JPH1041235A - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板の周辺部をサセプタにより支持
しながら熱処理を行う装置では、シリコン基板の周辺部
の熱が放熱され易く、中央部に比較してシリコン基板の
面内温度が低下され、面内均一な熱処理が困難になる。 【解決手段】 加熱処理されるシリコン基板４の周辺部
を支持するサセプタ１０上に、シリコン基板４を囲むよ
うにシリコン等からなる蓄熱カバー３を配置する。シリ
コン基板４の周辺部から放射される熱やその他の熱を蓄
熱カバー３が吸収し、かつ吸収した熱をシリコン基板４
の周辺部に向けて輻射させるため、シリコン基板４の周
辺部の温度低下が抑制され、面内温度の均一性が確保さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造装
置に関し、特にシリコン基板を加熱し、あるいはシリコ
ン基板を加熱しながら気相蒸着により薄膜を形成する等
の各種処理を行うための装置におけるシリコン基板の加
熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体装置の製造工程では、その
前処理としてシリコン基板の表面に各種の薄膜を形成す
る工程が必要とされる。このような薄膜の形成工程とし
て、例えば、ＣＶＤ法がある。従来の超高真空ＣＶＤ装
置の一例を図５に示す。チャンバは成長室８とヒーター
室９とで構成されており、両者は被成長基板である単結
晶シリコン基板４と、これを支えるサセプタ１０とで仕
切られている。そして、成長室８とヒーター室９はそれ
ぞれターボポンプ７Ａ，７Ｂで１Ｅ−８Ｔｏｒｒ以下の
高真空に設定される。また、シリコン基板４の下側には
ヒーター５が配置され、このヒーター５の熱によってシ
リコン基板４は所望の温度に加熱される。さらに、前記
成長室８にはガス導入管６が接続されており、各種のガ
スが導入される。

【０００３】このようなＣＶＤ装置では、シリコン膜成
長は、ガス導入管６よりシランやジシラン等の成長ガス
を導入して行う。また、成長ガスにジシランと同時にゲ
ルマンを加えることで、ＳｉＧｅ合金のエピタキシャル
膜も単結晶シリコン基板４上に成長できている。成長膜
のドーピングは、Ｐ型なら成長ガスと同時にジボラン
を、Ｎ型ならフォスフォンを導入することで行う。

【０００４】ところで、このようなシリコン成長の際に
は、シリコン基板４と同時にサセプタ１０の内側領域は
高温になるため、シリコン基板４に近いサセプタ１０の
内側領域にも膜堆積が起こる。サセプタが石英であると
サセプタ１０上に堆積した膜は、多結晶シリコンとな
る。この多結晶シリコンは、成長を繰り返していくと剥
がれが起こり、サセプタ１０とシリコン基板４の間に隙
間を生じたり、ゴミの原因となる。これを避けるため
に、従来から図６（ａ），（ｂ）にその平面図と断面図
を示すように、サセプタ１０は内部サセプタ１と外部サ
セプタ２とで構成されており、内部サセプタ１はシリコ
ンで構成される。これにより、内部サセプタ１に多結晶
シリコンが形成されても、これの剥離が防止され、前記
した問題が解消される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにサセプタを
利用してシリコン基板を加熱しながら処理を行う構成
は、前記した超高真空ＣＶＤ装置に限らず、種々の加熱
処理装置で行われているが、このようなシリコン基板の
周辺部をサセプタによって支持しながらシリコン基板を
加熱する構造では、シリコン基板の周囲側面部分の熱が
サセプタを介して熱放射されるため、周辺部での温度低
下が著しいものとなる。図７に従来の６インチシリコン
基板の温度分布を示す。この温度分布は中央部を６２０
℃としたときに、中央部から周辺部に向けての温度勾配
を等温線で示したものであり、シリコン酸化膜上に多結
晶シリコン膜の成長速度より求めた。成長は、成長速度
が温度に敏感である条件で行った。等温線の１つの幅
は、１℃を表している。この図を見てもわかるように、
周辺部で急激に温度が減少するのがわかる。中心部と外
側から１ｃｍの周辺部とでは、１０℃も温度が異なって
いる。

【０００６】このようなシリコン基板の周辺部における
温度低下により、シリコン基板の面内温度分布が不均一
なものになると、シリコン基板の全面内における成長膜
厚、ドーピング濃度にバラツキが生じ、シリコン基板の
中心部と周辺部のそれぞれにおいて製造される半導体素
子の特性が不均一なものとなり、製造歩留りが低下され
ることになる。

【０００７】なお、特開平３−１４８８２９号公報に
は、シリコン基板の周辺部に、シリコン基板の温度と近
似した温度となるガード部材を設けることにより、サセ
プタとシリコン基板との間の温度差に基づく熱処理のバ
ラツキを防止する技術が記載されているが、この技術は
あくまでもサセプタとシリコン基板との間の温度差を緩
和するためのものであり、シリコン基板の面内温度分布
を均一にする点ではあまり有効ではない。

【０００８】本発明の目的は、シリコン基板の面内温度
分布の均一化を可能にした半導体装置の製造装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、単結晶のシリ
コン基板の周辺部をサセプタによってチャンバ内に支持
し、かつこのシリコン基板に対して加熱を行う製造装置
において、シリコン基板の周囲を囲うように蓄熱カバー
を配置したことを特徴とする。この蓄熱カバーはシリコ
ンで構成されることが好ましく、この場合、シリコンカ
バーは円環状に形成されてシリコン基板の周囲にシリコ
ン基板の周辺部とは所定の間隔を置いて配置される。ま
た、シリコンカバーは円周方向に分割形成されることが
好ましい。

【００１０】また、本発明においては、サセプタは、少
なくともシリコン基板に直接接してこれを支持する内部
領域の内部サセプタがシリコンで構成され、さらに、内
部サセプタの内周部に板厚方向の段部が形成され、シリ
コン基板はこの段部内に収納された状態で支持される構
成とすることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１
の実施形態における要部の平面図と断面図であり、例え
ば、図５に示した超高真空ＣＶＤ装置に適用するとし
て、シリコン基板をその周辺部においてサセプタによっ
て支持した状態でシリコン基板を加熱するための構造で
ある。図１において、４は単結晶の円形ウェハとしての
シリコン基板、１０はこのシリコン基板４の周辺部を支
持してＣＶＤ装置のチャンバに固定支持させるためのサ
セプタである。このサセプタ１０は、図６に示した従来
構成のサセプタと同様に、それぞれ径寸法が相違する円
環状の内部サセプタ１と外部サセプタ２とで構成されて
おり、外部サセプタ２の内周部に段部を設けてここに内
部サセプタ１の外周部を支持させ、この内部サセプタ１
の内周部の表面上にシリコン基板４の外周部の裏面を接
触させた状態で支持させている。そして、内部サセプタ
１はシリコンで構成され、外部サセプタ２は石英で構成
されている。

【００１２】そして、この実施形態においては、前記シ
リコン基板４の周辺外側領域のサセプタの表面上に、蓄
熱カバーとして円環状をしたシリコンカバー３を配設し
ている。このシリコンカバー３とシリコン基板４との径
方向の間隔は、ここではシリコン基板の直径６インチに
対して５ｍｍとした。

【００１３】このような構成によれば、この構成を図５
に示したような超高真空ＣＶＤ装置に設置した上で、ヒ
ーター５によって加熱し、その際におけるシリコン基板
４の面内温度分布を測定した結果は図２に示す通りとな
る。ここではシリコン基板４の中央部を６２０℃とし、
周辺部に向けた温度勾配を等温線で示している。等温線
の１つの幅は、１℃を表している。なお、この場合も、
温度の測定はシリコン酸化膜上に多結晶シリコン膜の成
長速度より求めている。この結果から、従来では１０℃
あった中央部と周辺部（外側から１ｃｍ）との温度差は
５℃となり、周辺部での温度低下は改善されたことが確
認された。

【００１４】このようなシリコン基板の面内温度の不均
一が緩和されたのは、次の理由による。すなわち、シリ
コンカバー３はシリコン基板４の周辺部から放射される
熱を吸収し、これにより徐々にシリコン基板４の温度に
近い温度まで加熱される。そして、一旦加熱されると、
今度はシリコンカバー３が熱源となり、シリコンカバー
３からの熱輻射によりシリコン基板４の周辺部が加熱さ
れ、かつ同時にサセプタ１０を加熱する。したがって、
シリコン基板４の周辺部の熱がサセプタ１０を通して放
熱されるのと同程度の熱がシリコンカバー３からシリコ
ン基板４の周辺部に加えられることになり、結局シリコ
ン基板４がほぼ均一な状態に加熱されることになる。こ
こで、蓄熱カバーとしてシリコンを用いたのは、熱輻射
の程度をシリコン基板と同じにするためである。すなわ
ち、蓄熱カバーの比熱程度がシリコンよりも小さいと所
期の効果が得られ難く、逆に大きいとシリコンの周辺部
が過度に加熱されるおそれがある。

【００１５】なお、シリコン基板４とシリコンカバー３
との間隔は大きいとシリコンカバー３によるシリコン基
板４の周辺部の放熱による温度上昇効果が小さくなり、
逆に間隔が小さいと加熱効果が大きくなり、温度上昇が
過度なものとなる。本発明者の実験によれば、シリコン
カバー３の厚さや径方向の寸法によっても多少の変動は
あるが、間隔が１ｃｍよりも大きいと、シリコンカバー
３による前記した効果が殆ど期待することが困難になる
ため、１ｃｍよりも小さい間隔内で設定することが必要
なことが確認されている。

【００１６】図３（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施
形態の平面図と断面図である。この実施形態では、内部
サセプタ１と外部サセプタ２の厚さをシリコン基板３の
厚さよりも厚く形成するとともに、内部サセプタ１の下
面が外部サセプタ２の下面と同一面となるように形成
し、さらに内部サセプタ１の上面に段部１ａを設けてこ
の部分を薄肉とし、この段部１ａにおいてシリコン基板
４の外周部の下面を接触状態で支持させている。この場
合、シリコン基板４の上面は内部サセプタ１の上面より
も低い位置にすることが好ましい。そして、蓄熱カバー
としてシリコンカバー３Ａを設けているが、ここではシ
リコンカバー３Ａは円周方向に４分割し、かつ隣接する
シリコンカバー間に適宜の間隔を設けている。なお、内
部サセプタ１の段部１ａの内側壁とシリコン基板４との
間隔を５ｍｍとした。また、シリコン基板４とシリコン
カバー３Ａとの間の間隔は第１の実施形態と同じであ
る。

【００１７】図４はこの第２の実施形態におけるシリコ
ン基板内の面内温度分布を示す図である。シリコン基板
４の中央部の温度は６２０℃であり、等温線の１つの幅
は、１℃を表している。この結果、シリコン基板４の中
心部と周辺部（外側から１ｃｍ）との温度差は２℃とな
り、第１の実施形態よりもさらに温度分布が改善された
のがわかる。これはシリコン基板４の外周部を支持する
内部サセプタ１が段部１ａによって薄肉とされているた
めに内部サセプタ１を通しての放熱が抑制され、かつシ
リコン基板４の表面高さがシリコンカバー３Ａの表面高
さよりも低い位置にあるためにシリコン基板４の周辺部
からの直接的な放熱が抑制されるためであると考えられ
る。また、シリコンカバー３Ａを周方向に４分割したこ
とで、熱歪による変形を防ぐことも可能となる。

【００１８】なお、本発明は前記した各実施形態に限ら
れるものではなく、蓄熱カバーの素材はシリコンに限ら
れるものではなく、シリコン基板の面内温度の不均一の
程度に応じてシリコンよりも比熱が大きなもの、あるい
は小さなものを適宜に選択することができる。また、蓄
熱カバーの径方向の寸法や分割数も、適宜に調整するこ
とが可能である。さらに、場合によっては、内部サセプ
タと蓄熱カバーを共にシリコンで構成し、かつ加工が可
能である場合には、両者を一体に形成することも可能で
ある。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリコン
基板の周辺部をサセプタによってチャンバ内に支持した
状態で加熱を行う製造装置において、シリコン基板の周
囲を囲うように蓄熱カバーを配置しているので、シリコ
ン基板と蓄熱カバーとの間の熱の授受が可能となり、シ
リコン基板の周辺部が中央部に対して温度低下されるこ
とによるシリコン基板の面内温度分布の不均一を抑制
し、シリコン基板に対する各種処理を面内において均一
化することができ、製造歩留りの高い半導体装置を製造
することが可能となる。因みに、本発明によれば、６イ
ンチのシリコン基板の中心部と周辺部の温度差が１０℃
から２℃に改善できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の平面図と断面図であ
る。

【図２】第１の実施形態のシリコン基板の面内温度分布
を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施形態の平面図と断面図であ
る。

【図４】第２の実施形態のシリコン基板の面内温度分布
を示す図である。

【図５】本発明が適用される熱処理装置の一例としての
超高真空ＣＶＤ装置の概略構成図である。

【図６】従来のサセプタの構成を示す平面図と断面図で
ある。

【図７】従来におけるシリコン基板の面内温度分布を示
す図である。

【符号の説明】

１ 内部サセプタ ２ 外部サセプタ ３，３Ａ 蓄熱カバー（シリコンカバー） ４ シリコン基板 ５ ヒーター ６ ガス導入管 ７Ａ，７Ｂ ターボポンプ ８ 成長室 ９ ヒーター室 １０ サセプタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶のシリコン基板の周辺部をサセプ
   タによってチャンバ内に支持し、前記シリコン基板に対
   して加熱を行う半導体装置の製造装置において、前記シ
   リコン基板の周囲を囲うように蓄熱カバーを配置したこ
   とを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 【請求項２】 蓄熱カバーがシリコンで構成される請求
   項１の半導体装置の製造装置。
3. 【請求項３】 シリコンカバーは円環状に形成され、前
   記シリコン基板の周囲にシリコン基板の周辺部とは所定
   の間隔を置いて配置される請求項２の半導体装置の製造
   装置。
4. 【請求項４】 シリコン基板とシリコンカバーの間隔が
   １ｃｍ以内である請求項３の半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】 シリコンカバーは円周方向に分割形成さ
   れてなる請求項２ないし４のいずれかの半導体装置の製
   造方法。
6. 【請求項６】 サセプタは、少なくともシリコン基板に
   直接接してこれを支持する内部領域の内部サセプタがシ
   リコンで構成される請求項１ないし５のいずれかの半導
   体装置の製造装置。
7. 【請求項７】 内部サセプタの内周部に板厚方向の段部
   が形成され、シリコン基板はこの段部内に収納された状
   態で支持される請求項６の半導体装置の製造装置。