JPH0610140A - 薄膜堆積装置 - Google Patents

薄膜堆積装置

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JPH0610140A
JPH0610140A JP16635892A JP16635892A JPH0610140A JP H0610140 A JPH0610140 A JP H0610140A JP 16635892 A JP16635892 A JP 16635892A JP 16635892 A JP16635892 A JP 16635892A JP H0610140 A JPH0610140 A JP H0610140A
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JP
Japan
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susceptor
wafers
wafer
thin film
film deposition
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Withdrawn
Application number
JP16635892A
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English (en)
Inventor
Shigenari Hirano
重成 平野
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Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はサセプタを備えた薄膜堆積装置に関
し、下地上に堆積した薄膜の面内膜厚不均一を抑制する
ことのできる薄膜堆積装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 複数の同心状段差部を有し、その最上段部分
に半導体ウエファを載置するためのサセプタと、前記サ
セプタを載架するためのボートと、上記サセプタ、半導
体ウエファおよびボートを収納するための反応管と、当
該反応管にガスを供給し、かつ強制排気するための手段
とを含むように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCVDを利用した薄膜堆
積装置に関し、特にサセプタを備えた薄膜堆積装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、Siテクノロジーを中心とするマ
イクロエレクトロニクスが急速な発展を遂げている。そ
の結果は、LSIとして各産業分野の制御機器類に応用
されている。LSIの大規模化、高密度化に伴って超微
細加工や多層配線化が要求され、このため、薄膜堆積、
リソグラフィ、ドライエッチング、不純物ドーピング、
メタライゼーション等の要素技術が重視されている。
【0003】特に、素子間分離や配線分離、容量成分形
成には、絶縁膜の形成、加工が必要である。微細寸法の
制御、均一性、均質性の点で、いわゆるドライプロセ
ス、気相プロセス、低温低圧プロセスの絶え間ない開発
が続けられている。
【0004】Siウエファ上に低温で均質な薄膜を堆積
させる技術として重要視されているのが、プラズマCV
D法である。この方法は、減圧状態で反応ガスを導入
し、Siウエファ近傍に設置された電極間にRF電力を
供給してグロー放電させ、そのエネルギを反応ガスに付
与して分解、化合させ薄膜を生成するものである。
【0005】ガス反応に要するエネルギの大半が、グロ
ー放電で供給されるため、膜堆積が100〜400℃の
低温下でも生じ、従って不純物拡散等の恐れがある金属
配線の層間絶縁等によく用いられている。
【0006】ところで、プラズマCVD法を量産工程に
応用する場合、多数枚のウエファを1回に処理できるこ
とが好ましい。通常は、利便性を考慮して横型反応管を
用い、その長手方向に複数枚のSiウエファを縦に載置
して、ウエファ間に配置された電極板間にRF電力を投
入する。ここで、Siウエファをサセプタ上に固定し、
そのサセプタを平行電極として用いることができる。
【0007】サセプタの表裏面にSiウエファを載架
し、Siウエファを載架したサセプタを複数枚一軸方向
にボートに載せ、反応管内に格納する。サセプタの材質
は導電性材料、たとえばカーボンからなる。このサセプ
タを交互に一対のRF電極に接続するようにする。
【0008】図2は、ボート15に載せた複数枚のサセ
プタ13を示す。従来用いられてきたサセプタ13は、
ほぼ円形であり、図示したように中央部に比較的大きな
貫通孔12を有しているものが多い。これは、ハンドリ
ングの利便性を考慮した形状であり、市販されているサ
セプタには貫通孔のないものもある。サセプタの平坦部
にSiウエファがほぼ密着して配置される。
【0009】サセプタは1個所外側に延在した部分17
を有し、RF電極18、19の一方に接続することがで
きる。サセプタを交互にRF電極18、19に接続する
ことにより、反応管内に多数対の平行電極が形成され
る。両端を除き、各サセプタの表裏両面にSiウエファ
を載置する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図2で、典型例を示し
た従来のサセプタ13を用いた場合、大面積のウエファ
上に絶縁膜を堆積すると、膜厚が面内で不均一分布する
ことが多かった。たとえば、図2で示した中央部に貫通
孔(直径約50mm)12を有する直径約6インチのサ
セプタ13を用いて6インチウエファ上にSiO2 を堆
積した場合の膜厚分布を図3(A)に示す。
【0011】図3(A)のSiO2 膜は、反応ガスをテ
トラエトキシオルソシラン(TEOS)と酸素の混合ガ
ス(流量比でTEOS:O2 =1:10)とし、全圧を
0.9Torr、Siウエファ温度を310℃として、
プラズマCVDを行った時のデータである。SiO2
膜厚は1200Aに設定した。なお、データはSiウエ
ファ周辺部より10mm内側に入った位置から内側部で
測定されたものである。
【0012】図3(A)は、中央部が凹み、最大約4%
の膜厚分布ができていることを示している。この膜厚分
布は、混合ガスの流量比や全圧、Siウエファ温度を変
えると変化するが、均一な膜厚分布はなかなか得られな
い。
【0013】そこで、中央部での膜厚減少を解決するた
め、中央部に貫通孔12を設けない平板状6インチ円形
サセプタを作製した。図3(B)は、Siウエファ上に
Si−N膜をプラズマCVDさせた時の堆積膜の膜厚分
布を示す。反応ガスは、SiH4 と窒素の混合ガスを用
いて、Siウエファ温度は320℃とした。得られたS
i−N膜の膜厚は約9000Aに設定した。
【0014】図3(B)のデータは、図3(A)の場合
同様Siウエファ周辺部より10mm内側に入った位置
から内側部で測定したものである。図3(A)の場合と
は逆に、中央部が凸状となり、膜厚分布の不均一は4.
9%に達することが示されている。この場合も、反応ガ
スモル比や全圧、Siウエファ温度を変えれば、膜厚分
布を変えることができるが、ウエファ全面にわたって均
一な膜厚を得ることは困難である。
【0015】このような堆積膜の膜厚面内不均一は、S
iウエファ全面にわたって熱、RFエネルギおよびガス
濃度が均一に付与されないために生じたものと考えられ
る。このような、堆積膜の膜圧の面内不均一は、Siウ
エファ上に形成されたLSIの特性に重大な影響を与え
る。たとえば、絶縁耐圧不良や素子動作電圧のばらつ
き、動作速度の低下等の悪影響が生じる。
【0016】本発明の目的は、下地上に堆積した薄膜の
面内膜厚不均一を抑制することのできる薄膜堆積装置を
提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜堆積装置
は、複数の同心状段差部を有し、その最上段部分に半導
体ウエファを載置するためのサセプタと、前記サセプタ
を載架するためのボートと、上記サセプタ、半導体ウエ
ファおよびボートを収納するための反応管と、当該反応
管にガスを供給し、かつ強制排気するための手段とを含
む。
【0018】好ましくは、前記サセプタはSiコートさ
れたカーボンを主成分とする導電性素材で構成される。
【0019】
【作用】本発明のサセプタによって、1枚の半導体ウエ
ファの面内各部で均熱性が改善され、またRF電力エネ
ルギも均等密度で供給されるようになる。
【0020】SiCコートされたカーボンは、絶縁皮膜
を設けた良導電体であり、洗浄等の取扱い性にも優れて
いる。以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明
する。
【0021】
【実施例】図1は、本発明の実施例であるサセプタの形
状を示す図である。サセプタ3はカーボンとタールの混
合成型焼結体の表層にSiCを被覆した材質からなる。
【0022】サセプタ3はほぼ円形であり、その外周よ
り内側に向かって円心円状に数段の段差が設けられ、次
第に低くなっている。各段差に番号iを付し、その高さ
をDi,幅をWiとすると、Diは1〜1.5mm、W
iは20〜30mmに保つのが適当である。
【0023】段差数は、円形サセプタ3の直径にもよる
が、6インチウエファを対象とする場合、たとえばほぼ
6から8段、 Σ(i=1〜n)Di≒8mm とする。
【0024】但し、段差の幅および高さは実際に膜堆積
を行なって最適化するのが好ましい。サセプタ3の直径
は、載置する半導体ウエファの直径にほぼ合わせるのが
普通である。
【0025】従って、たとえば6インチウエファの場合
は155mm程度となる。サセプタ3の直径は、半導体
ウエファの直径より大きくても構わないが、小さいと堆
積膜の膜厚がウエファ外周部位で薄くなるので好ましく
ない。
【0026】引き上げ法で作られた結晶から切り出され
た半導体ウエファは、円形であるが、角形インゴットか
ら切り出された角形ウエファを処理する場合は、角形サ
セプタ(図示せず)を用いることもできる。この場合、
段差は外周形状、すなわち角形に合わせた形状で設けら
れる。この場合も段差は同心状に形成する。
【0027】半導体ウエファは、図1のサセプタ3の外
周部を含む最上段2、幅Wiの位置に裏面を密着させて
載置される。サセプタ3の段差は、表裏面同じ状態で設
けられており、裏面にも半導体ウエファを載置すること
ができる。
【0028】各段の深さは均一とするのが作製上好まし
いが、装置パラメータ等により円周方向の膜厚分布が生
じる時は同一段内で深さを変化させてもよい。図示した
サセプタ3においては、中央部(最も低い位置)の幅W
oの部分に貫通孔が設けられていないが、この部分を貫
通孔としてもよい。貫通孔を設けておくと、薄膜堆積前
の反応管内の真空排気過程で、サセプタ段差部分のガス
抜きが確実になる。また、排気後ガスを供給すると、載
置された半導体ウエファがサセプタの第1段目に引きつ
けられ、密着性がよくなるという利点がある。
【0029】図示したサセプタ3の段差部1の作用は、
主として半導体ウエファの当該部位の温度を低下させる
ことである。図3のデータから、サセプタ中の孔は堆積
速度を低下させることが明らかである。孔でなくてもサ
セプタとウエファが離れれば同様の効果が期待できる。
すなわち、半導体ウエファが当該部位においてサセプタ
3と密着していないと、サセプタ3からの熱伝導が抑制
され、またRF電力の投入密度が低下すると考えられ
る。
【0030】この効果は、サセプタとウエファの距離に
応じて変化すると考えられる。従って、成長速度抑制効
果は、段差が大きいほど、すなわち外周部から中心部の
段差へ向かうほど大きくなる。
【0031】全く段差のない平板状サセプタを用いた場
合、図3(B)に示すように、ウエファ上の成長速度は
中央部で最も高く、周辺部へいく程低下する。従って、
図1に示した段差サセプタ3は、その成長速度勾配を打
ち消すように設けられており、そのため堆積膜厚の平坦
化を図ることができる。
【0032】このような段差を持つサセプタは容易に機
械加工で作製することができる。段差は旋盤加工等の機
械加工でも形成できるがカーボンの型押しと同時に形成
してもよい。
【0033】図4に、図1のサセプタ3を用いた薄膜堆
積装置の構成を概略的に示す。図4(A)はボートの上
面図、図4(B)は全体の側面図である。図において、
一対のRF電極6は石英製ボート5上に設置されてい
る。PF電極6の材質は、たとえばサセプタ3と同じ導
電体である。
【0034】図示した例においては、サセプタ3の表裏
両面上にSiウエファ4が載置されている。反応管7
は、通常透明石英管で形成される。反応管7は、電気炉
9内に挿入されている。ここでは横型反応管を用いた
が、いわゆるバレル型反応管を用いることもできる。
【0035】Si酸化膜を堆積する場合は、たとえば、
反応ガスAとしてTEOSを、また反応ガスBとしてO
2 を用いる。TEOSとO2 の流量比は1:10とす
る。反応管7は真空ポンプによって強制排気しているの
で、内圧は約0.9Torrに保つ。電気炉9によって
6インチSiウエファ4の温度は310℃に保持する。
【0036】一対のRF電極6にRF電源から高周波の
電力を投入すると、隣接サセプタ間で酸素ガス放電が起
きる。この結果、TEOSは、プラズマ中で分解し、活
性化した酸素と反応してSiウエファ4上にSi酸化膜
を堆積させる。
【0037】反応ガスA、Bを適当に変えれば、上記し
たSi酸化膜以外にもSiNやSiを堆積することがで
きる。段差部1の形状、分布はウエファの大きさと厚み
によって最も適正なものを選択する。装置の特性によっ
ては、最上段を外周から少し内側に入った位置に形成し
てもよい。ウエファは外周部でのみサセプタと接するの
で不要な応力を受けることが少ない。
【0038】以上の実施例では、薄膜堆積装置をプラズ
マCVDに用いる場合について述べたが、これに限定さ
れるものではない。段差部によって温度分布を調整する
ことが可能なため、上述のサセプタは他の膜形成プロセ
スにも適用することができる。
【0039】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえ
ば、種々の改良、変更、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエファ上に堆積する薄膜の膜厚を面内で均一にする効
果がある。
【0041】この結果、当該薄膜を層間絶縁や機能領域
として用いるLSIの歩留まりおよび信頼性を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるサセプタの形状を示す図
である。
【図2】従来例のサセプタ(ボート載置)の斜視図であ
る。
【図3】従来のサセプタおよび参考例のサセプタを用い
て堆積した薄膜の面内膜厚分布データを示す概念図であ
る。図3(A)は、従来例のサセプタを用いたSiウエ
ファ上のSiO2 膜の膜厚分布、図3(B)は、参考例
のサセプタを用いたSiウエファ上のSi−N膜の膜厚
分布を示す。
【図4】本発明の実施例による薄膜堆積装置の構成を示
す概略図である。
【符号の説明】
1 段差 2 最上段 3 サセプタ 4 半導体ウエファ 5 ボート 6 RF電極 7 反応管 8 RF電力印加手段(RF電源) 9 電気炉 12 中央部貫通孔 13 サセプタ 15 ボート 18、19 RF電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の同心状段差部(2)を有し、その
    最上段部分に半導体ウエファ(4)を載置するためのサ
    セプタ(3)と、 前記サセプタ(3)を載架するためのボート(5)と、 上記サセプタ(3)、半導体ウエファ(4)およびボー
    ト(5)を収納するための反応管(7)と、 当該反応管(7)にガスを供給し、かつ強制排気するた
    めの手段とを含む薄膜堆積装置。
  2. 【請求項2】 前記サセプタはSiCコートされたカー
    ボンを主成分とする導電性素材で形成されている請求項
    1記載の薄膜堆積装置。
  3. 【請求項3】 複数の同心状段差部(2)を有し、その
    最上段部分に半導体ウエファ(4)を載置するためのサ
    セプタ。
JP16635892A 1992-06-24 1992-06-24 薄膜堆積装置 Withdrawn JPH0610140A (ja)

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