JPH01109713A - 気相成長装置 - 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、気相成長技術、特に、その低温化技術に関し
、例えば、半導体装置の製造工程において、シリコン（
Ｓｔ）等のような半導体基板（以下、ウェハという、）
に薄膜を形成するのに利用してを効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、ウェハ上にエピタキシ
ャル層を成長させる装置として、ウェハを収容する処理
室と、処理室内でウェハを高温に加熱する加熱手段と、
モノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈａ　）やジシラン（Ｓ　１ｔＨ
ｓ　）等のような原料ガスをキャリアガスとしての水素
（Ｈ２）ガスを用いて処埋置に供給する供給手段とを備
えており、処理室内のウェハにキャリアガスを介して原
料ガスを均一に供給し、高温加熱下で原料ガスを化学反
応させて、ウェハ上に単結晶の薄膜を形成するように構
成されているエピタキシャル装置がある。

なお、エピタキシャル装置を述べである例としては、株
式会社工業調査会発行「電子材料１９８５年１１月号別
冊」昭和６０年１１月２０日発行Ｐ５６〜Ｐ６４、があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなエピタキシャル装置においては、原料ガスの
化学反応が高温下で起こるため、不純物の再分布や蒸発
、およびオートドーピング現象等が発生するという問題
点があることが、本発明者によって明らかにされた。

本発明の目的は、低温下にて適正な薄膜を形成すること
ができる気相成長技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、試料を収容する処理室と、試料を加熱する加
熱手段と、処理室に原料ガスを供給する供給手段と、原
料ガスとは別のガスを供給する供給手段と、この非原料
ガスを励起させる励起手段とを設け、前記励起手段で励
起された非原料ガスと前記原料ガスとを合流させること
により、試料に薄膜を形成するようにしたものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、処理室の外部において励起手段
により非原料ガスが励起され、この励起ガスに原料ガス
が合流されて、原料ガスと励起ガスとが試料に供給され
る。そして、原料ガスが励起ガスに合流されていること
により、分解、表面吸着およびマイグレーシラン等のよ
うな反応が比較的低温度化においても充分に促進される
ため、当該反応による処理の低温化を実現することがで
きる。また、励起ガスが原料ガスおよび試料に全体にわ
たって均一に接触するため、試料上に薄膜が全体にわた
って均一に形成されることになる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるエピタキシャル装置を
示す縦断面図、第２図（ａｌ、ｔ）、ＩＯ）、ｌｄｌ、
ｔｅｌはその作用を説明するための各線図である。

本実施例において、気相成長装置としてのエピタキシャ
ル装置は試料としてのウェハ１を収容して処理するため
の処理室２を備えており、処理室２はステンレス等を用
いて略円板形状に形成されている基台３上に、同様に大
略ドーム形状に形成されているベルジャ４を開閉自在で
、気密を維持し得るように被せられて構成されるように
なっている。基台３の中心部には略円筒形状に形成され
た支軸５が処理室２の内外に挿通されており、支軸５は
処理室２の外部に設置されたモータ等の駆動装置により
回転駆動されるように構成されている。処理室２内には
略円板形状に形成されたサセプタ６が、支軸５上に直交
するように配されて、一体回転するように支持されてお
り、サセプタ６はウェハ１を複数枚、中心部りに環状に
配されて、これらを保持し得るように構成されている。

処理室２内には加熱手段としての高周波加熱式ヒータ７
がサセプタ６上のウェハ１群を全体にわたって均一に加
熱し得るように設備されており、このヒータ７はコント
ローラ９により温度制御されるように構成されている。

また、処理室２の基台３には排気装置８が処理室内を真
空排気し得るように接続されでおり、排気装置８はコン
トローラ９により排気作動を制御されるように構成され
ている。

なお、コントローラ９はコンピュータ等を用いて構築さ
れており、予め設定されたシーケンスおよび／または各
種センサ（図示せず）から送信されるフィードバック信
号により、前記および後記する諸装置を自動的に制御す
るように構成されている。

支軸５には内外二重管構造に構成されているノズル１０
が処理室２内外にわたって挿通されておリ、このノズル
１０の外管１２の先端部には細径の吹出口１２ａが複数
個、ガスを全周にわたって略均等に吹き出し得るように
配されて、ガスを径方向外向きに吹き出すように開設さ
れている。また、ノズル１０の内管１１はその先端に開
設された吹出口１１ａがノズル外管１２内であって、外
管１２の吹出口１２８群の対向位置またはその近傍位置
に臨むように配設されている。

そして、ノズル１０の内管１１には、シリコン単結晶を
成膜するのに必要な原料ガス１３を供給するための原料
ガス供給装置１４が、その外管１２には原料ガスとは別
の非原料ガスを供給するための非原料ガス供給装置１６
がそれぞれ接続されており、これら供給装置１４．１６
はコントローラ９によりガス供給をそれぞれ制御される
ように構成されている。非原料ガス供給装置１６は後述
するように窒素（Ｎｇ　）ガス等のようなパージガス、
およびＨ！ガス等のようなキャリアガスを供給し得るよ
うに構成されており、その供給路１７の途中には励起手
段としての紫外線ランプ１８が介設されている。この紫
外線ランプ１８としては、例えば、波長１８４．９ｎｍ
／２５３．７ｎｍ。

光強度１／１０の低圧水銀ランプが用いられており、紫
外線を照射することにより、キャリアガス中のＨ２分子
を励起させ得るように構成されている。また、このラン
プ１８はコントローラ９によりその照射作動を制御され
るように構成されている。

次に、第２図を参考にして、前記構成にかかるエピタキ
シャル装置の作用を、シリコン・ウェハ上にシリコン単
結晶がエピタキシャル成長される場合につき説明する。

第２図は前記構成にかかるエピタキシャル装置によるシ
リコン単結晶のエピタキシャル成長プロセスを示すシー
ケンス・フロー図であり、（ａｌはウェハの温度推移、
伽）はパージガスの供給、（Ｃ１はキャリアガスの供給
、（ｄｌは紫外線ランプの点灯・消灯、＋１１１は原料
ガスの供給をそれぞれ示す各線図である。

試料としてのウェハ１群がサセプタ６上に環状に載置さ
れ、処理室２が密封されると、排気装置８により処理室
２が排気されるとともに、非原料ガス供給装置１６によ
りＮ２ガス１５ａが処理室２内に供給され、処理室２内
がパージされる（第２図中）参照）。

処理室２内がＮ２ガス雰囲気で置換されると、非原料ガ
ス供給装置１６によりキャリアガスとしてのＨ２ガス１
５ｂがノズル１０の外管１２を通じて、吹出口１２ａ群
から処理室２内へ供給される（第２図（Ｃ１参照）。

一方、ヒータ７に高周波電圧が印加されることにより、
サセプタ６が誘導加熱され、ウェハ１群が所定の温度（
例えば、約７００℃、以下、かっこ内の数字について同
じ、）まで昇温されて行き、一定に維持される（第２図
ｔａ＋参照）。

このとき、サセプタ６が支軸５を介して駆動装置によっ
て回転されることにより、ウェハ１群が公転されている
ため、ウェハ１群はヒータ７によって均一に加熱される
ことになる。

ここで、ウェハ１群の加熱温度が所定の温度、（約２０
０℃）に達すると、供給路１７の途中に介設されている
紫外線ランプ１８が点灯される（第２図＋ｄｌ参照）、
これにより、数ｅＶ（４，４８ｅＶ）以上の高エネルギ
を付勢し得る所定の紫外線がそこを流れるＨａガス１５
ｂに照射される。

この照射により、８２分子が励起状態に直接励起され、
励起された８２分子を含むガス（以下、励起キャリアガ
ス１５ｃということがある。）が処理室２にノズル１０
の外管１２を通じて吹出口１２ａ群から供給されること
になる。この励起キャリアガス１５ＣとＨ２ガスの還元
作用との相乗効果により、ウェハ１の表面がきわめて効
果的に清浄化される。

ウェハ１の表面が充分に清浄化され、ウェハ１群の温度
および処理室２内の励起ガス雰囲気が安定したところで
（第２図＋ａ）参照）、原料ガス供給装置１４により、
原料ガス１３として、塩化シラ７　（ＳｉＨｔ　ＣＪ！
ｔ）とＨ！との混合ガＸ（ＳｔＨａ　ＣＩｌ＊　／Ｈｚ
　−１０，０％）が、所定゛の流量（１０，ＯＩｌ／分
）および線速（１００ｃｍ／秒以上）をもって、ノズル
１０を通じて処理室２内へ供給される。この原料ガス１
３の供給中、Ｈ２ガスが所定の流量＜５０．（１／分）
供給されているとともに、紫外線ランプ１８により励起
されている（第２図（Ｃ１、（ｄｌ、ｔｅｌ参照）。

ここで、ノズルｌＯにおいて内管１１の吹出口１１ａが
外管１２内における吹出口１２３群の近傍に臨まされて
いるため、ノズル１０の内管１１に供給された原料ガス
１３は、処理室２内に吹き出される直前において初めて
、外管１２により供給されている励起キャリアガス１５
ｃと合流することになる。合流すると、原料ガス１３中
の分子は励起キャリアガス１５Ｃによって移送される状
態になる。

そして、合流した原料ガス１３は励起キャリアガス１５
ｃにより移送されて、ノズルｌＯの吹出口１２８群から
処理室２内に吹き出されるとともに、全体にわたって均
一に拡散されて行き、サセプタ６上のウェハ１に接触す
る。所定温度に加熱され、清浄化されたウェハ１の単結
晶表面に原料ガス１３が接触すると、所定の化学反応（
ＳｉＨｅ　Ｃｌ１ｅ−３ｉ　＋２Ｈｃ　ｆｆ１）により
、ウェハ１上にエピタキシャル層が成長される。このと
き、原料ガス１３は励起キャリアガス１５Ｃと合流され
ているため、分解、表面吸着およびマイグレーシラン等
のようなエピタキシャル成長反応は、比較的低い温度（
７００℃）においても充分促進される。

また、サセプタ６が支軸５を介して駆動装置によって回
転されることにより、ウェハ１群が公転されているため
、原料ガス１３および励起キャリアガス１５ｃはウェハ
１群に全体にわたって均一に接触することになる。その
結果、エピタキシャル層は全体にわたって均一に成長さ
れる。

エピタキシャル層が所望の厚さに成長したところで、原
料ガス供給装置１４による原料ガス１３の供給、ヒータ
７による加熱、および紫外線ランプ１８による励起がそ
れぞれ停止される（第２図＋ａｌ、＋ｄｌ、（ｅ）参照
）。

その後、処理室２の温度が充分に降下したところで、非
原料ガス供給装置１６によりＮ党ガスが処理室２に供給
される（第２図ｔａ＋、山）参照）、そして、充分にパ
ージされたところで、処理済みのウェハ１群がサセプタ
６から下ろされて処理室２外に搬出される。

なお、前記プロセスにおいて、紫外線ランプはＨ２ガス
を供給すると同時に点灯させて、キャリアガスの供給初
期から紫外線をＨ２ガスに照射するように設定してもよ
い。

また、ウェハの清浄化が別の清浄化手段により達成可能
である場合には、紫外線ランプにより励起キャリアガス
を作ることは、原料ガスの供給開始直前から実施するよ
うに設定してもよい。

ウェハの清浄化作動温度と、エピタキシャル成長温度と
は相異させてもよい。

ところで、物と物との反応にはエネルギ障壁があり、反
応を起こさせるには障壁低下が必要である。一般に、熱
エネルギで分子運動を活性化するが、光や電子で分子を
励起し、解離し、エネルギを高めておくと、相手物体と
の反応が容易に進むことが知られている。

そこで、エピタキシャル成長の低温化を実現する方法と
して、第１に、原料ガスおよび試料をプラズマ雰囲気中
に置くことにより、試料の表面および原料ガスの分子を
励起する方法と、第２に、高エネルギの光を原料ガスお
よび試料に照射して、試料の表面および原料ガスの分子
を励起する方法とが、考えられる。

ところが、第１のプラズマ励起による低温化方法におい
ては、原料ガスおよび試料に高エネルギが処理室内で直
接的に付勢されるため、過剰なエネルギによるイオン衝
撃や不純物汚染等による照射損傷が懸念されるという問
題点があり、第２の光励起による低温化方法においては
、原料ガスおよび試料に光を直接照射するため、処理室
に光学窓を設ける必要があり、この先学窓が反応生成物
の付着によりくもらされてしまう、また、紫外線ランプ
の大きさに限界があるため、大型量産装置においては反
応の均一性を得るのが非常に困難であるという問題点が
あることが、本発明者によって明らかにされた。

しかし、本実施例においては、処理室２の外部において
、紫外線ランプ１８により、非原料ガスであるキャリア
ガスに紫外線が照射されてこのキャリアガスが励起され
、この励起キャリアガスに原料ガスが合流されて、原料
ガスが励起キャリアガスによってウェハに供給されるこ
とにより、反応を低温度下において促進させているため
、過剰なエネルギによる弊害を回避することができる。

また、紫外線を処理室に取り入れるための光学窓を廃止
することができるため、窓のくもり現象を必然的に回避
することができる。さらに、紫外線を全面的にウェハ群
に照射させる必要がないため、紫外線ランプおよび装置
の大型化を抑制することができる。

一方、原料ガスが励起キャリアガスに合流されているこ
とにより、分解、表面吸着およびマイグレーシラン等の
ようなエピタキシャル成長反応が低温度下においても充
分に促進されるため、エピタキシャル成長の低温化を実
現することができる。

その低温化により、不純物の再分布や蒸発、およびオー
トドーピング現象等の発生を防止することができる。ま
た、励起キャリアガスが原料ガスおよびウェハ群に全体
にわたって均一に接触するため、エピタキシャル層が全
体にわたって均一に成長することになる。

ところで、原料ガスと励起キャリアガスとが処理室前の
移送路内で合流されると、励起キャリアガスにより原料
ガスの分解、反応が促進されて、反応生成物が析出し、
それが移送路内に付着堆積することがあるため、移送路
の目詰まりが発生する危険があり、また、大型の量産装
置においては、原料ガスと励起キャリアガスとの混合が
均一に行われないため、エピタキシャル層の成長が全体
にわたって不均一になるという問題点があることが、本
発明者によって明らかにされた。

しかし、本実施例においては、前述したように、原料ガ
ス１３と励起キャリアガス１５ｃとがノズル１０内にて
処理室２内への吹き出し拡散直前に合流されるため、移
送路中の目詰まりを防止することができるとともに、合
流された原料ガスが励起キャリアガスと共にノズルｌＯ
の吹出口１２３群から周方向に均一に吹き出されるため
、濃度分布の不均一化を防止することができる。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

ｉｌｌ　　非原料ガスを励起手段で励起し、この励起ガ
スと原料ガスとを合流させて試料に供給することにより
、原料ガスの分解、吸着、解離およびマイグレーシラン
等のような反応を比較的低温度下においても充分に促進
させることができるため、反応による成膜処理を低温化
させることができる。

（２）反応による成膜処理を低温度下において実現させ
ることにより、不純物の再分布や蒸発、およびオートド
ーピング現象等の発生を抑制することができるため、成
膜の品質および信頼性を高めることができる。

（３）　　処理室の外部で非原料ガスであるキャリアガ
スを励起し、この励起キャリアガスと原料ガスとを合流
させて試料に供給することにより、被処理物である試料
が過剰なエネルギにより損傷されるのを回避することが
できるため、反応による成膜の品質および信頼性を高め
ることができる。

（４）励起手段である紫外線を処理室に取り入れるため
の光学窓を廃止することにより、窓のくもり現象を必然
的に回避することができるため、長期間にわたって定常
状態を維持することにより、繰り返し生産による量産を
実現することができる。

（５）紫外線を原料ガスおよび試料の全面に照射しなく
て済むため、紫外線ランプを大型化しなくて済み、バッ
チ処理による量産を実現することができる。

（６）　　ガス吹出ノズルを二重管構造にして原料ガス
と励起キャリアガスとを処理室の直前にて合流させるこ
とにより、処理室内における原料ガスの反応促進作用を
効率よく起こさせることができるため、移送路中の目詰
まりや、合流ガスの濃度分布の不均一を防止することが
できるとともに、前記（１１、（２）の効果をより一層
高めることができる。

（η　励起手段で励起された非原料ガスを試料に供給す
ることにより、試料表面に発生した自然酸化膜等のよう
な汚染面を洗浄化させることができるため、前記＋１）
の成膜処理をより一層促進させることができる。

（８）　　前記（１）〜（力により、生産性並びに製品
の品質および信頼性を大幅に高めることができるため、
より優れた製品をより安価にて提供することができる。

〔実施例２〕 第３図は本発明の実施例２である自公転式ＣＶＤ装置を
示す縦断面図である。

本実施例において、気相成長装置としての自公転式ＣＶ
Ｄ装置は下部に開設された排気口に排気装置２９が接続
されているチャンバ２１を備えており、チャンバ２１内
の上部には底面開口の略三角錐筒形状に形成されている
ベルジャ２３が吊持されている。ベルジャ２３の頂部に
は複数種類の処理ガスを吹き出すヘッド（後記する。）
が配設されており、ベルジャ２３の下部にはバッファ２
４が同心的に配設されている。バッファ２４はベルジャ
２３に対して所定寸法小さく相似する略円繞形状に形成
されており、その円錐面が凹状に弯曲されている。バッ
フ１２４とベルジャ２３との間の空間に処理室２２が実
質的に形成されている。

一方、チャンバ２１内の下部にはターンテーブル２５が
水平に支持されており、ターンテーブル２５はモータや
減速機構等からなる回転駆動装置２６により回転される
ように構成されている。ターンテーブル２５上には複数
の回転軸２７が外周辺部において周方向に略等間隔に配
されて、それぞれ略垂直に支承されており、各回転軸２
７はモータや減速機構等からなる回転駆動装置２８によ
り回転されるように構成されている。各回転軸２７上に
は被処理物試料としてのウェハＩＡを支持するためのサ
セプタ３０が複数枚、それぞれ水平に支持されており、
このサセプタ３０群は前記バッファ２４の下端辺の周囲
を自転しながら公転するように配設されている。

サセプタ３０は石英ガラス等を用いてウェハよりも大径
の円板形状に作成されており、そのウェハ支持面である
上面は平坦面に形成されている。

サセプタ３０の上面には先の丸まった略円柱形状に形成
された複数本の突起３１がウェハを同心的−に位置決め
し得るように配されて、サセプタ３０と一体的にそれぞ
れ突設されている。

サセプタ３０の下にはヒータ３２が配設されており、こ
れらヒータ３２はサセプタ３０が支持しているウェハを
それぞれ加熱し得るように構成されている。バッファ２
４の下端辺にはヒータカバー３３がターンテーブル２５
上に立設された複数本の支柱３４を介して支持されて配
設されている。

また、ヒータカバー３３には複数の窓孔３５がサセプタ
３０を収容し得る大きさにそれぞれ開設されており、各
窓孔３５の開口縁には面取り部が凸状弯曲面形状に形成
されている。各窓孔３５にはサセプタ３０がヒータカバ
ー３３によって取り囲まれるように遊嵌されており、こ
れにより、ヒータカバー３３はサセプタ３０の下位置に
配されてヒータ３２を被覆し、加熱が有効に行われるよ
うにしている。

ベルジャ２３の頂部に配設されているガス吹出ヘッド４
０は第１〜第３ノズル第４１〜４３を備えており、第３
図に示されているように、３重管構造に構成されている
とともに、バッファ２４の頂上に同心的に配されて設備
されている。

第１ノズル４１は最小口径の円筒形状に形成された本体
４１ａを備えており、本体の中空部はその下端開口が吹
出口４１ｂを、中間部が供給路をそれぞれ実質的に形成
している０本体４１ａの上端部には円盤形状に形成され
たフランジ部４１ｅが清心に対して直角に、かつ同心的
に配されて一体的に突設されており、フランジ部には導
入路が半径方向に配されて供給路としての中空部の上端
に連通ずるように開設されている。この導入路にはモノ
シラン（Ｓ　ｉ　ＨＡ　）またはホスフィン（ＰＨ３）
等のような原料ガス４４を供給する第１原料ガス供給装
２４５が接続されている。

第２ノズル４２は第１ノズル本体４１ａよりも大口径の
円筒形状に形成された本体４２ａを備えており、第２ノ
ズル４２は第１ノズル４１の外側に両本体の清心間士が
合致するように配設されている、第２ノズル本体４２ａ
の中空部は第１ノズル本体との間で、下端開口が第１ノ
ズル吹出口４１ｂを取り囲む円形リング形状の吹出口４
２ｂを、その中間部が中空円筒形状の供給路をそれぞれ
実質的に形成している。第２ノズル本体４２ａの上端部
には略円盤形状に形成されたフランジ部４２Ｃが清心に
対して直角に、かつ同心的に配されて一体的に突設され
ており、フランジ部の内部にはガス溜が清心に対して直
角に、かつ同心的に配されて、略円盤形状の中空に開設
されている。フランジ部には導入路が半径方向に配され
てガス溜に連通ずるように開設されており、この導入路
には非原料ガスとしての窒素（Ｎりガス４６を供給する
ための非原料ガス供給装置４７が接続されている。

本実施例２において、非原料ガス供給装置４７の供給路
４７ａの途中には、励起手段としてのプラズマ発生装置
４８が介設されており、このプラズマ発生装置４８は、
マイクロ波放電（２４５０Ｍ　ｌｌｚ、１００〜１００
ＯＷ、ガス圧０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、高周波放電、フ
ロウ放電、直流放電、ＥＣＲ放電等を使用し、非原料ガ
ス中のＮ２分子を励起させ得るように構成されている。

第３ノズル４３は第２ノズル本体４２ａよりも大口径の
円筒形状に形成された本体４３ａを備えており、第３ノ
ズル４３は第２ノズル４２の外側に両本体の清心同士が
合致するように配設されている。第３ノズル本体４３ａ
の中空部は第２ノズル本体４２ａとの間で、下端開口が
第２ノズル吹出口４２ｂを取り囲む円形リング形状の吹
出口４３ｂを、その中間部が中空円筒形状の供給路をそ
れぞれ実質的に形成している。第３ノズル本体４３ａの
上端部には略円盤形状に形成されたフランジ部４３ｃが
清心に対して直角に、かつ同心的に配されて一体的に突
設されており、フランジ部の内部にはガス溜が清心に対
して直角に、かつ同心的に配されて、略円盤形状の中空
に開設されている。フランジ部には導入路が半径方向に
配されてガス溜に連通ずるように開設されており、この
導入路には酸素（０２）ガス等のような前記とは異なる
種類の原料ガス４９を供給するための第２原料ガス供給
装置５０が接続されている。

なお、第３図中、３９は諸装置を制御するためのコント
ローラである。

次に、前記構成にがかるＣＶＤ装置の作用をシリコン・
ウェハ上にシリコン酸化膜が形成される場合につき説明
する。

試料としてのウェハＩＡが各サセプタ３０上にそれぞれ
載置され、処理室２２が密封されると、排気装置２９に
より処理室２２が排気されるとともに、非原料ガス供給
装置！４７によりＮｔガス４６がヘッド４０の第２ノズ
ル４２を通じて、吹出口４２ｂから処理室２２内へ供給
される。

一方、ヒータ３２に高周波電圧が印加されることにより
、各サセプタ３０が誘導加熱され、ウェハＩＡ群が所定
の温度（例えば、約２００〜４００℃、以下、かっこ内
の数字について同じ、）まで昇温される。このとき、各
サセプタ３０が回転軸２７を介して駆動装置２８によっ
て回転されることにより、ウェハＩＡ群が自転されてい
るため、各ウェハＩＡはヒータ３２によって均一に加熱
される。

ここで、ウェハＩＡ群の加熱温度が所定の温度、（約２
００℃）に達すると、供給路４７ａの途中に介設されて
いるプラズマ発生装置４８が作動されることにより、９
．７５ｅＶ以上の高エネルギを付勢し得る所定のプラズ
マ雰囲気が形成される。

このプラズマによりそこを流れるＮ２ガス４６のＮ２分
子が励起状態に直接励起され、励起されたＮ黛分子を含
むガス（以下、励起ガス４６ａということがある。）が
処理室２２に第２ノズル４２を通じて吹出口４２ｂから
供給されることになる。

この励起ガス４６ａの反応によりウェハＩＡの表面がき
わめて効果的に清浄化される。

ウェハＩＡの表面が充分に清浄化され、ウェハＩＡ群の
温度および処理室２２内の励起ガス雰囲気が安定したと
ころで、第１原料ガス供給装置４５により、第１原料ガ
ス４４として５ｉＨａまたはＰＨ３が所定の流Ｍおよび
線速をもって、ヘッド４０の第１ノズル４１を通じて処
理室２２内へ供給される。同様に、第２原料ガス供給装
置５０により、第２原料ガス４９としてＯ！ガスが第３
ノズル４３を通じて処理室２２内へ供給される。

これら原料ガス４４．４９の供給中、Ｎ２ガスが、所定
の流量供給されているとともに、プラズマ発生装置４８
により励起されている。

ここで、各ノズルの吹出口４１ｂ、４２ｂ、４３ｂが同
心円に開設されているとともに、Ｎ！ガスの吹出口４２
ｂが両原料ガスの吹出口４１ｂと４３ｂとの間に臨まさ
れているため、両吹出口から吹き出された第１および第
２原料ガス４４および４９は、処理室２２内に吹き出さ
れると同時に、第２ノズルの吹出口４２ｂから吹き出さ
れている励起ガス４６ａとそれぞれ合流することになる
。

合流すると、第１および第２原料ガス４４．４９中の分
子は励起ガス４６ａによってそれぞれ移送される状態に
なる。

そして、合流した両原料ガス４４．４９は励起ガス４６
ａにより移送されて、バッファ２４の傾斜面に沿って流
下するとともに、均一に拡散され、各サセプタ３０上の
ウェハＩＡに接触する。所定温度に加熱され、清浄化さ
れたウェハｌに両原料ガス４４と４９とが接触すると、
所定の化学反応により、ウェハＩＡ上にＳｉ０ｇ膜が形
成される。

このとき、両原料ガス４４．４９は励起ガス４６ａと合
流されているため、分解、表面吸着およびマイグレーシ
ラン等のようなＣＶＤ反応は、比較的低温度（２００〜
４００℃）下においても充分に促進される。

また、バッファ２４の傾斜面流下中、励起ガス４６ａが
第１原料ガス４４と第２原料ガス４９との間にサンドイ
ンチされているため、両原料ガス４４と４９とはウェハ
ＩＡに接触する直前まで混合しない、したがって、前記
ＣＶＤ反応はウェハとの接触時に起こるため、流下途中
で反応生成物が傾斜面に付着することはない、さらに、
サセプタ３０がターンテーブル２５および回転軸２７を
介して駆動装置によって回転されることにより、各ウェ
ハＩＡが自公転されているため、両原料ガス４４．４９
および励起ガス４６ａはウェハ群に全体にわたって均一
に接触することになる。その結果、ＣＶＤ膜は全体にわ
たって均一に形成される。

ＣＶＤ膜が所望の厚さに形成したところで、第１および
第２原料ガス供給装置４５．５０による原料ガス４４．
４９の供給、ヒータ３２による加熱およびプラズマ発生
装置４８による励起がそれぞれ停止される。

その後、処理室２２の温度が充分に降下したところで、
非原料ガス供給装置４７によりＮ２ガスが処理室２２に
供給され、充分にパージされたところで、処理済みのウ
ェハＩＡが各サセプタ３゜から下ろされて処理室２２外
に搬出される。

本実施例２によれば、非原料ガスであるＮ窒ガスを励起
手段で励起し、この励起ガスとＣＶＤ反応の原料ガスと
を合流させてウェハに供給することにより、原料ガスの
ＣＶＤ反応を比較的低温度下においても充分に促進させ
ることができるため、ＣＶＤ反応による成膜処理を低温
化させることができる。その結果、フレークがなくステ
ップカバレンジの良い緻密な膜生成が可能となるため、
ＣＶＤ１ｌＪの品質および信頼性を高めることができる
。

〔実施例３〕 第４図は本発明の実施例３である減圧ＣＶＤ装置を示す
模式図である。

本実施例において、気相成長装置としての減圧ＣＶＤ装
置は石英ガラスを用いて略円筒形状に形成され、横形に
設置されているプロセスチューブ５１を備えており、こ
のプロセスチューブ５１の内部室は処理室５２を実質的
に形成している。プロセスチューブ５１の外部にはヒー
タ５３が設備されており、このヒータ５３はコントロー
ラ５９に制御されて処理室５２を加熱し得るように構成
されている。プロセスチューブ５１の一端に開設された
排気口５４には、メカニカルブースタポンプおよびロー
タリーポンプ等（図示せず）を備えている排気装置５５
が接続されており、この排気装置５５は処理室５２内を
高真空に排気し得るように構成されている。

プロセスチューブ５１の他端には炉口５６が開設されて
おり、炉口５６にはキャップ５７がこれを開閉し得るよ
うに取り付けられている。キャップ５７に開設された挿
入口５８には、内外二重管構造に構成されているノズル
６０が処理室内外にわたって挿通されており、このノズ
ル６０の外管６２には細径の吹出口６２ａが複数個、ガ
スを全長にわたって均等に吹き出し得るように配されて
開設されている。また、ノズル６０の内管６１には複数
個の吹出口６１ａが処理室内であって、外管６２の吹出
口６２２群の対向位置または近傍位置にそれぞれ臨むよ
うに配設されている。

そして、ノズル６０の内管６１には、５ｉＨｉまたは５
ＩＨ２ＣＩｌ＊およびＮＨ３等のような原料ガス６３を
供給するための原料ガス供給袋ｆ２ｉ！６４が、その外
管６２には非原料ガス６５を供給するための非原料ガス
供給装置Ｗ６６が接続されており、これら供給装置６４
．６６はコントローラ５９によりガス供給を制御される
ように構成されている。非原料ガス供給装置６６は窒素
（Ｎ＊　）を供給し得るように構成されており、その供
給路６７の途中には励起手段としての光照射装置６日が
介設されている。光照射装置６８としては、例えば、波
長１２７ｎｍの光源が用いられており、この波長の光を
照射することにより、供給路６７を通るＮ２分子に９．
７５ｅＶの高エネルギを付勢させてこれを励起させるよ
うに構成されている。

また、この光照射装置ｉ！６８はコントローラ５９によ
りその照射作動を制御されるように構成されている。

次に、前記構成にかかる減圧ＣＶＤ装置の作用をシリコ
ン・ウェハ上にシリコン窒化膜が形成される場合につき
説明する。

試料としてのウェハＩＢが複数枚、処理治具としてのボ
ート７０に立てられて長手方向に並べられた状態で、プ
ロセスチューブ５１の炉口５６から処理室５２内に搬入
され、キャップ５７により処理室５２が密封されると、
排気装置５５により処理室５２が排気されるとともに、
非原料ガス供給装置６６によりＮ、ガス６５がノズル６
０の外管６２を通じて、吹出口６２ａから処理室５２内
へ供給される。

一方、ヒータ５３によりウェハ１８群が所定の温度（例
えば、約２００〜４００℃、以下、かっこ内の数字につ
いて同じ、）まで昇温される。

ここで、ウェハ１８群の加熱温度が所定の温度、（約２
００℃）に達すると、供給路６７の途中に介設されてい
る光照射装置６８が点灯されることにより、９．７５ｅ
Ｖ以上の高エネルギを付勢し得る波長１２７ｎｍの光が
照射される。この光の照射によりそこを流れるＮｔガス
６５のＮ宏分子が励起状態に直接励起され、励起された
Ｎ２分子を含むガス（以下、励起ガス６５ａということ
がある。）が処理室５２にノズルの外管６２を通じて吹
出ロ６２ａ群から供給されることになる。この励起ガス
６５ａの反応によりウェハＩＢの表面がきわめて効果的
に清浄化される。

ウェハＩＢの表面が充分に清浄化され、ウェハ１８群の
温度および処理室５２内の励起ガス雰囲気が安定したと
ころで、原料ガス供給装置６４により、原料ガス６３と
して、ＳｉＨ４または５ｉＨｔｃＩｔ＊およびＮ　Ｈ３
が所定の流量および線速をもって、ノズル６０の内管６
１を通じて処理室５２内へ供給される。この原料ガスの
供給中、Ｎ！ガスが所定の流量供給されているとともに
、光照射装置６８により励起されている。

ここで、ノズル６０において内管６１の吹出口６１８群
が外管６２内で開口されているため、ノズルの内管６１
に供給された原料ガス６３は、処理室５２内に吹き出さ
れる直前において初めて、外管６２により供給されてい
る励起ガス６５ａとそれぞれ合流することになる０合流
すると、原料ガス６３は励起ガス６５ａによって移送さ
れる状態になる。

そして、合流した原料ガス６３は励起ガス６５ａにより
移送されて、ノズル６０の吹出ロ６２ａ群から処理室５
２内に吹き出されるとともに、全体にわたって均一に拡
散されて行き、ボート７０上のウェハＩＢに接触する。

所定温度に加熱され、清浄化されたウェハＩＢに原料ガ
ス６３が接触すると、所定の化学反応によって、ウェハ
ＩＢ上に５ＩａＮ＆膜が形成される。このとき、原料ガ
ス６３は励起ガス６５ａと合流されているため、分解、
表面吸着およびマイグレーション等のようなＣＶＤ反応
は、比較的低温度（２００〜４００℃）下においても充
分に促進される。

ＣＶＤＩＩＩＩが所望の厚さに形成したところで、原料
ガス供給装置６４による原料ガス６３の供給、ヒータ５
３による加熱および光照射装置６８による励起がそれぞ
れ停止される。

その後、処理室５２の温度が充分に降下したところで、
非原料ガス供給装置６６によりＮ！ガスが処理室５２に
供給され、充分にパージされたところで、処理済みのウ
ェハ１８群がボート７０を引き出されることにより処理
室５２外に搬出される。

本実施例３によれば、非原料ガスであるＮ！ガスを励起
手段で励起し、この励起ガスとＣＶＤ反応の原料ガスと
を合流させてウェハに供給することにより、原料ガスの
ＣＶＤ反応を比較的低温度下においても充分に促進させ
ることができるため、ＣＶＤ反応による成膜処理を低温
化させることができる。その結果、フレークがなくステ
ップカバレッジの良い緻密な膜生成が可能となるため、
ＣＶＤ膜の品質および信頼性を高めることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、励起させるべき非原料ガスとしては、Ｈ！また
はＮ！を使用するに限らず、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ％
Ｘｅ等でもよい。これらのガスにはグロー放電プラズマ
の１〜１０ｅＶでも電子がマックスウェル分布で高エネ
ルギを持ったものもあり、それ故、イオン化（１００ｅ
Ｖ以下）に寄与することができる。しかし、光で励起さ
せるのは、ＨｅｘＸｅでは難しく、１２．４ｎｍ程度の
Ｘ線に近い波長が必要になる。

また、光励起手段としては、紫外線レーザ、エキシマレ
ーザ、炭酸ガスレーザ等を使用することができる。

原料ガスおよび励起された非原料ガスの供給構造や、そ
の合流構造等は前記実施例による構成を使用するに限ら
ず、原料ガスと励起された非原料ガスとを各別の配管に
よりそれぞれ処理室内に供給し、処理室内で合流させる
ように構成してもよいし、処理室外で合流させた後、処
理室に供給するように構成してもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリ　　・コン単結
晶のエピタキシャル成長技術、ＳｔＯ。

膜（７）ＣＶＤ技術、Ｓ　ｉ　３　Ｎ＆　膜（Ｆ）ＣＶ
Ｄ技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、アモルファスＳｔの形成技術や、
化合物半導体、その他の物質−のＭＯＣＶＤ技術等のよ
うな気相成長技術全般に適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

非原料ガスを励起手段で励起し、この励起ガスと原料ガ
スとを合流させて試料に供給することにより、原料ガス
の分解、吸着、解離およびマイグレーション等のような
反応を比較的低温度下においても充分に促進させること
ができるため、反応による成膜処理を低温化させること
ができ、低温化により、成膜の品質およびイδ頼性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるエピタキシャル装置を
示す縦断面図、 第２図（ａｌ、伽）、（Ｃ）、ｌｄ）、Ｃｅ）はその作
用を説明するための各線図である。 第３図は本発明の実施例２である自公転式ＣＶＤ装置を
示す縦断面図である。 第４図は本発明の実施例３である減圧ＣＶＤ装置を示す
模式図である。 Ｌ　ＩＡ、ＩＢ・・・ウェハ（試料）、２・・・処理室
、３・・・基台、４・・・ベルジャ、５・・・支軸、６
・・・サセプ夕、７・・・ヒータ、８・・・排気装置、
９・・・コントローラ、１０・・・ノズル、１１・・・
内管、ｌｌａ・・・吹出口、１２・・・外管、１２ａ・
・・吹出口、１３・・・原料ガス、１４・・・原料ガス
供給装置、１５・・・非原料ガス、１５ａ・・・パージ
ガス、１５ｂ・・・キャリアガス、１５Ｃ・・・励起キ
ャリアガス、１６・・・非慶料ガス供給装置、１７・・
・供給路、１８・・・紫外線ランプ（励起手段）、２１
・・・チャンバ、２２・・・処理室、２３・・・ベルジ
ャ、２４１・・バッファ、２５・・・ターンテーブル、
２６．２８・・・回転駆動装置、２７・・・回転軸、２
９・・・排気装置、３０・・・サセプタ、３１・・・突
起、３２・・・ヒータ、３３・・・ヒータカバー、３４
・・・支柱、３５・・・窓孔、４０・・・ヘッド、４１
・・・第１ノズル、４２・・・第２ノズル、４３・・・
第３ノズル、４４・・・第１原料ガス、４５・・・第１
原料ガス供給装置、４６・・・非原料ガス、４７・・・
非慶料ガス供給装置、４８・・・プラズマ発生装置（励
起手段）、４９・・・第２原料ガス、５０・・・第２原
料ガス供給装置、５１・・・プロセスチューブ、５２・
・・処理室、５３・・・ヒータ、５４・・・排気口、５
５・・・排気装置、５６・・・炉口、５７・・・キャン
プ、５８・・・挿入口、５９・・・コントローラ、６０
・・・ノズル、６１・・・内管、６２・・・外管、６３
・・・原料ガス、６４・・・原料ガス供給装置、６５・
・・非原料ガス、６６・・・非原料ガス供給装置、６８
・・・光照射装置（励起手段）。 代理人　弁理士　　梶　　原　　辰　　也２　　臣　　
　２　　臣　　　２　　臣ＣＩ　　　　　Ｃｔ　　　　
　　Ｏ（）　　　　　　Ｃ）　　　　Ｃ）七もト翳Ｋ　
蕃ｔ４．ｈ、ホ　東部べ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料を収容する処理室と、試料を加熱する加熱手段
   と、処理室に原料ガスを供給する供給手段と、原料ガス
   とは別のガスを供給する供給手段と、この非原料ガスを
   励起させる励起手段とを備えており、前記励起手段で励
   起された非原料ガスと前記原料ガスとを合流させて試料
   に薄膜を形成するように構成されていることを特徴とす
   る気相成長装置。 ２、励起手段が、水素ガスに紫外線を照射させてこのガ
   スを励起させるよう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項記載の気相成長装置。 ３、励起されたガスと原料ガスとが、処理室内において
   合流するよう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項記載の気相成長装置。 ４、励起されたガスの供給路と、原料ガスの供給路とが
   、二重構造に構成されたノズルに接続されているととも
   に、このノズルは両ガスがその内部にて均一に合流する
   よう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項記載の気相成長装置。