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JPH09153485A - Vapor phase growth equipment - Google Patents

Vapor phase growth equipment

Info

Publication number
JPH09153485A
JPH09153485A JP33608295A JP33608295A JPH09153485A JP H09153485 A JPH09153485 A JP H09153485A JP 33608295 A JP33608295 A JP 33608295A JP 33608295 A JP33608295 A JP 33608295A JP H09153485 A JPH09153485 A JP H09153485A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
susceptor
gas
vapor phase
phase growth
growth apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33608295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhisa Komatsu
伸壽 小松
Eiji Sato
栄治 佐藤
Tomomi Kondo
知美 近藤
Masato Kunitomo
正人 國友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Electronics Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP33608295A priority Critical patent/JPH09153485A/en
Publication of JPH09153485A publication Critical patent/JPH09153485A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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、前記サセプタは
内側サセプタと外側サセプタとからなり、該外側サセプ
タは上下に複数個に分割されており、外側サセプタと内
側サセプタとの間には隙間が存在する気相成長装置。隙
間は0.5mm〜1.5mmの範囲内であり、ガスヘッ
ドとサセプタとの間の間隔は100mmである。
(57) Abstract: [PROBLEMS] To provide a vapor phase growth apparatus capable of forming a film having a heater with a long service life and a uniform film thickness distribution. In a vapor phase growth apparatus having a reaction furnace, a gas head for blowing out a reaction gas, and a susceptor on a top surface of which faces the gas head, the susceptor being disposed, The susceptor is disposed on the upper surface of the quartz hood, the heater is housed in the quartz hood, the susceptor is composed of an inner susceptor and an outer susceptor, and the outer susceptor is vertically divided into a plurality of parts. Vapor phase growth apparatus in which a gap exists between the inner susceptor and the inner susceptor. The gap is in the range of 0.5 mm to 1.5 mm, and the gap between the gas head and the susceptor is 100 mm.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vapor phase growth apparatus. More specifically, the present invention relates to a vapor phase growth apparatus capable of forming a film having a long heater life, being free from foreign matter contamination, and having a uniform film thickness distribution.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor ICs, there is a step of forming a thin film such as silicon oxide on the surface of a wafer.
Chemical vapor deposition (CVD) is used as a method of forming a thin film. There are three CVD methods, namely, an atmospheric pressure method, a reduced pressure method and a plasma method.

【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(OC254 ]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Ta25膜は液体のTa(OC255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(OC254又はTa(OC255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。
For example, SiH 4 which is a monosilane gas has been used as a material for forming a silicon oxide film, but with the miniaturization of semiconductor devices, a decrease in step coverage has become a problem. Instead of this monosilane gas,
Recently, liquid tetraethyl orthosilicate (TEO
S) [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] has come into use. This is because TEOS can form a dense film having excellent step coverage. When a silicon oxide film is formed using TEOS, TEOS is heated and vaporized,
It is supplied to the reaction furnace as TEOS gas. The Ta 2 O 5 film of the tantalum oxide film is formed by vaporizing liquid Ta (OC 2 H 5 ) 5 and introducing it into the reaction furnace. The vaporized Si (OC 2 H 5 ) 4 or Ta (OC 2 H 5 ) 5 gas is mixed with oxygen gas or ozone gas and used for the film formation reaction.

【0004】このような気化Si(OC254又は
Ta(OC255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。
An example of a conventional vapor phase growth apparatus 100 using such vaporized Si (OC 2 H 5 ) 4 or Ta (OC 2 H 5 ) 5 gas is shown in FIG. In the figure, a reaction furnace (chamber) 110 is made airtight, a metal nozzle portion 130 is fixed to a gas head base 102 of the reaction furnace 110, and a micro hole 141 penetrating from the upper surface to the lower surface is made of aluminum under the nozzle portion 130. The disk-shaped gas head 140 having a large number is supported by the ring 103.

【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。
The susceptor 12 faces the gas head 140.
0 is provided. The susceptor 120 is supported by columns 125. A heater unit 121 is provided below the susceptor 120, and a heater cover 123 is provided around the susceptor 120 and the heater unit 121. The heater unit 121 has a heater made of nichrome wire or the like.

【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。
In the reaction process, the gate 15 of the load lock chamber 150 provided on the side surface 105 of the reaction furnace 110.
1 is opened, and the substrate 106 is carried in by the carriage 152 and placed on the upper surface of the susceptor 120 substantially at the center. Gate 1
After closing 51 and evacuating from the duct 104 to bring the inside of the reaction furnace to a predetermined degree of vacuum, the heater 121 heats the susceptor 120, and when the substrate placed on the susceptor 120 reaches a predetermined temperature, the inlet 134 is discharged from the inlet 134. A predetermined reaction gas (for example, TEOS and oxygen gas) is fed into the reaction furnace. The gas passes through the nozzle unit 130 and then the gas head 140.
It is ejected toward the substrate from the micro holes 141.

【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。
A conventional vapor phase growth apparatus 100 shown in FIG.
However, since the heater (for example, a nichrome wire) of the heater unit 121 is easily oxidized by the oxygen gas used for the film formation reaction and is quickly consumed, it has been necessary to replace the heater relatively frequently. Further, the silicon wafer may be contaminated by heavy metal derived from the heater. Furthermore, since the heating effect of the heater unit 121 is large, the temperature distribution of the wafer is likely to be uneven, and as a result, the film thickness distribution of the film formed on the wafer surface is likely to be non-uniform. Further, since the radiant heat from the susceptor 120 is low, unless the space between the susceptor 120 and the gas head 140 is narrowed, the temperature of the reaction gas flowing down from the gas head 140 is lowered, and a normal film is formed on the wafer surface. Becomes difficult. Therefore, the reaction gas must be sufficiently mixed in the nozzle 130.
Even within 30, the film forming reaction sometimes occurred, causing an undesired phenomenon such as an increase in foreign matter.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、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。
Therefore, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of forming a film having a uniform film thickness distribution.

【0009】[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
されており、前記サセプタは内側サセプタと外側サセプ
タとからなり、該外側サセプタは上下に複数個に分割さ
れており、外側サセプタと内側サセプタとの間には隙間
が存在する気相成長装置により解決される。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems include a reaction furnace in which a gas head for blowing out a reaction gas and a susceptor on which an upper surface of a susceptor is placed facing the gas head. In the vapor phase growth apparatus having the above, the susceptor is arranged on an upper surface of a quartz hood, a heater is housed in the quartz hood, the susceptor is composed of an inner susceptor and an outer susceptor, and the outer susceptor is vertically arranged in plural. This is solved by a vapor phase growth apparatus which is divided into individual pieces and has a gap between the outer susceptor and the inner susceptor.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】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
54又はTa(OC255)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5
b’’に連通している。ガスヘッド2に設けられたガス
導路5a’’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。
1 is a schematic sectional view of an example of a vapor phase growth apparatus 1 of the present invention. This apparatus also has a reaction furnace 10 like the conventional apparatus. A gas head 2 is provided above the reaction furnace 10. The gas head 2 is mounted on the lower surface side of the gas head base 3, while the gas manifold 4 is mounted on the upper surface of the gas head base 3. A vaporized gas (for example, Si (OC 2 H 2
5 ) 4 or gas conduit 5a for feeding Ta (OC 2 H 5 ) 5 )
And a gas conduit 5b for introducing oxygen gas.
The gas conduits 5a and 5b communicate with the gas conduits 5a ′ and 5b ′ of the gas head base 3, respectively, and further, the gas conduits 5a ″ and 5a provided in the gas head 2 are connected.
It communicates with b ''. At the lower ends of the gas guide paths 5a ″ and 5b ″ provided in the gas head 2, there are provided minute gas outlets 6 opening toward the inside of the reaction furnace. Further, in the gas manifold 4 and the gas head base 3, a guide path 7 for circulating a heating heat medium is provided in order to prevent reliquefaction of the vaporized gas. Instead of providing the heating medium circulating conduit 7, another heating means (for example,
A coil heater, etc.) can also be used. Further, instead of the gas head 2, the gas head base 3 and the gas manifold 4 as shown in the figure, a gas feeding means as shown in FIG. 5 can be used.

【0011】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。
A quartz hood 12 is provided on the chamber base 11. The quartz hood 12 is detachably provided by a fastening means 13. A heater 14 is housed inside the quartz hood 12. An insulating material 15 made of quartz is arranged below the heater 14, and a reflector 16 having three layers is arranged below the insulating material 15. Although the reflector 16 does not necessarily have to be used, its use improves the thermal efficiency. If used, the reflector 16 may have at least one stage. The material of the reflector is not particularly limited. For example, molybdenum or the like is preferably used as the material for the reflector 16. The heater 14 is, for example,
All known materials such as SiC, nichrome wire and carbon can be used. The heater 14 is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, and can be driven only in a necessary portion (for example, only the outermost peripheral portion) if desired.

【0012】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。
The thickness of the quartz hood 12 is not particularly limited. The thickness may be a necessary and sufficient thickness that can withstand the pressure fluctuation in the reaction furnace and the weight of the susceptor 18 placed on the upper surface of the quartz hood 12. For example, when the vapor phase growth apparatus of the present invention is used as a low pressure CVD apparatus,
Since the pressure inside the reaction furnace 10 is reduced to about 1 Torr, the upper thickness of the quartz hood 12 is about 25 mm, the thickness of the legs is about 10 mm, and the thickness of the legs is about 20 mm. It is a degree. Other thicknesses can of course be used. It is also possible to reduce the thickness of the quartz hood 12 by adjusting the pressure inside the furnace and the pressure inside the quartz hood 12 to match. However, lowering the in-hood pressure than the in-furnace pressure prevents heat dissipation to the quartz hood 12 and improves thermal efficiency. Therefore, an exhaust port 17 for exhausting the inside of the quartz hood 12 is provided.

【0013】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はガイドリング又はウエハガイドとも呼ばれ
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。
A susceptor 18 is placed on the upper surface of the substantially central portion of the quartz hood 12. The susceptor 18 includes an inner susceptor 18a on which a wafer is actually placed and an outer susceptor 18b surrounding the inner susceptor. The outer susceptor 18b is also called a guide ring or a wafer guide. The materials for forming the inner susceptor 18a and the outer susceptor 18b are not particularly limited, but in order to prevent the wafer from being contaminated with heavy metals, it is preferable to be composed of, for example, glassy carbon. An elevating claw 20 for raising and lowering the wafer on the inner susceptor 18a is arranged beside the quartz hood 12 for delivering the wafer.

【0014】図2(A)及び(B)は内側サセプタ18
aと外側サセプタ18bとの境界部付近の部分拡大断面
図である。図2(A)は従来技術による内側サセプタ1
8a’と外側サセプタ18b’との境界部付近の部分拡
大断面図であり、図2(B)は本発明による内側サセプ
タ18aと外側サセプタ18bとの境界部付近の部分拡
大断面図である。図2(A)に示されるように、従来の
外側サセプタ18b’は単一成形体からなる。これに対
し、図2(B)に示されるように、本発明の外側サセプ
タ18bは水平方向に、すなわち上下に、2つに分解さ
れた部品を積重させることにより構成されている。ま
た、本発明では、内側サセプタ18aと外側サセプタ1
8bとが接触しておらず、両部材の境界には隙間dが存
在する。本発明の外側サセプタ18bの分割は2分割に
限定されることはない。3分割又は4分割でもよい。こ
こで重要なことは、分割された各片を密着させたりする
手段を決して取らないことである。従って、分割された
各片を単に積み重ねるだけにし、各分割片の表面は鏡面
仕上げすることなく、そのまま使用し、各分割片の接触
面に不均一な隙間が存在してもかまわない。また、各分
割片の厚さは相互に同一であってもよく、又は異なって
いてもよい。図示されていないが、各分割片は位置決め
ピンで位置決めされている。図2(B)に示されるよう
に、外側サセプタを上下に分割し、更に、内側サセプタ
との間に隙間dを設けることにより、外側サセプタの熱
伝導が効果的に阻害され、外側サセプタの表面温度が内
側サセプタの温度よりも低くなる。外側サセプタと内側
サセプタとの間の隙間dは特に限定されないが0.5m
m〜1.5mmの範囲内である。1mm程度が好まし
い。
2A and 2B show the inner susceptor 18
It is a partial expanded sectional view near the boundary part of a and the outer side susceptor 18b. FIG. 2A shows an inner susceptor 1 according to the related art.
8A ′ is a partially enlarged cross-sectional view near the boundary between the outer susceptor 18b ′ and FIG. 2B, and FIG. 2B is a partially enlarged cross-sectional view near the boundary between the inner susceptor 18a and the outer susceptor 18b according to the present invention. As shown in FIG. 2A, the conventional outer susceptor 18b 'is made of a single molded body. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the outer susceptor 18b of the present invention is configured by stacking the two disassembled parts in the horizontal direction, that is, the upper and lower parts. Further, in the present invention, the inner susceptor 18a and the outer susceptor 1 are
8b is not in contact, and a gap d exists at the boundary between both members. The division of the outer susceptor 18b of the present invention is not limited to two divisions. It may be divided into three or four. What is important here is that no measure is taken to bring the divided pieces into close contact. Therefore, the divided pieces may be simply stacked, the surfaces of the divided pieces may be used as they are without being mirror-finished, and non-uniform gaps may exist on the contact surfaces of the divided pieces. Further, the thickness of each divided piece may be the same or different from each other. Although not shown, each divided piece is positioned by a positioning pin. As shown in FIG. 2B, by dividing the outer susceptor into upper and lower parts and further providing a gap d between the outer susceptor and the inner susceptor, the heat conduction of the outer susceptor is effectively impeded, and the surface of the outer susceptor is effectively prevented. The temperature will be lower than the temperature of the inner susceptor. The gap d between the outer susceptor and the inner susceptor is not particularly limited, but is 0.5 m.
It is within the range of m to 1.5 mm. It is preferably about 1 mm.

【0015】図3(A)は図2(A)に示されるような
従来の内側サセプタと外側サセプタを有する装置で成膜
された酸化膜の膜厚分布を示す特性図である。図示され
ているように、従来の装置で成膜すると、ウエハ面内の
膜厚分布は、中心が厚く、周縁部が極端に薄くなってい
る。本発明者らは、この原因を追求していく過程で、内
側サセプタと外側サセプタとの温度差が膜厚分布の不均
一性の原因ではないかと推測した。図2(A)に示され
るような従来技術による内側サセプタ18a’と外側サ
セプタ18b’の場合、内側サセプタ温度(すなわち、
ウエハ温度)<外側サセプタ温度となり、外側サセプタ
上のノズルから供給された反応ガス(例えば、Si(O
254又はTa(OC255など)は、温度の高
い外側サセプタ上で反応するため、反応ガスが消費さ
れ、ウエハ端の成膜に寄与するガス量が減少する。
FIG. 3A is a characteristic diagram showing a film thickness distribution of an oxide film formed by a conventional apparatus having an inner susceptor and an outer susceptor as shown in FIG. 2A. As shown in the drawing, when the film is formed by the conventional apparatus, the film thickness distribution in the wafer surface is thick at the center and extremely thin at the peripheral portion. In the process of pursuing this cause, the present inventors speculated that the temperature difference between the inner susceptor and the outer susceptor may be the cause of the nonuniformity of the film thickness distribution. In the case of the conventional inner susceptor 18a ′ and outer susceptor 18b ′ as shown in FIG. 2A, the inner susceptor temperature (ie,
Wafer temperature) <outside susceptor temperature, and the reaction gas (eg Si (O 2
C 2 H 5 ) 4 or Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) reacts on the high temperature outer susceptor, so that the reaction gas is consumed and the amount of gas contributing to film formation at the wafer edge is reduced.

【0016】図3(B)は図2(B)に示されるような
本発明の内側サセプタと外側サセプタを有する装置で成
膜された酸化膜の膜厚分布を示す特性図である。図示さ
れているように、ウエハ面内の膜厚分布は中心及び周縁
部の全ての箇所で概ね均一となる。本発明の外側サセプ
タを使用すると、内側サセプタ温度(すなわち、ウエハ
温度)>外側サセプタ温度となり、反応ガスは外側サセ
プタ温度の影響による消費が無く、ウエハ表面温度に従
った成膜が起こる。特に、成膜温度が高温になると、反
応律速から供給律速へと変わる反応のため、気相反応の
割合が増加してくる。その場合、気相で反応した酸化物
ガス(例えば、SiO2又はTa25)は、付着確率の
大きな高温表面上へ、より多く成膜すると思われる。図
2(B)に示されるような本発明の分割外側サセプタを
使用する場合、成膜温度が450℃よりも、500℃の
場合の方が、膜厚均一性の改善効果が高い。これは、5
00℃の場合の方が、外側サセプタと内側サセプタの温
度差が明確になるためであろうと思われる。
FIG. 3B is a characteristic diagram showing the film thickness distribution of the oxide film formed by the apparatus having the inner susceptor and the outer susceptor of the present invention as shown in FIG. 2B. As shown in the figure, the film thickness distribution in the wafer surface is substantially uniform at all the central and peripheral portions. When the outer susceptor of the present invention is used, the inner susceptor temperature (that is, the wafer temperature)> the outer susceptor temperature is satisfied, the reaction gas is not consumed by the influence of the outer susceptor temperature, and film formation occurs according to the wafer surface temperature. In particular, when the film forming temperature becomes high, the rate of the gas phase reaction increases due to the reaction changing from the reaction rate control to the supply rate control. In that case, it is considered that the oxide gas reacted in the gas phase (for example, SiO 2 or Ta 2 O 5 ) is more likely to form a film on a high-temperature surface having a high sticking probability. When the split outer susceptor of the present invention as shown in FIG. 2B is used, the effect of improving the film thickness uniformity is higher when the film forming temperature is 500 ° C. than when the film forming temperature is 450 ° C. This is 5
This is probably because the temperature difference between the outer susceptor and the inner susceptor becomes clear in the case of 00 ° C.

【0017】反応ガス(例えば、Si(OC254
又はTa(OC255など)とO2とは、それぞれ別々
のガス導路(ノズル)から、別々に反応チャンバ内に供
給される。従来、ガスヘッドとサセプタとの間隔Dは5
0mmであった。このように、従来技術においてガスヘ
ッドとサセプタとの間隔Dを50mmに設定した理由
は、ガスヘッドとサセプタとの間隔が狭い方が反応ガス
がウエハ上で均一に混合されることが期待できるためで
ある。しかし、期待に反して反応ガスはウエハ上で均一
に混合されなかった。図4(A)はガスヘッドとサセプ
タとの間隔が50mmの場合の、ウエハ上における反応
ガス(Ta(OC255)と酸素及び窒素ガスの濃度
分布を示す特性図である。本発明者らが試作と研究を続
けた結果、ガスヘッドとサセプタとの間隔Dを100m
mに設定すると、反応ガスがウエハ上で均一に混合され
ることを発見した。図4(B)はガスヘッドとサセプタ
との間隔Dが100mmの場合の、ウエハ上における反
応ガス(Ta(OC255)と酸素及び窒素ガスの濃
度分布を示す特性図である。図示されているように、ガ
スヘッドとサセプタとの間隔が100mmの場合、反応
ガス(Ta(OC255)と酸素及び窒素ガスの濃度
分布は殆ど均一である。従来の非分割外側サセプタを有
し、ガスヘッド/サセプタ間隔が50mmの装置を用い
て成膜温度500℃で成膜した場合の膜厚均一性は±1
1%であったが、本発明の分割外側サセプタを有し、ガ
スヘッド/サセプタ間隔が100mmの装置を用いて成
膜温度500℃で成膜した場合の膜厚均一性は±4%に
まで劇的に改善された。
Reactive gas (eg Si (OC 2 H 5 ) 4
Alternatively, Ta (OC 2 H 5 ) 5 and the like) and O 2 are separately supplied into the reaction chamber from separate gas conduits (nozzles). Conventionally, the distance D between the gas head and the susceptor is 5
It was 0 mm. As described above, the reason why the distance D between the gas head and the susceptor is set to 50 mm in the conventional technique is that the reaction gas can be expected to be uniformly mixed on the wafer when the distance between the gas head and the susceptor is narrow. Is. However, contrary to expectations, the reaction gas was not uniformly mixed on the wafer. FIG. 4A is a characteristic diagram showing the concentration distribution of the reaction gas (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and the oxygen and nitrogen gases on the wafer when the distance between the gas head and the susceptor is 50 mm. As a result of continued trial manufacture and research by the present inventors, the distance D between the gas head and the susceptor was 100 m.
We have found that when set to m, the reaction gases are uniformly mixed on the wafer. FIG. 4B is a characteristic diagram showing the concentration distribution of the reaction gas (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and the oxygen and nitrogen gases on the wafer when the distance D between the gas head and the susceptor is 100 mm. As shown in the figure, when the distance between the gas head and the susceptor is 100 mm, the concentration distribution of the reaction gas (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and the oxygen and nitrogen gases is almost uniform. Uniformity of film thickness is ± 1 when a film is formed at a film forming temperature of 500 ° C. using an apparatus having a conventional non-divided outer susceptor and a gas head / susceptor distance of 50 mm.
Although it was 1%, the film thickness uniformity was ± 4% when a film was formed at a film forming temperature of 500 ° C. using an apparatus having the split outer susceptor of the present invention and a gas head / susceptor interval of 100 mm. Dramatically improved.

【0018】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。
The quartz hood 12 has a high transmittance of heat rays from the heater 14, but the quartz hood 12 itself is gradually heated, and the quartz hood 12 also functions as the heater 14 to further improve the heating effect. Therefore, the effect of preventing the temperature variation of the wafer on the inner susceptor 18 is enhanced.

【0019】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。
Another feature of the vapor phase growth apparatus of the present invention is that the heater 14 is housed in the quartz hood 12, and
That is, the inner wall surface of the reaction furnace 10 is mirror-finished. This specularly reflects the heat rays emitted from the quartz hood 12, uniformly heats the inside of the furnace, and makes the temperature distribution of the wafer uniform. As a result, the film thickness distribution of the film formed on the wafer surface is also made uniform. At least the side wall portion 21, the gas head 2, and the gas head base 3 of the reactor are mirror-finished.
Is the entire wall surface inside the reactor. If desired, the inner wall surface side of the chamber base 11 can also be mirror-finished.

【0020】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。
In order to avoid heavy metal contamination of the wafer, it is preferable that the gas head base 3, side wall portion 21, chamber base 11 and gas head 2 of the reaction furnace 10 are all made of aluminum.

【0021】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。
A suitable portion of the chamber base 11 covered with the quartz hood 12 is cut out, and a heater base 22 made of, for example, aluminum or stainless steel is provided at that portion. A window 23 made of quartz is provided substantially in the center of the heater base 22. A radiation thermometer 24 is arranged facing the window 23. Further, openings 25 and 26 are also provided at respective portions of the heater 14 and the reflector 16 corresponding to the quartz window 23 of the heater base 22. Since the quartz hood 12 and the insulating material 15 are made of quartz and are transparent, the temperature of the susceptor 18 can be measured by a radiation thermometer 24 provided outside the reaction furnace.

【0022】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。
A load lock chamber 30 that can be sealed is also provided on one side wall portion 21 of the reaction furnace 10 of the vapor phase growth apparatus of the present invention, and a gate 31 that separates the load lock chamber 30 from the reaction furnace 10 is provided. Wafers are taken in and out by opening and closing.

【0023】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。
Although not shown, a vacuum exhaust system for adjusting the pressure inside the reaction furnace 10 is connected to the reaction furnace 10. Therefore, the vapor phase growth apparatus 1 of the present invention can be used, for example, as a normal pressure or low pressure CVD apparatus.

【0024】[0024]

【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、外側サセプタが上下に複数個に分割され、しか
も、外側サセプタと内側サセプタとの間に隙間が存在す
るため、外側サセプタの表面温度は内側サセプタの温度
(すなわち、ウエハ温度)よりも低くなるため、外側サ
セプタ表面で反応ガスが消費されなくなる。そのため、
ウエハ表面温度に従った成膜が起こり、膜厚分布が均一
化する。更に、ガスヘッドとサセプタとの間の間隔を1
00mmとすることにより、反応ガスはウエハ上で均一
に混合され、膜厚均一性が一層向上する。
As described above, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the outer susceptor is vertically divided into a plurality of parts, and there is a gap between the outer susceptor and the inner susceptor. Since the surface temperature of the wafer is lower than the temperature of the inner susceptor (that is, the wafer temperature), the reaction gas is not consumed on the surface of the outer susceptor. for that reason,
Film formation occurs according to the wafer surface temperature, and the film thickness distribution becomes uniform. In addition, the space between the gas head and the susceptor is 1
By setting the length to 00 mm, the reaction gas is uniformly mixed on the wafer, and the film thickness uniformity is further improved.

【0025】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。
Since the heater is hermetically enclosed in the quartz hood, the heater itself does not come into contact with oxygen gas or the like used in the film forming reaction. Therefore, not only various kinds of heaters can be used as the heater but also the service life of the heater can be extended. Further, the contamination of the wafer due to the heater made of metal such as nichrome wire is prevented. Further, the doughnut-shaped heater can make the temperature distribution on the wafer surface uniform as compared with the conventional full-heat heater.

【0026】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。
The quartz hood has a low thermal conductivity and a high transmittance of heat rays from the heater. As a result, the quartz hood itself also functions as a heater, and the heating effect is further improved. Therefore, the effect of preventing the temperature variation of the wafer on the susceptor is enhanced. Further, since the inner wall surface of the reaction furnace is mirror-finished, the heat rays radiated from the quartz hood are mirror-reflected to uniformly heat the inside of the furnace and uniform the temperature distribution of the wafer. As a result, the film thickness distribution of the film formed on the wafer surface is also made uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a vapor phase growth apparatus of the present invention.

【図2】内側サセプタと外側サセプタとの構造を示す概
要断面図であり、(A)は従来技術による内側サセプタ
と外側サセプタとの構造を示す概要断面図であり、
(B)は本発明による内側サセプタと外側サセプタとの
構造を示す概要断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a structure of an inner susceptor and an outer susceptor, and FIG. 2 (A) is a schematic sectional view showing a structure of an inner susceptor and an outer susceptor according to a conventional technique,
(B) is a schematic sectional view showing the structure of the inner susceptor and the outer susceptor according to the present invention.

【図3】成膜された酸化膜の膜厚分布を示す特性図であ
り、(A)は図2(A)に示されるような従来の内側サ
セプタと外側サセプタを有する装置で成膜された酸化膜
の膜厚分布を示す特性図であり、(B)は図2(B)に
示されるような本発明の内側サセプタと外側サセプタを
有する装置で成膜された酸化膜の膜厚分布を示す特性図
である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a film thickness distribution of a formed oxide film, (A) being formed by an apparatus having a conventional inner susceptor and an outer susceptor as shown in FIG. 2 (A). FIG. 3B is a characteristic diagram showing a thickness distribution of an oxide film, and FIG. 2B shows a thickness distribution of an oxide film formed by an apparatus having an inner susceptor and an outer susceptor of the present invention as shown in FIG. 2B. It is a characteristic view to show.

【図4】ウエハ上におけるガスの濃度分布を示す特性図
であり、(A)はガスヘッドとサセプタとの間隔が50
mmの場合の、ウエハ上における反応ガス(Ta(OC
255)と酸素及び窒素ガスの濃度分布を示す特性図
であり、(B)はガスヘッドとサセプタとの間隔が10
0mmの場合の、ウエハ上における反応ガス(Ta(O
255)と酸素及び窒素ガスの濃度分布を示す特性
図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a gas concentration distribution on a wafer, where (A) shows a gap between a gas head and a susceptor of 50.
Reactant gas (Ta (OC
FIG. 2B is a characteristic diagram showing the concentration distributions of 2 H 5 ) 5 ) and oxygen and nitrogen gas, and (B) shows that the distance between the gas head and the susceptor is 10
In the case of 0 mm, the reaction gas (Ta (O
C 2 H 5) 5) and is a characteristic diagram showing the concentration distribution of oxygen and nitrogen gas.

【図5】従来の気相成長装置の一例の模式的構成図であ
る。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of a conventional vapor phase growth apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 18a 内側サセプタ 18b 外側サセプタ 1 vapor phase growth apparatus of the present invention 2 gas head 3 gas head base 4 gas manifold 10 reaction furnace 12 quartz hood 14 heater 16 reflector 18 susceptor 18a inner susceptor 18b outer susceptor

フロントページの続き (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 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Front page continued (72) Inventor Tomomi Kondo 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Inside Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Masato Kunito 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi Device Development Center Within

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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おり、前記サセプタは
内側サセプタと外側サセプタとからなり、該外側サセプ
タは上下に複数個に分割されており、外側サセプタと内
側サセプタとの間には隙間が存在することを特徴とする
気相成長装置。
1. A vapor phase growth apparatus comprising a reaction furnace, and a gas head for blowing a reaction gas in the reaction furnace, and a susceptor having an upper surface facing the gas head and having a substrate mounted thereon, The susceptor is disposed on an upper surface of a quartz hood, a heater is housed in the quartz hood, the susceptor includes an inner susceptor and an outer susceptor, and the outer susceptor is vertically divided into a plurality of parts. A vapor phase growth apparatus characterized in that a gap exists between the susceptor and the inner susceptor.
【請求項2】 ガスヘッドとサセプタとの間隔が100
mmであることを更に特徴とする請求項1の気相成長装
置。
2. The distance between the gas head and the susceptor is 100.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further characterized by being mm.
【請求項3】 外側サセプタは上下に2分割されてお
り、外側サセプタと内側サセプタとの間には0.5mm
〜1.5mmの範囲内の隙間が存在する請求項1の気相
成長装置。
3. The outer susceptor is vertically divided into two parts, and the distance between the outer susceptor and the inner susceptor is 0.5 mm.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein there is a gap within a range of ˜1.5 mm.
【請求項4】 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。
4. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the inner wall surface of the reaction furnace and the outer peripheral surface of the gas head inside the reaction furnace are mirror-finished.
【請求項5】 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。
5. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein at least the side wall of the reactor, the gas head, and the gas head base supporting the gas head are made of aluminum.
【請求項6】 減圧CVD装置である請求項1の気相成
長装置。
6. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, which is a low pressure CVD apparatus.
【請求項7】 常圧CVD装置である請求項1の気相成
長装置。
7. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, which is an atmospheric pressure CVD apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003007694A (en) * 2001-06-19 2003-01-10 Tokyo Electron Ltd Single-wafer processing type heat treatment apparatus
US7842160B2 (en) 2003-04-18 2010-11-30 Hitachi Kokusai Electric Inc. Semiconductor producing device and semiconductor device producing method

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