JPH01246836A - 熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェハの熱処理方法に関する。

（従来の技術） 従来より、半導体の製造プロセスにおいて、窒化膜等の
薄膜形成方法として熱処理装置が用いられている。

このような熱処理装置として代表的なものがＣＶ　Ｄ　
（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｌｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）装置である。

この従来のＣＶＤ装置として、例えば減圧ＣＶＤ装置は
、処理室となる処理管（以下、プロセスチューブ）内に
、このプロセスチューブの長手方向に対して半導体ウェ
ハを一定のピッチで配列したウェハボートを収容し、プ
ロセスチューブの一方端から処理ガスを導入し、他方端
から排気しながら、″所定の温度・圧力雰囲気下で窒化
膜等の薄膜を形成する装置である。

ところで、このような熱処理装置では、処理ガス導入部
から離れる程、処理ガス中の反応成分の濃度が小さくな
るため、処理ガス導入部から離れて配置された被処理物
程成膜量が少なくなり、均一な成膜が行えないという問
題が発生する。

そこで、従来の熱処理装置では、処理室例えばプロセス
チューブ内の処理温度を制御して、処理ガス濃度の違い
による成膜量のばらつきを補正する方法が採用されてい
た。例えば、第６図に示すように処理ガス導入部から離
れるにしたがってプロセスチューブ内の処理温度を上昇
させて処理を行う方法である。この方法は、処理温度と
成膜量とがほぼ比例するという原理を利用したものであ
る。尚、図中ＦはプロセスチューブのＦＲＯＮＴ（前側
）、ＣはＣＥＮＴＥＲ（中央）、ＲはＲＥＡＲ（後側）
を示している。

（発明が解決しようとする課８） ところで、低温下で処理形成された薄膜と、高温下で形
成された薄膜とは、その膜質が異なることが一般に知ら
れている。従って、上述した従来の熱処理方法では、成
膜量は均一化するものの、処理温度の高い領域で形成さ
れた薄膜と処理温度の低い領域で形成された薄膜の膜質
とが異なったものになるという問題が生じる。

このように、１つのプロセスチューブ内の処理領域の違
いにより異なる膜質の薄膜が形成されることは、製品の
ばらつきを招くという問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、膜厚が均一化し、さらには、膜質も均一化するこ
とができる熱処理方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の熱処理方法は、処理室内の処理ガス流通方向に
沿って多数の半導体ウェハを配列してこれを熱処理する
熱処理方法において、前記半導体ウェハの配列を、等ピ
ッチ配列されたウェハ配列群に分割するとともに、前記
処理ガス導入方向のウェハ配列群のウェハ配列ピッチを
密間隔の等ピッチ配列とし、前記処理ガス導入方向から
離れる程前記各ウェハ配列群のウェハ配列ピッチが粗間
隔の等ピッチとなるように配列して処理することを特徴
とするものである。

（作　用） 半導体ウェハ群の配列を、処理ガス流通方向に対して複
数の配列領域に分割し、かつ各分割された領域内では等
配列ピッチとし、濃度の高い領域のウェハ配列領域では
ウェハ配列ピッチを密とし、処理ガス濃度の低い領域の
配列領域ではウェハ配列ピッチを粗とすることにより、
膜厚、膜質を均一化することができる。

（実施例） 以下、本発明方法を減圧ＣＶＤ装置に適用した一実施例
について図を参照して説明する。

一端にインジェクター等の処理ガス導入部１を設け、他
端に真空ポンプ等の処理ガスの排気部２を備えたプロセ
スチューブ３内には、半導体ウェハ４が、プロセスチュ
ーブ３の長手方向に沿って多数配列・収容されている。

これら半導体ウェハ４は、処理ボート例えば石英ボート
５に収容されている。

半導体ウェハ４は、半導処理ガス導入方向Ａから処理ガ
ス排気方向Ｂに向って４領域に分けられ、各領域毎に配
列ピッチが異なるように収容されている。

即ち、処理ガスの流路方向に沿って順に、第１の領域６
ａ、第２の領域６ｂ、第３の領域６ｃ。

第４の領域の６ｄの４領域に分割して、各領域内の半導
体ウェハ４の配列ピッチを等ピッチとし、かつ第１の領
域から第４の領域になる程、配列ピッチが広くなるよう
にした。

本実施例では、第１の領域６ａのウェハ配列ピッチを３
／１６インチピッチ、第２の領域６ｂのウェハ配列ピッ
チを６１１６インチ、第３の領域６ｃのウェハ配列ピッ
チを９／１６インチ、第４の領域６ｄのウェハ配列ピッ
チを１５７１６インチとした。

このような減圧ＣＶＤ装置による処理は、ガス導入部１
から処理ガスを導入し、図示を省略した加熱機構により
プロセスチューブ３内を所定の処理温度、例えば窒化膜
形成を行うのであれば７８０℃〜８２０℃に加熱して処
理を行う。

このとき、プロセスチューブ３に収容された半導体ウェ
ハ４の配列ピッチは、処理ガスの流通方向Ａ−Ｂに沿っ
て各領域６ａ１６ｂ、６ｃ、６ｄ毎に密から粗となるよ
うなピッチで配列されているため、処理ガス中の反応成
分の濃度が高い、処理ガス導入部近傍の領域６ａでは、
処理ガスが半導体ウェハ４間に流入しに＜＜、処理ガス
の流量が低下する。また処理ガス中の反応成分の濃度の
低い処理ガス排気部近傍の領域６ｄでは、半導体ウェハ
４の配列ピッチが大きいので、半導体ウェハ４間の処理
ガスの流量が増加する。

従って、上記配列ピッチを採用することにより、処理ガ
ス中の反応成分の濃度差による成膜量のばらつきを補正
することができ、プロセスチューブ３内のどの領域にお
いても均一な成膜が行える。

ところで、本実施例方法を用いて、従来方法との比較実
験を行ったのでその結果について以下に説明する。

比較例として、６ノ１Ｂインチ等間隔配列ピッチを従来
例１（第２図（ａ）　）　、３ノ１Ｂ等間隔配列ピッチ
を従来例２（第２図（ｂ）、そして上記実施例の４領域
分割のものを実施例１とした。また、処理枚数は、１バ
ッチ５０枚処理を前提とした。

プロセス条件は以下の通りである。

処理温度　　＝７８０〜８２０℃ 処理ガス流量：　ＳＩＨ２ＣＩ２　；　４０ｓｅｃｍ：
　　ＮＨ３；　４００ｓｅｃｍ 処理圧力　　：　’０．１７Ｔｏｒｒ チューブ径　：約２００ｍａ＋ 以上の条件下でＳｉＮ膜を形成し、比較結果により得た
ウェハピッチ−膜厚、面間均一性の関係を第３図に示す
。

同図中、Ｏ印プロットは第２図における従来例１に対応
し、同様にΔ印プロットは従来例２、口中プロットは実
施例１を示している。

また、同図Ｘ軸方向は、第２図におけるプロセスチュー
ブに対応しており、第２図および第３図のプロット位置
は夫々プロセスチューブ内において同位置である。

同図から判明するように、実施例１では、処理ガスの上
流側即ちプロセスチューブ前側Ｆ１プロセスチューブ中
央部Ｃ１そしてプロセスチューブ後側Ｒのどの位置に配
置された半導体ウェハも、デポ・レート約１１．５　（
入／ａｋｉｎ）で一定となっているが、従来例１および
従来例２共にプロセスチューブ前側Ｆでデポ・レートが
大きく、後側Ｒで小さくなり、その差は非常に大きなも
のとなっている。

上記結果を以下の表１にまとめた。

このように、本実験結果から、実施例の不等ピッチを採
用した方法が、面間均一性、面内均一性とも従来例より
も優れていることが判明した。

また、本実施例のように、各配列領域１６ａ１１６ｂ、
１６ｃ内のウェハ配列ピッチを、夫々３／１Ｂ、８ノ１
Ｂ、９７１８Ｓ１５７１８インチのようにセミスタンダ
ードピッチである３１１６の整数倍とすることで、自動
機によるウェハの移載を比較的容易に行うことができる
。

ところで、上記ＣＶＤ処理にかかわらず、一般に熱処理
方法では、成膜内容毎の処理温度の設定が非常に重要な
成膜要件であり、この温度依存性についての実験を行っ
た。以下にこの実験内容について説明する。

プロセス条件は以下の通りである。

処理温度　　＝７２０〜８２０℃ 処理ガス流量：　ＳｉＨ２Ｃ１２；　４０ｓｅｃｍ：　
ＮＨ３：　４００ｓｅｃｍ 処理圧力　　：　　０．１７Ｔｏｒｒ チユーブ径　：約２００ｍｍ ウェハ配列ピッチ：　６／ｌｆｔインチピッチ上記条件
下で処理温度を変化させて、各温度条件下におけるデポ
・レートを、ウェハの配置場所毎に求めた。その結果を
第４図に示す。

同図中、Ｏ印プロットは処理ガスの上流側即ちプロセス
チューブ前側Ｆにおけるウェハのデポ・レートを示し、
同様にΔ印プロットはプロセスチューブ中央部Ｃのウェ
ハ、口中プロットはプロセスチューブ後側Ｒのウェハを
示している。

同図から判るように、処理温度７６０℃以下では、プロ
セスチューブの前側Ｆ１中央Ｃ５後側Ｒ間におけるウェ
ハ間均一性が向上するものの、デポ・レートが低下し、
実用条件範囲とはいえず、逆に、７６０℃以上では、デ
ボφレートは向上するがウェハ間均一性が低下し、いず
れの場合も実用条件範囲とはいえない。

ここで、前述実施例方法を用いれば、７６０℃以上の処
理温度で成膜を行っても、ウェハ間均一性が失われない
ので、上記問題は全て解決できる。

また、本例では、プロセスチューブ内の処理温度を一定
としても、処理ガス濃度の差による成膜量のばらつきが
なく、第５図に示すようにプロセスチューブ３内の前側
即ち処理ガス導入領域Ｆ、中央部Ｃ１後側即ち処理ガス
排気領域Ｒのいずれの位置でも同じ温度条件下で処理が
行え、従って処理温度差による膜質のばらつきが無くな
り、プロセスチューブ３内のどの領域においても均一な
膜質を得ることができる。

尚、本発明方法の適用は、ＣＶＤ方法に限定されず、他
の熱処理方法にも適用可能である。

［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、膜
厚および膜質の均一化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を減圧ＣＶＤ装置に適用した実施例
の構成を示す図、第２図は実施例の半導体ウェハ配列ピ
ッチと比較実験に使用する従来の半導体ウアエハ配列ピ
ッチを示す図、第３図は比較実験結果により得られたウ
ェハピッチ−膜厚・面間均一性の関係を示す図、第４図
は実験結果により求めた減圧ＣＶＤ処理方法におけるデ
ポ・レ−４の温度依存性の関係を示す図、第５図は実施
例におけるプロセスチューブ内の温度設定を示す図、第
６図は従来の熱処理方法におけるプロセスチューブ内の
温度条件を示す図である。 １・・・・・・処理ガス導入部、２・・・・・・処理ガ
ス排気部、３・・・・・・プロセスチューブ、４・−・
・・・半導体ウェハ、石英ウェハボート６　ａ　ｓ　６
　ｂ　ｓ　６　ｃ・・・・・・ウェハ配列領域。 出願人　　東京エレクトロン株式会社 代理人　　弁理士　　須　山　佐　− ？ 第１図 Ａ　　　　　　　　Ｂ 杖束イ乃り１ （ａ）　　　　　　　　　　技朱イ列２（ｂゝ　　　　
　　　　リ５ろ１シイ列１ＳｉＨｂＣＩｚ：５０ＳＣＣ
ｒｎ　　　Ｐｌ’ｅＳＳＬＪｒｅ：０１７ＴＯｒｆ’　
　ＴｕｂｅＴＤ：２００ｍｍＮＨｓ：５００ＳＣＣｍ　
　　　　５ｐａｃ＋ｎｌ：’／ｓ”処理シｚ１　°Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　処理室内の処理ガス流通方向に沿って多数の半導体ウ
   ェハを配列してこれを熱処理する熱処理方法において、 前記半導体ウェハの配列を、等ピッチ配列されたウェハ
   配列群に分割するとともに、前記処理ガス導入方向のウ
   ェハ配列群のウェハ配列ピッチを密間隔の等ピッチ配列
   とし、前記処理ガス導入方向から離れる程前記各ウェハ
   配列群のウェハ配列ピッチが粗間隔の等ピッチとなるよ
   うに配列して処理することを特徴とする熱処理方法。