JP4138269B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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JP4138269B2
JP4138269B2 JP2001129556A JP2001129556A JP4138269B2 JP 4138269 B2 JP4138269 B2 JP 4138269B2 JP 2001129556 A JP2001129556 A JP 2001129556A JP 2001129556 A JP2001129556 A JP 2001129556A JP 4138269 B2 JP4138269 B2 JP 4138269B2
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reaction chamber
substrate
hydrogen gas
supplying
semiconductor manufacturing
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克彦 山本
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、シリコン基板に薄膜を形成する半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術について図5、図6を参照して説明する。
図5(A)は従来の成膜装置の反応室部分を上から見た横断面図であり、図5(B)は、図5(A)のDD線縦断面図である。図6は従来の成膜装置におけるプロセス温度を示した図である。
反応管1内部には複数枚の被処理基板2を多段に同一間隔で載置できるボート16が設けられている。
ボート16の下端の軸161は、シャッター23を回転可能かつ気密に貫通する構造となっている。
回転部22は磁気シール等で気密を保持している。
ボート16は図示しないエレベータ機構により上下し、反応管1に出し入れできるようになっている。また被処理基板2の処理の均一性を向上するためにボート16を回転するための図示しない回転駆動部が設けてある。
ボート16が上限まで上昇した状態ではシャッター23はフランジ3と気密に連結される構造となっている。
多段にボート16に載置された複数の被処理基板2はボート16、反応管1とともにヒータ10によって所定の温度に加熱される。
反応ガスはガス導入管17から反応管1内部に導入され、また反応管1内のガスは排気管18から排気される。
【0003】
次に動作を説明する。
図示しないエレベータ機構でボート16を下げた状態で複数の被処理基板2をボート16に載置した後、ボート16を上昇させて反応管1内部に挿入する。
この時フランジ3とシャッター23は気密を保持するように連結し、反応管1内部を排気管18から図示しないポンプで排気し、同時に水素(H)を導入し反応管1内部の窒素等のガスを水素で置換する。
その後、ヒータ10に電源を投入し、反応管1および内部のボート16,被処理基板2などを700℃に加熱する。
反応管1内部の各部の温度が700℃になったら、水素を導入したままボート16を回転させ被処理基板表面の自然酸化膜などを除去し清浄化する。
この処理を30分程度実行した後、反応管1内部の温度を500℃まで降温し反応管1内部の温度が安定したらモノゲルマン(GeH)とモノシラン(SiH)をガス導入管17から導入しシリコンゲルマニウム(SiGe)を成膜する。
反応管1内部の圧力は排気管18の下流側に設けた図示しない圧力調節機構で調節する。
【0004】
この従来の成膜装置では、図6の成膜シーケンスに示すように、反応管1の加熱を開始してから処理を終えて降温が終了するまで230分を要する。
この成膜シーケンスからわかるように反応管1の昇温あるいは降温の時間が長いため、装置としての被処理基板の処理スピード(スループット)が低下してしまう。このため反応管1の昇降温時間を短縮して処理スピード(スループット)を向上させることが課題となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、前処理と成膜時の温度が異なるため、反応管の加熱、冷却に長時間を要しスループットが低下してしまう。従って、前処理と成膜の温度差を小さくして、反応管1の昇降温時間を短縮して処理スピード(スループット)を向上させることが求められている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、
基板を積層して収容する反応室と、
前記反応室の外に設けられ前記反応室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、
前記反応室内に複数の所望のガスを供給するガス供給手段と、
リモートプラズマ機構と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、前記基板表面にシリコン膜を単結晶成長させる半導体製造装置であって、
前記リモートプラズマ機構は、
誘電体の保護管で覆われ、高周波電力が印加される2本の電極と、
該電極の端部に絶縁体を介して設けられるシールドと、を有し、
前記ガス供給手段は、
前記反応室内に水素ガスを供給する水素ガス導入管と、
前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス導入管であって前記水素ガス導入管とは異なる前記原料ガス導入管と、を有し
前記水素ガス導入管は誘電体で形成され、前記基板の積層方向に立設され、前記基板の積層方向に複数のガス供給孔を有することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【0007】
このように、前処理に用いる水素をリモートプラズマ機構によって活性化し、被処理基板の清浄化を低温で可能とする。これにより前処理の温度と後に同一の反応室内で行う単結晶成長の温度とを同一にすることができるので、前処理に必用であった単結晶成長温度より高い温度への昇温の時間と単結晶成長温度への降温の時間とを省略することができるようになり、その分、処理スピード(スループット)を向上させることができる。なお、リモートプラズマで生成した水素の活性種を利用して行う被処理基板表面の前処理では、被処理基板表面の自然酸化膜などの不純物の除去等を行う。
【0008】
また、本発明の第2の態様によれば、
基板を積層して収容する反応室と、
前記反応室の外に設けられ前記反応室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、
前記反応室内に複数の所望のガスを供給するガス供給手段と、
リモートプラズマ機構と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、前記基板表面にシリコンゲルマニウム膜を形成する半導体製造装置であって、
前記リモートプラズマ機構は、
誘電体の保護管で覆われ、高周波電力が印加される2本の電極と、
該電極の端部に絶縁体を介して設けられるシールドと、を有し、
前記ガス供給手段は、
前記2本の電極の間に配設され、前記反応室内に水素ガスを供給する水素ガス導入管と、
前記反応室内にモノシラン及びモノゲルマンを供給する原料ガス導入管であって前記水素ガス導入管とは異なる前記原料ガス導入管と、を有し
前記水素ガス導入管は誘電体で形成され、前記基板の積層方向に立設され、前記基板の積層方向に複数のガス供給孔を有することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【0009】
このように、前処理に用いる水素をリモートプラズマ機構によって活性化し、被処理基板の清浄化を低温で可能とする。これにより前処理の温度と後に同一の反応室内で700℃以下の温度で行うシリコンゲルマニウム膜の形成温度とを同一にすることができるので、前処理に必用であったシリコンゲルマニウム膜の形成温度より高い温度への昇温の時間とシリコンゲルマニウム膜の形成温度への降温の時間とを省略することができるようになり、その分、処理スピード(スループット)を向上させることができる。なお、リモートプラズマで生成した水素の活性種を利用して行う被処理基板表面の前処理では、被処理基板表面の自然酸化膜などの不純物の除去等を行う。
【0010】
好ましくは、反応室の壁を石英などの誘電体で構成し、その外側に配置したヒータによって反応室の壁と反応室内の基板の温度が同一になるように加熱するホットウォール構造とする。
【0011】
上記本発明の半導体製造装置は、被処理基板を2枚以上重ねて反応室内部に載置して処理する構造である
【0012】
好ましくは、基板がシリコンウェーハで、単結晶させる半導体がシリコン(Si)またはシリコンゲルマニウム(SiGe)である。
【0013】
シリコンゲルマニウム(SiGe)膜を形成する際に、減圧状態の反応室に供給する原料ガスは、好ましくは、モノゲルマン(GeH)とモノシラン(SiH)である。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1、図2、図3、図4を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0015】
(第1の実施の形態)
図1(A)は本実施の形態の反応室部分の上から見た横断面図であり、図1(B)は、図1(A)のAA線縦断面図を示したものである。
図2は図1の横断面の切り口を変えたもので、図2(A)は本実施の形態の反応室部分の上から見た横断面図であり、図2(B)は、図2(A)のBB線縦断面図を示したものである。なお、ヒータ10を省略して示してある。
【0016】
反応管1内部には複数枚の被処理基板2を多段に同一間隔で載置できるボート16が設けられている。該ボート16は図示しないエレベータ機構により反応管1に出し入れできるようになっている。
ボート16下部の軸161は、シャッター23を回転可能かつ気密に貫通する構造となっている。回転部22は磁気シール等で気密を保持するが、マグネットカップリングのような機構でもよい。
また処理の均一性を向上するためにボート16を回転するための図示しない回転駆動部が設けてある。
図1に示したように、ボート16が上限まで上昇した状態ではシャッター23はフランジ3と気密に連結される構造となっている。
【0017】
反応管1内部の壁面近くにはプラズマ発生源として細長い導電性の電極5を誘電体の保護管6で覆って2本並べて配置し、該2本の電極の電極端部4に発振器12の発する高周波電力を整合器13を介して印加する構造となっている。
電極5の端部付近は放電防止のため絶縁体8を介してシールド9が設けてある。
このシールドによって反応管1内部の放電は被処理基板2近傍に限定されるようになっている。
電極端部4は、反応管1下部に気密に連結された金属製のフランジ3を貫通して反応管1の外に引き出されているが、保護管6の中は保護管6とフランジ3が気密にシールされているため反応管1内部と独立した空間になっており、常に大気圧となっている。
【0018】
また、図2に示すように、電極5に挟まれた反応管1内の空間に、ガス吹出し用の小穴14を複数個設けた誘電体製の放電管7を設け、被処理基板2を処理する水素ガスを反応管1内部に導入する際、ガスが該小穴14を通過する構造とするとよい。
2本並べて配置した細長い電極5間に高周波電力を印加してプラズマ15発生させると、プラズマ15で生成される水素の活性種が小穴14を通過して被処理基板2に供給される。
この時プラズマ15で生成された荷電粒子の小穴14からの吹き出しを抑制するために、放電管7の構造と小穴14の大きさ、数、位置などを処理の目的によって最適化する。本実施の形態では小穴14の位置を被処理基板2間の中間になるようにしている。
これによりボート16上の各被処理基板2に均等に水素の活性種が供給される。
なお、放電管7はなくてもよいが、放電管7でプラズマ生成空間を限定することで、プラズマ15からの荷電粒子の拡散を抑制することができ、被処理基板2へのイオン等によるダメージを低減できる。
【0019】
次に動作を説明する。
【0020】
図示しないエレベータ機構でボート16を下げて複数の被処理基板2をボート16に載置した後、ボート16を上昇させて反応管1内部に挿入し、反応管1内部を図示しないポンプで排気し、水素ガスを導入して、反応管1内部の窒素等のガスを水素で置換する。
【0021】
ヒータ10に電源を投入し、反応管1および内部のボート16,被処理基板2などを500℃に加熱する。反応管1内部の各部の温度が500℃になったらボート16を回転させながら、被処理基板2の表面を清浄化するための水素ガスを放電管7に導入する。
反応管1内部の圧力を図示しない圧力調整機構で調節し、所定の値になったら発振器12の出力する高周波電力を整合器13を介して電極端部4に供給する。
これによって放電管7内部にプラズマ15が発生し導入した水素が活性化され、放電管7に多数設けた小穴14から回転している被処理基板2に供給される。
被処理基板2表面の自然酸化膜などの不純物は主に活性化された水素によって除去される。
【0022】
自然酸化膜などの不純物の除去が完了したら、ガス導入管17からモノゲルマン(GeH)とモノシラン(SiH)を導入し圧力を調節しながらシリコンゲルマニウム(SiGe)を500℃で成膜する。
反応管1内部の圧力は排気管18の下流側に設けた図示しない圧力調整機構で調整する。
【0023】
図4の成膜シーケンスに示すように、反応管1の加熱を開始してから処理を終えて降温が終了するまでの時間は、前処理の温度を成膜温度と同じ500℃とすることにより、従来技術(破線参照)で230分を要していた処理時間は、155分に短縮される。
【0024】
(第2の実施の形態)
図3は本発明の第2の実施の形態を示す図で、ヒータは省略して示してある。図3(A)は本実施の形態の反応室部分の上から見た横断面図であり、図3(B)は、図3(A)のCC線縦断面図を示したものである。
【0025】
反応管1内部には複数枚の被処理基板2を多段に同一間隔で載置できるボート16が設けられており、主な構造は図1と同様である。
【0026】
フランジ3には活性ガス導入管19が設けてあり、リモートプラズマユニット24で生成された水素の活性種を活性種導入管19から反応管1内部に供給する構造となっている。
リモートプラズマユニット24のプラズマ源としてはICP(Inductively Coupled Plasma)型やマイクロ波型が好適である。またリモートプラズマユニット24の放電部の材質は石英、アルミナ、サファイアなどが好適である。
【0027】
次に動作を説明する。
【0028】
図示しないエレベータ機構でボート16を下げて被処理基板2をボート16に載置した後、ボート16を上昇させて反応管1内部に挿入し、反応管1内部を図示しないポンプで排気し、水素を導入して、反応管1内部の窒素等のガスを水素で置換する。水素の導入はガス導入管21から行う。
【0029】
ヒータ10に電源を投入し、反応管1および内部のボート16、被処理基板2などを500℃に加熱する。
【0030】
反応管1内部の各部の温度が500℃になったら、反応管1内部の圧力を図示しない圧力調整機構で調節し、所定の値になったらリモートプラズマユニット24を動作させ該リモートプラズマユニット24で生成した水素の活性種を活性種導入管19によって反応管1内部に導入し、回転中のボート16に載置された被処理基板2の表面の自然酸化膜等の不純物除去を行う。
【0031】
その後の成膜は前述の方法と同様である。
【0032】
なお、上記第1および第2の実施の形態では、被処理基板を複数枚一括処理する例を示したが、1枚ずつ処理する装置についても、同様である。
【0033】
本発明によればSiGeやSiの成膜を行う前の被処理基板表面の清浄化の温度を従来より下げることができるため、成膜温度と同一にできる。そして成膜前の被処理基板の清浄化の温度と成膜温度が同一になることから、反応管の昇降温の時間を省略できるため装置のスループットが向上する。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理基板の水素による表面清浄化の温度を下げることができ、その結果、前処理のための昇降温の時間が省略できるため装置のスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の成膜装置を説明するための図であり、図1(A)は横断面図であり、図1(B)は、図1(A)のAA線縦断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の成膜装置を説明するための図であり、図2(A)は横断面図であり、図2(B)は、図2(A)のBB線縦断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の成膜装置を説明するための図であり、図3(A)は横断面図であり、図3(B)は、図3(A)のCC線縦断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態におけるプロセス時間を説明する図である。
【図5】従来の成膜装置を説明するための図であり、図5(A)は横断面図であり、図5(B)は、図5(A)のAA線縦断面図である。
【図6】従来のプロセス時間を説明する図である。
【符号の説明】
1 …反応管
2 …被処理基板
3 …フランジ
4 …電極端部
5 …電極
6 …保護管
7 …放電管
8 …絶縁材
9 …シールド
10…ヒータ
12…発振器
13…整合器
14…小穴
15…プラズマ
16…ボート
17…ガス導入管
18…排気管
19…活性種導入管
21…ガス導入管
22…回転部
23…シャッター
24…リモートプラズマユニット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus , and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus that forms a thin film on a silicon substrate.
[0002]
[Prior art]
The prior art will be described with reference to FIGS.
FIG. 5A is a cross-sectional view of the reaction chamber portion of the conventional film forming apparatus as viewed from above, and FIG. 5B is a vertical cross-sectional view taken along the line DD in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a process temperature in a conventional film forming apparatus.
Inside the reaction tube 1, a boat 16 is provided on which a plurality of substrates to be processed 2 can be placed in multiple stages at the same interval.
A shaft 161 at the lower end of the boat 16 has a structure that penetrates the shutter 23 in a rotatable and airtight manner.
The rotating part 22 is kept airtight with a magnetic seal or the like.
The boat 16 is moved up and down by an elevator mechanism (not shown) so that it can be taken in and out of the reaction tube 1. In addition, a rotation drive unit (not shown) for rotating the boat 16 is provided to improve the processing uniformity of the substrate 2 to be processed.
When the boat 16 is raised to the upper limit, the shutter 23 is connected to the flange 3 in an airtight manner.
The plurality of substrates to be processed 2 placed on the boat 16 in multiple stages are heated to a predetermined temperature by the heater 10 together with the boat 16 and the reaction tube 1.
The reaction gas is introduced into the reaction tube 1 from the gas introduction tube 17, and the gas in the reaction tube 1 is exhausted from the exhaust tube 18.
[0003]
Next, the operation will be described.
After the plurality of substrates to be processed 2 are placed on the boat 16 with the boat 16 lowered by an elevator mechanism (not shown), the boat 16 is raised and inserted into the reaction tube 1.
At this time, the flange 3 and the shutter 23 are connected so as to maintain airtightness, and the inside of the reaction tube 1 is exhausted from the exhaust pipe 18 by a pump (not shown), and at the same time, hydrogen (H 2 ) is introduced to Replace the gas with hydrogen.
Thereafter, the heater 10 is turned on to heat the reaction tube 1 and the boat 16 inside, the substrate 2 to be processed, etc. to 700 ° C.
When the temperature of each part inside the reaction tube 1 reaches 700 ° C., the boat 16 is rotated while hydrogen is introduced to remove and clean the natural oxide film on the surface of the substrate to be processed.
After this treatment is performed for about 30 minutes, the temperature inside the reaction tube 1 is lowered to 500 ° C., and when the temperature inside the reaction tube 1 is stabilized, monogermane (GeH 4 ) and monosilane (SiH 4 ) are introduced from the gas introduction tube 17. Then, silicon germanium (SiGe) is deposited.
The pressure inside the reaction tube 1 is adjusted by a pressure adjusting mechanism (not shown) provided on the downstream side of the exhaust pipe 18.
[0004]
In this conventional film forming apparatus, as shown in the film forming sequence of FIG. 6, it takes 230 minutes from the start of heating of the reaction tube 1 to the end of the temperature reduction after finishing the processing.
As can be seen from this film-forming sequence, the temperature of the reaction tube 1 to be raised or lowered is long, so that the processing speed (throughput) of the substrate to be processed as an apparatus is lowered. For this reason, it becomes a subject to shorten the temperature raising / lowering time of the reaction tube 1 and to improve the processing speed (throughput).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the pretreatment and the temperature at the time of film formation are different, it takes a long time to heat and cool the reaction tube, resulting in a decrease in throughput. Therefore, it is required to reduce the temperature difference between the pretreatment and the film formation, shorten the temperature raising / lowering time of the reaction tube 1, and improve the processing speed (throughput).
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the invention,
A reaction chamber for stacking and accommodating substrates;
A heating means provided outside the reaction chamber for heating the atmosphere in the reaction chamber;
Gas supply means for supplying a plurality of desired gases into the reaction chamber;
A remote plasma mechanism;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the reaction chamber;
A semiconductor manufacturing apparatus for growing a single crystal silicon film on the surface of the substrate,
The remote plasma mechanism is
Two electrodes covered with a dielectric protective tube and applied with high frequency power;
A shield provided via an insulator at the end of the electrode,
The gas supply means includes
A hydrogen gas introduction pipe for supplying hydrogen gas into the reaction chamber;
Anda different said source gas inlet pipe and the hydrogen gas inlet pipe a source gas inlet pipe for supplying a raw material gas into the reaction chamber,
The hydrogen gas inlet pipe is formed of a dielectric material, is erected in the stacking direction of the substrate, a semiconductor manufacturing device comprising a call having a plurality of gas supply holes in the stacking direction of said substrate.
[0007]
Thus, hydrogen used for pretreatment is activated by the remote plasma mechanism, and the substrate to be processed can be cleaned at a low temperature. As a result, the temperature of the pretreatment and the temperature of the single crystal growth performed later in the same reaction chamber can be made the same, so the time for raising the temperature to a temperature higher than the single crystal growth temperature necessary for the pretreatment, The time required for the temperature to be lowered to the single crystal growth temperature can be omitted, and the processing speed (throughput) can be improved accordingly. Note that in the pretreatment of the surface of the substrate to be processed using active species of hydrogen generated by remote plasma, impurities such as a natural oxide film on the surface of the substrate to be processed are removed.
[0008]
According to the second aspect of the present invention,
A reaction chamber for stacking and accommodating substrates;
A heating means provided outside the reaction chamber for heating the atmosphere in the reaction chamber;
Gas supply means for supplying a plurality of desired gases into the reaction chamber;
A remote plasma mechanism;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the reaction chamber;
A semiconductor manufacturing apparatus for forming a silicon germanium film on the substrate surface,
The remote plasma mechanism is
Two electrodes covered with a dielectric protective tube and applied with high frequency power;
A shield provided via an insulator at the end of the electrode,
The gas supply means includes
A hydrogen gas introduction pipe disposed between the two electrodes and supplying hydrogen gas into the reaction chamber;
Anda different said source gas inlet pipe and a raw material gas introduction pipe for supplying monosilane and monogermane the hydrogen gas inlet tube into the reaction chamber,
The hydrogen gas inlet pipe is formed of a dielectric material, is erected in the stacking direction of the substrate, a semiconductor manufacturing device comprising a call having a plurality of gas supply holes in the stacking direction of said substrate.
[0009]
Thus, hydrogen used for pretreatment is activated by the remote plasma mechanism, and the substrate to be processed can be cleaned at a low temperature. As a result, the temperature of the pretreatment and the formation temperature of the silicon germanium film performed at a temperature of 700 ° C. or lower in the same reaction chamber can be made the same. Therefore, the formation temperature of the silicon germanium film necessary for the pretreatment can be increased. The time for raising the temperature to a high temperature and the time for lowering the temperature to form the silicon germanium film can be omitted, and the processing speed (throughput) can be improved accordingly. Note that in the pretreatment of the surface of the substrate to be processed using active species of hydrogen generated by remote plasma, impurities such as a natural oxide film on the surface of the substrate to be processed are removed.
[0010]
Preferably, the reaction chamber wall is made of a dielectric material such as quartz, and a hot wall structure is used in which the temperature of the reaction chamber wall and the substrate in the reaction chamber is heated by a heater disposed outside the reaction chamber.
[0011]
The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention has a structure in which two or more substrates to be processed are stacked and placed in a reaction chamber for processing.
[0012]
Preferably, the substrate is a silicon wafer, and the semiconductor to be single-crystallized is silicon (Si) or silicon germanium (SiGe).
[0013]
When forming the silicon germanium (SiGe) film, the source gases supplied to the reaction chamber in a reduced pressure state are preferably monogermane (GeH 4 ) and monosilane (SiH 4 ).
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 4.
[0015]
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view seen from above the reaction chamber portion of the present embodiment, and FIG. 1B shows a vertical cross-sectional view taken along line AA in FIG.
2 is a cross-sectional view of the cross section of FIG. 1, FIG. 2 (A) is a cross-sectional view seen from above the reaction chamber portion of the present embodiment, and FIG. 2 (B) is FIG. The BB line longitudinal cross-sectional view of (A) is shown. Note that the heater 10 is omitted.
[0016]
Inside the reaction tube 1, a boat 16 is provided on which a plurality of substrates to be processed 2 can be placed in multiple stages at the same interval. The boat 16 can be taken in and out of the reaction tube 1 by an elevator mechanism (not shown).
The shaft 161 at the bottom of the boat 16 has a structure that penetrates the shutter 23 in a rotatable and airtight manner. The rotating unit 22 is kept airtight by a magnetic seal or the like, but may be a mechanism such as a magnet coupling.
Further, in order to improve the uniformity of processing, a rotation drive unit (not shown) for rotating the boat 16 is provided.
As shown in FIG. 1, the shutter 23 is airtightly connected to the flange 3 when the boat 16 is raised to the upper limit.
[0017]
Near the wall surface inside the reaction tube 1, two elongated conductive electrodes 5 are arranged as a plasma generation source so as to be covered with a dielectric protective tube 6, and an oscillator 12 emits at the electrode end 4 of the two electrodes. High-frequency power is applied via the matching unit 13.
A shield 9 is provided near the end of the electrode 5 via an insulator 8 to prevent discharge.
By this shield, the discharge inside the reaction tube 1 is limited to the vicinity of the substrate 2 to be processed.
The electrode end 4 passes through a metal flange 3 that is airtightly connected to the lower part of the reaction tube 1 and is drawn out of the reaction tube 1. The protection tube 6 includes the protection tube 6 and the flange 3. Since it is hermetically sealed, it is a space independent of the inside of the reaction tube 1 and is always at atmospheric pressure.
[0018]
Further, as shown in FIG. 2, a dielectric discharge tube 7 having a plurality of small holes 14 for gas blowing is provided in a space in the reaction tube 1 sandwiched between the electrodes 5 to process the substrate 2 to be processed. When introducing the hydrogen gas to be introduced into the reaction tube 1, the gas may pass through the small hole 14.
When a plasma 15 is generated by applying high-frequency power between two elongated electrodes 5 arranged side by side, active species of hydrogen generated in the plasma 15 pass through the small holes 14 and are supplied to the substrate 2 to be processed.
At this time, the structure of the discharge tube 7 and the size, number, position, etc. of the discharge tube 7 are optimized according to the purpose of processing in order to suppress the discharge of charged particles generated by the plasma 15 from the small hole 14. In the present embodiment, the position of the small hole 14 is set to be intermediate between the substrates to be processed 2.
As a result, the active species of hydrogen are evenly supplied to each substrate 2 on the boat 16.
Although the discharge tube 7 may not be provided, by limiting the plasma generation space with the discharge tube 7, it is possible to suppress the diffusion of charged particles from the plasma 15, and damage to the substrate 2 to be processed due to ions or the like. Can be reduced.
[0019]
Next, the operation will be described.
[0020]
After the boat 16 is lowered by an elevator mechanism (not shown) and a plurality of substrates 2 are placed on the boat 16, the boat 16 is raised and inserted into the reaction tube 1, and the inside of the reaction tube 1 is exhausted by a pump (not shown). Then, hydrogen gas is introduced to replace the gas such as nitrogen inside the reaction tube 1 with hydrogen.
[0021]
The heater 10 is turned on to heat the reaction tube 1, the boat 16 inside, the substrate 2 to be processed, etc. to 500 ° C. When the temperature of each part inside the reaction tube 1 reaches 500 ° C., hydrogen gas for cleaning the surface of the substrate 2 to be processed is introduced into the discharge tube 7 while rotating the boat 16.
The pressure inside the reaction tube 1 is adjusted by a pressure adjusting mechanism (not shown). When the pressure reaches a predetermined value, high-frequency power output from the oscillator 12 is supplied to the electrode end 4 via the matching unit 13.
As a result, plasma 15 is generated inside the discharge tube 7 and the introduced hydrogen is activated and supplied to the substrate 2 being rotated from the small holes 14 provided in the discharge tube 7.
Impurities such as a natural oxide film on the surface of the substrate to be processed 2 are removed mainly by activated hydrogen.
[0022]
When the removal of impurities such as a natural oxide film is completed, monogermane (GeH 4 ) and monosilane (SiH 4 ) are introduced from the gas introduction pipe 17 and silicon germanium (SiGe) is formed at 500 ° C. while adjusting the pressure.
The pressure inside the reaction tube 1 is adjusted by a pressure adjusting mechanism (not shown) provided on the downstream side of the exhaust pipe 18.
[0023]
As shown in the film forming sequence of FIG. 4, the time from the start of heating the reaction tube 1 to the end of the process until the temperature drop is finished is that the pretreatment temperature is set to 500 ° C., which is the same as the film forming temperature. The processing time which took 230 minutes in the conventional technique (see the broken line) is reduced to 155 minutes.
[0024]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which the heater is omitted. FIG. 3A is a cross-sectional view seen from above the reaction chamber portion of the present embodiment, and FIG. 3B is a longitudinal cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
[0025]
Inside the reaction tube 1 is provided a boat 16 on which a plurality of substrates to be processed 2 can be placed in multiple stages at the same interval, and the main structure is the same as in FIG.
[0026]
The flange 3 is provided with an active gas introduction pipe 19, which is configured to supply the active species of hydrogen generated by the remote plasma unit 24 from the active species introduction pipe 19 into the reaction tube 1.
As a plasma source of the remote plasma unit 24, an ICP (Inductively Coupled Plasma) type or a microwave type is suitable. The material of the discharge part of the remote plasma unit 24 is preferably quartz, alumina, sapphire or the like.
[0027]
Next, the operation will be described.
[0028]
After the boat 16 is lowered by an elevator mechanism (not shown) and the substrate 2 is placed on the boat 16, the boat 16 is raised and inserted into the reaction tube 1, and the inside of the reaction tube 1 is exhausted by a pump (not shown). And a gas such as nitrogen inside the reaction tube 1 is replaced with hydrogen. Hydrogen is introduced from the gas introduction pipe 21.
[0029]
The heater 10 is turned on to heat the reaction tube 1 and the boat 16 inside, the substrate 2 to be processed, etc. to 500 ° C.
[0030]
When the temperature of each part inside the reaction tube 1 reaches 500 ° C., the pressure inside the reaction tube 1 is adjusted by a pressure adjusting mechanism (not shown). When the temperature reaches a predetermined value, the remote plasma unit 24 is operated and the remote plasma unit 24 The generated active species of hydrogen are introduced into the reaction tube 1 through the active species introduction tube 19 to remove impurities such as a natural oxide film on the surface of the substrate 2 to be processed placed on the rotating boat 16.
[0031]
Subsequent film formation is the same as described above.
[0032]
In the first and second embodiments, an example in which a plurality of substrates to be processed are collectively processed has been described, but the same applies to an apparatus that processes each substrate one by one.
[0033]
According to the present invention, since the temperature for cleaning the surface of the substrate to be processed before film formation of SiGe or Si can be lowered as compared with the conventional one, it can be made the same as the film formation temperature. Since the temperature for cleaning the substrate to be processed before film formation is the same as the film formation temperature, the time for raising and lowering the temperature of the reaction tube can be omitted, so that the throughput of the apparatus is improved.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, the temperature of surface cleaning with hydrogen of the substrate to be processed can be lowered, and as a result, the time for raising and lowering the temperature for pretreatment can be omitted, thereby improving the throughput of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are views for explaining a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1A being a cross-sectional view, and FIG. 1B being FIG. It is an AA line longitudinal cross-sectional view.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2A being a cross-sectional view, and FIG. 2B being FIG. It is a BB line longitudinal cross-sectional view.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3A being a cross-sectional view, and FIG. 3B being FIG. FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a process time in the first embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams for explaining a conventional film forming apparatus, in which FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a vertical cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5A. .
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional process time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction tube 2 ... Substrate 3 ... Flange 4 ... Electrode end 5 ... Electrode 6 ... Protection tube 7 ... Discharge tube 8 ... Insulating material 9 ... Shield 10 ... Heater 12 ... Oscillator 13 ... Matching device 14 ... Small hole 15 ... Plasma 16 ... Boat 17 ... Gas introduction pipe 18 ... Exhaust pipe 19 ... Active species introduction pipe 21 ... Gas introduction pipe 22 ... Rotating section 23 ... Shutter 24 ... Remote plasma unit

Claims (2)

基板を積層して収容する反応室と、
前記反応室の外に設けられ前記反応室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、
前記反応室内に複数の所望のガスを供給するガス供給手段と、
リモートプラズマ機構と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、前記基板表面にシリコン膜を単結晶成長させる半導体製造装置であって、
前記リモートプラズマ機構は、
誘電体の保護管で覆われ、高周波電力が印加される2本の電極と、
該電極の端部に絶縁体を介して設けられるシールドと、を有し、
前記ガス供給手段は、
前記2本の電極の間に配設され、前記反応室内に水素ガスを供給する水素ガス導入管と、
前記反応室内に原料ガスを供給する原料ガス導入管であって前記水素ガス導入管とは異なる前記原料ガス導入管と、を有し、
前記水素ガス導入管は誘電体で形成され、前記基板の積層方向に立設され、前記基板の積層方向に複数のガス供給孔を有することを特徴とする半導体製造装置。
A reaction chamber for stacking and accommodating substrates;
A heating means provided outside the reaction chamber for heating the atmosphere in the reaction chamber;
Gas supply means for supplying a plurality of desired gases into the reaction chamber;
A remote plasma mechanism;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the reaction chamber;
A semiconductor manufacturing apparatus for growing a single crystal silicon film on the surface of the substrate,
The remote plasma mechanism is
Two electrodes covered with a dielectric protective tube and applied with high frequency power;
A shield provided via an insulator at the end of the electrode,
The gas supply means includes
A hydrogen gas introduction pipe disposed between the two electrodes and supplying hydrogen gas into the reaction chamber;
Anda different said source gas inlet pipe and the hydrogen gas inlet pipe a source gas inlet pipe for supplying a raw material gas into the reaction chamber,
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the hydrogen gas introduction pipe is made of a dielectric material, is erected in the substrate stacking direction, and has a plurality of gas supply holes in the substrate stacking direction .
基板を積層して収容する反応室と、
前記反応室の外に設けられ前記反応室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、
前記反応室内に複数の所望のガスを供給するガス供給手段と、
リモートプラズマ機構と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気手段と、
を備え、前記基板表面にシリコンゲルマニウム膜を形成する半導体製造装置であって、
前記リモートプラズマ機構は、
誘電体の保護管で覆われ、高周波電力が印加される2本の電極と、
該電極の端部に絶縁体を介して設けられるシールドと、を有し、
前記ガス供給手段は、
前記2本の電極の間に配設され、前記反応室内に水素ガスを供給する水素ガス導入管と、
前記反応室内にモノシラン及びモノゲルマンを供給する原料ガス導入管であって前記水素ガス導入管とは異なる前記原料ガス導入管と、を有し、
前記水素ガス導入管は誘電体で形成され、前記基板の積層方向に立設され、前記基板の積層方向に複数のガス供給孔を有することを特徴とする半導体製造装置。
A reaction chamber for stacking and accommodating substrates;
A heating means provided outside the reaction chamber for heating the atmosphere in the reaction chamber;
Gas supply means for supplying a plurality of desired gases into the reaction chamber;
A remote plasma mechanism;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the reaction chamber;
A semiconductor manufacturing apparatus for forming a silicon germanium film on the substrate surface,
The remote plasma mechanism is
Two electrodes covered with a dielectric protective tube and applied with high frequency power;
A shield provided via an insulator at the end of the electrode,
The gas supply means includes
A hydrogen gas introduction pipe disposed between the two electrodes and supplying hydrogen gas into the reaction chamber;
Anda different said source gas inlet pipe and a raw material gas introduction pipe for supplying monosilane and monogermane the hydrogen gas inlet tube into the reaction chamber,
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the hydrogen gas introduction pipe is made of a dielectric material, is erected in the substrate stacking direction, and has a plurality of gas supply holes in the substrate stacking direction .
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