JPH11511207A - コールドウォール気相成長法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＣＶＤリアクタ（３０）は真空室（３２）を有し、この真空室（３２）はその中に配置された第１及び第２熱プレート（５４，９４）と、その真空室のまわりに配置された２個の個々独立してコントロールされる複数ゾーンをもつ熱源（４４，６４）とを有する。第１熱源（４４）は３つのゾーン（４４ａ〜４４ｃ）を有し、第２熱源（６４）は２つのゾーン（６４ａ〜６４ｂ）を有する。ウェハー１２は第１熱プレート（５４）の下でかつ第２熱プレート（９４）のすぐ上に位置し、それによって、第１熱プレート（５４）を介して第１熱源（４４）により上から間接的に加熱され、第２熱プレート（９４）を介して第２熱源（６４）の第１ゾーン（６４ｂ）によって下から間接的に加熱される。ウェハー（１２）の辺縁を横から包囲する熱リングプレート（７８）は第２熱源（６４）の第２ゾーン（６４ａ）から発する熱エネルギーを吸収し、ウェハー（１２）の外縁部を加熱する。埋め込まれたセンサー（６０，８６）は温度を測ってそれをコンピュータ（１９０）へ送り、そのコンピュータは一定温度を保持するために熱源（４４，４６）へ送られる電力を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 コールドウォール気相成長法及びその装置 発明の分野 本発明はコールドウォールの気相成長法（ＣＶＤ）処理室に関し、特に、真空 室内でウェハーを一定かつ均一温度に保持し、ウェハーに均一層の薄いフィルム が堆積されるようにその処理室への反応物質ガスの注入をコントロールすること に関する。 発明の背景 半導体装置の製造においてポリシリコンが広く使用されている。典型的には、 図１に示すように、またここに参考文献として引用した、クルーワーアカデミッ ク出版社１９９８年のＴ．カミンズ著の集積回路に使用する多結晶シリコンと題 する書物の１２〜１４頁に記載されているように、温熱壁のＣＶＤリアクタ１０ 内にシラン又はジクロロシランと水素を注入することによってポリシリコンがシ リコンウェハーに付着される。 図１の室１０のような温熱壁室は、しかしながら問題がある。例えば、ウエハ ー１２のＣＶＤ処理中、室１０の表面が熱くなり、室１０の壁１４に反応物質蒸 気の薄層が形成されるほど熱くなる。この層が次第に肉厚となると、壁１４から 剥がれてウェハー１２を汚染してしまう。さらにそのような層が形成されると、 反応種が減少し、ウェハー１２への堆積が減ってしまったり、時には、全く堆積 が行われないときもある。 この問題に応えて、“コールドウォール”処理が開発された。そこでは、シリ コンウェハーを加熱用つかみでつかみ、誘導コイルを外面に備えた真空室にそれ を挿入するようになっている。加熱用つかみは誘導コイルからＲＦエネルギーを 吸収し、ウェハーを間接的に加熱する。真空管の壁は透明であって、輻射熱エネ ルギーをさえぎることはないので、その壁は誘導コイルから放射されるＲＦエネ ルギーを吸収することはない。かくして、真空管の壁は比較的冷たくて、それは 反応温度（即ち、ウェハーの温度）より低い温度に保持される。従って、真空室 の壁には、堆積はほんのわずかしか生じない。 コールドウォール室ＣＶＤリアクタの大きな欠点は各ウェハーを均等に加熱す ることができないことにある。ウェハーを横切って均等に熱を単にかけるだけで は、ウェハーの中心部分と外側部分との間に大きな温度差が生じてしまう。図２ ＡはコールドウォールＣＶＤリアクタ（図示せず）内の熱源１６から放射される 均等な輻射によって加熱されるウェハー１２の横断面を示す。図２Ｂは、ウェハ ー１２から損失する輻射熱の典型的な損失パターンを示す。ウェハー１２の辺縁 部での熱の損失は、ウェハー１２の中心部の熱の損失より大きいので、ウェハー １２の辺縁部と中心部との間に温度差が生じる。この温度差が図２Ｃにグラフで 示されており、線１８は図２Ｂに示すウェハー１２の横断面の距離の関数として ウェハー１２の温度を示す。 ウェハー１２に対する反応物質ガスの堆積率はウェハー１２の温度に比例する 。かくして、ウェハー１２の中心部と辺縁部との間の温度変化はそのような材料 の不均等な層の堆積を生じさせてしまう（即ち、不均一な厚みの層）。例えば、 ポリシリコンの堆積率は１℃当たり２．０〜２．５％変化する（Ｒ．Ｓ．ロスラ ー著のポリ、ニトリド及びオキサイドの低圧ＣＶＤ製造方法、ソリットステート テクノロジー、１９７７年４月号、６３〜７０頁参照）。 ウェハーの辺縁部のより大きな熱の損失を補償する１つのアプローチは、Ｍ． モスレヒ他著のテキサス インスツルメンツ テクニカル ジャーナル、９巻、 Ｎｏ．５、９〜１０月号、１９９２年、４４〜４５頁に記載されるように、マル チゾーン加熱源を使用することによって、ウェハーの辺縁をより強く加熱するこ とである。不都合なことに、そのような技術は完璧なものではない。熱エネルギ ーは直線的ではないので（即ち、熱源からあらゆる方向へ放出する）、この更な る熱エネルギーをウェハー１２の辺縁部のみに導くことは事実上、不可能である 。ウェハー１２の辺縁部へ導かれる熱エネルギーの一部は、ウェハー１２の辺縁 から５ｍｍほど離れたウェハー１２部分を加熱する。従って、ウェハー１２の辺 縁部と中心部との間に好ましくない温度変化が生じることになる。 コールドウォールＣＶＤ方法の更なる問題は処理速度にある。反応物質ガスが 低い部分圧、即ち約１０ｍＴｏｒｒ以下に保持される時、その堆積率は主に温度 との関係で変化する。その堆積率は反応物質ガスの部分圧を上昇させることによ って増大する。しかしながら、部分圧がより高まると、堆積率は温度との関係で 変化するばかりでなく、ウェハーの表面に生じるガスの分配パターンの変化との 関係で変化する。反応物質ガスが室へ流入する速度が高速となり、かつまた、室 内で反応物質ガスが物体にぶつかることにより室内で乱流が生じると、室内でガ ス流を真に層流にすることは不可能に近い。かくして、分配パターンを正確にコ ントロールすることのむづかしさは、ウェハー１２に均等な分配層を形成するた めに反応物質ガスを低い部分圧に保持する必要があることであり、そのことは結 果的に、堆積率を制限してしまう。 ポリシリコンの堆積率は、典型的には、１０ｍＴｏｒｒで毎分１００〜２００ Åである。典型的な温熱壁式ＣＶＤ方法では、１００個以上のウェハーが同時に 処理されるようになっており、そのような堆積率は容認できるものである。しか しながら、コールドウォールＣＶＤ方法においては、１回に１個だけのウェハー が処理される。従って、コールドウォールＣＶＤ装置において、毎分１００〜２ ００Åの堆積率では、ウェハーの生産率が容認できないほど低くなる。かくして 、堆積層の均一性を犠牲にすることなしに、高速の処理速度をもつようなコール ドウォールＣＶＤ装置が必要となる。 要旨 そこで、前述した技術の問題を克服した改良型のコールドウォール型ＣＶＤリ アクタを開示する。本発明によれば、ＣＶＤリアクタは真空室を有し、その中に 第１及び第２熱プレートがあり、その真空室の外部のまわりに、独立して制御さ れる多数のゾーンからなる加熱源が２つ配置される。第１熱源は３個の独立して 制御されるゾーンを有し、第２熱源は２個の独立して制御されるゾーンを有する 。処理されるウェハーは第１熱プレートの下で、第２熱プレートの真上に位置づ けられる。そのウェハーは第１熱プレートを介して第１熱源により上から間接的 に加熱され、そして第２熱プレートを介して第２熱源の第１ゾーンにより下から 間接的に加熱される。ウェハーの辺縁部を横から包囲する熱リングプレートが、 第 ２熱源の第２部分から発した熱エネルギーを吸収し、ウェハーの外縁部を加熱す る。 ウェハーが約５ＲＰＭで回転して、複数の独立した回転ノズルを有するガスイ ンジェクタによって、反応物質ガスが真空室へ注入される。各ノズルを通って送 られるガスの方位と速度は、その反応物質ガスがウェハーの表面に非常に均一に 分配されるように調整される。このような高度な均一性により、反応物質ガスの 部分圧が上昇し、それによって、その堆積率が向上するが、ウェハーに堆積され る層の均一性を犠牲にすることはない。 第１熱プレートに埋め込まれた第１センサーは、第１熱プレートの温度を測定 し、この温度をコンピュータへ送り、そのコンピュータは順次、第１熱プレート を一定温度に保持するために第１熱源の第１ゾーンへの電力を調整する。コンピ ュータは、ウェハー上の温度が均一となるように、第１熱源の第２、第３ゾーン の熱強度を第１ゾーンの所定の熱強度係数に保持する。 熱リングプレートに埋め込まれた第２センサーは、熱リングプレートの温度を コンピュータへ送る。この温度に応答して、コンピュータは、熱リングプレート を一定温度に保持するために、第２熱源の第２ゾーンの熱強度を調整する。コン ピュータは、ウェハーが均一温度に保持されるように、即ち、ウェハーの外縁部 と中心部との間の温度変化を最少限にするために、第２熱源の第１ゾーンの熱強 度を第２ゾーンの所定の熱強度に保持する。 図面の簡単な説明 図１は従来の温熱壁式ＣＶＤ処理室を示す。 図２Ａ〜２ＣはコールドウォールＣＶＤ室で処理されるシリコンウェハーの熱 損失パターンを示す。 図３は、本発明のＣＶＤコールドウォール処理リアクタの正面図である。 図４は図４のＣＶＤリアクタの横断面の前面図である。 図５Ａ、５Ｂは図３、図４のＣＶＤリアクタ内の真空室の横断面図である。 図６は、図５Ａ、５Ｂの真空室の一部の展開図であって、本発明のマルチゾー ン加熱組立体をも示す。 図７は本発明のマルチガスインジェクタの斜視図である。 図８は図７のマルチガスインジェクタの横断面図である。 図９は本発明の多段式ガスインジェクタを示す。 図１０Ａは図６に示すマルチゾーン加熱組立体の一部の横断面図である。 図１０Ｂは図１０Ａの加熱組立体の底面図である。 図１１は本発明の温度調節システムの概略図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 図３〜１１を参照して好ましい実施形態の説明をする。これらの図面を通して 、同一部品は同一符号で示す。上述の好ましい実施形態の作用については、ウェ ハー１２にポリシリコンを堆積することに関連して以下で説明する。しかしなが ら、本発明の実施形態は、本発明の効果を実現しながら、ウェハーに他の適切な 材料を堆積するために使用することもできる。 ここではじめに、図３〜６を参照すれば、気相成長法（ＣＶＤ）用リアクタ３ ０は天板３４と底板３６を備えた真空室３２を有する。天板３４と底板３６は両 方とも冷却壁である。側壁３８は天板３４に取付られＯリング３８ａで天板３４ に真空シールされ、また、底板３６に取付られて、Ｏリング３８ｂで底板３６に 真空シールされる（図５）。 リアクタ３０に従って処理されるウェハー１２は、室３２内に置かれる。反応 物質ガスがガスインジェクタ４０を通って室３２へ注入され、そのガスは、ホー ス４２を通って適切な真空ポンプ（図示せず）を使って室３２から除去される。 その室３２には、後述するように、ウェハーの上に位置する第１熱源から、そし てまた、ウェハーの下に位置する第２熱源から赤外線熱エネルギーが送られる。 天板３４の上に上部ランプ組立体４３が配置され（図３）、その組立体４３は ２キロワットのタングステンハロゲンランプ４４ａ〜４４ｃを１９個有する（図 ４）。天板３４内には、上部石英窓４５が取付られ、ランプ４４ａ〜４４ｃから 発した赤外線エネルギーが石英窓を通過し、室３２に置かれたウェハー１２を加 熱する。Ｏリング４８，４９は上部石英窓４５と天板３４との間に真空シールを 形成する（図５）。黒鉛ガスケット５０は上部石英窓４５と室３２との間にシー ルを形成する。クランプ４６が上部石英窓４５に下方への圧力をかけることによ り、上部石英窓４５と黒鉛ガスケット５０との間にきちんとした適合を確実にす る。クランプ４６はボルト５２によって天板３４に固定される（図４〜６）。 上部ランプ組立体４３のランプ４４ａ〜４４ｃから発する赤外線エネルギーは 、ウェハー１２の頂面の上方約０．５〜０．７５インチに位置づけられる黒鉛熱 プレート５４を加熱する（図５、図６）。熱プレート５４は好ましくは、プレー ト５４の迅速な熱循環を可能にするため低熱質量を有する。熱プレート５４は複 数のクリップ５６によって熱絶縁石英リング５８に固定される（図面を簡単化す るため、図５には、クリップ５６は１個しか示していない）。石英リング５８は 熱プレート５４と天板３４との間の熱伝導を減少させる。熱プレート５４の温度 はその中に埋め込まれたサーモカップル６０によって測定される（図５Ａ）。 下部ランプ組立体６２は底板３６（図３）の下に配置され、２キロワットラン プ６４ａ，６４ｂを１８個有する。上部石英窓４５が天板３４にシールされるの と同様に、下部石英窓６６が底板３６内に備えられ、クランプ６８、Ｏリング７ ０，７１、黒鉛ガスケット７２により真空シールされる（図５）。 ウェハー１２はそのウェハー１２の外縁が円形黒鉛キャリヤ７４上に載置され るように室３２内に配置される（図５Ａ−５Ｂ）。キャリア７４は熱質量を最小 にするようにできるだけ薄くなければならない（約０．１インチ）。この熱質量 を小さくすることによってキャリヤ７４の熱循環を迅速にすることができる。 リング７４の外側部分のすぐ下に熱ブロック７８を配置する。リング７４の外 縁は熱ブロック７８の内縁と重なり、キャリヤ７４の底面と熱ブロック７８の上 面との間は約０．０４インチしか離れていない。石英リング８０が熱ブロック７ ８と底板３６との間で熱絶縁をする。熱ブロック７８に埋め込まれたサーモカッ プル８６（図５Ｂ）は、サーモカップルクランプ９０内のＯリング８８によって 室３２の外部からシールされ、クランプ９０はＯリング９２によって側壁３８に シールされる。 キャリヤ７４は熱プレート９４に取り付けられた石英リング９３によって支持 される。好ましくは熱プレート９４は黒鉛で形成され、プレート９４の迅速な熱 循環を可能にするため熱質量の低い熱プレート９４は、下部石英窓６６の開口を 通り室３２を通って伸長する管９６の上端に連結される。管９６は真空室３２を 外気からシールする強磁性流体シール９８内を貫通し、その中で自由に回転する （図４）。管９６の下端は軸アダプタ１００に接続され、シールされる。管９６ に連結される第１プーリー１０４をまわり、モータ１０８に連結される第２プー リー１０６をまわってベルト１０２がかかっている。モータ１０８がプーリ１０ ６に接続されると、管９６が回転し、それによってキャリヤ７４を回転させ、ひ いては、ウェハー１２を回転させる。 管９６内に位置する軸１１０の下端は、ベロー１１２の内側部分に取付られ、 このベロー１１２はリフトブロック１１４に連結される。リフトブロック１１４ は偏心組立体１１８を介してモータ１１６により縦方向へ駆動される。軸１１０ の上端は軸アダプタ１２２を介して石英ピンホルダー１２０に取付られ、そのピ ンホルダー１２０には、リフトピン１２４が取付られている（図５、図６）。そ のリフトピン１２４は、ウェハー１２をロボット腕により室３２から取り出すこ とができるように、ウェハー１２をキャリヤ７４から上方へ持ち上げるために使 用される（図示せず）。 内部にガス取付口１２６を有するプラグ１２５が天板３４に備えられ、それは チャンネル１２８に接続する。（図４、図５）Ｏリング１３０によりプラグ１２ ５を外気からシールし、Ｏリング１３２がプラグ１２５を室３２の内部からシー ルする。ガス取付口１２６へ注入されるアルゴンは、チャンネル１２８を通って 流れ、矢印１３３で示すように熱プレート５４と上部石英窓４５との間の室部分 ３２へ流入する（図５）。 ここで、図７、８も合わせて参照すれば、ガスインジェクタ４０はその側部に ６個の独立した回転ノズル１５２を有する組立体１５０をもつ。或る実施形態に おいて、ノズル１５２は垂直方向及び水平方向へ回転する。ノズル１５２は反応 物質ガス流をウェハー１２の表面へ向ける。ノズル１５２の各々は、各ノズル１ ５２から流出するガスの流量比と速度をコントロールする調整ねじ１５４を有す る。 ガスインジェクタ４０はクランプ１６２により底板３６に取付られる（図４、 図８）。Ｏリング１６４はガスインジェクタ４０を底板３６にシールする。クラ ンプ１６７はまた、インジェクタ４０をそこに固定するために使用される。イン ジェクタ４０の下側に備えられた給水取付口１６８が組立体４０内部の水路１７ ０に接続される。インジェクタ４０を冷却するために水路１７０を通って水が循 環する。 管１７２内へ注入される反応物質ガスはガスライン１７４を通って流れ、イン ジェクタ４０の組立体１５０内の室１７６へ注入する（図８）。組立体１５０内 に配置された６本のガスライン１７８の各々は（図８には１本だけしか示してい ない）室１７６に接続する第１端とノズル１５２の各関連ノズル１５２に接続す る第２端を有する。前述したように、各ノズル１５２を通って流れるガス流は、 関連する各ガスライン１７８に連結される調整ねじ１５４によりコントロールさ れる。 もうひとつの実施形態において、ガスインジェクタ４０は図９に示すように、 互いに積層した２個の組立体１５０を備える。この配置は２種類の異なる反応物 質ガスを室３２へ注入することができる。 前述のガスインジェクタ４０は、通常のコールドウォールＣＶＤ装置よりずっ と速い比率でウェハー１２を処理することができる上に、ウェハー１２に付着さ れるポリシリコン層の均一性を劣化させることもない。前述のように、ポリシリ コンの堆積率は反応物質ガスの部分圧を上げることによって上昇する。部分圧が 約１０ｍＴｏｒｒ以上に上昇すると、ウェハー１２の表面にかかる反応物質ガス の分配パターンが変化し、その結果、ウェハー１２に付着するポリシリコン層の 均一性に非常に大きな変化が生じる。 この問題を解決するために、ウェハー１２を回転させながら、反応物質ガスを インジェクタ４０から室３２へ吹き付ける。ウェハー１２が回転すると、ウェハ ー１２の表面全体に付着するのに有用なガス量が平均化する。かくして、反応物 質ガスの分配パターンを不均一にすると、ウェハー１２に付着されるポリシリコ ン層の均一性に対する重要度のインパクトが小さくなる。それにも拘わらず、ポ リシリコン層の均一性を最大限に高めるためには反応物質ガスの分配パターンの 均一性を最大にするのが望ましい。反応ガスの分配パターンの均一性は、各ノズ ル１５２を通って流れるガスの方位と流量比を巧みに操作することによって最適 状態にすることができる。 反応物質ガスの分配パターンの重要性を最少限にすると、反応物質ガスの部分 圧を約２００ｍＴｏｒｒに上昇させることができ、その圧力は、ポリシリコンの 堆積率を２５００Å／分以上に向上させることができる。この堆積率の向上はウ ェハー１２に堆積されるポリシリコン層の均一性を犠牲にすることなく実現され る。かくして、ウェハー１２の表面におけるガス境界層を減少させることによっ てガスインジェクタ４０は、従来のコールドウォールＣＶＤリアクタより高い堆 積率を所与の部分圧で達成できる。 図１０Ａは水冷式上部ランプ組立体４３の横断面図である（図４も参照）。ラ ンプ組立体４３内に備えられるランプソケット１７１は、前述のランプ４４ａ〜 ４４ｃを内蔵する。水用取付口１７３を介してランプ内へ吐出される水は、ラン プ組立体４３内を循環し、それを冷却する。ランプソケット１７１はダクト１７ ９を通ってランプ組立体４３へ流入する空気によって冷却され、その空気は、ダ クト１７５を通ってランプ組立体４３から流出する。電力はソケット１７７を通 ってランプ組立体４０へ送られる。 図１０Ｂは上部ランプ組立体４３の底面図であって、３つの独立した同中心加 熱ゾーン１７８，１８０，１８２を示す。外側ゾーン１７８は１２個のランプ４ ４ａを包含する外側リングを有し、中間ゾーン１８０は６個のランプ４４ｂを包 含する内側リングを有し、内側ゾーン１８２はランプ組立体４３の中心部にラン プ４４ｃを有する。 ここで再度、図３、図４を参照すれば、下部ランプ組立体６２のランプの配置 が上部ランプ組立体４３のそれに類似して示されており、それは、１２個のラン プ６４ａを含む外側リングと、６個のランプ６４ｂを含む内側リングとを有する 。しかしながら、下部ランプ組立体６２は、上部ランプ組立体４３のランプ４４ ｃに比較できる中心ランプを有しておらず、その代わりに開口を有し、その開口 を通って管９６が伸びている（図４）。 ここで図１１を参照すれば、コンピュータ１９０はランプ４４ａ〜４４ｃ及び ６４ａ〜６４ｂの強度を調整することによってウェハー１２の温度を調整する。 上部ランプ組立体４３のランプ４４ａ（外側ゾーン１７８）、ランプ４４ｂ（中 間ゾーン１８０）及びランプ４４ｃ（内側ゾーン１８２）への電力は、シリコン 制御整流器（ＳＣＲ）コントローラ１９２，１９４，１９６によってそれぞれ管 理され、下部ランプ組立体６２のランプ６４ａ，６４ｂへの電力は、ＳＣＲコン トローラ１９８，２００によってそれぞれ、管理される（図９Ａ、９Ｂも参照） 。ＳＣＲコントローラ１９２〜２００の各々は、コンピュータ１９０のソフトウ ェア内に含まれる別個の比例積分微分（ＰＩＤ）ループによってコントロールさ れる。これらのＰＩＤループは通常の設計で作られる。 本発明に従ったウェハー１２へのポリシリコンの付着については後述する。キ ャリヤ７４上にウェハー１２がのせられる。プレート９４は、そのプレートの上 面がウェハー１２の底面の下方約０．５インチのところにくるように位置づけな ければならない。ウェハー１２は約５ＲＰＭの速度で回転され、その間、反応物 質ガスがノズル１５２から放出する（図５Ａ）。図７、８に関連して前述したよ うに、ガスはインジェクタ４０を通って回転ウェハー１２の表面に均等に分配さ れる。約５ＲＰＭ以上の回転速度でウェハー１２がリング７４から摺動する。 ガス取付口２０４を通ってリアクタ３０へ注入されるアルゴンガスは、チャン ネル２０５を通って流れ（図４）、矢印２０６（図５）で示すように、約１００ ｃｃ／分の比率で熱ブロック７８の下方部分へ流入することにより室３２へ流入 する。熱ブロック７８とキャリヤ７４との間の０．０４インチの間隙を通って流 れるアルゴンは、反応物質ガスが下部石英窓６６と接触しないように保護する。 反応物質ガスが流れて石英窓６６の上に蓄積すると、ポリシリコンが石英窓６６ に付着し、それによって、下部ランプ組立体６２内のランプ６４ａ〜６４ｂの効 率を低下させる。 同様に、ガス取付口１２６を通って注入されるアルゴンガスは、反応物質ガス が上部石英窓４５（図５）と接触してそこに付着しないようにするため、上部石 英窓４５とプレート５４との間の部分から室３２へ流入する。 ウェハー１２は上部ランプ組立体４３の独立して個々にコントロールされるラ ンプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃにより上方から間接的に加熱される（図４、図１０ ）。ランプ４４ｃ、即ち、上部ランプ組立体４３の内側ゾーン１８２は、熱プレ ート５４の中心部分を加熱する。熱プレート５４の中間部分及び外側部分は上部 ラン プ組立体４４のランプ４４ｂ（中間ゾーン１８０）及びランプ４４ａ（外側ゾー ン１７８）によってそれぞれ、加熱される。コンピュータ１９０はサーモカップ ル６０により熱プレート５４の温度をモニターし、それに応答して、熱プレート ５４を一定温度に保持するようにランプ４４ｃへ送られる電力を調整する。コン ピュータ１９０は、ランプ４４ｃへ送られる所定係数の電力量に基づいてランプ ４４ａ，４４ｂへ送られる電力を調整する。即ち、ランプ４４ｃへ送られる第１ 及び第２の所定のパーセンテージの総電力がランプ４４ａ及び４４ｂへそれぞれ 送られる。これらの所定係数は、ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃへ送られる電力 の関数として、ひいてはその温度の関数として堆積されるポリシリコン層の均一 性を測定することによって経験的に決定される。熱プレート５４を横切って温度 の変化が存在する場合、即ち、熱プレート５４の中心部が例えばその熱プレート の外縁とは異なる温度である場合、このポリシリコン層の均一性が最適となるこ とを出願人は知った。 熱プレート５４は、ウェハー１２上に複数の温熱スポットが生じるのを防ぐた めのランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃとウェハー１２との間の熱拡散手段として作 用するので、そのプレート５４は、ウェハー１２上に均一層のポリシリコンが確 実に堆積されることに役立つ（ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃによりウェハー１ ２を直接、加熱すると、ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃの各ランプのすぐ下で、 ウェハー１２に局部的な温熱スポットがほぼ確実に生じる）。 ウェハー１２の外縁部は下部ランプ組立体６２の１２個の外側ランプ６４ａに よって第１に、間接的に加熱される。個々独立してコントロールされるランプ６ ４ａから発する熱エネルギーは、熱ブロック７８により吸収され、その熱ブロッ ク７８は、順次、ウェハー１２の外縁部を加熱する（図４、図６）。熱ブロック ７８の温度はサーモカップル８６によって測定され、コンピュータ１９０へのフ ィードバックとして与えられる。コンピュータ１９０は、この温度をモニターし 、それに応答して、熱ブロック７８を一定温度に保持するようにランプ６４ａへ 送られる電力を調整する。温度でコントロールされる熱ブロック７８によってウ ェハー１２の外縁を包囲することによって、ウェハー１２の外縁部における熱の 損失を最少限にする。 ウェハー１２は、下部ランプ組立体６２の６個の内側ランプ６４ｂによっては じめに、下から間接的に加熱される（図４、図６）。熱プレート９４は内側ラン プ６４ｂから放出される熱エネルギーを吸収し、それは熱プレート５４と同じ方 法で熱拡散手段として作用し、下からウェハー１２を加熱する。コンピュータ１ ９０は、外側ランプ６４ａへ送られる所定係数の電力量に基づいて内側ランプ６ ４ｂへ送られる電力をコントロールする。前述のように、この所定係数は、ラン プ６４ａ，６４ｂへ送られる電力の関数として堆積されるポリシリコン層の均一 性を測定することによって経験的に決定される。 他の実施形態において、ランプ６４ａ，６４ｂへ送られる電力量、ひいては、 熱ブロック７８及び熱プレート９４の温度はそれぞれ、上部ランプ４４ａへ送ら れる所定のパーセンテージの電力として保持される。 第１表は、６５０℃の操作温度でポリシリコン層の均一性を最適状態にするこ とを出願人が知った各ランプ４４ａ，４４ｂ，６４ａへ送られる所定パーセンテ ージの電力を示す。 図３〜１１に関連して前述したリアクタ３０はウェハーの外縁部と中心部との 間の温度変化を最少限にする。以前に述べたように、ウェハー１２の熱損失量は 、 その外縁の方が内部部分より大きい。この外縁部におけるより大きな熱損失量は 、個々に独立してコントロールされるランプ６４ａによりウェハー１２の外縁部 を間接的に加熱することによって補償される。外側ランプ６４ａによって放出さ れる熱エネルギーは、熱ブロック７８によって吸収され、この熱ブロック７８は 順次、ウェハー１２の外縁を加熱する。熱ブロック７８はウェハー１２の外縁を 横から包囲するので、熱ブロック７８から輻射し、ウェハー１２へ送られる熱エ ネルギーの量は、ウェハー１２の外縁からの距離に比例する。即ち、ウェハー１ ２の外縁から１ｍｍ離れたウェハー部分１２よりウェハー１２の辺縁へより多く の熱エネルギーが送られる。この特徴はコンピュータ１９０によるランプ４４ａ 〜４４ｃ及び６４ａ〜６４ｂの連続調整により、ウェハー１２に非常に均一なポ リシリコン層を堆積することができる。 ウェハーの外縁と、２００ｍｍ直径のウェハーの辺縁から３ｍｍ地点との間の 測定した時、１％以下の不均一性をもつポリシリコン層の堆積をリアクタ３０が 可能とし、その時ポリシリコンの堆積率は２５００Å／分以上であることを出願 人が知った。 これまで、本発明の特定の実施形態について図示かつ説明してきたけれども、 本発明から逸脱することなしにそのより広い側面で種々の変形や変更が可能であ ることはこの技術に熟達した者にとって自明であり、従って、本願の請求の範囲 は本発明の本旨と範囲に包含されるような変形や変更を全てその範囲内に含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 送られる電力を調整する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）真空室へシリコンウェハーを挿入する工程と、 （ｂ）ウェハーの上方に位置する第１熱源から熱エネルギーを放射し、ウェハ ーの上面がその第１熱源から発する熱エネルギーを吸収する工程と、 （ｃ）ウェハーの下方に位置する第２熱源から熱エネルギーを放射し、ウェハ ーの底面がその第２熱源から発する熱エネルギーを吸収する工程と、 （ｄ）ウェハーに近い部分に位置する第３熱源から熱エネルギーを放射し、ウ ェハーを横方向から包囲する熱リングが第３熱源から発する熱エネルギーを吸収 し、その熱エネルギーをウェハーの外縁へ送る工程と を有する、真空室のシリコンウェハー全体に均一温度を保持する方法。 ２．第１熱源とウェハーとの中間部分に第１熱プレートが位置し、第２熱源と ウェハーとの中間部分に第２熱プレートが位置している請求項１に記載の方法。 ３．さらに、 （ｅ）第１熱プレートの第１部分の温度を測定する工程と、 （ｆ）工程（ｅ）に応答して第１熱源の第１部分の熱強度を調整する工程とを 有する請求項２に記載の方法。 ４．さらに、 （ｇ）第１熱源の第１部分の熱強度を測定する工程と、 （ｈ）工程（ｇ）に応答して第１熱源の第２部分の熱強度を調整する工程と を有する請求項３に記載の方法。 ５．さらに、 （ｉ）．熱リングの温度を測定する工程と、 （ｊ）．工程（ｉ）に応答して第３熱源の熱強度を調整する工程と を有する請求項４に記載の方法。 ６．さらに、 （ｋ）．第３熱源の熱強度を測定する工程と、 （ｌ）．工程（ｋ）に応答して第２熱源の熱強度を調整する工程と を有する請求項５に記載の方法。 ７．工程（ｉ）に応答して第１及び第２熱源の熱強度を調整する工程をさらに 有する請求項５に記載の方法。 ８．反応物質ガスがウェハーの上面に均一に分配されるように反応物質ガスを 真空室へ注入し、反応物質ガスがウェハーの上面に均一厚みの層を付着させる工 程をさらに有する請求項６に記載の方法。 ９．ウェハーを回転させる工程をさらに有する請求項８項に記載の方法。 １０．第１熱プレート、 第１熱プレートの下方に位置し、第１熱プレートとの間にウェハーを介在さ せ、そのウェハーに第１熱プレートとともに接触しないように配置した第２熱プ レート、及び ウェハーの外縁部を横から包囲する熱リングプレート を含む室と、 第１熱プレートの上方に位置する第１熱源であって、第１熱プレートがその第 １熱源からの熱エネルギーを吸収し、その熱でウェハーを加熱する第１熱源と、 第１と第２部分を有し、第２熱プレートの下方に位置する第２熱源であって、 第２熱プレートが第２熱源の第１部分から発する熱エネルギーを吸収してウェハ ーを加熱し、熱リングプレートが第２熱源の第２部分から発する熱エネルギーを 吸収してウェハーの外縁を加熱する第２熱源と を有するＣＶＤリアクタ。 １１．第１及び第２熱プレートは黒鉛からなる請求項１０に記載の装置。 １２．ウェハーを回転させる手段をさらに有する請求項１０に記載の装置。 １３．第１及び第２熱プレートは約１．０の輻射能を有する請求項１２に記載 の装置。 １４．第１及び第２熱源の各々は、複数個のタングステンハロゲンランプから なる請求項１０に記載の装置。 １５．コンピュータと、 第１熱プレート内に埋め込まれ、コンピュータに連結されて第１熱プレートの 温度を測定する第１サーモカップルと、 熱リングプレート内に埋め込まれ、コンピュータに連結されて熱リングプレー トの温度を測定する第２サーモカップルと を有し、コンピュータは、第１熱プレートの温度に応答して第１熱源の熱強度を 調整し、かつ、熱リングプレートの温度に応答して第２熱源の第１及び第２部分 の熱強度を調整する請求項１０項に記載の装置。 １６．反応物質ガスを室へ注入するガスインジェクタを更に有し、ガスインジ ェクタは、 複数の独立して回転するノズルと、各々がノズルに関連させられて接続されて いる複数の第１ガスラインとを有する天板と、 第１ガスラインの各々に接続する第１端と、ガス用取付口に接続する第２端と を有する第２ガスラインを備えた軸と を有し、ガスがガス用取付口へ注入され、ノズルの１本又は複数本を通ってウェ ハーへ導かれる請求項１０に記載の装置。 １７．それぞれが、個々に関連したノズルの各々を通って流れるガスの速度を 制御するため第１ガスラインの各対応ラインに接続される複数のコントローラを 更に有する請求項１６に記載の装置。 １８．さらに、 第２の複数の個々独立して回転するノズルと、 複数の第３ガスラインとを有し、第３ガスラインの各々は第２ノズルの関連す る各ノズルに接続され、軸が第３ガスラインの各々に接続した第１端と、第２ガ ス用取付口に接続した第２端とを有する第４ガスラインを有し、その結果、第２ ガス用取付口へ注入される第２ガスを第２ノズルの１本又は複数本を通してウェ ハーへ向けて導く請求項１５に記載の装置。