(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積チャンバ内のサセプタの上側面上に載置されたウエ−ハの表面に材料層を堆積する方法において、
前記サセプタの裏面上へ、前記ウエ−ハ上へ堆積される材料と同じ材料の層を堆積するステップであって、前記サセプタの前記裏面を横切って前記堆積チャンバ内に堆積ガスの流れを提供し、前記堆積ガスが前記サセプタの裏面上へ層を堆積するために反応する温度へ前記堆積ガスを加熱することによって前記サセプタの前記裏面上へ層が堆積される、前記ステップと、
前記サセプタの前記裏面上へ前記材料層を堆積した後、前記サセプタの前記裏面上へ堆積させた材料と同一材料の層を前記ウエ−ハの一つの表面へ堆積するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記サセプタの前記裏面上へ層を堆積するために使用する前記堆積ガスと同一堆積ガスの流れを前記堆積チャンバ内と前記ウエ−ハ上へ提供し、前記ウエ−ハと、
前記ウエ−ハ上方の堆積ガスとを、前記ガスが反応して前記ウエ−ハ上へ層を堆積する温度に加熱するために前記サセプタを加熱することによって前記ウエ−ハ上へ層が堆積される、請求項１項に記載の方法。
【請求項３】
ウエ−ハ上へ材料層を堆積する堆積装置であって、
外側壁を有するひとつの堆積チャンバと、
前記チャンバ内のひとつのサセプタプレ−トと、
を有し、
前記サセプタプレ−トは前記チャンバを横切って延在して、前記チャンバを、前記ウエ−ハを上に支持する前記サセプタプレ−トの上側表面の上方にある上方部と、前記サセプタプレ−トの裏面の下方にある下方部とに分割し、更に、前記チャンバの前記壁内にひとつのガス導入口マニホールドを有し、前記ガス導入口マニホールドは、前記堆積チャンバの前記下方部内に開口する少なくとも一つの通路と、前記堆積チャンバの前記上方部内に開口する少なくとも一つの通路と有する、堆積装置。
【請求項４】
前記マニホールドは、前記堆積チャンバの前記上方部に開口する少なくとも２つの通路を有し、前記通路の一方はガスの流れを前記サセプタプレ−トの前記上側表面の中央部分を横切るように向けさせる位置にあり、他方の前記通路はガスの流れを前記サセプタプレ−トの前記上側表面の周縁部を横切るように向けさせる位置にある、請求項３項に記載の装置。
【請求項５】
前記堆積チャンバが、上ド−ムと、下ド−ムと、前記上ドームと前記下ド−ム間の側壁とを有し、前記マニホールドが前記側壁内にある、請求項４項に記載の装置。
【請求項６】
前記マニホールドが、３つの導入口を有するキャッププレ−トを包含し、前記導入口の一つは前記チャンバの前記下方部に開口する通路に接続され、他の２つの導入口の各々は前記チャンバの前記上方部内に開口する別々の通路の各々に接続されている、請求項５項に記載の装置。
【請求項７】
更に、前記チャンバの前記側壁を通って延在するインサ−トプレ−トを有し、前記インサ−トプレ−トはそれ自体を通って延在する３つの通路を有し、前記各通路は前記キャッププレ−ト内別々の各導入口導入口に接続されている、請求項６項に記載の装置。
【請求項８】
更に、前記チャンバの側壁の内側面に当接して取り付けられ、前記インサ−トプレ−トの表面を横切って延在するひとつのライナ−を有し、前記ライナ−は、それ自体を通って延在し前記インサ−トプレ−ト内の各通路に開口する別々の通路を有し、前記ライナ−内の前記通路のひとつは前記堆積チャンバの前記下方部内に開口し、前記ライナ−内の他の通路は前記堆積チャンバの前記上方部内に開口する、請求項７項に記載の装置。
【請求項９】
前記キャッププレ−トは、前記インサ−トプレ−トの表面と向き合う表面を有し、複数の凹部が前記キャッププレ−トの前記表面内にあって、前記各凹部は前記インサ−トプレ−ト内の別々の前記通路の一つに対向していると共に前記インサ−トプレ−ト内の前記通路の内の一つの通路に開口し、前記各導入口は前記キャッププレ−ト内の別々の前記凹部に接続している、請求項８項に記載の装置。
【請求項１０】
前記導入口の各々接続され、前記各々の導入口に同じ堆積ガスを供給するように成されたガス供給システムを有する、請求項５項に記載の装置。
【請求項１１】
前記ガス供給システムは、堆積ガスに含まれるべき種々のガスの複数のガス源と、前記各ガス源を前記各導入口に接続するラインとを有する、請求項１０項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ガス源は全ての第１共通ラインに接続され、第２ラインが前記共通ラインを前記チャンバの前記下方部内へガスを送るための口へ接続され、別々の第３ラインが前記共通ラインを前記チャンバの前記上方部内へガスを送るための口に接続され、前記第２と第３の各ライン中の別々のバルブは前記第２と第３の各ライン中のガスの流れを制御する、請求項１１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３のラインは、前記チャンバの上方部に接続する各導入口に接続する別々のラインを有する、請求項１２項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ガス供給システムは、パ−ジガスの別々のガス源と、前記チャンバの前記下方部に接続された導入口に前記パ−ジガス源を接続するラインとを有する、請求項１３項に記載の装置。
【請求項１５】
更に、前記パ−ジガス源から、前記チャンバの前記上方部に接続された前記導入口まで延びるラインを有する、請求項１４項に記載の装置。
【請求項１６】
ウェーハ上へ堆積する方法であって、
内部にサセプタが形成される堆積チャンバ内に第１堆積ガスを流し、前記サセプタの裏面上に材料層を堆積するステップと、
前記サセプタの上側面上にウェーハを載置するステップと、
前記サセプタの前記裏面上へ前記材料層を堆積した後、前記サセプタの裏面上へ堆積させた材料と同一材料の層を前記ウェーハの表面へ堆積する為に第２堆積ガスを提供するステップと、
前記ウェーハ上に前記材料を堆積する間、ひとたびサセプタが加熱されると前記サセプタの裏面から放出される放射を検知する赤外線温度センサにより、サセプタの温度を監視するステップと、
を有する、前記方法。
【請求項１７】
ウェーハ上の前記サセプタの裏面上に層を堆積する為に使用される前記堆積ガスは、シリコン成分を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
シリコン成分を含むガスは、シランを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１堆積ガスは、前記第２堆積ガスと同一である、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体ウエ−ハ用処理チャンバに関し、特に、処理中に半導体ウエ−ハを支持するサセプタの両側に、そして半導体ウエ−ハ表面の異なった領域へガスが供給され得るように成した、半導体ウェ−ハを処理するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエ−ハ用処理装置の一つのタイプは、単一式あるいは枚葉式ウェ−ハプロセサであって、一度に一枚のウェ−ハを処理チャンバ内のサセプタ上に支持するようになっている。チャンバはサセプタにより、サセプタより下方にある部分（下方部）とサセプタより上方にある部分（上方部）とに分けられている。サセプタは、ウエ−ハに対してより均一な処理ができるように、通常は一つの軸に取り付けられていてその軸を中心として回動される。堆積ガスのような処理ガスの流れは、チャンバの上方部内に、ウエ−ハ表面の全面に沿って供給される。ウエ−ハを横断する処理ガスの流れを得るために、チャンバは、通常、その一方側に一つのガス導入口を、他方側に一つのガス排出口を有している。サセプタはウエ−ハを所望の処理温度に加熱するために加熱される。サセプタを加熱するために用いられる方法の一つは、チャンバの周りに設けたランプを使用し、その光をチャンバ内およびサセプタ上へ向けさせる。ウエ−ハの到達温度を制御するために、サセプタの温度は常に測定される。この測定は、加熱されたサセプタから放射される赤外線放射を検知する赤外線温度センサによって行なうのが普通である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このタイプの処理装置が抱える問題の一つは、ウエ−ハ表面に材料の層を堆積する通常はガスあるいはガスの混合物である処理ガスの一部がサセプタの端部に流れて、サセプタの裏面に材料層が堆積してしまう傾向である。この堆積した材料はサセプタの材料と通常は異なるので、堆積層の放射率(emissivity)は、サセプタの放射率とは異なる。このように、サセプタの裏面へ材料層がひとたび堆積してしまうと、赤外線温度センサは赤外線が放出される表面の放射率の変化に起因する変化を検知してしまうことになる。この変化は、実際には生じていないサセプタの温度変化を示してしまう。
【０００４】
このサセプタ裏面への堆積の問題を防止するために用いられてきた技術の一つは、チャンバ上方部内の堆積ガス圧力よりわずかに高い圧力でチャンバ下方部内へ、水素のような不活性ガスの流れを供給することであった。これを達成するための一つの装置が、Roger Anderson他の１９９３年７月３０日出願の米国特許出願番号08/099,977, 発明の名称「ウエ−ハ処理チャンバ用ガス導入口」に記載されている。チャンバ下方部内の不活性ガスは比較的高圧であるために、チャンバ下方部からチャンバ上方部への流れがサセプタ端部周りに流れることになる。不活性ガスのこの流れは、堆積ガスの流れがチャンバ下方部へ流れ込むことを防止する。これはサセプタ裏面に堆積ガスから成る層が堆積するのを防止するのには非常に満足できる方法であるが、欠点もある。サセプタ端部でチャンバ上方部へ入った不活性ガスの流れはサセプタ端部において堆積ガスを希釈する。これは、更に堆積ガスの組成に非均一性をもたらし、堆積中の層の厚さと比抵抗の均一性の両方に悪影響を及ぼす。
【０００５】
チャンバ下方部からチャンバ上方部へのサセプタ端部周りの不活性ガスの流れを制限するために、サセプタを囲む予熱リングでサセプタ端部を覆う(overlap) というもう一つの技術が開発されている。これによって、サセプタ端部周りのガスの流れを大きく減少させるラビリンス路(labyrinth passage) が形成される。このような装置は、Israel Beinglassの１９９３年７月１３日出願の米国特許出願番号08/090,591, 発明の名称「改良されたサセプタの構成」に記載されている。これは、サセプタ端部周りのガスの流れを減少させるが、サセプタと予熱リングとの間隙は、その間隙を通過する処理ガスの流れを阻止するのに充分なほど小さいが、サセプタによる予熱リングのかじりや擦過(scrape or rub) が生じないほど充分な大きさであるようにするために、サセプタと予熱リングとを極めて正確に整列しなければならないという欠点がある。サセプタが予熱リングをかじったりこすったりした場合、粒子が発生して堆積中の層を汚染してしまうことになろうし、あるいはサセプタに機械的損傷が生じることになろう。このサセプタと予熱リングとの間隙を維持することは、複数の部品の機械的公差の積み上げにより、また熱膨張あるいは損耗のような他の要因により困難である。
【０００６】
それ故、サセプタ裏面に被覆が及ぶことによる不適切な温度表示の問題を克服する方法と装置を得ることが望まれることになろう。また、チャンバ下方部からサセプタ周りの不活性ガスの流れによる堆積ガス希釈化の問題を克服する装置を得ることも望まれることになろう。
【０００７】
そこで本発明は、サセプタ裏面に被覆が及ぶことによる不適切な温度表示の問題を克服し、かつ、チャンバ下方部からサセプタ周りの不活性ガスの流れによる堆積ガス希釈化の問題を克服する方法と装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の態様は、ウエ−ハ上に材料層を堆積する装置のためのサセプタに関する。このサセプタは、ウエ−ハを支持する表面と、ウエ−ハ支持表面に対向する裏面とを有する一つのプレ−トである。ウエ−ハに堆積される材料層はサセプタプレ−トの裏面にある。
【０００９】
本発明の他の態様は、ウエ−ハ表面上に材料層を堆積する装置に関する。この装置は、堆積チャンバを包含するとともに、このチャンバを横断して延在し、ウエ−ハを支持するための上面とこの上面に対向する裏面とを有する一つのサセプタプレ−トを包含する。ウエ−ハ上に堆積される材料層はサセプタプレ−トの裏面上にある。
【００１０】
本発明の更に別の態様は、堆積チャンバ内のサセプタ上面に載置したウエ−ハ表面上に材料層を堆積する方法に関する。この方法は、ウエ−ハ上に堆積するべき材料と同じ材料をサセプタの裏面に堆積するステップを包含する。
【００１１】
本発明の更に別の態様は、ウエ−ハ上へ材料層を堆積する堆積装置に関する。この装置は、外壁を有する堆積チャンバを包含する。サセプタプレ−トはチャンバ内にあって、そのチャンバを、ウエ−ハを支持するサセプタ上面の上方にある上方部と、サセプタプレ−トの裏面の下方にある下方部とに分割するようにチャンバを横断して延在している。ガス導入口マニホールドはチャンバ下方部へ開口する少なくとも一つの通路と、チャンバ上方部へ開口する少なくとも一つの通路とを包含している。
【００１２】
【実施例】
先ず図１において、本発明による半導体ウエ−ハ処理装置を全体的に１０で示す。処理装置１０は堆積反応器であって、上ド−ム１４と、下ド−ム１６と、上下ド−ム１４、１６間の側壁１８とを有する。上下ド−ム１４、１６は透明な材料から成る故、それを通過して加熱光をチャンバ１２内へ入らせるようになっている。チャンバ１２内には平坦で円形のサセプタ２０がある。サセプタ２０は側壁１８においてチャンバ１２の横方向に全体的に延在し、チャンバ１２をサセプタ２０の上方の上方部２２と、サセプタ２０の下方の下方部２４とに分割している。サセプタ２０は、サセプタ２０の底部中心から下方垂直方向に延在するシャフト２６に取り付けられている。シャフト２６には、シャフトを回動するモ−タ（図示していない）が接続されていてサセプタを回動させる。円環状予熱リング２８はその外周を側壁１８に接続されていてサセプタ２０の周囲に延在している。予熱リング２８は、サセプタ２０と同一平面内にあり、予熱リング２８の内側端部はサセプタ２０の外側端部に近接している。本発明による導入口マニホールド３０は側壁１８内にあって、処理ガスがチャンバ１２内に流入できるようになっている。排出口３２は導入口マニホールドと直径方向で(diagonally)対向する、側壁１８内にある。
【００１３】
チャンバ１２の周りには複数の高光度ランプ３４が取り付けられており、その光は上下ド−ム１４、１６を通過してサセプタ２０上に向けられてサセプタ２０を加熱する。上下ド−ム１４、１６は、ランプ３４からの光に対して透明な石英のような材料から成る。上下ド−ム１４、１６が全体的に石英から成る理由は、石英は可視光および赤外線の両周波数に対して透過性があり、比較的高い構造強度を呈し、堆積チャンバ１２の処理環境において化学的に安定である、という理由による。赤外線温度センサ３６は下方ド−ム１６の下方に取り付けられていて下方ド−ム１６を介してサセプタ２０の底面に向いている。温度センサ３６は、サセプタ２０が加熱されているときサセプタ２０から放射される赤外線放射を受けることによってサセプタ２０の温度を監視するのに使用される。
【００１４】
図２および図６に示したように、導入口マニホールド３０は平坦なキャッププレ−ト３８から成り、長方形の前面４０と、平坦な各々上面と底面４２、４４、背面４６、および端面４８を有する。３つの導入口５０、５２および５４がプレ−ト３８の両端面４８の中間において、それぞれ背面４６、上面４２、底面４４から延在している。図７に示したように、背面側の導入口５０は通路５６内に開口しており、通路５６は背面４６に沿ってキャッププレ−ト３８の両端部に隣接する上側で外側の両チャンバ５８まで延在する。図６、７および８に示すように、上側で外側のチャンバ５８は前面４０に開口し、前面の幅方向の長孔となっている。通路６０は上側で外側のチャンバ５８から、その下側にある下側で外側のチャンバ６２まで下方に向かってに延在している。下側で外側のチャンバ６２は前面４０に開口しており、前面４０の幅方向の長孔となっている。下側で外側のチャンバ６２の幅は上側と下側チャンバ５８の幅よりも広い。
【００１５】
上部導入口５２は、通路５６に対して離間しかつほぼ平行に延在する通路６４内に開口している。通路６４は、上側で外側のチャンバ５８に対して内側に離間しかつ隣接する上側で中間のチャンバ６６まで延在している。上側で中間のチャンバ６６は、前面４０に対して開口しており、前面４０の幅方向の長孔となっている。通路６８は、上側で中間のチャンバ６６から上側で中間のチャンバ６６の下方にある下側で中間のチャンバ７０まで下方に向かって延在している。下側で中間のチャンバ７０は前面４０に開口しており、前面４０の幅方向の長孔となっている。上側で中間のチャンバ６６の幅は上側で外側のチャンバ５８の幅とほぼ同じであって、しかも、下側で中間のチャンバ７０の幅は上側で中間のチャンバ６６の幅よりわずかに広くなっている。上側で中間のチャンバ６６は上側で外側のチャンバ５８と同一面内にあり、しかも、下側で中間のチャンバ７０は下側で外側のチャンバ６２と同一面内にある。
【００１６】
底部の導入口５４は、下側で中間の両チャンバ７０の間にある比較的大きな内側チャンバ７２内まで延在している。この内側チャンバ７２は前面４０上に開口しており、前面４０の幅方向の長孔となっている。内側チャンバ７２は、下側で外側のチャンバ６２と、下側で中間のチャンバ７０と同一面内にあるが、その幅は下側で外側チャンバ６２および下側で中間のチャンバの幅よりもかなり広くなっている。このように、全てのチャンバ５８，６２，６６，７０および７２は、プレ−ト３８の前面上に開口し、何れも前面４０の幅方向の長孔となっている。上側チャンバ５８および６６は、上側で外側の両チャンバ５８の間にある上側で中間のチャンバ６６と同一面内にある。下側チャンバ６２，７０，および７２は、上側チャンバ５８と６６の面より下方の同一面内にあり、下側で中間のチャンバ７０は下側で外側の両チャンバ６２の間にあり、内側チャンバ７２は下側で中間の両チャンバ７２の間にある。
【００１７】
バッフルプレ−ト７４が、キャッププレ−ト３８の前面４０の全面に延在している。バッフルプレ−ト７４は前面４０の寸法と形状に一致するような長方形である。複数の孔７６がバッフルプレ−ト７４を貫通して延在し、一つの共通面に沿って並んでいる。孔７６の面は、キャッププレ−ト３８内の下側チャンバ６２，７０，７２の面に対応している。しかしながら、バッフルプレ−ト７４は、上側チャンバ５８と６６の開口側を覆うように上側チャンバ５８と６６にわたって中実である。全孔７６のうち、孔７６の列の各端部における４つは、下側で外側の両チャンバ６２の各々の開口側に重なり、全孔７６のうちの２つは、下側で中間の両チャンバの各々の開口側に重なり、全ての孔のうち孔列の中央にある６つは、内側チャンバ７２に重なっている。このように、下側チャンバ６２，７０，７２に入るガスはすべてバッフルプレ−ト７４全体にわたって孔７６を通って流れることができる。
【００１８】
キャッププレ−ト３８およびバッフルプレ−ト７４は、側壁１８内の開口８０を通って上側と下側のライナ−８２と８４の各々に延在する一対のインサ−トプレ−ト７８に当接している。ライナ８２と８４は側壁１８の内面に当接して取り付けられている。各インサ−トプレ−ト７８は、ほぼ長方形の背面８６、湾曲した前面８８、平坦な頂部面９０と底部面９２、それぞれ真っ直ぐな端面９４と９６を有している。湾曲した前面８８は円の一部に沿っている。従って、各インサ−トプレ−ト７８の外側端面９４は内側端面９６より長くなっている。インサ−トプレ−ト７８は内側端面９６が互いに隣接して対向する位置にある。３つの離間した平行な通路９８，１００，１０２は、各インサ−トプレ−ト７８を通って平坦な背面８６から湾曲した前面８８へ延在している。外側の通路９８は、外側端面９４に沿って延在し、内側通路１０２は内側端面９６に沿って延在し、中間通路１００は外側と内側の通路９８と１０２の間にある。通路９８、１００および１０２の断面はほぼ長方形であり、インサ−トプレ−ト７８の背面８６の幅方向の長孔である。外側通路９８の幅はキャッププレ−ト３８内の下側で外側のチャンバ６２の幅と同一であり、中間通路１００の幅は、キャッププレ−ト３８内の下側で中間のチャンバ７０の幅と同一であり、両内側通路１０２の合計幅は、キャッププレ−ト３８内の内側チャンバ７２の幅とほぼ等しい。通路９８，１００および１０２はバッフルプレ−ト７４内の孔７６に整列している。従って、インサ−トプレ−ト３８内の下側で外側のチャンバ６２からのガスは外側の４つの孔７６を通って外側通路９８へ流入し、下側で中間のチャンバ７０からのガスは２つの孔７６を通って中間通路１００内へ流入し、内側チャンバ７２からのガスは６個の孔を通って内側通路１０２内へ流入することになろう。
【００１９】
インサ−トプレ−ト７８の湾曲前面８８は、下側ライナ８４の湾曲外側面に当接している。図２および図４に示したように、下側ライナ８４は、それを貫通しインサ−トプレ−ト７８の中間通路１００から延在する一対の中間通路１０４を有している。中間通路１０４は、サセプタ２０より下方の、堆積チャンバ１２の下方部２４内に開口している。このように、下側で中間のチャンバ７０からのガスは、インサ−トプレ−ト７８内の中間通路１００と、下側ライナ８４内の中間通路１０４とを通過し、サセプタ２０より下方の堆積チャンバ１２の下方部２４内に流入する。
【００２０】
下側ライナ８４は、インサ−トプレ−ト７８内の各外側通路９８に面している外面に別の外側凹部１０６を有している。図２と図３に示すように、外側凹部１０６は、下側ライナ８４の外側面に沿って上方向に外側通路１０８まで延在し、この外側通路１０８は、下側ライナ８４と上側ライナ８２との間に延在し、サセプタ２０の上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２に至る。このように、外側通路９８からのガスは、外側凹部１０６および外側通路１０８を通ってサセプタ２０の上面の上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２に流入する。
【００２１】
下側ライナ８４は、インサ−トプレ−ト７８内の各内側通路１０２に対向している外側面に内側凹部１１０を有している。図２と図５に示すように内側凹部１１０は、下側ライナ８４の外側面に沿って上方向に内側通路１１２まで延在し、この内側通路１１２は、下側ライナ８４と上側ライナ８２との間をサセプタ２０上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２まで延在する。従って、内側通路９８からのガスは、内側凹部１１０および内側通路１０８を通ってサセプタ２０の上面の上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２に流入する。内側通路１１２は外側通路１０８の間にあり、サセプタ２０の中央部分を横切ってほぼ直径方向にガスが通過するように向けさせるべく位置決めされている。外側通路１０８は、サセプタ２０の外側部分を横切ってガスが通過するように指向すべく位置決めされている。
【００２２】
中間通路１０４に対向したサセプタ２０のほぼ直径方向反対側に、図１に示すように、下側ライナ８４はそれを貫通する、排気パイプ３２からの排気通路１１４を有している。排気通路１１４は下側ライナ８４と上側ライナ８２との間にある出口通路１１６に開口していて、出口通路１１６は堆積チャンバ１２の上方部２２内に開口している。このように、堆積チャンバ１２内のガスはそこから出口通路１１６と排気通路１１４とを通って出口パイプ３２に流れ堆積チャンバ１２を排気する。堆積チャンバ１２の下方部２４内のガスは、サセプタ２０のエッジの周り、上方部２２、排気通路１１４、出口通路１１６と流れて排出される。
【００２３】
上クランプリング１１８は上ド−ム１４の外面の周縁周りに延在している。下クランプリング１２０は下ド−ム１６の外面の周縁周りに延在している。上下クランプリング１１８、１２０は上ド−ム１４と１６を側壁１８にクランプするために一緒に固定される。
【００２４】
図９に、本発明の装置１０のガス供給システムを概略的に示す。ガス供給システムは、チャンバ１２内で行う処理で使用する種々のガスの複数のガス源を有する。ここで示したシステムには、５つのガス源１２２，１２４，１２６，１２８および１３０がある。ガス源１２２は、本記載中では、水素のような比較的不活性なキャリアガス源でよい。ガス源１２４はシリコン含有材料を堆積するための、シランのような堆積ガス源でよい。ガス源１２６は堆積すべき材料をド−ピングするためのド−パント源でよい。ガス源１２８は塩化水素源でよい。ガス源１３０はチャンバ１２の下方部２４をパ−ジするための、水素のようなパ−ジガス源でよい。
【００２５】
ガス源１２２，１２４，１２６および１２８はそれぞれ個別ライン１３２、１３４、１３６、および１３８によって共通ライン１４０に接続されている。各ライン１３２、１３４、１３６および１３８内には、流量計量制御バルブ１４２があり、共通ライン１４０への各ガスの流量を制御している。共通ライン１４０はライン１４４によりチャンバ１２の上方部２２へ接続され、ライン１４６によってチャンバ１２の下方部２４に接続されている。各ライン１４４および１４６内には各ラインを通過する流れの開閉を行うバルブ１４８がある。上方部用ライン１４４は、導入口マニホールド３０の導入口５０へ延びるライン１５０と、導入口マニホールド３０の導入口５４に延びるライン１５２とに接続されている。各ライン１５０および１５２内には各導入口へのガスの流れを制御する制御バルブ１５４がある。下方部用ライン１４６は導入口マニホールド３０の導入口５２に接続されている。ガス源１３０は、堆積チャンバ１２の下方部２４内へ流入する別の導入口１６０に、ライン１５６を介して接続されている。ライン１５８は、ライン１５６から、導入口５４に接続するライン１５２へと延びている。ライン１５６と１５８にも制御バルブ１５４が設けられている。
【００２６】
ウエ−ハ表面へ材料層を堆積する装置１０の操作における最初のステップは、サセプタ２０の下側つまり裏面に、ウエ−ハ表面に被覆する材料と同じ材料の層を被覆することである。例えば、ド−プされたシリコン層をウエ−ハ表面に堆積させる場合、サセプタ２０の裏面に先ず同じド−プされたシリコンを堆積させる。これは、ガス源１２４からのシランのようなシリコン含有ガス、ガス源１２６からのド−パントガス、ガス源１２２からの水素のようなキャリアガスの流れを供給することにより達成される。これらのガスの流れは、所望の混合ガスを得るように流量コントロ−ラ１４２によって制御される。堆積チャンバ１２の上方部２２に至るライン１４４内のバルブ１４８が閉じて、堆積チャンバ１２の下方部２４に至るライン１４６内のバルブ１４８が開く。このようにして、混合ガスはライン１４６を通って導入口５２へ流入する。それから、混合ガスは通路６４を通って上側で中間のチャンバ６６に流入し、通路６８を下って下側で中間のチャンバ７０に流入し、バッフルプレ−ト７４内の孔７６を通って、インサ−トプレ−ト７８内の中間通路１００を通り、下側ライナ８４内の中間通路１０４を通って堆積チャンバ１２の下方部２４へ流入する。そしてガスは、ランプ３４によって加熱中のサセプタ２０の底面を横切って流れる。加熱されたサセプタ２０がガスを加熱することによってガスが反応してサセプタ２０の裏面上に、ド−プされたシリコン層が堆積する。
【００２７】
ウエ−ハ上に被覆する材料と同じ材料の層でサセプタ２０の裏面を被覆する目的は、ウエ−ハ上への材料被覆中、良好で正確なサセプタ２０の温度制御を提供することにある。ウエ−ハ表面への材料堆積中、堆積チャンバ１２の上方部１４内の堆積ガスの一部はサセプタ２０と余熱リング２８との間で洩れ、堆積チャンバ１２の下方部２４内に流入する。このようにして洩れたガスはサセプタ２０の裏面に接触してサセプタ２０の裏面に材料層を堆積する。この堆積プロセスの間、サセプタ２０の温度は温度センサ３６で監視されている。温度センサ３６の読みに影響を与える要因はサセプタ２０の放射率である。サセプタ２０上に堆積中の材料の放射率は、サセプタ２０自体の放射率とは異なる。従って、ウエ−ハ上に堆積される材料層をサセプタ２０の裏面にも堆積させれば、温度センサ３６は放射率の相違を認識し、たとえサセプタの温度が変化しなかったとしても温度変化を表示するであろう。しかしながら、サセプタ２０の裏面を、ウエ−ハ上に被覆される材料層で先ず被覆することによって、温度センサ３６は最初に被覆層の放射率に校正される。このように、ウエ−ハ上への材料堆積中、同一材料の一部をサセプタ２０の裏面へ被覆するようにすれば、その材料はは同じ放射率を有する材料の上に被覆される。従って、サセプタ２０の裏面に追加皮膜を堆積したことによって温度センサ３６は同じ放射率を認識し、サセプタ２０の温度表示には何の変化も生じない。それ故、サセプタの実際の温度変化のみが温度センサによって表示されることになり、サセプタ２０の裏面に材料を被覆したことによる不正確な変化表示ではない。
【００２８】
温度センサ３６からのビ−ムが被覆層を透過してサセプタ２０に接触しないようにするためには皮膜層の厚さを略６ミクロンとするのが望ましい。シランガスによるシリコン堆積は比較的遅く、サセプタ２０の裏面へそのような厚い皮膜の堆積を行うには比較的長い時間がかかってしまう。サセプタ２０の裏面への適切な層の堆積にかかる時間を短縮するために、シリコン源としてジクロロシランを用いてサセプタ２０の裏面に最初のシリコン被覆を堆積するすることができる。ジクロロシランは、かなり速いシリコン堆積を可能にする。堆積ガスとしてジクロロシランを用い、最初に約４ミクロンもしくはそれを超える厚さのシリコン層をサセプタ２０の裏面に堆積することが可能である。そして、ウエ−ハ上への層堆積に使用するものと同じシランガスを用いて２ミクロンのシリコン最終層を堆積することができる。サセプタ２０の裏面への最初の被覆にジクロロシランを使用する場合、図９に示したガス供給システムにジクロロシラン用の追加ガス源を設けることが必要となる。
【００２９】
サセプタ２０の裏面を、ウエ−ハに被覆する材料と同じ材料の層で被覆するのに先立って、サセプタ２０の表面の全ての既存の皮膜を除去して清浄にすることが望ましい。これは、ガス源１２８からチャンバ１２内へ塩化水素を導入することによって達成される。塩化水素は堆積チャンバ１２の上方部および下方部２２、２４の両方へ導入され、サセプタ２０の両面と接触可能となる。サセプタ２０は約摂氏１２００度の比較的高温に加熱される。続いて塩化水素は加熱されたサセプタ２０の表面にある全ての既損の皮膜を腐食除去する。
【００３０】
サセプタ２０の裏面を、ウエ−ハ上に被覆する材料と同じ材料で被覆した後、各ウエ−ハは一度に一枚づつ堆積チャンバ１２の上方部内へサセプタ２０の上側面上へ送り込まれる。ウエ−ハは図に示さない適切な扉を通って堆積チャンバ内へ送り込まれる。そして、ド−プされたシリコンのような材料層が各ウエ−ハ上に被覆される。これは、堆積チャンバ１２の下方部２４へのライン１４６内のバルブ１４８を閉じ、堆積チャンバ１２の上方部２２へのライン１４４内のバルブ１４８を開いて行う。そして、ガスは導入口マニホールド３０内の背面側と底部の導入口５０と５４へのライン１５０と１５２を通って流れる。背面側導入口を通って入るガスは、通路５６を通って上側で外側のチャンバ５８に流入し、通路６０を下って下側で外側のチャンバ６２に入り、孔７６を通ってバッフルプレ−ト７４内に入り、インサ−トプレ−ト７８内の外側通路９８に入る。そして、ガスは外側凹部１０６と外側通路１０８を通って堆積チャンバ１２の上方部２２に流入し、サセプタ２０上のウエ−ハの外側部分を横切る。底部導入口５４から入ったガスは、内側チャンバ７２を通過し；バッフルプレ−ト７４内の孔７８を通り、インサ−トプレ−ト７８内の内側通路１０２に流入する。それから、ガスは下側ライナ８４内の内側凹部１１０を通り、内側通路１１２を通って堆積チャンバ１２の上方部２２に流入し、サセプタ２０のウエ−ハ中央部分を横切る。サセプタ２０とウエ−ハは、ウエ−ハ上方を通過するガスが反応してウエ−ハ表面に材料層を堆積させる温度にランプ３４により加熱される。それから、排出ガスは通路１１４と１１６を通って排出パイプ３２に至る。このようにして、所望材料の層がウエ−ハ上に堆積される。
【００３１】
ウエ−ハ表面への層堆積中、水素のような不活性パ−ジガスの流れを、チャンバ１２の上方部２２内のガス圧力よりわずかに高い圧力でチャンバ１２の下方部２４へ流入させることが通常は望ましい。パ−ジガスはサセプタ２０と余熱リング２８との間から滲出して堆積チャンバ１２の上方部２２に流入する。これによって、堆積チャンバ１２の上方部２２から下方部２４への堆積ガスの流れが制限される。本発明の装置１０において、これは水素源１３０からライン１５６を通る導入口１６０内への流れによって達成される。
【００３２】
しかしながら、堆積チャンバ１２の下方部２４から上方部２２へサセプタの端部周りへ水素ガスを流すことにともなう問題は、層堆積中のウエ−ハ表面の周縁部を更に、水素が横切るという点である。この付加的な水素はウエ−ハ周縁部周りの混合堆積ガスを希釈する。ウエ−ハ周縁部周りの堆積ガスの組成は、ウエ−ハ中央部分を横切る堆積ガスの組成とは異なるので、ウエ−ハ上に堆積する材料層はウエ−ハ全表面での均一性が得られない。
【００３３】
この問題は、本発明の装置１０において、底部導入口５４へ堆積ガスを送り込むライン１５２へ、ライン１５８を介して水素パ−ジガスを流入させることで克服されている。従って、底部導入口５４に送り込まれる堆積ガスは水素ガスにより希釈されることになる。前述のように、底部導入口５４へ送られるガスは堆積チャンバ１２の上方部２２内へ流入してサセプタ２０の中央部分を横切る。このようにして、ウエ−ハ中央部分を横切って流れる堆積ガスは、ウエ−ハの外側部分を横切って流れている堆積チャンバ１２に入る堆積ガスよりも水素ガスによって希釈される。しかし、ウエ−ハの外側部分を通って横切って流れる堆積ガスは堆積チャンバ１２の下方部２４からサセプタ２０の端部を横切って上向きに流れる水素によって希釈されているので、ウエ−ハの中央部部分および外側部分を横切る堆積ガスは実質的に同じ組成に制御され得ることになる。このようにして、ウエ−ハ上へ堆積される材料層はウエ−ハ全面にわたって実質的に均一になる。
【００３４】
従って本発明により、ウエ−ハ上へ材料層を堆積するのに先立って、堆積中にウエ−ハを支持するサセプタの裏面に、ウエ−ハに堆積するものと同じ材料で同じド−パントレベルの層を堆積する半導体ウエ−ハ用の装置が提供される。これによって、サセプタの裏面へは、堆積チャンバ１２の下方部２４内へ洩れ出た堆積ガスの材料が堆積することによって堆積プロセス中に変化することの無い放射率を有するサセプタ裏面が提供される。サセプタ２０の裏面の放射率の変化の結果として検知された温度に不正確な変化を生ずること無く、赤外線温度センサによるサセプタ温度の監視が可能となる。
【００３５】
本発明の装置１０は、堆積チャンバ１２の下方部２４と堆積チャンバの上方部２２の何れか一方に同じ堆積ガスを供給できる導入マニホールド３０も備え、サセプタ２０の背面とサセプタ２０の上側面上のウエ−ハとの何れか一方に同じ材料を堆積できる。加えて、導入口マニホールド３０は、サセプタ２０の中央部分を横切る堆積ガスの流れと、サセプタ２０の外側部分とウエ−ハとを横切る別の流れとを提供する。このことは、ウエ−ハの中心を横切って送られる堆積ガスの組成の制御を可能とするので、ウエ−ハの外側部分を横切って流れるガスが、たとえチャンバ１２の下方部２４からサセプタ端部を横切って上向きに流れるパ−ジガスにより変化させられても、それはウエ−ハの外側部分を横切って流れるガスと実質的に同じとなる。  更に、本発明の装置１０は、堆積作業中、堆積チャンバ１２の下方部２４内へパ−ジガスを流入させる手段を包含している。このことは、堆積作業中、堆積チャンバ１２の上方部２２から下方部２４内への堆積ガスの流量を最小限にすることを可能にする。本発明の装置１０は、堆積ガスの組成を制御するために、ウエ−ハの中心を横切って堆積チャンバ１２の上方部２２へ送られる堆積ガスの一部に一部のパ−ジガスを入れる手段を包含していて、その組成を、ウエ−ハの外側部分を横切って流れる堆積ガスの組成と実質的に同じにさせる。
【００３６】
本発明の特定の実施例は本発明の一般的な原理を単に表しただけであることが認識され理解されるべきである。既述の原理に従って様々な変更が可能である。例えば、ガス排出口は、チャンバの両部からガスをより速く排出可能とするために、上下両通路へ延在するライナを貫通する通路にガス排出口を接続してもよい。また、導入口マニホールドを、堆積チャンバの下方部への唯一の通路としてもよく、また堆積チャンバの上方部内のサセプタ外側部分を横切る唯一の通路開口としてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、サセプタ裏面に被覆が及ぶことによる不適切な温度表示の問題を克服することができる。
【００３８】
さらに、チャンバ下方部からサセプタ周りの不活性ガスの流れによる堆積ガス希釈化の問題を克服することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による半導体ウエ−ハ処理装置の断面図。
【図２】図２は、図１の２−２断面図。
【図３】図３は、図２の３−３断面図。
【図４】図４は、図２の４−４断面図。
【図５】図５は、図２の５−５断面図。
【図６】図６は、本発明によるガス導入口マニホールドの分解斜視図。
【図７】図７は、図６の７−７断面図。
【図８】図８は、図６の８−８断面図。
【図９】図９は、本発明の処理装置のためのガス供給システムの概略図。
【符号の説明】
１０…処理装置、１４…上ドーム、１６…下ドーム、１８…側壁、２０…サセプタ、２２…上方部、２４…下方部、２６…シャフト、２８…予熱リング、３０…マニホールド、３２…排出口、３４…高光度ランプ、３６…赤外線温度センサー、３８…キャッププレート、４０…前面、４２、４４…底面、４６…背面、４８…端面、５０、５２、５４…導入口、５６、６０、６４、６８、９８、１００、１０２…通路、５８、６２、６６、７０…チャンバ、７２…内側チャンバ、７４…バッフルプレート、７６…孔、８０開口、８２、８４…ライナ、８６…背面、８８…前面、９０…頂部面、９２…底部面、９４、９６…端面、１０４…中間通路、１０６…外側凹部、１０８…外側通路、１１０…内側凹部、１１２…内側通路、１１４…排気通路、１１６…出口通路、１１８…上クランプリング、１２０…下クランプリング、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０…ガス源、１３２、１３４、１３６、１３８…個別ライン、１４０…共通ライン、１４２…流量計量制御バルブ、１４４、１４６…ライン、１４８…バルブ、１５０、１５２…ライン、１５４…制御バルブ、１５６、１５８…ライン、１６０…導入口。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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