JP2005039123A - Chemical vapor deposition device - Google Patents

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Kazuo Kobayashi
和雄 小林
Yoshihiko Okamoto
佳彦 岡本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical vapor deposition device which further improves uniformity of a film formed on a semiconductor substrate. <P>SOLUTION: Two reaction chambers 3 are provided to a chamber of a chemical vapor deposition device. In each of the reaction chambers 3, a shower head 5 for blowing off a material gas and an oxidant and a stage part 7 for mounting a semiconductor substrate are arranged to face each other. A lift bellows 4 is provided to a rear side of the shower head 5 circumferentially. A driving part 6 is provided above the reaction chamber 3 for driving the lift bellows 4 thereof. The distance between the shower head 5 and the stage 7 is changed by expanding or contracting the lift bellows 4 by the driving part 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は化学気相成長装置に関し、特に、枚葉式の化学気相成長装置に関するものである。   The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus, and more particularly to a single wafer chemical vapor deposition apparatus.

半導体装置の製造において、半導体基板上に所定の膜を形成するために広く化学気相成長装置が用いられている。そのような化学気相成長装置の一つとして、たとえば特許文献1には、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)などの液体材料を気化させることによってシリコン酸化膜等を形成(成膜)する化学気相成長装置が提案されている。   In the manufacture of semiconductor devices, chemical vapor deposition apparatuses are widely used to form a predetermined film on a semiconductor substrate. As one such chemical vapor deposition apparatus, for example, Patent Document 1 discloses a chemical vapor phase in which a silicon oxide film or the like is formed (film formation) by vaporizing a liquid material such as TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate). Growth devices have been proposed.

この化学気相成長装置では、成膜を行なうための第1の成膜ヘッドから第5の成膜ヘッドまで複数の成膜ヘッドが配設されている。各成膜ヘッドにおいては、1つの反応室が構成されて、ガスを吹出すためのガスシャワーヘッドと、そのガスシャワーヘッドと対向するように半導体基板を載置するためのステージが配設される。成膜ヘッドでは、ステージに載置される半導体基板1枚ごとに成膜処理が施されることになる。   In this chemical vapor deposition apparatus, a plurality of film formation heads are arranged from a first film formation head to a fifth film formation head for film formation. In each film forming head, one reaction chamber is configured, and a gas shower head for blowing out gas and a stage for mounting a semiconductor substrate so as to face the gas shower head are arranged. . In the film formation head, the film formation process is performed for each semiconductor substrate placed on the stage.

各成膜ヘッドには個々に材料ガス供給系が設けられ、それぞれの目的に応じて材料ガスの供給量が制御される。たとえばTEOS/オゾン(O3)系のNSG(Non doped Silicate Glass)膜を成膜する場合には、TEOSとオゾンの供給量が制御されることになる。 Each film forming head is individually provided with a material gas supply system, and the supply amount of the material gas is controlled in accordance with each purpose. For example, when a TEOS / ozone (O 3 ) NSG (Non doped Silicate Glass) film is formed, the supply amount of TEOS and ozone is controlled.

また、TEOS/オゾン(O3)系のBPSG(Boro Phopho Silicate Glass)膜を成膜する場合には、TEOSと不純物を添加するための所定の液体材料を気化したガスの供給量が制御されることになる。
特開平7−221090号公報
In addition, when a TEOS / ozone (O 3 ) -based BPSG (Boro Phopho Silicate Glass) film is formed, the supply amount of a gas obtained by vaporizing a predetermined liquid material for adding TEOS and impurities is controlled. It will be.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-221090

近年、枚葉式の化学気相成長装置の処理能力をより向上する観点からチャンバを設けて、そのチャンバ内に複数の成膜ヘッド(反応室)を備えた化学気相成長装置が提案されている。   In recent years, a chemical vapor deposition apparatus has been proposed in which a chamber is provided from the viewpoint of further improving the processing capability of a single-wafer chemical vapor deposition apparatus, and a plurality of deposition heads (reaction chambers) are provided in the chamber. Yes.

しかしながら、このような化学気相成長装置では、1つのチャンバ内に複数の反応室が設けられるために、1つのチャンバへ供給するガスの供給量を制御するだけでは、半導体基板上に形成される膜の均一性をさらに向上するには限界があった。なお、膜の均一性とは、半導体基板内あるいは半導体基板間の膜厚の均一性や膜中の不純物濃度の均一性等をいう。   However, in such a chemical vapor deposition apparatus, since a plurality of reaction chambers are provided in one chamber, it is formed on a semiconductor substrate only by controlling the amount of gas supplied to one chamber. There was a limit to further improving the uniformity of the film. Note that the uniformity of the film means the uniformity of the film thickness within the semiconductor substrate or between the semiconductor substrates, the uniformity of the impurity concentration in the film, and the like.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は半導体基板上に形成される膜の均一性をさらに向上する化学気相成長装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus that further improves the uniformity of a film formed on a semiconductor substrate.

本発明に係る化学気相成長装置は、反応室を有するチャンバとガス吹出し口とステージ部とガス供給制御部とチルト機構とを備えている。ガス吹出し口は反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出す。ステージ部はガス吹出し口と対向するように反応室内に配設され、半導体基板が載置される。ガス供給制御部はガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給する。チルト機構はガス吹出し口およびステージ部の少なくともいずれかに設けられ、ガス吹出し口とステージ部との間隔を変更する。   The chemical vapor deposition apparatus according to the present invention includes a chamber having a reaction chamber, a gas outlet, a stage unit, a gas supply control unit, and a tilt mechanism. The gas outlet is disposed in the reaction chamber and blows out a predetermined material gas. The stage portion is disposed in the reaction chamber so as to face the gas outlet, and a semiconductor substrate is placed thereon. The gas supply control unit supplies a material gas at a predetermined flow rate to the gas outlet. The tilt mechanism is provided in at least one of the gas outlet and the stage part, and changes the interval between the gas outlet and the stage part.

本発明に係る化学気相成長装置によれば、半導体基板上に形成される膜の均一性が悪化した場合に、ガス供給制御部だけでは均一性の改善が困難な場合でも、ガス吹出し口およびステージ部の少なくともいずれかにチルト機構が設けられていることによって、半導体基板面内においてガス吹出し口とステージ部(半導体基板)との間隔を変えることができる。これにより、半導体基板面上における材料ガスの流れを変えて膜の成長速度を調整することができ、その結果、膜の均一性の改善を図ることができる。   According to the chemical vapor deposition apparatus of the present invention, when the uniformity of the film formed on the semiconductor substrate deteriorates, even if it is difficult to improve the uniformity only by the gas supply control unit, By providing the tilt mechanism in at least one of the stage portions, the distance between the gas outlet and the stage portion (semiconductor substrate) can be changed within the surface of the semiconductor substrate. As a result, the growth rate of the film can be adjusted by changing the flow of the material gas on the semiconductor substrate surface, and as a result, the uniformity of the film can be improved.

以下、本発明に係る実施例について具体的に説明する。   Examples according to the present invention will be specifically described below.

まず、本発明の実施例1に係る化学気相成長装置について説明する。この化学気相成長装置では、所定の液体原料を気化させた材料ガスと酸化剤をチャンバに送り込み、材料ガスと酸化剤とを反応させることによって半導体基板上に膜が形成される。   First, a chemical vapor deposition apparatus according to Example 1 of the present invention will be described. In this chemical vapor deposition apparatus, a material gas obtained by vaporizing a predetermined liquid source and an oxidant are fed into a chamber, and a film is formed on the semiconductor substrate by reacting the material gas and the oxidant.

図1に示すように、所定の液体原料を供給するための液体原料供給源として、たとえばTEPO(Tri Ethyl Phosphate)を供給する第1液体原料供給源11、TEB(Tri Ethyl Borate)を供給する第2液体原料供給源12およびTEOSを供給する第3液体原料供給源13が設けられている。   As shown in FIG. 1, as a liquid source supply source for supplying a predetermined liquid source, for example, a first liquid source supply source 11 for supplying TEPO (Tri Ethyl Phosphate), a first source for supplying TEB (Tri Ethyl Borate), A second liquid source supply source 12 and a third liquid source supply source 13 for supplying TEOS are provided.

第1液体原料供給源11、第2液体原料供給源12および第3液体原料供給源13から送られる液体原料を気化するための気化器18,19,20がそれぞれ設けられている。その気化器18,19,20においてそれぞれ液体原料を気化して送り出すために、窒素供給源14とヘリウム供給源15から窒素ガスとヘリウムガスがそれぞれ送り込まれる。   Vaporizers 18, 19, and 20 are provided for vaporizing liquid raw materials sent from the first liquid raw material supply source 11, the second liquid raw material supply source 12, and the third liquid raw material supply source 13, respectively. Nitrogen gas and helium gas are fed from a nitrogen supply source 14 and a helium supply source 15, respectively, in order to vaporize and send the liquid raw material in the vaporizers 18, 19, and 20, respectively.

一方、酸化剤としてオゾンを供給するためのオゾン供給源16が設けられ、オゾン供給源16から送られるオゾンを送り出すために酸素供給源17から酸素が送り込まれる。   On the other hand, an ozone supply source 16 for supplying ozone as an oxidant is provided, and oxygen is sent from an oxygen supply source 17 to send out ozone sent from the ozone supply source 16.

気化器18,19,20によってそれぞれ気化された材料ガスは、材料ガス供給ライン31を経てチャンバ1へ送られる。オゾンはオゾン供給ライン32を経てチャンバ1へ送られる。そのチャンバ1には2つの反応室3が設けられている。2つの反応室3のそれぞれに対して、供給する材料ガスの流量を個々に制御するために、材料ガス供給ライン31には各反応室3に対応した流量制御バルブ9が設けられている。   The material gases vaporized by the vaporizers 18, 19, and 20 are sent to the chamber 1 through the material gas supply line 31. Ozone is sent to the chamber 1 via the ozone supply line 32. The chamber 1 is provided with two reaction chambers 3. In order to individually control the flow rate of the material gas to be supplied to each of the two reaction chambers 3, the material gas supply line 31 is provided with a flow rate control valve 9 corresponding to each reaction chamber 3.

反応室3のそれぞれには、材料ガスと酸化剤を吹出すためのシャワーヘッド5と、半導体基板(図示せず)を載置するためのステージ部7とが互いに対向するように配設されている。また、チャンバ3にはチャンバ3内を排気するための排気ライン33が設けられている。排気ライン33は排気ポンプ21に接続されている。   In each of the reaction chambers 3, a shower head 5 for blowing out a material gas and an oxidant and a stage portion 7 for placing a semiconductor substrate (not shown) are disposed so as to face each other. Yes. The chamber 3 is provided with an exhaust line 33 for exhausting the inside of the chamber 3. The exhaust line 33 is connected to the exhaust pump 21.

次に、反応室3周辺の構造についてより詳しく説明する。図2に示すように、シャワーヘッド5の背面側には円周方向にリフトベローズ4が設けられ、反応室3の上方にはそのリフトベローズ4を駆動するための駆動部6が設けられている。図3に示すように、駆動部6によりリフトベローズ4が伸縮することによって、シャワーヘッド5とステージ7との距離が変えられることになる。   Next, the structure around the reaction chamber 3 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, a lift bellows 4 is provided in the circumferential direction on the back side of the shower head 5, and a drive unit 6 for driving the lift bellows 4 is provided above the reaction chamber 3. . As shown in FIG. 3, the lift bellows 4 is expanded and contracted by the drive unit 6, thereby changing the distance between the shower head 5 and the stage 7.

次に、上述した化学気相成長装置の動作について説明する。第1液体原料供給源11、第2液体原料供給源12および第3液体原料供給源13のそれぞれから送られる液体原料が、気化器18,19,20へ送られて気化され材料ガスとなる。気化された材料ガスは、窒素ガスおよびヘリウムガスと混合されて材料ガス供給ライン31によってチャンバ3へ送られる。一方、オゾン供給源16から供給されるオゾンガスが、オゾン供給ライン32によってチャンバ3へ送られる。   Next, the operation of the above-described chemical vapor deposition apparatus will be described. The liquid raw material sent from each of the first liquid raw material supply source 11, the second liquid raw material supply source 12, and the third liquid raw material supply source 13 is sent to the vaporizers 18, 19, and 20 to be vaporized into a material gas. The vaporized material gas is mixed with nitrogen gas and helium gas, and sent to the chamber 3 through the material gas supply line 31. On the other hand, ozone gas supplied from the ozone supply source 16 is sent to the chamber 3 through the ozone supply line 32.

チャンバ3へ送られた材料ガスとオゾンガスは、シャワーヘッド5から反応室3内に吹出される。ステージ7上には半導体基板2が載置され、半導体基板2はステージ7に装着されて、温度約480℃に設定されたヒータ(図示せず)によって加熱される。   The material gas and ozone gas sent to the chamber 3 are blown out from the shower head 5 into the reaction chamber 3. The semiconductor substrate 2 is placed on the stage 7, and the semiconductor substrate 2 is mounted on the stage 7 and heated by a heater (not shown) set to a temperature of about 480 ° C.

反応室3内に導入された材料ガスとオゾンガスは、半導体基板2の表面において反応して所定の膜が形成される。この場合、液体原料として、TEB,TEPOおよびTEOSを使用することによって、半導体基板上にはBPSG膜が形成されることになる。   The material gas and ozone gas introduced into the reaction chamber 3 react on the surface of the semiconductor substrate 2 to form a predetermined film. In this case, a BPSG film is formed on the semiconductor substrate by using TEB, TEPO, and TEOS as liquid raw materials.

このとき、反応室3内の圧力は、処理が施される半導体装置(デバイス)により最適な圧力に設定され、たとえば常圧(大気圧)または10000Pa以上の圧力(減圧状態)に設定される。   At this time, the pressure in the reaction chamber 3 is set to an optimum pressure by the semiconductor device (device) to be processed, and is set to, for example, normal pressure (atmospheric pressure) or pressure of 10,000 Pa or higher (depressurized state).

反応後の材料ガスは、排気ポンプ21により排気ライン33を経て反応室3の外へ排気される。このようにして、半導体基板上にたとえばBPSG膜などの所定の膜を形成する一連の処理が完了する。   The material gas after the reaction is exhausted out of the reaction chamber 3 through the exhaust line 33 by the exhaust pump 21. In this way, a series of processes for forming a predetermined film such as a BPSG film on the semiconductor substrate is completed.

上述した化学気相成長装置では、図1に示すように、1つのチャンバ1内に2つの反応室3が設けられている。その反応室3のそれぞれに対して材料ガス供給ライン32から分岐した材料ガス供給ラインが接続され、それぞれ流量制御バルブ9によって反応室3に導入される材料ガスの流量が制御されることになる。   In the chemical vapor deposition apparatus described above, two reaction chambers 3 are provided in one chamber 1 as shown in FIG. A material gas supply line branched from the material gas supply line 32 is connected to each of the reaction chambers 3, and the flow rate of the material gas introduced into the reaction chamber 3 is controlled by the flow rate control valve 9.

さらに、図2および図3に示すように、シャワーヘッド5の背面側にリフトベローズ4を設けて、駆動部6によりそのリフトベローズ4を伸縮させることにより、シャワーヘッド5とステージ7との距離を変えることができる。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a lift bellows 4 is provided on the back side of the shower head 5, and the lift bellows 4 is expanded and contracted by the drive unit 6, thereby reducing the distance between the shower head 5 and the stage 7. Can be changed.

これにより、たとえば半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ9による反応室3に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。   Thereby, for example, when the film thickness uniformity of the film formed on the semiconductor substrate deteriorates, it is difficult to improve the uniformity only by controlling the flow rate of the material gas introduced into the reaction chamber 3 by the flow rate control valve 9. Even so, the uniformity can be improved. This will be described.

たとえば、図4に示すように、半導体基板(ウェハ)の径方向の膜厚分布が、ウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に減少する傾向にある場合を想定する。この場合には、図5に示すように、膜厚の薄い部分に位置するリフトベローズ4を伸ばしてシャワーヘッド5を半導体基板2の側により近づけるか、反対に、膜厚の厚い部分に位置するリフトベローズ4を縮めてシャワーヘッド5を半導体基板2の側から遠ざける。   For example, as shown in FIG. 4, it is assumed that the film thickness distribution in the radial direction of the semiconductor substrate (wafer) tends to gradually decrease from one end of the wafer toward the other end. In this case, as shown in FIG. 5, the lift bellows 4 located at the thin film portion is extended to bring the shower head 5 closer to the semiconductor substrate 2 side, or conversely, located at the thick film portion. The lift bellows 4 is contracted to move the shower head 5 away from the semiconductor substrate 2 side.

こうすることで、膜厚の薄い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド5と半導体基板2との間隔L1が、膜厚の厚い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド5と半導体基板2との間隔L2よりも短くなる。つまり、半導体基板面2内においてシャワーヘッド5と半導体基板2との間隔を変えることができる。   By doing so, the interval L1 between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 in the portion corresponding to the thin portion is larger than the interval L2 between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 in the portion corresponding to the thick portion. Will also be shorter. That is, the distance between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 can be changed in the semiconductor substrate surface 2.

その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では成膜の成長速度が下がって、ウェハの径方向の膜厚の分布を一定にすることができる。その結果、半導体基板における膜厚の均一性改善を図ることができる。   By performing the film formation process in this state, the growth rate of the film is increased at the portion corresponding to the initial thin film portion of the wafer, while the film growth rate is decreased at the portion corresponding to the thick film portion. Thus, the film thickness distribution in the radial direction of the wafer can be made constant. As a result, it is possible to improve the film thickness uniformity in the semiconductor substrate.

なお、不純物濃度の均一性がばらついた場合でも、同様の対策を施すことにより不純物濃度の均一性の改善を図ることができる。   Even when the uniformity of the impurity concentration varies, it is possible to improve the uniformity of the impurity concentration by taking similar measures.

また、この化学気相成長装置では、シャワーヘッド5の側に4つのリフトベローズを設けた場合について説明したが、リフトベローズの数を増やすことで、シャワーヘッド5と半導体基板2との間隔をより精密に設定することができる。   In this chemical vapor deposition apparatus, the case where four lift bellows are provided on the shower head 5 side has been described. However, by increasing the number of lift bellows, the distance between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 can be further increased. It can be set precisely.

さらに、材料ガスの流量を制御する流量制御バルブ9に実際に流れる材料ガスの流量をモニタすることによって、各反応室間に流れる材料ガスの流量差を求めることができ、その流量差が一定の値を超えればアラームを発するなどして、化学気相成長装置の異常を早期に発見することができる。   Furthermore, by monitoring the flow rate of the material gas that actually flows through the flow rate control valve 9 that controls the flow rate of the material gas, the flow rate difference of the material gas flowing between the reaction chambers can be obtained, and the flow rate difference is constant. If the value is exceeded, an alarm can be issued to detect abnormalities in the chemical vapor deposition apparatus at an early stage.

さらに、反応室3のメンテナンス後のシャワーヘッド5およびステージ7の取付けの際に、リフトベローズ4が設けられていることで、シャワーヘッド5とステージ7との間隔調整が容易になる。   Further, when the shower head 5 and the stage 7 after the maintenance of the reaction chamber 3 are attached, the lift bellows 4 is provided so that the distance between the shower head 5 and the stage 7 can be easily adjusted.

ここでは、リフトベローズがステージの側に配設される場合を例に挙げて説明する。図6に示すように、ステージ7の背面側に円周方向にリフトベローズ8が設けられ、反応室3の下方にはそのリフトベローズ8を駆動するための駆動部6が設けられている。図7に示すように、駆動部6によりリフトベローズ8が伸縮することによって、シャワーヘッド5とステージ7との距離が変えられることになる。   Here, a case where the lift bellows is disposed on the stage side will be described as an example. As shown in FIG. 6, a lift bellows 8 is provided in the circumferential direction on the back side of the stage 7, and a drive unit 6 for driving the lift bellows 8 is provided below the reaction chamber 3. As shown in FIG. 7, the lift bellows 8 is expanded and contracted by the drive unit 6, thereby changing the distance between the shower head 5 and the stage 7.

なお、これ以外の構成については前述した図1に示す構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し詳しい説明を省略する。   Since the configuration other than this is the same as the configuration shown in FIG. 1 described above, the same members are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

上述した化学気相成長装置では、図6および図7に示すように、ステージ7の背面側にリフトベローズ8が設けられている。これにより、駆動部6によりリフトベローズ8を伸縮させて、シャワーヘッド5とステージ7との距離を変えることができる。   In the chemical vapor deposition apparatus described above, a lift bellows 8 is provided on the back side of the stage 7 as shown in FIGS. Thereby, the lift bellows 8 can be expanded and contracted by the drive unit 6 to change the distance between the shower head 5 and the stage 7.

これにより、半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ9による反応室3に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。   Thereby, when the film thickness uniformity of the film formed on the semiconductor substrate deteriorates, it is difficult to improve the uniformity only by controlling the flow rate of the material gas introduced into the reaction chamber 3 by the flow rate control valve 9. Even if it exists, the improvement of uniformity can be aimed at. This will be described.

たとえば、図8に示すように、半導体基板(ウェハ)の径方向の膜厚分布が、ウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に増加する傾向にある場合を想定する。この場合には、図9に示すように、膜厚の薄い部分に位置するリフトベローズ8を伸ばしてステージ7をシャワーヘッド5の側により近づけるか、反対に、膜厚の厚い部分に位置するリフトベローズ8を縮めてステージ7をシャワーヘッド5の側から遠ざける。   For example, as shown in FIG. 8, it is assumed that the film thickness distribution in the radial direction of the semiconductor substrate (wafer) tends to gradually increase from one end of the wafer toward the other end. In this case, as shown in FIG. 9, the lift bellows 8 located in the thin film portion is extended to bring the stage 7 closer to the shower head 5, or conversely, the lift located in the thick film portion. The bellows 8 is shrunk and the stage 7 is moved away from the shower head 5 side.

こうすることで、膜厚の薄い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド5と半導体基板2との間隔L1が、膜厚の厚い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド5と半導体基板2との間隔L2よりも短くなる。   By doing so, the interval L1 between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 in the portion corresponding to the thin portion is larger than the interval L2 between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 in the portion corresponding to the thick portion. Will also be shorter.

その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では成膜の成長速度が下がって、ウェハの径方向の膜厚の分布を一定にすることができる。その結果、半導体基板における膜厚の均一性改善を図ることができる。   By performing the film formation process in this state, the growth rate of the film is increased at the portion corresponding to the initial thin film portion of the wafer, while the film growth rate is decreased at the portion corresponding to the thick film portion. Thus, the film thickness distribution in the radial direction of the wafer can be made constant. As a result, it is possible to improve the film thickness uniformity in the semiconductor substrate.

なお、不純物濃度の均一性がばらついた場合でも、同様の対策を施すことにより不純物濃度の均一性の改善を図ることができる。   Even when the uniformity of the impurity concentration varies, it is possible to improve the uniformity of the impurity concentration by taking similar measures.

また、この化学気相成長装置では、ステージ7の側に4つのリフトベローズを設けた場合について説明したが、リフトベローズの数を増やすことで、シャワーヘッド5と半導体基板2との間隔をより精密に設定することができる。   In this chemical vapor deposition apparatus, the case where four lift bellows are provided on the stage 7 side has been described. However, by increasing the number of lift bellows, the distance between the shower head 5 and the semiconductor substrate 2 can be made more precise. Can be set to

さらに、前述した化学気相成長装置と同様に、反応室3のメンテナンス後のシャワーヘッド5およびステージ7の取付けの際に、リフトベローズ8が設けられていることで、シャワーヘッド5とステージ7との間隔調整が容易になる。   Further, like the above-described chemical vapor deposition apparatus, when the shower head 5 and the stage 7 after the maintenance of the reaction chamber 3 are attached, the lift bellows 8 is provided, so that the shower head 5 and the stage 7 It is easy to adjust the interval.

ここでは、1つのチャンバ1内に設けられた2つの反応室3のそれぞれに排気ラインが接続された化学気相成長装置を例に挙げて説明する。図10に示すように、2つの反応室3のそれぞれに複数の排気ライン33が接続されている。   Here, a chemical vapor deposition apparatus in which an exhaust line is connected to each of two reaction chambers 3 provided in one chamber 1 will be described as an example. As shown in FIG. 10, a plurality of exhaust lines 33 are connected to each of the two reaction chambers 3.

図11に示すように、1つの反応室3には反応室3の4隅に対応する位置に排気ライン33a〜33dが接続されている。排気ライン33a〜33dのそれぞれには、排気流量を制御するための排気流量制御バルブ10が取付けられている。なお、これ以外の構成については前述した図1に示す構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し詳しい説明を省略する。   As shown in FIG. 11, exhaust lines 33 a to 33 d are connected to one reaction chamber 3 at positions corresponding to the four corners of the reaction chamber 3. An exhaust flow rate control valve 10 for controlling the exhaust flow rate is attached to each of the exhaust lines 33a to 33d. Since the configuration other than this is the same as the configuration shown in FIG. 1 described above, the same members are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

上述した化学気相成長装置では、図10および図11に示すように、1つの反応室3には反応室3の4隅に対応する位置に、それぞれ排気流量バルブ10を取付けた排気ライン33a〜33dが接続されている。   In the chemical vapor deposition apparatus described above, as shown in FIGS. 10 and 11, the exhaust lines 33 a to 33 in which the exhaust flow rate valves 10 are respectively attached to the one reaction chamber 3 at positions corresponding to the four corners of the reaction chamber 3. 33d is connected.

これにより、半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性や不純物濃度の均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ9による反応室3に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。   As a result, when the film thickness uniformity of the film formed on the semiconductor substrate and the uniformity of the impurity concentration deteriorate, the uniformity cannot be achieved only by controlling the flow rate of the material gas introduced into the reaction chamber 3 by the flow rate control valve 9. Even if improvement is difficult, it is possible to improve uniformity. This will be described.

たとえば、図12に示すように、半導体基板(ウェハ)の径方向の膜厚分布および不純物濃度分布が、それぞれウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に増加する傾向にある場合を想定する。この場合には、図13に示すように、膜厚の薄い部分および不純物濃度の低い部分の側に接続された排気ライン33c,33dの排気流量バルブ10を閉じ、膜厚の厚い部分および不純物濃度の高い部分の側に接続された排気ライン33a,33bの排気流量バルブ10を開ける。   For example, as shown in FIG. 12, it is assumed that the film thickness distribution and the impurity concentration distribution in the radial direction of the semiconductor substrate (wafer) tend to gradually increase from one end of the wafer toward the other end. To do. In this case, as shown in FIG. 13, the exhaust flow rate valve 10 of the exhaust lines 33c and 33d connected to the thin film thickness portion and the low impurity concentration portion is closed, and the thick film thickness portion and the impurity concentration. The exhaust flow rate valve 10 of the exhaust lines 33a and 33b connected to the higher portion side is opened.

その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では排気流量が下がって成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では排気流量が上がって成膜の成長速度が下がることになる。   By performing the film formation process in this state, the exhaust flow rate decreases at the portion corresponding to the initial thin film portion of the wafer and the growth rate of the film increases, while the exhaust flow rate at the portion corresponding to the thick film portion. As a result, the growth rate of film formation decreases.

これにより、ウェハの径方向の膜厚の分布および不純物濃度の分布を一定にすることができ、半導体基板における膜厚および不純物濃度の均一性改善を図ることができる。   Thereby, the distribution of the film thickness in the radial direction of the wafer and the distribution of the impurity concentration can be made constant, and the uniformity of the film thickness and impurity concentration in the semiconductor substrate can be improved.

なお、この化学気相成長装置では、反応室3の4隅に対応する位置に排気ライン33a〜33dを接続した場合について説明したが、排気ラインの数を増やすことで反応室3内の材料ガスの流れをより精密に制御することができる。   In this chemical vapor deposition apparatus, the case where the exhaust lines 33a to 33d are connected to the positions corresponding to the four corners of the reaction chamber 3 has been described, but the material gas in the reaction chamber 3 can be increased by increasing the number of exhaust lines. Can be controlled more precisely.

また、成膜処理後にドライクリーニングを実施するような場合には、各反応室3に接続された排気ライン33の排気量制御バルブ10の開閉度を制御させて反応室3内にクリーニングのためのガスを滞留させることができる。これにより、反応室3内において除去しにくい部分に付着した反応生成物を比較的容易に除去することができる。その結果、反応室3内の異物の低減を図ることができるとともに、メンテナンスの周期を延ばすことができる。   Further, when dry cleaning is performed after the film forming process, the degree of opening / closing of the exhaust amount control valve 10 of the exhaust line 33 connected to each reaction chamber 3 is controlled to clean the inside of the reaction chamber 3. Gas can be retained. Thereby, the reaction product adhering to the portion that is difficult to remove in the reaction chamber 3 can be removed relatively easily. As a result, foreign substances in the reaction chamber 3 can be reduced and the maintenance cycle can be extended.

さらに、実施例1ではシャワーヘッド5の側に複数のリフトベローズ4を設けた場合、実施例2ではステージ7の側に複数のリフトベローズ4を設けた場合、実施例3では1つの反応室3に複数の排気ラインが接続された場合を個々に例に挙げて説明したが、1つの化学気相成長装置において、シャワーヘッドとステージとの双方の側にリフトベローズを設けるとともに、1つの反応室に複数の排気ラインを接続させてもよい。   Furthermore, in Example 1, when a plurality of lift bellows 4 is provided on the shower head 5 side, in Example 2, when a plurality of lift bellows 4 is provided on the stage 7 side, in Example 3, one reaction chamber 3 is provided. Although a case where a plurality of exhaust lines are connected to each other is described as an example, in one chemical vapor deposition apparatus, lift bellows are provided on both sides of a shower head and a stage, and one reaction chamber is provided. A plurality of exhaust lines may be connected.

これにより、シャワーヘッドと半導体基板との間隔をより精密に制御することができるとともに、また、材料ガスの流れも制御することができる。その結果、半導体基板面内における膜厚や不純物濃度の均一性をさらに向上することができる。   Thereby, the distance between the shower head and the semiconductor substrate can be controlled more precisely, and the flow of the material gas can also be controlled. As a result, it is possible to further improve the uniformity of the film thickness and impurity concentration in the semiconductor substrate surface.

また、半導体基板に形成される膜の液体材料として、TEB,TEPOおよびTEOSを例に挙げたが、液体材料としてはこれに限られるものではない。   Further, although TEB, TEPO, and TEOS are given as examples of the liquid material of the film formed on the semiconductor substrate, the liquid material is not limited to this.

この発明は、チャンバ内に所定の材料ガスと酸化剤を導入することによって半導体基板上に所定の膜を形成する化学気相成長装置において、膜の均一性を向上する構造に有効に適用される。   The present invention is effectively applied to a structure that improves the uniformity of a film in a chemical vapor deposition apparatus that forms a predetermined film on a semiconductor substrate by introducing a predetermined material gas and an oxidant into the chamber. .

本発明の実施例1に係る化学気相成長装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the chemical vapor deposition apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 同実施例において、反応室の部分拡大断面図である。In the same Example, it is the elements on larger scale of a reaction chamber. 同実施例において、リフトベローズとシャワーヘッドを示す斜視図である。In the Example, it is a perspective view which shows a lift bellows and a shower head. 同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布の一例を示す図である。In the Example, it is a figure which shows an example of the film thickness distribution with respect to the wafer diameter for demonstrating the effect of a chemical vapor deposition apparatus. 同実施例において、図4に示される膜厚分布を解消するためのガスシャワーヘッドとステージとの位置関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a gas shower head and a stage for eliminating the film thickness distribution shown in FIG. 4 in the same example. 本発明の実施例2に係る化学気相成長装置における反応室の部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale of the reaction chamber in the chemical vapor deposition apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 同実施例において、リフトベローズとシャワーヘッドを示す斜視図である。In the Example, it is a perspective view which shows a lift bellows and a shower head. 同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布の一例を示す図である。In the Example, it is a figure which shows an example of the film thickness distribution with respect to the wafer diameter for demonstrating the effect of a chemical vapor deposition apparatus. 同実施例において、図8に示される膜厚分布を解消するためのガスシャワーヘッドとステージとの位置関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a positional relationship between a gas shower head and a stage for eliminating the film thickness distribution shown in FIG. 8 in the same example. 本発明の実施例3に係る化学気相成長装置における反応室の部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale of the reaction chamber in the chemical vapor deposition apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 同実施例において、反応室と排気ラインの配置関係を示す上面図である。In the same Example, it is a top view which shows the arrangement | positioning relationship between a reaction chamber and an exhaust line. 同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布および不純物濃度分布の一例を示す図である。In the Example, it is a figure which shows an example of the film thickness distribution and impurity concentration distribution with respect to the wafer diameter for demonstrating the effect of a chemical vapor deposition apparatus. 同実施例において、図12に示される膜厚分布および不純物濃度分布を解消するための反応室と排気ラインの排気流量制御バルブの開閉の様子を示す図である。In the same Example, it is a figure which shows the mode of opening and closing of the exhaust flow control valve of the reaction chamber and exhaust line for eliminating the film thickness distribution and impurity concentration distribution which are shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバ、2 半導体基板、3 反応室、4,8 リフトベローズ、5 シャワーヘッド、6 駆動部、7 ステージ、9 流量制御バルブ、10 排気流量制御バルブ、11 第1液体原料供給源、12 第2液体原料供給源、13 第3液体原料供給源、14 N2供給源、15 He供給源、16 O3供給源、17 O2供給源、18 第1気化器、19 第2気化器、20 第3気化器、21 排気ポンプ、31 材料ガス供給ライン、32 オゾン供給ライン、33 排気ライン。 1 chamber, 2 semiconductor substrate, 3 reaction chamber, 4,8 lift bellows, 5 shower head, 6 drive unit, 7 stage, 9 flow control valve, 10 exhaust flow control valve, 11 first liquid source supply source, 12 second Liquid source supply source, 13 3rd liquid source supply source, 14 N 2 supply source, 15 He supply source, 16 O 3 supply source, 17 O 2 supply source, 18 1st vaporizer, 19 2nd vaporizer, 20 1st 3 vaporizers, 21 exhaust pump, 31 material gas supply line, 32 ozone supply line, 33 exhaust line.

Claims (6)

反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部と、
前記ガス吹出し口および前記ステージ部の少なくともいずれかに設けられ、前記ガス吹出し口と前記ステージ部との間隔を変更するためのチルト機構と
を備えた、化学気相成長装置。
A chamber having a reaction chamber;
A gas blowout port disposed in the reaction chamber for blowing out a predetermined material gas;
A stage portion disposed in the reaction chamber so as to face the gas outlet and on which a semiconductor substrate is placed;
A gas supply control unit for supplying a material gas at a predetermined flow rate to the gas outlet;
A chemical vapor deposition apparatus provided with at least one of the gas blowing port and the stage unit, and a tilt mechanism for changing a distance between the gas blowing port and the stage unit.
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部と、
前記反応室内を排気するための排気部と
を有し、
前記排気部は、
前記反応室に接続される複数の排気管と、
複数の前記排気管のそれぞれの排気量を制御するための排気制御部と
を備えた、化学気相成長装置。
A chamber having a reaction chamber;
A gas blowout port disposed in the reaction chamber for blowing out a predetermined material gas;
A stage portion disposed in the reaction chamber so as to face the gas outlet and on which a semiconductor substrate is placed;
A gas supply control unit for supplying a material gas at a predetermined flow rate to the gas outlet;
An exhaust part for exhausting the reaction chamber,
The exhaust part is
A plurality of exhaust pipes connected to the reaction chamber;
A chemical vapor deposition apparatus comprising: an exhaust control unit for controlling an exhaust amount of each of the plurality of exhaust pipes.
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口および前記ステージ部の少なくともいずれかに設けられ、前記ガス吹出し口と前記ステージ部との間隔を変更するためのチルト機構と
を備えた、化学気相成長装置。
A chamber having a reaction chamber;
A gas blowout port disposed in the reaction chamber for blowing out a predetermined material gas;
A stage portion disposed in the reaction chamber so as to face the gas outlet and on which a semiconductor substrate is placed;
A chemical vapor deposition apparatus provided with at least one of the gas blowing port and the stage unit, and a tilt mechanism for changing a distance between the gas blowing port and the stage unit.
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記反応室に接続される複数の排気管と、
複数の前記排気管のそれぞれの排気量を制御するための排気制御部と
を備えた、化学気相成長装置。
A chamber having a reaction chamber;
A gas blowout port disposed in the reaction chamber for blowing out a predetermined material gas;
A stage portion disposed in the reaction chamber so as to face the gas outlet and on which a semiconductor substrate is placed;
A plurality of exhaust pipes connected to the reaction chamber;
A chemical vapor deposition apparatus comprising: an exhaust control unit for controlling an exhaust amount of each of the plurality of exhaust pipes.
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部を備えた、請求項3または4に記載の化学気相成長装置。   5. The chemical vapor deposition apparatus according to claim 3, further comprising a gas supply control unit configured to supply a material gas having a predetermined flow rate to the gas outlet. 前記チャンバ内に前記反応室を複数備えた、請求項1〜5のいずれかに記載の化学気相成長装置。   The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the reaction chambers are provided in the chamber.
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