JPH0382125A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0382125A
JPH0382125A JP21889589A JP21889589A JPH0382125A JP H0382125 A JPH0382125 A JP H0382125A JP 21889589 A JP21889589 A JP 21889589A JP 21889589 A JP21889589 A JP 21889589A JP H0382125 A JPH0382125 A JP H0382125A
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reduced
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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】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術(第5図、第6図) 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 ■第1の発明の実施例(第1図。
■第2の発明の実施例(第3図) ■第3の発明の実施例(第4図) 発明の効果 第2図) 〔概 要〕 半導体製造装置に関し、更に詳しく言えば加熱処理によ
り半導体基板上に薄膜を形成する加熱装置に関し、 含有不純物や欠陥の少ない、膜質の良い薄膜を形成する
ことができる加熱装置を提供することを目的とし、 第1の減圧室と、前記第1の減圧室内に設けられ、前記
第1の減圧室とは圧力が独立に制御される第2の減圧室
と、前記第2の減圧室を加熱する手段と、前記第1およ
び第2の減圧室内にそれぞれ別々にガスを導入する第1
及び第2のガス導入口と、前記第1および第2の減圧室
内をそれぞれ別々に排気する第1及び第2の排気口とを
含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体製造装置に関し、更に詳しく言えば加
熱処理により半導体基板上にfH!51を形成する加熱
装置に関する。
近年、半導体装置の高密度化にともなう比例縮小則に従
い、ゲート酸化膜の膜厚も非常に薄くなってきている。
このため、膜厚を精度良く制御してゲート酸化膜を形成
できる加熱装置が要望されている。
〔従来の技術〕
従来、加熱炉の炉心管にSi基板を入れて酸素ガスを流
し、Si基板を加熱してSi基板表面にSiO□膜を形
成しているが、酸素ガスの量を微量に制御出来ないため
ゲート酸化膜など薄い膜厚の酸化膜の形成には不適当で
ある。このため、減圧雰囲気中で酸素の量を微量に制御
して酸化膜厚を調整することが行われている。この場合
、精度向上のためには炉心管内部を高真空雰囲気に減圧
して加熱するため、炉心管に石英を用いると石英が熱の
ため変形してしまうという不都合がある。
このため、内部を減圧しても変形しにくいステンレス製
の減圧処理室を用いている。
第5図は、従来例のSi基板に薄い膜厚の酸化膜を形成
するための加熱装置の構成国である。
同図において、1はステンレスからなる減圧処理室、2
は減圧処理室l内へのガス導入口、3は減圧処理室1内
の排気口、4はウェハ7の加熱用のヒータ、5は石英か
らなる載置台である。
次に、この装置を用いてSt基vi、(ウェハ)上に薄
いゲート酸化膜を形成する場合について第6図(a)〜
(e)及び第5図を参照しながら説明する。
第6図(a)は、酸化前のウェハの断面図で、図中符号
8はSi基板(ウェハ)、9は素子分離のためのフィー
ルド酸化膜、10は自然酸化膜である。
まず、第5図に示すように、このウェハ7を石英からな
るウェハ保持具6に積載してsiW台5の上に載置する
。続いて、排気口3より減圧処理室1内を超高真空まで
排気して室内が所定の圧力に達した後、ヒータによりウ
ェハ7を加熱する。そして、温度が約1000℃になっ
たらそのまま保持する。
次に、ガス導入口2から水素ガスを導入する。
その結果、水素ガスは自然酸化11110と反応して自
然酸化膜10は除去される。
続いて、水素ガスを止め、微量の酸素ガス、または不活
性ガスで希釈した酸素ガスをガス導入口2から減圧処理
室1内に導入する。所定時間の加熱の後、St基板8上
には約100人のゲート酸化膜11が形成される(同図
(b))。
次に、ゲート酸化膜11の上にポリシリコン膜12を形
成した(同図(C))後、これをバターニングしてゲー
ト電極12aを形成する(同図(d))。
その後、同図(e)に示すように、通常の工程を経て半
導体装置が完成する。なお、同図(e)において、13
a&び13bはn−型のS / D 1M域、14a及
び14bはnI型のS / D fiJI域、15はS
i0g膜、16a及び16bはポリシリコンからなるS
/D引出し電極、17a及び17bはS/D配線電極で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、減圧処理室1のステンレスが加熱されると、
ステンレスの表面に付着している水分その他のガスやス
テンレス内部に含まれる金属粒子などのガスが発生する
。そして、これら不純物のガス粒子はSi基板8の表面
に付着し、形成されるゲート酸化膜11には、これらの
ガス粒子が含有されたり、これらのガス粒子に起因する
欠陥などが生じたりする。このため、特性が変動したり
、ゲート酸化膜11の絶縁破壊電圧が低下したりすると
いう問題がある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、含有不純物や欠陥の少ない、膜質の良い薄膜を形成す
ることができる加熱装置を提供することを目的とするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、第1に、第1の減圧室と、前記第1の減圧
室内に設けられ、前記第1の減圧室とは圧力が独立に制
御される第2の減圧室と、前記第2の減圧室を加熱する
手段と、前記第1および第2の減圧室内にそれぞれ別々
にガスを導入する第1及び第2のガス導入口と、前記第
1および第2の減圧室内をそれぞれ別々に排気する第1
及び第2の排気口とを有することを特徴とする半導体製
造装置によって解決され、 第2に、第1の減圧室と、前記第1の減圧室内の第2の
減圧室と、前記第2の減圧室を加熱する手段と、前記第
1および第2の減圧室内にそれぞれ別々にガスを導入す
る第1及び第2のガス導入口と、前記第1および第2の
減圧室内をそれぞれ別々に排気する第1及び第2の排気
口と、前記第2の減圧室にバルブを介して接続され、独
立に減圧可能なロードロック室とを有することを特徴と
する半導体製造装置によって解決され、第3に、第1又
は第2の発明の半導体製造装置の第1の減圧室の第1の
ガス導入口及び第1の排気口をそれぞれ開閉する第1及
び第2のバルブと、第1又は第2の発明の半導体製造装
置の第2の減圧室の第2のガス導入口及び第2の排気口
をそれぞれ開閉する第3及び第4のバルブと、前記第1
の減圧室内の圧力を測定する第1の測定手段と、前記第
2の減圧室内の圧力を測定する第2の測定手段と、前記
第1及び第2の測定手段により測定される圧力を監視し
て第1.第2.第3及び第4のバルブを調整し、前記第
1および第2の減圧室内の圧力をそれぞれ所定の圧力に
保持する手段とを有することを特徴とする半導体製造装
置によって解決される。
〔作 用〕
第1の発明の半導体製造装置においては、第1の減圧室
とその内部に第2の減圧室とを有し、それぞれ独立に減
圧可能になっている。
このため、第2の減圧室内外の圧力差を必要最小限に小
さく出来る。これにより、第2の減圧室として金属粒子
などの不純物粒子の発生の少ない石英管を用いて加熱処
理を行う場合でも、圧力差による石英管の変形を防止す
ることが出来る。
また、第1および第2の減圧室には別々に第1及び第2
の排気口と第1及び第2のガス導入口とを備えているの
で、個々独立に第1および第2の減圧室内の圧力を調整
できる。このため、第2の減圧室内の圧力を常に第1の
減圧室内の圧力よりも大きくすることが出来る。従って
、第2の減圧室の外部の第1の減圧室の壁やヒータから
発生する金属などの不純物粒子が圧力差により第2の減
圧室の壁を通過して第2の減圧室内にしみ出すのを防止
することが出来る。
また、第2の発明の半導体製造装置においては、第2の
減圧室にバルブを介して接続され、独立に減圧可能なロ
ードロック室を有している。
従って、ロードロツタ室を減圧することにより、第2の
減圧室を減圧したままの状態でロードロック室と第2の
減圧室との間の室内圧力の釣合いをとることができるの
で、第2の減圧室内を減圧状態に保持したままウェハの
出し入れを行うことができる。このため、従来、第2の
減圧室内を大気圧にするため導入しているガスに含まれ
る金属や水分などの不純物粒子により第2の減圧室内が
汚染されるのを防止することができる。
更に、第3の発明の半導体製造装置によれば、第2の減
圧室内で被処理物を加熱処理中、反応ガスを導入したり
止めたりする際変化する室内圧力を監視し、この圧力の
変化に追随してガス導入口や排気口に備えられた各バル
ブの開閉度を制御手段により調整することにより、自動
的に第2の減圧室内の圧力を第1の減圧室内の圧力より
も必要な圧力だけ常に大きくなるようにすることができ
る。
これにより、更に確実に第1の減圧室やヒータから発生
する不純物粒子が第2の減圧室の壁を通過して第2の減
圧室内にしみ出すのを防止することができ、かつ第2の
減圧室として石英管を用いて加熱処理を行う場合、石英
管内外の圧力差による石英管の変形を更に確実に防止す
ることが出来る。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図を参照しながら具体的
に説明する。
■第1の発明の実施例 第1図は、第1の発明の実施例の半導体基板に薄い酸化
膜を形成するための加熱装置の構成国である。
同図において、18はステンレスからなる減圧室(第1
の減圧室)、19は減圧室18内への第1のガス導入口
、20は減圧室18内の第1の排気口、21は減圧室1
8内の石英からなる減圧処理室(第2の減圧室)、22
は減圧処理室21内への第2のガス導入口、23は減圧
処理室21内の第2の排気口、24は減圧処理室21内
を減圧状態に保つためのバルブ、25はウェハ出入口、
26はウェハ28の加熱用のヒータである。
次に、この装置を用いてSt基板上に薄いゲート酸化膜
を形成する場合について第1図及び第2図(a)〜(e
)を参照しながら説明する。
第2図(a)は、ゲート酸化膜形成前のウェハの断面図
で、図中符号47はSt基板、48は素子分離のための
フィールド酸化膜、49は自然酸化膜である。
まず、第1図に示すように、このウェハ28をウェハ保
持具27に載置し、バルブ24を開けて予め大気圧にさ
れている減圧処理室21内に導入する。その後、バルブ
24を閉める。
続いて、第1及び第2の排気口20及び23より別々に
減圧室18内及び減圧処理室21内を排気する。そして
、減圧室18内及び減圧処理室21内の圧力がそれぞれ
I X1ll’〜I Xl0−”Torr/lXl0−
”〜I X 10−”Torrになるように排気量を8
P1節する。目標の圧力に達した後、ヒータ26により
ウェハ28を加熱する。そして、温度が約1000°C
になったらそのまま保持する。
次に、第2のガス導入口22から水素ガスを導入する。
その結果、水素ガスは自然酸化膜49と反応して自然酸
化膜49は除去される。このとき、同時に第1のガス導
入口19からも窒素ガスを導入して圧力差がほぼlXl
0−”〜I Xl0−’Torrになるように一定に保
つ。
続いて、水素ガスを止め、微量の酸素ガス、または不活
性ガスを希釈した酸素ガスを第2のガス導入口22から
減圧処理室21内に導入する。このとき、同時に第1の
ガス導入口19から窒素ガスを導入して圧力差がほぼI
 Xl0−”〜lXl0−’Torrになるように一定
に保つ、そして、所定時間の加熱の後Si基板47上に
は約100人のゲート酸化膜50が形成される(第2図
(b))。
この場合、酸素の量を微量に調整することができ、自然
酸化膜を無くすことができるので、薄い膜厚のゲート酸
化膜の形成制御を容易に行える。
また、減圧処理室21内の圧力を減圧室18内の圧力よ
りも常に大きくしているので、ステンレスからなる減圧
室18の壁やヒータから発生する金属などの不純物粒子
が圧力差によって減圧処理室・21の壁を通過してしみ
出すのを防止することができる。従って、このようにし
て作成されたゲート酸化膜50は不純物粒子の含有量が
少なく、かつ欠陥の少ない良質な膜となる。
次に、ゲート酸化膜50の上にポリシリコン膜51を形
成した(第2図(C))後、これをバターニングしてゲ
ート電極51aを形成する(第2図(d))。
その後、第2図(e)に示すように、通常の工程を経て
半導体装置が完成する。なお、同図(e)において、5
2a及び52bはn−型のS / D flJI域、5
3a及び53bはn9型のS / D 9M域、54は
5iO1膜、55a及び55bはポリシリコンからなる
S/D引出し電極、56a及び56bはS/D配線電極
である。
以上のように、第1の発明の実施例の加熱装置によれば
、減圧処理室21内の圧力を減圧室18内の圧力よりも
大きく、かつその圧力差を必要最小限に小さく保つこと
が出来るので、圧力差と熱による減圧処理室21として
の石英管の変形を防止でき、かつ第2図(b)に示すよ
うに、良質な薄い膜厚のゲート酸化膜50を形成できる
。これにより、高いゲート絶縁耐圧を有するトランジス
タを得ることができ、トランジスタの歩留りの向上に寄
与する。
■第2の発明の実施例 第3図は、第2の発明の実施例で、減圧処理室の入口及
び出口にバルブを介してロードロック室を設けることに
より、ウェハの出し入れの際、減圧処理室を減圧状態に
保持したままでもロードロック室を減圧して減圧処理室
内の圧力と釣合いをとることで、減圧処理室内を常に減
圧状態に保持しておくことが出来るようにしたものであ
る。
同図において、57はステンレスからなる減圧室(第1
の減圧室)、58は減圧室57内への第1のガス導入口
、59は減圧室57内の第1の排気口、60は石英から
なる減圧処理室(第2の減圧室)、61は減圧処理室6
0内への第2のガス導入口、62は減圧処理室60内の
第2の排気口、63は減圧処理室60内を減圧状態に保
持しておくための人口側ロードロック室66との間を仕
切るバルブ、64は入口側ロードロック室66へのガス
導入口、65は人口側ロードロック室66の排気口、6
7は入口側ロードロック室66を密閉するためのバルブ
である。
また、68は減圧処理室60内を減圧状態に保持してお
くための出口側ロードロック室71との間を仕切るバル
ブ、69は出口側ロードロツタ室71へのガス導入口、
70は出口側ロードロック室71の排気口、72は出口
側ロードロック室71を密閉するためのバルブ、73は
加熱用のヒータである。
次に、この加熱装置を用いて、例えばSi基板上にゲー
ト酸化膜を形成する場合について第3図を参照しながら
説明する。
まず、予め大気圧にされている入口側ロードロック室6
6のバルブ67を開けた後、ウェハを人口側ロードロッ
ク室66に入れる。
次に、排気口65により人口側ロードロック室66内を
排気する。そして、入口側ロードロック室66内の圧力
が予め減圧されている減圧処理室60内の圧力にほぼ等
しくなってから、バルブ63を開けてウェハを減圧処理
室60内に搬入する。
続いて、バルブ63を閉めた後、第2のガス導入口61
からまず水素ガスを導入し、Si基板上の自然酸化膜と
反応させて自然酸化膜を除去する。
次いで、水素ガスを止めた後、微量の酸素を導入して加
熱処理をし、Si基板上に薄い膜厚のゲート酸化膜を形
成する。このとき、窒素ガスを第1のガス導入口5日か
ら減圧室57内に導入し、減圧処理室60の圧力が減圧
室57の圧力よりも約1×104〜I X 10−’T
orrだけ大きくなるように澗整する。これにより、減
圧処理・室60としての石英管内外の圧力差と熱とによ
る石英管の変形を防止するとともにステンレスからなる
減圧室57の壁やヒータ73から発生する不純物粒子が
圧力差により石英管の壁を通過して石英管内にしみだす
のを防止することができる。
次に、所定時間加熱処理をおこなった後、酸素ガスの導
入を停止する。その後、バルブ68を開けて、ウェハを
減圧処理室60から予め減圧されている出口側ロードロ
ック室71に搬出する。
次に、バルブ68を閉めた後、ガス導入口69から窒素
ガスを出口側ロードロック室71に導入して室内を大気
圧にする。このとき、減圧処理室60内は減圧状態に保
たれたままとなっており、従来ウェハの出し入れの際大
気圧にするため導入しているガスを減圧処理室60内に
導入する必要がない、このため、このガス中に含まれる
金属や水分などの不純物粒子による減圧処理室6′o内
の汚染を防止でき、減圧処理室60内を常に清浄に保つ
ことが出来る。これにより、減圧処理室60内でSi基
板上にゲート酸化膜を形成する場合、更に膜質のよいゲ
ート酸化膜を形成することが出来る。
その後、バルブ72を開けてウェハを取り出す。
なお、上記の実施例ではロードロック室66゜71を入
口側及び出口側に2つ設けてウェハの入口と出口とを別
々にした場合について第2の発明の半導体製造装置を適
用したが、ロードロック室を1つだけ設けてウェハの出
し入れを−か所で行うようにする場合にも適用できる。
■第3の発明の実施例 第4図は第3の発明の実施例の加熱装置の構成国である
第3の発明の加熱装置の特徴は、第1又は第2の発明の
加熱装置の減圧室内及び減圧処理室内の圧力を監視し、
自動的に圧力を調整するための制御手段としての制御装
置を設けて、減圧室内及び減圧処理室内の圧力差を必要
最小限に小さく、かつ常に一定に保つことができるよう
にしたことである。
同図において、29はステンレスからなる減圧室(第1
の減圧室)、30は減圧室29内への第1のガス導入口
、31は第1のガス導入口30を開閉するための第1の
バルブ、32は減圧室29内の第1の排気口、33は第
1の排気口32を開閉するための第2のバルブ、34は
減圧室29内の圧力計である。
また、35は石英からなる減圧処理室(第2の減圧室)
、36は減圧処理室35内への第2のガス導入口、37
は第2のガス導入口36を開閉するための第3のバルブ
、38は減圧処理室35内の第2の排気口、39は第2
の排気口38を開閉するための第4のバルブ、40は減
圧処理室35の減圧状態を保持するためのバルブ、41
はウェハ出入口、42は減圧処理室35内の圧力計、4
3は減圧処理室35内のウェハを加熱するためのヒータ
である。
更に、44は減圧室29内及び減圧処理室35内の圧力
の制御手段としての制御装置で、圧力計34.42によ
りそれぞれ減圧室29内、減圧処理室35内の圧力を監
視し、減圧処理室35内の圧力が減圧室29内の圧力よ
りも常にほぼ1×10−2〜1×10引Torrだけ大
きくなるように第1゜第2.第3及び第4のバルブの開
閉度を調整する。
このような加熱装置によれば、第1又は第2の発明の詳
細な説明した減圧室29内及び減圧処理室35内の圧力
調整を自動的に行うことができるので、第1又は第2の
発明の作用効果を更に確実に達成できる。
〔発明の効果〕
以上のように、第1の発明の半導体製造装置によれば、
第2の減圧室内外の圧力差を必要最小限に小さく出来る
ので、第2の減圧室として石英管を用いて加熱処理を行
う場合でも、圧力差による石英管の変形を防止すること
が出来る。
しかも、第2の減圧室内の圧力を常に第1の減圧室内の
圧力よりも大きくすることが出来るので、ステンレスか
らなる第1の減圧室やヒータから発生する金属などの不
純物粒子が圧力差により第2の減圧室の壁を通過して第
2の減圧室内に混入するのを防止することができる。
このため、加熱処理により第2の減圧室内の半導体基板
上に薄膜を形成する場合、形成される薄膜中の含有不純
物や欠陥の少ない薄膜を形成することができる。
これにより、この装置を用いてトランジスタのゲート酸
化膜を形成した場合、miのよいゲート酸化膜を形成で
きるので、高いゲート絶縁耐圧を得ることができ、歩留
りの向上を図ることが出来る。
また、第2の発明の半導体製造装置によれば、ウェハの
出し入れの際、第2の減圧室を常に減圧状態に保持でき
るので、従来ウェハの出し入れの際大気圧にするため導
入しているガスを第2の減圧室内に導入する必要がない
このため、このガス中に含まれる金属や水分などの不純
物粒子による汚染を防止でき、第2の減圧室内を常に清
浄に保つことが出来る。
従って、この装置を用いてトランジスタのゲート酸化膜
を形成した場合、上に述べた第1の発明の半導体製造装
置の効果も加わり、更に膜質のよいゲート酸化膜を形成
できるので、半導体装置の歩留りを更に向上させること
が出来る。
また、第3の発明の半導体製造装置によれば、第1又は
第2の発明の半導体製造装置の第1の減圧室内及び第2
の減圧室内の圧力調整を自動的に行えるので、石英管か
らなる第2の減圧室の変形も更に確実に防止することが
出来、また、更に確実に第1の減圧室やヒータから発生
する不純物粒子が第2の減圧室の壁を通過して第2の減
圧室内にしみださないようにすることができる。これに
より、更に膜質のよい薄膜を形成でき、従って半導体装
置の歩留りを更に向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、第1の発明の実施例の加熱装置の構成図、 第2図は、第1の発明の実施例の加熱装置を用いた絶縁
ゲート型電界効果トランジスタの作成方法を説明する断
面図、 第3図は、第2の発明の実施例の加熱装置の構成図、 第4図は、第3の発明の実施例の加熱装置の構成図、 第5図は、従来例の加熱装置の構成図、第6図は、従来
例の加熱装置を用いた絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの作成方法を説明する断面図である。 〔符号の説明〕 l・・・減圧処理室、 2.64.69・・・ガス導入口、 3.65.70・・・排気口、 4.26.43.73・・・ヒータ、 5・・・載置台、 6.27・・・ウェハ保持具、 728・・・ウェハ、 8.47・・・Si基板、 9.48・・・フィールド酸化膜、 10.49・・・自然酸化膜、 11.50・・・ゲート酸化膜、 12.51・・・ポリシリコン膜、 12a、51a・・・ゲート電極、 13a、13b、14a、14b、52a、52b  
53a、53b・・・S/D領域、 15.54・・・5iOJ!、 16a、16b、55a、55b・S/D引出し電極、
17a、17b、56a、56b・S/D配線電極、1
8.29.57・・・減圧室(第1の減圧室)、19.
30.58・・・第1のガス導入口、20.32.59
・・・第1の排気口、21.35.60・・・減圧処理
室(第2の減圧室)、22.36.61・・・第2のガ
ス導入口、23.38.62・・・第2の排気口、24
.40,63,67.68.72・・・バルブ、25.
41・・・ウェハ出入口、 31・・・第1のバルブ、 33・・・第2のバルブ、 34.42・・・圧力計、 37・・・第3のバルブ、 39・・・第4のバルブ、 44・・・制御装置、 66・・・人口側ロードロツタ室、 71・・・出口側ロードロツタ室。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の減圧室と、 前記第1の減圧室内に設けられ、前記第1の減圧室とは
    圧力が独立に制御される第2の減圧室と、前記第2の減
    圧室を加熱する手段と、 前記第1および第2の減圧室内にそれぞれ別々にガスを
    導入する第1及び第2のガス導入口と、前記第1および
    第2の減圧室内をそれぞれ別々に排気する第1及び第2
    の排気口とを有することを特徴とする半導体製造装置。
  2. (2)第1の減圧室と、 前記第1の減圧室内の第2の減圧室と、 前記第2の減圧室を加熱する手段と、 前記第1および第2の減圧室内にそれぞれ別々にガスを
    導入する第1及び第2のガス導入口と、前記第1および
    第2の減圧室内をそれぞれ別々に排気する第1及び第2
    の排気口と、 前記第2の減圧室にバルブを介して接続され、独立に減
    圧可能なロードロック室とを有することを特徴とする半
    導体製造装置。
  3. (3)請求項1又は請求項2記載の第1の減圧室の第1
    のガス導入口及び第1の排気口をそれぞれ開閉する第1
    及び第2のバルブと、 請求項1又は請求項2記載の第2の減圧室の第2のガス
    導入口及び第2の排気口をそれぞれ開閉する第3及び第
    4のバルブと、 前記第1の減圧室内の圧力を測定する第1の測定手段と
    、 前記第2の減圧室内の圧力を測定する第2の測定手段と
    、 前記第1及び第2の測定手段により測定される圧力を監
    視して第1、第2、第3及び第4のバルブを調整し、前
    記第1および第2の減圧室内の圧力をそれぞれ所定の圧
    力に保持する手段とを有することを特徴とする半導体製
    造装置。
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