TWI415170B - 半導體製造裝置之保護方法、半導體製造裝置以及半導體製造方法 - Google Patents

半導體製造裝置之保護方法、半導體製造裝置以及半導體製造方法 Download PDF

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Description

半導體製造裝置之保護方法、半導體製造裝置以及半導體製造方法
本案係以於2006年6月22日所申請之日本專利第2006－172840號為基礎，並主張優先權，同時引用其全文做為參考文獻。
本發明，係為有關於使用有例如加熱器、晶圓支持器等之於基材上被被覆有SiC膜的構件之半導體製造裝置的保護方法、半導體製造裝置以及半導體製造方法。
一般而言，在磊晶成長裝置中係將晶圓設置在反應爐內，並藉由特定之條件而將製程氣體供給至晶圓上。而後，藉由一面旋轉晶圓一面加熱，而形成磊晶(epitaxial)膜。
此時，在反應爐內，係被設置有：用以載置晶圓之支持台，或是用以加熱晶圓之加熱器等。在此些之支持器、加熱器中，係被使用有：在由作為高溫下之安定性高的材料之碳、SiC等所成之基材上，被被覆有高純度之SiC膜的構件。通常，由於基材係藉由粉末燒結法等所形成，因此係包含有Fe、Ni、Cr、Zn等之不純物。而，藉由通常係以CVD(Chemical Vapro Deposition)法等所形成的高純度之SiC膜，成為能夠抑制因從基材而來之不純物等所造成的反應爐內之對晶圓的污染。
然而，在反覆進行製程的過程中，由於SiC膜會昇華，因此會有基材之一部分變成露出的問題。例如，在高溫之加熱器中的成為更高溫之部分處，SiC膜之昇華係會進行，而該部分之基材會成為露出。而，當基材之一部分成為露出時，不論基材本身有無劣化，均成為需要對構件作交換。
近年，在磊晶膜之形成中，由於係被要求有生產性之提升、膜質之提升，因此作為來源氣體，係從先前之使用SiH4 而改變為使用SiHCl3 。伴隨於此，成膜溫度係從1000℃而上升至1120℃。由於此成膜溫度之上升，因SiC膜之昇華所致的劣化係加速。因此，交換之頻度係增大，所交換之構件的成本係上升，而進行交換所需要的時間亦係增大。
關於構件成本之削減，例如，在日本特開2002－37684號公報之申請項1等中，係提案有：在將SiC膜除去後，進行再被覆的手法。然而，此種手法，係為需要進行構件之交換者，而有難以削減交換時所需要之非動作時間的困難。
本發明之目的，係為提供一種：不需進行構件之交換，而可將構件再生，並可以抑制晶圓之污染的半導體製造裝置之保護方法、半導體製造裝置以及半導體製造方法。
本發明之其中一種形態的半導體製造裝置之保護方法，係包含有以下步驟：在被設置有於基材上被被覆有第1之SiC膜的構件，而用以在晶圓上形成Si磊晶膜的反應爐內，當反覆進行製程時，在第1SiC膜之至少一部份已昇華的構件之表面，形成第2SiC膜之步驟。
而，本發明之其中一種形態的半導體製造裝置，其特徵為，具備有：用以在晶圓上形成Si磊晶膜的反應爐；和用以對前述反應爐至少供給Si之來源氣體以及SiC之來源氣體的供給口；和被設置於前述反應爐內，用以保持晶圓之支持部；和在基材之至少一部份被被覆有SiC膜的構件；和用以加熱前述晶圓之加熱機構。
進而，本發明之其中一種形態的半導體製造方法，其特徵為，具備有以下步驟：在被設置於反應爐中，且於基材上被被覆有第1SiC膜之構件的表面，藉由第2SiC膜來作被覆；在被設置於前述反應爐中之支持部上，載置晶圓；對前述反應爐內，供給用以在前述晶圓上形成Si磊晶膜的製程氣體；藉由對前述晶圓進行加熱，而在前述晶圓上形成被覆膜。
藉由本說明書之下述內容說明，以及本發明之實施方式，來對本發明之目的以及所能得到之優點作敘述。同時，藉由本發明之申請專利範圍的對本發明之元件及其組合的說明，可以理解本發明之目的以及其所能得到之優點。
不用說，以下之各實施形態以及其詳細說明，係僅為本發明之其中一例，只要是在本發明之申請專利範圍內，則本發明係並不被以下之實施例所限定。
於此，參考圖面，並對本發明之實施形態作詳細說明。另外，對於圖面中之相同或相似之構件，係附加相同之符號。
於圖1，展示本實施形態之半導體製造裝置的剖面圖。如圖所示，係被設置有：用以在晶圓W上形成被覆膜之反應爐12、和被設置於反應爐12內，用以保持晶圓W之支持器14、和用以使晶圓旋轉之旋轉機構16、和用以加熱晶圓之加熱器18a、18b、和用以將晶圓有效果地加熱的反射器20。又，在反應爐12中，係被設置有：用以將包含有Si來源氣體、摻雜物(dopant)氣體以及載體氣體之製程氣體，與SiC來源氣體，進行供給之供給口12a、和用以對上述氣體進行排出之排氣口12b。而，支持器14以及加熱器18a、18b，係為由在以碳或者是SiC燒結體所成之基材上，被被覆有SiC膜之構件所構成。
於圖2，展示於基材被覆有SiC膜之加熱器的初期狀態下之部分剖面圖。如圖所示，在基材22係均勻地被形成有SiC初期膜24a。
使用此種半導體製造裝置，在晶圓W上形成被覆膜。此時，製程條件例如係為：設定溫度：1100~1150℃反應爐內壓：80~101.3Kpa(600~760Torr)來源氣體、流量：SiHCl3 、20~35slm摻雜氣體、流量：PH3 、200~250slm→40~60slm載體氣體、流量：H2 、100~120slm晶圓旋轉速度：800~1000rpm
另外，為了將晶圓設為設定溫度，係有必要將加熱器溫度設為1500℃左右。在此種條件下使半導體製造裝置動作，並在複數之晶圓W上形成被覆膜。
藉由以上述之條件來使半導體製造裝置動作，被形成於設置在反應爐中之支持器14以及加熱器18a、18b等的構件之表面上的SiC初期膜，係逐漸昇華。於圖3，展示於基材被覆有SiC初期膜之加熱器的經過一個月後(其中一例)之部分剖面圖。如圖所示，在基材22之表面所形成的SiC初期膜24b，其表面係昇華。構件之基材全面，雖係藉由SiC初期膜而被被覆，但是在成為特別高溫之區域26中，部分昇華係進行，並被薄化。故而，膜厚分布，相較於初期狀態之±0.8%係為增大，而具備有±1.5~2%之較大的偏差。
如此這般，在SiC初期膜之一部分係被薄化的狀態下，於半導體製造裝置內，導入用以形成SiC膜之來源氣體。此時，製程條件例如係為：設定溫度：1000~1500℃反應爐內壓：常壓附近來源氣體、流量：CH3 SiH3 、10sccm載體氣體、流量：H2 、50slm
藉由此種條件，形成約20~100 μm左右的新的SiC膜，並作再被覆。如圖4所示，在薄化後之SiC初期膜24b上，形成新的SiC再被覆膜28。
如此這般，在於反應爐內設置有構件的狀態下，於基材露出之前，反覆形成SiC再被覆膜。而，至今為止之有必要進行交換的構件，係成為可使其反覆再生。在本實施形態中，由於係並非隨著早期劣化之SiC膜，而是隨著更長壽命之基材或是其他之連接部份等的劣化而對構件作交換即可，因此成為能將交換頻度由例如1個月延長為6個月。故而，能使構件成本成為1/6。
又，在構件交換中，由於係有必要將半導體製造裝置降溫至常溫為止，並在交換後進行再動作，因此係需要約48小時。在本實施形態中，並不需要將其降溫，而控制成膜條件並用以使SiC膜成膜的時間，係成為約8小時以下。故而，成為能使維修費用成為1/36以下。
又，在SiC膜薄化後的高溫區域中，由於SiC膜之成膜速度係選擇性的變快，因此係有使SiC膜厚均勻的傾向。故而，能夠抑制因為在加熱器上之SiC膜厚的偏差所致的發熱分布之偏差。而且，進而，成為能將被形成於晶圓上之Si磊晶膜均勻化。
在本實施形態中，雖係將用以形成SiC膜之來源氣體設為CH3 SiH3 ，但是只要是能夠形成良好之SiC膜的來源氣體，則並不特別作限定。例如，亦可將製程條件設為：設定溫度：1000~1500℃反應爐內壓：常壓附近來源氣體、流量：C2 H2 、50~100sccm SiH4 、5sccm載體氣體、流量：H2 、50slm。
又，在本實施形態中，雖係將SiC初期膜設為1層，但是，藉由如圖5所示，於初期狀態中，形成由2層所成之SiC初期膜34、36a，能夠抑制因針孔38或是碎裂所致的對基材32之影響。在此種情況下，係如圖6所示，以在下層之SiC初期膜露出之前，於一部份已昇華之上層的SiC初期膜36b上，形成SiC再被覆膜40為理想。
又，在SiC膜被形成之後，係亦可因應於需要而進行洗淨，來將密著性弱(原子比相異)之SiC膜除去。此時，製程條件例如亦可為：加熱器溫度：1000~1200℃反應爐內壓：93.3Kpa(700torr)洗淨氣體、流量：H2 ：HCl＝10slm：10slm
如此地，在將SiC膜再被覆於半導體製造裝置之反應爐內的構件上之後，在半導體晶圓上形成磊晶膜，並經過元件工程，而形成半導體裝置。若藉由本實施形態之手法，則能夠以高生產性來形成均勻的磊晶膜，且係為安定並能抑制金屬污染。故而，特別是在被要求有厚膜的形成之半導體裝置的形成上，係為有效。例如，對於數10 μm左右之厚膜磊晶成長係為必要的功率MOS或是IGBT(絕緣閘極型雙極電晶體)之類的高耐壓半導體裝置的形成上，係為合適。
上述之各實施形態，僅是對於本發明之實施方式所舉之例，只要是在不脫離本發明之申請專利範圍內容的前提下，則在該技術領域中具有通常知識者，可對其作各種變更。
12．．．反應爐
12a．．．供給口
12b．．．排氣口
14．．．支持器
16．．．旋轉機構
18a．．．加熱器
18b．．．加熱器
20．．．反射器
22．．．基材
24a．．．SiC初期膜
24b．．．SiC初期膜
26．．．成為高溫之區域
28．．．SiC再被覆膜
32．．．基材
34．．．SiC初期膜
36a．．．SiC初期膜
38．．．針孔
40．．．SiC再被覆膜
W．．．晶圓
以下所附之圖面，係展示有本發明之實施形態，並為用以對本發明之內容作說明者。
圖1，係為本發明之其中一種形態的半導體製造裝置之剖面圖。
圖2，係為本發明之其中一種形態中的於基材上被覆有SiC膜之加熱器的初期狀態下之部分剖面圖。
圖3，係為本發明之其中一種形態中的於基材上被覆有SiC膜之加熱器的經過一個月後之部分剖面圖。
圖4，係為本發明之其中一種形態中的將SiC膜再被覆之加熱器的部分剖面圖。
圖5，係為本發明之其中一種形態中的於基材上被覆有SiC膜之加熱器的初期狀態下之部分剖面圖。
圖6，係為本發明之其中一種形態中的將SiC膜再被覆之加熱器的部分剖面圖。
22．．．基材
24b．．．SiC初期膜
26．．．成為高溫之區域
28．．．SiC再被覆膜

Claims (15)

  1. 一種半導體製造裝置之保護方法，其特徵為：在被設置有於基材上被覆著第1SiC膜的加熱器，並將該加熱器加熱而用以在晶圓上形成Si磊晶膜的反應爐內，在將前述加熱器設置於前述反應爐內的狀態下使其發熱，而並不使前述反應爐降溫至常溫地，來以經由反覆進行前述Si磊晶膜之形成製程而使得前述第1SiC膜之表面上的前述第1SiC膜之昇華有所進行的區域上變厚的方式，而將SiC來源氣體供給至前述反應爐內並形成第2SiC膜，藉此而修復前述加熱器。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體製造裝置之保護方法，其中，前述第2SiC膜，係在前述基材未露出的狀態下而被形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體製造裝置之保護方法，其中，前述第1SiC膜，係至少具備有2層之SiC膜，前述第2SiC膜，係至少在最下層之前述第1SiC膜未露出的狀態下而被形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體製造裝置之保護方法，其中，在前述第2SiC膜被形成之後，係更進而藉由洗淨氣體而將前述第2SiC膜之一部分除去。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體製造裝置之 保護方法，其中，前述加熱器之基材，係為碳或是SiC。
  6. 一種半導體製造裝置，其特徵為，具備有：用以在晶圓上形成Si磊晶膜的反應爐；和用以對前述反應爐供給Si之來源氣體以及SiC之來源氣體的供給機構；和被設置於前述反應爐內，用以保持晶圓之支持部；和用以加熱前述晶圓之加熱器，前述加熱器，係具備有：基材；和被形成在此基材上之具備有由於昇華而薄化了的區域之第1SiC膜；和藉由使前述加熱器在被設置於前述反應爐內的狀態下而發熱並以前述供給機構來供給前述SiC來源氣體，而在前述第1SiC膜上以使前述薄化了的區域變厚的方式所形成之第2SiC膜。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之半導體製造裝置，其中，前述加熱器之基材，係為碳或是SiC。
  8. 如申請專利範圍第6項所記載之半導體製造裝置，其中，前述SiC來源氣體，係為CH3 SiH3 、C2 H2 +SiH4 。
  9. 如申請專利範圍第6項所記載之半導體製造裝置，其中，在前述反應爐內，係更進而具備有用以供給洗淨氣體之供給口。
  10. 一種半導體製造方法，其特徵為，具備有以下步驟： 在被設置於反應爐中之支持部上，載置晶圓；對前述反應爐內，供給第1製程氣體，並藉由在基材上而被被覆有第1SiC膜之加熱器來加熱前述晶圓，而在前述晶圓上形成Si磊晶膜；在將前述加熱器設置於前述反應爐內的狀態下，並不使前述反應爐降溫至常溫地，而以至少使由於前述加熱之工程而在前述第1SiC膜表面進行了昇華的區域上變厚的方式，來將第2製程氣體供給至前述反應爐內，並使前述加熱器發熱，而形成第2SiC膜並修復前述加熱器。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之半導體製造方法，其中，前述第2SiC膜，係藉由在前述反應爐中供給SiC來源氣體而被形成。
  12. 如申請專利範圍第10項所記載之半導體製造方法，其中，係更進而具備有：當在前述晶圓上形成被覆膜，並將前述晶圓從前述反應爐搬出之後，在前述加熱器之表面上，以第3SiC膜來被覆之步驟。
  13. 如申請專利範圍第10項所記載之半導體製造方法，其中，前述晶圓，係被加熱至1100~1500℃。
  14. 如申請專利範圍第10項所記載之半導體製造方法，其中，在被前述第2SiC膜所被覆之後，藉由洗淨氣體而將前述第2SiC膜之一部分除去。
  15. 如申請專利範圍第10項所記載之半導體製造方法，其中，前述加熱器之基材，係為碳或是SiC。
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