JPH05152208A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JPH05152208A
JPH05152208A JP31510391A JP31510391A JPH05152208A JP H05152208 A JPH05152208 A JP H05152208A JP 31510391 A JP31510391 A JP 31510391A JP 31510391 A JP31510391 A JP 31510391A JP H05152208 A JPH05152208 A JP H05152208A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相成長を行う半導体製造装置に関し、大面
積に亙って均一な膜成長が可能な装置構成を提案するこ
とを目的とする。 【構成】 被処理基板(7)の温度を放射温度計(8)を用い
て測定しながら、基板加熱が行われている被処理基板
(7)上にシャワーヘッド(2)より複数の反応ガスを供給
し、減圧排気しながら反応を行わせる装置において、反
応ガスを供給するシャワーヘッド(2)が、複数の供給ガ
スをそれぞれプールする中間室(9)(10)と、この中間室
(9)(10)よりそれぞれの反応ガスをシャワーヘッド(2)の
下面に設けてある複数の噴出口に分割して供給する複数
の導入孔(11)と、シャワーヘッド(2)の中央に貫通して
設けてあり、一方の反応ガスの供給管を備えた放射温度
計(8)用の測温穴(12)とを少なくとも備えて構成されて
いることを特徴として半導体製造装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板（以下略して
ウエハ）上に気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて均一な厚
さに膜成長を行うのに適した半導体製造装置の構成に関
する。
【０００２】半導体にはシリコン(Si)で代表される単体
半導体とガリウム・砒素(GaAs)で代表される化合物半導
体とがあり、半導体装置は薄膜形成技術, 写真蝕刻技
術, 不純物注入技術などを用いて作られている。
【０００３】こゝで、集積回路を始めとし、レーザなど
何れの半導体装置についても量産化が行われており、ス
ケールメリット(Scale-merit) を活かすめに、使用する
ウエハの大きさは年と共に増大しており、Siウエハにつ
いては８インチ径のものが使用されつゝある。
【０００４】一方、集積回路においては集積度は著しく
向上しているものゝ、これは主として単位素子の小形化
により行われているものであり、導体線路の最小線幅は
サブミクロン(Sub-micron)に達している。
【０００５】そのため、製造歩留りを向上するためには
半導体基板の全域に亙って処理条件が均一なことが必要
であり、特に膜形成工程やエッチング工程においてウエ
ハの中央部と周辺部とで薄膜の成長速度やドライエッチ
ングにおけるエッチング速度に差のないことが必要であ
る。
【０００６】
【従来の技術】ＣＶＤ装置にはバッチ式のものと枚葉式
のものとがあるが、本発明は枚葉式の装置に関するもの
である。
【０００７】さて、ウエハ上に再現性よく膜成長を行う
にはウエハの温度を正しく測定し、所定の温度に保つこ
とゝ、ウエハ上に均一な濃度分布で反応ガスを供給する
ことが必要である。
【０００８】こゝで、ウエハの温度測定には熱電対を使
用するものと放射温度計を使用するものとがある。そし
て、熱電対を使用する場合は、ウエハが載置されている
サセプタに熱電対を接触させるか或いは直接にウエハに
接触させて測定する方法がとられている。
【０００９】然し、反応ガスによる熱電対の変質，反応
膜の付着，塵埃の付着などの問題があり、高い精度で温
度測定と制御を行うことは容易ではない。また、放射温
度計を使用する方法では反応室の側壁に設けて測定を行
う場合が多いが、この温度計の設置により乱流が発生し
たり、これにより生じた塵埃が測定用の透過窓に付着し
透過率を低下させると云う問題がある。
【００１０】以上のことから、成膜に支障を及ぼすこと
なく且つ精度よくウエハの温度を測定する方法の実用化
が望まれていた。また、複数の反応ガスを供給してウエ
ハ上で反応せしめＣＶＤ膜を形成する方法として従来は
シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワーヘ
ッドの下面に多数設けられている吹き出し口からウエハ
に反応ガスを吹き出させる方法がとられていた。
【００１１】然し、ＣＶＤ成長が行われるチャンバ内は
排気系を用い、減圧して使用する場合が多いことから、
シャワーヘッド内の圧力はチャンバ内に較べると格段に
高く、シャワーヘッド内で気相反応が生ずることが避け
られなかった。
【００１２】また、この現象を避けるために複数のシャ
ワーよりそれぞれ異なった反応ガスを供給すると、ウエ
ハ上での濃度分布が異なるために膜厚分布が異なると云
う問題が生じる。
【００１３】これらのことから、複数の反応ガスをそれ
ぞれ独立に均等な濃度分布でウエハ上に供給し、ウエハ
上で気相反応させる方法の実用化が望まれていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上記したように直径
の大きなウエハ上に均一な膜厚分布のＣＶＤ膜を再現性
よく成長させるにはウエハの温度を精度よく測定すると
共にウエハ上で均等な濃度分布で反応ガスを気相反応さ
せることが必要である。
【００１５】そこで、この装置構成を実用化することが
課題である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題はウエハの温
度を放射温度計を用いて測定しながら、ウエハ加熱が行
われているウエハ上にシャワーヘッドより複数の反応ガ
スを供給し、減圧排気しながら反応を行わせる装置にお
いて、反応ガスを供給するシャワーヘッドが、複数の供
給ガスをそれぞれプールする中間室と、この中間室より
それぞれの反応ガスをシャワーヘッドの下面に設けてあ
る複数の噴出口に分割して供給する複数の導入孔と、こ
のシャワーヘッドの中央に貫通して設けてあり、一方の
反応ガスの供給管を備えた放射温度計用の測温穴とを少
なくとも備えて構成されていることを特徴として半導体
製造装置を構成することにより解決することができる。
【００１７】
【作用】本発明はシャワーヘッド内で複数の反応ガスが
気相反応するのを防ぐ方法としてシャワーヘッド内に反
応ガスの数だけの中間室を設け、これより多数の異種配
管をシャワーヘッドの下面に向けて設けてガスを吹き出
させる方法をとることにより、ウエハ上での反応を除く
気相反応を抑制すると共に、シャワーヘッドの中央に放
射温度計の測温窓を設け、一方の反応ガスを供給するこ
とにより透過窓の汚染による測定精度の低下をなくする
ものである。
【００１８】図１は本発明に係るシャワーヘッドの断面
図（Ａ）と下面図（Ｂ）であり、また、図２は半導体装
置の断面図であり、二種類の反応ガスを使用する場合に
ついて示している。
【００１９】すなわち、図示を省略した排気系を用いて
チャンバ１の中を高真空に排気した状態で、シャワーヘ
ッド２に設けてある第１のガス供給口３より反応ガス
（イ）を、また第２のガス供給口４より反応ガス（ロ）
をチャンバ１に供給し、所定の減圧度に保持した状態
で、赤外線ランプなどのヒータ５に通電し、サセプタ６
を通じてウエハ７を加熱し、このウエハ７の温度を放射
温度計８で測定し、所定の基板温度に保持した状態でこ
のウエハ上で反応ガス（イ）と（ロ）を反応させること
により膜成長が行われている。
【００２０】こゝで、本発明に係るシャワーヘッド２は
図１に示すように反応ガス（イ）をプールする第１の中
間室９と反応ガス（ロ）をプールする第２の中間室10を
積層して備え、この中間室より多数の導入孔11がシャワ
ーヘッド２の下面に開口している。
【００２１】こゝで、第１のガス溜め部９と第２のガス
溜め部10は中央に放射温度計８の測温穴12を備え、円形
をした偏平状をしており、それぞれのガス溜部よりの配
管は交互にシャワーヘッド２の下面に開口しており、同
図（Ｂ）はこの状態を示している。
【００２２】こゝで、ウエハの温度は測温穴12を用い、
透過窓13を通して放射温度計８により測定されている
が、本発明においては透過窓13への反応生成物の付着に
よる測定精度の低下をなくする方法として反応ガス
（イ）を測温穴12にバイパスさせるものである。
【００２３】なお、測温穴12には別途独立にガスを供給
することが望ましい。このようにすると測温穴12の中に
反応生成物が侵入することがないので、透過窓13の汚染
を無くすることができる。
【００２４】以上のような装置構成をとることにより、
均一の濃度分布で且つ正しい温度で膜成長を行うことが
できる。
【００２５】
【実施例】実施例１：（Ｗ膜の成長例） 被処理基板としては６インチのSiウエハを用い、この上
に16Ｍビットの単位素子を構成するＷ配線の形成例であ
り、膜形成されている厚さが6000Åの酸化膜に窓開けさ
れている直径0.5 μm の多数の接続孔をＷで埋め込むも
のである。
【００２６】図１において、シャワーヘッド２を構成す
る第１の中間室９と第２の中間室10は径200 mmで厚さが
10mmであり、この各々より内径0.5 mmの導入孔11を100
本づつシャワー面に取り出した。
【００２７】次に、第１のガス溜め部９に供給する反応
ガス（イ）としてはシラン（SiH4)と水素（H2) をそれ
ぞれ３sccmと50sccmの流量で、また、第２のガス溜め部
10に供給する反応ガス（ロ）として弗化タングステン
（WF6)を５sccmの流量で供給した。
【００２８】そして、チャンバ内を40m torrに保つと共
にＷハロゲンランプを加熱源としてSi基板を280 ℃に加
熱し、Si面上に厚さが6000ÅのＷ膜の選択成長を行っ
た。こゝで、観測穴12には膜成長を通じて還元ガス
（イ）のみが流れているために弗化バリウム（BaF)より
なる透過窓13は全く汚染されることはなかった。
【００２９】このように形成したＷ膜の膜厚の変動を測
定した結果、従来の方法による場合の変動量は±５％で
あったのに対し、±３％以内にすることができた。 実施例２：（TiN の成長例) 実施例１で使用したシャワーヘッドを用い、同じ６イン
チのSiウエハを用い、実施例１と同様にして窒化チタン
(TiN) よりなる接続孔を形成した。
【００３０】なお、この場合はパッキン15,16 を冷却し
ながら、還流孔17にシリコーン油を流し、シャワーヘッ
ドを200 ℃に加熱して行った。こゝで、第１の中間室９
に供給する反応ガス（イ）としてはアンモニア(NH3)と
水素（H2) をそれぞれ100sccmと50sccmの流量で、ま
た、第２の中間室10に供給する反応ガス（ロ）として塩
化チタン(TiCl4) を５sccmの流量で供給した。
【００３１】そして、チャンバ内を500m torrに保つと
共にＷハロゲンランプを加熱源としてSi基板を650 ℃に
加熱し、Si面上に厚さ500ÅのTiN膜のブランケット成長
を行った。
【００３２】このように形成したTiN膜の膜厚の変動を
測定した結果、従来の方法による場合の変動量は±５％
であったのに対し、±３％以内であった。
【００３３】
【発明の効果】反応ガス毎に設けた中間室より多数の導
入孔をシャワー面に取り出して噴出させると共に、片方
の反応ガスの一部を放射温度計の測温穴にバイパスさせ
るか、或いは別途に不活性ガスを供給するシャワーヘッ
ドの使用により、膜厚変動の少ないＣＶＤ膜を成長させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシャワーヘッドの断面図（Ａ）と
下面図（Ｂ）である。
【図２】本発明のシャワーヘッドを備えた半導体装置の
断面図である。
【符号の説明】
２ シャワーヘッド ３ 第１のガス供給口 ４ 第２のガス供給口 ７ ウエハ ９ 第１の中間室 10 第２の中間室 11 導入孔 12 測温穴 13 透過窓

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理基板(7)の温度を放射温度計(8)を
    用いて測定しながら、基板加熱が行われている被処理基
    板(7)上にシャワーヘッド(2)より複数の反応ガスを供給
    し、減圧排気しながら反応を行わせる装置において、 反応ガスを供給する前記シャワーヘッド(2)が、 複数の供給ガスをそれぞれプールする中間室(9)(10)
    と、 該中間室(9)(10)よりそれぞれの反応ガスをシャワーヘ
    ッド(2)の下面に設けてある複数の噴出口に分割して供
    給する複数の導入孔(11)と、 該シャワーヘッド(2)の中央に貫通して設けてあり、一
    方の反応ガスの供給管を備えた放射温度計(8)用の測温
    穴(12)と、 を少なくとも備えて構成されていることを特徴とする半
    導体製造装置。
JP31510391A 1991-11-29 1991-11-29 半導体製造装置 Withdrawn JPH05152208A (ja)

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