(57)【要約】【課題】パーティクルの発生を抑制することが可能な縦型化学気相成長装置を提供する。【解決手段】反応室２と、反応室２に反応ガスを供給する反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂとを具備してなり、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂが反応室２の側壁面に隣接して配置されてなる縦型化学気相成長装置１であって、反応室２の側壁面のうち反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂに隣接する部分に、反応室２の外部に向けて膨出された膨出面１０ａが形成されるとともに、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂと膨出面１０ａとが離間され、かつ、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂによる反応ガスの放出方向が、反応室２の中央方向に向けられていることを特徴とする縦型化学気相成長装置１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、前記反応室に反応ガスを供給する反応ガス供給ノズルとを具備してなり、前記反応ガス供給ノズルが前記反応室の側壁面に隣接して配置されてなる縦型化学気相成長装置であって、
前記反応室の側壁面のうち前記反応ガス供給ノズルに隣接する部分に、前記反応室の外部に向けて膨出された膨出面が形成されるとともに、前記反応ガス供給ノズルと前記膨出面とが離間され、かつ、前記反応ガス供給ノズルによる前記反応ガスの放出方向が、前記反応室の中心方向に向けられていることを特徴とする縦型化学気相成長装置。
【請求項２】
前記反応室が、前記反応室の前記側壁面となる中空筒状のインナーチューブと、前記インナーチューブを覆うように前記インナーチューブの上側から被せられた有底中空筒状のアウターチューブとから構成され、
前記インナーチューブの側壁部に、前記アウターチューブ側に膨出する膨出部が形成され、前記膨出部の内面が前記膨出面とされていることを特徴とする請求項１に記載の縦型化学気相成長装置。
【請求項３】
前記反応ガス供給ノズルが前記膨出面の中心位置より低く、かつ、前記膨出面の下端位置よりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型化学気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型化学気相成長装置に関するものであり、特に、反応ガス供給ノズルの周辺におけるパーティクルの発生を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
縦型化学気相成長装置として、下記特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載された縦型化学気相成長装置は、複数の半導体ウエハを段重ねして収納する縦型の反応室と、反応室に反応ガスを供給する反応ガス供給管とから概略構成されている。
反応室は、インナーチューブとこのインナーチューブを覆うアウターチューブとから構成されており、インナーチューブの内部に半導体ウエハが収納されている。そして、反応ガス供給管が、インナーチューブの内壁面に沿って配置されている。
【０００３】
また、反応ガス供給管の中間部及び先端部にはそれぞれ、反応ガス供給ノズルが設けられている。各反応ガス供給ノズルには、反応ガス供給管から連通されたバッファノズルが取り付けられており、更にこのバッファノズルには反応ガスの放出口となる長孔が設けられている。長孔は、反応室の上側に向けて反応ガスを放出するようにバッファノズルの上面側に設けられている。
【特許文献１】特開平８−１９９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の縦型化学気相成長装置においては、長孔より放出された反応ガスの一部が、インナーチューブの内壁面に直接吹きつけられる構造になっている。このインナーチューブは、図示しない加熱手段によって比較的高温にされている。このため、インナーチューブに吹きつけられた反応ガスが熱分解して、インナーチューブの内壁面にドープドシリコン膜が形成される場合がある。
【０００５】
このとき、ドーパントがＰ型ドーパントであったとすると、インナーチューブの内壁面に堆積されるドープドシリコン膜のドーパント濃度が、半導体ウエハに形成されるべきシリコン膜のドーパント濃度よりも高くなる場合がある。Ｐ型ドーパントが高濃度に含まれるドープドシリコン膜は、基材に対する密着性が弱い性質を有するため、インナーチューブの内壁面から剥がれ落ち易く、この剥がれ落ちたドープドシリコン膜がパーティクルの発生原因になるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、パーティクルの発生を抑制することが可能な縦型化学気相成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の縦型化学気相成長装置は、反応室と、前記反応室に反応ガスを供給する反応ガス供給ノズルとを具備してなり、前記反応ガス供給ノズルが前記反応室の側壁面に隣接して配置されてなる縦型化学気相成長装置であって、前記反応室の側壁面のうち前記反応ガス供給ノズルに隣接する部分に、前記反応室の外部に向けて膨出された膨出面が形成されるとともに、前記反応ガス供給ノズルと前記膨出面とが離間され、かつ、前記反応ガス供給ノズルによる前記反応ガスの放出方向が、前記反応室の中央方向に向けられていることを特徴とする。
また、本発明の縦型化学気相成長装置においては、前記反応室が、前記反応室の前記側壁面となる中空筒状のインナーチューブと、前記インナーチューブを覆うように前記インナーチューブの上側から被せられた有底中空筒状のアウターチューブとから構成され、前記インナーチューブの側壁部に、前記アウターチューブ側に膨出する膨出部が形成され、前記膨出部の内面が前記膨出面とされていることが好ましい。
更に、本発明の縦型化学気相成長装置においては、前記反応ガス供給ノズルが前記膨出面の中心位置より低く、かつ、前記膨出面の下端位置よりも高い位置に配置されていることが好ましい。
【０００８】
上記の縦型化学気相成長装置によれば、反応室の側壁面のうち反応ガス供給ノズルに隣接する部分が膨出面とされることで、反応ガス供給ノズルと反応室の側壁面とが離間され、更に、反応ガス供給ノズルによる反応ガスの放出方向が反応室の中央方向に向けられることで、反応室の側壁面に反応ガスが直接吹き付けられるおそれがなく、これにより、反応室の側壁面に化学気相成長膜が形成されることがない。このため、化学気相成長膜の剥離によるパーティクルの発生を防止できる。
また、上記の縦型化学気相成長装置によれば、インナーチューブのみに膨出部を形成すればよいので、既存の縦型化学気相成長装置に対して本発明が容易に適用可能になる。
更に、反応ガス供給ノズルが膨出面の中心位置より低く、かつ、膨出面の下端位置よりも高い位置に配置されているので、反応ガスが反応ガス供給ノズルから斜め上方に放出された場合でも、膨出面に反応ガスが吹き付けられず、膨出面に化学気相成長膜が形成されることがない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パーティクルの発生を抑制することが可能な縦型化学気相成長装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の縦型化学気相成長装置の構成を示す断面模式図であり、図２は、図１の縦型化学気相成長装置に備えられたインナーチューブを示す斜視図であり、図３は、図１の縦型化学気相成長装置に備えられた反応ガス供給管の要部を示す斜視図である。尚、これらの図は縦型化学気相成長装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の縦型化学気相成長装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００１１】
図１に示す縦型化学気相成長装置１は、例えば、減圧化学気相成長装置（ＬＰＣＶＤ装置）に適用されるが、本発明はこれに限らず、反応室内に反応ガスをノズルによって供給する形式の縦型化学気相成長装置であれば適用可能である。
【００１２】
本実施形態の縦型化学気相成長装置１は、図１に示すように、反応室２を構成するチャンバー３と、反応室２内に反応ガスを供給する反応ガス供給管４と、反応ガス供給管４の先端に設けられた反応ガス供給ノズル５と、から概略構成されている。
【００１３】
チャンバー３は、板状のローダー機構６の上面中央に配置されている。ローダー機構６の上には、石英ガラスからなるキャップ７が配置されている。このキャップ７上には、ウエハ（半導体基板）８を所定距離離して多段に複数収容したウエハボード９が載置されている。
【００１４】
チャンバー３は、ローダー機構６上に配置された中空円筒状の石英からなるインナーチューブ３ａと、インナーチューブ３ａを覆うようにインナーチューブ３ａの上側から被せられた有底中空円筒状の石英からなるアウターチューブ３ｂとから概略構成されている。インナーチューブ３ａは、その下端側にフランジ部３ｃが形成されており、このフランジ部３ｃがアウターチューブ３ｂの内壁面に突き合わされて接合されている。このようにして、インナーチューブ３ａとアウターチューブ３ｂとが一体化されている。
【００１５】
インナーチューブ３ａとアウターチューブ３ｂとの間には、インナーチューブ３ａを囲むようにガス流路部３ｄが設けられている。また、インナーチューブ３ａの中空部３ｅが反応室２とされており、ウエハ８が中空部３ｅ内に設置されている。更に、インナーチューブ３ａの上側には開口部３ｆが設けられており、この開口部３ｆを介して反応室２とガス流路部３ｄとが連通されている。
【００１６】
また、アウターチューブ３ｂの下部には、反応ガス供給管４を導入する導入部３ｇが設けられている。反応ガス供給管４は、本管４ａと、本管４ａから３本に分岐された分岐管４ｂ〜４ｄとから構成されている。導入部３ｇから導入された反応ガス供給管４は、途中で３本の分岐管４ｂ〜４ｄに分岐され、インナーチューブ３ａを構成する側壁部３ｈの内壁面３ｉに沿って配設されている。分岐管４ｂは、インナーチューブ３ａの高さ方向上部において終端され、この終端に反応ガスノズル５ａが設けられている。また、分岐管４ｃは、インナーチューブ３ａの高さ方向中央部において終端され、この終端に反応ガスノズル５ｂが設けられている。更に、分岐管４ｄは、インナーチューブ３ａの高さ方向下部において終端され、この終端に反応ガスノズル５ｃが設けられている。更に、アウターチューブ３ｂには、ガス流路部３ｄに連通する排気部３ｊが設けられている。
なお、反応ガス供給管４は、導入部３ｇの以前で分岐されていてもよい。
【００１７】
一方、図示はしないが、チャンバー３には真空排気系が設けられ、インナーチューブ３ａ及びアウターチューブ３ｂで形成されるチャンバー３内の真空度を、所望の真空圧に調整できるように構成されている。
【００１８】
以上の構成によって、反応ガス供給管４を介して供給された反応ガスは、反応ガス供給ノズル５ａ〜５ｃから反応室２内に供給され、反応室２内に設置された半導体ウエハ８上においてＣＶＤ反応に供される。そして、未反応の反応ガス及びＣＶＤ反応によって生成された分解ガスは、キャリアガスとともにインナーチューブ３ａ内を上方に向けて流される。インナーチューブ３ａの開口部３ｆから流出したこれらのガスは、ガス流路部３ｄに流れ込み、最終的に排気部３ｊからチャンバー３の外に排気される。
【００１９】
次に、インナーチューブ３ａ、反応ガス供給管４及び反応ガス供給ノズル５ａ〜５ｃの詳細について説明する。
反応ガス供給管４は、本管４ａと、本管４ａから分岐された異なる長さの３本の分岐管４ｂ〜４ｄとから構成されている。また、各分岐管４ｂ〜４ｄの終端となる反応ガス供給ノズル５ａ〜５ｃが、インナーチューブ３ａの高さ方向上部、中央部及び下部に配されている。これは、反応ガス供給ノズル５ａ〜５ｃを介して縦型の反応室２の全体に反応ガスを行き渡らせるためである。各分岐管４ｂ〜４ｄの長さは、例えば分岐管４ｂが１１２５ｍｍとされ、分岐管４ｃが７２５ｍｍとされ、分岐管４ｄが２５ｍｍとされている。
【００２０】
反応ガス供給ノズル５ａ及び５ｂは、図１に示すように、インナーチューブ３ａの高さ方向上部及び中央部に配置されている。また、分岐管４ｂ及び４ｃの先端である反応ガス供給ノズル５ａ及び５ｂが、各分岐管４ｂ及び４ｃの長手方向に対して反応室２の中心側（ウエハ８側）に曲げられており、反応ガスを反応室２の中心側にあるウエハ８に向けて噴き出せるようになっている。分岐管４ｂ及び４ｃの長手方向に対する反応ガス供給ノズル５ａ及び５ｂの曲げ角度は、例えば４５°〜９０°の範囲が好ましい。角度が４５°未満だと曲げ角度が不十分になって反応ガスがインナーチューブ３ａの側壁部３ｈの内壁面３ｉに吹き付けられるおそれが高まり、また、角度が９０°を超えると曲げ角度が大きすぎて反応ガスがインナーチューブ３ａの下部に向けて噴出させてしまい、反応ガスを反応室２全体に行き渡らせることが困難になる。
【００２１】
また、図１及び図２に示すように、インナーチューブ３ａの側壁部３ｈには、アウターチューブ３ｂ側に膨出する膨出部１０が形成されている。膨出部１０は、インナーチューブ３ａの高さ方向上部と中央部の２カ所に設けられている。また、膨出部１０は、側壁部３ｈの厚みをほぼそのままにして、側壁部３ｈの一部をアウターチューブ３ｂ側に膨出させた構造になっている。そして膨出部１０の内面が膨出面１０ａとされている。図１に示す膨出面１０ａは凹楕円球面とされているが、これに限らず凹球面でもよい。膨出面１０ａの大きさは、例えば直径４０ｍｍ程度の球面とすればよい。膨出部１０は、中空円筒状の石英製のインナーチューブ３ａの側壁部の一部を開口して開口部を設け、その開口部に、別途型をとって形成した半球状の石英部品を溶接することによって形成される。例えば、図１及び図２に示すインナーチューブ３ａは、略楕円状の開口部を設け、その開口部に、膨出部１０となる半楕円球状の石英部品を溶接して得られる。図１の場合、開口部と石英部品の接合部１０ｂが、インナーチューブ３ａの外周側または内周側から見て楕円を描く線になっている。
【００２２】
また、膨出面１０ａは、図１に示すように、反応ガス供給用ノズル５ａ、５ｂに隣接する部分に設けられている。すなわち、反応ガス供給管４の各分岐管４ｂ、４ｃが、２カ所の膨出部１０、１０を結ぶ延長線Ｌに沿ってインナーチューブ３ａの内壁面３ｉに配設されることで、膨出面１０ａと反応ガス供給用ノズル５ａ、５ｂとが相互に隣接するようになっている。また、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂは、膨出面１０ａの中心位置Ｏより低く、かつ、膨出面１０ａを区画する接合部１０ｂの下端位置１０ｃよりも高い位置に配置されている。ここで、膨出面１０ａの中心位置Ｏとは、膨出面１０ａが凹半球面または凹半楕円面の場合には、最もアウターチューブ３ｂ寄りに膨出された頂部となる。また、膨出面１０ａが平面視多角形状の場合には、多角形の重心位置となる。
膨出面１０ａと反応ガス供給用ノズル５ａ、５ｂとの位置関係が上述の通りにされることによって、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂと膨出面１０ａとが離間された状態になる。反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂと膨出面１０ａとの間は、例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度離せばよい。
【００２３】
また、膨出面１０ａの形状は、凹球面や凹楕円球面に限定されず、断面視台形状、断面視矩形状、断面視三角形状など、様々な形状が採用可能である。
【００２４】
一方、インナーチューブ３ａの高さ方向下部に配置された反応ガス供給ノズル５ｃは、図１に示すように、分岐管４ｄの長手方向に対してその先端が曲げられることなく、反応ガスを分岐管４ｄの長手方向に噴出させるように構成されている。また、この反応ガス供給ノズル５ｃに隣接するインナーチューブ３ａには、膨出部が設けられない。これは、インナーチューブ３ａの下部には、ウエハボード９が載置されるキャップ７が配設されており、反応室２内の温度が比較的低くなっているため、反応ガスの分解によるインナーチューブ３ａに対する膜の付着がほとんど生じないためである。
【００２５】
なお、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂは、図１に示すものに限られず、反応ガスを反応室２の中心側に噴出できるものであれば、どのような形状でもよい。例えば、図３（ａ）に示すように反応ガス供給管４（分岐管）の先端が９０°に曲げられて形成された反応ガス供給ノズルや、図３（ｂ）に示すように反応ガス供給管４（分岐管）の先端が４５°に曲げられて形成された反応ガス供給ノズルに限らず、図３（ｃ）に示すように反応ガス供給管４（分岐管）の先端を斜め４５°以下にカットしたものや、図３（ｄ）に示すように反応ガス供給管４（分岐管）の先端を半分カットしたものでもよい。図３（ｄ）では、反応ガス供給管４（分岐管）の先端のうち、インナーチューブ側の管を残し、反応室の中心側の管をカットする構造である。カット高さｈは例えば５センチメートルであるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
ここで、薄膜形成の一例について示すと以下の通りである。ウエハ８の表面に形成する薄膜としてはリンドープポリシリコン膜を形成する。この場合、反応室２は０．４Ｔｏｒｒとされ、ウエハ８は例えば５８０℃程度に加熱される。また、反応ガスはＳｉＨ４とＰＨ３とキャリアガスＮ２からなり、その供給量は毎分１．５Ｌ程度とされる。
そして、反応ガス供給管４を介して供給された反応ガスは、反応ガス供給ノズル５ａ〜５ｃから反応室２内に供給され、反応室２内に設置された半導体ウエハ８上においてＣＶＤ反応に供される。未反応の反応ガス及びＣＶＤ反応によって生成された分解ガスは、インナーチューブ３ａ内を上方に向けて流れ、開口部３ｆを介してガス流路部３ｄに流れ込み、最終的に排気部３ｊからチャンバ３外に排気される。
【００２７】
図４は、縦型化学気相成長装置の動作を説明する断面模式図である。図４（ａ）は、比較対象となる従来の縦型化学気相成長装置の動作を示す図であり、図４（ｂ）は、本発明に係る縦型化学気相成長装置の動作を示す図である。
図４（ａ）に示す従来の縦型化学気相成長装置は、インナーチューブ１３ａに膨出部が形成されず、また、反応ガス供給管１４の終端１４ａも曲げられずにストレート管になっている。この従来の縦型化学気相成長装置では、反応ガス供給ノズル（終端１４ａ）から噴出された反応ガスが、ほぼ上方に向けて流れるが、一部がインナーチューブ１３ａの内壁面１３ｂに吹き付けられて、内壁面１３ｂにリンドープポリシリコン膜Ｓが形成される。ここで形成されたリンドープポリシリコン膜Ｓは、そのドーパント濃度が、ウエハ８に形成される薄膜のドーパント濃度よりも高くなる場合がある。このようなリンドープポリシリコン膜Ｓは、石英等の基材に対する密着性が弱いため、インナーチューブ１３ａから剥がれ落ち易く、この剥がれ落ちたドープドシリコン膜がパーティクルの発生原因になるおそれがある。
【００２８】
一方、図４（ａ）に示す本発明に係る縦型化学気相成長装置では、反応室２の側壁面となるインナーチューブ３ａの内壁面３ｉのうち、反応ガス供給ノズル５ｂに隣接する部分に、反応室２の外部に向けて膨出された膨出面１０ａが形成されるとともに、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂと膨出面１０ａとが離間され、かつ、反応ガス供給ノズル５ａ、５ｂによる反応ガスの放出方向が、反応室２の中心方向（ウエハ側の方向）に向けられている。これにより、インナーチューブ３ａの内壁面３ｉに反応ガスが直接吹き付けられるおそれがなく、このインナーチューブ３ａの内壁面３ｉにリンドープポリシリコン膜（化学気相成長膜）が形成されることがない。これにより、パーティクルの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施形態である縦型化学気相成長装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】図２は、図１の縦型化学気相成長装置に備えられたインナーチューブを示す斜視図である。
【図３】図３は、図１の縦型化学気相成長装置に備えられた反応ガス供給管の要部を示す斜視図である。
【図４】図４は、縦型化学気相成長装置の動作を説明する図であって、（ａ）は従来の縦型化学気相成長装置の動作を説明する断面模式図であり、（ｂ）は本発明に係る縦型化学気相成長装置の動作を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…縦型化学気相成長装置、２…反応室、３ａ…インナーチューブ、３ｂ…アウターチューブ、３ｈ…インナーチューブの側壁部、３ｉ…インナーチューブの内壁面（反応室の側壁面）、５ａ、５ｂ…反応ガス供給ノズル、１０…膨出部、１０ａ…膨出面、１０ｃ…凹球面または凹楕円球面の下端位置、Ｏ…凹球面または凹楕円球面の中心位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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