JP2005259841A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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JP2005259841A JP2004066740A JP2004066740A JP2005259841A JP 2005259841 A JP2005259841 A JP 2005259841A JP 2004066740 A JP2004066740 A JP 2004066740A JP 2004066740 A JP2004066740 A JP 2004066740A JP 2005259841 A JP2005259841 A JP 2005259841A
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JP2004066740A
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Japanese (ja)
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Mitsuru Hasegawa
長谷川  満
Kazuyuki Toyoda
一行 豊田
Taketoshi Sato
武敏 佐藤
Masanori Sakai
正憲 境
Nobuhito Shima
信人 嶋
Tadashi Konya
忠司 紺谷
Yasuo Kunii
泰夫 国井
Takashi Nakagawa
崇 中川
Akihiro Miyauchi
昭浩 宮内
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus that can switch a material gas for a short time. <P>SOLUTION: The substrate processing apparatus is provided with a reaction tube 203 to house stacked semiconductor wafers 200, a heating source 207 installed outside the reaction tube 203, a gas supply tube 302 to introduce a gas into the reaction tube 203, and two gas exhaust tubes 303 and 311 to discharge the gas from the reaction tube 203. A gas jetting port 308 is provided opposite to the stacked wafers 200 in the gas supply tube 302, while a gas discharge port 309 is provided opposite to the stacked wafers 200 in the gas exhaust tube 303, and the gas discharge port is provided at a position where it is not opposite to the stacked wafers 200 in the gas exhaust tube 311. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、複数の半導体基板に薄膜を同時に形成する縦型気相成長装置に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a vertical vapor phase growth apparatus for simultaneously forming thin films on a plurality of semiconductor substrates.

半導体デバイスを製造するために基板表面に薄膜を形成する技術としてはCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法が一般に用いられてきた。しかし、半導体デバイスの微細化に伴い、デバイスに利用される各種材料の薄膜を高精度に形成する要求が高まり、これを実現するためにALD(Atomic Layer Deposition;原子層堆積)法と呼ばれる技術の適用が進められている。ALD法は、薄膜の原料となる複数の原料ガスを交互に切り換え、かつ、繰り返して基板表面に供給することで薄膜を形成する技術である。しかし、デバイス適用に必要な厚みの薄膜を形成するにはガスの切り換えを数百〜数千回行うことが必要とされるため、プロセス制御性などの点から、従来は基板を一枚ずつ処理する枚葉方式の装置が利用されてきた。しかし枚葉方式ではスループットが低いという問題があり、この問題を解決するために、数十枚の基板を一括処理することが可能なバッチ方式装置の開発が求められている。このとき、複数設置された基板に薄膜を同時に、かつ均一に形成するためには、基板に供給される原料ガスを装置内部で均一に供給することが必要である。これに対して例えば特開平5−211122号公報に開示されている縦型CVD装置によれば、装置内部のガス濃度を均一化できることが示されている。
特開平5−211122号公報
As a technique for forming a thin film on a substrate surface in order to manufacture a semiconductor device, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method has been generally used. However, with the miniaturization of semiconductor devices, the demand for forming thin films of various materials used in devices with high precision has increased, and in order to realize this, a technique called ALD (Atomic Layer Deposition) method has been developed. Application is in progress. The ALD method is a technique for forming a thin film by alternately switching a plurality of source gases serving as a thin film material and repeatedly supplying them to the substrate surface. However, in order to form a thin film with the thickness necessary for device application, it is necessary to switch gas several hundreds to thousands of times. Conventionally, from the point of process controllability, the substrates are processed one by one. Single-wafer type devices have been used. However, the single wafer system has a problem of low throughput, and in order to solve this problem, development of a batch system apparatus capable of batch processing several tens of substrates is required. At this time, in order to simultaneously and uniformly form a thin film on a plurality of substrates, it is necessary to uniformly supply the source gas supplied to the substrate inside the apparatus. On the other hand, for example, according to the vertical CVD apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-211122, it is shown that the gas concentration inside the apparatus can be made uniform.
JP-A-5-211122

上記の従来の構造では、排気管が装置に比較して小さいために、原料ガスの供給によって上昇した装置内部の圧力を所定の圧力まで低下させるためには比較的長い時間が必要となる。ALD法においては、一つの原料ガスを供給した後に装置内部を排気して所定の圧力まで低下させてから次の原料ガスを供給する、という手順を数百〜数千回繰り返すため、従来構造をALD法に適用した場合には、特に基板の枚数増加や大口径化により装置が大型化した場合に、排気に要する時間が著しく増大してスループットを低下させるという問題がある。   In the above conventional structure, since the exhaust pipe is smaller than that of the apparatus, it takes a relatively long time to reduce the pressure inside the apparatus, which has been raised by the supply of the raw material gas, to a predetermined pressure. In the ALD method, the process of supplying the next source gas after supplying one source gas and then exhausting the inside of the apparatus to a predetermined pressure is repeated hundreds to thousands of times. When applied to the ALD method, there is a problem that the time required for exhausting is remarkably increased and throughput is lowered particularly when the apparatus is enlarged due to an increase in the number of substrates or an increase in diameter.

本発明の主な目的は、原料ガスの切り換えを短時間に可能とする基板処理装置を提供することにある。   A main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of switching source gases in a short time.

本発明によれば、
積層した基板を収容する容器と、該容器の外部に設置された加熱源と、外部から前記容器の内部へガスを導入するための少なくとも一つのガス供給管と、前記容器の内部から外部へガスを排出するための少なくとも2つのガス排気管とを備える基板処理装置であって、
前記ガス供給管には、一つ以上のガス噴出口が前記積層した基板に対向するように設置され、
前記少なくとも2つのガス排気管の一方には、一つ以上のガス排気口が前記積層した基板に対向するように設置され、
前記少なくとも2つのガス排気管の他方には、ガス排気口が前記積層した半導体基板には対向しない位置に設置されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
According to the present invention,
A container for storing the laminated substrates, a heating source installed outside the container, at least one gas supply pipe for introducing gas from the outside into the container, and a gas from the inside to the outside A substrate processing apparatus comprising at least two gas exhaust pipes for discharging
The gas supply pipe is installed so that one or more gas jets face the laminated substrate,
One of the at least two gas exhaust pipes is provided with one or more gas exhaust ports so as to face the laminated substrate,
A substrate processing apparatus is provided in which the other of the at least two gas exhaust pipes is provided at a position where a gas exhaust port does not face the stacked semiconductor substrate.

好ましくは、前記積層した基板に対向するように設置された前記ガス排気口の断面積が、前記積層した基板には対向しないように設置された前記ガス排気口の断面積よりも小さい。   Preferably, a cross-sectional area of the gas exhaust port installed so as to face the stacked substrate is smaller than a cross-sectional area of the gas exhaust port installed so as not to face the stacked substrate.

また、好ましくは、前記積層した基板に対向するように設置された前記ガス排気口の断面積の総和が、前記積層した基板には対向しないように設置された前記排気口の断面積の総和よりも小さい。   Preferably, the sum of the cross-sectional areas of the gas exhaust ports installed so as to face the stacked substrates is the sum of the cross-sectional areas of the exhaust ports installed so as not to face the stacked substrates. Is also small.

また、本発明によれば、上記基板処理装置を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法が提供される。   Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which manufactures a semiconductor device using the said substrate processing apparatus is provided.

また、本発明によれば、
積層した半導体基板を収容する容器と、該容器の外部に設置された加熱源と、外部から前記容器の内部へガスを導入するための一つ以上のガス供給管と、前記容器の内部から外部へガスを排出するための複数のガス排気管とを備え、
前記ガス供給管には、一つ以上のガス噴出口が前記積層した半導体基板に対向するように設置され、
前記複数のガス排気管のうちの少なくとも一つには、一つ以上のガス排気口が前記積層した半導体基板に対向するように設置され、
前記複数のガス排気管のうちの他の少なくとも一つには、ガス排気口が前記積層した半導体基板には対向しない位置に設置されている半導体基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ガス供給管から前記容器内部に第1番目の原料ガスを供給し、かつ、前記複数のガス排気管のうち前記ガス排気口が前記積層した半導体基板に対向するように設置された前記ガス排気管より第1番目の原料ガスを排気する工程と、
前記ガス供給管から前記容器内部への第1番目の原料ガスの供給を停止し、かつ、前記複数のガス排気管のうち前記ガス排気口が前記積層した半導体基板に対向しない位置に設置されている前記ガス排気管より第1番目の原料ガスを排気する工程とを、第n番目(nは整数)の原料ガスまで繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A container for housing the laminated semiconductor substrate, a heat source installed outside the container, one or more gas supply pipes for introducing gas from the outside into the container, and from the inside of the container to the outside A plurality of gas exhaust pipes for discharging gas to the
In the gas supply pipe, one or more gas outlets are installed so as to face the laminated semiconductor substrate,
At least one of the plurality of gas exhaust pipes is installed such that one or more gas exhaust ports are opposed to the stacked semiconductor substrates,
At least one of the plurality of gas exhaust pipes is a method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor substrate processing apparatus in which a gas exhaust port is installed at a position not facing the stacked semiconductor substrate. And
The first gas source gas is supplied from the gas supply pipe into the container, and the gas exhaust is installed such that the gas exhaust port of the plurality of gas exhaust pipes faces the stacked semiconductor substrate. Exhausting the first source gas from the tube;
The supply of the first source gas from the gas supply pipe to the inside of the container is stopped, and the gas exhaust port of the plurality of gas exhaust pipes is installed at a position not facing the stacked semiconductor substrate. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of exhausting the first source gas from the gas exhaust pipe is repeated up to the nth source gas (n is an integer).

本発明によれば、原料ガスの切り換えを短時間に可能とする基板処理装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the substrate processing apparatus which enables switching of source gas in a short time is provided.

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例の基板処理装置である縦型気相成長装置10の処理炉202を説明するための概略縦断面図であり、図2は、図1のAA線横断面図である。
縦型気相成長装置10の処理炉202は、石英製の反応管203と、反応管203の内部に設置された石英製のガス供給管302、第一ガス排気管303、ボート217、及びボート217を回転する回転軸305を備えている。反応管203の外側を取り囲む形でヒータ等の加熱源207が設置されている。ボート217の所定の位置には基板としての半導体ウエハ200が複数枚鉛直方向に積載されている。ガス供給管302には、ボート217に積層して搭載されたウエハ200に対向する位置に複数のガス噴出口108が設けられている。第一ガス排気管303には、ボート217に積層して搭載されたウエハ200に対向する位置に複数のガス排気口109が設けられている。これらのガス噴出口308及びガス排気口309は、ボート217に隣接して搭載された二枚のウエハ200の中間にそれぞれ位置するように設置されている。さらに反応管203の下部にはキャップ219が設けられ、さらにキャップ219に接続する形で第二ガス排気管311が設けられている。第二ガス排気管311の排気口312は、キャップ219に開口して設けられ、ボート217に積層して搭載されたウエハ200に対向しない位置に設けられている。ここで、第二ガス排気管311は第一ガス排気管303と比べて高い排気能力を有するようにコンダクタンス等の調整をしており、ここでは第一ガス排気管303に設けられたガス排気口108の断面積の総和と比べて第二ガス排気管311の断面積の方が大きくなるようにしている。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a processing furnace 202 of a vertical type vapor phase growth apparatus 10 which is a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a line AA in FIG. It is a cross-sectional view.
The processing furnace 202 of the vertical vapor phase growth apparatus 10 includes a quartz reaction tube 203, a quartz gas supply tube 302, a first gas exhaust pipe 303, a boat 217, and a boat installed inside the reaction tube 203. A rotation shaft 305 that rotates 217 is provided. A heating source 207 such as a heater is installed so as to surround the outside of the reaction tube 203. A plurality of semiconductor wafers 200 as substrates are stacked in a vertical direction on a predetermined position of the boat 217. The gas supply pipe 302 is provided with a plurality of gas ejection ports 108 at positions facing the wafers 200 stacked and mounted on the boat 217. The first gas exhaust pipe 303 is provided with a plurality of gas exhaust ports 109 at positions facing the wafers 200 stacked and mounted on the boat 217. The gas outlet 308 and the gas outlet 309 are installed so as to be positioned between the two wafers 200 mounted adjacent to the boat 217. Further, a cap 219 is provided at the lower part of the reaction tube 203, and a second gas exhaust pipe 311 is provided so as to be connected to the cap 219. The exhaust port 312 of the second gas exhaust pipe 311 is provided so as to open to the cap 219 and not to face the wafer 200 stacked and mounted on the boat 217. Here, the conductance or the like is adjusted so that the second gas exhaust pipe 311 has a higher exhaust capacity than the first gas exhaust pipe 303. Here, the gas exhaust port provided in the first gas exhaust pipe 303 is adjusted. The cross sectional area of the second gas exhaust pipe 311 is made larger than the sum of the cross sectional areas 108.

なお、図には示していないが、ガス供給管302は外部から原料ガスを輸送するためのガス供給系へと接続されており、また第一ガス排気管303及び第二ガス排気管311はそれぞれ排気したガスを外部へ排出するためのガス排気系へと接続されている。   Although not shown in the figure, the gas supply pipe 302 is connected to a gas supply system for transporting the source gas from the outside, and the first gas exhaust pipe 303 and the second gas exhaust pipe 311 are respectively connected to the gas supply system. It is connected to a gas exhaust system for exhausting the exhausted gas to the outside.

この縦型気相成長装置10の処理炉202を用いた場合の、二種類の原料ガスを用いたALD法による薄膜形成方法について説明する。   A thin film forming method by the ALD method using two kinds of source gases when the processing furnace 202 of the vertical vapor phase growth apparatus 10 is used will be described.

図3に薄膜形成方法の手順を示す。最初に、反応管203の内部に存在する不要なガスを第二ガス排気管311により排気して、反応管203内部の圧力を薄膜形成に必要な所定の圧力になるように調整する。次に、第一の原料ガスの供給工程として、まず第二ガス排気管311による排気を停止し、第一ガス排気管303による排気を開始した後、ガス供給管302に第一の原料ガスを供給開始すると、第一の原料ガスはガス供給管302に設けられたガス噴出口308よりボート217に積載されて搭載されたウエハ200へと供給され、第一の原料ガスがウエハ200表面に化学吸着することにより所定の薄膜が形成される。その後、第一の原料ガスはウエハ200で挟まれた空間を通過してガス排気口309へと到達し、第一ガス排気管303を通して外部へと排気される。   FIG. 3 shows the procedure of the thin film forming method. First, unnecessary gas existing in the reaction tube 203 is exhausted by the second gas exhaust tube 311 so that the pressure in the reaction tube 203 is adjusted to a predetermined pressure necessary for forming a thin film. Next, as the first source gas supply step, first, the exhaust through the second gas exhaust pipe 311 is stopped, the exhaust through the first gas exhaust pipe 303 is started, and then the first source gas is supplied to the gas supply pipe 302. When the supply is started, the first source gas is supplied from the gas outlet 308 provided in the gas supply pipe 302 to the wafer 200 loaded and mounted on the boat 217, and the first source gas is chemically applied to the surface of the wafer 200. A predetermined thin film is formed by adsorption. Thereafter, the first source gas passes through the space sandwiched between the wafers 200, reaches the gas exhaust port 309, and is exhausted to the outside through the first gas exhaust pipe 303.

この第一の原料ガス供給工程で、第一ガス排気管303ではなく第二ガス排気管311による排気を行った場合には次の問題が発生する。図4及び図5には第一ガス排気管303による排気を停止して第二ガス排気管311による排気を行った場合の反応管203内部のガス流状態の模式図を示す。このときボート217周辺は図4に示したようなガス噴出口308から第二ガス排気管311へと向かうような下向きのガス流れの分布が生じるために、ガス噴出口308から基ウエハ200へと供給された第一の原料ガスは、図5に示すようにボート217周辺のガスの流れに引き込まれてウエハ200の外周側より排出されてしまう。つまり、ウエハ200への原料ガスの供給が不十分になるという問題を引き起こし、ウエハ200の表面全体に薄膜を形成するのに要する時間が長時間化してしまう。よって、原料ガス供給時にはガス供給管302及び第一ガス排気管303を組み合わせて利用して、ウエハ200の表面の一端より導入された原料ガスが概ねウエハ200の中心に対して反対側の一端から排出されるようなガスの流れを形成することが工程時間の短縮に有効である。   In the first raw material gas supply step, the following problem occurs when exhaust is performed by the second gas exhaust pipe 311 instead of the first gas exhaust pipe 303. 4 and 5 are schematic diagrams showing the gas flow state inside the reaction tube 203 when the exhaust through the first gas exhaust pipe 303 is stopped and the exhaust through the second gas exhaust pipe 311 is performed. At this time, a downward gas flow distribution is generated around the boat 217 from the gas outlet 308 toward the second gas exhaust pipe 311 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the supplied first source gas is drawn into the gas flow around the boat 217 and discharged from the outer peripheral side of the wafer 200. That is, the problem of insufficient supply of the source gas to the wafer 200 is caused, and the time required to form a thin film on the entire surface of the wafer 200 is prolonged. Therefore, when the source gas is supplied, the gas supply pipe 302 and the first gas exhaust pipe 303 are used in combination, so that the source gas introduced from one end of the surface of the wafer 200 is almost from one end opposite to the center of the wafer 200. Forming a gas flow that can be discharged is effective in reducing the process time.

次に、第二の原料ガスを供給する前に行う、反応管203内部に残留する第一の原料ガスの排気工程について述べる。これは反応管203内部において第一及び第二の原料ガスが混合、反応して発生した反応生成物が基板表面に異物として付着したりすることを防止するためである。まず、ガス供給管302への第一の原料ガスの供給を停止し、次に第一ガス排気管303による排気を停止し、次に第二ガス排気管311による排気を開始する。   Next, an exhaust process of the first source gas remaining inside the reaction tube 203 performed before supplying the second source gas will be described. This is to prevent the reaction product generated by mixing and reacting the first and second source gases inside the reaction tube 203 from adhering to the substrate surface as foreign matter. First, the supply of the first source gas to the gas supply pipe 302 is stopped, then the exhaust through the first gas exhaust pipe 303 is stopped, and then the exhaust through the second gas exhaust pipe 311 is started.

このとき第一ガス排気管303だけをそのまま反応管203内部の残留ガス排気に利用した場合、その形状は細長い管形状であるため排気能力が不十分となり排気時間が長くなってしまう。また排気能力を向上させるために第一ガス排気管303の断面積を大きくしてガスのコンダクタンスを大きくすることが考えられるが、これは排気管形状、さらには半導体成長装置の大型化を引き起こすことになるため好ましくない。また、ウエハ200の周辺に大きな構造物を配置することになるので、反応管203外部に設置された加熱源207とウエハ200との距離が遠ざかってしまい、ウエハ200を所定の温度に加熱するためにはより大きなエネルギーが必要となる、等の問題が発生してしまう。一方、第一の原料ガスの排気に第二ガス排気管311を用いた場合、ボート217周辺には下向きのガスの流れが生じてウエハ200で挟まれた空間に存在する原料ガスはウエハ200の外周側全体より速やかに排出されるため、排気時間の短縮に有効である。   At this time, when only the first gas exhaust pipe 303 is used as it is for exhausting residual gas in the reaction tube 203 as it is, the shape thereof is an elongated pipe shape, so that the exhaust capability is insufficient and the exhaust time becomes long. In order to improve the exhaust capacity, it is conceivable to increase the gas conductance by increasing the cross-sectional area of the first gas exhaust pipe 303. However, this causes an increase in the shape of the exhaust pipe and the semiconductor growth apparatus. This is not preferable. In addition, since a large structure is disposed around the wafer 200, the distance between the heating source 207 installed outside the reaction tube 203 and the wafer 200 is increased, and the wafer 200 is heated to a predetermined temperature. This causes problems such as requiring more energy. On the other hand, when the second gas exhaust pipe 311 is used to exhaust the first source gas, a downward gas flow is generated around the boat 217, and the source gas present in the space sandwiched between the wafers 200 is Since it is quickly discharged from the entire outer peripheral side, it is effective for shortening the exhaust time.

なお、この第一の原料ガス排気工程では、第一の原料ガスの供給停止直後にはガス供給管302内部に第一の原料ガスが多量に残留しているため、この残留ガスが全て排出されるまで排気を継続することが好ましい。また、ガス供給管302への第一の原料ガスを供給停止した場合に、原料ガスを替えて薄膜形成には関与しない種類のガスを供給することも、ガス供給管302内部に残留する原料ガスを速やかに排出するのに有効である。   In the first raw material gas exhausting process, a large amount of the first raw material gas remains in the gas supply pipe 302 immediately after the supply of the first raw material gas is stopped. Exhaust is preferably continued until In addition, when the supply of the first raw material gas to the gas supply pipe 302 is stopped, the raw material gas remaining in the gas supply pipe 302 may be supplied by changing the raw material gas and supplying a gas that does not participate in the thin film formation. It is effective to discharge the water quickly.

次に、第一の原料ガスの排気が完了したら、第二の原料ガスについても同様の手順で供給及び排気を行う。まず、第二ガス排気管311による排気を停止し、第一ガス排気管303による排気を開始し、ガスを供給管302より第二の原料ガスを所定の時間供給することで、第二の原料ガスをウエハ200表面に化学吸着させて所定の薄膜を形成する。その後、ガス供給管302への第二の原料ガスの供給を停止し、第一ガス排気管303による排気を停止し、第二ガス排気管311による排気を行って反応管302内部の第二の原料ガスを排出する。   Next, when the exhaust of the first source gas is completed, the second source gas is supplied and exhausted in the same procedure. First, the exhaust by the second gas exhaust pipe 311 is stopped, the exhaust by the first gas exhaust pipe 303 is started, and the second raw material gas is supplied from the supply pipe 302 for a predetermined time, whereby the second raw material Gas is chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 to form a predetermined thin film. Thereafter, the supply of the second source gas to the gas supply pipe 302 is stopped, the exhaust through the first gas exhaust pipe 303 is stopped, the exhaust through the second gas exhaust pipe 311 is performed, and the second gas inside the reaction pipe 302 is discharged. Discharge the source gas.

以上のような工程を所定の回数だけ繰り返して行うことにより、所定の厚みを有する薄膜を高スループットで基板表面に形成することが可能となる。   By repeating the above steps a predetermined number of times, a thin film having a predetermined thickness can be formed on the substrate surface with high throughput.

本実施例では別な縦型気相成長装置の構造、及び薄膜形成方法について述べる。
図6は、本発明の第2の実施例の基板処理装置である縦型気相成長装置の処理炉を説明するための概略横断面図であり、図7は、図6のCC線縦断面図である。
In this embodiment, a structure of another vertical type vapor phase growth apparatus and a thin film forming method will be described.
6 is a schematic cross-sectional view for explaining a processing furnace of a vertical vapor phase growth apparatus which is a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a vertical cross-sectional view taken along line CC in FIG. FIG.

縦型気相成長装置20の処理炉202は石英製の反応管203と、反応管203の内部に設置された石英製の第一ガス供給管351、第二ガス供給管352,第一ガス排気管303、第二ガス排気管311、ボート217およびボート217を回転する回転軸105を備えている。反応管203の外側を取り囲む形でヒータ等の加熱源207が設置されている。ボート217の所定の位置には基板としての半導体ウエハ200が複数枚鉛直方向に積載されている。第一ガス供給管201及び第二ガス供給管202にはボート217に積層して搭載されたウエハ200に対向する位置に複数のガス噴出口353及びガス噴出口354がそれぞれ設けられている。また、第一ガス排気管303には、ボート217に積層して搭載されたウエハ200に複数のガス排気口309が設けられている。これらのガス噴出口353,354及びガス排気口309は、ボート217に隣接して搭載された二枚のウエハ200の中間にそれぞれ位置するように設置されている。さらに反応管203の下部にはキャップ219が設けられている。また、反応管203の下部側壁面には第二ガス排気管311が設けられている。第二ガス排気管311の排気口312は、反応管203の下部側壁面に開口して設けられ、ボート217に積層して搭載されたウエハ200に対向しない位置に設けられている。この場合も、第二ガス排気管311は第一ガス排気管303と比べて高い排気能力を有するようにコンダクタンス等の調整をしており、ここでは第一ガス排気管303に設けられたガス排気口309の断面積の総和と比べて第二ガス排気管3111の断面積の方が大きくなるようにした。本実施例が前述の実施例1と異なるのは、複数のガス供給管351、352を設けたこと、及び、第二ガス排気口311を反応管203の側面下部に設けたことにある。   The processing furnace 202 of the vertical vapor phase growth apparatus 20 includes a quartz reaction tube 203, a quartz first gas supply pipe 351, a second gas supply pipe 352, and a first gas exhaust installed in the reaction tube 203. A pipe 303, a second gas exhaust pipe 311, a boat 217, and a rotating shaft 105 that rotates the boat 217 are provided. A heating source 207 such as a heater is installed so as to surround the outside of the reaction tube 203. A plurality of semiconductor wafers 200 as substrates are stacked in a vertical direction on a predetermined position of the boat 217. The first gas supply pipe 201 and the second gas supply pipe 202 are provided with a plurality of gas outlets 353 and gas outlets 354 at positions facing the wafers 200 stacked on the boat 217. The first gas exhaust pipe 303 is provided with a plurality of gas exhaust ports 309 in the wafer 200 stacked and mounted on the boat 217. The gas outlets 353 and 354 and the gas exhaust port 309 are installed so as to be positioned between the two wafers 200 mounted adjacent to the boat 217, respectively. Further, a cap 219 is provided at the lower part of the reaction tube 203. A second gas exhaust pipe 311 is provided on the lower side wall surface of the reaction tube 203. The exhaust port 312 of the second gas exhaust pipe 311 is provided in an opening on the lower side wall surface of the reaction tube 203 and is provided at a position not facing the wafer 200 stacked and mounted on the boat 217. Also in this case, the conductance or the like is adjusted so that the second gas exhaust pipe 311 has a higher exhaust capacity than the first gas exhaust pipe 303. Here, the gas exhaust provided in the first gas exhaust pipe 303 is adjusted. The sectional area of the second gas exhaust pipe 3111 was made larger than the sum of the sectional areas of the ports 309. This embodiment is different from the first embodiment described above in that a plurality of gas supply pipes 351 and 352 are provided, and a second gas exhaust port 311 is provided in the lower part of the side surface of the reaction pipe 203.

次に縦型気相成長装置20を用いた場合の、二種類の原料ガスを用いたALD法による薄膜形成方法について説明する。   Next, a method for forming a thin film by the ALD method using two kinds of source gases when the vertical vapor phase growth apparatus 20 is used will be described.

図8に薄膜形成方法の手順を示す。最初に、反応管203の内部に存在する不要なガスを第二ガス排気管311により排気して、反応管203内部の圧力を薄膜形成に必要な所定の圧力になるよう調整する。次に、第一の原料ガスの供給工程として、まず第二ガス排気管311による排気を停止し、第一ガス排気管303による排気を開始した後、第一ガス供給管351に第一の原料ガスを供給開始すると、第一の原料ガスは第一ガス供給管351に設けられたガス噴出口353よりボート217に積載されたウエハ200へと供給され、第一の原料ガスがウエハ200表面に化学吸着して薄膜が形成される。その後、第一の原料ガスはウエハ200で挟まれた空間を通過してガス排気口309へと到達し、第一ガス排気管303を通して外部へと排気される。   FIG. 8 shows the procedure of the thin film forming method. First, unnecessary gas existing inside the reaction tube 203 is exhausted by the second gas exhaust tube 311, and the pressure inside the reaction tube 203 is adjusted to a predetermined pressure necessary for forming a thin film. Next, as the first source gas supply step, first, the exhaust by the second gas exhaust pipe 311 is stopped, the exhaust by the first gas exhaust pipe 303 is started, and then the first source gas is supplied to the first gas supply pipe 351. When the gas supply is started, the first source gas is supplied to the wafer 200 loaded on the boat 217 from the gas outlet 353 provided in the first gas supply pipe 351, and the first source gas is supplied to the surface of the wafer 200. A thin film is formed by chemisorption. Thereafter, the first source gas passes through the space sandwiched between the wafers 200, reaches the gas exhaust port 309, and is exhausted to the outside through the first gas exhaust pipe 303.

次に、第一の原料ガスを反応管203内部から排気するため、第一ガス供給管351への第一の原料ガスの供給を停止し、第一ガス排気管303による排気した後、第二ガス排気管311による排気を開始する。   Next, in order to exhaust the first raw material gas from the inside of the reaction tube 203, the supply of the first raw material gas to the first gas supply tube 351 is stopped, exhausted by the first gas exhaust tube 303, Exhaust by the gas exhaust pipe 311 is started.

次に、第二の原料ガスについても同様の手順で供給及び排気を行う。まず第二ガス排気管311による排気を停止し、第一ガス排気管303による排気を開始した後、第二ガス供給管352に第二の原料ガスを供給開始することでウエハ200表面に化学吸着させて所定の薄膜が形成する。その後、ガス供給管352への第二の原料ガスの供給を停止するとともに、第一のガス排気管303による排気を停止して第二ガス排気管311により所定の時間だけ排気することで、反応管203内部の第二の原料ガスを排出して所定の圧力とすることができる。   Next, the second source gas is supplied and exhausted in the same procedure. First, the exhaust by the second gas exhaust pipe 311 is stopped, the exhaust by the first gas exhaust pipe 303 is started, and then the supply of the second source gas to the second gas supply pipe 352 is started, whereby chemical adsorption is performed on the wafer 200 surface. Thus, a predetermined thin film is formed. Thereafter, the supply of the second raw material gas to the gas supply pipe 352 is stopped, the exhaust by the first gas exhaust pipe 303 is stopped, and the second gas exhaust pipe 311 is exhausted for a predetermined time to thereby react. The second source gas inside the tube 203 can be discharged to a predetermined pressure.

以上のような工程を所定の回数だけ繰り返して行うことにより、所定の厚みを有する薄膜を高スループットで基板表面に形成することが可能となる。   By repeating the above steps a predetermined number of times, a thin film having a predetermined thickness can be formed on the substrate surface with high throughput.

以上のように供給する原料ガスの種類により使用するガス供給管を替えた場合、ガス供給管内部で原料ガス同士が混合することが無くなるため、不要な反応生成物の発生を防止でき、品質に優れた基板を得られるという利点がある。また、本実施例の第一ガス排気管303と同様のガス排気管を複数設けて、供給された原料ガスに応じて使用する排気管を使い分けることも、排気管内部での原料ガス同士の反応生成物の発生を防止してガス排気系の配管内部に詰まることを防止できるという点で有効である。   When the gas supply pipe to be used is changed depending on the type of the raw material gas to be supplied as described above, the raw material gases are not mixed inside the gas supply pipe, so generation of unnecessary reaction products can be prevented, and the quality can be improved. There is an advantage that an excellent substrate can be obtained. In addition, a plurality of gas exhaust pipes similar to the first gas exhaust pipe 303 of the present embodiment may be provided, and different exhaust pipes may be used depending on the supplied raw material gas. This is effective in that the generation of products can be prevented and clogging inside the piping of the gas exhaust system can be prevented.

以上説明した本発明の実施例1、2では、縦型気相成長装置において、反応管内よりガスを排気するためのガス排気管を複数設けることにより、基板への原料ガス供給を十分に行うとともに、不要となった原料ガスの排出を速やかに行うことを可能とする効果が得られる。   In the first and second embodiments of the present invention described above, in the vertical vapor phase growth apparatus, by providing a plurality of gas exhaust pipes for exhausting gas from the reaction tube, the source gas is sufficiently supplied to the substrate. Thus, it is possible to quickly discharge the raw material gas that is no longer needed.

次に、図9、図10を参照して本発明が好適に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。   Next, an outline of a semiconductor manufacturing apparatus as an example of a substrate processing apparatus to which the present invention is suitably applied will be described with reference to FIGS.

筐体101内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、カセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、カセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取りつけられている。又、カセットエレベータ115の後側には、カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられると共にカセットステージ105の上方にも予備カセット棚110が設けられている。予備カセット棚110の上方にはクリーンユニット118が設けられクリーンエアを筐体101の内部を流通させるように構成されている。   A cassette stage 105 is provided on the front side of the inside of the housing 101 as a holder transfer member that transfers the cassette 100 as a substrate storage container to and from an external transfer device (not shown). Is provided with a cassette elevator 115 as lifting means, and a cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. A cassette shelf 109 as a means for placing the cassette 100 is provided on the rear side of the cassette elevator 115, and a spare cassette shelf 110 is also provided above the cassette stage 105. A clean unit 118 is provided above the spare cassette shelf 110 so that clean air is circulated inside the housing 101.

筐体101の後部上方には、処理炉202が設けられ、処理炉202の下方には基板としてのウエハ200を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート217を処理炉202に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が設けられ、ボートエレベータ121に取りつけられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ219が取りつけられボート217を垂直に支持している。ボートエレベータ121とカセット棚109との間には昇降手段としての移載エレベータ113が設けられ、移載エレベータ113には搬送手段としてのウエハ移載機112が取りつけられている。又、ボートエレベータ121の横には、開閉機構を持ち処理炉202の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ116が設けられている。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101, and a boat 217 as a substrate holding unit that holds the wafers 200 as substrates in a horizontal posture in multiple stages is raised and lowered to the processing furnace 202 below the processing furnace 202. A boat elevator 121 as an elevating means is provided, and a seal cap 219 as a lid is attached to the tip of an elevating member 122 attached to the boat elevator 121 to support the boat 217 vertically. Between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109, a transfer elevator 113 as an elevating means is provided, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator 113. Further, a furnace port shutter 116 as a shielding member having an opening / closing mechanism and closing the lower surface of the processing furnace 202 is provided beside the boat elevator 121.

ウエハ200が装填されたカセット100は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ105にウエハ200が上向き姿勢で搬入され、ウエハ200が水平姿勢となるようカセットステージ105で90°回転させられる。更に、カセット100は、カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及びカセット移載機114の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ105からカセット棚109又は予備カセット棚110に搬送される。   The cassette 100 loaded with the wafers 200 is loaded into the cassette stage 105 from an external transfer device (not shown) in an upward posture, and is rotated by 90 ° on the cassette stage 105 so that the wafer 200 is in a horizontal posture. Further, the cassette 100 is transported from the cassette stage 105 to the cassette shelf 109 or the standby cassette shelf 110 by cooperation of the raising / lowering operation of the cassette elevator 115, the transverse operation, the advance / retreat operation of the cassette transfer machine 114, and the rotation operation.

カセット棚109にはウエハ移載機112の搬送対象となるカセット100が収納される移載棚123があり、ウエハ200が移載に供されるカセット100はカセットエレベータ115、カセット移載機114により移載棚123に移載される。   The cassette shelf 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 to be transferred by the wafer transfer device 112 is stored. The cassette 100 to which the wafer 200 is transferred is transferred by the cassette elevator 115 and the cassette transfer device 114. Transferred to the transfer shelf 123.

カセット100が移載棚123に移載されると、ウエハ移載機112の進退動作、回転動作及び移載エレベータ113の昇降動作の協働により移載棚123から降下状態のボート217にウエハ200を移載する。   When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the wafers 200 are transferred from the transfer shelf 123 to the boat 217 in a lowered state by the cooperation of the advance / retreat operation, the rotation operation, and the lifting / lowering operation of the transfer elevator 113. Is transferred.

ボート217に所定枚数のウエハ200が移載されるとボートエレベータ121によりボート217が処理炉202に挿入され、シールキャップ219により処理炉202が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉202内ではウエハ200が加熱されると共に処理ガスが処理炉202内に供給され、ウエハ200に処理がなされる。   When a predetermined number of wafers 200 are transferred to the boat 217, the boat 217 is inserted into the processing furnace 202 by the boat elevator 121, and the processing furnace 202 is hermetically closed by the seal cap 219. In the processing furnace 202 that is hermetically closed, the wafer 200 is heated and a processing gas is supplied into the processing furnace 202 to process the wafer 200.

ウエハ200への処理が完了すると、ウエハ200は上記した作動の逆の手順により、ボート217から移載棚123のカセット100に移載され、カセット100はカセット移載機114により移載棚123からカセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体101の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ116は、ボート217が降下状態の際に処理炉202の下面を塞ぎ、外気が処理炉202内に巻き込まれるのを防止している。   When the processing on the wafer 200 is completed, the wafer 200 is transferred from the boat 217 to the cassette 100 of the transfer shelf 123 by the reverse procedure of the operation described above, and the cassette 100 is transferred from the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 114. It is transferred to the cassette stage 105 and carried out of the housing 101 by an external transfer device (not shown). The furnace port shutter 116 closes the lower surface of the processing furnace 202 when the boat 217 is in the lowered state, and prevents outside air from being caught in the processing furnace 202.

カセット移載機114等の搬送動作は、搬送制御手段124により制御される。   The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

本発明の第1の実施例の基板処理装置である縦型気相成長装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the processing furnace of the vertical type vapor phase growth apparatus which is a substrate processing apparatus of the 1st Example of this invention. 図1のAA線横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. 本発明の第1の実施例の縦型気相成長装置による薄膜形成手順を説明するための手順図である。It is a procedure figure for demonstrating the thin film formation procedure by the vertical type vapor phase growth apparatus of 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の縦型気相成長装置の処理炉において、排気口位置を変えた場合の反応炉内部のガス流れ状態を説明するための概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the gas flow state inside a reaction furnace when the position of an exhaust port is changed in the processing furnace of the vertical type vapor phase growth apparatus of 1st Example of this invention. 図4のBB線横断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4. 本発明の第2の実施例の基板処理装置である縦型気相成長装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the processing furnace of the vertical type vapor phase growth apparatus which is a substrate processing apparatus of the 2nd Example of this invention. 図6のCC線縦断面図である。It is CC line longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明の第2の実施例の縦型気相成長装置による薄膜形成手順を説明するための手順図である。It is a flowchart for demonstrating the thin film formation procedure by the vertical type vapor phase growth apparatus of the 2nd Example of this invention. 本発明の実施例1および2の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the substrate processing apparatus of Example 1 and 2 of this invention. 本発明の実施例1および2の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the substrate processing apparatus of Example 1 and 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、20…縦型気相成長装置
200…基板(ウエハ)
202…処理炉
203…反応管
207…加熱源
217…ボート
219…キャップ
302…ガス供給管
303…第一ガス排気管
305…回転軸
308…ガス噴出口
309…ガス排気口
311…第二ガス排気管
351…第一ガス供給管
352…第二ガス供給管
353、354…ガス噴出口
10, 20 ... Vertical vapor phase growth apparatus 200 ... Substrate (wafer)
202 ... Processing furnace 203 ... Reaction tube 207 ... Heat source 217 ... Boat 219 ... Cap 302 ... Gas supply tube 303 ... First gas exhaust tube 305 ... Rotating shaft 308 ... Gas outlet 309 ... Gas exhaust port 311 ... Second gas exhaust Pipe 351 ... First gas supply pipe 352 ... Second gas supply pipe 353, 354 ... Gas outlet

Claims (1)

積層した基板を収容する容器と、該容器の外部に設置された加熱源と、外部から前記容器の内部へガスを導入するための少なくとも一つのガス供給管と、前記容器の内部から外部へガスを排出するための少なくとも2つのガス排気管とを備える基板処理装置であって、
前記ガス供給管には、一つ以上のガス噴出口が前記積層した基板に対向するように設置され、
前記少なくとも2つのガス排気管の一方には、一つ以上のガス排気口が前記積層した基板に対向するように設置され、
前記少なくとも2つのガス排気管の他方には、ガス排気口が前記積層した半導体基板には対向しない位置に設置されていることを特徴とする基板処理装置。
A container for storing the laminated substrates, a heating source installed outside the container, at least one gas supply pipe for introducing gas from the outside into the container, and a gas from the inside to the outside A substrate processing apparatus comprising at least two gas exhaust pipes for discharging
The gas supply pipe is installed so that one or more gas jets face the laminated substrate,
One of the at least two gas exhaust pipes is provided with one or more gas exhaust ports so as to face the laminated substrate,
A substrate processing apparatus, wherein a gas exhaust port is installed on the other of the at least two gas exhaust pipes so as not to face the laminated semiconductor substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101243541B1 (en) 2005-10-11 2013-03-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing apparatus, substrate processing method and computer readable storage medium
JP2014090212A (en) * 2014-02-01 2014-05-15 Tokyo Electron Ltd Processing container structure and processing apparatus
TWI496937B (en) * 2011-02-09 2015-08-21 Tokyo Electron Ltd Film-forming apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7927662B2 (en) 2004-06-24 2011-04-19 Tokyo Electron Limited CVD method in vertical CVD apparatus using different reactive gases
KR101243541B1 (en) 2005-10-11 2013-03-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing apparatus, substrate processing method and computer readable storage medium
TWI496937B (en) * 2011-02-09 2015-08-21 Tokyo Electron Ltd Film-forming apparatus
JP2014090212A (en) * 2014-02-01 2014-05-15 Tokyo Electron Ltd Processing container structure and processing apparatus

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