JPH06101439B2 - Ｃｖｄ装置のガスフロ−方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はCVD装置のガスフロー方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のCVD装置のガスフロー方法では、例えば第９図
（Ａ）〜（Ｇ）に示されるように単管（１）、多孔管
（３）又は多孔板（４）を通して単一方向から、反応ガ
ス又はキヤリヤガスで希釈した反応ガスが真空槽、もし
くは反応炉内に導入されている。なお、第９図におい
て、（２）は排気口、（５）はウェハー支持台及び
（６）はウェハー（基板）を表わしている。

第９図において、（Ａ）では加熱基板（６）の鉛直上方
から単管（１）を通してガスを吹きつけている。（Ｂ）
では単管（１）から反応ガスを送り込んで流出側での低
い堆積速度を補償する為、傾斜した支持台（５）が用い
られている。（Ｃ）では浮力の影響が無視できる程度の
減圧状態（＜10Torr）では（Ｂ）と本質的に同じガスフ
ロー方式である。（Ｄ）は直接、反応ガスに基板（６）
を曝さず、熱対流による再循環流を利用している。
（Ｅ）では縦型拡散炉方式で各基板（６）の隙間に反応
ガスを吹き込んでいる。（Ｆ）では最も一般的な拡散炉
方式で、（Ｄ）の場合と同じく基板表面は直接、反応ガ
ス流と接触しない。そして（Ｇ）ではプラズマCVDで良
く用いられる方法で多孔板（４）を通して反応ガスを基
板（６）に吹きつけている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の従来のいづれの方法でも、流れの制御パラメータ
としては圧力と反応ガス流量と云う二つの内部パラメー
タのみであり、乱流発生の抑止、自然対流の抑止等のた
めに外部的にコントロールする事は不可能である。従っ
て広い圧力、流量領域で再現性、制御性、均一性に優れ
た成膜を行えない問題点がある。また従来のいずれの方
法でも、反応成分は炉内全域に拡散するので、炉壁、覗
き窓等への反応成分の付着は不可避である。これにより
ダストの発生、薄膜内への不純物の混入などの問題点が
ある。

本発明は上記各従来方式の欠点を除去し、反応ガス流の
安定性を外部的に制御することができ、反応成分を基板
近傍のみに集中させることにより、すぐれた再現性、制
御性を得て良質の薄膜を成長させ得るCVD装置のガスフ
ロー方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、密閉槽内に配設された基板の表面にほゞ
平行に反応ガスを主体とするガス流をシート状で第２次
元ジェット状に導入し、かつ前記基板の表面に対向する
ように不活性ガスを主体とするガス流を導入して、前記
基板の表面の近傍に前記反応ガスを主体とするガス流の
層流状態を保持するようにしたことを特徴とするCVD装
置のガスフロー方法によって達成される。

〔作用〕

反応ガスを主体とするガス流を基板近傍全域に於いて制
御性の良い層流状態に保つ事ができる。即ち不活性ガス
を主体とするガス流は基板近傍で反応ガスを主体とする
ガス流の舞い上がり力学的に押え込むと共に反応ガスを
主体とするガスの成分の乱流拡散を防止する。その結
果、 １） 反応ガスを主体とするガスの流れが層流状態であ
る為、制御性、再現性に優れている。

２） 反応ガスを主体とするガスの成分が基板近傍のみ
に押さえ込まれる為炉壁、覗き窓の汚染を防止できる。

３） 不活性ガスを主体とするガス流の流量制御により
基板上の膜厚分布を制御する事が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の方式が適用されるCVD装置について、第
１図〜第８図を参照して説明する。

第１図〜第３図は第１実施例を示すものであるが、真空
槽（10）において一方の側壁部には反応ガス噴出ノズル
（11）が気密に取り付けられ、その先端部（11a）は薄
くなっていてスリット状の開口を有する。外部導管（2
4）から導入される反応ガスがこのスリット状の開口か
ら真空槽（10）の内空間（13）に噴出されるようになっ
ている。また、真空槽（10）の底壁部の端部に排気口
（12）が形成されている。

真空槽（10）内でノズル先端部（11a）より下方に位置
して円形の基板支持台（17）が配設されており、これは
シール部材（16）により気密にシールされ、真空槽（1
0）の外部から突出する回転軸（15）と一体的であり、 これにより矢印で示すように所定速度で回転させられる
ようになっている。基板支持台（17）はヒータ（14）を
内蔵し、これによりこの上に載置せる基板（18）を加熱
するようになっている。

真空槽（10）内において、基板支持台（17）の上方に
は、これと対向して不活性ガス噴出板（19）が配設さ
れ、これは中空部（21）を有し、こゝにシール部材（2
3）によりシールされて真空槽（10）の上壁部に取り付
けられている導管（22）から不活性ガスが導入される。
不活性ガス噴出板（19）の底壁部には小さな多数の孔
（20）が形成されており、こゝから不活性ガスが下方へ
と噴出されるようになっている。

ノズル先端部（11a）（反応ガスの噴出方向）は基板支
持台（17）の基板（18）を載置させている上面にほゞ平
行に延びており、またそのスリット状開口も同上面に平
行に延びている。ノズル先端部（11a）すなわちスリッ
ト状開口の長さｌに比べて、この開口の巾ｄは充分に小
さく、レイノズル数が10以上の流速にてこゝから反応ガ
スが噴出されるものとする。また基板支持台（17）の上
面からノズル先端部（11a）のレベルまでの距離は基板
支持台（17）の上面から不活性ガス噴出板（19）までの
距離の約40％のところにあるものとする。

本発明の実施例は以上のように構成されるが、次にこの
作用につき説明する。

ノズル先端部（11a）から２次元ジェット状に反応ガス
Ｒが真空槽（10）内の空間（13）に噴出される。なお、
空間（13）は予め真空状態にされているものとする。他
方、上方の不活性ガス噴出板（19）からは不活性ガスＱ
が下方へと噴出される。反応ガスＲ及び不活性ガスＱの
噴出流量は外部から制御可能であるが、例えば後者は前
者の３倍の流量とされる。基板支持台（17）は所定速度
で回転し、かつヒータ（14）で加熱されている。

第3A図に示されるように反応ガスＲの流れは基板（18）
の近傍に限られ、しかも層流状態が保たれる。これは不
活性ガスＱの流れが反応ガスＲの流れを上方から抑圧す
るためであると思われるが、このような安定化作用はコ
ンピュータによる数値シュミレーション並びに四塩化チ
タン法可視化実験によって確認されている。なお、流れ
を全体として見れば、第3C図に示すように反応ガスＲの
流れ（ハッチングしてある）は局限化された層流となっ
ており、不活性ガスＱの流れがこの範囲を定めている。
換言すれば、不活性ガスＱの流量を制御することによ
り、ハッチングの部分の形状、大きさ、もしくは領域を
制御することができる。

第3B図は上方からの不活性ガスＱの流れがない場合を示
すが、この場合には反応ガスＲの流れは図示するように
拡散し、空間ｒの領域では乱流状態となる。このような
流れによって従来方式のように炉壁、のぞき窓などが汚
染されることになる。

然しながら、本実施例によれば、反応ガスＲの流れは第
3A図又は第3C図に示すように安定化されるので、反応成
分は基板（18）の近傍のみに限定され、炉壁、のぞき窓
などの汚染が防止される。従って、基板（18）に形成さ
れる膜質の向上とダストパーティクルの低減が可能とな
る。

また反応ガスＲの流れが層流とされるため制御性、再現
性にすぐれ、不活性ガスＱの流量制御により基板（18）
に形成される膜厚分布制御が可能となってくる。

例えば、本ガスフロー方法で一枚の基板を基板支持台と
同心的に配置しこの支持台を回転させながら成長温度35
0℃でタングステン・シリサイド膜の成長を実施した
（タングステン・シリサイド膜の成長は供給律速である
ため、流れの様子を忠実に反映しているものと考えられ
る）が理論と実験との一致は極めて良好であり、５イン
チウェハー内で±3.8％の高い均一性をもった抵抗値分
布を得た。理論的には８インチ内で±8.6％の均一性が
予測される。

第４図は本発明の第２実施例を示すが、本実施例では反
応ガスの噴出用ノズル（30）の形状が第１実施例と異な
り、他は全く同一である。対応する部分については同一
の符号を付すものとする。

すなわち、本実施例ではノズル（30）のスリット状開口
端（30a）は円弧状となっており、基板支持台（14）と
同心的であって、その径は少し大きい。

第５図は本発明の第３実施例を示すが、本実施例では装
置全体が第１実施例とは90゜偏位した形態とされる。な
お、第１実施例と対応する部分には同一の符号を付すも
のとする。

すなわち第１実施例では基板支持台（17）は水平状態に
おかれているが、本実施例では鉛直状態におかれる。こ
れに対応してノズル先端部（11a）、不活性ガス噴出板
（19）なども図示の如く鉛直状態に配設される。このよ
うな構成でも第１実施例と同様な作用な行ない、同様な
効果を奏することは明らかである。なお、基板（18）が
基板支持台（17）から滑落しないための手段は公知の手
段を用いるものとする。

以上、本発明の各実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれらに限定されることなく本発明の技術的思想
に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施例では、いわゆる熱CVDによる薄膜
形成が説明されたが、プラズマCVDや光CVDなどにもまだ
ドライエッチングなどにも本発明は適用可能である。

また以上の実施例では真空槽内での処理が説明された
が、真空を必要としない常圧でも基板への表面加工が可
能なCVD装置にも本発明は適用可能である。

また以上の実施例では基板（18）の材質について特に言
及しなかったが、例えば、Siウェハーや、ウェハープロ
セスにおいて、すでにその表面に一定の薄膜形成、不純
物拡散、微細加工等の処理を施されたものであってもよ
い。あるいは、ガラスSiO₂、Al₂O₃、各種金属、合金等
を素材とする基板にも本発明は適用可能である。

また以上の実施例では反応ガスＲを噴出するノズル（11
a）（30）はスリット状開口を有するものであったが、
第６図に示すように上述の実施例のような偏平な中空管
体（40）の端壁に多数の小孔（41）を形成させたもので
あってもよい。あるいは、第７図及び第８図に示すよう
に偏平な中空管体（50）（60）の端壁に横方向に並ぶス
リット（51）（52）又は上下方向に並ぶスリット（61）
（62）を形成させるようにしてもよい。また、これらの
場合には各スリット（51）（52）又は（61）（62）から
は異なる反応ガスが噴出されるようにしてもよい。この
場合には管体（50）（60）内に仕切壁が設けられている
が、一つのスリットを有する２つの別の管体を左右又は
上下に並設するようにしてもよい。

また以上の実施例では不活性ガス噴出板（19）にいわゆ
る多孔板が用いられたが、これに代えて適当なアスペク
ト比をもつストレイナー又はハネカム（honeycomb）を
用いてもよい。あるいはこれと多孔板とを併用するよう
にしてもよい。

また以上の実施例では反応ガスＲが用いられたが、これ
に代えて反応ガスを主体とするガスを含むガスであって
もよい。

また、以上の実施例では基板の表面に対向するガスとし
て不活性ガスを用いたが、これに代えて一部反応性ガス
を含んでいるガスであってもよい。その場合、この反応
性ガスはダストパーティクルを発生させないガス種であ
ることが必要である。例えば、H₂、N₂、O₂などで含まれ
ていてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のCVD装置のガスフロー方法に
よれば、反応ガスを主体とするガスの流れが層流である
為、その制御性、再現性に優れている。反応ガスを主体
とするガスの反応成分が基板近傍空間にのみ限定される
為、炉壁、窓等の汚染が防止できる。従って膜質の向上
とダストパーティクルの低減が可能である。

不活性ガスを主体とするガスの流量制御により基板上の
膜厚分布制御が可能になる。基板回転機構を組み合わせ
て、大面積で、高均一性のある成膜が可能となるなど種
々の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスフロー方法を具体化するCVD装置
の第１実施例の断面図、第２図は第１図に於けるII−II
線方向断面図、第3A図、第3B図、第3C図は本実施例の作
用を説明するための第１図と同様の断面図、第４図は本
発明の第２実施例のCVD装置の第２図と同様な断面図、
第５図は本発明の第３実施例のCVD装置の第１図と同様
の断面図、第６図、第７図、第８図は各変形例を示す要
部の正面図、及び第９図は従来の各種のガスフロー方法
を示す概略図である。 なお図において、 （10）……真空槽 （11）（30）（40）（50）（60）……反応ガス噴出ノズ
ル （18）……基板 （19）……不活性ガス噴出多孔板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 泉 神奈川県平塚市董平12−12−２−707 パ レ平塚すみれ平

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉槽内に配設された基板の表面にほゞ平
   行に反応ガスを主体とするガス流をシート状で２次元ジ
   ェット状に導入し、かつ前記基板の表面に対向するよう
   に不活性ガスを主体とするガス流を導入して、前記基板
   の表面の近傍に前記反応ガスを主体とするガス流の層流
   状態を保持するようにしたことを特徴とするCVD装置の
   ガスフロー方法。
2. 【請求項２】前記密閉槽は真空槽である特許請求の範囲
   第１項に記載のCVD装置のガスフロー方法。
3. 【請求項３】前記反応ガスを主体とするガス流は、前記
   基板の表面に平行な少なくとも一つのスリット開口から
   噴出される特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のCV
   D装置のガスフロー方法。