JP2004095575A

JP2004095575A - 減圧化学気相成長装置

Info

Publication number: JP2004095575A
Application number: JP2002250533A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yoshinaga; 吉永　真二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】成膜された気相成長膜の面内での膜厚均一性を向上させ、基板に良好な膜形成ができる減圧化学気相成長装置を提供する。
【解決手段】減圧状態の反応器２２内に反応ガスを導入して、該反応器２２内のボート３２の支柱３４に設けられた保持部３７に、該支柱３４の立設方向に所定間隔を設けるようにして水平に保持された複数枚のシリコン基板３６の板面に成膜を行なう装置で、ボート３２の支柱３４に反応ガスの流通路３８が形成されていると共に、保持されたシリコン基板３６の板面への反応ガス送出口３９が形成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体基板にポリシリコン膜や二酸化シリコン膜等を成膜する際に用いる減圧化学気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、半導体装置の製造過程で、シリコン基板面にポリシリコン膜や二酸化シリコン膜等を成膜する場合、減圧化学気相成長装置を用い、その減圧された所定温度の雰囲気中にシリコン基板を保持し、所定の反応ガスを導入して所定時間経過させることで基板表面に所要とする膜等を成膜させる。そして、未反応成膜種が残っている成膜後の反応ガスについては捕獲器を通流させて未反応成膜種等を捕集してから排出し、回収するようにしている。
【０００３】
以下、図６を参照して従来技術を説明する。図６は縦断面図である。
【０００４】
図６において、減圧化学気相成長装置１は、反応器２と反応器２内を減圧する真空ポンプ等の減圧機構３を備えて構成されており、反応器２には上端が閉塞された縦型円筒状の反応管４の内部に、同じく円筒状の内管５が配設されており、反応管４の下端は、蓋部材６により気密に閉塞可能となっている。さらに内管５内には、基台７上に４本の支柱８を立設し、支柱８の上端に上板９を設け、また支柱８に所定間隔で保持部１０を配してなるボート１１が設けられている。そして、各保持部１０には、所定間隔を板面間に設けて支柱８の立設方向に、基板、例えばシリコン基板１２が水平に保持される。
【０００５】
また、反応器２には、その下部に外部の図示しない反応ガス供給部から内管５内に反応ガスを導入するガス導入管１３の管端が開口しており、さらに内管５と反応管４の間の空間内から成膜後の反応ガス等を、開閉弁１４、図示しない捕獲器、さらに真空ポンプ等の減圧機構３を介して排出し、図示しないガス回収部に回収するガス排出管１５の管端が開口している。なお、１６はガス導入管１３の中間部分に挿入されたジョイントであり、１７は反応器２内を所定温度となるように外側から加熱する加熱器である。
【０００６】
そして、上記のように構成されたものでの成膜は、次のように行なわれる。先ずボート１１の保持部１０にそれぞれシリコン基板１２を保持させて反応器２の内管５内に収納する。続いて、開閉弁１４を開放状態にし、反応ガス供給部からの反応ガスの供給を停止した状態で、反応器２内を減圧機構３により所定の減圧状態にし、さらに加熱器１７によって雰囲気温度が所定の温度となるよう加熱し、所定の減圧状態と雰囲気温度を維持し続ける。その後、反応ガス供給部から反応器２の内管５内にガス導入管１３を通じて反応ガスを所定の流量で、所定の時間供給することにより、シリコン基板１２の板面に、所要とする膜厚を有する所望の気相成長膜の成膜を行なう。
【０００７】
また、この時の反応器２内における反応ガスの流れについては、先ずガス導入管１３の管端から内管５内に供給された後、内管５内を下部側から上部側に向って流れる。その間に、ボート１１の保持部１０にそれぞれ水平に保持されているシリコン基板１２の各板面間を流れ、シリコン基板１２への成膜を行う。その後、反応管４の内壁面と内管５の外壁面の間を上部側から下部側に流れ、ガス排出管１５を介して排出され、ガス回収部に回収される。
【０００８】
しかしながら上記の従来技術においては、ガス導入管１３を通じて反応器２内に供給された反応ガスは、ボート１１の外方側から保持部１０に保持されているシリコン基板１２の各板面間を流れるとき、ボート１１の支柱８がガスの流れの中に立設するものであるから、支柱８の回りでガスの流れが乱れ、澱み等が生じ、シリコン基板１２の板面に対して不均一に供給されてしまう。このため、シリコン基板１２の板面内で膜形成速度にばらつきが生じ、面内での膜厚均一性が良好でなくなってしまう虞があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは基板に成膜された気相成長膜の面内での膜厚均一性を向上させ、良好な膜形成ができる減圧化学気相成長装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の減圧化学気相成長装置は、減圧状態の反応器内に反応ガスを導入して、該反応器内のボートの支柱に設けられた保持部に、該支柱の立設方向に所定間隔を設けるようにして水平に保持された複数枚の基板の板面に成膜を行なう減圧化学気相成長装置において、前記ボートの支柱に前記反応ガスの流通路が形成されていると共に、前記基板板面への反応ガス送出口が形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記反応ガス送出口が、保持部に保持された各基板に対応して形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記支柱が、対称位置に複数立設するものであって、該支柱のそれぞれに反応ガス送出口が形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、基板板面への反応ガスの供給が、反応ガス送出口を通じてのみ行なわれるものであることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は縦断面図であり、図２は部分断面図であり、図３は要部の横断面図であり、図４は面内の膜厚測定結果を示す図であり、図５は面内の膜厚分布を示す図である。
【００１２】
図１乃至図５において、減圧化学気相成長装置２１は、反応器２２と反応器２２内を減圧する真空ポンプ等の減圧機構２３を備えて構成されている。反応器２２は、上端が閉塞された縦型円筒状の反応管２４と、蓋台２５上に円筒状部材２６を設けて反応管２４の下端開口を気密に閉塞可能とする蓋２７を備えおり、反応管２４を閉塞するあたっては、円筒状部材２６の上端と反応管２４の下端とが、気密に結合される。
【００１３】
また蓋２７には、その円筒状部材２６の内壁面に下端のフランジ部２８を固着するようにして、反応管２４内に円筒状の内管２９が同軸に配設されている。さらに円筒状部材２６の内管２９の固着位置より上方位置には、内壁面に成膜後の反応ガス等を、開閉弁３０、図示しない捕獲器、さらに真空ポンプ等の減圧機構２３を介して排出し、図示しないガス回収部に回収するガス排出管３１の管端が開口している。またさらに蓋２７には、蓋台２５上にボート３２が内管２９の中央に位置するよう設けられている。
【００１４】
また、蓋台２５上に設けられたボート３２は、高さが内管２９の上端位置と略等しくなっていて、基台３３上に４本の支柱３４を、回転対称となる位置に立設し、支柱３４の上端に上板３５を設け、また支柱３４に所定間隔で気相成長膜を形成する基板、例えばシリコン基板３６を水平に保持する保持部３７を設けて構成されている。さらに各支柱３４には、反応ガスの流通路３８が軸方向に形成されており、また各保持部３７には、保持したシリコン基板３６の上面中央方向に指向して開口する反応ガス送出口３９が、流通路３８に連通するように形成されている。
【００１５】
また、ボート３２の基台３３には、立設する各支柱３４の流通路３８に連通する反応ガスの分配路４０が内部に形成されており、さらに基台３３には、分配路４０に連通すると共に蓋台２５を下面側に貫通するようにガス導入口４１が形成されている。そして、ガス導入口４１には、ジョイント４２を間に設けてガス導入管４３が接続されており、ガス導入管４３を介して外部の図示しない反応ガス供給部から反応ガスが導入できるようになっている。なお、４４は反応器２２内を所定温度となるように外側から加熱する加熱器である。
【００１６】
そして、上記のように構成されたものでの成膜は、次のように行なわれる。先ずボート３２の保持部３７にそれぞれシリコン基板３６を保持させて反応器２２の内管２９内に収納する。この時、各シリコン基板３６は、ボート３２の保持部３７に、水平状態で板面間に所定間隔を設けて支柱３４の立設方向に保持される。続いて、開閉弁３０を開放状態にし、反応ガス供給部からの反応ガスの供給を停止した状態で、反応器２２内を減圧機構２３により所定の減圧状態にし、さらに加熱器４４によって雰囲気温度が所定の温度となるよう加熱し、所定の減圧状態と雰囲気温度を維持し続ける。
【００１７】
その後、反応ガス供給部から反応器２２内のシリコン基板３６を保持するボート３２にガス導入管４３を通じて反応ガスを供給する。ガス導入管４３を通じてボート３２に供給された反応ガスは、ガス導入口４１から基台３３の分配路４０を流れて各支柱３４の流通路３８に分配される。さらに反応ガスは流通路３８を上方に流れ、各保持部３７に形成された反応ガス送出口３９から、水平に保持されているシリコン基板３６の板面上を指向する中央方向に放出される。放出された反応ガスは板面間の空間を拡散しながら流れ、また所定の流量で、所定の時間供給することによって、シリコン基板３６の板面上に所要とする膜厚を有する所望の気相成長膜の成膜がなされる。
【００１８】
一方、シリコン基板３６への成膜が行なわれた後の反応ガス、すなわち成膜後の反応ガスは、シリコン基板３６の板面間の空間から内管２９内を流れ、さらに内管２９の上端から反応管２４の内壁面と内管２９の外壁面の間に流れ込み、ここを上部側から下部側に流れ、ガス排出管３１を介して反応器２２外に排出され、ガス回収部に回収される。
【００１９】
そして、上記のように構成した減圧化学気相成長装置２１による成膜結果を、直径２００ｍｍのシリコン基板３６の板面上にポリシリコン膜を成膜することによって見たところ、次のようなものであった。すなわち、成膜条件を、反応器２２内の温度を６２０℃とし、内部圧力を０．０５ｋＰａとし、反応器２２内にシラン（ＳｉＨ_４）を２０００ＳＣＣＭの流量で流し、１３分間の処理時間でポリシリコン膜を形成した。
【００２０】
そして、図３に示すように、シリコン基板３６の対向する反応ガス送出口３９間の直径上に、基板中央を含むようにして間隔距離ｒが３２ｍｍとなるように測定ポイントａ，ｂ，ｃ，ｄ（基板中央），ｅ，ｆ，ｇの７ポイントを定め、各測定ポイントでの膜厚を測定したところ、測定値は図４に示す本発明欄の各値であり、膜厚分布は図５に示す特性線Ａの通りとなり、膜厚のばらつき範囲は９７ｎｍ〜１０２ｎｍであった。また、この結果に基づき膜厚均一性を、
［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００％
で算出したところ、膜厚均一性は２．５％であった。
【００２１】
なお、従来の構成の減圧化学気相成長装置により同じ成膜条件のもとで成膜したところ、膜厚の測定値は図４に示す従来欄の各値であり、膜厚分布は図５に示す特性線Ｂの通りとなり、膜厚のばらつき範囲は９０ｎｍ〜１０５ｎｍであり、さらに膜厚均一性は７．６％であった。
【００２２】
以上の通り、従来は特に基板外縁部で膜厚に大きなばらつきがあったが、上記構成とすることで、反応ガスの流れが支柱３４の影響による澱み等の少ないものとなって、面内での成膜速度の差が少なくなり、基板外縁部での膜厚のばらつきが非常に小さいものとすることができ、膜厚均一性でみても大幅に向上したものとすることができ、良好な膜形成を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板に成膜された気相成長膜の面内での膜厚均一性が向上し、良好な膜形成ができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における要部の横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における面内の膜厚測定結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における面内の膜厚分布を示す図である。
【図６】従来技術を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２２…反応器
３２…ボート
３４…支柱
３６…シリコン基板
３７…保持部
３８…流通路
３９…反応ガス送出口

Claims

減圧状態の反応器内に反応ガスを導入して、該反応器内のボートの支柱に設けられた保持部に、該支柱の立設方向に所定間隔を設けるようにして水平に保持された複数枚の基板の板面に成膜を行なう減圧化学気相成長装置において、前記ボートの支柱に前記反応ガスの流通路が形成されていると共に、前記基板板面への反応ガス送出口が形成されていることを特徴とする減圧化学気相成長装置。
前記反応ガス送出口が、保持部に保持された各基板に対応して形成されていることを特徴とする請求項１記載の減圧化学気相成長装置。
前記支柱が、対称位置に複数立設するものであって、該支柱のそれぞれに反応ガス送出口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の減圧化学気相成長装置。
基板板面への反応ガスの供給が、反応ガス送出口を通じてのみ行なわれるものであることを特徴とする請求項１記載の減圧化学気相成長装置。