JP3081860B2 - 化学気相成長装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

化学気相成長装置及び半導体装置の製造方法

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JP3081860B2 JP04272897A JP27289792A JP3081860B2 JP 3081860 B2 JP3081860 B2 JP 3081860B2 JP 04272897 A JP04272897 A JP 04272897A JP 27289792 A JP27289792 A JP 27289792A JP 3081860 B2 JP3081860 B2 JP 3081860B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置を製造す
るために使用され、半導体ウエハ上に薄膜を形成する化
学気相成長装置及び半導体装置の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の化学気相成長装置の一例を
示す断面図であり、2種類の反応ガスを用いた例を示し
ている。図において、1は反応室、2は反応室1内に収
容された半導体ウエハ、3は半導体ウエハ2を支持し加
熱する加熱ステージ、4は反応室1内に臨んで設けられ
半導体ウエハ2の主面に対向しているガスヘッドであ
り、このガスヘッド4は、内部に空洞部5を有してい
る。
【0003】6はガスヘッド4の半導体ウエハ2に対向
する面に設けられた多数の噴出孔であり、これらの噴出
孔6は、半導体ウエハ2の主面全体に及ぶ範囲に、一定
間隔で設けられている。7はガスヘッド4の上面に設け
られ反応ガスを空洞部5に導入するための導入孔であ
る。
【0004】8は一端部がガスヘッド4の導入孔7に接
続され反応ガスをガスヘッド4内に導入するガス導入配
管、9はガス導入配管8の他端部に接続され2種類の反
応ガスを混合するための予混合ボックス、10は一方の
反応ガス(例えばTEOS:Tetraethylorthosilcat
e)を予混合ボックス9に導入する第1の配管、11は
他方の反応ガス(例えばオゾン)を予混合ボックス9に
導入する第2の配管、12は反応室1の外周部に設けら
れている排気口である。
【0005】次に、動作について説明する。2種類の反
応ガスは、それぞれ第1及び第2の配管10,11を通
って予混合ボックス9に送り込まれる。通常、これらの
反応ガスは、N2 等の不活性ガスにより希釈化して使用
される。予混合ボックス9に入った反応ガスは、ガス導
入配管8を経て導入孔7からガスヘッド4内の空洞部5
に導入される。このとき、2種類の反応ガスは、予混合
ボックス9へ入る際の流路の急拡大の作用と、ガス導入
配管8へ入る際の流路の急縮小の作用とにより、乱流を
生じて互いに混合される。また、ガス導入配管8の中を
流れる間にも、層流混合や乱流混合を生じながらガスヘ
ッド4へ送り込まれる。
【0006】このようにして混合されガスヘッド4に導
入された反応ガスは、噴出孔6を適当な孔径にしておく
ことにより空洞部5に溜め込まれ、各噴出孔6から半導
体ウエハ2の主面全体に向けて噴出される。このとき、
加熱ステージ3により半導体ウエハ2を加熱しておくこ
とにより、熱化学反応が生じ、半導体ウエハ2の主面全
体に薄膜(例えばSiO2膜)が形成される。また、未
反応のまま残された反応ガスは、加熱ステージ3の外周
方向に設けられた排気口12を介して反応室1外に排出
される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の化学気相成長装置においては、ガスヘッド4か
ら離れた予混合ボックス9において2種類の反応ガスが
混合されるため、ガス導入配管8の内部において2種類
の反応ガスが化学反応してしまい、ガス導入配管8の内
部に反応生成物(例えばSiO2)が付着し、ガス導入
配管8が徐々に詰まってしまうという問題点があった。
また、ガス導入配管8の内部を清掃することは非常に困
難であるという問題点もあった。
【0008】さらに、清掃のためにガス導入配管8を装
置から取り外す場合には、予混合ボックス9の出口に設
けられたバルブ(図示せず)を閉じる必要があるが、各
反応ガスの供給を止める前に誤って上記のバルブを閉じ
てしまうと、第1及び第2の配管10,11が予混合ボ
ックス9で連通しているため、圧力の高い方の反応ガス
が低い方の側へ流入してしまうという問題点もあった。
【0009】これに対して、図7に示すように、ガスヘ
ッド4に導入孔7を2つ設け、それぞれにガス導入配管
8を接続することにより、2種類の反応ガスを別々の経
路からガスヘッド4内に導入して空洞部5内で混合する
方法も考えられるが、この方法では、2種類の反応ガス
が十分に混合しきらず、結果として膜厚均一性が悪化す
るという別の問題が生じてしまう。また、図6及び図7
のいずれの例においても、ガスヘッド4に導入された反
応ガスは、空洞部5内での滞留時間が短いため、十分に
拡散されないまま噴出孔6から噴出されてしまい、噴出
圧力が半導体ウエハ2の主面全体に対して十分に均一で
はなく、従って膜厚均一性が悪化するという問題点があ
った。
【0010】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、複数種の反応
ガスを十分に混合しつつ、清掃を容易にしてメンテナン
ス性を向上させることができ、また噴出孔から噴出され
る反応ガスの圧力を均一化することができ、この結果形
成される薄膜の膜厚の均一性を向上させることができる
化学気相成長装置及び半導体装置の製造方法を得ること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る化
学気相成長装置は、半導体ウエハを収容する反応室と、
この反応室内に臨んで設けられ、空洞部、複数種の反応
ガスを導入するための複数の導入孔及び反応ガスを半導
体ウエハに向けて噴出するための多数の噴出孔を有して
いるガスヘッドと、このガスヘッド内の導入孔の出口部
分に着脱可能に取り付けられ、複数種の反応ガスを合流
させた後、複数の曲がり角を含むガス通路により混合し
て空洞部に噴出する混合器と、空洞部を複数に分割する
ようにガスヘッド内に設けられ、かつ多数の細孔を有し
ており、噴出孔から噴出する反応ガスの圧力を均一化す
るための内部抵抗板とを備えたものである。
【0012】請求項2の発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体ウエハを加熱する工程、複数種の反応ガス
を合流させた後、複数の曲がり角を含むガス通路により
混合してガスヘッドの空洞部内に噴出させる工程、空洞
部内に設けられた内部抵抗板の多数の細孔を通過させる
ことにより、反応ガスの圧力を均一化する工程、及び内
部抵抗板を通過した反応ガスをガスヘッドから加熱され
た半導体ウエハへ向けて噴出させ、半導体ウエハ上に薄
膜を形成する工程を含むものである。
【0013】
【0014】
【0015】
【実施例】
実施例1.図1は請求項1及び請求項2の発明の一実施
例による化学気相成長装置の断面図であり、図6及び図
7と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。
【0016】図において、21はガスヘッド4内の導入
孔7の出口部分にねじ止めされ2種類の反応ガスを混合
する混合器、22はガスヘッド4内に互いに間隔をおい
て水平に取り付けられている2枚の内部抵抗板であり、
これらの内部抵抗板22により、ガスヘッド4内が第1
ないし第3の空洞部5a〜5cに分割されている。ま
た、各内部抵抗板22には、噴出孔6と同様の細孔22
aが一定間隔で多数設けられている。
【0017】図2は図1の混合器21を示す分解斜視図
である。混合器21は、本体23及び蓋24からなって
いる。これらのうち本体23には、複数の曲がり角を有
する渦巻状のガス通路23aが形成されている。また、
本体23の中央部には、図3に示すように、各導入孔7
とガス通路23aとを連通するガス取入口23bが2つ
設けられている。さらに、ガス通路23aの外周側の端
部には、ガス噴出口23cが設けられている。また、混
合器21は、蓋24のねじ孔24a及び本体23のねじ
孔23dを貫通するねじ(図示せず)により、一体に組
み立てられるとともにガスヘッド4に取り付けられる。
【0018】次に、動作について説明する。別々のガス
導入配管8及び導入孔7を経てガスヘッド4内に導入さ
れた2種類の反応ガスは、ガス取入口23bより混合器
21内のガス通路23aに入る。この後、2種類の反応
ガスは、ともにガス通路23aに沿って移動するが、ガ
ス通路23aは複数の曲がり角を有しているので、これ
らの曲がり角を通過する度に反応ガスの流れは乱され、
この結果2種類の反応ガスの混合が促進される。そし
て、十分に混合された反応ガスが、ガス噴出口23cか
ら第1の空洞部5aに噴出される。
【0019】第1の空洞部5aへ送り込まれた反応ガス
は、多数の細孔22aが設けられた内部抵抗板22によ
り第1の空洞部5aに溜め込まれ、次の第2の空洞部5
bへ送り込まれる。この後、反応ガスは、第2の空洞部
5b、第3の空洞部5cで順次溜め込まれ、最終的には
噴出孔6から半導体ウエハ2へ向けて噴出される。
【0020】このような化学気相成長装置では、2種類
の反応ガスを別々のガス導入配管8によりガスヘッド4
内の混合器21に導入しているので、ガス導入配管8内
に反応生成物が付着することはなく、しかも2種類の反
応ガスを十分に混合することが可能である。また、ガス
ヘッド4を清掃する場合には、ガスヘッド4から噴出孔
6を有する部分を取り外して、2枚の内部抵抗板22を
取り外すので、このとき混合器21をガスヘッド4から
取り外すことにより、混合器21の内部の清掃も容易に
行うことができる。
【0021】さらに、ガスヘッド4内が3つの空洞部5
a〜5cに分割されているので、それぞれの空洞部5a
〜5c内で反応ガスが溜め込まれ拡散する。従って、反
応ガスの圧力は空洞部5a〜5cを経る度に均一化さ
れ、最終的に十分に均一化された圧力で半導体ウエハ2
へ噴出される。この結果、膜厚の均一性が向上すること
になる。
【0022】実施例2.なお、上記実施例では混合器2
1に設けられた噴出口23cを1箇所だけとしたが、例
えば図4に示すように、混合器21の外周部に多数の噴
出口23cを設けてもよく、これにより第1の空洞部5
aにおける反応ガスの拡散を一層促進することができ
る。
【0023】実施例3.また、上記実施例では渦巻状の
ガス通路23aを混合器21内に設けたが、ガス通路の
形状は、反応ガスの流量を許容し、流れを乱すことがで
きれば渦巻状である必要はなく、例えば図5に示すよう
に、蛇行したガス通路23eであってもよい。
【0024】さらに、上記実施例では内部抵抗板22を
2枚用いた例を示したが、3枚以上若しくは1枚であっ
てもよく、その枚数は反応ガスの流量、細孔の孔径、ガ
スヘッド4の容積などによって任意に決めることができ
る。
【0025】さらにまた、上記実施例では噴出孔6から
の反応ガスを上方から半導体ウエハ2に吹き付ける方式
の装置について説明したが、半導体ウエハ2の主面を下
方に向け、半導体ウエハ2の下方から反応ガスを上方に
吹き上げる方式、いわゆるフェースダウン方式の装置に
もこの発明は適用できる。この場合、反応ガスは、半導
体ウエハ2で加熱されるため、下方に位置するガスヘッ
ド4の方向に舞い下がることなく半導体ウエハ2の主面
に沿って排気方向へ流れる。従って、加熱された反応ガ
スによりガスヘッド4が汚れることが無くなるという利
点がある。
【0026】また、混合器21のガスヘッド4への取付
方法は、ねじ止めに限定されるものではなく、着脱可能
であれば他の方法で取り付けてもよい。さらに、上記実
施例では使用する反応ガスが2種類の場合について説明
したが、勿論3種類以上の反応ガスを混合して使用する
場合についても、導入孔7やガス取入口23aの数を増
やすことにより容易に適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明の
化学気相成長装置は、複数種の反応ガスを合流させた
後、複数の曲がり角を含むガス通路により混合し、さら
に内部抵抗板の細孔を通過させて圧力を均一化するよう
にしたので、複数種の反応ガスが混合器で十分に混合さ
れるとともに、内部抵抗板によりガス流速も均一化さ
れ、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚及び膜質を十
分に均一化することができる。また、混合器はガスヘッ
ドから取り外すことにより容易に清掃することができる
ので、メンテナンス性を向上させることもできる。
【0028】また、請求項2の発明の半導体装置の製造
方法は、複数種の反応ガスを合流させた後、複数の曲が
り角を含むガス通路により混合し、さらに内部抵抗板の
細孔を通過させて圧力を均一化するようにしたので、複
数種の反応ガスが十分に混合されるとともに、内部抵抗
板によりガス流速も均一化され、半導体ウエハに形成さ
れる薄膜の膜厚及び膜質を十分に均一化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1及び請求項2の発明の一実施例による
化学気相成長装置の断面図である。
【図2】図1の混合器を示す分解斜視図である。
【図3】図2の本体を示す平面図である。
【図4】図1の混合器の他の例を示す断面図である。
【図5】図1の混合器のさらに他の例を示す断面図であ
る。
【図6】従来の化学気相成長装置の一例を示す断面図で
ある。
【図7】従来の化学気相成長装置の他の例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 反応室 2 半導体ウエハ 4 ガスヘッド 5a 第1の空洞部 5b 第2の空洞部 5c 第3の空洞部 6 噴出孔 7 導入孔 21 混合器 22 内部抵抗板 22a 細孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔦原 晃一郎 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式 会社 北伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平1−281137(JP,A) 特開 昭63−21821(JP,A) 特開 平4−35031(JP,A) 実開 平4−4738(JP,U) 実開 平1−71442(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/00 C30B 25/00 H01L 21/31

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハを収容する反応室と、 この反応室内に臨んで設けられ、空洞部、複数種の反応
    ガスを導入するための複数の導入孔及び上記反応ガスを
    上記半導体ウエハに向けて噴出するための多数の噴出孔
    を有しているガスヘッドと、 このガスヘッド内の上記導入孔の出口部分に着脱可能に
    取り付けられ、上記複数種の反応ガスを合流させた後、
    複数の曲がり角を含むガス通路により混合して上記空洞
    部に噴出する混合器と 上記空洞部を複数に分割するように上記ガスヘッド内に
    設けられ、かつ多数の細孔を有しており、上記噴出孔か
    ら噴出する反応ガスの圧力を均一化するための内部抵抗
    板と を備えていることを特徴とする化学気相成長装置。
  2. 【請求項2】 半導体ウエハを加熱する工程、 複数種の反応ガスを合流させた後、複数の曲がり角を含
    むガス通路により混合してガスヘッドの空洞部内に噴出
    させる工程、 上記空洞部内に設けられた内部抵抗板の多数の細孔を通
    過させることにより、上記反応ガスの圧力を均一化する
    工程、及び 上記内部抵抗板を通過した反応ガスを上記ガ
    スヘッドから加熱された半導体ウエハへ向けて噴出さ
    せ、上記半導体ウエハ上に薄膜を形成する工程 を含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
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