JP2002093714A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホットワイヤＣＶＤにおいて、高温発熱体で
消費される電力の無駄をなくし、成膜プロセスに応じた
最適な反応活性を実現して、基板面内で良好な膜質及び
膜厚均一性を得る。 【解決手段】 高温素線２９から構成される高温発熱体
は、単一の電力制御しかできない一つの発熱系ではな
く、個別の電力制御ができる複数の発熱系で構成する。
そのために高温発熱体を複数の発熱体ユニット２８Ａ〜
２８Ｅで構成する。また、発熱体ユニット２８に反応ガ
スを接触させ分解して基板を処理する反応室を適宜分割
して複数の領域２３〜２７を形成する。これらの領域２
３〜２７に複数の発熱体ユニット２８Ａ〜２８Ｅをそれ
ぞれ配置する。各発熱体ユニット２８は、互いに独立に
または複数個づつ組み合わされて電力制御されるように
して、反応室１２の全体できめ細かな温度制御が行える
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に係
り、特にホットワイヤＣＶＤ装置の高温発熱体をユニッ
ト化したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ホットワイヤＣＶＤ装置は、処理基板近
傍に高温発熱体を設置して、この高温発熱体との接触分
解反応により反応ガスを分解して、ヒータ加熱された基
板に膜を堆積する装置である。ヒータ加熱が比較的低温
でよいのが優れた点である。

【０００３】同一基板上に複数の成膜プロセスを行う場
合に、それぞれのプロセスにおいて最も良好となる接触
分解反応があり、それから外れると基板面内での良好な
膜質や膜厚均一性が得られない。このために高温発熱体
にきめ細かな温度制御が要請される。

【０００４】この要請に応えるために、従来は、反応室
内に配置された高温発熱体同士の間隔を変えるなどの工
夫をして温度制御を行おうとしていた。しかし、高温発
熱体が単一の制御系で制御される一つの発熱系で構成さ
れているため、高温発熱体同士の間隔を変えるなどの工
夫をしても、反応室全体内でのきめ細かな温度制御が困
難であった。したがって、過剰制御気味になって投入電
力に無駄が生じたり、本来必要とされる高温発熱体部分
の反応活性が十分に制御しきれていなかったりしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、高温発熱体が一つの発熱系で構成されているため、
高温発熱体の中央部分と周辺部分とでは、反応容器への
熱の逃げなどの違いから、高温発熱体表面に温度の低い
部分が現われ、接触分解反応の均一性が損なわれる。こ
のため基板面内に形成される膜厚を良好で、均一にする
ことは困難であった。特に複数の成膜プロセスを行う場
合に、基板面内での良好な膜質や膜厚均一性を得ること
ができなかった。

【０００６】基板上に堆積される薄膜の膜厚を良好で均
一なものにするためには、基板表面に到達する活性種の
量を基板箇所に応じて制御できるようにして、基板の全
面に亘って膜厚差が生じないようにする必要がある。

【０００７】本発明の課題は、基板表面に到達する活性
種の量を基板箇所に応じて制御できるようにすることに
よって、上述した従来技術の問題点を解消して、消費電
力の無駄を解決し、全体で最適な反応活性を得ることの
できる半導体製造装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板を処理する反応室と、前記反応室内に反応ガス
を供給するガス供給手段と、前記反応室内に供給された
反応ガスと接触することにより前記反応ガスを分解する
高温発熱体とを備え、前記高温発熱体は、互いに独立に
または複数個づつ組み合わされて制御されるユニットか
ら構成され、前記ユニットは前記反応室内を適宜分割し
た複数の領域に配置されていることを特徴とする半導体
製造装置である。

【０００９】本発明装置によれば、高温発熱体を互いに
独立にまたは複数個づつ組み合わされて制御されるユニ
ットで構成したので、一つの発熱系で制御するものと比
べて投入電力の制御が容易になり、電力の無駄をなくす
ことができる。また、反応室を分割した複数の領域にユ
ニットを配置したので、反応室全体でのきめ細かな温度
制御が行える。

【００１０】請求項２に記載の発明は、高温発熱体を制
御して該高温発熱体に反応ガスを接触させて分解し、前
記反応室内の基板を処理する工程を有し、前記高温発熱
体を制御するに際し、前記反応室内を分割した複数の領
域に前記高温発熱体をユニット化してそれぞれ配置し、
該ユニットを互いに独立または複数個づつ個別に制御す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。

【００１１】本発明方法によれば、高温発熱体をユニッ
ト化して複数の領域に配置し、互いに独立または複数個
づつ個別にユニット制御するようにしたので、簡易な方
法によって基板面内での良好な膜質及び膜厚均一性を得
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１３】図９は、半導体製造装置としてのホットワ
イヤＣＶＤ装置の概略正断面図である。この装置は、石
英製の反応容器１１と、反応容器１１の内部に形成され
て成膜処理が行なわれる反応室１２と、反応室１２内に
所定の反応ガスを供給する石英製のガス供給口１３と、
ガス供給口１３から供給された反応ガスを基板面にシャ
ワー状に噴出させる石英製のガスシャワー板１４と、ガ
スシャワー板１４から噴出された反応ガスが接触するよ
うに反応室１２内の基板１５の近傍に設けられた高温発
熱体１６と、反応容器１１の外部に設けられ高温発熱体
１６に電力を投入して高温発熱体１６を加熱する加熱用
電源１７と、高温発熱体１６の作用によって所定の薄膜
が堆積する位置に基板１５を保持する石英製のサセプタ
１８と、サセプタ１８を加熱して基板１５を所定温度に
加熱維持するヒータ１９と、反応容器１１の底部に設け
た石英製の真空排気口２０とから主に構成されている。
前記サセプタ１８は図示しないヒータ昇降機構で昇降可
能である。

【００１４】図９に示す装置において、基板１５を反応
室１２内に搬入する。基板１５はサセプタ１８に保持さ
れ、サセプタ１８下方のヒータ１９により処理温度まで
加熱される。この状態でガス供給口１３に反応ガスを導
入してガスシャワー板１４に供給する。ガスシャワー板
１４に供給された反応ガスは、ガスシャワー板１４に形
成したガス吹出し孔２１から吹き出し、均等に反応室１
２へ供給される。反応ガスは高温に加熱された高温発熱
体１６に接触して接触分解反応を生ずる。接触分解反応
の結果生成された反応活性種は基板１５に達し、基板１
５の表面に所定の薄膜を堆積させる。接触分解反応によ
り生成された反応活性種は、その内部エネルギーが高い
ことから、成膜の際の基板１５の温度は比較的低くて足
りる。図中、ガスシャワー板１４と高温発熱体間距離
ａ、および反応室底部とサセプタ間距離ｂで示された寸
法は、それぞれ任意値に設定可能である。ただし、ａは
反応室１２を大気開放して操作する。ｂは反応室１２を
真空保持中でもヒータ昇降機構を利用して変更可能であ
る。

【００１５】上述したホットワイヤＣＶＤ装置では、高
温発熱体１６を一つの発熱系ではなく、複数の発熱系と
する。そのために、高温発熱体１６を複数の発熱体ユニ
ットに分割し、それぞれの発熱体ユニットを互いに独立
にまたは複数個づつ組み合わせて制御できるようにす
る。各発熱体ユニットは一つの発熱系である高温素線か
らできている。高温素線の材料としては、例えばタング
ステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウム等
がある。

【００１６】複数の発熱体ユニットの分け方は種々考え
られる。高温発熱体１６の中央部分と周辺部分とでは反
応容器１１への熱の逃げなどの違いから、部分的に温度
差が発生し、反応活性が異なることは前述した通りであ
る。これを改善するために反応室１２内を複数ゾーンに
領域分けを行ない、これら各領域に前記複数の発熱体ユ
ニットをそれぞれ配置する。

【００１７】反応室１２内を複数ゾーンに領域分けを行
う場合、平面的に領域分けする場合と、立体的に領域分
けする場合とが考えられる。

【００１８】図１は平面的に領域分けした場合を例示す
る。なお、この例では反応室１２内の形状は矩形をして
おり、反応室１２内に収納される基板（図示せず）も矩
形をしているが、円形の反応室、円形の基板であっても
よいことはもちろんである。符号２２は反応室外壁を示
す。基板表面と対向する反応室１２内の上部を、例えば
一点鎖線で示す５ゾーンに領域分けを行なう。領域は、
中央部２３と、中央部２３の前後左右４方向の周辺部２
４、２５、２６、および２７とである。中央部２３と周
辺部２４〜２７とに、互いに独立にまたは複数個づつ組
み合わされて電力制御される発熱体ユニット２８を配置
する。各発熱体ユニット２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８
Ｄ及び２８Ｅは、投入電力の管理が個別に行われて制御
される。各発熱体ユニット２８の形状は、ここでは平面
視で折返し部を直角に曲げた蛇行形状とし、これより各
領域２３〜２７内をカバーしている。折返し部の谷と山
は左右領域、および前後領域で線対称となるように配置
することが好ましい。

【００１９】なお、発熱体は蛇行形状に限らない。ガス
シャワー板１４から均等に反応室１２内に降り注がれる
反応ガスを洩れなく十分に補足できる形状のものであれ
ば任意でよい。

【００２０】図２は立体的に領域分けした場合を例示す
る。複数の発熱体ユニット２８Ａ、Ｂは基板１５の面に
対して平行に配置されるが、基板１５の面からの距離を
異ならせて、複数の発熱体ユニット２８Ａ、Ｂを上下の
多層構造とする。なお、発熱体ユニット２８は蛇行配置
とする。この場合、図３に示すように、上下発熱体ユニ
ット２８Ａ、２８Ｂを構成する直線状の高温素線２９
が、互いに直交する方向に張られるようすることもでき
る。または図４に示すように、上下発熱体ユニット２８
Ａ、２８Ｂを構成する直線状の高温素線２９が、互いに
平行で、高温素線２９ピッチ間の隙間を上下で互いに埋
めるように張られることもできる。なお、図４の場合
は、必ずしも上下方向に層構造とするのではなく、複数
の発熱体ユニット２８を同一平面上に配置することによ
っても構成することが可能である。この構成は、平面的
に領域分けする場合に含まれる。

【００２１】これらの場合において、高温素線２９間を
電気的に接続する折返し部は、高温素線で構成する必要
はなく、耐熱性の電線で構わない。このようにすれば高
温素線の使用量が減り、高温素線を構成するモリブデン
等を屈曲させる必要がないので発熱体ユニットを安価に
構成することができる。またそうすると、全てのユニッ
ト２８を構成する単位となる高温素線２９の形状が同一
になるなので、製造及び保守のコストを低く抑えること
ができる。

【００２２】発熱体ユニット２８の投入電力制御の方法
は種々考えられる。例えば図５に示すように、変圧器３
０を使用することができる。１次側に電源１７を接続し
た変圧器３０の２次側に、複数の可変リアクタンス３１
Ａ〜３１Ｃを設けて、各可変リアクタンス３１Ａ〜３１
Ｃに発熱体ユニット２８Ａ〜２８Ｃをそれぞれ接続す
る。可変リアクタンス３１Ａ〜３１Ｃを調整すること
で、可変リアクタンス３１の両端に発生する可変電圧に
より発熱体ユニット２８に投入する電力を制御して温度
を制御する。なお変圧器に代えて変流器で構成してもよ
い。

【００２３】または図６に示すようにＳＣＲ（サイリス
タ）３２を使用してもよい。電源１７に発熱体ユニット
２８Ａ〜２８Ｃを負荷とする複数の並列回路３３Ａ〜３
３Ｃを接続する。各並列回路３３Ａ〜３３ＣにＳＣＲ３
２を直列に挿入し、ＳＣＲ３２に加えるゲート電圧によ
って各発熱体ユニット２８に流れる電流を位相制御す
る。きめ細かい温度制御を行なうために、各領域毎に発
熱体ユニット２８の出力を独立にフィードバック制御す
る必要がある。そのために、領域の数だけ、発熱体ユニ
ット２８の温度を測定する温度計（図示せず）を用意と
する。

【００２４】上述したように高温発熱体１６を複数の発
熱体ユニット２８で構成し、それらを各領域に分けて配
置した場合、各発熱体ユニット２８への通電は、それぞ
れの成膜プロセスで最適となるように、各領域毎に独立
して投入電力を制御し、成膜を行う。また意図的に必要
な箇所の発熱体ユニット２８への投入電力を制御するこ
とでその反応活性を上げたり下げたりする。

【００２５】電力印加制御パターンは種々考えられる
が、例えば図７では、発熱体ユニットＡへの電力印加区
間の中間で、発熱体ユニットＢに一時的に電力を印加し
ている場合を示している。成膜途中に所定領域での接触
分解反応を増加させたい場合に有効である。図８では、
発熱体ユニットＡから発熱体ユニットＢへ電力印加を切
換えている場合を示している。接触分解反応を一の領域
から他の領域に推移させる場合に有効である。制御パタ
ーンは、成膜プロセス毎に基板面内の膜質が良好で膜厚
が均一になるように、各領域に配置された発熱体ユニッ
ト２８への印加電力を種々変えて実験をくり返し、より
良い結果を見い出すことで得られる。

【００２６】以下、上述した半導体製造装置を用いて行
う基板処理について説明する。

【００２７】基板１５を反応室１２内に搬入する。基板
１５はサセプタ１８に保持され、サセプタ１８下方のヒ
ータ１９により処理温度まで加熱される。この状態でガ
ス供給口１３に反応ガスを導入し、ガスシャワー板１４
を介して均等に反応室１２へ供給する。反応ガスは同一
面ないし多層に配置された高温加熱された高温発熱体ユ
ニット２８を介して基板１５に達し、その表面において
反応ガスが分解して活性種を生成し、基板１５の表面に
所定の膜を形成する。この際、高温に加熱された高温発
熱体ユニット２８は、当該成膜プロセスを行う場合に、
もっとも良好となる接触分解反応をきめ細かく提供す
る。例えば、図１の場合は、熱の逃げの小さい中央部２
３の発熱体ユニット２８Ａへの供給電力を低く、熱の逃
げの大きい周辺部２４〜２７の発熱体ユニット２８Ｂ〜
２８Ｅへの供給電力を高くなどする。したがって、基板
面内での良好な膜質や膜厚均一性を得ることができる。
成膜処理後、ガス供給を停止し、基板１５を取り出す。

【００２８】なお、処理条件としては、例えば第６０回
応用物理学会学術講演会講演予稿集や「Ｃａｔ−ＣＶＤ
法による半導体デバイス製造プロセス」公開シンポジウ
ム要旨集等に記載のあるような条件にて、例えばシラン
を０．５〜５０ｓｃｃｍの範囲で、水素を１００ｓｃｃ
ｍ、圧力を０．２７〜１３．３Ｐａ、高温素線温度１８
００〜２０００℃、基板温度３００℃前後で処理を行う
ことで、ポリシリコン膜を得ることができた。

【００２９】実施の形態によれば、成膜プロセスに見合
う最適な温度分布を高温発熱体上に実現することができ
る。また必要な箇所の反応活性を意図的に上げることに
より、成膜の薄い部分を補償して、成膜の基板面内均一
性を向上することができる。また、発熱体ユニット毎に
投入電力を制御できるため、電力の無駄をなくし消費電
力を低減することができる。なお、発熱体ユニット毎に
投入電力を制御できるので、発熱体ユニットは、互いに
独立にまたは複数個づつ組み合わせて制御することがで
きる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、反応室全体できめ細か
な温度制御が行えるので、電力に無駄が生じず、また必
要とされる高温発熱体部分の活性を制御することができ
るので、基板面内で良好な膜質及び膜厚均一性を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による反応室内を平面的に分割した
複数領域分割例の説明図。

【図２】実施の形態による反応室内を立体的に分割した
複数領域分割例の説明図。

【図３】実施の形態による発熱体ユニットの交差配列の
組合わせ例を示す説明図。

【図４】実施の形態による発熱体ユニットの平行配列の
組合わせ例を示す説明図。

【図５】実施の形態による変圧器による発熱体ユニット
の電力制御回路図。

【図６】実施の形態によるＳＣＲによる発熱体ユニット
の電力制御回路図。

【図７】実施の形態による投入電力パターンを示す説明
図。

【図８】実施の形態による他の投入電力パターンを示す
説明図。

【図９】実施の形態によるホットワイヤＣＶＤ装置の概
略構成図。

【符号の説明】

１２ 反応室 ２３ 中央部 ２４〜２７ 周辺部 ２８、２８Ａ〜２８Ｅ 発熱体ユニット ２９ 高温素線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を処理する反応室と、 前記反応室内に反応ガスを供給するガス供給手段と、 前記反応室内に供給された反応ガスと接触することによ
   り前記反応ガスを分解する高温発熱体とを備え、 前記高温発熱体は、互いに独立にまたは複数個づつ組み
   合わされて制御されるユニットから構成され、 前記ユニットは前記反応室内を適宜分割した複数の領域
   に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】高温発熱体を制御して、該高温発熱体に反
   応ガスを接触させて分解し、前記反応室内の基板を処理
   する工程を有し、 前記高温発熱体を制御するに際し、前記反応室内を分割
   した複数の領域に前記高温発熱体をユニット化してそれ
   ぞれ配置し、該ユニットを互いに独立または複数個づつ
   個別に制御することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。