專利名稱：成膜方法以及成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及例如汽相外延生長等中使用的成膜方法以及成膜裝置。
背景技術：
在半導體器件的制造過程中，例如使用立式汽相外延生長裝置等成膜裝置，進行向晶片上的外延膜的成膜。
一般，在立式汽相外延生長裝置中，例如，(日本)特開平10-312966號公報中所示，在由石英鐘罩構成的反應室內，將放置多枚晶片的基座(susceptor)設置在貫穿基座中心部的氣體供給管上部。布置多個將處理氣體供給到晶片上的氣體供給噴嘴。然后，在基座的下方，設置加熱晶片的加熱構件和使基座旋轉的旋轉構件。將排出氣體的排出構件與成膜室下部連接。
使用這樣的立式汽相外延生長裝置，在晶片上形成外延膜。使放置多枚晶片的基座旋轉，利用氣體供給噴嘴將處理氣體供給到晶片表面。這時，利用氣體供給噴嘴供給的處理氣體通過基座之上流向排出構件。此時，一部分處理氣體遇到溫度相對低的石英鐘罩而淀積。若淀積量大，則一部分將成為粒子飛揚，乘著反應室內的氣流落在晶片上。因此，在淀積了一定量的時侯，需要維護反應室。
通常，從氣體供給噴嘴沿一定方向(例如每隔120°的3個方向)供給處理氣體。為此，在石英鐘罩的同一部位上發生淀積，且淀積量產生偏差(散亂)。實際上，由淀積量的最大值決定維護周期。因此，期望通過抑制淀積量的偏差，能夠使維護周期長周期化，使生產能力提高。
在(日本)特開2000-58463號公報和(日本)特開平8-88187號公報等中，提出了有關抑制晶片面內的淀積量的偏差的方法。但是，沒有提及反應室內壁上的淀積量的偏差。
發明內容
本發明的目的在于提供一種成膜裝置和成膜方法，能夠將成膜裝置的維護周期長周期化，且生產能力提高。
此外，在本發明的一種實施方式的成膜方法中，首先，將多枚晶片放置在設置于反應室內的基座(a susceptor)上；接著加熱上述晶片；從多段設置在被設置為貫穿基座中心的氣體供給噴嘴上的開口部供給處理氣體。從多段設置的開口部中最上段的開口部向斜下方供給上述處理氣體。進而，使來自開口部的處理氣體的供給方向相對于反應室相對地變動。
在本發明的一種實施方式的成膜裝置中，包含反應室，用于在晶片上進行成膜；基座(a susceptor)，用于放置多枚晶片；加熱器，設置在基座正下方或內部，用于加熱晶片；氣體供給噴嘴，貫穿基座的中心部而設置，并具有用于將處理氣體供給到晶片上的開口部；旋轉機構，用于使開口部相對于反應室相對地變動。在氣體供給噴嘴上設置有用于將處理氣體供給到晶片上的多段的開口部，且在多段的開口部的最上段設置有用于向斜下方供給處理氣體的突起部。
本發明的其它目的和優點將在下面的詳細說明部分中列出，并且，它們根據說明部分也將是顯而易見的，或者可以通過實施本發明來獲悉。本發明的目的和優點可以借助于下面具體給出的手段和組合方式來實現和獲得。
附圖是說明書的一部分，它們示出了本發明當前的優選實施例，并且，與上面給出的概要說明和下面給出的優選實施例詳細說明一起，闡明本發明的原理。
圖1是本發明的一個實施方式的立式汽相外延生長裝置的剖面圖。
圖2是氣體供給噴嘴5的側面圖。
圖3是氣體供給噴嘴5的俯視圖。
圖4是表示使用圖1所示的成膜裝置形成的外延膜的膜厚分布的圖。
圖5是本發明的一個實施方式在成膜時的處理氣體的流動的俯視概念圖。
圖6是本發明的一個實施方式在成膜時的處理氣體的流動的剖面概念圖。
圖7是本發明的一個實施方式的立式汽相外延生長裝置的剖面圖。
圖8是本發明的一個實施方式的立式汽相外延生長裝置的剖面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施例進行說明。
在圖1中表示本實施例的立式汽相外延生長裝置的剖面圖。如圖所示，在由石英鐘罩構成并在晶片1上進行成膜的反應室即成膜室2內，設置有能夠放置多枚晶片1的基座3。
布置有用于從成膜室2下方供給成膜氣體的氣體供給管4。將氣體供給噴嘴5連接到氣體供給管4的上方。氣體供給噴嘴5形成有貫穿基座3的中心部、且用于從基座3上方向晶片1上提供成膜氣體的開口部。
在基座3的下方，設置有經由基座3而加熱晶片1的RF線圈等加熱構件6、以及使基座3旋轉的旋轉構件7。將排出氣體的排出構件8連接到成膜室2下部。進而，設置有連接到氣體供給管4、且用于使氣體供給噴嘴5按規定角度旋轉的噴嘴旋轉控制機構9。
在圖2中示出氣體供給噴嘴5的側面圖，在圖3中示出氣體供給噴嘴5的俯視圖。如圖所示，例如在每隔120°的3個方向上，以規定的間隔、相位設置有例如形成為4段的開口部5a、5b、5c、5d。只有最上段的開口部5a具有用于向斜下方供給處理氣體的突起部(枝)。在此，氣體的供給方向(突起部(枝)的形成方向)不是水平的，即，與氣體供給噴嘴5的中心軸的角度γ必須小于90°。設從基座的邊緣連結最上段的開口部(突起部(枝)的根部)的中心的連線與氣體供給噴嘴5的中心軸的角度為β時，優選β≤γ≤0.3β+63(度)。
當γ小于β時，將氣體均勻地供給到整個晶片1上是困難的。另一方面，γ大于(0.3β+63)時，由于氣體向成膜室2的壁面方向流動，將氣體有效率地供給到晶片1上是困難的。
然后，在最上段(第一段)的下段，在相位相同的第2段以及與它們相位不同的第3段上，順序地設置有用于分別向水平方向供給氣體的開口部5b、5c。然后，在最下段(第4段)以與最上段(第1段)相同的相位，設置有用于同樣向水平方向供給氣體的開口部5d。該氣體供應噴嘴5能夠旋轉，使它適度地旋轉而能夠使處理氣體的供給方向變動。
使用這樣的立式外延汽相生成裝置，在晶片1上形成外延膜。首先，將10枚4英寸晶片1放置在基座3上。然后，從氣體供給構件(未圖示)經過氣體供給管4由氣體供給噴嘴5，以例如H2氣(氫氣)為140SLM、三氯甲苯為10.5SLM的混合比，將包含甲硅烷、三氯甲苯等原料氣體的處理氣體供給到晶片1上。然后，利用加熱構件6將晶片1加熱到例如1130℃，將處理氣體氫還原或者加熱分解，使基座3旋轉的同時進行淀積。這樣一來，在晶片1上形成外延膜。
在此，在圖4中示出所形成的外延膜的膜厚分布。如圖所示，可知膜厚沒有大的偏差，能得到良好的膜厚分布。而且，將從最上段的開口部向水平方向供給處理氣體的比較例一起表示。如圖所示，可知通過從最上段的開口部5a向斜下方供給，所形成的外延膜的膜厚偏差變小，而且該膜厚增大。
在圖5中表示成膜時處理氣體的流動的水平概念圖，在圖6中表示其垂直方向的剖面概念圖。如圖所示，從氣體供給噴嘴5供給的處理氣體被從最上段的開口部5a向斜下方供給，所以抑制了氣體向成膜室2的上部的流動，被均勻且有效率地供給到基座3上。由此，如上所述，認為在晶片1上的膜厚增大，而且在氣流的方向(本實施例中為3個方向)上，在成膜室2的壁上被冷卻而淀積的淀積物10也增大，不能忽視其影響。
這樣一來，在晶片1上形成規定的膜厚的外延膜，之后，將成膜室2大氣開放而搬運晶片。接著，這時，通過噴嘴旋轉控制機構9，使氣體供給噴嘴5順時針旋轉例如30°。
接著，同樣地在基座3上放置晶片而進行成膜處理，成膜處理后，同樣地使氣體供給噴嘴5順時針旋轉30°。
這樣，每次進行成膜處理都使氣體供給噴嘴旋轉，使相對于成膜室的處理氣體的供給方向，在成膜室的水平周方向(圓周方向)上變動，從而使石英鐘罩的淀積位置在水平方向上變動，能夠將淀積膜厚均勻化，抑制淀積膜厚的增大。
在本實施例中，雖然每次成膜處理都使氣體供給噴嘴順時針旋轉30°，但旋轉方向、旋轉角度沒有特別地限定。旋轉方向是固定方向即可，另外，旋轉角度與氣體供給噴嘴5的各開口部的相位差(在本實施例中為120°)不同即可。
實施例2在圖7中表示本實施例的立式汽相外延生長裝置的剖面圖。雖然結構與實施例1大致相同，但在噴嘴旋轉控制機構19上設置有旋轉速度控制機構20這一點不同。
使用這樣的立式汽相外延生長裝置，在晶片11上形成外延膜。首先，與實施例1相同，在基座13上放置晶片11，通過氣體供給噴嘴15將處理氣體供給到晶片11上。接著，通過加熱構件16將晶片11加熱，一邊使基座13以6～10rpm旋轉，一邊在晶片11上形成外延膜。這時，同時通過噴嘴旋轉控制機構20將旋轉速度控制為例如0.1rmp，而使氣體供給噴嘴15旋轉。
這樣，通過在成膜處理中使氣體供給噴嘴旋轉，使相對于成膜室的處理氣體的供給方向在水平周方向上變動，從而使石英鐘罩的淀積位置在水平方向上變動，能夠使淀積膜厚均勻化，抑制淀積膜厚的增大。
在本實施例中，將氣體供給噴嘴15控制為0.1rpm而使其旋轉，但氣體供給噴嘴15的旋轉速度與基座13的旋轉速度相比是低速即可。例如，也可以在一次成膜處理期間設定旋轉一次。
而且，在這些實施例中，使氣體供給噴嘴5、15旋轉，但只要能使相對于成膜室的處理氣體的供給方向變動，并不限定于此。例如，也可以如圖8所示，使圖1中示出的成膜裝置的氣體供給噴嘴5能升降地與噴嘴升降控制裝置21連接，在上下(垂直)方向上驅動，進而在成膜室的垂直周方向上變動。該情況下，通過在噴嘴旋轉控制機構9上設置上下方向的滑動機構，能夠進行旋轉驅動的同時進行垂直方向的驅動。
另外，在成膜時使基座3、13旋轉，但只要能夠使晶片面內的溫度分布均勻，例如使加熱構件6、16旋轉即可。
另外，在基座3、13上放置10枚4英寸晶片，但晶片的尺寸、枚數等沒有特別地限定，能夠放置適當枚數的6英寸、8英寸的晶片。
另外，在氣體供給噴嘴5、15中，使最下段(第4段)和最上段(第1段)的開口部為相同相位，但為了通過自最上段(第1段)從斜上方提供的氣體來抑制對成膜貢獻最大的來自最下段(第4段)的供給氣體的擴散，而優選最上段(第1段)和最下段(第4段)的開口部5a、5d的相位相同。這時，由于在相同部位形成更多的淀積物，所以使處理氣體的供給方向相對于成膜室相對地變動是更有效果的。另外，這些各段的間隔也沒有必要必須相等。也可以如圖2所示，第1、2段間、第2、3段間與第3、4段間的間隔不同，也可以是全部的間隔不同。
若采用這些實施例，由于能夠抑制成膜室內的淀積膜厚的增大，所以能夠實現維護周期的長周期化。接著，在經過晶片以及從晶片到元件形成工序以及元件分離工序而形成的半導體器件中，不會使良品率以及元件特性的穩定性降低，能夠實現生產能力的提高。特別是，通過適用于在N型基區、P型基區、絕緣分離區域等中使用幾10μm～100μm左右的膜厚的功率MOSFET或IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)等功率半導體器件的厚膜形成處理中，能夠大幅削減處理成本。
而且，本發明不僅限定于上述的實施例。例如，在本實施例中，說明了在硅(Si)基板上形成外延膜的情況，但也能夠適用于多晶硅層形成時，也能夠適用于其他化合物半導體例如GaAs層、GaAlAs或InGaAs等。另外，也能夠適用于SiO2膜或Si3N4膜形成的情況，在SiO2膜的情況下，除供給甲硅烷(SiH4)外，還供給N2、O2、Ar氣體，在Si3N4膜的情況下，除供給甲硅烷(SiH4)外，還供給NH3、N2、O2、Ar氣體等。在不脫離其他要旨的范圍內能夠進行各種變形而實施。
對于本領域技術人員來說，其他優點和變通是很容易聯想得到的。因此，本發明就其較寬方面而言，并不限于本申請給出和描述的具體細節和說明性實施例。因此，在不偏離所附權利要求及其等同物定義的總發明構思精神或保護范圍的前提下，可以做出各種修改。
權利要求
1.一種成膜方法，其特征在于包含以下步驟將多枚晶片放置在設置于反應室內的基座上；加熱上述晶片；從多段設置在被設置為貫穿上述基座中心的氣體供給噴嘴上的開口部，供給處理氣體；從上述多段設置的開口部中最上段的開口部，向斜下方供給上述處理氣體；使來自上述多段設置的開口部的上述處理氣體的供給方向，相對于上述反應室相對地變動。
2.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，從上述多段設置的開口部的各段的開口部，按基本相等的相位差向3個方向以上供給上述處理氣體。
3.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述多段設置的開口部之中，至少最上段的開口部和最下段的開口部的相位相等。
4.如權利要求2所述的成膜方法，其特征在于，使上述氣體供給噴嘴旋轉，而使來自上述開口部的處理氣體的供給方向相對于上述反應室相對地變動。
5.如權利要求4所述的成膜方法，其特征在于，將上述反應室大氣開放，而使上述氣體供給噴嘴按規定的角度旋轉。
6.如權利要求5所述的成膜方法，其特征在于，上述規定的角度與各上述處理氣體被供給的方向的相位差不同。
7.如權利要求2所述的成膜方法，其特征在于，在供給上述處理氣體的期間，使上述氣體供給噴嘴旋轉。
8.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，從上述最上段的開口部，沿與上述氣體供給噴嘴的旋轉軸間的角度小于90°的方向供給上述處理氣體。
9.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，設從上述最上段的開口部供給上述處理氣體的方向與上述氣體供給噴嘴的中心軸形成的角度為γ，從上述基座的邊緣連結上述最上段的開口部的突起的根部的中心的連線與氣體供給噴嘴的中心軸形成的角度為β時，以滿足β≤γ≤0.3β+63度的方向供給上述處理氣體。
10.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，使上述處理氣體供給噴嘴升降。
11.一種成膜裝置，其特征在于具備反應室，用于在晶片上進行成膜；基座，用于放置多枚上述晶片；加熱器，設置在上述基座的正下或內部，用于加熱上述晶片；氣體供給噴嘴，貫穿上述基座的中心部而設置，并具有用于將處理氣體供給到上述晶片上的開口部；以及旋轉機構，用于使上述開口部相對于上述反應室相對地變動；上述氣體供給噴嘴具有用于將上述處理氣體供給到上述晶片上的多段的開口部；上述多段的開口部的最上段具有用于向斜下方供給上述處理氣體的突起部。
12.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述多段的開口部被設置為各3個部位以上，沿周方向基本相隔等角度。
13.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述多段的開口部的最上段和最下段的相位是相等的。
14.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述多段的開口部的各段的間隔，至少1段的間隔與其他段的間隔不同。
15.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述突起部設置為供給上述處理氣體的方向與上述氣體供給噴嘴的中心軸的角度小于90°。
16.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，設供給上述處理氣體的方向與上述氣體供給噴嘴的中心軸形成的角度為γ，從上述基座的邊緣結連上述突起的根部的中心的連線與氣體供給噴嘴的中心軸形成的角度為β時，上述突起部設置為β≤γ≤0.3β+63度。
17.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述旋轉機構具備用于控制旋轉角度的旋轉控制機構。
18.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，上述旋轉機構具備用于控制旋轉速度的旋轉速度控制機構。
19.如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，具備用于升降上述氣體供給噴嘴的升降控制機構。
全文摘要
本發明提供成膜方法以及成膜裝置。將多枚晶片放置在設置于反應室內的基座(a susceptor)上；加熱上述晶片；從多段設置在被設置為貫穿上述基座中心的氣體供給噴嘴上的開口部供給處理氣體；從上述多段設置的開口部中最上段的開口部，向斜下方供給上述處理氣體；使來自開口部的上述處理氣體的供給方向相對于上述反應室相對地變動。通過這樣的結構，抑制淀積在反應室壁面上的淀積物的膜厚，能夠使成膜裝置的維護周期長周期化，提高生產能力。
文檔編號H01L21/285GK1975986SQ20061016309
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者古谷弘, 西林道生, 中澤誠一, 三谷慎一 申請人:紐富來科技股份有限公司