JP2755876B2 - 熱処理成膜装置 - Google Patents

熱処理成膜装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造において半
導体基板（ウェハー）上に薄膜を形成するための熱処理
成膜装置に関するもので、特に、成膜処理室内の内部温
度を高速で昇降させることが可能な熱処理成膜装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置の製造においては、
デバイスの構成要素となるポリシリコン膜、酸化膜、窒
化膜などの薄膜を、熱処理成膜装置やＣＶＤ装置などを
使用して、半導体基板上に形成する工程が多用されてい
る。これらの工程において、薄膜形成前の半導体基板面
の清浄度は、製品となったデバイスの特性及び信頼性に
大きな影響を与える場合が多く、各種のウェハー洗浄工
程が行われるほか、工程と工程との間のウェハーの汚染
に対しても注意が払われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、半導体基板を熱処理成膜装置やＣＶＤ装置な
どの成膜処理室に出し入れする際、前記成膜処理室内が
高温であるため、入り込んだ空気の酸化反応が起こり、
基板上に酸化膜が形成されることが多く、この酸化膜に
よるデバイス特性や信頼性の低下が問題となっていた。
従来の成膜処理室の構造としては、図３に示すように、
成膜処理室１０１の外周に加熱用のヒーター１０３が密
着して取り付けられており、その外側に同様にヒーター
に密着して保温材１０５が全体を覆っている構造となっ
ており、特にヒーター周りを冷却する冷却手段を有する
ものではなかった。従って、従来の熱処理成膜装置にお
いては、熱による酸化反応を防止するためには、自然放
熱によって前記成膜処理室１０１内の温度が下るのを待
つしかないものであった。
【０００４】すなわち、従来の成膜処理室が前述の構造
のため、ヒーターの熱と成膜処理室の温度がほとんど等
しく、成膜処理室内を冷却しようとしてもヒーターの冷
却機能もないので、ヒーターのパワーが切れ、自然に放
熱されるにまかせており、前記成膜処理室１０１内の温
度が所望の低温となるのに長時間がかかっていた。
【０００５】上記欠点をより具体的に説明すると、薄膜
を形成した後のヒーターの温度を、次の薄膜形成のため
に自然酸化膜の成長しない温度まで冷却するためには、
従来では冷却速度が毎分−２℃程度であるために、例え
ば６００℃から４００℃まで２００℃の冷却する場合、
１００分程の時間がかかってしまうものであった。この
冷却時間は、本来の処理にかかる時間、例えばウェハー
セットしてから減圧、成膜、常圧と経て、ウェハーのリ
セットまでの時間、と同等もしくはそれ以上の時間であ
り、その時間を単に温度を下げることだけに使っている
こととなり、生産に直接関係しない無駄な時間が増加
し、生産性が著しく低下するものである。そのため通常
は、前記成膜処理室内の温度を落とさずに処理温度のま
まウェハーを挿入していることが多く、前処理でシリコ
ン表面の自然酸化膜を除去しても、挿入中に空気の巻き
込みなどでウェハー表面に空気が入り込み、高温の成膜
処理室内で酸化反応が進み、ポリシリコンなどの成膜前
に薄い酸化膜が成長してしまっていた。
【０００６】そのような状況でポリシリコンを成膜して
トランジスタのエミッタ部を形成した場合には、この自
然酸化膜が障壁となりシリコン中への不純物の拡散が抑
えられ、エミッタ抵抗の高いデバイスができてしまうも
のであった。しかしながら、最近は、デバイスの微細化
が進み、エミッタ領域の縮小に伴って、エミッタ抵抗を
低く抑える必要があり、上述の如き現象は、不具合であ
った。
【０００７】また、メンテナンス時において、チューブ
洗浄などで室温まで冷却する必要がある場合には、冷却
時間が約半日もかかり、その間装置を停止しなければな
らず、生産に支障をきたすものであった。
【０００８】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、生産性を落す
ことなく、薄膜形成時における半導体基板上の自然酸化
膜の成長を防止することができる熱処理成膜装置を提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、高温下において半導体基板上に薄
膜を形成するための成膜処理室と、上記成膜処理室内を
高温にするために上記成膜処理室の外周を囲むように配
設された加熱手段と、上記加熱手段の外周を囲むように
配設された保温材とを有する熱処理成膜処置において、
上記成膜処理室と上記加熱手段との間に形成された第１
の空間と、上記加熱手段と上記保温材との間に形成され
た第２の空間と、上記第１の空間内の空気を排出するた
めの第１の排出手段と、上記第２の空間内の空気を排出
するための第２の排出手段とを具備し、上記成膜処理室
内へ上記半導体基板を出し入れする前に、上記第１およ
び第２の排出手段によって上記第１および第２の空間内
の高温の空気をそれぞれ別々に排出して上記成膜処理室
内を所望の冷却速度で冷却する様にしたことである。
【００１０】
【作用】上述の如き構成によれば、半導体基板の出し入
れ前に、上記第１および第２の空間内の高温の空気を排
出して、上記成膜処理室を空冷することにより、毎分１
０℃以上の冷却速度で上記成膜処理室内の温度を冷却す
ることができる。そのため、従来の熱処理成膜装置に比
べて５倍以上の速さで所定の低温にすることができ、短
時間で半導体基板の入れ換えができるものである。従っ
て、生産性を落すことなく半導体基板上の自然酸化膜の
成長を防止することができるものである。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明に従う熱処理成膜装置の
第１実施例の構成図である。
【００１２】図１において、この熱処理成膜装置は、減
圧下でポリシリコンを成膜するＬＰ−ＣＶＤ装置であ
り、半導体基板１を載置するためのボード３と、高温下
において上記半導体基板１上に薄膜を形成するための成
膜処理室５と、上記半導体基板１の載置された上記ボー
ド３を上記成膜処理室５内へ出し入れするためのエレベ
ーター機構７と、上記成膜処理室５内を高温にするため
に上記成膜処理室５の外壁６の側部を囲むように配設さ
れたヒーター９と、上記ヒータ９の周囲および上記成膜
処理室５の外壁６の上部を囲むように配設された保温材
１１と、上記成膜処理室５の外壁６と上記ヒータ９との
間に形成された第１の空間１３と、上記ヒータ９と上記
保温材１１との間に形成された第２の空間１５と、上記
第１の空間１３内の高温空気を吸引するための第１のフ
ァン１７と、上記第１のファン１７の動作に対応して上
記第１の空間１３の空気流入口１９および空気流出口２
１の開閉を行う第１および第２のシャッター２３，２５
と、上記第１のファン１７よりの熱風を冷却するための
第１のラジエター２７と、上記第２の空間１５内の高温
空気を吸引するための第２のファン２９と、上記第２の
ファン２９の動作に対応して上記第２の空間１５の空気
流入口３１および空気流出口３３の開閉を行う第３およ
び第４のシャッター３５，３７と、上記第２のファン２
９よりの熱風を冷却するための第２のラジエター３９
と、を有している。
【００１３】そして、上記熱処理成膜装置は、さらに、
前記成膜処理室５内へ反応ガスを導入するためのガスノ
ズル４１と、前記成膜処理室５を真空に引くための真空
ポンプ４３，４５と、上記ポンプ４３と成膜処理室５の
間の開閉を行うためのゲートバルブ４７とを有してい
る。
【００１４】また、前記ボード３は、前記成膜処理室５
における半導体基板出入り口を塞ぐ炉口フランジ５３上
に載置されている。
【００１５】また、ここでは、上記第１、第２、第３、
第４のシャッター２３，２５，３５，３７の開閉動作お
よび第１、第２のファン１７，２９の動作および第１、
第２のラジエター２７，３９の動作は、図示しない制御
部によって、後述する如くに上記エレベータ機構７の動
作および上記真空ポンプ４３，４５の動作と連動して自
動的に制御される様になっている。
【００１６】次に、上述の如き構成の熱処理成膜装置の
動作について説明する。ここでは、一例としてポリシリ
コンの皮膜形成方法について説明する。
【００１７】まず、前記炉口フランジ５３上に置かれた
前記ボート３に半導体基板１が登載され、そのボート３
が前記エレベーター機構７により、後述する如くに自然
酸化膜の成長しない所定の低温にされた成膜処理室５の
中へ上昇移動され、上記成膜処理室５と炉口フランジ５
３とが密閉される。
【００１８】次に、前記ヒータ９がＯＮされ、上記成膜
処理室５が毎分１０℃以上の加熱速度で昇温される。こ
こで、前記第１の空間１３の空気流入口１９および空気
流出口２１に設けられた第１および第２のシャッター２
３，２５と、前記第２の空間１５の空気流入口３１およ
び空気流出口３３に設けられた第３および第４のシャッ
タ３５，３７とは全部閉じられているので、上記第１お
よび第２の空間１３，１５内において、加熱による対流
が起こることなく、加熱効率が良いものである。これと
同時に、前記真空ポンプ４３，４５が作動され、上記成
膜処理室５内の排気が行われる。
【００１９】その後、真空状態のままポリシリコンの皮
膜形成温度（デポジション温度）で安定した状態になっ
たら、次に皮膜形成圧力（１０ないし２０Ｐａ）で、成
膜が行われる。この場合の皮膜形成時のガスとしては、
公知の方法により、前記反応ガスノズル４１からシラン
ガスが流入される。
【００２０】次に、上記皮膜の形成された後、前記第
１、第２のシャッタ２３，２５および第３、第４のシャ
ッタ３５，３７が開放されると共に、前記第１および第
２のファン１７，２９が作動され、上記成膜処理室５の
外壁６とヒータ９との間の第１の空間１３および上記ヒ
ータ９と保温材１１との間の第２の空間１５内の加熱さ
れた空気が前記空気流出口２１，３３より吸い出され、
上記第１および第２の空間１３，１５内へ外の低い温度
の空気が前記空気流入口１９，３１から流入され、空冷
により上記ヒータ９および成膜処理室５が、毎分１０℃
以上の冷却速度で降温される。この空冷却と同時に上記
成膜処理室５内の減圧と窒素ガスによるパージが行なわ
れる。
【００２１】ここで、上記第１および第２のファン１
７，２９によって吸引された高温の空気は、上記第１お
よび第２のラジエター２７，３９によって十分に冷され
て上記排気ダクト４９，５１から排出されるのでクリー
ンルーム内に熱い空気がそのまま放出されることがない
ものである。
【００２２】そして、自然酸化膜の成長しない所定の低
温度まで上記成膜処理室５内の温度が下がり、処理室内
の圧力が大気圧まで上昇したら、上記第１、第２のシャ
ッタ２３，２５および第３、第４のシャッタ３５，３７
が閉じられると共に、前記第１および第２のファン１
７，２９が停止される。それと同時に、上記エレベータ
ー機構７により、上記炉口フランジ５３が下降され、前
記半導体基板１が上記成膜処理室５から取り出され、一
連の成膜作業が終了する。そして、上記成膜作業を繰り
返すことによってポリシリコンの成膜が連続して行われ
る。
【００２３】以上の様な構成動作によれば、毎分１０℃
以上の冷却速度で前記成膜処理室５内の温度を冷却する
ため、従来の熱処理成膜装置に比べて５倍以上の速さで
所定の低温にすることができ、短時間で半導体基板の入
れ換えができるものである。従って、生産性を落すこと
なく半導体基板上の自然酸化膜の成長を防止することが
できるものである。
【００２４】次に、本発明に従う熱処理成膜装置の第２
実施例について説明する。
【００２５】図２は、本発明に従う熱処理成膜装置の第
２実施例の構成図である。
【００２６】図２に示す如く、この第２実施例は、前記
第１実施例における第１の空間１３へ空気流入口１９よ
り流入する空気を、室温よりさらに低い温度に冷却する
第１の冷却装置６１と、第２の空間１５の空気流入口３
１より流入する空気を、室温よりさらに低い温度に冷却
する第２の冷却装置６３とを配設した構成となってい
る。ここで、他の構成動作については、前記第１実施例
のものと同様なので、同じ構成要素には同じ番号を付し
て詳しい説明を省略する。
【００２７】上記第２実施例によれば、上記第１および
第２の空間１３，１５内へ流入する空気が室温より低温
となっているため、前記半導体基板１の出し入れ前にお
ける成膜処理室５内の冷却速度がさらに向上するもので
ある。
【００２８】なお、上記第１および第２実施例において
は、第１および第２の空間１３，１５の空気流出口２
１，３３側にファン１７，２９が設けられていたが、空
気流入口１９，３１側にブロアを設けて、冷却時におけ
る第１および第２の空間１３，１５内へ空気を強制的に
送り込み、冷却速度を上げるようにすることも可能であ
る。
【００２９】また、上記実施例においては、空気によっ
て空冷却を行っていたが、チッソ等の不活性ガスによっ
て空冷を行うことも可能である。また、上記第１および
第２の空間１３，１５内に水あるいは他の液体を通し
て、水冷によって冷却を行うことも可能である。
【００３０】また、本発明に従う熱処理成膜装置は、Ｃ
ＶＤ膜の成膜だけでなく、酸化・拡散におけるウェハー
の熱ストレスの緩和に利用することもできる。
【００３１】さらに、前記実施例においては、縦型の熱
処理成膜装置を例にとって説明したが、横型のものにも
適用可能であることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の熱処理成膜
装置では、前述の構造を持つために、成膜処理室の内部
温度の昇降速度を毎分１０℃以上にすることができるた
め、半導体基板の出し入れ前における自然酸化膜の成長
しない温度へ冷却するまでの時間が短くなり、たとえば
６００℃から４００℃までの冷却だとすると、２０分以
下で済む。この時間はポリシリコンデボなどの成膜後の
成膜処理室内を、減圧状態から大気圧まで戻す時間と同
じか、それよりも少ない位しかかからず、この時間内に
冷却が終わるので、生産性を落すことなく、半導体基板
挿入時に成長する自然酸化膜を抑制できるものである。
【００３３】そのため、本装置を使用しポリシリコンを
成膜したエミッタ形成技術においては、シリコンとポリ
シリコンの間に自然酸化膜の少ない、エミッタ抵抗の低
いデバイスを形成できるものである。
【００３４】また、二次的効果として、成膜処理室洗浄
時などでのヒーター冷却による装置ストップ時間も少な
くてすみ、装置の生産能力も増加するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う熱処理成膜装置の第１実施例の構
成図である。
【図２】本発明に従う熱処理成膜装置の第２実施例の構
成図である。
【図３】従来の熱処理成膜装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ３ ボート ５ 成膜処理室 ６ 外壁 ７ エレベータ機構 ９ ヒーター １１ 保温材 １３ 第１の空間 １５ 第２の空間 １７ 第１のファン １９ 空気流入口 ２１ 空気流出口 ２３ 第１のシャッター ２５ 第２のシャッター ２７ 第１のラジエター ２９ 第２のファン ３１ 空気流入口 ３３ 空気流出口 ３５ 第３のシャッター ３７ 第４のシャッター ３９ 第２のラジエター ４１ ガスノズル ４３，４５ 真空ポンプ ４７ ゲートバルブ ４９，５１ 排気ダクト ５３ 炉口フランジ ６１ 第１の冷却装置 ６３ 第２の冷却装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−67577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2527（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−1066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−166218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温下において半導体基板上に薄膜を形
    成するための成膜処理室と、上記成膜処理室内を高温に
    するために上記成膜処理室の外周を囲むように配設され
    た加熱手段と、上記加熱手段の外周を囲むように配設さ
    れた保温材とを有する熱処理成膜装置において、上記成
    膜処理室と上記加熱手段との間に形成された第１の空間
    と、上記加熱手段と上記保温材との間に形成された第２
    の空間と、上記第１の空間内の空気を排出するための第
    １の排出手段と、上記第２の空間内の空気を排出するた
    めの第２の排出手段とを具備し、上記成膜処理室内へ半
    導体基板を出し入れする前に、上記第１および第２の排
    出手段によって上記第１および第２の空間内の高温の空
    気をそれぞれ別々に排出して上記成膜処理室内を所望の
    冷却速度で冷却する様に構成されていることを特徴とす
    る熱処理成膜装置。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２の空間の各々が、空
    気流入口および空気流出口を有しており、上記空気流入
    口および空気流出口の各々に開閉シャッターが設けら
    れ、上記成膜処理室内の冷却時のみ上記開閉シャッター
    が開かれ、上記第１および第２の排出手段によって上記
    第１および第２の空間内の高温の空気が排出されること
    を特徴とする請求項１に記載の熱処理成膜装置。
  3. 【請求項３】 前記熱処理成膜装置が、さらに、上記第
    １および第２の排出手段によって排出された高温な空気
    を冷却して放出する第１および第２の冷却手段を具備し
    ていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理成膜装
    置。
  4. 【請求項４】 前記熱処理成膜装置が、さらに、上記成
    膜処理室と上記第１の冷却手段の間に第１の送風手段
    と、上記成膜処理室と上記第２の冷却手段の間に第２の
    送風手段とを具備し、上記成膜処理室内の冷却時に上記
    第１および第２の送風手段によって上記第１および第２
    の空間内の高温の空気が押し出されることを特徴とする
    請求項３に記載の熱処理成膜装置。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２の空間内に水を通す
    ことにより上記成膜処理室内を冷却することを特徴とす
    る請求項１に記載の熱処理成膜装置。
  6. 【請求項６】 前記第１および第２の空間内に窒素を通
    すことにより上記成膜処理室内を冷却することを特徴と
    する請求項１に記載の熱処理成膜装置。
JP4203842A 1992-07-30 1992-07-30 熱処理成膜装置 Expired - Fee Related JP2755876B2 (ja)

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