JP3118741B2

JP3118741B2 - 熱処理方法及び熱処理装置

Info

Publication number: JP3118741B2
Application number: JP05189394A
Authority: JP
Inventors: 礼二新納; 義幸藤田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: KR950001881A; JPH0786263A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理方法及び熱処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体デバイスの製造工程に
おいて、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜等の
シリコン被膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等のシリコン酸化
膜、あるいはシリコン窒化膜等の被膜を減圧ＣＶＤや常
圧ＣＶＤ等の処理によって半導体ウエハ等の被処理体へ
成膜することが広く行なわれている。

【０００３】このようなシリコン被膜等の成膜工程で
は、例えば、熱処理装置などによる半導体ウエハのバッ
チ処理が広く行なわれている。そして、熱処理装置とし
て例えば減圧ＣＶＤ装置を用いて熱処理による成膜を行
なう際には、所定の熱処理温度に保持された反応容器内
に多数枚の半導体ウエハ等の被処理体を石英等のセラミ
ックスからなる熱処理ボートを介して収納し、減圧下で
反応容器内へＴＥＯＳ、フォスフィン（ＰＨ_３）、ＴＭ
Ｂ、及び酸素等の反応性ガスを導入することによってＢ
ＰＳＧ膜等の層間絶縁膜の成膜が一度の操作で行なわれ
ている。成膜後には、熱処理ボートを介して被処理体を
反応容器内から取り出し、次の被処理体を収納するよう
にしているが、この間は反応容器を熱処理温度に加熱し
た状態にしてある。

【０００４】一方、最近では半導体装置が高集積化して
その配線構造が微細化、多層化してアスペクト比が高く
なって各配線層における段差が顕著になるため、成膜後
の層間絶縁膜等の段差をリフロー技術などにより平坦化
して配線層の上層でのステップカバレッジを改善するこ
とが重要な課題になって来ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱処理方法は、半導体装置の配線のアスペクト比が１以
下の場合には配線層間の溝の側壁及び底部まで反応性ガ
スが到達し易く比較的均一な被膜を一度の成膜操作で行
なうことができ、その後のリフローにより配線層間の溝
を被膜の溶融によりボイドを発生させることなく埋め込
むことができるが、上述のように半導体装置が高集積化
してアスペクト比が１を超えて配線層間の溝が深くなっ
た場合には、反応性ガスが溝の奥まで到達し難くなっ
て、成膜時に被膜１が図５（ａ）で示すように配線層
２、２間でオーバーハングし、その状態で従来のように
リフローすると、配線層２、２間に同図（ｂ）で誇張し
て示すボイド３ができ、被膜１の電気的特性及び機械的
強度などが劣化し、またボイドに起因した平坦不良を発
生するなどという課題があった。

【０００６】また、従来の熱処理方法では、成膜後に被
処理体を反応容器からアンロードした後、別途リフロー
処理を行なうようにしているため、アンロード時に被処
理体が空気に触れ、表面に自然酸化膜ができたり、その
他の不純物が混入する虞があり、被膜を劣化させるなど
という課題があった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、高アスペクト比であっても被処理体を外気
に接触させることなく一つの反応容器内で少なくとも２
回の成膜、平坦化処理を短時間で連続して行うことによ
りスループットを向上させることができ、均一な成膜を
行なってボイドを発生することなく被処理体表面を平坦
化することができ、しかも不純物を混入させることなく
電気的特性、機械的特性に優れた被膜を被処理体に形成
することができる熱処理方法及び熱処理装置を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の熱処理方法は、二珪化モリブデンからなる外部ヒータ
を用いて反応容器を加熱して所定の反応温度まで昇温さ
せた反応容器内へ所定の反応性ガスを供給する工程と、
上記反応容器内で保持具により水平に保持された複数の
被処理体に反応性ガスの反応生成物を堆積させて被膜を
形成する被膜形成工程と、上記反応性ガスを不活性ガス
で置換して上記外部ヒータにより上記反応容器内を所定
温度まで加熱して昇温する昇温工程と、上記被膜を溶融
して平坦化する平坦化工程と、強制冷却手段を用いて冷
却用ガスを上記反応容器の外周面に接触させながら供給
して上記反応温度まで上記反応容器内を強制的に冷却す
る冷却工程とを有し、上記被膜形成工程、昇温工程、平
坦化工程及び冷却工程を上記反応容器内で複数回繰り返
すようにしたものである。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載の熱処理方
法は、請求項１に記載の発明において、上記被処理体の
周縁部を熱容量の大きなリング状の支持部材で支持し、
この支持部材を介して上記被処理体を加熱、冷却するよ
うにしたものである。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載の熱処理装
置は、二珪化モリブデンからなる外部ヒータと、この外
部ヒータによって隙間を介して囲まれ且つ反応性ガス及
び不活性ガスの給排部を有する反応容器と、この反応容
器に対してその下方から複数の被処理体を水平に保持し
て出し入れする保持具と、上記反応容器と上記外部ヒー
タ間の隙間に冷却用の気体を給排しながら上記反応容器
内を強制冷却する強制冷却手段とを備え、上記外部ヒー
タを用いて上記反応容器内を二段階で加熱し、第一段階
の加熱で上記保持具で保持された複数の被処理体に上記
反応性ガスの反応生成物からなる被膜を形成し、第二段
階の加熱で上記被膜を溶融させて平坦化した後、上記強
制冷却手段を用いて上記反応容器内を強制冷却して上記
被膜を固化させ、これら一連の操作を上記反応容器内で
連続して複数回繰り返すようにしたものである。

【００１１】また、本発明の請求項４に記載の熱処理装
置は、請求項３に記載の発明において、上記保持具
は、上記被処理体の周縁部を支持する、径方向外方に徐
々に厚肉状に形成された熱容量の大きなリング状の支持
部材と、この支持部材を上下方向に所定間隔を空けて水
平に支持、固定する複数の支持棒とを有し、これらの支
持部材を介して上記被処理体を加熱、冷却するようにし
たものである。

【００１２】

【作用】本発明の請求項１及び請求項３に記載の発明に
よれば、二珪化モリブデンからなる外部ヒータにより反
応容器を加熱してその内部を所定の反応温度まで短時間
で昇温させ、次いで反応容器内へ所定の反応性ガスを供
給すると、反応容器内で保持具により水平に保持された
複数の被処理体の表面で反応性ガスが反応し、その反応
生成物が被処理体に堆積して被膜を形成し、その後反応
性ガスを不活性ガスで置換した後、外部ヒータにより反
応容器内を加熱して内部を所定温度（被膜の溶融温度）
まで昇温させると、被膜が溶融して溶融物が自重により
流れて被処理体の表面が平坦化する。次いで、そのまま
の状態で強制冷却手段により冷却用ガス（例えば、空
気）を反応容器の外周面に接触させながら供給して反応
容器を強制的に冷却すると、反応容器内の温度が短時間
で反応性ガスの反応温度まで降温し、反応容器内で溶融
した被膜が短時間で固化する。その後、被処理体を反応
容器から取り出すことなく連続して同様の被膜形成工
程、平坦化工程及び加熱、冷却工程を少なくとも１回の
成膜操作を連続して同一反応容器内で行なうことにより
被膜のオーバーハングを抑制して均一な成膜を行なうこ
とができ、この際、被処理体のアスペクト比が高くても
ボイドを発生させることなく平坦化することができ、し
かも被処理体を外部にアンロードしないため、酸素等の
不純物を被膜に混入させることなく成膜することができ
る。

【００１３】また、本発明の請求項２及び請求項４に記
載の発明によれば、請求項１及び請求項３に記載の発明
において、上記保持具は、上記被処理体の周縁部を支
持する、径方向外方に徐々に厚肉状に形成された熱容量
の大きなリング状の支持部材と、この支持部材を上下方
向に所定間隔を空けて水平に支持、固定する複数の支持
棒とを有し、これらの支持部材を介して上記被処理体を
加熱、冷却するようにしたため、急激な加熱、冷却に対
しても各被処理体全体を均等に熱処理することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図１〜図４に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。まず、本実施例に好適に用いられる減
圧ＣＶＤ装置について図１、図２を参照しながら説明す
る。この減圧ＣＶＤ装置は、図１に示すように、基台１
０に垂直に配設された加熱炉２０と、この加熱炉２０の
内部に軸芯を一致させて挿入、配置され且つ下端部が開
口した熱処理用の二重壁構造の容器（以下、「反応容
器」と称す）３０と、この反応容器３０内にロードされ
てこの反応容器３０を封止し且つ例えば３０枚前後の被
処理体（以下、「半導体ウエハ」で代表する）Ｗを熱処
理に供する保持具（以下、「熱処理ボート」と称す）４
０と、この熱処理ボート４０で保持された半導体ウエハ
Ｗを反応容器３０の外側から強制冷却する冷却装置５０
とを備えて構成されている。そして、この熱処理ボート
４０は、半導体ウエハＷの熱処理時に図示しない昇降機
構を介して矢印Ａ方向に昇降して反応容器３０内にロー
ドされ、半導体ウエハＷの熱処理後には反応容器３０か
らアンロードされるように構成されている。

【００１５】上記加熱炉２０は、上端部が閉塞し、下端
部が開口した筒状体として形成されている。即ち、この
加熱炉２０は、図１に示すように、筒状体の直胴部内面
に取り付けられ且つ例えば二珪化モリブデン等からなる
外部ヒータ（例えば、コイル状の抵抗発熱体２１）と、
この抵抗発熱体２１を保持すると共に筒状体の直胴部及
び上端部の内面全面を被覆する断熱材２２と、この断熱
材２２の外面全面を被覆するステンレス等からなるシェ
ル（図示せず）とを備え、発熱量の大きな二珪化モリブ
デン等からなる抵抗発熱体２１によって反応容器３０内
の温度を例えば、５００〜１２００℃の範囲まで短時間
で加熱、制御し、その内部の半導体ウエハＷに対して所
定の熱処理を短時間で行なうように構成されている。ま
た、例えば二珪化モリブデンからなる抵抗発熱体２１
は、５０〜２００℃／分の平均昇温速度（以下、単に
「昇温速度」と称す。」）で反応容器３０内を加熱でき
るように構成されている。昇温速度が５０℃／分未満で
は不要な熱を長く印加する虞があって好ましくなく、ま
た、昇温速度が２００℃／分を超えると後述のリング状
支持体４１を介して半導体ウエハＷ全面を均等に加熱す
ることができず、面内に温度勾配が生じる虞があって好
ましくない。また、この二珪化モリブデンからなる抵抗
発熱体２１は、例えば１２００℃で２０Ｗ／cm^２とい
う大きな表面発熱負荷を得ることができる。従って、例
えば線径が３.５mm という細い線であっても１００℃／
分の昇温速度で反応容器３０内を加熱することができ、
また、細い線径のため後述する冷却装置５０による強制
冷却を併用することにより５０℃／分という平均降温速
度（以下、単に「降温速度」と称す。」）で反応容器３
０内を冷却することができる。

【００１６】また、上記反応容器３０は、図１に示すよ
うに、上端部が閉塞し且つ下端部が開口した石英等の耐
熱、耐食性材料によって形成された外筒３１と、この外
筒３１の内側に隙間を隔てて軸芯を一致させて挿入、配
置され且つ外筒３１と同様の耐熱、耐食性材料によって
上下両端部を開口させて全ての半導体ウエハＷを均等に
加熱する内筒３２とを備えた二重壁構造容器として構成
されている。更に、この反応容器３０は、その下端にス
テンレス等の金属からなるマニホールド３３を備えて構
成されている。

【００１７】更に、上記マニホールド３３は、反応容器
３０の内部を真空排気する真空ポンプ等の排気系に接続
する本体３３Ａと同材質の排気管３３Ｂと、この排気管
３３Ｂから周方向にずれた位置で側部から挿入されて内
筒３２の内周面に沿って上方へ屈曲形成されて窒素等の
不活性ガスを導入する、石英等の耐熱、耐食性の材料か
らなるガス導入管３３Ｃとを備えている。また、このガ
ス導入管３３Ｃは、内筒３２の内周面に沿ってその全長
に亘って延設され、その全長に亘って等間隔に形成され
た複数のノズル（図示せず）から反応容器３０の中心に
向かって反応性ガスを反応容器３０内全体に均等に供給
できるように構成さている。そして、熱処理時に各ガス
導入管３３Ｃから例えばＴＥＯＳ、ＰＨ_３、ＴＭＢ及び
酸素等の反応性ガスを導入し、これらのガスを半導体ウ
エハＷ表面で反応させてＢＰＳＧ膜等の被膜を半導体ウ
エハＷの表面に形成するように構成されている。

【００１８】上記熱処理ボート４０は、例えば、石英等
の耐熱性、耐食性に優れた材料によって形成され且つ３
０枚の半導体ウエハＷを１枚ずつ個別に支持する支持部
材（リング状支持体４１）（図２参照）と、これらのリ
ング状支持体４１を上下方向で等間隔を隔てて平行に支
持、固定する複数の支持棒４２と、これらの支持棒４２
の下端に接続された保温体４３と、この保温体４２の下
面中央に連結された磁気シール軸４３と、この磁気シー
ル軸４３に連結された磁気シールユニット４４を備え、
上記反応容器３０内に挿入された状態で磁気シールユニ
ット４４の磁性流体を介して回転するように構成されて
いる。尚、上記フランジ４５の内面には石英等のセラミ
ックス４５Ａが被覆され、熱処理時にフランジ４５から
パーティクルが発生しないように構成されている。

【００１９】また、上記リング状支持体４１は、図２に
示すように、半導体ウエハＷを周縁部で支承する平坦面
を有する支承部４１Ａと、この支承部４１Ａと一体化し
て支持棒４２に固定される固定部４１Ｂとから形成され
ている。そして、上下のリング状支持体４１、４１の間
隔は、上下の半導体ウエハＷ（厚さ０.７mm）の肉厚方
向の中心間の距離が例えば９.５２５mmに設定されてい
る。また、上記支承部４１Ａは内径から外方へ行くほど
肉厚が漸次厚く形成され、外周ほど熱容量が大きくなる
ように構成されている。従って、従来のようにリング状
支持体４１がない場合には、反応容器３０の周側面から
の輻射熱が上下の半導体ウエハＷにより遮蔽され、輻射
熱が半導体ウエハＷの内方に入射せず、周縁部のみに入
射し、周縁部が内方より温度が高くなって面内で温度勾
配ができ、逆に、冷却時には加熱時と同様に隣合う上下
の半導体ウエハＷにより半導体ウエハＷ内方からの放熱
が阻害され、周縁部からの放熱が促進され、やはり面内
で温度勾配ができ、半導体ウエハＷにスリップや反りを
生じさせる。ところが、このリング状支持体４１がある
場合には、加熱時にはリング状支持体４１が徐々に加熱
されて半導体ウエハＷの周縁部の急激な温度上昇を抑制
して内方まで均等に加熱し、また冷却時にはリング状支
持体４１の蓄熱により周縁部の急激な冷却がなく、その
結果、半導体ウエハＷの面内で温度勾配を生じることな
く面内を均等に加熱、冷却できる。

【００２０】また、上記冷却装置５０は、上記加熱炉２
０と上記反応容器３０間の空隙部６０で冷気を流通させ
て反応容器３０内を強制冷却するように構成されてい
る。即ち、この冷却装置５０は、上記加熱炉２０の上面
中央に形成された排気口２３に排気ダクト５１を介して
連結された排気ファン５２と、上記空隙部６０の下端で
且つ加熱炉２０の下端周縁に等間隔に形成された複数の
吸気口５３と、これらの吸気口５３に連通する連通ダク
ト５４と、この連通ダクト５４に接続され、外部の空気
を連通ダクト５４を介して吸気口５３へ給気する給気フ
ァン５５とを備え、上記排気ファン５２及び上記給気フ
ァン５５の協働作用により上記空隙部６０内に図１の矢
印Ｂで示すように空気の上昇気流を形成し、この上昇気
流により例えば３０〜１００℃／分の降温速度で反応容
器３０内を冷却するように構成されている。降温速度が
３０℃／分未満では冷却速度が遅く、不要な熱を半導体
ウエハＷに印加する虞があって好ましくなく、また、１
００℃／分を超えると上記リング状支持体４１を介して
半導体ウエハＷ全面を均等に強制冷却することができ
ず、面内に温度勾配が生じる虞があって好ましくない。
また、上記各吸気口５３にはそれぞれ熱処理ボート４０
の最下段のリング状支持体４１まで達する給気ノズル５
６が取り付けられ、これらの給気ノズル５６により空隙
部６０の周囲で均等な上昇気流を形成するように構成さ
れている。また、上記排気ダクト５１は工場内の共用ダ
クト７０に連通し、上記排気ファン５２及び給気ファン
５５によって空隙部６０から排気された高温空気を熱交
換器５７で冷却しながら排気ダクト７０の排気ファン７
１によって図１の矢印Ｃで示すように外部へ排出するよ
うに構成されている。また、上記排気口２３及び上記吸
気口５３にはそれぞれシャッター５８、５９が配設さ
れ、熱処理時にはこれらのシャッター５８、５９を閉じ
て空隙部６０を密閉し、反応容器３０を効率良く加熱で
きるように構成されている。尚、上記排気口２３のシャ
ッター５８は例えば石英等の耐熱性材料によって形成さ
れ、また、上記給気口５３のシャッター５９は例えばス
テンレス、フッ素系樹脂等よって形成されている。

【００２１】次に、上記減圧ＣＶＤ装置を用いて半導体
ウエハＷにＢＰＳＧ膜を形成する場合について本実施例
の熱処理方法について説明する。尚、本実施例で用いら
れる半導体ウエハＷには図４に示すようにチタンシリサ
イド等のからなる配線層２が形成されている。本実施例
の熱処理方法では図３で示すように熱処理を行なう。そ
れにはまず、加熱炉２０によって反応容器３０を加熱し
てその内部温度を例えば４００℃に設定し、反応容器３
０内に熱処理ボート４０をロードして反応容器３０内を
フランジ４５で封止し、例えば２５枚の半導体ウエハＷ
及び上下両端部のダミーウエハを反応容器３０内に設置
する。引き続いて反応容器３０内の空気を排気管３３Ｂ
を介して排気して所定の減圧状態にすると共に反応容器
３０内の温度を二珪化モリブデンの抵抗発熱体２１によ
り図３ので示すように例えば１００℃／分の昇温速度
で加熱して図３に示すように内部温度を６００℃に設定
する。この温度下で各ガス導入管３３ＣからＴＥＯＳを
５０sccm、ＰＨ_３を１００sccm、ＴＭＢを７.５sccm、
及び酸素を１０sccmそれぞれ供給して０.８Torrの真空
度を保ち、この状態で図３ので示すようにこれらの反
応性ガスを半導体ウエハＷ表面で数分間反応させてその
反応性生物を半導体ウエハＷの表面、つまり配線層２表
面及びその配線層２、２間に形成された溝表面にそれぞ
れ堆積させてそれぞれの表面に図４の（ａ）で示すよう
に例えば４０００オングストロームのＢＰＳＧ膜１を成
膜する。

【００２２】その後、反応容器３０内の反応性ガスを排
気管３３Ｂを介して排気し、窒素等の不活性ガスで置換
した後、図３ので示すように１００℃／分の昇温速度
で加熱して内部温度を９００℃に設定し、その温度でＢ
ＰＳＧ膜１をリフローする。つまり、９００℃で半導体
ウエハＷを図３ので示すように数分間加熱してＢＰＳ
Ｇ膜１を加熱溶融し、図４の（ｂ）で示すように配線層
２、２間の溝に周囲の溶融ＢＰＳＧを流し込み、テーパ
状の溝を形成し、その表面を次のＢＰＳＧ膜１が成膜し
易い状態にする。

【００２３】図３ので示すように数分間リフローした
後、シャッター５８、５９を開放すると共に排気ファン
５２及び給気ファン５５を駆動させ、連通ダクト５４、
複数の吸気口５３及び複数の給気ノズル５６を介して加
熱炉２０内に常温の空気を空隙部６０内へ供給して反応
容器３０の全周囲で均等な上昇気流を図１の矢印Ｂで示
すように形成すると共に、内部で昇温した空気を排気口
２３、排気ダクト５１及び熱交換器５７を介して排気ダ
クト７０へ冷却しながら排出し、排気ファン７１により
外部へ排出する。このように加熱炉２０と反応容器３０
間の空隙部６０全体に冷気を均等に流通させて反応容器
３０全体を均等に強制冷却して反応容器３０内を図３の
で示すように例えば５０℃／分の降温速度で冷却して
９００℃から反応性ガスの反応温度６００℃まで強制冷
却して溶融状態のＢＰＳＧ膜１を固化させる。

【００２４】ＢＰＳＧ膜１が固化した後、図３ので示
す６００℃の温度下で再び上述した各反応性ガスを同一
条件で反応容器３０内に供給して図４（ｂ）で示す半導
体ウエハＷ表面に４０００オングストロームのＢＰＳＧ
膜１を同図（ｃ）で示すように成膜した後、上述した条
件と同一条件で反応性ガスを不活性ガスで置換して内部
温度が９００℃になるまで図３ので示すように１００
℃／分の昇温速度で加熱し、その温度下で図３ので示
す温度下でＢＰＳＧ膜１をリフローすると、同図（ｃ）
で示すＢＰＳＧ膜１の浅い溝が周囲の溶融ＢＰＳＧで同
図（ｄ）で示すように埋め込まれて半導体ウエハＷ表面
のＢＰＳＧ膜１がボイドを生じることなく平坦化する。
その後、シャッター５８、５９を開放して冷却装置５０
により図３ので示すように５０℃／分の降温速度で強
制冷却した後、熱処理ボート４０をアンロードし、この
熱処理ボート４０の半導体ウエハＷを未処理のものと交
換した後、この熱処理ボート４０をロードする。この際
６００℃の加熱炉２０が放熱して略４００℃に降温し、
次の半導体ウエハＷのロード後には上述の一連の動作を
同一条件で繰り返すことができる。

【００２５】以上説明したように本実施例によれば、反
応容器３０から半導体ウエハＷをアンロードすることな
く、同一反応容器３０内でＢＰＳＧ膜１を２回に分けて
成膜すると共に、各成膜後にＢＰＳＧ膜１をリフローす
るようにしたため、高アスペクト比の配線層２を有する
半導体ウエハＷであっても堆積物がオーバーハングせず
均一な成膜を行なうことができ、従って、このＢＰＳＧ
膜１をリフローする際に配線層２、２間にボイドを発生
させることなくＢＰＳＧ膜１を平坦化することができ、
しかも２回の成膜の間に半導体ウエハＷが空気に触れる
ことがないため、空気中の酸素あるいはその他の不純物
がＢＰＳＧ膜１に混入することがなく電気的、機械的な
膜質に優れたＢＰＳＧ膜１を成膜することができ、熱処
理の歩留りを高めることができる。

【００２６】しかも、外部ヒータとして二珪化モリブデ
ンの抵抗発熱体２１を用いて１００℃／分の昇温速度で
加熱し、また冷却装置５０により空隙部６０に冷気の上
昇気流を作って５０℃／分の降温速度で強制冷却するよ
うにしたため、２段階の成膜及びリフローに要する時間
を従来に比べて格段に短縮することができ、熱処理のス
ループットを向上させることができる。尚、従来の減圧
ＣＶＤ装置の場合には、そのヒータはその昇温速度が例
えば５℃／分程度であり、冷却能力も十分でなく、本実
施例のような反応容器３０内の昇降温を短時間で行なう
ことができず、従って、複数回に分けた成膜操作、リフ
ロー操作を行なうことが難しかった。

【００２７】また、本実施例では半導体ウエハＷの周縁
部を熱容量の大きなリング状支持体４１で支持し、この
リング状支持体４１を介して半導体ウエハＷを加熱、冷
却するようにしたため、各リング状支持体４１で支持さ
れた半導体ウエハＷが隣合う上下の半導体ウエハＷによ
って加熱及び放熱作用が阻害されても、熱容量の大きな
リング状支持体４１によって半導体ウエハＷ周縁部の昇
温速度及び降温速度を遅延させて面内を均一に加熱、冷
却することができ、その結果、半導体ウエハＷを短時間
で且つ均一に熱処理することができる。

【００２８】尚、上記実施例ではＢＰＳＧの成膜工程と
リフロー工程を２回ずつ行なう場合について説明した
が、各工程は必要に応じて３回以上行なってもよく、そ
のような場合にはアスペクト比が益々高くなった時に有
効で、これにより上記実施例と同様の作用効果を期する
ことができる。また、本発明はＢＰＳＧの成膜に制限さ
れるものではない。

【００２９】また、冷却装置５０は上記実施例の構造に
制限されるものではなく、例えば５０℃／分の降温速度
のように短時間で降温できるものであれば良い。

【００３０】また、半導体ウエハＷを支持する支持部材
は、上記実施例のリング状支持体４１に制限されるもの
ではなく、本発明における支持部材は熱容量が大きな材
料、形状として形成されたものであれば良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項３に記載の
発明によれば、二珪化モリブデンからなる外部ヒータを
用いて反応容器を加熱して所定の反応温度まで昇温させ
た反応容器内へ所定の反応性ガスを供給する工程と、上
記反応容器内で保持具により水平に保持された複数の被
処理体に反応性ガスの反応生成物を堆積させて被膜を形
成する被膜形成工程と、上記反応性ガスを不活性ガスで
置換して上記外部ヒータにより上記反応容器内を所定温
度まで加熱して昇温する昇温工程と、上記被膜を溶融し
て平坦化する平坦化工程と、強制冷却手段を用いて冷却
用ガスを上記反応容器の外周面に接触させながら供給し
て上記反応温度まで上記反応容器内を強制的に冷却する
冷却工程とを有し、上記被膜形成工程、昇温工程、平坦
化工程及び冷却工程を上記反応容器内で複数回繰り返す
ようにしたため、高アスペクト比であっても被処理体を
外気に接触させることなく一つの反応容器内で少なくと
も２回の成膜、平坦化処理を短時間で連続的して繰り返
してスループットを向上させることができ、均一な成膜
を行なってボイドを発生することなく被処理体表面を平
坦化することができ、しかも不純物を混入させることな
く電気的特性、機械的特性に優れた被膜を被処理体に形
成することができる熱処理方法及び熱処理装置を提供す
ることができる。

【００３２】また、本発明の請求項２及び請求項４に記
載の発明によれば、請求項１及び請求項３に記載の発明
において、上記保持具は、上記被処理体の周縁部を支
持する、径方向外方に徐々に厚肉状に形成された熱容量
の大きなリング状の支持部材と、この支持部材を上下方
向に所定間隔を空けて水平に支持、固定する複数の支持
棒とを有し、これらの支持部材を介して上記被処理体を
加熱、冷却するようにしたため、被処理体周縁部の昇温
速度及び降温速度を遅延させて面内を均一に加熱、冷却
することができ、その結果、被処理体全体の短時間で且
つ均一に熱処理することができる熱処理時間を短縮して
スループットを向上させる熱処理方法及び熱処理装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理方法に好適に用いられる減圧Ｃ
ＶＤ装置の一例の要部を示す断面図である。

【図２】図１に示す減圧ＣＶＤ装置の熱処理ボートの半
導体ウエハの支持部材を拡大して示す断面図である。

【図３】本発明の熱処理方法に好ましい一実施例を示す
処理温度の経過を示す図である。

【図４】図３に示す熱処理方法で半導体ウエハを処理す
る過程を示す半導体ウエハを拡大して示す図で、同図
（ａ）は成膜直後の状態を示す断面図、同図（ｂ）は同
図（ａ）の被膜をリフローした後の状態を示す断面図、
同図（ｃ）は同図（ｂ）の状態に２回目の成膜後の状態
を示す断面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の被膜をリフロ
ーした後の状態を示す断面図である。

【図５】従来の熱処理方法で半導体ウエハを処理する過
程を示す半導体ウエハを拡大して示す図で、同図（ａ）
は成膜直後の状態を示す断面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）の被膜をリフローした後の状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２０加熱炉２１抵抗発熱体（外部ヒータ、二珪化モリブデン）３０反応容器４０熱処理ボート（保持具）５０冷却装置６０空隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−292724（ＪＰ，Ａ) 特開平３−212958（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−88829（ＪＰ，Ａ) 特開平６−224189（ＪＰ，Ａ) 特開平１−71118（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】二珪化モリブデンからなる外部ヒータを
用いて反応容器を加熱して所定の反応温度まで昇温させ
た反応容器内へ所定の反応性ガスを供給する工程と、上記反応容器内で保持具により水平に保持された複数の
被処理体に反応性ガスの反応生成物を堆積させて被膜を
形成する被膜形成工程と、上記反応性ガスを不活性ガスで置換して上記外部ヒータ
により上記反応容器内を所定温度まで加熱して昇温する
昇温工程と、上記被膜を溶融して平坦化する平坦化工程と、強制冷却手段を用いて冷却用ガスを上記反応容器の外周
面に接触させながら供給して上記反応温度まで上記反応
容器内を強制的に冷却する冷却工程とを有し、上記被膜形成工程、昇温工程、平坦化工程及び冷却工程
を上記反応容器内で複数回繰り返すことを特徴とする熱
処理方法。
【請求項２】上記被処理体の周縁部を熱容量の大きな
リング状の支持部材で支持し、この支持部材を介して上
記被処理体を加熱、冷却することを特徴とする請求項１
に記載の熱処理方法。
【請求項３】二珪化モリブデンからなる外部ヒータ
と、この外部ヒータによって隙間を介して囲まれ且つ反
応性ガス及び不活性ガスの給排部を有する反応容器と、
この反応容器に対してその下方から複数の被処理体を水
平に保持して出し入れする保持具と、上記反応容器と上
記外部ヒータ間の隙間に冷却用の気体を給排しながら上
記反応容器内を強制冷却する強制冷却手段とを備え、上
記外部ヒータを用いて上記反応容器内を二段階で加熱
し、第一段階の加熱で上記保持具で保持された複数の被
処理体に上記反応性ガスの反応生成物からなる被膜を形
成し、第二段階の加熱で上記被膜を溶融させて平坦化し
た後、上記強制冷却手段を用いて上記反応容器内を強制
冷却して上記被膜を固化させ、これら一連の操作を上記
反応容器内で連続して複数回繰り返すことを特徴とする
熱処理装置。
【請求項４】上記保持具は、上記被処理体の周縁部を
支持する、径方向外方に徐々に厚肉状に形成された熱容
量の大きなリング状の支持部材と、この支持部材を上下
方向に所定間隔を空けて水平に支持、固定する複数の支
持棒とを有し、これらの支持部材を介して上記被処理体
を加熱、冷却することを特徴とする請求項３に記載の熱
処理装置。