JPH06124903A - 化学気相成長装置 - Google Patents

化学気相成長装置

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JPH06124903A
JPH06124903A JP27289792A JP27289792A JPH06124903A JP H06124903 A JPH06124903 A JP H06124903A JP 27289792 A JP27289792 A JP 27289792A JP 27289792 A JP27289792 A JP 27289792A JP H06124903 A JPH06124903 A JP H06124903A
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gas
reaction
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chemical vapor
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Naoyuki Suenaga
尚之 末永
Kouichirou Tsutahara
晃一郎 蔦原
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、複数種の反応ガスを十分に混合し
つつ、清掃を容易にしてメンテナンス性を向上させるこ
とができ、また噴出孔から噴出される反応ガスの圧力を
均一化することができ、この結果形成される薄膜の膜厚
の均一性を向上させ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ものである。 【構成】 複数種の反応ガスを別々の導入孔7からガス
ヘッド4内の混合器21に導入して、ガス導入配管8に
反応生成物が付着しないようにした。また、混合器21
は、清掃時にガスヘッド4から取り外せるようにした。
さらに、多数の細孔22aを持つ内部抵抗板22によ
り、ガスヘッド4内の空洞部を分割し、各空洞部5a〜
5cで反応ガスを十分に拡散させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置を製造す
るために使用され、半導体ウエハ上に薄膜を形成する化
学気相成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の化学気相成長装置の一例を
示す断面図であり、2種類の反応ガスを用いた例を示し
ている。図において、1は反応室、2は反応室1内に収
容された半導体ウエハ、3は半導体ウエハ2を支持し加
熱する加熱ステージ、4は反応室1内に臨んで設けられ
半導体ウエハ2の主面に対向しているガスヘッドであ
り、このガスヘッド4は、内部に空洞部5を有してい
る。
【0003】6はガスヘッド4の半導体ウエハ2に対向
する面に設けられた多数の噴出孔であり、これらの噴出
孔6は、半導体ウエハ2の主面全体に及ぶ範囲に、一定
間隔で設けられている。7はガスヘッド4の上面に設け
られ反応ガスを空洞部5に導入するための導入孔であ
る。
【0004】8は一端部がガスヘッド4の導入孔7に接
続され反応ガスをガスヘッド4内に導入するガス導入配
管、9はガス導入配管8の他端部に接続され2種類の反
応ガスを混合するための予混合ボックス、10は一方の
反応ガス(例えばTEOS:Tetraethylorthosilcat
e)を予混合ボックス9に導入する第1の配管、11は
他方の反応ガス(例えばオゾン)を予混合ボックス9に
導入する第2の配管、12は反応室1の外周部に設けら
れている排気口である。
【0005】次に、動作について説明する。2種類の反
応ガスは、それぞれ第1及び第2の配管10,11を通
って予混合ボックス9に送り込まれる。通常、これらの
反応ガスは、N2 等の不活性ガスにより希釈化して使用
される。予混合ボックス9に入った反応ガスは、ガス導
入配管8を経て導入孔7からガスヘッド4内の空洞部5
に導入される。このとき、2種類の反応ガスは、予混合
ボックス9へ入る際の流路の急拡大の作用と、ガス導入
配管8へ入る際の流路の急縮小の作用とにより、乱流を
生じて互いに混合される。また、ガス導入配管8の中を
流れる間にも、層流混合や乱流混合を生じながらガスヘ
ッド4へ送り込まれる。
【0006】このようにして混合されガスヘッド4に導
入された反応ガスは、噴出孔6を適当な孔径にしておく
ことにより空洞部5に溜め込まれ、各噴出孔6から半導
体ウエハ2の主面全体に向けて噴出される。このとき、
加熱ステージ3により半導体ウエハ2を加熱しておくこ
とにより、熱化学反応が生じ、半導体ウエハ2の主面全
体に薄膜(例えばSiO2膜)が形成される。また、未
反応のまま残された反応ガスは、加熱ステージ3の外周
方向に設けられた排気口12を介して反応室1外に排出
される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の化学気相成長装置においては、ガスヘッド4か
ら離れた予混合ボックス9において2種類の反応ガスが
混合されるため、ガス導入配管8の内部において2種類
の反応ガスが化学反応してしまい、ガス導入配管8の内
部に反応生成物(例えばSiO2)が付着し、ガス導入
配管8が徐々に詰まってしまうという問題点があった。
また、ガス導入配管8の内部を清掃することは非常に困
難であるという問題点もあった。
【0008】さらに、清掃のためにガス導入配管8を装
置から取り外す場合には、予混合ボックス9の出口に設
けられたバルブ(図示せず)を閉じる必要があるが、各
反応ガスの供給を止める前に誤って上記のバルブを閉じ
てしまうと、第1及び第2の配管10,11が予混合ボ
ックス9で連通しているため、圧力の高い方の反応ガス
が低い方の側へ流入してしまうという問題点もあった。
【0009】これに対して、図7に示すように、ガスヘ
ッド4に導入孔7を2つ設け、それぞれにガス導入配管
8を接続することにより、2種類の反応ガスを別々の経
路からガスヘッド4内に導入して空洞部5内で混合する
方法も考えられるが、この方法では、2種類の反応ガス
が十分に混合しきらず、結果として膜厚均一性が悪化す
るという別の問題が生じてしまう。また、図6及び図7
のいずれの例においても、ガスヘッド4に導入された反
応ガスは、空洞部5内での滞留時間が短いため、十分に
拡散されないまま噴出孔6から噴出されてしまい、噴出
圧力が半導体ウエハ2の主面全体に対して十分に均一で
はなく、従って膜厚均一性が悪化するという問題点があ
った。
【0010】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、複数種の反応
ガスを十分に混合しつつ、清掃を容易にしてメンテナン
ス性を向上させることができ、また噴出孔から噴出され
る反応ガスの圧力を均一化することができ、この結果形
成される薄膜の膜厚の均一性を向上させることができる
化学気相成長装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る化
学気相成長装置は、複数種の反応ガスを混合してガスヘ
ッド内の空洞部に噴出する混合器を、ガスヘッド内の導
入孔の出口部分に着脱可能に取り付けたものである。
【0012】請求項2の発明に係る化学気相成長装置
は、多数の細孔を有する内部抵抗板を、空洞部を複数に
分割するようにガスヘッド内に設けたものである。
【0013】
【作用】請求項1の発明においては、ガスヘッド内に着
脱可能に取り付けられた混合器で反応ガスを混合するこ
とにより、ガス導入配管に反応生成物が付着するのを防
止し、また混合器を清掃する際には、混合器をガスヘッ
ドから取り外す。
【0014】請求項2の発明においては、内部抵抗板の
細孔の孔径を任意に調節することによって、分割された
各空洞部で反応ガスを溜め込み、これにより圧力を十分
に均一化した状態で反応ガスを噴出孔から半導体ウエハ
に向けて噴出させる。
【0015】
【実施例】
実施例1.図1は請求項1及び請求項2の発明の一実施
例による化学気相成長装置の断面図であり、図6及び図
7と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。
【0016】図において、21はガスヘッド4内の導入
孔7の出口部分にねじ止めされ2種類の反応ガスを混合
する混合器、22はガスヘッド4内に互いに間隔をおい
て水平に取り付けられている2枚の内部抵抗板であり、
これらの内部抵抗板22により、ガスヘッド4内が第1
ないし第3の空洞部5a〜5cに分割されている。ま
た、各内部抵抗板22には、噴出孔6と同様の細孔22
aが一定間隔で多数設けられている。
【0017】図2は図1の混合器21を示す分解斜視図
である。混合器21は、本体23及び蓋24からなって
いる。これらのうち本体23には、複数の曲がり角を有
する渦巻状のガス通路23aが形成されている。また、
本体23の中央部には、図3に示すように、各導入孔7
とガス通路23aとを連通するガス取入口23bが2つ
設けられている。さらに、ガス通路23aの外周側の端
部には、ガス噴出口23cが設けられている。また、混
合器21は、蓋24のねじ孔24a及び本体23のねじ
孔23dを貫通するねじ(図示せず)により、一体に組
み立てられるとともにガスヘッド4に取り付けられる。
【0018】次に、動作について説明する。別々のガス
導入配管8及び導入孔7を経てガスヘッド4内に導入さ
れた2種類の反応ガスは、ガス取入口23bより混合器
21内のガス通路23aに入る。この後、2種類の反応
ガスは、ともにガス通路23aに沿って移動するが、ガ
ス通路23aは複数の曲がり角を有しているので、これ
らの曲がり角を通過する度に反応ガスの流れは乱され、
この結果2種類の反応ガスの混合が促進される。そし
て、十分に混合された反応ガスが、ガス噴出口23cか
ら第1の空洞部5aに噴出される。
【0019】第1の空洞部5aへ送り込まれた反応ガス
は、多数の細孔22aが設けられた内部抵抗板22によ
り第1の空洞部5aに溜め込まれ、次の第2の空洞部5
bへ送り込まれる。この後、反応ガスは、第2の空洞部
5b、第3の空洞部5cで順次溜め込まれ、最終的には
噴出孔6から半導体ウエハ2へ向けて噴出される。
【0020】このような化学気相成長装置では、2種類
の反応ガスを別々のガス導入配管8によりガスヘッド4
内の混合器21に導入しているので、ガス導入配管8内
に反応生成物が付着することはなく、しかも2種類の反
応ガスを十分に混合することが可能である。また、ガス
ヘッド4を清掃する場合には、ガスヘッド4から噴出孔
6を有する部分を取り外して、2枚の内部抵抗板22を
取り外すので、このとき混合器21をガスヘッド4から
取り外すことにより、混合器21の内部の清掃も容易に
行うことができる。
【0021】さらに、ガスヘッド4内が3つの空洞部5
a〜5cに分割されているので、それぞれの空洞部5a
〜5c内で反応ガスが溜め込まれ拡散する。従って、反
応ガスの圧力は空洞部5a〜5cを経る度に均一化さ
れ、最終的に十分に均一化された圧力で半導体ウエハ2
へ噴出される。この結果、膜厚の均一性が向上すること
になる。
【0022】実施例2.なお、上記実施例では混合器2
1に設けられた噴出口23cを1箇所だけとしたが、例
えば図4に示すように、混合器21の外周部に多数の噴
出口23cを設けてもよく、これにより第1の空洞部5
aにおける反応ガスの拡散を一層促進することができ
る。
【0023】実施例3.また、上記実施例では渦巻状の
ガス通路23aを混合器21内に設けたが、ガス通路の
形状は、反応ガスの流量を許容し、流れを乱すことがで
きれば渦巻状である必要はなく、例えば図5に示すよう
に、蛇行したガス通路23eであってもよい。
【0024】さらに、上記実施例では内部抵抗板22を
2枚用いた例を示したが、3枚以上若しくは1枚であっ
てもよく、その枚数は反応ガスの流量、細孔の孔径、ガ
スヘッド4の容積などによって任意に決めることができ
る。
【0025】さらにまた、上記実施例では噴出孔6から
の反応ガスを上方から半導体ウエハ2に吹き付ける方式
の装置について説明したが、半導体ウエハ2の主面を下
方に向け、半導体ウエハ2の下方から反応ガスを上方に
吹き上げる方式、いわゆるフェースダウン方式の装置に
もこの発明は適用できる。この場合、反応ガスは、半導
体ウエハ2で加熱されるため、下方に位置するガスヘッ
ド4の方向に舞い下がることなく半導体ウエハ2の主面
に沿って排気方向へ流れる。従って、加熱された反応ガ
スによりガスヘッド4が汚れることが無くなるという利
点がある。
【0026】また、混合器21のガスヘッド4への取付
方法は、ねじ止めに限定されるものではなく、着脱可能
であれば他の方法で取り付けてもよい。さらに、上記実
施例では使用する反応ガスが2種類の場合について説明
したが、勿論3種類以上の反応ガスを混合して使用する
場合についても、導入孔7やガス取入口23aの数を増
やすことにより容易に適用できる。さらにまた、上記実
施例ではガスヘッド4に混合器21及び内部抵抗板22
の両方を設けたが、いずれか一方のみを設けてもよく、
それぞれによる効果は得ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明の
化学気相成長装置は、複数種の反応ガスを別々の導入孔
からガスヘッド内の混合器に導入するようにしたので、
ガス導入配管に反応生成物が付着せず、また混合器はガ
スヘッドから取り外すことにより容易に清掃することが
できる。従って、複数種の反応ガスを十分に混合しつ
つ、清掃を容易にしてメンテナンス性を向上させること
ができるという効果を奏する。
【0028】また、請求項2の発明の化学気相成長装置
は、多数の細孔を有する内部抵抗板を、空洞部を複数に
分割するようにガスヘッド内に設けたので、反応ガスが
各空洞部に溜め込まれ、これによりガスヘッド内での反
応ガスの拡散を促進することができ、噴出孔から噴出す
る反応ガスの圧力を十分に均一化することができ、この
結果半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚を均一化する
ことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1及び請求項2の発明の一実施例による
化学気相成長装置の断面図である。
【図2】図1の混合器を示す分解斜視図である。
【図3】図2の本体を示す平面図である。
【図4】図1の混合器の他の例を示す断面図である。
【図5】図1の混合器のさらに他の例を示す断面図であ
る。
【図6】従来の化学気相成長装置の一例を示す断面図で
ある。
【図7】従来の化学気相成長装置の他の例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 反応室 2 半導体ウエハ 4 ガスヘッド 5a 第1の空洞部 5b 第2の空洞部 5c 第3の空洞部 6 噴出孔 7 導入孔 21 混合器 22 内部抵抗板 22a 細孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハを収容する反応室と、この
    反応室内に臨んで設けられ、空洞部、複数種の反応ガス
    を導入するための複数の導入孔及び上記反応ガスを上記
    半導体ウエハに向けて噴出するための多数の噴出孔を有
    しているガスヘッドと、このガスヘッド内の上記導入孔
    の出口部分に着脱可能に取り付けられ、上記複数種の反
    応ガスを混合して上記空洞部に噴出する混合器とを備え
    ていることを特徴とする化学気相成長装置。
  2. 【請求項2】 半導体ウエハを収容する反応室と、この
    反応室内に臨んで設けられ、空洞部、反応ガスを導入す
    るための導入孔及び上記反応ガスを上記半導体ウエハに
    向けて噴出するための多数の噴出孔を有しているガスヘ
    ッドと、上記空洞部を複数に分割するように上記ガスヘ
    ッド内に設けられ、かつ多数の細孔を有しており、上記
    噴出孔から噴出する反応ガスの圧力を均一化するための
    内部抵抗板とを備えていることを特徴とする化学気相成
    長装置。
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