(57)【要約】【課題】  半導体基板上に形成される膜の均一性をさらに向上する化学気相成長装置を提供する。【解決手段】  化学気相成長装置のチャンバには２つの反応室３が設けられている。反応室３のそれぞれには、材料ガスと酸化剤を吹出すためのシャワーヘッド５と、半導体基板を載置するためのステージ部７とが互いに対向するように配設されている。シャワーヘッド５の背面側には円周方向にリフトベローズ４が設けられている。反応室３の上方にはそのリフトベローズ４を駆動するための駆動部６が設けられている。駆動部６によりリフトベローズ４が伸縮することによって、シャワーヘッド５とステージ７との距離が変えられる。【選択図】        図２
2005039123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部と、
前記ガス吹出し口および前記ステージ部の少なくともいずれかに設けられ、前記ガス吹出し口と前記ステージ部との間隔を変更するためのチルト機構と
を備えた、化学気相成長装置。
【請求項２】
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部と、
前記反応室内を排気するための排気部と
を有し、
前記排気部は、
前記反応室に接続される複数の排気管と、
複数の前記排気管のそれぞれの排気量を制御するための排気制御部と
を備えた、化学気相成長装置。
【請求項３】
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記ガス吹出し口および前記ステージ部の少なくともいずれかに設けられ、前記ガス吹出し口と前記ステージ部との間隔を変更するためのチルト機構と
を備えた、化学気相成長装置。
【請求項４】
反応室を有するチャンバと、
前記反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出すためのガス吹出し口と、
前記ガス吹出し口と対向するように前記反応室内に配設され、半導体基板が載置されるステージ部と、
前記反応室に接続される複数の排気管と、
複数の前記排気管のそれぞれの排気量を制御するための排気制御部と
を備えた、化学気相成長装置。
【請求項５】
前記ガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給するためのガス供給制御部を備えた、請求項３または４に記載の化学気相成長装置。
【請求項６】
前記チャンバ内に前記反応室を複数備えた、請求項１〜５のいずれかに記載の化学気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学気相成長装置に関し、特に、枚葉式の化学気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、半導体基板上に所定の膜を形成するために広く化学気相成長装置が用いられている。そのような化学気相成長装置の一つとして、たとえば特許文献１には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）などの液体材料を気化させることによってシリコン酸化膜等を形成（成膜）する化学気相成長装置が提案されている。
【０００３】
この化学気相成長装置では、成膜を行なうための第１の成膜ヘッドから第５の成膜ヘッドまで複数の成膜ヘッドが配設されている。各成膜ヘッドにおいては、１つの反応室が構成されて、ガスを吹出すためのガスシャワーヘッドと、そのガスシャワーヘッドと対向するように半導体基板を載置するためのステージが配設される。成膜ヘッドでは、ステージに載置される半導体基板１枚ごとに成膜処理が施されることになる。
【０００４】
各成膜ヘッドには個々に材料ガス供給系が設けられ、それぞれの目的に応じて材料ガスの供給量が制御される。たとえばＴＥＯＳ／オゾン（Ｏ3）系のＮＳＧ（Non doped Silicate Glass）膜を成膜する場合には、ＴＥＯＳとオゾンの供給量が制御されることになる。
【０００５】
また、ＴＥＯＳ／オゾン（Ｏ3）系のＢＰＳＧ（Boro Phopho Silicate Glass）膜を成膜する場合には、ＴＥＯＳと不純物を添加するための所定の液体材料を気化したガスの供給量が制御されることになる。
【特許文献１】特開平７−２２１０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、枚葉式の化学気相成長装置の処理能力をより向上する観点からチャンバを設けて、そのチャンバ内に複数の成膜ヘッド（反応室）を備えた化学気相成長装置が提案されている。
【０００７】
しかしながら、このような化学気相成長装置では、１つのチャンバ内に複数の反応室が設けられるために、１つのチャンバへ供給するガスの供給量を制御するだけでは、半導体基板上に形成される膜の均一性をさらに向上するには限界があった。なお、膜の均一性とは、半導体基板内あるいは半導体基板間の膜厚の均一性や膜中の不純物濃度の均一性等をいう。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は半導体基板上に形成される膜の均一性をさらに向上す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】
【０００９】
本発明に係る化学気相成長装置は、反応室を有するチャンバとガス吹出し口とステージ部とガス供給制御部とチルト機構とを備えている。ガス吹出し口は反応室内に配設され、所定の材料ガスを吹出す。ステージ部はガス吹出し口と対向するように反応室内に配設され、半導体基板が載置される。ガス供給制御部はガス吹出し口へ所定流量の材料ガスを供給する。チルト機構はガス吹出し口およびステージ部の少なくともいずれかに設けられ、ガス吹出し口とステージ部との間隔を変更する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る化学気相成長装置によれば、半導体基板上に形成される膜の均一性が悪化した場合に、ガス供給制御部だけでは均一性の改善が困難な場合でも、ガス吹出し口およびステージ部の少なくともいずれかにチルト機構が設けられていることによって、半導体基板面内においてガス吹出し口とステージ部（半導体基板）との間隔を変えることができる。これにより、半導体基板面上における材料ガスの流れを変えて膜の成長速度を調整することができ、その結果、膜の均一性の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、本発明の実施例１に係る化学気相成長装置について説明する。この化学気相成長装置では、所定の液体原料を気化させた材料ガスと酸化剤をチャンバに送り込み、材料ガスと酸化剤とを反応させることによって半導体基板上に膜が形成される。
【００１３】
図１に示すように、所定の液体原料を供給するための液体原料供給源として、たとえばＴＥＰＯ（Tri Ethyl Phosphate）を供給する第１液体原料供給源１１、ＴＥＢ（Tri Ethyl Borate）を供給する第２液体原料供給源１２およびＴＥＯＳを供給する第３液体原料供給源１３が設けられている。
【００１４】
第１液体原料供給源１１、第２液体原料供給源１２および第３液体原料供給源１３から送られる液体原料を気化するための気化器１８，１９，２０がそれぞれ設けられている。その気化器１８，１９，２０においてそれぞれ液体原料を気化して送り出すために、窒素供給源１４とヘリウム供給源１５から窒素ガスとヘリウムガスがそれぞれ送り込まれる。
【００１５】
一方、酸化剤としてオゾンを供給するためのオゾン供給源１６が設けられ、オゾン供給源１６から送られるオゾンを送り出すために酸素供給源１７から酸素が送り込まれる。
【００１６】
気化器１８，１９，２０によってそれぞれ気化された材料ガスは、材料ガス供給ライン３１を経てチャンバ１へ送られる。オゾンはオゾン供給ライン３２を経てチャンバ１へ送られる。そのチャンバ１には２つの反応室３が設けられている。２つの反応室３のそれぞれに対して、供給する材料ガスの流量を個々に制御するために、材料ガス供給ライン３１には各反応室３に対応した流量制御バルブ９が設けられている。
【００１７】
反応室３のそれぞれには、材料ガスと酸化剤を吹出すためのシャワーヘッド５と、半導体基板（図示せず）を載置するためのステージ部７とが互いに対向するように配設されている。また、チャンバ３にはチャンバ３内を排気するための排気ライン３３が設けられている。排気ライン３３は排気ポンプ２１に接続されている。
【００１８】
次に、反応室３周辺の構造についてより詳しく説明する。図２に示すように、シャワーヘッド５の背面側には円周方向にリフトベローズ４が設けられ、反応室３の上方にはそのリフトベローズ４を駆動するための駆動部６が設けられている。図３に示すように、駆動部６によりリフトベローズ４が伸縮することによって、シャワーヘッド５とステージ７との距離が変えられることになる。
【００１９】
次に、上述した化学気相成長装置の動作について説明する。第１液体原料供給源１１、第２液体原料供給源１２および第３液体原料供給源１３のそれぞれから送られる液体原料が、気化器１８，１９，２０へ送られて気化され材料ガスとなる。気化された材料ガスは、窒素ガスおよびヘリウムガスと混合されて材料ガス供給ライン３１によってチャンバ３へ送られる。一方、オゾン供給源１６から供給されるオゾンガスが、オゾン供給ライン３２によってチャンバ３へ送られる。
【００２０】
チャンバ３へ送られた材料ガスとオゾンガスは、シャワーヘッド５から反応室３内に吹出される。ステージ７上には半導体基板２が載置され、半導体基板２はステージ７に装着されて、温度約４８０℃に設定されたヒータ（図示せず）によって加熱される。
【００２１】
反応室３内に導入された材料ガスとオゾンガスは、半導体基板２の表面において反応して所定の膜が形成される。この場合、液体原料として、ＴＥＢ，ＴＥＰＯおよびＴＥＯＳを使用することによって、半導体基板上にはＢＰＳＧ膜が形成されることになる。
【００２２】
このとき、反応室３内の圧力は、処理が施される半導体装置（デバイス）により最適な圧力に設定され、たとえば常圧（大気圧）または１００００Ｐａ以上の圧力（減圧状態）に設定される。
【００２３】
反応後の材料ガスは、排気ポンプ２１により排気ライン３３を経て反応室３の外へ排気される。このようにして、半導体基板上にたとえばＢＰＳＧ膜などの所定の膜を形成する一連の処理が完了する。
【００２４】
上述した化学気相成長装置では、図１に示すように、１つのチャンバ１内に２つの反応室３が設けられている。その反応室３のそれぞれに対して材料ガス供給ライン３２から分岐した材料ガス供給ラインが接続され、それぞれ流量制御バルブ９によって反応室３に導入される材料ガスの流量が制御されることになる。
【００２５】
さらに、図２および図３に示すように、シャワーヘッド５の背面側にリフトベローズ４を設けて、駆動部６によりそのリフトベローズ４を伸縮させることにより、シャワーヘッド５とステージ７との距離を変えることができる。
【００２６】
これにより、たとえば半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ９による反応室３に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。
【００２７】
たとえば、図４に示すように、半導体基板（ウェハ）の径方向の膜厚分布が、ウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に減少する傾向にある場合を想定する。この場合には、図５に示すように、膜厚の薄い部分に位置するリフトベローズ４を伸ばしてシャワーヘッド５を半導体基板２の側により近づけるか、反対に、膜厚の厚い部分に位置するリフトベローズ４を縮めてシャワーヘッド５を半導体基板２の側から遠ざける。
【００２８】
こうすることで、膜厚の薄い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド５と半導体基板２との間隔Ｌ１が、膜厚の厚い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド５と半導体基板２との間隔Ｌ２よりも短くなる。つまり、半導体基板面２内においてシャワーヘッド５と半導体基板２との間隔を変えることができる。
【００２９】
その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では成膜の成長速度が下がって、ウェハの径方向の膜厚の分布を一定にすることができる。その結果、半導体基板における膜厚の均一性改善を図ることができる。
【００３０】
なお、不純物濃度の均一性がばらついた場合でも、同様の対策を施すことにより不純物濃度の均一性の改善を図ることができる。
【００３１】
また、この化学気相成長装置では、シャワーヘッド５の側に４つのリフトベローズを設けた場合について説明したが、リフトベローズの数を増やすことで、シャワーヘッド５と半導体基板２との間隔をより精密に設定することができる。
【００３２】
さらに、材料ガスの流量を制御する流量制御バルブ９に実際に流れる材料ガスの流量をモニタすることによって、各反応室間に流れる材料ガスの流量差を求めることができ、その流量差が一定の値を超えればアラームを発するなどして、化学気相成長装置の異常を早期に発見することができる。
【００３３】
さらに、反応室３のメンテナンス後のシャワーヘッド５およびステージ７の取付けの際に、リフトベローズ４が設けられていることで、シャワーヘッド５とステージ７との間隔調整が容易になる。
【実施例２】
【００３４】
ここでは、リフトベローズがステージの側に配設される場合を例に挙げて説明する。図６に示すように、ステージ７の背面側に円周方向にリフトベローズ８が設けられ、反応室３の下方にはそのリフトベローズ８を駆動するための駆動部６が設けられている。図７に示すように、駆動部６によりリフトベローズ８が伸縮することによって、シャワーヘッド５とステージ７との距離が変えられることになる。
【００３５】
なお、これ以外の構成については前述した図１に示す構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し詳しい説明を省略する。
【００３６】
上述した化学気相成長装置では、図６および図７に示すように、ステージ７の背面側にリフトベローズ８が設けられている。これにより、駆動部６によりリフトベローズ８を伸縮させて、シャワーヘッド５とステージ７との距離を変えることができる。
【００３７】
これにより、半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ９による反応室３に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。
【００３８】
たとえば、図８に示すように、半導体基板（ウェハ）の径方向の膜厚分布が、ウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に増加する傾向にある場合を想定する。この場合には、図９に示すように、膜厚の薄い部分に位置するリフトベローズ８を伸ばしてステージ７をシャワーヘッド５の側により近づけるか、反対に、膜厚の厚い部分に位置するリフトベローズ８を縮めてステージ７をシャワーヘッド５の側から遠ざける。
【００３９】
こうすることで、膜厚の薄い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド５と半導体基板２との間隔Ｌ１が、膜厚の厚い部分に対応する部分におけるシャワーヘッド５と半導体基板２との間隔Ｌ２よりも短くなる。
【００４０】
その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では成膜の成長速度が下がって、ウェハの径方向の膜厚の分布を一定にすることができる。その結果、半導体基板における膜厚の均一性改善を図ることができる。
【００４１】
なお、不純物濃度の均一性がばらついた場合でも、同様の対策を施すことにより不純物濃度の均一性の改善を図ることができる。
【００４２】
また、この化学気相成長装置では、ステージ７の側に４つのリフトベローズを設けた場合について説明したが、リフトベローズの数を増やすことで、シャワーヘッド５と半導体基板２との間隔をより精密に設定することができる。
【００４３】
さらに、前述した化学気相成長装置と同様に、反応室３のメンテナンス後のシャワーヘッド５およびステージ７の取付けの際に、リフトベローズ８が設けられていることで、シャワーヘッド５とステージ７との間隔調整が容易になる。
【実施例３】
【００４４】
ここでは、１つのチャンバ１内に設けられた２つの反応室３のそれぞれに排気ラインが接続された化学気相成長装置を例に挙げて説明する。図１０に示すように、２つの反応室３のそれぞれに複数の排気ライン３３が接続されている。
【００４５】
図１１に示すように、１つの反応室３には反応室３の４隅に対応する位置に排気ライン３３ａ〜３３ｄが接続されている。排気ライン３３ａ〜３３ｄのそれぞれには、排気流量を制御するための排気流量制御バルブ１０が取付けられている。なお、これ以外の構成については前述した図１に示す構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し詳しい説明を省略する。
【００４６】
上述した化学気相成長装置では、図１０および図１１に示すように、１つの反応室３には反応室３の４隅に対応する位置に、それぞれ排気流量バルブ１０を取付けた排気ライン３３ａ〜３３ｄが接続されている。
【００４７】
これにより、半導体基板上に形成される膜の膜厚均一性や不純物濃度の均一性が悪化した場合に、流量制御バルブ９による反応室３に導入される材料ガスの流量制御だけでは均一性の改善が困難な場合であっても、均一性の向上を図ることができる。このことについて説明する。
【００４８】
たとえば、図１２に示すように、半導体基板（ウェハ）の径方向の膜厚分布および不純物濃度分布が、それぞれウェハの一方の端から他方の端に向かって徐々に増加する傾向にある場合を想定する。この場合には、図１３に示すように、膜厚の薄い部分および不純物濃度の低い部分の側に接続された排気ライン３３ｃ，３３ｄの排気流量バルブ１０を閉じ、膜厚の厚い部分および不純物濃度の高い部分の側に接続された排気ライン３３ａ，３３ｂの排気流量バルブ１０を開ける。
【００４９】
その状態で成膜処理を行なうことで、ウェハにおいて当初膜厚の薄い部分に対応する部分では排気流量が下がって成膜の成長速度が上がる一方、膜厚の厚い部分に対応する部分では排気流量が上がって成膜の成長速度が下がることになる。
【００５０】
これにより、ウェハの径方向の膜厚の分布および不純物濃度の分布を一定にすることができ、半導体基板における膜厚および不純物濃度の均一性改善を図ることができる。
【００５１】
なお、この化学気相成長装置では、反応室３の４隅に対応する位置に排気ライン３３ａ〜３３ｄを接続した場合について説明したが、排気ラインの数を増やすことで反応室３内の材料ガスの流れをより精密に制御することができる。
【００５２】
また、成膜処理後にドライクリーニングを実施するような場合には、各反応室３に接続された排気ライン３３の排気量制御バルブ１０の開閉度を制御させて反応室３内にクリーニングのためのガスを滞留させることができる。これにより、反応室３内において除去しにくい部分に付着した反応生成物を比較的容易に除去することができる。その結果、反応室３内の異物の低減を図ることができるとともに、メンテナンスの周期を延ばすことができる。
【００５３】
さらに、実施例１ではシャワーヘッド５の側に複数のリフトベローズ４を設けた場合、実施例２ではステージ７の側に複数のリフトベローズ４を設けた場合、実施例３では１つの反応室３に複数の排気ラインが接続された場合を個々に例に挙げて説明したが、１つの化学気相成長装置において、シャワーヘッドとステージとの双方の側にリフトベローズを設けるとともに、１つの反応室に複数の排気ラインを接続させてもよい。
【００５４】
これにより、シャワーヘッドと半導体基板との間隔をより精密に制御することができるとともに、また、材料ガスの流れも制御することができる。その結果、半導体基板面内における膜厚や不純物濃度の均一性をさらに向上することができる。
【００５５】
また、半導体基板に形成される膜の液体材料として、ＴＥＢ，ＴＥＰＯおよびＴＥＯＳを例に挙げたが、液体材料としてはこれに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、チャンバ内に所定の材料ガスと酸化剤を導入することによって半導体基板上に所定の膜を形成する化学気相成長装置において、膜の均一性を向上する構造に有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１に係る化学気相成長装置の構成を示す図である。
【図２】同実施例において、反応室の部分拡大断面図である。
【図３】同実施例において、リフトベローズとシャワーヘッドを示す斜視図である。
【図４】同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布の一例を示す図である。
【図５】同実施例において、図４に示される膜厚分布を解消するためのガスシャワーヘッドとステージとの位置関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る化学気相成長装置における反応室の部分拡大断面図である。
【図７】同実施例において、リフトベローズとシャワーヘッドを示す斜視図である。
【図８】同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布の一例を示す図である。
【図９】同実施例において、図８に示される膜厚分布を解消するためのガスシャワーヘッドとステージとの位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る化学気相成長装置における反応室の部分拡大断面図である。
【図１１】同実施例において、反応室と排気ラインの配置関係を示す上面図である。
【図１２】同実施例において、化学気相成長装置の効果を説明するためのウェハ径に対する膜厚分布および不純物濃度分布の一例を示す図である。
【図１３】同実施例において、図１２に示される膜厚分布および不純物濃度分布を解消するための反応室と排気ラインの排気流量制御バルブの開閉の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  チャンバ、２  半導体基板、３  反応室、４，８  リフトベローズ、５  シャワーヘッド、６  駆動部、７  ステージ、９  流量制御バルブ、１０  排気流量制御バルブ、１１  第１液体原料供給源、１２  第２液体原料供給源、１３  第３液体原料供給源、１４  Ｎ2供給源、１５  Ｈｅ供給源、１６  Ｏ3供給源、１７  Ｏ2供給源、１８  第１気化器、１９  第２気化器、２０  第３気化器、２１  排気ポンプ、３１  材料ガス供給ライン、３２  オゾン供給ライン、３３  排気ライン。
【図１】
2005039123.tif 000003
【図２】
2005039123.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005039123.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005039123.tif 000011
【図１０】
2005039123.tif 000012
【図１１】
2005039123.tif 000013
【図１２】
2005039123.tif 000014
【図１３】
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