JPS6318079A - 薄膜形成方法及び装置 - Google Patents

薄膜形成方法及び装置

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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は化学的気相成長法（Ｃ１１Ｑｌｉｃａｌｖ　ａ
ｐｏｒ　　ＤｅｐＯ３＋ｔ＋ｏｎ　：以下ＣＶＤ法とい
う）による薄膜形成方法及び装置に係り、特に薄膜が形
成される基板を加熱しながら薄膜形成を行なう薄膜形成
方法及び装置に関する。
（従来の技術） ＣＶＤ法は集積回路の製造工程における薄膜形成法の一
つであり、例えばシラン（ＳｉＨ＋）ガスを原料とする
多結晶シリコン薄膜の形成や、有機シランを原料とする
二酸化シリコン膜の形成等に実用化されている。また、
最近では有機アルミニウムを原料としたアルミニウム薄
膜の形成や、高融点金属のハロゲン化物を原料ガスとし
た高融点金属薄膜およびそのシリサイド膜の形成も検討
されている。
ＣＶＤ法には薄膜形成を大気圧下で行なう常圧ＣＶＤ法
と、減圧下で行なう減圧ｃｖｏａとがあるが、最近では
生産性に優れ、段差被覆性および均一性が良好であると
いう特長を有する減圧ＣＶＤ法が主流となっている。
一方、大面積の基板や、微細な表面形状を持つ基板上へ
の薄膜形成を行なう場合は、多数の基板上に一度に１ｍ
膜形成を行なう方式（バッチ式）に代えて、反応室内に
基板を一枚ずつ配置して薄膜形成を行なう方式（枚葉式
）が検討されている。
枚葉式によるＣＶＤ装置では通常、基板支持部材に載置
された基板を加熱しながら薄膜形成を行なうため、次の
ような問題が生じる。
即ち、基板支持部材もしくは反応容器の基板付近が高温
状態になるため、基板上に形成されるべき薄膜が基板支
持部材等の表面にも形成される。
この基板支持部材表面に形成された薄膜は、薄膜形成を
繰返す毎に成長し、ついには基板支持部材等から剥離し
て、基板上に塵として付着する。このような塵が付着し
た基板は不良となるから、集積回路の歩留りが低下する
結果となる。
また、反応室内の反応ガスが基板上のみならず、そのま
わりの高温状態にある基板支持部材もしくは反応容器内
壁上でも反応して消費されることにより、基板上での薄
膜の堆積速度が低下する。
さらに、基板支持部材上に形成された薄膜は、薄膜形成
の結果として生じる副生成ガスの増大を招く。この副生
成ガスの増大は、基板表面付近のガス組成を複雑にし、
ＣＶＤ過程、薄膜の膜質の制御を困難なものとする。
特に減圧ＣＶＤ法においては、基板と基板支持部材との
間が減圧状態となって両者間の熱伝導が低下することに
より、基板を基板支持部材を介してヒーターで加熱する
場合、基板支持部材が基板の表面温度に比べてより高温
となるため、上述した問題が著しい。
（発明が解決しようとする問題森） このように従来の薄膜形成技術においては、基板のまわ
りの基板支持部材もしくは反応容器内壁の表面にも薄膜
が形成されてしまったり、基板上に塵が付着することに
より、歩留りの低下、基板上への薄膜形成速度の低下、
副生成ガスの増大といった問題があった。
本発明は基板支持部材部材等の基板以外の部材への薄膜
形成や基板上への塵の付着を抑制して、上述した問題を
解決できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、基板支持部上に載置した基板を加熱しながら
化学的気相成長法により薄膜を形成する方法及び装置お
いて、基板のまわりの基板支持部もしくは反応容器の表
面部を覆うカバー部材を設けて薄膜形成を行なうもので
ある。
（作用） 本発明によれば、カバー部材が設けられているので、そ
れを基板の表面温度より低く設定することが可能であり
、基板支持部もしくは反応容器内表面への薄膜形成が抑
制されるとともに、基板表面への塵の付着が抑えられる
。
（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例に係る薄膜形成装置とし
ての枚葉式による減圧ＣＶＤ装置の構成を示す断面図で
ある。
第１図において、容器１は例えばステンレスその他の金
属製であり、その内部は減圧ＣＶＤ法による薄膜形成の
ための反応室２を形成している。
この反応室２にバルブ３ａ、３ｂ、３ｃを介して容器１
の側面から反応ガス供給バイブ４ａ、４ｂ。
４Ｃが引込まれ、パイプ４ａ、４ｂの先端部に、多数の
ガス吐出孔を下側に向けて形成した環状のガス吐出ノズ
ル５ａ、５ｂが連結されている。反応室２の底部には、
図示しない排気系に接続される排気口６が形成されてい
る。
反応室２の底部にはさらに、容器１の底面部材を上方に
突出させた有底円筒状の基板支持部材７が設けられてい
る。この基板支持部材７は平坦な基板載置面８を有し、
薄膜が形成されるべき基板９、例えばシリコンウェハを
この上に載置する。
このとき基板９は基板載置面８上の周辺部の例えば３個
所に立てられた位置決めピン１０により位置決めされる
。基板９の出入れは、容器１の側壁に設けられた蓋１１
により開閉可能な基板挿脱口１２を通して行なわれる。
基板支持部材７の内側に、基板９を加熱するための加熱
源としての赤外線ランプ１３が設けられている。
基板支持部材７の基板載置面８を除く露出面、すなわち
側面部を覆うように例えば石英のような熱伝導率の小さ
い材質からなるカバー部材１４が設けられている。この
カバー部材１４は、本実施例では直径の異なる３枚の逆
り字状の断面形状を有する環状板１５ａ、１５ｂ、１５
ｃを連結部材１６により一体化することによって、図示
しない環状板の連通孔により連通した３つの室に仕切ら
れた中空構造を有するものである。カバー部材１４内に
はパイプ１７′を通じてＮ２．Ａｒ等のガスを供給する
ことができる。このカバー部材１４内の空間は、容器１
の底面に開けられた孔からバイブ１７およびバルブ１８
を介して給排気系１９に接続されている。給排気系１９
は反応室２とは独立して、カバー部材１４の内部空間、
すなわちカバー部材１４と基板支持部材７および容器１
の底面部材で囲まれた空間の圧力を例えばＮ２ガスまた
はＡｒガスによる高目の圧力状態から減圧状態まで変化
させることができる。
カバー部材１４は基板支持部材７における基板載置面８
に平行な表面、すなわち最外側の環状部材１５ａの上表
面が、基板載置面８とほぼ同一平面上に位置するように
配置されている。これは薄膜形成時に高温状態となる基
板支持部材７の基板載置面８以外の表面が、カバー部材
１４で覆われずに露出するのを防止するためである。
また、基板支持部材７の基板載置面８に連なる側面と、
カバー部材１４との間の間隙Ｇは、０くＧ≦１１ＩＩｉ
に設定されている。Ｇ−０，すなわち基板支持部材７と
カバー部材１４とが接触した状態では、基板支持部材７
からカバー部材１４への熱伝導が大きくなってカバー部
材１４の表面温度が上昇し、またＧ＞　１ａａ＋では基
板支持部材７の側面への薄膜形成が行なねるおそれがあ
り、カバー部材１４を設けたことによる効果が損なわれ
るからである。
次に、本装置を用いて基板９上にタングステン薄膜を形
成する手順について説明する。まず、薄膜形成に先立ち
、排気口６を介して反応室内を真空排気するとともに、
給排気系１９によりカバー部材１４内を真空排気する。
次に、例えばパイプ４Ｃを通じてノズル５ａからＡｒを
５００００／　ｌ　ｌ　ｎ流し、圧力１０Ｔｏｒｒにす
る。これと平行して、カバー部材１４の内部空間をパイ
プ１７′を通じてＡｒを５０ｃｃ／ｉ＋ｉｎ流して例え
ば１５Ｔｏｒｒの圧力状態とする。この状態で加熱源１
３に通電を行ない、基板支持部材７を介して基板９を加
熱する。この場合、カバー部材１４の内部空間が反応室
内より若干高い圧力に設定されていることで、基板支持
部材７からカバー部材１４への熱伝導が効果的になされ
るため、基板９は基板支持部材７を介して加熱されると
同時に、カバー部材１４からの輻射熱を受けることにな
り、速やかに所定温度、例えば４００℃程度まで加熱さ
れる。
次に、バルブ３Ｃを閉じてノズル５ａからのＡｒの供給
を止め、続けてバルブ３ａ、３ｂを開き、反応ガス供給
パイプ４ａ、４ｂからそれぞれＷ　Ｆ　ｓガス０．１〜
５Ｔｏｒｒ　、　Ｈ２ガス０．５〜１０Ｔ　ｏｒｒを導
入する。導入されたこれら２種類のガスをガス吐出ノズ
ル５ａ、５ｂから反応室２に吐出させる。これに伴い、
給排気系１９によってカバー部材１４の内部空間を例え
ば１ｍＴＯｒｒ以下の減圧状態にする。このようにカバ
ー部材１４の内部空間を減圧状態にすると、基板支持部
材７からカバー部材１４への熱伝導が著しく減少するた
め、カバー部材１４の表面温度は基板９の表面温度（約
７００℃）より十分に低くなり、この状態で基板７上に
薄膜が堆積する。特に、この実施例においてはカバー部
材１４が３層構造となっているため、カバー部材１４の
表面、すなわち最外側の環状部材１５ａの表面は一層効
果的に低い温度に保持される。
また、カバー部材１４と基板支持部材７の基板近傍の部
分とが僅かに離れて設置されているので、カバー部材１
４への基板支持部材７からの熱伝導もほとんどなく、カ
バー部材１４の温度を下げるのに有効である。
なお、堆積の停止は、まずバルブ３ａ、３ｂを閉じ、バ
ルブ３Ｃを開けてＡｒを反応室内に５００ｃｃ／ｇｉｔ
ｎ流し、加熱源１３をオフにし、更にパル１３Ｃを閉じ
、パイプ１７′からのＡｒの供給を停止して行なわれる
。
第２図は基板支持部材７と基板９およびカバー部材１４
のそれぞれの表面温度を種々のアルゴンガス圧力の下で
実測した例を示したものであり、いずれの圧力において
も、基板支持部材７の表面温度は基板９よりも高いが、
カバー部材１４の表面温度は基板９の表面温度より低く
維持されている。なお、この例は容器１および基板支持
部材７の材質がステンレス、基板９がシリコン基板、そ
してカバー部材１４の材質が石英の場合を示している。
次に、薄膜形成の例として、部分的にシリコン酸化膜で
覆われたシリコン基板上に選択的にタングステン膜を形
成する実験を行なったので、以下に説明する。装置とし
て第１図の構造の装置を用い、反応室２に第１の反応ガ
スとして六フッ化タングステン（ＷＦｓ）ガスを０．２
Ｔｏｒｒ　、水素（Ｈ２）ガスをＩＴｏｒｒそれぞれ導
入し、堆積温度３５０℃でシリコン基板上のシリコン酸
化膜（ＳｉＯ２）で覆われていない部分に選択的にタン
グステン膜を形成した。
第３図は堆積時間とタングステン膜の膜厚との関係を示
したもので、特性■は本発明に基づくカバー部材１４を
設け、カバー部材１４の内部空間を前述したような減圧
状態として薄膜形成を行なった場合、また特性■はカバ
ー部材１４を有しない従来装置の場合である。この結果
から、本発明によると堆積速度が向上することがわかる
。この理由は、従来装置では高温状態にある基板支持部
材上での反応ガス（ＷＦｓ　、Ｈ２）の消費が多いのに
対して、本発明では高温状態の基板支持部材７はカバー
部材１４によって覆われることにより反応室２に露出し
ておらず、またカバー部材１４は基板９より低温の状態
に維持されていることにより、このカバー部材１４上で
の反応ガスの消費は極めて少ないからである。
さらに、このように基板支持部材７やカバー部材１４等
の基板９の周辺での反応ガスの消費を抑制し、基板９上
以外での不要なタングステン膜の形成を防止できること
は、タングステン膜形成の選択性の向上にも寄与する。
この理由は次のように説明できる。
すなわち、タングステン膜が形成されると、タングステ
ンとＷ　Ｆ　ｓ及び水素の反応により副生成ガスである
フッ化水素（ＨＦ）が発生する。ＨＦはＳｉＯ２膜表面
をエツチングして荒らす作用を持ち、その結果としてＳ
ｉＯ２膜表面にタングステンが吸着され易くなるので、
薄膜形成の選択性が低下する。
これに対し、本発明によれば基板９上以外への不要なタ
ングステン膜の形成が防止されることで、ＨＦの総量が
抑制されるため、ＳｉＯ２膜表面へのタングステンの付
着が抑制される。従って、シリコン基板の８１０２１で
覆われていない領域の表面にのみ選択的にタングステン
膜を形成することが可能となり、選択性の向上を図るこ
とができる。
本発明は、タングステン膜の形成に限らず、ＳｉＯ２膜
や多結晶シリコン膜の形成等にも適用される。ＳｉＯ２
膜の場合、例えば基板温度を５００〜８００℃として、 Ｔ　Ｅ　ＯＳ　（Ｔ　ｅｔｒａｃｔｈｙｌｏｔｈｏｓｉ
ｌｉｃａｔｅ　）ガスヲ１〜２００ｃｃ／ｓｉｎ　、　
Ｎ２ガスを１００〜１０００ｃｃ／　ｓｉｎ供給して堆
積される。また、多結晶シリコン膜の場合、例えば基板
温度を８００〜１１００℃に設定し、ＳｉＨ＋ガスを０
．１〜Ｉ　Ｔｏｒｒ　、　Ｎ２ガスを１〜１０Ｔｏｒｒ
　、　Ｎ２ガスを１〜１００Ｔｏｒｒ供給して堆１積を
行なうことができる。
本発明による薄膜形成装置の他の実施例を説明する。第
４図は本発明の第２の実施例に係る薄膜形成装置であり
、断面逆Ｕ字状のカバー部材２１が設けられている点に
特徴がある。このカバー部材２１の内部空間、すなわち
カバー部材２１と容器１の底面部材とで囲まれた空間は
、反応室２の排気口６に連通している。また、カバー部
材２１の上壁には連続したリング状、または点在した孔
からなる開口部２２が形成され、この開口部２２を通し
てカバー部材２１の内部空間と反応室２とが連通してい
る。
この実施例においても第１の実施例と同様に、カバー部
材２１は基板支持部材７における基板載置面８に平行な
表面が基板載置面８とほぼ同一平面上に位置するように
配置され、さらに基板支持部材７の基板載置面８に連な
る側面と、カバー部材２１との間の間隙ＧはＯ＜Ｇ≦１
１１＃Ｉに設定されている。その他の構成は第１の実施
例と同様である。
この実施例においては、薄膜形成時に反応室２が排気口
６を通して排気されると同時に、カバー部材２１の内部
空間も排気される。この場合、カバー部材２１と基板支
持部材７とが間隙を介して対向しているので、基板支持
部材７から容器１の底面部材を通してのカバー部材２１
への熱伝導が抑制されるため、カバー部材２１の表面温
度は基板９の表面温度より低く維持される。
第５図は本発明の第３の実施例に係る薄膜形成装置であ
り、基板載置面３２を有する基板支持部材３１は反応室
２を形成する容器１とは独立に構成され、加熱源として
のシース抵抗線３３が下面に取付けられた均熱板３４を
収容している。均熱板３４はシース抵抗線３３が発する
熱を基板支持部材３１に均一に伝達するためのものであ
り、例えば銅のような金属板が使用される。シース抵抗
線３３は基板支持部材３１の底面に連結された一対のパ
イプ３５ａ、３５ｂの内部を通るリード線３６ａ、３６
ｂを介して加熱用電源に導かれている。
そして、基板支持部材３１を覆うように偏平で上部が基
板９を囲むように開口した筒状のカバー部材３７が設け
られている。このカバー部材３７は上面が基板支持部材
３１の基板載置面３２とほぼ同一平面上に位置するよう
に構成されている。
カバー部材３７の底部にはカバー部材３７の内部空間、
すなわちカバー部材３７と基板支持部材３１との間の空
間に連通したパイプ３８が一体に形成されており、この
パイプ３８はバルブ１８を介して給排気系１９に接続さ
れている。
この実施例においても、基板９への薄膜形成に先立ち給
排気系１９によってカバー部材３７の内＝１８− 部空間を加圧状態とし、薄膜形成時には逆に給排気系１
９により該空間を減圧状態とすることによって、第１の
実施例と同様の効果が得られる。
第６図は本発明の第４の実施例に係る薄膜形成装置の要
部の構成を示したもので、第５図の構成をさらに発展さ
せてカバー部材を二重構造としたものである。すなわち
、基板支持部材３１の基板載置面３２から所定の高さま
での部分を除くほぼ全体を覆うように設けられた第１の
カバー部材３７ａの外側に、第２のカバー部材３７ｂを
配置し、第２のカバー部材３７ｂの上面が基板載置面３
２とほぼ同一平面上に位置するようにしている。
カバー部材３７ａには図示しない連通孔が設けられてい
る。また、第１．第２のカバー部材３７ａ。
３７ｂの底部にそれぞれ給排気のためのバイブ３８ａ、
３８ｂが一体に形成されている。本実施例によれば、薄
膜形成時に第１．第２のカバー部材３７ａ、３７ｂＬと
基板支持部材３１により形成される２つの内部空間を減
圧状態とすることによって、基板支持部材３１から反応
室２内に露出している第２のカバー部材３７ｂの表面ま
での熱伝導を著しく少なくでき、本発明の効果がより顕
著に発揮される。
第７図は本発明の第５の実施例を示すものであり、基板
９は基板支持部材４８を介して加熱源４７により加熱さ
れる。カバー部材４４は石英製の２枚のＬ字状断面の環
状部材４５．４６を貼り合せたものである。この場合、
部材４５．４６は熱伝導が小さいので、部材４５の表面
では基板支持部材４８より５０℃以上低く、また部材４
６の表面ではそれより更に５０℃以上低くなるので、特
にカバー部材４４内を減圧する必要もなく、基板９上に
集中的に堆積を行なうことができる。
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例
えばカバー部材の表面温度を基板の表面温度より低くす
る手段としては、カバー部材の内部空間を減圧状態とす
る代りに、カバー部材の内部空間に冷却したＮ２ガスの
ような冷却ガスを流したり、バイブを通じて基板９より
低温の恒温液を流す構成としてもよい。あるいは、カバ
ー部材をベルチェ効果素子により基板より低温に設定し
てもよい。
また、カバー部材は板状に限らず、ブロック状のもので
あってもよい。
さらに、前記実施例で説明したシリコン基板表面におけ
るタングステン膜の選択形成はあくまでも一例であり、
本発明はＣＶＤ法により薄膜を形成する用途一般に適用
することができる。その他、本発明は要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することが可能である。
［発明の効果］ 本発明によれば、基板以外の部分への薄膜の形成を防止
できる。また、基板への塵の付着が少なくなり、集積回
路等の歩留り向上に寄与できる。
さらに、本発明では薄膜形成の堆積速度が向上し、また
副生成ガスの発生量が減少することにより、例えば選択
的な薄膜形成を行なう場合に選択性の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例に係る薄膜形成−２１＝ 装置の断面図、第２図は同実施例における各部の表面温
度の実測例を示す図、第３図は同実施例の装置でタング
ステン膜の形成を行なった場合の堆積速度とタングステ
ン膜の膜厚との関係を従来装置のそれと比較して示す図
、第４図は本発明の第２の実施例に係る薄膜形成装置の
断面図、第５図は本発明の第３の実施例に係る薄膜形成
装置の断面図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の
第４および第５の実施例に係る薄膜形成装置の要部断面
図である。 １・・・容器、２・・・反応室、３ａ、３ｂ・・・パル
プ、４ａ、４ｂ・・・反応ガス供給バイブ、５ａ、５ｂ
・・・ガス吐出ノズル、６・・・排気口、７・・・基板
支持部材、８・・・基板載置面、９・・・基板、１０・
・・位置決めビン、１１・・・蓋、１２・・・基板挿脱
口、１３・・・赤外線ランプ（加熱源）、１４・・・カ
バー部材、１５ａ〜１５Ｃ・・・環状部材、１６・・・
連結部材、１７・・・バイブ、１８・・・バルブ、１９
・・・給排気系、２１・・・カバー部材、２２・・・開
口部、３１・・・基板支持部材、３２・・・基板載置面
、３３・・・シース抵抗線（加熱源）、３４・・・均熱
板、３５ａ、３５ｂ・・・パイプ、３６ａ、３６ｂ・・
・リード線、３７，３７ａ。 ３７　ｂ　・・・カバー部材、３８．３８ａ、３８ｂ−
・・パイプ、４４・・・カバー部材、４７・・・加熱源
、４８・・・基板支持部材。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 濱椰θ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）容器内に置かれる基板のまわりの基板支持部もし
    くは前記容器の表面部をカバー部材で覆つた装置により
    前記基板上に薄膜を形成するに際し、前記基板を加熱し
    、且つ前記容器内に原料ガスを供給するとともに、前記
    カバー部材を前記基板より低い温度にして、前記基板上
    に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
  2. （２）カバー部材と基板支持部もしくは容器の表面部間
    に空間が存在し、該空間内の圧力が前記基板の露呈する
    前記容器内空間の圧力より小さいことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の薄膜形成方法。
  3. （３）カバー部材が基板支持部より熱伝導が小さい材料
    で構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の薄膜形成方法。
  4. （４）容器と、この容器内で基板を載置する基板支持部
    と、前記基板を加熱する手段と、前記容器内に原料ガス
    を供給する手段と、前記容器内を排気する手段と、少な
    くとも前記基板のまわりの前記基板支持部もしくは容器
    の表面部を覆うカバー部材とを具備した薄膜形成装置。
  5. （５）カバー部材と基板支持部もしくは容器の表面部間
    に空間が存在することを特徴とする特許請求の範囲第４
    項記載の薄膜形成装置。
  6. （６）カバー部材と基板支持部もしくは容器の表面部間
    に存在する空間を前記基板が露呈する前記容器内空間よ
    り低圧に設定する手段を備えたことを特徴とする特許請
    求の範囲第５項記載の薄膜形成装置。
  7. （７）基板もしくは基板支持部の基板に隣接する部分か
    ら間隙をおいてカバー部材が配置されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。
  8. （８）間隙が１ｍｍ以下であることを特徴とする特許請
    求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。
  9. （９）カバー部材の熱伝導性が基板支持部より小さいこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜形成装
    置。
  10. （１０）基板が基板支持部材を介して加熱手段により加
    熱されることを特許請求の範囲第４項記載の薄膜形成装
    置。
  11. （１１）カバー部材と基板支持部間の空間が複数の室に
    仕切られていることを特徴とする特許請求の範囲第５項
    記載の薄膜形成装置。
  12. （１２）カバー部材と容器もしくは基板支持部間の空間
    が前記基板の露呈する空間に連通していることを特徴と
    する特許請求の範囲第５項記載の薄膜形成装置。
  13. （１３）基板支持部の前記基板載置面が前記容器内に突
    出した構造を有するものであり、前記カバー部材は前記
    基板より下方にあることを特徴とする特許請求の範囲第
    ４項記載の薄膜形成装置。
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