JPH02222134A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPH02222134A
JPH02222134A JP1041891A JP4189189A JPH02222134A JP H02222134 A JPH02222134 A JP H02222134A JP 1041891 A JP1041891 A JP 1041891A JP 4189189 A JP4189189 A JP 4189189A JP H02222134 A JPH02222134 A JP H02222134A
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flow
gas flow
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film forming
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Nobuo Mikoshiba
御子柴　宣夫
Kazuo Tsubouchi
和夫 坪内
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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、薄膜形成装置に係るもので、特に化学気相法
を用いた薄膜形成装置の改良に関するものである。
［発明の概要コ 本発明は、基板に向けて噴出された反応性原料ガスの流
れを制御して、原料ガスの乱流を防ぎ、かつ反応室の壁
面に接触しないようにしたものである。
［従来の技術］ 従来、電子工業分野において、基板に薄膜を形成する装
置として、化学気相法（ＣｈｅｍｊｃａｌＶ　ａｐｏｒ
　Ｄ　ｅｐｏｓｉｔｊ、ｏｉ＋　　略してＣＶＤ法）を
用いた簿膜形成装置が知られている。
−１−記ＣＶ　Ｄ　法は、化学反応を伴う合成法である
ため、物理的堆積法である蒸着法、スパッタ法に比較し
て損傷が少なく、段差被覆性に富むなど高品質の薄膜を
形成する手法として好適なものとされている。さらに高
真空を必要とするＭＢＥ法（Ｍｏ１．ｅｃｕｌａｒ　Ｂ
　ｅａｍ　Ｅ　ｐｊｔａｘ＞）に比較して、前記ＣＶ　
Ｉ）　ｒＡは高真空を必要としないので、装置としても
、工業的に安価なものが得られ、量産性に富むという特
徴をもっている。
しかしながら、−４−記ＣＶ　ｌ）法による薄ＩＩＩ形
成装置でさらに高品質な薄ｌ摸を形成するためには、い
くつかの改１！キすべき問題がある。以下にその問題点
を述へる。
第４図および第５図は、従来のＣＶＤ法による薄膜形成
装置におけるガスフローのパターンを示したものである
。同図において、１は反応管、２は原料ガスを噴出させ
るシャワー、３は基板、４は基板の支持を兼ねた加熱用
サセプターであり、７はシャワーからの原料ガスフロー
を表わしたものである。
第４図は、サセプター４が加熱なしの状態で常温（２０
’Ｃ）に保持されているときのガスフロー状態を示しで
あるが、このように加熱されなければ、原料ガスフロー
は適切に基板へ到達するように形成される。しかし、化
学反応を促進するためにサセプター４を加熱（４００℃
）すると、第５図に示すように、原料ガスフロー状態は
、熱対流のため乱れ、適切な供給ができなくなり、膜の
不均一、気相中の核発生による膜中のピンホール発生な
ど、堆積膜の品質劣化を生じてしまう。
［発明が解決しようとする課題］ 上記に述べた常圧反応系の欠点を除去するため、近時、
その改良の試みとして、減圧系のＣＶＤ装置が提案され
ている。これは、前記の熱対流を抑える手段として、反
応管を減圧して浮、力を減少させる効果を期待するもの
である。
第６図および第７図は、減圧下の原料ガスフロ状態を示
したものである。
第６図は、サセプター４が加熱なしの状態で常温（２０
℃）に保持されているときのガスフロー７の状態を示し
たものであるが、すでに循環的な渦が生じている。これ
はシャワー２からの原料ガスの流速が常圧に比べて速い
ので、かえってサセプターからの跳ね返りが大きいこと
に起因している。第７図は、サセプターを加熱（１００
０”Ｃ）したときのガスフロー７の状態を示したもので
、この場合には熱対流による浮力が加わり、サセプター
−１−の、ＩＪ板近くまで達したガスが再び眸い一ヒが
るような大きな渦が発生している。
に記の如く、反応管内を単に減圧するだけでは、原料フ
ローの乱れを完全に抑えることはできない。
従って、ＣＶＤ装置を単に減圧系の反応室にすることだ
けでは、原料ガスフローの乱れを抑えることは不可能で
あり、ガスフローの乱れに起因して発生する膜質の劣化
を改善できない。
また、減圧にすることによって、原料ガスフローは反応
管全体に広がってしまうため、反応管を汚染し、逆に原
料ガスも汚染されてしまう。
以」二、解決すべき課題としては、減圧反応系において
、ＦＡ料ガスフローの乱れをなくし、反応管の壁面に原
料ガスが触れないようにガスフローを制御する新しい手
法が、高品質薄膜形成のために必須である。
［発明の目的］ 本発明は、前述した欠点を解消するためになされたもの
であって、減圧反応系での原料ガスフローの乱れを生じ
ることがなく、かつ反応管の壁面に原料ガスが触れるこ
とのない薄膜形成装置を提供することを主たる目的とし
ているものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、反応性原料カスを用いる薄膜形成装置におい
て、反応室内で基板に向けて噴出された原料ガスフロー
を、それを囲むように別に噴出させた制御用ガスフロー
によってビーム状に形成する手段を備えることにより、
−ト述した問題点の解決を図ったものである。
［作用］ 上記構成の薄膜形成装置においては、基板に向けて噴出
された原料ガスフローは、それを囲む別のカスフローに
よってビーム状に形成されるので、熱対流の影響による
乱れを生じることはなく、また反応室の壁面に接触する
こともない。
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の構成
図であって、第４図〜第７図と同一または類似する部材
には同じ符号を付しである。
即ち、］は反応管、２は原料ガスを噴出させるシャワー
、３は基板、４は加熱用サセプターであり、５はサセプ
ター保持台であり、前記シャワー２を囲む部位には、シ
ャワーから噴出される原料ガスフローを取り囲むように
噴出する制御用ガスのシャワー６が別に配置されている
。なお、原料ガス供給系、排気系および前記制御ガス供
給系の詳細は示してないが、既知の手法を用いて実施さ
れる。
しかして、」１記の如く構成された薄膜形成装置におい
ては、シャワー２から基板３に向けて噴出される原料ガ
スフロー７は、制御用ガスシャワー６から噴出さ九るガ
スフロー８によって取り囲まれ、ビーム状に形成される
。ここで、説明の便宜−ヒ、前記原料ガスフロー７をソ
ースフロー（Ｓ　ｏｕｒｃｅ　Ｆ　］、ｏｗ）と呼称し
、制御用ガスフロー８をシースフロー（Ｓ　ｈｅａｔｈ
　Ｆ　１．ｏｗ）と呼称する。
前記ソースフロー７を形成するガスとは、Ｃ■Ｄ薄膜成
長用の原料ガスであって、例えばシリコン系の薄膜形成
の場合にはＳｉＨ４，５ｉ２ｅ、などのシリコン系の原
料ガスを含むもののいずれでもよく、またｍ−ｖ族ｇ膜
系の場合にはＩＩＩ族原料ガスのＴＭ、ＴＭ、Ｇなどを
含むものなら何でもよく、あるいは■族原料ガスＡｓＨ
３，ＮＨ３などと前記■■族原料ガスの混合ガスでもよ
い。また、ＩＩ−ＶＩ族薄膜系の場合には■族原料ガス
を含むもの、あるいは■族原料ガスとの混合ガスでもよ
い。要は、基板」二に堆積する膜の原料ガスを含むガス
であればよい。
前記シースフロー８を形成するガスとしては、例えばＮ
２ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスがよい。またはｒｉ　−ｖ
族系、ＴＩ−■族系の場合は、各々■族あるいは■族系
を含むものでもよい。いずれにしても、前記シースフロ
ー８によりソースフロー７の跳ね返りによる流れの乱れ
は抑えられる。
上記をＩＪ的とするガスフロー制御を実現するためには
、次の条件が必要である。
まず、シースフロー８の流量はソースフロー７の流量よ
り大きいことが必要である。望ましくは、シースフロー
流値がソースフロー流量より数１−Ｏ倍程度大きい方が
よい。
具体例としては、約６０ｎｎ＋φの反応管において、約
５０Ｔｏｒｒの圧力下で排気量約０．８Ｑ／ｓｅｃ、サ
セプターの直径が約５４　ｍｎ＋φとした場合、シース
フローが３０００ｓｅｃｍ、ソースフロー：Ｌ　Ｉ　Ｑ
ｓｃｃｍであった。
上記ガス流量の条件を満たしたうえで、反応管の各部の
流速の設定において、シャワー２から噴出した直後のＡ
点のソースフローの流速はシースフローのＢ点の流速よ
り速いことが必要である。
望ましくは、１．５倍から数倍がよい。０点付近の全流
速はほぼＢ点の流速となる。さらに反応管とサセプター
間のギャップ９であるＤ点を通り抜ける全流速は０点の
流速よりかなり速いことが必要である。望ましくはＤ点
の流速が０点の流速の数倍〜１０倍位がよい。
具体例としては、前記と同様に、約６０１１Ｗｎφの反
応管において、約５０　Ｔｏｒｒの圧力下で排気量約０
．８Ｑ／ｓｅｃ、サセプターの直径が約５４画φの場合
、Ａ点のソースフロー流速が約１２　ａｎ　／　ｓｅｅ
、Ｂ点のシースフロー流速が９ｃｍ／ｓｅｃ、ｃ点の全
流速が約９　ｃｍ　／　ｓｅｅ、ギャップ９のＤ点の全
流速が約４９　ｃ＋ｎ　／　ｓｅｅであった。
反応管内の圧力は、ソースフローが反応管全体に広がっ
てしまわない範囲で変化させてもよく、上記のようにソ
ースフローとシースフローの速値関係および前記Ａ、Ｂ
、Ｃ，Ｄ点各部の流速関係が満たされていればよい。
−Ｆ記に述べたガスフロー制御によれば、基板が約１０
００　’Ｃ以」−に加熱されても、ガスフローの乱れは
なく、かつ反応管の壁面への原料ガスの接触は見られな
かった。
とくに、反応管１の管壁とサセプター４間のギャップを
狭くしてギャップ９としであると、基板面に到達した原
料ガスのソースフローが横方向に広げられたあと、前記
ギャップ位置で流速が速くなり、速やかにギャップ内へ
吸引排気されるので、加熱された基板の熱による熱対流
の防止に効果がある。
第２図に示したものは、本発明の他の実施例であって、
この実施例では、反応管１は円錐状に形成されている。
この場合にも、第１図の例と同様に、シースフロー流量
がソースフロー流量より大きいことが必要である。さら
に反応各部の流速については、シャリ−２から噴出した
原料ガスのＥ点の流速がＦ点のシースフローの流速より
速いことが必要である。
本実施例では、反応管を円錐形にしたので、Ｇ点の全流
速はＦ点の流速より遅くする。それにより、ソースフロ
ー７のフローパターンは、第１図にみられたソースフロ
ー７のフローパターンの肩（横に広がる部分）がなくな
り、スムースにビー１１状に基板面」二に拡げられる。
また、本実施例では、基板の平面方向の熱対流をより良
く抑えるために、反応管の内径を基板３の」一部で横方
向に拡開した構造とされている。さらにまた基板３の位
置とサセプター保持台５で調整することにより、ギャッ
プ９の距離を可変できるようになっている。したがって
ギャップ９のＨ点における全流速を容易に調整でき、Ｇ
点の全流速よりＨ点の流速を大きくする値を、適時、基
板温度に合わせて、熱対流を防ぐのに充分かつ適切な量
になるように調節できる。
具体例としては、反応管の部分Ｉにおける直径が約２０
ｍｍφ、部分■より一■−の直状円筒部の長さが約７０
ｍｍ、円錐部のテーパ長さが約８０　ｎＩＩ＋＋、円錐
部の底部の直径が約４０ｍｍφ、広口円筒部にの直径が
約１００ｍｍφとし、圧力約１−００　Ｔｏｒｒの減圧
下、排気量約０．４．０　／ｓｅｃ、ソースフロー流量
１１０ｓｅｃｍ、シースフロー流量３０００ｓｅｃｍの
場合、ドツト部分で示すようなガスビームが実現された
。また基板が約１０００℃以上に加熱されても、ガスフ
ローの乱れはなく、かつ反応管への原料ガスの接触は見
られなかった。
第３図に示したものは、本発明をプラズマＣｖ■〕装置
に実施したもので、第２図に示したものとほぼ同様で、
異なる点はプラズマ励起部１０を設けたことである。こ
のプラズマ励起部１０は周知の高周波放電、マイクロ波
放電、ＥＬＲ放電などを選択使用できる。ソースフロー
、シースフローを安定に形成できる圧力範囲内では、望
ましくはマイクロ波放電がよい。
上記プラズマ放電によってガスフローをプラズマ励起す
ると、活性なガス中の分子、原子、イオン、電子、活性
ラジカルなどと反応管の壁面との接触によって汚染の原
因が一般的には発生しやすくなるが、」１記実施例の如
く、ガスフローをビーム状に制御するものによれば、ガ
スフローの乱れはなく、かつ反応管の壁面への原料ガス
の接触は起こらない。
［発明の効果コ 以−１−に述べたように、本発明の薄膜形成装置によれ
ば、原料ガスフローに乱れを生じることなく、かつ反応
室の壁面への原料ガスの接触も起こらないので、高品質
の薄膜を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図は、それぞれ本発明の実施例を示す薄
膜形成装置の構成図、第４Ｍおよび第５図は従来の常圧
薄膜形成装置におけるガスフローパターンを示す説明図
、第６図および第７図は従来の減圧薄膜形成装置におけ
るガスフローパターンを示す説明図である。 １　・・・・・・反応管、２・・・・・・・・・原料ガ
スの噴出シャワー、３・・・・基板、４・・・・加熱用
サセプター５・・・・・サセプター保持台、６・・・・
・制御用ガスシャワー、７・・・・原料ガスフロー、８
　・・・制御用ガスフロー、９・・・・・ギャップ、１
０−・・・・・・・プラズマ励起部。 特許出願人　　　　御子柴　　宣　　夫坪　　　内　　
　和　　　夫 代理人　弁理士　　永　　ＩＢ　　　武王部第 図 第２図 ゞく＼ 手続補正書 １、事件の表示 平成１年特許願第４．１８９１号 ２、発明の名称 薄膜形成装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 氏名　御子柴　置去 坪　　内　　和　夫 ４、代理人〒１０５ 住　所　　東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ビル
電話（０３）４５５−８７４．６番 氏名　（７２３８）弁理士永田武三部　−６、補正の内
容 （１）本願明細書第８頁第１０行を「スのＴＭＡ（Ｔｒ
ｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）　、ＴＭＧ　
（Ｔｒｊ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｇａｌｌｉｕｍ）などを含む
ものなら何でもよく、」に補正する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）反応性原料ガスを用いる薄膜形成装置において、
    反応室内で基板に向けて噴出された原料ガスフローを、
    それを囲むように別に噴出させた制御用ガスフローによ
    ってビーム状に形成する手段を備えていることを特徴と
    する薄膜形成装置。
  2. （２）反応室の壁面と基板とのギャップが狭く形成され
    、基板上に到達して横方向に拡がった原料ガスが前記ギ
    ャップ位置で流速が速くなり、ギャップを通して吸引排
    気されるようにした第１請求項記載の薄膜形成装置。
  3. （３）前記反応室がガスフロー方向に沿って、徐々に広
    がるように断面がテーパー状に形成されている第１請求
    項または第２請求項記載の薄膜形成装置。
  4. （４）前記反応室がガスフロー方向に沿って、細口部、
    円錐部、拡開部とで構成されている第４請求項記載の薄
    膜形成装置。
  5. （５）原料ガスまたは原料ガス以外のガスのいずれか、
    または双方をプラズマで励起する手段が付加されている
    第１〜第４請求項のいずれかに記載の薄膜形成装置。
JP1041891A 1989-02-23 1989-02-23 薄膜形成装置 Pending JPH02222134A (ja)

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