JP2984952B2 - 成膜処理装置 - Google Patents

成膜処理装置

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JP2984952B2 JP3162041A JP16204191A JP2984952B2 JP 2984952 B2 JP2984952 B2 JP 2984952B2 JP 3162041 A JP3162041 A JP 3162041A JP 16204191 A JP16204191 A JP 16204191A JP 2984952 B2 JP2984952 B2 JP 2984952B2
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毅 仲田
雅人 小泉
公裕 松瀬
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等の被処
理基板に被膜を形成するための成膜処理装置に係り、よ
り詳細には基板設置台の新規な構造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の成膜工程で半導体ウエ
ハを一枚ごとに成膜する枚葉式のCVD装置は、半導体
ウエハだけを加熱し、処理室全体を加熱しないので、コ
ールドウォールCVD装置とも称されている。従来のこ
の種CVD装置では、図5に示すように、平坦面に形成
された基板設置台100上に半導体ウエハ102を設置
し、適当なヒータ(図示せず)により基板設置台100
を介して半導体ウエハ102を加熱しながら、半導体ウ
エハ102に所定の反応ガスを供給し、そのガスの分解
生成物あるいは反応生成物を半導体ウエハ102上に堆
積させるようにしている。このような成膜処理では、半
導体ウエハ102上に形成される被膜の膜質はウエハ温
度に依存するため、高精度な加熱制御が要求される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のC
VD装置においては、基板設置台100の熱が伝導およ
び輻射により半導体ウエハ102の裏面に伝わって、半
導体ウエハ102が加熱される。したがって、半導体ウ
エハ102の表面温度は、基板設置台100の表面温度
よりもいくらか(通常20%程度)低くなる。このた
め、反応ガスは半導体ウエハ102の表面よりも温度の
高い外周囲の設置台表面部100Aのほうで多く消費さ
れ、半導体ウエハ102上で均一に消費されなかった。
この結果、半導体ウエハ102上に不均一な膜質の被膜
が形成され、被膜の膜厚やシート抵抗等の重要な特性パ
ラメータにおいて均一性が得られず、半導体素子の歩留
りを下げていた。
【0004】また、上記従来のCVD装置では、半導体
ウエハ102を基板設置台100の表面に直接接触させ
て設置するが、基板設置台100の表面には微小な凹凸
があるため、半導体ウエハ102はその凹凸(表面の粗
さ)の程度に応じて不均一な熱伝導で加熱された。この
ことも、膜質不均一の原因、ひいては歩留り低下の原因
となっていた。
【0005】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、被処理基板の表面とその外周部表面
との温度差を任意に制御するとともに基板設置台から被
処理基板に対して輻射熱が均一に与えられるようにし
て、膜質の均一性を向上させるようにした成膜処理装置
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第1の成膜処理装置は、処理室内で被処
理基板を加熱しながら所定の成膜処理によって前記被処
理基板の表面に被膜を形成する成膜処理装置において、
前記処理室内で前記被処理基板を設置する台であって、
かつ前記被処理基板をその基板の裏面側から加熱するた
めの基板設置台と、前記基板設置台に設置される前記被
処理基板の外側の設置台表面部を覆い、かつ前記被処理
基板の裏面の外周縁部と接触した状態で、前記被処理基
板を前記基板設置台の表面から離間させて支持する環状
の板体とを具備する構成とした。
【0007】また、本発明の第2の成膜処理装置は、処
理室内で被処理基板を加熱しながら前記被処理基板の表
面に所定の反応ガスを供給し、そのガスの分解生成物ま
たは反応生成物を前記被処理基板の表面に堆積させて被
膜を形成する成膜処理装置において、前記処理室内で前
記被処理基板を設置する台であって、かつ前記被処理基
板をその基板の裏面側から加熱するための基板設置台
と、前記基板設置台に設置される前記被処理基板の外側
の設置台表面部を覆い、かつ前記被処理基板の裏面の外
周縁部と接触した状態で、前記被処理基板を前記基板設
置台の表面から離間させて支持する環状の板体とを具備
する構成とした。
【0008】本発明の成膜処理装置において、好ましく
は、前記環状板体を板厚の小さい熱伝導体の環状板体を
複数枚重ねて構成してよい。また、前記基板設置台の表
面の一部に輻射熱を抑制するための輻射抑制板を設けて
よい。さらに、前記環状板体の内側にて前記基板設置台
の表面上に中性ガスを供給するためのガス通路を前記基
板設置台に設けてよい。 本発明において、前記環状板体
は、一様な厚さのものに限らず、たとえば円周方向に一
定間隔で複数の凸面部を有し、それらの凸面部で被処理
基板の外周縁部を支持するようなものでもよい。また、
板体の材質および厚みは、任意に選ばれてよいが、好ま
しくは、板体の表面温度と被処理基板の表面温度とをほ
ぼ等しくするようなものに選ばれてよい。
【0009】
【作用】本発明の成膜処理装置において、基板設置台上
に被処理基板が設置されると、被処理基板はその裏面の
外周縁部にて環状板体に支持され、基板設置台の表面と
は所定の間隔を置いて対向する。これにより、環状板体
の内側においては、基板設置台の表面の熱が輻射により
被処理基板の裏面に伝わって、被処理基板が加熱され、
被処理基板の表面温度は基板設置台の表面温度よりも幾
らか低い温度となる。一方、環状板体の存在する部分、
つまり被処理基板の外側においては、基板設置台の表面
の熱が伝導および輻射により環状板体に伝わり、環状板
体の表面から熱が放熱される。したがって、環状板体の
材質および厚みを適当にものに選ぶことによって、被処
理基板の表面と環状板体の表面の温度差を任意に制御す
ることが可能であり、両者の温度をほぼ同じ値にするこ
とも可能である。その場合、反応ガスを被処理基板上と
環状板体上とで同程度に、あるいは被処理基板上で多め
に、消費させることが可能となる。また、環状板体の内
側で被処理基板は、基板設置台の凹凸(表面粗さ)具合
に関係なく、基板設置台からの輻射熱によって均一に加
熱される。
【0010】このように、本発明では、被処理基板の表
面とその外周部(環状板体)表面との温度差を任意に制
御できるとともに、被処理基板を均一に加熱することが
できるので、膜質の均一性を向上させることができる。
【0011】
【0012】
【実施例】以下、図1〜図4を参照して本発明の実施例
を説明する。図1は、本発明の一実施例による枚葉式C
VD装置の全体構成を示す斜視図、図2および図3はこ
のCVD装置の要部の構造を示す断面図および平面図、
図4は変形例による環状板体の構成を示す斜視図であ
る。
【0013】図1において、このCVD装置の処理室1
0はたとえばAl(アルミニウム)からなる円筒状の真
空チャンバで、この処理室10の中央上部に本実施例に
よる基板設置台12が下向きに配設されている。したが
って、被処理基板である半導体ウエハ14は、その表面
(被処理面)が下向きになるようにして基板設置台12
に設置される。基板設置台12に半導体ウエハ14を設
置するために、基板設置台12に隣接して配置された支
持体16がエアシリンダ等の昇降機構18による駆動で
上昇して半導体ウエハ14の表面の外周縁部に係止する
ことにより、半導体ウエハ14をたとえばカーボングラ
ファイトからなる設置台12に固定保持するようになっ
ている。
【0014】基板設置台12の裏側には真空室20が設
けられ、この真空室20の上方に、たとえば出力8KW
のハロゲンランプ24が配設されている。真空室20の
上面には石英板22が取り付けられ、ハロゲンランプ2
4からの光は石英板22を通って基板設置台12の裏面
に照射し、その光エネルギで基板設置台12がたとえば
650〜700゜C程度に加熱され、この加熱された基
板設置台12を介して半導体ウエハ14がたとえば50
0〜550゜C程度に加熱されるようになっている。ま
た、真空室20の側面よりガス供給管26が引き出さ
れ、このガス供給管26を介してガス供給源(図示せ
ず)より、たとえば1〜10Torr程度に減圧された
He(ヘリウム)またはAr(アルゴン)等の中性ガス
が真空室20内に供給されるようになっている。
【0015】処理室10の下部には、処理室10内に所
定の反応ガスを供給するための、たとえば直径0.3m
mの孔部が複数設けられたガス導入機構28,30が設
けられている。たとえば、直径8インチ、厚さ0.7m
mの半導体ウエハ14上に、膜厚1000ÅのWSi
(タングステン・シリサイド)の被膜を形成する場合、
反応ガスとして、たとえばSiH2 Cl2 (ジクロール
シラン)およびWF6 (六フッ化タングステン)がそれ
ぞれ300ccm、4ccmのレートで0.2Torr
程度に減圧された処理室10内に供給される。これら反
応ガスの流れを制御するためにガス流制御板32が基板
設置台12と対向して配置されている。このガス流制御
板32は、ガス導入機構28,30からの反応ガスを半
導体ウエハ14の表面(被処理面)に向けて最適な流量
で送るよう、駆動機構34によって適当な位置に調整さ
れる。
【0016】処理室10の上部において基板設置台12
の周囲には複数本の排気管36が取り付けられ、処理室
10内のガスはこれらの排気管36を介して排気口側へ
排出されるようになっている。処理室10の側壁には、
半導体ウエハ14を出し入れするためにゲートバルブ3
8が設けられている。
【0017】さて、図2および図3に示すように、本実
施例による基板設置台12上には、半導体ウエハ14の
外周囲の設置台表面部を覆い、半導体ウエハ14を基板
設置台12の表面から離間させて支持するための環状の
ガードリング(環状板体)15が複数個のネジ17によ
り取付固定される。これにより、半導体ウエハ14が所
定位置に設置された状態では、図2に示すように、半導
体ウエハ14の裏面の外周縁部がガードリング15に接
し、ガードリング15の内側のウエハ裏面部は基板設置
台12の表面と所定の間隔を置いて対向する。
【0018】したがって、ガードリング15の内側にお
いては、基板設置台12の表面の熱が輻射により半導体
ウエハ14の裏面に伝わって、半導体ウエハ14が加熱
されウエハ表面は基板設置台12の表面温度よりも幾ら
か低い温度となる。一方、ガードリング15の位置する
部分においては、基板設置台12の表面の熱が伝導およ
び輻射によりガードリング15に伝わり、ガードリング
15の表面から放熱される。ガードリング15の表面温
度は、当然、基板設置台12の表面温度よりも低い温度
となる。
【0019】したがって、ガードリング15の材質およ
び厚みDを適当にものに選ぶことによって、半導体ウエ
ハ14の表面温度をガードリング15の表面温度とほぼ
等しい値にすることも、あるいは前者の温度を後者の温
度より高くすることも可能である。これにより、反応ガ
スを半導体ウエハ14上とガードリング15上とで同程
度に、あるいは半導体ウエハ14上で多めに、消費させ
ることができる。ガードリング15の材質は、たとえば
グラファイトでよく、厚みDは、たとえば1mm程度に
選ばれる。
【0020】また、基板設置台12の表面に微小な凹凸
があっても、半導体ウエハ14は、そのような凹凸面に
関係なく、基板設置台12からの輻射熱によって均一に
加熱される。したがって、半導体ウエハ14上で均一に
反応ガスが消費される。
【0021】このように、本実施例では、ガードリング
15によって、半導体ウエハ14の外側の設置台表面部
を覆い、半導体ウエハ14を基板設置台12の表面から
離間させて支持する。これにより、半導体ウエハ14の
表面とガードリング15の表面とで任意の割合で(好ま
しくは同じ割合で)反応ガスを消費させ、かつ半導体ウ
エハ14上では均一に反応ガスを消費させることができ
る。これによって、半導体ウエハ14上に膜質の均一な
被膜を形成することができる。
【0022】なお、基板設置台12の中央部に熱が蓄熱
し、その中央部の温度が相対的に周囲よりも高くなるよ
うな場合には、基板設置台12の表面の中央部に輻射抑
制板13を設けてよい。この輻射抑制板13の材質は、
半導体ウエハ14の裏面に蒸着するおそれのない材質で
あれば任意のものでよく、たとえばグラファイト、セラ
ミック等でよい。
【0023】さらに、この実施例では、基板設置台12
に数個(図示の例では4個)の貫通孔12Cを穿孔し、
真空室20内の中性ガスをこれらの貫通孔12Cを介し
て基板設置台12の表面側へ送るようにしている。そう
すると、基板設置台12の表面側に送られてきた中性ガ
スは、半導体ウエハ14の裏面の空間内で対流してから
ガードリング15と半導体ウエハ14との間の小さな隙
間を通って処理室10内へ抜ける。このような中性ガス
の気流により、一次的効果として、処理室10内の反応
ガスが半導体ウエハ14の裏面側へ侵入するのを防止
し、ひいてはウエハ裏面上に不所望な被膜が形成される
事態を防止できるとともに、さらに二次的効果として、
基板設置台12より半導体ウエハ14に与えられる加熱
を中性ガスの対流によってより均一にならすことができ
る。
【0024】本実施例によれば、上記のような諸条件で
直径8インチ、厚さ0.7mmの半導体ウエハ14上に
膜厚1500ÅのWSi(タングステン・シリサイド)
被膜を形成する場合、約80Ω/スクエアのシート抵抗
を得ることができ、しかもそのバラツキを約3%(従来
方式によると約20%)まで大幅に低減することができ
る。
【0025】図4は、変形例によるガードリング40の
構成を示す。図中、上述した実施例のものと同一の構成
・機能を有する部分には同一の符号を付してある。この
変形例のガードリング40は、図示のように、周方向に
一定の間隔で複数、たとえば4個の凸部40Aを設け、
これらの凸部40Aで半導体ウエハ14を支持するよう
にしたものである。このようにガードリング40を不均
一な厚さに構成しても上記実施例と同様な効果が得られ
る。
【0026】また、上述した実施例では、ガードリング
15、40を一枚の板体で構成したが、薄い板体を複数
枚重ねて構成してもよく、そうした場合は、薄い板体の
重ね枚数を変えることでガードリング15,40の表面
温度を容易に変更することができる。
【0027】なお、上述した実施例は枚葉式のCVD装
置に係るものであったが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、基板設置台より被処理基板を加熱しながら
被処理基板上に被膜を形成するスパッタ装置等、他の形
式の成膜処理装置にも適用可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜処理
装置によれば、被処理基板の表面とその外周部(環状板
体)表面との温度差を任意に制御できるとともに、被処
理基板を均一に加熱することが可能であり、これによっ
て膜質の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による枚葉式CVD装置の全
体構成を示す斜視図である。
【図2】実施例のCVD装置の要部の構造を示す断面図
である。
【図3】実施例のCVD装置の要部の構造を示す平面図
である。
【図4】変形例による環状板体の構成を示す斜視図であ
る。
【図5】従来のCVD装置における基板設置台の構成を
示す側面図である。
【符号の説明】
10 処理室 12 基板設置台 14 半導体ウエハ 15 ガードリング(環状板体) 17 ネジ 40 ガードリング(環状板体)
フロントページの続き (72)発明者 松瀬 公裕 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東 京エレクトロン株式会社内 審査官 増山 剛 (56)参考文献 特開 平2−310371(JP,A) 特開 昭59−147429(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/31

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理室内で被処理基板を加熱しながら所
    定の成膜処理によって前記被処理基板の表面に被膜を形
    成する成膜処理装置において、前記処理室内で前記被処理基板を設置する 台であって、
    かつ前記被処理基板をその基板の裏面側から加熱するた
    めの基板設置台と、 前記基板設置台に設置される前記被処理基板の外側の設
    置台表面部を覆い、かつ前記被処理基板の裏面の外周縁
    部と接触した状態で、前記被処理基板を前記基板設置台
    の表面から離間させて支持する環状の板体とを具備する
    成膜処理装置。
  2. 【請求項2】 処理室内で被処理基板を加熱しながら前
    記被処理基板の表面に所定の反応ガスを供給し、そのガ
    スの分解生成物または反応生成物を前記被処理基板の表
    面に堆積させて被膜を形成する成膜処理装置において、前記処理室内で前記被処理基板を設置する 台であって、
    かつ前記被処理基板をその基板の裏面側から加熱するた
    めの基板設置台と、 前記基板設置台に設置される前記被処理基板の外側の設
    置台表面部を覆い、かつ前記被処理基板の裏面の外周縁
    部と接触した状態で、前記被処理基板を前記基板設置台
    の表面から離間させて支持する環状の板体とを具備する
    成膜処理装置。
  3. 【請求項3】 前記環状板体が、板厚の小さい熱伝導体
    の環状板体を複数枚重ねて構成されることを特徴とする
    請求項1または2に記載の成膜処理装置。
  4. 【請求項4】 前記環状板体が、前記被処理基板の表面
    の温度と前記被処理基板の外側に延在する前記環状板体
    の表面の温度とがほぼ同じになるような板厚を有するこ
    とを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の成
    膜処理装置。
  5. 【請求項5】 前記環状板体の内側にて前記基板設置台
    の表面の一部に輻射熱を抑制するための輻射抑制板を設
    けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記
    載の成膜処理装置。
  6. 【請求項6】 前記環状板体の内側にて前記基板設置台
    の表面上に中性ガスを供給するためのガス通路を前記基
    板設置台に設けたことを特徴とする請求項1ないし5の
    いずれかに記載の成膜処理装置。
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