JPS63124528A - 半導体製造装置 - 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〕 本発明は新規な半導体製造装置に係り、特に機械的に位
置合せを行ない、半導体上の所望の位置の加工、あるい
は所望の位置への膜堆積を可能とする位置に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体製造装置は、例えばエツチング装置であれ
ば、半導体基板あるいはその上に形成された薄膜上の所
定の部分に有機材料からなる簿膜を形成し、該有機薄膜
（通常レジストと呼ばれる）をマスクとして、下地の薄
膜あるいは半導体基板を加工していた。又、膜の堆積に
関しては、酸化。

化学堆ｆｆ１（ＣＶＤ）法等により、はぼ半導体基板上
の全面上に、均一な膜を堆積していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、加工についてはレジストを使用する事
、又膜堆積については半導体基板上の全面に行なう事が
特徴である。しかしながら、これらの技術は、真空中で
の半導体装置の一貫製造に関して、全く使用出来ないも
のである。即ち、現在通常使用されている有機材料レジ
ストは、ウェーハ上への回転塗布、エネルギ線による霧
出、および液体中での現像といったプロセスを経る為、
必ず大気中、あるいはほぼ大気圧に近い一定圧力下での
処理を要する。

本発明は、真空中での膜の極所的な加工あるいは堆積を
可能とする装置を開示するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、微細なガス噴出口ノズルのアレイを持つ装
置により達成される。

即ち、第１図に示した如く、微細なガス噴出口のアレイ
１からガス２を噴出させ、ウェーハ３表面上に該ガス２
を吹き付ける事により、該ウェーハ３の加工、あるいは
ウェーハ３上への膜の堆積を行なうものである。該アレ
イ１内にある微細なガス噴出口は、おのおのガス流量を
制御する装置、例えばバルブ４が具備されており、必要
なパターンを形成するために、対応するバルブが開かれ
、所定のガスが所定のノズルから、ウェーハ表面の所望
の部分のみに噴射される。

〔作用〕

該所定のノズルから噴射されたガスは、比較的高真空に
保たれたチャンバ中では、はぼ直進する為ウェーハ上の
所定の位置に衝突する。ウェーハとノズル先端の距離を
、ノズル径の１０倍以下とすれば、ガスの衝突する部分
の面積は、ノズル径の１．１倍以下に出来る。従って、
ノズル径を適切な大きさにしておく事により、寸法精度
は十分に確保できる。即ち、ノズル径を最小加工寸法（
Ｑ−ｉｎ）に等しくすれば１寸法精度は□Ω１Ｉｉｌ１
に出来、これは現在通常に許されている加工精度ウェー
ハ表面で反応を起させる為には、ウェーハの加熱１表面
への光の照射、あるいは極所的なプラズマ状態の形成等
の手段を用いる事が出来る。

これらの手段によりガスの分解を行ない、シリコン基板
あるいはその上に形成した薄膜との反応、及びシリコン
基板上への膜の堆積が可能となる。

又、励起状態のガスを、該アレイ中を輸送して該ノズル
から噴射する事も出来る。この場合には励起種の寿命は
、十分長い必要があるが、ラジカル状態を作る事により
、十分に長寿命な励起種を得る事が出来る。又該ノズル
及びそれに通ずるパイプ、流量制御装置等の内壁を、励
起種との相互作用の小さい、例えば弗化物等の材料とし
ておく事が適切である。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき具体的に説明する。

実施例１ 本実施例では装置の構成について開示する。第２図は、
真空ポンプ１１．バルブ１２を具備した超高真空装置１
３において、ガス溜め２２及びこれに接続されノズルの
アレイ１４．該アレイに反応性ガスを供給するパイプ１
５．該パイプ１５へのガスの供給を制御するバルブ１６
により、ウェーハ１８上への反応性ガスの極所的供給を
行なう。

又該ノズルアレイ１４のウェーハ上の位置は、制御器１
７により、正確に制御できる０本実施例では、該ノズル
アレイ１４を移動させるが、ウェーハ及びウェーハステ
ージを移動しても良く、この場合は通常のレーザ干渉に
よるステージコントローラを用いる事も出来る。該ウェ
ーハ１８は加熱ステージ１９上に設置され、又、ウェー
ハ搬送器２０により、該超高真空装置１３中を移動する
。

該ノズルのアレイ１４は、該ウェーハ１８から約１μｍ
の位置に設置されるよう、圧電素子及びサーボ系から成
る自動フィードバックシステムによって制御される。該
ウェーハ搬送器２０は、ウェーハをロードロック２１か
ら、ステージ１９上に超高真空を破る事なく搬送する。

該搬送器の制御は、超高真空装置１３の外側に具備した
磁石により行なわれ、真空に影響を及ぼす事はない、又
第２図には加熱ステージ１９のみを開示したが、他の目
的に使用するステージ、例えば分子線エピタキシ用ステ
ージ等も、同一の超高真空装置中に設置できる。このよ
うな構成でする事により、超高真空中での膜の全面堆積
と部分的加工という技術の組合せも可能となる。

実施例２ 本実施例では、該ノズル、アレイの製造方法について開
示する。

第３図（ａ）はｐ型（１１０）面１０Ωｌ厚さ１００μ
ｍのシリコン基板３１を１０００℃でウェット酸化し、
厚さ０．５μｍの熱酸化膜３２℃（以下５ｉＯｚ）を成
長させ、さらにリソグラフィとドライエッチ技術により
該５ｉＯｚ３２を加工して１辺１μｍの正方形の穴を１
μｍおきに形成した状態を示す、第３図（ｂ）は該５ｉ
Ｏｚ３２をマスクとして、ＫＯＨを用い、該Ｓｉ基板３
１をエッチし、穴３３を明けた後、再び１００ＯＣ乾燥
酸素中で酸化し、厚さ５０ｎｍの５ｉＯｚ３４を成長さ
せた状態を示す。第３図（ｃ）は、法会３３を覆うよう
に形成されたピエゾ素子から成るバルブ３５、該素子の
制御を行なう制御系３６、及びそれらを結ぶ配線３７．
を形成した状態を示す、このような構成にする事により
、ガス系３９を通りガス溜め３８から供給される反応性
ガスを、所定の穴３３から吹出す事ができる。該穴３３
中を通る反応性ガスの速度は、音速よりも速く、ノズル
からウェーハ上に噴出した場合法ガスの流速は、ノズル
とウェーハの距離の約１％しか広がらない、又このよう
に高速でノズル内を通る場合、ノズル壁との相互作用は
無視出来る。即ち、活性化状態のガスでも、活性化状態
を保ったままウェーハ表面に到達できる。

又該ピエゾ素子の形状は、法会３３に整合する如く形成
された０本実施例では該５ｉＯｚ表面が平滑な為、平坦
で平滑な表面としたが、例えば、くさび形にして、法会
３３に貫入する如く形成しても良い、この時該穴３３の
形状は、円形とするのが最適である。又該配線３７は、
各バルブ３５の各々を単独に動作可能な如く形成される
。

実施例３ 本実施例では、ノズル・プレイの他の製造方法を開示す
る。

第４図（ａ）は、ｎ形（１００）面１０Ωｌ厚さ５０μ
ｍシリコン基板４１に、５ｉＯｚ４２１０００℃ウェッ
ト酸化で厚さ１μｍ成長させ１通常のりソグラフイ及び
ドライエッチにより、−辺Ｑ、５　μｍの正方形の溝４
３を１０００コＸ１００Ｑ：１（１（１ｍ”）形成した
状態を示す、この時、該溝４３の形状は、出口に向って
細くなる構造とするのが良い、この理由は、溝出口から
ウェーハ表面に到達する間のガスの発散が小さくなるか
らである。従って、ウェーハ表面には溝４３の開口部寸
法に近い大きさの部分にのみガスが到達し１寸法精度を
高く出来る０本実施例では、上面の開口部を０．５５μ
ｍ、下面は０．４５μｍとした。この結果、ウェーハ表
面と該ノズルの距離を該ノズル寸法の２０倍としても、
ガス流の広がりは、ノズル寸法の１／１０以下となり、
高精度加工が可能となった。

第４図（ｂ）は該５ｉＯｚ４２を除去後、該シリコン基
板４１を　素プラズマ中で処理し、表面に　前処理層４
４を形成した状態を示す。

第４図（Ｑ）はこのようにして用意したノズル、アレイ
に、形状記憶合金から成るバルブ４５を形成し、さらに
各々のバルブ４５にヒータ４６及び配線４７を取付けた
状態を示す、このような構造にする事により、該ヒータ
４６に配線４７によって電流を流し、該ヒータ４６の温
度を調節する事により、該バルブ４５の開閉を行なう。

実施例４ 本実施例では該ノズルアレイおよびガス供給系の構成に
ついて一実施例を開示する。

第５図は、ノズルアレイ５１、ガス供給系５２ガス溜め
５３により構成された系において、該ガス溜め５３の側
壁部に紫外光に対して透明な窓５４を形成し、該ガス溜
め中に光照射を行なうＫ　ｒ　Ｆエキシマレーザ５５を
設置した状態を示す。

該ガス供給系は、圧力及び流量をガス制御系５６により
精密制御可能である。ＫｒＦ光５７が窓５４より入射さ
れ、該ガス溜め５３中のガスを励起し、励起種を形成す
る。該エキシマレーザ５４の波長は使用するガス種によ
り選択できる平均的な励起種の寿命は、数ｍｇであるが
、該ノズルアレイ中を通るガス速度が音速以上である為
、該ガス溜め５３から出てノズル５１を通すウエーハ５
８表面に到達する時間はたかだか１μＳとなる。

従って、十分励起状態のままウェーハ５８表面に励起種
が到達し、反応が起こる。

本実施例では光による励起を行なう方法を開示したが、
通常のプラズマによる励起方法を可能である。この場合
は、該ガス溜め中に電極を挿入しＲＦを印加してプラズ
マ状態を形成する方法、外部からμ波等を導入してプラ
ズマ状態を形成する方法等がある。

実施例５ 本実施例では他の励起種形成方法を開示する。

第６図は、ノズルアレイ６１．ガス溜め６２．ガ大供給
系６３．ウェーハ６４．ウェーハステージ６５から成る
系において、ＡｒＦエキシマレーザ６６からのリーザ光
６７を該ウェーハ表面上に照射する構成を示したもので
ある。該レーザ６６から照射された光６７は、ウェーハ
６４と該ノズルアレイ６１との間の部分で該ノズルアレ
イ６１から出る入射ガス６８と相互作用を起こし、励起
種を生成し、反応を起こす。

本実施例では、該ウェーハ及びノズルアレイ部分に高周
波あるいはμ波等を印加し、直接プラズマ状態を形成し
て反応を促進する方法も試みた。

いずれの場合も有効である事が実証されたが、プラズマ
の形成には、ガス圧力、ガス流量、入力電力等のパラメ
ータの微妙な調整が必要である。

実施例６ 本実施例では、これ迄開示した装置を用いた半導体装置
の製造方法について開示する。

第７図は、シリコンウェーハ７１．ウェーハステージ７
２．ノズル７３．ガス溜め７６ウエー八とノズルの距離
を一定に保つ為のレーザ測長器７４、該ウェーハステー
ジの位置を精密に制御する為のレーザ干渉式ステージコ
ントローラ７５より成る系において、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ４）ガス及び亜酸他室ｍ（ＮｚＯ）ガスを該ノズル、
アレイを通して該ウェーハ上に吹き付けた。ウェーハ表
面温度は該ウェーハステージ７２により５００℃に保た
れ、その結果、約２０秒間でウェーハ７１上に、所定の
パターンを持つ厚さ０．２μｍ５ｉｏｚ膜７６を形成で
きた。

実施例７ 本実施例では他の半導体装置の製造方法について開示す
る。

第８図（ａ）はｐ型（１００）面、１００国のシリコン
基板８１に、ＫｒＦエキシマレーザ光で励起されたジシ
ラン（ＳｉｚＨａ）と亜酸化窒素（ＮｚＯ）の反応によ
り５ｉｆｔ層８１を形成した状態を示す、ノズル寸法０
．５μｍ、ノズル間隔０．５μｍの装置を用いた約５秒
間の反応で。

厚さ０．４μｍの５ｉＯｚ８２を准看した状態を示す、
ノズル寸法と間隔がほぼ等しい為、ノズル寸法分だけ該
ノズルを４回移動させる事によりウェーハ全面の所定部
分に平坦な膜を形成できた。又、基板温度を２００℃以
上とする事により、堆積時間をさらに短縮可能である。

第８図（ｂ）は、同様な条件で厚さ２０ｎｍの５ｉ（）
ｚ８３をウェーハ上の全面に堆積後、ジシラン（Ｓｉｚ
Ｈｓ）及びフォスフイン（ＰＨａ　）の混合ガスをＫｒ
Ｆエキシマレーザで励起し、基板温度を５００℃に保っ
た状態で、リンドープした多結晶シリコン層（Ｐｏｌｙ
　−Ｓ　ｉ　）８４を厚さ０．３μｍ堆積した状態を示
す。ここで真空中を移送し、イオン打込み機部分ヘウエ
ーハをセットし、ヒ素（Ａｓ）イオンを５０ＫｅＶで、
５　Ｘ　１０１８ａａ−”打込み、さらに真空を保った
ままで移送し、キセノン・ランプを具備したアニール装
置部分にウェーハを設置し、１０００℃で１０秒間加熱
して、拡散層８５を形成した。

第８図（ｃ）は、再びウェーハを搬送し、該ノズル部分
にウェーハを位置合わせした後、Ｓ　Ｈ４１ＰＨａ及び
０２の混合ガスをウェーハ表面に吹き付け、コンタクト
となるべき部分以外にリン硅酸ガラス８６　（ＰＳＧ）
を厚さＱ、４μｍ　堆積し、さらにコンタクトとなるべ
き領域に、ＫｒＦエキシマレーザで励起した弗素（Ｆｚ
　）ガスを吹き付け、ゲート酸化膜８３を除去した状態
を示す。この時、コンタクト部分に、５０ＫｅＶで１×
１０１Ｂ３−”リンを打込み再びアニール装置部分にウ
ェーハを移送し、９５０℃で１０秒間アニールして、コ
ンタクト部分に深い拡散ＷＩ８７を形成する事も出来る
。

第８図（ｄ）はＡＱＣＱ８を原料ガスとして、２００℃
に加熱したシリコン基板に吹き付け、厚さ０．５μｍの
Ａｌ１１８８を形成した状態を示す。

さらにＳｉＨ４とＰＨａの混合ガスから、パッシベーシ
ョン膜を堆積する事も可能である。

〔発明の効果〕

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、高
真空中で任意のパターンの薄膜の堆積及び加工が可能に
なり、従来のレジストを用いた技術では不可能であった
、完全なドライ−貫プロセスが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図至乃
第７図は、それぞれ本発明の実施例を示す図、第８図は
本発明を用いた半導体装置の形成方法の一例を示す工程
図である。 １．１４・・・ノズル・アレイ、３１，４１，７１゜８
１・・・シリコンウェーハ、５３，６２，７６・・・ガ
ス僧め、６６．７４，７５，５５・・・レーザ、８２゜
８６−　Ｓ　ｉ　Ｏｘ、　８４−Ｐｏ　１２　ｙＳｉ、
８８　・Ａ　Ｍ　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板上の微小領域に反応性気体を吹きつける
   べきノズルを具備した事を特徴とする半導体製造装置。