JP3804913B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置などにより半導体装置を製造する半導体装置の製造方法およびコールドウォール式の枚葉ＣＶＤ装置などの半導体装置の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す断面図である。図に示すように、装置本体１に排気口２が設けられ、装置本体１の上部にシャワーヘッド３が設けられ、装置本体１にガス供給管４が取り付けられ、ガス供給管４はシャワーヘッド３の上部の空間に開口している。また、装置本体１に昇降可能に支持体５が取り付けられ、支持体５にベース６が取り付けられ、ベース６にヒータ電極８を介してヒータ７が取り付けられ、支持体５にサセプタ９が取り付けられ、サセプタ９上にシリコンウェハ１０が載置され、支持体５にカバープレート１１が載置され、支持体５、ベース６、ヒータ７、サセプタ９等によりヒータユニット１３が構成され、ヒータユニット１３を昇降するヒータユニット移動機構（図示せず）が設けられている。また、装置本体１内にシリコンウェハ１０を処理する反応室１２が形成されている。なお、図中１５はシリコンウェハ１０を装置本体１内のサセプタ９に対して搬送する基板搬送口である。
【０００３】
つぎに、図５に示した枚葉型ＣＶＤ装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積する方法について説明する。まず、サセプタ９上にシリコンウェハ１０を載置しない状態でヒータユニット１３を基板搬送位置または基板処理位置に保持し、反応室１２内に窒素ガスを供給してパージを行ない、ヒータ７に給電して、装置内の温度環境が安定に整定するのを待つ（連続着工前処理）。つぎに、基板搬送口１５を介してサセプタ９上にシリコンウェハ１０を搬送し、その後ヒータユニット移動機構によりヒータユニット１３を図６に示す基板搬送位置から図５に示す基板処理位置まで移動させて、サセプタ９上に載置されたシリコンウェハ１０を反応室１２の処理位置まで上昇させる。なお、シリコンウェハ１０はヒータ７により処理温度である２９０〜３５０°Ｃまで加熱される。つぎに、反応室１２内に窒素（Ｎ２）ガスを供給し、反応室１２内の圧力を処理圧力にする。つぎに、ガス供給管４によりシャワーヘッド３の上部の空間にルテニウムを含む原料ガスおよび酸素を含む酸素含有ガスを供給する。この場合、原料ガスと酸素含有ガスとがシャワーヘッド３を介してシリコンウェハ１０に対してシャワー状に供給され、酸素含有ガス中の酸素により原料ガスからルテニウムが分離され、分離されたルテニウムがシリコンウェハ１０上に付着するから、シリコンウェハ１０上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜が堆積される。つぎに、原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止し、窒素ガスにより反応室１２内をパージして、残留ガスを除去したのち、ヒータユニット移動機構によりヒータユニット１３を基板処理位置から基板搬送位置まで移動させて、処理済みのシリコンウェハ１０を下降し、基板搬送口１５を介して装置外に取り出す。つぎに、サセプタ９上に新たなシリコンウェハ１０を載置し、以下同様にしてシリコンウェハ１０上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積する。このような処理を複数枚のシリコンウェハ１０について行なったのち、すなわちシリコンウェハ１０の連続処理を行なったのち、サセプタ９上にシリコンウェハ１０を載置しない状態でヒータユニット１３を基板搬送位置または基板処理位置に保持し、反応室１２内に窒素ガスを供給してパージを行ない、ヒータ７に給電して、装置内の温度環境が安定に整定するのを待つ（連続着工前処理）。つぎに、再びシリコンウェハ１０の連続処理を行なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような半導体装置の製造方法においては、連続着工前処理においてヒータユニット１３を基板搬送位置に保持したときには、シリコンウェハ１０の連続処理を開始したときのシャワーヘッド３の温度はシリコンウェハ１０の連続処理を続けて安定したときのシャワーヘッド３の温度よりも低く、一方連続着工前処理においてヒータユニット１３を基板処理位置に保持したときには、シリコンウェハ１０の連続処理を開始したときのシャワーヘッド３の温度はシリコンウェハ１０の連続処理を続けて安定したときのシャワーヘッド３の温度よりも高いから、シリコンウェハ１０の連続処理中のシャワーヘッド３の温度が大きく変化するので、シリコンウェハ１０に膜質、膜厚が一定のルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積することができない。
【０００５】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、基板の連続処理中の基板周辺部の温度環境（反応室内の温度環境）の変化が小さい半導体装置の製造方法、半導体装置の製造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】
この目的を達成するため、本発明においては、基板を支持し加熱するヒータユニットに基板を搬送し、基板搬送後上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させて、上記基板を処理する半導体装置の製造方法において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域で保持する。
【０００７】
この場合、上記基板と対向する位置に設けられたシャワーヘッドを介して処理ガスを供給して上記基板を処理してもよい。
【０００８】
この場合、上記基板の連続処理を行なう前に、上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域であって上記シャワーヘッドから上記ヒータユニットの基板載置面まで所定距離だけ離間させた位置で保持してもよい。
【０００９】
この場合、上記所定距離を１０ｍｍ以上５３ｍｍ以下としてもよい。
【００１０】
また、基板を支持し加熱するヒータユニットに基板を搬送し、基板搬送後上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させて、上記基板と対向する位置に設けられたシャワーヘッドを介して処理ガスを供給して上記基板を処理する半導体装置の製造方法において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域で保持し、上記シャワーヘッドの温度が連続処理時の温度とほぼ等しくなるように上記シャワーヘッドを上記ヒータユニットにより加熱する。
【００１１】
また、基板を処理する反応室と、上記基板を支持し加熱するヒータユニットと、上記基板に対してシャワー状に処理ガスを供給するシャワーヘッドと、上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させるヒータユニット移動機構とを有する半導体装置の製造装置において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを基板搬送位置と基板処理位置との間の領域で保持する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る半導体装置の製造装置すなわち本発明に係る半導体装置の製造方法を実施するための装置の一例であるコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す図である。この枚葉型ＣＶＤ装置においては、シリコンウェハ１０の連続処理を行なう前にヒータユニット１３を基板搬送位置と基板処理位置との間の領域で保持する。この場合、シャワーヘッド３からヒータユニット１３のシリコンウェハ１０の載置面すなわちサセプタ９の上面までの距離は所定距離、たとえば１０〜５３ｍｍ程度とするのが望ましい。ここでは、５３ｍｍ程度とした。なお、ここで保持とは、ヒータユニット１３を基板搬送位置と基板処理位置との間のある位置で止めて、その状態を保持する場合の他、ヒータユニット１３を基板搬送位置と基板処理位置との間の領域内で動かす（昇降させる）場合を含む。
【００１３】
つぎに、本発明に係る半導体装置の製造方法、すなわち図１に示した枚葉型ＣＶＤ装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積する方法について説明する。まず、サセプタ９上にシリコンウェハ１０を載置しない状態でヒータユニット１３を図１に示すように基板搬送位置と基板処理位置との間の領域で保持し、反応室１２内に窒素ガスを供給してパージを行ない、反応室１２内の圧力を１３３Ｐａ（１Torr）に保持した状態で、ヒータ７に給電して、装置（反応室１２）内の温度環境が安定に整定するのを待つ（連続着工前処理）。この際、シャワーヘッド３の温度がシリコンウェハ１０の連続処理時の温度とほぼ等しい温度となるようにするのが望ましい。ひき続き、反応室１２内に窒素（Ｎ２）ガスを流し続けることにより反応室１２内の圧力を１３３Ｐａ（１Torr）に保持した状態で、ヒータユニット移動機構によりヒータユニット１３を基板搬送位置まで移動させて（図６の状態）、基板搬送口１５を介してサセプタ９上にシリコンウェハ１０を載置する。つぎに、ヒータユニット移動機構によりヒータユニット１３を基板搬送位置から基板処理位置まで移動させて、サセプタ９上に載置されたシリコンウェハ１０を反応室１２の処理位置まで上昇させる（図５の状態）。つぎに、反応室１２内に窒素ガスを供給してパージを行ない、反応室１２内の圧力を６６５Ｐａ（５Torr）まで上昇させる。つぎに、ルテニウムを含む原料ガスたとえばＲｕ(Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４)２を気化したガスを図示しないベント（vent）ラインに流す。なお、シリコンウェハ１０はヒータ７により処理温度である２９０〜３５０°Ｃまで加熱される。つぎに、ガス供給管４によりシャワーヘッド３の上部の空間に供給量０．００５〜０．１２ccmで原料ガスを供給する。つぎに、原料ガスの供給を維持した状態で、ガス供給管４により供給量４０〜１５００sccmで酸素含有ガスたとえば酸素（Ｏ２）ガスをシャワーヘッド３の上部の空間に供給する。この場合、処理ガスすなわち原料ガスと酸素含有ガスとがシャワーヘッド３を介してシリコンウェハ１０に対してシャワー状に供給され、酸素含有ガス中の酸素により原料ガスからルテニウムが分離され、分離されたルテニウムがシリコンウェハ１０上に付着するから、シリコンウェハ１０上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜が堆積される。つぎに、原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止し、窒素ガスにより反応室１２内をパージして、残留ガスを除去したのち、ヒータユニット移動機構によりヒータユニット１３を基板処理位置から基板搬送位置まで移動させて、処理済みのシリコンウェハ１０を下降する。つぎに、反応室１２内に窒素ガスを流すことにより反応室１２内の圧力を１３３Ｐａ（１Torr）に保持した状態で、処理済みのシリコンウェハ１０を基板搬送口１５を介して装置外に取り出す。つぎに、サセプタ９上に新たなシリコンウェハ１０を載置し、以下同様にしてシリコンウェハ１０上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積する。このような処理を複数枚のシリコンウェハ１０について行なったのち、すなわちシリコンウェハ１０の連続処理を行なったのち、サセプタ９上にシリコンウェハ１０を載置しない状態でヒータユニット１３を図１に示すように基板搬送位置と基板処理位置との間の領域で保持し、反応室１２内に窒素ガスを供給してパージを行ない、反応室１２内の圧力を１３３Ｐａ（１Torr）に保持した状態で、ヒータ７に給電して、装置（反応室１２）内の温度環境が安定に整定するのを待つ（連続着工前処理）。この際、シャワーヘッド３の温度がシリコンウェハ１０の連続処理時の温度とほぼ等しい温度となるようにするのが望ましい。つぎに、再びシリコンウェハ１０の連続処理を行なう。そして、シリコンウェハ１０の連続処理後に連続着工前処理を行なう。以下、同様の処理を行なう。
【００１４】
このような半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置においては、連続着工前処理後にシリコンウェハ１０の連続処理を開始したときのシリコンウェハ１０の周辺部たとえばシャワーヘッド３の温度はシリコンウェハ１０の連続処理を続けて安定したときのシャワーヘッド３の温度とほぼ等しいから、シリコンウェハ１０の連続処理中のシャワーヘッド３の温度の変化が小さいので、シリコンウェハ１０に膜質、膜厚が一定のルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積することができる。また、通常は、装置始動時にダミーウェハを用いて反応室１２内の温度、雰囲気が安定するまで所定回数たとえば１０回程度成膜を行ない（ダミーラン）、その後製品となるシリコンウェハ１０に対して処理を行なうが、本発明の半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置においては、反応室１２内の温度の変動を最小限に抑制することができるから、ダミーランの回数を減少させることができ、またさらにはダミーラン自体をなくすことも可能である。
【００１５】
図２はシリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッドの温度の時間的変化を示すグラフで、曲線ａは連続着工前処理においてヒータユニット１３が図３に示す位置（基板搬送位置近傍の位置）にある場合（シャワーヘッド３からサセプタ９の上面までの距離は９５ｍｍである場合）を示し、曲線ｂは連続着工前処理においてヒータユニット１３が図１に示す位置（基板搬送位置と基板処理位置とのほぼ中央位置）にある場合（シャワーヘッド３からサセプタ９の上面までの距離が５３ｍｍである場合）を示し、曲線ｃは連続着工前処理においてヒータユニット１３が図４に示す位置（基板処理位置近傍の位置）にある場合（シャワーヘッド３からサセプタ９の上面までの距離が１０ｍｍである場合）を示す。このグラフから明らかなように、ヒータユニット１３が図３に示す位置にある場合には、シリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッド３の温度変化は±４．５℃であり、ヒータユニット１３が図１に示す位置にある場合には、シリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッド３の温度変化は±２℃であり、ヒータユニット１３が図４に示す位置にある場合には、シリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッド３の温度変化は±２．５℃である。したがって、連続着工前処理においてシャワーヘッド３からサセプタ９の上面までの距離を１０ｍｍ以上５３ｍｍ以下にすれば、シリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッド３の温度変化を±２．５℃以下にすることができる。
【００１６】
なお、上述実施の形態においては、基板がシリコンウェハ１０の場合について説明したが、基板が液晶パネル用薄膜トランジスタ基板（ガラス基板）などの場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、コールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置によりシリコンウェハ１０上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を堆積する場合について説明したが、他の半導体装置の製造装置により他の半導体装置を製造する場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、ヒータ７の上方にサセプタ９が設けられたヒータユニット１３の場合について説明したが、ヒータがサセプタ中に埋め込まれたヒータユニットの場合にも本発明を適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置においては、基板の連続処理中の基板周辺部の温度の変化を小さくすることができる。
【００１８】
また、基板と対向する位置に設けられたシャワーヘッドを介して処理ガスを供給して基板を処理したときには、シャワーヘッドの温度変化を小さくすることができる。
【００１９】
また、基板の連続処理を行なう前に、ヒータユニットを基板搬送位置と基板処理位置との間の領域であってシャワーヘッドからヒータユニットの基板載置面まで所定距離だけ離間させた位置で保持したときには、シャワーヘッドの温度変化をさらに小さくすることができる。
【００２０】
また、所定距離を１０ｍｍ以上５３ｍｍ以下としたときには、シャワーヘッドの温度変化を非常に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を実施するためのコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す図である。
【図２】シリコンウェハの連続処理中のシャワーヘッドの温度の時間的変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係る他の半導体装置の製造方法を実施するためのコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す図である。
【図４】本発明に係る他の半導体装置の製造方法を実施するためのコールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す図である。
【図５】コールドウォール式の枚葉型ＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図６】図５に示した枚葉型ＣＶＤ装置の動作説明図である。
【符号の説明】
３…シャワーヘッド
７…ヒータ
９…サセプタ
１０…シリコンウェハ
１２…反応室
１３…ヒータユニット

Claims (6)

  1. 基板を支持し加熱するヒータユニットに基板を搬送し、基板搬送後上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させて、上記基板を処理する半導体装置の製造方法において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域で保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 上記基板と対向する位置に設けられたシャワーヘッドを介して処理ガスを供給して上記基板を処理することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 上記基板の連続処理を行なう前に、上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域であって上記シャワーヘッドから上記ヒータユニットの基板載置面まで所定距離だけ離間させた位置で保持することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 上記所定距離とは１０ｍｍ以上５３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 基板を支持し加熱するヒータユニットに基板を搬送し、基板搬送後上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させて、上記基板と対向する位置に設けられたシャワーヘッドを介して処理ガスを供給して上記基板を処理する半導体装置の製造方法において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを上記基板搬送位置と上記基板処理位置との間の領域で保持し、上記シャワーヘッドの温度が連続処理時の温度とほぼ等しくなるように上記シャワーヘッドを上記ヒータユニットにより加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 基板を処理する反応室と、上記基板を支持し加熱するヒータユニットと、上記基板に対してシャワー状に処理ガスを供給するシャワーヘッドと、上記ヒータユニットを基板搬送位置から基板処理位置まで移動させるヒータユニット移動機構とを有する半導体装置の製造装置において、複数の上記基板に対して連続して処理する上記基板の連続処理を行なう前に上記ヒータユニットを基板搬送位置と基板処理位置との間の領域で保持することを特徴とする半導体装置の製造装置。
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