(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管と該反応管下端に設けられる炉口フランジにより画成された反応室内に、前記反応管の内壁面に沿って立上げられたガス導入ノズルに異なる複数の方向に設けられた導入孔から反応ガスを導入しウェーハを処理する工程と、前記導入孔から前記反応室内に清掃用ガスを導入するセルフクリーニング工程とを有し、該セルフクリーニング工程では、前記炉口フランジの内壁面に面する様に設けられた不活性ガス導入ノズルの不活性ガス導入孔から前記反応室内に不活性ガスを導入することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
前記炉口フランジはステンレス製部材で形成されており、前記セルフクリーニング工程では、前記不活性ガス導入孔から前記不活性ガスを前記炉口フランジに吹付ける請求項１の半導体製造方法。
【請求項３】
前記導入孔は前記ガス導入ノズルの上端面と前記反応管の内壁面に面する様に側面に設けられ、前記上端面の導入孔と前記側面の導入孔から同一の流量でガスを供給する請求項１の半導体製造方法。
【請求項４】
反応管と該反応管下端に設けられる炉口フランジにより画成される反応室内に、前記反応管の内壁面に沿って立上げられたガス導入ノズルに異なる複数の方向に設けられる導入孔から清掃用ガスを導入し、前記炉口フランジの内壁面に面する様に設けられる不活性ガス導入ノズルの不活性ガス導入孔から前記反応室内に不活性ガスを導入することを特徴とするセルフクリーニング方法。
【請求項５】
前記炉口フランジはステンレス製部材で形成されており、前記不活性ガス導入孔から前記不活性ガスを前記炉口フランジに吹付ける請求項４のセルフクリーニング方法。
【請求項６】
前記導入孔は前記ガス導入ノズルの上端面と前記反応管の内壁面に面する様に側面に設けられ、前記上端面の導入孔と前記側面の導入孔から同一の流量でガスを供給する請求項４のセルフクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程の前処理工程に属する拡散、化学気相成長を行う反応炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造の処理工程の１つに拡散、化学気相成長工程があり、斯かる処理を行う装置として反応炉がある。
【０００３】
図４〜図６に於いて従来の反応炉を説明する。
【０００４】
図示しないヒータ内部に上端が閉塞し下端が開放された有天筒状で石英製の外部反応管１が設けられ、該外部反応管１の内部には筒状で石英製の内部反応管２が前記外部反応管１と同心に配設されている。前記外部反応管１、内部反応管２は下端をステンレス製の炉口フランジ３に支持され、前記内部反応管２、炉口フランジ３により反応室５が画成される。前記炉口フランジ３の下端開口部はステンレス、或はハステロイ等金属製のシ−ルキャップ６によりＯリング７を介して気密に閉塞可能であり、前記シールキャップ６はキャップ受台８を介して図示しないボートエレベータにより昇降される。前記シールキャップ６にはステンレス製のボート受台９を介してボート１０が立設され、該ボート１０には水平姿勢でウェーハが多段に装填される様になっている。
【０００５】
前記炉口フランジ３には前記外部反応管１と内部反応管２との間に形成される円筒状の空間１１に連通する様ステンレス製の排気管１２が接続されていると共に前記反応室５内に連通する様ガス導入ノズル１３が接続されている。
【０００６】
該ガス導入ノズル１３は直管であり、前記炉口フランジ３の周壁を垂直に貫通し先端は前記内部反応管２の下端部下方で開口している。
【０００７】
前記反応室５内でウェーハに成膜処理を行うには、前記ボート１０にウェーハを水平姿勢で多段に装填し、前記ボートエレベータ（図示せず）により前記キャップ受台８を介して前記シールキャップ６を上昇させ前記ボート１０を前記反応室５内に装入する。前記炉口フランジ３の下端開口部は前記シールキャップ６により前記Ｏリング７を介して気密に閉塞され、前記ヒータ（図示せず）により前記反応室５内が所定温度に加熱された状態で該反応室５内が真空引きされる。反応ガスは図６に示す様に前記ガス導入ノズル１３の先端より前記反応室５内に水平方向に導入され、前記炉口フランジ３の内壁更に前記内部反応管２の内壁に沿って上昇する。ウェーハに成膜処理が施され、反応後のガスは前記反応室５内を上昇後、前記空間１１内を下降し前記排気管１２から排気される。
【０００８】
ウェーハには成膜処理を行う過程で反応副生成物が生成され、該反応副生成物は排気ガスと共に前記空間１１を経て排気されるが、一部は前記外部反応管１の内壁或は前記内部反応管２の内外壁等に堆積する。堆積した反応副生成物は剥離するとパーティクルとなって前記反応室５内を浮遊し、ウェーハに付着して製品品質、歩留りを低下させる。そこで、定期的或は所定稼働時間経過後、反応副生成物を除去する為、前記反応室５内に清掃用ガスを流通させてセルフクリーニングしている。
【０００９】
前記反応室５内を前記ヒータ（図示せず）の加熱により高温にした状態で前記ガス導入ノズル１３から前記反応室５内に清掃用ガス、例えばＣｌＦ３を水平方向に導入し、前記外部反応管１の内壁或は前記内部反応管２の内外壁等に堆積した反応副生成物をエッチング除去し、清掃用ガスと共に排気する。
【００１０】
又、他の従来例として、前記清掃用ガスが前記炉口フランジ３、シールキャップ６、キャップ受台８等炉口部の部材に直接掛からない様する為、図８、図９に示す様に、前記炉口フランジ３の周壁を垂直に貫通させ、前記内部反応管２の内壁に沿って立上げ上端を開放させたガス導入ノズル１５により、前記反応室５内にガスを上方向に導入させる場合がある。更に、図１１に示す様に前記内部反応管２の内壁に沿って立上げた鉛直部１６の側面に導入孔１７を鉛直方向に所要数（図示では３個）穿設させたガス導入ノズル１８により、ガスを前記内部反応管２の内壁に向けて水平に導入させる場合もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した前者の従来のガス導入ノズル１３では、ウェーハに成膜時に反応ガスが一方向から導入される為、前記反応室５内、特に該反応室５の下部領域の炉口部付近での反応ガスの分布が均一となり難く、ウェーハの膜厚が均一とならない虞れがあった。
【００１２】
又、セルフクリーニング時に清掃用ガスが一方向から導入される為、図７に示す様に未清掃部分１４が残り、該未清掃部分１４は反応炉を分解する等他の方法で清掃しなければならず、清掃に手間が掛り、清掃効率の向上が図れない虞れがあった。
【００１３】
更に、清掃用ガスは腐食性が強く、セルフクリーニング時の前記反応室５内は高温となっている。従って、前記ガス導入ノズル１３より清掃用ガスを水平方向に導入すると、該清掃用ガスが前記炉口フランジ３、シールキャップ６、キャップ受台８等炉口部の部材に直接掛かり、常温では耐食性があるステンレス製の前記炉口部の部材も斯かる高温下では、前記清掃用ガスにより腐食等し劣化するという問題があった。
【００１４】
又、後者の従来のガス導入ノズル１５，１８では、いずれの場合もガスが一方向から導入されることに変わりはない為、ウェーハ成膜時に反応ガスが均一に分布せずウェーハの膜厚が均一にならなかったり、或はセルフクリーニング時に図７及び図１０に示す様に未清掃部分１４が残ったりする虞れがあった。
【００１５】
更に又、前記各ガス導入ノズル１３，１５，１８を組合せて使用することも行われているが、前記反応室５内のガス分布が均一となる様に前記ガス導入ノズル１３，１５，１８を配置するのは容易ではなく手間が掛かり、又、部品点数が増え、コストが増大する。
【００１６】
本発明は斯かる実情に鑑み、反応室内のガスの分布の均一性を向上させ、製品の品質の向上を図ると共に清掃時間を短縮化し、清掃効率の向上を図り、更に、炉口部の部材が清掃用ガスにより腐食等し劣化するのを抑制し、炉口部の耐用年数の延命を図るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応室内に反応ガスを導入するガス導入ノズルを有し、該ガス導入ノズルにより清掃用ガスを導入してセルフクリーニングする反応炉に於いて、前記ガス導入ノズルに異なる複数の方向に導入孔が設けられた反応炉に係り、又、前記反応室が反応管と該反応管下端に設けられる炉口フランジにより画成され、前記ガス導入ノズルは前記反応室の内壁面に沿って立上げられ、前記ガス導入ノズルの上端面と側面に前記反応管の内壁面に面する様に前記導入孔が設けられ、前記上端面の導入孔の開口を前記側面の導入孔の開口より小さくした反応炉に係り、ガス導入ノズルにより反応室内部の異なる複数の方向にガスを導入し、前記反応室内のガスの分布の均一化を図る。更に、前記反応管内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入ノズルが設けられ、該不活性ガス導入ノズルに前記炉口フランジの内壁面に面する様に不活性ガス導入孔が設けられた反応炉に係り、不活性ガス導入ノズルにより前記炉口フランジの内壁面に不活性ガスを吹付け、該不活性ガスは前記炉口フランジの内壁面に清掃用ガスが接触するのを防止或は前記清掃用ガスを希釈する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図３を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。尚、図１〜図３中、図４〜図１１中と同等のものには同符号を付し、説明は省略する。
【００１９】
ガス導入ノズル２４は配管をＬ字型に屈曲させた形状を成し、炉口フランジ３の周壁を垂直に貫通する水平部２５と、前記内部反応管２の内壁に沿って立上がる鉛直部２６とを有し、前記水平部２５は炉外の図示しないガス供給管と接続されている。前記鉛直部２６の先端部２７は内部反応管２の下端開口の僅か上方に位置し、前記先端部２７には上端面に上導入孔２８が穿設されていると共に側面に横導入孔２９が穿設されている。
【００２０】
該横導入孔２９は前記内部反応管２の内壁面に面すると共に前記上導入孔２８に近接しており、該上導入孔２８の開口は前記横導入孔２９の開口より小さくなっている。従って、前記上導入孔２８は前記鉛直部２６内のガスの流れの方向の延長線上にあり、前記横導入孔２９は前記鉛直部２６内のガスの流れ方向に直角を成しているが、前記上導入孔２８の流出抵抗と前記横導入孔２９の流出抵抗とを略等しくし、前記上導入孔２８、横導入孔２９からの流出流量を略同一としてある。
【００２１】
又、前記炉口フランジ３には前記反応室５の下部領域に連通する様、不活性ガス導入ノズル３０が水平に接続され、該不活性ガス導入ノズル３０の先端には不活性ガス導入孔３１が前記炉口フランジ３の内壁面に面する様穿設されている。
【００２２】
以下作用を説明する。
【００２３】
ウェーハに成膜処理を行う場合、反応ガスは前記ガス供給管（図示せず）から前記ガス導入ノズル２４の前記水平部２５内に流入した後、前記鉛直部２６を経て前記反応室５内に前記上導入孔２８から鉛直方向に導入されると共に前記横導入孔２９から水平方向に導入される。
【００２４】
前記上導入孔２８から導入された反応ガスは前記内部反応管２の内壁に沿って上昇し、前記横導入孔２９から導入された反応ガスは前記内部反応管２の内壁に接触した後上昇し、前記上導入孔２８から導入された反応ガスと混合し、炉内に拡散する。
【００２５】
該反応ガスは異なった２方向へ導入され、混合、拡散され易い為、前記反応室５内の反応ガスの分布の均一性は向上する。又、前記上導入孔２８、横導入孔２９からの流出流量比は、該上導入孔２８と横導入孔２９の開口比率或は該上導入孔２８と横導入孔２９の離隔距離を変えることにより容易に変更可能であるので、前記反応室５内の反応ガスの分布の調整が容易となる。
【００２６】
又、前記反応室５内をセルフクリーニングする場合は、前述したのと同様の手順で前記各導入孔２８，２９から清掃用ガスが前記反応室５内に導入される。該反応室５内に導入された清掃用ガスは、前記外部反応管１の内壁、内部反応管２の内外壁等石英製部材に接触し、堆積した反応副生成物をエッチング除去し、該反応副生成物は前記清掃用ガスと共に排気される。
【００２７】
又、前記不活性ガス導入ノズル３０より前記反応室５内に不活性ガス、例えば窒素ガスを水平に導入し、前記炉口フランジ３、シールキャップ６等炉口部のステンレス製部材に吹付け、前記炉口フランジ３の内面、前記シールキャップ６の表面に窒素ガスの層を形成することで、前記清掃用ガスが前記炉口フランジ３、シールキャップ６等のステンレス製部材に接触するのを防止し、或は接触する清掃用ガスを希釈する。
【００２８】
前記清掃用ガスは異なった２方向へ導入され、混合、拡散され易い為、最小限のガス流量で前記外部反応管１、内部反応管２等石英製部材を均一に清掃することができ、清掃時間の短縮及び清掃効率の向上が図れる。又、前記清掃用ガスは前記炉口部のステンレス製部材には直接掛からないと共に該部材に前記窒素ガスが吹付けられ、該窒素ガスが前記炉口部の部材に前記清掃用ガスが接触するのを防止或は接触する清掃用ガスを希釈する為、前記炉口部の部材が前記清掃用ガスにより腐食されることが抑制される。
【００２９】
尚、上記実施の形態に於いては、前記上導入孔２８はガスを鉛直上方に導入する様設けられ、前記横導入孔２９はガスを水平に導入する様設けられているが、前記各導入孔２８，２９は前記内部反応管２の内壁面に面していればよく、又、前記各導入孔２８，２９の数は３個以上であってもよい。
【００３０】
更に、不活性ガス導入ノズル３０は設けなくてもよい。この場合でも前記清掃用ガスは前記炉口部の部材には直接掛からないので、該炉口部の部材が前記清掃用ガスにより腐食等し劣化するのを抑制する事ができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、ガスが異なった複数の方向に吹出され、反応室内で混合、拡散され易い為、該反応室内のガス分布が均一となり、膜厚の均一化が図れ、製品の品質が向上すると共に反応管を均一に清掃でき、ガス使用量の削減及び清掃効率の向上が図れる。
【００３２】
又、セルフクリーニング時に清掃ガスが炉口フランジに直接掛からない為、該炉口フランジの腐食等による劣化を抑制でき、反応炉の耐用年数の延命が図れる。
【００３３】
又、１本のガス導入ノズルで反応室内のガスの分布を均一化できる為、部品点数の削減ができ、コストの低減を図ることが可能となる。
【００３４】
又、上端面の導入孔の開口を側面の導入孔の開口より小さくした場合には、前記上端面の導入孔からのガス流出量と前記側面の導入孔からのガス流出量のバランスが良くなり、反応室内のガスの分布の均一化を容易に図ることができる。
【００３５】
更に、前記反応管内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入ノズルが設けられ、該不活性ガス導入ノズルに前記炉口フランジの内壁面に面する様に不活性ガス導入孔が設けられた場合には、前記炉口フランジの内壁面に不活性ガスが吹付けられ、該不活性ガスが前記炉口フランジに前記清掃用ガスが接触するのを防止或は接触する清掃用ガスを希釈する為、前記炉口フランジが前記清掃用ガスにより腐食されることが抑制される。
【００３６】
更に又、各導入孔間の開口比率或は離隔距離を変えることにより、導入孔からの流出流量比を容易に変更できる為、反応室内のガス分布の調整が容易となる等種々の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態を示す側面図である。
【図２】該実施の形態に係るガス導入ノズルを示す断面図である。
【図３】該実施の形態に係るガス導入ノズルを示す側面図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【図５】該従来例に係るガス導入ノズルを示す斜視図である。
【図６】該従来例に於けるガスの流れを示す側面図である。
【図７】該従来例に於ける清掃状態を示す斜視図である。
【図８】他の従来例を示す断面図である。
【図９】該従来例に係るガス導入ノズルを示す斜視図である。
【図１０】該従来例に於ける清掃状態を示す斜視図である。
【図１１】複数の導入孔を有する従来のガス導入ノズルをを示す斜視図である。
【符号の説明】
１          外部反応管
２          内部反応管
３          炉口フランジ
５          反応室
２４        ガス導入ノズル
２８        上導入孔
２９        横導入孔
３０        不活性ガス導入ノズル
３１        不活性ガス導入孔
【図１】
0004287922.tif 000002
【図２】
0004287922.tif 000003
【図３】
0004287922.tif 000004
【図４】
0004287922.tif 000005
【図５】
0004287922.tif 000006
【図６】
0004287922.tif 000007
【図７】
0004287922.tif 000008
【図８】
0004287922.tif 000009
【図９】
0004287922.tif 000010
【図１０】
0004287922.tif 000011
【図１１】
0004287922.tif 000012