(57)【要約】本発明は、堆積または酸化反応を可能にするように、複数のウエハがリアクタの長手軸に平行である反応体ガスフローの方向に垂直に保持される堆積／酸化リアクタを加熱するための加熱システムを提供する。この加熱システムは、処理中のリアクタの温度を変化させるために適応される。さらに、本発明は、反応を可能にするように、複数のウエハが反応体ガスフローの方向に垂直に保持されるリアクタを加熱するための方法を提供し、このリアクタの温度は、処理中で変化する。好ましくは、リアクタが反応体ガスフローの方向に平行な方向に分割される複数のリアクタの領域の各々は、異なる温度プロファイルで加熱される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタ（１）を加熱するための加熱システム（５）であって、堆積処理または酸化処理を可能にするように、複数のウエハが該リアクタ（１）の長手軸に平行である反応体ガスフローの方向に垂直に保持され、
該加熱システム（５）は、該堆積処理中に該リアクタ温度を変化させるように適応されることを特徴とする、リアクタ（１）を加熱するための加熱システム（５）。
【請求項２】
前記加熱システム（５）は、前記リアクタ（１）が前記反応体ガスフローの方向に平行な方向に分割される複数のリアクタ領域に対応する複数の加熱エレメントを含み、各領域の該加熱エレメントは、その特定の領域の温度対時間を示す異なる温度プロファイルを提供するために適応されることを特徴とする、請求項１に記載の加熱システム（５）。
【請求項３】
１つ以上の反応体ガスを前記リアクタ（１）に供給するための前記ガス入口（２）に最も近い前記領域（７）の前記加熱エレメントは、前記温度が前記処理中に上昇する温度プロファイルを提供するように適応される一方で、該リアクタ（１）から前記反応体ガスを排気するためのガス出口（３）に近い領域の該加熱エレメントは、該温度が該処理中に降下する温度プロファイルを提供するように適応されることを特徴とする、請求項２に記載の加熱システム（５）。
【請求項４】
前記ガス出口（３）に近い領域の前記加熱エレメントは、前記処理開始温度と前記処理終了温度との間の差が、前記ガス入口に近い領域における温度よりも該ガス出口に近い領域において大温度プロファイルを提供するように適応されることを特徴とする、請求項３に記載の加熱システム（５）。
【請求項５】
前記加熱エレメントは、隣接する領域の前記温度プロファイルが前記処理中に互いに交わらないように温度プロファイルを提供するように適応されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載の加熱システム（５）。
【請求項６】
前記加熱エレメントは、前記処理と同じ終了温度を提供するように適応されることを特徴とする、請求項５に記載の加熱システム（５）。
【請求項７】
堆積処理または酸化処理を可能にするように、複数のウエハがリアクタの長手軸に平行である反応体のガスフローの方向に垂直に保持されるリアクタ（１）を加熱するための方法であって、
該リアクタの温度は、該処理中に変化することを特徴とする、リアクタ（１）を加熱するための方法。
【請求項８】
前記リアクタが前記反応体ガスフローの方向に平行な方向に分割される複数のリアクタの領域の各々は、その特定の領域の温度対時間を示す異なる温度プロファイルにおいて加熱されることを特徴とする、請求項７に記載のリアクタ（１）を加熱するための方法。
【請求項９】
１つ以上の反応体ガスを前記リアクタ（１）に供給するために、ガス入口（２）に最も近い領域（７）の温度プロファイルにおいて、該温度が前記処理中に上昇する一方で、該リアクタ（１）から該反応体ガスを排気するために、ガス出口（３）に近い領域の温度プロファイルにおいて、該温度が該処理中に降下することを特徴とする、請求項８に記載のリアクタ（１）を加熱するための方法。
【請求項１０】
前記ガス出口（３）に近い領域の温度プロファイルにおいて、前記処理終了温度と前記処理開始温度との間の差は、前記ガス入口に近い領域における差よりも該ガス出口に近い領域における差の方が大きいことを特徴とする、請求項９に記載のリアクタ（１）を加熱するための方法。
【請求項１１】
前記温度プロファイルは、隣接する領域の該温度プロファイルが前記処理中に互いに交わらないことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１つに記載のリアクタを加熱するための方法。
【請求項１２】
前記温度プロファイルは、前記処理の終了温度が各領域において同じであることを特徴とする、請求項１１に記載のリアクタを加熱するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクタを加熱するための加熱システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリ製品等の集積回路の製造中に、基板（特に半導体ウエハ）は、絶縁材料、半導体材料、または導電材料の層を堆積するために、リアクタと呼ばれる高温オーブン内で処理される。これらのリアクタは、一度に複数のウエハを処理するために適し得る。このウエハは、リアクタ内部のウエハ支持上に置かれる。この堆積リアクタ、および従ってそのウエハは、所望の温度に加熱される。典型的には反応体ガスは、加熱されたウエハ上を通過し、反応体材料の薄い層の化学蒸着をウエハ上に引き起こす。あるいは、加熱されたウエハ上を通過する反応体ガスは、熱酸化の場合には、基板材料と速やかに反応する。
【０００３】
図１は、低圧化学蒸着処理に適する例示的な堆積リアクタを示す。多数のウエハ（典型的には少なくとも１００個）がウエハキャリア（例えば、スロット付き石英ボート）によって搬送されることにより、ライン接続ガス入口およびガス出口によって規定され、そしてリアクタの長手軸に平行なそのガスフローの方向は、ウエハ表面と直交している。加熱手段は、リアクタを所定の温度に加熱するために設けられる。所定の温度に達するとすぐに、反応体ガスは、堆積反応に影響を与えるために、堆積リアクタに導入される。従来技術の方法に従って、堆積リアクタの温度は、堆積中、一定のままである。
【０００４】
二酸化ケイ素を堆積するために、例えば、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を７００℃の温度および４０Ｐａの圧力で反応させる。窒化ケイ素の層は、７５０℃の温度および３０Ｐａの圧力でＳｉＨ２Ｃｌ２およびＮＨ３を反応させることによって生成され得る。
【０００５】
一般的に公知のように、堆積速度は、堆積リアクタ内部の堆積温度および圧力に依存する。より詳細には、より高い堆積温度はより高い堆積速度を生じる。従って、通常、ガスフローの方向に平行な方向における反応体ガスの欠乏を補償するために、温度勾配がその方向に与えられる。結果として、反応体ガス出口における温度は、反応体ガス入口における温度よりも高い。これらの測定によって、同時に処理される全てのウエハ上に均一な層の厚さを堆積することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、その層の厚さの十分な平面内均一性を達成することは可能ではない。より詳細には、ガス出口付近のウエハ上の層は、そのウエハの端部における層の厚さは、そのウエハの中央部における層の厚さよりも大きい鉢状の形状を取る傾向がある。典型的には、その端部における層の厚さとその中央部における層の厚さとの間の差は、２００ｎｍの層の厚さの平均値で約１０ｎｍである。一方で、ガス入口付近のウエハ上の層は、そのウエハの端部における層の厚さは、そのウエハの中央部における層の厚さよりも小さい枕状の形状を取る傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、堆積または酸化された層の厚さの平面内均一性が向上されるリアクタを加熱するための加熱システムおよび方法を提供することである。
【０００８】
本発明によると、上記目的は、複数のウエハがリアクタの長手軸に平行である反応体ガスフローの方向に垂直に保持されることにより、堆積処理または酸化処理を可能にするリアクタを加熱するための加熱システムによって達成され、この加熱システムは、処理中にリアクタの温度を変化させるように適応される。
【０００９】
さらに上記目的は、複数のウエハがリアクタの長手軸に平行である反応体ガスフローの方向に垂直に保持されることにより、堆積反応または酸化反応を可能にするリアクタを加熱するための方法によって達成され、このリアクタ温度は、処理中に変化する。
【００１０】
本発明の発明者が見出したように、堆積層の平面内の均一性が堆積処理中のリアクタ温度を変化させることによって大幅に改良され得る。従って、リアクタ温度はもはや一定の値に維持されるのではなく、変更される。例えば、その温度は任意の態様で低下され、上昇し、または変化し得る。リアクタの全ての領域において与えられた例示的な温度プロファイルは、図２および図３に示される。図２に示されたように、その温度は、漸次的に４０Ｋだけ低下する一方で、図３では、点Ａで開始し点Ｂで終了する堆積処理中において、温度はまず、６０Ｋだけ漸次的に上昇し、次いで再度６０Ｋだけ漸次的に低下する。その時間は任意の単位（ａ．ｕ．）で示される。本発明では、堆積および酸化が交換可能であることに留意のこと。堆積反応に関して説明される本発明の特徴は、酸化反応に対して同等に使用され得る。
【００１１】
好適な実施形態によると、堆積（または酸化）リアクタは、反応体ガスフローの方向に沿って複数の（通常５）領域に分割される。この加熱システムは加熱エレメントに分割され、この加熱エレメントの各々は、図４に概略的に示されたように、特定の温度エレメントの温度対時間を示す異なる温度プロファイルを提供するように別個に制御される。加熱エレメントの数は、領域の数と同じであり得る。図４から理解されるように、ガス出口に近い領域１では、温度は、７９０℃〜７１０℃に漸次的に低下し、領域２では、温度は、７７０℃〜７３０℃に漸次的に低下し、領域３では、温度は、７５０℃で一定に維持され、そしてガス入入口に近い領域４では、温度は、７２０℃〜７８０℃に漸次的に上昇する。
【００１２】
一般的に説明すると、その温度は、ガス出口により近いリアクタの２／３では漸次的に低下される。堆積開始温度と堆積終了温度との間の差は、ガス入口に近い領域よりもガス出口により近い領域における差のほうが大きいことが好ましい。さらに、その温度は、ガス入口に最も近いリアクタの１／３（ｔｈｅ  ｔｈｉｒｄ）において漸次的に上昇する。これらの領域間の境界を形成する領域では、その温度は、堆積中一定に維持される。各領域における堆積処理中のこの温度プロファイルは、互いに異なる。少なくとも１つの領域における温度プロファイルは、所定のプロファイルまたは速度に従う堆積時間にわたって変化している。この温度プロファイルは、少なくとも１つの領域において一定であり得、堆積時間にわたって少なくとも１つの別の領域において変化しなければならない。好ましくは、その領域の２つの領域の温度プロファイルは、互いに平行に挙動しない。
【００１３】
これらの測定によって、特定のリアクタ領域の場所に応じて変化する堆積条件に従って、最適な堆積温度を調整することが可能である。特に、反応体ガスは、反応体ガスフローの方向に沿って減少する。さらに、ガス出口により近い領域では、反応体ガスは、ウエハ表面に平行な方向において同様に減少することにより、反応体ガスは、ウエハの中央部において最も減少する。特に、ガス入口に近い領域（特によりリアクタの下１／３に配置された領域）では、この効果は比較的重要ではない。なぜなら、これらの領域では、反応体ガスフローの方向に沿った反応体ガスの減少の効果は、それほど強くないためである。
【００１４】
別の関連パラメータは、ウエハ表面の方向における熱流である。一般的には、リアクタ壁に位置する加熱スパイラル（ｈｅａｔｉｎｇ  ｓｐｉｒａｌ）または加熱ランプによって供給される。従って、堆積リアクタの領域の所定の温度は、ウエハの端部における温度を参照する。さらに、最も一般的に使用される堆積リアクタでは、ガス入口に最も近い位置では、余分の加熱エレメントが、ウエハが置かれない位置に提供される。従って、ガス入口に最も近い領域では、ウエハの端部から影響されるだけでなく、ウエハ中央部からも影響される。従って、その領域の特定の場所に応じて異なる加熱条件が行き渡る。
【００１５】
より詳細には、ガス入口に最も近くない領域では、ウエハ端部における温度は、ウエハ中央部における温度とは異なる。従って、リアクタの温度を低下させることによって、均一な加熱量がウエハ表面に沿って達成され得る。
【００１６】
一方では、ガス入口に最も近い領域では、この加熱は、単に上記で説明されたような端部から影響されるだけではない。結果として、堆積中のリアクタの温度を上昇させることによって、均一な加熱量がウエハ表面に沿って達成され得る。
【００１７】
本発明の効果は、その領域の温度プロファイルが適切に設定されることにより、隣接する領域の温度プロファイルが堆積処理中に互いに交わらない場合にさらに向上され得る。より具体的に説明すると、領域間の有害な熱流を最小化するために、同時に隣接している領域の温度が低下される場合に、１つの領域の温度の上昇が避けられるべきである。
【００１８】
有害な熱流は、堆積処理が全ての領域において同じ温度で終了する場合に最も抑制され得る。
【００１９】
異なる堆積リアクタは、異なる加熱条件を必要とするために、新しいバッチのウエハが処理されたのと同時に較正が実行され得る。このために、堆積の終了後に、各領域のウエハが、例えば楕円偏光計を用いて評価される。その後、得られた測定結果に基づいて、リアクタの領域に対する加熱条件が次の堆積処理に対して設定される。この堆積層をボウル形状と想定した場合、堆積開始温度と堆積終了温度との間の差は、その特定の領域において増加しなければならない。反対に、その堆積された層を枕状の形状と想定する場合、堆積開始温度と堆積終了温度との間の差は、その特定の領域において減少しなければならない。
【００２０】
全ての領域においてウエハ上に同じ層の厚さを堆積するために、その領域の各々において経時的に取られた温度の平均値が、ガス出口に最も近い領域からガス入口に最も近い領域に減少していることが好ましい。例えば、領域１は８００℃の平均温度を想定し、領域２は７９０℃の平均温度を想定し、領域３は７８０℃の平均温度を想定し、領域４は７７０℃の平均温度を想定し、そして、領域５は７６０℃の平均温度を想定する。これは、温度が全ての領域において等しく変化する場合（例えば、所定量だけ低下する、所定量だけ上昇する、または任意の態様で変化する）、あるいは、各領域の温度プロファイルが異なる態様で変化する場合、好ましい。
【００２１】
要するに、本発明は、以下の利点を提供する。
【００２２】
−堆積した層の平面内均一性が大幅に改善される。特に、層の厚さの平均値が２００ｎｍになる場合、端部における層の厚さとウエハの中央における層の厚さとの間の差がせいぜい４ｎｍとなる。
【００２３】
−本発明は既存の堆積リアクタに容易に実装され得る。
【００２４】
−一般的に公知であるように、堆積リアクタ内の圧力を上昇させることによって、堆積速度が上昇され得る。しかし、高圧はまた、非常に不均一な層を生じる。本発明に従って温度をさらに制御することによって、層の均一性が改善される。従って、本発明が上昇した圧力で実行される堆積処理に適用される場合、堆積速度が上昇し、そして同時に、その均一性に関して層の質が維持される。
【００２５】
−本発明は、全ての低圧化学蒸着処理に適用され得る。窒化ケイ素、二酸化ケイ素（ＴＥＯＳ処理および熱酸化）、酸化ヒ素（ＴＥＡＳ処理）、およびポリシリコン層の堆積に対して特に利用可能である。本発明の有利な効果は、少なくとも３０ｎｍの層の厚さにおいて特に明らかになる。層の厚さが小さくなる場合、その利点は、明瞭ではなくなる。
【００２６】
本発明は、堆積に関する添付図面を参照することでより詳細に説明されるが、本発明はまた、酸化処理を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１では、参照符号１は、低圧化学蒸着が発生し、バッチ炉として実現される堆積リアクタを表し、参照符号２は、１つ以上の反応体ガスを堆積リアクタに供給するためのガス入口を表し、そして参照符号３は、反応体ガスを排気するためのガス出口を表す。明らかであるように、反応体ガスフローの方向は、リアクタの長手軸に平行である。参照符号４は、複数のウエハ（通常、１００〜１５０個）を搬送するためのウエハキャリアを表し、そして参照符号５は、堆積リアクタを加熱するための加熱システムを表す。
【００２８】
このリアクタは、５つの領域（領域１〜領域５）に分割され得、領域１は、ガス出口に最も近い領域であり、領域５は、ガス入口に最も近い領域である。図１では、参照符号６は領域１を表し、参照符号７は領域５を表す。
【００２９】
本実施例では、パッド窒化物層がシリコンウエハ上に堆積されるべきである。その後、ＤＲＡＭセルのための記憶容量を規定するためのトレンチは、これらのウエハにエッチングされるべきである。
【００３０】
ウエハを堆積リアクタに導入した後、リアクタが排気され、そしてそのリアクタの温度が上昇する。通常、リアクタは、選択された反応条件に応じて約１００〜２５０℃だけ上昇されるように約６５０℃のスタンバイ温度で維持される。所望の真空度が到達されるとすぐに、第１の反応体ガスがリアクタに供給される。この場合、４８０ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル毎秒）の流速においてＮＨ３がリアクタに供給される。所望された堆積温度が達成されるとすぐに、１２０ｓｃｃｍの流速においてＳｉＨ２Ｃｌ２である第２の反応体ガスがリアクタに供給されることにより堆積反応が開始する。堆積リアクタ内部の典型的な圧力は、１４、６３Ｐａ（１１０ｍＴｏｒｒ）となる。
【００３１】
堆積が開始する温度および堆積の間の温度プロファイルが以下の実施例および比較例に従って変化する。平均温度が領域１において８００℃になり、領域２において７９０℃になり、領域３において７８０℃になり、領域４において７７０℃になり、そして領域５において７６０℃になるように温度プロファイルが選択されるので、堆積速度が２ｎｍ／ｍｉｎとなる。
【００３２】
この層は、１００分の期間内で平均値２００ｎｍの厚さで堆積される。
【００３３】
（実施例１）
このリアクタを領域１において８２０℃の温度にし、領域２において８１０℃にし、領域３において８００℃にし、領域４において７９０℃にし、そして領域５において７８０℃にする。堆積の間、リアクタの温度を、全ての領域において４０Ｋだけ漸次的に低下させる。
【００３４】
（実施例２）
このリアクタを領域１において８４０℃の温度にし、領域２において８３０℃にし、領域３において８２０℃にし、領域４において８１０℃にし、そして領域５において８００℃にする。堆積の間、リアクタの温度を、全ての領域において８０Ｋだけ漸次的に低下させる。
【００３５】
（実施例３）
このリアクタを領域１において８４０℃の温度にし、領域２において８３０℃にし、領域３において８２０℃にし、領域４において７９０℃の温度にし、そして領域５において７６０℃の温度にする。堆積の間、その温度を、領域１〜３において８０Ｋだけ漸次的に低下させ、領域４においてその温度を４０Ｋだけ漸次的に低下させ、そして領域５において一定に保持する。
【００３６】
（実施例４）
このリアクタを領域１において８４０℃の温度にし、領域２において８３０℃にし、領域３において８１０℃にし、領域４において７９０℃にし、そして領域５において７５０℃にする。堆積の間、その温度を領域１および２において８０Ｋだけ漸次的に低下させ、領域３において６０Ｋだけ漸次的に低下させ、その温度を、領域４において４０Ｋだけ漸次的に低下させ、そしてその温度を領域５において２０Ｋだけ漸次的に上昇させる。
【００３７】
（実施例５）
このリアクタを領域１において８４０℃の温度にし、領域２において８３０℃にし、領域３において８２０℃にし、領域４において７８５℃にし、そして領域５において７４０℃にする。堆積の間、その温度を領域１〜３において８０Ｋだけ漸次的に低下させ、その温度を、領域４において３０Ｋだけ漸次的に低下させ、そして領域５において４０Ｋだけ漸次的に上昇させる。
【００３８】
（実施例６）
このリアクタを領域１において８４１℃の温度にし、領域２において８３２℃にし、領域３において８２０℃にし、領域４において７９０℃にし、そして領域５において７３４℃にする。堆積の間、その温度を領域１において８２Ｋだけ漸次的に低下させ、その温度を領域２において８４Ｋだけ漸次的に低下させ、その温度を領域３において８０Ｋだけ漸次的に低下させ、領域４において４０Ｋだけ漸次的に低下させ、そしてその温度を領域５において２０Ｋだけ漸次的に上昇させる。
【００３９】
（比較例）
このリアクタを領域１において８００℃の温度にし、領域２において７９０℃にし、領域３において７８０℃にし、領域４において７７０℃にし、そして領域５において７６０℃にする。堆積の間、その温度を全ての領域において一定に維持する。
【００４０】
堆積反応が終了したとき、反応体ガスのフローが妨害され、リアクタは、窒素等の不活性ガスで洗浄される。
【００４１】
その後、堆積層の品質が以下のように評価される。ウエハ表面上の１３個の測定点に基づいて層の厚さの平均値からの標準偏差が実施例および比較例の各々に対して決定され、均一性シグマ％で表された結果は、以下の表に与えられる。
【００４２】
【表１】
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実施例１、２、５および比較例に対するこの測定結果は、図５に示される。
【００４３】
この表から理解され得るように、全ての実施例が、領域１〜４において改善された平面内均一性を有する層の厚さを提供する一方で、実施例５および６のみが領域５において改善された均一性を提供する。
【００４４】
しかし、通常使用される堆積リアクタにおいて、ガス入口に最も近い領域５のウエハキャリアの位置およびガス出口に最も近い領域１のウエハキャリアの位置は、チップ生成のために使用されていないダミーウエハによって占有されているため、領域５において低下した平面内均一性は、チップ生成のためにあまり関与していない。
【００４５】
要するに、本発明は、実施例１〜４において改善された結果を提供し、かつ実施例５および６において優れた結果を提供する。
【００４６】
（参照符号のリスト）
１  堆積リアクタ
２  ガス入口
３  ガス出口
４  ウエハキャリア
５  加熱システム
６  第１の領域
７  第５の領域
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明を実現するため使用され得るＣＶＤリアクタを示す。
【図２】図２は、堆積リアクタに与えられた例示的な温度プロファイルを示す。
【図３】図３は、堆積リアクタに与えられた例示的な温度プロファイルを示す。
【図４】図４は、堆積リアクタに与えられた例示的な温度プロファイルを示す。
【図５】図５は、実施例および比較例による、堆積した層の均一性を表す測定結果を示す。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004529497.tif 000009
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2004529497.tif 000022
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【国際調査報告】
2004529497.tif 000028
2004529497.tif 000029
2004529497.tif 000030