(57)【要約】【課題】ダミーレス処理により、ヒータの設定温度を求めるための条件出し回数を低減することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】炉内のガス流方向の任意位置ｘでの炉内温度をｙとし、処理枚数ｎを変化させて複数回バッチ処理し、膜厚均一性が基準値以下となったときの各バッチ処理時のｌｎｘと１／ｙとの関係を求める工程、ｌｎｘと１／ｙとの関係を直線近似した第１の近似式を得る工程、第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係及び切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を求める工程と、それらの関係を直線近似した第２及び第３の近似式を得る工程、第１〜第３の近似式により処理枚数をｎとしたときのｘとｙとの関係を求め、炉内温度傾斜を求める工程、炉内温度傾斜を形成するように各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程、各ヒータゾーンの温度を算出した設定温度に設定してバッチ処理する工程を有する。【選択図】　　　　図８
2004072022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゾーンに分割されたヒータを有する反応炉内でｎ枚の基板をボートに支持し、ガス流上流側に詰めた状態で加熱してバッチ処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
炉内のガス流方向の任意位置ｘにおける炉内温度をｙとし、処理枚数ｎを変化させて複数回バッチ処理し、膜厚均一性が基準値以下となったときのそれぞれのバッチ処理におけるｌｎｘと１／ｙとの関係を求める工程と、
前記ｌｎｘと１／ｙとの関係を直線で近似し、第１の近似式（ｌｎｘ＝ａ１×１／ｙ＋ｂ１）を得る工程と、
第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を求める工程と、
前記第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を直線で近似し、第２の近似式（ａ１＝ａａ１×ｎ＋ｂａ１）および第３の近似式（ｂ１＝ａｂ１×ｎ＋ｂｂ１）を得る工程と、
前記第１〜第３の近似式により、処理枚数をｎとしたときの炉内の任意位置ｘと炉内温度ｙとの関係を求め、処理枚数をｎとしたときの炉内温度傾斜を求める工程と、
前記炉内温度傾斜を形成するように各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程と、
各ヒータゾーンの温度を、前記算出した設定温度に設定して前記反応炉内でｎ枚の基板をバッチ処理する工程と
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に関し、特に縦型バッチ式装置におけるダミーレス処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のＣＶＤプロセスにおいては、プロダクトウェハが規定枚数に満たない場合、フィルダミーウェハを投入することで対応している。フィルダミーウェハを用いない場合、ウェハの無い空間領域の影響により、バッチ内におけるウェハ間での膜厚均一性が低下する。具体的には、空間に最も近い部分のモニタウェハの膜厚がフィルダミーウェハを用いた状態と比較して大きく増加する。これを制御するために、プロダクトウェハを処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で保持し、すぐ下流側にダミーウェハを置き空間に最も近いモニタの領域に入るヒータの設定温度を下げる方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法においては、フィルダミーウェハを用いて処理を行うようにしているため、ヒータの設定温度を求めるのが複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、フィルダミーウェハを用いず処理を行うことができ、ヒータの設定温度を求めるための条件出し回数を低減することができる炉内の温度傾斜設定に特徴を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数のゾーンに分割されたヒータを有する反応炉内でｎ枚の基板をボートに支持し、ガス流上流側に詰めた状態で加熱してバッチ処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、炉内のガス流方向の任意位置ｘにおける炉内温度をｙとし、処理枚数ｎを変化させて複数回バッチ処理し、膜厚均一性が基準値以下となったときのそれぞれのバッチ処理におけるｌｎｘと１／ｙとの関係を求める工程と、前記ｌｎｘと１／ｙとの関係を直線で近似し、第１の近似式（ｌｎｘ＝ａ１×１／ｙ＋ｂ１）を得る工程と、第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を求める工程と、前記第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を直線で近似し、第２の近似式（ａ１＝ａａ１×ｎ＋ｂａ１）および第３の近似式（ｂ１＝ａｂ１×ｎ＋ｂｂ１）を得る工程と、前記第１〜第３の近似式により、処理枚数をｎとしたときの炉内の任意位置ｘと炉内温度ｙとの関係を求め、処理枚数をｎとしたときの炉内温度傾斜を求める工程と、前記炉内温度傾斜を形成するように各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程と、各ヒータゾーンの温度を、前記算出した設定温度に設定して前記反応炉内でｎ枚の基板をバッチ処理する工程とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
この構成によれば、フィルダミーウェハを用いず処理を行うことができ、ヒータの設定温度を求めるための条件出し回数を低減することができる。
【０００７】
なお、上記構成において、各ヒータゾーンの設定温度を変化させたときの炉内の任意位置における温度変化量を求めて行列Ｍを得る工程を有し、前記各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程では、この行列Ｍを用いて前記炉内温度傾斜を形成するような各ヒータゾーンの設定温度を算出するようにすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に実施の形態に係る反応炉を示す構成図である。図１に示す反応室は、Ｕ、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌの５ゾーンに分割されたヒータ１により加熱される。反応室はアウターチューブ２の内部にインナーチューブ３を有し、インナーチューブ３の内側には複数のウェハ４を装填できるボート５を有している。このボート５の下部には断熱板６を保持できる。また、炉内温度制御のための５対のカスケード制御ＴＣ７と連続した炉内温度分布を測定でき、脱着可能なプロファィルＴＣ８を有している。
【０００９】
ガスはノズル９から供給され、インナーチューブ３の内側を通り、インナーチューブ３上部からインナーチューブ３とアウターチューブ２の間を通って排気口１０から排出される。ヒータ１とカスケード制御ＴＣ７の位置関係は、図２に示す通りであり、カスケード制御ＴＣ７の位置を上からＵｃ、ＣＵｃ、Ｃｃ、ＣＬｃ、Ｌｃとする。
【００１０】
ウェハの処理は次の手順により行う。ボート５上に装填したウェハ４を反応室へと投入し、反応室を減圧する。十分減圧した後、反応室を窒素でパージし、所定の圧力に安定させる。温度、圧力が十分安定した後、プロセスガスを供給し、成膜を行う。成膜が終了したら、反応室に窒素を供給しながら大気圧に戻し、ボート５を降下させる。ウェハ４を冷却した後回収する。
【００１１】
ボート５上のウェハの配置は、図３に示すように、サイドダミーウェハ１１でプロダクトウェハ１２を挟むようにし、モニタウェハ１３をプロダクトウェハ１２の任意の位置に挿入する。これらを処理ガスの流れ方向の上流側に寄せた状態で保持する。例えば、フルチャージで１５０枚のウェハを処理できるボート５を用いて１００枚のウェハを処理する場合、図４に示すように、ガス流の上流側に詰めた状態で保持する。
【００１２】
実際に、ＳｉＮの成膜をフルチャージ１５０枚、ダミーレス１００枚、ダミーレス５０枚のウェハで行い、ウェハ間の膜厚均一性を合わせたときのウェハ配置は、図５に示す通りであり、サイドダミーウェハ１１は、プロダクトウェハ１２上部に５枚、下部に１０枚、モニタウェハ１３をプロダクトウェハ２５枚毎に１枚設置した。各処理におけるモニタウェハ１３の成膜速度均一性が１％以下となったときの設定温度は図６のようになった。この設定温度を各モニタ位置の温度へと変換するために干渉行列を用いる。
【００１３】
干渉行列を作成するために次の測定を行った。まず、炉内を基準となる温度に設定し、十分安定させた後、プロファイルＴＣ８を一定速度で降下させ、炉内の温度分布を測定する。その後、各ゾーンにおいて、それぞれ任意温度に上昇させ安定させた後、再びプロファイルＴＣ８による炉内温度の測定を行う。これにより、各ゾーンを＋１℃としたときの炉内の連続した温度分布を求める。オートプロファイラの移動距離をボートのスロット位置へと変換し、これを干渉行列Ｍと定義すると、炉内位置ｘ点での温度Ｔｘをカスケード制御ＴＣ７の設定温度ＴＵｃ、ＴＣＵｃ、ＴＣｃ、ＴＣＬｃ、ＴＬｃと基準温度Ｔ０を用いて次式（１）のように表すことができる。
【００１４】
【数１】
2004072022.tif 000003
ここで、ａｘ、ｂｘ、ｃｘ、ｄｘ、ｅｘは、ＴＵｃ、ＴＣＵｃ、ＴＣｃ、ＴＣＬｃ、ＴＬｃの温度を１℃変化させたときの位置ｘにおける温度変化である。すなわち、炉内温度は制御温度を用いて次式（２）のようにして表すことができる。
【００１５】
【数２】
2004072022.tif 000004
【００１６】
最下部を基準としたボートスロットのモニタ位置１６７、１４１、１１５、８９、６３、３７、１１の炉内の温度を求める干渉行列は、７×５の行列となり、１５０枚処理時のモニタ位置での温度は図７のようになる。同様に、１００枚、５０枚処理時のモニタ位置の温度も図７に示す。
【００１７】
ここで、モニタウェハの位置（ボートスロット）をｘ、その部分の温度をｙ（絶対温度）としたとき、ｌｎｘ対１／ｙでプロットすると、図８に示したようになる。これを直線で近似し、傾きをａ１、切片をｂ１とすると、それぞれの処理枚数において、ａ１、ｂ１の値は図９となる。
【００１８】
次に、このａ１、ｂ１を処理枚数の関数としてプロットすると図１０となり、これを直線近似したときの係数をａａ１、ｂａ１およびａｂ１、ｂｂ１とする。すなわち、プロダクト７５枚を処理する場合の係数ａ１、ｂ１は、ａ１＝７５×ａａ１＋ｂａ１、ｂ１＝７５×ａｂ１＋ｂｂ１によって求められる。したがって、このとき、炉内温度の傾斜は、ｙ＝ａ１×ｌｎｘ＋ｂ１にそれぞれのモニタ位置を入力することよって計算できる。具体的には、図８および図１０に示すような結果があると、７５枚処理時には図１１のような温度傾斜となる。
【００１９】
一方、炉内温度を制御温度へ変換する際には、転置行列Ｍｔを用いて次式（３）により変換を行う。
【数３】
2004072022.tif 000005
図１１の温度傾斜を用いた場合、式（３）を用いて計算した設定温度は図１２になる。この温度傾斜を用いて実際に成膜を行うと、モニタウェハ膜厚の面間均一性が１．４％となった。
【００２０】
以上説明した本発明における半導体装置の製造方法を要約すると次の通りである。本発明における半導体装置の製造方法は、複数のゾーンに分割されたヒータを有する反応炉内でｎ枚の基板をボートに支持し、ガス流上流側に詰めた状態で加熱してバッチ処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
炉内のガス流方向の任意位置（ガス流の最上流にあるスロットを基準としたボートスロット位置）ｘにおける炉内温度をｙとし、処理枚数ｎを変化させて（１５０枚、１００枚、５０枚）複数回バッチ処理し、膜厚均一性が基準値以下（１％以下）となったときのそれぞれのバッチ処理におけるｌｎｘと１／ｙとの関係を求める工程と（図８参照）、
前記ｌｎｘと１／ｙとの関係を直線で近似し、第１の近似式（ｌｎｘ＝ａ１×１／ｙ＋ｂ１）を得る工程と（図８、図９参照）、
第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を求める工程と（図１０参照）、
前記第１の近似式の傾きａ１と処理枚数ｎとの関係、および第１の近似式の切片ｂ１と処理枚数ｎとの関係を直線で近似し、第２の近似式（ａ１＝ａａ１×ｎ＋ｂａ１）および第３の近似式（ｂ１＝ａｂ１×ｎ＋ｂｂ１）を得る工程と、
前記第１〜３の近似式により、処理枚数をｎとしたときの炉内の任意位置ｘと炉内温度ｙとの関係を求め、処理枚数をｎとしたときの炉内温度傾斜を求める工程と、
前記炉内温度傾斜を形成するよう各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程と（ここで干渉行列を用いる）、
各ヒータゾーンの温度を、前記算出した設定温度に設定して前記反応炉内でｎ枚の基板をバッチ処理する工程と
を有する。
【００２１】
また、各ヒータゾーンの設定温度を変化させたときの炉内の任意位置における温度変化量を求めて行列Ｍを得る工程を有し、前記各ヒータゾーンの設定温度を算出する工程では、この行列Ｍを用いて前記炉内温度傾斜を形成するような各ヒータゾーンの設定温度を算出する。
【００２２】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、フィルダミーウェハを用いず処理を行うことができ、ヒータの設定温度を求めるための条件出し回数を低減することができる。また、フィルダミーに要するコストが必要なくなるだけでなく、ウェハ搬送時間を従来と比較して短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に実施の形態に係る反応炉を示す構成図である。
【図２】図１のヒータ１とカスケード制御ＴＣ７の位置関係を示す図である。
【図３】ボート上のフルチャージ時のウェハ配置を示す図である。
【図４】フルチャージで１５０枚のウェハを処理できるボートを用いて１００枚のウェハを処理する場合のウェハ配置を示す図である。
【図５】ＳｉＮの成膜をフルチャージ１５０枚、ダミーレス１００枚、ダミーレス５０枚のウェハで行い、ウェハ間の膜厚均一性を合わせたときのウェハ配置を示す図である。
【図６】面間均一性１％以下となったときの設定温度の説明図である。
【図７】面間均一性１％以下となったときのモニタウェハ位置における炉内温度の説明図である。
【図８】モニタ位置ｘと炉内温度ｙの関係を示す図である。
【図９】各処理枚数における傾きと切片の説明図である。
【図１０】処理枚数と係数ａ１，ｂ１の関係を示す図である。
【図１１】７５枚処理時の炉内温度計算結果を示す図である。
【図１２】干渉行列を用いた炉内温度から設定温度への変換の説明図である。
【符号の説明】
１　５ゾーン分割ヒータ
２　アウターチューブ
３　インナーチューブ
４　ウェハ
５　ボート
６　断熱板
７　カスケード制御ＴＣ
８　プロファイルＴＣ
９　ノズル
１０　排気口
１１　サイドダミーウェハ
１２　プロダクトウェハ
１３　モニタウェハ
【図１】
2004072022.tif 000006
【図２】
2004072022.tif 000007
【図３】
2004072022.tif 000008
【図４】
2004072022.tif 000009
【図５】
2004072022.tif 000010
【図６】
2004072022.tif 000011
【図７】
2004072022.tif 000012
【図８】
2004072022.tif 000013
【図９】
2004072022.tif 000014
【図１０】
2004072022.tif 000015
【図１１】
2004072022.tif 000016
【図１２】
2004072022.tif 000017