JPH04115531A - 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〕 本発明は、半導体装置の製造プロセスのうち半導体ウェ
ハに反応生成膜を形成する成膜プロセスで使用する化学
気相成長装置に関し、特に反応ガス供給用ガスヘッドの
構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の化学気相成長装置は第９図および第１０
図に示すように構成されていた。

第９図は従来の化学気相成長装置の概略構成を示す断面
図、第１０図は従来の化学気相成長装置のガスヘッドを
示す平面図である。これらの図において、１は半導体ウ
ェハ（以下、単にウェハという）、２はこのウェハ１を
保持する加熱用ステージである。このステージ２はウェ
ハ１をその下面に保持するように構成されており、その
平面形状はウェハ１のそれと略等しい形状に形成されて
いる。３は前記ステージ２を加熱してウェハ１を所定温
度に加熱するためのヒーターで、このヒーター３はステ
ージ２の上部に取付けられている。

４は前記ウェハ１に反応ガスＡを供給するためのガスヘ
ッドで、このガスヘッド４は、反応ガスＡが吹出される
ガス吹出し穴５が多数穿設されており、前記ステージ２
の下方にステージ２から間隔Ｂだけ隔てて配置されてい
る。また、このガスヘッド４はステージ２に対して同一
軸線上に配設され、ガスヘッド４の上面の中心がステー
ジ２のウェハ保持面の中心と一致するように位置づけら
れている。前記ガス吹出し穴５は、前記ステージ２に保
持されたウェハ１の外径と相当する範囲に配設され、各
ガス吹出し穴５は第１０図に示すように、ガスヘッド４
の上面にハニカム状に等間隔おいて開口されている。ま
た、このガス吹出し穴５はガスヘッド４の上面に開口す
る大口径部と、この大口径部の下側に一連に形成された
小口径部とから形成されており、各部の寸法は成膜条件
に適合するよう所定寸法をもって形成されている。

６は前記ガスヘッド４等を収納して反応室を形成する反
応室壁、７は排気口である。この排気ロアは、前記ステ
ージ２の側部と対向する位置にステージ２０周方向に沿
って開口しており、この排気ロアを通って反応ガスＡが
反応室外へ排出されるように構成されている。なお、同
図中矢印Ｃは排気を示す。

このように構成された従来の化学気相成長装置では、ス
テージ２で予め加熱されたウェハｌに対して、ガス吹出
し穴５から吹出された反応ガスＡを供給することにより
、ウェハ１上に反応生成膜を形成することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の化学気相成長装置においては、排気口
６がステージ２．ガスヘッド４の半径方向外側となる位
置であってこれらの周方向全域にわたって設けられてい
る関係から、ガスヘッド４の上面の中心に設けられたガ
ス吹出し穴５ａは、排気口６の全ての位置より最も離れ
た位置となるので、このガス吹出し穴５ａから吹出され
た反応ガスＡは排気され難（、ウェハ１の表面に沿って
漂っている時間が長くなる。このため、ウェハＩ上に形
成される反応生成膜は、ガス吹出し穴５ａと対向するウ
ェハ１の中心部で膜厚が厚くなるという問題があった。

なお、第９図および第１０図において５ｂは、多数のガ
ス吹出し穴５のうち前記ガス吹出し穴５ａよりガスヘッ
ド４の半径方向外側に位置するガス吹出し穴を示す。こ
の−例を第１１図に示す。

第１１図は従来の化学気相成長装置を使用した場合の反
応生成膜の膜厚分布を示す模式図である。

同図に示すように、ウェハ１の中心部以外の部分の膜厚
が１００００人の場合、ウェハ１の中心部の膜厚では１
４０００人と厚くなる。この時の成膜条件としては、常
圧の化学気相成長装置を用い、反応ガスＡにＴＥ０１　
（テトラエトキシシラン）ガスと０３　（オゾン）ガス
、キャリアガスとしてＮＺ　　（窒素）ガスを用いた。

また、装置の構成は第９図および第１０図に示した構造
とし、ステージ２の径は６＃で、ヒーター３によって４
００℃に加熱し、ギャップＢを７Ｂとした。ガス吹出し
穴５は、ガスヘッド４の上面におけるその中心点を含む
φ６“の範囲に形成し、φ４ｍｍの大口径部を１５鶴、
φ１．５　ｔｍの小口径部を５ｗｍとした。さらに、各
ガス吹出し穴５どうしの間隔を６１ｍとして、第１０図
に示すようにガス吹出し穴５をハニカム状に並設した。

この装置で反応ガスＡ中のキャリアＮ２ガス流量を２０
ｊｌ！／ｗｌｉｎとして成膜を行ない、第１１図で示す
膜厚分布を得た。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る化学気相成長装置は、各ガス吹出し穴のう
ち半導体ウェハの中心部と対応する位置のガス吹出し穴
にガス抑制用絞りを嵌挿させてなり、この絞りは、反応
ガスの流量を成膜条件に応じて減らす寸法をもって形成
されているものである。

〔作　用〕

半導体ウェハの中心部へ供給される反応ガスの流量が絞
りによって抑えられ、成膜条件に応じて調整される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図（ａ）〜
（ｆ）によって詳細に説明する。

第１図は本発明の化学気相成長装置の穴開きピンを示す
斜視図、第２図は本発明に係る化学気相成長装置のガス
ヘッドの中心部を拡大して示す断面図、第３図（ａ）〜
（ｆ）は穴径の異なる穴開きビンを使用した場合のウェ
ハ上の膜厚分布を示す模式図で、同図（ａ）は穴径が３
．０鶴、同図（ｂ）は２゜０ｆｌ、同図（ｃ）は１．７
＋＋ｎ、同図（ｄ）は１．５ｆｌ、同図（ｅ）は１．３
鶴、同図（ｆ）は１．Ｏｔｍの場合を示す。

第４図（ａ）〜（ｄ）は穴開きビンを変えずにステージ
とガスヘッドとの間隔を変えた場合のウェハ上の膜厚分
布を示す模式図で、同図（ａ）はギャップＢが４鶴、同
図（ｂ）は７＋＋＋＋ｓ、同図（ｃ）は１０鰭、同図（
ｄ）は１３鶴の場合を示す。第５図（ａ）〜（ｆ）はキ
ャリアガスの流量のみを変えた場合のウェハ上の膜厚分
布を示す模式図で、同図（ａ）はキャリアガスＮ！の流
量が２０１！　／ｗｉｎ、同図（ｂ）は１７．５１！／
ｍｉｎ、同図（ｃ）は１５１７ｍ１ｎ、同図（ｄ）は１
２．５１　／ｍｉｎ。

同図（ｅ）は１０１／ｌｌ１ｉｎ、同図（ｆ）は７．５
　＃／ｌ１ｌｉｎの場合を示す。これらの図において前
記第９図および第１０図で説明したものと同一もしくは
同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略
する。これらの図において、１１は絞りとしての穴開き
ビンで、この穴開きビン１１は全体が略々円筒状に形成
されており、その外径はガス吹出し穴５の大口径部内に
嵌挿する寸法をもって形成されている。また、この穴開
きビン１１は、第２図に示すように、ガスヘッド４に設
けられた多数のガス吹出し穴５のうちガスへラド４の中
心部のガス吹出し穴５ａに装着されている。なお、この
穴開きビン１１の長さ寸法は本実施例では５鶴とされ、
内径は成膜条件によって変更される。長さ寸法を５鶴と
して内径を変えてウェハ１上に反応生成膜を形成した例
を第３図（ａ）〜（ｆ）に示す。

第３図（ａ）〜（ｆ）は長さ５１で内径がそれぞれ異な
る穴開きビン１１を使用し、成膜条件を従来と等しくし
てウェハｌ上に膜厚が１ｏｏｏｏ人の反応生成膜が生成
されるようにした場合の膜厚分布を示す模式図である。

第３図（ａ）〜（ｆ）によれば、内径が３．０寵の場合
にはウェハ１の中心部で１３５００人、内径が２．０鰭
の場合には１２０００人、内径が１．７Ｈの場合には１
００００人、内径が１．５ｆｌの場合には９１００人、
内径が１．３鶴の場合には８５００人、内径が１．０鰭
の場合には８０００人となり、第１１図で示される同一
成膜条件で穴開きビン１１を使用しない場合場合に較べ
て、穴開きビン１１により穴径が小さくなっていくとウ
ェハ１中心部の膜厚が次第に減少し、中心部の膜厚が周
辺部より薄い膜厚分布となっていく。この場合の成膜条
件では、同図（ｃ）に示すように、中心ガス吹出し穴５
ａに内径１．７ｇｍ、長さ５ｆｌの穴開きビン１１を用
いた時に均一な膜厚分布が得られる。

また、第４図（ａ）〜（ｄ）は前記の成膜条件で中心ガ
ス吹出し穴５ａに内径１．５ｆｌ、長さ５Ｈの穴開きビ
ン１１を装着させ、ステージ２とガスヘッド４との間の
ギャップＢを変化させた時の膜厚分布を示す模式図であ
る。第４図（ａ）〜（ｄ）によれば、ギャップＢが４ｎ
の場合にはウェハ１中心部の膜厚が８０００人、ギャッ
プＢが７鶴の場合には９１００人、ギヤツブＢがＩｏｎ
の場合には９５００人、ギャップＢが１３１′ｍの場合
には９８００人となる。このようにウェハ１中心部の膜
厚分布はギャップＢによっても変化するので、ギャップ
Ｂの度合に応じて内径の異なる穴開きビン１１を使用す
ることによって、均一な膜厚分布が得られる。

さらに、第５図（ａ）〜（ｆ）は前記の成膜条件で中心
ガス吹出し穴５ａに内径１．５＋ｎ、長さ５ｎの穴開き
ビン１１を装着させ、反応ガスＡ中のキャリアＮ２ガス
の流量を変化させた場合の膜厚分布を示す模式図である
。第５図（ａ）〜（ｆ）によれば、キャリアＮ２ガスの
流量が２０１２　／＋ｉｎの場合にウェハ１中心部の膜
厚が９１００人、１７．５１　／ｍｉｎの場合に９２０
０人、１５１　／１ｌｉｎの場合に９３０ｏ人、１２．
５　ｊ！　／ｍｉｎの場合に９４００人、１０１７ｍ１
ｎＯ）場合ニ９６００人、７．５１／ｗｉｎの場合に９
８００人となる。このようにウェハ１中心部の膜厚分布
はキャリアＮ２ガスの流量によっても変化するので、こ
のキャリアＮ２ガスの流量に応じて内径の異なる穴開き
ビン１１を用いることによって、均一な膜厚分布が得ら
れる。

したがって、上述したように成膜条件に応じて穴開きビ
ン１１の内径を変えることによって、ウェハ１の中心部
へ供給される反応ガスＡの流量がこの穴開きビン１１に
よって抑えられ、成膜条件に応じて調整されることにな
る。

なお、穴開きビン１１によって反応ガスＡの流量を抑え
るためには、上述したように内径を変える他に、第６図
および第７図で示すように長さ寸法を変えて行なうこと
もできる。

第６図および第７図は穴開きピンの長さを変えた場合の
他の実施例を示す図で、第６図は第１図〜第５図（ａ）
〜（ｆ）で示した実施例で使用した穴開きピンの２倍の
長さをもつ穴開きピンをガスヘッドに装着させた状態を
示す断面図、第７図は第６図で示したガスヘッドを用い
て成膜を行なった場合のウェハ上の膜厚分布を示す模式
図である。

これらの図において前記第１図および第２図で説明した
ものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付
し詳細な説明は省略する。この実施例で使用する穴開き
ピン１１は内径が２．０ｗｍ、長さが１０ｍとされ、第
１図ないし第５図（ａ）〜（ｆ）で示す実施例で使用し
た穴開きピン１１に較べて長さが２倍とされている。こ
の２倍の長さをもつ穴開きピン１１を使用して前記実施
例と等しい成膜条件でウェハｌに反応生成膜を形成する
と、第７図に示すように、ウェハ１の中心部での膜厚は
１０８００人となった。第７図によれば、前記第３図（
ｂ）で示したような内径２．０ｍｍ、長さ５鶴の大開き
ピン１１を使用した場合に較べて、ウェハ１の中心部で
膜厚が薄くなっていることが分かる。すなわち、ウェハ
１中心部に形成される反応生成膜の膜厚は、穴開きピン
１１の内径を変えるばかりでなく、長さを変えることに
よっても変化させることができる。

また、成膜条件によって、ウェハ１中心部の膜厚の変動
する範囲が広くなる場合には、第８図に示すように長さ
、内径等の異なる複数種類の穴開きピン１１をガスヘッ
ド４の中心部に装着させることもできる。

第８図は長さの異なる複数種類の穴開きピンをガスヘッ
ドに装着させた他の実施例を示す断面図で、同図におい
て前記第１図ないし第７図で説明したものと同一もしく
は同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省
略する。第８図では、ガスヘッド４の上面の中心に位置
するガス吹出し穴５ａと、それに隣接するガス吹出し穴
５ｂに、それぞれ寸法の異なる穴開きピン１１が装着さ
れている。このようにしても均一な膜厚分布を得ること
ができる。

なお、上記各実施例で示した成膜反応室各部の形状１寸
法および使用する反応ガスＡの種類等は、前述したもの
に限定されるものではないことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る化学気相成長装置は、
各ガス吹出し穴のうち半導体ウェハの中心部と対応する
位置のガス吹出し穴にガス抑制用絞りを嵌挿させてなり
、この絞りは、反応ガスの流量を成膜条件に応じて減ら
す寸法をもって形成されているため、半導体ウェハの中
心部へ供給される反応ガスの流量が絞りによって抑えら
れ、成膜条件に応じて調整される。したがって、半導体
ウェハ上に膜厚の均一な反応生成膜を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化学気相成長装置の穴開きピンを示す
斜視図、第２図は本発明に係る化学気相成長装置のガス
ヘッドの中心部を拡大して示す断面図、第３図（ａ）〜
（ｆ）は穴径の異なる穴開きピンを使用した場合のウェ
ハ上の膜厚分布を示す模式図で、同図（ａ）は穴径が３
．０ｆｉ、同図（ｂ）は２゜０鶴、同図（ｃ）は１．７
ｍ、同図（ｄ）は１．５龍、同図（ｅ）は１．３鶴、同
図（ｆ）は１．０鶴の場合を示す。 第４図（ａ）〜（ｄ）は穴開きピンを変えずにステージ
とガスヘッドとの間隔を変えた場合のウェハ上の膜厚分
布を示す模式図で、同図（ａ）はギャップＢが４ｆｉ、
同図（ｂ）は７鶴、同図（ｃ）は１０ｍｍ、同図（ｄ）
は１３ｍの場合を示す。第５図（ａ）〜（ｆ）はキャリ
アガスの流量のみを変えた場合のウェハ上の膜厚分布を
示す模式図で、同図（ａ）はキャリアガスＮ２の流量が
２０１　／＋ｓｉｎ、同図（ｂ）は１７．５１　／ｖａ
ｔｎ−ｂ同図（Ｃ）は１５１　／１ａｉｎ、同図（ｄ）
は１２．５　Ａ’　／ａｋｉｎ、同図（ｅ）は１０　Ｉ
ｔ　／＋ｉｎ、同図（ｆ）は７．５１７＋ｎｉｎの場合
を示す、第６図および第７図は穴開きピンの長さを変え
た場合の他の実施例を示す図で、第６図は第１図〜第５
図（ａ）〜Ｃｆ”）で示した実施例で使用した穴開きピ
ンの２倍の長さをもつ穴開きピンをガスヘッドに装着さ
せた状態を示す断面図、第７図は第６図で示したガスヘ
ッドを用いて成膜を行なった場合のウェハ上の膜厚分布
を示す模式図である。第８図は長さの異なる複数種類の
穴開きピンをガスヘッドに装着させた他の実施例を示す
断面図である。第９図は従来の化学気相成長装置の概略
構成を示す断面図、第１０図は従来の化学気相成長装置
のガスヘッドを示す平面図、第１１図は従来の化学気相
成長装置を使用した場合の反応生成膜の膜厚分布を示す
模式図である。 ４・・・・ガスヘッド、５．５ａ、５ｂ・・・・ガス吹
出し穴、工１・・・・穴開きピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体ウェハに反応ガスを吹付けるガス吹出し穴が半
   導体ウェハの主面と対向する部位に多数設けられたガス
   ヘッドを有し、半導体ウェハに吹付けられた反応ガスが
   半導体ウェハの側方へ排気される化学気相成長装置にお
   いて、前記各ガス吹出し穴のうち半導体ウェハの中心部
   と対応する位置のガス吹出し穴にガス抑制用絞りを嵌挿
   させてなり、この絞りは、反応ガスの流量を成膜条件に
   応じて減らす寸法をもって形成されていることを特徴と
   する化学気相成長装置。