JPH1192940A - Device for forming material, such as semiconductor and superconducting material - Google Patents

Device for forming material, such as semiconductor and superconducting material

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JPH1192940A
JPH1192940A JP9250275A JP25027597A JPH1192940A JP H1192940 A JPH1192940 A JP H1192940A JP 9250275 A JP9250275 A JP 9250275A JP 25027597 A JP25027597 A JP 25027597A JP H1192940 A JPH1192940 A JP H1192940A
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JP
Japan
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wafer
gas
reaction chamber
gas supply
supplied
Prior art date
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Application number
JP9250275A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Mise
信行 三瀬
Tomoji Watanabe
智司 渡辺
Fumihide Ikeda
文秀 池田
Yoshihiko Sakurai
義彦 桜井
Hironori Inoue
洋典 井上
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1192940A publication Critical patent/JPH1192940A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form semiconductors, etc., which are uniform over the entire surface of a wafer with lessened generation of dust by supplying gas for film formation in nearly parallel with the wafer and supplying the gas which has high reactivity and does not form the film near the wafer through plural holes approximately from above the wafer. SOLUTION: The wafer 1 is arranged via a wafer supporting bace 2 into a reaction chamber 3. The wafer 1, the gas existing near the wafer and the walls, etc., of the reaction chamber 3 are heated and regulated nearly to an equal prescribed temp. by a heater 5. SiH4 is regulated in its concn. by H2 and is supplied as the gas for film formation into the reaction chamber 3 from its one side and the flow of the gas is formed in nearly parallel with the wafer 1 near the wafer via a vacuum discharge system 4. Further, PH4 having high activity for a dopant is supplied together with H2 from the holes of plural gas supply pipes 6 from above the wafer 1 to effect a uniform reaction. As a result, the polysilicon film or epitaxial silicon film uniformly doped with the P is efficiently formed on the wafer 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体その他の材料
製造プロセスにおいて、ウエハ表面に金属膜,金属シリ
サイド膜,酸化膜,窒化膜,ポリシリコン膜,高誘電体
膜あるいはエピタキシャルシリコン膜などを形成する熱
CVD装置に関わり、特に一枚ずつウエハを処理する枚
葉式CVD装置あるいは二枚程度の少数のウエハを同時
に処理する疑似枚葉式CVD装置において、ウエハ全面
に渡って均一な処理を施す方法とこれを実現する装置の
構造及びその方法,装置を用いたウエハ,半導体に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for manufacturing a semiconductor or other material, in which a metal film, a metal silicide film, an oxide film, a nitride film, a polysilicon film, a high dielectric film or an epitaxial silicon film is formed on a wafer surface. A method of performing uniform processing over the entire surface of a wafer in a single-wafer CVD apparatus for processing wafers one by one or a pseudo-single-wafer CVD apparatus for simultaneously processing a small number of wafers such as two wafers. The present invention relates to a structure of an apparatus for realizing this, a method thereof, a wafer and a semiconductor using the apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】反応室にガスを供給して行う酸化,CV
D,エピタキシャル成長,エッチングなどの半導体をは
じめとする材料製造処理は、通常ウエハに対して行われ
るが、その処理をウエハの全面に渡って均一にすること
が要求されている。
2. Description of the Related Art Oxidation and CV by supplying gas to a reaction chamber
Material manufacturing processes such as semiconductors such as D, epitaxial growth, and etching are usually performed on wafers, and it is required that the processes be uniform over the entire surface of the wafer.

【0003】ウエハに施す処理をウエハ全面に渡って均
一にするための一例としてシャワーヘッドと呼ばれるガ
ス供給手段がある。これは、例えば公開特許公報昭63−
164222号にあるように、ウエハに対しおおよそ垂直の方
向から複数の孔を通してウエハのほぼ全面にガスを供給
するものである。この方法では、ガスを供給口の位置,
大きさ,形状などを変えることにより、CVDで形成さ
れる膜の成長速度を均一にすることができる。
[0003] As an example of a method for making the processing performed on a wafer uniform over the entire surface of the wafer, there is a gas supply means called a shower head. This is described in, for example,
As disclosed in Japanese Patent No. 164222, gas is supplied to a substantially entire surface of a wafer through a plurality of holes from a direction substantially perpendicular to the wafer. In this method, gas is supplied to the position of the supply port,
By changing the size, shape, and the like, the growth rate of a film formed by CVD can be made uniform.

【0004】また、ウエハ全面に渡って均一にするため
の他の一例としてウエハを回転させるという手段もあ
る。例えば電子材料1995年3月号pp.67−70
にあるように、支持台に載せたウエハを支持台ごと回転
させるものである。これはウエハを回転させないでガス
をある一方向に流していれば流れの上流と下流とでウエ
ハの処理される程度が異なるが、ウエハを回転させるこ
とによって、円周方向の均一性を高めるというものであ
る。
[0004] As another example for uniformity over the entire surface of the wafer, there is a means for rotating the wafer. For example, Electronic Materials, March 1995, pp. 67-70.
As described above, the wafer placed on the support table is rotated together with the support table. This means that if the gas is flowed in one direction without rotating the wafer, the degree of processing of the wafer differs between upstream and downstream of the flow, but by rotating the wafer, the uniformity in the circumferential direction is improved. Things.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】膜を堆積させるような
ガスをシャワーヘッドを通して反応室に供給すると、シ
ャワーヘッドの孔がつまったり、パーティクルを発生し
たりするという問題点があった。特に、この問題はシャ
ワーヘッドの温度が高いときに顕著であった。そのた
め、反応室全体がウエハとほぼ同じ温度に保たれるよう
な装置には、シャワーヘッドを用いることは非常に困難
であった。同様の理由で、また一度に二枚以上のウエハ
をほぼ平行な位置に置き、そのウエハに対して同時に処
理を行うときにも、上記の問題は避けられなかった。さ
らに、シャワーヘッドによるガス供給は孔の寸法精度に
よってガスの各孔からのガス供給量が変化するという欠
点もあった。この欠点はシャワーヘッドを石英などの脆
性材料で構成するときには特に顕著であった。
When a gas for depositing a film is supplied to the reaction chamber through the shower head, there is a problem that holes in the shower head are clogged or particles are generated. In particular, this problem was remarkable when the temperature of the shower head was high. Therefore, it has been very difficult to use a shower head in an apparatus in which the entire reaction chamber is maintained at substantially the same temperature as the wafer. For the same reason, the above problem cannot be avoided even when two or more wafers are placed at substantially parallel positions at a time and the wafers are simultaneously processed. Further, the gas supply by the shower head has a disadvantage that the gas supply amount from each hole varies depending on the dimensional accuracy of the holes. This disadvantage was particularly noticeable when the showerhead was made of a brittle material such as quartz.

【0006】また、ウエハを回転させて均一性を得る半
導体およびその他の材料の処理装置は、ウエハの回転機
構が不可欠で構造が複雑になるという問題もあった。ま
た、ウエハを回転させることによって、円周方向の均一
性を高めることはできるが、半径方向の均一性を高める
効果は小さいという問題もあった。
In addition, a semiconductor and other material processing apparatus that obtains uniformity by rotating a wafer also has a problem that a rotating mechanism of the wafer is indispensable and the structure becomes complicated. In addition, by rotating the wafer, uniformity in the circumferential direction can be improved, but there is a problem that the effect of improving uniformity in the radial direction is small.

【0007】そこで、本発明の目的はウエハに施す処理
がウエハ全面に渡って均一で、発塵が少ない半導体その
他の材料処理装置及びその方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for processing semiconductors and other materials in which the processing performed on the wafer is uniform over the entire surface of the wafer and that generates less dust.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、膜を堆積
するようなガス、例えばシランやジシランはウエハに対
してその流れがおおよそ平行になるように供給し、反応
性は高いがそれ自体では膜を形成しないようなガス、あ
るいは膜を形成するがその膜の成長速度は極めて小さい
ようなガス、例えば希釈されたホスフィンはウエハの近
傍から複数の管を通して供給することで解決できる。
An object of the present invention is to provide a gas for depositing a film, for example, silane or disilane, which is supplied so that its flow is substantially parallel to a wafer, and which has high reactivity but has a high reactivity. In this case, a gas that does not form a film, or a gas that forms a film but the growth rate of the film is extremely low, such as diluted phosphine, can be solved by supplying the gas through a plurality of tubes from the vicinity of the wafer.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。ここでは説明上、水素(H2),シラン(S
iH4),ホスフィン(PH3)の原料ガスを用いて、リ
ンがドーピングされたポリシリコン膜あるいはリンがド
ーピングされたエピタキシャルシリコン膜を形成するプ
ロセスを例にとるが、他の原料ガスを用いても同様の効
果が得られることはいうまでもない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, for the sake of explanation, hydrogen (H 2 ), silane (S
A process of forming a phosphorus-doped polysilicon film or a phosphorus-doped epitaxial silicon film by using a source gas of iH 4 ) and phosphine (PH 3 ) is taken as an example. Needless to say, the same effect can be obtained.

【0010】図1は本発明の一実施例を横から見た図で
ある。ウエハ1はウエハ支持台2よって支持され、反応
室3に置かれている。反応室3の圧力は真空計,バル
ブ,真空ポンプなどからなる真空排気系4によって一定
に保たれている。ウエハ1は反応室3で加熱装置5によ
って加熱され、ある程度時間が経過した後には、所定の
温度に保たれる。ウエハの温度が所定の温度に保たれる
と、図1において反応室3の左からシランと水素が、ウ
エハの上方からガス供給管6を通してホスフィンが供給
される。ここで便宜上、図1において左から右の方向に
x軸,紙面の奥行方向にy軸,ウエハ1の表面に対して
垂直な方向にz軸を定めることにする。供給されたシラ
ンはウエハ1上にシリコン膜を形成する。また、ホスフ
ィン中のリンはウエハ1上に同時に形成されるシリコン
膜に取り込まれる。
FIG. 1 is a side view of an embodiment of the present invention. The wafer 1 is supported by a wafer support 2 and is placed in a reaction chamber 3. The pressure in the reaction chamber 3 is kept constant by a vacuum evacuation system 4 composed of a vacuum gauge, a valve, a vacuum pump and the like. The wafer 1 is heated by the heating device 5 in the reaction chamber 3 and is maintained at a predetermined temperature after a certain period of time. When the temperature of the wafer is maintained at a predetermined temperature, silane and hydrogen are supplied from the left of the reaction chamber 3 in FIG. 1, and phosphine is supplied from above the wafer through the gas supply pipe 6. Here, for convenience, the x-axis is defined from left to right in FIG. 1, the y-axis is defined in the depth direction of the drawing, and the z-axis is defined in a direction perpendicular to the surface of the wafer 1 in FIG. The supplied silane forms a silicon film on the wafer 1. Phosphorus in the phosphine is taken into the silicon film formed on the wafer 1 at the same time.

【0011】ここで、ホスフィンをシランとは別にウエ
ハの近傍から供給するのは、供給されたホスフィンはシ
ランに比べて減衰が激しく、ウエハに到達する前に消費
されてしまう量が大きいためである。消費されなかった
ホスフィンもウエハの上流側で激しく消費されるので、
ウエハの上流で成長したシリコン膜に含まれるリンの量
が大きく下流で小さくなる。これを解決するために、ホ
スフィンはシランとは別にウエハの近傍から供給する必
要がある。しかもホスフィンの減衰は激しいので、ホス
フィンは複数の場所から均一に供給しなければならな
い。
The reason that phosphine is supplied from the vicinity of the wafer separately from silane is that the supplied phosphine is more attenuated than silane and is consumed in a large amount before reaching the wafer. . Unconsumed phosphine is also heavily consumed upstream of the wafer,
The amount of phosphorus contained in the silicon film grown upstream of the wafer is large and small downstream. To solve this, phosphine must be supplied from the vicinity of the wafer separately from silane. In addition, since the phosphine is greatly attenuated, the phosphine must be uniformly supplied from a plurality of locations.

【0012】これを実現するための手段の一例が、図2
のようにホスフィン及び水素をウエハの上部に設けられ
たガス供給管6から供給することである。このガス供給
管6の具体的な一例が図2のガス供給管6である。図3
(a),(b),(c)の例はほぼ同一の内径で、ほぼ同
一の長さで、管の先端にほぼ同一の断面積の孔のあいた
ガス供給管6を複数個用意し、その先端の位置がほぼ同
一のxで、y方向にほぼ等間隔となるように設置し、そ
の複数のガス供給管6がそれぞれのガス供給管6bのほ
ぼ先端に位置する噴出孔の温度よりも十分に低い位置で
ガス供給管6のコンダクタンスよりも十分に大きなコン
ダクタンスをもつガス溜り7に連結されたものを示して
いる。
One example of means for realizing this is shown in FIG.
Is to supply phosphine and hydrogen from the gas supply pipe 6 provided above the wafer. One specific example of the gas supply pipe 6 is the gas supply pipe 6 in FIG. FIG.
In the examples of (a), (b), and (c), a plurality of gas supply pipes 6 having substantially the same inner diameter, substantially the same length, and having the same cross-sectional area at the end of the pipe are prepared. The positions of the tips are substantially the same in x and are arranged at substantially equal intervals in the y direction, and the plurality of gas supply pipes 6 are set at a temperature higher than the temperature of the ejection holes located at the approximate ends of the respective gas supply pipes 6b. It is shown connected to a gas reservoir 7 having a conductance sufficiently higher than the conductance of the gas supply pipe 6 at a sufficiently low position.

【0013】しかもこのようなセットを複数用いて、ガ
ス供給管6のほぼ先端に位置する噴出孔がほぼx方向に
対して等間隔になるようにしている。これらのガス溜り
7は反応室2の内部に設置しても外部に設置してもよ
い。ホスフィン及びその希釈ガスである水素をこのよう
なガス供給系を用いて反応室3に供給すると、ウエハ1
の全面に渡ってリンの濃度を均一にすることが可能とな
る。
Further, by using a plurality of such sets, the ejection holes located at the substantially end of the gas supply pipe 6 are arranged at substantially equal intervals in the x direction. These gas reservoirs 7 may be installed inside or outside the reaction chamber 2. When phosphine and its diluent gas, hydrogen, are supplied to the reaction chamber 3 using such a gas supply system, the wafer 1
It is possible to make the concentration of phosphorus uniform over the entire surface of the substrate.

【0014】ガス供給管6を上記のように構成すると、
各孔から供給されるガスの量が一つ一つのガス供給管6
のコンダクタンスで決まるため、各孔の断面積が多少ず
れても、管路の部分のコンダクタンスが小さければ供給
管全体のコンダクタンスにはほとんど影響しない。従っ
て、供給孔の加工に高い精度が不要となる。その結果、
ガス供給管6に石英などの脆性材料を用いても均一なガ
ス供給が実現できる。ここでガス供給管6として金属を
用いるとウエハや成長させる膜に対して金属が混入する
可能性がある。金属汚染は半導体などのデバイスの歩留
まりを大幅に下げることがあるので、ガス供給管6の材
質としては石英やセラミックが望ましい。
When the gas supply pipe 6 is configured as described above,
The amount of gas supplied from each hole is determined by each gas supply pipe 6.
Therefore, even if the cross-sectional area of each hole is slightly shifted, the conductance of the entire supply pipe is hardly affected if the conductance of the pipe is small. Therefore, high precision is not required for processing the supply holes. as a result,
Even if a brittle material such as quartz is used for the gas supply pipe 6, uniform gas supply can be realized. Here, if a metal is used for the gas supply pipe 6, the metal may be mixed into the wafer or the film to be grown. Since metal contamination can significantly reduce the yield of devices such as semiconductors, quartz or ceramic is preferable as the material of the gas supply pipe 6.

【0015】ホスフィンはシリコンにリンを添加してシ
リコンの抵抗を下げるために加えるものであり、形成さ
れる膜に含まれるリンはシリコンに比べて極めて微量で
ある。従ってガスとして供給されるホスフィンの量もシ
ランに比べて桁違いに少量であり、ホスフィンは通常は
水素などで希釈されて反応室に供給される。そのため反
応性が高くてもホスフィンが形成するリンによってガス
供給孔が塞がれることはない。ところがもしガス供給管
6からシランを供給しようとすると、もともとシランは
シリコン膜を堆積させるために加えられるものであり、
ガス供給管6の孔を塞いだり、完全に塞ぐまでには至ら
ないものの孔の断面積を小さくしたり、あるいはひとた
び堆積したシリコン膜が剥がれて、パーティクルの発生
原因となったりする可能性がある。そこで、本発明では
シランはガス供給管6から供給しない。
Phosphine is added to reduce the resistance of silicon by adding phosphorus to silicon, and the amount of phosphorus contained in the formed film is much smaller than that of silicon. Therefore, the amount of phosphine supplied as a gas is also significantly smaller than that of silane, and phosphine is usually diluted with hydrogen or the like and supplied to the reaction chamber. Therefore, even if the reactivity is high, the gas supply holes are not blocked by the phosphorus formed by the phosphine. However, if silane is to be supplied from the gas supply pipe 6, silane is originally added to deposit a silicon film,
There is a possibility that the hole of the gas supply pipe 6 may be closed, the cross-sectional area of the hole may not be completely closed, but the cross-sectional area of the hole may be reduced, or the silicon film that has been deposited may be peeled off, causing particles to be generated. . Therefore, in the present invention, silane is not supplied from the gas supply pipe 6.

【0016】ウエハ上に成長するシリコンの厚さを均一
にするために施された工夫の一例として、複数のガス供
給管6を溶接等の方法でつなぎ、ウエハ上にはあたかも
ほぼ平坦な板が置かれたかのようにして、空間当たりの
表面積を一定にする方法がある。この方法ではガス供給
管6は少なくともウエハの直上に位置する領域ではすべ
ての領域で溶接されている必要がある。ただし、この溶
接はウエハから見たときに一定の高さに天井が存在する
ようになっていれば十分であるので、必ずしも内部まで
密な溶接でなくてもかまわない。また、ウエハからx方
向やy方向にある程度離れた領域ではこの溶接は不要で
ある。
As an example of a device for making the thickness of silicon grown on a wafer uniform, a plurality of gas supply pipes 6 are connected by welding or the like, and a substantially flat plate is formed on the wafer. There is a method of making the surface area per space constant as if it were placed. In this method, the gas supply pipe 6 needs to be welded in all regions at least in a region located immediately above the wafer. However, this welding is sufficient if the ceiling is present at a certain height when viewed from the wafer, so that it is not always necessary to perform dense welding to the inside. Further, this welding is unnecessary in a region that is separated from the wafer to some extent in the x direction and the y direction.

【0017】一方、ウエハ支持台2は以下のように構成
する。ウエハの近傍の空間では空間に対する表面積の割
合があまり変化しないように、ウエハ1のまわりにはウ
エハ支持台2があり、ウエハ1の表面とウエハ支持台2
の表面がほぼ同一の面になるようにしている。ウエハ1
とウエハ支持台2は上方から見たときに一部分だけが特
に離れることのないように、ウエハ支持台2のくり抜き
部分はウエハ1に近い形をとっている。またウエハ支持
台2の外形はおおよそ矩形としている。
On the other hand, the wafer support 2 is configured as follows. In the space near the wafer, a wafer support 2 is provided around the wafer 1 so that the ratio of the surface area to the space does not change so much.
Are made substantially the same. Wafer 1
The hollowed portion of the wafer support 2 has a shape close to the wafer 1 so that only a part of the wafer support 2 is not particularly separated when viewed from above. The outer shape of the wafer support 2 is substantially rectangular.

【0018】ウエハから見たときに一定の高さに表面が
存在することで、ウエハ上のシリコンの成長速度が均一
になる理由は以下の通りである。すなわち、原料のモノ
シラン(SiH4)は気相反応によってシリレン(Si
2)を生成する。生成されたシリレンは非常に表面に
付着しやすく、生成されるとその位置に近い表面(ウエ
ハあるいは反応室の内壁など)で消費される。消費され
たシリレンはシリコン膜を形成する。従って、シリコン
の成長速度は単位時間に生成されるシリレンがどのくら
いの表面積で消費されるかに依存する。従ってウエハ近
傍の空間では考えている空間当たりに含まれる表面積の
割合がほぼ一定になるようにすることでウエハ上に成長
するシリコンの成長速度をほぼ一定に保つことができ
る。
The reason that the growth rate of silicon on a wafer becomes uniform due to the presence of a surface at a certain height when viewed from the wafer is as follows. That is, monosilane (SiH 4 ) as a raw material is converted into silylene (Si
H 2 ). The generated silylene very easily adheres to the surface, and when it is generated, it is consumed on a surface (such as a wafer or an inner wall of a reaction chamber) near the position. The consumed silylene forms a silicon film. Therefore, the growth rate of silicon depends on how much surface area of silylene produced per unit time is consumed. Therefore, in the space near the wafer, the growth rate of silicon grown on the wafer can be kept almost constant by making the ratio of the surface area included per space considered substantially constant.

【0019】同様の理由で次のような工夫も有効であ
る。例えば図3のように板9に複数のほぼ平行のスリッ
トを設けておき、そのスリット上にガス供給管6を載
せ、ガス供給管6の位置がずれにくくしたものである。
この方法では一つのスリットの両側から二本のガス供給
管6を載せることも可能である。このとき、一つのスリ
ットに置かれる二本のガス供給管6は別のガス溜りに接
続されることになる。
For the same reason, the following device is also effective. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of substantially parallel slits are provided in the plate 9 and the gas supply pipes 6 are mounted on the slits so that the position of the gas supply pipes 6 is hardly shifted.
In this method, it is also possible to mount two gas supply pipes 6 from both sides of one slit. At this time, the two gas supply pipes 6 placed in one slit are connected to another gas reservoir.

【0020】本発明によればウエハから最も近い位置に
ある板9あるいはガス供給管6までの距離がウエハの全
面に対してほぼ均一になるので、ウエハ上のシリコンの
成長速度が均一になる。このときガス噴出孔は、ガス供
給管6の先端付近に設けられ、かつガス噴出方向がおお
よそウエハに対し垂直になるようにしている。この発明
では溶接などが不必要であり、簡単に構成できるという
長所があり、また、一つのスリットに二本のガス供給管
6を載せることが可能である。このとき、それぞれのガ
ス供給管6は別のガス溜りに接続されることになる。こ
こで板9の材料としては、例えば石英がふさわしい。通
常500℃〜1100℃程度のプロセス温度に対して十
分な強度を持ち、不純物が少なく、塩化水素などによる
エッチングに対して腐食しにくいためである。
According to the present invention, the distance from the wafer to the nearest plate 9 or gas supply pipe 6 becomes substantially uniform over the entire surface of the wafer, so that the growth rate of silicon on the wafer becomes uniform. At this time, the gas ejection holes are provided near the tip of the gas supply pipe 6, and the gas ejection direction is set to be approximately perpendicular to the wafer. According to the present invention, there is an advantage that welding or the like is unnecessary and the structure can be easily formed, and two gas supply pipes 6 can be mounted on one slit. At this time, each gas supply pipe 6 is connected to another gas reservoir. Here, for example, quartz is suitable as the material of the plate 9. This is because it has sufficient strength at a process temperature of about 500 ° C. to 1100 ° C., has few impurities, and is hardly corroded by etching with hydrogen chloride or the like.

【0021】また図3(a),(b),(c)の変形で、
ガス供給管6の長さの方向にスリットを設けることな
く、ガス供給管6のガス噴出孔と板9に設けられた孔の
位置を合わせて板9に孔を設けるという方法もある。こ
のとき、板9を波型に加工して、その波の凹部にガス供
給管6を置けば板9とガス供給管6の位置がずれにくく
なる。さらに、ガス供給管6bの先端付近に設けられる
ガス噴出孔から噴出するガスの方向がほぼウエハに垂直
になるようにし、その位置が板9に設けられた孔の位置
と一致するようにしておけば、特殊な装置を付け加える
ことなしに図3の発明と同等の効果が期待できる。この
発明でも溶接などが不必要であり、簡単に構成できる。
3A, 3B and 3C,
There is also a method in which a hole is provided in the plate 9 by aligning the position of the gas ejection hole of the gas supply tube 6 with the hole provided in the plate 9 without providing a slit in the length direction of the gas supply tube 6. At this time, if the plate 9 is processed into a corrugated shape and the gas supply pipe 6 is placed in the concave portion of the wave, the position of the plate 9 and the gas supply pipe 6 are less likely to shift. Furthermore, the direction of the gas ejected from the gas ejection holes provided near the tip of the gas supply pipe 6b should be substantially perpendicular to the wafer, and its position should match the position of the holes provided in the plate 9. For example, the same effect as the invention of FIG. 3 can be expected without adding a special device. According to the present invention as well, welding or the like is not required, and the structure can be easily achieved.

【0022】また、図4は板9の内部をほぼ矩形にくり
抜いたものあるいは板を張り合わせるなどして流路を構
成したものを直接ガス溜り7に接続し、おおよそ矩形な
流路を形成する面のうちウエハと向き合う面にガス噴出
孔を設けたものである。ここでも、各噴出口から噴出さ
れるホスフィンの量が一定となるように孔のコンダクタ
ンスよりもほぼ矩形の流路のコンダクタンスが小さくな
るように、流路の高さを小さくしておくとよい。さら
に、図4ではこの板9の中央付近に仕切り10を設ける
ことによって、装置を複雑にすることなく、主流方向に
対して少なくとも2ヶ所にガス噴出孔を設けることを可
能としたものである。ガス溜り7に供給するホスフィン
の流路は、温度の高い反応室2内で長さを調整すること
により、ガス噴出孔から噴出するホスフィンの量を調節
することが可能となる。図4ではホスフィンの流量制御
装置8を二つ設けているが、上記の濃度調節により二つ
の流路にホスフィンを供給するためのホスフィンの流量
制御装置8を一つで代用することも可能となる。
FIG. 4 shows an approximately rectangular flow path formed by cutting the inside of the plate 9 into a substantially rectangular shape or forming a flow path by laminating the plates, etc., directly to the gas reservoir 7. The gas ejection holes are provided on the surface facing the wafer among the surfaces. Here also, the height of the flow channel may be reduced so that the conductance of the substantially rectangular flow channel is smaller than the conductance of the hole so that the amount of phosphine jetted from each jet port is constant. Further, in FIG. 4, by providing a partition 10 near the center of the plate 9, it is possible to provide gas ejection holes in at least two places in the main flow direction without complicating the apparatus. By adjusting the length of the phosphine flow path supplied to the gas reservoir 7 in the reaction chamber 2 where the temperature is high, the amount of phosphine spouted from the gas spouting hole can be adjusted. In FIG. 4, two phosphine flow control devices 8 are provided, but it is also possible to substitute one phosphine flow control device 8 for supplying phosphine to two flow paths by the above concentration control. .

【0023】図5は図4までに示したホスフィンの供給
装置がウエハ1の挿入される反応室3の一部となるよう
に装置を構成したものである。こうすることによって装
置が小型化できるという長所がある。この図では、ゲー
トバルブの開閉によりウエハ搬送ロボットによるウエハ
の自動搬送が容易に実現できることがわかる。このと
き、ウエハ搬送ロボットによる自動搬送を妨げないよう
に、シランの供給口は反応室2の下側に存在している。
FIG. 5 shows a configuration in which the phosphine supply device shown in FIG. 4 is a part of the reaction chamber 3 into which the wafer 1 is inserted. This has the advantage that the size of the device can be reduced. In this figure, it can be seen that the automatic transfer of the wafer by the wafer transfer robot can be easily realized by opening and closing the gate valve. At this time, the silane supply port is located below the reaction chamber 2 so as not to hinder automatic transfer by the wafer transfer robot.

【0024】また、図5の発明の変形として、反応室3
を二重構造にすることも可能である。すなわち、ウエハ
1が挿入され、かつ、シランが供給される領域の外側に
ホスフィンが供給される流路を設けたものである。外側
の空間と内側の空間はウエハ1の近傍に設けられたガス
噴出孔によってつながっており、外側の空間に供給され
るホスフィンは、最終的には上記の小さな孔によってウ
エハ1の置かれている内側の空間にも供給されることに
なる。
Further, as a modification of the invention shown in FIG.
May have a double structure. That is, the flow path for supplying phosphine is provided outside the region where the wafer 1 is inserted and the silane is supplied. The outer space and the inner space are connected by a gas ejection hole provided in the vicinity of the wafer 1, and the phosphine supplied to the outer space is finally placed on the wafer 1 by the small hole. It will also be supplied to the inner space.

【0025】これらの発明においてはそれぞれのガスを
供給するのに、流量制御装置とともに、図4では内側と
外側の空間、あるいは上側と下側の空間の圧力差があま
り大きくならないように圧力を制御する必要がある。圧
力差を大きくしないのは圧力差によって、構造を破壊し
ないようにするためである。また、ホスフィンが確実に
ウエハ1の近傍に到達するためには、ホスフィン供給側
のガス噴出孔位置の圧力がシラン供給側のガス噴出孔位
置の圧力よりも高い必要があるので、そのように圧力を
制御しなければならない。
In these inventions, the respective gases are supplied together with the flow rate control device in FIG. 4 by controlling the pressure so that the pressure difference between the inner and outer spaces or the upper and lower spaces does not become too large. There is a need to. The reason for not increasing the pressure difference is to prevent the structure from being destroyed by the pressure difference. Further, in order for phosphine to reliably reach the vicinity of the wafer 1, the pressure at the gas ejection hole position on the phosphine supply side needs to be higher than the pressure at the gas ejection hole position on the silane supply side. Must be controlled.

【0026】図4,図5,図6などで示したような板9
は反応室3の側壁に設けられた支持突起に載せたり、反
応室3の底面に設置された複数の支柱でその位置を設定
することができるので、装置構造を大幅に変更すること
がない。
The plate 9 as shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG.
Can be placed on a support protrusion provided on the side wall of the reaction chamber 3 or its position can be set by a plurality of columns installed on the bottom surface of the reaction chamber 3, so that the structure of the apparatus is not largely changed.

【0027】図6はウエハを二枚同時に処理する場合の
実施例を示したものである。基本的な構成は図1〜図5
に示した通りで、これらを組み合わせて同時に二枚処理
できるようにしている。また図6では、反応室3の上流
側(図では左側)にゲートバルブを設け、この開閉によ
り隣接されるウエハ搬送ロボット室に存在するウエハ搬
送ロボットによるウエハ1の自動搬送が容易となるよう
に工夫されている。さらにこのとき、シランの供給はウ
エハ1の搬送の邪魔とならないように、上側から供給さ
れ、ホスフィンの供給は図では紙面に対して垂直な方向
から供給している。またこれとほぼ同様の工夫で三枚以
上のウエハを同時に処理するような構成も可能である。
FIG. 6 shows an embodiment in which two wafers are processed simultaneously. The basic configuration is shown in Figs.
As shown in (1), two of them can be processed simultaneously by combining them. In FIG. 6, a gate valve is provided on the upstream side (left side in the figure) of the reaction chamber 3 so that automatic opening and closing of the wafer 1 by the wafer transfer robot existing in the adjacent wafer transfer robot chamber is facilitated by opening and closing the gate valve. It is devised. Further, at this time, the supply of silane is supplied from the upper side so as not to hinder the transfer of the wafer 1, and the supply of phosphine is supplied in a direction perpendicular to the sheet of the drawing. In addition, a configuration in which three or more wafers are simultaneously processed with substantially the same contrivance is also possible.

【0028】また、本発明ではガス溜り7は反応室3の
内側に置かれているが、反応室3の外側に置いてもよ
い。
Although the gas reservoir 7 is placed inside the reaction chamber 3 in the present invention, it may be placed outside the reaction chamber 3.

【0029】これらのガス供給管6や板9あるいはウエ
ハ支持台の材料としては、例えば石英がふさわしい。そ
の理由は500℃〜1100℃程度のプロセス温度に対
して十分な強度を持ち、不純物が少なく、塩化水素など
によるエッチングに対して腐食しにくいためである。
As a material of the gas supply pipe 6, the plate 9, or the wafer support, for example, quartz is suitable. The reason is that it has sufficient strength at a process temperature of about 500 ° C. to 1100 ° C., has few impurities, and is hardly corroded by etching by hydrogen chloride or the like.

【0030】本発明においては簡単のため、ホスフィン
はシランとは別の位置からのみ供給するような図を示し
たが、図におけるSiH4+H2はSiH4+PH3+H2
と置き換えてもよい。すなわち、ホスフィンはシランと
同じ位置から供給するとともに、上記の発明の供給をし
てもよい。さらに、本発明ではシランの原料濃度やホス
フィンの原料濃度を調整するのに水素を用いているが、
シリコン膜に取り込まれるリンの均一化と言う観点から
は、水素の代わりに窒素やヘリウムなどの活性の低いガ
スを用いても、同等の効果が期待できる。
In the present invention, for the sake of simplicity, a diagram is shown in which phosphine is supplied only from a position different from silane, but SiH 4 + H 2 in the figure is SiH 4 + PH 3 + H 2.
May be replaced by That is, the phosphine may be supplied from the same position as the silane, and may be supplied according to the above invention. Further, in the present invention, hydrogen is used to adjust the raw material concentration of silane and the raw material concentration of phosphine,
From the viewpoint of homogenizing phosphorus taken into the silicon film, an equivalent effect can be expected even if a low-activity gas such as nitrogen or helium is used instead of hydrogen.

【0031】さらにドーピングガスとしてホスフィン
(PH3 )の代わりに三塩化リン(PCl3)やジボラン
(B26)を用いるときにも上記の発明は有効であるこ
とはいうまでもない。
Further, it goes without saying that the above invention is also effective when phosphorus trichloride (PCl 3 ) or diborane (B 2 H 6 ) is used instead of phosphine (PH 3 ) as a doping gas.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、シリコン膜などに含ま
れるリン濃度などを均一化する効果がある。従って、一
枚のウエハから取得できる半導体チップの数を増え、歩
留まり低減の効果がある。また、本発明は将来さらに大
きなウエハに対しても有効である。さらに、本発明によ
れば複数のウエハを同時に均一に処理することができ、
一枚のウエハを処理する時間を短縮する効果もある。
According to the present invention, the concentration of phosphorus contained in a silicon film or the like can be made uniform. Therefore, the number of semiconductor chips that can be obtained from one wafer is increased, and the yield is reduced. Further, the present invention is effective for a larger wafer in the future. Further, according to the present invention, a plurality of wafers can be simultaneously and uniformly processed,
There is also an effect of reducing the time for processing one wafer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の材料形成装置を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a material forming apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の複数のガス供給管を用いた
材料形成装置を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a material forming apparatus using a plurality of gas supply pipes according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例のスリットあるの板に複数の
ガス供給管を示す図。
FIG. 3 is a view showing a plurality of gas supply pipes on a slit plate according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の板をくり抜いた流路を示す
図。
FIG. 4 is a view showing a flow path obtained by hollowing out a plate according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例の反応室を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a reaction chamber according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例の二枚のウエハを一つの反応
室に挿入する模様を示す図。
FIG. 6 is a view showing a pattern in which two wafers of one embodiment of the present invention are inserted into one reaction chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウエハ、2…ウエハ支持台、3…反応室、4…真空
排気系、5…加熱装置、6…ガス供給管、7…ガス溜
り、8…流量制御装置、9…板、10…仕切り。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Wafer support, 3 ... Reaction chamber, 4 ... Vacuum exhaust system, 5 ... Heating device, 6 ... Gas supply pipe, 7 ... Gas reservoir, 8 ... Flow control device, 9 ... Plate, 10 ... Partition .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // H01L 21/31 H01L 21/31 B (72)発明者 桜井 義彦 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 井上 洋典 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 誉也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI // H01L 21/31 H01L 21/31 B (72) Inventor Yoshihiko Sakurai 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi, Ltd.Semiconductor Division (72) Inventor Hironori Inoue 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. No. 1 in the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】反応室にガスを供給してウエハを処理する
半導体やその他の材料を形成する装置において、反応室
にガスを供給し、ウエハの近傍においてはウエハの温度
とその近傍に存在するガスの温度及び反応室の壁がおお
よそ等しくなるように温度調節が可能な機能を具備した
装置で、ウエハ近傍においては前記ガスAの主たる流れ
がおおよそウエハに平行になるようにし、かつ、不活性
でない成分を含むガスBをおおよそウエハの上から複数
の孔を通して供給することを特徴とする半導体や超伝導
材料などの材料を形成する装置。
An apparatus for forming a semiconductor or other material for processing a wafer by supplying a gas to a reaction chamber, wherein a gas is supplied to the reaction chamber, and the temperature of the wafer is in the vicinity of the wafer and the gas is present in the vicinity thereof. An apparatus having a function capable of controlling the temperature so that the temperature of the gas and the wall of the reaction chamber are approximately equal. In the vicinity of the wafer, the main flow of the gas A is substantially parallel to the wafer, and is inert. An apparatus for forming a material such as a semiconductor or a superconducting material, wherein a gas B containing a non-component is supplied through a plurality of holes from above a wafer.
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