JPH0633245A - Cvd装置 - Google Patents

Cvd装置

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JPH0633245A
JPH0633245A JP19238692A JP19238692A JPH0633245A JP H0633245 A JPH0633245 A JP H0633245A JP 19238692 A JP19238692 A JP 19238692A JP 19238692 A JP19238692 A JP 19238692A JP H0633245 A JPH0633245 A JP H0633245A
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JP
Japan
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reaction
reaction tube
gas
wafers
tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19238692A
Other languages
English (en)
Inventor
Hironobu Suzuki
啓修 鈴木
Hisashi Oshiba
久 大柴
Masatoshi Tsuneoka
正年 恒岡
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Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fujifilm Microdevices Co Ltd, Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fujifilm Microdevices Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数枚ウェファ上に同時に薄膜を堆積する時
用いられるCVD装置に関し、軸方向に多数枚装架した
ウェファ間で均一な厚みの薄膜が堆積できるCVD装置
を提供することを目的とする。 【構成】 軸方向に長い反応管と、前記反応管の一端に
形成されたガス排出手段と、前記反応管内で、軸方向に
沿って複数のウェファを支持するめための支持手段と、
前記反応管の軸方向に沿った複数箇所で反応ガスの少な
くとも1種類を放出するための反応ガス導入手段とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCVD装置に関し、特に
複数枚ウェファ上に同時に薄膜を堆積する時用いられる
CVD装置に関する。
【0002】近年、半導体集積回路の大規模化に伴っ
て、微細加工技術の重要性が一段と高まり、各種装置が
開発されている。その中で、特に低温で絶縁膜やSi結
晶を堆積する技術としてプラズマCVDが注目されてい
る。
【0003】
【従来の技術】プラズマCVDは、通常ガス圧1Tor
r程度で電極間にRF電力を投入することによってグロ
ー放電を生じせしめ、その電気エネルギを反応ガスに付
与して堆積反応を促進する。膜を堆積させるウェファの
温度は100〜400℃と比較的低温で済むのが特徴で
ある。
【0004】プラズマCVDは、通常金属配線間の分離
絶縁膜として使用されるSiO2 やSi3 4 の堆積に
使用されるが、アモルファスSi層の成長等にも利用さ
れている。
【0005】一般に、ウェファ温度を低くすると、成膜
中には不純物、特に水素が高濃度で含有されやすいと報
告されている。水素はアモルファスSiにおいて、ダン
グリングボンドのターミネート(終端化)に有効であ
る。
【0006】ところで、プラズマCVD法で多数枚のウ
ェファを同時に処理する場合、膜質と共に膜厚の均一性
が重要である。図2は、反応管の軸方向に沿って、多数
枚のSiウェファを装架する従来のプラズマCVD装置
の構成大略を示す。
【0007】図2(A)は、プラズマCVD装置の概略
縦断面図を示し、図2(B)は反応管内に配置されるボ
ートとサセプタの配置を概略的に示す平面図である。図
2(A)において、石英等で形成された反応管51は、
ヒータ53内に水平に配置される。
【0008】反応管51は、その一端にガス排出口55
を有し、他端にガス導入口57、59を有する。なお、
2つのガス導入口を有する場合を図示したが、ガス導入
口の数は2つに制限されない。
【0009】反応管51内には、その軸方向に沿ってカ
ーボン等で形成されたボート60が配置される。ボート
60には、カーボン等で形成された多数のサセプタ62
が結合される。各サセプタ62は、その両面にウェファ
64を載置する。
【0010】図2(B)は、ボートとサセプタの構成を
より詳細に示す。ボート60は、一対の導電性部材60
a、60bで形成され、それぞれの上に複数枚のサセプ
タ62a、62bを取り付けられるように構成されてい
る。すなわち、サセプタ62aと62bは、互いに絶縁
された状態で一対のボート60a、60bに電気的に接
続されている。
【0011】ボート60には、RF電源66が接続さ
れ、隣接するサセプタ62a、62b間にmsecオー
ダで間けつ的にRF電圧を印加できる。ウェファ64
は、たとえばSiウェファである。Siウェファ上に絶
縁膜を堆積させる場合、ウェファ64間の間隔はたとえ
ば約11mm程度に設定される。
【0012】ガス導入口57、59からは、反応ガス
A、Bを、必要に応じてアルゴン等のキャリアガスと共
に導入する。ウェファを支持するサセプタ62は、ヒー
タ53によって加熱される。ガス導入口57、59から
反応管51内に導入されたガスは、分解、堆積を行い、
ガス排出口55から排出される。
【0013】たとえば、ウェファを約350℃に加熱
し、ガス導入口57、59から反応ガスAとしてテトラ
エチルオルソシリケート(TEOS)と、反応ガスBと
してO 2 を導入する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】図2で示すように、反
応管51の一端から反応ガスA、Bが供給される場合、
それぞれの反応ガスはヒータ53の加熱領域でプラズマ
放電により分解し、反応種間の化学反応を受けてウェフ
ァ64上に薄膜を堆積させる。
【0015】反応ガスの消費に伴い、反応ガスA、Bの
流れは、上流から下流に行くにしたがって濃度が薄くな
る。この結果、図2(C)の曲線C1のようにガス流方
向に沿って反応管の軸方向に進むに従って減少する堆積
膜の膜厚分布が生じる。
【0016】なお、たとえば間けつ放電の放電時間を短
くすること等により、反応ガスの分解を抑えると、図2
(C)の曲線C2に示すように反応ガスが十分反応しな
い領域の膜厚は減少できるが、ウェファ面内凸型のピー
ク状の膜厚分布が生じやすい。また、同一厚の膜を堆積
するために必要な原料ガスの量が増大する。
【0017】多数枚のウェファを同時に装荷して薄膜形
成を行なうと、効率は良いが、ウェファ間で膜厚のばら
つきが生じ、均一な厚みの膜形成が妨げられる。ウェフ
ァ間の膜厚分布は、電気的特性のばらつき等につなが
り、好ましくない。
【0018】本発明の目的は、軸方向に多数枚装架した
ウェファ間で均一な厚みの薄膜が堆積できるCVD装置
を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマCVD
装置は、軸方向に長い反応管と、前記反応管の一端に形
成されたガス排出手段と、前記反応管内で、軸方向に沿
って複数のウェファを支持するめための支持手段と、前
記反応管の軸方向に沿った複数箇所で反応ガスの少なく
とも1種類を放出するための反応ガス導入手段とを有す
る。
【0020】前記反応ガス導入手段は、様々な形状が可
能であるが、たとえば利便性の高いものとして反応管内
でU字型に折り返している形状のもの、または、それぞ
れひとつのガス放出孔を持ち、その放出位置が軸方向に
複数個所になるように配置されたものを用いることがで
きる。
【0021】
【作用】反応ガス導入手段が、反応管の軸方向に沿った
複数箇所で反応ガスの少なくとも一種類を放出するた
め、ガス流に沿った複数の位置で新鮮な反応ガスを供給
することができる。
【0022】ガス流に沿って適当量の新鮮ガスを供給す
ることにより、反応管内の広い領域で均一な膜厚の薄膜
を成長することが可能となる。以下、本発明を実施例に
基づいてより詳しく述べる。
【0023】
【実施例】図1は、本発明の実施例によるプラズマCV
D装置の構成大略を示す。図1(A)は反応ガスA、B
のそれぞれが多数のガス放出孔を有する一端封止型反応
ガス導入管5a、5bから反応管4内に放出される場合
を示す。
【0024】また、図1(B)は、反応ガスAのみが多
数のガス放出孔を有する一端封止U字型反応ガス導入管
5から反応管4内に放出される場合を示す。この時、反
応ガスBは反応管4の一端から従来例と同様にガス排出
口7を備えた反応管4の他端に向かって放出される。図
示していないが、勿論反応ガスBの導入管も一端封止U
字型にすることは可能である。
【0025】図1(A)、(B)において、反応管4内
には多数枚のサセプタ2が反応管4の軸方向に沿って配
置されている。各サセプタ2は、軸方向に垂直に配置さ
れている。両端のサセプタを除き、中間の各サセプタ2
にはその両面にウェファ1が配置されている。
【0026】なお、図示を省略したが、各サセプタは一
個おきに一対のボート上に結合されており、RF電源3
からRF電力を供給される。このようなサセプタおよび
ウェファの配置は、図2に示す従来の技術によるプラズ
マCVD装置と同様である。
【0027】図示の構成においては、反応ガスは反応管
4の左側端部に結合され、反応管4の右側端部にはガス
排出口7が設けられている。反応管4は、横型炉芯管に
配置されたヒータ6内に水平に配置されている。これら
の構造も図2に示す構成と同様である。
【0028】図1(A)においては、反応管4の右側端
部から2本の反応ガス導入管5a、5bが挿入され、反
応管4の右側端部近傍まで延在している。各反応ガス導
入管5a、5bは、複数のガス放出口9が設けられてお
り、反応管4の軸方向の複数箇所でガスを放出する。ガ
ス放出口9の形状密度を調整することにより、反応管4
内での未反応ガスの濃度を均一に保つことができる。
【0029】たとえば、反応ガス導入管5のガス放出口
9は、反応管4内の下流に向かうに従って大きくなるよ
うにする。また、反応済のガスが下流側ほど多くなるこ
とを補償するためには、各原料ガス濃度は反応管内の下
流側で幾分多くなるようになることが好ましい。
【0030】図1(B)においては、反応管4の左側端
部に反応ガスBのガス導入口8が設けられ、反応ガスA
を導入する反応ガス導入管5aは反応管4の左側端部か
ら一旦右側端部近傍まで延在し、U字型に折り返して再
び反応管4の左側端部近傍まで延在している。反応ガス
導入管5aに反応ガスAを供給すると、反応ガスAはガ
ス放出口9から放出されることにより、次第にその量が
減少する。
【0031】したがって、反応ガス供給側から遠くなる
にしたがって、反応導入管の反応ガス供給能力は低下す
る。反応ガス導入管5aをU字型に折り返すことによ
り、最もガス供給能力の高い部分と、最もガス供給能力
の低い部分が組み合わされ、反応管4の広い領域に亘っ
てガス供給能力を平均化することができる。
【0032】反応管4は、たとえば直径300mm、長
さ2mの透明石英管である。反応ガス導入管5も透明石
英管からなる。ヒータ6は抵抗加熱電気炉であり、膜堆
積時には反応管4内をたとえば約350℃に保持する。
【0033】以下、図1(A)のCVD装置を用いて、
Siウェファ上にSi酸化膜を堆積するプロセスを簡単
に説明する。ウェファ1を載置したサセプタ2を反応管
4の所定位置に設置し、一旦反応管4内を真空排気して
からヒータ6を昇温する。反応管4内が所定温度に到達
した後、反応ガスAとしてTEOSを300cc/mi
n反応ガス導入管5aより反応管4内に放出する。
【0034】一方、反応ガスBとして酸素を3000c
c/min反応ガス供給管5bより反応管4内に導入す
る。反応管4のガス排出口7より真空ポンプで強制排気
することにより、反応管4内の圧力は約1Torr程度
に保つ。ここで、RF電源3を駆動して430KHzの
RF電力を投入する。
【0035】RF電力によりmsecオーダのグロー放
電が間けつ的に生じて反応ガスA、Bが活性化される。
TEOS(反応ガスA)は分解して活性酸素(反応ガス
B)と化合し、低温でSiO2 膜がSiウェファ1上に
堆積する。反応管4内におけるガス流速は毎秒100m
程度である。反応ガス導入管5の直径は反応管4の1/
10程度のため、ガスAの反応ガス導入管5内での流速
はさらに高速となるであろう。
【0036】このような高速ガスが多数の放出孔から各
ウェファ1近傍に供給されるので、各ウェファ1領域の
原料ガス濃度は均一性が高くなる。したがって、ウェフ
ァ1上に堆積したSiO2 膜厚は各ウェファ間でほぼ均
一となる。
【0037】上述のように、TEOSをSiソースと
し、酸素ガスをOソースとしてSiO 2 膜を堆積する場
合、通常酸素ガスは十分多量に供給される。この場合、
反応管中での消費量が問題となるのはTEOSである。
【0038】したがって、図1(A)に示すように、ガ
スA、Bのいずれも多くのガス放出口9を有するガス導
入管5a、5bから導入する代わりに、図1(B)に示
すように、TEOSのみをガス導入管5aから供給し、
酸素は反応管4端部から供給しても、均一なSiO2
厚分布を得ることができる。
【0039】さらに、図1(B)に示すように、U字型
反応ガス導入管を用いれば、反応ガスAの反応管軸方向
濃度分布が一層均一とでき、均一膜厚分布が得やすい。
また、図1(C)に示すように、軸方向にガス放出位置
をずらせた放出口9a、9bを有する。独立に流量制御
された5a、5bの複数本のガス導入管から反応ガスを
供給する。この場合、軸方向のガス供給の再現性は、穴
の形状、部分的な穴のつまり等に影響されず、安定した
ものとなり、均一な膜厚分布が得られやすくなる。
【0040】次に、本発明の別の実施例であるプラズマ
CVD装置の構成大略を、図3に示す。図3において
は、一端封止型の反応ガス導入管5が反応管4の外周に
設けられた同心円筒状石英管で構成される。
【0041】ガス導入管5は、フランジ18a、18b
によって反応管4に気密に固定されている。反応管4の
管壁には、反応ガスAを反応管内に導入するための複数
個のガス放出孔9が設けられている。反応ガスBは、反
応管4の一端のガス導入口8から導入される。
【0042】使用後のガスは他端のガス排出口7から排
気される。反応ガスB用のガス導入口8およびガス排出
口7は、フランジ17a、17bに取り付けられた細管
によって構成されている。
【0043】ウェファ1としてシリコンウェファを用
い、Si3 4 膜の堆積を行なう場合を簡単に説明す
る。ヒータ6の温度を約350℃とし、反応ガスAとし
てSiH 4 、反応ガスBとしてNH3 を用いる。
【0044】SiH4 の流量は700cc/min、N
3 の流量は6000cc/minとし、反応管4の内
圧を2.5Torrとする。RF電源3から430KH
zのRF電力を供給して各シリコンウェファ上にRFプ
ラズマを生じさせ、Si3 4 膜を堆積する。
【0045】以上述べた実施例は、いずれもSiウェフ
ァ上にSiO2 またはSi3 4 を堆積するものであっ
たが、石英等の他のウェファ上にSiや金属等の他の材
料を堆積することもできる。
【0046】単元素膜の堆積の場合、反応ガスは1種類
のみであってもよい。したがって、反応ガス導入管5の
本数は必要に応じて増減することができる。また、反応
ガス導入管5の形状は、上記実施例以外にも様々変化さ
せうることは当業者にとって明らかである。
【0047】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【0048】
【発明の効果】ガス流方向に沿って複数のガス放出口を
有する反応ガス導入管の採用によって反応管内、特にウ
ェファ近傍の反応ガス濃度ほぼ均一とすることができ、
ウェファ間の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【0049】また、特に下流領域で反応ガスの実効濃度
(未反応成分の割合)を高めることができるので、平均
的膜堆積速度を高めることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるプラズマCVD装置の構
成概略を示す断面図である。
【図2】従来例によるプラズマCVD装置を説明するた
めの図である。
【図3】本発明の別の実施例によるプラズマCVD装置
の構成概略を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ウェファ 2 サセプタ 3 RF電源 4 反応管 5 反応ガス導入管 6 ヒータ 7 ガス排出口 8 ガス導入口 9 ガス放出口 17a、17b、18a、18b フランジ
フロントページの続き (72)発明者 恒岡 正年 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に長い反応管(4)と、 前記反応管(4)の一端に形成されたガス排出手段と、 前記反応管(4)内で、軸方向に沿って複数のウェファ
    を支持するめための支持手段(2)と、 前記反応管(4)の軸方向に沿った複数箇所で反応ガス
    の少なくとも1種類を放出するための反応ガス導入手段
    (5)とを有するCVD装置。
  2. 【請求項2】 前記支持手段(2)が一対の導電性部材
    を含み、 さらに前記一対の導電性部材に接続された高周波電源が
    備えられた請求項1記載のCVD装置。
  3. 【請求項3】 前記反応ガス導入手段(5)が前記反応
    管(4)内でU字型に折り返している管を含む請求項1
    ないし2記載のCVD装置。
  4. 【請求項4】 前記反応ガス導入手段が、独立に流量制
    御される複数本の反応ガス導入管を含み、前記複数本の
    反応ガス導入管が前記反応管(4)内の軸方向複数位置
    に配置された反応ガス放出口を有する請求項1〜3のい
    ずれかに記載のCVD装置。
JP19238692A 1992-07-20 1992-07-20 Cvd装置 Withdrawn JPH0633245A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012222287A (ja) * 2011-04-13 2012-11-12 Shimadzu Corp プラズマcvd成膜装置および基板搭載装置
WO2012169277A1 (ja) * 2011-06-10 2012-12-13 シャープ株式会社 テクスチャ構造の形成方法および太陽電池の製造方法
CN103451624A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 北大方正集团有限公司 一种沉积炉管及沉积薄膜的方法
KR20160091940A (ko) 2013-11-29 2016-08-03 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 편광자 및 그것을 포함하는 편광판

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Effective date: 19991005