JP4267624B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、シリコンウエハ等の基板にＩＣ等の半導体装置を製造する縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等の基板処理装置に関するものである。

基板処理装置としては、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置、例えば、縦型反応炉を具備し、所要枚数の基板を一度に処理する縦型ＣＶＤ装置がある。

半導体装置の製造工程に於いて、基板（ウエハ）にポリシリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜を成膜するのにバッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。

一般的なバッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置は、インナチューブ及びインナチューブと同心に設けられたアウタチューブにより構成される反応管と、アウタチューブを囲繞する様に配設され反応管内を加熱するヒータと、インナチューブ内に反応ガスを導入するガス導入ノズルと、反応管内を真空排気する排気口等から構成される縦型炉とを具備し、所要枚数のウエハが基板保持具（ボート）によって水平姿勢で多段に保持された状態でインナチューブ内に下方から装入され、インナチューブ内に反応ガスがガス導入ノズルにより導入されると共に、ヒータによって反応管内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜が成膜される様になっている。

従来、斯かる基板処理装置としては、例えば、特開２０００−６８２１４号公報に示される縦型ＣＶＤ装置がある。

このような縦型ＣＶＤ装置では、ガス導入ノズルとして反応ガス供給ノズルを複数本具備し、反応ガス供給ノズルには例えば１／４インチ径（外径）の石英製の管が用いられ、反応ガス供給ノズルはインナチューブの下側に水平方向から挿入される水平部分と、インナチューブの内面に沿って上方に延在する垂直部分とから成り、Ｌ字状をしている。又、垂直部分はインナチューブとボート、ボートに保持されたウエハとの間隙に設けられており、上端が開放され、インナチューブ内に反応ガスを分散して供給できる様、それぞれの反応ガス供給ノズルの垂直部分の長さは段階的に異なっている。

ウエハにＣＶＤ膜を成膜する場合、反応生成物はウエハ表面に成膜されるだけでなく、図１３に示すように、インナチューブ３の内面、或は反応ガス供給ノズル１０６の内部にも付着堆積する。特に、反応ガス供給ノズル１０６のヒータ５に対向している部分はヒータ５によって加熱されるので、特に反応生成物４７の付着堆積の傾向が大きい。さらに、反応ガス供給ノズル１０６の内部はノズル１０６の外部よりも圧力が高くなるため、ノズル１０６外壁に付着する反応生成物よりもノズル１０６の内壁に付着する反応生成物４７の方が３〜４倍程度厚くなってしまう。このため、例えば、ノズル１０６に１／４インチ径（外径）の石英管を使用し、５０００〜１００００Å程度の膜厚のフラットポリシリコン膜（後述する）を成膜する場合、３〜４バッチでノズル１０６が詰まってしまうことがあった。この場合、ノズルのクリーニングは行えず、ノズル１０６を交換するしか手立てがなかった。つまり、３〜４回のバッチ処理毎にノズル１０６を交換する必要があった。この為、反応ガス供給ノズルの洗浄等の保守作業を頻繁に行うことを余儀なくされており、基板処理装置の稼働率、スループットの低下の要因となっていた。

従って、本発明の主な目的は、斯かる実情に鑑み、ポリシリコンの厚膜等、厚膜を成膜処理する場合にもガス導入ノズルがすぐに詰まってしまうことがない様にし、メンテナンスサイクルを長くして装置のダウンタイムを減少させ、保守作業の軽減を図ると共にスループットの向上を図ることにある。

本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を処理する反応容器と、
前記複数枚の基板を加熱するヒータと、
前記反応容器内に反応ガスを供給する長さの異なる複数本のノズルと、を有する基板処理装置であって、
前記複数本のノズルのそれぞれは水平方向に伸びる水平部と、垂直方向に立ち上がる垂直部とを有し、前記水平部は前記反応容器の側壁を貫通するように前記反応容器の側壁に取り付けられ、前記垂直部は、その一部が前記ヒータと対向するよう前記反応容器内に配置され、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面積を前記水平部の流路断面積よりも大きくすると共に、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面形状を略楕円形状とし、その短軸が基板中央部側を向くようにしたことを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
複数枚の基板を反応容器内に搬入するステップと、
水平方向に伸びる水平部と、垂直方向に立ち上がる垂直部とを有し、前記水平部は前記反応容器の側壁を貫通するよう前記反応容器の側壁に取り付けられ、前記垂直部は、その一部が前記複数枚の基板を加熱するヒータと対向するよう前記反応容器内に配置され、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面積を前記水平部の流路断面積よりも大きくすると共に、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面形状を略楕円形状とし、その短軸が基板中央部側を向くようにした長さの異なる複数本のノズルより、前記ヒータにより加熱された前記反応容器内に反応ガスを供給して前記複数枚の基板を処理するステップと、
処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器より搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

［図１］本発明の一実施例の縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
［図２］本発明の一実施例の縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略横断面図である。
［図３］図１の部分拡大縦断面図である。
［図４Ａ］図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図４Ｂ］図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図５］本発明の一実施例の縦型ＣＶＤ装置を用いて、バッチ処理した場合にウエハに成膜される膜の膜厚の変化を示す図である。
［図６］ガス導入ノズルへの反応生成物の付着状態を説明するための概略部分縦断面図である。
［図７］ガス導入ノズルの変形例を説明するための概略部分縦断面図である。
［図８Ａ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図８Ｂ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図９Ａ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図９Ｂ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図１０Ａ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図１０Ｂ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図１１Ａ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図１１Ｂ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図１２Ａ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＡ−Ａ線断面図である。
［図１２Ｂ］ガス導入ノズルの変形例を説明するための図３のＢ−Ｂ線断面図である。
［図１３］従来の縦型ＣＶＤ装置を説明するための概略部分縦断面図である。
発明を実施するための好ましい形態

以下、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を説明する。

通常、ポリシリコン膜を成膜する場合、反応ガス供給ノズルより反応ガスとしてＳｉＨ_４を炉内に供給し、例えば炉内を６１０℃に加熱し、圧力を２６．６Ｐａに維持して処理を行い成膜する。

又、シリコンウエハのバックシール用としてフラットポリシリコン膜が成膜される場合があり、この場合は通常の処理より、３０℃〜５０℃高い処理温度とされ、ポリシリコン膜より厚く成膜される。

本発明の好ましい実施の形態は、このようなポリシリコン膜やフラットポリシリコン膜の成膜に好適に使用されるものであるが、その中でも、特にフラットポリシリコン膜の成膜に好適に使用されるものである。

図１は、基板処理装置の１つである、バッチ式の縦型ＣＶＤ装置、特に、フラットポリシリコン膜の成膜を行うＣＶＤ装置の概略、特に反応炉１の概略を示している。図２は、縦型ＣＶＤ装置、特に反応炉１の概略を説明するための概略横断面図である。

ここで、フラットとは、炉内の温度勾配をフラット（略ゼロ）にすることである。したがって、フラットポリシリコン膜とは、温度勾配をフラットにした炉内に配置された複数の基板上に成膜されるポリシリコン膜をいう。このフラットポリシリコン膜の成膜に際しては、複数の基板が配置される炉内の領域全体に均一に成膜ガスを供給するために、ロングノズルと呼ばれる成膜ガスノズルを使用する。ここでロングノズルとは、炉内に複数の基板が配置される領域外からではなく、炉内に複数の基板が配置される領域内から成膜ガスを供給することが可能な成膜ガスノズルをいう。縦型ＣＶＤ装置の反応炉にあっては、このロングノズルは、通常、炉の下部から挿入されて炉の上部に向けて延在されているため、炉内の下部から挿入されてそこに止まる通常ノズルと比べて長さが長くなっている。上述したフラットポリシリコン膜の成膜には、炉内に複数の基板が配置される領域に沿う、長さの異なる複数本の、例えば４本の石英製のロングノズルが使用される。

図１、２を参照すれば、ロードロック室等の減圧気密室（図示せず）の上部に炉口部を形成するステンレス鋼等から成る炉口フランジ２が気密に設けられ、炉口フランジ２の内面の所要位置にインナチューブ３が同心に支持され、炉口フランジ２の上端にインナチューブ３と同心にアウタチューブ４が設けられ、更にアウタチューブ４の周囲を囲繞する様に円筒状のヒータ５がアウタチューブ４と同心に設けられている。ヒータ５の周囲および上部を覆って断熱材４４が設けられている。ヒータ５は、上から、Ｕ、ＣＵ、Ｃ、ＣＬ、Ｌの５つのゾーンに分割されており、基板処理時には、５つのゾーンは同一の温度となる（温度勾配が縦方向にフラットになるようにように主制御部２４によって制御される。なお、炉口フランジ２の下端はシールキャップ１３によって気密に閉塞されるようになっている。

インナチューブ３は上端、下端が開放された円筒形状であり、耐熱性を有しウエハを汚染しない材料である石英或は炭化珪素を材料としており、ヒータ５からの熱を蓄熱することで、ウエハへの加熱が均一化する。アウタチューブ４は下端が開放され上端が閉塞された有天円筒形状であり、インナチューブ３と同様に、石英成は炭化珪素を材料としている。

インナチューブ３内には、複数枚のウエハ３０を水平姿勢で搭載したボート２６が設けられている。複数枚のウエハ３０間には所定の間隔が設けられている。ボート２６は、シールキャップ１３に取り付けられたボート受け台１５上に搭載されており、ボート２６を搭載したシールキャップ１３が上昇して炉口フランジ２の下端を気密に閉塞した状態で、ボート２６に搭載されたウエハ３０は所定の処理位置に位置することになる。ボート２６の下部には、複数枚の断熱板４１が搭載され、その上部には、５〜１０枚のダミーウエハ３１２が搭載され、その上には、１枚のモニタウエハ３２５が搭載され、その上には、２５枚のプロダクトウエハ３０４が搭載され、その上には１枚のモニタウエハ３２４が搭載され、その上には、２５枚のプロダクトウエハ３０３が搭載され、その上には１枚のモニタウエハ３２３が搭載され、その上には、２５枚のプロダクトウエハ３０２が搭載され、その上には１枚のモニタウエハ３２２が搭載され、その上には、２５枚のプロダクトウエハ３０１が搭載され、その上には１枚のモニタウエハ３２１が搭載され、その上には５〜１０枚のダミーウエハ３１１が搭載されている。

インナチューブ３とアウタチューブ４により反応管が構成され、炉口フランジ２、インナチューブ３、アウタチューブ４、ヒータ５等により、縦型炉が構成され、インナチューブ３内部には処理室１６が画成され、インナチューブ３とアウタチューブ４との間には円筒状のガス排気路１１が画成される。反応容器は、反応管３、４、炉口フランジ２、シールキャップ１３等により構成される。

炉口フランジ２の壁を水平方向から気密に貫通し、インナチューブ３の内面に沿い上方、好ましくはインナチューブ３の軸心と平行に延在する複数本（図中では４本）のガス導入ノズル６，７，８，９が設けられている。ガス導入ノズル６，７，８，９は石英製であり、上端が開放され、それぞれガス噴出口６３、７３、８３、９３となっている。ガス導入ノズル６，７，８，９により、反応ガスがインナチューブ３内に導入される。ガス導入ノズル６，７，８，９は、炉口フランジ２の壁を同じ高さのところで水平方向に貫通しているが、長さはそれぞれ異なっている。ガス導入ノズル６，７，８，９は、それぞれ反応管の軸心と直交するよう設けられた管軸直交部６１、７１、８１、９１と、反応管の軸心と平行に管内面に沿って設けられた管軸平行部６２、７２、８２、９２とからなり、管軸平行部６２、７２、８２、９２の長さが段階的に異なっている。その結果、ガス導入ノズル６，７，８，９の上端位置（ガス噴出口６３、７３、８３、９３）の高さが段階的に異なっている。

ガス導入ノズル６，７，８，９の上端のガス噴出口６３、７３、８３、９３のの高さを段階的に異ならせたのは、反応炉１内の管軸に沿う方向の温度勾配をゼロとしたうえで、複数のウェハ３０の膜厚均一性を確保するためには、複数ウェハ３０を配置している領域を４ゾーン（プロダクトウエハ３０１、３０２、３０３、３０４）に分割して、分割した各ゾーンに対応するように、反応炉１内に複数本のガス導入ノズル６，７，８，９をそれぞれ延在させ、これらから反応ガスを供給することが必要となるからである。

ガス導入ノズル６，７，８，９の上端のガス噴出口６３、７３、８３、９３は、等間隔に配置され、それぞれ２５枚のウエハが積層されたプロダクトウェハ３０１、３０２、３０３、３０４の配列領域の中央部付近にそれぞれ位置している。このように、ガス導入ノズル６，７，８，９の上端のガス噴出口６３、７３、８３、９３は処理室１６内の４ゾーンのプロダクトウエハ３０１、３０２、３０３、３０４にそれぞれ対応して位置決めされているので、複数のウエハ３０に反応ガスを均等に供給するようになっている。

成膜により反応ガスが消費されるが、ガス導入ノズル６，７，８，９の上端のガス噴出口６３、７３、８３、９３が上方に向って段階的に開口しているので、消費分を補う様に反応ガスが順次導入されることとなり、処理室１６の下部から上部に至る迄、反応ガスは均等な濃度で導入され、その結果、ウエハ３０間の膜厚が均一化される。

ガス導入ノズル６，７，８，９は、図２に見られる様に、インナチューブ３の内面に沿って同一円周上に等間隔に配設されている。尚、図１中では説明上、分り易くする為、インナチューブ３の半径方向に配列して示している。又、ガス導入ノズル１０は、管軸に直交するストレートノズルであり、材質はガス導入ノズル６，７，８，９と同様に石英製である。

図３、図４Ａ、４Ｂに示される様に、ガス導入ノズル６，７，８，９の管軸直交部６１、７１、８１、９１は細径（小流路断面）となっており、管軸平行部６２、７２、８２、９２の少なくともヒータ５と対向する部分は、太径（大流路断面）となっている。太径部の流路断面積は、細径部の流路断面積の少なくとも２倍以上とすることが好ましい。

大流路断面とする方法については、管軸平行部６２、７２、８２、９２の内径を管軸直交部６１、７１、８１、９１に対して大きくする。管軸直交部６１、７１、８１、９１を細径（本実施例では、従来と同じ外径である１／４インチ）とすることで、既存の基板処理装置に対して大きな改造をすることなく、実施可能となる。又、図４Ａ、４Ｂの如く、管軸平行部６２、７２、８２、９２の断面形状を、円周方向の長軸を有する長円、或は楕円とする。この場合、短軸方向の外径は管軸直交部６１、７１、８１、９１と同寸法、成はインナチューブ３とボート２６およびボート２６に保持されるウエハ３０と間の間隙を考慮し、ボート２６やウエハ３０と干渉しない様に決定される。本実施例では、管軸直交部６１、７１、８１、９１の断面は、外径が５〜７ｍｍ、内径が３〜５ｍｍの円形である。管軸平行部６２、７２、８２、９２の短軸方向の外径”ｂ”は７〜９ｍｍであり、内径”ａ”は５〜７ｍｍである。管軸平行部６２、７２、８２、９２の長軸方向の外径”ｄ”は１０〜１２ｍｍであり、内径”ｃ”は８〜１０ｍｍである。

本実施例では、管軸平行部６２、７２、８２、９２の内径は太くなり始める箇所５１からある傾きを持って太くなり、箇所５２においてそれ以降の部分と同じ太さとなっており、この箇所５２は、ヒータ５の下端５３よりも下に位置している。また、太くなり始める箇所５１は、ヒータ５、アウタチューブ４、断熱板４１よりも下方であって、ボート受け台１５、インナチューブ３の下端よりも上方であって、炉口フランジ２と対向する領域内に位置している。

また、図７に示すように、内径が太くなり終わった箇所５２がヒータ５の下端５３とほぼ同じ高さとしてもよく（（ａ）参照）、内径が太くなり始める箇所５１がヒータ５の下端５３とほぼ同じ高さとしてもよく（（ｂ）参照）、内径が太くなっている途中の箇所がヒータ５の下端５３とほぼ同じ高さとしてもよい（（ｃ）参照）。さらに、管軸平行部６２、７２、８２、９２の内径は太くなり始める箇所５１からある傾きを持って太くなるのではなく、ある箇所５４で急に太くなる構造でもよく、この場合にこの箇所５４は、ヒータ５の下端５３よりも下に位置していてもよく（（ｄ）参照）、ヒータ５の下端５３とほぼ同じ高さであってもよい（（ｃ）参照）。さらにまた、管軸平行部６２、７２、８２、９２の上端にガス噴出口６３、７３、８３、９３を設けるのではなく、管軸平行部６２、７２、８２、９２の側面に複数のガス噴出口４８を設けた多孔ノズル（（ｆ）参照）を用いるようにしてもよく、この場合においても５１、５２の位置は、ガス導入ノズル６，７，８，９の場合と同様である。

再び、図３を参照すると、管軸平行部６２、７２、８２、９２と管軸直交部６１、７１、８１、９１は別部品として連結して構成してもよく、一体成形してもよい。

また、管軸直交部６１、７１、８１、９１の下部にはクッション部材４６がそれぞれ取り付けられており、クッション部材４６は炉口フランジ２の壁に内側に突き出して取り付けられた金属製のリング状のノズル支持部材４５に接触している。

炉口フランジ２にはガス排気路１１の下端部に連通する排気管１２が設けられる。ガス導入ノズル６，７，８，９，１０から導入された反応ガスはインナチューブ３内を上昇し、インナチューブ３の上端で折返し、ガス排気路１１を降下して排気管１２より排気される。

図１を再び参照すれば、炉口フランジ２の下端開口（炉口）はシールキャップ１３によって気密に閉塞される様になっており、シールキャップ１３にはボート回転装置１４が設けられ、ボート回転装置１４によって回転されるボート受台１５にボート２６が立設される様になっている。シールキャップ１３はボートエレベータ１７によって昇降可能に支持されている。

ガス導入ノズル６，７，８，９，１０は流量制御器としてのマスフローコントローラ１８，１９，２０，２１，２２をそれぞれ介してＳｉＨ_４等の反応ガスを供給する反応ガス供給源４２、或は窒素ガス等の不活性ガスを供給するパージガス供給源４３に接続されている。

ヒータ５の加熱、ボートエレベータ１７の昇降、ボート回転装置１４の回転、マスフローコントローラ１８，１９，２０，２１，２２の流量は、主制御部２４によって制御される。又、主制御部２４には炉内温度を検出する１又は複数の温度検出器２５からの温度検出信号が入力され、ヒータ５が炉内を均一加熱する様制御されている。

以下、操作について説明する。

ボートエレベータ１７によりボート２６が降下され、降下状態のボート２６に対してウエハ２７が図示しない基板移載機により移載される。ウエハ２７が所定枚数装填された状態で、ボートエレベータ１７がシールキャップ１３を上昇させ、ボート２６を処理室１６に装入する。処理室１６はシールキャップ１３により気密に閉塞され、排気管１２を介して処理圧力迄減圧され、ヒータ５により処理室１６が処理温度に加熱される。又、ボート回転装置１４によりボート２６が、鉛直軸心を中心に回転される。

マスフローコントローラ１８，１９，２０，２１，２２が反応ガス（ＳｉＨ_４）の流量を制御し、反応ガスはガス導入ノズル６，７，８，９，１０より処理室１６に導入される。なお、この反応ガス（ＳｉＨ_４）は、１００％ＳｉＨ_４として、単独で導入してもよく、ＳｉＨ_４をＮ_２で希釈して導入してもよい。

反応ガスは処理室１６内を上昇する過程で、熱化学反応により反応生成物がウエハ２７に堆積し、成膜される。又、ボート２６が回転されるので、反応ガスのウエハ２７に対する偏流が防止される。

又、成膜により反応ガスが消費されるが、ガス導入ノズル６，７，８，９の上端位置（ガス導入位置）が上方に向って段階的に開口しているので、消費分を補う様に反応ガスが順次導入されることとなり、処理室１６の下部から上部に至る迄、反応ガスは均等な濃度で導入される。従って、ウエハ面間の膜厚が均一化される。

又、マスフローコントローラ１８，１９，２０，２１，２２は反応ガスのガス濃度が一定となる様に、各ガス導入ノズル６，７，８，９，１０からのガス導入量を制御している。

反応ガスは管軸直交部６１、７１、８１、９１を通過して、管軸平行部６２、７２、８２、９２を上昇する過程で、ヒータ５で加熱される。この為、管軸平行部６２、７２、８２、９２を通過する過程で、反応生成物が管軸平行部６２、７２、８２、９２内面に付着することがある。上記した様に、管軸平行部６２、７２、８２、９２の少なくともヒータ５と対向する部分は太径としているので、図６に示すように、反応生成物４７が付着したとしても、ガス導入ノズル６、７、８、９を詰らせるには至らない。

又、管軸直交部６１、７１、８１、９１は、温度が低く反応が進まないので、細径のままでも構わない。図３の様に、管軸直交部６１、７１、８１、９１と管軸平行部６２、７２、８２、９２との接合部近傍、又は、管軸平行部６２、７２、８２、９２であっても、ヒータ５と対向しない部分であって管軸直交部６１、７１、８１、９１から立ち上がったある位置までは、３００〜４００℃未満であり反応が進まないので細径である。

尚、管軸平行部６２、７２、８２、９２のヒータ５と対向した部分であっても、３００〜４００℃未満であって加熱の進まない下部については細径のままとしてもよい。又、流路断面を大きくする部分をヒータ５と対向した部分で更にウエハ３０が収納される領域としてもよい。

従って、成膜処理を繰返し行った場合も、ノズルの詰まりを抑制でき、ガス導入ノズル６，７，８，９からの反応ガスの供給量に不足は生じることなく、品質の高い基板処理を行うことができる。特にポリシリコン、好ましくはフラットポリシリコンの厚膜等の成膜処理に於いて、効果が期待できる。また、ＳｉＨ_４等のシラン系ガスとＧｅＨ_４等のゲルマン系ガスを用いて行うＳｉＧｅ膜の成膜にも適用できる。

このように、ノズルの流路断面積を大きくする必要がある部分は、成膜反応が生じる程度の温度となる部分（ＳｉＨ_４の場合３００〜４００℃以上となる部分）や、反応ガスが分解する程度の温度となる部分（ＳｉＨ_４の場合３００〜４００℃以上となる部分）である。

また、ノズルの流路断面積を大きくしなくてもよい部分は、ノズル取り付け部、ノズル水平部、ノズル折れ曲がり部、ヒータと対向しない部分、成膜反応が生じない程度の温度となる部分（ＳｉＨ_４の場合３００〜４００℃未満となる部分）や、反応ガスが分解しない程度の温度となる部分（ＳｉＨ_４の場合３００〜４００℃未満となる部分）である。

図５は本発明に係る基板処理装置に於いて、バッチ処理した場合にウエハに成膜される膜厚の変化を示したものである。

処理条件としては、例えば成膜温度即ち、少なくとも処理室１６のウエハ３０が収納された領域の温度が６５０〜６７０℃、成膜圧力１０〜３０Ｐａ、成膜膜厚５０００〜１００００Å、反応ガス流量（ＳｉＨ_４、総流量：０．２〜１ＳＬＭ）が好ましい。

図５では、上記処理条件にてバッチ処理を１０回繰返した場合を示しており、平均膜厚（同一バッチ処理したウエハ間の膜厚平均値）は、バッチ処理毎に、漸次増加する傾向にあるが、バッチ処理毎の膜厚均一性は±０．３８％と製品品質上支障ない範囲に止まっており、ノズルの詰まりを抑制でき、反応ガスの供給量に不足が生じないことを示している。従来は、３〜４バッチで詰まっていたが、本実施例によれば、ノズルを詰まらせることなく１０バッチ以上行うことができることが確認できた。

又、バッチ処理毎の膜厚均一性のデータを集積し、傾向を把握することで、マスフローコントローラ１８，１９，２０，２１，２２を制御し、バッチ処理毎に流量を制御すれば更に膜厚均一性が向上する。

尚、上記の実施の形態で、成膜温度が６５０℃〜６７０℃の場合を例示したが、成膜温度は６２０℃以上で、例えば６２０℃〜６８０℃としてもよい。又、管軸平行部６２、７２，８２、９２の製造にあっては、一例として、３／８インチの管を押潰して成形する等がある。又、断面形状としては円形、長円、楕円に限らず、円弧状の長円であっても、或は円周方向に長辺を有する矩形であってもよく、要は流路断面を拡大できる形状であればよい。例えば、ひしゃげた円形状、略楕円形状、円を潰したような形状（楕円形、卵形、角を丸めた長方形、対向した半円の端同士を直線で結んだ形）、短軸が基板中央部側を向く略楕円形状、基板中心とノズル中心とを結ぶ直線方向に短軸を有する略楕円形状、基板中心とノズル中心とを結ぶ直線と略垂直な方向に長軸を有する略楕円形状、基板中心とノズル中心とを結ぶ直線方向の幅よりも、それと略垂直な方向の幅の方が大きくなるような形状、基板中心とノズル中心とを結ぶ直線と略垂直な方向に長辺を有する長方形、基板中心とノズル中心とを結ぶ直線と略垂直な方向に長軸を有する菱形が好ましく挙げられる。このような変形例を図８Ａ〜図１２Ｂに図示する。

又、反応炉は横型であっても実施可能であることは言う迄もない。
以上説明したように、本実施例においては、ノズルの少なくともヒータと対向する部分の流路断面積をノズルの反応容器への取り付け部の流路断面積よりも大きくしたので、ノズルの詰まりを抑制でき、メンテナンスを行うまでの処理回数を増やすことができる。これにより、メンテナンスの頻度を減らす（メンテナンスサイクルを長くする）ことができ、装置のダウンタイムを減少させることができる。

また、ノズルの反応容器への取り付け部の流路断面積は大きくしておらず、従来と同形状（１／４インチ径）とすることができるので、従来と同形状の（１／４インチ径ノズル対応の）炉口フランジをそのまま使用でき、炉口フランジを新たに設計し直す必要がない。なお、ノズル全体の流路断面積を大きくした場合は、変更したノズル形状に適合するように炉口フランジを新たに設計し直す（設計変更する）必要がある。

ノズルの少なくともヒータと対向する部分の断面形状をひしゃげた円形状（略楕円形状）としたので、ウェハとインナチューブとの間のクリアランスを小さくできる。これにより基板面内でのガス濃度を均一にでき、面内膜厚均一性、面内膜質均一性を向上させることができる。また、反応管容積を小さくすることができ、使用するガス量を節約することができる。また装置を小型化することもできる。

明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００３年８月７日提出の日本国特許出願２００３−２０６５２６号および２００４年３月２９日提出の日本国特許出願２００４−０９６０６３号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。

種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。

以上説明したように、本発明の一形態によれば、複数枚の基板を処理する反応管と、基板を加熱するヒータと、反応管内にガスを供給する少なくとも１つのガス導入ノズルとを有する基板処理装置に於いて、ガス導入ノズルは少なくともヒータと対向する部分の流路断面を他の部分より大きくしたので、成膜処理する場合にガス導入ノズルの詰りを抑制でき、又、保守作業の軽減が図れ、メンテナンスサイクルの短縮やスループットの向上が図れるという優れた効果を発揮する。

その結果、本発明は、シリコンウエハに半導体装置を製造する縦型ＣＶＤ装置やこのＣＶＤ装置を用いる半導体装置の製造方法に特に好適に利用できる。

Claims (3)

1. 複数枚の基板を処理する反応容器と、
   前記複数枚の基板を加熱するヒータと、
   前記反応容器内に反応ガスを供給する長さの異なる複数本のノズルと、を有する基板処理装置であって、
   前記複数本のノズルのそれぞれは水平方向に伸びる水平部と、垂直方向に立ち上がる垂直部とを有し、前記水平部は前記反応容器の側壁を貫通するように前記反応容器の側壁に取り付けられ、前記垂直部は、その一部が前記ヒータと対向するよう前記反応容器内に配置され、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面積を前記水平部の流路断面積よりも大きくすると共に、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面形状を略楕円形状とし、その短軸が基板中央部側を向くようにしたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記ノズルの前記水平部の流路断面形状を円形状としたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 複数枚の基板を反応容器内に搬入するステップと、
   水平方向に伸びる水平部と、垂直方向に立ち上がる垂直部とを有し、前記水平部は前記反応容器の側壁を貫通するよう前記反応容器の側壁に取り付けられ、前記垂直部は、その一部が前記複数枚の基板を加熱するヒータと対向するよう前記反応容器内に配置され、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面積を前記水平部の流路断面積よりも大きくすると共に、前記垂直部の少なくとも前記ヒータと対向する部分の流路断面形状を略楕円形状とし、その短軸が基板中央部側を向くようにした長さの異なる複数本のノズルより、前記ヒータにより加熱された前記反応容器内に反応ガスを供給して前記複数枚の基板を処理するステップと、
   処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器より搬出するステップと、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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