(57)【要約】【課題】反応室内に供給される処理用ガスの流量を安定させることのできる化学気相成長装置、および、それにより製造される半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の化学気相成長装置は、処理用ガスを用いて基板１１表面に薄膜１３を形成する化学気相成長装置であって、反応室１と、ガス供給管４と、ガス供給バルブ５と、ガス廃棄管６と、ガス廃棄バルブ７と、ガス流量計９とを備えている。反応室１は、内部に基板１１を保持可能である。ガス供給管４は、処理用ガスを反応室１内に導入するため、一端が反応室１に接続されている。ガス廃棄管６は、ガス供給バルブ７よりも上流側にてガス供給管４から分岐している。ガス流量計９は、ガス供給管４とガス廃棄管６との分岐部より上流側のガス供給管４部分の処理用ガスの流量を測定するためのものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理用ガスを用いて基板表面に薄膜を形成する化学気相成長装置であって、
内部に前記基板を保持可能な反応室と、
一端が前記反応室に接続された、前記処理用ガスを前記反応室内に導入するためのガス供給管と、
前記反応室内への前記処理用ガスの導入を制御するためのガス供給バルブと、
前記ガス供給バルブよりも上流側にて前記ガス供給管から分岐したガス廃棄管と、
前記ガス廃棄管からの前記処理用ガスの廃棄を制御するために前記ガス廃棄管に設けられたガス廃棄バルブと、
前記ガス供給管と前記ガス廃棄管との分岐部より上流側の前記ガス供給管部分の処理用ガスの流量を測定するためのガス流量計とを備えた、化学気相成長装置。
【請求項２】
前記ガス流量計の流量の値によって前記ガス供給バルブおよび前記ガス廃棄バルブの各々の開閉を自動的に行う制御装置をさらに備えた、請求項１に記載の化学気相成長装置。
【請求項３】
前記ガス供給管の他端に接続された気化器をさらに備え、
前記制御装置は前記ガス流量計の流量の値によって前記気化器で発生するガス流量の制御を自動的に行うことを特徴とする、請求項２に記載の化学気相成長装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ガス流量計の流量の値に応じて、警報出力または装置停止の信号を出力可能であることを特徴とする、請求項２または３に記載の化学気相成長装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの化学気相成長装置を用いて製造された薄膜を有する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長装置およびそれを用いて製造された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【０００３】
図５を参照して、従来の化学気相成長装置は、反応室１０１と、液体材料供給装置１０２と、気化器１０３と、ガス供給管１０４と、ガス供給バルブ１０５と、ガス廃棄管１０６と、ガス廃棄バルブ１０７と、排気管１０８とを主に有している。
【０００４】
反応室１０１は、その内部に基板１１１を保持可能である。液体材料供給装置１０２は気化器１０３に接続され、気化器１０３はガス供給管１０４に接続されている。ガス供給管１０４は反応室１０１に接続されている。このガス供給管１０４にはガス供給バルブ１０５が設けられている。ガス廃棄管１０６はガス供給バルブ１０５の上流側（つまり気化器１０３側）にてガス供給管１０４から分岐している。このガス廃棄管１０６には、ガス廃棄バルブ１０７が設けられている。排気管１０８は反応室１０１に接続されている。また、気化器１０３には通常、処理用ガスの気化量を制御する質量流量調節器１１２が備えられている。
【０００５】
次に、従来の化学気相成長装置を用いた成膜行程について説明する。
まず反応室１０１内に基板１１１が保持される。液体材料供給装置１０２より供給された液体は気化器１０３および質量流量調節器１１２で一定のガス流量となるように気化され、気化された処理用ガスはガス供給管１０４を介して反応室１０１内へ導入される。反応室１０１内へ導入された処理用ガスは基板１１１の表面上で気相反応を起こし、それにより基板１１１の表面には薄膜１１３が形成される。気相反応後に残ったガスは、反応室１０１から排気管１０８を介して化学気相成長装置の外部へ排気される。
【０００６】
通常、処理用ガス供給の初期段階では、オーバーシュートなどにより処理用ガスの流量制御が不安定となり、不安定な流量の処理用ガスが反応室１０１内に流れこむおそれがある。そこで、予めガス供給バルブ１０５が閉じられガス廃棄バルブ１０７が開かれることにより、処理用ガス供給の初期段階の処理用ガスがガス廃棄管１０６より一定時間廃棄される。そして一定時間廃棄後、オーバーシュートなどがなくなって、質量流量調節器１１２によりガス流量が安定化されたと判断された後に、ガス廃棄バルブ１０７が閉じられガス供給バルブ１０５が開かれて処理用ガスが反応室１０１内に導入される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の化学気相成長装置では、処理用ガス供給の初期段階においてどのくらいの時間廃棄すれば、オーバーシュートなどによるガス流量の不安定さが解消するかについては、経験的に判断されていた。しかし、一定時間廃棄され、オーバーシュートなどによるガス流量の不安定さが解消されているはずであるにもかかわらず、反応室１０１内に導入されるガス流量が不安定になる現象が観察された。本願発明者は、その理由を鋭意検討したところ、ガス供給管１０４内での再液化などにより反応室１０１内に導入されるガス流量が不安定になっていることを見出した。つまり、処理用ガス供給の初期段階では、ガス供給管１０４の温度や圧力の条件により、そのガス供給管１０４内を流れる処理用ガスが冷却されて液化する場合がある。その結果、反応室１０１内に導入されるガス流量が不安定になっていた。
【０００８】
このように反応室１０１内に供給される処理用ガスの流量が安定しないと、その反応室１０１内で形成される薄膜の膜厚やドーパント濃度の再現性が悪化するという問題があった。
【０００９】
そこで本発明の一の目的は、反応室内に供給される処理用ガスの流量を安定させることのできる化学気相成長装置を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、均一な膜厚やドーパント濃度を有する薄膜を備えた半導体装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の化学気相成長装置は、処理用ガスを用いて基板表面に薄膜を形成する化学気相成長装置であって、反応室と、ガス供給管と、ガス供給バルブと、ガス廃棄管と、ガス廃棄バルブと、ガス流量計とを備えている。反応室は、内部に基板を保持可能である。ガス供給管は、一端が反応室に接続されており、処理用ガスを反応室内に導入するためのものである。ガス供給バルブは、反応室内への処理用ガスの導入を制御するためのものである。ガス廃棄管は、ガス供給バルブよりも上流側にてガス供給管から分岐している。ガス廃棄バルブは、ガス廃棄管からの処理用ガスの廃棄を制御するためにガス廃棄管に設けられている。ガス流量計は、ガス供給管とガス廃棄管との分岐部より上流側のガス供給管部分の処理用のガス流量を測定するためのものである。
【００１２】
本発明の化学気相成長装置によれば、ガス流量計は、ガス供給管とガス廃棄管との分岐部よりも上流側におけるガス供給管内の処理用ガスの流量を測定することができる。これにより、処理用ガス供給の初期段階でオーバーシュートおよび再液化などによりガス流量が不安定となっている時には、そのガス流量が不安定となっていることをガス流量計により測定し、それに基づいてガス流量計の下流にあるガス供給バルブを閉じた状態およびガス廃棄バルブを開いた状態に維持することにより、不安定な流量の処理用ガスを反応室内に供給することなく廃棄することができる。また、ガス流量が安定している時には、それをガス流量計により測定し、それに基づいてガス流量計の下流にあるガス供給バルブを開き、ガス廃棄バルブを閉じることにより、安定な流量の処理用ガスを廃棄せずに反応室内に供給することができる。
【００１３】
このようにガス流量計を設けたことで、処理用ガス供給の初期段階での不安定な流量の処理用ガスを確実に廃棄でき反応室内に供給しないようにできるため、常に安定した流量の処理用ガスを反応室内に導入でき、それにより膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性の良好な薄膜を形成することができる。
【００１４】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、ガス流量計の流量の値によってガス供給バルブおよびガス廃棄バルブの各々の開閉を自動的に行う制御装置がさらに備えられている。
【００１５】
この構成により、制御装置により予めガス供給バルブを閉じた状態およびガス廃棄バルブを開いた状態に制御されることにより、処理用ガス供給の初期段階の不安定な流量の処理用ガスを反応室内に供給することなく廃棄することができる。そして、ガス流量計の流量の値が所望の範囲で安定した後に、制御装置によりガス廃棄バルブが閉じられガス供給バルブが開かれるよう制御されるので、ガス供給管内のガス流量が安定した後に自動で処理用ガスが反応室内に導入される。したがって、膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性が良好な薄膜が自動で形成される。
【００１６】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、ガス供給管の他端に接続された気化器がさらに備えられている。制御装置はガス流量計の流量の値によって気化器で発生するガス流量の制御を自動的に行う。
【００１７】
この構成により、ガス流量計の流量の値が所望の範囲に安定しない場合には、ガス流量計の流量の値が所望の範囲に安定するように、制御装置により気化器で発生するガス流量が制御される。したがって、ガス供給管内のガス流量が不安定な場合にも自動でガス流量が安定化される。
【００１８】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、制御装置は、ガス流量計の流量の値に応じて、警報出力または装置停止の信号を出力可能である。
【００１９】
この構成により、ガス流量計の流量の値が、予め設定された時間内に所望の範囲に安定しない場合には、制御装置により警報出力または装置停止の制御がなされるので、ガス流量の異常が直ちに発見され、不安定な流量の処理用ガスが廃棄され続けることが防止される。
【００２０】
本発明の半導体装置膜は、上記の化学気相成長装置を用いて製造された薄膜を有する。
【００２１】
これにより、薄膜の膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性が良好な半導体装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２４】
図１を参照して、本実施の形態の化学気相成長装置は、反応室１と、液体材料供給装置２と、気化器３と、ガス供給管４と、ガス供給バルブ５と、ガス廃棄管６と、ガス廃棄バルブ７と、排気管８と、ガス流量計９とを主に有している。
【００２５】
反応室１は、その内部に基板１１を保持可能である。排気管８は反応室１に接続されていて、この排気管８から反応後の残ガスが排気可能とされている。液体材料供給装置２は気化器３に接続されていて、液体材料が気化器３に供給可能とされている。気化器３は質量流量調節器１２を備えていて、処理用ガスの流量が一定になるように液体材料を気化できるよう構成されている。気化器３はガス供給管４に接続されている。ガス供給管４は、反応室１内に気化された処理用ガスを導入するために反応室１に接続されている。このガス供給管４には、反応室１内への反応ガスの導入を制御するためのガス供給バルブ５が設けられている。ガス廃棄管６は、ガス供給バルブ５よりも上流側（気化器３側）にてガス供給管４から分岐している。このガス廃棄管６には、ガス廃棄管６からの反応ガスの廃棄を制御するためのガス廃棄バルブ７が設けられている。
【００２６】
本実施の形態において特に注目すべきは、ガス流量計９が備えられていることである。このガス流量計９は、気化器３とガス供給管４およびガス廃棄管６の分岐部との間におけるガス供給管４内のガス流量を測定するためのものである。なお、本明細書において、「上流側」とは、処理用ガスの流れに対して上流側であることを意味している。
【００２７】
次に、本実施の形態の化学気相成長装置における薄膜形成工程について説明する。
【００２８】
まず反応室１内に基板１１が保持される。この基板１１の上にガス供給管４より処理用ガスが導入され、薄膜１３が形成される。たとえば、薄膜１３としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する場合には、液体材料としてＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４よりなるＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅ）、Ｈ２Ｏよりなる水などが導入される。この処理用ガスが気相反応を生じることで、基板１１の表面に薄膜１３としてシリコン酸化膜が形成される。また、液体材料として、たとえばＢ（ＯＣ２Ｈ５）３よりなるＴＥＢ（Ｔｒｉｅｔｈｙｌ　ｂｏｒａｔｅ）やＰＯ（ＯＣＨ３）３よりなるＴＭＰＯ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）がＴＥＯＳとともに用いられれば、薄膜１３としてリン（Ｐ）やボロン（Ｂ）がドーパントされたシリコン酸化膜が形成される。ＴＥＯＳによってシリコン酸化膜を形成する場合の反応は以下のとおりである。
【００２９】
Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４Ｃ２Ｈ５ＯＨ
反応後の残ガス（未反応の活性種を含む）は反応室１から排気管８へ導かれ、外部へ排気される。
【００３０】
次に、本実施の形態における化学気相成長装置の操作について説明する。
予めガス供給バルブ５が閉じられガス廃棄バルブ７が開かれる。これにより、処理用ガス供給の初期段階で、オーバーシュートなどにより過大な流量となった処理用ガスが、ガス廃棄管６から一定時間廃棄される。そして、ガス流量計９の示すガス流量の値が所望の範囲で安定するまで、さらに処理用ガスが廃棄され続ける。そして、ガス流量計９の流量の値が所望の範囲で安定した後で、ガス廃棄バルブ７が閉じられガス供給バルブ５が開かれ、反応室１内へ処理用ガスが導入されて薄膜１３が形成される。
【００３１】
本実施の形態では、ガス流量計９によりガス流量を測定することができるため、オーバーシュートおよび再液化などがなくなって、ガス供給管４内のガス流量が安定したことをガス流量計９で確認した後に処理用ガスが反応室１に導入されるので、常に安定した流量の処理用ガスが導入され、膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性が良好な薄膜１３が形成される。
【００３２】
また、この化学気相成長装置を用いることにより、膜厚やドーパント濃度が均一な高品質の薄膜１３を基板１１上に有する半導体装置が得られる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００３４】
図２を参照して、本実施の形態の化学気相成長装置は、制御装置１０をさらに有している。この制御装置１０は、ガス流量計９と、ガス供給バルブ５と、ガス廃棄バルブ７とに接続されている。制御装置１０は、ガス流量計９の値に応じてガス供給バルブ５とガス廃棄バルブ７との各々の開閉を制御するものである。
【００３５】
なお、これ以外の構成については図１に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態では、処理用ガス供給の初期段階での不安定な流量の処理用ガスを廃棄するため、予め制御装置１０によりガス供給バルブ５が閉じられガス廃棄バルブ７が開かれるよう制御される。一定時間廃棄後、ガス流量計９の流量の値が所望の範囲で安定した後で、制御装置１０によりガス廃棄バルブ７が閉じられガス供給バルブ５が開かれるよう制御されることにより、反応室１内に処理用ガスが導入される。
【００３７】
したがって、ガス供給管４内のガス流量が安定した後に自動で処理用ガスが反応室１内に導入されるので、膜厚やドーパント濃度の再現性が良好な薄膜１３が自動で形成される。
【００３８】
また、この化学気相成長装置を用いることにより、膜厚やドーパント濃度が均一な高品質の薄膜１３を基板１１上に有する半導体装置が得られる。
【００３９】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図３を参照して、本実施の形態の化学気相成長装置は、制御装置１０がさらに気化器３が備える質量流量調節器１２に接続されている。制御装置１０は、ガス流量計９の値に応じてガス供給バルブ５とガス廃棄バルブ７との各々の開閉を行うのに加えて、気化器３で気化される処理用ガスの流量制御を行うことが可能である。
【００４１】
なお、これ以外の構成については図２に示す実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
この構成により、通常は実施の形態２と同様の操作が行われる。さらに、ガス流量計９の示すガス流量の値が、予め設定された時間内に所望の範囲に安定しない場合には、ガス流量計９の示すガス流量の値が所望の範囲に安定するように、制御装置１０により質量流量調節器１２が制御される。たとえば、ガス流量が９〜１１ｃｍ３／ｍｉｎの範囲内になるように制御装置１０が設定され、予め設定された時間を経過してもガス流量計９の示すガス流量の値が１２ｃｍ３／ｍｉｎとなっている場合を考える。このとき、制御装置１０から質量流量調節器１２に、気化器３で発生させる処理用ガスの量を減少させる出力がされる。これにより、気化器３で発生させる処理用ガスの量が減少し、ガス流量計９の示すガス流量の値が９〜１１ｃｍ３／ｍｉｎの範囲内となる。
【００４３】
したがって、ガス供給管４内のガス流量が不安定な場合にも自動でガス流量が安定化される。
【００４４】
また、この化学気相成長装置を用いることにより、膜厚やドーパント濃度が均一な高品質の薄膜１３を基板上に有する半導体装置が得られる。
【００４５】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４６】
図４を参照して、制御装置１０はガス流量計９の値に応じて警報出力または装置停止の信号を出力するよう構成されている。
【００４７】
なお、これ以外の構成については図２に示す実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
この構成により、通常は実施の形態２と同様の操作が行われる。さらに、ガス流量計９の示すガス流量の値が、予め設定された時間内に所望の範囲に安定しない場合には、たとえばブザーによる警報出力の信号が出力されることにより、ガス流量の異常が直ちに発見され、不安定な流量の処理用ガスが廃棄され続けることが防止される。
【００４９】
また、この化学気相成長装置を用いることにより、膜厚やドーパント濃度が均一な高品質の薄膜１３を基板１１上に有する半導体装置が得られる。
【００５０】
実施の形態１において、液体材料としてＴＥＯＳ，ＴＥＢおよびＴＭＰＯによりドーパントされたシリコン酸化膜が形成される場合について示したが、これらに限定されるものではなく、他の種類の薄膜が形成される場合でもよい。
【００５１】
実施の形態４において、制御装置１０によりブザーによる警報出力の信号が出力される場合について示したが、ガス流量の異常が直ちに発見され、不安定な流量の処理用ガスが廃棄され続けることが防止されるための出力または装置停止の信号が出力されるものであればよい。
【００５２】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の化学気相成長装置によれば、ガス流量計は、ガス供給管とガス廃棄管との分岐部よりも上流側におけるガス供給管内の処理用ガスの流量を測定することができる。これにより、処理用ガス供給の初期段階でオーバーシュートおよび再液化などによりガス流量が不安定となっている時には、そのガス流量が不安定となっていることをガス流量計により測定し、それに基づいてガス流量計の下流にあるガス供給バルブを閉じた状態およびガス廃棄バルブを開いた状態に維持することにより、不安定な流量の処理用ガスを反応室内に供給することなく廃棄することができる。また、ガス流量が安定している時には、それをガス流量計により測定し、それに基づいてガス流量計の下流にあるガス供給バルブを開き、ガス廃棄バルブを閉じることにより、安定な流量の処理用ガスを廃棄せずに反応室内に供給することができる。
【００５４】
このようにガス流量計を設けたことで、処理用ガス供給の初期段階での不安定な流量の処理用ガスを確実に廃棄でき反応室内に供給しないようにできるため、常に安定した流量の処理用ガスを反応室内に導入でき、それにより膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性の良好な薄膜を形成することができる。
【００５５】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、ガス流量計の流量の値によってガス供給バルブおよびガス廃棄バルブの各々の開閉を自動的に行う制御装置がさらに備えられている。この構成により、制御装置により予めガス供給バルブを閉じた状態およびガス廃棄バルブを開いた状態に制御されることにより、処理用ガス供給の初期段階の不安定な流量の処理用ガスを反応室内に供給することなく廃棄することができる。そして、ガス流量計の流量の値が所望の範囲で安定した後に、制御装置によりガス廃棄バルブが閉じられガス供給バルブが開かれるよう制御されるので、ガス供給管内のガス流量が安定した後に自動で処理用ガスが反応室内に導入される。したがって、膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性が良好な薄膜が自動で形成される。
【００５６】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、ガス供給管の他端に接続された気化器がさらに備えられている。制御装置はガス流量計の流量の値によって気化器で発生するガス流量の制御を自動的に行う。この構成により、ガス流量計の流量の値が所望の範囲に安定しない場合には、ガス流量計の流量の値が所望の範囲に安定するように、制御装置により気化器で発生するガス流量が制御される。したがって、ガス供給管内のガス流量が不安定な場合にも自動でガス流量が安定化される。
【００５７】
本発明の化学気相成長装置において好ましくは、制御装置は、ガス流量計の流量の値に応じて、警報出力または装置停止の信号を出力可能である。この構成により、ガス流量計の流量の値が、予め設定された時間内に所望の範囲に安定しない場合には、制御装置により警報出力または装置停止の制御がなされるので、ガス流量の異常が直ちに発見され、不安定な流量の処理用ガスが廃棄され続けることが防止される。
【００５８】
本発明の半導体装置膜は、上記の化学気相成長装置を用いて製造された薄膜を有する。これにより、薄膜の膜厚やドーパント濃度の均一性および再現性が良好な半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４における化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】従来の化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０１　反応室、２，１０２　液体材料供給装置、３，１０３　気化器、４，１０４　ガス供給管、５，１０５　ガス供給バルブ、６，１０６　ガス廃棄管、７，１０７　ガス廃棄バルブ、８，１０８　排気管、９　ガス流量計、１０制御装置、１１，１１１　基板、１２，１１２　質量流量調節器、１３，１１３　薄膜。
【図１】
2004047895.tif 000003
【図２】
2004047895.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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