JP2005347772A

JP2005347772A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005347772A
Application number: JP2005227518A
Authority: JP
Inventors: Mikio Takagi; 幹夫高木
Original assignee: FTL KK
Current assignee: FTL KK
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】内管（１ｂ）と外管（１ａ）含んでなる縦型反応炉の下部において環状流路（４）から少なくとも不活性ガスを排気（３）しつつウェーハ（８）を加熱炉内で反応ガスの存在下で熱処理する半導体装置の製造において、パーティクルを低減する。
【解決手段】外管（１ａ）内に、1枚の横置きウェーハ（８）の位置もしくは該位置より上方で導入された反応ガスと、内管（１ｂ）の上端とほぼ同じ位置もしくはより上方に上昇移動されたウェーハ（８）との反応を起こさせ，また内管（１ｂ）の下部より、ウェーハの方向に流された不活性ガスにより反応ガスの内管内への流入を阻止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び製造装置に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、半導体デバイス、具体的にはシリコン、化合物半導体などのメモリ−もしくは論理回路ＩＣ、薄膜トランジスタＩＣなどに用いられるウェーハに、半導体物質、絶縁物質、金属、超伝導物質などの皮膜あるいは層を反応ガスを用いて常圧もしくは減圧で形成するか、あるいは雰囲気ガスの存在下で拡散、膜質の改善、膜の平坦化などのウェーハの熱処理を行う縦管型半導体装置製造装置ならびにこの装置を使用する方法において、反応ガスに起因するパーティクルによる汚染を減少する提案に関する。

本発明において、「反応ガス」とはガスどうしが反応しあるいは分解して上記の皮膜または層を形成するもの、及びガスがウェーハと反応して上記の皮膜又は層を形成する通常の意味の反応ガスを指している。またガスとは通常の原子、分子状のもののみならず、イオン又は活性（ｒａｄｉｃａｌ）状態の反応種も指している。「不活性ガス」とは、上記のようなウェーハとの反応を意図せずかつ反応に障害がないものであって、Ａｒ等であるかあるいは熱処理の種類によっては窒素ガスのようなウェーハと反応しないガスのこともある。

本発明が関連する半導体装置製造のための熱処理に関しては、古くは、特許文献１、特開昭５３−５１１８７号、特許文献２、特開昭６５−２０２８２号の発明があるが、これらでは反応管末端に設けられた排気部で温度が著しく降下し、そのため反応により生じる膜質が著しくウェーハ上のものとは異なり、この結果パーティクルが反応室内に降り注いだ。

又、１９７０年代後半から１９８０年代前半においては、上下に可動な上部抵抗加熱炉と固定式下部加熱炉を気密に且つ着脱自在に固定し、両炉の軸心に設けた排気用管体の周りに下部炉に固定するとともに上側を上部炉内空間に排気用管体を突入させ、さらに該管体と同心状に細い反応ガス流入管を該管体内に固定し、多数のウェーハを縦置きでセットした石英製ウェーハキャリヤーを炉の中心部の排気口上方の「すのこ」に保持した、アニコンと通称される減圧ＣＶＤ装置が多用され、膜厚のばらつきとしては±２％のすぐれた値が達成された。しかしこの装置ではウェーハを取りだすときに上下炉を分離すると、炉内と炉外の大きな温度差により大きな熱風が発生してパーティクルが多量にウェーハに付着する問題を起こした。

これに対して、二重管型半導体製造装置はパーティクルの低減に適する。具体的には、外管は頂部が閉じられた炉体構造とし、頂部にガス流入管を開口するとともに、内外管の間の環状間隙がその上端で炉内空間に通じるようにした二重管構造の加熱炉を用い、反応ガスを環状間隙を経て排出させ、ほとんどのパーティクルを環状間隙に閉じ込めることが、本出願人が提案した特許文献３、欧州特許公開公報０５３８８７４号に示されている。

図１７は前掲欧州特許公開公報に示された半導体製造装置によるウェーハの熱処理方法を図解している。図において、１は外管１ａと内管１ｂより構成される二重反応管、２は内管１ｂの底部に開口する反応ガス流入管、３は外管１ａの底部に開口する排気管、４は同心円状に配列された外管１ａと内管１ｂの間に形成され反応ガスを排出する環状流路、５は加熱炉、６はウェーハ保持治具、８はウェーハである。このウェーハ８は図示の位置で保持され、内管１ｂ内を上向に流れる反応ガスと接触して所定の反応を起こす。反応後の反応ガスは環状流路４を下向きに流れ、排気管３から排出される。したがって、パーティクルの原因となる反応生成物は、ウェーハ出し入れ空間とは隔てられた環状流路４の管壁に付着するので、パーティクルの影響を少なくすることが可能になった。

最近６４Ｍ−ＤＲＡＭでは倍ルールのコスト低減則を満足するために、１２インチの大口径ウェーハ（約２００チップ／ウェーハ）が必要になると言われており（非特許文献１、「日経マイクロデバイス」１９９２年１１月号）、このように半導体装置の集積度がますます高くなるにつれ、石英と熱膨張率及び付着力で差があるパーティクルの大きさを小さくかつ個数を少なくしなければならない。これを満足するために小バッチまたは枚葉処理を行う必要が生じ、また設備コストの増額を抑えることが必要になっている。

一般に石英反応管でＣＶＤ等の処理を数十回行なうと反応生成物が反応管内壁に数１０ミクロン程度に厚く付着し、反応管の石英との熱膨張率の差により剥離しパーティクルとなる。これを防止するために反応管内壁に付着した反応生成物をプラズマにより分解し頻繁に洗浄する必要がある。この洗浄方法は例えば特開昭６２−１９６８２０号にて公開されており、プラズマ発生電極を加熱用ヒーターと外管の間に常設することが知られている。
特開昭５３−５１１８７号特開昭６５−２０２８２号欧州特許公開公報０５３８８７４号日経マイクロデバイス、１９９２年１１月号

図１７に示されるような二重管型半導体製造装置を使用するウェーハの熱処理方法では、ウェーハ８を内部に配置した内管１ｂ内を反応ガスが流れるので、反応が内管１ｂ内で起こり、この結果生成する反応生成物が多少内管１ｂ内壁に付着する。すなわち反応生成物はウェーハ８の配置位置で最も活発に起こるので、不要な反応生成物が内管１ｂの内壁に付着する。処理完了後ウェーハ８を二重反応管１から後記機構３０−３３を駆動して取り出すときに、内管１ｂの内壁に付着したパーティクルにより汚染される。同様にウェーハ８を二重反応管１に挿入するときもパーティクルによる汚染が起こる。図１７において、３０は磁石コイル、３１は外管、３２は駆動機構、３３はウェーハ支持昇降治具６を遮蔽板１１、載置板１２とともに昇降させる案内部材である。

従来の二重管反応管型装置をプラズマで洗浄する方法では、パーティクル源が最も多く付着している内管の内壁を洗浄する必要があるが、加熱炉と外管の間に常設された洗浄用電極では、外管と内管の間にプラズマが最も強く発生するので、内管内壁を十分に洗浄することができず、洗浄効果が満足すべきものではない。したがって、本発明は、二重管反応型装置を使用して１枚のウェーハを処理する半導体装置の製造方法においてパーティクルによるウェーハの汚染をさらに少なくすることを特徴とする。

本発明に係る方法は、抵抗加熱ヒーターを有する縦型反応炉に含まれ、上端が前記抵抗加熱ヒーターの配置領域内の均熱空間に位置する内管の該上端とほぼ同じ位置あるいはより上方であって、予め反応温度に加熱された領域に、横置きされた１枚のウェーハを裏側を先細り先端支持体もしくは端縁支持体により、支持して、上昇移動し、前記ウェーハを内管の中心軸を回転軸として回転させ、反応ガスを外管の側面から前記横置きされウェーハの方向に導入するとともに、前記内管の下部より前記ウェーハの方向に不活性ガスを流し、かつ内管と外管の間の環状流路より不活性ガスを排気することにより、前記反応ガスの内管内への流入を実質的に阻止することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

また本発明に係る半導体装置の製造装置は、内管と外管を含んでなる縦型反応炉の下部に排気孔を設け、内管の管壁上端とほぼ同じ位置もしくはより上方において反応ガスを導入する反応ガス導入孔を外管に設け、内管の下部に不活性ガス導入孔を設け、さらにウェーハを内管内にて昇降自在に保持するウェーハ保持治具を含んでなる半導体装置の製造装置において、内管の頂部内壁との間で環状間隙を画成する部材を含んでなり、かつウェーハが内管の管壁上端とほぼ同じ位置もしくはより上方位置に保持された状態で、ウェーハ保持具の載置台が縦型反応炉の底部に当接することを特徴とする。

本発明法において、熱処理とは、常圧の熱処理で拡散、酸化膜形成、減圧熱処理でＣＶＤ法によりＷＳｉ₂，ＴｉＳｉ₂等のシリサイド膜形成、減圧ＣＶＤ、ＳｉＨ₄ ，Ｓｉ₂ Ｈ₆を反応ガスとするノンドープもしくはドープシリコンの成長、ＨＴＯ（High Temperature Oxide Film ）膜の形成、ＴＥＯＳを反応ガスとするＳｉＯ₂ 膜の形成、極薄キャパシタ膜の形成、その他ＣＶＤ法による強誘電体、高誘電体（ＢＳＴ、ＳＴＯ、Ｔａ₂ Ｏ₅ ）形成等の例が挙げられる。

本発明においては、不活性ガスは上記機能をもつ他に内管内を流れてその内壁に反応生成物が付着することを妨げ、又下向きに流れる反応ガスが内管内に流入することを妨げる。

また、前記本発明に係る方法を行なった後に、少なくとも外管内のウェーハの位置から上方の領域において外管と加熱炉の中間に常設され、炉の軸方向に延在するプラズマ発生用棒状電極を励起して洗浄を行なうことにより、石英管を取り外さずに頻繁にその洗浄を行い、パーティクル汚染の一層の低減を図ることができる。

本発明の好ましい実施態様によると、内管の下部よりウェーハの方向に流す不活性ガスを、内管の頂部内壁との間で環状間隙を画成する部材、例えば、ウェーハ保持治具により画成される該環状間隙を通過させる。

別の好ましい実施態様によると、電気抵抗炉の抵抗加熱ヒーターの放射光を反射する金属面をヒーターの外側に形成して、反射光と放射光によりウェーハを加熱する。さらに好ましくはウェーハとほぼ同じ高さに設けられた金属光沢を有する金めっき面により抵抗加熱ヒーターからの放射光を反射してウェーハを加熱する。

複数のウェーハの熱処理としてはこれらを横置きし外管の側面から反応ガスを流入させかつ排気することも可能である。又、複数のウェーハを縦置きして、外管の上部から反応ガスを下向きに流すことも可能である。また、予め加熱炉を反応温度に昇温しかつ不活性ガスをウェーハの方向に流し、続いてウェーハを加熱炉内に上昇移動させることにより急速加熱が実現される。また、必要によりウェーハを予備加熱炉内で予備加熱する；加熱炉より下方に前記予備加熱炉を同軸状にかつ断熱遮蔽板を挟んで配置して、それぞれを反応温度及び予備加熱温度に昇温する；ウェーハ上での反応の均一性を高めるために、反応中にウェーハを内管内で管の中心軸を回転軸として回転させる等の手段を採用することができる。

<作用> 本発明では、反応生成物を含むガス流を内管入口の近傍で内管と外管の間の環状流路の方向もしくは反応ガス専用排出流路の方向にそらすことによりパーティクルがウェーハに及ぼす弊害を少なくしている。この作用をもたらすには不活性ガスの圧力が反応ガスの圧力より高いことが好ましい。

しかし、不活性ガスの圧力が反応ガスの圧力よりも多少低くとも、ウェーハ上の反応が外管の内部空間で起こることと、不活性ガスが反応ガスの内管内への流入を妨げているために、ウェーハはパーティクルの影響を受け難い。又、本発明におけるウェーハ上反応は単一管内反応と同じであるために、常設電極によるプラズマを外管内壁に集中させることができる。これにより、不要な反応生成物を除去すると、二重管内管内壁の洗浄を必要とする従来法と比べて、洗浄効果を高め、パーティクルがウェーハに及ぼす影響をさらに少なくすることができる。適切な大きさの環状間隙を画成する部材、例えばウェーハ保持治具により形成する環状間隙を不活性ガスを通過させることにより、反応ガスの流れをそらすと、反応ガスはほとんど内管内に入り込まない。

あらかじめ反応に適した温度に昇温された加熱炉内にウェーハを上昇移動することによりウェーハの加熱時間を短縮しサーマルバジェットを少なくすることができる（請求項１０）。また、予備加熱によりウェーハ面上での水分除去等が可能になり、さらに、ウェーハの回転により大口径ウェーハ上の膜厚分布を極めて均一に具体的には±１％以下にすることができる。

図１は本発明方法及び装置に係る一実施例を示す。図中、１は二重反応管、１ａは外管、１ｂは内管、２は外管１ａの頂部の反応ガス導入孔と接続する反応ガス流入管、３は外管１ａ底部の排気孔と接続する排気管、４は同心円状に配列された外管１ａと内管１ｂの間に形成された環状流路、５は加熱炉、５ａは抵抗加熱ヒーターもしくはランプ、６はウェーハ保持治具、７は内管の不活性ガス導入孔と接続する不活性ガス流入管、８はウェーハ、１１は遮蔽板、１２は載置台であり、それぞれ図１７に示されたものに相当している。

図１においては、加熱炉５は下端を固着した炉体台１８が炉体昇降部１９に固着され、さらにこの炉体昇降部１９は内部に設けられたギアが案内棒１７とかみ合っている。したがって、炉体昇降部１９に内蔵する電動機を駆動することにより炉体５が昇降し、図示の位置に調節される。二重反応管１は図示の位置に反応管支持部１６により案内棒１７に固定されている。一方、ウェーハ８を図示の位置に調節するためには内管昇降部１３が設けられている。上記の装置全体は例えば窒素を満たした容器内に入れられており、加熱炉５を予め加熱温度とし、ウェーハ８を徐々に上昇させる。この時必要により排気管３から吸引を行い炉内を所定減圧にする。また上記の装置においてはウェーハ８を図１７に示す機構３０、３１、３２で回転させることができる。

ウェーハ保持治具６の軸体２８の先端より斜め上向きに数本分岐した腕部２９よりさらに垂直上方に突出した支持体２９により１枚のウェーハ８が支えられている。ウェーハ８の高速・均一加熱特性を高めるために支持体２９は先端が先細りに成形され、支持体８によるウェーハからの奪熱を少なくしている。一方、ウェーハ８の端縁は、一部にフセット又はノッチがある円弧状となっているが、腕部２９の先端を垂直上方に延長するとともに連続円弧状として構成した環体９と面している。この環体９の内面はウェーハ８の端縁と、処理前後の装着脱着を可能にする限度の僅かな間隙と介して対向し、一方環体９の外面は内管１ｂと対向しており、その結果画成される連続した一定幅の環状間隙１０には、不活性ガス流入管７から供給される不活性ガスが上向きに流される。

図２に示されるウェーハ保持治具６の別の実施例によると、軸体２８の先端より３本の腕部２９を斜め上向きに分岐させ、その先端に固着した環状支持台３０のＬ字断面部にウェーハ８の周縁を載置する。この環状支持台３０の外周面３０ａが内管の内壁と対向して環状間隙１０（図１参照）を画成する。なお図２ではウェーハ８は円形であるが、矩形、正方形であってもよい。正方形ウェーハの処理には通常正方形断面の内管が使用される。さらに正方形断面の内管には円形外管が通常使用される。

再び図１を参照すると、ウェーハ８の上方に配置された２０は多数の透孔を周縁部以外のほぼ全面に開けた整風板であって、ウェーハ面での反応ガスを均一にするものである。また必要によりウェーハ保持治具６を回転させてさらに均一性を高めることもできる。また、二重反応管１は減圧、常圧の何れの条件でもよく、排気管３には必要によりポンプを連通してもよい。

図１に図解される本発明法及び装置が最も特徴とするところは、載置台１２が二重管型反応管１の下部と当接して、反応ガスと上面で接触して膜形成などが行われるウェーハ８は内管１ｂの上端１ｃより上方位置に反応開始時に移動せしめられ、またウェーハ８の上方空間よりは著しく狭い環状間隙１０を流れる不活性反応ガスの内管１ｂ内の側に流入を妨げている。なお、載置台１２をウェーハ保持具６と一体にしあるいは図７の構造としてもよいことは勿論である。図示の位置にて反応を終了後、反応ガス流入管２からのガスの流れを止めてウェーハ８を反応管外に取り出す。したがって、ウェーハ８が出し入れされる内管１ｂの内壁には反応生成物が堆積することはなく、ウェーハ出し入れの際にウェーハ８がパーティクルにより汚染されることは防止される。上記した環状間隙１０の大きさは特に限定されず、専ら機械加工精度により定められ、一般に２ｍｍ程度である。

図１に図解する方法及び装置はウェーハの１枚処理法であり高速成長に適しており、ポリシリコンをＣＶＤにより成長する場合は３０００〜１００００オングストローム／ｍｉｎ程度の成長速度が達成される。また、整流効果があるために６インチウェーハで１％程度の膜厚分布を達成することができる。このように本発明では高速成長と優れた膜厚分布を両立させることができる。なお、従来のバッチ処理の場合の成長速度は８０〜８００オングストローム／ｍｍ程度である。

図３に示される本発明法及び装置の別の実施例によると、反応ガス流入管２の先端に位置するガス流入管出口２ａの直下に邪魔板３２を配置し、真下に向う反応ガスの流れを弱めウェーハ面での反応ガス分布を均一にする。邪魔板３２は図４に示されるような円板を４本の棒３２ａにより外管１ａに固定したものである。本発明方法は図１７に示す従来法よりもウェーハ８が上方に位置するために、邪魔板３２や以下説明する手段により反応ガスを整流することがウェーハ面での反応均一性を高めるために有効である。これに対し従来法では整流された反応ガスが内管１ｂ内を流れる過程でガスの流れがかなり乱されるのでこれらの整流手段はあまり有効ではない。

図３において、２１はウェーハ８を支えるための円板からなるセパレータである。１枚のウェーハ８が裏面全体でセパレータ８により支えられているので、裏面での反応が起こらない。この方法は、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜等のゲート膜を７０オングスローム以下の厚さに成長するＣＶＤ成長法に有益に適用される。またこの方法はフラッシュメモリー用ゲート膜のようにバルクＳｉを反応させて、極薄膜を形成するときにも有益に適用される。例えば、Ｎ₂ Ｏを反応ガスとしてバルクＳｉを１１００℃で３０秒間酸化させることによりＳｉＯ₂膜を形成することができる。次に、ＳｉＯＮ膜はＳｉＯ₂ 膜形成後ＮＨ₃を反応ガスとして９５０℃で４０秒間窒化させることにより形成することができる。これらの酸化及び窒化処理は通常常圧雰囲気で行ない、また酸素及びＮＨ₃ガスの流量は８インチウェーハの場合は約５Ｌ／分とすることが好ましい。上記方法では邪魔板３２による整流作用によりＳｉＯ₂ 膜及びＳｉＯＮ膜は８インチウェーハ上で膜厚分布が±１％以下と優れた結果が得られる。ウェーハ保持治具６を１０ｒｐｍ程度で回転させると、大口径ウェーハに対してより優れた膜厚分布が得られる。以上、１枚横置きウェーハの例を説明したが、ウェーハ８は１枚以上縦置きをすることもできる。また、ウェーハ保持具は図２に示すものでも支障がない。

また図５に示す実施態様のように、外管１ａの頂部中心部に幾つかの開孔１ｄを設けることによりガス流入管出口２ａの壁部と中央部におけるガス流速の差を減少させ以てウェーハ面での反応ガス分布を均一にすることもできる。

また図６に示す実施態様のように、ウェーハ８より上方に位置する外管１ａの上部形状を変形してウェーハ面での反応ガス分布を均一にすることもできる。

本発明においては、図７に図解するように、ホットウォール（したがって、５ａは電気抵抗加熱によるヒータ）の下端部にランプと同様に機能を持たせウェーハ面内の温度分布を均一にし、反応をさらに均一にすることができる。図７においては、外管１ａの頂部は平坦部１ａ′となっており、また反応ガス流入管２の出口は外管１ａの頂部側面に開口している。なお、減圧ＣＶＤの場合は平坦部１ａ′を厚くして大気圧により破壊されないようにしなければならない。ヒータ５ａを備えた加熱炉５の下端には金めっき２３を炉内空間５′に面する側に被着した水冷ジャケット２２固定している。ウェーハ面の水分が反応に悪影響を及ぼす場合等は、水冷ジャケット２２の下部に接して予備加熱炉５ｄを設けることが好ましい。

ヒータ５ａから放射される多種の波長をもつ放射光が金めっき２３により反射され、ウェーハ８を加熱するので、ウェーハ８の温度均一性は５ａがランプである場合と比べて良好である。また、２２、２３からなる反射リングは内部が冷却されているので、それ自体の温度は高まらない点ではランプ加熱と同じであるが、ヒーターからの放射光波長は単一でないために、ウェーハ表面の付着膜質の種類による選択性がなく、ランプ加熱では問題となる膜の歪みを発生させない利点がある。

図７に図解された方法は、５００Torr程度から常圧の圧力下で行なうＣＶＤに適する。例えばＴＥＯＳとＯ₃ を反応ガスとするＳｉＯ₂の成長は３６０〜４００℃で行なうと、上記した２種の加熱機構によりウェーハ８は最高温部に位置することとなり、表面反応を伴う反応が高速成長で実現される。Ｏ₃ の濃度を一般的な４〜５％とし、その他の条件は上記のとおりとして反応を行なうと、３０００〜６０００オングストローム／ｍｉｎの成長速度を達成することができる。なお、大口径ウェーハは５〜２０ｒｐｍで回転させることが好ましい。ところで、Ｏ₃ は３６０℃以下で分解するので、この方法により反応前の分解を防止しＯ₃濃度を高く保つことが有益である。その後約４００℃ でＣＶＤを行うことができる。

図７に図解された方法において、加熱炉５内の温度が所定温度になるまで下側開放部を熱遮蔽部材で塞ぎ、所定温度に達した後直ちに二重反応管を炉内５‘に突入させると急速加熱を実施することができる。

この方法をさらに図８に示すように改良して反応温度への昇温速度を高めることができる。図８において、４０は上部加熱炉枢動昇降軸、４１は断熱遮蔽板枢動軸、４２は冷却水入口、４３は冷却水出口、４４は下部加熱炉、４５はヒーター、４６、４７は反射リング、４８、５０は冷却水入口、４９、５１は冷却水出口である。

上部加熱炉枢動昇降軸４０により下部加熱炉４４の直上に移動された上部加熱炉５の下部開放部を、表面を金めっきした水冷ジャケット２６の両面を断熱層２５で被覆し、その表面全体を石英被覆層２４でさらに被覆した断熱遮蔽板で塞ぎ、炉内５′を昇温する。一方、二重反応管１は予備加熱炉４４で予めウェーハ表面の水分を除くため１５０〜２００℃で加熱する。ウェーハの温度が所定温度に達し予備加熱が完了したならば、断熱遮蔽板を断熱遮蔽板枢動軸４１により両加熱炉の中間より排除して上部加熱炉５を降下させて、反射リング４６、４７を密接する。上部加熱炉５は予め反応温度に加熱されているから、二重反応管１内に反応ガスを流し、反応を開始する。この方法によると反応温度への昇温速度を急速に高めることができる。また、反応ガスを流し始める時点を二重反応管１の上昇移動直前とすると、パーティクルの発生量を少なくすることができる。

図１０に図解された方法は、環状間隙１０をウェーハ保持治具とは別の部材２７で画成したものである。この部材はウェーハ保持治具６と一体に移動し、ウェーハ８と実質的に同じ形状面積をもつ円板２７ａを腕部材２９で案内棒２８に固接し、不活性ガスの狭い流路を画成した部材２７（以下「不活性ガス流路画成部材」と言う）である。加熱炉５は、金めっき５３を内張りした水冷ジャケット５２に電気抵抗加熱によるヒーター５ａを固定したものである。なお、図７に示す加熱炉も図９と同様の構造にすることができる。また、金めっき２３を施した水冷ジャケット２２は熱処理されたウェーハ８と同じ高さに位置している。したがって、金めっき２３、２６からの反射により炉内５′は極めて温度分布が良好になる。なお、ウェ−ハ８は、必要により図３〜６に示す反応ガス整流手段を適用して、熱処理される。不活性ガス流路画成部材２７の長さ（Ｌ）は反応ガスと不活性ガスの混合を妨げるためにできるだけ長い方が好ましい。

図９に図解されるウェーハ８が内管１ｂより上方で反応せしめられる方法ではウェーハ８の裏面にも膜が成長する。この方法はＴＥＯＳ＋Ｏ₂ を反応ガスとし、６８０〜７００℃の温度で減圧ＣＶＤによりＳｉＯ₂膜を形成する方法に好適に適用できる。また、この方法は、ＳｉＨ₄ ，Ｓｉ₂ Ｈ₆を反応ガスとするＨＴＯ膜の形成や、またＴＦＴデバイスの製造におけるＳｉ₂ Ｈ₆ を用いた減圧ＣＶＤ法によるアモルファスＳｉの成長に適する。またこの方法はＬＣＤデバイスの製造にも適する。

図１１には、複数のウェーハを二重管の内管上端より高い位置に保持する本発明方法及び装置の一実施例が図解されている。図において、３３はウェーハ横置治具、３４は反応ガス溜り、３５は反応ガス排気管、３６は不活性ガス排気管である。反応ガス流入管２から供給された反応ガスは外管１ａの上部垂直壁面に中心軸に対して１２０°程度の円弧状に形成された反応ガス溜り３４にて一旦再分布その後、外管１ａに１ｅとは反対側に形成された多数の反応ガス吹出し口１ｆよりほぼ平行にウェーハ８の方向に流出する。詳細な構造は図１２に示すウェーハ横置保持具３３に横置きされた６枚のウェーハ８の表裏面では所定の反応が起こる。その後反応ガスは反応ガス吹出孔１ｅと反対側に１２０°程度の円弧状に設けられた切除面１ｆから流出し、そして反応ガス排気管３５から排出される。一方不活性ガスは図１R>１を参照して説明したように内管１ｂ内への反応ガスの流入を阻止し、その後不活性ガス排気管３６から排出される。

ウェーハ横置治具３３は、図１２に示されるように、ウェーハ８を回転自在に保持する軸体６に着脱自在に巻込まれた基部３３ａから分岐した３本の垂直部３３ｂより、さらに、水平棒部３８を延在させ、その末端を約２７０°の円弧状に連結し、連結弧の３箇所を上向きに突出させ、その先端３９を上向きに先細りに成形してウェーハ８の裏面を３箇所で点支持する。さらにウェーハ８の横ずれを防止するためにウェーハ側先端を先細りにした突起３９を水平棒部３８に設けている。

図１１に示されるように横置きされた全ウェーハの高さとほぼ同じ厚みで反応ガスを吹き出させ、また同様にほぼ同じ厚みで反応ガスを反応管排気管３５に吸い込み、また必要によりウェーハ保持治具を回転させると、多数のウェーハ面上での反応を均一にすることができる。例えばＴＥＯＳ、ＴＥＯＰ、ＴＭＢを反応ガスとしてＢＰＳＧを形成する場合、従来の縦形反応炉の上下領域において反応ガスの濃度が濃くもしくは薄くなるために、デバイスには使用不能のダミーウェーハを配列していたが、図１１に図解される方法及び装置はダミーウェーハを必要としない。同様にドープポリＳｉの成長に本法は有用である。

図１３に図解されているのは、例えば７６０℃以上の温度で窒化膜を形成するのに適する方法及び装置であって、複数のウェーハを二重管の内管上端より高い位置に縦置きで保持し、ウェーハから不活性ガス流路画成部材までを均熱するとともに、反応ガス吹出し器３７をウェーハ８の直上に設け、反応ガスが反応温度に達してからウェーハに導く方法である。なお、ウェーハの配列幅とほぼ同じ分布をもつように透孔３７ａを蜂の巣状に形成すると、バッチ処理する際に好ましい処理均一性が実現される。また均熱長さも図のようにウェーハ８の直径よりも長くして反応の均一性を確保する。

図１４は本発明による洗浄方法の実施例を説明する図である。すなわち、洗浄用電極５５を外管１ａと加熱炉５の間に炉の軸方向に設ける。洗浄用電極４０は最小限内管１ｂより上方領域１ａｐに設ければよいが、パーティクルを徹底的に洗浄するために加熱炉５と同じ長さにかつ石英管にできるだけ近接して設けることが好ましい。この洗浄用電極５５は常設することにより洗浄が簡単かつ短時間にできるようになる。また洗浄用電極５５は断面が円形、正方形、矩形、異形などの任意の形状の棒状であるが、好ましくは図１５に示すように円弧状、三角形等に折り曲げた板であり、その先端５５ｅが石英管外管の面と接するか近接するように配置し、先端５５ｅに面する外管内壁に高周波電流を集中させることによりプラズマを発生させる。

より好ましくは、図１６に示すように、高周波電源５４の一方の極５４ａに接続した電極５４ａ1 〜ａ6 と、他方の極５４ｂに接続した電極５４ｂ1 〜ｂ6 を並列に配列することが好ましい。プラズマ発生のためのガスとしてはＮＦ3 ，ＳＦ6 ，ＣＦ4 などを使用し、０．５〜０．７Ｔｏｒｒに炉内を減圧し、１３．６５ＭＨＺ、４００Ｗの高周波電力を印加して洗浄を行うことができる。

本発明の方法は、６４Ｍ以上の高集積度半導体メモリやその他の同等の高集積度半導体装置において、必要とされる（イ）均一加熱及び（ロ）パーティクルの低減を実現するものである。特に（ロ）パーティクル低減に関しては、ウェーハが出入りする内管内でできるだけパーティクルを発生させないようにすることにより、従来技術よりパーティクルの数を減少させることができる。
本発明の洗浄手段によると、（ハ）例えば２０〜３０サイクルの処理後に外管内壁を効果的に洗浄することにより外管の内壁のパーティクルを除去でき、さらにパーティクルの個数が少なくかつ大きさが小さくなる。（ニ）大口径ウェーハ処理用石英管を洗浄の都度炉から取外す必要がないので、作業が容易であり、かつ設備の稼動率が高くなる。

ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持する本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。ウェーハの保持治具の一実施例を示す図である。ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、邪魔板により整流する本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。整流のための邪魔板の斜視図である。ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、外管の出口に整流孔を設けた本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、外管を整流に適した形状にした本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、ウェーハとほぼ同じ高さの一に金メッキ反射面を設けた本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。下部開放面を閉鎖して上部加熱炉を昇温し、上部開放面を閉鎖した下部予備加熱炉で二重反応管を予備加熱温度まで昇温する本発明方法及び装置の位置実施例を示す図である。ウェーハを内管上端より高い位置に保持する本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。不活性ガス流路画成部材の平面図である。複数のウェーハを内管上端より高い位置に横置きで保持するともに反応ガス及び不活性ガスの排気管を別にした本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。ウェーハ横置保持具の断面図である。複数のウェーハを内管上端より高い位置に縦置きで保持するとともにウェーハから不活性ガス流路画成部材までを均熱する本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。反応管内の洗浄法及び装置の実施例を示す図である。洗浄電極の形状を示す図である。洗浄電極の結線を示す図である。二重管型装置により半導体装置を製造する従来方法及び装置を説明する図である。

符号の説明

１−二重反応管
１ａ−外管
１ｂ−内管
１ｅ−反応ガス吹出し孔
１ｆ−切除面
２−反応ガス流入管
３−排気管
４−環状流路
５−加熱炉
５ａ−ヒーターもしくはランプ
６−ウェーハ保持治具
７−不活性ガス流入管
８−ウェーハ
１０−環状間隙
１１−遮蔽板
１２−載置台
１７−案内棒
１８−炉体台１８
１９−炉体昇降部
２１−セパレータ
２２−水冷ジャケット
２３−金めっき
２４−石英カバー
２５−断熱層
２６−水冷ジャケット
２７−不活性ガス流路画成部材
２８−軸体
２９−腕部
３０−環状支持台
３２−不活性ガス流入口
３３−ウェーハ横置治具
３５−反応ガス排気管
３６−不活性ガス排気管
３７−反応ガス吹出し器
４０−上部加熱炉枢動昇降軸
４１−断熱遮蔽板枢動軸
４２−冷却水入口
４３−冷却水出口
４４−下部加熱炉
４５−ヒーター
４６、４７−反射リング
４８−冷却水入口
４９−冷却水出口
５０−冷却水入口
５１−冷却水出口
５４−高周波電源
５５−洗浄用電極

Claims

抵抗加熱ヒーターを有する縦型反応炉に含まれ、上端が前記抵抗加熱ヒーターの配置領域内の均熱空間に位置する内管の該上端とほぼ同じ位置あるいはより上方であって、予め反応温度に加熱された領域に、横置きされた１枚のウェーハを裏側を先細り先端支持体もしくは端縁支持体により、支持して、上昇移動し、前記ウェーハを内管の中心軸を回転軸として回転させ、反応ガスを外管の側面から前記横置きされウェーハの方向に導入するとともに、前記内管の下部より前記ウェーハの方向に不活性ガスを流し、かつ内管と外管の間の環状流路より不活性ガスを排気することにより、前記反応ガスの内管内への流入を実質的に阻止することを特徴とする半導体装置の製造方法。