(57)【要約】【課題】管内面の堆積膜（デポ膜）が剥離することによるパーティクルの発生を抑制する。【解決手段】半導体ウェハＷに成膜するために半導体処理装置１に用いられ、前記半導体処理装置内に所定のガスを導入するためのガス導入管６であって、管状に形成された基材６１と、前記基材の面上に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜６３とを有し、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、且つ、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、ガス導入口から出口にかけて、膜厚が次第に厚くなるよう形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハに成膜するために半導体処理装置に用いられ、前記半導体処理装置内に所定のガスを導入するためのガス導入管であって、
管状に形成された基材と、
前記基材の面上に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜とを有し、
前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
且つ、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、ガス導入口から出口にかけて、膜厚が次第に厚くなるよう形成されていることを特徴とするガス導入管。
【請求項２】
前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さは、
２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍであることを特徴とする請求項１に記載されたガス導入管。
【請求項３】
前記管状に形成された基材は、多孔質のＳｉＣ焼結体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたガス導入管。
【請求項４】
半導体ウェハに成膜するために半導体処理装置に用いられ、前記半導体処理装置内に所定のガスを導入するためのガス導入管の製造方法であって、
多孔質の焼結体により管状の基材を形成する工程と、
前記基材の内面に、３０μｍ以上１５０μｍ以下の膜厚からなるＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程と、を有し、
前記基材の内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程において、
前記ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、ガス導入口から出口にかけて、膜厚が次第に厚くなるよう形成されていることを特徴とするガス導入管の製造方法。
【請求項５】
前記基材の内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程において、
前記ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さを、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍに形成することを特徴とする請求項４に記載されたガス導入管の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたガス導入管を用い、前記ガス導入管により所定のガスを導入することにより、半導体ウェハに成膜することを特徴とする半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス導入管及びその製造方法、並びに前記ガス導入管を用いた半導体処理装置に関し、特にパーティクルの発生を抑制することのできるガス導入管及びその製造方法、並びに前記ガス導入管を用いた半導体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体のＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）、アニール等の熱処理工程は、縦型半導体熱処理炉を用いて行われている。この縦型半導体熱処理炉には、縦型に配置された炉心管の処理空間に、処理ガスを導入するためのガス導入管が設けられている。
従来のガス導入管は、例えば純度、加工性に優れていることから石英ガラス製の管体でほぼＬ字形状をなし、炉心管内に延伸する垂直部と屈曲部と炉心管の底部近傍に配置される水平部とを有している。
【０００３】
このような縦型半導体熱処理炉は、単なるポリシリコンの成膜に用いるのみならず、より厳密な均一性を要求されるボロンやリンなどのドープポリシリコン膜を半導体ウェハ上に形成するのにも用いられる。
そのため、縦型ボートの縦方向に配列された半導体ウェハ上のデポ膜（堆積膜）の均一性を高めるために、ガス導入管の垂直部を長くして、開口部を高い位置に設けたガス導入管を配置するようになっている。
【０００４】
しかしながら、ガス導入管を長くすればする程、このガス導入管自身の外壁及び内壁にも、デポ膜が多く堆積される。そのようにデポ膜が多く堆積されると、ガス導入管が石英ガラス管の場合、石英ガラス管とデポ膜を形成する材料との熱膨張係数の違いから、外壁及び内壁に堆積したデポ膜が部分的に剥がれるという問題があった。そして、この剥がれたデポ膜がパーティクルの要因となり、半導体ウェハの製造歩留まりを低下させていた。
また、ガス導入管の使用後にＨＦ（フッ化水素）などを用いて洗浄し繰り返し使用するが、洗浄時、石英ガラスが溶出し、その使用寿命を短縮するという課題もあった。
【０００５】
このような課題を解決するものとして、特許文献１（特開平４−１０５３１号公報）には、ガス導入管の内面及び外面にＣＶＤによりＳｉＣ膜を形成することが記載されている。
また、特許文献２（特開２００２−１１８０６６号）には、縦に延びるガス導入管自体をＣＶＤ−ＳｉＣ膜により形成した半導体熱処理炉用ガス導入管が開示されている。
【０００６】
特許文献１、２のようにガス導入管の内面及び外面がＣＶＤ−ＳｉＣにより形成される場合、ＳｉＣの熱膨張係数と、デポ膜の熱膨張係数との差が小さいため、従来、熱膨張係数の差から生じていたデポ膜の破断、部分的剥離を抑制することができる。その結果、ガス導入管が石英ガラス管の場合よりも、炉心管内のパーティクルを大きく低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１０５３１号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に開示されるように単に導入管の内面及び外面にＣＶＤ−ＳｉＣを形成するだけでは、管内の流速が大きい場合に、導入管内壁のデポ膜が剥離しやすく、剥離したデポ膜によりパーティクルが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、半導体ウェハの成膜処理を行う半導体処理装置に用いられ、管内面の堆積膜（デポ膜）が剥離することによるパーティクルの発生を抑制することのできるガス導入管及びその製造方法、並びに前記ガス導入管を用いた半導体処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかるガス導入管は、半導体ウェハに成膜するために半導体処理装置に用いられ、前記半導体処理装置内に所定のガスを導入するためのガス導入管であって、管状に形成された基材と、前記基材の面上に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜とを有し、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、３０μｍ以上１５０μｍ以下であり、且つ、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、ガス導入口から出口にかけて、膜厚が次第に厚くなるよう形成されていることに特徴を有する。
尚、前記基材の内面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さは、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍであることが望ましい。
また、前記管状に形成された基材は、多孔質のＳｉＣ焼結体であることが望ましい。
【００１１】
このようにガス導入管のガス導入口からガス導出口側にかけて、内面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚が、３０〜１５０μｍの範囲で、次第に厚くなるように傾斜を形成した。それにより、管中央から出口までのガス流速を加速し、管中央から出口までのデポ膜の堆積量を減少させ、デポ膜の剥離によるパーティクル発生をより抑制することができる。
また、ガス導入管の内面に形成するＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さを２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍに規定した。これにより、管内のガス流に影響されることなく、アンカー効果によるデポ膜の密着性を向上することができる。
【００１２】
また、上記目的を達成するためになされた本発明にかかるガス導入管の製造方法は、半導体ウェハに成膜するために半導体処理装置に用いられ、前記半導体処理装置内に所定のガスを導入するためのガス導入管の製造方法であって、多孔質の焼結体により管状の基材を形成する工程と、前記基材の内面に、３０μｍ以上１５０μｍ以下の膜厚からなるＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程と、を有し、前記基材の内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程において、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の膜厚は、ガス導入口から出口にかけて、膜厚が次第に厚くなるよう形成されていることに特徴を有する。
尚、前記基材の内面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する工程において、前記ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さを、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍに形成することが望ましい。
【００１３】
このような製造方法によれば、前記したガス導入管を製造することができ、その効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体ウェハの成膜処理を行う半導体処理装置に用いられ、管内面のデポ膜が剥離することによるパーティクルの発生を抑制することのできるガス導入管及びその製造方法、並びに前記ガス導入管を用いた半導体処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施の形態にかかるガス導入管を適用可能な半導体処理装置の断面図である。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるガス導入管の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる半導体装置用ガス導入管の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかるガス導入管を適用可能な半導体処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は、ガス導入管の先端側の一部を拡大して示す断面図である。
【００１７】
図１に示す縦型の半導体処理装置１は、全体的に円筒形状の炉心管２を備える。この炉心管２は、下方に開口３を有し、この開口３からウェハボート４に搭載された多数の半導体ウェハＷが出し入れされる構成になっている。
炉心管２は、石英ガラスで形成されており、その内部に処理空間５が形成されている。処理空間５内には、例えば、長さの異なる２本のガス導入管６が設けられており、所定のガス（例えばシランガス）を処理空間５内に導入できるようになっている。
【００１８】
ガス導入管６は、図示するようにＬ字状に形成されている。即ち、炉心管２内に水平に配置される水平部６ｈと、９０°の屈曲する屈曲部６ｃと、炉心管２内に垂直に配置される垂直部６ｖとで構成される。
また、ガス導入管６は、図２に示すように基材６１がＳｉＣ（炭化珪素）焼結体の多孔質基材により形成され、その内面及び外面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜６２、６３が形成されている。このガス導入管６の基材６１の内径は５〜６ｍｍ、外径は８〜１０ｍｍに形成されている。また、水平部６ｈにおける基材６１の長さは８〜１０ｃｍ、垂直部６ｖにおける基材６１の長さは４０〜１２０ｃｍに形成されている。
【００１９】
また、ガス導入管６の基材６１外面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜６２は、膜厚３０〜６０μｍに形成され、水平部６ｈ、垂直部６ｖ共に均一な厚さに形成されている。
一方、管内面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜６３は、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ（十点平均粗さ）≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ（算術平均粗さ）≦１５μｍの範囲で表面粗さが形成されている。このように粗さを設定することにより、ガス流に影響されることなく、アンカー効果によるデポ膜（堆積膜）の密着性を向上することができる。
【００２０】
また、管内面側のＣＶＤ膜６３の膜厚は、３０〜１５０μｍの範囲内で、管のガス導入口６ａからガス流出口６ｂまで膜厚が増加するように形成されている。そのように管内面側に傾斜を形成することにより、管中央からガス流出口にかけてガス流速が増加し、通常はガス流出口で増加しやすいデポ膜の堆積量を低減することができる。
【００２１】
尚、前記のようなガス導入管６を製造するには、先ず、Ｌ字管状の基材６１を形成する。具体的には、ＳｉＣ粉末を用いて管状に成形し、１５００℃で焼結する。これにより多孔質のＳｉＣ焼結体を形成する。
次いで、この基材６１の外面及び内面に、ＣＶＤ処理によりＳｉＣ膜６２，６３を形成する。前記したように基材６１外面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚は、３０〜６０μｍであり、基材６１内面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚は、３０〜１５０μｍに形成する。
【００２２】
前記基材６１の外面及び内面にＳｉＣ膜６２，６３を形成した後、内面側のＳｉＣ膜６３に所定の表面粗さ、具体的には２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ（十点平均粗さ）≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ（算術平均粗さ）≦１５μｍの範囲で表面粗さを有するように加工処理する。この処理は、管内面に所定のサイズのＳｉＣ粒子を用いてブラスト処理を規定の時間実施しておき、所定の膜厚のＣＶＤ膜厚を付与することにより行うことができる。
【００２３】
更には、ガス導入管６のガス導入口６ａからガス導出口６ｂ側にかけて、管内面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚６３が、３０〜１５０μｍの範囲で、次第に厚くなるように傾斜を形成する。これは、ＣＶＤ工程にてガス導出口６ｂ側からＣＶＤガスを導入することで、ガス導出口６ｂ側でのガス濃度が高く成膜が厚くなり、ガス導入口６ａ側ではその逆となることで傾斜をつけ、全体の膜厚はガス導入時間を所定値にすることで調整することができる。
このようにして、前記ガス導入管６を製造することができる。
【００２４】
また、半導体処理装置１において、炉心管２の底部付近には、開口３を開閉する昇降装置１０が設けられ、その上にウェハボート４を支持するボートテーブル１１が載置されている。炉心管２の周りには、炉心管２を加熱するためのヒータ１２が設けられる。炉心管２の頂部には、処理ガスの排気口１３が設けられている。
【００２５】
続いて、このように構成された半導体処理装置１におけるウェハの熱処理について説明する。
多数の半導体ウェハＷが載置されたウェハボート４を、昇降装置１０に載置されたボートテーブル１１に乗せて、ヒータ１２により加熱された炉心管２に収納する。
【００２６】
しかる後、さらに炉心管２内の温度を上げ、例えば、加熱されたボロンがドープされた処理ガスをガス導入管６から炉心管２内に導入する。導入された処理ガスにより、シリコン膜を半導体ウェハＷ上に堆積させ、その後、処理ガスを排気口１３から排気する。
【００２７】
この処理工程において、ガス導入管６の内外面には処理ガスから生じるシリコン膜（デポ膜）が堆積する。しかしながら、ガス導入管６の内外面にはＣＶＤ−ＳｉＣ膜６２，６３が形成されており、ＳｉＣの熱膨張係数と堆積したシリコン膜の熱膨張係数の差が大きくない。そのため、ガス流速が速くない場合（例えば、流速５０ｓｃｃｍ未満）には、熱膨張係数の差に起因する堆積膜（デポ膜）の破断、部分的剥離を十分に防止することができる。
【００２８】
更に、ガス導入管６の内面における表面粗さが、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍであるため、ガス流に影響されることなく、アンカー効果によるデポ膜の密着性向上効果が得られる。即ち、管内のガス流速が速い場合であっても（例えば、流速３００ｓｃｃｍ以上であっても）、デポ膜の剥離を効果的に抑制し、パーティクルの発生を十分に防止することができる。
【００２９】
また、ガス導入管６内において、ガス導入口６ａから出口６ｂにわたりＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚が厚くなるよう傾斜しているため、管中央から出口６ｂまでのガス流速が速くなる。そのため、管中央から出口までのデポ膜の堆積量が減少し、デポ膜の剥離によるパーティクル発生をより抑制することができる。
【００３０】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、ガス導入管６のガス導入口６ａからガス導出口６ｂ側にかけて、内面側のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚が、３０〜１５０μｍの範囲で、次第に厚くなるように傾斜を形成した。これにより、管中央から出口までのガス流速を加速し、管中央から出口までのデポ膜の堆積量を減少させ、デポ膜の剥離によるパーティクル発生をより抑制することができる。
また、ガス導入管６の内面に形成するＣＶＤ−ＳｉＣ膜６３の表面粗さを２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍに規定した。これにより、管内のガス流に影響されることなく、アンカー効果によるデポ膜の密着性を向上することができる。
【００３１】
尚、前記実施の形態においては、ガス導入管６の内面のＣＶＤ−ＳｉＣ膜の粗さを形成する方法として、管内面に所定のサイズのＳｉＣ粒子を用いてブラスト処理を規定の時間実施しておき、所定の膜厚のＣＶＤ膜厚を付与することとしたが、本発明にあっては、その方法に限定されるものではない。例えば、ガス導入管６の内面のＣＶＤ−ＳｉＣ膜に基材と同材質の粉末を接着すること等により粗さを形成してもよい。
【実施例】
【００３２】
続いて、本発明に係るガス導入管について、実施例に基づきさらに説明する。
本実施例では、前記実施の形態に示した構成のガス導入管を製造し、炉内で用いることにより、その効果を検証した。
【００３３】
（実験１）
実験１では、ガス導入管内面に形成するＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚の範囲、及び傾斜方向について検証した。具体的には、膜厚の範囲と傾斜方向とが、ガス導出口におけるデポ膜の堆積量にどう影響するかを検証した。
ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の形成条件は以下の通りである。
温度：１１００℃、  処理時間：１５〜１６時間、
ガス：ＳｉＣｌ４＋Ｃ３Ｈ８＋Ｈ２（流量ＳｉＣｌ４：３ｓｌｍ、Ｃ３Ｈ８：１ｓｌｍ、Ｈ２：２０ｓｌｍ、もしくはＳｉＣｌ４：６ｓｌｍ、Ｃ３Ｈ８：２ｓｌｍ、Ｈ２：４０ｓｌｍ）。
【００３４】
なお、上下の膜厚を上げるためには処理時間を増加させ、上下の膜厚差（傾斜）を大きくするためにはガス流量を増加させるよう調整を行った。
尚、デポ膜の形成条件は以下の通りである。
温度：６００℃、ガス：ＳｉＨ４、  流量：２００ｓｃｃｍ
表１に実施例１〜３、及び比較例１〜２の条件を示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、実験１の結果、ガス導入管内面のＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚が３０〜１５０μｍであり、ガス導入口から出口まで次第に膜厚が厚くなるよう傾斜を持たせることにより、ガス出口におけるデポ膜の膜厚（堆積量）が少なくなることを確認した。
尚、比較例１では、膜厚差が大き過ぎ、ガス流れに影響を与えた結果、成膜結果にムラが生じたものと考えられる。また、比較例２では、膜厚差が小さ過ぎ、出口付近のデポ膜堆積量が増え、デポ膜剥離が生じたものと考えられる。
即ち、ガス出口におけるデポ膜の膜厚が小さくなることにより、デポ膜が剥離し難くなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３７】
（実験２）
実験２では、ガス導入管内面に形成するＣＶＤ−ＳｉＣ膜の粗さの効果について検証した。
ガス導入管内面に形成するＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚は、実施例１とし、ガス導入口から出口にかけて膜厚が大きくなるよう傾斜を設けた。また、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜厚の表面粗さは、ＣＶＤ前での管内面のブラスト処理をするＳｉＣ粒子のサイズを変えることより変化させた。
【００３８】
この表面粗さは、十点平均粗さＲｚｊｉｓと、算術平均粗さＲａとを用い、特定した。この十点平均粗さＲｚｊｉｓの測定は、接触式の表面粗さ計を用いてＪＩＳ  Ｂ０６０２に基づいた条件より行った。算術平均粗さＲａは、は、接触式の表面粗さ計を用いてＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づいた条件により行った。
【００３９】
表２に、実施例４〜６、及び比較例３、４の条件および結果を示す。表２に結果として示すパーティクル抑制効果とは、１００ｍｍ２あたりの１０μｍ以上のパーティクルの個数であり、ウェハ成膜結果はウェハ面内の膜厚差が狙い膜厚の３％未満の時に○、３％〜５％の時に△、５％以上の時に×とした。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２に示すように、実験２の結果、ガス導入管内面のＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面粗さが、２０μｍ≦Ｒｚｊｉｓ≦７０μｍ、且つ５μｍ≦Ｒａ≦１５μｍの場合にパーティクル抑制効果を奏することを確認した。
尚、比較例３では、粗さが大き過ぎ、ガス流れに影響を与えた結果、成膜結果にムラが生じたものと考えられる。また、比較例４では、粗さが小さ過ぎ、出口付近のデポ膜堆積量が増え、デポ膜剥離が生じたものと考えられる。
【００４２】
以上の実施例の結果、本発明によれば、ガス導入管内面の堆積膜が剥離することによるパーティクルの発生を抑制できることを確認した。
【符号の説明】
【００４３】
１      半導体処理装置
２      炉心管
３      開口
４      ウェハボート
５      処理空間
６      ガス導入管
６１    基材
６２    ＣＶＤ−ＳｉＣ膜
６３    ＣＶＤ−ＳｉＣ膜
Ｗ      半導体ウェハ
【図１】
2019176097.tif 000005
【図２】
2019176097.tif 000006