JPH0533811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、被加工物上に特定の元素または化合
物を高度に一様に蒸着するための、冷壁（cold−
wall）型の改良した化学蒸着装置に関する。

［発明の背景］ 化学蒸着（CVD）とは、化学反応によつてガ
ス相から基板上へと固体材料を付着させる工程を
いう。付着反応には一般に、熱分解、化学酸化ま
たは化学還元が含まれる。熱分解の一例として、
有機金属化合物が蒸気として基板表面上に輸送さ
れ、そこで元素金属状態へ還元される。

化学酸化の場合には、還元剤として水素が通常
用いられ、金属蒸気もまた用いられる。基板は還
元体として機能する。例えばシリコンによるタン
グステンヘキサフルオライド還元の場合のごとく
である。基板はまた、化合物または合金の一要素
としても機能する。CVD工程は、酸化物、窒化
物および炭化物などの化合物や合金または多くの
元素を付着させるために用いることができる。

本発明においては、CVD技術を用いることに
よつて、種々の目的のために基板を蒸着すること
ができる。切断工具上のタングステンカーバイド
およびアルミニウムの被覆；タンタル、窒化ボロ
ン、シリコンカーバイド等の耐食被覆；ならびに
スチール上のタングステン侵食防止被覆等に対し
て、本発明を応用できる。さらに本発明の装置
は、固体エレクトロニクス素子やエネルギ変換素
子の製造にも特に有益である。

エレクトロニクス材料の化学蒸着は、以下の文
献に記載されている。

T.L.Chu et al，J.Bac.Sci.Technol.10，１
（1973）；B.E.Watts，Thin Solid Films 18，１
（1973） これらの文献は、例えばシリコン、ガーマニウ
ムおよびガリウムヒ素などの材料のエピタキシヤ
ル膜のドーピングおよびフオーメイシヨンについ
て記述している。エネルギ変換の文献において
は、CVDプロセスによつて、核分裂生成物保持、
太陽エネルギ収集及び超伝導のための材料がもた
らされる。化学蒸着の概要は以下の文献に記載さ
れている。

W.A.Bryant，“The Fundamentals of
Chemical Vapour Deposition”in Journal of
Materials Science 12，1285（1977） 温度、圧力、反応ガス比率、ガス流の量と分布
などの蒸着パラメターが、特定装置の蒸着速度や
能力を決定し、蒸着の一様性や品質が決定され
る。従来の装置は、汚染物の付着によつてこれら
のパラメターを制御できなくなり能力に限界があ
つた。

CVD用の反応チエンバは、冷壁型と熱壁（hot
wall）型とに大別できる。冷壁型の場合には、
基板は、誘導性結合、輻射加熱または内部支持要
素の直接電気加熱によつて加熱される。熱壁型
は、反応領域および付着領域を加熱するように配
置された輻射加熱素子に依存する。

CVD用の冷壁装置が、米国特許第3594227号、
第3699298号および第3916822号に開示されてい
る。これらの装置においては、真空チエンバ内部
に半導体ウエハが位置され、そのチエンバの外部
に誘導コイルが配置される。ウエハは、RFエネ
ルギによる加熱に適した誘導性材料に取付けられ
る。加熱を半導体ウエハ付近の領域に局限するこ
とによつて、CVDがその加熱領域に限定される。
加熱されていない壁はCVD温度以下であるので、
壁への蒸着が減少する。反応領域内の温度は、熱
壁装置に比べて一様ではなく、個々のウエハに対
して温度を制御することは不可能である。

本発明の一目的は、個々のウエハの温度を正確
に制御できる冷壁CVD装置を提供することであ
る。

他の目的は、粒子形成を最小化しかつ自浄作用
のあるCVD装置を提供することである。

他の目的は、動作の自動化およびコンピユータ
制御化を図つたCVD装置を提供することである。

他の目的は、ガス混合の一様性およびウエハを
流れるガスの一様性を図つたCVD装置を提供す
ることである。

［発明の概要］ 前述の目的は本発明に従つた以下の装置によつ
て達成される。冷壁型のCVD装置が、別個の混
合チエンバを有する。多数の小さな穴を有する数
個の射出リングからのガスが混合される。水冷バ
ツフルが用いられて、混合を促し、リング状の混
合ガスの流れを蒸着チエンバへと通過させる。

独立に調節可能な多数の排気口を設けて、反応
チエンバ内のガス流の対称性を調節する。

チヤツクによつて下向きに保持されるウエハが
１度に１個づつ被覆される。チヤツクは、ウエハ
を950℃に加熱することができる。下向きの配置
が粒子によるウエハ損傷を最小化する。自動化さ
れたコンピユータ制御ハンドリング装置によつ
て、ウエハがロードロツクを通じてカセツト間で
搬送される。ロードロツクを閉じる前にハンドリ
ング装置が取出される。このためベルトや滑動表
面が不要になり、粒子の発生が減少する。また、
ハンドリング装置への蒸着もなくなる。

蒸着のためのウエハが、輻射加熱可能であるチ
ヤツクに対して保持される。チヤツクはまた、プ
ラズマ増大モードでも動作可能である。ウエハを
除去した後に、チエンバを清浄するためにもプラ
ズマを用いることができ、そのための休止時間を
最小化できる。

本発明に従つたCVD装置は、VLSIおよび
ULSIのための種々の付着プロセスにも応用可能
である。例えば、ドープしたまたはドープしてい
ないポリシリコン、耐火性金属シリケート、耐火
性金属、サーマルナイトライド、プラズマナイト
ライド、プラズマオキサイド、サーマルオキサイ
ド、フオスフオシリケートガラスおよびボロフオ
スフオシリケートガラスなどへの応用が考えられ
る。形成した膜は良好な一様性を有し、粒子が低
密度で付着厚の一様性もすぐれている。本発明の
特徴は、以下の説明によつてより明白となろう。

［好適実施例の説明］ 図面を参照しながら、本発明の好適実施例につ
いて説明する。全図を通じて、同一の部材には同
一の参照符号を与えてある。第１図に、本発明に
従つた化学蒸着（CVD）装置１０の全体図を示
す。フレーム１２が、ウエハロード装置１４、蒸
着チエンバ１６、ガス混合チエンバ１８および排
気マニホルド４６を支持している。

冷壁（cold−wall）型のCVD装置における１
つの動作モードは、２種の異なる反応ガスを導入
することである。これらのガスは、加熱した被加
工物上に衝突する前に、十分に混合する必要があ
る。蒸着チエンバとは別個のガス混合チエンバ１
８が用いられて、蒸着前のガス混合を制御する。
上方リング２０と下方リング２２との形態をとる
パイプを通じて、２種のガスが混合チエンバ１８
内に導入される。各々の導入リング２０，２２
は、中空であつてガスの通過を容易にし、またガ
スを各リングから混合チエンバ１８内へと射出す
るための1000分の７インチ径の穴を約100個備え
ている。混合バツフル２４が、Ｏリング２８を有
するスタツフインググランド（stuffing gland）
２６を通つて鉛直方向に滑動して、最適な混合の
調節をする。混合バツフル２４は、シヤフト３４
内に同軸チヤネル３０，３２を有し、また冷却水
を循環させるために頂部プレート３８内に円形リ
ングチヤネル３６を有する。蒸着チエンバ１６
は、外方壁の内部に水冷却チヤネル１７を有し
て、外方壁における反応を減少させている。

被加工物の蒸着被覆の一様性を容易にするため
に、排気マニホルド４６へ通じる排気パイプ４
０，４２，４４を備えた３つの出口を使つて、蒸
気チエンバ１６を排気する。第４〜７図に示すよ
うに、マニホルド４６は、パイプ４０，４２，４
４に付着した外方シエル４８と、中央チエンバ５
４への開口５２を備えた円筒形内方シエル５０と
を有する。半円形開口５８を有する３つの独立に
調節可能なシヤツター５６を用いて、３つの開口
の各々からの排気を調節する。３つのシヤツター
５６の各々は、外方シエル４８と内方シエル５０
との間で滑動可能であり、止めねじ（図示せず）
によつて固定することができる。中央チエンバ５
４は、パイプ６０を通つて排気システム（図示せ
ず）に連通している。

蒸着チエンバ１６は、ロードロツク６４によつ
てカセツトチエンバ６２から分離されている。動
作にあたり、ウエハのカセツト６１がカセツトチ
エンバ６２内に挿入され、カセツトチエンバ６２
がシールされ、排気される。カセツト６１がカセ
ツトエレベータ６６により位置づけられる。マニ
ピユレータアーム６８が、ウエハ６３の下でブレ
ード７０を滑動させる。そしてウエハを伴うブレ
ード７０が、カセツト６１から引出される。次に
モータ６９により駆動されるマニピユレータアー
ム６８が、ブレード７０を90゜回転させる。ロー
ドロツク６４が開いて、マニピユレータアーム６
８が伸びて、ウエハ６３を伴うブレード７０を蒸
着チエンバ１６の中心へと運ぶ。それぞれサポー
ト７１に付着した２つのセラミツクフインガー７
４を有する３つのリフテイングアーム７２が、チ
ヤツク７６によつてウエハ６３の背面に接触し
（ウエハ表面は下を向いている）、ブレードからウ
エハ６３を持ち上げる。全部で６つのセラミツク
フインガーがあるので、ウエハを予め水平に方向
づける必要がない。チヤツク７６は中空の組立体
であつて、金属面７８、ステンレス・スチールの
壁８０、水冷却チヤネル８４を有する金属のバツ
クリング８２およびクオーツバツクプレート８６
を有する。チヤツク７６は、チエンバ１６の頂部
から離れたところで蒸着チエンバ１６内へ伸長
し、ウエハ上のガス流の一様性を促進する。金属
製支持構造体９０に付着した金属スクリーン８８
が、蒸着チエンバ１６の壁にアースされ、チヤツ
ク７６内部にRFパワーを維持する。チヤツク７
６は、１〜10Torrのヘリウムで充填される。ヘ
リウムは、金属面７８の中心の約1000分の７イン
チの付近において３つの小さな穴９２を通つて流
出する。６つの径方向の溝と約1000分の90インチ
径の円周溝９６とのパターンを用いて、ウエハの
背面に加熱ヘリウムを導き、熱接触をもたらす。
水冷された６個の1000Wタングステン−ハロゲン
ランプ配列によつて、クオーツバツクプレート８
６を通つてチヤツク７６が加熱される。これらの
ランプは、加熱を制御するために、個別的にも組
合せても用いることができる。

ランプはチヤツクの内部端に沿つて方向づけら
れ、一様加熱をもたらす。チヤツク７６上のセン
サが、温度を検出する。検出された温度が中央の
コンピユータ１１０へと送られる。コンピユータ
１１０は、ランプを制御して温度を制御する。ウ
エハの温度は、150℃〜950℃の間で１℃内に制御
される。

チヤツク７６は、熱増大モードもしくはプラズ
マ増大モードまたはこれらの組合せモードでも動
作できる。チヤツク７６の金属面７８は、セラミ
ツク側壁８０によつてアースから絶縁され、ケー
ブル手段（図示せず）により供給されるRF電位
を維持する。ウエハ表面上の蒸着を増大するため
には、約100Wのパワーレベルで十分である。ヘ
リウムをチヤツク７６へと供給するための供給ラ
イン１００は、絶縁材料で製造すべきである。小
さな１片のガーゼが供給ライン１００内に挿入さ
れ、プラズマが供給ライン１００まで広がるのを
防止する。チヤツク７６の側部に暗空間シールド
１０２が用いられて、チヤツク７６の側壁に沿う
外部からのプラズマを防止する。暗空間シールド
７３もまたセラミツクフインガー７４に用いられ
て、セラミツクの絶縁特性をシヨートさせてしま
うようなメツキを防止する。

蒸着チエンバ１６を清浄化するためにプラズマ
を用いることができ、浄化のための休止時間を最
小にすることができる。ウエハを除去したら、
RFパワーを約100Wの蒸着レベルから約1000Wへ
と増大させる。浄化速度を増すために、NF₃や
CF₄のエツチガスを約200ミリTorrで導入しても
良い。このパワーレベルにおいて、プラズマが広
がり蒸着チエンバ１６全体を清浄化する。

ガス相反応を防止しかつチエンバ壁上の蒸着を
防止するために、蒸着チエンバ１６の壁が水冷さ
れる。チエンバ壁の蒸着は、粒子状の汚染という
好ましくない結果をもたらす。チエンバ壁は、ア
ルミニウムまたはステンレス・スチールで製造で
きる。アルミニウムは、酸化物、窒化物、ポリシ
リコン、耐火金属および耐火金属ケイ化物の蒸着
においては、良好なチエンバ材料である。ステン
レス・スチールは、塩素プロセスを要する他の材
料に、より適している。

第９図に示すように、全装置は中央のコンピユ
ータ１１０によつて制御される。コンピユータ１
１０は、ウエハローダ１４、種々のバルブ１１
４，１１６，１１８を有する排気システムム１１
２およびロードロツク６４を制御する。適切な時
に、コンピユータ１１０が加熱ランプ９８、RF
電源１２０およびマス・フロー・コントローラ１
２２をオンして、ガスを導入する。

これまで特定の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲
に記載された本発明の範囲を外れることなく、多
くの修正・改良等をなしうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるCVD装置
の正面図である。第２図は、第１図装置の部分断
面図である。第３図は、第２図の３−３線に沿つ
てとつた断面図であり、チヤツクの面を示してい
る。第４図は、第１図の４−４線に沿つてとつた
断面図である。第５図は、第４図の５−５線に沿
つてとつた断面図である。第６図は、第５図の６
−６線に沿つてとつた断面図である。第７図は、
第５，６図のシヤツターを示す図である。第８図
は、第２図に示すウエハマニピユレータの平面図
である。第９図は、第１図の装置のブロツクダイ
アグラムである。 主要符号の説明、１２…フレーム、１４…ロー
ド装置、１６…蒸着チエンバ、１７…水冷却チヤ
ネル、１８…混合チエンバ、２０，２２…リン
グ、２４…混合バツフル、２６…スタツフイング
グランド、２８…Ｏリング、３０，３２…同軸チ
ヤネル、３４…シヤフト、３６…円形リングチヤ
ネル、３８…頂部プレート、４０，４２，４４…
排気パイプ、４６…排気マニホルド、４８…外方
シエル、５０…内方シエル、５４…中央チエン
バ、５６…シヤツター、６０…パイプ、６１…カ
セツト、６２…カセツトチエンバ、６３…ウエ
ハ、６６…カセツトエレベータ、６８…マニピユ
レータアーム、６９…モータ、７０…ブレード、
７２…リフテイングアーム、７３…暗空間シール
ド、７４…セラミツクフインガー、７６…チヤツ
ク、７８…金属面、８０…ステンレス・スチール
壁、８２…バツクリング、８４…水冷却チヤネ
ル、８６…バツクプレート、８８…金属スクリー
ン、９２…穴、９６…円周溝、９８…加熱ラン
プ、１００…供給ライン、１０２…暗空間シール
ド、１１０…コンピユータ、１１４，１１６，１
１８…バルブ、１２０…RF電源、１２２…マ
ス・フロー・コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 以下の手段および特徴から成る、被加工物に
   化学蒸着をするための装置： 蒸着反応チエンバ； 該蒸着反応チエンバに連通するガス混合チエン
   バ； 前記蒸着反応チエンバに真空排気手段を接続す
   るための接続手段； 前記ガス混合チエンバにガスを導入するための
   ガス供給手段； 前記ガス混合チエンバから前記蒸着反応チエン
   バへのガスの流れを制御するための、前記ガス混
   合チエンバと前記蒸着反応チエンバとの間の調節
   可能バツフル手段であつて、中心付近において細
   長い支持体に付着しているほぼ平坦で薄いボデイ
   ーを含むバツフル手段； 前記蒸着反応チエンバ内に位置し、被加工物の
   温度を制御するためのチヤツク手段；ならびに 前記チヤツク手段に対して被加工物を保持する
   ためのウエハ保持手段。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて： 前記調節可能バツフル手段が、当該バツフル内
   を流れる流体により冷却される； ところの装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載された装置であ
   つて： 前記調節可能バツフル手段が、支持体上に取付
   けられたデイスクを含む； ところの装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて： 前記ガス供給手段が、小さな穴を多数有してリ
   ング状に形成された少なくとも１つの中空パイプ
   を含む； ところの装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載された装置であ
   つて： 前記ガス供給手段が、それぞれ小さな穴を多数
   有してリング状に形成された少なくとも２つの近
   接配置した中空パイプを含む； ところの装置。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて： 前記接続手段が、前記蒸着反応チエンバ内に少
   なくとも３つの出口を含み； 各前記出口が、それぞれの流れを独立に調節す
   るためのシヤツター手段を有している； ところの装置。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて： 前記チヤツク手段が、前記チヤツクと被加工物
   との間に熱接触のために、被加工物の背後にガス
   を流すための手段を含む； ところの装置。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載された装置であ
   つさらに： 前記チヤツク手段を放射加熱するための手段； を含む装置。 ９ 特許請求の範囲第７項に記載された装置であ
   つて： 前記チヤツク手段が、そこに接触する被加工物
   の表面上にプラズマ放電を支持するための手段を
   含む； ところの装置。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載された装置で
   あつてさらに： 前記チヤツク手段を輻射加熱するための手段； を含む装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載された装置
   であつて： 前記ウエハ保持手段が、被加工物を下方から支
   持する多数のセラミツクフインガーを含む； ところの装置。 １２ 特許請求の範囲第３項に記載された装置で
   あつて： 前記ガス供給手段が、それぞれ小さな穴を多数
   の有してリング状に形成された少なくとも２つの
   近接配置した中空パイプを含む； ところの装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項に記載された装置
   であつて： 前記チヤツク手段が、熱接触のために被加工物
   の背後にガスを流れすための手段を含む； ところの装置。 １４ 特許請求の範囲第１３項に記載された装置
   であつてさらに： 前記チヤツク手段を輻射加熱するための手段； を含む装置。 １５ 特許請求の範囲第１４項に記載された装置
   であつて： 前記チヤツク手段が、そこに接触する被加工物
   の表面上にプラズマ放電を支持するための手段を
   含む； ところの装置。 １６ 特許請求の範囲第１４項に記載された装置
   であつてさらに： 当該装置をプラズマ清浄するための手段； を含む装置。 １７ 特許請求の範囲第１４項に記載された装置
   であつてさらに： 当該装置を反応性イオン清浄するための手段； を含む装置。 １８ 以下の手段および特徴から成る、被加工物
   に化学蒸着をするための装置： 内部循環流体により冷却される壁を有する蒸着
   反応チエンバ； 該蒸着反応チエンバに連通するガス混合チエン
   バ； 該蒸着反応チエンバに真空排気手段を接続する
   ための接続手段であつて、前記蒸着反応チエンバ
   内に少なくとも３つの出口を含み、これら出口の
   各々がそこを流れる流れを独立に調節するための
   シヤツター手段を有する、ところの接続手段； 前記ガス混合チエンバにガスを導入するための
   ガス供給手段であつて、それぞれ小さな穴を多数
   有してリング状に形成された少なくとも２つの近
   接配置した中空パイプを含む、ガス供給手段； 前記ガス混合チエンバから前記蒸着反応チエン
   バへのガスの流れを制御するための、前記ガス混
   合チエンバと前記蒸着反応チエンバとの間の調節
   可能バツフル手段であつて、そこを流れる流体に
   より冷却され、支持体上に取付けられたデイスク
   を含む、バツフル手段； 前記蒸着反応チエンバ内に位置し、被加工物の
   温度を制御するためのチヤツク手段であつて、熱
   接触のため被加工物の背後にガスを流すための手
   段と、当該チヤツク手段を輻射加熱するための手
   段と、当該チヤツク手段に接触する被加工物の表
   面上にプラズマ放電を支持するための手段とを含
   むチヤツク手段；ならびに 前記チヤツク手段に対して被加工物を保持する
   ための保持手段であつて、被加工物を下方から支
   持する多数のセラミツクフインガーを含む保持手
   段。 １９ 特許請求の範囲第１８項に記載された装置
   であつてさらに： 当該装置をプラズマ清浄するための手段； を含む装置。 ２０ 特許請求の範囲第１８項に記載された装置
   であつてさらに： 当該装置を反応性イオン清浄するための手段； を含む装置。 ２１ 以下の手段および特徴から成る、被加工物
   に化学蒸着をするための装置： 蒸着反応チエンバ； 該蒸着反応チエンバの下方に位置し、前記蒸着
   反応チエンバに連通するガス混合チエンバ； 前記ガス混合チエンバから前記蒸着反応チエン
   バへのガスの流れを制御するための、前記ガス混
   合チエンバと前記蒸着反応チエンバとの間のバツ
   フル手段；ならびに 前記被加工物の蒸着を受ける方の表面が下を向
   くように前記被加工物を保持するための、前記蒸
   着反応チエンバ内に位置するウエハ保持手段。 ２２ 特許請求の範囲第２３項に記載された装置
   であつてさらに： 前記被加工物を加熱するための手段； を含む装置。 ２３ 特許請求の範囲第２４項に記載された装置
   であつてさらに： 前記被加工物にRFバイアスを印加するための
   手段； を含む装置。 ２４ 以下の手段および特徴から成る、被加工物
   に化学蒸着をするための装置： 蒸着反応チエンバ； 該蒸着反応チエンバの下方に位置し、前記蒸着
   反応チエンバに連通するガス混合チエンバ；なら
   びに 前記被加工物の蒸着を受ける方の表面が下を向
   くように前記被加工物を保持するための、前記蒸
   着反応チエンバ内に位置するウエハ保持手段。 ２５ 特許請求の範囲第２４項に記載された装置
   であつてさらに： 前記被加工物を加熱するための手段； を含む装置。 ２６ 特許請求の範囲第２５項に記載された装置
   であつてさらに： 前記被加工物にRFバイアスを印加するための
   手段； を含む装置。