(57)【要約】【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１
2004140320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする化学的気相成長装置。
【請求項２】
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、
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。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１または２に記載の化学的気相成長装置。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項１または２に記載の化学的気相成長装置。
【請求項５】
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、
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。
【請求項６】
前記支持治具は、列状に配置される前記基板の間に配置される遮蔽板を備え、該遮蔽板により前記内部容器管が複数の領域に分けられることを特徴とする請求項５に記載の化学的気相成長装置。
【請求項７】
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ことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の化学的気相成長装置。
【請求項８】
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構成であることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の化学的気相成長装置。
【請求項９】
前記反応性ガスを前記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ことを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の化学的気相成長装置。
【請求項１０】
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を備え、該反応性ガス供給管の内径を５０ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の化学的気相成長装置。
【請求項１１】
前記反応性ガス供給管の内径を５０ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の化学的気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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