JPH0353074A - 化学気相成長装置 - 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］ この発明は化学気相成長装置に関するものであり、特に
加熱された半導体基板上に薄膜形戒用ガスを供給するこ
とによって、半導体基板上に薄膜を形成する化学気相成
長装置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、従来の化学気相成長装置を示す図である。こ
の化学気相成長装置は、ガスディスバージョンヘッド１
、トレイ２およびヒータ部３とを備えている。

ガスディスバージョンヘッド１は、半導体ウエハ４の搬
送方向に沿って２箇所設けられている。

ガスディスバージョンヘッド１は、搬送されてくる半導
体ウエハ４がガスディスバージョンヘッド１の下方に来
たとき、ガス吹出口と半導体ウエハ４の主表面とが対向
するように設けられている。

ガスディスバージョンヘッド１は、半導体ウエハ４上に
薄膜の原料となるガスを供給するものである。ガスディ
スバージョンヘッド１には、原料ガス供給パイプ５とキ
ャリアガス供給パイブ６とが接続している。

第６図はガスディスバージョンヘッドの断面図である。

ガスディスバージョンヘッド１には、原料ガス供給パイ
プ５とキャリアガス供給パイプ６とが接続している。ガ
スデ′イスバージョンヘッド１の内部には、多数の貫通
孔が設けられた緩衝板７が設けられている。第６図中の
矢印はガスの流れを表わしている。緩衝板７はガス吹出
口９から吹出すガスの圧力を均一にする働きを持つ。

第３図に戻る。トレイ２の上には、半導体ウエハ４が載
置されている。トレイ２は、ベルトコンベア（図示せず
）によって矢印Ａ方向に動く。

トレイ２の下方にはヒータ部３が設けられている。ヒー
タ部３は、前加熱ヒータ８　ａ　ｓ主ヒータ８ｂ、後加
熱ヒータ８Ｃからなる。半導体ウエノ１４の搬送方向に
沿って順に、前加熱ヒータ８　ａ　ｓ主ヒータ８ｂ，後
加熱ヒータ８Ｃが配置されている。前加熱ヒータ８ａは
、半導体ウエハ４を薄膜形成温度にまで上昇させるため
のものである。主ヒータ８ｂは、半導体ウエハ４の温度
を薄膜形成温度に保つためのものである。後加熱ヒータ
８Ｃは、半導体ウエハ４の温度を常温に戻すためもので
ある。

第３図中の、ａ，　ｂ，　　ｃ，　　ｄおよびｅは、半
導体ウエハ４の位置を示すために用いる記号である。

この化学気相成長装置を用いて、半導体ウエハ上に層間
絶縁膜の一種であるボロンガラス膜を形成する場合につ
いて説明する。ボロンガラス膜の膜厚が、１００００Ａ
になるように形成する。

第３図に示すように、まず、矢印Ａ方向に搬送されてき
た半導体ウエハ４を、前加熱ヒータ８ａでボロンガラス
膜形成温度（約４００℃）まで加熱する。

ボロンガラス膜形成温度まで加熱された半導体ウエハ４
は、主ヒータ８ｂ上に搬送される。ここでガスディスバ
ージョンヘッド１から、原料ガス（ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６
、０２）とキャリアガス（Ｎ２）との混合ガスを噴出す
る。これにより半導体ウエハ４上にボロンガラス膜が形
成される。

原料ガスにキャリアガスを混合する理由は次の理由から
である。薄膜は、半導体ウエハ上に原料ガスを少量ずつ
供給することにより、半導体ウエハ上に徐々に形成して
いく。よって原料ガスは少量ずつ半導体ウエハ上に供給
しなければならないので、ガスが原料ガスだけだと流量
のコントロールが難しくなる。そこで原料ガスにキャリ
アガスを混合し流量のコントロールをしやすくしている
のである。

？に半導体ウエハ４は後加熱ヒータ８Ｃ上に搬送され、
徐々に常温まで冷却される。徐々に冷却することによっ
て、ボロンガラス膜の亀裂を防止する。

以上の工程により半導体ウエハ４上にボロンガラス膜を
堆積する工程が終了する。ボロンガラス膜形成の反応式
は次の式で与えられる。

Ｓ　ｉＨ４＋Ｂ２　Ｈ，＋５０■→ Ｓ　ｉ　０２　＋Ｂ２　０Ｈ　＋５Ｈ２　０［発明が解
決しようとする課題］ ところで原料ガスおよびキャリアガスの温度は常温なの
で、半導体ウエハ上にガスが供給されると、薄膜形成温
度にまで加熱された半導体ウエハの温度が下がる。第４
図はウエハの位置とウエハの表面温度との関係を示すグ
ラフを表わす図である。ウエハの位置ａ，ｂ，ｃ，ｄお
よびｅが第３図中のａ，　　ｂ，　　ｃ，　　ｄおよび
ｅにそれぞれ対応している。第４図中のＢで示す位置に
ガスデイスバージョンヘッドがある。第４図からわかる
ようにガスディスバージョンヘッドがある位置において
はウエハの表面温度が約３０℃低下している。

温度が低い条件下で、ボロンガラス膜が形或されると、
ボロンガラス膜中のボロン濃度が上昇することが知られ
ている。第５図は、従来の化学気相成長装置を用いてウ
エハ表面に膜厚１００００Ａのボロンガラス膜を形成し
た場合における、ウエハ表面からボロンガラス膜までの
距離とボロン濃度との関係を示すグラフを表わす図であ
る。第５図に示すように、ウエハ表面から２５００Ａ付
近のボロンガラス膜と７５００Ａ付近のボロンガラス膜
が半導体ウエハの温度低下の影響を受けている。

ところでエッチング速度はボロン濃度の増加とともに減
少する傾向がある。よって、このようなボロンガラス膜
にフッ酸溶液でコンタクトホールを設けた場合、ボロン
ガラス膜の厚さ方向のボロン濃度が不均一となっている
のでコンタクトホールの形状が不均一となる。不均一な
形状のコンタクトホールにアルミニウム配線をするとス
テップ力バレッジが悪くなったり、あるいは断線を起こ
したりする。

この発明はかかる従来の問題点を解決するためになされ
たものである。この発明の目的は、薄膜の厚さ方向の膜
質を均一にすることができる化学気相成長装置を提供す
ることである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、加熱された半導体基板上に薄膜形成用ガス
を供給することによって、半導体基板上に薄膜を形成す
る化学気相成長装置に関するものである。

この発明に従った化学気相或長装置は、半導体越板上へ
のガス供給に先立ち、薄膜形成用ガスを所定温度にまで
加熱するための加熱手段を備えたことを特徴としている
。

［作用］ この発明に従った化学気相成長装置は、加熱手段を備え
ており、半導体基板上へのガス供給に先立ち、薄膜形成
用ガスを加熱手段によって所定温度にまで加熱するので
、温度変化が原囚で膜質が不均一となることはない。

薄膜形成用ガスとは、キャリアガス、原料ガス、キャリ
アガスと原料ガスとの混合ガス、のいずれをも指してい
る。

また半導体基板とは半導体基板上に薄膜が堆積していな
いものでもよいし、また半導体基板上に既に薄膜が堆積
した状態のものでもよい。

［実施例］ この発明に従った化学気相成長装置の一実施例を第１図
を用いて説明する。この化学気相成長装置は、ガスディ
スバージョンヘッド１１、トレイ１２およびヒータ部１
３とを備えている。

ガスディスバージョンへッド１１は、半導体ウエハ１４
の搬送方向に沿って２箇所設けられている。ガスディス
バージョンへッド１１は、搬送されてくる半導体ウエハ
１４がガスディスバージョンヘッド１１の下方に来たと
き、ガス吹出口と半導体ウエハ１４の主表面とが対向す
るように設けられている。ガスディスバージョンへッド
１１は、半導体ウエハ１４上に原料ガスとキャリアガス
との混合ガスを供給するものである。ガスディスパージ
ョンヘッド１１には、原料ガス供給バイブ１５とキャリ
アガス供給バイプ１６とが接続している。キャリアガス
供給パイプ１６には加熱器１７が取付けられている。加
熱器１７によってキャリアガスが加熱される。ガスディ
スバージョンへッド１１の構造は、第３図に示す従来の
化学気相或長装置のガスディスバージョンヘッド１と同
じである。

トレイ１２の上には、半導体ウエハ１４が載置されてい
る。トレイ１２は、ベルトコンベア（図示せず）によっ
て矢印Ｃ方向に動く。

トレイ１２の下方にはヒータ部１３が設けられている。

ヒータ部１３は前加熱ヒータ１８ａ１主ヒータ１８ｂ１
後加熱ヒータ１８ｃからなる。半導体ウエハ１４の搬送
方向に沿って順に、前加熱ヒータ１８ａ１主ヒータ１８
ｂ１後加熱ヒータ１８Ｃが配置されている。前加熱ヒー
タ１８ａは半導体ウエハ１４の温度を薄膜形成温度にま
で上昇させるためのものである。主ヒータ１８ｂは、半
導体ウエハ１４の温度を、薄膜形成温度に保つも？であ
る。後加熱ヒータ１８ｃは、薄膜が形成された半導体ウ
エハの温度を常温にまで徐々に戻していくものである。

第１図中のａ，ｂＳｃＳｄおよびｅは半導体ウエハ１４
の位置を示すために用いる記号である。

この化学気相成長装置を用いて、半導体ウェハ上にボロ
ンガラス膜をＩＯＯＯＯＡ堆積する工程を説明する。

第１図に示すように、まず、矢印Ｃ方向に搬送されてき
た半導体ウエハ１４を前加熱ヒータ１８ａで、薄膜形成
温度（４００℃）にまで加熱する。

次に半導体ウエハ１４は主ヒータ１８ｂの上に搬送され
る。ここでガスディスバージョンヘッド１１から半導体
ウエハ１４上に、原料ガス（ＳｉＨ，、Ｂ２Ｈ６、０■
）とキャリアガス（Ｎ２）との混合ガスを供給し、半導
体ウエハ１４上にボロンガラス膜を堆積する。キャリア
ガスは、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスの温度が
薄膜形或温度と同じ温度になるように、加熱器１７によ
って加熱されている。

次にボロンガラス膜が形成された半導体ウエノ１１４は
、後加熱ヒータ１８ｃ上に搬送され、徐々に常温まで冷
却される。以上の工程によりこの発明に従った化学気相
成長装置の一実施例を用いて、半導体ウエハ上にボロン
ガラス膜を堆積する工程が終了する。

第２図は、この発明に従った化学気相或長装置の一実施
例を用いて半導体ウエハ上に薄膜を堆積した場合におけ
る、ウエハの位置とウエノ＼の表面温度との関係を示す
グラフを表わす図である。第２図中のａ，ｂＳｃ，ｄお
よびｅは、第１図中のａＳｂ，ｃＳｄおよびｅにそれぞ
れ対応している。

第２図中のＤで示す位置に第１図に示すガスデイスバー
ジョンヘッド１１が設けられている。第２図に示すよう
に、Ｄで示す位置においても半導体ウエハの表面温度は
下がっていないことがわかる。

この実施例においては、原料ガスとキャリアガスとの混
合ガスの温度が薄膜形成温度と同じになるように、加熱
器１７でキャリアガスを加熱している。しかしながらこ
の発明においてはこれに限定されるわけではなく、混合
ガスによる半導体ウエハの温度変化が膜質に影響を及ぼ
さないならば、混合ガスの温度はどのような温度であっ
てもかまわない。

またこの実施例においては、キャリアガスを加熱してい
る。しかしながらこの発明においてはこれに限定される
わけではなく、原料ガスを加熱してもよいし、また原料
ガスとキャリアガスとの混合ガスを加熱してもよい。

この実施例においては半導体ウエハ表面上に薄膜を堆積
している。しかしながらこの発明においてはこれに限定
されるわけではなく、薄膜が堆積された半導体ウエハの
上にこの発明に従った化学気相成長装置を用いで、薄膜
を形成してもよい。

この実施例においてはキャリアガスとして窒素を用いて
いる。しかしながらこの発明においてはこれに限定され
るわけではなく、キャリアガスとしてネオン、アルゴン
、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを用いてもよい
。

［効果］ この発明に従った化学気相成長装置は、薄膜形成用ガス
を加熱するための加熱手段を備えており、半導体基板上
へ薄膜形成用ガスを供給する前に薄膜形或用ガスを加熱
手段によって加熱するので、薄膜形成用ガスが薄膜の膜
質を不均一にするような温度にまで半導体基板の温度を
下げることがなくなる。このため温度変化が原因で、薄
膜の膜質が不均一になるということがなくなる。したが
ってこの発明に従った化学気相成長装置によれば、薄膜
の膜質の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従った化学気相成長装置の一実施
例を示す図である。 第２図は、この発明に従った化学気相成長装置を用いて
薄膜を形成したときの、ウエハの位置とウエハ表面温度
との関係を示すグラフを表わす図である。 第３図は従来の化学気相成長装置を示す図である。 第４図は、従来の化学気相戊長装置を用いて半導体ウエ
ハ上に薄膜を形成したときの、ウエハの位置とウエハの
表面温度との関係を示すグラフを表わす図である。 第５図は、従来の化学気相成長装置を用いてウエハ表面
上にボロンガラス膜を形成した場合における、ウエハ表
面からボロンガラス膜までの距離とボロン濃度との関係
を示すグラフを表わす図である。 第６図はガスディスバージョンヘッドの断面図である。 図に示すように１３はヒータ部、〕４は半導体ウエハ、
１７は加熱器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱された半導体基板上に薄膜形成用ガスを供給するこ
   とによって、前記半導体基板上に薄膜を形成する化学気
   相成長装置において、 前記半導体基板上へのガス供給に先立ち、前記薄膜形成
   用ガスを所定温度にまで加熱するための加熱手段を備え
   たことを特徴とする、化学気相成長装置。