JP2000294511A

JP2000294511A - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP2000294511A
Application number: JP11102825A
Authority: JP
Inventors: Mikio Takagi; 幹夫高木
Original assignee: FTL KK
Current assignee: FTL KK
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】縦型ホットウール式加熱炉を使用してポリＳ
ｉ膜などを成長する技術において高速成長を実演する。【解決手段】（イ）ガス案内手段−反応ガスを炉内ガ
スと遮断して炉内を半導体ウェーハ端縁近傍位置まで案
内する；（ロ）ガス噴出手段−実質的に全量の反応ガス
をガス案内手段から近傍位置で半導体シリコンウェーハ
の間隙に噴出する；（ハ）半導体ウェーハ支持手段−ウ
ェーハを５mm以上の間隔で下側から支える；（ニ）ウェ
ーハ回転手段。（ホ）ウェーハ装入手部材より構成され
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、半導体装置の製造
装置に関するものであり、より詳しく述べるならは、従
来の複数枚バッチ方式による半導体シリコンウェーハの
化学気相成長（ＣＶＤ）もしくは反応ガスとの直接反応
によりウェーハ上に成膜される方法の改良であり、これ
らの皮膜の成長速度を増大させる半導体装置の製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】６〜８インチの大口径シリコンウェーハ
に対する均一性を保ったＣＶＤを行う方法として、Ｓｉ
Ｃサセプタに横置きされた１枚の半導体ウェーハを回転
させ、かつランプ加熱しながらウェーハ面上に反応ガス
を水平に流し成膜を行う方法は公知である。この方法の
特長は、反応炉の壁が冷えているコールドウォール方式
であるためにＳｉＨ₄などの反応ガスが炉壁に付着し難
い；そこでパーティクルの発生が比較的少ない；急速加
熱が容易であるなどである。この方法は亜大気圧ＣＶＤ
(sub-atmospheric CVD) と言われており、その原理は、
圧力を低下させ気体原子間の平均自由行程(average mea
n free-pass)を長くするとともにウェーハを回転させる
ことによりガス原子がウェーハと接触する機会を多く
し、膜成長が均一になる点にある。膜成長速度は、具体
的には、６００〜６３５℃、１．０〜３０torr程度の圧
力でpoly Si の成長を行うと、５００〜５０００Å／分
になる。皮膜は、ＳｉＣサセプタに支持されたウェーハ
の裏面には付着しないので、ウェーハは反り易い。

【０００３】一般に、反応温度が８００℃以上の高温に
なるとコールドウォール反応炉の使用は以下の点で難し
くなると言われている：（イ）炉壁の温度を低く保つこ
とが難しい；（ロ）電力及び冷却水使用量が激増する；
（ハ）パーティクルが発生し易くなる；（ニ）不要付着
膜を除去するクリーニング工程の時間が長くなる。

【０００４】コールドウォール型加熱炉では１枚のウェ
ーハ当たりの処理時間は５〜１０分の短時間であるが、
ＣＶＤの次の工程、例えばクリーニング、レジスト塗布
工程に移るための最低必要な枚数に合わせてウェーハの
運搬手段であるウェーハのキャリヤの溝数が定められて
おり、この枚数は通常は２５枚である。例えば２５枚の
ウェーハを処理する時間は１２５〜２５０分間となる。

【０００５】ホットウォール型加熱炉において、反応管
を内装した加熱炉内に形成された均熱空間内に複数枚相
互に並列に配置された半導体シリコンウェーハについて
ＬＰ（低圧）−ＣＶＤを行う方法は、長い歴史があるの
で、多数の文献にて報告されている。半導体シリコンウ
ェーハにＣＶＤにより皮膜を形成する代表例を以下に示
す。（ａ）ＳｉＨ₄とＯ₂によるＳｉＯ₂膜の生成（４００℃
程度）（ｂ）ＳｉＨ₄、ＰＨ₃とＯ₂によるＰＳＧ膜の生成（ｃ）ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆によるＰドープ又はノンドー
プポリＳｉ（５８０〜６２０℃）もしくはａ（アモルフ
ァス）Ｓｉの生成（５００〜５３０℃）（ｄ）ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏ（又はＮＯ）によるＨＴＯ(High
Temperature Oxi-dation) 膜の生成（８００〜８５０
℃）（ｅ）ＴＥＯＳとオゾンを用いたＳｉＯ₂膜、ＢＰＳＧ
膜の生成（６５０〜６９０℃程度）（ｆ）ＮＨ₃とＳｉＨ₄又はＳｉＣｌ₂を用いたＳｉ₃Ｎ₄
膜の生成（７２０〜８００℃）（ｇ）タンタルアルコキシドを用いたＴａ₂Ｏ₅膜の生成
（４００〜４４０℃）（ｈ）ＷＳｉ₂膜の生成

【０００６】同様に、反応ガスの直接反応により半導体
シリコンウェーハに皮膜を形成する方法も多数の文献に
報告されており、これらの例を以下に示す。（ｉ）単結晶もしくは多結晶シリコンとＮＨ₄を反応さ
せることによるＳｉのＳｉＯＮ化、ＳｉＮ化、即ちＳｉ
ＯＮ膜、ＳｉＮ膜の生成（ｊ）単結晶もしくは多結晶シリコンとＮＯ又はＮ₂Ｏ
を反応させることによるＳｉＯＮ膜、ＳｉＯ₂膜の生成（ｋ）前記（ｇ）によるＴａ₂Ｏ₅膜とＮＨ₄を反応させ
ることによるＴａＮ膜の生成（ｌ）ＳｉＯ₂膜とＮＨ₃を反応させることによるＳｉＯ
Ｎ膜の生成（ｍ）Ｓｉウェーハ上のＴｉ膜とＮＨ₃又はＮ₂の反応（ｎ）Ｓｉウェーハ上のＴｉＯ₂膜とＮＨ₃又はＮ₂の反
応によるＴｉＮ膜の生成

【０００７】図１は従来のホットウォール型加熱炉の上
部に配置された石英内管２ａ、石英外管２ｂ，石英ボー
ト１８を示し、下部に配置された断熱、支持、冷却、密
閉などの機構は図示を省略している。石英ボート１８は
約１５０枚程度のウェーハ５を１回で処理できるように
多数棚状に上下に配列されている。反応ガスは、石英内
管２ａ内に下方から導入され、炉内空間を上向きに流
れ、個々の半導体シリコンウェーハ間に流入して反応す
る。その後反応ガスは石英内管２ａと石英外管２ｂの間
の環状間隙を通過してガス排出口から排気される。この
ようなホットウォール型加熱炉では加熱時間が長いが、
大口径ウェーハに微細化デバイスを製造する際に必要に
なる熱的ストレス緩和の観点からは有利である。図１の
ホットウォール型加熱炉の石英ボート１８にウェーハを
出入れするには、ウェーハを支えるフォーク状溝に１枚
づつ又は多数枚一括で装入するのが一般的である。

【０００８】ＬＰ−ＣＶＤを行うホットウォール型加熱
炉では、１００〜１５０枚程度のウェーハを５〜９ｍｍ
ピッチで７００〜９００ｍｍの均熱領域に配置してＣＶ
Ｄを行っている。この条件で各ウェーハでの膜厚を均一
にするために、炉内圧力を０．３〜１torr程度の低圧に
しかつ３〜７ｍ／秒程度又はそれ以上の高速で反応ガス
を炉内に供給する。反応ガスは内側の石英管内でウェー
ハの周囲をウェーハ面と垂直方向に流され、その後ウェ
ーハ面間に周辺部から巻き込まれながら供給される。こ
のような低圧条件では皮膜の成長速度が２０〜１００オ
ングストローム／分以下と遅くなっている。なお、ＬＰ
−ＣＶＤにおける膜の成長速度に及ぼす他の因子として
均熱長さがあり、これが長くなるとガス流の上流と下流
でのウェーハ上での膜の成長速度の差が生じ易くなる。
したがって上記長さの均熱長では、一般に、膜厚の分散
が６インチウェーハでは１〜３％の範囲になるようにウ
ェーハの処理枚数を制限する必要が生じる。

【０００９】上記（ｃ）によるポリシリコン膜生成の例
では、ＬＰ−ＣＶＤ条件が、ウェーハ間隔−５〜７ｍ
ｍ；温度−６２５℃；ＳｉＨ₄流量−２００ｃｃ／分；
ウェーハ−８インチ、５０〜１５０枚；圧力−０．６to
rrである場合、皮膜の成長速度は５０〜８０オングスト
ローム／分である。上記（ｄ）によるＨＴＯ膜は８００
℃、０．３〜１．０ｔｏｒｒの条件で膜の成長速度は１
５〜２０オングストローム／分、膜厚分布は８インチウ
ェーハで３〜６．５％、６インチウェーハで２〜５％で
ある。これらの膜成長速度はランプ加熱による１枚ウェ
ーハの場合と比較してかなり低くなっている。また１５
０枚処理の場合の昇温及び降温を含む全処理時間は約１
２０〜６００分である。全処理時間は生成膜の種類、膜
厚により大きく異なるが、アモルファスシリコンの成長
（厚さ１μｍ）は全処理時間が長い例、すなわち６００
分以上である。上述のようにホットウォール型加熱炉を
使用するＣＶＤ法及び直接反応法では、皮膜の成長速度
が遅いので、１５０枚もの多量処理をすることにより生
産性が上がる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のホッ
トウォール型加熱炉処理の考え方から離れ、高速成膜を
可能にする装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体装置の製造装置は、反応管を内装した加熱炉と、前記
反応管内に形成された均熱空間内に位置し、かつ横置き
された半導体シリコンウェーハに化学気相成長もしくは
直接反応による皮膜を形成する反応部とを含んでなる半
導体装置の製造装置において、前記反応ガスを炉内ガス
と遮断して炉内を半導体ウェーハ端縁近傍位置まで案内
する第１のガス案内手段と、実質的に全量の反応ガスを
第１のガス案内手段から前記近傍位置で半導体シリコン
ウェーハの間隙に噴出する手段と、半導体シリコンウェ
ーハを５mm以上の間隔で下側から支える支持手段を設け
た板状基板と、前記半導体シリコンウェーハを加熱炉外
で出し入れする際に前記半導体シリコンウェーハと板状
基板との間に進退可能なウェーハ装入出部材と、ウェー
ハ面に直交する軸を中心として板状基板を回転させる駆
動手段とを含んでなることを特徴とする半導体装置の製
造装置であり、本発明に係る第２の半導体装置の製造装
置は、反応管を内装した加熱炉と、前記反応管内に形成
された均熱空間内に位置し、かつ横置きされた半導体シ
リコンウェーハに化学気相成長もしくは直接反応による
皮膜を形成する反応部とを含んでなる半導体装置の製造
装置において、前記反応ガスを炉内ガスと遮断して炉内
を半導体ウェーハ端縁近傍位置まで案内する第１のガス
案内手段と、実質的に全量の反応ガスを第１のガス案内
手段から前記近傍位置で半導体シリコンウェーハの間隙
に噴出する手段と、半導体シリコンウェーハを周縁部に
て下側から５mm以上の間隔で支える支持手段と、この支
持手段の一部を欠如して形成された欠如部と、ウェーハ
面に直交する軸を中心として支持手段を回転させる駆動
手段と、前記半導体シリコンウェーハを加熱炉外でウェ
ーハを出し入れする際に該半導体シリコンウェーハの下
方に前記欠如部を介して進退可能なウェーハ装入出部材
とを含んでなることを特徴とする半導体装置の製造装置
である。以下、本発明の内容をより詳しく説明する。先
ず本第１発明及び第２発明に共通する内容を説明する。

【００１２】（１）加熱炉：反応管を内装した加熱炉内
の該反応管内に均熱空間が形成されるいわゆるホットウ
ォール型加熱炉を使用する。反応管は一重でも二重でも
よい。

【００１３】（２）半導体シリコンウェーハ：炉内の均
熱空間内に面どうしが向かい合うように並列に配列され
ている。半導体シリコンウェーハ（以下「ウェーハ」と
言う）の枚数は、各工程間をウェーハを移動する治具に
ウェーハを積載する枚数に応じて例えば５、１３、５０
枚などの任意の枚数を処理することができる。但し約７
５枚を超えると均熱長が長くなり過ぎて膜厚分布が劣化
することに加えて、処理時間が長くなるために約７５枚
を上限とすることが好ましい。また、ウェーハ間隔が狭
いと昇温と降温が遅くなるので約５ｍｍ以上の間隔とす
る。また上限は適切な加熱炉均熱長さより定められるが
約１００ｍｍ程度である。

【００１４】（３）反応ガスの送入及び排出：従来法で
は、反応ガスを炉内に一挙に高速で放出させ、次にウェ
ーハ端縁の特定されない位置から個々のウェーハ間隙に
巻込み、ウェーハ面全体と接触させ、その後個々のウェ
ーハ間から排出しているが、この方法では、膜厚の分布
がウェーハの上下位置で大きく変動する。したがって、
圧力を高くすることによって高速成長を行おうとする
と、膜厚分布の変動が一層大きくなる。そこで本発明に
おいては、ウェーハ間隙への反応ガスの送入に関し、反
応ガスの実質的に全量を特定の位置から行うことにし
た。すなわち、送入のための第１の位置はウェーハ周囲
の任意の位置に送入ガス管などを使用して特定し、ガス
管に形成された孔部よりウェーハ面上にほぼ平行にガス
を流す。これにより成長速度を著しく増大することがで
きる。排出側における排気方法は送入側における送気方
法ほど膜成長速度に対する影響は大きくないので、排気
方法は従来法のように反応管の上部もしくは下部に設け
た排気孔より行うことができる。この方法ではウェーハ
枚数が約２５枚以下の場合に十分な成果が達成される。
勿論排出のための第２の位置も特定することが好まし
く、これは第１の位置と向かい合ってガスが流れる位置
である。また第２の位置は上下方向で見ると１又は２以
上のウェーハ間隙、好ましくは各ウェーハ間隙に面して
いることが必要である。これらの位置を規定する管、仕
切り板、函体などは、ガスが流れるその内部空間を反応
管内空間を区隔し、放出孔及び吸引孔のみで反応管内空
間と連通していることが必要である。さらに、反応ガス
は、送入ガス管内の圧力は反応管内の圧力より高く、例
えば０．１〜１気圧程度として、噴出させ、かつ排気管
の先端にポンプなどを接続して反応ガスを吸引する。

【００１５】反応ガスを噴出又は吸引する、ウェーハ端
縁「近傍」とは、従来法のように反応管の上部もしくは
下部ではなく、ウェーハ間隙から水平方向に延長した位
置であって、炉内空間での流入・流出反応ガスが隣のウ
ェーハ間隙の流入・流出ガスと実質的に混合しないよう
な距離である。この距離が具体的にどのような値となる
かは、ウェーハ間隙、ガス流量及び圧力を与えて、ソフ
トウェアソルバー（クレイドル社ソフトウェアSTREAM V
2.9 −有限要素解析法を用いた三次元熱流体解析プログ
ラム）をコンピュータ（シリコングラフィック社製IRS
4D/indy)にインストールして解析することにより知るこ
とができる。第１及び第２のガス案内手段は独立した管
体、反応管内壁の一部を当該手段の一部として形成した
管体、函体などガスを流す手段である。

【００１６】以下、主として第１及び第２の位置を特定
して、管体より反応ガスをそれぞれ送入・排出する方法
を説明する。上述のように個々のウェーハ間隙近傍まで
導かれた反応ガスは、当該ウェーハ間隙に向かって個々
の噴出孔（第１の孔部）より実質的に等しい流量で噴出
し、続いてウェーハ面間に流入し広がる。この際のガス
の広がりを促進するためには噴出孔とウェーハ端縁の間
隙はできるだけ離れている方が好ましい。同様に、噴出
孔（第１の孔部）及び吸引孔（第２の孔部）の総面積は
各管の内部断面積以下であることが好ましい。反応ガス
の流量を個々のウェーハ間隙に対して実質的に等しくす
るためには、第１の孔部の直径をガス流下流方向で大き
くする、ガス案内管の内径を先端側で太くするなどの方
法を採用することができる。しかし、この方法では孔部
直径などの寸法調整や孔の加工が複雑であるために、同
一内径かつ同一孔部直径の管体をガス流方向で逆に２本
以上炉の長さ方向で上下方向で互い違いにする配置する
か、あるいはこれらを１本の管に連結して蛇行させる方
法が好ましい。

【００１７】第１、第２のガス案内手段の形状・構造に
関しては、断面は円形、矩形、半円形などの任意のもの
であってよい。管体の本数は１もしくは２以上であり、
２本の管体の場合はガスの流れ方向を逆にすることによ
り多数のウェーハについてのガス流量を均一にすること
ができる。噴出孔及び吸引孔の個数は各ウェーハ間隙に
ついて１個もしくは２個以上である。２個以上の噴出孔
の場合は反応ガスがウェーハ間隙に入る前に干渉を起こ
さないように隔てる必要がある。

【００１８】（４）ウェーハの回転：ウェーハはその面
と垂直な軸の回りに回転させることにより反応ガスをウ
ェーハ全面と接触させて膜厚を均一化する。回転速度は
５〜６０ｒｐｍであることが好ましい。

【００１９】上記（１）〜（４）を特徴とする本発明装
置によると高速成長に適する圧力は１〜４０torrを設定
することができる。ガス圧力の測定位置は従来のホット
ウォール型加熱炉と同様に排気管内で炉に出来るだけ近
い極近位置とすることができる。

【００２０】第１及び第２発明に係る半導体装置の製造
装置は、さらにそれぞれ下記（５−１）及び（５−２）
のウェーハ支持治具を採用している。（５−１）治具；第１発明においては、ウェーハを保持
する治具は、ウェーハを下側から支える、ピン、突起な
どの支持手段を固設した板状基板を有する。ウェーハは
下側からピンなどにより支えられているために、板状基
板より上方に持ち上げられ、これらの間にウェーハ装入
出治具が進退する空間が形成される。板状基板は、ピン
などを固設するとともに、上下のガス流路空間を仕切る
仕切りを兼ねるものである。ピンでウェーハを支持する
と、ウェーハ裏面全面にもＣＶＤ膜が付着し、このため
ウェーハ両面に付着するＣＶＤ膜がウェーハの反りを妨
げると言う利点がもたらされる。なお、板状基板に面接
触方式でウェーハを支持するとウェーハの温度分布が大
きくなり、好ましくない。（５−２）治具；第２発明においては、ウェーハを保持
する治具は、ウェーハを下側から数か所で支えるピン、
突起などを周縁方向に配列する環状体を有し、この環状
体の一部を欠如してウェーハ装入出治具を進退可能にし
ている。このウェーハ支持治具はウェーハの装入出の際
に炉外に取り出される。その後、ウェーハを装入出の際
にはウェーハ装入出治具を容易に進退させるために、環
状体の一部を切り欠いている。なお、上記のウェーハ保
持方式の代わりに、環状治具自体がウェーハを接触保持
してもよい。ウェーハ周縁部は下側から上記のように支
えられているために、ウェーハ面積の大部分を占める中
央部は、下方に向かって露出される。したがって、環状
ウェーハ保持治具とウェーハ自体が上下のガス流路空間
を仕切ることとなる。上述のような構造のウェーハ支持
治具に対して、従来のフォーク状ウェーハ出入れ治具を
使用することができ、それ以外の治具であっても上記切
除部からウェーーハ面の下方に前進・後退できるもので
あればあらゆる治具を使用することができる。

【００２１】ウェーハが昇温加熱される際に、ウェーハ
支持治具の環状体はウェーハの中心部と周辺部の温度差
を縮小する作用がある。ウェーハとの接触部となる突起
は、ウェーハの保持が安定するように円周方向に配置
し、均等にできるだけ少ない個数で配列することが好ま
しい。これらの突起は環状体から直接突出させることも
できるが、突起は環状体から内側に伸び出た棒の先端に
固着することもできる。またさらに棒の先端を連結する
補強環を設けることもできる。

【００２２】ガス流が広がり易くするためには噴出孔
（第１の孔部）をできるだけウェーハから遠ざけた方が
よいが、すると隣接上下のウェーハ間に向かうガス流が
混合し易くなる。これを避けるためには、ガスが上下の
ウェーハ間隙に流れることを制限する板状基板もしくは
支持手段を有効に作用させる必要がある。したがって、
回転を妨げない範囲でできるだけ板状／支持手段は第１
及び第２の孔部を穿設した管体もしくは反応管壁などに
接近していることが好ましい。また、反応管壁との板状
基板などの間隙を狭めるフィンを前者に固設してもよ
い。

【００２３】下側排気の場合本発明においては、ウェー
ハの上下位置に依存する吸引ガス流量を均一化するため
に以下のような手段を採用することができる。（イ）第
２のガス案内手段の内部をウェーハ配列領域において少
なくとも２つの並列した流路に仕切り、炉の上方側にガ
ス入口を有する流路の断面積を相対的に大きく、かつ炉
の下方側ガス出口を有する流路の断面積を相対的に小さ
くする。後述の図２においては流路の幅を調節して所期
の効果を達成している。（ロ）ウェーハ間隙の全体もし
くは数個の群に共通する第２の孔部を設け、その幅を下
方ほど小さくする。（ハ）ウェーハ間隙の全体に共通す
る同一幅の第２の孔部両側に副孔部を短冊状に設ける；
副孔部の位置及び長さを調節することにより上側の第２
孔部断面積を下側より大きくする。なお、上側排気の場
合は流路（孔部）大小関係を上記（イ）、（ロ）、
（ハ）とは逆にする。以下、実施例によりさらに詳しく
本発明を説明する。

【００２４】

【実施例】図２は第１及び第２発明の、下側排気方式に
関する一実施例装置を示し、この装置は基本的には加熱
炉１とウェーハ昇降機構３０から構成される。通常のＳ
ｉＣ，石英などの反応管（以下「石英反応管」と言う）
２は上端が閉じられ、下端が開放した管体であって、そ
の上部外周を取り囲むように設けられ、均熱空間を作り
出すヒーター３を断熱材からなる炉体４に固設してい
る。石英反応管２はＬ字形に曲げられた下端部で炉底構
造体３７に気密かつ着脱自在に固定され、又支持台６に
より支持されている。図示の状態では、ウェーハ５はウ
ェーハ昇降機構３０により上限位置まで上昇されてい
る。多段に且つ相互間に約５ｍｍ以上の間隔を置いて積
み重ねられた、直径が８〜１２インチのウェーハ５はヒ
ーター３により所定温度に加熱される。５’はダミーウ
ェーハである。ウェーハ５、ダミーウェーハ５'の支持
部材は図示を省略している。

【００２５】ウェーハ昇降機構３０は、下方の部材３
３、３４などを防熱するための断熱機能を有するセパレ
ータ３１を途中に固定した回転軸体３２に、ウェーハ５
を上下に隔てて配列する治具の詳細構造は図示を省略し
ている。この治具を回転させる回転軸体３２の下端には
磁石又はコイル３３を取り付け、一方この磁石又はコイ
ル３３に回転力を及ぼす別の磁石又はコイル３４を上下
可動に設けることによって、ウェーハ昇降機構３０を上
昇・下降させるとともに回転軸体３２を回転する。かか
る上昇・下降を行うために磁石３４などを支持する台３
５を螺合したロッド３６を駆動装置４０ａにより回転す
る。

【００２６】回転軸体３２の昇降を案内する管体４２
と、その上部の加熱炉の底部と一体に接続した炉底構造
体３７はウェーハ５の処理中は図示の位置に気密に固定
されており、処理前後には支持台６に回転可能に接続さ
れたロッド３８を駆動装置４０ｂにより回転させると、
ロッド３８に螺合されかつ炉底構造体３７に固着された
連結部３９がロッド３８に沿って昇降される。これに伴
い炉底が開放されあるいは閉鎖される。回転軸体３２の
昇降を案内する管体４２の内部を経て炉内に微量Ｎ２ガ
ス等のパージガスを流入口４２ａから送入することがで
きる。ロッド３６、駆動装置４０ａ，連結部４１は台３
５を昇降させる機構であって、駆動装置４０ａによりロ
ッド３６を回転させることにより、これと螺合した台３
５が管体４２と摺動して昇降し、回転軸体３２の上下方
向の位置が調節される。

【００２７】図２において、１０は、母管１２から供給
された反応ガスを個々のウェーハ５間に分配して噴出す
るために、反応管の一部を二重管としてガスを流す流路
とした第１のガス案内手段である。２０は個々のウェー
ハ５の間から反応ガスを吸入する第２のガス案内手段で
ある。２２は第２のガス案内手段２０に連通する排気管
であって、ポンプにより反応ガスを吸引するとともに圧
力測定器４１を付設している。後述の反応ガス噴出孔及
び反応ガス吸引孔は上下に配列されたウェーハ５の間隙
に面するように位置しているので、反応ガスはウェーハ
間隙に直接噴出されかつ該間隙から直接排気され、炉内
空間で層流状態が実現可能となる。すなわち、従来のよ
うに炉内空間を上向又は下向に流れる反応ガス流の一部
がウェーハ間隙に分流すると、ガス流がウェーハ間で滞
留し、かつ個々の間隙での制御は困難であるが、本発明
によるとこのような滞留は避けられかつ個々の間隙での
制御も可能である。なお、下側排気方式では炉の下部に
配管が集中するので、後述の段落００３７（二）で説明
する上側排気方式を採用することにより，この問題を避
けることができる。

【００２８】第２のガス案内手段２０は、図３（図２の
Ｂ−Ｂ矢視図）に示すように幅が広い吸気孔２１（第２
の孔部）をウェーハ間隙と同じ個数備えている。ウェー
ハ間隙でウェーハ全面に広がった反応ガス層を上下層間
で混じり合うことなく吸引するためには、吸気孔２１は
出来るだけ幅が広いことがよく、好ましい厚さは０．５
〜１．５ｍｍである。

【００２９】図４はＡ−Ａの断面図である。第１のガス
案内手段１０は共通の母管１２より分岐した３本の管体
１０a,b,cを石英反応管を部分的に袋状に変形させた部
分に納めることによって構成される。即ち、３種のガス
を使用するＣＶＤの場合１本の管体で反応ガスを案内す
ると噴出前に反応ガスが反応するので、３本の管体より
第１のガス案内手段を形成している。第１のガス案内手
段１０の噴出孔はその合計面積が母管の断面積以下であ
ることが好ましい。さらに、石英反応管内壁と管体１０
a,b,cの内側を結ぶ曲線は円形となるためにウェーハ５
の外周縁との間には円形環状隙間４７が残される。この
隙間４７は基板１８（図５）又は環状体１８（図６、
７）によって塞がれているので、反応ガスの浮上り又は
下向きの流れが防止され、理想的層流状態を実現するこ
とができる。第２のガス案内手段２０は、ウェーハの中
心軸を中心として第１のガス案内手段の管体１０と反対
方向に位置している。したがって、例えば管体１０ａ、
ウェーハ中心及び第２ガス案内手段２０を結ぶ直線を引
くことができる。第２のガス案内手段２０は外側弧状部
２０ａ、吸引孔２１を上下に穿設した反応管内壁２ａ及
び側面部２０ｃ（図２参照）を連結した函体であって、
この内部の流路２０ｂを反応ガスを案内することによっ
て炉内ガスとの混合や炉内への拡散を避けている。図２
に示されるように、第２のガス案内手段２０内に２つの
仕切り板２０ｄをガス流路２０ｂに沿って設け、上下の
ウェーハからの吸引流量がほぼ等しくなるようにしてい
る。したがって、上側ウェーハからの反応ガスは流れ距
離が長くなり流れ抵抗が大きくなるので、断面積を大き
くすることによって、流れ抵抗が小さくなる。

【００３０】図５は第１発明の装置の実施例を示し、図
２の装置では省略したウェーハ５の支持構造を図示して
いる。すなわち、石英円板などよりなる基板１８にピン
１９を等角度で４個、６個などの適切な本数突設してウ
ェーハ５を下側から支える。この支持方法では、ウェー
ハ５は中心で支持されていないので反る傾向があるが、
１２インチウェーハでも９００℃以下の加熱温度であれ
は、問題になる程度の反りは生じない。ピン１９の高さ
は、ウェーハ昇降機構３０が下降してウェーハ５が炉外
に移動した際にウェーハ５と基板１８の間にフォーク２
６が出入りできるような値である。また、基板１８と反
応管内壁の間の間隙は、各ウェーハ５上面に平行に噴出
された反応ガス流が当該ウェーハの上下のウェーハに流
れ難い狭い間隙となっている。なお２７はウェーハの位
置ずれを妨げるストッパーである。基板１８全体は２本
の直立支柱４５に連結されており、直立支柱４５は回転
軸体３２（図２）を介してウェーハの回転駆動手段に連
接されている。１７は第１のガス案内手段１０の壁部に
形成された第１の孔部よりなるガスノズル（第１の孔
部）である。このガスノズル１７から噴出する反応ガス
は矢印に示すように第２のガス案内手段２０に向かって
流れる。

【００３１】図６及び７は第２発明の装置の一実施例を
示し、図２の装置では省略したウェーハ５の支持構造を
図示している。図６は図７の矢視図、図７は図６の矢視
図（但し、ウェーハは図示を省略）である。直径方向で
１８０°反対位置に設けられた１対の直立支柱４５に固
着した環状板２８の一部に、ウェーハ装入出部材が出入
りする切欠きを形成する。環状板２８の外側が厚く、内
側が薄い段付構造とし、内側から上向きに突出したその
ピン２９ａでウェーハ５を点接触方式で支持する。環状
板２８とウェーハ５が上下の仕切板となって、いずれか
の第１の孔部１７から噴出される反応ガスがウェーハ５
より上下に流散することを阻止する。２７、２８、２９
及び４５から構成されるウェーハ支持治具は一体となっ
て、炉外に搬出され、図７で仮想線で示したフォーク２
６がウェーハの出し入れを行う。噴出ガスノズル１７か
ら流れる反応ガスはウェーハ５の裏面と接触してウェー
ハ下面にもポリＳｉ膜などを形成する。

【００３２】図５の治具と図６，７の治具の対照的特長
は次のとおりである。（１）図５の治具は、膜厚分布に対する要求が厳しい膜
の成長に適し、またSiH₄とNH₃により生成するＨＴＯ膜
などのように膜厚が変動し易い膜の成長に適している。
図６、７の治具は、環状板２８に切欠けがあるために、
膜厚分布が大きくなり易い。したがって、図６、７の治
具は、膜厚分布に対する要求が緩やかな膜の成長あるい
はSi３N４のように膜厚が変動し難い膜を多数のウェー
ハに成長することに適している。

【００３３】図８には、第１のガス案内手段から噴出さ
れる反応ガス流を模式的に示す。即ち、ウェーハ（図示
せず）の回転方向に反応ガス流は多少曲げられることに
伴い扇形パターンも変形し、またガス流は幅方向に多少
は拡散するが、ガス濃度の濃い部分を図示している。図
示のように反応ガスは巻き込みによらず、噴出と吸引に
よりウェーハ面上を流れている。第１のガス案内手段の
管体１０ａ，１０ｂ，１０ｃからはそれぞれシラン、フ
ォスフィン、ジボランなどの別種の反応ガスを流すこと
もでき、あるいは同種の反応ガスを流すこともできる。
噴出ガス流は角度θが３０〜４０°となるように管体１
０ａ，１０ｂ，１０ｃから噴出することが好ましい。ウ
ェーハ５と接触する反応ガスの濃度は局部的に低くなる
ので、ウェーハ５を回転させることにより、ウェーハ５
面上での膜成長の均一化を図っている。

【００３４】再び図２に戻って、１５はパージガスの導
入管であって、Ｎ２などの非反応性ガス、Ａｒなどの不
活性ガスを少量流すことによって、炉の下部に流入した
微量の反応ガスにより炉の下部でパーティクルが発生す
ることを阻止している。このパージガスが隙間４７（図
４）より多量に吹上がると、上述した反応ガスの流れが
乱されるので、パージ量は極く少量とするか且つ／又は
１５’の位置に設けた管より排気する必要がある。

【００３５】図９には一実施例に係る第１のガス案内手
段を示す。ガス供給源はこれら各部に共通していてもよ
く、あるいは各部に個別としてもよい。具体的には、図
９（噴出孔の図示は省略している）に示すように、第１
のガス案内手段１０は母管１２を二分岐させ、一つの分
岐部１０ａは上向に延長させ、他の分岐部１０ｂは一旦
上向きに延長させた後１８０°方向転換して下向きに延
長させ（１０ｂ₍₁₎），これらの上向き延長部１０ａ及
び下向き延長部（１０ｂ₍₁₎）に反応ガスの流出口１１
をウェーハ間隔の個数だけ形成することができる。もし
上向き延長部１０ａのみから反応ガスを流出させるとガ
ス流量分布が下側のウェーハで多くなるが、この他に下
向き延長部１０ｂ₍₁₎を設けることによりこのようなガ
ス流量分布を平均化することができる。さらに噴出孔の
総面積を母管の断面積とほぼ等しいか、未満とするとよ
り好ましい結果を得ることができる。

【００３６】続いて、本発明に係る装置のより好ましい
実施例を説明する。通常１本管よりなる第１のガス案内
手段の噴出孔から流れるガスは先端ほど流量が少なくな
る。これを避けるためには先端ほど噴出孔の口径を大き
くあるいは管の内径を小さくすればよいが、正確な流量
制御は期し難い。そこで、ガスを上向に流す部分と下向
に流す部分を同じガス案内手段に含め、これらの部分を
並列させることにより、全ての噴出孔からのガス流量の
均等化を図ることが好ましい。図１０には、図９よりも
コンパクトにした第１のガス案内手段１０を示し、１本
の管体を平行反対方向に流れる二つの流路に仕切板１０
ｐで区隔し、下向流路の末端を行止まりにしている。こ
れらの二流路のそれぞれに同一孔径の第１の孔部１７を
形成しているために、ガス流量はウェーハ上下のウェー
ハに関して平均化される。

【００３７】以上説明した本発明の装置の種々の公知技
術を付加的に適用することができる。この中には次のも
のが含まれる。（イ）本出願人の特許第２０２５６８３号にて公知のプ
ラズマクリーニングを実施する。この場合、炉体より内
側においてプラズマにさらされる部材は全て石英製とす
ることが好ましい。（ロ）本出願人の実用新案登録第３０３７７９４号にて
公知のようにホットウール炉（すなわち本発明による加
熱炉）にコールドウォール炉を組み合わせる。（ハ）熱伝導性の良いＳｉＣ板にウェーハの下面全体を
支持し、上面に皮膜を成長させる。（二）第２のガス案内手段による排気は加熱炉の上部に
ガスを案内してから行うことができる(特開平１１−３
８５９号公報／図３参照)。排気部も炉内の均熱空間内
に位置させかあるいは反応温度とほぼ同じ温度とするこ
とにより排気部管壁に付着する反応膜質を反応部のもの
と同じにする。また、石英反応管頂部上方に排ガスが蛇
行するトラップ型ガス流路を形成することもできる（特
開平６−１８８２０９号公報）。このような排気方法に
よりパーティクルの発生を抑えることができる。

【００３８】本発明の装置において、ポリシリコンのＣ
ＶＤ成長を行うと３００〜２０００Å／分の成長速度で
かつ膜厚分布を２〜５％以内で成長させることができ
る。また、ＨＴＯのＣＶＤ成長を行うと３０〜１５０Å
／分の成長速度でかつ膜厚分布が８インチウェーハで１
〜４％で成長させることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＣＶＤ
もしくは直接反応工程において、ウェーハ上に高速膜形
成処理を行い、また膜厚の均一性の点でも従来法と比べ
て遜色がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のホットウォール型加熱炉の部分斜視図
である。

【図２】本発明法を実施する一態様に係る加熱炉の断
面図である。

【図３】図２のＢＢ線断面図である。

【図４】図２のＡＡ線の断面図である。

【図５】第１発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図２の部分拡大図である。

【図６】第２発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図２の部分拡大図であり、図７の矢印に沿う断面図であ
る。

【図７】第２発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図６の矢印に沿う平面図である。

【図８】反応ガス流を模式的に示す平面図である。

【図９】第１のガス案内手段の一実施例を示す図面で
ある。

【図１０】第１のガス案内手段の別の一実施例を示す
図面である。

【符号の説明】

１加熱炉２石英反応管３ヒーター４炉体５ウェーハ７ウェーハ支持治具１０第１の管体１２母管１５パージガス導入ノズル１７ガスノズル（第１の孔部）１８ボート１９ピン２０第２のガス案内手段２１吸気孔（第２の孔部）２２排気管２４支柱２６フォーク２７ストッパー２８環状板３０ウェーハ昇降装置３１セパレータ３２回転軸体３３磁石又はコイル３４磁石又はコイル３５台３６ロッド３７炉底構造体３８ロッド３９連結部４０駆動手段４１圧力計４２管体４５直立支柱４７隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA06 AA13 BA29 BA40 BA44 BB03 CA04 CA12 EA06 GA02 GA06 GA12 KA04 5F045 AB03 AF03 BB03 BB09 DP19 DQ05 EE20 EF03 EF20 EG05 EM08 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応管を内装した加熱炉と、前記反応管
内に形成された均熱空間内に位置し、かつ横置きされた
半導体シリコンウェーハに化学気相成長もしくは直接反
応による皮膜を形成する反応部とを含んでなる半導体装
置の製造装置において、前記反応ガスを炉内ガスと遮断
して炉内を半導体シリコンウェーハ端縁近傍位置まで案
内する第１のガス案内手段と、実質的に全量の反応ガス
を第１のガス案内手段から前記近傍位置で半導体シリコ
ンウェーハの間隙に噴出する手段と、半導体シリコンウ
ェーハを５mm以上の間隔で下側から支える支持手段を設
けた板状基板と、ウェーハ面に直交する軸を中心として
前記板状基板を回転させる駆動手段と、前記半導体シリ
コンウェーハを加熱炉外で出し入れする際に該半導体シ
リコンウェーハと板状基板との間に進退可能なウェーハ
装入出部材とを含んでなることを特徴とする半導体装置
の製造装置。
【請求項２】反応管を内装した加熱炉と、前記反応管
内に形成された均熱空間内に位置し、かつ横置きされた
半導体シリコンウェーハに化学気相成長もしくは直接反
応による皮膜を形成する反応部とを含んでなる半導体装
置の製造装置において、前記反応ガスを炉内ガスと遮断
して炉内を半導体シリコンウェーハ端縁近傍位置まで案
内する第１のガス案内手段と、実質的に全量の反応ガス
を第１のガス案内手段から前記近傍位置で半導体シリコ
ンウェーハの間隙に噴出する手段と、半導体シリコンウ
ェーハを周縁部にて下側から５mm以上の間隔で支える支
持手段と、この支持手段の一部を欠如して形成された欠
如部と、ウェーハ面に直交する軸を中心として前記支持
手段を回転させる駆動手段と、前記半導体シリコンウェ
ーハを加熱炉外で出し入れする際に該半導体シリコンウ
ェーハの下方に前記欠如部を介して進退可能なウェーハ
装入出部材とをさらに含んでなることを特徴とする半導
体装置の製造装置。
【請求項３】前記ウェーハの支持手段が、その本体上
に固着されかつ半導体シリコンウェーハを支持する突起
を含んでなることを特徴とする請求項２記載の半導体装
置の製造装置。
【請求項４】前記反応管の下部に、非反応性ガスもし
くは不活性ガスよりなるパージガス導入孔を設けたこと
を特徴とする請求項１から３までの何れか１項記載の半
導体装置の製造装置。
【請求項５】半導体シリコンウェーハ間隙に面して壁
面に形成された第２の孔部を介して、半導体シリコンウ
ェーハ間より流出した反応ガスを吸引し、炉内ガスと遮
断して炉外まで案内する第２のガス案内手段と、第２の
ガス案内手段に連通された排気手段とをさらに含んでな
ることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項記
載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】前記第２の孔部を前記半導体シリコンウ
ェーハ間隙の各々対して設けた請求項５記載の半導体装
置の製造装置。
【請求項７】前記第２の孔部を前記半導体シリコンウ
ェーハ間隙の数個に対して１個設けた請求項５記載の半
導体装置の製造装置。