JP2000054136A - ウェ―ハ加工装置における副生成物の付着を減少させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 副生物の付着を減少する方法の提供 【解決手段】 周縁に内壁（１７）を有するチャンバー
（１２）を用意して、これに半導体ウェーファを入れる
ことにより、また周縁にある内壁に近接してリング（４
６）をチャンバー内に設置しそしてチャンバー内に複数
の反応体ガス（２２）を導入してガスを反応することに
もより、また加熱されたガスを、周縁にある内壁に近接
するリングを通じてチャンバー内に導入して周縁にある
内壁の温度を上昇させることにもよる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】関連出願に関する引用 本出願は、弁護士文書番号がＴＩ−２３１３５で出願番
号が６０／０７０，６９７である、１９９８年１月７日
受理のＭｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｂｙ−Ｐｒ
ｏｄｕｃｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｗａｆｅｒ
Ｒｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ
Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓと題する同時
係属中の出願に関する。

【０００２】本発明は一般に半導体の製造に関しまた一
層特定的には、ウェーファ（ウェーハ）加工装置内の副
生物の付着を減少させる方法および装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】発明の背景 集積回路、メモリーチップなどのような半導体部品を製
造する際には、ウェーファ加工装置と一緒に使用される
弁およびポンプの故障が問題となる。この故障は塩化ア
ンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）の付着のような副生物の付着
によってしばしば起きる。塩化物を基礎とするアンモニ
ア還元ＣＶＤ法のようなある種の化学蒸着（ＣＶＤ）法
では、例えば塩化水素（ＨＣｌ）をアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）と反応させることにより塩化アンモニウム（ＮＨ₄
Ｃｌ）が生成する。生成する塩化アンモニウムは固体へ
と昇華し（ｓｕｂｌｉｍａｔｅ）またウェーファ加工チ
ャンバーの内側または関連する弁およびポンプの内側に
固着する。弁およびポンプの内側に固化した塩化アンモ
ニウムが時とともに蓄積すると弁の漏洩を惹起しまたポ
ンプを劣化させるであろうし、また固化した塩化アンモ
ニウムもプロセスチャンバー内に移送され、製造工程が
汚染されまた工程収率が低下するであろう。

【０００４】このような問題を解決する一つの試みは、
生成する塩化アンモニウムをガス状に保ち、固体状に昇
華（固形化）するのを防止するために、ウェーファ加工
チャンバーあるいは関連するポンプまたは導管のまわり
に加熱器を設置することを包含する。しかしながら、窒
化ケイ素の化学蒸着（ＳｉＣｌ₂Ｈ₂とＮＨ₃との反応）
および窒化チタンの化学蒸着（ＴｉＣｌ₄とＮＨ₃との反
応）のための単一のウェーファ加工反応器ではシャワー
ヘッドからの工程ガスが高速度でまた低温でチャンバー
内に流入しそしてこれを通過する。この流れによって反
応系の内壁から大量の熱が除去される。内壁からの熱の
除去のため、外壁を加熱することは塩化アンモニウムが
固体状に昇華するのを防止するには不十分であろう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従ってウェーファ加工
装置内の塩化アンモニウムの付着を減少させるための方
法および装置に対する必要が生まれている。本発明は従
来の装置および方法の欠点に対処する、単一のウェーフ
ァ加工装置内の塩化アンモニウムの付着を減少させる方
法および装置を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様に従うと
き、ウェーファ加工装置内の副生物の付着を減少する方
法は、周縁に内壁を有するチャンバーを用意しそしてこ
のチャンバー内に半導体ウェーファを入れることを包含
する。この方法は、周縁にある内壁に近接してリングを
チャンバー内に設置しそして複数の反応体ガスをチャン
バー内に導入しそしてガスを反応させることも包含す
る。この方法は、周縁にある内壁に近接するリングを通
じてチャンバー内に加熱されたガスを導入して周縁にあ
る内壁の温度を上昇することも包含する。

【０００７】本発明の別な態様に従うとき、ウェーファ
加工装置の内側の副生物の付着を減少させる方法はチャ
ンバーを用意しそしてこのチャンバー内に半導体ウェー
ファを入れることを包含する。この方法は、導管を経由
してチャンバーをポンプに接続しまた導管内の温度を上
昇するために導管の内側に加熱体を設置することも包含
する。この方法は複数の反応体ガスをチャンバー内に導
入しそしてガスを反応させることも包含する。

【０００８】本発明の態様は数多くの技術的有利性を提
供する。例えば本発明の一態様では、加熱されたガスを
チャンバーの内壁の縁に沿うリングを通じて導入するこ
とにより、塩化アンモニウムのようなウェーファ加工で
の副生物の固化が防止される。このように防止すること
によって、関連する弁およびポンプの劣化が減少する。
さらに、製造工程を汚染する固化した副生物の量が減少
し、これによって製造工程の収率が増加する。

【０００９】当業者にとっては、以下の図面、説明、お
よび請求の範囲から他の技術的有利性が容易に明らかと
なる。本発明およびその利点を一層完璧に理解するため
に添付する図面と関連させた以下の説明を参照された
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の態様およびその利点は図
１から図５を参照することにより最もよく理解される。
これらのいろいろな図面の類似なそして対応する部分に
は類似な参照数字が使用される。

【００１１】図１は半導体加工副生物の一例である塩化
アンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）に関する昇華曲線を図示す
るグラフである。図示のグラフは、塩化アンモニウムが
固体からガスに変化する温度および圧力の条件を示す。
例えば膜の形成が起きる圧力の一例である３００パスカ
ルにおいて、約１８０℃より高い温度で塩化アンモニウ
ムはガスであり、また約１８０℃より低い温度で固体で
ある。この曲線は塩化アンモニウムがガスまたは固体の
状態になる圧力と温度との組み合わせを明示し、従って
生成する塩化アンモニウムがウェーファ加工装置内で固
化するのを避けるためにこれを保つべき圧力および温度
を確定するために使用することができる。塩化アンモニ
ウムのための昇華曲線を示したが、化学蒸着法で使用さ
れる別な化学物質に対する類似の曲線が存在する。

【００１２】図２Ａは本発明の一態様で使用するための
化学蒸着反応器１０を示す概略図である。反応器１０に
は気密に密封されたチャンバー１２、反応体をチャンバ
ー１２に導入するための流入口１４、基板１８をチャン
バー１２内に保持するための半導体支持体１６、および
チャンバー１２のための流出口２０がある。この態様で
は反応器１０は一度に一つのウェーファを加工する単一
ウェーファ加工反応器である。チャンバー１２は周縁に
内壁１７を有する。流入口１４は反応体ガス２２を貯蔵
する複数の反応体ガス貯槽２１に接続している。それぞ
れのガス貯槽２１には反応体ガス２２のチャンバー１２
への導入を制御するための計量手段２４がある。反応体
ガス２２は本発明の教示から逸脱することなく別な仕方
でチャンバー１２に供給されてよい。

【００１３】流入口１４は基板１８の表面２８を横切っ
て反応体ガス２２を分散させるためにチャンバー１２内
で「シャワーヘッド」マニホールド２６に接続されてい
る。マニホールド２６は、チャンバー１２内で反応体ガ
ス２２にエネルギーを伝達するためにプラズマを発生さ
せるための無線周波数源（図示はされていない）に接続
されてもよい。

【００１４】半導体支持体１６は、マニホールド２６に
向かいあうように基板１８を固定するためのクリップま
たは他の好適な手段を含んでいてもよい。基板１８は薄
膜が蒸着されるウェーハ、シリコンスライスまたは他の
任意のワークピースであってよい。基板１８の表面２８
にある反応体ガス熱エネルギーを伝達するために、サセ
プター（ｓｕｃｅｐｔｏｒ）または加熱器３２が支持体
１６の一部として含められてよい。半導体支持体１６は
グラファイトからつくられてよい。加熱器３２は無線周
波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）加熱器、抵抗
加熱器または好適な他の加熱器であってよい。

【００１５】流出口２０は導管３６を通じて真空ポンプ
３４に接続している。真空ポンプ３４はチャンバー１２
から排気しこれを所望の圧力に保つ。所望の圧力の例は
０．４〜約８トルの範囲にあるが、好適な別の圧力に保
持されてよい。

【００１６】例えば、塩素を基礎とするアンモニア還元
化学蒸着では、反応体ガス２２は、ジクロロシラン（Ｓ
ｉＣｌ₂Ｈ₂）、アンモニア、窒化チタン（ＴｉＮ）およ
び四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）を利用して窒化ケイ素を
含んでよい。反応器１０の標準操作温度および圧力のた
め、このようにして生成される塩化アンモニウムはガス
状から固体状へと昇華し（ｓｕｂｌｉｍａｔｅ）、そし
てチャンバー１２、導管３６、ポンプ３４および関連す
る弁（図示はされていない）の壁に固着する傾向を有す
る。この昇華の問題はシャワーヘッドマニホールド２６
を利用する単一ウェーハ加工装置において特に鮮明であ
るが、これは反応体ガス２２が典型的に、低い温度およ
び大きな速度でシャワーヘッドマニホールド２６を通過
して流れ、チャンバー１２内でのおよび周縁にある内壁
１７に沿っての大きな熱損失が生まれることによる。生
成する塩化アンモニウムの固体状態への昇華そして反応
器１０、ポンプ３４、導管３６そして反応器１０に関連
する他の機械的要素の内部への、ただし特に反応器１０
の周縁にある内壁１７に沿った固体塩化アンモニウムの
付着に対抗するために、チャンバー１２内にリング４６
が設置される。リング４６は、内壁１７に沿う温度を、
生成する塩化アンモニウムが固体状態へと昇華するのを
阻止するのに十分な温度に保つように、チャンバー１２
の周縁にある内壁１７の縁に沿って高温のガス５２を導
入する。チャンバー１２内にそして特に周縁にある内壁
１７に沿って高温ガス５２を導入すると、チャンバー１
２の外部を加熱するより一層効果的である効率的な対流
加熱が行なわれる。

【００１７】図２Ｂは図２Ａの２Ｂ−２Ｂの線に沿った
リング４６の断面図を示す。図示するように、リング４
６は一般に円形でありまたこれにはチャンバー１２の内
壁１７を加熱するためにチャンバー１２内に高温ガスを
供給するための多数の開口４８があるが、リング４６は
周縁にある内壁１７の形状に一致する外形を特に含めて
好適な任意の外形をとってよい。高温ガス導管５０は高
温ガス５２がリング４６に流入するための通路となる。
高温ガス５２には、半導体ウェーハ加工工程の他の段階
から入手できる高温のパージガスを含めて、チャンバー
１２に導入するのに好適な任意のガスが含まれてよい。
水素および窒素は反応体ガス２２と相互作用をしないの
で、特に好適なガスのうちにはこれらが含まれる。パー
ジガスは特に有用であろうが、本発明の教示から逸脱す
ることなく他のガス源を利用することができる。従っ
て、周縁にある内壁１７に沿って高温ガスを導入する
と、本発明によらずに慣用的な技術を用いることによっ
ては困難である程度まで周縁の壁１７の温度が上昇しま
た低い温度および大きな速度でシャワーヘッドマニホー
ルド２６を通って流れる反応体ガス２２の熱損失が克服
される。このような温度上昇は生成される塩化アンモニ
ウムのような副生物の昇華を阻止し、従って製造工程の
汚染を減少するのに加えて、関連する弁およびポンプの
劣化を減少する。

【００１８】図３は本発明の別な態様の断面を略解的に
示す。反応器系１１０は反応器系１０と類似している
が、チャンバー１１２の内部に高温ガス１５２を供給す
るためにリング４６を利用する代りに、この例では加熱
器３２である半導体支持体１１６の下側に導管１４６を
通じて高温ガス１５２が直接供給される。供給される高
温ガス１５２は、チャンバー１１２の流出口１２０への
結合部近くの内壁１１７に向って外側へと拡がってい
く。

【００１９】半導体支持体１１６の下方に高温ガス１５
２を供給することは、導管１３６を加熱しまたチャンバ
ー１１２内で塩化アンモニウムのような副生物が固体状
態に昇華するのを防止するのに加えて、導管１３６内で
塩化アンモニウムが固体状態に昇華するのを防止するの
に特に役立つ。高温ガス１５２には、半導体ウェーハ加
工工程の他の段階から入手できる高温のパージガスを含
めて、チャンバー１１２に導入するのに好適な任意のガ
スが含まれてよい。水素および窒素は反応体ガス１２２
と相互作用をしないので、特に好適なガスのうちにはこ
れらが含まれる。この高温ガス１５２の導入は図２Ａで
示す高温ガス５２の導入と組み合わされてよい。

【００２０】図４は本発明の別な態様を示す。図１に示
す反応器１０に類似する反応器２１０が図４に示されて
いる。反応器２１０にはポンプ２３４に達する導管２３
６が取付けられている。導管２３６はポンプ２３４によ
って負圧をかけることによって反応器２１０のような反
応器からガスを受けいれる。導管２３６内には加熱体２
５０が配置されている。加熱体２５０は導管２３６およ
びポンプ２３４内の温度を上昇させる。特に、加熱体２
５０は導管２３６の内壁２３２およびポンプ２３４の内
壁２３８の温度を上昇させる。導管２３６およびポンプ
２３４の内壁２３２および２３８の温度をそれぞれ上昇
すると、導管２３６の内壁２３２上およびポンプ２３４
の内壁２３８上で例えば塩化アンモニウムの固化が阻止
される。加熱体２５０は導管２３６内またはポンプ２３
４内で温度を上昇するのに好適な任意の加熱器であって
よいが、本発明の一態様によると加熱体はタングステン
ハロゲンランプである。

【００２１】導管２３６の内部に加熱体を挿入すること
により、導管２３６の外部を加熱するより一層有効であ
る加熱が可能になる。この一層有効な加熱によって副生
物ガスの固体状態への昇華が防止され、従って製造工程
の汚染を減少することに加えて、関連する弁およびポン
プの劣化が減少する。副生物ガスの昇華を一層よく防止
するために、導管２３６内への加熱体の挿入は図２Ａ、
２Ｂおよび３に関連して述べた技術と組み合わされてよ
い。

【００２２】図５は本発明で使用するのに好適な導管３
３６の一部分の断面の概略図を示す。図５に示す態様に
よると、導管３３６は高温水素源（図示はされていな
い）から導管３５０を通じて高温水素を受けいれる。導
管３３６の内壁３３２およびポンプ３３４の内壁３３８
を加熱するのに加えて、高温の水素ガス３５２を例えば
塩化アンモニウムに対して水素不動態化（ｈｙｄｒｏｇ
ｅｎ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）を行う。塩化アンモニ
ウムの水素不動態化は塩化アンモニウムがその構成元素
から生成されることを阻止する。従って高温水素３５２
を使用すると、塩化アンモニウムのような副生物の固化
が防止されるのに加えて、ガス状および固体状の塩化ア
ンモニウムの生成がともに防止される。水素不動態化に
よって塩化アンモニウムのような副生物の生成をさらに
阻止するために、遊離の水素ラジカルを発生させるため
に白金触媒３６０と加熱器３５４が導管内に配置されて
よい。さらに、遊離の水素ラジカルの発生を容易にする
ために加熱器３５４もまた加えられてよい。遊離の水素
ラジカルが存在すると、塩化アンモニウムの生成が一層
効率的に阻止され、従って内壁３３２および３３８上で
固体塩化アンモニウムの生成が阻止される。

【００２３】本発明およびその利点を詳細に述べてきた
が、添付の特許請求の範囲によって規定される趣意およ
び範囲から逸脱することなく、様々な変化、置き換えお
よび変更を行うことができることを理解すべきである。

【００２４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）周縁に内壁を有するチャンバーを用意し、該チャ
ンバー内に半導体ウェーハを入れ、該周縁にある内壁に
近接して該チャンバー内にリングを設置し、複数の反応
体ガスをチャンバー内に導入しそしてこれらのガスを反
応させ、そして該周縁にある内壁の温度を上昇させるた
めに、該内壁に近接するリングを通じて、加熱されたガ
スをチャンバー内に導入することを含む、ウェーハを加
工する装置内の副生物の付着を減少させる方法。 （２）加熱されたガスを導入する工程が、加熱された水
素を導入することを含む、第１項記載の方法。 （３）加熱されたガスを導入する工程が、加熱された窒
素を導入することを含む、第１項記載の方法。 （４）複数の反応体ガスを導入することが、塩化水素と
アンモニウムとを導入することを含む、第１項記載の方
法。 （５）チャンバー内にリングを設置することが、周縁に
ある内壁の内側の縁におおむね一致する周縁を有するリ
ングを設置することを含む、第１項記載の方法。 （６）加熱されたガスを導入することが、１８０℃より
高い温度のガスを導入することを含む、第１項記載の方
法。 （７）複数の反応体ガスを導入することが、半導体ウェ
ーハに近接して配置されているヘッドを通じて複数の反
応体ガスを導入することを含む、第１項記載の方法。 （８）チャンバーを用意する工程が、単一ウェーハチャ
ンバーを用意することを含む、第１項記載の方法。 （９）チャンバーを用意し、該チャンバー内に半導体ウ
ェーハを入れ、このチャンバーを導管を通じてポンプに
接続し、導管内の温度を上昇させるために導管の内部に
加熱体を設置し、そして複数の反応体ガスをチャンバー
に導入しそしてこれらのガスを反応することを含む、ウ
ェーハ加工装置内の副生物の付着を減少させる方法。 （１０）導管の内部に加熱体を設置することが、導管内
部にタングステンハロゲンランプを設置することを含
む、第９項記載の方法。 （１１）チャンバーを用意することが、単一ウェーハチ
ャンバーを用意することを含む、第９項記載の方法。 （１２）チャンバーを用意することが、複数の半導体ウ
ェーハを同時に加工するのに好適なチャンバーを用意す
ることを含む、第９項記載の方法。 （１３）チャンバーの温度を上昇させるために、加熱さ
れたガスをチャンバー内に導入することをさらに包含す
る第９項記載の方法。 （１４）導管の温度をさらに上昇させるために、加熱さ
れたガスを導管内に導入することをさらに包含する第９
項記載の方法。 （１５）流出口を有する単一ウェーハ加工チャンバー内
部にある半導体支持体の第一の表面上に半導体ウェーハ
を置き、複数の反応体ガスを該単一ウェーハ加工チャン
バー内に導入し、そして半導体支持体の第二の表面上
に、加熱されたガスを施し（分配し）、これにより、加
熱されたガスを流出口を通じて流通させることを含む、
ウェーハ加工装置の内側の副生物の付着を減少させる方
法。 （１６）半導体支持体の第一の表面上に半導体ウェーハ
を置くことが、加熱器を含む半導体支持体の第一の表面
上に半導体ウェーハを置くことを含む、第１５項記載の
方法。 （１７）チャンバー内に半導体ウェーハを入れ、ポンプ
を導管によってチャンバーと接続し、複数の反応体ガス
をチャンバーに導入しそして該ガスを反応させ熱い水素
をチャンバー内部または導管内部に導入し、そしてラジ
カルの生成を促進するために導管内に触媒を導入するこ
とを含む、ウェーハ加工装置の内側の副生物の付着を減
少させる方法。 （１８）触媒を導入することが、白金触媒を導入するこ
とを含む、第１７項記載の方法。 （１９）導管内に加熱体を設置することをさらに包含す
る第１７項記載の方法。 （２０）導管内に加熱体を設置することをさらに包含す
る第１８項記載の方法。ウェーハ加工装置の内側の副生
物の付着を減少させる方法は、周縁に内壁（１７）を有
するチャンバー（１２）を用意することおよびこのチャ
ンバー内に半導体ウェーハを入れることを包含する。こ
の方法は、周縁にある内壁に近接してリング（４６）を
チャンバー内に設置しそして複数の反応体ガス（２２）
をチャンバー内部に導入しそしてガスを反応させること
も含む。この方法は、周縁にある内壁の温度を上昇する
ために、加熱されたガスをこの内壁に近接するリングを
通じてチャンバー内部に導入することも含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は塩化アンモニウムに関する昇華曲線を示
すグラフである。

【図２Ａ】図２Ａは本発明の教示に従ったウェーハを加
工するための化学蒸着反応器および関連する装置を示す
概略ブロック図である。

【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａの反応器で使用するためのリ
ングの概略的な断面図である。

【図３】図３は本発明の教示に従うウェーハ加工反応器
の別の態様の概略的な断面図である。

【図４】図４は本発明の教示に従うウェーハ加工反応器
と組み合わされるポンプおよび導管の概略的な断面図で
ある。

【図５】図５は本発明の教示に従う導管の一部の概略的
な断面図である。

フロントページの続き (72)発明者 青山 真太郎 アメリカ合衆国，テキサス，ダラス，ピ ー．オー．ボックス 655474 エムエス 4208，テキサス インスツルメンツ ジャ パン内 (72)発明者 テラサキ タダシ 富山県婦負郡八尾町，保内２−１，コクサ イ エレクトリック カンパニー リミテ ッド，トヤマ ワークス内 (72)発明者 タマル ツヨシ 東京都青梅市今井 2326，株式会社 日立 製作所，デバイス 開発センター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周縁に内壁を有するチャンバーを用意
   し、 該チャンバー内に半導体ウェーハを入れ、 該周縁にある内壁に近接して該チャンバー内にリングを
   設置し、 複数の反応体ガスをチャンバー内に導入しそしてこれら
   のガスを反応させ、そして該周縁にある内壁の温度を上
   昇させるために、該内壁に近接するリングを通じて、加
   熱されたガスをチャンバー内に導入することを含む、ウ
   ェーハを加工する装置内側の副生物の付着を減少させる
   方法。