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JPH0812847B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JPH0812847B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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JPH0812847B2
JPH0812847B2 JP3090612A JP9061291A JPH0812847B2 JP H0812847 B2 JPH0812847 B2 JP H0812847B2 JP 3090612 A JP3090612 A JP 3090612A JP 9061291 A JP9061291 A JP 9061291A JP H0812847 B2 JPH0812847 B2 JP H0812847B2
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和夫 前田
徳 徳増
裕子 西本
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株式会社半導体プロセス研究所
アルキヤンテック株式会社
キヤノン販売株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (目次) ・産業上の利用分野 ・従来の技術(図10,図11) ・発明が解決しようとする課題 ・課題を解決するための手段 ・作用 ・実施例 (1)本発明の実施例の半導体製造装置 (a)第1の実施例(図1) (b)第2の実施例(図4〜図6) (2)本発明の実施例の半導体装置の製造方法 (c)第3の実施例(図2,図3) (d)第4の実施例(図7〜図9) ・発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置及び半
導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、ウエハを外
気に触れさせることなく異なる種類の処理を連続的に行
うことにより膜質の改良された単層の膜や多層の膜を形
成することが可能な、所謂マルチステッププロセス装置
等の半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関す
る。
【0003】近年、VLSI(Very Large Integrate C
ercuit)半導体装置の製造装置においては、いくつかの
処理を外気に触れさせることなく連続して行うマルチプ
ロセスの概念を採り入れたものが主流となり、生成膜な
どの膜質の向上や多層膜間の密着性の向上を図ることが
できるようになっている。処理の組み合わせとして、例
えば、膜形成と膜形成後のエッチバック,酸化前処理と
酸化膜形成,又はバリアメタル膜/メタル膜の連続形成
等が上げられる。
【0004】
【従来の技術】このような処理が可能な半導体製造装置
として、代表的なものにマルチチャンバを用いた所謂マ
ルチチャンバプロセス装置,各処理部を近接して配置し
たマルチステッププロセス装置又はクラスタ装置等があ
る。
【0005】図10は、従来例のマルチチャンバを用い
て異なる種類の処理を連続的に行うことによりウエハ上
に絶縁膜を形成する半導体製造装置の構成図である。
【0006】図10において、1はマルチチャンバ内外
へのウエハの搬入・搬出の準備を行うためのカセットチ
ャンバ、3はウエハの搬入・搬出の際、チャンバ間の圧
力を整合するロードロックチャンバ、7aはカセットチ
ャンバ1とロードロックチャンバ2との間を開閉するバ
ルブ、4はウエハを搬送するロボット5が設置されたバ
ッファチャンバ、7bはロードロックチャンバ3とバッ
ファチャンバ4との間を開閉するバルブ、6a〜6eは
バッファチャンバ4を中心として放射状に設けられた処
理チャンバで、例えば、(1)処理チャンバ6aはプラ
ズマCVD(Chemical Vapor Deposition )法によるSi
O2膜形成(膜形成温度400 ℃)のために、(2)処理チ
ャンバ6bは減圧CVD法によるPSG膜形成(膜形成
温度400 ℃)のために、(3)処理チャンバ6cは形成
膜のエッチバック(室温)のために、(4)処理チャン
バ6dはプラズマCVD法によるSi3N4 膜形成(膜形成
温度400 ℃)のために、(5)処理チャンバ6eは減圧
CVD法によるSiO2膜形成(膜形成温度400 ℃)のため
に、それぞれ用いられる。なお、各処理チャンバ6a〜
6e内にはウエハ9を膜形成温度に保持するためヒータ
が設けられている。また、8a〜8eはバッファチャン
バ4とそれぞれの処理チャンバ6a〜6eとの間を開閉
するバルブである。また、2はウエハ9をカセットチャ
ンバ1からロードロックチャンバ3に備えられた不図示
のロボットに受け渡すロボットである。
【0007】上記の半導体製造装置を用いて、SiO2膜/
PSG膜からなる平坦な多層の絶縁膜を形成する場合、
ウエハ9は下記のようにチャンバ間を移動する。即ち、
処理チャンバ6a/処理チャンバ6b/処理チャンバ6
cの順序で各処理が行われるように、ロボット5がウエ
ハ9を各処理チャンバ6a,6b,6cへ搬入・搬出す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ9を
膜形成温度に加熱・保持するための不図示のヒータは各
処理チャンバ6a,6b,6c内に設けられており、ウ
エハ9が上記の処理チャンバ6a,6b,6cを移動す
る間にウエハ9の温度は室温と膜形成温度との間で変動
する。例えば、上記の例では25℃/400 ℃/25℃/
400 ℃/25℃というように変動する。このため、ウエ
ハ9は一種の温度サイクルを受け、形成されたCVD膜
の膜質の低下や劣化,或いは形成膜へのストレスの発生
などが起こるという問題がある。
【0009】また、CVD膜を形成後にアニールを必要
とする工程では、CVD膜形成後、一旦ウエハを取り出
してカセットに収納し、その後、このカセットを移動し
て加熱炉に挿入して加熱処理を行う。このような場合の
ウエハの温度履歴を図11に示す。
【0010】この場合にも、ウエハ温度が室温から1000
℃まで図10に示す従来例以上に大きく変動するという
問題がある。
【0011】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、異なる種類の処理を連続的に行う間、ウ
エハ温度の変動を低減することにより、熱歪み等の発生
を防止し、形成膜の膜質の変化や劣化を防止することが
できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供
することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1に、上
向きに反応ガスを放出するガス分散具を備えた膜形成部
と、前記形成された膜を後処理する処理手段が上向きに
設置されている処理部と、前記ガス分散具及び前記処理
手段と対面するように下向きにウエハを保持し、そのま
ま前記膜形成部と前記処理部の間を移動するウエハ保持
具と、前記ウエハ保持具の移動中を含め、前記ウエハを
加熱する、前記ウエハ保持具に設置された加熱手段とを
有することを特徴とする半導体製造装置によって達成さ
れ、第2に、前記処理手段は、上向きに赤外線を放射す
る赤外線照射手段、上向きに紫外線を放射する紫外線照
射手段、又は処理ガス供給手段であることを特徴とする
第1の発明に記載の半導体製造装置によって達成され、
第3に、前記膜形成部と前記処理部とを一組とし、これ
らが複数組順に並べられていることを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の半導体製造装置。第4に、膜形
成部で、第1の温度に加熱されたウエハを下向きに保持
し、反応ガスを上向きに放出して、前記ウエハを前記反
応ガスに曝して成膜する工程と、前記成膜後に前記ウエ
ハを加熱しながら処理部に移動させる工程と、前記処理
部で、赤外線照射により或いは前記加熱手段により前記
ウエハを第2の温度に加熱して、前記形成された膜を後
処理する工程とを有する半導体装置の製造方法によって
達成され、第5に、膜形成部で、第1の温度に加熱され
たウエハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出し
て、前記ウエハを前記反応ガスに曝して成膜する工程
と、前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移
動させる工程と、前記処理部で、前記加熱手段により前
記ウエハを前記第2の温度に加熱し、かつ前記ウエハに
紫外線を照射して、或いは処理ガスを散布して前記形成
された膜の後処理を行う工程とを有する半導体装置の製
造方法によって達成される。
【0013】
【作用】本発明の半導体製造装置においては、第1に、
ウエハに反応ガスを供給するガス分散具を有する膜形成
部及び形成された膜の処理部と、ウエハを保持したまま
膜形成部及び処理部の間を順次移動することが可能なウ
エハ保持具とを有し、ウエハ保持具は、ウエハの移動中
を含めてウエハを加熱することが可能な加熱手段を有し
ている。
【0014】従って、膜形成部で膜の形成後、他の場所
で形成膜の後処理を行う場合、例えば、処理部で赤外線
照射種端、紫外線照射手段、或いは処理ガス供給手段に
より、膜のリフロー処理を行ったり、紫外線(UV)照
射処理を行ったり、オゾンガス雰囲気中でのアニール処
理を行ったりする場合、いずれも加熱手段によるウエハ
加熱によりウエハの移動中の自然冷却を防止してウエハ
の温度変動を低減することができる。これにより、ウエ
ハ表面の形成膜に熱歪みを抑制することができる。ま
た、成膜時の温度から直ちに後処理時の温度への設定が
行えるため、加熱又は冷却に時間を要せず、更に、ウエ
ハ温度を安定させ易い。
【0015】第2に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する複数の膜形成部と、ウエハ載置面にウエ
ハを保持したまま複数の膜形成部の間を順次移動するこ
とが可能なウエハ保持具とを有し、複数のガス分散具は
それぞれ異なる反応ガスの供給手段を有し、ウエハ保持
具はウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが可
能な加熱手段を有している。
【0016】従って、異なる種類の複数の膜をウエハ上
に形成する場合に、一の膜の形成後、他の膜を形成する
ためウエハを移動させる間中、ウエハの温度を例えばほ
ぼ一の膜の形成温度に保持しておくことができる。これ
により、ウエハの移動中の自然冷却を防止してウエハの
温度の変動を低減し、形成膜への熱歪みの発生等を防止
して形成膜の膜質の変化や劣化を防止することができ
る。
【0017】本発明の半導体装置の製造方法において
は、第1に、加熱手段を有するウエハ保持具に保持され
たウエハを加熱手段により加熱して第1の温度に保持
し、ウエハの表面に膜を形成した後、膜の加熱処理を行
うため、赤外線照射により或いは加熱手段によりウエハ
を更に加熱してウエハの温度を第1の温度よりも高い第
2の温度に昇温している。
【0018】従って、従来のようにウエハの温度を下げ
ることなく連続して処理を行うことができるので、ウエ
ハの温度の変動を低減することができる。これにより、
形成膜への熱歪みの発生等を防止して形成膜の膜質の変
化や劣化を防止することができる。
【0019】第2に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第3の温度
に保持し、ウエハの表面に膜を形成した後、第4の温度
に加熱されたウエハに紫外線照射して、或いは処理ガス
を散布して膜の処理を行うため、ウエハを加熱しなが
ら、ウエハ保持具を膜形成部から処理部に移動させてい
る。
【0020】従って、ウエハ温度は第3の温度と第4の
温度との間の変動で済む。このように、従来と異なり移
動の間にウエハが自然冷却されるのを防止することによ
り、ウエハの温度変動を低減することができるので、形
成膜の膜質の変化や劣化を防止することができる。
【0021】第3に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第5の温度
に保持し、ウエハの表面に第1の膜を形成した後、ウエ
ハの温度を第6の温度に保持して第1の膜の上に第2の
膜を形成するため、ウエハ保持具を第1の膜形成部から
第2の膜形成部に移動させる間、ウエハを加熱してい
る。
【0022】従って、ウエハ温度は第5の温度と第6の
温度との間の変動で済む。このように、従来と異なり移
動の間にウエハが自然冷却されるのを防止することによ
り、ウエハ温度の変動を低減することができるので、形
成された膜の膜質の変化や劣化を防止することができ
る。
【0023】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。
【0024】(1)本発明の実施例の半導体製造装置 (a)第1の実施例 図1(a),(b)は、本発明の第1の実施例の所謂マ
ルチステッププロセス装置で、図1(a)は平面図、図
1(b)は側面図を示す。
【0025】図1(a),(b)に示すマルチステップ
プロセス装置は、ロード/アンロード室10、CVD反
応室(膜形成部)11、赤外線加熱処理室(処理部)1
2がこのような並びで連接され、塵などによる汚染防止
のためフェースダウンで保持されたウエハ表面にCVD
法によりBPSG膜を形成し、更にリフロー処理するこ
とにより、ウエハ表面の平坦化を図ることができる。な
お、各室の間の仕切り壁や各室の間の開閉を行うための
バルブが設けられる場合もある。
【0026】図中符号16はロード/アンロード室10
に備えられたロボットで、ロード/アンロード室10外
からウエハ29を搬入・搬出する。
【0027】22はCVD反応室11に備えられたガス
分散具で、反応ガスを反応ガス導入口19から導入し、
ガスシャワー17のガス放出面18から上向きに反応ガ
スを放出する。そして、ガスシャワー17周辺部を囲む
ガス収集具20により反応の終わった反応ガスを集めて
ガス排出口21からCVD反応室11外に排気する。
【0028】28は赤外線加熱処理室12に備えられた
赤外線照射手段(処理手段)で、酸化防止のためウエハ
29に放出される不活性ガスを導入するガス導入口21
を有する赤外線ランプ保持具23により赤外線ランプ2
4が保持されている。ウエハ29表面に散布された不活
性ガスは赤外線ランプ保持具23の周囲に設けられたガ
ス収集具により集められ、ガス排出口27から赤外線加
熱処理室12外に放出される。
【0029】15は塵などによる汚染防止のためフェー
スダウンでウエハ29を保持するウエハ保持具で、ウエ
ハ29を保持したままロード/アンロード室10、CV
D反応室11、赤外線加熱処理室12の間を行き来す
る。また、ウエハ保持具15にはヒータ(加熱手段)1
4が埋め込まれ、ウエハ載置面13に載置されるウエハ
29を所定の温度に加熱・保持するようになっている。
【0030】以上のように、本発明の第1の実施例のマ
ルチステッププロセス装置においては、ウエハ29に反
応ガスを供給するガス分散具22を有するCVD反応室
11及び形成されたBPSG膜等の膜を加熱・リフロー
する赤外線加熱処理室12と、ウエハ29を保持したま
まCVD反応室11及び赤外線加熱処理室12の間を順
次移動することが可能なウエハ保持具15とを有し、ウ
エハ保持具15は、ウエハ29の移動中を含めてウエハ
29を加熱することが可能なヒータ14を有している。
【0031】従って、CVD反応室11でBPSG膜等
の膜を形成後、赤外線加熱処理室12で赤外線照射手段
28によりBPSG膜のリフロー処理を行う場合、CV
D反応室11と赤外線加熱処理室12との間でのウエハ
29の移動中に、ヒータ14による加熱調整によりウエ
ハの温度を一定の温度に保持しておくことができるの
で、ウエハ29温度の変動を低減することができる。
【0032】なお、第1の実施例では、CVD反応室1
1に赤外線加熱処理室12を連接しているが、赤外線加
熱処理室12の代わりにUV処理室(紫外線処理室)や
オゾン処理室を連接することもできる。これにより、ダ
ングリングボンドを埋めてBPSG膜等の膜を緻密化す
るとともに、ウエハ29の温度変動を低減することによ
り形成膜への熱歪みの発生を防止し、膜質の向上を図る
ことができる。
【0033】(b)第2の実施例 図2,図3(a)〜(c)及び図4は、本発明の第2の
実施例のマルチステッププロセス装置について説明する
図で、それぞれ図4は装置全体の斜視図、図3(a)〜
(c)は赤外線照射手段,紫外線照射手段及びガス分散
具の詳細を示す側面図,図4は装置全体の上面図を示
す。
【0034】図2,図3(a)〜(c)及び図6におい
て、図1(a),(b)と異なるところは、CVD反応
室及び各処理室が回転軸を中心とする円周に沿って並べ
られており、これに従ってヒータ(加熱手段)を有する
ウエハ保持具も円周に沿って移動するようになっている
ことである。このマルチステッププロセス装置では、例
えばリフローにより平坦化されたBPSG膜をSiO2膜で
挟んだ3層構造の絶縁膜を形成することが可能である。
【0035】図2,図3(a)〜(c)及び図4におい
て、37a〜37fは図3(a)〜(c)に示す、互いに分
離されたウエハ保持具で、各ウエハ保持具37a〜37fは
アーム34a〜34fにより回転軸33と固定されている。
そして、回転軸33を回転することにより各ウエハ保持
具37a〜37fのウエハ載置面41a〜41fを含む一平面上
で回転軸33の回りにウエハ保持具37a〜37fのウエハ
載置面41a〜41fが回転するようになっている。また、
各ウエハ保持具37a〜37fは不図示の排気装置と接続さ
れ、不図示の吸引口や窒素ガスの導入口とパイプ状のア
ーム34a〜34fを介して連通しているチャックにより、
ウエハ32a〜32f をウエハ載置面41a〜41fに固定した
り、固定されたウエハ32a〜32f をウエハ載置面41a〜
41fから離脱したりする。また、各ウエハ保持具37a〜
37fには個別にヒータ(加熱手段)42a〜42fが埋め込
まれ、各ヒータ42a〜42fに独立して電力を供給し、各
ウエハ保持具37a〜37fに載置されたウエハ32a〜32f
の加熱・保温を個別に行うことができるようになってい
る。
【0036】38b〜38fは、ウエハ保持具37b〜37fの
ウエハ載置面41b〜41fと対向するように設けられた、
第1の膜形成部のガス分散具/第1の処理部の赤外線照
射手段(処理手段)/第2の膜形成部のガス分散具/第
2の処理部の紫外線照射手段(処理手段)/第3の膜形
成部のガス分散具で、ウエハ保持具37b〜37fとは分離
され、かつ回転軸33を中心とする円周に沿って不図示
の装置の基台に固定して設けられている。
【0037】各ガス分散具38b,38d,38fは、図3
(c)のガス分散具38fに代表して示すように、ウエハ
32b,32d,32fに反応ガスを供給するガスシャワー43
b,43d,43fと、反応の終わったガスを収集するガス
収集具45b,45d,45fとを有し、ガスシャワー43b,
43d,43fに反応ガス導入口39b,39d,39fが接続さ
れ、ガス収集具45b,45d,45fにガス排出口40b,40
d,40fが接続されている。更に、図6に示すように、
各ガス分散具38b,38d,38fのガス放出部は回転軸3
3を中心とする放射方向に直角の方向の複数のスリット
に分割されて設けられている。
【0038】また、赤外線照射手段38cは、図3(a)
に示すように、ウエハ32cを加熱するための赤外線ラン
プ47cと、赤外線ランプ47cを保持する赤外線ランプ保
持具46cと、酸化防止のためウエハに放出された不活性
ガスを収集するガス収集具45cとを有し、赤外線ランプ
保持具46cにガス導入口39cが接続され、ガス収集具45
cにガス排出口40cが接続されている。更に、紫外線照
射手段38eは、図3(b)に示すように、ウエハ32eを
加熱するための水銀ランプ49eと、水銀ランプ49eを保
持する水銀ランプ保持具48eと、酸化防止のためウエハ
に放出された不活性ガスを収集するガス収集具45eとを
有し、水銀ランプ保持具48eにガス導入口39eが接続さ
れ、ガス収集具45eにガス排出口40eが接続されてい
る。
【0039】更に、ヒータ42aと接続されている図4の
スリップリング35a,35bは、回転軸33に設けられ、
回転軸33とともに回転するスリップリング35a,35b
の正・負の極性と対応するように接触している一対の集
電子36a,36bに接続されている。そして、一対の集電
子36a,36bは不図示の電源と接続され、スリップリン
グ35a,35bを介してヒータ42a〜42fに電力を供給で
きるようになっている。なお、図4では1つのウエハ保
持具37aのヒータ42aと接続しているスリップリング35
a,35bのみ図示しているが、回転軸33には他のウエ
ハ保持具37b〜37fのヒータ42b〜42fと接続している
スリップリングも設けられている。また、何れのスリッ
プリング35a,35bも回転軸33の回転を妨げないよう
にロータリコネクタが用いられている。
【0040】なお、ウエハ保持具37aの位置は、図2に
示すように、エレベータ31が設置されたローダ/アン
ローダ部となっており、エレベータ31とウエハ保持具
37aとの間でウエハ32aの受渡しが行われるのみで、膜
形成は行われない。
【0041】以上のような第2の実施例のマルチステッ
ププロセス装置においては、ガス分散具38b,38d,38
fを複数、かつ互いに分離して設けることにより、異な
る種類の多層膜の形成が可能になる。また、赤外線照射
手段38cや紫外線照射手段38eが設けられているので、
平坦な絶縁膜の形成,形成膜の平坦化のための処理及び
形成膜の膜質の向上のための処理を連続して行うことが
できる。
【0042】なお、上記の第2の実施例では、処理手段
として赤外線照射手段38cや紫外線照射手段38eが設け
られているが、これらの代わりにオゾン等の処理ガス供
給手段が設けられてもよいし、更に処理部を増やし、赤
外線照射手段38cや紫外線照射手段38eに追加して処理
ガス供給手段が設けられることも可能である。
【0043】また、膜形成部と処理部とが混在して設け
られているが、膜形成部だけが設けられることもでき
る。
【0044】更に、フェースダウンのウエハ載置面41a
〜41fを有しているが、フェースアップのウエハ載置面
を有しているものについても可能である。
【0045】(2)本発明の実施例の半導体装置の製造
方法 (c)第3の実施例 次に、図1(a),(b)のマルチステッププロセス装
置を用いて、平坦化されたBPSG膜をウエハ表面に形
成する第3の実施例の製造方法について図5(a)〜
(c),図6を参照しながら説明する。図5(a)〜
(c)は製造方法について説明する断面図、図3は移動
中のウエハの温度を含む膜形成処理中のウエハの温度の
履歴を示す図である。
【0046】まず、図5(a)に示す、ポリシリコン膜
からなる配線層51a,51bがSiO2膜50の上にの形成さ
れたSi基板(ウエハ)29を、図1(b)に示すロボッ
ト16によりロード/アンロード室10に搬入した後、
ウエハ保持具15のウエハ載置面13にフェースダウン
で載置する。
【0047】次に、ウエハ保持具15に埋め込まれたヒ
ータ14に電流を流してヒータ14を発熱させ、ウエハ
29を加熱してウエハ温度(第1の温度)を400℃に
保持する。
【0048】次いで、ウエハ保持具15を移動し、ウエ
ハ29をCVD反応室11に搬送する。このとき、搬送
中もヒータ14には電流が流され、ウエハ温度が400
℃に保持されるようにヒータ14を発熱させている。続
いて、TEOS/3.5 重量%のリンを含むTMP(Tri-
Mechyl-Phosphate)/4.0 重量%のボロンを含むTMB
(Tri-Mechyl-Borate )/O3 の混合ガスを反応ガス導
入口19からガスシャワー17に導入すると、混合ガス
はガス放出面18からウエハ29の表面に放出されるの
で、この状態で所定の時間保持すると、所定の膜厚のB
PSG膜52が形成される(図5(b))。
【0049】次いで、ウエハ保持具15を赤外線加熱処
理室12に移動する。このとき、前記の移動時と同様
に、ウエハの搬送中もヒータ14には電流が流され、ウ
エハ温度が400℃に保持されるようにヒータ14を発
熱させている。
【0050】続いて、赤外線加熱処理室12に搬入され
たウエハ29はガス導入口25から導入された窒素ガス
中で赤外線ランプ24により更に加熱され、温度(第2
の温度)800 ℃に保持される。その結果、BPSG膜5
2は溶融・流動し、ウエハ29の表面が平坦化する(図
5(c))。このとき、CVD装置から加熱処理炉に移
しかえるためにウエハが自然冷却された後、加熱処理炉
中で再度加熱処理を行う従来の方法と比較して、加熱処
理温度を約100 〜200 ℃低下させることができた。これ
は、ウエハ29温度を所定の温度以上に保持しているの
で、BPSG膜52の膜質が変化したり、BPSG膜5
2の吸湿を防止することができるためと考えられる。
【0051】以上のように、第3の実施例の製造方法に
おいては、図6のウエハ温度の履歴に示すように、ヒー
タ14を有するウエハ保持具15に保持されたウエハ2
9をヒータ14により加熱し、温度400 ℃に保持してウ
エハ29の表面にBPSG膜52を形成した後、BPS
G膜52のリフロー処理を行うため、ヒータ加熱に加え
て赤外線照射によりウエハ29を加熱し、ウエハ29の
温度を約400 ℃から約800 ℃に昇温している。
【0052】従って、BPSG膜52を形成した後にウ
エハ29の温度を下げることなく連続してBPSG膜5
2のリフロー処理を行うことができるので、ウエハ29
の温度の変動を低減することができる。これにより、B
PSG膜52の平坦化を図るとともに、BPSG膜52
への熱歪みの発生等を防止してBPSG膜52の膜質の
変化や劣化を防止することができる。
【0053】なお、第3の実施例では、ウエハ29の温
度を約800 ℃に昇温するため赤外線ランプ24によりウ
エハ29を加熱しているが、ウエハ保持具15に埋め込
まれたヒータ14を用いてウエハ29を加熱することも
できる。
【0054】また、BPSG膜52の形成後に、BPS
G膜52のリフロー処理を行っているが、BPSG膜5
2の形成後にウエハ29の加熱を続けたまま搬送し、一
定の温度に保持されたウエハ29に対して連続してBP
SG膜52のUV照射処理(紫外線照射処理)やオゾン
雰囲気中でのアニール処理を行うこともできる。これに
より、ダングリングボンドを埋めてBPSG膜52を緻
密化するとともに、処理時と搬送時との間のウエハ29
の温度変動を低減してBPSG膜52への熱歪みの発生
を防止し、膜質の向上を図ることができる。
【0055】(d)第4の実施例 次に、図2のマルチステッププロセス装置を用いて、本
発明の第4の実施例の3層の絶縁膜を形成する方法につ
いて図7(a)〜(d),図8(e)〜(g),図9を
参照しながら説明する。
【0056】図7(a)〜(d),図8(e)〜(g)
は製造方法について説明する断面図、図9は移動中のウ
エハの温度を含む膜形成処理中のウエハの温度の履歴を
示す図である。この場合、図8(f)に示すように、ウ
エハ保持具37aが回転軸33の回りを一回りする間に所
定膜厚のSiO2膜55a/BPSG膜56a/SiO2膜57の3
層構造の絶縁膜がウエハ上に形成されるようになってい
る。なお、最下層のSiO2膜55aはBPSG膜56a中のボ
ロン(B)やリン(P)がポリシリコン層又はシリサイ
ド層54a,54bに導入されて、抵抗値が変動するのを防
止するために形成され、最上層のSiO2膜57はBPSG
膜56aの吸湿を防止するために形成される。
【0057】まず、不図示のカセットステーションから
図2に示すロボット30により、図7(a)に示すSiO2
膜53上にポリシリコン層又はシリサイド層54a,54b
の形成された第1のウエハ32aをローダ/アンローダ部
に搬送し、エレベータ31に載置する。
【0058】次いで、エレベータ31を上昇させて、ウ
エハ保持具37aのウエハ載置面41aに第1のウエハ32a
を接触させるとともに、不図示の吸引口から排気し、吸
引口と連通しているチャックにより第1のウエハ32aを
ウエハ載置面41aに載置・固定する。このとき、各ウエ
ハ保持具37a〜37fのヒータ42a〜42fと対応するスリ
ップリング35a,35b,…/集電子36a,36b,…を介
してすべてのウエハ保持具37a〜37fのヒータ42a〜42
fに電力を供給し、すべてのウエハ保持具37a〜37fの
ウエハ載置面41a〜41fの温度を約400 ℃に保持する。
【0059】次に、第1のウエハ32aの温度が約400 ℃
に達した後、回転軸33を回転し、ガス分散具38fの直
上の位置にウエハ保持具37aを停止する。続いて、ガス
シャワー43fから反応ガスとしてTEOS−O3 の混合
ガスを放出する。このとき、SiO2膜55が成長しはじめ
るが、その成長レートは約2000Åとなり、約1分間この
状態を保持することにより、目標とする膜厚の約2000Å
のSiO2膜55が第1のウエハ32a上に形成される(図7
(b))。なお、この間、上記と同様にして第2のウエ
ハ32bをローダ/アンローダ部に位置するウエハ保持具
37bに載置し、第2のウエハ32bの温度をヒータ42bに
より約400 ℃に加熱しておく。
【0060】次に、回転軸33を回転し、ガス分散具38
f/紫外線照射手段38eの直上の位置にそれぞれウエハ
保持具37b,37aを停止する。このとき、第1及び第2
のウエハ32a,32bを移動中にもヒータ42a,42bによ
り加熱し、図9に示すように、第1及び第2のウエハ32
a,32bを約400 ℃の温度に保持しておく。この状態
で、紫外線照射手段38eの水銀ランプ49eを点灯して第
1のウエハ32a上のSiO2膜55に紫外線照射する。その
結果、SiO2膜55のダングリングボンドを埋めてSiO2
55aを緻密化することができる(図7(c))。一方、
ガスシャワー43fから反応ガスとしてTEOS−O3
混合ガスを放出し、約1分間この状態を保持すると、第
2のウエハ32b上には目標とする膜厚の約2000ÅのSiO2
膜が形成される。更に、この間、上記と同様にして第3
のウエハ32cをローダ/アンローダ部に位置するウエハ
保持具37cに載置し、第3のウエハ32cの温度を約400
℃にヒータ42cにより加熱しておく。
【0061】次いで、回転軸33を回転し、ガス分散具
38f/紫外線照射手段38e/ガス分散具38dの直上の位
置にそれぞれウエハ保持具37c,37b,37aを停止す
る。このとき、第1,第2及び第3のウエハ32a,32
b,32cを移動中にもヒータ42a〜42cにより加熱し、
図9に示すように、第1,第2及び第3のウエハ32a,
32b,32cを約400 ℃の温度に保持しておく。この状態
で、直ちに、ガス分散具38dのガスシャワー43dから反
応ガスとしてTEOS−O3 /TMP/TMBの混合ガ
スを放出し、約3分間この状態を保持すると、第1のウ
エハ32aのSiO2膜55上には目標とする膜厚の約6000Å
のBPSG膜56が形成される(図7(d))。一方、
水銀ランプ49eを点灯して第2のウエハ32b上のSiO2
に紫外線照射する。その結果、SiO2膜のダングリングボ
ンドを埋めてSiO2膜を緻密化することができる。更に、
ガス分散具38fから反応ガスを放出することにより第3
のウエハ32c上には目標とする膜厚の約2000ÅのSiO2
が形成される。更に、この間、上記と同様にして第4の
ウエハ32dをローダ/アンローダ部に位置するウエハ保
持具37dに載置し、第4のウエハ32dの温度を約400 ℃
にヒータ42dにより加熱しておく。
【0062】次に、回転軸33を回転し、ガス分散具38
f/紫外線照射手段38e/ガス分散具38d/赤外線照射
手段38cの直上の位置にそれぞれウエハ保持具37d,37
c,37b,37aを停止する。このとき、第1,第2,第
3及び第4のウエハ32a,32b,32c,32dを移動中に
もヒータ42a〜42dにより加熱し、図9に示すように、
第1,第2,第3及び第4のウエハ32a,32b,32c,
32dを約400 ℃の温度に保持しておく。続いて、第1の
ウエハ32a上のBPSG膜56をリフローするために、
赤外線ランプ38cを点灯し、図9に示すように、ウエハ
温度を約400 ℃から約800 ℃に上昇させ、保持する。こ
の状態を所定の時間保持すると、BPSG膜56は溶融
・流動しウエハ表面の凹凸が均される(図7(e))。
なお、第1のウエハ32aの処理と同時に第2,第3及び
第4のウエハ32b,32c,32dについても所定の処理が
なされる。更に、この間、上記と同様にして第5のウエ
ハ32eをローダ/アンローダ部に位置するウエハ保持具
37eに載置し、第4のウエハ32eの温度を約400 ℃にヒ
ータ42eにより加熱しておく。
【0063】次いで、回転軸33を回転し、ガス分散具
38f/紫外線照射手段38e/ガス分散具38d/赤外線照
射手段38c/ガス分散具38bの直上の位置にそれぞれウ
エハ保持具37e,37d,37c,37b,37aを停止する。
このとき、第1,第2,第3,第4及び第5のウエハ32
a,32b,32c,32d,32eは移動中にもヒータ42a〜
42eにより加熱し、図9に示すように、第1,第2,第
3,第4及び第5のウエハ32a,32b,32c,32d,32
eを約400 ℃の温度に保持しておく。続いて、ガス分散
具38bのガスシャワー43bから反応ガスとしてTEOS
−O3 の混合ガスを放出し、約1分間この状態を保持す
ると、第1のウエハ32a上には目標とする膜厚の約2000
ÅのSiO2膜57が形成される(図7(f))。なお、第
1のウエハ32aの処理と同時に第2,第3,第4及び第
5のウエハ32b,32c,32d,32eについても所定の処
理がなされる。更に、この間、上記と同様にして第6の
ウエハ32fをローダ/アンローダ部に位置するウエハ保
持具37fに載置し、第6のウエハ32fの温度を約400 ℃
にヒータ42fにより加熱しておく。
【0064】次いで、回転軸33を回転し、ガス分散具
38f/紫外線照射手段38e/ガス分散具38d/赤外線照
射手段38c/ガス分散具38b/エレベータ31の直上の
位置にそれぞれウエハ保持具37f,37e,37d,37c,
37b,37aを停止する。続いて、エレベータ31を上昇
し、ウエハ保持具37aのチャックと対応する吸引口を閉
じるとともに、窒素ガスの導入口のバルブを開けて窒素
ガスをチャックに送ると第1のウエハ32aがウエハ載置
面41aから離脱して、エレベータ31上に載置される。
次に、ロボット30により第1のウエハ32aをカセット
ステーションに搬出する。なお、この間、第1のウエハ
32aの処理と同時に第2,第3,第4,第5及び第6の
ウエハ32b,32c,32d,32e,32fについても所定の
処理がなされる。
【0065】このようにして、第2,第3,第4,第5
及び第6のウエハ32b,32c,32d,32e,32fについ
ても第1のウエハ32aと同様な処理を行い、再び第2,
第3,第4及び第5のウエハ32b,32c,32d,32eが
回転軸33の回りを一回りしてローダ/アンローダ部に
帰ってきたときにこれらのウエハ上には目標とする膜厚
のSiO2膜/BPSG膜/SiO2膜の3層の膜が形成されて
いる。この間ウエハの温度はヒータ42b〜42eにより加
熱され、常に一定の温度に保持されているので、温度変
動による形成膜への熱歪みの発生を防止することができ
る。このようにして、次々に所定膜厚のSiO2膜/BPS
G膜/SiO2膜の3層の膜がウエハ上に形成されてカセッ
トステーションに蓄積されていく。
【0066】その後、下層の配線層54a,54b上のSiO2
膜57及BPSG膜56aに不図示のビアホールを形成し
た後、Al膜からなる上層の配線層58を形成すると、
半導体装置が完成する(図7(g))。
【0067】以上のように、第4の実施例の半導体装置
の製造方法によれば、ヒータ42a〜42fを有するウエハ
保持具37a,37b,37c,37d,37e,37fに保持され
た第1,第2,第3,第4,第5及び第6のウエハ32
a,32b,32c,32d,32e,32fをヒータ42a〜42f
により加熱して温度約400 ℃に保持したまま、ガス分散
具38b,38d,38fと各処理部38c,38eとの間を移動
し、ウエハ32a,32b,32c,32d,32e,32fの表面
に紫外線照射されたSiO2膜55a/赤外線照射により平坦
化されたBPSG膜56a/SiO2膜57を形成している。
【0068】従って、図9に示すように、ウエハ温度は
400 ℃と800 ℃との間の変動で済む。このように、従来
と異なり移動の間にウエハ32a,32b,32c,32d,32
e,32fが自然冷却されるのを防止することにより、ウ
エハ温度の変動を低減することができるので、熱歪みを
低減する等、形成膜の膜質の変化や劣化を防止すること
ができる。
【0069】なお、第4の実施例では、最下層のSiO2
として紫外線照射されたSiO2膜55aを形成しているが、
オゾン雰囲気中でのアニール処理のなされたSiO2膜を形
成することもできる。また、第4の実施例の膜構造に限
らず、膜形成,赤外線処理,紫外線処理,オゾン雰囲気
中でのアニール処理等を組み合わせて他の構造の膜形成
を行うことが可能である。
【0070】更に、BPSG膜のリフロー処理のため
に、赤外線照射による加熱を行っているが、ヒータのみ
を用いて加熱処理することも可能である。
【0071】また、膜形成と形成膜の処理とを行ってい
るが、形成膜の処理を行わずにSiO2膜/BPSG膜/Si
O2膜の異なる種類の多層膜の形成のみを行うことも可能
である。この場合も、ウエハ保持具を膜形成部の間を移
動させる間、ウエハを加熱することにより、ウエハ温度
の変動を低減することができるので、形成された絶縁膜
の熱歪みの低減を図ることができる。
【0072】更に、膜形成の間中、保持されたウエハ保
持具37a〜37fの位置を中心として放射方向にオシレー
ションユニットによりウエハ保持具37a〜37fを直線往
復運動を行わせることにより、ウエハ32a〜32f上への
反応ガスの供給を均一化し、均一な膜厚や膜質のSiO2
/BPSG膜/SiO2膜を形成することができる。
【0073】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体製造装置
においては、第1に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する膜形成部及び形成された膜の処理部と、
ウエハを保持したまま膜形成部及び処理部の間を順次移
動することが可能なウエハ保持具とを有し、ウエハ保持
具は、ウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが
可能な加熱手段を有している。
【0074】第2に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する複数の膜形成部と、ウエハ載置面にウエ
ハを保持したまま複数の膜形成部の間を順次移動するこ
とが可能なウエハ保持具とを有し、複数のガス分散具は
それぞれ異なる反応ガスの供給手段を有し、ウエハ保持
具はウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが可
能な加熱手段を有している。
【0075】従って、いずれの場合も、ウエハの移動中
のウエハの自然冷却を防止してウエハ温度の変動を低減
し、これにより、形成された膜の膜質の変化や劣化を防
止することができる。
【0076】本発明の半導体装置の製造方法において
は、第1に、加熱手段を有するウエハ保持具に保持され
たウエハを加熱手段により加熱して第1の温度に保持
し、ウエハの表面に膜を形成した後、膜の加熱処理を行
うため、赤外線照射により或いは加熱手段によりウエハ
を更に加熱してウエハの温度を第1の温度よりも高い第
2の温度に昇温している。
【0077】第2に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第3の温度
に保持し、ウエハの表面に膜を形成した後、第4の温度
に加熱されたウエハに紫外線照射して、或いは処理ガス
を散布して膜の処理を行うため、ウエハを加熱しなが
ら、ウエハ保持具を膜形成部から処理部に移動させてい
る。
【0078】第3に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第5の温度
に保持し、ウエハの表面に第1の膜を形成した後、ウエ
ハの温度を第6の温度に保持して第1の膜の上に第2の
膜を形成するため、ウエハ保持具を第1の膜形成部から
第2の膜形成部に移動させる間、ウエハを加熱してい
る。
【0079】従って、いずれの場合にも、ウエハの移動
中の自然冷却を防止し、ウエハ温度の変動を低減するこ
とができるので、形成された膜への熱歪みの発生等を防
止して形成された膜の膜質の変化や劣化を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する構成図である。
【図2】本発明の第2の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施例のマルチステッププロセ
ス装置の膜形成部及び処理部について説明する構成図で
ある。
【図4】本発明の第2の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する上面図である。
【図5】本発明の第3の実施例の膜形成方法について説
明する断面図である。
【図6】本発明の第3の実施例の膜形成方法におけるウ
エハ温度の履歴について説明する図である。
【図7】本発明の第4の実施例の膜形成方法について説
明する断面図(その1)である。
【図8】本発明の第4の実施例の膜形成方法について説
明する断面図(その2)である。
【図9】本発明の第4の実施例の膜形成方法におけるウ
エハ温度の履歴について説明する図である。
【図10】従来例のマルチチャンバプロセス装置につい
て説明する構成図である。
【図11】従来例の膜形成方法におけるウエハ温度の履
歴について説明する図である。
【符号の説明】
1 カセットチャンバ、 2,5,16,30 ロボット、 3 ロードロックチャンバ、 4 バッファチャンバ、 6a〜6e 処理チャンバ、 7a,7b,8a〜8e バルブ、 9,29,32a〜32f Si基板(ウエハ)、 10 ロード/アンロード室、 11 CVD室(膜形成部)、 12 赤外線加熱処理室(処理部)、 13,41a〜41f ウエハ載置面、 14,42a〜42f ヒータ(加熱手段)、 15,37a〜37f ウエハ保持具、 17,43b,43d,43f ガスシャワー、 18,44b,44d,44f ガス放出面、 19,39b,39d,39f 反応ガス導入口、 20,26,45b〜45f ガス収集具、 21,27,40b〜40f ガス排出口、 22,38b,38d,37f ガス分散具、 23,46c 赤外線ランプ保持具、 24,47c 赤外線ランプ、 25,39c,39e ガス導入口、 28,38c 赤外線照射手段(処理手段)、 31 エレベータ、 33 回転軸、 34a〜34f アーム、 35a,35b スリップリング、 36a,36b 集電子、 38e 紫外線照射手段(処理手段)、 48e 水銀ランプ保持具、 49e 水銀ランプ、 50,53,55,55a,57 SiO2膜、 51a,51b,58 配線層、 52,52a,56,56a BPSG膜、 54a,54b ポリシリコン層又はシリサイド層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 徳 東京都港区港南2ー13ー29 株式会社半導 体プロセス研究所内 (72)発明者 西本 裕子 東京都港区港南2ー13ー29 株式会社半導 体プロセス研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−136234(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上向きに反応ガスを放出するガス分散具を
    備えた膜形成部と、 前記形成された膜の後処理をする処理手段が上向きに設
    置されている処理部と、 前記ガス分散具及び前記処理手段と対面するように下向
    きにウエハを保持し、そのまま前記膜形成部と前記処理
    部の間を移動させるウエハ保持具と、 前記ウエハ保持具の移動中を含め、前記ウエハを加熱す
    る、前記ウエハ保持具に設置された加熱手段とを有する
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項2】前記処理手段は、上向きに赤外線を放射す
    る赤外線照射手段、上向きに紫外線を放射する紫外線照
    射手段、又は処理ガス供給手段であることを特徴とする
    請求項1記載の半導体製造装置。
  3. 【請求項3】前記膜形成部と前記処理部とを一組とし、
    これらが複数組順に並べられていることを特徴とする請
    求項1又は請求項2に記載の半導体製造装置。
  4. 【請求項4】膜形成部で、第1の温度に加熱されたウエ
    ハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出して、前
    記ウエハ表面を前記反応ガスに曝して成膜する工程と、 前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移動さ
    せる工程と、 前記処理部で、赤外線照射により或いは前記加熱手段に
    より前記ウエハを第2の温度に加熱して、前記形成され
    た膜を後処理する工程とを有する半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】膜形成部で、第1の温度に加熱されたウエ
    ハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出して、前
    記ウエハを前記反応ガスに曝して成膜する工程と、 前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移動さ
    せる工程と、 前記処理部で、前記加熱手段により前記ウエハを前記第
    2の温度に加熱し、かつ前記ウエハに紫外線を照射し
    て、或いは処理ガスを散布して前記形成された膜の後処
    理を行う工程とを有する半導体装置の製造方法。
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