JPH05308053A

JPH05308053A - 化学的気相成長装置

Info

Publication number: JPH05308053A
Application number: JP8681692A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Koike; 信行小池
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1993-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】膜厚及膜中の不純物量を決定づけるガス流量設
定を容易に設定出来、自動化が図れる。【構成】ウェーハに材料ガスを吹き付けるディスパーシ
ョンヘッド２と、このディスパーションヘッド２に材料
ガスを供給する流量を測定し、ガス流量を設定するガス
流量計測・制御装置５と、このガス流量計測・制御装置
５を制御するコンピュータ９とを備え、ステップＡ及び
Ｂで膜厚及び不純物濃度の測定結果を入力し、ステップ
Ｃでガス流量の変化量に対する膜厚及び不純物濃度の変
化量の相関データベースに照合し、膜厚及び不純物の変
化量は所要値からのずれ量に最も近いデータを抽出し、
このデータにおけるガス流量変化量から逆算して最適ガ
ス流量をステップＤで設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化学的気相成長装置に関
し、特に不純物を含有する薄膜を成膜する化学的気相成
長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（ａ）〜（ｃ）は従来の化学的気相
成長装置の一例を説明するための（ａ）は主要部の構成
を示す図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ矢視図、（ｃ）は
ガス流量設定動作を説明するためのフローチャートであ
る。従来の化学的気相成長装置は、図３（ａ）に示すよ
うに、半導体基板であるウェーハ１の表面に材料ガスを
吹き付けるディスパージョンヘッド２と、ディスパージ
ョンヘッド２に材料ガスを導入するためのガス配管３
と、複数のガスを混合するためのガス混合器４と、材料
ガスの流量を計測・制御するための複数のガス流量計測
・制御装置５と、ウェーハ１を加熱するための複数のヒ
ータ６と、ウェーハ１を搬送するための搬送ベルト７を
備えている。図３（ｂ）に示すようにヒータ６にはそれ
ぞれ温度測定用の熱電対８が備えられている。

【０００３】次に、この装置の動作を説明すると、ま
ず、ウェーハ１は搬送ベルト７の上に載せられ、搬送中
にヒータ６で加熱されてディスパージョンヘッド２の下
を通る。このときディスパージョンヘッド２から吹き付
けられる材料ガスによってウェーハ１の表面に薄膜が成
長する。この成長膜は、例えば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ
ＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓ
ｓ，リン・ホウ素を含有するシリコン酸化物）膜であ
り、吹き付けられる材料ガスとしては、モノシラン（Ｓ
ｉＨ4 ），フォスフィン（ＰＨ3 ），シボラン（Ｂ2 Ｈ
6 ），酸素（Ｏ2 ）を用いている。そして、それぞれの
ガスの流量はガス流量計測・制御装置５によって計測・
制御され、さらにモノシラン，フォスフィン及びジボラ
ンの３つのガス（以後、水素化合物系ガスと称す）はガ
ス混合器４で混合され、ディスパージョンヘッド２へ導
入される。

【０００４】このようにウェール１の表面に成長する薄
膜の膜厚は、材料ガスの総流量、水素化合物系ガス
と酸素の混合比及びウェーハ１の表面温度すなわちヒ
ーター６の温度により決定される。また、ウェーハ１の
表面に成長する薄膜中の不純物濃度（この場合は、リン
及びホウ素の濃度）は、水素化合物系ガスの混合比及
びウェーハ１の表面温度すなわちヒーター６の温度に
より決定される。ただし、これら条件の中でヒータ６の
温度を大きく変化させると成長する薄膜の膜質が変化し
てしまい、半導体装置の品質が変動するので、通常、温
度は一定となるように条件設定し、成長膜厚及び膜中不
純物濃度は、主に材料ガスの総流量及び材料ガスの混合
比だけで調節している。

【０００５】このような条件設定は作業者により行なわ
れていた。例えば、図３（ｃ）に示すように、まず、ス
テップＡで、ウェーハ１の表面に成長した薄膜の膜厚及
び膜中不純物濃度を測定する。次に、ステップＢその膜
厚測定値と不純物濃度測定値及び図３（ａ）のガス流量
計測・制御装置５によって計測された材料ガス流量計測
値を求める。そして、ステップＣで、材料ガス流量と膜
厚及び不純物濃度の相関データの４つから総合的に判断
して、ステップＤで最適な材料ガス流量を決定してい
た。

【０００６】ここで、ステップＣによる半導体例を述べ
ると、例えば、膜中の不純物濃度が所要の値で膜厚だけ
が薄い場合には、材料ガスの総流量を増やせば良い。逆
に、膜厚が所要の値で不純物濃度が低い場合、例えばＢ
ＰＳＧ膜中のリンの濃度が低い場合には、水素化合物系
ガス中のフォスフィンの比率を高くしてやれば良い。し
かしホウ素の濃度を変化させないためには、ジボランの
混合比率は変えられないので、当然シランの流量を減ら
さなければならず、結果として膜厚が薄くなってしま
う。このため材料ガスの総流量を増やさなければならな
い。

【０００７】このように様々な要因がからんでくるた
め、最適なガス流量の変化量の決定には作業者の経験と
熟練を必要としていた。また、このように決定したガス
流量は作業者自身が設定していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この従来の科学的気相
成長装置では、ウェーハ１の表面に成長する薄膜の膜厚
及び薄膜中の不純物濃度を所要の値に合わせ込むために
は、膜厚測定値や不純物濃度測定値、材料ガス流量測定
値及び材料ガス流量の変化による膜厚、不純物濃度の変
化の相関データからの総合的な判断が必要であり、作業
者の勘にたよっている部分が多く、熟練していない作業
者では所要の膜厚、不純物濃度を得るまでの試行作業の
回数が多くなるため、生産性が低下するという問題があ
った。また、装置における作業の省力化を図ることも困
難であった。

【０００９】本発明の目的は、ガス流量条件設定が容易
に実施できるとともに自動化が図れる化学的気相成長装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の化学的気相成長
装置は、半導体基板に材料ガスを吹き付けるガスディス
パーションヘッドと、このガスディスパーションヘッド
に供給する前記ガスの流量測定及び設定を行うガス流量
計測・制御装置と、このガス流量計測・制御装置を制御
するコンピュータとを備え、膜厚及び膜中の不純物濃度
の測定結果を入力するステップと、複数の前記材料ガス
の基準流量からの変化量に対する膜厚及び膜中不純物濃
度の変化量の相関データを参照するステップと、この膜
厚及び膜中の不純物濃度の変化量から所要値からのずれ
量に最も近いデータを抽出するステップと、この抽出さ
れるデータのガス流量による変化量から逆算して最適ガ
ス流量を設定するステップとを含むことを特徴としてい
る。

【００１１】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１（ａ）〜（ｂ）は本発明の化学的気相成長装置
の一実施例を説明するための（ａ）は主要部の構成を示
す図、（ｂ）はガス流量設定動作を説明するためのフロ
ーチャートである。この化学的気相成長装置は、図１に
示すようにガス流量変化量と膜厚変化量及び不純物濃度
変化量の相関データをもっとともにガス流量と不純物濃
度及び膜厚値を入力し最適ガス流量を演算しガス流量計
測・制御装置５を制御するコンピュータ９を設けたこと
である。それ以外は、従来例と同じである。

【００１２】次に、この化学的気相成長装置におけるガ
ス流量設定動作及びそのアルゴリズムについて説明す
る。まず、図１（ｂ）におけるステップＡで、作業者は
試行作業におけるモニター用のウェーハの表面に成長し
た薄膜の膜厚及び膜中不純物濃度を測定する。次に、ス
テップＢで膜厚測定結果と不純物濃度測定結果を図１
（ａ）のコンピュータ９に入力する。このことにより成
膜作業時のそれぞれの材料ガスの流量は、図１（ａ）の
ガス流量計測・制御装置５によって計測され、コンピュ
ータに送信される。次に、ステップＣで、これらの膜厚
測定結果と不純物濃度測定結果及びそれぞれの材料ガス
の流量は、あらかじめ登録してあるガス流量変化量と膜
厚変化量及び不純物濃度変化量の相関データベースと照
合され、コンピュータによって自動的に最適な材料ガス
流量が決定される。次に、ステップＤで、その材料ガス
流量の設定値は、図１（ａ）に示す各ガス系のガス流量
計測・制御装置５に送信され、材料ガス流量が変更され
る。

【００１３】次に、前述したガス流量変化量と膜厚変化
量及び不純物濃度変化量の相関データベースを使用する
ガス流量設定のアルゴリズムについて説明する。従来の
技術の項で説明した通り、ウェーハ表面に成長する膜の
膜厚と膜中不純物濃度は材料ガス（この例では酸素と水
素化合物系ガス）の総流量及び、水素化合物系ガスの混
合比により調節している。

【００１４】例えば、ＢＰＳＧ膜を成長させる場合を例
にとり具体的に説明する。今、酸素，モノシラン，フォ
スフィン，ジボランの総流量をＴとし、前記の４つのガ
スの混合ガス中でフォスフィンが占める流量の比率を
Ｐ，同じくジボランが占める流量の比率をＢとすると、
これらの値により膜厚，膜中リン濃度，膜中ホウ素濃度
の変化を管理できる。なお、この材料ガスは窒素などで
希釈されている場合が多いが、ここでは希釈されたガス
中の正味の酸素，モノシラン，フォスフィン，ジボラン
の流量を扱うものとする。そして酸素と水素化合物系ガ
スの正味の流量比をＸ：Ｙ（＝一定）とすれば、酸素の
正味の流量はＴ・Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）となり、水素化合物系
ガスの正味の流量はＴ・Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）となる。一方、
フォスフィンの正味の流量はＰ・Ｔ・Ｙ／（Ｘ＋Ｙ），
ジボランの正味の流量はＢ・Ｔ・Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）及び、
モノシランの正味の流量はＴ（１−Ｙ・（Ｐ＋Ｂ）／
（Ｘ＋Ｙ））の式で算出できる。なお、実際にモニター
するガス流量は窒素などで希釈されたものなので、希釈
率がＡ％の場合には正味の流量を１００／Ａ倍してやれ
ば良いことになる。

【００１５】ここで、基準となる膜厚をｔ＝ｔ１，膜中
リン濃度をｐ＝ｐ１，膜中ホウ素濃度をｂ＝ｂ１とし、
この値が得られた時のＴ，Ｐ，Ｂの値（基準値）をＴ
１，Ｐ１，Ｂ１とすると、Ｔ１，Ｐ１，Ｂ１の値はその
値の材料ガス流量のデータから、計算して正味の材料ガ
ス総流量をＴ１，水素化合物系ガス中の正味のフォスフ
ィンの流量比をＰ１，同じく正味のジボランの流量比を
Ｂ１とすれば良い。そしてＴ，Ｐ，Ｂの値をＴ１，Ｐ
１，Ｂ１から個別あるいは連動させて変化させたときの
ｔ，ｐ，ｂの基準値ｔ１，ｐ１，ｂ１からのそれぞれの
変化量と、その値が得られた時のＴ，Ｐ，ＢのＴ１，Ｐ
１，Ｂ１からのそれぞれの変化量をひとまとまりのデー
タとし、このデータを多数の場合において収集・登録し
たものが、ガス流量変化量と膜厚変化量及び不純物濃度
変化量の相関データベースである。

【００１６】すなわち、Ｔ，Ｐ，Ｂの値を基準値Ｔ１，
Ｐ１，Ｂ１からそれぞれ△Ｔ，△Ｐ，△Ｂだけ変化させ
た時のｔ，ｐ，ｂの基準値ｔ１，ｐ１，ｂ１からの変化
量を△ｔ，△ｐ，△ｂとすると、データの形式は、一例
をあげると、（［△ｔ，△ｐ，△ｂ］，［△Ｔ，△Ｐ，
△Ｂ］）となる。

【００１７】次に、最適ガス流量の決定方法について以
下に説明する。まず、所要の膜厚及びリン・ホウ素濃度
がｔ＝ｔ１，ｐ＝ｐ２，ｂ＝ｂ２である場合に、Ｔ＝Ｔ
２，Ｐ＝Ｐ２，Ｂ＝Ｂ２という条件で成膜したところ、
所要のものとは異なるｔ＝ｔ３，ｐ＝ｐ３，ｂ＝ｂ３と
いう結果が得られたとすれば、前述の相関データベース
中から、第１項が［ｔ３−ｔ２，ｐ３−ｐ２，ｂ３−ｂ
２］と同じかまたは上記第１項中の各項の値との差があ
る一定範囲（その差による影響の大きさに応じて決定す
る）内で最も小さいものであるデータを選び出す。この
データの第２項が［△Ｔ１，△Ｐ１，△Ｂ１］となって
いれば、このデータはＴ，Ｐ，Ｂの値をそれぞれ△Ｔ
１，△Ｐ１，△Ｂ１だけ変化させたときにｔ，ｐ，ｂの
値が（ｔ３−ｔ２），（ｐ３−ｐ２），（ｂ３−ｂ２）
だけ変化したことを示しているので、逆算して、最適な
Ｔ，Ｐ，Ｂの値は（Ｔ２−△Ｔ１），（Ｐ２−△Ｐ
１），（Ｂ２−△Ｂ２）と決定される。そして前述の計
算式から酸素，モノシラン，フォスフィン，ジボランの
各ガス流量が決定される。このように各材料ガス流量の
設定値は、図１（ａ）に示す各ガス系のガス流量計測・
制御装置に送信され、材料ガス流量が変更される。

【００１８】このようなシステムを用いることにより、
熟練した作業者でなくとも最適なガス流量変更が行え
る。従来、膜厚及び膜中不純物濃度の所定の値への合わ
せ込みを行なうのに２〜５回の試行作業が必要であった
が、このシステムにより試行回数は１〜２回に低減さ
れ、生産性の向上、省力化が実現される。

【００１９】図２は本発明の化学的気相成長装置の他の
実施例を説明するためのガス流量設定動作のフローチャ
ートである。この化学的気相成長装置は、作業者による
入力データ操作を省力化したことである。

【００２０】すなわち、このガス流量設定動作は、図２
に示すように、まず、ステップＡで作業者はウェーハ表
面に成長した薄膜の膜厚及び膜中不純物濃度を測定す
る。そして、測定結果は通信回線を通してコンピュータ
に送信され、成膜作業時のそれぞれの材料ガス流量は、
図１（ａ）のガス流量計測・制御装置５によって計測さ
れ、コンピュータ９に送信される。これらの膜厚測定結
果と不純物濃度測定結果及びそれぞれの材料ガスの流量
は、ステップＣであらかじめ登録してあるガス流量変化
量と膜厚変化量及び不純物濃度変化量の相関データベー
スと照合され、コンピュータによって自動的に最適な材
料ガス流量が決定される。そしてその各材料ガス流量の
設定値は、ステップＤで各ガス系のガス流量計測・制御
装置に送信され、材料ガス流量が変更される。このシス
テムでは生産性の向上は、前述の実施例と同様である
が、作業者の膜厚及び不純物濃度測定データの手入力が
省略され、入力間違いの防止、さらなる省力化が実現き
る効果がある。以上述べた実施例は、常圧気相成長装置
を例にあげて説明したが、不純物を含有する薄膜を成膜
するものであれば、減圧気相成長装置及びプラズマ気相
成長装置のいずれにも、適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数の材
料ガスの基準流量からの変化量に対する膜厚及び膜中不
純物濃度の変化量の相関データからなるデータベースを
もつとともに自動的に最適な材料ガス流量を算出・補正
するコンピュータを設けることによって、成長膜厚及び
膜中不純物濃度を所要の値に容易に設定出来るとともに
自動化が図れる化学的気相成長装置が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化学的気相成長装置の一実施例を説明
するための（ａ）は主要部の構成を示す図、（ｂ）はガ
ス流量設定動作のフローチャートである。

【図２】本発明の化学的気相成長装置の他の実施例にお
けるガス流量設定動作を説明するためのフローチャート
である。

【図３】従来の化学的気相成長装置の一例を説明するた
めの（ａ）は主要部の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ矢視図、（ｃ）はガス流量設定動作を説明するための
フローチャートである。

【符号の説明】

１ウェーハ２ディスパーションヘッド３ガス配管４ガス混合器５ガス流量計測・制御装置６ヒータ７搬送ベルト８熱電対９コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に材料ガスを吹き付けるガス
ディスパーションヘッドと、このガスディスパーション
ヘッドに供給する前記ガスの流量測定及び設定を行うガ
ス流量計測・制御装置と、このガス流量計測・制御装置
を制御するコンピュータとを備え、膜厚及び膜中の不純
物濃度の測定結果を入力するステップと、複数の前記材
料ガスの基準流量からの変化量に対する膜厚及び膜中不
純物濃度の変化量の相関データを参照するステップと、
この膜厚及び膜中の不純物濃度の変化量から所要値から
のずれ量に最も近いデータを抽出するステップと、この
抽出されるデータのガス流量による変化量から逆算して
最適ガス流量を設定するステップとを含むことを特徴と
する化学的気相成長装置。