JPH10256159A

JPH10256159A - 減圧ｃｖｄ装置及び半導体ウエハ表面の薄膜形成処理方法

Info

Publication number: JPH10256159A
Application number: JP5570197A
Authority: JP
Inventors: Ken Adachi; 研足立
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性に優れ、かつ成膜性を向上させること
ができる減圧ＣＶＤ装置及び半導体ウエハへの薄膜形成
処理方法を提供する。【解決手段】被処理ウエハが配置された炉芯管１内に
薄膜形成用のガスを供給して被処理ウエハの表面に薄膜
を形成させるものであって、炉芯管１の開口部分に開閉
自在なゲートバルブを介して密閉可能に配設されたロー
ドロック室４と、複数枚の被処理ウエハを保持してロー
ドロック室４内と炉芯管１内とに移動可能に配設されて
いるボート１２と、ロードロック室４内から炉芯管１内
に向かってボート１２と共に順次移動されている被処理
ウエハに向けて前処理用の活性化されたガスを吹き付け
るガス導入管８とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面に例えばシリコン多結晶膜等の薄膜を形成するのに使
用される減圧ＣＶＤ装置及びその半導体ウエハ表面に薄
膜を形成する場合の処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの表面にシリコン多結晶膜
等の薄膜を形成させる装置としてＣＶＤ装置（chemical
Vapor deposition system）が知られている。図７は、
従来におけるロードロック室付縦型減圧ＣＶＤ装置の一
例を示す断面図である。図７において、この減圧ＣＶＤ
装置は、大きくは炉芯管５１の下側にリング状をしたフ
ランジ５２を介してロードロック５３が密に配設された
構造になっている。また、炉芯管５１内とロードロック
５３の内部（以下、これを「ロードロック室５４」と言
う）とは連通されているが、フランジ５２とロードロッ
ク５３との間に配置されている図示せぬゲートバルブに
よって互いに隔離することができる構造になっている。

【０００３】さらに詳述すると、炉芯管５１は、内管５
５と外管５６とからなる。このうち、内管５５は上下が
開口された円筒状を成し、外管５６は上端が閉じられ下
端側が開口された逆カップ状に形成されている。そし
て、外管５６内に内管５５が同心的に収納されて周面部
分が二重構造をした構成にして作られており、これがフ
ランジ５２上に同心的に位置決めされて取り付けられて
いる。また、フランジ５２には内管５５と外管５６との
間に位置して排気用のガス排出管５７が設けられてお
り、このガス排出管５７を通して炉芯管５１内のガスを
排出することが可能になっている。さらに、フランジ５
２には、先端を内管５５内に突出させてガス導入管５８
が取り付けられており、このガス導入管５８を通して一
種または数種の化合物ガス、あるいは単体ガス等の処理
ガス（反応ガス）を炉芯管５１内に供給可能になってい
る。加えて、炉芯管５１の外周には、この炉芯管５１内
を暖めるためのヒーター５９が設置されている。

【０００４】ロードロック５３は、内部にロードロック
室５４としての空間を有して、下端が閉じられ上端が開
口された筒状に形成されている。なお、ロードロック５
３の下端側には、ロードロック室５４内を減圧するため
の排気管６３が設けられている。また、ロードロック室
５４内には、ボート回転機構６０が設けられているとと
もに、このボート回転機構６０上に断熱筒６１及びボー
ト６２が配設されている。そのボート６２には、図示せ
ぬ被処理ウエハが複数枚、上下に等間隔で水平に保持で
きる構造になっており、断熱筒６１は炉芯管５１内とロ
ードロック５３を熱的に遮断する役目を果たす。さら
に、ボート回転機構６０は、フランジ５２とロードロッ
ク室５４との間のゲートバルブが開いている状態で、ボ
ート６２を回転させながら、そのボート６２をロードロ
ック室５４から炉芯管５１内の所定の位置まで上昇させ
ることができるとともに、逆に炉芯管５１からロードロ
ック室５４内まで下降させることもできる構造になって
いる。なお、図７は、ボート６２がロードロック室５４
の所定の位置まで下降された状態で示している。

【０００５】このように構成された減圧ＣＶＤ装置の動
作を次に説明する。まず、ボート６２がロードロック室
５４内に降ろされ、かつゲートバルブによりロードロッ
ク室５４と炉芯管５１内とが隔離されている状態におい
て、ボート６２に自動搬送機等を用いて被処理ウエハを
移載し、その後、排気管６３を通してロードロック室５
４内を真空引きする。また、ロードロック室５４内の圧
力が炉芯管５１内と同等の圧力に到達するとゲートバル
ブを開く。続いてボート回転機構６０が動作されて、ボ
ート６２を上昇させる。ボート６２が炉芯管５１内に配
置された最上部まで上昇しきった時点でＣＶＤプロセス
が開始される。そして、ＣＶＤプロセスに必要なガス
は、ガス導入管５８から炉芯管５１の内筒５５内に供給
される。すると、これがヒーター５９で所定の温度まで
加熱されながら一部が被処理ウエハの表面に沿って流
れ、さらに内管５５と外管５６との間を通ってフランジ
５２に接続されたガス排出管５７へと排気される。この
とき、被処理ウエハの表面に沿って流れるガスにより、
その被処理ウエハの表面に生成膜が成長される。

【０００６】ところで、このＣＶＤプロセスにおけるＣ
ＶＤ成膜では、界面状態がその性能に対して重要な役割
を担っている。そこで、一般に、ＣＶＤ成膜を行う前処
理として被処理ウエハ表面の自然酸化膜や炭素等を除去
する方法が採られている。そのうち、被処理ウエハ表面
の自然酸化膜を除去する方法としては、炉芯管５１内を
９００℃程度の高温にしてガスを導入して還元性雰囲気
で自然酸化膜を除去する。使用されるガスはＨ₂、Ｈ
Ｆ、Ｎ₂Ｈ₄、Ｆ₂、ＣｌＦ₃、ＮＦ₃、ＮＨ₃等の水
素やフッ素、若しくはそれらを含む化合物を導入する方
法等が知られている。そして、水素やフッ素、若しくは
それらを含む化合物を導入して前処理を行う方法では、
まずガス導入管５８から炉芯管５１の内筒５５内にそれ
ら前処理用のガスを、成膜用のガスに先立って供給す
る。すると、この一部が被処理ウエハの表面に沿って流
れ、さらにガス排出管５７へと排気されて処理が行われ
る。一方、被処理ウエハ表面の炭素を除去する方法とし
ては、酸素またはその化合物が供給される。

【０００７】また、このようにして前処理が終了する
と、次に薄膜材料を構成する元素からなる一種または数
種の化合物ガス、あるいは単体ガスをガス導入管５８か
ら炉芯管５１の内筒５５内に供給し、同様にしてガス排
出管５７より排気させる。すると、被処理ウエハの表面
に沿って流れるガスによって、その被処理ウエハの表面
に生成膜が成長され、成膜処理が完了する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来構造における減圧ＣＶＤ装置では、ＣＶＤ薄膜成
膜前に自然酸化膜等を除去するのを目的としたガス等を
ガス導入管５８から炉芯管５１内に供給した場合、ボー
ト６２によって水平に並べられている被処理ウエハの装
填領域がガス流路に沿って長いために、そのガスの実効
効力（自然酸化膜除去能力）がガスの上流と下流とで異
なり、一括処理した場合に上流側での被処理ウエハに対
する処理と下流側での被処理ウエハに対する処理とが均
一にならないと言う問題点があった。また、ガス種によ
っては、その除去能力有効時間が極端に短いために、そ
の効力がボート上部に配置されている被処理ウエハには
到達しないこともあり、上側と下側では除去効果が均一
にならないと言った問題点もあった。なお、被処理ウエ
ハの処理が一枚づつ行われる枚様式ＣＶＤ装置ではでこ
のような問題は発生することはないが、処理能力がバッ
チ式に対して劣るため量産性に優れないと言う欠点があ
る。したがって、量産性を考えた場合には、図７に示し
たようなバッチ式のものが好ましいことが分かる。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は量産性に優れ、かつ成膜性を向上
させることができる減圧ＣＶＤ装置及び半導体ウエハ表
面の薄膜形成処理方法を提供することにある。さらに、
他の目的は、以下に説明する内容の中で順次明らかにし
て行く。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、減圧ＣＶＤ装置としては、次の技術手段を
講じたことを特徴とする。すなわち、ロードロック室内
から炉芯管内に向かってボートと共に移動されている被
処理ウエハに向けて前処理用の活性化されたガスを吹き
付ける手段を設けたものである。これによれば、ロード
ロック室から炉芯管内にボートと共に移動されている複
数枚の被処理ウエハに対して、前処理のための活性化さ
れたガスを順次均一に吹き付けて処理することができる
ので、品質の均一化が図れる。また、前処理を短時間に
行うことが可能になる。

【００１１】また、半導体ウエハ表面の薄膜形成処理方
法としては、複数枚の被処理ウエハが保持されてロード
ロック室から炉芯管内に順次向かうボート上の前記被処
理ウエハの表面に対して前処理のための活性化されたガ
スを吹き付けて前処理し、その後、前記炉心内に前記薄
膜形成用のガスを供給するようにしたものである。この
方法によれば、ロードロック室から炉芯管内にボートと
共に移動されている複数枚の被処理ウエハに対して、前
処理のための活性化されたガスを順次均一に吹き付けて
処理することができるので、品質の均一化が図れる。ま
た、前処理を短時間に行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる形態は、本発明の好適な具体例であるから技術的に
好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載
がない限り、これらの形態に限られるものでもないもの
である。

【００１３】図１は、本発明の一形態を示すもので、ロ
ードロック室付縦型減圧ＣＶＤ膜生成装置の概略構成断
面図である。図１において、この減圧ＣＶＤ膜生成装置
は、大きくは炉芯管１の下側にリング状をしたフランジ
２を介してロードロック３が密に配設された構造になっ
ている。また、炉芯管１内とロードロック３の内部（以
下、これを「ロードロック室４」と言う）とは連通され
ているが、フランジ２とロードロック３との間に配置さ
れている図示せぬゲートバルブによって互いに隔離する
ことができる構造になっている。

【００１４】さらに詳述すると、炉芯管１は、内管５と
外管６とからなる。このうち、内管５は上下が開口され
た円筒状を成し、外管６は上端が閉じられ下端側が開口
された逆カップ状に形成されている。そして、外管６内
に内管５が同心的に収納されて周面部分が二重構造をし
た構成にして作られおり、これがフランジ２上に同心的
に位置決めされて取り付けられている。また、内管５と
外管６との間に位置して、フランジ２には排気用のガス
排出管７が設けられ、このガス排出管７を通して炉芯管
１内のガスを排出可能になっている。さらに、フランジ
２には、先端を内管５内に突出させてガス導入管８が取
り付けられており、このガス導入管８を通して一種また
は数種の化合物ガス、あるいは単体ガス等の処理ガス
（反応ガス）をを炉芯管１内に供給可能になっている。
加えて、炉芯管１の外周には、炉芯管１内を暖めるため
のヒーター９が設置されている。

【００１５】ロードロック３は、内部にロードロック室
４としての空間を有して下端が閉じられ上端が開口され
た筒状に形成されている。なお、ロードロック３の下端
側には、ロードロック室４内を減圧するための排気管１
３が設けられている。また、ロードロック室４内には、
ボート回転機構１０が設けられているとともに、このボ
ート回転機構１０上に断熱筒１１及びボート１２が配設
されている。そのボート１２には、図示せぬ被処理ウエ
ハが複数枚、上下に等間隔で水平に保持できる構造にな
っており、断熱筒１１は炉芯管１内とロードロック３を
熱的に遮断する役目を果たす。さらに、ボート回転機構
１０は、フランジ２とロードロック室４との間のゲート
バルブが開いている状態で、ボート１２を回転させなが
ら、そのボート１２をロードロック室４から炉芯管１内
の所定の位置まで上昇させることができるとともに、逆
に炉芯管１内からロードロック室４まで下降させること
もできる構造になっている。なお、図１は、ボート１２
がロードロック室４の所定の位置まで下降された状態で
示している。

【００１６】ガス導入管８は、図２を用いて説明する
と、そのガス吹き出し口をガス導入管８の前側を移動す
るボート１２上に搭載されている被処理ウエハＷの表面
に向けて配設されている。また、そのガス導入管８から
被処理ウエハＷの表面に対してガスを吹き付ける角度
は、垂直に近づけて行くと処理速度は増加するが、反
面、被処理ウエハにダメージを与える確率が上昇するこ
とになる。そこで、この形態例では使用するガスの種類
と目的に応じて、４５度以下に設定され、特にダメージ
を嫌う場合には０度（平行）に設定する。すなわち、傾
斜角θは０≦θ≦４５゜の範囲に設定する。加えて、ガス導入管８に通じる手前
側にはガス導入管８より供給される前処理用ガスを活性
化するためのプラズマ発生器２０が配設されている。

【００１７】また、この形態の構造において、炉芯管
１、フランジ２、ロードロック３、ボート１２等、前処
理のためのガスに触れる部材は、そのガスに対し耐性の
ある材質、例えばＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ
₂Ｏ₃、またはステンレス、あるいは石英等を使用もし
くは被覆する。

【００１８】図３は減圧ＣＶＤ装置における処理手順の
一例を示すフローチャートである。そこで、図１、図２
及び図６に示した減圧ＣＶＤ装置の動作を図３のフロー
チャートと共に説明する。まず、ボート１２がロードロ
ック室４内に降ろされ、かつ図示せぬゲートバルブによ
りロードロック室４と炉芯管１内とが隔離されている状
態において、ボート１２に図示せぬ自動搬送機等を用い
て被処理ウエハを移載し、その後、排気管１３を通して
ロードロック室４内を１×１０^-3Pa（パスカル）まで真
空引きし、窒素によるサイクルパージを３回行う（ステ
ップＳ１，Ｓ２）。

【００１９】ロードロック室４内の圧力が炉芯管１内と
同等の圧力に到達したらゲートバルブを開け、水素をガ
ス導入管８より導入し、両室内を水素雰囲気とし、圧力
を５０Paに調節する（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）。こ
のとき、図６に示した減圧ＣＶＤ装置では既にフランジ
２とロードロック室４は約３００℃に加熱され、また炉
芯管１内は約６５０℃としてある。続いてプラズマ発生
器２０を起動させて活性水素を発生させるとともに、ボ
ート回転機構１０が動作されて、ボート１２を３rpm で
回転させるとともに、図４にボート１２の昇降速度設定
例１として示すように最上部の被処理ウエハがフランジ
２の近傍（ガス導入管８のガス導入口）、すなわち図４
のボート位置Ｐ１に到達するまで毎分１００mmのスピー
ドで上昇させる（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９）。
また、目的の位置（Ｐ１）に到達したら上昇速度を毎分
４mmに減速させ、その後は一定の移動速度で前処理を開
始する（ステップＳ１０）。すなわち、この上昇時に
は、ガス導入管８より吹き出されるガスが、このガス導
入管８のガス導入口の前を通る被処理ウエハの表面に順
次吹き付けられ、このガスにより前処理が行われる。な
お、この時の上昇速度は、その処理方法によっては毎分
0.1 〜３０mmとなる場合もある。さらに、このときにお
けるガスの排気はロードロック３の排気管１３を通して
行う。

【００２０】最下部の被処理ウエハが図４のボート位置
Ｐ２に到達し、最下部の被処理ウエハの前処理が終了し
たら、プラズマ発生器２０を停止させて活性水素の供給
を停止する（ステップＳ１１，１２）。続いて、ボート
回転機構１０により毎分５０mmの速度で炉芯管１内の所
定の位置（図４のボート位置Ｐ３で示す最上部）までボ
ート１２を上昇させる（ステップＳ１３）。さらに、最
上位置Ｐ３に到達したら、ガス導入管８より成膜用のガ
スが供給される。このとき、ガスの排気はフランジ２の
ガス排出管７を通して行われ、ガス排出管７に向かうガ
スが被処理ウエハに触れて、被処理ウエハの表面にＣＶ
Ｄ薄膜が形成される（ステップＳ１４）。

【００２１】また、所定のプロセスが完了したら、ガス
導入管８からのガスの供給が停止される。続いて、ボー
ト回転機構１０によるボート１２の回転が停止されると
ともに、ボート１２の下降が行われる（ステップＳ１
５）。ロードロック室４の所定の位置（図４の最下部Ｐ
０）まで下降されると、ロードロック室４と炉芯管１内
の間のゲートバルブが閉じられ、同時にボート回転機構
６０も停止される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。続い
て、ボート１２上の処理を終えた被処理ウエハが取り除
かれ、新たな被処理ウエハと交換されて、再び同じ動作
が繰り返される（ステップＳ１８）。

【００２２】したがって、本形態例の構造によれば、ロ
ードロック室４から炉芯管１内にボート１２と共に移動
されている複数枚の被処理ウエハの表面に対して、ガス
導入管８により前処理のための活性化されたガスを順次
吹き付けて処理するので、ボート１２上に配置されてい
る位置等に影響されることなく、前処理用のガスを略均
一に作用させることができ、品質の均一化が図れる。ま
た、前処理を短時間に行うことも可能になり、量産性並
びに成膜性の向上が図れる。

【００２３】なお、上記形態例では、最上部の被処理ウ
エハがガス導入管８のガス導入口（ボート位置Ｐ１）に
到達するまでは高速で、その後は、最下部の被処理ウエ
ハがガス導入管８のガス導入口に到達（ボート位置Ｐ
２）するまでの間、約一定の上昇速度で移動させる場合
について説明したが、ボート位置Ｐ１からボート位置Ｐ
２までの間を、例えば図５にボート１２の昇降速度設定
例２として示すように、序々に加速させるようにした
り、あるいは指数関数的、さらには累乗的に変化させる
ようにしても差し支えないものである。

【００２４】また、処理室内の温度を安定化させて効果
的に前処理を行うのに、炉芯管１の外面に設けたヒータ
ー９と、ボート回転機構１０に設けた断熱筒１１を設け
るだけでなしに、例えば図６に示すようにロードロック
３の上部及びフランジ８の外側を補助ヒーター２１で覆
った構造にすると、処理室内の温度を室温から約５００
℃の範囲で効果的に上昇させることができる。なお、図
６において図１と同一符号を付したものは図１と同一の
ものを示している。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ロードロック室から炉芯管内にボートと共に移動されて
いる複数枚の被処理ウエハに対して、前処理のための活
性化されたガスを順次均一に吹き付けて処理することが
できるので、品質の均一化が図れる。また、前処理を短
時間に行うことができ、量産性の向上が図れる等の効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の概略構成断面図である。

【図２】本発明装置におけるガス導入部分の構造説明図
である。

【図３】本発明装置における処理手順の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図４】本発明装置におけるボートの昇降動作の一例を
示す図である。

【図５】本発明装置におけるボートの昇降動作の変形例
を示す図である。

【図６】本発明装置の変形例を示す概略構成断面図であ
る。

【図７】従来装置の一例を示す概略構成断面図である。

【符号の説明】

１炉芯管２フランジ３ロードロック４ロードロック室５内管６外管８ガス導入管９ヒーター１０ボート回転機構１２ボート２０プラズマ発生器２１補助ヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理ウエハが配置された炉芯管内に薄
膜形成用のガスを供給して前記被処理ウエハの表面に薄
膜を形成させる減圧ＣＶＤ装置において、前記炉芯管の開口部分に開閉自在なゲートバルブを介し
て密閉可能に配設されているロードロック室と、複数枚の被処理ウエハを保持して前記ロードロック室内
と前記炉芯管内とに移動可能に配設されているボート
と、前記ロードロック室内から前記炉芯管内に順次向かって
前記ボートと共に移動されている前記被処理ウエハに向
けて前処理用の活性化されたガスを吹き付ける手段、とを備えたことを特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】前記前処理用の活性化されたガスを、前
記被処理ウエハの水平面に対して０から４５度程度の入
射角を持たせて吹き付けるようにしてガス導入管を設け
てなる請求項１に記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】前記前処理用のガスとして、水素、フッ
素、酸素、若しくはそれらの化合物、またはそれらを含
む化合物を使用してなる請求項１に記載の減圧ＣＶＤ装
置。
【請求項４】前記前処理ガスに触れる装置内部におけ
る部品に、前記前処理ガスに対して耐性のあるＳｉ
Ｏ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、またはステン
レス等を用いてなる、もしくは被覆してなる請求項３に
記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項５】前記炉芯管内と前記ロードロック室内を
室温から５００℃の範囲で加熱することができるヒータ
ーを設けてなる請求項１に記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項６】被処理ウエハが配置された炉芯管内に薄
膜形成用のガスを供給して前記被処理ウエハの表面に薄
膜を形成させる半導体ウエハ表面の薄膜形成処理方法に
おいて、複数枚の前記被処理ウエハが保持されてロードロック室
から前記炉芯管内に向かうボート上の前記被処理ウエハ
の表面に対して活性化されたガスを吹き付けて前処理
し、その後、前記炉心内に前記薄膜形成用のガスを供給する
ようにしたことを特徴とする半導体ウエハ表面の薄膜形
成処理方法。
【請求項７】前記ボートを回転させながら前記ロード
ロック室から前記炉芯管内に移動させ、前記ボート上の前記被処理ウエハの表面に対して活性化
されたガスを吹き付けて前処理してなる請求項６に記載
の半導体ウエハ表面の薄膜形成処理方法。
【請求項８】前記ボートが前記ロードロック室から前
記炉芯管内に移動する速度を毎分0.1 から３０ミリの範
囲に設定するとともに、回転する速度を毎分0.1 から３
０回転の範囲に設定してなる請求項７に記載の半導体ウ
エハ表面の薄膜形成処理方法。