JPH06293595A - 均一性が向上した堆積ポリシリコン膜と、そのための装置 - Google Patents

均一性が向上した堆積ポリシリコン膜と、そのための装置

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JPH06293595A JP6002157A JP215794A JPH06293595A JP H06293595 A JPH06293595 A JP H06293595A JP 6002157 A JP6002157 A JP 6002157A JP 215794 A JP215794 A JP 215794A JP H06293595 A JPH06293595 A JP H06293595A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に均一性の向上したポリシリコン膜を
堆積するＣＶＤチャンバ、および、ウェーハ間の均一性
を高めるＣＶＤチャンバを提供する 【構成】 互いに係合する延長部（１４２）および（１
４４）は、延長部間の間隙を通過して、サセプタ（１３
６）の裏面（１４５）に固体原料を堆積し得る反応ガス
を防ぐか、またはその量を大幅に減少できるバリヤ手段
(barrier)を提供する。これにより、裏面（１４５）へ
の堆積や温度の変動が防止され、より均一なポリシリコ
ン膜が得られる。ウェーハ間の膜厚や膜質の変動も、防
止させるか、または減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上にポリ
シリコンを堆積する改良方法および改良装置に関する。
特に、本発明は、半導体基板上に均一性の向上したポリ
シリコン層を堆積するための枚葉式プロセスチャンバー
(a single substrate processing chamber) およびその
ための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドープされた、又はドープされていない
(undoped)シリコン層は、シリコンウェーハのようなシ
リコン基板上に、低圧の化学気相成長（ＣＶＤ）プロセ
スを用いて堆積されてきた。シラン、ジシラン、四塩化
シリコンなどのシリコン源や、任意にホスフィン、アル
シン、ジボランなどのドーパントガスを含み、また、任
意に水素のようなキャリアガスを含む反応用混合ガス
は、加熱され、シリコン基板上を流れて、この基板の表
面上にシリコン膜を堆積する。堆積されたシリコンの厳
密な結晶性は、堆積温度に依存する。低い反応温度で
は、堆積されたシリコンは、ほぼアモルファスである
が、より高い堆積温度を採用した場合、アモルファスシ
リコンとポリシリコンの混合物か、またはポリシリコン
のみが堆積される。
【０００３】従来技術の方法は、このプロセスにおい
て、２００〜４００ミリtorr程度の比較的低い圧力を採
用している。良質の薄膜を形成することができるが、ア
ンドープのシリコンの場合は、およそ１００オングスト
ローム／分、ドープされたシリコンの場合は、およそ３
０オングストローム／分のように非常に低い堆積レート
でしかポリシリコンを得ることができない。この堆積レ
ートの低さは、複数の、すなわち１００個までのウェー
ハを、同時にバッチ式プロセスチャンバ内で処理するこ
とにより克服することができる。
【０００４】しかし、今日、半導体産業で用いられる薄
膜装置は、単一基板処理の方向へ向かってきている。と
いうのは、プロセスチャンバーの小型化や、良好なプロ
セス制御が可能だからである。さらに、近年の半導体真
空プロセスシステムは、真空環境から基板を移動せず
に、単一の基板に２以上のプロセスステップを実行する
ように改良されてきた。このような真空システムの使用
により、プロセス中にウェーハ表面を汚染する粒子(par
ticulates)の数が減少し、これにより装置の歩留りが向
上する。このような真空システムには、種々のプロセス
チャンバに連結した中央ロボット搬送チャンバ（a cent
ral robotic transfer chamber）が含まれる。これに
は、例えば、Maydanらに付与されたUSパテント4,951,60
1 に記載されたアプライドマテリアル5000シリーズのプ
ロセスシステムがある。
【０００５】このように、半導体基板上にポリシリコン
を堆積する単一基板処理用のＣＶＤ装置は、商業的利用
の段階に入りつつある。このような目的のＣＶＤチャン
バは、これまでも、また、今後も、図１に表されるよう
なものであろう。
【０００６】図１によれば、枚葉式リアクタ（a single
substrate reactor）３１は、リアクタ３１を画定する
上壁３２、側壁３３および下壁３４を有しており、一枚
のシリコンウェーハのような単一基板３５が内部に載置
されている。基板３５は、載置台（pedestal）またはサ
セプタ３６の上に載せられている。サセプタ３６は、円
筒対称の基板３５に対し時間的に均一な環境を提供する
ためモーター３７によって回転させられる。プリヒート
リング４０は、リアクタ３１の内部で支持され、ウェー
ハ３５を取り囲む。ウェーハ３５およびプリヒートリン
グ４０は、リアクタ３１の外部に設置された複数の高強
度ランプ３８、３９から照射された光によって加熱され
る。リアクタ３１の上壁３２および下壁３４は、実質的
に透光性であり、外部のランプ３８、３９から照射され
た光はリアクタ３１に入射して、サセプタ３６、基板３
５およびプリヒートリング４０を加熱しうる。石英は、
上壁３２および下壁３４の好適な材料である。なぜな
ら、石英は、可視およびＩＲ周波数の光に対し透光性で
あり、壁の内外の大きな圧力差に耐えうる比較的高い強
度の材料であり、また、低いガス漏れ率を有するからで
ある。
【０００７】堆積中、反応ガス流は、ガス流入ポート３
１０から流れ込み、当該ガスが加熱されるプリヒートリ
ング４０を横切り、矢印４１の方向に基板３５の表面を
横切り、基板３５上にシリコン膜を堆積してから、排気
ポート３１１へ流入する。ガス流入ポート３１０は、ガ
ス分岐管（図示せず）に連結されており、このガス分岐
管は、スロットへ向かう複数のパイプを通して単一また
は混合ガスを供給し、リアクタ３１へ流入させる。これ
らのパイプの流入端の位置、ガス濃度および／または各
パイプを通過する際の流量は、プロセスの均一性を最も
良くする反応ガスの流れと濃度プロファイルを生成する
ように選択される。基板３５の回転と、ランプ３８、３
９からの熱により生じた熱勾配が、リアクタ３１内のガ
スの流れプロファイルに重大な影響を与えうるにもかか
わらず、最も顕著な流れプロファイルの形状は、ガス流
入ポート３１０から流れ込み、プリヒートリング４０お
よび基板３５上を横切り、排気ポート３１１に達する層
流である。
【０００８】一枚のシリコンウェーハ上にアンドープの
シリコン層を形成する典型的なプロセスでは、真空チャ
ンバ内の圧力は、チャンバ内に水素を約１０リットル／
分で供給して適切な高温計により測定された約６５０℃
の基板温度にて約５００sccmのシランを加えることによ
り、８０Torr程度に維持される。ポリシリコン層は、こ
れらの条件の下で、約2000オングストローム／分のレー
トで堆積されうる。上記の方法では、高めの圧力を採用
することにより、ドープ又はアンドープのポリシリコン
の堆積レートを高めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した図１
の枚葉式堆積チャンバおよび高圧プロセスを用いて、堆
積レートに関する大きな進歩が達成された一方で、一つ
の基板と別の基板とを比べた場合に、堆積された膜の均
一性や膜厚のばらつき、膜の耐性などは全体的に不十分
という問題点がある。
【００１０】本発明は上記の問題点を解決するためなさ
れたもので、基板上に均一性の向上したポリシリコン膜
を堆積する枚葉式ＣＶＤチャンバ、および、ウェーハ間
の基板の均一性を向上させる枚葉式ＣＶＤチャンバを提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の化学気相成長チャンバは、処理される
べき基板のためのサセプタの支持台と、サセプタの支持
台を包囲するプリヒートリングとを備え、反応ガスが前
記サセプタの裏面に到達するのを防止するバリヤ手段
(barrier)を備えることを特徴としている。
【００１２】ここで、サセプタは、その支持面と裏面と
の間に延長部を有してもよい。また、さらに、プリヒー
トリングは、その上面に、サセプタの延長部を覆って、
係合(mate with) する延長部を有してもよい。
【００１３】また、真空チャンバ内のサセプタに支持さ
れる基板上に化学気相成長法により堆積されたシリコン
膜の均一性を向上させる本発明の方法は、サセプタの裏
面に反応ガスが接触し、かつ、固体原料が堆積するのを
防止するバリヤ手段 (barrier)を用意することを含む。
【００１４】ここで、バリヤ手段は、組み付けられたプ
リヒートリングを備え、それは、前記基板を取り囲み、
サセプタの表面の延長部と係合(mate with) する延長部
を有してもよい。
【００１５】また、各半導体基板間の堆積シリコン膜の
均一性を向上させる本発明の方法は、ａ）サセプタの裏
面への反応ガスの接触と固体材料の堆積を防止するバリ
ヤ手段 (barrier)によってサセプタが取り囲まれている
化学気相成長真空チャンバ内のサセプタの支持台に半導
体基板を載置するステップと、ｂ）基板上にシリコンを
堆積するステップと、ｃ）他の半導体基板に対して、
ａ）とｂ）のステップを連続的に繰り返すステップとを
備える。
【００１６】ここで、バリヤ手段は、組み付けられたプ
リヒートリングを備え、それは、基板を取り囲み、サセ
プタの表面の延長部と係合(mate with) する延長部を有
してもよい。また、基板は、シリコンウェーハであって
もよいし、反応ガスは、水素とシランを含んでもよい。
【００１７】
【作用】本発明者らは、プロセスガスが基板の支持台ま
たはサセプタの裏側へ達するのを防止することにより、
基板上に堆積されたポリシリコン膜の均一性を高め、ま
た、ウェーハ間の変動(variations)を減少させることが
できることを見出すに至った。本発明者らは、固体原料
がサセプタの裏側に堆積することにより、基板上に堆積
された膜の膜厚や膜質の不均一が生じることを見出だし
ていた。これらの堆積が、サセプタの加熱率を変動させ
ることによる当該サセプタの表面を横切る温度変動(tem
perature variations)を引き起こし、それが膜厚の不均
一を導くこと、および、サセプタの裏側に固体が積層す
るにつれ、引き続く堆積中の温度変動も生じ、ウェーハ
間に膜厚や膜質のばらつきを生じさせることが考えられ
ている。
【００１８】サセプタの裏側へ向かう反応ガスの流れに
対してバリヤ手段 (barrier)を設けることにより、裏側
への堆積や温度変動が防止され、より均一なポリシリコ
ン膜が得られる。ウェーハ間の膜厚や膜質の変動も、防
止されるか、または減少される。
【００１９】
【実施例】堆積チャンバのサセプタの裏側への堆積を防
止する一つの手段を説明する実施例を図２に示し、これ
を参照しながらこの実施例について述べる。
【００２０】枚葉式リアクタ１３１は、上壁１３２、側
壁１３３および下壁１３４を有している。上壁１３２お
よび下壁１３４は、石英からなる。リアクタ１３１の外
側には、複数の高強度ランプ１３８、１３９が設置され
ている。高強度ランプ１３８、１３９は、プリヒートリ
ング１４０、サセプタ１３６およびポリシリコン膜が堆
積される基板１３５を加熱する。サセプタ１３６は、上
面１４６と裏面１４５を有する平板である。サセプタの
支持台１４８は、サセプタ１３６を支える。反応ガス流
入ポート１１１および排気ポート１１２は、側壁１３３
と対向し、層流ガスを、確実にプリヒートリング１４０
および基板１３５の上を横切るように流れさせる。
【００２１】図３にさらに詳細に示されるように、サセ
プタ１３６は、延長部１４２を有する。延長部１４２
は、サセプタ１３６の側壁に形成されるか、またはサセ
プタ１３６の外側に取り付けられることができる。プリ
ヒートリング１４０は、その上面に、サセプタ１３６の
延長部１４２と係合(mate with) する延長部１４４を有
している。係合する延長部１４２および１４４は、延長
部間の間隙を通過して、サセプタ１３６の裏面１４５に
固体原料を堆積し得る反応ガスを防ぐか、またはその量
を大幅に減少させることができるバリヤ手段 (barrier)
を提供する。
【００２２】本発明者らは、サセプタの裏側へのドープ
またはアンドープの、シリコンまたはその他の固体原料
の堆積は、サセプタ１３６を横切る温度変動(temperatu
re variations)を生じさせ、順次、堆積ポリシリコン膜
の膜厚や膜質に変動(variations)を生じさせると考え
る。
【００２３】さらに述べると、サセプタ１３６の裏面１
４５に原料が積層することにより、堆積中の基板１３５
の温度示度(temperature readings)が不正確になるとと
もに、堆積膜の性質や堆積率にも影響が現れる。サセプ
タ１３６の温度は、リアクタ１３１の外側で、ランプ１
３９の上方に設置された高温計１５０を用いて測定され
る。高温計１５０は、サセプタ１３６の裏面１４５の放
射率に敏感である。サセプタ１３６の裏面１４５に種々
の材料が堆積したために裏面１４５の放射率が変化する
と、高温計１５０は様々な信号を受け取るので、不正確
な温度示度を与える。したがって、サセプタ１３６の裏
面１４５の放射率(emissivity)は可能な限り一定に維持
されなければならない。
【００２４】また、さらに、裏面１４５における原料の
積層は、引き続く基板プロセス中も、し続くので、堆積
された膜のウェーハ間のばらつきも生じるが、このよう
なばらつきは、できる限り少ないまま維持されるのが望
ましい。
【００２５】プリヒートリングおよびサセプタの延長部
を重ね合わせ互いに係合させることによりバリヤ手段が
提供され、反応ガスがサセプタの裏面に達し、かつ、裏
面に固体を堆積させるのが防止される。したがって、基
板を横切った温度の変動や、サセプタ上の温度の変動が
減少する。また、堆積中の基板温度の示度は、従来技術
の堆積チャンバより正確である。
【００２６】本発明のプロセスチャンバは、単独でも用
いることができるが、好ましくは、上述したようなマル
チチャンバ真空プロセスシステムの一部とすることもで
きる。この場合、本発明のプロセスチャンバは、その側
壁に中央搬送チャンバから基板を搬入し、再び搬出する
ためのポートを有する。
【００２７】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明で
は、サセプタの裏側へ向かう反応ガスの流れに対してバ
リヤ手段を設けるので、反応ガスがサセプタの裏側へ達
するのを防止して、基板を横切った温度の変動や、サセ
プタ上の温度の変動を減少させることができる。したが
って、基板上に堆積されたポリシリコン膜の均一性を向
上させ、また、ウェーハ間の膜厚や膜質の変動を減少さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の枚葉式堆積チャンバの部分断面模式
図である。
【図２】本発明の一例を説明する枚葉式堆積チャンバの
部分断面模式図である。
【図３】本発明の反応ガスバリヤ手段の一例の断面図で
ある。
【符号の説明】
１１１…ガス流入ポート、１１２…排気ポート、１３１
…枚葉式リアクタ、１３２…上壁、１３３…側壁、１３
４…下壁、１３５…基板、１３６…サセプタ、１３７…
モーター、１３８、１３９…高強度ランプ、１４０…プ
リヒートリング、１４２、１４４…延長部、１４５…裏
面、１４６…上面、１５０…高温計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マハリンガム ヴェンカテサン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95130，サン ノゼ， パークウェスト ドライブ 4749 (72)発明者 クリスチャン エム． グローネット アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94070，サン カルロス， ヴァイオレッ ト アヴェニュー 12

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理されるべき基板のためのサセプタの
    支持台と、前記サセプタの支持台を包囲するプリヒート
    リングとを備える化学気相成長チャンバにおいて、 反応ガスが前記サセプタの裏面に到達するのを防止する
    バリヤ手段 (barrier)を備えることを特徴とする化学気
    相成長チャンバ。
  2. 【請求項２】 前記サセプタは、その支持面と裏面との
    間に延長部を有する請求項１記載のチャンバ。
  3. 【請求項３】 前記プリヒートリングは、その上面に、
    前記サセプタの延長部を覆って、係合(mate with) する
    延長部を有する請求項２記載のチャンバ。
  4. 【請求項４】 サセプタの裏面に反応ガスが接触し、か
    つ、固体原料が堆積するのを防止するバリヤ手段 (barr
    ier)を用意することを含む、真空チャンバ内のサセプタ
    に支持される基板上に化学気相成長法により堆積された
    シリコン膜の均一性を向上させる方法。
  5. 【請求項５】 前記バリヤ手段は、組み付けられたプリ
    ヒートリングを備え、それは、前記基板を取り囲み、前
    記サセプタの表面の延長部と係合(mate with) する延長
    部を有する請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 各半導体基板間の堆積シリコン膜の均一
    性を向上させる方法にであって、 ａ）サセプタの裏面への反応ガスの接触と固体材料の堆
    積を防止するバリヤ手段 (barrier)によってサセプタが
    取り囲まれている化学気相成長真空チャンバ内の前記サ
    セプタの支持台に半導体基板を載置するステップと、 ｂ）前記基板上にシリコンを堆積するステップと、 ｃ）他の半導体基板に対して、ａ）とｂ）のステップを
    連続的に繰り返すステップと、 を備える方法。
  7. 【請求項７】 前記バリヤ手段は、組み付けられたプリ
    ヒートリングを備え、それは、前記基板を取り囲み、前
    記サセプタの表面の延長部と係合(mate with) する延長
    部を有することを特徴とする請求項６記載の方法
  8. 【請求項８】 前記基板は、シリコンウェーハである請
    求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記反応ガスは、水素とシランを含む請
    求項６記載の方法。
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