JP2006339564A - 縦型ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
耐震性に優れ、定期的な治具の交換頻度の削減を可能とすると共に、被処理基板において面内均一性および炉内均一性の優れた酸化膜を形成することが可能な縦型ＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】
本発明の縦型ＣＶＤ装置は、垂直に保持されるアウターチューブと、このアウターチューブ内側に同心状に配されるインナーチューブ１と、インナーチューブ１の内側に配され、複数の被処理基板を保持するためのカバーボートと、前記インナーチューブの内側に配され、カバーボートに対向して配されるボートカバー２とを備え、ボートカバー２が、その上端部及び下端部においてインナーチューブ１に固定される。そして、ボートカバー２下端部のインナーチューブ１への固定が行われる固定部におけるインナーチューブ１径方向断面内に、インナーチューブ１内に供給される成膜ガスの一部がボートカバー２とインナーチューブ１との間に形成される空間に供給される開口を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、減圧ＣＶＤ法により複数の半導体基板上に膜形成を行うための縦型ＣＶＤ装置であって、特に、成膜均一性の優れたＨＴＯ膜の形成に好適な縦型ＣＶＤ装置に関する。

従来から、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造形成のため、多結晶シリコンからなるゲート電極には、例えば、ＳｉＯ_２膜からなるサイドウォールスペーサが設けられる場合がある。そして、このサイドウォールスペーサを形成するためのＳｉＯ_２膜の堆積方法としては、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜方法が一般に用いられている。

ＣＶＤ法により形成される膜の中で、７００〜９５０℃の高温での減圧ＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）は、高温酸化膜（High Temperature Oxide：ＨＴＯ膜）と呼ばれ、構造が緻密でエッチング液等に対する耐蝕性や絶縁耐圧性に優れているので、前記半導体デバイスのゲート電極のサイドウォールスペーサとして広く利用されている。そして、このようなＨＴＯ膜を減圧ＣＶＤ法により成膜するための原料ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）と亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の組み合わせが使用される。

ここで、前記ＨＴＯ膜は、一般に、縦型炉を用いたバッチ処理により成膜される。そして、前記縦型炉としては、後述する特許文献１の図５において従来技術として示されているように、減圧空間を確保するためのアウターチューブの中にインナーチューブ（３）を配し、さらに、そのインナーチューブの中に、被処理基板である複数のウェハを保持するボートと、そのボートの側面を覆うカバー部材とからなるカバーボート（８）と、そのカバーボートのカバー部材に対向して設置されるボートカバー（１１）とを配置した構成のものが一般に用いられる。

このようなインナーチューブ（３）の中にボートカバー（１１）を配する構成の縦型炉においては、一般に、ボートカバー（１１）は、インナーチューブ（３）の中に吊り下げる形で配置される。そして、インナーチューブの上端にはボートカバー位置決め用の突起（１８）が設けられ、一方、ボートカバーにはインナーチューブ上端に設けられた前記突起（１８）と嵌め合わせるための切り欠き（１９）が設けられる。この切り欠きを前記インナーチューブ上端に設けられた突起に嵌め合わせることにより、ボートカバーの位置決めがなされていた。

しかし、上述のように、ボートカバーはインナーチューブの中に吊り下げられているだけであるため不安定である。特に地震が発生した場合、縦型炉は激しく横揺れし、インナーチューブの中でボートカバーが左右に振れる。この揺れにより、ボートカバーがインナーチューブ内面と接触しパーティクルを発生させる場合がある。また、ボートカバーとインナーチューブ上端の接触面の内側に堆積した生成物が接触面の動きにより容易に剥がれパーティクルとなる。

成膜直前に、または成膜中にこのような横揺れが発生すると、発生したパーティクルは膜中に取り込まれるため製品として使用することができず廃棄処分となる。また、インナーチューブの突起とボートカバーの切り欠きには若干の遊びがあるため、揺れによりボートカバーが位置ずれを起こす場合もある。位置ずれが発生するとボートカバーとウェハの隙間が変化することになり、その後良好な成膜均一性を得ることが出来なくなる。

この場合には、メンテナンスによりボートカバーの位置を修正し、再度良好な成膜均一性を得られるポジションを出すことになる。さらに、このボートカバーの位置の修正によっても良好な成膜均一性が得られない場合は、チューブを交換し再立ち上げを強いられる。

このような問題に対して、特許文献１（特開平１０−３０３１３５号公報）には、インナーチューブの上端とボートカバーを溶接し、更にボートカバーの下端を、棚板を用いてインナーチューブと溶接する方法が記載されている。このように、ボートカバーの上端および下端をインナーチューブに溶接し固定することで、動作中の経時的な位置ずれを防止するというものである。なお、この特許文献１では、ボートカバーの下端部は、水平に配した半リング状の棚板を介してインナーチューブに溶接される旨が記載されている（特許文献１の段落番号［００２０］参照）。
特開平１０−３０３１３５号公報

上記特許文献１に記載の方法は、上述したように、ボートカバーの上端および下端をインナーチューブに溶接し固定しているため、耐震性は非常に優れている。しかし、ボートカバーの下端部が、水平に配した半リング状の棚板を介してインナーチューブに溶接されているため、前記棚板近傍においてチューブ内における成膜ガスの流れによどみ部分を生じ良好な成膜均一性を得ることが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、耐震性に優れ、定期的な治具の交換頻度の削減を可能とすると共に、被処理基板において面内均一性および炉内均一性の優れた酸化膜を形成することが可能な縦型ＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る縦型ＣＶＤ装置は、垂直に保持されるアウターチューブと、該アウターチューブ内側に同心状に配されるインナーチューブと、該インナーチューブの内側に配され、複数の被処理基板を保持するためのカバーボートと、前記インナーチューブの内側に配され、前記カバーボートに対向して配されるボートカバーとを備え、前記ボートカバーが、その上端部及び下端部において前記インナーチューブに固定された縦型ＣＶＤ装置であって、前記ボートカバー下端部において前記インナーチューブへの固定が行われる固定部におけるインナーチューブ径方向断面内に、前記インナーチューブ内に供給される成膜ガスの一部が前記ボートカバーと前記インナーチューブとの間に形成される空間に供給される開口を設けたことを特徴とするものである。

ここで、前記固定部におけるインナーチューブ径方向断面において、前記ボートカバーと前記インナーチューブとの隙間の面積に占める前記開口の面積の割合は、３０％以上であることが好ましい。

本発明の縦型ＣＶＤ装置によれば、耐震性に優れ、定期的な治具の交換頻度の削減を可能とすると共に、被処理基板において面内均一性および炉内均一性の優れた酸化膜を形成することが可能となる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の縦型ＣＶＤ装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る縦型ＣＶＤ装置におけるインナーチューブ１へのボートカバー２の固定方法の一例を説明するための概略構成図である。図１において、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）図中の矢印ａの方向から見たＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）図中の矢印ｂの方向から見たＢ−Ｂ断面図を示す。

なお、図１においては、本発明の構成を明確にするために、縦型ＣＶＤ装置を構成するインナーチューブ１及びボートカバー２のみを図示し、他の構成部材は図示を省略している。ここで、図示を省略した他の構成部材については、従来技術に係る縦型減圧ＣＶＤ装置と同様のものをそのまま用いることができる。

ボートカバー２は、図示しないカバーボートに対向して配置される。すなわち、カバーボートのカバー部材とともに、カバーボートに保持された複数のウエハの周囲を囲うように配置される。そして、インナーチューブの下部から供給された成膜ガスは、カバーボートのカバー部材およびボートカバー２によって囲まれた領域内に供給されるとともに、カバー部材およびボートカバー２と、インナーチューブ１との間の空間にも供給される。さらに、カバーボートのカバー部材およびボートカバー２は、いずれも、ガスが通過可能なスリットを有している。このスリットを通じて、カバー部材およびボートカバー２とインナーチューブ１との間の空間と、カバー部材およびボートカバー２によって囲まれた領域との間に成膜ガスの流れが発生する。そして、このスリットの開口率を適切に設定することにより、成膜ガスの流れを調整し、ボートに保持された複数のウェハ上への成膜の均一性を高めることができる。

図1に示した例において、ボートカバー２は、適切な曲率を有する２種類の縦長の石英部材を、それぞれ複数、円弧状に組み合わせることによって形成されている。すなわち、比較的幅の広い第1の石英部材２２を、５枚、互いに間隔を有して円弧状に配置するとともに、その外側に、第１の石英部材２２に比較して幅の狭い第２の石英部材２４を、４枚、第１の石英部材２２間の隙間に対応する位置に配置する。そして、第２の石英部材２４を、図１（ａ）に示されたように、高さ方向の４カ所で、石英製の結合部材２６を介して、第1の石英部材２２に結合する。これによって、全体として円弧状の形状を有するボートカバー２が形成されている。

このボートカバー２においては、結合部材２６の寸法を調整することにより、第1の石英部材２２と第２の石英部材２４との間の結合部に形成されるスリットの開口面積を調整し、成膜ガスの流れを調整することができる。

本発明は、図１において、前記ボートカバー２が、その上端部及び下端部において前記インナーチューブ１に固定されるものである。

前記ボートカバー２上端部におけるインナーチューブ１との固定は、リング状の上部固定部材４を介して行うことができる。すなわち、ボートカバー２の上端面に上部固定部材４が溶接され、この上部固定部材４の外周の全体または一部を、インナーチューブ１の上端に溶接することで行うことができる。なお、インナーチューブ1との間に、堆積物が蓄積される微少な隙間を形成しないという観点からは、上部固定部材４の外周の全部について溶接することが好ましい。なお、前記溶接は、インナーチューブ１と上部固定部材４との接触部分を、例えば、石英により肉盛溶接を施すことにより行うことができる。

また、前記ボートカバー２下端部におけるインナーチューブ１との固定は、下部固定部材３を用いて行うことができる。すなわち、下部固定部材３をボートカバー２の下端面に溶接し、その外周部をインナーチューブ１の内面に接合することにより行う。図１に示された例では、下部固定部材３は、ボートカバー２の下端面に結合された円弧状の部分３２と、その外側の複数箇所に設けられた突起部３４とからなる。このため、ボートカバー２の下端部において、ボートカバー２とインナーチューブ１の内面との間の空間全体がふさがれるのではなく、突起部３４以外の部分に開口５が形成される。この開口５を通じて、インナーチューブ１の下部から供給された成膜ガスの一部が、ボートカバー２とインナーチューブ１との間の空間に流れる。

すなわち、本発明の縦型ＣＶＤ装置においては、インナーチューブ１内面へのボートカバー２の固定を、特許文献１に示した従来技術のように、半リング状の棚板を用いて行うのではなく、円弧状の部分３２の外側に突起部分３４が設けられた下部固定部材３により行う。これにより、ボートカバー２とインナーチューブ１との間に成膜ガスの一部が通過可能な開口５を形成する。この開口５を通じて、インナーチューブ１内に供給される成膜ガスが、ボートカバー２とインナーチューブ１との間に形成される空間に供給され、さらに、ボートカバー２に設けられたスリットを通して、ボートカバー２に保持された複数の被処理基板であるウェハの成膜面上に供給される。このような構成とすることで、上記特許文献１に示した棚板により形成される成膜ガスの流れのよどみが解消され、被処理基板であるウェハにおいて膜厚の面内均一性および炉内均一性が向上する。

ここで、前記ボートカバー２下端部におけるインナーチューブ１への固定が行われる固定部における、インナーチューブ１径方向断面において、前記ボートカバー２と前記インナーチューブ１との隙間の部分の面積に占める前記開口５の面積の割合を、３０％以上とすることが好ましい。これにより、被処理基板であるウェハ表面上に成膜される膜厚の面内均一性および炉内均一性が実用上問題のないレベルとなる。さらに、前記開口５の面積の割合を５０％以上とすることにより、ボートカバー２をインナーチューブ１に固定しない場合と同等もしくはそれ以上の膜厚均一性を実現することができる。

なお、前記インナーチューブ１及びボートカバー２の材質としては、一般に石英製のものが用いられる。そのため、インナーチューブ１とボートカバー２の固定は、通常、石英製の固定部材を介して溶接することにより行われる。しかし、成膜プロセス中の加熱に耐え得るものであり、また、パーティクルの発生等が防止できるものであれば溶接以外の他の固定方法を用いることもできる。

なお、図１に示した例では、ボートカバー２の下端面に下部固定部材３を溶接することよって、ボートカバー２のインナーチューブ1への固定を行った。すなわち、ボートカバー２のインナーチューブ１への固定を、ボートカバー２の最下部において行った。しかし、前記ボートカバー２の下端部における固定位置は、ボートカバー２の形状によっては、もしくは、異なる形状の下部固定部材３を使用することにより、溶接作業が容易に行える範囲で、最下端部に限られず適宜選択し得る。

また、特にＣＶＤ装置が大型化した場合には、前記ボートカバー２のインナーチューブ１への固定は、上端部及び下端部に加えて、中間部分において行っても良い。ただしこの場合、中間部分における固定位置においても、適切な寸法の開口を設け、成膜ガスの流れによどみが発生しないようにする必要がある。

以上、本発明の縦型ＣＶＤ装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよい。

図２に、縦型減圧ＣＶＤ装置を用いてＨＴＯ膜の成膜を行い、成膜されたＨＴＯ膜のチューブ内５箇所（上段、上中段、中段、中下段、下段）における膜厚面内差を測定した結果を示す。測定は、本発明例（白丸）、比較例１としてボートカバーとインナーチューブとの固定を行わない場合（黒丸）及び比較例２として引用文献１に示されているようにボートカバーの上端部をインナーチューブに溶接すると共にボートカバーの下端部を水平に配した半リング状の棚板を介してインナーチューブに溶接した場合（×印）について行った。

ここで、本発明例は、ボートカバー上端部においては、リング状の固定部材を利用し、ボートカバー下端部においては、円弧状の部分の外側に突起部分が設けられた固定部材を介して、インナーチューブへの固定を行った。ボートカバー下端部の固定部におけるインナーチューブ径方向断面において、ボートカバーとインナーチューブとの隙間の部分の面積に占める固定部材の断面積の割合は５０％程度とした。

図２に示すように、本発明例は、比較例１と同等以上の膜厚分布が得られ、成膜均一性は良好であった。それに対し、引用文献１に係る比較例２では、特にチューブ下段における膜厚面内差が大きくなっており、膜厚分布が悪化していた。

本発明例として、上記実施例１と同様に、ボートカバーの上端部及び下端部をインナーチューブに固定した縦型ＣＶＤ装置の耐震性の評価を行った。

評価は、震度３程度の地震が起こった場合において、製品不良の発生の有無を、本発明例と従来のボートカバーのインナーチューブへの固定を行わない場合とを比較することで行った。

震度３程度の地震が起こった場合においても、本発明例の縦型ＣＶＤ装置においては、成膜した膜厚の膜厚均一性不良を起こすことなく、ボートカバー位置確認作業は不要であることがわかった。

それに対し、従来のボートカバーのインナーチューブへの固定を行わない縦型ＣＶＤ装置においては、成膜した膜厚の膜厚均一性不良が発生し、地震後のボートカバー位置確認作業が必要であった。

また、前記本発明例と従来のボートカバーのインナーチューブへの固定を行わない場合とについて、ボートカバー及びインナーチューブの交換周期の評価を行った。

従来のボートカバーのインナーチューブへの固定を行わない縦型ＣＶＤ装置における交換周期は、ＨＴＯ膜を累積で１４５時間成膜した毎であった。これ以上成膜を継続すると、成膜されたＨＴＯ膜によって、ボートカバーが、その上端部においてインナーチューブに張り付いてしまい、ボートカバー取り外しの際に破損事故を引き起こすからである。

これに対して、本発明例においては、あらかじめ、ボートカバーをインナーチューブに、両者を一体として安全に取り外し、洗浄することができる強度で固定している。このため、従来の交換周期である１４５時間を超えて成膜を続けることが可能である。従って、成膜されたＨＴＯ膜の剥がれによってパーティクル発生の問題が発生しない範囲で、例えば２５０時間まで、交換周期を延長することが可能であった。

本発明に係る縦型ＣＶＤ装置におけるインナーチューブとボートカバーの固定方法の一例を説明するための概略構成図である。 成膜したＬＴＯ膜のチューブ内５箇所（上段、上中段、中段、中下段、下段）の膜厚面内差を測定した結果を示した図である。

符号の説明

１ インナーチューブ
２ ボートカバー
３ 下部固定部材
４ 上部固定部材
５ 開口

Claims (2)

1. 垂直に保持されるアウターチューブと、該アウターチューブ内側に同心状に配されるインナーチューブと、該インナーチューブの内側に配され、複数の被処理基板を保持するためのカバーボートと、前記インナーチューブの内側に配され、前記カバーボートに対向して配されるボートカバーとを備え、
   前記ボートカバーが、その上端部及び下端部において前記インナーチューブに固定された縦型ＣＶＤ装置であって、
   前記ボートカバー下端部において前記インナーチューブへの固定が行われる固定部におけるインナーチューブ径方向断面内に、前記インナーチューブ内に供給される成膜ガスの一部が前記ボートカバーと前記インナーチューブとの間に形成される空間に供給される開口を設けたことを特徴とする縦型ＣＶＤ装置。
   
2. 前記固定部におけるインナーチューブ径方向断面において、前記ボートカバーと前記インナーチューブとの隙間の面積に占める前記開口の面積の割合が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の縦型ＣＶＤ装置。

Images