JP4633269B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に複数の半導体基板をバッチ処理する縦型装置に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の縦型装置の反応炉は、例えば炉が二重管構造の場合、同軸的に配設された外部反応管と内部反応管とを有する。外部反応管は上部が閉じ下部が開口し、内部反応管は上下部ともに開口している。外部反応管及び内部反応管の下部開口には、ガス導入ノズル及びガス排気口が設けられた炉口フランジが連設される。炉口フランジの炉口は、内部反応管内に挿入されるボートの下部に設けられたシールキャップにより密閉される。ボートには多数枚のウェハが載置され、反応雰囲気内でバッチ処理される。
【０００３】
反応炉内を真空引きした後、反応ガスはガス導入ノズルから導入され、炉下部の雰囲気を伴って内部反応管に入り込み、ボートに載置された多数枚のウェハと接触しながら上昇する。この際、ウェハの加熱により反応ガスが分解して、反応生成物がウェハ表面に堆積し、薄膜が生成される。処理後のガスは、外部反応管の上部で反転し、外部反応管と内部反応管との間に形成される通路を通って下降し、炉下部から排出される。したがって、二重管構造の装置では、ウェハの存在する反応雰囲気でのガスの流れは下から上となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記炉口フランジ及び炉口を塞ぐシールキャップには真空シールのためのＯリングが多用され、Ｏリングの成分が脱ガスしたり、あるいはそこから外部リークする可能性がある。また、装置によっては、成膜中ボートを回転させるボート回転機構がシールキャップに取り付けられることがあり、この回転機構も汚染源となる。これら汚染源は反応炉下部の炉口部に集中している。したがって、炉口部は反応雰囲気の汚染源となる。
【０００５】
上述した二重管構造の反応炉では、炉口部の汚染源がウェハの存在する反応雰囲気中でガスの流れに対して上流に位置する。このため、下部から導入されたガスは上流に位置する汚染源で発生した汚染物質を含有したままウェハまで飛来する。その結果、ガスに含まれた汚染物質がウェハに付着して、成膜表面を曇らすヘイズが発生する等して、膜成長不良の原因となっていた。また、エピタキシャル成長などの高清浄な反応雰囲気が要求されるプロセスにおいては、上記汚染物質がプロセス反応を阻害したり、反応ガスの吸着を阻害したりして、ドーピング量均一性の悪化の要因ともなっていた。
【０００６】
なお、上述した問題は一重管構造の反応炉にも共通する。内部反応管を有さない一重管構造の反応炉には、反応管内の上部までガス導入ノズルを延在させ、反応ガスを上部から下部に向けて供給し、下部から排気しているものがある。この場合は、汚染源はガス下流に存在することになるが、ガスを炉下部から排気する際、炉口部の汚染物質を巻き上げ、汚染物質が逆拡散してウェハに飛来し、前述したのと同様な問題を引き起こしていた。
【０００７】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決して、汚染のない高清浄な反応雰囲気での処理を可能とする基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールキャップで炉口を閉塞され、炉内で基板を処理する炉と、前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間と基板処理空間との間に設けられ、前記炉口部空間から前記基板処理空間へ炉口側の汚染物質が逆拡散するのを防止する逆拡散防止体と、基板を処理するために炉内に反応ガスを導入する反応ガス導入系と、前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気する処理排気系と、前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気する炉口排気系とを備えた基板処理装置である。
【０００９】
炉口側の汚染対策として、炉口部空間と基板処理空間との間に逆拡散防止体を設けるとともに、炉口部空間を基板処理空間とは独立に排気するようにしたので、炉口部空間から基板処理空間への汚染物質が逆拡散するのを有効に防止できる。
【００１０】
上述した基板処理装置には、表面処理装置、成膜装置、エピタキシャル成膜装置、ＳｉＧｅ膜成膜装置などが含まれる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記炉口部空間にＮ2等の不活性ガスやＨ2ガスを供給して、前記炉口部空間内をパージするパージガス導入系を備えた請求項１に記載の基板処理装置である。炉口部空間にＮ2等の不活性ガスやＨ2ガスを供給して炉口部空間をパージしつつ排気すると、汚染物質の逆拡散をより有効に防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、炉口部空間の圧力を基板処理空間の圧力よりも低くした請求項１又は２に記載の基板処理装置である。炉口部空間の圧力を基板処理空間の圧力よりも低くすることにより、汚染物質の逆拡散をより一層有効に防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記反応ガス導入系が、前記基板処理空間に反応ガスを直接供給するように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。基板処理空間に反応ガスを直接供給して、反応ガスが炉口部空間内の汚染物質を基板処理空間に巻き込まないようにしたので、汚染物質の逆拡散をより一層有効に防止することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記基板の処理が基板の表面にエピタキシャル膜を形成する処理である請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。この発明の基板処理装置は、基板の処理がエピタキシャル膜の成膜である場合に好適に使用され、ＳｉＧｅ膜成膜の場合に特に好適に使用される。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、炉内に半導体基板を挿入して炉口をシールキャップで閉塞するステップと、前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間から基板処理空間へ炉口部の汚染物質が逆拡散するのを防止するステップと、前記半導体基板を処理するために炉内に反応ガスを導入するステップと、前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気するステップと、前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１６】
これによれば、炉口側の汚染対策として、炉口部空間から基板処理空間への逆拡散を防止するステップと、炉口部空間を基板処理空間とは独立に排気するステップを含むようにしたので、炉口領域から基板処理空間への汚染物質の逆拡散を有効に防止できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記反応ガスがＳｉＧｅ膜を成膜するための反応ガスである請求項６に記載の半導体装置の製造方法である。ＳｉＧｅ膜を成膜するために使用する反応ガスは、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）、モノゲルマン（ＧｅＨ4）、モノメチルシラン（ＣＨ3ＳｉＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、水素（Ｈ2）の混合ガスである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１を用いて第１の実施の形態を説明する。図１は半導体装置の製造方法を実施するための基板処理装置に係る縦型装置の反応炉Ａの概略図である。ここでは反応炉は一重管構造となっている。
【００２０】
上部が閉じた円筒状のヒータ１の内側に、上部が閉じた円筒状の石英製反応管２がヒータ１と同心状に設けられる。反応管２は短筒状のステンレス製の炉口フランジ７上に立設され、反応管２の開口と炉口フランジ７の上端との間はＯリング１１によりシールされている。炉口フランジ７の下端の炉口１６はＯリング１１を介してシールキャップ１７により気密に閉塞される。シールキャップ１７上にボート６が立設されて反応管２内に挿入される。ボート６にはシリコン等のウェハ５が水平姿勢で多段に装填され、これらのウェハ５はバッチ処理される。炉口フランジ７がシールキャップ１７により気密に閉塞されることにより、反応管２と炉口フランジ７とで相互に連通した１つの閉じた空間（反応室）が構成される。
【００２１】
ボート６を立設するシールキャップ１７には、さらにボート回転機構１３、回転軸１８、及びボート載置台１９が取り付けられる。シールキャップ１７は、二段構造をしており、反応管２と略同径の円板１７ａと、その円板１７ａの外周上にＯリング１１を介して段積みされたヒータ１と略同径のリング１７ｂとで構成される。円板１７ａと中空のリング１７ｂとがＯリング１１を介して炉口フランジ７の炉口１６を気密に閉塞している。このようにシールキャップ１７には真空シールのためのＯリング１１が多用されている。
【００２２】
シールキャップ１７に裏面より挿通された回転軸１８の上端には、反応管２の径とボート６の径との略中間の径をもつ円板状のボート載置台１９が取り付けられ、その上にボート６が立設されている。回転軸１８はシールキャップ１７の裏面に取り付けられたボート回転機構１３によって回転し、ボート回転機構１３は円板状のボート載置台１９に立設したボート６を反応管２内で回転させる。
【００２３】
ボート６の挿入時、ちょうどボート載置台１９を境にして、上記炉の閉空間は、上方の基板処理空間２０と下方の炉口部空間２１とに分けることができる。基板処理空間２０は、上下方向が反応管２の頂部とボート載置台１９とで区画形成されて、ボート６を格納してウェハ５を処理する炉前部室を構成する。炉口部空間２１は、ボート載置台１９とシールキャップ１７とで区画形成されて、回転軸１８や炉口１６の近傍を意味する炉口部Ｂを含む炉口部室を構成する。
【００２４】
炉口フランジ７において、基板処理空間２０の雰囲気を排気するとともに、基板処理空間２０に反応ガスを導入するようにしている。すなわち、基板処理空間２０の下部を区画する炉口フランジ７の上部に、基板処理空間２０と連通して基板処理空間２０を排気するガス排気管１４を設ける。このガス排気管１４は図示しないバルブ、ポンプとともにガス排気系を構成する。また、炉口部空間２１を区画する炉口フランジ７の下部にガス導入管４が接続され、ガス導入管４から反応ガスを基板処理空間２０に導入し、前記ガス排気管１４から排気するようになっている。ガス導入管４は、図示しないガス供給管、ガス供給源とともに反応ガス導入系を構成する。
【００２５】
ところで上記した説明までの構成では、ウェハ上に形成する膜がＳｉＧｅ膜の場合、大気中の水分や有機汚染等の汚染物質が少しでもあると、ヘイズが発生することがわかっている。ヘイズが発生する原因は次のように考えられる。
【００２６】
（１）シールキャップ１７により炉口１６を閉塞しているシール部から微量のリークにより、大気中の水分が混入すること、
（２）シールキャップ１７に設けられたシール用Ｏリング１１から脱ガスして有機汚染源になったり、シールキャップ１７に設けられたボート回転機構１３に用いられている磁性流体が揮発してカーボン（Ｃ）やフッ素（Ｆ）の汚染源になること、
（３）これら汚染源側である炉口部Ｂから反応管２に向かって反応ガスを供給すると、ウェハへ多量に汚染物が運ばれること。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、炉口部Ｂの汚染対策として、上記した構成につぎのような（Ａ）〜（Ｃ）の構成を付加している。
【００２８】
（Ａ）まず、基板処理空間２０と炉口部空間２１とを隔離している。すなわち、炉口１６側に位置する炉口部空間２１と、炉口１６側とは反対側に位置する基板処理空間２０との間に逆拡散防止体８を設ける。逆拡散防止体８は、炉口１６側で発生する汚染物質が炉口部空間２１から基板処理空間２０へ逆拡散するのを防止する。図示例では、逆拡散防止体８は炉口フランジ７側に設けられる。すなわち、炉口フランジ７の内壁から径方向内方に突設され、ボート６を反応管２内に挿入した状態で、ボート載置台１９が逆拡散防止体８の下方に位置し、図示例のように相互の先端がオーバラップする構造とする。このとき、逆拡散防止体８とボート載置台１９との先端間は、ボート６の回転を許容するために隙間２２を確保する。
【００２９】
逆拡散防止体８は、図２の平面図に示すように、中央にボート６を挿通するための穴を有するリング状をしており、リングの一部に後述するガス導入ノズル４の垂直部４ｂを挿通するためのノズル穴８ａが形成されている。逆拡散防止体８には石英、ＳｉＣなど、耐熱性が高く汚染物質を極力含まない材料を使用する。
【００３０】
（Ｂ）つぎに、炉口部空間２１の雰囲気を排気するとともに、炉口部空間２１にパージガスを流すようにしている。すなわち、炉口部空間２１を区画する炉口フランジ７の下部に、炉口部空間２１を基板処理空間２０とは独立して排気する炉口排気管１５を設ける。炉口排気管１５は、図示しないバルブ及びポンプ等とともに炉口排気系を構成する。また、炉口フランジ７の下部にパージガス供給管１０が接続され、パージガス供給管１０からパージガスを炉口部空間２１内に供給して、前述した炉口排気管１５から排気するようになっている。パージガスとしてはＮ2などの不活性ガス、またはＨ2ガスを用いる。パージガス供給管１０は、図示しないガス供給管、ガス供給源とともにパージガス導入系を構成する。
【００３１】
（Ｃ）さらに、反応ガスは基板処理空間２０側に直接供給するようにしている。すなわち、炉口部空間２１を構成する炉口フランジ７の下部から水平に挿入されたガス導入ノズル４は、炉口部空間２１内に止まらず、逆拡散防止体８のノズル穴８ａを通って基板処理空間２０に垂直に入り、そのまま反応管２の上部付近まで延在される。これにより反応管２の上部から基板処理空間２０に反応ガスを直接供給するようになっている。供給された反応ガスは、矢印に示すように、反応管２の上部からボート６に多段に装填されたウェハ５と接触しながら下降して基板処理空間２０の下部に設けたガス排気管１４から排気される。したがって、ウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは上から下となる。
【００３２】
つぎに上述したような構成の作用を説明する。炉口フランジ７、シールキャップ１７には真空シールのためのＯリング１１が多用され、Ｏリング１１の成分が脱ガスしたり、あるいはそこから外部リークする可能性があり、反応雰囲気の汚染源となる。また、ボート回転機構１３も汚染源となり、これら汚染源は反応炉下部の炉口１６側に集中していることは前述した通りである。
【００３３】
上述した実施の形態の構成では、反応炉Ａの炉口部空間２１と基板処理空間２０との間に逆拡散防止体８を設けて、基板処理空間２０を、汚染源を抱える炉口部空間２１から隔離したので、炉口部空間２１から基板処理空間２０への汚染物質の流れに対する抵抗を与えることができる。
【００３４】
この逆拡散防止体８に加えて、炉口フランジ７に炉口部空間２１と連通する炉口排気管１５及びパージガス供給管１０を設けて、炉口部空間２１を真空排気する際に、炉口部空間２１にパージガスを供給している。このように、基板処理空間２０と炉口部空間２１との間に逆拡散防止体８を設けるとともに、炉口部空間２１を基板処理空間２０とは独立して排気するようにしている。したがって、炉口部空間２１と基板処理空間２０とが干渉せず、汚染物質は炉口部空間２１から炉口排気管Ｌに確実に排気され、炉口部空間２１から基板処理空間２０への汚染物質の逆拡散を有効に防止できるようになる。
【００３５】
また、炉口フランジ７に挿入されたガス導入ノズル４は、炉口部空間２１に止まらず、基板処理空間２０にまで挿入されている。したがって反応ガスが炉口部空間２１内の雰囲気と接触しないため、反応ガスが反応炉内に導入される際、炉口部Ｂで発生した汚染物質を基板処理空間２０内に巻きこむことがない。しかも、基板処理空間２０内に挿入されたガス導入ノズル４は、反応管２の上部にまで延在しているので、ウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは上から下となる。このため炉口部Ｂで発生した汚染物質が基板処理空間２０内に流入するおそれが一層なくなる。
【００３６】
ここで、上述した縦型装置の反応炉での成膜処理手順及びプロセス条件は次の通りである。ウェハの処理枚数は、例えば、８インチウェハで５０枚である。シリコンウェハ上に生成する膜はＳｉＧｅ膜とし、その成膜のために使用する反応ガスは、モノシラン（Ｓｉ4）、モノゲルマン（ＧｅＨ4）、モノメチルシラン（ＣＨ3ＳｉＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、水素（Ｈ2）を同時に供給した混合ガスである。
【００３７】
反応管２内に装填されたウェハ５は、水素（Ｈ2）のみ流した状態で圧力３０Ｐａのもと７５０℃まで昇温される。その状態で水素（Ｈ2）のみを流し、ウェハ表面をクリーニングする。圧力は一定に維持したまま５００℃まで降温して、前述した混合ガスを流す。これによりシリコンゲルマ（ＳｉＧｅ）のボロン（Ｂ）ドーピング膜、もしくはシリコンゲルマ（ＳｉＧｅ）のカーボン（Ｃ）およびボロン（Ｂ）ドーピング膜が得られる。膜厚は、例えばＨＢＴ(Hetero junction Bipolar Transistor)用であれば５０ｎｍとする。なお、前記圧力は、成膜条件に適した圧力で一定としたが、基板表面クリーニングとは別の最適な圧力とすることも可能である。成膜が終り、ウェハを交換する時にボート６を下に移動させる。このとき逆拡散防止体８は炉口フランジ７側に設けられているため、そのまま炉内に残る。
【００３８】
上述したように実施の形態では、逆拡散防止板８を設置し、さらに炉口部空間２１にＮ2、Ｈ2等のパージガスを導入しつつ、専用の炉口排気管１５から排気し、さらに反応ガスを基板処理空間２０に直接導入して反応雰囲気でのガスの流れを上から下にしている。したがって、シール部から微量のリークにより大気中の水分が混入したり、シール用Ｏリング１１やボート回転機構１３から汚染物質が発生したりしても、汚染物質の逆拡散を有効に防止できるから、これらの反応炉下部の汚染物質がウェハ５へ運ばれることはなくなり、反応室内を高清浄な反応雰囲気に保つことができる。その結果、ヘイズの発生が無くなり、良質なエピタキシャル膜を成膜することができる。
【００３９】
このように実施の形態の縦型装置は、汚染源の最有力部分の汚染物質を効果的に排除することができるので、特に縦型バッチ処理装置で、染物汚染に厳しい良質な膜を形成することが要請されるＳｉＧｅ膜を生成するのに有力な技術となる。
【００４０】
次に図３を用いて第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と異なる点は反応炉が二重管構造になっている点であり、その他の点は図１と同じであるので、図１と対応する部分に同一符号を付して示す。
【００４１】
上部が閉じた円筒状のヒータ１の内側に、円筒状の石英製外部反応管２が設けられ、外部反応管２の内部には上端が開放された円筒状の石英製内部反応管３が同心状に配設される。外部反応管２は炉口フランジ７の上端に立設され、外部反応管２と炉口フランジ７間はＯリング１１によりシールされている。内部反応管３は炉口フランジ７の内壁から径方向内方へ突設した反応管受け部２３に立設される。炉口フランジ７の下端はＯリング１１を介してシールキャップ１７により気密に閉塞される。シールキャップ１７にボート６が立設されて内部反応管３内に挿入される。ボート６には成膜処理されるシリコン等のウェハ５が水平姿勢で多段に装填され、多数枚のウェハ５がバッチ処理されるように構成される。炉口フランジ７がシールキャップ１７により気密に密閉されることにより、内部反応管３と炉口フランジ７とで相互に連通した閉空間が構成される。前記反応管受け部２３は、ボート６を内部反応管３内に挿入した状態で、ボート載置台１９と対向する位置に設けられる。
【００４２】
第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、炉口部の汚染対策として３つの構成を付加している。すなわち、リング状の逆拡散防止体８を、その先端がボート載置台１９の先端とオーバラップするように反応管受け部２３上に設けて、基板処理空間２０と炉口部空間２１とを隔離している。また、パージガス供給管１０と炉口排気管１５を設けて炉口部空間２１のパージガスを流しつつ排気し、ガス導入ノズル４を延設して反応ガスを直接基板処理空間２０内に導入している。ガス導入ノズル４は、第１の実施の形態と異なり、外部反応管２の上部までは延在させず、ボート６の下部で止めてある。ガス導入ノズル４を第１の実施の形態のように上部まで延在させると、反応ガスはウェハ５と接触することなく、排気されてしまう。そこで、基板処理空間２０に挿入したガス導入ノズル４は、上部まで延在させずに、ボート６の下部止りとする。これにより反応ガスは、矢印に示すように、内部反応管３の下部からボート６に多段に装填されたウェハ５と接触しながら上昇し、上昇後反転し、内部反応管３と外部反応管２の間に形成される通路２５を通って下降し、通路２５の下部から排気される。したがってウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは下から上となる。
【００４３】
上述した二重管構造の縦型装置の反応炉においても、逆拡散防止体８を用いて基板処理空間２０から炉口部空間２１を隔離したうえ、炉口部空間２１にパージガスを導入して排気し、反応ガスを直接基板処理空間２０に導入することで、基板処理空間２０を、炉口部Ｂからの汚染の影響を受けない高清浄な反応雰囲気に保つことができる。このため内部反応管３の有無、及びウェハの存在する反応雰囲気でのガスの流れ方向に関係なく良質な膜生成が可能となる。
【００４４】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、逆拡散防止体８とボート載置台１９の相互の先端をオーバラップさせているが、オーバラップさせないで、単に逆拡散防止体８とボート載置台１９とを対向させ、その先端同士の隙間を可能な範囲で狭く設定するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した両実施の形態では、ボート６が回転するために、基板処理空間２０と炉口部空間２１との間に設けられる逆拡散防止体８を炉口フランジ７側に設けるようにしている。しかし、ボート６が回転機構１３を有さず回転しないのであれば、図４〜図６に示すように、ボート載置台１９側、またはボート載置台１９側及び炉口フランジ７側両方に設けてもよい。図４は一重管構造の反応炉Ａにおいて、逆拡散防止体８をボート載置台１９に設けた場合、図５は同じく一重管構造の反応炉Ａにおいて、逆拡散防止体８を炉口フランジ７側及びボート載置台１９側の両方に設けた場合、図６は二重管構造の反応炉において、逆拡散防止体８をボート載置台１９側に設けた場合をそれぞれ示している。要するに、逆拡散防止体８は、ガスの流れと逆方向に汚染物質が拡散するのを阻害することができれば、いずれの側に取り付けてもよい。
【００４６】
この逆拡散防止体８はボート載置台１９側と炉口フランジ７側との両方に設けられている場合には（図５）、両方の部材が非接触で重なり部がある方がより効果的に汚染物を低減できる。またボート載置台１９側に逆拡散防止体８を設ける場合には、ボートアップ・ダウンの関係上、逆拡散防止体８は、ボート載置台１９よりも下側になるように配置する必要がある（図５、図６）。さらに図７に示すように、逆拡散防止体８の周縁部に、ガス導入部４の水平部４ａと干渉しないように切欠き８ｂを設ける必要がある。また逆拡散防止体８をボート載置台１９に取り付けるようにしたが、ボート載置台１９自体を拡径するようにしてもよい。また、装置によっては、ボート載置台１９が必ずしも炉口部空間と基板処理空間との最適な境界となるとは限らないので、境界に相応しいボート６側の他の部位に取り付けるようにしてもよい。
【００４７】
また、ボート６は回転するが、反応ガスを基板処理空間２０に直接導入しないためにガス導入ノズル４が水平部４ａのみで構成されている場合にも、ボート載置台１９側に逆拡散防止体８を設けることは可能である。逆拡散防止体８には、ボート６のアップダウンを許容する切欠き８ｂが必要となる。
【００４８】
また、炉口部空間２１の圧力を基板処理空間２０の圧力よりも低く設定すると、より一層汚染物質の逆拡散を防止することができる。この場合、上述したガス排気管１４と炉口排気管１５とは１つのポンプに共通接続されていてもよいが、別々のポンプに接続されている方が、炉口部空間２１の圧力を低く設定するうえで容易になる。
【００４９】
また、上述した両実施の形態では、真空排気する際に炉口部空間２１にパージガスを供給するようにしたが、炉口排気系による真空排気だけでもよい。これによってもウェハ５上にヘイズが発生しないようにすることが可能である。しかし、カーボン汚染（有機汚染）を有効に防止するためには、炉口パージを実施することが好ましい。
【００５０】
また、反応管２、３にはスリム反応管を使用するとよい。ここでスリム反応管とは、標準のものと比べて、内径が小さいため必然的に反応管内壁とウェハ５との距離が短くなるものをいう。図１の一重管構造であれば、反応管２をスリムとし、図３の二重管構造であれば、内部反応管３をスリムとする。このように、反応管壁とウェハ５までの距離を短くする程、ウェハ周辺部のみ、きわだって膜厚が厚くなることを防止でき、膜厚均一性が向上する。なお、図１、及び図３〜図６の反応管２、３はスリム反応管としては記載されていない。
【００５１】
また、実施の形態の具体例では、縦型装置をＳｉＧｅ膜装置として説明したが、本発明はこれに限らない。ポリシリコン系の膜や酸化膜及びアニールに適用しても良く、表面処理装置、成膜装置、エピタキシャル成膜装置のように、広く基板処理装置全般に適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、炉内の炉口部空間から基板処理空間への汚染物質が拡散するのを防止する逆拡散防止体を設け、炉口部空間を排気するようにしたので、汚染のない高清浄な反応雰囲気での基板処理を行うことができる。また、炉口部空間を排気しつつ更にパージすると、汚染をより有効に排除できる。また、反応ガスを基板処理空間へ直接導入すると、汚染をより一層有効に排除できる。さらに、基板処理空間に対して炉口空間の圧力を低くすると、汚染を著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図２】実施の形態の逆拡散防止体の平面図である。
【図３】実施の形態の縦型装置の反応炉（二重管構造）の概略断面図である。
【図４】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図５】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図６】実施の形態の縦型装置の反応炉（二重管構造）の概略断面図である。
【図７】実施の形態の逆拡散防止体の平面図である。
【符号の説明】
Ａ 反応炉
Ｂ 炉口部
２ 外部反応管（反応管）
３ 内部反応管
４ ノズル
５ ウェハ
６ ボート
７ 炉口フランジ
８ 逆拡散防止体
１０ パージガス供給管
１１ Ｏリング
１３ ボート回転機構
１４ ガス排気管
１５ 炉口排気管
１９ ボート載置台
２０ 基板処理空間
２１ 炉口部空間
２２ 隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に複数の半導体基板をバッチ処理する縦型装置に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の縦型装置の反応炉は、例えば炉が二重管構造の場合、同軸的に配設された外部反応管と内部反応管とを有する。外部反応管は上部が閉じ下部が開口し、内部反応管は上下部ともに開口している。外部反応管及び内部反応管の下部開口には、ガス導入ノズル及びガス排気口が設けられた炉口フランジが連設される。炉口フランジの炉口は、内部反応管内に挿入されるボートの下部に設けられたシールキャップにより密閉される。ボートには多数枚のウェハが載置され、反応雰囲気内でバッチ処理される。
【０００３】
反応炉内を真空引きした後、反応ガスはガス導入ノズルから導入され、炉下部の雰囲気を伴って内部反応管に入り込み、ボートに載置された多数枚のウェハと接触しながら上昇する。この際、ウェハの加熱により反応ガスが分解して、反応生成物がウェハ表面に堆積し、薄膜が生成される。処理後のガスは、外部反応管の上部で反転し、外部反応管と内部反応管との間に形成される通路を通って下降し、炉下部から排出される。したがって、二重管構造の装置では、ウェハの存在する反応雰囲気でのガスの流れは下から上となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記炉口フランジ及び炉口を塞ぐシールキャップには真空シールのためのＯリングが多用され、Ｏリングの成分が脱ガスしたり、あるいはそこから外部リークする可能性がある。また、装置によっては、成膜中ボートを回転させるボート回転機構がシールキャップに取り付けられることがあり、この回転機構も汚染源となる。これら汚染源は反応炉下部の炉口部に集中している。したがって、炉口部は反応雰囲気の汚染源となる。
【０００５】
上述した二重管構造の反応炉では、炉口部の汚染源がウェハの存在する反応雰囲気中でガスの流れに対して上流に位置する。このため、下部から導入されたガスは上流に位置する汚染源で発生した汚染物質を含有したままウェハまで飛来する。その結果、ガスに含まれた汚染物質がウェハに付着して、成膜表面を曇らすヘイズが発生する等して、膜成長不良の原因となっていた。また、エピタキシャル成長などの高清浄な反応雰囲気が要求されるプロセスにおいては、上記汚染物質がプロセス反応を阻害したり、反応ガスの吸着を阻害したりして、ドーピング量均一性の悪化の要因ともなっていた。
【０００６】
なお、上述した問題は一重管構造の反応炉にも共通する。内部反応管を有さない一重管構造の反応炉には、反応管内の上部までガス導入ノズルを延在させ、反応ガスを上部から下部に向けて供給し、下部から排気しているものがある。この場合は、汚染源はガス下流に存在することになるが、ガスを炉下部から排気する際、炉口部の汚染物質を巻き上げ、汚染物質が逆拡散してウェハに飛来し、前述したのと同様な問題を引き起こしていた。
【０００７】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決して、汚染のない高清浄な反応雰囲気での処理を可能とする基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールキャップで炉口を閉塞され、炉内で基板を処理する炉と、前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間と基板処理空間との間に設けられ、前記炉口部空間から前記基板処理空間へ炉口側の汚染物質が逆拡散するのを防止する逆拡散防止体と、基板を処理するために炉内に反応ガスを導入する反応ガス導入系と、前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気する処理排気系と、前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気する炉口排気系とを備えた基板処理装置である。
【０００９】
炉口側の汚染対策として、炉口部空間と基板処理空間との間に逆拡散防止体を設けるとともに、炉口部空間を基板処理空間とは独立に排気するようにしたので、炉口部空間から基板処理空間への汚染物質が逆拡散するのを有効に防止できる。
【００１０】
上述した基板処理装置には、表面処理装置、成膜装置、エピタキシャル成膜装置、ＳｉＧｅ膜成膜装置などが含まれる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記炉口部空間にＮ2等の不活性ガスやＨ2ガスを供給して、前記炉口部空間内をパージするパージガス導入系を備えた請求項１に記載の基板処理装置である。炉口部空間にＮ2等の不活性ガスやＨ2ガスを供給して炉口部空間をパージしつつ排気すると、汚染物質の逆拡散をより有効に防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、炉口部空間の圧力を基板処理空間の圧力よりも低くした請求項１又は２に記載の基板処理装置である。炉口部空間の圧力を基板処理空間の圧力よりも低くすることにより、汚染物質の逆拡散をより一層有効に防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記反応ガス導入系が、前記基板処理空間に反応ガスを直接供給するように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。基板処理空間に反応ガスを直接供給して、反応ガスが炉口部空間内の汚染物質を基板処理空間に巻き込まないようにしたので、汚染物質の逆拡散をより一層有効に防止することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記基板の処理が基板の表面にエピタキシャル膜を形成する処理である請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。この発明の基板処理装置は、基板の処理がエピタキシャル膜の成膜である場合に好適に使用され、ＳｉＧｅ膜成膜の場合に特に好適に使用される。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、炉内に半導体基板を挿入して炉口をシールキャップで閉塞するステップと、前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間から基板処理空間へ炉口部の汚染物質が逆拡散するのを防止するステップと、前記半導体基板を処理するために炉内に反応ガスを導入するステップと、前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気するステップと、前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１６】
これによれば、炉口側の汚染対策として、炉口部空間から基板処理空間への逆拡散を防止するステップと、炉口部空間を基板処理空間とは独立に排気するステップを含むようにしたので、炉口領域から基板処理空間への汚染物質の逆拡散を有効に防止できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記反応ガスがＳｉＧｅ膜を成膜するための反応ガスである請求項６に記載の半導体装置の製造方法である。ＳｉＧｅ膜を成膜するために使用する反応ガスは、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）、モノゲルマン（ＧｅＨ4）、モノメチルシラン（ＣＨ3ＳｉＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、水素（Ｈ2）の混合ガスである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１を用いて第１の実施の形態を説明する。図１は半導体装置の製造方法を実施するための基板処理装置に係る縦型装置の反応炉Ａの概略図である。ここでは反応炉は一重管構造となっている。
【００２０】
上部が閉じた円筒状のヒータ１の内側に、上部が閉じた円筒状の石英製反応管２がヒータ１と同心状に設けられる。反応管２は短筒状のステンレス製の炉口フランジ７上に立設され、反応管２の開口と炉口フランジ７の上端との間はＯリング１１によりシールされている。炉口フランジ７の下端の炉口１６はＯリング１１を介してシールキャップ１７により気密に閉塞される。シールキャップ１７上にボート６が立設されて反応管２内に挿入される。ボート６にはシリコン等のウェハ５が水平姿勢で多段に装填され、これらのウェハ５はバッチ処理される。炉口フランジ７がシールキャップ１７により気密に閉塞されることにより、反応管２と炉口フランジ７とで相互に連通した１つの閉じた空間（反応室）が構成される。
【００２１】
ボート６を立設するシールキャップ１７には、さらにボート回転機構１３、回転軸１８、及びボート載置台１９が取り付けられる。シールキャップ１７は、二段構造をしており、反応管２と略同径の円板１７ａと、その円板１７ａの外周上にＯリング１１を介して段積みされたヒータ１と略同径のリング１７ｂとで構成される。円板１７ａと中空のリング１７ｂとがＯリング１１を介して炉口フランジ７の炉口１６を気密に閉塞している。このようにシールキャップ１７には真空シールのためのＯリング１１が多用されている。
【００２２】
シールキャップ１７に裏面より挿通された回転軸１８の上端には、反応管２の径とボート６の径との略中間の径をもつ円板状のボート載置台１９が取り付けられ、その上にボート６が立設されている。回転軸１８はシールキャップ１７の裏面に取り付けられたボート回転機構１３によって回転し、ボート回転機構１３は円板状のボート載置台１９に立設したボート６を反応管２内で回転させる。
【００２３】
ボート６の挿入時、ちょうどボート載置台１９を境にして、上記炉の閉空間は、上方の基板処理空間２０と下方の炉口部空間２１とに分けることができる。基板処理空間２０は、上下方向が反応管２の頂部とボート載置台１９とで区画形成されて、ボート６を格納してウェハ５を処理する炉前部室を構成する。炉口部空間２１は、ボート載置台１９とシールキャップ１７とで区画形成されて、回転軸１８や炉口１６の近傍を意味する炉口部Ｂを含む炉口部室を構成する。
【００２４】
炉口フランジ７において、基板処理空間２０の雰囲気を排気するとともに、基板処理空間２０に反応ガスを導入するようにしている。すなわち、基板処理空間２０の下部を区画する炉口フランジ７の上部に、基板処理空間２０と連通して基板処理空間２０を排気するガス排気管１４を設ける。このガス排気管１４は図示しないバルブ、ポンプとともにガス排気系を構成する。また、炉口部空間２１を区画する炉口フランジ７の下部にガス導入管４が接続され、ガス導入管４から反応ガスを基板処理空間２０に導入し、前記ガス排気管１４から排気するようになっている。ガス導入管４は、図示しないガス供給管、ガス供給源とともに反応ガス導入系を構成する。
【００２５】
ところで上記した説明までの構成では、ウェハ上に形成する膜がＳｉＧｅ膜の場合、大気中の水分や有機汚染等の汚染物質が少しでもあると、ヘイズが発生することがわかっている。ヘイズが発生する原因は次のように考えられる。
【００２６】
（１）シールキャップ１７により炉口１６を閉塞しているシール部から微量のリークにより、大気中の水分が混入すること、
（２）シールキャップ１７に設けられたシール用Ｏリング１１から脱ガスして有機汚染源になったり、シールキャップ１７に設けられたボート回転機構１３に用いられている磁性流体が揮発してカーボン（Ｃ）やフッ素（Ｆ）の汚染源になること、
（３）これら汚染源側である炉口部Ｂから反応管２に向かって反応ガスを供給すると、ウェハへ多量に汚染物が運ばれること。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、炉口部Ｂの汚染対策として、上記した構成につぎのような（Ａ）〜（Ｃ）の構成を付加している。
【００２８】
（Ａ）まず、基板処理空間２０と炉口部空間２１とを隔離している。すなわち、炉口１６側に位置する炉口部空間２１と、炉口１６側とは反対側に位置する基板処理空間２０との間に逆拡散防止体８を設ける。逆拡散防止体８は、炉口１６側で発生する汚染物質が炉口部空間２１から基板処理空間２０へ逆拡散するのを防止する。図示例では、逆拡散防止体８は炉口フランジ７側に設けられる。すなわち、炉口フランジ７の内壁から径方向内方に突設され、ボート６を反応管２内に挿入した状態で、ボート載置台１９が逆拡散防止体８の下方に位置し、図示例のように相互の先端がオーバラップする構造とする。このとき、逆拡散防止体８とボート載置台１９との先端間は、ボート６の回転を許容するために隙間２２を確保する。
【００２９】
逆拡散防止体８は、図２の平面図に示すように、中央にボート６を挿通するための穴を有するリング状をしており、リングの一部に後述するガス導入ノズル４の垂直部４ｂを挿通するためのノズル穴８ａが形成されている。逆拡散防止体８には石英、ＳｉＣなど、耐熱性が高く汚染物質を極力含まない材料を使用する。
【００３０】
（Ｂ）つぎに、炉口部空間２１の雰囲気を排気するとともに、炉口部空間２１にパージガスを流すようにしている。すなわち、炉口部空間２１を区画する炉口フランジ７の下部に、炉口部空間２１を基板処理空間２０とは独立して排気する炉口排気管１５を設ける。炉口排気管１５は、図示しないバルブ及びポンプ等とともに炉口排気系を構成する。また、炉口フランジ７の下部にパージガス供給管１０が接続され、パージガス供給管１０からパージガスを炉口部空間２１内に供給して、前述した炉口排気管１５から排気するようになっている。パージガスとしてはＮ2などの不活性ガス、またはＨ2ガスを用いる。パージガス供給管１０は、図示しないガス供給管、ガス供給源とともにパージガス導入系を構成する。
【００３１】
（Ｃ）さらに、反応ガスは基板処理空間２０側に直接供給するようにしている。すなわち、炉口部空間２１を構成する炉口フランジ７の下部から水平に挿入されたガス導入ノズル４は、炉口部空間２１内に止まらず、逆拡散防止体８のノズル穴８ａを通って基板処理空間２０に垂直に入り、そのまま反応管２の上部付近まで延在される。これにより反応管２の上部から基板処理空間２０に反応ガスを直接供給するようになっている。供給された反応ガスは、矢印に示すように、反応管２の上部からボート６に多段に装填されたウェハ５と接触しながら下降して基板処理空間２０の下部に設けたガス排気管１４から排気される。したがって、ウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは上から下となる。
【００３２】
つぎに上述したような構成の作用を説明する。炉口フランジ７、シールキャップ１７には真空シールのためのＯリング１１が多用され、Ｏリング１１の成分が脱ガスしたり、あるいはそこから外部リークする可能性があり、反応雰囲気の汚染源となる。また、ボート回転機構１３も汚染源となり、これら汚染源は反応炉下部の炉口１６側に集中していることは前述した通りである。
【００３３】
上述した実施の形態の構成では、反応炉Ａの炉口部空間２１と基板処理空間２０との間に逆拡散防止体８を設けて、基板処理空間２０を、汚染源を抱える炉口部空間２１から隔離したので、炉口部空間２１から基板処理空間２０への汚染物質の流れに対する抵抗を与えることができる。
【００３４】
この逆拡散防止体８に加えて、炉口フランジ７に炉口部空間２１と連通する炉口排気管１５及びパージガス供給管１０を設けて、炉口部空間２１を真空排気する際に、炉口部空間２１にパージガスを供給している。このように、基板処理空間２０と炉口部空間２１との間に逆拡散防止体８を設けるとともに、炉口部空間２１を基板処理空間２０とは独立して排気するようにしている。したがって、炉口部空間２１と基板処理空間２０とが干渉せず、汚染物質は炉口部空間２１から炉口排気管Ｌに確実に排気され、炉口部空間２１から基板処理空間２０への汚染物質の逆拡散を有効に防止できるようになる。
【００３５】
また、炉口フランジ７に挿入されたガス導入ノズル４は、炉口部空間２１に止まらず、基板処理空間２０にまで挿入されている。したがって反応ガスが炉口部空間２１内の雰囲気と接触しないため、反応ガスが反応炉内に導入される際、炉口部Ｂで発生した汚染物質を基板処理空間２０内に巻きこむことがない。しかも、基板処理空間２０内に挿入されたガス導入ノズル４は、反応管２の上部にまで延在しているので、ウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは上から下となる。このため炉口部Ｂで発生した汚染物質が基板処理空間２０内に流入するおそれが一層なくなる。
【００３６】
ここで、上述した縦型装置の反応炉での成膜処理手順及びプロセス条件は次の通りである。ウェハの処理枚数は、例えば、８インチウェハで５０枚である。シリコンウェハ上に生成する膜はＳｉＧｅ膜とし、その成膜のために使用する反応ガスは、モノシラン（Ｓｉ4）、モノゲルマン（ＧｅＨ4）、モノメチルシラン（ＣＨ3ＳｉＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、水素（Ｈ2）を同時に供給した混合ガスである。
【００３７】
反応管２内に装填されたウェハ５は、水素（Ｈ2）のみ流した状態で圧力３０Ｐａのもと７５０℃まで昇温される。その状態で水素（Ｈ2）のみを流し、ウェハ表面をクリーニングする。圧力は一定に維持したまま５００℃まで降温して、前述した混合ガスを流す。これによりシリコンゲルマ（ＳｉＧｅ）のボロン（Ｂ）ドーピング膜、もしくはシリコンゲルマ（ＳｉＧｅ）のカーボン（Ｃ）およびボロン（Ｂ）ドーピング膜が得られる。膜厚は、例えばＨＢＴ(Hetero junction Bipolar Transistor)用であれば５０ｎｍとする。なお、前記圧力は、成膜条件に適した圧力で一定としたが、基板表面クリーニングとは別の最適な圧力とすることも可能である。成膜が終り、ウェハを交換する時にボート６を下に移動させる。このとき逆拡散防止体８は炉口フランジ７側に設けられているため、そのまま炉内に残る。
【００３８】
上述したように実施の形態では、逆拡散防止板８を設置し、さらに炉口部空間２１にＮ2、Ｈ2等のパージガスを導入しつつ、専用の炉口排気管１５から排気し、さらに反応ガスを基板処理空間２０に直接導入して反応雰囲気でのガスの流れを上から下にしている。したがって、シール部から微量のリークにより大気中の水分が混入したり、シール用Ｏリング１１やボート回転機構１３から汚染物質が発生したりしても、汚染物質の逆拡散を有効に防止できるから、これらの反応炉下部の汚染物質がウェハ５へ運ばれることはなくなり、反応室内を高清浄な反応雰囲気に保つことができる。その結果、ヘイズの発生が無くなり、良質なエピタキシャル膜を成膜することができる。
【００３９】
このように実施の形態の縦型装置は、汚染源の最有力部分の汚染物質を効果的に排除することができるので、特に縦型バッチ処理装置で、染物汚染に厳しい良質な膜を形成することが要請されるＳｉＧｅ膜を生成するのに有力な技術となる。
【００４０】
次に図３を用いて第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と異なる点は反応炉が二重管構造になっている点であり、その他の点は図１と同じであるので、図１と対応する部分に同一符号を付して示す。
【００４１】
上部が閉じた円筒状のヒータ１の内側に、円筒状の石英製外部反応管２が設けられ、外部反応管２の内部には上端が開放された円筒状の石英製内部反応管３が同心状に配設される。外部反応管２は炉口フランジ７の上端に立設され、外部反応管２と炉口フランジ７間はＯリング１１によりシールされている。内部反応管３は炉口フランジ７の内壁から径方向内方へ突設した反応管受け部２３に立設される。炉口フランジ７の下端はＯリング１１を介してシールキャップ１７により気密に閉塞される。シールキャップ１７にボート６が立設されて内部反応管３内に挿入される。ボート６には成膜処理されるシリコン等のウェハ５が水平姿勢で多段に装填され、多数枚のウェハ５がバッチ処理されるように構成される。炉口フランジ７がシールキャップ１７により気密に密閉されることにより、内部反応管３と炉口フランジ７とで相互に連通した閉空間が構成される。前記反応管受け部２３は、ボート６を内部反応管３内に挿入した状態で、ボート載置台１９と対向する位置に設けられる。
【００４２】
第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、炉口部の汚染対策として３つの構成を付加している。すなわち、リング状の逆拡散防止体８を、その先端がボート載置台１９の先端とオーバラップするように反応管受け部２３上に設けて、基板処理空間２０と炉口部空間２１とを隔離している。また、パージガス供給管１０と炉口排気管１５を設けて炉口部空間２１のパージガスを流しつつ排気し、ガス導入ノズル４を延設して反応ガスを直接基板処理空間２０内に導入している。ガス導入ノズル４は、第１の実施の形態と異なり、外部反応管２の上部までは延在させず、ボート６の下部で止めてある。ガス導入ノズル４を第１の実施の形態のように上部まで延在させると、反応ガスはウェハ５と接触することなく、排気されてしまう。そこで、基板処理空間２０に挿入したガス導入ノズル４は、上部まで延在させずに、ボート６の下部止りとする。これにより反応ガスは、矢印に示すように、内部反応管３の下部からボート６に多段に装填されたウェハ５と接触しながら上昇し、上昇後反転し、内部反応管３と外部反応管２の間に形成される通路２５を通って下降し、通路２５の下部から排気される。したがってウェハ５の存在する反応雰囲気でのガスの流れは下から上となる。
【００４３】
上述した二重管構造の縦型装置の反応炉においても、逆拡散防止体８を用いて基板処理空間２０から炉口部空間２１を隔離したうえ、炉口部空間２１にパージガスを導入して排気し、反応ガスを直接基板処理空間２０に導入することで、基板処理空間２０を、炉口部Ｂからの汚染の影響を受けない高清浄な反応雰囲気に保つことができる。このため内部反応管３の有無、及びウェハの存在する反応雰囲気でのガスの流れ方向に関係なく良質な膜生成が可能となる。
【００４４】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、逆拡散防止体８とボート載置台１９の相互の先端をオーバラップさせているが、オーバラップさせないで、単に逆拡散防止体８とボート載置台１９とを対向させ、その先端同士の隙間を可能な範囲で狭く設定するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した両実施の形態では、ボート６が回転するために、基板処理空間２０と炉口部空間２１との間に設けられる逆拡散防止体８を炉口フランジ７側に設けるようにしている。しかし、ボート６が回転機構１３を有さず回転しないのであれば、図４〜図６に示すように、ボート載置台１９側、またはボート載置台１９側及び炉口フランジ７側両方に設けてもよい。図４は一重管構造の反応炉Ａにおいて、逆拡散防止体８をボート載置台１９に設けた場合、図５は同じく一重管構造の反応炉Ａにおいて、逆拡散防止体８を炉口フランジ７側及びボート載置台１９側の両方に設けた場合、図６は二重管構造の反応炉において、逆拡散防止体８をボート載置台１９側に設けた場合をそれぞれ示している。要するに、逆拡散防止体８は、ガスの流れと逆方向に汚染物質が拡散するのを阻害することができれば、いずれの側に取り付けてもよい。
【００４６】
この逆拡散防止体８はボート載置台１９側と炉口フランジ７側との両方に設けられている場合には（図５）、両方の部材が非接触で重なり部がある方がより効果的に汚染物を低減できる。またボート載置台１９側に逆拡散防止体８を設ける場合には、ボートアップ・ダウンの関係上、逆拡散防止体８は、ボート載置台１９よりも下側になるように配置する必要がある（図５、図６）。さらに図７に示すように、逆拡散防止体８の周縁部に、ガス導入部４の水平部４ａと干渉しないように切欠き８ｂを設ける必要がある。また逆拡散防止体８をボート載置台１９に取り付けるようにしたが、ボート載置台１９自体を拡径するようにしてもよい。また、装置によっては、ボート載置台１９が必ずしも炉口部空間と基板処理空間との最適な境界となるとは限らないので、境界に相応しいボート６側の他の部位に取り付けるようにしてもよい。
【００４７】
また、ボート６は回転するが、反応ガスを基板処理空間２０に直接導入しないためにガス導入ノズル４が水平部４ａのみで構成されている場合にも、ボート載置台１９側に逆拡散防止体８を設けることは可能である。逆拡散防止体８には、ボート６のアップダウンを許容する切欠き８ｂが必要となる。
【００４８】
また、炉口部空間２１の圧力を基板処理空間２０の圧力よりも低く設定すると、より一層汚染物質の逆拡散を防止することができる。この場合、上述したガス排気管１４と炉口排気管１５とは１つのポンプに共通接続されていてもよいが、別々のポンプに接続されている方が、炉口部空間２１の圧力を低く設定するうえで容易になる。
【００４９】
また、上述した両実施の形態では、真空排気する際に炉口部空間２１にパージガスを供給するようにしたが、炉口排気系による真空排気だけでもよい。これによってもウェハ５上にヘイズが発生しないようにすることが可能である。しかし、カーボン汚染（有機汚染）を有効に防止するためには、炉口パージを実施することが好ましい。
【００５０】
また、反応管２、３にはスリム反応管を使用するとよい。ここでスリム反応管とは、標準のものと比べて、内径が小さいため必然的に反応管内壁とウェハ５との距離が短くなるものをいう。図１の一重管構造であれば、反応管２をスリムとし、図３の二重管構造であれば、内部反応管３をスリムとする。このように、反応管壁とウェハ５までの距離を短くする程、ウェハ周辺部のみ、きわだって膜厚が厚くなることを防止でき、膜厚均一性が向上する。なお、図１、及び図３〜図６の反応管２、３はスリム反応管としては記載されていない。
【００５１】
また、実施の形態の具体例では、縦型装置をＳｉＧｅ膜装置として説明したが、本発明はこれに限らない。ポリシリコン系の膜や酸化膜及びアニールに適用しても良く、表面処理装置、成膜装置、エピタキシャル成膜装置のように、広く基板処理装置全般に適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、炉内の炉口部空間から基板処理空間への汚染物質が拡散するのを防止する逆拡散防止体を設け、炉口部空間を排気するようにしたので、汚染のない高清浄な反応雰囲気での基板処理を行うことができる。また、炉口部空間を排気しつつ更にパージすると、汚染をより有効に排除できる。また、反応ガスを基板処理空間へ直接導入すると、汚染をより一層有効に排除できる。さらに、基板処理空間に対して炉口空間の圧力を低くすると、汚染を著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図２】実施の形態の逆拡散防止体の平面図である。
【図３】実施の形態の縦型装置の反応炉（二重管構造）の概略断面図である。
【図４】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図５】実施の形態の縦型装置の反応炉（一重管構造）の概略断面図である。
【図６】実施の形態の縦型装置の反応炉（二重管構造）の概略断面図である。
【図７】実施の形態の逆拡散防止体の平面図である。
【符号の説明】
Ａ 反応炉
Ｂ 炉口部
２ 外部反応管（反応管）
３ 内部反応管
４ ノズル
５ ウェハ
６ ボート
７ 炉口フランジ
８ 逆拡散防止体
１０ パージガス供給管
１１ Ｏリング
１３ ボート回転機構
１４ ガス排気管
１５ 炉口排気管
１９ ボート載置台
２０ 基板処理空間
２１ 炉口部空間
２２ 隙間
Claims (4)
- シールキャップで炉口を閉塞され、炉内で基板を処理する炉と、
前記炉内のうちの炉口側の炉口部空間と、
前記炉内のうちの基板処理空間と、
前記基板処理空間に挿入され、前記基板を載置するボートと、
該ボートを載置するボート載置台と、
前記炉口部空間と前記基板処理空間との間の前記炉内壁側の第一部位と、前記ボート側若しくは前記ボート載置台側の第二部位との相互の先端がオーバラップするように設けられ、前記基板処理空間を前記炉口部空間から隔離する逆拡散防止体と、
前記基板を処理するために前記炉内に反応ガスを導入する反応ガス導入系と、
前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気する処理排気系と、
前記炉口部空間の圧力を前記基板処理空間の圧力よりも低くするよう前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気する炉口排気系と
を備えた基板処理装置。 - シールキャップで炉口を閉塞され、炉内で基板を処理する炉と、
前記炉内のうちの炉口側の炉口部空間と、
前記炉内のうちの基板処理空間と、
前記基板処理空間に挿入され、前記基板を載置するボートと、
該ボートを載置するボート載置台と、
前記炉口部空間と前記基板処理空間との間の前記炉内壁側の第一部位と、前記ボート側若しくは前記ボート載置台側の第二部位との相互の先端がオーバラップするように設けられ、前記基板処理空間を前記炉口部空間から隔離する逆拡散防止体と、
前記基板を処理するために前記炉内に反応ガスを導入する反応ガス導入系と、
前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気する処理排気系と、
前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気する炉口排気系と、を備え、
前記逆拡散防止体には、前記反応ガス導入系を挿通するための挿通穴若しくは切欠きが設けられた基板処理装置。 - 炉内のうちの基板処理空間に、半導体基板が載置されたボートをボート載置台で載置しつつ、挿入して炉口をシールキャップで閉塞するステップと、
前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間と前記基板処理空間との間の前記炉内壁側の第一部位と、前記ボート側若しくは前記ボート載置台側の第二部位との相互の先端がオーバラップするように設けられた逆拡散防止体が、前記基板処理空間を前記炉口部空間から隔離するステップと、
前記半導体基板を処理するために炉内に反応ガスを導入するステップと、前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気するステップと、
前記炉口部空間の圧力を前記基板処理空間の圧力よりも低くするよう前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気するステップと
を含む半導体装置の製造方法。 - 炉内のうちの基板処理空間に、半導体基板が載置されたボートをボート載置台で載置しつつ、挿入して炉口をシールキャップで閉塞するステップと、
前記炉内のうち、炉口側の炉口部空間と前記基板処理空間との間の前記炉内壁側の第一部位と、前記ボート側若しくは前記ボート載置台側の第二部位との相互の先端がオーバラップするように設けられた逆拡散防止体が、前記基板処理空間を前記炉口部空間から隔離するステップと、
前記半導体基板を処理するために前記逆拡散防止体に設けられた挿通穴若しくは切欠きを挿通する反応ガス導入系から炉内に反応ガスを導入するステップと、
前記導入された反応ガスを前記基板処理空間から排気するステップと、
前記炉口部空間を前記基板処理空間とは独立して排気するステップと
を含む半導体装置の製造方法。
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