特許 7593309 絶縁膜形成装置用トレー、絶縁膜形成装置および絶縁膜形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】絶縁膜形成装置用トレー、絶縁膜形成装置および絶縁膜形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20241126BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20241126BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20241126BHJP

   H01L 21/673 20060101ALI20241126BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

H01L21/316 X

H01L21/318 B

H01L21/68 U

C23C16/458

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021212936

(22)【出願日】2021-12-27

(65)【公開番号】P2023096896

(43)【公開日】2023-07-07

【審査請求日】2023-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 悠平

(72)【発明者】

【氏名】行本 靖史

(72)【発明者】

【氏名】品川 正行

(72)【発明者】

【氏名】草場 辰己

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２６９７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０９５５４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－１８１０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１１５８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２４６８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７０７４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０５９５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１６８１７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１１８７６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２１／６７３

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置において前記半導体ウェーハを載置するトレーであって、
半導体ウェーハを載置するトレー本体を備え、
前記トレー本体は、
前記トレー本体の上面から下面に向かって窪む凹部であって、側壁と底部とで画定され、前記半導体ウェーハを収容する円筒形の凹部と、
前記下面から前記底部まで貫通する空間として形成され、不活性ガスが流れる流路となるガス流路とを有し、
前記ガス流路は、
上面視において、半導体ウェーハが前記凹部に配置された際に、前記半導体ウェーハによって前記ガス流路の一部が塞がれる位置に形成されることを特徴とする絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項2】

前記ガス流路は、前記下面から前記底部に向かって延びる複数の第１の貫通穴を有する、請求項１に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項3】

前記ガス流路は、前記トレー本体の上面に、内径が前記半導体ウェーハの直径より小さく、かつ外径が前記半導体ウェーハの直径よりも大きい環状溝と、該環状溝内に配置された複数の第１の貫通穴とを有する、請求項１に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項4】

前記環状溝の内径は、前記半導体ウェーハの直径より小さく、前記環状溝の内径と前記半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、かつ前記環状溝の外径は、前記半導体ウェーハの直径より大きく、前記環状溝の外径と前記半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下である、請求項３に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項5】

前記第１の貫通穴の直径は、０．５ｍｍ以上前記環状溝の幅以下である、請求項３または４に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項6】

前記第１の貫通穴は、前記凹部の中心と同心の円の周方向に１５°以下の角度で均等に配置されている、請求項２～５のいずれか一項に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項7】

前記ガス流路は、前記トレー本体の上面に、内径が前記半導体ウェーハの直径より小さく、かつ外径が前記半導体ウェーハの直径よりも大きい環状溝と、該環状溝内に配置された複数の第１の貫通穴とを有し、前記第１の貫通穴は、前記凹部の中心と同心の円に沿った長穴である、請求項１に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項8】

複数の第２の貫通穴を有し、前記凹部の中心と同心で前記環状溝内に配置された環状部材をさらに備え、
前記複数の第２の貫通穴は、前記環状部材の中心と同心の円の周方向に均等に配置されている、請求項７に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【請求項9】

半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する装置であって、
請求項１～８のいずれか一項に記載のトレーと、
前記トレーの上方に配置され、前記絶縁膜の原料ガスを前記トレー上に載置された前記半導体ウェーハの裏面に向かって供給する原料ガス供給部と、
前記トレーの下方に配置され、前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、
前記トレーの下方かつ前記ヒーターの上方に配置され、不活性ガスを前記トレー本体の下面側から供給して前記トレー本体の前記ガス流路に流通させる不活性ガス供給部を備えることを特徴とする絶縁膜形成装置。

【請求項10】

前記トレーを複数備え、
前記複数のトレーを前記原料ガス供給部と前記不活性ガス供給部との間に搬送して、前記絶縁膜の形成を複数枚の半導体ウェーハに対して連続的に行うことができるように構成されている、請求項９に記載の絶縁膜形成装置。

【請求項11】

請求項９または１０に記載の絶縁膜形成装置の前記トレー上に半導体ウェーハの裏面側を上に向けて載置し、次いで前記半導体ウェーハを前記原料ガス供給部と前記不活性ガス供給部との間に配置した後、前記ヒーターにより前記半導体ウェーハを所定の温度に加熱した状態で、前記不活性ガス供給部から不活性ガスを供給して前記不活性ガスを前記トレー本体の前記ガス流路に流通させつつ、前記原料ガス供給部から前記絶縁膜の原料ガスを供給して、前記半導体ウェーハの裏面上に絶縁膜を形成することを特徴とする絶縁膜形成方法。

【請求項12】

前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、請求項１１に記載の絶縁膜形成方法。

【請求項13】

前記絶縁膜は酸化膜である、請求項１１または１２に記載の絶縁膜形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁膜形成装置用トレー、絶縁膜形成装置および絶縁膜形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、パワートランジスタおよび裏面照射型固体撮像素子等の種々の半導体デバイスにおいて、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハ上にシリコンなどのエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハを基板として用いるのが一般的である。

【0003】

例えば、エピタキシャルシリコンウェーハは、枚葉式のエピタキシャル成長炉内にシリコンウェーハを配置し、ジクロロシランガスやトリクロロシランガス等の原料ガスを、水素ガス等のキャリアガスとともにエピタキシャル成長炉内に供給し、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。

【0004】

ところで、低抵抗率の半導体ウェーハ上に高抵抗率のエピタキシャル層を形成する場合などにおいて、半導体ウェーハの裏面などから半導体ウェーハ内のドーパントが気相中に飛び出し、エピタキシャル層に取り込まれる、いわゆるオートドープが発生しやすい。そのため、エピタキシャル層の成長に先立って、半導体ウェーハの裏面上に、オートドープを抑制する保護膜として、酸化膜などの絶縁膜を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

上記絶縁膜の形成は、例えば化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）法により行うことができる。例えば、常圧にてＣＶＤを行う常圧ＣＶＤ法においては、絶縁膜を形成する面（すなわち、裏面）側を上に向けて半導体ウェーハをトレーに載置した後、半導体ウェーハを加熱した状態で、絶縁膜の原料ガスを半導体ウェーハ上に供給することにより、絶縁膜を半導体ウェーハの裏面上に形成する。

【0006】

上記従来法では、絶縁膜の原料ガスがウェーハのおもて面の外縁まで回り込むため、絶縁膜は、半導体ウェーハの裏面からウェーハ端面、そして半導体ウェーハのおもて面の外縁にわたって形成される。一方、裏面の外縁からウェーハ端面、そしておもて面の外縁にわたるウェーハ外周部に絶縁膜が形成された半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を形成すると、ウェーハ外周部にクラックが発生し、エピタキシャル層が異常成長する、いわゆるノジュールが発生する場合がある。そのため、従来法によりウェーハ裏面上に絶縁膜を形成した場合には、その後ウェーハ外周部に形成された絶縁膜を除去している。上記ウェーハ外周部の絶縁膜は、拭き取り法により、フッ酸（ＨＦ）液等の除去液を染み込ませたノズルを用いて、拭き取って除去することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１１／０７０７４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記拭き取り法によるウェーハ外周部の絶縁膜の除去おいては、除去液がウェーハ外周部の絶縁膜のみならず、ウェーハ裏面の絶縁膜の一部にも染みこむ、いわゆる「にじみ」が発生する場合がある。こうしたにじみが発生すると、半導体ウェーハは不良品となり、エピタキシャルウェーハの基板として使用することはできない。そのため、形成した絶縁膜を一旦除去した後、再度絶縁膜を形成する必要があり、生産性が低下する問題がある。

【0009】

上述のようなにじみの発生を抑制するためには、ウェーハ外周部への絶縁膜の形成を抑制することが好ましい。

【0010】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウェーハ外周部への絶縁膜の形成を抑制しつつ、半導体ウェーハ裏面上に絶縁膜を形成することができる、絶縁膜形成装置用トレーを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置において前記半導体ウェーハを載置するトレーであって、
半導体ウェーハを載置するトレー本体を備え、
前記トレー本体は、
前記トレー本体の上面から下面に向かって窪む凹部であって、側壁と底部とで画定され、前記半導体ウェーハを収容する円筒形の凹部と、
前記下面から前記底部まで貫通する空間として形成され、不活性ガスが流れる流路となるガス流路とを有し、
前記ガス流路は、
上面視において、半導体ウェーハが前記凹部に配置された際に、前記半導体ウェーハによって前記ガス流路の一部が塞がれる位置に形成されることを特徴とする絶縁膜形成装置用トレー。

【0012】

［２］前記ガス流路は、前記下面から前記底部に向かって延びる複数の第１の貫通穴を有する、前記［１］に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0013】

［３］前記ガス流路は、前記トレー本体の上面に、内径が前記半導体ウェーハの直径より小さく、かつ外径が前記半導体ウェーハの直径よりも大きい環状溝と、該環状溝内に配置された複数の第１の貫通穴とを有する、前記［１］に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0014】

［４］前記環状溝の内径は、前記半導体ウェーハの直径より小さく、前記環状溝の内径と前記半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、かつ前記環状溝の外径は、前記半導体ウェーハの直径より大きく、前記環状溝の外径と前記半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下である、前記［３］に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0015】

［５］前記第１の貫通穴の直径は、０．５ｍｍ以上前記環状溝の幅以下である、前記［２］～［４］のいずれか一項に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0016】

［６］前記第１の貫通穴は、前記凹部の中心と同心の円の周方向に１５°以下の角度で均等に配置されている、前記［２］～［５］のいずれか一項に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0017】

［７］前記第１の貫通穴は、前記凹部の中心と同心の円に沿った長穴である、前記［２］～［６］のいずれか一項に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0018】

［８］複数の第２の貫通穴を有し、前記凹部の中心と同心で前記環状溝内に配置された環状部材をさらに備え、
前記複数の第２の貫通穴は、前記環状部材の中心と同心の円の周方向に均等に配置されている、前記［７］に記載の絶縁膜形成装置用トレー。

【0019】

［９］半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する装置であって、
前記［１］～［８］のいずれか一項に記載のトレーと、
前記トレーの上方に配置され、前記絶縁膜の原料ガスを前記トレー上に載置された前記半導体ウェーハの裏面に向かって供給する原料ガス供給部と、
前記トレーの下方に配置され、前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、
前記トレーの下方かつ前記ヒーターの上方に配置され、不活性ガスを前記トレー本体の下面側から供給して前記トレー本体の前記ガス流路に流通させる不活性ガス供給部を備えることを特徴とする絶縁膜形成装置。

【0020】

［１０］前記トレーを複数備え、
前記複数のトレーを前記原料ガス供給部と前記不活性ガス供給部との間に搬送して、前記絶縁膜の形成を複数枚の半導体ウェーハに対して連続的に行うことができるように構成されている、前記［９］に記載の絶縁膜形成装置。

【0021】

［１１］前記［９］または［１０］に記載の絶縁膜形成装置の前記トレー上に半導体ウェーハの裏面側を上に向けて載置し、次いで前記半導体ウェーハを前記原料ガス供給部と前記不活性ガス供給部との間に配置した後、前記ヒーターにより前記半導体ウェーハを所定の温度に加熱した状態で、前記不活性ガス供給部から不活性ガスを供給して前記不活性ガスを前記トレー本体の前記ガス流路に流通させつつ、前記原料ガス供給部から前記絶縁膜の原料ガスを供給して、前記半導体ウェーハの裏面上に絶縁膜を形成することを特徴とする絶縁膜形成方法。

【0022】

［１２］前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、前記［１１］に記載の絶縁膜形成方法。

【0023】

［１３］前記絶縁膜は酸化膜である、前記［１１］または［１２］に記載の絶縁膜形成方法。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、半導体ウェーハ外周部への絶縁膜の形成を抑制しつつ、半導体ウェーハ裏面上に絶縁膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適な一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）において一点鎖線で囲まれた領域Ｃの拡大図である。

【図2】本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適な別の例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。

【図3】本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適なさらに別の例を示す図であり、（ａ）は環状部材、（ｂ）は図２に示したトレー上に（ａ）の環状部材を配置したトレーを示す図である。

【図4】本発明による絶縁膜形成装置の一例を示す図である。

【図5】発明例に用いたトレーの詳細を示す図である。

【図6】酸化膜の厚みを測定したポイントを説明する図であり、（ａ）は貫通穴が１５°毎に設けられた場合、（ｂ）は貫通穴が９０°毎に設けられた場合に対するものである。

【図7】貫通穴のピッチと、測定ポイントでの酸化膜の厚みとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（絶縁膜形成装置用トレー）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。半導体ウェーハは、デバイスが形成される平坦面であるおもて面と、おもて面とは反対側の平坦面である裏面と、おもて面および裏面のウェーハ径方向外側に位置しておもて面の外縁と裏面の外縁とを接続するウェーハ端面とを有する。本発明による絶縁膜形成装置用トレーは、半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置において半導体ウェーハを載置するトレーであり、半導体ウェーハを載置するトレー本体を備える。ここで、トレー本体は、トレー本体の上面から下面に向かって窪む凹部であって、側壁と底部とで画定され、半導体ウェーハを収容する円筒形の凹部と、上記下面から上記底部まで貫通する空間として形成され、不活性ガスが流れる流路となるガス流路とを有し、該ガス流路は、上面視において、半導体ウェーハが凹部に配置された際に、半導体ウェーハによって上記ガス流路の一部が塞がれる位置に形成されることを特徴とする。

【0027】

上述のように、従来の絶縁膜形成装置においては、絶縁膜を形成する面、すなわち裏面側を上に向けてトレーに載置し、ウェーハの上方から原料ガスを供給してウェーハ裏面上に絶縁膜を形成する。その際、ウェーハ裏面のみならず、ウェーハ外周部にも絶縁膜が形成されるため、ウェーハ外周部に形成された絶縁膜を除去する必要が生じる。

【0028】

本発明者らは、上述のような、半導体ウェーハ外周部への絶縁膜の形成を抑制する方途について鋭意検討した。その過程で、半導体ウェーハを載置するトレーに着目し、トレーの母体であるトレー本体の上面から下面に向かって窪む凹部であって、側壁と底部とで画定され、半導体ウェーハを収容する円筒形の凹部を設け、さらにトレー本体の下面から凹部を画定する底部まで貫通する空間として形成され、不活性ガスが流れる流路となるガス流路を設け、該ガス流路を、上面視において、半導体ウェーハが凹部に配置された際に、半導体ウェーハによって上記ガス流路の一部が塞がれる位置に形成することに想到した。そして、このように構成したトレーに半導体ウェーハを載置し、トレーの下方から不活性ガスを供給してガス流路に流通させつつ、半導体ウェーハの上方から原料ガスを供給して絶縁膜を形成することにより、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制することができることを見出し、本発明を完成させたのである。以下、本発明による絶縁膜形成装置用トレーについて詳しく説明する。

【0029】

図１は、本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適な一例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）において一点鎖線で囲まれた領域Ｃの拡大図である。図１に示した絶縁膜形成装置用トレー１は、トレー１の母体を構成するトレー本体１１を備える。トレー本体１１の上面１１ａおよび下面１１ｂは、ともに平坦である。また、トレー本体１１は、トレー本体１１の上面１１ａから下面１１ｂに向かって窪む円筒形の凹部１１ｃを有する。凹部１１ｃは、側壁Ｓと底部Ｂとで画定され、半導体ウェーハを収容する。さらに、トレー本体１１は、下面１１ｂから底部Ｂまで貫通する空間として形成され、不活性ガスが流れる流路となるガス流路Ｐを有する。ガス流路Ｐは、上面視において、半導体ウェーハが凹部１１ｃに配置された際に、半導体ウェーハによってガス流路Ｐの一部が塞がれる位置に形成される。

【0030】

トレー本体１１は、絶縁膜を形成する際の温度に対する耐熱性および耐変形性を有し、半導体ウェーハを汚染させない材料で構成することが好ましい。例えば、トレー本体１１は、炭化シリコンを焼結したもの、焼結炭化シリコンの表面を炭化シリコン膜で被覆したもので構成することができる。

【0031】

トレー本体１１のサイズは、載置する半導体ウェーハの直径、枚数、トレー本体１１を構成する材料などに応じて、適切に設定することができる。

【0032】

凹部１１ｃの直径は、半導体ウェーハの直径より大きく、凹部１１ｃの直径と半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、半導体ウェーハを良好に保持することができる。また、凹部１１ｃの深さは、半導体ウェーハの厚み以上とすることが好ましい。

【0033】

ガス流路Ｐは、トレー本体１１の上面１１ａに、内径が半導体ウェーハの直径より小さく、かつ外径が半導体ウェーハの直径よりも大きい環状溝１１ｅと、環状溝１１ｅ内に配置された複数の第１の貫通穴１１ｄとを有する。

【0034】

貫通穴１１ｄは、環状溝１１ｅ内に配置され、トレー本体１１の下面１１ｂから環状溝１１ｅの底部まで貫通し、不活性ガスが流れる流路の一部を構成する。貫通穴１１ｄの形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、多角形などとすることができる。

【0035】

貫通穴１１ｄの直径は、０．５ｍｍ以上、環状溝１１ｅの幅以下であることが好ましい。これにより、不活性ガスの流量を適切な値に制御することができる。なお、本明細書において、貫通穴１１ｄの形状が円形以外の場合、貫通穴１１ｄの直径は、貫通穴１１ｄを内接する円の直径を指す。

【0036】

環状溝１１ｅは、不活性ガスが流れる流路の一部を構成する。環状溝１１ｅの内径を半導体ウェーハの直径よりも小さくすることにより、半導体ウェーハと凹部１１ｃの底面との接触面積が減少して、ウェーハ外周部に伝わる熱が減少し、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制することができる。また、半導体ウェーハが環状溝１１ｅの開口部を一部覆うため、下方から流通する不活性ガスの一部が半導体ウェーハの裏面外周部に当たって環状溝１１ｅに沿って流通するようになり、貫通穴１１ｄのない部分でも絶縁膜が形成されるのを抑制することができる。

【0037】

また、環状溝１１ｅの外径を半導体ウェーハの直径よりも大きくすることにより、不活性ガスがウェーハ外周部近傍を良好に通過し、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制することができる。

【0038】

環状溝１１ｅの内径は、半導体ウェーハの直径より小さく、環状溝１１ｅの内径と半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、上記ウェーハ外周部に伝わる熱を減少させてウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制する効果、および不活性ガスを環状溝１１ｅに沿って流通させて貫通穴１１ｄのない部分でも絶縁膜が形成されるのを抑制する効果をより向上させることができる。

【0039】

また、環状溝１１ｅの外径は、半導体ウェーハの直径より大きく、環状溝１１ｅの外径と半導体ウェーハの直径との差は２ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、不活性ガスがウェーハ外周部近傍をより良好に通過し、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのをより抑制することができる。

【0040】

貫通穴１１ｄは、凹部１１ｃの中心と同心の円の周方向に６０°以下の角度毎に配置されていることが好ましく、３０°以下の角度毎に配置されていることがより好ましく、１５°以下の角度毎に均等に配置されていることがさらに好ましく、１０°以下の角度毎に均等に配置されていることがさらにまた好ましく、５°以下の角度毎に配置されていることが最も好ましい。また、貫通穴１１ｄは、上記円の周方向に均等に配置されていることが好ましい。後述する実施例に示すように、貫通穴１１ｄを円の周方向に１５°以下の角度で均等に配置することにより、絶縁膜がウェーハ外周部に形成されるのを周方向全体でほぼ防止することができ、５°以下の角度で均等に配置することにより、絶縁膜がウェーハ外周部に形成されるのを周方向全体で防止することができる。

【0041】

半導体ウェーハに絶縁膜を形成するとき、トレー１の上に半導体ウェーハを載置した上で、トレー本体１１の下方から不活性ガスを供給してガス流路Ｐに流通させつつ、原料ガスを半導体ウェーハの上方から供給する。このとき、半導体ウェーハは絶縁膜を形成する裏面側を上に向け、凹部１１ｃに収容して載置される。すると、トレー本体１１に設けられたガス流路Ｐは、上面視において、半導体ウェーハが凹部１１ｃに配置された際に、半導体ウェーハによってガス流路Ｐの一部が塞がれる位置に形成されているため、ガス流路Ｐを流通する不活性ガスがウェーハ外周部付近を通過して絶縁膜の原料ガスがウェーハ外周部に到達するのを抑制する。こうして、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制することができる。

【0042】

なお、図１に示したトレー１においては、ガス流路Ｐは環状溝１１ｅを有しているが、必ずしもその必要はなく、ガス流路Ｐは複数の貫通穴１１ｄのみを有してもよい。この場合、貫通穴１１ｄは、上面視において、半導体ウェーハが凹部１１ｃに配置された際に、半導体ウェーハによって貫通穴１１ｄの一部が塞がれる位置に配置する。

【0043】

ガス流路Ｐが複数の貫通穴１１のみを有する場合、貫通穴１１ｄの直径は、不活性ガスの流量を適切な値に制御できる直径とすることが好ましい。

【0044】

なお、ガス流路Ｐが複数の貫通穴１１ｄのみを有する場合、ガス流路Ｐが環状溝１１ｅを有する場合と比べて、不活性ガスが貫通穴１１ｄ付近に集中しやすい。そのため、不活性ガスをウェーハ外周部により均一に供給するという観点において、ガス流路Ｐは、複数の貫通穴１１ｄのみを有するよりも、図１に示したトレー１のように、環状溝１１ｅを有することが好ましい。

【0045】

図２は、本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適な別の例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。図２に示した絶縁膜形成装置用トレー２の構成２１、２１ａ～２１ｃおよび２１ｅは、図１に示した絶縁膜形成装置用トレー１の構成１１、１１ａ～１１ｃおよび１１ｅにそれぞれ対応する構成であり、説明は省略する。

【0046】

図２に示した絶縁膜形成装置用トレー２においては、貫通穴２１ｄが、凹部２１ｃの中心と同心の円（図２においては、環状溝２１ｅ）に沿った長穴で構成されている。図２に示すように、貫通穴２１ｄを長穴で構成することにより、ウェーハ外周部に不活性ガスを均一に供給することができるため、ウェーハ外周部において絶縁膜の形成を抑制する効果をウェーハ周方向に沿ってより均一に得ることができる。なお、図２に示した例においては、貫通穴２１ｄは凹部２１ｃの中心と同心の円の周方向に９０°毎に設けられているが、これに限定されず、例えば１２０°、１８０°毎に設けることもできる。

【0047】

図３は、本発明による絶縁膜形成装置用トレーの好適なさらに別の例を示しており、（ａ）は環状部材、（ｂ）は図２に示したトレー上に（ａ）の環状部材を配置したトレーを示している。図３（ａ）に示した環状部材２２は、複数の貫通穴（第２の貫通穴）２２ａを有しており、複数の貫通穴２２ａは環状部材２２の中心と同心の円の周方向に均等（図３の例では、４５°毎）に配置されている。なお、図３（ａ）に示した環状部材２２の内径は、図２に示したトレー２の環状溝２１ｅの内径よりも大きく構成されており、環状部材２２の外径は、図２に示したトレー２の環状溝２１ｅの外径よりも小さく構成されている。

【0048】

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した環状部材２２を図２に示したトレー２の環状溝２１ｅ内に配置したトレー３を示している。環状部材２２の複数の貫通穴２２ａは長穴上に配置されており、これにより不活性ガスが流通する領域を貫通穴２２ａに制限することができる。そして、貫通穴２２ａの個数（貫通穴２２ａ間の間隔、ピッチ）が異なる環状部材２２ａに交換することによって、不活性ガスの供給量を調整し、絶縁膜の形成が抑制される範囲の調整を容易に行うことができる。

【0049】

（絶縁膜形成装置）
本発明による絶縁膜形成装置は、半導体ウェーハの裏面に絶縁膜を形成する装置であって、上述した本発明による絶縁膜形成装置用トレーと、トレーの上方に配置され、絶縁膜の原料ガスをトレー上に載置された半導体ウェーハの裏面に向かって供給する原料ガス供給部と、トレーの下方に配置され、半導体ウェーハを加熱するヒーターと、トレーの下方かつヒーターの上方に配置され、不活性ガスをトレー本体の下面側から供給してトレー本体のガス流路に流通させる不活性ガス供給部を備えることを特徴とする。

【0050】

図４は、本発明による絶縁膜形成装置の一例を示している。図４に示した絶縁膜形成装置１００は、トレー１と、原料ガス供給部２と、ヒーター３と、不活性ガス供給部４とを備える。

【0051】

トレー１は、図１に示した本発明によるトレー１であり、その詳細については既に説明しているため、省略する。トレー１の下部には、トレー１を搬送できるように搬送コロ１ａが設けられている。

【0052】

原料ガス供給部２は、トレー１の上方に配置され、絶縁膜の原料ガスをトレー１の凹部１１ｃを介してトレー１上に載置された半導体ウェーハＷの裏面に向かって供給する。図４に示した例においては、シリコン酸化膜を形成するための原料ガスであるシラン（ＳｉＨ_４）および酸素ガス（Ｏ_２）を供給するように構成されているが、窒化膜など他の絶縁膜を形成するように、他の原料ガスを供給するように構成することもできる。

【0053】

また、図４に示すように、原料ガス供給部２は、原料ガスに不純物が混入するのを低減するために、原料ガスを取り囲むように、窒素や希ガスなどの不活性ガスを供給するように構成することが好ましい。

【0054】

ヒーター３は、トレー１の下方に配置され、半導体ウェーハＷの裏面に供給される原料ガスが分解され、半導体ウェーハＷの裏面上に絶縁膜が形成される温度に半導体ウェーハＷを加熱する。

【0055】

不活性ガス供給部４は、トレー１の下方かつヒーター３の上方に配置され、不活性ガスをトレー本体１１の下面１１ｂ側から供給してトレー本体１１のガス流路Ｐに流通させる。

【0056】

ここで、絶縁膜形成装置１００の動作について説明する。まず、トレー１の上に、半導体ウェーハＷを、絶縁膜を形成する裏面側を上に向けて凹部１１ｃに収容するように載置する。次いで、トレー１を原料ガス供給部２の下方かつ不活性ガス供給部４の上方に配置する。

【0057】

続いて、ヒーター３により、所定の温度まで半導体ウェーハＷを加熱した後、不活性ガス供給部４から不活性ガスをトレー本体１１のガス流路Ｐに流通させつつ、原料ガス供給部２から絶縁膜の原料ガスを半導体ウェーハＷの裏面に向かって供給する。こうして、ウェーハＷの外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制しつつ、半導体ウェーハＷの裏面に絶縁膜を形成することができる。

【0058】

なお、上記絶縁膜形成装置１００において、トレー１を複数備え、複数のトレー１を原料ガス供給部２と不活性ガス供給部４との間に搬送するように構成されることが好ましい。これにより、絶縁膜の形成を複数枚の半導体ウェーハＷに対して連続的に行うことができる。

【0059】

（絶縁膜形成方法）
本発明による絶縁膜形成方法は、上述した本発明による絶縁膜形成装置のトレー上に半導体ウェーハの裏面側を上に向けて載置し、次いで半導体ウェーハを原料ガス供給部と不活性ガス供給部との間に配置した後、ヒーターにより半導体ウェーハを所定の温度に加熱した状態で、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給して不活性ガスをトレー本体のガス流路に流通させつつ、原料ガス供給部から絶縁膜の原料ガスを半導体ウェーハの裏面に向かって供給して、半導体ウェーハの裏面上に絶縁膜を形成することを特徴とする。

【0060】

以下、図４に示した本発明による好適な絶縁膜形成装置１００を用いた場合を例として、本発明による絶縁膜形成方法の例について説明する。まず、トレー１の上に、半導体ウェーハＷを、絶縁膜を形成する裏面側を上に向けて凹部１１ｃに収容するように載置する。

【0061】

半導体ウェーハＷは、特に限定されず、シリコンウェーハ、ゲルマニウムウェーハ、炭化シリコンウェーハ、ヒ化ガリウムウェーハ等とすることができる。特に、半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハを好適に用いることができる。

【0062】

半導体ウェーハＷの直径は、半導体ウェーハＷを構成する材料および設計に応じて設定することができ、特に限定されない。半導体ウェーハＷがシリコンウェーハである場合、その直径は、１５０ｍｍ以上とすることができ、例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍとすることができる。

【0063】

また、絶縁膜は、特に限定されないが、酸化膜や窒化膜等とすることができる。例えば、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハの場合には、酸化膜はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜とすることができる。

【0064】

次いで、トレー１を原料ガス供給部２の上方かつ不活性ガス供給部４の下方に配置する。

【0065】

続いて、ヒーター３により、所定の温度まで半導体ウェーハＷを加熱した後、不活性ガス供給部４から、不活性ガスを供給して不活性ガスをトレー本体１１のガス流路Ｐに流通させつつ、原料ガス供給部２から絶縁膜の原料ガスを供給して、半導体ウェーハＷの裏面上に絶縁膜を形成する。

【0066】

絶縁膜の形成の際の半導体ウェーハの温度は、形成する絶縁膜の種類に依存するが、例えばシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成する場合には、３８０℃以上４６０℃以下とすることが好ましい。

【0067】

原料ガス供給部２から供給する原料ガスは、絶縁膜の原料に応じて、適切なガスを用いることができる。例えば、絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、原料ガスとしては、ＳｉＨ_４ガスおよびＯ_２ガスとすることができる。また、絶縁膜がシリコン窒化膜である場合には、ＳｉＨ_４ガス、およびＮ_２ガスまたはアンモニア（ＮＨ_３）ガスとすることができる。

【0068】

不活性ガス供給部４から供給する不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスや希ガスなどを用いることができる。

【0069】

また、絶縁膜を形成させない領域は、不活性ガス供給部４から供給する不活性ガスの流速、貫通穴１１ｄの直径および環状溝１１ｅの内径によって調整することができる。

【0070】

こうして、半導体ウェーハＷの外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制して、半導体ウェーハＷの裏面上に絶縁膜を形成することができる。

【実施例】

【0071】

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。

【0072】

（発明例１）
図１に示したトレー１を備える図４に示した絶縁膜形成装置１００を用いて、シリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。貫通穴１１ｄは、環状溝１１ｅ内において、凹部１１ｃの中心から１０２．５ｍｍの位置に、直径２ｍｍの円形のものを周方向に１５°毎（すなわち、２４個）に均等に設けた。トレー１の寸法の詳細を図５（ａ）～（ｃ）に示す。

【0073】

具体的には、まず、直径２００ｍｍ、厚み７００μｍのシリコンウェーハを用意し、トレー１上に、絶縁膜を形成する裏面側を上に向けて凹部１１ｃに収容するようにシリコンウェーハを載置した。

【0074】

次いで、トレー１を絶縁膜形成装置１００の原料ガス供給部２の下方かつ不活性ガス供給部４の上方に配置した。

【0075】

続いて、ヒーター３により、４５０℃までシリコンウェーハを加熱して保持し、不活性ガス供給部４からＮ_２ガスを供給してガス流路Ｐに流通させつつ、原料ガス供給部２からＳｉＨ_４ガスおよびＯ_２ガスを供給した。こうして、シリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。

【0076】

（発明例２）
発明例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、トレー１としては、貫通穴１１ｄが１０°毎に（すなわち、３６個）均等に形成されたものを用いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0077】

（発明例３）
発明例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、トレー１としては、貫通穴１１ｄが５°毎に（すなわち、７２個）均等に形成されたものを用いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0078】

（発明例４）
発明例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、トレー１としては、貫通穴１１ｄが３０°毎に（すなわち、１２個）均等に形成されたものを用いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0079】

（発明例５）
発明例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、トレー１としては、貫通穴１１ｄが６０°毎に（すなわち、６個）均等に形成されたものを用いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0080】

（発明例６）
発明例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、トレー１としては、貫通穴１１ｄが９０°毎に（すなわち、４個）均等に形成されたものを用いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0081】

（従来例）
発明例１と同様に、シリコンウェーハの裏面上にシリコン酸化膜を形成した。ただし、シリコン酸化膜の形成は、特許文献１に記載された装置を用いて行いた。その他の条件は、発明例１と全て同じである。

【0082】

＜酸化膜の厚みの評価＞
発明例１～６および従来例のシリコンウェーハについて、形成した酸化膜の厚みを測定した。発明例１～６の厚みについては、膜厚測定器（ＮＡＮＯＭＥＴＲＩＣＳ社製、Ｎａｎｏｓｐｅｃ ８０００ＸＳＥ）を用いて、凹部の中心から９９．５ｍｍの位置、かつ隣接する貫通穴の中間の角度にて測定した。例えば、貫通穴が１５°毎に設けられた発明例１については、図６（ａ）に示す測定ポイントにて酸化膜の厚みを測定した。また、貫通穴が９０°毎に設けられた発明例６については、図６（ｂ）に示す測定ポイントにて酸化膜の厚みを測定した。一方、従来例については、９０°毎に酸化膜の厚みを測定し、その平均値を得た。得られた測定結果を図７に示す。

【0083】

図７から明らかなように、従来例については、酸化膜の厚みの平均値は約３５００Åであった。一方、発明例１～６については、貫通穴の数が増えるほど、酸化膜の厚みが減少した。特に、貫通穴を１５°以下毎に形成した発明例１～３については絶縁膜の厚みはほぼゼロとなり、発明例３については絶縁膜の厚みはウェーハ外周部の周方向全体でゼロとなった。

【産業上の利用可能性】

【0084】

本発明によれば、ウェーハ外周部に絶縁膜が形成されるのを抑制しつつ、ウェーハ裏面上に絶縁膜を形成することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。

【符号の説明】

【0085】

１，２，３ トレー
１ａ 搬送コロ
２ 原料ガス供給部
３ ヒーター
４ 不活性ガス供給部
１１ トレー本体
１１ａ，２１ａ 上面
１１ｂ，２１ｂ 下面
１１ｃ，２１ｃ 凹部
１１ｄ，２１ｄ，２２ａ 貫通穴
１１ｅ，２１ｅ 環状溝
２２ 環状部材
１００ 絶縁膜形成装置
Ｂ 底部
Ｓ 側壁
Ｐ ガス流路
Ｗ 半導体ウェーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】