(57)【要約】【課題】炉心管内の汚染を防止した構造の減圧ＣＶＤ装置を提供すること。【解決手段】遮熱治具３の複数枚のフィン１４、１５、１６を、複数種の円板状のフィン１４、１５、１６を所定の間隔で離間して積層状に配置して形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心管の底部の密閉手段上に設けられ複数枚のフィンを有する遮熱治具と、この遮熱治具の上に設けられて複数枚の被処理体を所定間隔で積層状に載置するボートと、前記炉心管の側壁の下部に設けられ前記炉心管内に原料ガスを供給するガス導入管とを具備した減圧ＣＶＤ装置において、
前記遮熱治具の複数枚のフィンは、複数種の円板状のフィンを所定の間隔で離間して積層状に配置して形成していることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記遮熱治具は、少なくともその下方位置に、相互に異なる位置に孔が孔設されている円板状のフィンが複数配置されていることを特徴とする請求項１記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記複数種の円板状のフィンのうち、一種類のフィンには、円弧状の風当て板が凸設されていることを特徴とする請求項１記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記複数種の円板状のフィンに孔設されている前記孔は、円形であることを特徴とする請求項２記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項５】
炉心管の底部の密閉手段上に設けられ複数枚のフィンを有する遮熱治具と、この遮熱治具の上に設けられて複数枚の被処理体を所定間隔で積層状に載置するボートと、前記炉心管の側壁の下部に設けられ前記被処理体に対して原料ガスを供給するガス導入管とを具備した減圧ＣＶＤ装置において、
前記ガス導入管の放出口の方向が、前記遮熱冶具を形成している最下部のフィンの直下に形成された空間の方向であることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記炉心管の下部には、前記放出口が水平方向に６０度乃至１８０度の間隔で２つに分岐して形成されている第１のガス導入管と、放出口が前記第１のガス導入管と略同方向である第２のガス導入管が配置されていることを特徴とする請求項５記載の減圧ＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記第２のガス導入管の前記導入口は、導入角度が１０度程度上方に向けて設けられていることを特徴とする請求項６記載の減圧ＣＶＤ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、半導体装置の製造工程で成膜を行う際に用いるバッチ処理方式の減圧ＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスでは、半導体ウエハ（以下、単にウエハと言う）の表面上に薄膜を形成する成膜方法が用いられている。この成膜方法のひとつにＣＶＤ法がある。このＣＶＤ法は、高温度の環境下で化学反応を生じさせ、シリコン膜、酸化膜、窒化膜等の薄膜を半導体ウエハの表面上に成膜する方法である。
【０００３】
特にウエハの表面上に多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜、又はテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜、ボロンフォスフォシリケートグラス（ＢＰＳＧ）膜、若しくは高温シリコン酸化（ＨＴＯ）膜に代表されるようなＣＶＤ酸化膜等の化合物半導体薄膜の製造には減圧ＣＶＤ法が多く用いられている。
【０００４】
減圧ＣＶＤ法をおこなう際に通常使用されているＣＶＤ装置では、縦型炉が用いられている。縦型炉は、炉心管内のボートに多数のウエハを板圧方向に所定間隔を隔てて保持し、ボートによって各ウエハを回転せせると共に、炉心管の内部に各種のガスを注入し、加熱をおこなうことにより、バッチ方式（多数のウエハを同時に生産する方式）による各種処理をおこなっている。このようなバッチ処理で処理されるウエハは、処理の際に各ウエハの面内の真空度、ガス濃度や温度を均一に保つために、ウエハを水平方向に回転させる等の種々の方策がとられている。
【０００５】
図８（ａ）は、従来技術の減圧ＣＶＤ装置の要部の一例の側面の模式構成図で、図８（ｂ）は、その下面図である。
【０００６】
減圧ＣＶＤ装置では、反応管５１の内部に配置されているボート５２に複数枚のウエハＷが保持されている。ボート５２は遮熱治具（保温筒）５３の上に載置され、保温筒５３は密閉手段である封止キャップ５４に取付けられている回転機構部５９の上に設置されている。この回転機構部５９は、減圧状態で回転軸（不図示）を大気から遮断するために磁性流体による磁気シール方式が用いられている。
【０００７】
反応管５１はインナー管５５とアウター管５６の二重管構造に形成されている。反応管５１の側壁にはマニホールド５７が設けられており、また、底部は封止キャップ５４によって封止されている。アウター管５６の側壁の下部には連通して排気管５８が設けられている。反応管５１の内部は、排気管５８を介して、この排気管５８に接続しているポンプ（不図示）の吸引によって減圧状態に保持される。また、反応管５１の下部にはインナー管５５の内部に連通してアンモニアガス用のガス導入管Ｅ６０とジクロルシラン用のガス導入管Ｆ６１も設けられている。なお、ガス導入管Ｅ６０のインナー管５５への放出口６０ａは水平に形成されており、また、ガス導入管Ｆ６１のインナー管５５への放出口６１ａは垂直に形成されている。
【０００８】
これらの構成によりＣＶＤ成膜を行う際に、原料ガスはガス導入管Ｅ６０とガス導入管Ｆ６１からインナー管５５の内部の下部に導入され、ボート５２に支持されたウエハＷの上に供給される。その際、回転機構部５９によって保温筒５３及びボート５２が回転することにより、反応ガスがウエハＷの表面上に偏りなく供給される。また、未反応ガスはインナー管５５の上端よりアウター管５６とインナー管５５との空間を通り、排気管５８から排出される。
【０００９】
なお、この装置で、原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）とジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を用いて、窒化珪素膜の成膜を行った場合、ボート５２上の各ウエハＷの面内膜厚均一性は、図９に示した通り±５％以下であった。なお、図９において、横軸はボート上のウエハの位置（端部からＰｉｔｃｈで表している）で、縦軸は面内膜厚均一性（±％で表している）である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように回転機構部５９を備えた減圧ＣＶＤ装置では、成膜時に生じる副生成物（ＮＨ４Ｃｌ）の付着に起因して、回転機構部５９で用いている磁気シール部が腐蝕して劣化したり、また、磁気シール部は、単なる経時的な劣化によって磁性流体が反応管５１の内部に飛散し金属汚染を引き起こす問題が生じる。そのため、回転機構部５９の交換を頻発におこなう必要があるという問題が発生していた。
【００１１】
また、回転機構部５９を廃止してボート５２の回転をおこなわない固定型の減圧ＣＶＤ装置にした場合、反応管５１の内部でウエハＷを回転させずに、一定方向のまま窒化珪素膜の成膜を行うため、図１０に示した通り、ウエハＷの面内膜厚均一性は、図９に示した回転機構部５９を備えた減圧ＣＶＤ装置による場合よりも低下する。そのため、ウエハＷの表面に均一に供給することのできる原料ガスの導入方法の確立等の未解決の問題を解決する必要が生じていた。
【００１２】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、反応管内の汚染を防止した構造の減圧ＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、炉心管の底部の密閉手段上に設けられ複数枚のフィンを有する遮熱治具と、この遮熱治具の上に設けられて複数枚の被処理体を所定間隔で積層状に載置するボートと、前記炉心管の側壁の下部に設けられ前記炉心管内に原料ガスを供給するガス導入管とを具備した減圧ＣＶＤ装置において、
前記遮熱治具の複数枚のフィンは、複数種の円板状のフィンを所定の間隔で離間して積層状に配置して形成していることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置である。
【００１４】
また本発明によれば、前記遮熱治具は、少なくともその下方位置に、相互に異なる位置に孔が孔設されている円板状のフィンが複数配置されていることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置である。
【００１５】
また本発明によれば、炉心管の底部の密閉手段上に設けられ複数枚のフィンを有する遮熱治具と、この遮熱治具の上に設けられて複数枚の被処理体を所定間隔で積層状に載置するボートと、前記炉心管の側壁の下部に設けられ前記被処理体に対して原料ガスを供給するガス導入管とを具備した減圧ＣＶＤ装置において、前記ガス導入管の放出口の方向が、前記遮熱冶具を形成している最下部のフィンの直下に形成された空間の方向であることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置である。
【００１６】
また本発明によれば、前記炉心管の下部には、前記放出口が水平方向に６０度乃至１８０度の間隔で２つに分岐して形成されている第１のガス導入管と、放出口が前記第１のガス導入管と略同方向である第２のガス導入管が配置されていることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置である。
【００１７】
また本発明によれば、前記第２のガス導入管の前記導入口は、導入角度が１０度程度上方に向けて設けられていることを特徴とする減圧ＣＶＤ装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
発明者は、減圧ＣＶＤ装置において、各ウエハの面内のガス濃度を均一に保つために従来用いられていた回転機構部につき、この回転機構部が存在しているために生ずる不具合（磁気シール部の劣化等）を除去するために、回転機構部を用いない構造、つまり、ウエハを回転させないでも、各ウエハ面内のガス濃度を均一に保つことのできる方策について検討してきた。
【００２０】
その結果、ウエハを回転させなくても、炉心管内へガスを供給するガス導入管の配置や、ウエハボート（以下、ボートと略す）の下部に配置したの遮熱治具（保温筒）を特定の構成にすることにより、炉心管へ供給する原料ガスの流れを制御し、それにより、ガスの混合・分散を促進させて、ウエハに対して均一に供給することができるとの知見を得た。
【００２１】
図１（ａ）は、この知見に基づく本発明の減圧ＣＶＤ装置の第１の実施の形態を示す側面の一部断面模式図であり、図１（ｂ）はその模式下面図である。
【００２２】
減圧ＣＶＤ装置では、炉心管１の内部に配置されているボート２に被処理体である複数枚のウエハＷが保持されている。ボート２は遮熱治具（保温筒）３の上に載置され、保温筒３は、炉心管１の底部の密閉手段である封止キャップ４の上に設けられている。なお、この封止キャップ４は昇降手段（不図示）により保温筒３やボート２を載置した状態で上下方向に移動する。
【００２３】
炉心管１はインナー管５とアウター管６の二重管構造に形成されている。炉心管１の側壁にはマニホールド７が設けられており、また、底部は封止キャップ４によって封止されている。アウター管６の側壁の下部には連通して排気管８が設けられている。炉心管１の内部は、排気管８を介して、この排気管８に接続しているポンプ（不図示）の吸引によって減圧状態に保持される。また、炉心管１の下部にはインナー管５の内部に連通して、アンモニアガス用のガス導入管Ａ１０とジクロルシラン用のガス導入管Ｂ１１も設けられている。
【００２４】
ガス導入管Ｂ１１の形状は、従来の装置では、図８（ａ）に示したようにＬ字型で放出口が上向きであるのに対して、本実施の形態の装置では、ガス導入管Ｂ１１の形状はＬ字型ながら放出口１１ａが水平に向いて形成されている。なお、図１（ｂ）に示したように、排気管８に対するガス導入管Ａ１０とジクロルシラン用のガス導入管Ｂ１１の配置の平面での位相角度は６０度程度である。
【００２５】
保温筒３は３種類のフィン（フィンＢ１４、フィンＣ１５、フィンＤ１６）の組合せで構成されている。３種類のフィン１４、１５、１６は、いずれも円板状で外径寸法（直径φ１９０ｍｍ）と板厚（４ｍｍ）は等しいが、孔設されている通気孔の配置と形状や風当て板２１の有無が異なる。保温筒３の下部３枚のフィンは、この３種類のフィン１４、１５、１６が配置されている。これらのフィン１４、１５、１６の配置は、下側から上に行くに従って、フィンＢ１４→フィンＣ１５→フィンＤ１６の順に同軸に配置されている。また、下から４枚目以上は、フィンＣ１５→フィンＤ１６の繰り返し、あるいは、複数枚のフィンＤ１６、さらには、いずれも、フィン１４、１５、１６と外形寸法および板厚が同一で、通気孔が孔設されていない複数枚のフィン（不図示）により形成されており、それらの形態は任意に選択されている。
【００２６】
各フィンの形状を以下に説明すると、図２（ａ）は、フィンＢ１４の側面図で、（ｂ）はその平面図であり、また、図３（ａ）は、フィンＣ１５の側面図で、（ｂ）はその平面図であり、また、図４（ａ）は、フィンＤ１６の側面図で、（ｂ）はその平面図である。
【００２７】
フィンＢ１４は、中心に直径がφ７５ｍｍの通気孔２０が孔設され、また、半径７５ｍｍの位置に幅４ｍｍの円弧状に１８０度にわたって高さが１５ｍｍの風当て板２１が凸設さられている。
【００２８】
フィンＣ１５は、直径がφ７５ｍｍの仮想円上に９０度毎に、直径がφ３０ｍｍの通気孔２２が４個孔設されている。
【００２９】
フィンＤ１６は、中心と直径がφ１５０ｍｍの仮想円上に４５度毎に、直径がφ３０ｍｍの通気孔２３が全部で９個孔設されている。
【００３０】
ただし、これらの各フィン１４、１５、１６の各部の寸法は、炉心管１の寸法や形状、或いは、供給する原料ガスの種類に伴う流量や流速により異なるので、それらの条件に合わせて適宜設定する必要がある。
【００３１】
また、各フィン１４、１５、１６の設置の際の、ガス導入管Ｃ１３の位置に対する配置は、フィンＣおよびフィンＤは、孔設されている通気孔の位置が中心に対して対称位置に形成されているので、特に、位置を指定する必要がないが、フィンＢについては、円弧状の風当て板２１を下方にして、この風当て板２１がガス導入管Ｃ１１の反対側になるように設置する。
【００３２】
これらの保温筒３の構成により、本装置を用いてウエハＷに対して窒化珪素膜の成膜を行なう場合、原料ガスのジクロルシランガスはガス導入管Ｃ１１よりインナー管５の内部に導入される。その場合、まず、導入された多くのジクロルシランガスがフィンＢ１４の下面に沿って進行し、中央の通気孔２０の位置を通過しようとしたジクロルシランガスは、中央の通気孔２０に入り込んで通気孔２０を通過して上方に進む、また、中央の通気孔２０の位置を通過しなかったジクロルシランガスは、風当て板２１まで進み風当て板２１に衝突して反射する。風当て板２１は円弧状に形成されているので、反射したジクロルシランガスは円弧の中心に孔設されている通気孔２０に向かって進み、通気孔２０に入り込んで通気孔２０を通過して上方に進む。したがって、ガス導入管Ｃ１１よりインナー管５の内部に導入されたジクロルシランガスは、ほとんどがフィンＢ１４に孔設された通気孔２０を通過して上昇する流路に整流され、フィンＢ１４とフィンＣｌ５との間に形成された空間に流入する。
【００３３】
フィンＢ１４とフィンＣｌ５との間に形成された空間に流入したジクロルシランガスは、フィンＣ１５に孔設されている４個の通気孔２２を通過して、フィンＣｌ５とフィンＤ１６との間に形成された空間に流入する。この場合、４個の通気孔２２の配置により、ジクロルシランガスはフィンＢ１４を通過したときよりも外側に拡散されている。
【００３４】
次いで、フィンＣｌ５とフィンＤ１６との間に形成された空間に流入したジクロルシランガスは、フィンＤ１６に孔設されている９個の通気孔２３を通過して上昇を続ける。この場合、９個の通気孔２３の配置により、ジクロルシランガスは、フィンＣ１５を通過したときよりも外側に拡散されると共に中央の通気孔２３を通過するので、略フィンＤ１６の全面にゆきわたって分散される。また、上部にフィンＤ１６は複数枚が所定間隔で多段に形成されているので、ジクロルシランガスが上方空間に流れることによって、ボート２の下部の領域に達するまでに十分に分散される。
【００３５】
一方、ガス導入管Ａ１０から導入されたアンモニアガスは保温筒３７の底部より低い位置から水平方向に導入されている。そのため、インナー管５と保温筒３の空間部を通ってボート２の下部領域に達するまでには十分に分散されている。
【００３６】
従ってジクロルシランガスとアンモニアガスはボート２の下部の領域に達するまでに十分混合され気相反応を伴いながらウエハＷの表面に供給することができる。
【００３７】
図５は、この実施の形態により、ウエハＷの表面に成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフである。ボート２上のウエハＷの位置のピッチ（１ピッチは５．９ｍｍ）毎に、面内均一性（％）で示している。
従来の回転機構部によってウエハＷを回転させた際の面内均一性と略同程度のレベルに達している。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６（ａ）は本発明の減圧ＣＶＤ装置の第２の実施の形態を示す側面の一部断面模式図であり、図６（ｂ）はその模式下面図である。
【００３９】
この減圧ＣＶＤ装置では、ガス導入管Ｃ（第１のガス導入管）１８の放出口１８ａの位置が保温筒３の最下部のフィンＡ１２の直下の空間部の高さに設置し、かつ、放出口１８ａ、１８ｂを水平方向に６０〜１８０度の角度で分岐して２箇所設けている。この２個の放出口１８ａ、１８ｂからアンモニアガスを放出して、インナー管５の内部の空間部に導入させている。なお、図６（ａ）では省略しているが、保温筒３の下部３枚のフィンをはじめ、保温筒３内のフィンの構成は実施例１と同様の構成を任意に選択して用いることができる。
【００４０】
また、ジクロルシラン用のガス導入管Ｄ（第２のガス導入管）１９を垂直方向にほぼＬ字状に配管し、放出口１９ａについては、ガスの導入角度が水平よりも約１０度上向きに形成されている。
【００４１】
この場合も、ボート２は回転しないでも、ガス導入管Ｄ１８から導入されたアンモニアガスとガス導入管Ｅ１９から導入されたジクロルシランガスは、保温筒３の最下部のフィンＡ１２の直下に形成されている空間部ですぐに混合し、気相反応を伴いながらインナー管５と保温筒３６との間に形成されている空間を通り上昇する。その上昇によってボート２の下部の領域に達するまでには混合したガスが十分に分散されてウエハＷ１の上に供給される。
【００４２】
図７は、この実施の形態により、ウエハＷ上に成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフである。従来の回転機構部によってウエハＷを回転させた際の面内均一性と略同程度のレベルに達している。
【００４３】
以上に説明したように、本発明の減圧ＣＶＤ装置は、ボートの回転機構部を有していないので、従来発生していた、ボートの回転機構部が具備していた磁気シール部の劣化による炉心管の内部の金属汚染については、発生の恐れがない。
【００４４】
また、混合が十分なされたガスが分散して均等にウエハの表面に供給されるので、成膜時の膜厚均一性が向上する。
【００４５】
ボートの回転機構部を除去することができたので、減圧ＣＶＤ装置装置自体の構造が単純化して、ウエハの搬入排出装置等の取り付けが容易になり、また、装置のコストダウンが可能になった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、炉心管の内部の汚染を防止した構造の減圧ＣＶＤ装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の減圧ＣＶＤ装置の第１の実施の形態を示す側面の断面模式図、（ｂ）はその下面図。
【図２】（ａ）は、本発明の減圧ＣＶＤ装置のフィンの側面図、（ｂ）はその平面図。
【図３】（ａ）は、本発明の減圧ＣＶＤ装置のフィンの側面図、（ｂ）はその平面図。
【図４】（ａ）は、本発明の減圧ＣＶＤ装置のフィンの側面図、（ｂ）はその平面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態による減圧ＣＶＤ装置により成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフ。
【図６】（ａ）は、本発明の減圧ＣＶＤ装置の第２の実施の形態を示す側面の断面模式図、（ｂ）はその下面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態による減圧ＣＶＤ装置により成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフ。
【図８】（ａ）は、従来技術の減圧ＣＶＤ装置の要部の一例の側面の模式構成図、（ｂ）は、その下面図。
【図９】従来の減圧ＣＶＤ装置により成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフ。
【図１０】従来の減圧ＣＶＤ装置により成膜した窒化珪素膜の面内均一性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…炉心管、２…ボート、３…保温筒、４…封止キャップ、５…インナー管、６…アウター管、８…排気管、１０…ガス導入管、１１…ガス導入管、１２…フィン、１４…フィン、１５…フィン、１６…フィン、１９…ガス導入管、２０…通気孔、２１…風当て板、２２…通気孔、２３…通気孔、
【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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