JPH08139035A - Ｃｖｄ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １回の処理数を低減することなく均一な処理
状態を確保する。 【構成】 縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置におい
て、プロセスチューブ１を構成するインナチューブ２と
アウタチューブ３との間の空間で助走路８が形成され、
助走路８の下端に原料ガス導入口９が開設され、助走路
８の導出端がインナチューブ２の上端開口によって形成
されている。助走路８に導入された原料ガス１４は助走
路８の流通中に拡散混合し、アウタチューブ３外のヒー
タ１０で加熱されて化学反応が充分進行するため、イン
ナチューブ２内のウエハ１１にはＣＶＤ膜が拡散により
堆積する。 【効果】 ウエハに堆積するＣＶＤ膜は全体にわたって
均一になる。インナチューブ内全領域に反応が進んだガ
スが行き渡るため、ウエハをインナチューブ内全領域に
配置しても均一な処理状態を確保でき、１回の処理枚数
を増加できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＶＤ技術、特に、被
処理物がプロセスチューブ内に搬入され、プロセスチュ
ーブ内に原料ガスが導入されるとともにプロセスチュー
ブ外に敷設されたヒータによってプロセスチューブ内が
加熱されて、被処理物にＣＶＤ処理が施されるＣＶＤ技
術に関し、例えば、半導体装置の製造工程において、半
導体ウエハ（以下、ウエハという。）にポリシリコン等
を堆積（デポジション）するのに使用される減圧ＣＶＤ
技術利用して有効なものに関する。

【０００２】半導体装置の製造工程において、ウエハに
ポリシリコンをデポジションするのに減圧ＣＶＤ装置が
使用されている。従来のこの種の減圧ＣＶＤ装置とし
て、縦に配置されて下端に炉口が開口されているプロセ
スチューブと、プロセスチューブ内に原料ガスを導入す
る原料ガス導入口と、プロセスチューブ内を真空排気す
る排気口と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセス
チューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚の
ウエハが治具によって長く整列されて保持された状態で
プロセスチューブ内に下端の炉口から搬入され、プロセ
スチューブ内に原料ガスが導入されるとともに、ヒータ
によってプロセスチューブ内が加熱されることにより、
ウエハにポリシリコンがデポジションされるように構成
されている縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置、があ
る。

【０００３】なお、縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ技
術を述べてある例としては、株式会社工業調査会発行
「電子材料１９８６年１１月号別冊」昭和６１年１１月
２０日発行 Ｐ６０〜Ｐ６７、がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置においては、原
料ガスがウエハ群に接触するまでの所謂助走距離が短く
ヒータによって加熱される期間が短いため、膜厚の均一
性が低下するという問題点があることが本発明者によっ
て明らかにされた。そこで、原料ガスのウエハに接触す
るまでの助走距離を長くとるために、ウエハ群の配置を
原料ガスの導入位置から離すと、ウエハの１回の処理枚
数が低減されてしまうという問題が起こる。

【０００５】本発明の目的は、１回の処理枚数を低減す
ることなく、均一な処理状態を確保することができるＣ
ＶＤ技術を提供することにある。

【０００６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【０００８】すなわち、被処理物がプロセスチューブ内
に搬入され、プロセスチューブ内に原料ガスが導入され
るとともに、プロセスチューブ外に敷設されたヒータに
よってプロセスチューブ内が加熱されるＣＶＤ装置にお
いて、プロセスチューブがインナチューブとアウタチュ
ーブとから構成されており、原料ガスがインナチューブ
とアウタチューブとの間の助走路に導入されてヒータに
よって加熱され、加熱された原料ガスが助走路からイン
ナチューブに導入されることを特徴とする。

【０００９】

【作用】前記した手段において、インナチューブとアウ
タチューブとの間の助走路に導入された原料ガスはアウ
タチューブの外側に設置されているヒータによって加熱
される。このとき、インナチューブとアウタチューブと
の間の助走路に導入された原料ガスがインナチューブ内
に流入するまでの助走距離は充分に加熱されるに足りる
距離になるため、原料ガスの化学反応は充分に進む。し
たがって、インナチューブ内に配置された被処理物には
充分に化学反応が進んだ原料ガスが全体にわたって均等
に接触することになる。

【００１０】その結果、被処理物の処理状態は全体にわ
たって均一になる。また、インナチューブ内の全領域に
反応が進んだガスが行き渡ることにより、被処理物をイ
ンナチューブ内の全領域にわたって配置しても均一な処
理状態を確保することができるため、１回の処理枚数を
増加することができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例である縦型ホットウ
オール型減圧ＣＶＤ装置を示す縦断面図である。

【００１２】本実施例において、本発明に係るＣＶＤ装
置は、縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置として構成
されている。この縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置
は、複数枚のウエハが治具によって長く整列した状態に
保持されて搬入されるプロセスチューブ１を備えてお
り、プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチ
ューブ３とから構成されている。インナチューブ２およ
びアウタチューブ３はいずれも、石英ガラス等の耐熱性
の高い材料が用いられて円筒形状にそれぞれ一体成形さ
れている。

【００１３】インナチューブ２は両端が開口した円筒形
状に形成されており、中心線が垂直になるように縦に配
設されている。インナチューブ２の内部室は処理室４を
実質的に形成しており、インナチューブ２の下端開口は
被処理物としてのウエハを出し入れするための炉口５を
実質的に構成している。炉口５にはキャップ６が着脱可
能に嵌入されるようになっており、キャップ６はアウタ
チューブ３の外部に設備されたエレベータ（図示せず）
によって垂直方向に昇降されるように構成されている。
インナチューブ２の炉口５におけるキャップ６の隙間に
より排気口７が形成されており、排気口７は高真空排気
装置（図示せず）に接続されて処理室４を所定の真空度
に真空排気し得るように構成されている。

【００１４】アウタチューブ３はインナチューブ２より
も大径で上端が閉塞された円筒形状に形成されており、
インナチューブ２の外側に同心円に配設されている。イ
ンナチューブ２とアウタチューブ３との間の下端部はシ
ール壁部３ａによって着脱可能に気密封止されており、
保守点検作業や清掃作業のために、インナチューブ２と
アウタチューブ３との間はシール壁３ａにおいて切り離
し可能に構成されている。そして、インナチューブ２と
アウタチューブ３との間の空間によって助走路８が実質
的に構成されている。アウタチューブ３の下端部には複
数個のガス導入口９が開設されており、各ガス導入口９
から助走路８に所望の原料ガスが導入されるようになっ
ている。

【００１５】アウタチューブ３の外部にはプロセスチュ
ーブ１内を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ
１０が、アウタチューブ３の周囲を包囲するように設備
されている。

【００１６】本実施例において、被処理物としてのウエ
ハ１１を保持するための治具１２は、キャップ６上に垂
直に立脚されて支持されている。図１に示されているよ
うに、治具１２は上下に配置された一対の端板１２ａ、
１２ｂと、両端板１２ａ、１２ｂ間に架設されて垂直に
配設された複数本の保持部材１２ｃとを備えており、各
保持部材１２ｃに長手方向に等間隔に配されて互いに対
向して開口するように没設された多数条の保持溝１２ｄ
間にウエハ１１を挿入されることにより、複数枚のウエ
ハ１１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させ
て保持するように構成されている。治具１２とキャップ
６との間には保温筒１３が介設されており、保温筒１３
内にはガラス繊維等から成る断熱材（図示せず）が充填
されて収納されている。

【００１７】次に、前記構成にかかる縦型ホットウオー
ル型減圧ＣＶＤ装置が使用される場合について、本発明
の一実施例である減圧ＣＶＤ方法を説明する。

【００１８】図１に示されているように、被処理物とし
てのウエハ１１は治具１２に、保持部材１２ｃの保持溝
１２ｄ間にその円周縁部が対向する複数箇所（少なくと
も３箇所）においてそれぞれ係合するように挿入されて
行き、複数箇所の外周縁部が各保持溝１２ｄに係合され
て自重を支えられるようにセットされて保持される。複
数枚のウエハ１１は治具１２における保持状態において
その中心を揃えられて互いに平行にかつ水平に整列され
ている。

【００１９】複数枚のウエハ１１を整列保持した治具１
２はキャップ６上に、長手方向すなわちウエハ１１群が
並んだ方向が垂直になるように載置される。キャップ６
上にセットされた治具１２はエレベータにより差し上げ
られるようにして、インナチューブ２の炉口５から処理
室４内に搬入されて行き、キャップ６に支持されたまま
の状態で、処理室４内に存置される。

【００２０】排気口７によってプロセスチューブ１の内
部が所定の真空度（数Ｔｏｒｒ以下）に真空排気され、
また、ヒータ１０によってプロセスチューブ１の内部が
所定の温度（例えば、約４００℃）に全体にわたって均
一に加熱される。

【００２１】次いで、ガス導入口９から所定の原料ガス
１４が助走路８の下端に導入される。例えば、ドープド
ポリシリコンが拡散される場合には、原料ガス１４とし
て、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）とホスフィン（ＰＨ₃ ）と
がそれぞれ導入される。

【００２２】助走路８が所定の真空度に減圧されている
ため、助走路８の下端に導入された原料ガス１４はきわ
めて効率的に拡散混合しながら助走路８を上方に流れて
行く。また、助走路８が所定の温度に加熱されているた
め、助走路８の下端に導入された原料ガス１４は拡散混
合しながら化学反応する。しかも、この助走路８はプロ
セスチューブ１の長さに略等しい長さに設定されている
ため、原料ガス１４の拡散混合および化学反応は助走路
８の終端、すなわち、インナチューブ２の入口である上
端まで持続される。したがって、原料ガス１４の化学反
応は助走路８を通過する間に充分に進んで飽和する傾向
になる。

【００２３】そして、助走路８の終端に達した原料ガス
１４はインナチューブ２へその上端から流入し、治具１
２に保持された被処理物としてのウエハ１１群に接触し
ながら下方へ流れて行き、排気口７から排気される。こ
の際、ウエハ１１に接触する原料ガス１４は化学反応が
進んだ状態になっているため、拡散によってウエハ１１
に堆積する状態になる。つまり、ウエハ１１への堆積は
ウエハ１１の表面付近に存在する化学反応済の原料ガス
１４の淀み層中の拡散によって起こる。例えば、モノシ
ラン（ＳｉＨ₄ ）とホスフィン（ＰＨ₃ ）とがそれぞれ
導入された場合には、ドープドポリシリコンがウエハ１
１に拡散によって堆積される状態になる。

【００２４】このようにして化学反応済の原料ガス１４
（ドープドシリコン）がウエハ１１に堆積するため、原
料ガス１４（モノシランとホスフィン）による所望のＣ
ＶＤ膜（ドープドポリシリコン膜）の堆積状態は、原料
ガス１４（モノシランとホスフィン）の流れに大きく左
右されることなくウエハ１１群にわたって膜厚および膜
質共に均一になるとともに、各ウエハ１１内においても
全体的に均一になる。

【００２５】なお、ＣＶＤ膜（ドープドシリコン膜）の
堆積膜厚は処理時間によって制御することができる。ま
た、助走路８における化学反応の進行程度は、原料ガス
１４（モノシランとホスフィン）の流量や流速、濃度、
ヒータ１０による加熱温度、助走路８内の真空度等の調
整によって制御することができる。

【００２６】所望のＣＶＤ膜（ドープドシリコン膜）が
堆積された後に、キャップ６が下降されることによって
炉口５が開口されるとともに、治具１２に保持された状
態でウエハ１１群が炉口５からプロセスチューブ１の外
部に搬出される。

【００２７】前記実施例によれば、次の効果が得られ
る。 （１） インナチューブとアウタチューブとの間に充分
に長い助走路を形成し、この助走路に原料ガスを導入す
ることにより、助走路に導入された原料ガスを充分に化
学反応させることができるため、インナチューブ内に配
置されたウエハに所望のＣＶＤ膜を拡散によって堆積さ
せることができる。

【００２８】（２） 化学反応が進んだ原料ガスを拡散
によって堆積させて所望のＣＶＤ膜を形成することによ
り、インナチューブ内に長手方向に長く配列されたウエ
ハ群の全体にわたって均一にＣＶＤ膜を形成することが
できるため、１回の処理におけるＣＶＤ膜の膜厚や膜質
等を均一化することができ、品質および信頼性を高める
ことができる。

【００２９】（３） インナチューブ内の全領域に反応
が進んだ反応ガスが行き渡ることにより、ウエハ群をイ
ンナチューブ内の長手方向全領域にわたって配置しても
均一な処理状態を確保することができるため、１回の処
理枚数を増加することができ、その結果、ＣＶＤ処理作
業のスループットを高めることができる。

【００３０】（４） インナチューブとアウタチューブ
とを同心円に配設して助走路を形成することにより、長
くて横断面積の大きな助走路をきわめて効率的に形成す
ることができるとともに、助走路内に導入されて流通す
る原料ガスを外部のヒータによってきわめて効果的に加
熱することができるため、原料ガスの化学反応を効率的
に進行させることができて、前記（１）、（２）、
（３）の効果を有効に発揮させることができ、また、設
備費用やランニングコストの増加を抑制することができ
る。

【００３１】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３２】例えば、原料ガスの化学反応を進行させる
ための助走路としては、インナチューブとアウタチュー
ブとを同心円に配設してその間の空間によって助走路が
形成される構成を使用するに限らず、プロセスチューブ
内に挿入されて一端から原料ガスを導入され他端から反
応の進んだガスをプロセスチューブ内に導出するチュー
ブによって助走路が形成される構成等を使用してもよ
い。

【００３３】治具とキャップとの間に介設された保温筒
を省略して、被処理物であるウエハの処理枚数を増加す
るように構成することができる。

【００３４】前記実施例では、ドープドポリシリコン膜
の堆積について説明したが、本発明に係るＣＶＤ技術は
ドープドシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のＣＶＤ膜
の形成技術全般に使用することができる。

【００３５】前記実施例では、ウエハにＣＶＤ膜が堆積
される場合について説明したが、本発明に係るＣＶＤ技
術は、液晶パネル等のＣＶＤ処理が必要な被処理物全般
に適用することができる。

【００３６】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である縦型ホ
ットウオール型減圧ＣＶＤ技術に適用した場合について
説明したが、それに限定されるものではなく、横型ホッ
トウオール型減圧ＣＶＤ技術等のＣＶＤ技術全般に適用
することができる。

【００３７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００３８】プロセスチューブ内に原料ガスの助走路を
形成し、この助走路の流通過程において原料ガスの化学
反応を充分に進行させてプロセスチューブ内に導出させ
ることにより、プロセスチューブに配置された被処理物
群に充分に反応が進んだ原料ガスを接触させることがで
きるため、被処理物の１回当たりの数を減少させること
なく、被処理物群にＣＶＤ膜を全体にわたって均一に堆
積させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である縦型ホットウオール型
減圧ＣＶＤ装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウ
タチューブ、４…処理室、５…炉口、６…キャップ、７
…排気口、８…助走路、９…原料ガス導入口、１０…ヒ
ータ、１１…ウエハ（被処理物）、１２…治具、１３…
保温筒、１４…原料ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守部 俊二 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物がプロセスチューブ内に搬入さ
   れ、プロセスチューブ内に原料ガスが導入されるととも
   に、プロセスチューブ外に敷設されたヒータによってプ
   ロセスチューブ内が加熱されて、被処理物にＣＶＤ処理
   が施されるＣＶＤ方法において、 前記原料ガスが前記ヒータによって加熱された後に前記
   被処理物に供給されることを特徴とするＣＶＤ方法。
2. 【請求項２】 被処理物がプロセスチューブ内に搬入さ
   れ、プロセスチューブ内に原料ガスが導入されるととも
   に、プロセスチューブ外に敷設されたヒータによってプ
   ロセスチューブ内が加熱されて、被処理物にＣＶＤ処理
   が施されるＣＶＤ装置において、 前記プロセスチューブ内に助走路が形成されており、こ
   の助走路は前記原料ガスを導入されて、この導入された
   原料ガスが流通している間に前記ヒータによって加熱さ
   れ、加熱された原料ガスを被処理物に供給するように構
   成されていることを特徴とするＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記プロセスチューブがインナチューブ
   とアウタチューブとから構成されており、前記助走路が
   このインナチューブとアウタチューブとの間の空間によ
   って形成されているとともに、原料ガスがアウタチュー
   ブの下端部から導入され、加熱された原料ガスがインナ
   チューブに上端開口から下方に向けて導入されて下降し
   て行くように構成されていることを特徴とする請求項２
   に記載のＣＶＤ装置。