JP2012084794A - Ｃｖｄ装置用加熱ユニット、加熱ユニットを備えたｃｖｄ装置及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの加熱効率を向上させたＣＶＤ装置用加熱ユニットを提供すること。
【解決手段】ウェーハを載置するサセプタ１０をその下方から加熱するヒーター２と、前記ヒーター２の下方に配置し、該ヒーター２からの熱輻射を遮断するヒートシールド４，５とを備えたＣＶＤ装置用加熱ユニットにおいて、前記ヒーター２と前記ヒートシールド４，５との間に、前記ヒーター２と離間して配置する六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＶＤ装置において半導体ウェーハを加熱するのに用いる加熱ユニット、加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置及び半導体素子の製造方法に関する。特に、加熱ユニットが抵抗加熱方式により、その加熱効率を向上させた加熱ユニット、加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置及び半導体素子の製造方法に関するものである。

半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェーハに層間絶縁膜や保護膜を形成する際、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法が用いられる。ＣＶＤ法では反応温度に加熱された半導体ウェーハと反応ガスが接触することにより、半導体ウェーハ上で化学反応が生じて膜が形成される。

かかる加熱工程では、複数の半導体ウェーハを載置して回転するウェーハキャリアを載せたサセプタを下方からヒーターで加熱することによって半導体ウェーハを加熱する。ヒーターを含む加熱装置は、ヒーターの下方にヒーターからの熱輻射を遮断するヒートシールドを備え、さらに、ヒートシールドに設けられた穴を貫通してヒーターをその下方から支持するヒーター支持部材と、そのヒーター支持部材が載置されるベースとを備えている。
さらに、ヒーターの周囲でヒーターに近接して、ヒートシールドの周囲に、絶縁性材質の六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）で製造された横方向ヒートシールドリングを設けた半導体用エピタキシャル成長装置および該装置を用いて半導体結晶膜を成長させる方法が知られている（特許文献１）。

特開２００５−５５０３号公報

しかしながら、従来の加熱装置又は加熱装置を含む加熱ユニットでは、ヒーターからの輻射熱が加熱装置又は加熱ユニットの下方やその外周方向に放散し、加熱効率が低いという問題があった。

具体的には、ヒーターの下方に配置するヒートシールドは通常、タングステンからなるが、このタングステン製ヒートシールドはヒーターからの輻射熱を吸収し、その遮断作用が十分ではなく、下方に熱を放散してしまうという問題があった。また、ヒーターとヒートシールドとの間に熱の放散を防止する構成を備えていなかったので、ヒーターからの輻射熱が加熱装置又は加熱ユニットの外周方向へも放散するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ヒーターを含むＣＶＤ装置用加熱ユニットにおいて、ヒーターからの輻射熱が放散する経路に、輻射熱の放散を防止する構成を備えて半導体ウェーハの加熱効率を向上させたＣＶＤ装置用加熱ユニットを提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供する。
（１）ウェーハを載置するサセプタをその下方から加熱するヒーターと、前記ヒーターの下方に配置し、該ヒーターからの熱輻射を遮断するヒートシールドとを備えたＣＶＤ装置用加熱ユニットにおいて、前記ヒーターと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒーターと離間して配置する六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板を備えたことを特徴とするＣＶＤ装置用加熱ユニット。
（２）前記ＣＶＤ装置用加熱ユニットの外周を囲むように配置するヒートシールドリングと、前記ヒートシールドリングの上端部にそれを挟んで載置する、複数のＨＢＮブロックと、をさらに備えたことを特徴とする前項（１）に記載のＣＶＤ装置用加熱ユニット。
（３）前項（１）又は（２）に記載のＣＶＤ装置用加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置。
（４）前項（３）に記載のＣＶＤ装置を用いた半導体素子の製造方法。

六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）は白色で電磁波の反射性が高く、輻射熱（電磁波）のシールド特性に優れている。また、絶縁性であり、高温でも優れた絶縁性を有しているため、ヒーターとのショートの問題もない。さらに、加工性に優れているため、高い精度の加工が可能である。

請求項１に係る発明によれば、ヒーターとヒートシールドとの間に、そのヒーターと離間して配置する六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板を備えているので、ヒーターから下方に放出された輻射熱が六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板で反射されて上方に戻されるので、ウェーハの加熱に用いられないヒーターの放散輻射熱が低減し、その結果、ウェーハの加熱効（昇温特性や冷却特性）率が向上する。従って、従来の加熱ユニットに比べて電力コストの低減を図ることができる。また、従来の加熱ユニットに比べて低い電力でヒーターが使用されるので耐久性が向上する。

請求項２に係る発明によれば、ＣＶＤ装置用加熱ユニットの周囲に配置するヒートシールドリングの上端部にそれを挟んで載置する、複数のＨＢＮブロックを備えているので、ヒーターから加熱ユニットの周囲に放散された輻射熱がＨＢＮブロックで反射されて上方又は加熱ユニット内部に戻されるので、ウェーハの加熱に用いられないヒーターの放散輻射熱が低減し、その結果、ウェーハの加熱効率が向上する。ここで、ヒートシールドリングは通常、モリブデン製材料からなるが、モリブデン製のヒートシールドリングは耐熱性の問題からヒーターの近傍にまでヒートシールドリングを配置することができなかった。しかし、ＨＢＮブロックはモリブデン製のヒートシールドリングよりも耐熱性が高いため、ヒーターの近傍に配置することができるので、ヒーターの放散輻射熱の低減に適している。また、従来の加熱ユニットに比べて電力コストの低減を図ることができ、低い電力でヒーターが使用されるので耐久性が向上する。

請求項３に係る発明によれば、上述の加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置（例えば、ＭＯＣＶＤ装置）は、ウェーハの加熱効率が向上し、従来の加熱ユニットに比べて電力コストの低減を図ることができる。また、従来の加熱ユニットに比べて低い電力でヒーターが使用されるので耐久性が向上する。

請求項４に係る発明によれば、上述のＣＶＤ装置（例えば、ＭＯＣＶＤ装置）を用いることで、従来の加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置（例えば、ＭＯＣＶＤ装置）に比べて、半導体素子の製造における半導体ウェーハの加熱効率が向上し、その結果製造ロット当たりの半導体ウェーハの合格品取得収量が向上する。例えば、半導体素子が窒化物系化合物半導体の発光素子である場合の当該素子の製造では、製造ロット当たりの半導体発光素子ウェーハ当たりの発光波長偏差（σ）を従来品のＣＶＤ装置による発光波長偏差（σ）５ｎｍ以内に対して、２ｎｍ以内に低減することができる。

本発明によれば、ヒーターから下方及び外周方向に放出された輻射熱がヒーター及びサセプタ方向に戻され、サセプタから離間する方向に放散されるのが防止されてサセプタに集まる構成なので、従来よりも一様にサセプタを加熱することができるので、ウェーハの均一な温度分布が実現し、その結果、均一性が向上した薄膜作製が可能となる。

本発明の実施形態に係るＣＶＤ装置用加熱ユニットを示す概略断面図の一例である。 本発明の実施形態に係るヒーターの一例を示す概略平面図である。 本発明の実施形態に係る六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板の一例を示す概略平面図及びその近傍に配置する部材の一例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシールドの一例を示す概略平面図である。 本発明の実施形態に係るＨＢＮブロックの一例を示す概略斜視図である。 従来のＣＶＤ装置用加熱ユニットを示す概略断面図の一例である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。尚、以下の図は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。

図１に、本発明の実施形態に係るＣＶＤ装置用加熱ユニットを示す概略断面図を示す。
尚、図１においては、本発明の構成要素ではないが、本発明の理解を助けるように、ウェーハを載置するサセプタ１０を点線で示している。

図１において、ＣＶＤ装置用加熱ユニット１は、ウェーハを載置するサセプタをその下方から加熱するヒーター２と、ヒーター２の下方に配置し、ヒーターからの熱輻射を遮断するヒートシールド４及び５と、ヒートシールド５を例えば、スペーサ（図示省略）を介して支持するベース７と、ヒーター２とヒートシールド４との間にそのヒーター２と離間して配置する六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３とを備えている。
本実施形態では、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３はヒートシールド４上に載置されているが、離間して配置しても構わない。
ヒートシールド４と５の間、及び、ヒートシールド５とベース７との間には例えば、それぞれスペーサ（図示省略）を備えることによって離間して配置することができる。このスペーサはセラミックからなるのが好ましく、ＨＢＮからなるのがさらに好ましい。
ヒートシールドはタングステンからなるのが好ましい。
ベースは例えば、支持部材（図示省略）により下方から支持され、モリブデン又はタングステンからなるのが好ましい。

ＣＶＤ装置用加熱ユニット１はさらに、ＣＶＤ装置用加熱ユニット１の外周を囲むように配置するヒートシールドリング８と、ヒートシールドリング８の上端部にそれを挟んで載置する、複数のＨＢＮブロック９とを備えている。符号１１はサセプタを回転させるための回転軸体である。

このように、本実施形態では、ヒーター２の直下に六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３を備えているので、ヒーターから下方に放散された輻射熱は六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３で反射されて上方に戻され、ウェーハの加熱に用いられる。従って、ウェーハの加熱に用いられないヒーターの放散輻射熱が低減し、ウェーハの加熱効率が向上する。

図２に、本発明の実施形態に係るヒーター２の一例を示す概略平面図を示す。本発明でヒーターの形状、構造等には制限を受けない。
本実施形態では、ヒーター２はサセプタ１０の周縁部の直下に配置する周縁部ヒーター２ａと、その内側を埋めるように配置する内側ヒーター２ｂとからなる。ヒーターを加熱する電流はそれぞれ、ヒーター用電極棒２２ａ、２２ｂから供給される。

図３に、本発明の実施形態に係る六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３の一例の概略平面図及びその近傍に配置する部材の概略断面図の一例を示す。
図３において、符号２２ａ、２２ｂはそれぞれ、周縁部ヒーター２ａ用、内側ヒーター２ｂ用のヒーター用電極棒であり、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３に形成された穴部２４から、該穴部２４に接触しないように隙間を有して上方に貫通して周縁部ヒーター２ａ、内側ヒーター２ｂに接続されている。また、符号２１はわり板であり、その隙間を塞ぐと共にヒーター用電極棒２２が貫通する穴を備え、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３上に配置する。わり板はセラミックからなるのが好ましく、ＨＢＮからなるのがさらに好ましい。

また、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３の外周全体に離間して複数のＨＢＮブロック９が配置し、ＨＢＮブロック９はヒートシールドリング８の上端部に載置している。ＨＢＮはリング状に加工することは困難であるために、複数のブロックによってＣＶＤ装置用加熱ユニット１の外周全体を囲む構成としている。
複数のＨＢＮブロックは、ヒーターと六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板との間の外周を埋めるように密接して配置するのが好ましい。ヒートシールドリングはモリブデン製からなるのが好ましい。

図４に、本発明の実施形態に係るヒートシールド４又は５の一例を示す概略平面図を示す。
図４において、符号２２ａ、２２ｂはそれぞれ、周縁部ヒーター２ａ用、内側ヒーター２ｂ用のヒーター用電極棒である。

図５に、本発明の実施形態に係るＨＢＮブロック９の一例を示す概略斜視図を示す。
図５において、ＨＢＮブロック９は凹部９ａを備え、その凹部９ａにヒートシールドリングの上端部を挟むように載置される。複数のＨＢＮブロック９は、ヒーター２と六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３の間の輻射熱がＣＶＤ装置用加熱ユニットの外周方向に放散しないように、ヒーター２と六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板３との間の外周全体を埋めるように密に隙間なく、配置されるのが好ましい。

本実施形態では、ＣＶＤ装置用加熱ユニットの周囲に配置するヒートシールドリング８の上端部にそれを挟んで複数のＨＢＮブロック９を備えているので、ヒーターから加熱ユニットの周囲に放散された輻射熱がＨＢＮブロックで反射されて上方又は加熱ユニット内部に戻されてウェーハの加熱に用いられる。従って、ウェーハの加熱に用いられないヒーターの放散輻射熱が低減し、ウェーハの加熱効率が向上する。

本実施形態によれば、ヒーター２の輻射熱がその隙間から下方へ放散されるのが防止されるので、ウェーハの加熱に用いられないヒーターの放散輻射熱が低減し、ウェーハの加熱効率が向上する。

以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。また、本実施例で作製したＣＶＤ装置用加熱ユニットと従来のＣＶＤ装置用加熱ユニットの加熱効率を比較する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
本実施例は図１で示した構成を備えたものである。ヒーターは図２に示した形状のものを使用し、従来の構成で用いた場合には２５ｋＷ程度で使用される。サセプタはヒーターから６ｍｍ離間して配置した。六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板は直径３１０ｍｍ、厚さ２〜３ｍｍであり、ヒーターの下面から５〜７ｍｍ離間して上のヒートシールド上に載置した。２枚のヒートシールドはタングステン製であり、上のヒートシールドはヒーターから７ｍｍ離間して配置した。２枚のヒートシールドは互いに３ｍｍ離間して配置した。ベースはモリブデン製であり、下のヒートシールドから３ｍｍ離間して配置した。ＨＢＮブロックは長さ２０ｍｍ、高さ１７ｍｍ、厚み６ｍｍであり、図１に示したように、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板の側面に接触して配置した。ＨＢＮブロックが載置するヒートシールドリングはモリブデン製であった。

（比較例）
この実施例と比較した従来例として、図６に示すように、この実施例の構成から、六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板、ヒートシールドリング、及びＨＢＮブロックを除いた構成のものを用いた。かかる構成の従来のＣＶＤ装置用加熱ユニットを用いた場合、ウェーハを１１００℃に加熱するのにヒーターに印加した電力は２５ｋＷであった。

これに対して、上述の実施例の構成を用いた場合にはウェーハを同じ温度まで加熱するのにヒーターに印加した電力は１６ｋＷで済んだ。このように必要な電力を３割以上低減することができた。

１ ＣＶＤ装置用加熱ユニット
２ ヒーター
３ 六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板
４、５ ヒートシールド
７ ベース
８ ヒートシールドリング
９ ＨＢＮブロック
１０ サセプタ
１１ 回転軸体
２２ａ、２２ｂ ヒーター用電極棒

Claims (4)

1. ウェーハを載置するサセプタをその下方から加熱するヒーターと、前記ヒーターの下方に配置し、該ヒーターからの熱輻射を遮断するヒートシールドとを備えたＣＶＤ装置用加熱ユニットにおいて、
   前記ヒーターと前記ヒートシールドとの間に、前記ヒーターと離間して配置する六方晶窒化ホウ素（ＨＢＮ）板を備えたことを特徴とするＣＶＤ装置用加熱ユニット。
2. 前記ＣＶＤ装置用加熱ユニットの外周を囲むように配置するヒートシールドリングと、
   前記ヒートシールドリングの上端部にそれを挟んで載置する、複数のＨＢＮブロックと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置用加熱ユニット。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の前記ＣＶＤ装置用加熱ユニットを備えたＣＶＤ装置。
4. 請求項３に記載の前記ＣＶＤ装置を用いた半導体素子の製造方法。
   

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