JPH06140335A

JPH06140335A - 成膜装置

Info

Publication number: JPH06140335A
Application number: JP28586292A
Authority: JP
Inventors: Akira Tabuchi; 明田渕
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高圧下で膜を気相成長させる成膜装置に関し、
成膜前には残留ガスの排気を短時間で行い、成膜時には
排気を適切にできる成膜装置を提供する。【構成】大気よりも高い内部圧力又は低い内部圧力での
ガス漏れを防止する構造を有する反応チャンバ１と、前
記反応チャンバ１内に反応ガスを導入する反応ガス導入
管２と、前記反応チャンバ１内に配置され、前記反応ガ
ス導入管２のガス放出口に対向する被成膜基板載置台３
と、排気ポンプ２２に繋がれて前記反応チャンバ１内の
内部残留ガスを排気する第一の排気管２０と、前記反応
ガス導入管２から反応ガスを導入している状態で、排気
ポンプを使用せずに、前記反応チャンバ１内のガス圧を
大気よりも高く保持しつつ排気する第二の排気管２４
と、前記第二の排気管２４に接続されて排気量を調整す
る流量調整弁２６とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成膜装置に関し、より
詳しくは、大気よりも高い圧力下で、物質の表面に膜を
気相成長させる成膜装置に関する。

【０００２】近年、半導体集積回路は高集積化が進み、
製造工程における各プロセスに対する要求は厳しくなっ
ている。気相成長法に対して、より低温で、より速く良
質な膜を成長することが求められている。

【０００３】

【従来の技術】膜を成長する場合には、大気圧或いは減
圧下で、反応ガスを加熱、放電、光照射等の方法により
励起して被堆積物表面に膜を堆積するのが一般的であ
る。

【０００４】しかし、反応性ガスの種によっては、大気
圧或いは減圧下では実用的な堆積速度が得られないこと
がある。これに対して、大気圧よりも高い圧力で気相成
長するという装置が特開昭６０−１２７２６号公報にお
いて提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この装置によ
れば、反応炉の構造に高圧状態での使用を考慮した点が
見られず、既存の装置を用いて高圧の気相成長を行う
と、ガスが外部に漏れやすくなることも考えられる。

【０００６】また、上記した装置に設けられた排気系は
１つであり、これによれば、次のような不都合がある。
一般に、枚葉式ＣＶＤ装置によれば、反応が終了する
と、反応が炉中の残留ガスを排気し、窒素等の不活性な
ガスを導入し、大気圧にして基板交換後、排気反応ガス
導入をする。

【０００７】残留ガスの排気という目的では、反応室内
が減圧状態となるまで真空ポンプで引くために、また、
減圧状態での気体分子の流れを良くするため、反応室に
接続される排気管は内径の大きいものが使用される。こ
れは、真空技術化においてよく知られた事である。

【０００８】一方、高圧による気相成長では、内径が大
きい排気管を使用することは次のような不都合がある。
高圧での気相成長においては、反応ガスの導入と排気を
バランスさせて反応室内の圧力を一定にさせなくてはな
らない。その場合、反応室内は、大気圧より高圧であっ
てガスの密度は大気のときより高いので、排気すべきガ
スの体積は大きくない。

【０００９】また、内径の大きな管で排気しようとする
と、排気調整弁も大きくなり、少流量のガスの流れを調
節するには適していない。本発明はこのような問題に鑑
みてなされたものであって、成膜直前には残留ガスの排
気を短時間で行い、成膜時には排気を適切にできる成膜
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、大気よりも高い内部圧力又は低い内部
圧力でのガス漏れを防止する構造を有する反応チャンバ
１と、前記反応チャンバ１内に反応ガスを導入する反応
ガス導入管２と、前記反応チャンバ１内に配置され、前
記反応ガス導入管２のガス放出口に対向する被成膜基板
載置台３と、排気ポンプ２２に繋がれて前記反応チャン
バ１内の内部残留ガスを排気する第一の排気管２０と、
前記反応ガス導入管２から反応ガスを導入している状態
で、排気ポンプを使用せずに、前記反応チャンバ１内の
ガス圧を大気よりも高く保持しつつ排気する第二の排気
管２４と、前記第二の排気管２４に接続されて排気量を
調整する流量調整弁２６とを有することを特徴とする成
膜装置により達成する。

【００１１】または、前記第一の排気管２０は、前記第
二の排気管２４よりも内径が大きいことを特徴とする成
膜装置によって達成する。または、前記被成膜基板載置
台14が回動することを特徴とする成膜装置によって達成
する。

【００１２】

【作用】本発明によれば、反応チャンバ１内の排気系
を二系統設け、成膜前又は成膜後には内径の大きな第一
の排気管２０を通して排気ポンプ２２により反応チャン
バ１内の残留ガスを排気しているので、成膜前の残留ガ
スは短時間で排気される。

【００１３】また、成膜時には排気ポンプを用いずに流
量調整弁２６を使用し、内径の小さな第二の排気管２４
を通して反応チャンバ１内のガスを内外の圧力差により
排気しているので、反応チャンバ１内を大気よりも高く
しながら排気を行う際に、反応ガスの排気量を微調整で
き、排気を適切に行える。

【００１４】このような高圧下で成長する膜は不均一に
なり易いが、被成膜基板Ｗを回転させることにより、均
一性が向上する。

【００１５】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す成膜装
置の断面図である。

【００１６】図１において符号１は、密閉される空間を
有する反応チャンバで、この反応チャンバ１は、大気に
対して高圧保持又は減圧保持が可能な構造となってい
る。その反応チャンバ１の天井部１ａに設けられた筒部
５にはガス導入管２が挿入され、その下端には、基板載
置台３に対向するガス放出盤４が接続されている。ガス
放出盤４は、下面にメッシュ４ａを取り付けてガスを下
方に均一に放出させるものである。この場合、基板載置
台３とガス放出盤４との間隔は、成長する膜の質や成長
速度が最適となる大きさに設定される。

【００１７】また、筒部５の上端内周縁にはテーパが形
成され、そのテーパとガス導入管２の外周面との間には
Ｏリング６が装着されており、それらの間隙の気密を保
持するように構成されている。

【００１８】さらに、筒部５の上には、Ｏリング６を上
から押圧する筒状の蓋体７が取付けられ、その上部の内
周面には、ガス導入管２の外周面のネジ部２ｂに螺合す
るネジ７ａが切られており、その蓋体７を回して、その
下に位置するＯリング６を筒部５に押圧するとともに、
ガス放出盤４の上面を天井部１ａ側に押圧させるように
構成されている。なお、ガス放出盤４と天井部１ａの間
には、気密保持用のＯリング８が挟まれ、それらの間を
気密状態にするように構成されている。

【００１９】ところで、反応チャンバ１の側部には、外
方に開かれる扉９によって閉塞される基板出入口１０が
形成され、その基板出入口１０の周辺の壁と扉９との間
にはＯリング１１が取付けられており、それらの間の気
密を保持している。

【００２０】ここで、扉９は、反応チャンバ１に取り付
けたヒンジ１２を支点にして上下に開閉し、また、その
反対側の部分には鍔１３が形成されており、反応チャン
バ１にネジ止めして扉９を押圧し、これにより反応チャ
ンバ１内が減圧又は加圧されときに気密性が保てるよう
に構成されている。

【００２１】また、ガス放出盤４に対向する基板載置台
３の上には、基板Ｗを載せるサセプタ１４が取付けら
れ、また、その基板載置台３の中には、電気ヒータ１５
が取付けられている。

【００２２】一方、基板載置台３の下には、不活性ガス
封入室１６が設けられ、その中には、基板載置台３を回
転するモータ１７と、そのモータ１７により回転されて
電気ヒータ１５の端子に接続される導電性回転リング１
８が取付けられ、また、モータ１７の回転軸は、不活性
ガス封入室１６を気密状態で貫通し、基板載置台３に接
続されている。

【００２３】２０は、開閉弁２１を介して反応チャンバ
１の側部に取付けられた内径の大きな第一の排気管で、
その外端部は排気ポンプ２２に接続されており、反応チ
ャンバ１内のガスを強制的に排気するように構成されて
いる。

【００２４】２３は、反応チャンバ１のうち基板載置台
３の周囲の底部に複数個設けられた排気口で、この排気
口２３には、第二の排気管２４が接続され、その第二の
排気管２４の収束部２５は上記した第一の排気管２０よ
りも小さい内径を有しており、大気との圧力差により反
応チャンバ１内のガスを流量調整弁２６を通して排気す
るように構成されている。

【００２５】なお、図中符号２６は、不活性ガス封入室
１６に不活性ガスを供給するガス供給口、２７は、モー
タ１７に取付けられる回転リング１８に外部から接触さ
れる電気配線、２８は、モータ１７に接続される電気配
線、３０は、反応チャンバ１に取り付けたガス圧力メー
タ、３１は、上下に分解される反応チャンバ１を一体に
合わせるためのフランジ、３２はフランジを固定するた
めのボルトを示している。

【００２６】次に、上述した実施例装置を用いて非晶質
シリコン膜を成長する場合について説明する。まず、基
板出入口１０の扉９を図１(b) に示すように外側に開
き、ついで、基板出入口１０を通して半導体等の基板Ｗ
を反応チャンバ１内のサセプタ１５の上に載置する。

【００２７】この後に、ヒンジ１２を支点として扉９を
閉めてから、図１(a) に示すようにその鍔１３を反応チ
ャンバ１にネジ止めして内部を気密状態にする。次に、
第二の排気管２４の流量調整弁２６を閉じた状態で、第
一の排気管２０側の開閉弁２１を開き、ついで排気ポン
プ２２を駆動し、反応チャンバ１内の空気を第一の排気
管２０から強制的に排気すると、その排気管２０の内径
が大きいので、その排気は短時間で１Torr以下に減圧で
きる。これにより、反応チャンバ１内の残留ガスが除去
される。

【００２８】この場合、反応チャンバ１内の圧力が外部
よりも低くなるが、基板出入口１０やガス導入管２の接
続部分は、上記したように気密状態になっているので、
外気が入ることはなく、高真空が実現できる。なお、こ
の場合には不活性ガス封入室１６のガス供給口２６を閉
じておく。

【００２９】この後に、ガス導入管２及びガス放出盤４
を通して窒素を反応チャンバ１内に導入し、一定時間経
過後に開閉弁２１を閉じ、排気ポンプ２２を停止する。
続いて、反応チャンバ１内に導入するガスの種類を切り
換えて、膜成長のガスとして例えばSi₂H₆を用い、その
流量を50〜100sccm とする。そして、反応チャンバ１内
の圧力を大気圧よりも高い状態、例えば２気圧程度にす
る。

【００３０】この場合、流量調整弁２６を開いて反応チ
ャンバ１内の圧力が２気圧になるように設定する。しか
も、そのガスは排気ポンプによらず、内外の気圧の差に
よる排気を行う。

【００３１】なお、サセプタ１４の温度を４００〜４５
０℃に加熱し、モータ１７の回転数を１回／５秒となる
ように調整して膜の成長を行う。これにより反応チャン
バ１内の圧力が外部よりも高くなるが、基板出入口１０
やガス導入管２の接続部分は、上記したように気密状態
になっているので、その圧力によりガス漏れが生じるこ
とはない。

【００３２】そして、高圧で基板Ｗの表面に非晶質シリ
コン膜が形成されるが、高い圧力下で膜を成長すると、
成長速度は速くなり、膜の分布が不均一になり易い。そ
の対策として、モータ１７により基板Ｗを回転させて成
長しているので、膜厚が均一に形成される。

【００３３】また、不活性ガス封入室１６内にモータ１
７や電気ヒータ用の回転リング１８を置くようにし、し
かも、その中に反応チャンバ１内よりも高い圧力で窒素
等の不活性ガスを封入するようにしているので、それら
の部品が反応性ガスに触れることはなく、膜の付着や電
流リークが未然に防止される。

【００３４】しかも、その不活性ガス封入室１６は、基
板載置台３よりもガスの下流に設けられているために、
僅かにガスが漏れたとしても膜成長を乱すことはない。
以上のような方法により非晶質シリコン膜を成長した後
に、反応ガスの導入を停止し、流量調整弁２６を閉じ、
ついで、開閉弁２１を開き、排気ポンプ２２を駆動して
第一の排気管２０を通じて反応ガスを排気する。

【００３５】この後に、ガス導入管２を通して反応チャ
ンバ１内に窒素ガスを導入し、一定時間経過後に、開閉
弁２１を閉じ、排気ポンプ２２を停止し、ついで反応チ
ャンバ１内を大気圧にしてから窒素ガスの導入を停止す
る。そして、扉９を開いて基板Ｗを取り出すことにな
る。

【００３６】これによれば、反応ガスの残留がなくなり
空気との反応が防止される。なお、上記した実施例で
は、基板出入口１０に扉９を設けているが、その基板出
入口１０に図示しない予備室（ロードロックチャンバ）
を接続させてもよい。この場合、予備室は真空ポンプに
繋げられて大気が排出される。そして、予備室と反応室
の間の仕切りが開かれ、基板を反応室に導入するように
する。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、反応
チャンバ内の排気系を二系統設け、成膜前又は成膜後に
は内径の大きな第一の排気管を通して排気ポンプにより
反応チャンバ内の残留ガスを排気しているので、成膜前
の残留ガスを短時間で排気することができる。

【００３８】また、成膜時には排気ポンプを用いずに流
量調整弁を使用して、内径の小さな第二の排気管を通し
て反応チャンバ内のガスを内外の圧力差により排気して
いるので、反応チャンバ内を大気よりも高くしながら排
気を行う際に、反応ガスの排気量を微調整でき、排気を
適切に行うことが可能になる。

【００３９】このような高圧下で成長する膜は不均一に
なり易いが、被成膜基板を回転させることにより、均一
性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す成膜装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１反応チャンバ２ガス導入管３基板載置台４ガス放出盤５筒部６Ｏリング７蓋体８Ｏリング９扉１０基板出入口１１Ｏリング１２ヒンジ１３鍔１４サセプタ１５電気ヒータ１６不活性ガス封入室１７モータ１８回転リング２０第一の排気管２１開閉弁２２排気ポンプ２３排気口２４第二の排気管２５収束部２６流量調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気よりも高い内部圧力又は低い内部圧力
でのガス漏れを防止する構造を有する反応チャンバ
（１）と、前記反応チャンバ（１）内に反応ガスを導入する反応ガ
ス導入管（２）と、前記反応チャンバ（１）内に配置され、前記反応ガス導
入管（２）のガス放出口に対向する被成膜基板載置台
（３）と、排気ポンプ（２２）に繋がれて前記反応チャンバ（１）
内の内部残留ガスを排気する第一の排気管（２０）と、前記反応ガス導入管（２）から反応ガスを導入している
状態で、排気ポンプを使用せずに、前記反応チャンバ
（１）内のガス圧を大気よりも高く保持しつつ排気する
第二の排気管（２４）と、前記第二の排気管（２４）に接続されて排気量を調整す
る流量調整弁（２６）とを有することを特徴とする成膜
装置により達成する。
【請求項２】前記第一の排気管（２０）は、前記第二の
排気管（２４）よりも内径が大きいことを特徴とする請
求項１記載の成膜装置。
【請求項３】前記被成膜基板載置台（３）が回動するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。