JP3083415B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
半導体製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体の製造方法及び半
導体製造装置に関し、特に電気炉を用いて急速熱処理を
可能とする技術に関する。
導体製造装置に関し、特に電気炉を用いて急速熱処理を
可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体技術の進歩に伴い、種々の
熱処理技術が開発されてきた。超ＬＳＩの製造には、酸
化、拡散、ＣＶＤやその他の熱処理を必要とする。
熱処理技術が開発されてきた。超ＬＳＩの製造には、酸
化、拡散、ＣＶＤやその他の熱処理を必要とする。
【０００３】これらの要求に対する熱処理炉としては、
横型炉や縦型炉と称されるホットウォール型の電気炉が
使用されてきた。
横型炉や縦型炉と称されるホットウォール型の電気炉が
使用されてきた。
【０００４】一方、素子寸法の微細化に伴い、浅い接合
形成と不純物の再分布の抑制が求められてきており、熱
処理温度の低減と熱処理時間の短縮の観点から、様々な
ランプアニールが採用されてきている。
形成と不純物の再分布の抑制が求められてきており、熱
処理温度の低減と熱処理時間の短縮の観点から、様々な
ランプアニールが採用されてきている。
【０００５】前者は、バッチ処理が可能で温度の安定性
に優れている反面、温度コントロールに難がある。後者
は、枚葉処理となり、プロセス温度のコントロールが可
能というメリットがあり、近時注目を集めている。
に優れている反面、温度コントロールに難がある。後者
は、枚葉処理となり、プロセス温度のコントロールが可
能というメリットがあり、近時注目を集めている。
【０００６】６４Ｍ−ＤＲＡＭについて言えば、０．３
５μのパターンルールのデバイスとなってくるので、層
間絶縁膜としてのＣＶＤ酸化膜や平坦化用のＢ−ＰＳＧ
膜等のリフロー膜の形成温度ならびにリフロー処理温度
の加熱熱量が非常に重要になってくる。
５μのパターンルールのデバイスとなってくるので、層
間絶縁膜としてのＣＶＤ酸化膜や平坦化用のＢ−ＰＳＧ
膜等のリフロー膜の形成温度ならびにリフロー処理温度
の加熱熱量が非常に重要になってくる。
【０００７】即ち、従来のプロセスにて製作したトラン
ジスタは８５０℃で長時間例えば７０〜２００分以上の
熱量を加えると、ソース・ドレインの形状は加える熱量
に比例して形状変化が生じ、イオン注入の不純物ドーズ
量が多い場合トランジスタの特性を著しく損ねる。そこ
で、ソース・ドレインの注入量を減らすと、ソース・ド
レインの抵抗及び電極出しのコンタクト抵抗が大きくな
り、トランジスタは所望の特性が得られなくなる。
ジスタは８５０℃で長時間例えば７０〜２００分以上の
熱量を加えると、ソース・ドレインの形状は加える熱量
に比例して形状変化が生じ、イオン注入の不純物ドーズ
量が多い場合トランジスタの特性を著しく損ねる。そこ
で、ソース・ドレインの注入量を減らすと、ソース・ド
レインの抵抗及び電極出しのコンタクト抵抗が大きくな
り、トランジスタは所望の特性が得られなくなる。
【０００８】この場合、１６Ｍ−ＤＲＡＭ（０．６〜
０．４μルール）のトランジスタにおいて使用可能であ
ったモノシランを用いるＣＶＤ酸化膜成長では、通常の
場合８００〜８５０℃、６０〜１２０分と高温長時間の
条件で形成するため、６４Ｍでは使用条件が厳しくな
る。
０．４μルール）のトランジスタにおいて使用可能であ
ったモノシランを用いるＣＶＤ酸化膜成長では、通常の
場合８００〜８５０℃、６０〜１２０分と高温長時間の
条件で形成するため、６４Ｍでは使用条件が厳しくな
る。
【０００９】６４Ｍのプロセスでは、ポリシリコン層を
ＣＶＤ酸化膜でカバーした上に、Ｂ−ＰＳＧ膜を連続的
に形成するプロセスを多用する。ここでのＢ−ＰＳＧ膜
は、平坦化膜として使用する。ポリシリコン層をＣＶＤ
酸化膜でカバーするのは、Ｂ−ＰＳＧ膜中のボロンや燐
がポリシリコン中に拡散するのを防ぐためであり、その
目的のため、３００〜５００オングストローム程度は必
要である。
ＣＶＤ酸化膜でカバーした上に、Ｂ−ＰＳＧ膜を連続的
に形成するプロセスを多用する。ここでのＢ−ＰＳＧ膜
は、平坦化膜として使用する。ポリシリコン層をＣＶＤ
酸化膜でカバーするのは、Ｂ−ＰＳＧ膜中のボロンや燐
がポリシリコン中に拡散するのを防ぐためであり、その
目的のため、３００〜５００オングストローム程度は必
要である。
【００１０】また、Ｂ−ＰＳＧ膜の上にアルミニューム
配線を形成する場合、リフロー後に不純物を含まないＣ
ＶＤ酸化膜を保護膜として形成しておくことが必要であ
る。また、ソース・ドレインの形状を変化させないため
に低温処理することが必須であり、そのためにＢ−ＰＳ
Ｇに酸化Ｇｅを添加するなどの方法も講じられている
が、いろいろの物質を多量に添加すると膜質を悪くして
しまう。したがって現在のところＢ−ＰＳＧ膜が最も良
い膜であると考えられている。
配線を形成する場合、リフロー後に不純物を含まないＣ
ＶＤ酸化膜を保護膜として形成しておくことが必要であ
る。また、ソース・ドレインの形状を変化させないため
に低温処理することが必須であり、そのためにＢ−ＰＳ
Ｇに酸化Ｇｅを添加するなどの方法も講じられている
が、いろいろの物質を多量に添加すると膜質を悪くして
しまう。したがって現在のところＢ−ＰＳＧ膜が最も良
い膜であると考えられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り、ランプア
ニールは特に浅い接合のデバイスの製造に適するもので
あるが、ウェーハ面内の温度分布を電気炉並の均一性と
するには至っておらず、これにより熱歪が生じ、ウェー
ハの周縁部からスリップラインの発生を伴うこととな
る。
ニールは特に浅い接合のデバイスの製造に適するもので
あるが、ウェーハ面内の温度分布を電気炉並の均一性と
するには至っておらず、これにより熱歪が生じ、ウェー
ハの周縁部からスリップラインの発生を伴うこととな
る。
【００１２】６インチのウェーハでは実験的にはランプ
アニールはかなりの成功を納めているようであるが、量
産レベルでの多量の実験を行う時は、やはりスリップラ
インの発生は避けられず、量産に供するにはかなりの程
度まで昇温スピードを下げなければならない。
アニールはかなりの成功を納めているようであるが、量
産レベルでの多量の実験を行う時は、やはりスリップラ
インの発生は避けられず、量産に供するにはかなりの程
度まで昇温スピードを下げなければならない。
【００１３】しかも１６Ｍ−ＤＲＡＭから必要となる８
インチウェーハについては、急速加熱アニールは更に難
しくなり、現状のスケールアップでは現実の量産に供し
得ない。
インチウェーハについては、急速加熱アニールは更に難
しくなり、現状のスケールアップでは現実の量産に供し
得ない。
【００１４】この急速加熱アニールを、シリコンカーバ
イドの反応管をもちいたホットウォール型電気炉にて実
施する試みも報告されている（米国真空科学技術誌Ｊ．
ＶＡＣ．ＳＣＩ．ＴＥＣＨＮＯＬ．Ｂ，８巻６号１９９
０年１１／１２月）。しかし、この炉は単なるアニール
を行うのみの炉にすぎない。
イドの反応管をもちいたホットウォール型電気炉にて実
施する試みも報告されている（米国真空科学技術誌Ｊ．
ＶＡＣ．ＳＣＩ．ＴＥＣＨＮＯＬ．Ｂ，８巻６号１９９
０年１１／１２月）。しかし、この炉は単なるアニール
を行うのみの炉にすぎない。
【００１５】本発明は、この問題点に鑑み、８インチ以
上の大口径ウェーハを急速加熱アニールするときに加熱
されるウェーハの面内温度分布を最小にコントロールす
ることができる方法を提供することを目的とし、且つ半
導体プロセスと適合性のとれたクリーンプロセスを実現
できる製造方法を提供せんとするものである。さらにこ
の目的を達成するとともにパーティクルの発生が少ない
半導体製造装置と製造方法を提供することを目的とす
る。
上の大口径ウェーハを急速加熱アニールするときに加熱
されるウェーハの面内温度分布を最小にコントロールす
ることができる方法を提供することを目的とし、且つ半
導体プロセスと適合性のとれたクリーンプロセスを実現
できる製造方法を提供せんとするものである。さらにこ
の目的を達成するとともにパーティクルの発生が少ない
半導体製造装置と製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第一に、ウェーハの挿入端から深さ方向
に一定長さの所定温度領域と当該所定温度より高い一定
長さの高温領域を備えた炉の挿入端から、ウェーハを挿
入し、所定温度領域にて第一の処理を行い、次いで、ウ
ェーハを高温領域に移動させ、第二の処理を行い、所定
温度領域に戻す工程を備えることを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供するものである。
成するために、第一に、ウェーハの挿入端から深さ方向
に一定長さの所定温度領域と当該所定温度より高い一定
長さの高温領域を備えた炉の挿入端から、ウェーハを挿
入し、所定温度領域にて第一の処理を行い、次いで、ウ
ェーハを高温領域に移動させ、第二の処理を行い、所定
温度領域に戻す工程を備えることを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供するものである。
【００１７】第二に、薄膜を成長する温度と該温度より
高いリフロー温度の温度設定領域を備えた炉に、ウェー
ハを挿入し、薄膜を成長する温度領域にて薄膜を成長さ
せ、次いで、該ウェーハをリフロー温度設定領域へ移動
させ、薄膜のリフローを行うことを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供するものであり、第三に、薄膜を成
長する温度と該温度より高いリフロー温度の温度設定領
域を備えた炉に、ウェーハを挿入し、薄膜を成長する温
度領域にて薄膜を成長させ、ついで、該ウェーハをリフ
ロー温度設定領域へ移動させ、リフローを行いながら前
記薄膜の上に別種の薄膜を成長させることを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供するものである。
高いリフロー温度の温度設定領域を備えた炉に、ウェー
ハを挿入し、薄膜を成長する温度領域にて薄膜を成長さ
せ、次いで、該ウェーハをリフロー温度設定領域へ移動
させ、薄膜のリフローを行うことを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供するものであり、第三に、薄膜を成
長する温度と該温度より高いリフロー温度の温度設定領
域を備えた炉に、ウェーハを挿入し、薄膜を成長する温
度領域にて薄膜を成長させ、ついで、該ウェーハをリフ
ロー温度設定領域へ移動させ、リフローを行いながら前
記薄膜の上に別種の薄膜を成長させることを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１８】第四に、ウェーハの挿入端から深さ方向に
一定長さの所定温度領域と当該所定温度より高い一定長
さの高温領域を備えた炉からなり、所定温度領域と高温
領域の間でウェーハを移動させる機構を備えて構成し、
これらの温度が異なる二つの領域でウェーハを移動さ
せ、アニール、膜成長などの処理を行いうるようにする
半導体製造装置を提供するものである。
一定長さの所定温度領域と当該所定温度より高い一定長
さの高温領域を備えた炉からなり、所定温度領域と高温
領域の間でウェーハを移動させる機構を備えて構成し、
これらの温度が異なる二つの領域でウェーハを移動さ
せ、アニール、膜成長などの処理を行いうるようにする
半導体製造装置を提供するものである。
【００１９】第五に、上記した二つの領域の高温領域と
低温領域の中間またはその近傍に遷移領域を設け、該領
域が上部ヒーターと下部ヒーターを分離することにより
間隔を調整し温度勾配を変えることができる構造とし、
該領域に排気孔を設けることによりパーティクルの発生
を防止する手段を備えた半導体装置を提供するものであ
る。
低温領域の中間またはその近傍に遷移領域を設け、該領
域が上部ヒーターと下部ヒーターを分離することにより
間隔を調整し温度勾配を変えることができる構造とし、
該領域に排気孔を設けることによりパーティクルの発生
を防止する手段を備えた半導体装置を提供するものであ
る。
【００２０】
【作用】本発明では、熱安定の良い電気炉を使用して急
速加熱アニールを実現すると共に半導体プロセスとの適
合性を図っている。即ち、典型的縦型ＣＶＤ炉を例にと
れば、炉の下段にて薄膜を成長するための比較的低温部
となし、炉の上段にてアニール乃至別異の薄膜を成長さ
せるための高温部となし、典型的には一枚のウェーハを
下から挿入し、まず、低温部にて薄膜を成長する。
速加熱アニールを実現すると共に半導体プロセスとの適
合性を図っている。即ち、典型的縦型ＣＶＤ炉を例にと
れば、炉の下段にて薄膜を成長するための比較的低温部
となし、炉の上段にてアニール乃至別異の薄膜を成長さ
せるための高温部となし、典型的には一枚のウェーハを
下から挿入し、まず、低温部にて薄膜を成長する。
【００２１】低温の薄膜成長とは、ここでは、炉の温度
が７００℃前後の成長を指し、有機シラン系乃至ジシラ
ンを用いる二酸化シリコンの成長、テトラエトキシシラ
ン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシ燐（ＴＭＯＰ）、テト
ラメトキシボロン（ＴＭＯＢ）またはテトラメトキシシ
リケートボロン（ＴＭＳＢ）を用いるＢ−ＰＳＧ膜の成
長などを行う。
が７００℃前後の成長を指し、有機シラン系乃至ジシラ
ンを用いる二酸化シリコンの成長、テトラエトキシシラ
ン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシ燐（ＴＭＯＰ）、テト
ラメトキシボロン（ＴＭＯＢ）またはテトラメトキシシ
リケートボロン（ＴＭＳＢ）を用いるＢ−ＰＳＧ膜の成
長などを行う。
【００２２】高温のアニール乃至薄膜成長とは、８５０
℃前後の熱処理であり、先に形成したＢ−ＰＳＧ膜のリ
フローを実施できるし、また、旧来のモノシランを用い
る二酸化シリコン膜のＣＶＤを実施できる。
℃前後の熱処理であり、先に形成したＢ−ＰＳＧ膜のリ
フローを実施できるし、また、旧来のモノシランを用い
る二酸化シリコン膜のＣＶＤを実施できる。
【００２３】ここで、本発明が特徴とするのは、ヒート
マスが大きい電気炉であることにより、低温部から高温
部までゆるやかな温度傾斜が実現でき、従って、熱容量
が小さいウェーハは下から急上昇させることで高温部に
もってくることができ、所定の短時間の処理の後、すぐ
に低温部に戻すことで、ラピッドサーマルアニールを薄
膜生成に引き続いてクリーンプロセスにて実現できる点
である。電気炉の熱的安定性は横断面の面内温度分布に
優れている縦型炉で実証されており、８インチ以上の大
型ウェーハに対する急速加熱アニールをスリップライン
の発生なく実施できる有利さがある。
マスが大きい電気炉であることにより、低温部から高温
部までゆるやかな温度傾斜が実現でき、従って、熱容量
が小さいウェーハは下から急上昇させることで高温部に
もってくることができ、所定の短時間の処理の後、すぐ
に低温部に戻すことで、ラピッドサーマルアニールを薄
膜生成に引き続いてクリーンプロセスにて実現できる点
である。電気炉の熱的安定性は横断面の面内温度分布に
優れている縦型炉で実証されており、８インチ以上の大
型ウェーハに対する急速加熱アニールをスリップライン
の発生なく実施できる有利さがある。
【００２４】本発明では、上記の通り、枚葉式が基本と
なっているが、熱履歴に影響の出ない範囲で２乃至３枚
のウェーハを同時処理できる。このための、ウェーハホ
ルダーは特別のものである必要はなく、通常の石英製で
十分であり、縦型炉同様に処理中は回転可能としてお
き、面内分布の保証を図るのがよい。
なっているが、熱履歴に影響の出ない範囲で２乃至３枚
のウェーハを同時処理できる。このための、ウェーハホ
ルダーは特別のものである必要はなく、通常の石英製で
十分であり、縦型炉同様に処理中は回転可能としてお
き、面内分布の保証を図るのがよい。
【００２５】本発明の実施の形態としては、上記の薄膜
形成後のラピッドサーマルアニールが最良の実施方法で
あるが、類別すると以下の通りのＣＶＤ法が、一実施例
として掲げられる。 低温部 高温部 低温部 縦型炉では下部 縦型炉では上部 縦型炉では下部 イ Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー − ロ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長 − ハ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー − ニ Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー 二酸化シリコン成長 ホ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長・リフロー − ヘ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長・リフロー 二酸化シリコン成長 ト スパッタＴｉの Ｎ2 雰囲気下のＲＴＰ シンタリングによる 又はＮＨ3 での窒化による TiSi2 化 TiSi2 のTiN 化
形成後のラピッドサーマルアニールが最良の実施方法で
あるが、類別すると以下の通りのＣＶＤ法が、一実施例
として掲げられる。 低温部 高温部 低温部 縦型炉では下部 縦型炉では上部 縦型炉では下部 イ Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー − ロ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長 − ハ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー − ニ Ｂ−ＰＳＧ成長 リフロー 二酸化シリコン成長 ホ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長・リフロー − ヘ 二酸化シリコン成長 Ｂ−ＰＳＧ成長・リフロー 二酸化シリコン成長 ト スパッタＴｉの Ｎ2 雰囲気下のＲＴＰ シンタリングによる 又はＮＨ3 での窒化による TiSi2 化 TiSi2 のTiN 化
【００２６】ハ−ヘのリフローは８５０℃×７０分の条
件（条件１）で実施することができる。この条件より５
０℃高温の９００℃では条件１と同じソース・ドレイン
の拡散長さは１／５の時間すなわち１４分（８４０秒）
で与えられる（条件２）。また上記のリフローは９００
℃×１００秒（条件３）で実施することができる。この
熱量は条件２の１／８となり、条件３は０．２５μのパ
タールールが適用される２５６Ｍ−ＤＲＡＭの製造にも
適用できると考えられる。
件（条件１）で実施することができる。この条件より５
０℃高温の９００℃では条件１と同じソース・ドレイン
の拡散長さは１／５の時間すなわち１４分（８４０秒）
で与えられる（条件２）。また上記のリフローは９００
℃×１００秒（条件３）で実施することができる。この
熱量は条件２の１／８となり、条件３は０．２５μのパ
タールールが適用される２５６Ｍ−ＤＲＡＭの製造にも
適用できると考えられる。
【００２７】以上の成長を行う基板は、種々の工程の途
中にて実施されるが、典型的な例では、先に記述した通
り、シリコン基板の表面絶縁膜の上にてポリシリコンの
パターニングをした状態のウェーハに対して実施でき
る。
中にて実施されるが、典型的な例では、先に記述した通
り、シリコン基板の表面絶縁膜の上にてポリシリコンの
パターニングをした状態のウェーハに対して実施でき
る。
【００２８】なお、ハの例は、低温部にて二酸化シリコ
ンＣＶＤに続いてＢ−ＰＳＧ成長を行うものであり、ホ
の例は、高温部にてＢ−ＰＳＧの成長とリフローを同時
に行っている。
ンＣＶＤに続いてＢ−ＰＳＧ成長を行うものであり、ホ
の例は、高温部にてＢ−ＰＳＧの成長とリフローを同時
に行っている。
【００２９】ところで、縦型炉に低温部、高温部、低温
部を順次設けて置き、この順に多数のウェーハに対して
拡散を施す方法が知られているが、これは、専用ホルダ
ーを連接して送りだす形式のものであり、本質的にＣＶ
Ｄ膜の生成と急速加熱アニールには不適のものである。
部を順次設けて置き、この順に多数のウェーハに対して
拡散を施す方法が知られているが、これは、専用ホルダ
ーを連接して送りだす形式のものであり、本質的にＣＶ
Ｄ膜の生成と急速加熱アニールには不適のものである。
【００３０】縦型ＣＶＤ炉では、反応ガスは下から導入
し、上端から排出するのが一般的であるが、拡散、酸
化、熱処理では雰囲気ガスは上端から導入し、下端から
排出するのが普通である。いずれにしても、炉の温度分
布は下から上に従って順次上昇する様にヒーターを設定
しておく。全体のヒートマスが比較的小さい時は、例え
ば、図１の様に、５００℃、７００℃、９００℃、１１
００℃の一定温度領域を保ち、これらの温度領域の間は
ヒーターに間隔を設けておくことで、ステップ状の分布
を持たせることができる。温度差の量は、昇温スピード
と最高温度に応じて決定する。昇温スピードを大きくし
て、最高温度を高くした場合は、段差の量を大きくと
る。各一定温度部分にてウェーハ内温度の安定性が図れ
る。
し、上端から排出するのが一般的であるが、拡散、酸
化、熱処理では雰囲気ガスは上端から導入し、下端から
排出するのが普通である。いずれにしても、炉の温度分
布は下から上に従って順次上昇する様にヒーターを設定
しておく。全体のヒートマスが比較的小さい時は、例え
ば、図１の様に、５００℃、７００℃、９００℃、１１
００℃の一定温度領域を保ち、これらの温度領域の間は
ヒーターに間隔を設けておくことで、ステップ状の分布
を持たせることができる。温度差の量は、昇温スピード
と最高温度に応じて決定する。昇温スピードを大きくし
て、最高温度を高くした場合は、段差の量を大きくと
る。各一定温度部分にてウェーハ内温度の安定性が図れ
る。
【００３１】全体のヒートマスが比較的大きいときは、
ウェーハの急熱による影響がなく、従って、上記のよう
な多段のステップ状の均熱ゾーンを設ける必要がなく、
ヒーターの間隔は必要なくなる。この場合は図２の様
に、一定温度領域は５００℃と１１００℃の２領域のみ
で、この間はゆるやかな温度傾斜を持っているようにな
る。これは、昇温スピードが小さくできる場合に適用さ
れる。
ウェーハの急熱による影響がなく、従って、上記のよう
な多段のステップ状の均熱ゾーンを設ける必要がなく、
ヒーターの間隔は必要なくなる。この場合は図２の様
に、一定温度領域は５００℃と１１００℃の２領域のみ
で、この間はゆるやかな温度傾斜を持っているようにな
る。これは、昇温スピードが小さくできる場合に適用さ
れる。
【００３２】さらに本発明においては、遷移領域から排
気を行うことにより高温・低温領域の一方から他方への
ガスの流入を防止する。このことにより反応ガスの流入
に伴って空間反応により発生・析出するパーティクルを
防ぐことができる。この構成においては反応ガス、ある
いは窒素などの不活性ガスの流入は反応管の両端から行
うことが好ましく、この場合両ガスは合流部分である遷
移領域より排気される。上記した各種ガスの使用の態様
は、成膜のためにウェーハが配置されている温度領域に
は反応ガスを流入し、他のウェーハが配置されていない
温度領域には窒素などの不活性ガスを流すのがよい。こ
のことにより、ウェーハが配置されていない高温あるい
は低温領域に反応ガスの流入を防止し汚染、パーティク
ルの発生を防止することができる。上記のように、遷移
領域またはその近傍から排気を行うことにより上（下）
領域から流入したガスが下（上）領域に侵入せず、汚
染、パーティクル発生などを効果的に防止することがで
きる。
気を行うことにより高温・低温領域の一方から他方への
ガスの流入を防止する。このことにより反応ガスの流入
に伴って空間反応により発生・析出するパーティクルを
防ぐことができる。この構成においては反応ガス、ある
いは窒素などの不活性ガスの流入は反応管の両端から行
うことが好ましく、この場合両ガスは合流部分である遷
移領域より排気される。上記した各種ガスの使用の態様
は、成膜のためにウェーハが配置されている温度領域に
は反応ガスを流入し、他のウェーハが配置されていない
温度領域には窒素などの不活性ガスを流すのがよい。こ
のことにより、ウェーハが配置されていない高温あるい
は低温領域に反応ガスの流入を防止し汚染、パーティク
ルの発生を防止することができる。上記のように、遷移
領域またはその近傍から排気を行うことにより上（下）
領域から流入したガスが下（上）領域に侵入せず、汚
染、パーティクル発生などを効果的に防止することがで
きる。
【００３３】上記においては、ウェーハの置き方は、管
への挿入方向に対し直角が望ましいものの、多少傾けて
もよいし、また、急速移動の程度が低い時は、挿入方向
に対し平行方向に複数枚配置して、処理効率を上げるこ
とも可能である。
への挿入方向に対し直角が望ましいものの、多少傾けて
もよいし、また、急速移動の程度が低い時は、挿入方向
に対し平行方向に複数枚配置して、処理効率を上げるこ
とも可能である。
【００３４】
【実施例】図３は本発明の一実施例にて使用した縦型の
電気炉の断面図である。図において１はヒーターを内蔵
する炉体、２はウェーハ、３はウェーハホルダー、４は
石英反応管、５は石英保温管、６はウェーハ移動棒、７
は受台、８はウェーハ移動用外管、９はウェーハ移動用
マグネット、１０はウェーハ移動用駆動系、１１はウェ
ーハホルダー昇降系である。
電気炉の断面図である。図において１はヒーターを内蔵
する炉体、２はウェーハ、３はウェーハホルダー、４は
石英反応管、５は石英保温管、６はウェーハ移動棒、７
は受台、８はウェーハ移動用外管、９はウェーハ移動用
マグネット、１０はウェーハ移動用駆動系、１１はウェ
ーハホルダー昇降系である。
【００３５】図４は炉体（ヒーター）１にて実現してい
る温度分布を示し、下段は７００℃に、上段は８５０℃
に設定され、その中間が遷移領域となっている。
る温度分布を示し、下段は７００℃に、上段は８５０℃
に設定され、その中間が遷移領域となっている。
【００３６】図３では、ウェーハ２が高温領域に位置し
ている状態を示している。この時は、アニールであり、
図の右側の矢印から左側の矢印に導入し排出するガスは
窒素の不活性ガスでよい。
ている状態を示している。この時は、アニールであり、
図の右側の矢印から左側の矢印に導入し排出するガスは
窒素の不活性ガスでよい。
【００３７】ウェーハ２は、ヒートマスを小さくしたウ
ェーハホルダー３の上に一枚載せられている。次に、本
実施例における処理の方法を説明する。
ェーハホルダー３の上に一枚載せられている。次に、本
実施例における処理の方法を説明する。
【００３８】先ず、ウェーハホルダー昇降系１１を２点
鎖線で示す最下端位置とする。またウェーハ移動用マグ
ネット９は、図３の位置ではなく、同じく最下端位置に
しておく。ウェーハ２を図示されないカセットから一枚
取り出し、ウェーハホルダー３の上に一枚載せる。次
に、ウェーハホルダー昇降系１１を図３の通り上端まで
移動し、受台７を石英反応管４の下端に突き当てて密閉
する。この状態では、ウェーハは７００℃の温度領域に
ある。
鎖線で示す最下端位置とする。またウェーハ移動用マグ
ネット９は、図３の位置ではなく、同じく最下端位置に
しておく。ウェーハ２を図示されないカセットから一枚
取り出し、ウェーハホルダー３の上に一枚載せる。次
に、ウェーハホルダー昇降系１１を図３の通り上端まで
移動し、受台７を石英反応管４の下端に突き当てて密閉
する。この状態では、ウェーハは７００℃の温度領域に
ある。
【００３９】ここで、薄膜の生成を行う。一例として、
ＴＥＯＳ系のＢ−ＰＳＧ膜を成長する場合には、６イン
チのウェーハについては、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ、ＴＭＯ
Ｂをいずれも３５〜６０℃のソース温度に保ち、窒素の
キャリアガスを４００ＣＣ／分の流量にてソースをバブ
リング通過させて、図３の石英反応管４に導入する。管
４の内部は０．３ＴＯＲＲとし、７００℃で反応させる
と、１００オングストローム／分の成長速度が得られ
る。
ＴＥＯＳ系のＢ−ＰＳＧ膜を成長する場合には、６イン
チのウェーハについては、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＰ、ＴＭＯ
Ｂをいずれも３５〜６０℃のソース温度に保ち、窒素の
キャリアガスを４００ＣＣ／分の流量にてソースをバブ
リング通過させて、図３の石英反応管４に導入する。管
４の内部は０．３ＴＯＲＲとし、７００℃で反応させる
と、１００オングストローム／分の成長速度が得られ
る。
【００４０】次に、ウェーハ移動用マグネット９を駆動
し、図３に示す通り、ウェーハを８５０℃の位置に持ち
上げ、１５〜３０分間維持し、再び、ウェーハ移動用マ
グネット９を駆動し、ウェーハ２を７００℃の位置に下
げる。
し、図３に示す通り、ウェーハを８５０℃の位置に持ち
上げ、１５〜３０分間維持し、再び、ウェーハ移動用マ
グネット９を駆動し、ウェーハ２を７００℃の位置に下
げる。
【００４１】上部の高温部が９００℃の場合は３〜６
分、９５０℃の場合は３５〜７０秒それぞれ高温部で維
持すればよい。ウェーハホルダー３は全体重量が軽く抑
えられており、従って、７００℃から８５０℃への出し
入れが急速にできる利点がある。
分、９５０℃の場合は３５〜７０秒それぞれ高温部で維
持すればよい。ウェーハホルダー３は全体重量が軽く抑
えられており、従って、７００℃から８５０℃への出し
入れが急速にできる利点がある。
【００４２】上記の実施例は低温側でＢ−ＰＳＧ膜を成
長し、次いで高温側でアニールを行う例であったが、枚
葉式では、多数枚を一度に処理するバッチ式に比べ、プ
ロセスマージンが広くとれるので、８００℃以上の温度
でもウェーハ内均一に成長させることができる。特に一
酸化窒素を添加してもパーティクルの発生を抑え化学量
論的反応が達成できるので、溶融温度も下がり、８２０
〜８５０℃の範囲ではリフローをさせながら（平坦化処
理をしながら）Ｂ−ＰＳＧ膜を成長させることが可能で
あり、従って、この成長とリフローを高温側で行わせる
こともできる。
長し、次いで高温側でアニールを行う例であったが、枚
葉式では、多数枚を一度に処理するバッチ式に比べ、プ
ロセスマージンが広くとれるので、８００℃以上の温度
でもウェーハ内均一に成長させることができる。特に一
酸化窒素を添加してもパーティクルの発生を抑え化学量
論的反応が達成できるので、溶融温度も下がり、８２０
〜８５０℃の範囲ではリフローをさせながら（平坦化処
理をしながら）Ｂ−ＰＳＧ膜を成長させることが可能で
あり、従って、この成長とリフローを高温側で行わせる
こともできる。
【００４３】反応管４の上端が、高温領域で終端してい
るのが、共通の特徴であり、これは高温部では生成する
薄膜が管壁に強固に付着するためであり、この結果、ウ
ェーハ表面へのパーティクル降着を回避できる。
るのが、共通の特徴であり、これは高温部では生成する
薄膜が管壁に強固に付着するためであり、この結果、ウ
ェーハ表面へのパーティクル降着を回避できる。
【００４４】図５は、本発明の第２の実施例に使用した
縦型の電気炉の断面図である。図中、１２は石英製反応
系外管、１３は石英製反応系内管を示し、二重管式とな
っているのが特徴である。
縦型の電気炉の断面図である。図中、１２は石英製反応
系外管、１３は石英製反応系内管を示し、二重管式とな
っているのが特徴である。
【００４５】図６は、本発明の第３の実施例に使用した
縦型の電気炉の断面図である。図中、１４は石英ヒータ
ー管、１５はヒーター、１６は水冷ジャケット、１７は
反射板であり、ゴールドファーネス型にしたものであ
る。
縦型の電気炉の断面図である。図中、１４は石英ヒータ
ー管、１５はヒーター、１６は水冷ジャケット、１７は
反射板であり、ゴールドファーネス型にしたものであ
る。
【００４６】図６の例では、ゴールド面での熱線の反射
がなされ、この結果、ステップ状の温度分布の実現を容
易としている。図５と図６の実施例共に図３と同じ温度
プロファイルを持ち、同様の処理を実施できる。
がなされ、この結果、ステップ状の温度分布の実現を容
易としている。図５と図６の実施例共に図３と同じ温度
プロファイルを持ち、同様の処理を実施できる。
【００４７】ウェーハ表面へのパーティクル降着を防ぐ
ための方法としては、図７と図８に示された方法があ
る。図中、２１はヒーターを内蔵した炉体、２２は上部
ヒーター、２３はウェーハホルダー、２４は石英反応
管、２５は石英保温管、２６は下部ヒーター、２７は石
英保護菅である。図７では下部ヒータ２６と上部ヒータ
２２の間に間隔調整のためのスペースがあり、上下のヒ
ーター領域はそれぞれウェーハを２５枚程度収容して処
理できる空間をもっている一重管の加熱炉であり、その
間隔調整部が遷移領域であり図示の排気孔３０が多数設
けられている。下部ヒータ２６は低温に、上部ヒータ２
２は高温にセットしてある。ガスの入口は図示のとおり
上下に２つあり、下側は反応ガスの入口、上側は不活性
ガスの入口となっている。この装置の使用例としては次
の例がある。
ための方法としては、図７と図８に示された方法があ
る。図中、２１はヒーターを内蔵した炉体、２２は上部
ヒーター、２３はウェーハホルダー、２４は石英反応
管、２５は石英保温管、２６は下部ヒーター、２７は石
英保護菅である。図７では下部ヒータ２６と上部ヒータ
２２の間に間隔調整のためのスペースがあり、上下のヒ
ーター領域はそれぞれウェーハを２５枚程度収容して処
理できる空間をもっている一重管の加熱炉であり、その
間隔調整部が遷移領域であり図示の排気孔３０が多数設
けられている。下部ヒータ２６は低温に、上部ヒータ２
２は高温にセットしてある。ガスの入口は図示のとおり
上下に２つあり、下側は反応ガスの入口、上側は不活性
ガスの入口となっている。この装置の使用例としては次
の例がある。
【００４８】ＣＶＤ ＰＳＧの成長には、装置の下部にてウェーハ２をセット
しておき、下部ヒータ２６にて６８０〜７５０℃に加熱
しておく。下側のガス入口からＴＥＯＳとＴＭＯＰをそ
れぞれ６０℃に保ったソースに対して、それぞれオーバ
ースルーにて例えば２０００ｃｃ／分の流量で流し入
れ、上側のガス入口には同じく窒素ガスなどの不活性ガ
スを例えば２０００ｃｃ／分の流量にて流入させる。Ｂ
ＰＳＧを成長させるには上記方法において反応ガスとし
てＴＭＢを下側のガス入口から追加すればよい。リフロ
ーのために、上部ヒータ２２の位置にウェーハ２を直ち
に移動させ、例えば１０５０℃にてＰＳＧのリフローを
行う。
しておき、下部ヒータ２６にて６８０〜７５０℃に加熱
しておく。下側のガス入口からＴＥＯＳとＴＭＯＰをそ
れぞれ６０℃に保ったソースに対して、それぞれオーバ
ースルーにて例えば２０００ｃｃ／分の流量で流し入
れ、上側のガス入口には同じく窒素ガスなどの不活性ガ
スを例えば２０００ｃｃ／分の流量にて流入させる。Ｂ
ＰＳＧを成長させるには上記方法において反応ガスとし
てＴＭＢを下側のガス入口から追加すればよい。リフロ
ーのために、上部ヒータ２２の位置にウェーハ２を直ち
に移動させ、例えば１０５０℃にてＰＳＧのリフローを
行う。
【００４９】ガラス層からの拡散 不純物のデポジションのためには、下部ヒータ２６のセ
ット位置にてＰＯＣｌ3 とＯ2 を流入させる。下部ヒー
タ２６の温度は７００〜８００℃でよい。不純物のデポ
シジション後にウェーハ２を上部ヒータ２２の位置に移
し、９００〜１１００℃にてドライブインを行う。
ット位置にてＰＯＣｌ3 とＯ2 を流入させる。下部ヒー
タ２６の温度は７００〜８００℃でよい。不純物のデポ
シジション後にウェーハ２を上部ヒータ２２の位置に移
し、９００〜１１００℃にてドライブインを行う。
【００５０】ドープしたポリシリコンからの拡散 下部ヒータ２６の位置にウェーハ２をセットし、燐や硼
素、砒素もしくはアンチモンの一種または複数種をドー
プしたポリシリコンを通常の方法でウェーハ上に成長さ
せる。ポリシリコン成長に使用する反応ガスがＳｉ2 Ｈ
6 の場合は、下部ヒータ２６の加熱により５００℃でポ
リシリコンを成長することができる。また、ポリシリコ
ン成長に使用するソースがＳｉＨ4 の場合は６１０℃に
下部ヒータ の温度をセットする。次にウェーハ２を上
部ヒータ２２の位置に移動し、９００〜１１００℃にて
不純物を拡散する応用プロセスを実施することができ
る。
素、砒素もしくはアンチモンの一種または複数種をドー
プしたポリシリコンを通常の方法でウェーハ上に成長さ
せる。ポリシリコン成長に使用する反応ガスがＳｉ2 Ｈ
6 の場合は、下部ヒータ２６の加熱により５００℃でポ
リシリコンを成長することができる。また、ポリシリコ
ン成長に使用するソースがＳｉＨ4 の場合は６１０℃に
下部ヒータ の温度をセットする。次にウェーハ２を上
部ヒータ２２の位置に移動し、９００〜１１００℃にて
不純物を拡散する応用プロセスを実施することができ
る。
【００５１】図８は、図７の一重管に類似の構成で、同
様に間隔調整部分からの排気を可能にするものである。
様に間隔調整部分からの排気を可能にするものである。
【００５２】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、低
温部と高温部を持つ電気炉を使用し、その低温部にて薄
膜生成を行い、高温部にてアニールを行うことができ、
急速加熱アニールを達成できると共に、炉内で薄膜生成
とアニールを連続的にしかもクリーンプロセスを実施す
ることができ、８インチ以上のウェーハに対する実用的
なプロセスを提供しうるものである。
温部と高温部を持つ電気炉を使用し、その低温部にて薄
膜生成を行い、高温部にてアニールを行うことができ、
急速加熱アニールを達成できると共に、炉内で薄膜生成
とアニールを連続的にしかもクリーンプロセスを実施す
ることができ、８インチ以上のウェーハに対する実用的
なプロセスを提供しうるものである。
【図１】本発明の実施に用いる温度分布を与える装置の
図である。
図である。
【図２】本発明の実施に用いる他の温度分布を与える装
置の図である。
置の図である。
【図３】本発明の一実施例の図である。
【図４】図３の実施例の温度分布を示す図である。
【図５】本発明の他の一実施例図である。
【図６】本発明の他の一実施例図である。
【図７】本発明の他の一実施例図である。
【図８】本発明の他の一実施例図である。
１ 炉体（ヒーター） ２ ウェーハ ３ ウェーハホルダー ４ 石英反応管 ５ 石英保温管 ６ ウェーハ移動棒 ７ 受台 ８ ウェーハ移動用外管 ９ ウェーハ移動用マグネット １０ ウェーハ移動用駆動系 １１ ウェーハホルダー昇降系 １２ 石英反応系外管 １３ 石英反応系内管 １４ 石英ヒーター管 １５ ヒーター １６ 水冷ジャケット １７ 反射板 ２１ 炉体（ヒーター） ２２ 上部ヒーター ２３ ウェーハホルダー ２４ 石英反応管 ２５ 石英保温管 ２６ 下部ヒーター ２７ 石英保護管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】 ウェーハの挿入端から深さ方向に一定長
さの所定温度領域と当該所定温度より高い一定長さの高
温領域を備えた炉からなり、所定温度領域と高温領域の
間でウェーハを移動させる機構を備えるとともに、高温
処理領域と低温処理領域との間に遷移領域を設け、該遷
移領域またはその近傍に排気孔を形成したことを特徴と
する半導体製造装置。 - 【請求項２】 第一の処理用ガス、特に反応ガスの入口
を当該処理領域のウェーハ挿入側の第一の位置に有し、
又第二の処理用ガス、特にアニール処理用雰囲気ガスの
入口を第一の位置とは反対側の第二の位置に有すること
を特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04308047A JP3083415B2 (ja) | 1991-10-23 | 1992-10-22 | 半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30271891 | 1991-10-23 | ||
| JP6931992 | 1992-02-20 | ||
| JP4-69319 | 1992-02-20 | ||
| JP3-302718 | 1992-02-20 | ||
| JP04308047A JP3083415B2 (ja) | 1991-10-23 | 1992-10-22 | 半導体製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245298A JPH07245298A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3083415B2 true JP3083415B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=27300016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04308047A Expired - Fee Related JP3083415B2 (ja) | 1991-10-23 | 1992-10-22 | 半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3083415B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229040A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱処理方法および熱処理装置 |
| JP2006284077A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Kumamoto Technology & Industry Foundation | 熱輻射反射炉 |
| JP2020002417A (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-09 | 京セラ株式会社 | 堆積膜形成装置および堆積膜形成方法 |
| CN112853316B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-03-14 | 拓荆科技股份有限公司 | 镀膜装置及其承载座 |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP04308047A patent/JP3083415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07245298A (ja) | 1995-09-19 |
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