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発明の名称 気相成長装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−151335
公開日 平成6年(1994)5月31日
出願番号 特願平4−303541
出願日 平成4年(1992)11月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大日方 富雄
発明者 白井 宏子 / 國友 正人
要約 目的
反応ガスの供給状態の安定化と異物の発生の抑止に優れた効果を発揮し得る気相成長装置を提供する。

構成
このCVD装置1は、例えば枚葉式の装置で、複数種類の反応ガスが各ガス種毎に設けられた個別の供給管10,15を介して個別の吹出し口20,21,25から反応炉30内に吹き出されるようになっているものである。吹き出された反応ガスは反応炉30内において混合され、排気口40及び排気管41を介して排気される。
特許請求の範囲
【請求項1】 少なくとも2種類の反応ガスを反応炉内に導入させてなる気相成長装置において、前記反応炉内に反応ガスを導くガスの供給管及び吹出し口が夫々反応ガスの種類毎に独立して少なくとも一つずつ設けられていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項2】 前記吹出し口のうち少なくとも最外郭に配設された吹出し口が、反応生成物を堆積させる試料の中心方向に向けられて開口させられていることを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
【請求項3】 少なくとも1種類の反応ガスの吹出し口が、上下動可能になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の気相成長装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶成長技術さらには気相成長に適用して特に有効な技術に関し、例えば半導体集積回路装置の製造に用いられるCVD装置(気相成長装置)に利用して有用な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、例えば半導体集積回路装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハ上に薄膜を気相成長させる際に、CVD装置の反応炉(チャンバ)内に半導体ウェハを一枚ずつ導き入れることにより複数枚の半導体ウェハを連続的に処理する所謂枚葉式のCVD装置が用いられるようになってきている。このような枚葉式のCVD装置では、薄膜の性質の均一性を良くするために、例えば、“月刊Semiconductor World”(プレスジャーナル)の第107頁,12月,1991年、に記載されているように、予め複数種類の反応ガスを混合した後に同一の吹出し口から反応炉内に導入している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した技術には、次のような問題のあることが本発明者らによってあきらかとされた。すなわち、予め反応ガスを混合しているため、吹出し口に至るガスの供給管内等で反応が起こり、反応生成物によって供給管や吹出し口が詰まる虞があるだけでなく、吹出し口に付着した反応生成物が剥がれ落ち、半導体ウェハなどの試料に付着するなど異物発生の原因にもなっているというものである。
【0004】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、反応ガスの供給状態の安定化と異物の発生の抑止に優れた効果を発揮し得る気相成長装置を提供することを主たる目的としている。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述及び添附図面から明らかになるであろう。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。すなわち、CVD装置の反応炉内に複数種類の反応ガスを導入する場合に、それら各ガス種毎に個別に反応炉内に吹出し口を設けるとともに、それら各反応ガスの供給源と吹出し口とを個別の供給管で連結し、各ガスの供給系を独立させた構成とした。
【0006】
【作用】上記した手段によれば、各反応ガス毎に供給管及び吹出し口が設けられているため、各ガスは途中で混ざらず、反応炉内に導入されてから初めて混合されるので、供給管や吹出し口の中における反応生成物の付着を減少乃至零にすることができる。
【0007】
【実施例】
(第1実施例)本発明に係る気相成長装置(以下、「CVD装置」とする。)の第1実施例を図1乃至図3に示し、以下に説明する。それらのうち、図1はCVD装置の縦断面図、図2は図1のII−IIにおけるCVD装置の横断面図、図3はCVD装置の変形例の縦断面図である。
【0008】このCVD装置1は、図1及び図2に示すように、例えば枚葉式の装置で、複数種類(本実施例では2種類、第2実施例以下も同じ。)の反応ガスが各ガス種毎に設けられた個別の供給管10,15を介して個別の吹出し口20,21,25から反応炉30(チャンバ)内に吹き出されるようになっているものである。吹き出された反応ガスは反応炉30内において混合され、排気口40及び排気管41を介して排気される。図1中、符号50で示したものは反応生成物を堆積させる試料、例えば半導体ウェハなどである。また、符号60で示したものは半導体ウェハ50を保持するサセプタ(試料保持台)である。
【0009】以下、例えば酸化タンタル(Ta25)膜を容量絶縁膜とするDRAM(Dynamic Random Access Memory)において、その酸化タンタル膜を本装置を用いて半導体ウェハ50上に形成する場合を例として挙げ、説明する。酸化タンタル膜を形成する場合には、一般に反応ガスとして、エトキシタンタルガス(Ta(OC255、以下「タンタルソースガス」とする。)と、オゾンを含む酸素ガス(以下「酸素ソースガス」とする。)などを用いている。これらのガスはお互いに反応しやすいため、100℃以下においても容易に反応が起こり得る。
【0010】従って、このCVD装置1においては、例えばタンタルソースガスを供給管10から吹出し口20,21に供給し、反応炉30内に吹き出させる一方、吹出し口25からは供給管15により供給した酸素ソースガスを吹き出させる。供給管10と供給管15とは、ガスボンベやガス発生装置などの各ガスの供給源から吹出し口20,21,25に至る経路においてそれらガスが混ざらないように、独立して配管されている。
【0011】また、吹出し口20,21は供給管10に、吹出し口25は供給管15に、夫々連通接続されている。そして、吹出し口20は円形状をしていて、その周りを吹出し口25がリング状に囲み、さらにその外側を吹出し口21がリング状に囲んでいる。本実施例では吹出し口部分が吹出し口20,21,25からなる3重構造になっているが、2重構造でもよいし、4重以上の構造でもよい。なお、サセプタ60を加熱するためのランプやコイルなどの熱源や、その他の設備等に付いては省略する。
【0012】以上、詳述したように、第1実施例のCVD装置1によれば、タンタルソースガスや酸素ソースガスなどの各反応ガスは反応炉30内に導入されてから初めて混合されるので、供給管10,15や吹出し口20,21,25の中では反応が起こらない。従って、反応生成物により供給管10,15や吹出し口20,21,25が詰まることがなく、反応ガスを安定して供給することが可能となるとともに、異物の発生が極力抑えられる。また、各反応ガス毎に流量や圧力を細かくかつ正確に調節することができるので、性質や厚さなどの均一性の良い膜を形成することができ、歩留りが向上する。
【0013】なお、タンタルソースガスの吹出し口と酸素ソースガスの吹出し口を必ずしも交互に配設させる必要はなく、例えば図3に変形例として示すCVD装置2のように、同一種のガスの吹出し口を隣合せに配設させてもよい。図3では、タンタルソースガス用の吹出し口20aの周りに同じくタンタルソースガス用の吹出し口20b、その周りに酸素ソースガス用の吹出し口25a,25b、さらにその周りにタンタルソースガス用の吹出し口11a,11b,11cが配設されている。それら吹出し口20a,20b,21a,21b,21c,25a,25bには、夫々供給管10a,10b,11a,11b,11c,15a,15bが連通接続されている。
【0014】この場合、外側に位置している吹出し口から導入される反応ガスの圧力や流量を内側のものよりも大きくすることにより、半導体ウェハ50の外側において反応ガスが希薄になるのを防ぐことができる。具体的には、例えば吹出し口20a,20b,21a,21b,21Cの順でタンタルソースガスの圧力や流量を大きくし、酸素ソースガスに付いても同様に吹出し口25a,25bの順で大きくすればよい。
【0015】(第2実施例)本発明に係るCVD装置の第2実施例を図4及び図5に示し、以下に説明する。それらのうち、図4はCVD装置の縦断面図、図5はCVD装置の変形例の縦断面図である。なお、第1実施例と同一の部材等については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0016】このCVD装置3が第1実施例の装置と異なるのは、以下の点である。すなわち、タンタルソースガス及び酸素ソースガスを、図4に示す矢印のように半導体ウェハ50に向かって吹き出させるために、吹出し口20,21,25が反応炉30の中心側に向けて開口させられている点である。
【0017】このようにすれば、反応炉30内へ導入したガスが半導体ウェハ50の近傍部分に集中し、反応炉30の側壁に反応生成物が付着するのを防ぐことができるので、異物の発生を抑えることができるだけでなく、装置の清掃等のメインテナンスも簡略化される。
【0018】なお、必ずしも全部の吹出し口を中心側に向ける必要はなく、例えば最も外側の吹出し口21だけを中心側に向けるなど、生成された膜の均一性等を考慮して適宜設定すればよい。
【0019】また、吹出し口20,21,25を中側に向ける代わりに、例えば図5に変形例として示すCVD装置4のように、それら吹出し口20,21,25を夫々細かく分割し、それらの開口端の高さを反応炉30の外側に行くに連れて低くなるようにする、すなわち半導体ウェハ50の中心から周端に遠ざかるに連れて半導体ウェハ50に近づけるようにしてもよい。具体的には、例えば吹出し口20を吹出し口20c,20dに二分割し、吹出し口21を吹出し口21d,21e,21fに三分割して、吹出し口20c,20d,21d,21e,21fの順で低くし、一方吹出し口25を吹出し口25c,25dに二分割して、吹出し口25c,25dの順で低くすればよい。
【0020】(第3実施例)本発明に係るCVD装置の第3実施例を、その縦断面図を図6に示し、以下に説明する。なお、第1実施例と同一の部材等については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0021】このCVD装置5が第1実施例の装置と異なるのは、吹出し口(20,21)と25が、各々上下動機構(図示省略)によって高さ調整可能になっている点である。また、吹出し口(20,21)と25の何れか一方の吹出し口のみが上下動可能になっていてもよい。吹出し口20,21、すなわち同一種のガスの吹出し口は連動して上下動可能になっていてもよいし、それらが独立して上下動可能になっていてもよい。
【0022】この装置において、例えば酸素ソースガス用の吹出し口25をタンタルソースガス用の吹出し口20,21よりも半導体ウェハ50に近づけて、より多くの酸素ソースガスを供給することによって、例えばCVD装置により生成された酸化タンタル膜において一般に知られている酸素原子の不足に起因する絶縁性の低下という欠点をなくすことができる。従って、性質や厚さの均一性が良く、絶縁性に優れた膜を形成することができる。
【0023】(第4実施例)本発明に係るCVD装置の第4実施例を、その縦断面図を図7に示し、以下に説明する。なお、第1実施例と同一の部材等については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0024】このCVD装置6が第1実施例の装置と異なるのは、以下の点である。すなわち、図7に示すように、反応ガス以外にも、反応炉30内に導入する例えばキャリアガスなどの不活性ガス等に付いても、他のガス供給系から独立した供給管19及び吹出し口29が設けられている点である。そして、第3実施例と同様に吹出し口29が上下動可能になっているとなおよい。
【0025】例として、図7においては、酸化タンタル膜の成膜時に半導体ウェハ50にUV光(紫外線)を照射することによって、オゾンガスの励起を促し、酸化タンタル膜の酸素原子不足による欠陥の修復効果を向上させている。そのため、このCVD装置6にはUV光源70が設置され、その表面に吹出し口29から窒素ガスを吹き付けて、このUV光源70の表面に反応生成物が付着するのを防いでいる。
【0026】このようにすれば、UV光源70の表面がくもるのを防ぐことができ、装置を長時間稼働させても欠陥修復効果が劣化せず、性質の良い酸化タンタル膜を形成することができる。
【0027】なお、吹出し口29から不活性ガス等を導入する目的は、上述したUV光源70の表面のくもり防止に限らないのはいうまでもない。
【0028】以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記第1〜第4実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例においては、酸素ソースガスとしてオゾンを含む酸素ガスを用いているが、酸素ガス及びオゾンガスの何れか一方だけでもよい。また、オゾンを含まない酸素ガスとタンタルソースガスとの反応性は低いので、タンタルソースガスと酸素ガスを同じ吹出し口から導入してもよい。さらに、上記第1〜第4実施例では、何れもエトキシタンタルガスとオゾンを含む酸素ガスとから酸化タンタル膜を形成する場合に付いて説明したが、エトキシタンタルガスやオゾンを含む酸素ガス以外の反応ガスを用いてもよいのはいうまでもないし、また酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(Zr02)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、窒化シリコン(Si34)、タングステンシリサイドなどの膜を、異なる2種類以上の反応ガスを用いて形成する場合にも適用することができる。さらにまた、本発明は枚葉式のCVD装置に限らず、一度に複数枚の半導体ウェハを処理する所謂バッチ式のCVD装置にも適用できる。
【0029】以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である半導体集積回路装置の製造に用いられるCVD装置に適用した場合について説明したが、この発明はそれに限定されるものではなく、気相成長法による結晶成長技術に広く利用することができる。
【0030】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。すなわち、各反応ガスは反応炉内に導入されてから初めて混合されるので、供給管や吹出し口の中における反応生成物の付着が減るか若しくは零になり、反応生成物により供給管や吹出し口が詰まるという事態の発生を回避することができ、反応ガスを安定して供給することが可能となるとともに、異物の発生を極力減少させることも可能となり、ひいては性質や厚さなどの均一性の良い膜を形成することができ、歩留りが向上する。




 

 


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