JP3481586B2 - 半導体の薄膜蒸着装置 - Google Patents
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Description
置に係り、特にオゾンを用いてウェーハに薄膜、例えば
アルミニウム酸化膜の蒸着工程だけでなく、オゾンを用
いて熱処理工程が行える半導体の薄膜蒸着装置に関す
る。
蒸着装置は、酸化のための反応ガスとして脱イオン化水
蒸気(DI water vapor)を使用した。即ち、ウェーハの収
納された反応容器にイオン化水分とTMA(Tri Methyl Alu
minum)反応ガスを経時的に連続して流入及びパージ(pur
ging)させながら原子層単位の厚さのアルミニウム酸化
膜を蒸着した。
膜の蒸着工程または熱処理工程で形成されるアルミニウ
ム酸化膜の薄膜内にO-H基が存在するので、薄膜の特性
を劣化させた。即ち、薄膜内に浸透されたHは薄膜の損
傷を誘発して薄膜の特性を劣化させる。
解決するために案出されたものであって、酸化のための
反応ガスとしてオゾンを用いることによってウェーハ上
に蒸着される薄膜内における欠陥の発生を抑制する半導
体の薄膜蒸着装置を提供することを目的とする。
に本発明に係る半導体の薄膜蒸着装置は、ウェーハが収
納され蒸着される少なくとも1つの反応容器と、前記反
応容器に反応ガスまたは不活性ガスを供給する反応ガス
供給部と、前記反応容器内のガスを排気するための排気
ポンプ200とを含む半導体の薄膜蒸着装置において、
前記反応ガスと反応するガスとしてオゾンを発生させ前
記反応容器に供給するオゾン供給部を含むことを特徴と
する。
発明を詳しく説明する。図1は本発明の半導体の薄膜蒸
着装置の構成図である。図面を参照すれば、本発明の半
導体の薄膜蒸着装置は、ウェーハ(図示せず)が収納され
る少なくとも1つの反応容器100と、反応容器100
内のガスを排気する排気ポンプ200と、反応容器10
0に供給されるオゾンを発生するオゾン供給部300
と、反応容器100に供給される反応ガスまたは不活性
ガスを発生する反応ガス供給部400とを含む。このよ
うな薄膜蒸着装置はウェーハ上に薄膜を蒸着するための
反応ガスとしてオゾンを使用する。
ーハを熱処理するための熱処理手段としてヒーター(図
示せず)を設ける。ヒーターは収納されたウェーハの温
度を300-700℃まで制御しうる。
オゾン発生器310と、オゾン発生器310と連結して
オゾンの流れをオン/オフするメイン弁320と、メイ
ン弁320を経たオゾンを反応容器100に移送するた
めのオゾン移送ユニット330と、オゾン発生器310
から過度に発生するオゾンを除去してオゾン移送ユニッ
ト330に一定量のオゾンを移送するためのオゾン制御
ユニット340とを含む。
310から発生されたオゾンを反応容器100に案内す
るためのものであって、反応容器100内に収納された
ウェーハに薄膜、例えばアルミニウム酸化膜の蒸着に用
いられるオゾンと、ウェーハの熱処理に用いられるオゾ
ンとを各々別に分けて移送する構造よりなっている。即
ち、オゾン移送ユニット330は、メイン弁320と各
々並列に連結され、薄膜蒸着工程に用いられるオゾンを
移送するための工程オゾン移送メンバーと、熱処理工程
に用いられるオゾンを移送するための熱処理オゾン移送
メンバーと、工程オゾン移送メンバーまたは熱処理オゾ
ン移送メンバーを経たオゾンを反応容器100または排
気ポンプ200に選択的に移送するための選択移送メン
バー339とから構成される。本実施例の図面ではオゾ
ン移送ユニット330が2つ示されているが、残り1つ
も同じ構造なので詳しい説明は略す。前述したようなオ
ゾン移送ユニットを多数個採用してもよい。
れた第1工程弁332、工程流量制御器MFC1及び第2
工程弁334で構成される。熱処理オゾン移送メンバー
は順次に連結された第1熱処理弁336、熱処理流量制
御器MFC2及び第2熱処理弁338で構成される。
34及び第2熱処理弁338と反応容器100との間の
ラインに設けられてその反応容器100へのオゾンの流
れをオン/オフする第1選択弁339aと、第2工程弁3
34及び第2熱処理弁338と前記排気ポンプ200と
の間のラインに設けられて前記第2工程弁334または
第2熱処理弁338を経たオゾンが直ちに外部に排気さ
れるように前記排気ポンプ200へのオゾンの流れをオ
ン/オフする第2選択弁339bで構成される。前記第1
選択弁339aと第2選択弁339bは同時に相互逆動作
するものであって、第1選択弁339aが閉じると(off)
第2選択弁339bが開放され(on)、第1選択弁339a
が開放されると(on)第2選択弁339bが閉じる(off)。
節するものであって、工程流量制御器MFC1は薄膜蒸着
に用いられるオゾンの流量を100〜500sccmまで制
御する。熱処理流量制御器MFC2は熱処理工程に用いら
れるオゾンの流量を20000sccmまで制御する。
は薄膜蒸着工程や熱処理工程において実際に用いられる
オゾン量のように正確に制御しにくく、実際に蒸着工程
や熱処理工程で用いられるオゾン量が小さいために、オ
ゾン発生器310は常に多量のオゾンを発生する。従っ
て、オゾン発生器310と連結されたラインには大きな
オゾン圧力が印加される。ところが、過度に大きなオゾ
ン圧力がラインに印加されると流量制御器MFC1、MFC2
によってもオゾンの流量を適切に制御できなくなるの
で、この場合にはオゾン制御ユニット340を作動す
る。
20とオゾン発生器310との間のラインに設けられ、
オゾンの圧力が所定値以上なら開放される圧力弁(Auto
pressure valve)341と、圧力弁341を経たオゾン
を除去するオゾン除去器342を含む。オゾン除去器3
42の実施例としては、例えば、化学反応を通じて人体
に有害なオゾンを、触媒を用いて人体に無害な酸素やそ
の他のガスに変換して排気させるキャタライザ(catalyz
er)がある。また、オゾン制御ユニット340は、メイ
ン弁320とオゾン除去器342との間のラインに設け
られ、オゾンの流れをオン/オフする弁345及び所定
の圧力以上のオゾンをオゾン除去器342側にのみ流す
チェック弁344をさらに含む。
量が多くなってラインに印加されるオゾンの圧力が過度
になると、その圧力はフィードバックされてオゾン制御
ユニット340を作動することにする。即ち、オゾンの
圧力が所定値以上になると圧力弁341及び/またはチ
ェック弁344が開放されてオゾンがオゾン除去器34
2に移送され、オゾン除去器342は流入されたオゾン
に触媒を加えて無害なガスに変換して排気させる。
することによってオゾン移送ユニット330へ移送され
るオゾンの圧力を一定に保てるのでオゾンを安定に誘導
しうる。
発生器310から発生したオゾンはメイン弁320→第
1工程弁332→工程流量制御器MFC1→第2工程弁3
34→第1選択弁339aを通じて反応容器100に流
入されたり、メイン弁320→第1熱処理弁336→熱
処理流量制御器MFC2→第2熱処理弁338→第1選択
弁339aを通じて反応容器100に流入される。即
ち、第1工程弁332または第1熱処理弁336を選択
的にオン/オフすることによって、オゾンを反応容器1
00に選択的に流入させうる。この際、第1選択弁33
9aと第2選択弁339bは同時に逆動作するので、第1
選択弁339aをオフすれば第2選択弁339bが同時に
オンされ、これによりオゾンは直ちに排気ポンプ200
によって外部に排気される。
00に第1反応ガスを供給する第1反応ガス供給ユニッ
ト410と、第2反応ガスを供給する第2反応ガス供給
ユニット420と、キャリアガスやパージのためのガス
として用いられる不活性ガスを供給する不活性ガス供給
ユニット430を含む。
0、420及び不活性ガス供給ユニット430はパイプ
ラインによって連結され、このようなラインには様々な
弁411、412、413、414、415、421、
422、423、424、425が設けられており、こ
の弁は制御器(図示せず)に連結されてガスの流れをオン
/オフする。
応ガスとなる液状の第1反応物質が充填された第1反応
物質コンテナ416と、第1反応ガスを反応容器100
に移送するキャリアガスの流量を調節する流量制御器MF
Cと、第1反応物質コンテナ416と弁412との間に
設けられた第1流量制御弁412aと、流量制御器MFCと
弁414との間に設けられた第2流量制御弁414aを
含む。この際、第1、2流量制御弁412a、414aは
ガスの流量を連続して制御し、反応容器100に流入さ
れるガスの蒸気圧力を一定に上昇/維持させる。前記キ
ャリアガスは不活性ガスであって、本実施例ではアルゴ
ンが使われる。しかし、アルゴン以外にもネオンのよう
な多様な不活性ガスが使用されうる。
応ガスとなる液状の第2反応物質が充填された第2反応
物質コンテナ426と、第2反応ガスを反応容器100
に移送するキャリアガスの流量を調節する流量制御器MF
Cと、第2反応物質コンテナ426と弁422との間に
設けられた第1流量制御弁422aと、流量制御器MFCと
弁424との間に設けられた第2流量制御弁424aを
含む。この際、第1、2流量制御弁422a、424aは
ガスの流量を連続して制御し、反応容器100に流入さ
れるガスの蒸気圧力を一定に上昇/維持させる。
10、420に採用された第1、2流量制御弁412
a、414a、422a、424aはメータリング弁または
コントロール弁であることが望ましい。そして、第1、
2流量制御弁412a、414a、422a、424aは弁
412、414、422、424の前部に設けられるこ
とが望ましく、それぞれの流量制御弁と弁との長さは最
小となることが望ましい。これは一定の圧力状態で流量
を調節し、安定した圧力を保たせるためである。このよ
うな流量制御弁412a、414a、422a、424aは
流体が通過する断面積を調節して流量を調節する。
ば、弁411、412、413が開放されると第1供給
ライン41及び弁411を通じて流入されるキャリアガ
スは第1反応物質コンテナ416の第1反応ガスと共に
流量制御弁412a→弁412、413→容器ライン4
5を通じて反応容器100に流入される。
第1供給ライン41を通じて流入されるキャリアガスが
第2流量制御弁414a→弁414、415→排気ライ
ン46→排気ポンプ200を通じて外部に排気される。
ここで、第1、2流量制御弁412a、414aはキャリ
アガスの流量を連続して制御し、反応容器100に流入
されるガスの蒸気圧力を一定に上昇/維持させ、反応容
器100に印加されるガスの圧力と、排気ポンプ200
に印加されるガスの圧力とを同一にする。
→容器ライン45を通じて反応容器100に流入されて
反応容器100内に残留する反応ガスを排気する。次い
で、第2供給ライン42及び弁421を通じて流入され
るキャリアガスにより第2反応物質コンテナ426の第
2反応ガスが第1流量制御弁422a→弁422、42
3→容器ライン45を通じて反応容器100に流入さ
れ、引き続き、弁424、425が開放されるとキャリ
アガスが第2流量制御弁424a→弁424、425→
排気ポンプ200を通じて外部に排気される。この時
も、第1、2流量制御弁422a、424aはキャリアガ
スの流量を連続して制御し、反応容器100に流入され
るガスの蒸気圧力を一定に上昇/維持させ、反応容器1
00に印加されるガスの圧力と、排気ポンプ200に印
加されるガスの圧力とを同一にする。
→容器ライン45を通じて反応容器100に流入されて
反応容器100に残留する反応ガスを排気することにな
る。本実施例の図面には、オゾン移送ユニットが2つ示
されており、反応ガス供給ユニットが3つ示されている
が、説明の便宜上、1つのオゾン移送ユニット330と
2つの反応ガス供給ユニット410、420のみを選択
して説明した。
明の半導体の薄膜蒸着装置の動作に対してアルミニウム
酸化膜を形成する場合を例として説明する。まず、ウェ
ーハに薄膜を容易に蒸着するための前処理として、オゾ
ンを用いた熱処理工程を行う。熱処理工程は、反応容器
100内の温度を300-700℃まで昇温し、反応容
器100にオゾンを供給することである。熱処理工程に
よれば、オゾン発生器310から発生されたオゾンはメ
イン弁320→第1熱処理弁336→熱処理流量制御器
MFC2→第2熱処理弁338→第1選択弁339aを通じ
て反応容器100に流入される。この際、熱処理工程は
オゾンの分解を促進させるためにできるだけ高い温度領
域で行うことが望ましい。
にアルミニウム酸化膜を蒸着するために、オゾンと反応
ガスとを同時または時間間隔をおいて反応容器に流す。
即ち、オゾン発生器310から発生されたオゾンは、メ
イン弁320→第1工程弁332→工程流量制御器MFC
1→第2工程弁334→第1選択弁339aを通じて反
応容器100に流入される。一方、第1反応物質コンテ
ナ416の第1反応ガスは弁411、412、413が
開放されることによって第1供給ライン41及び弁41
1を通じて流入されるキャリアガスにより流量制御弁4
12a→弁412、413→容器ライン45を通じて反
応容器100に流入される。反応容器100内に流入さ
れたオゾンと第1反応ガスが反応してウェーハ上にアル
ミニウム酸化膜が蒸着される。
に不活性ガスが弁431→弁432→容器ライン45を
通じて反応容器100に流入されて反応容器100内に
残留するオゾンと第1反応ガスとを排気する。
テナ426の第2反応ガスを前記と類似した動作を通じ
て反応容器100内に流すことによって薄膜蒸着工程を
行い続ける。この際、反応ガスまたはオゾンの流入時間
を各々変えて制御すれば原子層単位の厚さの薄膜蒸着を
可能にする。また、オゾンや反応ガスを流入中に時々パ
ージのために不活性ガスを反応容器内に流入させる。
ると反応容器内の雰囲気を300-700℃まで上昇さ
せ、オゾンを流入させることによって熱処理工程を行
う。ここで、工程流量制御器MFC1に制御されるオゾン
の流量や流量制御器MFCに制御される第1、2反応ガス
の流量を同一にすることが望ましいが、これは順次的な
オゾンまたは第1、2反応ガスの流入に応じる反応容器
の圧力変化を抑制させるためである。
薄膜蒸着装置によれば、従来の酸化のための脱イオン化
水蒸気の代りにオゾンを使用してウェーハに欠陥のない
薄膜の蒸着を可能にする。即ち、従来とは違って、薄膜
内に浸透するH基の発生を未然に防止することによってH
による薄膜の欠陥を防止しうる。
えるために良質の薄膜蒸着が可能であり、さらに工程の
簡素化を達成しうる。
成図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 ウェーハが収納され蒸着される少なくと
も1つの反応容器と、前記反応容器に反応ガスまたは不
活性ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器内
のガスを排気するための排気ポンプとを含む半導体の薄
膜蒸着装置において、 前記反応ガスと反応するガスとしてオゾンを発生させ前
記反応容器に供給するオゾン供給部を含み、 前記オゾン供給部は、オゾンを発生するオゾン発生器
と、前記オゾンの流れをオン/オフするメイン弁と、前
記メイン弁を経たオゾンを前記反応容器に移送する少な
くとも1つ以上のオゾン移送ユニットと、前記オゾン発
生器から過度に発生するオゾンを除去して前記オゾン移
送ユニットに一定量のオゾンを流すオゾン制御ユニット
とを含み、 前記オゾン移送ユニットは、前記オゾンを前記反応容器
または排気ポンプに選択的に移送するための選択移送メ
ンバーを含 むことを特徴とする半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項2】 前記オゾン移送ユニットは、 薄膜蒸着工程に使われるオゾンを移送するための工程オ
ゾン移送メンバー及び熱処理工程に使われるオゾンを移
送するための熱処理オゾン移送メンバー を含むことを特
徴とする請求項1に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項3】 前記選択移送メンバーは、 前記工程オゾン移送メンバーと前記熱処理オゾン移送メ
ンバーとを連結するラインと前記反応容器との間に設け
られる第1選択弁及び前記工程オゾン移送メンバーと前
記熱処理オゾン移送メンバーとを連結するラインと前記
排気ポンプとの間に設けられ、前記第1選択弁とは同時
に相互逆動作する第2選択弁 を含むことを特徴とする請
求項2に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項4】 前記工程オゾン移送メンバーは、前記メ
イン弁と連結された第1工程弁及び前記第1工程弁と順
次に連結された工程流量制御器及び第2工程弁を含むこ
とを特徴とする請求項2に記載の半導体の薄膜蒸着装
置。 - 【請求項5】 前記熱処理オゾン移送メンバーは、前記
メイン弁と連結され た第1熱処理弁及び前記第1熱処理
弁と順次に連結された熱処理流量制御器及び第2熱処理
弁を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体の薄
膜蒸着装置。 - 【請求項6】 前記工程流量制御器は、オゾンの流量を
500sccmまで制御することを特徴とする請求項4に記
載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項7】 前記熱処理流量制御器はオゾンの流量を
20000sccmまで制御することを特徴とする請求項5
に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項8】 前記オゾン制御ユニットは、前記メイン
弁と前記オゾン発生器との間のラインに設けられ、オゾ
ンの圧力が所定値以上の時開放される圧力弁と、前記圧
力弁を経たオゾンを除去するオゾン除去器とを含むこと
を特徴とする請求項1に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項9】 前記メイン弁と前記オゾン除去器との間
のラインに設けられ、オゾンの流れをオン/オフする弁
及び所定の圧力以上のオゾンを前記オゾン除去器側にの
み流すチェック弁をさらに含むことを特徴とする請求項
8に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項10】 前記反応容器には収納されたウェーハ
を熱処理するために温度雰囲気を熱処理温度まで上昇さ
せるヒーターが備えられたことを特徴とする請求項1に
記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項11】 前記ヒーターは前記雰囲気の温度を3
00-700℃まで上昇させられることを特徴とする請
求10に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項12】 前記不活性ガスはアルゴンであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項13】 ウェーハが収納され蒸着される少なく
とも1つの反応容器と、前記反応容器に反応ガスまたは
不活性ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器
内のガスを排気するための排気ポンプとを含む半導体の
薄膜蒸着装置において、 前記反応ガスと反応するガスとしてオゾンを発生させ前
記反応容器に供給するオゾン供給部を含み、 前記オゾン供給部は、オゾンを発生するオゾン発生器
と、前記オゾンの流れをオン/オフするメイン弁と、前
記メイン弁を経たオゾンを前記反応容器に移送す る少な
くとも1つ以上のオゾン移送ユニットと、前記オゾン発
生器から過度に発生するオゾンを除去して前記オゾン移
送ユニットに一定量のオゾンを流すオゾン制御ユニット
とを含み、 前記オゾン移送ユニットは、前記オゾンを前記反応容器
または排気ポンプに選択的に移送するための選択移送メ
ンバーを含み、 前記選択移送メンバーは、前記反応容器に接続された第
1選択弁及び前記排気ポンプに接続され、前記第1選択
弁とは同時に相互逆動作する第2選択弁 を含むことを特
徴とする半導体の薄膜蒸着装置。 - 【請求項14】 ウェーハが収納され蒸着される少なく
とも1つの反応容器と、前記反応容器に反応ガスまたは
不活性ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器
内のガスを排気するための排気ポンプとを含む半導体の
薄膜蒸着装置において、 前記反応ガスと反応するガスとしてオゾンを発生させ前
記反応容器に供給するオゾン供給部を含み、 前記オゾン供給部は、オゾンを発生するオゾン発生器
と、前記オゾンの流れをオン/オフするメイン弁と、前
記メイン弁を経たオゾンを前記反応容器に移送する少な
くとも1つ以上のオゾン移送ユニットと、前記オゾン発
生器から過度に発生するオゾンを除去して前記オゾン移
送ユニットに一定量のオゾンを流すオゾン制御ユニット
とを含み、 前記オゾン制御ユニットは、前記メイン弁と前記オゾン
発生器との間のラインに設けられ、オゾンの圧力が所定
値以上の時開放される圧力弁と、前記圧力弁を経たオゾ
ンを除去するオゾン除去器と、前記メイン弁と前記オゾ
ン除去器との間のラインに設けられ、オゾンの流れをオ
ン/オフする弁及び所定の圧力以上のオゾンを前記オゾ
ン除去器側にのみ流すチェック弁と を含むことを特徴と
する半導体の薄膜蒸着装置。
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