JP2007073627A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、安定して高いウェーハ面内膜厚均一性を得ることが可能な成膜装置と成膜方法を提供する。
【解決手段】 本発明の成膜装置は、ウェーハ１上に成膜を行なう反応室２と、反応室２内で複数のウェーハ１を載置するサセプタ３と、サセプタ３を介してウェーハ１を加熱する加熱手段６と、ウェーハ１上に成膜ガスを供給するガス供給ノズル５と、ガス供給ノズル５を昇降させる昇降機構９を備え、面内膜厚均一性の高い成膜を可能としたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばエピタキシャル気相成長装置などの成膜装置及びその成膜装置を用いて成膜する方法に関する。

従来、半導体装置の製造工程において、例えば、縦型エピタキシャル気相成長装置などの成膜装置を用いて、ウェーハ上へのエピタキシャル膜（以下エピ膜という）の成膜が行われている。

図４に縦型エピタキシャル気相成長装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハ１０１上に成膜を行う成膜チャンバ１０２内に、ウェーハ１０１を複数枚載置可能なサセプタ１０３と、サセプタ１０３の中心部を貫通するガス供給管１０４と、ガス供給管１０４の上部に設置され、ウェーハ１０１上に成膜ガスを供給するガス供給ノズル１０５が配置されている。そして、サセプタ１０３の下方には、ウェーハ１０１を加熱する加熱手段１０６と、サセプタ１０３を回転させる回転手段１０７が設置され、成膜チャンバ１０２下部には、ガスを排出する排出手段１０８が接続されている。

このような縦型エピタキシャル気相成長装置を用いて、ウェーハ１０１上にエピ膜を形成する。先ず、サセプタ１０３上に例えば８枚のウェーハ１０１を載置する。そして、ガス供給手段（図示せず）からガス供給管１０４を経て、ガス供給ノズル１０５より成膜ガスをウェーハ１０１上に供給する。そして、加熱手段１０６によりサセプタ１０３を介してウェーハ１０１を加熱し、成膜ガスを水素還元又は加熱分解して、サセプタ１０３を回転させながら堆積させ、ウェーハ１０１上にエピ膜を形成する。

このとき、ウェーハ１０１面内において、エピ膜の膜厚がばらつくという問題があり、種々の手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、高い面内膜厚均一性が要求されており、さらなる対策が必要であった。
特開平７−４５５３０号公報

上述したように従来の成膜装置又は成膜方法では、成膜した膜の面内膜厚均一性が不十分で、未だ改良の余地が残されていた。

本発明は、安定して高いウェーハ面内膜厚均一性を得ることが可能な成膜装置と成膜方法を提供することを目的とするものである。

本発明の成膜装置は、ウェーハ上に成膜を行なう反応室と、反応室内で複数のウェーハを載置するサセプタと、ウェーハを加熱する加熱手段と、ウェーハ上に成膜ガスを供給するガス供給ノズルと、ガス供給ノズルを昇降させる昇降機構を備えることを特徴とする。

この本発明の成膜装置において、成膜ガスの供給とガス供給ノズルの昇降が並行して行なわれるように、成膜ガスの供給及びガス供給ノズルの昇降を制御する手段を備えることが望ましい。

また、本発明の成膜装置において、サセプタ及び／又は加熱手段を昇降させる昇降機構を備えることが望ましい。

さらに、本発明の成膜装置において、昇降機構は、前記反応室と外気とのシール部に接続する伸縮管を備えることが望ましい。

また、本発明の成膜方法は、ウェーハを反応室内のサセプタに載置する工程と、ウェーハを加熱する工程と、ウェーハ上に、ウェーハに対するガス供給位置を上下に変動させて成膜ガスを供給する工程を備えることを特徴とする。

本発明の成膜装置を用いれば、面内膜厚均一性の高い成膜が可能で、また、本発明の成膜方法によれば、安定してウェーハ上に、面内膜厚均一性の高い膜を形成可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

図１に縦型エピタキシャル気相成長装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハ１上に成膜を行なう反応室である成膜チャンバ２内に、ウェーハ１を複数枚載置可能なサセプタ３と、サセプタ３の中心部を貫通するガス供給管４と、ガス供給管４上部より所定の角度でウェーハ１上に成膜ガスを供給するガス供給ノズル５が配置されている。そして、サセプタ３の下方には、サセプタ３を介してウェーハ１を加熱するＲＦコイルなどの加熱手段６と、サセプタ３を回転させる回転手段７が設置され、成膜チャンバ２下部には、ガスを排出する排出手段８が接続されている。さらに、ガス供給管４には、ガス供給ノズル５を昇降するための昇降手段９が接続されている。

なお、上述したウェーハ１の加熱手段は、本実施形態において、ＲＦコイルからなる加熱手段により、サセプタ３を加熱し、そのサセプタの熱で行われる。

図２にガス供給管４と昇降手段９との接続部を示す。図に示すように、ガス供給管４は、一端がガス供給手段（図示せず）とフレキシブル配管（図示せず）を介して接続されており、他端側がガス供給ノズルに至っている。ガス供給管４は、カム９１を介して昇降用モータ９２と接続され、ガス供給管４を昇降することで、ガス供給ノズル５を昇降させることができる。そして、ガス供給管４の外周には、カム９１によるガス供給管４の昇降に伴い伸縮するベローズ（伸縮管）９３が設けられており、成膜チャンバ２内と大気とのシール部９４と接続されている。

このような縦型エピタキシャル気相成長装置を用いて、ウェーハ１上にエピ膜を形成する。先ず、サセプタ３上に例えば６インチウェーハ１を１０枚載置する。そして、ガス供給手段（図示せず）からガス供給管４を経てガス供給ノズル５より、例えばＨ２ガスを１４０ＳＬＭ、トリクロロシランを９ＳＬＭという混合比で、モノシラン、トリクロロシランなどの原料ガスを含む成膜ガスをウェーハ１上に供給する。このとき、ガスの供給と並行して、昇降手段９により、ガス供給管４上部に設置されるガス供給ノズル５を、例えば周期：１、２、４サイクル／秒、振幅：２０ｍｍで昇降するよう制御し、ガス流を均一に乱す。そして、加熱手段６によりウェーハ１を例えば１１３０℃に加熱し、成膜ガスを水素還元又は加熱分解して、例えば６ｒｐｍでサセプタ３を回転させながら６．６７分間堆積させ、ウェーハ１上に１０μｍ厚のエピ膜を形成する。

このようにして形成されたエピ膜厚のウェーハ面内分布を図３に示す。比較例として、ガス供給ノズルを昇降させないで形成された従来のエピ膜厚の、ウェーハ面内分布を併せて示す。また、膜厚の最大値をｄｍａｘ、最小値をｄｍｉｎとしたとき、エピ膜厚の面内ばらつきΔを、
Δ＝（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／（ｄｍａｘ＋ｄｍｉｎ）×１００（％）
としたときの面内ばらつきを、表１に示す。

図３及び表１に示すように、ガス供給ノズルを昇降させることにより、特に、図３に示すように、従来のものと比較して、サセプタ中心部に近い領域での膜厚の増大を抑えることができ、エピ膜厚のウェーハ面内ばらつきが抑制されることが分かる。そして、このように、膜厚のばらつきが抑制されることにより、例えば、ウェーハに形成される半導体素子の特性のばらつきを抑え、引いては半導体装置の歩留りを向上させることが可能となる。

本実施形態において、ガス供給ノズル５のみを昇降させているが、併せてサセプタ３を昇降させることにより、よりガス流を均一に乱すことができ、より均一な成膜が可能となる。また、併せて加熱手段６を上下させることにより、ウェーハ１面内の温度分布をより均一にすることができ、より均一な成膜が可能となる。また、ガス供給ノズル５から供給されるガスの流量を、経時的に変動させても良い。

また、成膜チャンバ２内と大気とのシール部９４にベローズ（伸縮管）９３を用いているが、ベローズを用いることにより、シール部９４で摺動させることなく昇降することができる。

また、サセプタに６インチウェーハを１０枚載置しているが、ウェーハのサイズ、枚数などは特に限定されるものではない。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様における縦型エピタキシャル気相成長装置の断面を示す図。 本発明の一態様におけるガス供給管と昇降手段の接続部を示す図。 本発明の一態様におけるエピ膜厚のウェーハ面内分布を示す図。 従来の縦型エピタキシャル気相成長装置の断面を示す図。

符号の説明

１ ウェーハ
２ 成膜チャンバ
３ サセプタ
４ ガス供給管
５ ガス供給ノズル
６ 加熱手段
７ 回転手段
８ 排出手段
９ 昇降手段
９１ カム
９２ 昇降用モータ
９３ ベローズ
９４ シール部

Claims (5)

1. ウェーハ上に成膜を行なう反応室と、
   前記反応室内で複数のウェーハを載置するサセプタと、
   前記ウェーハを加熱する加熱手段と、
   前記ウェーハ上に成膜ガスを供給するガス供給ノズルと、
   前記ガス供給ノズルを昇降させる昇降機構を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 前記成膜ガスの供給と前記ガス供給ノズルの昇降が並行して行なわれるように、前記成膜ガスの供給及び前記ガス供給ノズルの昇降を制御する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
3. 前記サセプタ及び／又は加熱手段を昇降させる昇降機構を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記昇降機構は、前記反応室と外気とのシール部に接続する伸縮管を備え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成膜装置。
5. ウェーハを反応室内のサセプタに載置する工程と、
   前記ウェーハを加熱する工程と、
   前記ウェーハ上に、前記ウェーハに対するガス供給位置を上下に変動させて成膜ガスを供給する工程を備えることを特徴とする成膜方法。

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