JP3338884B2 - 半導体処理装置 - Google Patents
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Description
おいて、ウエハ基板表面に金属膜、金属シリサイド膜、
酸化膜、窒化膜、あるいは不純物などをドープしたシリ
コン膜などの薄膜を形成する熱CVD装置、プラズマC
VD装置、ウエハ基板上に単結晶層を成長させるエピタ
キシャル成長装置、薄膜を所定のパターンにエッチング
するドライエッチング装置等の半導体処理装置に係り、
特にガス供給とウエハ加熱に配慮した半導体処理装置に
関する。
される薄膜およびエピタキシャル成長層の厚さや特性
は、ウエハや反応室の温度,ガス(原料ガス,反応生成
物,中間体,ラジカルなど)の濃度に大きく依存してい
る。また、ドライエッチングでは、エッチングガスをプ
ラズマで分解して得られるラジカルや反応生成物の濃度
がエッチング速度に大きな影響を与える。このため、ウ
エハ温度の均一化とガス濃度の均一化がこれらのプロセ
スの重要な課題になっている。以下、熱CVD装置を主
として従来技術を説明する。
きる。バッチ式の縦形CVD装置は、縦形の円筒加熱炉
内に設けた反応管の内部に水平に保持した多数枚のウエ
ハを挿入し、ガスを供給して膜を生成するホットウォー
ル式装置(反応室の壁面全体が高温になる装置)であ
る。通常ガスを反応管の下部から供給するため、ガスが
上方に流れる間に反応が進んでガス濃度が変化し上下の
ウエハ間に膜厚の差ができるので、加熱炉内に温度勾配
をつけてその影響を補正していた。また例えば、特開平
4−343412号公報には成膜の途中で反応管内を下
から上に流していたガスの流れ方向を上から下に切り換
えるようにした技術が開示されているし、特開昭63−
8299号公報には、平行平板ヒータで構成された加熱
炉内にウェハを垂直に保持して処理する技術が示されて
いる。さらに、特開昭63−232422号公報には、
縦型の円筒炉内にウェハを水平に挿入して加熱する拡散
装置が示されている。
で、ランプによって直接ウエハを加熱するか、ヒータあ
るいはランプ等で加熱されたサセプタ上にウエハを載せ
て加熱し、ガスを供給して膜を生成するコールドウォー
ル式の装置である。バッチ式と異なりガスの濃度変化に
よるウエハ間の膜厚ばらつきはないが、ウエハ面内の膜
厚分布を低減するため、ウエハを回転させたり、ウエハ
上部からシャワー状にガスを供給するといった方法が用
いられていた。また例えば、特開平4−255214号
公報には、加熱用ランプの形状及び配列を工夫すること
によりウェハ温度を均一にする技術が示されている。
CVD装置と基本的に同じ構造であり、さらにプラズマ
を発生させるために上部電極が設けられている。ガスの
供給方法には、反応室の側壁に設けた複数の導入口から
ウエハ中心に向けて供給する方法、上部電極に多数の小
さな穴を設けてここからシャワー状にガスを供給する方
法があった。また、特開昭63−102312号公報に
は、ウェハとサセプタの間にHeガスを一定圧力で供給
することによりウェハ温度の変動を防止する技術が示さ
れている。
形プラズマエッチング装置とマイクロ波エッチング装置
に分けられる。平行平板形プラズマエッチング装置は、
プラズマCVD装置のウエハ加熱機構が冷却機構に置き
換わった装置で供給するガスが異なるだけである。マイ
クロ波エッチング装置は、平行平板形プラズマエッチン
グ装置から上部電極を取り去り、ここからマイクロ波を
導入するための導波管が設けられている。エッチングガ
スはエッチング室の側面に設けられた複数の導入口から
ウエハ中心に向けて供給されることが多い。
装置には、以下のような問題があった。
温度勾配をつけてウエハ間の膜厚ばらつきを低減する方
法は、何度も試行錯誤を繰り返し最適な炉内温度分布を
見つける作業が必要であり、さらに通常のヒータ分割
(現状の装置では4ゾーン)では十分に満足できる温度
分布が得られない場合があった。これを解決するため、
成膜の途中でガスの流れを逆向きに切り替える方法(特
開平4−343412号公報参照)が考案されていた
が、加熱炉、反応管の構造、およびウエハの位置などが
ガス流れに対して対称ではないので、ガスの切り替えだ
けでは上下のウエハの膜厚ばらつきを十分に低減するこ
とが難しかった。
(ランプ加熱,サセプタ加熱いずれも)では、ウエハに
対して加熱源の温度をかなり高く設定する必要があるの
で(熱非平衡状態)、ウエハの放射率が変わると(表面
に形成された膜の種類や厚さ、あるいは不純物濃度の違
いによって、波長に対する特性が変化する。)温度再現
性が悪くなるという問題があった。これを解決するた
め、放射温度計を使ってウエハ温度を直接測定し加熱量
を制御する方法が考案されていたが、ウエハ表面に膜が
形成されることによって放射率が変化するため、大きな
測定誤差が生じ実用的ではなかった。さらに、サセプタ
加熱では介在するガスを通じてサセプタからウエハに熱
が伝わるため、反応室内の圧力やガスの種類、ウエハと
サセプタの隙間などによって伝熱量が変わりウエハ温度
が変化するという問題があった。この問題を解決するた
め、ウエハとサセプタの間にHeガスを一定圧力で供給
する方法(特開昭63−102312号公報参照)が考
案されていたが、ウエハが浮き上がらないように周辺を
押さえる必要があるため、それによってウエハ周辺の温
度が下がるという問題があった。また、ランプ加熱、サ
セプタ加熱の装置は消費電力が大きいという問題があっ
た。これに対しコールドウォール式装置の欠点を解消す
るものとして、縦形角形炉内に垂直に保持したウエハを
挿入して加熱する装置(特開昭63−8299号公報参
照)、縦形円筒炉内にウエハを水平に挿入して加熱する
装置(特開昭63−232422号公報参照)が考案さ
れていた(いずれもホットウォール式装置)。しかし、
ウエハを支える石英治具が温まりにくいため、ウエハ面
内で治具が接触する部分の温度上昇が遅くなり、温度均
一性が悪くなるという問題があった。さらに、ハンドリ
ングの問題からマルチチャンバへの対応が困難であっ
た。
置において、反応室側壁の複数の導入口からウエハ中心
に向けてガスを供給する方式では、ウエハ中心に反応生
成物などが滞留しやすいため、膜厚やエッチング速度の
不均一を生じやすかった。一方、上部電極の穴からシャ
ワー状に供給する装置では、穴の付近でプラズマが異常
放電をすることがあった。また、穴の近傍に反応生成物
が付着しやすく、異物の発生原因になるという問題があ
った。
ング装置において均一なガス濃度および均一なウエハ温
度および温度再現性が得られる装置構造を与え、均一で
再現性の良い処理を可能にすることにある。
装置において抵抗加熱によるホットウォール式の枚葉式
装置を実現することにより達せられる。具体的には、加
熱炉を偏平な形状とし、この加熱炉内に同様に偏平な反
応容器を入れ、この反応容器の内部に1枚乃至2枚のウ
エハを水平に挿入して加熱するとともに、反応容器内に
ガスを供給してウエハ表面に膜を堆積させることによっ
て達成される。さらに、その各辺がウエハ直径より大き
い矩形支持板にウエハを載せて処理することにより達成
される。また、反応容器に少なくとも2つの開口部を設
け、この開口部に少なくとも2組のガス供給口および排
気口を設け、成膜の途中でガスの流れを切り替えて成膜
することにより達成される。
ング装置において反応室に少なくとも2組のガス供給口
と排気口とを設け、供給したガスがウエハ上を一方向に
流れるようにし、成膜あるいはエッチングの途中でガス
の流れ方向を切り替えて処理を進めることにより達成さ
れる。
熱平衡状態(両者の温度が等しい状態)になり、膜の種
類や厚さによらずウエハ温度が一定に保たれ温度再現性
が向上する。
低減できるため、小形の加熱炉でもウエハ面内の温度均
一性がよい。これにより、ウエハを加熱炉内に挿入ある
いは引き出すためのハンドリング機構を小型化できる。
ることにより、流れに沿った濃度変化によって生ずるウ
エハ面内の膜厚分布を低減できる。特に、加熱炉の中心
に位置しガスの流れ(反応室のウェハを挟んで互いに対
向する開口部を結ぶ線)に垂直な面に対して、反応管、
ガス流路および加熱炉の構造が概略対称になっているた
め、前半と後半の膜厚分布が対称となり、結果として膜
厚の均一性が非常に良くなる。
いため、ウエハ周辺で膜厚が厚くなるのを防ぐことがで
きる。また、形状が矩形であるため、ガスの流れに垂直
方向のウエハ面内の膜厚分布を小さくすることができ
る。
しにし、加熱炉内に挿入したウエハをこの支持板に移載
して処理するので、ウエハが迅速に温度上昇し温度が均
一になり易い。
移動させて加熱炉内に挿入する構造であるため、ハンド
リングが簡単で、マルチチャンバ方式への対応が容易に
なる。 また、プラズマCVD装置、ドライエッチング
装置において、 ・ウエハ表面をガスが一方向に流れるため、反応生成物
を速やかに排気できる。このため、ウエハ中央に反応生
成物が滞留することがなくなる。
えガスの流れ方向を変えて処理することにより、ウエハ
を回転させるのと同じ効果をより簡単に得られ、膜厚あ
るいはエッチング量の均一化が達成できる。
ないため電極の構造が単純になり、プラズマ異常放電が
起きにくい。
明する。図1は本発明を適用したCVD装置の加熱炉を
上方から見た断面平面図、図2は加熱炉を側方から見た
断面図である。図示のCVD装置は、軸線をほぼ水平に
して配置され両端が開放された扁平な反応管2と、該反
応管2の内部にほぼ水平に上下2層に配置された矩形の
支持板8と、該反応管2の上下に反応管2を挟んで対向
して配置され加熱炉を形成する平板状のヒータ1と、前
記反応管2の両端に結合されたフランジ9a,bと、該
フランジ9a,bの肉厚内に前記反応管2の軸線と垂直
方向にかつ中心から図上上方に向かって形成されたガス
供給口4a、bと、同じくフランジ9a,bの中心から図
上上方に向かって形成された排気口5a、bと、前記ヒー
タ1の外側に設けられた断熱材7と、前記フランジ9
a、bの外側に結合され該フランジ9a、bの中心開口に当
面するゲートバルブ10a、bと、を含んで構成されてい
る。
平状態で挿入され、支持板8に載置される。載置された
ウエハ3はヒータ1により加熱され、同時にガス供給口
4a、bのいずれかからガスを供給しながら、同じく反応
管2の両端に形成された排気口5a、bのいずれか(ガス
が供給される側とウエハ3を挟んで反対側)から排気し
てウエハ3の表面に膜を生成したり、エピタキシャル成
長を行う。支持板8は、上下2段に設けられており、各
支持板8にはそれぞれ1枚のウェハが載置されるように
なっていて、ウエハ3は1枚あるいは2枚同時に処理さ
れる。ガスはウエハ3の表面にほぼ平行に流れる。ヒー
タ1は複数に分割され、ウエハ3の温度分布が均一にな
るように各々発熱量が調整される。ヒータ1の外側には
断熱材7が設けられ、周囲への放熱を減らし消費電力を
低減するように考慮されている。
てゲートバルブ10a、bが設けられ、ウエハ3は一方の
ゲートバルブ10aを開いた状態で該ゲートバルブ10a
を通してフォーク11に載せられて反応管2の内部に挿
入される。挿入されたウエハ3はフォーク11から支持
板8に移し換えられ、フォーク11を引き抜いた後ゲー
トバルブ10aが閉じられてガスが流され、成膜が行わ
れる。なお、支持板8はフォーク11の動作範囲を切り
欠いてある。
する場合は、支持板8は透明な石英製が望ましい。ウエ
ハを同時に1枚処理する場合はシリコン製、SiC製、
SiCあるいはポリシリコンがコーティングされた石英
製などの不透明な材質でもよい。支持板8の下側には少
なくとも3個の脚8a(図示せず)が、フォーク11の
動作範囲に干渉しない位置で、かつできるだけウエハ3
から離れた位置に設けられる。ウエハを同時に2枚処理
するときは、下の支持板8を反応管2の下側壁の内面に
置き、その上に上の支持板8を置く。上下の支持板8は
一体物として製作しともよい。また、上下のウエハの膜
厚を等しくするには(温度が同じだと仮定して)、上側
ウエハ3の表面から反応管2上壁内面までの距離と、下
側ウエハ3の表面から上側支持板8の下の面までの距離
を等しくすることが重要である。これは、ウエハ3の表
面に形成される膜の成長速度が、膜が成長する面の面積
とその周囲のガスが反応する空間の体積の比に依存する
からである。したがって、支持板8の脚8aの長さは、
この条件が満たされる長さとなっている。
する方が望ましい(表面が同じ材質であればよい)。こ
れは、材質によっては他の条件が同じでも成膜速度が異
なる場合があるからで、支持板8と反応管2への成膜速
度が異なれば、その付近の気体中のガス濃度が変わるか
ら、結果として上下のウエハで成膜速度が変わってしま
うことになる。
ではヒータ1は、ウエハの中心に対面するCヒータと、
この手前側(ウエハを挿入する側)のFヒータと、奥側
のBヒータと、Cヒータの両サイドのSヒータから構成
される。F、Bヒータは反応管2の両側に設けられた開
口部からの放熱を補うために、Cヒータより発熱密度を
高くしてある。また、両サイドのSヒータは、Cヒータ
よりは高く、F、Bヒータよりは低い発熱密度にしてあ
る。中央部のCヒータは概略ウエハと同じ大きさにする
ことが望ましい。
反応管2の内部は数Torr以下に減圧されるため、反応
管2は1気圧の外圧に耐えられなければならない。本実
施例のCVD装置で径200mmのウエハ3を2枚同時に
処理する場合、反応管2の内部寸法として幅300mm×
奥行き500mm×高さ40mm程度の大きさが必要となる。
反応管2は石英で製作されることが多いが、この大きさ
で1気圧の外圧に耐えるには、反応管2の厚さは少なく
とも10mm以上必要である。しかも、10mmの厚さで
は、側面中央に石英の引張強度とほぼ同じ引張応力が生
ずるため安全率が1となり、製作時に欠陥があれば破損
する恐れが高い。バッチ式と同程度の強度(バッチ式の
縦形CVD装置では反応管の形状を円筒状にできるた
め、4〜6mm程度の厚さで安全率3〜5程度の強度が容
易に得られる)を得るには、反応管2の厚さを20mm以
上にしなければならなかった。しかし、このような厚い
石英板を溶接して反応管2を製作することは実現困難で
あった。本実施例の反応管2は図4に示すように外側に
一定間隔で石英の補強リブ2aを環状に設け、石英製の
反応管本体に溶接したものである。このような構造にす
ることによって、反応管2の側面に生ずる応力を低減で
きる。
を入れた他の実施例を示す。補強板21は石英の他、Si
C、Si等の耐熱性材料で作ってもよい。補強板21は平
板状に形成され、その両端はフランジ9a、bに固定ブロ
ック22で固定され、補強板21の反応管内面に対向す
る面に設けた突起21aが、反応管2の内面中央部に接
触するように反応管内面に平行に保持される。補強板2
1の厚さは使用する材料によって適当な厚さが選ばれ
る。外圧によって反応管2に生ずるたわみは中央部が最
も大きくなるため、ここを補強板21で支持することで
反応管2の側面に生ずる応力を低減できる。
形状にする理由は、それによって開口部を小さくして放
熱を低減し、小さな加熱炉でもウエハ3の温度を均一に
できるからである。ここで、図1及び図2に示すCVD
装置において、炉内長(ウエハの挿入方向に対して断熱
材の内側から内側までの長さ)と開口部の高さの比が少
なくとも5より大きくなる程度に開口部の高さを低くし
た偏平形状が望ましい。 次に、開口部の高さを低くす
るための加熱炉構造について説明する。図6は本発明の
加熱炉の構造を示す外形図である。一体型の加熱炉の場
合、図4および5に示した反応管2を炉内に入れるため
には、少なくとも補強リブが通る大きさの開口部が必要
である。しかし、図6に示すように加熱炉を複数に分割
することによって、開口部を補強リブより小さくするこ
とができる。図6の(a)に示す実施例はヒータ1から
なる加熱炉本体と、その軸方向両端に付けた断熱板12
から構成されており、断熱板12は上下に2分割されて
いる。反応管2は断熱板12をはずした状態で炉内に挿
入され、そのあとで断熱板12が加熱炉本体1に固定金
具13により取り付けられる。上下の断熱板12の隙間
(炉口14)は、補強リブ2aを除いた反応管2本体が
通る大きさにしてある。断熱板12は固定金具13によ
り加熱炉本体に脱着可能に取り付けられる。図6(b)
は加熱炉本体が上下に2分割され、上側ヒータをはずし
下側ヒータに反応管2を設置し、上から上側ヒータをか
ぶせて加熱炉を構成するようにした例である。
と、排気系の系統図である。反応管2の軸方向両側にフ
ランジ9a、bを設け、フランジ9aにガス供給口4aと排
気口5aが、フランジ9bにガス供給口4bと排気口5bが、
それぞれ取り付けられている。ガス供給口4a、bはバル
ブ17a、bを通してガス源15に、排気口5a、bはバルブ
17c、dを通して真空ポンプ16に各々接続されてい
る。ウエハ3は反応管2の中に挿入して加熱され、ウエ
ハ3が所定の温度に達した後で所定時間ガスが流されて
成膜が行われる。
け、バルブ17b、17cを閉じてガスが供給される。こ
の時は反応ガスは図中の黒い矢印のように反応管2内を
左から右に流れる。成膜の前半が終了したら次に、バル
ブ17aおよび17dが閉じられ、バルブ17b、17cが
開かれる。その時、ガスは図中の白い矢印のように反応
管2内を右から左に流れる。
ブ17a,b,c,dの開閉切り替えを短時間で行う方
が望ましいが、反応管2内の圧力およびガスの流れが急
激に変化して反応管2の開口部付近に付着した反応生成
物が剥離するなどの問題が生ずる場合もある。この場合
には以下の手順でガスを切り替える。
徐々に開ける。
完全に開いたら、ガス供給口4aを徐々に開け、ガス供給
口4bを徐々に閉じる。
内の圧力を測定し、ガスコントローラ24は反応管2内
の圧力が一定になるようにバルブ17a、b、c、dの開度
を調整する。
場合の、ウエハに形成される膜の成膜速度分布を図8に
示す。NH3とSiH2Cl2を用いてSi3N4膜を付けた場
合の、成膜速度分布を計算で求めた結果である。dxは
ガス入り口からガス流れ方向に距離xの位置での膜厚、
doはガス入り口での膜厚をそれぞれ示す。ガスの流速
を早くして(流量を増やして)、供給したガスの中で反
応で消費される割合を少なくすれば、例えば一点鎖線で
示されるように、ほぼ均一な膜厚分布が得られるが、 (1)ガスを多量に消費する。
均一性が損なわれる。
の計算結果を図9に示す。図から成膜の前半と後半の成
膜速度分布が重ね合わされることにより、より低いガス
流量(流速12.0m/sec)で均一な厚さの膜が得られ
ることがわかる。ここで特に膜厚分布を均一にするのに
重要な点は、前半と後半の成膜速度分布を中心位置に対
して対称にすることである。これには、装置の構造を対
称にし、ガスの流れ、濃度、温度分布等を、ウェハの反
応管軸方向中心位置に対して対称にすることが重要であ
る。本実施例に示す枚葉CVD装置では、ヒータ1およ
び反応管2の構造が反応管軸方向中心位置に対して完全
に対称になっているため、膜厚の均一性が従来より格段
に良くなる。
度が定常に達していれば、成膜の前半と後半で切り替え
るだけでよい。しかし後述するようにウェハ3の温度が
成膜中にも変化していく場合には、より短い周期で切り
替える必要がある。
形CVD装置において、開口部を2つ有し加熱炉および
反応管2の構造を上下対称とした例である。図10に示
す実施例は反応管2の上側にも下側と同様に開口部を設
け、上側開口部と下側開口部にキャップ18が取り付け
られている。ウエハ3は従来の装置と同様に下から挿入
され、その下には上側と同じキャップ18が取り付けら
れる。ヒータは例えば4ゾーン分割とし、中央部の2ゾ
ーンと端の2ゾーンに分け、ウエハの温度分布が上下対
称になるようにしている。また、ガスの流れは前半下か
ら上へ流れるようにした場合、後半は上から下へ流れる
ようにする。構造が上下対称になっているので重力の影
響以外は全く上下対称の流れである(低圧プロセスであ
るため重力の影響は小さい)。これによって先に示した
第1の実施例の枚葉CVD装置と同様にウエハ間の膜厚
均一性が向上する。
2つの開口部がある場合について説明したが、開口部が
3箇所以上あって適時ガスの供給口および排気口をか
え、ガスの流れ方向を3方向以上に変化させてもよい。
例えば、中央にガス供給口4cを設け、このガス供給口4c
からガスを供給し、両端の排気口5a、bから排気する工
程を前記の2つの工程に加えてもよい。これによってウ
エハ3中央での膜厚の低下を補正し、さらに膜厚分布を
均一にできる。
VD装置では図11に示すように、バルブ17a、b、
c、dを全て開放し、ガス供給口4a、4bから導入したガス
が排気口5a、5bからすぐに排気されるようにし、ウエハ
3へは拡散だけでガスが供給されるようにしてもウエハ
3面内の膜厚は均一になる。
持板8が矩形であるため、ガスの流れ及び流れに沿った
ガス濃度の分布がウエハ中央と端(図1では上側あるい
は下側)でほぼ同じになる。このため、流れに垂直な断
面におけるウエハ面内の膜厚分布が小さくなる。また、
先に説明したように、2枚のウエハ3を同時に処理する
場合、上側ウエハ3の上面と反応管2の上壁内面と、下
側ウエハ3の上面と上側支持板8の下面の間隔を等しく
する必要がある。これにより、上下のウエハ3に対する
ガス流れ及びガス濃度がほぼ同じになり、2枚のウエハ
の膜厚差を小さくできる。
法について説明する。図1に示す枚葉CVD装置内にウ
エハ3を挿入した時のウエハの温度(図の(a))と、
ヒータの温度(図の(b))およびウエハの中央を基準
にした温度差(図の(c))の時間変化を図12に示す
(径200mmのウエハを炉内に挿入し、定常状態に達し
た時点でウエハ温度偏差が所定温度に対し±1℃の範囲
に入るようにヒータ設定温度を調整した場合)。ウエハ
3の温度は加熱炉内に挿入した直後は急激に上昇し、約
1分でほぼ定常温度に達し、さらにこの後徐々に上昇し
て炉内温度に近づく。ヒータは冷たいウエハ3が挿入さ
れるため一旦温度が下がり、数分間経過した後で元の温
度に回復している。ここでウエハ3に直接正対するCヒ
ータの温度低下が最も大きい。これらが原因となってウ
エハ3は奥および側方の温度上昇が速く、続いて手前、
中央と言う順序になる。
の温度上昇を速くすることが効果的である。したがっ
て、例えばウエハ3が挿入される時点まで、Cヒータの
設定温度を高くしておく、あるいはB、Sヒータの設定
温度を低くしておくとよい。このような温度制御を行っ
た場合のウエハ3の温度変化を図13に示す。ウエハ中
央の温度上昇が速くなり、成膜を開始する時点でのウエ
ハ面内の温度分布が小さくなっている。
挿入する時点で切り替える例について述べたが、これ以
外の時点でもよく、また1回の処理中に複数回ヒータ設
定温度変更を行ってもよい。
ル=6分30秒)。
(周辺ヒータB、F、Sの温度を下げ、中央ヒータCの
温度を上げる。) (2)ウエハが挿入されてから一定時間経過後設定温度
を元に戻す。
ウエハが入る前)に、1枚目のウエハが入る前と同様に
設定温度を変更する。
返す。
ータ設定温度を変更した場合において、それぞれ設定温
度が一定の間をイベントと呼ぶ)からなり、あらかじめ
各ヒータの設定温度の変更パターンは決めておく(フィ
ードフォワード制御)。
ータ温度が定常状態に回復するのに5〜6分かかること
がわかる。これ以下の時間で処理が繰り返されると、2
回目以降の処理では徐々に炉内温度が変化する(多くの
場合は下がる。)。このため、処理回数によってヒータ
の設定温度を徐々に上げ、処理温度の低下を補正する必
要がある。この方法の一例を図18に示す。ただし、P
(i,j)は第i枚目のウエハに対する処理、第j番目
のイベントを指すものとする。
度Tm(n,j−1)と、1枚目のウエハの処理の同時
点におけるヒータ温度Tm(1,j−1)の差ΔTm
(n,j−1)を求める。
から適当な係数a(j),b(j)を用いて、次式より
補正値ΔTset(n,j)(最終イベントではΔTset
(n+1,1))を求め、これに続くイベントP(n,
j)(最終イベントではP(n+1,1))の設定温度
Tset(n,j)(最終イベントではTset(n+1,
1))を求める。
j)=Tset(1,j)+a(j)×ΔTm(n,j−
1)+b(j)となる。
び第4イベント終了時点で上記の制御を行った例であ
り、他のヒータについても同様の制御を行えばよい。
給方法を適用した実施例を示す。図19に本発明による
プラズマCVD装置の断面を示す。図示の装置は、両端
が閉じられた円筒状をなし軸線を縦にして配置された反
応室26と、該反応室26にウェハ載置面を水平にして
内装されたサセプタ26と、該サセプタ26のウェハ載
置面に電極面を対向させて配置された上部電極27と、
該上部電極27の電極面の延長面とサセプタ26のウェ
ハ載置面の延長面が反応室26の壁面と交わる線で挟ま
れた反応室26の壁面部分に形成された複数の開口と、
該複数の開口それぞれに接続されたガス供給口4a,
b,c,d,…及び排気口5a,b,c,d,…とを含
んで構成されている。サセプタ26のウェハ載置面の下
方には、ヒータ1が配置されている。
込んだサセプタ25の上(ウェハ載置面)にウエハ3を
載せてヒータ1で加熱し、反応室26の側壁に設けたガ
ス供給口4aからガスを供給し、排気口5bから排気
し、上部電極27とウエハ3の間に高周波電圧を供給し
てプラズマを発生させて、ガスを分解しウエハ3の表面
に膜を形成する。成膜の途中でガス供給口4bからガス
を供給し、排気口5aから排気するようにガスの流れを
切り替える。これにより、ウエハ3上のガスの流れによ
り反応に伴って発生する反応生成物を速やかに排気する
ことができ、さらにウエハ3面内の膜厚分布も小さくで
きる。さらに、ガスをガス供給口4cから供給し、手前
右側に位置する排気口5f(図示せず)から排気する行
程、ガス供給口4dから供給し、手前左側に位置する排
気口5e(図示せず)から排気する行程、および各々そ
の反対方向にガスを流す行程を追加してもよく、特にガ
ス供給口および排気口の数を限定するものではない。な
お、何らかの理由でホットウォール式のCVD装置が利
用できないプロセスには、図10に示すプラズマCVD
装置から上部電極27を除いた熱CVD装置を用いれば
膜厚の均一化に効果がある。
エッチング装置の断面を示す図である。図示の装置は、
図19に示した装置のサセプタ26に代えて、上面をウ
ェハ載置面を兼ねる電極面とした下部電極28を設けた
もので、該ウェハ載置面下方の下部電極内に、冷媒流路
29が形成されている。他の構成は図19に示した装置
と同様なので同様の符号を付し、説明は省略する。上記
構成の装置において、下部電極28のウェハ載置面(電
極面)にウエハ3を載せ、反応室26の側壁に設けたガ
ス供給口4aからエッチングガスを供給し、排気口5b
から排気し、上部電極27とウエハ3の間に高周波を供
給してプラズマ発生させて、エッチングガスを分解しウ
エハ3の表面に形成された膜をエッチングする。下部電
極28に設けられた冷媒流路29に冷媒が流され、ウエ
ハ3が所定の温度になるように冷却される。エッチング
の途中でガス供給口4bからエッチングを供給し、排気
口5aから排気するようにガスの流れを切り替える。こ
れにより、プラズマCVD装置と同様に反応生成物を速
やかに排気でき、ウエハ3面内のエッチング速度の分布
も小さくなる。さらに、プラズマCVD装置の実施例で
述べたように、これとは異なった方向からガスを流す行
程を加えてもよい。
構造のDRAMセルの模式図である。このようなDRA
Mの製造プロセスにおいて、本発明による熱CVD装置
を用いて形成される膜には、ゲート電極配線に用いられ
るポリシリコン膜あるいはリンドープポリシリコン膜、
層間絶縁膜として用いられるリンガラス膜、キャパシタ
絶縁膜として用いられるSi3N4膜などがある。この中
で特に最近膜厚の均一化が必要になっているのはキャパ
シタの形成行程で、絶縁膜Si3N4の薄膜化と自然酸化
膜を抑制することが重要な課題になっている。本発明に
よる成膜装置、エッチング装置を用いて、このキャパシ
タの形成行程に対する有効性について説明する。本発明
による枚葉熱CVD装置の基本性能として、従来の装置
よりウエハ間の温度やガス濃度のばらつきによる膜厚の
不均一が小さいため、キャパシタ膜の厚さをより薄く設
計しキャパシタの蓄電容量を増やすことができる。さら
に、本発明によるCVD装置、エッチング装置を組み合
わせてマルチチャンバ装置(複数の処理装置を中央チャ
ンバに接続し、その中に配置されたハンドリングロボッ
トによってウエハを各処理装置に挿入し、成膜やエッチ
ング等の処理を連続して行う装置。ウエハを大気にさら
すことなく連続して処理を行える。)を構成し、(1)
熱CVD装置で第2層ゲート電極配線のポリシリコンの
成膜を行い、(2)エッチング装置で第2層ゲート電極
配線を所定のパターンにエッチングし、(3)その上に
熱CVD装置でキャパシタ絶縁膜Si3N4膜の成膜を行
い、(4)さらに次の反応室で第3層ゲート電極配線の
ポリシリコンの成膜を行う、という手順でウエハを大気
に触れさせずにキャパシタを形成することにより、ポリ
シリコンゲート電極配線とキャパシタ絶縁膜Si3N4の
間に自然酸化膜が成長せず、さらにキャパシタの蓄電容
量のばらつきを小さくするのに効果的である。このよう
に、本発明による成膜あるいはエッチング装置を用いる
ことにより、キャパシタの蓄電容量を増やすことが可能
になり、これによってDRAM動作時のSN比が向上
し、かつリフレッシュ時間を長くすることができる。
る成膜時のウエハ面内およびウエハ間の膜厚の均一性、
膜質の均一性を向上できる。また、原料ガスおよび電力
の消費量を減らすことができる。
水平断面図である。
縦断面図である。
図である。
視図である。
を示す斜視図である。
平面図及び側面図である。
の系統図である。
膜の途中で切り換えない場合のウエハに形成される膜厚
分布を計算した結果を示すグラフである。
膜の途中で切り替えた場合のウエハに形成される膜厚分
布を計算した結果を示すグラフである。
成膜の途中で切り替える縦形CVD装置の断面図であ
る。
合のガスの供給方法の例を示す図である。
ヒータの温度変化の例を示すグラフである。
ワード制御を行った場合のウエハおよびヒータの温度変
化の例を示すグラフである。
ワード制御の奥側ヒータの温度パターン例を示すグラフ
である。
ワード制御の中央ヒータの温度パターン例を示すグラフ
である。
ワード制御の手前側ヒータの温度パターン例を示すグラ
フである。
ワード制御の横側ヒータの温度パターン例を示すグラフ
である。
合の温度制御パターン例を示すグラフである。
例の断面図である。
に適用した実施例の断面図である。
AMセルの模式図である。
d 排気口 6 SiC板 7 断熱材 8 支持板 9a、b フラ
ンジ 10a、b ゲートバルブ 11 フォーク 12 断熱板 13 固定金具 14 炉口 15 ガス源 16 真空ポンプ 17a、b、
c、d バルブ 18 キャップ 21 補強板 21a 突起 22 固定ブロ
ック 23 圧力センサ 24 ガスコン
トローラ 25 サセプタ 26 反応室 27 上部電極 28 下部電極 29 冷媒流路
Claims (5)
- 【請求項1】 加熱炉内部に反応管を収納し、該反応管
の内部に半導体ウエハを収納して加熱し、該反応管内を
排気しながらガスを供給してウエハ表面への薄膜の形成
または、エピタキシャル成長を行う半導体処理装置にお
いて、該加熱炉および該反応管が概略偏平な形状であっ
て、前記反応管は同時に1枚乃至2枚のウエハを概略水
平に保持して処理するものであることを特徴とする半導
体処理装置において、ウエハの1回の処理サイクル中、
あるいは各サイクル毎に加熱炉の設定温度を変更する手
段を含んでなることを特徴とする半導体処理装置。 - 【請求項2】 反応室内部にウエハを収納し、反応室内
を排気しながらガスを供給しかつ収納されたウェハを加
熱あるいは冷却してウエハ表面への薄膜の形成、エピタ
キシャル成長、エッチングを行う半導体処理装置におい
て、該反応室は収納されたウェハを挟んで互いに対向す
る位置に少なくとも2個の開口部を有し、該2個の開口
部それぞれにフランジが結合され、このフランジそれぞ
れの肉厚内に、前記反応室の軸線と垂直方向に形成され
たガス供給口と排気口とを有し、該ガス供給口および排
気口が各々バルブを介してガス源および真空ポンプに接
続されていることを特徴とする半導体処理装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の半導体処理装置におい
て、同じ開口部に接続されたガス供給口と排気口は、該
ガス供給口から供給されたガスのほとんどが反応室を経
由することなく排気口に直接流れ出すようにガス供給口
と排気口が近接して配置されていることを特徴とする半
導体処理装置 - 【請求項4】 請求項2記載の半導体処理装置におい
て、処理の途中で反応室内のガスの流れ方向を切り替え
る手段を有することを特徴とする半導体処理装置。 - 【請求項5】 反応室内部にウエハを収納し、反応室内
を排気しながらガスを供給しかつ収納されたウェハを加
熱あるいは冷却してウエハ表面への薄膜の形成、エピタ
キシャル成長、エッチングを行う半導体処理装置におい
て、該反応室は収納されたウェハを挟んで互いに対向す
る位置にすくなくとも2個の開口部を有し、各開口部は
それぞれガス供給口と排気口とを有し、該ガス供給口お
よび排気口が各々バルブを介してガス源および真空ポン
プに接続されていることと、処 理の途中で反応室内のガ
スの流れ方向を切り替える手段を有し、この反応室内の
ガスの流れ方向を切り替える手段は、ガスの流れを切り
替える際に、まず排気口を一方の開口部の排気口から他
方の開口部の排気口へ徐々に切り替え、これに続いてガ
ス供給口を該他方の開口部のガス供給口から前記一方の
開口部のガス供給口へ徐々に切り替えるものであること
を特徴とする半導体処理装置。
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