[发明专利]成膜设备以及成膜方法

说明书

技术领域

本说明书公开的技术涉及在晶片的表面上形成膜的成膜技术。

背景技术

已知通过在晶片被设置在腔室内的状态下向该腔室内导入原料气体来在晶片的表面上形成膜的技术。

例如，在日本国专利公开公报第2008-198752号(以下称为专利文献1)中公开了在硅晶片的表面上形成硅膜的成膜设备。该成膜设备具有在内部设置硅晶片的腔室、以及向腔室内导入三氯硅烷等氯化硅气体和氢气的混合气体(原料气体)的气体导入装置。通过一边加热硅晶片一边向腔室内导入原料气体，氢气和氯化硅气体在硅晶片表面上进行反应。由此，在硅晶片的表面上形成硅膜。

发明内容

发明要解决的问题

上述的成膜技术具有成膜速度慢的问题。尤其近年来，为了制造处理大电流的功率半导体器件等而出现了对厚膜的需求。为了形成这样的厚膜，需要较长时间，从而导致半导体器件的制造效率显著下降。因此要求成膜速度更快的成膜技术。

本发明人进行分析的结果，发现了成膜速度慢的一个原因在于以下的现象。即，当使原料气体在晶片的表面上反应时，生成粘附到晶片的表面上的物质(即，成为晶片表面的膜的物质)和副产品气体。生成的副产品气体被排出到腔室外，但却不能把全部副产品气体排出到腔室外。生成的一部分副产品气体在腔室内进行对流。对流的副产品气体与导入到腔室内的原料气体混合并向晶片的表面流动。如上所述，如果副产品气体与原料气体混合并向晶片的表面流动，则晶片表面上的成膜反应受阻，成膜速度下降。

例如，在专利文献1的技术中，通过氢气和氯化硅气体在硅晶片的表面上进行反应来在该表面上形成硅膜(硅晶体)，另一方面生成作为副产品气体的盐酸气体(HCl气体)。生成的一部分盐酸气体在腔室内进行对流，并混在原料气体(氢气和氯化硅气体)中向硅晶片的表面流动。于是，盐酸气体和硅膜发生反应，生成氢气和氯化硅气体。即，在晶片的表面上发生相对于氢气和氯化硅气体的反应(成膜反应)的逆反应(刻蚀硅膜的刻蚀反应)。因此，在专利文献1的技术中，虽然在刚开始成膜后成膜速度高，但在从开始成膜后经过固定时间后腔室内的盐酸气体浓度上升，成膜速度下降。

本说明书中公开的技术就是鉴于上述的实际情况而提出的，其目的在于，提供能够抑制由副产品气体引起的成膜速度的下降的成膜设备以及成膜方法。

用于解决问题的手段

本说明书中公开的成膜设备在晶片的表面上形成膜。该成膜设备具有腔室、气体导入装置、以及逆反应装置。在腔室的内部设置晶片。气体导入装置向腔室内导入原料气体，原料气体通过在晶片的表面上反应来变成粘附到晶片的表面上的物质和副产品气体。逆反应装置通过使腔室内的副产品气体反应来生成原料气体。

气体导入装置也可以不仅导入原料气体，还导入其他气体。例如，也可以在晶片的表面上形成硅膜时，除原料气体之外，还导入用于向硅膜中掺杂P型或N型杂质的掺杂剂气体。

此外，原料气体既可以是如上述的氢气和氯化硅气体那样在原料气体之间发生反应而在晶片的表面上形成膜的气体，也可以是与晶片进行反应而在晶片的表面上形成膜的气体。

在该成膜设备中，逆反应装置通过使腔室内的副产品气体反应而在腔室内生成原料气体。因此在腔室内，副产品气体的量减少，原料气体的量增加。因此，抑制了由于副产品气体而成膜反应受阻的情况。根据该成膜设备，能够以高的成膜速度在晶片的表面上形成膜。

在上述的成膜设备中，能够在腔室内设置由硅形成的晶片。在此情况下，气体导入装置能够向腔室内导入第一原料气体和含硅的第二原料气体。由此，第一原料气体和第二原料气体在晶片的表面上相互反应，变成粘附到晶片的表面上的硅晶体、和副产品气体。在此情况下，逆反应装置优选具有含硅的逆反应原料。逆反应装置优选通过使逆反应原料和副产品气体反应来生成第一原料气体和第二原料气体。

根据这样的构成，能够在晶片的表面上高效地形成硅膜。

在使用含硅的第二原料气体的成膜设备中，逆反应原料也可以是设置在腔室内的副产品气体的流通路径上的硅块。并且，成膜设备优选还具有：加热硅块的第一加热装置、以及将晶片加热到比硅块更高温度的第二加热装置。

通过将晶片保持在比硅块更高的温度，能够在晶片的表面上优先发生成膜反应(通过第一原料气体和第二原料气体反应而在晶片的表面上形成硅晶体的反应)。此外，通过将硅块保持在比晶片更低的温度，能够在硅块的表面上优先发生刻蚀反应(通过副产品气体和硅块的硅反应而硅块被刻蚀并生成第一原料气体和第二原料气体的反应)。因此，抑制了副产品气体被供应到晶片的表面。能够在晶片的表面上高效地形成硅膜。