JP2000294511A - Manufacture for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置に関するものであり、より詳しく述べるならは、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され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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a conventional method of chemical vapor deposition (CVD) of a semiconductor silicon wafer by a batch process or a reaction gas. The present invention relates to an improvement of a method for forming a film on a wafer by a direct reaction, and relates to a semiconductor device manufacturing apparatus for increasing the growth rate of these films.
【0002】[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、Si
C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
特長は、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 mea
n 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℃、1.0〜30torr程度の圧
力でpoly Si の成長を行うと、500〜5000Å/分
になる。皮膜は、SiCサセプタに支持されたウェーハ
の裏面には付着しないので、ウェーハは反り易い。2. Description of the Related Art As a method of performing uniform CVD on a large-diameter silicon wafer having a diameter of 6 to 8 inches, Si is used as a method.
It is known to form a film by rotating a single semiconductor wafer placed laterally on a C susceptor and flowing a reaction gas horizontally over the wafer surface while heating the lamp. The feature of this method is that the reaction wall such as SiH 4 hardly adheres to the furnace wall due to the cold wall method in which the wall of the reaction furnace is cooled; there is relatively little generation of particles there; and rapid heating is easy. And so on. This method uses sub-atmospheric pressure CVD.
(sub-atmospheric CVD), the principle of which is
The average free path between gas atoms is reduced by lowering the pressure (average mea
By increasing the length of n free-pass and rotating the wafer, the chances of gas atoms contacting the wafer are increased and the film growth becomes uniform. Specifically, when poly Si is grown at 600 to 635 ° C. and a pressure of about 1.0 to 30 torr, the film growth rate becomes 500 to 5000 ° / min. Since the coating does not adhere to the back surface of the wafer supported by the SiC susceptor, the wafer is likely to warp.
【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;(ニ)不要付着
膜を除去するクリーニング工程の時間が長くなる。It is generally said that when the reaction temperature is as high as 800 ° C. or higher, the use of a cold wall reactor becomes difficult in the following points: (a) It is difficult to keep the temperature of the furnace wall low; Power and cooling water usage will increase dramatically;
(C) Particles are more likely to be generated; (d) The time for the cleaning step for removing the unnecessary adhesion film becomes longer.
【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。In a cold-wall heating furnace, the processing time per wafer is as short as 5 to 10 minutes.
The number of grooves in the carrier of the wafer, which is the means for transporting the wafer, is determined according to the minimum number of wafers required to move to the next step of CVD, for example, cleaning and resist coating, and this number is usually 25. . For example, the processing time for 25 wafers is 125 to 250 minutes.
【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、Si2H6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N2O(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Si3N4
膜の生成(720〜800℃) (g)タンタルアルコキシドを用いたTa2O5膜の生成
(400〜440℃) (h)WSi2膜の生成[0005] In a hot wall type heating furnace, a method of performing LP (low pressure) -CVD on a plurality of semiconductor silicon wafers arranged in parallel in a soaking space formed in a heating furnace having a reaction tube therein is provided. Because of its long history, it has been reported in numerous documents. A typical example of forming a film on a semiconductor silicon wafer by CVD is shown below. (A) Formation of SiO 2 film by SiH 4 and O 2 (400 ° C.
(B) Generation of PSG film by SiH 4 , PH 3 and O 2 (c) Generation of P-doped or non-doped poly Si (580 to 620 ° C.) or a (amorphous) Si by SiH 4 and Si 2 H 6 ( (500 to 530 ° C.) (d) HTO (High) by SiH 4 and N 2 O (or NO)
Temperature Oxi-dation) Film formation (800-850)
° C) (e) SiO 2 film using TEOS and ozone, BPSG
Formation of film (about 650-690 ° C.) (f) Si 3 N 4 using NH 3 and SiH 4 or SiCl 2
Generation of film formation of (720~800 ℃) (g) generation of the Ta 2 O 5 film using tantalum alkoxide (400~440 ℃) (h) WSi 2 film
【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Si
ON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N2O
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Ta2O5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SiO
N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Similarly, a method of forming a film on a semiconductor silicon wafer by a direct reaction of a reaction gas has been reported in many documents, and examples thereof are shown below. (I) Conversion of Si into SiON and SiN by reacting single crystal or polycrystalline silicon with NH 4 , ie, Si
Formation of ON film and SiN film (j) Single crystal or polycrystalline silicon and NO or N 2 O
SiON film by reacting, reacting SiO 2 film the Ta 2 O 5 film and the generation of the TaN film by reacting the NH 4 (l) SiO 2 film and NH 3 by generating (k) the (g) of SiO
Generation of N film (m) Reaction of Ti film on Si wafer with NH 3 or N 2 (n) Generation of TiN film by reaction of TiO 2 film on Si wafer with NH 3 or N 2
【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5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。FIG. 1 shows a quartz inner tube 2a, a quartz outer tube 2b, and a quartz boat 18 arranged at the upper part of a conventional hot wall type heating furnace, and mechanisms such as heat insulation, support, cooling, sealing, etc. arranged at the lower part. Is not shown. The quartz boats 18 are arranged vertically in a large number of shelves so that about 150 wafers 5 can be processed at one time. The reaction gas is introduced into the inner quartz tube 2a from below, flows upward in the furnace space, flows between the individual semiconductor silicon wafers, and reacts. Thereafter, the reaction gas passes through the annular gap between the inner quartz tube 2a and the outer quartz tube 2b and is exhausted from the gas outlet. In such a hot wall type heating furnace, the heating time is long,
This is advantageous from the viewpoint of alleviating the thermal stress required when manufacturing a miniaturized device on a large-diameter wafer. In order to put wafers into and out of the quartz boat 18 of the hot-wall type heating furnace shown in FIG. 1, it is common to load one wafer at a time or a large number of wafers at once into a fork-shaped groove supporting the wafers.
【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CV
D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。In a hot wall type heating furnace for performing LP-CVD, about 100 to 150 wafers are formed in 5 to 9 mm.
CV by arranging in the soaking area of 700 to 900 mm in pitch
D is going. Under these conditions, in order to make the thickness of each wafer uniform, the pressure in the furnace is reduced to 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 / sec or more. . The reaction gas flows around the wafer in the inner quartz tube in a direction perpendicular to the wafer surface, and is then supplied while being caught from the peripheral portion between the wafer surfaces. Under such low pressure conditions, the film growth rate is as slow as 20 to 100 Å / min or less. Note that LP
Another factor affecting the growth rate of the film in CVD is the soaking length, the longer it is, the more likely it is that a difference in the growth rate of the film on the wafer upstream and downstream of the gas flow occurs.
Therefore, with the above soaking length, it is generally necessary to limit the number of processed wafers so that the dispersion of the film thickness is in the range of 1 to 3% for a 6-inch wafer.
【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−5〜7m
m;温度−625℃;SiH4流量−200cc/分;
ウェーハ−8インチ、50〜150枚;圧力−0.6to
rr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1
5〜20オングストローム/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15
0枚処理の場合の昇温及び降温を含む全処理時間は約1
20〜600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。In the example of the formation of the polysilicon film according to the above (c), the LP-CVD condition is such that the wafer interval is -5 to 7 m.
m; temperature-625 ° C; SiH 4 flow rate-200 cc / min;
Wafer-8 inches, 50-150 wafers; pressure -0.6 to
When rr, the film growth rate is 50-80 Å / min. The HTO film according to the above (d) is 800
Under the conditions of 0.3 ° C. and 0.3 to 1.0 torr, the film growth rate is 1
The thickness distribution is 5 to 20 Å / min, and the film thickness distribution is 3 to 6.5% for an 8-inch wafer and 2 to 5% for a 6-inch wafer. These film growth rates are considerably lower than those of a single wafer by lamp heating. Also 15
The total processing time, including temperature rise and fall, is about 1
20-600 minutes. Although the total processing time varies greatly depending on the type and thickness of the formed film, the growth of amorphous silicon (thickness: 1 μm) is an example in which the total processing time is long, ie, 600
More than a minute. As described above, in the CVD method and the direct reaction method using the hot-wall heating furnace, the growth rate of the film is slow.
【0010】[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。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus capable of high-speed film formation, deviating from the concept of conventional hot wall heating furnace processing.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の半導
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、前記反応ガスを炉内ガス
と遮断して炉内を半導体ウェーハ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と、半導体シリコンウェ
ーハを5mm以上の間隔で下側から支える支持手段を設け
た板状基板と、前記半導体シリコンウェーハを加熱炉外
で出し入れする際に前記半導体シリコンウェーハと板状
基板との間に進退可能なウェーハ装入出部材と、ウェー
ハ面に直交する軸を中心として板状基板を回転させる駆
動手段とを含んでなることを特徴とする半導体装置の製
造装置であり、本発明に係る第2の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、前記反応ガスを炉内ガスと遮断して炉内
を半導体ウェーハ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
に噴出する手段と、半導体シリコンウェーハを周縁部に
て下側から5mm以上の間隔で支える支持手段と、この支
持手段の一部を欠如して形成された欠如部と、ウェーハ
面に直交する軸を中心として支持手段を回転させる駆動
手段と、前記半導体シリコンウェーハを加熱炉外でウェ
ーハを出し入れする際に該半導体シリコンウェーハの下
方に前記欠如部を介して進退可能なウェーハ装入出部材
とを含んでなることを特徴とする半導体装置の製造装置
である。以下、本発明の内容をより詳しく説明する。先
ず本第1発明及び第2発明に共通する内容を説明する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing apparatus comprising: a heating furnace having a reaction tube therein; a heating furnace having a heating tube provided therein; A reaction unit for forming a film by chemical vapor deposition or a direct reaction on the semiconductor silicon wafer. A semiconductor device manufacturing apparatus comprising: First gas guiding means for guiding to a nearby position, means for injecting substantially all of the reaction gas from the first gas guiding means into the gap between the semiconductor silicon wafers at the near position, and A plate-like substrate provided with support means for supporting the semiconductor silicon wafer from below at intervals, and moving between the semiconductor silicon wafer and the plate-like substrate when the semiconductor silicon wafer is taken in and out of a heating furnace. A semiconductor device manufacturing apparatus, comprising: a wafer loading / unloading member capable of rotating the plate-shaped substrate about an axis perpendicular to the wafer surface; A semiconductor device manufacturing apparatus comprises a heating furnace having a reaction tube therein, and a film formed by chemical vapor deposition or a direct reaction on a semiconductor silicon wafer placed in a soaking space formed in the reaction tube and placed horizontally. A first gas guide means for shutting off the reaction gas from the furnace gas to guide the inside of the furnace to a position near an edge of the semiconductor wafer, Means for injecting the whole amount of the reaction gas from the first gas guide means into the gap between the semiconductor silicon wafers at the above-mentioned position, Means, a lacking portion formed by lacking a part of the supporting means, a driving means for rotating the supporting means about an axis perpendicular to the wafer surface, and a semiconductor wafer taken in and out of the heating furnace. And a wafer loading / unloading member which can be advanced / retracted through said lacking portion under said semiconductor silicon wafer. Hereinafter, the contents of the present invention will be described in more detail. First, the contents common to the first invention and the second invention will be described.
【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。(1) Heating furnace: A so-called hot wall type heating furnace in which a soaking space is formed in the reaction tube inside the reaction tube in which the reaction tube is provided. The reaction tube may be single or double.
【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7
5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約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
約100mm程度である。(2) Semiconductor silicon wafers: The semiconductor silicon wafers are arranged in parallel so that the surfaces face each other in a soaking space in a furnace. The number of semiconductor silicon wafers (hereinafter, referred to as “wafers”) is, for example, 5, 13, 50 according to the number of wafers to be loaded on a jig for moving the wafers between processes.
Any number of sheets, such as sheets, can be processed. However, about 7
If more than five sheets, the soaking length becomes too long and the film thickness distribution deteriorates, and the processing time becomes longer, so it is preferable to set the upper limit to about 75 sheets. In addition, when the wafer interval is small, the temperature rise and the temperature decrease become slow. Therefore, the interval is set to about 5 mm or more. The upper limit is determined by an appropriate heating furnace soaking length, but is about 100 mm.
【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ほぼ平行にガス
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0.1〜1気圧程度として、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。(3) Injection and discharge of the reaction gas: In the conventional method, the reaction gas is discharged into the furnace at a high speed at a stroke, and then is wound into the gap between individual wafers from a position where the wafer edge is not specified. The wafer is brought into contact with the entire surface, and then discharged from between the individual wafers. In this method, however, the distribution of the film thickness fluctuates greatly at the upper and lower positions of the wafer. Therefore,
When high-speed growth is attempted by increasing the pressure, the fluctuation of the film thickness distribution becomes larger. Therefore, in the present invention, with respect to the supply of the reaction gas into the wafer gap, substantially all of the reaction gas is sent from a specific position. In other words, the first position for introduction is specified at an arbitrary position around the wafer by using an introduction gas pipe or the like, and the gas flows substantially parallel to the wafer surface from the hole formed in the gas pipe. . This can significantly increase the growth rate. Since the exhaust method on the discharge side does not have as great an effect on the film growth rate as the air supply method on the inlet side, the exhaust method can be carried out through the exhaust holes provided in the upper or lower part of the reaction tube as in the conventional method. This method achieves satisfactory results when the number of wafers is about 25 or less.
Of course, it is also preferable to specify a second location for the exhaust, which is the location where the gas flows opposite the first location. In addition, the second position should face one or more wafer gaps, preferably each wafer gap, when viewed in the vertical direction. The tubes, partition plates, boxes, etc. that define these positions must separate the internal space through which the gas flows and the internal space of the reaction tube, and be in communication with the internal space of the reaction tube only through the discharge holes and the suction holes. is there. Further, the reaction gas is ejected with the pressure in the inlet gas pipe being higher than the pressure in the reaction pipe, for example, about 0.1 to 1 atm, and the reaction gas is sucked by connecting a pump or the like to the end of the exhaust pipe. .
【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 V
2.9 −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。[0015] The "edge" of the wafer edge at which the reaction gas is ejected or sucked is not the upper or lower part of the reaction tube as in the conventional method, but a position extending in the horizontal direction from the gap between the wafers. The distance is such that the inflow / outflow reaction gas in the above does not substantially mix with the inflow / outflow gas in the adjacent wafer gap. The specific value of this distance is determined by giving the wafer gap, gas flow rate and pressure, and using a software solver (Cradle Software STREAM V).
2.9-A 3D thermo-fluid analysis program using the finite element analysis method
You can know by installing and analyzing on 4D / indy). The first and second gas guiding means are means for flowing gas, such as an independent tube, a tube formed by forming a part of the inner wall of the reaction tube as a part of the means, and a box.
【0016】以下、主として第1及び第2の位置を特定
して、管体より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や孔の加工が複雑であるために、同
一内径かつ同一孔部直径の管体をガス流方向で逆に2本
以上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。Hereinafter, a description will be given of a method mainly for specifying the first and second positions and for feeding and discharging the reaction gas from the tube, respectively. As described above, the reaction gas guided to the vicinity of the individual wafer gap is ejected toward the wafer gap at substantially the same flow rate from the individual ejection holes (first holes), and subsequently between the wafer surfaces. Inflow and spread. In order to promote the spread of the gas 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 holes (first holes) and the suction holes (second holes) is preferably equal to or less than the internal cross-sectional area of each tube. In order to make the flow rate of the reaction gas substantially equal to the gap between the individual wafers, the diameter of the first hole is increased in the downstream direction of the gas flow, and the inner diameter of the gas guide tube is increased on the tip side. A method can be adopted. However, in this method, since the dimensional adjustment of the hole diameter and the like and the processing of the hole are complicated, two or more tubes having the same inner diameter and the same hole diameter are reversed in the gas flow direction and up and down in the furnace length direction. It is preferable to arrange them alternately in the direction, or to connect them to one pipe and meander them.
【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、矩形、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。Regarding the shape and structure of the first and second gas guide means, the cross section may be any shape such as circular, rectangular or semicircular. The number of tubes is 1 or 2 or more,
In the case of two tubes, the gas flow can be made uniform for many wafers by reversing the gas flow direction. The number of ejection holes and suction holes is one or two or more for each wafer gap. In the case of two or more ejection holes, it is necessary to separate them so that the reaction gas does not interfere before entering the wafer gap.
【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。(4) Rotation of the wafer: The wafer is rotated around an axis perpendicular to its surface to bring the reaction 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】上記(1)〜(4)を特徴とする本発明装
置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。According to the apparatus of the present invention characterized by the above (1) to (4), the pressure suitable for high-speed growth can be set to 1 to 40 torr. The measurement position of the gas pressure can be set as close as possible to the furnace in the exhaust pipe as in a conventional hot wall type heating furnace.
【0020】第1及び第2発明に係る半導体装置の製造
装置は、さらにそれぞれ下記(5−1)及び(5−2)
のウェーハ支持治具を採用している。 (5−1)治具;第1発明においては、ウェーハを保持
する治具は、ウェーハを下側から支える、ピン、突起な
どの支持手段を固設した板状基板を有する。ウェーハは
下側からピンなどにより支えられているために、板状基
板より上方に持ち上げられ、これらの間にウェーハ装入
出治具が進退する空間が形成される。板状基板は、ピン
などを固設するとともに、上下のガス流路空間を仕切る
仕切りを兼ねるものである。ピンでウェーハを支持する
と、ウェーハ裏面全面にもCVD膜が付着し、このため
ウェーハ両面に付着するCVD膜がウェーハの反りを妨
げると言う利点がもたらされる。なお、板状基板に面接
触方式でウェーハを支持するとウェーハの温度分布が大
きくなり、好ましくない。 (5−2)治具;第2発明においては、ウェーハを保持
する治具は、ウェーハを下側から数か所で支えるピン、
突起などを周縁方向に配列する環状体を有し、この環状
体の一部を欠如してウェーハ装入出治具を進退可能にし
ている。このウェーハ支持治具はウェーハの装入出の際
に炉外に取り出される。その後、ウェーハを装入出の際
にはウェーハ装入出治具を容易に進退させるために、環
状体の一部を切り欠いている。なお、上記のウェーハ保
持方式の代わりに、環状治具自体がウェーハを接触保持
してもよい。ウェーハ周縁部は下側から上記のように支
えられているために、ウェーハ面積の大部分を占める中
央部は、下方に向かって露出される。したがって、環状
ウェーハ保持治具とウェーハ自体が上下のガス流路空間
を仕切ることとなる。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
使用することができ、それ以外の治具であっても上記切
除部からウェーーハ面の下方に前進・後退できるもので
あればあらゆる治具を使用することができる。The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention further includes the following (5-1) and (5-2)
Wafer support jig. (5-1) Jig In the first invention, the jig for holding the wafer has a plate-like substrate fixedly provided with support means such as pins and protrusions for supporting the wafer from below. Since the wafer is supported from below by pins or the like, the wafer is lifted above the plate-like substrate, and a space is formed between the wafer and the wafer loading / unloading jig. The plate-shaped substrate serves as a partition for fixing pins and the like, and for partitioning upper and lower gas flow paths. When the pins are used to support the wafer, the CVD film also adheres to the entire back surface of the wafer, and this has the advantage that the CVD films adhering to both surfaces of the wafer prevent the wafer from warping. If the wafer is supported on the plate-like substrate by the surface contact method, the temperature distribution of the wafer is undesirably large. (5-2) Jig; In the second invention, the jig for holding the wafer includes pins for supporting the wafer at several places from below,
It has an annular body in which projections and the like are arranged in the peripheral direction, and a part of this annular body is omitted so that the wafer loading / unloading jig can advance and retreat. The wafer support jig is taken out of the furnace when loading / unloading the wafer. Thereafter, when loading and unloading the wafer, a part of the annular body is cut out so that the wafer loading and unloading jig can be easily advanced and retracted. Note that, instead of the above-described wafer holding method, the annular jig itself may contact and hold the wafer. Since the peripheral portion of the wafer is supported from below as described above, the central portion occupying most of the area of the wafer is exposed downward. Therefore, the annular wafer holding jig and the wafer itself partition the upper and lower gas passage spaces. A conventional fork-like wafer loading / unloading jig can be used for the wafer supporting jig having the above-described structure, and even with other jigs, the jig advances from the cut portion to below the wafer surface. Any jig can be used as long as it can retreat.
【0021】ウェーハが昇温加熱される際に、ウェーハ
支持治具の環状体はウェーハの中心部と周辺部の温度差
を縮小する作用がある。ウェーハとの接触部となる突起
は、ウェーハの保持が安定するように円周方向に配置
し、均等にできるだけ少ない個数で配列することが好ま
しい。これらの突起は環状体から直接突出させることも
できるが、突起は環状体から内側に伸び出た棒の先端に
固着することもできる。またさらに棒の先端を連結する
補強環を設けることもできる。When the wafer is heated and heated, the annular body of the wafer supporting jig has an effect of reducing the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the wafer. It is preferable that the projections serving as contact portions with the wafer are arranged in the circumferential direction so as to stably hold the wafer, and are evenly arranged in as small a number as possible. These projections can project directly from the annulus, but they can also be secured to the tip of a bar that extends inward from the annulus. Further, a reinforcing ring for connecting the tips of the rods can be provided.
【0022】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
混合し易くなる。これを避けるためには、ガスが上下の
ウェーハ間隙に流れることを制限する板状基板もしくは
支持手段を有効に作用させる必要がある。したがって、
回転を妨げない範囲でできるだけ板状/支持手段は第1
及び第2の孔部を穿設した管体もしくは反応管壁などに
接近していることが好ましい。また、反応管壁との板状
基板などの間隙を狭めるフィンを前者に固設してもよ
い。In order to make the gas flow easier to spread, it is better to keep the ejection holes (first holes) as far away from the wafer as possible. However, the gas flow directed between adjacent upper and lower wafers becomes easier to mix. In order to avoid this, a plate-like substrate or a support means for restricting the gas from flowing into the gap between the upper and lower wafers must be effectively operated. Therefore,
The plate / supporting means should be the first as far as possible without impeding rotation.
It is preferable to approach a tube body or a reaction tube wall in which the second hole is formed. Further, a fin for narrowing the gap between the reaction tube wall and the plate-like substrate may be fixed to the former.
【0023】下側排気の場合本発明においては、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ため
に以下のような手段を採用することができる。(イ)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。後述の図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。(ロ)ウェーハ間隙の全体もし
くは数個の群に共通する第2の孔部を設け、その幅を下
方ほど小さくする。(ハ)ウェーハ間隙の全体に共通す
る同一幅の第2の孔部両側に副孔部を短冊状に設ける;
副孔部の位置及び長さを調節することにより上側の第2
孔部断面積を下側より大きくする。なお、上側排気の場
合は流路(孔部)大小関係を上記(イ)、(ロ)、
(ハ)とは逆にする。以下、実施例によりさらに詳しく
本発明を説明する。In the case of lower exhaust, the following means can be employed in the present invention in order to equalize the suction gas flow rate depending on the vertical position of the wafer. (A) The inside of the second gas guide means is partitioned into at least two parallel flow paths in the wafer arrangement area, the cross-sectional area of the flow path having a gas inlet on the upper side of the furnace is relatively large, and The cross-sectional area of the flow path having the side gas outlet is relatively reduced. In FIG. 2 described later, the desired effect is achieved by adjusting the width of the flow path. (B) A second hole common to the entire wafer gap or several groups is provided, and the width of the second hole is reduced toward the lower side. (C) sub-holes are provided in a strip shape on both sides of a second hole having the same width common to the entire wafer gap;
By adjusting the position and length of the sub-hole, the upper second
Make the hole cross-sectional area larger than the lower side. In the case of upper exhaust, the flow path (hole) size relationship is determined by the above (a), (b),
Reverse to (c). Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【0024】[0024]
【実施例】図2は第1及び第2発明の、下側排気方式に
関する一実施例装置を示し、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S
iC,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約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。ウェーハ5、ダミーウェーハ5'の支持
部材は図示を省略している。FIG. 2 shows an embodiment of the first and second inventions relating to a lower exhaust system, which basically comprises a heating furnace 1 and a wafer elevating mechanism 30. FIG. Normal S
Reaction tubes of iC, quartz, etc. (hereinafter referred to as "quartz reaction tubes")
Numeral 2 is a tube body whose upper end is closed and whose lower end is open. The tube body is provided so as to surround the upper periphery thereof, and a heater 3 for creating a soaking space is fixed to a furnace body 4 made of a heat insulating material. The quartz reaction tube 2 is air-tightly and detachably fixed to a furnace bottom structure 37 at a lower end portion bent in an L shape, and is supported by a support 6. In the illustrated state, the wafer 5 has been raised to the upper limit position by the wafer lifting mechanism 30. The wafers 5 having a diameter of 8 to 12 inches, which are stacked in multiple stages and spaced apart from each other by about 5 mm or more, are heated to a predetermined temperature by the heater 3. 5 'is a dummy wafer. The support members for the wafer 5 and the dummy wafer 5 'are not shown.
【0025】ウェーハ昇降機構30は、下方の部材3
3、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治具の詳細構造は図示を省略し
ている。この治具を回転させる回転軸体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3
5を螺合したロッド36を駆動装置40aにより回転す
る。The wafer elevating mechanism 30 is configured to move the lower member 3
The wafer 5 is mounted on a rotating shaft 32 on which a separator 31 having a heat insulating function for preventing heat from the heat sink 3, 34, etc. is fixed.
Are omitted from the illustration of the detailed structure of the jig in which are arranged vertically. A magnet or coil 33 is attached to the lower end of a rotating shaft 32 for rotating this jig, and another magnet or coil 34 that exerts a rotational force on the magnet or coil 33 is provided vertically movable, so that the wafer elevating mechanism 30 Is raised and lowered, and the rotating shaft 32 is rotated. A table 3 that supports the magnet 34 and the like to perform such ascent and descent.
The rod 36 screwed with 5 is rotated by the driving device 40a.
【0026】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。ロッド36、駆動装置40a,連結部41は台3
5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3
5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。A tube 42 for guiding the rotation shaft 32 up and down.
And a furnace bottom structure 37 integrally connected to the bottom of the heating furnace above it is hermetically fixed at the position shown in the drawing during processing of the wafer 5, and is rotatably connected to the support 6 before and after the processing. When the rod 38 is rotated by the driving device 40b,
A connecting portion 39 screwed to the rod 38 and fixed to the furnace bottom structure 37 is moved up and down along the rod 38. Accordingly, the furnace bottom is opened or closed. A small amount of purge gas such as N2 gas can be fed into the furnace from the inlet 42a through the inside of the tube 42 that guides the rotary shaft 32 up and down. The rod 36, the driving device 40a, and the connecting portion 41
5 is a mechanism for raising and lowering the table 3. When the driving device 40a rotates the rod 36,
5 slides up and down by sliding with the tube 42, and the vertical position of the rotary shaft 32 is adjusted.
【0027】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
るために、反応管の一部を二重管としてガスを流す流路
とした第1のガス案内手段である。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。なお、下側排気方式では炉の下部に
配管が集中するので、後述の段落0037(二)で説明
する上側排気方式を採用することにより,この問題を避
けることができる。In FIG. 2, reference numeral 10 designates a flow path for flowing a gas by using a part of the reaction tube as a double tube in order to distribute and eject the reaction gas supplied from the mother tube 12 between the individual wafers 5. This is the first gas guide means. Reference numeral 20 denotes second gas guide means for sucking a reaction gas from between the individual wafers 5. Reference numeral 22 denotes an exhaust pipe communicating with the second gas guide means 20. The exhaust pipe 22 sucks a reaction gas by a pump and is provided with a pressure measuring device 41. Since the reaction gas ejection holes and the reaction gas suction holes described later are positioned so as to face the gaps between the vertically arranged wafers 5, the reaction gas is directly ejected into the wafer gaps and exhausted directly from the gaps. A laminar flow state can be realized in the inner space. That is, when a part of the reaction gas flow flowing upward or downward in the furnace space as in the related art is diverted to the wafer gap, the gas flow stays between the wafers, and it is difficult to control the individual gaps. According to the invention, however, such stagnation is avoided and control in individual gaps is also possible. In the lower exhaust system, since the pipes are concentrated at the lower part of the furnace, this problem can be avoided by employing the upper exhaust system described in paragraph 0037 (2) described later.
【0028】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
出来るだけ幅が広いことがよく、好ましい厚さは0.5
〜1.5mmである。As shown in FIG. 3 (a view taken along the line BB in FIG. 2), the second gas guide means 20 has a wide intake hole 21 (second
Of the same number as the wafer gap. In order to suck the reaction gas layer spread over the entire surface of the wafer at the wafer gap without mixing between the upper and lower layers, the suction hole 21 is preferably as wide as possible, and the preferable thickness is 0.5.
1.51.5 mm.
【0029】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を石英反応管を部分的に袋状に変形させた部
分に納めることによって構成される。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。さらに、石英反応管内壁と管体10
a,b,cの内側を結ぶ曲線は円形となるためにウェーハ5
の外周縁との間には円形環状隙間47が残される。この
隙間47は基板18(図5)又は環状体18(図6、
7)によって塞がれているので、反応ガスの浮上り又は
下向きの流れが防止され、理想的層流状態を実現するこ
とができる。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のガス案内手段の管体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を上下に穿設した反応管内壁2a及
び側面部20c(図2参照)を連結した函体であって、
この内部の流路20b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20b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、流れ抵抗が小さくなる。FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA. The first gas guide means 10 is constituted by storing three tubes 10a, 10b and 10c branched from a common mother tube 12 in a portion obtained by partially deforming a quartz reaction tube into a bag shape. That is, in the case of CVD using three kinds of gases, when the reaction gas is guided by one tube, the reaction gas reacts before jetting, so that the first gas guiding means is formed by the three tubes. . It is preferable that the total area of the ejection holes of the first gas guide means 10 is smaller than the cross-sectional area of the mother pipe. Further, the inner wall of the quartz reaction tube and the tube 10
Since the curve connecting the insides of a, b, and c is circular, the wafer 5
A circular annular gap 47 is left between the outer peripheral edge and the outer peripheral edge. The gap 47 is formed in the substrate 18 (FIG. 5) or the annular body 18 (FIG. 6,
7), the reaction gas is prevented from rising or flowing downward, and an ideal laminar flow state can be realized. The second gas guide means 20 is located in a direction opposite to the tube 10 of the first gas guide means about the center axis of the wafer. Therefore, for example, the tube 10a,
A straight line connecting the center of the wafer and the second gas guiding means 20 can be drawn. The second gas guiding means 20 is a box connecting the outer arc-shaped portion 20a, the inner wall 2a of the reaction tube having the suction hole 21 formed vertically and the side portion 20c (see FIG. 2),
By guiding the reaction gas through the internal flow path 20b, mixing with the gas in the furnace and diffusion into the furnace are avoided. FIG.
As shown in (2), two partition plates 20d are provided in the second gas guide means 20 along the gas flow path 20b so that the suction flow rates from the upper and lower wafers are substantially equal. Therefore, the flow distance of the reaction gas from the upper wafer becomes longer and the flow resistance becomes larger. Therefore, the flow resistance becomes smaller by increasing the cross-sectional area.
【0030】図5は第1発明の装置の実施例を示し、図
2の装置では省略したウェーハ5の支持構造を図示して
いる。すなわち、石英円板などよりなる基板18にピン
19を等角度で4個、6個などの適切な本数突設してウ
ェーハ5を下側から支える。この支持方法では、ウェー
ハ5は中心で支持されていないので反る傾向があるが、
12インチウェーハでも900℃以下の加熱温度であれ
は、問題になる程度の反りは生じない。ピン19の高さ
は、ウェーハ昇降機構30が下降してウェーハ5が炉外
に移動した際にウェーハ5と基板18の間にフォーク2
6が出入りできるような値である。また、基板18と反
応管内壁の間の間隙は、各ウェーハ5上面に平行に噴出
された反応ガス流が当該ウェーハの上下のウェーハに流
れ難い狭い間隙となっている。なお27はウェーハの位
置ずれを妨げるストッパーである。基板18全体は2本
の直立支柱45に連結されており、直立支柱45は回転
軸体32(図2)を介してウェーハの回転駆動手段に連
接されている。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(第1の孔
部)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20に向かって
流れる。FIG. 5 shows an embodiment of the apparatus of the first invention, and shows a supporting structure of the wafer 5 which is omitted in the apparatus of FIG. That is, four or six pins 19 are provided at equal angles on a substrate 18 made of a quartz disk or the like to support the wafer 5 from below. In this supporting method, since the wafer 5 is not supported at the center, it tends to be warped.
Even at a heating temperature of 900 ° C. or less, even a 12-inch wafer does not cause warping to a problem. When the wafer elevating mechanism 30 is lowered and the wafer 5 is moved out of the furnace, the height of the pin 19 is set between the fork 2 and the substrate 18.
6 is a value that allows entry and exit. Further, the gap between the substrate 18 and the inner wall of the reaction tube is a narrow gap in which the flow of the reaction gas ejected in parallel to the upper surface of each wafer 5 does not easily flow to the wafers above and below the wafer. Reference numeral 27 denotes a stopper for preventing the wafer from shifting. The whole substrate 18 is connected to two upright supports 45, and the upright supports 45 are connected to the rotation driving means of the wafer via the rotary shaft 32 (FIG. 2). Reference numeral 17 denotes a gas nozzle (first hole) formed of a first hole formed in a wall of the first gas guiding means 10. The reaction gas ejected from the gas nozzle 17 flows toward the second gas guide means 20 as shown by the arrow.
【0031】図6及び7は第2発明の装置の一実施例を
示し、図2の装置では省略したウェーハ5の支持構造を
図示している。図6は図7の矢視図、図7は図6の矢視
図(但し、ウェーハは図示を省略)である。直径方向で
180°反対位置に設けられた1対の直立支柱45に固
着した環状板28の一部に、ウェーハ装入出部材が出入
りする切欠きを形成する。環状板28の外側が厚く、内
側が薄い段付構造とし、内側から上向きに突出したその
ピン29aでウェーハ5を点接触方式で支持する。環状
板28とウェーハ5が上下の仕切板となって、いずれか
の第1の孔部17から噴出される反応ガスがウェーハ5
より上下に流散することを阻止する。27、28、29
及び45から構成されるウェーハ支持治具は一体となっ
て、炉外に搬出され、図7で仮想線で示したフォーク2
6がウェーハの出し入れを行う。噴出ガスノズル17か
ら流れる反応ガスはウェーハ5の裏面と接触してウェー
ハ下面にもポリSi膜などを形成する。FIGS. 6 and 7 show an embodiment of the apparatus of the second invention, and show a support structure of the wafer 5 which is omitted in the apparatus of FIG. 6 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. 7, and FIG. 7 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. 6 (however, the wafer is not shown). A notch through which the wafer loading / unloading member enters and exits is formed in a part of the annular plate 28 fixed to a pair of upright columns 45 provided at positions 180 ° opposite to each other in the diameter direction. The annular plate 28 has a stepped structure in which the outside is thick and the inside is thin, and the pins 29a projecting upward from the inside support the wafer 5 in a point contact manner. The annular plate 28 and the wafer 5 serve as upper and lower partition plates, and the reaction gas ejected from any one of the first holes 17 is supplied to the wafer 5.
Prevent it from escaping up and down. 27, 28, 29
And 45 are integrally carried out of the furnace, and the fork 2 shown in phantom lines in FIG.
6 takes in and out of the wafer. The reaction gas flowing from the jet gas nozzle 17 comes into contact with the back surface of the wafer 5 and forms a poly-Si film or the like also on the lower surface of the wafer.
【0032】図5の治具と図6,7の治具の対照的特長
は次のとおりである。 (1)図5の治具は、膜厚分布に対する要求が厳しい膜
の成長に適し、またSiH4とNH3により生成するHTO膜
などのように膜厚が変動し易い膜の成長に適している。
図6、7の治具は、環状板28に切欠けがあるために、
膜厚分布が大きくなり易い。したがって、図6、7の治
具は、膜厚分布に対する要求が緩やかな膜の成長あるい
はSi3N4のように膜厚が変動し難い膜を多数のウェー
ハに成長することに適している。The contrasting features of the jig of FIG. 5 and the jigs of FIGS. 6 and 7 are as follows. (1) The jig of FIG. 5 is suitable for the growth of a film having a strict requirement for the film thickness distribution, and is suitable for the growth of a film whose film thickness tends to fluctuate, such as an HTO film generated by SiH 4 and NH 3. I have.
The jigs in FIGS. 6 and 7 have cutouts in the annular plate 28,
The film thickness distribution tends to be large. Therefore, the jigs shown in FIGS. 6 and 7 are suitable for growing a film having a gradual demand for the film thickness distribution or for growing a film whose film thickness is unlikely to fluctuate, such as Si3N4, on a large number of wafers.
【0033】図8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1
0a,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。FIG. 8 schematically shows a reaction gas flow ejected from the first gas guide means. That is, the fan-shaped pattern is deformed as the reactant gas flow is slightly bent in the rotation direction of the wafer (not shown), and the gas flow is diffused somewhat in the width direction. I have. As shown in the figure, the reaction gas flows on the wafer surface by jetting and suctioning, not by entrainment. A different type of reaction gas such as silane, phosphine, diborane, or the like, or the same type of reaction gas can be flowed from the tubes 10a, 10b, and 10c of the first gas guide means.
The pipe 1 is set so that the jet gas flow has an angle θ of 30 to 40 °.
It is preferable to eject from 0a, 10b, 10c. Since the concentration of the reaction gas in contact with the wafer 5 is locally reduced, the wafer 5 is rotated to rotate the wafer 5.
The film growth on the surface is made uniform.
【0034】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。このパージガスが隙間47(図
4)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。Returning to FIG. 2 again, reference numeral 15 denotes a purge gas introduction pipe, which is used to supply a small amount of a non-reactive gas such as N 2 or an inert gas such as Ar to flow a small amount of a reactive gas into the lower part of the furnace. This prevents particles from being generated in the lower part of the furnace. If a large amount of the purge gas blows up from the gap 47 (FIG. 4), the flow of the above-described reaction gas is disturbed. Therefore, the purge amount is made extremely small and / or the exhaust gas is exhausted from a pipe provided at the position 15 '. There is a need to.
【0035】図9には一実施例に係る第1のガス案内手
段を示す。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
9(噴出孔の図示は省略している)に示すように、第1
のガス案内手段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。FIG. 9 shows first gas guide means according to one embodiment. The gas supply source may be common to each of these parts, or may be individual for each part. Specifically, as shown in FIG. 9 (illustration of the ejection holes is omitted), the first
The gas guide means 10 branches the mother pipe 12 into two branches, one branch part 10a is extended upward, the other branch part 10b is temporarily extended upward and then turned 180 ° to extend downward ( 10b (1) ), the upwardly extending portion 10a and the downwardly extending portion (10b (1) ) have an outlet 11 for reactant gas.
Can be formed by the number of wafer intervals. If the reactant gas flows out only from the upward extension 10a, the gas flow distribution increases in the lower wafer, but by providing the downward extension 10b (1) , such a gas flow distribution is averaged. be able to. Further, when the total area of the ejection holes is substantially equal to or less than the sectional area of the mother pipe, more preferable results can be obtained.
【0036】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。図10には、図9よりも
コンパクトにした第1のガス案内手段10を示し、1本
の管体を平行反対方向に流れる二つの流路に仕切板10
pで区隔し、下向流路の末端を行止まりにしている。こ
れらの二流路のそれぞれに同一孔径の第1の孔部17を
形成しているために、ガス流量はウェーハ上下のウェー
ハに関して平均化される。Next, a more preferred embodiment of the apparatus according to the present invention will be described. The flow rate of the gas flowing from the ejection hole of the first gas guide means, which usually consists of a single pipe, decreases at the tip. To avoid this, the diameter of the ejection hole may be made larger or the inner diameter of the pipe may be made smaller at the tip, but accurate flow control is difficult to achieve. Therefore, it is preferable to equalize the gas flow rates from all the ejection holes by including a part for flowing the gas upward and a part for flowing the gas downward in the same gas guide means and arranging these parts in parallel. FIG. 10 shows the first gas guide means 10 which is more compact than that of FIG. 9, and shows a partition plate 10 in two flow paths flowing in one tube in parallel and opposite directions.
The end of the downward flow path is stopped at p. Since the first holes 17 having the same hole diameter are formed in each of these two flow paths, the gas flow rates are averaged for the upper and lower wafers.
【0037】以上説明した本発明の装置の種々の公知技
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。 (ハ)熱伝導性の良いSiC板にウェーハの下面全体を
支持し、上面に皮膜を成長させる。 (二)第2のガス案内手段による排気は加熱炉の上部に
ガスを案内してから行うことができる(特開平11−3
859号公報/図3参照)。排気部も炉内の均熱空間内
に位置させかあるいは反応温度とほぼ同じ温度とするこ
とにより排気部管壁に付着する反応膜質を反応部のもの
と同じにする。また、石英反応管頂部上方に排ガスが蛇
行するトラップ型ガス流路を形成することもできる(特
開平6−188209号公報)。このような排気方法に
よりパーティクルの発生を抑えることができる。Various known techniques of the apparatus of the present invention described above can be additionally applied. This includes: (A) Plasma cleaning known in Japanese Patent No. 2025683 of the present applicant is performed. In this case, it is preferable that all members exposed to the plasma inside the furnace body are made of quartz. (B) A cold-wall furnace is combined with a hot wool furnace (that is, a heating furnace according to the present invention) as is known from the applicant's utility model registration No. 30377794. (C) The entire lower surface of the wafer is supported on a SiC plate having good thermal conductivity, and a film is grown on the upper surface. (2) Evacuation by the second gas guide means can be performed after guiding the gas to the upper part of the heating furnace (Japanese Patent Laid-Open No. 11-3).
No. 859 / see FIG. 3). The exhaust portion is also located in the soaking space in the furnace or set at a temperature substantially equal to the reaction temperature so that the reaction film adhered to the exhaust portion tube wall is made the same as that of the reaction portion. Further, a trap type gas flow path in which the exhaust gas meanders can be formed above the top of the quartz reaction tube (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-188209). The generation of particles can be suppressed by such an exhaust method.
【0038】本発明の装置において、ポリシリコンのC
VD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。In the device of the present invention, the C
By performing VD growth, it is possible to grow at a growth rate of 300 to 2000 ° / min and a film thickness distribution within 2 to 5%. Further, when HTO CVD growth is performed, 30 to 150 °
/ Min and a film thickness distribution of 1 inch for an 8-inch wafer
Can grow at ~ 4%.
【0039】[0039]
【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。As described above, the present invention relates to
Alternatively, in a direct reaction process, a high-speed film formation process is performed on a wafer, and the uniformity of the film thickness is not inferior to the conventional method.
【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。FIG. 1 is a partial perspective view of a conventional hot wall heating furnace.
【図2】 本発明法を実施する一態様に係る加熱炉の断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a heating furnace according to one embodiment for carrying out the method of the present invention.
【図3】 図2のBB線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 2;
【図4】 図2のAA線の断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG.
【図5】 第1発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図2の部分拡大図である。FIG. 5 is a view showing a wafer support section of the first invention;
It is the elements on larger scale of FIG.
【図6】 第2発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図2の部分拡大図であり、図7の矢印に沿う断面図であ
る。FIG. 6 is a view showing a wafer support portion of the second invention;
FIG. 8 is a partial enlarged view of FIG. 2, and is a cross-sectional view along an arrow in FIG. 7.
【図7】 第2発明のウェーハ支持部を示す図であり、
図6の矢印に沿う平面図である。FIG. 7 is a view showing a wafer support portion of the second invention;
FIG. 7 is a plan view along an arrow in FIG. 6.
【図8】 反応ガス流を模式的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view schematically showing a reaction gas flow.
【図9】 第1のガス案内手段の一実施例を示す図面で
ある。FIG. 9 is a drawing showing an embodiment of the first gas guide means.
【図10】 第1のガス案内手段の別の一実施例を示す
図面である。FIG. 10 is a drawing showing another embodiment of the first gas guiding means.
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(第2の孔部) 22 排気管 24 支柱 26 フォーク 27 ストッパー 28 環状板 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 45 直立支柱 47 隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating furnace 2 Quartz reaction tube 3 Heater 4 Furnace body 5 Wafer 7 Wafer support jig 10 First tube body 12 Main pipe 15 Purge gas introduction nozzle 17 Gas nozzle (first hole) 18 Boat 19 Pin 20 Second gas Guide means 21 Intake hole (second hole) 22 Exhaust pipe 24 Post 26 Fork 27 Stopper 28 Annular plate 30 Wafer elevating device 31 Separator 32 Rotating shaft 33 Magnet or coil 34 Magnet or coil 35 Base 36 Rod 37 Hearth structure Body 38 Rod 39 Connecting part 40 Driving means 41 Pressure gauge 42 Tubular body 45 Upright support 47 Gap
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA06 AA13 BA29 BA40 BA44 BB03 CA04 CA12 EA06 GA02 GA06 GA12 KA04 5F045 AB03 AF03 BB03 BB09 DP19 DQ05 EE20 EF03 EF20 EG05 EM08 EM10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA06 AA13 BA29 BA40 BA44 BB03 CA04 CA12 EA06 GA02 GA06 GA12 KA04 5F045 AB03 AF03 BB03 BB09 DP19 DQ05 EE20 EF03 EF20 EG05 EM08 EM10
Claims (7)
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、前記反応ガスを炉内ガスと遮断
して炉内を半導体シリコンウェーハ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と、半導体シリコンウ
ェーハを5mm以上の間隔で下側から支える支持手段を設
けた板状基板と、ウェーハ面に直交する軸を中心として
前記板状基板を回転させる駆動手段と、前記半導体シリ
コンウェーハを加熱炉外で出し入れする際に該半導体シ
リコンウェーハと板状基板との間に進退可能なウェーハ
装入出部材とを含んでなることを特徴とする半導体装置
の製造装置。1. A heating furnace having a reaction tube therein, and a film formed by chemical vapor deposition or a direct reaction on a semiconductor silicon wafer positioned in a soaking space formed in the reaction tube and placed horizontally. And a first gas guide means for shutting off the reaction gas from the furnace gas and guiding the inside of the furnace to a position near the edge of the semiconductor silicon wafer. Means for injecting the reaction gas from the first gas guide means into the gap between the semiconductor silicon wafers at the above-mentioned position, a plate-like substrate provided with support means for supporting the semiconductor silicon wafer from below at intervals of 5 mm or more; Drive means for rotating the plate-like substrate about an axis perpendicular to the plane, and the semiconductor silicon wafer and the plate when the semiconductor silicon wafer is taken in and out of the heating furnace. Apparatus for manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a retractable wafer instrumentation and out member between the substrates.
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、前記反応ガスを炉内ガスと遮断
して炉内を半導体シリコンウェーハ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と、半導体シリコンウ
ェーハを周縁部にて下側から5mm以上の間隔で支える支
持手段と、この支持手段の一部を欠如して形成された欠
如部と、ウェーハ面に直交する軸を中心として前記支持
手段を回転させる駆動手段と、前記半導体シリコンウェ
ーハを加熱炉外で出し入れする際に該半導体シリコンウ
ェーハの下方に前記欠如部を介して進退可能なウェーハ
装入出部材とをさらに含んでなることを特徴とする半導
体装置の製造装置。2. A heating furnace having a reaction tube therein, and a film formed by chemical vapor deposition or a direct reaction on a semiconductor silicon wafer positioned in a soaking space formed in the reaction tube and placed horizontally. And a first gas guide means for shutting off the reaction gas from the furnace gas and guiding the inside of the furnace to a position near the edge of the semiconductor silicon wafer. Means for injecting the reaction gas from the first gas guide means into the gap between the semiconductor silicon wafers at the above-mentioned position, supporting means for supporting the semiconductor silicon wafer at the peripheral edge thereof at a distance of 5 mm or more from below, and this supporting means A driving means for rotating the supporting means about an axis perpendicular to the wafer surface; and a driving means for driving the semiconductor silicon wafer out of the heating furnace. Apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim through the lack portion below the semiconductor silicon wafer can further comprise a retractable wafer instrumentation and out member when placed.
に固着されかつ半導体シリコンウェーハを支持する突起
を含んでなることを特徴とする請求項2記載の半導体装
置の製造装置。3. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein said wafer supporting means includes a projection fixed on a main body thereof and supporting a semiconductor silicon wafer.
くは不活性ガスよりなるパージガス導入孔を設けたこと
を特徴とする請求項1から3までの何れか1項記載の半
導体装置の製造装置。4. The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 1, wherein a purge gas introduction hole made of a non-reactive gas or an inert gas is provided in a lower portion of said reaction tube. apparatus.
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とをさらに含んでな
ることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項記
載の半導体装置の製造装置。5. A reaction gas flowing out from between the semiconductor silicon wafers is sucked through a second hole formed in a wall surface facing the gap between the semiconductor silicon wafers, cut off from a gas in the furnace, and reaches outside the furnace. 5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second gas guiding means for guiding, and an exhaust means connected to the second gas guiding means. apparatus.
ェーハ間隙の各々対して設けた請求項5記載の半導体装
置の製造装置。6. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 5, wherein said second holes are provided for each of said semiconductor silicon wafer gaps.
ェーハ間隙の数個に対して1個設けた請求項5記載の半
導体装置の製造装置。7. An apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein one of said second holes is provided for several of said semiconductor silicon wafer gaps.
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