JPH0864541A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常温下で液相にあるＴＥＯＳ等の原料を気化
させて得たガスに、常温下で気相にあるガスをよりよく
混合できるようにする。 【構成】 常温下で液相にある原料を気化して第１のガ
スを発生させる気化器２８と、気化器２８から送出され
た第１のガスに、常温下で気相にある第２のガスを混合
させるガス混合器３５と、ガス混合器３５から送出され
た混合ガスを反応ガスとして処理室３７に送り込む配管
３６とを備える。ガス混合器３５は第１のガスを処理室
３７側に排出する外管と、第２のガスを処理室３７側に
排出するために前記外管内に同軸的に配設された内管と
の二重管で構成され、配管３６はその途中に屈折部３８
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常温下で液相にある原
料を気化させて得た第１のガスに、常温下で気相にある
第２のガスを混合し、得られた混合ガスを反応ガスとし
てプラズマＣＶＤ装置などの処理室に供給するガス供給
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造において、Ａｌ配
線を終えた半導体ウエハの表面上に、プラズマＣＶＤ法
を適用してシリコン酸化膜を形成することが一般に行わ
れている。図４に示すプラズマＣＶＤ装置は、処理室１
内に上部電極２および下部電極３を配設してなり、下部
電極３上に半導体ウエハ４が載置されている。上部電極
２の下面側にガス導入口５があり、上部電極２は高周波
電源６に、そして、下部電極３は高周波電源７にそれぞ
れ接続される。

【０００３】ガス導入口５を通じて処理室１内に供給さ
れる反応ガス８は、気化したテトラエトキシシラン（Ｔ
ＥＯＳ）および酸素を含む混合ガスである。処理室１内
のガス圧を所定値に保ちつつ、上部電極２および下部電
極３に高周波電力をそれぞれ供給すると、処理室１内に
プラズマが発生して、半導体ウエハ４の表面上にシリコ
ン酸化膜が生成される。

【０００４】ＴＥＯＳおよび酸素を含む混合ガスを、処
理室内に反応ガスとして供給するのに種々の方法が知ら
れている。その一つは、バブリングシステムを用いる方
法であり、他の一つは、気化器を用いる方法である。前
者の構成を示す図５を参照すると、バブリングシステム
９は、ＴＥＯＳタンク１０、キャリアガスとしてのヘリ
ウムの流量を制御するマスフローコントローラ１１およ
び２個のバルブ１２、１３からなり、ガス送出管１４内
をヘリウムとＴＥＯＳとの混合ガスが流れる。

【０００５】そして、マスフローコントローラ１５で流
量制御を受けた酸素と前記混合ガスとがガス混合部１６
で混合され、この混合によって得られた反応ガスが、配
管１７を通じてプラズマ処理室１８内に供給される。ガ
ス混合部１６は、標準的なＴ型管継手で構成されてい
る。

【０００６】図６に示す構成のものは気化器１９を有
し、気化器１９は、ＴＥＯＳタンク２０、ＴＥＯＳの流
量を制御するマスフローコントローラ２１およびバルブ
２２からなり、ガス送出管２３内を気化したＴＥＯＳが
流れる。マスフローコントローラ２４で流量制御を受け
た酸素とＴＥＯＳとがガス混合部２５で混合され、この
混合によって得られた反応ガスが、配管２６を通じてプ
ラズマ処理室２７内に供給される。ガス混合部２５は、
標準的なＴ型管継手で構成されている。

【０００７】なお、気化器を用いた構成のものにおい
て、ＴＥＯＳと酸素との混合ガスをプラズマ処理室に混
合ノズルを通じて供給する技術が特開平４−３５０３１
号公報に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のガス供給装置には以下のような欠点がある。すなわ
ち、バブリングシステムを用いた構成のものでは、キャ
リアガスたるヘリウムの流量は制御できても、ＴＥＯＳ
の流量は制御できない。このため、ＴＥＯＳタンク内の
温度やＴＥＯＳの残量などが変化すると、ヘリウムの流
量は一定であってもＴＥＯＳの実流量に変化をきたし、
安定した組成のガスを処理室内に供給し続けることがで
きなくなる。

【０００９】また、気化器を用いた構成のものでは、ガ
ス混合部におけるＴＥＯＳと酸素との圧力差によって、
つまり、酸素の圧力がＴＥＯＳの圧力よりも高いので、
酸素がガス混合部を通じてＴＥＯＳ供給源側に逆流する
という問題点がある。

【００１０】さらに、特開平４−３５０３１号公報に開
示されている技術では、膜厚の均一なシリコン酸化膜を
生成させ難い。本発明者らによる実験の結果を図７に示
す。

【００１１】直径φが１５０ｍｍの半導体ウエハの表面
上にシリコン酸化膜を生成させたところ、得られたシリ
コン酸化膜の膜厚は図７に示すような分布を示し、半導
体ウエハの中央部での膜厚が、周辺部での膜厚に比べて
小さくなっている。ＴＥＯＳは酸素に比べて大きい粘性
を有しているので、ガス混合部で混合されたＴＥＯＳと
酸素とが層流となって配管内を流れる不完全混合のため
に、膜厚が不均一になるものと考えられる。

【００１２】したがって本発明の目的は、常温下で液相
にあるＴＥＯＳ等の原料を気化させて得た第１のガス
に、常温下で気相にある第２のガスをよりよく混合させ
ることのできるガス供給装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上述し
た目的を達成するために、常温下で液相にある原料を気
化して第１のガスを発生させる気化器と、この気化器か
ら送出された第１のガスに、常温下で気相にある第２の
ガスを混合させるガス混合器と、このガス混合器から送
出された混合ガスを反応ガスとして処理室に送り込む配
管とを備え、前記ガス混合器は第１のガスを処理室側に
排出する外管と、第２のガスを処理室側に排出するため
に前記外管内に同軸的に配設された内管との二重管で構
成され、前記配管はその途中に屈折部を有していること
を特徴とするガス供給装置が提供される。

【００１４】また、常温下で液相にある原料を気化して
第１のガスを発生させる気化器と、この気化器から送出
された第１のガスに、常温下で気相にある第２のガスを
混合させるために、第１のガスの送出管の途中に複数段
に配設された複数のガス混合器と、最終段のガス混合器
から送出された混合ガスを反応ガスとして処理室に送り
込む配管とを備え、前記ガス混合器は第１のガスまたは
第１のガスを含むガスを処理室側に排出する外管と、第
２のガスを処理室側に排出するために前記外管内に同軸
的に配設された内管との二重管で構成され、前記配管は
その途中に屈折部を有していることを特徴とするガス供
給装置が提供される。

【００１５】

【作用】本発明におけるガス混合器は、第１のガスを処
理室側に排出する外管と、第２のガスを処理室側に排出
するために前記外管内に同軸的に配設された内管との二
重管で構成されるので、外管を通じて排出される第１の
ガスが、内管を通じて排出される第２のガスの粘性によ
って誘引される。このため、第２のガスが外管を通じて
気化器側へ逆流することがなく、第１のガスの実流量を
安定化させることができる。

【００１６】また、ガス混合器から処理室に通じる配管
の途中に設けた屈折部が、ここを通過する混合ガスに乱
流を起こさせる作用をなし、これによって、第１のガス
と第２のガスとをより完全に混合させることができる。

【００１７】とくに、請求項２に記載の発明において
は、二重管で構成されたガス混合器が複数段に存在する
ので、それぞれのガス混合器において、外管を通じて排
出されるガスが、内管を通じて排出される第２のガスの
粘性によって誘引される。また、第２のガスの総流量が
多い場合でも、それを複数のガス混合器で分担させ得る
ので、各ガス混合器に導入される第２のガスを、逆流が
生じない程度の流量に低減させることができる。このた
め、第１のガスの実流量を安定化させることができる。

【００１８】屈折部の曲げ角度を６０度以上に設定する
と、該部を通過する混合ガスに乱流を顕著に生じさせる
ことができ、良好なガス混合作用を得ることができる。

【００１９】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例を図１および図２
を参照しながら説明する。

【００２０】図１に示すガス供給装置の気化器２８は、
常温下で液相にあるＴＥＯＳを収容したＴＥＯＳタンク
２９、気化されたＴＥＯＳの流量を制御するマスフロー
コントローラ３０およびバルブ３１からなる。ＴＥＯＳ
タンク２９はその内部に収容しているＴＥＯＳを気化さ
せる加熱機能を有し、気化したＴＥＯＳはガス送出管３
２内を流れる。マスフローコントローラ３３で流量制御
された酸素は、ガス送出管３４を通じてガス混合器３５
に送り込まれ、ここでＴＥＯＳと混合される。

【００２１】そして、この混合によって得られた混合ガ
スが、反応ガスとして配管３６を通じてプラズマＣＶＤ
の処理室３７内に供給される。

【００２２】配管３６はその長手方向の途中に、曲げ角
度θの屈折部３８を有している。また、ガス混合器３５
は図２に示すように、外管３９とその内側に間隔をおい
て設けられたＬ字状の内管４０とからなり、内管４０の
先端側は外管３９と同軸にほぼ平行に配置されている。
そして、内管４０を通じて導入された酸素が処理室３７
側に排出され、外管３９を通じて導入されたＴＥＯＳが
処理室３７側に排出される。

【００２３】このように構成されたガス供給装置におけ
るプラズマＣＶＤの処理室３７内に半導体ウエハを納め
たのち、ＴＥＯＳの流量を８０ＳＣＣＭ（ただし、ＳＣ
ＣＭは大気圧換算ｃｃ／分）に、酸素の流量を２４０Ｓ
ＣＣＭにそれぞれ固定した。

【００２４】そして、前記半導体ウエハの表面上にシリ
コン酸化膜を生成させた。屈折部３８の曲げ角度θは、
４０度から９０度までの範囲で変化させた。得られた酸
化シリコン膜の膜厚分布を測定したところ、曲げ角度θ
が６０度以上であれば、膜厚分布の高低幅を±１％以下
に抑え得ることが判明した。

【００２５】また、ＴＥＯＳの流量を８０ＳＣＣＭに固
定する一方、酸素の流量を４０ＳＣＣＭから２４０ＳＣ
ＣＭまでの範囲で変化させ、１０枚の半導体ウエハに連
続してシリコン酸化膜を形成した。そして、この場合に
おけるシリコン酸化膜の膜厚再現性を測定したところ、
酸素流量が８０ＳＣＣＭ以下であれば良好な再現性が得
られ、そのばらつき幅は±１％以下に抑えられることが
判明した。なお、酸素の流量が２４０ＳＣＣＭのときの
再現性のばらつき幅は±２％であった。

【００２６】図６に示すような従来のガス供給装置を用
いて上述と同一の流量（ＴＥＯＳの流量は８０ＳＣＣ
Ｍ、酸素の流量は２４０ＳＣＣＭ）に設定したときの再
現性のばらつき幅は±１５％であった。プラズマＣＶＤ
処理における成膜速度がＴＥＯＳの実流量にほぼ比例す
ることを考え合わせると、本発明を適用することによっ
て、ＴＥＯＳの実流量の安定性を飛躍的に向上させ得る
ことがわかる。

【００２７】つぎに、本発明の他の実施例を図３を参照
しながら説明する。

【００２８】図３に示すガス供給装置においては、気化
器２８のガス送出管３２を通じて送出された第１のガス
たるＴＥＯＳが、１段目のガス混合器４１内において、
マスフローコントローラ４２を通じて供給された第２の
ガスたる酸素と混合される。

【００２９】この混合ガスはガス送出管４３を通じて２
段目のガス混合器４４に供給され、ここで、マスフロー
コントローラ４５を通じて供給された第２のガスたる酸
素と混合される。さらに、この混合ガスはガス送出管４
６を通じて最終段のガス混合器４７に供給され、ここ
で、マスフローコントローラ４８を通じて供給された第
２のガスたる酸素と混合される。そして、最終段のガス
混合器４７で最終的に混合されたガスが、配管４９を通
じてプラズマＣＶＤの処理室３７内に、反応ガスとして
供給される。配管４９はその長手方向の途中に、曲げ角
度θの屈折部５０を有している。なお、ガス混合器４
１、４４および４７はいずれも、図２に示したガス混合
器３５と同様に二重管構造に構成されており、その外管
と内管との間をＴＥＯＳまたはＴＥＯＳを含むガスが流
通し、内管内を酸素が流通する。

【００３０】このように構成されたガス供給装置におけ
るプラズマＣＶＤの処理室３７内に半導体ウエハを納
め、その表面上にシリコン酸化膜を生成した。上述した
第１の実施例において、好ましい曲げ角度θは６０度以
上であることがわかったので、本実施例では、曲げ角度
θを９０度に設定した。同様に、酸素の流量とＴＥＯＳ
の流量との好ましい比率は１以下であることがわかった
ので、本実施例では、３個のガス混合器４１、４４、４
７を３段に設け、それぞれにおいてＴＥＯＳの総流量に
対する酸素の流量比が１以下になるように設定した。す
なわち、ＴＥＯＳの流量を８０ＳＣＣＭに、各ガス混合
器４１、４４、４７に導入する酸素の流量を８０ＳＣＣ
Ｍに設定した。そして、１０枚の半導体ウエハの各表面
上に連続してシリコン酸化膜を生成させ、その膜厚再現
性を測定したところ、ばらつきは±１％以下に納まるこ
とが判明した。

【００３１】本実施例では、酸素の流量を３個のマスフ
ローコントローラで制御したが、１つのマスフローコン
トローラで流量制御を行い、このマスフローコントロー
ラと各ガス混合器との間で送出管を分岐する構成をとっ
てもよい。

【００３２】また、上述した実施例での処理室は、いず
れもプラズマＣＶＤ用のものであったが、減圧ＣＶＤ用
や常圧ＣＶＤ用のものであっても同様に適用できる。ま
た、第１のガスはＴＥＯＳに限定されず、クロロホルム
などであってもよい。また、第２のガスも酸素に限定さ
れず、酸素を含むガスや、水素や窒素などであってもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によると、ガス混合
器内で第１のガスが第２のガス発生源側へ逆流すること
が防止されるので、第１のガスの実流量を安定化させる
ことができる。また、ガス混合器から処理室内に反応ガ
スとして供給される混合ガスの混合度を高めることがで
き、これによって、生成される膜の膜厚分布等を改善す
ることができる。

【００３４】また、ガス混合器を複数段に設けることに
よっては、各ガス混合器への第２のガスの導入量を低減
させることができ、これによって、前記逆流による弊害
をより完全に防止することができ、第１のガスの実流量
を高い精度で制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のガス供給装置の配管系統
図。

【図２】本発明の一実施例におけるガス混合器の拡大断
面図。

【図３】本発明の他の実施例のガス供給装置の配管系統
図。

【図４】プラズマＣＶＤ装置の構成を示す側断面図。

【図５】従来例のガス供給装置の配管系統図。

【図６】従来例のガス供給装置の配管系統図。

【図７】従来例のガス供給装置を適用して生成されたシ
リコン酸化膜の膜厚分布図。

【符号の説明】

２８ 気化器 ３５、４１、４４、４７ ガス混合器 ３６、４９ 配管 ３７ 処理室 ３８、５０ 屈折部 ３９ 外管 ４０ 内管

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常温下で液相にある原料を気化して第１
   のガスを発生させる気化器と、 この気化器から送出された第１のガスに、常温下で気相
   にある第２のガスを混合させるガス混合器と、 このガス混合器から送出された混合ガスを反応ガスとし
   て処理室に送り込む配管とを備え、 前記ガス混合器は第１のガスを処理室側に排出する外管
   と、第２のガスを処理室側に排出するために前記外管内
   に同軸的に配設された内管との二重管で構成され、前記
   配管はその途中に屈折部を有していることを特徴とする
   ガス供給装置。
2. 【請求項２】 常温下で液相にある原料を気化して第１
   のガスを発生させる気化器と、 この気化器から送出された第１のガスに、常温下で気相
   にある第２のガスを混合させるために、第１のガスの送
   出管の途中に複数段に配設された複数のガス混合器と、 最終段のガス混合器から送出された混合ガスを反応ガス
   として処理室に送り込む配管とを備え、 前記ガス混合器は第１のガスまたは第１のガスを含むガ
   スを処理室側に排出する外管と、第２のガスを処理室側
   に排出するために前記外管内に同軸的に配設された内管
   との二重管で構成され、前記配管はその途中に屈折部を
   有していることを特徴とするガス供給装置。
3. 【請求項３】 屈折部の曲げ角度が６０度以上であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のガス供給装置。