CN100459033C - 成膜方法以及成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供成膜方法以及成膜装置。将多枚晶片放置在设置于反应室内的基座(a susceptor)上；加热上述晶片；从多段设置在被设置为贯穿上述基座中心的气体供给喷嘴上的开口部供给处理气体；从上述多段设置的开口部中最上段的开口部，向斜下方供给上述处理气体；使来自开口部的上述处理气体的供给方向相对于上述反应室相对地变动。通过这样的结构，抑制淀积在反应室壁面上的淀积物的膜厚，能够使成膜装置的维护周期长周期化，提高生产能力。

Description

成膜方法以及成膜装置
本申请基于2005年11月30日提交的日本在先专利申请2005-346580，并要求享受其优先权，在先专利申请以引用方式全部并入本申请。
技术领域
本发明涉及例如汽相外延生长等中使用的成膜方法以及成膜装置。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，例如使用立式汽相外延生长装置等成膜装置，进行向晶片上的外延膜的成膜。
一般，在立式汽相外延生长装置中，例如，(日本)特开平10-312966号公报中所示，在由石英钟罩构成的反应室内，将放置多枚晶片的基座(susceptor)设置在贯穿基座中心部的气体供给管上部。布置多个将处理气体供给到晶片上的气体供给喷嘴。然后，在基座的下方，设置加热晶片的加热构件和使基座旋转的旋转构件。将排出气体的排出构件与成膜室下部连接。
使用这样的立式汽相外延生长装置，在晶片上形成外延膜。使放置多枚晶片的基座旋转，利用气体供给喷嘴将处理气体供给到晶片表面。这时，利用气体供给喷嘴供给的处理气体通过基座之上流向排出构件。此时，一部分处理气体遇到温度相对低的石英钟罩而淀积。若淀积量大，则一部分将成为粒子飞扬，乘着反应室内的气流落在晶片上。因此，在淀积了一定量的时侯，需要维护反应室。
通常，从气体供给喷嘴沿一定方向(例如每隔120°的3个方向)供给处理气体。为此，在石英钟罩的同一部位上发生淀积，且淀积量产生偏差(散乱)。实际上，由淀积量的最大值决定维护周期。因此，期望通过抑制淀积量的偏差，能够使维护周期长周期化，使生产能力提高。
在(日本)特开2000-58463号公报和(日本)特开平8-88187号公报等中，提出了有关抑制晶片面内的淀积量的偏差的方法。但是，没有提及反应室内壁上的淀积量的偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成膜装置和成膜方法，能够将成膜装置的维护周期长周期化，且生产能力提高。
此外，在本发明的一种实施方式的成膜方法中，首先，将多枚晶片放置在设置于反应室内的1个基座(a susceptor)上；接着加热上述多枚晶片；通过多段的开口部，边使供给方向相对于上述反应室相对地变动、边从上述多段的开口部中最上段的开口部向斜下方供给处理气体；上述多段的开口部为，设置在被设置为贯穿上述基座中心的气体供给喷嘴上，将处理气体向上述多枚晶片上供给。
在本发明的一种实施方式的成膜装置中，包含：反应室，用于在晶片上进行成膜；基座(a susceptor)，用于放置多枚晶片；加热器，设置在基座正下方或内部，用于加热晶片；气体供给喷嘴，贯穿基座的中心部而设置，并具有用于将处理气体供给到晶片上的开口部；旋转机构，用于使开口部相对于反应室相对地变动。在气体供给喷嘴上设置有用于将处理气体供给到晶片上的多段的开口部，且在多段的开口部的最上段设置有用于向斜下方供给处理气体的突起部。
本发明的其它目的和优点将在下面的详细说明部分中列出，并且，它们根据说明部分也将是显而易见的，或者可以通过实施本发明来获悉。本发明的目的和优点可以借助于下面具体给出的手段和组合方式来实现和获得。
附图说明
附图是说明书的一部分，它们示出了本发明当前的优选实施例，并且，与上面给出的概要说明和下面给出的优选实施例详细说明一起，阐明本发明的原理。
图1是本发明的一个实施方式的立式汽相外延生长装置的剖面图。
图2是气体供给喷嘴5的侧面图。
图3是气体供给喷嘴5的俯视图。
图4是表示使用图1所示的成膜装置形成的外延膜的膜厚分布的图。
图5是本发明的一个实施方式在成膜时的处理气体的流动的俯视概念图。
图6是本发明的一个实施方式在成膜时的处理气体的流动的剖面概念图。
图7是本发明的一个实施方式的立式汽相外延生长装置的剖面图。
图8是本发明的一个实施方式的立式汽相外延生长装置的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
在图1中表示本实施例的立式汽相外延生长装置的剖面图。如图所示，在由石英钟罩构成并在晶片1上进行成膜的反应室即成膜室2内，设置有能够放置多枚晶片1的基座3。
布置有用于从成膜室2下方供给成膜气体的气体供给管4。将气体供给喷嘴5连接到气体供给管4的上方。气体供给喷嘴5形成有贯穿基座3的中心部、且用于从基座3上方向晶片1上提供成膜气体的开口部。
在基座3的下方，设置有经由基座3而加热晶片1的RF线圈等加热构件6、以及使基座3旋转的旋转构件7。将排出气体的排出构件8连接到成膜室2下部。进而，设置有连接到气体供给管4、且用于使气体供给喷嘴5按规定角度旋转的喷嘴旋转控制机构9。
在图2中示出气体供给喷嘴5的侧面图，在图3中示出气体供给喷嘴5的俯视图。如图所示，例如在每隔120°的3个方向上，以规定的间隔、相位设置有例如形成为4段的开口部5a、5b、5c、5d。只有最上段的开口部5a具有用于向斜下方供给处理气体的突起部(枝)。在此，气体的供给方向(突起部(枝)的形成方向)不是水平的，即，与气体供给喷嘴5的中心轴的角度γ必须小于90°。设从基座的边缘连结最上段的开口部(突起部(枝)的根部)的中心的连线与气体供给喷嘴5的中心轴的角度为β时，优选
β≤γ≤0.3β+63(度)。
当γ小于β时，将气体均匀地供给到整个晶片1上是困难的。另一方面，γ大于(0.3β+63)时，由于气体向成膜室2的壁面方向流动，将气体有效率地供给到晶片1上是困难的。
然后，在最上段(第一段)的下段，在相位相同的第2段以及与它们相位不同的第3段上，顺序地设置有用于分别向水平方向供给气体的开口部5b、5c。然后，在最下段(第4段)以与最上段(第1段)相同的相位，设置有用于同样向水平方向供给气体的开口部5d。该气体供应喷嘴5能够旋转，使它适度地旋转而能够使处理气体的供给方向变动。
使用这样的立式外延汽相生成装置，在晶片1上形成外延膜。首先，将10枚4英寸晶片1放置在基座3上。然后，从气体供给构件(未图示)经过气体供给管4由气体供给喷嘴5，以例如H2气(氢气)为140SLM、三氯甲苯为10.5SLM的混合比，将包含甲硅烷、三氯甲苯等原料气体的处理气体供给到晶片1上。然后，利用加热构件6将晶片1加热到例如1130℃，将处理气体氢还原或者加热分解，使基座3旋转的同时进行淀积。这样一来，在晶片1上形成外延膜。
在此，在图4中示出所形成的外延膜的膜厚分布。如图所示，可知膜厚没有大的偏差，能得到良好的膜厚分布。而且，将从最上段的开口部向水平方向供给处理气体的比较例一起表示。如图所示，可知通过从最上段的开口部5a向斜下方供给，所形成的外延膜的膜厚偏差变小，而且该膜厚增大。
在图5中表示成膜时处理气体的流动的水平概念图，在图6中表示其垂直方向的剖面概念图。如图所示，从气体供给喷嘴5供给的处理气体被从最上段的开口部5a向斜下方供给，所以抑制了气体向成膜室2的上部的流动，被均匀且有效率地供给到基座3上。由此，如上所述，认为在晶片1上的膜厚增大，而且在气流的方向(本实施例中为3个方向)上，在成膜室2的壁上被冷却而淀积的淀积物10也增大，不能忽视其影响。
这样一来，在晶片1上形成规定的膜厚的外延膜，之后，将成膜室2大气开放而搬运晶片。接着，这时，通过喷嘴旋转控制机构9，使气体供给喷嘴5顺时针旋转例如30°。
接着，同样地在基座3上放置晶片而进行成膜处理，成膜处理后，同样地使气体供给喷嘴5顺时针旋转30°。
这样，每次进行成膜处理都使气体供给喷嘴旋转，使相对于成膜室的处理气体的供给方向，在成膜室的水平周方向(圆周方向)上变动，从而使石英钟罩的淀积位置在水平方向上变动，能够将淀积膜厚均匀化，抑制淀积膜厚的增大。
在本实施例中，虽然每次成膜处理都使气体供给喷嘴顺时针旋转30°，但旋转方向、旋转角度没有特别地限定。旋转方向是固定方向即可，另外，旋转角度与气体供给喷嘴5的各开口部的相位差(在本实施例中为120°)不同即可。
实施例2
在图7中表示本实施例的立式汽相外延生长装置的剖面图。虽然结构与实施例1大致相同，但在喷嘴旋转控制机构19上设置有旋转速度控制机构20这一点不同。
使用这样的立式汽相外延生长装置，在晶片11上形成外延膜。首先，与实施例1相同，在基座13上放置晶片11，通过气体供给喷嘴15将处理气体供给到晶片11上。接着，通过加热构件16将晶片11加热，一边使基座13以6～10rpm旋转，一边在晶片11上形成外延膜。这时，同时通过喷嘴旋转控制机构20将旋转速度控制为例如0.1rmp，而使气体供给喷嘴15旋转。
这样，通过在成膜处理中使气体供给喷嘴旋转，使相对于成膜室的处理气体的供给方向在水平周方向上变动，从而使石英钟罩的淀积位置在水平方向上变动，能够使淀积膜厚均匀化，抑制淀积膜厚的增大。
在本实施例中，将气体供给喷嘴15控制为0.1rpm而使其旋转，但气体供给喷嘴15的旋转速度与基座13的旋转速度相比是低速即可。例如，也可以在一次成膜处理期间设定旋转一次。
而且，在这些实施例中，使气体供给喷嘴5、15旋转，但只要能使相对于成膜室的处理气体的供给方向变动，并不限定于此。例如，也可以如图8所示，使图1中示出的成膜装置的气体供给喷嘴5能升降地与喷嘴升降控制装置21连接，在上下(垂直)方向上驱动，进而在成膜室的垂直周方向上变动。该情况下，通过在喷嘴旋转控制机构9上设置上下方向的滑动机构，能够进行旋转驱动的同时进行垂直方向的驱动。
另外，在成膜时使基座3、13旋转，但只要能够使晶片面内的温度分布均匀，例如使加热构件6、16旋转即可。
另外，在基座3、13上放置10枚4英寸晶片，但晶片的尺寸、枚数等没有特别地限定，能够放置适当枚数的6英寸、8英寸的晶片。
另外，在气体供给喷嘴5、15中，使最下段(第4段)和最上段(第1段)的开口部为相同相位，但为了通过自最上段(第1段)从斜上方提供的气体来抑制对成膜贡献最大的来自最下段(第4段)的供给气体的扩散，而优选最上段(第1段)和最下段(第4段)的开口部5a、5d的相位相同。这时，由于在相同部位形成更多的淀积物，所以使处理气体的供给方向相对于成膜室相对地变动是更有效果的。另外，这些各段的间隔也没有必要必须相等。也可以如图2所示，第1、2段间、第2、3段间与第3、4段间的间隔不同，也可以是全部的间隔不同。
若采用这些实施例，由于能够抑制成膜室内的淀积膜厚的增大，所以能够实现维护周期的长周期化。接着，在经过晶片以及从晶片到元件形成工序以及元件分离工序而形成的半导体器件中，不会使良品率以及元件特性的稳定性降低，能够实现生产能力的提高。特别是，通过适用于在N型基区、P型基区、绝缘分离区域等中使用几10μm～100μm左右的膜厚的功率MOSFET或IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等功率半导体器件的厚膜形成处理中，能够大幅削减处理成本。
而且，本发明不仅限定于上述的实施例。例如，在本实施例中，说明了在硅(Si)基板上形成外延膜的情况，但也能够适用于多晶硅层形成时，也能够适用于其他化合物半导体例如GaAs层、GaAlAs或InGaAs等。另外，也能够适用于SiO2膜或Si3N4膜形成的情况，在SiO2膜的情况下，除供给甲硅烷(SiH4)外，还供给N2、O2、Ar气体，在Si3N4膜的情况下，除供给甲硅烷(SiH4)外，还供给NH3、N2、O2、Ar气体等。在不脱离其他要旨的范围内能够进行各种变形而实施。
对于本领域技术人员来说，其他优点和变通是很容易联想得到的。因此，本发明就其较宽方面而言，并不限于本申请给出和描述的具体细节和说明性实施例。因此，在不偏离所附权利要求及其等同物定义的总发明构思精神或保护范围的前提下，可以做出各种修改。

Claims (19)

1.一种成膜方法，其特征在于包含以下步骤：
将多枚晶片放置在设置于反应室内的1个基座上；
加热上述多枚晶片；
通过多段的开口部，边使供给方向相对于上述反应室相对地变动、边从上述多段的开口部中最上段的开口部向斜下方供给处理气体；上述多段的开口部为，设置在被设置为贯穿上述基座中心的气体供给喷嘴上，将处理气体向上述多枚晶片上供给。
2.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，从上述多段的开口部的各段的开口部，按基本相等的角度差向3个方向以上供给上述处理气体。
3.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述多段的开口部之中，至少最上段的开口部和最下段的开口部的角度相等。
4.如权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，使上述气体供给喷嘴旋转，而使来自上述开口部的处理气体的供给方向相对于上述反应室相对地变动。
5.如权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，将上述反应室大气开放，而使上述气体供给喷嘴按规定的角度旋转。
6.如权利要求5所述的成膜方法，其特征在于，上述规定的角度与各上述处理气体被供给的方向的角度差不同。
7.如权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，在供给上述处理气体的期间，使上述气体供给喷嘴旋转。
8.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，从上述最上段的开口部，沿与上述气体供给喷嘴的旋转轴间的角度小于90°的向下方向供给上述处理气体。
9.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，设从上述最上段的开口部供给上述处理气体的方向与上述气体供给喷嘴的中心轴形成的小于90°的角度为γ，从上述基座的边缘连结上述最上段的开口部的突起的根部的中心的连线与气体供给喷嘴的中心轴形成的角度为β时，以满足
β≤γ≤0.3β+63度
的方向供给上述处理气体。
10.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，使上述处理气体供给喷嘴升降。
11.一种成膜装置，其特征在于具备：
反应室，用于在晶片上进行成膜；
基座，用于放置多枚上述晶片；
加热器，设置在上述基座的正下或内部，用于加热上述晶片；
气体供给喷嘴，贯穿上述基座的中心部而设置，并具有用于将处理气体供给到上述晶片上的开口部；以及
旋转机构，用于使上述开口部相对于上述反应室相对地变动；
上述气体供给喷嘴具有用于将上述处理气体供给到上述晶片上的多段的开口部；
上述多段的开口部的最上段的开口部，具有用于向斜下方供给上述处理气体的突起部。
12.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述多段的开口部被设置为，每段具有3个部位以上的开口部，该3个部位以上的开口部沿上述基座的圆周方向基本相隔等角度。
13.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述多段的开口部的最上段的开口部和最下段的开口部，在上述基座的圆周方向上的角度是相等的。
14.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述多段的开口部的任意邻接的2段的开口部的间隔中，至少1个间隔与其他间隔不同。
15.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述突起部设置为供给上述处理气体的向下方向与上述气体供给喷嘴的中心轴的角度小于90°。
16.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，设供给上述处理气体的方向与上述气体供给喷嘴的中心轴形成的小于90°的角度为γ，从上述基座的边缘结连上述突起部的根部的中心的连线与气体供给喷嘴的中心轴形成的角度为β时，上述突起部设置为
β≤γ≤0.3β+63度。
17.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述旋转机构具备用于控制旋转角度的旋转控制机构。
18.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，上述旋转机构具备用于控制旋转速度的旋转速度控制机构。
19.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，具备用于升降上述气体供给喷嘴的升降控制机构。
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