JP3186257B2

JP3186257B2 - 成膜装置

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Publication number: JP3186257B2
Application number: JP28504092A
Authority: JP
Inventors: 利昭長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH06120145A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成膜装置に関する。本
発明は、例えば、半導体装置製造の際の各種薄膜の形成
用成膜装置として利用できる。例えば、メタルＣＶＤ装
置として具体化でき、特に微細なコンタクトホールを埋
め込むため、あるいは、耐熱配線を形成するため等のメ
タルＣＶＤ装置として好適に具体化できる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等に用いられる成膜装置の役
割は重要になるに至っており、とりわけ、例えばＣＶＤ
装置は、ＵＬＳＩ等の半導体装置を作るには不可欠なも
のである。

【０００３】その成膜装置における解決しなければなら
ない重要な課題の１つに、パーティクルの抑制が挙げら
れる。特にＣＶＤ装置は、成膜処理を行うために、非常
にパーティクルが発生し易く重要な問題になっている。

【０００４】その中でも基板との密着性の悪いメタルＣ
ＶＤとりわけブランケットタングステンＣＶＤは、剥が
れ易く、パーティクルが発生し易い。選択タングステン
ＣＶＤについても、同様な問題がある。

【０００５】しかし、上記ブランケットタングステンＣ
ＶＤは、次世代以降のＵＬＳＩの多層配線形成プロセス
技術において、０．３５ミクロンルール以下の微細なコ
ンタクトホールやスルーホールを配線材料で埋め込む技
術が要求に応える技術の１つとして注目されている。

【０００６】図６に示す装置（コールドウォールタイ
プ）は、これは加熱装置１であるＩＲランプにより支持
台（サセプター）２を加熱し、その熱で半導体基板（ウ
ェーハ）３を加熱する構成を採る。この装置のサセプタ
ー２部分の詳細は、図７及び図８に示す。この背景技術
にあっては、原料ガスは、図６に示すように、下方のガ
ス供給口６から供給され、ガスプランジャー７１によっ
て均一に拡散され、ウェーハ表面に到達する。到達した
ガスは、基板表面で反応し、薄膜となる。図中、４は石
英ガラス（クォーツ）窓、５は原料ガスダクト、７はチ
ャンバーのサイドウォール、９はクランプフィンガー、
１２はチャックボデイである。

【０００７】従来技術における剥がれの問題について説
明すると、次のとおりである。例えば、ブランケットＣ
ＶＤ法により形成したメタル薄膜（特にタングステン）
は、基板との密着性が悪く、非常に剥がれやすい。そこ
で、基板表面にメタル薄膜を形成する場合には、密着層
が必要である。ブランケットタングステンＣＶＤの場合
は、ＴｉＮ膜が良く用いられている。しかし、ＴｉＮ膜
が形成されていない基板部分は、タングステン薄膜が剥
がれてしまうため、基本的には、タングステン薄膜が成
長しないようにする処置が必要である。

【０００８】図７及び図８、また図９及び図１０に示す
装置においては、ＴｉＮ薄膜が形成されていない部分、
ＴｉＮスパッタ装置のクリップマーク部や、半導体基板
裏面に、タングステン薄膜が形成しないように、サセプ
ター２裏面からのパージガスを流している。この例の支
持台（サセプター）２は、グラファイトサセプター２ａ
と、外周のＳＵＳ等のサセプター２ｂとに分割されてい
る。

【０００９】第１１図は、グラファイトサセプターを示
したものである。グラファイトサセプター２ａに開けら
れた穴１０（通路）は、パージガスを半導体基板の周辺
部に導入するためのものである。なお各図中、８は熱電
対、８１はネジである。

【００１０】しかし、パージガスの流れの方向が制御さ
れていないため、（イ）半導体基板上のガスフローに影
響を与えてしまい、膜厚の分布に影響を与えてしまうと
いう問題があった。また、（ロ）成膜速度を大にする
と、逃げも大きくしなければならず、乱流や、あるいは
よどみが生じるという問題があった。

【００１１】また、パージガスが例えばクランプとウェ
ーハの間から流れ出す流量はごくわずかなものであるの
で、反応ガスがウェーハ裏面に回り込むのを完全に防止
することは不可能である。

【００１２】また、図１２，図１３に示したようないわ
ゆるＲＤＲ装置においては、ウェーハ表面上の反応ガス
の流れが層流になることを特徴としているため、クラン
プを設置することが出来ず、また、パージガスを裏面に
回り込まない程度の大量のパージガスを流すことも出来
ないので、裏面への回り込みの防止が課題になってい
る。なお各図中、IIはガス導入口、Ｉａ〜Ｉｃはパージ
ガスの流れである。

【００１３】

【発明の目的】本発明の第１の目的は、半導体基板裏面
での成膜を防止でき、パーティクルの発生を抑制できる
とともに、裏面からのパージガスが効果的に作用するた
め、パージガス流量を少なくすることが出来、パージ流
量を少なく出来て、、半導体基板上の成膜反応に影響を
与えることがなく、膜厚分布を向上できる成膜装置を提
供することである。

【００１４】本発明の第２の目的は、大量のパージガス
を流すことをも可能とし、ガス濃度の濃い中圧（例えば
１０ｋＰａ）プロセスにも対応できる成膜装置を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本出願の請求項１の発明
は、半導体基板を載置する支持台と、前記半導体基板を
前記支持台を介して加熱するための加熱装置と、前記半
導体基板上に薄膜を成長させるための原料ガスを供給す
る原料ガス供給手段とを有する成膜装置において、パー
ジガスが前記支持台の外周方向から導入され、前記半導
体装置の外周方向に拡散する層流として流出する構成と
したことを特徴とする成膜装置であって、これにより上
記目的を達成するものである。

【００１６】本出願の請求項２の発明は、半導体基板を
載置する支持台と、前記半導体基板を前記支持台を介し
て加熱するための加熱装置と、前記半導体基板上に薄膜
を成長させるための原料ガスを供給する原料ガス供給手
段とを有する成膜装置において、前記支持台が、少なく
とも半導体基板と接触する部分である接触部と、前記支
持台の外周にあって反応室側壁に固定されている部分で
ある固定部とに分割されており、前記半導体基板に接触
する接触部分にパージガスが外周方向に拡散するための
ガス方向制御機構を設けたことを特徴とする成膜装置で
あって、これにより上記目的を達成するものである。

【００１７】本出願の請求項３の発明は、前記分割した
支持台の両部分の間にパージガスを導入する機構を備え
ることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置
であって、これにより上記目的を達成するものである。

【００１８】本出願の請求項４の発明は、前記支持台の
接触部の材料には、熱伝導の良好な材料を用い、前記支
持台の固定部の材料には、熱伝導性の低い材料を使うこ
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
膜装置であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１９】本出願の請求項５の発明は、パージガスを
裏面から流す機構を有する成膜装置において、パージガ
ス排出口近傍に、パージガスの排気口を設けたことを特
徴とする成膜装置であって、これにより上記目的を達成
するものである。

【００２０】本出願の請求項６の発明は、メタル薄膜形
成ＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれか記載の成膜装置であって、これにより上記目
的を達成するものである。

【００２１】本出願の請求項７の発明は、ブランケット
タングステン形成装置である請求項６に記載の成膜装置
であって、これにより上記目的を達成するものである。

【００２２】本出願の請求項８の発明は、ブランケット
タングステンＣＶＤとＴｉＮＣＶＤを連続して行う構
成としたことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置で
あって、これにより上記目的を達成するものである。

【００２３】本出願の請求項９の発明は、選択タングス
テン形成装置である請求項６に記載の成膜装置であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００２４】

【作用】本出願の請求項１の発明によれば、パージガス
の流れを外周方向に向いている流れ、特に支持台の外周
方向から導入され、前記半導体装置の外周方向に拡散す
る層流として流出する構成としたことによって、有効に
反応ガスが半導体基板裏面に回り込むのを抑制できる。
特に、接触部（内周サセプター）の円周部分、即ち、半
導体基板の外周部分を温度を低くするように構成する
と、このことによっても、半導体基板裏面の成膜が抑制
される。本出願の請求項２ないし４の発明によれば、パ
ージガスの流れを外周方向に向いている流れ、例えば外
周方向に拡散する層流にすることによって、有効に反応
ガスが半導体基板裏面に回り込むのを抑制できる。特
に、接触部（内周サセプター）の円周部分、即ち、半導
体基板の外周部分を温度を低くするように構成すると、
このことによっても、半導体基板裏面の成膜が抑制され
る。

【００２５】上記発明ではパージガスを外周方向に流出
させることにより、これをスムースに流し、即ち、例え
ば層流になるようにすることによって、基板表面の反応
に影響せずに裏面に侵入しようとする原料ガスを除去で
きる。よって、本来の反応に影響を及ぼすおそれがある
パージガスを余計に流すことを避けて、しかも裏面に侵
入する原料ガスを有効に抑制できる。これにより、例え
ばブランケットタングステンＣＶＤについて、密着層の
ない半導体基板裏面にＷ膜が成長するのを有効に抑制で
きる。

【００２６】また、接触部（内周サセプター）を、パー
ジガスをスムースに流すため、円周部分のサセプタープ
レートの厚さを薄くすると、半導体基板の周辺部分に到
達する熱量が他の箇所よりも少なくなる。従って、半導
体基板の円周部分の温度が下がることになる。本発明で
は、この性質を利用することもできる。即ち、裏面に侵
入しようとするガス分子は、当然、半導体基板の外周か
ら侵入するが、外周部分は温度が低くなっているため、
反応を抑制することができる。従って、半導体基板裏面
の堆積を最小限に抑えることができる。

【００２７】また、本出願の請求項５の発明によれば、
パージガスをウェーハ裏面から導入することで、ウェー
ハ表面側の原料ガス導入口から流れる原料ガスをウェー
ハの表面付近で希釈することにより、ウェーハ裏面への
成膜を抑止できる。このとき、そのパージガスがウェー
ハ表面側へ流出してしまうと成膜するべきウェーハ表面
の原料ガスも希釈されてしまい、分布が悪化するが、こ
の発明では、パージガスの流れをウェーハ裏面から排気
側に流れるような層流を作るように構成でき、よって表
面から流れ込んだ原料ガスを大量の希釈ガスによって十
分に希釈できる。一方、ウェーハの表面へはパージガス
がほとど流れ込まないため、影響は小さい。

【００２８】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。なお当然のことではあるが、本発明は図示
の実施例により限定を受けるものではない。

【００２９】実施例１この実施例は、請求項１ないし４の発明を適用したもの
で、特に、ブランケットタングステンＣＶＤ用の装置に
具体化したものである。図１を参照する。

【００３０】本実施例の支持台２は、次のような構造に
なっている。即ち、第１のサセプターである接触部２ａ
及び第２のサセプターである固定部２ｂは、半導体基板
の後方（チャック）から導入したパージガスが両サセプ
ターの間を通過するようになっている。第１のサセプタ
ー２ａは、パージガスがスムースに流れるように半円状
に削られている。第２のサセプター２ｂは、逆に凸型に
半円状に加工されている。サセプターは、図示されてい
ない６箇所のネジによって固定されている。固定する箇
所はパージガスの流れを乱さないようになるべく小さ
く、少ない箇所であることが望ましい。

【００３１】このようにパージガスをガス導入口IIから
図にＩａ，Ｉｂで示すように流すことによって、乱流を
つくらないように、流れ断面を均一にして、かつ流れの
曲がり方が直角にならず滑らかな曲流をなすようにで
き、この結果、メインの流れと同方向の、層流になった
形でパージガスが流れるようにすることができる。

【００３２】本実施例のサセプターの材質は、次のもの
を用いた。

【００３３】特にブランケットタングステンＣＶＤの場
合は、温度分布が非常に重要なので、周辺のサセプター
には熱伝導の悪い石英、アルミナ、ＳＵＳを用いる。こ
のことにより、接触部２ａ（第１のサセプター）からの
熱逃げが少ない、温度均一性のよい加熱が行える。本実
施例の場合は、接触部２ａ（第１のサセプター）はグラ
ファイトを、固定部２ｂ（第２のサセプター）にはＳＵ
Ｓを用いた。

【００３４】次に、本実施例の装置を用いて、ブランケ
ットタングステンＣＶＤを行った時のプロセス条件を示
す。

【００３５】（ブランケットタングステンのＣＶＤ条件）核形成ステップ原料ガスＳｉＨ₄／ＷＦ₆／Ｈ₂＝７／１０／３００
ｓｃｃｍバックサイドガスＡｒ５００ｓｃｃｍ温度４５０℃、圧力１ｋＰａ（８Ｔｏｒｒ）バルク形成ステップ原料ガスＷＦ₆／Ｈ₂＝２５／５００ｓｃｃｍバックサイドガスＡｒ１０００ｓｃｃｍ温度４５０℃、圧力１０ｋＰａ（８０Ｔｏｒｒ）

【００３６】これにより、良質なブランケットタングス
テンＣＶＤ膜を、良好に得ることができた。

【００３７】実施例２図２に本実施例の装置構造を示す。この実施例は、パー
ジガスが流れる通路を１／４円状にして、短い経路で実
現したものである。これは、図１に示したほどパージガ
ス経路を長くしなくても層流が容易に得られる比較的高
圧（１０ｋＰａ以上）で行われるプロセスで好適に用い
られる。この特徴は、取り付けが簡単で、容易に交換が
可能なことである。図２中、図１と同符号は、図１と同
様の構成部分を示す。

【００３８】実施例３図３に本実施例の装置構造を示す。この実施例は、表面
（図の下側の面）を、半導体基板３の面に揃えて、平坦
にしたものである。例えば、合わせピンを形成して、平
坦な構造にすることができる。図３中、図１と同符号
は、図１と同様の構成部分を示す。

【００３９】実施例４本実施例では、実施例１と同様の構成の装置を用いて、
これを選択タングステンＣＶＤに用いた例である。

【００４０】本実施例の支持台２（サセプター）の形状
は、実施例１のブランケットタングステンＣＶＤ用のも
のの場合と同じである。

【００４１】但し、サセプターの材質は、実施例１の装
置において、固定部２ｂ（第２のサセプター）の材質
を、選択成長が行われない、石英、サファイヤガラス、
アルミナ等にする。本実施例の場合は、石英を用いた。

【００４２】この装置を用いて、選択タングステンＣＶ
Ｄを行った時のプロセス条件を示す。

【００４３】（選択タングステン形成条件）原料ガスＳｉＨ₄／ＷＦ₆／Ｈ₂＝７／１０／１００
０ｓｃｃｍバックサイドガスＡｒ１００ｓｃｃｍ温度４５０℃、圧力６０Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）

【００４４】従来技術であると、副生成物が選択性を破
ることがあった。つまり、生成したＳｉＨ_xＦ_yが、半
導体基板３（ウェーハ）上に再拡散して、選択性を乱す
ことがあったが、本実施例では、そのような問題は全く
なかった。

【００４５】実施例５本実施例は、請求項５の発明を具体化したものである。
本実施例に係る装置は、ＲＤＲ機構を有している。ＲＤ
Ｒ装置は、ウェーハサセプターを高速（３００〜１００
０ｒｐｍ）で回転させることによって、ウェーハ表面の
原料ガスを均一に拡散する効果と、回転によりウェーハ
表面の原料ガスの流れをウェーハに水平方向の層流にす
る効果がある。これにより、反応副生成物が速やかに排
気され反応の効率を上げることができる。このＲＤＲ装
置の概略を、背景技術として、図１２及び図１３に示
す。

【００４６】この図１２、図１３に示す構造だけである
と、層流を用いているため、ウェーハ裏面への成膜を防
止するためのパージガスの影響を受けやすい。そこで、
実施例では、請求項５の発明を適用して、表面に流れ出
るパージガスの流量を少なくし、その影響を小さくし
た。更に裏面におけるパージガスの流量の方は多くなる
ため、パージガス効果が大きい。本実施例の場合従来装
置の１０〜２０倍の量のパージガスを流すことができ
た。

【００４７】即ち、本実施例では、パージガスをウェー
ハの周辺に吹き付ける機構と、そのパージガスを排気す
るための機構を近接して設けることにより、パージガス
の流量を多くすることと反応ガスへの影響を少なくする
ことを実現したものである。

【００４８】本実施例の装置は、図４に示すように、成
膜装置に、パージガスの排気口IIｂを設置した。

【００４９】図５は、パージガスのウェーハ裏面への排
出口とパージガス排気口の断面の拡大図（図４のＶ部拡
大図）である。

【００５０】本実施例におけるパージガス導入は、次の
ようになっている。

【００５１】パージガスとしては、Ａｒを用い、導入口
IIａから、サセプター２の下部を介し、矢印Ｉａ，Ｉｂ
のようにこれを導入する。パージガスは一度、半導体基
板３（ウェーハ）の直下の円周部分で広げられ、外周部
分へ拡がる。このとき、パージガスＩｄは、ウェーハ３
に水平な部分（拡大図である図５参照）でほぼ、層流に
なっている。ウェーハの周辺部分ではほとんどが排気口
IIｂへ流れ、一部がウェーハ表面へ出ていく。この割合
は、排気路のＡｒガスに対するコンダクタンスと導入路
のコンダクタンスを変えることで対応できる。本実施例
の場合、全流量の約１／１００が表面へ流れるように設
計してある。なおIIｃは合わせにより生ずるすき間で、
わずかにパージガスＩｅが流れる。

【００５２】この装置を用いて、次に示す条件でＴｉＮ
膜、Ｗ膜を連続的に形成した。サセプターの回転数は５
００ｒｐｍとした。

【００５３】（ＴｉＮＣＶＤの条件）温度４５０℃〜６５０℃ ガスＴｉＣｌ₄／ＮＨ₃／Ｈ₂＝５／２０／８０ｓ
ｃｃｍ圧力３０ＰａバックサイドＡｒ（パージガス）１０００ｓｃｃｍ

【００５４】（ＷＣＶＤの形成条件）温度４５０℃ ガスＷＦ₆／Ｈ₂＝２００／２０００ｓｃｃｍ圧力１０ｋＰａバックサイドＡｒ（パージガス）５０００ｓｃｃｍ

【００５５】ここで、バックサイドＡｒは、ＷＣＶＤの
時の方の流量を大きくして、ＴｉＮの形成していない部
分へのＷ膜の形成を抑制するようにした。これは、Ｔｉ
Ｎのないところに成膜したＷ膜は剥がれやすく、パーテ
ィクルの原因となるためである。

【００５６】本実施例により、良質な膜を、良好に形成
することができた。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板裏面での成
膜を防止でき、パーティクルの発生を抑制できるととも
に、裏面からのパージガスが効果的に作用するため、パ
ージガス流量を少なくすることが出来、パージガス流量
を少なくできるので、半導体基板上の成膜反応に影響を
与えることがなく、よって膜厚分布を向上できる成膜装
置を提供できる。

【００５８】また本発明によれば、大量のパージガスを
流すことをも可能とし、ガス濃度の濃い中圧プロセスに
も対応できる成膜装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す構成図である。

【図２】実施例２を示す構成図である。

【図３】実施例３を示す構成図である。

【図４】実施例５を示す構成図である。

【図５】実施例７を示す部分拡大図である。

【図６】背景技術を示す。

【図７】背景技術を示す。

【図８】背景技術を示す。

【図９】背景技術を示す。

【図１０】背景技術を示す。

【図１１】背景技術を示す。

【図１２】背景技術を示す。

【図１３】背景技術を示す。

【符号の説明】

１加熱装置（ＩＲランプ）２支持台（サセプター）２ａ接触部（第１サセプター）２ｂ固定部（第２サセプター）Ｉａ〜Ｉｅパージガス（の流れ）３半導体基板（ウェーハ）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を載置する支持台と、前記半導
体基板を前記支持台を介して加熱するための加熱装置
と、前記半導体基板上に薄膜を成長させるための原料ガ
スを供給する原料ガス供給手段とを有する成膜装置にお
いて、パージガスが前記支持台の外周方向から導入され、前記
半導体装置の外周方向に拡散する層流として流出する構
成としたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】半導体基板を載置する支持台と、前記半導
体基板を前記支持台を介して加熱するための加熱装置
と、前記半導体基板上に薄膜を成長させるための原料ガ
スを供給する原料ガス供給手段とを有する成膜装置にお
いて、前記支持台が、少なくとも半導体基板と接触する部分で
ある接触部と、前記支持台の外周にあって反応室側壁に
固定されている部分である固定部とに分割されており、前記半導体基板に接触する接触部分にパージガスが外周
方向に拡散するためのガス方向制御機構を設けたことを
特徴とする成膜装置。
【請求項３】前記分割した支持台の両部分の間にパージ
ガスを導入する機構を備えることを特徴とする請求項１
または２に記載の成膜装置。
【請求項４】前記支持台の接触部の材料には、熱伝導の
良好な材料を用い、前記支持台の固定部の材料には、熱
伝導性の低い材料を使う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装置。
【請求項５】パージガスを裏面から流す機構を有する成
膜装置において、パージガス排出口近傍に、パージガス
の排気口を設けたことを特徴とする成膜装置。
【請求項６】メタル薄膜形成ＣＶＤ装置であることを特
徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の成膜装置。
【請求項７】ブランケットタングステン形成装置である
請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】ブランケットタングステンＣＶＤとＴｉＮ
ＣＶＤを連続して行う構成としたことを特徴とする請
求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】選択タングステン形成装置である請求項６
に記載の成膜装置。