JP2006278660A

JP2006278660A - 基板処理装置

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Publication number: JP2006278660A
Application number: JP2005094853A
Authority: JP
Inventors: Itaru Okada; 格岡田; Yasuhiro Inokuchi; 泰啓井ノ口; Atsushi Morikawa; 敦史守川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】製品用基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置をより安価に提供する。
【解決手段】製品用基板１３１のＳｉ表面１３２にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置であって、製品用基板１３１の少なくとも周辺部と対向する面を有するダミー部材１３３を製品用基板の選択成長させる面１３２の上側に隙間を介して配置し、ダミー部材１３３の製品用基板の選択成長させる面と対向する面１３５の少なくとも周辺部に凹凸部１３７を設けて、製品用基板上にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、ホットウオール式の縦型ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置によりＳｉウエハ等の基板にＳｉまたはＳｉＧｅ等のエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理装置に関する。

ＳｉウエハにＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体デバイスを形成する場合に、Ｓｉが露出している領域にのみＳｉ、ＳｉＧｅ等をエピタキシャル成長させ、その他のＳｉＯ_２やＳｉＮ等が露出している領域には何も成長させない技術で、一般的には選択成長と呼ばれている技術が用いられる場合がある。

Ｓｉ、ＳｉＧｅ等の選択成長の原料ガスとしては、ＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ₆、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等のＳｉ含有ガスが用いられ、ＳｉＧｅの場合にはさらにＧｅＨ₄等のＧｅ含有ガスが加えられる。ＣＶＤ反応において原料ガスが導入されると、Ｓｉ上ではただちに成長が開始されるのに対して、ＳｉＯ_２やＳｉＮ上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、Ｓｉ上のみにＳｉまたはＳｉＧｅを成長させるのが選択成長である。

選択成長にはコールドウオール式枚葉ＣＶＤ装置が用いられるのがほとんどである。これはホットウオール式ＣＶＤ装置の場合、高温の石英製アウターチューブやインナーチューブ、ボート、もしくは隣接する高温のウエハ表面で、ＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ₆、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等の原料ガスが反応性の高いＳｉＨ_ｘに分解し、ＳｉＯ_２やＳｉＮ上に到達するためである。ＳｉＨ_４等に比べＳｉＨｘのＳｉＯ_２やＳｉＮ上での反応確率が高いため潜伏期間が短くなり、選択成長できないかもしくは選択成長できる膜厚が極めて薄くなってしまう。

しかし選択成長の需要が増えるにつれ、コールドウオール式枚葉装置では生産性が低いため、より生産性の高いホットウオール式ＣＶＤ装置での選択成長の要求が高まっている。

ホットウオール式ＣＶＤ装置で選択成長を行うために、プロダクトウエハ（製品用基板）をＳｉウエハなどのダミーで挟む方法が提案されているが、プロダクトウエハを５０枚とした場合、同じ数以上のダミー用が必要となり、費用がかかるという問題があった。

従って、本発明の主な目的は、製品用基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置をより安価に提供することにある。

本発明によれば、
少なくとも一つの製品用基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に配置され、前記製品用基板を加熱する加熱部材と、
前記処理室に連接された処理ガス供給系と、排気系とを有し、
前記製品用基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置であって、
前記製品用基板の少なくとも周辺部と対向する面を有するダミー部材を前記製品用基板の選択成長させる面の上側に隙間を介して配置し、前記ダミー部材の前記製品用基板の選択成長させる面と対向する面の少なくとも周辺部に凹凸部を設けて、前記製品用基板上にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、製品用基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置をより安価に提供することができる。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。

ＳｉウエハのウエハＳｉが露出している領域にのみにＳｉエピタキシャル膜、ＳｉＧｅエピタキシャル膜等をホットウォールＣＶＤ炉にて選択成長させる際、ＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ_６等のＳｉ含有ガスを用いると、ＳｉＨ_４等の原料ガスが炉内の高温の部分（反応管等）から熱エネルギーを得て、ウエハ表面だけでなく気相中で反応性の高いＳｉＨｘに分解し、ＳｉＨｘが選択成長させたくないＳｉＯ_２やＳｉＮ上に到着して反応してしまい、これにより潜伏期間が短くなって、選択成長が出来ないか、若しくは選択成長出来ても極めて薄い膜となってしまう。

そこで、本発明の好ましい実施例においては、選択性を確保するために、プロダクトウエハ（製品用基板）の選択成長させる面と対向してダミープレートやダミーリング等のダミー部材を対向して配置し、ダミープレートやダミーリング等のダミー部材のプロダクトウエハの選択成長させる面と対向する面の外周部に凹凸部を設けている。

このように外周部に凹凸部を設けることにより、表面積が大きくなり、ウエハ周辺部でのダミー部材によるガス消費を促進させることができるようになる。その結果、ＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ₆、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等の原料ガスが分解してできる反応性の高いＳｉＨ_ｘをダミー部材の凹凸部に吸着させて、プロダクトウエハ表面でのＳｉＨ_ｘの存在率を下げることができ、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の非成長領域でのＳｉＨ_ｘの潜伏期間を長くして、Ｓｉが露出している領域にのみにＳｉエピタキシャル膜、ＳｉＧｅエピタキシャル膜等を選択成長できるようになる。

また、ダミー部材を設けないと、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６等の原料ガスのウエハ周辺部での消費が多くなり、周辺部の膜厚が大きく、中央部の膜厚が小さい凹状の膜厚分布になるが、上記ダミープレートやダミーリング等のダミー部材を設けることによって、これを抑制することができる。

なお、ＨＣｌ、Ｃｌ_２等のエッチングガスを使用する場合には、ウエハ周辺部での消費が多くなり、ウエハ周辺部でエッチングがより多く行われて凸状の膜厚分布になるが、これを抑制することができるようにもなる。

次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。

図１は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図であり、図２は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。

本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置２００は、反応炉１００と、制御装置１４１と、ガス供給装置１４２と、真空排気装置１４３とを備えている。図２を参照すれば、反応炉１００は、ベース１１２と、その上に設けられたマニホールド１１１と、アウターチューブ１０３と、その内部に設けられたインナーチューブ１０４と、アウターチューブ１０３の外部に設けられたヒータ１０１と、ヒータ１０１とアウターチューブ１０３を覆って設けられた断熱材１０２とを備えている。ヒータ１０１と断熱材１０２とによりアウターチューブ１０３内部全体を加熱する。アウターチューブ１０３はマニホールド１１１の上部フランジ１１８上に設けられ、インナーチューブ１０４はマニホールド１１１の中程で内側に向かって突きだしたフランジ１１９上に設けられている。

シールキャップ１１３上にはボート１０５が搭載されている。ボート１０５を搭載したシールキャップ１１３がベース１１２の開口１２０から挿入され、シールキャップ１１３が上昇してシールキャップ１１３によって開口１２０が閉じられるとボート１０５がインナーチューブ１０４内に位置する。ボート１０５は回転機構１１４によって回転される。ボート１０５には複数のウエハ１３０が垂直方向に積層されて搭載されている。インナーチューブ１０４内がウエハ１３０を処理する処理室１０８となる。ボート下部のマニホールド１１１に相当する高さの部分には、断熱板１０７が搭載されている。

マニホールド１１１の側壁には、排気管１１６が取り付けられており、排気管１１６は真空排気装置１４３に接続されている。シールキャップ１１３を貫通して供給管１１５が設けられている。供給管１１５は、ガス供給装置１４２に接続されている。ＳｉまたはＳｉＧｅの選択成長の原料ガスである、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ₆、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＧｅＨ₄等が、供給管１１５よりインナーチューブ１０４の下部から導入される。その後、インナチューブ１０４内を上昇し、その後、アウタチューブ１０３とインナチューブ１０４との間の隙間を通って、排気管１１６に接続された真空排気装置１４３により排気される。

シールキャップ１１３を下降して、ボート１０５をインナーチューブ１０４から搬出した後は、ゲートバルブ１１７（図２参照）によって、ベース１１２の開口１２０を閉じる。図１を参照すれば、このようにして処理炉１００の下部に搬出されたボート１０５とウエハカセット１５２との間でウエハ１３０を移載する移載機１５１が設けられている。

ヒータ１０１、ガス供給装置１４２、真空排気装置１４３、回転機構１１４、ゲートバルブ１１７、移載機１５１は制御装置１４１によって制御される。

ウエハカセット１５２により投入されたウエハ(Ｓｉ基板)１３０は移載機１５１によりウエハカセット１５２からボート１０５に移載される。全てのウエハ１０５の移載が完了するとボート１０５はインナーチューブ１０４内へ挿入され、アウターチューブ１０３内は真空排気装置１４３により減圧される。そしてヒータ１０１により所望の温度に加熱し温度が安定したところでガス供給装置１４２により供給管１１５を介して原料ガスを供給し、ウエハ(Ｓｉ基板)１３０上にＣＶＤ反応によりＳｉまたはＳｉＧｅを選択成長させる。

ホットウオール式の場合、図３に示す通りアウターチューブ１０３、インナーチューブ１０４、ボート１０５等の石英類がウエハ１３０と一緒にヒーター１０１によって加熱される。ここに選択成長の原料ガスであるＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ₆やＳｉＨ_２Ｃｌ_２がガス導入管１１５より供給されると、高温の石英類やウエハ１３０から熱エネルギーを得てウエハ表面だけでなく反応炉内の気相中で反応性の高いＳｉＨｘに分解する。選択成長ではプロダクトウエハのＳｉが露出している領域(成長領域)にのみＳｉまたはＳｉＧｅを成長させ、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等が露出している領域(非成長領域)には成長させたくないのであるが、気相中でＳｉＨｘに分解してしまうためこのＳｉＨｘは容易に非成長領域に到達し、反応性が高いため非成長領域にもただちに膜を形成してしまう。

そこで本実施例では、図３に示すように、プロダクトウエハ１３１の選択成長させる面１３２と対向してダミープレート１３３を対向して配置し、ダミープレート１３３のプロダクトウエハ１３１の選択成長させる面１３２と対向する面１３５の外周部に、図４に示すように、凹凸部１３７を設けている。

このように外周部に凹凸部１３７を設けることにより、表面積が大きくなり、プロダクトウエハ１３１の周辺部上部でのダミープレート１３３によるガス消費を促進させることができるようになる。その結果、ＳｉＨ_４やＳｉ_２Ｈ₆、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等の原料ガスが分解してできる反応性の高いＳｉＨ_ｘをダミープレート１３３の凹凸部１３５に吸着させて、プロダクトウエハ１３１の表面１３２でのＳｉＨ_ｘの存在率を下げることができ、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の非成長領域でのＳｉＨ_ｘの潜伏期間を長くして、Ｓｉが露出している領域にのみにＳｉエピタキシャル膜、ＳｉＧｅエピタキシャル膜等を選択成長できるようになる。

また、本実施例では、図５に示すように、ダミープレート１３３に代えて、プロダクトウエハ１３１の選択成長させる面１３２と対向してダミーリング１３４を対向して配置してもよい。ダミーリング１３４のプロダクトウエハ１３１の選択成長させる面１３２と対向する面１３６に、図６に示すように、凹凸部１３７を設ける。

凹凸部１３７は、ダミープレート１３３の裏面１３５やダミーリング１３４の裏面１３６の表面積を大きくするための設けられている。外周部の凹凸部１３７を設ける範囲は、各プロセス条件により決定し、凹凸部１３７の形状は最適な形状とする。形状としては、例えば、幅０．５ｍｍ程度の溝を１ｍｍ程度間隔で円周に沿って作る。上記条件でφ３００〜２５０に付けると、５０％表面積が増える。もしくは、サンドブラスト加工により表面を荒らす方法もある。

ダミープレート１３３やダミーリング１３４の材料としては、石英やＳｉＣが好ましく使用される。

そして、石英を使用することにより、ガスクリーニングを行えるため、Ｓｉウエハをダミーとして使用したものより格段に寿命を延ばすことができる。さらに、選択性をより確保するためには、ダミーの形状に工夫する必要があるが、Ｓｉウエハでは加工が難しく費用もかかるが、石英製であると加工が容易である。

また、ボート１０５が石英製の場合、石英製のダミープレート１３３やダミーリング１３４を使用してボート１０５と溶接し一体構造とすることにより、ダミー搬送不要となり、スループットも向上させることができる。

上述した本発明の好ましい実施例によれば、生産コストの低減、膜厚均一性、選択性の向上、スループットの向上等を図ることができる。

ホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。ホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。本発明の実施例１のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置に使用するダミー部材を説明するための概略縦断面図である。本発明の実施例１のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置に使用するダミー部材を説明するための部分拡大概略縦断面図である。本発明の実施例２のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置に使用するダミー部材を説明するための概略縦断面図である。本発明の実施例２のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置に使用するダミー部材を説明するための部分拡大概略縦断面図である。

符号の説明

１００…反応炉
１０１…ヒータ
１０２…断熱材
１０３…アウターチューブ
１０４…インナーチューブ
１０５…ボート
１０７…断熱板
１０８…処理室
１１１…マニホールド
１１２…ベース
１１３…シールキャップ
１１４…回転機構
１１５…供給管
１１６…排気管
１１７…ゲートバルブ
１１８…フランジ
１１９…フランジ
１２０…開口
１３０…ウエハ
１３１…プロダクトウエハ
１３２…選択成長させる面
１３３…ダミープレート
１３４…ダミーリング
１３５、１３６…プロダクトウエハの選択成長させる面と対向する面
１３７…凹凸部
１４１…制御装置
１４２…ガス供給装置
１４３…真空排気装置
１５１…移載機
１５２…ウエハカセット
２００…ホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置

Claims

少なくとも一つの製品用基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に配置され、前記製品用基板を加熱する加熱部材と、
前記処理室に連接された処理ガス供給系と、排気系とを有し、
前記製品用基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させるホットウォール式の基板処理装置であって、
前記製品用基板の少なくとも周辺部と対向する面を有するダミー部材を前記製品用基板の選択成長させる面の上側に隙間を介して配置し、前記ダミー部材の前記製品用基板の選択成長させる面と対向する面の少なくとも周辺部に凹凸部を設けて、前記製品用基板上にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させることを特徴とする基板処理装置。