JPH03207865A - 常圧ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ガスを反応させて半導体ウェハ等の基板表
面に膜を形成する常圧ＣＶＤ　（化学的気相戒長）装宣
に関するものである． 〔従来の技術〕 第３図は従来の常圧ＣＶＤ装置を示す要部断面図であり
、図において、（１）は基板である半導体ウエハ、（２
）は半導体ウェハ（１）を保持するステージで、上部に
半導体ウエハ（１）が載置されている．（３）はステー
ジ（２）に設けられたヒータで、通電により半導体ウエ
ハ（１）を加熱する．Ｇ４１はステージ（２）と所定の
間隔（例えば５ｍ以下）を隔ててその上方にこれと対向
して設けられたガス供給ヘッド、（５），（６）はガス
供給ヘッド（４）に設けられ、半導体ウェハ（１）に向
けて反応ガスを供給する第１および第２の吹出口で、両
者は同心円状に交互に配置されている．（７）はステー
ジ（２）とガス供給ヘッド（４）との間隙の周？を被う
排気チャンバ、（８）は排気チャンバ（７）内のガスを
排気するための排気口である． 次に動作について説明する．まず、半導体ウエハ（１）
をステージ（２）上にセットし、ヒータ（３）に通電し
てステージ（２）の温度を約３８０℃に保つことにより
半導体ウエハ（１）をこれに近い温度に加熱する．反応
ガスは０■，　Ｓｉｎ．，　ＰＨ，，　Ｂ２１１６の各
ガスで楕成し、それらのの流量比が、例えば、ほぼ１　
：　０．０２５：０．　００４　：　０．　００１４に
なるようにする．なお、供給されるガスにはこれらの戒
分の他に、キャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスが含ま
れている．第１の吹出口（卸から矢印（９）のように０
２ガスを、そして第２の吹出口（６）から矢印ａωのよ
うにその他のガスの混合ガスを吹き出す．その結果、こ
れらのガスは化学的に反応して、第４図に示すように半
導体ウエハ（１）上にシリコン酸化物（ＳｉＯ■）の反
応生成膜（１ｌ）を形成する。この時、反応生成膜＜１
１１中にはリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）も同時にドーブさ
れる．未反応ガスや反応生戒物ガスは排気チャンバ（７
）を経て排気口（８）から矢印（１２）のように排出さ
れる．ところで、上記のような常圧ＣＶＤ装置を用いた
場合、反応生或膜（１１）の戒長速度はガス供給ヘッド
（４）から供給される反応ガスの濃度および半導体ウエ
ハ（１）の温度に依存する．従って、反応生成膜（１１
）を均一な厚さ、均一な農質で、かつ、効率よく形戒す
るためには、半導体ウエハ（１）上の全域で反応ガスの
濃度を均一に保つと共に半導体ウエハ（１）を反応に適
切な温度に制御することが必要である． 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の常圧ＣＶＤ装置は以上ｈように構或されているの
で、第３図の従来例で説明したように、ステージとガス
供給ヘッドの間隔を５ｍ以下と小さくした場合、ＳｉＨ
．，　ＰＨ．，　Ｂ２Ｈｓの混合ガスと０２ガスとが気
相中で十分混合されないまま基板に当たができず、従っ
て、均一な厚さの反応生成膜を得ることができない．更
に、基板の温度が３８０℃より低いため、基板上で効率
よく化学反応せず、また、反応の大部分が気相中で生じ
て不要な副反応物である異物を作る原因となる． 一方、第５図に示すように、ステージ（２）とガス供給
ヘッド（４）の間隔を約６Ｉｌ１ｍ以上と大きくした場
合、反応ガス流速を排気気流およびステージ（２）の加
熱による上昇気流の流速より大きくする必要があり、こ
れが小さいと反応ガスの流れは矢印（９），〈ＩＯ）の
ようになって基板である半導体ウエハｆｉ＋へ十分に到
達せず、半導体ウエハ｛１｝上での反応効率が悪い。ま
た、矢印（１３），　（１４）で示すように反応ガスが
半導体ウエハ（１）上へ十分に到達できるように流速を
大きくした場合、反応ガスがよく混合されないまま半導
体ウエハ（１）に達して、第１の吹出口｛５）に対向し
た半導体ウエハ（１）の表面では０２ガスの濃度が高く
なり、他方、第２の吹出口（６）に対向した所ではＳｉ
｝Ｉｔ，　Ｐ｝Ｉｓ，ＢＪｓの混合ガスの濃度が高くな
って、反応ガス濃度が不均一になる．更に、反応ガス流
速が大きいので半導体ウエハ（１）の表面で熱が奪われ
易く、温度が不安定になり、そのため、反応生成膜の膜
厚が不均一になったり、腹中のＰ，Ｂのドーピング量が
不均一になるなどの問題点があった． この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、基板上に膜厚が均一で、かつ、ＰおよびＢが
腹中に均一な濃度でドープされた反応生成膜を形成でき
る常圧ＣＶＤ装置を得ることを目的をする． 〔課題を解決するための手段」 この発明に係る常圧ＣＶＤ装置は、ステージに保持され
た基板をヒータで３８０〜４４０℃に加熱すると共に、
基板の下方でこれと８″−２５ｍの間隔を隔てて位置す
るガス供給ヘッドに設けられた第１の吹出口から０２ガ
スを、そして、第２の吹出口からＳｉＨ．，ＰＨ．，Ｂ
２Ｈ，の混合ガスを供給し、これらの流Ｉ比が１．０：
　（０．０２〜０．０３）　：　（０．００３〜０．　
００８　＞（０、０００７〜０．　００２１になるよう
にしたものである．〔作　用〕 この発明における常圧ＣＶＤ装置は、基板に向けて下方
から反応ガスを供給するので、加熱された基板に向けて
反応ガスがスムーズに流れて基板直下で反応生成層を形
成し、この反応生成層から反応中間生戒物が基板表面へ
拡散する．〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する．第１
図はこの発明の一実施例による常圧ＣｖＤ装置の断面図
、第２図はその要部断面図である．これらの図において
、（１），（３１，（８），　（１２＞は第３図の場合
と同様であるので説明を省略する．　（１５）はその底
部に半導体ウエハ（１）を保持するステージで、半導体
ウエハ（１）の反応生成膜が形成される面を下向きにし
て、真空吸着あるいは静電チャック（図示せず）により
保持している．　（１６）はステージ（１５）の下方に
設けられたガス供給ヘッドで、その直径はステージ（ｌ
５）よりも数閣大きくなっており、また、半導体ウエハ
（１）と対向してこれと８〜２５ｍ隔てた位置に調整で
きるように上下方向へ移動可能になっている。（１７）
．　（１８）は第３図の（司，（６）と同様の第１，第
２の吹出口で、ガス供給ヘッド（ｌ６）に設けられて上
向きに反応ガスを吹出すようになっている。（１９）は
第３図の（７）と同様の排気チャンバで、ガス供給ヘッ
ド（ｌ６）が上下移動する際、これと摺動して案内され
るようになっており５両者間には気密保持のためＯリン
グ（２０〉が設けられている，　（２１），　＜２２）
は第１，第２の支持部材で、締付ねじ（図示せず）によ
り排気チャンバ（１９）に取付けられ、気密保持のため
Ｏリング（２３）が設けられている，　（２４）はベア
リング（２５）を介して第１の支持部材（２１）に回転
可能に支持された回転軸体、（２６〉はステージ（ｌ５
）と回転軸体（２４）の間を断熱しながら約２０■の間
隔をおいて機械的に連結する断熱棒、（２７）は第２の
支持部材（２２）に取付けられた回転駆動部であるモー
タで、その回転軸（２８）が回転軸体（２４）につなが
っている．　＜２９＞，　（３０）はガス供給ヘッド（
４）に設けられた第１，第２のガス供給口で、それぞれ
第１，第２の吹出口＜１７），　（１８）につながって
いる。（３ｌ）は第１の支持部材（２１）に設けられた
不活性ガス供給口で、回転軸体（２４）との間の空間に
つながっている．なお、第２の支持部材（２２）は上下
運動可能な往復シリンダ（図示せず）に取付けられてお
り、これによりステージ（ｌ５）を？方へ移動させて半
導体ウエハ（１）の着脱を行なう．次に、動作について
説明する．まず、半導．体ウエハ（１）をステージ（ｌ
５）に取付けて半導体ウエハ（１）とガス供給ヘッド（
１６）の間隔（第２図においてＡで示す〉を８〜２５ｍ
に調整する．この間隔が８閣より小さいと、第１の吹出
口（１７）がら吹出される０■ガスと第２の吹出口から
吹出されるＳｉｔ｛．，ＰＨ．，Ｂ．Ｈ．の混合ガスと
が互いに十分に混合されず、反応生成膜の膜厚、膜質が
不均一となり、また、２５−より大きいと、反応ガスの
移動距離が長くなって戒膜に寄与しない気相反応の生じ
る割合が大きくなり、成膜戒長速度が低下するので上記
間隔寸法範囲内にセットする． ヒータ０］には通電を行なって半導体ウェハ（１）を加
熱する。半導体ウエハ（１）の温度が３８０℃より低い
と成膜反応の効率が低下し、また、４４０℃より高いと
戒膜に寄与しない気相反応が盛んになって戒膜に有効な
反応の割合が低下するので、半導体ウエハ（１）の温度
を３８０〜４４０℃の範囲内に保つようにする． ？１のガス供給口（２９）から０２ガスを供給すると共
に、第２のガス供給口（３０）からはＳＩ８４，　ＰＨ
３，８２Ｈ．の混合ガスを供給する．それぞれにはＮ２
等の不活性なキャリアガスが混合されていて、第１およ
び第２の吹出口（１７），　＜１８＞から半導体ウェハ
（１）に向けて吹出す．０■，　ＳｉＨ４，　ＰＨ３，
　Ｂ２Ｈ４の各ガスの流量比は１．０　：　（０．０１
〜０．０３）　：　（０．００３〜０．００８）　：（
０．　０００７〜０．　００２＞になるようにする．０
２ガス１．０に対してＳｉＨ．ガスがＯ．　Ｏｆより少
い、あるいは０．０３より多いと成膜成長速度が低下し
、ＰＨ．ガスが０．　００３より少い、あるいは０．　
００８′より多いと反応生成腹中のＰの濃度が好ましい
濃度である７、０〜８．Ｏｍｏｌ％にならず、また、Ｂ
２Ｈ．が０．　０００７より少い、あるいは０．　００
２より多いと同様にＢの濃度が１．９〜２．　３ｗｔ％
にならない。

また、不活性ガス供給口（３ｌ）からはＮ２，　Ａｒ等
の不活性ガスを供給する．この不活性ガスの圧力は第１
および第２の吹出口（１７）．　（１８）から供給され
るガスの圧力よりも僅かに高くしておき、ステージ（１
５）と排気チャンバ（ｌ９）との間隙がら反応ガスや反
応生成物が、第１図において上方に流れ込むのを防止す
る． 更に、反応生成膜の均一性向上のために、モータ（２７
）により、回転軸体（２４）および断熱棒（２６）を介
してステージ（ｌ５）を水平面内で回転させる．以上の
ように行なうことにより、半導体ウエハ（１）近傍の温
度がガス供給ヘッド（１６）近傍の温度に比べてかなり
高くなる、つまり、半導体ウエハ｛１）とガス供給ヘッ
ド（ｌ６）との間の空間において上部が下部に比べて高
温になる．そのため、第１および第２の吹出口＜１７１
，　（１８）からの上向きのガス流を防げるような下向
きの流れが生じず、０２ガスおよびＳｉＨａ．ＰＨ，，
Ｂ２Ｈ．の混合ガスは容易に上方へスムーズに流れて、
加熱されて高温になっている半導体ウエハ（１）の近傍
で十分に混合され、気相反応を起こす。この気相反応に
より、半導体ウエハ（１）の直下０．２〜１−（第２図
においてＢで示す）で、白い煙のように見える反応生成
層（３２）が形成される．この反応生成層（３２）は０
．１〜０．５ｍの厚さで、Ｓ五〇，Ｓｉ０２，０２，Ｐ
ｚＯｓ，ＢＯ３およびＳ１等の反応中間生成物が集まっ
たものである．ガス供給ヘッド（Ｉ６）から供給される
０２ガスおよびｓｉ｝１４，　ＰＨ，，Ｂ．Ｈ．の混合
ガスは、この反応生成層（３２〉があるため、直接半導
体ウエハ（１）の表面へ到達せず、矢印（３３）．　（
３４）で示すように反応生戒層（３２〉の中で混合され
て気相反応を起こし、続いて、反応生或層（３２）から
上記の反応中間生戒物が半導体ウエハ（１）の表面に拡
散して、その結果、膜厚が均一で、しかも、Ｐ，Ｂが膜
中に均一にドープされた、良質な反応生或膜を再現性良
く得ることができる． 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば基板を３８０〜４４０
℃に加熱すると共に、基板の下方でこれと８〜２５閣の
間隔を隔てて位置するガス供給ヘッドから基板に向けて
、流量比が１．０：　（０．０１〜０．０３）　：（　
０．　００３〜０．００８）　　：　（０．０００７〜
０．　００２　）の０２ガスと　ＳｉＨ４，ＰＨｉ．Ｂ
２｝１ｓの混合ガスとから成る反応ガスを供給するよう
にしたので、加熱された基板に向けて反応ガスがスムー
ズに流れて基板直下で反応生成層を形戒し、ここから反
応中間生成物が基板表面へ拡散する．その結果、膜厚が
均一で、かつ、ＰおよびＢが膜中に均一な濃度でドープ
された反応生成膜を形戒できる効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による常圧ＣＶＤ装置の断
面図、第２図は第１図の常圧ＣＶＤ装置の要部断面図、
第３図，第５図はそれぞれ従来の常圧ＣＶＤ装置の要部
断面図、第４図は半導体ウエハの断面図である． 図において、（１１は半導体ウエハ、Ｇ）はヒータ、（
ｌ１）は反応生成膜、（ｌ５）はステージ、（ｌ６）は
ガス供給ヘッド、（１７），　＜１８１は第１，第２の
吹出口、（２７）はモータ、（３２〉は反応生戒層であ
る．なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示
す．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　反応ガスにより反応生成膜が表面に形成される基板を
   保持するステージ、このステージに設けられて上記基板
   を加熱するヒータ、上記ステージの下方にこれと対向し
   て設けられ、上記基板との間隔を８〜２５ｍｍに調整で
   きるように上記ステージに対して相対的に上下方向へ移
   動可能なガス供給ヘッド、このガス供給ヘッドに設けら
   れて上記基板に向けて上記反応ガスを供給する第１、第
   ２の吹出口、および、上記ガス供給ヘッドに対して上記
   ステージを相対的に回転させる回転駆動部から成り、上
   記ヒータにより上記基板の温度を３８０〜４４０℃に保
   つと共に、上記反応ガスを上記第１の吹出口から供給さ
   れる酸素（Ｏ＿２）と上記第２の吹出口から供給される
   モノシラン（ＳｉＨ＿４）、ホスフィン（ＰＨ＿３）お
   よびジボラン（Ｂ＿２Ｈ＿６）の各ガスとで槽成してこ
   れらの流量比が１．０：（０．０１〜０．０３）：（０
   ．００３〜０．００８）：（０．０００７〜０．００２
   ）になるようにしたことを特徴とする常圧ＣＶＤ装置。