JPH03150365A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、例えば成膜装置として使用して好適な熱処
理装置に関する。

【従来の技術】

一般に、半導体集積回路に金属あるいは金属シリサイド
膜を堆積させて配線等を行う技術として、長年の間、蒸
着やスパッタリング等のＰＶＤ法（物理的気相成長方法
）が使用されてきた。 しかし、超ＬＳＩ等の集積回路のように、高集積化、高
速化、高密度化に伴い、配線パターンの微細化が進み、
ＰＶＤ法による技術では段差部分での埋め不良等が発生
し、素子の動作不良、あるいは抵抗率の増加などの問題
が発生してきた。 また、シリコン系の膜を堆積させる装置の場合は、バッ
チ式のホットウォール型の炉が主流であるが、大気の混
入によるコンタミネーションの問題や、高集積化に伴う
半導体集積回路の微細化から、従来の膜厚よりも薄い膜
が要求されるようになってきたため、近年は、真空ロー
ドロック室を備えるとともに、熱、光あるいはプラズマ
を用いて材料ガスを反応させ、被処理基板上に膜を形成
する枚葉式のＣＶＤ法（化学気相蒸着方法）による成長
方法が注目されている。 これは、枚葉式ＣＶＤ法が、ＰＶＤ法に較べてステップ
カバレージ（段差部分の埋め込み）が良いこと、被処理
基板にダメージを与えないこと、また、バッチ式ＣＶＤ
に較べて真空ロードロック室を備えているので、反応室
への大気の混入が無いこと、形成する膜の膜厚や膜質の
＄１　ａｌｌが容易であること、などの点において優れ
ているからである。 ところで、この種の枚葉式ＣＶＤ成膜装置においては、
第５図に示すように、被処理基板１例えば半導体ウェー
ハは、加熱体、例えばチャックあるいはサセプタ２に接
触して、成膜する条件の温度まで加熱される。加熱体、
例えば、サセプタ２は、例えばランプ光、抵抗発熱ヒー
タなどを熱源として加熱される。そして、この場合、サ
セプタ２あるいは被処理基板１の温度を、熱電対や放射
温度計などの温度モニタ一手段によってモニターし、成
膜処理中の被処理基板１の温度を制御している。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、発明者等が詳査したところ、従来の成膜装置
では、サセプタ２と被処理基板１との間には、熱伝導の
問題があり、サセプタ２に被処理基板１を接触させたと
しても、サセプタ２と被処理基板１とは同一温度になら
ず、例えば被処理基板１の温度を５５０℃にしようとす
る場合、サセプタの温度は６８０℃にしなければならな
い。 前述したように、ＣＶＤ法では、熱、光あるいはプラズ
マを用いて材料ガスを分解し、反応させて被処理基板ｌ
上に膜を形成するものであるが、材料ガスの分解、反応
は温度に依存する割合が大きい。したがって、被処理基
板１の被処理面側に露呈しているサセプタ表面部分の温
度が高いため、この部分での材料ガスの分解、反応が被
処理基板ｌ上の中央部でのそれよりも活発になる。この
ため、被処理基板ｌ上で、その中央部と周辺部とで材料
ガスの分解、反応が不均一になり、成膜した膜の均一性
を悪化させているという問題がある。 また、ＣＶＤ法による成膜処理の際には、材料ガスから
反応副生成物が生成される。例えば、金属シリサイド膜
ＷＳｉｘを被処理基板上に生成する場合には、材料ガス
としてＷＦ６　（六弗化タングステン）及びＳｉＨ２Ｃ
１２（ジクロルシラン）ガスなどを用いるが、これらの
材料ガスからＦ（弗素）やＣＩ（塩素）などが反応副生
成物として生成される。ところで、ＣＶＤ法における反
応は高温になればなるほど反応が促進され、反応副生成
物の発生も多くなる。このため、前述した従来の装置の
場合、被処理基板の周辺での温度が高いので、この部分
近傍での反応副生成物の発生が多くなり、これが成膜し
た膜中に取り込まれる量が多くなる。この膜中に取り込
まれた反応生成物は不純物となるが、半導体素子の微細
化、高集積化が進むにつれて、この不純物の影響が無視
できなくなり、被処理基板の周辺部での半導体素子の電
気的特性を悪化させる問題が発生してきている。 この発明は以上の点に鑑み、被処理体の被処理面全面上
における処理ガスの分解、反応が、はぼ均一になるよう
にして、被処理体の全面にわたって均一な処理をするこ
とができるようにした熱処理装置を提供することを目的
とする。

【課題を解決するための手段】

この発明は、被処理体を加熱手段により所定温度に加熱
するとともに、所定の処理ガスを上記被処理体の被処理
面上で反応させて処理する熱処理装置において、 少なくとも、上記被処理体の周囲に、上記加熱手段によ
る加熱時に上記被処理体の温度と近似した温度となるガ
ード部材を設けたことを特徴とする特 ｖ作用】 この発明の構成によれば、被処理体の外周部分にはガー
ド部材が設けられ、加熱手段からの熱伝導率の問題で、
このガード部材の温度も、被処理体と同様に低くなる。 そして、ガード部材表面温度と被処理体の被処理面の温
度はほぼ等しくなるように設定して処理するので、被処
理体の被処理面上における処理ガスの分解、反応は均一
になり、例えば成膜した膜の均一性を確保できる。 また、ガード部材により被処理体の周辺部の温度が被処
理体の中央部の温度とほぼ等しくなるので、被処理体の
周辺部においても、反応副生成物の発生が少なくなり、
被処理体の例えば成膜した膜中に取り込まれる不純物を
減少させることができる。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を、半導体製造工程の高融点
金属シリサイドの薄膜形成を行なう枚葉式ＣＶＤ装置に
適用した場合を例にとって、図を参照しながら説明する
。 第１図は、この例のＣＶＤ装置の全体の概要を示すもの
で、ＣＶＤ装置の処理室１１は、例えば、ＡＮ（アルミ
ニウム）等によって円筒状に形成されており、内部を気
密に保持するとともに図示しない冷却機構により壁面を
冷却可能に構成されている。 この処理室１１内の上部には、サセプタ１２が設けられ
ている。このサセプタ１２は、例えば厚さ２０　ｍｍの
凸型のカーボングラファイト板から構成されている。そ
して、このサセプタ１２は、中空円筒状の支持部材１３
により下に凸になるような状態で支持されている。この
サセプタ１２の凸型の先端面の大きさは、被処理基板例
えば半導体ウェーハ１４の大きさに等しく選定されてお
り、このサセプタ１２の凸型の先端面に図示のように位
置合わせされて、半導体ウェー１１４が、その被処理面
が下向きになるように設置されるものである。 また、サセプタ１２の凸型の先端面の外周部には、サセ
プタ１２の温度よりも低い半導体ウェーハ１４の温度と
温度が等しくなるように、第２図にも示すように、厚さ
例えば３■■のカーボングラファイト板からなる輪状の
ガードリング１５が、ガードリング固定用ネジ１６によ
って固定されている。上記ガードリング１５は熱を反射
せず、加熱される材料であればどのようなものでもよい
。 半導体ウェーハ１４は、第３図に示すように、その外周
縁部の３点を支えるアーム１７を有するウェーハ支持体
１８によりサセプタ１２に対して設置される。このウェ
ーハ支持体１８は、エアーシリンダ等の昇降１１ｔｌｌ
ｉ１９により昇降可能とされる。半導体ウェーハ１４の
ロードΦアンロード時は、この昇降機構１９によりウニ
　／Ｘ支持体１８は降下させられており、このウェーハ
支持体１８上に半導体ウェーハ１４が載置され、成膜処
理時には、昇降機１１１９により、ウェーｌＸ支持体１
８は昇降されて、半導体ウニ　”１４がサセプタ１２の
凸型の先端平面に圧着される。 また、サセプタ１２の上方には、例えば石英ガラス製の
透明窓２０を通してサセプタ１２を例えば３００〜１０
００℃に加熱可能な加熱手段の一例として、ＩＲランプ
（赤外線ランプ）２１が設けられている。 また、サセプタ１２の周囲の処理室１１の土壁には、直
径が例えば２インチの排気配管２２が複数例えば４本接
続されている。これらの排気配管２２は、処理室１１内
を所望の圧力に減圧するとともに、反応ガス等を排出可
能にするための真空排気機構２３として、例えば直列に
接続されたターボ分子ボンブ２３ａとドライポンプ２３
ｂに接続されている。 さらに、処理室１１内の下部６とは、ガス導入機構とし
て、微小な流出口（図示せず）が複数例えば１０個穿設
された円環状の管体からなる酸化系ガス導入機構２４と
還元系ガス導入機構２５とが、サセプタ１２と対向する
ように設けられている。 これらの酸化系ガス導入機構２４および還元系ガス導入
機構２５は、それぞれ流量制御機構２６を介して、図示
しないガス供給源に接続されており、酸化系のガスであ
る膜成長用ガス、例えばＷＦ６（六弗化タングステン）
とキャリアガス、例えばＡｒ（アルゴン）との混合気体
、また、還元系のガスである膜成長用ガス、例えばＳ　
ｉ　Ｈ２ＣＩＩ　２（ジクロルシラン）とキャリアガス
、例えばＡｒとの混合気体を処理室１１内に供給可能に
構成されている。 また、サセプタ１２と酸化系ガス導入機構２４および還
元系ガス導入機構２５との間には、円筒状のガスダクト
２７が設けられている。このガスダクト２７の内側面に
は、黒体処理例えば黒アルマイトあるいはグラファイト
等のコーティング処理が施されている。これは、ＩＲラ
ンプ２１によって加熱されたサセプタ１２から放出され
る熱線（赤外線）の反射を抑制して、酸化系ガス導入機
構２４および還元系ガス導入機構２５が加熱されること
を防止するためである。なお、ガスダクト２７の内側面
を粗面として、熱線を乱反射させて、酸化系ガス導入機
構２４および還元系ガス導入機構２５の昇温を抑制する
こともできる。また、サセプタ１２からの熱線をガス流
路以外の方向に反射させてもよい。 さらに、ガスダクト２７の内側には、円板状のガス流制
御板２９が設けられる。このガス流制御板２９は、駆動
機構２８によって昇降自在に構成されており、ガス流制
御板２９が、駆動機ｆ１１１２８により上下動させられ
て、最適な位置に調整されることで、半導体ウェーハ１
４の被処理面に、より均一に反応ガスが接するように、
反応ガスの流れを制御する働きをする。 以上のように構成したこの実施例の成膜装置では、次の
ようにして半導体ウェーッＸ１４に成膜を行なう。 すなわち、まず、予めＩＲランプ２１でサセプタ１２を
６００〜７００℃、例えば６８０℃に加熱しておく。そ
して、処理室１１の図示しないロード・アンロード川開
閉機構を介して、半導体ウェーハ１４をサセプタ１２に
配置し、ウェーハ支持体１８で支持する。この場合、半
導体ウェー／Ｘ１４のサセプタ１２に対する位置合わせ
が予め行われており、半導体ウェーハ１４は、サセプタ
１２の凸型の先端面に正しく設置される。このとき、サ
セプタ１２の半導体ウェーハ１４の設置面である凸型の
先端面の外周部は、ガードリング１５で覆われているの
で、半導体ウェーハ１４をサセプタ１２に設置した後は
、半導体ウェーハ１４の処理面側にはサセプタ１２の面
は、全く露呈しない状態になる。 そして、サセプタ１２を介して半導体ウェーハ１４を上
記温度に加熱した状態で、酸化系ガス導入機構２４およ
び還元系ガス導入機構Ｒ２５から処理室ｌｌ内に、前述
したような所定の処理ガスを導入するとともに、真空排
気機構２３により処理′室１１内がｌＯミリＴｏｒｒ以
上、１０００ミリＴｏｒｒ以下の真空度となるように真
空排気を行なう。すると、次に示すような反応が生じ、
半導体ウェーハ１４の被処理面上にＷＳｉｘが堆積し、
タングステンシリサイド膜が形成される。 ５　ｉＨ２ＣＩ２　＋ＷＦ６ ”Ｗ５　ｉ　ｘ＋ＨＦ＋Ｈｃｊ！＋Ｓ　ｉ　Ｆ　ｙ酸素
系ガス導入機構２４および還元系ガス導入機構２５から
処理室１１に導入された処理ガスは、ＩＲランプ２１に
よって加熱されているサセプタ１２からの輻射熱によっ
て、はぼ同一温度に加熱された半導体ウェーハ１４表面
とガードリング１５表面に到達し、前述した反応式のよ
うに処理ガスが分解、反応し、タングステン・シリサイ
ド膜が形成される。この時、半導体つｘ”１４とガード
リング１５は、はぼ同一温度に設定されるから、この反
応はサセプタ１２からの輻射熱で加熱される半導体ウェ
ー１１１４とガードリング１５のすべての反応面上にて
均一に生じ、均一な膜を得ることができる。また、この
とき生成されるＦやＣｔ等の反応副生成物は、ウニ＼１
４の周辺部も中央部とほぼ等しい温度となり、生成量が
少なくなるめで、成膜したタングステン・シリサイド膜
中への不純物の取り込みは少なくなる。 第４図の表にサセプタ１２の温度を例えば６８０℃に加
熱したときの半導体ウェーハ１４およびガードリング１
５の温度を熱電対にて１１１３定した結果を示す。 この表からもわかるように、サセプタ１２の温度に対し
、半導体ウェーハ１４と、ガードリング１５とは、はぼ
同一温度となり、しかも、成膜処理中は、サセプタ１２
の表面は露呈することはないから、半導体ウェーハ１４
の被処理面上の処理ガスは均一に分解、反応し、均一な
膜を形成することができる。また、ＦやＣＩ等の反応副
生成物も、ウェーハ１４の周囲のガードリングの作用に
より、従来より少なくなり、成膜した膜中に取り込まれ
る不純物の量を少なくできる。 なお、ガードリング１５は、サセプタ１２上の半導体ウ
ェーハ１４の周囲において設けることで、そのガードリ
ング１５をサセプタ１２よりも低い温度とすることがで
きるもので、このガードリング１５の材質としては、上
述の例のようにサセプタ１２と同じカーボングラファイ
トで構成する必要はなく、種々のものを使用できる。そ
して、その材質を選定することで、半導体ウェーハ１４
とほぼ等しい温度にすることができる。 また、以上の例ではガードリング１５はねじ止めしたが
、サセプタ１２にクランプ部材で圧着して取り付けるよ
うにしてもよい。 また、以上の例では半導体ウェーハ１４をサセプタ１２
に圧着して接触させるようにしたが、サセプタ１２表面
と半導体ウェーハ１４との間に複数個の球を介在させて
、若干の空隙を開けて配するようにしてもよい。 さらに、以上の例ではガードリングは被処理体である半
導体ウェーへの周囲に、ウェーハとは重なることなく設
けたが、被処理体の周縁部に一部重なるようなリング状
の形状であってもよい。 また、上述の実施例では、被処理基板を膜形成面が下向
きになるように支持し、枚葉処理で成膜を行なう場合に
ついて説明したが、被処理基板は膜形成面が上向きある
いは横向きとなるよう支持してもよく、さらに、多数枚
の被処理基板を一度に処理する、いわゆるバッチ処理で
成膜を行なう場合でもこの発明を適用することができる
ことはもちろんである。 また、この発明は上述のようなＣＶＤ成膜装置に限らず
、被処理体を、所定の加熱状態で、所定の処理ガスを用
いて処理する、例えばアッシング、エッチング等の熱処
理装置のすべてに適用可能である。 また、以上の例では半導体ウェーハを処理する場合を例
にとったが、被処理体としては、これに限らずＬＣＤ等
、種々のものを対象とすることができる。 さらに、上記の実施例は枚葉式に適用した例について説
明したが、被処理載置台を有する構造であれば何れでも
よい。

【発明の効果】

以上、説明したように、この発明によれば、被処理体の
少なくとも周辺にガード部材を設けたことにより、被処
理体とその周辺の温度をほぼ等しくすることができ、こ
のため被処理体の被処理面上の至るところで、処理ガス
の分解、反応を均一にすることができるから、被処理面
の全面にわたって均一な処理を施すことができる。また
、反応副生成物の発生量を被処理体の周辺においても少
なくすることができ、例えば成膜した膜中への不純物の
取り込みを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による熱処理装置の一実施例の構成
を示す図、第２図は、その要部構成を示す図、第３図は
、その一部の構成を説明するための図、ｔＡＪ図は、こ
の例の作用の説明に供する図、第５図は、従来の熱処理
装置の説明のための図である。 １１：処理室 １２：サセプタ １４：半導体ウェーハ １５；ガードリング １６：ガードリング固定用ネジ ２１；ＩＲランプ ２２：排気配管 ２３：真空排気機構 ２４一酸化系ガス導入機構 ２５：還元系ガス導入機構 ２６：流量制御機構 ２アニガスダスト ２８：駆動機構 ２９：ガス流制御板 代理人　弁理士　佐　藤　正　美 １１ｚａ　　Ｌ［ニレ２６ 熱処理装置 第１図 １１図ｎ−郁掠天図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被処理体を加熱手段により所定温度に加熱するとともに
   、所定の処理ガスを上記被処理体の被処理面上で反応さ
   せて処理する熱処理装置において、少なくとも上記被処
   理体の周囲に、上記加熱手段による加熱時に上記被処理
   体の温度と近似した温度となるガード部材を設けたこと
   を特徴とする熱処理装置。