JPH07263351A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は半導体製造装置などの絶縁膜の気相
成長装置に関し、膜厚均一性の高い良質な絶縁膜作製装
置を提供することにある。 【構成】 ガスの撹拌室、成膜室、排気室などからな
り、成膜室と排気室との境に流れのコンダクタンスを調
節する整流板を挿入したもの。 【効果】 排気口が１ヶ所でもガスの流れが整流板によ
って偏らないために試料面上でのガスの流れが均一化さ
れ膜厚が均等に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置などを製造す
る際の絶縁膜を形成するために好適な気相成長装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術は特開昭６２−２５２９３１
号公報記載のように複数のガス供給孔を有した仕切り板
を具備し、中心部と周囲に排気孔を持った回転可能なサ
セプター及びその直下にある加熱手段という構成であっ
た。また、特開平１−１１７３１５号公報記載のように
均一に分布した小孔を多数有する仕切り板を通してガス
を層流として複数の半導体結晶基板に当てる構成となっ
ていた。特開昭６２−２５２９３１号公報では排気孔が
２ヶ所以上に分かれているために排気系の構造が複雑に
なっており、特開平１−１１７３１５号公報では排気孔
はサセプタ位置より下部に１ヶ所あるだけであり、排気
孔までのガスの流れに関しては考慮されていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は半導体
製造装置に用いられる絶縁膜の形成に於て膜厚の均一性
を良好にし、特性として誘電率のばらつきが少ない良好
な絶縁膜を作製する気相成長装置の実現にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、排気孔と成膜を行なう試料の間に整流板を設けたも
のである。

【０００５】また、排気能力による最適な条件を見いだ
すためにコンダクタンスの調整機構を設けたものであ
る。

【０００６】また、加熱部のメンテナンス性向上のため
に加熱源を成膜室外に設置したものである。

【０００７】また、最適の成膜条件を見いだすために試
料台の上下機構を付加したものである。

【０００８】また、撹拌をさらに促進させるためにガス
受け皿の揺動機構を設けたものである。

【０００９】

【作用】半導体部品に絶縁膜を形成するための原料ガス
例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を構成するそれ
ぞれのガスが酸素などを搬送媒体としてパイプ１３の枝
管から撹拌室１０１へ導入される。導入されたガスはガ
ス受け皿１７に当り、撹拌混合され多数個開いた小孔１
１から吹き出される。その際ガスの温度制御を行うため
に撹拌室１０１の周囲はヒータ１５、１８が配置されか
つ、加熱試料台５からの輻射熱の影響を受けにくいよう
に吹出し板２０の熱伝導性を良くしておく。絶縁膜を形
成するウェーハ６が載置される加熱試料台５はウェーハ
６を均一加熱するためにヒータ２２の部分的な制御がな
される。ウェーハ６まで流れてきたガスは気相反応、表
面反応などにより絶縁膜が形成され、その後整流板３を
通過して排気室１０３へと導かれ排気孔２６から排気さ
れる。この時整流板３に開けられた小孔４によって排気
孔２６へ向かって強く引き寄せられていたガスの流れが
緩和され、結果として試料面上でのガスの流れが均一化
され作製される膜厚も均一化される方向に働く。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２を用
いて説明する。図１は気相成長装置の正面の断面図であ
り、チャンバー本体１は数種類のガスを混合する撹拌室
１０１と試料に絶縁膜を形成する成膜室１０２、成膜後
のガスを排気する排気室１０３からなる。原料ガスは酸
素をキャリアーとしてパイプ１３の枝管から撹拌室１０
１へ導入される。撹拌室１０１はフランジ９でチャンバ
ー本体１へ取り付けられ、円筒形に大気開放された部分
に円筒形の銅ブロック１６が設置されておりそこにカー
トリッジヒータ１８がねじ１０で固定されている。撹拌
室１０１の上部はシースヒータ１５が熱電対１４と共に
取り付けられている。撹拌室１０１内には部材１２に支
えられたガス受け皿１７がねじ１８で固定され、ガスの
吹出し部は多数本のねじ２１で吹出し板２０が取り付け
られている。成膜室１０２には試料取り出し口が設けら
れ取っ手の付いたふた７がクランプ８によって固定され
ており、観察窓２４も反対側に設けれられている。チャ
ンバー本体１には加熱試料台５がフランジ２６及びネジ
２７で取り付けられている。排気室１０３は支え２で支
持された整流板３で成膜室１０２と仕切られており、排
気孔２６よりガスが排気される。

【００１１】パイプ１３の枝管から数種類のガス例えば
絶縁材料として高誘電率を持つＰＺＴガスのそれぞれの
成分が集合されて撹拌室１０１に導入される。導入され
たガスは部材１２で支持されたガス受け皿１７に当り撹
拌、混合される。その後、吹出し板２０から加熱試料台
５に設置されたウェーハ６に向かって吹き出していく。
その後、整流板３の小孔４を通過して排気室１０３に流
れていき排気孔２６から排気される。ガスの流量は例え
ばウェーハ６直径が6インチとするとPb原料で20cc/min,
Zr原料が20cc/min,Ti原料が5cc/minで酸素O₂をキャリア
−として10分程度流す。撹拌室１０１に導入されるガス
は温度制御されており、それがパイプ１３を通過して撹
拌室で混合され吹出し板２０から出ていく間に温度変化
が起こらないように、撹拌室独自の温度制御を円筒状の
銅ブロック１６にねじ１０で固定されたカートリッジヒ
ータ１８とシースヒータ１５及びモニター用の熱電対１
４、温度調節器（図示せず）などを用いることで可能に
している。また、混合ガスが吹き出している多数の小孔
１１よりなる吹出し板２０は加熱試料台５の輻射熱の影
響を受けやすいためにそこでガスの温度が変化してしま
う。その対策として吹出し板２０を熱伝導率が120W/(m
K)以上の材料、例えばアルミ材などを用い、撹拌室１０
１側壁との接触を良くすることで温度変化を防いでい
る。

【００１２】加熱試料台５にはカートリッジヒータ２２
が多数本埋め込まれており、複数に分離独立した温度調
節を行うために分離個数分の温度調節器２９、３０、３
１が配置され、モニター用に熱電対２５が分離個数分だ
け配置されている。カートリッジヒータ２２が挿入され
る挿入口は大気に開放された加熱試料台５の下側にあ
り、カートリッジヒータ２２の保守、点検を行なう際に
成膜室１０２を開放する必要がなく、容易に交換が行な
える。また、カートリッジヒータ２２はねじ２３で固定
されるためにウェーハ６に近い部分から加熱試料台５に
接触するためにカートリッジヒータ２２の熱が効率良く
ウェーハ６に伝わるために発熱効率が上がる。一例とし
て加熱試料台５温度が635℃の時、ウェーハ６を白金コ
ートしたSiO₂基板とすれば基板温度は550℃が実現でき
る。

【００１３】加熱試料台５上面と凹凸がほとんど無いよ
うに設置されたウェーハ６は気相反応、表面反応などに
より流れてきたガスが絶縁膜として表面に付着する。そ
れからガスは円弧状の面取りを施した加熱試料台５の外
周部より流れ出て、ウェーハ直径の１／２以上離れた下
流側にある整流板３に開けられた多数の小孔４を通過し
て排気室１０３へ入り、排気孔２６に向かって流れてい
く。ここで、整流板３がない場合には吹出し板２０から
流れ出たガスは排気孔２６が１ヶ所であるために排気孔
２６へ向かう方向性を持った流れとなり、従って試料で
あるウェーハ６上でも排気孔２６へ向かう偏りのある流
れが支配的となり、形成される絶縁膜の膜厚分布もそれ
に伴い偏りのあるものとなってしまう。成膜室１０２と
排気室１０３の間に多数の小孔４がある整流板３を設け
ることにより、排気系から見た場合のコンダクタンスが
小さくなるために、そこを通過する流れに対して抵抗が
生じる。そのため、今まで排気孔２６に向かって強く引
き寄せられていた流れが緩和される。また流れをみださ
ないよう試料から離して設置した整流板３のコンダクタ
ンスを小孔４の面積と個数などで調整することにより、
また小孔４の分布を栓（図示せず）をするなどで調整す
ることにより試料台のウェーハ６面上で均一な流れが実
現できる。この栓は６角ボルトを落し込むことだけでも
対処できるので特別な部品を準備する必要はない。本実
施例による整流板３に対する小孔４の開口率は１５％以
下とすることで良好な結果を得ている。整流板３は取り
付け取り外しを簡便かつ試料取り出し口から作業可能に
するために図２の平面図に示すように円板を半分にした
形状とし、それを渡し板３２とねじ３３によって組立て
るようにしたものである。本方式により作製される絶縁
膜特性は、従来法で組成分布が±5%,膜圧分布が±3%の
ところ、膜圧分布が50nm±2%,比誘電率500±10%,組成分
布がPb,Zr,Tiについて±1%が実現できた。本装置はウェ
ーハ６の直径が５インチないしは６インチまで対応が可
能である。

【００１４】本実施例によれば、撹拌室１０１から均等
に吹き出した流れがウェーハ６面上でも均等な流れが維
持されるのでその結果作成される絶縁膜の均一性も向上
し、高品質の半導体部品が製作できるという効果があ
る。

【００１５】第２の実施例を図３及び図４を用いて説明
する。図３は整流板の調整機構を現す部分平面図であ
り、図４はその正面の断面図である。排気系の排気能力
の違いによって整流板３を通過するガスの流れが変化す
ることが考えられる。そこで、排気系が変化しても最適
のコンダクタンスが設定できるように、また原料ガスの
種類が変化しても最適な膜厚均一性が得られるように整
流板３の小孔４の開口率が変化できる調整機構が必要に
なって来る。開口率を変化させるために図３で示すよう
に同じピッチでかつやや大きめの小孔１０６、１０７が
開いた調整板３４を整流板３の上に配置し、調整板３４
の開口部が整流板３の開口部の真上にある時は最大の開
口率で排気できるが調整板３４を回転させることにより
開口部が徐々に縮小していくので、開口率の変更が簡単
に実現できる。この調整板３４の回転調整は支え２の下
部に磁石など取り付けることにより調整板３４と一体化
された支え２の回転を大気側に設置した磁石とのマグネ
ットカップリングにより成膜中に設定することも可能と
なる。

【００１６】本実施例によれば、整流板の開口率の調整
が調整板を回転することで簡単にできる。従ってコンダ
クタンスの調整も可能となり、排気系のポンプの変更や
原料ガスの変更があっても最適なコンダクタンスが設定
できるのでウェーハ６上でのガスの流れが均一となる。
その結果として作製される絶縁膜も膜厚均一性の高い高
品質なものが製作できる効果がある。

【００１７】第３の実施例を図５を用いて説明する。撹
拌室１０１内での原料ガスの撹拌をさらに積極的に行う
ためにガス受け皿１７に揺動機構を設けたものである。
モータ４０からの回転を軸３９の先端にある歯車３８と
歯車３７で回転方向を変換し、歯車３７の偏心位置に付
いたピン３６に板３５の長穴部が組み合わされている。
板３５はガス受け皿１７を支えている部材１２に固定さ
れている。歯車３７が回転することによりその偏心位置
に取り付けられたピン３６が板３５の長穴部を滑って行
き、それに伴い部材１２と固定されているガス受け皿１
７も揺動運動を開始する。従って原料ガスが撹拌室に流
れ込んで来たときにガス受け皿１７の揺動運動を行わせ
ることにより、数種類の原料ガスの混合、撹拌がより確
実に行えることになる。

【００１８】本実施例によると、原料ガスの撹拌、混合
が十分に行なえるので、吹出し板２０から出てくるガス
の混合割合が均等となり、その結果として試料面で形成
される絶縁膜の誘電率の均質性が向上し、高品質の絶縁
膜が製作できる効果がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、排気系のコンダクタン
スを最適に調整できるために流れの偏りがなくせる。こ
のことにより、試料面での均一な流れが実現でき、試料
面上に形成される膜厚が平滑化され膜厚均一性が向上す
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の正面（断面）図である。

【図２】第１の実施例の整流板の平面図である。

【図３】第２の実施例の整流板部分の平面図である。

【図４】第２の実施例の正面（断面）図である。

【図５】第３の実施例の正面（断面）図である。

【符号の説明】

１…チャンバー本体、２…支え、３…整流板、４…小
孔、５…加熱試料台、６…ウェーハ、７…ふた、８…ク
ランプ、９…フランジ、１０…ねじ、１１…小孔、１２
…パイプ、１３…パイプ、１４…熱電対、１５…シース
ヒータ、１６…銅ブロック、１７…ガス受け皿、１８…
カートリッジヒータ、１９…ねじ、２０…吹出し板、２
１…ねじ、２２…カートリッジヒータ、２３…ねじ、２
４…観察窓、２５…熱電対、２６…排気孔、２７…フラ
ンジ、２８…ねじ、２９…温度調整器、３０…温度調節
器、３１…温度調節器、３２…渡し板、３３…ねじ、３
４…調整板、３５…板、３６…ピン、３７…歯車、３８
…歯車、３９…軸、４０…モータ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス導入孔からの数種類のガスを撹拌混合
   する撹拌室を備え、ウエーハを裁置する加熱試料台、試
   料取り出し口、排気孔などからなる装置に於いて、試料
   台と排気孔の間に多数の小孔からなる整流板を挿入した
   ことを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】上記気相成長装置に於て、整流板位置を成
   膜を行なう試料直径の１／２以上離れた流れの下流側と
   したことを特徴とする気相成長装置。
3. 【請求項３】整流板の開口面積を変えるための調整機構
   を装着したことを特徴とする請求項１記載の気相成長装
   置。
4. 【請求項４】ガスの撹拌部の加熱機構と成膜部の加熱機
   構を備えそれぞれの加熱機構を成膜室の外に置き、成膜
   室と分離したことを特徴とする請求項１記載の気相成長
   装置。
5. 【請求項５】加熱試料台の温度調節を中心部と周囲で複
   数に分離して別個に温度調節ができることを可能にした
   ことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
6. 【請求項６】ガスの撹拌室内に設けたガス受け皿の揺動
   機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の気相成長
   装置。
7. 【請求項７】成膜条件として常圧から分子流領域手前
   （クヌードセン数>0.3）までの圧力範囲で行うことを特
   徴とする請求項１記載の気相成長装置。