JP2973971B2 - 熱処理装置及び薄膜の形成方法 - Google Patents

熱処理装置及び薄膜の形成方法

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    • C30B31/16—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the gases

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱処理装置および薄
膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の縦型拡散炉およびこれを用いた拡
散層膜の形成方法を図を参照して説明する。図４は従来
の縦型拡散炉を説明するための模式図である。図に示す
ように拡散炉の主要部は炉心管１′、基板支持ボート
２′、炉心管内に配置された多数孔を有するプロセスガ
スインジェクター管３′、パージガス供給管５′、保温
筒６′により構成される。基板支持ボート２′には多数
の基板７を載置することができ、保温筒６′と共に保温
筒の中心軸を回転軸として回転する機構（不図示）を有
する。プロセスガスインジェクター管３′は、各基板７
の表面と平行になるよう回転軸の中心線に向ってプロセ
スガスを供給する多数の吹き出し孔を有する。これによ
り拡散層膜を基板７上に形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図３を参照して本発明
が解決しようとしている課題について説明する。
【０００４】従来の技術の問題点は、基板７中央部の薄
膜厚が厚くなることである。その理由は以下のように説
明できる。図３（ａ）（図４のＣ−Ｃ断面に相当）に示
すようにプロセスガスインジェクター管３′により基板
７上に供給されたプロセスガスは、基板７の中心方向に
向いプロセスガス噴出方向と直交する方向への広がりを
もって噴出される。また基板７がボート回転機構により
回転するため、プロセスガスは基板７外周部では少量
が、基板７の中央部では多量が供給される状態にある。
したがって、形成された薄膜の膜厚は、基板７の周辺か
ら中央部に向かい厚くなる丘状の膜厚分布となってしま
う。
【０００５】本発明の目的は、基板上の膜厚分布が均一
に形成できる熱処理装置および薄膜の形成方法を提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は次のようであ
る。 １．炉心管１、該炉心管内に配置された基板７を多数支
持するための基板支持ボート２、プロセスガスを前記基
板に向って噴出させるための多数の吹き出し孔を有する
プロセスガスインジェクター管３からなり、前記支持ボ
ート２は、前記基板の一主面の中心を通る法線を回転軸
として回転する機構を有する熱処理装置において、前記
プロセスガスインジェクター管３に対し、前記回転軸の
中心線に対して略線対称の位置に、不活性ガスまたは窒
素ガスを噴出させるための吹き出し孔を有する不活性ガ
スインジェクター管４を設けることを特徴とする熱処理
装置。 ２．上記１の熱処理装置を用い、回転させた基板支持ボ
ート上の基板に向って、プロセスガスインジェクター管
の吹き出し孔からプロセスガスを、不活性ガスインジェ
クター管吹き出し孔から不活性ガスまたは窒素ガスを同
時に供給して基板上に薄膜を形成させることを特徴とす
る薄膜の形成方法。 ３．基板の主面の中心を通る法線を回転軸として自転し
ている基板に対して、不活性ガスまたは窒素ガスとプロ
セスガスとを前記回転軸の中心線に対して互いに略線対
称の位置から同時に供給することを特徴とする薄膜の形
成方法。 ４．同時に供給する不活性ガスまたは窒素ガスと、プロ
セスガスとが、同量であることを特徴とする前記２また
は３記載の薄膜の形成方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施の形態につい
て図１、図２、図３（ｂ）を参照して縦型拡散炉に適用
した例を用いて詳細に説明する。本発明の熱処理装置の
一例の主要部の構成は炉心管１、基板を支持する基板支
持ボート２、プロセスガスインジェクター管３及び不活
性ガスインジェクター管４、パージガス供給管５、基板
支持ボート２を載置する保温筒６から成り、基板支持ボ
ート２は保温筒６と共に回転する機構を有する。回転軸
は前記基板の一主面の中心を通る法線である。不活性ガ
スインジェクター管４はプロセスガスインジェクター管
３に対して、前記回転軸の中心線に対し略線対称の位置
にある。これら２つのインジェクター管は同一構造であ
り、それぞれガスの吹き出し孔８，９を有する。具体的
には、インジェクター管３，４の直径、吹き出し孔８，
９の形状・個数は等しく、吹き出し孔８，９は基板表面
にガスが噴出するように位置し、供給されるガスが基板
表面に平行かつ基板７の中心に向かうような形状を有す
る。
【０００８】薄膜を形成するには、パージガス（通常窒
素ガス）をパージガス供給管５を通じて炉心管に供給し
て炉心管をパージした後、プロセスガスをプロセスガス
インジェクター管３により基板７上に供給すると同時に
不活性ガスまたは窒素ガスを不活性ガスインジェクター
管４により基板７上に供給する。この時基板７は基板支
持ボート２の回転機構により毎分１〜５回転する。不活
性ガスまたは窒素ガスの流量は７００〜１０００℃のプ
ロセス温度においてプロセスガス流量と同量が好まし
く、吹き出し孔８からの吹き出し流量は毎分１００〜６
０００ｃｃである。
【０００９】プロセスガスインジェクター管３に対して
基板７の中心に対し反対側にこれと同形状を有する不活
性ガスインジェクター管４を配置し、プロセス温度にお
いてプロセスガスと好ましくは同流量となる不活性ガス
または窒素ガスを供給することにより、基板７中央部の
プロセスガス濃度を不活性ガスまたは窒素ガスで希釈さ
せ、且つ基板外周部のプロセスガス流１０の広がりを不
活性ガスまたは窒素ガス流１１の抵抗により大きくす
る。前者は、基板７中央部の膜厚が減少する方向に働
き、後者は基板７外周部の膜厚が増加する方向に働く。
この間の両ガスの流れの態様を従来技術の場合と比較し
て図３（ｂ）（図１のＢ−Ｂ断面に相当）に示した。不
活性ガスまたは窒素ガスのこの２つの作用により基板上
の薄膜の膜厚の均一性は向上する。
【００１０】
【実施例】
実施例１ 本発明を縦型拡散炉に適用して基板７に拡散層膜として
リン珪酸ガラスを形成する例を示す。装置の構成は前記
図１に示したものと同一であり、インジェクター管の内
径は５ｍｍ、吹き出し孔の形状は直径０．１ｍｍの円型
状、吹き出し孔の数は基板枚数と同数の１００個、基板
支持ボート２の回転数は毎分６回転である。なお吹き出
し孔の数は基板枚数と同数でなくても差し支えない。基
板はＳｉウェハーとし、プロセスガスはリン化合物（Ｐ
ＯＣｌ3）と酸素および窒素との混合ガス、不活性ガス
インジェクター管からの供給ガスは窒素とした。
【００１１】拡散時のプロセス温度８５０℃、吹き出し
ガス量はそれぞれ８５０℃において毎分３０００ｃｃと
し４０分間ガスの供給を行い、Ｓｉウェハー面上に平均
膜厚２０ｎｍの膜厚均一性の優れたリン珪酸ガラスが形
成された。均一性は従来技術（窒素ガスの供給をしなか
った場合）の３％に比較して１．５％向上した。ここ
に、均一性とは膜厚を基板面内で９点測定し、最大値と
最小値との差を平均値で割った値を％で表わしたもので
ある。
【００１２】実施例２ 実施例１と同じ装置を用い、プロセスガスをリン化合物
に替えて酸化性ガスを使用してＳｉ酸化膜の形成を行っ
た。基板はＳｉウェハーを用い、酸化性ガスとして水蒸
気を、不活性ガスインジェクター管からの供給ガスとし
て窒素ガスを使用した。プロセス温度は９５０℃、ガス
の吹き出し量は９５０℃においてそれぞれ毎分３０００
ｃｃとし８分間ガスを供給して、基板表面に厚さ２０ｎ
ｍの均一性に優れたＳｉ酸化膜を得た。
【００１３】実施例においては熱処理装置として縦型拡
散炉を用い、拡散層膜あるいは酸化膜の形成を行う例に
ついて説明したが、熱処理装置および膜の種類について
本発明は本実施例の記載に限定されるものではない。
【００１４】
【発明の効果】本発明の熱処理装置は、従来のプロセス
ガスインジェクター管から噴出するプロセスガスに対抗
するように、不活性ガスまたは窒素ガスを噴出させるこ
とのできる不活性ガスインジェクター管を設けたもの
で、両ガスを同時に使用することにより、基板上の形成
される薄膜の膜厚を均一にすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理装置の一例の構成を示す模式図
である。
【図２】図１の要部断面を示す模式図である。
【図３】基板上の噴出ガスの流れの態様を示す模式図
で、（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明の場合である。
【図４】従来の縦型拡散炉の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１，１′ 炉心管 ２，２′ 基板支持ボート ３，３′ プロセスガスインジェクター管 ４ 不活性ガスインジェクター管 ５，５′ パージガス供給管 ６，６′ 保温筒 ７ 基板 ８，９ 吹き出し孔 １０，１０′ プロセスガス流 １１ 不活性ガスまたは窒素ガス流

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炉心管１、該炉心管内に配置された基板
    ７を多数支持するための基板支持ボート２、プロセスガ
    スを前記基板に向って噴出させるための多数の吹き出し
    孔を有するプロセスガスインジェクター管３からなり、
    前記支持ボート２は、前記基板の一主面の中心を通る法
    線を回転軸として回転する機構を有する熱処理装置にお
    いて、前記プロセスガスインジェクター管３に対し、前
    記回転軸の中心線に対して略線対称の位置に、不活性ガ
    スまたは窒素ガスを噴出させるための吹き出し孔を有す
    る不活性ガスインジェクター管４を設けることを特徴と
    する熱処理装置。
  2. 【請求項２】 炉心管１、該炉心管内に配置された基板
    ７を多数支持するための基板支持ボート２、プロセスガ
    スを前記基板に向って噴出させるための多数の吹き出し
    孔を有するプロセスガスインジェクター管３、および前
    記プロセスガスインジェクター管３に対し前記基板の一
    主面の中心を通る法線の略線対称の位置に不活性ガスま
    たは窒素ガスを噴出させるための吹き出し孔を有する不
    活性ガスインジェクター管４を有し、前記支持ボート２
    は、前記法線を回転軸として回転する機構を有する熱処
    理装置を用い、プロセスガスインジェクター管の吹き出
    し孔からプロセスガスを、不活性ガスインジェクター管
    の吹き出し孔からは不活性ガスまたは窒素ガスを回転さ
    せた基板支持ボート上の基板に向って同時に供給して基
    板上に薄膜を形成させることを特徴とする熱処理装置に
    よる薄膜の形成方法。
  3. 【請求項３】 基板の主面の中心を通る法線を回転軸と
    して自転している基板に対して、不活性ガスまたは窒素
    ガスとプロセスガスとを前記回転軸の中心線に対して互
    いに略線対称の位置から同時に供給することを特徴とす
    る薄膜の形成方法。
  4. 【請求項４】 同時に供給する不活性ガスまたは窒素ガ
    スと、プロセスガスとが、同量であることを特徴とする
    請求項２または３記載の薄膜の形成方法。
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