JPH0794424A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェーハが配置された炉芯管内に流す
処理ガスの半導体ウェーハ面での濃度を均一化した減圧
ＣＶＤ装置などの半導体製造装置。 【構成】 ベース１上に内管２と外管３から成る炉芯管
４を配置し、内管２内にボート８で保持された半導体ウ
ェーハ７を配置し、ボート８と半導体ウェーハ７を回転
させて、ベース１に開口した出入口６から処理ガスを半
導体ウェーハ７に向けて供給する装置において、処理ガ
スの流路に直交させてガス拡散板２０をボート８と共に
回転可能に配置する。ガス拡散板２０の内面にガス攪拌
羽２３を突設し、ガス拡散板２０の回転によるガス攪拌
羽２３の回転で処理ガスを攪拌して、より均一な状態に
してガス拡散板２０を通過させることにより、処理ガス
が半導体ウェーハ７の面を均一に流れるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石英製の炉芯管内で半
導体ウェーハ表面にシリコン多結晶膜などの生成膜を成
長させる減圧ＣＶＤ装置や、炉芯管内で半導体ウェーハ
に不純物を拡散する常圧拡散炉装置などの半導体製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハにＣＶＤ法（気相成長
法）でシリコン多結晶膜などを成長させる縦型の減圧Ｃ
ＶＤ装置は、例えば図７に示すように、石英製の内管２
と外管３から成る炉芯管４を備える。炉芯管４は、水平
なステンレス製のベース１上に離脱可能に設置され、外
管３の外周にヒータ５が配置される。ベース１は円環状
の固定された水平な台で、その上面に上下開口円筒状の
内管２と上端閉塞下端開口の円筒状外管３が同心に設置
される。ベース１の中央に開口した円形の出入口６か
ら、内管２内の反応室ｍに複数の半導体ウェーハ７が挿
入され、定位置に保持されて後述のガス処理がなされ
る。

【０００３】複数の半導体ウェーハ７は、石英製のボー
ト８に上下に等間隔で水平に保持される。ボート８の下
端は石英製の支持台９に支持され、支持台９の下端部に
は蓋体１１が回転可能に連結される。支持台９とボート
８と半導体ウェーハ７がユニット化され、このボートユ
ニット１０がベース１の出入口６に下方から定位置まで
挿入されて、蓋板１１がベース１の下面にリング状のパ
ッキング１２を介して固定される。ボートユニット１０
は、炉芯管４内に蓋板１１で支持された状態で、外部の
マグネットなどからなる回転手段１３でもって図７矢印
方向に回転する。

【０００４】ベース１の出入口６の内壁面一部にガス導
入孔１４が形成され、ガス導入孔１４と連通するガス供
給管１５がベース１から外部に導出される。ガス供給管
１５に流量コントローラ１６が連結される。ベース１の
上面の内管２と外管３の間に円形の溝１７が形成され、
溝１７の内面一部からベース１の外面一部に連通させて
ガス排出孔１８が形成される。ガス排出孔１８は、外部
の真空吸引系１９に連結される。

【０００５】ベース１上に内管２と外管３を設置し、内
管２内の反応室ｍにボート８に支持された半導体ウェー
ハ７を配置し、蓋板１１をベース１に固定しておいて、
真空吸引系１９で炉芯管４内を所定の真空度の減圧状態
に維持させる。この状態で支持台９とボート８と半導体
ウェーハ７のボートユニット１０を回転させて、所望の
処理ガス（以下、反応ガスと称する）をガス供給管１５
からベース１の出入口６内へと供給する。反応ガスは流
量コントローラ１６で流量調整されて出入口６内に供給
されると、上昇して反応室ｍに充満してから、内管２と
外管３の間を流下してガス排出孔１８から排気される。
反応室ｍを上昇する反応ガスは、ヒータ５で所定温度ま
で加熱されて半導体ウェーハ７の表面に沿って流れ、こ
の時に半導体ウェーハ７の表面に所望の生成膜を成長さ
せる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ベース１のガス導入孔
１４から出入口６に導入された反応ガスは、反応室ｍを
上昇する間に回転するボートユニット１０で攪拌され
て、半導体ウェーハ７に均一な濃度で接触するようにし
てある。ところが、出入口６内や反応室ｍの下部での反
応ガスの濃度は、ガス導入孔１４の近くが高いといった
偏りがあって、反応室ｍに反応ガスを均一な濃度分布で
上昇させることが難しく、上下多段に配置された各半導
体ウェーハ７に反応ガスを均一な濃度で接触させること
が困難であった。その結果、各半導体ウェーハ７の表面
での生成膜の成長状態が、半導体ウェーハ７の面内で不
均一となり易く、製品の歩留まりを低下させていた。

【０００７】かかるガス濃度の不均一性を改善する工夫
として、上記同様な炉芯管における反応室に反応ガスを
供給するガス導入孔の数を多くすることや、ガス導入孔
から反応室に向う反応ガスの流路に多孔板状のガス拡散
板を設置することが知られている。しかし、ガス導入孔
の数を多くしても、ガス導入孔近くでガス濃度が高くな
って、反応室でのガス濃度の均一化は依然として困難で
ある。また、ガス流路に多孔状のガス拡散板を固定配置
して、反応ガスがガス拡散板を通過する間に拡散させる
ようにすると、反応ガスは反応室に比較的均一な濃度で
流れるが、現実においては、反応ガスがガス拡散板の部
分的な面を集中的に通過したり、反応ガスがガス拡散板
の外周から洩れたりして、反応室に均一な濃度で流すこ
とが難しい問題があった。

【０００８】本発明の目的は、半導体ウェーハが配置さ
れた炉芯管内に反応ガスを確実に均一な濃度分布で流し
て、半導体ウェーハを均一にガス処理する減圧ＣＶＤ装
置などの半導体製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ボートに保持
された複数の半導体ウェーハを炉芯管内に配置し、炉芯
管内でボートと共に半導体ウェーハを回転させて、炉芯
管の一部から半導体ウェーハに向けて処理ガスを供給
し、炉芯管の他部から炉芯管内の処理済みガスを排気す
るようにした半導体製造装置において、前記炉芯管内の
半導体ウェーハに向けて供給される処理ガスの流路に、
この流路に略直交する方向で、供給される処理ガスに向
う内面側にガス攪拌羽を一体に突設し、内外面にかけて
処理ガスが流通する複数の孔を有するガス拡散板を、前
記ボートと共に回転可能に配置したことにより、上記目
的を達成する。

【００１０】また、本発明においては、前記ガス拡散板
が、処理ガスが流通する孔を有する円板部と、この円板
部を一開口端に一体に有する円筒部を備え、この円筒部
の内部空間に供給された処理ガスが円板部の孔から外に
抜けるものであることが、処理ガスをより均一に炉芯管
内に流す上で望ましい。

【００１１】更に、本発明は、前記炉芯管の一部から炉
芯管内の前記ガス拡散板の円筒部内部空間にガス導入用
ノズルを設置して、このノズルの先端開口から処理ガス
をガス拡散板の円板部内面に向けて供給する構造が実用
上に望ましい。

【００１２】

【作用】炉芯管内の半導体ウェーハに向けて供給される
処理ガスの流路に配置されたガス拡散板は、半導体ウェ
ーハを保持するボートと共に回転するときに内面に突設
したガス攪拌羽が処理ガスを攪拌して、処理ガスを十分
均一に拡散させた上でガス拡散板の孔を通過させるた
め、ガス拡散板を通過した段階で処理ガスの流れが均一
となり、半導体ウェーハの面に処理ガスを均一に流すこ
とが確実にできるようになる。

【００１３】

【実施例】以下、図７の縦型の減圧ＣＶＤ装置に適用し
た第１の実施例を図１乃至図５に、第２の実施例を図６
に示して説明する。なお、図１乃至図６の図７と同一、
又は、相当部分には同一符号を付して説明は省略する。

【００１４】図１実施例の従来と相違するところは、ベ
ース１の出入口６から反応室ｍに向けて上昇する反応ガ
スの流路に直交させてガス拡散板２０をボートユニット
１０と共に回転可能に配置したこと、及び、ガス拡散板
２０にその回転力を利用して反応ガスを攪拌するガス攪
拌羽２３を取付けたことである。また、図１の実施例
は、ベース１の出入口６内にノズル３０を固定して、ベ
ース１のガス供給管１５から送られてくる反応ガスをノ
ズル３０に通し、ノズル３０の先端からガス拡散板２０
に向けて吐出させる。

【００１５】ガス拡散板２０の具体例を図２及び図３に
示すと、これは円板部２１と、円板部２１の外周に一開
口端が一体の円筒部２２を有する石英製品で、円板部２
１がボートユニット１０の例えば支持台９上に離脱可能
に位置決め載置されて、円筒部２２と支持台９の間に円
環状の空間ｎが形成される。円板部２１は支持台９より
大径で、これの支持台９から食み出す周辺部に板厚方向
に貫通させて多数のガス放出用孔２４が形成される。円
板部２１の周辺部内面の孔２４を避けた部分に複数のガ
ス攪拌羽２３が下向きに一体に突設される。

【００１６】ガス攪拌羽２３の数、サイズ、配列は、図
２の例に限らず、後述するようにガス拡散板２０の回転
力でガス攪拌羽２３が反応ガスを効果的に攪拌するよう
に設定される。また、ガス拡散板２０の孔２４の数、サ
イズ、配列も、図２の例に限らず、ガス攪拌羽２３で攪
拌された反応ガスがガス拡散板２０上に均一的に抜け出
るように設定される。

【００１７】ベース１の出入口６内に固定されたノズル
３０の具体例を図４及び図５に示すと、これはガス拡散
板２０の円筒部２２より大径の半円状の円弧管部３１
と、円弧管部３１の両端から出入口６の中心方向に延び
る内方管部３２と、各内方管部３２の先端から上方に延
びる一対の起立管部３３を備える。一対の起立管部３３
は、ガス拡散板２０の円筒部２２と支持台９の間の空間
ｎの幅と高さの略中央まで延びて、先端開口から反応ガ
スを真上のガス攪拌羽２３に向けて噴き出す。

【００１８】ノズル３０に対応させて、ガス拡散板２０
のノズル３０の内方管部３２と起立管部３３と対向する
部分に、内方管部３２と起立管部３３が余裕をもって通
過できる切欠き２５が形成される。つまり、ベース１の
出入口６でボートユニット１０を挿脱する際に、ガス拡
散板２０の切欠き２５にノズル３０の内方管部３２と起
立管部３３を通すようにして、ボートユニット１０と共
にガス拡散板２０が出入口６の内外に出し入れできるよ
うにしてある。

【００１９】図１の装置においては、ベース１上に内管
２と外管３を設置し、ベース１の出入口６からガス拡散
板２０を取付けたボートユニット１０を挿入し、内管２
内の反応室ｍにボート８で支持された半導体ウェーハ７
を配置し、蓋板１１をベース１に固定しておいて運転が
開始される。つまり、真空吸引系１９で炉芯管４内を所
定の真空度の減圧状態に維持させ、この状態でボートユ
ニット１０を回転させて、ヒータ５で反応室ｍを加熱し
てノズル３０から反応ガスを空間ｎに供給する。ノズル
３０の起立管部３３からガス拡散板２０の内面に向けて
噴き出された反応ガスは、空間ｎに充満し、回転するガ
ス拡散板２０のガス攪拌羽２３で積極的に攪拌されて、
孔２４から反応室ｍに導入され、上昇しながら半導体ウ
ェーハ７の間を流れる。

【００２０】反応ガスがガス拡散板２０の円筒部２２の
周辺部下面に向けて上昇すると、孔２４に達する前に回
転移動するガス攪拌羽２３で攪拌され、この攪拌で反応
ガスが各孔２４に均一的に通過するようになる。この均
一的な通過でガス拡散板２０の周辺部上でのガス分布が
均一となり、反応ガスは反応室ｍを均一な濃度分布で上
昇し、各半導体ウェーハ７の間を均一に流れるようにな
って、半導体ウェーハ７の表面に所望の生成膜が均一に
成長する。

【００２１】ガス拡散板２０は、円板部２１だけの構造
にしても、ガス攪拌機能でガスを均一に拡散するが、円
板部２１に円筒部２２を加えた構造が次の理由で望まし
い。すなわち、円筒部２２が円板部２１周縁からのガス
洩れを防止し、円筒部２２と支持台９の間の空間ｎに反
応ガスを充満させるので、ガス攪拌効果が一層高まり、
十分に攪拌されて均一となった反応ガスが孔２４から反
応室ｍに抜ける。また、ノズル３０は、反応ガスを空間
ｎの望ましい位置に確実に供給する上で有効である。

【００２２】図６の第２の実施例は、図１の装置の一部
変形例が示される。図６の装置においては、ボート８を
支持する支持台９の上部側面に凹部３４を形成してい
る。この凹部３４の形成で支持台９の上面の面積が小さ
くなり、その分、ガス拡散板２０の円板部２１の支持台
９の上面から食み出す周辺部の面積が大きくなり、円板
部２１の周辺部下の空間ｎの体積が大きくなる。その結
果、反応ガスがより大きな体積空間で攪拌され、円板部
２１のより大きな面積の周辺部に形成された孔２４を通
過して拡散するために、そのガス攪拌効果とガス拡散効
果がより顕著に、確実に得られる。

【００２３】なお、本発明は縦型減圧ＣＶＤ装置に限ら
ず、横型ＣＶＤ装置や縦型及び横型の常圧拡散炉などに
も適用可能である。特に、縦型常圧拡散炉は、図１の装
置と同様な構造で拡散炉内を常圧にして使用するため、
回転するガス拡散板のガス攪拌羽によるガス攪拌効果に
優れることが分かっている。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、炉芯管内の半導体ウェ
ーハに向けて供給される処理ガスは、半導体ウェーハや
ボートと共に回転するガス拡散板のガス攪拌羽で攪拌さ
れて均一化されてから、ガス拡散板の孔を通過して半導
体ウェーハへと流れるので、半導体ウェーハの面に処理
ガスを均一な濃度分布で流すことができて、半導体ウェ
ーハの面に均一な生成膜成長等のガス処理が可能とな
り、半導体製品の歩留まり向上、品質改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図

【図２】図１の装置におけるガス拡散板の拡大平面図

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図４】図１の装置におけるガス供給用ノズルの拡大平
面図

【図５】図４のノズルの正面図

【図６】本発明の他の実施例を示す要部の縦断面図

【図７】従来の半導体製造装置である縦型減圧ＣＶＤ装
置の縦断面図

【符号の説明】

４ 炉芯管 ７ 半導体ウェーハ ８ ボート ２０ ガス拡散板 ２１ 円板部 ２２ 円筒部 ２３ ガス攪拌羽 ２４ 孔 ３０ ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボートに保持された複数の半導体ウェー
   ハを炉芯管内に配置し、炉芯管内でボートと共に半導体
   ウェーハを回転させて、炉芯管の一部から半導体ウェー
   ハに向けて処理ガスを供給し、炉芯管の他部から炉芯管
   内の処理済みガスを排気するようにした半導体製造装置
   において、 前記炉芯管内の半導体ウェーハに向けて供給される処理
   ガスの流路に、この流路に略直交する方向で、供給され
   る処理ガスに向う内面側にガス攪拌羽を一体に突設し、
   内外面に処理ガスが流通する複数の孔を有するガス拡散
   板を、前記ボートと共に回転可能に配置したことを特徴
   とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記ガス拡散板は、処理ガスが流通する
   孔を有する円板部と、この円板部を一開口端に一体に有
   する円筒部を備え、この円筒部の内部空間に供給された
   処理ガスが円板部の孔から外に抜けることを特徴とする
   請求項１記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記炉芯管の一部から炉芯管内のガス拡
   散板の円筒部内部空間へとガス導入用ノズルを設置し
   て、このノズルの先端開口から処理ガスをガス拡散板の
   円板部内面に向けて供給するようにしたことを特徴とす
   る請求項２記載の半導体製造装置。