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JPH0642474B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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Publication number
JPH0642474B2
JPH0642474B2 JP63076607A JP7660788A JPH0642474B2 JP H0642474 B2 JPH0642474 B2 JP H0642474B2 JP 63076607 A JP63076607 A JP 63076607A JP 7660788 A JP7660788 A JP 7660788A JP H0642474 B2 JPH0642474 B2 JP H0642474B2
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JP
Japan
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gas
boat
dichlorosilane
semiconductor manufacturing
wafer
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JP63076607A
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直人 宮下
幸一 高橋
博 木下
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to EP95109108A priority patent/EP0673058A2/en
Priority to EP89105723A priority patent/EP0335421B1/en
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Publication of JPH0642474B2 publication Critical patent/JPH0642474B2/ja
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置を構成する半
導体製造装置に関する。
（従来の技術） 従来の横型ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置を第７図
に、縦型ＬＰ−ＣＶＤ装置を第８図に示す。図中１はヒ
ーター、２はジクロルシランガスノズル、３はアンモニ
アガスノズル、４は反応チューブ、５は排気口、６はウ
ェーハ、７はアウターチューブ、８はインナーチュー
ブ、９は炉口フランジ、１０はウェーハ、１１は排気
口、１２はジクロルシランガスノズル、１３はアンモニ
アガスノズル、１４はヒーターである。
これら第７図や第８図の装置を用いて、シリコン窒化膜
を成膜する場合、反応管４、７内を２０〜５０（Pa）の
減圧状態に保持し、ジクロルシランガスとアンモニアガ
スをガスノズル２，３や１２，１３から供給し、ヒータ
１や１４の調整で、炉（反応チューブとヒータを含めた
もの）に７７０℃から７９０℃の温度勾配を付けて成膜
を行っている。この場合第７図では炉口４１側が低温
側、ポンプ側（排気口５側）が高温側で、第８図では炉
口７１側が低温側、炉奥７２側が高温側で、このような
温度勾配で一定成膜を行なう。
第７図において反応チューブ４は、ヒータ１に囲まれて
位置し、ジクロルシランガスノズル２からジクロルシラ
ンを、アンモニアガスノズル３からアンモニアガスを供
給し、ウェーハ６上に成膜する。反応ガスは排気口５よ
り排気される。また、第８図において、アウターチュー
ブ７は、ヒータ１４に囲まれて位置し、ジクロルシラン
ガスをジクロルシランガスノズル１２から、アンモニア
ガスをアンモニアガスノズル１３から供給し、ウェーハ
１０上に成膜する。なお反応ガスは、インナーチューブ
８の外側に位置する排気口１１から排気される。また、
ボート１５の出し入れは、炉口フランジ９をエレベータ
で上下させることにより行う。
（発明が解決しようとする課題）） このように従来の横型、縦型ＬＰ−ＣＶＤ装置は、炉に
温度勾配をつけてシリコン窒化膜を成膜している。ここ
で問題点は、 （イ）膜厚の均一性：従来の横型、縦型ＬＰ−ＣＶＤ装
置を用いて炉に温度勾配をつけずに炉内を温度フラット
にしてデポジションを行うと、膜厚は炉口側が厚く、炉
奥側が薄くなるために、ウェーハ間に膜厚のばらつきを
生じ、問題である。
（ロ）膜質：シリコン窒化膜のエッチング（ＣＤＥ，Ｗ
ＥＴ）速度は成長温依存性をもっており、成長温度が高
く、成長温度が速い程、エッチング速度は速くなる傾向
がある。さらに膜のストレス（伸又は縮）についても、
成長温度依存性をもっており、成長温度が高い程、スト
レスは小さくなる傾向があり、炉に温度勾配をつけて成
膜すると、同一チャージ（ウェーハ配列のこと）内の膜
質が異なるため問題である。
本発明は、同一チャージロット内において、膜厚及び膜
質のそろったシリコン窒化膜を作成することを目的とす
る。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、縦型ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置を構成
する半導体製造装置において、ジクロルシランガスとア
ンモニアガスを低温領域で混合し、この混合ガスをボー
トに沿うガス供給路の比較的ボードの奥に配置のウェー
ハ側から前記ボートに配置のウェーハの供給する第１の
手段を設け、前記ボートの入口に配置するウェーハ側か
らジクロルシランガスとアンモニアガスを供給する第２
の手段を設け、前記ウェーハを収容する炉内の温度が均
一になるように加熱する第３の手段を設け、前記ウェー
ハ上にシリコン窒化膜を成膜するものであることを第１
の特徴とする。また本発明は、横型ＬＰ−ＣＶＤ（減圧
ＣＶＤ）装置を構成する半導体製造装置において、ジク
ロルシランガスとアンモニアガスを低温領域で混合し、
この混合ガスをボートに沿うガス供給路の比較的ガス排
出側に位置する部分から前記ボートに配置のウェーハに
供給する第１の手段を設け、前記ボートのガス供給端側
からジクロルシランガスとアンモニアガスを供給する第
２の手段を設け、前記ウェーハを収容する炉内の温度が
均一になるように加熱する第３の手段を設け、前記ウェ
ーハ上にシリコン窒化膜を成膜するものであることを第
２の特徴とする。
即ち、本発明は、縦型及び横型ＬＰ−ＣＶＤ装置を用い
て、炉に温度勾配をつけないでシリコン窒化膜を成膜す
るために、炉内への反応ガス（ジクロルシランガス、ア
ンモニアガス）を供給するやり方を、従来のガスノズル
の他にアンモニアガスとジクロルシランガスを、低温領
域でミキシングして供給するガスノズルを設け、ここか
らも反応ガスを供給することにより、温度フラットで、
かつ同一状態のガスが全チャージにわたり供給できて、
膜厚及び膜質のそろったシリコン窒化膜を成膜するもの
である。ここでアンモニアガスとジクロルシランガスの
ミキシングは、３０〜１８０℃程度の低温領域で行い、
アンモニアとジクロルシランをミキシングして供給する
ガスノズルは、ボートの全長の１／２程度以上の部分か
らガス排出側に開けた孔から供給して良好な成膜を得る
ものである。
（実施例） 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図は同実施例の断面的構成図であるが、これは第８図の
ものと対応させた場合の例であるから、対応個所には同
一符号を付して説明を省略し、特徴とする点の説明を行
なう。第１図において２１はジクロルシランガスとアン
モニアガスのミキシングガスノズル、２３は窒素ブロー
用ガスノズル、２４は炉内の温度をコントロールするた
めの熱電対カバー、２５は熱しゃへい板である。
第１図で重要なことは、ジクロルシランガスノズル１
２、アンモニアガスノズル１３に加えて、これら両ガス
のミキシングガスノズル２１を用いたこと、このガスの
ミキシングは低温領域で行なうこと、炉内の温度を一定
にすることである。上記熱電対は炉内４ケ所の温度を測
定した。第２図（ａ）はミキシングガスノズル２１の正
面図、同図（ｂ）は同側面図である。この第２図に示す
ミキシングガスノズル２１は、ガス導入口２１１からジ
クロルシランガスを、ガス導入口２１２からアンモニア
ガスをそれぞれ導入し、途中でミキシングし、孔２２か
らミキシングガスを出す構造となっている。孔２２の開
孔領域２６はボート１５の全長の略１／２から上側にな
っており、この部分がボードの上側１／２の部分と対向
する。
なお、ガス導入口２１１，２１２は炉口フランジ９付近
に位置し、３０〜１８０℃の低温部分でガスをミキシン
グしている。これは、低温部でガスをミキシングするこ
とにより、ジクロルシランガスの熱分解をおさえること
によりノズルのつまりを防止するためである。
シリコン窒化膜の成膜は第１図に示す構造の縦型ＣＶＤ
装置を用いて、炉内温度をフラットとし、ジクロルシラ
ンガスノズル１２、アンモニアガスノズル１３、ジクロ
ルアンモニアガスノズル２１から同時に反応ガスを供給
して行った。
従来の縦型ＬＰ−ＣＶＤ装置（第８図）と本発明縦型Ｌ
Ｐ−ＣＶＤ装置（第１図）で作成したシリコン窒化膜の
均一性を第３図，第４図に示す。これらの図は、従来の
縦型ＬＰ−ＣＶＤ装置で炉に温度勾配をつけずに成膜を
行った場合の膜の均一性Ａと本発明縦型ＬＰ−ＣＶＤ装
置を用い炉に温度勾配とつけずに成膜を行った場合の均
一性Ｂである。第３図、第４図より、本発明縦型ＣＶＤ
装置を用いることにより、炉内温度フラットで均一性の
よいシリコン窒化膜を成膜可能であることがわかる。
また、第５図に従来の横型ＣＶＤ装置（第７図）を用い
て（炉に温度勾配をつけて）作成したシリコン窒化膜の
膜の膜の均一性と、本発明縦型ＣＶＤ装置を用いて作成
したシリコン窒化膜の均一性を示す。第５図より、本発
明縦型ＣＶＤ装置の膜の均一性は従来の横型で温度勾配
をつけて成膜したシリコン窒化膜の膜の均一性に比べて
も優れていることがわかる。なおこの第５図は、５イン
チウェーハ１００枚チャージ時における膜ばらつきを示
し、本発明縦型ＣＶＤのテポジション条件は、成長温度
７８０（℃）フラット、成長圧力0.15(Torr)ジクロルシ
ランガス流量９０(SCCM→cc/minのこと）アンモニアガ
ス流量４５０(SCCM)であり、一方従来横型ＣＶＤのデポ
ジション条件は、成長温度７７０−７８０−７９０
（℃）、成長圧力０．３５(Torr)、ジクロルシランガス
流量３７(SCCM)アンモニアガス流量１６０(SCCM)であ
る。
第６図は本発明を横型ＬＰ−ＣＶＤ装置に適用した場合
の実施例である。これは第７図のものに加えて、ミキシ
ングガスノズル２１を用いたこと、炉内温度をフラット
にしたこと等は前実施例の場合と同様であり、その他の
各条件も前実施例と同様の関係であり、ほとんど同様の
作用効果が得られるものである。
なお本発明は上記実施例に限られず種々の応用が可能で
ある。例えばジクロルシランガスとアンモニアガスはノ
ズル１２，１３等から別々に炉内に入れたが、ミキシン
グして入れてもよい。また本発明においては、ジクロル
シランガスとアンモニアガスの流量比は１：５〜１：１
５の範囲が実用的である。
［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、温度フラットでかつ
同一状態のガスを全チャージにわたり供給できるため、
シリコン窒化膜の膜厚、膜質がそろい、かつ低温領域で
ガスのミキシングを行なうから、ガス管がつまらない等
の利点を有した半導体製造装置が提供できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の断面的構成図、第２図
（ａ），（ｂ）は同構成の要部の正面図、側面図、第３
図，第４図は同構成の効果を示す特性図、第５図は同構
成の効果を示す図表、第６図は本発明の他の実施例の断
面的構成図、第７図，第８図は従来装置の断面的構成画
である。 １…ヒータ、２…ジクロルシランガスノズル、３…アン
モニアガス、４…反応チューブ、５…排気口、６…ウェ
ーハ、７…アウタチューブ、８…インナチューブ、１０
…ウェーハ、１１…排気口、１２…ジクロルシランガス
ノズル、１３…アンモニアガスノズル、１４…ヒータ、
１５…ボート、２１…ミキシングガスノズル、２２…ガ
ス供給孔、２６…開孔領域。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】縦型ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置を構
    成する半導体製造装置において、ジクロルシランガスと
    アンモニアガスを低温領域で混合し、この混合ガスをボ
    ートに沿うガス供給路の比較的奥に配置のウェーハ側か
    ら前記ボートに配置のウェーハに供給する第１の手段を
    設け、前記ボートの入口に配置するウェーハ側からジク
    ロルシランガスとアンモニアガスを供給する第２の手段
    を設け、前記ウェーハを収容する炉内の温度が均一にな
    るように加熱する第３の手段を設け、前記ウェーハ上に
    シリコン窒化膜を成膜するものであることを特徴とする
    半導体製造装置。
  2. 【請求項２】前記第１の手段は、前記ジクロルシランガ
    スとアンモニアガスを３０〜１８０℃の低温領域で混合
    するものであり、かつボート全長の略１／２の部分より
    ボートの奥に配置のウェーハ側に対向する混合ガス供給
    路の部分の孔から混合ガスを供給するものであることを
    特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 【請求項３】横型ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）装置を構
    成する半導体製造装置において、ジクロルシランガスと
    アンモニアガスを低温領域で混合し、この混合ガスをボ
    ートに沿うガス供給路の比較的ガス排出側に位置する部
    分から前記ボートに配置のウェーハに供給する第１の手
    段を設け、前記ボートのガス供給端側からジクロルシラ
    ンガスとアンモニアガスを供給する第２の手段を設け、
    前記ウェーハを収容する炉内の温度が均一になるように
    加熱する第３の手段を設け、前記ウェーハ上にシリコン
    窒化膜を成膜するものであることを特徴とする半導体製
    造装置。
  4. 【請求項４】前記第１の手段は、前記ジクロルシランガ
    スとアンモニアガスを３０〜１８０℃の低温領域で混合
    するものであり、かつボート全長の略１／２の部分より
    ボートの前記ガス排出端側で対向する混合ガス供給路の
    部分の孔から混合ガスを供給するものであることを特徴
    とする請求項３に記載の半導体製造装置。
  5. 【請求項５】前記ジクロルシランガスとアンモニアガス
    の流量比は１：５〜１：１５であることを特徴とする請
    求項１ないし４のいずれか１つの項記載の半導体製造装
    置。
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