JP2000260763A - 半導体ウェハの処理方法及び装置 - Google Patents

半導体ウェハの処理方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径ウェハ（例えば、３００ｍｍ）用の成
長チャンバにおいて均一な処理を達成する。上述の均一
に処理するという課題が、３００ｍｍのウェハに適した
デュアルキャビティチャンバ装置を阻んでいた。 【解決手段】 化学気相成長法により、大口径（例えば
３００ｍｍ）の半導体ウェーハ上に、いずれの直径のウ
ェーハの中央を通り縁から縁に渡って高い均一性を有す
る酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の薄い絶縁層を形成する方法
及び装置を提供する。混合される際に互いに反応して絶
縁層をウェハ上に堆積するガス流である、第一の反応性
ガス流と第二の反応性ガス流とを、ガスにより絶縁層が
被覆されるウェハの露出表面に極めて接近して別々に向
けることと、ガス流のガスを完全に混合するために第一
と第二のガス流の渦巻状の渦流混合体を形成すること
と、反応性ガスの高度に均一な混合体を形成すること
と、ウェハの表面上全体に反応性ガスの混合体を直ちに
流出させることとにより、このような高度の均一性を有
する層を得る。本装置はまた、デュアルウェハプロセス
チャンバキャビティを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大口径の半導体ウ
ェハを集積回路（及び同様の装置）に処理する方法に関
し、露出しているウェハに対して混合ガス（本技術で周
知である）を化学反応させることにより、各ウェハの露
出表面上に薄く均一な絶縁層又は酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）の層を堆積することを含む一つ以上のステップで
ある、一連の処理ステップにウェハをかけるものであ
る。一般的に用いられる処理ステップの一つは、準大気
化学気相成長法（ＳＡＣＶＤ）TMとして周知である。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハ（例えば、単結晶シリコン
の薄いディスク）を各種の集積回路（及び同様の装置）
に処理することは、技術的に周知である。このため、製
造業者は、この目的のための装置に関する種々の型や設
計を世界中に提案している。構成の精密さ及び係る装置
に必要な操作の精密さ、また、製造される装置の仕様の
範囲内で高い歩留まりを得るために必要な処理の均一性
のために、係る装置の製造と稼働には費用がかかる。従
って、任意の製造スループットに対する係る装置の資本
及び稼働コストを可能なかぎり削減することは、非常に
望ましい。
【０００３】最近になって、３００ｍｍ（０．３メート
ル）の直径を有する半導体ウェハが、集積回路製造業者
に利用されるようになってきた。以前利用されていた２
００ｍｍのウェハ（いくぶん小型のウェハ）と比較し
て、３００ｍｍのウェハは、生産性が二対一を越えるポ
テンシャルゲインを提供する。従って、３００ｍｍのウ
ェハを使用することは、コストという観点から非常に魅
力がある。
【０００４】ＳＡＣＶＤTM処理ステップにおいて、酸化
ケイ素を絶縁体としてウェハ上に堆積して、反応性ガス
（ヘリウム又は窒素、及びオゾン内での有機気相として
技術的に周知である）を、反応性ガスを使用する場所の
極めて近くで別々に混合して、次に直ちに気密封止チャ
ンバ内に導入する。混合ガスは所望の圧力と流量でチャ
ンバ内に流入して、ポンプによりこのチャンバ内から連
続して排気される。チャンバ内のウェハは、所望の温度
（例えば、２００から８００℃の範囲内）に保持される
とともに、反応性ガスがウェハの露出した表面全体を流
れることでその上に酸化ケイ素の絶縁体の薄層を堆積す
る。ウェハ上に堆積された酸化ケイ素の層は、中心から
縁までのウェハ表面全体で可能なかぎり均一でなければ
ならないので、反応性ガス流は、ウェハに衝突する前に
その成分ガスを完全に混合させなければならない。そし
て、混合されたガスは、理想的な、もしくはほぼ理想的
な均一性でウェハの露出表面の全領域上に流れなけばな
らない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】混合ガスの混合及び／
又は流れが均一でないと、絶縁層（ＳｉＯ2）が平坦に
堆積されない結果となる。従って、得られる層が、ある
場所では別の場所よりも厚く、もしくは薄くなる。もっ
と小さな山及び／又は谷が絶縁層に現れる場合には、ウ
ェハ上に製造される集積回路（又は同様の装置）が不良
となって、廃物となることがある。しかしながら、ウェ
ハの領域がますます広くなっている（例えば、直径２０
０ｍｍから直径３００ｍｍ以上）ので、大量の混合ガス
の混合及び流れを完全に均一にすることがますます困難
になっている。従って、実際的な効果において、３００
ｍｍのウェハを処理できて、かつ、欠陥がゼロ、もしく
はゼロに近い集積回路を製造するのに十分なほど大型に
するために、２００ｍｍのウェハ向けの製造装置の大き
さを単純に拡大することは不可能である。装置における
実質的な修正が必要となる。本発明は、その態様の一つ
において、大口径ウェハ（例えば、３００ｍｍ）用のチ
ャンバで均一な処理を達成するという課題に対して効果
的で経済的な解決を提供する。
【０００６】ウェハの直径がずっと小さかった以前にお
いては、二つのウェハプロセスチャンバキャビティを単
一の装置にまとめる試みがなされていた。従って、ハウ
ジング、プラットフォーム、ガス供給装置、制御回路等
といった、ある種の装置のエレメントを共用することが
できた。従って、デュアルキャビティチャンバ装置の設
備は、資本コストを実質的に節約するとともに、増加し
た製造スループットを提供していた。しかし、他の理由
の中でも、上述の均一に処理するという問題が、３００
ｍｍのウェハに適したデュアルキャビティチャンバ装置
を阻んでいた。本発明は、別の態様において、係る二つ
の半導体ウェハを同時に処理することが可能なデュアル
キャビティチャンバ装置を実現する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様に基づい
て、反応性ガスにより二酸化ケイ素絶縁体の非常に均一
な層を処理チャンバ内の大口径半導体ウェハ上に堆積す
るように、二つの別々の共に反応するガス流を混合し
て、ガス流を直ちにウェハ処理チャンバに流入させる方
法を提供する。ウェハは、処理チャンバ内の加熱エレメ
ント上に置かれていて、適した高い温度で保持されてい
るとともに、処理チャンバ壁の内部及び周囲にポンプで
送られている冷却流体により、処理チャンバの壁はより
低い温度で保たれている。
【０００８】別々のガス流を、直ちに均一に混合させる
ためには、一方の流れを縦方向の小さなキャビティを有
する混合ブロックに接線方向に注入し、もう一方の流れ
を接線方向の反対方向からそのキャビティに注入する。
これにより、二つのガス流がキャビティ内に入る際に、
二つのガス流が激しく攪拌して混合する。目下の混合反
応性ガスが、複数の貫通孔付きガス分散板を介して途切
れずに混合キャビティから流れ落ちるので、ガスを一様
に分散して、ウェハの領域よりもわずかに広い領域上を
流れる非常に均一な混合体になる。ウェハ上を流れる、
必要とする高い度合いの均一性を有するガス流を得るた
めに、各分散板、混合キャビティ及びウェハに対して、
分散板は特別に構成されて取り付けられている。反応性
ガスは、ウェハの露出した上面全体に渡って流れ降り、
排気ポンプにより処理チャンバ底部から排気される。所
望の厚さ（かつ事実上完璧な均一性）の絶縁層がウェハ
上に堆積された後、自動機構（技術的に周知である）に
よりウェハは処理チャンバから取り出されて、クリーニ
ングガスが処理チャンバ内へポンプで送り込まれる。ク
リーニングガスは混合キャビティ、ガス分散板を通って
下に行き、処理チャンバから出る。従って、前の処理ス
テップもしくは絶縁層形成ステップから残された化学残
留物は、処理チャンバの通路及び壁から排出されて、装
置は別のウェハ処理ステップの用に準備される。
【０００９】処理ステップの一態様から見ると、本発明
は、反応性ガスの混合体から化学気相成長法により、半
導体ウェハの表面上に均一な厚さの層を形成する方法を
目的としている。この方法は、別々の第一と第二のガス
流から、均一な厚さの層がその上に堆積される半導体ウ
ェハに極めて接近して、渦巻き状の渦流ガス混合体を形
成するステップと、混合ガスから反応性ガスの均一な混
合体を形成するステップと、均一な厚さの層を半導体ウ
ェハの表面上に形成するように混合反応性ガスをウェハ
の表面上にわたって流すステップとを備えている。
【００１０】装置の一態様から見ると、本発明は、反応
性ガスから均一な厚さの層を半導体ウェハの表面上に形
成する装置を目的としている。この装置は、処理の間に
半導体ウェハを内部に収めるよう構成されたチャンバを
内部に画定するハウジングと、ガス混合キャビティを画
定する混合ブロックとを備える。混合キャビティの第一
の入り口は、接線方向の一方の方向から混合キャビティ
内に入る第一の反応性ガスを受け入れる。混合キャビテ
ィの第二の入り口は、接線方向の反対の方向から混合キ
ャビティ内に入る第二の反応性ガスを受け入れて、第一
と第二の入り口に流入するガスが渦を巻いてキャビティ
内で混合するようにする。混合チャンバの出口は、半導
体ウェハに極めて接近している。好適な実施形態におい
ては、装置は更に、板を貫通する複数の孔が各板に画定
されている第一と第二の分散板を含むブロッカ板とシャ
ワーヘッドとを備えており、第一の分散板にはその中央
に貫通孔はない。第一の分散板は、板に貫通孔を有し、
混合キャビティの出口及び第二の分散板の極めて近くに
配置されている。第二の分散板は、均一な厚さの層を半
導体ウェハの表面上に形成するように、半導体ウェハの
表面すぐ近くに排出口を有している。
【００１１】添付の図面及び請求項と共に以下のより詳
細な説明から、本発明はより十分に理解されるであろ
う。
【００１２】
【発明の実施の形態】まず図１を参照すると、本発明に
基づく装置１０が示されている。装置１０は、半導体ウ
ェハの処理に有用で、ツーキャビティチャンバ（他は図
示せず）を有するチャンバハウジング１２（一部破断さ
れている）と、リッドアセンブリ１４と、自動機構（図
示せず）を収めるプラットフォーム１６（一部破断され
ている）とを備えている。この機構が、ハウジング１２
の後部にある水平スロット（図示せず）を介してウェハ
を各チャンバに挿入して、処理ステップの後にウェハを
取り出す。係る機構は周知であり、ここで更に説明され
ることはない。
【００１３】リッドアセンブリ１４は、フレーム板１８
と、ガス混合ブロック２０及び２２と、クリーニングガ
ス供給ライン２４及び同様のクリーニングガス供給ライ
ン２６と、反応性ガス供給管３０及び同様の反応性ガス
供給管３２とを備える。実線で閉じた位置で、破線で開
いた位置で図示されているリッドアセンブリ１４は、そ
の後部とハウジング１２とを３４の位置で蝶番で止めら
れていて、閉じられた（下の位置）場合には、ハウジン
グ１２内部のチャンバ（図示せず）の二つの独立したウ
ェハプロセスキャビティを気密封止する。
【００１４】各ガス混合ブロック２０及び２２は、ハウ
ジング１２内部の各チャンバキャビティと縦に中心が合
わせられている。ブロック２０はその頂部で、混合ブロ
ック２０、そしてリッドアセンブリ１４の下のチャンバ
（図示せず）の各キャビティにクリーニングガス（イオ
ン化ＮＦ3）流を（必要の場合には）供給するガス供給
ライン２４に接続されている。同様のクリーニングガス
供給ライン２６は、混合ブロック２２の頂部に接続され
ている。ガス供給ライン２４及び２６の他の端部はとも
に、イオン化ガスソース（図示せず）に接続されている
共用供給ライン３６に接続されている。ガス管３０及び
３２は、それぞれ混合ブロック２０及び２２に接続され
ていて、二つの別々の反応性ガス流を各々供給する。直
に説明されるが、各ガス管３０及び３２の内部には一組
の独立したガス路（図示せず）があって、未混合のガス
を各混合ブロック２０及び２２に供給する。ガス管３０
及び３２（及びそれらの各内部ガス路）のもう一方の端
部は、ガスソース（図示せず）に接続されている。
【００１５】これから図２を参照するが、ガス混合ブロ
ックの一つ（即ちブロック２０）の分解組立図が示され
ている。もう一つのブロック（即ちブロック２２）は、
鏡像ではあるが実質的に同一であることが理解されるで
あろう。ブロック２０は、上部３７と、下部中空スタブ
４０と「Ｏ」リング４２と円筒状部材４４とを有する下
部３８とを備える。直に更に説明されるが、上部３７と
下部３８とが垂直軸線４６に沿って組み立てられる際
に、円筒状部材４４は入れ子状に下部３８内部に収ま
る。
【００１６】図２から判るように、混合ブロック２０の
上部３７は、クリーニングガス路２４（この図では図示
されていないが図１に図示されている）の一端部と接続
する平坦面５０を有している。平坦面５０のオリフィス
５２は、上部３７内の内部通路（この図では図示せず）
への入り口となるので、矢印５４で示されているよう
に、クリーニングガスが混合ボックス内に入り、軸４６
に沿って流れ降りて、装置１０の各ウェハプロセスチャ
ンバを通過することができる。混合ブロック２０の下部
３８は、ガス管３０（この図では図示されていないが図
１に図示されている）の一端部と接続する開口部５５を
有している。下部３８の開口部５５の第一のオリフィス
５６と第二のオフィス５８とは、下部３８内の内部通路
（この図では図示せず）を分ける入り口になる。各矢印
６０及び６１で示されているように、ガス管３０内の独
立したガス路（この図では図示せず）により供給される
反応性ガスが、これらのオリフィス５６と５８とに流入
する。
【００１７】更に図２を参照すると、円筒状部材４４
は、垂直円筒状壁６４と、軸４６に沿って中心が位置決
めされている中央ガス混合キャビティ６５とを有してい
る。円筒状部材４４の下端部近くの対向する面に、第一
の壁カットアウト６６と第二の壁カットアウト６８とが
ある。各カットアウト６６及び６８は、壁６４を介して
ガス混合キャビティ６５に入る接線方向開口部(a tange
ntial opening)となる。各反応性ガス流（矢印６０及び
６２で示されている）は、これらのカットアウト６６及
び６８を介して接線方向に流れ、ガスが激しく混合する
キャビティ６５内に流入する。次に、矢印６９で示され
ているように、混合ガスは直ちに中空スタブ４０を介し
て流れ降りる。
【００１８】図３を参照すると、組み立てられた混合ブ
ロック２０の入れ子状になった円筒状部材４４の概略断
面図が図示されている。矢印６０で示されている一方の
反応性ガス流のフローは、内部通路７０に沿っていて、
この内部通路７０は、円筒状部材４４のカットアウト６
６（図２も参照のこと）を介してフローがキャビティ６
５に接線方向に流入する直前にこのガス流のフローを逆
流させる。矢印６２により示されているもう一方の反応
性ガス流のフローは、短い内部通路７２に沿っていて、
第一のガス流の方向と反対の方向に、カットアウト６８
を介してキャビティ６５に接線方向に流入する。これに
より、二つのガス流が渦巻き状に激しく混合して攪拌し
て、図２中の矢印６９により示されているように、中空
スタブ４０を介して、混合すると直ちに流れ降りる。
【００１９】図４を参照すると、装置１０の一部の概略
断面図が示されている。リッドフレーム１８と、混合ブ
ロック２０及びその部品（図２も参照のこと）と、ガス
路２４と、前述のガス管３０とが図示されている。ま
た、図４で示されているのは、孔８１で貫通された第一
のガス分散（ブロッカ）板８０と、孔８３及び中央孔８
５で貫通された第二のガス分散（フェース）板（シャワ
ーヘッド）８２と、ヒータアセンブリ８４と、ヒータア
センブリ８４の上面８６に配置されている大口径半導体
ウェハＷとが示されている。以下で更に説明されるが、
ブロッカ板８０及びフェース板（シャワーヘッド）８２
はともに、反応性ガスの非常に均一な混合体をウェハＷ
上に流す手段となる。装置１０内部の二つのチャンバキ
ャビティ（図示せず）各々のフェース板８２（及びシャ
ワーヘッド）である二つのフェース板８２は、図１中
で、破線の輪郭（リッドは開いている）で示されている
ことに注目されたい。
【００２０】図４から判るように、ブロッカ板８０及び
フェース板８２は、ふさわしい手段により取り付けられ
ているか、さもなければ、リッドフレーム１８の下側に
取り付けられていて、垂直軸線４６に中心が合わせられ
ている。ヒータ面８６の縁を取り囲んで、ウェハＷの縁
と当接するタッパーショルダー８８により、ウェハＷ
は、自動的にこの軸４６に中心が合わせられる。ヒータ
アセンブリ８４は、「上」の位置にあるので、処理の間
ウェハＷはフェース板８２直下に正しく保持される。任
意の処理ステップの後、ヒータアセンブリは、矢印８９
で示されるように「下」の位置に移動する（この機構は
図示されず）ので、ウェハＷをチャンバキャビティから
取り除いて別のウェハを挿入することができる。ヒータ
アセンブリ８４は、三本以上のリフトフィンガー９０
（実際には二つのみ図示する）をウェハＷの下に有し、
これらフィンガー９０は、「下」の位置から上に上げら
れて（この機構は図示されず）ウェハＷをヒータ面８６
の上に持ち上げ、そして、前述のようにチャンバキャビ
ティからウェハＷを簡単に取り出すことができる。
【００２１】キャビティ６５内で混合された後で、反応
性ガスは、矢印６９で示されているように下に流れて、
まずブロッカ板８０とその孔８１とによりウェハＷによ
り限定されている領域全体に分散される。次に、ブロッ
カ板８０よりもずっと多数の貫通する孔８３を有するフ
ェース板８２は更に、反応性ガスをウェハＷの露出表面
上に流れ落ちる均一な混合体に分散する。流れる反応性
ガスは、ポンプ（図示せず）により各チャンバの下部か
ら排気される。各チャンバと、リッドアセンブリ１４及
びリッドフレーム１８の壁は、図示されていないパイプ
や通路を通る冷却液のフローにより、ヒータアセンブリ
８４とウェハＷとの温度よりももっと低い温度で保たれ
る。
【００２２】図５を参照すると、ブロッカ板８０及びそ
れを貫通する孔８１（図４も参照のこと）の概略平面図
が示されている。孔８１はここでは概略的に図示されて
いるが、実際には、本発明の一態様に基づいて提供され
る、ある特定のパターンで同心円状に配置されている。
ブロッカ板８０は、孔８１の基準となる９２で示されて
いる、ゼロ（「０」）インデックスを有する。次の表１
は、３００ｍｍウェハＷを処理するために設計された本
発明の装置の特定の一実施形態におけるブロッカ板８０
の各円の半径及び角の位置と孔８１の数とを示してい
る。孔８１は、約０．３インチの厚さのブロッカ板８０
を貫通する直径が約２８ミル（１０００分の数インチ）
である。全部で約１３１０個の孔８１が開けられている
が、ブロッカ板８０の中央に孔は全く開けられていな
い。例示の実施形態においては、孔は、２８の同心円に
沿って等間隔で配置されている。同心円の直径はインチ
で表されている。
【００２３】
【表１】
【００２４】図６を参照すると、フェース板８２とそれ
を貫通する孔８３及び中央孔８５（図４も参照のこと）
の概略平面図が示されている。孔８３（及び孔８５）
は、ここでは概略として図示されているが、実際には、
これらの孔もまた、本発明の一態様に基づいて提供され
る、ある特定のパターンで同心円状に配置されている。
フェース板８３は、孔８３の基準となる、９３で示され
ているゼロ（「０」）インデックスを有している。フェ
ース板８２とブロッカ板８０とがリッドフレーム１８
（図４を参照）の下に共に組み立てられる際に、このイ
ンデックス９３とブロッカ板８０のインデックス９２
は、互いに一直線に並べられる。次の表２は、３００ｍ
ｍウェハＷの処理用に設計された本発明の装置１０の特
定の一実施形態におけるフェース板８２の各円の半径及
び角の位置と孔８３の数とを示している。例示の実施形
態においては、孔８３は、約０．６インチの厚さのフェ
ース板８２を貫通する直径が約２８ミル（１０００分の
数インチ）である。全部で約７３５０個の孔が開けられ
ている。中央孔８５（直径はより短い）がフェース板８
２の中央を貫通していて、垂直軸線４６（図４を参照）
と一直線に並べられている。孔８３及び中央孔８５は、
５０の同心円（中心を含む）に沿って等間隔で配置され
ている。同心円の直径はインチで表されている。孔８３
及び中央孔８５について、以下でかなり詳細に説明す
る。
【００２５】
【表２】
【００２６】表２中の４９番及び５０番の、最後の二つ
の孔の円が、３００ｍｍ口径のウェハＷの縁をいくらか
越えていることに注意されたい。これにより、係るウェ
ハの縁を越えて反応性ガスの均一なフローが確保され、
これは、反応性ガスにより非常に均一な絶縁層を形成す
ることにおいて重要なことである。実施例によれば、処
理の間、フェース板８２の底部の約５０ミル下にウェハ
Ｗを保持する。
【００２７】図７を参照すると、フェース板８２の中央
部分を貫通する中央孔８５の詳細が拡大縦断面図に示さ
れている。孔８５の上部は、９５に完全にではないが、
フェース板８２の大半を貫通して延びている第一の口径
の貫通孔を有している。孔８５の下部は、フェース板８
２の残りの厚さ部分を貫通している、第二の口径の貫通
孔を有している。第一の貫通孔の直径は、第二の貫通孔
の直径よりも大きい。孔８５の軸は、垂直軸線４６と一
致する。孔８５の小貫通孔９６は、ウェハＷのすぐ上の
フェース板８２の下部にある（図４を参照）。実施例で
は、中央孔８５の小貫通孔９６は、約２３ミルの直径を
有しており、大貫通孔９５は、この約二倍の直径を有し
ている。小貫通孔９６は、全厚さが約０．６インチの厚
さのフェース板８２の約０．１インチを貫通して延びて
いる。フェース板８２の孔８３は、中央孔８５の形状と
ほとんど同じであるが、孔８３の小貫通孔の直径は、中
央孔８５の小貫通孔９６の直径よりもわずかに大きい
（例えば、約２８ミル）。孔８３及び中央孔８５が幾分
じょうご型の二重口径になっているので、形状の高い精
密性と、孔の正確な位置を確実にする。この精密性が、
その結果、ウェハＷ上に形成された絶縁層に事実上完全
な均一性を得ることに寄与する。中央孔５の小貫通孔９
６の直径を、孔８３の小貫通孔の対応する直径よりも小
さくする（例えば、２３ミル対２８ミル）ことにより、
ウェハＷの直径に渡る絶縁層の均一性を得ることに更に
寄与することになる。
【００２８】上述の記載は、説明を意図したものであっ
て、本発明を限定するものではない。記載の方法及び装
置における各種の小さな変更について、当業者なら思い
当たるものであろうし、添付の請求の範囲で述べられる
本発明の精神又は範囲を逸脱することなく実施できるも
のである。例えば、本発明は、二つのウェハＷを同時に
処理すること、もしくは３００ｍｍの直径のウェハを処
理することのみに限られるものではない。また、ガス分
散板を貫通する孔の正確な数、大きさ及び形状をわずか
に変更して、小さな変型をウェハ処理条件に適応させる
ことができる。更に、ガス混合ブロックの正確な大きさ
及び形状をいくらか変更して、このような変形を処理条
件に適応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく大口径ウェハ処理装置のデュア
ルキャビティチャンバの一部が破断された斜視図であ
る。
【図２】本発明に基づくガス混合ブロックの拡大斜視図
である。
【図３】ガス混合キャビティとそれに接続された独立し
た反応性ガス供給ラインとを示す、ガス混合ブロック中
央部分の略断面図である。
【図４】ガス混合ブロックとリッド下側に取り付けられ
ているガス分散板の各セットと、ウェハを載置して装置
チャンバ内部で処理するためのヒータアセンブリとを示
す、図１の装置の一部の略断面図である。
【図５】図４のガス分散板の上の板の略平面図である。
【図６】図４のガス分散板の下の板の略平面図である。
【図７】図６のガス分散板の中央を貫通する孔の拡大縦
断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャンカー ヴェンカタラナン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ホームステッド ロー ド 3131， ナンバー13−ケイ (72)発明者 スコット ヘンドリックソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， コテージ プレイス 6030 (72)発明者 インナ シュムラン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティ， ビーチ パーク ブルヴァード 695 (72)発明者 サン ティ． ニューイェン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ラーチモント ドライヴ 6090

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応性ガスの混合体から化学気相成長法
    により均一な厚さの層を半導体ウェハの表面上に形成す
    る方法であって、 別々の第一と第二のガス流から、層が形成される半導体
    ウェハに近接して、ガスの渦巻き状の渦流混合体を形成
    するステップと；前記ガスの混合体から反応性ガスの均
    一な混合体を形成するステップと；前記均一な厚さの層
    が半導体ウェハの表面上に形成されるように、雲状の混
    合反応性ガスを前記ウェハの表面上にわたって流すステ
    ップ、とを備えることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ガス分散板を貫通する複数の孔のパター
    ンを画定し、前記半導体ウェハの表面領域とほぼ等しい
    領域を有し、前記半導体ウェハの表面と極めて接近して
    いる、少なくとも一枚の前記ガス分散板に、混合ガスを
    混合した後に、直ちに流し通すステップを更に備えるこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 第一のガス分散板を貫通する複数の孔の
    パターンを画定し、かつ、第二のガス分散板と極めて接
    近している前記第一のガス分散板に、混合ガスを混合直
    後に直ちに流し通すステップと；前記混合ガスが前記第
    一のガス分散板を通過した後に、前記第二のガス分散板
    を貫通する複数の孔のパターンを画定し、前記半導体ウ
    ェハの表面の領域とほぼ等しい領域を有し、前記半導体
    ウェハと極めて接近している、第二のガス分散板に前記
    混合ガスを流し通すステップとを更に備え、反応性ガス
    の均一な混合体が、前記第二の板を出て、前記半導体ウ
    ェハの前記表面上にわたって流れて、前記半導体ウェハ
    の前記表面上に均一な層を形成するように、前記第一と
    第二の板が互いに正確に連動していることを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記形成される層が二酸化ケイ素であ
    り、準大気化学気相成長法(sub-atmospheric chemical
    vapor deposition)を用いて形成されることを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第一のガスがヘリウム又は窒素とい
    ったガス内に有機気相(an organic vapor)を含み、前記
    第二のガス流がオゾンを含むことを特徴とする、請求項
    ４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記二酸化ケイ素層の形成がチャンバ内
    で行われ、前記形成の後で、反応性ガスの化学残留物を
    取り除くためにイオン化ＮＦ3といったクリーニングガ
    スを用いてチャンバを洗浄することを特徴とする、請求
    項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 反応性ガスから均一な厚さの層を半導体
    ウェハの表面上に形成する装置であって、 処理の間半導体ウェハを収容するように構成されたチャ
    ンバを内部に画定するハウジングと；ガス混合キャビテ
    ィを画定する混合ブロックと；接線方向の一方の方向か
    ら前記混合キャビティ内に第一の反応性ガスを受け入れ
    る混合キャビティの第一の入り口と；接線方向の反対の
    方向から前記混合キャビティ内に第二の反応性ガスを受
    け入れる第二の入り口にして、前記第一と第二の入り口
    を通過するガスがキャビティ内で渦を巻いて混合するよ
    うにする第二の入り口と；半導体ウェハに極めて近接し
    た混合キャビティの出口と、を備えることを特徴とする
    装置。
  8. 【請求項８】 各々のガス分散板を貫通する複数の孔を
    画定している第一と第二の分散板であって、第一の分散
    板がその中央に貫通孔を有していない、第一と第二のガ
    ス分散板とを含み；前記第一の分散板が、混合キャビテ
    ィの出口に極めて接近して配置される貫通孔を有し、か
    つ、第二の分散板に極めて接近して配置され；前記第二
    の分散板が、半導体ウェハの表面上に均一な厚さの層を
    形成するように、半導体ウェハの表面に極めて接近して
    排出口を有することを特徴とする、請求項７に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 半導体ウェハの表面上に均一の層を堆積
    させるように反応性ガスを用いて半導体ウェハを処理す
    る装置であって、 処理の間ウェハを収容するように構成されたチャンバを
    画定するハウジングと；前記ハウジングとともにチャン
    バ周りに気密封止部を形成するハウジング頂部のリッド
    フレームと；処理の間、ウェハを垂直軸線に沿って中心
    決めし、周囲温度より高い温度に保持するためにハウジ
    ングチャンバ内部に設けたヒータアセンブリと；前記リ
    ッドフレームに取り付けられて、中心軸に沿って略整列
    されたガス混合キャビティを有する混合ブロックと；接
    線方向の一方の方向から混合キャビティ内に連通する混
    合キャビティの第一の入り口に接続された第一の反応性
    ガス供給源と；接線方向の反対の方向から混合キャビテ
    ィ内に連通する混合キャビティの第二の入り口に接続さ
    れた第二の反応性ガス供給源であって、前記第一と第二
    の入り口を通過するガスがキャビティ内で渦を巻いて直
    ちに混合するようにする第二の反応性ガス供給源と；ウ
    ェハの領域とほぼ等しい領域を有する少なくとも一つの
    貫通孔付き分散板を有するガス拡散手段と；前記混合キ
    ャビティからガス拡散手段を介してチャンバの外へガス
    を排気するポンプと、を備えることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 ガス拡散手段が、互いに接近して間隔
    を置いて配置されて、かつ、互いに対して連動するブロ
    ッカ板とフェース板とを備え、 直径が３００ｍｍの半導体ウェハがその表面上に均一の
    厚さの層を形成させるように、ブロッカ板はそれを貫通
    する孔を画定しているが中央孔を有しておらず、フェー
    ス板は垂直軸線に沿ってウェハの中心とガス混合キャビ
    ティとに一直線に並べられている中央孔を含む、フェー
    ス板を貫通する孔を画定することを特徴とする、請求項
    ９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ブロッカ板の孔は直径約２８ミルであ
    って、フェース板の中央孔は直径約２３ミルで、また残
    余の孔は直径約２８ミルであって、前記フェース板の孔
    が幾分じょうご型をしていることを特徴とする、請求項
    １０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ブロッカ板の孔が表１の所定のパター
    ンで配列されて、フェース板の孔が表２の所定のパター
    ンで配列されていることを特徴とする、請求項１１に記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】 反応性ガスの混合体を用いて準大気化
    学気相成長法により半導体ウェハの表面上に均一な厚さ
    の二酸化ケイ素の層を形成する、３００ｍｍもの直径を
    有する半導体ウェハを処理する装置であって、 前記ウェハの処理のためにチャンバを収容するハウジン
    グと；チャンバ周りにハウジングとともに気密封止部を
    形成するリッドアセンブリと；処理のために正しい位置
    でウェハを垂直軸線に中心決めすると共にウェハを高温
    に保つためにハウジング内部に設けたヒータアセンブリ
    と；前記リッドアセンブリに取り付けられ、垂直軸線と
    整列してウェハチャンバに開口しているガス混合キャビ
    ティを有するガス混合ブロックと；第一のガスを混合キ
    ャビティ内に注入するための第一のガス供給ラインと；
    第二のガスを混合キャビティ内に注入するための第二の
    ガス供給ラインと；ガス混合キャビティ直下のリッドア
    センブリの下側に取り付けられ、半導体ウェハの表面の
    領域とほぼ等しい領域全体に広がる貫通孔付きブロッカ
    板と；ブロッカ板のすぐ下でリッドアセンブリの下側に
    取り付けられ、ウェハの領域よりも広い領域全体に亘り
    反応性ガスを均一な混合体に拡散する貫通孔付きフェー
    ス板と；を備え、 前記ブロッカ板とフェース板とが互いにまた垂直軸線に
    対して連動され、前記ブロッカ板が複数の貫通孔を画定
    する一方で中央孔を含んでおらず、前記フェース板が垂
    直軸線に沿った中央貫通孔と複数の他の貫通孔とを画定
    し、前記ブロッカ板とフェース板の孔が、二酸化ケイ素
    の均一な層を半導体ウェハの表面上に堆積するように所
    定のパターンに配列されている、ことを特徴とする装
    置。
  14. 【請求項１４】 混合キャビティに注入された反応性ガ
    スが渦を巻いて完全に混合されるように、第一のガス供
    給ラインが混合キャビティの一側面に接線方向に接続さ
    れていて、第二のガス供給ラインが混合キャビティの反
    対側の側面で第一の供給ラインに対して反対側から接線
    方向に接続されていることを特徴とする、請求項１３に
    記載の装置。
  15. 【請求項１５】 ブロッカ板が表１に基づいて配列され
    た孔を有し、フェース板が表２に基づいて配列された孔
    を有し、フェース板の中央孔の直径が約２３ミルで、フ
    ェース板の残余の孔とブロッカ板の孔の直径が約２８ミ
    ルであることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 ウェハが処理された後に反応性ガスの
    化学残余物を取り除くために、クリーニングガスを混合
    キャビティ、ブロッカ板、フェース板及びウェハチャン
    バを介して流すガス混合ブロックの上部に取り付けられ
    ているクリーニングガス供給ラインを更に備えることを
    特徴とする、請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 反応性ガスの混合体を用いて準大気化
    学気相成長法によって、各半導体ウェハの表面上に均一
    な厚さの二酸化ケイ素の層を適用するように、３００ｍ
    ｍもの直径を有する二つの半導体ウェハを同時に処理す
    る装置であって、 前記処理のためにそれぞれ垂直軸線を有する第一と第二
    のチャンバキャビティを収容するハウジングと；ハウジ
    ングとともに各チャンバキャビティの気密封入部を形成
    するリッドアセンブリと；処理のために正しい位置で各
    垂直軸線上にウェハを中心決めし、高温に保つために、
    それぞれのチャンバキャビティ内部に設けられた第一と
    第二のヒータアセンブリと；前記リッドアセンブリに取
    り付けられ、各垂直軸線と整列して各ウェハチャンバキ
    ャビティに開口したガス混合キャビティを有する第一と
    第二のガス混合ブロックと；第一のガスを各混合キャビ
    ティ内に注入する第一の反応性ガス供給ライン及び第二
    のガスを各混合キャビティ内に注入する第二の反応性ガ
    ス供給ラインであって、各キャビティ内に注入された反
    応性ガスがキャビティ内で渦を巻いて直ちに完全に混合
    するように、第一の反応性ガス供給ラインが各混合キャ
    ビティの一方の側で接線方向に位置し、第二の反応性ガ
    ス供給ラインが第一の反応性ガス供給ラインと反対方向
    に各混合キャビティの反対側で接線方向に位置してい
    る、第一及び第二の反応性ガス供給ラインと；各ガス混
    合キャビティの直下で前記リッドアセンブリの下側に取
    り付けられて、各混合キャビティから流れる混合された
    反応性ガスをウェハの領域とほぼ等しい領域に拡散す
    る、第一と第二の貫通孔付きブロッカ板と；各ブロッカ
    板のすぐ下で前記リッドアセンブリの下側に取り付けら
    れて、ウェハの領域よりも広い領域全体に亘り反応性ガ
    スを均一な混合体に拡散する第一及び第二の貫通孔付き
    フェース板とを備え、 各ブロッカ板とフェース板とが互いに且つ各垂直軸線に
    対して連動され、各ブロッカ板が複数の貫通孔を画定し
    ているが中央孔を含んでおらず、各フェース板が中央孔
    と複数の他の貫通孔とを画定し、処理される各半導体ウ
    ェハの表面にケイ素の均一な層が堆積されるようにブロ
    ッカ板とフェース板の孔が所定のパターンに配列されて
    いる、ことを特徴とする装置。
  18. 【請求項１８】 各ブロッカ板が表１に基づいて配列さ
    れた孔を有し、フェース板が表２に基づいて配列された
    孔を有し、各フェース板の中央孔の直径が約２３ミル
    で、フェース板の残余の孔とブロッカ板の孔の直径が約
    ２８ミルであることを特徴とする、請求項１７に記載の
    装置。
  19. 【請求項１９】 ウェハが処理された後に反応性ガスの
    化学残余物を取り除くために、クリーニングガスを各混
    合キャビティ、各ブロッカ板、各フェース板及び各ウェ
    ハチャンバを介して流すために、各ガス混合ブロックの
    上部に取り付けられているクリーニングガス供給ライン
    と更に組み合わせていることを特徴とする、請求項１８
    に記載の装置。
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