JP4861391B2

JP4861391B2 - Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method

Info

Publication number: JP4861391B2
Application number: JP2008299746A
Authority: JP
Inventors: 天和山口; 智秀加藤; 晃男星野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2009081457A

Description

本発明は、基板処理技術、特に、基板面内の膜厚均一性を改善する技術に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）にポリシリコンやシリコン窒化膜等を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。 The present invention relates to a substrate processing technique, and more particularly to a technique for improving film thickness uniformity in a substrate surface.
For example, in a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC), it is used for depositing (depositing) polysilicon, a silicon nitride film, or the like on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which an IC is formed. And what is effective.

ＩＣの製造方法において、ウエハにポリシリコンやシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、広く使用されている。
従来のこの種のＣＶＤ装置としては、インナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、複数枚のウエハを保持してインナチューブ内に搬入するボートと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入ノズルと、プロセスチューブ内を排気して減圧する排気口と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、ガス導入ノズルには複数個の噴出口がボートに保持された各ウエハに対応して開設され、インナチューブの側壁には排気孔が開設されているものがある（例えば、特許文献１参照）。 In an IC manufacturing method, a batch type vertical hot wall type low pressure CVD apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus) is widely used for depositing a CVD film such as polysilicon or silicon nitride film on a wafer.
As a conventional CVD apparatus of this type, there are an inner tube and an outer tube surrounding the inner tube, a process tube installed in a vertical shape, a boat that holds a plurality of wafers and carries them into the inner tube, an inner tube, The gas introduction nozzle is equipped with a gas introduction nozzle for introducing the raw material gas into the tube, an exhaust port for exhausting and depressurizing the inside of the process tube, and a heater unit installed outside the process tube to heat the inside of the process tube. In some cases, a plurality of jet nozzles are opened corresponding to each wafer held in a boat, and an exhaust hole is opened in a side wall of the inner tube (see, for example, Patent Document 1).

このＣＶＤ装置においては、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入ノズルによって導入されるとともに、ヒータユニットによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。
この際、ガス導入ノズルの複数の噴出口から水平に噴出された原料ガスは、ボートに互いに水平に保持された上下のウエハの間を流れてウエハの表面に接触し、インナチューブに開設された排気孔からインナチューブの外部に排気口の排気力によって排気される。 In this CVD apparatus, a plurality of wafers are long aligned and held by a boat and are loaded into the inner tube from the lower furnace port (boat loading), and the source gas is introduced into the inner tube by a gas introduction nozzle. At the same time, the CVD film is deposited on the wafer by heating the inside of the process tube by the heater unit.
At this time, the raw material gas ejected horizontally from the plurality of ejection ports of the gas introduction nozzle flows between the upper and lower wafers held horizontally by the boat, contacts the surface of the wafer, and is opened in the inner tube. The air is exhausted from the exhaust hole to the outside of the inner tube by the exhaust force of the exhaust port.

特開２０００−３１１８６２号公報JP 2000-31862 A

前記したＣＶＤ装置においては、ガス導入ノズルの噴出口から数Ｐａ〜数百Ｐａの処理室に噴射から高速度で噴出したガスは大きく減衰することにより圧力の高低差による大きな渦（循環流）を発生し、この渦によってガスの流路が長くなるために、ガスのウエハとの接触時間が長くなるという問題点がある。
例えば、ポリシリコン膜を成膜する場合において、高温領域におけるモノシラン（ＳｉＨ4 ）の通過時間が長くなると、気相中での分解反応が過度に進行してしまうことにより、ポリシリコンが粉状になって析出してウエハの表面に付着してしまうために、ポリシリコン膜の品質が低下するばかりでなく、パーティクルの発生原因になってしまう。 In the above-described CVD apparatus, the gas ejected from the ejection port of the gas introduction nozzle into the processing chamber of several Pa to several hundred Pa at a high speed from the ejection is greatly attenuated, thereby generating a large vortex (circulation flow) due to the pressure difference. Since the gas flow path is lengthened by the vortex, the gas contact time with the wafer becomes long.
For example, in the case where a polysilicon film is formed, if the passage time of monosilane (SiH4) in the high temperature region becomes long, the decomposition reaction in the gas phase proceeds excessively, and thus the polysilicon becomes powdery. Therefore, not only the quality of the polysilicon film is degraded but also the generation of particles is caused.

本発明の目的は、パーティクルを低減することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method capable of reducing particles.

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板が搬入されるインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されたプロセスチューブと、前記インナチューブ内にガスを導入するガス導入ノズルと、前記プロセスチューブ内を排気する排気口とを備えている基板処理装置において、
前記ガス導入ノズルには複数個の噴出口が開設されており、該複数個の噴出口の開口縁辺部には徐々に狭くなってから徐々に広くなっているＲ面取り部または近似曲面部が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
（２）複数枚の基板を保持したボートを処理室に搬入するステップと、
ガスを導入ノズルに導入するステップと、
この導入ノズルに開設された複数個の噴出口であって、開口縁辺部には徐々に狭くなってから徐々に広くなっているＲ面取り部または近似曲面部が形成されている噴出口のそれぞれを前記ガスが通過するステップと、
前記ガスが前記基板を処理するステップと、
前記ガスが前記処理室を排気する排気口を通過するステップと、
前記ガスの供給を停止するステップと、
前記処理室から前記ボートを搬出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Typical means for solving the above-described problems are as follows.
(1) A process tube composed of an inner tube into which a substrate is carried and an outer tube surrounding the inner tube, a gas introduction nozzle for introducing gas into the inner tube, and an exhaust port for exhausting the inside of the process tube In a substrate processing apparatus comprising:
The gas introduction nozzle has a plurality of outlets, and an R chamfered portion or an approximate curved surface portion that gradually becomes wider after being gradually narrowed is formed at the opening edge of the plurality of outlets. the substrate processing apparatus characterized by being.
(2) carrying a boat holding a plurality of substrates into the processing chamber;
Introducing a gas into the introduction nozzle;
A plurality of ejection ports that are opened in the inlet nozzle, each of the ejection ports R chamfer or approximated surface portion is gradually wider from gradually narrow the opening edge portion is formed Passing the gas;
The gas treating the substrate;
Passing the gas through an exhaust port for exhausting the processing chamber;
Stopping the supply of gas;
Unloading the boat from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

前記した手段によれば、パーティクルを低減することができる。 According to the above means, particles can be reduced.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、図１に示されているようにＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
図１に示されているＣＶＤ装置は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えており、プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチューブ３とから構成されている。インナチューブ２およびアウタチューブ３はいずれも、石英ガラスや炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性の高い材料が用いられて円筒形状にそれぞれ一体成形されている。 In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as a CVD apparatus (batch type vertical hot wall type reduced pressure CVD apparatus) as shown in FIG.
The CVD apparatus shown in FIG. 1 includes a vertical process tube 1 which is vertically arranged so that the center line is vertical and is fixedly supported. The process tube 1 includes an inner tube 2 and an outer tube 3. It consists of and. Each of the inner tube 2 and the outer tube 3 is integrally formed into a cylindrical shape using a material having high heat resistance such as quartz glass or silicon carbide (SiC).

インナチューブ２は上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を形成している。インナチューブ２の下端開口は被処理基板としてのウエハ１０を出し入れするための炉口５を構成している。したがって、インナチューブ２の内径は取り扱うウエハ１０の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
アウタチューブ３はインナチューブ２に対して大きめに相似し上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ２の外側を取り囲むように同心円に被せられている。
インナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形状に形成されたマニホールド６によって気密封止されており、マニホールド６はインナチューブ２およびアウタチューブ３についての保守点検作業や清掃作業のためにインナチューブ２およびアウタチューブ３に着脱自在に取り付けられている。
マニホールド６がＣＶＤ装置の筐体（図示せず）に支持されることにより、プロセスチューブ１は垂直に据え付けられた状態になっている。 The inner tube 2 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened, and the cylindrical hollow portion of the inner tube 2 has a processing chamber 4 into which a plurality of wafers held in a state of being aligned long by a boat are loaded. Forming. A lower end opening of the inner tube 2 constitutes a furnace port 5 for taking in and out a wafer 10 as a substrate to be processed. Therefore, the inner diameter of the inner tube 2 is set to be larger than the maximum outer diameter of the wafer 10 to be handled.
The outer tube 3 is similar to the inner tube 2 in a larger size, is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened, and is covered with a concentric circle so as to surround the outer side of the inner tube 2.
A lower end portion between the inner tube 2 and the outer tube 3 is hermetically sealed by a manifold 6 formed in a circular ring shape. The manifold 6 is used for maintenance and inspection work and cleaning work for the inner tube 2 and the outer tube 3. Therefore, it is detachably attached to the inner tube 2 and the outer tube 3.
Since the manifold 6 is supported by a housing (not shown) of the CVD apparatus, the process tube 1 is installed vertically.

マニホールド６の側壁の一部には排気口７が開設されており、排気口７は排気装置（図示せず）に接続されてプロセスチューブ１の内部を所定の真空度に減圧し得るように構成されている。排気口７はインナチューブ２とアウタチューブ３との間に形成された隙間からなる排気路８に連通した状態になっており、インナチューブ２とアウタチューブ３との隙間によって形成された排気路８の横断面形状が一定幅の円形リング形状になっている。排気口７がマニホールド６に開設されているため、排気口７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路８の下端部に配置された状態になっている。 An exhaust port 7 is formed in a part of the side wall of the manifold 6, and the exhaust port 7 is connected to an exhaust device (not shown) so that the inside of the process tube 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum. Has been. The exhaust port 7 is in communication with an exhaust path 8 formed by a gap formed between the inner tube 2 and the outer tube 3, and the exhaust path 8 formed by the gap between the inner tube 2 and the outer tube 3. The cross-sectional shape is a circular ring shape with a constant width. Since the exhaust port 7 is opened in the manifold 6, the exhaust port 7 is formed in a cylindrical hollow body and is disposed at the lower end portion of the exhaust path 8 extending vertically.

マニホールド６には下端開口を閉塞するシールキャップ９が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ９はアウタチューブ３の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ９の中心線上には被処理物としてのウエハ１０を保持するためのボート１１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
ボート１１は上下で一対の端板１２、１３と、両端板１２、１３間に架設されて垂直に配設された複数本の保持部材１４とを備えており、各保持部材１４には多数条の保持溝１５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。ウエハ１０の円周縁が複数本の保持部材１４の同一の段の保持溝１５間に挿入されることにより、複数枚のウエハ１０は水平かつ互いに中心を揃えた状態に整列されて保持される。
ボート１１とシールキャップ９との間には上下で一対の補助端板１６、１７が複数本の補助保持部材１８によって支持されて配設されており、各補助保持部材１８には多数条の保持溝１９が没設されている。 A seal cap 9 that closes the lower end opening is brought into contact with the manifold 6 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 9 is formed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the outer tube 3, and is configured to be raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator (not shown) installed vertically outside the process tube 1. ing. On the center line of the seal cap 9, a boat 11 for holding a wafer 10 as an object to be processed is vertically supported and supported.
The boat 11 includes a pair of end plates 12 and 13 at the top and bottom, and a plurality of holding members 14 installed between the both end plates 12 and 13 and arranged vertically. The holding grooves 15 are arranged at equal intervals in the longitudinal direction so as to be opened facing each other. By inserting the circumferential edge of the wafer 10 between the holding grooves 15 of the same stage of the plurality of holding members 14, the plurality of wafers 10 are held in a state where they are horizontally aligned with their centers aligned.
Between the boat 11 and the seal cap 9, a pair of auxiliary end plates 16 and 17 are vertically supported and arranged by a plurality of auxiliary holding members 18, and each auxiliary holding member 18 holds a plurality of strips. A groove 19 is submerged.

アウタチューブ３の外部にはプロセスチューブ１内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するヒータユニット２０が、アウタチューブ３を包囲するように同心円に設備されており、ヒータユニット２０はＣＶＤ装置の筐体に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。 A heater unit 20 that heats the inside of the process tube 1 uniformly or at a predetermined temperature distribution is provided outside the outer tube 3 in a concentric circle so as to surround the outer tube 3. It is in a state of being installed vertically by being supported by the casing.

インナチューブ２の側壁の排気口７と１８０度反対側の位置には、チャンネル形状の予備室２１が径方向外向きに膨出されて垂直方向に長く延在するように形成されており、インナチューブ２の側壁の予備室２１と１８０度反対側の位置すなわち排気口７側の位置には排気孔２５が垂直方向に細長く開設されている。
図２に示されているように、予備室２１には一対のガス導入ノズル２２、２２が互いに近接して垂直方向に延在するように配管されている。図１に示されているように、各ガス導入ノズル２２のガス導入口部２３はマニホールド６の側壁を径方向外向きに貫通してプロセスチューブ１の外部に突き出されており、ガス導入口部２３には原料ガス供給装置や窒素ガス供給装置等（図示せず）が接続されている。
一対のガス導入ノズル２２、２２には３個で一組の噴出口２４が複数組、垂直方向に並べられて開設されている。噴出口２４群の組数はボート１１に保持されたウエハ１０の枚数に一致されており、各組の高さ位置はボート１１に保持された上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。すなわち、ガス導入ノズル２２の３個の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃはウエハ１０の主面に対して平行な平面内に開設されている。
一対のガス導入ノズル２２、２２において３個の噴出口２４のうちの中心の噴出口２４ａのガスの噴出方向は、ウエハ１０の中心と排気孔２５とを結んだ線分と平行になるように設定されており、その両脇の噴出口２４ｂ、２４ｃのガスの噴出方向は、ガス導入ノズル２２の中心を起点として中心の噴出口２４ａの噴出方向を基準線とした仰角Θが３０度ずつの線対称形になるように設定されている。 A channel-shaped auxiliary chamber 21 bulges outward in the radial direction and extends long in the vertical direction at a position 180 degrees opposite to the exhaust port 7 on the side wall of the inner tube 2. Exhaust holes 25 are elongated in the vertical direction at positions on the side wall of the tube 2 that is 180 degrees opposite to the auxiliary chamber 21, that is, on the exhaust port 7 side.
As shown in FIG. 2, a pair of gas introduction nozzles 22, 22 are piped in the preliminary chamber 21 so as to be close to each other and extend in the vertical direction. As shown in FIG. 1, the gas introduction port portion 23 of each gas introduction nozzle 22 penetrates the side wall of the manifold 6 outward in the radial direction and protrudes to the outside of the process tube 1. A source gas supply device, a nitrogen gas supply device, etc. (not shown) are connected to 23.
The pair of gas introduction nozzles 22, 22 is provided with a plurality of one set of jet outlets 24 arranged in the vertical direction. The number of sets of the jet outlets 24 is equal to the number of wafers 10 held on the boat 11, and the height position of each set is the space between the wafers 10 and 10 adjacent to each other on the top and bottom held on the boat 11. Are set to face each other. That is, the three outlets 24 a, 24 b, 24 c of the gas introduction nozzle 22 are opened in a plane parallel to the main surface of the wafer 10.
In the pair of gas introduction nozzles 22, 22, the gas ejection direction of the central ejection port 24 a among the three ejection ports 24 is parallel to the line segment connecting the center of the wafer 10 and the exhaust hole 25. The gas ejection directions of the jet outlets 24b and 24c on both sides are set so that the elevation angle Θ is 30 degrees from the center of the gas introduction nozzle 22 as a reference line and the jet direction of the central jet outlet 24a. It is set to be line symmetric.

次に、前記構成に係るＣＶＤ装置による本発明の一実施の形態である成膜方法を説明する。 Next, a film forming method according to an embodiment of the present invention using the CVD apparatus having the above configuration will be described.

ウエハチャージングステップにおいて、ウエハ１０はボート１１に、その円周縁部が対向する複数箇所において保持部材１４の保持溝１５間にそれぞれ係合するように挿入されて行き、複数箇所の円周縁部が各保持溝１５に係合されて自重を支えられるように装填（チャージング）されて保持される。複数枚のウエハ１０はボート１１におけるチャージング状態においてその中心を揃えられて互いに平行かつ水平に整列されている。 In the wafer charging step, the wafer 10 is inserted into the boat 11 so as to engage between the holding grooves 15 of the holding member 14 at a plurality of locations where the circumferential edges thereof are opposed to each other. It is loaded (charged) and held so as to be engaged with each holding groove 15 and to support its own weight. The plurality of wafers 10 are aligned in parallel and horizontally with their centers aligned in the charging state of the boat 11.

ボートローディングステップにおいて、複数枚のウエハ１０を整列保持したボート１１はボートエレベータにより差し上げられるようにして、インナチューブ２の炉口５から処理室４内に搬入（ボートローディング）されて行き、処理室４に図１に示されているように存置される。この状態において、シールキャップ９は炉口５をシールした状態になる。 In the boat loading step, the boat 11 in which a plurality of wafers 10 are aligned and held is loaded into the processing chamber 4 (boat loading) from the furnace port 5 of the inner tube 2 so as to be lifted up by the boat elevator, and the processing chamber 4, as shown in FIG. In this state, the seal cap 9 is in a state of sealing the furnace port 5.

続いて、減圧ステップにおいて、プロセスチューブ１の内部が排気口７に作用する排気力によって所定の真空度（例えば、２００Ｐａ）に減圧されるとともに、昇温ステップにおいて、プロセスチューブ１の内部がヒータユニット２０によって所定の温度（例えば、４００℃）に昇温される。 Subsequently, in the depressurization step, the inside of the process tube 1 is depressurized to a predetermined degree of vacuum (for example, 200 Pa) by the exhaust force acting on the exhaust port 7, and in the heating step, the inside of the process tube 1 is heated to the heater unit. The temperature is raised to a predetermined temperature (for example, 400 ° C.) by 20.

次いで、成膜ステップにおいて、所定の原料ガス３０がガス導入ノズル２２のガス導入口部２３に常圧（大気圧）で供給され、一対のガス導入ノズル２２、２２を流通して複数組の３個の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃからインナチューブ２の処理室４に音速に近い高速度をもって噴出するように制御されて導入される。例えば、ドープドポリシリコンが拡散される場合においては、原料ガス３０としてはモノシラン（ＳｉＨ4 ）およびホスフィン（ＰＨ3 ）が処理室４に導入される。
処理室４に導入された原料ガス３０はインナチューブ２の側壁に垂直方向に細長く開設された排気孔２５からインナチューブ２とアウタチューブ３との隙間によって形成された排気路８に流出してアウタチューブ３の下端に位置するマニホールド６に開設された排気口７から排気される。 Next, in the film forming step, a predetermined source gas 30 is supplied to the gas inlet 23 of the gas inlet nozzle 22 at normal pressure (atmospheric pressure), and flows through the pair of gas inlet nozzles 22 and 22 to form a plurality of sets of 3 It is controlled and introduced so as to be jetted at a high speed close to the speed of sound from the individual jet outlets 24a, 24b, 24c into the processing chamber 4 of the inner tube 2. For example, when doped polysilicon is diffused, monosilane (SiH 4) and phosphine (PH 3) are introduced into the processing chamber 4 as the source gas 30.
The raw material gas 30 introduced into the processing chamber 4 flows out into the exhaust passage 8 formed by the gap between the inner tube 2 and the outer tube 3 from the exhaust hole 25 that is elongated in the vertical direction on the side wall of the inner tube 2. The gas is exhausted from an exhaust port 7 provided in a manifold 6 located at the lower end of the tube 3.

この際に、一対のガス導入ノズル２２、２２と排気孔２５および排気口７とは、互いに１８０度離れて対向するようにそれぞれ配置されていることにより、一対のガス導入ノズル２２、２２の各組の３個の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃからそれぞれ噴出された原料ガス３０は、処理室４を反対側の排気孔２５に向かって水平に流れるため、各ウエハ１０に対してそれぞれ平行に流れる。しかも、各組の３個の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃは上下で隣合うウエハ１０と１０との間に対向するようにそれぞれ配置されているため、各噴出口２４からそれぞれ噴出された原料ガス３０は上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間のそれぞれに流れ込んで確実に平行に流れる。
ウエハ１０の表面に接触しながら上下で隣合うウエハ１０と１０との間の空間を平行に流れて行く原料ガス３０のＣＶＤ反応によって、ウエハ１０の表面にはＣＶＤ膜が堆積する。例えば、モノシランとホスフィンとが導入された場合には、ドープドポリシリコン膜がウエハ１０に堆積する。
この際、原料ガス３０は各ウエハ１０内の全面にわたってそれぞれ均一に接触するため、ＣＶＤ膜の堆積状態は各ウエハ１０内において全体にわたって膜厚および膜質共に均一になる。 At this time, the pair of gas introduction nozzles 22, 22 and the exhaust holes 25 and the exhaust ports 7 are arranged so as to face each other 180 degrees apart from each other. The source gas 30 ejected from each of the three jet outlets 24a, 24b, 24c flows horizontally in the processing chamber 4 toward the exhaust hole 25 on the opposite side, and thus flows in parallel to each wafer 10. . Moreover, since the three jet outlets 24a, 24b, and 24c of each set are arranged so as to face each other between the wafers 10 and 10 adjacent to each other in the upper and lower directions, the raw material gas jetted from each jet outlet 24, respectively. 30 flows into each of the spaces between the wafers 10 and 10 adjacent to each other in the vertical direction and reliably flows in parallel.
A CVD film is deposited on the surface of the wafer 10 by the CVD reaction of the source gas 30 that flows in parallel between the upper and lower adjacent wafers 10 and 10 while contacting the surface of the wafer 10. For example, when monosilane and phosphine are introduced, a doped polysilicon film is deposited on the wafer 10.
At this time, since the source gas 30 is uniformly contacted over the entire surface of each wafer 10, the deposition state of the CVD film is uniform in both the film thickness and film quality throughout the wafer 10.

また、本実施の形態においては、ガス導入ノズル２２の各組の噴出口２４から原料ガス３０が音速に近い高速度で噴出されることにより、ガス導入ノズル２２内の下流側圧力と上流側圧力との比が臨界圧力比以下になり、下流側の流れの場の変動に関わらず常に一定の流量を発生させることができるため、ガス導入ノズル２２の上下でガスの流量を均等に制御することができる。その結果、ボート１１によって保持されたウエハ１０群の各ウエハ１０に形成された膜厚および膜質は、ウエハ１０群におけるボート１１の全長にわたって均一になる。 Further, in the present embodiment, the raw material gas 30 is ejected from the respective outlets 24 of the gas introduction nozzle 22 at a high speed close to the sonic speed, so that the downstream pressure and the upstream pressure in the gas introduction nozzle 22 are increased. The flow rate of gas is equal to or lower than the critical pressure ratio, and a constant flow rate can always be generated regardless of fluctuations in the downstream flow field. Can do. As a result, the film thickness and film quality formed on each wafer 10 of the wafer 10 group held by the boat 11 are uniform over the entire length of the boat 11 in the wafer 10 group.

所望のＣＶＤ膜（例えば、ドープドポリシリコン膜）が堆積された後に、ボートアンローディングステップにおいて、シールキャップ９が下降されることによって炉口５が開口されるとともに、ボート１１に保持された状態で処理済みのウエハ１０群が炉口５からプロセスチューブ１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。 After the desired CVD film (for example, doped polysilicon film) is deposited, in the boat unloading step, the seal cap 9 is lowered and the furnace port 5 is opened and held in the boat 11. The processed wafer group 10 is unloaded from the furnace port 5 to the outside of the process tube 1 (boat unloading).

ところで、ガス導入ノズルの噴出口からガスを音速に近い高速度で噴出させた場合の定常状態に達した時のガス流動をシミュレーションしたところ、図３および図４に示されている流線が得られた。 By the way, when the gas flow when the gas reaches a steady state when the gas is ejected from the ejection port of the gas introduction nozzle at a high speed close to the sound speed, the streamlines shown in FIGS. 3 and 4 are obtained. It was.

図３はガス導入ノズルがインナチューブの側壁内周面に接するように配置され噴出口が１個の従来例の場合を示しており、噴出口の直後に強い大きな渦が形成されているのが観察される。噴射されたガスの多くがこの大きな渦によって噴出口の近傍に再度戻されており、ウエハ面上の流れは一様になってはいない。
図示は省略するが、図３の流線に対応した噴出口近傍の流速コンタ図を観測したところ、噴出口から音速に近い高速度で噴出したガスはウエハ面上に達してから３０ｍｍ程度の辺りで大きく減衰し、そこでは既に数ｍ／秒のオーダーになっているのが観察された。
減圧場であることにより、噴射されたガスは噴出口の直後から広く拡散するため、噴射ガスの貫徹力は著しく減衰し流速は極端に遅くなるものと考えられる。この大きな速度勾配および渦の影響を成膜時には強く受けるものと推定することができるため、これらを改善する必要がある。 FIG. 3 shows the case of the conventional example in which the gas introduction nozzle is disposed so as to contact the inner peripheral surface of the side wall of the inner tube, and there is one ejection port. A strong large vortex is formed immediately after the ejection port. Observed. Most of the injected gas is returned to the vicinity of the outlet by this large vortex, and the flow on the wafer surface is not uniform.
Although illustration is omitted, when a flow velocity contour diagram in the vicinity of the jet outlet corresponding to the streamline in FIG. 3 is observed, the gas jetted at a high speed close to the sound velocity from the jet outlet reaches about 30 mm after reaching the wafer surface. It was observed that it was already on the order of several meters per second.
Due to the reduced pressure field, the injected gas diffuses widely immediately after the jet outlet, so that the penetration force of the injected gas is significantly attenuated and the flow velocity is considered to be extremely slow. Since it can be estimated that this large velocity gradient and vortex are strongly affected during film formation, it is necessary to improve them.

図４は図３の結果における噴出口近傍の大きな渦により強い乱れの発生を防止することができる本実施の形態の場合を示している。
図４の流線を見ると、ウエハ面上では大きな乱れが発生することなくガスが排気孔まで流れているのを観察することができる。これは次のような理由によると、考察される。
一対のガス導入ノズル２２、２２の流量およびガス導入ノズル２２のノズル面積は図３の場合と同一であるので、一本のガス導入ノズル２２からの流量は半分になるため、一本のガス導入ノズル当たりのガスの運動量は半分になる。しかも、ガスは一対のガス導入ノズル２２、２２の３個で一組の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃからインナチューブ２内に分散されて噴出されることによって勢いを減衰されるために、ガス導入ノズル２２の近傍において大きな渦が発生するのを防止される。さらに、３個で一組の噴出口２４ａ、２４ｂ、２４ｃからウエハの主面に対して平行な平面の上に広角に噴出されることによって、ガスの排気口への貫徹力はウエハの主面に対し平行な平面上に広角になるので、ガス導入ノズル２２の近傍において大きな渦が発生するのを防止される。 FIG. 4 shows the case of the present embodiment in which strong turbulence can be prevented by a large vortex in the vicinity of the ejection port in the result of FIG.
When the streamlines in FIG. 4 are seen, it can be observed that the gas flows to the exhaust hole without causing a large disturbance on the wafer surface. This is considered for the following reasons.
Since the flow rate of the pair of gas introduction nozzles 22 and 22 and the nozzle area of the gas introduction nozzle 22 are the same as in FIG. 3, the flow rate from one gas introduction nozzle 22 is halved. The momentum of gas per nozzle is halved. Moreover, the gas is introduced into the inner tube 2 by the three gas inlet nozzles 22 and 22 from the pair of jet nozzles 24a, 24b, and 24c, and the momentum is attenuated. Large vortices are prevented from being generated in the vicinity of the nozzle 22. Further, the three gas jets 24a, 24b, and 24c are jetted at a wide angle on a plane parallel to the main surface of the wafer, so that the penetration force of the gas to the exhaust port is controlled by the main surface of the wafer. Therefore, a large vortex is prevented from being generated in the vicinity of the gas introduction nozzle 22.

なお、両脇の噴出口２４ｂ、２４ｃのガスの噴出方向は、ガス導入ノズル２２の中心を起点として中心の噴出口２４ａの噴出方向を基準線とした仰角Θが３０度ずつの対称形になるように設定するに限らず、一対のガス導入ノズル２２、２２の間隔や予備室２１の周方向および径方向の寸法等の条件によって最適値を設定することが望ましい。 The gas ejection directions of the jet outlets 24b and 24c on both sides are symmetrical with an elevation angle Θ of 30 degrees with the center of the gas introduction nozzle 22 as a starting point and the jet direction of the central jet outlet 24a as a reference line. The optimum value is desirably set according to conditions such as the distance between the pair of gas introduction nozzles 22 and 22 and the circumferential and radial dimensions of the spare chamber 21.

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.

1) インナチューブの側壁に形成した予備室にガス導入ノズルを配管し、このガス導入ノズルの噴出口から原料ガスを処理室に噴出させることにより、噴射された原料ガスの貫徹力をウエハに到達するまでに減衰させて、ウエハ面上において大きな速度勾配や渦が発生するのを防止することができるため、原料ガスのウエハとの接触時間が長くなるのを防止することができる。 1) A gas introduction nozzle is connected to a spare chamber formed on the side wall of the inner tube, and the source gas is ejected from the outlet of the gas introduction nozzle into the processing chamber, so that the penetration force of the injected source gas reaches the wafer. Since it is possible to prevent the generation of a large velocity gradient or vortex on the wafer surface, it is possible to prevent the contact time of the source gas with the wafer from being increased.

2) 原料ガスのウエハとの接触時間が長くなるのを防止することにより、例えば、ポリシリコン膜を成膜する場合において、高温領域におけるモノシランの通過時間が長くなって気相中での分解反応が過度に進行し、ポリシリコンが粉状になって析出してウエハの表面に付着することによってポリシリコン膜の品質が低下したり、パーティクルの発生原因になったりするのを防止することができるため、良質のポリシリコン膜を形成することができるとともに、成膜工程の歩留りの低下を防止することができる。 2) By preventing the contact time of the source gas with the wafer from being prolonged, for example, in the case of forming a polysilicon film, the passage time of monosilane in the high temperature region becomes longer and the decomposition reaction in the gas phase It is possible to prevent the quality of the polysilicon film from being deteriorated or causing generation of particles by excessively progressing and depositing the polysilicon in the form of powder and adhering to the surface of the wafer. Therefore, it is possible to form a high-quality polysilicon film and prevent the yield of the film forming process from being lowered.

3) 予備室に一対のガス導入ノズルを配管し、一対のガス導入ノズルに３個で一組の噴出口を開設することにより、ガスが３個の噴出口からウエハの主面に対して平行な平面へ向けて広角に噴出される状態になるために、大きな渦による強い乱れの発生をより一層確実に防止することができ、より一層良質のポリシリコン膜を形成することができるとともに、成膜工程の歩留りの低下を確実に防止することができる。 3) A pair of gas introduction nozzles are connected to the spare chamber, and three pairs of gas introduction nozzles are opened in the pair of gas introduction nozzles so that the gas is parallel to the main surface of the wafer from the three injection holes. Therefore, it is possible to more reliably prevent the occurrence of strong turbulence caused by large vortices, and to form a higher quality polysilicon film. A decrease in the yield of the film process can be reliably prevented.

4) ガス導入ノズルの噴出口から原料ガスを音速に近い高速度で噴出させることにより、ガス導入ノズルの上下で原料ガスの流量を均等に制御することができるため、ボートによって保持されたウエハ群の各ウエハに形成されたＣＶＤ膜の膜厚および膜質をウエハ群の全長にわたって均一化することができる。 4) Since the flow rate of the source gas can be controlled uniformly above and below the gas introduction nozzle by ejecting the source gas from the jet port of the gas introduction nozzle at a high speed close to the sound speed, the wafer group held by the boat The film thickness and quality of the CVD film formed on each wafer can be made uniform over the entire length of the wafer group.

5) ガス導入ノズルと排気孔とを互いに１８０度離れて対向するようにそれぞれ配置し、複数個の噴出口のそれぞれを上下で隣合うウエハ間に対向するようにそれぞれ配置することにより、各噴出口からそれぞれ噴出された原料ガスを上下で隣合うウエハ間の空間で平行に流して各ウエハ内の全面にわたってそれぞれ均一に接触させることができるため、各ウエハ面内において全体にわたってＣＶＤ膜の膜厚および膜質を均一に形成させることができる。 5) The gas introduction nozzle and the exhaust hole are arranged so as to face each other 180 degrees apart, and each of the plurality of jet outlets is arranged so as to face each other between adjacent wafers in the vertical direction. Since the source gas ejected from the outlet can flow in parallel in the space between adjacent wafers at the top and bottom and can be uniformly contacted over the entire surface of each wafer, the film thickness of the CVD film over the entire surface of each wafer Further, the film quality can be formed uniformly.

6) ウエハ面内およびウエハ群内のＣＶＤ膜の膜厚および膜質を全体的に均一化させることにより、一回の処理におけるＣＶＤ膜の膜厚や膜質等を均一化することができるため、ＣＶＤ装置および成膜工程の品質および信頼性を高めることができる。 6) Since the film thickness and film quality of the CVD film in the wafer surface and in the wafer group as a whole are made uniform, the film thickness and film quality of the CVD film can be made uniform in a single process. The quality and reliability of the apparatus and the film forming process can be improved.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、ガス導入ノズルの噴出口の開口縁辺部には、図５（ａ）に示されているように、角部（エッジ）２６を残すに限らず、図５（ｂ）に示されているようにＲ面取り部２７を形成してもよいし、図５（ｃ）に示されているように、近似曲面部２８を形成してもよい。
これらにより、ガスの流れの乱れがより一層発生し難くなる。さらに、角部２６では付着した膜が剥がれ易く、パーティクルの発生の原因となるが、Ｒ面取り部２７もしくは近似曲面部２８を形成することにより、この剥離現象の発生を防止することができる。
つまり、パーティクルの発生原因をより一層防止することができるので、良質のポリシリコン膜を形成することができるとともに、成膜工程の歩留りの低下を防止することができる。 For example, as shown in FIG. 5 (a), not only the corners (edges) 26 are left at the opening edge of the gas injection nozzle outlet, but also shown in FIG. 5 (b). The R chamfered portion 27 may be formed as described above, or the approximate curved surface portion 28 may be formed as shown in FIG.
As a result, the disturbance of the gas flow is less likely to occur. Furthermore, although the adhered film easily peels off at the corner portion 26 and causes generation of particles, the formation of the R chamfered portion 27 or the approximate curved surface portion 28 can prevent this peeling phenomenon from occurring.
That is, since the cause of generation of particles can be further prevented, a high-quality polysilicon film can be formed, and a decrease in the yield of the film formation process can be prevented.

例えば、ガス導入ノズルの同一平面内の一組の噴出口の個数は３個に限らず、２個または４個以上であってもよい。また、ガス導入ノズルは一対に限らず、１本または３本以上であってもよい。 For example, the number of the set of jet outlets in the same plane of the gas introduction nozzle is not limited to three, and may be two or four or more. The number of gas introduction nozzles is not limited to a pair, and may be one or three or more.

ガス導入ノズルに開設する噴出口の組数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、各組の複数個の噴出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、２枚や３枚置きに配設してもよい。 The number of jet outlets opened in the gas introduction nozzle is not limited to the number of wafers to be processed, but can be increased or decreased in accordance with the number of wafers to be processed. For example, the plurality of jet nozzles of each set are not limited to be arranged to face each other between adjacent wafers in the upper and lower sides, and may be arranged every two or three wafers.

インナチューブの側壁に開設する排気孔は一連の長孔に形成するに限らず、複数個の長孔や円形孔および多角形孔等に形成してもよいし、インナチューブの上下において孔径を増減してもよい。 The exhaust holes opened on the side wall of the inner tube are not limited to a series of long holes, but may be formed in a plurality of long holes, circular holes, polygonal holes, etc. May be.

前記実施の形態では処理がウエハに施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In the above embodiment, the case where the processing is performed on the wafer has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

前記実施の形態では、ドープドポリシリコン膜の堆積について説明したが、本発明に係る成膜方法はドープドポリシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜の成膜方法全般に適用することができる。
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は酸化膜形成方法や拡散方法等の半導体装置の製造方法全般に適用することができる。 In the above embodiment, the deposition of a doped polysilicon film has been described. However, the film forming method according to the present invention can be applied to all CVD film forming methods such as a doped polysilicon oxide film and a silicon nitride film. it can.
Furthermore, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention can be applied to semiconductor device manufacturing methods such as an oxide film forming method and a diffusion method.

前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置や酸化膜形成装置や拡散装置および他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a batch type vertical hot wall type low pressure CVD apparatus has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a horizontal hot wall type low pressure CVD apparatus, an oxide film forming apparatus, a diffusion apparatus, and other heat treatments are used. The present invention can be applied to general substrate processing apparatuses such as apparatuses.

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the CVD apparatus which is one embodiment of this invention. ヒータユニットを省略した平面断面図である。It is the plane sectional view which omitted the heater unit. ガス導入ノズルの噴出口が１個の場合を示す流線図である。It is a stream diagram which shows the case where the jet nozzle of a gas introduction nozzle is one. 本実施の形態に係る噴出口が３個の場合を示す流線図である。It is a streamline figure which shows the case where there are three jet nozzles which concern on this Embodiment. 噴出口の開口縁辺部の形状を示す各断面図であり、（ａ）は角部を有する噴出口、（ｂ）はＲ面取り部を有する噴出口、（ｃ）は近似曲面部を有する噴出口をそれぞれ示している。It is each sectional drawing which shows the shape of the opening edge part of a spout, (a) is a spout which has a corner | angular part, (b) is a spout which has an R chamfer part, (c) is a spout which has an approximate curved surface part Respectively.

符号の説明Explanation of symbols

１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウタチューブ、４…処理室、５…炉口、６…マニホールド、７…排気口、８…排気路、９…シールキャップ、１０…ウエハ（基板）、１１…ボート、１２、１３…端板、１４…保持部材、１５…保持溝、１６、１７…補助端板、１８…補助保持部材、１９…保持溝、２０…ヒータユニット、２１…予備室、２２…ガス導入ノズル、２３…ガス導入口部、２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…噴出口、２５…排気孔、２６…角部、２７…Ｒ面取り部、２８…近似曲面部、３０…原料ガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Process tube, 2 ... Inner tube, 3 ... Outer tube, 4 ... Processing chamber, 5 ... Furnace port, 6 ... Manifold, 7 ... Exhaust port, 8 ... Exhaust passage, 9 ... Seal cap, 10 ... Wafer (substrate) , 11 ... boat, 12, 13 ... end plate, 14 ... holding member, 15 ... holding groove, 16, 17 ... auxiliary end plate, 18 ... auxiliary holding member, 19 ... holding groove, 20 ... heater unit, 21 ... spare chamber , 22 ... Gas introduction nozzle, 23 ... Gas introduction port, 24, 24a, 24b, 24c ... Outlet, 25 ... Exhaust hole, 26 ... Corner, 27 ... R chamfer, 28 ... Approximate curved surface, 30 ... Raw material gas.

Claims

基板が搬入されるインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されたプロセスチューブと、前記インナチューブ内にガスを導入するガス導入ノズルと、前記プロセスチューブ内を排気する排気口とを備えている基板処理装置において、
前記ガス導入ノズルには複数個の噴出口が開設されており、該複数個の噴出口の開口縁辺部には徐々に狭くなってから徐々に広くなっているＲ面取り部または近似曲面部が形成されていることを特徴とする基板処理装置。 A process tube including an inner tube into which a substrate is carried and an outer tube surrounding the inner tube; a gas introduction nozzle for introducing gas into the inner tube; and an exhaust port for exhausting the inside of the process tube. In the substrate processing apparatus
The gas introduction nozzle has a plurality of outlets, and an R chamfered portion or an approximate curved surface portion that gradually becomes wider after being gradually narrowed is formed at the opening edge of the plurality of outlets. the substrate processing apparatus characterized by being.

複数枚の基板を保持したボートを処理室に搬入するステップと、
ガスを導入ノズルに導入するステップと、
この導入ノズルに開設された複数個の噴出口であって、開口縁辺部には徐々に狭くなってから徐々に広くなっているＲ面取り部または近似曲面部が形成されている噴出口のそれぞれを前記ガスが通過するステップと、
前記ガスが前記基板を処理するステップと、
前記ガスが前記処理室を排気する排気口を通過するステップと、
前記ガスの供給を停止するステップと、
前記処理室から前記ボートを搬出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Carrying a boat holding a plurality of substrates into a processing chamber;
Introducing a gas into the introduction nozzle;
A plurality of ejection ports that are opened in the inlet nozzle, each of the ejection ports R chamfer or approximated surface portion is gradually wider from gradually narrow the opening edge portion is formed Passing the gas;
The gas treating the substrate;
Passing the gas through an exhaust port for exhausting the processing chamber;
Stopping the supply of gas;
Unloading the boat from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: