JPH04206629A - 縦型熱処理装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、縦型熱処理装置に係り、特に膜厚の均一性を
保持しつつ発塵を抑制して、スルーブツトを向上できる
縦型熱処理装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、半導体ウェハからＩＣチンブ完成までの各工程
においては多数の微細加工が行われることから、高歩留
りを達成するために、ごみなどの微細な異物乃至パーテ
ィクルを各工程から排除しなければならないことは、す
でに知られている。

また、ＩＣチップの特性の安定化、すなわち所望の電気
的特性を得るためには、例えばＣＶＤ装置による半導体
ウェハ上への成膜処理において膜厚の面内均一性を向上
させなければならない。この成膜処理は、例えば減圧Ｃ
ＶＤ装置のような熱処理装置により行われ、例えばジシ
ラン（Ｓｉ２Ｈ６）とホスフィン（ＰＨ３）とを用いて
リン添加シリコン膜を成膜する場合には、通常、成膜ガ
スであるジシランの分解温度である約５００℃に熱処理
装置内を均一に加熱した状態で成膜を行う。

このジシランは、高温の反応容器内で下記に示すように
熱分解される。

５ｉｚＨ６→Ｓ　ｉ　Ｈ２ｔ　Ｓ　ｉ　Ｈ４ＳｉＨ４→
ＳｉＨ２＋Ｈ２ Ｓ１Ｈ２→Ｓｉ＋８２ ここて゛、モノンラン′（ＳｉＨ４）は、いわゆる反応
律速の反応状態となり、この成分からはウェハ面内に膜
厚の均一性の良好な成膜が得られる。

しかしながら、シリレン（ＳｉＨ２）は、反応の活発な
反応状態である所謂、供給律速の反応状態となり、この
結果、成膜ガスが多く供給されることになるウェハ周縁
の膜厚がその中心部に比較して厚くなってしまい、面内
の膜厚均一性を充分に達成することができない場合が生
じた。

そこで、この問題点を解決するために例えばケージボー
ト、リングボートなどを使用した実開平１−１７３９３
６号公報に示す如き縦型ＣＶＤボートが開発された。こ
のボートは、このボートを囲む様になした石英よりなる
筒体状のカバーを有しており、このカバーはその内部へ
のウェハの挿脱を可能とするために縦方向に２分割可能
になされている。このカバー内に、この内壁に設けた載
置部に水平方向に支持されたウェハがカバーの上下方向
に沿って適宜の間隔づつ隔てて複数枚配設されている。

そして、カバーの側部及び上部には、処理ガスを通過さ
せるためのスリント或は孔の如き多数のガス通路が形成
されている。成膜形成時には、カバー内にウェハを収容
した状態で、このカバー全体を反応容器内に収容し、通
常の成膜処理を行う。すなわち、反応容器内へ導入され
た処理ガスは、カバーのガス通路を通過してその内部の
ウェハに達してこれと接触し、薄膜が形成されることに
なる。この場合、反応の活発な所謂、供給律速の反応状
態にあるシリレンはカバーの外壁と接触した時に反応し
、この外壁にシリコンを付着させることになる。従って
、ガス通路を通過してウェハと接触するシリレンは非常
に少なくなり、ウェハへの成膜は供給律速の反応状態に
あるモノシランが主に関与することになる。この結果、
膜厚が比較的均一な良好なウェハを得ることができた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来例にあっては、ウェハをボ
ートに装入あるいはボートより取り外す際に、その都度
、カバー全体を反応容器から系外に排比し、カバーを開
閉しなければならなかった。

そのため、開閉に伴う機械的摩擦等により、カバーに付
着していたシリコンなどが剥離したりし、その結果、半
導体製造過程において不良の原因となるパーティクルを
大量に発生し、半導体最終製品において不良品の増加を
招来する場合があった。

また、上述のごとくカバー全体を高温の反応容器から比
較的低温の系外へ出してしまっているのでこのカバーが
冷却されてしまう。このため、特に熱容量の大きなカバ
ーを再度反応容器内に挿入して装填した場合には、カバ
ーを再度加熱して反応容器全体を均熱状態にもっていく
までに比較的長い時間を費やしてしまい、その結果、製
造効率が低下し、スルーブツトが悪くなるという問題が
あった。

また更には、カバーを開閉して、ウェハを着脱しなけれ
ばならないことから、装置自体の自動化を図るのが比較
的困難であるという問題点があった。

その上、複雑な構造の石英類を必要として非常に壊れや
すく取り扱いにも注意を必要とした。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に
解決すべく創案されたものである。

本発明の目的は、膜厚の均一性を保持しつつ発塵を抑制
して、スルーブツトを向上できる縦型熱処理装置を提供
するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決するために、処理ガスが導
入され、長手方向がほぼ垂直方向に向けられると共に下
端に開口部が形成された筒体状の反応容器と、該容器内
に収容されると共に被処理体を保持するための熱処理用
ボートとを備えた縦型熱処理装置において、前記反応容
器と前記熱処理用ボートとの間に、前記処理ガスを通過
させる開口通路部を有す筒体状の処理容器を前記熱処理
用ボートを囲むように設け、前記熱処理用ボートを前記
処理容器内に、挿脱自在に設けるようにし、これにより
筒体状の処理容器を高温反応容器内に常駐させて、発塵
の防止とスルーブツトの向上を′図ったものである。

■作用１ 本発明によれば、以上のように縦型熱処理装置を構成し
たので、成膜操作時においては、反応容器内へ導入され
た処理ガスは上記反応容器の内側に設けた処理容器の外
壁と反応成膜しつつ開口通路部を介して処理容器内に入
り、熱処理用ホードに支持した複数のウェハと反応して
薄膜が形成される。このとき、処理ガスが処理容器の外
壁と反応した際に、供給律速の反応状態であることから
活発な反応状態にある分解ガス成分、例えばシリレンは
その外壁と反応してそこにシリコンを堆積する。一方、
反応律速の反応状態にある分解ガス成分、例えばモノシ
ランはウェハ面に膜厚が均一で良好な成膜を堆積させる
。

また、熱処理用ボートにウェハを移載する場合には、処
理容器を反応容器の凸部に支持させてボートとウェハの
みを系外に排出し、ウェハの着脱を行う。従って、従来
系外に排出していた処理容器即ちカバーをウェハ着脱に
伴って冷却すること仁ないし、また、この処理容器を開
閉することもないのて゛不必要なパーティクルを発生す
る二ともない。

［実施例コ 以下に、本発明装置を縦型熱処理装置に適用した一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。

この縮型熱処理装置は、第１図に示す如く長手方向がほ
ぼ垂直方向に向けられた円筒体状の反応容器１を有して
おり。この反応容器１は例えば石英の如き耐熱材料より
なる下端開口の外筒２と、この外筒２内にその内壁より
適宜間隔離間させて同心状に収容された上下端開口の内
筒３とにより主に構成されており、二重管構造となって
いる。

この内筒３の上部は開放されており、後述するごとくこ
の開放部分を上昇した処理ガスは内筒３と外筒２との間
の間隙を介して系外へ排出するようになっている。また
、内筒３の内壁の上端部には、後述する処理容器を支持
するための例えば石英よりなる凸部４が、内筒３の径方
向内方へ所定の長さだけ突出させてもうけられている。

図示例にあっては、この凸部４は、内筒３の周方向に沿
って等間隔てもって４つ形成されているが、この数は限
定されないのは勿論である。

上記外筒２及び内筒３の下部は開放されていると共にこ
の開放部には例えばステンレス等よりなるマニホールド
５が係合され、上記筒２．３を支持するように設けられ
ている。このマニホールド５は図示しない基台に固定さ
れている。そして、上記反応容器１の周辺部には、これ
を囲むように例えば抵抗発熱体よりなる円筒状の加熱用
ヒータ６が設けられており、全体として熱処理部が構成
されている。

上記マニホールド５の上端開口端部および外筒２の下端
部には、フランジ６．７が環状に形成されると共にこれ
らフランジ６．７間には弾性部材よりなるＯリング８が
設けられており、これらの間を気密封止可能に構成して
いる。また、上記内筒３の下端部は、上記マニホールド
５の内壁の中段より内方へ突出させて形成した支持部９
に載置されている。また、マニホールド５の下段の一側
には、上方すなわち熱処理部に向けて曲折された例えば
石英からなる第１のガス導入管３０が、図示しないシー
ル部材を介して挿通されており、反応容器１内にドープ
用ガス、例えばホスフィンとヘリウムとの混合ガスを供
給するようになっている。この第１のガス導入管３０は
、上記したガスを貯蔵する図示しないガス供給源に接続
されている。また、マニホールド５の下段の他側には、
同じく上方に向けて曲折された例えば石英よりなる第２
のガス導入管３１が、図示しないシール部材を介して挿
通されており、反応容器１内に処理ガス、例えばジシラ
ンと窒素との混合ガスを供給するようになっている。こ
の第２のガス導入管３１は、上記したガスを貯蔵する図
示しないガス供給源に接続されている。更に、マニホー
ルド５の上段には、図示しない真空ポンプ等の排気系に
接続された排気管３３が接続されており、上記内筒３と
外筒２との間の間隙を流下する処理済ガスを系外に排出
し、反応容器１内を所定の圧力の減圧雰囲気に設定しう
るようになっている。そして、マ二ホールド５の下端部
の開口部には１例んばステンレス等よりなる円盤状のキ
ャップ部］０が、弾性部材よりなるＯリング１１を介し
て気密封止可能に着脱自在に取っ付けられている。

このキャップ部１ｏのほぼ中心部には、例えば磁気シー
ルにより気密な状態で回転可能な回転軸１２が挿通され
ている。この回転軸１２の下端部には、これを所定の速
度でもって回転するための回転機構１３が接続されてい
る。そして、この回転軸］２には、例えばボートエレベ
ータの如き昇降機［２０が取り付けられており、上記キ
ャップ部１０、回転軸１２及びこの上方に取り付けられ
る部材を一体的に上記熱処理部に向けて、ロード、アン
ロードして挿脱自在となるように構成されている。また
、この回転軸１２の上端部には、例えばステンレススチ
ールよりなる円盤状のターンテーブル１４が固定されて
いる。

このターンテーブル１４の上面には、上記内筒３の内壁
と所定の間隙を保持しつつ回転する石英よりなる保温筒
１５が設置されている。この保温筒１５の上端部には、
例えば石英よりなる熱処理用ボート１６が起立させて搭
載されており、このボート１６には、水平方向に配置さ
れた被処理体としての半導体ウェハ１７が、垂直方向に
沿って所定の間隔、例えば１３ｍｍ間隔でもって多数枚
、例えば６０枚積層載置されている。

そして、この熱処理用ボート１６と上記反応容器１の内
筒３との間に、本発明の特長とする処理容器２２が設け
られている。具体的には、この処理容器２２は、例えば
石英により、上端部は壁面を有し下端部が開放された円
筒体状に形成されており、その下端部の開放部より内部
に上記熱処理用ボート１６を収容しうるようになってい
る。この処理容器２２の側壁および天井部壁面には、第
３図にも示すごとく処理ガスを通過させるための複数の
開口通路部２３がほぼ均等の分布でもって形成されてい
る。具体的には、側壁に形成される開口通路部２３は、
所定の幅でもって処理容器２２の周方向へ所定の長さだ
け形成されたスリットよりなり、このスリットはその周
方向に沿って適宜開隔離間させて複数個配設されると共
に垂直方向においても適宜間隔離間させて複数個配設さ
れている。また、天井部壁面に形成される開口通路部２
３も同様に、平行に複数形成されたスリットにより構成
されている。この開口通路部２３は処理ガスが処理容器
２２内に偏りがなく均等に流入するようなされるのであ
れば、その開口形状あるいは配列等は限定されない。例
えば、第４図に示すごとく側壁の開口通路部２３を上下
に伸びる縦長のスリットにより構成しても良いし、また
、第５図に示すごとく開口通気部２３を円形状の貫通孔
により構成しても良い。

開口通路部２３の幅や、長さは、処理ガスが例えばジシ
ランの場合には、分解ガス成分であって供給律速の反応
状態となるシリレンが処理容器２２の外壁と反応して、
ここに充分にシリコンを付着堆積しえて、且つ処理容器
２２内への流入を抑制しうるような値に設定する。

一方、この処理容器２２の上端部の側壁には、径方向外
方へ突出された例えば石英よりなる係合部２４が、その
周方向に沿って適宜開隔′ｌｉ開させて複数個、図示例
にあっては４つ形成されており、前記反応容器１の内筒
３の上端部に形成された凸部４の上面に接触してこれと
係合し、この処理容器２２自体をつり下げうる様になっ
ている。また、付着したシリコンの除去作業時等にこの
処理容器２２を下方向へ抜き出し可能とするために、上
記隣接する係合部２４．２４の離間距離は、内筒３の凸
部４の周方向への長さよりも大きく設定し、これら係合
部２４と凸部４とが上下方向において干渉しない状態を
実現しうるようになっている。

そして、成膜時に上記係合を断ってこの処理容器２２の
回転を許容し、上記処理容器２２の下方開口端の蓋部を
形成するために、前記保温筒１５の上部には、例えば石
英よりなる環状の支持部材２５が設けられており、成膜
時に、この部材２５を上方に移動させて上記処理容器２
２を持ち上げて処理容器２２の下端部を閉じる構成にな
っている。従って、この支持部材２５の直径は、上記処
理容器２２の直径よりも僅かに大きく設定されており、
また、その周縁部は上方に向けて起立されており、回転
時に処理容器２２の脱落を防止している。更には、この
環状支持部材２５には、上方向に処理ガスを通気するた
めの複数の通気孔２７が形成されており、ボート１６内
の下方に位置するウェハに対しても必要な分解ガス成分
を充分に供給しうるようになっている。

このように構成された、装置の心臓部であるウェハ列部
を均一温度に保温するために前記加熱用ヒータ６の外周
及び上部にはこれを被うように断熱材として、例えばシ
リカブロックよりなる断熱体２８が形成されると共に、
さらにその外周には、内部を保護するための例えばステ
ンレスよりなるアウターシェル２９が形成されている。

そして、上記断熱体２８及びアウターシェル２９の下端
部は、ベースプレート４０に確実に固定されている。

次に、以上のように構成された縦型熱処理装置を用いて
、リン添加シリコン膜の成膜処理を行う場合について以
下に説明する。

まず、第２図に示す如く昇降機構２０を下げておくこと
により熱処理用ボート１６をアンロードの状態にして、
これに複数枚例えばウェハ間隔１３ｍｍでもって６０枚
の被処理体としてのウェハ１６を収容すると共に、ヒー
タ６に通電することにより装置の内部全体を例えば５０
０℃の均熱加熱状態にする。ここで、反応容器１内の処
理容器２２もこの内部で５００°Ｃに既に加熱されてい
る。

次いで、昇降機構２０を駆動して熱処理用ボート１６を
反応容器１内に第１図に示す如くロードする。このとき
内部温度を５００℃に維持するとともに反応容器２２内
を所定の真空状態まで排気する。このように、アンロー
ドされていて温度が低くなっていたボート１６を反応容
器１にロードすると一時的に内部温度が下がる傾向にな
るが、処理容器２２をボートと一体的に昇降させていた
従来例に比較して、再度均熱状態に維持するまでの時間
は、例えば従来９０分必要であったものが３０分と大幅
に短縮される。また、ボート１６をロードしたとき、保
温筒１５の上部に取り付けた環状支持部材２５の周縁部
が処理容器２２の下端部と当接し、これを上方へ持ち上
げる。これにより、処理容器２２の上端部の係合部２４
と内筒３の上端部の凸部４との係合が解かれ、処理容器
２２は回転自在となる。

このような状態において、回転機構１３を駆動すること
によりボート１６上に収容したウェハ１７およびこれを
囲む処理容器２２とを一体的に回転する。これと同時に
、第１のガス導入管３０からＰＨ３ガスがヘリウム（Ｈ
，）で１％に希釈された混合ガスを供給し、第２のガス
導入管３１から成膜用ガス例えばＳｉ２Ｈ６ガス　１１
００５ＣＣとＮ２ガス１１００５ＣＣを供給する。供給
された混合ガスおよび成膜用ガスは、反応容器１内を上
昇し、環状支持部材２５の通気孔２７および処理容器２
２の多数の開口通路部２３を介して処理容器２２内に導
入され、この内部の各ウェハ１７に対し均等に供給され
る。そして、反応容器１内は、図示しない排気系により
排気され、０１　０．３Ｔｏｒｒの範囲内、例えば０．
２Ｔ。

ｒｒになるように圧力が制御され、所定時間例んば１２
０分間成膜処理を行う。

この成膜処理において、加熱されたジシランは初めに以
下のように熱分解される。

Ｓｉ２Ｈ６→ＳｉＨ２工ＳｉＨ４ ここで、シリレン（ＳｉＨ２）は反応の活発な状態であ
る所謂、供給律速の反応状態となる。従って、このシリ
レンに起因するＳｌの付着成膜は、このガスが最初に接
触することになる処理容器２２の外壁に主に形成される
ことになる。故に、シリレンは、処理容器２２内に導入
されないか、或は、導入されても僅かばかりとなり、シ
リレンに起因してウェハ１７上にＳｉが付着成膜するこ
とは、極力抑制されることになる。これに対して、モノ
シラン（ＳｉＨ４）は反応律速の反応状態であり、この
モノシランに起因するＳｉの成膜は、処理容器２２内の
ウェハ１７の表面に均一に成膜されることになる。結果
的に、ウェハには、膜厚の均一性が良好な成膜が得られ
ることになる。

このようにして、約１２０分間の成膜処理が終了すると
、次の６０枚のウェハの成膜処理に移るべく、まず、反
応容器１内の処理ガスをＮ２の如き不活性ガスと置換す
ると共に内部圧力を常圧まで高め、その後、昇降機構２
０を下方向へ駆動して第２図に示す如くボート１６及び
処理済みのウェハ１７を反応容器１かち取り出す。この
とき、ボート１６を囲んでいた処理容器２２は、その上
端部の係合部２４が内筒３の凸部４に係止されることか
ら、内筒３内につり下げ支持された状態で反応容器１内
に残留することになり、しかも、以後のウェハの再装填
の間も約５００℃に維持されている。

反応容器１からアンロードされたボート１６内の処理済
みウェハ１７は、未処理のウェハと直ちに交換されて装
填され、再度前述と同様にして反応容器１内にロードさ
れ、成膜処理がなされる。

再度、ボート１６が反応容器１内にロードされたとき、
ウェハと比較して熱容量の比較的大きな処理容器２２は
、従来例と異なり、反応容器１内に常時保持されて約５
００°Ｃに維持されているので、反応容器内温度の低下
は非常に少なく、短時間、例えば従来９０分必要だった
ものが３０分で均熱状態に維持できる。従って、迅速に
成膜処理に移行することができるので、スルーブツトを
向上させて、成膜処理の効率を向上させることができる
。

また、処理容器２２は内筒３の凸部４につり下げられて
いる状態となっているので、環状支持部材２５を上げ過
ぎても処理容器２２は高く持ち上げられるだけであり、
この処理容器が破壊されることはない。

また、従来例と異なり、処理容器を常に反応容器内に保
持させているので、従来例のように処理容器を取り出し
てこれを開閉するという操作を行わなくても済み、開閉
に伴うパーティクルの発生を排除できるのみならず、構
成が簡単となり装置の自動化を推進することができる。

上記の条件で各ウェハ１７上に形成れたリン添加シリコ
ン膜の厚さは、３０００オングストロームとなり、膜厚
均一性は土５％以内となった。更に、リン濃度は、約２
Ｘ１０２０個／　ｃ　ｒｎ　３となり、良好な結果を得
ることができた。

また、リン濃度は、ＰＨ，の流量を変えることにより、
成膜速度を変えずに２−５Ｘ１０２０個／ｃｍ３の範囲
で任意の濃度に設定することができる。

尚、上記実施例にあっては、環状支持部材２５と処理容
器２２の下端部とが接触してこれを持ち上げる様に構成
したが、これに限定されることなく、例えば、第６図に
示すごとく構成しても良い。

すなわち、環状支持部材２５を、上記実施例の場合と比
較して僅かに下に位置させて、この支持部材２５と処理
容器２２の下端部との間に、処理容器２２の開口通路部
２３の高さと同程度の距離だけ間隙をもうけるようにす
る。これによれば、処理容器２２の係合部２４は常時、
内筒３の凸部４に保持されることになり、成膜時には、
処理容器２２は回転せずに、ボート１６とこれに収容さ
れたウェハ１７とが回転することになる。この場合には
、処理容器２２は全く動くことがなくなるので、摩擦に
伴うパーティクルの発生をより確実に阻止することがで
きる。なお、第６図中第１図と同一部分には同一符号を
付して説明を省略しである。

更には、環状支持部材２５は第６図の様な形状に限定さ
れず、例えば第７図のように環状支持部材２５の径を僅
かに小さくしてこの周縁起立部の上端部との間にガス流
路を形成すべく、処理容器２２の下端部が僅かな間隙を
離間させて位置するように構成してもよいし、また、環
状支持部材２５の周縁部に起立部を形成することなく、
これを完全な平面に構成しても良い６また更に、熱処理
用ボートを上下させることにかえて、反応容器側を上下
させるように構成しても良い。

尚、上記実施例にあっては、減圧ＣＶＤ装置について説
明したが、これに限定されることなく、例えば常圧ＣＶ
Ｄ装置、酸化拡散装置、プラズマ装置等にも適用するこ
とができ、また、リンドーブに限らず、例えばボロン、
砒素等のドープにも適用できるのは勿論である。

こ発明の効果コ 以上要するに、本発明によれば処理ガスを通過させる開
口通路部を備えた処理容器を常時、反応容器内に維持さ
せてこれに熱処理用ボートを挿脱自在に設けるようにし
たので５従来例の様にウェハの着脱のためにこの処理容
器全体を反応容器外に取り出して開閉する必要がない。

従って、成膜の膜厚の均一性を損なうことなくパーティ
クルの発生を阻止でき、最終製品の歩留りを改善するこ
とができる。

また、比較的熱容量の大きな処理容器を反応容器内に保
持できるので、不注意による装置類の破損をなくすこと
ができるのみならず、ウェハの入れ替え時のヒートリカ
バリを迅速に行うことができ、従って、成膜効率を上げ
てスルーブツトを格段に向上することができる。

また、上述の如く処理容器の取り出し開閉操作を不要に
できるので、手順が簡単になり、装置の自動化を推進で
きる等の優れた効果を発揮することができる。

【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縦型熱
処理装置を示す縦断面図、第２図は第１図に示す装置か
ら熱処理用ボートを取り出した状態を示す説明図、第３
図は第１図の処理容器を示す斜視図、第４図は第１図の
処理容器の他の実施例を示す斜視図、第５図は第１図の
処理容器の更に他の実施例を示す斜視図、第６図は第１
図の環状支持部材の他の実施例を示す断面図、第７図は
第１図の環状支持部材の更に他の実施例を示す断面図で
ある。 １−反応容器、２−外筒、３−内筒、１６−熱処理用ボ
ート、１７−被処理体としてのウェハ、２２−処理容器
、２　Ｂ−開口通路部、２５−環状支持部材 特許出願人　東京エレクトロン株式会社同　　　東京エ
レクトロン相模株式会社代理人　弁理士　　浅　井　章
　弘 第３図　　　　　　　第４図 第５５１１　　　　　　　　第７図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　処理ガスが導入され、長手方向がほぼ垂直方向に向け
   られると共に下端に開口部が形成された筒体状の反応容
   器と、該容器内に収容されると共に被処理体を保持する
   ための熱処理用ボートとを備えた縦型熱処理装置におい
   て、前記反応容器と前記熱処理用ボートとの間に、前記
   処理ガスを通過させる開口通路部を有す筒体状の処理容
   器を前記熱処理用ボートを囲むように設け、前記熱処理
   用ボートを前記処理容器内に、挿脱自在に設けたことを
   特徴とする縦型熱処理装置。