JPH07118862A - Cvd装置の反応ガス濃度制御方法 - Google Patents

Cvd装置の反応ガス濃度制御方法

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JPH07118862A
JPH07118862A JP28382793A JP28382793A JPH07118862A JP H07118862 A JPH07118862 A JP H07118862A JP 28382793 A JP28382793 A JP 28382793A JP 28382793 A JP28382793 A JP 28382793A JP H07118862 A JPH07118862 A JP H07118862A
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JP
Japan
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gas
concentration
concn
liquid source
reaction gas
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JP28382793A
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Teruyuki Koizumi
照幸 小泉
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Hitachi High Tech Corp
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Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バブリングと加熱方式を併用した反応ガス発
生装置において、液体ソースLQ より所定の濃度の反応
ガスGを発生させ、これを一定値に維持してCVD装置
に供給する。 【構成】 濃度制御部38を設け、加熱ヒーター32に対す
る供給電流iを制御して液体ソースLQ の温度を調整
し、所定でかつ一定値の濃度KS の反応ガスGを発生す
る。 【効果】 ウエハに形成される薄膜の品質向上に寄与す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CVD装置に供給す
る反応ガスの濃度を制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ICの製造においては、素材のウ
エハの表面に対してCVD装置により酸化シリコンや窒
化シリコンなどの薄膜を形成する工程がある。図2によ
りCVD装置2における薄膜形成の概要を説明する。C
VD装置2の載置台21に載置された被処理のウエハ1に
対して、反応ガス発生装置3よりの反応ガスGが供給配
管22を通して、また酸化剤の酸素ガスO2 とキャリヤー
用の窒素ガスN2 (またはヘリウムHe )とが供給配管
23を通して、それぞれCVD装置2に供給される。各ガ
スは反応しながらウエハ1の表面をフローして薄膜が形
成され、反応済みのガスは排出口24より外部に排出され
る。
【0003】CVD装置2は、内圧を1気圧程度とする
常圧方式、真空に近い1TORRとする減圧方式、同様
に1TORRの内圧とし、反応ガスGに対して高周波電
圧を加圧するプラズマ方式に大別される。反応ガスGに
は各種があり、当初においては、常温で気体のモノシラ
ン(SiH4)が専ら使用されていたが、有害な毒性と爆
発性があるため、これに代わって、常温で液状のTEO
S(正珪酸エチル)や、TMB(硼酸トリメチル)、T
MOP(正燐酸トリメチル)などが使用されつつあり、
これらは液体ソースとして加熱またはバブリングにより
ガス化してCVD装置2に供給されている。
【0004】図3は、上記の液体ソースに対して実用さ
れている、加熱とバブリングを併用した反応ガス発生装
置3を示す。ただし以下においては、液体ソースとして
TEOSを使用した場合について説明する。図3におい
て、液体ソースLQ のTEOSは密閉容器31に適当な高
さ満たされ、加熱ヒーター32により適温に維持される。
TEOSは沸点が165°Cであるので、適温は約40
°Cとされている。これに対して、マスフローコントロ
ーラ(MFC)33により流量が制御された窒素ガスN2
を、吹き込みパイプ34により噴射すると、液体ソースL
Q はバブリングされ、その気泡により反応ガスGが発生
する。発生した反応ガスGと噴射された窒素ガスN2
混合ガス(G+N2)は、取り出しパイプ35より取り出さ
れ、これに接続されている流量計(MFM)36により供
給量QS ’が計測されて、CVD装置2に供給される。
この場合、CVD装置2に対する混合ガスの所定の供給
量(所定量と略記する)をQS とし、これが流量設定回
路36に予め設定される。計測された供給量QS ’は流量
設定回路36に入力し、設定された所定量QS との差分
(QS −QS ’) が求められ、この信号をMFC33に与
えて窒素ガスN2 の噴射量Q1 を制御する。これによ
り、混合ガスは所定量QS に調整されてCVD装置2に
供給される。所定量QS はもちろん任意に設定可能であ
る。なお、上記においては液体ソースLQ としてTEO
Sを例としたが、他のTMB、TMOPなども上記と同
様に処理されて、それぞれの反応ガスGを発生する。た
だしこれらの沸点はTEOSとそれぞれ異なるので、異
なる適温に加熱される。
【0005】上記の反応ガス発生装置3に対して、バブ
リング方式をとらず、加熱方式のみとするガス供給装置
が考案され、この発明と同一の特許出願人により、「特
願平3-114034号、TEOSガス供給装置」が特許出願さ
れている。その要旨は、TEOSを、前記より高い70
°〜80°の範囲内の一定温度に加熱すると、多量の反
応ガスGを発生する。これを適当な手段により一定濃度
に維持してCVD装置2に供給するものである。ただし
このような加熱方式のみの場合は、気化した反応ガスG
は圧力が小さいため、反応ガスとともにCVD装置2に
供給される、圧力の高い酸素や窒素ガスがガス供給装置
に逆流する問題があり、その対策がとられている。ま
た、同じ理由により、このガス供給装置の適用範囲は、
内圧が低い減圧方式またはプラズマ方式のCVD装置の
みに限定されている。以上に対して上記の反応ガス発生
装置3は、バブリングのための窒素ガスN2は圧力が高
いので、常圧方式に対しても適用できる点が有利であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】さて、ウエハ1の表面
に良好な薄膜を形成するには、反応ガスGの濃度を所定
の一定値に維持することが必要である。もし、濃度が変
化すると薄膜の厚さにムラを生じて品質が低下するなど
の弊害が生ずる。これに対して、図3の反応ガス発生器
3においては、MFC33による窒素ガスN2 ,ヘリウム
ガス等の不活性ガスの流量制御により、混合ガスが所定
値QS に調整され、これに伴って反応ガスGの発生量Q
2 も間接的には調整されている。すなわち、窒素ガス等
の噴射量Q1 が変わると、反応ガスGの発生量Q2 も変
化する。両者の相関関係は明らかではないが、かりに両
者が凡その比例関係にあると仮定する。噴射量Q1 を例
えばk倍にすると、発生量Q2 と混合ガスの供給量Q
S ’もそれぞれk倍となり、混合ガスの供給量kQS
=k(Q1 +Q2)に対する反応ガスGの発生量Q2 の比
(Q2 /QS ’) 、すなわち反応ガスGの濃度KS
は、kの値にかかわらず、つねにほぼ一定値となる。従
って、混合ガスの供給量QS ’または所定量QS を変え
ずに、反応ガスGの濃度Kを調整する必要がある場合、
窒素ガス等によりこれを調整することは原理上困難であ
る。これに対して、液体ソースLQ の温度を制御すれば
反応ガスGの発生量Q2 のみ、従って濃度Kを調整でき
るものと考えられる。この発明は以上に鑑みてなされた
もので、液体ソースLQ の温度制御により、発生する反
応ガスGの濃度を所定値とし、これを一定値に維持して
CVD装置に供給する、反応ガス濃度制御方法を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成した反応ガス濃度制御方法であって、バブリング方
式と加熱方式を併用した前記の反応ガス発生装置に対し
て、濃度算出回路と濃度設定回路および電流制御回路よ
りなる濃度制御部を設ける。濃度算出回路により、混合
ガスの所定量QS のデータと、マスフローコントローラ
よりの窒素ガス,ヘリウムガス等の不活性ガスの噴射量
1 のデータとにより、液体ソースが発生した反応ガス
の濃度KS ’=(QS −Q1)/QS を算出する。算出さ
れた濃度KS ’と、濃度設定回路に予め設定された所定
の濃度KS との差分(KS −KS’) を求め、この差分
信号により電流制御回路の加熱ヒーターに対する供給電
流を制御し、液体ソースの温度を調整し、所定の濃度K
S の反応ガスを発生して一定値に維持し、CVD装置に
供給するものである。
【0008】
【作用】上記の反応ガス濃度制御方法においては、濃度
制御部の濃度算出回路には、流量計よりの混合ガスの所
定量QS のデータと、マスフロー・コントローラよりの
窒素ガスの噴射量Q1 のデータとが入力し、これらによ
り液体ソースが発生した反応ガスの濃度KS ’=(QS
−Q1)/QS が算出される。算出された濃度KS’と、
濃度設定回路に設定された所定の濃度KS の差分(KS
−KS ’) が求められ、その信号が電流制御回路にフィ
ードバックして加熱ヒーターに対する供給電流が制御さ
れる。このフィードバック制御により液体ソースは温度
が調整されて所定の濃度KS の反応ガスが発生し、か
つ、これが一定値に維持されてCVD装置に供給され
る。以上によりウエハに形成される薄膜には膜厚ムラが
無くなり、品質の低下が防止される。なお、上記の所定
の濃度KS は必要に応じて任意に設定される。
【0009】
【実施例】図1は、この発明を適用した反応ガス発生装
置3Aの一実施例の構成図を示す。図1において、反応
ガス発生装置3Aの構成は、前記した図3とほぼ同一で
あり、同一要素には同一符号を付記して示す。ただし、
図3の構成に対して、濃度算出回路38a と濃度設定回路
38b および電流制御回路38c よりなる濃度制御部38が付
加され、それぞれ図示のように接続される。
【0010】以下、反応ガス発生装置3Aにおける濃度
制御部38の動作と作用を説明する。図1は、窒素ガス,
ヘリウムガス等の不活性ガスの噴射量Q1 は前記により
制御されて、CVD装置2に対して所定量QS の混合ガ
スが供給されている状態を示し、従って流量設定回路37
の出力(QS −QS ’)は0である。流量計36が計測し
た混合ガスの所定量QS のデータと、マスフローコント
ローラ(MFC)33よりの窒素ガス等の噴射量Q1 のデ
ータは、濃度算出回路38a に入力して両者の差分(QS
−Q1)が求められる。この差分は液体ソースLQ が発生
した反応ガスGの発生量Q2 を示す。よって、発生量Q
2 と所定量QS の比=Q2 /QS を算出すれば、これが
混合ガスに含まれている反応ガスGの割合、すなわち濃
度KS ’を示すことはすでに説明した通りである。一
方、濃度設定回路38b には、必要とする所定の濃度KS
が予め設定され、上記により算出された濃度KS ’はこ
れに入力して、両者の差分(KS −KS ’)が求められ
る。この差分信号は電流制御回路38c にフィードバック
され、加熱ヒーター32に対する供給電流iが制御され
る。これにより液体ソースLQ の温度は、反応ガスGの
濃度の変化に対応して上昇または下降し、反応ガスGの
発生量Q2 が制御されて所定の濃度KS に調整され、か
つ一定値に維持されてCVD装置2に供給される。上記
において、供給電流iの増減に対する液体ソースLQ
温度変化量や、温度に対する反応ガスGの発生効率など
は、液体ソースLQ の種類や、密閉容器31に満たされた
量、または窒素ガス等の噴射量Q1 など、多くのパラメ
ータに依存して変化するので、その全容を把握すること
は容易ではない。しかし、試行実験などにより、実用上
に必要な最小限の範囲に対して、供給電流iに対する反
応ガスGの発生量または濃度の特性を求めることは可能
であるので、これらを求めて供給電流iの変化範囲を適
切に設定することが必要である。
【0011】
【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明による濃
度制御方法によれば、加熱とバブリングによりTEOS
などの液体ソースが発生する反応ガスGは、濃度制御部
の制御により所定の濃度とされ、かつ濃度は変動するこ
となく一定値に維持されて、CVD装置に供給されるも
ので、ウエハに形成される薄膜の品質向上に寄与すると
こめろには、大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を適用した反応ガス発生装置3Aの
一実施例の構成図である。
【図2】 CVD装置2における薄膜形成の概要説明図
である。
【図3】 加熱とバブリングを併用した従来の反応ガス
発生装置3の構成図である。
【符号の説明】
1…ウエハ、2…CVD装置、21…載置台、22,23 …供
給配管、24…排出口、3…従来の反応ガス発生装置、3
A…この発明を適用した反応ガス発生装置、31…密閉容
器、32…加熱ヒーター、33…マスフローコントローラ
(MFC)、34…吹き込みパイプ、35…取り出しパイ
プ、36…流量計(MFM)、37…流量設定回路、38…こ
の発明による濃度制御部、38a …濃度算出回路、38b …
濃度設定回路、38c …電流制御回路、G…反応ガス、N
2 …窒素ガス、LQ …液体ソース、Q1 …窒素ガスの噴
射量Q2 …反応ガスGの発生量、QS …混合ガスの所定
量、QS ’…混合ガスの計測された供給量、KS …反応
ガスGの所定の濃度、または設定値、KS ’…反応ガス
Gの算出された濃度。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉容器に満たされたTEOSなどの液
    体ソースを、加熱ヒーターにより所定の温度に加熱し、
    該加熱された液体ソースに対して窒素ガス,ヘリウムガ
    ス等の不活性ガスを、マスフローコントローラを通して
    噴射してバブリングし、該液体ソースが発生した反応ガ
    スと前記窒素ガス等との混合ガスの流量QS ’を流量計
    により計測し、該流量QS ’と、流量設定回路に予め設
    定された所定量QS との差分(QS −QS ’ )信号を前
    記マスフローコントローラに入力して、前記窒素ガス等
    の噴射量Q1 を制御し、CVD装置に対して前記所定量
    S の混合ガスを供給する反応ガス発生装置において、
    濃度算出回路と濃度設定回路および電流制御回路よりな
    る濃度制御部を設け、該濃度算出回路により、前記混合
    ガスの所定量QS のデータと、前記マスフローコントロ
    ーラよりの前記窒素ガス等の噴射量Q1 のデータとによ
    り、前記液体ソースが発生した反応ガスの濃度KS ’=
    (QS −Q1)/QS を算出し、該算出された濃度KS
    と、前記濃度設定回路に予め設定された所定の濃度KS
    との差分(KS −KS ’) を求め、該差分信号により、
    前記電流制御回路の前記加熱ヒーターに対する供給電流
    を制御して前記液体ソースの温度を調整し、該所定の濃
    度KS の反応ガスを発生して一定値に維持し、前記CV
    D装置に供給することを特徴とする、CVD装置の反応
    ガス濃度制御方法。
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