JPH06140343A - Cvd装置及びその装置を使用する成膜方法 - Google Patents

Cvd装置及びその装置を使用する成膜方法

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JPH06140343A JP29008092A JP29008092A JPH06140343A JP H06140343 A JPH06140343 A JP H06140343A JP 29008092 A JP29008092 A JP 29008092A JP 29008092 A JP29008092 A JP 29008092A JP H06140343 A JPH06140343 A JP H06140343A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】チャンバー側壁に吸着し易い原料ガスを用いて
膜厚が均一なCVD膜を形成することができる側壁加熱
型CVD装置及びその装置を使用する成膜方法を提供す
る。 【構成】反応室13内に配置された半導体基板を載置す
る支持台1と、上記支持台1を介して上記半導体基板2
を加熱するための加熱手段7と、上記半導体基板2上に
薄膜を形成するために用いる原料ガス5を供給するため
の原料ガス供給手段11とを有するCVD装置におい
て、上記反応室内壁に、該内壁近傍の温度を上記原料ガ
スの沸点以上で、且つ該原料ガスの分解温度以下の所定
温度に保持するための少なくとも加熱手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、側壁加熱型CVD装置
及びその装置を使用する成膜方法に係り、特に半導体装
置製造においてタングステン等の金属薄膜の形成に用い
る側壁加熱型減圧CVD装置及びその装置を使用する成
膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造の際に用いられる金属
薄膜等の成膜装置の役割は、半導体装置の高集積に伴
い、近年特に重要になってきている。原料をガスで供給
し、気相反応あるいは基板表面における化学反応によっ
て薄膜を堆積形成するCVD(Chemical Vapor Deposit
ion:化学気相成長)装置は、ULSI等の半導体装置
を製造する場合、不可欠な装置となっている。そのCV
D装置では、基板表面上の原料ガス濃度が均一であるこ
とが重要であり、その均一性の良否が堆積形成されるC
VD膜の材質の均一性あるいは膜厚の均一性等の分布に
大きな影響を与える。従って、CVD装置では反応時の
原料ガス濃度の均一性を向上させることが重要となって
いる。
【0003】図5は、通常用いられている枚葉式のコー
ルドウォール型LPCVDの模式図を示す。図に示すよ
うに、ヒーター6を下側に配するサセプター1上に載置
されたシリコン基板(ウェハ)2をチャンバー3内に配
し、チャンバー3の側壁には水冷管4が配置され、側壁
を冷却してコールドウォール3aとしている。
【0004】この側壁の冷却は、反応室としてのチャン
バー3内にガス導入口を介して導入される原料ガス5が
側壁近傍付近で反応しないようになされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなコールド
ウォール型のCVD装置では、タングステン(W)等の
薄膜を形成するために六弗化タングステン(WF6)等
沸点が低い原料ガスを用いる場合、WF6ガスは容易に
チャンバー側壁に吸着する。従って、その吸着によりチ
ェンバー内に供給された原料ガスのそれぞれの分圧が変
化してシリコン基板2上でWを形成するための反応速度
が変化し、その結果、形成W薄膜の均一性を損ねること
になる。また、チャンバー3の側壁に吸着されるガスの
吸着量は、ガス結合状態等によって変化するため、ウェ
ハロット間の均一性が悪くなる。
【0006】また上記吸着の問題を解決すべくチャンバ
ー側壁を加熱する場合、装置全体を加熱することにな
り、チャンバー3内を真空に保持するために必要な部品
であるOリングや装置をコントロールするための配線等
に障害を与える可能性がある。そのため、チャンバー側
壁を100℃程度以上に加熱することは好ましくない。
また装置が、設置されているクリーンルームの空調に大
きな負荷をかけることになり、実際には50℃前後の温
度が限界となる。従って、50℃以上の温度に側壁を保
持しておきたい場合のCVD装置において問題となって
いる。
【0007】そこで本発明は、チャンバー側壁に吸着し
易い原料ガスを用いて膜厚が均一なCVD膜を形成する
ことができる側壁加熱型CVD装置及びその装置を使用
する成膜方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、反応室内に配置された半導体基板を載置する支持台
と、前記支持台を介して前記半導体基板を加熱するため
の加熱手段と、前記半導体基板上に薄膜を形成するため
に用いる原料ガスを供給するための原料ガス供給手段と
を有するCVD装置において、前記反応室内壁に、該内
壁近傍の温度を前記原料ガスの沸点以上で、且つ該原料
ガスの分解温度以下の所定温度に保持するための少なく
とも加熱手段を設けたことを特徴とするCVD装置によ
って解決される。
【0009】また上記課題は本発明によれば、上記CV
D装置を用いて成膜する際に、前記原料ガスとして六弗
化タングステンを用い、且つ前記反応室内壁温度を45
℃以上に保持することを特徴とするCVD装置を使用す
る成膜方法によって解決される。
【0010】更に、上記課題は本発明によれば、上記C
VD装置を用いて成膜する際に、ブランケットタングス
テン膜を形成することを特徴とするCVD装置を使用す
る成膜方法によって解決される。
【0011】更に、上記課題は本発明によれば、上記C
VD装置を用いて成膜する際に、タングステンシリサイ
ド膜を形成することを特徴とするCVD装置を使用する
成膜方法によって解決される。
【0012】
【作用】本発明によれば、CVD装置の反応室内壁14
に、その内壁近傍の温度を原料ガスの沸点以上で且つそ
の原料ガスの分解温度以下の所定温度に保持するための
加熱手段16が設けられているため、チャンバー側壁1
0に原料ガス5が吸着するのを防止することができる。
そのため、所定量の原料ガスを有効にしかも安定して成
膜反応に使用することができ、成膜の均一性を向上させ
ることができる。
【0013】本発明のCVD装置は、特に吸着しやすい
原料ガス、例えば六弗化タングステンを使用するブラン
ケットタングステン,タングステンシリサイド等の成膜
に有効果に用いられる。
【0014】更に、本発明によれば反応室外壁15を冷
却することによって装置外部に対して温度上昇による不
具合を抑制することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
【0016】図1は、本発明に係る側壁加熱型CVD装
置を示す模式断面図である。図1に示すように、本発明
に係る側壁加熱型CVD装置は、後に図2で詳細に示す
内壁加熱、外側冷却の機能を有するチャンバー側壁10
を有する。このチャンバー側壁10を有する反応室とし
てのチャンバー13内には、従来装置と同様のサセプタ
ー1上にシリコン基板(ウェハ)2を載置し、そのサセ
プター1をIRランプ(赤外線ランプ)7により所定温
度に加熱し、シリコン基板2及びその近傍を反応温度に
保持するように構成されている。なお、シリコン基板2
はクランプ機構8でクランプされている。
【0017】チャンバー13室内には、原料ガス供給リ
ング11を介して原料ガス混合室12内で混合された原
料ガス5が真空排気ポンプ(図示せず)により送り込ま
れ、シリコン基板2上に反応生成物を堆積させる。
【0018】図2は、本発明に係るチャンバー側壁の一
実施例を示す模式図である。図2(a)に示すように、
チャンバー側壁10はAlからなり、チャンバーの内壁
14にニクロム線からなるヒーター16、外壁15に水
冷管17を設ける。水冷管17には、15〜20℃程度
の冷却水を流し、チャンバーの外側に対して内部の加熱
の影響を与えないように構成されている。また、チャン
バー側壁10のヒーター16と水冷管17の間には、ヒ
ーターの熱を外側へ逃がさぬようにアルミナ等の熱絶縁
層18を設けている。なお、本実施例のヒーター16の
間に図2(b)に示すように、水冷管20を設けて冷却
機能を内壁14に持たせ、内壁14の温度をより制御す
ることもできる。
【0019】上記CVD装置を用いてブランケットタン
グステン(以下BLK−W)を形成する一つの方法を説
明する。BLK−WのCVD膜の堆積形成条件を以下の
通りとした。
【0020】 反 応 温 度 :450℃ チャンバー内圧力 :10KPa 原 料 ガ ス 組 成 :WF6/H2=25/500scc
m 本実施例では、チャンバー内側のヒーター16を45℃
の温度まで加熱させ、一方、チャンバー外側の水冷管1
7には、20℃程度に保持された冷却水を流した。
【0021】図3及び図4は本実施例の如く、チャンバ
ーの内側温度を45℃とした場合、及び比較例として2
0℃とした場合のBLK−WCVD膜の特性結果を示
す。図3及び図4の横軸には、Run Numberとしてウェハ
の処理番号を示し、一方、縦軸はシート抵抗(最小値Mi
n,平均Ave,最大値Max)を示した。シート抵抗は抵抗率
を一定と仮定した場合、W薄膜の膜厚に反比例するもの
であり、図示されたシート抵抗値の分布の傾向はそのま
ま膜厚分布の傾向を示している。
【0022】チャンバー側壁温度を20℃にした場合
は、図4に示すように、10Sで15%もシート抵抗が
上昇しているのに対して、チャンバー側壁温度を45℃
にした場合は、図3に示すように、わずか3%の上昇だ
けであった。また、20℃の場合はウェハ面内の膜厚分
布も悪化しているのがわかる。従って、本発明装置を用
いれば、ウェハロット間の膜厚分布の低下を抑えること
ができる。
【0023】次に、上記図1,2に示したCVD装置を
用いてWSi−CVD膜形成を行った実施例を示す。本
実施例は、下記条件で行った。
【0024】 反 応 温 度 :400℃ チャンバー内圧力 :100Pa 原 料 ガ ス 組 成 :WF6/SiH4/Ar=3/35
0/500sccm チャンバー内壁温度は、50℃に一定に保持させる。こ
の方法により、得られたWSi膜の膜厚分布は、上記4
5℃の場合と同様、3%以内に抑えることができた。W
Si−CVD膜の成膜工程では、上記形成条件にも示し
たように、吸着性の高いWF6ガスを少流量で使用する
ため、本装置の利用効果は大である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればC
VD膜を基板に堆積形成する際に、吸着し易い原料ガス
が反応室の側壁内に吸着せず、安定してCVD膜形成が
なされるため、それぞれの半導体基板に堆積形成される
タングステン等の金属薄膜がそれぞれの基板一枚では勿
論、各ロット間でも均質でしかも膜厚もより均一にな
る。
【0026】また、原料ガスの反応室側壁への吸着防止
がなされるため、原料ガスを有効に成膜反応に使用する
ことができる。
【0027】更にまた、本発明のCVD装置では、反応
室の外壁を10〜20℃程度に冷却しているため、CV
D装置の外部の配線や空調等の設備に悪影響を及ぼすこ
となく、反応室の内壁を高温に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る側壁加熱型減圧CVD装置を示す
模式断面図である。
【図2】本発明に係るチャンバー側壁の構造を示す模式
断面図である。
【図3】チャンバー内壁温度を45℃にした場合の本発
明に係るブランケットタングステンCVD膜の特性結果
を示す図である。
【図4】チャンバー内壁温度を20℃にした場合の本発
明に係るブランケットタングステンCVD膜の特性結果
を示す図である。
【図5】従来のコールドウォール(側壁冷却)型減圧C
VD装置である。
【符号の説明】
1 サセプタ 2 シリコン基板(ウェハ) 3 チャンバー(反応室) 4 水冷管 5 原料ガス 6,7 ヒーター 8 クランプ機構 10 チャンバー側壁 11 原料ガス供給リング 12 原料ガス混合室 13 チャンバー(反応室) 16 ヒーター 17,20 水冷管 18 熱絶縁層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応室内に配置された半導体基板を載置
    する支持台と、前記支持台を介して前記半導体基板を加
    熱するための加熱手段と、前記半導体基板上に薄膜を形
    成するために用いる原料ガスを供給するための原料ガス
    供給手段とを有するCVD装置において、 前記反応室内壁に、該内壁近傍の温度を前記原料ガスの
    沸点以上で、且つ該原料ガスの分解温度以下の所定温度
    に保持するための少なくとも加熱手段を設けたことを特
    徴とするCVD装置。
  2. 【請求項2】 前記反応室側壁の外側壁に冷却手段を設
    け、該反応室側壁の内壁に加熱手段を設けたことを特徴
    とする請求項1記載のCVD装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のCVD装置を用いて成
    膜する際に、前記原料ガスとして六弗化タングステンを
    用い、且つ前記反応室内壁温度を45℃以上に保持する
    ことを特徴とするCVD装置を使用する成膜方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のCVD装置を用いて成
    膜する際に、ブランケットタングステン膜を形成するこ
    とを特徴とするCVD装置を使用する成膜方法。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のCVD装置を用いて成
    膜する際に、タングステンシリサイド膜を形成すること
    を特徴とするCVD装置を使用する成膜方法。
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