JPH0316120A

JPH0316120A - 化学気相成長装置及びそのガスヘッド

Info

Publication number: JPH0316120A
Application number: JP11424789A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 博司田中; Toru Yamaguchi; 徹山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1991-01-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、化学気相或長装置、特に、半導体製造装置
において、化学気相戊長のための反応ガスを半導体基板
に向けて導出するガスヘッドを備えた化学気相或長装置
、及びそのガスヘッドに関するものである。

［従来の技術］第８図は従来の化学気相戊長装置を示す概略図であり、
半導体基板ウェハ（１）は、矢印（２）の方向に回転す
るトレイ（３）上にウェハ搬入手段（４）により載置さ
れる。次いで、半導体基板ウェハ（１）はトレイ〈３〉
の下方に設けられたブリヒータ（５）により予備加熱さ
れた後、ガスヘッド（６）の下に送り込まれる。第９図
はガスヘッド（６）の反応ガス導出口（７ａ）．（７ｂ
）を概略的に示す平面図であり、ガスヘッド（６）の反
応ガス導出口（７ａ）．（７ｂ）から反応ガス（Ａ＞．
（Ｂ）が半導体基板ウェハ（１）の表面に導出され、メ
インヒータ（８）によって裏面から加熱された半導体基
板ウェハ〈１）の表面で気相反応が起こる。なお、半導
体基板ウェハ（１〉は、ガスヘッド（６）の反応ガス導
出口（７ａ），（７ｂ，）の長平方向と垂直な方向（２
）へ移動する．気相成長を終了した半導体基板ウェハく
１〉は、ウェハ搬出手段く９）により化学気相成長装置
から搬出される。

反応ガス（Ａ＞，（Ｂ）は有害なガス例えばＳｉＨ．等
を含んでいるため、装置周辺にこのようなガスが漏れな
いように、ガスヘッド（６）の上方にはカ？ー（１０）
が設けられている。さらに、ガスヘッド（６）の側部か
らのガスを排気するヘッド排気千段（１１）、メインヒ
ータ（８）の背後に設けられたヒータ排気手段（１２〉
により、余剰なガスが強制的に排気されている．第１０図は、第８図に示した化学気相成長装置に用いる
ガスヘッドの構造を示す側面断面図であり、第１１図は
第１０図に示したガスヘッドの部分平面図である．これ
らの図において、ガスヘッド〈６）は構戒ブロック（６
ａ），（６ｂ）及び（６ｃ）を重ね合わせることによっ
て組み立てられている。

化学気相戒長に用いる反応ガスとしては、例えばＳｉＨ
．、ＰＨ．、Ｂ　２　Ｈ　６、０■等が、キャリアガス
例えばＮ２と共に用いられる。今、異なる２種類の反応
ガス（Ａ），（Ｂ）を使用する場合を考える。

反応ガス（Ａ），（Ｂ）はガスヘッド（６）の側部に設
けられた反応ガス導入口（１　３　ａ）．（１　３　ｂ
）からガスヘッド（６）の内部に設けられた中空部（１
　４　ａ），（１　４　ｂ）にそれぞれ導入される。ガ
スヘッド（６）の上部には、反応ガス（Ａ）．（Ｂ）が
それぞれ半導体基板ウェハ（１）に向けて導出される反
応ガス導出口（７ａ），（７ｂ）が形成されており、そ
の形状は、第１１図に両端部分を破断して示すように長
穴状となるのが一般的である。また、反応ガス（Ａ），
（Ｂ）がそれぞれ交互に反応ガス導出口（７ａ），（７
ｂ）から導出されるように、例えば管状のシール材（１
　５　ａ），（１　５　ｂ）が所定の位置に交互に配置
されている。従って、反応ガス導入口（１３ａ）から導
入された反応ガス（Ａ）は、シール材（１５ａ）内を通
り中空部（１４ａ）を介して反応ガス導出口（７ａ）か
ら導出される。さらに反応ガス（Ａ）は、シール材（１
５ａ＞を介して奥の中空部（１４ａ）へ進み、反応ガス
導出口（７ａ）から導出される。一方、反応ガス導入口
（１３ｂ）から導入された反応ガス（Ｂ）は、中空部（
１４ｂ）を介して管状のシール材（１５ａ）以外の部分
を通って反応ガス導出口（７ｂ）から導出される。さら
に反応ガス（Ｂ）は、シール材（１５ｂ）内を通って奥
の中空部（１４ｂ）へ進み、反応ガス導出口（７ｂ〉か
ら導出される。

従来のガスヘッド（６）は上述したように構成され、こ
の種のガスヘッド（６）が従来の化学気相成長装置に使
用されている。化学気相或長装置は、ガスヘッドから反
応ガスを半導体基板ウェハ上に送り、裏面からこのウェ
ハを加熱しながら、ウェハ表面で熱化学反応を起こさせ
ることによって成膜く膜を戒長）させる装置であり、膜
を極力均一に戒長させなければならない。従って、ガス
ヘッドからの反応ガスの導出にバラツキがあると、成膜
に大きな影響を与えるものである。

［発明が解決しようとする課題］上述したようなガスヘッド（６）を備えた化学気相成長
装置では、加熱されたウェハによってガスヘッド（６）
が加熱されるため、長大状の反応ガス導出口（７　ａ　
），（７　ｂ　）からの反応ガス（Ａ），（Ｂ）の導出
は、特にガスヘッド（６）の長手方向（反応ガス導出口
（７ａ），（７ｂ）に平行な方向）でそのバラツキが大
きい。特に、反応ガス（Ａ＞，（Ｂ）のガス流量が異な
っている場合には、このバラッキはさらに大きい。また
、反応ガス（Ａ）．（Ｂ）を反応ガス導出口（７ａ），
（７ｂ）から交互に導出しているため、反応ガス（Ａ）
．（Ｂ）が均一に混合せず、その分布のバラツキが大き
い。このような場合、半導体基板ウェハ（１）をガスヘ
ッド（６）の長手方向に垂直な方向に移動させて、反応
ガス（Ａ），（Ｂ）の分布のバラツキを補償する必要が
ある。

このように、従来の化学気相成長装置では、ヒータから
の輻射熱によるガス導出口の歪みや、さらにガス導出口
の加工精度のバラッキ等により反応ガスの導出のバラッ
キ及び反応ガスの分布のバラツキが大きいため、半導体
製造の際に膜を均一に成長させることが困難であるとい
う問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、反応ガスの導出のバラツキや反応ガスの分布
のバラッキが小さく、従来に比べ膜厚均一性が著しく高
い戒膜を実現できる化学気相成長装置及びそのガスヘッ
ドを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る化学気相成長装置は、ステージに載置さ
れた半導体基板ウェハに反応ガスを噴射するガスヘッド
として、複数の反応ガス導出口が形成された表面部材に
、順次反応ガスが導入される中空部を積層して配置し、
上記表面部材に隣接した中空部以外の中空部と上記反応
ガス導出口とを他の中空部を貫通して連通させる導管が
設けられ、反応ガス導出口は、反応ガス導出口から導出
される複数の反応ガスの分布が均一になるように表面部
材に配置されたものを用いるものである。

［作　用コこの発明においては、ガスヘッドの複数の反応ガス導出
口を細かく緻密に配置することにより、反応ガス導出の
バラッキを小さくすることができ、また、反応ガス導出
口を互いに異なる２方向で交互に異なる反応ガスが導出
されるように配置することによって、反応ガスの分布の
バラツキも小さくすることができる。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例による化学気相成長装置を
示す側面断面図であり、図において、ガスヘッド（６Ａ
）に対向してステージ（１６）が設けられており、この
ステージ（１６）には半導体基板ウェハ（１）が載置さ
れている。ステージ（１６）の背部にはステージ（１６
〉を介して半導体基板ウェハ（１）を加熱する加熱手段
例えばヒータ（１７）が設けられている。ガスヘッド（
６Ａ）とステージ（１６）との近傍には、図示しないガ
スの排気手殴が設けられている。

上記のように構戒された化学気相成長装置では、まず、
半導体基板ウェハ（１）をウェハ搬入手段例えば吸着手
段（図示しない）によりステージ（１６）に載せた後、
反応室下部（１８）を上昇させて反応室上部（１９）と
共に反応室（２０）を形戊する。半導体基板ウエハ（１
）はヒータ（１７）によって約４００℃に加熱されてお
り、ガスヘッド（６Ａ〉から半導体基板ウェハ（１）表
面に向けて導出された反応ガス（Ａ），（Ｂ）は、ここ
で気相反応を起こす６余剰なガスは排気手段によって排
気部分（２１）から強制的に排気される。所定の反応が
終了した後、反応室下部（１８）を下降させて、ウェハ
搬出手段（図示しない）によって半導体基板ウェハ（１
）がステージ（１６）から取り出される。なお、駆動手
段（３４）によって、ステージ（１６）及びヒータ（１
７）と共に半導体基板ウェハ（１）を回転させながら戒
膜させてもよく、この場合、形成される膜は一層均一な
ものとなる。

第２図は第ｔ図に示した化学気相或長装置に用いるガス
ヘッドを示す側面断面図、第３図は第２図に示したガス
ヘッドの平面図であり、これらの図において、今、異な
る２種類の反応ガス（Ａ）（Ｂ）を使用する場合につい
て説明する。ガスヘッド（６Ａ）は、反応ガス（Ａ），
（Ｂ）が導出される反応ガス導出口（２　３　ａ），（
２　３　ｂ　）が複数個形成された表面部材（２４〉と
、反応ガス（Ａ）．（Ｂ）を内部に導入する中空部（２
　５　ａ），（２　５　ｂ）を形戒する部材（２　６　
ａ＞，（２　６　ｂ　）と、中空部（２５ａ）を貫通し
て、中空部（２５ｂ）と反応ガス導出口（２３ｂ）とを
連通させる管状の導管（２７）とを備えている。これら
の表面部材（２７）及び中空部を形成する部材（２　６
　ａ）．（２　６　ｂ）は、反応ガス導出口＜２　３　
ａ），（２　３　ｂ　）と平行な縦方向に順次積層して
配置されている。

上述したように構或されたガスヘッド（６Ａ）において
は、反応ガス導入口（１３ａ）から導入された反応ガス
（Ａ）は、中空部（２５ａ）を介して反応ガス導出口（
２３ａ）から、半導体基板ウエハ（１）に向けて導出さ
れる。一方、反応ガス導入口（１３ｂ）から導入された
反応ガス（Ｂ）は、中空部（２５ｂ）を介し、導管（２
７）内を通って反応゛ガス導出口＜２３ｂ）から導出さ
れる。

表面部材（２４）に設けられた反応ガス導出口（２　３
　ａ），（２　３　ｂ）の断面は、加工が簡単な例えば
円形であり、現在の加工技術では例えば内径０．２ｍｌ
〜４１程度に加工できる．従って、第４図に示すように
、多数の反応ガス導出口（２３ａ）同士のピッチを１問
〜８開程度で細かく緻密に半導体基板ウェハ（１）を覆
うように配置することができる。これにより、反応ガス
導出のバラツキを小さくすることができる。また、導管
（２７）は、例えばステンレス製の管が好辿に使用でき
、その内径は０．２ｍｍ〜４ｍｍ程度に加工することが
でき、反応ガス導出口（２３ｂ）同士を１　．５　ｎｕ
ａ〜１　０　ｍｍ程度のピッチで配置することができる
。また、導管（２７）は、反応ガス（Ａ＞，（Ｂ）が反
応ガス導出口（２　３　ａ＞．（２　３　ｂ）から互い
に異なる２方向例えば縦方向及び横方向に交互に導出さ
れるように、所定の位置に配置される。従って、反応ガ
ス（Ａ＞（Ｂ）間の分布のバラツキも小さくすることが
できる．なお、導管（２７〉は、表面部材（２４）又は
中空部を形成する部材（２６ａ）に別途に設けてもよく
、又はこれと一体に或形して設けてもよい。また、ガス
ヘッド（６Ａ）の平面形状は、第４図に示すような円形
に限定されるものではなく、半導体基板ウェハ（１）の
形状等により正方形、長方形等であってもよい．さらに、反応ガス（Ａ＞．（Ｂ）の流速をほぼ同等にす
るために、反応ガス（Ａ），（Ｂ）の流量に応じて反応
ガス導出口（２　３　ａ）．（２　３　ｂ　）の数の比
を適宜変更することができる。すなわち、第５図に示す
ガスヘッド（６Ｂ）のように、導管（２７）の数を増減
させ、導管（２７）を除いた部分の中空部を形成する部
材（２６ａ）を塞いで閉塞部（２８）とすることにより
容易に行うことができる。

なお、上述したガスヘッド（６Ａ），（６Ｂ）では、反
応ガスが２種類であり、中空部が２つの場合について説
明したが、第６図に示すように、さらに他の反応ガス（
Ｃ）を加えて反応ガスを３種類とし、中空部は、中空部
を形戒する部材（２６ｃ）を用い、中空部（２５ｃ）を
加えて３つとしたガスヘッド（６Ｃ）としてもよい。こ
の場合、反応ガス導入口（１３ｃ）から中空部（２５ｃ
）に導入された反応ガス（Ｃ）は、中空部（２　５　ａ
）．（２　５　ｂ）を貫通して設けられた導管（２９）
内を通り、反応ガス導出口（２３ｃ）から導出される。

さらに、反応ガスを４種以上使用し、中空部を４つ以上
設けてもよく、上記と同様な効果を奏する。また、反応
ガスは、異なる数種類のものをガスヘッドからそれぞれ
別々の中空部を介して導出させてもよい。また、例えば
第６図の反応ガス（Ａ）と反応ガス（Ｃ）とを同一の反
応ガスとするように、複数の反応ガスのうち少なくとも
２つの反応ガスを同一なものとすることも可能である６第７図は、従来の化学気相成長装置で戒膜した場合とこ
の発明による化学気相成長装置により戒膜した場合の成
膜の面内均一性を比較して示す線図であり、この図にお
いて、曲線（３０）は従来の化学気相ｒＩｉ長装置によ
って成膜した場合、曲線（３１）はこの発明による化学
気相成長装置を用いた場合，曲線（３２）はこの発明に
よる化学気相成長装置を用い、さらにステージ（１６）
を１分間に１回転の割合で回転した場合の結果をそれぞ
れ示している，また、反応ガス（Ａ）として０２（キャ
リアガスはＮ２）、反応ガス（Ｂ）としてＳ　ｉ　）｛
　．、ＰＨ，、Ｂ　２　Ｈ　ｓ　（キャリアガスはＮ　
２　）をそれぞれ用い、スムースコート膜としてＢＰＳ
Ｇ膜くボロンーリンーシリカガラス膜）を６インチ（直
径約１５０ｍｍ）の半導体基板ウエハく１）上に形成す
る場合について測定した。第７図の横軸は、この半導体
基板ウェハ（１）の中心（ＯｆｆＩｎ＞から所定の距離
における膜厚（人）を表している。この図から明らかな
ように、従来の化学気相成長装置では、所定の高集積デ
バイスの製造基準値であるＴｔｈｔ（第７図の場合は１
００００人±１０００人）からのずれが大きく、約半数
のデバイスチップを不良にする可能性がある。これに対
して、この発明による装置を用いた場合には、膜厚の製
造基準値からのずれが小さく、均一性の高い成膜を行う
ことができる。なお、ステージ（１６）を回転させた曲
線（３２）の場合の方がステージ（１６）を回転させな
い曲線（３１〉の場合より良好な結果が得られ、面内均
一性は±３％程度であった．なお、上述した実施例では、トレイを使わず吸着手段等
により半導体基板ウェハ（１〉を搬入、搬出しているが
、従来のトレイを使用するタイプの化学気相成長装置に
、この発明の装置におけるガスヘッド（６Ａ）〜（６Ｃ
）を適用してもよい。また、ステージ（１６）の回転は
、一方向だけの回転に限らず、一方向及び逆方向に交互
に回転させてもよい。

［発明の効果］この発明は、以上説明したとおり、半導体基板ウェハを
ｆｉ！Ｚするステージと、このステージに設けられた上
記ウェハを加熱する手段と、上記ウェハに対向して設け
られ、上記半導体基板ウェハに複数の反応ガスを噴射す
るガスヘッドと、上記ウエハ及び上記ガスヘッドとの対
向部分近傍から余剰なガスを排気する排気手段とを備え
、上記ガスヘッドは、複数の反応ガス導出口が形成され
た表面部材と、この表面部材に順次積層して配置され、
それぞれ反応ガスが導入される中空部を形成する複数の
部材と、上記表面部材に隣接した中空部以外の中空部と
上記反応ガス導出口とを他の中空部を貫通して連通させ
る導管とを備え、上記反応ガス導出口は、反応ガス導出
口から導出される複数の反応ガスの分布が均一になるよ
うに上記表面部材に配置されているので、反応ガス導出
のバラツキを小さくすることができ、また、反応ガス導
出口を互いに異なる２方向で交互に配置することにより
反応ガスの分布のバラツキも小さくすることができ、従
って、従来に比べ均一性が著しく高い成膜を実現できる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による化学気相或長装置を
示す側面断面図、第２図は第１図に示した化学気相或長
装置に用いるガスヘッドを示す測面断面図、第３図は第
２図に示したガスヘッドの部分平面図、第４図は第２図
に示したガスヘッドの平面図、第５図はこの発明の他の
実施例による化学気相成長装置に用いるガスヘッドを示
す側面断面図、第６図はさらに他の実施例による化学気
相成長装置に用いるガスヘッドを示す側面断面図、第７
図は従来の化学気相或長装置で成膜した場合とこの発明
による化学気相戊長装置により戊膜した場合の或膜の面
内均一性を比較して示す線図、第８図は従来の化学気相
戊長装置を概略的に示す側面図、第９図は第８図に示し
たガスヘッドの反応ガス導出口を概略的に示す平面図、
第１０図は第８図に示した化学気相成長装置に用いるガ
スヘッドを示す測面断面図、第１１図は第１０図に示し
たガスヘッドの部分平面図である。図において、（１）は半導体基板ウェハ、（６Ａ）（６
Ｂ），（６Ｃ）はガスヘッド、（１６）はステージ、（
１７）はヒータ、（１８）は反応室下部、（１つ）は反
応室上部、（２０〉は反応室、（２１）は排気部分、２
２）は駆動手段、（２　３　ａ），（２　３　ｂ）　（
２　３　ｃ）よ反応ガス導出口、（２４）は表面部材、
（２５ａ＞２　５　ｂ），（２　５　ｃ）は中空部、（
２　６　ａ），（２　６　ｂ）２６ｃ）は中空部を形成
する部材、（２７），（２９）よ導管、く２８）は閉塞
部である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。代　　理　　人　　　曾　　我　　道　　照２２＋運ａＦ蟇仮ウェハＴスヘ・Ｉドステージヒータ反爬宣Ｔ郭ダｆ：ｔｈ節反府室排気ｅ秒Ｍ　１７！　’ｆ　＃Ｌ昂２図昂３図２３ａ．２３ｂ２４２５ａ　．　２５ｂ２６ａ．２６ｂ２７反府Ｔ７．４出Ｏ哀［Ｆ］節林中Ｂ！空Ｗ　ｔ　ｎＦｉ　Ｔ８　ｎｕ４ｖ２８閉塞邪２３ｃ：２５ｃ：２６ｃ２９　：反Ｋプス導’ｔｏ中ｔｖｐ中空ｖＩ５１！カ成７ろ卸件導管 −６０一４０ −２０＋２０ ◆４０＋■ ′＋導停１１抜ウーハθ住置（ｍｍ）昂９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の反応ガス導出口が形成された表面部材と、
この表面部材に順次積層して配置され、それぞれ反応ガ
スが導入される中空部を形成する複数の部材と、上記表
面部材に隣接した中空部以外の中空部と上記反応ガス導
出口とを他の中空部を貫通して連通させる導管とを備え
、上記反応ガス導出口は、反応ガス導出口から導出され
る複数の反応ガスの分布が均一になるように上記表面部
材に配置されていることを特徴とする化学気相成長装置
用ガスヘッド。
（２）半導体基板ウェハを載置するステージと、このス
テージに設けられた上記ウェハを加熱する手段と、上記
ウェハに対向して設けられ、上記半導体基板ウェハに複
数の反応ガスを噴射するガスヘッドと、上記ウェハ及び
上記ガスヘッドとの対向部分近傍から余剰なガスを排気
する排気手段とを備えた化学気相成長装置であって、上
記ガスヘッドは、複数の反応ガス導出口が形成された表
面部材と、この表面部材に順次積層して配置され、それ
ぞれ反応ガスが導入される中空部を形成する複数の部材
と、上記表面部材に隣接した中空部以外の中空部と上記
反応ガス導出口とを他の中空部を貫通して連通させる導
管とを備え、上記反応ガス導出口は、反応ガス導出口か
ら導出される複数の反応ガスの分布が均一になるように
上記表面部材に配置されていることを特徴とする化学気
相成長装置。