JP4083331B2 - Semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の複数枚バッチ方式による半導体シリコンウェーハの化学気相成長(CVD)もしくは反応ガスとの直接反応によりウェーハ上に成膜する方法の改良であり、これらの皮膜の成長速度を増大させる半導体装置の製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
6〜8インチの大口径シリコンウェーハに対する均一性を保ったCVDを行う方法として、SiCサセプタに横置きされた1枚の半導体ウェーハを回転させ、かつランプ加熱しながらウェーハ面上に反応ガスを水平に流し成膜を行う方法は公知である。この方法の利点は、反応炉の壁が冷えているコールドウォール方式であるためにSiH4 などの反応ガスが炉壁に付着し難い;そこでパーティクルの発生が比較的少ない;急速加熱が容易であるなどである。この方法は亜大気圧CVD(sub-atmospheric CVD) と言われており、その原理は、圧力を低下させ気体原子間の平均自由行程(average mean free-pass)を長くするとともにウェーハを回転させることによりガス原子がウェーハと接触する機会を多くし、膜成長が均一になる点にある。膜成長速度は、具体的には、600〜635℃、10〜80torr程度の圧力でpoly Si の成長を行うと、500〜5000Å/分になる。
【0003】
一般に、反応温度が800℃以上の高温になるとコールドウォール反応炉の使用は以下の点で難しくなると言われている:(イ)炉壁の温度を低く保つことが難しい;(ロ)電力及び冷却水使用量が激増する;(ハ)パーティクルが発生し易くなる。
【0004】
コールドウォール型加熱炉では1枚のウェーハ当たりの処理時間は5〜10分の短時間であるが、CVDの次の工程、例えばクリーニング、レジスト塗布工程に移るための最低必要な枚数に合わせてウェーハの運搬手段であるウェーハのキャリヤの溝数が定められており、この枚数は通常は25枚である。例えば25枚のウェーハを処理する時間は125〜250分間となる。
【0005】
ホットウォール型加熱炉において、反応管を内装した加熱炉内に形成された均熱空間内に複数枚相互に並列に配置された半導体シリコンウェーハについてLP(低圧)−CVDを行う方法は、長い歴史があるので、多数の文献にて報告されている。半導体シリコンウェーハにCVDにより皮膜を形成する代表例を以下に示す。
(a)SiH4 とO2 によるSiO2 膜の生成(400℃程度)
(b)SiH4 、PH3 とO2 によるPSG膜の生成
(c)SiH4 ,Si2 H6 によるPドープ又はノンドープポリSi(580〜620℃)もしくはa(アモルファス)Siの生成(500〜530℃)
(d)SiH4 とN2 O(又はNO)によるHTO(High Temperature Oxi-dation) 膜の生成(800〜850℃)
(e)TEOSとオゾンを用いたSiO2 膜、BPSG膜の生成(650〜690℃程度)
(f)NH3 とSiH4 又はSiCl2 を用いたSi3 N4 膜の生成(720〜800℃)
(g)タンタルアルコキシドを用いたTa2 O5 膜の生成(400〜440℃)
(h)WSi2 膜の生成
【0006】
同様に、反応ガスの直接反応により半導体シリコンウェーハに皮膜を形成する方法も多数の文献に報告されており、これらの例を以下に示す。
(i)単結晶もしくは多結晶シリコンとNH4 を反応させることによるSiのSiON化、SiN化、即ちSiON膜、SiN膜の生成
(j)単結晶もしくは多結晶シリコンとNO又はN2 Oを反応させることによるSiON膜、SiO2 膜の生成
(k)前記(g)によるTa2 O5 膜とNH4 を反応させることによるTaN膜の生成
(l)SiO2 膜とNH3 を反応させることによるSiON膜の生成
(m)Siウェーハ上のTi膜とNH3 又はN2 の反応
(n)Siウェーハ上のTiO2 膜とNH3 又はN2 の反応によるTiN膜の生成
【0007】
図1は従来のホットウォール型加熱炉の上部に配置された石英内管2a、石英外管2b,石英ボート18を示し、下部に配置された断熱、支持、冷却、密閉などの機構は図示を省略している。石英ボート18は約150枚程度のウェーハを1回で処理できるように多数棚状に上下に配列されている。反応ガスは、石英内管2a内に下方から導入され、炉内空間を上向きに流れ、個々の半導体シリコンウェーハ間に流入して反応する。その後反応ガスは石英内管2aと石英外管2bの間の環状間隙を通過してガス排出口から排気される。
このようなホットウォール型加熱炉では加熱時間が長いが、大口径ウェーハに微細化デバイスを製造する際に必要になる熱的ストレス緩和の観点からは有利である。
図1のホットウォール型加熱炉の石英ボート18にウェーハを出入れするには、ウェーハを支えるフォーク状溝に1枚づつ又は多数枚一括で装入するのが一般的である。
【0008】
LP−CVDを行うホットウォール型加熱炉では、100〜150枚程度のウェーハを5〜9mmピッチで700〜900mmの均熱領域に配置してCVDを行っている。この条件で各ウェーハでの膜厚を均一にするために、炉内圧力を0.3〜1torr程度の低圧にしかつ3〜7m/秒程度又はそれ以上の高速で反応ガスを炉内に供給する。反応ガスは内側の石英管内でウェーハの周囲をウェーハ面と垂直方向に流され、その後ウェーハ面間に周辺部から巻き込まれながら供給される。このような低圧条件では皮膜の成長速度が20〜100オングストローム/分以下と遅くなっている。なお、LP−CVDにおける膜の成長速度に及ぼす他の因子として均熱長さがあり、これが長くなるとガス流の上流と下流でのウェーハ上での膜の成長速度の差が生じ易くなる。したがって上記長さの均熱長では、一般に、膜厚の分散が6インチウェーハでは1〜3%の範囲になるようにウェーハの処理枚数を制限する必要が生じる。
【0009】
上記(c)によるポリシリコン膜生成の例では、LP−CVD条件が、ウェーハ間隔−5〜7mm;温度−625℃;SiH4 流量−200cc/分;ウェーハ−8インチ、50〜150枚;圧力−0.6torrである場合、皮膜の成長速度は50〜80オングストローム/分である。
上記(d)によるHTO膜は800℃、0.3〜1.0torrの条件で膜の成長速度は15〜20Å/分、膜厚分布は8インチウェーハで3〜6.5%、6インチウェーハで2〜5%である。
これらの膜成長速度はランプ加熱による1枚ウェーハの場合と比較してかなり低くなっている。また150枚処理の場合の昇温及び降温を含む全処理時間は約120〜600分である。全処理時間は生成膜の種類、膜厚により大きく異なるが、アモルファスシリコンの成長(厚さ1μm)は全処理時間が長い例、すなわち600分以上である。
上述のようにホットウォール型加熱炉を使用するCVD法及び直接反応法では、皮膜の成長速度が遅いので、150枚もの多量処理をすることにより生産性が上がる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のホットウォール型加熱炉処理の考え方から
離れ、高速成膜を可能にする装置を提供することを目的とする。
【0011】
本発明に係る半導体装置の製造装置は、反応管を内装した加熱炉と、前記反応管内に形成された均熱空間内に位置し、かつ横置きされた半導体シリコンウェーハに、反応ガスを用いて化学気相成長もしくは直接反応による皮膜を形成する反応部とを含んでなる半導体装置の製造装置において、相互の間隔を5 〜 100mmに設定された2枚以上の半導体シリコンウェーハを1枚づつ担持するウェーハ支持治具と、ウェーハ面に直交する軸を中心として半導体シリコンウェーハを回転させる駆動手段と、前記反応ガスを炉内ガスと遮断して加熱炉内を半導体シリコンウェーハの端縁近傍位置まで案内する第1のガス案内手段と、実質的に全量の反応ガスを第1のガス案内手段から前記端縁近傍位置で半導体シリコンウェーハの間隙に噴出する手段を含んでなり、前記ウェーハ支持治具が、担持部を残して1枚の板を切除したものであり、かつ/又は外側環部、内側環部及びこれらを接続する連結部を含んでなり、前記第1のガス案内手段の各孔部から、該孔部に対面する半導体シリコンウェーハの間隙に向かって分流することを制限する第3のガス案内手段をさらに含んでなることを特徴とする。
さらに、好ましくは、(1)半導体シリコンウェーハ間隙に面して壁面に形成された第2の孔部を介して、半導体シリコンウェーハ間より流出した反応ガスを吸引し、炉内ガスと遮断して加熱炉外まで案内する第2のガス案内手段と、第2のガス案内手段に連通された排気手段をさらに含んでなり、(2)第2のガス案内手段の各孔部に向かって該孔部に対面する半導体シリコンウェーハの間隙から排出される反応ガス流に上下のウェーハ間隙からのガス流が混合することを制限する第4のガス案内手段をさらに含んでなり、また、(3)第2のガス案内手段の内部を半導体シリコンウェーハ配列領域において少なくとも2つの並列した流路に仕切り、加熱炉の上方側に位置する半導体シリコンウェーハと連通する流路の断面積を相対的に小さくしたことを特徴とする。
【0012】
(1)加熱炉:反応管を内装した加熱炉内の該反応管内に均熱空間が形成されるいわゆるホットウォール型加熱炉を使用する。反応管は一重でも二重でもよい。
【0013】
(2)半導体シリコンウェーハ:炉内の均熱空間内に面どうしが向かい合うように並列に配列されている。半導体シリコンウェーハ(以下「ウェーハ」と言う)の枚数は、各工程間をウェーハを移動する治具にウェーハを積載する枚数に応じて例えば5、13、50枚などの任意の枚数を処理することができる。但し約75枚を超えると均熱長が長くなり過ぎて膜厚分布が劣化することに加えて、処理時間が長くなるために約75枚を上限とすることが好ましい。また、ウェーハ間隔が狭いと昇温と降温が遅くなるので5mm以上の間隔とする。また上限は適切な加熱炉均熱長さより定められるが100mmである。
【0014】
(3)反応ガスの送入及び排出:従来法では、反応ガスを炉内に一挙に高速で放出させ、次にウェーハ端縁の特定されない位置から個々のウェーハ間隙に巻込み、ウェーハ面全体と接触させ、その後個々のウェーハ間から排出しているが、この方法では、膜厚の分布がウェーハの上下位置で大きく変動する。したがって、圧力を高くすることによって高速成長を行おうとすると、膜厚分布の変動が一層大きくなる。そこで本発明においては、ウェーハ間隙への反応ガスの送入に関し、反応ガスの実質的に全量を特定の位置から行うことにした。すなわち、送入のための第1の位置はウェーハ周囲の任意の位置に送入ガス管などを使用して特定し、ガス管に形成された孔部よりウェーハ面上に平行にガスを流す。これにより成長速度を著しく増大することができる。排出側における排気方法は送入側における送気方法ほど膜成長速度に対する影響は大きくないので、排気方法は従来法のように反応管の上部もしくは下部に設けた排気孔より行うことができる。この方法ではウェーハ枚数が約25枚以下の場合に十分な成果が達成される。勿論排出のための第2の位置も特定することが好ましく、これは第1の位置と向かい合ってガスが流れる位置である。また第1の位置及び第2の位置は上下方向で見ると1又は2以上のウェーハ間隙、好ましくは各ウェーハ間隙に面していることが必要である。これらの位置を規定する管、仕切り板、函体などは、ガスが流れるその内部空間を反応管内空間を区隔し、放出孔及び吸引孔のみで反応管内空間と連通していることが必要である。さらに、反応ガスは、送入ガス管内の圧力は反応管内の圧力より高く、例えば1気圧として、噴出させ、かつ排気管の先端にポンプなどを接続して反応ガスを吸引する。
【0015】
反応ガスを噴出又は吸引する、ウェーハ端縁「近傍」とは、従来法のように反応管の上部もしくは下部ではなく、ウェーハ間隙から水平方向に延長した位置であって、炉内空間での流入・流出反応ガスが隣のウェーハ間隙の流入・流出ガスと実質的に混合しないような距離である。この距離が具体的にどのような値となるかは、ウェーハ間隙、ガス流量及び圧力を与えて、ソフトウェアソルバー(クレイドル社ソフトウェアSTREAM V2.9 −有限要素解析法を用いた三次元熱流体解析プログラム)をコンピュータ(シリコングラフィック社製IRS 4D/indy)にインストールして解析することにより知ることができる。
第1及び第2のガス案内手段は独立した管体、反応管内壁の一部を当該手段の一部として形成した管体、函体などガスを流す手段である。
【0016】
以下、主として第1及び第2の位置を特定して、反応ガスをそれぞれ送入・排出する方法を説明する。
上述のように個々のウェーハ間隙近傍まで導かれた反応ガスは、当該ウェーハ間隙に向かって個々の噴出孔(第1の孔部)より実質的に等しい流量で噴出し、続いてウェーハ面間に流入し広がる。この際のガスの広がりを促進するためには噴出孔とウェーハ端縁の間隙はできるだけ離れている方が好ましい。同様に、噴出孔(第1の孔部)及び吸引孔(第2の孔部)の総面積は各管の内部断面積以下であることが好ましい。
反応ガスの流量を個々のウェーハ間隙に対して実質的に等しくするためには、第1の孔部の直径をガス流下流方向で大きくする、ガス案内管の内径を先端側で太くするなどの方法を採用することができる。しかし、この方法では孔部直径などの寸法調整が複雑であるために、ガス流方向が逆の2本以上の管体を炉の長さ方向で上下方向で互い違いにする配置するか、あるいはこれらを1本の管に連結して蛇行させる方法が好ましい。
【0017】
第1、第2のガス案内手段の形状・構造に関しては、断面は円形、短形、半円形などの任意のものであってよい。管体の本数は1もしくは2以上であり、2本の管体の場合はガスの流れ方向を逆にすることにより多数のウェーハについてのガス流量を均一にすることができる。噴出孔及び吸引孔の個数は各ウェーハ間隙について1個もしくは2個以上である。2個以上の噴出孔の場合は反応ガスがウェーハ間隙に入る前に干渉を起こさないように隔てる必要がある。本発明においてウェーハを下側からピンなどの突起で局部的に支え、非支持下面(半導体装置が製作されない面)にも成膜させると、特に厚膜成長の場合に上下の皮膜の歪がウェーハの反りを少なくする利点がある。具体的には、窒化膜の場合は500Å以上、SiO2膜の場合は5000Å以上である。
【0018】
(4)ウェーハの回転ウェーハはその面と垂直な軸の回りに回転させることにより反応ガスをウェーハ全面と接触させて膜厚を均一化する。回転速度は5〜60rpmであることが好ましい。
【0019】
上記(1)〜(4)を特徴とする本発明によると高速成長に適する圧力は1〜40torrを設定することができる。ガス圧力の測定位置は従来のホットウォール型加熱炉と同様に排気管内で炉に出来るだけ近い極近位置とすることができる。
【0020】
本発明においては、多数枚ウェーハに高速のCVD成長を行うために、(イ)ウェーハ間隙を大きくする;(ロ)ウェーハを回転させる:(ハ)従来法によるウェーハ間隙端縁からの反応ガス巻込方式を採用せず、反応ガスの送入・排出方法を特定している。本発明に係る半導体装置の製造装置は、上記(イ)、(ロ)、(ハ)を採用し、さらに下記(5)治具を採用し、加えて下記(6)のように反応ガスの送入・排出構造を特定している。
【0021】
(5)治具;ウェーハを保持する治具は従来のように各部を溶接等により接合して製作するのではなく、ウェーハ担持に必要な部分を残しその他の部分はCO2 レーザ切断、打ち抜き、エッチングなど任意の方法により1枚の板を切除して作製している。溶接などでは各部を接合する方法により治具を組立てると、熱歪により治具の平坦性が劣化するが、板を切除する方法では平坦性が優れている。この方法に代えてあるいはこの方法とともに、担持部が、外側環部、内側環部及びこれらを接続する連結部からなるウェーハ支持治具を用いる。これら二つの環状部により内側と外側からウェーハを支持することによりウェーハの反りを少なくすることができる。これら環状部と連結部以外の空間ではウェーハの下側にも膜が成長するために、膜はウェーハの上下面に成長し、この結果ウェーハの反りが少なくなる。さらに、大口径12インチウェーハの場合はウェーハ支持用突起は担持部に拡散接合法などにより接合すると全突起の高さを一定に斉えることができる。
【0022】
(6)反応ガスの送入及び排出構造:第1のガス案内手段を採用する。さらに好ましくは第2のガス案内手段も採用する。ガス流が広がり易くするためには噴出孔(第1の孔部)をできるだけウェーハから遠ざけた方がよいが、すると隣接上下のウェーハ間に向かうガス流が混合しやすくなる。これを避けるためには、第1の孔部からと、該孔部に対面するウェーハの間隙に向かう反応ガス流が上下のウェーハ間隙に流れることを制限する第3のガス案内手段を設ける。第 2の孔部に向かって、該孔部に対面するウェーハの間隙から流れる反応ガス流が上下のウェーハ間隙に流れることを制限する第4のガス案内手段を設けることが好ましい。第3、第4のガス案内手段はウェーハと第1、2のガス案内手段の間の空間をガス流路に分ける仕切り板などであり、別体であっても一体であってもよい。
【0023】
上述のような構造のウェーハ支持治具に対して、従来のフォーク状ウェーハ出入れ治具を使用すると、環状部に突当たって前進を妨げられるので、ウェーハ出入れが不可能になる。そこで、本発明においては、反応管を内装した加熱炉と、反応管内に形成された均熱空間内に位置し、かつウェーハに化学気相成長によりあるいは直接反応により皮膜の成長を行う反応部とを含んでなる半導体装置の製造装置において、相互の間隙を隔ててウェーハを担持するウェーハ支持治具にウェーハを出入れする治具に、ウェーハをウェーハ支持治具より持上げ、持上げられたウェーハの下方まで前進し、昇降手段との間でウェーハの受渡しを行う機能をもたせる。
【0024】
本発明に係る装置の実施態様に係る第2のガス案内手段内部の仕切りは、第2のガス案内手段の内部をウェーハ配列領域において少なくとも2つの並列した流路に仕切り、炉の上方側にガス入口を有する流路の断面積を相対的に大きく、かつ炉の下方側ガス出口を有する流路の断面積を相対的に小さくすることにより、ウェーハの上下位置に依存する吸引ガス流量を均一化する。図2においては流路の幅を調節して所期の効果を達成している。
以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
【0025】
【実施例】
図2は本発明装置の一実施例を示し、この装置は基本的には加熱炉1とウェーハ昇降機構30から構成される。通常のSiC、石英などの反応管(以下「石英反応管」と言う)2は上端が閉じられ、下端が開放した管体であって、その上部外周を取り囲むように設けられ、均熱空間を作り出すヒーター3を断熱材からなる炉体4に固設している。石英反応管2はL字形に曲げられた下端部で炉底構造体37に気密かつ着脱自在に固定され、又支持台6により支持されている。図示の状態では、ウェーハ5はウェーハ昇降機構30により上限位置まで上昇されている。多段に且つ相互間に5mm以上の間隔を置いて積み重ねられた。直径が8〜12インチのウェーハ5はヒーター3により所定温度に加熱される。5’はダミーウェーハであるが、その支持部は図示を省略している。
【0026】
ウェーハ昇降機構30は、下方の部材33、34などを防熱するための断熱機能を有するセパレータ31を途中に固定した回転軸体32に、ウェーハ5を上下に隔てて配列する石英ボート18を棚状に配列したものであって、例えば本出願人の特開平9−17739号公報(図8,9)にて公知のものである。この回転軸体32の下端には磁石又はコイル33を取り付け、一方この磁石又はコイル33に回転力を及ぼす別の磁石又はコイル34を上下可動に設けることによって、ウェーハ昇降機構30を上昇・下降させるとともに回転軸体32を回転する。かかる上昇・下降を行うために磁石34などを支持する台35を螺合したロッド36を駆動装置40aにより回転する。
【0027】
回転軸体32の昇降を案内する管体42と、その上部の加熱炉の底部と一体に接続した炉底構造体37はウェーハ5の処理中は図示の位置に気密に固定されており、処理前後には支持台6に回転可能に接続されたロッド38を駆動装置40bにより回転させると、ロッド38に螺合されかつ炉底構造体37に固着された連結部39がロッド38に沿って昇降される。これに伴い炉底が開放されあるいは閉鎖される。回転軸体32の昇降を案内する管体42の内部を経て炉内に微量N2 ガス等のパージガスを流入口42aから送入することができる。
【0028】
ロッド36、駆動装置40a,連結部41は台35を昇降させる機構であって、駆動装置40aによりロッド36を回転させることにより、これと螺合した台35が管体42と摺動して昇降し、回転軸体32の上下方向の位置が調節される。
【0029】
図2において、10は、母管12から供給された反応ガスを個々のウェーハ5間に分配して噴出する第1のガス案内手段であり、20は個々のウェーハ5の間から反応ガスを吸入する第2のガス案内手段である。22は第2のガス案内手段20に連通する排気管であって、ポンプにより反応ガスを吸引するとともに圧力測定器41を付設している。後述の反応ガス噴出孔及び反応ガス吸引孔は上下に配列されたウェーハ5の間隙に面するように位置しているので、反応ガスはウェーハ間隙に直接噴出されかつ該間隙から直接排気され、炉内空間で層流状態が実現可能となる。すなわち、従来のように炉内空間を上向又は下向に流れる反応ガス流の一部がウェーハ間隙に分流すると、ガス流がウェーハ間で滞留し、かつ個々の間隙での制御は困難であるが、本発明によるとこのような滞留は避けられかつ個々の間隙での制御も可能である。
【0030】
第2のガス案内手段20は、図3(図2のB−B矢視図)に示すように幅が広い吸気孔21(第2の孔部)をウェーハ間隙と同じ個数備えている。ウェーハ間隙でウェーハ全面に広がった反応ガス層を上下層間で混じり合うことなく吸引するためには、吸気孔21は出来るだけ幅が広くいことがよく、好ましい厚さは0.5〜1.5mmである。
【0031】
図4はA−Aの断面図である。第1のガス案内手段10は共通の母管12より分岐した3本の管体10a,b,cより構成される。即ち、3種のガスを使用するCVDの場合1本の管体で反応ガスを案内すると噴出前に反応ガスが反応するので3本の管体より第1のガス案内手段を形成している。第1のガス案内手段10の噴出孔はその合計面積が母管の断面積以下であることが好ましい。
第2のガス案内手段20は、ウェーハの中心軸を中心として第1管体10と反対方向に位置している。したがって、例えば管体10a、ウェーハ中心及び第2ガス案内手段20を結ぶ直線を引くことができる。第2のガス案内手段20は外側弧状部20a、吸引孔21を上下に穿設した内側平坦部20b及び側面部20c(図2参照)を連結した函体であって、この内部を反応ガスを案内することによって炉内ガスとの混合や炉内への拡散を避けている。図2に示されるように第2のガス案内手段20内に2つの仕切り板20dをガス流路に沿って設け、上下のウェーハからの吸引流量がほぼ等しくなるようにしている。したがって、上側ウェーハからの反応ガスは流れ距離が長くなり流れ抵抗が大きくなるので、断面積を大きくすることによって、流れ抵抗を小さくしている。
【0032】
図2、4の一実施例に示されるように第1のガス案内手段を構成する管体10a,10b,10cは環状仕切板26を貫通しており、この環状仕切板26は、図4に示されるように、外周にて石英反応管2の内壁に固着され、内周では石英ボート18の回転を可能する範囲でできるだけ狭い間隙27を介して、ウェーハ支持治具32の外周部に環状に延在する外環部18aと対面している。さらに、環状仕切板26は図2に示されているようにウェーハと同じ個数上下に併設されている。
図2のC部の拡大図に示す図5中、17は第1のガス案内手段10の壁部に形成された第1の孔部よりなるガスノズルである。このガスノズル17から噴出する反応ガスは矢印に示すように第2のガス案内手段(図示せず)に向かって流れる。このガス流は下側のウェーハ5と接触して半導体装置のポリSi膜などを形成し、さらに上側のウェーハ5とも接触して半導体装置が形成されないウェーハ下面にも薄くポリSi膜などを形成する。
【0033】
なお、この下面に形成される皮膜をより厚くするためには、ピン19を高くすることによってウェーハの上側を流れるべき反応ガスの一部を下側にまわり込ませる。このようにすると上下面の膜厚差が少なくなってウェーハの反りがさらに少なくなる。
一つのガスノズル17から噴出する反応ガス層が、拡散により上下のガスノズル17からの反応ガス層とウェーハ5との反応前に実質的に混合しないように、環状仕切板26及び外環部18aが第3及び第4のガス案内手段として設けられている。このように上下の反応ガス層の混合が起こらないために、各ウェーハ5に供給する反応ガスの流量や分布は他のウェーハのものによって影響され難くなる。
図2のD部の拡大図である図6に示されるように、第1のガス案内手段(図示せず)より噴出された反応ガスは第2のガス案内手段20の吸気孔21に向かって噴流している。
環状仕切板26が吸気孔21手前で上下の空間を隔てており、さらに間隙27が狭く設定されているために、ウェーハ5面上での反応に寄与した反応ガス層は上下のガス層と実質的に混合されずに吸気孔21に流入する。
【0034】
図7には、第1のガス案内手段から噴出される反応ガス流を模式的に示す。即ち、ウェーハ(図示せず)の回転方向に反応ガス流は多少曲げられることに伴い扇形パターンも変形し、またガス流は幅方向に多少は拡散するが、ガス濃度の濃い部分を図示している。図示のように反応ガスは巻き込みによらず、噴出と吸引によりウェーハ面上を流れている。
第1のガス案内手段の管体10a,10b,10cからはそれぞれシラン、フォスフィン、ジボランなどの別種の反応ガスを流すこともでき、あるいは同種の反応ガスを流すこともできる。噴出ガス流は角度θが30〜40°となるように管体10a,10b,10cから噴出することが好ましい。ウェーハ5と接触する反応ガスの濃度は局部的に低くなるので、ウェーハ5を回転させることにより、ウェーハ5面上での膜成長の均一化を図っている。
【0035】
再び図2に戻って、15はパージガスの導入管であって、N2 などの非反応性ガス、Arなどの不活性ガスを少量流すことによって、炉の下部に流入した微量の反応ガスにより炉の下部でパーティクルが発生することを阻止している。このパージガスが間隙27(図5、6)より多量に吹上がると、上述した反応ガスの流れが乱されるので、パージ量は極く少量とするか且つ/又は15’の位置に設けた管より排気する必要がある。
【0036】
図8には一実施例に係るウェーハ5の支持治具の構造を示す。
ウェーハ5を支持する棚もしくは石英ボート18は内環部7aと外環部7bにそれぞれ適当な個数のピン19を分配することによりウェーハ5を下側から点接触方式で支える。外環部18aと内環部10bの間にはこれらの連結部7cを放射状に等角度で設けている。内環部7aはウェーハ径が大きい場合は2個以上設けてもよい。
さらに、最外部に石英ボート18との連結部7dを放射状に突出させ、これ(7d)を石英ボート18に固定している。これらの各部7a,b,c,dは一枚のシリコンウェーハなどの板につき不要部を打抜くかあるいはエッチングなどにより分離して形成される。なお24は石英ボート18を上下に配列し、固定する支柱である。図8に示されるウェーハ5の支持方法によると、ウェーハは外周側(7b)と中央部(7a)で支持されるために、反りが極めて少なくなる。
【0037】
図9にはウェーハを石英ボート18に対して出入れする一実施例に係る治具の平面図を示す。すなわち、従来のボートは馬蹄形になっていたので、ウェーハはその開放部から装入できたが、図8に示す環状支持構造では装入治具と石英ボート18、ウェーハ支持治具7との干渉が起こる。そこで、本発明に係るウェーハ出入治具50は、基本的には、石英ボート18及びウェーハ支持治具7の上方で水平に進退するフォーク状上部51とこれら(18、7)の下方で水平に進退する下部52より構成し、下部52でウェーハを持上げ、フォーク状上部51により持上げられたウェーハをフォーク状先端51aで下から支えて後退することによりウェーハを取出す。ウェーハの装入は、これとは逆にフォーク状上部51によりウェーハを所定位置まで前進させ、この位置に前進した下部52を上昇させて、ウェーハを下から支え次に下降することによりウェーハを支持治具7に載置する。なお、フォーク状先端51aにはウェーハの直径より若干小さい直径の円弧状凹部51cを形成してウェーハの位置を安定させる。
図10には、上記した一連の動作中ウェーハ5を治具7から持上げた状態を示す。図中52aはウェーハ5を持上げるための突出部であり、その寸法は、高さに関しては上下の支持治具7の間隔より小さくかつ石英ボート18の高さよりは大きく定められ、また直径は内環部7aよりは小さくかつウェーハが不安定にならないように定められている。
【0038】
なお、図9では進退可能な下部によりウェーハを持上げるようにしているが、図11に示すようにウェーハ支持治具の切除部を貫通して上下するロッド受け52を3本設けることにより、装入時には上側ウェーハから順にウェーハ5を装入し、取出時には下側ウェーハ5から順に撤去を行う。51は図9の51と同様の機能をもつ治具である。
【0039】
続いて、本発明に係る装置のより好ましい実施例を説明する。
通常1本管よりなる第1のガス案内手段の噴出孔から流れるガスは先端ほど流量が少なくなる。これを避けるためには先端ほど噴出孔の口径を大きくあるいは管の内径を小さくすればよいが、正確な流量制御は期し難い。そこで、ガスを上向に流す部分と下向に流す部分を同じガス案内手段に含め、これらの部分を並列させることにより、全ての噴出孔からのガス流量の均等化を図ることが好ましい。ガス供給源はこれら各部に共通していてもよく、あるいは各部に個別としてもよい。具体的には、図12(噴出孔の図示は省略している)に示すように、第1の管体10は母管12を二分岐させ、一つの分岐部10aは上向に延長させ、他の分岐部10bは一旦上向きに延長させた後180°方向転換して下向きに延長させ(10b(1) ),これらの上向き延長部10a及び下向き延長部(10b(1) )に反応ガスの流出口11をウェーハ間隔の個数だけ形成することができる。もし上向き延長部10aのみから反応ガスを流出させるとガス流量分布が下側のウェーハで多くなるが、この他に下向き延長部10b(1) を設けることによりこのようなガス流量分布を平均化することができる。さらに噴出孔の総面積を母管の断面積とほぼ等しいか、未満とするとより好ましい結果を得ることができる。
【0040】
以上説明した本発明の装置に種々の公知技術を付加的に適用することができる。この中には次のものが含まれる。
(イ)本出願人の特許第2025683号にて公知のプラズマクリーニングを実施する。この場合、炉体より内側においてプラズマにさらされる部材は全て石英製とすることが好ましい。
(ロ)本出願人の実用新案登録第3037794号にて公知のようにホットウォール炉(すなわち本発明による加熱炉)にコールドウォール炉を組み合わせる。
【0041】
本発明において、ポリシリコンのCVD成長を行うと300〜2000Å/分の成長速度でかつ膜厚分布を2〜5%以内で成長させることができる。また、HTOのCVD成長を行うと30〜150Å/分の成長速度でかつ膜厚分布が8インチウェーハで1〜4%で成長させることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、CVDもしくは直接反応以降の工程において、ウェーハ上に高速膜形成処理を行い、また膜厚の均一性の点でも従来法と比べて遜色がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のホットウォール型加熱炉の部分斜視図である。
【図2】 本発明の装置の一態様に係る加熱炉の断面図である。
【図3】 図2のBB線断面図である。
【図4】 図2のAA線の断面図である。
【図5】 図2のC部の拡大図である。
【図6】 図2のD部の拡大図である。
【図7】 反応ガス流を模式的に示す平面図である。
【図8】 ボート及びウェーハ支持治具の平面図である。
【図9】 ウェーハ出入治具の平面図である。
【図10】 ウェーハ出入れの説明図である。
【図11】 図8とは別の実施態様に係るウェーハ出入れ治具の平面図(a)及び側面図(b)である。
【図12】 第1のガス案内手段の一実施態様を示す図面である。
【符号の説明】
1 加熱炉
2 石英反応管
3 ヒーター
4 炉体
5 ウェーハ
7 ウェーハ支持治具
10 第1の管体
12 母管
15 パージガス導入ノズル
17 ガスノズル(第1の孔部)
18 ボート
19 ピン
20 第2のガス案内手段
21 吸気孔
22 排気管
24 支柱
26 環状仕切板
27 間隙
30 ウェーハ昇降装置
31 セパレータ
32 回転軸体
33 磁石又はコイル
34 磁石又はコイル
35 台
36 ロッド
37 炉底構造体
38 ロッド
39 連結部
40 駆動手段
41 圧力計
42 管体
50 ウェーハ出入治具
51 ウェーハ出入治具のフォーク状上部
52 ウェーハ出入治具の下部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionMulti-batch batch process of semiconductor silicon wafers by chemical vapor deposition (CVD) or direct reaction with reaction gasDoIt is an improvement of the method and relates to a semiconductor device manufacturing apparatus that increases the growth rate of these films.
[0002]
[Prior art]
As a method for performing uniform CVD on a 6-8 inch large-diameter silicon wafer, a single semiconductor wafer placed horizontally on a SiC susceptor is rotated, and the reaction gas is horizontally applied to the wafer surface while heating the lamp. A method for forming a film by pouring is known. The advantage of this method is that it is a cold wall system in which the reactor wall is cooled, so SiHFour It is difficult for the reaction gas to adhere to the furnace wall; there is relatively little generation of particles; rapid heating is easy. This method is called sub-atmospheric CVD, and its principle is to lower the pressure and increase the mean mean free-pass between gas atoms and rotate the wafer. This increases the chances of gas atoms coming into contact with the wafer and makes film growth uniform. Specifically, the film growth rate becomes 500 to 5000 Å / min when poly Si is grown at 600 to 635 ° C. and a pressure of about 10 to 80 torr.
[0003]
In general, it is said that the use of a cold wall reactor becomes difficult when the reaction temperature is higher than 800 ° C. in the following points: (b) It is difficult to keep the temperature of the furnace wall low; (b) Power and cooling The amount of water used increases drastically; (c) particles are likely to be generated.
[0004]
In a cold wall type heating furnace, the processing time per wafer is 5 to 10 minutes, but the number of wafers is adjusted to the minimum number required for the next CVD process, for example, cleaning and resist coating process. The number of grooves of the carrier of the wafer, which is the transport means, is determined, and this number is usually 25. For example, the processing time for 25 wafers is 125 to 250 minutes.
[0005]
In a hot wall type furnace, LP (low pressure) -CVD method has been used for a long time for semiconductor silicon wafers arranged in parallel with each other in a soaking space formed in a furnace equipped with a reaction tube. Has been reported in many literatures. A typical example of forming a film on a semiconductor silicon wafer by CVD is shown below.
(A) SiHFour And O2 SiO by2 Film formation (about 400 ° C)
(B) SiHFour , PHThree And O2 Of PSG film by plasma
(C) SiHFour , Si2 H6 Formation of P-doped or non-doped poly-Si (580-620 ° C.) or a (amorphous) Si (500-530 ° C.)
(D) SiHFour And N2 Generation of HTO (High Temperature Oxi-dation) film by O (or NO) (800-850 ° C)
(E) SiO using TEOS and ozone2 Film and BPSG film formation (about 650-690 ° C)
(F) NHThree And SiHFour Or SiCl2 Si usingThree NFour Film formation (720-800 ° C)
(G) Ta using tantalum alkoxide2 OFive Film formation (400-440 ° C)
(H) WSi2 Membrane generation
[0006]
Similarly, methods for forming a film on a semiconductor silicon wafer by direct reaction of a reactive gas have been reported in many literatures, and examples of these are shown below.
(I) Single crystal or polycrystalline silicon and NHFour Of Si to SiON, SiN, that is, generation of SiON film and SiN film
(J) Monocrystalline or polycrystalline silicon and NO or N2 SiON film by reacting O, SiO2 Membrane generation
(K) Ta according to (g) above2 OFive Membrane and NHFour Of TaN film by reacting
(L) SiO2 Membrane and NHThree Of SiON film by reacting
(M) Ti film and NH on Si waferThree Or N2 Reaction of
(N) TiO on Si wafer2 Membrane and NHThree Or N2 Of TiN film by reaction
[0007]
FIG. 1 shows a quartz
In such a hot wall type furnace, the heating time is long, but it is advantageous from the viewpoint of alleviating thermal stress required when manufacturing a miniaturized device on a large-diameter wafer.
In order to load / unload wafers into / from the
[0008]
In a hot wall type furnace that performs LP-CVD, about 100 to 150 wafers are placed in a soaking area of 700 to 900 mm at a pitch of 5 to 9 mm, and CVD is performed. In order to make the film thickness uniform on each wafer under these conditions, the pressure in the furnace is set to a low pressure of about 0.3 to 1 torr and the reaction gas is supplied into the furnace at a high speed of about 3 to 7 m / second or more. . The reaction gas is flowed around the wafer in a direction perpendicular to the wafer surface in the inner quartz tube, and then supplied while being wound from the periphery between the wafer surfaces. Under such low pressure conditions, the growth rate of the film is as low as 20 to 100 angstroms / minute or less. In addition, as another factor affecting the film growth rate in LP-CVD, there is a soaking length. If this lengthens, a difference in film growth rate on the wafer upstream and downstream of the gas flow tends to occur. Therefore, it is generally necessary to limit the number of processed wafers so that the film thickness dispersion is within a range of 1 to 3% in the case of a 6-inch wafer with the above-described uniform heat length.
[0009]
In the example of the polysilicon film generation according to the above (c), the LP-CVD conditions are as follows: the wafer interval is −5 to 7 mm; the temperature is −625 ° C .;Four With a flow rate of -200 cc / min; wafer-8 inches, 50-150 sheets; pressure -0.6 torr, the film growth rate is 50-80 angstroms / min.
The HTO film according to (d) above has a film growth rate of 15 to 20 mm / min under the conditions of 800 ° C. and 0.3 to 1.0 torr, the film thickness distribution is 3 to 6.5% for an 8-inch wafer, and a 6-inch wafer. 2 to 5%.
These film growth rates are considerably lower than in the case of a single wafer by lamp heating. Further, the total processing time including temperature increase and temperature decrease in the case of processing 150 sheets is about 120 to 600 minutes. Although the total processing time varies greatly depending on the type and film thickness of the generated film, the growth of amorphous silicon (
As described above, in the CVD method and the direct reaction method using a hot wall type heating furnace, the growth rate of the film is slow. Therefore, productivity increases by processing as many as 150 sheets.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is based on the concept of conventional hot wall furnace processing.
Enables high-speed depositionapparatusWith the purpose of providingTo do.
[0011]
A semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention includes a heating furnace having a reaction tube and a semiconductor silicon wafer positioned in a soaking space formed in the reaction tube and placed horizontally.Using reactive gasIn a semiconductor device manufacturing apparatus comprising a reaction part that forms a film by chemical vapor deposition or direct reaction,Five ~ 100mmA wafer support jig for supporting two or more semiconductor silicon wafers set one by one, driving means for rotating the semiconductor silicon wafer around an axis orthogonal to the wafer surface, and the reaction gas as a furnace gas Shut offheatingSemiconductor inside the furnacesiliconFirst gas guiding means for guiding the wafer to a position near the edge of the wafer, and substantially the entire amount of the reaction gas from the first gas guiding means.EdgeMeans for injecting into the gap between the semiconductor silicon wafers in the vicinity, wherein the wafer support jig is obtained by cutting out one plate leaving the carrying part, and / or the outer ring part and the inner ring part And a third gas guide that restricts diversion from each hole of the first gas guide means toward the gap between the semiconductor silicon wafers facing the hole. Further comprising means.
Further preferably, (1) facing the semiconductor silicon wafer gapWallThe reaction gas that has flowed out between the semiconductor silicon wafers is sucked through the second hole formed in the substrate, and cut off from the furnace gas.heating furnaceAnd further comprising a second gas guiding means for guiding to the outside and an exhaust means communicating with the second gas guiding means. (2) To each hole of the second gas guiding means, And further comprising a fourth gas guiding means for restricting mixing of the gas flow from the upper and lower wafer gaps with the reaction gas flow discharged from the gap between the facing semiconductor silicon wafers, and (3) second gas Inside the gas guiding meansSemiconductor siliconPartitioning into at least two parallel channels in the wafer array region;heating furnaceLocated aboveSemiconductor siliconThe cross-sectional area of the flow path communicating with the wafer is relatively small.
[0012]
(1) Heating furnace: A so-called hot wall type heating furnace in which a soaking space is formed in the reaction tube in the heating furnace equipped with the reaction tube is used. The reaction tube may be single or double.
[0013]
(2) Semiconductor silicon wafers: arranged in parallel so that the faces face each other in a soaking space in the furnace. The number of semiconductor silicon wafers (hereinafter referred to as “wafers”) can be any number such as 5, 13, 50, etc., depending on the number of wafers loaded on a jig that moves the wafer between processes. Can do. However, if it exceeds about 75 sheets, the soaking length becomes too long and the film thickness distribution deteriorates, and in addition, the processing time becomes long, so it is preferable to set about 75 sheets as the upper limit. Also, if the wafer interval is narrow, the temperature rise and fall will be slow.5mmThe above interval. The upper limit is determined by the appropriate heating furnace soaking length.100mmIt is.
[0014]
(3) Feeding and discharging of reaction gas: In the conventional method, the reaction gas is discharged into the furnace at a high speed, and then wound into individual wafer gaps from an unspecified position of the wafer edge. In this method, the film thickness distribution varies greatly between the upper and lower positions of the wafer. Therefore, if high-speed growth is attempted by increasing the pressure, the variation in the film thickness distribution becomes even greater. Therefore, in the present invention, with respect to the delivery of the reaction gas into the wafer gap, substantially all of the reaction gas is performed from a specific position. That is, the first position for infeed is specified at an arbitrary position around the wafer by using an infeed gas pipe or the like, and gas is caused to flow in parallel on the wafer surface from the hole formed in the gas pipe. Thereby, the growth rate can be remarkably increased. Since the exhaust method on the discharge side does not affect the film growth rate as much as the air supply method on the input side, the exhaust method can be performed from the exhaust hole provided in the upper part or the lower part of the reaction tube as in the conventional method. This method achieves sufficient results when the number of wafers is about 25 or less. Of course, it is also preferable to specify the second position for discharge, which is the position where the gas flows opposite the first position. Further, the first position and the second position need to face one or more wafer gaps, preferably each wafer gap when viewed in the vertical direction. The pipes, partition plates, boxes, etc. that define these positions need to separate the internal space through which the gas flows from the reaction tube space, and communicate with the reaction tube space only by the discharge hole and the suction hole. is there. Furthermore, the reaction gas has a pressure in the inlet gas pipe higher than that in the reaction pipe, for example, 1 atm, and is ejected, and a pump or the like is connected to the tip of the exhaust pipe to suck the reaction gas.
[0015]
The wafer edge "near" where the reaction gas is ejected or sucked is not the upper or lower part of the reaction tube as in the conventional method, but is a position extending in the horizontal direction from the gap between the wafers. The distance is such that the outflow reaction gas does not substantially mix with the inflow / outflow gas of the adjacent wafer gap. The specific value of this distance is determined by the software solver (cradle software STREAM V2.9-3D thermal fluid analysis program using finite element analysis method) given the wafer gap, gas flow rate and pressure. ) Installed on a computer (SiRS Graphic IRS 4D / indy) and analyzed.
The first and second gas guiding means are means for flowing gas such as independent pipes, pipes formed with a part of the inner wall of the reaction tube as part of the means, and a box.
[0016]
In the following, a method of mainly specifying the first and second positions and sending and discharging the reaction gas will be described.
As described above, the reaction gas introduced to the vicinity of each wafer gap is ejected from the individual ejection holes (first holes) toward the wafer gap at a substantially equal flow rate, and subsequently between the wafer surfaces. Inflow and spread. In order to promote the gas spread at this time, it is preferable that the gap between the ejection hole and the wafer edge is as far as possible. Similarly, the total area of the ejection hole (first hole) and the suction hole (second hole) is preferably equal to or smaller than the internal cross-sectional area of each pipe.
In order to make the flow rate of the reaction gas substantially equal to the gap between individual wafers, the diameter of the first hole is increased in the downstream direction of the gas flow, the inner diameter of the gas guide tube is increased on the tip side, etc. The method can be adopted. However, in this method, since adjustment of dimensions such as the hole diameter is complicated, two or more tubes having opposite gas flow directions are arranged alternately in the vertical direction in the length direction of the furnace, or these It is preferable to connect a single tube to meander.
[0017]
Regarding the shape and structure of the first and second gas guiding means, the cross section may be any shape such as a circle, a short shape, and a semicircle. The number of tube bodies is 1 or 2 or more. In the case of two tube bodies, the gas flow rate for many wafers can be made uniform by reversing the gas flow direction. The number of ejection holes and suction holes is one or more for each wafer gap. In the case of two or more ejection holes, it is necessary to separate the reaction gas so as not to cause interference before entering the gap between the wafers.The present inventionIn this case, if the wafer is supported locally from below by protrusions such as pins, and the film is formed on the unsupported lower surface (the surface on which the semiconductor device is not manufactured), the distortion of the upper and lower films will be warped, especially in the case of thick film growth LessDoThere are advantages. Specifically, in the case of a nitride film, 500 mm or more, SiO2In the case of a film, it is 5000 mm or more.
[0018]
(4) Rotating the wafer The wafer is rotated around an axis perpendicular to the surface thereof to bring the reactive gas into contact with the entire surface of the wafer to make the film thickness uniform. The rotation speed is preferably 5 to 60 rpm.
[0019]
It is characterized by (1) to (4) aboveThe present inventionAccording to the pressure suitable for high-speed growth, 1 ~ 40torr can be set. The measurement position of the gas pressure can be set as close as possible to the furnace in the exhaust pipe as in the conventional hot wall heating furnace.
[0020]
The present inventionIn (2), in order to perform high-speed CVD growth on a large number of wafers, (a) increase the wafer gap; (b) rotate the wafer: (c) a reaction gas entrainment method from the edge of the wafer gap by the conventional method. Is specified, and the method for sending and discharging reaction gases is specified. The semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention employs the above (a), (b), and (c), further employs the following (5) jig, and in addition, reacts the reaction gas as in (6) below. The inbound and outbound structure is specified.
[0021]
(5) Jig; The jig for holding the wafer is not manufactured by joining the parts by welding or the like as in the prior art.2 A single plate is cut by an arbitrary method such as laser cutting, punching, or etching. In welding or the like, when the jig is assembled by a method of joining the parts, the flatness of the jig deteriorates due to thermal strain, but the flatness is excellent in the method of cutting the plate. Instead of this method or in combination with this method, a wafer support jig is used in which the carrying part is composed of an outer ring part, an inner ring part, and a connecting part connecting them. By supporting the wafer from the inside and outside by these two annular portions, the warpage of the wafer can be reduced. In a space other than the annular portion and the connecting portion, the film grows also on the lower side of the wafer, so that the film grows on the upper and lower surfaces of the wafer, resulting in less warpage of the wafer. Furthermore, in the case of a large-diameter 12-inch wafer, the height of all the protrusions can be made to be uniform when the wafer supporting protrusions are bonded to the supporting portion by a diffusion bonding method or the like.
[0022]
(6) Reaction gas delivery and discharge structure:FirstAdopt gas guiding means. More preferably, the second gas guiding means is also employed. In order to make the gas flow easier to spread, it is better to keep the ejection holes (first holes) away from the wafer as much as possible, but this makes it easier to mix the gas flow toward the upper and lower adjacent wafers. In order to avoid this, the third gas guiding means for restricting the flow of the reaction gas from the first hole portion to the gap between the wafers facing the hole portion to the upper and lower wafer gaps is provided.Provide. First 2The reaction gas flow flowing from the gap between the wafers facing the hole is restricted from flowing into the upper and lower wafer gaps.4thGas guidance meansIt is preferable to provide it.The third and fourth gas guiding means are partition plates or the like that divide the space between the wafer and the first and second gas guiding means into gas flow paths, and may be separate or integrated.
[0023]
If a conventional fork-shaped wafer loading / unloading jig is used for the wafer support jig having the above-described structure, the wafer cannot be moved in and out because it abuts against the annular portion to prevent the forward movement. Therefore, in the present invention, a heating furnace equipped with a reaction tube, a reaction part that is located in a soaking space formed in the reaction tube, and grows a film on the wafer by chemical vapor deposition or by direct reaction; In a semiconductor device manufacturing apparatus comprising: a wafer supporting jig for holding a wafer with a gap between each other; a wafer is lifted from the wafer supporting jig; And a function of delivering the wafer to and from the lifting means.
[0024]
The partition inside the second gas guiding means according to the embodiment of the apparatus according to the present invention is configured such that the inside of the second gas guiding means is partitioned into at least two parallel flow paths in the wafer arrangement region, and the gas is disposed above the furnace. By making the cross-sectional area of the flow path having the inlet relatively large and making the cross-sectional area of the flow path having the lower gas outlet of the furnace relatively small, the suction gas flow rate depending on the vertical position of the wafer is made uniform. To do. In FIG. 2, the desired effect is achieved by adjusting the width of the flow path.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0025]
【Example】
Figure 2The device of the present inventionOne embodiment is shown, and this apparatus basically comprises a
[0026]
The wafer elevating mechanism 30 has a shelf-
[0027]
A
[0028]
The rod 36, the driving
[0029]
In FIG. 2,
[0030]
The second gas guiding means 20 includes the same number of wide suction holes 21 (second hole portions) as the wafer gap as shown in FIG. In order to suck the reaction gas layer spread over the entire wafer surface in the gap between the wafers without being mixed between the upper and lower layers, the
[0031]
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA. The first gas guiding means 10 is composed of three
The second gas guiding means 20 is located in the direction opposite to the first
[0032]
As shown in one embodiment of FIGS. 2 and 4, the
In FIG. 5, which is an enlarged view of the portion C in FIG. 2, 17 is a gas nozzle including a first hole formed in the wall portion of the first gas guiding means 10. The reactive gas ejected from the
[0033]
In order to make the film formed on the lower surface thicker, a part of the reaction gas that should flow on the upper side of the wafer is made to flow downward by raising the
The
As shown in FIG. 6, which is an enlarged view of part D in FIG. 2, the reaction gas ejected from the first gas guiding means (not shown) is directed toward the
Since the
[0034]
FIG. 7 schematically shows a reactive gas flow ejected from the first gas guiding means. That is, as the reaction gas flow is slightly bent in the rotation direction of the wafer (not shown), the fan-shaped pattern is also deformed, and the gas flow is slightly diffused in the width direction, but the gas concentration portion is illustrated. Yes. As shown in the figure, the reactive gas flows on the wafer surface by jetting and suctioning without being involved.
From the
[0035]
Returning to FIG. 2 again, 15 is a purge gas introduction pipe, and N2 By flowing a small amount of non-reactive gas such as Ar and inert gas such as Ar, generation of particles in the lower part of the furnace due to a small amount of reactive gas flowing into the lower part of the furnace is prevented. If this purge gas blows up more than the gap 27 (FIGS. 5 and 6), the flow of the reaction gas described above is disturbed, so that the purge amount is extremely small and / or a pipe provided at the position 15 ′. It is necessary to exhaust more.
[0036]
FIG. 8 shows a structure of a support jig for the
The shelf or
Further, the connecting
[0037]
FIG. 9 is a plan view of a jig according to an embodiment for taking a wafer in and out of the
FIG. 10 shows a state where the
[0038]
In FIG. 9, the wafer is lifted by the lower part that can be advanced and retracted. However, as shown in FIG. 11, by providing three
[0039]
Subsequently, a more preferred embodiment of the apparatus according to the present invention will be described.
Normally, the flow rate of the gas flowing from the ejection hole of the first gas guiding means composed of a single pipe decreases toward the tip. In order to avoid this, it is only necessary to increase the diameter of the ejection hole or the inner diameter of the pipe toward the tip, but it is difficult to accurately control the flow rate. Therefore, it is preferable to equalize the gas flow rate from all the ejection holes by including a portion for flowing gas upward and a portion for flowing downward in the same gas guiding means, and arranging these portions in parallel. The gas supply source may be common to these parts, or may be individually provided for each part. Specifically, as shown in FIG. 12 (illustration of the ejection holes is omitted), the first
[0040]
Various known techniques can be additionally applied to the apparatus of the present invention described above. This includes the following:
(I)Applicant'sA known plasma cleaning is performed in Japanese Patent No. 2025683. In this case, it is preferable that all members exposed to plasma inside the furnace body are made of quartz.
(B)Applicant'sHot as known in Utility Model Registration No. 3037794WallA cold wall furnace in the furnace (ie the heating furnace according to the invention)Match.
[0041]
In the present invention,When CVD growth of polysilicon is performed, it can be grown at a growth rate of 300 to 2000 mm / min and a film thickness distribution within 2 to 5%. In addition, when CVD growth of HTO is performed, it is possible to grow at a growth rate of 30 to 150 cm / min and a film thickness distribution of 1 to 4% with an 8-inch wafer.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, the present invention performs high-speed film formation on the wafer in the steps after CVD or direct reaction, and is comparable to the conventional method in terms of film thickness uniformity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial perspective view of a conventional hot wall heating furnace.
FIG. 2One aspect of the deviceIt is sectional drawing of the heating furnace which concerns on.
3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a portion C in FIG.
6 is an enlarged view of a D part in FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is a plan view schematically showing a reaction gas flow.
FIG. 8 is a plan view of a boat and a wafer support jig.
FIG. 9 is a plan view of a wafer loading / unloading jig.
FIG. 10 is an explanatory diagram of wafer loading / unloading.
11 is a plan view (a) and a side view (b) of a wafer loading / unloading jig according to another embodiment different from FIG. 8. FIG.
FIG. 12 is a view showing an embodiment of the first gas guiding means.
[Explanation of symbols]
1 Heating furnace
2 Quartz reaction tube
3 Heater
4 Furnace
5 wafers
7 Wafer support jig
10 First tube
12 Mother pipe
15 Purge gas introduction nozzle
17 Gas nozzle (first hole)
18 boats
19 pins
20 Second gas guiding means
21 Air intake holes
22 Exhaust pipe
24 props
26 Annular divider
27 Gap
30 Wafer elevator
31 Separator
32 Rotating shaft
33 Magnet or coil
34 Magnet or coil
35 units
36 rods
37 Furnace bottom structure
38 rods
39 Connection
40 Driving means
41 Pressure gauge
42 tube
50 Wafer access jig
51 Fork-shaped upper part of wafer loading / unloading jig
52 Bottom of wafer access jig
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