JP2919801B2 - 膜の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
おける半導体ウエハの表面にCVD 法により薄膜を形成す
る技術に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】たとえば、半導体装置の製造に用いられ
る縦型構造の処理装置の一例としては、株式会社工業調
査会、昭和59年11月20日発行、「電子材料1984年別冊、
超LSI製造・試験装置ガイドブック」、P60 に記載され
ている。ここでは縦型構造の処理装置について、半導体
ウエハ（以下、単にウエハという）の大口径化に適した
構造を有している点、自動化が容易な点が種々説明され
ている。 【０００３】本発明者は、このような縦型処理装置の処
理の信頼性向上について検討した。以下は、公知とされ
た技術ではないが、本発明者によって検討された技術で
あり、その概要は次の通りである。 【０００４】すなわち、半導体装置の製造に用いられる
ウエハの処理工程では、CVD(Chemical Vapour Depositi
on) 装置あるいは拡散装置と呼ばれる長尺状の反応管を
有する処理装置が用いられている。ところで、近年にお
けるウエハの大口径化および大集積化にともない管強度
等の点で横長の反応管よりも有利な縦長の反応管を有す
る、いわゆる縦型処理装置が注目されてきている。 【０００５】このような縦型処理装置構造としては、以
下のような構造が考えられる。 【０００６】すなわち、内部に処理空間が形成されてお
り、上端および下端にそれぞれ給排管の連結された石英
ガラスからなる反応管が縦長の状態で取り付けられ、該
反応管の周囲には中央部分に均熱域、その上下端が補助
域に区分され各区分が独立制御されるヒータを有してい
るものである。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の縦型
処理装置構造では以下の問題点を生じることが本発明者
によって明らかにされた。 【０００８】まず第１に、上記の処理流体供給技術では
いずれの方式も反応管の上端および下端に処理流体の給
排管が接続される構造となるため、反応管のメンテナン
スに際して反応管を取り外すためには上部および下部の
給排管の各連結部を両方とも反応管本体から取り外さな
ければならなかった。特に、反応管が縦型構造である場
合には、上部の連結部の取り外しの作業が装置の載置さ
れるクリーンルームの天井付近で行われるため作業性が
悪く、装置全体のメンテナンスが効率的に行えないおそ
れがある。 【０００９】第２に、上記ヒータ構造では処理空間内に
被処理物であるウエハを導入した際に、処理空間内の均
熱領域において安定した温度条件が得られるまでに、時
間を要する。この点について本発明者等の実験によれ
ば、たとえば上端の補助域を80mm、均熱域を830mm 、そ
して下端の補助域を130mm の長さで各々分割して各区分
を独立制御するヒータ構造を用いた場合、処理空間内に
ウエハを導入して搬出入口を閉鎖した後、約20分程度の
時間が経過するまでは、均熱域の下方の温度条件が安定
せず、均熱域内部においても安定した温度条件を得るま
でに長時間必要となる。したがって、均熱域内部におい
ても安定した処理条件を得ることのできないおそれがあ
る。 【００１０】本発明は、上記問題点に着目してなされた
ものであり、その目的はメンテナンスが容易な膜の形成
技術を提供することにある。 【００１１】本発明の他の目的は、均熱域において安定
した温度条件を短時間で実現でき信頼性の高い膜の形成
技術を提供することにある。 【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次の通りである。 【００１４】すなわち、本願発明の膜の形成方法は、円
筒状でかつ上部が閉塞された外管と、前記外管の内側に
設けられ、前記外管の円筒部に平行で、かつ、上端が全
面的に開放された円筒状の内管と、前記外管の外側に設
けられた加熱手段と、前記閉塞部の周囲に設けられた断
熱体とを有するＣＶＤ装置を用い、前記内管の下部から
ガスを供給して、前記内管内に設置された半導体ウエハ
にＣＶＤ法により成膜し、前記内管内から前記閉塞され
た外管上部に向けて前記ガスを導き、前記開放された内
管上端部で前記ガスを折り返し、前記ガスを前記外管と
前記内管との間を下降させて排出させることを特徴とす
る。前記加熱手段は複数設けられており、前記複数の加
熱手段は別個に制御されるようになっている。また、前
記閉塞部はドーム状に形成されている。 【００１５】このような膜の形成方法にあっては、内管
の下端部から供給されたガスは、内管においてウエハを
処理した後に内管の上部から外管と内管との間に折り返
されて外部に排出されるので、内管や外管の内壁面には
異物が堆積しにくくなり、異物がウエハに落下すること
によるウエハの汚染を抑制することが可能となる。 【００１６】 【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態であ
る膜の形成方法を適用した縦型処理装置を示す概略図で
ある。 【００１７】図示する縦型処理装置１は、CVD 装置であ
り、内管２ａと外管２ｂとからなる反応管２を有してい
る。この内管２ａおよび外管２ｂはともに石英ガラスに
より形成されており、内管２ａは上端が解放され、また
該内管２ａの内壁面で囲まれる部分は処理空間３を形成
している。一方、外管２ｂは内管２ａと同軸状に内管２
ａの外方に所定間隔を隔てて取り付けられており、この
外管２ｂの上端はドーム状に形成された閉塞構造を有し
ている。 【００１８】内管２ａの外壁面と外管２ｂの内壁面とで
囲まれた空間は流体の排出空間４として形成されてお
り、この排出空間４は、内管２ａの上端開口部により上
記処理空間３と連通された構造を有している。内管２ａ
および外管２ｂの下端開口部は被処理物であるウエハ５
の搬出入口６として形成されており、該搬出入口６には
蓋体７が取り付けられて、各空間３，４を外部と遮断す
るようになっている。処理空間３の内部には複数枚のウ
エハ５が水平方向に保持される治具８が設けられてお
り、この治具８はたとえば上記蓋体７と一体構造となっ
ている。処理空間３の底部の蓋体７の部分には給排口９
ａが開設され、一方、排出空間４の底部近傍には給排口
９ｂが開設される。これらの給排口９ａ，９ｂには各々
給排管１０ａ，１０ｂが連結されており、一方の給排管
１０ａより処理流体１１が処理空間３の内部に供給さ
れ、他方の給排管１０ｂからは排出空間４を経て処理空
間３内が排気されるようになっている。なお、各給排管
１０ａ，１０ｂの途中部分にはバルブ１２ａ，１２ｂが
介設されており、処理空間４内への処理流体１１の供給
および排出を制御可能な構造となっている。 【００１９】上記外管２ｂの上方にはドーム上方を覆う
ようにたとえばセラミックウールからなる断熱体１３が
取り付けられており、反応管２の上方への熱放出を防止
する構造となっている。 【００２０】外管２ｂの外壁面の周囲には外管２ｂを囲
むようにして加熱手段であるヒータ１４が設けられてい
る。ここで、該ヒータ１４は中央部分に形成される均熱
域Ｃと、その上端に形成される補助域Ｕと、下端に形成
される補助域Ｌとに各々区分されており、各区域を独立
に温度制御可能なヒータ構造となっている。また、本実
施例では均熱域Ｃの下方にはさらに補正域ＣＬが分割形
成されており、この補正域ＣＬは他の均熱域ＣＵの部分
から独立して温度制御が可能なヒータ構造となってい
る。この補正域ＣＬは均熱域Ｃの全体が安定温度を得ら
れるまで均熱域ＣＵから独立して温度制御がなされ、安
定温度が得られた後は、他の均熱域ＣＵの部分と一体と
なって温度制御が行われる。 【００２１】上記補正域ＣＬの寸法としては、上端補助
域Ｕが80mmで形成され、均熱域Ｃが830mm で形成されか
つ下端補助域Ｌが130mm の長さで形成されてなるヒータ
長である場合には、たとえば均熱域Ｃの下方部分の276m
m 程度を補正域ＣＬとすることができる。 【００２２】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。 【００２３】まず、ヒータ１４により処理空間３が所定
温度条件となるまで加熱されると、搬出入口６の蓋体７
が外されてウエハ５が図示するように所定の間隔を隔て
て重なった状態で治具８に装着されて処理空間３内に挿
入される。 【００２４】次に、搬出入口６が蓋体７によって閉じら
れると、一方の給排口９ａよりモノシランもしくはアン
モニア等の処理流体１１が処理空間３内に供給される。
このようにして処理空間３が処理流体１１の雰囲気で満
たされると、バルブ１２ａが閉塞されて処理空間３への
処理流体１１の供給が停止される。 【００２５】次に、他方の給排口９ｂより真空吸引が行
われて処理空間３内の所定量の処理流体１１が排出空間
４を経て給排口９ｂより排気されて、処理空間３の内部
が所定の低圧状態となる。この間ヒータ１４は加熱制御
を繰り返しているが、本実施の形態では特にウエハ５の
処理空間３内への搬入直後よりヒータ１４の補正域ＣＬ
の部分が均熱域ＣＵから独立して温度制御されている。
このため、ウエハ５の処理空間３内への搬入により温度
低下を来たしやすい均熱域Ｃの下部の温度回復を短時間
で達成することができる。すなわち、均熱域ＣＵの全体
にわたって均一な温度条件を得るまでの時間が少なく、
これにより処理の効率を向上させることができる。 【００２６】以上のような温度条件のものに、処理空間
３内では気相成長反応によってウエハ５の表面に酸化
膜、窒化膜あるいはポリシリコン膜等の所定層が形成さ
れることになる。 【００２７】このように、本実施の形態によれば以下の
効果を得ることができる。 【００２８】(1).処理空間３内の排気を内管２ａと外管
２ｂとで形成された排出空間４を通じて行うことによ
り、反応管２の下端から供給された処理流体１１を再度
反応管２の下端から排出させることができるため、反応
管２の上端部を閉塞構造とすることができ、反応管２の
取り外しに際して反応管２の下端側の連結部分を取り外
すのみで容易に行うことができる。このため、装置のメ
ンテナンスの際の作業効率を向上させることができる。 【００２９】(2).ヒータ１４の均熱域Ｃの下部を補正域
ＣＬとして形成し、この補正域ＣＬについて少なくとも
処理空間３内へのウエハ５の搬入後一定時間、均熱域Ｃ
Ｕから独立させて加熱制御を行うことにより、ウエハ５
の搬入により温度低下の生じやすい、均熱域Ｃの下部の
温度回復を短時間で行うことができるため、安定した処
理を短時間で実現することが可能となる。 【００３０】(3).外管２ｂの上端部をドーム状の閉塞構
造とし内管２ａの上端を解放構造として二重管構造とす
ることによって、処理空間３内の排気は内管２ａの周囲
に形成された排出空間４に広がって導かれるため、外管
２ａの上端の内壁面に異物が堆積しにくくなり、該異物
の落下による処理空間３内の汚染を抑制することが可能
となる。 【００３１】(4).上記(3) により、排出空間４の断面積
を広くとることができるため、処理空間３の排気効率を
向上させることができる。 【００３２】(5).反応管２の上端部を閉塞構造にできる
ため、反応管２の上方を断熱体により閉塞することがで
き、反応管２の上方への熱損失を抑制でき、安定した温
度条件での処理が可能となる。 【００３３】(6).上記(1) 〜(5) により高効率でしかも
信頼性の高いウエハの処理を実現することができる。 【００３４】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、この要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 【００３５】たとえば、実施の形態では低圧CVD 装置に
ついて説明したが、これに限るまではなく熱拡散装置等
のように、所定の温度条件の処理空間内に処理流体を供
給するものであれば如何なる装置にも適用することがで
きる。 【００３６】また、反応管構造としては内管および外管
が各々単管で構成された二重管について説明したが、外
管がさらに外方側に形成された三重管あるいはそれ以上
の多重管構造のものであってもよい。 【００３７】 【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。 【００３８】すなわち、内管の下部から供給されたガス
は、内管内に設置されたウエハにCVD 法により薄膜を形
成し、内管の上部の開放端から外管と内管との間に折り
返されて、下方に流れて外部に排出され、外管の上部の
閉塞部の周囲には断熱体が設けられているので、内管や
外管の内壁面には異物が堆積しにくくなり、異物がウエ
ハに落下することによるウエハの汚染を防止することが
可能となる。 【００３９】ガスは内管の上部から外管と内管の間に向
けて折り返されて外部に排出されるので、外管の上部を
閉塞構造とすることができ、内管と外管とからなる反応
管の下端部側の連結部を取り出すだけの作業により、反
応管を装置から取り外すことができ、メンテナンスの際
の作業効率を向上させることができる。外管の外側に設
けられた加熱手段は、複数設けられており、それぞれを
別個に制御することにより、反応管内の温度低下の生じ
やすい部分の温度を早期に回復させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態である処理方法を適用し
た縦型処理装置を示す概略図である。 【符号の説明】 １ 縦型処理装置 ２ 反応管 ２ａ 内管 ２ｂ 外管 ３ 処理空間 ４ 排出空間 ５ ウエハ ６ 搬出入口 ７ 蓋体 ８ 治具 ９ａ，９ｂ 給排口 １０ａ，１０ｂ 給排管 １１ 処理流体（ガス） １２ａ，１２ｂ バルブ １３ 断熱体 １４ ヒータ（加熱手段） Ｃ 均熱域 Ｕ，Ｌ 補助域 ＣＬ 補正域 ＣＵ 均熱域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥居 卓爾 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−203330（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 H01L 21/31

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．円筒状でかつ上部が閉塞された外管と、前記外管の
   内側に設けられ、前記外管の円筒部に平行で、かつ、上
   端が全面的に開放された円筒状の内管と、前記外管の外
   側に設けられた加熱手段と、前記閉塞部の周囲に設けら
   れた断熱体とを有するＣＶＤ装置を用い、 前記内管の下部からガスを供給して、前記内管内に設置
   された半導体ウエハにＣＶＤ法により成膜し、前記内管内から前記閉塞された外管上部に向けて前記ガ
   スを導き、前記開放された内管上端部 で前記ガスを折り
   返し、前記ガスを前記外管と前記内管との間を下降させ
   て排出させることを特徴とする膜の形成方法。 ２．前記加熱手段は複数設けられており、前記複数の加
   熱手段は別個に制御されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の膜の形成方法。 ３．前記閉塞部はドーム状に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の膜の形成方法。