JP2003203868A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却エアによる強制冷却時のパーティクルの
発生を防止する。 【解決手段】 プロセスチューブ１１の内側には上端が
閉塞した円筒形状に形成され下端部に排気口１５を有す
るインナチューブ１２が収納されており、原料ガス等を
導入するガス導入管２１の吹出口は処理室１３の上端部
に配置され、プロセスチューブ１１とインナチューブ１
２との間に形成された断熱空間１８の上端部には窒素ガ
ス供給管２０の吹出口が配置されている。プロセスチュ
ーブ１１と断熱カバー３１との間には強制冷却時に冷却
エア４０が流れる冷却エア通路４１が形成されている。 【効果】 処理室の強制冷却時に、冷却エアはインナチ
ューブには接触しないため、インナチューブに局所的な
温度差が発生するのを防止でき、インナチューブの内周
面の堆積膜が剥離するのを防止してパーティクルの発生
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣとい
う。）が作り込まれるシリコンウエハにエピタキシャル
シリコンやエピタキシャルシリコンゲルマニウムを成膜
するのに利用して有効なものに関する。 【０００２】 【従来の技術】ＩＣの製造方法においてシリコンウエハ
にエピタキシャルシリコンやエピタキシャルシリコンゲ
ルマニウムを成膜するのに、バッチ式縦形ホットウオー
ル形ＣＶＤ・エピタキシャル装置（以下、縦形ＣＶＤ・
エピ装置という。）が、使用されている。縦形ＣＶＤ・
エピ装置は、シリコンウエハが搬入される処理室を形成
するプロセスチューブと、プロセスチューブ内を加熱す
るヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによ
って積層された状態で処理室に下端の炉口から搬入さ
れ、ヒータによって処理室内が加熱されることにより、
ウエハに成膜されるように構成されている。 【０００３】このような縦形ＣＶＤ・エピ装置において
は、シリコンウエハが処理室に搬入された状態のままで
処理室内の温度が降下される際には、降温時間を短縮さ
せるために、冷却エアがプロセスチューブの外側に流さ
れることによって処理室を強制的に冷却させることが実
施されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな縦形ＣＶＤ・エピ装置においては、プロセスチュー
ブの冷却エアが吹き付けられた部分が急激に冷却される
ことによってプロセスチューブに局所的な温度差が発生
するため、プロセスチューブの内周面に付着している反
応生成物の膜（以下、堆積膜という。）が剥がれること
によりパーティクルが発生し、このパーティクルがシリ
コンウエハに付着することによって歩留りが低下すると
いう問題点がある。 【０００５】本発明の目的は、強制冷却時のパーティク
ルの発生を防止することができる半導体製造装置を提供
することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体製造
装置は、処理室を形成したプロセスチューブの内側には
上端が閉塞した円筒形状に形成され下端部に排気口を有
するインナチューブが収納されており、前記インナチュ
ーブの内側に基板が配置された状態で前記インナチュー
ブの内側空間の上端部から処理ガスを流下させるように
構成されており、前記プロセスチューブと前記インナチ
ューブとの間にはパージガスを流すように構成されてい
ることを特徴とする。 【０００７】前記した手段によれば、処理室の強制冷却
に際して、冷却エアがプロセスチューブに吹き付けられ
てもインナチューブには吹き付けられないため、インナ
チューブの温度分布に局所的な差が発生するのを防止す
ることができる。その結果、インナチューブの内周面の
堆積膜が剥離するのを防止することができるため、パー
ティクルの発生を防止することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。 【０００９】本実施の形態において、図１に示されてい
るように、本発明に係る半導体製造装置はＩＣの製造方
法においてシリコンウエハ（以下、ウエハという。）に
エピタキシャルシリコンを成膜する縦形ＣＶＤ・エピ装
置（バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ・エピ装置）
１０として構成されている。 【００１０】図１に示された縦形ＣＶＤ・エピ装置１０
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１１を備えており、プ
ロセスチューブ１１の内部にはインナチューブ１２が同
心円に収納されている。プロセスチューブ１１は石英ガ
ラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上端が
閉塞した円筒形状に形成され、インナチューブ１２は石
英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上
端が閉塞しプロセスチューブ１１よりも小径の円筒形状
に形成されており、プロセスチューブ１１とインナチュ
ーブ１２とは同心円に配置されている。インナチューブ
１２の筒中空部はボートによって積層された複数枚のウ
エハが搬入される処理室１３を実質的に形成している。
インナチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れする
ための炉口１４を構成しており、インナチューブ１２の
炉口１４の上側には排気口１５が開設されている。 【００１１】プロセスチューブ１１の下側には短尺の円
筒形状に形成されたマニホールド１６が同軸に配設され
ており、マニホールド１６は縦形ＣＶＤ・エピ装置の筐
体２に支持されている。プロセスチューブ１１はマニホ
ールド１６の上に気密シール状態をもって載置されるこ
とにより、筐体２に支持された状態になっている。マニ
ホールド１６の内周の中間高さ位置には円形リング形状
の隔壁１７が径方向内向きに突設されており、隔壁１７
の上にはインナチューブ１２が気密シール状態をもって
載置されている。すなわち、プロセスチューブ１１とイ
ンナチューブ１２との間の空間（以下、断熱空間とい
う。）１８はマニホールド１６の下側空間と隔絶されて
おり、インナチューブ１２の処理室１３とは排気口１５
のみによって連通されている。断熱空間１８はインナチ
ューブ１２とプロセスチューブ１１との隙間によって、
横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されてお
り、インナチューブ１２の外側を被覆した状態になって
いる。 【００１２】マニホールド１６の側壁の隔壁１７よりも
上側の位置には、他端が排気装置（図示せず）に接続さ
れた排気管１９の一端が接続されており、排気管１９は
インナチューブ１２とプロセスチューブ１１との間に形
成された断熱空間１８の最下端部に連通した状態になっ
ている。また、マニホールド１６の側壁の隔壁１７より
も上側の他の位置には、他端が不活性ガスとしての窒素
ガスを供給する窒素ガス供給装置（図示せず）に接続さ
れた窒素ガス供給管２０が挿通されており、窒素ガス供
給管２０の開口端は断熱空間１８の上端部側に配置され
ている。窒素ガス供給管２０によって断熱空間１８の上
端部に導入された窒素ガスは処理室１３を流下して排気
管１９によって排気されるようになっている。 【００１３】マニホールド１６の側壁の隔壁１７よりも
下側の位置には、他端が原料ガス供給装置、キャリアガ
ス供給装置およびパージガス供給装置（いずれも図示せ
ず）に接続されたガス導入管２１が挿通されており、ガ
ス導入管２１の吹出口端は処理室１３の上端部側に配置
されている。ガス導入管２１によって処理室１３の上端
部に導入されたガスは処理室１３を流下して排気口１５
を通って排気管１９によって排気されるようになってい
る。 【００１４】筐体２のマニホールド１６に対向した位置
にはボート搬入搬出口３が開設されており、ボート搬入
搬出口３にはボートエレベータ（図示せず）によって昇
降されるシールキャップ２２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２２はボート搬
入搬出口３の内径よりも大きい外径を有する円盤形状に
構築されており、プロセスチューブ１１の下方に筐体２
によって形成されたボート搬入搬出室４をボートエレベ
ータによって昇降されるようになっている。 【００１５】シールキャップ２２の中心線上にはロータ
リーアクチュエータ２３によって回転される回転軸２４
が直交するように挿通されて支承されており、回転軸２
４の上端にはボート２５が垂直に立脚されて支持されて
いる。ボート２５は上下で一対の端板２６、２７と、両
端板２６と２７との間に架設されて垂直に配設された三
本の保持部材２８とを備えており、三本の保持部材２８
には多数の保持溝２９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刻設されている。ボート２
５は三本の保持部材２８の保持溝２９間にウエハ１を挿
入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互
いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっ
ている。 【００１６】プロセスチューブ１１の外側は断熱カバー
３１によって全体的に被覆されており、断熱カバー３１
の内側にはプロセスチューブ１１の内部を加熱するヒー
タ３２がプロセスチューブ１１の周囲を包囲するように
同心円に設備されている。断熱カバー３１およびヒータ
３２は筐体２の上に構築された架台５によって垂直に支
持されている。ヒータ３２は複数のヒータ部に分割され
ており、これらヒータ部は温度コントローラ（図示せ
ず）によって互いに連携および独立してシーケンス制御
されるように構成されている。 【００１７】断熱カバー３１とプロセスチューブ１１と
の間には冷却エア４０を流通させるための冷却エア通路
４１が、プロセスチューブ１１を全体的に包囲するよう
に形成されている。断熱カバー３１の下端部には冷却エ
ア４０を冷却エア通路４１に供給する給気管４２が接続
されており、給気管４２に供給された冷却エア４０は冷
却エア通路４１の全周に拡散するようになっている。断
熱カバー３１の天井壁の中央部には冷却エア４０を冷却
エア通路４１から排出する排気口４３が開設されてお
り、排気口４３には排気路４４が接続されている。排気
路４４には第一ダンパ４５、水冷ラジエータ４６、第二
ダンパ４７およびブロア４８が介設されている。 【００１８】次に、前記構成に係る縦形ＣＶＤ・エピ装
置の作用を、ウエハにエピタキシャルシリコンを成膜す
る場合について説明する。 【００１９】図１に示されているように、複数枚のウエ
ハ１を整列保持したボート２５はシールキャップ２２の
上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置さ
れ、ボートエレベータによって差し上げられてインナチ
ューブ１２の炉口１４から処理室１３に搬入（ボートロ
ーディング）されて行き、シールキャップ２２に支持さ
れたままの状態で処理室１３に存置される。 【００２０】続いて、プロセスチューブ１１の内部が所
定の圧力（０．１〜１００Ｐａ）に排気管１９によって
排気され、プロセスチューブ１１の内部が所定の温度
（７００〜１０００℃）にヒータ３２によって昇温され
る。 【００２１】次いで、前処理ガスとしての水素（Ｈ₂ ）
ガスが処理室１３の上端部にガス導入管２１によって所
定の流量（０．１〜１０Ｌ／分）をもって導入される。
ガス導入管２１によって処理室１３の上端部に導入され
た水素ガスは、処理室１３を流下して排気口１５から処
理室１３の外部に流出し、排気管１９によってプロセス
チューブ１１の外部へ排出されて行く。そして、水素ガ
スは処理室１３を流下する間にボート２５に保持された
ウエハ１に接触することにより、ウエハ１に対して還元
処理等の前処理を施す。 【００２２】次に、図１に示されているように、プロセ
スチューブ１１の内部が所定の成膜処理温度（５００〜
７５０℃）に、冷却エア４０が冷却エア通路４１に給気
管４２から供給されて排気口４３および排気路４４から
排出されることによって強制的に降温される。すなわ
ち、冷却エア通路４１に供給された冷却エア４０がプロ
セスチューブ１１の外面に接触することによってプロセ
スチューブ１１の熱を奪うため、プロセスチューブ１１
が急速に冷却される。この際、冷却エア通路４１に供給
された冷却エア４０はプロセスチューブ１１の外面に直
接的に接触するが、処理室１３を形成したインナチュー
ブ１２の外面には接触しない。 【００２３】成膜温度に降温する時間が経過すると、図
２に示されているように、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）およ
び０．１％希釈の三塩化ボロン（ＢＣｌ₃ ）がエピタキ
シャルシリコン成膜用の原料ガス５０として、処理室１
３の上端部にガス導入管２１から導入される。なお、Ｓ
ｉＨ₄ ガスの流量は０．５〜３Ｌ／分、ＢＣｌ₃ ガスの
流量は０．０２Ｌ／分以下である。ガス導入管２１によ
って処理室１３に導入された原料ガス５０は、処理室１
３を流下して排気口１５から処理室１３の外部に流出
し、排気管１９によってプロセスチューブ１１の外部へ
排出されて行く。そして、原料ガス５０は処理室１３を
流下する間にボート２５に保持されたウエハ１に接触す
ることによって熱ＣＶＤ反応を起こし、ウエハ１にエピ
タキシャルシリコンを堆積（デポジション）してエピタ
キシャルシリコン膜を形成する。 【００２４】所定の成膜時間が経過すると、原料ガス５
０の導入が停止された後に、パージガスとしての窒素ガ
スが処理室１３にガス導入管２１から導入されるととも
に、処理室１３が排気管９によって排気される。この
際、プロセスチューブ１１とインナチューブ１２との間
の断熱空間１８にも窒素ガスが窒素ガス供給管２０によ
って導入され、置換効率が高められる。処理室１３が窒
素ガスによってパージされると、シールキャップ２２に
支持されたボート２５はボートエレベータによって下降
されることにより、インナチューブ１２の炉口１４から
搬出（ボートアンローディング）される。 【００２５】以降、前記作用が繰り返されることによ
り、縦形ＣＶＤ・エピ装置１０によってウエハ１に対す
るエピタキシャルシリコン成膜がバッチ処理されて行
く。 【００２６】以上の成膜工程において、原料ガス５０は
処理室１３を流下して行く間にウエハ１だけでなく処理
室１３の内周面に接触するため、処理室１３の内周面に
もエピタキシャルシリコンが堆積することになる。この
処理室１３の内周面に堆積したエピタキシャルシリコン
膜（以下、堆積膜という。）はバッチ処理が繰り返され
る毎に累積して行くため、その累積した堆積膜の厚さは
バッチ処理の回数が増えるに従って増加して行く。但
し、この累積した堆積膜は厚さが所定の値に達するまで
は剥離することがなく、通常はパーティクルは発生しな
い。 【００２７】ところで、インナチューブが存在せずプロ
セスチューブが処理室を形成している場合には、堆積膜
はプロセスチューブの内周面に累積することになる。こ
の場合において、前処理ステップから成膜ステップに移
行する際に、プロセスチューブ内の温度を７００〜１０
００℃から５００〜７５０℃に急速に降下させるため
に、冷却エアがプロセスチューブに吹き付けられると、
プロセスチューブの壁体に局部的な温度差が発生するの
で、プロセスチューブの内周面に累積した堆積膜は所定
の厚さに達する前に剥離を起こし、パーティクルを発生
してしまう。このようにして発生したパーティクルは予
測外のものであるため、ウエハに付着することにより、
縦形ＣＶＤ・エピ装置の歩留り低下の原因になってしま
う。 【００２８】しかし、前述した本実施の形態において
は、前処理ステップから成膜ステップに移行する際に、
処理室１３の温度を７００〜１０００℃から５００〜７
５０℃に急速に降下させるために、給気管４２から冷却
エア通路４１に供給された冷却エア４０はプロセスチュ
ーブ１１の外面に直接的に接触するが、処理室１３を形
成したインナチューブ１２の外面には接触しないので、
処理室１３の内周面に累積した堆積膜が剥離を起こすこ
とはない。すなわち、冷却エア４０はプロセスチューブ
１１の外面に接触することによってプロセスチューブ１
１の熱を奪うため、プロセスチューブ１１は温度分布に
差を発生する。しかし、冷却エア４０はインナチューブ
１２には接触しないため、インナチューブ１２の温度分
布には殆ど差が発生しない。したがって、インナチュー
ブ１２の内周面に付着した堆積膜には温度分布差による
機械的な応力が作用しないため、堆積膜がインナチュー
ブ１２の内周面から剥離することはない。 【００２９】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。 【００３０】1) 処理室の強制冷却に際して、冷却エア
が処理室を形成したインナチューブに直接的に接触する
のを防止することにより、インナチューブの温度分布に
局所的な差が発生するのを防止することができるため、
インナチューブが形成する処理室の内周面に累積した堆
積膜が剥離するのを防止することができる。 【００３１】2) 処理室に累積した堆積膜が剥離するの
を防止することにより、予測外のパーティクルの発生を
未然に防止することができるため、予測外のパーティク
ルがウエハに付着することによる縦形ＣＶＤ・エピ装置
の歩留り低下を防止することができ、また、縦形ＣＶＤ
・エピ装置の性能および信頼性を向上させることができ
る。 【００３２】3) 冷却エアの供給による強制冷却に際し
ての処理室の堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を
未然に防止することにより、相対的に、冷却エアの強制
冷却の能力を増強することができるため、処理室の降温
時間を短縮することができ、縦形ＣＶＤ・エピ装置の性
能およびスループットを高めることができる。 【００３３】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。 【００３４】例えば、前記実施の形態においては、エピ
タキシャルシリコンを成膜する場合について説明した
が、縦形ＣＶＤ・エピ装置はこれに限らず、エピタキシ
ャルシリコンゲルマニウムを成膜する場合等にも適用す
ることができる。例えば、エピタキシャルシリコンゲル
マニウムを成膜する場合のプロセス条件は、次の通りで
ある。 【００３５】原料ガス（括弧内は流量を示す。）は、Ｓ
ｉＨ₄ （０．５〜３Ｌ／分）、１０％希釈のＧｅＨ₄
（３Ｌ／分以下）、０．１％希釈のＢＣｌ₃ （０．０２
Ｌ／分以下）である。前処理ガスは、Ｈ₂ （０．１〜１
０Ｌ／分）である。圧力は０．１〜１００Ｐａである。
前処理温度は、７００〜１０００℃であり、成膜温度
は、４５０〜７００℃である。 【００３６】処理は成膜に限らず、酸化処理や拡散処理
および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性
化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等の熱
処理全般に使用することができる。 【００３７】縦形ＣＶＤ・エピ装置に限らず、バッチ式
横形ＣＶＤ・エピ装置や縦形および横形ホットウオール
形減圧ＣＶＤ装置、その他の熱処理装置等の半導体製造
装置全般に適用することができる。 【００３８】 【発明の効果】本発明によれば、冷却エアによる強制冷
却時のパーティクルの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態である縦形ＣＶＤ・エピ
装置の強制冷却時を示す正面断面図である。 【図２】その成膜ステップを示す正面断面図である。 【符号の説明】 １…ウエハ（基板）、２…筐体、３…ボート搬入搬出
口、４…ボート搬入搬出室、５…架台、１０…縦形ＣＶ
Ｄ・エピ装置（半導体製造装置）、１１…プロセスチュ
ーブ、１２…インナチューブ、１３…処理室、１４…炉
口、１５…排気口、１６…マニホールド、１７…隔壁、
１８…断熱空間、１９…排気管、２０…窒素ガス供給
管、２１…ガス導入管、２２…シールキャップ、２３…
ロータリーアクチュエータ、２４…回転軸、２５…ボー
ト、２６、２７…端板、２８…保持部材、２９…保持
溝、３１…断熱カバー、３２…ヒータ、４０…冷却エ
ア、４１…冷却エア通路、４２…給気管、４３…排気
口、４４…排気路、４５…第一ダンパ、４６…水冷ラジ
エータ、４７…第二ダンパ、４８…ブロア、５０…原料
ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森谷 敦 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 4K030 BA09 BA29 BB02 CA04 EA03 EA11 KA04 5F045 AA06 AB02 AC01 AC19 AD09 AD10 AD11 AE19 AF03 BB08 BB15 EC02 EE14 EE20 EJ04 EJ10 EK06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 処理室を形成したプロセスチューブの内
   側には上端が閉塞した円筒形状に形成され下端部に排気
   口を有するインナチューブが収納されており、前記イン
   ナチューブの内側に基板が配置された状態で前記インナ
   チューブの内側空間の上端部から処理ガスを流下させる
   ように構成されており、前記プロセスチューブと前記イ
   ンナチューブとの間にはパージガスを流すように構成さ
   れていることを特徴とする半導体製造装置。