JP2005108988A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜の原料を含むガスを半導体ウエハに均一に吹き付け、半導体ウエハ上に均一な薄膜を形成することができる半導体製造装置を提供することである。
【解決手段】 複数枚の半導体ウエハ２１を支持部材２４により、一定の間隔に離間して支持する。半導体ウエハ２１を支持した支持部材２４を反応管２５内に収納する。反応管２５内にある半導体ウエハ２１を反応管２５を外囲して配置された加熱手段によって加熱しながら、ガスをガス供給手段によって反応管２５内に供給する。その際、半導体ウエハ２１間の間隔に対する反応管２５の内壁と半導体ウエハ２１の外周部との隙間の比率が所定の比率となるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、不純物拡散および薄膜形成などを行う際、半導体ウエハ上にガスを均一に吹き付けて薄膜を形成する半導体製造装置に関する。

半導体集積回路および個別半導体素子などの半導体デバイスを製造する過程において、洗浄工程、熱処理工程、不純物拡散工程、薄膜形成工程、リソグラフィ工程、平坦化工程などが行われる。その中で不純物拡散工程とは、半導体ウエハ内にｐｈ接合などを形成するために、ＩＩＩ価あるいはＶ価の不純物元素を半導体ウエハ中に導入する工程であり、熱拡散法またはイオン打込み法などの方法を用いている。熱拡散法による不純物拡散工程とは、次のような工程である。アクセプタとなるＩＩＩ価の不純物もしくはドナーとなるＶ価の不純物を多く含んだガスを半導体ウエハ上に半導体ウエハを加熱しながら吹き付ける。そのことにより、不純物が半導体ウエハ上に付着され、不純物もしくは、その酸化物の被膜が半導体ウエハ上に形成させながら、半導体ウエハに加えた熱によって、薄膜を形成した不純物が半導体ウエハ内に拡散され、導入される。

不純物拡散工程に用いられる従来の半導体製造装置は、図１９および図２０に示すような不純物拡散装置である。

図１９は、従来の縦型拡散装置１０１の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１９（ａ）は、縦型拡散装置１０１の構成を上面から見た概略断面図である。図１９（ｂ）は、縦型拡散装置１０１の構成を側面から見た概略断面図である。軸線がほぼ垂直方向となるように立たせた状態で設置される円筒状の加熱手段１０４内には、石英製の円筒状の反応管１０２が設置される。反応管１０２内には、複数の半導体ウエハ１０３が、ほぼ水平な姿勢で、間隔をあけてウエハ支持具１０５と支持基台１０６とからなる支持部材１０７によって支持される。支持部材１０７で支持される半導体ウエハ１０３は、反応管１０２の底部から昇降部材１１３により、出し入れできる。反応管１０２内部には、噴出口１１１を複数有するノズル管１１０が設けられ、不純物を多く含むガスを矢符１１２に示すように半導体ウエハ１０３間に吹き付ける。半導体ウエハ１０３は、反応管１０２を外囲して設置される加熱手段１０４によって加熱される。その際、加熱された半導体ウエハ１０３は、支持部材１０７とともに回転させる。反応管１０２の底面部に、排気口１０９が設けられ、反応管１０２内に導入されたガスの排気を行う。反応管１０２の内径は、直径６インチの半導体ウエハ用の拡散装置で、１９０〜２２０ｍｍ程度である。

図２０は、従来の横型拡散装置２０１の構成を簡略化して示す概略断面図である。図２０（ａ）は、横型拡散装置２０１の構成を前面から見た概略断面図である。図２０（ｂ）は、横型拡散装置２０１の構成を側面から見た概略断面図である。反応管２０２は、軸線がほぼ水平になるような状態で使用する。複数の半導体ウエハ２０３は、ウエハ支持具２０５と支持基台２０６とからなる支持部材２０７によって、ほぼ垂直に、一定の間隔をあけるような状態で支持される。支持部材２０７で支持される半導体ウエハ２０３は、図示しない自動搬送装置により反応管２０２内に移動させる。反応管２０２の軸線方向の一端側には、ガス導入口２０８が設けられ、不純物を多く含むガスを反応管２０２内に導入することができる。反応管２０２の周囲には、ヒータ２０４が設けられ、反応管２０２内に収容した半導体ウエハ２０３を加熱することができる。反応管２０２のガス導入口２０８と反対側に排気口２０９が設けられる。反応管２０２の内径は、直径６インチの半導体ウエハ用の拡散装置で２００〜２４０ｍｍ程度である。

一方、薄膜形成工程に用いる縦型減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）膜製造装置は、１種または２種以上のガスを気相中もしくは半導体ウエハ上で化学反応させ、その生成物を半導体ウエハ上に付着させることで薄膜を形成させる装置である。つまり、ＣＶＤ膜製造装置は、不純物拡散装置と同様に半導体ウエハに、ガスを吹き付け、半導体ウエハ上に薄膜を形成させる装置である。

そこで、縦型減圧ＣＶＤ装置において、インナーチューブ（反応管）にウェーハ支持部溝を有することで、インナーチューブと半導体ウェーハとの間隔を最小限に保つことができる。そのことによって、膜厚が均一なＣＶＤ膜を半導体ウェーハに形成できることが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、縦型減圧ＣＶＤ装置において、ウエハの支持部材の上下端の圧力差を、ウエハと反応管の内管との隙間とガスの流量とを調整することによって生じさせ、ウエハの中心から周辺に向う方向に圧力勾配または濃度勾配を有するようにできる。そのことによって、膜厚が均一なＣＶＤ膜を形成できることが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

実開平４−１１４５６０号公報 特開２００１−６８４２１号公報

半導体ウエハに均一な薄膜を形成させるためには、薄膜の原料を含むガスを半導体ウエハに均一に吹き付けなければ、半導体ウエハ上に形成される薄膜は不均一になってしまう。

図１９に示す縦型拡散装置１０１では、ガスを噴出口１１１から矢符１１２に示す一方向に吹き付けているので、半導体ウエハ１０３に吹き付けられるガスの量は、噴出口１１１に近い部分では多く、噴出口１１１から遠い部分では、少なくなってしまう。そこで、半導体ウエハ１０３に吹き付けられるガスの量を均一にするために、半導体ウエハ１０３を支持部材１０７とともに回転させているが、吹き付けられるガスの量が、半導体ウエハ１０３の周辺部で多く、半導体ウエハ１０３の中心部で少なくなってしまう。また、ガスが充分に加熱されないうちに、噴出口１１１より半導体ウエハ１０３に吹き付けられる。このため、噴出口１１１に近い部分のガスは、温度が低く、遠い部分のガスは高くなるという温度分布を生じてしまう。均一性を高めるため、半導体ウエハ１０３を回転させているが、上記温度分布により、半導体ウエハ１０３の中心部でガスの温度が高く、不純物が多く導入され、半導体ウエハ１０３の周辺部では、ガスの温度が低く不純物があまり導入されないので、半導体ウエハ１０３の不純物濃度はばらついてしまう。

また、図２０に示す横型拡散装置２０１では、一般に反応管２０２の内壁と半導体ウエハ２０３の外周部との間の隙間が大きいため、半導体ウエハ２０３間にガスが流れ込みにくく、ガスの濃度が、半導体ウエハ２０３の周辺部では濃く、中心部では薄くなってしまい、均一性が悪くなってしまう。前記の状態を改善するために半導体ウエハ２０３の間隔を広げて処理をし、均一性をあげることもできるが、間隔を広げることにより１バッチあたりの処理枚数が減ってしまい、半導体ウエハの製造効率が悪くなる。

特許文献１に開示されている縦型減圧ＣＶＤ膜製造装置によると、インナーチューブにウェーハ支持部溝を有することで、インナーチューブと半導体ウェーハとの間隔を最小限に保つことが可能となり、反応ガスが半導体ウェーハの間に入ってくるようになり、半導体ウェーハ上に形成するＣＶＤ膜の膜厚の均一化を高めることができる。しかし、半導体ウェーハとインナーチューブとの間隔を最小限に保つのみでは、反応ガスが、半導体ウェーハ間を流れるとは限らず、充分に均一な膜厚をもつＣＶＤ膜を形成することができない。

また、特許文献２に開示されている半導体製造装置によると、ウエハの支持部材の上下端の圧力差を、ウエハと反応管の内管との隙間またはガスの流量を調整することにより生じさせ、ウエハの中心から周辺に向う方向に圧力勾配または濃度勾配を生じさせることが可能である。つまりウエハ間にガスの流れが生じる。そのことによって、膜厚が均一なＣＤＶ膜を形成することが可能である。しかし、ウエハの支持部材の上下端の圧力差を生じさせるために、ウエハと反応管の内管との隙間またはガスの流量を調整するだけでは、不充分である。

本発明の目的は、薄膜の原料を含むガスを半導体ウエハに均一に吹き付け、半導体ウエハ上に均一な薄膜を形成させることができる半導体製造装置を提供することである。

本発明は、複数枚の半導体ウエハを一定の間隔で支持する支持部材と、
支持部材を収納する反応管と、
ガスを反応管内に供給するガス供給手段と、
反応管を外囲して配置され、半導体ウエハを加熱する加熱手段とを含み、
半導体ウエハ間の間隔に対する反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間の比率が所定の比率になるように構成されることを特徴とする半導体製造装置。

また本発明は、所定の比率とは、反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間が半導体ウエハ間の間隔に対して、同等もしくはそれ以下となるような比率であることを特徴とする。
また本発明は、所定の比率は、０．３以上１.５以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記反応管は、前記支持部材を収納する内側反応管とそれを外囲して配置される外側反応管との二重管構造であり、
ガスが外側反応管と内側反応管とで囲まれた空間を通過した後、内側反応管内を通過するように構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記ガス供給手段は、ガスを反応管内に供給するためのガス供給管を有しており、
そのガス供給管を前記加熱手段によって加熱される位置に配置することを特徴とする。

また本発明は、反応管内に供給される前のガスを加熱するためのガス加熱手段をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数枚の半導体ウエハを、支持部材により、一定の間隔に離間して支持する。半導体ウエハを支持した支持部材を反応管内に収納する。反応管内にある半導体ウエハを反応管を外囲して配置された加熱手段によって加熱しながら、ガスをガス供給手段によって反応管内に供給する。その際、半導体ウエハ間の間隔に対する反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間の比率が所定の比率となるように構成する。好ましくは、所定の比率とは、反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間が半導体ウエハ間の間隔に対して同等もしくはそれ以下となるような比率である。より好ましくは、所定の比率は０.３以上１.５以下である。このことにより反応管内に供給されたガスは、反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間に流れにくく、半導体ウエハ間に流れやすくなる。したがって、ガスを半導体ウエハに均一に吹き付けることが可能となり、半導体ウエハ上に均一な薄膜を形成することができる。さらに、半導体装置が拡散装置の場合、半導体ウエハ上に形成される不純物の薄膜が均一であるため、半導体ウエハに不純物を均一に導入することができる。

また本発明によれば、反応管は、半導体ウエハを支持した支持部材を収納する内側反応管とそれを外囲して配置される外側反応管との二重管構造である。そして、はじめにガスを外側反応管と内側反応管とで囲まれた空間に供給し、通過させる。その後、ガスは、半導体ウエハのある内側反応管内を通過する。このことにより、ガスが外側反応管と内側反応管とで囲まれた空間を通過する間に、反応管を外囲して配置された加熱手段によって、ガスは充分に加熱される。したがって、充分に加熱されたガスを半導体ウエハのある内側反応管に供給することが可能である。

また本発明によれば、ガス供給手段は、ガスを反応管内に供給するためのガス供給管を有している。そして、そのガス供給管は、半導体ウエハを加熱するための加熱手段によって加熱される位置に配置する。たとえば、ガス供給管は、反応管とそれに外囲して配置されている加熱手段とに囲まれた空間に設置する。このことにより、ガスは、充分に加熱された後に、反応管内に供給することが可能である。

また本発明によれば、反応管内に供給される前のガスを加熱するためのガス加熱手段を含む。たとえば、ガス加熱手段は、ガスを反応管内に供給する直前のガス供給管を加熱することができるような位置に設置する。このことにより、ガスを充分に加熱した後に、反応管内に供給することが可能である。

半導体ウエハ上にガスを均一に吹き付けて薄膜を形成する半導体製造装置には、不純物拡散装置とＣＶＤ膜製造装置とがある。不純物拡散装置では、半導体ウエハ上に不純物の薄膜を形成させながら、半導体ウエハに加えた熱によって、薄膜として形成した不純物を半導体ウエハ内に拡散させる。ＣＶＤ膜製造装置では、半導体ウエハ上に単金属または金属酸化物などの薄膜を形成させる。ＣＶＤ膜製造装置で形成した単金属または金属酸化物などの薄膜に対してフォトリソグラフィーなどを施すことで配線パターンまたは絶縁膜などを形成する。以下では、不純物拡散装置について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１（ａ）は、縦型拡散装置１の構成を上面から見た概略断面図である。図１（ｂ）は、縦型拡散装置１の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置１は、半導体ウエハ２１を支持する支持部材２４と、支持部材２４を収納する反応管２５と、反応ガスを反応管２５内に供給するガス供給手段と、反応管２５を外囲して配置され、反応管２５を加熱することによって半導体ウエハ２１および反応管２５内を半導体ウエハ２１の不純物拡散工程に適した温度に保つ加熱手段２６とを含む。半導体ウエハ２１は、ドナーまたはアクセプタとなる不純物が導入される半導体ウエハであり、薄い円板状の形状を有する。本実施の形態では、半導体ウエハにたとえば、直径が１５０ｍｍのシリコンウエハを用いる。支持部材２４は、ウエハ支持具２２と、支持基台２３とを含む。ウエハ支持具２２は、支持基台２３上に設けられる。半導体ウエハ２１は、ほぼ水平な姿勢で一定の間隔をあけてウエハ支持具２２で保持される。支持基台２３の下部は、プレート部２７が設けられる。また、支持部材２４を矢符２８ａ，２８ｂの示す方向に昇降移動する昇降部材２９が設けられる。反応管２５は、円筒形状を有しており、その軸線がほぼ鉛直方向となるように立たせた状態で設置される。反応管２５の材質は、たとえば石英ガラスなどを用いる。反応管２５内には、半導体ウエハ２１、半導体ウエハ２１を支持する支持部材２４が収納され、反応ガスが流動する。反応管２５は、半導体ウエハ２１を保持した支持部材２４を収納する際に、支持部材２４のウエハ支持具２２を嵌挿することができるウエハ支持具溝３０を有する。ウエハ支持具溝３０は、反応管２５の内壁に凹状にへこませた縦方向の溝である。反応管２５の下部には、開口部の周囲にフランジ部３５が設けられる。フランジ部３５は、支持部材２４が昇降部材２９によって上昇された状態で、支持基台２３の下部に設けられたプレート部２７と密接し、反応管２５内を封止する。反応ガスは、不純物などの薄膜の原料を気化させた原料ガスと、原料ガスを送り出すためのキャリアガスの混合ガスである。原料ガスは、たとえば、Ｎ型拡散層形成時には、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）などを用い、Ｐ型拡散層形成時には、三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）などを用いる。ガス供給手段は、不純物などの薄膜の原料を気化させて原料ガスにする手段と、原料ガスとキャリアガスとを混合させて反応ガスにする手段と、反応ガスを導入口３１まで供給する手段とを有する。反応管２５の上部には、反応ガスをガス反応管２５内に導入する導入口３１が形成され、反応管２５の下部付近には、反応管２５内を流動した反応ガスが反応管２５の外に排気される排気口３２が形成される。つまり、反応ガスは、反応管２５上部の導入口３２から導入され、反応管２５内では矢符３３ａ方向に流動し、反応管２５下部付近の排気口３２から排気される。加熱手段２６は、たとえば、カーボランダムなどからなるヒータであり、図示しない電源から電力が供給されて発熱し、反応管２５を加熱する。このことによって、半導体ウエハ２１および反応管２５内が半導体ウエハ２１の不純物拡散工程に適した温度まで昇温され、その温度に保たれる。

なお、ＣＶＤ膜製造装置の場合、以下のことが不純物拡散装置の場合と異なる。半導体ウエハ２１は、表面に単金属であるアルミニウムまたは金属酸化物である二酸化ケイ素などの薄膜が形成される半導体ウエハであり、薄い円板状の形状を有する。原料ガスは、たとえば、単金属薄膜形成時には、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）などを用い、金属酸化物薄膜形成時には、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）などを用いる。加熱手段２６は、薄膜形成工程に適した温度まで昇温され、その温度に保つ。

図２は、図１に示す縦型拡散装置１の部分拡大図である。図に示すように、半導体ウエハ２１とその直上または直下の半導体ウエハ２１との間隔を間隔Ａとし、反応管２５の内壁と半導体ウエハ２１の外周部との隙間を隙間Ｂとする。縦型拡散装置１は、隙間Ｂの間隔Ａに対する比率が所定の比率となるように構成されている。所定の比率が、隙間Ｂが間隔Ａに対して同等もしくはそれ以下となるような比率であることが好ましい。さらに、所定の比率が０.３以上１.５以下であることが好ましい。たとえば、間隔Ａが４.７６ｍｍ、隙間Ｂが４.００ｍｍとなるように構成される。つまり、比率が０.８４倍となるように構成される。間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が０.３倍より小さいと、反応管２５、ウエハ支持具２２および半導体ウエハ２１の寸法精度によっては、反応管２５にウエハ支持具２２または半導体ウエハ２１などを収納する際に、反応管２５の内壁などにウエハ支持具２２または半導体ウエハ２１などが接触する危険性がでてくる。また、間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が１.５倍より大きいと、後述する理由により、反応ガスが半導体ウエハ２１間に流れ込みにくくなり、均一性が低下する。

図３は、反応管２５内の反応ガスの流れを示す模式図である。図３（ａ）は、隙間Ｂの間隔Ａに対する比率が所定の比率より大きい縦型拡散装置１において、反応管２５内の反応ガスの流れを示す模式図である。間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が所定の比率より大きいと、矢符３６に示すような反応管２５に沿って流れる反応ガスの流れは、半導体ウエハ２１の存在によって、あまり阻害されない。だから、矢符３７に示すような半導体ウエハ２１間を流れる反応ガスの流れは生じにくい。したがって、不純物を含む反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができない。図３（ｂ）は、隙間Ｂの間隔Ａに対する比率が所定の比率である縦型拡散装置１において、反応管２５内の反応ガスの流れを示す模式図である。間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が所定の比率であると、矢符３６に示すような反応管２５に沿って流れる反応ガスの流れは、半導体ウエハ２１の存在により阻害される。そのため、矢符３７に示すような半導体ウエハ２１間を流れる反応ガスの流れが生じやすい。したがって、不純物を含む反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図４は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置２の構成を簡略化して示す概略断面図である。図４（ａ）は、縦型拡散装置２の構成を上面から見た概略断面図である。図４（ｂ）は、縦型拡散装置２の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置２は、反応管２５の下部付近に、反応ガスを反応管２５内に導入する導入口３１が形成され、反応管２５の上部に、反応ガスを排気する排気口３２が形成されること以外は、図１に記載した縦型拡散装置１と同様である。つまり、反応管２５内での反応ガスが、矢符３３ｂに示すように反応管２５下部付近から反応管２５上部へ流動する。このような反応ガスの流れであっても、間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が所定の比率であれば、反応ガスは、半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上にある均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図５は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置３の構成を簡略化して示す概略断面図である。図５（ａ）は、横型拡散装置３の構成を前面から見た概略断面図である。図５（ｂ）は、横型拡散装置３の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置３は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向となるように寝かせた状態で設置される以外は、図１に記載した縦型拡散装置１と同様である。矢符３３ｃのように反応ガスの流れが横方向であっても、間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が所定の比率であれば、反応ガスは、半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図６は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置４の構成を簡略化して示す概略断面図である。図６（ａ）は、横型拡散装置４の構成を前面から見た概略断面図である。図６（ｂ）は、横型拡散装置４の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置４は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向になるように寝かせた状態で設置される以外は、図４に記載した縦型拡散装置２と同様である。矢符３３ｄのように、反応ガスの流れが横方向であっても、間隔Ａに対する隙間Ｂの比率が所定の比率であれば、反応ガスは、半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図７は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置５の構成を簡略化して示す概略断面図である。図７（ａ）は、縦型拡散装置５の構成を上面から見た概略断面図である。図７（ｂ）は、縦型拡散装置５の構成を側面から見た概略断面図である。

縦型拡散装置５は、反応管４０の構成以外は、図１に記載した縦型拡散装置１と同様である。反応管４０は、円筒形状を有しており、内側反応管３８と外側反応管３９との二重管構造である。反応管４０の軸線は、ほぼ鉛直方向となるように立たせた状態で設置される。反応管４０の材質は、たとえば、石英ガラスなどを用いる。内側反応管３８は、図１の反応管２５と同様にウエハ支持具溝３１を有する。外側反応管３９の下部付近には、反応ガスを反応管４０内に導入する導入口３１が形成され、内側反応管３８の下部付近には、反応管４０内を流動した反応ガスが反応管４０の外に排気される排気口３２が形成される。反応ガスは、内側反応管３８と外側反応管３９とに囲まれた空間を矢符３４ａ方向に流動する。その間に、反応ガスは、加熱手段２６によって充分に加熱される。加熱された反応ガスは、内側反応管３８内を矢符３３ａ方向に流動し、排気口３２から排気される。したがって、反応ガスは、内側反応管３８と外側反応管３９とに囲まれた空間を通過する間に加熱手段２６によって加熱されるので、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図８は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置６の構成を簡略化して示す概略断面図である。図８（ａ）は、縦型拡散装置６の構成を上面から見た概略断面図である。図８（ｂ）は、縦型拡散装置６の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置６は、外側反応管３９の上部に、反応ガスを反応管４０内に導入する導入口３１が形成され、内側反応管３８の上部に、反応ガスを排気する排気口３２が形成されること以外は、図７に記載した縦型拡散装置５と同様である。矢符３３ｂ，３４ｂに示すように反応ガスの流れが縦型拡散装置５の場合と異なっていても、内側反応管３８と外側反応管３９とに囲まれた空間を流動した後、内側反応管３８内を流動することにより充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハに均一な不純物の薄膜を形成できる。

図９は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置７の構成を簡略化して示す概略断面図である。図９（ａ）は、横型拡散装置７の構成を前面から見た概略断面図である。図９（ｂ）は、横型拡散装置７の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置７は、反応管４０の軸線がほぼ水平方向となるように寝かせた状態で設置される以外は、図７に記載した縦型拡散装置５と同様である。反応管４０内の反応ガスの流れが矢符３３ｃ，３４ｃのように横方向であっても、内側反応管３８と外側反応管３９とに囲まれた空間を流動した後、内側反応管３８内を流動することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１０は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置８の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１０（ａ）は、横型拡散装置８の構成を前面から見た概略断面図である。図１０（ｂ）は、横型拡散装置８の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置８は、反応管４０の軸線がほぼ水平方向になるように寝かせた状態で設置される以外は、図８に記載した縦型拡散装置６と同様である。反応管４０内の反応ガスの流れが矢符３３ｄ，３４ｄのように横方向であっても、内側反応管３８と外側反応管３９とに囲まれた空間を流動した後、内側反応管３８内を流動することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１１は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置９の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１１（ａ）は、縦型拡散装置９の構成を上面から見た概略断面図である。図１１（ｂ）は、縦型拡散装置９の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置９は、ガス供給手段にガス供給管４１を有しており、ガス供給手段４１を加熱手段２６によって加熱される位置に設置する以外は、図１に記載の縦型拡散装置１と同様である。ガス供給管４１は、反応管２５と加熱手段２６とに囲まれた空間に設置する。反応ガスをガス供給管４１に通過させる間に加熱手段２６によって、充分に加熱される。したがって、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１上に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１２は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１０の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１２（ａ）は、縦型拡散装置１０の構成を上面から見た概略断面図である。図１２（ｂ）は、縦型拡散装置１０の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置１０は、ガス供給手段にガス供給管４１を有しており、ガス供給手段４１を加熱手段２６によって加熱される位置に設置する以外は、図４に記載の縦型拡散装置２と同様である。ガス供給管４１は、反応管２５と加熱手段２６とに囲まれた空間に設置する。反応ガスをガス供給管４１に通過させる間に加熱手段２６によって充分に加熱される。したがって、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１３は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置１１の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１３（ａ）は、横型拡散装置１１の構成を上面から見た概略断面図である。図１３（ｂ）は、縦型拡散装置１１の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置１１は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向になるように寝かせた状態で設置される以外は、図１１に記載した縦型拡散装置９と同様である。反応管２５内の反応ガスの流れが矢符３３ｃのように横方向であっても、反応ガスが反応管２５と加熱手段２６とに囲まれた空間に設置した反応ガス供給管４１を通過することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１４は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置１２の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１４（ａ）は、横型拡散装置１２の構成を上面から見た概略断面図である。図１４（ｂ）は、横型拡散装置１２の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置１２は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向になるように寝かせた状態で設置される以外は、図１２に記載した縦型拡散装置１０と同様である。反応管２５内の反応ガスの流れが矢符３３ｄのように横方向であっても、反応ガスが反応管２５と加熱手段２６とに囲まれた空間に設置した反応ガス供給管４１を通過することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１５は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１３の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１５（ａ）は、縦型拡散装置１３の構成を上面から見た概略断面図である。図１５（ｂ）は、横型拡散装置１３の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置１３は、反応管２５に供給する前の反応ガスを加熱するためのガス加熱手段４２を設ける以外は、図１に記載した縦型拡散装置１と同様である。ガス加熱手段４２は、たとえば、カーボランダムなどからなるヒータであり、図示しない電源から電力が供給されて発熱する。このことによって反応ガスを反応管２５内に供給される前に充分に加熱することができる。反応ガスをガス加熱手段４２によって加熱することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に、均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１６は、本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１４の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１６（ａ）は、縦型拡散装置１４の構成を上面から見た概略断面図である。図１６（ｂ）は、縦型拡散装置１４の構成を側面から見た概略断面図である。縦型拡散装置１４は、反応ガスを反応管２５内に導入する前にガス加熱手段４２によって加熱する以外は、図４に記載した縦型拡散装置２と同様である。反応ガスをガス加熱手段４２によって、反応管２５内に供給する前に、充分に加熱することができる。そうすることで、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一に不純物の薄膜を形成することができる。

図１７は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置１５の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１７（ａ）は、横型拡散装置１５の構成を前面から見た概略断面図である。図１７（ｂ）は、横型拡散装置１５の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置１５は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向となるように寝かせた状態で設置される以外は、図１５に記載した縦型拡散装置１３と同様である。反応管２５内の反応ガスの流れが矢符３３ｃのように横方向であっても、反応ガスを反応管２５内に供給する前にガス加熱手段４２により充分に加熱することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

図１８は、本発明の実施の一形態である横型拡散装置１６の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１８（ａ）は、横型拡散装置１６の構成を前面から見た概略断面図である。図１８（ｂ）は、横型拡散装置１６の構成を側面から見た概略断面図である。横型拡散装置１６は、反応管２５の軸線がほぼ水平方向となるように寝かせた状態で設置される以外は、図１６に記載した縦型拡散装置１４と同様である。反応管２５内の反応ガスの流れが矢符３３ｄのように横方向であっても、反応ガスを反応管２５内に供給する前にガス加熱手段４２により充分に加熱することにより、充分に加熱された反応ガスを半導体ウエハ２１に均一に吹き付けることができ、半導体ウエハ２１に均一な不純物の薄膜を形成することができる。

本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１の構成を簡略化して示す概略断面図である。 図１に示す縦型拡散装置１の部分拡大図である。 反応管２５内の反応ガスの流れを示す模式図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置２の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置３の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置４の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置５の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置６の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置７の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置８の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置９の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１０の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置１１の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置１２の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１３の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である縦型拡散装置１４の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置１５の構成を簡略化して示す概略断面図である。 本発明の実施の一形態である横型拡散装置１６の構成を簡略化して示す概略断面図である。 従来の縦型拡散装置１０１の構成を簡略化して示す概略断面図である。 従来の横型拡散装置２０１の構成を簡略化して示す概略断面図である。

符号の説明

１，２，５，６，９，１０，１３，１４，１０１ 縦型拡散装置
３，４，７，８，１１，１２，１５，１６，２０１ 横縦型拡散装置
２１，１０３，２０３ 半導体ウエハ
２２，１０５，２０５ ウエハ支持具
２３，１０６，２０６ 支持基台
２４，１０７，２０７ 支持部材
２５，４０，１０２，２０２ 反応管
２６，１０４，２０４ 加熱手段
２７ プレート部
２８，３３，３４，３６，３７，１１２，２１０ 矢符
２９ 昇降部材
３０ ウエハ支持具溝
３１，１０８，２０８ 導入口
３２，１０９，２０９ 排気口
３５ フランジ部
３８ 内側反応管
３９ 外側反応管
４１ ガス供給管
４２ ガス加熱手段
１１０ ノズル管
１１１ 噴出口

Claims (6)

1. 複数枚の半導体ウエハを一定の間隔で支持する支持部材と、
   支持部材を収納する反応管と、
   ガスを反応管内に供給するガス供給手段と、
   反応管を外囲して配置され、半導体ウエハを加熱する加熱手段とを含み、
   半導体ウエハ間の間隔に対する反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間の比率が所定の比率になるように構成されることを特徴とする半導体製造装置。
2. 所定の比率とは、反応管の内壁と半導体ウエハの外周部との隙間が半導体ウエハ間の間隔に対して、同等もしくはそれ以下となるような比率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. 所定の比率は、０．３以上１.５以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
4. 前記反応管は、前記支持部材を収納する内側反応管とそれを外囲して配置される外側反応管との二重管構造であり、
   ガスが外側反応管と内側反応管とで囲まれた空間を通過した後、内側反応管内を通過するように構成されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の半導体製造装置。
5. 前記ガス供給手段は、ガスを反応管内に供給するためのガス供給管を有しており、
   そのガス供給管を前記加熱手段によって加熱される位置に配置することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の半導体製造装置。
6. 反応管内に供給される前のガスを加熱するためのガス加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の半導体製造装置。

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