(57)【要約】【課題】一度に２枚の基板に対して、ＨＳＧ形成等の加熱を伴う処理を施すにあたり、基板内、基板間、及びバッチ間における処理の均一性を向上する。【解決手段】ウエハを処理する処理室１と、処理室１内に処理用ガスを供給するガス供給口２と、処理室１内で２枚のウエハＷ１，Ｗ２を積層して支持する支持具３と、各ウエハＷ１，Ｗ２の平坦面に対向するよう設けられたヒータ４，５と、ウエハＷ１，Ｗ２間に配置され、処理用ガスによりコーティングされたプレート６とを備える基板処理装置を提供する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に処理用ガスを供給するガス供給口と、
前記処理室内で２枚の基板を並列に支持する支持具と、
前記各基板の平坦面に対向するよう設けられた加熱源と、
前記２枚の基板の間に配置され、前記処理用ガスによりコーティングされたプレートと
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
処理室内に２枚の基板を搬入する基板搬入工程と、
この２枚の基板を、処理用ガスによりコーティングされたプレートを挟み込むように配置する基板配置工程と、
この状態で前記各基板を、その平坦面に対向する側から加熱源により加熱しつつ、これら基板に処理用ガスを供給して処理する基板処理工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法と、その方法の実施に使用する基板処理装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭキャパシタには、ほぼ一定の容量値が要求されるが、ＤＲＡＭの高集積化に伴い、キャパシタセルの占有面積が小さくなる傾向にあり、それによりキャパシタ容量値が足りなくなってしまい、安定した記憶動作が行えなくなる。そこで、キャパシタ容量を確保する方法として、容量絶縁膜の薄膜化、高誘電率絶縁膜の採用、電極表面積の拡大化等が行われている。このうち容量絶縁膜であるＳｉ３Ｎ４膜の薄膜化は略限界に達している。また容量絶縁膜は、誘電率の高いＴａ２Ｏ５膜へ移行しつつあるものの、その誘電率はＳｉ３Ｎ４膜の２．５倍程度であり、必ずしも充分とはいえない。
【０００３】
そのため、デバイスの高集積化には半球状結晶粒（ＨＳＧ；Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）等の凹凸を形成することによる電極表面積の拡大化で対応しているのが実情である。ここでは、半球状であれ、きのこ状であれ、電極表面積を拡大化するための凹凸をＨＳＧと総称することにする。ＨＳＧを形成する方法としては、例えば、Ｓｉ２Ｈ６ガスを供給しながらアモルファスシリコン膜の表面に結晶核を発生させ、次いでＳｉ２Ｈ６ガスの供給を停止した後、加熱を結行して結晶核を成長させることにより、きのこ状のＨＳＧを形成する技術等が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３０４２７３号公報（第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＳＧの形成に関しては、歩留まり等の点から、ＨＳＧ粒径や粒密度等を均一にすることが望まれている。特に、ウエハをバッチ処理する場合には、各々のウエハ面内のみならず、バッチ内及びバッチ間において、ＨＳＧ粒径や粒密度等を均一にするのが重要な課題となっている。尚、バッチ処理とは、一度に複数枚のウエハ（基板）を処理する方式をいい、ここでは、一度に２枚程度の基板を処理する広義の枚葉式処理を含むものとする。
しかしながら、例えば２枚のウエハをバッチ処理（＝広義の枚葉式処理）する場合、ウエハの面内及び面間に温度のバラツキが生じ易く、均一なＨＳＧを形成するのが困難であった。
【０００６】
また、ＨＳＧの形成においては、ウエハの表面状態によりＨＳＧの出来方が異なりやすいという困難性がある。そのため、この種の技術においては、ＨＳＧを形成するまでのウエハの表面状態を清浄に保つのが重要な課題となっている。
【０００７】
本発明の目的は、一度に２枚の基板に対して、ＨＳＧ形成等の加熱を伴う処理を施すにあたり、基板内、基板間、及びバッチ間における処理の均一性を向上させることにある。また本発明の目的は、基板の処理空間における雰囲気の清浄化が必要なプロセスにおいて、該基板の表面に付着する不純物を低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に処理用ガスを供給するガス供給口と、前記処理室内で２枚の基板を並列に支持する支持具と、前記各基板の平坦面に対向するよう設けられた加熱源と、前記２枚の基板の間に配置され、前記処理用ガスによりコーティングされたプレートとを備えることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００９】
２枚の基板の間にプレートが配置されるから、一方の基板の平坦面に対向する加熱源が他方の基板に与える熱、及び当該他方の基板の平坦面に対向する加熱源が当該一方の基板に与える熱が、それぞれプレートによって遮断されるか又は少なくとも緩和される。従って、各基板をそれぞれの平坦面に対向する加熱源で個別に温度制御できる。これにより、基板内及び基板間の温度分布を容易に均一にできるようになる。その結果、基板内、基板間、及びバッチ間における処理の均一性を向上できる。また、プレートは、処理用ガスでコーティングされているから、基板に付着しようとする不純物の殆どがこのプレートに付着する。つまり、プレートが不純物を捕獲する手段として機能する。従って、各基板の表面に付着する不純物を低減できる。
【００１０】
本発明によれば、処理室内に２枚の基板を搬入する基板搬入工程と、この２枚の基板を、処理用ガスによりコーティングされたプレートを挟み込むように配置する基板配置工程と、この状態で前記各基板を、その平坦面に対向する側から加熱源により加熱しつつ、該基板に処理用ガスを供給して処理する基板処理工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法も提供される。
【００１１】
前記基板処理工程では、前記各基板の平坦面に対向する加熱源の加熱温度をそれぞれ独立して温度制御するのが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記プレートは、前記加熱源からの輻射熱を遮断するものであるのが好ましい。加熱源としては、ヒータやランプ等を用いることができる。また前記プレートをコーティングする処理用ガスは、好ましくはシリコン化合物のガスであり、より特定するとシラン系のガスである。前記プレートの材質は、石英であるのが好ましい。前記プレートの材質は、ＳｉＣであってもよい。前記プレート平坦面の面積は、前記基板の平坦面の面積と同等か又はそれ以上であるのが好ましい。前記処理とは、ＨＳＧを形成する処理であるのが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態による基板処理装置を示す。この基板処理装置は、ウエハを処理する処理室１と、処理室１内に処理用ガスを供給するガス供給口２と、処理室１内で２枚のウエハＷ１，Ｗ２を積層して支持する支持具３と、各ウエハＷ１，Ｗ２の平坦面に対向するよう設けられた一対のヒータ（加熱源）４，５とを備え、ウエハＷ１，Ｗ２の間に、処理用ガスによりコーティングされたプレート６を配置した状態でこれら基板Ｗ１，Ｗ２を処理するようにしたことを特徴とするものである。
ここで処理とは、ヒータ４，５による加熱及びガス供給口２からの処理用ガスの供給を伴う処理であり、具体的にはＨＳＧの形成処理のことである。
【００１４】
処理室１は、ゲートバルブ７を介して搬送室８と連結されている。処理室１のガス供給口２には、処理用ガスとしてのモノシランガス（ＳｉＨ４）供給用のノズル９が接続されている。モノシランは、ジシランよりも成長速度が遅いから、ＨＳＧの形成を制御し易い。またモノシランは、シリコンを含む化合物ガスの中でジクロルシランよりも低温で成長するから、下地のアモルファスシリコン膜が結晶化されないようにするのに有効である。尚、モノシランガスの流量は、所定流量となるように図示せぬ流量制御手段によって制御される。
【００１５】
一方、処理室１内におけるウエハＷ１，Ｗ２を挟んでガス供給口２の反対側には、真空ポンプ１０に通じる排気管９が接続されている。従って、ノズル９から供給されたＳｉＨ４ガスは、ウエハＷ１，Ｗ２に対し該ウエハＷ１，Ｗ２の平坦面と平行に一方向に流された後、排気管９を経由し真空ポンプ１０で吸引される。
【００１６】
支持具３は、ウエハＷ１，Ｗ２を上下２段に棚状に保持する。さらに支持具３は、ウエハＷ１，Ｗ２の間に、これらウエハＷ１，Ｗ２と並列にプレート６を保持する。平面視において、プレート６のサイズは、ウエハＷ１，Ｗ２と同じかそれ以上である。従って、支持具３がウエハＷ１，Ｗ２及びプレート６を保持している状態では、ウエハＷ１，Ｗ２を平面方向（ヒータ４，５の対面方向）に投影して得る投影領域の全部が、プレート６を平面方向に投影して得る投影領域に重なる。尚、プレート６もウエハＷ１，Ｗ２と同様、支持具３によって着脱自在に保持される。
【００１７】
プレート６は、ウエハＷ１，Ｗ２と同様に平面視円形に形成されている。但し、プレート６の形状は、特に限定されるものではなく、平面視において、四角形，楕円形，又は非対称な円形等であってもよい。またプレート６は、不純物の捕獲確率がシリコンと同等かそれ以上の物質の原料ガスでコーティングするのが好ましい。一実施例では、ウエハＷ１，Ｗ２の処理用ガスと同一のガス（ここではＳｉＨ４ガス）でプレート６をコーティングする。
【００１８】
またプレート６の素材としては、石英やＳｉＣ等が挙げられるが、Ｃによる汚染を防止できるという観点からは石英が好ましい。またプレート６の表面には凹凸を形成するのが好ましい。ここでは、石英からなる板状体の平坦面に凹凸を形成し、該凹凸が形成された面を処理用ガス（ここではＳｉＨ４ガス）でコーティングしてなるプレート６を用いる。ここで、凹凸の形状は任意である。
【００１９】
ヒータ４，５は、処理室１の外において該処理室１を上下に挟み込むように配置されている。上側のヒータ４は、上側のウエハＷ１の上平坦面に対向する位置に配置されている。下側のヒータ５は、下側のウエハＷ１の下平坦面に対向する位置に配置されている。
【００２０】
これら対面式のヒータ４，５は上下で構造が同じである。ヒータ４，５の各々は、複数（例えば５つ）に分割されてなる分割型抵抗加熱ヒータである。加熱源として、分割抵抗加熱ヒータを採用したことにより、温度均一性を短時間で確保することが容易である。また、分割された各部を独立して通電制御することにより、ＨＳＧ膜の安定形成に必要なウエハＷの温度分布を±０．５℃に保てる。
尚、ヒータ４，５は、図示せぬ温度制御手段によって、それぞれ独立に通電制御される。
【００２１】
また、これらヒータ４，５の周りには、それぞれ該ヒータを取り囲むようにしてそれぞれ断熱材１１，１２が設けられている。
【００２２】
以下、半導体デバイスの製造工程の一工程として、本基板処理装置を用いてＨＳＧを形成する方法について説明する。
前提として、ウエハＷ１，Ｗ２には、ＨＳＧの下地となるアモルファスシリコン膜を形成しておく。また、アモルファスシリコン膜が形成されたウエハＷ１，Ｗ２を、例えば希釈フッ酸水溶液で洗浄しておく。これにより、ウエハＷ１，Ｗ２上における自然酸化膜やＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ等の混合液によって形成される化学酸化膜等が除去される。
【００２３】
まず、移載室８と処理室１との圧力を窒素パージにより近似させる。そして、ゲートバルブ７を開けた後、上記の洗浄済みウエハＷ１，Ｗ２を処理室１内に搬入する（基板搬入工程）。移載室８は、常に窒素でパージされており、該移載室８内の不純物物質がウエハＷ１，Ｗ２の表面に付着しないようにしている。
【００２４】
次いで、これら２枚のウエハＷ１，Ｗ２を、支持具３に移載する。これにより、ウエハＷ１，Ｗ２が、処理室１内において、プレート６を挟み込むように配置される（基板配置工程）。尚、プレート６は、ウエハＷ１，Ｗ２の搬入に先立って支持具３に移載してもよく、又ウエハＷ１，Ｗ２と共に支持具３に移載してもよい。また、先にウエハＷ１，Ｗ２を支持具３に移載し、その後プレート６を支持具３に移載してもよい。さらに、前回の処理で使用したプレート６を、そのまま本処理で再利用することもできる。
【００２５】
ここで、ウエハＷ１，Ｗ２及びプレート６の支持具６への移載は、ロボットハンドにより行うことができる。プレート６の形状及びサイズを、ウエハＷ１，Ｗ２と同一にすると、ロボットハンドを用いて、これらウエハＷ１，Ｗ２及びプレート６を、一括して支持具３へ移載することもできる。
【００２６】
次いで、基板処理工程を行う。まず処理室１内に搬入されたウエハＷ１，Ｗ２は、ヒータ４，５によって、予め設定された温度（例えば６００〜６２０℃）で温度安定化が図られる。このとき、ヒータ４，５をそれぞれ個別に給電制御する。ここで、温度安定時間は例えば５分である。また、温度安定化のときにおける処理室１内の雰囲気は、高真空又はアモルファスシリコン膜と反応しない非反応性ガス（例えば窒素ガス等の不活性ガス）とする。
【００２７】
次いで、ガス供給口２からＳｉＨ４ガスを供給する。すると、ウエハＷ１，Ｗ２の表面に対し該ウエハと略平行にＳｉＨ４ガスが流れる。これにより、ウエハＷ１，Ｗ２におけるアモルファスシリコン膜の表面に微細な結晶核が形成される。ここで、ＳｉＨ４ガスは、例えば毎分２５〜２００ｃｃの割合で、２〜２．５分流す。
【００２８】
次いで、ＳｉＨ４ガスの供給を止め、アモルファスシリコンの表面に形成した結晶核をシリコン原子のマイグレーションにより成長させる。これにより、アモルファスシリコン膜上にＨＳＧが形成される。ここで、ＨＳＧの成長時間は、例えば３分である。
【００２９】
次いで、処理室１にてＨＳＧ形成した後、搬送室８に配置されたロボットにより、ゲートバルブ７を開ける。そして、処理室１内の処理済みウエハＷ１，Ｗ２を搬出して、当該処理を終了する。
【００３０】
以上のように、本基板処理装置は、ウエハを処理する処理室１と、処理室１内に処理用ガスを供給するガス供給口２と、処理室１内で２枚のウエハＷ１，Ｗ２を並列に支持する支持具３と、前記２枚のウエハＷ１，Ｗ２を挟み込むように配置された一対のヒータ４，５とを備え、支持具３が２枚のウエハＷ１，Ｗ２の間に、処理用ガスによりコーティングされたプレートを着脱可能に保持するようにしたものである。本基板処理装置によれば、次のような効果が得られる。
【００３１】
（１）並列に支持されたウエハＷ１，Ｗ２の間に、これらウエハと並列にプレート６を配置した状態で、当該各ウエハＷ１，Ｗ２をヒータ４，５によって加熱するようにしたから、ヒータ４が下段のウエハＷ２に与える熱、及びヒータ５が上段のウエハＷ１に与える熱が、それぞれプレート６によって遮断されるか又は少なくとも緩和される。従って、ウエハＷ１，Ｗ２の表面（被処理面）の温度をそれぞれヒータ４，５によって個別に温度制御できる。これにより、ウエハ内及びウエハ間の温度分布を容易に均一にできる。その結果、ウエハ内、ウエハ間、及びバッチ間におけるＨＳＧ形成処理の均一性を向上できる。
【００３２】
（２）詳細には、本基板処理装置において、一対のヒータ４，５は、処理室１の外に配置されている。即ち、本基板処理装置は、ホットウォール型である。そのため、基板処理工程においては、処理室１の壁温度も高温になり、この壁からの輻射熱がウエハに与えられることになる。これに対し、プレート６を用いることにより、ウエハＷ１の上平坦面に対向する壁からウエハＷ２に至る輻射熱、及びウエハＷ２の下平坦面に対向する壁からウエハＷ１に至る輻射熱が、それぞれプレート６によって、遮断されるか又は少なくとも緩和される。従って、各ヒータ４（５）の給電制御の応答が、ウエハＷ２（Ｗ１）の表面温度にあらわれにくい。そこで、ヒータ４（５）を用いてウエハＷ１（Ｗ２）の表面温度を個別に制御できるから、各ウエハの表面温度の制御が容易になる。その結果、２枚葉処理の均一性を向上できる。
【００３３】
（３）プレート６を用いたことにより、ウエハＷ１，Ｗ２の表面温度をそれぞれヒータ４，５で個別に制御できるようになったから、ウエハＷ１，Ｗ２を、加熱温度の面間、及び面内均一性を保ったまま、迅速に昇温できるようになる。つまり、ウエハの温度均一性を短時間で確保することが可能となる。これにより、ＨＳＧ形成処理のスループットを向上できる。また、そのような処理を安定して行えることとなり、バッチ間における処理の均一性も向上できる。尚、必要に応じて、分割型抵抗加熱ヒータ４，５に温度勾配を与えることによりウエハ面内均一性をさらに向上させることもできる。
【００３４】
（４）プレート６を用いたことにより、ウエハＷ１，Ｗ２の表面温度をそれぞれヒータ４，５で個別に制御できるようになったから、ＨＳＧの粒径や粒密度等の制御も容易になる。これにより、例えば高密度のＨＳＧを容易に形成できるようになる。
【００３５】
（５）ウエハＷ１，Ｗ２を、これらウエハＷ１，Ｗ２の間にプレート６を配置した状態で処理するようにしたから、ウエハＷ１，Ｗ２に付着しようとする不純物を該ウエハではなくプレート６に付着させることができる。従って、プレート６を用いない場合に比べると、ウエハＷに付着する不純物を飛躍的に低減できる。その結果、ウエハ表面の清浄度が向上して、ＨＳＧ成長阻害を防止できる。
【００３６】
（６）プレート６は、ウエハＷの処理ガスでコーティングされているから、コーティングの無いプレートに比べると、不純物の捕獲確率を向上できる。
【００３７】
（７）プレート６の表面には凹凸を設けたから、より多くの不純物を付着できる。また、凹凸においては一端付着した不純物を放しにくい。従って、ウエハの処理空間における雰囲気の清浄化が図られ、安定したＨＳＧの形成処理を行えるようになる。その結果、バッチ間における処理の均一性も向上する。
【００３８】
〔実施例〕
プレート６を用いた場合と用いない場合とおける面内及び面間でのＨＳＧの大きさのバラツキ具合を表すグラフをそれぞれ図２（ａ），（ｂ）に示した。縦軸には、ＨＳＧに光を当てたときの反射率をとっている。反射率が高い程、ＨＳＧが大きいということを表す。横軸には、ヒータ４，５を基準にしてウエハの面上におけるガス上流側をＦ（Ｆｒｏｎｔ）、ガス下流側をＢ（Ｂａｃｋ）とした場合のＦからＢにわたる位置座標（Ｆ→Ｂ座標）をとっている。ここでは、ウエハのノッチがＦに、トップがＢにそれぞれ対応している。また、図中、Ｕｐｐｅｒとは上側のウエハ（Ｗ１）のことであり、Ｌｏｗｅｒとは下側のウエハ（Ｗ２）のことである。
【００３９】
プレート６を用いてＨＳＧを形成した場合には、図２（ａ）に示すように、Ｕｐｐｅｒのウエハ及びＬｏｗｅｒのウエハ共に、それぞれグラフが略水平となった。これは、ＨＳＧのウエハ面内均一性が良好であることを示す。しかも、Ｕｐｐｅｒのウエハのグラフと、Ｌｏｗｅｒのウエハのグラフとは殆ど重なっている。これは、ＨＳＧのウエハ間均一性が良好であることを示す。このことは主として、ウエハＷ１，Ｗ２をそれぞれ個別に温度制御できたことにより、これらウエハＷ１，Ｗ２における加熱温度の面間及び面内バラツキの低減を実現したことによるものである。
【００４０】
一方、プレート６を用いずにＨＳＧを形成した場合には、図２（ｂ）に示すように、Ｕｐｐｅｒのウエハ及びＬｏｗｅｒのウエハ共に、それぞれグラフに変動がみられた。特に、Ｕｐｐｅｒのウエハに対応するグラフは、上に凸となっている。これは、ウエハ面上における中央部のＨＳＧが、周端部のＨＳＧよりも大きくなってしまっていることを示す。また、Ｕｐｐｅｒのウエハのグラフと、Ｌｏｗｅｒのウエハのグラフとが良好に一致しているとは言い難く、ＨＳＧのウエハ間均一性の向上に改善の余地があることを示唆している。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、実施の形態において、プレート６には必ずしも凹凸を設けなくてもよい。つまり、プレート６は、石英からなる板状体を処理用ガスでコーティングしてなるものであってもよい。プレートを平らにした場合、凹凸のあるプレートに比べると不純物の捕獲効率は多少落ちるが、処理室内におけるガスの流れを乱さないという利点がある。
【００４２】
また、本発明は、ＨＳＧの形成処理のみならず、例えばアモルファスシリコンの成膜処理にも適用できる。この場合、処理用ガス（原料ガス）としては、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６，Ｓｉ３Ｈ８，ＳｉＨ２Ｆ２等を用いることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、一度に２枚の基板に対して、ＨＳＧ形成等の加熱を伴う処理を施すにあたり、基板内、基板間、及びバッチ間における処理の均一性を向上できる。また本発明によれば、基板の処理空間における雰囲気の清浄化が必要なプロセスにおいて、該基板の表面に付着する不純物を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による基板処理装置を示す図である。
【図２】各ウエハの面内におけるＨＳＧの大きさのバラツキを表したグラフであり、（ａ）は本発明の一実施例によるもの、（ｂ）は比較例によるものである。
【符号の説明】
１…処理室、２…ガス供給口、３…支持具、４，５…ヒータ（加熱源）、６…プレート、Ｗ１，Ｗ２…ウエハ（基板）。
【図１】
2004128031.tif 000003
【図２】
2004128031.tif 000004