JP2001308085A - Heat-treating method - Google Patents

Heat-treating method

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JP2001308085A
JP2001308085A JP2001040577A JP2001040577A JP2001308085A JP 2001308085 A JP2001308085 A JP 2001308085A JP 2001040577 A JP2001040577 A JP 2001040577A JP 2001040577 A JP2001040577 A JP 2001040577A JP 2001308085 A JP2001308085 A JP 2001308085A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a high in-plane uniformity of the film thickness for forming, e.g. a film on a wafer by carrying many wafers mounted like shelves on a wafer boat into a reactor tube, heating the wafers using a heater surrounding the reactor tube, and feeding a processing gas. SOLUTION: A heater is divided into a plurality of elements, so as to divide a heat treating atmosphere in a reactor tube 1 into a plurality of regions to share the temperature control at each divided region. After introducing wafers into the reactor tube, each region is heated up to a first processing temperature, then it is transferred up to a second processing temperature corresponding to each region, and a processing gas is introduced into the reactor tube to form, e.g. a film on the wafer in this temperature transfer step. The first and second processing temperatures are set for each region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハなどの基板に対して熱処理を行う熱処理方法に関す
る。
The present invention relates to a heat treatment method for performing heat treatment on a substrate such as a semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスである成
膜プロセスの一つにCVD(ChemicalVapor Depositio
n)と呼ばれる処理がある。この手法は反応管内に処理ガ
スを導入して化学的気相反応により半導体ウエハ(以下
「ウエハ」という)の表面に成膜するものである。この
ような成膜プロセスをバッチで行う装置の一つとして縦
型熱処理装置がある。この装置は、筒状のマニホ−ルド
の上に設けられた縦型の反応管と、この反応管を囲むよ
うに設けられたヒ−タと、マニホ−ルドを通じて突入さ
れたガス導入管と、マニホ−ルドに接続された排気管と
を備えて構成されており、このような装置ではウエハボ
−トと呼ばれる保持具に多数枚のウエハを棚状に保持さ
せてマニホ−ルドの下端の開口部から反応管内に搬入さ
せて成膜処理が行われる。
2. Description of the Related Art A CVD (Chemical Vapor Depositio) is one of the film forming processes as a semiconductor device manufacturing process.
There is a process called n). In this method, a processing gas is introduced into a reaction tube, and a film is formed on a surface of a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a “wafer”) by a chemical vapor reaction. As one of apparatuses for performing such a film forming process in batch, there is a vertical heat treatment apparatus. The apparatus includes a vertical reaction tube provided on a cylindrical manifold, a heater provided to surround the reaction tube, a gas introduction tube protruding through the manifold, and An exhaust pipe connected to the manifold is provided. In such an apparatus, a large number of wafers are held in a shelf by a holder called a wafer boat, and an opening at the lower end of the manifold is provided. , And carried into a reaction tube to perform a film forming process.

【0003】具体的には例えば層間絶縁膜である窒化シ
リコン膜を成膜する場合、0.1〜1Torr程度の真
空雰囲気下、ウエハを処理温度例えば760℃まで加熱
し、この加熱雰囲気を維持した状態で、成膜ガスである
アンモニア(NH3 )ガスとジクロルシラン(SiH2
Cl2 )ガスとを導入して成膜を行なっている。
Specifically, for example, when a silicon nitride film as an interlayer insulating film is formed, the wafer is heated to a processing temperature of, for example, 760 ° C. in a vacuum atmosphere of about 0.1 to 1 Torr, and this heated atmosphere is maintained. In this state, ammonia (NH3) gas, which is a film forming gas, and dichlorosilane (SiH2)
Cl2) gas is introduced to form a film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の装置に
て上述の条件でウエハの成膜を行うと、ウエハの中央部
の膜厚が周縁部よりも薄くなる傾向がある。この理由に
ついては次のように考えられる。つまり上述のいわゆる
バッチ炉と呼ばれる縦型熱処理装置では、ウエハを処理
温度まで昇温させる過程では、ウエハの周囲側に位置す
るヒ−タにより加熱されることとなり、ウエハの周縁部
における単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きく
なるので、ウエハの周縁部の温度の昇温速度が中央部よ
りも早くなり、この周縁部の温度が中央部よりも高くな
る。また上述の装置では、成膜ガスはガス導入管により
反応管内に導入され、ウエハボ−トに保持されているウ
エハには成膜ガスがウエハの周縁側から供給されること
になるので、成膜ガスの濃度はウエハの周縁部の方が中
央部よりも高くなってしまう。
When a wafer is formed under the above-mentioned conditions using the above-described apparatus, the film thickness at the central portion of the wafer tends to be smaller than that at the peripheral portion. The reason is considered as follows. In other words, in the above-described vertical heat treatment apparatus called a batch furnace, in the process of raising the temperature of the wafer to the processing temperature, the wafer is heated by a heater located on the peripheral side of the wafer, and the unit area per unit area in the peripheral portion of the wafer is increased. Since the heat absorption amount of the wafer becomes larger than that of the central portion, the temperature rise rate of the peripheral portion of the wafer becomes faster than that of the central portion, and the temperature of the peripheral portion becomes higher than that of the central portion. Further, in the above-described apparatus, the film formation gas is introduced into the reaction tube by the gas introduction tube, and the film formation gas is supplied to the wafer held in the wafer boat from the peripheral side of the wafer. The gas concentration is higher at the periphery of the wafer than at the center.

【0005】このようにウエハの周縁部と中央部との間
に生じた温度差及び成膜ガスの濃度差により、温度及び
成膜ガスの濃度の高いウエハの周縁部の方が中央部に対
して成膜反応が促進され、ウエハの中央部の膜厚は周縁
部よりも薄くなり、膜厚の面内均一性が悪化していると
推察される。このような膜厚の面内均一性は、300m
mウエハ等の大口径のウエハや、膜厚70nm以上の厚
い膜を形成する場合により悪くなるので、問題となる。
As described above, due to the temperature difference and the concentration difference of the film forming gas generated between the peripheral portion and the central portion of the wafer, the peripheral portion of the wafer having the higher temperature and the higher concentration of the film forming gas is higher than the central portion. It is presumed that the film formation reaction was accelerated, and the film thickness at the central portion of the wafer became thinner than the peripheral portion, and the in-plane uniformity of the film thickness was deteriorated. Such in-plane uniformity of film thickness is 300 m
When a large-diameter wafer such as an m-wafer or a thick film having a film thickness of 70 nm or more is formed, the problem becomes worse, which is a problem.

【0006】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、基板を熱処理するにあたり、面
内均一性の高い処理を行うことのできる熱処理方法を提
供することにある。
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat treatment method capable of performing treatment with high in-plane uniformity when heat treating a substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、 熱処理雰囲
気が複数のゾーンに分割された反応容器内の各ゾーンに
基板を配置し、反応容器内に処理ガスを導入して熱処理
を行う熱処理方法において、複数の基板を反応容器内に
搬入する工程と、前記反応容器内の各ゾーンを加熱手段
により加熱して各ゾーンを当該ゾーンに対応する第1の
プロセス温度まで昇温する工程と、前記複数のゾーンの
うち少なくとも一のゾーンについて、当該ゾーンの第1
のプロセス温度から、当該ゾーンに対応する第2のプロ
セス温度まで移行させる温度移行工程と、を備え、前記
温度移行工程時に反応容器内に処理ガスを導入して基板
に対して熱処理を行うことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a heat treatment method in which a substrate is placed in each zone in a reaction vessel in which a heat treatment atmosphere is divided into a plurality of zones, and a treatment gas is introduced into the reaction vessel to perform heat treatment. The steps of: loading a plurality of substrates into a reaction vessel; heating each zone in the reaction vessel by a heating unit to raise each zone to a first process temperature corresponding to the zone; For at least one of the plurality of zones, a first of the zones
From the process temperature to a second process temperature corresponding to the zone, and performing a heat treatment on the substrate by introducing a process gas into the reaction vessel during the temperature shift process. Features.

【0008】この発明において、複数のゾーンのうち例
えば少なくとも二つのゾーンにおける第1のプロセス温
度は互いに異なるように設定されるか、または例えば少
なくとも二つのゾーンにおける第2のプロセス温度は互
いに異なるように設定される。温度移行工程において、
例えば少なくとも一のゾーンは昇温工程あるいは降温工
程である。また温度移行工程において、少なくとも一の
ゾーンは第1のプロセス温度のまま温度が維持される場
合も本発明の範囲に含まれる。
In the present invention, the first process temperatures in, for example, at least two zones of the plurality of zones are set to be different from each other, or the second process temperatures in, for example, at least two zones are set to be different from each other. Is set. In the temperature transition process,
For example, at least one zone is a heating step or a cooling step. In the temperature transition step, the case where the temperature is maintained in at least one zone at the first process temperature is also included in the scope of the present invention.

【0009】更に温度移行工程において、例えば前記複
数のゾーンのうち少なくとも二つのゾーンは、当該ゾー
ンの第1のプロセス温度から、当該ゾーンに対応する第
2のプロセス温度まで移行し、これらゾーンにおける第
1のプロセス温度と第2のプロセス温度との温度差は、
互いに異なるように設定される。そして本発明では、温
度移行工程の後に、少なくとも一のゾーンについて、第
2のプロセス温度から、第1のプロセス温度まで移行さ
せる追加の温度移行工程を更に備えるようにしてもよ
く、この場合温度移行工程と追加の温度移行工程は、繰
り返し行うようにしてもよい。
Further, in the temperature transition step, for example, at least two of the plurality of zones transition from a first process temperature of the zone to a second process temperature corresponding to the zone. The temperature difference between the first process temperature and the second process temperature is
They are set to be different from each other. In the present invention, after the temperature transition step, at least one zone may further include an additional temperature transition step of transitioning from the second process temperature to the first process temperature. The step and the additional temperature transition step may be performed repeatedly.

【0010】ここでプロセス時の温度を一定にすると、
例えば成膜処理であれば周縁部の膜厚が中央部よりも大
きくなったりあるいは逆に小さくなったりし、その程度
は反応容器内のゾーンに応じて変わることもある。一方
反応容器内を昇温する工程においては、基板の周縁部に
おける単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくな
るので、周縁部の温度が中央部よりも高くなり、逆に降
温工程では基板の周縁部における単位面積当たりの放熱
量が中央部よりも大きくなるので、周縁部の温度が中央
部よりも低くなる。そこで温度を移行させながら処理ガ
スを導入し、基板面内に温度分布を持たせて、その温度
分布と、プロセス中の温度を一定にしたときの面内の例
えば膜厚分布とが影響し合うようにすれば、結果として
面内均一性の高い処理を行うことができる。
Here, when the temperature during the process is made constant,
For example, in the case of a film forming process, the film thickness at the peripheral portion becomes larger or smaller than that at the central portion, and the degree may vary depending on the zone in the reaction vessel. On the other hand, in the step of raising the temperature inside the reaction vessel, the amount of heat absorbed per unit area in the peripheral portion of the substrate becomes larger than that in the central portion, so that the temperature of the peripheral portion becomes higher than that in the central portion, and conversely, in the temperature decreasing step, Since the amount of heat radiation per unit area at the peripheral edge of is larger than that at the center, the temperature at the peripheral edge is lower than at the center. Therefore, the processing gas is introduced while shifting the temperature, and a temperature distribution is provided in the substrate surface, and the temperature distribution and the film thickness distribution in the surface when the temperature during the process is kept constant influence each other. By doing so, processing with high in-plane uniformity can be performed as a result.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】先ず図1により本発明方法を実施
する縦型熱処理装置の一例について説明する。図1中1
は、例えば石英で作られた内管1a及び外管1bよりな
る二重管構造の反応管であり、反応管1の下部側には金
属製の筒状のマニホ−ルド2が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an example of a vertical heat treatment apparatus for carrying out the method of the present invention will be described with reference to FIG. 1 in FIG.
Is a reaction tube having a double tube structure composed of an inner tube 1a and an outer tube 1b made of, for example, quartz, and a metal cylindrical manifold 2 is provided below the reaction tube 1. .

【0012】前記内管1aは上端が開口されており、マ
ニホ−ルド2の内方側にて支持されている。外管1bは
上端が塞がれており、下端がマニホ−ルド3の上端に気
密に接合されている。この例では、内管1a、外管1b
及びマニホ−ルド2により反応容器が構成されている。
21はベ−スプレ−トである。
The inner tube 1a has an open upper end and is supported on the inner side of the manifold 2. The upper end of the outer tube 1b is closed, and the lower end is hermetically joined to the upper end of the manifold 3. In this example, the inner tube 1a, the outer tube 1b
And the manifold 2 constitute a reaction vessel.
21 is a base plate.

【0013】前記反応管1内には、例えば図2に示すよ
うに、多数枚例えば170枚程度の基板をなすウエハW
が各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持具であるウ
エハボ−ト11に棚状に載置されており、このウエハボ
−ト11は蓋体12の上に保温筒(断熱体)13を介し
て保持されている。前記蓋体12は、ウエハボ−ト11
を反応管1内に搬入、搬出するためのボ−トエレベ−タ
14の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマ
ニホ−ルド2の下端開口部、即ち反応管1とマニホ−ル
ド2で構成される反応容器の下端開口部を閉塞する役割
を持つものである。なお図2中15はウエハボ−ト11
に対してウエハWの移載を行うための移載ア−ムであ
る。
In the reaction tube 1, for example, as shown in FIG. 2, a large number of wafers W, for example, about 170 substrates, are formed.
Are placed on a wafer boat 11 which is a holder in a horizontal manner at intervals above and below, and the wafer boat 11 has a heat insulating cylinder (heat insulator) 13 on a lid 12. Is held through. The lid 12 is provided with a wafer boat 11.
Is mounted on a boat elevator 14 for loading and unloading into and out of the reaction tube 1, and at the upper limit position, the opening at the lower end of the manifold 2, that is, the reaction tube 1 and the manifold 2. It serves to close the lower end opening of the reaction vessel thus constituted. In FIG. 2, reference numeral 15 denotes a wafer boat 11.
This is a transfer arm for transferring the wafer W to the transfer arm.

【0014】マニホ−ルド2には、成膜ガス(処理ガ
ス)及びパ−ジガスを内管1aの内方側に供給するため
のガス導入管31,32が周方向に複数本配列して設け
られており、成膜ガスが夫々のガス導入管31,32か
ら反応容器内に導入されるようになっている。これらガ
ス導入管31,32は例えば石英管よりなり、例えばガ
ス導入管31は前記石英管をマニホ−ルド2の外部から
内部に突入し、その先端部を上方に屈曲して構成され、
ガス導入管32は前記石英管をマニホ−ルド2の外部か
ら内部に突入して構成される。これらガス導入管31,
32の内の1本あるいは2本以上はパ−ジガスとしての
窒素ガス(N2 ガス)の導入管及び成膜ガスの導入管を
共用するものである。なお処理ガスとして成膜ガスの
他、酸素を内管1a内に導入してもよい。
A plurality of gas introduction pipes 31 and 32 for supplying a film forming gas (processing gas) and a purge gas to the inside of the inner pipe 1a are provided in the manifold 2 in a circumferential direction. The film formation gas is introduced into the reaction vessel from the respective gas introduction pipes 31 and 32. The gas introduction tubes 31 and 32 are made of, for example, quartz tubes. For example, the gas introduction tube 31 is configured by projecting the quartz tube from the outside of the manifold 2 to the inside thereof and bending the tip thereof upward.
The gas introduction tube 32 is constructed by projecting the quartz tube from the outside to the inside of the manifold 2. These gas introduction pipes 31,
One or more of the pipes 32 share a pipe for introducing nitrogen gas (N2 gas) as a purge gas and a pipe for introducing a film forming gas. Oxygen may be introduced into the inner tube 1a as a processing gas in addition to the film forming gas.

【0015】前記ガス導入管31,32は夫々開閉バル
ブV1,V2を介して成膜ガス例えばSiH2 Cl2 ガ
ス及びNH3 ガスのガス供給源(図示せず)に接続され
ており、前記開閉バルブV1,V2は制御部5により、
予め入力されている成膜処理時における成膜ガス導入の
プログラムに基づいて開閉のタイミングが制御され、こ
れにより成膜ガスの導入のタイミングが制御されるよう
になっている。また前記マニホ−ルド2には、内管1a
及び外管1bの間に開口するように排気管22が接続さ
れており、図示しない真空ポンプにより反応容器内が真
空引きされるようになっている。
The gas introduction pipes 31, 32 are connected to a gas supply source (not shown) of a film forming gas, for example, SiH2 Cl2 gas and NH3 gas, via opening / closing valves V1, V2, respectively. V2 is controlled by the control unit 5.
The timing of opening and closing is controlled based on a program for introducing a film forming gas during the film forming process which is input in advance, and thereby the timing of introducing the film forming gas is controlled. The manifold 2 has an inner tube 1a.
An exhaust pipe 22 is connected so as to open between the outer tube 1b and the outer tube 1b, and the inside of the reaction vessel is evacuated by a vacuum pump (not shown).

【0016】前記反応管1の側周囲にはこれを取り囲む
ように加熱手段であるヒ−タ4が設けられている。この
ヒ−タ4は例えば発熱抵抗体により構成されており、前
記制御部5により、予め入力されている成膜処理の温度
プロファイルに基づいて温度制御が行われるようになっ
ている。ところで反応管内の熱処理雰囲気は上から下に
向かって複数例えば3個のゾーン(領域)6(6a,6
b,6c)に分割されており(温度制御領域が分割され
ているという意味である)、またヒータ4についてもこ
れら3個のゾーンに対応してつまりこれらの3個のゾー
ン6a,6b,6cの温度制御を夫々行うように3個の
ヒータ4(4a,4b,4c)に分割されている。制御
部5は図1では便宜上1個のブロックで記載してある
が、実際には各ヒータ4a,4b,4c毎に図示しない
温度コントローラが設けられ、これら温度コントローラ
が各ゾーン6a,6b,6cに対応して設けられた図示
しない温度検出部の温度検出信号に基づいて各ヒータ4
a,4b,4cの供給電力を制御するように構成されて
いる。
A heater 4 as heating means is provided around the reaction tube 1 so as to surround it. The heater 4 is composed of, for example, a heating resistor, and the control unit 5 controls the temperature based on a temperature profile of a film forming process input in advance. Meanwhile, the heat treatment atmosphere in the reaction tube has a plurality of, for example, three zones (regions) 6 (6a, 6a) from top to bottom.
b, 6c) (meaning that the temperature control area is divided), and the heater 4 also corresponds to these three zones, that is, these three zones 6a, 6b, 6c. Are divided into three heaters 4 (4a, 4b, 4c) so as to respectively perform the temperature control. Although the control unit 5 is shown as a single block in FIG. 1 for convenience, a temperature controller (not shown) is provided for each of the heaters 4a, 4b, and 4c, and these temperature controllers are provided in the zones 6a, 6b, and 6c. Each of the heaters 4 based on a temperature detection signal of a temperature detection unit (not shown) provided corresponding to
a, 4b, 4c.

【0017】次に上述の装置にて行われる本発明の熱処
理方法について、窒化シリコン膜を成膜する場合を例に
して図3に基づいて説明する。先ず例えば170枚の被
処理体であるウエハWをウエハボ−ト11に搭載し、ボ
−トエレベ−タ14を上昇させることにより、例えば6
00℃の加熱雰囲気の反応管1内に下端開口部より搬入
し、蓋体12によりマニホ−ルド2の下端開口部つまり
反応容器のウエハ搬入出口を気密に封止する(ロ−ド工
程)。次いで例えば600℃の加熱雰囲気下で図示しな
い真空ポンプにより排気管22を通じて反応容器内を真
空引きする(安定工程)。
Next, the heat treatment method of the present invention performed by the above-described apparatus will be described with reference to FIG. 3 by taking a case of forming a silicon nitride film as an example. First, for example, 170 wafers W as objects to be processed are mounted on the wafer boat 11 and the boat elevator 14 is lifted up to, for example, 6 wafers.
The lower end opening of the manifold 2, that is, the wafer loading / unloading port of the reaction vessel, is airtightly sealed by the lid 12 into the reaction tube 1 in a heating atmosphere of 00 ° C. (loading step). Next, the inside of the reaction vessel is evacuated through the exhaust pipe 22 by a vacuum pump (not shown) under a heating atmosphere of, for example, 600 ° C. (stabilization step).

【0018】続いて反応管1内の各ゾーン6a,6b,
6cの温度を夫々ヒータ4a,4b,4cにより一旦第
1のプロセス温度例えば770℃程度の温度まで加熱し
た後(第1の昇温工程)、予め決定された温度プロファ
イルに基づいて温度制御を行いながら、成膜ガスとして
SiH2 Cl2 ガスとNH3 ガスとを夫々ガス導入管3
1,32から内管1a内に導入し、これにより圧力を
0.25Torrとした状態でウエハWの表面に窒化シ
リコン膜を形成する(プロセス工程)。この際成膜ガス
を内管1a内に導入し、外管1bの内部を排気管22に
て排気することにより成膜ガスが反応管1内に行き渡
り、ウエハボ−ト11に搭載されているウエハWの表面
に満遍なく窒化シリコン膜が形成されることになる。
Subsequently, each zone 6a, 6b,
After the temperature of 6c is once heated to a first process temperature, for example, a temperature of about 770 ° C. by the heaters 4a, 4b, and 4c, respectively (first temperature raising step), temperature control is performed based on a predetermined temperature profile. Meanwhile, SiH2 Cl2 gas and NH3 gas are used as film forming gases,
A silicon nitride film is formed on the surface of the wafer W while the pressure is set to 0.25 Torr by introducing the silicon nitride film into the inner tube 1a from the first and second tubes 32 (process step). At this time, the film forming gas is introduced into the inner tube 1a, and the inside of the outer tube 1b is exhausted by the exhaust tube 22, so that the film forming gas spreads into the reaction tube 1 and the wafer mounted on the wafer boat 11 A silicon nitride film is uniformly formed on the surface of W.

【0019】ここで各ゾーン6a,6b,6cは、いず
れも同様の温度制御がなされるが、後述のように相互に
異なる温度制御を行ってもよい。
Here, the respective zones 6a, 6b, 6c are all subjected to the same temperature control. However, different temperature controls may be performed as described later.

【0020】本発明ではプロセス工程にてウエハWの温
度制御を行うと共に、この温度制御に合わせて成膜ガス
を間欠的に導入することに特徴があり、例えばプロセス
工程では、各ゾーン6a,6b,6cの温度が第1のプ
ロセス温度と第1のプロセス温度よりも低い第2のプロ
セス温度の間、具体的には760℃前後の温度例えば7
50℃〜770℃の範囲で昇温と降温とを繰り返すよう
に温度制御がされており、降温時に成膜ガスが導入され
るようになっている。
The present invention is characterized in that the temperature of the wafer W is controlled in the process step and the film forming gas is intermittently introduced in accordance with the temperature control. For example, in the process step, each of the zones 6a and 6b is controlled. , 6c between the first process temperature and the second process temperature lower than the first process temperature, specifically, a temperature around 760 ° C., for example, 7
The temperature is controlled so that the temperature rise and the temperature fall are repeated in the range of 50 ° C. to 770 ° C., and a film forming gas is introduced at the time of the temperature fall.

【0021】具体的なプロセスとしては、例えば図4に
示すように、各ヒータ4a,4b,4cにより加熱して
昇温工程にて一旦各ゾーン6a,6b,6cを第1のプ
ロセス温度である770℃程度まで昇温した後、第1の
プロセス温度よりも低い第2のプロセス温度例えば75
0℃程度まで各ヒータ4a,4b,4cによる加熱を抑
制して例えば23分程度で降温し、降温開始と同時に、
SiH2 Cl2 ガス及びNH3 ガスを夫々100scc
m,1000sccmの流量で導入し(温度以降工
程)、次いでこれら成膜ガスの導入を停止した状態で、
再び770℃程度まで例えば4分程度で昇温する(第2
の昇温工程)。次に再び前記成膜ガスを導入しながら、
750℃程度まで例えば23分程度で降温し、続いて前
記成膜ガスの導入を停止した状態で、再び各ゾーン6
a,6b,6cを770℃程度まで例えば4分程度で昇
温する(追加の温度移行工程)。次に再び前記成膜ガス
を導入しながら、各ゾーン6a,6b,6cを750℃
程度まで例えば23分程度で降温し(温度移行工程)、
続いて前記成膜ガスの導入を停止した状態で、再び各ゾ
ーン6a,6b,6cを770℃程度まで例えば4分程
度で昇温する(追加の温度移行工程)。そして再び前記
成膜ガスを導入しながら、各ゾーン6a,6b,6cを
750℃程度まで例えば23分で降温する。つまりこの
プロセスでは、降温開始時に前記成膜ガスの導入を開始
し、昇温開始時(降温終了時)に前記成膜ガスの導入を
停止する。
As a specific process, as shown in FIG. 4, for example, each zone 6a, 6b, 6c is heated to a first process temperature by heating with heaters 4a, 4b, 4c. After the temperature is raised to about 770 ° C., a second process temperature lower than the first process temperature, for example, 75
The heating by the heaters 4a, 4b, and 4c is suppressed to about 0 ° C., and the temperature is lowered in, for example, about 23 minutes.
SiH2 Cl2 gas and NH3 gas at 100 scc each
m, at a flow rate of 1000 sccm (steps after the temperature), and then with the introduction of these film forming gases stopped,
The temperature is raised again to about 770 ° C. in about 4 minutes (second
Heating step). Next, while introducing the film forming gas again,
The temperature is lowered to about 750 ° C. in, for example, about 23 minutes.
The temperatures of a, 6b and 6c are raised to about 770 ° C. in about 4 minutes, for example (an additional temperature transition step). Next, while introducing the film forming gas again, each zone 6a, 6b, 6c was heated to 750 ° C.
To about 30 minutes, for example (temperature transition step)
Subsequently, with the introduction of the film forming gas stopped, the temperature of each of the zones 6a, 6b and 6c is raised again to about 770 ° C. in about 4 minutes, for example (an additional temperature transition step). Then, while introducing the film forming gas again, the temperature of each zone 6a, 6b, 6c is lowered to about 750 ° C. in, for example, 23 minutes. That is, in this process, the introduction of the film forming gas is started at the start of the temperature decrease, and the introduction of the film forming gas is stopped at the start of the temperature increase (at the end of the temperature decrease).

【0022】なおこの実施の形態では、各ゾーン6a,
6b,6cはヒ−タ4により所定の温度まで加熱される
が、プロセス工程における所定の温度制御は、既述のよ
うに制御部5により、当該制御部5に入力されている温
度プロファイルに基づいて、各ヒータ4a,4b,4c
による加熱温度を制御することにより行われる。また成
膜ガスの導入開始及び導入停止は、開閉バルブVの開閉
により行われ、この開閉バルブVの開閉制御は、既述の
ように制御部5により行われる。
In this embodiment, each zone 6a,
The heaters 6b and 6c are heated to a predetermined temperature by the heater 4. The predetermined temperature control in the process step is performed by the control unit 5 based on the temperature profile input to the control unit 5 as described above. And each heater 4a, 4b, 4c
This is performed by controlling the heating temperature. The start and stop of the introduction of the deposition gas are performed by opening and closing the on-off valve V. The opening and closing of the on-off valve V is controlled by the control unit 5 as described above.

【0023】こうして所定の窒化シリコン膜の成膜が終
了した後、前記成膜ガスの導入を停止して、各ゾーン6
a,6b,6cの温度を600℃程度まで降温すると共
に(降温工程)、成膜時に成膜ガスを導入していたガス
導入管31,32の内の例えば2本からパ−ジガス例え
ばN2 ガスを導入し、反応容器内を常圧に戻す。そして
ボ−トエレベ−タ14を降下させて反応容器の下端の搬
入出口を開き、ウエハボ−ト11を反応容器から搬出す
る(アンロ−ド工程)。
After the completion of the formation of the predetermined silicon nitride film, the introduction of the film formation gas is stopped and each zone 6
The temperatures of a, 6b and 6c are lowered to about 600 ° C. (temperature lowering step), and a purge gas such as N 2 gas is discharged from, for example, two of the gas introduction pipes 31 and 32 into which the deposition gas was introduced during the deposition. And the pressure inside the reaction vessel is returned to normal pressure. Then, the boat elevator 14 is lowered to open the carry-in / out port at the lower end of the reaction vessel, and the wafer boat 11 is carried out of the reaction vessel (unloading step).

【0024】このような実施の形態によれば、プロセス
工程にてウエハWの表面温度を、昇温と降温とを繰り返
すように温度制御し、降温時に成膜ガスを導入している
ので、形成される窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を
高めることができる。
According to such an embodiment, the surface temperature of the wafer W is controlled in the process step so that the temperature is repeatedly increased and decreased, and the film forming gas is introduced at the time of the temperature decrease. In-plane uniformity of the thickness of the silicon nitride film to be formed can be improved.

【0025】つまり既述のように、ウエハWの昇温工程
では、ウエハの周縁部における単位面積当たりの吸熱量
が中央部よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度
が中央部よりも高くなる。ここで膜の成長速度は成膜時
の温度が高い程早くなることから、ウエハWを所定の温
度に昇温した後、直ちに成膜ガスを導入して成膜を行う
と、既述の成膜ガスのウエハ面内における濃度分布と合
わせると、例えば図5に示すようにウエハの中央部の膜
厚は周縁部よりも薄くなってしまう。ここで図5は、前
記縦型熱処理装置において、各ゾーン6a,6b,6c
を所定の温度例えば760℃に昇温した後、直ちに成膜
ガスを導入して、ウエハWの温度を前記温度に維持した
状態で窒化シリコン膜の成膜を行った場合の、形成され
た窒化シリコン膜のウエハ面内の膜厚分布を示す特性図
である。
That is, as described above, in the step of raising the temperature of the wafer W, the amount of heat absorbed per unit area at the peripheral portion of the wafer is larger than that at the central portion, so that the temperature at the peripheral portion of the wafer is higher than that at the central portion. Become. Here, since the growth rate of the film increases as the temperature during film formation increases, if the film is formed by immediately introducing the film formation gas after the temperature of the wafer W is increased to a predetermined temperature, the film formation described above is performed. When combined with the concentration distribution of the film gas in the wafer surface, for example, as shown in FIG. 5, the film thickness at the central portion of the wafer is smaller than the peripheral portion. Here, FIG. 5 shows each of the zones 6a, 6b, 6c in the vertical heat treatment apparatus.
Is heated to a predetermined temperature, for example, 760 ° C., and a film forming gas is immediately introduced to form a silicon nitride film in a state where the temperature of the wafer W is maintained at the aforementioned temperature. FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a film thickness distribution of a silicon film in a wafer surface.

【0026】一方ウエハWの降温時では、ウエハの周縁
部における単位面積当たりの放熱量が中央部よりも大き
くなるので、ウエハの周縁部の温度の降温速度が中央部
よりも早くなり、例えば図6(ウエハWを770℃程度
から750℃程度まで降温させた場合の、ウエハ面内の
温度分布)に示すように、周縁部の温度が中央部よりも
低くなる。
On the other hand, when the temperature of the wafer W is lowered, the amount of heat radiation per unit area at the peripheral portion of the wafer is larger than that at the central portion, so that the temperature of the peripheral portion of the wafer decreases at a higher rate than the central portion. As shown in 6 (temperature distribution in the wafer surface when the temperature of the wafer W is lowered from about 770 ° C. to about 750 ° C.), the temperature of the peripheral portion is lower than that of the central portion.

【0027】従って各ゾーン6a,6b,6cを第1の
プロセス温度まで昇温させた後、第2のプロセス温度ま
で降温させ、この降温時に成膜ガスを導入して成膜を行
えば、ウエハWの中央部より周縁部の方が温度が低いと
いう降温工程におけるウエハWの温度分布と、ウエハW
の中央部より周縁部の方が成膜ガスの濃度が高くなると
いう成膜ガスの濃度分布との影響により、例えば図7に
示すように成膜された膜の膜厚はウエハWの面内におい
てほぼ均一になると推察される。ここで図7は、前記縦
型熱処理装置において、各ゾーン6a,6b,6cを第
1のプロセス温度に昇温した後、第2のプロセス温度ま
で降温させたときに成膜ガスを導入して、窒化シリコン
膜の成膜を行った場合の、形成された窒化シリコン膜の
ウエハ面内の膜厚分布を示す特性図である。
Therefore, the temperature of each of the zones 6a, 6b, 6c is raised to the first process temperature, and then lowered to the second process temperature. A temperature distribution of the wafer W in the temperature lowering step in which the temperature of the peripheral portion is lower than that of the central portion of the wafer W;
The film thickness of the film formed as shown in FIG. It is presumed that it becomes almost uniform in. Here, FIG. 7 shows that, in the vertical heat treatment apparatus, after each zone 6a, 6b, 6c is heated to the first process temperature and then cooled to the second process temperature, a film forming gas is introduced. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a film thickness distribution in a wafer surface of the formed silicon nitride film when a silicon nitride film is formed.

【0028】上述のように本実施の形態では、窒化シリ
コン膜を形成する場合、第1のプロセス温度を770
℃、第2のプロセス温度を750℃とし、これらの温度
差を20℃としたが、成膜温度は窒化シリコン膜の膜質
に影響を与えるため成膜温度範囲には制限があるが、第
1のプロセス温度と第2のプロセス温度の差は40℃程
度以下に設定すれば支障はない。
As described above, in this embodiment, when forming a silicon nitride film, the first process temperature is set to 770.
The second process temperature was set to 750 ° C., and the difference between these temperatures was set to 20 ° C. However, since the film forming temperature affects the film quality of the silicon nitride film, the film forming temperature range is limited. If the difference between the first process temperature and the second process temperature is set to about 40 ° C. or less, there is no problem.

【0029】従って支障のない一定の成膜温度範囲で温
度移行工程と追加の温度移行工程とを繰り返すことが望
ましく、このようにして成膜を行なうと、必要な膜質特
性を維持しながら、良好な膜厚の面内分布を得ることが
できる。このため本発明は例えば口径が300mmのウ
エハに対して成膜を行う場合や、70nm以上の厚さの
膜を成膜する場合に特に有効であり、これらの場合にお
いても膜厚の高い面内均一性を確保することができる。
Therefore, it is desirable to repeat the temperature transition step and the additional temperature transition step in a constant film forming temperature range that does not cause any trouble. An in-plane distribution of the film thickness can be obtained. For this reason, the present invention is particularly effective when, for example, a film is formed on a wafer having a diameter of 300 mm, or when a film having a thickness of 70 nm or more is formed. Uniformity can be ensured.

【0030】実際に本発明の効果を確認するために、ウ
エハボ−ト11に170枚の8インチサイズのウエハW
を搭載し、上述の縦型熱処理装置にて上述のプロセスに
従って窒化シリコン膜を形成したところ、図8及び図9
に示す結果が得られた。成膜ガスとしてはSiH2 Cl
2 ガスとNH3 ガスとを用い、図4に示す温度プロファ
イルに従って各ゾーン6a,6b,6cの温度を制御し
ながら、降温時にSiH2 Cl2 ガスを100scc
m,NH3 ガスを1000sccmの流量で夫々導入
し、0.25Torrのプロセス圧力の下、150nm
の厚さを目標として窒化シリコン膜を形成し、窒化シリ
コン膜の膜厚の面内分布と、窒化シリコン膜の膜厚の面
内均一性とを測定した。また上述の縦型熱処理装置にて
ウエハ表面の温度を760℃に維持した状態で成膜ガス
を連続的に導入して窒化シリコン膜を形成した場合につ
いても同様の実験を行った。この場合成膜ガスの流量
は、SiH2 Cl2 ガス100sccm,NH3 ガス1
000sccmとし、プロセス圧力は0.25Torr
とした。
In order to actually confirm the effect of the present invention, 170 8-inch size wafers W were placed on the wafer boat 11.
8 and 9 when a silicon nitride film was formed by the above-described vertical heat treatment apparatus according to the above-described process.
The result shown in FIG. The film forming gas is SiH2 Cl
While controlling the temperature of each zone 6a, 6b, 6c in accordance with the temperature profile shown in FIG. 4 by using 2 gas and NH3 gas, 100 s
m, NH3 gas were introduced at a flow rate of 1000 sccm, respectively, and under a process pressure of 0.25 Torr, 150 nm
A silicon nitride film was formed with the target thickness, and the in-plane distribution of the thickness of the silicon nitride film and the in-plane uniformity of the thickness of the silicon nitride film were measured. A similar experiment was conducted when a silicon nitride film was formed by continuously introducing a film forming gas while maintaining the temperature of the wafer surface at 760 ° C. in the vertical heat treatment apparatus described above. In this case, the flow rate of the film forming gas is as follows: SiH2 Cl2 gas 100 sccm, NH3 gas 1
000 sccm and the process pressure is 0.25 Torr
And

【0031】この結果を図8及び図9に各々示す。窒化
シリコン膜の膜厚のばらつき度は図8に、窒化シリコン
膜の膜厚の面内分布は図9に夫々示す。温度制御を行っ
た場合を□、温度制御を行わない場合を○として夫々示
す。図8の窒化シリコン膜の膜厚のばらつき度では、ウ
エハボ−ト11の上から7番目,46番目、85番目、
124番目、163番目のウエハWをサンプリングし、
これらのウエハWに形成された窒化シリコン膜の膜厚の
面内均一性を膜厚測定機(Ellipsometer)により測定し
た。
The results are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. FIG. 8 shows the degree of variation in the thickness of the silicon nitride film, and FIG. 9 shows the in-plane distribution of the thickness of the silicon nitride film. The case where temperature control was performed is indicated by □, and the case where temperature control is not performed is indicated by ○. The seventh variation, the 46th variation, the 85th variation from the top of the wafer boat 11 are shown in FIG.
The 124th and 163rd wafers W are sampled,
The in-plane uniformity of the film thickness of the silicon nitride film formed on these wafers W was measured by a film thickness measuring device (Ellipsometer).

【0032】この結果、温度制御を行った場合には、温
度制御を行わない場合よりも膜厚のばらつき度の値が低
く、当該値は低い方が面内均一性が高いことを示してい
るので、プロセス工程時に温度制御を行ない、降温時に
成膜ガスを導入することにより形成される窒化シリコン
膜の膜厚の面内均一性を高めることができることが確認
された。
As a result, when the temperature control is performed, the value of the degree of film thickness variation is lower than when the temperature control is not performed, and the lower the value, the higher the in-plane uniformity. Therefore, it was confirmed that the temperature control was performed during the process step, and the in-plane uniformity of the film thickness of the silicon nitride film formed by introducing the film-forming gas at the time of temperature reduction could be improved.

【0033】また図9の窒化シリコン膜の膜厚の面内分
布は、前記ウエハボ−ト11上の上から124番目のウ
エハWをサンプリングし、図10のウエハWの平面図に
示すように、ウエハWの直径上の径方向の5か所の位置
(A,B,C,D,E)の窒化シリコン膜の膜厚を測定
した。ここでCはウエハWの中心、A及びEはウエハW
の外縁から5mm内側の位置、B及びDはウエハWの外
縁から52.5mm内側の位置とした。
The in-plane distribution of the thickness of the silicon nitride film shown in FIG. 9 is obtained by sampling the 124th wafer W from above on the wafer boat 11, and as shown in the plan view of the wafer W in FIG. The thickness of the silicon nitride film was measured at five positions (A, B, C, D, and E) in the radial direction on the diameter of the wafer W. Here, C is the center of the wafer W, A and E are the wafers W
Are located 5 mm inside from the outer edge of the wafer W, and B and D are located 52.5 mm inside from the outer edge of the wafer W.

【0034】この結果、温度制御を行わない場合には窒
化シリコン膜の膜厚は中央部において周縁部よりも2.
91〜3.48nm程度薄くなることが認められたのに
対し、温度制御を行った場合には窒化シリコン膜の膜厚
は0.36nm程度のばらつきはあるもののほぼ一定で
あることが認められ、プロセス工程時に温度制御を行な
い、降温時に成膜ガスを導入することにより、形成され
る窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を高めることがで
きることが確認された。
As a result, when the temperature control is not performed, the thickness of the silicon nitride film is 2.
While it was recognized that the thickness was reduced by about 91 to 3.48 nm, when the temperature was controlled, it was recognized that the thickness of the silicon nitride film was almost constant with a variation of about 0.36 nm, It was confirmed that by controlling the temperature during the process step and introducing the film forming gas during the temperature decrease, the in-plane uniformity of the thickness of the formed silicon nitride film can be improved.

【0035】以上において本発明では、各ゾーン6a,
6b,6cを第1のプロセス温度まで昇温する第1の昇
温工程を行い、次いで第2のプロセス温度まで降温させ
ながら成膜ガスを導入して成膜を行う降温工程を実施す
ればよく、必ずしも温度移行工程と追加の温度移行工程
とを繰り返す必要はないが、温度移行工程と追加の温度
移行工程と降温工程とを繰り返して行うと、より高い膜
厚の均一性を確保することができる。
In the above, according to the present invention, each zone 6a,
A first temperature raising step of raising the temperature of 6b and 6c to the first process temperature is performed, and then a temperature lowering step of forming a film by introducing a film forming gas while lowering the temperature to the second process temperature may be performed. It is not necessary to repeat the temperature transition step and the additional temperature transition step, but if the temperature transition step, the additional temperature transition step, and the temperature lowering step are repeated, higher film thickness uniformity can be ensured. it can.

【0036】さらに本発明では、窒化シリコン膜の成膜
に限らず、ポリシリコン膜、TEOSによるシリコン酸
化膜、HTO(High Temperature Oxide)膜等の成膜に
適用することができる。また、CVD成膜プロセス以外
のドライ酸化、ウェット酸化、HCl酸化等の酸化膜の
成膜にも適用できる。
Further, the present invention can be applied not only to the formation of a silicon nitride film but also to the formation of a polysilicon film, a silicon oxide film by TEOS, an HTO (High Temperature Oxide) film, and the like. Further, the present invention can be applied to formation of an oxide film such as dry oxidation, wet oxidation, and HCl oxidation other than the CVD film formation process.

【0037】なお上記の実施の形態において、反応管1
内の各ゾーン6a,6b,6cに対して同様の温度制御
を行う例を示したが、各ゾーン6a,6b,6cに対し
て各ヒータ4a,4b,4cにより各々異なる温度制御
を行ってもよい。
In the above embodiment, the reaction tube 1
Although the same temperature control is performed on each of the zones 6a, 6b, 6c in the above, the different temperature control may be performed on each of the zones 6a, 6b, 6c by the heaters 4a, 4b, 4c. Good.

【0038】次に本発明の他の実施の形態について図1
1を参照しながら説明する。図11は成膜ガスとしてS
iH2 Cl2 ガスとNH3 ガスとを用いてウエハW表面
上に窒化シリコン膜を成膜する際の各ゾーン6a,6
b,6c内の時間と温度との関係を示す図である。図1
1に示すように各ゾーン6a,6b,6cに割り当てら
れる第1のプロセス温度が互いに異なり、また各ゾーン
6a,6b,6cに割り当てられる第2のプロセス温度
も互いに異なるように制御部5における温度プロファイ
ルが設定されている。例えば上段のゾーン6aにおける
第1のプロセス温度及び第2のプロセス温度は夫々76
5℃及び732℃となっており、中段のゾーン6bにお
ける第1のプロセス温度及び第2のプロセス温度は夫々
770℃及び757℃となっている。また下段のゾーン
6cにおける第1のプロセス温度及び第2のプロセス温
度は夫々800℃及び757℃となっている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
1 will be described. FIG. 11 shows S as a film forming gas.
Each zone 6a, 6a when forming a silicon nitride film on the surface of the wafer W using iH2 Cl2 gas and NH3 gas.
It is a figure which shows the relationship between time and temperature in b and 6c. FIG.
As shown in FIG. 1, the first process temperatures assigned to the zones 6a, 6b, 6c are different from each other, and the second process temperatures assigned to the zones 6a, 6b, 6c are different from each other. The profile has been set. For example, the first process temperature and the second process temperature in the upper zone 6a are respectively 76
The temperature is 5 ° C. and 732 ° C., and the first process temperature and the second process temperature in the middle zone 6b are 770 ° C. and 757 ° C., respectively. The first process temperature and the second process temperature in the lower zone 6c are 800 ° C. and 757 ° C., respectively.

【0039】いずれのゾーン6a,6b,6cにおいて
も、先ず第1のプロセス温度まで昇温され(昇温工
程)、その後成膜ガスが導入される温度移行工程に入り
第2のプロセス温度まで降温される。温度移行工程で
は、いずれのゾーン6a,6b,6cも降温され、この
降温中に成膜ガスが導入されてウエハWの表面に均一な
窒化シリコン膜が形成される。この場合更に続けて第2
のプロセス温度から第1のプロセス温度まで更に温度を
昇温させ(追加の温度移行工程)、その後第1のプロセ
ス温度から第2のプロセスまで降温させてもよい。また
中段ゾーン6bでは、温度を一定とした場合に、ウエハ
Wの周縁部と中央部とにおいて成膜される膜の膜厚の差
が非常に小さいので、温度移行工程における温度変化の
傾斜(第1のプロセス温度と第2のプロセス温度との
差)は、上段ゾーン6a及び下段ゾーン6bにおける温
度変化の傾斜よりもかなり小さくなっている。
In each of the zones 6a, 6b, and 6c, the temperature is first raised to the first process temperature (temperature raising step), and then the temperature shifts to a temperature transition step in which a film forming gas is introduced, and the temperature is lowered to the second process temperature. Is done. In the temperature transition step, the temperatures of all the zones 6a, 6b, and 6c are lowered, and a film forming gas is introduced during the temperature lowering to form a uniform silicon nitride film on the surface of the wafer W. In this case, the second
The temperature may be further increased from the first process temperature to the first process temperature (an additional temperature transition step), and then the temperature may be decreased from the first process temperature to the second process. Further, in the middle zone 6b, when the temperature is constant, the difference in film thickness between the peripheral portion and the central portion of the wafer W is very small, so that the gradient of the temperature change in the temperature transition step (the The difference between the first process temperature and the second process temperature) is considerably smaller than the slope of the temperature change in the upper zone 6a and the lower zone 6b.

【0040】このように各ゾーン6a,6b,6c間に
おいて互いに温度制御を行う場合、処理ガスは反応容器
内にて下から上昇していくので上段のゾーン6aにおい
ては高温となっており、このため例えば上段のゾーン6
aを比較的低温で温度制御し、下段のゾーン6cを比較
的高温で温度制御している。そして温度を一定とした場
合にウエハWの周縁部と中央部とにおいて成膜される膜
の膜厚の差を予め把握しておき、膜厚の差に応じて温度
変化の傾斜を決めているので、各ウエハW内での窒化シ
リコン膜の均一化を図ることができると共に各ゾーン6
a,6b,6c間においてもウエハW表面に成膜される
窒化シリコン膜の均一化を図ることができる。
When temperature control is performed among the zones 6a, 6b, and 6c as described above, the processing gas rises from below in the reaction vessel, so that the temperature in the upper zone 6a is high. For example, upper zone 6
a is controlled at a relatively low temperature, and the lower zone 6c is controlled at a relatively high temperature. When the temperature is constant, the difference in film thickness between the peripheral portion and the central portion of the wafer W is grasped in advance, and the slope of the temperature change is determined according to the difference in film thickness. Therefore, it is possible to make the silicon nitride film uniform in each wafer W, and to make each zone 6
The uniformity of the silicon nitride film formed on the surface of the wafer W can also be achieved between a, 6b, and 6c.

【0041】更に本発明の他の実施の形態について図1
2を参照しながら説明する。図12は、成膜ガスとして
TEOS(テトラエトキシシラン:Si(C2H5O)
4)を用いてウエハW表面上にシリコン酸化膜を成膜す
る際の各ゾーン内の時間と温度との関係を示す図であ
る。この方法においては、熱処理雰囲気を5段のゾーン
に分割し、これに対応してヒータ4についても5段に分
割し、分割されたヒータにより夫々各段のゾーンに対し
て異なる温度制御が行われている。なお説明の便宜上5
段に分割された各ゾーンに対して上段側から順に6a,
6ab、6b,6bc、6cを夫々割り当てることにす
る。
FIG. 1 shows still another embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows TEOS (tetraethoxysilane: Si (C2H5O)) as a film forming gas.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between time and temperature in each zone when a silicon oxide film is formed on the surface of a wafer W using 4). In this method, the heat treatment atmosphere is divided into five zones, and correspondingly, the heater 4 is also divided into five stages, and different temperature control is performed on each zone by the divided heaters. ing. 5 for convenience of explanation
For each zone divided into stages, 6a,
6ab, 6b, 6bc, and 6c are respectively assigned.

【0042】各ゾーン6a,6ab、6b,6bc、6
cの第1のプロセス温度及び第2のプロセス温度につい
ては、1段目のゾーン(最上段)6aの第1のプロセス
温度及び第2のプロセス温度は夫々699℃及び672
℃であり、2段目のゾーン6abの第1のプロセス温度
及び第2のプロセス温度は夫々692℃及び674℃で
あり、3段目のゾーン6bの第1のプロセス温度及び第
2のプロセス温度は夫々685℃及び673℃であり、
4段目のゾーン6bcの第1のプロセス温度及び第2の
プロセス温度は夫々675℃及び675℃であり、5段
目のゾーン6cの第1のプロセス温度及び第2のプロセ
ス温度は夫々662℃及び685℃である。このように
この実施の形態では、第1のプロセス温度及び第2のプ
ロセス温度は、各ゾーン6a,6ab、6b,6bc、
6c間で互いに異なっている。
Each zone 6a, 6ab, 6b, 6bc, 6
Regarding the first process temperature and the second process temperature c, the first process temperature and the second process temperature of the first zone (uppermost stage) 6a are 699 ° C. and 672 °, respectively.
° C, the first process temperature and the second process temperature in the second zone 6ab are 692 ° C and 674 ° C, respectively, and the first process temperature and the second process temperature in the third zone 6b. Are 685 ° C. and 673 ° C., respectively.
The first process temperature and the second process temperature of the fourth zone 6bc are 675 ° C. and 675 ° C., respectively, and the first process temperature and the second process temperature of the fifth zone 6c are 662 ° C., respectively. And 685 ° C. As described above, in this embodiment, the first process temperature and the second process temperature are set in the respective zones 6a, 6ab, 6b, 6bc,
6c are different from each other.

【0043】図12に示すように、いずれのゾーン6
a,6ab、6b,6bc、6cにおいても、先ず第1
のプロセス温度まで昇温され(昇温工程)、その後TE
OSが導入される温度移行工程に入る。この温度移行工
程では、5段目のゾーン6cでは第1のプロセス温度か
ら第2のプロセス温度まで昇温され、4段目のゾーン6
bcでは第1のプロセス温度から第2のプロセス温度ま
で等温保持され、1〜3段目のゾーン6a,6ab、6
bでは第1のプロセス温度から第2のプロセス温度まで
降温される。
As shown in FIG.
a, 6ab, 6b, 6bc, and 6c,
Temperature to the process temperature (temperature raising step), and then TE
The process enters a temperature transition step in which the OS is introduced. In this temperature transition step, the temperature is raised from the first process temperature to the second process temperature in the fifth zone 6c, and the fourth zone 6
In bc, the temperature is kept isothermally from the first process temperature to the second process temperature, and the zones 6a, 6ab, 6
In b, the temperature is decreased from the first process temperature to the second process temperature.

【0044】この場合各ゾーン6a,6ab、6b,6
bc、6cにおいて更に続けて第2のプロセス温度から
第1のプロセス温度まで温度を移行させ(追加の温度移
行工程)、その後第1のプロセス温度から第2のプロセ
ス温度まで温度を移行させてもよい(温度移行工程)。
その後各ゾーン6a,6ab、6b,6bc、6cは温
度保持工程に入る。
In this case, each zone 6a, 6ab, 6b, 6
In bc and 6c, the temperature may be further shifted from the second process temperature to the first process temperature (an additional temperature shift step), and then the temperature may be shifted from the first process temperature to the second process temperature. Good (temperature transition step).
Thereafter, the zones 6a, 6ab, 6b, 6bc, 6c enter a temperature holding step.

【0045】ここで最下段である5段目のゾーン6cで
は、温度制御を行わない場合にはウエハの周縁部よりも
中央部の方が成膜される膜の膜厚が高くなる傾向がある
ため、他のゾーン6a,6ab、6b,6bcにおける
温度制御と異なり、温度移行工程では温度を上昇させて
いる。また4段目のゾーン6bcでは、温度一定の場合
にウエハWの周縁部と中央部において成膜される膜の膜
厚の差が非常に小さいので、温度移行工程では等温保持
している。
Here, in the zone 6c of the fifth stage, which is the lowermost stage, when the temperature control is not performed, the film thickness of the film to be formed tends to be higher in the central portion than in the peripheral portion of the wafer. Therefore, unlike the temperature control in the other zones 6a, 6ab, 6b, 6bc, the temperature is raised in the temperature transition step. In the fourth zone 6bc, the difference in film thickness between the peripheral portion and the central portion of the wafer W is very small when the temperature is constant, so that the temperature is kept constant in the temperature transition step.

【0046】このように各ゾーン6a,6ab、6b,
6bc、6c間において互いに異なる温度制御を行うこ
とにより、つまり各ゾーンに応じた適切な第1のプロセ
ス温度及び第2のプロセス温度を設定することにより各
ウエハWにおけるシリコン酸化膜の均一化を図ることが
できると共に各ゾーン6a,6ab、6b,6bc、6
c間においてもウエハW表面に成膜されるシリコン酸化
膜の均一化を図ることができる。
As described above, each zone 6a, 6ab, 6b,
By performing different temperature control between 6bc and 6c, that is, by setting appropriate first process temperature and second process temperature according to each zone, the silicon oxide film on each wafer W is made uniform. And zones 6a, 6ab, 6b, 6bc, 6
It is possible to make the silicon oxide film formed on the surface of the wafer W uniform during the interval c.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板に成
膜するにあたり、高い膜厚の面内均一性を確保すること
ができる。
As described above, according to the present invention, in-plane uniformity of a high film thickness can be ensured when forming a film on a substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明方法を実施するための縦型熱処理装置の
一例を示す縦断側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an example of a vertical heat treatment apparatus for performing a method of the present invention.

【図2】前記縦型熱処理装置の一部を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the vertical heat treatment apparatus.

【図3】本発明方法にて窒化シリコン膜を形成するとき
の、温度と時間との関係を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between temperature and time when a silicon nitride film is formed by the method of the present invention.

【図4】窒化シリコン膜成膜時の温度と時間との関係を
示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between temperature and time when a silicon nitride film is formed.

【図5】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関
係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a thickness of a silicon nitride film and a position on a wafer.

【図6】温度とウエハ上の位置との関係を示す特性図で
ある。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature and a position on a wafer.

【図7】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関
係を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a thickness of a silicon nitride film and a position on a wafer.

【図8】窒化シリコン膜の膜厚の面内ばらつき度とウエ
ハボ−ト上のウエハの位置との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the in-plane variation of the thickness of the silicon nitride film and the position of the wafer on the wafer boat.

【図9】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関
係を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a thickness of a silicon nitride film and a position on a wafer.

【図10】ウエハ上のサンプリング箇所を説明するため
の平面図である。
FIG. 10 is a plan view for explaining sampling locations on a wafer.

【図11】窒化シリコン膜の成膜時の温度と時間との関
係を示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between temperature and time when a silicon nitride film is formed.

【図12】シリコン酸化膜の成膜時の温度と時間との関
係を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between temperature and time at the time of forming a silicon oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

W 半導体ウエハ 1 反応管 1a 内管 1b 外管 2 マニホ−ルド 3 ガス導入管 4(4a、4b、4c) ヒ−タ 5 制御部 V 開閉バルブ W Semiconductor wafer 1 Reaction tube 1a Inner tube 1b Outer tube 2 Manifold 3 Gas introduction tube 4 (4a, 4b, 4c) Heater 5 Control unit V Open / close valve

フロントページの続き (72)発明者 王 文凌 東京都港区赤坂五丁目3番6号 TBS放 送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 安原 もゆる 東京都港区赤坂五丁目3番6号 TBS放 送センター東京エレクトロン株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Wang Liang 5-6-6 Akasaka, Minato-ku, Tokyo TBS Transmission Center Tokyo Electron Limited (72) Inventor Moyuru Yasuhara 5-6-Akasaka, Minato-ku, Tokyo No. TBS Broadcasting Center Tokyo Electron Limited

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割され
た反応容器内の各ゾーンに基板を配置し、反応容器内に
処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理方法において、 複数の基板を反応容器内に搬入する工程と、 前記反応容器内の各ゾーンを加熱手段により加熱して各
ゾーンを当該ゾーンに対応する第1のプロセス温度まで
昇温する工程と、 前記複数のゾーンのうち少なくとも一のゾーンについ
て、当該ゾーンの第1のプロセス温度から、当該ゾーン
に対応する第2のプロセス温度まで移行させる温度移行
工程と、を備え、 前記温度移行工程時に反応容器内に処理ガスを導入して
基板に対して熱処理を行うことを特徴とする熱処理方
法。
1. A heat treatment method in which a substrate is arranged in each zone in a reaction vessel in which a heat treatment atmosphere is divided into a plurality of zones and a heat treatment is performed by introducing a processing gas into the reaction vessel. And heating each zone in the reaction vessel by a heating unit to raise each zone to a first process temperature corresponding to the zone; and at least one of the plurality of zones. A temperature transition step of transitioning from a first process temperature of the zone to a second process temperature corresponding to the zone, wherein a processing gas is introduced into the reaction vessel during the temperature transition step, A heat treatment method, wherein a heat treatment is performed on the steel sheet.
【請求項2】 前記複数のゾーンのうち少なくとも二つ
のゾーンにおける第1のプロセス温度は互いに異なるこ
とを特徴とする請求項1記載の熱処理方法。
2. The heat treatment method according to claim 1, wherein the first process temperatures in at least two of the plurality of zones are different from each other.
【請求項3】 前記複数のゾーンのうち少なくとも二つ
のゾーンにおける第2のプロセス温度は互いに異なるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の熱処理方法。
3. The heat treatment method according to claim 1, wherein the second process temperatures in at least two of the plurality of zones are different from each other.
【請求項4】 温度移行工程において、少なくとも一の
ゾーンは第1のプロセス温度から第2のプロセス温度ま
で昇温することを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
かに記載の熱処理方法。
4. The heat treatment method according to claim 1, wherein in the temperature transition step, at least one zone is heated from a first process temperature to a second process temperature.
【請求項5】 温度移行工程において、少なくとも一の
ゾーンは第1のプロセス温度から第2のプロセス温度ま
で降温することを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
かに記載の熱処理方法。
5. The heat treatment method according to claim 1, wherein in the temperature transition step, at least one zone is cooled from a first process temperature to a second process temperature.
【請求項6】 温度移行工程において、少なくとも一の
ゾーンは第1のプロセス温度のまま温度が維持されるこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の熱
処理方法。
6. The heat treatment method according to claim 1, wherein in the temperature transition step, the temperature of at least one zone is maintained at the first process temperature.
【請求項7】 温度移行工程において、前記複数のゾー
ンのうち少なくとも二つのゾーンは、当該ゾーンの第1
のプロセス温度から、当該ゾーンに対応する第2のプロ
セス温度まで移行し、これらゾーンにおける第1のプロ
セス温度と第2のプロセス温度との温度差は、互いに異
なることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記
載の熱処理方法。
7. The temperature transition step, wherein at least two of the plurality of zones are the first of the zones.
Wherein the temperature difference between the first process temperature and the second process temperature in these zones is different from each other. 7. The heat treatment method according to any one of 6.
【請求項8】 温度移行工程の後に、少なくとも一のゾ
ーンについて、第2のプロセス温度から、第1のプロセ
ス温度まで移行させる追加の温度移行工程を更に備えた
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の
熱処理方法。
8. The method according to claim 1, further comprising, after the temperature transition step, an additional temperature transition step of transitioning the at least one zone from the second process temperature to the first process temperature. 8. The heat treatment method according to any one of items 7 to 7.
【請求項9】 温度移行工程と追加の温度移行工程は、
繰り返し行われることを特徴とする請求項8記載の熱処
理方法。
9. A temperature transition step and an additional temperature transition step,
9. The heat treatment method according to claim 8, wherein the heat treatment is performed repeatedly.
【請求項10】 反応容器の外側に各ゾーン毎に設けら
れた加熱手段により各ゾーンの温度を制御することを特
徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の熱処理方
法。
10. The heat treatment method according to claim 1, wherein the temperature of each zone is controlled by heating means provided for each zone outside the reaction vessel.
【請求項11】 温度移行工程において、反応容器の周
縁に設けられたガス導入管から処理ガスを導入すること
を特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の熱
処理方法。
11. The heat treatment method according to claim 1, wherein in the temperature transition step, a processing gas is introduced from a gas introduction pipe provided on a peripheral edge of the reaction vessel.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008755A1 (en) * 2003-07-18 2005-01-27 Hitachi Kokusai Electric Inc. Temperature control method, substrate processing system and process for producing semiconductor
JP2005243736A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate treatment apparatus
WO2007105431A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-20 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus and substrate processing method
WO2014088026A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 株式会社日立国際電気 Substrate treatment device, substrate treatment method, semiconductor-device manufacturing method, and control program
JP2016195167A (en) * 2015-03-31 2016-11-17 東京エレクトロン株式会社 Heat treatment apparatus, heat treatment method, and program
CN112941489A (en) * 2021-01-27 2021-06-11 长鑫存储技术有限公司 Thin film deposition method and thin film deposition apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05144746A (en) * 1991-11-20 1993-06-11 Nec Corp Low-pressure cvd apparatus
JP3184000B2 (en) * 1993-05-10 2001-07-09 株式会社東芝 Method and apparatus for forming thin film

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008755A1 (en) * 2003-07-18 2005-01-27 Hitachi Kokusai Electric Inc. Temperature control method, substrate processing system and process for producing semiconductor
JP4610908B2 (en) * 2004-02-24 2011-01-12 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
JP2005243736A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate treatment apparatus
US8501599B2 (en) 2006-03-07 2013-08-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP2009158968A (en) * 2006-03-07 2009-07-16 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate processing method, and film forming method
JP5153614B2 (en) * 2006-03-07 2013-02-27 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus, semiconductor substrate processing method, control program, recording medium recorded with control program, and substrate processing method
WO2007105431A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-20 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus and substrate processing method
US8507296B2 (en) 2006-03-07 2013-08-13 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing method and film forming method
WO2014088026A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 株式会社日立国際電気 Substrate treatment device, substrate treatment method, semiconductor-device manufacturing method, and control program
JPWO2014088026A1 (en) * 2012-12-07 2017-01-05 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus, substrate processing method, semiconductor device manufacturing method, and control program
JP2016195167A (en) * 2015-03-31 2016-11-17 東京エレクトロン株式会社 Heat treatment apparatus, heat treatment method, and program
CN112941489A (en) * 2021-01-27 2021-06-11 长鑫存储技术有限公司 Thin film deposition method and thin film deposition apparatus
WO2022160595A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-04 长鑫存储技术有限公司 Thin film deposition method and thin film deposition device
US20230054843A1 (en) * 2021-01-27 2023-02-23 Changxin Memory Technologies, Inc. Film deposition method and film deposition apparatus

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