JPH0573257B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はシラン（SiH₄）ガスと酸素ガス等か
らなる反応ガスを放出させ、この還元と酸化作用
によつてシリコン基板の表面及びその近傍にシリ
コン酸化膜（SiO₂）を気相成長させて堆積させ
るCVD（気相酸化膜被着）装置の、ガスの導入に
使用して最適なガス分散ヘツドに関する。

（従来の技術） 従来、常圧下で半導体基板にシリコン酸化膜を
堆積させる上記CVD装置としては、例えば第６
図及び第７図に示すように、基板支持台１の内部
にヒータ２を内蔵し、この基板支持台１の上面に
載置したシリコン基板３をこのヒータ２で約400
℃程度に昇温させ、このシリコン基板３の垂直上
方に位置してガス分散ヘツド４を配置したものが
一般に知られている。

このガス分散ヘツド４は、多数枚の分散板５を
積層して、この内部にガス通路としての上下に連
通した複数列のスリツト６を形成し、このスリツ
ト６から上記シランガスと酸素ガスを分散放出さ
せて、両者の混合ガスである反応ガス７でシリコ
ン基板３の上面及びその近傍でシリコン酸化膜を
気相成長させて堆積させるようにしたものであつ
た。

そして、通常このスリツト６の幅は１〜２mm、
ガス分散ヘツド４とシリコン基板３との距離は３
〜５mmで、スリツト長さ（幅方向直交長さ）は
400〜500mm程度であつた。

この場合、スリツト６の長さ方向の膜厚のバラ
ツキは良好であるが、これと直交する幅方向の膜
厚のバラツキが良くないため、シリコン基板３又
はガス分散ヘツド４をスリツト６の幅方向に移動
させることにより膜厚の均一性を向上させてい
た。

また、第８図は従来の減圧CVD装置を示すも
ので、減圧可能な石英チユーブ製の反応管８の外
部には、被膜処理するシリコン基板３を加熱する
ためのヒータ９が配置され、反応管８の一端は排
気装置１０に接続されているとともに、他端はシ
リコン基板３及びこれを保持するための基板ホル
ダ１１の搬入及び搬出を行うための開閉自在なド
ア１２が備えられ、ここにシール１３が介在され
て気密性が確保されている。そして、反応ガスと
して使用されるガス類は、夫々のボンベ１４，１
５から導入され、ドア１２を通過して反応管８の
中で放出される。

この放出されたガスは、その前方に配置された
分散板１６を通過することにより分散され、シリ
コン基板３と反応管８との〓間を通つて排気され
ていく。シリコン基板３の表面には、この排気流
から拡散されて反応ガスの供給が行われる。

このようにして、酸化膜の堆積が行われるた
め、シリコン基板３と反応管８との〓間やシリコ
ン基板３間の距離は、減圧CVD装置においては、
均一な膜厚を得るために重要なものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記第６図及び第７図に示すも
のは、多数枚の分散板５を積層して複数列のスリ
ツト６を形成してガス分散ヘツドを構成している
ため、多くの座ぐりや孔を設ける必要があるばか
りでなく、組立て精度も高いものが要求され、こ
のため、かなり高価なものとなつてしまつてい
た。更に、分解洗浄するに際しても多大の労力と
高度な組立て技術が必要であつた。

また、第８図に示すものは、反応管８に導入さ
れた反応ガスは、順次熱分解されながら排気され
ていくため、導入口側と排気口側とでは、反応ガ
スの濃度勾配が生じて膜厚の不均一性が生じてし
まう。これを防止するため、ヒータ９に温度勾配
を持たせて膜厚の均一性の向上が図ることが行わ
れている。

しかしながら、不純物を入れないアンドープド
ポリシリコン膜では、この温度勾配を持たせるこ
とによつて良好な結果を得ることができるが、リ
ンやヒ素などの不純物をドープしたドープドポリ
シリコンの場合には、不純物の濃度勾配が生じて
しまい、膜厚の均一性と濃度の均一性を両立する
ことができなかつた。

また、シリコン酸化膜を堆積するため、シラン
（SiH₄）と酸素ガスを導入して膜の堆積を行う場
合には、シランガスの熱分解が早いため良好な膜
厚の均一性を得ることができないといつた問題点
があつた。

本発明は上記に鑑み、安価で組立てが容易であ
るばかりでなく、減圧CVD装置に使用して、ド
ープドポリシリコンの堆積や酸化膜を減圧下で堆
積させることができるものを提供することを目的
としてなされたものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、複数本の細
管でガスを導入するガス通路を形成し、これらの
細管を相互に接して配置するとともに、その下端
を同一平面状に切断してガス分散ヘツドを構成し
たものであり、平面状の下端を被堆積基板に対面
させ、この被堆積基板にガスが垂直に放出するよ
うにしてCVD装置に使用するものである。

（作用） 而して、内部にガスを導入する複数本の細管を
束ねてガス分散ヘツドを構成することにより、こ
の組立てや分解洗浄等を容易となすとともにコス
トダウンを図り、しかも、ガス分散ヘツドが相互
に接する複数の細管で構成されているため、ガス
がこれらの細管から噴出される際には、シリコン
基板等の上のあらゆる箇所で、ガスが均一に分散
して噴出されるため、あらゆる方向に均一に分布
することができ、その結果、流量条件に拘らず
に、ガス濃度を均一にすることができ、膜厚を均
一にすることができる。更に下端を被堆積基板に
対面させ、この被堆積基板にガスが垂直に放出す
るようにして、減圧CVD装置にも使用できるよ
うにしたものである。

（実施例） 第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すも
ので、外径１mmで内径が0.8mmの多数のステンレ
ス製の細管１７を、上端をシランガスのガス導入
口とし内部を通路とした一群のシランガス用細管
１７ａと、上端を酸素ガスのガス導入口とし内部
を通路とした一群の酸素ガス用細管１７ｂとに二
分するとともに、これを矩形枠状の束ね帯１８で
束ね、この束ねた断面がほぼ400×100mm程度にな
るようにし、更に下端を平面状にしてガス分散ヘ
ツド４を構成したものである。

このシランガス用細管１７ａと酸素ガス用細管
１７ｂとは、夫々列を成すよう平行に接して束ね
られている。

このようにしてガス分散ヘツド４を構成するこ
とによつて、組立てや分解洗浄等の容易化を図る
とともに、通常一般的に安価な細管１７を使用す
ることにより、大幅なコストダウンを図るのであ
る。ガス分散ヘツド４が相互に接する複数の細管
１７ａ，１７ｂで構成されているため、ガスがこ
れらの細管から噴出される際には、シリコン基板
等の上のあらゆる箇所で、ガスが均一に分散して
噴出されるため、あらゆる方向に均一に分布する
ことができ、その結果、流量条件に拘らずに、ガ
ス濃度を均一にすることができ、膜厚を均一にす
ることができる。

第３図は他の実施例を示すもので、シランガス
用細管１７ａと酸素ガス用細管１７ｂとが夫々相
互に市松模様を描くように配設するとともに、束
ねた断面が被堆積基板であるシリコン基板とほぼ
同じ形状としたものである。

このように配列することによつて、面内の均一
性を向上させ、ガス分散ヘツド４とシリコン基板
とを対向させたまま、移動する必要をなくすよう
にすることができる。

第１図に示す実施例では、矩形状の各群のシラ
ンガス用細管１７ａと酸素ガス用細管１７ｂと
を、矩形状に束ねているが、第４図に示すよう
に、円状の各群のシランガス用細管１７ａと酸素
ガス用細管１７ｂとを、円形枠状の束ね帯１８′
で円状に束ねても良い。

なお、細管１７として円筒状のチユーブを使用
しているが、これに限ることなく、例えば断面四
角形や六角形等の多角形チユーブを用い、チユー
ブ間に〓間が生じないようにしても良い。

更に、束ねられた細管１７が全てガスの放出用
に用いられる必要はなく、一部の細管をガス排気
に利用するようにしても良い。

また、細管１７の材質としては、経済性から考
えるとステンレスが望ましいが、耐熱性や耐腐蝕
性の観点からは、石英等のガラスやガラス状カー
ボン及び他の金属などを用いることもできる。

上記ガス分散ヘツド４を減圧CVD装置に使用
した例を第５図に示す。

同図のガス分散ヘツド４は外径１mm、内径0.8
mmのステンレス製の細管１７を、束ねた断面が直
径160mm程度となるようにしたものである。

このガス分散ヘツド４を反応管８にシール１９
を介して気密性を持たせて取付けたものであり、
この反応管８は排気装置（図示せず）に接続され
て、真空にすることができるものである。

この反応管８の内部には、カーボンで作られた
基板支持台２０が、上記ガス分散ヘツド４の下面
と対面して配置され、この基板支持台２０の上面
には、例えば直径150mmのシリコン基板３を載置
するための凹部が設けら、この凹部にシリコン基
板３を載置した時に、この表面が上記ガス分散ヘ
ツド４の下面に対面し、ここから供給されるガス
が、この表面に垂直に放出されるよう構成されて
いる。

この反応管８の外部には、この内部に載置した
シリコン基板３を加熱するための赤外線ランプ２
１が配設されている。この赤外線ランプ２１の代
わりに高周波電源による誘導加熱方式を採用して
も良い。

そして、この赤外線ランプ２１により、シリコ
ン基板３を450℃に加熱保持し、ガス分散ヘツド
４からシランガス及び酸素ガスを放出させるとと
もに、反応管８内の圧力を0.5Torrにして、この
表面にシリコン酸化膜を２％の均一性で堆積させ
た。

上記反応管８の左右には、予備室２２，２３が
連接され、この予備室２２，２３を用いて反応管
８を大気にさらすことなく、シリコン基板３がロ
ードされ、シリコン酸化膜の堆積後にアンロード
されるよう構成されている。

なお、導入ガスを代えることにより、ドープド
ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、タングステン
膜、更にはタングステンシリサイド膜等を堆積す
るようにすることができる。

この、ドープドポリシリコン膜の堆積は、シリ
コン基板３の温度を700℃とし、ガス種としては
シランガスを、不純物ガスとしてアルシン
（AsH₃）を用いることにより、Asの膜内の濃度
バラツキを１％以下に抑えることができる。

シリコン窒化膜は、シランガスとアンモニアを
用い、シリコン基板３の温度を720℃としたり、
更には、有機金属ガスを用いて、この堆積を行う
ことができる。

なお、膜厚や膜質の均一性を向上させるため
に、ガス分散ヘツド４又はシリコン基板３を移動
や回転させても良く、更には細管１７に導入する
ガスをオン・オフしたり、ガス種を切換えたりす
るようにしても良い。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、構造的
に簡単でかつ組立ても容易であるばかりでなく、
比較的安価な細管を使用しているため、大幅なコ
ストダウンを図るとともに、分解洗浄の簡便なガ
ス分散ヘツドを提供することができる。しかも、
ガス分散ヘツドが相互に接する複数の細管で構成
されているため、ガスがこれらの細管から噴出さ
れる際には、シリコン基板等の上のあらゆる箇所
で、ガスが均一に分散して噴出されるため、あら
ゆる方向に均一に分布することができ、その結
果、流量条件に拘らずに、ガス濃度を均一にする
ことができ、膜厚を均一にすることができる。

更に、減圧CVD装置に使用することにより、
ガス濃度の勾配（むら）を極力小さくすることが
でき、大口径等、大型の被膜基板でも、均質な膜
を均一性高く堆積させることができる。

また、ガス放出口からシリコン基板までの距離
が小さいため、熱分解しやすいガスでもシリコン
基板の温度を高くして堆積することができ、ステ
ツプカバレイジの改善も図るようにすることもで
きるといつた諸効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、
第１図は斜視図、第２図は要部を示す横断面図、
第３図は他の実施例を示す第２図相当図、第４図
は更に他の実施例を示す斜視図、第５図は本発明
の使用例を示す縦断面図、第６図及び第７図は従
来例を示し、第６図はCVD装置の縦断面図、第
７図はガス分散ヘツドを示す斜視図、第８図は他
の従来例のCVD装置を示す縦断面図である。 ３……シリコン基板、４……ガス分散ヘツド、
１７……細管、１８，１８′……束ね帯、２０…
…基板支持台、２１……赤外線ランプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数本の細管でガスを導入するガス通路を形
   成し、これらの細管を相互に接して配置するとと
   もに、その下端を同一平面状に切断してガス分散
   ヘツドを構成したことを特徴とするCVD装置用
   ガス分散ヘツド。 ２ 平面状の下端を被堆積基板に対面させ、この
   被堆積基板にガスが垂直に放出するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   CVD装置用ガス分散ヘツド。