JP2003017422A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 縦型一重反応管型バッチ炉においてパーティ
クルの発生を少なくする。自然酸化膜を弗化物ガスで除
去する方法において、ガスの利用効率を高める。高温で
反応ガスを触媒励起する方法をバッチプロセスとする。
酸化剤と酸化剤以外のガスを併用する方法で触媒励起す
る方法を提供する。 【解決手段】 ガス噴出管とガス排気管との流速を実質
的に等しくする。ウェーハ間隔をガスの自由行程以上と
する。Ir,V、カンタルで酸化剤を触媒解離し、酸化剤は
Wなどで触媒解離する。
クルの発生を少なくする。自然酸化膜を弗化物ガスで除
去する方法において、ガスの利用効率を高める。高温で
反応ガスを触媒励起する方法をバッチプロセスとする。
酸化剤と酸化剤以外のガスを併用する方法で触媒励起す
る方法を提供する。 【解決手段】 ガス噴出管とガス排気管との流速を実質
的に等しくする。ウェーハ間隔をガスの自由行程以上と
する。Ir,V、カンタルで酸化剤を触媒解離し、酸化剤は
Wなどで触媒解離する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及半導体装置の製造装置に関するものである。よ
り、詳しく述べるならば、本発明が適用される半導体製
造方法は、SiN,SiO2,アモルファスSi,ポリSiなどの減圧
CVD(Chemical Vapor Deposition)、エッチング、レジス
トのアッシング、反応管のクリーニングなどである。上
記したエッチングは、例えば、ポリSi,ドープトポリSi,
SiO2,SiN,SiON,TiSi2,WSi2, TiNなどの電極材料を埋め
込むコンタクトホール内で露出されているシリコンなど
に形成されている自然酸化膜、あるいはレジストとシリ
コンが反応して生成するスカムなどを除去するドライク
リーニングである。
方法及半導体装置の製造装置に関するものである。よ
り、詳しく述べるならば、本発明が適用される半導体製
造方法は、SiN,SiO2,アモルファスSi,ポリSiなどの減圧
CVD(Chemical Vapor Deposition)、エッチング、レジス
トのアッシング、反応管のクリーニングなどである。上
記したエッチングは、例えば、ポリSi,ドープトポリSi,
SiO2,SiN,SiON,TiSi2,WSi2, TiNなどの電極材料を埋め
込むコンタクトホール内で露出されているシリコンなど
に形成されている自然酸化膜、あるいはレジストとシリ
コンが反応して生成するスカムなどを除去するドライク
リーニングである。
【０００２】
【従来の技術】縦型バッチ式加熱炉にはホットウォール
型とコードウォール型がある。ホットウォール型は、例
えば「ビギナーズブックス３、はじめての半導体製造装
置」前田和夫著、株式会社工業調査会1999年7月5日発行
初版第３刷、第１２５頁に解説されている。コールドウ
ォール型炉は同書第143頁に解説されている。縦型加熱
炉の反応管は、古くは一重管であったが、パーティクル
への要求が厳しくなるにつれて二重管が使用され、環状
間隙から反応ガスを排気口へ吸引するようになった
（「電子材料」1986.3月号、縦型CVD装置ERECTUS SC-
6,第98〜102頁）。
型とコードウォール型がある。ホットウォール型は、例
えば「ビギナーズブックス３、はじめての半導体製造装
置」前田和夫著、株式会社工業調査会1999年7月5日発行
初版第３刷、第１２５頁に解説されている。コールドウ
ォール型炉は同書第143頁に解説されている。縦型加熱
炉の反応管は、古くは一重管であったが、パーティクル
への要求が厳しくなるにつれて二重管が使用され、環状
間隙から反応ガスを排気口へ吸引するようになった
（「電子材料」1986.3月号、縦型CVD装置ERECTUS SC-
6,第98〜102頁）。
【０００３】本出願人に譲渡された米国特許第6204194
号(2001.3.20)の従来技術説明に述べられているホット
ウォール二重管型縦型炉での成長条件は、ウェーハ枚数
−100〜150枚、ウェーハ間隔−5〜9ｍｍ、均熱領域の長
さ−700〜900ｍｍ、炉内圧力−0.3〜１torr(40 〜133 P
a)、反応ガスの炉内への導入速度−3〜7m/secである
（第１欄第３４〜４３行）。このような従来技術のCVD
条件では、反応管内を上下に流れる反応ガスの一部がウ
ェーハ周縁から面内へ巻きこまれ、このガスの巻き込み
挙動に成長速度が規制され、結果として成長速度が遅く
なるために、前掲米国特許では、一重反応管を使用した
バッチ式縦型炉内に上下方向に配列されたウェーハの面
と平行に反応ガスを噴出することにより高速成長CVDを
達成した。反応速度論的に言うと、拡散律速となる高温
条件下において拡散を促進するように反応ガスの全部を
高速でウェーハ面と平行に噴出している。
号(2001.3.20)の従来技術説明に述べられているホット
ウォール二重管型縦型炉での成長条件は、ウェーハ枚数
−100〜150枚、ウェーハ間隔−5〜9ｍｍ、均熱領域の長
さ−700〜900ｍｍ、炉内圧力−0.3〜１torr(40 〜133 P
a)、反応ガスの炉内への導入速度−3〜7m/secである
（第１欄第３４〜４３行）。このような従来技術のCVD
条件では、反応管内を上下に流れる反応ガスの一部がウ
ェーハ周縁から面内へ巻きこまれ、このガスの巻き込み
挙動に成長速度が規制され、結果として成長速度が遅く
なるために、前掲米国特許では、一重反応管を使用した
バッチ式縦型炉内に上下方向に配列されたウェーハの面
と平行に反応ガスを噴出することにより高速成長CVDを
達成した。反応速度論的に言うと、拡散律速となる高温
条件下において拡散を促進するように反応ガスの全部を
高速でウェーハ面と平行に噴出している。
【０００４】本出願人の出願に係るWO01/173832号公報
はコンタクトホール内の自然酸化膜をマイクロ波励起さ
れたエッチングガスにより除去する方法の改良に関する
ものである。この方法ではコンタクトホール内の自然酸
化SiO2膜が典型的には５〜２０オングストロームエッチ
ング除去される。SiO2は低温で分解蒸発し易いSi6(NH4)
4という錯体に転換される。この錯体生成反応の反応速
度は１０〜２５℃で高く、６０℃では反応が停止するこ
とが知られている。
はコンタクトホール内の自然酸化膜をマイクロ波励起さ
れたエッチングガスにより除去する方法の改良に関する
ものである。この方法ではコンタクトホール内の自然酸
化SiO2膜が典型的には５〜２０オングストロームエッチ
ング除去される。SiO2は低温で分解蒸発し易いSi6(NH4)
4という錯体に転換される。この錯体生成反応の反応速
度は１０〜２５℃で高く、６０℃では反応が停止するこ
とが知られている。
【０００５】米国特許第4237150号明細書によると、シ
ランを1400〜1600℃にタングステンもしくは炭素箔で10
-6 〜10-4torrの真空下で加熱することにより、シラン
を原子状水素と炭素に解離し、水素化アモルファスシリ
コンを成膜する方法が提案されている。前掲米国特許第
4237150号と同様に高温の加熱媒体を利用する方法（以
下では「高温ガス解離法」と称する）は、例えば、2001
年秋、応用物理学会13P-P11、北陸先端科学技術大学院
大学西村他により、研究発表されており、加熱媒体が触
媒作用をもつために反応ガスの解離・利用効率が高いこ
とが発表されている。なお、この方法は「電子立国の復
活に光」という記事の中で「触媒化学気相成長法」との
名称で200２年１月16日の朝日新聞（夕刊）に紹介され
た。高温ガス解離法では、ガス分子はある確率で解離を
して何らかの形態の種が触媒体表面に化学吸着し、解離
吸着種は高温の触媒体により熱脱離され、反応空間に放
出されると言われる（Cat-CVD法による半導体デバイス
製造プロセス、成果報告会・資料、２００１年６月４日
第15頁）。高温とは、例えばSiH4、W触媒体の場合1600
℃以上である。一般に固体表面へのガス分子の衝突頻度
はガスの分子密度(ng)の関数である。ところが、解離吸
着種の化学式は未知であるため、前掲資料において反応
空間におけるSiH4分子の衝突頻度はSiH4の分子密度を用
いて計算され、実際のCVD結果を考察されている。
ランを1400〜1600℃にタングステンもしくは炭素箔で10
-6 〜10-4torrの真空下で加熱することにより、シラン
を原子状水素と炭素に解離し、水素化アモルファスシリ
コンを成膜する方法が提案されている。前掲米国特許第
4237150号と同様に高温の加熱媒体を利用する方法（以
下では「高温ガス解離法」と称する）は、例えば、2001
年秋、応用物理学会13P-P11、北陸先端科学技術大学院
大学西村他により、研究発表されており、加熱媒体が触
媒作用をもつために反応ガスの解離・利用効率が高いこ
とが発表されている。なお、この方法は「電子立国の復
活に光」という記事の中で「触媒化学気相成長法」との
名称で200２年１月16日の朝日新聞（夕刊）に紹介され
た。高温ガス解離法では、ガス分子はある確率で解離を
して何らかの形態の種が触媒体表面に化学吸着し、解離
吸着種は高温の触媒体により熱脱離され、反応空間に放
出されると言われる（Cat-CVD法による半導体デバイス
製造プロセス、成果報告会・資料、２００１年６月４日
第15頁）。高温とは、例えばSiH4、W触媒体の場合1600
℃以上である。一般に固体表面へのガス分子の衝突頻度
はガスの分子密度(ng)の関数である。ところが、解離吸
着種の化学式は未知であるため、前掲資料において反応
空間におけるSiH4分子の衝突頻度はSiH4の分子密度を用
いて計算され、実際のCVD結果を考察されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前掲米国特許第６２０
４１９４号の方法によると、反応ガスは噴出管を上向き
に流れた後、噴出管側面に多数設けられた噴出孔を介し
てウェーハ面間の間隙に高速で噴出される。反応ガスの
流れは噴出孔を通過するときに最大になる。この方法の
流速を模式的に図１に示す。図１は縦型反応管内の水平
位置（横軸）に対応するガス流速を示す。反応ガスは高
速で噴出孔から噴出されるが（点線参照）、反応ガスが
噴出管内を流れる流速が相対的に低いために、ヒーター
により加熱され、パーティクルが発生し、これが反応空
間に吹込まれてウェーハ欠陥の原因となった。したがっ
て、本発明第一の目的は、縦型バッチ式加熱炉による減
圧CVD法においてパーティクルを少なくするところにあ
る。
４１９４号の方法によると、反応ガスは噴出管を上向き
に流れた後、噴出管側面に多数設けられた噴出孔を介し
てウェーハ面間の間隙に高速で噴出される。反応ガスの
流れは噴出孔を通過するときに最大になる。この方法の
流速を模式的に図１に示す。図１は縦型反応管内の水平
位置（横軸）に対応するガス流速を示す。反応ガスは高
速で噴出孔から噴出されるが（点線参照）、反応ガスが
噴出管内を流れる流速が相対的に低いために、ヒーター
により加熱され、パーティクルが発生し、これが反応空
間に吹込まれてウェーハ欠陥の原因となった。したがっ
て、本発明第一の目的は、縦型バッチ式加熱炉による減
圧CVD法においてパーティクルを少なくするところにあ
る。
【０００７】マイクロ波励起ドライエッチング法では、
Al2O3,SiO2等の材料から構成される管の周りにマイクロ
波発生装置を装着し、管内を流されるH2,N2, NF 3 又は
NF 3＋NH3等をマイクロ波励起して作り出した活性種の
エッチングガスを反応させている。この方法ではNF 3は
パーティクル対策の観点からマイクロ波は照射されずマ
イクロ波励起されたH2などと反応してエッチング力が強
い活性種に転換され自然酸化膜を除去するが、副次的に
Al2O3,SiO2とも反応する。この副次的反応の結果、パー
ティクルの原因となるAl,Siなどが作り出される。さら
に、活性化されるNF3はマイクロ波により直接励起され
ないため、多量のNF3が必要になる。したがって、本発
明の第二の目的は、自然酸化膜を錯体生成により除去す
る方法においてハロゲン原子含有ガスの使用量を少なく
するところにある。
Al2O3,SiO2等の材料から構成される管の周りにマイクロ
波発生装置を装着し、管内を流されるH2,N2, NF 3 又は
NF 3＋NH3等をマイクロ波励起して作り出した活性種の
エッチングガスを反応させている。この方法ではNF 3は
パーティクル対策の観点からマイクロ波は照射されずマ
イクロ波励起されたH2などと反応してエッチング力が強
い活性種に転換され自然酸化膜を除去するが、副次的に
Al2O3,SiO2とも反応する。この副次的反応の結果、パー
ティクルの原因となるAl,Siなどが作り出される。さら
に、活性化されるNF3はマイクロ波により直接励起され
ないため、多量のNF3が必要になる。したがって、本発
明の第二の目的は、自然酸化膜を錯体生成により除去す
る方法においてハロゲン原子含有ガスの使用量を少なく
するところにある。
【０００８】高温ガス解離法は大面積ウェーハに適用で
き、低温プロセスであるなどの利点に着目されている
が、基本的に枚葉方式であり、バッチ装置が実現されて
いない。したがって、本発明の第三の目的は、バッチ式
高温ガス解離装置を提供することである。
き、低温プロセスであるなどの利点に着目されている
が、基本的に枚葉方式であり、バッチ装置が実現されて
いない。したがって、本発明の第三の目的は、バッチ式
高温ガス解離装置を提供することである。
【０００９】さらに高温ガス解離法において酸化剤を解
離しようとすると、触媒体の反応が激しく、触媒体が劣
化するという問題があった。したがって、本発明の第四
の目的は酸化膜の生成が可能なバッチ式高温ガス解離方
法を提供することを目的とする。
離しようとすると、触媒体の反応が激しく、触媒体が劣
化するという問題があった。したがって、本発明の第四
の目的は酸化膜の生成が可能なバッチ式高温ガス解離方
法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第一の目的
を達成する半導体装置の減圧CVDによる製造方法はパー
ティクルの問題点を解決するものであり、基板載置治具
の側面を取囲み上部が閉鎖された一重反応管内に、ダミ
ーウェーハを含むもしくは含まない2枚以上の半導体基
板を、基板載置治具から取り外し可能にかつ上下に2枚
以上ほぼ等間隔で横置きし、かつ半導体基板を、加熱手
段を有する縦型加熱炉内に配列し、ガスと接触させるに
際して、該一重反応管と基板載置治具の中間を縦方向に
延在したガス噴出管内を流れるガス流速と、一重反応管
と基板積置冶具の中間を縦方向に延在したガス排出管内
を流れるガス流速とを実質的に等しくすることを特徴と
する。前述の図１において、管内を流れるガスの流速に
関し、従来法ではV2' ≫V1'であったが、本発明法では
V2 ≒ V1 である。なお、排気ポンプの影響によりV2＞
V1の傾向があるが、この差は５倍以下であることが好ま
しい。流速はウェーハ間ではウェーハ間隔が小さいほど
増大する（点線の(1),(2)参照）。V2 ≒ V1とすること
により、ウェーハ間を流れる流速を高めてパーティクル
を少なくすることができるのは前掲米国特許第620419号
と同一原理で反応速度を高めることに起因する。
を達成する半導体装置の減圧CVDによる製造方法はパー
ティクルの問題点を解決するものであり、基板載置治具
の側面を取囲み上部が閉鎖された一重反応管内に、ダミ
ーウェーハを含むもしくは含まない2枚以上の半導体基
板を、基板載置治具から取り外し可能にかつ上下に2枚
以上ほぼ等間隔で横置きし、かつ半導体基板を、加熱手
段を有する縦型加熱炉内に配列し、ガスと接触させるに
際して、該一重反応管と基板載置治具の中間を縦方向に
延在したガス噴出管内を流れるガス流速と、一重反応管
と基板積置冶具の中間を縦方向に延在したガス排出管内
を流れるガス流速とを実質的に等しくすることを特徴と
する。前述の図１において、管内を流れるガスの流速に
関し、従来法ではV2' ≫V1'であったが、本発明法では
V2 ≒ V1 である。なお、排気ポンプの影響によりV2＞
V1の傾向があるが、この差は５倍以下であることが好ま
しい。流速はウェーハ間ではウェーハ間隔が小さいほど
増大する（点線の(1),(2)参照）。V2 ≒ V1とすること
により、ウェーハ間を流れる流速を高めてパーティクル
を少なくすることができるのは前掲米国特許第620419号
と同一原理で反応速度を高めることに起因する。
【００１１】本発明に係る第二及び第三の目的を達成す
る高温ガス解離装置は、ダミーウェーハを含むもしくは
含まない2枚以上の半導体基板を、ガスの平均自由行程
より大きいほぼ等間隔で、取り外し可能に反応管内に配
列した基板載置治具と、必要により半導体基板を加熱す
るために反応管に付設された加熱手段と、ガスを反応管
内に噴出するガス噴出手段と、ガスを反応管外に排気す
る排気手段と、噴出手段から噴出後もしくは噴出前のガ
スを解離させる加熱触媒手段と、を含んでなることを特
徴とする。但し、第二の目的を達成する高温ガス解離装
置においては、ガスは自然酸化膜を除去するハロゲン含
有ガスを含むものとする。
る高温ガス解離装置は、ダミーウェーハを含むもしくは
含まない2枚以上の半導体基板を、ガスの平均自由行程
より大きいほぼ等間隔で、取り外し可能に反応管内に配
列した基板載置治具と、必要により半導体基板を加熱す
るために反応管に付設された加熱手段と、ガスを反応管
内に噴出するガス噴出手段と、ガスを反応管外に排気す
る排気手段と、噴出手段から噴出後もしくは噴出前のガ
スを解離させる加熱触媒手段と、を含んでなることを特
徴とする。但し、第二の目的を達成する高温ガス解離装
置においては、ガスは自然酸化膜を除去するハロゲン含
有ガスを含むものとする。
【００１２】本発明の第四の目的を達成する高温ガス解
離装置は、ダミーウェーハを含むもしくは含まない１枚
以上の半導体基板を、取り外し可能に反応管内に配列し
た基板載置治具と、必要により半導体基板を加熱するた
めに該反応管に付設された加熱手段と、酸化剤以外の第
１のガスを反応管内に噴出する第１のガス噴出手段と、
ガス噴出手段から噴出後もしくは噴出前の第１のガスを
解離させる第１の加熱触媒手段と、酸化剤からなる第２
のガスを反応管内に噴出する第２のガス噴出手段と、第
１のガス噴出手段から噴出後もしくは噴出前の第２のガ
スを解離させるためのイリジウム、バナジウム又はFe-C
r-Al系電気抵抗体合金からなる第２の加熱触媒手段と、
第１及び第２のガスを反応管外に排気する排気手段とを
含んでなり、触媒解離後の第１及び第２のガスが相互に
混合されるように第１のガス噴出手段と第２のガス噴出
手段の噴出口が配向されてなることを特徴とする。
離装置は、ダミーウェーハを含むもしくは含まない１枚
以上の半導体基板を、取り外し可能に反応管内に配列し
た基板載置治具と、必要により半導体基板を加熱するた
めに該反応管に付設された加熱手段と、酸化剤以外の第
１のガスを反応管内に噴出する第１のガス噴出手段と、
ガス噴出手段から噴出後もしくは噴出前の第１のガスを
解離させる第１の加熱触媒手段と、酸化剤からなる第２
のガスを反応管内に噴出する第２のガス噴出手段と、第
１のガス噴出手段から噴出後もしくは噴出前の第２のガ
スを解離させるためのイリジウム、バナジウム又はFe-C
r-Al系電気抵抗体合金からなる第２の加熱触媒手段と、
第１及び第２のガスを反応管外に排気する排気手段とを
含んでなり、触媒解離後の第１及び第２のガスが相互に
混合されるように第１のガス噴出手段と第２のガス噴出
手段の噴出口が配向されてなることを特徴とする。
【００１３】本発明の減圧CVD法おいて、ガス噴出手段
と排気手段は種々の態様として具体化することができ
る。例えば、ガス噴出手段が、反応管内を縦方向に延在
し、かつ側面に噴出孔が形成された管からなり、かつ排
出手段が、反応管内を縦方向に延在しかつ側面に吸気孔
が形成されるように構成する。この場合、基板積置冶具
は半導体基板を上下方向に横置きしている。さらに別の
態様では、ガス噴出手段が反応管の下部に開口してお
り、かつ排出手段が、反応管を取り囲む同心状外管と該
反応管の間に形成された環状間隙からなるように構成す
ることができる。この態様では、環状間隙を利用した排
気流路はガスコンダクタンスを大きく取ることができ
る。
と排気手段は種々の態様として具体化することができ
る。例えば、ガス噴出手段が、反応管内を縦方向に延在
し、かつ側面に噴出孔が形成された管からなり、かつ排
出手段が、反応管内を縦方向に延在しかつ側面に吸気孔
が形成されるように構成する。この場合、基板積置冶具
は半導体基板を上下方向に横置きしている。さらに別の
態様では、ガス噴出手段が反応管の下部に開口してお
り、かつ排出手段が、反応管を取り囲む同心状外管と該
反応管の間に形成された環状間隙からなるように構成す
ることができる。この態様では、環状間隙を利用した排
気流路はガスコンダクタンスを大きく取ることができ
る。
【００１４】さらに、異なる態様では、ガス噴出手段
が、噴出孔が反応管の側面に開口する管からなり、かつ
ガス排出手段が、排気孔が反応管の側面に開口する排気
管からなるように構成することができる。この態様で
は、ガス噴出管及び排出管の上下方向位置がほぼ一致し
ていることが好ましい。
が、噴出孔が反応管の側面に開口する管からなり、かつ
ガス排出手段が、排気孔が反応管の側面に開口する排気
管からなるように構成することができる。この態様で
は、ガス噴出管及び排出管の上下方向位置がほぼ一致し
ていることが好ましい。
【００１５】本発明の第二〜第四で使用される加熱触媒
手段も種々の態様として具体化することができる。例え
ば、加熱触媒手段が反応管内において噴出孔と面するよ
うに設けるように構成することができる。この態様にお
いては、加熱触媒手段と半導体基板の中間に熱遮蔽板を
設けることが好ましい。別の態様では、加熱触媒手段を
ガス噴出管内に設けることができる。
手段も種々の態様として具体化することができる。例え
ば、加熱触媒手段が反応管内において噴出孔と面するよ
うに設けるように構成することができる。この態様にお
いては、加熱触媒手段と半導体基板の中間に熱遮蔽板を
設けることが好ましい。別の態様では、加熱触媒手段を
ガス噴出管内に設けることができる。
【００１６】本発明に係る高温ガス解離装置にあって
は、解離ガスがウェーハを200〜300℃に加熱するから、
エッチングやレジストのアッシングの場合はヒーター、
ランプなどの加熱手段は不要である。その他の場合はヒ
ーター、ランプなど加熱手段を、後述の加熱温度を参照
して設ける。
は、解離ガスがウェーハを200〜300℃に加熱するから、
エッチングやレジストのアッシングの場合はヒーター、
ランプなどの加熱手段は不要である。その他の場合はヒ
ーター、ランプなど加熱手段を、後述の加熱温度を参照
して設ける。
【００１７】本発明の第二〜第三において要件となって
いるガスの平均自由行程(λ)は次式で表される。 λ∝T/species2・Pg ここでTは温度（K）、ｄspeciesはガスの直径（ｍ）、P
gはガスの圧力（Pa）である。水素（ｄspecies＝2.75×
10-10）、シラン（ｄspecies＝ｍ）の平均自由行程は
（ｃｍ）を辞表に示す。
いるガスの平均自由行程(λ)は次式で表される。 λ∝T/species2・Pg ここでTは温度（K）、ｄspeciesはガスの直径（ｍ）、P
gはガスの圧力（Pa）である。水素（ｄspecies＝2.75×
10-10）、シラン（ｄspecies＝ｍ）の平均自由行程は
（ｃｍ）を辞表に示す。
【００１８】
【表1】
【００１９】高温ガス解離法においてはガスの利用効率
がプラズマCVD法と比べて高い。このことはガスの基板
への衝突頻度が(ncol)が大であることを意味している。
複数枚のウェーハ上への均一な成膜を可能にするために
は、これらウェーハへの衝突頻度が(ncol)が均一である
必要がある。２枚の基板とガス分子を模式的に示す図２
(a),(b)において、(a)はウェーハ間隔(d1)＜ガスの平均
自由行程(λ)であり、(b)はウェーハ間隔(d2)＞ガスの
不均自由行程(λ)である。(a)の場合はガス原子が基板
に衝突する前に相互に衝突する確率が(b)の場合よりも
高くなる。(a)の場合は、基板への衝突頻度が局部的に
不均一になるとともに、分子が活性状態から基底状態に
戻るために好ましくない。図２(a),(b)のような現象は
プラズマCVDでも起こるが、高温ガス解離法の場合はよ
り顕著に起こる。本発明の高温ガス解離装置において
は、上述の理由により、ウェーハの間隔をガスの平均自
由行程(λ)以上とする(d>λ)。しかしながら、d>>λは
反応空間を巨大にし意味がないのでd=１〜３λであるこ
とが好ましい。
がプラズマCVD法と比べて高い。このことはガスの基板
への衝突頻度が(ncol)が大であることを意味している。
複数枚のウェーハ上への均一な成膜を可能にするために
は、これらウェーハへの衝突頻度が(ncol)が均一である
必要がある。２枚の基板とガス分子を模式的に示す図２
(a),(b)において、(a)はウェーハ間隔(d1)＜ガスの平均
自由行程(λ)であり、(b)はウェーハ間隔(d2)＞ガスの
不均自由行程(λ)である。(a)の場合はガス原子が基板
に衝突する前に相互に衝突する確率が(b)の場合よりも
高くなる。(a)の場合は、基板への衝突頻度が局部的に
不均一になるとともに、分子が活性状態から基底状態に
戻るために好ましくない。図２(a),(b)のような現象は
プラズマCVDでも起こるが、高温ガス解離法の場合はよ
り顕著に起こる。本発明の高温ガス解離装置において
は、上述の理由により、ウェーハの間隔をガスの平均自
由行程(λ)以上とする(d>λ)。しかしながら、d>>λは
反応空間を巨大にし意味がないのでd=１〜３λであるこ
とが好ましい。
【００２０】加熱触媒手段により解離されるガスは、一
般に、SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, TEOS, TMOP, NH3, PH3,
B2H6, H2, N2, Cl2, F, SiCl4, BBr, AsH3, PCl3, BC
l3, WF6, TiCl3, SiCl4 ,GeCl4,NF3,SF6,CF3などの酸化
剤以外の物質である。この物質には化合物内に酸素を含
むTEOSも含まれる。NO2,O2,CO2,O3あるいは、例えば
２．５GHzの高周波で励起されるO2,O3ガス（Remote Pla
sma Gasと言われることもある）などの酸化剤は解離せ
ずに、これらを噴出させる別の噴出手段が設けるのが、
本発明の第三の実施態様である請求項９である。本発明
の第四は、請求項９と異なり酸化剤の加熱媒触媒手段と
してはイリジウム、バナジウムおよびカンタルとして著
名なFe-Cr-Al系電気抵抗体用合金を使用することによ
り、ヒーターの劣化を防止するものである。酸化剤とし
ては上記のものであってよいが、マイクロ波励起された
O2ガスをさらに熱解離することは不可能と考えられるの
では、これは除く。
般に、SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, TEOS, TMOP, NH3, PH3,
B2H6, H2, N2, Cl2, F, SiCl4, BBr, AsH3, PCl3, BC
l3, WF6, TiCl3, SiCl4 ,GeCl4,NF3,SF6,CF3などの酸化
剤以外の物質である。この物質には化合物内に酸素を含
むTEOSも含まれる。NO2,O2,CO2,O3あるいは、例えば
２．５GHzの高周波で励起されるO2,O3ガス（Remote Pla
sma Gasと言われることもある）などの酸化剤は解離せ
ずに、これらを噴出させる別の噴出手段が設けるのが、
本発明の第三の実施態様である請求項９である。本発明
の第四は、請求項９と異なり酸化剤の加熱媒触媒手段と
してはイリジウム、バナジウムおよびカンタルとして著
名なFe-Cr-Al系電気抵抗体用合金を使用することによ
り、ヒーターの劣化を防止するものである。酸化剤とし
ては上記のものであってよいが、マイクロ波励起された
O2ガスをさらに熱解離することは不可能と考えられるの
では、これは除く。
【００２１】本発明において使用するガスについてさら
に説明する。本発明の第一において使用するガスはＣＶ
Ｄや拡散などにおいて公知のものである。
に説明する。本発明の第一において使用するガスはＣＶ
Ｄや拡散などにおいて公知のものである。
【００２２】本発明の第三において使用するガスおよび
反応温度は例えば次のとおりである。 （イ）Ｓｉ3Ｎ4膜：ＳｉＨ4とNH3の組み合わせ（反応温
度750〜800℃）、SiH2Cl2とＮＨ3の組み合わせ（反応温
度750〜800℃） （ロ）ポリSi膜：ＳｉＨ4（580〜625℃）、Ｓｉ2Ｈ6（5
00〜550℃） （ハ）ｐ-ドープポリSi膜：ＳｉＨ4とＰＨ3の組み合わ
せ（550〜600℃）
反応温度は例えば次のとおりである。 （イ）Ｓｉ3Ｎ4膜：ＳｉＨ4とNH3の組み合わせ（反応温
度750〜800℃）、SiH2Cl2とＮＨ3の組み合わせ（反応温
度750〜800℃） （ロ）ポリSi膜：ＳｉＨ4（580〜625℃）、Ｓｉ2Ｈ6（5
00〜550℃） （ハ）ｐ-ドープポリSi膜：ＳｉＨ4とＰＨ3の組み合わ
せ（550〜600℃）
【００２３】酸化膜を成膜する場合、本発明の第三にお
いては酸化剤はWヒーターなどで解離させずにＳｉＨ4な
どの解離ガスと反応させる。酸素を化合物中に含むTEOS
はＷヒーターなどで解離させる。第四においてはイリジ
ウムヒーターなどにより解離させる。酸化剤としては、
NO2,O2,CO2及びO3からなる群から選択されるものを使用
することができ、特に次の組み合わせが好ましい。 （ニ）SiO2膜；SiH4とNO2（約800℃）、SiH4とO2（300
〜400℃）、SiH4とCO2（900〜1000℃）、TEOSとO2（650
〜670℃）、TEOS（300〜400℃）、TEOSとO3（350〜400
℃） （ホ）SiON膜：SiH2Cl2、NH3、O2の組み合わせ（700〜8
00℃）
いては酸化剤はWヒーターなどで解離させずにＳｉＨ4な
どの解離ガスと反応させる。酸素を化合物中に含むTEOS
はＷヒーターなどで解離させる。第四においてはイリジ
ウムヒーターなどにより解離させる。酸化剤としては、
NO2,O2,CO2及びO3からなる群から選択されるものを使用
することができ、特に次の組み合わせが好ましい。 （ニ）SiO2膜；SiH4とNO2（約800℃）、SiH4とO2（300
〜400℃）、SiH4とCO2（900〜1000℃）、TEOSとO2（650
〜670℃）、TEOS（300〜400℃）、TEOSとO3（350〜400
℃） （ホ）SiON膜：SiH2Cl2、NH3、O2の組み合わせ（700〜8
00℃）
【００２４】
【発明の実施形態】以下、図面に示された実施例を参照
して本発明を説明する。本発明の第一の方法の実施態様
を示す図３、４おいて、１は縦型加熱炉の炉体であっ
て、ホットウール炉の特長である耐火・耐熱材料を下端
が開放され天井部が閉鎖された釜状に成形したものであ
る。２は炉体1の内壁に適当な治具に固定された加熱手
段であるヒーターである。ヒーター２は幾つかのゾーン
に分けられ、それぞれの電流が独立に制御される。炉体
１とヒーター２の下部は流速計V20,V30を図示する作図
上省略してある。
して本発明を説明する。本発明の第一の方法の実施態様
を示す図３、４おいて、１は縦型加熱炉の炉体であっ
て、ホットウール炉の特長である耐火・耐熱材料を下端
が開放され天井部が閉鎖された釜状に成形したものであ
る。２は炉体1の内壁に適当な治具に固定された加熱手
段であるヒーターである。ヒーター２は幾つかのゾーン
に分けられ、それぞれの電流が独立に制御される。炉体
１とヒーター２の下部は流速計V20,V30を図示する作図
上省略してある。
【００２５】５はタワー型基板載置治具であり、全体が
下部中心軸11に担持されて炉内空間に進退するとともに
枢転せしめられる。枢転は処理温度が１５０℃以下の場
合は必要になり、処理温度が350〜450℃の場合は枢転を
行わなくとも5〜10％の膜厚面内分布を達成することが
できる。３は複数枚のウェーハであって、最上及び／又
は最下の1枚もしくは数枚はダミーウェーハのこともあ
る。8インチウェーハ３は間隔が５〜１５ｍｍ、特に10
ｍｍ程度で配列されることが好ましい。ウェーハ３を支
えかつ縦方向に配列するために、多段に配列された環状
部６を支柱７により一定間隔で固定している。さらに環
状部６からは90°間隔で４個の爪８を水平に炉の中心軸
に向かって突出させることによりウェーハ３の周縁を支
えるようにしている。
下部中心軸11に担持されて炉内空間に進退するとともに
枢転せしめられる。枢転は処理温度が１５０℃以下の場
合は必要になり、処理温度が350〜450℃の場合は枢転を
行わなくとも5〜10％の膜厚面内分布を達成することが
できる。３は複数枚のウェーハであって、最上及び／又
は最下の1枚もしくは数枚はダミーウェーハのこともあ
る。8インチウェーハ３は間隔が５〜１５ｍｍ、特に10
ｍｍ程度で配列されることが好ましい。ウェーハ３を支
えかつ縦方向に配列するために、多段に配列された環状
部６を支柱７により一定間隔で固定している。さらに環
状部６からは90°間隔で４個の爪８を水平に炉の中心軸
に向かって突出させることによりウェーハ３の周縁を支
えるようにしている。
【００２６】１０は支柱７の下端を固定する基底部であ
る。基底部１０は内部を真空とした中空体として構成す
ることができる。基底部10の底部に固着された下部中心
軸１１は着脱自在な底板１２の中心孔を貫通して、図示
されない昇降・枢軸機構に連絡されている。
る。基底部１０は内部を真空とした中空体として構成す
ることができる。基底部10の底部に固着された下部中心
軸１１は着脱自在な底板１２の中心孔を貫通して、図示
されない昇降・枢軸機構に連絡されている。
【００２７】１３は石英製一重型反応管（以下「反応
管」という）であって、内部に反応空間が設定される。
２０は反応ガス噴出管、３０は反応ガス排出管であり、
それぞれ２本を１組としている。反応ガス噴出管２０
は、内径が10ｍｍ以上であることが好ましく、また導入
区間20a、減圧区間２０ｂ及び噴出区間２０ｃを逐次連
続させることにより構成されている。導入区間20aには
弁２１が設けられており、反応終了後反応ガスの流入を
遮断し、さらにCVD成長中には反応ガス排出管３０に設
けられたポンプの能力に対応して弁21が開閉され炉内の
コンダクタンスを定める。次に、減圧区間２０ｂは均熱
領域外に位置し，管内径を急激に拡大することにより減
圧をもたらし、ガス流速を増大させ、V2 ≒ V1 実現に
寄与する。
管」という）であって、内部に反応空間が設定される。
２０は反応ガス噴出管、３０は反応ガス排出管であり、
それぞれ２本を１組としている。反応ガス噴出管２０
は、内径が10ｍｍ以上であることが好ましく、また導入
区間20a、減圧区間２０ｂ及び噴出区間２０ｃを逐次連
続させることにより構成されている。導入区間20aには
弁２１が設けられており、反応終了後反応ガスの流入を
遮断し、さらにCVD成長中には反応ガス排出管３０に設
けられたポンプの能力に対応して弁21が開閉され炉内の
コンダクタンスを定める。次に、減圧区間２０ｂは均熱
領域外に位置し，管内径を急激に拡大することにより減
圧をもたらし、ガス流速を増大させ、V2 ≒ V1 実現に
寄与する。
【００２８】最後に噴出区間２０ｃは炉内にて縦方向に
延在して、上下に配列されたウェーハ３に反応ガスを噴
出孔２３より均等に給送する。噴出孔２３の態様は次の
通りである。
延在して、上下に配列されたウェーハ３に反応ガスを噴
出孔２３より均等に給送する。噴出孔２３の態様は次の
通りである。
【００２９】例えば、管の先端を行止まりにして、管側
面からの噴出孔から反応ガスを噴出させる。この態様で
は噴出孔２３の総断面積(S1)を反応ガス噴出管20Cの断
面積(S2)より大きくする(S1>S2)ことにより、ガスの絞
込みによる流速増を避けることが必要である一重反応管
１３内は、反応ガス噴出管２０内より排気ポンプに近い
ために反応ガスの流速が大きくなる傾向にあるためであ
る。
面からの噴出孔から反応ガスを噴出させる。この態様で
は噴出孔２３の総断面積(S1)を反応ガス噴出管20Cの断
面積(S2)より大きくする(S1>S2)ことにより、ガスの絞
込みによる流速増を避けることが必要である一重反応管
１３内は、反応ガス噴出管２０内より排気ポンプに近い
ために反応ガスの流速が大きくなる傾向にあるためであ
る。
【００３０】別の態様では、管の先端を行止まりにしな
いで開放端３２とする（図３）。開放端３２の断面積（S
1'）は噴出孔の断面積(S1)と同じ作用をするから S1+
S1' >S2とすることにより、ガスの絞込みによる流速増
大を避けることができる。反応ガス噴出管の先端は先広
がりにすると前記式の左辺を大きくすることができる。
さらに他の態様では、噴出管２０の先端を開放端32とし
かつ全部の噴出孔23を閉じる。この態様では開放端３２
から反応ガスを噴出させる。
いで開放端３２とする（図３）。開放端３２の断面積（S
1'）は噴出孔の断面積(S1)と同じ作用をするから S1+
S1' >S2とすることにより、ガスの絞込みによる流速増
大を避けることができる。反応ガス噴出管の先端は先広
がりにすると前記式の左辺を大きくすることができる。
さらに他の態様では、噴出管２０の先端を開放端32とし
かつ全部の噴出孔23を閉じる。この態様では開放端３２
から反応ガスを噴出させる。
【００３１】反応ガス排出管３０は弁３１を出口側に備
えた、Ｌ字型の管からなり、先端は排気管の吸気孔３２
を形成している。側面には吸気孔33が穿設され、さらに
（図示されない）排気ポンプが設けられている。
えた、Ｌ字型の管からなり、先端は排気管の吸気孔３２
を形成している。側面には吸気孔33が穿設され、さらに
（図示されない）排気ポンプが設けられている。
【００３２】反応ガス噴出管２０と反応ガス排気管３０
の対応位置に，流速計V20をV30をそれぞれ設けることに
よりガスの流速を測定する。
の対応位置に，流速計V20をV30をそれぞれ設けることに
よりガスの流速を測定する。
【００３３】反応ガス噴出管２０は図４に示すように2
本の管体20(1),(2)を並立せることができる。管体２０
(1),(2)の長さは同じでもよく、長短の差があっても良
い。同じ長さの管体20(1),(2)には別種のガスを流すこ
とができる。長短の差がある、管体２０(1),(2)のそれ
ぞれからは上部ウェーハもしくは下部ウェーハの何れか
のみに反応ガスを流すことができる。反応ガス排出管３
０も同様に２本の管体３０(1),(2)を並立させることが
できる。
本の管体20(1),(2)を並立せることができる。管体２０
(1),(2)の長さは同じでもよく、長短の差があっても良
い。同じ長さの管体20(1),(2)には別種のガスを流すこ
とができる。長短の差がある、管体２０(1),(2)のそれ
ぞれからは上部ウェーハもしくは下部ウェーハの何れか
のみに反応ガスを流すことができる。反応ガス排出管３
０も同様に２本の管体３０(1),(2)を並立させることが
できる。
【００３４】図５には、先端が閉じられた反応ガス噴出
管２０の実施例を示す。図５(a)は断面図、同図(b),(c)
は正面図である。3個の噴出孔２３は図５(b)のように先
端(上側)の方が後端（下側）より三角形の断面積が大き
くなり、かつ同じ位置の噴出孔２１も上側の方の断面積
が大きくなり、これら孔形状の変化によってガス噴出流
量が上下で均等化される。図５(ｃ)は同じ形状・寸法の
噴出孔２１の個数を変化させることによって同様の効果
を達成している。
管２０の実施例を示す。図５(a)は断面図、同図(b),(c)
は正面図である。3個の噴出孔２３は図５(b)のように先
端(上側)の方が後端（下側）より三角形の断面積が大き
くなり、かつ同じ位置の噴出孔２１も上側の方の断面積
が大きくなり、これら孔形状の変化によってガス噴出流
量が上下で均等化される。図５(ｃ)は同じ形状・寸法の
噴出孔２１の個数を変化させることによって同様の効果
を達成している。
【００３５】図３に示される縦型加熱炉の反応ガス噴出
管２０及び反応ガス排出管３０のみを抽出し、共通部分
には同じ参照符号を付して図６に示してある。図６に図
解される高温ガス解離法は、高温に加熱されたタングス
テン、モリブデン、タンタル、カンタル（ガデリウス社
の商品名）、イリジウムなどの線あるいはこれらの金属
にAl2O3をコーティングした線からなるヒーター（加熱
解媒手段）２６（以下「タングステンヒーター２６」と
称する）に反応ガスを接触させることにより「従来の技
術」の欄で言及した反応ガス解離現象をもたらし、その
後反応ガスを噴出孔２３から噴出させバッチ処理を行う
ところに特徴がある。減圧区間２０ｂ内の圧力は１〜２
０Paであることが好ましい。
管２０及び反応ガス排出管３０のみを抽出し、共通部分
には同じ参照符号を付して図６に示してある。図６に図
解される高温ガス解離法は、高温に加熱されたタングス
テン、モリブデン、タンタル、カンタル（ガデリウス社
の商品名）、イリジウムなどの線あるいはこれらの金属
にAl2O3をコーティングした線からなるヒーター（加熱
解媒手段）２６（以下「タングステンヒーター２６」と
称する）に反応ガスを接触させることにより「従来の技
術」の欄で言及した反応ガス解離現象をもたらし、その
後反応ガスを噴出孔２３から噴出させバッチ処理を行う
ところに特徴がある。減圧区間２０ｂ内の圧力は１〜２
０Paであることが好ましい。
【００３６】すなわち、図３の装置全体の構造をそのま
ま採用し、図６の点を変更すると本発明の第二〜第四の
装置を構成することができる。但し、次の点を考慮する
必要がある。 (a)タングステンヒーター２６とウェーハ３の距離が短
く、かつ反応温度が低い場合はタングステンヒーター２
６によりウェーハ３が反応温度に加熱されることもある
ので、ヒーター２（加熱触媒手段）は必要ではない。 (b)第三の発明では酸化剤と酸化剤以外は別々の噴出管
２０(1),(2)から噴出させる必要がある。 (c)第二の発明では自然酸化膜を除去するエッチングガ
スを熱解離して１枚又は２枚以上のウェーハを処理す
る。
ま採用し、図６の点を変更すると本発明の第二〜第四の
装置を構成することができる。但し、次の点を考慮する
必要がある。 (a)タングステンヒーター２６とウェーハ３の距離が短
く、かつ反応温度が低い場合はタングステンヒーター２
６によりウェーハ３が反応温度に加熱されることもある
ので、ヒーター２（加熱触媒手段）は必要ではない。 (b)第三の発明では酸化剤と酸化剤以外は別々の噴出管
２０(1),(2)から噴出させる必要がある。 (c)第二の発明では自然酸化膜を除去するエッチングガ
スを熱解離して１枚又は２枚以上のウェーハを処理す
る。
【００３７】Wなどの高温加熱媒体を使用する反応の条
件を例示すると次のとおりである。
件を例示すると次のとおりである。
【００３８】(1)NF3 SF6,CHF3を使用するSi,SiO2,SiNの
エッチング：希釈媒体-He,通電加熱温度-2400℃、圧力-
67Pa、NF3流量-70sccm(前掲応用物理学会発表)
エッチング：希釈媒体-He,通電加熱温度-2400℃、圧力-
67Pa、NF3流量-70sccm(前掲応用物理学会発表)
【００３９】(2)アンドープ水素化微結晶SiのCVD：SiH4
流速-2-15ヒーター面積-5〜30ｃｍ 2、ガス圧-0.1〜13P
a、基板温度-200〜300℃, フィラメント温度−1,500
℃、Wフィラメント表面積―４ｃｍ2(Extended Abstract
of the International Pre-work shop on Cat − CVD
(Hot-wide CVD)Process, 1999,9,29石川ハイテクセンタ
ー、ｐ５５)(3)アモルファスSi：ヒーター温度1500-190
0℃、SiH4流量-10~20sccm、H2流量-10~40sccm、ヒータ
ー電力-100~600W,ヒーター面積-5~30cm2,ガス圧‐0.1〜
13Pa、基板温度-150〜300℃（Exterded Abstract , 1st
International Confeience on Cat-CVD (Hot-Wide CV
D)Process, 2000年11月１４〜17日、金沢市 ）
流速-2-15ヒーター面積-5〜30ｃｍ 2、ガス圧-0.1〜13P
a、基板温度-200〜300℃, フィラメント温度−1,500
℃、Wフィラメント表面積―４ｃｍ2(Extended Abstract
of the International Pre-work shop on Cat − CVD
(Hot-wide CVD)Process, 1999,9,29石川ハイテクセンタ
ー、ｐ５５)(3)アモルファスSi：ヒーター温度1500-190
0℃、SiH4流量-10~20sccm、H2流量-10~40sccm、ヒータ
ー電力-100~600W,ヒーター面積-5~30cm2,ガス圧‐0.1〜
13Pa、基板温度-150〜300℃（Exterded Abstract , 1st
International Confeience on Cat-CVD (Hot-Wide CV
D)Process, 2000年11月１４〜17日、金沢市 ）
【００４０】(4)ポリSi：ヒーター温度-1500〜1900℃,S
iH4流量-0.5〜10sccm,H2流量-0〜200sccm,ヒーター電力
-800〜1500ｗ、ヒーター面積-10〜60ｃｍ2,ガス圧-0.1
〜40Pa,基板温度-300〜450℃（(3)と同じ）。
iH4流量-0.5〜10sccm,H2流量-0〜200sccm,ヒーター電力
-800〜1500ｗ、ヒーター面積-10〜60ｃｍ2,ガス圧-0.1
〜40Pa,基板温度-300〜450℃（(3)と同じ）。
【００４１】(5)SiNx：ヒーター温度-1500〜1900℃、Si
H4流量-0.5〜5sccm,NH3流量-50〜200 sccm,ヒーター電
力-300〜800W,ヒーター面積-5〜30ｃｍ2,ガス圧-0.1〜1
3Pa,基板温度-200〜300℃（(3)と同じ）。
H4流量-0.5〜5sccm,NH3流量-50〜200 sccm,ヒーター電
力-300〜800W,ヒーター面積-5〜30ｃｍ2,ガス圧-0.1〜1
3Pa,基板温度-200〜300℃（(3)と同じ）。
【００４２】(6)レジストのアッシング：H2O、O2のガス
（応用物理学会発表）
（応用物理学会発表）
【００４３】図７は、図６とは異なる形状及び配置のタ
ングステンヒーターを示す。タングステンヒーター26は
反応ガス噴出管２０とウェーハ載置治具の中間に配置さ
れている。タングステンヒーター２６は石英管などの鞘
体27内を案内され、反応に必要な高温区間は鞘体２７外
でU字状に展開している（26a）。 噴出孔２３から噴出
された反応ガスがタングステンヒーター26aと接触し、
その後ウェーハ上にて成膜する。鞘体２７内ではタング
ステンヒーター２６との間に間隙が形成されるように
し、ここにN2,NH3などのガスを流してタングステンを保
護することができる。また鞘体２７内のタングステンは
鞘体２７外のタングステンより太くすることが好まし
い。
ングステンヒーターを示す。タングステンヒーター26は
反応ガス噴出管２０とウェーハ載置治具の中間に配置さ
れている。タングステンヒーター２６は石英管などの鞘
体27内を案内され、反応に必要な高温区間は鞘体２７外
でU字状に展開している（26a）。 噴出孔２３から噴出
された反応ガスがタングステンヒーター26aと接触し、
その後ウェーハ上にて成膜する。鞘体２７内ではタング
ステンヒーター２６との間に間隙が形成されるように
し、ここにN2,NH3などのガスを流してタングステンを保
護することができる。また鞘体２７内のタングステンは
鞘体２７外のタングステンより太くすることが好まし
い。
【００４４】図８は、図６、７とは異なる形状及び配置
のタングステンヒーターを示し、基板載置治具は図示を
省略した縦型炉の横断面図である。反応ガス噴出管２０
の二本の並立管20(1)、(2)の間に配置されたタングステ
ンヒーター２６が噴出されたシランなどのガス２８を加
熱・解離しウェーハ３に向かって解離反応ガスを供給す
る。このような解離反応ガスの流れがタングステンヒー
ター２６とウェーハ３に集中するように邪魔板29を設け
ている。並立管２０(1)、(2)の他に別途酸化剤噴出管を
炉内の適当な位置に設けてSiO2膜を成長させることがで
きる。
のタングステンヒーターを示し、基板載置治具は図示を
省略した縦型炉の横断面図である。反応ガス噴出管２０
の二本の並立管20(1)、(2)の間に配置されたタングステ
ンヒーター２６が噴出されたシランなどのガス２８を加
熱・解離しウェーハ３に向かって解離反応ガスを供給す
る。このような解離反応ガスの流れがタングステンヒー
ター２６とウェーハ３に集中するように邪魔板29を設け
ている。並立管２０(1)、(2)の他に別途酸化剤噴出管を
炉内の適当な位置に設けてSiO2膜を成長させることがで
きる。
【００４５】図９及び図１０は、３５０〜４５０℃より
低温、特に１５０〜３００℃での反応に適したランプ加
熱を行う本第一発明の装置の実施態様を示す。但し、流
速計Ｖ20，Ｖ30は設置位置のみを示す。図９，１０にお
いて図３，４と同じ部材には同じ参照符号を付してい
る。図中40a は棒状加熱ランプであり、円周上に多数配
列されており、４１は金（Au）箔を張った反射板であ
り、４２はジャケットである。反射板４１とジャケット
４２の間は水冷されている。40bは天井を蛇行するラン
プヒーターである。また、処理終了後に炉内ガスを追い
出すパージガス導入管５０及び炉内の熱に対して下部を
保護するセパレータ５１が設けられている。基底部１０
内には反射板５２が設けられ、炉内の熱を反射して反応
空間における温度均一性を高める。さらに、上端面石英
板５３が最上ウェーハ３の上方に設けられ、反応空間の
均熱性を高める。
低温、特に１５０〜３００℃での反応に適したランプ加
熱を行う本第一発明の装置の実施態様を示す。但し、流
速計Ｖ20，Ｖ30は設置位置のみを示す。図９，１０にお
いて図３，４と同じ部材には同じ参照符号を付してい
る。図中40a は棒状加熱ランプであり、円周上に多数配
列されており、４１は金（Au）箔を張った反射板であ
り、４２はジャケットである。反射板４１とジャケット
４２の間は水冷されている。40bは天井を蛇行するラン
プヒーターである。また、処理終了後に炉内ガスを追い
出すパージガス導入管５０及び炉内の熱に対して下部を
保護するセパレータ５１が設けられている。基底部１０
内には反射板５２が設けられ、炉内の熱を反射して反応
空間における温度均一性を高める。さらに、上端面石英
板５３が最上ウェーハ３の上方に設けられ、反応空間の
均熱性を高める。
【００４６】図１１〜１３は、特に上記した自然酸化膜
のエッチングに適した本第二発明の半導体製造装置の実
施態様を示し、図３，４と同じ部材は同じ参照符号で示
してある。但し、反応ガス導入管２０と反応ガス排出管
３０が横方向で並列されるように配置し、反応管１３及
びこれらの管２０，３０はアルミニウム製としている。
アルミニウムは、N2,H2,NF3などと反応して安定な不働
態膜を作るためにパーティクルの発生が極めて少なくな
る。また、NF3などはタングステンヒーター２６により
解離され、活性化されるためにその使用量が少なくな
る。
のエッチングに適した本第二発明の半導体製造装置の実
施態様を示し、図３，４と同じ部材は同じ参照符号で示
してある。但し、反応ガス導入管２０と反応ガス排出管
３０が横方向で並列されるように配置し、反応管１３及
びこれらの管２０，３０はアルミニウム製としている。
アルミニウムは、N2,H2,NF3などと反応して安定な不働
態膜を作るためにパーティクルの発生が極めて少なくな
る。また、NF3などはタングステンヒーター２６により
解離され、活性化されるためにその使用量が少なくな
る。
【００４７】タングステンヒーター２６は、ガス流方向
からみると間隔が狭いＷ字パターンを多数並べたような
形状を有している。段落０００４で触れたように励起NF
3による自然酸化膜除去反応速度は６０℃で低下するの
で、タングステンヒーター２６によりウェーハ３がこの
ような温度に加熱されないようにする必要がある。した
がって、タングステンヒーター２６と基板載置治具６の
間に光遮蔽板３５を設けることにより、ウェーハ３の輻
射加熱を阻止している。一方光遮蔽板３５の頂部と反応
管１３の内壁の間には間隙が残されるようにし、励起さ
れたNF3等はこの間隙を通ってウェーハ３に達する。光
遮蔽板３５は内部を水冷構造とし、ジャケット式にする
ことが好ましい。モーター３６の回転をギヤ３７を介し
て下部中心軸１１に伝達すると、ウェーハ３全体が枢転
する。
からみると間隔が狭いＷ字パターンを多数並べたような
形状を有している。段落０００４で触れたように励起NF
3による自然酸化膜除去反応速度は６０℃で低下するの
で、タングステンヒーター２６によりウェーハ３がこの
ような温度に加熱されないようにする必要がある。した
がって、タングステンヒーター２６と基板載置治具６の
間に光遮蔽板３５を設けることにより、ウェーハ３の輻
射加熱を阻止している。一方光遮蔽板３５の頂部と反応
管１３の内壁の間には間隙が残されるようにし、励起さ
れたNF3等はこの間隙を通ってウェーハ３に達する。光
遮蔽板３５は内部を水冷構造とし、ジャケット式にする
ことが好ましい。モーター３６の回転をギヤ３７を介し
て下部中心軸１１に伝達すると、ウェーハ３全体が枢転
する。
【００４８】図１４は本発明の第四に係る装置の実施態
様を示す図面であり、図８と同じ方向の断面図である。
図中，２０(1)はSiH4などの酸化剤以外の噴出管、２０
(2)はO2などの酸化剤の噴出管、２６(1)はタングステン
ヒーター、２６(2)はイリジウムヒーター、４５は解離
前のSiH4とO2の混合を妨げる邪魔板である。
様を示す図面であり、図８と同じ方向の断面図である。
図中，２０(1)はSiH4などの酸化剤以外の噴出管、２０
(2)はO2などの酸化剤の噴出管、２６(1)はタングステン
ヒーター、２６(2)はイリジウムヒーター、４５は解離
前のSiH4とO2の混合を妨げる邪魔板である。
【００４９】図１５及び図１６は、本発明の第四に係る
装置の別の実施態様を示す図面であり、図１１〜１４と
同じ部材には同一の参照符号を付してある。この装置の
特徴とするところは次のとおりである。ウェーハ３は溝
付支柱ではなく多段に回転軸３８に固定されたサセプタ
３９に載置されている。また酸化剤以外のガス導入管４
１と酸化剤導入管４２を反応管１３から分岐させてい
る。酸化剤を解離させるイリジウムヒーター２６(2)の
代わりに2.45GHzのマイクロ波リモートプラズマ発生手
段に配置する本発明の第二の実施態様となる。
装置の別の実施態様を示す図面であり、図１１〜１４と
同じ部材には同一の参照符号を付してある。この装置の
特徴とするところは次のとおりである。ウェーハ３は溝
付支柱ではなく多段に回転軸３８に固定されたサセプタ
３９に載置されている。また酸化剤以外のガス導入管４
１と酸化剤導入管４２を反応管１３から分岐させてい
る。酸化剤を解離させるイリジウムヒーター２６(2)の
代わりに2.45GHzのマイクロ波リモートプラズマ発生手
段に配置する本発明の第二の実施態様となる。
【図１】本発明及び従来法の流速を示す模式図である。
【図２】２枚の基板の間で運動するガス分子を示す模式
図である。
図である。
【図３】本発明に係る第一の方法を実施する一重管・バ
ッチ式縦型炉の断面図である。
ッチ式縦型炉の断面図である。
【図４】図３のA-A矢視平面図である。
【図５】反応ガス噴出管の態様を示す図面である。
（a）図は縦面図、(b)及び(c)図は正面図である。
（a）図は縦面図、(b)及び(c)図は正面図である。
【図６】本発明の第二〜第四で使用される加熱触媒手段
の態様を示す図面である。
の態様を示す図面である。
【図７】加熱触媒手段の他の態様を示す図面である。
【図８】加熱触媒手段の別の態様を示す図面である。
【図９】ランプ加熱式装置を示す縦断面図である。
【図１０】図１０のE-E矢視図である。
【図１１】本発明第二の装置の別の実施態様を示す図面
である。
である。
【図１２】高温ガス解離装置の実施例を示す図面であ
る。
る。
【図１３】図１１のA-A矢視図である。
【図１４】本発明の第四の装置の一実施態様を示す図面
である。
である。
【図１５】本発明の第三又は第四の装置の平面断面図で
ある。
ある。
【図１６】図１５の横断面図である。
１：炉体
２：ヒーター
３：ウェーハ
５：基板載置治具
６：環状部
７：支柱
８：爪
１０：基底部
１１：下部中心軸
１２：底板
１３：反応管
２０：反応ガス噴出管
２１：弁
２３：噴出孔
２６：タングステンヒーター
２７：鞘体
３０：反応ガス排出管
３１：弁
３２：吸気孔
３５：光遮蔽板
３６：モータ
３７：ギヤ
３９：サセプタ
４０：加熱ランプ
４１：反射板
４２：ジャケット
４３：酸化剤以外のガス導入管
４４：酸化剤導入管
５０：パージガス導入管
５１：ヤパレータ
５２：反射板
５３：上端面石英板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 EA06 EA11 FA10
FA14 FA17 JA05 JA12 KA23
5F004 AA14 BA19 BB28 BD04 CA02
DA17 DA22 DA26 DB01 DB03
DB07 EA34
5F045 AA06 AB04 AC01 AD04 AD05
AD06 AD07 AE13 AE15 AE17
BB01 BB15 DP19 EB13 EC02
EE20 EF03 EF20
Claims (16)
- 【請求項１】 基板載置治具の側面を取囲み上部が閉鎖
された一重反応管内に、ダミーウェーハを含むもしくは
含まない2枚以上の半導体基板を、前記基板載置治具か
ら取り外し可能にかつ上下に2枚以上ほぼ等間隔で横置
きし、かつ該半導体基板を、加熱手段を有する縦型加熱
炉内に配列し、ガスと接触させるに際して、該一重反応
管と前記基板載置治具の中間を縦方向に延在したガス噴
出管内を流れるガス流速と、前記一重反応管と前記基板
積置冶具の中間を縦方向に延在したガス排出管内を流れ
るガス流速とを実質的に等しくすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 ダミーウェーハを含むもしくは含まない
2枚以上の半導体基板を、ガスの平均自由行程より大き
いほぼ等間隔で、取り外し可能に反応管内に配列した基
板載置治具と、必要により前記半導体基板を加熱するた
めに該反応管に付設された加熱手段と、ガスを前記反応
管内に噴出するガス噴出手段と、ガスを前記反応管外に
排気する排気手段と、前記ガス噴出手段から噴出後もし
くは噴出前のガスを解離させる加熱触媒手段と、を含ん
でなることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項３】 前記ガス噴出手段が、反応管内を縦方向
に延在しかつ側面に噴出孔が形成された管からなり、か
つ前記排気手段が、反応管内を縦方向に延在しかつ側面
に吸気孔が形成された管からなり、前記基板積置冶具が
前記半導体基板を上下方向に横置きしていることを特徴
とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項４】 前記ガス噴出手段が前記反応管の下部に
開口しており、かつ前記排気手段が、前記反応管内に同
心状に設けられた筒状内管と該反応管の間に形成された
環状間隙から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５】 前記ガス噴出孔及び前記排気孔の上下方
向位置がほぼ一致していることを特徴とする請求項３記
載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項６】 前記加熱触媒手段が前記反応管内におい
て前記噴出孔と面するように設けられていることを特徴
とする請求項３から５までの何れか１項記載の半導体装
置の製造装置。 - 【請求項７】 前記加熱触媒手段と前記半導体基板の中
間に熱遮蔽板を設けた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８】 前記加熱触媒手段が前記ガス噴出管内に
設けられている請求項２記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項９】 前記加熱触媒手段により解離されるガス
が酸化剤以外のガスであり、酸化剤を噴出させる別の噴
出手段が設けられていることを特徴とする請求項２から
８までの何れか１項記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項１０】 前記酸化剤をマイクロ波励起する手段
が前記別の噴出手段に付設されていることを特徴とする
請求項９記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項１１】 ダミーウェーハを含むもしくは含まな
い１枚以上の半導体基板を、取り外し可能に反応管内に
配列した基板載置治具と、必要により前記半導体基板を
加熱するために該反応管に付設された加熱手段と、酸化
剤以外の第１のガスを前記反応管内に噴出する第１のガ
ス噴出手段と、前記第１のガス噴出手段から噴出後もし
くは噴出前の第１のガスを解離させる第１の加熱触媒手
段と、酸化剤からなる第２のガスを前記反応管内に噴出
する第２のガス噴出手段と、前記第２のガス噴出手段か
ら噴出後もしくは噴出前の第２のガスを解離させるため
のイリジウム、バナジウム又はFe-Cr-Al系電気抵抗体合
金からなる第２の加熱触媒手段と、前記第１及び第２の
ガスを前記反応管外に排気する排気手段とを含んでな
り、触媒解離後の第１及び第２のガスが相互に混合され
るように前記第１のガス噴出手段と前記第２のガス噴出
手段の噴出口が配向されてなることを特徴とする半導体
装置の製造装置。 - 【請求項１２】 前記第１及び第２のガス噴出手段が、
反応管内を縦方向に延在しかつ側面に噴出孔が形成され
た管からなり、かつ前記排気手段が、反応管内を縦方向
に延在しかつ側面に吸気孔が形成された管からなり、前
記基板積置冶具が前記２枚以上の半導体基板を上下方向
に横置きしていることを特徴とする請求項１１記載の半
導体装置の製造装置。 - 【請求項１３】 前記第１及び第２のガス噴出手段が並
設されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体
装置の製造装置。 - 【請求項１４】 前記第１及び第２の加熱触媒手段に到
達する前の第１及び第２のガスの混合を妨げる邪魔板を
さらに含んでなることを特徴とする請求項１３記載の半
導体装置の製造装置。 - 【請求項１５】請求項２から１４までの何れか１項記載
の半導体製造装置を用いて、半導体装置を製造する方
法。 - 【請求項１６】 前記ガス噴出管内を流れるガス流速
と、前記排気管内を流れるガス流速とを実質的に等しく
することを特徴とする請求項３又は１２記載の半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2002098317A JP4873820B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 半導体装置の製造装置 |
| KR1020030020012A KR101139318B1 (ko) | 2002-04-01 | 2003-03-31 | 반도체장치의 제조방법과 장치 |
| US10/401,591 US20030186517A1 (en) | 2002-04-01 | 2003-03-31 | Method of and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| TW092107396A TWI236705B (en) | 2002-04-01 | 2003-04-01 | Method of and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| US12/509,867 US20090283216A1 (en) | 2002-04-01 | 2009-07-27 | Method of and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| US13/450,670 US20120202352A1 (en) | 2002-04-01 | 2012-04-19 | Method of and apparatus for manufacturing semiconductor device |
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|---|---|---|---|
| JP2002098317A JP4873820B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 半導体装置の製造装置 |
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|---|---|
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