JP2000164587A

JP2000164587A - 半導体製造装置用基板ヒータ

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Publication number: JP2000164587A
Application number: JP10337861A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murakami; 武司村上; Naoaki Kogure; 直明小榑; Yukio Fukunaga; 由紀夫福永
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】例え反応ガスとして酸素を使用しても、加熱
板表面の内の、少なくとも半導体基板またはサセプタと
直接接触する面の酸化を極力回避して、半導体基板に安
定した熱供給を行えるようにした半導体製造装置用基板
ヒータを提供する。【解決手段】発熱体１０を具備しかつ金属製の加熱板
１２の表面１２ａに半導体基板または該半導体基板を載
置するサセプタを保持する半導体製造装置用基板ヒータ
２において、加熱板１２の表面の内の、少なくとも半導
体基板またはサセプタを保持する面１２ａを非金属膜２
０で被覆した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置用
基板ヒータに係り、特に酸素を反応ガスとして使用し
て、酸化膜や、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の
高誘電体または強誘電体薄膜を半導体基板上に形成する
成膜装置に使用して好適な半導体製造装置用基板ヒータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体メモリやデバイスの製造工
程で、半導体基板上に薄膜を形成する手段の一つとして
ＣＶＤ（化学気相堆積）法が広く用いられている。図４
は、従来の一般的なＣＶＤ装置の構成を示すもので、こ
れは、密閉可能な反応容器１が備えられ、この反応容器
１の内部に基板ヒータ２が配置されている。反応容器１
の上部には、この内部に反応ガスを供給する反応ガス供
給管３が、側部には、反応後のガスを排気する排気管４
がそれぞれ接続され、この排気管４に、反応容器１内の
圧力を調節する圧力調節手段としての流量調節弁５が介
装されている。

【０００３】前記基板ヒータ２は、図５に示すように、
例えば抵抗発熱部材（シーズヒータ）等の発熱体１０を
上面に取付けた発熱板１１と、この発熱板１１の上面を
覆う加熱板１２とを備えている。前記発熱板１１は、中
空の支柱１３の上端に連結され、この支柱１３の下端に
取付けフランジ１４が設けられている。そして、支柱１
３の内部に前記発熱体１０に給電する給電線１５が挿通
され、更に熱電対１６が配置されている。前記加熱板１
２は、例えばＮｉ基の超耐熱合金であるインコネルやス
テンレス等の耐腐食性に比較的優れた金属によって一般
に構成されている。この例では、発熱板１２の表面に、
基材載置部としての凹部１２ａが形成されている。

【０００４】これにより、基板ヒータ２上に半導体基板
Ｗを載置保持し、半導体基板Ｗの温度を一定の値に制御
しながら、反応容器１内の圧力を一定に保持しつつ所定
のガスを一定流量で反応容器１内に一定時間供給して、
気相成長により所定の膜厚と膜質を持った薄膜を半導体
基板Ｗの表面に形成するようにしている。

【０００５】ここに、基板ヒータ２の温度は、熱電対１
６の温度が所定値になるように発熱体１０への通電量を
調整することによって制御される。これは、所定の膜厚
と膜質を持った薄膜を気相成長により形成するために
は、成膜中の半導体基板Ｗの表面上の温度を所定の値に
制御しなければならないためである。しかしながら、半
導体基板Ｗの表面上の温度は直接熱電対で測定できない
ため、予め表面に熱電対を埋設した測温用基板を基板ヒ
ータ２上に保持し、反応容器１内の圧力とガス流量を成
膜時と同一条件にして、基板ヒータ２をある温度に設定
した時の前記測定用基板上の温度を測定してデータを取
る。そして、半導体基板Ｗを所望の温度で成膜しようと
する場合に、この測温用基板の測定データを基にして、
対応する基板ヒータ２の温度を設定するようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、例えば酸化膜や高誘電体膜および強誘電
体膜を半導体基板の表面に形成する際のように、酸素を
反応ガスとして反応容器内に導入するＣＶＤ装置に使用
すると、特に、基板ヒータの加熱板表面の酸化が進行し
て、この表面の酸化物が熱伝導を悪化させ、成膜回数の
増加とともに熱電対温度と基板ヒータの表面温度とのず
れが変化する。このため、同じ基板ヒータを使用して該
基板ヒータを所定の設定温度に維持しても、半導体基板
表面の温度が徐々に変化するという現象が発生する。し
かも、基板ヒータの加熱板の表面に半導体基板を直接載
せた場合には、加熱板表面への接触により半導体基板の
金属汚染が生じる可能性があるといった問題があった。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑みて為されたもの
で、例え反応ガスとして酸素を使用しても、加熱板表面
の内の、少なくとも半導体基板またはサセプタと直接接
触する面の酸化を回避して、半導体基板に安定した熱供
給を行えるようにした半導体製造装置用基板ヒータを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
用基板ヒータは、発熱体を具備しかつ金属製の加熱板の
表面に半導体基板または該半導体基板を載置するサセプ
タを保持する半導体製造装置用基板ヒータにおいて、前
記加熱板の表面の内の、少なくとも前記半導体基板また
はサセプタを保持する面を非金属膜で被覆したことを特
徴とする。これにより、高温で酸化性環境に曝されて
も、加熱板の表面の内の少なくとも半導体基板またはサ
セプタと直線接触する面を非金属膜で被覆することで、
この面での酸化膜の成長が抑制される。

【０００９】また、前記非金属膜は、炭化ケイ素膜また
は二酸化ケイ素膜であることを特徴とする。炭化ケイ素
（ＳｉＣ）膜または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜は、高
温雰囲気下での耐酸化性に優れており、膜自身の変質は
ほとんど見られない。しかも、酸素透過性が非常に小さ
いので、下地となるインコネル等の金属製の加熱板の酸
化の進行もほとんど見られない。従って、例えＣＶＤ装
置に使用しても、成膜回数の増加に伴う基板ヒータの設
定温度と半導体基板表面の実際温度の関係の変化はほと
んど発生しない。

【００１０】また、前記非金属膜は、ＣＶＤ法で形成さ
れていることを特徴とする。ＣＶＤ法によって形成され
たＳｉＣ膜またはＳｉＯ_２膜は、他の成膜法より含有不
純物が極めて少なく、かつ緻密で硬質の膜が容易に得ら
れる。そのため、基板ヒータの加熱板上に半導体基板を
直接載せて加熱しても、半導体基板の金属汚染が低く抑
えられる。しかも、ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜またはＳｉ
Ｏ_２膜の形成時に基板ヒータを１０００℃近くに加熱す
ることによって、高誘電体膜形成時のような８００℃以
下の使用温度範囲では、非金属膜にクラックが発生せ
ず、しかも処理枚数が増えても膜質は劣化しない。

【００１１】また、前記非金属膜の膜厚は、０．５〜５
μｍであることを特徴とする。これにより、膜としての
十分な強度を確保し、しかも熱サイクルで非金属膜に亀
裂が生じて該非金属膜が剥がれてしまうことが防止され
る。更に、前記発熱体は、抵抗発熱部材で構成されてい
ることを特徴とする。これにより、抵抗発熱部材への給
電量を調節することで、発熱体の制御を容易に行うこと
ができる。

【００１２】本発明の半導体製造装置は、反応容器と、
発熱体を具備しかつ該反応容器内に配置されて該容器内
に搬入された半導体基板を保持加熱する基板ヒータであ
って、その表面の少なくとも前記半導体基板または該半
導体基板を載置するサセプタを保持する面を非金属膜で
被覆した基板ヒータと、前記反応容器内に処理ガスを供
給する処理ガス供給手段と、前記反応容器内を排気する
排気手段とを有することを特徴とする。また、前記半導
体製造装置は、ＣＶＤ装置であることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図３を参照して説明する。なお、前記従来例と同一
対応部材には同一符号を付して説明する。図１は、本発
明の実施の形態の基板ヒータを示すもので、この基板ヒ
ータ２には、例えば抵抗発熱部材（シーズヒータ）等の
発熱体１０を上面に取付けた発熱板１１と、この発熱板
１１の上面を覆う加熱板１２とが備えられている。この
発熱板１１は中空の支柱１３の上端に連結され、この支
柱１３の下端に取付けフランジ１４が設けられている。
そして、支柱１３の内部に前記発熱体１０に給電する給
電線１５が挿通され、更に熱電対１６が配置されてい
る。

【００１４】前記加熱板１２は、例えばＮｉ基の超耐熱
合金であるインコネルやステンレス等の耐腐食性に比較
的優れた金属によって構成され、この加熱板１２の表面
に、基材載置部としての凹部１２ａが形成されている。
更に、この加熱板１２の表面には、高温雰囲気下での耐
酸化性に優れた、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜または
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜からなる非金属膜２０が形
成されている。この非金属膜２０の膜厚ｔは、例えば
０．５〜５μｍに設定されている。これは、非金属膜２
０の膜厚ｔを０．５μｍより薄くすると膜としての強度
が低下し、取り扱い次第で非金属膜２０に傷が付き、非
金属膜２０の剥がれや表面の酸化進行の一因になり、一
方、５μｍより大きくなると、熱サイクルで非金属膜２
０に亀裂が生じ易く、非金属膜２０の剥がれが発生し易
いからである。

【００１５】前記ＳｉＣ膜またはＳｉＯ_２膜等の非金属
膜２０は、例えばＣＶＤ法によって基板ヒータ２の加熱
板１２の表面に形成される。すなわち、図２に示すよう
に、反応容器３１内に基板ヒータ２を配置し、この基板
ヒータ２を所定の温度に加熱し、同時に反応容器３１内
の圧力を排気管３４に介装した流量調節弁３５を介して
所定圧に保持しつつ、反応ガス供給管３３から所定のガ
スを一定流量で反応容器３１内に一定時間供給すること
で、基板ヒータ２の加熱板１２の表面に所定の膜厚の非
金属膜２０が形成される。この時、非金属膜２０として
ＳｉＣ膜を被覆させる時には、図２に示すように、プラ
ズマ励起用電源３６を備え、反応ガスをプラズマ励起し
ながら被膜を堆積させるとよい。

【００１６】ここに、ＣＶＤ法によって形成されたＳｉ
Ｃ膜またはＳｉＯ_２膜は、高温雰囲気下での耐酸化性に
優れており、高温酸化性雰囲気下においても、膜自身の
変質はほとんどなく、しかも酸素透過性が非常に小さい
ので、下地となるインコネル等の金属製の加熱板１２の
酸化の進行を抑制することができる。しかも、他の成膜
法より含有不純物が極めて少なく、かつ緻密で硬質の膜
が容易に得られる。更に、ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜また
はＳｉＯ_２膜形成時に基板ヒータ２を１０００℃近くに
加熱することによって、高誘電体膜形成時のような８０
０℃以下の温度範囲では、加熱板１２と非金属膜２０と
の熱膨張差により該非金属膜２０に常に圧縮応力が働き
膜にクラックが発生せず処理枚数が増しても膜は劣化し
ない。

【００１７】図３は、本発明に係る基板ヒータを用いた
薄膜気相成長装置（ＣＶＤ装置）の構成を示す図であ
る。このＣＶＤ装置は、例えば、チタン酸バリウム／ス
トロンチウム等の高誘電体または強誘電体薄膜を形成す
るためのものであり、原料を気化する気化器４０の下流
側に反応ガス供給管４１を介して密閉可能な反応容器４
２が設けられ、更にその下流側に真空ポンプ４３を備え
た排気管４４が接続されている。この排気管４４に反応
容器４２内の圧力調節手段としての流量調節弁４５が設
けられている。反応容器４２には、酸素等の酸化ガスを
供給する酸化ガス配管４６が接続され、更に、反応容器
４２の内部には、基板ヒータ２が配置され、これに対向
してノズル孔４７より原料ガスや反応ガスを噴射するガ
ス供給ヘッド４８が設けられている。

【００１８】このような構成のＣＶＤ装置により、半導
体基板Ｗを基板ヒータ２の加熱板１２上に載置し、基板
Ｗを所定温度に維持しつつガス供給ヘッド４８のノズル
穴４７から原料ガスと酸化ガスの混合ガス（反応ガス）
を半導体基板Ｗに向けて噴射して、基板Ｗの表面に薄膜
を成長させる。

【００１９】この時、基板ヒータ２の温度を、熱電対１
６の温度が所定値になるように発熱体１０への通電量を
調整することによって制御するのであるが、前述のよう
に、基板ヒータ２の加熱板１２の表面は、非金属膜２０
で被覆されているため、基板ヒータ２が高温で酸化性環
境に曝されても、加熱板１２の表面の酸化膜の成長が抑
制され、これにより、成膜回数の増加に伴って、基板ヒ
ータ２の設定温度と半導体基板Ｗの表面の温度の関係が
変化することが抑えられる。

【００２０】しかも、ＣＶＤ法によって形成されたＳｉ
Ｃ膜またはＳｉＯ_２膜等の非金属膜２０は、他の成膜法
より含有不純物が極めて少なく、かつ緻密で硬質の膜が
容易に得られるため、基板ヒータ２の加熱板１２上に半
導体基板Ｗを直接載せて加熱しても、半導体基板Ｗの金
属汚染が低く抑えられる。

【００２１】なお、この実施の形態にあっては、基板ヒ
ータ２の加熱板１２の表面のほぼ全域を非金属膜２０で
被覆して、半導体基板Ｗを直接保持するようにした例を
示しているが、例えば加熱板１２の基材載置用の凹部１
２ａ等、半導体基板Ｗを保持する面のみを非金属膜で被
覆するようにしてもよい。また、加熱板１２の表面に半
導体基板Ｗを載置するサセプタを保持するようにしても
よい。また、ＣＶＤ装置に適用した例について説明した
が、基板ヒータを使用する半導体製造装置であれば、例
えばスパッタ装置、エッチング装置、アッシング装置
等、ＣＶＤ装置以外にも適用可能であり、同様な効果が
生じることは勿論である。

【００２２】

【実施例】（実施例１）表１に示す成膜条件で、ＣＶＤ
法により基板ヒータの加熱板の表面にＳｉＣ膜を被覆さ
せた。

【００２３】表１ＳｉＣ被覆条件ＳｉＨ_４流量０．４ＳＣＣＭＣＨ_３Ｃｌ流量０．７ＳＣＣＭＨ_２流量１００ＳＣＣＭマイクロ波出力１５０Ｗ圧力４００Ｐａ温度１１００°Ｋ膜厚１μｍ

【００２４】この加熱板の表面にＳｉＣ膜を被覆させた
基板ヒータ（実施例１）と、ＳｉＣ膜を被覆させない基
板ヒータ（従来例）とを使用して、基板ヒータを７００
℃に制御した状態で１０００時間ＣＶＤ成膜処理経過後
の半導体基板表面の温度を測定した結果を表２に示す。
また、この時チャンバ圧力は１Torrに制御している。こ
の表２より、従来例にあっては、１０００時間使用後に
使用前と比べて６０℃程度、基板温度が低下したが、実
施例１にあっては、１０００時間使用しても６℃程度の
基板温度の低下に留まることが判る。

【００２５】表２温度測定結果従来例実施例１使用前５８７．０５８１．６１０００ｈ使用後５２７．２５７５．４

【００２６】また、使用前（成膜処理前）、つまり基板
ヒータの設定温度を７００℃とし、半導体基板Ｗをこれ
に載置し１０分間保持したときの半導体基板表面の金属
汚染を測定した結果を表３に示す。この時、チャンバ圧
力は１Torrに制御している。この表３より、従来例にあ
っては、特にＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉが１０の１１乗から１２
乗のオーダーになっているが、実施例１にあっては、そ
れらの各元素が１０の１０乗レベルまで低下したことが
判る。

【００２７】表３ウエハ金属汚染測定結果（単位：１×１０^１０atoms／cm^２）ＮａＫＭｇＣａＡｌＴｉＦｅＣｒＮｉ従来例 2.4 1.3 0.7 1.3 0.8 3.1 91 44 130 実施例１ 1.7 2.1 0.4 1.5 1.1 2.7 2.3 1.4 3.5

【００２８】（実施例２）表４に示す成膜条件で、ＣＶ
Ｄ法により基板ヒータの加熱板の表面にＳｉＯ_２膜を被
覆させた。

【００２９】表４ＳｉＯ_２被覆条件ＳｉＨ_２Ｃｌ_２流量５０ＳＣＣＭＮ_２Ｏ流量１００ＳＣＣＭ圧力５０Ｐａ温度１１００Ｋ膜厚２μｍ

【００３０】この加熱板の表面にＳｉＯ_２膜を被覆させ
た基板ヒータ（実施例２）と、ＳｉＯ_２膜を被覆させな
い基板ヒータ（従来例）とを使用して、基板ヒータを７
００℃に制御した状態で１０００時間ＣＶＤ成膜処理経
過後の半導体基板表面の温度を測定した結果を表５に示
す。また、この時のチャンバ圧力は１Torrに制御してい
る。この表５より、従来例にあっては、１０００時間使
用後に使用前と比べて基板温度が６０℃程度低下した
が、実施例２にあっては、１０００時間使用しても９℃
程度の低下に留まることが判る。

【００３１】表５温度測定結果従来例実施例２使用前５８７．０５６８．２１０００ｈ後５２７．２５５８．９

【００３２】なお、使用前の半導体基板表面の金属汚染
を前記表３に示したものと同条件にて測定した結果、前
記表３に示したものとほぼ同等の結果が得られている。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温で酸化性環境に曝されても、加熱板の表面の内の少
なくとも半導体基板やサセプタに直接接触する面の酸化
膜の成長を抑制して、半導体基板に対して安定な熱供給
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の基板ヒータを示す縦断面
図である。

【図２】図１に示す基板ヒータの製造例の説明に付する
縦断面図である。

【図３】図１に示す基板ヒータを使用したＣＶＤ装置の
概要を示す全体構成図である。

【図４】従来のＣＶＤ装置を示す断面図である。

【図５】図４に示すＣＶＤ装置に使用されている基板ヒ
ータを示す縦断面図である。

【符号の説明】

２基板ヒータ１０発熱体１２加熱板１５給電線１６電熱対２０非金属膜４０気化器４２反応容器４８ガス供給ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福永由紀夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB06 AB32 AD17 AE21 AF10 EM02 EM08 EM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体を具備しかつ金属製の加熱板の表
面に半導体基板または該半導体基板を載置するサセプタ
を保持する半導体製造装置用基板ヒータにおいて、前記
加熱板の表面の内の、少なくとも前記半導体基板または
サセプタを保持する面を非金属膜で被覆したことを特徴
とする半導体製造装置用基板ヒータ。
【請求項２】前記非金属膜は、炭化ケイ素膜または二
酸化ケイ素膜であることを特徴とする請求項１記載の半
導体製造装置用基板ヒータ。
【請求項３】前記非金属膜は、ＣＶＤ法で形成されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製
造装置用基板ヒータ。
【請求項４】前記非金属膜の膜厚は、０．５〜５μｍ
であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載の半導体製造装置用基板ヒータ。
【請求項５】反応容器と、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体製造装置用基
板ヒータと、前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
と、前記反応容器内を排気する排気手段とを有することを特
徴とする半導体製造装置。