JPH11100675A

JPH11100675A - 気相成長方法

Info

Publication number: JPH11100675A
Application number: JP27804397A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sato; 栄治佐藤; Nobuhiro Nirasawa; 信広韮沢; Nobuhisa Komatsu; 伸壽小松
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】熱ＣＶＤなどの気相成長法による成膜におい
て、成膜面間バラツキを極力小さくする。【解決手段】少なくとも、反応炉と、該反応炉内へ反
応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応炉
内に配置されたサセプタを有し、前記サセプタはその上
面に載置されるウエハを加熱するための加熱手段を有す
る枚葉式気相成長装置を用いてウエハの表面に気相成長
膜を成膜する気相成長方法において、成膜開始温度を各
成膜処理毎の基板間で一定にして成膜を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気相成長方法に関す
る。更に詳細には、本発明は熱ＣＶＤによる成膜方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造においては、ウエハの
表面に酸化シリコンなどの薄膜を形成する工程がある。
薄膜の形成方法には化学的気相成長法（ＣＶＤ）が用い
られている。ＣＶＤ法には、常圧法、減圧法およびプラ
ズマ法の３方法がある。

【０００３】シリコン酸化膜の形成材料には例えば、モ
ノシランガスのＳｉＨ₄ などが使用されてきたが、半導
体デバイスの微細化に伴ってステップカバレージの低下
が問題となってきた。このモノシランガスの代わりに、
最近、液体のテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯ
Ｓ）［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］が使用されるようになっ
てきた。ＴＥＯＳはステップカバレージに優れた緻密な
膜を形成できるためである。ＴＥＯＳを用いてシリコン
酸化膜を成膜する場合、ＴＥＯＳを加熱して気化させ、
ＴＥＯＳガスとして反応炉に供給する。また、タンタル
酸化膜のＴａ₂Ｏ₅膜は液体のＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅を気化
して反応炉に導入することにより成膜される。気化され
たＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又はＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅ガスは酸
素ガス又はオゾンガスと混合されて成膜反応に使用され
る。

【０００４】このような気化Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又は
Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅ガスを使用する従来の気相成長装置
１の一例を図１に示す。この装置は反応炉１０を有す
る。反応炉１０の上部にはガスヘッド２が設けられてい
る。ガスヘッド２はガスヘッドベース３の下面側に装着
され、一方、ガスヘッドベース３の上面にはガスマニホ
ールド４が装着されている。ガスマニホールド４内には
気化ガス（例えば、Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄又はＴａ（Ｏ
Ｃ₂Ｈ₅）₅）を送入するガス導路５ａと酸素ガスを送入
するガス導路５ｂが設けられている。このガス導路５ａ
及び５ｂはそれぞれガスヘッドベース３のガス導路５
ａ’及び５ｂ’にそれぞれ連通し、更にガスヘッド２に
設けられたガス導路５ａ’’及び５ｂ’’に連通してい
る。ガスヘッド２に設けられたガス導路５ａ’’及び５
ｂ’’の下端側には反応炉内に向けて開口する微小なガ
ス吹出口６が設けられている。また、ガスマニホールド
４及びガスヘッドベース３内には、気化ガスの再液化を
防止するため、加熱用熱媒体を循環させるための導路７
が設けられている。加熱媒体循環用導路７を設ける代わ
りに、別の加熱手段（例えば、コイルヒータなど）を使
用することもできる。

【０００５】チャンバベース１１に石英フード１２が設
けられている。石英フード１２は締着手段１３により着
脱可能に設けられている。石英フード１２の内部にはヒ
ータユニット１４が収容されている。ヒータユニット１
４の下部には石英製の絶縁材１５が配置され、更にこの
絶縁材１５の下部には３段重ねのリフレクタ１６が配置
されている。リフレクタ１６は必ずしも使用する必要は
ないが、使用すると熱効率が高まる。使用する場合、リ
フレクタ１６は少なくとも１段あればよい。リフレクタ
の材質は特に限定されない。例えば、リフレクタ１６用
の材料としてモリブデンなどが好適に使用される。ヒー
タユニット１４は例えば、ＳｉＣ，ニクロム線，カーボ
ンなど公知の全てのものを使用できる。ヒータユニット
１４は周方向に沿って複数個に分割されており、所望に
より必要箇所だけ（例えば、最外周部分だけ）を駆動さ
せることができる。

【０００６】石英フード１２で覆われたチャンバベース
１１の適当な箇所は切り欠かれており、その箇所には例
えば、アルミニウムまたはステンレスからなるヒータベ
ース２２が設けられている。ヒータベース２２の略中央
部には石英製の窓２３が設けられている。この窓２３に
対峙して放射温度計２４が配設されている。また、ヒー
タベース２２の石英製の窓２３に対応するヒータユニッ
ト１４及びリフレクタ１６の各箇所にも開口部２５，２
６がそれぞれ設けられている。石英フード１２及び絶縁
材１５はそれぞれ石英製であり透明なので、サセプタ１
８の温度は反応炉外部に設けられた放射温度計２４によ
り測定することができる。

【０００７】石英フード１２の厚さは特に限定されな
い。反応炉内の圧力変動及び石英フード１２の上面に載
置されるサセプタ１８の重量に耐えることができる強度
を有する必要十分な厚さであればよい。例えば、図１の
気相成長装置を減圧ＣＶＤ装置として使用する場合、反
応炉１０内の圧力は１Torr程度にまで減圧されるので、
石英フード１２の上部厚さは約２５ｍｍ程度であり、脚
部の厚さは約１０ｍｍ程度であり、足部の厚さは約２０
ｍｍ程度である。これ以外の厚さも当然使用できる。炉
内圧力と石英フード１２内の圧力を一致させるように調
整すれば石英フード１２の厚さを薄くすることも可能で
ある。しかし、炉内圧力よりもフード内圧力を低くする
ほうが、石英フード１２への熱放散が防止され熱効率が
向上する。このため、石英フード１２内を排気するため
の排気口１７が設けられている。

【０００８】石英フード１２の略中央部上面にはサセプ
タ１８が載置されている。サセプタ１８は、実際にウエ
ハが載置される内側サセプタ１８ａと、この内側サセプ
タを取り囲む外側サセプタ１８ｂとからなる。外側サセ
プタ１８ｂはガイドリングとも呼ばれる。内側サセプタ
１８ａ及び外側サセプタ１８ｂの形成材料は特に限定さ
れないが、ウエハが重金属で汚染されることを避けるた
めに、例えば、グラッシーカーボンなどから構成するこ
とが好ましい。石英フード１２の脇にはウエハ受け渡し
のため内側サセプタ１８ａ上のウエハを上下させる昇降
ツメ２０が配設されている。

【０００９】反応炉１０の一方の側壁部２１に密閉可能
なロードロック室３０が設けられており、このロードロ
ック室３０と反応炉１０とを区切るゲート３１を開閉す
ることにより、ウエハの出し入れを行う。

【００１０】反応処理においては、ロードロック室３０
のゲート３１を開き、キャリッジ（図示されていない）
により基板（図示されていない）を搬入してサセプタ１
８の上面略中央部に載置する。ゲート３１を閉じて、ダ
クト（図示されていない）から排気することにより反応
炉内部を所定の真空度にした後、または、真空にするこ
となく、ヒータユニット１４によりサセプタ１８が加熱
され、その後、ガスヘッド２から所定の反応ガス（例え
ば、ＴＥＯＳ及び酸素ガス）を反応炉内に送入する。所
定時間にわたって成膜処理が行われた後、反応炉内に残
留している反応ガスを排出し、ゲート３１を開き、キャ
リッジより基板を炉外へ搬出すると共に、新たな基板を
炉内へ搬入する。そして、前記の加熱、成膜及び搬出処
理が繰り返される。

【００１１】しかし、図１に示されるような装置で成膜
処理を行うと、使用される基板により多少試料台温度に
変動が生じ、成膜面間バラツキを悪化させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、成膜面間バラツキを小さくした気相成長方法を提供
することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題は、サセプタ上
に載置された基板を加熱して成膜する際、成膜開始温度
を各成膜処理毎の基板間で一定にすることにより解決さ
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図２は本発明の気相成長方法の成
膜シーケンスと温度の関係を示す特性図である。図中の
“搬送”は炉外への基板搬出と炉内への基板搬入を組み
合わせた処理である。従って、成膜シーケンスは基本的
に、・・・搬送−加熱−成膜−搬送−加熱−成膜−・・
・・の繰り返しからなる。本発明の方法によれば、サセ
プタの加熱時間を制御することにより成膜開始温度を常
に一定にして、成膜処理を行う。従って、本発明の方法
によれば、図２に示された成膜シーケンスにおいて、加
熱の加熱時間と加熱の加熱時間とが同一であること
も、又は異なることもある。従来の成膜シーケンスでは
加熱時間を一定にして成膜処理を行っていた。そのた
め、基板や反応ガスなどのファクタ又はその他の何らか
のファクタの変動によりサセプタが十分に加熱されず、
基板が所定の成膜温度に達しないうちに炉内に反応ガス
が導入されて成膜処理が開始されることがあった。この
ため、成膜面間バラツキが大きくなっていた。

【００１５】図３は、本発明の気相成長方法における加
熱制御の一例を示すブロック図である。本発明の気相成
長方法では、サセプタ温度測定装置３００を使用する。
ウエハ自体の温度を直接測定することはできないので、
サセプタの温度をもって、ウエハの温度とする。しか
し、サセプタの温度とウエハの温度との間には常に差が
存在する。この差の大きさはウエハのサイズなどから経
験的に知ることができる。熱ＣＶＤ装置では、サセプタ
温度が４５０℃〜５５０℃の範囲内である場合、ウエハ
温度は一般的に、４００℃〜５００℃の範囲内となる。
サセプタ温度測定装置３００の種類は特に限定されな
い。図１に示されるような、炉外配置される光学式（例
えば、放射温度計、パイロメータなど）測定装置の他、
サセプタの適当な箇所に接触するように又はサセプタの
近傍に配置されるような、機械式（例えば、熱電対な
ど）又は電気式（例えば、サーミスタなど）の任意の温
度測定装置を使用できる。

【００１６】このサセプタ温度測定装置３００がサセプ
タ１８の現在温度について所定の周期で定期的に測定す
る。その測定結果はインターフェース３２０に送られ、
インターフェースの内部レジスタ（図示されていない）
にセットされる。インターフェース３２０はレジスタに
測定温度の設定を受けると、マイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）３４０に割込信号を発生する。ＭＰＵ３４０はこの
割込信号を受けて、メモリ４００に記憶された温度監視
プログラムを起動して、温度加熱状態にあるときに、温
度測定データが示す現在温度と所定の基準温度Ｔとを比
較する。サセプタの現在温度が基準温度Ｔに達したとき
に、ヒータユニット１４の加熱を停止する信号をインタ
ーフェース３２０を介してヒータユニット制御回路３６
０に送出する。それと同時に、反応ガスの供給を開始す
る信号をインターフェース３２０を介して反応ガス供給
制御回路３８０に送出する。反応ガスの供給及び停止
は、反応ガス供給路の適当な箇所に設けられた開閉バル
ブ（図示されていない）を反応ガス供給制御回路３８０
により駆動することにより行われる。

【００１７】メモリ４００には、成膜シーケンス全体の
プログラムを記憶させることもできる。従って、例え
ば、所定の成膜時間が経過すると、反応ガスの供給を停
止する信号をインターフェース３２０を介して反応ガス
供給制御回路３８０に送出し、反応ガス供給路の適当な
箇所に設けられた開閉バルブ（図示されていない）を駆
動させる。その後、ウエハ搬送を開始する信号をインタ
ーフェース３２０を介してウエハ搬送制御回路４２０に
送出し、キャリッジ（図示されていない）を駆動させ、
ウエハの搬出及び搬入を行う。新たなウエハの搬入が完
了すると（すなわち、所定の搬送時間が経過すると）、
ヒータユニット１４の加熱を開始する信号をインターフ
ェース３２０を介してヒータユニット制御回路３６０に
送出する。ヒータユニット１４の加熱開始と共に、サセ
プタ温度測定装置３００によりサセプタの温度測定を開
始する。

【００１８】本発明の気相成長方法は、ウエハを加熱し
て成膜処理することからなる公知常用の、常圧熱ＣＶＤ
装置、減圧熱ＣＶＤ装置、プラズマ熱ＣＶＤ装置など全
ての気相成長装置で実施できる。

【００１９】

【実施例】図１に示されるような熱ＣＶＤ装置におい
て、反応ガスとして、Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅ガスを使用
し、Ｔａ₂Ｏ₅膜を直径８インチのシリコンウエハ表面に
成膜した。図２に示される成膜シーケンスに従って２５
枚連続的に成膜した。サセプタ温度は５００℃、ウエハ
温度は４５０℃の加熱条件で行った。比較例として、基
板の加熱時間を一定にする従来の成膜シーケンスにより
２５枚連続的に成膜した。得られた膜の膜厚を測定し
た。結果を図４に示す。図４（Ａ）に示されるように、
本発明の方法により成膜された膜の成膜面間のバラツキ
は±３％の範囲内に収まった。また、５枚目から２５枚
目までのバラツキは±３％よりも更に小さいことが理解
できる。５枚目までのバラツキは装置が安定していない
ためと思われる。これに対して、図４（Ｂ）に示される
ように、従来の加熱時間を一定にした成膜シーケンスで
は、成膜された膜の成膜面間のバラツキは±６％に倍増
した。しかも、装置自体に安定状態が形成されないの
で、２５枚目までの各段階で成膜面間のバラツキに落ち
着きが認められない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜開始温度を各成膜処理毎の基板間で一定にすること
により、成膜面間バラツキを最小にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の気相成長装置の一例の模式的構成図であ
る。

【図２】本発明の気相成長方法による成膜シーケンスに
おける時間と温度の関係を示す特性図である。

【図３】本発明の気相成長方法における加熱制御の一例
を示すブロック図である。

【図４】２５枚連続成膜した際の、各膜の膜厚変動を示
す特性図であり、（Ａ）は本発明の方法に従って成膜開
始温度を基板間で一定にした場合の膜厚変動を示し、
（Ｂ）は従来の方法に従って基板加熱時間を一定にした
場合の膜厚変動を示す。

【符号の説明】

１従来の気相成長装置２ガスヘッド３ガスヘッドベース４ガスマニホールド１０反応炉１２石英フード１４ヒータユニット１６リフレクタ１８サセプタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、反応炉と、該反応炉内へ反
応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応炉
内に配置されたサセプタを有し、前記サセプタはその上
面に載置されるウエハを加熱するための加熱手段を有す
る枚葉式気相成長装置を用いてウエハの表面に気相成長
膜を成膜する気相成長方法において、成膜開始温度を各成膜処理毎の基板間で一定にすること
を特徴とする気相成長方法。
【請求項２】反応炉内に未処理ウエハを搬入して、該
ウエハをサセプタの上面に載置し、前記加熱手段により
サセプタを加熱し、該サセプタが設定温度にまで達した
ときに、反応炉内に反応ガスを導入し、サセプタ上面の
ウエハに対して成膜処理を開始し、成膜処理終了後、ウ
エハを反応炉外へ搬出し、再び反応炉内に新たな未処理
ウエハを搬入して、該ウエハをサセプタの上面に載置
し、前記加熱手段によりサセプタを加熱し、該サセプタ
が先の成膜処理の際の設定温度と同じ温度にまで達した
ときに、反応炉内に反応ガスを導入し、サセプタ上面の
ウエハに対して成膜処理を開始し、成膜処理終了後、ウ
エハを反応炉外へ搬出し、この操作を成膜処理すべき所
定枚数のウエハに対して繰り返すことからなる請求項１
の気相成長方法。
【請求項３】減圧熱ＣＶＤ装置によりＴａ₂Ｏ₅膜を生
成する請求項１の気相成長方法。