(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来の気相成長方法では、膜を形成すべき半導体基板を載置するための箱体を支持する支持部材の表面に、前記膜と組成を異にする副生成物が形成されるという問題があった。【解決手段】気相成長方法は、箱体５に載置された半導体基板６に膜を形成すべく、前記膜の元となる第１の気体を当該箱体５に送出する第１の送出工程と、前記箱体５を支持する支持部材９に前記第１の気体が接触することを抑止するための第２の気体を前記支持部材９に送出する第２の送出工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱体に載置された半導体基板に膜を形成すべく、前記膜の元となる第１の気体を当該箱体に送出する第１の送出工程と、
前記箱体を支持する支持部材に前記第１の気体が接触することを抑止するための第２の気体を前記支持部材に送出する第２の送出工程とを含むことを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記箱体は、前記膜の形成に適する第１の温度下に置かれており、
前記支持部材は、前記第１の温度と異なる第２の温度下に置かれていることを特徴とする請求項１記載の気相成長方法。
【請求項３】
半導体基板に膜を形成するための縦型減圧気相成長装置であって、
前記半導体基板を載置するための箱体と、
前記膜の元となる第１の気体を前記箱体に送出する第１の送出管と、
前記箱体の近傍にある前記第１の気体を前記膜の形成に適する第１の温度に加熱するための第１の加熱器と、
前記箱体を支持する台座であって前記箱体と前記第１の加熱器との位置関係を規定する前記台座と、
前記形成される膜の膜質を向上させるべく、前記箱体及び前記台座を回転させる駆動部と、
前記台座の表面のうち少なくとも前記第１の温度から最も離れた第２の温度下に置かれた部分を被覆する被覆部材と、
前記台座及び前記被覆部材間に、前記第１の気体が前記台座に接触することを抑止するための第２の気体を送出する第２の送出管とを含むことを特徴とする縦型減圧気相成長装置。
【請求項４】
前記形成される膜の膜質を向上させるべく前記箱体を回転させる駆動力を前記箱体に伝達する伝達機構を更に含み、
前記被覆部材は、前記伝達機構を更に被覆し、
前記第２の送出管は、前記伝達機構及び前記被覆部材間に、前記第２の気体を送出することを特徴とする請求項３記載の縦型減圧気相成長装置。
【請求項５】
前記台座又は前記伝達機構の近傍にある前記第１の気体を加熱するための第２の加熱器を更に含むことを特徴とする請求項４記載の縦型減圧気相成長装置。
【請求項６】
前記被覆部材は、前記台座又は前記伝達機構の近傍にある前記第１の気体を加熱するための第２の加熱器を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の縦型減圧気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長方法及び当該気相成長方法を使用する縦型減圧気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の縦型減圧気相成長装置の構成を示す断面図であり、図５は、キャップ及び炉口蓋の構造を詳細に示す断面図である。従来の縦型減圧気相成長装置１００は、図４に示されるように、ウエハ１０６に膜を形成すべく、内部反応管１０２、外部反応管１０３、ヒーター１０４、ボート１０５、排気管１０７、フランジ１０８、キャップ１０９、炉口蓋１１２、モータ１１３、ガス導入管１１５，１１６を有する。
【０００３】
従来の縦型減圧気相成長装置１００では、ガス導入管１１５，１１６から前記膜の元となる活性ガスが送出され、当該活性ガスは、ヒーター１０４により前記膜の形成に適した温度に加熱される。キャップ１０９上に設けられモータ１１３の駆動により回転するボート１０５に載置されたウエハ１０６には、前記活性ガスによる所定の反応を経て前記膜が形成され、残った活性ガスは、内部反応管１０２及び外部反応管１０３間の経路を経て排気管１０７から外部へ排出される。他方で、ボート１０５及びキャップ１０９は、炉口蓋１１２及びフランジ１０８間の係合により支持されており、ウエハ１０６への膜の形成が終了する毎に装置１００から外部に引き出され、膜の形成が完了したウエハ１０６と膜を形成すべきウエハ１０６とが交換される。
【０００４】
図５は、従来の縦型減圧気相成長装置の底部の構造を詳細に示す断面図である。キャップ１０９の底部には、図５に示されるように、モータ１１３の回転力をボート１０５に伝達するための伝達軸を含む伝達機構１１８が設けられている。また、炉口蓋１１２及びフランジ１０８間の係合は、Ｏリング１１９を介してなされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、キャップ１０９の側面は、装置１００の底部に近い位置ほど、前記膜の形成に適した温度からより離れた低い温度に置かれ、これにより、キャップ１０９の側面下部には、前記活性ガスを元とするが前記膜と組成を異にする副生成物が、装置１００の底部に近い位置ほど多量に形成される。一方、キャップ１０９の上部は、前記膜の形成に適した温度に近い温度に晒されるため、キャップ１０９の側面上部には、前記膜と同一組成の生成物が形成される。当該副生成物及び当該生成物は、装置１００からのボート１０５の出し入れに伴い繰り返される、内部反応管１０２内の温度（約５００〜８５０℃）及び室温（約２５℃）間での温度変化のサイクルに起因するキャップ１０９の熱膨張係数の変化による表面の応力の生起によって剥離し、パーティクル（微塵）を発生させるという問題があった。
【０００６】
伝達機構１１８もまた、Ｏリング１１９の材質の温度特性上の理由から、上記した膜形成の適温より低い温度に置かれることから、当該伝達機構１１８の表面にも上記の副生成物が形成され、モータ１１３の回転により伝達機構１１８から副生成物が剥離し、パーティクルが生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る気相成長方法は、上記した課題を解決すべく、箱体に載置された半導体基板に膜を形成すべく、前記膜の元となる第１の気体を当該箱体に送出する第１の送出工程と、前記箱体を支持する支持部材に前記第１の気体が接触することを抑止するための第２の気体を前記支持部材に送出する第２の送出工程とを含む。
【０００８】
本発明に係る気相成長方法によれば、前記支持部材に前記第１の気体が接触することを抑止するための第２の気体を前記支持部材に送出することから、前記半導体基板に形成すべき前記膜と同一組成の生成物及び前記膜と組成を異にする副生成物が前記支持部材に形成されることを低減することが可能となる。
【０００９】
上記した本発明に係る気相成長方法では、前記箱体は、前記膜の形成に適する第１の温度下に置かれており、前記支持部材は、前記第１の温度と異なる第２の温度下に置かれている。
【００１０】
本発明に係る縦型減圧気相成長装置は、半導体基板に膜を形成するための縦型減圧気相成長装置であって、前記半導体基板を載置するための箱体と、前記膜の元となる第１の気体を前記箱体に送出する第１の送出管と、前記箱体の近傍にある前記第１の気体を前記膜の形成に適する第１の温度に加熱するための第１の加熱器と、前記箱体を支持する台座であって前記箱体と前記第１の加熱器との位置関係を規定する前記台座と、前記形成される膜の膜質を向上させるべく、前記箱体及び前記台座を回転させる駆動部と、前記台座の表面のうち少なくとも前記第１の温度から最も離れた第２の温度下に置かれた部分を被覆する被覆部材と、前記台座及び前記被覆部材間に、前記第１の気体が前記台座に接触することを抑止するための第２の気体を送出する第２の送出管とを含む。
【００１１】
本発明に係る縦型減圧気相成長装置では、前記形成される膜の膜質を向上させるべく前記箱体を回転させる駆動力を前記箱体に伝達する伝達機構を更に含み、前記被覆部材は、前記伝達機構を更に被覆し、前記第２の送出管は、前記伝達機構及び前記被覆部材間に、前記第２の気体を送出する。
【００１２】
本発明に係る縦型減圧気相成長装置では、前記台座又は前記伝達機構の近傍にある前記第１の気体を加熱するための第２の加熱器を更に含む。
【００１３】
本発明に係る縦型減圧気相成長装置では、前記被覆部材は、前記台座又は前記伝達機構の近傍にある前記第１の気体を加熱するための第２の加熱器を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る縦型減圧気相成長装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
《構成》
第１実施形態の縦型減圧気相成長装置の構成について説明する。
【００１６】
図１は、第１実施形態の縦型減圧気相成長装置の構成を示す断面図である。縦型減圧気相成長装置１は、図１に示されるように、所望の膜（例えば、ポリシリコン膜、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜）の元となる活性ガス（例えば、シランガス（ＳｉＨ4）、又はジクロールシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）との混合ガス）を用いた高温下（例えば、７００℃以上）での気相成長方法により、シリコン基板のような半導体基板であるウエハ６に前記膜を堆積させつつ、低温下（例えば、２００℃以下）での活性ガスの反応により生じる副生成物（例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ））に起因するパーティクルの発生を不活性ガス（例えば、窒素ガス（Ｎ2）、ヘリウム（Ｈｅ））の送出により低減すべく、内部反応管２、外部反応管３、ヒーター４、ボート５、排気管７、フランジ８、キャップ９、サブヒーター１０、キャップリング１１、炉口蓋１２、モータ１３、及びガス導入管１４，１５，１６、伝達機構１８、Ｏリング１９を含む。
【００１７】
縦型減圧気相成長装置１は、垂直方向（縦方向）に伸びる筒形状を有し、即ち、内部反応管２、外部反応管３、及びボート５は、垂直方向に伸びる筒形状を有し、また、装置１の内部は、上記の活性ガスを外部から装置１内に吸引すべく、所定の減圧状態に維持されている。
【００１８】
内部反応管２は、ボート５を収容し、内部反応管２の周囲に、外部反応管３が設けられている。
【００１９】
第１の加熱器であるヒーター４は、内部反応管２に送り込まれる活性ガスを加熱すべく、外部反応管３の側面に沿って、より正確には、外部反応管３の底部付近を除き前記の側面に沿って延在している。
【００２０】
箱体であるボート５は、複数のウエハ６を垂直方向に棚状に載置すべく、内部反応管２内に着脱自在に収容されている。
【００２１】
排気管７は、ウエハ６に膜を形成するために使われた活性ガスの残りを外部へ排出すべく、外部反応管３の側壁に開口され形成されている。
【００２２】
フランジ８は、内部反応管２の底部の周縁に設けられており、内部反応管２、キャップリング１１、及びモータ１３と一体である炉口蓋１２がフランジ８に係合できる構成になっている。
【００２３】
支持部材及び台座であるキャップ９は、モータ１３上に設けられており、ボート５を、ヒーター４による加熱に適した高さの位置に支持する。換言すれば、キャップ９は、ボート５自身及びボート５に載置されたウエハ６を、膜の形成に必要な温度より低い温度に晒されないような高さの位置に支持する。
【００２４】
第２の加熱器であるサブヒーター１０は、円板形状であり、活性ガスがキャップ９及び伝達機構１８の側面、及び炉口蓋１２の表面において上記の低温で反応することによりパーティクルを発生することを阻止すべく、キャップ９より下方であって炉口蓋１２に接触しない位置に設けられており、キャップ９及び伝達機構１８の周辺にある活性ガスを加熱する。ここで、サブヒーター１０の加熱温度は、前記副生成物が形成される温度より高く、且つ、前記Ｏリング１９の特性に影響を与えない程度の温度（例えば、２００℃）に設定されている。
【００２５】
被覆部材であるキャップリング１１は、活性ガスがキャップ９の側面における中央部から底部に渡る領域に接触することを抑止すべく、キャップ９の側面における当該領域を覆うように設けられている。
【００２６】
図２は、キャップリングの構造を詳細に示す垂直断面図である。図２に示されるように、ガス導入管１４から伝達機構１８に沿って送り込まれる上記の不活性ガスは、サブヒーター１０によって暖められ、キャップ９及びキャップリング１１間の経路を通りキャップ９の側面に沿って流れる。
【００２７】
また、キャップリング１１は、従来の装置のキャップ９における、副生成物の発生量が比較的多い下半分の側面を覆っている。キャップリング１１がキャップ９の当該下半分の側面を覆うことにより、サブヒーター１０により不活性ガスを加熱すること、及びキャップ９及びキャップリング１１間に不活性ガスを送出することによる副生成物の発生の抑制を、キャップ９の側面においてより一層広い範囲に拡大することができ、これにより、副生成物の発生の低減をより効果的に行なうことができる。
【００２８】
ここで、キャップリング１１が、キャップ９の上半分の側面を覆っていない理由は、温度が高い上部にキャップリング１１を備えることによって、キャップリング１１の外壁面に膜と同一組成の生成物が形成されるのを防ぐためでもある。つまり、キャップリング１１の高さは、前記生成物が形成される温度に至る位置よりも低くなっている。なお、キャップリング１１で覆われていないキャップ９の上半分においても、上方に向かって送出される不活性ガスによって、キャップ９の側面に活性ガスが接触して前記生成物が形成されるのを抑制している。
【００２９】
図１に戻り、炉口蓋１２は、内部反応管２の底部における蓋として機能すべく、内部反応管２に着脱可能であり、より具体的には、装置１の底部において、内部反応管２からボート５を引き出すときにフランジ８から取り外され、また、内部反応管２にボート５を押し戻すときに、フランジ８に取り付けられる。
【００３０】
駆動部であるモータ１３は、炉口蓋１２に一体的に取り付けられており、モータ１３上のキャップ９の上面に取り付けられたボート５に載置されたウエハ６に形成すべき膜の膜厚及び膜質を均一にすべく、ウエハ６上に膜を形成する過程でボート５を回転させる。
【００３１】
第２の送出管であるガス導入管１４は、炉口蓋１２に一体的に取り付けられており、ガス導入管１５，１６から送出される活性ガスをキャップ９の近辺から遠ざけるべく、第２の気体である不活性ガスを貯蔵するタンク（図示せず）から蛇腹管（図示せず）経由で供給される不活性ガスを、伝達機構１８の側面に沿う方向に送出する。
【００３２】
第１の送出管であるガス導入管１５，１６は、外部反応管３の側面に取り付けられており、第１の気体である活性ガスを貯蔵するタンク（図示せず）に貯蔵されている活性ガスを内部反応管２に送出するために用いられる。
【００３３】
経路１７は、内部反応管２の外壁及び外部反応管３の内壁により形成されている。
【００３４】
伝達機構１８は、モータ１３の回転駆動力をキャップ９に伝達すべく機能する。
【００３５】
Ｏリング１９（図２参照）は、フランジ８内を密封すべく、フランジ８と炉口蓋１２との係合部に備えられている。
【００３６】
《動作》
本実施形態の縦型減圧気相成長装置１の動作について説明する。説明の前提として、ボート５には何らウエハ６が載置されていないことを想定する。
【００３７】
工程１：炉口蓋１２をフランジ８から取り外すと共に、内部反応管２から、炉口蓋１２に一体に設けられているキャップ９、キャップリング１１、サブヒーター１０、及びボート５を引き出す。
【００３８】
工程２：引き出されたボート５に複数のウエハ６を棚状に載置する。
【００３９】
工程３：複数のウエハ６が載置されたボート５を、キャップ９、キャップリング１１、サブヒーター１０と共に、内部反応管２に押し戻し、炉口蓋１２をフランジ８に取り付ける。
【００４０】
工程４：２本のガス導入管１５，１６から活性ガスを内部反応管２内に送出し、また、ガス導入管１４から不活性ガスを内部反応管２内に送出する。当該不活性ガスは、キャップリング１１の案内により、伝達機構１８及びキャップ９の側面に沿って流れる。
【００４１】
工程５：ガス導入管１５，１６から内部反応管２内に送り込まれた活性ガスは、上昇していき、その上昇の過程でヒーター４により、上記した所定の高温にまで加熱される。
【００４２】
工程６：ボート５に載置されたウエハ６上では、活性ガスが所望の反応を経て膜が形成され、例えば、３ＳｉＨ2Ｃｌ2＋４ＮＨ3→Ｓｉ3Ｎ4＋６ＨＣｌ＋６Ｈ2のような反応を経てウエハ６上に窒化シリコン膜が形成される。
【００４３】
工程７：上昇を続ける活性ガスは、内部反応管２の最上部に達した後、経路１７に沿って下降し、排気管７から外部へ排出される。
【００４４】
工程８：ウエハ６への膜の形成が完了すると、炉口蓋１２をフランジ８から取り外すと共に、内部反応管２から、キャップ９、キャップリング１１、サブヒーター１０、及びボート５を引き出す。
【００４５】
工程９：引き出したボート５から、膜が形成されたウエハ６を取り外した後、当該ウエハ６の代わりに、膜を形成すべきウエハ６をボート５に載置し、内部反応管２に入れ戻す。
【００４６】
上述したように、本実施形態の縦型減圧気相成長装置１では、キャップ９に活性ガスが接触することを阻むための不活性ガスを伝達機構１８及びキャップ９の側面に沿って流すことにより、前記生成物及び前記副生成物が伝達機構１８及びキャップ９の表面に形成されることを抑止することができる。
【００４７】
本実施形態の縦型減圧気相成長装置１では、また、伝達機構１８及びキャップ９の近傍にある活性ガスを加熱することから、当該活性ガスによる上記低温下での反応に起因する副生成物の発生を制止することが可能となる。
【００４８】
上記したように、ガス導入管１５，１６から送出された活性ガスをヒーター４により加熱することに代えて、予めヒーター（図示せず）により活性ガスを加熱し、当該加熱された活性ガスをガス導入管１５，１６から送出しても上記と同様な効果を得ることができる。
【００４９】
また、ガス導入管１４から送出するガスは、不活性ガスに限られず、例えば、活性ガスとしてジクロールシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）との混合ガスを用いる場合には、活性ガスであるアンモニア（ＮＨ3）を送出することもできる。
【００５０】
（第２実施形態）
本発明に係る縦型減圧気相成長装置の第２実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の縦型減圧気相成長装置は、第１実施形態の縦型減圧気相成長装置と同様に、内部反応管２、外部反応管３、ヒーター４、ボート５、排気管７、フランジ８、キャップ９、サブヒーター１０ａ（第１実施形態では、サブヒーター１０）、炉口蓋１２、モータ１３、及びガス導入管１４，１５，１６、伝達機構１８、Ｏリング１９を有し、さらに、キャップリング１１に替えて、被覆部材及び第２の加熱器としてサブヒーター１０ｂを有している。
【００５１】
図３は、第２実施形態の縦型減圧気相成長装置のサブヒーターの構造を示す垂直断面図である。図３に示されるように、活性ガスがキャップ９及び伝達機構１８の側面、及び炉口蓋１２の表面において上記の低温で反応することによりパーティクルを発生することを阻止すべく、２つのサブヒーター１０ａ，１０ｂが、それぞれキャップ９の底面と、側面における中央部から底部に渡る領域とを被覆している。キャップ９の底面に備えられたサブヒーター１０ａは、第１実施形態と同様に、円板形状であり、炉口蓋１２に接触しない位置に設けられている。キャップ９の側面に備えられたサブヒーター１０ｂは、円筒形状であり、サブヒーター１０ａの外周縁上に固定されており、サブヒーター１０ａとともに、キャップ９及び伝達機構１８の周辺にある活性ガスを加熱している。
【００５２】
ここで、サブヒーター１０ａ，１０ｂの加熱温度は、第１実施形態と同様に、前記副生成物が形成される温度より高く、且つ、前記Ｏリング１９の特性に影響を与えない程度の温度（例えば、２００℃）に設定されている。なお、キャップ９の側面に備えられたサブヒーター１０ｂは、Ｏリング１９と離れた位置にあるため、それより高い温度に設定することも可能である。
【００５３】
また、ガス導入管１４は、炉口蓋１２に一体的に取り付けられており、不活性ガスを内部反応管２内に送出する。当該不活性ガスは、２つのサブヒーター１０ａ，１０ｂの案内により、伝達機構１８及びキャップ９の側面に沿って流れる。
【００５４】
上述したように、本実施形態の縦型減圧気相成長装置１では、さらに、キャップ９の側面を、キャップリング１１に替えてサブヒーター１０ｂで被覆しているため、キャップリング１１が不要となるとともに、被覆部材の外壁面における前記副生成物の発生を一層抑制することが可能となる。
【００５５】
なお、２つのサブヒーター１０ａ，１０ｂは、各々個別に加熱制御されてもよいし、一括で制御されるようにしてもよい。さらに、これらは１つのサブヒーターとして一体的に構成されていてもよい。
【００５６】
また、不活性ガスを送出するガス導入管１４は、１本に限られず、複数本備えられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の縦型減圧気相成長装置の構成を示す断面図。
【図２】キャップリングの構造を示す垂直断面図。
【図３】第２実施形態の縦型減圧気相成長装置の構成を示す断面図。
【図４】従来の縦型減圧気相成長装置の構成を示す断面図。
【図５】従来の縦型減圧気相成長装置の底部の構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１…縦型減圧気相成長装置、５…ボート、６…ウエハ、９…キャップ。
【図１】
2005159249.tif 000003
【図２】
2005159249.tif 000004
【図３】
2005159249.tif 000005
【図４】
2005159249.tif 000006
【図５】
2005159249.tif 000007