JPH03263821A - 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
して好適な気相成長装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、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５図
に示すような横型減圧気相成長装置あるいは第６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５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２３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を各々開閉する蓋体７
．８が取付筒９．１０を介して各々装着されている。こ
れら両取付筒９．１０には、前記反応管５内に原料ガス
を供給するガス導入管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は複数の
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。このホード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、１
５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、予め半導体ウェハ４が保持されたボート１４をボ
ート保持具（図示せず）によって反応管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ｌ内にガス導入管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程度の減圧状態に保持しながら半導
体ウェハ４が所定の温度で安定するまで予備加熱し、圧
力容器１内にガス導入管１１から原料ガスを供給する。

このとき、原料ガスは主に反応管５内を一方の開口部か
ら他方の開口部に向かって流れ、半導体ウェハ４上に原
料ガスの種類に応して例えば多結晶シリコン膜や窒化シ
リコン膜等の反応膜が形成される。なお、原料ガスは所
望の膜厚が得られるまで供給されるが、ガス供給停止後
には真空引き装置１２によってガス排気管１３から排気
される。

そして、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、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を開放しボート保持具（図示せず）によってボート１
４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６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を開閉する蓋体２６
が取付筒２７を介して装着されている。この取付筒２７
には、前記反応管２４内に原料ガスを供給するガス導入
管２８と、真空引き装Ｗ２９に接続するガス排気管３０
とが装着されている。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おいては
、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
と比較して均一な膜厚をもつ反応膜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。

〔発明か解決しようとする課題〕

ところで、従来の気相成長装置においては、圧力容器１
，２１の一側開口部にガス導入管１１２８が臨む構造で
あるため、膜形成時に原料ガスの分圧がガス上流側より
ガス下流側が低いものであった。すなわち、半導体ウェ
ハ４，２３に対する膜形成は、原料ガスがガス上流側か
らガス下流側に向かって流れる途中で順次行われている
からである。この結果、反応膜の成長速度はガス下流側
がガス上流側と比較して遅くなり、同時に処理可能なウ
ェハ枚数が減少して量産性か低下するという問題があっ
た。

そこで、複数の加熱装置６ａ〜６ｃ、２５ａ〜２５Ｃを
用意し、各加熱装置６ａ　〜６ｃ、２５ａ〜２５Ｃによ
る加熱温度を調節してガス下流側でのウェハ温度をガス
上流側でのウェハ温度よ／）５〜２０°Ｃ程度高い温度
に保ち、反応の促進によって成長速度の均一化を図るこ
とが考えられるが、形成膜の種類によってはその膜質が
形成温度に強く依存することになり、成膜上の信頼性が
低下するという不都合があった。例えば、多結晶ソリコ
ン膜においては、形成温度によって結晶の粒径が変化す
ることが知られており、Ｘ線回折法による調査によれば
、原料ガスとしてのシランガスの分圧が３０Ｐａ程度の
場合に多結晶シリコンの形成温度が５８０°Ｃでアモル
ファス状態であるのに対して、５９０℃では多結晶状態
となっている。このように反応管５．２４内の温度に勾
配があることは、半導体ウェハ４，２３に形成される反
応膜の膜質に影響を及ぼしてしまうのである。

本発明はこのような事情に鑑メてなされたもので、量産
性および信頼性を向上させ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、複数の半導体ウェハをそ
の内部に収容可能な反応管にウェハ並列方向と同一の方
向に並列する複数のガス供給口を設け、これらガス供給
口に接続するガス供給管を反応管外に設けたものである
。

〔作　用〕

本発明においては、ガス上流側とガス下流側で温度勾配
が無い状態で分圧を一定にして膜形成を行うことができ
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の一実施例を示す断
面図、第２図は同しく本発明における気相成長装置の要
部を示す断面図で、同図以下において第５図および第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５１で示すものは水
平方向に所定の間隔をもって並列する半導体ウェハ４を
その内部に収容可能な反応管で、前記圧力容器１内に固
定用リング５２を介して設けられており、管壁乙こはウ
ェハ面方向に開口しかつウェハ並列方向と同一の方向に
並列する第１のガス供給口５３と第２のガス供給口５４
が設けられている。５５はこれら両ガス供給口５３．５
４および前記ガス導入管１１に接続するガス供給管で、
前記反応管５１外乙こ設けられ、かつ前記固定用リング
５２に挿通固定されている。

このように構成された気相成長装置においては、ガス供
給口５３．５４から反応管５１内に原料ガスを供給する
と、反応管５１内の分圧を一定にして膜形成を行うこと
ができる。

したがって、本実施例においては、反応膜の成長速度を
ガス上流側とガス下流側において同一に設定することが
できるから、同時に処理可能なウェハの枚数を増加させ
ることができる。

また、本実施例において、反応管５１内の分圧を一定に
して膜形成が行えることは、従来のように形成膜の種類
によってガス上流側とガス下流側で温度勾配を与える必
要かないから、膜形成が温度に依存されることはない。

また、本実施例においては、ガス供給管５５が反応管５
１外に設けられる配置構造であるため、ウェハ面内での
膜厚分布に悪影響を及ぼすことはない。

さらに、本実施例においては、ガス供給管５５が反応管
５１に固定される構造であるため、ガス供給管５５およ
び反応管５１の洗浄を簡単に行うことができる。

次に、本発明の一実施例である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、予め半導体ウェハ４が保持されたボート１４をボ
ート保持具（図示せず）によって反応管５１内に挿入す
る。次いで、両差体７，８乙こまって圧力容器１の各開
口部を閉塞して圧力容器１内にガス導入管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１
２によって通常１００Ｐａ程度の減圧状態に保持しなが
ら半導体ウェハ４か所定の温度で安定するまで予備加熱
し、ガス導入管１１内に原料ガスを導入してガス供給管
５５の両ガス供給口５３．５４から反応管５１内に供給
する。ここで、多結晶シリコン膜を形成する場合を仮定
すると、原料ガスとしてのシランガスは第１のガス供給
口５３から反応管５１内に供給され、ガス排気管１３に
向かって流れる途中で半導体ウェハ４上に膜形成が行わ
れる。このとき、シランガスの分圧が低下するが、第２
のガス供給口５４から反応管５１内にシランガスが供給
されているため、反応管５１内の分圧は第３図に示すよ
うに一定に保たれる。同図符号ＡおよびＢは本発明によ
るウェハ位置とシランガス分圧の関係と従来技術による
ウェハ位置とシランガス分圧の関係を示す。なお、原料
ガスは所望の膜厚が得られるまで供給されるが、供給停
止後には真空引き装置１２によってガス排気管１３から
排気される。

そして、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、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を開放しボート保持具（図示せず）によってボート１
４を反応管５１から外部に引き抜く。

このようにして、本発明の一実施例である気相成長装置
による膜形成プロセスが終了する。

因に、本発明における反応管５１の管壁に付着する形成
膜の除去は、反応管５１を圧力容器１から取り外すこと
により行う。この場合、ガス供給管５５が反応管５１に
固定されているため、圧力容器１から取付筒９と共に原
料ガス導入管１１を取り外す。

なお、本実施例においては、横型減圧気相成長装置に通
用する例を示したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、第４図ムこ示すような縦型減圧気相成長装置に
も実施例と同様に適用できることは勿論である。同図に
おいて、符号６１で示すものは上下方向に所定の間隔を
もって並列する半導体ウェハ４をその内部に収容可能な
反応管で、前記圧力容器２１内に設けられており、管壁
にはウェハ面方向に開口しかつウェハ並列方向と同一の
方向に並列する第１のガス供給口６３と第２のガス供給
口６４が設けられている。６５は前記両ガス供給口６３
．６４および前記ガス導入管２８に接続するガス供給管
で、前記反応管６１外に設けられている。

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、本実施例においては、シランガスによって多結晶
シリコン膜を形成する例を示したが、本発明はこれに限
定されず、その他の膜を形成する場合にも適用できる。

さらに、本発明におけるガス供給口の口径の大きさは、
開口位置および個数に応して決定すればよく、全ガス供
給口の口径が同一の口径である必要はない。

さら↓こまた、本発明におけるガス供給管およびガス供
給口は、前述した実施例に限定されるものでないことは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、複数の半導体ウェ
ハを収容可能な反応管にウェハ並列方向と同一の方向に
並列する複数のガス供給口を設け、これらガス供給口に
接続するガス供給管を反応管外に設けたので、ガス供給
口から反応管内に原料ガスを供給すると、反応管内の分
圧を一定にして膜形成を行うことができる。したがって
、反応膜の成長速度をガス上流側とガス下流側において
同一に設定することかできるから、同時に処理可能なウ
ェハの枚数を増加させることができ、量産性を確実に向
上させることができる。また、反応管内の分圧を一定に
して膜形成が行えることは、従来のように形成膜の種類
によってガス上流側とガス下流側で温度勾配を与える必
要がないから、膜形成が温度に依存せず、成膜上の信頼
性を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気相成長装置の一実施例を示す断
面図、第２図は同しく本発明における気相成長装置の要
部を示す断面図、第３図は横型減圧気相成長装置におけ
る反応管内のウェハ位置と原料ガス分圧との関係を示す
図、第４図は他の実施例を示す断面図、第５図および第
６図は従来の気相成長装置を示す断面図である。 １・・・・圧力容器、４・・・・半導体ウェハ、６・・
・・加熱装置、１４・・・・ボート、５１・・・反応管
、５３・・・・第１のガス供給口、５４・・・・第２の
ガス供給口、５５・・・・ガス供給管。 代 理 人 大吉 増 雄 第 図 ５゜ ウェハ枚ｔ　ｒｚｉ〕 ００ 第 ４ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱容器内に設けられ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反応管と、この
   反応管内に挿抜自在に設けられ半導体ウェハを保持する
   ボートとを備えた気相成長装置において、前記反応管に
   ウェハ並列方向と同一の方向に並列する複数のガス供給
   口を設け、これらガス供給口に接続するガス供給管を前
   記反応管外に設けたことを特徴とする気相成長装置。