JPH0758030A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JPH0758030A
JPH0758030A JP20380793A JP20380793A JPH0758030A JP H0758030 A JPH0758030 A JP H0758030A JP 20380793 A JP20380793 A JP 20380793A JP 20380793 A JP20380793 A JP 20380793A JP H0758030 A JPH0758030 A JP H0758030A
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JP
Japan
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reaction tube
gas
cooling
tube
reaction
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JP20380793A
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English (en)
Inventor
Katsunori Ishihara
勝則 石原
Yuichi Mikata
裕一 見方
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】減圧CVD装置において、反応管が外反応管1
1と内反応管12とからなる二重構造を有し、内反応管
12と外反応管11間に反応ガスを流入させるようにガ
ス導入口16が設けられており、内反応管12がボ−ト
14を挿入した際に二つ以上の部分に分割するしきい
と、内反応管12自体を冷却する冷却構造と、内反応管
12と外反応管11間の反応ガスをしきいで区切られた
各々の部分に流入、流出させる少なくとも一つ以上の導
入口及び排気口とを有していることを特徴とする。 【効果】本発明によれば、反応ガスの活性化、反応管内
のガス濃度の均一性の向上及び堆積温度の低温化を図る
ことが出来、堆積させた膜の厚さがより均一で、且つ、
その堆積速度が高められたCVD装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜を堆積するCVD装
置に関し、特に、半導体又は絶縁体薄膜を形成するのに
使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造プロセス中において、
半導体ウェーハ上に薄膜を形成する方法の一つとして、
Chemical Vapor Deposition (以下、CVDと略記す
る)という高温環境下で化学反応を生じさせて酸化膜や
窒化膜などの薄膜をウェーハ上に堆積させる方法が用い
られており、特に半導体基板上に多結晶シリコン膜、非
晶質シリコンであるアモルファスシリコン膜(以下、a
−Si膜と略記する)等の薄膜を形成する際には減圧C
VDが多く用いられている。
【0003】減圧CVDの際に用いる従来の減圧CVD
装置の例について、図3〜図6を参照しながらa−Si
膜の薄膜形成を例にとって説明する。図3は、従来にお
ける横型減圧CVD装置の断面図を、図4は従来におけ
る縦型減圧CVD装置の断面図を示している。
【0004】図3、図4に示した従来の装置の作動とし
ては、まず反応管31内にガス導入口35からSiH
4 、PH3 等の反応ガスを流し込み、反応管31のガス
排出口36から接続されたブースターポンプ、ドライポ
ンプで排気して反応ガスの圧力を一定に保つ。反応管3
1はヒータ34によって外部から加熱されており、それ
によって反応管31内に設置された半導体基板32の温
度が高温に保たれている。これにより反応ガスは反応管
31内で熱分解し、反応生成物が半導体基板32上に堆
積する構造となっている。
【0005】また、図5、図6はそれぞれ、図3、図4
に示した従来例に分散管を加えた構造を持つ横型減圧C
VD装置の断面図、縦型減圧CVD装置の断面図を示し
ている。この分散管51は反応ガスを半導体基板各々に
行き渡らせるためのものである。例えば、ガス導入口3
5を通じてSiH4 を流し込み、同時に、分散管51を
通じてPH3 を流入するという方法が用いられる。反応
ガスの導入は二手に分かれるが、排気系は一手に絞られ
ている。
【0006】尚、半導体基板に対して反応ガスが接しや
すいように、図4及び図6に示したような縦型減圧CV
D装置のボ−トの基板各々を載置している台は、例えば
4本の柱によって上下の台に接続され、これらの繋がり
によって一つのボ−トとして形成されている。
【0007】しかし、上述した図3や図4に示す様な減
圧CVD装置を用いると、ボート33に設置されている
半導体基板32の位置により、半導体基板32間に膜厚
のバラツキが生じる。これは生産面においても非常に大
きな問題となってしまう。
【0008】この問題を解決する方法として、反応管3
1内で温度勾配をつける方法や反応管31内に図5や図
6のように分散管51を入れるなどの方法があるのだ
が、前者においては半導体基板32の大口径化につれて
反応管31自体も大きくなってしまい、温度勾配の調整
が困難になり、又、たとえ温度勾配の調整がとれても、
温度により形成しようとする膜の膜質(配向性,応力)
が変わってしまうという問題が生じてくる。後者におい
ては、細い分散管51を用いるため洗浄時のメンテナン
スがしにくく、破損しやすい。更に、反応管31内に分
散管51を挿入させるスペースをとるため反応管31が
大口径になってしまう為、装置自体の小型化も困難にな
る。
【0009】又、従来技術を用いてa−Si膜の膜厚を
均一性よく形成する方法として、堆積温度を下げたり、
圧力を下げたりしてa−Si膜の形成をすることは可能
なのだが、どちらの条件もa−Si膜の堆積速度が低下
してしまう。堆積速度が低下するということは、当然、
a−Si膜を形成するための堆積時間は長くなることを
表しており、又、反応ガスも、堆積時間が延びた分だけ
それまでよりも多くの量が消費されることになる。これ
はウェーハの単位時間当りの処理枚数を示すスループッ
ト値が小さくなってしまい、又、経済的にも問題であ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記欠点に鑑
みてなされたもので、反応管内でのガス濃度の不均一性
をなくして膜厚の均一化を図ることと、堆積速度を上げ
ることによりスループットを向上させることを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、半導体基板を複数枚載置するボ−トを挿
入可能で、反応ガスを流入するためのガス導入口と反応
ガスを排出するためのガス排気口とを有する反応管と、
この反応管の外側に設けられたヒ−タとを有する半導体
製造装置において、前記反応管が内反応管と外反応管と
からなる二重構造を有し、前記内反応管と前記外反応管
間に反応ガスを流入させるように前記ガス導入口が設け
られており、前記内反応管が前記ボ−トを挿入した際に
二つ以上の部分に分割するしきいと、前記内反応管自体
を冷却する冷却構造と、前記内反応管と前記外反応管間
の反応ガスを前記しきいで区切られた各々の部分に流
入、流出させる少なくとも一つ以上の導入口及び排気口
とを有していることを特徴とする半導体製造装置を提供
する。
【0012】また、前記内反応管自体を冷却する冷却構
造が、前記内反応管の管内に冷却用ガスを流入、流出さ
せる冷却用ガス導入口及び冷却用ガス排気口とを有し、
冷却用ガスにN2 ,Ar等の不活性ガス、及びAirを用
いることからなることを特徴とする半導体製造装置を提
供する。
【0013】
【作用】上述のように構成された本発明の半導体製造装
置によれば、反応ガスの活性化、反応管内のガス濃度の
均一性の向上及び堆積温度の低温化を図ることにより、
堆積速度を上げ、膜厚がより均一化された半導体基板を
得ることが出来、スループットを向上させることが可能
となる。
【0014】
【実施例】本発明の一実施例について、図1、図2
(a)〜(c)を参照しながら説明する。図1は本発明
を用いたCVD装置の断面図である。従来例と異なり、
反応管が外側と内側とで2重となっており、外反応管1
1はヒータ15によって外部から加熱される。反応ガス
は外反応管11と内反応管12との間に設置されたガス
導入口16から流し入れられ、ガス排出口17から接続
されたブースターポンプ、ドライポンプで排気して反応
ガスの圧力を一定に保つ様にされている。また、内反応
管12には冷却用ガス導入口18及び冷却用ガス排気口
19が設けられている。更に、内反応管12によってボ
ート14に載置された半導体基板13がいくつかの部屋
に分かれる様になっており、それぞれの部屋に反応ガス
が流入する導入口と流出する排気口とが設けられてい
る。尚、半導体基板に対して反応ガスが接しやすいよう
に、図1に示したような縦型減圧CVD装置のボ−トの
基板各々を載置している台は、例えば4本の柱によって
上下の台に接続され、これらの繋がりによって一つのボ
−トとして形成されている。
【0015】次に、図1に示した本発明によるCVD装
置を用いてのa−Si膜の堆積の実施例について以下に
示す。外反応管11は外部ヒータにより約630℃に加
熱され、内反応管12にはその管内に冷却用のN2 ガス
を10l/min流すことにより、外反応管11より約80
℃低い約550℃に保たれている。そのため当然なが
ら、内反応管12内にボ−ト14により設置されている
半導体基板13の温度も、約550℃に保たれることと
なる。この状態でガス導入口よりSiH4 ガスを800
ml/min程度流し、反応管内の圧力を約133Paに設定
すると、約48オングストローム/minの堆積速度でa−
Si膜を半導体基板上に堆積させることが出来る。
【0016】上述のように、外反応管11を内反応管1
2内より温度を高くすることにより、反応ガスが外反応
管11と内反応管12間を通過中に、a−Si膜堆積に
必要な反応ガスの熱分解をより活発にする。また、外反
応管11より冷却された内反応管12内に反応ガスを導
入することで、堆積速度は下げること無く、堆積温度を
下げて、a−Si膜を均一性良く形成させることが可能
となる。これらの結果として、反応管を二重構造とする
ことにより、反応ガスの熱分解効率を活発にし、更に、
その分解した反応ガスを堆積温度の低い状態の半導体基
板に導入することで、堆積速度を増してa−Si膜を形
成することが出来る。そしてこの堆積速度の増加によ
り、スル−プット値の向上を図ることができる。
【0017】本発明の一実施例では冷却用にN2 ガスを
使用しているが、他にAr等の不活性ガス、及びAir等
を使用しても差支えない。また、内反応管12内に熱分
解した反応ガスを導入する際に、内反応管12内が3つ
の部屋に分割されており、それぞれの部屋にガス導入
口,排気口が設置されているため、内反応管内でのガス
濃度が均一に保たれ、その結果、半導体基板間での膜厚
の均一性を向上させることが出来る。本発明の一実施例
ではしきいは三箇所に設けられているが、この分割する
ためのしきいは目的、用途に応じて複数箇所設定しても
差支えない。
【0018】図2は半導体基板間の膜厚分布について、
ガス導入口からの位置に対してのa−Si膜の膜厚を用
いて示したグラフであり、(a)は図1に示した本発明
の一実施例によるCVD装置を使用した場合の膜厚分布
図、(b)は図4に示した従来例によるCVD装置を使
用した場合の膜厚分布図、(c)は図6に示した従来例
によるCVD装置を使用した場合の膜厚分布図を表して
いる。
【0019】図2(a)は、上述した本発明の一実施例
に於けるCVD装置を用いた場合に堆積したa−Si膜
の膜厚を測定して、炉口からの距離と膜厚の均一性につ
いて評価した結果を示したもので、ここに示すように反
応管内で±1.7%の分布値が得られた。
【0020】又、同様の実験を図4に示した一従来例で
ある縦型減圧CVD装置で堆積温度約550℃、圧力約
133Pa、SiH4 ガス流量約800ml/minで行った
ところ、約28オングストローム/minの堆積速度でa−
Si膜が半導体基板上に堆積させることが出来、この堆
積したa−Si膜の膜厚を上記同様に測定して均一性を
評価したところ、図2(b)に示すように、反応管内で
±14.6%の分布値が得られた。
【0021】又、図6に示した分散管を具備する従来の
縦型減圧CVD装置を用いた場合は図2(c)に示すよ
うにa−Si膜の膜厚の均一性は±8.4%の分布値が
得られた。又、このときの堆積速度は約29オングスト
ローム/minであった。
【0022】以上のように、本発明による半導体製造装
置を用いることにより、堆積速度が約1.7倍以上に、
且つ、堆積膜厚の分布割合が従来に比較して非常に小さ
い半導体基板を得ることができる。また、本発明によれ
ば、反応管の長さ、直径が大きくなればなるほど大きな
効果を得ることが出来る。
【0023】本発明を用いることにより反応管内での反
応ガス分圧を従来技術に比べ均一に保つことができ、そ
の結果、膜厚のより均一な薄膜を半導体基板上に形成す
ることができる。又、反応管内に温度差をもうけること
により反応ガスの熱分解率を高め、その結果、半導体基
板上に堆積させる薄膜の堆積速度を高めることができ、
スループットを向上させることが可能となる。又、本発
明においては、図5や図6に示した分散管のような特別
な治具を使用することもなく、反応管の洗浄時のメンテ
ナンス,破損しにくい点で省力化することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、堆積させた膜の厚さが
より均一で、且つ、その堆積速度が高められたCVD装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に於けるCVD装置の一実施例を示した
概略図、
【図2】半導体基板間の膜厚分布を示すグラフであり、
(a)は図1に示した本発明の一実施例によるCVD装
置を使用した場合の膜厚分布図、(b)は図4に示した
従来例によるCVD装置を使用した場合の膜厚分布図、
(c)は図6に示した従来例によるCVD装置を使用し
た場合の膜厚分布図、
【図3】従来の横型減圧CVD装置例を示した断面図、
【図4】従来の縦型減圧CVD装置例を示した断面図、
【図5】分散管を有する従来の横型減圧CVD装置例を
示した断面図、
【図6】分散管を有する従来の縦型減圧CVD装置例を
示した断面図。
【符号の説明】
11 外反応管 12 内反応管 13 半導体基板 14 ボート 15 ヒータ 16 ガス導入口 17 ガス排気口 18 冷却用ガス導入口 19 冷却用ガス排気口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を複数枚載置するボ−トを挿
    入可能で、反応ガスを流入するためのガス導入口と反応
    ガスを排出するためのガス排気口とを有する反応管と、 この反応管の外側に設けられたヒ−タとを有する半導体
    製造装置において、 前記反応管が内反応管と外反応管とからなる二重構造を
    有し、前記内反応管と前記外反応管間に反応ガスを流入
    させるように前記ガス導入口が設けられており、前記内
    反応管が前記ボ−トを挿入した際に二つ以上の部分に分
    割するしきいと、前記内反応管自体を冷却する冷却構造
    と、前記内反応管と前記外反応管間の反応ガスを前記し
    きいで区切られた各々の部分に流入、流出させる少なく
    とも一つ以上の導入口及び排気口とを有していることを
    特徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項2】 前記内反応管自体を冷却する冷却構造
    が、前記内反応管の管内に冷却用ガスを流入、流出させ
    る冷却用ガス導入口及び冷却用ガス排気口とを有し、冷
    却用ガスにN2 ,Ar等の不活性ガス、及びAirを用い
    ることからなることを特徴とする請求項1記載の半導体
    製造装置。
JP20380793A 1993-08-18 1993-08-18 半導体製造装置 Withdrawn JPH0758030A (ja)

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