(57)【要約】【課題】本発明は、ウェーハの温度分布を制御し、より膜厚均一性を向上させることが可能な気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】本発明の気相成長装置は、ウェーハが導入される反応室と、反応室にプロセスガスを供給するガス供給機構と、ウェーハを載置する支持部と、ウェーハを下方より加熱するためのヒータと、ウェーハを回転させるための回転制御部と、反応室よりガスを排出する排気口を含むガス排出機構と、ヒータの下部に設けられ、ヒータからの熱を前記ウェーハの裏面に反射するための反射板と、反射板を上下移動させるための上下駆動部と、を備える。【選択図】図１
2013051351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハが導入される反応室と、
前記反応室にプロセスガスを供給するガス供給機構と、
前記ウェーハを載置する支持部と、
前記ウェーハを下方より加熱するためのヒータと、
前記ウェーハを回転させるための回転制御部と、
前記反応室よりガスを排出する排気口を含むガス排出機構と、
前記ヒータの下部に設けられ、前記ヒータからの熱を前記ウェーハの裏面に反射するための反射板と、
前記反射板を上下移動させるための上下駆動部と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記上下駆動部は、さらに前記ウェーハを昇降させることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記反射板の中心部の反射率が、外周部の反射率より高いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記反射板は、中心部と外周部が分割され、前記上下駆動部は、前記中心部を上下移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項５】
反応室内の所定位置にウェーハを保持し、
前記ウェーハの裏面をヒータで加熱するとともに、前記ヒータ下部に設けられる反射板を上下に移動させることにより、前記ウェーハの温度分布を制御しながら所定温度で加熱し、
前記ウェーハを回転させながら、前記ウェーハ上にプロセスガスを供給することにより、前記ウェーハ上に成膜を行う、
ことを特徴とする気相成長方法。
【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プロセスガスを供給して成膜を行うために用いられる気相成長装置及び気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の低価格化、高性能化の要求に伴い、成膜工程における高い生産性と共に、膜厚均一性の向上など高品質化が要求されている。
【０００３】
このような要求を満たすため、枚葉式の気相成長装置が用いられている。枚葉式の気相成長装置においては、例えば、反応室内において、ウェーハを９００ｒｐｍ以上で高速回転しながら、プロセスガスを供給し、ヒータを用いて裏面より加熱する裏面加熱方式により、ウェーハ上に成膜が行われる（例えば特許文献１など参照）。
【０００４】
このような気相成長装置において、ウェーハ上に形成される膜の膜厚分布は、温度分布に依存する。そのため、精密な温度分布制御が要求される。
【０００５】
通常、ヒータパターンの最適化や、ウェーハの中心部と外周部の温度を検出し、温度差を一定にするように、ウェーハの中心部と外周部をそれぞれ加熱するヒータの出力を制御することにより、ある程度温度分布が制御される。
【０００６】
一方、成膜処理が繰り返し行われるにつれて、ヒータが劣化し、劣化により温度分布のばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、膜厚均一性を維持するには、ヒータの交換頻度をより高くする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−６７６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体素子の耐圧などの素子特性や、歩留り、信頼性の向上のため、膜厚均一性の向上の要求が高くなっている。そこで、ウェーハ面内温度のばらつきを小さくするために、ヒータパターンを最適化することが種々検討されている。しかしながら、ヒータ劣化に伴う、ウェーハ面内温度のばらつきの増大については、ヒータパターンを最適化し、ヒータ出力を適宜制御しても、抑えることが困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、ウェーハの温度分布を制御し、より膜厚均一性を向上させることが可能な気相成長装置及び気相成長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】
【００１０】
本発明の一態様の気相成長装置は、ウェーハが導入される反応室と、反応室にプロセスガスを供給するガス供給機構と、ウェーハを載置する支持部と、ウェーハを下方より加熱するためのヒータと、ウェーハを回転させるための回転制御部と、反応室よりガスを排出する排気口を含むガス排出機構と、ヒータの下部に設けられ、ヒータからの熱をウェーハの裏面に反射するための反射板と、反射板を上下移動させるための、上下駆動部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様の気相成長装置において、上下駆動部は、さらにウェーハを昇降させることが好ましい。
【００１２】
また、反射板の中心部の反射率が、外周部の反射率より高いことが好ましい。
【００１３】
また、反射板は、中心部と外周部が分割され、上下駆動部は、中心部を上下移動させることが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様の気相成長方法は、反応室内の所定位置にウェーハを保持し、ウェーハの裏面をヒータで加熱するとともに、ヒータ下部に設けられる反射板を上下に移動させることにより、ウェーハの温度分布を制御しながら所定温度で加熱し、ウェーハを回転させながら、ウェーハ上にプロセスガスを供給することにより、ウェーハ上に成膜を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、気相成長装置及び気相成長方法において、ウェーハの温度分布を制御し、より膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一態様のウェーハの面内温度分布の一例を示す図である。
【図３】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の構造を示す部分断面図である。
【図５】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の部分拡大図である。
【図６】本発明の一態様のエピタキシャル成膜装置の反射板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態1）
図１に本実施形態の気相成長装置の断面図を示す。図１に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応室１１には、必要に応じてその内壁を覆うように石英カバー１１ａが設けられている。
【００１９】
反応室１１の上部には、ソースガス、キャリアガスを含むプロセスガスを供給するためのガス供給部１２と接続されたガス供給口１２ａが設けられている。そして、反応室１１下方には、例えば２か所に、ガスを排出し、反応室１１内の圧力を一定（例えば常圧）に制御するためのガス排出部１３と接続されたガス排出口１３ａが設置されている。
【００２０】
ガス供給口１２ａの下方には、供給されたプロセスガスを整流して供給するための微細貫通孔を有する整流板１４が設けられている。
【００２１】
そして、整流板１４の下方には、ウェーハｗを載置するための支持部である、例えばＳｉＣからなる環状のホルダ１５が設けられている。なお、支持部は円板状のサセプタでもよい。ホルダ１５は、回転部材であるリング１６上に設置されている。リング１６は、ウェーハｗを所定の回転速度で回転させる回転軸を介して、モータなどから構成される回転制御部１７と接続されている。
【００２２】
リング１６内部には、ウェーハｗを加熱するための、例えばＳｉＣからなるインヒータ１８、アウトヒータ１９から構成されるヒータが設置されている。これらインヒータ１８、アウトヒータ１９は、それぞれ所定の昇降温速度、所定の温度、或いはウェーハｗの中心部及び周縁部の温度差が、所定の温度となるように制御する温度制御部２０と接続されている。
【００２３】
そして、これらインヒータ１８、アウトヒータ１９の下方には、これらから下方への熱を反射し、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状の反射板２１が設置されている。反射板２１は、上下駆動部２２と接続され、所定のストローク内での上下移動が可能となっている。上下駆動部２２は、位置検出機能を有しており、反射板２１をストローク内の所定の位置に移動させることができる。
【００２４】
上下駆動部２２は、温度制御部２０と接続され、ウェーハｗ面内の温度分布が所定の範囲となるように、反射板２１の位置を制御することができる。
【００２５】
反応室１１の上部には、ウェーハｗの中心部及び周縁部の温度分布を検出するための温度検出部である放射温度計２３ａ、２３ｂが設置されており、温度制御部２０と接続されている。
【００２６】
このような半導体製造装置を用いて、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗ上に、Ｓｉエピタキシャル膜が形成される。
【００２７】
先ず、ロボットハンド（図示せず）などにより、反応室１１にウェーハｗを搬入し、リフトピン（図示せず）上に載置し、リフトピンを下降させることにより、ホルダ１５上に載置する。
【００２８】
そして、それぞれ温度制御部２０により、温度制御が行われる。
【００２９】
先ず、放射温度計２３ａ、２３ｂで測定されるウェーハｗの温度が例えば１１００℃となるように、インヒータ１８、アウトヒータ１９を例えば１５００〜１６００℃となるようにヒータ出力が制御される。
【００３０】
さらに、上下駆動部２２により、反射板２１を上下させ、インヒータ１８、アウトヒータ１９から所定の距離とすることにより、中心部と周縁部の温度差が最適値となるように制御される。
【００３１】
そして、並行して回転制御部１７により、ウェーハｗを、例えば９００ｒｐｍで回転させる。
【００３２】
このように、所定の温度とされ、回転されたウェーハｗ上に、ガス供給制御部１２により流量が制御されて混合されたプロセスガスが、整流板１４を介して、整流状態で供給される。プロセスガスは、例えばソースガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）が、例えばＨ２ガスなどの希釈ガスにより所定の濃度（例えば２．５％）に希釈され、例えば５０ＳＬＭで供給される。
【００３３】
一方、余剰となったプロセスガス、反応副生成物などからなる排出ガスは、ガス排出口１３ａよりガス排出部１３を介して排出され、反応室１１内の圧力が一定（例えば常圧）に制御される。
【００３４】
このようにして、ウェーハｗ上に所定の膜厚のＳｉエピタキシャル膜が形成される。
【００３５】
ここで、ウェーハｗの面内温度分布の一例を図２に示す。図２に実線で示すように、中心から外周方向に温度が低下し、周縁部で上昇している。これが、例えば、ヒータの劣化などにより、中間部の温度が低下し、破線に示すように温度のばらつきが大きくなる。
【００３６】
通常、インヒータ１８、アウトヒータ１９の出力により、ウェーハｗの面内温度分布は制御されるが、さらに、反射板２１を上下移動させることにより、インヒータ１８、アウトヒータ１９の輻射熱の反射を制御し、より高精度に制御することができる。
【００３７】
すなわち、反射板２１を下降させると、インヒータ１８、アウトヒータ１９から外周側に熱が輻射され、ウェーハｗ中心部が反射板から受ける熱量が減少する。一方、反射板２１を上昇させると、インヒータ１８、アウトヒータ１９からの外周側への輻射による損失が低減され、ウェーハｗ中心部が反射板から受ける熱量が増加する。
【００３８】
本実施形態によれば、このようにして、ウェーハｗ中心部の温度を制御することにより、ウェーハｗの面内温度のばらつきを抑えることができる。そして、ヒータ劣化に伴うウェーハｗ面内温度のばらつきについても、抑えられることから、ヒータ交換頻度を低減させ、生産性を向上させることが可能となる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態において、実施形態１とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、ウェーハを搬送するための昇降部と反射板の上下駆動部が一体となっている。
【００４０】
図３に、本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成膜装置を示す。なお、図３において、図１と同様の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図３に示すように、インヒータ１８、アウトヒータ１９の下方には、これらから下方への熱を反射し、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状の反射板３１が設置されている。反射板３１は、上下駆動部３２と接続され、所定のストローク内での上下移動が可能となっている。
【００４２】
上下駆動部３２は、リフトピンベース３３ａを介して、さらにウェーハｗを搬入・搬出する際にウェーハを昇降させるためのリフトピン３３ｂと接続されている。上下駆動部３２は、実施形態１と同様に、位置検出機能を有しており、温度制御部２０と接続され、実施形態１と同様に、ウェーハｗ面内の温度分布に対応して、反射板３１をストローク内の所定の位置に移動させることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、反射板の可動範囲はリフトピンがウェーハを上昇させない範囲となるものの、反射板の上下駆動の機能を、既存のウェーハ昇降部に持たせることにより、反応室内の構成の複雑化に伴い、新たなスペースを設けることなく、反射板の上下駆動の機能を持たせることが可能となる。従って、実施形態１と同様に、ウェーハｗ中心部の温度を制御することにより、ウェーハｗの面内温度のばらつきを抑えることができる。そして、ヒータ劣化に伴うウェーハｗ面内温度のばらつきについても、抑えられることから、ヒータ交換頻度を低減させ、生産性を向上させることが可能となる。
【００４４】
なお、このとき、図４に示すように、反射板４１をリフトピンベースとして、反射板上にリフトピン４３を設置してもよい。このような構成により、さらなる省スペース化を図ることが可能となる。
【００４５】
（実施形態３）
本実施形態において、実施形態１とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、反射板が中心部と周縁部に分割されている。
【００４６】
図５に、本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成膜装置を示す。なお、図５において、図１と同様の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
図５に示すように、円板状の反射板５１は、中心部５１ａと周縁部５１ｂに分割されており、中心部５１ａは、上下駆動部２２により上下に移動させることができる。
【００４８】
実施形態１と同様に、上下駆動部２２は、位置検出機能を有しており、温度制御部２０と接続され、実施形態１と同様に、ウェーハｗ面内の温度分布に対応して、反射板５１の中心部５１ａを、ストローク内の所定の位置に移動させることができる。なお、実施形態２と同様に、上下駆動部２２は、ウェーハを搬送するための昇降部と一体になっていてもよい。
【００４９】
本実施形態によれば、ヒータ中心部からの輻射を抑え、ウェーハ中心部の温度をより選択的に制御することが可能となる。従って、実施形態１と同様に、ウェーハｗの面内温度のばらつきを抑えることができる。そして、ヒータ劣化に伴うウェーハｗ面内温度のばらつきについても、抑えられることから、ヒータ交換頻度を低減させ、生産性を向上させることが可能となる。
【００５０】
（実施形態４）
本実施形態において、実施形態１とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、反射板の中心部に反射率が高い材料が配置されている。
【００５１】
図６に、本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成膜装置の反射板を示す。なお、図６において、図１と同様の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図６に示すように、円板状の反射板６１の中心部６１ａは、反射率が高いＴａＣ（放射率：ε＝０．２）、基材６１ｂは、カーボン（放射率：ε＝０．７）に分割されている。
【００５３】
実施形態１と同様に、上下駆動部２２は、位置検出機能を有しており、温
度制御部２０と接続され、実施形態１と同様に、ウェーハｗ面内の温度分布に対応して、反射板６１を、ストローク内の所定の位置に移動させることができる。なお、実施形態２と同様に、上下駆動部２２は、ウェーハを搬送するための昇降部と一体になっていてもよい。
【００５４】
本実施形態によれば、ヒータ中心部からの熱量の反射を増大させることができるため、ウェーハ中心部の温度をより選択的に制御することが可能となる。従って、実施形態１と同様に、ウェーハｗの面内温度のばらつきを抑えることができる。そして、ヒータ劣化に伴うウェーハｗ面内温度のばらつきについても、抑えられることから、ヒータ交換頻度を低減させ、生産性を向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態において、反射率が高い材料としてＴａＣを用いたが、その他、グラッシーカーボン（放射率：ε＝０．４）などを用いてもよい。
【００５６】
これら実施形態によれば、半導体ウェーハｗにエピタキシャル膜などの膜を高い生産性で安定して形成することが可能となる。そして、ウェーハの歩留り向上と共に、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置の歩留りの向上、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１００μｍ以上の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ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されることにより、良好な素子特性を得ることが可能となる。
【００５７】
本実施形態においては、Ｓｉエピタキシャル膜形成の場合を例に挙げたが、その他、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体のエピタキシャル層や、ポリＳｉ層、例えばＳｉＯ２層やＳｉ３Ｎ４層などの絶縁層の形成時にも同様に適用することも可能である。また、本実施形態は、例えば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。
【符号の説明】
【００５８】
１１…反応室
１１ａ…石英カバー
１２…ガス供給部
１２ａ…ガス供給口
１３…ガス排出部
１３ａ…ガス排出口
１４…整流板
１５…ホルダ
１６…リング
１７…回転制御部
１８…インヒータ
１９…アウトヒータ
２０…温度制御部
２１、３１、４１、５１、６１…反射板
２２、３２…上下駆動部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…放射温度計
３３ａ…リフトピンベース
３３ｂ、４３…リフトピン
５１ａ、６１ａ…中心部
５１ｂ、６１ｂ…周縁部
【図１】
2013051351.tif 000003
【図２】
2013051351.tif 000004
【図３】
2013051351.tif 000005
【図４】
2013051351.tif 000006
【図５】
2013051351.tif 000007
【図６】
2013051351.tif 000008