(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記一重の反応管を前記マニホールドに載置した際の前記一重の反応管の内壁の位置は、前記二重構造の反応管を前記マニホールドに載置した際の前記外側反応管の内壁の位置よりも内側に位置するように、前記一重の反応管と前記二重構造の反応管が選択的に前記マニホールドに載置されることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れるようにしたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記マニホールドに前記二重構造の反応管を載置した際の前記内側反応管の内壁と前記ボートとの距離と、前記マニホールドに前記一重の反応管を載置した際の前記一重の反応管の内壁と前記ボートとの距離とを同じとするため、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が胴体部上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設ける事により、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管と、一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記一重の反応管を前記マニホールドに取り付ける前記一重の反応管の第１のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第１のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記一重の反応管の前記第１のフランジ部の外径と前記二重構造の反応管の前記外側反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とし、前記一重の反応管と前記二重構造の反応管とを前記マニホールドに交換設置可能にしたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、複数の半導体ウエハを垂直方向に積層した状態で半導体ウエハの処理を行う縦型の反応室構成を備える半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置１００の構成例を図２に示す。
この従来の縦型半導体製造装置１００においては、アウターチューブ１１０の外部にヒータ（図示せず）を備えており、アウターチューブ１１０内を均一に加熱できる構造となっている。アウターチューブ１１０内には筒状のインナーチューブ１２０が設けられている。インナーチューブ１２０内には、複数の半導体ウェーハ（図示せず）を垂直方向に積層して搭載するボート３０が設けられている。このボート３０は、ボート台３２上に搭載されている。
【０００３】
縦型半導体製造装置１００は、マニホールド４０を備えている。アウターチューブ１１０は、マニホールド４０の上部に取り付けられている。マニホールド４０の上部には、フランジ４３が設けられ、フランジ４３と取り付け部材４４とにより、アウターチューブ１１０の下部のフランジ部１１３とマニホールド４０のフランジ４３とをこれらの間にＯ−リング（オーリング）４５を介して固定している。マニホールド４０の内側には、インナーチューブ取り付け部材４６が設けられ、インナーチューブ１２０がこのインナーチューブ取り付け部材４６上に載置されている。アウターチューブ１１０の下部は開放された構造となっており、インナーチューブ１２０の上部および下部は開放された構造となっている。
【０００４】
マニホールド４０の側壁にはガス導入ポート２２が貫通して取り付けられ、そのマニホールド４０の内側端部には、ノズル２３が取り付けられている。また、排気管４２もマニホールド４０の側壁を貫通して取り付けられている。
【０００５】
マニホールド４０の下端は開放された構造となっているが、ベースフランジ５１，シールキャップ５２により閉じられ、気密な構造となっている。
【０００６】
インナーチューブ１２０の下部からノズル２３がインナーチューブ１２０内に挿入されている。ノズル２３から供給された原料ガスは、インナーチューブ１２０内に噴出され、インナーチューブ１２０内を上部まで移動し、インナーチューブ１２０とアウターチューブ１１０との間の空間を通って下方に流れ、排気管４２から排気される。
【０００７】
従来、半導体ウェーハ（図示せず）上に形成される膜厚の均一性を向上するため、インナーチューブ１２０の径を小さくして、半導体ウェーハを保持するボート３０と、インナーチューブ１２０の壁面との距離を短くして原料ガスを下から上へ流す構成としていたが、高清浄プロセス（例えば、エピタキシャル成長等）の場合、炉下部からの汚染が原料ガスの流れに沿って反応室（インナーチューブ１２０）内を汚染し、高品質な膜が得られないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の主な目的は、上記従来技術の問題点を解決して、高清浄雰囲気で良質な膜を生成し、膜厚均一性を向上することのできる半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記一重の反応管を前記マニホールドに載置した際の前記一重の反応管の内壁の位置は、前記二重構造の反応管を前記マニホールドに載置した際の前記外側反応管の内壁の位置よりも内側に位置するように、前記一重の反応管と前記二重構造の反応管が選択的に前記マニホールドに載置されることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１０】
本発明の一態様によれば、
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れるようにしたことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設け、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管の前記外側反応管の第１のフランジ部の外径と一重の反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とする事により、前記二重構造の反応管と、前記一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記マニホールドに前記二重構造の反応管を載置した際の前記内側反応管の内壁と前記ボートとの距離と、前記マニホールドに前記一重の反応管を載置した際の前記一重の反応管の内壁と前記ボートとの距離とを同じとするため、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記第２のフランジ部との間に、径が胴体部上側で小さく、前記第２のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１２】
本発明の一態様によれば、
原料ガスを下から上に流す方式に変更可能とするためにインナーチューブ取付け部材をマニホールド内部に設ける事により、内側反応管と外側反応管とを有する二重構造の反応管と一重の反応管とを前記マニホールドに対して交換載置可能であり、
前記マニホールドに排気口を設け、前記一重の反応管を前記マニホールドに載置して半導体ウェーハを処理する際に、ノズルが前記排気口と対面する位置に前記マニホールドの下部から前記一重の反応管内に挿入され、ボートの上端近傍まで延在し、前記ノズルに供給された原料ガスが前記ノズルの上端から前記ボートの上端近傍に向けて噴出され、前記原料ガスが反応管の天井および側壁を通ることにより、前記一重の反応管の上部から前記排気口に流れ、
前記一重の反応管は、前記一重の反応管の胴体部と前記一重の反応管を前記マニホールドに取り付ける前記一重の反応管の第１のフランジ部との間に、径が前記胴体部の上側で小さく、前記第１のフランジ部側で大きくなる傾斜部を具備し、
前記一重の反応管の前記第１のフランジ部の外径と前記二重構造の反応管の前記外側反応管の第２のフランジ部の外径とを同一とし、前記一重の反応管と前記二重構造の反応管とを前記マニホールドに交換設置可能にしたことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高清浄雰囲気で良質な膜を生成し、膜厚均一性を向上することのできる半導体製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の半導体製造装置の概略縦断面図である。
本実施の形態の縦型半導体製造装置１においては、アウターチューブ１０の外部にヒータ（図示せず）を備えており、アウターチューブ１０内を均一に加熱できる構造となっている。アウターチューブ１０内には、複数の半導体ウェーハ（図示せず）を垂直方向に積層して搭載するボート３０が設けられている。ボート３０には複数の基板載置溝３１が設けられ、これらの基板載置溝３１に複数の半導体ウェーハ（図示せず）がそれぞれ水平に載置される。ボート３０は、ボート台３２上に搭載されている。
【００１５】
縦型半導体製造装置１００は、マニホールド４０を備えている。アウターチューブ１０は、マニホールド４０の上部に取り付けられている。マニホールド４０の上部には、フランジ４３が設けられ、フランジ４３と取り付け部材４４とにより、アウターチューブ１０の下部のフランジ部１４とマニホールド４０のフランジ４３とをこれらの間にＯ−リング（オーリング）４５を介して固定している。
アウターチューブ１０は、天板部１１と、円筒状の胴体部１２と、円錐部１３と、フランジ部１４とを備えており、アウターチューブ１０の下部は開放された構造となっている。アウターチューブ１０の材質としては、石英、ＳＩＣ他が使用される。
【００１６】
マニホールド４０の側壁にはガス導入ポート２２が貫通して取り付けられ、そのマニホールド４０の内側端部には、ノズル２１が取り付けられている。また、排気管４２もマニホールド４０の側壁を貫通して取り付けられている。
【００１７】
マニホールド４０の下端は開放された構造となっているが、ベースフランジ５１、シールキャップ５２により閉じられ、気密な構造となっている。
ボート３０の挿入／引き出しは、図中省略のボートエレベータ部に取り付いているアームにシールキャップ５２が取り付けられており、このボートエレベータによるシールキャップ５２の昇降動作により行われる。また、シールキャップ５２に回転軸３３が取り付けられボート３０を回転させることも可能となる。ボートの回転は、ウェーハの均一性を向上するのに有効である。
【００１８】
マニホールド４０の下部からノズル２１がアウターチューブ１０内に挿入され、ボート３０の上端近傍まで延在している。ノズル２１から供給された原料ガスは、ボート３０上に噴出され、アウターチューブ１０内の空間を通って下方に流れ、排気管４２から排気される。
【００１９】
本実施の形態では、従来技術で使用していたインナーチューブを取り外し、アウターチューブ１０の内径を限りなく小さくする（例えば、胴体部１２の内径をウェーハ径＋（５０〜７０ｍｍ）とする）ことで、ウェーハを保持するボート３０との距離を短くすることにより、ドーパント濃度均一性、膜厚均一性の向上を図ることができる。また、反応管（アウターチューブ１０）とボート３０の間に原料ガスをボート３０上まで導入するノズル２１を設け、反応ガスを上から下へ反応管（アウターチューブ１０）内に流すことにより、反応炉内への炉下部からの汚染を防止することができる。このように、インナーチューブを取り外し、アウターチューブ１０のみとしたので、図２にようにインナーチューブ１２０とアウターチューブ１１０との間に反応ガスを上から下へ流す必要がなくなり、その結果、原料ガスをボート３０上に導入するノズル２１を設けて、反応ガスを上から下へアウターチューブ１０内を流すことができるようになって、炉下部からの汚染を防止することができるようになった。
【００２０】
また、アウターチューブ１０のフランジ部１４と胴体部１２との間に円錐形状の円錐部１３を設けることにより、反応管を交換するのみで、図２に示すような、インナーチューブ１２０とアウターチューブ１１０を設けることも可能で、図２に示すような原料ガスを下から上へ流す方式に容易に変更可能である。なお、このためには、図１には図示していないが、図２に示すようなインナーチューブ取り付け部材４６をマニホールド４０内部に設けておけばよい。
【００２１】
また、本実施の形態の装置は、インナーチューブ１２０とアウターチューブ１１０を用いる図２に示す装置と共用部品で製作できる。特に反応管を取り付ける炉口部は繁雑な構造となっているが、主にマニホールド４０、ベースフランジ５１、シールキャップ５２が共通化でき、製作コストを低減できる。
【００２２】
また、アウターチューブ１０（反応管）の形状を下記とすることにより、反応管の強度を向上させている。
フランジ部１４、円錐部１３：厚肉７〜１５ｍｍ（最適値１０ｍｍ）
胴体部１２、天板部１１：３〜７ｍｍ（最適値４ｍｍ）
安全率：１１倍
（なお、ここで、安全率とは、部材の破壊点に達する荷重と設計上考えられた荷重との比をいう。）
なお、フランジ部１４の内径は、胴体部１２の内径＋（３０〜６０ｍｍ）である。
【００２３】
ここで、アウターチューブ１０の下部のフランジ部１４と胴体部１２とを図２に示すように直角とせず、フランジ部１４と胴体部１２ｂとの間に  断面テーパ状の円錐部１３を設けたのは、反応管（アウターチューブ１０）内を減圧にし、また反応管（アウターチューブ１０）を加熱したときの強度を保つためである。
【００２４】
次に、本実施の形態の装置１を用いた成膜方法の一実施例について説明する。
例えば、１００枚の半導体シリコンウエハ（図示せず）をボート３０に搭載し、アウターチューブ１０の外側のヒータ（図示せず）により４００℃〜７００℃にアウターチューブ１０内を加熱し、反応ガスのＳｉＨ4、ＧｅＨ4およびドーピングガスとしてＢＣｌ3、キャリアガスとしてＨ２をノズル２１より流し、排気管４２より排気して、反応管（アウターチューブ１０）内の圧力を０．１Ｐａ〜１００Ｐａに保った状態で、ＳｉおよびＳｉＧｅのエピタキシャル成長を行った。このとき、成膜した膜の膜厚均一性はＢ濃度均一性で±２．７％であった。また、炉下部からの汚染により、基板の膜成長不良を引きおこすことはなかった。
なお、本実施の形態の装置１は、上記温度と圧力に限定されず、それぞれ温度４００℃〜９００℃、圧力０．１Ｐａ〜５００Ｐａの範囲で好適に使用できる。
【００２５】
本実施の形態によれば、均一性を向上することができ、また、石英部品の交換（アウターチューブ１０と、インナーチューブ１２０およびアウターチューブ１１０との交換）でプロセスの使い分けが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体製造装置の概略縦断面図である。
【図２】従来の半導体製造装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…半導体製造装置
１０…アウターチューブ
１１…天板部
１２…胴体部
１３…円錐部
１４…フランジ部
２１、２３…ノズル
２２…ガス導入ポート
３０…ボート
３１…基板載置溝
３２…ボート台
３３…回転軸
４０…マニホールド
４２…排気管
４３…フランジ
４４…取り付け部材
４５…オーリング
４６…インナーチューブ取り付け部材
５１…ベースフランジ
５２…シールキャップ
１１０…アウターチューブ
１１３…フランジ部
１２０…インナーチューブ
【図１】
0004532427.tif 000002
【図２】
0004532427.tif 000003