(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハが導入される反応炉と、
前記反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、
前記反応炉より前記プロセスガスを排出するためのガス排出機構と、
前記ウェーハの径より小さく、表面に前記ウェーハを載置するための、同一円周上に形成された複数のドット状または切り欠きを有するリング状の凸部を有するインナーサセプタと、
中心部に開口部を有し、前記インナーサセプタを前記開口部が遮蔽可能となるように載置するための第１の段部と、この第１の段部の上段に設けられ、前記ウェーハを載置するための第２の段部を有するアウターサセプタと、
前記ウェーハを前記インナーサセプタおよび前記アウターサセプタの下部より加熱するためのヒータと、
前記アウターサセプタの外周部に接続され、内部に前記ヒータが配置される空間があり、かつ、この空間を前記インナーサセプタ及びアウターサセプタにより上方の空間から遮断するように設けられた、前記ウェーハを回転させるための回転機構と、
前記ヒータを貫通し、前記インナーサセプタを上下駆動させるための突き上げピンと、を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
反応炉内にウェーハを搬入し、
前記反応炉内に設置され、前記ウェーハの径より小さく、表面に前記ウェーハを載置するための、同一円周上に形成された複数のドット状、または切り欠きを有するリング状の凸部を有するインナーサセプタを、突き上げピンにより上昇させて、前記インナーサセプタ上に前記ウェーハを載置し、
前記突き上げピンを下降させ、前記インナーサセプタを、中心部に開口部を有するアウターサセプタの第１の段部上に前記開口部を遮蔽可能となるように載置するとともに、前記ウェーハを、前記アウターサセプタの前記第１の段部の上段に設けられた第２の段部上に載置し、
前記ウェーハを前記インナーサセプタおよび前記アウターサセプタの下部からヒータで加熱し、
前記アウターサセプタの外周部に接続され、内部に前記ヒータが配置される空間があり、かつ、この空間を前記インナーサセプタ及びアウターサセプタにより上方の空間から遮断するように設けられた回転機構により、前記ウェーハを回転させ、
前記ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする半導体製造方法。
【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の裏面より加熱しながら表面に反応ガスを供給して成膜を行なうために用いられ、半導体ウェーハを保持するためのサセプタと、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程におけるエピタキシャル膜の形成などに用いられるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において、ウェーハの下方に熱源、回転機構を有し、上方から均一なプロセスガスを供給することが可能な裏面加熱方式が用いられている。
【０００３】
近年、半導体装置の微細化、高機能化に伴い、成膜工程における金属汚染のレベルには高い水準が要求されている。上述した裏面加熱方式においては、ウェーハの下方に熱源、回転機構を有しており、これら熱源、回転機構と完全に分離されていないことから、金属原子の拡散、移動により、ウェーハ汚染が生じるという問題がある。
【０００４】
通常ウェーハは、成膜装置（反応炉）内において、サセプタにより保持され、搬送の際には、サセプタに設けられたピン穴を貫通する突き上げピンにより、上昇移動される。そのため、特にピン穴からのウェーハ汚染を遮断することが困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、例えば特許文献１などにおいて、ウェーハ温度分布の均一性を図るために、ピン穴を設けないサセプタの構造が提案されている。しかしながら、実際にピン穴を有していないサセプタの構造とすると、ウェーハを載置する際に、ウェーハ下部に気体の層が形成され、ウェーハが浮かび上がるため、安定して保持することが困難である。さらに、ウェーハを加熱し、回転させて、プロセスガスを供給することにより成膜する際、このような不安定な状態では、均一な成膜が困難である。そして、均一な成膜を行うためにはウェーハを高速回転する必要があるが、このような不安定な状態では、高速回転時にウェーハがサセプタの載置位置から外れる可能性があり、高速回転による均一な成膜が困難となるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−４３３０２号公報（［００１９］〜［００２２］、［００３６］、図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、サセプタに設けられるピン穴からの汚染を遮断するために、ピン穴を設けないサセプタ構造とすると、ウェーハを安定して保持し、均一に成膜することが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、成膜工程における金属汚染を抑え、ウェーハ上に均一に成膜することができ、歩留の低下を抑えるとともに、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能な半導体製造装置および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】
【００１１】
本発明の半導体製造装置は、ウェーハが導入される反応炉と、前記反応炉にプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、前記反応炉より前記プロセスガスを排出するためのガス排出機構と、前記ウェーハの径より小さく、表面に前記ウェーハを載置するための、同一円周上に形成された複数のドット状または切り欠きを有するリング状の凸部を有するインナーサセプタと、中心部に開口部を有し、前記インナーサセプタを前記開口部が遮蔽可能となるように載置するための第１の段部と、この第１の段部の上段に設けられ、前記ウェーハを載置するための第２の段部を有するアウターサセプタと、前記ウェーハを前記インナーサセプタおよび前記アウターサセプタの下部より加熱するためのヒータと、前記アウターサセプタの外周部に接続され、内部に前記ヒータが配置される空間があり、かつ、この空間を前記インナーサセプタ及びアウターサセプタにより上方の空間から遮断するように設けられた、前記ウェーハを回転させるための回転機構と、前記ヒータを貫通し、前記インナーサセプタを上下駆動させるための突き上げピンと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の半導体製造方法は、反応炉内にウェーハを搬入し、前記反応炉内に設置され、前記ウェーハの径より小さく、表面に前記ウェーハを載置するための、同一円周上に形成された複数のドット状、または切り欠きを有するリング状の凸部を有するインナーサセプタを、突き上げピンにより上昇させて、前記インナーサセプタ上に前記ウェーハを載置し、前記突き上げピンを下降させ、前記インナーサセプタを、中心部に開口部を有するアウターサセプタの第１の段部上に前記開口部を遮蔽可能となるように載置するとともに、前記ウェーハを、前記アウターサセプタの前記第１の段部の上段に設けられた第２の段部上に載置し、前記ウェーハを前記インナーサセプタおよび前記アウターサセプタの下部からヒータで加熱し、前記アウターサセプタの外周部に接続され、内部に前記ヒータが配置される空間があり、かつ、この空間を前記インナーサセプタ及びアウターサセプタにより上方の空間から遮断するように設けられた回転機構により、前記ウェーハを回転させ、前記ウェーハ上にプロセスガスを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体製造装置および半導体製造方法を用いることにより、成膜工程における金属汚染を抑え、ウェーハ上に均一に成膜することができ、歩留の低下を抑え、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１に本実施形態のサセプタの断面図を示す。図に示すように、サセプタ１１は、インナーサセプタ１２と、このインナーサセプタ１２と分離可能なアウターサセプタ１３から構成されている。
【００１６】
インナーサセプタ１２は、図２に示すように、載置されるウェーハｗの径より小さく、エッジ部分に段部１２ａが設けられている。そして、その上面には、ウェーハｗを載置するために、例えば４か所のドット状の凸部１２ｂが、同一円周上に略等間隔に配置されている。
【００１７】
アウターサセプタ１３は、図３に示すように、中心部に開口部１３ａが設けられており、この開口部１３ａのエッジ部分には、段部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが設けられている。下段の段部１３ｂには、開口部１３ａを遮蔽するように、インナーサセプタ１２が載置され、中間の段部１３ｃにより、ウェーハｗとの間に例えば０.２ｍｍ程度の微小ギャップが形成され、最上段の段部１３ｄに、ウェーハｗが載置される。この段部１３ｄのウェーハｗのベベル部ｗｂが載置される部分には、例えば２２°のベベルテーパ角とほぼ等しい角度となるように、テーパ１３ｅが形成されている。
【００１８】
このようなサセプタ１１は、半導体製造装置内に載置され、以下のように用いられる。
【００１９】
図４に半導体製造装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応炉２１には、反応炉２１上方よりプロセスガスをウェーハｗ上に整流板２２を介して供給するためのガス供給口２３と、反応炉２１下方よりプロセスガスを排出するためのガス排出口２４が設置されている。反応炉２１の下方には、反応炉２１の外部に駆動機構（図示せず）を有し、ウェーハｗを回転させるための回転機構２５が設置されている。そして、この回転機構２５は、上述した構成のサセプタ１１とアウターサセプタ１３外周部において接続されている。
【００２０】
サセプタ１１の下方には、ウェーハｗを加熱するためのインヒータ２６ａが設置され、サセプタ１１とインヒータ２６ａの間に、ウェーハｗの周縁部を加熱するためのアウトヒータ２６ｂが設置されている。これらインヒータ２６ａ、アウトヒータ２６ｂは、温度測定機構（図示せず）により測定されるウェーハ温度に基づき、温度制御機構（図示せず）により制御される。インヒータ２６ａの下方には、円盤状のリフレクター２７が設置されている。そして、インヒータ２６ａ、リフレクター２７を貫通するように、インナーサセプタ１２を上下に移動させるための突き上げピン２８が設置されている。
【００２１】
このような半導体製造装置を用いて、ウェーハｗ上に例えばＳｉエピタキシャル膜が形成される。先ず、図５に示すように、１２インチのウェーハｗを、外周部分において搬送アーム２９により保持し、反応炉２１に搬入する。そして、突き上げピン２８により、インナーサセプタ１２を上昇させる。このとき、ウェーハｗは、インナーサセプタ１２の外側で搬送アーム２９により保持されており、インナーサセプタ１２を上昇させることにより、インナーサセプタ１２上にウェーハｗが載置される。そして、突き上げピン２８により、インナーサセプタ１２を下降させることにより、ウェーハｗおよびインナーサセプタ１２をアウターサセプタ１３に保持させる。
【００２２】
このとき、ウェーハｗは、インナーサセプタ１２の凸部１２ｂ上に載置され、ウェーハｗ下部とインナーサセプタ１２との間には間隙が形成される。インナーサセプタの段部１２ａは、アウターサセプタ１３の段部１３ｂ上に載置され、ウェーハｗは、段部１３ｃとの間に微小ギャップが形成され、段部１３ｄ上に載置される。
【００２３】
次いで、温度測定機構（図示せず）により測定されるウェーハｗの温度に基づき、温度制御機構（図示せず）により、インヒータ２６ａ、アウトヒータ２６ｂの温度が例えば１４００〜１５００℃の範囲で適宜制御して、ウェーハｗの温度を、面内で均一に例えば１１００℃となるように制御する。さらに、回転機構２５によりウェーハｗを例えば９００ｒｐｍで回転させる。
【００２４】
そして、ガス供給口２３より、例えば、キャリアガス：Ｈ２を２０〜１００ＳＬＭ、成膜ガス：ＳｉＨＣｌ３を５０ｓｃｃｍ〜２ＳＬＭ、ドーパントガス：Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３：微量からなるプロセスガスが、整流板２２上に導入され、整流状態でウェーハｗ上に供給される。このとき、反応炉２１内の圧力は、ガス供給口２３、ガス排出口２４のバルブを調整することにより、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜常圧に制御される。このようにして、各条件が制御され、ウェーハｗ上にエピタキシャル膜が形成される。
【００２５】
このようにして形成されたエピタキシャル膜において、ＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）法により、Ｆｅの拡散長を測定した。測定の結果、従来のピン穴を有するサセプタを用いた場合、拡散長は不十分であったのに対し、本願発明のように、ピン穴を設けないサセプタを用いた場合、拡散長は十分（例えば４００μｍ）となり、金属汚染が抑えられたことがわかる。
【００２６】
また、ウェーハｗ下部とインナーサセプタ１２との間には、凸部１２ｂにより間隙が形成されているため、ウェーハｗを安定した状態でサセプタ１１に保持することが可能となる。さらに、段部１３ｄは、ウェーハｗのベベルテーパ角とほぼ等しいテーパ１３ｅを有するため、ウェーハｗをベベル部ｗｂにおいてより安定させることが可能となる。また、段部１３ｃにより、ウェーハｗとアウターサセプタ１３との間に微小ギャップを形成することができるので、ウェーハｗに反りなどが生じた場合でも、安定してウェーハ外周保持が可能となる。そして、ウェーハに与える熱伝導量を常に一定に保つことができ、ウェーハ面内温度分布を常に一定にすることができる。
【００２７】
その結果、ウェーハ上に、例えば膜厚のばらつきが０．５％以下の均一なエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００２８】
そして、素子形成工程及び素子分離工程を経て半導体装置が形成される際、素子特性のばらつきを抑え、歩留り、信頼性の向上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数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）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。
【００２９】
本実施形態において、図１に示すように、インナーサセプタ１２とアウターサセプタ１３の段部を設けたが、段数、段差は適宜設計することができる。また、それぞれ適宜テーパを有していてもよい。
【００３０】
例えば、図６に示すように、サセプタ３１において、インナーサセプタ３２、アウターサセプタ３３の勘合部をそれぞれ２段としてもよい。このように多段とすることにより、サセプタ裏面側から汚染物質の通過を抑制し、ウェーハの金属汚染を、より効果的に抑えることが可能となる。
【００３１】
また、インナーサセプタ１２において、段部１２ａを設けることが金属汚染を抑える上では効果的であるが、必ずしも設ける必要はなく、裏面をフラットとしてアウターサセプタ１３の段部１３ｂ上に載置してもよい。
【００３２】
そして、インナーサセプタ１２の上面に設けられる凸部１２ｂは、ドット状のものを４か所としたが、ウェーハｗを水平に保持できればよく、特にその形状、配置などは限定されるものではない。例えば、ウェーハｗとの接触面積をできだけ小さくするためには、３か所のドット状の凸部で保持することが好ましい。また、１か所以上に切り欠き（非連続部）を有するリング状であってもよい。また、凸部は必ずしもインナーサセプタ１２の外周近傍に配置される必要はなく、図７に示すように、インナーサセプタ４２において、凸部４２ａは中央部の同一円周上に略等間隔に配置されていてもよい。このように配置させることにより、より安定したウェーハｗの保持が可能となる。
【００３３】
また、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル成長層）形成の場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用されることも可能である。さらに、他の化合物半導体、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなどにも適用可能である。また、ＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜形成の場合にも適用可能で、ＳｉＯ２膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ４）の他、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスを、Ｓｉ３Ｎ４膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ４）の他、ＮＨ３、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒガスなどが供給されることになる。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】
【００３４】
【図１】本発明の一態様におけるサセプタの断面図。
【図２】本発明の一態様におけるインナーサセプタの断面図。
【図３】本発明の一態様におけるアウターサセプタの断面図。
【図４】本発明の一態様における半導体製造装置の断面図。
【図５】本発明の一態様における半導体製造装置の断面図。
【図６】本発明の一態様におけるサセプタの断面図。
【図７】本発明の一態様におけるインナーサセプタの断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１１、３１…サセプタ、１２、３２…インナーサセプタ、１２ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…段部、１２ｂ、４２ａ…凸部、１３、３３…アウターサセプタ、１３ａ…開口部、１３ｅ…テーパ、２１…反応炉、２２…整流板、２３…ガス供給口、２４…ガス排出口、２５…回転機構、２６ａ…インヒータ、２６ｂ…アウトヒータ、２７…リフレクター、２８…突き上げピン、２９…搬送アーム。
【図１】
0005038073.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005038073.tif 000005
【図５】
0005038073.tif 000006
【図６】
0005038073.tif 000007
【図７】
0005038073.tif 000008