JPH0917734A - 半導体製造装置のガス供給装置およびその供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、枚葉処理を行うＣＶＤ成膜装置にお
いて、短時間の処理での材料ガスの供給を制御性良く行
い得、処理の制御性を改善できるようにすることを最も
主要な特徴とする。 【構成】たとえば、半導体基板１１上に１００ｎｍ厚の
ポリシリコン膜を成膜するのに必要な１００ｃｃのＳｉ
Ｈ4 ガスをガスシリンダ２０から取り出し、圧力調整弁
１９およびバルブ１８を介して容器１７内に充填する。
この容器１７内に蓄えたＳｉＨ4 ガスを、開度調整バル
ブ１６を開いて処理室１２に供給する。このとき、圧力
計２１の出力をもとにコントローラ２３によって開度調
整器２２を制御し、上記容器１７内のガス圧力の変化率
が成膜時間内において一定となるように上記開度調整バ
ルブ１６の開度をコントロールする構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば半導体基板
に対する成膜処理やエッチング処理を行う半導体製造装
置のガス供給装置およびその供給方法に関するもので、
特に短時間での処理を行う場合に使用されるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造装置、たとえば半導体
基板に対して成膜処理を施すＣＶＤ装置の場合、ポリシ
リコン膜の成膜ではＳｉＨ4 を、Ｗの成膜ではＷＦ6
を、それぞれ材料ガスとして用いて処理を行うようにな
っている。また、エッチング処理を施すエッチング装置
の場合、ハロゲン系の材料ガスを用いて処理を行うよう
になっている。

【０００３】図４は、ＣＶＤ装置により代表される一般
的な成膜装置の構成を概略的に示すものである。この装
置は、成膜処理を行う半導体基板１０１が処理室１０２
内に収納される。収納された半導体基板１０１は、ヒー
タ１０３によって成膜処理に必要な温度まで加熱され
る。

【０００４】処理室１０２内は、バルブ１０４および圧
力コントローラ１０５を介してポンプ１０６により減圧
され、圧力コントローラ１０５によって成膜処理に必要
な圧力に制御される。

【０００５】また、処理室１０２には、シリンダ１０７
から圧力調整弁１０８を通り、バルブ１０９、流量調整
用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１０およびバ
ルブ１１１を介して、成膜処理に必要な材料ガスが供給
される。処理室１０２内に供給された材料ガスは、シャ
ワーヘッド１１２により半導体基板１０１上に堆積され
る。

【０００６】ところで、近年、半導体基板の大口径化が
進むにつれ、半導体製造装置は多数枚の半導体基板を一
度に処理するバッチ処理ではなく、１枚ごとに処理を行
う枚葉処理の形態が取られるようになってきている。

【０００７】このような枚葉処理を行う装置の処理能力
（スループット）を大きくするためには、１枚当たりの
処理時間を短くする必要がある。このため、従来におい
ては、成膜速度やエッチング速度が大きくなるように処
理の条件、たとえば材料ガスの流量を選ぶことで、処理
の短時間化が図られている。

【０００８】さて、処理時間に影響する材料ガスの流量
制御は、たとえば図４に示した装置の場合には、ＭＦＣ
１１０によって行われるようになっている。しかしなが
ら、このＭＦＣ１１０は内部に精巧な流量センサを備
え、そのセンサの信号をフィードバックしてバルブ１１
１の開度をコントロールすることで、材料ガスの流量を
制御するようになっている。このため、短時間での材料
ガスの流量の制御は、ＭＦＣ１１０の応答性および制御
性により大きく左右され、数秒程度の精密な制御をコス
トをかけずに行うことは困難である。

【０００９】また、ＭＦＣ１１０に用いられる流量セン
サは外部の環境、たとえば温度の影響を受けやすいもの
であるため、処理の制御性を維持するのが大変難しいと
いう問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、短時間の処理では材料ガスを制御性良く供
給するのが難しく、外部の環境に影響されやすいために
処理の制御性が安定しないなどの問題があった。

【００１１】そこで、この発明は、外部の環境に影響さ
れることなく、短時間の処理においても材料ガスを制御
性良く供給することができ、処理の制御性を改善するこ
とが可能な半導体製造装置のガス供給装置およびその供
給方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体製造装置のガス供給装置にあっ
ては、半導体製造装置の処理室に処理用の材料ガスを供
給するものにおいて、少なくとも１枚の半導体基板の処
理に必要な一定量の前記材料ガスを蓄える容器と、この
容器内の前記材料ガスの圧力を計測する圧力計とを具備
し、前記容器内に蓄えられた前記材料ガスを前記処理室
に供給する構成とされている。

【００１３】また、この発明の半導体製造装置のガス給
方法にあっては、少なくとも１枚の半導体基板の処理に
必要な一定量の材料ガスを容器内に蓄え、この容器内の
前記材料ガスの圧力を圧力計で計測しつつ、前記容器内
に蓄えられた前記材料ガスを、前記半導体基板が収納さ
れた処理室に供給するようになっている。

【００１４】

【作用】この発明は、上記した手段により、一回の処理
に必要な一定量の材料ガスを安定に供給できるようにな
るため、短時間での材料ガスの流量を高精度に制御する
ことが可能となるものである。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
成膜装置の概略構成を示すものである。

【００１６】すなわち、半導体基板１１が収納される処
理室１２は、その半導体基板１１に対してＣＶＤ成膜処
理を行うチャンバであり、上記半導体基板１１を載せる
サセプタ１２ａ、このサセプタ１２ａの裏面から上記半
導体基板１１を加熱するヒータ１２ｂ、および上記半導
体基板１１上に材料ガスを供給するシャワーヘッド１２
ｃを有して構成されている。

【００１７】上記サセプタ１２ａは、回転軸１２ｄを介
して取り付けられており、たとえば１００ｒｐｍ〜１０
０００ｒｐｍで回転されるようになっている。このサセ
プタ１２ａを回転させることによって、上記シャワーヘ
ッド１２ｃより供給される材料ガスを上記半導体基板１
１上に効率良く供給できるようになるため、成膜速度を
大きくできる。

【００１８】処理室１２には、その排気経路に沿って、
バルブ１３、圧力コントローラ１４およびポンプ１５が
順に接続されている。上記処理室１２内は、上記ポンプ
１５により減圧され、圧力コントローラ１４によって成
膜処理に必要な圧力に制御される。

【００１９】また、処理室１２の上記シャワーヘッド１
２ｃの先には、ガス流路に沿って、開度調整バルブ１
６、容器１７、バルブ１８、圧力調整弁１９、およびガ
スシリンダ２０がそれぞれ設けられている。

【００２０】容器１７は、上記ガスシリンダ２０から上
記圧力調整弁１９を通り、バルブ１８を介して供給され
る、１枚の半導体基板１１の一回の処理に必要な一定量
の材料ガスを蓄えられるだけの容量を有している。この
容器１７には、内部に蓄えられた材料ガスの圧力をモニ
タするための圧力計２１が設けられている。

【００２１】容器１７のガス排出部側に設けられた開度
調整バルブ１６は、その開度が開度調整器２２により制
御されるようになっている。この開度調整器２２は、上
記圧力計２１に接続されたコントローラ２３によって制
御されるようになっている。

【００２２】たとえば、上記コントローラ２３によって
上記開度調整器２２が制御され、上記開度調整バルブ１
６の開度が上記圧力計２１の出力に応じて調整されるこ
とにより、上記処理室１２に供給される材料ガスの、上
記容器１７内の圧力変化率（ｄＰ／ｄｔ）がほぼ一定と
なるように制御される。

【００２３】ここで、たとえば半導体基板１１の温度を
７０℃とし、回転数を５０００ｒｐｍとして、上記シャ
ワーヘッド１２ｃよりＳｉＨ4 ガスを１ｓｌｍ、図示し
ていないノズルからＨ2 ガスを３０ｓｌｍ供給したとす
る。すると、この条件下でのポリシリコン膜の成膜速度
は約１０００ｎｍ／ｍｉｎとなる。したがって、１００
ｎｍ厚のポリシリコンを堆積しようとする場合の成膜時
間は約６秒となる。

【００２４】１００ｎｍ厚のポリシリコンの成膜処理で
は１００ｃｃのＳｉＨ4 ガスが必要であり、上記容器１
７の内容積が２０ｃｃだとすると、これに５気圧のＳｉ
Ｈ4ガスを蓄えることで、１気圧では１００ｃｃとな
る。すなわち、内容積が２０ｃｃの容器１７内に蓄えら
れた５気圧のＳｉＨ4 ガスのすべてを使用することで、
１００ｎｍ厚のポリシリコン膜を成膜することができ
る。この場合、容器１７内のガス圧力は徐々に５気圧か
ら０気圧に低下する。成膜時は、通常、ガスの流量によ
って成膜速度が変化するため、流量を一定にする必要が
ある。これは、５気圧から０気圧までの圧力変化率を一
定とすることで、解決できる。

【００２５】図２は、圧力変化率を一定とした際の、成
膜時間とガス圧力との関係を示すものである。この図の
ように、容器１７内のガス圧力を圧力計２１でモニタ
し、その出力を開度調整バルブ１６の開度の制御にフィ
ードバックして、容器１７内のガスの圧力が成膜時間の
経過にともなって一定の割合で変化するようにコントロ
ールされる。これにより、６秒という短い処理時間内に
おいても材料ガスの流量を安定に制御することができ、
成膜速度を一定に保つことが可能となる。

【００２６】次に、成膜処理の手順について簡単に説明
する。ここでは、容器１７の内容量を２０ｃｃとし、１
００ｃｃのＳｉＨ4 ガスを用いて１００ｎｍ厚のポリシ
リコン膜を成膜する場合を例に説明する。

【００２７】まず、上記ガスシリンダ２０から上記圧力
調整弁１９を通り、バルブ１８を介して供給される、一
回の処理に必要な５気圧のＳｉＨ4 ガスが上記容器１７
内に蓄えられる。また、成膜処理を行う半導体基板１１
が処理室１２内のサセプタ１２ａ上に載せられ、５００
０ｒｐｍで回転される。さらに、上記半導体基板１１
は、ヒータ１２ｂによって７０℃に加熱される。そし
て、上記処理室１２内が、排気経路に沿う、バルブ１
３、圧力コントローラ１４およびポンプ１５によって減
圧される。

【００２８】この状態において、開度調整バルブ１６が
開かれ、容器１７内に溜められたＳｉＨ4 ガスが処理室
１２に供給され、シャワーヘッド１２ｃを介して半導体
基板１１上に供給される。これにより、半導体基板１１
上に徐々にポリシリコン膜が堆積される。

【００２９】また、この成膜時間内においては、圧力計
２１の出力をもとに上記コントローラ２３によって開度
調整器２２が制御され、上記容器１７内のガス圧力の変
化率が一定となるように上記開度調整バルブ１６の開度
がコントロールされる。

【００３０】こうして、上記容器１７内のガス圧力が低
下されて０気圧になると、この成膜処理は終了される。
すると、半導体基板１１の入れ代えが行われるととも
に、この入れ代えにともなって、上記容器１７内への次
の処理に必要な量のＳｉＨ4 ガスの充填が行われる。

【００３１】このように、上記の手順が繰り返されるこ
とにより、１００ｎｍ厚のポリシリコン膜の成膜が精度
良く枚葉処理される。この結果、短時間でのポリシリコ
ン膜の成膜処理において、膜厚のばらつきσを従来の
１．５％から０．５％に改善できた。

【００３２】上記したように、一回の処理に必要な一定
量の材料ガスを安定に供給できるようにしている。すな
わち、一回の成膜処理に必要な一定量のＳｉＨ4 ガスを
あらかじめ蓄えておき、これを一定の割合で供給するよ
うにしている。これにより、マスフローコントローラ
（ガス流量制御器）を用いずとも、短時間でのＳｉＨ4
ガスの流量を高精度に制御することが可能となる。した
がって、外部の環境に影響されることなく、短時間で成
膜されるポリシリコン膜を安定に形成できるようにな
り、成膜の制御性を格段に向上できるようになるもので
ある。

【００３３】しかも、マスフローコントローラを用いて
いないため、装置としての低廉化が可能である。なお、
上記実施例においては、１００ｎｍ厚のポリシリコン膜
を成膜する場合について説明したが、これに限らず、た
とえばポリシリコン膜以外の膜の成膜にも適用できる
し、膜厚を変える場合には容器の内容積を変えるか、容
器内に蓄える材料ガスの圧力を変えることで簡単に対応
できる。また、内容積の異なる容器を複数個用意してお
き、成膜する膜の厚さに応じて使用する容器を切り換え
るようにすることも可能である。

【００３４】また、材料ガスの流量に依存する成膜処理
（表面反応律速領域）に限らず、ガスの流量にはあまり
依存しない成膜処理（供給律速領域）にも適用可能であ
り、この場合には、容器内のガスの圧力変化率は一定で
なくてもかまわないため、バルブの開度を調整する必要
はない。

【００３５】また、成膜処理に限らず、たとえばエッチ
ング処理を行う半導体製造装置にも適用することができ
る。さらに、マスフローコントローラとの併用により、
より高精度な制御が可能である。

【００３６】図３は、前述の図１に示したＣＶＤ成膜装
置を、さらにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を備え
て構成した場合を例に示すものである。この装置の場
合、容器１７の下流側で、開度調整バルブ１６とシャワ
ーヘッド１２ｃとの間に、ＭＦＣ２４およびバルブ２５
が設けられた構成とされている。このような構成によれ
ば、材料ガスの流量の制御はＭＦＣ２４によって行い、
供給する材料ガスの全量は容器１７内に蓄えられる一回
の処理に必要な一定量とすることで、短時間の処理でも
制御性の良い処理が可能となる。

【００３７】なお、この処理時間内においては、開度調
整バルブ１６の開度を調整する必要はないが、容器１７
内の材料ガスの圧力変化率が一定となるように開度調整
バルブ１６の開度をコントロールすることにより、さら
に制御性を高めることが可能である。その他、この発明
の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なこ
とは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、外部の環境に影響されることなく、短時間の処理に
おいても材料ガスを制御性良く供給することができ、処
理の制御性を改善することが可能な半導体製造装置のガ
ス供給装置およびその供給方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるＣＶＤ成膜装置を
概略的に示す構成図。

【図２】同じく、圧力変化率を一定とした際の、成膜時
間とガス圧力との関係を説明するために示す図。

【図３】この発明の他の実施例かかるＣＶＤ成膜装置の
概略構成図。

【図４】従来技術とその問題点を説明するために示す成
膜装置の概略構成図。

【符号の説明】

１１…半導体基板、１２…処理室、１２ａ…サセプタ、
１２ｂ…ヒータ、１２ｃ…シャワーヘッド、１３…バル
ブ、１４…圧力コントローラ、１５…ポンプ、１６…開
度調整バルブ、１７…容器、１８…バルブ、１９…圧力
調整弁、２０…ガスシリンダ、２１…圧力計、２２…開
度調整器、２３…コントローラ、２４…マスフローコン
トローラ（ＭＦＣ）。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置の処理室に処理用の材料
   ガスを供給するガス供給装置において、 少なくとも１枚の半導体基板の処理に必要な一定量の前
   記材料ガスを蓄える容器と、 この容器内の前記材料ガスの圧力を計測する圧力計とを
   具備し、 前記容器内に蓄えられた前記材料ガスを前記処理室に供
   給することを特徴とする半導体製造装置のガス供給装
   置。
2. 【請求項２】 前記容器のガス排出部にはバルブが設け
   られ、そのバルブの開度を調整することにより、前記処
   理室に供給される前記材料ガスの、前記容器内の圧力変
   化率がほぼ一定となるように制御されることを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給装置。
3. 【請求項３】 前記バルブの下流側にはガス流量制御器
   が設けられ、このガス流量制御器を介して前記容器内の
   前記材料ガスが前記処理室に供給されることを特徴とす
   る請求項２に記載の半導体製造装置のガス供給装置。
4. 【請求項４】 前記容器のガス排出部にはガス流量制御
   器が設けられ、このガス流量制御器を介して前記容器内
   の前記材料ガスが前記処理室に供給されることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給装置。
5. 【請求項５】 少なくとも１枚の半導体基板の処理に必
   要な一定量の材料ガスを容器内に蓄え、 この容器内の前記材料ガスの圧力を圧力計で計測しつ
   つ、 前記容器内に蓄えられた前記材料ガスを、前記半導体基
   板が収納された処理室に供給することを特徴とする半導
   体製造装置のガス給方法。
6. 【請求項６】 前記容器内の前記材料ガスは、そのガス
   排出部に設けられたバルブの開度を調整することによ
   り、前記容器内の圧力変化率がほぼ一定となるように制
   御されて前記処理室に供給されることを特徴とする請求
   項５に記載の半導体製造装置のガス供給方法。
7. 【請求項７】 前記バルブを通った前記材料ガスは、そ
   の下流側に設けられたガス流量制御器を介して前記処理
   室に供給されることを特徴とする請求項６に記載の半導
   体製造装置のガス供給方法。
8. 【請求項８】 前記容器内の前記材料ガスは、そのガス
   排出部に設けられたガス流量制御器を介して前記処理室
   に供給されることを特徴とする請求項５に記載の半導体
   製造装置のガス供給方法。