JPH0855842A - 裏面を被覆したサセプタを有する半導体ウエ−ハ処理チャンバ - Google Patents

裏面を被覆したサセプタを有する半導体ウエ−ハ処理チャンバ

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JPH0855842A
JPH0855842A JP7076864A JP7686495A JPH0855842A JP H0855842 A JPH0855842 A JP H0855842A JP 7076864 A JP7076864 A JP 7076864A JP 7686495 A JP7686495 A JP 7686495A JP H0855842 A JPH0855842 A JP H0855842A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】サセプタ裏面に被覆が及ぶことによる不適切な
温度表示の問題を克服すること、および、チャンバ下方
部からサセプタ周りの不活性ガスの流れによる堆積ガス
希釈化の問題を克服する。 【構成】この装置１０は、上ド−ムＺ１４と、下ド−ム
１６と、上下ド−ム間の側壁１８とを有する堆積チャン
バを包含している。サセプタプレ−トが堆積チャンバ内
にあって、かつ堆積チャンバを横切ってサセプタプレ−
ト上方の上方部と、サセプタプレ−ト下方の下方部とに
分割している。側壁１８にはガス導入口マニホールド３
０がある。このマニホールド３０は３つの導入口を有す
る。その内の一つは、堆積チャンバの下方部に開口する
通路に接続されている。他の２つは、堆積チャンバの上
方部に開口する通路に接続されている。導入口にはガス
供給システムが接続されていて、堆積チャンバの上方部
と下方部とへ同じガスを供給する。これによって、ウエ
−ハ上への層被覆に先立って、同じ材料層をサセプタプ
レ−トの裏面へ被覆が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエ−ハ用処理チ
ャンバに関し、特に、処理中に半導体ウエ−ハを支持す
るサセプタの両側に、そして半導体ウエ−ハ表面の異な
った領域へガスが供給され得るように成した、半導体ウ
ェ−ハを処理するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエ−ハ用処理装置の一つのタイ
プは、単一式あるいは枚葉式ウェ−ハプロセサであっ
て、一度に一枚のウェ−ハを処理チャンバ内のサセプタ
上に支持するようになっている。チャンバはサセプタに
より、サセプタより下方にある部分（下方部）とサセプ
タより上方にある部分（上方部）とに分けられている。
サセプタは、ウエ−ハに対してより均一な処理ができる
ように、通常は一つの軸に取り付けられていてその軸を
中心として回動される。堆積ガスのような処理ガスの流
れは、チャンバの上方部内に、ウエ−ハ表面の全面に沿
って供給される。ウエ−ハを横断する処理ガスの流れを
得るために、チャンバは、通常、その一方側に一つのガ
ス導入口を、他方側に一つのガス排出口を有している。
サセプタはウエ−ハを所望の処理温度に加熱するために
加熱される。サセプタを加熱するために用いられる方法
の一つは、チャンバの周りに設けたランプを使用し、そ
の光をチャンバ内およびサセプタ上へ向けさせる。ウエ
−ハの到達温度を制御するために、サセプタの温度は常
に測定される。この測定は、加熱されたサセプタから放
射される赤外線放射を検知する赤外線温度センサによっ
て行なうのが普通である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このタイプの処理装置
が抱える問題の一つは、ウエ−ハ表面に材料の層を堆積
する通常はガスあるいはガスの混合物である処理ガスの
一部がサセプタの端部に流れて、サセプタの裏面に材料
層が堆積してしまう傾向である。この堆積した材料はサ
セプタの材料と通常は異なるので、堆積層の放射率(emi
ssivity)は、サセプタの放射率とは異なる。このよう
に、サセプタの裏面へ材料層がひとたび堆積してしまう
と、赤外線温度センサは赤外線が放出される表面の放射
率の変化に起因する変化を検知してしまうことになる。
この変化は、実際には生じていないサセプタの温度変化
を示してしまう。
【０００４】このサセプタ裏面への堆積の問題を防止す
るために用いられてきた技術の一つは、チャンバ上方部
内の堆積ガス圧力よりわずかに高い圧力でチャンバ下方
部内へ、水素のような不活性ガスの流れを供給すること
であった。これを達成するための一つの装置が、Roger
Anderson他の１９９３年７月３０日出願の米国特許出願
番号08/099,977, 発明の名称「ウエ−ハ処理チャンバ用
ガス導入口」に記載されている。チャンバ下方部内の不
活性ガスは比較的高圧であるために、チャンバ下方部か
らチャンバ上方部への流れがサセプタ端部周りに流れる
ことになる。不活性ガスのこの流れは、堆積ガスの流れ
がチャンバ下方部へ流れ込むことを防止する。これはサ
セプタ裏面に堆積ガスから成る層が堆積するのを防止す
るのには非常に満足できる方法であるが、欠点もある。
サセプタ端部でチャンバ上方部へ入った不活性ガスの流
れはサセプタ端部において堆積ガスを希釈する。これ
は、更に堆積ガスの組成に非均一性をもたらし、堆積中
の層の厚さと比抵抗の均一性の両方に悪影響を及ぼす。
【０００５】チャンバ下方部からチャンバ上方部へのサ
セプタ端部周りの不活性ガスの流れを制限するために、
サセプタを囲む予熱リングでサセプタ端部を覆う(overl
ap)というもう一つの技術が開発されている。これによ
って、サセプタ端部周りのガスの流れを大きく減少させ
るラビリンス路(labyrinth passage) が形成される。こ
のような装置は、Israel Beinglassの１９９３年７月１
３日出願の米国特許出願番号08/090,591, 発明の名称
「改良されたサセプタの構成」に記載されている。これ
は、サセプタ端部周りのガスの流れを減少させるが、サ
セプタと予熱リングとの間隙は、その間隙を通過する処
理ガスの流れを阻止するのに充分なほど小さいが、サセ
プタによる予熱リングのかじりや擦過(scrape or rub)
が生じないほど充分な大きさであるようにするために、
サセプタと予熱リングとを極めて正確に整列しなければ
ならないという欠点がある。サセプタが予熱リングをか
じったりこすったりした場合、粒子が発生して堆積中の
層を汚染してしまうことになろうし、あるいはサセプタ
に機械的損傷が生じることになろう。このサセプタと予
熱リングとの間隙を維持することは、複数の部品の機械
的公差の積み上げにより、また熱膨張あるいは損耗のよ
うな他の要因により困難である。
【０００６】それ故、サセプタ裏面に被覆が及ぶことに
よる不適切な温度表示の問題を克服する方法と装置を得
ることが望まれることになろう。また、チャンバ下方部
からサセプタ周りの不活性ガスの流れによる堆積ガス希
釈化の問題を克服する装置を得ることも望まれることに
なろう。
【０００７】そこで本発明は、サセプタ裏面に被覆が及
ぶことによる不適切な温度表示の問題を克服し、かつ、
チャンバ下方部からサセプタ周りの不活性ガスの流れに
よる堆積ガス希釈化の問題を克服する方法と装置を得る
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一の態様は、ウ
エ−ハ上に材料層を堆積する装置のためのサセプタに関
する。このサセプタは、ウエ−ハを支持する表面と、ウ
エ−ハ支持表面に対向する裏面とを有する一つのプレ−
トである。ウエ−ハに堆積される材料層はサセプタプレ
−トの裏面にある。
【０００９】本発明の他の態様は、ウエ−ハ表面上に材
料層を堆積する装置に関する。この装置は、堆積チャン
バを包含するとともに、このチャンバを横断して延在
し、ウエ−ハを支持するための上面とこの上面に対向す
る裏面とを有する一つのサセプタプレ−トを包含する。
ウエ−ハ上に堆積される材料層はサセプタプレ−トの裏
面上にある。
【００１０】本発明の更に別の態様は、堆積チャンバ内
のサセプタ上面に載置したウエ−ハ表面上に材料層を堆
積する方法に関する。この方法は、ウエ−ハ上に堆積す
るべき材料と同じ材料をサセプタの裏面に堆積するステ
ップを包含する。
【００１１】本発明の更に別の態様は、ウエ−ハ上へ材
料層を堆積する堆積装置に関する。この装置は、外壁を
有する堆積チャンバを包含する。サセプタプレ−トはチ
ャンバ内にあって、そのチャンバを、ウエ−ハを支持す
るサセプタ上面の上方にある上方部と、サセプタプレ−
トの裏面の下方にある下方部とに分割するようにチャン
バを横断して延在している。ガス導入口マニホールドは
チャンバ下方部へ開口する少なくとも一つの通路と、チ
ャンバ上方部へ開口する少なくとも一つの通路とを包含
している。
【００１２】
【実施例】先ず図１において、本発明による半導体ウエ
−ハ処理装置を全体的に１０で示す。処理装置１０は堆
積反応器であって、上ド−ム１４と、下ド−ム１６と、
上下ド−ム１４、１６間の側壁１８とを有する。上下ド
−ム１４、１６は透明な材料から成る故、それを通過し
て加熱光をチャンバ１２内へ入らせるようになってい
る。チャンバ１２内には平坦で円形のサセプタ２０があ
る。サセプタ２０は側壁１８においてチャンバ１２の横
方向に全体的に延在し、チャンバ１２をサセプタ２０の
上方の上方部２２と、サセプタ２０の下方の下方部２４
とに分割している。サセプタ２０は、サセプタ２０の底
部中心から下方垂直方向に延在するシャフト２６に取り
付けられている。シャフト２６には、シャフトを回動す
るモ−タ（図示していない）が接続されていてサセプタ
を回動させる。円環状予熱リング２８はその外周を側壁
１８に接続されていてサセプタ２０の周囲に延在してい
る。予熱リング２８は、サセプタ２０と同一平面内にあ
り、予熱リング２８の内側端部はサセプタ２０の外側端
部に近接している。本発明による導入口マニホールド３
０は側壁１８内にあって、処理ガスがチャンバ１２内に
流入できるようになっている。排出口３２は導入口マニ
ホールドと直径方向で(diagonally)対向する、側壁１８
内にある。
【００１３】チャンバ１２の周りには複数の高光度ラン
プ３４が取り付けられており、その光は上下ド−ム１
４、１６を通過してサセプタ２０上に向けられてサセプ
タ２０を加熱する。上下ド−ム１４、１６は、ランプ３
４からの光に対して透明な石英のような材料から成る。
上下ド−ム１４、１６が全体的に石英から成る理由は、
石英は可視光および赤外線の両周波数に対して透過性が
あり、比較的高い構造強度を呈し、堆積チャンバ１２の
処理環境において化学的に安定である、という理由によ
る。赤外線温度センサ３６は下方ド−ム１６の下方に取
り付けられていて下方ド−ム１６を介してサセプタ２０
の底面に向いている。温度センサ３６は、サセプタ２０
が加熱されているときサセプタ２０から放射される赤外
線放射を受けることによってサセプタ２０の温度を監視
するのに使用される。
【００１４】図２および図６に示したように、導入口マ
ニホールド３０は平坦なキャッププレ−ト３８から成
り、長方形の前面４０と、平坦な各々上面と底面４２、
４４、背面４６、および端面４８を有する。３つの導入
口５０、５２および５４がプレ−ト３８の両端面４８の
中間において、それぞれ背面４６、上面４２、底面４４
から延在している。図７に示したように、背面側の導入
口５０は通路５６内に開口しており、通路５６は背面４
６に沿ってキャッププレ−ト３８の両端部に隣接する上
側で外側の両チャンバ５８まで延在する。図６、７およ
び８に示すように、上側で外側のチャンバ５８は前面４
０に開口し、前面の幅方向の長孔となっている。通路６
０は上側で外側のチャンバ５８から、その下側にある下
側で外側のチャンバ６２まで下方に向かってに延在して
いる。下側で外側のチャンバ６２は前面４０に開口して
おり、前面４０の幅方向の長孔となっている。下側で外
側のチャンバ６２の幅は上側と下側チャンバ５８の幅よ
りも広い。
【００１５】上部導入口５２は、通路５６に対して離間
しかつほぼ平行に延在する通路６４内に開口している。
通路６４は、上側で外側のチャンバ５８に対して内側に
離間しかつ隣接する上側で中間のチャンバ６６まで延在
している。上側で中間のチャンバ６６は、前面４０に対
して開口しており、前面４０の幅方向の長孔となってい
る。通路６８は、上側で中間のチャンバ６６から上側で
中間のチャンバ６６の下方にある下側で中間のチャンバ
７０まで下方に向かって延在している。下側で中間のチ
ャンバ７０は前面４０に開口しており、前面４０の幅方
向の長孔となっている。上側で中間のチャンバ６６の幅
は上側で外側のチャンバ５８の幅とほぼ同じであって、
しかも、下側で中間のチャンバ７０の幅は上側で中間の
チャンバ６６の幅よりわずかに広くなっている。上側で
中間のチャンバ６６は上側で外側のチャンバ５８と同一
面内にあり、しかも、下側で中間のチャンバ７０は下側
で外側のチャンバ６２と同一面内にある。
【００１６】底部の導入口５４は、下側で中間の両チャ
ンバ７０の間にある比較的大きな内側チャンバ７２内ま
で延在している。この内側チャンバ７２は前面４０上に
開口しており、前面４０の幅方向の長孔となっている。
内側チャンバ７２は、下側で外側のチャンバ６２と、下
側で中間のチャンバ７０と同一面内にあるが、その幅は
下側で外側チャンバ６２および下側で中間のチャンバの
幅よりもかなり広くなっている。このように、全てのチ
ャンバ５８，６２，６６，７０および７２は、プレ−ト
３８の前面上に開口し、何れも前面４０の幅方向の長孔
となっている。上側チャンバ５８および６６は、上側で
外側の両チャンバ５８の間にある上側で中間のチャンバ
６６と同一面内にある。下側チャンバ６２，７０，およ
び７２は、上側チャンバ５８と６６の面より下方の同一
面内にあり、下側で中間のチャンバ７０は下側で外側の
両チャンバ６２の間にあり、内側チャンバ７２は下側で
中間の両チャンバ７２の間にある。
【００１７】バッフルプレ−ト７４が、キャッププレ−
ト３８の前面４０の全面に延在している。バッフルプレ
−ト７４は前面４０の寸法と形状に一致するような長方
形である。複数の孔７６がバッフルプレ−ト７４を貫通
して延在し、一つの共通面に沿って並んでいる。孔７６
の面は、キャッププレ−ト３８内の下側チャンバ６２，
７０，７２の面に対応している。しかしながら、バッフ
ルプレ−ト７４は、上側チャンバ５８と６６の開口側を
覆うように上側チャンバ５８と６６にわたって中実であ
る。全孔７６のうち、孔７６の列の各端部における４つ
は、下側で外側の両チャンバ６２の各々の開口側に重な
り、全孔７６のうちの２つは、下側で中間の両チャンバ
の各々の開口側に重なり、全ての孔のうち孔列の中央に
ある６つは、内側チャンバ７２に重なっている。このよ
うに、下側チャンバ６２，７０，７２に入るガスはすべ
てバッフルプレ−ト７４全体にわたって孔７６を通って
流れることができる。
【００１８】キャッププレ−ト３８およびバッフルプレ
−ト７４は、側壁１８内の開口８０を通って上側と下側
のライナ−８２と８４の各々に延在する一対のインサ−
トプレ−ト７８に当接している。ライナ８２と８４は側
壁１８の内面に当接して取り付けられている。各インサ
−トプレ−ト７８は、ほぼ長方形の背面８６、湾曲した
前面８８、平坦な頂部面９０と底部面９２、それぞれ真
っ直ぐな端面９４と９６を有している。湾曲した前面８
８は円の一部に沿っている。従って、各インサ−トプレ
−ト７８の外側端面９４は内側端面９６より長くなって
いる。インサ−トプレ−ト７８は内側端面９６が互いに
隣接して対向する位置にある。３つの離間した平行な通
路９８，１００，１０２は、各インサ−トプレ−ト７８
を通って平坦な背面８６から湾曲した前面８８へ延在し
ている。外側の通路９８は、外側端面９４に沿って延在
し、内側通路１０２は内側端面９６に沿って延在し、中
間通路１００は外側と内側の通路９８と１０２の間にあ
る。通路９８、１００および１０２の断面はほぼ長方形
であり、インサ−トプレ−ト７８の背面８６の幅方向の
長孔である。外側通路９８の幅はキャッププレ−ト３８
内の下側で外側のチャンバ６２の幅と同一であり、中間
通路１００の幅は、キャッププレ−ト３８内の下側で中
間のチャンバ７０の幅と同一であり、両内側通路１０２
の合計幅は、キャッププレ−ト３８内の内側チャンバ７
２の幅とほぼ等しい。通路９８，１００および１０２は
バッフルプレ−ト７４内の孔７６に整列している。従っ
て、インサ−トプレ−ト３８内の下側で外側のチャンバ
６２からのガスは外側の４つの孔７６を通って外側通路
９８へ流入し、下側で中間のチャンバ７０からのガスは
２つの孔７６を通って中間通路１００内へ流入し、内側
チャンバ７２からのガスは６個の孔を通って内側通路１
０２内へ流入することになろう。
【００１９】インサ−トプレ−ト７８の湾曲前面８８
は、下側ライナ８４の湾曲外側面に当接している。図２
および図４に示したように、下側ライナ８４は、それを
貫通しインサ−トプレ−ト７８の中間通路１００から延
在する一対の中間通路１０４を有している。中間通路１
０４は、サセプタ２０より下方の、堆積チャンバ１２の
下方部２４内に開口している。このように、下側で中間
のチャンバ７０からのガスは、インサ−トプレ−ト７８
内の中間通路１００と、下側ライナ８４内の中間通路１
０４とを通過し、サセプタ２０より下方の堆積チャンバ
１２の下方部２４内に流入する。
【００２０】下側ライナ８４は、インサ−トプレ−ト７
８内の各外側通路９８に面している外面に別の外側凹部
１０６を有している。図２と図３に示すように、外側凹
部１０６は、下側ライナ８４の外側面に沿って上方向に
外側通路１０８まで延在し、この外側通路１０８は、下
側ライナ８４と上側ライナ８２との間に延在し、サセプ
タ２０の上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２に至
る。このように、外側通路９８からのガスは、外側凹部
１０６および外側通路１０８を通ってサセプタ２０の上
面の上方の、堆積チャンバ１２の上方部２２に流入す
る。
【００２１】下側ライナ８４は、インサ−トプレ−ト７
８内の各内側通路１０２に対向している外側面に内側凹
部１１０を有している。図２と図５に示すように内側凹
部１１０は、下側ライナ８４の外側面に沿って上方向に
内側通路１１２まで延在し、この内側通路１１２は、下
側ライナ８４と上側ライナ８２との間をサセプタ２０上
方の、堆積チャンバ１２の上方部２２まで延在する。従
って、内側通路９８からのガスは、内側凹部１１０およ
び内側通路１０８を通ってサセプタ２０の上面の上方
の、堆積チャンバ１２の上方部２２に流入する。内側通
路１１２は外側通路１０８の間にあり、サセプタ２０の
中央部分を横切ってほぼ直径方向にガスが通過するよう
に向けさせるべく位置決めされている。外側通路１０８
は、サセプタ２０の外側部分を横切ってガスが通過する
ように指向すべく位置決めされている。
【００２２】中間通路１０４に対向したサセプタ２０の
ほぼ直径方向反対側に、図１に示すように、下側ライナ
８４はそれを貫通する、排気パイプ３２からの排気通路
１１４を有している。排気通路１１４は下側ライナ８４
と上側ライナ８２との間にある出口通路１１６に開口し
ていて、出口通路１１６は堆積チャンバ１２の上方部２
２内に開口している。このように、堆積チャンバ１２内
のガスはそこから出口通路１１６と排気通路１１４とを
通って出口パイプ３２に流れ堆積チャンバ１２を排気す
る。堆積チャンバ１２の下方部２４内のガスは、サセプ
タ２０のエッジの周り、上方部２２、排気通路１１４、
出口通路１１６と流れて排出される。
【００２３】上クランプリング１１８は上ド−ム１４の
外面の周縁周りに延在している。下クランプリング１２
０は下ド−ム１６の外面の周縁周りに延在している。上
下クランプリング１１８、１２０は上ド−ム１４と１６
を側壁１８にクランプするために一緒に固定される。
【００２４】図９に、本発明の装置１０のガス供給シス
テムを概略的に示す。ガス供給システムは、チャンバ１
２内で行う処理で使用する種々のガスの複数のガス源を
有する。ここで示したシステムには、５つのガス源１２
２，１２４，１２６，１２８および１３０がある。ガス
源１２２は、本記載中では、水素のような比較的不活性
なキャリアガス源でよい。ガス源１２４はシリコン含有
材料を堆積するための、シランのような堆積ガス源でよ
い。ガス源１２６は堆積すべき材料をド−ピングするた
めのド−パント源でよい。ガス源１２８は塩化水素源で
よい。ガス源１３０はチャンバ１２の下方部２４をパ−
ジするための、水素のようなパ−ジガス源でよい。
【００２５】ガス源１２２，１２４，１２６および１２
８はそれぞれ個別ライン１３２、１３４、１３６、およ
び１３８によって共通ライン１４０に接続されている。
各ライン１３２、１３４、１３６および１３８内には、
流量計量制御バルブ１４２があり、共通ライン１４０へ
の各ガスの流量を制御している。共通ライン１４０はラ
イン１４４によりチャンバ１２の上方部２２へ接続さ
れ、ライン１４６によってチャンバ１２の下方部２４に
接続されている。各ライン１４４および１４６内には各
ラインを通過する流れの開閉を行うバルブ１４８があ
る。上方部用ライン１４４は、導入口マニホールド３０
の導入口５０へ延びるライン１５０と、導入口マニホー
ルド３０の導入口５４に延びるライン１５２とに接続さ
れている。各ライン１５０および１５２内には各導入口
へのガスの流れを制御する制御バルブ１５４がある。下
方部用ライン１４６は導入口マニホールド３０の導入口
５２に接続されている。ガス源１３０は、堆積チャンバ
１２の下方部２４内へ流入する別の導入口１６０に、ラ
イン１５６を介して接続されている。ライン１５８は、
ライン１５６から、導入口５４に接続するライン１５２
へと延びている。ライン１５６と１５８にも制御バルブ
１５４が設けられている。
【００２６】ウエ−ハ表面へ材料層を堆積する装置１０
の操作における最初のステップは、サセプタ２０の下側
つまり裏面に、ウエ−ハ表面に被覆する材料と同じ材料
の層を被覆することである。例えば、ド−プされたシリ
コン層をウエ−ハ表面に堆積させる場合、サセプタ２０
の裏面に先ず同じド−プされたシリコンを堆積させる。
これは、ガス源１２４からのシランのようなシリコン含
有ガス、ガス源１２６からのド−パントガス、ガス源１
２２からの水素のようなキャリアガスの流れを供給する
ことにより達成される。これらのガスの流れは、所望の
混合ガスを得るように流量コントロ−ラ１４２によって
制御される。堆積チャンバ１２の上方部２２に至るライ
ン１４４内のバルブ１４８が閉じて、堆積チャンバ１２
の下方部２４に至るライン１４６内のバルブ１４８が開
く。このようにして、混合ガスはライン１４６を通って
導入口５２へ流入する。それから、混合ガスは通路６４
を通って上側で中間のチャンバ６６に流入し、通路６８
を下って下側で中間のチャンバ７０に流入し、バッフル
プレ−ト７４内の孔７６を通って、インサ−トプレ−ト
７８内の中間通路１００を通り、下側ライナ８４内の中
間通路１０４を通って堆積チャンバ１２の下方部２４へ
流入する。そしてガスは、ランプ３４によって加熱中の
サセプタ２０の底面を横切って流れる。加熱されたサセ
プタ２０がガスを加熱することによってガスが反応して
サセプタ２０の裏面上に、ド−プされたシリコン層が堆
積する。
【００２７】ウエ−ハ上に被覆する材料と同じ材料の層
でサセプタ２０の裏面を被覆する目的は、ウエ−ハ上へ
の材料被覆中、良好で正確なサセプタ２０の温度制御を
提供することにある。ウエ−ハ表面への材料堆積中、堆
積チャンバ１２の上方部１４内の堆積ガスの一部はサセ
プタ２０と余熱リング２８との間で洩れ、堆積チャンバ
１２の下方部２４内に流入する。このようにして洩れた
ガスはサセプタ２０の裏面に接触してサセプタ２０の裏
面に材料層を堆積する。この堆積プロセスの間、サセプ
タ２０の温度は温度センサ３６で監視されている。温度
センサ３６の読みに影響を与える要因はサセプタ２０の
放射率である。サセプタ２０上に堆積中の材料の放射率
は、サセプタ２０自体の放射率とは異なる。従って、ウ
エ−ハ上に堆積される材料層をサセプタ２０の裏面にも
堆積させれば、温度センサ３６は放射率の相違を認識
し、たとえサセプタの温度が変化しなかったとしても温
度変化を表示するであろう。しかしながら、サセプタ２
０の裏面を、ウエ−ハ上に被覆される材料層で先ず被覆
することによって、温度センサ３６は最初に被覆層の放
射率に校正される。このように、ウエ−ハ上への材料堆
積中、同一材料の一部をサセプタ２０の裏面へ被覆する
ようにすれば、その材料はは同じ放射率を有する材料の
上に被覆される。従って、サセプタ２０の裏面に追加皮
膜を堆積したことによって温度センサ３６は同じ放射率
を認識し、サセプタ２０の温度表示には何の変化も生じ
ない。それ故、サセプタの実際の温度変化のみが温度セ
ンサによって表示されることになり、サセプタ２０の裏
面に材料を被覆したことによる不正確な変化表示ではな
い。
【００２８】温度センサ３６からのビ−ムが被覆層を透
過してサセプタ２０に接触しないようにするためには皮
膜層の厚さを略６ミクロンとするのが望ましい。シラン
ガスによるシリコン堆積は比較的遅く、サセプタ２０の
裏面へそのような厚い皮膜の堆積を行うには比較的長い
時間がかかってしまう。サセプタ２０の裏面への適切な
層の堆積にかかる時間を短縮するために、シリコン源と
してジクロロシランを用いてサセプタ２０の裏面に最初
のシリコン被覆を堆積するすることができる。ジクロロ
シランは、かなり速いシリコン堆積を可能にする。堆積
ガスとしてジクロロシランを用い、最初に約４ミクロン
もしくはそれを超える厚さのシリコン層をサセプタ２０
の裏面に堆積することが可能である。そして、ウエ−ハ
上への層堆積に使用するものと同じシランガスを用いて
２ミクロンのシリコン最終層を堆積することができる。
サセプタ２０の裏面への最初の被覆にジクロロシランを
使用する場合、図９に示したガス供給システムにジクロ
ロシラン用の追加ガス源を設けることが必要となる。
【００２９】サセプタ２０の裏面を、ウエ−ハに被覆す
る材料と同じ材料の層で被覆するのに先立って、サセプ
タ２０の表面の全ての既存の皮膜を除去して清浄にする
ことが望ましい。これは、ガス源１２８からチャンバ１
２内へ塩化水素を導入することによって達成される。塩
化水素は堆積チャンバ１２の上方部および下方部２２、
２４の両方へ導入され、サセプタ２０の両面と接触可能
となる。サセプタ２０は約摂氏１２００度の比較的高温
に加熱される。続いて塩化水素は加熱されたサセプタ２
０の表面にある全ての既損の皮膜を腐食除去する。
【００３０】サセプタ２０の裏面を、ウエ−ハ上に被覆
する材料と同じ材料で被覆した後、各ウエ−ハは一度に
一枚づつ堆積チャンバ１２の上方部内へサセプタ２０の
上側面上へ送り込まれる。ウエ−ハは図に示さない適切
な扉を通って堆積チャンバ内へ送り込まれる。そして、
ド−プされたシリコンのような材料層が各ウエ−ハ上に
被覆される。これは、堆積チャンバ１２の下方部２４へ
のライン１４６内のバルブ１４８を閉じ、堆積チャンバ
１２の上方部２２へのライン１４４内のバルブ１４８を
開いて行う。そして、ガスは導入口マニホールド３０内
の背面側と底部の導入口５０と５４へのライン１５０と
１５２を通って流れる。背面側導入口を通って入るガス
は、通路５６を通って上側で外側のチャンバ５８に流入
し、通路６０を下って下側で外側のチャンバ６２に入
り、孔７６を通ってバッフルプレ−ト７４内に入り、イ
ンサ−トプレ−ト７８内の外側通路９８に入る。そし
て、ガスは外側凹部１０６と外側通路１０８を通って堆
積チャンバ１２の上方部２２に流入し、サセプタ２０上
のウエ−ハの外側部分を横切る。底部導入口５４から入
ったガスは、内側チャンバ７２を通過し；バッフルプレ
−ト７４内の孔７８を通り、インサ−トプレ−ト７８内
の内側通路１０２に流入する。それから、ガスは下側ラ
イナ８４内の内側凹部１１０を通り、内側通路１１２を
通って堆積チャンバ１２の上方部２２に流入し、サセプ
タ２０のウエ−ハ中央部分を横切る。サセプタ２０とウ
エ−ハは、ウエ−ハ上方を通過するガスが反応してウエ
−ハ表面に材料層を堆積させる温度にランプ３４により
加熱される。それから、排出ガスは通路１１４と１１６
を通って排出パイプ３２に至る。このようにして、所望
材料の層がウエ−ハ上に堆積される。
【００３１】ウエ−ハ表面への層堆積中、水素のような
不活性パ−ジガスの流れを、チャンバ１２の上方部２２
内のガス圧力よりわずかに高い圧力でチャンバ１２の下
方部２４へ流入させることが通常は望ましい。パ−ジガ
スはサセプタ２０と余熱リング２８との間から滲出して
堆積チャンバ１２の上方部２２に流入する。これによっ
て、堆積チャンバ１２の上方部２２から下方部２４への
堆積ガスの流れが制限される。本発明の装置１０におい
て、これは水素源１３０からライン１５６を通る導入口
１６０内への流れによって達成される。
【００３２】しかしながら、堆積チャンバ１２の下方部
２４から上方部２２へサセプタの端部周りへ水素ガスを
流すことにともなう問題は、層堆積中のウエ−ハ表面の
周縁部を更に、水素が横切るという点である。この付加
的な水素はウエ−ハ周縁部周りの混合堆積ガスを希釈す
る。ウエ−ハ周縁部周りの堆積ガスの組成は、ウエ−ハ
中央部分を横切る堆積ガスの組成とは異なるので、ウエ
−ハ上に堆積する材料層はウエ−ハ全表面での均一性が
得られない。
【００３３】この問題は、本発明の装置１０において、
底部導入口５４へ堆積ガスを送り込むライン１５２へ、
ライン１５８を介して水素パ−ジガスを流入させること
で克服されている。従って、底部導入口５４に送り込ま
れる堆積ガスは水素ガスにより希釈されることになる。
前述のように、底部導入口５４へ送られるガスは堆積チ
ャンバ１２の上方部２２内へ流入してサセプタ２０の中
央部分を横切る。このようにして、ウエ−ハ中央部分を
横切って流れる堆積ガスは、ウエ−ハの外側部分を横切
って流れている堆積チャンバ１２に入る堆積ガスよりも
水素ガスによって希釈される。しかし、ウエ−ハの外側
部分を通って横切って流れる堆積ガスは堆積チャンバ１
２の下方部２４からサセプタ２０の端部を横切って上向
きに流れる水素によって希釈されているので、ウエ−ハ
の中央部部分および外側部分を横切る堆積ガスは実質的
に同じ組成に制御され得ることになる。このようにし
て、ウエ−ハ上へ堆積される材料層はウエ−ハ全面にわ
たって実質的に均一になる。
【００３４】従って本発明により、ウエ−ハ上へ材料層
を堆積するのに先立って、堆積中にウエ−ハを支持する
サセプタの裏面に、ウエ−ハに堆積するものと同じ材料
で同じド−パントレベルの層を堆積する半導体ウエ−ハ
用の装置が提供される。これによって、サセプタの裏面
へは、堆積チャンバ１２の下方部２４内へ洩れ出た堆積
ガスの材料が堆積することによって堆積プロセス中に変
化することの無い放射率を有するサセプタ裏面が提供さ
れる。サセプタ２０の裏面の放射率の変化の結果として
検知された温度に不正確な変化を生ずること無く、赤外
線温度センサによるサセプタ温度の監視が可能となる。
【００３５】本発明の装置１０は、堆積チャンバ１２の
下方部２４と堆積チャンバの上方部２２の何れか一方に
同じ堆積ガスを供給できる導入マニホールド３０も備
え、サセプタ２０の背面とサセプタ２０の上側面上のウ
エ−ハとの何れか一方に同じ材料を堆積できる。加え
て、導入口マニホールド３０は、サセプタ２０の中央部
分を横切る堆積ガスの流れと、サセプタ２０の外側部分
とウエ−ハとを横切る別の流れとを提供する。このこと
は、ウエ−ハの中心を横切って送られる堆積ガスの組成
の制御を可能とするので、ウエ−ハの外側部分を横切っ
て流れるガスが、たとえチャンバ１２の下方部２４から
サセプタ端部を横切って上向きに流れるパ−ジガスによ
り変化させられても、それはウエ−ハの外側部分を横切
って流れるガスと実質的に同じとなる。 更に、本発明
の装置１０は、堆積作業中、堆積チャンバ１２の下方部
２４内へパ−ジガスを流入させる手段を包含している。
このことは、堆積作業中、堆積チャンバ１２の上方部２
２から下方部２４内への堆積ガスの流量を最小限にする
ことを可能にする。本発明の装置１０は、堆積ガスの組
成を制御するために、ウエ−ハの中心を横切って堆積チ
ャンバ１２の上方部２２へ送られる堆積ガスの一部に一
部のパ−ジガスを入れる手段を包含していて、その組成
を、ウエ−ハの外側部分を横切って流れる堆積ガスの組
成と実質的に同じにさせる。
【００３６】本発明の特定の実施例は本発明の一般的な
原理を単に表しただけであることが認識され理解される
べきである。既述の原理に従って様々な変更が可能であ
る。例えば、ガス排出口は、チャンバの両部からガスを
より速く排出可能とするために、上下両通路へ延在する
ライナを貫通する通路にガス排出口を接続してもよい。
また、導入口マニホールドを、堆積チャンバの下方部へ
の唯一の通路としてもよく、また堆積チャンバの上方部
内のサセプタ外側部分を横切る唯一の通路開口としても
よい。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、サセプタ裏面に被覆が及ぶことによる不適
切な温度表示の問題を克服することができる。
【００３８】さらに、チャンバ下方部からサセプタ周り
の不活性ガスの流れによる堆積ガス希釈化の問題を克服
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による半導体ウエ−ハ処理装置
の断面図。
【図２】図２は、図１の２−２断面図。
【図３】図３は、図２の３−３断面図。
【図４】図４は、図２の４−４断面図。
【図５】図５は、図２の５−５断面図。
【図６】図６は、本発明によるガス導入口マニホールド
の分解斜視図。
【図７】図７は、図６の７−７断面図。
【図８】図８は、図６の８−８断面図。
【図９】図９は、本発明の処理装置のためのガス供給シ
ステムの概略図。
【符号の説明】
１０…処理装置、１４…上ドーム、１６…下ドーム、１
８…側壁、２０…サセプタ、２２…上方部、２４…下方
部、２６…シャフト、２８…予熱リング、３０…マニホ
ールド、３２…排出口、３４…高光度ランプ、３６…赤
外線温度センサー、３８…キャッププレート、４０…前
面、４２、４４…底面、４６…背面、４８…端面、５
０、５２、５４…導入口、５６、６０、６４、６８、９
８、１００、１０２…通路、５８、６２、６６、７０…
チャンバ、７２…内側チャンバ、７４…バッフルプレー
ト、７６…孔、８０開口、８２、８４…ライナ、８６…
背面、８８…前面、９０…頂部面、９２…底部面、９
４、９６…端面、１０４…中間通路、１０６…外側凹
部、１０８…外側通路、１１０…内側凹部、１１２…内
側通路、１１４…排気通路、１１６…出口通路、１１８
…上クランプリング、１２０…下クランプリング、１２
２、１２４、１２６、１２８、１３０…ガス源、１３
２、１３４、１３６、１３８…個別ライン、１４０…共
通ライン、１４２…流量計量制御バルブ、１４４、１４
６…ライン、１４８…バルブ、１５０、１５２…ライ
ン、１５４…制御バルブ、１５６、１５８…ライン、１
６０…導入口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エイチ． ピーター ダヴリュー． ヘイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95118， サン ノゼ， マイルトゥル アヴェニュー 1483 (72)発明者 イスラエル ベイングラス アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94087， サニーヴェール， エルソナ コート 1330 (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 ドライヴ 4749

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウエ−ハ上へ材料の層を堆積する装置の
    ためのサセプタであって、 ウエ−ハを支持するための表面と、前記ウエ−ハ支持表
    面に対向する裏面とを有するサセプタプレ−トと；前記
    サセプタプレ−トの前記裏面上の、前記ウエ−ハへ堆積
    される材料から成る層と；を備えるサセプタ。
  2. 【請求項２】 前記サセプタプレ−トは、その前記裏面
    上の前記層の材料とは異なる材料から成る、請求項１項
    に記載のサセプタ。
  3. 【請求項３】 前記サセプタプレ−トの前記裏面の前記
    層がシリコンを含有する、請求項２項に記載のサセプ
    タ。
  4. 【請求項４】 前記サセプタプレ−トが円形であり、前
    記ウエ−ハが支持される前記表面が実質的に平坦な少な
    くとも一部分を有する、請求項３項に記載のサセプタ。
  5. 【請求項５】 ウエ−ハの表面へ材料層を堆積する装置
    であって、 堆積チャンバと；前記堆積チャンバを横切って延在し、
    ウエ−ハを支持する上側表面と、前記上側表面と対向す
    る裏面とを有するサセプタプレ−トと；前記サセプタプ
    レ−トの前記裏面上の、前記ウエ−ハへ堆積される材料
    から成る層と；を有する前記装置。
  6. 【請求項６】 前記サセプタプレ−トは、その前記裏面
    上の前記層の材料とは異なる材料から成る、請求項５項
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記サセプタプレ−トの前記裏面の前記
    層がシリコンを含有する、請求項６項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記サセプタプレ−トが円形であり、前
    記サセプタを回動する手段が前記サセプタプレ−トに接
    続されている、請求項７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記サセプタプレ−トは、前記堆積チャ
    ンバを上部部分と下部部分に分割し、ガス導入口を前記
    堆積チャンバの前記上部、ガス導入口を前記堆積チャン
    バの前記下部；およびガス導入口を前記堆積チャンバの
    前記下部へ分割する、請求項８項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 更に、前記サセプタの前記裏面に面
    し、前記サセプタが加熱されるとき前記サセプタから放
    出される放射を検知するように成した赤外線温度センサ
    を有する、請求項９項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 堆積チャンバ内のサセプタの上側面上
    に載置されたウエ−ハの表面に材料層を堆積する方法に
    おいて、 前記サセプタの裏面上へ、前記ウエ−ハ上へ堆積される
    材料と同じ材料の層を堆積するステップを有する方法。
  12. 【請求項１２】 更に、前記サセプタの前記裏面上へ前
    記材料層を堆積した後、前記サセプタの前記裏面上へ堆
    積させた材料と同一材料の層を前記ウエ−ハの一つの表
    面へ堆積する、請求項１１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記サセプタの前記裏面を横切って前
    記堆積チャンバ内に堆積ガスの流れを提供し、前記堆積
    ガスが前記サセプタの裏面上へ層を堆積するために反応
    する温度へ前記堆積ガスを加熱することによって前記サ
    セプタの前記裏面上へ層が堆積される、請求項１２項に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記サセプタの前記裏面上へ層を堆積
    するために使用する前記堆積ガスと同一堆積ガスの流れ
    を前記堆積チャンバ内と前記ウエ−ハ上へ提供し、前記
    ウエ−ハと、前記ウエ−ハ上方の堆積ガスとを、前記ガ
    スが反応して前記ウエ−ハ上へ層を堆積する温度に加熱
    するために前記サセプタを加熱することによって前記ウ
    エ−ハ上へ層が堆積される、請求項１３項に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記ウエ−ハ上への層堆積中、前記サ
    セプタが加熱されるときに前記サセプタから放出される
    放射を検知する赤外線温度センサによって前記サセプタ
    の温度を監視することを包含する、請求項１４項に記載
    の方法。
  16. 【請求項１６】 前記サセプタ上および前記ウエ−ハ上
    へ層を堆積するために使用する前記堆積ガスがシリコン
    成分を有するガスを含有する、請求項１４項に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 シリコン成分を有する前記ガスがシラ
    ンを含有する、請求項１６項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記サセプタ上の前記裏面上に堆積さ
    れる前記層は、第１に、ジクロロシランを含有する堆積
    ガスから、シリコンを含有する前記層の相対的に厚い第
    １部分が堆積され、 次に、前記層の前記第１部分上に、シランを含有する堆
    積ガスから、シリコンを含有する前記層の相対的に薄い
    第２部分が堆積される、請求項１７項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ウエ−ハ上に堆積される前記層
    は、前記サセプタの前記裏面上の前記層の前記第２部分
    を堆積するために使用した堆積ガスと同じ堆積ガスから
    堆積される、請求項１８項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ウエ−ハ上へ材料層を堆積する堆積装
    置であって、外側壁を有するひとつの堆積チャンバと、
    前記チャンバ内のひとつのサセプタプレ−トとを有し、
    前記サセプタプレ−トは前記チャンバを横切って延在し
    て、前記チャンバを、前記ウエ−ハを上に支持する前記
    サセプタプレ−トの上側表面の上方にある上方部と、前
    記サセプタプレ−トの裏面の下方にある下方部とに分割
    し、更に、前記チャンバの前記壁内にひとつのガス導入
    口マニホールドを有し、前記ガス導入口マニホールド
    は、前記堆積チャンバの前記下方部内に開口する少なく
    とも一つの通路と、前記堆積チャンバの前記上方部内に
    開口する少なくとも一つの通路と有する、堆積装置。
  21. 【請求項２１】 前記マニホールドは、前記堆積チャン
    バの前記上方部に開口する少なくとも２つの通路を有
    し、前記通路の一方はガスの流れを前記サセプタプレ−
    トの前記上側表面の中央部分を横切るように向けさせる
    位置にあり、他方の前記通路はガスの流れを前記サセプ
    タプレ−トの前記上側表面の周縁部を横切るように向け
    させる位置にある、請求項２０項に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記堆積チャンバが、上ド−ムと、下
    ド−ムと、前記上ドームと前記下ド−ム間の側壁とを有
    し、前記マニホールドが前記側壁内にある、請求項２１
    項に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記マニホールドが、３つの導入口を
    有するキャッププレ−トを包含し、前記導入口の一つは
    前記チャンバの前記下方部に開口する通路に接続され、
    他の２つの導入口の各々は前記チャンバの前記上方部内
    に開口する別々の通路の各々に接続されている、請求項
    ２２項に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 更に、前記チャンバの前記側壁を通っ
    て延在するインサ−トプレ−トを有し、前記インサ−ト
    プレ−トはそれ自体を通って延在する３つの通路を有
    し、前記各通路は前記キャッププレ−ト内別々の各導入
    口導入口に接続されている、請求項２３項に記載の装
    置。
  25. 【請求項２５】 更に、前記チャンバの側壁の内側面に
    当接して取り付けられ、前記インサ−トプレ−トの表面
    を横切って延在するひとつのライナ−を有し、前記ライ
    ナ−は、それ自体を通って延在し前記インサ−トプレ−
    ト内の各通路に開口する別々の通路を有し、前記ライナ
    −内の前記通路のひとつは前記堆積チャンバの前記下方
    部内に開口し、前記ライナ−内の他の通路は前記堆積チ
    ャンバの前記上方部内に開口する、請求項２４項に記載
    の装置。
  26. 【請求項２６】 前記キャッププレ−トは、前記インサ
    −トプレ−トの表面と向き合う表面を有し、 複数の凹部が前記キャッププレ−トの前記表面内にあっ
    て、前記各凹部は前記インサ−トプレ−ト内の別々の前
    記通路の一つに対向していると共に前記インサ−トプレ
    −ト内の前記通路の内の一つの通路に開口し、前記各導
    入口は前記キャッププレ−ト内の別々の前記凹部に接続
    している、請求項２５項に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記導入口の各々接続され、前記各々
    の導入口に同じ堆積ガスを供給するように成されたガス
    供給システムを有する、請求項２２項に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記ガス供給システムは、堆積ガスに
    含まれるべき種々のガスの複数のガス源と、前記各ガス
    源を前記各導入口に接続するラインとを有する、請求項
    ２７項に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記ガス源は全ての第１共通ラインに
    接続され、第２ラインが前記共通ラインを前記チャンバ
    の前記下方部内へガスを送るための口へ接続され、別々
    の第３ラインが前記共通ラインを前記チャンバの前記上
    方部内へガスを送るための口に接続され、前記第２と第
    ３の各ライン中の別々のバルブは前記第２と第３の各ラ
    イン中のガスの流れを制御する、請求項２８項に記載の
    装置。
  30. 【請求項３０】 前記第３のラインは、前記チャンバの
    上方部に接続する各導入口に接続する別々のラインを有
    する、請求項２９項に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記ガス供給システムは、パ−ジガス
    の別々のガス源と、前記チャンバの前記下方部に接続さ
    れた導入口に前記パ−ジガス源を接続するラインとを有
    する、請求項３０項に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 更に、前記パ−ジガス源から、前記チ
    ャンバの前記上方部に接続された前記導入口まで延びる
    ラインを有する、請求項３１項に記載の装置。
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