(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理されるべき基板（１３５）を支持する為の、回転可能なサセプタ（１３６）と、前記サセプタを包囲するプリヒートリングと、反応ガスが前記サセプタの裏面（１４５）に到達することを防止し、前記裏面に堆積物を形成することを防止するバリア手段と、を備える化学気相成長チャンバにおいて、
前記バリア手段は、前記支持面（１４６）及び前記裏面（１４５）との間に延長部（１４２）を有する前記サセプタと、前記サセプタの延長部（１４２）を覆って係合する延長部を上面に有する前記プリヒートリング（１４０）とによって形成され、前記サセプタの延長部（１４２）及び前記プリヒートリング（１４０）の延長部間に間隙が設けられ、前記プリヒートリングに対する前記サセプタの回転を許容することを特徴とする、前記化学気相成長チャンバ。
【請求項２】
前記サセプタの裏面に向けられたパイロメータ（１５０）を更に含む、請求項１記載の化学気相成長チャンバ。
【請求項３】
真空チャンバ内のサセプタ（１３６）により支持された基板上に化学気相成長により堆積されたシリコン膜の均一性を向上させる方法において：
取り囲んでいるプリヒートリング（１４０）に対して前記基板を回転させるステップと；
前記サセプタの裏面に反応ガスが接触し、かつ、固体原料が堆積するのを防止するバリア手段を用意するステップと；
を備え、
前記バリア手段を用意するステップは、前記プリヒートリングの延長部（１４４）を上記サセプタの延長部（１４２）に係合させ、前記サセプタの延長部と前記プリヒートリングの延長部との間に間隙を提供し、前記プリヒートリングに対して前記サセプタの回転を許容することを特徴とする、前記方法。
【請求項４】
（ａ）前記サセプタ上に半導体基板を載置するステップと；
（ｂ）前記基板上にシリコンを堆積するステップと；
（ｃ）ステップ（ａ）、ステップ（ｂ）を他の半導体基板上で繰り返すステップと；を更に備える、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、シリコンウエハであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記反応ガスは、水素とシランを含むことを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記サセプタの前記裏面上の温度を高温計で読み取るステップを更に備える、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シリコン基板上にポリシリコンを堆積する改良方法および改良装置に関する。特に、本発明は、半導体基板上に均一性の向上したポリシリコン層を堆積するための枚葉式プロセスチャンバー（ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）  およびそのための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドープされた、又はドープされていない  （ｕｎｄｏｐｅｄ）シリコン層は、シリコンウェーハのようなシリコン基板上に、低圧の化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを用いて堆積されてきた。シラン、ジシラン、四塩化シリコンなどのシリコン源や、任意にホスフィン、アルシン、ジボランなどのドーパントガスを含み、また、任意に水素のようなキャリアガスを含む反応用混合ガスは、加熱され、シリコン基板上を流れて、この基板の表面上にシリコン膜を堆積する。堆積されたシリコンの厳密な結晶性は、堆積温度に依存する。低い反応温度では、堆積されたシリコンは、ほぼアモルファスであるが、より高い堆積温度を採用した場合、アモルファスシリコンとポリシリコンの混合物か、またはポリシリコンのみが堆積される。
【０００３】
従来技術の方法は、このプロセスにおいて、２００〜４００ミリｔｏｒｒ程度の比較的低い圧力を採用している。良質の薄膜を形成することができるが、アンドープのシリコンの場合は、およそ１００オングストローム／分、ドープされたシリコンの場合は、およそ３０オングストローム／分のように非常に低い堆積レートでしかポリシリコンを得ることができない。この堆積レートの低さは、複数の、すなわち１００個までのウェーハを、同時にバッチ式プロセスチャンバ内で処理することにより克服することができる。
【０００４】
しかし、今日、半導体産業で用いられる薄膜装置は、単一基板処理の方向へ向かってきている。というのは、プロセスチャンバーの小型化や、良好なプロセス制御が可能だからである。さらに、近年の半導体真空プロセスシステムは、真空環境から基板を移動せずに、単一の基板に２以上のプロセスステップを実行するように改良されてきた。このような真空システムの使用により、プロセス中にウェーハ表面を汚染する粒子（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）の数が減少し、これにより装置の歩留りが向上する。このような真空システムには、種々のプロセスチャンバに連結した中央ロボット搬送チャンバ（ａ  ｃｅｎｔｒａｌ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｈａｍｂｅｒ）が含まれる。これには、例えば、Ｍａｙｄａｎらに付与されたＵＳパテント４，９５１，６０１  に記載されたアプライドマテリアル５０００シリーズのプロセスシステムがある。
【０００５】
このように、半導体基板上にポリシリコンを堆積する単一基板処理用のＣＶＤ装置は、商業的利用の段階に入りつつある。このような目的のＣＶＤチャンバは、これまでも、また、今後も、図１に表されるようなものであろう。
【０００６】
図１によれば、枚葉式リアクタ（ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）３１は、リアクタ３１を画定する上壁３２、側壁３３および下壁３４を有しており、一枚のシリコンウェーハのような単一基板３５が内部に載置されている。基板３５は、載置台（ｐｅｄｅｓｔａｌ）またはサセプタ３６の上に載せられている。サセプタ３６は、円筒対称の基板３５に対し時間的に均一な環境を提供するためモーター３７によって回転させられる。プリヒートリング４０は、リアクタ３１の内部で支持され、ウェーハ３５を取り囲む。ウェーハ３５およびプリヒートリング４０は、リアクタ３１の外部に設置された複数の高強度ランプ３８、３９から照射された光によって加熱される。リアクタ３１の上壁３２および下壁３４は、実質的に透光性であり、外部のランプ３８、３９から照射された光はリアクタ３１に入射して、サセプタ３６、基板３５およびプリヒートリング４０を加熱しうる。石英は、上壁３２および下壁３４の好適な材料である。なぜなら、石英は、可視およびＩＲ周波数の光に対し透光性であり、壁の内外の大きな圧力差に耐えうる比較的高い強度の材料であり、また、低いガス漏れ率を有するからである。
【０００７】
堆積中、反応ガス流は、ガス流入ポート３１０から流れ込み、当該ガスが加熱されるプリヒートリング４０を横切り、矢印４１の方向に基板３５の表面を横切り、基板３５上にシリコン膜を堆積してから、排気ポート３１１へ流入する。ガス流入ポート３１０は、ガス分岐管（図示せず）に連結されており、このガス分岐管は、スロットへ向かう複数のパイプを通して単一または混合ガスを供給し、リアクタ３１へ流入させる。これらのパイプの流入端の位置、ガス濃度および／または各パイプを通過する際の流量は、プロセスの均一性を最も良くする反応ガスの流れと濃度プロファイルを生成するように選択される。基板３５の回転と、ランプ３８、３９からの熱により生じた熱勾配が、リアクタ３１内のガスの流れプロファイルに重大な影響を与えうるにもかかわらず、最も顕著な流れプロファイルの形状は、ガス流入ポート３１０から流れ込み、プリヒートリング４０および基板３５上を横切り、排気ポート３１１に達する層流である。
【０００８】
一枚のシリコンウェーハ上にアンドープのシリコン層を形成する典型的なプロセスでは、真空チャンバ内の圧力は、チャンバ内に水素を約１０リットル／分で供給して適切な高温計により測定された約６５０℃の基板温度にて約５００ｓｃｃｍのシランを加えることにより、８０Ｔｏｒｒ程度に維持される。ポリシリコン層は、これらの条件の下で、約２０００オングストローム／分のレートで堆積されうる。上記の方法では、高めの圧力を採用することにより、ドープ又はアンドープのポリシリコンの堆積レートを高めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した図１の枚葉式堆積チャンバおよび高圧プロセスを用いて、堆積レートに関する大きな進歩が達成された一方で、一つの基板と別の基板とを比べた場合に、堆積された膜の均一性や膜厚のばらつき、膜の耐性などは全体的に不十分という問題点がある。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決するためなされたもので、基板上に均一性の向上したポリシリコン膜を堆積する枚葉式ＣＶＤチャンバ、および、ウェーハ間の基板の均一性を向上させる枚葉式ＣＶＤチャンバを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の化学気相成長チャンバは、処理されるべき基板のためのサセプタの支持台と、サセプタの支持台を包囲するプリヒートリングとを備え、反応ガスが前記サセプタの裏面に到達するのを防止するバリヤ手段  （ｂａｒｒｉｅｒ）を備えることを特徴としている。
【００１２】
ここで、サセプタは、その支持面と裏面との間に延長部を有してもよい。また、さらに、プリヒートリングは、その上面に、サセプタの延長部を覆って、係合（ｍａｔｅ  ｗｉｔｈ）  する延長部を有してもよい。
【００１３】
また、真空チャンバ内のサセプタに支持される基板上に化学気相成長法により堆積されたシリコン膜の均一性を向上させる本発明の方法は、サセプタの裏面に反応ガスが接触し、かつ、固体原料が堆積するのを防止するバリヤ手段  （ｂａｒｒｉｅｒ）を用意することを含む。
【００１４】
ここで、バリヤ手段は、組み付けられたプリヒートリングを備え、それは、前記基板を取り囲み、サセプタの表面の延長部と係合（ｍａｔｅ  ｗｉｔｈ）  する延長部を有してもよい。
【００１５】
また、各半導体基板間の堆積シリコン膜の均一性を向上させる本発明の方法は、ａ）サセプタの裏面への反応ガスの接触と固体材料の堆積を防止するバリヤ手段  （ｂａｒｒｉｅｒ）によってサセプタが取り囲まれている化学気相成長真空チャンバ内のサセプタの支持台に半導体基板を載置するステップと、ｂ）基板上にシリコンを堆積するステップと、ｃ）他の半導体基板に対して、ａ）とｂ）のステップを連続的に繰り返すステップとを備える。
【００１６】
ここで、バリヤ手段は、組み付けられたプリヒートリングを備え、それは、基板を取り囲み、サセプタの表面の延長部と係合（ｍａｔｅ  ｗｉｔｈ）  する延長部を有してもよい。また、基板は、シリコンウェーハであってもよいし、反応ガスは、水素とシランを含んでもよい。
【００１７】
【作用】
本発明者らは、プロセスガスが基板の支持台またはサセプタの裏側へ達するのを防止することにより、基板上に堆積されたポリシリコン膜の均一性を高め、また、ウェーハ間の変動（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を減少させることができることを見出すに至った。本発明者らは、固体原料がサセプタの裏側に堆積することにより、基板上に堆積された膜の膜厚や膜質の不均一が生じることを見出だしていた。これらの堆積が、サセプタの加熱率を変動させることによる当該サセプタの表面を横切る温度変動（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を引き起こし、それが膜厚の不均一を導くこと、および、サセプタの裏側に固体が積層するにつれ、引き続く堆積中の温度変動も生じ、ウェーハ間に膜厚や膜質のばらつきを生じさせることが考えられている。
【００１８】
サセプタの裏側へ向かう反応ガスの流れに対してバリヤ手段  （ｂａｒｒｉｅｒ）を設けることにより、裏側への堆積や温度変動が防止され、より均一なポリシリコン膜が得られる。ウェーハ間の膜厚や膜質の変動も、防止されるか、または減少される。
【００１９】
【実施例】
堆積チャンバのサセプタの裏側への堆積を防止する一つの手段を説明する実施例を図２に示し、これを参照しながらこの実施例について述べる。
【００２０】
枚葉式リアクタ１３１は、上壁１３２、側壁１３３および下壁１３４を有している。上壁１３２および下壁１３４は、石英からなる。リアクタ１３１の外側には、複数の高強度ランプ１３８、１３９が設置されている。高強度ランプ１３８、１３９は、プリヒートリング１４０、サセプタ１３６およびポリシリコン膜が堆積される基板１３５を加熱する。サセプタ１３６は、上面１４６と裏面１４５を有する平板である。サセプタの支持台１４８は、サセプタ１３６を支える。反応ガス流入ポート１１１および排気ポート１１２は、側壁１３３と対向し、層流ガスを、確実にプリヒートリング１４０および基板１３５の上を横切るように流れさせる。
【００２１】
図３にさらに詳細に示されるように、サセプタ１３６は、延長部１４２を有する。延長部１４２は、サセプタ１３６の側壁に形成されるか、またはサセプタ１３６の外側に取り付けられることができる。プリヒートリング１４０は、その上面に、サセプタ１３６の延長部１４２と係合（ｍａｔｅ  ｗｉｔｈ）  する延長部１４４を有している。係合する延長部１４２および１４４は、延長部間の間隙を通過して、サセプタ１３６の裏面１４５に固体原料を堆積し得る反応ガスを防ぐか、またはその量を大幅に減少させることができるバリヤ手段  （ｂａｒｒｉｅｒ）を提供する。
【００２２】
本発明者らは、サセプタの裏側へのドープまたはアンドープの、シリコンまたはその他の固体原料の堆積は、サセプタ１３６を横切る温度変動（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を生じさせ、順次、堆積ポリシリコン膜の膜厚や膜質に変動（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を生じさせると考える。
【００２３】
さらに述べると、サセプタ１３６の裏面１４５に原料が積層することにより、堆積中の基板１３５の温度示度（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｒｅａｄｉｎｇｓ）が不正確になるとともに、堆積膜の性質や堆積率にも影響が現れる。サセプタ１３６の温度は、リアクタ１３１の外側で、ランプ１３９の上方に設置された高温計１５０を用いて測定される。高温計１５０は、サセプタ１３６の裏面１４５の放射率に敏感である。サセプタ１３６の裏面１４５に種々の材料が堆積したために裏面１４５の放射率が変化すると、高温計１５０は様々な信号を受け取るので、不正確な温度示度を与える。したがって、サセプタ１３６の裏面１４５の放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）は可能な限り一定に維持されなければならない。
【００２４】
また、さらに、裏面１４５における原料の積層は、引き続く基板プロセス中も、し続くので、堆積された膜のウェーハ間のばらつきも生じるが、このようなばらつきは、できる限り少ないまま維持されるのが望ましい。
【００２５】
プリヒートリングおよびサセプタの延長部を重ね合わせ互いに係合させることによりバリヤ手段が提供され、反応ガスがサセプタの裏面に達し、かつ、裏面に固体を堆積させるのが防止される。したがって、基板を横切った温度の変動や、サセプタ上の温度の変動が減少する。また、堆積中の基板温度の示度は、従来技術の堆積チャンバより正確である。
【００２６】
本発明のプロセスチャンバは、単独でも用いることができるが、好ましくは、上述したようなマルチチャンバ真空プロセスシステムの一部とすることもできる。この場合、本発明のプロセスチャンバは、その側壁に中央搬送チャンバから基板を搬入し、再び搬出するためのポートを有する。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明では、サセプタの裏側へ向かう反応ガスの流れに対してバリヤ手段を設けるので、反応ガスがサセプタの裏側へ達するのを防止して、基板を横切った温度の変動や、サセプタ上の温度の変動を減少させることができる。したがって、基板上に堆積されたポリシリコン膜の均一性を向上させ、また、ウェーハ間の膜厚や膜質の変動を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の枚葉式堆積チャンバの部分断面模式図である。
【図２】本発明の一例を説明する枚葉式堆積チャンバの部分断面模式図である。
【図３】本発明の反応ガスバリヤ手段の一例の断面図である。
【符号の説明】
１１１…ガス流入ポート、１１２…排気ポート、１３１…枚葉式リアクタ、１３２…上壁、１３３…側壁、１３４…下壁、１３５…基板、１３６…サセプタ、１３７…モーター、１３８、１３９…高強度ランプ、１４０…プリヒートリング、１４２、１４４…延長部、１４５…裏面、１４６…上面、１５０…高温計。
【図１】
0003581388.tif 000002
【図２】
0003581388.tif 000003
【図３】
0003581388.tif 000004