JP2002110567A - 化学気相成長装置および該装置による半導体ウエハの成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの表面に均一厚さおよび均一組
成の反応生成膜を生成できる化学気相成長装置および該
装置による半導体ウエハの成膜方法を提供する。 【解決手段】 複数種類の原料ガスの混合比率を任意に
設定してその流量を制御するマスフローコントローラ群
２７Ａから２７Ｄを、ガスヘッド６の同心円状に４層に
分割された反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄの個々に対
応させて設け、各反応ガス生成室ごとに混合比率を設定
し、流量制御して供給された前記原料ガスを混合して反
応ガスを生成し、ガスヘッド６の複数の反応ガス吐出孔
９ａから前記反応ガスを半導体ウエハ１の表面に、その
面内分布を任意に調整可能に吐出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、化学気相成長装
置および該装置による半導体ウエハの成膜方法に関し、
特に半導体ウエハに向けて吐出する反応ガスの生成機構
および前記反応ガスの生成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、反応源としてＴＥＯＳ（tetraeth
ylorhosilicate）と酸化剤としてのオゾンを用いて半導
体ウエハにシリコン酸化膜を形成する常圧ＣＶＤ方式の
化学気相成長装置としては、例えば特開平４−３４８０
３１号公報に示されたものがある。図５は特開平４−３
４８０３１号公報に示された従来の化学気相成長装置の
断面構成および配管系統を示す図である。図において、
２０１は反応生成膜が形成される半導体ウエハ、２０２
は半導体ウエハ２０１を保持して加熱するステージ、２
０３はステージ２０２を介して半導体ウエハ２０１を加
熱するヒータブロック、２０４は半導体ウエハ２０１に
薄膜を形成すべく反応ガスによって処理する反応室であ
る。

【０００３】そして、２０５はステージ２０２と間隔を
もって設けられ、前記反応ガスを供給するための多数の
ガス吹出口２０６を有すガスヘッド、２０７は反応室２
０４を構成する反応室側壁、２０８は反応室側壁２０７
に設けられた排気を排出するための排気口である。

【０００４】そして、２０９Ａ、２０９Ｂはガスヘッド
２０５の凹部を反応ガス生成室２０５Ａ、２０５Ｂおよ
び窒素ガス室２０５Ｃに仕切る拡散板（仕切板）であ
り、反応ガス生成室２０５Ａ、２０５Ｂおよび窒素ガス
室２０５Ｃは夫々拡散板２０９Ａ、２０９Ｂにより同心
円状に仕切られている。

【０００５】なお、ガスヘッド２０５に設けられたガス
吹出口２０６は、反応ガス生成室２０５Ａ、２０５Ｂか
ら夫々反応ガスを噴出する反応ガス吹出口２０６ａ、２
０６ｂ、および窒素ガス室２０５Ｃから窒素ガスを噴出
する窒素ガス吹出口２０６ｃからなる。

【０００６】そして、反応ガス吹出口２０６ａ、２０６
ｂから吹き出される前記反応ガスはＴＥＯＳ、オゾンガ
ス（以下、オゾンと記す）等の原料ガスを窒素ガスで希
釈し、混合して生成したものであり、オゾン用フローメ
ータ２１０Ａ、ＴＥＯＳ用マスフローコントローラ２１
０Ｂ、窒素ガス用マスフローコントローラ２１０Ｃ等の
マスフローコントローラ群により組成が調整され、夫々
の吹き出し速度の大小がニードルバルブ２１１Ａ、２１
１Ｂにより調整されて反応ガス生成室２０５Ａ、２０５
Ｂへ供給され、窒素ガス吹出口２０６Ｃから吹き出され
る窒素ガスは窒素ガス用マスフローコントローラ２１２
により制御されて窒素ガス室２０５Ｃに供給される。

【０００７】即ち、拡散板２０９Ａ、２０９Ｂで同心円
状に２層に仕切られた反応ガス吹出口２０６ａ、２０６
ｂからは均一で、しかも等しい速度で反応ガスが吹出さ
れ、窒素ガス吹出口２０６ｃからは他の吹出口に比べ早
い速度で窒素ガスが吹き出され、この結果、半導体ウエ
ハ１に略均一な膜厚分布の成膜を実現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の化学気相成長装
置は、以上のように構成されているので、即ち、ガスヘ
ッド２０５が同心円状に形成された２層の反応ガス生成
室２０５Ａ、２０５Ｂを備え、反応ガス生成室２０５
Ａ、２０５Ｂに供給するＴＥＯＳ、オゾンおよび窒素ガ
ス等の原料ガスの流量を夫々独立して制御可能にニード
ルバルブ２１１Ａ、２１１Ｂを備えたので、反応ガス生
成室２０５Ａ、２０５Ｂの各々には流量制御された前記
原料ガスが供給されるが、オゾン用フローメータ２１０
Ａおよび各マスフローコントローラ２１０Ｂ、２１０Ｃ
により組成が調整されて合流した前記原料ガスが充分に
混合されないまま再度分岐され、ニードルバルブ２１１
Ａ、２１１Ｂを介して反応ガス生成室２０５Ａ、２０５
Ｂに供給されるので、供給された前記原料ガスにより生
成された反応ガスの組成比は必ずしも同一でなく、半導
体ウエハ２０１に均一な厚さおよび組成の反応生成膜を
生成することが困難であると言う問題点があった。

【０００９】また、反応ガス生成室２０５Ａ、２０５Ｂ
の各々が特別な攪拌手段を備えていないので、夫々の生
成室内で充分に混合されず、充分に混合されないままの
反応ガスが反応ガス吹出口２０６ａ、２０６ｂから吹き
出され、半導体ウエハ２０１に均一な厚さおよび組成の
反応生成膜を生成することが困難であると言う問題点が
あった。

【００１０】さらに、ガスヘッド２０５における反応ガ
ス生成室２０５Ａ、２０５Ｂの外側に、同じく同心円状
に窒素ガス室２０５Ｃを備え、半導体ウエハ２０１の外
周縁の外側へ供給される窒素ガスは、材料ガスの節減や
反応副生成物の反応室側壁２０７の内壁面への付着防止
には効果を発揮する反面、半導体ウエハ２０１の表面ま
で誘導されてウエハ表面温度の降下の原因となり、膜厚
分布を悪化させることがあるなどの問題点があった。

【００１１】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、半導体ウエハ１に均一な厚
さおよび組成の反応生成膜を生成できる化学気相成長装
置および該装置による半導体ウエハの成膜方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】さらに、反応ガスの節減や反応副生成物の
反応室内壁面への付着防止のために供給される不活性ガ
スにより、半導体ウエハの膜厚分布を悪化させることの
ない化学気相成長装置および該装置による半導体ウエハ
の成膜方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る化学気
相成長装置は、半導体ウエハを保持して加熱するステー
ジと、複数種類の原料ガスを任意の比率で供給すべくそ
の流量を制御する原料ガス流量制御手段と、該原料ガス
流量制御手段を介して供給された前記複数種類の原料ガ
スを混合して反応ガスを生成する反応ガス生成室および
前記半導体ウエハとの対向面に配設され、前記反応ガス
を前記半導体ウエハへ向けて吐出する複数の反応ガス吐
出孔が形成された拡散ヘッド板を有するガスヘッドとを
備え、該ガスヘッドより前記反応ガスを吐出、供給する
ことにより前記半導体ウエハの表面に薄膜を成長させる
化学気相成長装置において、前記反応ガス生成室を複数
に分割し、夫々の反応ガス生成室個々に前記原料ガスの
混合比を設定し得るようにしたものである。

【００１４】また、第２の発明に係る化学気相成長装置
は、第１の発明に係る化学気相成長装置において、反応
ガス生成室の群を取り囲む位置に配設された不活性ガス
吐出孔より、加熱された不活性ガスを半導体ウエハの外
周縁の外側に向かって吐出し得るようにしたものであ
る。

【００１５】さらに、第３の発明に係る化学気相成長装
置は、第２の発明に係る化学気相成長装置において、ガ
スヘッドへのガス供給配管系統で不活性ガスを所定温度
に加熱するようにしたものである。

【００１６】また、第４の発明に係る化学気相成長装置
は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに係る化学気
相成長装置において、反応ガス生成室は、該反応ガス生
成室内に、反応ガスの流動方向に互いに間隔をおいて配
設された少なくとも２枚のガス拡散板を配設し、互いに
隣接する前記ガス拡散板のガス通過孔の中心位置が、前
記反応ガスの流動方向と直交する方向に互いに離れて構
成されたものである。

【００１７】さらに、第５の発明に係る化学気相成長装
置は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに係る化学
気相成長装置において、ステージと、ガスヘッドとの互
いに対向する面の夫々の中心を互いに偏心させ、少なく
とも一方は前記中心を回転軸として回転し得るようにし
たものである。

【００１８】また、第６の発明に係る化学気相成長装置
による半導体ウエハの成膜方法は、半導体ウエハをステ
ージに保持して加熱する工程と、ガスヘッドにおける複
数に分割された反応ガス生成室の最外層に配設された不
活性ガス供給口から所定温度に加熱された不活性ガスを
前記半導体ウエハの外周縁より外側に供給する工程と、
前記複数に分割された反応ガス生成室の夫々へ、該複数
に分割された反応ガス生成室ごとに複数種類の原料ガス
の供給比率および流量を調整して供給する工程と、前記
複数に分割された反応ガス生成室の夫々において、供給
された前記複数種類の原料ガスを混合して反応ガスを生
成する工程と、前記反応ガスを前記半導体ウエハの表面
へ供給して該表面に成膜する工程とからなる方法であ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１としての化学気相成長装置におけるチャ
ンバ（装置本体）の断面を示す模式図、図２は図１に示
したチャンバへの原料ガス供給系統図である。

【００２０】図１において、１は反応生成膜が形成され
る半導体ウエハ、２は半導体ウエハ１を保持して加熱す
るステージ、３はステージ２を介して半導体ウエハ１を
加熱するヒータブロック、４はステージ回転軸５を介し
てステージ２を回転させる駆動装置である。

【００２１】また、６はステージ２と間隔をもって設け
られ、反応ガスを供給するガスヘッドであり、ガスヘッ
ド６には凹部６Ａが形成されている。そして、７は凹部
６Ａを複数層の同心円筒状に分割するように配設された
隔壁であり、隔壁７の一端側（図面上の下端側）は凹部
６Ａの底部に配設された底板８に固定されている。ま
た、９は凹部６Ａを塞ぐように隔壁７の他端側（図面上
の上端側）に、即ち、ステージ２上の半導体ウエハ１と
の対向面側に配設された拡散ヘッド板であり、拡散ヘッ
ド板９には多数の反応ガス吐出孔９ａおよび窒素ガス吐
出孔９ｂが形成されている。

【００２２】上述のごとく、拡散ヘッド板９で開口部を
塞がれたガスヘッド６の凹部６Ａには、隔壁７により同
心円筒状に分割された４層の反応ガス生成室１０Ａから
１０Ｄが形成され、その最外層には窒素ガス室１１が形
成されている。そして、反応ガス生成室１０Ａから１０
Ｄには、前記原料ガスを供給する原料ガス供給口１２Ａ
から１２Ｄが対応配設され、窒素ガス室１１には窒素ガ
ス供給口１３Ａ、１３Ｂを夫々備える。

【００２３】また、反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄに
は、原料ガス供給口１２Ａから１２Ｄと拡散ヘッド板９
との間に、拡散ヘッド板９に平行に、２枚の拡散板（仕
切板）１４、１５を備える。なお、拡散板１４、１５の
夫々には多数のガス通過孔１４ａ、１５ａが形成され、
拡散板１４、１５のガス通過孔１４ａ、１５ａのそれぞ
れは、ガスヘッド６の軸心方向（同心円筒状の隔壁７の
軸心方向）にて中心位置が相互に重ならないように、上
記軸心方向と直交する方向にずらせて形成されている。
同様に、ガス通過孔１５ａと拡散ヘッド板９の反応ガス
吐出孔９ａとの中心位置が相互に重ならないようにずら
せて形成されている。

【００２４】なお、反応ガス生成室１０Ｄの外側に同心
円状に形成された窒素ガス室１１における窒素ガス供給
口１３Ａ、１３Ｂと拡散ヘッド板９との間に、拡散ヘッ
ド板９に平行に２枚の拡散板（仕切板）１６、１７を備
える。なお、拡散板１６、１７の夫々には多数のガス通
過孔１６ａ、１７ａが形成され、拡散板１６、１７のガ
ス通過孔１６ａ、１７ａのそれぞれは、ガスヘッド６の
軸心方向にて中心位置が相互に重ならないように、ま
た、ガス通過孔１７ａと拡散ヘッド板９の反応ガス吐出
孔９ｂとの中心位置が相互に重ならないようにずらせて
形成されている。

【００２５】また、１８は、ステージ２上の半導体ウエ
ハ１と拡散ヘッド板９との間に所定の間隔を設けて形成
され、半導体ウエハ１を前記反応ガスによって薄膜を形
成すべく処理する反応室、１９は反応室１８を構成する
反応室側壁、２０は排気口である。なお、ステージ２乃
至排気口２０により化学気相成長装置におけるチャンバ
２１を構成している。

【００２６】次に、図２において、２２はオゾン配管、
２３はＴＥＯＳ配管、２４、２５は夫々添加剤となるボ
ロン、リンのガス配管、そして２６は窒素ガス配管であ
る。

【００２７】また、２７Ａから２７Ｄは、夫々、オゾン
配管２２に分岐接続されたオゾンのガス流量を制御する
為のニードルバルブ付きフローメータ２２Ｍ、ＴＥＯＳ
配管２３に分岐接続されたＴＥＯＳのガス流量を制御す
る為のマスフローコントローラ２３Ｍ、添加剤ボロンの
ガス流量を制御する為のマスフローコントローラ２４
Ｍ、添加剤リンのガス流量を制御する為のマスフローコ
ントローラ２５Ｍにて構成されたマスフローコントロー
ラ群である。そして、２８Ａから２８Ｄは、夫々、マス
フローコントローラ群２７Ａから２７Ｄの出力側と、反
応ガス生成室１０Ａから１０Ｄにおける原料ガス供給口
１２Ａから１２Ｄとを対応接続する原料ガス供給配管で
ある。

【００２８】なお、オゾンを除く、ＴＥＯＳ、添加剤と
してのボロン、リン等の原料ガスは、常温、常圧では液
状である為、５０℃から１００℃程度に加熱して気化す
ると共に、不活性ガスである窒素ガスにて所定の濃度に
て希釈されて供給され、そのガス状態を保持するため
に、これらの配管２３から２５、および原料ガス供給配
管２８Ａから２８Ｄ等は、これらを包むように配設され
たヒータ（図示せず）により加熱されている。

【００２９】また、２９Ａ、２９Ｂは窒素ガス配管２６
に分岐接続され、窒素ガスのガス流量を制御する為のマ
スフローコントローラである。そして、３０Ａ、３０Ｂ
は、夫々、マスフローコントローラ２９Ａ、２９Ｂの出
力側と窒素ガス室１１の窒素ガス供給口１３Ａ、１３Ｂ
とを夫々対応接続する窒素ガス供給配管、３１Ａ、３１
Ｂは、夫々、窒素ガス供給配管３０Ａ、３０Ｂを包むよ
うに配設され、窒素ガス供給配管３０Ａ、３０Ｂを介し
て通過する窒素ガスを加熱するヒータである。

【００３０】次に、図１、図２に示した化学気相成長装
置の動作について、図３に示した動作フロー図を用いて
説明する。図３におけるステップ１００で処理を開始
し、ステップ１０１で一連の処理の準備としてステージ
２を所定温度に予備加熱すると共に、ヒータ３１Ａ、３
１Ｂに通電して窒素ガス供給配管３０Ａ、３０Ｂを所定
温度に予備加熱し、ステップ１０２で、予備加熱された
ステージ２に半導体ウエハ１を取付け、保持する。

【００３１】次に、ステップ１０３で、駆動装置４によ
りステージ回転軸５を介してステージ２を回転させるこ
とによりステージ２に取付けられた半導体ウエハ１を回
転させながら所定温度に加熱する。

【００３２】一方、ステップ１０４で、窒素ガスを、マ
スフローコントローラ２９Ａ、２９Ｂにより流量制御
し、かつ、ヒータ３１Ａ、３１Ｂにより窒素ガス供給配
管３０Ａ、３０Ｂを介して加熱して窒素ガス供給口１３
Ａ、１３Ｂより窒素ガス室１１に供給し、拡散板１６、
１７のガス通過孔１６ａ、１７ａを通過させて、均等な
温度および圧力の窒素ガスを拡散ヘッド板９の多数の窒
素ガス吐出孔９ｂより、回転するステージ２上の半導体
ウエハ１の外周縁の外側へ向けて吐出する。

【００３３】次に、ステップ１０５で、ステージ２上の
半導体ウエハ１が所定温度に加熱されると、オゾン、窒
素ガスで所定の濃度に希釈されたＴＥＯＳ、および同じ
く窒素ガスで所定の濃度に希釈されたボロン、リン等の
添加剤の原料ガスを、マスフローコントローラ群２７Ａ
から２７Ｄを構成する各ニードルバルブ付きフローメー
タ２２Ｍ、マスフローコントローラ２３Ｍから２５Ｍで
所定の組成比に流量制御し、原料ガス供給配管２８Ａか
ら２８Ｄを介して原料ガス供給口１２Ａから１２Ｄより
反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄへ夫々供給する。

【００３４】即ち、前記原料ガスを、反応ガス生成室１
０Ａから１０Ｄの夫々に、対応するマスフローコントロ
ーラ群２７Ａから２７Ｄを構成するニードルバルブ付き
フローメータ２２Ｍ、マスフローコントローラ２３Ｍか
ら２５Ｍにより各反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄごと
に適正な組成比、流量に制御して供給する。なお、前記
原料ガスは、各配管２３から２５、および配管２８Ａか
ら２８Ｄを包むように配設されたヒータ（図示せず）に
より、これらの配管を介して所定温度に保持されて反応
ガス生成室１０Ａから１０Ｄへ供給される。

【００３５】そして、反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄ
では、供給された前記原料ガスを拡散板１４、１５に形
成されたガス通過孔１４ａ、１５ａを通過させることに
より拡散させて混合して均一な濃度および温度の反応ガ
スを生成し、生成された前記反応ガスを拡散ヘッド板９
が有する多数の反応ガス吐出孔９ａより均一な流速で反
応室１８に吐出し、半導体ウエハ１の表面に均一な膜厚
および組成の薄膜を成長させる。

【００３６】次に、ステップ１０６で、半導体ウエハ１
の表面に所望の薄膜が形成されると前記原料ガスの供給
を停止して反応ガス吐出孔９ａから反応室１８への前記
反応ガスの吐出を停止する。しかし、窒素ガス吐出孔９
ｂからの前記窒素ガスの吐出は続行して反応室１８の残
存反応ガスを窒素ガスと置換し、ステップ１０７で、前
記残存反応ガスが前記窒素ガスにより置換されると前記
窒素ガスの吐出を停止する。

【００３７】その後、ステップ１０８で、所望の薄膜を
生成された半導体ウエハ１をステージ２から取外し、ス
テップ１０９で引続き処理を続行するか否かを判断し、
処理続行の場合にはステップ１０２に戻ってステップ１
０２からステップ１０９の工程を繰返し、処理続行しな
い場合にはステップ１１０で、ステージ２を加熱するヒ
ータ３や、配管３０Ａ、３０Ｂに対応配設されたヒータ
３１Ａ、３１Ｂの通電を停止し、一連の半導体ウエハ１
の薄膜生成工程を完了する。

【００３８】以上のように、図１、図２に示した化学気
相成長装置は、複数の反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄ
が同心円状に分割形成され、反応ガス生成室１０Ａから
１０Ｄに供給する前記原料ガスの混合比を個々に設定し
得るようにしたので、前記反応ガスの半導体ウエハ１の
面内分布を任意にかつ正確に調整することができ、従っ
て、前記反応ガスの多様な供給ができ、成膜プロセス
上、裕度の高い化学気相成長装置が得られる。

【００３９】即ち、オゾン、ＴＥＯＳおよび添加剤ボロ
ン、リン等の原料ガスを、同心円状に形成された反応ガ
ス生成室１０Ａから１０Ｄの夫々へ、ニードルバルブ付
きフローメータ２２Ｍ、マスフローコントローラ２３Ｍ
から２５Ｍからなるマスフローコントローラ群２７Ａか
ら２７Ｄにより適正比率（混合比）に設定して所望の流
量を供給できる。即ち、主材料であるオゾンとＴＥＯＳ
とを流量制御して直接供給できるので拡散板１４、１５
のガス通過孔の最適数を求めることなく、平坦な膜を極
めて容易に生成することができ、さらに、ボロン、リン
等の添加剤も流量制御して供給できるので半導体ウエハ
１のウエハ面内でのドーパント濃度均一性の向上を図れ
る。

【００４０】また、反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄに
て、拡散板１４、１５に形成されたガス通過孔１４ａ、
１５ａを通過させることにより充分に混合し、即ち、拡
散板１４、１５のガス通過孔１４ａ、１５ａの位置がガ
スヘッド６の軸心方向にて中心位置が相互に重ならない
ように、上記軸心方向と直交する方向にずらせて配置し
ているので、即ち、ガス通過孔１４ａを通過したガスが
ガス通過孔１５ａを素通りすることなく、拡散板１５の
板面に衝突するように配設したので、充分なガス混合を
可能とし、反応ガスとして拡散ヘッド板９の反応ガス吐
出孔９ａから均一な濃度および流速で吐出でき、よって
半導体ウエハ１のウエハサイズの大小に関わりなく、膜
の特異点が無くなり、半導体ウエハ１の表面に、さらに
均一な膜厚および組成の薄膜を成長させることができ
る。

【００４１】さらに、マスフローコントローラ２９Ａ、
２９Ｂから窒素ガス供給口１３Ａ、１３Ｂに至る窒素ガ
ス供給配管３０Ａ、３０Ｂには、夫々、通過する窒素ガ
スを加熱するヒータ３１Ａ、３１Ｂが設けられ、ヒータ
３１Ａ、３１Ｂで加熱された前記窒素ガスが、ガスヘッ
ド６の最外層に形成された窒素ガス室１１に導かれて所
定の温度に調整され、拡散ヘッド板９の吐出孔９ｂから
均一な流速にて半導体ウエハ１の外周縁の外側に吐出さ
せることができる。従って、前記反応ガスの反応室１８
での無用な拡散が防止されて消費量を節減できるだけで
なく、反応室１８の内壁面等に反応副生成物の付着を防
止できると共に、半導体ウエハ１の表面温度が部分的に
降下してその膜厚分布を悪化させることがなく、半導体
ウエハ１の表面上に平坦な薄膜を生成することができ
る。即ち、前記窒素ガスは原料ガスよりも高い所定温度
に加熱してチャンバ２１へ供給され、反応ガス温度より
も高い所定温度に加熱された前記窒素ガスを半導体ウエ
ハ１の外周縁の外側に向かって吐出し得るようにしたの
で、ステージ２で加熱された半導体ウエハ１を冷却させ
てその成膜を阻害する不具合を解消できる。

【００４２】なお、図１、図２に示した実施の形態１と
しての化学気相成長装置においては、ガスヘッド６の凹
部６Ａに４層の反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄを同心
円状に形成したが、反応ガス生成室は４層に限定する必
要はなく、任意の層数を選択しても同様な効果が得ら
れ、また、その形状も同心円状に限定する必要はなく、
任意の形状としても同様な効果が得られる。

【００４３】また、図１、図２に示した実施の形態１と
しての化学気相成長装置においては、ガスヘッド６に形
成した反応ガス生成室１０Ａから１０Ｄの各々には、２
枚の拡散板１４、１５を拡散ヘッド板９に平行に配設し
たが、拡散板の枚数は２枚に限定する必要はなく、３枚
以上とし、隣合う拡散板（図示せず）に形成するガス通
過孔の位置がガスヘッド６の軸心方向にて中心位置が相
互に重ならないように配置してもよい。

【００４４】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２としての化学気相成長装置の断面を示す模式図で
ある。図において、Ｃ１はステージ回転軸５の中心線、
Ｃ２はガスヘッドの中心線であり、両中心線Ｃ１、Ｃ２
は所定距離Ｘだけ偏心しており、ガスヘッド６に対し
て、ステージ２が所定距離Ｘだけ偏心した状態で駆動装
置４により回転される構造となっている。その他の構成
は図１に示した実施の形態１としての化学気相成長装置
と同じである。

【００４５】そして、両中心線Ｃ１、Ｃ２が所定距離Ｘ
だけ偏心させた状態でステージ２を回転させることによ
り、両中心線Ｃ１、Ｃ２が一致している図１に示した実
施の形態１としての化学気相成長装置と比較して、半導
体ウエハ１の表面上に生成される膜分布が同心円状に形
成されることから緩和され、より平坦な均質膜を生成す
ることができる。即ち、拡散ヘッド板９の反応ガス吐出
孔９ａから噴出される反応ガスは、ステージ２と共に回
転する半導体ウエハ１の表面に均等に接触し、平坦で均
一な膜厚および組成の薄膜を成長させることができる。

【００４６】上記効果は、装置にて処理可能ないかなる
ウエハサイズに対しても得られ、薄膜の平坦性が容易に
得られるだけでなく、ドーパント濃度の均一性も向上
し、高信頼性の常圧ＣＶＤ装置が得られる。

【００４７】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に示すような効果を奏する。

【００４８】複数種類の原料ガスの混合比率を任意に設
定してその流量を制御する原料ガス流量制御手段と、供
給された前記原料ガスを混合して反応ガスを生成する複
数に分割された反応ガス生成室および生成された前記反
応ガスを半導体ウエハへ向けて吐出する複数の反応ガス
吐出孔を有するガスヘッドとを備え、前記原料ガス流量
制御手段を前記複数に分割された反応ガス生成室の個々
に対応させて設け、前記複数の反応ガス生成室の個々に
前記原料ガスの混合比を設定し得るようにしたので、前
記反応ガスの半導体ウエハにおける面内分布を任意にか
つ正確に調整することができ、前記半導体ウエハに均一
な膜厚および組成の薄膜を生成できる化学気相成長装置
が得られる効果がある。

【００４９】また、反応ガス生成室の群を取り囲む位置
に配設された不活性ガス吐出孔より、加熱された不活性
ガスを半導体ウエハの外周縁の外側に向かって吐出し得
るようにしたので、反応ガスを節減できると共に反応室
周辺に反応副生成物が付着するのを防止でき、かつ前記
半導体ウエハ表面温度を降下させる恐れがないので前記
半導体ウエハに均一な膜厚および組成の薄膜を生成でき
る化学気相成長装置が得られる効果がある。

【００５０】さらに、ガスヘッドへのガス供給配管系統
で不活性ガスを所定温度に加熱するようにしたので、前
記ガスヘッドにおける前記不活性ガスの温度調整が容易
となり、最適温度の前記不活性ガスを半導体ウエハに供
給でき、ステージで加熱された前記半導体ウエハを冷却
させて成膜を阻害する不具合を解消できる化学気相成長
装置が得られる効果がある。

【００５１】また、反応ガス生成室内に、ガス流動方向
に互いに間隔をおいて配設された少なくとも２枚のガス
拡散板を配設し、互いに隣接する前記ガス拡散板のガス
通過孔の中心位置が、前記ガス流動方向と直交する方向
に互いに離れて配置された構成としたので、原料ガスを
特別な動力不要に効率良く混合して均一な濃度の反応ガ
スが生成でき、半導体ウエハに極めて均一な膜厚および
組成の薄膜を成長させることができる化学気相成長装置
が得られる効果がある。

【００５２】さらに、ステージと、ガスヘッドとの互い
に対向する面の夫々の中心を互いに偏心させ、少なくと
も一方は前記中心を回転軸として回転し得るようにした
ので、前記ガスヘッドの複数の反応ガス吐出孔から吐出
される反応ガスが前記ステージと共に回転する半導体ウ
エハの表面に均等に接触し、該半導体ウエハの表面に平
坦で均一な膜厚および組成の薄膜を成長させることがで
きる化学気相成長装置が得られる効果がある。

【００５３】また、半導体ウエハをステージに保持して
加熱し、ガスヘッドにおける複数に分割された反応ガス
生成室の最外層に配設された不活性ガス供給口から所定
温度に加熱された不活性ガスを前記半導体ウエハの外周
縁より外側に供給し、前記複数に分割された反応ガス生
成室の夫々へ、該複数に分割された反応ガス生成室ごと
に複数種類の原料ガスの供給比率および流量を調整して
供給し、前記複数に分割された反応ガス生成室の夫々に
おいて、供給された前記複数種類の原料ガスを混合して
反応ガスを生成し、前記反応ガスを前記半導体ウエハの
表面へ供給して該表面に成膜するようにしたので、均一
な膜厚および組成の薄膜を生成できる半導体ウエハの成
膜方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１としての化学気相成
長装置におけるチャンバの断面を示す模式図である。

【図２】 図１に示したチャンバへの原料ガス供給系統
図である。

【図３】 図１、図２に示した化学気相成長装置の動作
を説明する動作フロー図である。

【図４】 この発明の実施の形態２としての化学気相成
長装置におけるチャンバの断面を示す模式図である。

【図５】 従来の化学気相成長装置の断面構成および配
管系統を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ、２ ステージ、３ ヒータブロッ
ク、４ 駆動装置、５ ステージ回転軸、６ ガスヘッ
ド、６Ａ 凹部、７ 隔壁、９ 拡散ヘッド板、９ａ
反応ガス吐出孔、９ｂ 窒素ガス吐出孔、１０Ａ、１０
Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ反応ガス生成室、１１ 窒素ガス
室、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ 原料ガス供給
口、１３Ａ、１３Ｂ 窒素ガス供給口、１４、１５ 拡
散板、１８ 反応室、２１ チャンバ、２２ オゾン配
管、２２Ｍ ニードルバルブ付きフローメータ、２３
ＴＥＯＳ配管、２３Ｍ マスフローコントローラ、２４
ボロン配管、２５ リン配管、２６ 窒素ガス配管、
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄマスフローコントロー
ラ群、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ 原料ガス供給
配管、２９Ａ、２９Ｂ 窒素ガス用マスフローコントロ
ーラ、３０Ａ、３０Ｂ窒素ガス供給配管、３１ 配管ヒ
ータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを保持して加熱するステー
   ジと、複数種類の原料ガスを任意の比率で供給すべくそ
   の流量を制御する原料ガス流量制御手段と、該原料ガス
   流量制御手段を介して供給された前記複数種類の原料ガ
   スを混合して反応ガスを生成する反応ガス生成室および
   前記半導体ウエハとの対向面に配設され、前記反応ガス
   を前記半導体ウエハへ向けて吐出する複数の反応ガス吐
   出孔が形成された拡散ヘッド板を有するガスヘッドとを
   備え、該ガスヘッドより前記反応ガスを吐出、供給する
   ことにより前記半導体ウエハの表面に薄膜を成長させる
   化学気相成長装置において、前記反応ガス生成室を複数
   に分割し、夫々の反応ガス生成室個々に前記原料ガスの
   混合比を設定し得るようにしたことを特徴とする化学気
   相成長装置。
2. 【請求項２】 反応ガス生成室の群を取り囲む位置に配
   設された不活性ガス吐出孔より、加熱された不活性ガス
   を半導体ウエハの外周縁の外側に向かって吐出し得るよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載の化学気相成
   長装置。
3. 【請求項３】 ガスヘッドへのガス供給配管系統で不活
   性ガスを所定温度に加熱するようにしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の化学気相成長装置。
4. 【請求項４】 反応ガス生成室は、該反応ガス生成室内
   に、反応ガスの流動方向に互いに間隔をおいて配設され
   た少なくとも２枚のガス拡散板を備え、互いに隣接する
   前記ガス拡散板のガス通過孔の中心位置が、前記反応ガ
   スの流動方向と直交する方向に互いに離れて構成された
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの１
   項に記載の化学気相成長装置。
5. 【請求項５】 ステージと、ガスヘッドとの互いに対向
   する面の夫々の中心を互いに偏心させ、少なくとも一方
   は前記中心を回転軸として回転し得るようにしたことを
   特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの１項に記
   載の化学気相成長装置。
6. 【請求項６】 半導体ウエハをステージに保持して加熱
   する工程と、ガスヘッドにおける複数に分割された反応
   ガス生成室の最外層に配設された不活性ガス供給口から
   所定温度に加熱された不活性ガスを前記半導体ウエハの
   外周縁より外側に供給する工程と、前記複数に分割され
   た反応ガス生成室の夫々へ、該複数に分割された反応ガ
   ス生成室ごとに複数種類の原料ガスの供給比率および流
   量を調整して供給する工程と、前記複数に分割された反
   応ガス生成室の夫々において、供給された前記複数種類
   の原料ガスを混合して反応ガスを生成する工程と、前記
   反応ガスを前記半導体ウエハの表面へ供給して該表面に
   成膜する工程とからなる半導体ウエハの成膜方法。