JP6317698B2 - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体製造方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）は、薄膜の膜厚制御性に優れた成膜方法である。しかしながら、複数のウェハ上に膜を同時に形成するバッチ成膜装置にＡＬＤを適用する場合、成膜対象の下地の表面積が大きくなると、ウェハ中心部に到達するソースガスの量がウェハ外周部に到達するソースガスの量よりも少なくなる。その結果、各ウェハ上の膜の膜厚がウェハ外周部とウェハ中心部とで異なり、膜厚の面内均一性が悪化する。しかしながら、膜厚の面内均一性を改善するために単純にガス供給量やウェハ間隔を調整すると、膜質の悪化や成膜処理の複雑化を招くおそれがある。
特許第５６１０４３８号公報 特許第５５７５２９９号公報
膜厚の面内均一性の良好な膜を形成可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基板を収容する収容部と、前記収容部内に第１ガスを放出する複数の第１開口を有する第１流路とを備える。前記装置はさらに、前記第１開口と個数またはサイズが異なり、前記収容部内に前記第１ガスを放出する複数の第２開口を有する第２流路を備える。前記装置はさらに、前記第１ガスが前記第１開口から第１流速で放出され、前記第１ガスが前記第２開口から前記第１流速と異なる第２流速で放出されるように、前記第１および第２流路への前記第１ガスの供給を制御する制御部を備える。
第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の第１変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の第２変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の第３変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の半導体製造装置のガス供給部の第１の例を示す概略図である。 第１実施形態の半導体製造装置のガス供給部の第２の例を示す概略図である。 図６のガス供給部の動作を説明するための概略図である。 図６のガス供給部の動作を説明するための概略図である。 第１実施形態の比較例の半導体製造方法を示す断面図である。 第１実施形態の比較例の半導体製造方法を示す断面図である。 第１実施形態の比較例の半導体製造方法におけるガス供給タイミングの例を示すグラフである。 第１実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。 第１実施形態の半導体製造方法におけるガス供給タイミングの例を示すグラフである。 第１実施形態のインジェクタの使用例を説明するためのグラフである。 第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
図１の半導体製造装置は、収容部の例であるガラス管１と、ウェハ設置部２と、第１流路の例である第１インジェクタ３と、第２流路の例である第２インジェクタ４と、流路の例であるインジェクタ５と、制御部６とを備えている。図１の半導体製造装置は、複数のウェハ１１上に膜を同時に形成するバッチ式のＡＬＤ装置である。ウェハ１１は、本開示の基板の例である。
ガラス管１は、複数のウェハ１１を収容可能である。ウェハ設置部２は、ガラス管１に収容されたウェハ１１を設置するために使用される。本実施形態のウェハ１１は、表面を上向き、裏面を下向きにしてウェハ設置部２に設置される。各ウェハ１１は例えば、半導体基板と、半導体基板上に形成された被加工層とを含んでいる。各ウェハ１１の表面（被加工層の表面）は、平坦である場合と凹凸を有する場合とがある。
図１は、ウェハ１１の表面および裏面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハ１１の表面および裏面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。例えば、あるウェハ設置部２にあるウェハ１１が設置されている場合、このウェハ設置部２とこのウェハ１１との位置関係は、ウェハ設置部２がウェハ１１の下方に位置していると表現される。なお、本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
第１インジェクタ３、第２インジェクタ４、およびインジェクタ５は、ガラス管１内に配置されており、ウェハ１１上に膜を形成するためのソースガスを放出する。本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ１１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成するために使用される。第１および第２インジェクタ３、４は、シリコンのソースガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２ガスをガラス管１内に放出する。インジェクタ５は、窒素のソースガスであるＮＨ３ガスをガラス管１内に放出する。ただし、Ｈは水素を表し、Ｃｌは塩素を表す。シリコン窒化膜は、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとが反応することで形成される。ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスは第１ガスの例であり、ＮＨ３ガスは第２ガスの例である。
符号Ｌは、ガラス管１内における第１インジェクタ３、第２インジェクタ４、およびインジェクタ５の長さを示す。このように、これらのインジェクタ３〜５は、ガラス管１内において同じ長さＬを有している。これらのインジェクタ３〜５は、ガラス管１内においてＺ方向に延びている。
第１インジェクタ３は、ガラス管１内に第１ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス）を放出する複数の第１開口３ａを有し、第２インジェクタ４は、ガラス管１内に第１ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス）を放出する複数の第２開口４ａを有する。符号Ｄは、第１および第２開口３ａ、４ａの直径を示す。このように、第１および第２開口３ａ、４ａは、同じ直径Ｄを有しており、同じサイズを有している。しかしながら、第１インジェクタ３の第１開口３ａの個数は５個、第２インジェクタ４の第２開口４ａの個数は４個であり、これらの個数は互いに異なっている。
インジェクタ５は、ガラス管１内に第２ガス（ＮＨ３ガス）を放出する複数の開口５ａを有する。これらの開口５ａは、第１および第２開口３ａ、４ａと同じ直径（サイズ）を有しているが、第１および第２開口３ａ、４ａと異なる直径（サイズ）を有していてもよい。また、本実施形態のインジェクタ５の開口５ａの個数は５個であるが、５個以外でもよい。
制御部６は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。制御部６は例えば、第１および第２インジェクタ３、４への第１ガスの供給や、インジェクタ５への第２ガスの供給を制御する。本実施形態の制御部６は、これらのインジェクタ３〜５にガスを供給する装置の動作や、これらのインジェクタ３〜５にガスを供給する流路上のバルブの開閉を制御することで、第１および第２ガスの供給を制御することができる。
第１インジェクタ３の開口面積は、第１インジェクタ３に設けられた第１開口３ａの面積の合計で表される。第１開口３ａから放出される第１ガスの第１流速は、第１インジェクタ３の開口面積に依存する。同様に、第２インジェクタ４の開口面積は、第２インジェクタ４に設けられた第２開口４ａの面積の合計で表される。第２開口４ａから放出される第１ガスの第２流速は、第２インジェクタ４の開口面積に依存する。
本実施形態では、第１開口３ａの個数と第２開口４ａの個数が異なっているため、第１インジェクタ３の開口面積と第２インジェクタ４の開口面積が異なっている。よって、本実施形態の制御部６は、容易に第１流速と第２流速を異なる値に設定することができる。例えば、制御部６は、第１および第２インジェクタ３、４に第１ガスを同じ流量で供給することで、第２流速を第１流速よりも速い値に設定することができる。
実験によると、各ウェハ１１のウェハ中心部に到達するガスの量は、ガスの流速を速くすることで増加させることができる。ガスの流速は一般に、ガスを放出するインジェクタの開口面積が小さくなるほど速くなる。よって、制御部６は例えば、第１ガスを第１流速で第１開口３ａから供給する代わりに、第１ガスを第２流速で第２開口４ａから供給することで、ウェハ中心部に到達する第１ガスの量を増加させることができる。これにより、各ウェハ１１の表面積が大きい場合でも、膜厚の面内均一性の良好なシリコン窒化膜を形成することが可能となる。
図２は、第１実施形態の第１変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
図２では、第２インジェクタ４の第２開口４ａの個数は、第１インジェクタ３の第１開口３ａの個数と同じである。しかしながら、第２開口４ａの直径Ｄ２は第１開口３ａの直径Ｄ１よりも小さく、第２開口４ａのサイズは第１開口３ａのサイズよりも小さい。そのため、図２では、第１インジェクタ３の開口面積と第２インジェクタ４の開口面積が異なっている。よって、図１の制御部６の流速制御は、本変形例でも実現可能である。
図３は、第１実施形態の第２変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
図３の半導体製造装置は、図１に示す構成要素に加え、第３流路の例である第３インジェクタ７を備えている。第３インジェクタ７は、ガラス管１内に第１ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス）を放出する複数の第３開口７ａを有する。第１〜第３インジェクタ３、４、７は、ガラス管１内において同じ長さＬを有している。第１〜第３開口３ａ、４ａ、７ａは、同じ直径Ｄを有しており、同じサイズを有している。しかしながら、第１〜第３インジェクタ３、４、７の第１〜第３開口３ａ、４ａ、７ａの個数はそれぞれ５個、４個、３個であり、これらの個数は互いに異なっている。
第１開口３ａから放出される第１ガスの第１流速は、第１インジェクタ３の開口面積に依存する。第２開口４ａから放出される第１ガスの第２流速は、第２インジェクタ４の開口面積に依存する。第３開口７ａから放出される第１ガスの第３流速は、第３インジェクタ７の開口面積に依存する。
よって、本実施形態の制御部６は、容易に第１、第２、および第３流速を異なる値に設定することができる。例えば、制御部６は、第１〜第３インジェクタ３、４、７に第１ガスを同じ流量で供給することで、第２流速を第１流速よりも速い値に設定し、第３流速を第２流速よりも速い値に設定することができる。本変形例によれば、シリコン窒化膜の膜厚の面内均一性をより良好に改善することが可能となる。
図４は、第１実施形態の第３変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
図４では、第２開口４ａの個数や第３開口７ａの個数は、第１開口３ａの個数と同じである。しかしながら、第２開口４ａの直径Ｄ２は第１開口３ａの直径Ｄ２はよりも小さく、第２開口４ａのサイズは第１開口３ａのサイズよりも小さい。さらに、第３開口７ａの直径Ｄ３は第２開口４ａの直径Ｄ２よりも小さく、第３開口７ａのサイズは第２開口４ａのサイズよりも小さい。そのため、図４では、第１〜第３インジェクタ３、４、７の開口面積が互いに異なっている。よって、図３の制御部６の流速制御は、本変形例でも実現可能である。
なお、本実施形態の半導体製造装置に第１ガスを供給するインジェクタの本数は、４本以上でもよい。また、第２インジェクタ４の第２開口４ａは、個数およびサイズの両方が第１インジェクタ３の第１開口３ａと異なっていてもよい。同様に、第３インジェクタ７の第３開口７ａは、個数およびサイズの両方が第１および第２インジェクタ３、４の第１および第２開口３ａ、４ａと異なっていてもよい。これは、上述の４本以上のインジェクタについても同様である。すなわち、これらのインジェクタの開口は、個数およびサイズの一方が互いに異なっていてもよいし、個数およびサイズの両方が互いに異なっていてもよい。
（１）第１実施形態のガス供給部
次に、図１または図２の半導体製造装置の第１および第２インジェクタ３、４に第１ガスを供給するガス供給部について説明する。このガス供給部は、図３または図４の半導体製造装置の第１〜第３インジェクタ３、４、７にも同様に第１ガスを供給可能である。
図５は、第１実施形態の半導体製造装置のガス供給部の第１の例を示す概略図である。
図５(ａ)のガス供給部は、貯留部の例であるシリンダ２１と、調整部の例であるピストン２２とを備えている。
シリンダ２１は、第１ガスを貯留するために使用される。シリンダ２１は、第１および第２インジェクタ３、４に接続されている。制御部６は、これらのインジェクタ３、４のいずれかを選択し、選択したインジェクタにシリンダ２１内の第１ガスを供給する。第１ガスは、選択されたインジェクタを介してガラス管１内に供給される。
ピストン２２は、シリンダ２１からガラス管１に排出する第１ガスの量と、シリンダ２１内に残存させる第１ガスの量との比率を調整可能である。例えば、ピストン２２の位置が図５(ａ)から図５(ｂ)に変化すると、６０％程の第１ガスが排出され、４０％程の第１ガスが残存する。さらに、ピストン２２の位置が図５(ｂ)から図５(ｃ)に変化すると、残りの４０％程の第１ガスも排出される。
制御部６は例えば、第１インジェクタ３に第１ガスを供給し、その直後に第２インジェクタ４に第１ガスを供給する。このような制御は、本例のガス供給部を使用すれば容易に実現できる。具体的には、制御部６は、第１インジェクタ３を選択してピストン２２の位置を図５(ａ)から図５(ｂ)に変化させ、続いて、第２インジェクタ４を選択してピストン２２の位置を図５(ｂ)から図５(ｃ)に変化させる。これにより、６０％程の第１ガスを第１開口３ａから第１流速で放出させ、４０％程の第１ガスを第２開口４ａから第２流速で放出させることができる。
図６は、第１実施形態の半導体製造装置のガス供給部の第２の例を示す概略図である。
図６(ａ)のガス供給部は、第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）貯留部の例である第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅと、第１から第Ｎバルブの例である第１〜第５バルブ２４ａ〜２４ｅとを備えている。Ｎの値は５以外でもよい。
第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅは、第１ガスを貯留するために使用される。第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅは、第１および第２インジェクタ３、４に接続されている。制御部６は、これらのインジェクタ３、４のいずれかを選択し、第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅ内の第１ガスを供給する。第１ガスは、選択されたインジェクタを介してガラス管１内に供給される。
第１〜第５バルブ２４ａ〜２４ｅはそれぞれ、第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅとガラス管１との間の流路に設けられている。例えば、第１〜第３バルブ２４ａ〜２４ｃを開くと、第１〜第３バッファタンク２３ａ〜２３ｃ内の第１ガスがガラス管１に排出される（図６(ｂ)）。その後、第４および第５バルブ２４ｄ、２４ｅを開くと、第４および第５バッファタンク２３ｄ、２３ｅ内の第１ガスがガラス管１に排出される（図６(ｃ)）。
制御部６は例えば、第１インジェクタ３に第１ガスを供給し、その直後に第２インジェクタ４に第１ガスを供給する。このような制御は、本例のガス供給部を使用すれば容易に実現できる。具体的には、制御部６は、第１インジェクタ３を選択して第１〜第５バルブ２４ａ〜２４ｅの状態を図６(ａ)から図６(ｂ)に変化させ、続いて、第２インジェクタ４を選択して第１〜第５バルブ２４ａ〜２４ｅの状態を図６(ｂ)から図６(ｃ)に変化させる。これにより、６０％程の第１ガスを第１開口３ａから第１流速で放出させ、４０％程の第１ガスを第２開口４ａから第２流速で放出させることができる。
図７および図８は、図６のガス供給部の動作を説明するための概略図である。図７は、第１インジェクタ３に第１ガスを供給する状態を示している。図８は、第２インジェクタ４に第１ガスを供給する状態を示している。
第１〜第５バッファタンク２３ａ〜２３ｅは、図７および図８に示すように、第１〜第５バルブ２４ａ〜２４ｅが設けられた５本の流路に接続されている。これら５本の流路は１本の流路に合流しており、この１本の流路は２本の流路に分岐している。２本の流路の一方は、バルブ２５を介して第１インジェクタ３に接続され、２本の流路の他方は、バルブ２６を介して第２インジェクタ４に接続されている。
制御部６は、第１インジェクタ３を選択する場合、バルブ２５を開き、バルブ２６を閉じる（図７）。その結果、第１ガスが第１インジェクタ３のみに供給される。制御部６は、第２インジェクタ４を選択する場合、バルブ２５を閉じ、バルブ２６を開く（図８）。その結果、第１ガスが第２インジェクタ４のみに供給される。なお、バルブ２５、２６の構成や制御は、図５のガス供給部にも適用可能である。
（２）第１実施形態の比較例
図９は、第１実施形態の比較例の半導体製造方法を示す断面図である。
図９(ａ)は、平坦な表面を有し、表面積が小さいウェハ１１を示す。図９(ｂ)は、凹部１１ａを含む表面を有し、表面積が大きいウェハ１１を示す。図９(ｃ)は、多数の凹部１１ａを含む表面を有し、表面積がさらに大きいウェハ１１を示す。符号Ｃは、各ウェハ１１の中心を示す。符号Ｅは、各ウェハ１１の端部を示す。
本比較例では、図９(ａ)〜図９(ｃ)の各ウェハ１１の表面に、バッチ式のＡＬＤ装置により膜１２を形成する。膜１２は、例えばシリコン窒化膜である。ただし、第１ガスの流速は、図９(ａ)〜図９(ｃ)において同じ値に設定する。
この場合、図９(ａ)の膜１２の膜厚は均一である。符号Ｔ１は、図９(ａ)の膜１２の膜厚を示す。しかしながら、図９(ｂ)の膜１２の膜厚は、ウェハ外周部とウェハ中心部とで異なっている。具体的には、ウェハ外周部では膜厚がＴ１であるのに対し、ウェハ中心部では膜厚がＴ２（＜Ｔ１）となっている。理由は、ウェハ中心部に到達する第１ガスの量が、ウェハ外周部に到達する第１ガスの量よりも少ないからである。この現象は、図９(ｃ)でより顕著となる。図９(ｃ)では、ウェハ中心部の膜厚がＴ３（＜Ｔ２）となっている。
図１０は、第１実施形態の比較例の半導体製造方法を示す断面図である。
図１０(ａ)〜図１０(ｃ)のウェハ１１はそれぞれ、図９(ａ)〜図９(ｃ)のウェハ１１と同様に、小さな表面積、大きな表面積、さらに大きな表面積を有している。ただし、図１０(ａ)〜図１０(ｃ)では、単位時間あたりの第１ガスの供給量が、図９(ａ)〜図９(ｃ)の２倍に設定されている。
この場合、図１０(ｃ)のウェハ中心部に十分な量の第１ガスが到達するため、図１０(ｃ)の膜１２の膜厚は均一になる。符号ｔ１は、図１０(ｃ)の膜１２の膜厚を示す。しかしながら、図１０(ｂ)のウェハ中心部には過剰な量の第１ガスが到達する。そのため、ウェハ外周部とウェハ中心部とで、膜１２の膜厚や膜質が異なってしまう。符号ｔ２は、図１０(ｂ)のウェハ中心部の膜厚を示す（ｔ２＞ｔ１）。この現象は、図１０(ａ)でより顕著となる。符号ｔ３は、図１０(ａ)のウェハ中心部の膜厚を示す（ｔ３＞ｔ２）。
図１１は、第１実施形態の比較例の半導体製造方法におけるガス供給タイミングの例を示すグラフである。
この半導体製造方法では、第１ガスの供給用に、図１〜図４の第１および第２インジェクタ３、４の代わりに、同じ個数およびサイズの開口を有する２本のインジェクタを使用する。一方、第２ガスの供給用には、図１〜図４のインジェクタ５と同じインジェクタを使用する。
図１１(ａ)は、表面積の小さいウェハ１１に膜１２を形成する際の第１および第２ガスの供給タイミングを示す。図１１(ｂ)は、表面積の大きいウェハ１１に膜１２を形成する際の第１および第２ガスの供給タイミングを示す。符号ＧＡは、第１ガスの供給タイミングを示す。符号ＧＢは、第２ガスの供給タイミングを示す。図１１(ａ)および図１１(ｂ)に示すように、第１ガスと第２ガスは交互に繰り返し供給される。
この半導体製造方法では、１回当たりの第２ガスの供給量は、一定の値ＰＢである。一方、１回当たりの第１ガスの供給量は、第１の値ＰＡ１と第２の値ＰＡ２を取り得る。第１の値ＰＡ１は、第１ガスを１本のインジェクタから放出した場合の供給量である。第２の値ＰＡ２は、第１ガスを２本のインジェクタから放出した場合の供給量である。
図１１(ａ)に示すように、表面積の小さいウェハ１１に膜１２を形成する際には、１本のインジェクタのみから第１ガスを供給する回数が多い。図１１(ｂ)に示すように、表面積の大きいウェハ１１に膜１２を形成する際には、２本のインジェクタから第１ガスを供給する回数が多い。
このように、この半導体製造方法では、ウェハ１１の表面積が大きくなるほど、単位時間あたりの第１ガスの供給量を増加させる。これは、ウェハ１１の表面積が小さい場合には図９(ａ)の処理を採用し、ウェハ１１の表面積が大きい場合には図１０(ｂ)（または図１０(ｃ)）の処理を採用することを意味する。しかしながら、上述のように、この場合には膜１２の膜厚や膜質の均一性を確保することが難しい。
図１２は、第１実施形態の半導体製造方法を示す断面図である。
図１２(ａ)〜図１２(ｃ)のウェハ１１はそれぞれ、図９(ａ)〜図９(ｃ)のウェハ１１と同様に、小さな表面積、大きな表面積、さらに大きな表面積を有している。本実施形態では、図１２(ａ)〜図１２(ｃ)の各ウェハ１１の表面に、図１〜図４のいずれかの半導体製造装置により膜１２を形成する。ただし、図１２(ａ)〜図１２(ｃ)の第１ガスの平均流速はそれぞれ、流速Ｖ１、流速Ｖ２、流速Ｖ３に設定する（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）。
この場合、図１２(ａ)の膜１２の膜厚は均一である。また、図１２(ａ)のウェハ１１の代わりに図１２(ｂ)のウェハ１１に膜１２を形成する場合には、第１ガスの平均流速を流速Ｖ１から流速Ｖ２に上昇させる。これにより、図１２(ｂ)でも膜厚の均一性の良好な膜１２を形成することができる。また、図１２(ｃ)のウェハ１１に膜１２を形成する場合には、第１ガスの平均流速を流速Ｖ３に上昇させる。これにより、図１２(ｃ)でも膜厚の均一性の良好な膜１２を形成することができる。
流速Ｖ１は例えば、図３または図４の第１インジェクタ３を使用することで実現可能である。流速Ｖ２は例えば、図３または図４の第２インジェクタ４を使用することで実現可能である。流速Ｖ３は例えば、図３または図４の第３インジェクタ７を使用することで実現可能である。しかしながら、流速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、図１３の方法により実現することも可能である。
図１３は、第１実施形態の半導体製造方法におけるガス供給タイミングの例を示すグラフである。
図１３(ａ)は、表面積の小さいウェハ１１に膜１２を形成する際の第１および第２ガスの供給タイミングを示す。図１３(ｂ)は、表面積の大きいウェハ１１に膜１２を形成する際の第１および第２ガスの供給タイミングを示す。符号ＧＡは、第１ガスの供給タイミングを示す。符号ＧＢは、第２ガスの供給タイミングを示す。図１３(ａ)および図１３(ｂ)に示すように、第１ガスと第２ガスは交互に繰り返し供給される。ただし、第２ガスが１回供給されるごとに、第１ガスが２回供給される。
この半導体製造方法では、１回当たりの第２ガスの供給量は、一定の値ＰＢである。一方、１回当たりの第１ガスの供給量は、第１の値ＰＡ１、第２の値ＰＡ２、および第３の値ＰＡ３を取り得る。第１の値ＰＡ１は、第１ガスを第１インジェクタ３から放出した場合の供給量である。第２の値ＰＡ２は、第１ガスを第２インジェクタ４から放出した場合の供給量である。第３の値ＰＡ３は、第１ガスを第３インジェクタ７から放出した場合の供給量である。
図１３(ａ)に示すように、表面積の小さいウェハ１１に膜１２を形成する際には、第１および第２インジェクタ３、４から第１ガスを順番に供給する。これにより、第１ガスの平均流速が流速Ｖ１となる。図１３(ｂ)に示すように、表面積の大きいウェハ１１に膜１２を形成する際には、第２および第３インジェクタ４、７から第１ガスを順番に供給する。これにより、第１ガスの平均流速が流速Ｖ２となる。第１ガスを順番に供給する処理は、図５または図６のガス供給部を使用することで実現可能である。
なお、図１３(ａ)および図１３(ｂ)では、第１ガスの平均流速を２段階に変化させているが、第１ガスの平均流速を３段階以上に変化させてもよい。例えば、第１ガスを放出するインジェクタの本数を４本以上にすることで、３段階以上の流速変化を実現してもよい。また、インジェクタ３、４、７のうちの２本を使用する処理に加えて、インジェクタ３、４、７のうちの３本を使用する処理や、インジェクタ３、４、７のうちの１本を使用する処理を採用することで、３段階以上の流速変化を実現してもよい。また、図１４の方法により３段階以上の流速変化を実現してもよい。
図１４は、第１実施形態のインジェクタの使用例を説明するためのグラフである。
図１４では、ウェハ１１の表面積に応じて、単位時間あたりに使用する第１〜第３インジェクタ３、４、７の使用回数を変化させる。曲線Ｃ１〜Ｃ３はそれぞれ、第１〜第３インジェクタ３、４、７の使用回数を示す。
図１４では、第１インジェクタ３の使用回数が、表面積の増加に伴い減少する。また、第２インジェクタ４の使用回数が、表面積の増加に伴い緩やかに減少する。また、第３インジェクタ７の使用回数が、表面積の増加に伴い増加する。これにより、ウェハ１１の表面積の増加に伴い、第１ガスの平均流速を上昇させることができる。
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、複数の第１開口３ａを有する第１インジェクタ３と、第１開口３ａと個数またはサイズが異なる複数の第２開口４ａを有する第２インジェクタ４とを備えている。そして、本実施形態においては、第１ガスを第１開口３ａから第１流速で放出させ、第１ガスを第２開口４ａから第１流速と異なる第２流速で放出させる。よって、本実施形態によれば、様々な表面積を有するウェハ１１に、膜厚の面内均一性の良好な膜１２を形成することが可能となる。
（第２実施形態）
図１５は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
図１５(ａ)は、半導体製造装置の垂直断面を示す。図１５(ｂ)は、半導体製造装置の水平断面を示す。本実施形態の半導体製造装置は、図１〜図４の半導体製造装置と同様に、複数のウェハ１１上に膜１２を同時に形成するバッチ式のＡＬＤ装置である。
本実施形態の半導体製造装置は、ガラス管１の代わりに、内部ガラス管１ａと、外部ガラス管１ｂとを備えている。内部ガラス管１ａは、収容部を構成する内部収容部の例である。外部ガラス管１ｂは、収容部を構成する外部収容部の例である。
本実施形態の半導体製造装置はさらに、インジェクタ３〜５の代わりに、第１流路の例である第１ダクト８と、第２流路の例である第２ダクト９と、流路の例であるダクト１０とを備えている。
内部ガラス管１ａは、複数のウェハ１１を収容可能である。外部ガラス管１ｂは、内部ガラス管１ａを包囲している。ウェハ設置部２は、内部ガラス管１ａに収容されたウェハ１１を設置するために使用される。本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ設置部２に設置されたウェハ１１を、Ｚ方向に平行な軸を中心に回転させることができる。
第１ダクト８、第２ダクト９、およびダクト１０は、内部ガラス管１ａと外部ガラス管１ｂとの間に配置されており、内部ガラス管１ａの外壁面に設置されている。これらのダクト８〜１０は、ウェハ１１上に膜１２を形成するためのソースガスを放出する。本実施形態の半導体製造装置は、ウェハ１１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成するために使用される。第１および第２ダクト８、９は、シリコンのソースガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを内部ガラス管１ａ内に放出する。ダクト１０は、窒素のソースガスであるＮＨ３ガスを内部ガラス管１ａ内に放出する。
符号Ｌは、内部ガラス管１ａと外部ガラス管１ｂとの間における第１ダクト８、第２ダクト９、およびダクト１０の長さを示す。このように、これらのダクト８〜１０は、内部ガラス管１ａと外部ガラス管１ｂとの間において同じ長さＬを有している。これらのダクト８〜１０は、内部および外部ガラス管１ａ、１ｂの間においてＺ方向に延びている。
第１ダクト８は、内部ガラス管１ａ内に第１ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス）を放出する複数の第１開口８ａを有し、第２ダクト９は、内部ガラス管１ａ内に第１ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス）を放出する複数の第２開口９ａを有する。符号Ｄは、第１および第２開口８ａ、９ａの直径を示す。このように、第１および第２開口８ａ、９ａは、同じ直径Ｄを有しており、同じサイズを有している。しかしながら、第１ダクト８の第１開口８ａの個数は５個、第２ダクト９の第２開口９ａの個数は４個であり、これらの個数は互いに異なっている。
ダクト１０は、内部ガラス管１ａ内に第２ガス（ＮＨ３ガス）を放出する複数の開口１０ａを有する。これらの開口１０ａは、第１および第２開口８ａ、９ａと同じ直径（サイズ）を有しているが、第１および第２開口８ａ、９ａと異なる直径（サイズ）を有していてもよい。また、本実施形態のダクト１０の開口１０ａの個数は５個であるが、５個以外でもよい。
制御部６は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。制御部６は例えば、第１および第２ダクト８、９への第１ガスの供給や、ダクト１０への第２ガスの供給を制御する。本実施形態の制御部６は、これらのダクト８〜１０にガスを供給する装置の動作や、これらのダクト８〜１０にガスを供給する流路上のバルブの開閉を制御することで、第１および第２ガスの供給を制御することができる。
第１ダクト８の開口面積は、第１ダクト８に設けられた第１開口８ａの面積の合計で表される。第１開口８ａから放出される第１ガスの第１流速は、第１ダクト８の開口面積に依存する。同様に、第２ダクト９の開口面積は、第２ダクト９に設けられた第２開口９ａの面積の合計で表される。第２開口９ａから放出される第１ガスの第２流速は、第２ダクト９の開口面積に依存する。
本実施形態では、第１開口８ａの個数と第２開口９ａの個数が異なっているため、第１ダクト８の開口面積と第２ダクト９の開口面積が異なっている。よって、本実施形態の制御部６は、容易に第１流速と第２流速を異なる値に設定することができる。例えば、制御部６は、第１および第２ダクト８、９に第１ガスを同じ流量で供給することで、第２流速を第１流速よりも速い値に設定することができる。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、様々な表面積を有するウェハ１１に、膜厚の面内均一性の良好な膜１２を形成することが可能となる。
図１６は、第２実施形態の変形例の半導体製造装置の構造を示す断面図である。
本変形例では、第２ダクト９の第２開口９ａの個数は、第１ダクト８の第１開口８ａの個数と同じである。しかしながら、第２開口９ａの直径Ｄ２は第１開口８ａの直径Ｄ１よりも小さく、第２開口９ａのサイズは第１開口８ａのサイズよりも小さい。そのため、本変形例では、第１ダクト８の開口面積と第２ダクト９の開口面積が異なっている。よって、図１５の制御部６の流速制御は、本変形例でも実現可能である。
なお、図３や図４の構造は、インジェクタをダクトに置き換えることで本実施形態にも適用可能である。同様に、図５〜図１４で説明した事項は、インジェクタをダクトに置き換えることで本実施形態にも適用可能である。
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、複数の第１開口８ａを有する第１ダクト８と、第１開口８ａと個数またはサイズが異なる複数の第２開口９ａを有する第２ダクト９とを備えている。そして、本実施形態においては、第１ガスを第１開口８ａから第１流速で放出させ、第１ガスを第２開口９ａから第１流速と異なる第２流速で放出させる。よって、本実施形態によれば、様々な表面積を有するウェハ１１に、膜厚の面内均一性の良好な膜１２を形成することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：ガラス管、１ａ：内部ガラス管、１ｂ：外部ガラス管、２：ウェハ設置部、
３：第１インジェクタ、３ａ：第１開口、４：第２インジェクタ、４ａ：第２開口、
５：インジェクタ、５ａ：開口、６：制御部、
７：第３インジェクタ、７ａ：第３開口、
８：第１ダクト、８ａ：第１開口、９：第２ダクト、９ａ：第２開口、
１０：ダクト、１０ａ：開口、１１：ウェハ、１１ａ：凹部、１２：膜、
２１：シリンダ、２２：ピストン、
２３ａ〜２３ｅ：第１〜第５バッファタンク、２４ａ〜２４ｅ：第１〜第５バルブ、
２５：バルブ、２６：バルブ

Claims (9)

  1. 基板を収容する収容部と、
    前記収容部内に第１ガスを放出する複数の第１開口を有する第１流路と、
    前記第１開口と個数が異なりサイズが等しく、前記収容部内に前記第１ガスを放出する複数の第２開口を有する第２流路と、
    前記第１開口と個数が異なりサイズが等しく、かつ前記第２開口と個数が異なりサイズが等しく、前記収容部内に前記第１ガスを放出する複数の第３開口を有する第３流路と、
    前記第１ガスが前記第１開口から第１流速で放出され、前記第１ガスが前記第２開口から前記第１流速と異なる第２流速で放出され、前記第１ガスが前記第３開口から前記第１および第２流速と異なる第３流速で放出されるように、前記第１、第２、および第３流路への前記第１ガスの供給を制御する制御部と、
    を備える半導体製造装置。
  2. 基板を収容する収容部と、
    前記収容部内に第１ガスを放出する複数の第１開口を有する第１流路と、
    前記第１開口とサイズが異なり個数が等しく、前記収容部内に前記第１ガスを放出する複数の第２開口を有する第２流路と、
    前記第１開口とサイズが異なり個数が等しく、かつ前記第２開口とサイズが異なり個数が等しく、前記収容部内に前記第１ガスを放出する複数の第３開口を有する第３流路と、
    前記第１ガスが前記第１開口から第１流速で放出され、前記第１ガスが前記第２開口から前記第１流速と異なる第２流速で放出され、前記第１ガスが前記第３開口から前記第１および第２流速と異なる第３流速で放出されるように、前記第１、第２、および第３流路への前記第１ガスの供給を制御する制御部と、
    を備える半導体製造装置。
  3. 前記制御部は、
    前記基板の表面積が第１値である場合に、前記第１および第２開口から前記収容部内に前記第１ガスを供給し、
    前記基板の表面積が前記第１値と異なる第２値である場合に、前記第２および第３開口から前記収容部内に前記第１ガスを供給する、
    請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記収容部内に前記第１ガスと異なる第２ガスを放出する流路をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  5. 前記第１および第２流路は、前記収容部内において、または前記収容部を構成する内部収容部と外部収容部との間において、同じ長さを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  6. 前記第１ガスを貯留する貯留部と、
    前記貯留部から前記収容部に排出する前記第１ガスの量と、前記貯留部内に残存させる前記第１ガスの量との比率を調整する調整部と、
    をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  7. 前記第１ガスを貯留する第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）貯留部と、
    前記第１から第Ｎ貯留部と前記収容部との間の流路にそれぞれ設けられた第１から第Ｎバルブと、
    をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  8. 基板を収容部内に収容し、
    第１流路の複数の第１開口から前記収容部内に、第１ガスを第１流速で放出し、
    前記第１開口と個数が異なりサイズが等しい第２流路の複数の第２開口から前記収容部内に、前記第１ガスを前記第１流速と異なる第２流速で放出する、
    前記第１開口と個数が異なりサイズが等しく、かつ前記第２開口と個数が異なりサイズが等しい第３流路の複数の第３開口から前記収容部内に、前記第１ガスを前記第１および第２流速と異なる第３流速で放出する、
    ことを含む半導体製造方法。
  9. 基板を収容部内に収容し、
    第１流路の複数の第１開口から前記収容部内に、第１ガスを第１流速で放出し、
    前記第１開口とサイズが異なり個数が等しい第２流路の複数の第２開口から前記収容部内に、前記第１ガスを前記第１流速と異なる第２流速で放出する、
    前記第１開口とサイズが異なり個数が等しく、かつ前記第２開口とサイズが異なり個数が等しい第３流路の複数の第３開口から前記収容部内に、前記第１ガスを前記第１および第２流速と異なる第３流速で放出する、
    ことを含む半導体製造方法。
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