JPH0453125A

JPH0453125A - 加熱装置及びこの加熱装置を用いた半導体製造装置

Info

Publication number: JPH0453125A
Application number: JP15895390A
Authority: JP
Inventors: Keizaburo Yoshie; 吉江　敬三郎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-02-20

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２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図）・発明の効果〔概要〕加熱装置及びこの加熱装置を用いた半導体製造装置に関
し、更に詳しく言えば、ウェハに膜形成する際、ウェハ
を加熱又は冷却するのに用いられる加熱装置及びこの加
熱装置を用いた半導体製造装置に関し、昇温・降温を迅速に、かつ温度制御を簡単に行うことが
でき、しかも設定温度を安定に保持できる加熱装置及び
この加熱装置を用いた半導体製造装置を提供することを
目的とし、加熱装置は、被加熱物に隣接して設けられている、ガス
を収納する収納容器上、前記収納容器内にガスを供給す
るガス供給装置と、前記収納容器内に供給するガスの温
度を調整するために前記ガスの圧力を調整しうる圧力調
整装置とを含み構成し、半導体製造装置は、前記被加熱物が膜の形成されるウェ
ハで、かつ前記収納容器が、前記ウェハを収納するチャ
ンバにｗ４接して設けられていることを含み構成する。

〔産業上の利用分野］本発明は、加熱装置及びこの加熱装置を用いた半導体製
造装置に関し、更に詳しく言えば、つエバに膜形成する
際、ウェハを加熱又は冷却するのに用いられる加熱装置
及びこの加熱装置を用いた半導体製造装置に間する。

〔従来の技術〕

ＣＶＤ装置は、簡易な膜形成装置であるため、ウェハ上
へのポリシリコン膜やｗ！！縁膜の形成に多用されてい
る。そして、反応促進のため膜形成時にウェハを高温に
保持する必要があるので、通常、ＣＶＤ装置は加熱装置
を有している。

第３図は、このような加熱装置を有するＣＶＤ装置の構
成を示す図である。

同図において、工は膜形成されるウェハ５を収納するチ
ャンバ、２ａ〜２ｃはウェハ５を加熱するためｉｉｉ流
を流して抵抗加熱されるヒータで、温度を安定に保持す
るためチャンバ１の周囲に３ブロック程度に分割して設
けられ、各ブロックについて抵抗加熱のための電流を独
立に調整することができるようになっている。３は反応
ガスの供給口、４は反応ガスの排気口である。

次に、このＣＶＤ装置を用いて、ウェハ上にポリシリコ
ン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、ウェハ５をチャンバ１内に入れた後、チャンバ１
内のウェハ５を６００°Ｃに昇温するため、ヒータ２ａ
〜２ｃに電流を流し、抵抗加熱する。

このとき、チャンバエ内の温度が目標の温度６００℃に
近くなってくると、この温度を保持するため、ヒータ２
ａ〜２ｃを抵抗加熱するための電流をオン・オフして温
度ＮＩＢする。

次に、ガス供給口３から反応ガスを導入して所定の圧力
にチャンバｌ内を保持する。この状態を所定時間保持し
て所定膜厚のポリシリコン膜をウェハ５上に形成する。

その後、膜形成後、ヒータ２ａ〜２ｃの電流を切り、降
温する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のヒータ加熱方式においては、ジュール熱
を利用して加熱しているので、一定温度を保持するため
に温度を監視しながら電流をオン・オフする必要がある
。更に、他の方法として電流値を絶えず調整する方法も
あるが、いづれも複雑な温度制御回路が必要になるとい
う問題がある。

また、このような方法では定常温度を得るためには時間
がかかるという問題がある。更に、降温についても同様
に時間がかかるという問題がある。

また、生成膜の膜質やＭ厚の均一性を改善するため、装
置の均熱帯を十分取り、かつ温度の安定性を一層増す必
要があるが、ヒータ加熱方式では上記の制御性の問題が
あり、きめの細かい制御には限界がある。

本発明は、かかる従来の問題点等に鑑みてなされたもの
で、昇温・降温を迅速に、かつ温度制御を簡単に行うこ
とができ、しかも設定温度を安定に保持できる加熱装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、第１に、被加熱物に隣接して設けられてい
る、ガスを収納する収納容器と、前記収納容器内にガス
を供給するガス供給装置と、前記収納容器内に供給する
ガスの温度を調整するために前記ガスの圧力を調整しう
る圧力調整装置とを有する加熱装置によって解決され、第２に、収納容器内のガス及び被加熱物を加熱する補助
加熱手段を有することを特徴とする第１の発明に記載の
加熱装置によって解決され、第３に、第１又は第２の発
明に記載のガスとして、水蒸気、ジフェニール／ジフェ
ニールエーテルの共融混合物を主成分とするガス又はア
ルキルナフタリンを主成分とするガスを用いていること
を特徴とする加熱装置によって解決され、第４に、第１
又は第２の発明に記載の被加熱物が膜の形成されるウェ
ハで、かつ前記収納容器が、前記ウェハを収納するチャ
ンバに隣接して設けられてい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の発明の加熱装置によれば、被加熱物に隣接してガ
ス圧訓整により温度調整されたガスを収納する収納容器
を有しているので、ウェハを加熱したり、冷却したりす
る際、従来のように、電流切替えによる供給熱量の調整
や特別な電気制御回路を必要とせず、単にガス圧だけで
温度調整を行える。従って、省電力化を達成でき、温度
制御を簡易に行うことができる。

また、この収納容器に供給するガスの温度を設定温度に
保持しておくことにより、収納容器内のガスと被加熱物
との間で、直接に又は雰囲気ガスを介して強制的に熱交
換を行い、被加熱物の温度を収納容器内のガスの温度ま
で昇温又は鋒温し、保持することができる。従って、従
来の電気的な加熱と比較して反応室内の昇温・降温を迅
速に行うことができる。

更に、加熱を行うのにガスを用いているので、例えば被
加熱物の周囲をガスの収納容器で隙間なく取り囲むこと
ができ、これにより、被加熱物の温度を安定に保持する
ことができる。

また、第２の発明のように、上記の収納容器に導入する
ガスや被加熱物を加熱するための補助加熱手段を有して
いるので、補助加熱手段とガスによる温度ｍ節手段とを
併用することにより、−層迅速に昇温できる。

更に、第３の発明のように、収納容器に導入するガスと
して、水蒸気１　ジフェニールとジフェニールエーテル
との共融混合物を主成分とするガス。

又はアルキルナフタリンを主成分とするガスを用いてい
る。これらのガスは、 ■使用温度において蒸気圧が過大とならない。

■化学的に安定。

■腐食性がない。

■蒸発熱が太き（、粘性が小さい。

■無毒である。

という収納容器に導入するガスとして最適な条件を有す
る。

また、第４の発明の半導体製造装置によれば、第１の発
明の加熱装置がチャンバに隣接して設けられているので
、チャンバ内のウェハの温度を安定に保持することがで
きる。従って、膜質及び膜厚の均一な膜を形成すること
ができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

■第１の実施例第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施例の加熱
装置を有するＣＶＤ装置の構成について説明する断面図
である。

同図（ａ）はＣＶＤ装置本体を示す断面図で、図中符号
６は膜形成されるウェハ１２を収納する石英管からなる
チャンバ、７ａ〜７ｃはウェハ１２を加熱するため圧力
調整により温度調整された水蒸気を収納するステンレス
からなる収納容器で、温度を安定に保持するためチャン
バ６の周囲に３ブロツクに分割され、かつチャンバ６周
辺部に隙間なく設けられている。各収納容器７８〜７ｃ
は、異なる圧力に調整された水蒸気を別々に収納しうる
ようになっている。８ａ〜８ｃは各収納容器７ａ〜７Ｃ
に圧力調整された水蒸気を送り込むためのガス配管、９
ａ〜９Ｃは収納容器７ａ〜７Ｃを通過した水蒸気を圧縮
機へ送り返すためのガス配管、１０は反応ガスの供給口
、１１は反応ガスの排気口である。

同図（ｂ）は、水蒸気を発生させ、この水蒸気を圧力調
整してＣＶＤ装置本体に送り込む部分を示す断面図で、
図中符号８ａ〜８ＣはＣＶＤ装置本体に水蒸気を送り込
むためのガス配管で、同図（ａ）のガス配管８ａ〜８ｃ
と接続されている。

また、１３ａ〜１３ｃは水蒸気供給装置１５から供給さ
れた水蒸気を圧縮するためのターボ圧縮機で、ガス配管
８ａ〜８ｃを介して各収納容器７ａ〜７Ｃに水蒸気を送
り込めるようになっている。

１．７ａ〜１７ｃは各収納容器７ａ〜７Ｃの蒸気圧を調
整するための各ガス配管８ａ〜８Ｃに設？Ｊられた圧力
調整弁で、水蒸気供給槽１５から供給された水蒸気をタ
ーボ圧縮器１３ａ〜！３ｃにより圧縮するとともに、圧
力調整弁１７ａ＝１７ｃにより蒸気圧を微調整し、水蒸
気の温度を蒸気圧に対応した温度に昇温する。なお、１
６は水蒸気供給槽１５に入れた水を蒸発させるためのヒ
ータ、Ｉ８は収納容器７ａ〜７Ｃとチャンハロとの熱交
換を効率よく行うためこれらの間に介在させた熱伝導体
である。

次に、このＣＶＤ装置を用いて、ウェハ１２上にポリシ
リコン膜を形成する場合について第１回（ａ）、　　（
ｂ）を参照しながら説明する。

まず、うエバ１２をチャンバ６内に入れた後、水蒸気供
給槽１５から各ターボ圧縮器１３ａ〜１３ｃに水蒸気を
供給し、ターボ圧縮器１３ａ〜１３ｃによりこの水蒸気
の圧力を約３００　ｋｇ／ｃ１１＋２にする。その結果
、この蒸気圧に対応して水蒸気の温度は４００°Ｃに上
昇する。なお、炉内が常にある温度で保持される場合、
本システムは、常時一定圧力に作動させても構わない。

次いで、ウェハ１２の温度が安定したら、チャンバ６内
に反応ガスを導入して所定の圧力に保持する。この状態
を所定時間保持して所定膜厚のポリシリコン膜をウェハ
１２上に形成する。

以上のように、本発明の第１の実施例によれば、ガス圧
調整により温度調整された水蒸気を収納する収納容器７
ａ〜７Ｃを有しているので、従来のように、電流のオン
・オフによる供給熱量の調整するのに特別な電気制御回
路を必要とせず、単にガス圧だけで温度調整を行える。

従って、省電力化を達成でき、温度制御を簡易に行うこ
とができる。

また、チャンバ６に隣接して、水蒸気の収納容器７ａ〜
７ｃを備えているので、収納容器７８〜７ｃに流す水蒸
気の温度を設定温度にしておくことにより、チャンバ６
内の反応ガスなどと収納容器７ａ〜７ｃに流す水蒸気と
の間で強制的に熱交換を行い、ウェハ１２の温度を水蒸
気の温度まで迅速に昇温できる。

更に、ウェハ１２の加熱のためガス状の水蒸気を用いて
いるので、これらの水蒸気によりチャンハロの周囲を隈
なく取り囲むことができる。従って、ウェハ１２′の温
度を安定に保持することができるので、膜質及び膜厚の
均一な膜を形成することができる。

なお、チャンバ６を昇温した後、降温する場合には、収
納容器７ａ〜７Ｃに冷媒を流すことにより迅速に降温す
ることができる。

また、収納容器７ａ〜７ｃ及びガス配管８ａ〜８ｃの周
囲に減圧層を設けたり、周囲を断熱材で被覆したりして
断熱することにより、熱放散を低減し、熱効率を向上す
ることができる。

更に、収納容器７ａ〜７ｃに供給するガスとして水蒸気
を用いているが、ジフェニールとジフェニールエーテル
との共融混合物を主成分とするガス、又はアルキルナフ
タリンを主成分とするガスを用いてもよい。

これらのガスは、 ■使用温度において蒸気圧が過大とならない。

■化学的に安定。

■腐食性がない。

■蒸発熱が大きい。

■無毒である。

という収納容器に導入するガスとして最適な条件を備え
ている。

■第２の実施例第２図は、本発明の第２の実施例の加熱装置を存するＣ
ＶＤ装置の構成について説明する断面図である。

同図において、第１図と異なるところは、水蒸気による
温度調整手段に加えて水蒸気及びウェハを加熱する補助
ヒータ１９ａ−１９ｄを備えていることである。

次に、このＣＶＤ装置を用いて、ウェハ１２上にポリシ
リコン膜を形成する場合について第２図及び第１１１ｇ
（ｂ）を参照しながら説明する。

まず、ウェハ１２をチャンバ６内に入れた後、水蒸気供
給槽１５から収納容器７８〜７ｃに水蒸気を供給し、補
助ヒータ１９ａ〜１９ｄを抵抗加熱して発熱させ、ウェ
ハ】２と水蒸気を温度約４００　’Ｃ程度に昇温しでお
く。

次に、チャンバ６内を６００℃に昇温するため、ターボ
圧縮器１３ａ〜１３ｃによりこの水蒸気の圧力を所定の
圧力にする。

次いで、チャンハロ内の温度が安定したら、チャンハロ
内に反応ガスを導入して所定の圧力に保持する。この状
態を所定時間保持し、ウェハ１２上に所定膜厚のポリシ
リコン膜を形成する。

以上のように、第２の実施例によれば、上記の収納容器
７ａ〜７ｃに導入するガスやウェハＩ２を加熱するため
の補助加熱手段としてヒータ１８を有しているので、補
助加熱手段と水蒸気による温度調節手段とを併用するこ
とにより、−層迅速に昇温できる。

〔発明の効果〕

以上のように、　第１の発明の加熱装置によれば、ガス
圧調整により温度調整されたガスを収納する収納容器を
被加熱物に隣接して有しているので、被加熱物を加熱し
たり、冷却したりする際、従来のように、温度調整のた
めに特別な電流制御回路を必要とセす、単にガス圧を調
整するだけでよい。従って、省電力化を達成でき、温度
制御を簡易に行うことができる。

また、この収納容器に供給するガスの温度を設定温度に
保持しておくことにより、従来の電気的な加熱と比較し
て反応室内の昇温・鋒温を迅速にかつ温度精度よく行う
ことができる。

更に、加熱にガスを用いているので、例えば被加熱物の
周囲をガスの収納容器で隙間なく取り囲むことができ、
これにより、被加熱物の加熱温度を安定に保持すること
ができる。

また、第２の発明のように、上記の収納容器に導入する
ガスや被加熱物を加熱するための補助加熱手段を有して
いるので、補助加熱手段とガスによる温度調節手段とを
併用することにより、−層迅速に昇温できる。

更に、第３の発明に用いられる、水蒸気、ジフェニール
とジフェニールエーテルとの共融混合物を主成分とする
ガス、又はアルキルナフタリンを主成分とするガスは、
収納容器に導入するガスとして最適な条件を存する。

また、第４の発明の半導体製造装置によれば、第１の発
明の加熱装置がチャンバに隣接して設けられているので
、チャンバ内のウェハの温度を安定に保持することがで
き、従って、膜質及び膜厚の均一な膜を形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の加熱装置を有するＣ
ＶＤ装置の構成図、第２図は、本発明の第２の実施例の加熱装置を存するＣ
ＶＤ装置の構成図、第３図は、従来例の加熱装置を有するＣＶＤ装置の構成
図である。〔符号の説明〕ｌ　６・・・チャンバ、２ａ　〜２　ｃ、１６−ヒータ、４、ＩＩ・・・排気口、５．１２・・・ウェハ、７ａ〜７ｃ・・・収納容器、３　ａ　〜８　ｃ、　　９　ａ　〜９　ｃ、　１４ａ　
〜１４ｃｍガス配管、１３ａ〜１３ｃ・・・ターボ圧縮
機、１７ａ〜１７ｃ・・・圧力調整弁、１８・・・熱伝導体、１９ａ〜１９ｄ・・・補助ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加熱物に隣接して設けられている、ガスを収納
する収納容器と、前記収納容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記収納容器内に供給するガスの温度を調整するために
前記ガスの圧力を調整しうる圧力調整装置を有すること
を特徴とする加熱装置。
（２）収納容器内のガス及び被加熱物を加熱する補助加
熱手段を有することを特徴とする請求項１記載の加熱装
置。
（３）請求項１又は２記載のガスとして、水蒸気、ジフ
ェニールとジフェニールエーテルとの共融混合物を主成
分とするガス又はアルキルナフタリンを主成分とするガ
スを用いていることを特徴とする加熱装置。
（４）請求項１又は２記載の被加熱物が膜の形成される
ウェハで、かつ請求項１又は２記載の収納容器が、前記
ウェハを収納するチャンバに隣接して設けられているこ
とを特徴とする半導体製造装置。