JP2007227734A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウェーハの外周部まで均一に加熱することが可能な半導体製造装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体製造装置は、被処理ウェーハ１が導入される反応室２と、反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段３と、反応室２より反応ガスを排出するためのガス排出手段４と、被処理ウェーハ１を外周部において保持するためのホルダー６と、ホルダー６を介して被処理ウェーハ１を回転させるための回転駆動手段５と、被処理ウェーハ１を下部より加熱するための第１のヒータ７と、ホルダー６下部に設けられる第２のヒータ８と、第２のヒータ８の内周側端部から２〜１５ｍｍ内周側に設置され、輻射熱を遮蔽する遮蔽板１１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ上に、裏面から加熱しながら反応ガスを供給して成膜を行なう半導体製造装置及び半導体製造装方法に関する。

近年、半導体装置の微細化に伴い、その製造工程において、高い成膜均一性が要求されている。エピタキシャル成長装置などＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において用いられる裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給することができるため、均一な成膜が可能である。

このような裏面加熱方式において、良好な成膜均一性を得るためには、ウェーハの面内温度を均一に制御する必要があり、ウェーハ下方に設置された加熱源（ヒータ）により、ウェーハを均一に加熱するための手法が種々提案されている。例えば、特許文献１の図９において、面状ヒータ３’の外周部上方に、面環状ヒータＲを設ける構造が開示されている。

近年、素子のコストダウンを図るため、ウェーハの大口径化が進むとともに、ウェーハ有効面積増大の要求が高まっている。そこで、これまでカットされていたウェーハ外周まで均一に成膜する必要があるが、外周部まで温度均一性を得ることが困難であるという問題がある。
特開平１０−２０８８５５号公報

上述したように、ウェーハの外周部まで温度均一性を得ることができないという問題がある。

本発明は、ウェーハの外周部まで均一に加熱することが可能な半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の半導体製造装置は、被処理ウェーハが導入される反応室と、反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段と、反応室より反応ガスを排出するためのガス排出手段と、被処理ウェーハを外周部において保持するためのホルダーと、ホルダーを介して被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、被処理ウェーハを下部より加熱するための第１のヒータと、ホルダー下部に設けられる第２のヒータと、第２のヒータの内周側端部から２〜１５ｍｍ内周側に設置され、輻射熱を遮蔽する遮蔽板を備えることを特徴とする。

この本発明の半導体製造装置において、遮蔽板は、上端がホルダーに接続され、下端が第２のヒータの下面より下方となるように設置されていることが望ましい。

さらに、本発明の半導体製造装置において、第１のヒータ温度より第２のヒータ温度を４０〜９０℃高く制御する温度制御機構を備えることが望ましい。

さらに、本発明の半導体製造装置において、遮蔽板は、ＳｉＣ系材料、炭素系材料及び白金族基合金の少なくともいずれかを、基材及び／又は被覆材とすることが望ましい。

また、本発明の及び半導体製造装方法は、上述した半導体製造装置を用い、ウェーハの外周部まで略均一に加熱するようにし、ウェーハの外周部の成長膜厚を均一にすることを特徴とする。

本発明の半導体製造装置を用いれば、ウェーハの外周部まで均一に加熱することが可能となる。

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に本実施形態の半導体製造装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハ１が導入される反応室２には、反応室２上方より成膜ガスとキャリアガスからなる反応ガスを供給するためのガス供給口３と、反応室２下方より反応ガスを排出するためのガス排出口４が設置されている。反応室２内部には、ウェーハ１を回転させるための回転駆動手段５と、回転駆動手段５上でウェーハ１をその外周部において保持するための環状のホルダー６が設置されており、さらに、ウェーハ１を下部より加熱するためのインヒータ７と、インヒータ７の上方で、ホルダー６の下部に設けられる環状のアウトヒータ８が設置されている。これらインヒータ７、アウトヒータ８には、例えばＳｉＣ系材料などから構成される抵抗加熱ヒータが用いられ、夫々の端子９、１０が、温度を電気的に制御する温度制御機構（図示せず）と接続されている。そして、ホルダー６の内周側の端部には、例えばＳｉＣ系材料などから構成され、輻射熱を遮蔽する環状の遮蔽板１１の上端が接続されている。

図２に図１おける半導体製造装置の遮蔽板１１近傍の拡大図を示す。図に示すように、アウトヒータ８は、ホルダー６とインヒータ７の間で、ホルダー６の内周側端部に接続された遮蔽板１０と、所定の間隔（水平距離：ｄ）を有するように設置されている。

このような半導体製造装置を用いて、ウェーハ１上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、例えば１２インチのウェーハ１を反応室２に導入し、ホルダー６上に載置する。そして、所定の流量で、ガス供給口３より例えばモノシランガス、ジクロロシランガス、トリクロロシランガスなどの成膜ガスと、Ｈ_２ガスなどのキャリアガスを供給し、ガス排出口４より排出することにより、反応室２内が常圧或いは１５Ｔｏｒｒ以上の減圧雰囲気となるように制御する。

そして、温度制御機構により、インヒータ７が１３００〜１４３０℃、アウトヒータ８が１４００〜１５００℃の範囲で、アウトヒータ８の温度をインヒータ７の温度より４０〜９０℃高くなるように制御する。このように温度制御することにより、ウェーハ１がインヒータ７により成膜温度に加熱されるとともに、ウェーハ１を保持するホルダー６がアウトヒータ８により加熱され、ウェーハ１外周からの温度低下が抑制される。

一方、アウトヒータ８からは輻射熱も放射されており、ウェーハ１外周部の一部分が加熱され、ウェーハ１外周部の温度がばらつくという現象が発生する。しかしながら、ウェーハ１外周からの温度低下を抑えながら、アウトヒータ８の温度制御により輻射熱を安定して制御をすることは困難であるため、輻射熱を遮蔽する遮蔽板１１により、ウェーハ１外周部の温度を適正に制御しながら、輻射熱のみを抑えている。

図３にアウトヒータ８と遮蔽板１１との水平距離ｄと、ウェーハ面内の温度ばらつきとの関係を示す。図に示すように、温度ばらつきを素子形成上許容される４℃以内に抑えるためには、アウトヒータ８と遮蔽板１１との水平距離を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に抑える必要があることがわかる。これは、距離が近すぎると遮蔽板１１自体がアウトヒータ８により加熱され、ウェーハ１の外周部が、遮蔽板１１からの輻射熱による影響を受けて加熱されてしまい、一方、距離が遠すぎると、ウェーハ１外周部からホルダー６への熱の放出を補いきれず、ウェーハ１外周からの温度低下を抑えることができないためである。さらに、水平距離をばらつき範囲３．５℃以内に抑えられる３〜１０ｍｍとすることが好ましい。

このように、本実施形態によれば、遮蔽板とアウトヒータを適切な位置に設置することにより、輻射熱を抑えてウェーハ外周部の温度を制御し、ウェーハ外周部まで均一に加熱することが可能となる。

即ち、本実施形態のような気相成長装置を用いて、ウェーハ１に成長を行えば、ウェーハ１の外周に至るまで、略均一に成長可能となる。

尚、本実施形態において、インヒータ、アウトヒータ及び遮蔽板の材料として、ＳｉＣ系材料を用いているが、例えば、ＳｉＣ焼結体にＳｉＣ膜を被覆したものや、グラファイトなどの炭素系材料にＳｉＣ膜を被覆したものなどを用いることができる。さらに、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体にＳｉＣ膜やイリジウム膜で被膜したもの、同様にＳｉＮ焼結体にＳｉＣ膜、カーボン膜やイリジウム膜被膜したものなどを用いることも可能である。また、インヒータ、アウトヒータ及び遮蔽板の材料を個々に変えても構わない。

また、本実施形態において、インヒータ７の温度を１３００〜１４３０℃、アウトヒータ８の温度を１４００〜１５００℃の範囲としているが、この温度範囲は成膜条件により異なり、適宜設定することが可能である。但し、ウェーハ外周からの温度低下を抑えるためには、アウトヒータ８の温度をインヒータ７の温度より４０〜９０℃高くなるように制御することが好ましい。

さらに、本実施形態において、適用製品について説明していないが、パワー半導体例えばパワーＭＯＳやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）の厚膜（数１０μｍ）成長が必要なところ（ＮベースやＰベース更には絶縁分離領域などの成長）に有効である。

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。

本発明の一態様による半導体製造装置の断面図。 本発明の一態様における半導体装置の遮蔽板近傍の拡大図。 本発明の一態様におけるアウトヒータと遮蔽板との距離とウェーハ面内温度ばらつきの関係を示す図。

符号の説明

１ ウェーハ
２ 反応室
３ ガス供給口
４ ガス排出口
５ 回転駆動手段
６ ホルダー
７ インヒータ
８ アウトヒータ
９、１０ 端子
１１ 遮蔽板

Claims (5)

1. 被処理ウェーハが導入される反応室と、
   前記反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段と、
   前記反応室より前記反応ガスを排出するためのガス排出手段と、
   前記被処理ウェーハを外周部において保持するためのホルダーと、
   前記ホルダーを介して前記被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、
   前記被処理ウェーハを下部より加熱するための第１のヒータと、
   前記ホルダー下部に設けられる第２のヒータと、
   前記第２のヒータの内周側端部から２〜１５ｍｍ内周側に設置され、輻射熱を遮蔽する遮蔽板を備えることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記遮蔽板は、上端が前記ホルダーに接続され、下端が前記第２のヒータの下面より下方となるように設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第１のヒータ温度より前記第２のヒータ温度を４０〜９０℃高く制御する温度制御機構を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
4. 前記遮蔽板は、ＳｉＣ系材料、炭素系材料及び白金族基合金の少なくともいずれかを、基材及び／又は被覆材とす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。
5. 前記請求項１記載の半導体製造装置を用い、ウェーハの外周部まで略均一に加熱するようにし、前記ウェーハの外周部の成長膜厚を均一にすることを特徴とする半導体製造方法。

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