JP2646079B2 - 半導体デバイスの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体デバイスの製造方法及び製造装置に関
するものである。

［従来の技術］ LSIなどの半導体デバイスの製造過程における半導体
素子の酸化、拡散或はCVD（気相成長）などの処理工程
においては、一般に石英ガラス製反応管内に窒素、酸
素、シラン、アンモニア、ホスフィン、亜酸化窒素等の
反応ガスを導入して加熱処理を行う。

前記した半導体素子の各処理工程の状態及び膜質は温
度、反応ガスの種類、混合比の他に該反応ガスの濃度及
び圧力に大きく依存する。

従来の半導体デバイスの製造装置の多くは一重の反応
管であり、縦型炉の場合はほとんどの場合上端から反応
ガスを排出する型式のものであった（特開昭55-118631
号、56-91417号、58-110034号、実開昭61-100141号な
ど）。

二重管型で反応ガスを反応室内に上向きに流す半導体
製造装置も公知であり（実開昭61-121734号）、この半
導体製造装置では反応ガスの濃度及び圧力のコントロー
ルは、通常のように排気ポンプ、バルブの操作などによ
り行われるが、この通常の操作では対応できない範囲の
圧力などのコントロールは、反応管（内管）の閉じられ
た端部に複数個の孔を開けこの孔の大きさ及び個数を変
えることによって行われる。しかし、これは面倒であり
また一旦決めて反応管を製作すると、容易に孔の大き
さ、個数を変更できない。さらに穴の位置でガス流断面
積が激減するから、ガスの流れがスムースでないという
欠点があった。

また二重管型半導体デバイス製造装置として特開昭61
-114522号に記載されたものは、外管の下部から反応管
頂部に達するガス通路を形成し、ガス通路の下部に設け
た吸気口から導かれたガスがガス通路を上昇し、ウェー
ハと接触することなく反応管頂部に達した後反応用内管
内に下降して流れ、反応用内管下面の排気口から外部に
排出する形式のものである。しかしながらこの装置で
は、反応ガスが反応管内で空間反応を起こし、温度が急
激に降下する反応管下部にて反応生成物が多量に析出す
る。ここで析出した反応生成物は処理後のウェーハを反
応管内外に出し入れするときに、ウェーハの表面に付着
し汚染する。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した従来の欠点を除去し、反応容器内に
おけるガスの流れをスムースにし、空間反応によるパー
ティクルやウェーハの出入れ部に生じるパーティクルに
よる汚染を防止し、かつ排気のコンダクタンスを任意に
設定できる半導体デバイスの製造方法及び製造装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するための本発明の半導体デバイスの
製造方法は、反応ガス導入口を設けかつ上端側が開放さ
れたスリーブ状内管と、それを覆う排気用外管とで構成
される反応容器の前記スリーブ状内管内にウェーハを配
置してなる該反応容器において、：前記反応ガス導入口
から反応ガスを上向きに流し、前記スリーブ状内管内に
て前記ウェーハと前記反応ガスを接触せしめ、前記反応
ガスをさらに上向きに流して前記排気用外管の内壁面の
頂部にて下向きに方向転換せしめ、次に前記排気用外管
の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部の間に形成され
た間隙を経てスリーブ状内管と排気用外管の間に形成さ
れた環状排気間隙に流し、反応容器の下部に設けられた
排出口より排気する諸処理を行う半導体デバイスの製造
方法において、 （イ）前記スリーブ状内管内にて前記ウェーハと前記反
応ガスを接触せしめる処理、（ロ）前記反応ガスをさら
に上向きに流して前記排気用外管の内壁面の頂部にて下
向きに方向転換せしめる処理、（ハ）前記反応ガスを前
記排気用外管の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部の
間に形成された間隙を通過させる処理、及び（ニ）前記
スリーブ状内管と排気用外管の間に形成された環状排気
間隙により形成される排気通路のほぼ全長における排気
処理のそれぞれ（イ）〜（ニ）を、ヒーターによる。均
熱空間内で行うことを特徴とする。

また、本発明に係る半導体デバイスの製造装置は、反
応容器が、反応ガス導入口を設けかつ上端側が開放され
たスリーブ状内管とそれを覆う排気用外管で構成され、
該スリーブ状内管と排気用外管とを隔てる空間が反応ガ
スの排気通路を形成し、前記排気用外管の内壁面と前記
スリーブ状内管の上端部との間に間隙が形成されかつ反
応容器の下部に反応ガス排出口が設けられている半導体
デバイスの製造装置において、前記排気用外管の閉じら
れた上端部を含みかつ前記反応ガス導入口及び反応ガス
排出口を除く反応容器の実質的に全体がヒーターによる
均熱空間を形成していることを特徴とする。

この装置では、内管が上端が開放されたスリーブ状で
あるために、内管出口におけるガス流路の断面積が大き
く、その結果ガスの流れがスムースになる。さらに上記
間隙は連続した環状空間であるためガスの流れがスムー
スになることにより、ウェーハ面上、ウェーハ周縁部の
流線が一様になり、反応ガスの導入側と排出側との圧力
バランスの保持及び調節が容易になる。

上記間隙の大きさは装置の使用状況を勘案して最適な
値に設計する。又装置使用後は、排気ポンプ及び排気側
バルブを操作する通常の手段で排気コンダクタンスを調
節するが、処理条件を大幅に変える場合は上記間隙の大
きさを再調節することにより最適な排気コンダクタンス
を得ることができる。再調節のためにはスリーブ状内管
の下端にスペーサーを配置しておくことが好ましい。

また、内管と外管の間の間隙は反応ガス排出部とする
ことにより、反応生成物を含む反応ガスをウェーハがな
い該間隙を通すとともに、急激な温度変化によるパーテ
ィクルの発生が避けられない排気口を反応容器の下部に
位置させて、パーティクルによるウェーハの汚染の問題
を少なくした。反応室内を上向きに流れるガス流は排気
用外管の内壁の頂点及びその周囲に当たって、下向きに
方向転換するためにガスの流れが対称的になる。このよ
うに、スリーブ状内管の上端だけで反応ガスの流れを変
えることにより、複数の孔のそれぞれでガスの流れが変
わる従来の装置（実開昭61-121734号）よりも反応ガス
の流線分布を等しくして孔の周りにおけるCVD膜の付着
を少なくし、もってパーティクルの発生も少なくするこ
とができる。

本発明の方法においては、上記（イ）、（ロ）、
（ハ）及び（ニ）の処理を上端が閉じられたヒーターに
よる均熱空間内で行うことにより、反応生成物生成の温
度条件を一定にし、管内壁に付着する膜の膜質相違に起
因するパーティクル発生を防止するものである。これに
加えて、反応用内管の排気側端部に屈曲部を設けると、
該屈曲部により排気側い於て堆積しがちな反応生成物を
排気通路寄りに堆積させ反応用内管内に落下するのを防
ぎ、かつ排気通路内の堆積物が剥離し逆流するのを防ぐ
効果を有する。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図及び第２図に本発明を縦型炉に適用した実施例
を示す。第１図は反応用内管の排気側端部が中心軸に対
し垂直に切断されているスレート管を示し、第２図は該
端部を外部に開いた屈曲部を有する末広がりとした場合
を示す。いずれの場合も反応用内管はスリーブ形状を有
し、かつ反応用内管の排気側端部と排気用外管の間には
連続したリング状空間が形成されている。

第１図及び第２図に於て、1Aは管状の加熱炉１の炉
体、1Bは適宜な抵抗体からなるヒーターであり、２は加
熱炉１内に納められている反応容器で例えば石英ガラス
からなる排気用外管３とスリーブ状内管４で構成され
る。ウェーハ15は支持台11により反応用内管４内の所定
位置に保持される。該外管３及び内管４は前記反応ガス
の排気通路となる空間５で隔てられている。排気用外管
３の上端は閉じられており、この上端からヒーター1Bの
下端まで均熱な閉空間を形成している。下端はフランジ
６、ＯリングOR等によって気密封止されている。９は反
応容器の下部に設けられたガス排出口であり排気系に接
続され反応管の真空排気にも用いられる。スリーブ内管
４は両端が開放されており、下端部はガイドリング14に
より安定に保持されている。スリーブ状内管４の上端部
と排気用外管３とのコンダクタンス調整間隙4Bにより反
応ガス通路５への入口断面積を調節し反応ガスｇの通路
のコンダクタンスを制御する。コンダクタンス調整間隙
4Bの変更を容易にするために反応用内管４の下に適当な
厚さのスペーサー（リング）10を挿入している。また第
２図の外側に開いた屈曲部4Aは反応生成物が反応用内管
４内に逆流することを抑える効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明を縦型炉に適用した一実施例
の概要を示す縦断面図である。 １……加熱炉 1A……炉体 1B……ヒーター ２……反応容器 ３……排気用外管 ４……反応用内管 4A……反応用内管の屈曲部 4B……反応ガス排気通路のコンダクタンスを決める反応
用内管の上端部と排気用外管の内壁との間隙 ５……反応ガスの排気通路 6,7……フランジ ８……反応ガス導入口 ９……反応ガス排出口 10……スペーサー（リング） 14……ガイドリング ｇ……反応ガス OR……Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−245624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−245626（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応ガス導入口を設けかつ上端側が開放さ
   れたスリーブ状内管と、それを覆う排気用外管とで構成
   される反応容器の前記スリーブ状内管内にウエーハを配
   置してなる該反応容器において：前記反応ガス導入口か
   ら反応ガスを上向きに流し、前記スリーブ状内管内にて
   前記ウェーハと前記反応ガスを接触せしめ、前記反応ガ
   スを、さらに上向きに流して前記排気用外管の内壁面の
   頂部にて下向きに方向転換せしめ、次に前記排気用外管
   の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部の間に形成され
   た間隙を経てスリーブ状内管と排気用外管の間に形成さ
   れた環状排気間隙に流し、反応容器の下部に設けられた
   排出口より排気する諸処理を行う半導体デバイスの製造
   方法において、 下記（イ）〜（ニ）： （イ）前記スリーブ状内管内にて前記ウェーハと前記反
   応ガスを接触せしめる処理、（ロ）前記反応ガスをさら
   に上向きに流して前記排気用外管の内壁面の頂部にて下
   向きに方向転換せしめる処理、（ハ）前記反応ガスを前
   記排気用外管の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部の
   間に形成された間隙を通過させる処理、及び（ニ）前記
   スリーブ状内管と排気用外管の間に形成された環状排気
   間隙により形成される排気通路のほぼ全長における排気
   処理を、ヒーターによる均熱空間内で行い、かつ前記反
   応ガスを反応容器内にその側部から導入することを特徴
   とする半導体デバイスの製造方法。
2. 【請求項２】前記スリーブ状内管がストレート管である
   特許請求の範囲第１項記載の半導体デバイスの製造方
   法。
3. 【請求項３】前記スリーブ状内管の上端部に外側に開い
   た屈曲部を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半導体デバイスの製造方法。
4. 【請求項４】反応容器が、反応ガス導入口を設けかつ上
   端側が開放されたスリーブ状内管とそれを覆う排気用外
   管で構成され、該スリーブ状内管と排気用外管とを隔て
   る空間が反応ガスの排気通路を形成し、前記排気用外管
   の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部との間に間隙が
   形成されかつ反応容器の下部に反応ガス排出口が設けら
   れている半導体デバイスの製造装置において、 前記反応容器の側部に前記反応ガス導入口を設け、前記
   排気用外管の閉じられた上端部を含みかつ前記反応ガス
   導入口、反応ガス排出口及び反応管下部を除く反応容器
   の実質的に全体がヒーターによる均熱空間を形成してい
   ることを特徴とする半導体デバイスの製造装置。
5. 【請求項５】前記スリーブ状内管の下端部に、前記排気
   用外管の内壁面と前記スリーブ状内管の上端部との間に
   形成された間隙の大きさを調整するスペーサを設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体デバ
   イスの製造装置。