(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜工程において、膜質を低下させることなく、プロセスガスの廃棄率を低減させることが可能な半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。【解決手段】第１のウェーハＷ上に第１のプロセスガスを供給するための第１のガス供給機構１７と、第１の排ガスを排出するための第１のガス排出機構１８と、を有し、第１のウェーハＷ上に第１の被膜を形成するための第１の反応室１１と、第１の反応室１１と接続され、第１の排ガスより所定のガス成分を抽出し、第２のプロセスガスを生成するガス再生部３１と、第２のウェーハＷ’上に第２のプロセスガスを供給するための第２のガス供給機構２７と、第２の排ガスを排出するための第２のガス排出機構２８と、を有し、第２のウェーハＷ’上に第２の被膜を形成するための第２の反応室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】
第１のウェーハ上に第１のプロセスガスを供給するための第１のガス供給機構と、第１の排ガスを排出するための第１のガス排出機構と、を有し、前記第１のウェーハ上に第１の被膜を形成するための第１の反応室と、
前記第１のガス排出機構と接続され、前記第１の排ガスより所定のガス成分を抽出し、第２のプロセスガスを生成するガス再生部と、
第２のウェーハ上に第２のプロセスガスを供給するための第２のガス供給機構と、第２の排ガスを排出するための第２のガス排出機構と、を有し、前記第２のウェーハ上に第２の被膜を形成するための第２の反応室と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記第１のプロセスガスの純度が前記第２のプロセスガスの純度より高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】
第１のウェーハ上に第１のプロセスガスを供給し、
前記第１のウェーハ上に第１の被膜を形成し、
余剰な前記第１のプロセスガス及び副生ガスを含む第１の排ガスより所定のガス成分を抽出し、第２のプロセスガスを生成し、
第２のウェーハ上に第２のプロセスガスを供給し、
前記第２のウェーハ上に第２の被膜を形成することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
前記第１の被膜の結晶性は、前記第２の被膜の結晶性より高いことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
前記第１のウェーハは、前記第２の被膜が形成された前記第２のウェーハであることを特徴とする請求項３又は請求項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、プロセスガスを供給して成膜を行なう際に、排出される排ガスを再利用する半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常半導体装置の製造工程において、ＣＺウェーハなどのラッピングウェーハ上に、より結晶性の高いエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハが用いられている。
【０００３】
このようなエピタキシャルウェーハの成膜工程においては、例えば枚葉式のエピタキシャル成膜装置を用い、例えば反応室内においてウェーハを９００ｒｐｍ以上で高速回転しながら加熱し、プロセスガスを供給することにより、ウェーハ上に例えば結晶性の比較的低いバッファ層、結晶性の高いエピタキシャル層が順次形成される。
【０００４】
このとき、供給されたプロセスガスの約８割は、成膜に寄与することなく未反応のまま排出されるとともに、併せて副生ガスが排出される。例えば、トリクロロシラン（以下ＴＣＳと記す）を用いてＳｉウェーハ上にＳｉ膜を形成する際には、未反応ＴＣＳと副生ガスである四塩化ケイ素を含む排ガスが排出される。そして、通常、これらの排ガスは、適切な浄化処理を行った後、排気される（例えば特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−５９００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、成膜処理後、多くのプロセスガス、副生ガスを含む排ガスが排出されるが、コストダウンのみならず、環境への配慮から、よりプロセスガスの廃棄率を低減させることが要求される。しかしながら、そのために排ガスを再生して再利用すると、純度が低下することから、良好な膜質を得ることが困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、成膜工程において、膜質を低下させることなく、プロセスガスの廃棄率を低減させることが可能な半導体製造装置及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】
本発明の半導体製造装置は、第１のウェーハ上に第１のプロセスガスを供給するための第１のガス供給機構と、第１の排ガスを排出するための第１のガス排出機構と、を有し、第１のウェーハ上に第１の被膜を形成するための第１の反応室と、第１のガス排出機構と接続され、第１の排ガスより所定のガス成分を抽出し、第２のプロセスガスを生成するガス再生部と、第２のウェーハ上に第２のプロセスガスを供給するための第２のガス供給機構と、第２の排ガスを排出するための第２のガス排出機構と、を有し、第２のウェーハ上に第２の被膜を形成するための第２の反応室と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体製造装置においては、第１のプロセスガスの純度が第２のプロセスガスの純度より高いことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の半導体製造方法は、第１のウェーハ上に第１のプロセスガスを供給し、第１のウェーハ上に第１の被膜を形成し、余剰な第１のプロセスガス及び副生ガスを含む第１の排ガスより所定のガス成分を抽出し、第２のプロセスガスを生成し、第２のウェーハ上に第２のプロセスガスを供給し、第２のウェーハ上に第２の被膜を形成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は、第１の被膜の結晶性が、第２の被膜の結晶性より高いとき特に有効である。
【００１２】
また、本発明の半導体製造方法においては、第１のウェーハは、第２の被膜が形成された第２のウェーハとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体製造装置、半導体製造方法により、成膜工程において、膜質を低下させることなく、プロセスガスの廃棄率を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様における半導体製造装置の断面概念図。
【図２】本発明の一態様における半導体製造方法のフローチャート。
【図３】本発明の一態様における半導体製造装置の断面概念図。
【図４】本発明の一態様における半導体製造装置の断面概念図。
【図５】本発明の一態様における半導体製造装置の断面概念図。
【図６】本発明の一態様におけるＩＧＢＴの概略構成図。
【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に本実施形態に用いられる半導体製造装置の断面概念図を示す。図に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応室１１と反応室２１が、反応室１１からの未反応のプロセスガス、副生ガスを含む排ガスが導入、再生されるガス再生部３１を介して接続された構成となっている。
【００１７】
各反応室には、それぞれ導入されたウェーハを保持するウェーハ保持部材であるホルダー１２、２２が設けられ、その下部にホルダー１２、２２を支持するリング１３、２３が設けられている。このリング１３、２３の内部には、それぞれウェーハを加熱するヒータ１４、２４などが設置されている。
【００１８】
そして、このリング１３、２３は、それぞれ反応室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１５、２５と接続されている。リング１３、２３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１６、２６が設けられている。
【００１９】
各反応室の上部には、ガス源と、それぞれの流量を制御するガス供給機構１７、２７と接続され、反応室１１、２１に所定流量のプロセスガスを供給するガス供給口１７ａ、２７ａが設置されている。また、反応室１１、２１下部には、圧力計（図示せず）、ポンプ（図示せず）などから構成され、反応室１１内を所定の圧力に制御するガス排出機構１８、２８と接続され、反応室１１、２１より所定の流量でガスを排出するガス排出口１８ａ、２８ａが設置されている。
【００２０】
反応室１１の中央部には、ゲート１９が形成され、排ガス接続管３２を介してガス再生部３１と接続されている。ゲート１９は、例えば、よりフレッシュな排気ガスを採取するために、Ｓｉウェーハｗの厚さ方向の中心とゲート１９の開口部の高さ方向の中心位置がほぼ同じ高くなるように設置される。
【００２１】
ガス再生部３１には、排ガス接続管３２に接続された蒸留塔３３と、これと接続されたガス生成室３４が設置されている。そして、蒸留塔３３及びガス生成室３４は、貯蔵タンク３５、ドーパント量を測定する不純物濃度測定器３６を介して、反応室２１のガス供給口２７ａと接続されている。
【００２２】
このような半導体製造装置を用いて、例えば図２に示すようなフローでＳｉウェーハ上にＳｉ膜が形成される。
【００２３】
先ず、例えばφ２００ｍｍのＳｉウェーハｗを、反応室１１に導入し、リング１３上のホルダー１２上に載置する（ステップ１−１）。そして、ヒータ１４などにより、ウェーハｗの温度が１０８０℃となるように制御するとともに、ウェーハｗを、回転駆動機構１５により、例えば９００ｒｐｍで回転させる（ステップ１−２）。
【００２４】
そして、ガス供給機構１７において、成膜ソースとなるＴＣＳ、キャリアガス、ドーパントガスは、所定流量に制御され、プロセスガス（高純度プロセスガス）が調製される（ステップ１−３）そして、ガス供給口１７ａより反応室１１に導入される。このとき、導入条件を、例えばＴＣＳ：３．３ＳＬＭ(５．５８Ｐａ・ｍ３／ｓ)、Ｈ２（キャリアガス）：７４．２ＳＬＭ（１２５．４Ｐａ・ｍ３／ｓ)、ＰＨ３希釈ガス（ＰＨ３：０．０３ＳＬＭ＋Ｈ２：２０ＳＬＭ、Ｎ型ドーパントガス）：０．０３ＳＬＭ（０．０５Ｐａ・ｍ３／ｓ)、反応室１１内の圧力：９３．３ｋＰａとする。そして、プロセスガス（高純度プロセスガス）は、整流板１６を介して、整流状態でウェーハｗ上に供給される。
【００２５】
さらに、ガス排出口１８からの排出量を調整し、反応室１１内の圧力を４０ｋＰａとなるように制御して、ウェーハｗ上にＮ−エピタキシャル膜を形成する（ステップ１−４）。
【００２６】
一方、ステップ３と並行して、ゲート１９を開き、排ガス接続管３２を経て、ガス再生部３１の蒸留塔３３に、未反応のプロセスガス、副生ガスを含む排ガスを導入する（ステップ２−１）。そして、蒸留塔３３において、通常の蒸留方法を用いて、導入された排ガスより、ＴＣＳ、四塩化ケイ素がそれぞれ抽出される（ステップ２−２）。
【００２７】
四塩化ケイ素は、ガス生成室３４に導入され、水素還元反応によりＴＣＳが生成される。このとき、例えば、金属シリコン粉末の流動層に四塩化ケイ素と水素を供給し、銅触媒を用いて反応温度５００−６００℃で、以下の反応式（１）：
Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→４ＳｉＨＣｌ３・・・（１）
により生成する（ステップ２−３）。あるいは、四塩化ケイ素と水素を１０００−１２００℃の物体に接触させた後、急冷し、以下の反応式（２）：
ＳｉＣｌ４＋Ｈ２→ＳｉＨＣｌ３＋ＨＣｌ・・・（２）
により生成した後、ＴＣＳのみを抽出してもよい。そして、最初に抽出されたＴＣＳ、四塩化ケイ素より生成されたＴＣＳ（以下再生ＴＣＳと記す）は、貯蔵タンク３５に導入され、一旦貯蔵される（ステップ２−４）。
【００２８】
このようにして抽出、生成された再生ＴＣＳにおいては、リン化合物、ホウ素化合物などとの分離が困難であるため、微量のドーパントを含有していると考えられる。そこで、不純物濃度測定器３６により、ドーパント濃度が測定される（ステップ２−５）。
【００２９】
次いで、例えばφ２００ｍｍのＳｉウェーハｗ’を、反応室１１に導入し、リング２３上のホルダー２２上に載置する（ステップ３−１）。そして、ヒータ２４などにより、ウェーハｗの温度が１０８０℃となるように制御するとともに、ウェーハｗ’を、回転駆動機構２５により、例えば９００ｒｐｍで回転させる（ステップ３−２）。
【００３０】
そして、不純物濃度が測定された再生ＴＣＳは、新たに加えられるキャリアガス、ドーパントガスとともに、ガス供給機構２７において所定流量に制御され、再生プロセスガスが調製される（ステップ３−３）。そして、ガス供給口２７ａより反応室２１に導入される。このとき、導入条件を、例えば再生ＴＣＳ：３．３ＳＬＭ(５．５８Ｐａ・ｍ３／ｓ)、Ｈ２（キャリアガス）：７４．２ＳＬＭ（１２５．４Ｐａ・ｍ３／ｓ)、ＰＨ３希釈ガス（ＰＨ３：０．０３ＳＬＭ＋Ｈ２：２０ＳＬＭ、Ｎ型ドーパントガス）：０．０３ＳＬＭ（０．０５Ｐａ・ｍ３／ｓ)、反応室１１内の圧力：９３．３ｋＰａとする。そして、再生プロセスガスは、整流板２６を介して、整流状態でウェーハｗ’上に供給される。
【００３１】
このとき、Ｎ型ドーパントガスであるＰＨ３希釈ガスの流量は、再生ＴＣＳ中のドーパント濃度の測定結果に基づいて調整される。そして、再生ＴＣＳ中のドーパント濃度が要求されるドーパント濃度より高い場合、新たなＴＣＳが導入され、ドーパント濃度が調整される。このような再生プロセスガスにおいては、再生ＴＣＳ中の不純物が含まれるため、その純度は反応室１１に導入されたプロセスガスの純度より低いものとなっている。
【００３２】
さらに、ガス排出口２８ａからの排出量を調整し、反応室２１内の圧力を４０ｋＰａとなるように制御して、ウェーハｗ上に例えばＮ＋ポリシリコン膜を形成する（ステップ３−４）。
【００３３】
このように、エピタキシャル膜の成膜に伴う排ガスを再生し、得られた再生プロセスガスを用いて、プロセスガスの純度がある程度低くても形成可能なポリシリコン膜を形成することにより、それぞれの膜の膜質を落とすことなく、プロセスガスの廃棄率を約８０％から約６０％まで低減させることが可能となる。
【００３４】
本実施形態において、２つの反応室を、ガス再生部を介して接続しているが、反応室は２つに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、３以上連結させ、再生プロセスガスを再生したプロセスガスを用いることも可能である。をまた、図４に示すように、ガス再生部に排ガスを供給する反応室は、必ずしも１つではなく、複数であってもよい。さらに、図５に示すように、ガス再生部より再生プロセスガスが供給される反応室は、必ずしも１つではなく、複数であってもよい。
【００３５】
また、本実施形態において、高純度プロセスガスが導入される反応室と、再生プロセスガスが導入される反応室を異なるものとしたが、同じ反応室として排ガスを循環させることも可能である。但し、その場合、反応室内の清浄度を維持するために、再生プロセスガスが導入されて成膜された後、ウェーハを搬出し、反応室内を清浄化する必要がある。
【００３６】
また、本実施形態において、高純度プロセスガスを用いた反応室１１においてエピタキシャル膜、再生プロセスガスを用いた反応室２１においてポリシリコン膜が形成されたが、特に、Ｎ型（Ｐ型）ベース領域、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バッファ層及びエピタキシャル層の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。
【００３７】
このとき、図６にＩＧＢＴの概略構成図を示すように、再生プロセスガスを用いて得られたポリシリコン膜を、基板（Ｓｕｂ．）直上のバッファ層４１として、その上に高純度プロセスガスを用いてエピタキシャル層４２を形成してもよい。また、高純度プロセスガスを用いて得られたエピタキシャル膜上に、酸化膜を介して、再生プロセスガスを用いてゲート電極４３となるポリシリコン膜を形成することも可能である。
【００３８】
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基板上にポリシリコン層、エピタキシャル層を形成する場合を説明したが、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板などの化合物半導体基板上に、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど他のバッファ層／エピタキシャル層からなる化合物半導体層を形成する場合にも適用可能である。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】
【００３９】
ｗ…ウェーハ
１１、２１…反応室
１２、２２…ホルダー
１３、２３…リング
１４、２４…ヒータ
１５、２５…回転駆動機構
１６、２６…整流板
１７、２７…ガス供給機構
１７ａ、２７ａ…ガス供給口
１８、２８…ガス排出機構
１８ａ、２８ａ…ガス排出口
１９…ゲート
３１…ガス再生部
３２…排ガス接続管
３３…蒸留塔
３４…ガス生成室
３５…貯蔵タンク
３６…不純物濃度測定器
４１…バッファ層
４２…エピタキシャル層
４３…ゲート電極
【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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