(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハが導入される反応室と、
前記反応室にプロセスガスを供給するプロセスガス供給機構と、
前記反応室よりガスを排出するガス排出機構と、
前記ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、
前記ウェーハ支持部材を載置するリングと、
前記リングと接続され、前記ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、
前記リング内に設置され、前記ウェーハを所定の温度に加熱するために設けられ、平面度０〜０．０１ｍｍの電極接触面を有するヒータと、
前記ヒータの前記電極接触面と、平面度０〜０．０１ｍｍのヒータ接触面で接続され、前記ヒータに電力を供給する電極部品と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記リング内に設けられ、前記ヒータと前記電極部品の接続部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構を有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】
前記不活性ガス供給機構は、ノズルと、このノズル上部から前記接続部の近傍に伸延された枝部を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記接続部は複数箇所に配置され、前記枝部は、複数個所の前記接続部に対応して設けられ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】
反応室内にウェーハを導入し、
平面度０〜０．０１ｍｍの電極部品のヒータ接触面と接続される平面度０〜０．０１ｍｍのヒータの電極接触面よりヒータに電力を供給して、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ヒータに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スループット向上とともに、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、ウェーハを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】
このとき、ヒータは、例えばＳｉＣ被覆されたカーボン材などからなる電極部品と接続される。（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】
【０００６】
ヒータは、電極部品と面接触されることにより接続されるが、ヒータと電極部品の接続部にプロセスガスが回り込んで反応し、接触面が荒れるという問題が生じている。特に、ＳｉＣ被覆されたカーボン材などからなる電極部品側において、Ｓｉソースガスとの反応により、ＳｉＣが形成され、接触面の一部が膨れる場合がある。また、プロセスガスに含まれるＨ２や、ＨＣｌなどの反応副生成ガス、Ｃｌ２などのエッチングガスとの反応により、表層のＣが抜けることにより、通電面積が減少して抵抗が高くなるとともに、離間部分における放電により、接触面がさらに荒れてしまう。そして、部材の交換が必要になることから、スループットが低下するという問題がある。
【０００７】
このような現象は、ウェーハを高速回転させることにより、ウェーハの下部でのプロセスガスの回り込みが起こりやすくなるため、顕著となる。また、プロセスガス中の成膜ガス濃度を高くすることによっても、より発生しやすくなると考えられる。しかしながら、ウェーハの回転や、成膜ガス濃度を抑えると、スループット、成膜均一性が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、スループット、成膜均一性を低下させることなく、ヒータと電極部品の接続部へのプロセスガスの回り込みによる劣化を抑制し、半導体装置の高性能化や信頼性の向上、低コスト化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】
【０００９】
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室と、反応室にプロセスガスを供給するプロセスガス供給機構と、反応室よりガスを排出するガス排出機構と、ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、ウェーハ支持部材を載置するリングと、リングと接続され、ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、リング内に設置され、ウェーハを所定の温度に加熱するために設けられ、平面度０〜０．０１ｍｍの電極接触面を有するヒータと、ヒータの電極接触面と、平面度０〜０．０１ｍｍのヒータ接触面で接続され、ヒータに電力を供給する電極部品と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様の半導体製造装置において、さらにリング内に設けられ、前記ヒータと前記電極部品の接続部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様の半導体製造装置において、不活性ガス供給機構は、ノズルと、このノズル上部から前記接続部の近傍に伸延された枝部を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の一態様の半導体製造装置において、前記接続部は複数箇所に配置され、前記枝部は、複数個所の前記接続部に対応して設けられることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の一態様の半導体製造方法は、反応室内にウェーハを導入し、平面度０〜０．０１ｍｍの電極部品のヒータ接触面と接続される平面度０〜０．０１ｍｍのヒータの電極接触面よりヒータに電力を供給して、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】
【００１４】
本発明の一態様によれば、半導体製造工程におけるスループット、成膜均一性を低下させることなく、ヒータと電極部品との接触面へのプロセスガスの回り込みによる劣化を抑制し、半導体装置の高性能化や信頼性の向上、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１７】
（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膜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室１１には、反応室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１２と接続されたガス供給口１２ａが設置されている。反応室１１下方には、例えば２箇所にガスを排出し、反応室１１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出機構１３と接続されたガス排出口１３ａが設置されている。
【００１８】
反応室１１上部には、ガス供給口１２ａ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環状のホルダ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。
【００１９】
リング１６内部には、ウェーハｗを加熱するためのヒータ１８が設置されている。ヒータ１８は、所定パターンを有し、ＳｉＣからなる円板状のヒータエレメント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。ヒータエレメント１８ａ、ヒータ電極部１８ｂは、不純物が添加されて導電性を有するＳｉＣ材からなり、例えば、不純物が添加された粉体ＳｉＣをバインダーと混合、成形後、焼結することにより形成される。そして、その表面は、ＳｉＣ膜がコーティングされている。
【００２０】
なお、ヒータとしては、さらに環状のヒータを用いてもよく、効率的に加熱するためのリフレクタを有していてもよい。
【００２１】
ヒータ電極部１８ｂの下部には、一部コーティングされたＳｉＣ膜が剥離され、導電性を有するＳｉＣ材が露出した電極接触面１８ｃが形成されている。電極接触面１８ｃは、機械加工により、その平面度が０〜０．０１ｍｍとなるように、うねりが抑えられている。さらに、鏡面加工がなされている。
【００２２】
ここで、平面度は、面の上下が平行な二平面で挟まれるときの、二平面間の距離で定義され、以下同様である。
【００２３】
リング１６内部下方には、ヒータ電極部と接続される電極部品であり、例えばＳｉＣでコーティングされた等方性黒鉛等のカーボン材からなるブースバー１９が設置されている。等方性黒鉛は、一般に、粉体黒鉛をバインダーと混合、ＣＩＰ(Cold Isostatic Pressing)成形後、焼結することにより形成される。
【００２４】
このようなブースバー１９の上部には、一部コーティングされたＳｉＣ膜が剥離され、カーボン材が露出したヒータ接触面１９ａが形成されている。ヒータ接触面１９ａは、電極接触面１８ｃと同様に、機械加工によりその平面度が０〜０．０１ｍｍとなるように、うねりが抑えられている。
【００２５】
そして、ヒータ電極部１８ｂとブースバー１９は、電極接触面１８ｃとヒータ接触面１９ａにおいて面接触させることにより接続（接続部１１０）され、ボルト等により固定されている。
【００２６】
通常、接続部１１０の密着度を向上させるためには、電極接触面１８ｃとヒータ接触面１９ａの表面粗さと平面度を共に小さくすることが考えられる。しかしながら、ヒータと電極部品との接続部においては、接触面の荒れ・膨れは、表面粗さよりむしろ電極接触面１８ｃとヒータ接触面１９ａの平面度に大きく支配される。
【００２７】
接触面において、接触抵抗を低下させるために、抵抗の高いＳｉＣのコーティングが剥離され、いずれも焼結体であるＳｉＣ材、カーボン材を露出させる必要がある。そして、鏡面加工を施しても、焼結体表面の粒界の存在により、ある程度の表面粗さは残ってしまう。しかしながら、平面度を０．０１ｍｍ以下としてうねりを抑えることにより、プロセスガスの回り込みによる接触面の荒れ・膨れを十分抑えることができる。
【００２８】
さらに、ブースバー１９は、例えばＭｏからなる電極１１１と接続されている。そして、電極１１０は、ヒータシャフト１１２に設けられた貫通孔内に固定され、ヒータに電力を供給する外部電源（図示せず）に接続される。
【００２９】
このように構成されるエピタキシャル成膜装置を用いて、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。
【００３０】
先ず、反応室１１にウェーハｗを搬入し、ウェーハｗが載置されたホルダ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２１より、ブースバー１９を介してヒータ電極部１８ｂ、ヒータエレメント１８ａに電力を供給する。
【００３１】
このようにしてヒータエレメント１８ａに電力を供給し、ウェーハｗの面内温度が均一に例えば１１００℃となるように、ヒータエレメント１８ａの温度を１５００〜１６００℃に制御する。
【００３２】
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、ガス供給機構１２よりガス供給口１２ａを介して、整流板１４を介して整流状態でウェーハｗ上に供給する。プロセスガスは、例えばジクロロシラン濃度が２．５％となるように、Ｈ２などの希釈ガスにより希釈され、例えば５０ＳＬＭで供給される。
【００３３】
このとき、プロセスガスは、リング内において、破線矢印のように流れる。しかしながら、電極接触面１８ｃとヒータ接触面１９ａは密着しており、その界面への回り込みは抑えられる。
【００３４】
一方、余剰となったジクロロシラン、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、ホルダ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１３ａを介してガス排出機構１３より排出され、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。
【００３５】
本実施形態によれば、ヒータと電極部品との接触面のうねりを抑えることにより、接続部へのプロセスガスの回り込みを抑えることができる。そして、接触面の膨れ、荒れを抑制することができるため、部材の交換頻度を低減させることができる。従って、スループット、成膜均一性を低下させることなく、半導体装置の高性能化や信頼性の向上、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態において、実施形態１とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、ヒータと電極部品との接続部に不活性ガスを供給するために、不活性ガス供給機構であるノズルが設けられている点で実施形態１と異なっている。
【００３７】
すなわち、図２に示すように、リング１６内のヒータエレメント１８ａの下方に、Ａｒなどの不活性ガスを供給するためのノズル２１が設けられている。ノズル２１の上部には、ヒータ電極部１８ｂとブースバー１９の接続部１１０に不活性ガスが供給されるように、接続される方向に不活性ガスを噴射するための２カ所の開口部２２が設けられている。
【００３８】
ノズル２１は、ヒータシャフト１１２に固定され、不活性ガスは、ヒータシャフト１１２に設けられた貫通孔を通って供給され、ノズル２１の開口部２２より噴射される。
【００３９】
本実施形態によれば、ヒータと電極部品との接続部に不活性ガスを供給することにより、接続部へのプロセスガスの回り込みをより確実に抑えることができるため、実施形態１より高い効果を得ることが可能となる。
【００４０】
（実施形態３）
本実施形態において、実施形態２とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、接続部の近傍より接続部にガスを供給するために、ノズル３１に枝部３２が設けられている点で実施形態２と異なっている。
【００４１】
すなわち、図３に示すように、リング１６内のヒータエレメント１８ａの下方に、Ａｒなどの不活性ガスを供給するためのノズル３１が設けられている。ノズル３１の上部には、ヒータ電極部１８ｂとブースバー１９の接続部１１０に不活性ガスが供給されるように、不活性ガスを噴射するための２つの枝部３２が設けられている。
【００４２】
ノズル３１は、ヒータシャフト２０に固定され、不活性ガスは、実施形態２と同様に、ヒータシャフト１１２に設けられた貫通孔を通って供給され、ノズル３１の枝部３２先端より噴射される。
【００４３】
本実施形態によれば、ヒータと電極部品との接続部の近傍より接続部に不活性ガスを供給することにより、接続部へのプロセスガスの回り込みをより確実に抑えることができるため、実施形態２より高い効果を得ることが可能となる。
【００４４】
（実施形態４）
本実施形態において、実施形態３とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、さらに、ウェーハｗの外周部を加熱するための環状のアウトヒータの接続部にも効果的に不活性ガスを供給するために、ノズル４１に、非対称に枝部４２ａ、４２ｂが設けられている点で実施形態３と異なっている。
【００４５】
すなわち、図４に示すように、リング１６内のヒータエレメント１８ａの下方に、ウェーハｗの外周部を加熱するための環状のアウトヒータのヒータエレメント４８ａとヒータ電極部４８ｂが設けられている。ヒータ電極部４８ｂは、ブースバー４９と、同様に接続されている。そして、これらヒータエレメント１８ａ、４８ａの下方に、Ａｒなどの不活性ガスを供給するためのノズル４１が設けられている。
【００４６】
ヒータ電極部１８ｂとブースバー１９は、２か所の接続部１１０ａ、１１０ｂ、環状のアウトヒータのヒータ電極部４８ｂとブースバー４９は、それぞれ並列に設けられ、それぞれ接続部１１０ａより下方で外周側の接続部４１０で接続されている。そして、ノズル４１の上部には、接続部１１０ａ、１１０ｂ、４１０に不活性ガスが供給されるように、不活性ガスを噴射するための２つの枝部４２ａ、４２ｂが設けられている。
【００４７】
このとき、接続部１１０ａと接続部４１０は同じ位相で配置されているため、接続部４１０にも十分な不活性ガスが供給できるように、枝部４２ａの形状（例えばその径）を４２ｂと異なるものとし、２つの枝部４２ａ、４２ｂを非対称の形状とする。
【００４８】
ノズル４１は、ヒータシャフト１１２に固定され、不活性ガスは、実施形態２と同様に、ヒータシャフト１１２に設けられた貫通孔を通って供給される。
【００４９】
本実施形態によれば、アウトヒータを設けた場合でも、アウトヒータと電極部品との接続部にも十分な不活性ガスを供給することにより、各接続部へのプロセスガスの回り込みをより確実に抑えることができる。そして、実施形態３と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
これら実施形態によれば、半導体ウェーハｗにエピタキシャル膜などの高品質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４０μｍ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。
【００５１】
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】
【００５２】
１１…反応室
１２…ガス供給機構
１２ａ…ガス供給口
１３…ガス排出機構
１３ａ…ガス排出口
１４…整流板
１５…ホルダ
１６…リング
１７…回転駆動制御機構
１８、４８…ヒータ
１８ａ、４８ａ…ヒータエレメント
１８ｂ、４８ｂ…ヒータ電極部
１９、４９…ブースバー
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、４１０…接続部
１１１…電極
１１２…ヒータシャフト
２１、３１、４１…ノズル
２２…開口部
３２、４２ａ、４２ｂ…枝部
【図１】
0005702591.tif 000002
【図２】
0005702591.tif 000003
【図３】
0005702591.tif 000004
【図４】
0005702591.tif 000005