JPH03184326A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハに反応膜を形成する場合に使用
する気相成長装置に関するものである。

〔従来の技術〕

−ｉに、気相成長装置としては種々色々なものが知られ
ており、この中には例えば拡散炉型減圧気相成長装置が
ある。

従来、この種の拡散炉型減圧気相成長装置には、第６図
に示すような横型減圧気相成長装置あるいは第７図に示
すような縦型減圧気相成長装置が採用されている。

このうち、先ず横型減圧気相成長装置につき、第６図を
用いて説明する。同図において、符号１で示すものは両
側方に開口するボート挿抜口２゜３を有する圧力容器で
、内部に所定の間隔をもって並列する複数の半導体ウェ
ハ４を収容可能な反応管５が収納されており、周囲には
例えばヒータ等の加熱装置６が設けられている。この圧
力容器１には、前記両押抜口２，３を開閉する有底筒状
の蓋体７，８が取付筒９，１０を介して各々装着されて
いる。これら両蓋体７，８には、前記反応管５内に原料
ガスを供給するガス供給管１１と真空引き装置１２に接
続するガス排気管１３が各々装着されている。１４は半
導体ウェハ４を保持するボートで、前記反応管５内に挿
抜自在に設けられている。このボート１４．前記反応管
５および前記圧力容器１は、例えば石英ガラスあるいは
炭化珪素等の材料によって形成されている。また、１５
は前記ガス排気管１３を開閉するバルブである。

このように構成された横型減圧気相成長装置による膜形
成プロセスについて説明する。

先ず、予めボート１４によって保持された多数の半導体
ウェハ４を反応管５内に挿入する。次いで、蓋体７，８
によって圧力容器１の両開口部を閉塞して圧力容器１内
にガス供給管１１から窒素等を導入する。しかる後、反
応管５内を真空引き装置１２によって通常１００Ｐａ以
下の減圧状態に保持しながら半導体ウェハ４の温度が所
定の温度で安定するまで予備加熱し、圧力容器ｌ内にガ
ス供給管１１から原料ガスを供給する。このとき、半導
体ウェハ４上に膜形成されるが、所望の膜厚が得られる
まで原料ガスを供給する。また、原料ガスは、反応管５
内を通過して真空引き装置１２によってガス排気管１３
から排気される。そして、原料ガスの供給停止後に圧力
容器１内に残留する原料ガスを窒素ガス等で置換してパ
ージし、バルブ１５の閉塞後に圧力容器１内を窒素等を
導入して大気圧に設定する。この後、蓋体７　（あるい
は８）を開放してボート１４を反応管５から外部に引き
抜く。

このようにして、横型減圧気相成長装置による膜形成プ
ロセスが終了する。

次に、縦型減圧気相成長装置につき、第７図を用いて説
明する。同図において、符号２１で示すものは下方に開
口するボート挿抜口２２を有する圧力容器で、内部に所
定の間隔をもって並列する複数の半導体ウェハ２３を収
容可能な反応管２４が収納されており、周囲には例えば
ヒータ等の加熱装置２５が設けられている。この圧力容
器２１には、前記ボート挿抜口２２を開閉する有底筒状
の蓋体２６が取付筒２７を介して装着されている。

そして、この蓋体２６には前記反応管２４内に原料ガス
を供給するガス供給管２８と真空引き装置２９に接続す
るガス排気管３０が装着されている。

３１は半導体ウェハ２３を保持するボートで、前記反応
管２４内に挿抜自在に設けられている。このボート３１
．前記反応管２４および前記圧力容器２１は、例えば石
英ガラスあるいは炭化珪素等の材料によって形成されて
いる。また、３２および３３は前記ボート３１を各々保
温、昇降する保温筒とエレベータ、３４は前記ガス排気
管３０を開閉するバルブである。

このように構成された縦型減圧気相成長装置による膜形
成は、ウェハ面に平行な方向でのガス対流が無いため、
ウェハ面内で温度分布が均一になり、横型減圧気相成長
装置による膜形成と比較して均一な膜厚を得ることがで
きる。

なお、縦型減圧気相成長装置による膜形成プロセスは、
横型減圧気相成長装置による膜形成プロセスと基本的に
同一であるため、そのプロセスの説明については省略す
る。

また、拡散炉型減圧気相成長装置においては、第８図に
示すように原料ガスが半導体ウェハと反応管との間をガ
ス供給管からガス排気管に向かつて流れるが、この際相
互に隣接する２つの半導体ウェハ間に拡散現象によって
ウェハ表面まで輸送されるという特徴を有しているもの
である。ここで、図中符号３５は原料ガスの流れ方向を
示し、３６および３７は拡散による原料ガスと反応生成
物の流れ方向を示す。

ところで、従来の気相成長装置としては、第９図に示す
ような枚葉式気相成長装置も採用されている。これを同
図に基づいて説明すると、同図において、符号４１で示
すものは側方に開口するウェハ挿抜口４２を有する圧力
容器、４３はこの圧力容器４１内に設けられ半導体ウェ
ハ４４を保持するサセプタ、４５はこのサセプタ４３上
の半導体ウェハ４４を加熱する例えばヒータ等の加熱装
置である。また、４６は前記圧力容器４１内に開口する
ガス供給口４７を有するガス供給管、４８は真空引き装
置４９に接続され前記圧力容器４１内に開口するガス排
気口５０を有するガス排気管、５１はこのガス排気管４
７を開閉するバルブである。

このように構威された枚葉式気相成長装置による膜形成
は、半導体ウェハ４４の一枚について行われる。この際
、原料ガスは第１０図に示すようにガス供給口５０から
半導体ウェハ４４に直接に供給される。ここで、図中符
号５１および５２は原料ガスと反応生成物の流れ方向を
示す。

また、枚葉式気相成長装置による膜形成プロセスは、拡
散炉型減圧気相成長装置による膜形成プロセスと基本的
に同一であるため、そのプロセスの説明については省略
する。

なお、一般に膜の形成速度と処理温度との間には第１１
図に示すような関係があることが知られている。これよ
り、温度が高い場合には温度の低い場合と比較して膜の
形成速度の伸びが小さいことが理解できる。ここで、膜
の形成速度が伸びない部分は、原料ガスのウェハ表面に
対する供給がウェハ表面での反応に追いつかない領域（
供給律速領域）であると考えられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、前者（拡散炉型減圧気相成長装置）にあって
は、原料ガスによるウェハ表面に対する膜形成がウェハ
周辺部からウェハ中心部に向かって拡がる拡散現象によ
って行われるものであるため、ウェハ周辺部の膜厚がウ
ェハ中央部の膜厚と比較して大きくなっていた。この傾
向は、近年のウェハ寸法の大型化（２０ｃｍ径）に伴い
、また反応性の高い例えばジシランガス等の原料ガスを
用いる場合に特に顕著である。この結果、ウェハ表面内
の膜厚が不均一になり、膜形成上の信頼性が低下すると
いう問題があった。

一方、後者（枚葉式気相成長装置）にあっては、半導体
ウェハの処理を一枚ずつ行う必要があるため、ウェハ処
理に多大の時間を費やし、処理能力が低下するという不
都合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、膜形
成上の信頼性およびウェハ処理能力を高めることができ
る気相成長装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る気相成長装置は、上下方向に所定の間隔を
もって並列する複数の半導体ウェハをその内部に収容可
能な加熱容器と、この加熱容器内に挿抜自在に設けられ
半導体ウェハを保持するボートとを備え、このボートを
半導体ウェハの軸線回りに回転する回転体によって構威
し、加熱容器内に半導体ウェハの保持状態においてウェ
ハ面方向に原料ガスを噴出するガス供給口を設けると共
に、このガス供給口に対応するガス排出口を設けたもの
である。

〔作　用〕

本発明においては、膜形成時に半導体ウェハを軸線回り
に回転させながら、ガス供給口からガス排気口に向かっ
て原料ガスをウェハ面と平行な方向に強制的に流すこと
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の構成等を図に示す実施例によって詳細に
説明する。

第１図は本発明に係る気相成長装置を示す断面図、第２
図および第３図は同じく本発明における気相成長装置の
反応管を示す断面図と斜視図で、同図以下において第６
図と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説
明は省略する。同図において、符号６１で示すものは後
述する反応管内に原料ガスを供給するガス供給管で、前
記取付筒２７に挿通保持されいる。このガス供給管６１
には、上下方向に所定の間隔をもって並列し、かつウェ
ハ保持状態において半導体ウェハ２３の面方向に開口す
る複数のガス供給口６２が設けられている。これにより
、ガス供給時には、ガス供給口６２から半導体ウェハ２
３の表裏両面側に原料ガスが噴出する。６３は前記ガス
供給口６２に対応するガス排気口６４をその周壁に有す
る反応管で、前記圧力容器２１内に収納されている。６
５は前記ボー）３１を昇降・回転する駆動装置で、前記
圧力容器２１に付設されている。この駆動装置６５によ
る前記ボート３１の昇降動作はボート挿抜時に半導体ウ
ェハ２３の軸線に沿って行われるものとし、またその回
転動作は膜形成時に半導体ウェハ２３の軸線回りに行わ
れるものとする。

なお、ボー）３１の一回転に費やす時間は、膜形戒のた
めに原料ガスを流す時間と比較して十分に短いものとす
る。

このように構威された気相成長装置においては、膜形成
時に半導体ウェハ２３を軸ｖＡ回りに回転させながら、
第４図に示すようにガス供給口６２からガス排気口６４
に向かって原料ガスを反応生成物と共にウェハ面と平行
な方向に原料ガスを強制的に流すことができるから、ウ
ェハ面内の膜厚を均一な寸法に設定することができると
もに、多数の半導体ウェハに対して成膜処理を施すこと
ができる。ここで、図中符号６６および６７は原料ガス
と反応生成物の流れ方向を示す。

次に、本発明の気相成長装置による膜形成について説明
する。

先ず、予め多数の半導体ウェハ２３が保持されたボート
３１を駆動装置６５によって反応管６３内に挿入する。

次いで、蓋体２６によって圧力容器ｌの開口部を閉塞し
て反応容器６３内にガス供給管６１から窒素等を導入す
る。しかる後、反応管６３内を真空引き装！２９によっ
て通常１００Ｐａ以下の減圧状態に保持しながら半導体
ウェハ２３の温度が所定の温度で安定するまで予備加熱
し、圧力容器２１内にガス供給管６１から原料ガスを供
給する。このとき、半導体ウェハ２３上に膜形成される
が、所望の膜厚が得られるまで原料ガスを供給する。ま
た、駆動装置６５によって半導体ウェハ２３の軸線回り
にボート３１が回転される。

さらに、原料ガスは、反応管６３内を通過する際に半導
体ウェハ２３の面上で反応した後、真空引き装置２９に
よってガス排気管３０から圧力容器２１外に排気される
。そして、原料ガスの供給停止後に圧力容器２１内に残
留する原料ガスを窒素ガス等で置換してパージし、パル
プ３４の閉塞後に圧力容器２１内を窒素等を導入して大
気圧に設定する。この後、蓋体２６を開放してボート３
１を反応管６３から外部に引き抜く。

このようにして、本発明の気相成長装置による膜形成を
行うことができる。

なお、本実施例においては、反応管６３の周壁にガス排
気口６４を設ける構造を示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、第５図に示すように前記真空引き
装置２９に接続され前記ガス供給口６２に対応するガス
排気ロア１を有するガス排気管７２を前記圧力容器２１
内に臨ませても実施例と同様の効果を奏する。

また、本発明におけるガス供給口およびガス排気口の開
口形状は、例えば円形、楕円形あるいはスリット形状の
ものが考えられるが、これらに限定されるものでないこ
とは勿論である。

さらに、本発明におけるガス供給口およびガス排気口の
個数は、ウェハ面に平行な方向にガスが流れる限度内で
あれば、例えば複数の半導体ウェハに対してガス供給口
およびガス排気口が各１個ずつであっても何等差し支え
ない。

この他、本発明のガス供給口およびガス排気口の口径に
おいても、開口形状および個数と同様に特に限定される
ものでない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、上下方向に所定の
間隔をもって並列する複数の半導体ウェハをその内部に
収容可能な加熱容器と、この加熱容器内に挿抜自在に設
けられ半導体ウェハを保持するボートとを備え、このボ
ートを半導体ウェハの軸線回りに回転する回転体によっ
て構威し、加熱容器内に半導体ウェハの保持状態におい
てウェハ面方向に原料ガスを噴出するガス供給口を設け
ると共に、このガス供給口に対応するガス排出口を設け
たので、膜形成時に半導体ウェハを軸線回りに回転させ
ながら、ガス供給口からガス排気口に向かって原料ガス
を反応生成物と共にウェハ面と平行な方向に強制的に流
すことができる。したがって、ウェハ面内の膜厚を均一
な寸法に設定することができるともに、多数の半導体ウ
ェハに対して成膜処理を施すことができるから、膜形成
上の信頼性およびウェハ処理能力を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る気相成長装置を示す断面図、第２
図および第３図は同じく本発明における気相成長装置の
反応管とガス供給管を示す断面図と斜視図、第４図は本
発明のウェハ近傍での原料ガスと反応生成物の流れを示
す断面図、第５図は他の実施例を示す断面図、第６図お
よび第７図は従来の横型減圧気相成長装置と縦型減圧気
相成長装置を示す断面図、第８図は拡散炉型減圧気相成
長装置のウェハ近傍での原料ガスと反応生成物の流れを
示す断面図、第９図は従来の枚葉式気相成長装置を示す
断面図、第１０図は枚葉弐気相成長装置のウェハ近傍で
の原料ガスと反応生成物の流れを示す断面図、第１１図
は温度と膜形成速度の関係を示す図である。 ２１・・・・圧力容器、２３・・・・半導体ウェハ、２
９・・・・真空引き装置、３０・・・・ガス排気管、３
１・・・・ボート、６１・・・・ガス供給管、６２・・
・・ガス供給口、６３・・・・反応管、６４・・・・ガ
ス排気口。 代　理　人　大岩増雄 第 ３ 図 第 図 第 ９ 図 第 １ 図 ＩＩｌ′！ １″６Ｔ４Ｌ １／鯖灯温度 イＣ（温→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上下方向に所定の間隔をもって並列する複数の半導体ウ
   ェハをその内部に収容可能な加熱容器と、この加熱容器
   内に挿抜自在に設けられ半導体ウェハを保持するボート
   とを備え、このボートを半導体ウェハの軸線回りに回転
   する回転体によって構成し、前記加熱容器内に半導体ウ
   ェハの保持状態においてウェハ面方向に原料ガスを噴出
   するガス供給口を設けると共に、このガス供給口に対応
   するガス排出口を設けたことを特徴とする気相成長装置
   。