JPH07249580A - 薄膜製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造工程においてウエハ上に薄膜を形
成する際にウエハを安定に保持すると共に熱伝導により
ウエハの温度を均一に保ちつつ、薄膜を形成する薄膜製
造装置に関し、ウエハの温度を均一に保持しウエハの位
置によらず均一な特性の薄膜が得られる薄膜製造装置を
提供することを目的とする。 【構成】 加熱装置により加熱されるサセプタ２上にウ
エハ１を保持するための保持部５を形成し、保持部５に
円盤状のリング状部材３を係合させ、リング状部材３の
内周部にウエハ１を係合させ、サセプタ２にウエハ１を
保持することによりウエハ１の側端部をリング状部材３
を介して保持部５の内側面に対向させ、サセプタ２の加
熱時のウエハ１の周縁部分での温度上昇を抑制し、ウエ
ハ１の温度を全体で均一なものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に係り、
特に、半導体製造工程において、ウエハ上に薄膜を形成
する際にウエハを安定に保持すると共に熱伝導によりウ
エハの温度を均一に保ちつつ、薄膜を形成する薄膜製造
装置に関する。

【０００２】近年、半導体装置の低コスト化の要求に伴
い一枚のウエハからのデバイスの収率の向上が望まれて
いる。

【０００３】一枚のウエハからのデバイスの収率を向上
させるための一つの要因としてウエハ上への薄膜の均一
な形成が上げられる。ウエハ上に均一な薄膜を形成する
ためには成膜時にウエハの温度を均一に保持する必要が
あり、ウエハの温度を均一にする手法として加熱領域の
細分化や基板の自公転が用いられている。

【０００４】

【従来の技術】図１１に従来の一例の構成図を示す。

【０００５】図１１は量産性が優れるため広く使われて
いるバレル型炉の基板加熱部分の概略図を示す。従来
は、カーボン製のウエハ保持機構兼熱伝導媒体（以下サ
セプタ）７１にウエハ１の厚みとほぼ同じ深さのポケッ
ト７２を形成し、そこにウエハ１を立てかける様になっ
ている。サセプタ７１は、裏面から赤外線ランプ７３
で、もしくは外部からの高周波誘導で加熱され、そこか
らの熱伝導によってウエハ１が暖められ、暖められたウ
エハ１上に原料ガスを供給することによりウエハ１の熱
により原料ガスを分解し、ウエハ１上に堆積させること
によりウエハ１上に薄膜を形成していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のこの
種の薄膜製造装置では、サセプタ７１に形成されたポケ
ット７２にウエハ１を保持し、サセプタ７１を加熱し、
サセプタ７１を介してウエハ１を昇温した場合、ウエハ
１周辺部分は裏面から熱が供給されるだけではなく側面
からも供給され、結果として、サセプタ７１の温度は均
一にも拘らず、ウエハ温度は周辺で上昇してしまう。そ
のためウエハ１周辺での不純物取込み効率が上がり、閾
値等、実際にデバイスを作製したときにばらつきを生
じ、この傾向は周囲に接触する度合いの激しい、バレル
型炉で顕著である。図１２にウエハの位置に応じたデバ
イスの閾値の特性図を示す。図１２に示すように、ウエ
ハの両端及び中心部で閾値が大きくなり、Ｗ型の特性と
なってしまい、ウエハの場所によって異なる特性とな
り、特にウエハ周囲では特性の変動が大きく、製品とし
て用いることができず、ウエハからのデバイスの収率が
低い等の問題点があった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、ウエハの温度を均一に保持し、ウエハの位置によら
ず均一な特性の薄膜が得られる薄膜製造装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１はウエ
ハを保持部材２に保持し、該保持部材を加熱することに
より、該ウエハ１を加熱しつつ、該ウエハ１上に薄膜を
形成する薄膜製造装置において、前記保持部材２の前記
ウエハ１周縁部に設けられ、前記保持部材２の前記ウエ
ハ１周縁部の温度を低下させる温度制御手段３を有して
なる。。

【０００９】請求項２は前記温度制御手段３が前記保持
部材２とは別体に設けられ、前記ウエハ１の周縁部を包
囲するリング状の部材であることを特徴とする。

【００１０】請求項３は前記リング状の部材が前記保持
部材２の熱伝導率以下の熱伝導率の材料より構成される
ことを特徴とする。

【００１１】請求項４は前記温度制御手段３は前記保持
部材２の前記ウエハ１周縁部に形成された凹部であるこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１によれば、ウエハ周縁部に温度制御手
段を設けることによりウエハ周縁部の温度を低下させる
ことができるため、ウエハ全体の温度を全体で略均一に
することができる。このため、ウエハ全体を同一の条件
とすることができ、ウエハ全体に均一な膜を形成するこ
とができる。

【００１３】請求項２によれば、ウエハ周縁部にリング
状の部材を保持部材とは別体に設けることにより、保持
部材の熱がウエハ端部に直接伝導しないため、ウエハ周
囲の温度上昇を抑止でき、請求項１と同様な作用を得る
ことができる。

【００１４】また、請求項２によれは、ＣＶＤ等で薄膜
形成を行った場合リング状部材は保持部材とは別体であ
るため、保持部材の温度より低く、リング状部材により
原料ガスがウエハ以外の場所で分解・堆積する量を減少
させることができるため、ウエハへの成膜速度を向上さ
せることができる。

【００１５】請求項３によれば、リング状部材を保持部
材を構成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材料
で構成することにより保持部材からリング状部材へ伝導
される熱を少なくできるため、ウエハ周縁部温度をさら
に低下でき、したがって、さらに効果的にウエハ周縁部
の温度上昇を抑止できることになる。

【００１６】請求項４によれば、保持部材のウエハ周縁
部に接する部分に凹部を形成することにより保持部材か
らウエハの周縁部に伝導する熱を減少させることがで
き、従って、請求項１と同様な作用を奏する。

【００１７】

【実施例】図１に本発明の第１実施例の構成図を示す。
本実施例はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いた半導体薄膜製造装置を示
す。同図中、１はウエハを示し、ウエハ１は例えば、Ｇ
ａＡｓ等の化合物半導体よりなり、保持部材であるサセ
プタ２にリング状部材３に包囲されつつ保持されてい
る。

【００１８】サセプタ２は上底面に貫通用略多角錐台状
をなし、その側面の各面４にウエハ１を保持する保持部
５が形成され、面の数だけウエハ１を保持する構成とさ
れている。

【００１９】サセプタ２はチェンバ６内に設けられ、頭
部が半球状に成形された円錐状の保持台７に係合し、保
持される。外部の高周波誘導装置もしくは内部の赤外線
ランプ等の加熱装置（図示せず）により、サセプタ２は
加熱される。サセプタ２に保持されたウエハ１は熱伝動
により加熱される。

【００２０】チェンバ６内には上方から下方に向けて原
料ガスが流れており、原料ガスは保持台７の頭部で整流
され、サセプタ２の外周側面にそって流れ、ウエハ１の
表面に供給される。このとき、ウエハ１は加熱されてお
り、原料ガスはウエハ１の熱により分解され、ウエハ１
上に堆積する。

【００２１】また、このとき、保持台７は内部又は下部
に設けられた駆動装置８により回転され、原料ガスが均
一にウエハ１上に供給されるように構成されている。

【００２２】図２に本発明の一実施例のサセプタ２の要
部の構成図を示す。サセプタ２は熱伝導率の良好な材
料、例えば、カーボンより構成され、保持部５が一体に
形成されている。

【００２３】保持部５は略ウエハ１の厚さ分だけサセプ
タ２の表面を凹状に形成してなる。保持部５の外形は円
形で、その半径はウエハ１の半径にリング状部材３の幅
を加えた値に設定されている。例えば、ウエハ１の半径
を５cmとした場合、リング状部材３の幅は1.5 cm程度に
設定され、保持部５の半径は6.5 cmとされる。

【００２４】リング状部材３はサセプタ２とは別体でサ
セプタ２と同じ材料のカーボン等で構成され、ドーナツ
状に形成されている。リング状部材３の厚さはウエハ１
の厚さと略同じ形成とされており、内周はウエハ１の外
周に略等しく、かつ、外周はサセプタ２の保持部５の形
状と略等しく形成されている。

【００２５】このため、サセプタ２の保持部２にはリン
グ状部材３が保持され、リング状部材３の内周部分にウ
エハ１が保持されることになり、ウエハ１の側端部１ａ
はリング状部材３を介して保持部５の内側面に対向する
ことになる。

【００２６】このようにウエハ１の側端部１ａがサセプ
タ２に直接接触したり対向したりすることがなくなり、
ウエハ１の側端部１ａへの熱伝導が低減することにより
ウエハ１の外周部での温度上昇を抑制できる。この外周
部での温度上昇抑制によりウエハ１の温度を全面に均一
にすることができる。

【００２７】図３に本発明の第１実施例の温度分布特性
図を示す。同図中、実線は本実施例のサセプタ２による
ウエハの温度分布、点線は従来のサセプタによるウエハ
の温度分布を示す。

【００２８】図３に示すように本実施例によれば、従来
に比べてウエハ１の外周部分での温度上昇を抑制でき
る。このため、ウエハ１の外周部分で形成される薄膜と
ウエハ１の内周部分で形成される薄膜との形成条件を均
一にできるため、ウエハ１の外周部分に形成されるデバ
イスと内周部に形成されるデバイスとに特性の差が生じ
にくくなるため、ウエハ１からのデバイスの収率を向上
させることができる。

【００２９】また、本実施例によれば、リング状部材３
により、サセプタ２の表面の一部の温度を低下させるこ
とができるため、リング状部材３の部分では原料ガスの
分解・堆積が生じにくく、原料ガスの減少が少なく、原
料ガスをウエハ１表面に効率的に供給できるため、ウエ
ハ１の成膜速度を向上させることができる。この成膜速
度の向上により成膜時間を短縮できるため、使用エネル
ギー及び供給原料ガス量の消費を低減でき、従って、デ
バイスのコストを効率的に低減できる。

【００３０】なお、本実施例ではリング状部材３をサセ
プタ２と同じ材料のカーボンにより構成したが、カーボ
ン（熱伝導率0.3 〜0.4 ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｋ）よ
り熱伝導率の低いシリコンカーバイド（ＳｉＣ：Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ熱伝導率0.16ｃａｌ／ｃｍ・
ｓｅｃ・ｋ）で構成することにより図３に一点鎖線で示
すように外周温度を効率的に低下できる。

【００３１】また、リング状部材３をシリコンカーバイ
ドより熱伝導率の小さいガラス状炭素（熱伝導率１×１
０^-2ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｋ）で構成することにより
図３に二点鎖線で示すようにさらに効果的に外周温度を
低下できる。

【００３２】さらに、リング状部材３をガラス状炭素よ
り熱伝導率の小さいＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｂｏ
ｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）（熱伝導率４×１０^-3ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・ｋ）で構成すれば、略均一の温度分布
が得られる。

【００３３】図４に本発明の第２実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００３４】本実施例のサセプタ１２はウエハ１をリン
グ状部材１３により外周を包囲しつつ保持する構成で、
第１実施例のサセプタ２と同様に上底面方向が貫通した
略多角錐台状をなし、その各側面１４にウエハ１を保持
する保持部１５が形成されている。

【００３５】図５に本発明の第２実施例のサセプタ１２
の要部の構成図を示す。

【００３６】本実施例はリング状部材１３の形状に特徴
があり、リング状部材１３は厚さ２mm程度に成形され、
ウエハ１の厚さより厚く構成されている。

【００３７】また、リング状部材１３の厚さが厚くなっ
たのに伴い、保持部１５の外周部分にリング状部材１３
の厚さに対応した深さ（約２mm）を有するリング状部材
収納部１５ａを形成し、ウエハ１の表面とリング状部材
１３の表面とが略一致するように構成してなる。

【００３８】さらに、リング状部材１３の内周上端にＶ
字溝１３ａを形成し、ウエハ１の脱落を防止している。

【００３９】本実施例によれば、第１実施例と同様にリ
ング状部材１３によりウエハ１の外周部での温度上昇を
抑止できるため、ウエハ１全体で略均一な温度分布が得
られ、第１実施例と同様な効果を奏する。

【００４０】図６に本発明の第３実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００４１】本実施例のサセプタ２２はカーボンよりな
り上底面に貫通した略多角錐台状をなし、その側面２４
にウエハ１を保持する保持部２５が形成されている。

【００４２】保持部２５はウエハ１の外径と略同一の内
径で、ウエハの厚さと略同一の深さを有する。保持部２
５の内側面には温度制御手段となる１２ケ所に外周方向
にくぼんだ凹部２３が形成されている。

【００４３】図７に本発明の第３実施例の要部の構成図
を示す。図７に示すように、保持部２５の内側面には外
径方向に長さ４mm，幅３mmの凹部２３が内周にわたって
均等に１２ケ所に形成されている。

【００４４】この凹部２３によりサセプタ２２とウエハ
１側端部との接触面積を低減できるため、ウエハ１の側
端部にサセプタ２２から伝導される熱を抑制できるた
め、ウエハ１の外周部でのウエハ１の温度上昇を抑制で
き、ウエハ１全体で略均一な温度分布が得られる。

【００４５】なお、上記第１乃至第３実施例では多角錐
台状のサセプタの側面にウエハを保持し、サセプタを介
してウエハを加熱し、上部より供給される原料ガスをウ
エハの熱により分解し、ウエハ上に堆積させるいわゆる
バレル型のＣＶＤ装置について説明したが、これに限る
ことはなく、例えば、図８に示すように、Ｘ方向に延び
たチェンバ４１内にウエハ１が水平に保持されたサセプ
タ４２を収容し、サセプタ４２を介してウエハ１を加熱
し、チェンバ４１内に水平方向（Ｘ方向）に原料ガスを
流し、ウエハ上で原料ガスを分解・堆積させるいわゆる
横型のＣＶＤ装置のサセプタ４２へのウエハ１の保持
に、上記第１乃至第３実施例で説明した保持方法を用い
てもウエハ１の温度を均一にできるため、第１乃至第３
実施例と同様な効果が得られる。

【００４６】また、図９に示すようにＹ方向に延びたチ
ェンバ５１内にウエハ１が水平に保持され、駆動装置５
２により回転するサセプタ５３を収容し、サセプタ５３
を介してウエハ１を加熱し、チェンバ５１内に垂直方向
（Ｙ方向）に原料ガスを流す、いわゆる縦型のＣＶＤ装
置にも同様に適用でき、同様な効果を奏する。

【００４７】さらに図１０に示すように水平に設置さ
れ、駆動装置６１により回転する円盤状のサセプタ６２
上に円周状に複数のウエハ１を保持し、サセプタ６２を
加熱し、チェンバ６３内に原料ガスを流すことによりウ
エハ１上で原料ガスを分解・堆積させる、いわゆるプラ
ネット型のＣＶＤ装置にも同様に適用でき、同様な効果
を奏する。

【００４８】なお、上記実施例及び適用例ではＣＶＤ装
置について説明しているが、これに限ることはなく、ウ
エハの温度を均一に保ちつつ成膜を行なう装置であれば
適用できる。

【００４９】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１乃至４に
よれば、ウエハの端部からの熱伝導を抑止できるため、
ウエハ周辺での温度上昇を防止でき、ウエハを均一な温
度に保持でき、したがって、ウエハ上の位置によらず、
温度条件を同一とでき、ウエハ上に薄膜を均一に形成で
き、ウエハ上に形成されるデバイスの特性を全体にわた
って均一にできるのでウエハからのデバイスの収率を向
上させることができる等の特長を有する。

【００５０】また、請求項２によれば、上記効果に加
え、ウエハ周縁部に設けられるリング状部材の温度も低
下することから、ＣＶＤ等による成膜時にリング状部材
での原料ガスの分解・堆積がなくなり、原料ガスのウエ
ハ上への分解・堆積量が増加するため、ウエハ上への成
膜速度を向上させ得、これに伴い、成膜時間を短縮で
き、成膜に伴うエネルギー及び原料ガス消費を低減で
き、したがってデバイスのコストを低減できる等の特長
を有する。

【００５１】請求項３によれば、リング状部材を熱伝導
率の低い材料で構成することによりウエハ周縁部分の温
度上昇を効果的に抑止できる等の特長を有する。

【００５２】請求項４によれば、保持部材のウエハ周縁
部分に凹部を形成するだけでウエハ周縁部の温度上昇を
抑止できるため、保持部材の構成が簡単で、容易に実現
し得る等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の要部の構成図である。

【図３】本発明の第１実施例のウエハの温度分布特性図
である。

【図４】本発明の第２実施例の構成図である。

【図５】本発明の第２実施例の要部の構成図である。

【図６】本発明の第３実施例の構成図である。

【図７】本発明の第３実施例の要部の構成図である。

【図８】本発明の他の適用例の構成図である。

【図９】本発明の他の適用例の構成図である。

【図１０】本発明の他の適用例の構成図である。

【図１１】従来の一例の構成図である。

【図１２】従来の一例により形成された薄膜の閾値特性
図である。

【符号の説明】

１ ウエハ ２，１２，２２ サセプタ ３，１３ リング状部材 ４，１４，２４ サセプタ側面 ５，１５，２５ 保持部 ６ チェンバ ７ 保持台 ２３ 凹部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ（１）を保持部材（２）に保持
   し、該保持部材（２）を加熱することにより、該ウエハ
   （１）を加熱しつつ、該ウエハ（１）上に薄膜を形成す
   る薄膜製造装置において、 前記保持部材（２）の前記ウエハ（１）周縁部に設けら
   れ、前記保持部材（２）の前記ウエハ（１）周縁部の温
   度を低下させる温度制御手段（３）を有することを特徴
   とする薄膜製造装置。
2. 【請求項２】 前記温度制御手段（３）は前記保持部材
   （２）とは別体に設けられ、前記ウエハ（１）の周縁部
   を包囲するリング状の部材（３）であることを特徴とす
   る請求項１記載の薄膜製造装置。
3. 【請求項３】 前記リング状の部材（３）は前記保持部
   材（２）の熱伝導率以下の熱伝導率の材料より構成され
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜製造装
   置。
4. 【請求項４】 前記温度制御手段（３）は前記保持部材
   （２）の前記ウエハ（１）周縁部に形成された凹部（２
   ３）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   一項記載の薄膜製造装置。