JPH1136076A - Ｃｖｄ成膜装置およびｃｖｄ成膜方法 - Google Patents

Ｃｖｄ成膜装置およびｃｖｄ成膜方法

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JPH1136076A
JPH1136076A JP9205474A JP20547497A JPH1136076A JP H1136076 A JPH1136076 A JP H1136076A JP 9205474 A JP9205474 A JP 9205474A JP 20547497 A JP20547497 A JP 20547497A JP H1136076 A JPH1136076 A JP H1136076A
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JP
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purge gas
gas
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processed
film forming
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Masami Mizukami
正巳 水上
Takashi Mochizuki
隆 望月
Yumiko Kouno
有美子 河野
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Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体の裏面への成膜を有効に防止しつつ
その表面に成膜することができるＣＶＤ成膜装置および
ＣＶＤ成膜方法を提供すること。 【解決手段】 チャンバー１内に、被処理体としての半
導体ウエハＷを載置するためのサセプタ２を設け、サセ
プタ２に載置された半導体ウエハＷの表面側へ処理ガス
供給系２５からシャワーヘッド２０を介して処理ガスを
供給して成膜を行うとともに、パージガス供給源１５か
らパージガス流路１２を介してサセプタ２上の半導体ウ
エハＷの裏面側からその外周方向にパージガスを供給す
る。この場合に、半導体ウエハＷの外周において、パー
ジガスの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への侵入
を阻止可能な程度にパージガスの流速を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体に対してＣＶＤにより成膜を施すＣＶＤ成膜装
置およびＣＶＤ成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程においては、シリコン等
の半導体ウエハ上に集積回路を形成するために、ＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法により、金属または金属化合物の成膜処理を行っ
ている。例えば、ウエハ表面にＡｌ膜を形成する場合に
は、内部に発熱体を埋設したセラミック製のベース部材
の上に設けられた静電チャック付きサセプタ上に半導体
ウエハを載置し、発熱体に給電することにより半導体ウ
エハを加熱しながら、サセプタの上方に設けられたシャ
ワーヘッドから処理室内に、処理ガスとして例えばジメ
チルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡＨ）を所定の流
量で導入し、これにより、半導体ウエハ表面にＡｌ膜を
形成している。
【０００３】このようなＡｌ膜の成膜の際には、静電チ
ャックとして半導体ウエハの径よりわずかに小さい径の
ものを用い、半導体ウエハの外周縁部分が静電チャック
からわずかに突出するように半導体ウエハを保持し、静
電チャックに成膜されないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合に
は、半導体ウエハの静電チャックから突出した部分の裏
面に成膜されてしまう。このように半導体ウエハの裏面
に成膜されると、搬送中等に裏面の膜が剥離し、パーテ
ィクルの原因となる。
【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、被処理体の裏面への成膜を有効に防止しつ
つその表面に成膜することができるＣＶＤ成膜装置およ
びＣＶＤ成膜方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１発明は、処理ガスを用いて被処理体に成膜を施
す処理室と、この処理室内に設けられ、被処理体を載置
するための載置台と、前記載置台上の被処理体の表面側
へ処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記載置台
上の被処理体の裏面側からその外周方向にパージガスを
供給するパージガス供給手段とを具備し、前記被処理体
の外周において、パージガスの流れにより処理ガスの被
処理体裏面側への侵入を阻止可能な程度にパージガスの
流速を設定することを特徴とするＣＶＤ成膜装置を提供
する。
【０００７】第２発明は、第１発明において、前記被処
理体は、その周縁部が前記載置台から突出するように前
記載置台に載置され、かつ前記パージガスがその被処理
体の突出部分の裏面側を通って被処理体の外周方向に流
れるような流路を形成するリング状部材を有することを
特徴とするＣＶＤ成膜装置を提供する。
【０００８】第３発明は、第２発明において、前記被処
理体の突出部分と前記リング状部材との間の流路の長さ
をＬ（ｍ）とし、処理ガスの拡散定数をＤ（ｍ2／
Ｓ）、パージガスの流速をｖ（ｍ／Ｓ）とした場合に、
Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすことを特徴とするＣＶＤ成膜装置
を提供する。
【０００９】第４発明は、第２発明または第３発明にお
いて、前記リング状部材は非金属材料で形成されている
ことを特徴とするＣＶＤ成膜装置を提供する。
【００１０】第５発明は、第１発明ないし第４発明のい
ずれかにおいて、前記載置台は、静電力で被処理体を吸
着する静電チャックを有していることを特徴とするＣＶ
Ｄ成膜装置を提供する。
【００１１】第６発明は、処理室に設けられた載置台に
被処理体を載置し、その被処理体の表面側へ処理ガスを
供給して被処理体に成膜を施すＣＶＤ成膜方法であっ
て、前記載置台上の被処理体の裏面側からその外周方向
にパージガスを供給し、前記被処理体の外周において、
パージガスの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への
侵入を阻止可能な程度にパージガスの流速を設定するこ
とを特徴とするＣＶＤ成膜方法を提供する。
【００１２】第７発明は、第６発明において、前記被処
理体は、その周縁部が前記載置台から突出するように前
記載置台に載置され、かつ前記パージガスがその被処理
体の突出部分の裏面側を通って被処理体の外周方向に流
れるような流路が形成されていることを特徴とするＣＶ
Ｄ成膜方法を提供する。
【００１３】第８発明は、第７発明において、前記被処
理体の突出部分と前記リング状部材との間の流路の長さ
をＬ（ｍ）とし、処理ガスの拡散定数をＤ（ｍ2／
Ｓ）、パージガスの流速をｖ（ｍ／Ｓ）とした場合に、
Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすことを特徴とするＣＶＤ成膜方法
を提供する。
【００１４】第１発明および第６発明においては、載置
台上の被処理体の裏面側からその外周方向にパージガス
を供給するにあたり、被処理体の外周において、パージ
ガスの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への侵入を
阻止可能な程度にパージガスの流速を設定するので、処
理ガスにより被処理体裏面に成膜されることを回避する
ことができる。
【００１５】第２発明および第７発明においては、被処
理体が、その周縁部が載置台から突出するように載置台
に載置された場合に、パージガスがその被処理体の突出
部分の裏面側を通って被処理体の外周方向に流れるよう
な流路を形成するので、パージガスによって、処理ガス
の被処理体裏面への侵入を有効に防止することができ
る。
【００１６】第３発明および第８発明においては、被処
理体の突出部分と前記リング状部材との間の流路の長さ
をＬ（ｍ）とし、処理ガスの拡散定数をＤ（ｍ2／
Ｓ）、パージガスの流速をｖ（ｍ／Ｓ）とした場合に、
Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすようにすることにより、パージガ
スの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への侵入を阻
止することができる。
【００１７】第４発明においては、パージガス流路を形
成するリング状部材が非金属材料で形成されているの
で、金属の場合よりも熱伝導率が低く、この部分におけ
る熱反応を抑制することができる。したがって、リング
状部材に成膜されることが回避される。
【００１８】第５発明においては、静電チャックにより
被処理体を吸着するが、パージガスによる被処理体裏面
への成膜防止作用は、このように静電チャックを設けた
場合に特に有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実
施の形態に係るＣＶＤ装置を示す断面図である。この成
膜装置は、気密に構成された略円筒状のチャンバー１を
有している。このチャンバー１内の中央部には、例えば
アルミナからなるベース部材３がその上面を水平にして
設けられており、その中には発熱体４が埋設されてい
る。ベース部材３の上面には、被処理体である半導体ウ
エハＷを水平に支持するためのサセプター２が配置され
ている。サセプター２は例えばアルミナで形成されてお
り、その表面に半導体ウエハＷを静電力で吸着するため
の静電チャックを有している。
【００２０】ベース部材３の中央部には下方に延びる筒
状の支持部材５が取り付けられており、この支持部材５
は取り付け部材６によりチャンバー１の底壁に取付られ
ている。支持部材５の内部空間５ａにはサセプター２に
測温部を有する熱電対７および発熱体４の給電線８が設
けられており、図示しないコントローラにより熱電対７
の検出温度に応じて発熱体８への供給電圧が制御され
る。
【００２１】サセプター２の上部および半導体ウエハＷ
の外側には、わずかな隙間を介してアルミナ、ジルコニ
ア等の非金属材料からなるシールドリング９が設けられ
ており、シールドリング９の上面には、シールドリング
９、サセプタ２およびベース部材３の外側をわずかな隙
間を介して覆う上部シールドチューブ１０が取り付けら
れている。また、上部シールドチューブ１０の下端部内
側には、下部シールドチューブ１１が取り付けられてい
る。下部シールドチューブ１１は、ベース部材３の下面
の下方にわずかな隙間を介して設けられたフランジ部１
１ａと、支持部材５の外側に空間１３を介して設けられ
た筒状部１１ｂとを有している。
【００２２】下部シールドチューブ１１の筒状部１１ｂ
の側部にはパージガス導入管１４が接続されており、こ
のパージガス導入管１４には、チャンバー１の外側にお
いてパージガスとして例えばＡｒガスを供給するための
パージガス供給源１５が接続されている。また、下部シ
ールドチューブ１１のフランジ部１１ｂとベース部材３
との間の隙間、上部シールドチューブ１１ａとベース部
材３およびサセプタ２との間の隙間、ならびにシールド
リング９とサセプタ２および半導体ウエハＷとの間の隙
間は、空間１３に連続しており、パージガスの流路１２
を構成している。
【００２３】チャンバー１の底壁における、支持部材５
の直下に対応する部分にはボックス１６が設けられてい
る。ボックス１６の底壁には排気ポート１７が形成され
ており、この排気ポート１７には排気系１８が接続され
ている。そして排気系１８に設けられた真空ポンプを作
動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで
減圧することができる。
【００２４】チャンバー１の天壁には、サセプタ２上の
半導体ウエハＷと対向するようにシャワーヘッド２０が
取り付けられている。このシャワーヘッド２０は、その
内部に空間２２を有し、半導体ウエハＷと対向する面に
多数のガス吐出孔２１が形成されている。チャンバー１
の天壁の中央にはガス導入口２３が設けられており、こ
のガス導入口２３には、配管２４を介して例えばＤＭＡ
ＨのようなＡｌ成膜用の成膜ガスとＨ２ガス等のキャリ
アガスからなる処理ガスを供給する処理ガス供給系２５
が接続されている。そして、処理ガスは、処理ガス供給
系２５から配管２４およびガス導入口２３を介してシャ
ワーヘッド２０の内部空間２２に至り、多数のガス吐出
孔２１から半導体ウエハＷに向けて供給される。
【００２５】次に、図２に基づいて、半導体ウエハＷの
外側部分について詳細に説明する。サセプター２の上部
および半導体ウエハＷの外側に設けられた上記シールド
リング９は、半導体ウエハＷの静電チャックから突出し
た部分の下方位置に延びる延出部９ａを有しており、パ
ージガス流路１２は、延出部９ａを旋回するように形成
されている。すなわち、流路１２は、シールドリング９
に至るまでの部分１２ａと、シールドリング９の下面と
サセプタ２との間に水平に形成された部分１２ｂと、サ
セプタ２の上部側面とシールドリング９の延出部９ａの
先端部分との間に垂直に形成された部分１２ｃと、延出
部９ａの上面と半導体ウエハＷの突出部の裏面との間に
水平に形成された部分１２ｄとを有しており、パージガ
スは通路１２を部分１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの
順に通って、半導体ウエハＷの突出部の裏面側からその
外周方向に流れる。
【００２６】次に、このように構成されるＣＶＤ成膜装
置における成膜動作について説明する。まず、半導体ウ
エハＷを図示しない搬送アームによりチャンバー１内に
搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１８の
真空ポンプによりチャンバー１内を排気して数Torr程度
の減圧状態とするとともに、静電チャックにより半導体
ウエハＷを吸着する。
【００２７】この状態で、発熱体４に給電してサセプタ
２を加熱しつつ、処理ガス供給源２５からシャワーヘッ
ド２０を介して、処理ガスとして成膜ガス例えばＤＭＡ
Ｈおよびキャリアガス例えばＨ２ガスを所定の流量で半
導体ウエハＷに供給し、Ａｌ膜の成膜を開始する。
【００２８】この際に、処理ガスの供給と同時に、パー
ジガス供給源１５からパージガス導入管１４、空間１３
および流路１２を通って、半導体ウエハＷの突出部の裏
面側からその外周方向に流れる。そして、半導体ウエハ
Ｗの外周において、パージガスの流れにより、処理ガス
が半導体ウエハＷの裏面側へ侵入することを阻止可能な
程度にパージガスの流速を設定する。したがって、成膜
ガスが半導体ウエハＷの裏面側には侵入せず、半導体ウ
エハＷの裏面に成膜することを回避することができる。
このため、半導体ウエハＷの裏面の膜の剥離に伴うパー
ティクルの発生を防止することができる。
【００２９】また、シールドリング９として一般的に金
属よりも熱伝導率が低いアルミナ、ジルコニア等の非金
属材料を用いており、しかも、シールドリング９は加熱
されたサセプタ２と流路１２により隔てられているの
で、シールドリング９の温度を低く維持することがで
き、シールドリング９での熱反応が抑制される。したが
って、シールドリング９への成膜を抑制することができ
る。
【００３０】次に、パージガスの流れにより、処理ガス
が半導体ウエハＷの裏面側へ侵入することを阻止可能な
条件について、モデル計算により説明する。ここでは、
図３に示すように、流路１２の部分１２ｄにおいて、処
理ガスの拡散による移動と、パージガスの流れによる処
理ガスの逆移動を考える。
【００３１】ここで、流路長をＬ（ｍ）、処理ガスの拡
散定数をＤ（ｍ2／ｓ）、処理ガスの濃度をＣ0（mol／
ｍ3）とした場合、処理ガスが拡散によって単位時間に
単位面積を図３の右から左へ移動するモル数は、以下の
（１）のようになる。 Ｄ×（Ｃ0／Ｌ）［mol／ｍ2・ｓ］ ……（１）
【００３２】一方、パージガスの流速をｖ（ｍ／ｓ）と
した場合、処理ガスがパージガスの流れによって単位時
間に単位面積を図３の左から右へ移動するモル数は、以
下の（２）のようになる。 ｖ・Ｃ0［mol／ｍ2・ｓ］ ……（２）
【００３３】したがって、（２）の値が（１）の値より
も大きければ、半導体ウエハＷの裏面側への侵入を防止
することができ、半導体ウエハＷの裏面への成膜を有効
に防止することができる。すなわち、Ｌｖ／Ｄ＞１を満
たす場合に、好ましくは、Ｌｖ／Ｄ≫１を満たす場合に
半導体ウエハＷの突出部裏面への成膜を有効に防止する
ことができる。
【００３４】具体例として、半導体ウエハＷの直径ｄを
２００ｍｍ、流路長Ｌ＝１．５ｍｍ、流路のギャップδ
（図３参照）を０．３ｍｍとし、チャンバー内の温度を
２１０℃、圧力を２Torrに設定し、成膜ガスとしてＤＭ
ＡＨを１０００ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＨ2ガス
を１００ｓｃｃｍの流量で供給する場合を考える。
【００３５】この時、パージガス（Ａｒガス）を１００
０ｓｃｃｍの流量で流すとする。パージガスの流量を２
１０℃、２Torrの体積流量Ｑａ（ｍ3／ｓ）に換算する
と、 Qa(m3/s)={(1000×10-6)/60}×{(273+210)/273}×(760/
2)=11.2×10-3(m3/s) パージガスの噴出面積をＡ（ｍ2）とすると、 A(m2)=π×ｄ×δ=π×200×10-3×0.3×10-3=188×10
-6(m2) となる。したがって、パージガスの流速ｖは、 ｖ＝Ｑａ／Ａ＝５９．６（ｍ／ｓ） となる。
【００３６】一方、２１０℃、２TorrにおけるＤＭＡＨ
１０００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス１００ｓｃｃｍの混合気体
の拡散定数Ｄは、Ｄ＝０．０２８（ｍ2／ｓ）であるか
ら、 Ｌｖ／Ｄ＝（１．５×１０-3×５９．６）／０．０２８
＝３．１９ となり、１より十分大きい値であるから、この条件の場
合には、パージガスが１０００ｓｃｃｍで半導体ウエハ
Ｗの突出部裏面への成膜を防止することができることが
わかる。
【００３７】なお、拡散定数Ｄは、ガスの分子量、分子
直径、圧力、温度の関数であり、使用するガス種、プロ
セス圧力、温度によりその都度計算によって求められ
る。
【００３８】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されることなく、種々変形可能である。例えば、パー
ジガスとしてＡｒガスを用いたがＨｅ、Ｎ2等の他の不
活性ガスを用いることができるし、Ｈ2ガスのような還
元ガスを用いてもよく、さらには処理ガスを用いてもよ
い。また、処理ガスも上記実施の形態のものに限るもの
ではない。さらに、サセプタとして静電チャックを有す
るものを用いたが、静電チャックを用いないものであっ
てもよい。さらにまた、上記実施の形態ではＡｌ膜を成
膜する場合について説明したが、他の膜を成膜する場合
にも適用できることは言うまでもない。さらにまた、熱
ＣＶＤに限らず、プラズマＣＶＤであってもよい。被処
理体についても半導体ウエハに限るものではない。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、第１発明および第６
発明によれば、周方向にパージガスを供給するにあた
り、被処理体の外周において、パージガスの流れにより
処理ガスの被処理体裏面側への侵入を阻止可能な程度に
パージガスの流速を設定するので、処理ガスにより被処
理体裏面に成膜されることを回避することができる。
【００４０】第２発明および第７発明によれば、被処理
体が、その周縁部が載置台から突出するように載置台に
載置された場合に、パージガスがその被処理体の突出部
分の裏面側を通って被処理体の外周方向に流れるような
流路を形成するので、パージガスによって、処理ガスの
被処理体裏面への侵入を有効に防止することができる。
【００４１】第３発明および第８発明によれば、実際に
Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすようにすることにより、パージガ
スの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への侵入を阻
止することができる。
【００４２】第４発明によれば、パージガス流路を形成
するリング状部材が非金属材料で形成されているので、
金属の場合よりも熱伝導率が低く、この部分における熱
反応を抑制することができる。したがって、リング状部
材に成膜されることが回避される。
【００４３】第５発明によれば、静電チャックにより被
処理体を吸着するが、パージガスによる被処理体裏面へ
の成膜防止作用は、このように静電チャックを設けた場
合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を示
す断面図。
【図２】図１に示すＣＶＤ成膜装置の要部を拡大して示
す断面図。
【図３】パージガスによって処理ガスの侵入を防止する
際の条件を説明するための図。
【符号の説明】
１……チャンバー ２……サセプタ ３……ベース部材 ４……発熱体 ９……シールドリング（リング状部材） １２……パージガス流路 １４……パージガス導入管 １５……パージガス供給源 ２０……シャワーヘッド ２５……処理ガス供給系 Ｗ……半導体ウエハ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理ガスを用いて被処理体に成膜を施す
    処理室と、 この処理室内に設けられ、被処理体を載置するための載
    置台と、 前記載置台上の被処理体の表面側へ処理ガスを供給する
    処理ガス供給手段と、 前記載置台上の被処理体の裏面側からその外周方向にパ
    ージガスを供給するパージガス供給手段とを具備し、 前記被処理体の外周において、パージガスの流れにより
    処理ガスの被処理体裏面側への侵入を阻止可能な程度に
    パージガスの流速を設定することを特徴とするＣＶＤ成
    膜装置。
  2. 【請求項２】 前記被処理体は、その周縁部が前記載置
    台から突出するように前記載置台に載置され、かつ前記
    パージガスがその被処理体の突出部分の裏面側を通って
    被処理体の外周方向に流れるような流路を形成するリン
    グ状部材を有することを特徴とする請求項１に記載のＣ
    ＶＤ成膜装置。
  3. 【請求項３】 前記被処理体の突出部分と前記リング状
    部材との間の流路の長さをＬ（ｍ）とし、処理ガスの拡
    散定数をＤ（ｍ2／Ｓ）、パージガスの流速をｖ（ｍ／
    Ｓ）とした場合に、Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすことを特徴と
    する請求項２に記載のＣＶＤ成膜装置。
  4. 【請求項４】 前記リング状部材は非金属材料で形成さ
    れていることを特徴とする請求項２または請求項３に記
    載のＣＶＤ成膜装置。
  5. 【請求項５】 前記載置台は、静電力で被処理体を吸着
    する静電チャックを有していることを特徴とする請求項
    １ないし請求項４のいずれか１項に記載のＣＶＤ成膜装
    置。
  6. 【請求項６】 処理室に設けられた載置台に被処理体を
    載置し、その被処理体の表面側へ処理ガスを供給して被
    処理体に成膜を施すＣＶＤ成膜方法であって、 前記載置台上の被処理体の裏面側からその外周方向にパ
    ージガスを供給し、前記被処理体の外周において、パー
    ジガスの流れにより処理ガスの被処理体裏面側への侵入
    を阻止可能な程度にパージガスの流速を設定することを
    特徴とするＣＶＤ成膜方法。
  7. 【請求項７】 前記被処理体は、その周縁部が前記載置
    台から突出するように前記載置台に載置され、かつ前記
    パージガスがその被処理体の突出部分の裏面側を通って
    被処理体の外周方向に流れるような流路が形成されてい
    ることを特徴とする請求項６に記載のＣＶＤ成膜方法。
  8. 【請求項８】 前記被処理体の突出部分と前記リング状
    部材との間の流路のの長さをＬ（ｍ）とし、処理ガスの
    拡散定数をＤ（ｍ2／Ｓ）、パージガスの流速をｖ（ｍ
    ／Ｓ）とした場合に、Ｌｖ／Ｄ＞１を満たすことを特徴
    とする請求項７に記載のＣＶＤ成膜方法。
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