(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、
前記ウェーハを所定の温度に加熱するためのヒータエレメントと、このヒータエレメントと一体成型され、前記ヒータエレメントの裏面側に突出して形成されたヒータ電極部とを有するヒータと、
前記反応室内に設けられ、一端部が前記ヒータ電極部の下端部と接続され、かつ、他端部が外部から電圧が印加される電極の上端部と接続され、前記ヒータ電極部に電圧を印加するための電極部品と、
前記電極部品を固定するためのベースと、
前記ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、を備え、
前記ヒータ電極部の表面のうち少なくとも前記電極部品との接続部が、前記ヒータエレメントから離間しており、前記接続部の少なくとも一部が、前記ベースの上面より下部に配置されることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記接続部の上端と前記ウェーハ支持部材のウェーハ支持面との距離が、前記ウェーハの径の１／２以上であり、前記ヒータは、前記接続部の上部が８００℃以上となるように、前記ウェーハを前記所定の温度に加熱する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】
前記接続部と前記ヒータエレメントとを間仕切る分離板を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記分離板の下方をガスパージするためのパージガス導入部と、
前記パージガスを排出するためのパージガス排出部を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
反応炉内にウェーハを導入し、
ヒータエレメントと一体成型され、前記ヒータエレメントの裏面側に突出して形成されるとともに、前記反応炉内に設けられた電極部品の一端部に前記突出部分の下端部が接続され、表面のうち少なくとも前記電極部品との接続部が前記ヒータエレメントから離間し、かつ、前記接続部の少なくとも一部が、前記電極部品を固定するベースの上面より下部に配置されたヒータ電極部に対して前記電極部品から電圧印加し、
前記ヒータエレメントを発熱させることにより、前記ウェーハを所定温度で加熱し、
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により、前記ウェーハ上に成膜することを特徴とする半導体製造方法。
【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うために用いられる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、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】
通常、ヒータを構成するヒータエレメントは、その面内で支持体である電極部品にボルトなどを用いて固定、接続される。しかしながら、熱により接続部分の変形やそれに伴う抵抗値の上昇が生じるため、ヒータエレメントと一体化したヒータ電極部を設け、ヒータエレメントの下方で電極部品と接続することが提案されている（例えば特許文献１など参照）。
【０００５】
このとき、ヒータ電極部には不純物が添加されたＳｉＣ、電極部品には不純物を含むカーボンが用いられ、それぞれ不純物の拡散を防ぐためにＳｉＣコーティングが施されている。また、接続安定性、取り付けの容易さより、ヒータ電極部と電極部品は、電子部品などを固定するベースとサセプタの中間辺りで接続されている。しかしながら、これらの接続部（接合端面）において、導電性を確保するためにコーティングが除去されている。また、ウェーハの処理温度を１１００℃程度に維持するためには、この接続部の温度を８００−９００℃程度に維持する必要がある。そのため、接続部から不純物が拡散し、ウェーハを汚染するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８１６３号公報（[図１]、[図２]など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ウェーハの汚染を抑え、半導体装置の高性能化や信頼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】
【０００８】
本発明の一態様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、ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、ウェーハを所定の温度に加熱するためのヒータエレメントと、このヒータエレメントと一体成型され、ヒータエレメントの裏面側に突出して形成されたヒータ電極部とを有するヒータと、反応室内に設けられ、一端部がヒータ電極部の下端部と接続され、かつ、他端部が外部から電圧が印加される電極の上端部と接続され、ヒータ電極部に電圧を印加するための電極部品と、電極部品を固定するためのベースと、ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、を備え、ヒータ電極部の表面のうち少なくとも電極部品との接続部が、ヒータエレメントから離間しており、接続部の少なくとも一部が、ベースの上面より下部に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様の半導体製造装置において、接続部の上端とウェーハ支持部材のウェーハ支持面との距離が、ウェーハの径の１／２以上であり、ヒータは、接続部の上部が８００℃以上となるように、ウェーハを所定の温度に加熱することが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様の半導体製造装置において、接続部とヒータエレメントとを間仕切る分離板を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様の半導体製造装置において、分離板の下方をガスパージするためのパージガス導入部と、パージガスを排出するためのパージガス排出部を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の一態様の半導体製造方法は、反応炉内にウェーハを導入し、ヒータエレメントと一体成型され、ヒータエレメントの裏面側に突出して形成されるとともに、反応炉内に設けられた電極部品の一端部に突出部分の下端部が接続され、表面のうち少なくとも電極部品との接続部がヒータエレメントから離間し、かつ、接続部の少なくとも一部が、電極部品を固定するベースの上面より下部に配置されたヒータ電極部に対して前記電極部品から電圧印加し、ヒータエレメントを発熱させることにより、ウェーハを所定温度で加熱し、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により、ウェーハ上に成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体製造装置または半導体製造方法において、ウェーハの汚染を抑え、半導体装置の高性能化や信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様の半導体製造装置の断面を示す図である。
【図２】本発明の一態様におけるヒータパターンを示す図である。
【図３】本発明の一態様の半導体製造装置の断面を示す図である。
【図４】本発明の一態様の半導体製造装置の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【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】
（実施形態１）
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、トリクロロシラン、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、所定の流量でウェーハ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。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。そして、その下方には、ウェーハｗを保持するための保持部材であるサセプタ１５が、回転部材であるリング１６上に設置されている。リング１６は、ウェーハｗを所定の回転速度で回転させる回転軸（図示せず）、モータ（図示せず）などから構成される回転駆動制御機構１７と接続されている。
【００１８】
リング１６内部には、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１８と、アウトヒータ１９が設置されている。これらのヒータの下部には、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２０が設置されている。さらに、インヒータ１８、リフレクター２０を貫通するように、ウェーハｗを上下移動させるための突き上げシャフト２１が設置されている。
【００１９】
インヒータ１８は、図２に示すような所定パターンを有するヒータエレメント１８ａとこれと一体成型されたヒータ電極部１８ｂから構成されている。また、アウトヒータ１９は、環状のヒータエレメント１９ａと、一体成型されたヒータ電極部１９ｂから構成されている。各ヒータ電極部１８ｂ、１９ｂは、不純物が添加されて導電性を有するＳｉＣからなり、さらにＳｉＣ膜がコーティングされている。
【００２０】
リング１６内部下方には、ヒータ電極部１８ｂ、１９ｂとボルトなどにより接続される電極部品であるブースバー２２が設置され、外部電源（図示せず）に接続され、ヒータシャフト２３に固定される電極２４とボルトなどにより接続されている。ブースバー２２はカーボンからなり、さらにＳｉＣ膜がコーティングされている。ブースバー２２の下方には、例えば石英製のベース２５が設けられ、リフレクター２０の支持体およびブースバー２２が固定されている。そして、ベース２５には切り欠きが設けられており、ヒータ電極部１８ｂ、１９ｂとブースバー２２との接続部の少なくとも一部が、ベース２４の上面より下部となるように配置されている。
【００２１】
このような半導体製造装置を用いて、例えば、φ２００ｍｍのＳｉウェーハｗ上に、Ｓｉエピタキシャル膜が形成される。
【００２２】
先ず、反応炉１１にウェーハｗを搬入する。そして、突き上げシャフト２１を下降させることにより、ウェーハｗが載置されたサセプタ１５を、リング１６上に載置する。そして、外部電源（図示せず）と接続された電極２３より、ベース２５の切り欠き部分においてブースバー２２と接続されたヒータ電極部１８ｂ、１９ｂに電圧を印加し、ウェーハｗの面内温度が均一に例えば１１００℃となるように、インヒータ１８、アウトヒータ１９を制御する。
【００２３】
そして、回転駆動制御機構１７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、例えばトリクロロシラン濃度が２．５％となるように調製し、例えば５０ＳＬＭで供給する。
【００２４】
一方、余剰となったトリクロロシラン、希釈ガスを含むプロセスガス、反応副生成物であるＨＣｌなどのガスは、サセプタ１５外周より下方に排出される。さらに、これらのガスは、ガス排出口１３よりガス排出機構（図示せず）を介して排出され、反応炉１１内の圧力が一定（例えば常圧）に制御される。このようにして、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を成長させる。
【００２５】
これまでは接続安定性、取り付けの容易さより、ヒータ電極部とブースバーをベースとサセプタの中間辺りで接続していたが、サセプタのウェーハ載置面からウェーハの径の１／２（本実施形態においては１０ｃｍ）未満のまでは、ウェーハの処理温度を１１００℃程度に維持するために、８００−９００℃程度に維持する必要がある。温度維持の必要がないベース位置近傍まで接続位置を下げることにより、接続部からの不純物の拡散を抑えることができ、ウェーハの汚染を抑えることが可能となる。その結果、このようなウェーハを用いて形成される半導体装置において、スイッチングスピードの向上や、リーク電流の低減を図ることが可能となる。
【００２６】
（実施形態２）
本実施形態において、実施形態１と半導体製造装置の構成は同様であるが、ヒータ電極部とブースバーの接続部の上に分離板を設けている点で実施形態１と異なっている。
【００２７】
すなわち、図３に示すように、ヒータ電極部１８ｂ、１９ｂと、ブースバー２２との接続部と、ヒータエレメント１８ａ、１９ａを間仕切るように、分離板３１が設けられている。分離板３１は、中心部、ヒータ電極部１８ｂ、１９ｂや、リフレクターの支持体などを貫通させるための開口部を有している。
【００２８】
このような分離板を設けることにより、たとえ接続部から不純物が拡散しても、ヒータエレメント１８ａ、１９ａに到達することなく、実施形態１よりさらにウェーハの汚染を抑えることが可能となる。その結果、実施形態１と同様に、このようなウェーハを用いて形成される半導体装置において、さらにスイッチングスピードの向上や、リーク電流の低減を図ることが可能となる。
【００２９】
また、さらに分離板３１の下部の領域を、Ｈ２や、Ａｒなどの不活性ガスでパージすることが好ましい。すなわち、図４に示すように、分離板３１の下部の領域にパージガス導入４１と、パージガス排出部４２が設けられている。そして、パージガス導入部４１からＨ２などのパージガスを導入し、ヒータエレメント側にパージガスが回り込まないように、パージガス排出部４２からヒータユニット（リング）外に排出する。そして、排出されたパージガスは、ガス排出口１３より反応炉１１の外部に排出される。このようにして、さらにウェーハの汚染を抑えることが可能となる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
１１…反応炉
１２…ガス供給口
１３…ガス排出口
１４…整流板
１５…サセプタ
１６…リング
１７…回転駆動制御機構
１８…インヒータ
１９…アウトヒータ
２０…リフレクター
２１…突き上げシャフト
２２…ブースバー
２３…ヒータシャフト
２４…電極
２５…ベース
３１…分離板
４１…パージガス導入部
４２…パージガス排出部
【図１】
0005443096.tif 000002
【図２】
0005443096.tif 000003
【図３】
0005443096.tif 000004
【図４】
0005443096.tif 000005