(57)【要約】【課題】本発明は、ウェーハの端部まで均一に成膜す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。【解決手段】本発明の半導体製造装置は、被処理ウェーハ１が導入される反応室２と、反応室上方より反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段３と、反応室より反応ガスを排出するためのガス排出手段４と、反応室内の圧力を制御する圧力制御機構６ａ、６ｂと、被処理ウェーハ１を外周部において保持するためのホルダー８と、被処理ウェーハ１を下部より加熱するためのヒータ９ａ、９ｂと、上端が前記ホルダー８上方に、下端が前記ホルダー８の上面より下方に位置することが可能となるように設けられ、上端の口径より下端の口径が大きい環状の整流フィン１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理ウェーハが導入される反応室と、
前記反応室上方より前記反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記反応室より前記反応ガスを排出するためのガス排出手段と、
前記反応室内の圧力を制御する圧力制御機構と、
前記被処理ウェーハを外周部において保持するためのホルダーと、
前記被処理ウェーハを下部より加熱するためのヒータと、
上端が前記ホルダー上方に、下端が前記ホルダーの上面より下方に位置することが可能となるように設けられ、前記上端の口径より前記下端の口径が大きい環状の整流フィンを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記整流フィンを上下駆動させるための駆動機構を備え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】
前記整流フィンの上端から下端までの長さは、外周側より内周側が長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
反応室内で被処理ウェーハを保持する工程と、
前記反応室内を、粘性流が形成される圧力に制御する工程と、
前記被処理ウェーハを加熱、回転する工程と、
前記被処理ウェーハ上に反応ガスを供給する工程と、
前記被処理ウェーハの周辺部において前記反応ガスを整流する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
前記反応室内を１３３３Ｐａ以上にすることを特徴とする請求項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、裏面から加熱しながら反応ガスを供給し、高速回転しながら成膜を行なう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、半導体装置の微細化に伴い、成膜工程における高い膜厚均一性が要求されている。エピタキシャル成長装置などＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において用いられる裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給することができるため、均一な成膜が可能である。そして、このような裏面加熱方式において、より良好な膜厚均一性を得るための手法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年、素子の微細化に伴い、膜厚のスペックが厳しくなっている。また、素子のコストダウンを図るため、ウェーハの大口径化が進むとともに、ウェーハ有効面積増大の要求が高まっている。そこで、１％程度膜厚がばらつくため、これまでチップ形成領域から削除されていたウェーハの端部近傍領域まで、均一に成膜する必要が生じてきた。
【特許文献１】特開２０００−３０６８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、ウェーハの端部まで膜厚均一性を得ることが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、ウェーハの端部まで均一に成膜す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】
【０００６】
本発明の半導体製造装置は、被処理ウェーハが導入される反応室と、反応室上方より反応室に反応ガスを供給するためのガス供給手段と、反応室より反応ガスを排出するためのガス排出手段と、反応室内の圧力を制御する圧力制御機構と、被処理ウェーハを外周部において保持するためのホルダーと、被処理ウェーハを下部より加熱するためのヒータと、上端が前記ホルダー上方に、下端が前記ホルダーの上面より下方に位置することが可能となるように設けられ、上端の口径より下端の口径が大きい環状の整流フィンを備えることを特徴とする。
【０００７】
この本発明の半導体製造装置において、さらに整流フィンを上下駆動させるための駆動機構を備えることが望ましい。
【０００８】
さらに、本発明の半導体製造装置において、整流フィンの上端から下端までの長さは、外周側より内周側が長いことが望ましい。
【０００９】
また、本発明の半導体製造方法は、反応室内で被処理ウェーハを保持する工程と、反応室内を、粘性流が形成される圧力に制御する工程と、被処理ウェーハを加熱、回転する工程と、被処理ウェーハ上に反応ガスを供給する工程と、被処理ウェーハの周辺部において反応ガスを整流する工程を備えることを特徴とする。
【００１０】
この本発明の半導体製造方法において、反応室内を１３３３Ｐａ（１０ｔｏｒｒ）以上にすることが望ましい。ここで、この減圧の値は、J.Vac.Sci.Technol.B 13(4), Jul/Aug 1995, PP1888-1892の記載から裏付けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体製造装置および半導体製造方法を用いることにより、ウェーハの端部まで均一に成膜することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
図１に本実施形態の半導体製造装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハ１が成膜処理される反応室２には、反応室２上方より成膜ガスとキャリアガスからなるプロセスガスを供給するためのガス供給口３と、反応室２下方よりプロセスガスを排出するためのガス排出口４が設置されている。反応室２には、圧力計５が設置されており、これと連動して反応室２内の圧力を制御するための例えばマスフロメータやバルブといった圧力制御機構６ａ、６ｂが、夫々ガス供給口３、ガス排出口４に設けられている。
【００１４】
反応室２には、ウェーハ１を回転させるための回転駆動手段７と、回転駆動手段７上でウェーハ１をその外周部において保持するための環状のホルダー８が設置されている。そして、ホルダー８の下方には、ウェーハを加熱するためのインヒータ９ａ、アウトヒータ９ｂが設置されている。さらに、上端が前記ホルダー上方に、下端が前記ホルダーの上面より下方に位置することが可能となるように、上端の口径より下端の口径が大きい環状の整流フィン１０が設置されており、駆動軸１１により、例えば３点で保持されている。そして、駆動軸１１を上下方向に駆動し、整流フィン１０の位置を制御するための位置制御機構１２が、ベローズ配管１３を介して接続配置され、駆動軸１１とともに駆動機構を構成している。
【００１５】
反応室２上方には、例えば放射温度計などの温度測定機構１４が設置されており、ウェーハ１の温度が測定される。そして、温度測定機構１４により測定された温度に基づき、ヒータ９ａ、９ｂの温度を制御するために温度制御機構１５と接続配置されている。
【００１６】
このような半導体製造装置を用いて、例えばＳｉからなるウェーハ１上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、例えば１２インチのウェーハ１を反応室２に導入し、ホルダー６上に載置する。ここで、ウェーハ１径が整流フィン１０の内径より大きいため、例えば、一旦、位置制御機構１２により、ベローズ配管１３介して駆動軸１１を上方向に駆動させ、整流フィン１０を上方向に移動させた後、ウェーハ１をホルダー８上に載置し、位置制御機構１２により、ベローズ配管１３介して駆動軸１１を下方向に駆動させ、端が前記ホルダー上方に、下端が前記ホルダーの上面より下方に位置するように、整流フィン１０を下方向に移動させる。
【００１７】
そして、ガス供給口３より、反応ガスを例えば、キャリアガス：Ｈ２を２０〜１００ＳＬＭ、成膜ガス：ＳｉＨＣｌ３を５０ｓｃｃｍ〜２ＳＬＭ、ドーパントガス：Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３を微量として供給し、ガス排出口４より排出する。このとき、反応炉２内の圧力を、圧力計５、圧力制御機構６ａ、６ｂにより、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜常圧となるように制御する。このように反応炉２内の圧力を制御することにより、反応炉２内に粘性流を形成する。尚、粘性流は、圧力に反比例する反応ガス中の分子の平均自由工程（ｍｅａｎ  ｆｒｅｅ  ｐａｔｈ）λが、反応炉２のサイズＬよりも十分小さいときに形成される。
【００１８】
供給された反応ガスは、図２に示すようにウェーハ１表面に垂直方向に流れを形成しながら、安定した境界層１６を形成する。そして、境界層が切れるウェーハ１の端部の近傍において、乱流１７が形成されるため、反応ガスの流れが不安定になるが、図３に示すように、整流フィン１０により強制的に整流フィン１０の方向に整流することにより、ウェーハ１の端部の近傍における反応ガスの流れを安定させることができる。このとき、図４に示すように、整流フィン１０は曲面を有していることが好ましく、また、その上端から下端までの長さを、外周側：Ａ、内周側：Ｂとすると、
Ａ＜Ｂ
とすることにより、内周側の反応ガスの流れを早くすることができるため、よりウェーハ１端部近傍の反応ガスの流れを安定させることが可能となる。また、整流フィン１０の内径をウェーハ１径より小さくすることにより、ウェーハ１端部まで安定した境界層を形成することが可能となる。
【００１９】
そして、温度測定機構１４により測定されるウェーハ１の温度が均一に１１００℃となるように、温度制御機構１５により、例えばインヒータ９ａ、アウトヒータ９ｂの温度を１４００〜１５００℃に制御しながら、回転駆動手段７によりホルダー８に保持されたウェーハ１を回転させて、ウェーハ１上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。
【００２０】
このようにして、ウェーハ１端部近傍における反応ガスの流れを安定化することにより、ウェーハ１端部まで、例えばばらつきが０．５％以下の均一なエピタキシャル膜を形成することが可能となる。そして、素子形成工程及び素子分離工程を経て半導体装置が形成される際、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数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）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することにより、良好な素子特性を得ることが可能となる。
【００２１】
尚、本実施形態において、整流フィン１０の材料について特に言及していないが、ＳｉＣ系材料など熱伝導性が高く、金属汚染のない耐熱性の材料であれば良い。例えば、ＳｉＣ焼結体、ＡｌＮ焼結体、ＳｉＮ焼結体、グラファイトなどの炭素系材料にＡｌＮ膜、ＳｉＣ膜やイリジウム膜で被覆したものなどを用いることができる。
【００２２】
そして、整流フィン１０は、駆動軸１１に３点で保持されているが、安定して保持することができればよく、２点であっても４点以上であってもよい。また、反応室内部に設けられるインナーライナーに直接固定してもよい。ただしこの場合は、上下動が出来ることが前提である。
【００２３】
尚、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Ｓｉ単結晶層を形成する場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用できる。また、化合物半導体基板上に、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど他の化合物半導体層を形成する場合にも適用可能である。さらに、例えばＳｉ基板上にＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜を形成する場合にも適用可能であり、ＳｉＯ２膜を形成する場合、反応ガスとして、シラン系ガスの他、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスを供給し、Ｓｉ３Ｎ４膜を形成する場合、シラン系ガスの他、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスなどを供給すればよい。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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一態様による半導体製造装置の断面図。
【図２】本発明の一態様における反応ガスの流れを示す図。
【図３】本発明の一態様における反応ガスの流れを示す図。
【図４】本発明の一態様における整流フィンの断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１…ウェーハ、２…反応室、３…ガス供給口、４…ガス排出口、５…圧力計、６ａ、６ｂ…圧力制御機構、７…回転駆動手段、８…ホルダー、９ａ…インヒータ、９ｂ…アウトヒータ、１０…整流フィン、１１…駆動軸、１２…位置制御機構、１３…ベローズ配管、１４…温度測定機構、１５…温度制御機構、１６…境界層、１７…乱流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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