JP2008235584A

JP2008235584A - 気相成長装置の温度制御方法

Info

Publication number: JP2008235584A
Application number: JP2007073222A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Inada; 聡史稲田; Noriki Sumimatsu; 憲樹住松
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】気相成長装置において、簡単な方法で異常な臭いを軽減でき、気相成長中の副生成物発生を抑制可能で、気相成長装置の稼働率向上、気相成長反応時のプロセス条件を安定化できる温度制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、チャンバ内に、支持台上に載置されたウェハが収容され、ウェハ上に成膜するためのガスを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路がチャンバに接続され、チャンバの周囲にチャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、冷却水循環部の冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられ、チャンバに、チャンバの内壁部及び排気ガスを排気する第二の流路を洗浄するために、塩化水素を含むガスを供給する洗浄ガス流路が設けられてなる気相成長装置において、チャンバを開放する際の冷却水の温度を、常温より高い温度に設定することを特徴とする気相成長装置の温度制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャンバ内のウェハ上にシリコンなどの半導体層を気相成長により形成する気相成長装置のメンテナンス、或いはウェハ取り出し時の温度制御方法に関する。

従来、ウェハに成膜する製造装置として、気相成長装置（ＣＶＤ：Chemical Vapor
Depositionで、この中にＶＰＥ：Vapor phase epitaxial growthを含む）が一般的で、例えば特開平９−１７７３４号公報（特許文献１）に示すように、Ｓｉの成膜では、ガスとして、シラン（ＳｉＨ_４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）と水素（Ｈ_２）が用いられている。
なお、ここで、基板の性質によっては、単結晶ＳｉまたはポリＳｉ膜が形成される。この場合、Ｓｉ単結晶基板には通常、単結晶Ｓｉ膜が成膜され、非晶質の基板上であれば、ポリＳｉ膜或いは非晶質Ｓｉ膜が形成される。

通常、ＳｉウェハにＳｉ層を成膜すると、Ｓｉウェハを支持するサセプタ上、チャンバ内部、また、排気部にも成長するため、その成長層をより少なくするために、例えば、特開２００３−２０３８６７号公報（特許文献２）に示す如く、サセプタの下段側から、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを含むパージガス（Ｈ_２）を供給している。このパージガスを供給すれば、少なくともサセプタ上にはＳｉ層が形成されることがないという利点がある。また、塩化水索のガスの量、方向によっては、チャンバ内部、排気部まで回り込み、そのチャンバ内部、排気部上にもＳｉ層が形成されにくくなる。

また、プロセスガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を用いた場合、チャンバ内の温度にもよるが、プロセスガスが低温雰囲気下におかれると、反応性ポリシロキサン（化学式Ｓｉ_ｘＨ_{２ｘ＋２−ｙ}Ｃｌ_ｙ但しｙ≦２ｘ＋２）が発生し、その反応性ポリシロキサンによって副生成物が堆積することがある。例えば、副生成物が排気口付近に堆積することにより、気相成長反応に必要なプロセスガスの流量の減少や、排気口の排気圧力が低下し、高品質のウェハの生産に必要なプロセス条件を満たせなくなるなどの問題が発生してしまう場合がある。ここで、上述したような、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを含むパージガスを供給すれば、副生成物の堆積の抑制も図れる。

しかしながら、塩化水素は、空気を触れたりすると、臭いが酷く、例えば、装置のメンテナンス時、或いはウェハ取り出し時などチャンバを開放したとき、異常な臭いとなり、メンテナンスを行い難いという問題が発生する。特に、大気に開放した後、真空引きしてしまうと、副生成物と水分が反応して、チャンバ壁面でのＨＣｌ臭が特に酷くなる。

特開平９−１７７３４号公報特開２００３−２０３８６７号公報

上述したように、気相成長装置のメンテナンス時或いはウェハ取り出し時のチャンバを開放した時に、簡単な方法で異常な臭いを無くすことが重要な課題である。
本発明は、上述した点に対処して、簡単な方法で異常な臭いを軽減でき、ひいては気相成長中の副生成物発生を抑制可能で、且つ、気相成長装置の稼働率向上、気相成長反応時のプロセス条件を安定化できる気相成長装置の温度制御方法を提供することにある。

本発明は、チャンバ内に、支持台上に載置されたウェハが収容され、ウェハ上に成膜するためのガスを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路がチャンバに接続され、チャンバの周囲にチャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、冷却水循環部の冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられ、チャンバに、チャンバの内壁部及び排気ガスを排気する第二の流路を洗浄するために、塩化水素を含むガスを供給する洗浄ガス流路が設けられてなる気相成長装置であって、チャンバを開放する際の冷却水の温度を、常温より高い温度に設定することを特徴とする気相成長装置の温度制御方法である。

本発明において、チャンバを開放する際の冷却水の温度（常温より高い温度）は、３５℃±３℃に設定されていることが望ましい。
また、本発明において、チャンバの開放は、気相成長装置のメンテナンス時或いはウェハ交換時であることが望ましい。

本発明のもう一つは、チャンバ内に、支持台上に載直されたウェハが収容され、ウェハ上に成膜するためのガスを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路がチャンバに接続され、チャンバの周囲にチャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、冷却水循環部の冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられ、チャンバに、チャンバの内壁部及び排気ガスを排気する第二の流路を洗浄するために、塩化水素を含むガスを供給する洗浄ガス流路が設けられてなる気相成長装置であって、
上述した第一の流路からウェハ上に成膜するためのガスを供給する工程と、チャンバ内の温度を所定温度にして、ウェハ上に成膜する工程と、ウェハ上に成膜する後に、残留ガスを第二の流路から排気する工程と、残留ガスを排気後に、チャンバを開放する際の冷却水の温度を、常温より高い温度に設定する工程と、チャンバ内に、洗浄ガス流路から塩化水素を含むガスを供給する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、気相成長装置のメンテナンス時、或いはウェハ交換時のＨＣｌ臭を軽減し、また、気相成長中の副生成物発生を抑制することで気相成長装置の稼働率向上、気相成長反応時の環境を安定化可能な気相成長装置の温度制御方法である。

以下、本発明の実施をするための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施形態では、上述した従来例と同様で、図１に示す如く、支持台１０１上に載置されたＳｉ単結晶ウェハ１０２がチャンバ１０３内に収納される。収納されたＳｉ単結晶ウェハ１０２は、ヒータ１０４により、成膜に必要な温度に加熱される。

チャンバ１０３には、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＨ_２ガスを供給するガス流路１０５ａ、１０５ｂ１（第１の流路）が連結され、ガス流路の他方はそれぞれガスシリンダ１０６ａ、１０６ｂに接続されている。その流路１０５ａ、１０５ｂ１の途中には、ガスを開閉するバルブ１０７ａ、１０７ｂ１が接続されている。バルブは必要に応じ、二重に設けられている場合があり、また、その場合、バルブの間には、圧力スイッチが接続され、その圧力スイッチ（図示せず）の他端は制御装置（図示せず）に接続されているケースもある。
なお、ＳｉＨ_２Ｃ１_２ガスに硼素（Ｂ_２Ｈ_６ガス）、燐（ＰＨ_３ガス）などを含むようにすると、Ｐ型、Ｎ型のＳｉ単結晶層を形成可能である。ＳｉＨ_２Ｃ１_２ガスに含ませるガスは、硼素、燐に限らず、Ａｌ、Ａｓなどを含むガスであっても構わない。

シリンダ１０６ａ、１０６ｂ１より、ガス流路１０５ａ、１０５ｂ１を介し、バルブ１０７ａ、１０７ｂ１が開放され、チャンバ１０３内にＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＨ_２ガスが供給され、Ｓｉ単結晶ウェハ上に、Ｓｉ単結晶膜が成膜される。この成膜は、何回か繰り返して行う場合が多い。本実施形態の場合は、最初、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスにＰＨ_３ガスを混合したガスと、Ｈ_２ガスを、次に、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスにＢ_２Ｈ_６ガスを混合したガスと、Ｈ_２ガスを流すことによって、最初Ｎ型Ｓｉ単結晶層、次にＰ型Ｓｉ単結晶層が形成される。

また、チャンバ１０３には、ＨＣｌガスを供給するガス流路１０８（第２の流路）が接続され、その流路１０８の途中には、ガスを開閉するバルブ１０９が接続されている。このバルブ１０９には、流量制御装置（図示せず）が接続されている。なお、ＨＣｌガスを供給するガス流路１０８の他端は、当然ながらシリンダ１１０が接続されている。

成膜（Ｐ型Ｓｉ単結晶層、Ｎ型Ｓｉ単結晶層）が終了後、チャンバ１０３内をクリーニングする。この場合、ＣｌＦ_３ガスを新たに流して行う場合があるが、本実施形態では、シリンダ１１０より、ガス流路１０８を介し、バルブ１０９を開放することにより、ＨＣｌガスを供給して行う。このとき、バルブ１０７ａ、１０７ｂ１は閉じて、Ｈ_２ガスを供給するバルブ１０７ｂ２を開放し、ＨＣｌガスと一緒に供給する。
なお、上記ウェハ上への成膜、チャンバ内のクリーニングにおいて、ガスの排気は、ガス排気用のガス流路１１２（第２の流路）が接続されている真空ポンプ１１３により、バキュームされる（バルブ１１１を開放する）。

本実施形態では、気相成長プロセスからクリーニングヘの移行の際、チャンバ１０３内に加えて、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスのバルブ１０７ｂ１を閉じ，配管１０５ｂもバキュームし、管内からＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを排出する。このとき、Ｈ_２ガスを供給するバルブ１０７ａも閉じる。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの排出後、バルブ１０７ａ、１０７ｂ１を閉じたまま、ＨＣｌガスを、チャンバ１０３内に導入し、クリーニングを実施する。
上述したように、本実施形態では、図１に示すようにチャンバ１０３上部には気相成長に必要な反応性ガスを含有するプロセスガスを導入する供給口１００が、底部にはプロセスガスの排気口１１５が備えられている。そしてウェハの温度など反応環境がととのった後、供給口１００からプロセスガスがチャンバ１０３内に導入され、反応後のプロセスガスは排気口１１５から排気される。

プロセスガスの供給流量の設定は、たとえばキャリアガス：Ｈ_２を２０〜１００ＳＬＭ（Standard Liter
per Minutes・標準リットル毎分）、成膜ガス：ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を５０ｓｃｃｍ（Standard cubic
centimeter per minutes・標準ｃｃ毎分）〜２ＳＬＭと設定し、その他のドーパントガス：ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）またはホスフィン（ＰＨ_３）を微量だけ加えるよう設定する。そのようにジボランを導入すればＰ型、ホスフィンを導入すればＮ型の導電性を示す膜が形成される。そしてチャンバ１０３内の圧力をたとえば１３３３Ｐａ〜常圧に制御する。以上の条件を満たし、気相成長を開始する。

一般に、気相成長装置のチャンバ内壁は、ステンレス製の筐体を露出させないため石英製のカバーで全面を被覆している。これは、ウェハ表面の結晶膜形成時のパーティクルや金属汚染、あるいはチャンバ自体の腐食を防ぐためである。

上述の環境でウェハ１０２が気相成長反応を行っている間、ヒータ１０４はウェハ１０２を常に１０００℃から１２００℃程度に加熱し続けるため、チャンバ１０３の温度は全体的に高くなり、ヒータ１０４に接近した箇所や、熱の幅射を受けやすいチャンバ１０３上部において特に顕著になる。

チャンバ１０３全体の温度があまりに高くなってしまうと、電気制御されている機器に悪影響を与えたり、チャンバ１０３のフランジ接合部をシールしているパッキン（図示せず）や、ホルダ１０１とチャンバ１０３の間隙などの部分においてチャンバ１０３内部と外気とをシールをしているパッキン類（Ｏリングなどを含む）を劣化させたりしてしまう。ここで用いるパッキン類は、フッ素ゴム製のもので、耐熱温度は約３００℃である。

このとき機器の破損、パッキンの劣化を抑えるためチャンバ１０３外周に設けた冷却水の流路１１６に３５℃±３℃の冷却水を循環させておくことで、ヒータ１０４に近接しているホルダの内部や、熱の輻射を受けやすいチャンバ１０３上部、パッキン（図示なし）などは冷却水の循環により冷却され、装置の稼動に良好な温度に保たれる。また、このときの冷却手段は水以外でも良く、空気あるいはオイルなど装置から効果的に熱を奪うことが出来るものであれば問題ない。
ここで重要なのは、上記冷却水の温度を３５℃±３℃にすることにより、開放時にチャンバの内壁部に付くＨ_２Ｏ分の低減、バキューム中にチャンバ内壁部及び配管内壁部に取り込まれるＨＣｌ分の低減が可能となる点にある。この結果、チャンバ開放時のＨＣｌ臭を抑えることができる。

本発明の付属的な点であるが、加熱されにくい性質を持つ石英材で構成され、かつヒータ１０４の影響を受けにくい位置に設けられているチャンバ１０３下部の排気口付近における壁面の石英製カバーや、チャンバ１０３内下面に設けた円形の石英製カバーなどの部分が、冷却されることで気相成長反応後のプロセスガスによる副生成物が堆積してしまう。気相成長反応後のプロセスガスによる副生成物は、反応性ポリシロキサン（化学式Ｓｉ_ｘＨ_{２ｘ＋２−ｙ}Ｃｌ_ｙ但しｙ≦２ｘ＋２）であり、その性質は、常温よりもやや高い概ね４０℃から５０℃の環境に気相成長後のプロセスガスが晒されたときに発生、堆積される。

このような状態になるとチャンバ１０３の排気口１１５の断面積が減少し、チャンバ１０３内に導入する気相成長反応に必要なプロセスガスの流量の減少や、チャンバ１０３からの排気圧力が低下し、高品質のウェハの生産に必要なプロセス条件を満たせなくなるなどの問題が発生してしまう。

また、堆積した反応性ポリシロキサンは発火、爆発などの危険性があり、外気に触れると硬くなる性質も持つ。このためメンテナンス時に除去するにも慎重な作業が必要になり、時間も要する。よって、この装置自体の稼働率低下の原因として懸念しなければならない問題ともなる。

この問題を解決するため、チャンバ１０３外周に設けた冷却水の流路１１６に流す冷却水の温度を冷却水制御部１１７により制御することでチャンバ内壁部の温度を３５℃±３℃にすれば、副生成物の付着は殆ど確認されなくなる。なお、チャンバ内壁部の温度は温度計１１８により測定し、冷却水制御部にフィードバックされ、冷却水の温度が制御される。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、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。

本発明の実施形態における気相成長装置の断面図。

符号の説明

１００・・・・・・・・・・供給口
１０１・・・・・・・・・・支持台
１０２・・・・・・・・・・Ｓｉ単結晶ウェハ
１０３・・・・・・・・・・チャンバ
１０４・・・・・・・・・・ヒータ
１０５ａ・・・・・・・・・ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス流路
１０５ｂ１、１０５ｂ２・・Ｈ_２ガス流路
１０６ａ・・・・・・・・・ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスシリンダ
１０６ｂ・・・・・・・・・Ｈ_２シリンダ
１０７、１０９、１１１・・バルブ
１０８・・・・・・・・・・ＨＣｌガス流路
１１０・・・・・・・・・・ＨＣｌガスシリンダ
１１２・・・・・・・・・・排気用ガス流路（第２のガス流路）
１１３・・・・・・・・・・真空ポンプ
１１５・・・・・・・・・・排気口
１１６・・・・・・・・・・冷却水の流路
１１７・・・・・・・・・・冷却水制御部
１１８・・・・・・・・・・温度計

Claims

チャンバ内には、支持台上に載置されたウェハが収容され、前記ウェハ上に成膜するためのガスを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路が前記チャンバに接続され、前記チャンバの周囲に前記チャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、前記冷却水循環部の冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられ、前記チャンバに、前記チャンバの内壁部及び前記排気ガスを排気する第二の流路を洗浄するために、塩化水素を含むガスを供給する洗浄ガス流路が設けられてなる気相成長装置であって、前記チャンバを開放する際の前記冷却水の温度を、常温より高い温度に設定することを特徴とする気相成長装置の温度制御方法。
前記チャンバを開放する際の前記冷却水の温度を、３５℃±３℃に設定することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置の温度制御方法。
前記チャンバの開放は、気相成長装置のメンテナンス時であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置の温度制御方法。
前記チャンバの開放は、気相成長装置のウェハ交換時であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置の温度制御方法。
チャンバ内には、支持台上に載置されたウェハが収容され、前記ウェハ上に成膜するためのガスを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路が前記チャンバに接続され、前記チャンバの周囲に前記チャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、前記冷却水循環部の冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられ、前記チャンバに、前記チャンバの内壁部及び前記排気ガスを排気する第二の流路を洗浄するために、塩化水素を含むガスを供給する洗浄ガス流路が設けられてなる気相成長装置であって、
前記第一の流路から前記ウェハ上に成膜するためのガスを供給する工程と、前記チャンバ内の温度を所定温度にして、前記ウェハ上に成膜する工程と、前記ウェハ上に成膜する後に、残留ガスを第二の流路から排気する工程と、前記残留ガスを排気後に、前記チャンバを開放する際の前記冷却水の温度を、常温より高い温度に設定する工程と、前記チャンバ内に、前記洗浄ガス流路から塩化水素を含むガスを供給する工程とを備えたことを特徴とする気相成長装層の温度制御方法。