(57)【要約】【課題】本発明は、高温かつ高速回転時にウェーハを確実に保持することができ、ウェーハに均一な成膜を行うことが可能な半導体製造方法および半導体製造装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体製造装置は、ウェーハｗが導入され、成膜処理される反応室１１と、この反応室１１にソースガスを含むプロセスガスを供給するためのガス供給機構１２と、反応室１１よりガスを排出するためのガス排出機構１３と、ウェーハｗを回転させるための回転駆動機構１６と、ウェーハｗを加熱するためのヒータ１９ａ、１９ｂと、反応室１１でウェーハを保持するためのサセプタ１５と、サセプタ１５外周に設置される固定部材１７と、一方の端部１８ａが固定部材１７に固定され、他方の端部１８ｂが常温でサセプタ１５のザグリ壁面１５ａと実質的に同じ位置となるように設置され、正の熱膨張係数を有する材料からなるウェーハ外れ防止部品１８を備える。【選択図】図１
2009135202.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、
この反応室にソースガスを含むプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、
前記反応室よりガスを排出するためのガス排出機構と、
前記ウェーハを加熱するためのヒータと、
前記反応室で前記ウェーハを保持するためのサセプタと、
このサセプタと接続され、前記ウェーハを回転させるための回転駆動機構と、
この回転駆動機構と接続され、前記サセプタ外周に設置される固定部材と、
一方の端部が前記固定部材に固定され、他方の端部が常温で前記サセプタのザグリ壁面と実質的に同じ位置となるように設置され、正の熱膨張係数を有する材料からなるウェーハ外れ防止部品を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記他方の端部は、加熱により前記サセプタの中心側に移動することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記前記ウェーハ外れ防止部品を構成する材料はＳｉＣまたはＳｉＣコートを施したカーボンであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記固定部材を構成する材料は石英であ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項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
反応室内にウェーハを搬入し、
前記ウェーハを、サセプタ上に載置するとともに、一方の端部が固定され、正の熱膨張係数を有する材料からなるウェーハ外れ防止部品の他方の端部を、前記サセプタのザグリ壁面と実質的に同じ位置となるように設置し、
前記ウェーハの表面に、ソースガスを含むプロセスガスを整流状態で供給し、
前記ウェーハを回転させながら加熱して、前記他方の端部を熱膨張により前記サセプタの前記ザグリ壁面より内側になるように配置するとともに、前記ウェーハの表面に成膜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、半導体ウェーハを加熱しながらプロセスガスを供給して成膜を行なう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】
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、膜厚均一性などの高品質化が要求されている。これまでも、加熱しながら回転させてエピタキシャル成長を行う半導体製造装置が用いられているが、さらなる高回転化により、生産性高く、均一な成膜を得ることが期待されている。
【０００３】
通常、このような半導体製造装置において、サセプタによりウェーハを保持して加熱・回転させている。ここで、加熱する際にウェーハに熱応力がかかることから、ウェーハ裏面にある程度間隙を設けるなどにより、熱応力を開放する手法が用いられている。しかしながら、このようにしてウェーハを保持して高速回転した場合、成膜中に何らかの問題によりウェーハ表面と裏面の圧力の不均一が生じると、ウェーハが浮き上がってしまうという問題が生じる。
【０００４】
ウェーハの浮き上がりを抑制するためには、例えば、ウェーハを押圧する部材が設けることが有効であると考えられる（例えば特許文献１など参照）。しかしながら、押圧する部材の機構が複雑であり、押圧する部材に反応副生成物が堆積し、稼動時の摺動などにより、ダストが発生し、反応室内を汚染するなどの問題がある。従って、できるだけ簡単な機構で、ウェーハの浮き上がりを抑制する機構が要求されている。
【特許文献１】特開平１１−９７５１５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、膜厚均一性などの高品質化が要求されている。
【０００６】
そこで、本発明は、高温かつ高速回転時にウェーハを確実に保持することができ、ウェーハに均一な成膜を行うことが可能な半導体製造方法および半導体製造装置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、ウェーハが導入される反応室と、この反応室にソースガスを含むプロセスガスを供給するためのガス供給機構と、反応室よりガスを排出するためのガス排出機構と、ウェーハを加熱するためのヒータと、反応室で前記ウェーハを保持するためのサセプタと、このサセプタと接続され、ウェーハを回転させるための回転駆動機構と、この回転駆動機構と接続され、サセプタ外周に設置される固定部材と、一方の端部が固定部材に固定され、他方の端部が常温で前記サセプタのザグリ壁面と実質的に同じ位置となるように設置され、正の熱膨張係数を有する材料からなるウェーハ外れ防止部品を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体製造装置において、他方の端部は、加熱により前記サセプタの中心側に移動する。
【０００９】
また、本発明の半導体製造装置において、ウェーハ外れ防止部品を構成する材料はＳｉＣまたはＳｉＣコートを施したカーボンであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の半導体製造装置において、固定部材を構成する材料は石英であることが好ましい。
【００１１】
本発明の半導体製造方法は、反応室内にウェーハを搬入し、ウェーハを、サセプタ上に載置するとともに、一方の端部が固定され、正の熱膨張係数を有する材料からなるウェーハ外れ防止部品の他方の端部を、サセプタのザグリ壁面と実質的に同じ位置となるように設置し、ウェーハの表面に、ソースガスを含むプロセスガスを整流状態で供給し、ウェーハを回転させながら加熱して、他方の端部を熱膨張によりサセプタのザグリ壁面より内側になるように配置するとともに、前記ウェーハの表面に成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速回転時にウェーハを確実に保持することができ、ウェーハの上に均一な成膜を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１４】
図１に本実施形態の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室１１には、反応室１１上方より、ソースガスを含むプロセスガスをウェーハｗの上面に供給するためのガス供給口１２と、ガス供給口１２から供給されたプロセスガスをウェーハｗの上面に整流状態で供給するための整流板１４が設置されている。そして、反応室１１下方には、ガスを排出し、反応室１１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出口１３が設置されている。
【００１５】
整流板１４の下部には、ウェーハｗを載置するための例えばＳｉＣからなるサセプタ１５が設置されている。サセプタ１５は、モータ（図示せず）、回転軸（図示せず）などから構成される回転駆動機構１６と接続されている。そして、サセプタ１５の外周部において、例えば石英からなるリング状の固定部材１７が、回転駆動機構１６に接続されている。また、図２に上面図を示すように、固定部材１７には、例えば５０ｍｍ長の板状のウェーハ外れ防止部品１８の端部１８ａが固定されている。このウェーハ外れ防止部品１８は、例えばＳｉＣコートを施したカーボンからなり、固定部材１７に３箇所以上に設置されている。ウェーハ外れ防止部品１８の他方の端部１８ｂは、図３に拡大図を示すように、常温でサセプタ１５のザグリ壁面１５ａと実質的に同じ位置となるように設置されている。尚、載置されるウェーハｗの端部とサセプタ１５のザグリ壁面１５ａの間には、数μｍの遊びが設けられている。
【００１６】
サセプタ１５は、また、サセプタ１５の下方には、ウェーハｗを加熱するためのインヒータ１９ａが設置され、サセプタ１５とインヒータ１９ａ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１９ｂが設置されている。インヒータ１９ａの下部には、ウェーハｗを効率的に加熱するための円盤状のリフレクター２０が設置されている。
【００１７】
このような半導体製造装置を用いて、ウェーハｗの上面に例えばＳｉエピタキシャル膜を形成する。
【００１８】
先ず、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗを、搬送アーム（図示せず）によって反応室１１に導入し、リフトピン（図示せず）などを用いてサセプタ１５上に載置する。
【００１９】
次いで、ウェーハｗの温度が１１００℃となるように、インヒータ１９ａ、アウトヒータ１９ｂの温度を制御するとともに、ウェーハｗを回転駆動機構１６により例えば９００ｒｐｍ以上で高速回転させる。このとき、ウェーハ外れ防止部品１８は、図４に示すように、熱膨張により２００μｍ程度伸長し、端部１８ｂは、ウェーハｗ端部より内側（ベベル部上）に位置している。
【００２０】
そして、ガス供給口１２より、例えばトリクロロシラン（ＴＣＳ）濃度が例えば２〜４％となるように、Ｈ２で希釈されたプロセスガスを例えば５０〜１００ＳＬＭで導入し、整流板１４を介して整流状態でウェーハｗの上面に供給する。尚、余剰なプロセスガス、成膜反応により生成されるＣｌ２ガスなどは、反応室１１内の圧力が常圧に制御されるように、ガス排出口１３より排出される。
【００２１】
このようにして、ウェーハｗを加熱して、ウェーハ外れ防止部品１８の端部１８ｂがウェーハｗのベベル部上に位置する状態で、高速回転させながらプロセスガスを供給する。そして、ウェーハｗの上面にＳｉエピタキシャル膜を所望の膜厚、例えば１５０μｍとなるまで成長させる。
【００２２】
成膜処理が完了した後、ウェーハｗとともにウェーハ外れ防止部品１８も冷却され、ウェーハｗのベベル部上に位置していたウェーハ外れ防止部品１８の端部１８ｂは、ウェーハｗの端部より外側となるまで収縮する。その後、ウェーハｗをリフトピン（図示せず）により上昇させ、搬送アーム（図示せず）により、反応室１１から搬出する。
【００２３】
このように、熱膨張率の差を利用したウェーハ外れ防止部品１８を設けることにより、高速回転においても、サセプタ１５上に安定して支持することが可能となる。そして、ウェーハｗの上下圧力不均一による浮き上がりを抑えることができる。例えば、成膜反応中に何らかの不具合が生じてガスの供給を停止した場合、あるいはサセプタ１５の回転を停止した場合、ウェーハｗの上部が減圧状態となる。このような場合でも、ウェーハ外れ防止部品１８の端部１８ｂが、ウェーハｗのベベル部分を押さえ、ウェーハｗの浮き上がりを抑えることができる。
【００２４】
さらに、ウェーハｗが浮き上がり、サセプタ１５より脱落、破損した際に、反応室１１を開放してメンテナンスを行う必要があるが、メンテナンス頻度を大幅に減少させることができる。
【００２５】
本実施形態において、サセプタ１５の外周に石英からなるリング状の固定部材１７を設け、ウェーハ外れ防止部品の端部を固定しているが、必ずしもリング状でなくてもよい。またその構成材料も、石英は、５．６×１０−７ｍｍ／℃と熱膨張係数が小さいことから適当であるが、必ずしも石英である必要はなく、熱膨張による径方向の伸長が抑えられることが可能であればよい。例えば、サセプタを構成する材料（例えばＳｉＣ）より熱膨張係数が小さい、あるいは同じ材料（例えばＳｉＣ）であっても、温度上昇が抑えられるように配置されていればよい。
【００２６】
また、ウェーハ外れ防止部品には、ＳｉＣコートを施したカーボンが用いられているが、カーボンに限定されるものではなく、例えば１１００℃以上の高温で安定な材料を用いることができる。但し、熱膨張により、ウェーハｗのベベル部を押さえるために、ウェーハｗとサセプタのザグリ壁面との間隙以上で、間隙＋ウェーハｗのベベル幅以下に伸長する必要がある。そのため、サセプタなどの設計寸法により所定範囲の正の熱膨張係数を有する材料である必要がある。
【００２７】
例えば、５０ｍｍ長のウェーハ外れ防止部品において、熱膨張係数が４．５×１０−６ｍｍ／℃のカーボンを用いたとき、伸長は２２５μｍとなり、熱膨張係数が３．９×１０−６ｍｍ／℃のＳｉＣを用いたとき、伸長は１９５μｍとなる。このようにして求められる長さが、ウェーハｗとサセプタのザグリ壁面との間隙（例えば数μｍ）以上で、間隙＋ウェーハｗのベベル幅（例えば４００μｍ程度）以下となるように、適宜固定部材やウェーハ外れ防止部品の寸法、配置を設計すればよい。
【００２８】
尚、サセプタと、ウェーハ外れ防止部品の熱膨張係数の差が十分大きい材料をそれぞれ選択すれば、サセプタ外周に固定部材を設けることなく、サセプタ本体にウェーハ外れ防止部品を固定することも可能である。
【００２９】
また、本実施形態によれば、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。
【００３０】
また、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル膜）形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリＳｉ層形成時にも適用することも可能である。また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜などＳｉ膜以外の成膜や、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。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】
【００３１】
【図１】本発明の一態様における半導体製造装置の断面を示す図。
【図２】本発明の一態様における固定部材、ウェーハ外れ防止部品の配置を示す上面図。
【図３】本発明の一態様におけるウェーハ外れ防止部品の端部拡大図。
【図４】本発明の一態様におけるウェーハ外れ防止部品の熱膨張による伸長を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１１…反応室、１２…ガス供給口、１３…ガス排出口、１４…整流板、１５…サセプタ、１５ａ…ザグリ壁面、１６…回転駆動機構、１７…固定部材、１８…ウェーハ外れ防止部品、１８ａ、１８ｂ…端部、１９ａ…インヒータ、１９ｂ…アウトヒータ、２０…リフレクター。
【図１】
2009135202.tif 000003
【図２】
2009135202.tif 000004
【図３】
2009135202.tif 000005
【図４】
2009135202.tif 000006