JPH04261020A - 化学気相成長装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体ウエハ上に反応
ガスを供給することにより半導体ウエハ上に膜を形成す
る化学気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の化学気相成長装置の反応
ガス供給系は、図４に示すように構成されている。以下
、液体反応材料としてテトラエトキシシラン（Ｓｉ（Ｏ
Ｃ２　Ｈ５　）４　、以下ＴＥＯＳという）、キャリア
ガスにＮ２　ガス、ＴＥＯＳと反応させるガスにＯ３　
ガスを用いた例を示す。図において、１は与えられるＯ
２　ガスの流量を計量する質量流量計（以下ＭＦＣとい
う）、２はＭＦＣ１からのＯ２　ガスの一部を無声放電
などによりＯ３　ガスに変換するＯ３　発生器、３は与
えられるＮ２ガスの流量を計量するＭＦＣ、４はＭＦＣ
３からのＮ２ガスを一定温度に加熱する熱交換器、５は
液体ＴＥＯＳ６が満たされ、熱交換器４からのＮ２　ガ
スにより液体ＴＥＯＳ６をガス化するバブリングタンク
、７はバブリングタンク５を加熱するための加熱ヒータ
ー、８は液体ＴＥＯＳ６の液温を測定するための熱電対
、９は熱電対８の測定温度に基づき加熱ヒーター７に指
令を与え、加熱温度を調整する温度コントローラである
。１１はバブリングタンク５から配管１０を介して与え
られるＴＥＯＳガスを含んだＮ２　ガスとＯ３　発生器
２からのＯ３　ガスを含んだＯ２　ガスを混合するガス
ヘッド、１２は半導体ウエハ１３上に前記混合ガスを供
給するガス噴出口、１４は半導体ウエハ１３が収納され
ている反応室である。次に動作について説明する。Ｎ２
　ガスはＭＦＣ３で正確に計量された後、熱交換器４で
一定温度に加熱されバブリングタンク５に供給される。 加熱ヒーター７により一定温度に保たれたバブリングタ
ンク５中の液体ＴＥＯＳ６に上記Ｎ２ガスをくぐらせる
（バブリングする）。すると液体ＴＥＯＳ６の温度に応
じた蒸気圧分だけのＴＥＯＳガスを含んだＮ２　ガスが
配管１０を介してガスヘッド１１に供給される。なお、
配管１０は気化したＴＥＯＳが再気化しないように加熱
される。

【０００３】一方、Ｏ２　ガスはＭＦＣ１で正確に計量
された後、Ｏ３　発生器２に供給される。Ｏ３　発生器
２は供給されたＯ２　ガスの一部を無声放電などにより
Ｏ３　ガスに変換しガスヘッド１１に与える。ガスヘッ
ド１１はＴＥＯＳガスを含んだＮ２　ガスとＯ３　ガス
を含んだＯ２　ガスを混合しガス噴出口１２から加熱保
持されている半導体ウエハ１３上に供給する。半導体ウ
エハ１３上には化学気相成長により薄膜が形成される。

【０００４】薄膜を各ウエハに同じように形成するため
には供給する反応ガスの濃度（ＴＥＯＳガスおよびＯ３
　ガスの濃度）を一定に保つ必要がある。Ｏ３　ガスの
濃度については、供給するＯ２　ガスの流量およびＯ３
　発生器２の放電パワーを一定に保てば比較的容易に一
定に保つことができる。ＴＥＯＳガスの流量Ｑｓ　，Ｎ
２　ガスの流量Ｑｃ　，バブリングタンク５のタンク圧
力Ｐｏ　，液体ＴＥＯＳ６の蒸気圧Ｐｓとの関係は以下
に示す数１のようになる。

【０００５】

【数１】 数１を変形すると数２のようになる。

【０００６】

【数２】 数２よりＴＥＯＳガスの流量Ｑｓ　を一定に保つにはＮ
２　ガスの流量Ｑｃ　，バブリングタンクの圧力Ｐｏ　
および蒸気圧Ｐｓ　を一定に制御すればよい。ここで液
体ＴＥＯＳ６の蒸気圧Ｐｓ　は温度と一定の関係がある
ため液体ＴＥＯＳ６の液温の精密な制御が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】Ｎ２　ガスに含まれる
ＴＥＯＳガスの量は前述のようにバブリングされる液体
ＴＥＯＳ６の蒸気圧に依存する。この液体ＴＥＯＳ６の
蒸気圧は図５に示すように温度変化に対して大きく変動
する。例えば液体ＴＥＯＳ６の温度が６０℃から６５℃
に上昇すると、液体ＴＥＯＳ６の蒸気圧Ｐｓ　は約１．
３倍になりこれに伴いＴＥＯＳガスの濃度も約１．３倍
になり半導体ウエハ上に形成される膜厚が大きく変動す
る。

【０００８】前述のようにバブリングタンク５中の液体
ＴＥＯＳ６の液温は熱電対８および温度コントローラ９
により制御されているが、キャリアガスであるＮ２　ガ
スを液体ＴＥＯＳ６中に通すことで液体ＴＥＯＳ６が気
化する時の蒸発潜熱により液体ＴＥＯＳ６の液温の低下
がおこる。バブリングタンク５，加熱ヒーター７および
液体ＴＥＯＳ６を合わせた系は比較的大きいため制御性
が悪く、液体ＴＥＯＳ６の液温の変化に対しての追従が
遅い。そのため、バブリング開始から成膜終了までの液
体ＴＥＯＳ６の液温およびその蒸気圧の変化は図６に示
すようになる。図６に示すように目標温度６０℃に対し
て液温がうまく制御されていない。そのため、液体ＴＥ
ＯＳ６の蒸気圧も大きく変動しており、これに伴いＴＥ
ＯＳガスの濃度も変動し半導体ウエハ１３上に形成され
る膜厚の安定は望めない。その結果、歩留まりが低下す
るという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたのもので、液体の温度が変化しても半導
体ウエハ上に形成される膜厚を一定にすることができる
化学気相成長装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体ウエ
ハ上に反応ガスを供給することにより半導体ウエハ上に
膜を形成する化学気相成長装置に適用される。

【００１１】この発明に係る化学気相成長装置は、、前
記半導体ウエハを収納する反応室と、液体を入れる容器
と、前記液体の温度を測定する温度センサーと、前記温
度センサーの測定温度に基づき、前記液体の温度をコン
トロールする温度コントローラーと、前記容器中の液体
の中に気体を吹き込んで前記液体を気化させることによ
り前記半導体ウエハ上に供給すべき前記反応ガスを生成
するバブリング手段と、前記温度センサーにより測定さ
れた測定温度に応じて前記生成された反応ガスの一部を
排気し、前記半導体ウエハ上に供給される前記反応ガス
中の反応材料の量を一定に保つ排気手段とを備えている
。

【００１２】

【作用】この発明における排気手段は温度センサーによ
り測定された測定温度に応じて反応ガスの一部を排気し
、半導体ウエハ上に供給される反応ガス中の反応材料の
量を一定に保つ。そのため、半導体ウエハ上に形成され
る薄膜の膜厚が一定となる。

【００１３】

【実施例】図１はこの発明に係る化学気相成長装置の一
実施例を示す図である。図において、図４の従来例との
相違点は、新たにコントローラー２０およびＭＦＣ２１
を設けたことである。コントローラー２０は目標温度Ｔ
Ｍ　に対応する液体ＴＥＯＳ６の蒸気圧と実際の液体Ｔ
ＥＯＳ６の液温（以下実温という）に対応する蒸気圧と
の差に応じた指令をＭＦＣ２１に与える。ＭＦＣ２１は
コントローラー２０からの指令に応答して配管１０から
ＴＥＯＳガスを含むＮ２　ガスを排気する。

【００１４】図２はコントローラー２０の一構成例を示
す図である。コントローラー２０はルックアップテーブ
ル３０，３１および計算手段３２よりなる。ルックアッ
プテーブル３０，３１には各温度に対応する液体ＴＥＯ
Ｓの蒸気圧が記憶されている。ルックアップテーブル３
０には目標温度ＴＭ　が与えられ、目標温度ＴＭ　に応
じた蒸気圧ＰＭ　が読み出される。ルックアップテーブ
ル３１には温度コントローラー９から与えられる時々刻
々の温度情報Ｔｘ　が与えられ、該温度情報Ｔｘ　に応
じた蒸気圧Ｐｘ　が読み出される。計算手段３２はルッ
クアップテーブル３０，３１からの蒸気圧情報ＰＭ　，
Ｐｘ　を受け、後述するような所定の計算を行い、計算
結果に応じた指令をＭＦＣ２１に与える。その他の構成
は従来装置と同様である。

【００１５】次に動作について図３を用いながら説明す
る。従来と同様、液体ＴＥＯＳ６にバブリングを施しＴ
ＥＯＳガスを発生させ、また、Ｏ３　発生器２によりＯ
３　ガスを発生させ、これらのガスを半導体ウエハ１３
上に供給する。

【００１６】液体ＴＥＯＳ６の液温は熱電対８および温
度コントローラー９により制御されているものの、前述
のように精密には制御できない。その結果、図３に示す
ように実温は変動する。今、目標温度ＴＭ　を図２に示
すように実温より高くならないように設定する。例えば
、目標温度ＴＭ　を５８℃とする。目標温度５８℃をル
ックアップテーブル３０に入力する。ルックアップテー
ブル３０は５８℃に対応する液体ＴＥＯＳ６の蒸気圧１
．３ＫＰａを読みだし計算手段３２に与える。時刻Ｔ１
では実温（熱電対８の測定温度）が５８．５℃であり、
この５８．５℃がルックアップテーブル３１に入力され
る。 ルックアップテーブル３１は５８．５℃に対応する蒸気
圧１．３５ＫＰａを読みだし計算手段３２に与える。 １．３５ＫＰａは１．３ＫＰａに対して約３．８％多い
。計算手段３２は以下の計算を行い、ＭＦＣ２１に排気
の指令を与える。つまり、Ｎ２　ガスの流量が２０００
ｃｃ／分とすると、計算手段３２は、２０００ｃｃ／分
×０．０３８＝７６ｃｃの計算を行い、ＴＥＯＳガスを
含んだＮ２　ガスを７６ｃｃ排気するようにＭＦＣ２１
に指令を与える。ＭＦＣ２１はこの指令に応答して７６
ｃｃのＮ２　ガスを配管１０から排気する。このように
して時刻Ｔ１　において目標温度５８℃に対応した量の
ＴＥＯＳ６が反応室１４に供給される。

【００１７】また、時刻Ｔ２では実温が６１．０℃であ
り、６１．０℃をルックアップテーブル３１に入力する
。ルックアップテーブル３１は６１．０℃に対応する蒸
気圧１．６０ＫＰａを読みだし計算手段３２に入力する
。１．６０ＫＰａは１．３５ＫＰａに対して約２３％多
い。計算手段３２は以下の計算を行い、ＭＦＣ２１に排
気の指令を与える。つまり、２０００ｃｃ×０．２３０
＝４６０ｃｃのＴＥＯＳガスを含んだＮ２　ガスを排気
するようにＭＦＣ２１に指令を与える。ＭＦＣ２１はこ
の指令に応答して４６０ｃｃのＮ２　ガスを排気する。 このようにして時刻Ｔ２　においても目標温度５８℃に
対応した量のＴＥＯＳ６が反応室１４に供給される。

【００１８】このような動作を時々刻々繰り返すことに
より、反応室１４に供給されるＴＥＯＳの量を常に一定
に保つことができる。その結果、液体ＴＥＯＳ６の液温
の変化にかかわらず一定となり半導体ウエハ１３上に形
成される薄膜の膜厚を一定にすることができる。

【００１９】なお、上記実施例では液体反応材料として
液体ＴＥＯＳを用いたが、バブリング法により気化させ
ることができればいかなる液体でもよい。

【００２０】また、上記実施例ではキャリヤガスにＮ２
　ガスを用いたが、バブリングに適した不活性ガスであ
ればなんでもよい。

【００２１】さらに、上記実施例では実温を温度コント
ローラー９から入力するようにしたが、熱電対８から直
接コントローラー２０に入力するようにしてもよい。

【００２２】また、上記実施例では液体反応材料と反応
させるガスをＯ３　ガスとしたが、液体反応材料に応じ
て変えればよい。例えばＯ２　ガスやＮＯ２　ガス等が
ある。 また、液体反応材料によっては該液体反応材料と反応さ
せる反応ガスを用いずに、半導体ウエハ１３上に薄膜を
形成することができる場合もある。

【００２３】また、上記実施例では液体反応材料が液体
ＴＥＯＳ６一種の場合について説明したが、例えば不純
物を半導体ウエハに添加する場合等は複数種の液体反応
材料であってもよい。

【００２４】さらに上記実施例ではＴＥＯＳガスを含ん
だＮ２　ガスの排気を配管１０を介して行ったがＮ２　
ガスの排気場所はこれに限定されない。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、温度セ
ンサーにより測定された測定温度に応じて生成された反
応ガスの一部を排気し、半導体ウエハ上に供給される反
応ガス中の反応材料の量を一定に保つ排気手段を設けて
いるので、半導体ウエハ上に供給される反応ガスの中の
反応材料の量が一定となる。その結果、半導体ウエハ上
に形成される膜の膜厚は液体の温度の変化にかかわらず
に一定となり、歩留まりりが向上するという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る化学気相成長装置の一実施例を
示す図である。

【図２】コントローラーの構成例を示す図である。

【図３】図１の装置の動作を説明するための図である。

【図４】従来の化学気相成長装置を示す図である。

【図５】図４の装置の動作を説明するための図である。

【図６】図４の装置の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

５　　バブリングタンク ７　　加熱ヒーター ８　　熱電対 ９　　温度コントローラー １３　　半導体ウエハ １４　　反応室 ２０　　コントローラー ２１　　ＭＦＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体ウエハ上に反応ガスを供給する
   ことにより半導体ウエハ上に膜を形成する化学気相成長
   装置であって、前記半導体ウエハを収納する反応室と、
   液体を入れる容器と、前記液体の温度を測定する温度セ
   ンサーと、前記温度センサーの測定温度に基づき、前記
   液体の温度をコントロールする温度コントローラーと、
   前記容器中の液体の中に気体を吹き込んで前記液体を気
   化させることにより前記半導体ウエハ上に供給すべき前
   記反応ガスを生成するバブリング手段と、前記温度セン
   サーにより測定された測定温度に応じて前記生成された
   反応ガスの一部を排気し、前記半導体ウエハ上に供給さ
   れる前記反応ガス中の反応材料の量を一定に保つ排気手
   段とを備えた化学気相成長装置。