JPH04279022A - Semiconductor manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に関し、
詳しくは原料ガス、ドーピングガスならびにキャリアガ
スをミキシングして複数のノズルから吹き出させ、それ
ぞれのノズルに対応した複数のシリコン基板上に半導体
結晶を同時に堆積させる半導体製造装置に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to semiconductor manufacturing equipment.
Specifically, the present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus that mixes raw material gas, doping gas, and carrier gas and blows them out from a plurality of nozzles, and simultaneously deposits semiconductor crystals on a plurality of silicon substrates corresponding to each nozzle.
【0002】0002
【従来の技術】半導体成膜プロセスのスループットを向
上させることは、工業的に重要な課題である。このよう
な要求に対して、複数の基板上に半導体結晶を一つの装
置内で同時に堆積させることが行なわれている。通常の
成長炉は縦型炉と呼ばれ、複数の基板をある間隔を空け
て層状に並べている。それぞれの基板に対してノズルが
設置してあり、各ノズルから各基板に向けて、ミキシン
グした原料ガス、ドーピングガス、キャリアガスを基板
に対して平行に吹き出し、基板に上記ガスを輸送するこ
とにより膜の堆積を行なっている。例えば、シリコンエ
ピタキシャル成長においては、原料ガスとしてジクロル
シラン、キャリアガスとして水素を使用し、30枚程度
のシリコン基板に、それぞれの基板に対応したノズルか
ら上記のガスを吹きつける。反応管の外部に加熱装置を
設置し、基板を所定の温度に設定し、上記ガス系の化学
反応を利用して、基板上にシリコン結晶を堆積させてい
る。反応管の内部は、常圧あるいはロータリーポンプな
どを用いて減圧にすることにより、所定の圧力下で膜の
堆積が行なわれる。2. Description of the Related Art Improving the throughput of semiconductor film forming processes is an industrially important issue. In response to such demands, semiconductor crystals are being deposited simultaneously on a plurality of substrates within one apparatus. A typical growth furnace is called a vertical furnace, in which multiple substrates are arranged in layers at certain intervals. A nozzle is installed for each substrate, and the mixed raw material gas, doping gas, and carrier gas are blown out parallel to the substrate from each nozzle toward each substrate, and the above gases are transported to the substrate. The film is being deposited. For example, in silicon epitaxial growth, dichlorosilane is used as a source gas and hydrogen is used as a carrier gas, and the above gas is sprayed onto about 30 silicon substrates from a nozzle corresponding to each substrate. A heating device is installed outside the reaction tube, the substrate is set at a predetermined temperature, and silicon crystals are deposited on the substrate using the gas-based chemical reaction. The film is deposited under a predetermined pressure inside the reaction tube by reducing the pressure to normal pressure or by using a rotary pump or the like.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】原料ガスならびにキャ
リアガスを、基板に向けてノズルから吹き出して成長を
行なう場合、基板の上を流れるガスが不均一になる。す
なわち、ノズルから吹き出したガスの流れがビーム状に
なるために、基板上で原料ガス濃度が濃い部分と薄い部
分が現れる。このような濃度むらに起因して、堆積した
膜の厚さが面内において不均一になる。本発明の目的は
、このような従来の欠点を除去し、複数の基板上に、均
一な膜厚の膜を堆積させることが可能となる半導体製造
装置を提供することである。Problems to be Solved by the Invention When growth is performed by blowing source gas and carrier gas toward a substrate from a nozzle, the gas flowing over the substrate becomes non-uniform. That is, since the flow of gas blown out from the nozzle is beam-shaped, parts with a high concentration of source gas and parts with a low concentration of raw material gas appear on the substrate. Due to such concentration unevenness, the thickness of the deposited film becomes non-uniform within the plane. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that eliminates such conventional drawbacks and makes it possible to deposit films of uniform thickness on a plurality of substrates.
【0004】0004
【課題を解決するための手段】本発明は、各ノズルと各
基板との間に、ガスの流れを均一にするじゃま板を有し
、各基板上を流れるガスの流れを均一にし、その結果と
して複数の基板上に、基板面内において均一な厚さを有
する半導体膜を堆積させる半導体製造装置である。[Means for Solving the Problems] The present invention has a baffle plate that makes the flow of gas uniform between each nozzle and each substrate, makes the flow of gas flowing on each substrate uniform, and as a result, This is a semiconductor manufacturing apparatus that deposits a semiconductor film having a uniform thickness in the plane of the substrates on a plurality of substrates.
【0005】[0005]
【作用】基板面内で膜厚が異なる原因としては、ノズル
から吹き出される原料ガスやキャリアガスの流れが面内
で不均一であることが挙げられる。例えば、100分の
1気圧の条件下で、直径1mmのノズルから数リットル
/min程度のガスを放出した場合には、ノズルから吹
き出されるガスの流速は、容易に数百m/sec程度の
速さとなる。このため、ガスの流れはある特定の方向に
強い指向性を持つようになる。すなわち、ガスの流れは
ビーム状になり、ガスの流れの中心部分は原料ガス濃度
が濃いが、そこから離れるようになるに従って、急速に
ガス濃度が薄くなる。[Operation] The reason why the film thickness differs within the plane of the substrate is that the flow of the raw material gas and carrier gas blown out from the nozzle is non-uniform within the plane. For example, when several liters/min of gas is released from a nozzle with a diameter of 1 mm under conditions of 1/100 atmospheric pressure, the flow rate of the gas blown out from the nozzle can easily reach several hundred m/sec. It becomes speed. For this reason, the gas flow becomes highly directional in a particular direction. That is, the gas flow becomes beam-shaped, and the raw material gas concentration is high at the center of the gas flow, but the gas concentration rapidly becomes thinner as it moves away from there.
【0006】このような原料ガスの空間分布を有した流
れが基板上を流れる場合、原料ガス濃度の不均一に対応
して堆積した膜の厚さに不均一が生じる。このような不
均等は、ノズルから放出されるガスの流速が速い場合に
特に顕著となる。これに対して、ノズルと基板との間に
ガスの流れを攪乱させる構造を有することにより、基板
上を流れるガスの均一性を実現することが可能となる。
例えば、ノズルから出たガスを一度、石英製の壁に吹き
付けるなどしてビーム状のガスの流れを乱すことにより
均一化が図られる。[0006] When a flow having such a spatial distribution of source gas flows over a substrate, non-uniformity occurs in the thickness of the deposited film corresponding to non-uniformity in the concentration of the source gas. Such non-uniformity is particularly noticeable when the flow rate of the gas discharged from the nozzle is high. On the other hand, by providing a structure that disturbs the flow of gas between the nozzle and the substrate, it is possible to realize uniformity of the gas flowing over the substrate. For example, uniformity can be achieved by blowing the gas emitted from a nozzle once against a quartz wall to disturb the beam-shaped gas flow.
【0007】[0007]
【実施例】次に本発明の実施例について、図面を参照し
て詳細に説明する。図1は、本発明の半導体製造装置の
実施例1を示す概略構成図である。図2は、本発明の実
施例1に用いられるガス均一化構造の一例を示す概略図
で、図(A)は上面図、図(B)は側面図である。実施
例1の装置は、成長を行なう反応管11、シリコン基板
12、シリコン基板12を保持するためのサセプタ13
、シリコン基板12ならびにサセプタ13を加熱するた
めの加熱装置14、ボンベ15a,15b、ガスミキサ
ー16、流量制御部17、水素ガスの精製装置18、ガ
ス導入管19、ガスの流れを均一にする部分110、反
応管内を減圧にするためのロータリーポンプ111から
構成されている。Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a gas homogenization structure used in Example 1 of the present invention, in which FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a side view. The apparatus of Example 1 includes a reaction tube 11 for performing growth, a silicon substrate 12, and a susceptor 13 for holding the silicon substrate 12.
, a heating device 14 for heating the silicon substrate 12 and the susceptor 13, cylinders 15a and 15b, a gas mixer 16, a flow rate control section 17, a hydrogen gas purification device 18, a gas introduction pipe 19, and a part that makes the flow of gas uniform. 110, and a rotary pump 111 for reducing the pressure inside the reaction tube.
【0008】原料ガスとしてはジクロルシランガス、キ
ャリアガスとしては水素ガスを使用した。水素ガスは高
純度精製装置18により純化して用いた。ジクロルシラ
ンガスの流量は200cc/min、水素ガスの流量は
30リットル/minとした。基板の枚数は30枚とし
た。ガスの流れを均一にするための構造を図2に示した
。ノズル21から放出されたガスは、一つの高純度合成
石英製のじゃま板22に吹き付けられ、二つの流れに分
割される。このように分割された流れは、再び二つの高
純度合成石英製のじゃま板23により分割される。さら
に三つの石英製のじゃま板24により分割された後、基
板25上に流れて行く構造になっている。基板の前処理
としては、最初にRCA洗浄を行なって反応管内にセッ
トした。その後、水素雰囲気中1000℃、5分間のベ
ーキングを行なうことにより、基板表面の自然酸化膜を
除去した。その後、ガス流量条件として、成長温度95
0℃、成長圧力50Torr、成長時間30分の条件で
成長を行なった。基板としては、6インチのシリコン〈
100〉を用いた。Dichlorosilane gas was used as the raw material gas, and hydrogen gas was used as the carrier gas. Hydrogen gas was purified by a high-purity purifier 18 and used. The flow rate of dichlorosilane gas was 200 cc/min, and the flow rate of hydrogen gas was 30 liters/min. The number of substrates was 30. Figure 2 shows a structure for making the gas flow uniform. Gas discharged from the nozzle 21 is blown onto one baffle plate 22 made of high-purity synthetic quartz and is divided into two streams. The flow thus divided is again divided by two baffle plates 23 made of high-purity synthetic quartz. It has a structure in which it is further divided by three quartz baffle plates 24 and then flows onto a substrate 25. As a pretreatment of the substrate, first RCA cleaning was performed and the substrate was set in a reaction tube. Thereafter, the natural oxide film on the surface of the substrate was removed by baking at 1000° C. for 5 minutes in a hydrogen atmosphere. After that, the growth temperature was set to 95% as the gas flow rate condition.
Growth was performed under the conditions of 0° C., growth pressure of 50 Torr, and growth time of 30 minutes. The substrate is a 6-inch silicon
100> was used.
【0009】その結果、従来のガス均一化の構造を有し
ない場合の面内ばらつき10%に対して、基板上を流れ
るガスの流れを均一にすることにより、面内の膜厚のば
らつきを5%以内に抑えることができた。今回は、本実
施例の装置を用いてシリコンのエピタキシャル成長を行
なったが、シリコンの多結晶成長においても同様な効果
が得られる。また、シリコン以外の材料の成長において
も、同様な効果が得られる。また、今回は、石英製のガ
スを分割するじゃま板を3段階にしたが、成長条件や要
求される均一性の程度に応じて段数を変化させることが
できる。As a result, by making the gas flow uniform over the substrate, the in-plane film thickness variation was reduced to 5%, compared to the 10% in-plane variation that would occur without a conventional gas uniformity structure. We were able to keep it within %. This time, epitaxial growth of silicon was performed using the apparatus of this embodiment, but similar effects can be obtained in polycrystalline growth of silicon. Furthermore, similar effects can be obtained in the growth of materials other than silicon. Furthermore, this time, the baffle plates made of quartz that divide the gas were set in three stages, but the number of stages can be changed depending on the growth conditions and the degree of uniformity required.
【0010】次に本発明の実施例2について、図面を参
照して詳細に説明する。図3は、本発明の実施例2に用
いられるガス均一化のためのじゃま板の一例を示す斜視
図である。図4は、本発明の実施例2に用いられるガス
均一化のための構造を示す概略図で、図(A)は上面図
、図(B)は側面図である。本実施例で使用した装置の
基本構成は実施例1と同様とした。ガスの流れを均一に
するために用いたじゃま板は、図3に示すように、合成
石英に複数の穴を有した板を用いた。ノズル41から放
出されたガスは、直径8mmの穴を2固有した高純度合
成石英製のじゃま板42に吹き付けられ、二つの流れに
分割される。このように分割された流れは、再び5個の
穴を有する高純度合成石英製のじゃま板43により分割
される。さらに7個の穴を有する石英製じゃま板44に
より分割された後、基板45上に流れて行く構造となっ
ている。Next, a second embodiment of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a perspective view showing an example of a baffle plate for gas uniformity used in Example 2 of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing a structure for gas uniformity used in Example 2 of the present invention, in which FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a side view. The basic configuration of the device used in this example was the same as in Example 1. As shown in FIG. 3, the baffle plate used to make the gas flow uniform was a synthetic quartz plate with a plurality of holes. The gas discharged from the nozzle 41 is blown onto a baffle plate 42 made of high-purity synthetic quartz having two holes each having a diameter of 8 mm, and is divided into two streams. The flow thus divided is again divided by a baffle plate 43 made of high-purity synthetic quartz and having five holes. It is further divided by a quartz baffle plate 44 having seven holes, and then flows onto a substrate 45.
【0011】基板の前処理としては、最初にRCA洗浄
を行なって、反応管内にセットした。その後、実施例1
と同様の条件で成長を行なった。その結果、従来のガス
均一化の構造を有しない場合の面内ばらつき10%に対
して、基板上を流れるガスの流れを均一にすることによ
り、面内の膜厚のばらつきを5%以内に抑えることがで
きた。また、今回は、石英製のガスを分割するじゃま板
を3枚としたが、成長条件や要求される均一性の程度に
応じて、枚数を変化させることができる。また、各板に
開けられる穴の数ならびに穴の大きさ、形状も適宜選択
される。[0011] As a pretreatment of the substrate, first RCA cleaning was performed and the substrate was set in a reaction tube. After that, Example 1
Growth was carried out under similar conditions. As a result, by making the gas flow uniform over the substrate, the in-plane film thickness variation was reduced to within 5%, compared to the 10% in-plane variation that would occur without a conventional gas uniformity structure. I was able to suppress it. Furthermore, in this case, three baffle plates made of quartz were used to divide the gas, but the number can be changed depending on the growth conditions and the degree of uniformity required. Further, the number of holes drilled in each plate, as well as the size and shape of the holes are selected as appropriate.
【0012】0012
【発明の効果】以上、詳細に述べた通り、本発明による
装置を用いることにより、各基板上を流れるガスの流れ
を均一化し、その結果、複数の基板上に均一な面内膜厚
を有する膜を堆積させることが可能となる。Effects of the Invention As described above in detail, by using the apparatus according to the present invention, the flow of gas flowing over each substrate can be made uniform, and as a result, a uniform in-plane film thickness can be obtained on a plurality of substrates. It becomes possible to deposit a film.
【図1】本発明の半導体装置の実施例1を示す概略構成
図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の実施例1に用いられるガス均一化構造
の一例を示す概略図で、図(A)は上面図、図(B)は
側面図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a gas homogenization structure used in Example 1 of the present invention, in which FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a side view.
【図3】本発明の実施例2に用いられるガス均一化のた
めのじゃま板の一例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an example of a baffle plate for gas uniformity used in Example 2 of the present invention.
【図4】本発明の実施例2に用いられるガス均一化構造
の一例を示す概略図で、図(A)は上面図、図(B)は
側面図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a gas homogenization structure used in Example 2 of the present invention, in which FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a side view.
11 反応管
12 シリコン基板
13 サセプタ
14 加熱装置
15a,15b ボンベ
16 ガスミキサー
17 流量制御部
18 精製装置
19 ガス導入管
110 ガスの流れを均一にする部分111
ロータリーポンプ
21 ノズル
22,23,24 じゃま板
25 基板
41 ノズル
42,43,44 じゃま板
45 基板11 Reaction tube 12 Silicon substrate 13 Susceptor 14 Heating device 15a, 15b Cylinder 16 Gas mixer 17 Flow rate control section 18 Purification device 19 Gas introduction tube 110 Part 111 that makes gas flow uniform
Rotary pump 21 Nozzles 22, 23, 24 Baffle plate 25 Substrate 41 Nozzles 42, 43, 44 Baffle plate 45 Substrate
Claims (1)
ャリアガスをミキシングし複数のノズルから吹きださせ
ることにより、それぞれのノズルに対応した複数の基板
上に半導体結晶を同時に堆積させる半導体製造装置にお
いて、前記各ノズルと基板との間に、基板上を流れるガ
スを基板面内で均一にするためのじゃま板を有すること
を特徴とする半導体製造装置。1. A semiconductor manufacturing apparatus that simultaneously deposits semiconductor crystals on a plurality of substrates corresponding to each nozzle by mixing a raw material gas, a doping gas, and a carrier gas and blowing the mixture out of a plurality of nozzles. A semiconductor manufacturing device comprising a baffle plate between a nozzle and a substrate for making gas flowing over the substrate uniform within the plane of the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60091A JPH04279022A (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Semiconductor manufacturing device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP60091A JPH04279022A (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Semiconductor manufacturing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04279022A true JPH04279022A (en) | 1992-10-05 |
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JP60091A Pending JPH04279022A (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Semiconductor manufacturing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04279022A (en) |
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-
1991
- 1991-01-08 JP JP60091A patent/JPH04279022A/en active Pending
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