(57)【要約】【課題】本発明は、反応炉と回転駆動部間のガス流入を抑えることが可能な半導体製造装置と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、プロセスガスが供給・排出され、被処理ウェーハ１上に被膜形成する反応炉２と、反応炉２内圧力を測定する圧力測定手段１６と、被処理ウェーハ１を保持する支持部７と、反応炉２から一部が露出するように配置、支持部７と連結され、被処理ウェーハ１を回転させる回転駆動手段８と、回転駆動手段８の反応炉２から露出した部分を収納し、パージする回転駆動部９と、回転駆動部９内圧力を測定する圧力測定手段１７と、回転駆動部９からのパージガス排出流量を測定する排出流量測定手段１４と、反応炉２内の圧力より回転駆動部９内の圧力が低く、差が設定値より小さくなるように、パージガス排出流量に基づき、パージガス供給流量を制御する供給流量制御手段１２を備える。【選択図】図１
2007288120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスが供給・排出され、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉と、
前記反応炉内の圧力を測定するための圧力測定手段と、
前記反応炉内に設置され、前記被処理ウェーハを保持するための支持部と、
前記反応炉から一部が露出するように配置され、前記支持部と連結され、前記被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、
前記回転駆動手段の前記反応炉から露出した部分を収納し、その内部にパージガスを供給してこれを排出することによりパージするための回転駆動部と、
前記回転駆動部内の圧力を測定するための圧力測定手段と、
前記回転駆動部から排出される前記パージガスの排出流量を測定するための排出流量測定手段と、
測定された前記反応炉内の圧力より前記回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定された前記パージガスの排出流量に基づき、前記回転駆動部への前記パージガスの供給流量を制御するための供給流量制御手段を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
測定された前記反応炉内の圧力より前記回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定された前記排出流量に基づき、前記回転駆動部への前記パージガスの供給流量を算出する演算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】
プロセスガスが供給・排出され、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉と、
前記反応炉内の圧力を測定するための圧力測定手段と、
前記反応炉内に設置され、前記被処理ウェーハを保持するための支持部と、
前記反応炉から一部が露出するように配置され、前記支持部と連結され、前記被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、
前記回転駆動手段の前記反応炉から露出した部分を収納し、その内部にパージガスを供給してこれを排出することによりパージするための回転駆動部と、
前記回転駆動部内の圧力を測定するための圧力測定手段と、
測定された前記反応炉内の圧力より前記回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、前記パージガスの排出流量を制御する排出流量制御手段を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
前記回転駆動部への前記パージガスの供給流量を制御するための供給流量制御手段を備えることを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉内に、プロセスガスを供給、排出する工程と、
前記反応炉内の圧力を測定する工程と、
前記被処理ウェーハを回転するための回転駆動手段の反応炉から露出した部分がパージされる回転駆動部内に、パージガスを供給、排出する工程と、
前記回転駆動部内の圧力を測定する工程と、
前記回転駆動部からの前記パージガスの排出流量を測定する工程と、
測定された前記反応炉内の圧力より前記回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定された前記パージガスの排出流量に基づき、前記回転駆動部への前記パージガスの供給流量を制御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６】
前記回転駆動部内の圧力を、前記反応炉内の圧力より低く、且つその圧力差を６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）以下に制御することを特徴とする請求項５に記載の半導体製造方法。
【請求項７】
前記回転駆動部の圧力を、前記パージガスの排出流量により制御する工程を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体製造方法。
【請求項８】
被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉内に、プロセスガスを供給、排出する工程と、
前記反応炉内の圧力を測定する工程と、
前記被処理ウェーハを回転するための回転駆動手段の反応炉から露出した部分がパージされる回転駆動部内に、パージガスを供給、排出する工程と、
前記回転駆動部内の圧力を測定する工程と、
測定された前記反応炉内の圧力より前記回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、前記パージガスの排出流量を制御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９】
前記プロセスガスは、少なくとも第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを含み、
前記第１のプロセスガスを供給して、第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１のプロセスガスと、ガス種または供給条件が異なる前記第２のプロセスガスを供給して、第２の半導体層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の半導体製造方法。
【請求項１０】
前記第１のプロセスガスと前記第２のプロセスガスは、ドーパントガスの濃度または導電型が異なることを特徴とする請求項９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、減圧ＣＶＤ装置など、ウェーハを回転させながら成膜を行なう半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エピタキシャル成長装置を含む減圧ＣＶＤ装置において、反応炉内にウェーハを設置し、回転駆動手段によりウェーハを回転させながら、所定の条件でウェーハ上にプロセスガスを供給することにより被膜が形成されている。
【０００３】
このとき、回転駆動手段は反応炉外からの駆動力により反応炉内のウェーハを回転させているため、反応炉における回転駆動手段の軸受けにおいてシールされている。しかしながら、完全にシールすることはできないため、例えば特許文献１の図１などに示されるように、反応炉外部の回転駆動手段をパージし、同[００２９]に記載されているように、これを減圧状態とすることにより、反応炉への金属を含むガスの流入による反応炉内の汚染を抑えている。
【０００４】
このような手法により、反応炉内の汚染はある程度抑えられるものの、パージされた領域（以下回転駆動部と記す）と反応炉間を完全にシールすることはできず、また、反応炉内の圧力に応じて、回転駆動部内の圧力を常に減圧状態となるように制御することは困難であるため、夫々の圧力変動によりガスの相互流入が起こり、反応炉内の汚染によるウェーハの汚染のみならず、反応炉から回転駆動部にプロセスガスが流入し、回転駆動手段の腐食などにより劣化が生じるといった問題が発生している。
【特許文献１】特開平１０−３４０８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、半導体製造装置において、反応炉内の圧力の変動により、反応炉と回転駆動部間で相互にガスが流入するため、回転駆動手段の劣化や、ウェーハの汚染などの問題が生じている。
【０００６】
本発明は、反応炉と回転駆動部間におけるガスの相互流入を高精度に抑えることが可能な半導体製造装置と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】
【０００７】
本発明の半導体製造装置は、プロセスガスが供給・排出され、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉と、反応炉内の圧力を測定するための圧力測定手段と、反応炉内に設置され、被処理ウェーハを保持するための支持部と、反応炉から一部が露出するように配置され、支持部と連結され、被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、回転駆動手段の前記反応炉から露出した部分を収納し、その内部にパージガスを供給してこれを排出することによりパージするための回転駆動部と、回転駆動部内の圧力を測定するための圧力測定手段と、回転駆動部から排出されるパージガスの排出流量を測定するための排出流量測定手段と、測定された前記反応炉内の圧力より回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定されたパージガスの排出流量に基づき、回転駆動部へのパージガスの供給流量を制御するための供給流量制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
この本発明の半導体製造装置において、測定された反応炉内の圧力より回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定された排出流量に基づき、回転駆動部へのパージガスの供給流量を算出する演算機構を備えることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の半導体製造装置は、プロセスガスが供給・排出され、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉と、反応炉内の圧力を測定するための圧力測定手段と、反応炉内に設置され、被処理ウェーハを保持するための支持部と、反応炉から一部が露出するように配置され、支持部と連結され、被処理ウェーハを回転させるための回転駆動手段と、回転駆動手段の反応炉から露出した部分を収納し、その内部にパージガスを供給してこれを排出することによりパージするための回転駆動部と、回転駆動部内の圧力を測定するための圧力測定手段と、測定された反応炉内の圧力より回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、パージガスの排出流量を制御する排出流量制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この本発明の半導体製造装置において、回転駆動部へのパージガスの供給流量を制御するための供給流量制御手段を備えることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の半導体製造方法は、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉内に、プロセスガスを供給、排出する工程と、反応炉内の圧力を測定する工程と、被処理ウェーハを回転するための回転駆動手段の反応炉から露出した部分がパージされる回転駆動部内に、パージガスを供給、排出する工程と、回転駆動部内の圧力を測定する工程と、回転駆動部からのパージガスの排出流量を測定する工程と、測定された反応炉内の圧力より回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、測定されたパージガスの排出流量に基づき、前記回転駆動部への前記パージガスの供給流量を制御する工程を備えることを特徴とする。
【００１２】
この本発明の半導体製造方法において、回転駆動部内の圧力を、反応炉内の圧力より低く、且つその圧力差を６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）以下に制御することが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の半導体製造方法において、回転駆動部の圧力を、パージガスの排出流量により制御する工程を備えることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の半導体製造方法は、被処理ウェーハ上に被膜を形成するための反応炉内に、プロセスガスを供給、排出する工程と、反応炉内の圧力を測定する工程と、被処理ウェーハを回転するための回転駆動手段の反応炉から露出した部分がパージされる回転駆動部内に、パージガスを供給、排出する工程と、回転駆動部内の圧力を測定する工程と、
測定された反応炉内の圧力より回転駆動部内の圧力が低く、且つ差が設定された値より小さくなるように、パージガスの排出流量を制御する工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
この本発明の半導体製造方法において、プロセスガスは、少なくとも第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを含み、第１のプロセスガスを供給して、第１の半導体層を形成する工程と、第１のプロセスガスと、ガス種または供給条件が異なる第２のプロセスガスを供給して、第２の半導体層を形成する工程を備えることが望ましい。
【００１６】
さらに、この本発明の半導体製造方法において、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスは、ドーパントガスの濃度または導電型が異なることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体製造装置及び半導体製造方法を用いることにより、反応炉と回転駆動部間におけるガスの相互流入を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置である減圧ＣＶＤ装置の構成図を示す。図に示すように、ウェーハ１が設置される反応炉２には、プロセスガスの供給口３と排出口４が設けられており、排出口４は、排出流量を制御するバルブ５を経由して真空ポンプ６と接続されている。さらにウェーハ１を載置する支持部７と、これと連結されウェーハ１を回転させるための回転駆動手段８が設置されている。回転駆動手段８の反応炉２より露出した部分は、回転駆動部９においてパージされており、回転駆動部９には、パージガスの供給口１０と排出口１１が設けられている。供給口１０側には、バルブ、マスフロメータを備え、パージガスの供給量を制御する供給流量制御手段１２が設置されており、排出口１１は、排出流量制御手段となるバルブ１３及び排出流量測定手段となるマスフロメータ１４が設置された排出経路１５を経由して真空ポンプ６と接続されている。そして、反応炉２、回転駆動部９には、夫々圧力測定手段となる圧力計１６、１７が設けられている。
【００２０】
このような半導体製造装置を用いて、以下のようにウェーハ上に被膜が形成される。先ず、反応炉２内に供給口３よりプロセスガスを供給する。プロセスガスの供給流量は、例えばキャリアガス：Ｈ２を２０〜１００ＳＬＭ、成膜ガス：ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、（ＳｉＨＣｌ３）を５０ｓｃｃｍ〜２ＳＬＭ、所望の導電型のドーパントガス：Ｂ２Ｈ６またはＰＨ３などを微量とする。そして、反応炉２内の圧力を、バルブ５により、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜常圧に制御する。
【００２１】
次いで、回転駆動部９内に、供給口１０より例えばプロセスガスのキャリアガスと同じＨ２などのパージガスを供給する。パージガスの供給流量は、初期値を例えば５０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定する。そして、回転駆動部９内の圧力を、バルブ１３により反応炉２内より６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）低くなるように制御する。
【００２２】
次いで、反応炉２内に、ウェーハ１を導入する。その際、反応炉２を一旦オープンにするため、反応炉２内の圧力が上昇する。そこで、圧力計１６により測定された反応炉２内の圧力に基づき、バルブ１３により回転駆動部９内の圧力を上昇させ、同様に反応炉２内より６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）低くなるように制御する。
【００２３】
そして、成膜時の条件となるように、反応炉２内の圧力をバルブ５により制御し、圧力計１６により測定された反応炉２内の圧力に基づき、回転駆動部９内の圧力を同様に反応炉２内より常に６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）低くなるように制御する。
【００２４】
しかしながら、回転駆動部９内の圧力を常に反応炉２内より６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）低くなるように制御することにより、回転駆動部９から反応炉２へのガスの流入は抑えられるが、その圧力差により、反応炉２より回転駆動部９に微量のプロセスガスが流入してしまう。そして、回転駆動部９において磨耗などにより発生した金属成分を含むガスとともに排出口１１より排出されるが、このようなプロセスガスや金属成分を含むガスに起因する堆積物が、排出経路１５内に生成され、排出経路１５が狭窄することにより、回転駆動部９内の圧力が上昇するという問題が生ずる。
【００２５】
そのような状況において、バルブ１３を制御しても、回転駆動部９内の圧力を制御することは困難である。そこで、排気口１１側に設けられたマスフロメータ１４により、排出流量を測定し、測定された排出流量に基づき、供給流量の方を制御することにより、回転駆動部９内の圧力を制御する。例えば、バルブ１３が開状態にもかかわらず、排出流量が低下している場合においても、予め決めたオフセット流量分だけ少なくなるように供給流量を制御することにより、回転駆動部９内を、所定の圧力とすることができる。
【００２６】
このようにして、反応炉２内の圧力に基づき、回転駆動部９内の圧力を制御しながら、被処理ウェーハ１上に所定の膜厚で被膜が形成される。
【００２７】
上述したように、排出流量に基づき供給流量を制御し、回転駆動部９内の圧力を常に反応炉２内より若干低くなるように制御することにより、狭窄による制御不能を生じることなく、より高精度な圧力制御が可能となり、反応炉と回転駆動部間の相互ガス流入を抑えることができる。また、排出経路１５の狭窄状態が検知され、これに基づきメンテナンスをおこなうことにより、回転駆動部９の圧力異常による反応炉２へのガスの流入を回避することができる。
【００２８】
本実施形態において、回転駆動部９内の圧力を、先ずバルブ１３により排出流量のみを制御することにより制御しているが、排出流量が供給流量より予め決めたオフセット流量分だけ多くなるように制御していれば、最初から供給流量を制御しても、供給流量と排出流量の双方を制御してもよい。
【００２９】
また、パージガスの供給流量は、圧力計１６により測定された反応炉２内の圧力、圧力計１７により測定された回転駆動部９内の圧力及びマスフロメータ１４により測定された排出流量に基づき供給流量制御手段１２において制御されるが、例えば、図２に示すように、これらと接続する演算制御機構１８を設け、演算制御機構１８において、測定された反応炉２内の圧力、回転駆動部９内の圧力、排出流量より、予め決められたオフセット流量となるように供給流量を求め、供給流量制御手段１２を自動的に制御しても良い。
【００３０】
（実施形態２）
図３に本実施形態の半導体製造装置である減圧ＣＶＤ装置の構成図を示す。図に示すように、ウェーハ２１が設置される反応炉２２には、実施形態１と同様に、プロセスガスの供給口２３と排出口２４が設けられており、排出口２４は、排出流量を制御するバルブ２５を経由して真空ポンプ２６と接続されている。さらにウェーハ２１を載置する支持部２７と、これと連結されウェーハ２１を回転させるための回転駆動手段２８が設置されている。回転駆動手段２８の反応炉２２より露出した部分は、回転駆動部２９においてパージされており、回転駆動部２９には、パージガスの供給口３０と排出口３１が設けられている。排出口３１は、圧力制御弁３４が設置された排出経路３５を経由して真空ポンプ２６と接続されている。圧力制御弁３４は、例えばバルブ、マスフロメータを備えており、排出ガスの排出量を制御する排出流量制御手段となる。そして、反応炉２２、回転駆動部２９には、実施形態１と同様に、夫々圧力測定手段となる圧力計３６、３７が設けられている。
【００３１】
このような半導体製造装置を用いて、実施形態1と同様に、成膜時の条件となるように、反応炉２２内の圧力をバルブ２５により制御し、圧力計３６により測定された反応炉２２内の圧力に基づき、回転駆動部２９内の圧力を反応炉２２内より常に６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）低くなるように圧力制御弁３４により制御して、ウェーハ２１上に所定の膜厚で被膜が形成される。
【００３２】
上述したように、反応炉２２内の圧力に基づき、回転駆動部２９内の圧力を常に反応炉２２内より若干低くなるように圧力制御弁３４により排出流量を制御することにより、より高精度な圧力制御が可能となり、反応炉と回転駆動部間の相互ガス流入を抑えることができる。
【００３３】
また、パージガスの排出流量は、圧力制御弁３４により制御されるが、例えば、図４に示すように、供給口３０側に、パージガスの供給量を制御する供給流量制御手段３２を設置して、供給流量も併せて制御してもよい。
【００３４】
さらに、例えば、図５に示すように、これらと接続する演算制御機構３８を設け、演算制御機構３８において、測定された反応炉２２内の圧力、回転駆動部２９内の圧力より、予め決められたオフセット流量となるように排出流量を求め、圧力制御弁３４を自動的に制御しても良い。
【００３５】
また、これら実施形態において、上述のような構成の半導体製造装置を用いたが、このような構成に特に限定されるものではなく、例えば反応炉内にウェーハヒータなどを備えても良い。またプロセスガスの供給方法も、反応炉上方からの供給のみならず、ノズルによる供給であっても良い。
【００３６】
このようにして、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）といったパワー半導体装置などの半導体装置の製造工程において、半導体基板上に、例えば数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜のｎ型あるいはｐ型エピタキシャル膜が形成される。このようなエピタキシャル膜は、複数の成膜工程により形成しても良く、それぞれ濃度、導電性、ドーパントの少なくともいずれかが異なっていてもよい。例えば、導電性がｐ／ｎやｎ／ｎ、ｐ／ｐとなるように形成したり、これらを組合せたり、さらに繰り返してもよい。このような成膜工程において、反応炉と回転駆動部間の相互ガス流入を抑えることができることから、不純物の混入による歩留り、素子特性の劣化を抑え、メンテナンスサイクルの長期化によるメンテナンスコストの削減より、製造コストの削減を図ることが可能となる。そして、さらに素子形成工程及び素子分離工程などを経て、上述のような半導体装置が形成される
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。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】
【００３７】
【図１】本発明の一態様による半導体製造装置の構成図。
【図２】本発明の一態様による半導体製造装置の構成図。
【図３】本発明の一態様による半導体製造装置の構成図。
【図４】本発明の一態様による半導体製造装置の構成図。
【図５】本発明の一態様による半導体製造装置の構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１、２１・・・ウェーハ、２、２２・・・反応炉、３、１０、２３、３０・・・供給口、４、１１、２４、３１・・・排出口、５、１３、２５・・・バルブ、６、２６・・・真空ポンプ、７、２７・・・支持部、８、２８・・・回転駆動手段、９、２９・・・回転駆動部、１２、３２・・・供給流量制御手段、１４・・・マスフロメータ、１５、３５・・・排出経路、１６、１７、３６、３７・・・圧力計、１８、３８・・・演算制御機構、３４・・・圧力制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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