JPH0930893A

JPH0930893A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH0930893A
Application number: JP33608195A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Suzuki; 新平鈴木; Nobuhisa Komatsu; 伸壽小松; Eiji Sato; 栄治佐藤; Tomomi Kondo; 知美近藤; Osamu Kasahara; 修笠原; Masato Kunitomo; 正人國友
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータの使用寿命が長く、膜厚分布が均一な
成膜を行うことができる気相成長装置を提供する。【解決手段】反応炉を有し、該反応炉内に、反応ガス
吹出用のガスヘッドと、該ガスヘッドと対峙して上面に
基板が載置されるサセプタを有する気相成長装置におい
て、前記サセプタは石英フードの上面に配置され、該石
英フード内にヒータが収納されており、反応炉の内壁面
及びガスヘッドの反応炉内側外周面が鏡面仕上げされて
いる気相成長装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置に関す
る。更に詳細には、本発明はヒータの寿命が長く、異物
汚染を受けず、膜厚分布が均一な膜を成膜することので
きる気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造においては、ウエハの
表面に酸化シリコンなどの薄膜を形成する工程がある。
薄膜の形成方法には化学的気相成長法（ＣＶＤ）が用い
られている。ＣＶＤ法には、常圧法、減圧法およびプラ
ズマ法の３方法がある。

【０００３】シリコン酸化膜の形成材料には例えば、モ
ノシランガスのＳｉＨ₄ などが使用されてきたが、半導
体デバイスの微細化に伴ってステップカバレージの低下
が問題となってきた。このモノシランガスの代わりに、
最近、液体のテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯ
Ｓ）［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］が使用されるようになっ
てきた。ＴＥＯＳはステップカバレージに優れた緻密な
膜を形成できるためである。ＴＥＯＳを用いてシリコン
酸化膜を成膜する場合、ＴＥＯＳを加熱して気化させ、
ＴＥＯＳガスとして反応炉に供給する。また、タンタル
酸化膜のＴａ₂Ｏ₅膜は液体のＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅を気化
して反応炉に導入することにより成膜される。気化され
たＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又はＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅ガスは酸
素ガス又はオゾンガスと混合されて成膜反応に使用され
る。

【０００４】このような気化Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又は
Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅ガスを使用する従来の気相成長装置
１００の一例を図５に示す。図において、反応炉（チャ
ンバ）１１０は気密とされ、反応炉１１０のガスヘッド
ベース１０２に金属製のノズル部１３０を固定し、その
下部にアルミニウム製で、上面から下面に貫通する微小
孔１４１を多数有する円盤状のガスヘッド１４０をリン
グ１０３により支持する。

【０００５】ガスヘッド１４０に対峙してサセプタ１２
０が配設されている。サセプタ１２０は支柱１２５によ
り支持されている。サセプタ１２０の下部にはヒータユ
ニット１２１が配設されており、サセプタ１２０とヒー
タユニット１２１の周囲にはヒータカバー１２３が設け
られている。ヒータユニット１２１は、ニクロム線など
からなるヒータを有する。

【０００６】反応処理においては、反応炉１１０の側面
１０５に設けられたロードロック室１５０のゲート１５
１を開き、キャリッジ１５２により基板１０６を搬入し
てサセプタ１２０の上面略中央部に載置する。ゲート１
５１を閉じて、ダクト１０４から排気することにより反
応炉内部を所定の真空度にした後、ヒータ１２１により
サセプタ１２０が加熱され、これに載置された基板が所
定の温度になると、インレット１３４から所定の反応ガ
ス（例えば、ＴＥＯＳ及び酸素ガス）を反応炉内に送入
する。ガスはノズル部１３０を経て、ガスヘッド１４０
の微小孔１４１より基板に向けて噴射される。

【０００７】図５に示された従来の気相成長装置１００
では、ヒータユニット１２１のヒータ（例えば、ニクロ
ム線など）が成膜反応に使用される酸素ガスにより酸化
され易く、消耗が速いために比較的頻繁に交換する必要
があった。また、ヒータに由来する重金属によりシリコ
ンウエハが汚染されることがあった。更に、ヒータユニ
ット１２１による加熱効果にロスが多いため、ウエハの
温度分布にムラが生じ易く、その結果、ウエハ表面に成
膜された膜の膜厚分布も不均一になりやすかった。ま
た、サセプタ１２０からの輻射熱が低いため、サセプタ
１２０とガスヘッド１４０との間隔を狭くしないと、ガ
スヘッド１４０から流下された反応ガスの温度が低下
し、ウエハ表面に正常な膜を成膜することが困難にな
る。このため、反応ガスはノズル１３０内で十分に混合
しておかなければならないが、この混合によりノズル１
３０内でも成膜反応が起こり、異物増加などの望ましか
らざる現象を引き起こすことがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ヒータの寿命が長く、異物汚染を受けず、膜厚分布
が均一な膜を成膜することのできる気相成長装置を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題は、反応炉を有
し、該反応炉内に、反応ガス吹出用のガスヘッドと、該
ガスヘッドと対峙して上面に基板が載置されるサセプタ
を有する気相成長装置において、前記サセプタは石英フ
ードの上面に配置され、該石英フード内にヒータが収納
されていることを特徴とする気相成長装置により解決さ
れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】前記のように、本発明の気相成長
装置では、ヒータが石英フード内に収納されている。従
って、反応ガス内の酸素によりヒータが酸化されたりす
ることはなくなり、ヒータの寿命をのばすことができ
る。また、石英フードによりヒータが隔離されているの
で、ヒータに由来するウエハ重金属汚染は防止される。
また、石英フードは熱伝導率が低く、一旦加熱される
と、石英フード自体が熱源となり、サセプタの加熱効果
を高め、ウエハが均一に加熱され、温度分布も均一化す
る。その結果、ウエハ表面に成膜される膜の膜厚分布が
均一になる。

【００１１】図１は本発明の気相成長装置１の一例の概
要断面図である。この装置も従来の装置と同様に反応炉
１０を有する。反応炉１０の上部にはガスヘッド２が設
けられている。ガスヘッド２はガスヘッドベース３の下
面側に装着され、一方、ガスヘッドベース３の上面には
ガスマニホールド４が装着されている。ガスマニホール
ド４内には気化ガス（例えば、Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又
はＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅）を送入するガス導路５ａと酸素
ガスを送入するガス導路５ｂが設けられている。このガ
ス導路５ａ及び５ｂはそれぞれガスヘッドベース３のガ
ス導路５ａ’及び５ｂ’にそれぞれ連通し、更にガスヘ
ッド２に設けられたガス導路５ａ’’及び５ｂ’’に連
通している。ガスヘッド２に設けられたガス導路５
ａ’’及び５ｂ’’の下端側には反応炉内に向けて開口
する微小なガス吹出口６が設けられている。また、ガス
マニホールド４及びガスヘッドベース３内には、気化ガ
スの再液化を防止するため、加熱用熱媒体を循環させる
ための導路７が設けられている。加熱媒体循環用導路７
を設ける代わりに、別の加熱手段（例えば、コイルヒー
タなど）を使用することもできる。また、図示されたよ
うなガスヘッド２、ガスヘッドベース３及びガスマニホ
ールド４の代わりに、図５に示されたようなガス給送手
段も使用できる。

【００１２】チャンバベース１１に石英フード１２が設
けられている。石英フード１２は締着手段１３により着
脱可能に設けられている。石英フード１２の内部にはヒ
ータ１４が収容されている。ヒータ１４の下部には石英
製の絶縁材１５が配置され、更にこの絶縁材１５の下部
には３段重ねのリフレクタ１６が配置されている。リフ
レクタ１６は必ずしも使用する必要はないが、使用する
と熱効率が高まる。使用する場合、リフレクタ１６は少
なくとも１段あればよい。リフレクタの材質は特に限定
されない。例えば、リフレクタ１６用の材料としてモリ
ブデンなどが好適に使用される。ヒータ１４は例えば、
ＳｉＣ，ニクロム線，カーボンなど公知の全てのものを
使用できる。ヒータ１４は周方向に沿って複数個に分割
されており、所望により必要箇所だけ（例えば、最外周
部分だけ）を駆動させることができる。

【００１３】石英フード１２の厚さは特に限定されな
い。反応炉内の圧力変動及び石英フード１２の上面に載
置されるサセプタ１８の重量に耐えることができる強度
を有する必要十分な厚さであればよい。例えば、本発明
の気相成長装置を減圧ＣＶＤ装置として使用する場合、
反応炉１０内の圧力は１Torr程度にまで減圧されるの
で、石英フード１２の上部厚さは約２５ｍｍ程度であ
り、脚部の厚さは約１０ｍｍ程度であり、足部の厚さは
約２０ｍｍ程度である。これ以外の厚さも当然使用でき
る。炉内圧力と石英フード１２内の圧力を一致させるよ
うに調整すれば石英フード１２の厚さを薄くすることも
可能である。しかし、炉内圧力よりもフード内圧力を低
くするほうが、石英フード１２への熱放散が防止され熱
効率が向上する。このため、石英フード１２内を排気す
るための排気口１７が設けられている。

【００１４】石英フード１２の略中央部上面にはサセプ
タ１８が載置されている。サセプタ１８は、実際にウエ
ハが載置される内側サセプタ１８ａと、この内側サセプ
タを取り囲む外側サセプタ１８ｂとからなる。外側サセ
プタ１８ｂはガイドリングとも呼ばれる。内側サセプタ
１８ａ及び外側サセプタ１８ｂの形成材料は特に限定さ
れないが、ウエハが重金属で汚染されることを避けるた
めに、例えば、グラッシーカーボンなどから構成するこ
とが好ましい。石英フード１２の脇にはウエハ受け渡し
のため内側サセプタ１８ａ上のウエハを上下させる昇降
ツメ２０が配設されている。

【００１５】石英フード１２は、ヒータ１４からの熱線
の透過率が高いが、石英フード１２自体も徐々に加熱さ
れ、ヒータ１４としての機能も果たすようになり加熱効
果が一層向上する。このため、内側サセプタ１８上のウ
エハの温度変動防止効果も高まる。

【００１６】本発明の気相成長装置の別の特徴は、ヒー
タ１４が石英フード１２内に収納されていることの他、
反応炉１０の内壁面が鏡面仕上げされていることであ
る。これは石英フード１２から放射される熱線を鏡面反
射させ、炉内を均一に加熱し、ウエハの温度分布を均一
化させる。その結果、ウエハ表面に成膜される膜の膜厚
分布も均一化する。鏡面仕上げされるのは少なくとも反
応炉の側壁部２１，ガスヘッド２，ガスヘッドベース３
の反応炉内側の全壁面である。所望によりチャンバベー
ス１１の内壁面側も鏡面仕上げすることができる。

【００１７】本発明の好ましい実施態様では、図２及び
図３に示されるように、ヒータ１４はサセプタの外側サ
セプタと略同一の直径を有し、前記サセプタの内側サセ
プタ部分に対応する部分が抜かれた円環状、すなわちド
ーナツ状に構成されている。ヒータ１４はＳｉＣヒータ
を用いることが好ましい。ＳｉＣヒータは耐熱性に優れ
ているので、１０００℃前後まで加熱でき、更に、均質
なため加工精度により均一な加熱が可能である。また、
ヒータ１４がドーナツ状であるため、ウエハはヒータ１
４により直接加熱されるのではなく、ヒータからの輻射
により加熱されるため、ウエハの温度分布が均一とな
る。ヒータ１４の円環中空部には熱伝導性に優れたＳｉ
Ｃなどからなる放射用板を挿入することもできる。ヒー
タ１４の円環中空部に熱伝導性に優れたＳｉＣを挿入す
ると、図１に示された周方向に複数個に分割されたヒー
タ１４の最外周部分だけを駆動させる実施態様に概ね相
当する。

【００１８】図４は、図２及び図３に示された本発明の
ドーナツ状ヒータと、従来の円盤状の全面発熱タイプの
ヒータとのウエハ表面における温度分布状態を示す特性
図である。図示されているように、本発明のドーナツ状
ヒータはウエハ中心部と周縁部との温度差が−１．４℃
であるのに対し、従来の全面発熱タイプにヒータを使用
すると、温度差は−３．６℃になる。この結果から、本
発明のドーナツ状ヒータはウエハの温度分布を均一化で
きることが理解できる。

【００１９】ウエハの重金属汚染を避けるために、反応
炉１０のガスヘッドベース３，側壁部２１，チャンバベ
ース１１及びガスヘッド２は全てアルミニウムで形成す
ることが好ましい。

【００２０】石英フード１２で覆われたチャンバベース
１１の適当な箇所は切り欠かれており、その箇所には例
えば、アルミニウムまたはステンレスからなるヒータベ
ース２２が設けられている。ヒータベース２２の略中央
部には石英製の窓２３が設けられている。この窓２３に
対峙して放射温度計２４が配設されている。また、ヒー
タベース２２の石英製の窓２３に対応するヒータ１４及
びリフレクタ１６の各箇所にも開口部２５，２６がそれ
ぞれ設けられている。石英フード１２及び絶縁材１５は
それぞれ石英製であり透明なので、サセプタ１８の温度
は反応炉外部に設けられた放射温度計２４により測定す
ることができる。

【００２１】本発明の気相成長装置の反応炉１０の一方
の側壁部２１にも密閉可能なロードロック室３０が設け
られており、このロードロック室３０と反応炉１０とを
区切るゲート３１を開閉することにより、ウエハの出し
入れを行う。

【００２２】図示されていないが、反応炉１０の炉内圧
力を調整するための真空排気系が反応炉１０に接続され
ている。従って、本発明の気相成長装置１は例えば、常
圧または減圧ＣＶＤ装置として使用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の気相成長
装置は、ヒータが石英フード内に密閉収納されているの
で、ヒータ自体が成膜反応に使用される酸素ガスなどと
接触することがない。そのため、ヒータとして様々な種
類のものを使用できるばかりか、ヒータの使用寿命を延
ばすことができる。更に、ニクロム線などの金属製ヒー
タに由来するウエハの汚染も防止される。また、ドーナ
ツ状ヒータは従来の全面発熱ヒータに比べてウエハ表面
の温度分布を均一化させることができる。

【００２４】石英フードは熱伝導率が低く、ヒータから
の熱線の透過率が高い。その結果、石英フード自体もヒ
ータとしての機能を果たすようになり加熱効果が一層向
上する。このため、サセプタ上のウエハの温度変動防止
効果も高まる。また、反応炉の内壁面が鏡面仕上げされ
ているので、石英フードから放射される熱線を鏡面反射
させ、炉内を均一に加熱し、ウエハの温度分布を均一化
させる。その結果、ウエハ表面に成膜される膜の膜厚分
布も均一化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相成長装置の一例の模式的構成図で
ある。

【図２】ドーナツ状ヒータを有する図１の気相成長装置
の部分断面図である。

【図３】図２に示されたドーナツ状ヒータの斜視図であ
る。

【図４】図３に示されたドーナツ状ヒータと従来の全面
発熱ヒータとのウエハ表面における温度分布を示す特性
図である。

【図５】従来の気相成長装置の一例の模式的構成図であ
る。

【符号の説明】

１本発明の気相成長装置２ガスヘッド３ガスヘッドベース４ガスマニホールド１０反応炉１２石英フード１４ヒータ１６リフレクタ１８サセプタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤栄治東京都渋谷区東３丁目16番３号日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者近藤知美東京都渋谷区東３丁目16番３号日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者笠原修東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者國友正人東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応炉を有し、該反応炉内に、反応ガス
吹出用のガスヘッドと、該ガスヘッドと対峙して上面に
基板が載置されるサセプタを有する気相成長装置におい
て、前記サセプタは石英フードの上面に配置され、該石
英フード内にヒータが収納されていることを特徴とする
気相成長装置。
【請求項２】反応炉の内壁面及びガスヘッドの反応炉
内側外周面が鏡面仕上げされている請求項１の気相成長
装置。
【請求項３】少なくとも反応炉の側壁部と、ガスヘッ
ドと、このガスヘッドを支持するガスヘッドベースがア
ルミニウムから構成されている請求項１の気相成長装
置。
【請求項４】サセプタは同心円状に配置された内側サ
セプタと外側サセプタからなり、ヒータはサセプタの外
側サセプタと略同一の直径を有し、前記サセプタの内側
サセプタ部分に対応する部分が抜かれた円環状に構成さ
れている請求項１の気相成長装置。
【請求項５】前記ヒータの円環中空部分に放射用板が
挿入されている請求項４の気相成長装置。
【請求項６】放射用板はＳｉＣからなる請求項５の気
相成長装置。
【請求項７】減圧ＣＶＤ装置である請求項１の気相成
長装置。
【請求項８】常圧ＣＶＤ装置である請求項１の気相成
長装置。