JPH05198520A

JPH05198520A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH05198520A
Application number: JP4138656A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Kusakabe; 嘉彦草壁; Hiroshi Onishi; 寛大西; Masao Oda; 昌雄織田; Shinichi Kamidate; 信一神立; Yutaka Inaba; 豊稲葉; Hiroshige Takahashi; 広成高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-08-06
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JP3179864B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反応槽の内壁面やウエハ支持台の表面に付着
物が発生するのを阻止するとともに、ウエハの面内およ
びバッジ内の温度分布を均一にして不良品の発生を防止
することにより、製造歩留まりの大幅な向上を達成する
ことが可能な薄膜形成装置を提供する。【構成】反応槽３１の温度を原料ガスの分解反応温度
未満に制御する第１の温度制御手段４２と、ウエハ３９
およびウエハ近傍の雰囲気温度を原料ガスの分解反応温
度以上に制御する第２の温度制御手段４３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば高密度集積回
路の配線、電極、バリアメタル、キャパシタ、層間絶縁
膜等の形成に使用される原料ガスを、熱化学反応により
分解堆積させて薄膜をウエハ上に形成する薄膜形成装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、この種の従来の薄膜形成装置を図
について説明する。図１２は例えば特公平２−４１１６
６号公報に示された従来の雰囲気加熱方式の薄膜形成装
置を示す図である。図において、１は反応槽、２はこの
反応槽１を密閉するためのフロントキャップ、３は反応
槽１内に原料ガスとパージ用不活性ガスを導入するため
の導入口、４は反応槽１の終端に設けられた排気口、５
はこの排気口４と真空ポンプ６とを接続する配管、７は
この配管５に介装されるバルブ、８は反応槽１を囲繞す
るように配設されたヒータ、９は反応槽１内に設置され
る石英ボートで、複数のウエハ１０が載置されている。

【０００３】従来の雰囲気加熱方式の薄膜形成装置は上
記のように構成され、例えばウエハ１０を石英ボート９
に装着して反応槽１内に設置し、フロントキャップ２を
閉じて密閉する。反応槽１内部に配置されたウエハ１０
は、ヒータ８により処理温度に加熱される。バルブ７を
開けて排気口４より減圧排気した後、反応槽１内に原料
ガスを導入口３より導入する。原料ガスは導入口３より
排気口４方向に拡散し、熱化学反応によりウエハ１０上
で分解しウエハ１０上に所望の薄膜が形成される。この
後、原料ガスの導入を停止して減圧排気した後にバルブ
７を閉じ、不活性ガスを導入口３より導入することによ
り、反応槽１内は大気圧に復帰し、フロントキャップ２
を開けて石英ボート９をウエハ１０ともども取り出す。
次にフロントキャップ２を閉じて新たなウエハ１０が搬
送されるまで待機する。

【０００４】図１３は例えば特開昭６３−５３２７号公
報に示された従来の反応槽内部からの局所加熱方式によ
る薄膜形成装置を示す断面図である。図において、１１
は反応槽、１２はこの反応槽１１の一端側に形成され原
料ガスを導入するための導入口、１３は反応槽１１の他
端側に形成される排気口、１４は回転軸１５の駆動によ
り回転するウエハ支持台、１６はこのウエハ支持台１４
に内蔵されるヒータ、１７はウエハ支持台１４上に載置
される複数のウエハ、１８はこれら各ウエハ１７の上方
に配設され、不活性ガスをこれら各ウエハ１７上に吹き
つけるガス噴出手段である。

【０００５】従来の反応槽内部からの局所加熱方式によ
る薄膜形成装置は上記のように構成されており、例えば
排気口１３から真空排気される反応槽１１内は、回転軸
１５を介して回転するウエハ支持台１４に内蔵されたヒ
ータ１６により所定温度に加熱される。ついで、上記ウ
エハ１７にほぼ平行に導入口１２から原料ガスを導入
し、ウエハ１７上に薄膜を成長させる。成膜中、ガス噴
出手段１８から不活性ガスを内部空間に噴出させ、ウエ
ハ１７の表面に対向するようにガス流を形成させる。こ
の不活性ガス流により原料ガスのガス流を層流状態に保
持しかつウエハ１７近傍空間にのみ限定させている。こ
の後、原料ガスの導入を停止して減圧排気した後反応層
１１内を大気圧に復帰し、ウエハ１７を取り出す。

【０００６】図１４は例えば特開昭６３−２８８６８号
公報に示された従来の反応槽外部からの局所加熱方式に
よる薄膜形成装置を示す断面図である。図において、１
９は反応槽、２０はこの反応槽１９の一端側に形成され
原料ガスを導入するための導入口、２１は反応槽１９の
他端側に形成される排気口、２２は回転軸２３の駆動に
より回転するウエハ支持台、２４はこのウエハ支持台２
２上に載置されるウエハ、２５はウエハ２４の上方に配
設され、不活性ガスをウエハ２４上に吹きつけるガス噴
出手段、２６は光透過窓２７を介して光をウエハ２４上
に照射して加熱する加熱ランプである。

【０００７】従来の反応槽外部からの局所加熱方式によ
る薄膜形成装置は上記のように構成されており、例えば
ウエハ２４を排気口２１から真空排気される反応槽１９
内の、回転軸２３を介して回転する支持台２４上に設置
する。ついで、ウエハ２４にほぼ平行に導入口２０から
原料ガスとその他の反応ガスあるいは不活性ガスを分離
して導入し、加熱ランプ２６からの光を透過窓２７とガ
ス噴出手段２５とを通過させ、回転中のウエハ２４に照
射することにより所定温度に加熱しウエハ２４上に薄膜
を成長させる。成膜中、ガス噴出手段２５から不活性ガ
スを内部空間に噴出させ、ウエハ２４の表面に対向する
ようにガス流を形成させる。この不活性ガス流により原
料ガスのガス流を層流状態に保持し、かつウエハ２４近
傍空間にのみ限定させている。この後、原料ガスの導入
を停止して減圧排気した後反応槽１９内を大気圧に復帰
し、ウエハ２４を取り出す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜形成装置は
以上のようにそれぞれ構成されており、図１２に示す雰
囲気加熱方式の薄膜形成装置においては、原料ガスがウ
エハ１０上のみならず反応槽１の内壁表面上においても
分解する。特に、ヒータ８の近くに位置する反応槽１は
ウエハ１０および石英ボート９より高温になるため、分
解生成物の堆積速度がより速くなり多量の付着物が反応
槽１表面に発生する。反応槽１表面の付着物は膜厚が増
大すると、反応ガスの導入あるいは排気、不活性ガスの
導入あるいは排気にともなって剥離が発生する。そし
て、これがウエハ１０上に付着すると作製したデバイス
特性が劣化、ひいては不良品が発生し、製造歩留まりを
低下させる原因となる。このため、石英ボート９および
反応槽１に形成された剥離性分解生成物は定期的に除去
する必要があり、洗浄メンテナンスを実施しなければな
らない。とくに、有機金属ガス等の利用により反応槽１
の内壁部に管材質とは異種の付着物が発生する場合は、
比較的膜厚が薄くとも剥離が発生するため、メンテナン
スの実施頻度が非常に高くなる。また、反応槽１の内壁
部に管材質とは異種の付着物が発生すると、ヒータ８に
よるウエハ１０の処理温度の制御が困難となり、ウエハ
面内、バッジ内およびバッジ間の膜厚や膜質の均一性が
劣化するため、多数のウエハを一度に処理できない等の
問題点があった。

【０００９】又、図１３に示す反応槽内部からの局所加
熱方式による薄膜形成装置においては、反応槽１１を加
熱する必要が無いため、薄膜形成時に原料ガスはヒータ
１６近傍の空間以外では分解せず、反応槽１１への付着
物量は減少する。しかし、局所加熱方式の薄膜形成装置
では、反応槽１１内の一部のみを高温に加熱するという
方式のため、雰囲気加熱方式の薄膜形成装置と比較し
て、均一加熱が困難で、しかも、面内の均一加熱を実現
するには、ウエハ１７に対してヒータ１６を内蔵するウ
エハ支持台１４を大きくして均一温度制御ができる面積
をかせぐ等の方策が必要で温度制御がより複雑になる。
この場合、ウエハ１７により覆われないウエハ支持台１
４の露出部には多量の付着物が発生する。この付着物は
膜厚が増大すると、原料ガスの導入あるいは排気、不活
性ガスの導入あるいは排気にともない剥離が発生する。
そして、これがウエハ１７上に付着すると作製したデバ
イスの特性を劣化させるとともに不良品を発生させ、製
造歩留まりを低下させる等の問題点があった。なお、図
１４に示す薄膜形成装置においても、加熱源としての加
熱ランプ２６が反応槽１９の外部に設けられている点が
異なるだけで、局所加熱方式という点においては何ら異
なっていないのでやはり同様の問題点があった。

【００１０】さらに、上記各図１２、１３、１４に示す
従来装置においては、供給される原料ガスのうち各ウエ
ハ１０、１７、２４上での堆積に利用される割合は数％
と非常に低く、大部分は未反応のまま、あるいは分解温
度または気化温度の低い反応副生成物として各排気口
４、１３、２１より排気される。このため、各反応槽
１、１１、１９の各ウエハ１０、１７、２４設置部より
各排気口４、１３、２１側の低温部において多量の付着
物が発生するとともに、室温において液体あるいは固体
の原料を用いた場合、原料の気化温度以下となる各反応
槽１、１１、１９、の低温部の付着物中には、未反応の
原料および原料の反応副生成物が液化あるいは吸着して
含有される。この結果この付着物は高温部に形成される
付着物と比べると再分解しやすい物質であるとともに付
着物中から気化ガスが発生しやすく、この再分解や気化
ガスの発生にともない多量の微細な粒子が各反応槽１、
１１、１９内に飛散する。また、反応副生成物が付着す
ることにより低温部で形成された付着物は、緻密性に乏
しい物質になるため、膜厚が増大すると原料ガスの導入
域は排気、不活性ガスの導入域は排気にともなう剥離が
発生しやすく、これらが各ウエハ１０、１７、２４上に
付着すると作製したデバイス特性が劣化して不良品が発
生し、製造歩留まり向上の阻害原因となる。さらに、各
反応槽１、１１、１９の低温部に形成された付着物は、
定期的に洗浄メンテナンスを実施し除去しなければなら
ない等という問題点も生じる。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、反応槽の内壁面やウエハ支持台
の表面に付着物が発生するのを阻止して不良品の発生を
防止するとともに、反応層の低温部に発生する付着物を
熱的安定性の良いものとすることにより、製造歩留まり
の大幅な向上を達成することが可能であるとともにメン
テナンスの容易な薄膜形成装置を得ることを目的とする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
における薄膜形成装置は、反応槽の温度を原料ガスの分
解反応温度未満に制御する第１の温度制御手段と、ウエ
ハおよびウエハ近傍の雰囲気温度を原料ガスの分解反応
温度以上に制御する第２の温度制御手段とを備えたもの
であり、又、請求項２における薄膜形成装置は、請求項
１において第２の温度制御手段をウエハを収容するボー
ト上に配設されたウエハ状ヒータで構成したものであ
り、さらに、請求項３における薄膜形成装置は、請求項
１においてウエハ支持台上のウエハを第２の温度制御手
段としての加熱ランプによって加熱するとともに、第３
の温度制御手段によって支持台の温度を原料ガスの分解
反応温度未満に制御するようにしたものである。

【００１３】さらに、請求項４における薄膜形成装置
は、反応槽内のウエハより排気口側に配設される付着物
形成部材と、この付着物形成部材の温度Ｔ₁を、式Ｔ_b≦
Ｔ₁≦Ｔ_g（但し、Ｔ_b：原料ガスの気化温度、Ｔ_g：原料
ガスの分解反応温度）を満足するように制御する第４の
温度制御手段とを備えたものであり、又、請求項５にお
ける薄膜形成装置は、請求項４において第４の温度制御
手段は、反応槽外から排気口に向けて供給される原料ガ
ス以外の第２のガスで付着物形成部材を加熱するように
したものである。

【００１４】

【作用】この発明における薄膜形成装置の第１の温度制
御手段は反応槽の温度を、又、第３の温度制御手段はウ
エハ支持台の温度を原料ガスの分解反応温度未満にそれ
ぞれ制御することにより、反応槽の内壁面やウエハ支持
台の表面への分解生成物の堆積速度を抑制して付着を低
減するとともに、第４の温度制御手段は反応槽内のウエ
ハより排気口側に配設される付着物形成部材の温度Ｔ₁
を、式Ｔ_b≦Ｔ₁≦Ｔ_g（但し、Ｔ_b：原料ガスの気化温
度、Ｔ_g：原料ガスの分解反応温度）を満足するように
制御して付着物を熱的安定性の良いものとする。

【００１５】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図に基
づいて説明する。図１はこの発明の実施例１における薄
膜形成装置の構成を示す図である。図において、３１は
一端に開口を有する反応槽、３２はこの反応槽３１の開
口を塞ぐことにより反応槽３１を密閉するフロントキャ
ップ、３３は反応槽３１の開口近傍に配設され原料ガス
およびパージ用不活性ガスを導入するための導入口、３
４は反応槽３１の終端側に設けられた排気口、３５はこ
の排気口３４と真空ポンプ３６とを接続する配管、３７
はこの配管３５の途中に介装されるバルブである。

【００１６】３８は反応槽３１の底部に載置された石英
ボート、３９はこの石英ボート３８上に搭載された複数
枚のウエハ、４０はこのウエハ３９を加熱するための加
熱ガスを反応槽３１内に導入する加熱ガス導入手段、４
１は反応槽３１を囲繞するように配設され、反応槽３１
の壁面を加熱および冷却する加熱・冷却手段、４２は熱
電対４２ａによって反応槽３１の壁面の温度を検知し、
加熱・冷却手段４１を制御することにより反応槽３１の
壁面の温度を、原料ガスの分解反応温度未満に保持する
第１の温度制御手段、４３は熱電対４３ａによって石英
ボート３８上のウエハ３９の温度を検知し、加熱ガス導
入手段４０を制御することによりウエハ３９の温度を、
原料ガスの分解反応温度以上に保持する第２の温度制御
手段である。

【００１７】上記のように構成された実施例１における
薄膜形成装置においては、まず、第２の温度制御手段４
３の制御によって、ウエハ３９の温度が導入口３３から
導入される原料ガスの分解反応温度以上に保持されるよ
うに、加熱ガス導入手段４０から供給される加熱ガスの
温度が調整される。一方、第１の温度制御手段４２は熱
電対４２ａによって反応槽３１の壁面温度を常時検知
し、壁面温度が原料ガスの分解反応温度に到達しないよ
うに、加熱・冷却手段４１を制御することにより常に分
解反応温度未満に保持している。

【００１８】例えば、原料ガスとして有機金属ガスであ
るジメチルアルミハライド（ＤＭＡＨ）を利用した薄膜
形成の場合、反応槽温度はＤＭＡＨが分解してアルミニ
ウム（Ａｌ）が堆積しない最大温度（２００℃）以下
に、第１の温度制御手段４２で反応槽３１の壁面温度を
制御し、その後第２の温度制御手段４３の制御により加
熱ガス導入手段４０でガス温度あるいはガス流量を制御
することにより、ウエハ３９およびその雰囲気温度をＤ
ＭＡＨが分解堆積するのに必要な温度（２１０℃〜３０
０℃）まで加熱制御する。次に、反応ガスとしてＤＭＡ
Ｈを反応槽内に供給し、ウエハ上でのみ熱分解反応を起
こし、所望のＡｌ膜を形成する。

【００１９】この場合、第１の温度制御手段４２により
反応槽３１の上流および下流の温度を等温に制御する
と、反応槽３１およびウエハ３９での熱吸収のため、第
２の温度制御手段４３で加熱ガス導入手段４０から導入
される加熱ガスの温度あるいは流量を制御しても、ウエ
ハ３９の温度は反応槽３１の上流と下流では均一となら
ない。このため、第１の温度制御手段４２により反応槽
３１の壁面温度は、上流よりも下流の方をやや高めに制
御して、反応槽３１およびウエハ３９での熱吸収分を補
うことによりウエハ３９の温度の均一化を図っている。

【００２０】この結果、反応槽３１の内壁面１での分解
堆積が抑制され、付着物の剥離がなくなるとともに、付
着物の発生に付随するメンテナンスの頻度が低くなり、
ウエハプロセスの信頼性が高くなる。しかも、第１の温
度制御手段４２の制御により加熱・冷却手段４１で反応
槽３１を加熱しているため、第２の温度制御手段４３に
よって制御される加熱制御手段４０から供給される加熱
ガスの温度は低く、またガス流量は少なくてすむので、
ウエハ３９の面内およびバッジ内でのウエハ３９の温度
分布も良くなり、石英ボート３８上への付着物も少なく
なる。

【００２１】実施例２．図２はこの発明の実施例２にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図、図３は図２に示す薄
膜形成装置の要部を形成するヒータ付きボートの構成を
示す斜視図である。図において図１に示す実施例１と同
様のものは同一符号を付して説明を省略する。４４はボ
ート３８上にウエハ３９と交互に所定の間隔を介して配
設されるウエハ状ヒータ、４５は熱電対４５ａによって
ボート３８上のウエハ３９の温度を検知し、ウエハ状ヒ
ータ４４を制御することによりウエハ３９の温度を、原
料ガスの分解反応温度以上に保持する第２の温度制御手
段である。

【００２２】上記のように構成された実施例２における
薄膜形成装置においては、上記実施例１と同様に第１の
温度制御手段４２の制御による加熱・冷却手段４１の働
きにより、反応槽３１の壁面温度は原料ガスの分解反応
温度に到達しないように常時調節され、又、一方、ボー
ト３８上のウエハ３９はウエハ状ヒータ４４によって加
熱され、第２の温度制御手段４５によって原料ガスの分
解反応温度以上に制御されているので、上記実施例１に
おける薄膜形成装置と同様の効果を奏することは言うま
でもなく、さらに、ウエハ状ヒータ４４をウエハ３９と
交互に配設しているので、ウエハ３９の面内およびバッ
ジ内の温度分布を制御することが極めて容易になる。

【００２３】実施例３．図４はこの発明の実施例３にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図である。図において図
１に示す実施例１と同様なものは同一符号を付して説明
を省略する。４６は反応槽３１の外壁を取り囲むように
配設される高周波誘導加熱源、４７は熱電対４７ａによ
ってボート３８上のウエハ３９の温度を検知し、高周波
誘導加熱源４６を制御することによりウエハ３９の温度
を、原料ガスの分解反応温度以上に保持する第２の温度
制御手段である。

【００２４】上記のように構成された実施例３における
薄膜形成装置においては、上記実施例１と同様に第１の
温度制御手段４２の制御による加熱・冷却手段４１の働
きにより、反応槽３１の壁面温度は原料ガスの分解反応
温度に到達しないように常時調節され、又、一方、ボー
ト３８上のウエハ３９は高周波誘導加熱源４６によって
加熱され、第２の温度制御手段４７によって原料ガスの
分解反応温度以上に制御されているので、上記実施例１
における薄膜形成装置と同様の効果を奏することは言う
までもない。

【００２５】実施例４．図５はこの発明の実施例４にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図である。図において図
１に示す実施例１と同様なものは同一符号を付して説明
を省略する。４８は内部に空洞４８ａを有して反応槽３
１の底部に立設され、上面にウエハ３９が載置されるウ
エハ支持台、４９，５０は空洞４８ａ内に冷却水を導
入、排出する導入口および排出口、５１は反応槽３１の
天井部に配設される光透過窓、５２はこの光透過窓５１
を介してウエハ支持台４８上のウエハ３９を照射し加熱
する加熱ランプである。

【００２６】５３は熱電対５３ａによってウエハ支持台
４８上のウエハ３９の温度を検知し、加熱ランプ５２を
制御することによりウエハ３９の温度を、原料ガスの分
解反応温度以上に保持する第２の温度制御手段、５４は
熱電対５４ａによってウエハ支持台４８の温度を検知
し、空洞４８ａ内に導入口４９から導入され排出口５０
から排出される冷却水の流量を制御することにより、ウ
エハ支持台４８の温度を原料ガスの分解反応温度に到達
しないように常時調節する第３の温度制御手段である。

【００２７】上記のように構成された実施例４における
薄膜形成装置においては、上記実施例１と同様に第１の
温度制御手段４２の制御による加熱・冷却手段４１の働
きにより、反応槽３１の壁面温度は原料ガスの分解反応
温度に到達しないように常時調節され、又、ウエハ支持
台４８上のウエハ３９は加熱ランプ５２によって加熱さ
れ、第２の温度制御手段５３によって原料ガスの分解反
応温度以上に制御されているので、上記各実施例におけ
る薄膜形成装置と同様の効果を奏することは言うまでも
なく、さらに、第３の温度制御手段５４によって空洞４
８ａ内に導入される冷却水の流量を調節して、ウエハ支
持台４８の温度が原料ガスの分解反応温度に到達しない
ように制御されているので、反応槽３１の壁面のみなら
ずウエハ支持台４８上への付着物も少なくなり、付着物
の発生に付随するメンテナンスの頻度も極めて低くな
る。

【００２８】実施例５．図６はこの発明の実施例５にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図、図７は図６における
薄膜形成装置の要部を構成する付着物形成部材を示す斜
視図である。図において、図１に示す実施例１と同様な
部分は同一符号を付して説明を省略する。５５は図７に
示すように反応槽３１内の排気口３４近傍に配設される
とともに、円筒上の集合体で形成される付着物形成部材
で、一部に複数のヒータ５６が埋め込まれている。５７
は熱電対５８を介して付着物形成部材５５の温度を所望
の温度に制御する第４の温度制御手段である。

【００２９】上記のように構成された実施例５における
薄膜形成装置においては、第４の温度制御手段５７によ
って付着物形成部材５５の温度を、原料ガスの分解反応
温度（Ｔ_g）以下で原料ガスの気化温度（Ｔ_b）以上に制
御するとともに、反応槽３１内のウエハ３９は他の温度
制御手段（図示せず）によって制御される加熱・冷却手
段４１により原料ガスの分解反応温度（Ｔ_g）以上の所
望の処理温度に加熱制御されている。例えば、原料ガス
として有機金属ガスであるテトラエトキシシラン（ＴＥ
ＯＳ）を利用する場合は、まず、第４の温度制御手段５
７により、付着物形成部材５５の温度をＴＥＯＳが分解
してシリコン酸化物が堆積しない最大温度である約５０
℃以下で、且つＴＥＯＳ気化温度である１６８℃以上に
制御し、ウエハ３９の温度をＴＥＯＳが分解堆積するの
に必要な温度（６００℃〜８００℃）まで加熱制御す
る。次に、原料ガスとしてＴＥＯＳを反応槽３１内に供
給し、ウエハ３９上で熱分解反応を起こし所望のシリコ
ン酸化膜を形成する。

【００３０】また、原料ガスとしてジメチルアルミハラ
イド（ＤＭＡＨ）を利用した場合は、まず、第４の温度
制御手段５７により、付着物形成部材５５の温度をＤＭ
ＡＨが分解してアルミニウム（Ａ１）が堆積しない最大
温度（材質が石英の場合３００℃）以下で、ＤＭＡＨの
気化温度である１５４℃以上に制御し、ウエハ３９の温
度ＤＭＡＨが分解堆積するのに必要な温度（２１０℃〜
３００℃）まで加熱制御する。次に、原料ガスとしてＤ
ＭＡＨを反応層３１内に供給し、ウエハ上３９で熱分解
反応を起こし所望のＡ１膜を形成する。

【００３１】この結果、熱的安定性に乏しい付着物が発
生する付着物形成部材５５の温度が原料ガスおよび原料
ガスの分解物の気化温度より高くなるため、付着物中に
含有される原料の反応副生成物が気化あるいは再分解す
るとき飛散する微細な粒子の発生が無くなり製造歩留り
の低下が改善される。また、付着物形成部材５５の温度
を、原料の分解反応温度以下の高温に維持することで、
強固に付着した緻密な付着物が形成できるため、脆い付
着物が剥離して発生する剥離物による製造歩留まりの低
下が改善される。さらにこの場合、加熱温度を原料ガス
の分解反応温度以下に制御しているので、反応副生成物
の発生による新たな付着物の発生もなく付着物量の増加
もない。しかも、付着物の発生個所は付着物形成部材５
５のみに限られる。また、結果的に付着物形成部材５５
上に発生する付着物は、剥離や飛散を起こさない熱的安
定性の良い緻密な物質であるため、そのメンテナンス
は、従来の排気系全部のメンテナンスと比べると交換す
るだけで済み、極端に容易となる。なお、付着物形成部
材５５の温度を、原料ガスの反応温度に近い高温に制御
するとともにその表面積を大きくすると、反応層３１で
形成される反応副生成物の大部分が、気化温度の低い物
質を含有しない緻密な付着物として付着物形成部材５５
でトラップされるため、熱的に不安定な付着物の剥離や
飛散が原因の製造歩留まりの低下がより改善され、ウエ
ハプロセスの信頼性が向上する。

【００３２】実施例６．図８はこの発明の実施例６にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図である。図において、
図６に示す実施例５と同様な部分は同一符号を付して説
明を省略する。５９は反応層３１内の排気口近傍に配設
されるとともに、円筒状の集合体で形成される付着物形
成部材、６０は反応層３１の外壁に付着物形成部材５９
を囲繞するように配設される例えばランプ、ヒータ等の
加熱手段で、第４の温度制御手段５７によって制御さ
れ、付着物形成部材５９を所望の処理温度に加熱する。

【００３３】上記のように構成された実施例６における
薄膜形成装置においては、実施例５と同様に第４の温度
制御手段５７によって付着物形成部材５９の温度を、原
料ガスの分解反応温度（Ｔ_g）以下で原料ガスの気化温
度（Ｔ_b）以上に制御するとともに、反応層３１内のウ
エハ３９は他の温度制御手段（図示せず）によって制御
される加熱・冷却手段４１により原料ガスの分解反応温
度（Ｔ_g）以上の所望の処理温度に加熱制御されている
ので、上記実施例５と同様の効果を奏することは言うま
でもない。

【００３４】なお、上記実施例５においては、付着物形
成部材５５は自身に埋め込まれた複数のヒータ５６で加
熱されて温度制御されているのに対して、この実施例６
においては、反応層３１外からのランプ、ヒータ等の加
熱手段６０によって加熱され温度制御されているので、
付着物形成部材５５の構成が比較的に簡単になり加工が
容易となる。又、この場合、温度分布の均一性が若干悪
くなるが、付着物形成部材５５の内厚を厚くし熱伝導性
の良い物質にする等の工夫を凝らせば、温度分布の均一
性も向上し問題もなくなる。

【００３５】実施例７．図９はこの発明の実施例７にお
ける薄膜形成装置の構成を示す図である。図において、
図６に示す実施例５と同様な部分は同一符号を付して説
明を省略する。６１は反応層３１内の排気口３４近傍に
配設される付着物形成部材で、反応層３１の内壁に沿っ
た器状に形成され、排気口３４側の側面に導出口６１ａ
が、又、この導出口６１ａと反対側の側面には導入口６
１ｂが穿設されている。６２は原料ガス以外の例えばＨ
ｅ、Ａｒ等の不活性ガスを貯溜し、必要に応じて送出す
るガス供給手段、６３はこのガス供給手段６２から送出
される不活性ガスを所望の処理温度に加熱制御するガス
加熱手段、６４は反応層３１の側壁の付着物形成部材６
１の導入口６１ｂと対向する位置に配設され、ガス供給
手段６２から送出されガス加熱手段６３で加熱された不
活性ガスを反応層３１内に導く供給口である。

【００３６】上記のように構成された実施例７における
薄膜形成装置においては、ガス供給手段６２から送出さ
れガス加熱手段６３で加熱された不活性ガスによって付
着物形成部材６１の温度を、原料ガスの分解反応温度
（Ｔ_g）以下で原料ガスの気化温度（Ｔ_b）以上に制御す
るとともに、反応層３１内のウエハ３９は他の温度制御
手段（図示せず）によって制御される加熱・冷却手段４
１により原料ガスの分解反応温度（Ｔ_g）以上の所望の
処理温度に加熱制御されているので、上記各実施例と同
様の効果を奏することは言うまでもない。

【００３７】この場合、供給口６４から反応槽３１内に
導かれる不活性ガスにより、排気系部位の雰囲気全体が
原料ガスの分解温度に近い高温に制御されているので、
反応槽３１で形成される反応副生成物の大部分が、気化
温度の低い物質を含有しない緻密な付着物として付着物
形成部材６１でトラップされるため、熱的に不安定な付
着物の剥離や飛散が原因の製造歩留まりの低下がより改
善され、ウエハプロセスの信頼性が向上する。

【００３８】又、供給口６４から導入される不活性ガス
の量が原料ガスに比して多い場合、この不活性ガスの流
れによって反応槽３１内のウエハ３９設置部における原
料ガスの流れが乱され、ウエハ３９上に形成される膜の
均一性が悪くなるが、この実施例７においては、付着物
形成部材６１を反応槽３１の内壁に沿った器状に形成
し、且つその側壁の反応槽３１の供給口６４と対向する
位置に導入口６１ｂを、又、排気口３４と対向する位置
に導出口６１ａを設けて、まず、供給口６４から反応槽
３１内に供給される不活性ガスを導入口６１ｂから付着
物形成部材６１の内面側に導き、内面を沿わせることに
よって付着物形成部材６１自身を加熱した後、導出口６
１ａから排気口３４へ排出するようにしているので、不
活性ガスの流れによって原料ガスの流れを乱すこともな
く、ウエハ３９上に形成される膜の均一性が悪くなるこ
ともない。

【００３９】実施例８．図１０はこの発明の実施例８に
おける薄膜形成装置の構成を示す図である。図におい
て、図９に示す実施例７と同様な部分は同一符号を付し
て説明を省略する。６５は複数の反応性ガスを貯溜し、
形成する膜に応じて所望のガスを送出するガス供給手段
で、酸化膜を形成する場合は、反応ガスとしてＯ₃、
Ｏ₂、Ｎ₂Ｏ等の酸化ガスを送出し、メタル膜あるいはシ
リコン膜を形成する場合は、Ｈ₂、Ｆ₂、Ｃｌ₂、ＨＦ、
ＨＣｌ、ＣｌＦ₃、ＮＦ₃、ＳｉＨ₄等の還元ガスを送出
し、窒化膜を形成する場合は、Ｎ₂、ＮＨ３等の窒化ガ
スを送出する。

【００４０】上記のように構成された実施例８によれ
ば、実施例７の場合と同様に付着物形成部材６１を反応
槽３１の内壁に沿った器状に形成し、且つその側壁の反
応槽３１の供給口６４と対向する位置に導入口６１ｂ
を、又、排気口３４と対向する位置に導出口６１ａを設
けて、まず、供給口６４から反応槽３１内に供給される
反応性ガスを導入口６１ｂから付着物形成部材６１の内
面側に導き、内面を沿わせることによって付着物形成部
材６１自身を加熱した後、導出口６１ａから排気口３４
へ排出するようにしており、又、反応性ガスは上記した
ように形成する膜に応じて所望のガスを導入するように
しているので、反応性ガスの影響が反応槽３１内のウエ
ハ３９上の膜形成に及ぶこともなく、上記各実施例と同
様の効果を得ることは勿論のこと、特にこの場合、反応
性ガスによる反応副生成物の安定化の効果が排気系部位
の雰囲気全体に及ぶため、原料ガスの分解反応温度に近
い高温まで制御することなく、反応槽３１で形成される
反応副生成物の大部分が、気化温度の低い物質を含有し
ない緻密な付着物として付着物形成部材６１でトラップ
することができるので、熱的に不安定な付着物の剥離や
飛散が原因の製造歩留まりの低下がより改善され、ウエ
ハプロセスの信頼性が向上する。

【００４１】実施例９．図１１はこの発明の実施例９に
おける薄膜形成装置の構成を示す図である。図におい
て、図１３に示す従来の反応槽内部からの局所加熱方式
による薄膜形成装置と同様な部分は同一符号を付して説
明を省略する。６６は反応槽１１内の排気口１３近傍に
配設される付着物形成部材で、図示はしないが内部にヒ
ータが埋め込まれている。６７は熱電対６８を介して付
着物形成部材６６の温度を所望の処理温度に制御する第
４の温度制御手段である。

【００４２】上記のように構成された実施例９における
薄膜形成装置においては、第４の温度制御手段６７によ
って付着物形成部材６６の温度を、原料ガスの分解反応
温度（Ｔ_g）で原料ガスの気化温度（Ｔ_b）以上に制御す
るとともに、反応槽１１内のウエハ１７は他の温度制御
手段（図示せず）によって制御されるヒータ１６により
原料ガスの分解反応温度（Ｔ_g）以上の所望の処理温度
に加熱制御されているので、上記各実施例と同様の効果
を奏することは言うまでもない。

【００４３】又、この場合、付着物形成部材６６の温度
を、原料ガスの分解反応温度に近い高温に制御するとと
ともにその表面積を大きくすると、反応槽１１で形成さ
れる反応副生成物の大部分が、気化温度の低い物質を含
有しない緻密な付着物として付着物形成部材でトラップ
されるため、熱的に不安定な付着物の剥離や飛散が原因
の製造歩留まりの低下がより改善され、ウエハプロセス
の信頼性が向上する。

【００４４】実施例１０．なお、上記実施例９は反応槽
内部からの局所加熱方式による薄膜形成装置に適用した
場合について説明したが、反応槽外部からの局所加熱方
式による薄膜形成装置に適用しても同様の効果を得るこ
とができる。

【００４５】実施例１１．又、上記各実施例５〜８は雰
囲気加熱方式による薄膜形成装置に適用した場合につい
て説明したが、実施例９および１０に示すような反応槽
内部および外部からの局所加熱方式による薄膜形成装置
に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、反応槽の温度を原料ガスの分解反応温度未満に制
御する第１の温度制御手段とウエハおよびウエハ近傍の
雰囲気温度を原料ガスの分解反応温度以上に制御する第
２の温度制御手段とを備え、又、この発明の請求項２に
よれば、請求項１において第２の温度制御手段をウエハ
を収容するボート上に配設されたウエハ状ヒータで構成
し、又、この発明の請求項３によれば、請求項１におい
てウエハ支持台上のウエハを第２の温度制御手段として
の加熱ランプによって加熱するとともに、第３の温度制
御手段によって支持台の温度を原料ガスの分解反応温度
未満に制御し、又、この発明の請求項４によれば、反応
槽内のウエハより排気口側に配設される付着物形成部材
と、この付着物形成部材の温度Ｔ₁を、式Ｔ_b≦Ｔ₁≦Ｔ_g
（但し、Ｔ_b：原料ガスの気化温度、Ｔ_g：原料ガスの分
解反応温度）を満足するように制御する第４の温度制御
手段とを備え、又、この発明の請求項５によれば、請求
項４において第４の温度制御手段は反応槽外から排気口
に向けて供給される原料ガス以外の第２のガスで付着物
形成部材を加熱するようにしたので、反応槽の内壁面や
ウエハ支持台の表面に付着物が発生するのを阻止して不
良品の発生を防止するとともに、反応槽内の低温部に発
生する付着物を熱的に安定性の良いものとすることがで
き、製造歩留まりの大幅な向上ならびにメンテナンスの
容易な薄膜形成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図２】この発明の実施例２における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図３】図２に示す薄膜形成装置の要部を形成するヒー
タ付きボートの構成を示す斜視図である。

【図４】この発明の実施例３における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図５】この発明の実施例４における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図６】この発明の実施例５における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図７】図６における薄膜形成装置の要部を構成する付
着物形成部材を示す斜視図である。

【図８】この発明の実施例６における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図９】この発明の実施例７における薄膜形成装置の構
成を示す図である。

【図１０】この発明の実施例８における薄膜形成装置の
構成を示す図である。

【図１１】この発明の実施例９における薄膜形成装置の
構成を示す図である。

【図１２】従来の雰囲気加熱方式の薄膜形成装置を示す
図である。

【図１３】従来の反応槽内部からの局所加熱方式による
薄膜形成装置を示す断面図である。

【図１４】従来の反応槽外部からの局所加熱方式による
薄膜形成装置を示す断面図である。

【符号の説明】

３１反応槽３８石英ボート３９ウエハ４２第１の温度制御手段４３、４５、４７、５３第２の温度制御手段４４ウエハ状ヒータ４８ウエハ支持台５２加熱ランプ５４第３の温度制御手段５５、５９、６１、６６付着物形成部材５６ヒータ５７、６７第４の温度制御手段５８、６８熱電対６０加熱手段６１ａ導出口６１ｂ導入口６２、６５ガス供給手段６３ガス加熱手段６４供給口

フロントページの続き (72)発明者神立信一伊丹市瑞原４丁目１番地三菱電機株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者稲葉豊伊丹市瑞原４丁目１番地三菱電機株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者高橋広成伊丹市瑞原４丁目１番地三菱電機株式会社北伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応槽内にウエハを収納するとともに上
記ウエハ上に原料ガスを流して加熱することにより上記
ウエハ上に薄膜を堆積させる薄膜形成装置において、上
記反応槽の温度を上記原料ガスの分解反応温度未満に制
御する第１の温度制御手段と、上記ウエハおよびウエハ
近傍の雰囲気温度を上記原料ガスの分解反応温度以上に
制御する第２の温度制御手段とを備えたことを特徴とす
る薄膜形成装置。
【請求項２】第２の温度制御手段はウエハを収容する
ボート上に配設されたウエハ状ヒータであることを特徴
とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】ウエハはウエハ支持台上に載置されると
ともに上方に配設された第２の温度制御手段としての加
熱ランプによって加熱され且つ上記支持台の温度を原料
ガスの分解反応温度未満に制御する第３の温度制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装
置。
【請求項４】反応槽内にウエハを収納するとともに上
記ウエハ上に原料ガスを流して加熱することにより上記
ウエハ上に薄膜を堆積させる薄膜形成装置において、上
記反応槽内の上記ウエハより排気口側に配設される付着
物形成部材と、この付着物形成部材の温度Ｔ₁を、Ｔ_b≦Ｔ₁≦Ｔ_g 但しＴ_b：原料ガスの気化温度Ｔ_g：原料ガスの分解反応温度上式を満足するように制御する第４の温度制御手段とを
備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】第４の温度制御手段は、反応槽外から排
気口に向けて供給される原料ガス以外の第２のガスで付
着物形成部材を加熱するようにしたことを特徴とする請
求項４記載の薄膜形成装置。