JP3224629B2 - ガス供給用部材及び成膜装置 - Google Patents

ガス供給用部材及び成膜装置

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JP3224629B2
JP3224629B2 JP06203693A JP6203693A JP3224629B2 JP 3224629 B2 JP3224629 B2 JP 3224629B2 JP 06203693 A JP06203693 A JP 06203693A JP 6203693 A JP6203693 A JP 6203693A JP 3224629 B2 JP3224629 B2 JP 3224629B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料に膜を形成
するための成膜装置、及び成膜装置に用いるガス供給用
部材に係るものである。
【0002】
【従来の技術】現在、16M、64MのDRAMの成膜
技術として、タングステンを用いた配線技術が期待され
ている。この技術においても、例えば、シリコンウエハ
ー上にWF6 ガスを導入し、タングステン膜を形成す
る。しかし、このようにシリコンウエハー上にタングス
テン膜を形成すると、タングステンがシリコンを侵食
し、WSix が生成する。この問題を解決するため、バ
リアメタルであるTiN層をシリコンウエハーの表面に
形成し、次いでTiN層の表面にタングステン膜を形成
する技術が、公開されている。
【0003】TiCl4 とH2 とN2 との混合ガスを用
い、650℃〜1700℃の温度で、TiN膜を形成す
ることができる。この際、TiCl4 は常温で液体なの
で、H2 とN2 との混合ガスをTiCl4 液中にバブリ
ングし、こうして得たガスを加熱しながらパイプ中に流
し、チャンバー内へと導入する。即ち、パイプの周囲に
ヒーターを設置し、上記の混合ガスを加熱することで、
TiCl4 成分がパイプ内に凝結するのを防止してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、パイプからチ
ャンバー内へと上記混合ガスを供給し、半導体ウエハー
上へと導入する際に、TiCl4 成分が凝結し、TiN
膜を安定して形成できないことがあった。しかも、Ti
Cl4 成分がチャンバーの壁面に凝結し、膜形成後にも
壁面に滞溜した。そして、チャンバーを加熱してクリー
ニングガスを導入すると、チャンバーが腐食した。こう
した腐食は、成膜時に半導体の汚染の原因となるので、
許容できない。
【0005】本発明の課題は、TiCl4 等の常温で液
体の材料を含むガスを成膜装置内へと導入するのに際
し、上記材料が凝結するのを防止し、安定して成膜やク
リーニングを行えるようにすることである。更には、上
記材料がチャンバー内で凝結するのを防止することによ
って、上記材料がチャンバー内に滞留するのを防止し、
チャンバーの腐食が生じないようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、常温で液体の
材料を含むガスを成膜装置内へと導入するためのガス供
給用部材であって、セラミックスからなる盤状基体に複
数のガス導入孔が設けられており、抵抗発熱体が前記盤
状基体に埋設されていることを特徴とするガス供給用部
材に係るものである。
【0007】また、本発明は、常温で液体の材料を含む
ガスから半導体材料に膜を形成するための成膜装置であ
って、前記ガスを導入するためのチャンバー;このチャ
ンバーの内側に設置された発熱材であって、セラミック
スからなる筒状基体と、この筒状基体の内部に埋設され
た抵抗発熱体とを備えた発熱材;及びこの発熱材の内側
に設置された前記半導体材料を加熱するための加熱装置
を備えた成膜装置に係るものである。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る成膜装置を
模式的に示す一部断面図である。成膜装置のチャンバー
18の側周壁の回りに、水冷ジャケット20が設置され
ている。チャンバー18の下側壁面に、略円筒形状の支
持部18aが、上方へと向って突出している。支持部1
8aの内側に、空洞17が設けられている。チャンバー
18の下側壁面に排出口19が設けられている。チャン
バー18の上側壁面に、略円柱形状のガス導入孔10が
設けられている。
【0009】チャンバー18の側壁面18bの内側に、
略円筒形状の発熱体21が設置されている。図2は、発
熱体21を概略的に示す斜視図である。発熱体21の円
筒状基体6の外周面6bが側壁面18bと対向してい
る。チャンバー18の下側壁面上に、発熱体6の下側端
面6aが設置されている。発熱体6の上側の端面6a
が、チャンバー18の上側壁面と、若干の間隔を置いて
対向している。円筒状基体6の内部には、高融点金属か
らなる抵抗発熱体4Cが埋設されている。本例では、円
筒状基体6の一対の端面6a間のほぼ全体に、抵抗発熱
体4Cが一定のピッチで埋設されているが、このピッチ
は、全体の均熱性等を加味して、変更することも可能で
ある。
【0010】円筒状基体6の内周面6cが、略円柱形状
の内側空間7に面している。内側空間7の上側中央にガ
ス導入口10が位置し、ガス導入口10の下端に、ガス
供給用部材1が固定されている。図3は、ガス供給用部
材1を示す平面図である。
【0011】ガス供給用部材1の基体2は略円盤状であ
る。円盤状基体2の一対の主面2aと2cとの間に、多
数のガス導入孔3が導通している。本例ではガス導入孔
3がほぼ円形であり、いわゆる千鳥状に配置されてお
り、ガス導入孔3同士の間隔l 1 とl2 とl3 とがほぼ
等しい。ガス導入孔3の設けられている領域の外側に、
平面的にみてほぼ円形となるように、抵抗発熱体4Aが
埋設されている。
【0012】円盤状基体2の側周面2bに、一対の円柱
状端子5Aが突出している。これらの円柱状端子5Aに
対し、抵抗発熱体4Aの各末端がそれぞれ連結されてい
る。円柱状端子5Aには、図示しない電力供給ケーブル
を通して、外部電源より電力が供給される。
【0013】支持部18a上に、セラミックスヒーター
14が設置、固定されている。セラミックスヒーター1
4においては、円盤状基体15の内部に抵抗発熱体4B
が埋設されている。抵抗発熱体4Bの末端には、図示し
ないリード線が接続され、このリード線が空洞17内に
配線されている。好ましくは、空洞17内に熱電対を設
置する。円盤状基体15の表面にサセプター13が設置
され、サセプター13の上に半導体ウエハー12が設置
されている。ガス供給用部材1と半導体ウエハー12と
が、所定間隔を置いて対向している。
【0014】本実施例では、成膜時やクリーニング時
に、常温で液体の材料を含む成膜ガスやクリーニングガ
スを、矢印Aの様に導入する。このガスは、ガス供給用
部材1のガス導入孔3を通過し、半導体ウエハー12上
に噴出する。この成膜工程に先立って、排出口19から
矢印Bのように真空ポンプで吸引する。そして、成膜工
程の間、ガス供給用部材1及び発熱材21の抵抗発熱体
4A,4Cに通電する。
【0015】本実施例によれば、ガス供給用部材1の円
盤状基体2の内部に抵抗発熱体4Aが埋設されており、
成膜ガスやクリーニングガスを導入する際に抵抗発熱体
4Aに通電できる。これにより、成膜ガスやクリーニン
グガスをチャンバー18内に導入する際に上記材料の凝
結が生じなくなり、成膜やクリーニングを安定して行う
ことができる。
【0016】また、発熱材21の円筒状基体6の内部に
抵抗発熱体4Cを埋設し、成膜の際に抵抗発熱体4Cに
通電できる。これにより、チャンバー18の壁面、特に
側壁面18bに上記材料が凝結せず、上記材料がチャン
バー18内に滞留しにくい。従って、チャンバー18の
内壁面を加熱してクリーニングする機構が不要であり、
チャンバー18の内壁面の腐食を防止できる。
【0017】更に、成膜用ガスの種類によっては、成膜
工程においてハロゲン系腐食性ガスが発生することがあ
る。例えば、TiCl4 、H2 及びN2 ガスをチャンバ
ー18内に導入するときには、HClガスが発生する。
しかし、発熱材21の内側を、こうしたハロゲン系腐食
性ガスが通過し、チャンバー18の側壁面18bには付
着しにくいので、この意味でもチャンバー18の腐食が
生じにくい。
【0018】また、基体6の形状を筒状としたことで、
内側空間7の全体を保温することができるので、内側空
間7における温度勾配を小さくできる。高温の内側空間
7と側壁面18bとを円筒状基体6によって遮へいでき
るので、成膜時にチャンバー18の側壁を冷却すること
ができる。チャンバー18の側壁をこのように冷却する
ことによって、腐食性ガスがチャンバー18内で発生し
ても、側壁面18bが腐食しににくなる。
【0019】抵抗発熱体の材質としては、タングステ
ン、モリブデン、白金、シリコンやこれらの合金及びカ
ーボン、又は、金属の窒化物TiN、TaN、炭化物S
iC等を用いることができるが、高融点金属からなる抵
抗発熱体が好ましい。円盤状基体2、円筒状基体6の材
質はセラミックスであるが、耐久性の点からは緻密質で
り、更に、絶縁性である必要がある。こうしたセラミッ
クスとして、耐熱衝撃性の点では、窒化珪素、サイアロ
ンが好ましい。また、本発明者の研究によると、窒化ア
ルミニウム、アルミナが、広い温度範囲でハロゲン系腐
食性ガスに対する耐久性を備えていたので、好ましい。
ただ、アルミナセラミックスでは、充分な耐熱性を有
し、かつ寸法の大きいもので充分な耐熱性を有すること
は困難なので、この点では窒化アルミニウムが最も好ま
しい。
【0020】常温で液体の材料としては、TiCl4
SiCl4 、ClF3 、WF6 等を例示できる。圧力状
態は加圧から減圧までの範囲で液化するガスを示す。こ
の材料と共に使用するキャリアーガスとしては、N2
2 ,Ar等を例示できる。
【0021】図4は、他の実施例に係るガス供給用部材
11を示す平面図である。このガス供給用部材11にお
いては、円盤状基体2の主面2aの周縁部に、一方の円
柱状端子5Bの表面が露出し、主面2aの中央に、他方
の円柱状端子5Bの表面が露出している。各円柱状端子
5Bは、円盤状基体に埋設、固定されている。これら一
対の円柱状端子5Bの間に、抵抗発熱体4Bが、平面的
にみて略渦巻状をなすように、円盤状基体2内に埋設さ
れている。
【0022】抵抗発熱体4Bの存在しない領域で、ガス
導入孔3が多数設けられている。これらのガス導入孔3
は、平面的にみて、抵抗発熱体4Bと類似形状の渦巻状
に配置されている。
【0023】図5(a)は、他の発熱体31を概略的に
示す斜視図である。発熱体31の基体8は略円筒形状で
ある。円筒状基体8の一対の端面8aはそれぞれ円環状
である。一対の端面8aからそれぞれ所定距離を置い
て、抵抗発熱体4Aの埋設領域9が設けられている。こ
の埋設領域9において、図5(b)に示すように、抵抗
発熱体4Aが略円形をなすように埋設され、抵抗発熱体
4Aの両端が、それぞれ円柱状端子5Aに接続されてい
る。
【0024】こうした発熱体31においても、抵抗発熱
体4Aに電力を供給すると、ここで生じた熱が、埋設領
域9から上下の端面8aへと向って拡散する。こうした
熱は、内周面8c及び外周面8bから発散する。また、
内側空間7の熱は、円筒状基体8によって遮断される。
従って、こうした発熱体31によっても、前述した発熱
体21と同様の効果を奏しうる。ただし、抵抗発熱体4
Aの埋設領域9が、半導体ウエハー12及びガス供給用
部材1を囲む範囲に位置することが好ましい。
【0025】上記の例において、円盤状基体2、円筒状
基体6,8の寸法、形状は種々変更できる。また、抵抗
発熱体4A,4B,4Cの埋設パターン、ガス導入孔3
の形状、寸法及び個数も種々変更できる。埋設領域9
は、円筒状基体8内で上下の部分と一体成形されたもの
であってよく、また上下の部分と別体であってもよい。
埋設領域9がその上下の部分と別体である場合には、こ
れらを無機質接着剤で接着する。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、ガス供給用部材の盤状
基体の内部に抵抗発熱体が埋設されており、ガスを導入
する際に抵抗発熱体に通電できる。これにより、ガスを
チャンバー内に導入する際に上記材料の凝結が生じなく
なり、成膜を安定して行うことができる。
【0027】また、発熱材の筒状基体の内部に抵抗発熱
体を埋設し、成膜の際に抵抗発熱体に通電できる。これ
により、チャンバーの壁面に上記材料が凝結せず、上記
材料がチャンバー内に滞留しにくい。従って、チャンバ
ーの内壁面を加熱してクリーニングすることが不要であ
り、チャンバーの内壁面の腐食を防止できる。
【0028】また、発熱材の基体の形状を筒状としたこ
とで、この筒状基体の内側空間の全体を保温することが
できるので、内側空間における温度勾配を小さくでき
る。また、高温の内側空間とチャンバーの側壁面とを筒
状基体によって遮へいできるので、成膜時にチャンバー
の側壁を冷却することができる。チャンバーの側壁をこ
のように冷却することによって、この側壁の腐蝕を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】成膜装置の一例を模式的に示す一部断面図であ
る。
【図2】発熱材21を概略的に示す斜視図である。
【図3】ガス供給用部材1を概略的に示す平面図であ
る。
【図4】ガス供給用部材11を概略的に示す平面図であ
る。
【図5】(a)は、発熱体31を示す斜視図であり、
(b)は、埋設領域9の断面図ある。
【符号の説明】
1,11 ガス供給用部材 2,15 円盤状基体 3 ガス導入孔 4A,4B,4C 抵抗発熱体 6,8 円筒状基体 12 半導体ウエハー 13 サセプター 14 半導体ウエハー加熱用のセラミックスヒーター 18 チャンバー A 常温で液体の材料を含むガスの流れ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 C23C 16/46 H01L 21/205

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常温で液体の材料を含むガスを成膜装置
    内へと導入するためのガス供給用部材であって、セラミ
    ックスからなる盤状基体に複数のガス導入孔が設けられ
    ており、抵抗発熱体が前記盤状基体に埋設されているこ
    とを特徴とするガス供給用部材。
  2. 【請求項2】 常温で液体の材料を含むガスから半導体
    材料に膜を形成するための成膜装置であって、 前記ガスを導入するためのチャンバー;このチャンバー
    の内側に設置された発熱材であって、セラミックスから
    なる筒状基体と、この筒状基体の内部に埋設された抵抗
    発熱体とを備えた発熱材;及びこの発熱材の内側に設置
    された前記半導体材料を加熱するための加熱装置を備え
    た成膜装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のガス供給用部材を備えて
    いることを特徴とする、請求項2の成膜装置。
JP06203693A 1993-03-22 1993-03-22 ガス供給用部材及び成膜装置 Expired - Lifetime JP3224629B2 (ja)

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