JPH08148480A - 半導体製造装置およびこれによる半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ外周部の温度低下を抑えることによ
り、ウエハ外周部の膜厚低下のない、膜厚均一性に優れ
た薄膜を形成する半導体製造装置を提供することを目的
とする。 【構成】 反応室Ａ内において、半導体ウエハ１を上側
のヒータ１３０ａにより真空チャック本体１２０ａを介
して加熱すると共に、下側のヒータ１３０ｂにより下側
のサセプタ１２０ｂを介して下方からも加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反応室内において加
熱された半導体ウエハの表面に、反応ガスを用いて熱化
学反応により薄膜を形成する半導体製造装置およびこれ
による製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は例えば特開平３−２８７７７０号
公報に示される従来の半導体製造装置の構成を示す断面
図である。

【０００３】図４において、１０は半導体ウエハ表面に
窒化膜等の薄膜を形成する半導体制御装置であり、１１
は反応室Ａを形成する容器、１２は反応室内で半導体ウ
エハ１(以下ウエハとする)を吸着して固定する、サセプ
タ兼用の真空チャック本体、１３はウエハ１を加熱する
加熱源であるヒータである。

【０００４】サセプタとは、ヒータ１３からの熱を均一
にウエハ１に伝えるためのもので、例えば熱伝導の良い
セラミック製の厚みのある板等からなる。またヒータ１
３は、水平断面図がウエハ１と同様に円形のもので、例
えばこの円の中心を中心とする渦巻き状の熱線(図示せ
ず)を設けたものである。

【０００５】１４は外部から容器１１内に複数の反応ガ
ス２１ａ、２１ｂと希釈ガス２２を供給するガス供給
路、１５はこれらのガスを反応が行われる反応空間１６
に供給するガスノズル、そして、１７は反応室Ａ内の反
応後の排気ガス２３を排気するガス排気路である。

【０００６】次に動作について説明する。このような構
成においてウエハ１表面に薄膜(図示せず)を形成するに
は、まず、搬送装置(図示せず)によってウエハ１を搬送
し、真空チャック本体１２に載置する。次に、真空チャ
ック本体１２に開口している真空引き孔(図示せず)から
真空排気を行いウエハ１を吸着する。

【０００７】そしてガスノズル１５から反応ガス２１
ａ、２１ｂおよび希釈ガス２２を反応空間１６に供給す
る。この時、ウエハ１はヒータ１３によって真空チャッ
ク本体１２を介して加熱されているため、反応ガス２１
ａ、２１ｂはウエハ１上で熱化学反応を起こし、ウエハ
１上に薄膜が形成される。

【０００８】その後、ウエハ１は真空チャック本体１２
の真空引き孔から、ガスを噴射することによって搬送装
置に落とされ、これに載せて搬出される。

【０００９】なお、上述の製造工程において、ウエハ１
は高温、例えば６００℃から８００℃の高温に加熱する
必要がある。また、反応生成膜の膜質や成長速度はウエ
ハ１の温度に依存するものであり、反応生成膜の膜質お
よび膜厚を均一に形成するためには、ウエハ１を所定の
温度で均一に加熱する必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体製造装置
は以上のように構成されているので、ウエハの厚み方向
からの放熱、および反応室内でのウエハ周辺の構成部材
の低温部に向けての輻射による放熱により、ウエハの外
周部の温度が低下し、ウエハ外周部の膜厚が低下すると
いう問題点があった。また、ウエハに対向するガスノズ
ルの温度は、サセプタからの熱を受けてその中央部は高
くなり、周辺にいくほど低くなる。ウエハからの輻射に
よる放熱からウエハ面上の温度分布も同様にウエハ外周
部において低くなるという問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ウエハを均一に加熱し、特に枚
葉式減圧ＣＶＤ装置の場合に、膜厚均一性に優れた薄膜
を形成することのできる半導体製造装置およびこれによ
る半導体製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明の第１の発明は、反応室内において加熱された半導
体ウエハの表面に、反応ガスを用いて熱化学反応により
薄膜を形成する半導体製造装置において、上記半導体ウ
エハをおもて面側と裏面側からそれぞれ加熱するウエハ
加熱手段を設けたことを特徴とする半導体製造装置にあ
る。

【００１３】この発明の第２の発明は、上記ウエハ加熱
手段が、第１および第２のヒータを含み、さらにこれら
の第１および第２のヒータの上記半導体ウエハ側の面に
それぞれ均熱部材を設けたことを特徴とする請求項１の
半導体製造装置にある。

【００１４】この発明の第３の発明は、上記ウエハ加熱
手段の第１のヒータが上記反応室内の上側に設けられ、
第２のヒータが反応室の下側に設けられ、第１のヒータ
側の上記均熱部材が上記半導体ウエハをフェースダウン
の状態で固定するウエハ固定手段を設けていることを特
徴とする請求項２の半導体製造装置にある。

【００１５】この発明の第４の発明は、上記ウエハ加熱
手段の第１のヒータが上記反応室内の上側に設けられ、
第２のヒータが反応室の下側に設けられ、第２のヒータ
側の上記均熱部材上に上記半導体ウエハをフェースアッ
プの状態で載置したことを特徴とする請求項２の半導体
製造装置にある。

【００１６】この発明の第５の発明は、上記ウエハ加熱
手段が、第１および第２のヒータを含み、上記半導体ウ
エハを上記第１および第２のヒータのほぼ中間に支持す
るウエハ支持手段をさらに備えたことを特徴とする請求
項１に記載の半導体製造装置にある。

【００１７】この発明の第６の発明は、反応室内におい
て加熱された半導体ウエハの表面に、反応ガスを用いて
熱化学反応により薄膜を形成する半導体製造方法におい
て、上記半導体ウエハをおもて面側と裏面側からそれぞ
れ加熱して上記薄膜を形成することを特徴とする半導体
製造方法にある。

【００１８】この発明の第７の発明は、上記半導体ウエ
ハをおもて面側と裏面側から同じ温度で加熱して上記薄
膜を形成することを特徴とする請求項６の半導体製造方
法にある。

【００１９】

【作用】この発明の第１の発明では、ウエハのおもて面
側と裏面側(上側と下側)にヒータをも設け、ウエハを両
側から加熱する。

【００２０】この発明の第２の発明では、さらに各ヒー
タのウエハ側の面に均熱部材を設ける。

【００２１】この発明の第３の発明では、第２の発明に
おいて、上側のヒータにウエハ固定手段を設けて、ウエ
ハをこの上側のヒータ側にフェースダウンの状態で固定
する。

【００２２】この発明の第４の発明では、第２の発明に
おいて、下側のヒータ側にウエハをフェースダウンの状
態で載置する。

【００２３】この発明の第５の発明では、ウエハのおも
て面側と裏面側(上側と下側)にヒータを設け、かつウエ
ハ支持手段によりこれらのヒータのほぼ中間にウエハを
支持して両側から加熱する。

【００２４】この発明の第６の発明では、第１の発明と
同様にウエハをおもて面側と裏面側の両側から加熱す
る。

【００２５】この発明の第７の発明では、第６の発明に
おいて、ウエハをおもて面側と裏面側の両側から同じ温
度で加熱する。

【００２６】

【実施例】以下、この発明の各実施例について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の一実施例による半導体製造
装置の構成を示す断面図である。図１において、１０ａ
は半導体ウエハ表面に窒化膜等の薄膜を形成するこの発
明の半導体制御装置であり、１１は反応室Ａを形成する
容器、１２０ａは反応室内でウエハ１を吸着して固定す
る、上側のサセプタ兼用の真空チャック本体、１２０ｂ
は下側サセプタ、１３０ａはウエハ１を加熱する加熱源
である上側のヒータ、１３０ｂは下側のヒータである。

【００２７】ヒータ１３０ａ、１３０ｂからの熱を均一
に伝えるためのサセプタ１２０ｂおよびサセプタ兼用の
真空チャック本体１２０ａは、例えば熱伝導の良いセラ
ミック製の厚みのある板からなる。真空チャック本体１
２０ａはこれに真空引き穴(図示せず)が設けられてい
る。また、ヒータ１３０ａ、１３０ｂは、水平断面図が
ウエハ１と同様に円形のもので、例えばこの円の中心を
中心とする渦巻き状の熱線(図示せず)を設けたものであ
る。

【００２８】１４は外部から容器１１内に複数の反応ガ
ス２１ａ、２１ｂと希釈ガス２２を供給するガス供給
路、１５はこれらのガスを反応が行われる反応空間１６
に供給するガスノズル、そして、１７は反応室Ａ内の反
応後の排気ガス２３を排気するガス排気路である。

【００２９】なお、上側のヒータ１３０ａおよび下側の
ヒータ１３０ｂはウエハ加熱手段を構成し、さらに上側
のヒータ１３０ａが第１のヒータ、下側のヒータ１３０
ｂが第２のヒータを構成する。また、真空チャック本体
１２０ａはウエハ固定手段を構成すると共に、下側のサ
セプタ１２０ｂと同様に均熱部材も構成する。

【００３０】次に動作について説明する。このような構
成において薄膜を形成するには、ウエハ１はまず、搬送
装置(図示せず)によって、真空チャック本体(上側サセ
プタ兼用)１２０ａの下方にフェースダウンの状態(薄膜
を形成する面を下に向けた状態)で搬送される。次に、
真空チャック本体１２０ａに開口している真空引き孔か
ら真空排気を行い、ウエハ１は真空チャック本体１２０
ａの下面に吸着される。

【００３１】また、ガスノズル１５から反応ガス２１
ａ、２１ｂおよび希釈ガス２２を反応空間１６に供給す
る。この時、上側のヒータ１３０ａにより真空チャック
本体１２０ａを介してウエハ１が加熱されると共に、下
側のヒータ１３０ｂにより下側のサセプタ１２０ｂを介
し、下方からもウエハ１が加熱される。

【００３２】これにより、反応ガス２１ａ、２１ｂはウ
エハ１上で熱化学反応を起こし、ウエハ１上に薄膜(図
示せず)が形成される。この後、ウエハ１は真空チャッ
ク本体１２０ａの真空引き孔から、ガスを噴射すること
により搬送装置に落とされ、これに載せて搬出される。

【００３３】ウエハ１の加熱温度は従来と同じく６００
℃から８００℃である。この温度範囲では、熱輻射によ
り、ウエハに対向する面の温度分布が、ウエハ１の表面
温度分布に及ぼす影響が出てくる。このため、下側のサ
セプタ１２０ｂの温度が上側のサセプタである真空チャ
ック本体１２０ａとほぼ同一温度になるようにヒータ１
３０ａ、１３０ｂの加熱温度を制御することにより、こ
の影響を最小に抑えることができる。従って、ウエハ１
の外周部の温度低下を抑えることがで、ウエハ１の表面
に、より均一な膜厚の薄膜(図示せず)を形成することが
できる。

【００３４】実施例２．図２はこの発明の他の実施例に
よる半導体製造装置の一部を示す図であり、この実施例
の半導体製造装置内の反応空間１６付近(図１参照)の構
造を示す。図において、１はウエハ、１２０ａは上側の
サセプタ、１３０ａは上側のヒータ、１２０ｂは下側の
サセプタ、１３０ｂは下側のヒータである。そしてこの
実施例では、ウエハ１は下側のサセプタ１２０ｂ上に載
置される。他の部分は基本的に図１に示す実施例と同様
である。

【００３５】このように構成された半導体製造装置で
は、ウエハ１はフェースアップの状態(薄膜を形成する
面を上に向けた状態)で下側のサセプタ１２０ｂに載置
される。そしてウエハ１は、下側のヒータ１３０ｂによ
り下側のサセプタ１２０ｂを介して加熱されると共に、
上側のヒータ１３０ａにより上側のサセプタ１２１ａを
介して上方からも加熱される。

【００３６】これにより、実施例１と同様にウエハ１の
表面に、より均一な薄膜を形成することができると共
に、真空チャックが不要なため、装置の簡素化およびコ
スト削減を行うことができる。

【００３７】実施例３．図３はこの発明のさらに別の実
施例による半導体製造装置の一部を示す図であり、この
実施例の半導体製造装置内の反応空間１６付近(図１参
照)の構造を示す。図において、１はウエハ、１３０ａ
は上側のヒータ、１３０ｂは下側のヒータ、そして１８
は、ウエハ１をヒータ１３０ａ、１３０ｂのほぼ中間に
支持するウエハ支持機構である。他の部分は基本的に図
１に示す実施例と同様である。

【００３８】なお、ウエハ支持機構１８がウエハ支持手
段を構成する。

【００３９】このように構成された半導体製造装置で
は、ウエハ１はフェースアップの状態(薄膜を形成する
面を上に向けた状態)およびフェースダウンの状態(薄膜
を形成する面を下に向けた状態)のいずれか所望の状態
で、ウエハ支持機構１８により支持される。そして、ウ
エハ１は、ヒータ１３０ａおよびヒータ１３０ｂによ
り、上下両方から加熱される。

【００４０】これにより、実施例１と同様にウエハ１の
表面に、より均一な薄膜を形成することができると共
に、真空チャックおよびサセプタが不要なため、装置の
簡素化およびコストを抑えることができる。また、ウエ
ハ支持機構１８を設けたことにより、ウエハ１をフェー
スアップの状態に載置するかフェースダウンの状態に載
置するか、選択することができる。

【００４１】また、この発明は、枚葉式減圧ＣＶＤ装置
への適用が最も有効であるが、その他の薄膜形成、加工
等の半導体製造装置にも適用可能である。すなわち、こ
の発明は、ＳｉＮ膜、ポリＳｉ膜、ＴｉＮ膜等の薄膜形
成装置、さらには熱処理装置に幅広く適用が可能であ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明の第１の発明で
は、ウエハのおもて面側と裏面側(上側と下側)にヒータ
をも設け、ウエハを両側から加熱するようにしたので、
ウエハ全面に渡って均一な温度分布が実現でき、これに
より膜厚均一性のよい薄膜が形成可能な半導体製造装置
を提供できる等の効果が得られる。

【００４３】また、この発明の第２の発明では、さらに
各ヒータのウエハ側の面に均熱部材を設けたので、さら
に膜厚均一性のよい薄膜が形成可能な半導体製造装置を
提供できる等の効果が得られる。

【００４４】また、この発明の第３の発明では、第２の
発明において、従来と同様に上側のヒータにサセプタ兼
用の真空チャック本体(ウエハ固定手段)を設けるように
したので、上側の構成が従来の装置が流用でき、またこ
の装置と関連する搬送装置等の装置の変更も少なくて済
み、第２の発明の効果に加えてさらに、移行がより容易
な半導体製造装置を提供できる等の効果が得られる。

【００４５】また、この発明の第４の発明では、第２の
発明において、下側のサセプタ上にウエハをフェースダ
ウンの状態で載置するようにしたので、真空チャックを
設ける必要がなく、従って第２の発明の効果に加えてさ
らに、装置の簡素化および低コスト化を可能にした半導
体製造装置を提供できる等の効果が得られる。

【００４６】また、この発明の第５の発明では、ウエハ
のおもて面側と裏面側(上側と下側)にヒータを設け、か
つウエハ支持機構によりこれらのヒータのほぼ中間にウ
エハを支持して両側から加熱するようにしたので、より
均一な薄膜を形成することができると共に、真空チャッ
クおよびサセプタが不要なため、装置の簡素化および低
コスト化か可能となり、さらに、ウエハをフェースアッ
プの状態に載置するかフェースダウンの状態に載置する
か選択することができる、利便性のよい半導体製造装置
を提供できる等の効果が得られる。

【００４７】また、この発明の第６の発明では、第１の
発明と同様に、ウエハをおもて面側と裏面側の両側(上
側と下側)から加熱するようにしたので、ウエハ全面に
渡って均一な温度分布が実現でき、これにより膜厚均一
性のよい薄膜が形成可能な半導体製造方法を提供できる
等の効果が得られる。

【００４８】また、この発明の第７の発明では、さらに
ウエハをおもて面側と裏面側の両側から同じ温度で加熱
するようにしたので、さらに膜厚均一性のよい薄膜が形
成可能な半導体製造方法を提供できる等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による半導体製造装置の構
成を示す断面図である。

【図２】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
構成を示す部分図である。

【図３】この発明のさらに別の実施例による半導体製造
装置の構成を示す部分図である。

【図４】従来の半導体製造装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ、１０ａ 半導体製造装置、１１ 容
器、 １４ ガス供給路、１５ ガスノズル、１６ 反応空
間、１７ ガス排気路、 １８ ウエハ支持機構、１２０ａ 真空チャック本体
(サセプタ兼用)、 １２０ｂ、１２１ａ サセプタ、１３０ａ、１３０ｂ
ヒータ、Ａ 反応室。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室内において加熱された半導体ウエ
   ハの表面に、反応ガスを用いて熱化学反応により薄膜を
   形成する半導体製造装置において、上記半導体ウエハを
   おもて面側と裏面側からそれぞれ加熱するウエハ加熱手
   段を設けたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 上記ウエハ加熱手段が、第１および第２
   のヒータを含み、さらにこれらの第１および第２のヒー
   タの上記半導体ウエハ側の面にそれぞれ均熱部材を設け
   たことを特徴とする請求項１の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 上記ウエハ加熱手段の第１のヒータが上
   記反応室内の上側に設けられ、第２のヒータが反応室の
   下側に設けられ、第１のヒータ側の上記均熱部材が上記
   半導体ウエハをフェースダウンの状態で固定するウエハ
   固定手段を設けていることを特徴とする請求項２の半導
   体製造装置。
4. 【請求項４】 上記ウエハ加熱手段の第１のヒータが上
   記反応室内の上側に設けられ、第２のヒータが反応室の
   下側に設けられ、第２のヒータ側の上記均熱部材上に上
   記半導体ウエハをフェースアップの状態で載置したこと
   を特徴とする請求項２の半導体製造装置。
5. 【請求項５】 上記ウエハ加熱手段が、第１および第２
   のヒータを含み、上記半導体ウエハを上記第１および第
   ２のヒータのほぼ中間に支持するウエハ支持手段をさら
   に備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造
   装置。
6. 【請求項６】 反応室内において加熱された半導体ウエ
   ハの表面に、反応ガスを用いて熱化学反応により薄膜を
   形成する半導体製造方法において、上記半導体ウエハを
   おもて面側と裏面側からそれぞれ加熱して上記薄膜を形
   成することを特徴とする半導体製造方法。
7. 【請求項７】 上記半導体ウエハをおもて面側と裏面側
   から同じ温度で加熱して上記薄膜を形成することを特徴
   とする請求項６の半導体製造方法。