(57)【要約】【課題】本発明は、ウェーハの跳ね現象を抑え、ウェーハ上に均一に成膜を行うとともに、歩留り、生産性の低下を抑え、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能な半導体製造方法および半導体製造装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体製造方法は、反応炉内にウェーハを搬入し、反応炉内に設置され、ウェーハを載置するための突き上げシャフトを上昇させて、突き上げシャフト上にウェーハを載置し、突き上げシャフトを上昇させた状態で、予備加熱により面内温度分布を制御して、ウェーハを凹状態とし、ウェーハが凹状態のまま突き上げシャフトを下降させてサセプタ上にウェーハを保持し、ウェーハを所定の温度に加熱し、ウェーハを回転させ、ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする。【選択図】図２
2010074038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内にウェーハを搬入し、
前記反応炉内に設置され、前記ウェーハを載置するための突き上げシャフトを上昇させて、前記突き上げシャフト上に前記ウェーハを載置し、
前記突き上げシャフトを上昇させた状態で、予備加熱により面内温度分布を制御して、前記ウェーハを凹状態とし、
前記ウェーハが凹状態のまま、前記突き上げシャフトを下降させてサセプタ上に前記ウェーハを保持し、
前記ウェーハを所定の温度に加熱し、
前記ウェーハを回転させ、
前記ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
前記予備加熱により、前記ウェーハの中心温度と外周温度との差が、前記ウェーハを前記所定の温度まで上昇させても凹状態のままとなる臨界温度差以上となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記ウェーハの裏面に酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造方法。
【請求項４】
ウェーハが導入される反応炉と、
前記反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、
前記反応炉よりガスを排出するためのガス排出機構と、
前記ウェーハを上昇・下降させるために設けられ、予備加熱時に前記ウェーハを上昇させた状態で凹状態のまま保持する突き上げシャフトを有する上下駆動機構と、
前記ウェーハを載置するサセプタと、
前記ウェーハを前記サセプタの下部より所定の温度に加熱するためのヒータと、
前記ヒータを、前記突き上げシャフトが上昇した状態で、前記ウェーハの外周温度より中心温度が高くなるように前記ウェーハの面内温度分布を制御する温度制御機構と、
前記ウェーハを回転させるための回転機構と、を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記温度制御機構は、前記ウェーハの中心温度と外周温度との差が、前記ウェーハが前記所定の温度まで上昇させても凹状態のままとなる臨界温度差以上となるように制御することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハの裏面より加熱しながら表面に反応ガスを供給して成膜を行なうために用いられる半導体製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の低価格化、高性能化の要求に伴い、ウェーハの成膜工程における高い生産性とともに、膜厚均一性の向上など高品質化が要求されている。
【０００３】
このような要求を満たすために、枚葉式のエピタキシャル成膜装置を用い、例えば反応炉内において９００ｒｐｍ以上で高速回転しながら、プロセスガスを供給し、ヒータを用いて裏面より加熱する裏面加熱方式が用いられている。
【０００４】
このような裏面加熱方式において、予め例えば７００℃程度に加熱された反応炉内に、常温のウェーハを導入して、部材上に移載する際、中央部材を冷却することにより、ウェーハ中央部の温度が低下して温度ムラが生じるという問題がある。そこで、中央部材を余分に加熱する手法が提案されている（例えば特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開２００２−４３３０２号公報（[００２８]〜[００２９]など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、中央部を加熱することにより、高温の反応炉内に常温のウェーハを導入する際に生じるウェーハの温度ムラをある程度抑制することが可能である。しかしながら、実際はウェーハの温度ムラが全くない状態に制御することは困難であり、特に裏面に酸化膜が形成されている場合、自重によるだけでなく、表面と裏面の温度差、熱膨張率の違いなどにより、ウェーハに反りが生じてしまう。
【０００６】
そして、ウェーハを加熱することにより、凹状態から凸状態に変形するために、ウェーハの跳ね現象が生じてしまう。このような跳ね現象により、ウェーハが通常の位置よりずれ、水平保持ができなくなったり、脱落して破損するなどにより、歩留り、生産性が低下するとともに、膜厚のばらつきにより、半導体装置の信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
発明者らの検証により、反りの変位量は、温度に依存し、中央部と外周部の温度差が大きくなると、凹状態から凸状態への変形量が大きくなるが、ある程度温度差が大きくなると、凹状態から凸状態に変形する温度も上昇することがわかった。すなわち、ある程度ウェーハの中央部と外周部の温度差が大きくなると、ウェーハを成膜温度まで上昇させても、凹状態から凸状態に変形しない。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、ウェーハの跳ね現象を抑え、ウェーハ上に均一に成膜を行うとともに、歩留り、生産性の低下を抑え、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能な半導体製造方法および半導体製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体製造方法は、反応炉内にウェーハを搬入し、反応炉内に設置され、ウェーハを載置するための突き上げシャフトを上昇させて、突き上げシャフト上にウェーハを載置し、突き上げシャフトを上昇させた状態で、予備加熱により面内温度分布を制御して、ウェーハを凹状態とし、ウェーハが凹状態のまま、突き上げシャフトを下降させてサセプタ上にウェーハを保持し、ウェーハを所定の温度に加熱し、ウェーハを回転させ、ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体製造方法において、予備加熱により、ウェーハの中心温度と外周温度との差が、ウェーハを所定の温度まで上昇させても凹状態のままとなる臨界温度差以上となるように制御することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の半導体製造方法は、ウェーハの裏面に酸化膜が形成されている場合に好適に用いられる。
【００１２】
また、本発明の半導体製造装置は、ウェーハが導入される反応炉と、反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、反応炉よりガスを排出するためのガス排出機構と、ウェーハを上昇・下降させるために設けられ、予備加熱時に前記ウェーハを上昇させた状態で凹状態のまま保持する突き上げシャフトを有する上下駆動機構と、ウェーハを載置するサセプタと、ウェーハをサセプタの下部より所定の温度に加熱するためのヒータと、ヒータを、突き上げシャフトが上昇した状態で、ウェーハの外周温度より中心温度が高くなるようにウェーハの面内温度分布を制御する温度制御機構と、ウェーハを回転させるための回転機構と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体製造装置において、温度制御機構は、ウェーハの中心温度と外周温度との差が、ウェーハを所定の温度まで上昇させても凹状態のままとなる臨界温度差以上となるように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体装置の成膜工程において、ウェーハの跳ね現象を抑え、ウェーハ上に均一に成膜を行うとともに、歩留り、生産性の低下を抑え、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１６】
図１に本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成長装置の断面図を示す。図に示すように、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗが成膜処理される反応炉１１には、反応炉１１上方より、ＴＣＳ、ジクロロシランなどのソースガスを含むプロセスガスなどをウェーハｗ上に供給するためのガス供給機構（図示せず）と接続されたガス供給口１２が設置されている。そして、反応炉１１下方には、例えば２箇所にガスを排出し、反応炉１１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出機構(図示せず)と接続されたガス排出口１３が設置されている。
【００１７】
反応炉１１上部には、ガス供給口１２から供給されたプロセスガスを、ウェーハｗ上に整流状態で供給するための整流板１４が設置されている。
【００１８】
反応炉１１の下方には、モータ（図示せず）、回転軸（図示せず）、リング１５ａなどから構成されるウェーハｗを回転させるための回転駆動機構１５と、回転駆動機構１５と接続され、ウェーハｗを保持するためのサセプタ１６が設置されている。
【００１９】
サセプタ１６の下方には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗを加熱するためのインヒータ１７ａが設置されている。さらに、サセプタ１７とインヒータ１７ａの間には、例えばＳｉＣからなるウェーハｗの周縁部を加熱するためのアウトヒータ１７ｂが設置されている。インヒータ１７ａの下部には、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状のリフレクター１８が設置されている。そして、インヒータ１７ａ、リフレクター１８を貫通するように設けられ、ウェーハｗを上下に移動させるための突き上げシャフト１９が設置されている。
【００２０】
インヒータ１７ａ、アウトヒータ１７ｂは、温度制御機構２０と接続されている。そして、この温度制御機構２０は、さらにウェーハｗの中心部と外周部の温度を検知する温度センサ（図示せず）と接続されている。温度制御機構２０においては、予め設定されたウェーハｗの到達温度（例えば１１００℃）までに、凹状態から凸状態に変形しない臨界温度差（閾値）以上となるように、各ヒータの温度が制御される。
【００２１】
このような半導体製造装置を用いて、例えば、９００ｎｍの裏面酸化膜が形成されたφ２００ｍｍのウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、図２に示すように、反応炉１１のゲート（図示せず）を開にして、ロボットハンド２１により、ウェーハｗを例えば炉内が７００℃に加熱された反応炉１１に搬入する。このとき、ウェーハｗは、温度分布のばらつきがなく、自重により若干凹状となっている。
【００２２】
次いで、突き上げシャフト１９を上昇させ、ウェーハｗを突き上げシャフト１９上に載置し、ロボットハンド２１を反応炉１１外部に搬出して、ゲート（図示せず）を閉にする。そして、例えばＨ２ガスなどを、ガス供給機構（図示せず）よりガス供給口１２を経て反応炉１１内に導入する。室温のＨ２ガスをウェーハｗ上に導入し、それが反応炉１１内を対流することにより、特にウェーハｗ中心部の温度が低下するため、温度制御機構２０により、図３に示すように、ウェーハ面内の温度分布を中心部の温度が高くなるように制御して、予備加熱を行う。例えば、インヒータ１７ａをＯＮとし、アウトヒータ１７ｂをＯＦＦとすることにより、ウェーハｗが到達温度、例えば１１００℃まで上昇しても凸状態に変形しない臨界温度差、例えば４０℃以上となるように制御する。
【００２３】
このとき、臨界温度差は、ウェーハを所定の温度まで昇温させた時の中心部と外周部の温度差による変位量と温度の関係より求めることができる。
【００２４】
例えば、φ２００ｍｍ、０．７２５ｍｍ厚で、８００ｎｍ厚の裏面酸化膜が形成されたウェーハｗについて、中心部の温度を７００℃から１２００℃まで昇温させた場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図４に示すように、中心部（例えば中心から２０ｍｍ）と外周部（例えば中心から９０ｍｍ）の温度差が３０℃以下のときは変位量も小さく、９００℃程度でなだらかに凹状態から凸状態に変化する。
【００２６】
そして、温度差が３０℃を超えて３６℃未満までは、９００℃で急激に凹状態から凸状態に変化し、３６℃を超えると、温度差に依存して、凹状態から凸状態に変化する温度も上昇する。
【００２７】
さらに、温度差が４０℃のとき、１２００℃まで上昇させても、凹状態から凸状態に変化しない。このとき、その温度差４０℃を、ウェーハを１２００℃まで上昇させても凹状態のままとなる臨界温度差とする。そして、この温度差以上となるようにウェーハ面内の温度分布を制御する。
【００２８】
次いで、突き上げシャフト１９を下降させることにより、ウェーハｗをサセプタ１６上に載置する。そして、温度制御機構２０により、ウェーハｗの面内温度が均一に１１００℃となるように、インヒータ１７ａを１４００℃、アウトヒータ１７ｂを１５００℃程度に制御する。
【００２９】
そして、回転駆動機構１５により、ウェーハｗを、例えば９００ｒｐｍで回転させるとともに、プロセスガスをガス供給口１２より整流板１４を介して整流状態でウェーハｗ上供給する。プロセスガスは、例えばＴＣＳ濃度が２．５％となるように調製し、例えば５０ＳＬＭで供給する。
【００３０】
一方、余剰となったＴＣＳを含むプロセスガス、希釈ガス、反応副生成物であるＨＣｌなどのガスを、ガス排出口１３より排出し、反応炉１１内の圧力を一定（例えば常圧）に制御し、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を成長させる。
【００３１】
このように、ウェーハｗを反応炉１１中に搬入する際に、ウェーハｗを凹状態のままとなるように、ウェーハｗ中心部と外周部の温度差を臨界温度差より大きくなるように予備加熱を行う。このように予備加熱を行うことにより、ウェーハの跳ね現象を抑え、ウェーハ上に均一に成膜を行うとともに、歩留り、生産性の低下を抑え、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３２】
本実施形態において、搬入、予備加熱時に、突き上げシャフト１９上に直接ウェーハｗを載置したが、突き上げシャフト上にサセプタを介してウェーハを載置してもよい。このとき、サセプタは分割されていてもよく、サセプタを構成するパーツ上に載置してもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、半導体ウェーハｗにエピタキシャル膜などの膜を高い生産性で安定して形成することが可能となる。そして、ウェーハの歩留り向上と共に、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置の歩留りの向上、素子特性の安定を図ることが可能となる。特にＮ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに１００μｍ以上の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体装置のエピタキシャル形成工程に適用されることにより、良好な素子特性を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル膜）形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリＳｉ層形成時にも適用することも可能である。また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜などＳｉ膜以外の成膜や、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一態様の半導体製造装置の断面を示す図。
【図２】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図３】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図４】本発明の一態様におけるウェーハを昇温させた時の中心部と外周部の温度差による変位量と温度の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１１…反応炉
１２…ガス供給口
１３…ガス排出口
１４…整流板
１５…回転駆動機構
１６…サセプタ
１７ａ…インヒータ
１７ｂ…アウトヒータ
１８…リフレクター
１９…突き上げシャフト
２０…温度制御機構
２１…ロボットハンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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