JP4149694B2

JP4149694B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法

Info

Publication number: JP4149694B2
Application number: JP2001297156A
Authority: JP
Inventors: 明子加賀爪; 智司渡辺; 英輔西谷; 正義吉田; 光範石坂
Original assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003100644A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造装置に関し、特に、枚葉式低圧熱ＣＶＤ装置により、ウエハ上に膜を形成する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造装置のひとつに、低圧に保持された装置内にガスを導入し、加熱したウエハ上に所望の膜を成膜する低圧熱ＣＶＤ装置がある。
【０００３】
図１０は、一般的な低圧熱ＣＶＤ装置の一例の概略構成図である。
図１０において、真空に保持された処理室１０２内に、ゲートバルブ１０７を介してウエハ１０１が搬入される。
【０００４】
処理室１０２内に搬入されたウエハ１０１は、その内部が成膜室より負圧に排気され、加熱された支持台１３１上に設置され、吸着されて加熱される。成膜は、ガス導入口１４１からシャワーヘッド１４３を介してウエハ１０１上へガスを供給して行われる。
【０００５】
処理室１０２内に導入された反応性ガスは、排気口１０５から排気される。所望の膜厚がウエハ１０１に成膜されると、ガスの導入が止められた後、ゲートバルブ１０７からウエハ１０１が搬出される。
【０００６】
アモルファスシリコンあるいはポリシリコンを成膜する場合は、ウエハ１０１を５８０℃から７００℃程度に保持し、ガス導入口１４１からSiH_４、Ｈ_２あるいはＮ_２などの成膜ガスが処理室１０２内に導入されてウエハ１０１上に成膜される。
【０００７】
ここで、ウエハ支持台１３１内部は、ウエハ１０１を吸着するために、成膜室より負圧に排気されている。そのため、成膜ガスが、ウエハ１０１の裏面を通ってウエハ支持台１３１の内部にまで入り、ウエハ１０１の裏面及びウエハ支持台１３１内部に膜を形成してしまう可能性がある。
【０００８】
ウエハ１０１の裏面に形成された膜は半導体製造装置内で剥がれてゴミとなり、それが、新たなウエハ１０１の表面上にのると、半導体デバイスの不良を引き起こす原因となる。
【０００９】
また、ウエハ支持台１３１内部には、ヒータ１３２や温度制御のためのセンサなどが設置されており、そこに成膜ガスによる膜が形成されると、安定した温度制御ができなくなるという問題がある。
【００１０】
そこで、このような半導体製造装置においては、ウエハ上に均一な厚さの膜を堆積すると共に、ウエハ裏面へ成膜ガスが入り込まないことが要求される。
【００１１】
このため、特開平８−１９１０５１号公報には、ウエハの端部からウエハの中心部方向へ水平にパージガス（被着制限ガス）が供給され、ウエハの裏面に膜が形成されることを防止する方法が開示されている。
【００１２】
また、特開２０００−２９９３１５号公報には、ウエハの周縁部裏面にパージガスが供給され、ウエハ裏面からウエハ外周部を通って成膜室へパージガスが導入され、ウエハ裏面へ成膜ガスが入り込むことを防止する方法が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、次のような問題点がある。
つまり、特開平８−１９１０５１号公報に記載されている装置では、ウエハの端部からウエハの中心部方向へ向かってパージガスが吹き出すため、ウエハの端部で成膜ガスの濃度が低下し、その結果、膜厚が低下するという問題があることが明らかとなった。
【００１４】
この特開平８−１９１０５１号公報の図９に示されるように、ウエハの端部以外にも吹き出し口（狭窄開口７０６）が形成されており、温度が高い部分であり、吹き出し口の開口部に膜が堆積しやすく、開口部が塞がってしまうという問題があった。
【００１５】
また、特開２０００−２９９３１５号公報に記載されている装置では、ウエハの裏面に供給されたパージガス（エッジパージガス）は、全てのウエハのエッジを通って成膜室に出るようになっている。そのため、ウエハエッジ部付近で成膜ガス（処理ガス）の濃度が低下し、膜厚が減少するするという問題があることが明らかとなった。
【００１６】
本発明の目的は、ウエハ裏面及びウエハ支持台内部へ成膜ガスが入り込むことを防止して膜の堆積を防ぐと共に、ウエハ表面に膜厚均一性の良い膜を堆積させることができる半導体製造装置を実現することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）処理室内で処理対象であるウエハの裏面を吸着するウエハ支持台と、上記ウエハ支持台に支持されたウエハ上へ反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、上記ウエハ支持台に吸引されたウエハの外周側に配置され、裏面が上記ウエハの表面より下方に位置し、リング状をなし、その内周端部は、上記ウエハの直径より大の部分と小の部分とを有するカバーリングと、上記カバーリングの裏面に向けて不活性ガスを吹き付ける不活性ガス通路と、上記カバーリングの裏面に沿って形成され、上記ウエハの半径方向に延び、上記カバーリングの裏面に吹き付けられた不活性ガスを上記カバーリングの裏面に沿って上記ウエハ及びウエハ支持台に対して反対方向へ排気する排気通路とを備える。
【００２３】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、上記不活性ガスの供給流量を設定する。
【００２４】
（３）半導体の製造方法において、真空吸着により処理対象であるウエハをウエハ支持台に吸着する工程と、反応性ガスを上記ウエハに供給する工程と、上記ウエハの外周側に配置され、裏面が上記ウエハの表面より下方に位置し、リング状をなし、その内周端部は、上記ウエハの直径より大の部分と小の部分とを有するカバーリングの裏面側へ不活性ガスを吹き出す工程と、上記カバーリングの裏面側に吹き出した不活性ガスを上記カバーリングの裏面に沿って上記ウエハ及び上記ウエハ支持台に対して反対方向へ排気する工程とを備える。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。なお、この第１の参考形態は、本発明をＣＶＤ装置に適用した場合の例であり、図１はこのＣＶＤの処理室断面を示す。
【００２６】
図１において、処理室２の上部には成膜ガス４２を導入するためのガス供給部４があり、成膜ガスをウエハ１に均一に供給するためのシャワーヘッド４１を介して成膜ガスが成膜室１０へ供給される。また、処理室２の側面には排気口５が形成されており、バルブ（図示せず）を介して真空ポンプ６により排気している。
【００２７】
また、ウエハ１はシャワーヘッド４１と対向して設置されたウエハ支持台ユニット３上に設置される。このウエハ支持台ユニット３は、図１の上方から円板状サセプタ３１と、円板状ヒータ３２と、円筒状の側壁３３と、円板状の底面３４とを備えている。
【００２８】
支持台ユニット３の底面３４は、真空ポンプ７に繋がっていて、成膜室１０より圧力が低く保持される。そのため、ウエハ１は、サセプタ３１に形成された吸着穴３１１により吸着される。
【００２９】
このように、ウエハ１は、真空吸着によってサセプタ３１に吸着されるため、ウエハ１が変形せず、平坦な状態で処理でき、さらに、ウエハ１とサセプタ３１との隙間が均一となるため、ウエハ１の温度均一性も向上し、膜厚均一性が向上する。
【００３０】
処理室２の下部には、側壁パージガス導入口１１とウエハ裏面パージガス導入口１２があり、不要な部分への膜の堆積を防ぐためにパージガス（不活性ガス）９が導入される。ここでは、窒素ガスがパージガスとして用いられているが、不活性ガスあれば、アルゴンガス等の他のガスでもよい。
【００３１】
パージガス９は、側壁パージガス導入口１１から処理室２の側壁に沿って流れ、排気口５から排気される「側壁パージ流路」と、ウエハ裏面パージガス導入口１２からウエハ支持台ユニット３の側壁と中間壁３５との間を流れ、サセプタ３１とアウターリング３１３との間に形成されたパージガス路３１２を通り、ウエハ１の下へ吹き出した後、主に、カバーリング８の裏面を通って排気口５から排気される「ウエハ裏面パージ流路」の２系統の流路を通って流れる。
【００３２】
つまり、不活性ガスが、ウエハ１の裏面側から周縁部に向けて供給される第１の不活性ガス通路と、処理室の側壁に供給される第２の不活性ガス通路とを備えている。
【００３３】
上述した２系統の流路のうち、「ウエハ裏面パージ流路」について、図１中のＡ部を拡大した図である図２を参照して説明する。
【００３４】
流路３１２からウエハ１の下部へ流れてきたパージガスは、大部分がカバーリング８とアウターリング３１３との間を流れて排気口５から排気されるが、一部のパージガスは、ウエハ１の裏面とサセプタ３１との間を通って吸着穴３１１から排気され、さらに、一部のパージガスは、ウエハ1のエッジとカバーリング8との間の隙間から成膜室１０へ流れて成膜ガスと共に排気口5から排気される。
【００３５】
これにより、反応性の成膜ガスがウエハ１のエッジからウエハ１の裏面に入り込むこと、さらには、吸着口３１１を通ってウエハ支持台ユニット３の中に入り込むことを防止している。
【００３６】
次に、ウエハ1の処理手順について説明する。
まず、ウエハ1を処理室2内に導入する前に、ウエハ支持台ユニット3を、予めヒータ３２を発熱させてサセプタ３１が所定の温度になるように加熱しておく。これと同時に、処理室２内の圧力が成膜時とほぼ同一となるように、ガス導入口4からN_２などの不活性ガスを導入し、シャワーヘッド４１を介して処理室２内に供給する。また、パージガス9を、パージガス導入口１１から導入する。なお、ウエハ支持台ユニット３は真空ポンプ７により排気しておく。
【００３７】
次に、図示しない搬送治具に載せられたウエハ1を図示しない搬入出口から処理室2内へ搬入し、サセプタ３１上にウエハ１を設置し、高温に保持したサセプタ３１により加熱する。ウエハ1が所定の温度（ポリシリコン膜の場合は５５０℃から７５０ ℃）になるまで待機した後、不活性ガスに代わって、成膜ガス４２（ポリシリコン膜の場合はSiH_４、H_２あるいはN_２）を上部の導入口4から導入し、シャワーヘッド４１を介してウエハ1に供給し、ウエハ１上へ膜を堆積させる。
シャワーヘッド４１から供給された供給された成膜ガス４２は、ウエハ１上に膜を膜を形成すると共に、ウエハ１とシャワーヘッド４１との間を通って処理室2の側面に設けた排気口5から排気される。しかし、一部のガスは、ウエハ１とカバーリング8との間の隙間からウエハ１の裏面へ回り込み、吸着穴３１１を通って、成膜室１０より圧力の低いウエハ支持台ユニット3の内部へ入る可能性がある。
【００３８】
ウエハ1の裏面もウエハ支持台ユニット3の内部も、温度が高いため、成膜ガスが入ってくれば、膜が堆積してしまい、異物の原因となったり、ウエハ１の温度制御性に悪影響を及ぼす原因となる。
【００３９】
そこで、これを防ぐため、上述したように、パージガスをパージガス路３１２からウエハ１の裏面に供給し、ウエハ１の裏面への成膜ガスの進入を防いでいる。
【００４０】
ここで、ウエハ１とカバーリング8との隙間から成膜室１０へ吹き出すパージガスの量が多いと、ウエハ１のエッジ付近の成膜ガスの濃度が低下し図８の(ｂ)に示すように、ウエハ１の端部の膜厚が薄くなってしまう問題が生じる。なお、図８は、ウエハ１の表面上に堆積される膜厚を示すグラフであり、縦軸は膜厚を示し、横軸はウエハ１の表面上の中心からの距離を示す。
【００４１】
ウエハ１の表面内での膜厚の均一性が悪いと、制作したデバイスの性能にばらつきができてしまい、大きな問題となる。
【００４２】
そこで、パージガスのメイン排気経路として、カバーリング８とアウターリング３１３との間にパージガスの排気流路を設けている。これにより、ウエハ１の端部とカバーリング８との間の隙間を通って成膜室１０へ出るパージガス量が減り、ウエハ１の端部における膜厚低下が防止される。
【００４３】
ウエハ１のエッジ部から出るパージガス量が減少すると、成膜ガスが侵入し易くなるが、たとえウエハ１のエッジ部から成膜ガスが侵入してきたとしても、ウエハ１のエッジ部でのパージガスの流れは、ウエハ１の端部からカバーリング８の下部に向かっているため、ウエハ１の裏面や吸着口３１１には、侵入しにくくなっている。
【００４４】
また、制御ユニット１３は、パージガス導入口１１と１２から導入するパージガス量が適切となるように、成膜ガスの流量や成膜ガス圧力等から、それぞれの適切なパージガス流量を求め、コントロールしている。
【００４５】
以上により、図８の(ａ)に示すように、ウエハ１の端部での膜厚低下がなく、膜厚均一性の良好な成膜が可能となる。
このようにして、所望の厚さの膜がウエハ１に堆積すると、原料ガスの導入をやめ、再びシャワーヘッド４３から不活性ガスを供給する。処理室２内のガスが不活性ガスに置換された後、搬入する手順と反対の手順でウエハ1を搬入出口から運び出す。
【００４６】
以上のように、本発明の第１の参考形態によれば、不活性ガスであるパージガスの通路３１２を形成するアウターリング３１３の上面にカバーリング８を配置し、アウターリング３１３とカバーリング８との間により、ウエハ１の周縁部からウエハ１の半径方向に延びる排気通路が形成される。
【００４７】
そして、パージガスを通路３１２を通してウエハ１の周縁部に向かって供給し、ウエハ１の周縁部に供給されたパージガスを、アウターリング３１３とカバーリング８との間により形成された排気通路により、ウエハ１及びウエハ支持ユニット３の内部から遠ざかるようにして排気するように構成される。
【００４８】
したがって、成膜ガスのウエハ１の裏面への侵入及びウエハ支持ユニット３の内部への侵入が防止され、ウエハ１の表面に膜厚均一性の良い膜を堆積させることができる半導体製造装置を実現することができる。
【００４９】
なお、カバーリング８のウエハ１側の上面端部は、テーパー状となっている。これは、アウターリング３１３とカバーリング８との間により形成された排気通路により排気されなかったパージガスが存在する場合、ガスは、このテーパ形状に沿って、ウエハ１の表面からは遠ざかる方向に流れる。これにより、成膜ガスのウエハ１表面上への堆積をパージガスが阻害することがないように構成されている。
【００５０】
また、カバーリング８に形成されたテーパー形状により、ウエハ１がカバーリング８上に搭載されてしまうことが回避可能となる。
【００５１】
上述した本発明の第１の参考形態においては、サセプタ3に設けたパージガス路３１２の吹き出し角度は、図１及び図２に示すように、ウエハ１のエッジ（周縁部）側に向かって傾斜している。これは、パージガスがウエハ１の周縁部から遠ざかるように流れ、成膜ガスが、確実に、ウエハ１の裏面に導入されないようにするためである。
【００５２】
しかし、上述したように、アウターリング３１３とカバーリング８との間の排気通路が形成されているため、必ずしも、パージガス路３１２の吹き出し角度は、図１及び図２に示すように、ウエハ１のエッジ側に向かって傾斜させる必要はない。
【００５３】
図３は、本発明の第２の参考形態である半導体製造装置の要部概略断面図であり、図１のＡ部に対応する部分である。他の構成は第１の参考形態と同様となるため、図示及び詳細な説明は省略する。
【００５４】
この第２の参考形態と第１の参考形態との異なるところは、パージガス路３１２の吹き出し角度が、ウエハ１にほぼ垂直となっているところである。
【００５５】
この第２の参考形態にように構成しても、第１の参考形態と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
図４は、本発明の第１の実施形態である半導体製造装置の要部概略断面図であり、図１のＡ部に対応する部分である。他の構成は第１の参考形態と同様となるため、図示及び詳細な説明は省略する。
【００５７】
この第１の実施形態と第１の参考形態との異なるところは、カバーリング8の端部がステップ形状となっており、第１段の内径は、ウエハ１の外径より小となっており、第２段の内径は、ウエハ１の外径より大となっている。
【００５８】
この第１の実施形態のように構成すれば、第１の参考形態と同様な効果を得ることができる。
【００５９】
なお、図示した例では、カバーリング８の第２段は、パージガス通路３１２の開口部には対向していないが、対向するように構成することも可能である。このように構成することにより、成膜ガスのウエハ１裏面への侵入を防止することができるるとともに、パージガスがウエハ１の周縁部を通過することが抑制されるため、ウエハ１の周縁部の成膜をより均一化することが可能となる。
【００６０】
図５、図６、図７は、本発明の第３、第４、第５の参考形態である半導体製造装置の要部概略断面図であり、図１のＡ部に対応する部分である。他の構成は第１の参考形態と同様となるため、図示及び詳細な説明は省略する。
【００６１】
これら第３、第４、第５の参考形態は、パージガス路３１２の吹き出し口がカバーリング８の裏面に面している例である。
【００６２】
第３の参考形態においては、パージガス路３１２の吹き出し口がウエハ１の中心部方向から周縁部方向に向かって傾斜する例であり、第４の参考形態においては、カバーリング８にほぼ垂直となっている例である。
【００６３】
また、第５の参考形態においては、パージガス路３１２の吹き出し口が、ウエハ１の周縁部方向から中心部方向に向かって傾斜する例である。
【００６４】
上記第３、第４、第５の参考形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００６５】
また、パージガスをウエハ１の裏面に吹き出させるようにすると、ウエハ１の端部温度の低下を招くことが考えられるが、第３〜第５の参考形態のように、カバーリング８の裏面にパージガスを吹き付けるように構成すると、ウエハ１の端部に供給されるパージガスの量を低下することができ、ウエハ１の温度低下を招く可能性を抑制することができる。
【００６６】
なお、以上説明した例は、サセプタ３１とヒータ３２とが分離されている例であるが、図９に示すように、サセプタ３１内にヒータ３２を埋め込んだ場合の例にも本発明は適用可能である。
【００６７】
また、上述した例においては、図４に示した第１の実施形態を除いては、カバーリング８の内周縁部は、ウエハの直径より大の部分を有するもののみ示したが、カバーリング８の内周縁部の全てがウエハの直径より小となっている場合にも、本発明は適用可能である。
【００６８】
また、排気口５も、カバーリング８より成膜室１０側に形成してもよい。
【００６９】
また、上述した例においては、パージガス導入口を２系統設けているが、導入口を１系統とし、内部で２系統に分割する構成とすることも可能である。
【００７０】
また、アウターリング３１３を、中間壁３５の一部あるいは全部と一体的に形成されていていもよい。
【００７１】
また、上述した例においては、成膜する膜としてポリシリコンを例としたが、これに限る物ではない。
【００７２】
また、カバーリングは、リング形状となっているものが好ましいが、リング形状でなくともこの発明は適用可能である。
【００７３】
さらに、本発明は成膜装置に限らず、例えば、エッチング装置等の他の半導体製造装置にも適用することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ裏面及びウエハ支持台内部へ成膜ガスが入り込むことを防止して膜の堆積を防ぐと共に、ウエハ表面に膜厚均一性の良い膜を堆積させることができる半導体製造装置を実現することができる。
【００７５】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第１の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００７６】
【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。
【００７７】
【図３】本発明の第２の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００７８】
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００７９】
【図５】本発明の第３の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００８０】
【図６】本発明の第４の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００８１】
【図７】本発明の第５の参考形態による半導体製造装置の概略構成断面図である。
【００８２】
【図８】ウエハ１の表面上に堆積される膜厚を示すグラフである。
【００８３】
【図９】本発明が適用される半導体製造装置の他の構成例を示す概略断面図である。
【００８４】
【図１０】従来のＣＶＤ装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ウエハ
２処理室
３ウエハ支持台ユニット
４ガス供給部
５排気口
８カバーリング
１０成膜室
１１パージガス導入口
３１サセプタ
３２ヒータ
３３側壁
３５中間壁
４１シャワーヘッド
３１１吸着穴
３１２パージガス路

Claims

処理室内で処理対象であるウエハの裏面を吸着するウエハ支持台と、
上記ウエハ支持台に支持されたウエハ上へ反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
上記ウエハ支持台に吸引されたウエハの外周側に配置され、裏面が上記ウエハの表面より下方に位置し、リング状をなし、その内周端部は、上記ウエハの直径より大の部分と小の部分とを有するカバーリングと、
上記カバーリングの裏面に向けて不活性ガスを吹き付ける不活性ガス通路と、
上記カバーリングの裏面に沿って形成され、上記ウエハの半径方向に延び、上記カバーリングの裏面に吹き付けられた不活性ガスを上記カバーリングの裏面に沿って上記ウエハ及びウエハ支持台に対して反対方向へ排気する排気通路と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
請求項１記載の半導体製造装置において、上記反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、上記不活性ガスの供給流量を設定することを特徴とする半導体製造装置。
半導体の製造方法において、
真空吸着により処理対象であるウエハをウエハ支持台に吸着する工程と、
反応性ガスを上記ウエハに供給する工程と、
上記ウエハの外周側に配置され、裏面が上記ウエハの表面より下方に位置し、リング状をなし、その内周端部は、上記ウエハの直径より大の部分と小の部分とを有するカバーリングの裏面側へ不活性ガスを吹き出す工程と、
上記カバーリングの裏面側に吹き出した不活性ガスを上記カバーリングの裏面に沿って上記ウエハ及び上記ウエハ支持台に対して反対方向へ排気する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法。