존재할 수 있고, 또한, 실리콘막의 성막과정에서 동시에 발생하고 있는 2차 생성물을 저감시킨 환경을 만들 수가 있다. 그래서, 발열체 CVD 장치가 수 Pa의 약간 낮은 압력범위에서 사용될 때에는 상기 구조체의 내면을 가열유지하는 온도를 적어도 200℃이상으로 해두면 충분하다.

또한, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 상기 구조체의 내면을 가열 유지하는 온도는 박막이 형성되어 있는 기판에 열적 손상을 주지 않는 온도범위이면 그 상한에 특별히 제한은 없다.

다음에, 본 발명이 제안하는 발열체 CVD 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 상술한 본 발명의 발열체 CVD 장치를 이용하여 행하여지는 것으로서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘막(실리콘 카바이드막, 실리콘 게르마늄막 등)이고, 이들 박막의 성막 중, 상기 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이, 상술한 이유에서, 적어도 200℃이상으로 바람직하게는 적어도 350℃이상으로 가열 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하는데, 각 구성, 형상 및 배치관계에 관해서는 본 발명을 이해할 수 있는 정도로 개략적으로 나타낸 것에 지나지않고, 또, 수치 및 각 구성의 조성(재질)에 관해서는 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위의 기재로부터 파악되는 기술적 범위에 있어서 각종 형태로 변경가능하다.

(발명의 실시형태)

도 1은, 본원 발명의 실시형태의 발열체 CVD 장치의 구성을 설명하는 정면 단면 개략도이다.

도 1에 도시한 발열체 CVD 장치는 내부에서 소정의 처리(예를 들면, 기판(9)에 대한 박막의 형성이나, 클리닝)가 이루어지는 처리용기(1)를 구비하고 있다. 처리용기(1)는 이 내부를 소정의 압력으로 배기하는 배기계(2)를 구비하고 있다. 또, 처리용기(1)에는 처리용기(1)내에 소정의 원료가스(예를 들면, 실리콘막을 제작하는 경우의 실란(SiH₄)가스와 수소(H₂)가스)를 공급하는 가스 공급계(3)가 접속되어 있다. 처리용기(1)의 내부에는 공급된 원료가스가 표면을 통과하도록 발열체(4)가 설치되어 있다. 발열체(4)에는 이것을 소정의 고온(예를 들면, 1600℃~2500℃)에 유지하기 위해서 에너지를 주는 전력공급기구(6)가 접속되어 있다. 처리용기(1)내의 소정의 위치에는 기판홀더(5)에 의해서 기판(9)이 유지되고 있고, 상기와 같이, 처리용기(1)내에 공급된 원료가스가 소정의 고온에 유지되고 있는 발열체(4)에 의해서 분해 및/또는 활성화되어 기판(9)의 위에 소정의 박막이 제작된다. 또한, 기판홀더(5)는 도시하지 않은 구동계에 의해 상하방향의 이동이 가능하다.

또, 기판(9)과 기판홀더(5)는 도시하지 않은 정전흡착기구에 의해 밀착되어 있고, 실리콘막 성막시에 기판(9)은 300~350℃로 가열되고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 발열체(4)는 원료가스 공급기(32)에 유지된 형태로 되어있다. 원료 공급기(32)는 가스 공급계(3)와 접속되어 있고, 원료가스는 원료가스 공급기(32)를 통하여 처리용기(1)내에 도입되고 소정의 고온으로 유지되고 있는 발열체(4)를 통과하여 간다.

처리용기(1)는, 기밀한 진공용기로, 기판(9)의 내고들임을 행하기 위한 도시하지 않은 게이트 밸브를 구비하고 있다.

처리용기(1)는 배기구(11)를 가지고 있고, 이 배기구(11)를 통하여 처리용기(1)의 내부가 배기되도록 되어 있다.

배기계(2)는 터보분자 펌프 등의 진공펌프(21)를 구비하고 있다. 배기계(2)는 처리용기(1)의 배기구(11)와 연결되어 있어 처리용기(1)내를 10^-5~10^-7Pa 정도까지 배기가능하게 구성하고 있다. 또한, 배기계(2)는 베리어블 오리피스 등의 배기속도 조정기(22)를 구비하고 있다.

가스 공급계(3)는 원료가스인　실란(SiH₄)을 저장한 가스 봄베(31a), 실란(SiH₄)에 혼합되는 수소(H₂)를 저장한 가스 봄베(31b), 가스 봄베(31a,31b)와원료가스 공급기(32)를 연결하는 배관(33), 및 배관(33) 위에 설치된 밸브(34)나 유량 조정기(35)로 주로 구성되어 있다.

즉, 가스 봄베(31a,31b)로부터의 실란(SiH₄)이나 수소(H₂)가 배관(33)의 도중에서 혼합하여 원료가스로 되어 원료가스 공급기(32)에 도입되고, 이 원료가스가 원료가스 공급기(32)의 가스분출구멍(320)으로부터 발열체(4)를 향하여 분출되어 처리용기(1)내에 공급되도록 되어 있다.

발열체(4)는, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈 등의 고융점 금속으로 이루어지는 것이다. 또한, 전력공급기구(6)는 발열체(4)를 통전하여 발열체(4)에 줄열을 발생시키도록 구성되어 있다. 즉, 전력공급기구(6)는 전력을 공급하여 발열체(4)를 소정의 고온, 예를 들면, 1600℃~2500℃정도의 고온에 유지할 수 있도록 구성되어 있다.

도 1 중, 부호(8)로 표시되는 부재는, 본원 발명의 실시형태의 발열체 CVD 장치에 있어서, 특징적인 구성을 이루는, 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸고 그 자체에 가열기구를 구비하고 있는 구조체(가열지그)이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가열지그(8)는 처리용기(1)의 내측벽의 내측에서 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸도록 하여 설치되어 있다. 그리고, 가열지그(8)의 내측벽은 가열지그(8)에 내장되어 있는 가열기구에 의해서 적어도 2OO℃이상 바람직하게는 적어도 350℃이상으로 가열·유지되는 구조로 되어 있다.

도 2에, 발열체(4)가 유지되어 있는 원료가스 공급기(32)의 단면 개략도를나타낸다. 원료가스 공급기(32)는 발열체(4)를 유지하고 전력공급기구(6)와 연결하는 배선(61)에 접속하여 발열체(4)에 전력을 공급하는 접속단자(321), 접속단자(321)간을 연결하는 연결판(323), 및 원료가스 공급계(3)와 접속하여 공급된 원료가스를 가스분출구멍(320)으로부터 발열체(4)를 통과시켜서 처리용기(1)내에 원료가스를 공급하는 원료가스 공급실(322)로 구성되어 있다.

접속단자(321) 및 연결판(323)은 원료가스와 접촉하지 않는 구조를 취하고 있기 때문에 부식, 열화 등의 우려는 없다.

발열체(4)는 원료가스 공급기(32)의 내부에 고정된 접속단자(321)에 누름 스프링(도시생략) 등으로 고정되어 있기 때문에 착탈이 용이하다. 또, 기판홀더(5)에 유지된 기판(9)의 크기나 프로세스 조건 등에 따라서, 기판(9)과 발열체(4)의 거리를 조정시키고, 및/또는, 원료가스 공급기(32)에 부착된 발열체(4)의 상호간의 거리를 조정할 수도 있다.

도 3(a)는, 본 발명의 실시형태에서 특징을 이루는 발열체 CVD 장치의 처리용기(1)의 내부를 위에서(원료가스 공급기(32)측에서) 기판홀더(5)측을 향하여 본 일부를 생략한 도면이다. 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸는 가열지그(8)가 설치되어 있는 위치를 설명하기 위해서, 기판홀더(5)에 유지되어 있는 기판(9)에 대한 가열지그(8)의 위치관계를 나타내고 있다. 도 3(b)는, 가열지그(8) 측면을 투시한 도면이다.

도 3(a)에 있어서, 처리용기(1)의 중앙에는, 기판홀더(도시생략) 위에 유지된 기판(9)이 배치되고, 그 외주를 히터(13)가 내장된 가열지그(8)가 둘러싸고 있다.

이와 같은 형태는, 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 가열한다는 목적을 효과적으로 달성하는데 있어서 유리하다.

또한, 처리용기(1)와 가열지그(8)의 고정방법은 처리용기(1)의 상면에 고정되어 있는 형태(도 1 도시)에 한정되지 않고, 처리용기(1)의 하면(배기구(11)의 접속면)에 고정금구로 지지된 형태 등 기판(9)의 기판홀더(5)에의 반송이 방해되지않는 구조이면 이에 한정되지 않는다.

도 3(b)에 있어서, 부호(7)는 가열지그(8) 내측벽을 소정의 온도로 가열·유지하기 위한 가열기구(7)를 나타낸다. 가열기구(7)는 가열지그(8)에 내장된 히터(13), 가열지그(8)의 온도를 검지하는 센서(14), 센서(14)로부터의 신호를 기초로 히터(13)의 투입전력을 조정하는 가열온도 조절기(15), 히터(13) 및 센서(14)와 가열온도 조절기(15)를 연결하는 배선(16), 및 가열지그(8)측의 배선(16)의 접속부(12)로 구성되어 있다.

또, 도 3(b)에서, 히터(13)는 가열·온도조절이 균일하게 행하여지도록 나선형상으로 감겨져 있는데, 가열지그(8)에 있어서의 히터(13)의 배치는 이것에 한정되는 것이 아니다. 또, 히터(13)는 원료가스(실란, 수소)와의 접촉에 의한 부식, 열화를 방지하기 위해서 가열지그(8)에 내장한 형태를 하고 있는데, 가열지그(8)의 내측벽을 적어도 200℃이상 또는 적어도 350℃이상에서 가열·온도조절이 가능하고, 히터(13)의 부식, 열화의 방지가 실시되고 있으면 마찬가지로 히터(13)의 배치는 임의이다.

또한, 본 발명의 발열체 CVD 장치의 실시형태는 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도시는 하지 않았지만, 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸는 구조체를 처리용기(1)의 내측벽으로 하고, 당해 구조체의 내면의 가열은 처리용기(1)의 내측벽에 내장되어 있는 가열기구에 의해서 행하여지도록 하고, 이것에 의해서 처리용기(1)의 내측벽을 적어도 200℃이상 바람직하게는 적어도 350℃이상으로 가열 유지할 수 있도록 하는 실시형태도 채용 가능하다.

다음에 본 발명의 CVD 방법의 설명을 겸하여 도 1~도 3(b)에 도시된 실시형태의 장치의 동작에 관하여 설명한다.

도시하지 않은 예비 진공실내에 기판(9)을 배치하여 예비 진공실 및 처리용기(1)내를 소정의 압력까지 배기하고, 게이트 밸브(도시생략)를 열어 기판(9)을 도시하지 않은 반송기구가 처리용기(1)내에 반입한다. 도시하지 않은 구동계에 의해 기판홀더(5)를 상하로 이동시키고, 기판(9)을 기판홀더(5) 위에 얹어놓아 유지한다.

이 때, 기판홀더(5)는 소정의 온도(예를 들면, 30O~350℃)에 유지되고, 정전흡착(도시생략)에 의해 기판(9)과 기판홀더(5)는 밀착하고 있다.

다음에, 전력공급기구(6)가 발열체(4)의 통전을 개시하고, 발열체(4)가 소정의 고온으로 유지되도록 한다. 또, 가열지그(8)에 내장되어 있는 히터(13)를 통전하고, 예를 들면, 소정온도의 350℃가 되도록 가열온도 조절기(15)를 동작시킨다. 발열체(4)가 소정의 고온으로 유지되고, 가열지그(8)의 내측면의 온도가 센서(14)에서 350℃에 이르고 있는 것이 확인되면, 가스 공급계(3)가 동작하고, 유량 조정기(35)에 의해서 유량을 조정하면서 원료가스, 즉, 수소가스가 혼합된 실란가스가 처리용기(1)내에 도입된다. 그 후, 처리용기(1)내는 배기계(2)에 의해서 소정의 압력으로 유지된다.

히터(13)의 통전량은, 본 발명의 발열체 CVD 장치가 수십 Pa의 압력영역에서 사용되는 경우에는 가열지그(8)의 내측면이 적어도 350℃이상으로 가열 유지되고, 본 발명의 발열체 CVD 장치가 약간 낮은 압력범위, 예를 들면, 수 Pa의 압력영역에서 사용될 때에는 가열지그(8)의 내측면이 적어도 200℃이상으로 가열 유지되도록 조정된다.

또한, 350℃이상의 가열에는 시간을 필요로 하게 되기 때문에, 성막공정이 행해지고 있지 않는 경우에도 200℃이상으로 온도조절해 두고, 35O℃이상까지의 가열시간을 단축시키면, 생산효율의 향상을 도모할 수 있으므로 유리하다.

이 결과, 발열체(4)의 표면에서 분해 및/또는 활성화한 원료가스가 효율좋게 기판(9)의 표면에 이르고, 기판(9)의 표면에 다결정의 실리콘막이 퇴적된다.

박막의 두께가 소정의 두께에 이르는 데 필요한 시간이 경과한 후, 가스 공급계(3)의 밸브(34)가 닫혀짐과 동시에 전력공급기구(6)의 동작이 정지된다. 필요에 따라서, 발열체(4) 및 히터(13)의 통전은 차단하여도 상관없다.

그리고, 배기계(2)가 동작하여 처리용기(1)내를 재차 소정의 압력까지 배기한 후, 도시하지 않은 게이트 밸브가 열리고, 도시하지 않은 반송기구가 기판(9)을 처리용기(1)로부터 꺼낸다. 이것으로 일련의 성막처리가 종료된다.

기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸는 구조체가, 도 1에 도시된 실시형태와 같이, 처리용기(1)의 내측에서, 기판홀더(5)와 발열체(4) 사이의 공간을 둘러싸도록 설치되어 있는 가열지그(8)인　본 발명의 발열체 CVD 장치를 이용한 본 발명의 CVD 방법에 의해서 실리콘막(막두께:100Onm)을 성막하는 조건의 일례를 이하에 기재한다.

기판8Si기판

처리용기(1)내의 압력 2Pa

SiH₄유량 3ml/min

H₂유량 100ml/min

발열체(4)의 온도 1800℃

가열지그(8)의 내측면의 온도 350℃

발열체(4) - 기판(9)간 거리 45mm

한편, 동일한 발열체 CVD 장치를 이용하면서, 가열지그(8)에 의한 가열을 행하지 않는 것 이외는 동일한 조건으로 실리콘막(막두께:100Onm)을 성막하고, 이것을 비교예로 하였다.

양자의 실리콘막(막두께:100Onm)에 관하여 전자 이동도를 측정하였다.

그 결과, 비교예의 실리콘막의 전자 이동도는 고작 1㎠/Vs로 아몰퍼스막과 동일한 정도였던 것에 대해서, 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 처리용기(1)의 내벽을 350℃로 하여 성막을 한 실리콘막에 있어서는 전자 이동도가 개선되고 있는것이 확인되었다.

이상의 실시예에서는, 다결정 실리콘막 형성에 있어서의 적합한 실시형태에 관하여 기술했는데, 본 발명에 있어서 개시한 발열체 CVD 장치의 구성 및 발열체 CVD 방법은 발열체 CVD법에 의해 고품질의 성막을 안정적으로 행하는데 있어서 본질적인 것이다. 그래서, 본 발명의 발열체 CVD 장치와 이것을 이용한 발열체 CVD 방법은 성막 중에 원자형 수소의 생성을 수반하는 막종류, 예를 들면, 원료가스로 메탄(CH₄), 아세틸렌(C₂H₂), 및 에탄(C₂H₆) 중의 적어도 1종 이상과 실란(SiH₄) 및 수소(H₂)를 이용하여 얻어지는 실리콘 카바이드막이나, 원료가스로 실란(SiH₄)과 게르만(GeH₄) 및 수소(H₂)를 이용하여 얻어지는 실리콘 게르마늄막 등의 형성에 있어서도 적용할 수가 있다.

본 발명의 발열체 CVD 장치 및 발열체 CVD 방법에 의하면, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면을 적어도 200℃이상 바람직하게는 적어도 350℃이상으로 가열 유지하여 실리콘막을 성막함으로써, 디바이스 특성이 양호하고 고품질의 다결정 실리콘막의 성막이 가능하게 되었다.

Claims

내부에 구비되어 있는 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 대하여 소정의 처리가 이루어지는 처리용기, 당해 처리용기에 접속되어 있고 처리용기내를 진공으로 배기하는 배기계, 처리용기내에 소정의 원료가스를 공급하는 원료가스 공급계, 및 당해 처리용기내에 배치되어 있고 전력공급기구로부터 전력공급을 받아서 고온으로 되는 발열체를 구비하고, 상기 원료가스 공급계로부터 처리용기내에 도입된 원료가스가 고온으로 유지되어 있는 발열체에 의해서 분해 및/또는 활성화되고, 상기 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 박막이 형성되는 발열체 CVD 장치로서,

상기 기판상에 박막을 성막 중, 상기 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항에 있어서, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체는 처리용기의 내측벽의 내측에서 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸도록 하여 설치되어 있는 가열지그이고, 상기 구조체의 내면의 가열은 당해 가열지그에 내장되어 있는 가열기구에 의해서 행하여지는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항에 있어서, 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체는 처리용기의 내측벽으로서, 상기 구조체의 내면의 가열은 당해 내측벽에 내장되어 있는 가열기구에 의해서 행하여지는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열은 상기 구조체의 내면이 적어도 200℃이상으로 가열 유지되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열은 상기 구조체의 내면이 적어도 350℃이상으로 가열 유지되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘 카바이드막인 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘 게르마늄막인 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 장치.
내부에 구비되어 있는 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 대하여 소정의 처리가 이루어지는 처리용기, 당해 처리용기에 접속되어 있고 처리용기내를 진공으로배기하는 배기계, 처리용기내에 소정의 원료가스를 공급하는 원료가스 공급계, 및 당해 처리용기내에 배치되어 있고 전력공급기구로부터 전력공급을 받아서 고온으로 되는 발열체를 구비하고, 상기 원료가스 공급계로부터 처리용기내에 도입된 원료가스가 고온으로 유지되어 있는 발열체에 의해서 분해 및/또는 활성화되고, 상기 기판홀더에 유지되고 있는 기판에 박막이 형성되는 발열체 CVD 장치를 이용한 발열체 CVD 방법으로서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘막이고, 이 실리콘막의 성막 중, 상기 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이 적어도 200℃이상으로 가열 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 방법.
제 9 항에 있어서, 기판상에 실리콘막의 성막 중, 상기 기판홀더와 발열체 사이의 공간을 둘러싸는 구조체의 내면이 적어도 350℃이상으로 가열 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘 카바이드막인 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 기판상에 형성되는 박막이 실리콘 게르마늄막인 것을 특징으로 하는 발열체 CVD 방법.