JPS6389669A

JPS6389669A - 冷却型気相反応装置

Info

Publication number: JPS6389669A
Application number: JP23600686A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Oyama; 勝美大山; Hitoshi Hikima; 引間　仁; Kazuo Taniguchi; 谷口　和雄; Akira Yoshida; 明吉田; Yukio Murakawa; 幸雄村川; Katsumi Takami; 高見　勝己; Satoru Kishimoto; 哲岸本
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1988-04-20

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】［産業上の利用分野コ本発明は冷却型気相反応装置に関する。更に詳細には、
本発明は反応炉の内壁面上にＳｉＯあるいは５ｉ０２な
どの異物微粒子のフレークが生成・付着することを防止
した冷却型ＣＶＤ薄膜形成装置に関する。

［従来の技術］薄膜の形成方法として半導体工業において一般に広く用
いられているものの一つに化学的気相成長法（ＣＶＤ：
Ｃｈｅｍｉｃａｆ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　ｉ　ｔ
　１ｏｎ）がある。ＣＶＤとは、ガス吠物質を化学反応
で固体物質にし、基板上に堆積することをいう。

ＣＶ　Ｄの特徴は、成長しようとする薄膜の融点よりか
なり低い堆積温度で種々の薄膜が得られること、および
、成長した薄膜の純度が高く、ＳｉやＳｉ上の熱酸化膜
−Ｌに成長した場合も電気的特性が安定であることで、
広＜　゛＋ａ導体表面のパッシベーション膜として利用
されている。

ＣＶＤによる薄膜形成は、例えば約４００°Ｃ−５００
℃程度に加熱したウェハに反応ガス（例えば、Ｓ　ｓ　
Ｈ４＋　０２　＊　　またはＳ　ｉ　Ｈ４＋ＰＨ，？　
＋０２）を供給して行われる。上記の反応ガスは反応炉
（ベルジャ）内のウェハに吹きつけられ、該ウェハの表
面に５ｉ０２あるいはフォスフオシリケードガラス（Ｐ
ＳＧ）またはボロシリケートガラス（ＢＳＧ）の薄膜を
形成する。また、ＳｉＯ２とＰＳＧまたはＢＳＧとの２
層成膜が行われることもある。更に、モリブデン、タン
グステンあるいはタングステンシリサイド等の金属薄膜
の形成にも使用できる。

５ｉＨｑ−０２系＋７）ＣＶＤ法はＳｉＨ＜＋が０２と
室温で爆発的に反応するので、不活性ガスで十分に希釈
して用いる必要がある。反応ガス中での５ｉＨｑ濃度は
例えば、５ｉＨ４０２−Ｎ２の混合ガス中では少なくと
も０．８％以下であれば室温でも反応せず、１４０℃−
２７０℃に加温された場合に反応を開始する。

［発明が解決しようとする問題点コ従来のＣＶＤ薄膜形成装置ではウェハ載置台に限らず、
反応炉内全体が反応開始温度以上の高温雰囲気となって
いた。そのため、炉内に送入された反応ガスは反応炉内
の円錐状カバー、ゲート部。

および中間リングなどの壁面に接触しながら反応炉内を
流動するので、ウェハ１１ｉ装置台上のウェハ表面だけ
でなく、反応炉内の前記壁面上でも成膜反応を起こすこ
とがあった。その結果、該壁面上にＳｉＯまたは５ｉ０
２等の酸化物微粒子のフレークを生成・付着させる。

このようなフレークは僅かな振動、風圧で剥げ落ち、ウ
ェハ表面上に落下付着することがある。

また、フレークが反応ガスにより巻き上げられて炉内を
浮遊し、ウェハ表面上に落下・付着する可能性もある。

これらフレーク（異物）がウェハに付着すると蒸着膜に
ピンホールを発生させたりして半導体素子の製造歩留り
を著しく低下させるという欠点があった。

更に別の問題点として、反応炉の内壁面上で反応ガスが
反応してしまうため、炉内に給送した反応ガスが無駄に
消費され、ガスの有効利用率が低下するばかりか、薄膜
の成長速度の低下を招いていた。

反応ガスが壁面付近で反応することを防止するため、外
壁に冷却コイルを溶接し、壁面を反応温度以下にまで冷
却する試みがなされた。

しかし、従来の装置では冷却コイルが装置の外壁に点溶
接で固設されていただけであり、しかもコイル全体が空
気中に露出されていた。従って、コイルは壁面と点また
は線接触しているだけであり、非接触部の方が接触部よ
りも遥におおきな面積を占めていた。また、溶接箇所に
よってはコイルが壁面から浮き上がって全く接触してい
ない部分もあった。

その結果、コイル内に冷却水または圧縮冷媒を流したと
しても冷却効率が悪く、壁面を１・分に冷却することが
できなかった。更に、溶接箇所と非溶接箇所とで温度が
異なり壁面を均一に冷却することができなかった。その
ため、所期の目的である、内壁面上における異物発生の
抑制を十分に達成することができなかった。

［発明の目的］従って、本発明の目的は外壁面上に冷却効率の高い冷却
手段を有する気相反応装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］前記の問題点を解決し、同時に前記目的を達成するため
の手段として、この発明は、反応炉の外壁面上に、減圧
空間を有する冷却手段を配設し、前記冷却手段は液体供
給口および真空吸引口を有し、前記減圧空間は液体供給
口から供給された液体を減圧状態で蒸発させるためのも
のであることを特徴とする冷却型気相反応装置を提供す
る。

［作用］前記のように、本発明の冷却型気相反応装置では、減圧
下におけるいわゆるフラッシュ蒸発を利用して反応炉壁
面全体を効率よく冷却する。

冷却効率の向上と温度分布の均一化により、ＣＶｌ）装
置のような気相反応装置の反応炉内壁面の表面温度を成
膜反応開始温度よりも低い温度に維持することができる
。

原因については現在のところ明らかではないが、反応炉
内のＨ２０蒸気が冷却壁面で結露し、壁面へ付着してき
た５ｉｂうことにより、これらがフレークへ成長してい（のを抑
制しているのではないかと思われる。

更に、壁面温度が反応開始温度よりも低いので、反応炉
の内壁面上で反応ガスが反応することは殆どなくなる。

その結果、内壁面上にＳｉＯあるいはＳｉＯ２などの酸
化物微粒子のフレークが生成・付着することは効果的に
防止される。従って、これらフレーク（異物）がウエノ
１表面に落下付着してウエノ１の蒸着膜にピンホールを
発生させたりするような不都合な事態の発生も防１１−
され、半導体素子の製造歩留りを向上させることができ
る。

［実施例コ以下、図面を参照しながら本発明の実施例について史に
詳細に説明する。

第１図は本発明の冷却型気相反応装置の一実施例を示す
部分概要図であり、第２図（ａ）および（ｂ）は減圧方
法を示す部分概要図である。

第１図に示される気相反応装置はＣＶＤ薄膜形成装置で
ある。

第１図において、１はＣＶＤ薄膜形成装置、３は円錐状
カバー、５は中間リング、７は反応炉本体、９は反応ガ
ス送大ノズル、１１は円錐状バッファ、１３はウェハ載
置台、１５はウェハ搬入・搬出用のゲート部をそれぞれ
示す。

第１図に示されるように、円錐状カバー３の外壁面上に
第１の冷却手段２０ａを配設する。同様に、中間リング
５の外壁面上に第２の冷却手段２０ｂを配設する。また
、反応炉から突出したゲート部１５の外壁面上に第３の
冷却手段２０ｃを配設し、中間リングの下部の反応炉本
体７の外壁面上に第４の冷却手段２０ｄを配設する。

ウェハ載置台よりも上側の内壁面にフレークが付着する
と色々と不都合なことが起こるので、冷却手段の配設の
重要度の順序は一番が円錐状カバーである。二番目は中
間リング、三番口はゲート部である。ウェハ載置台より
も下側になる反応炉本体胴部は必要に応じて冷却手段を
配設すればよい。所望により、反応ガス送入ノズルの外
周囲面にも冷却手段を配設することができる。

第１．第２．第３および第４の冷却手段はいずれも減圧
空間１８を有しており、その外部には水供給管２２、真
空吸引口２４および水抜き口２６が配設されている。水
供給管２２の途中には水流酸調節バルブ２８が設けられ
ている。冷却手段の減圧空間内の圧力を検出するために
、冷却手段に圧力計３０を取り付けることもできる。水
辺外の液体も供給できる。

冷却手段は反応炉の円錐上カバー、中間リング。

ゲート部および反応炉本体胴部のほぼ全面を覆うように
、これらの形状に合わせてドーナツ吠または円環状に形
成することもできるし、渦巻き状にしたり、あるいは反
応炉外壁面」二に独立形式に点在させることもできる。

第２図（ａ）に示されるように、冷却手段２０を反応炉
外壁面全体に密着させる。水流晴調節バルブ２８で水の
流量を調節し、冷却手段内部に水を供給する。この際、
水が冷却手段の反応炉外壁面側の壁面３２に沿って万遍
なく流れるようにすることが好ましい。このため、水供
給管２２の口端部３４を壁面３２に出来るだけ接近させ
ることが好ましい。冷却手段を環状に構成すれば、水供
給管の目端部も１個だけでなく所定の間隔で環状に複数
個配設することもできる。

真空吸引口２４からポンプ３６で冷却手段の減圧空間１
８の空気を排気し、この空間内を減圧状態にすることに
より、いわゆるフラッシュ蒸発を誘発させる。水は減圧
下では非常に蒸発しやすく、蒸発するとき回りから熱を
奪うので、反応炉の壁面を冷却することができる。排気
ポンプとしては真空ポンプ等を使用できる。

蒸発せずに余った水は水抜き口２６からドレンタンク４
０に溜める。冷却中、すなわち、減圧中はタンク４０内
の水が逆流することを防止するために、水抜きバルブ４
２および大気取入バルブ４４を閉じておく。ドレンタン
ク４０内に溜まった水は水抜きバルブ４２を閉じ、大気
取入バルブ４４および排水バルブ４６を開くことにより
除去できる。

第２図（ｂ）では減圧手段としてポンプの代わりにエジ
ェクタ５０を使用する。エジェクタ５０には本装置の排
水または市水を利用する。エジェクタ５０の土管５２か
ら上管５４へ勢いよく水を流下させると、ベルヌイの定
理により膨隆部５６内の圧力は負圧となる。か（して、
減圧空間を減圧状態にすることができる。

反応炉外壁面の温度は冷却手段の減圧空間内の圧力に応
じて変化させるこができる。圧力が低いほど水の蒸発量
が増えるので、壁面の温度を低くすることができる。減
圧空間内の圧力はポンプの排気出力を変化させるか、ま
たはエジェクタ５０に送る水の量を変化させることによ
り調節することができる。この圧力は圧力計３０で確認
することができる。

冷却手段の減圧空間容積が大きすぎるとポンプまたはエ
ジェクタによる減圧効果が低下するので、この減圧空間
を散気室に分割することもできる。

この場合、各気室毎に減圧手段および圧力計を配設する
。その他の部材は配管を適当に工夫することにより共用
化することができる。

反応炉の外壁面を冷却手段の内側壁面として直接使用す
ることもできる。このようにすると反応炉外壁面の冷却
効果が一層高まる。

ゲート部の下側外壁面には重力の関係で水を流下させる
ことができないので、この部分には例えば、吸水性シー
トのような部材を貼着しておき、湿潤状態にすることが
好ましい。これ以外の湿潤方法も実施できる。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明の冷却型気相反応装置では
、減圧下におけるいわゆるフラッシュ蒸発を利用して反
応炉壁面全体を効率よく均一に冷却する。かくして、従
来の点溶接のコイル式冷却手段に比べて簡単で、しかも
安価な冷却手段でありながら、冷却効率は遥に優れてい
る。

冷却効率の向上と温度分布の均一化により、ＣＶＤ５Ａ
置のような気相反応装置の反応炉内壁面の表面温度を成
膜反応開始温度よりも低い温度に維持することができる
。

反応炉の壁面が冷却されるために、炉内の水分は冷却壁
面で結露し、壁面へ付着してきた５ｉｂ生長していくこ
とを抑制する。

その結果、内壁面上にＳｉＯあるいは５ｉ０２などの酸
化物微粒子のフレークが生成ψ付着することは効果的に
防止される。従って、これらフレーク（異物）がウェハ
表面に落下付着してウェハの蒸着膜にピンホールを発生
させたりするような不都合な事態の発生も防【にされ、
半導体素ｒの製造歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却型気相反応装置の一実施例を示す
部分ｉ波間であり、第２図（ａ）および（ｂ）は減圧方
法を示す部分概要図である。１・・・反応炉、３・・・円錐状カバー、５・・・中間
リング、７・・・反応炉本体、９・・・反応ガス送入ノ
ズル。１１・・・バッファ、１３・・・ウェハ載置台、１５・
・・ゲート部、１８−・・減圧空間＋　　２０ｔ　　２
０ａｔ　　２０ｂ＊２０ｃおよび２０ｄ・・・冷却手段
、２２・・・水供給管。２４・・・真空吸引口、２６・・・水抜き口、２８・・
・水流微調節バルブ、３０・・・圧力計、３２・・・冷
却手段内側側壁面、３４・・・水供給管口端部、３６・
・・ポンプ。４０・・・水溜めタンク、４２・・・水抜きバルブ。４４・・・大気取入バルブ、４６・・・排水バルブ、５
０・・・エジェクタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応炉の外壁面上に、減圧空間を有する冷却手段
を配設し、前記冷却手段は液体供給口および真空吸引口
を有し、前記減圧空間は液体供給口から供給された液体
を減圧状態で蒸発させるためのものであることを特徴と
する冷却型気相反応装置。
（２）冷却手段の真空吸引口には真空ポンプが接続され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
冷却型気相反応装置。
（３）冷却手段の真空吸引口にはエジェクタが接続され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
冷却型気相反応装置。
（４）液体は水であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の冷却型気相反応装置。
（５）ＣＶＤ装置である特許請求の範囲第１項から第４
項の何れかに記載の冷却型気相反応装置。