(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に半導体ウエハを保持するウエハ保持機構と、前記半導体ウエハを加熱するウエハ加熱源とを有し、前記反応室に反応ガスを供給して半導体ウエハ上に薄膜形成を行う半導体製造装置において、前記ウエハ加熱源のある熱源室と前記反応室内の反応空間とを分離する仕切り部材を設け、この仕切り部材に熱源室と反応空間よりも圧力の低い領域を設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記熱源室の圧力を可変としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、真空チャックの排気を前記仕切り部材の低圧領域の排気と兼ねたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、前記仕切り部材を真空チャック板で兼ねたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、真空チャック板ウエハ面側とウエハ間の圧力を前記反応空間よりも低圧に可変としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記仕切り部材を熱伝導率の高い部材で構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記仕切り部材を赤外線透過部材で構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記仕切り部材に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記ウエハ加熱源がヒータであり、このヒータと前記仕切り部材との距離を可変としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記仕切り部材を少なくとも分離された２部材で構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反応ガスを用いてウエハ表面に薄膜を形成する半導体製造装置に関するものである。なお、半導体製造装置の種類としては減圧ＣＶＤ装置への適用が最も有効であるが、その他の薄膜形成、加工等の半導体製造装置にも利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は例えば特開昭５４−１６０１７２号公報、特開平３−２９１３８１号公報等に示された第１従来例の半導体製造装置を示す断面図である。同図において、７０１は反応容器で、この反応容器７０１は、内部に筒状のインナーチューブ７０２を有しその内方に反応空間３が設けられている。７０４は、前記反応空間３内に配置された基板支持ボードで、この基板支持ボード７０４は半導体ウエハ１を多数枚支持する構造になっている。４は前記半導体ウエハ１を加熱するためのウエハ加熱源で、このウエハ加熱源４は反応容器７０１の周壁に設けられている。
【０００３】
５０１は反応空間３内に反応ガスであるジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）を導入するための材料ガス管、５０２は別の反応ガスであるアンモニア（ＮＨ3 ）を反応空間３内に導入するための反応ガス供給管である。これらの反応ガス供給管５０１，５０２は、それぞれ反応容器７０１を貫通して設けられ、ガス流の上流側が材料ガス供給源（図示せず）に接続されるとともに、下流側が反応室２の下部に開口している。
【０００４】
７は反応容器７０１内のガスを排出するための反応ガス排気路である。この反応ガス排気路７は、一端が反応容器７０１内におけるインナーチューブ７０２の外周側となる空間に開口し、他端が不図示の排気装置に接続されている。なお、反応容器７０１内は、この反応ガス排気路７を介して内部ガスを排出することにより一般に減圧されている。
【０００５】
このように構成された半導体製造装置においては、まず、ウエハ加熱源４によって反応容器７０１の周壁を介して半導体ウエハ１を加熱する。この時の温度としては７００℃前後とされる。ついで、ジクロロシランおよびアンモニアを個別の反応ガス供給管５０１，５０２から反応空間３内に導入する。このように反応空間３内に供給された２種類の反応ガスは、加熱された半導体ウエハ１に接する気相中で熱分解される。そして、これにより生じた反応生成物が半導体ウエハ１上に堆積し、窒化ケイ素膜が形成されることになる。
【０００６】
図１９は例えば特開平３−１８４３２７号公報に示される第２従来例の半導体製造装置（いわゆる枚葉式）の概要を示す断面図である。同図において、１は半導体ウエハ、２は半導体ウエハ１を収容する反応室、５は半導体ウエハ１を搭載する真空チャック、２０４は真空チャック５に開口する真空引き孔、４は真空チャック５に内蔵され半導体ウエハ１を加熱するウエハ加熱源、６は反応室２に反応ガスを供給するガスノズル、３は反応が行われる反応空間、そして、７は反応室２内の反応後のガスを排気する反応ガス排気路である。
【０００７】
このような構成において薄膜を形成するには、先ず、搬送装置（図示せず）によって半導体ウエハ１を搬送し真空チャック５に載置する。次に、真空チャック５に開口している真空引き孔２０４から真空排気を行い半導体ウエハ１を吸着する。ガスノズル６から反応ガスを反応室２内に供給する。このとき、ウエハ加熱源４によって真空チャック５を介しウエハ１が加熱されているため、反応ガスは半導体ウエハ１上で熱化学反応を起こし半導体ウエハ１上に薄膜が形成される。
【０００８】
なお、係る工程において、半導体ウエハ１は高温、例えば６００℃から８００℃の高温に加熱されなければならない。また、反応生成膜の膜質や成長速度が半導体ウエハ１の温度に依存するものであり、反応生成膜の膜質および膜厚を均一に形成するためには半導体ウエハ１を所定の温度で均一に加熱する必要がある。また、ウエハ及びウエハ表面に形成される薄膜への汚染を防止する必要がある。
【０００９】
図２０は例えば特開平２−１４３５２６号公報に引用されている第３従来例の半導体製造装置（減圧ＣＶＤ装置）における反応室のガスシール部の構造を示す断面図である。同図において、３０５はＯリング、３１７はプロセスチューブ、３１８はキャップ、３１９はマニホールドであり、３２０は、前記キャップ３１８とマニホールド３１９の隙間部分と、プロセスチューブ３１７，キャップ３１８及びマニホールド３１９で挟まれた隙間部分とに不活性ガス（Ｎ2 ）を導入するための不活性ガス供給孔、３０６はマニホールド３１９に形成された水冷部である。
【００１０】
上記の構成において、プロセスチューブ３１７内は高温に保たれ、導入された反応ガスは、プロセスチューブ３１７内のウエハ（図示せず）上で熱化学反応を起こし薄膜が形成される。この際、Ｏリング３０５は外部とのガスシールの役割をはたしており、熱による損傷、シール機能の劣化を防ぐため水冷部３０６に通水し、Ｏリング３０５を冷却し保護している。その結果Ｏリング３０５の周辺の温度が低下するが、この隙間部分に不活性ガスを導入することによりＯリング３０５近傍への反応ガスの侵入を阻止して反応副生成物の付着を防止を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体製造装置は以上のように構成されているので、第１従来例のバッチ式半導体製造装置にあっては以下の様な課題があった。
【００１２】
まず、ジクロロシラン及びアンモニアの反応で生成される副生成物（主に塩化アンモン）がダストのもととなり、半導体チップの生産性を著しく低下してしまうという課題があった。
【００１３】
また、塩化アンモニウムの生成を抑えるために反応室３内の圧力を１．０Ｔｏｒｒ未満の減圧雰囲気にし、この雰囲気中でジクロロシランとアンモニアを混合させなければならなかった。しかも、塩化アンモニウムの反応室壁への付着を防ぐために反応室壁を高温（２００℃以上）に保持する必要があった。すなわち、成膜するときのプロセスが制約され、適正な装置構成や最適なプロセス条件で成膜を行なうことができないという課題があった。
【００１４】
また、半導体などのキャパシタ膜は小さな面積でキャパシタ容量を確保するため、膜厚が極めて薄くなり、かつ表面積を確保するために、複雑な立体形状に均一な膜厚で形成されることが求められている。また半導体のコストを下げるため、１枚の半導体ウエハ１から、より多くの半導体を取り出すべく、半導体ウエハ１は大口径化している。ところが、特公昭６０−１０１０８号公報等に示される手法で大口径ウエハを処理したとき、半導体ウエハ１内の膜厚分布が増大してしまうという問題点があった。
【００１５】
また、膜厚を再現よく実現するためには、ウエハ温度と反応ガス量のバランスを制御する必要がり、特公昭６０−１０１０８号公報等に示される手法、すなわちバッチ式ＣＶＤ装置を用いた手法では、もともと複数の半導体ウエハ１の膜厚のばらつきを抑えるためにガスの上流側から下流側に向けてウエハ温度が高くなるように管状の反応室２内の温度分布を制御しているが、精度上に限界があり、実際は１回に処理する半導体ウエハ１の数を減らし、残りにダミーウエハと呼ばれる半導体ウエハ１を代設することで凌いでおり、歩留りの低下すなわちコスト上昇を招くという課題があった。
【００１６】
さらに、極めて薄い膜を再現よく形成するためには、キャパシタ膜を形成する下地部分の性状を精密に制御することが必要となるが、一度に複数枚の半導体ウエハ１を一括処理する特公昭６０−１０１０８号公報に示される手法（いわゆるバッチ式）では、この制御ができないという問題点があった。
【００１７】
このような背景から近年は図１８により前述した（特開平３−１８４３２７号公報に示されるもの）枚葉式と呼ばれるＣＶＤ装置が開発されてきた。ところが、この枚葉式ＣＶＤ装置を用いる場合、従来のバッチ式ＣＶＤ装置を用いた時と同程度の生産性を確保するために、反応室圧力を従来の０．５Ｔｏｒｒから数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒに高めることが必要となっているという課題があった。
【００１８】
また、ジクロロシランや四塩化チタンとアンモニアを反応ガスに用いたときに生成する塩化アンモニウムは、飽和蒸気圧特性を持っていることから、前述のように反応室の壁温を高温に保持しないと、塩化アンモニウムが固化し付着する。
そして、反応室圧力が０．５Ｔｏｒｒと低いときにはこの壁温は１５０℃程度を保持すれば良かった。ところが、この反応室圧力を数Ｔｏｒｒから数１０Ｔｏｒｒにあげると、塩化アンモニウムの固化を防ぐために必要な壁温は２５０℃にも達し、通常真空保持に用いるゴム製の真空シール材（Ｏリング）が使用できなくなるという課題や、最適なプロセス条件で成膜を行なうことができないという課題があった。
【００１９】
また、枚葉式ＣＶＤ装置ではバッチ式ＣＶＤ装置に比べ構造が複雑になるため、ＳＵＳ等の金属材料を構造材に用いる必要性が高い。ところが、金属材料は一般的に高温では塩素により腐食される危険性が高く、例えばインコネルのような耐腐食性の強い高価な金属材料や石英等のガラス材に限定されるという問題点があった。
【００２０】
次に、第２従来例の枚葉式半導体製造装置にあっては、真空チャック５の高温部が反応ガスにさらされているため、高温部に膜が付着しダスト発生の原因となり、反応ガスが腐食性ガスの場合、高温のウエハ加熱源４が腐食され故障の原因となっていた。また、ウエハ加熱源４により加熱される高温部と半導体ウエハ１が設置され反応が行われている反応空間３とが同じであるため、ウエハ加熱源４やその周辺の高温部からの半導体ウエハ１及びウエハ表面に形成される薄膜への汚染が生ずるという課題があった。
【００２１】
また、ウエハ保持機構が真空チャック５であるため、半導体ウエハ１とウエハ保持機構との空間に真空層ができて両者の間の熱抵抗が著しく大きくなり、成膜時に半導体ウエハ１を高温（例えば６００℃から８００℃）に加熱するためにはウエハ加熱源４の高温化を図らなければならなかった。さらに、ウエハ加熱源４の発熱分布にバラツキがある場合、半導体ウエハ１の温度分布を均一にすることができないという課題があった。
【００２２】
次に、第３従来例のガスシール部を有する半導体製造装置にあっては、特開平２−１４３５２６号公報で示されているような数Ｔｏｒｒ程度の減圧下では反応ガスの拡散の効果が大きくなり、この拡散を阻止して反応ガスの侵入を防ぐためには大量の不活性ガスの導入が必要となる。そのうえ、その不活性ガスは狭い隙間部分から反応室に導入される構成となっており、少量でも反応副生成物が付着した場合には反応室内に吹き出してしまうという課題があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、半導体ウエハ及びウエハ表面に形成される薄膜の汚染や高温部へのダストの付着を防止し、ウエハ保持機構が真空チャック方式の場合、そのときのウエハとウエハ保持機構との温度差を小さくし、ウエハ加熱源に発熱分布の不均一があってもウエハを均一に加熱できる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００２４】
また、この発明は、ガスシール面の内側に反応ガスが拡散されてきても反応副生成物を付着させないことにより、ダスト汚染が少なく、メンテナンス時の作業が簡便な半導体製造装置を提供することを目的としている。
【００２５】
さらに、この発明は、反応ガスの混合を十分に行なうことにより、均一な膜厚分布を有する半導体用薄膜を得るとともに、ノズル系を加熱制御して発塵や反応ガス流路の目詰まりの原因となる反応副生成物の形成を防止できる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体製造装置は、反応室内に半導体ウエハを保持するウエハ保持機構と、前記半導体ウエハを加熱するウエハ加熱源とを有し、前記反応室に反応ガスを供給して半導体ウエハ上に薄膜形成を行う半導体製造装置において、前記ウエハ加熱源のある熱源室と前記反応室内の反応空間とを分離する仕切り部材を設け、この仕切り部材に熱源室と反応空間よりも圧力の低い領域を設けたものである。
【００２７】
この発明に係る半導体製造装置は、熱源室の圧力を可変としたものである。
【００２８】
この発明に係る半導体製造装置は、ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、真空チャックの排気を前記仕切り部材の低圧領域の排気と兼ねたものである。
【００２９】
この発明に係る半導体製造装置は、ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、仕切り部材を真空チャック板で兼ねたものである。
【００３０】
この発明に係る半導体製造装置は、ウエハ保持機構が真空チャック方式であり、真空チャック板のウエハ面側とウエハ間の圧力を反応空間よりも低圧に可変としたものである。
【００３１】
この発明に係る半導体製造装置は、仕切り部材を熱伝導率の高い部材で構成したものである。
【００３２】
この発明に係る半導体製造装置は、仕切り部材を赤外線透過部材で構成したものである。
【００３３】
この発明に係る半導体製造装置は、仕切り部材に凹凸を設けたものである。
【００３４】
この発明に係る半導体製造装置は、ウエハ加熱源がヒータであり、このヒータと前記仕切り部材との距離を可変としたものである。
【００３５】
この発明に係る半導体製造装置は、仕切り部材を少なくとも分離された２部材で構成したものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による半導体製造装置を示す断面図であり、図５９から図６１と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
図１において、１は半導体ウエハ、２は半導体ウエハ１を収容する反応室、３は反応空間、４は半導体ウエハ１を加熱するためのウエハ加熱源、５は半導体ウエハ１を搭載する真空チャック、６は反応室２に反応ガスを供給するガスノズル、７は反応ガス排気路、８は真空チャック排気路、９は反応ガス排気路７を通過してきた反応後のガスから反応副生成物を取り除く後段トラップである。
【００３７】
次に動作について説明する。
半導体ウエハ１は真空チャック５に搭載された後、真空チャック５に開口している真空チャック排気路８から真空排気され、反応空間３との差圧力によって吸着固定される。さらに半導体ウエハ１はウエハ加熱源４によって真空チャック５を介して高温に加熱される。しかるのち、ガスノズル６から反応ガスを反応室２内に供給すると、高温になっている半導体ウエハ１の表面では熱化学反応によって薄膜が形成される。一方、反応後のガスは反応ガス排気路７を経由して後段トラップ９に至り、ここで反応副生成物を取除かれた上で排気される。
【００３８】
図２はこの発明の実施の形態１による半導体製造装置の要部、すなわち図１の要部を示す拡大断面図である。同図において、５は真空チャック方式のウエハ保持機構を構成する真空チャック板であり、この真空チャック板５は熱源室２１５と反応空間３とを仕切る仕切り部材を兼ねている。４はウエハ加熱源であり、この実施の形態１ではヒータが用いられている。ウエハ加熱源４は真空チャック板５に近接もしくは密着して設置されている。２０８は真空チャック板５の熱源室２１５と反応空間３との空間を隔離するために設られたリング状空間隔離板、２１０は圧力制御器、２１１は圧力測定器、２１２はガス供給部、３は反応空間、２１４はリング状空間隔離板２０８と仕切り部材５により分離された空間、２１５は熱源室である。
【００３９】
反応室２のほぼ中央部にガスノズル６が真上に向けて設置されている。ガスノズル６と真空チャック板５との間に、半導体ウエハ１が処理面をガスノズル６に向けて水平に設置され、この半導体ウエハ１は真空チャック板５により真空吸着されている。真空チャック板５はリング状空間隔離板２０８により密着して保持されている。リング状空間隔離板２０８は石英ガラスなどの熱伝導率の低い材料により形成され、反応室２に密着して保持されている。
【００４０】
真空チャック板５のチャック溝は独立した２つの空間２０９ａ、２０９ｂに分割されており各々を独立で排気するための真空排気孔２０４ａ、２０４ｂが設けられている。真空排気孔２０４ａ、２０４ｂにはそれぞれ圧力制御器２１０ａ、２１０ｂおよび圧力測定器２１１ａ、２１１ｂが設置され、２つの空間２０９ａ、２０９ｂの圧力は独自に制御している。また、空間２１４は圧力制御器２１０ａ、２１０ｂにより排気される。
【００４１】
なお、真空チャック板５は窒化シリコン、炭化シリコン、窒化アルミニウム、カーボングラファイト、カーボングラファイトに炭化シリコン膜をコーティングしたものなどの熱伝導率の高い材料より形成されている。
【００４２】
熱源室２１５には、圧力制御器２１０、圧力測定器２１１、ガス供給部２１２が設けられ、熱源室２１５の気体の種類及び圧力の調整が可能な構成となっている。
【００４３】
次に動作について説明する。
まず、搬送装置（図示せず）によって半導体ウエハ１を搬送し、真空チャック板５に設置し圧力制御器２１０ａ、２１０ｂにより真空排気し半導体ウエハ１を吸着する。このとき空間２１４は反応空間３、熱源室２１５より真空度が高くなるように設定される。この後、半導体ウエハ１の処理面に対向するガスノズル６より反応ガスを噴出する。このとき、ウエハ加熱源４により真空チャック板５を介し半導体ウエハ１が加熱されているため、反応ガスは半導体ウエハ１上で熱化学反応を起こし薄膜が形成される。
【００４４】
この際、真空チャック板５とリング状空間隔離板２０８ａ、２０８ｂにより熱源室２１５と反応空間３が仕切られ、しかも空間２１４の圧力を反応空間３及び熱源室２１５よりも圧力を低く設定するため、反応ガスが熱源室２１５に拡散することがなくヒータ４への付着や反応ガスが腐食性ガスの場合のヒータ４や高温部材の腐食を防止できる。また、ウエハ加熱源４による半導体ウエハ１及び半導体ウエハ１表面に形成される薄膜への汚染を防止することができる。
【００４５】
さらに、熱源室２１５の気体の種類を調整できるとともに、熱源室２１５の気体の圧力を調整できるのでウエハ加熱源４と仕切り部材５間の気体の熱伝導効果を増減することができる。また、空間２０９ａ、２０９ｂに気体を導入するため気体の熱伝導効果があり、真空チャック板５が熱伝導率の高い材料より形成されていることとあいまって、真空チャック板５と半導体ウエハ１間の熱抵抗を小さくすることができる。このため、ウエハ加熱源の高温化を防止できるとともに、仕切り部材５面内の温度分布均一性が向上し半導体ウエハ１面内温度分布均一性が向上するから、ひいては膜厚の均一性が向上する。
【００４６】
くわえて、本実施例の装置では、真空チャック板によって仕切り部材を兼用でき、真空吸引用の排気と仕切り部材内の空間の排気とが同一系統で行なわれるので、装置の小型かつ安価となる。
【００４７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による半導体製造装置の要部を示す断面図である。この実施の形態２による半導体製造装置において、真空チャック板５は透明石英ガラスや単結晶サファイアなどの赤外線透過部材により形成されている。
【００４８】
この実施の形態２によれば、ウエハ加熱源４から放射される赤外線により半導体ウエハ１が直接加熱できるため、急速高温加熱ができる。
【００４９】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による半導体製造装置の要部を示す断面図であり、同図において、５は仕切り部材であり、受熱面側にリング状の凹型溝５ａが設けられている。また、ウエハ保持機構は例えば機械的な保持具２１６により保持する構成とされている。
【００５０】
この実施の形態３によれば、仕切り部材５面内の熱抵抗を調整できるため、仕切り部材５の温度分布均一性が向上し、ウエハ面内温度分布均一性が向上する。
【００５１】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による半導体製造装置の要部を示す断面図であり、同図において、５は仕切り部材であり、ウエハ加熱源はヒータ４である。仕切り部材５のヒータ面側に例えば凸部５ｂを設け、仕切り部材５とヒータ４間の距離をヒータ面内で調整している。また、ウエハ保持機構は例えば機械的な保持具２１６により保持する構成とされている。
【００５２】
この実施の形態４によれば、仕切り部材５とウエハ加熱源であるヒータ４との間の面内の熱抵抗を調整でき、また、ヒータ側面から放射される赤外線を取り込むことにより仕切り部材５の温度分布均一性が向上し、半導体ウエハ１面内温度分布均一性が向上する。
【００５３】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による半導体製造装置の要部を示す断面図であり、同図において、５は仕切り部材であり、ウエハ加熱源はヒータ４である。仕切り部材５のヒータ面側に例えば凸部５ｃを設け、ヒータ４の側面から放射される赤外線を受光している。また、ウエハ支持機構は例えば機械的な保持具２１６により保持する構成とされている。
【００５４】
この実施の形態５においても、仕切り部材５とウエハ加熱源であるヒータ４との間の面内の熱抵抗を調整でき、また、ヒータ側面から放射される赤外線を取り込むことにより仕切り部材５の温度分布均一性が向上し、ウエハ１面内温度分布均一性が向上する。
【００５５】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６による半導体製造装置の要部を示す断面図であり、同図において、５ｄ、５ｅは仕切り部材であり、ウエハ加熱源はヒータ４である。また、ウエハ支持機構は例えば機械的な保持具２１６により構成されている。
【００５６】
この実施の形態６によれば、仕切り部材５を少なくとも２部材で構成しているため、仕切り部材面内の温度分布均一性が向上し半導体ウエハ１の面内温度分布均一性が向上する。
【００５７】
参考例０．
図８は参考例０による半導体製造装置の要部を示す断面図であり、同図において、２２０はヒータ回転機構部である。このヒータ回転機構部２２０によってヒータ４を仕切り部材５と相対的に回転させることが可能である。また、ウエハ支持機構は例えば機械的な保持具２１６により構成されている。
【００５８】
この参考例０によれば、ウエハ加熱源４を回転させることにより、ウエハ加熱源４の円周方向の発熱分布不均一を矯正し、仕切り部材５の温度分布均一性が向上しウエハ面内温度分布均一性が向上する。
【００５９】
参考例１．
図９は参考例１の半導体製造装置を示す断面図であり、同図において、５は仕切り部材であり、熱源室２１５と反応空間３の空間を分離し気体の出入りや不純物によるウエハの汚染防止を行っている。この参考例１においては、仕切り部材５と反応室２ａとの間のシールを、２１７のＯリングやガスケットにより行っている。
【００６０】
参考例２．
図１０は参考例２の半導体製造装置を示す断面図であり、同図において、５は仕切り部材である。この参考例２においては、仕切り部材５と反応室２ａ、２ｂとのシールは面シールにより行われている。仕切り部材５を用いて熱源室２１５と反応空間３を分離するためのシール方法は他の方法を用いても構わない。
【００６１】
参考例３．
図１１は参考例３による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。同図において、１は半導体ウエハ、２は反応室、４はウエハ加熱源、５は真空チャック（仕切り部材）である。３０４はフランジ、３０５はガスシールを行なうＯリング、３０６はＯリング冷却用の水冷部、３０７はガスシール内側全周にわたって設けられた溝であり、３０８は上記溝３０７を真空排気するためのガス流路、７は反応ガス排気路、８は真空チャック排気路である。
【００６２】
次に動作について説明する。
半導体ウエハ１上に薄膜を形成する場合、半導体ウエハ１を反応室２内に搬入し、反応室２内を例えば数１０Ｔｏｒｒ程度の減圧に保ち、ウエハ加熱源４により、半導体ウエハ１を加熱する一方、側壁加熱用ヒータ（図示せず）によって側壁温度を２００℃前後に制御する。一方、ガスシール部から反応室２までの上下フランジ面の隙間部分は、真空排気用溝３０７および、ガス流路３０８を介して真空ポンプ（図示せず）によって真空引きし、所定の圧力以下にする。しかる後、反応ガスを反応室２内に導入し、半導体ウエハ１上で熱化学反応を起こし薄膜が形成される。
【００６３】
この際、反応室２の内壁を、ある一定温度（ＴＸ）２１１℃以上に制御しておけば、反応室２の内壁には塩化アンモニウムは、固体として付着せずにガスとして反応ガス排気路７を介して反応室外に排出できる。
【００６４】
図１２は窒素ケイ素膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を形成する場合のジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとの反応による反応副生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）の飽和蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。この飽和蒸気圧が反応室２の圧力である１０Ｔｏｒｒと等しくなるような時にＴＸは約２１１℃となるので、内壁をＴＸ以上に制御すれば良い。
【００６５】
また、水冷部３０６のの通水量を制御することで、Ｏリング３０５近傍の温度を、Ｏリング使用範囲の１００℃程度まで低下させることができる。しかも、このように１００℃程度まで冷却しても、上記ガスシール部から反応室２までのフランジ面の隙間部分の圧力を０．０２Ｔｏｒｒ以下に真空排気すれば、前述の塩化アンモニウムの飽和蒸気圧特性より、このシール部分にも塩化アンモニウムを個体として付着させることなく排出することが可能となる。
【００６６】
なお、上記ガスシール部から反応室２までのフランジ面の隙間部分の真空排気を行なうと、反応室２からの反応ガスの流入量の程度によって、反応圧力への影響が懸念されるが、例えば、８インチサイズのウエハを収納する反応室２において、フランジの金属面の摺合わせでの平均隙間が５μｍ程度となることから、そのコンダクタンスを算出し、反応室２の圧力を１０Ｔｏｒｒ、真空排気溝３０７の圧力を０．０２Ｔｏｒｒとして、反応室２からの反応ガスの流入量を下記式（１）によって算出すると１．５４ＳＣＣＭと僅かな値となる。
【００６７】
Ｑ  ＝  Ｃ（Ｐ1 −Ｐ2 ）        ・・・（１）
この式（１）においてＰ1 は反応室２の圧力、Ｐ2 は真空排気溝３０７の圧力であり、Ｃは反応室２から真空排気溝３０７までの隙間部分のコンダクタンスである。
【００６８】
なお、１．５４ＳＣＣＭという値は反応室２に導入する反応ガスの１／１００以下であることから、反応圧力及び反応プロセスへの影響は無視することができる。実際にこの装置で薄膜を形成したところ、反応室圧力及び反応プロセスに悪影響を与えることなく、ガスシール部から反応室２までのフランジ面の隙間部分に反応副生成物である塩化アンモニウムの付着は認められなかった。
【００６９】
参考例４．
図１３は参考例４による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。同図において、３１１は真空排気溝３０７の更に内側全周に設けた不活性ガス導入溝、３１２は不活性ガス導入路である。真空排気溝３０７から排気されるガスの一部を不活性ガス導入溝３１１に導入された不活性ガスで補給することにより、反応室２から流入する反応ガスの量を抑制できる。このため、反応室２の圧力が比較的高い場合や、使用する反応ガスの総流入量が少ない場合に効果的に働く。
【００７０】
参考例５．
図１４は参考例５による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。同図において、３１３は真空チャック排気路８を開閉する空気操作弁、３１４、３１５は手動弁、３１６は真空チャックとガスシール部内側の溝の真空排気を兼ねた真空ポンプである。このように真空チャック排気用ポンプと兼ねることにより、新たにポンプを設置する必要がなく、真空排気系が複雑にならず、またコストを低減することが出来る。
【００７１】
参考例６．
図１５は参考例６による半導体製造装置が備えたガスノズルを示す断面図、図１６は図１５のガスノズルを使って成膜した薄膜の膜厚分布を示す膜厚分布図である。図１５において、１は半導体ウエハ、５１はサセプタ、４はウエハ加熱源、６０４は第１の反応ガスの流入口、６０５は第２の反応ガスの流入口、６０６は混合ガス輸送路、６はガスノズル、３は反応空間、７は反応ガス排気路、６１０はツイスト状反応ガス混合部、６１１は拡大部・狭小部を設けた第１の反応ガス流路、６１２は第２の反応ガスの噴射口である。
【００７２】
次に動作について説明する。
上記のように構成されたシリコン窒化膜を形成するための枚葉式減圧ＣＶＤ装置においては、例えば第１の反応ガスとしてＮ2 ガスで希釈されたＮＨ3 ガスが用いられ、それぞれ流量として例えば５５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍが供給される。そして、この第１の反応ガスは厚みが薄く絞られた拡大部・狭小部を設けた第１の反応ガス流路６１１に導かれる。
【００７３】
第２の反応ガスとしてはＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスが用いられ、流量として前記第１の反応ガスよりも少ない流量（例えば１０ｓｃｃｍ）が供給される。この第２の反応ガスは第２の反応ガスの噴射口６１２を通して先の拡大部・狭小部を設けた第１の反応ガス流路６１１に供給され、第１の反応ガスと混合される。この混合された反応ガスは、さらに混合を促進するためにツイスト状反応ガス混合部６１０に導入され、この後、混合ガス輸送路６０６、ガスノズル６を通して半導体ウエハ１に向けて噴射供給される。半導体ウエハ１はウエハ加熱源４で７００℃程度に加熱されたサセプタ５１の上に設置されており、供給されたガスは半導体ウエハ１上で分解反応した後、反応ガス排気路７から排出・処理される。
【００７４】
以上説明した参考例６によれば、反応ガスの流れベクトルや線流速を急激に変化させることによりせん断力を働かせ、渦を形成して反応ガスの混合を促進できるとともに、この流路をコンパクトな容積の中に納められる。これにより複数の反応ガスの十分な混合をガスノズル手前の小スペースの中に実現して、均一な膜厚分布を有する薄膜が形成できる。
【００７５】
図１６においては、反応圧力を３０Ｔｏｒｒとして、上記装置により成膜した６インチウエハの面内膜厚分布を示している。従来のノズルにより成膜した時の膜厚分布である図２１と比較して改善されていることがわかる。
【００７６】
なお、上記参考例６では、拡大部・狭小部を設けた第１の反応ガス流路６１１とこれに直交する方向の第２の反応ガス６１２の噴射口からなるノズル系、およびツイスト状反応ガス混合部６１０からなるノズル系から混合部を構成しているが、どちらか一方でもよい。また、これらのノズル系はガスノズル６とともに半導体ウエハ１に対向するように設置されているが、半導体ウエハ１と平行に設置して反応ガスを横方向から半導体ウエハ１に向けて流してもよい。
【００７７】
また、上記ノズル系は、副生成物のＮＨ4 Ｃｌがこのノズル系において固化せず、かつ主反応生成物ＳｉＮがこのノズル系において形成されないように、１００℃〜６００℃の範囲で加熱しておくことが好ましい。
【００７８】
参考例７．
図１７は参考例７による半導体製造装置が備えたガスノズルを示す断面図である。同図において、６１１は拡大部・狭小部を設けた第１の反応ガス流路、６１２はその第１の反応ガス流路６１１と交差する方向の第２の反応ガスの噴射口である。このような構造のガスノズルを半導体製造装置に用いてよく、この場合も前記参考例６と同様の作用効果が得られる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体製造装置における反応空間とウエハ加熱源などの高温部が存在する熱源室との間に仕切り部材を設け、しかも両空間より圧力の低い空間を設けた構成としたので、反応ガスの熱源室への拡散や高温部からの金属汚染を防ぐことができる。このため、膜材料の純度の向上を図って、半導体の歩留り及び品質を向上させることができるとともに、熱源の反応ガスによる腐食等の不具合を防止できるという効果がある。
【００８０】
この発明によれば、半導体製造装置における反応空間とウエハ加熱源などの高温部が存在する熱源室との間に仕切り部材を設け、しかもその仕切り部材に両空間より圧力の低い空間を設けた構成としたので、反応ガスの熱源室への拡散や高温部からの金属汚染を防ぐことができる。また、熱源室の気体の圧力を調整できる構成としたのでウエハ加熱源と仕切り部材間の気体の熱伝導効果を増減することができる。このため、膜材料の純度の向上及びウエハの温度分布の均一化（膜厚の均一化）を図って、半導体の歩留り及び品質を向上させることができるとともに、熱源の反応ガスによる腐食等の不具合を防止できるという効果がある。
【００８１】
この発明によれば、半導体製造装置における反応空間とウエハ加熱源などの高温部が存在する熱源室との間に仕切り部材を設け、しかもその仕切り部材に両空間より圧力の低い空間を形成した構成としたので、反応ガスの熱源室への拡散や高温部からの金属汚染を防ぐことができる。また、ウエハの保持機構が真空チャック方式であるため、熱源室と反応空間よりも圧力の低い空間の真空排気と真空チャック方式の真空排気を兼ねることによりウエハを保持できる。このため、膜材料の純度の向上を図って、半導体の歩留り及び品質を向上させることができるとともに、装置の構成を簡素にして半導体の生産コストを低減することができるという効果がある。
【００８２】
この発明によれば、半導体製造装置における仕切り部材が真空チャック板で構成されるため部材の供用化が図れる。このため、装置の構成を簡素にして半導体の生産コストを低減することができるという効果がある。
【００８３】
この発明によれば、半導体製造装置におけるウエハ保持機構が真空チャック方式であり、真空チャック板とウエハ面間の圧力を変化することにより、真空チャック板とウエハ間の気体の熱伝導効果を増大できる構成としたので、ウエハ加熱源の高温化を防止できる。このため、加熱のための消費電力を低減し、また加熱源の寿命を増加させることができるという効果がある。
【００８４】
この発明によれば、半導体製造装置における仕切り部材を熱伝導率の高い部材で構成したので、仕切り部材面内の温度分布均一性が向上しウエハ面内温度分布均一性が向上する。このため、膜厚等が均一で良質な半導体が得られるという効果がある。
【００８５】
この発明によれば、半導体製造装置におけるウエハ加熱源から放射される赤外線によりウエハが直接加熱できる構成としたので、急速高温加熱ができる。このため、処理時間を短縮し、半導体の生産性を高めることができるという効果がある。
【００８６】
この発明によれば、半導体製造装置における仕切り部材面内の熱抵抗を調整できる構成としたので、仕切り部材の温度分布均一性が向上し、ウエハ面内温度分布均一性が向上する。このため、膜厚等が均一で良質な半導体が得られるという効果がある。
【００８７】
この発明によれば、半導体製造装置における、仕切り部材とウエハ加熱源であるヒータとの間の面内の熱抵抗を調整でき、また、ヒータ側面から放射される赤外線を取り込み可能な構成としたので、仕切り部材の温度分布均一性が向上し、ウエハ面内温度分布均一性が向上する。このため、膜厚等が均一で良質な半導体が得られる。
【００８８】
この発明によれば、仕切り部材を少なくとも２部材で構成しているため、仕切り部材面内の温度分布均一性が向上しウエハ面内温度分布均一性が向上する。このため、膜厚等が均一で良質な半導体が得られるという効果がある。  
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体製造装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体製造装置の要部を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態６による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図８】参考例０による半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図９】参考例１の半導体製造装置を示す断面図である。
【図１０】参考例２の半導体製造装置を示す断面図である。
【図１１】参考例３による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。
【図１２】塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）の飽和蒸気圧線図である。
【図１３】参考例４による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。
【図１４】参考例５による半導体製造装置のガスシール部を示す断面図である。
【図１５】参考例６による半導体製造装置が備えたガスノズルを示す断面図である。
【図１６】６インチウエハに形成したシリコン窒化膜の膜厚分布の測定結果を示す図である。
【図１７】参考例７による半導体製造装置が備えたガスノズルを示す断面図である。
【図１８】第１従来例の半導体製造装置を示す断面図である。
【図１９】第２従来例の半導体製造装置の概要を示す断面図である。
【図２０】第３従来例の半導体製造装置における反応室のガスシール部の構造を示す断面図である。
【図２１】従来の半導体製造装置により６インチウエハに形成したシリコン窒化膜の膜厚分布の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体ウエハ、２，２ａ，２ｂ  反応室、３  反応空間、４  ウエハ加熱源、５  仕切り部材（真空チャック）、５ａ  凹型溝、５ｂ，５ｃ  凸部、５ｄ，５ｅ  仕切り部材、６  ガスノズル、７  反応ガス排気路、８  真空チャック排気路、９  後段トラップ、５１  サセプタ、２０４ａ，２０４ｂ  真空排気孔、２０８  リング状空間隔離板、２０９ａ，２０９ｂ  圧力の低い領域、２１０，２１０ａ，２１０ｂ  圧力制御器、２１１，２１１ａ，２１１ｂ  圧力測定器、２１２  ガス供給部、２１４  空間、２１５  熱源室、２１６  保持具、２２０  ヒータ回転機構、３０４  フランジ、３０５  Ｏリング、３０６  水冷部、３０７  真空排気用溝、３０８  ガス流路、３１１  真空排気用溝、３１３  空気操作弁、３１４，３１５  手動弁、３１６  真空ポンプ、６０４  第１の反応ガス流入口、６０５  第２の反応ガス流入口、６０６  混合ガス輸送路、６１０  ツイスト状流路、６１１  反応ガス流路、６１２  噴射口、７０３  反応室、７０５  半導体ウエハ、７１１  混合装置、７１８  補集装置。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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