JP2003209061A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高清浄雰囲気で良質な膜を生成し、膜厚均一性
を向上することのできる半導体製造装置を提供する。 【解決手段】アウターチューブ１０内に、複数の半導体
ウェーハ（図示せず）を積層して搭載するボート３０を
設ける。アウターチューブ１０をマニホールド４０に取
り付けるフランジ１４と胴体部１２との間に円錐部１３
を設けて、胴体部１２の内径を小さくして、ウェーハを
保持するボート３０との距離を短くすることにより、ド
ーパント濃度均一性、膜厚均一性の向上を図る。アウタ
ーチューブ１０とボート３０の間に原料ガスをボート３
０上まで導入するノズル２１を設け、反応ガスを上から
下へアウターチューブ１０内を流すことにより、反応炉
内への炉下部からの汚染を防止する。

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、特に、複数の半導体ウエハを垂直方向に積層した
状態で半導体ウエハの処理を行う縦型の反応室構成を備
える半導体製造装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の半導体製造装置１００の構成例を
図２に示す。この従来の縦型半導体製造装置１００にお
いては、アウターチューブ１１０の外部にヒータ（図示
せず）を備えており、アウターチューブ１１０内を均一
に加熱できる構造となっている。アウターチューブ１１
０内には筒状のインナーチューブ１２０が設けられてい
る。インナーチューブ１２０内には、複数の半導体ウェ
ーハ（図示せず）を垂直方向に積層して搭載するボート
３０が設けられている。このボート３０は、ボート台３
２上に搭載されている。 【０００３】縦型半導体製造装置１００は、マニホール
ド４０を備えている。アウターチューブ１１０は、マニ
ホールド４０の上部に取り付けられている。マニホール
ド４０の上部には、フランジ４３が設けられ、フランジ
４３と取り付け部材４４とにより、アウターチューブ１
１０の下部のフランジ部１１３とマニホールド４０のフ
ランジ４３とをこれらの間にＯ−リング（オーリング）
４５を介して固定している。マニホールド４０の内側に
は、インナーチューブ取り付け部材４６が設けられ、イ
ンナーチューブ１２０がこのインナーチューブ取り付け
部材４６上に載置されている。アウターチューブ１１０
の下部は開放された構造となっており、インナーチュー
ブ１２０の上部および下部は開放された構造となってい
る。 【０００４】マニホールド４０の側壁にはガス導入ポー
ト２２が貫通して取り付けられ、そのマニホールド４０
の内側端部には、ノズル２３が取り付けられている。ま
た、排気管４２もマニホールド４０の側壁を貫通して取
り付けられている。 【０００５】マニホールド４０の下端は開放された構造
となっているが、ベースフランジ５１，シールキャップ
５２により閉じられ、気密な構造となっている。 【０００６】インナーチューブ１２０の下部からノズル
２３がインナーチューブ１２０内に挿入されている。ノ
ズル２３から供給された原料ガスは、インナーチューブ
１２０内に噴出され、インナーチューブ１２０内を上部
まで移動し、インナーチューブ１２０とアウターチュー
ブ１１０との間の空間を通って下方に流れ、排気管４２
から排気される。 【０００７】従来、半導体ウェーハ（図示せず）上に形
成される膜厚の均一性を向上するため、インナーチュー
ブ１２０の径を小さくして、半導体ウェーハを保持する
ボート３０と、インナーチューブ１２０の壁面との距離
を短くして原料ガスを下から上へ流す構成としていた
が、高清浄プロセス（例えば、エピタキシャル成長等）
の場合、炉下部からの汚染が原料ガスの流れに沿って反
応室（インナーチューブ１２０）内を汚染し、高品質な
膜が得られないという問題があった。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、上記従来技術の問題点を解決して、高清浄雰囲
気で良質な膜を生成し、膜厚均一性を向上することので
きる半導体製造装置を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、反応管
の胴体部と反応管を取り付ける反応管のフランジ部との
間に、径が胴体部上側で小さく、フランジ部側で大きく
なる傾斜部を設けた反応管を具備したことを特徴とする
半導体製造装置が提供される。 【００１０】 【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態の
半導体製造装置の概略縦断面図である。本実施の形態の
縦型半導体製造装置１においては、アウターチューブ１
０の外部にヒータ（図示せず）を備えており、アウター
チューブ１０内を均一に加熱できる構造となっている。
アウターチューブ１０内には、複数の半導体ウェーハ
（図示せず）を垂直方向に積層して搭載するボート３０
が設けられている。ボート３０には複数の基板載置溝３
１が設けられ、これらの基板載置溝３１に複数の半導体
ウェーハ（図示せず）がそれぞれ水平に載置される。ボ
ート３０は、ボート台３２上に搭載されている。 【００１１】縦型半導体製造装置１００は、マニホール
ド４０を備えている。アウターチューブ１０は、マニホ
ールド４０の上部に取り付けられている。マニホールド
４０の上部には、フランジ４３が設けられ、フランジ４
３と取り付け部材４４とにより、アウターチューブ１０
の下部のフランジ部１４とマニホールド４０のフランジ
４３とをこれらの間にＯ−リング（オーリング）４５を
介して固定している。アウターチューブ１０は、天板部
１１と、円筒状の胴体部１２と、円錐部１３と、フラン
ジ部１４とを備えており、アウターチューブ１０の下部
は開放された構造となっている。アウターチューブ１０
の材質としては、石英、ＳＩＣ他が使用される。 【００１２】マニホールド４０の側壁にはガス導入ポー
ト２２が貫通して取り付けられ、そのマニホールド４０
の内側端部には、ノズル２１が取り付けられている。ま
た、排気管４２もマニホールド４０の側壁を貫通して取
り付けられている。 【００１３】マニホールド４０の下端は開放された構造
となっているが、ベースフランジ５１、シールキャップ
５２により閉じられ、気密な構造となっている。ボート
３０の挿入／引き出しは、図中省略のボートエレベータ
部に取り付いているアームにシールキャップ５２が取り
付けられており、このボートエレベータによるシールキ
ャップ５２の昇降動作により行われる。また、シールキ
ャップ５２に回転軸３３が取り付けられボート３０を回
転させることも可能となる。ボートの回転は、ウェーハ
の均一性を向上するのに有効である。 【００１４】マニホールド４０の下部からノズル２１が
アウターチューブ１０内に挿入され、ボート３０の上端
近傍まで延在している。ノズル２１から供給された原料
ガスは、ボート３０上に噴出され、アウターチューブ１
０内の空間を通って下方に流れ、排気管４２から排気さ
れる。 【００１５】本実施の形態では、従来技術で使用してい
たインナーチューブを取り外し、アウターチューブ１０
の内径を限りなく小さくする（例えば、胴体部１２の内
径をウェーハ径＋（５０〜７０ｍｍ）とする）ことで、
ウェーハを保持するボート３０との距離を短くすること
により、ドーパント濃度均一性、膜厚均一性の向上を図
ることができる。また、反応管（アウターチューブ１
０）とボート３０の間に原料ガスをボート３０上まで導
入するノズル２１を設け、反応ガスを上から下へ反応管
（アウターチューブ１０）内に流すことにより、反応炉
内への炉下部からの汚染を防止することができる。この
ように、インナーチューブを取り外し、アウターチュー
ブ１０のみとしたので、図２にようにインナーチューブ
１２０とアウターチューブ１１０との間に反応ガスを上
から下へ流す必要がなくなり、その結果、原料ガスをボ
ート３０上に導入するノズル２１を設けて、反応ガスを
上から下へアウターチューブ１０内を流すことができる
ようになって、炉下部からの汚染を防止することができ
るようになった。 【００１６】また、アウターチューブ１０のフランジ部
１４と胴体部１２との間に円錐形状の円錐部１３を設け
ることにより、反応管を交換するのみで、図２に示すよ
うな、インナーチューブ１２０とアウターチューブ１１
０を設けることも可能で、図２に示すような原料ガスを
下から上へ流す方式に容易に変更可能である。なお、こ
のためには、図１には図示していないが、図２に示すよ
うなインナーリング取り付け部材４６をマニホールド４
０内部に設けておけばよい。 【００１７】また、本実施の形態の装置は、インナーチ
ューブ１２０とアウターチューブ１１０を用いる図２に
示す装置と共用部品で製作できる。特に反応管を取り付
ける炉口部は繁雑な構造となっているが、主にマニホー
ルド４０、ベースフランジ５１、シールキャップ５２が
共通化でき、製作コストを低減できる。 【００１８】また、アウターチューブ１０（反応管）の
形状を下記とすることにより、反応管の強度を向上させ
ている。 フランジ部１４、円錐部１３：厚肉７〜１５ｍｍ（最適
値１０ｍｍ） 胴体部１２、天板部１１：３〜７ｍｍ（最適値４ｍｍ） 安全率：１１倍（なお、ここで、安全率とは、部材の破
壊点に達する荷重と設計上考えられた荷重との比をい
う。） なお、フランジ部１４の内径は、胴体部１２の内径＋
（３０〜６０ｍｍ）である。 【００１９】ここで、アウターチューブ１０の下部のフ
ランジ部１４と胴体部１２とを図２に示すように直角と
せず、フランジ部１４と胴体部１２ｂとの間に 断面テ
ーパ状の円錐部１３を設けたのは、反応管（アウターチ
ューブ１０）内を減圧にし、また反応管（アウターチュ
ーブ１０）を加熱したときの強度を保つためである。 【００２０】次に、本実施の形態の装置１を用いた成膜
方法の一実施例について説明する。例えば、１００枚の
半導体シリコンウエハ（図示せず）をボート３０に搭載
し、アウターチューブ１０の外側のヒータ（図示せず）
により４００℃〜７００℃にアウターチューブ１０内を
加熱し、反応ガスのＳｉＨ₄、ＧｅＨ₄およびドーピング
ガスとしてＢＣｌ₃、キャリアガスとしてＨ_２をノズル
２１より流し、排気管４２より排気して、反応管（アウ
ターチューブ１０）内の圧力を０．１Ｐａ〜１００Ｐａ
に保った状態で、ＳｉおよびＳｉＧｅのエピタキシャル
成長を行った。このとき、成膜した膜の膜厚均一性はＢ
濃度均一性で±２．７％であった。また、炉下部からの
汚染により、基板の膜成長不良を引きおこすことはなか
った。なお、本実施の形態の装置１は、上記温度と圧力
に限定されず、それぞれ温度４００℃〜９００℃、圧力
０．１Ｐａ〜５００Ｐａの範囲で好適に使用できる。 【００２１】本実施の形態によれば、均一性を向上する
ことができ、また、石英部品の交換（アウターチューブ
１０と、インナーチューブ１２０およびアウターチュー
ブ１１０との交換）でプロセスの使い分けが可能であ
る。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、高清浄雰囲気で良質な
膜を生成し、膜厚均一性を向上することのできる半導体
製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態の半導体製造装置の概略
縦断面図である。 【図２】従来の半導体製造装置の概略縦断面図である。 【符号の説明】 １…半導体製造装置 １０…アウターチューブ １１…天板部 １２…胴体部 １３…円錐部 １４…フランジ部 ２１、２３…ノズル ２２…ガス導入ポート ３０…ボート ３１…基板載置溝 ３２…ボート台 ３３…回転軸 ４０…マニホールド ４２…排気管 ４３…フランジ ４４…取り付け部材 ４５…オーリング ４６…インナーチューブ取り付け部材 ５１…ベースフランジ ５２…シールキャップ １１０…アウターチューブ １１３…フランジ部 １２０…インナーチューブ

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA03 AA05 AA06 AA16 BA09 BA29 BB02 CA04 CA12 FA10 KA04 KA09 KA45 LA15 5F045 AB01 AB02 AC01 AC19 AD08 AD09 AD10 AD11 AE13 AE15 AE17 AE19 BB01 BB15 DP19 EB02 EC02 EE20 EF02 EF13

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】反応管の胴体部と反応管を取り付ける反応
   管のフランジ部との間に、径が胴体部上側で小さく、フ
   ランジ部側で大きくなる傾斜部を設けた反応管を具備し
   たことを特徴とする半導体製造装置。