(57)【要約】【課題】ガス供給ユニットから均一な流速でガスを反応炉内に導入できる縦型ＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】ガス供給ユニットをガス供給管と第一のガス供給管に接続された半円形状のガス拡散管で構成するか、あるいはガス拡散管の水平断面積をガスの導入方向に対して減少する構造とする。半円形状のガス拡散管の中をガスは同心円状に広がり同心円状に設けたガス噴出口から同時に同じ流量でガスを噴出できる効果を得られる。あるいは、ガス拡散管の水平断面積を流れ方向に対して減少させることによってガス拡散管内部の圧力分布を均一にできる効果を得られる。【選択図】  図１
2004288778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層した半導体基板を収容する容器と、外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に複数の噴出口が設けられ、前記噴出口の位置は、前記積層した半導体基板に対向し、前記導入管の出口部を中心としてほぼ半円形状、もしくは、ほぼ半楕円形状に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
積層した半導体基板を収容する容器と、外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている扇状のガス供給管と、前記扇状のガス供給管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に複数の噴出口が設けられ、前記噴出口の位置は、前記積層した半導体基板に対向し、前記導入管の出口部を中心としてほぼ半円形状、もしくは、ほぼ楕円形状に設置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
積層した半導体基板を収容する容器と、外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に前記半導体基板の積層方向に沿って複数の噴出口が設けられ、前記拡散管の断面積はガスの流れる方向に対して徐々に減少していることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１において、前記拡散管の形状が半円形状、または、半楕円形状、または、矩形形状であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項２において、前記拡散管の形状が半円形状、または、半楕円形状、または、矩形形状であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項３において、前記拡散管の形状が半円形状、または、半楕円形状、または、矩形形状であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
積層した半導体基板を収容する容器と、外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に一つ以上の噴出口、及び、一つ以上のドレーン孔が設けられ、前記噴出口の位置は、前記積層した半導体基板に対向して配置されており、かつ、前期ドレーン孔の位置は、前記積層した半導体基板には対向しないような位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
請求項１において、前記拡散管に一つ以上のドレーン孔が設けられ、前記ドレーン孔の位置が前記積層した半導体基板には対向しない位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
請求項２において、前記拡散管に一つ以上のドレーン孔が設けられ、前記ドレーン孔の位置が前記積層した半導体基板には対向しない位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１０】
請求項３において、前記拡散管に一つ以上のドレーン孔が設けられ、前記ドレーン孔の位置が前記積層した半導体基板には対向しない位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】
請求項８において、前記導入管の出口部と前記ドレーン孔との距離が、前記導入管の出口と前記噴出口との距離と比べて大きいことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１２】
請求項９において、前記導入管の出口部と前記ドレーン孔との距離が、前記導入管の出口と前記噴出口との距離と比べて大きいことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１３】
請求項１０において、前記導入管の出口部と前記ドレーン孔との距離が、前記導入管の出口と前記噴出口との距離と比べて大きいことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
請求項１において、前記ガス噴出口が全て異なる高さで開口されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１５】
請求項２において、前記ガス噴出口が全て異なる高さで開口されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１６】
請求項３において、前記ガス噴出口が全て異なる高さで開口されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１７】
請求項１において、前記ガス噴出口の口径がほぼ同じであることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１８】
請求項２において、前記ガス噴出口の口径がほぼ同じであることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１９】
請求項３において、前記ガス噴出口の口径がほぼ同じであることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の基板に薄膜を同時に形成する縦型ＣＶＤ装置は，例えば特許文献１（特開平５−２１１１２２号公報）に開示されている。図３１は、特許文献１（特開平５−２１１１２２号公報）に記載されている縦型ＣＶＤ装置６００の断面概略図である。石英製の反応炉６０１の内部には、ガスを導入するガス供給管６０２、ガスを排気するガス排気管６０３、複数枚のウエハを積載するウエハボード６０４が設置されている。
【０００３】
図３２はガス供給管６０２とガス排気管６０３の概略図である。ガス供給管６０２とガス排気管６０３には、径の異なるガス供給口７０１やガス排気口７０２が開口されており、特許文献１（特開平５−２１１１２２号公報）のような構成によると、供給されるガスの流量が上部のほうが多くなり、ガスの降下によるガス濃度の不均一化を防止できる効果がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１１１２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の構造では、ガス供給口の径が異なるため各ガス供給口から噴出するガスの流速が異なる。ガス供給口から噴出するガスは、ガス供給口近傍のウエハに到達するため、ガス流速が異なるとウエハへの成膜特性、特に膜厚分布がウエハごとに異なってしまうという問題があった。また、ガス供給口がガス供給管の適切な位置に配置されていない場合には、ガス供給管内部でガス滞留が発生して、反応炉内に供給するガスの置換が速やかに行われず、反応炉内部のガス濃度の不均一化を引き起こすという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は，ガス供給管から均一な流速でガスを反応炉内に導入できる縦型ＣＶＤ装置を提供することである。
【０００７】
さらに、本発明の目的は、ガス供給管内部でのガスの滞留を防止して、反応炉内のガスを速やかに置換できる縦型ＣＶＤ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、積層した半導体基板を収納する容器と，外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に複数の噴出口が設けられ，前記噴出口の位置は、前記積層した半導体基板に対向し、前記導入管の出口部を中心としてほぼ半円形状、もしくは、ほぼ楕円形状に配置されていることである。
【０００９】
さらに、本発明は、積層した半導体基板を収容する容器と、外部から前記容器の内部へガスを導入するためのガス供給ユニットを備え、前記ガス供給ユニットに開口されたガス噴出口からガスが噴出する半導体製造装置において、前記ガス供給ユニットは、導入管と、この導入管と接続されている拡散管を備え、この拡散管に一つ以上の噴出口、及び、一つ以上のドレーン孔が設けられ、前記噴出口の位置は、前記積層した半導体基板に対向して配置されており、かつ、前記ドレーン孔の位置は、前記積層した半導体基板には対向しない位置に配置されていることである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例を説明する概略図である。この実施例で使用されている石英製のガス供給ユニット１００は、円筒状の導入管１０１、この導入管１０１と接続されている半円形状の拡散管１０２、拡散管１０２に設けられた噴出口１０３から構成されている。
【００１１】
噴出口１０３の直径は、約１ｍｍであり、図２に示すように導入管１０１を対称面として左右交互に千鳥状に配置されている。噴出口１０３は、点線で示すように導入管１０１から半径方向に伸びる中心線ＣＬに関し、等間隔で配置されている。なお，図１や図２には噴出口１０３が８個しか描かれていないが、ガス供給ユニット１００には５３個の噴出口１０３を外周辺に沿って半円形状に設けている。
【００１２】
図１や図２から分かるように、全ての噴出口１０３は、導入管１０１と拡散管１０２との接続部ＪＴからほぼ等距離に設置されている。言い換えれば、導入管１０１と拡散管１０２との接続部ＪＴは、拡散管１０２の半円形の中心部に位置し、噴出口１０３は接続部を中心とする半円形に沿って設けられている。
【００１３】
このような構成によって、各噴出口１０３での圧力はほぼ均一に保たれる。また、全ての噴出口１０３の直径は、ほぼ同じになっている。噴出口１０３からの噴出ガス量は、噴出口１０３の直径と、供給されるガスの流速とに依存するが、以上のような設定によってほぼ均一に保たれるのである。
【００１４】
図３はガス供給ユニット１００を縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置３００の内部に設置した状態を示す断面概略図である。縦型ＣＶＤ装置３００は石英製の反応炉３０１と、反応炉３０１の内部に設置されたガス供給ユニット１００、ウエハボード３０２、回転軸３０３及びガス排気管３０４を備えている。
【００１５】
図３は縦型ＣＶＤ装置３００の中心に沿う縦断面図であるため、ガス供給ユニット１００の噴出口１０３は、最上部の１つしか記載されていない。しかし、噴出口１０３は、縦に配置されるウエハボード３０２に対向するとともに、それらに沿って上下方向に配置されている。
【００１６】
図４は図３におけるＡ−Ａ´線に沿う水平断面図である。図４に示すようにガス供給ユニット１００は反応炉３０１の内壁に密着するように設置されている。図４の水平断面図においてもガスの噴出口１０３は一つしか現れないが、ウエハボード３０２に沿って複数個配置されている。
【００１７】
図５（ａ）ないし（ｊ）は予め窒素ガスを毎分１リットル流しているときに、原料ガスとしてジクロルシランガスを毎分１リットル供給した時の、ガス供給ユニット１００内部のジクロルシランガスのモル分率を流体シミュレーションした結果である。
【００１８】
図５（ａ）はシミュレーションしたガス供給ユニット１００の断面図である。ガス供給ユニット１００は鏡面対称なので半分のみを解析した。白色で現れているのがジクロルシランガス，黒色が窒素ガスである。
【００１９】
時間０秒では窒素ガスのみがガス供給ユニット１００に充満しているが，ジクロルシランガスを導入開始後０．１秒で解析領域の右下から白い領域、すなわち、ジクロルシランガスが現れている。ジクロルシランガスは、同心円状にガス供給ユニット１００内に流れていくことが分かる。
【００２０】
ジクロルシランガスは０．５秒でガス供給ユニット１００の拡散管１０２の曲面部分に到達し、図５には明示していないが噴出口１０３から噴出する。この解析結果が示すように，原料ガスであるジクロルシランガスは同心円状に拡がる。
【００２１】
そのため、ガスが噴出する噴出口１０３を同心円状に配置したガス供給ユニット１００では，ほぼ同じ時刻に全ての噴出口１０３から原料ガスが噴出することになる。その結果、半円状の拡散管１０２と拡散管１０２に同心円状に噴出口１０３を設置することによって、縦型ＣＶＤ装置３００の反応炉３０１には均一な原料ガスの濃度分布が形成される。
【００２２】
図６は拡散管１０２を有するガス供給ユニット１００と、従来型のガス供給管６０２（図３１、図３２参照）で多結晶シリコン膜を形成したときのウエハ毎の膜厚分布である。
【００２３】
ウエハの積載枚数は５０枚、ウエハ径は３００ミリメートル、成長温度は６７０℃、成長圧力は１３０パスカル、ジクロルシランガスの流量は１リットル毎分、キャリアガス（水素ガス）の流量は２リットル毎分である。
【００２４】
ウエハには予め熱酸化法で厚さ１００ナノメートルの熱酸化膜を形成しておき、熱酸化膜の表面に多結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜の膜厚は各ウエハのウエハ端部から内側１０ミリメートルの位置を１０箇所、エリプソメトリ法で測定し、平均値を求めた。
【００２５】
図６に示すように従来型の縦型ＣＶＤ装置６００では、装置下部のウエハには膜厚５９．９ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５８．７ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は１．２ナノメートルであった。
【００２６】
一方、拡散管１０２を有する縦型ＣＶＤ装置３００では、装置下部のウエハには膜厚６０．０ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５９．８ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は０．２ナノメートルであった。以上の事実から、拡散管１０２を有する縦型ＣＶＤ装置３００では、従来型の縦型ＣＶＤ装置６００に比べ、膜厚差を６分の１に低減できる。
【００２７】
なお、本実施例では半円形状の拡散管１０２を用いたが、縦型ＣＶＤ装置３００の反応炉３０１の直径や導入するガスの流量や成膜圧力によっては原料ガスが図５の解析結果のように広がらない場合がある。
【００２８】
例えば、ガス流量が多い場合、導入管１０１から拡散管１０２へガスが流入する際、図７に示すような渦がガス供給ユニット１００内に発生することがある。渦の発生は迅速なガス置換を妨げるので、特にドーパントガスの切り替えによる接合形成や原子層成長におけるサイクルタイムの増加を招く。
【００２９】
そのために、ガス流量が多い場合は図８に示すように扇状供給管１００１を導入管１０１と拡散管１０２の間に設けることでガス流を安定化できる。特に、扇状供給管１００１の開き角は６０°±１０°がよい。
【００３０】
さらに、縦型ＣＶＤ装置３００の内部により簡単にガス供給ユニットを設置するために、図９に示すように、円筒状の導入管１０１に楕円状の拡散管２２０１を接続させたガス供給ユニット２２００を用いた。拡散管２２０１を楕円状にすることにより反応炉３０１の内周部に占めるガス供給ユニット２２００の割合を低減できる。小型の縦型ＣＶＤ装置にはこの楕円型のガス供給ユニット２２０１が好ましい。
【００３１】
さらに、小型の縦型ＣＶＤ装置において、高速のガス流がガス供給ユニット内に発生する場合、図１０に示すように、扇状供給管１００１を円筒状の導入管１０１と楕円状の拡散管２２０１との間に設置したガス供給ユニット２３００を用いた。
【００３２】
扇状供給管１００１と楕円状の拡散管２２０１を組み合わせることで簡単にガス供給ユニット２３００を設置できると同時に、高速のガス流、例えば大量のガスを流すプロセスや低圧プロセスでも均一な速度でガスを噴出口１０３から噴出させることができる。
【００３３】
（実施例２）
図１１は、本発明の他の一実施例を示す石英製のガス供給ユニット１１００の概略図である。ガス供給ユニット１１００は、円筒状の導入管１０１、三角状の拡散管１１０１及び拡散管１１０１に設けられた噴出口１０３から構成されている。
【００３４】
噴出口１０３は、直径約１ｍｍの円形で６７個設置されている。ピッチは１０ミリメートルである。三角形状の拡散管１１０１の三角形は頂点の角度が１５°の二等辺三角形である。
【００３５】
図１２はガス供給ユニット１１００を縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置１２００の内部に設置した状態を示す概略断面図である。縦型ＣＶＤ装置１２００は石英製の反応炉３０１と反応炉３０１の内部に設置されたガス供給ユニット１１００、ウエハボード３０２、回転軸３０３及びガス排気管３０４から構成されている。
【００３６】
この図は縦型ＣＶＤ装置１２００の中心の断面図であるため、ガス供給ユニット１１００の噴出口１０３は、実際には６７個のウエハボード３０２に沿って縦方向に開口されているが、図１２には８個に省略して記載した。
【００３７】
図１３は図１２におけるＡ−Ａ´線に沿う水平断面図である。図１３に示すようにガス供給ユニット１１００は、反応炉３０１の内壁に密着するように設置されている。
【００３８】
図１４はガス供給ユニット１１００（図１１）の内部圧力の分布をシミュレーションした結果である。横軸はガス供給ユニット１１００の底部を原点とし、鉛直上方への中心軸に沿った距離である。縦軸はガス供給ユニット１１００とガス供給ユニット１１００の外部との圧力差である。
【００３９】
ここで、噴出口１０３から噴出する原料ガスは、ガス供給ユニット１１００内と外部との圧力差に比例して噴出速度が決まるので、圧力差が一定であることが均一な原料ガス濃度分布を反応炉１０３内に形成するための条件となる。
【００４０】
図１４から分かるように装置下部からの距離が０．３メートルまでは圧力差は急激に減少している。この領域はガス供給ユニット１１００の導入管１０１部分に相当する。噴出口１０３が開口されている０．３メートルから１．１メートルの位置の圧力差は０．５パスカルと小さいことが分かる。
【００４１】
拡散管１１０１の内部圧力の分布が小さい理由は、ガスの流れ方向に対し拡散管１１０１の断面積が徐々に減少するため、拡散管１１０１上部の圧力が大きくなったためである。一方、従来型のガス供給管６０２のシミュレーション結果を図１５に示す。
【００４２】
噴出口７０１（図３２）が開口されている０．３メートルから１．１メートルの位置の圧力差は１．０パスカルとなり、ガス供給ユニット１１００の２倍の圧力差になっている。すなわち、従来型のガス供給管６０２では反応炉３０１の下部に勢い良く原料ガスが噴出するのに対しガス供給ユニット１１００では反応炉３０１の内部により均一に原料ガスを供給できる。
【００４３】
図１６はガス供給ユニット１１００と従来型のガス供給管６０２で多結晶シリコン膜を形成したときのウエハ毎の膜厚分布である。ウエハの積載枚数は５０枚、ウエハ径は３００ミリメートル、成長温度は６７０℃、成長圧力は１３０パスカル、ジクロルシランガスの流量は１リットル毎分、キャリアガス（水素ガス）の流量は２リットル毎分である。
【００４４】
ウエハには予め熱酸化法で厚さ１００ナノメートルの熱酸化膜を形成しておき、熱酸化膜の表面に多結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜の膜厚は各ウエハのウエハ端部から内側１０ミリメートルの位置を１０箇所、エリプソメトリ法で測定し、平均値を求めた。
【００４５】
図１６に示すように従来型のガス供給管６０２では、装置下部のウエハには膜厚６０．５ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５８．７ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は２．２ナノメートルであった。
【００４６】
一方、ガス供給ユニット１１００を適用した場合、装置下部のウエハには膜厚５９．９ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５９．４ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は０．５ナノメートルであった。以上の事実から、三角状の拡散管１１０１を有する縦型ＣＶＤ装置１２００では、従来型の縦型ＣＶＤ装置６００に比べ、膜厚差を約４分の１に低減できることが分かった。
【００４７】
本実施例では三角状の拡散管１１０１を用いたが拡散管の形状は拡散管内の断面積がガスの流れ方向に対して徐々に減少すればよいので、特に三角形に限らなくてもよいことは明らかである。
【００４８】
（実施例３）
図１７は本発明の他の一実施例であり、使用する石英製のガス供給ユニット１７００の概略図である。ガス供給ユニット１７００は円筒状の導入管１０１、導入管１０１に接続された一次管１７０１、一次管に隣接する二次管１７０２からなる。一次管１７０１と二次管１７０２の間には石英板１７０６が設置され、一次管１７０１と二次管１７０２を仕切っている。
【００４９】
石英板１７０６にはスリット１７０３が開いており、一次管１７０１から二次管１７０２へガスが流れ込む構造になっている。二次管１７０２には噴出口１７０４が開口されておりガスが噴出する構造になっている。また、二次管１７０２の内部は仕切り板１７０５が４箇所、設置されている。
【００５０】
図１８はガス供給ユニット１７００を縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置１８００の内部に設置した状態を示す装置断面概略図である。縦型ＣＶＤ装置１８００は石英製の反応炉３０１と反応炉３０１の内部に設置されたガス供給ユニット１７００、ウエハボード３０２、回転軸３０３及びガス排気管３０４からなる。
【００５１】
この図は二次管１７０２を含む縦型ＣＶＤ装置１８００の断面図であるため、二次管１７０２の噴出口１７０４が現れている。噴出口１７０４は実際には６７個、開口されているが，図１８は８個に省略して記載した。
【００５２】
図１９は図１８におけるＡ−Ａ´線に沿った水平断面図である。図１９に示すようにガス供給ユニット１７００は反応炉３０１の内壁に密着するように設置されている。
【００５３】
図２０は二次管１７０２の内部圧力の分布をシミュレーションした結果である。横軸は一次管１７０１の底部を原点とし、鉛直上方への中心軸に沿った距離であり、二次管１７０２は０．３メートルの位置から存在する。縦軸は二次管１７０２と二次管１７０２の外部との圧力差である。
【００５４】
ここで、噴出口１７０４から噴出する原料ガスは二次管１７０２の内と外部との圧力差に比例して噴出速度が決まることから、圧力差が一定であることが均一な原料ガス濃度分布を反応炉１０３内に形成するための条件となる。
【００５５】
図２０から分かるように噴出口１７０４が開口されている０．３メートルから１．１メートルの位置の圧力差は０．６パスカルと小さい。一方、従来型のガス供給管６０２のシミュレーション結果を図１５に示す。噴出口７０１が開口されている０．３メートルから１．１メートルの位置の圧力差は１．０パスカルとなり、二次管１７０２に比べて、より大きい圧力差になっている。
【００５６】
すなわち、従来型のガス供給管６０２では反応炉３０１の下部に勢い良く原料ガスが噴出するのに対しガス供給ユニット１７００では反応炉３０１の内部により均一に原料ガスを供給できる。
【００５７】
図２１はガス供給ユニット１７００と、従来型のガス供給管６０２で多結晶シリコン膜を形成したときのウエハ毎の膜厚分布である。ウエハの積載枚数は５０枚、ウエハ径は３００ミリメートル、成長温度は６７０℃、成長圧力は１３０パスカル、ジクロルシランガスの流量は１リットル毎分、キャリアガス（水素ガス）の流量は２リットル毎分である。
【００５８】
ウエハには予め熱酸化法で厚さ１００ナノメートルの熱酸化膜を形成しておき、熱酸化膜の表面に多結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜の膜厚は各ウエハのウエハ端部から内側１０ミリメートルの位置を１０箇所、エリプソメトリ法で測定し、平均値を求めた。
【００５９】
図２１から分かるように従来型のガス供給管６０２では、装置下部のウエハには膜厚６０．５ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５８．７ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は２．２ナノメートルであった。
【００６０】
一方、ガス供給ユニット１７００を適用した場合、装置下部のウエハには膜厚５９．１ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５９．９ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は０．８ナノメートルであった。
【００６１】
以上の事実から、一次管１７０１と二次管１７０２からなる複合間構造のガス供給ユニット１７００を有する縦型ＣＶＤ装置１８００では従来型の縦型ＣＶＤ装置６００に比べ、ウエハ毎の膜厚差を低減できることが明らかである。
【００６２】
本実施例では一次管１７０１と二次管１７０２を仕切っている石英板１７０６に同じ大きさのスリット１７０３を設けたが一次管１７０１の内部圧力は下部ほど高いので、スリット１７０３の大きさを下部から徐々に大きくすることで一次管１７０１から二次管１７０２へ流し込むガス流量を均一にすることもできることは明らかである。
【００６３】
（実施例４）
図２２は本発明の一実施例を説明する概略図である。この実施例で使用されている石英製のガス供給ユニット２５００は、円筒状の導入管１０１、この導入管１０１と接続されている矩形形状の拡散管１０２、拡散管１０２に設けられた噴出口１０３から構成されている。
【００６４】
噴出口１０３の直径は、約１ｍｍであり、図２２に示すように拡散管１０２の中心線上に配置されている。また、噴出口１０３は、拡散管１０２の底部に関して、鉛直方向に等間隔で配置されている。なお，図２２には噴出口１０３が７個しか描かれていないが、ガス供給ユニット２５００には４５個の噴出口１０３を設けている。
【００６５】
以上のような構成のガス供給ユニットにおいては、ガス供給ユニット２５００のうち、導入管１０１の出口位置を基準として噴出口１０３よりも遠方となる拡散管１０２の半分の領域にガスが滞留する場合がある。このガスの滞留は、反応炉内部の迅速なガス置換を妨げるので、特にドーパントガスの切り替えによる接合形成や原子層成長におけるサイクルタイムの増加を招く。
【００６６】
そのため、図２３のようにガスの滞留が発生すると予想される位置にドレーン孔１０４を設けたガス供給ユニット２６００を適用することが、ガスの滞留を防止して迅速なガス置換を達成するために有効である。
【００６７】
図２４はガス供給ユニット２６００を縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置２７００の内部に設置した状態を示す断面概略図である。縦型ＣＶＤ装置２７００は石英製の反応炉３０１と、反応炉３０１の内部に設置されたガス供給ユニット２６００、ウエハボード３０２、回転軸３０３及びガス排気管３０４を備えている。
【００６８】
図２４は図２３におけるＡ−Ａ´線に沿う縦断面図を示すが、ガス供給ユニット２６００の噴出口１０３は、４つに簡略化して記載している。また、ドレーン孔１０４はＡ−Ａ´線とずれた位置で、拡散管１０２の上下に配置されており、また、導入管１０１は拡散管１０２の側面に接続されているため、それぞれ表示されていない。
【００６９】
図２５はガス供給ユニット２６００と従来型のガス供給管６０２で多結晶シリコン膜を形成したときのウエハ毎の膜厚分布である。ウエハの積載枚数は５０枚、ウエハ径は３００ミリメートル、成長温度は６７０℃、成長圧力は１３０パスカル、ジクロルシランガスの流量は１リットル毎分、キャリアガス（水素ガス）の流量は２リットル毎分である。
【００７０】
ウエハには予め熱酸化法で厚さ１００ナノメートルの熱酸化膜を形成しておき、熱酸化膜の表面に多結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜の膜厚は各ウエハのウエハ端部から内側１０ミリメートルの位置を１０箇所、エリプソメトリ法で測定し、平均値を求めた。
【００７１】
図２５に示すように従来型のガス供給管６０２では、装置下部のウエハには膜厚６０．６ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５８．２ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は２．４ナノメートルであった。
【００７２】
一方、ガス供給ユニット２６００を適用した場合、装置下部のウエハには膜厚６０．１ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５９．３ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は０．８ナノメートルであった。以上の事実から、矩形形状の拡散管１０２にドレーン孔１０４を設けたガス供給ユニット２６００を有する縦型ＣＶＤ装置２７００では、従来型の縦型ＣＶＤ装置６００に比べ，膜厚差を約３分の１に低減できることが分かった。
【００７３】
本実施例では矩形形状の拡散管１０２を用いたが、ガス供給管内部でのガスの滞留が予想される位置にドレーン孔を設けることで、ガス置換を速やかに行なうことが可能となるため、拡散管形状を特に矩形形状に限らなくてもよいことは明らかである。
【００７４】
（実施例５）
図２６は本発明の一実施例を説明する概略図である。この実施例で使用されている石英製のガス供給ユニット３０００は、円筒状の導入管１０１、この導入管１０１と接続されている矩形形状の拡散管１０２、拡散管１０２に設けられた噴出口１０３から構成されている。
【００７５】
噴出口１０３の直径は、約１ｍｍであり、図２６に示すように導入管１０１が拡散管１０２と接続された位置を中心として半円形状に配置されている。噴出口１０３は、点線で示すように拡散管１０２の底部に関して、鉛直方向に等間隔で配置されている。なお、図２６には噴出口１０３が７個しか描かれていないが、ガス供給ユニット３０００には５３個の噴出口１０３を半円形状に設けている。
【００７６】
以上のような構成のガス供給ユニットを適用しても、反応炉内部に均一な原料ガス濃度分布を形成することが可能であり、さらに、単純な矩形形状の拡散管を適用することは、ＣＶＤ装置の製造コストを低減するうえでも有効である。
【００７７】
しかしながら、ガス供給ユニット３０００のうち、矩形形状の拡散管１０２に対して半円形状に噴出口１０３を配置した場合には、導入管１０１の出口位置を基準として噴出口１０３よりも遠方となる拡散管１０２のコーナー部分にガスが滞留する場合がある。このガスの滞留は、反応炉内部の迅速なガス置換を妨げるので、特にドーパントガスの切り替えによる接合形成や原子層成長におけるサイクルタイムの増加を招く。
【００７８】
そのため、図２７のようにガスの滞留が発生すると予想される位置にドレーン孔１０４を設けたガス供給ユニット３１００を適用することが、ガスの滞留を防止して迅速なガス置換を達成するために有効である。
【００７９】
図２８はガス供給ユニット３１００を縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置１９００の内部に設置した状態を示す断面概略図である。縦型ＣＶＤ装置１９００は石英製の反応炉３０１と、反応炉３０１の内部に設置されたガス供給ユニット３１００、ウエハボード３０２、回転軸３０３及びガス排気管３０４を備えている。
【００８０】
図２８は図２７におけるＡ−Ａ´線に沿う縦断面図であるため、ガス供給ユニット３１００の噴出口１０３は、中間の２つしか記載されていない。しかし、噴出口１０３は、縦に配置されるウエハボード３０２に対向するとともに、それらに沿って上下方向に配置されている。また、ドレーン孔１０４は拡散管１０２の上下に配置されている。また、導入管１０１は拡散管１０２の側面に接続されているため表示されていない。
【００８１】
図２９はガス供給ユニット３１００と従来型のガス供給管６０２で多結晶シリコン膜を形成したときのウエハ毎の膜厚分布である。ウエハの積載枚数は５０枚、ウエハ径は３００ミリメートル、成長温度は６７０℃、成長圧力は１３０パスカル、ジクロルシランガスの流量は１リットル毎分、キャリアガス（水素ガス）の流量は２リットル毎分である。
【００８２】
ウエハには予め熱酸化法で厚さ１００ナノメートルの熱酸化膜を形成しておき、熱酸化膜の表面に多結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜の膜厚は各ウエハのウエハ端部から内側１０ミリメートルの位置を１０箇所、エリプソメトリ法で測定し、平均値を求めた。
【００８３】
図２９に示すように従来型のガス供給管６０２では，装置下部のウエハには膜厚６０．５ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５８．７ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は２．２ナノメートルであった。
【００８４】
一方、ガス供給ユニット３１００を適用した場合、装置下部のウエハには膜厚５９．８ナノメートル、装置上部のウエハには膜厚５９．４ナノメートルの多結晶シリコン膜が形成され、膜厚差は０．４ナノメートルであった。以上の事実から、矩形形状の拡散管１０２にドレーン孔１０４を設けたガス供給ユニット３１００を有する縦型ＣＶＤ装置１９００では、従来型の縦型ＣＶＤ装置６００に比べ，膜厚差を約５分の１に低減できることが分かった。
【００８５】
本実施例では矩形形状の拡散管１０２を用いたが、ガス供給管内部でのガスの滞留が予想される位置にドレーン孔を設けることで、ガス置換を速やかに行なうことが可能となるため、拡散管形状を特に矩形形状に限らなくてもよいことは明らかである。
【００８６】
また、本実施例ではガス供給ユニット内に滞留したガスがドレーン孔を通って排出されるため縦型ＣＶＤ装置の反応炉に混入するが、混入したガスによる反応炉内部のガス濃度分布への影響を防止するために例えば、図３０のようにドレーン孔１０４を拡散管１０２に隣接して設置したドレーン排気管１０５と接続するように設置し、ドレーン排気管１０５下部のドレーン排気口１０６を通って、縦型ＣＶＤ装置１９００のガス排気管３０４より排気することも可能である。
【００８７】
なお、以上の実施例では縦型ＣＶＤ装置の反応炉部分について説明したが、これ以外に縦型ＣＶＤ装置を構成する要素として、図中には記載していないが、反応炉の下側にはウエハボード３０２を下降して格納するためのロードロック室があり、このロードロック室に隣接して、複数枚のウエハが積載されたウエハカセットを格納するカセット収納棚が設けられている。さらに、カセット収納棚に格納されたウエハカセットに積載したウエハを、ウエハボード３０２に移載するためのウエハ移載装置がそれぞれ設けられている。
【００８８】
以上説明した本発明の実施態様および効果を列記すれば次の通りである。
【００８９】
（１）縦型ＣＶＤ装置において、反応炉内へガスを導入するガス供給ユニットを第一のガス供給管と第一のガス供給管に接続された半円状の第二のガス供給管とから構成する。
【００９０】
これによって、第二のガス供給管の中をガスが同心円状、もしくは、半楕円形状に広がり、第二のガス供給管に同心円状、もしくは、半楕円形状に設けたガス噴出口から同時に同じ流量でガスを噴出させる効果を得られる。特に、ガス切り替え時に複数のガス噴出口から同時にガスが噴出することは短時間に反応炉内のガス濃度を均一化させるのに効果がある。また、多数のガス噴出口を異なる高さに設けることで積載したウエハ毎にガスを供給できる効果も得られる。
【００９１】
（２）縦型ＣＶＤ装置において、反応炉内へガスを導入するガス供給ユニットを第一のガス供給管と第一のガス供給管に接続された扇状の第二のガス供給管と第二のガス供給管に接続された半円状の第三のガス供給管とから構成する。
【００９２】
これによって、大量のガスや減圧下で高速のガス流がガス供給管内部に発生する場合でも第一のガス供給管から流れ出るガスは渦を発生することなく第二のガス供給管へ流入するため、短時間でのガス種の切り替えが可能となる効果を得られる。
【００９３】
（３）縦型ＣＶＤ装置において、ガス供給ユニットを第一のガス供給管と第一のガス供給管に接続された第二のガス供給管とし、第二のガス供給管の水平断面積をガスの導入方向に対して減少する構造とする。
【００９４】
これによって、第二のガス供給管内部の圧力分布を一定にすることができる。特に、第二のガス供給管に開口されたガス噴出口の面積を一定にすることで第二のガス供給管に設けたガス噴出口から同じ流量でガスを噴出できる効果を得られる。
【００９５】
（４）縦型ＣＶＤ装置において、ガス供給ユニットを第一のガス供給管と第二のガス供給管で構成し、第二のガス供給管の内部は仕切り板によって複数の空間に分離し、各空間にガス噴出口を開口し、仕切り板によって区切られている第二のガス供給管内部のそれぞれの空間に少なくとも一箇所、第一のガス供給管と第二のガス供給管を仕切っている板に開口部を設ける。
【００９６】
これによって、第一のガス供給管から第二のガス供給管のそれぞれの分離された空間へガスが供給され、第二のガス供給管に設けられたガス噴出口から同じ速度でガスを噴出できる効果を得られる。
【００９７】
（５）縦型ＣＶＤ装置において、反応炉内へガスを導入するガス供給ユニットを第一のガス供給管と第一のガス供給管に接続された第二のガス供給管とし、さらに、第二のガス供給管にドレーン孔を設ける。
【００９８】
これによって、ガス供給管内部のガスを短時間に置換でき、反応炉内のガス種の切り替えが短時間に可能となる効果を得られる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればガス噴出口でのガス濃度を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス供給ユニットの形状を説明するための概略図である。
【図２】ガス供給ユニットに設けられたガス噴出口の位置関係を説明するための概略図である。
【図３】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の垂直断面概略図である。
【図４】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の概略水平断面図である。
【図５】ガス供給ユニット内部へ流れるガスの流れ状態を説明するためのガス供給ユニット内部のジクロルシランガスのモル分率分布である。
【図６】縦型ＣＶＤ装置の成膜特性を説明するための図である。
【図７】ガス供給ユニット内部での渦の発生を説明する図である。
【図８】扇状拡散管を有するガス供給ユニットの概略図である。
【図９】楕円形状拡散管を有するガス供給ユニットの概略図である。
【図１０】変形した扇状拡散管を有するガス供給ユニットの概略図である。
【図１１】三角状の拡散管を有するガス供給ユニットの概略図である。
【図１２】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の概略垂直断面図である。
【図１３】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の水平断面概略図である。
【図１４】三角状の拡散管を有するガス供給ユニットの特性を説明するための図である。
【図１５】従来型のガス供給管の特性を説明するための図である。
【図１６】三角状の拡散管を有するガス供給ユニットを適用した縦型ＣＶＤ装置の成膜特性を説明するための図である。
【図１７】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図１８】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の垂直断面概略図である。
【図１９】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の水平断面概略図である。
【図２０】ガス供給ユニットの特性を説明するための図である。
【図２１】縦型ＣＶＤ装置の成膜特性を説明するための図である。
【図２２】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図２３】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図２４】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の垂直断面概略図である。
【図２５】縦型ＣＶＤ装置の成膜特性を説明するための図である。
【図２６】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図２７】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図２８】ガス供給ユニットの設置状況を説明するための縦型ＣＶＤ装置の垂直断面概略図である。
【図２９】縦型ＣＶＤ装置の成膜特性を説明するための図である。
【図３０】ガス供給ユニット構造を説明する概略図である。
【図３１】従来技術を説明するための縦型ＣＶＤ装置の垂直断面概略図である。
【図３２】従来技術を説明するためのガス供給口とガス排気口の概略図である。
【符号の説明】
１００…ガス供給ユニット、１０１…導入管、１０２…拡散管、１０３…噴出口、１０４…ドレーン孔、１０５…ドレーン排気管、１０６…ドレーン排気口、３００…縦型ＣＶＤ装置、３０１…反応炉、３０２…ウエハボード、３０３…回転軸、３０４…ガス排気管、６００…縦型ＣＶＤ装置、６０１…反応炉、６０２…ガス供給管、６０３…ガス排気管、６０４…ウエハボード、７０１…ガス供給口、７０２…ガス排気口、１００１…扇状供給管、１１００…ガス供給ユニット、１１０１…拡散管、１２００…縦型ＣＶＤ装置、１７００…ガス供給ユニット、１７０１…一次管、１７０２…二次管、１７０３…スリット、１７０４…噴出口、１７０５…仕切り板、１７０６…石英板、１８００…縦型ＣＶＤ装置、１９００…縦型ＣＶＤ装置、２２００…ガス供給ユニット、２２０１…拡散管、２３００…ガス供給ユニット、２５００…ガス供給管、２６００…ガス供給管、２７００…縦型ＣＶＤ装置、３０００…ガス供給管、３１００…ガス供給管。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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