JP3121122B2 - 熱処理方法 - Google Patents

熱処理方法

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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、熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体デバイスの製造工程に
おいては、円筒状に形成され、内部を所定温度および所
定圧力に設定可能に構成されたプロセスチューブを備え
た熱処理装置が広く使用されている。このような熱処理
装置は、従来プロセスチューブをほぼ水平に配設した横
型のものであったが、近年は、プロセスチューブをほぼ
垂直に配設した縦型のものが多く用いられるようになっ
ている。
【０００３】上記縦型熱処理装置において、プロセスチ
ューブは、石英等から円筒状に構成されており、その下
端には、半導体ウエハ等の被処理物をロード・アンロー
ドするための開口が設けられている。また、このプロセ
スチューブの周囲には、ヒータおよび断熱材等が配設さ
れており、プロセスチューブの下部等には、排気配管お
よび処理ガス供給配管が接続されている。
【０００４】そして、石英等からなるウエハボートに複
数枚の半導体ウエハを棚状に配列して、ヒータにより加
熱したプロセスチューブ内に下部開口から挿入し、排気
配管から排気するとともに処理ガス供給配管から所定の
処理ガスを供給して、所定の処理温度および所定の処理
圧力で半導体ウエハに所定の処理、例えばＣＶＤ膜の形
成を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
半導体デバイス等は、近年急速に高集積化される傾向に
あり、これに伴ってその回路パターンは益々微細化され
る傾向にある。このため、半導体製造の各処理工程にお
いては、処理精度を向上させることが要求されている。
また、このような処理精度の向上を図ることは、大幅な
スループットの低下を招くことにつながりやすく、この
ようなスループットの低下を抑えることも要求されてい
る。このような事情により、熱処理装置における熱処理
においても、スループットの低下を抑えつつ、例えば形
成される膜中の不純物濃度をさらに低下させること等が
要求されている。
【０００６】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に較べて不純物の少ない高純度の膜
を形成することができ、かつ、スループットの低下を抑
えることのできる熱処理方法を提供しようとするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の熱処
理方法は、プロセスチューブ内に被処理物を挿入し、所
定の処理温度および所定の処理圧力で、前記被処理物に
所定の処理を施す熱処理方法において、前記プロセスチ
ューブ内を前記処理温度より高い温度に設定して前記プ
ロセスチューブに前記被処理物を挿入した後、前記プロ
セスチューブ内を一旦前記処理圧力より低い圧力に設定
するとともに前記処理温度より高い温度に維持し、この
後、前記プロセスチューブ内を前記処理圧力および前記
処理温度に設定して前記被処理物に所定の処理を施すこ
とを特徴とする。請求項２の熱処理方法は、請求項１に
おいて、前記処理温度より高い温度が、処理温度より数
十乃至百数十℃程度高く設定されていることを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】熱処理において、処理精度を向上させ、形成さ
れる膜の純度を向上させるためには、例えば処理ガスの
純度をさらに向上させること、および処理の高真空度化
等が考えられる。しかしながら、このように処理ガスの
純度を向上させたとしても、ある程度の真空度で、か
つ、加熱して処理を行うような場合、半導体ウエハある
いはプロセスチューブ内壁等から発生するいわゆるアウ
トガスにより、処理雰囲気中に微量な不純物が混入す
る。
【０００９】そこで、上記構成の本発明の熱処理方法で
は、処理開始前に、一旦プロセスチューブ内を処理圧力
より低い圧力（高真空度）に設定し、半導体ウエハ等か
らアウトガスを発生させ、この後、所定の処理圧力に設
定して所定の処理を開始する。また、この時、半導体ウ
エハ等を処理温度より高い温度に設定し、アウトガスの
発生を促進させて、高真空度への到達時間の短縮を図
る。これにより、従来に較べて不純物の少ない高純度の
膜を形成することができ、かつ、スループットの低下を
抑えることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を縦型ＣＶＤ装置による成膜処
理に適用した一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１１】図２に示すように、縦型ＣＶＤ装置１に
は、材質例えば石英等からなり、一端に開口２を有する
円筒状のプロセスチューブ３が、開口２を下にしてほぼ
垂直に配置されている。このプロセスチューブ３は、外
筒４と内筒５とからなる２重管構造とされており、その
下部には、内筒５の内側に開口する如く処理ガス供給配
管６が接続され、外筒４と内筒５の間に開口する如く排
気配管７が接続されている。また、プロセスチューブ３
の周囲を囲繞する如く、ヒータ８、断熱材９、ステンレ
ス等からなるアウターシェル１０が内側からこの順で設
けられている。
【００１２】上記処理ガス供給配管６は、図示しない処
理ガス供給機構に接続されており、所定のＣＶＤ用ガス
を、プロセスチューブ３内の内筒５の内側下部に供給す
るよう構成されている。また、排気配管７は、真空ポン
プ１１に接続されており、その途中には、自動的に圧力
を制御するオートプレッシャーコントローラ１２が配設
されている。
【００１３】そして、真空ポンプ１１で排気を行い、図
示しない処理ガス供給機構から所定のＣＶＤ用ガスを供
給することにより、プロセスチューブ３内部に、内筒５
内を下部から上部に向かって上昇し、外筒４と内筒５と
の間を上部から下部に向かって下降するＣＶＤ用ガスの
流れを形成することができるよう構成されている。
【００１４】また、上記プロセスチューブ３の下部に
は、上下動自在に構成されたボートエレベータ１３が配
設されている。このボートエレベータ１３の昇降台１４
上には、プロセスチューブ３の開口２を気密に閉塞可能
に構成された蓋体１５が設けられており、この蓋体１５
を貫通する如く、駆動モータ１６に接続された回転軸１
７が配設されている。この回転軸１７と蓋体１５との間
には、これらの間を気密に閉塞する磁気流体シール１８
が設けられており、回転軸１７の上端部には、ターンテ
ーブル１９が配設されている。そして、このターンテー
ブル１９上に、保温筒２０を介して、多数の半導体ウエ
ハ２１が所定ピッチで棚状に配列された石英等からなる
ウエハボート２２が載置されるように構成されている。
【００１５】次に、上記構成の縦型ＣＶＤ装置による半
導体ウエハ２１に対する成膜処理について説明する。な
お、図１に、以下に説明する本実施例におけるプロセス
チューブ３内の温度および圧力の設定値の変化の様子を
示す。
【００１６】本実施例では、図１にも示すように、予
め、図示しない電源からヒータ７に通電し、プロセスチ
ューブ３内を、処理温度（例えば６００℃）より高い所
定の設定温度（例えば７００℃）に加熱しておく。な
お、この設定温度は、処理温度より数十乃至百数十℃程
度高く設定することが好ましいが、温度の上限は、プロ
セスおよび半導体ウエハ２１の状態等によって制限され
るので、適宜選択する必要がある。
【００１７】そして、ボートエレベータ１６によって、
半導体ウエハ２１が配列されたウエハボート２２を上昇
させ、開口２からプロセスチューブ３内に挿入する。こ
の時、最上部まで昇降台１４を上昇させると、蓋体１５
によって開口２が気密に閉塞される。
【００１８】この後、真空ポンプ１１によって排気を行
い、プロセスチューブ３内を減圧し、所定の処理圧力
（例えば０．１Torr）より低い設定圧力（例えば１０-6
Torr）の減圧雰囲気とする。この場合、不純物除去の観
点からは、より低い設定圧力に設定することが好ましい
が、通常一桁真空度を上昇させるには、１０倍の時間が
かかるとされており、スループットと許容される不純物
量との関係から設定圧力は適宜選択する必要がある。
【００１９】しかる後、プロセスチューブ３内を上記所
定の処理圧力に設定するとともに、プロセスチューブ３
内の温度を上記所定の処理温度に設定し、図示しない処
理ガス供給機構から所定のＣＶＤ用ガスを供給して、タ
ーンテーブル２２を回転させつつ半導体ウエハ２１に所
定のＣＶＤ膜を形成する。
【００２０】このように、本実施例では、半導体ウエハ
２１にＣＶＤ膜を形成する前に、一旦プロセスチューブ
３内を、処理温度（例えば６００℃）より高い所定の設
定温度（例えば７００℃）に加熱するとともに、所定の
処理圧力（例えば０．１Torr）より低い設定圧力（例え
ば１０-6Torr）の減圧雰囲気とする。そして、この後、
プロセスチューブ３内を所定の処理温度（例えば６００
℃）および処理圧力（例えば０．１Torr）に設定してＣ
ＶＤ膜を形成する。
【００２１】したがって、処理前に高温、高真空度状態
とされることによって、半導体ウエハ２１内等から急速
にアウトガスが発生し、アウトガスが発生しつくした状
態となったところでＣＶＤ膜を形成することになるの
で、ＣＶＤ膜形成時の処理雰囲気中に、アウトガスによ
る不純物ガス成分がほとんど含まれていない状態で成膜
を実施することができ、不純物の少ない高純度の膜を形
成することができる。
【００２２】また、処理前に、例えば、プロセスチュー
ブ３内を高真空度に減圧するのみで温度を一定（処理温
度、例えば６００℃）のままとした場合は、図３のグラ
フに示すように、アウトガスの発生に時間がかかり、上
記実施例の場合に較べて、同じ真空度に到達するまでの
真空引き時間が長くなり、スループットの低下を招くこ
とになるが、上記実施例では、プロセスチューブ３内を
処理温度より高温とすることで、アウトガスの発生を促
進することができ、スループットの低下を抑制すること
ができる。
【００２３】なお、上記各実施例では、本発明を縦型Ｃ
ＶＤ装置に適用した実施例について説明したが、本発明
はかかる実施例に限定されるものではなく、他の熱処理
装置、例えば横型熱処理装置等にも同様にして適用する
ことが可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理方
法によれば、従来に較べて不純物の少ない高純度の膜を
形成することができ、かつ、スループットの低下を抑え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるプロセスチューブ内
の温度および圧力の設定値の変化を示す図。
【図２】本発明の一実施例に用いた縦型ＣＶＤ装置の構
成を示す図。
【図３】プロセスチューブ内の温度設定値一定の場合の
圧力の設定値の変化を示す図。
【符号の説明】
１ 縦型ＣＶＤ装置 ２ 開口 ３ プロセスチューブ ６ 処理ガス供給配管 ７ 排気配管 ８ ヒータ １１ 真空ポンプ ２１ 半導体ウエハ ２２ ウエハボート

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセスチューブ内に被処理物を挿入
    し、所定の処理温度および所定の処理圧力で、前記被処
    理物に所定の処理を施す熱処理方法において、前記プロセスチューブ内を前記処理温度より高い温度に
    設定して 前記プロセスチューブに前記被処理物を挿入し
    た後、前記プロセスチューブ内を一旦前記処理圧力より
    低い圧力に設定するとともに前記処理温度より高い温度
    に維持し、 この後、前記プロセスチューブ内を前記処理圧力および
    前記処理温度に設定して前記被処理物に所定の処理を施
    すことを特徴とする熱処理方法。
  2. 【請求項２】 前記処理温度より高い温度が、処理温度
    より数十乃至百数十℃程度高く設定されていることを特
    徴とする請求項１記載の熱処理方法。
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