JP2004140320A - Chemical vapor deposition equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェハ面上に形成する薄膜の膜厚をばらつきを抑えて成膜できる化学的気相成長装置を提供すること。
【解決手段】化学的気相成長装置は、一端(上部)が閉じている外部容器管5と、この外部容器管5内に設置される反応室9となる内部容器管4と、この内部容器管4に収納されるボートと称せられる支持治具2と、外部容器管5を収納し、支持治具2にセットされたウェハ1を加熱するヒータ6を有する電気炉7などから構成され、この内部容器管4の内壁に、排気開口3が複数個設けられている。この排気開口3でラジカルなガスを排気して、厚さばらつきの少ない薄膜をウェハ1に成膜できる。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of forming a thin film formed on a wafer surface while suppressing variation in film thickness.
Kind Code: A1 Abstract: A chemical vapor deposition apparatus comprises: an outer container tube 5 having one end (upper portion) closed; an inner container tube 4 serving as a reaction chamber 9 installed in the outer container tube 5; A support jig 2 called a boat accommodated in the tube 4 and an electric furnace 7 having a heater 6 for accommodating the external container tube 5 and heating the wafer 1 set in the support jig 2 are provided. A plurality of exhaust openings 3 are provided on the inner wall of the inner container tube 4. By exhausting the radical gas through the exhaust opening 3, a thin film having a small thickness variation can be formed on the wafer 1.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の表面に薄膜を形成する化学的気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスは、半導体基板に多結晶シリコン膜、金属膜および絶縁膜など各種薄膜を積層して形成されるが、その成膜方法として化学的気相成長法が多用されている。
図10は、従来のバッチ式の化学的気相成長装置の要部構成図であり、同図(a)は全体図、同図(b)はウェハをセットした支持治具(ボート)の斜視図である。
化学的気相成長装置(CVD装置:Chemical Vapor Deposition装置)は、一端(上部)が閉じている外部容器管5と、この外部容器管5内に設置される、内部が反応室9となる内部容器管4と、この内部容器管4に収納されるボートと称せられる支持治具2と、外部容器管5を収納し、支持治具2にセットされたウェハ1(基板)を加熱するヒータ6を有する加熱炉7などから構成されている。また、支持治具2は、支持台24と、この支持台24にウェハ1を矢印Hの方向からセットできるように配置された複数本の支柱25とこれらの支柱25を途中で支える支え板26で構成される。
【0003】
支持治具2にウェハ1を多数枚、狭間隔で列状に配置し、この支持治具2を内部容器管4内に挿入し、外部容器管5の開口部(下部)に蓋8をして、密封し、外部容器管5内を減圧雰囲気にして、反応性ガスとキャリアガスを、下部に設置されているガス流入口10から内部容器管4(反応室9)に導入し、上部に流れて来たこれらのガス流12を内部容器管4の壁面と外部容器管5の壁面で挟まれた隙間を通して、ガス排気口11から、図示しない真空ポンプで吸引して排気する。
図10においては、下方から上方にガス流12が流れるので、下方が源流領域21となり、上方が下流領域23となり、中間が中流領域22となる。
【0004】
この成膜方法は、ナノメートルオーダーの薄膜を比較的低温で制御性よく成長させることができる、優れた方法である。例えば、MOS型トランジスタのゲート電極の材料として適用される多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)は、炉内温度550℃、真空度100Paの雰囲気中に、モノシラン(SiH4 )ガスを1000sccm、キャリアガスとして窒素(N2)ガス200sccmとともに注入すると約30Å/分の成膜速度でウェハ1に堆積する。
上記の成膜速度下では、1枚ずつ処理する図示しない枚葉式の装置ではウェハ1上の膜厚の均一性は優れるが生産性を上げられないので、通常は50枚から200枚程度のウェハ1を同時に1回で処理するバッチ処理ができるバッチ式の装置が用いられる。このバッチ処理では、多数枚のウェハ1を、温度均一性の良い領域に配置するため、できるだけ小さな間隔でウェハ1を順次平行に並べ、その周辺部に反応性ガスをキャリアガスとともに流すという構成をとる。
【0005】
このような構成において、膜厚分布が改善された化学的気相成長装置が、例えば、特許文献1に開示されている。図11に示すように図10で示した化学的気相成長装置の内部容器管4の内側に多数の孔の開いた内々管15を設け、反応性ガスを内々管15と内部容器管4の間に供給しガス流を内々管15の複数の開口部よりウェハ間隔の内部に拡散させるものである(特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開平3−22522号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの構成では、反応性ガスは源流領域21から下流領域23へと高温雰囲気に触れながら流れるので、その間に熱エネルギーを受けて化学変化を起こし、当初の反応性ガス以外の反応種もわずかながらも混ざってくる。この反応種は極めて反応性に富む反応種(ラジカルな反応種)であり、ウェハ1に触れるとともにポリシリコン薄膜として堆積してしまうために、ウェハ1上の膜厚の均一性が充分とれないという問題が生じる。
図12は、図10に示す化学的気相成長装置の内部容器管内の様子を示すモデル図である。このモデル図を用いて膜厚が不均一になるメカニズムを説明する。
【0008】
ポリシリコン成膜の場合、反応性ガスは100%SiH4ガスで、キャリアガスであるN2 ガスとともに反応室9である内部容器管4の下部から注入される。反応室9内ではウェハ設置領域にわたって550℃の均一温度に保たれており、その均一温度領域は150枚のバッチ装置では約800mmの長さがある。反応室9の下部から注入されたSiH4ガス13はこの長い高温領域で熱輻射やガス分子同士の衝突を受けて、以下の反応式に従って、一部はSiH2ガス14に変化する。
SiH4→ SiH2+H2
ここで、SiH2ガス14は、ラジカルなガスと呼ばれ、極めて反応性に富み、ウェハ1の表面にぶつかるだけで分解してシリコン膜として堆積する。つまり、SiH2はラジカルな反応種である。
【0009】
すなわち、SiH2ガス14のSiH4ガス13に対する相対濃度が高くなればなるほど、ウェハ1の外周部でSiH2ガス14からのポリシリコンの堆積が盛んになり、その部分での膜厚が増加し、結果としてウェハ1面内の膜厚が不均一になる。
実際、SiH2のSiH4に対する相対濃度(濃度割合)を求めると、源流領域21にあるウェハでは1×10−7程度以下であるのに対し、中流領域22にあるウェハでは3×10−7程度、下流領域23にあるウェハでは7×10−7程度と増加する。そのために、下流領域23の方が源流領域21より膜厚のばらつきが大きくなる。つまり、ウェハ面内の膜厚の不均一性は、熱エネルギーにより生成されるSiH2ガス14の量に依存する。
【0010】
図13は、ウェハ位置と膜厚の関係を示す図である。全体で150枚のウェハ1を支持治具2にセットし、反応性ガスが流入する側を源流領域21、中間を中流領域22、反応性ガスが流出する側を下流領域23の3領域に分割し、各領域に50枚のウェハをセットしてウェハ1上にポリシリコン膜を成膜する。このときの狭間隔は8mmである。成膜したポリシリコン膜の膜厚を、ウェハ1の中心を含む直線上の20点(−40mmから+40mmの間は10mm間隔、その外側では5mm間隔である)で、図14のX方向で測定する。この膜厚の測定は、源流領域21、中流領域22、下流領域23の3領域にセットされた各50枚のウェハで行う。つぎに、各領域のウェハ1の同一測定点での膜厚の平均値(50枚の平均値)を出し、この平均値を、ウェハ1の中心での膜厚の平均値(50枚の平均値)で割った値を、各測定点で、各領域での規格化した膜厚の平均値(以下、規格化平均膜厚値という)として示した。図中のGは源流領域、Hは中流領域、Iは上流領域の各測定点での規格化平均膜厚値である。
【0011】
前記したように、下流領域23の方が、反応性に富んだ反応種の割合が多くなるために、下流領域23で形成されるポリシリコン膜の規格化平均膜厚値のばらつきが1.5%と最大となり、源流領域21でも0.8%と大きなばらつきとなる。
このようなことは、図11においても同様にいえることである。
このように、ウェハ面内での薄膜の膜厚のばらつきが大きくなる場合の不都合について、薄膜としてポリシリコン膜を例に説明する。
図15は、トレンチ溝の場合の不都合を説明する図である。トレンチゲートのMOSFETなどのゲート電極を形成する場合、ゲート絶縁膜52で被覆されたトレンチ溝53をポリシリコン膜51で充填して形成するが、ラジカルな反応種(SiH2 )があると、トレンチ溝53が上部で塞がれて、トレンチ溝53内部に空洞54ができて、ゲート抵抗が増大する不具合を生じる。尚、図中の55はウェル領域で、56はソース領域である。
【0012】
図16は、プレーナの場合の不都合を説明する図である。プレーナ型の縦型のMOSFET(DMOS)などで、ゲート電極となるポリシリコン膜61の膜厚にばらつきがあると、ポリシリコン膜61をマスクとして、ウェル領域62の表面層にソース領域63を形成する場合に、薄い箇所(図では左側)では、ポリシリコン膜61をイオン注入不純物64が貫通して、チャネル部をドーピングして、しきい値電圧を変化させるという不都合が生じる。
このように、ウェハ1上に形成されるポリシリコン膜などの薄膜の膜厚がばらつくと半導体装置を製作する上で、前記したような不都合が生じる。
【0013】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ウェハ面上に形成する薄膜の膜厚を均一にできる化学的気相成長装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、加熱炉と、該加熱炉に収納され、一端が閉じている外部容器管と、該外部容器管に収納され、両端が開口している内部容器管と、該内部容器管に収納され、複数の基板を列状に配置する支持治具とを具備し、内部容器管の壁面と、前記基板を配置した支持治具との間に反応性ガスを流して前記基板上に薄膜を形成する化学的気相成長装置において、内部容器管の壁面に前記反応性ガスの一部を排気する排気開口を有するものとする。
または、前記内部容器管は多重に形成され、少なくとも最も内側の内部容器管の壁面に前記反応性ガスの一部を排気する排気開口を有するものとする。
【0015】
また、前記排気開口が、水平方向で前記内部容器管の中心に対称に形成されたものとする。
また、前記内部容器管の壁面がメッシュ状に形成された複数の前記排気開口を有するものとする。
または、前記内部容器管が基板の列方向で複数の領域に分けられ、各内部容器管に反応性ガスの内部供給口および内部排気口を備えているものとする。
前記支持治具に遮蔽板を備え、この遮蔽板により内部容器管内を複数の領域に分けるものとする。
【0016】
前記内部容器管の複数の領域それぞれに供給される反応性ガスの反応性ガス供給管を備え、該反応性ガス供給管の前記外部容器管から前記内部容器管までの距離がほぼ等しいものとする。
前記内部容器管に前記反応性ガスを供給する反応性ガス供給管を備え、該反応性ガス供給管は前記内部容器管の各領域にほぼ水平方向の前記加熱炉の外部から前記外部容器管を介して前記内部容器管に達するものとする。
または、前記反応性ガスを外部容器管内の雰囲気温度と同程度の温度とする温度調節手段を有するものとする。
【0017】
また、前記内部容器管に反応性ガスを供給するための反応性ガス供給管の内径を50mm以下にするものとする。
ここで、反応性ガスを外部容器管内の雰囲気温度と同程度まで予め昇温する目的は、内部容器管を複数個に分け反応室が短くなったため、室温の反応性ガスを直接反応性室内に供給すると反応室内の温度分布が大きくなってしまい、薄膜の成長速度に分布が生じてしまうからである。また、反応性ガス供給管の内径を50mm以下にするのは、反応性ガス供給管を高温に保つとその中でラジカルな反応種が生成するため、このままでは却って反応室内での薄膜ばらつきが大きくなってしまう。ラジカルな反応種の拡散距離は反応温度領域で25mmであることから、反応性ガス供給管の内径を50mm以下にすることにより反応性ガス供給管の中で発生したラジカルな反応種を反応性ガス供給管の内壁に付着させ、消滅させることができるのである。
【0018】
このように、バッチ式の化学的気相成長装置において、この装置の反応室となる内部容器管の壁面と基板列との間の空間(ガス流路になる)において熱エネルギーで生成されるSiH2が、基板表面に侵入する確率を低下させることでウェハ1上の薄膜の膜厚均一性を向上させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の第1実施例の化学的気相成長装置の要部構成図で、図10と同一箇所には同一符号を記した。図2は、図1の内部容器管の斜視図である。この実施例は、内部が反応室9となる内部容器管4の壁面に排気開口3を設けた例であり、ウェハ1にポリシリコン膜を堆積する場合を示した例である。
化学的気相成長装置は、一端(上部)が閉じている外部容器管5と、この外部容器管5内に設置される反応室9となる排気開口3を有する内部容器管4と、この内部容器管4に収納されるボートと称せられる支持治具2(図10(b)に示す)と、外部容器管5を収納し、支持治具2にセットされたウェハ1(基板)を加熱するヒータ6を有する加熱炉7などから構成されている。内部容器管4には、図2に示すような排気開口3が形成されており、この排気開口3から反応性ガスの一部を排気する。前記したラジカルな反応種は、下流領域に行くに従って増加するため、よりばらつきを抑えて成膜するためには、ガス流の方向に対して均一に反応性ガスの一部を排気する必要がある。よって、排気開口3は、水平方向に内部容器管の中心に対称に形成されている。さらには、水平方向において所定の間隔を有する複数の排気開口3を形成するのがよい。この実施例では、ガス流方向に100mm間隔ごとに8個の排気開口を均等の間隔で形成した。
【0020】
ポリシリコン膜の成膜においては、従来技術で示した条件と同条件で形成した。支持治具2にウェハ1を多数枚、列状に配置し、この支持治具2を内部容器管4内に挿入し、外部容器管5の開口部(下部)に蓋8をして、密封し、外部容器管5内を減圧雰囲気にして、反応性ガスであるSiH4ガスとキャリアガスであるN2ガスを、下部に設置されているガス流入口10から内部容器管4(反応室9)に導入し、上部に流れて来たガス流および排気開口3から流れて来たガス流を、内部容器管4の壁面と外部容器管5の壁面で挟まれた隙間を通して、ガス排気口11から図示しない真空ポンプで吸引して排気する。図においては、下方から上方にガス流が流れるので、下方が源流領域21となり、上方が下流領域23で、中間が中流領域22となる。
【0021】
図3は、図1に示す化学的気相成長装置の内部容器管内の様子を示すモデル図である。ガス流12は、源流側から下流側へ流れる。前記の排気開口3は、水平方向において内部容器管5の中心に対称に形成されている。内部容器管5に排気開口3を設けることにより、内部容器管の壁面からSiH4ガスの一部を排気し、それとともに内部容器管の壁面と基板列との間の空間(ガス流路になる)において熱エネルギーにより生成されるラジカルな反応種も排気するため、当該ラジカルな反応種が基板の間隙に侵入する確率を低減することができ、その濃度が、SiH2ガス14の濃度の上昇を抑制することで、ガス13により、ウェハ1内でのポリシリコン膜の膜厚を均一化できる。
【0022】
なお、ここでは薄膜として、ポリシリコン膜を挙げたが、窒化膜や酸化膜の場合も本発明のように、ラジカルな反応種が隣り合う基板の相対する面の間に侵入する確率を低下させるため、内部容器管5に排気開口3を形成することは有効であると推測される。
図4は、図1の化学的気相成長装置を用いてウェハにポリシリコン膜を成膜したときの、膜厚分布である。
全体で150枚のウェハ1を支持治具2にセットし、反応性ガスが流入する側を源流領域21、中間を中流領域22、反応性ガスが流出する側を下流領域23の3領域に分割し、各領域に50枚のウェハ1をセットしてウェハ1上に薄膜としてポリシリコン膜を成膜する。成膜したポリシリコン膜の膜厚を、図14に示すようにウェハ1の中心を含む直線上の20点(−40mmから+40mmの間は10mm間隔、その外側では5mm間隔である)で測定する。
【0023】
この膜厚の測定は、源流領域21、中流領域22、下流領域23の3領域にセットされた各50枚のウェハで行う。つぎに、各領域の同一測定点での膜厚の平均値を出し、この平均値を、ウェハ1の中心の膜厚の平均値で割った値を、各測定点での各領域での規格化した膜厚の平均値(規格化平均膜厚値)として示した。図中のAは源流領域、Bは中流領域、Cは下流領域の各測定点での規格化平均膜厚値である。
排気開口3よりラジカルな反応種が排気されるために、下流領域Cで形成されるポリシリコン膜の規格化平均膜厚値のばらつきは0.7%と小さくなる。しかも、図示しないが下流領域Cでの規格化した膜厚の最大値(規格化最大膜厚値)のばらつきも、この規格化平均膜厚値のばらつきの約1.4倍程度で、1%と小さなばらつきになる。
【0024】
このように、排気開口3を設けることで、薄膜の膜厚を1%以下の面内ばらつきに抑え込むことができるようになり、デバイス特性の均一性を大きく伸ばすことができるようになる。
図5は、この発明の第2実施例の化学的気相成長装置の要部構成図である。
第1実施例と異なる点は、内部容器管4が2重に形成されている点である。
内側の内部容器管には、第1の実施例と同様に排気開口3が設けられており、この排気開口3からラジカルな反応種の排気を行う。
この装置内で発生するラジカルな反応種は、下流領域に行くに従って増加するので、下流領域に行くに従って排気能力を高めることが望まれる。内部容器管を2重管とし、内側に排気開口を形成し、内部容器管の上部に排気口を設けることで下流領域からの排気能力を高めることができる。この実施例では、上部の排気口が外部容器管に対向しているため、よりラジカルな反応種の排気能力を高めることができる。ここでは、内部容器管が2重の場合を示したが、3重以上であってももちろんかまわない。
【0025】
図6は、この発明の第3実施例の化学的気相成長装置の内部容器管の要部拡大図である。排気開口3がメッシュ状に形成されたものである。このようにメッシュ状に形成しても、均一性を向上した成膜を行うことができる。
図7は、この発明の第4実施例の化学的気相成長装置の要部構成図であり、(a)は全体図、(b)はウェハをセットした支持治具の斜視図であり、図10と同一箇所には同一符号を記した。
この実施例は、内部容器管4が複数の領域43,44および45に分けられた例であり、ウェハ1にポリシリコン膜を堆積する場合を示した例である。
【0026】
化学的気相成長装置は、一端(上部)が閉じている外部容器管5と、この外部容器管5内に設置される反応室9となる内部容器管4と、遮蔽板27を備え該遮蔽板27により内部容器管4を3つの領域に分離する支持治具2と、外部容器管5を収納し支持治具2にセットされたウェハ1(基板)を加熱するヒータ6を有する加熱炉7と、内部容器管4の各領域に反応性ガスを供給する内径が45mmの反応性ガス供給管16などから構成される。
内部容器管4は、各領域に反応性ガスの流し込み口である内部供給口41と排気ガスの取り出し口である内部排気口42を備えている。内部供給口41は反応性ガス供給管16とつながっており、反応性ガス供給管16は石英からなり加熱炉7,外部容器管5および内部容器管4に形成した貫通口に挿入し、外部容器管5および内部容器管4とそれぞれ融着させる。
【0027】
また、支持治具2は、支持台24,支柱25および遮蔽板27とからなり、遮蔽板27により分けられた領域にウェハ1を配置する。支持治具2に設けた遮蔽板27により内部容器管4を複数に分けるものである。また、支持治具2を回転させながら薄膜の成膜を行うことができる。
内部容器管4の各領域43,44および45は、遮蔽板27と内部容器管4との間の隙間でつながっており完全に分離はされていないが、遮蔽板27を備えることにより、ほとんどの反応性ガスが内部排気口42から排気され、遮蔽板27と内部容器管4の間の隙間を通って隣接する領域に反応性ガスが導入されることを抑制できる。
【0028】
反応性ガスを外部容器管5内の雰囲気温度と同程度まで予め昇温する手段は、反応性ガス供給管16を加熱する構成であればよく、本実施例では、加熱炉7のヒータ6が反応ガスを昇温する手段を兼ねている。
ポリシリコン膜の成膜においては、従来技術で示した条件と同条件で成膜した。
支持治具2にウェハ1を多数枚、列状に配置し、この支持治具2を内部容器管4内の領域に挿入し、外部容器管5の開口部(下部)に蓋8をして、密封し、該部容器管5を減圧雰囲気にして、反応性ガスであるSiH4ガスとキャリアガスであるN2ガスを、図示しないそれぞれのタンクから供給し混合した反応性ガスを反応性ガス供給管16に導入し、内部容器管4の各領域43,44および45に導入する。内部排気口42から流れて来たガス流を、内部容器管の壁面と外部陽気管5の壁面で挟まれた隙間を通して、ガス排気口11から図示しない真空ポンプで吸引して排気する。図においては下方から上方にガス流が流れるので、各領域43,44および45それぞれにおいて、下方が源流領域21となり、上方が下流領域23で、中間が中流領域22となる。
【0029】
このような構成とすることにより、反応室9となる内部容器管4の壁面と基板列との間の空間(ガス流路になる)で熱エネルギーにより生成されるSiH2を減らすことにより、基板の表面に侵入する確率を低下させることで、ウェハ1上の薄膜の膜厚均一性を向上させることができ、ウェハ1に堆積するポリシリコン膜の膜厚の面内ばらつきを従来の1/2程度に改善することができる。
図8は、図7の化学的気相成長装置を用いてウェハ1にポリシリコン膜を成膜したときの、膜厚分布である。
全体で180枚のウェハ1を3等分し、60枚ずつを内部容器管4の各領域の支持治具2にセットし、各領域43,44および45において反応性ガスが流入する側を源流領域、中間を中流領域、反応性ガスが流出する側を下流領域の3領域に分割し、ウェハ1上に薄膜としてポリシリコン膜を成膜する。成膜したポリシリコン膜の膜厚を、図14に示すようにウェハ1の中心を含む直線上の20点(−40mmから+40mmの間は10mm間隔、その外側では5mm間隔である)で測定する。
【0030】
この膜厚の測定は、領域45の源流領域21、中流領域22、下流領域23の3領域にセットされた各20枚のウェハで行った。
各領域の同一測定点での膜厚の平均値を出し、この平均値を、ウェハ1の中心の膜厚の平均値で割った値を、各測定点での各領域での規格化した膜厚の平均値(規格化平均膜厚値)として示した。図中のDは源流領域、Eは中流領域、Fは下流領域の各測定点での規格化平均膜厚値である。
ラジカルな反応種がウェハ1上に侵入しにくくなるために、下流領域Fで形成されるポリシリコン膜の規格化平均膜厚値のばらつきは0.7%と小さくなる。しかも、図示しないが下流領域Fでの規格化した膜厚の最大値(規格化最大膜厚値)のばらつきも、この規格化平均膜厚値のばらつきの約1.2倍程度で、1%と小さなばらつきになる。
【0031】
図9は、この発明の第5実施例の化学的気相成長装置の要部構成図である。図7と同一箇所には同一符号を記した。
この実施例は、第4実施例と同様に内部容器管4が複数の領域43,44および45に分けられた例である。
第4実施例と異なる点は、反応ガス供給管16が外部容器管5の下方から外部容器管5と内部容器管4の間を通って、内部容器管の各領域43,44および45にそれぞれ接続されている点である。
第4実施例に比べ、外部容器管5内での反応性ガス供給管16の長さが長くなるために、ラジカルな反応種の生成量が第4実施例に比べ多くなるが、反応性ガス供給管16の中では反応性ガスの流速が大きいため反応性ガス供給管16内での反応性ガスの滞留時間が短く、ラジカルな反応種の生成量が低く抑えられ、また、反応性ガス供給管16の内径を50mm以下とすることにより、ラジカルな反応種の捕獲も行うため、図10のような従来技術に比べラジカルな反応種の生成量は低く抑えられる。さらに、内部容器管4は複数の領域に分かれているため、従来に比べ膜厚のばらつきが小さい薄膜を成膜することができる。
【0032】
また、本実施例では、ウェハ1を支持治具2に配置された石英や炭化珪素からなる薄板17の上に積載した。この場合、薄板17は、ウェハ1と略相似形状に形成し、ウェハ1は薄板17と互いの中心が合致するように積載することにより、薄板17の外周部でラジカルな反応種を捕獲することができるためよりばらつきの少ない薄膜を生膜することができる。もちろん、第4実施例のように、支持治具2に直接ウェハ1を配置する構成としてもよい。逆に、上述した他の実施例において、薄板17を配置する構成としてもよい。
【0033】
【発明の効果】
この発明により、ラジカルな反応種を排気する排気開口を、反応室である内部容器管の壁面に形成すること、または、内部容器管を複数の領域に分け、各内部容器管に反応性ガスの流し込み口と排気ガスの取り出し口を備えることにより、基板に堆積する薄膜の膜厚均一性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の化学的気相成長装置の要部構成図
【図2】この発明の内部容器管の実施例の斜視図
【図3】内部容器管内の様子を示すモデル図
【図4】図1の化学的気相成長装置を用いてウェハにポリシリコン膜を成膜したときの膜厚分布図
【図5】この発明の第2実施例の化学的気相成長装置の要部構成図
【図6】この発明の第3実施例の化学的気相成長装置の内部容器管の要部拡大図
【図7】この発明の第4実施例の化学的気相成長装置の要部構成図
【図8】図7の化学的気相成長装置を用いてウェハにポリシリコン膜を成膜したときの膜厚分布図
【図9】この発明の第5実施例の化学的気相成長装置の要部構成図
【図10】従来のバッチ式の化学的気相成長装置の要部構成図であり、(a)は全体図、(b)はウェハをセットした支持治具の斜視図
【図11】従来のバッチ式の化学的気相成長装置の要部構成図
【図12】図10の縦型ポリシリコン化学的気相成長装置の内部容器管内の様子を示すモデル図
【図13】ウェハ位置と膜厚の関係を示す図
【図14】ウェハ上のポリシリコン膜の膜厚を測定する箇所を示す図
【図15】トレンチ溝の場合の不都合を示す図
【図16】プレーナの場合の不都合を示す図
【符号の説明】
1 ウェハ
2 支持治具
3 排気開口
4 内部容器管
5 外部容器管
6 ヒータ
7 加熱炉
8 蓋
9 反応室
10 ガス流入口
11 ガス排出口
12 ガス流[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on a surface of a substrate.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor device is formed by stacking various thin films such as a polycrystalline silicon film, a metal film, and an insulating film on a semiconductor substrate, and a chemical vapor deposition method is often used as a film forming method.
FIGS. 10A and 10B are main part configuration diagrams of a conventional batch type chemical vapor deposition apparatus. FIG. 10A is an overall view, and FIG. 10B is a perspective view of a support jig (boat) on which a wafer is set. FIG.
The chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus: Chemical Vapor Deposition apparatus) includes an
[0003]
A large number of
In FIG. 10, since the
[0004]
This film forming method is an excellent method capable of growing a thin film on the order of nanometers at a relatively low temperature with good controllability. For example, a polycrystalline silicon film (polysilicon film) applied as a material for a gate electrode of a MOS transistor is formed by using monosilane (SiH) in an atmosphere at a furnace temperature of 550 ° C. and a degree of vacuum of 100 Pa.4) 1000 sccm gas and nitrogen (N2) When the gas is injected together with 200 sccm, the gas is deposited on the
Under the above-described film forming speed, a single-wafer type apparatus (not shown) that processes one sheet at a time has excellent uniformity of the film thickness on the
[0005]
In such a configuration, a chemical vapor deposition apparatus in which the film thickness distribution is improved is disclosed in, for example,
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-3-22522
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these configurations, the reactive gas flows from the
FIG. 12 is a model diagram showing a state inside the inner container tube of the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. The mechanism by which the film thickness becomes non-uniform will be described using this model diagram.
[0008]
In the case of polysilicon film formation, the reactive gas is 100% SiH4Gas, carrier gas N2Injected together with the gas from the lower part of the
SiH4→ SiH2+ H2
Where SiH2The
[0009]
That is, SiH2SiH of
In fact, SiH2SiH4The relative concentration (concentration ratio) with respect to is 1 × 10-7On the other hand, for the wafer in the
[0010]
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the wafer position and the film thickness. A total of 150
[0011]
As described above, in the
Such a thing can be said similarly in FIG.
The inconvenience in the case where the variation in the thickness of the thin film in the wafer surface becomes large as described above will be described using a polysilicon film as an example of the thin film.
FIG. 15 is a diagram for explaining inconvenience in the case of a trench groove. When a gate electrode such as a MOSFET of a trench gate is formed, a
[0012]
FIG. 16 is a diagram for explaining inconvenience in the case of a planar. If the thickness of the
As described above, if the thickness of the thin film such as the polysilicon film formed on the
[0013]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of making the thickness of a thin film formed on a wafer surface uniform.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a heating furnace, an outer container tube housed in the heating furnace, one end of which is closed, an inner container tube housed in the outer container tube, and open at both ends, A support jig accommodated in the inner container tube and arranging a plurality of substrates in a row is provided, and a reactive gas flows between the wall surface of the inner container tube and the support jig where the substrate is arranged. In a chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on a substrate, an exhaust opening for exhausting a part of the reactive gas is provided on a wall surface of an inner container tube.
Alternatively, the inner container pipe may be formed in multiple layers, and may have an exhaust opening for exhausting a part of the reactive gas on at least a wall surface of the innermost inner container pipe.
[0015]
Further, it is assumed that the exhaust opening is formed symmetrically at the center of the inner container tube in the horizontal direction.
Further, it is assumed that the inner container pipe has a plurality of exhaust openings in which a wall surface is formed in a mesh shape.
Alternatively, the inner container tube is divided into a plurality of regions in the row direction of the substrate, and each inner container tube has an internal supply port and an internal exhaust port for the reactive gas.
The support jig is provided with a shielding plate, and the inside of the inner container tube is divided into a plurality of regions by the shielding plate.
[0016]
A reactive gas supply pipe for a reactive gas supplied to each of the plurality of regions of the inner container pipe is provided, and the distances of the reactive gas supply pipes from the outer container pipe to the inner container pipe are substantially equal. .
A reactive gas supply pipe for supplying the reactive gas to the inner container pipe, wherein the reactive gas supply pipe connects the outer container pipe from the outside of the heating furnace in a substantially horizontal direction to each region of the inner container pipe. Through the inner container tube.
Alternatively, a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the reactive gas to about the same as the ambient temperature in the outer container tube is provided.
[0017]
Further, the inner diameter of the reactive gas supply pipe for supplying the reactive gas to the inner container pipe is set to 50 mm or less.
Here, the purpose of preliminarily raising the temperature of the reactive gas to about the same as the ambient temperature in the outer vessel tube is to divide the inner vessel pipe into a plurality of sections and shorten the reaction chamber. This is because, if supplied, the temperature distribution in the reaction chamber becomes large, and a distribution occurs in the growth rate of the thin film. In addition, the reason why the inner diameter of the reactive gas supply pipe is set to 50 mm or less is that when the reactive gas supply pipe is kept at a high temperature, radical reactive species are generated therein, and if it is left as it is, the variation in the thin film in the reaction chamber becomes large. turn into. Since the diffusion distance of the radical reactive species is 25 mm in the reaction temperature range, by setting the inner diameter of the reactive gas supply pipe to 50 mm or less, the reactive species generated in the reactive gas supply pipe can be reacted with the reactive gas. It can adhere to the inner wall of the supply pipe and be extinguished.
[0018]
As described above, in a batch type chemical vapor deposition apparatus, SiH generated by thermal energy in a space (a gas flow path) between a wall surface of an inner vessel tube serving as a reaction chamber of the apparatus and a substrate row.2However, the uniformity of the thin film on the
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. FIG. 2 is a perspective view of the inner container tube of FIG. This embodiment is an example in which the
The chemical vapor deposition apparatus includes an
[0020]
The polysilicon film was formed under the same conditions as those shown in the prior art. A large number of
[0021]
FIG. 3 is a model diagram showing a state inside the inner vessel tube of the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. The
[0022]
Here, a polysilicon film is used as the thin film. However, in the case of a nitride film or an oxide film, as in the present invention, the probability of radical reactive species entering between opposing surfaces of adjacent substrates is reduced. Therefore, it is presumed that forming the
FIG. 4 is a film thickness distribution when a polysilicon film is formed on a wafer using the chemical vapor deposition apparatus of FIG.
A total of 150
[0023]
The measurement of the film thickness is performed on each of 50 wafers set in the three regions of the source flow
Since radical reactive species are exhausted from the
[0024]
By providing the
FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a second embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that the
As in the first embodiment, an
Since the number of radical reactive species generated in the apparatus increases toward the downstream region, it is desired to increase the exhaust capacity as the region reaches the downstream region. By forming the inner container pipe as a double pipe, forming an exhaust opening inside, and providing an exhaust port at the upper portion of the inner container pipe, it is possible to increase the exhaust capacity from the downstream region. In this embodiment, since the upper exhaust port is opposed to the outer container tube, it is possible to increase the exhaust ability of more radical reactive species. Here, the case where the inner container pipe is double is shown, but it is needless to say that the inner container pipe may be triple or more.
[0025]
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of an inner container tube of a chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention. The
FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7A is an overall view, FIG. 7B is a perspective view of a support jig on which a wafer is set, The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
This embodiment is an example in which the
[0026]
The chemical vapor deposition apparatus includes an
The
[0027]
The
The
[0028]
The means for previously raising the temperature of the reactive gas to about the same as the ambient temperature in the
In forming the polysilicon film, the film was formed under the same conditions as those described in the related art.
A large number of
[0029]
With such a configuration, SiH generated by thermal energy in a space (a gas flow path) between the wall surface of the
FIG. 8 shows a film thickness distribution when a polysilicon film is formed on the
A total of 180
[0030]
The measurement of the film thickness was performed on each of 20 wafers set in three regions of the source flow
The average value of the film thickness at the same measurement point in each region is obtained, and the average value is divided by the average value of the film thickness at the center of the
Since it is difficult for radical reactive species to enter the
[0031]
FIG. 9 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
This embodiment is an example in which the
The difference from the fourth embodiment is that the reaction
Since the length of the reactive
[0032]
In this embodiment, the
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, an exhaust opening for exhausting radical reactive species can be formed in the wall surface of the inner container tube that is a reaction chamber, or the inner container tube is divided into a plurality of regions, and the reactive gas is supplied to each inner container tube. The provision of the inlet and the outlet of the exhaust gas can improve the uniformity of the thickness of the thin film deposited on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of the inner container tube of the present invention.
FIG. 3 is a model diagram showing a state in an inner container tube.
FIG. 4 is a diagram showing a film thickness distribution when a polysilicon film is formed on a wafer using the chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1;
FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of an inner container tube of a chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a main part configuration diagram of a chemical vapor deposition apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a film thickness distribution diagram when a polysilicon film is formed on a wafer using the chemical vapor deposition apparatus of FIG. 7;
FIG. 9 is a configuration diagram of a main part of a chemical vapor deposition apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
10A and 10B are main-part configuration diagrams of a conventional batch-type chemical vapor deposition apparatus, where FIG. 10A is an overall view and FIG. 10B is a perspective view of a support jig on which a wafer is set.
FIG. 11 is a main part configuration diagram of a conventional batch type chemical vapor deposition apparatus.
12 is a model diagram showing a state inside an inner vessel tube of the vertical polysilicon chemical vapor deposition apparatus of FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a wafer position and a film thickness.
FIG. 14 is a diagram showing a portion where the thickness of a polysilicon film on a wafer is measured.
FIG. 15 is a diagram showing inconvenience in the case of a trench groove;
FIG. 16 is a diagram showing inconvenience in the case of a planar;
[Explanation of symbols]
1 wafer
2) Support jig
3 Exhaust opening
4 Inner container tube
5 Outer container tube
6 heater
7 heating furnace
8 lid
9 Reaction chamber
10mm gas inlet
11 Gas outlet
12 gas flow
Claims (11)
内部容器管の壁面に前記反応性ガスの一部を排気する排気開口を有することを特徴とする化学的気相成長装置。A heating furnace, an outer container tube housed in the heating furnace, one end of which is closed; an inner container tube housed in the outer container tube, both ends of which are open; and a plurality of housed in the inner container tube, A supporting jig for arranging the substrates in a row, and forming a thin film on the substrate by flowing a reactive gas between the wall surface of the inner container tube and the supporting jig on which the substrate is arranged. In the vapor phase growth equipment,
A chemical vapor deposition apparatus having an exhaust opening for exhausting a part of the reactive gas on a wall surface of the inner vessel tube.
前記内部容器管は多重に形成され、少なくとも最も内側の内部容器管の壁面に前記反応性ガスの一部を排気する排気開口を有することを特徴とする化学的気相成長装置。A heating furnace, an outer container tube housed in the heating furnace, one end of which is closed; an inner container tube housed in the outer container tube, both ends of which are open; and a plurality of housed in the inner container tube, A supporting jig for arranging the substrates in a row, and forming a thin film on the substrate by flowing a reactive gas between the wall surface of the inner container tube and the supporting jig on which the substrate is arranged. In the vapor phase growth equipment,
The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the inner container tube is formed in multiple layers, and has an exhaust opening for exhausting a part of the reactive gas at least on a wall surface of the innermost inner container tube.
前記内部容器管が基板の列方向で複数の領域に分けられ、各内部容器管に反応性ガスの内部供給口および内部排気口を備えていることを特徴とする化学的気相成長装置。A heating furnace, an outer container tube housed in the heating furnace, one end of which is closed; an inner container tube housed in the outer container tube, both ends of which are open; and a plurality of housed in the inner container tube, A supporting jig for arranging the substrates in a row, in a chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on the substrate by flowing a reactive gas to the inner container tube,
The chemical vapor deposition apparatus, wherein the inner container tube is divided into a plurality of regions in the row direction of the substrate, and each inner container tube has an internal supply port and an internal exhaust port for a reactive gas.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008166321A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
| JP2008258207A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Tokyo Electron Ltd | Film deposition device |
| JP2012099864A (en) * | 2006-12-12 | 2012-05-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and reaction tube |
| JP2017183380A (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing equipment |
-
2003
- 2003-04-18 JP JP2003114303A patent/JP2004140320A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008166321A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
| JP2008258207A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Tokyo Electron Ltd | Film deposition device |
| JP2017183380A (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing equipment |
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