JPH07201762A - 半導体素子製造用ガス供給装置 - Google Patents

半導体素子製造用ガス供給装置

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JPH07201762A
JPH07201762A JP6318170A JP31817094A JPH07201762A JP H07201762 A JPH07201762 A JP H07201762A JP 6318170 A JP6318170 A JP 6318170A JP 31817094 A JP31817094 A JP 31817094A JP H07201762 A JPH07201762 A JP H07201762A
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hole
perforated plate
gas
gas supply
convex portion
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JP6318170A
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Gil-Gwang Lee
佶洸 李
Kazuyuki Fujihara
和幸 藤原
Kyu-Hwan Chang
奎煥 張
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45574—Nozzles for more than one gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応室に各種ガスを均一に供給しうる半導体
素子製造装置のガス供給装置を提供する。 【構成】 ガス供給装置のシャワーヘッド３２０は、複
数個の第１孔３００と中央の第２孔４００とを有する第
１多孔板５００と、中央にそれぞれ第３孔８００を有す
る複数個の凸部からなる第１凸部と前記凸部の周辺部に
連続的に形成され第４孔９００が形成された凹部を含む
第２凸部とを有する第２多孔板６００とを具備する。第
１ガス供給管１００からのガスは第１多孔板５００の第
１孔３００および第２多孔板６００の第３孔８００を通
じて反応室に噴射され、第２ガス供給管２００からのガ
スは第１多孔板５００の第２孔４００を通じ第２多孔板
６００の全面に形成された凹部の溝７００および第４孔
９００を通じて反応室に噴射される。これにより、反応
室内でガスの均一な分布を得ることができ、基板に成長
される薄膜厚さの均一性を向上させうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造に使用
される半導体素子製造装置に係り、特に反応室に各種の
ガスを均一に供給するガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造工程には各種の半導体
素子製造装置が使用され、前記半導体素子の製造時には
色々な種類のガス、特に人体に有害で反応性の強い色々
な種類のガスが多く使用される。したがって、ガスを使
用する装置は、ガスの流出を防止する多数の特別な保護
設備を備えていなければならない。一方、ガスの流出防
止だけでなく、ガスの正確な調節を通じて信頼性のある
半導体素子の製作が可能である。
【０００３】前記ガスは通常、中央設備のメインガス貯
蔵容器からメインガスラインおよび装備内に設けられた
個別ガスラインを通じて反応室に供給されて膜成長に用
いられる。したがって、ガスラインを清潔に保持するこ
とは極めて重要であり、反応室に供給される前にはそれ
ぞれのガスは相互反応せず、反応室内でのみ反応がなさ
れるべきである。
【０００４】特に、半導体素子の製造装置中で化学気相
蒸着装置は、各種の膜成長に多く用いられる装置であ
る。化学気相蒸着（ＣＶＤ）法は、気体状態の化合物を
分解した後、化学的反応により半導体基板上に薄膜（th
in film)やエピタキシャル層(epitaxial layer) を形成
する際に主に使用される方法である。薄膜を形成する過
程は主にガスを反応室（reaction chamber) に引き込ん
でなされるという点で、化学気相蒸着工程は他の半導体
素子の製造工程とは区別される。
【０００５】有用な化学気相蒸着反応は広範囲な温度範
囲（約１００℃〜１２００℃）で起こり、引き込まれた
ガスを分解するには熱、高周波（ＲＦ：Ratio Frequenc
y)電力によるプラズマエネルギー、レーザーまたは紫外
線の光エネルギーが用いられる。一方、分解された原子
や分子の反応を促進し、形成された薄膜の物理的な性質
を調節するために半導体基板を加熱することもある。
【０００６】また一般的に、化学気相蒸着法は工程のう
ち反応室の真空度に応じて大気圧化学気相蒸着（atmosp
here pressure ＣＶＤ）法と低圧または減圧化学気相蒸
着（low pressure ＣＶＤ）法に分けることもある。化
学気相蒸着法は下記のように長所が多いため、半導体産
業で速い速度で応用されてきた。
【０００７】(1) 多様なシリコンエピタキシャル層（ep
itaxial layer)厚さと抵抗を得ることができる、(2) ポ
リシリコン（polysillicon）膜、シリコン窒化膜（sill
iconnitride) 、シリコン酸化膜(sillicon oxide)を作
るとき安い費用でも薄膜を得ることができる、(3) シリ
コン素子を保護するための層として利用されるシリコン
酸化膜やシリコン窒化膜の薄膜を比較的低い温度でも作
ることができる。
【０００８】化学気相蒸着法で得られる薄膜の物理化学
的性質は薄膜が形成される基板の構造（非晶質、多結
晶、結晶）と蒸着条件（温度、成長、速度、圧力など）
によって定められる。一般に、蒸着される原子の表面移
動速度にこのような変数が影響を及ぼすことにより、膜
の構造や性質に影響を与えるようになる。従来の化学気
相蒸着装置およびガスの供給方法を説明する。これは日
本国特許公開公報の特開昭64-264258 号および特開平4-
7825号に開示されている。
【０００９】前記日本国特許公開公報に開示された従来
の化学気相蒸着装置を図１および図２に示した。まず、
図１はプラズマを用いた化学気相蒸着装置の構成を概略
的に示した図面である。図１に示すように、プラズマ化
学気相蒸着装置は、中央に反応室１２、反応室１２内に
水平に位置するサセプタ１４（susceptor)およびシャワ
ーヘッド１９（shower head)を具備し、サセプタ１４上
にシリコン基板１３が装着される。また、反応室１２の
上部には、シャワーヘッド１９に連結される第１ガス供
給管１５とこの第１ガス供給管１５のガス量を調節する
第１ＭＦＣ１６（Mass Flow Controller) が備えられて
おり、反応室１２の下部には反応室１２の減圧と排気の
ためにブースタポンプ１１（Booster Pump) とロータリ
ーポンプ１０（Rotary Pump)が連結されている。また、
反応室１２の一方側には液体ソース１７（liquid sourc
e ）、液体ソース１７を一定に気化させてガスを発生さ
せる恒温槽１８、前記ガスが流れる第２ガス供給管２
０、第２ガス供給管２０に流れるガスの量を調節する第
２ＭＦＣ２１（Mass Flow Controller) が備えられてい
る。
【００１０】次に、図２は従来の低圧化学気相蒸着（Ｌ
ＰＣＶＤ）装置の構成を概略的に示した図面である。図
２に示すように、低圧化学気相蒸着装置には反応室３
３、反応室３３内に水平に位置するサセプタ２５および
シャワーヘッド３２、サセプタ２５上に装着されている
シリコン基板２８、シリコン基板２８を加熱するために
必要なヒーティングブロック２９（Heating Block)が備
えられている。また、反応室３３の上部にはシャワーヘ
ッド３２に連結される第１ガス供給管３４、第１ガス供
給管３４に連結されているＲＦ発生装置３１および第１
ガス供給管３４のガス量を調節するＭＦＣ２７（Mass F
low Controller）が備えられている。一方、反応室３３
の下部には、反応室３３と連結されて反応室３３の圧力
調節と排気のためのブースタポンプ２４とロータリーポ
ンプ２３が備えられている。また、反応室３３の上部の
一方側には液体ソース２２、液体ソース２２を一定に気
化させてガスを発生させる恒温槽３０、気体化されたガ
スが流れる第２ガス供給管２６が位置している。
【００１１】図１および図２に示した従来の化学気相蒸
着装置のガス供給方法によると、ガスが反応室に達する
前に混合されないようになっている。このようなガス供
給方法は、反応室以外の部分でガスが混合されて発生さ
れる問題点、即ちガスが相互反応してパーティスクが発
生したり、ガス供給管が詰まるなどの問題点を防止する
ために通常使用される方法である。
【００１２】しかしながら、前記の従来のガス供給方法
によると、反応室内で均一なガス分布を得ることが難し
く、このために基板に成長される薄膜厚さの均一性（un
iformity）が悪くなる問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のガス供給方法に起因した前記の問題点を解決し、均一
性の改善された薄膜を得ることができる半導体素子製造
用ガス供給装置を提供することにより、半導体装置の信
頼性と生産性を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体素子製造用ガス供給装置は、半導
体素子の薄膜製造用ガス供給装置であって、全面にかけ
て形成された複数個の第１孔と中央に形成された第２孔
とを有する第１多孔板と、中央部の全面に規則的に形成
された複数個の凸部からなる第１凸部と前記第１凸部の
各凸部の周辺部に連続的に形成された凹部および前記第
１凸部の周縁部に形成された凸部を含む第２凸部とを有
する第２多孔板とを具備することを特徴とする。
【００１５】前記第１凸部の各凸部の中央には前記第１
孔に対応して前記第１孔より小さい大きさを有する第３
孔が形成されており、前記第１凸部間に形成された凹部
には前記第３孔と同一な大きさの第４孔が形成されてい
る。また、前記第３孔と前記第４孔は前記第１孔と前記
第２孔よりその直径が小さい。前記第１多孔板と前記第
２多孔板は結合され、前記第１孔を通過したガスは前記
第３孔を通じて噴射され、前記第２孔を通過したガスは
前記第４孔を通じて噴射される。また、前記第１多孔板
と第２多孔板の材質はステンレススチールまたは表面が
Al2O3で鍍金されたアルミニウム( Ａｌ）合金である。
【００１６】
【作用】本発明によるガス供給装置は、前記シャワーヘ
ッドを使用することにより、反応室内でガスの均一な分
布を得ることができ、このために基板に成長される薄膜
の厚さの均一性を向上させうる。
【００１７】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に
説明する。図３は本発明による改善されたＣＶＤ装置の
ガス供給方法を説明するための概略的な断面図である。
ここで、本発明のガス供給装置はシャワーヘッド３２０
およびシャワーヘッド３２０と連結される第２ガス供給
管２００を具備する。シャワーヘッド３２０は、第１ガ
ス供給管１００に連結されその下部に位置する第１多孔
板５００と、第１多孔板５００に連結されその下部に位
置する第２多孔板６００とから構成される。
【００１８】また、第１ガス供給管１００および第２ガ
ス供給管２００は、シャワーヘッド３２０のうち上部に
位置する第１多孔板５００に連結されている。図３に示
すように、第１多孔板５００には複数個の第１孔３００
と中央に比較的大きい第２孔４００が形成されている。
また、第２多孔板６００には第１多孔板５００に形成さ
れた第１孔３００の中心と一致し大きさは約半分又はそ
れ以下に形成される第３孔８００が形成されており、第
２多孔板６００には第１多孔板５００の第２孔４００を
通過したガスが凹部の溝７００を通じて流出されうるよ
うにする第４孔９００が形成されている。
【００１９】具体的には、第２多孔板６００には、第２
多孔板６００の中央部全面にかけて規則的に形成された
複数個の凸部からなる第１凸部と、前記第１凸部の各凸
部の周辺部に連続的に形成された凹部および前記第１凸
部の周縁部に形成された凸部を含む第２凸部とが形成さ
れている。また、第１凸部の各凸部の中央部には第１孔
３００に対応して第１孔３００より小さい大きさを有す
る第３孔８００がそれぞれ形成されており、第１凸部間
に連続的に形成された凹部の溝７００には第３孔８００
と同一な大きさの第４孔９００が形成されている。
【００２０】ここで、本発明によるガスの流れを調べて
みると、第１ガス供給管１００を通過したガスは第１多
孔板５００の第１孔３００と第２多孔板６００の第３孔
８００を通過して反応室（図示せず）に噴射され、第２
ガス供給管２００を通過したガスは第１多孔板５００の
第２孔４００を通じて第２多孔板６００の全面に形成さ
れた溝７００から第４孔９００を経て反応室に噴射され
る。図４Ｂに示すように、複数個の溝７００は相互連結
されて各凸部を取り囲むように形成されているため、前
記第２孔４００を通過したガスは第２多孔板６００の全
面にかけて均一に分布される。
【００２１】次に、本発明によるガス供給装置の第１多
孔板５００および第２多孔板６００を具体的に説明する
ために、図３のガス供給装置の平面図を図４Ａおよび図
４Ｂに示した。図４Ａに示すように、第１多孔板５００
は円板形態であって、円板全体に複数個の第１孔３００
が形成されており、中央に第２孔４００が形成されてい
る。
【００２２】図４Ｂに示すように、第２多孔板６００は
円板形態であって、第１多孔板５００と同様に円板全体
に複数個の第３孔８００および第４孔９００を有してお
り、第３孔８００および第４孔９００の大きさは第１多
孔板５００の第１孔３００と比較して約半分又はそれ以
下である。また、第２多孔板６００の凹部の溝７００が
凹部領域ａ内に形成されており、前記凹部の溝７００は
第２孔４００を通過して凹部領域ａに流入されたガスが
多孔板全体に流れて噴射されうるように用いられる。
【００２３】第１多孔板５００と第２多孔板６００の材
質は、ステンレススチールまたは表面が Al2O3で鍍金さ
れたアルミニウム（Ａｌ）合金である。以上のように、
本発明による半導体製造装置のガス供給装置によると、
第１ガス供給管１００を通過したガスは第１多孔板５０
０の第１孔３００および第２多孔板６００の第３孔８０
０を通過して反応室に噴射され、第２ガス供給管２００
を通過したガスは第１多孔板５００の第２孔４００を通
じて第２多孔板６００の全面に形成された凹部の溝７０
０と第４孔９００を通じて反応室に噴射される。
【００２４】したがって、前記の装置によると、第１ガ
ス供給管１００を流れるガスは第１経路（第１ガス供給
管１００→第１孔３００→第３孔８００→反応室）を通
じて第２多孔板６００に供給され反応室内に均一に噴射
される。また、第２ガス供給管２００に流れるガスは第
２経路（第２ガス供給管２００→第２孔４００→第４孔
９００→反応室）を通じて第２多孔板６００に供給され
反応室内に均一に噴射される。このように、第１経路お
よび第２経路を通じて供給されるガスは相互に混ぜられ
ることなく均一に反応室内に噴射されうる。
【００２５】本発明は前記の実施例に限定されず、本発
明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当分野の通常の知
識をもつ者による多様な変形が可能なことは無論であ
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明のガス供給装置によれば、反応室
内でガスの均一な分布を得ることができ、基板に形成さ
れる薄膜厚さの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプラズマ（plasma）化学気相蒸着装置の
ガス供給方法を示す概略構成図である。
【図２】従来の低圧（low pressure）化学気相蒸着装置
のガス供給方法を示す概略構成図である。
【図３】本発明による改善された化学気相蒸着装置のガ
ス供給方法を示す概略構成図である。
【図４】ＡおよびＢは，図３に示したガス供給装置の第
１多孔板および第２多孔板を示す平面図である。
【符号の説明】
１００ 第１ガス供給管 ２００ 第２ガス供給管 ３００ 第１孔 ３２０ シャワーヘッド ４００ 第２孔 ５００ 第１多孔板 ６００ 第２多孔板 ７００ 溝 ８００ 第３孔 ９００ 第４孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子薄膜製造用ガス供給装置であ
    って、 全面にかけて形成された複数個の第１孔と中央に形成さ
    れた第２孔とを有する第１多孔板と、 中央部の全面に規則的に形成された複数個の凸部からな
    る第１凸部と前記第１凸部の各凸部の周辺部に連続的に
    形成された凹部および前記第１凸部の周縁部に形成され
    た凸部を含む第２凸部とを有する第２多孔板とを具備す
    ることを特徴とする半導体素子製造用ガス供給装置。
  2. 【請求項２】 前記第２多孔板は、前記第１凸部の各凸
    部の中央に形成され前記第１孔に対応して前記第１孔よ
    り小さい大きさを有する第３孔と、前記第１凸部間の前
    記凹部に形成され前記第３孔と同一な大きさの第４孔と
    を具備することを特徴とする請求項１記載の半導体素子
    製造用ガス供給装置。
  3. 【請求項３】 前記第１多孔板と前記第２多孔板が結合
    されて前記複数個の第１孔を通過したガスは前記第３孔
    を通じて噴射され、前記第２孔を通過したガスは前記第
    ４孔を通じて噴射されることを特徴とする請求項２記載
    の半導体素子製造用ガス供給装置。
  4. 【請求項４】 前記第１多孔板および前記第２多孔板
    は、ステンレススチールおよび表面が Al2O3で鍍金され
    たアルミニウム（Ａｌ）合金からなる群から選択された
    材質であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子
    製造用ガス供給装置。
JP6318170A 1993-12-22 1994-12-21 半導体素子製造用ガス供給装置 Pending JPH07201762A (ja)

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ID=19372112

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