(57)【要約】【課題】高い生産性とともに、膜厚均一性の向上を図ることが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】ウェーハｗが導入され、成膜処理が行われる反応室１１と、ウェーハｗを保持するホルダー１３が上部に、ウェーハｗを加熱するヒータ１５、１６が内部に設置される回転体１２と、回転体１２に接続され、ウェーハｗを回転させる回転駆動機構１７と、反応室１１上方より反応室１１に所定流量のプロセスガスを供給するガス供給機構と、反応室下方よりガスを排出し、反応室内を所定の圧力に制御するガス排出機構と、供給されたプロセスガスを整流してホルダー１３に保持されたウェーハｗ上に供給する第１の整流板２０と、反応室１１の内壁と回転体１２の間に設けられ、水平方向で開口密度が異なるように配置された開口部２１ａを有する第２の整流板２１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハが導入され、成膜処理が行われる反応室と、
前記ウェーハを保持するホルダーが上部に、前記ウェーハを加熱するヒータが内部に設置される回転体と、
前記回転体に接続され、前記ウェーハを回転させる回転駆動機構と、
前記反応室上方より前記反応室に所定流量のプロセスガスを供給するガス供給機構と、
前記反応室下方よりガスを排出し、前記反応室内を所定の圧力に制御するガス排出機構と、
供給された前記プロセスガスを整流して前記ホルダーに保持された前記ウェーハ上に供給する整流板と、
前記反応室の内壁と前記回転体の間に設けられ、水平方向で開口密度が異なるように配置された開口部を有する整流板と、を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記反応室の下方に設けられ、前記ガス排出機構と接続されるガス排出口を備え、前記ガス排出口上の前記開口密度が、他の領域における前記開口密度より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記開口密度は、開口部の面積、あるいは開口部の数を変動させることにより制御され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装置。
【請求項４】
反応室内でウェーハを保持し、
前記反応室内を、所定の圧力に制御し、
前記ウェーハを加熱し、回転させながら、上方から前記ウェーハ上にプロセスガスを整流して供給し、
余剰な前記プロセスガスおよび前記プロセスガスより生成された反応副生成物を含む前記ウェーハ上の排ガスを、前記ウェーハの回転により前記ウェーハ上より外周方向に排出し、
前記外周方向に排出された前記排ガスを、前記ウェーハの外周下部における排出速度が等しくなるように制御して、下方に排出し、
前記反応室の下方の所定位置より、外部に排出することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
前記反応室の下方の所定位置上における前記排出速度を抑制することにより、前記ウェーハの外周下部における排出速度が等しくなるように制御されることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造方法。
【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上に、加熱しながらプロセスガスを供給し、高速回転しながら成膜を行なう半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【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、膜厚均一性の向上、ダストの低減などとともに成膜工程における高い生産性が要求されている。
【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、高速回転しながら加熱し、上方よりソースガスを供給して成膜する手法が用いられている（例えば特許文献１など参照）。そして、例えばφ３００ｍｍの大口径ウェーハを用いるとともに、安価なトリクロロシラン（以下ＴＣＳと記す）、ジクロロシランなどのＣｌ系ソースガスを用いることにより、さらなる生産性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６７６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などに用いられる１５０μｍを超えるような厚膜のエピタキシャル膜を形成する際、特にウェーハの外周部において、膜厚減少が生じ、高い生産性と膜厚均一性の向上の両立を図ることが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、高い生産性とともに、膜厚均一性の向上を図ることが可能な半導体製造装置および半導体製造方法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】
【０００７】
本発明の半導体製造装置は、ウェーハが導入され、成膜処理が行われる反応室と、ウェーハを保持するホルダーが上部に、ウェーハを加熱するヒータが内部に設置される回転体と、回転体に接続され、ウェーハを回転させる回転駆動機構と、反応室上方より反応室に所定流量のプロセスガスを供給するガス供給機構と、反応室下方よりガスを排出し、反応室内を所定の圧力に制御するガス排出機構と、供給されたプロセスガスを整流してホルダーに保持されたウェーハ上に供給する第１の整流板と、反応室の内壁と回転体の間に設けられ、水平方向で開口密度が異なるように配置された開口部を有する第２の整流板と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体製造装置において、反応室の下方に設けられ、ガス排出機構と接続されるガス排出口を備え、第２の整流板において、ガス排出口上の開口密度が、他の領域における開口密度より小さいことが望ましい。
【０００９】
また、本発明の半導体製造装置において、開口密度は、開口部の面積、あるいは開口部の数を変動させることにより制御されることができる。
【００１０】
また、本発明の半導体製造方法は、反応室内でウェーハを保持し、反応室内を、所定の圧力に制御し、ウェーハを加熱し、回転させながら、上方からウェーハ上にプロセスガスを整流して供給し、余剰なプロセスガスおよびプロセスガスより生成された反応副生成物を含むウェーハ上の排ガスを、ウェーハの回転によりウェーハ上より外周方向に排出し、外周方向に排出された排ガスを、ウェーハの外周下部における排出速度が等しくなるように制御して、下方に排出し、反応室の下方の所定位置より、外部に排出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体製造方法において、反応室の下方の所定位置上における排出速度を抑制することにより、ウェーハの外周下部における排出速度が等しくなるように制御されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体製造装置および半導体製造方法を用いることにより、高い生産性とともに、膜厚均一性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一態様による半導体製造装置の断面図である。
【図２】本発明の一態様における整流板の上面図である。
【図３】従来の排ガスの流れを示す図である。
【図４】本発明の一態様における排ガスの流れを示す図である。
【図５】本発明の一態様における整流板の上面図である。
【図６】本発明の一態様における整流板の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置の断面図を示す。図１に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応室１１には、回転体１２が設置されている。回転体１２の上部は、導入されたウェーハを保持するホルダー（サセプタ）１３が設けられ、その下部にホルダー１３を支持するリング１４が設けられている。このリング１４の内部には、ウェーハを加熱するインヒータ１５、アウトヒータ１６などが設置されている。そして、この回転体１２は、反応室１１下部の開口部を介して、ウェーハｗを回転させる回転駆動機構１７と接続されている。
【００１６】
反応室１１上部には、反応室１１内に所定流量のソースガス、希釈ガスを含むプロセスガスを導入するガス供給口１８が配置されている。ガス供給口１８は、ガス源（図示せず）、ガス種およびその流量を制御する流量計（図示せず）などと接続され、ガス供給機構が構成されている。反応室１１下部には、反応室１１よりガスを排出するガス排出口１９が例えば２カ所配置されている。ガス排出口１９は、反応室１１内を所定の圧力に制御する圧力計（図示せず）、ポンプ（図示せず）などと接続され、ガス排出機構が構成されている。
【００１７】
回転体１２の上方には、供給されたプロセスガスを整流してウェーハ上に供給する整流板２０が設けられている。
【００１８】
反応室１１の内壁と回転体１２の間は、排気を整流する整流板２１が設けられ、反応室１１に固定されている。整流板２１は、複数の円形の開口部２１ａを有しており、開口部２１ａの開口径は、水平方向で異なっている。すなわち、図２に整流板の上面図を示すように、破線で示すガス排出口１９の上方で、開口部２１ａの開口径が小さくなるように、ガス排出口１９からの距離に応じて開口部２１ａの開口径を変動させている。このように、反応室１１の内壁と回転体１２の間の面積に対する開口部の面積（以下開口密度と記す）が、ガス排出口１９からの距離に応じて小さくなるように、開口部２１ａが配置されている。
【００１９】
このような半導体製造装置を用いて、例えばＳｉウェーハ上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗを、反応室１１に導入し、ホルダー１３上に載置する。次いで、ライナー２１を降下させて、整流板２０とウェーハ、および整流フィン２２と回転体１２上面を近づけ、所定の距離となるように制御する。そして、ウェーハｗの温度が１１００℃となるように、インヒータ１５、アウトヒータ１６の温度を制御するとともに、ウェーハｗを、回転駆動機構１７により例えば９００ｒｐｍで回転させる。
【００２０】
そして、ガス供給口１８より、例えばＴＣＳ濃度が２．５％となるように希釈ガスにより希釈されて調製されたプロセスガスを、例えば５０ＳＬＭで導入し、整流板２０を介して整流状態でウェーハｗ上供給し、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を成長させる。
【００２１】
ウェーハｗ上に供給され、余剰となったＴＣＳ、希釈ガスなどのプロセスガス、反応副生成物であるＨＣｌなどのガス（排ガス）は、ウェーハｗの回転により外周方向に排出され、下方のガス排出口１９より排出され、反応室１１内が常圧に保持される。しかしながら、このとき、一部のガスが乱流を起こすことにより、排出されずにウェーハｗ上に滞留する。
【００２２】
Ｃｌ系ソースガスを用いたエピタキシャル成長において、例えばＴＣＳを用いた場合、ＴＣＳとＨ２を供給すると、
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ・・・（１）
の反応が右側に進行することにより、Ｓｉエピタキシャル膜が形成されるが、ＳｉとともにＨＣｌが生成される。（１）に示される反応は、複数の反応からなる平衡反応であるため、排出されるべきＨＣｌが滞留すると、ウェーハｗ上のＨＣｌモル比が高くなり、平衡は左側にシフトする。従って、Ｓｉの生成反応の進行が抑えられ、ＨＣｌの滞留の影響を受けやすいウェーハｗ外周部において、エピタキシャル成長率が低下すると考えられる。
【００２３】
特に、排ガスが排出されるガス排出口１９から離れた領域においては、図３に示すように排出方向が斜めになり、排出速度が低下するため、乱流が生じ、ＨＣｌが滞留しやすくなる。そして、Ｓｉの進行が抑えられるとともに、Ｓｉやその他の反応副生成物がウェーハｗ外周の領域に堆積し易くなる。
【００２４】
本実施形態において、反応室１１の内壁と回転体１２の間に、排気を整流する整流板２１が設けられているため、図４に示すように排出方向が垂直となり、排ガスが乱流を生じることなく、効率よく排出される。そして、整流板２１におけるガス排出口１９上の開口部２１ａの開口径を小さくすることにより、排出速度を低下させることができるため、排出速度のばらつきを抑えることができる。さらに、ガス排出口１９からの距離に応じて変動させることにより、排出速度が等しくなるように制御することができ、乱流の発生を抑えることが可能となる。
【００２５】
従って、高い生産性を有する枚葉式のエピタキシャル成膜装置でＣｌ系ソースガスを用いた場合であっても、ウェーハｗの外周部における膜厚減少を抑え、膜厚均一性を向上させることが可能となる。さらに反応室壁面への堆積物量を減少させることにより、ダストの発生を抑えることが可能となる。
【００２６】
（実施形態２）
図５に本実施形態の半導体製造装置における排気を整流する整流板の上面図を示す。図５に示すように、整流板５１の開口部５１ａのパターンが実施形態１と異なっている。すなわち、実施形態１においては、開口部の開口径を変動させているが、本実施形態においては、開口部５１ａの開口径は同じであるが、単位面積当たりの数を変動させることにより、開口密度を変動させている。
【００２７】
このような整流板を用いた半導体製造装置を用いて、実施形態１と同様に例えばＳｉウェーハ上にＳｉエピタキシャル膜を形成することができ、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（実施形態３）
図６に本実施形態の半導体製造装置における排気を整流する整流板の上面図を示す。図６に示すように、整流板６１の開口部６１ａのパターンが実施形態１と異なっている。すなわち、実施形態１においては、開口部が円形状であるが、本実施形態においては、開口部をスリット状として開口密度を変動させている。
【００２９】
このような整流板を用いた半導体製造装置を用いて、実施形態１と同様に例えばＳｉウェーハ上にＳｉエピタキシャル膜を形成することができ、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、これら実施形態において、排気を整流する整流板の開口部の形状を円形または円心方向のスリット状としているが、これらに限定されるものではなく、楕円状や、円周方向のスリット状であってもよい。またこれらの組合せでもよい。
【００３１】
また、反応室の内壁にライナーを設けたり、回転体の外周に熱効率を向上させるための反射板を設けてもよい。この場合、排気を整流する整流板は、ライナーの内側、反射板の外側に設置される。
【００３２】
さらに、成膜に用いられるソースガスのガス種に応じて、開口密度を変えることも有効である。例えば、ソースガスとしてより堆積物が生じやすいモノシランを用いる場合には、堆積分を考慮して、ＴＣＳを用いる場合より開口密度を大きくしてもよい。
【００３３】
これら実施形態によれば、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形成するとともに、膜厚均一性を向上させ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。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、Ｓｉ基板上にＳｉ単結晶層を形成する場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用できる。また、化合物半導体基板上に、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど他の化合物半導体層を形成する場合にも適用可能である。さらに、例えばＳｉ基板上にＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜を形成する場合にも適用可能であり、ＳｉＯ２膜を形成する場合、プロセスガスとして、シラン系ガスの他、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスを供給し、Ｓｉ３Ｎ４膜を形成する場合、シラン系ガスの他、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスなどを供給すればよい。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。
【符号の説明】
【００３６】
ｗ…ウェーハ
１１…反応室
１２…回転体
１３…ホルダー
１４…リング
１５…インヒータ
１６…アウトヒータ
１７…回転駆動機構
１８…ガス供給口
１９…ガス排出口
２０、２１、５１、６１…整流板
２１ａ、５１ａ、６１ａ…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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