JPH021116A

JPH021116A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH021116A
Application number: JP63290468A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Komino; 光明小美野
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1990-01-05

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〕（産業上の利用分野）本発明は、拡散処理、ＣＶＤ処理、酸化処理等に用いら
れる熱処理装置に関する。

（従来の技術）従来、半導体ウェハの表面に気相成長による薄膜を形成
するために、第６図に示すような縦型の熱処理装置が使
用されている。図中（１）は、ベースである。ベース（
ト）上には、石英チューブ■からなるベルジャ９が鉛直
に配置されている。石英チューブ■内には、原料ガスを
導入するガス導入管■が、ベース（ト）を貫挿して取付
けられている。ガス導入管（３）には、軸方向に沿って
一定間隔で複数のガス噴出孔■が形成されている。石英
チューブ■内には、石英ボート■が収容されている。石
英ボート０には、多数の半導体ウェハ０が、鉛直方向に
沿って所定間隔で搭載されている。石英ボート■は、半
導体ウェハ０を搭載した状態で、モータ０により一定速
度で回転するようになっている。石英チューブ■の外周
には、ヒータコイル■が巻装されている。ヒータコイル
■は、半導体ウェハ０及び原料ガスを加熱して、半導体
ウェハ０の表面に所定の薄膜を形成するようになってい
る。ベース（１）には、反応済みのガスを排出するガス
排出管（８）が設けられている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような熱処理装置には、次のような
欠点がある。すなわち、ガス溝入管■には、第７図に示
す如く、ガス噴出孔Ｇ）が、軸方向に沿って一定間隔で
形成されている。このため、成膜時のガス導入管■内の
圧力勾配（１０）は、第７図に示す如く、ガス導入管■
の先端部側で小さい値を示し、根元側で大きい値を示す
。つまり、原料ガスの噴出量が、ガス導入管■の先端側
に行くほど少なくなる。このため、半導体ウェハ■の表
面に均一な膜厚を有する薄膜を形成できない欠点があっ
た。

このため、熱処理装置は、形成する薄膜の膜厚が半導体
ウェハ０の面内及び各半導体ウェハ０間で均一であるこ
とが要求される。

また、薄膜の形成の際に、半導体ウェハ０に熱歪やダス
ト付着等に起因する結晶欠陥を発生させないことが、熱
処理装置には要求される。

更に、１バッチ処理当りの半導体ウェハ０の処理枚数が
多いことも、熱処理装置には要求される。

かかる観点から、特開昭６１−１９１０１５号や特開昭
６１−２７１８１８号に示されるような熱処理装置も開
発されている。しかし、これらの熱処理装置は、半導体
ウェハ０間を通過した反応ガスを、反応管内に設けた排
気ノズルで吸引排気している。このため、反応管が大径
化する問題があった。また、排気ノズルに反応生成物や
ダストが詰り易い。このため、排気ノズルを定期的に交
換する必要がある。

その結果、装置の稼働率が低下する。

なお、反応管内に高周波誘導加熱や赤外線加熱によって
発熱するグラファイト類の均熱管を設けた熱処理装置は
、次のような欠点を有する。すなわち、薄膜形成時に高
温減圧状態を設定すると、反応管内に酸宋、窒素、水等
のガスが発生する。

これらのガスが不純物となって半導体ウェハ中に熱拡散
により取り込まれる。その結果、半導体ウェハに結晶欠
陥が発生し易くなる。

本発明は上記点に対処してなされたもので、被処理体の
表面に高品質の薄膜を、均一な膜厚でしかも高い生産性
の下に製造することができる熱処理装置を提供しようと
するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、一端が開口した外側反応管と、前記外側反応
管の周囲に配設された加熱手段と、前記外側反応管内に
所定間隔を設けて内設された内側反応管と、前記内側反
応管内に出入れ自在に設けられ、かつ、多数枚の被処理
体を所定間隔で搭載するボートと、前記内側反応管内に
設けられ、前記被処理体間に反応ガスを供給するガス導
入管と。

前記内側反応管の壁に開口された複数個の排気孔と、前
記排気孔、前記内側反応管と前記外側反応管間の間隙部
に設けられた排気手段とを具備する熱処理装置を得るも
のである。

（作用効果）即ち、本発明によれば、内側反応管内に排気ノズルを設
ける必要がない。このため、反応管全体を小径のものに
できる。また、排気ノズルの保守・交換等の作業を不要
にして、成膜の生産性を向上させることができる。また
、反応管内に加熱体を設ける必要がないので、結晶欠陥
のない高品質の成膜を達成できる。

また、ガス噴出孔の開口面積を、ガス導入管の根元側か
ら先端側に向うに従って、次第に大きく設定することに
より、均一な膜厚を呈する成膜処理を達成できる。

（実施例）以下、本発明装置の一実施例につき、図面を参照して説
明する。

第１図は、本発明の一実施例の熱処理装置の構成を示す
説明図である。図中（１１）は、下端が開口した石英ガ
ラス製の外側反応管である。外側反応管（１１）の周囲
には、加熱手段としての円筒状抵抗性ヒータ（１２）が
配設されている。ヒータ（１２）は、後述する被処理体
及び反応ガスを加熱するようになっている。外側反応管
（１１）の内側には、石英ガラス製の内側反応管（１３
）が同芯円状に配設されている。これらの外側反応管（
１１）および内側反応管（１３）は、それぞれベース（
Ｉ４）に固定されたマニホールド（１５）上に設置され
、縦型炉を構成している。

また、図中（１６）は、内側反応管（１３）の下端開口
部を塞ぐ蓋体である。この蓋体（１６）の上面中央には
保温筒（１７）が設置されている。この保温筒（１７）
上には耐熱性を有する石英ガラス製のウェハボート（１
８）が載置され、このウェハボート（１８）で多数枚の
被処理体の半導体ウェハ（以下、ウェハと記す）（Ｗ）
を水平に且つ一定間隔で支持するようになっている。ま
た、ウェハボート（１８）が載置されている保温ｆｉ（
１７）には、蓋体（１６）に取付けたモータ（１９）の
回転軸（２０）が連結されている。この回転軸（２０）
と保温筒（１７）が一体に回転するようになっている。

この回転を反応管（１３）内に導入する部分には１通常
シール手段（２９）として磁性流体シールや磁気結合型
の軸継手が使われている。このため反応管（１３）内部
への外気のリークが起こらない構造となっている。

一方、結晶欠陥のない薄膜をウェハ全面にわたり均一に
成長させるためには、各ウェハ（Ｗ）に均一に新鮮な反
応ガスが供給されると同時に、一方では廃ガスが速やか
に滞留なく排出されることが肝要である。そこで、内側
反応管（１３）内にはウェハボート（１８）に一定間隔
で保持された各ウェハ（Ｗ）間に反応ガスをウェハ（ｌ
ｌＩ）の表面に沿って平行に供給する１本または複数本
のガス導入管（２１）が設けられている。

ガス導入管（２１）には、複数個のガス噴出孔が、各ウ
ェハ（Ｗ）間に位置するように一定間隔で設けられてい
る。　このガス噴出孔から各ウェハ（ｌｌＩ）の表面に
平行に反応ガスを噴出できるようになっている。

すなわち、第２図は、ガス導入管（２１）の構成を示す
断面図である。この石英ガラス製のガス導入管（２１）
には複数のガス噴出孔（２１ａ）　（２１ｂ）　（２１
ｃ）（２１ｄ）　（２１ｅ）がガス導入管（２１）の軸
方向に沿って一定間隔で形成されている。

ガス噴出孔（２１ａ）はガス導入管（２１）の最も先端
側に形成されており、以下ガス噴出孔（２１ｂ）　（２
１ｃ）（２１ｄ）　（２１ｅ）の順で形成されている。

また、各ガス噴出孔（２１ａ）　（２１ｂ）　（２１ｃ
）　（２１ｄ）　（２１ｅ）の孔径ｄｔｔｄｚｔｄ３．
　ｄ４．　ｄｓは、ｄｌ＞ｄｌ＞ｄ３＞ｄ４＞ｄｓ　（
例えば先端側から１．６ｍｍ、　１．４ｍｍ、　１．２
ｍｍ、　１．０ｍｍ、　０．８＋ｎｍ）となっている。

つまり、ガス導入管（２１）の先端に行くほど孔径が大
きくなっている。

このようにガス導入管（２１）の軸方向に沿って一定間
隔で形成されたガス噴出孔（２１ａ）　（２１ｂ）　（
２１ｃ）（２１ｄ）　（２１ｅ）の孔径ｄ工、ｄ２．ｄ
３．ｄ４．ｄ、をガス導入管（２１）の先端に行くほど
大きくすることにより。

第２図に示すようにガス導入管（２Ｉ）内の圧力Ｐがガ
ス導入管（２１）の軸方向にほぼ一定となる。このため
、各ガス・噴出孔（２１ａ）　（２１ｂ）　（２１ｃ）
　（２１ｄ）　（２１ｅ）より噴出される原料ガスの噴
出量を一定にすることができる。

ここで、第３図に示すように、各ガス噴出孔（２１’　
ａ）（２１’　ｂ）（２１’　ｃ）（２１’　ｄ）（２
１’　ｅ）の孔径を一定とし、ガス導入管（２１’　）
の先端側に設けられたガス噴出孔（例えばガス噴出孔（
２１’　ａ））の孔数を第４図に示すように同一平面に
おいて増加させてもよい。また、この実施例ではガス噴
出孔を一定間隔で配置した例について説明している。し
かし、上方の間隔を密にし、下方の間隔を粗にしても上
方と下方のウェハ（Ｗ）へ供給される原料ガスを平均化
すればよい。要はガス噴出孔の総合した開口面積で均一
化すればよい。さらにこの実施例では、原料ガスを下方
から供給し、下方から排気する装置について説明してい
る。しかし、原料ガスの流入は上方からでも、排気も下
方からでも本質的に均一性が得られればよい。

また、ガス導入管（２１）と対向した内側反応管（１３
）の内面には、複数のガス吸引排気孔（２２）・・・が
ガス導入管（２１）の各ガス噴出孔（２１ａ）乃至（２
１ｅ）に対応して一定間隔で設けられている。第５図は
ガス導入管（２１）と内側反応管（１３）に穿孔形成さ
れたガス吸引排気孔（２２）・・・どの位置関係を例示
したものである。第５図Ａは、ガス吸引排気孔（２２）
・・・をガス導入管（２１）に対向する内側反応管（１
３）の半面に千鳥状に穿孔形成した例で、第５図Ｂは、
内側反応管（１３）の全面にわたって千鳥状に穿孔形成
した例である。また第５図Ｃは、スリット状のガス吸引
排気孔（２２）を内側反応管（１３）の半面に穿孔形成
した例である。第５図りは、同様に内側反応管（１３）
の全面にわたって穿孔形成した例である。ここに例示し
たものは、内側反応管（１３）の半面あるいは全面にガ
ス吸引排気孔を穿孔形成したものである。しかし、これ
だけに限定されるものではなく、第５図Ｅのようにある
開き角θの部分にのみ穿孔形成しても良い。これらのガ
ス吸引排気孔（２２）・・・は内・外側反応管（１３）
（１１）間を介してマニホールド（１５）に設けられた
１本または複数本の排気ノズル（２３）に連通している
。つまり、ウェハ（Ｗ）間を通過した反応ガスは図示し
ない吸引ポンプによりガス吸引排気孔（２２）・・・か
ら吸引される。そして、内側反応管（１３）と外側反応
管（１１）との間を通って排気ノズル（２３）より排気
されるようになっている。なお、図中（２４）、　（２
５）、　（２６）、　（２７）、　（２８）は炉内を気
密に保持するためのシール部材である。

このように構成された熱処理装置でウェハ（Ｗ）に熱処
理を施す、ＳＬのエピタキシャル成長を例にとり説明す
る。先ず図示しない昇降装置により蓋体（１６）を下降
させ石英ガラス製のウェハボート（１８）を反応管外に
取り出す。このボート（１８）に多数枚のＳＬ単結晶ウ
ェハ（Ｖ）を一定間隔、例えば３／１６“ピッチでウェ
ハボート（１８）に移載保持する。

ここで蓋体（１６）を上昇させ内側反応管（１３）の下
端開口部に押し当てシール部材（２５）で塞ぐ。次にこ
の状態でヒータ（１２）に加熱電流を通電し、内側反応
管（１３）内に収納されたウェハ（す）を所定の温度ま
で昇温する。また、ガス導入管（２１）より窒素ガスを
例えば５〜１０　Ｑ　／　ｗｉｎ流し排気ノズル（２３
）に接続された吸引ポンプにより反応管内を例えば１０
−２〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒとなるまで排気し空気を置換す
る。

この後ガスを止め、反応管内圧力を例えば１０″″〜１
０””　Ｔｏｒｒとなるように高真空置換を行う。さら
に今度は水素ガスを例えば５〜Ｉｏｎ／ｍｉｎパージし
、反応管内圧力が例えば１〜２　Ｔｏｒｒとなるように
し還元雰囲気とする。ここで、水素ガス中に約１〜５％
ｖｏ１．どなるように塩化水素ガスを混入させウェハの
表面をエツチングする。そして、ウェハ（Ｖ）の表面に
形成されている自然酸化膜等を除去する。

これによりウェハ（Ｗ）の清浄面を露出させる。Ｓｉソ
ースガスとして例えばジクロルシラン（ＳｉＨ，Ｃ１，
）ガスを１〜２　Ｑ　／ｍｉｎ水素ガス２０　Ｑ　／　
ｍｉｎ中に混入しエピタキシャル成長を開始する。この
時塩化水素は少量（０，ＩＱ／ｍｉｎ程度）流しておい
ても良い。

そしてガス導入管（２１）より各ウェハ（ｌｉｔ）間に
導入されたＳｉソースガス等は各ウェハ（り間を通過す
る。この後、Ｓｉソースガス等は、ガス導入管（２１）
に対峙して設けられた内側反応管（１３）のガス吸引排
気孔（２２）・・・から吸引排気される。この際、保温
筒（１７）をモータ（１９）により定速度で回転させる
。

これによりウェハ（讐）が支持されているウェハボート
（１８）が回転する。そしてウェハ（ｌｉｔ）面内に成
長される薄膜の厚みの均一性がさらに良くなる。

また、この時、設定された導電率、比抵抗とするために
ドーピングガスをわずかに添加する。約１０分間の成長
で２〜５μｓのエピタキシャル層を形成する。この後、
Ｓｉソースガスを止め反応管内を水素ガスでパージする
。この数分後、降温を開始する。反応管内が６００±２
００℃となったのを確認し、窒素ガスのパージに切換え
る。しばらくの間窒素ガスのパージと吸引ポンプによる
排気を実施する。

この後、吸引ポンプを停止し反応管内が大気圧に戻った
ことを確認してから蓋体（１６）を下降させてウェハ（
Ｗ）を反応管外へ取り出す。　これらの一連の操作で一
回の成長を終える。−回の成長の終了したところで再び
ウェハ（Ｖ）を載置しないウェハボート等を蓋体（１６
）により昇降装置にて上昇させ内側反応管（１３）の下
端開口部を塞ぐ。そして、排気ノズル（２３）に繋がる
吸引ポンプを作動させる。

また、ガス導入管（２１）を利用してアルゴンガスペー
スの三弗化塩素（ＣＱＦ３）　１〜２０％ｖｏ１．の混
合ガスを反応管内に導入し約ｌＯＯ〜１５０Ｔｏｒｒか
それ以上に保つ、この場合、温度は、１５０〜５００℃
で一定温度に維持する。このような手段により石英治具
類例えば、ウェハボート（１８）や内側反応管（１３）
、ガス導入管（２１）等に析着したＳｌをドライエツチ
ングする。この工程により、ガス導入管（２１）の噴出
孔や内側反応管（１３）のガス吸引孔には毎回のエピタ
キシャル成長時に一定のガスフローパターンが形成され
る。これによりバッチ毎のウェハに形成される膜質と膜
厚の均一性が確保される。但し、このアルゴンベース三
弗化塩素によるエツチングの工程は毎回毎回エピタキシ
ャル成長後に実施するのが好ましい。しかし１反応ガス
の流量割合によっては数回の成長後に一回実施すること
もある。

なお、上記実施例では本発明を縦型炉に適用したものに
ついて説明したが、横型炉にも適用可能であることは説
明するまでもない。

また、内側反応管の壁に形成された排気孔は、各々のガ
ス噴出孔に対応した位置、及び開口面積に亘って多数個
形成するのが好ましい。

ガス噴出孔の少なくとも内周面部分には、保護膜を形成
するのが好ましい。保護膜は、例えばＰＶＤ法にて形成
したＳｉＣ膜で構成するのが望ましい。

以上述べたようにこの実施例によれば１反応管を内側反
応管と外側反応管で構成し、内側反応管内には、排気ノ
ズルを設けずに被処理体内に反応ガスを供給するガス導
入管を設けている。更に。

内側反応管の壁に排気孔を開口すると共に、内側反応管
と外側反応管間の間隙部に排気手段を接続している。

このため、被処理体の表面に高品質の薄膜を均一な膜厚
でしかも高い生産性の下に製造することができる。

また、反応管内に排気ノズルを設ける必要がない。この
ため、反応管を小径化できると共に、装置の稼働率を向
上させることができる。

また、各ガス噴出孔より噴出される原料ガスの噴出量を
均一にすることができるので、被処理体の表面に一定厚
さの気相成長層を形成することができ、歩留りの向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための熱処理
装置の構成図、第２図は第１図ガス導入管の説明図、第
３図は第１図ガス導入管の他の実施例説明図、第４図は
第３図のガス導入管の■■線に沿う断面図、第５図は第
１図ガス導入管と内側反応管に形成された吸引排気孔と
の位置関係説明図、第６図は従来の熱処理装置の構成を
示す説明図、第７図は第６図ガス導入管内の圧力勾配を
示す説明図である。１１・・・外側反応管１５・・・マニホールド１８・・・ウェハボート２２・・・ガス吸引排気孔１３・・・内側反応管１６・・・蓋体２１・・・ガス導入管２３・・・排気ノズル第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が開口した外側反応管と、前記外側反応管の
周囲に配設された加熱手段と、前記外側反応管内に所定
間隔を設けて内設された内側反応管と、前記内側反応管
内に出入れ自在に設けられ、かつ、多数枚の被処理体を
所定間隔で搭載するボートと、前記内側反応管内に設け
られ、前記被処理体間に反応ガスを供給するガス導入管
と、前記内側反応管の壁に開口された排気孔と、前記排
気孔、前記内側反応管と前記外側反応管間の間隙部に設
けられた排気手段とを具備する熱処理装置。
（２）ガス導入管が複数本設けられている請求項１記載
の熱処理装置。
（３）ガス導入管は、被処理体の表面と平行に反応ガス
を供給する多数個のガス噴出口を所定間隔で設けている
請求項１記載の熱処理装置。
（４）ガス噴出口の開口面積は、ガス導入管の根元側か
ら先端側に向って次第に大きく設定されている請求項３
記載の熱処理装置。
（５）排気孔は、ガス噴出口に対応して内側反応管の管
壁に設けられている請求項３又は４記載の熱処理装置。