JP2626925B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
て、基板を処理する装置および基板を処理する方法に関
するものである。
用いて、従来のCVD装置の構造を説明する。CVD装置は、
チャンバ1とガス導入管7とを備えている。
3の主表面上に、半導体基板5が載置されている。チャ
ンバ1内には、ガス導入管7がある。ガス導入管7は、
チャンバ1の内部から外部に延びている。薄膜形成に用
いるガスは、ガス導入管7から、チャンバ1内に供給さ
れる。チャンバ1の内部から外部に向けて、ガス排出管
9が伸びている。チャンバ1内に供給された薄膜形成用
ガスは、ガス排出管9から排出される。
ガス導入管20b、PH3ガス導入管20c、B2H6ガス導入管20d
に枝分れしている。PSG(phospho−silicate glass)
膜を形成する場合は、O2ガス,SiH4ガス,PH3ガスを用
い、BPSG(boro−phospho silicate glass)膜を形成
する場合は、O2ガス,SiH4ガス,PH3ガス,B2H6ガスを用い
る。O2ガス導入管20a、SiH4ガス導入管20b、PH3ガス導
入管20c、B2H6ガス導入管20dには、それぞれマスフロー
コントローラ(MFC)17a、17b、17c、17dが取付けられ
ている。マスフローコントローラ17a、17b、17c、17d
で、流量の制御を行なう。
との間にあるガス導入管7には、バルブ11が取付けられ
ている。O2ガス導入管20aの始端13aに、O2ガス入りのボ
ンベが取付けられる。SiH4ガス導入管20bの始端13bに
は、SiH4ガス入りのボンベが取付けられる。PH3ガス導
入管20cの始端13cには、PH3ガス入りのボンベが取付け
られる。B2H6ガス導入管20dの始端13dには、B2H6ガス入
りのボンベが取付けられる。O2ガス導入管20a、SiH4ガ
ス導入管20b、PH3ガス導入管20c、B2H6ガス導入管20dに
は、それぞれバルブ18a,18b,18c,18dが取付けられてい
る。
b、PH3ガス導入管20c、B2H6ガス導入管20dの空間部の縦
断面積は、すべて同じである。O2ガス導入管20aの始端1
3aからガス導入管7の終端15までの距離、SiH4ガス導入
管20bの始端13bからガス導入管7の終端15までの距離、
PH3ガス導入管20cの始端13cからガス導入管7の終端15
までの距離、B2H6ガス導入管20dの始端13dからガス導入
管7の終端15までの距離は、ほぼ同じ値である。
チャンバ1の内部を、N2ガス雰囲気にする。N2ガスは図
示しないガス導入管によって、チャンバ1内に供給され
る。サセプタ3の主表面上に、半導体基板5を載置す
る。バルブ11を開け、O2ガス導入管20a、SiH4ガス導入
管20b、PH3ガス導入管20c、B2H6ガス導入管20dに、それ
ぞれO2ガス、SiH4ガス、PH3ガス、B2H6ガスを導入す
る。O2ガス、SiH4ガス、PH3ガス、B2H6ガスは、ガス導
入管7の終端15を通って、チャンバ1内に入る。これに
より、半導体基板5の主表面上に、BPSG膜が形成され
る。反応に使われなかったガスは、ガス排出管9からチ
ャンバ1の外部に排出される。
ガス 2000cc/分、SiH4ガス 50cc/分、PH3ガス 2cc/
分である。SiH4ガスの流量とPH3ガスの流量とは、大き
く異なる。したがって、SiH4ガスを流し始めてから、Si
H4ガスがチャンバ1内に到達するまでの時間とPH3ガス
を流し始めてから、PH3ガスがチャンバ1内に到達する
までの時間とは、大きな差がある。したがって、半導体
基板とPSG膜との界面近傍のPSG膜中のPの濃度は、所望
の濃度にならないという問題があった。
いるので、配管内壁に吸着する量と配管内壁から脱離す
る量が同じになるまで、PSG膜中のPの濃度は所望の濃
度にならなかった。吸着する量と脱離する量が同じにな
るには1〜5回薄膜形成を行なう必要があり、この薄膜
形成工程をダミーランと呼ぶ。
なされたものである。この発明の目的は、ガスの流量差
が大きくても、基板と膜との界面近傍の膜中の不純物濃
度を所望濃度にすることができ、かつ、ダミーランの回
数を少なくすることができる基板処理装置および基板処
理方法を提供することである。
原料用ガスを用いて基板を処理する基板処理装置であっ
て、基板を内部に支持可能な処理室と、処理室の内部か
ら外部へ通ずるように設けられたガス導入管と、ガス導
入管から原料用ガスの各々に対応して分岐する複数の配
管と、配管の各々に配置された流量制御部材とを備え、
この配管は、流量制御部材により所定流量に制御された
各ガスの、ガス供給部から処理室に至るまでのガス配管
通過時間が略同一となるように構成されている。
めの原料用ガス導入管と、各々の原料用ガス導入管の流
量を調整するための調整用ガス導入管とに分岐してい
る。
B、第2の原料用ガスがTEOS、第3の原料用ガスがTMPO
であることを特徴とするものである。
3種の原料用ガスを用いて、基板を処理する方法であっ
て、基板の処理が行なわれる処理室の内部に基板を入れ
る工程と、処理室の内部から外部へ通じ、かつ原料用ガ
スに対応して複数の配管に分岐したガス導入管の各々に
原料用ガスを導入する工程と、原料用ガスの各々のガス
供給部から処理室に至るまでのガス配管通過時間を略同
一とするように制御する工程とを備えたものである。
B、第2の原料用ガスがTEOS、第3の原料用ガスがTMPO
であることを特徴とするものである。
制御し、各原料用ガスの供給源から各ガス管を通過して
反応室へ到達するまでの配管通過時間を同一にすること
ができる。このため、成膜すべき膜の組成に応じて原料
用ガスの流量差が大きくなったとしても、基板と膜との
界面近傍の膜中の不純物濃度を所望濃度とすることがで
きる。
より、各ガスの流速を上昇させることができるため、ガ
スが配管内に付着することが防止され、ダミーランの回
数を減らすことができる。
よって、成膜されるBPSG膜の均一性、再現性に優れ、温
度制御の容易な基板処理装置を得ることができる。
時間を略同一となるように制御しているため、ガスの流
量差が大きくなったとしても、基板と膜との界面近傍の
膜中の不純物濃度を所望濃度にすることができる。
よって、成膜されるBPSG膜の均一性、再現性に優れた基
板処理方法を得ることができる。
例を実施するために用いるCVD装置の概略図である。第
1図に示すCVD装置の構造を説明する。
セプタ23の主表面上には、半導体基板25が載置されてい
る。チャンバ21の内部から外部に向けて、ガス導入管27
が延びている。また、チャンバ21の内部から外部に向け
て、ガス排出管41が伸びている。
ガス導入管31、PH3ガス導入管33、B2H6ガス導入管35に
分岐している。チャンバ21内にあるガス導入管27の終端
43と分岐部49との間にあるガス導入管27には、バルブ47
が取付けられている。
3、B2H6ガス導入管35には、それぞれマスフローコント
ローラ(MFC)39a、39c、39e、39gが取付けられてい
る。マスフローコントローラで、ガスの流量制御を行な
う。
る。N2ガス導入管37aには、マスフローコントローラ39b
が取付けられている。SiH4ガス導入管31から、N2ガス導
入管37bが分岐している。N2ガス導入管37bには、マスフ
ローコントローラ39dが取付けられている。PH3ガス導入
管33からN2ガス導入管37cが分岐している。N2ガス導入
管37cには、カスフローコントローラ39fが取付けられて
いる。B2H6導入管35から、N2ガス導入管37dが分岐して
いる。N2ガス導入管37dには、マスフローコントローラ3
9hが取付けられている。
ガス導入管37aの始端45bから終端43までの距離、SiH4ガ
ス導入管31の始端45cから終端43までの距離、N2ガス導
入管37bの始端45dから終端43までの距離、PH3ガス導入
管33の始端45eから終端43までの距離、N2ガス導入管37c
の始端45fから終端43までの距離、B2H6ガス導入管35の
始端45gから終端43までの距離、N2ガス導入管37dの始端
45hから終端43までの距離は、ほぼ同じ値である。ま
た、ガス導入管27、O2ガス導入管29、SiH4ガス導入管3
1、PH3ガス導入管33、B2H6ガス導入管35、N2ガス導入管
37a、37b、37c、37dの空間部の縦断面積は、すべて同じ
値である。
から終端43までの距離を200cmとする。O2ガスの流量100
0cc/分、SiH4ガスの流量100cc/分、PH3ガスの流量10cc/
分の下で、PSG膜を形成する場合、各ガスの配管通過時
間は、 O2ガス:0.06分 SiH4ガス:0.6分 PH3ガス:6分 となる。第1実施例においては、N2ガス導入管37bにN2
ガスを900cc/分、N2ガス導入管37cにN2ガスを990cc/分
流すことにより、O2ガス導入管29を通るガスの流量、
SiH4ガス導入管31を通るガスの流量、PH3ガス導入管33
を通るガスの流量を等しくし、O2ガス、SiH4ガス、PH3
ガスの配管通過時間を等しくした。つまり、第1実施例
においては、各ガスの配管通過時間を制御するために、
N2ガス導入管37a、37b、37c、37dにN2ガスを流すのであ
る。33a,33b,33c,33d,33e,33f,33g,33hは、バルブであ
る。
バ21内を、N2ガス雰囲気にした。N2ガスは、図示しない
ガス管によって、チャンバ21内に供給される。半導体基
板25をサセプタ23の主表面上に載置した。半導体基板25
の温度を、PSG膜形成温度にまで上昇させた。バルブ47
を開け、N2ガス導入管37bにN2ガスを900cc/分 流し、N
2ガス導入管37cにN2ガスを990cc/分 を流した。その
後、O2ガス導入管29に、O2ガスを1000cc/分、SiH4ガス
導入管31にSiH4ガスを100cc/分、PH3ガス導入管33にPH3
ガスを10cc/分 を流した。そして、半導体基板25の主
表面上に、Pの濃度が5%のPSG膜を形成した。反応に
使われなかったガスは、ガス排出管41から排出した。こ
の発明の第1実施例を用いて形成したPSG膜中のPの濃
度を測定した。測定法としては、XPS(X線光電子分光
分析)、SIMS(2次イオン質量分析)等がある。
従来の方法によって形成されたPSG膜中のPの濃度を、
同じ測定器を用いて測定した。結果を第3図に示す。こ
の発明の第1実施例の実施条件と従来例の実施条件と
は、N2ガスを流す以外はすべて同じとした。第2図を参
照して、この発明の第1実施例によれば、PSG膜表面か
ら基板表面にかけて、膜中のPの濃度はすべて5%とな
った。第3図を参照して、従来例によれば、基板表面の
近傍にある膜中のPの濃度は、5%とならなかった。
て、半導体基板上にPSG膜を形成した。この半導体基板
を、チャンバから取出し、別の半導体基板をチャンバに
入れ、この発明の第1実施例を用いて、この半導体基板
上にPSG膜を形成した。これを7回続けた。各半導体基
板に形成されたPSG膜中のPの濃度を測定した。その結
果を第4図に示す。同じことを従来技術を用いて行なっ
た。その結果を第5図に示す。なお、PSG膜形成条件
は、第1実施例、従来技術とも先程と同じである。
1回目からPSG膜中のPの濃度が、所望の濃度である5
%に近くなることがわかった。そして2回目には、PSG
膜中のPの濃度は、所望濃度になることがわかった。こ
れに対し、第5図を参照して、従来技術によれば6回目
に初めて、PSG膜中のPの濃度が所望濃度になった。こ
の発明に第1実施例は、PH3ガス、SiH4ガスをN2ガスで
希釈し、かつ流速を上昇させているので、配管内にPH3
ガス、SiH4ガスが付着しない。このため、1回目からPS
G膜中のPの濃度が所望の濃度に近くなる。したがっ
て、この発明の第1実施例によればウェハの無駄をなく
すことができる。また、配管の洗浄回数を、少なくする
ことができる。
時間を制御している。しかしながら、この発明において
はこれに限定されるわけではなく、配管の長さ、配管の
空間部の縦断面積、ガスの濃度を単独で、または組合せ
ることにより、各ガスの配管通過時間を制御してもよ
い。
しながら、この発明においてはこれに限定されるわけで
はなく、薄膜形成温度において、不活性な性質を示すも
のであれば、如何なるガスでもよい。
おいてはこれに限定されるわけではなく、流量差の大き
いガスを用いてエッチングをする場合も、この発明を適
用することができる。
明の第2実施例に用いるCVD装置の概略図である。第6
図に示すCVD装置の構造を、以下説明する。
る。サセプタ63の主表面上には、半導体基板65が載置さ
れている。ガス導入管67が、チャンバ61の内部から外部
に向けて延びている。ガス排出管85aがチャンバ61の内
部から外部に向けて延びている。
ガス用管73、P含有ガス用管75、B含有ガス用管77に枝
分れしている。O2ガス導入管71、Si含有ガス用管73、P
含有ガス用管75、B2含有ガス用管77には、それぞれ、マ
スフローコントローラ81a、81d、81f、81hが取付けられ
ている。
75、B含有ガス用管77には、それぞれ、N2ガス導入管79
a、79b、79c、79dが連通している。N2ガス導入管79a、7
9b、79c、79dに、N2ガスを流すことにより、各ガスの配
管通過時間を制御する。N2ガス導入管79a、79b、79c、7
9dには、それぞれ、マスフローコントローラ81b、81c、
81e、81gが取付けられている。72a,72b,72c,72d,72e,72
f,72g,72hは、バルブである。
る。バブリング室83a内には、液体TEOS(Silicon Tetr
a−Ethoxide:Si(OC2H5)4)89がある。P含有ガス用
管75にはバブリング室83bを通っている。バブリング室8
3b内には、TMPO(Phosphorus Tri−Methoxide:PO(OCH
3)3)91がある。B含有ガス用管77はバブリング室83c
を通っている。バブリング室83c内には、TEB(Triethyl
Borate:B(OC2H5)3)93がある。
発生したガスを用いて、半導体基板上に薄膜を形成す
る。TEOS等を用いるCVD装置によれば、SiH4ガス等を用
いる従来のCVD装置に比べ、カバレッジの良好な薄膜を
得ることができる。
の濃度が5モル%のBPSG膜を形成する場合、Si含有ガス
用管73に流すN2の流量、P含有ガス用管75に流すN2の流
量、B含有ガス用管77に流すN2の流量は、それぞれ以下
のようになる。
MPO、TEBのモル数を求める。
式で示される。TEOS:log10P=9.651−1817.5/(t+22
5.56) …… TMPO:log10P=10.170−2416/(t+273.15) …… TEB:log10P=10.267−2061/(t+273.15) …… pは蒸気圧(Pa)、なお、1気圧は101325Paである。
tは絶対温度である。上記式は株式会社高純度化学研究
所が、平成1年8月4日に発行したガスカタログより引
用したものである。
することにより発生するTEOSガスは、 (14.5mmHg/760mmHg)×3/分=0.0572/分 となる。
0.00636/分 発生させなければならない。TMPOガ
ス、TEBガスを0.00636/分 発生させるのに要するN2
ガスの流量は次のようになる。
/分 となり、N2ガス流量は0.778/分となる。
/分 となり、N2ガスの流量は0.0535/分となる。
P含有ガス用管75に流すN2ガスの流量、B含有ガス用管
77に流すN2ガスの流量は、それぞれ3/分、0.778
/分、0.0535/分となる。よって各ガス管を通るガス
の流量差は大きい。
いた。この方法は2つある。まず、1つ目の方法を説明
する。
スを流し、Si含有ガス用管73、P含有ガス用管75、B含
有ガス用管77に流れるガスの流量を等しくする方法であ
る。この場合は、N2ガス導入管79b、79c、79dに、それ
ぞれ0/分、2.222/分、2.9465/分のN2ガスを
流せばよい。
トロールし、バブリングに使うN2ガスの流量をすべて等
しくする方法である。たとえば、先程説明したように、
60℃のTEOSを3/分 のN2ガスでバブリングすること
により発生するTEOSガスは、0.0572/分となる。した
がって、TMPOガス、TEBガスはそれぞれ0.00636/分
発生させなければならない。TMPO、TEBを3/分 のN
2ガスでバブリングさせるので、TMPOの蒸気圧V1、TEBの
蒸気圧V2を次のようにコントロールする。
を1.61mmHgにするには、TMPOの温度をより35℃にすれ
ばよい。
を1.61mmHgにするには、TEBの温度をより、−13.4℃
にすればよい。
用いて、薄膜を形成する場合もこの発明の第2実施例を
用いることができることはいうまでもない。
制御し、各原料用ガスの供給源から各ガス管を通過して
反応室へ到達するまでの配管通過時間を同一にすること
ができる。このため、成膜すべき膜の組成に応じて原料
用ガスの流量差が大きくなったとしても、基板と膜との
界面近傍の膜中の不純物濃度を所望濃度とすることがで
き、この装置によって製造された半導体装置の特性が向
上するという効果を奏する。
より、各ガスの流速を上昇させることができるため、ガ
スが配管内に付着することが防止され、ダミーランの回
数を減らすことができ、スループットが向上する。
って、成膜されるBPSG膜の均一性、再現性に優れ、温度
制御の容易な基板処理装置を得ることができ、この装置
によって製造された半導体装置の特性が向上するという
効果を奏する。
時間を略同一となるように制御しているため、ガスの流
量差が大きくなったとしても、基板と膜との界面近傍の
膜中の不純物濃度を所望濃度にすることができ、半導体
装置の性能が向上するという効果を奏する。
よって、成膜されるBPSG膜の均一性、再現性に優れた基
板処理方法を得ることができ、半導体装置そのものの性
能が向上する。
るCVD装置の概略図である。 第2図は、この発明の第1実施例を用いて形成した薄膜
の深さ方向における各位置と、そこにおける不純物濃度
との関係を表わす図である。 第3図は、従来の方法を用いて形成した薄膜の深さ方向
の各位置と、そこにおける不純物濃度との関係を表わす
図である。 第4図は、この発明の第1実施例を用いて薄膜を形成し
た回数と、各回における薄膜中の不純物濃度との関係を
表わす図である。 第5図は、従来の方法を用いて薄膜を形成した回数と、
各回における薄膜中の不純物濃度との関係を表わす図で
ある。 第6図は、この発明の第2実施例を実施するために用い
るCVD装置の概略図である。 第7図は、従来のCVD装置の概略図である。 図において、21はチャンバ、25は半導体基板、27はガス
導入管、29はO2ガス導入管、31はSiH4ガス導入管、33は
PH3ガス導入管、35はB2H6ガス導入管、37a、37b、37c、
37dはN2ガス導入管、61はチャンバ、65は半導体基板、6
7はガス導入管、71はO2ガス導入管、73はSi含有ガス用
管、75はP含有ガス用管、77は、B含有ガス用管、79
a、79b、79c、79dはN2ガス導入管を示す。
Claims (5)
- 【請求項1】少なくとも3種の原料用ガスを用いて基板
を処理する基板処理装置であって、 前記基板を内部に支持可能な処理室と、 前記処理室の前記内部から外部へ通ずるように設けられ
たガス導入管と、 前記ガス導入管から前記原料用ガスの各々に対応して分
岐する複数の配管と、 前記配管の各々に配置された流量制御部材とを備え、 前記配管は、前記流量制御部材により所定流量に制御さ
れた各ガスの、ガス供給部から前記処理室に至るまでの
ガス配管通過時間が略同一となるように構成されている
ことを特徴とする基板処理装置。 - 【請求項2】各々の配管は、各々の原料用ガスを導入す
るための原料用ガス導入管と、各々の原料用ガス導入管
の流量を調整するための調整用ガス導入管とに分岐して
いることを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。 - 【請求項3】原料用ガスのうち、第1の原料用ガスがTE
B、第2の原料用ガスがTEOS、第3の原料用ガスがTMPO
であることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置。 - 【請求項4】少なくとも3種の原料用ガスを用いて、基
板を処理する方法であって、前記基板の処理が行なわれ
る処理室の内部に前記基板を入れる工程と、 前記処理室の前記内部から外部へ通じ、かつ前記原料用
ガスに対応して複数の配管に分岐したガス導入管の各々
に前記原料用ガスを導入する工程と、 前記原料用ガスの各々のガス供給部から前記処理室に至
るまでのガス配管通過時間を略同一とするように制御す
る工程とを備えた、基板処理方法。 - 【請求項5】原料用ガスのうち、第1の原料用ガスがTE
B、第2の原料用ガスがTEOS、第3の原料用ガスがTMPO
であることを特徴とする請求項4記載の基板処理方法。
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