JPH1131662A - 加熱処理装置およびそれを用いた半導体装置の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハなどの被処理物を通常の搬送装
置により一定の速度で加熱処理装置内にセッティング
し、または加熱処理装置から取り出す場合に、被処理物
が急激な温度変化を受けないような加熱処理装置を提供
すると共に、急激な温度衝撃を受けないで、特性のバラ
ツキが生じたり、チップ不良が生じて歩留りが低下しな
い半導体装置の製法を提供する。 【解決手段】 一端に被処理物を出し入れする炉口１ａ
を有し、内部に該被処理物を収納し得る炉芯管１と、炉
芯管１の外周部に設けられ、炉芯管１内に収納される被
処理物を加熱処理するための加熱ヒータ２と、炉芯管１
の外周部で、加熱ヒータ２に隣接して炉口１ａ側に設け
られる小ヒータ３とを有し、前記小ヒータは加熱ヒータ
２から離れるにしたがってその温度が順次低くなるよう
に設定され得る少なくとも３ブロック（３ａ〜３ｅ）か
らなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハの拡散
処理やアニールなどの被処理物を加熱処理する加熱処理
装置に関する。さらに詳しくは、被処理物を処理温度ま
で昇温した炉芯管の加熱処理領域にセッティングした
り、処理後に該炉芯管から取り出す際に温度衝撃による
被処理物の劣化が生じにくい加熱処理装置およびそれを
用いた半導体装置の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば半導体装置を製造する場合、シ
リコンからなる半導体ウェハを加熱してその表面に酸化
膜を形成したり、半導体基板表面の絶縁膜に選択的に設
けられた開口部を介して不純物を拡散したり、半導体基
板に導入された不純物を均一に拡散させたりするためア
ニール処理を行ったりする。これらの加熱処理装置は、
図４に示されるような構造になっており、炉芯管１の周
囲に設けられる加熱ヒータ２により炉芯管１内の加熱処
理領域の温度を加熱処理する所定の温度に昇温しておい
て、その炉芯管１内に半導体ウェハが載置されたボート
（図示せず）などを炉芯管１の炉口１ａからボートロー
ダ（図示せず）などにより一定速度で移動することによ
り、半導体ウェハが炉芯管１内の加熱処理領域にセッテ
ィングされる。なお、１ｂは炉芯管１内へ導入するガス
の流入口である。

【０００３】この加熱処理装置で、加熱ヒータ２の加熱
処理領域（たとえば図４（ａ）に示されるＰ１〜Ｐ３の
範囲で示される領域）の温度が所定の温度、たとえば９
５０℃になるように加熱ヒータ２の温度制御がなされ、
その加熱処理領域に半導体ウェハなどがセッティングさ
れて加熱処理がなされる。このときの炉芯管１内の各場
所Ｐ１〜Ｐ１１における温度分布は、たとえば図４
（ｂ）に示されるように分布している。この加熱処理領
域の温度制御をするために、たとえば特開平８−３２１
４７２号公報に示されるように、加熱ヒータ２を分割し
て複数のヒータで構成することがあるが、分割されたヒ
ータ全てにより、加熱処理領域が所定の温度になるよう
に加熱ヒータの温度制御がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４（ａ）に示される
ような加熱処理装置により半導体ウェハなどの加熱処理
をする場合、炉芯管１の炉口１ａに半導体ウェハが載置
されたボートを置き、ボートローダなどにより一定速度
で加熱処理領域に搬送される。しかし、炉芯管１の炉口
１ａではヒータが全然なく、室温に近い状態にある。し
かも、炉口１ａと加熱ヒータ２のある部分までの距離は
２０ｃｍ程度で、ボートローダの搬送速度は１０ｃｍ／
分程度であるため、炉口１ａから炉芯管１の内部に搬送
されると直ちに加熱ヒータ２により加熱された温度の高
い領域に入り、図４（ｃ）に炉口１ａから炉芯管１内へ
の搬送する際の時間に対する半導体ウェハの温度変化が
示されるように、搬送を始めて３分後から２分程度の間
で５００℃（平均で２５０℃／分、ピークではこれより
遥かに大きい）程度の急激な温度上昇をする。その結
果、半導体ウェハの面内の場所により温度ムラが生じ、
ウェハ内のチップにより特性変動が生じたり、結晶欠陥
を生じる部分が発生し、結晶欠陥が生じる部分のチップ
は不良になるという問題がある。

【０００５】一方、この問題を解消するためにウェハが
載置されたボートの移動速度を遅くしようとすると、炉
口から加熱処理領域の所定の場所にセッティングするま
での間に移動速度を変化させて制御しなければならず、
被処理物をセッティングする操作が非常に複雑になると
共に、完全には熱衝撃を防ぐことができないという問題
がある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、半導体ウェハなどの被処理物を通常
の搬送装置により一定の速度で加熱処理装置内にセッテ
ィングし、または加熱処理装置から取り出す場合に、被
処理物が急激な温度変化を受けないような加熱処理装置
を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、半導体ウェハの加熱
処理をする場合に、急激な温度衝撃を受けないで、特性
のバラツキが生じたり、チップ不良が生じて歩留りが低
下しない半導体装置の製法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による加熱処理装
置は、一端に被処理物を出し入れする炉口を有し、内部
に該被処理物を収納し得る炉芯管と、該炉芯管の外周部
に設けられ、前記炉芯管内に収納される被処理物を加熱
処理するための加熱ヒータと、前記炉芯管の外周部で、
前記加熱ヒータに隣接して前記炉口側に設けられる小ヒ
ータとを有し、前記小ヒータは前記加熱ヒータから離れ
るにしたがってその温度が順次低くなるように設定され
得る少なくとも３ブロックからなっている。この構造に
することにより、従来の一定の速度で搬送するボートロ
ーダなどにより半導体ウェハなどの被処理物を炉芯管内
へ搬送しても、温度上昇は２００℃／分以下となり、温
度衝撃による問題を防止することができる。

【０００９】ここに加熱処理とは、たとえば半導体ウェ
ハの熱酸化処理、不純物拡散処理、アニール処理、ＣＶ
Ｄ法による膜生成などの被処理物の温度上昇を伴う処理
を意味する。

【００１０】本発明の半導体装置の製法は、（ａ）請求
項１記載の加熱処理装置において、前記加熱ヒータによ
り前記炉芯管の加熱処理領域の温度が半導体ウェハを加
熱処理する所定の温度になるように昇温すると共に、前
記小ヒータが該加熱ヒータから離れるにつれて順次低い
温度になるように調整し、（ｂ）前記炉芯管の炉口に半
導体ウェハを載置し、該半導体ウェハを一定速度で前記
小ヒータ部分を通って前記炉芯管内を移動して、前記加
熱処理領域にセッティングし、（ｃ）前記炉芯管内の温
度を前記所定の温度に維持しながら前記半導体ウェハを
所定時間放置して熱処理をし、（ｄ）その後前記半導体
ウェハを一定速度で前記小ヒータ部分を通って前記炉芯
管の炉口に移動することにより半導体ウェハの加熱処理
を行うものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の加熱処理装置およびそれを用いた半導体装置の製法
について説明をする。

【００１２】本発明の加熱処理装置は、図１に概略図が
示されるように、一端に被処理物（図示せず）を出し入
れする炉口１ａを有し、内部に被処理物を収納し得る炉
芯管１と、炉芯管１の外周部に設けられ、炉芯管１内に
収納される被処理物を加熱処理するための加熱ヒータ２
と、炉芯管１の外周部で、加熱ヒータ２に隣接して炉口
１ａ側に設けられる小ヒータ３とを有し、小ヒータ３
（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）は加熱ヒータ２から
離れるにしたがってその温度が順次低くなるように設定
され得る３ブロック以上（図１に示される例では、５ブ
ロック）からなっている。この加熱ヒータ２および小ヒ
ータ３はそれぞれ熱電対４により測定された温度に基づ
き、温度コントローラ５により温度制御され、その制御
に基づき電力供給部６により加熱ヒータ２および小ヒー
タ３の各ヒータに供給される電力が制御されるように形
成されている。

【００１３】炉芯管１は、石英ガラスなどの赤外線を透
過しやすい円筒管からなり、その一端側は半導体ウェハ
などの被処理物を出し入れすることができる炉口１ａが
形成されており、その他端側は炉芯管１内の雰囲気ガス
または反応ガスを流入するガス導入口１ｂが設けられて
いる。この炉芯管１の径や材料などは従来と同様に製造
されるが、小ヒータ３が設けられる分長く形成されてい
る。なお、炉口１ａ端部は蓋などにより閉塞されるが、
図１では省略されている。

【００１４】加熱ヒータ２は、炉芯管１の周囲に発熱線
が巻回されたヒータで、炉芯管１内の加熱処理領域を所
定の温度に昇温させることができるように形成されてい
る。この加熱ヒータ２は、この加熱処理領域内を均一に
所定の温度に維持することができるように、１つのヒー
タで形成されないで、短いヒータに分割してそれぞれの
ヒータを温度コントローラ５および電力供給部６により
温度コントロールすることができるように形成される場
合もあるが、この全体の長さはたとえば２１０ｃｍ程度
に形成される。この加熱ヒータ２の部分は、従来の加熱
ヒータと同様の構成である。

【００１５】小ヒータ３は、被処理物の加熱処理をする
ために昇温するヒータではなく、加熱ヒータ２により昇
温した炉芯管１内の所定温度と、炉口１ａでの室温程度
の温度とのギャップを緩和すべく温度勾配を緩やかにす
るためのヒータである。そのため、各々の小ヒータ３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅは、加熱ヒータ２の温度よ
り低く、かつ、加熱ヒータ２側から炉口１ａ側に離れる
にしたがって小ヒータ３の温度が低くなるように設定さ
れ得るように構成されている。たとえば加熱ヒータ２に
よる加熱処理領域の温度が９５０℃程度である場合に、
加熱ヒータ２に一番近い小ヒータ３ａは９００℃程度、
２番目の小ヒータ３ｂは７５０℃程度、３番目の小ヒー
タ３ｃは６００℃程度、４番目の小ヒータ３ｄは４５０
℃程度、５番目の小ヒータ３ｅは３００℃程度と１５０
℃程度づつの差で５ブロックに形成され、小ヒータ３の
それぞれの長さは１０ｃｍ程度に形成される。そして、
この各々の小ヒータ３は、それぞれ熱電対４により温度
が測定され、温度コントローラ５を介して電力供給部６
により所定の温度になるように制御される。

【００１６】この小ヒーター３を構成するブロックの数
は、とくに限定されないが、前述のように加熱処理領域
と炉口１ａとの間の温度勾配を緩やかにするためのもの
で、各ブロックの間は１００〜２００℃程度の間隔で設
けられることが好ましい。したがって、加熱処理領域の
所定温度が低ければ少なくて済むが、少なくとも３段
（ブロック）以上、好ましくは４〜７段で形成される。

【００１７】図１に示される例で、前述のように加熱ヒ
ータ２および小ヒータ３の温度が設定されることによ
り、炉芯管１内の各点Ｐ１〜Ｐ１１における温度は図１
（ｂ）に示されるようになる。図１（ｂ）におけるＰ１
〜Ｐ１１は、図１（ａ）の炉芯管１におけるＰ１〜Ｐ１
１の位置を示す。すなわち、従来の小ヒータ３が設けら
れない場合の温度分布（図４（ｂ）参照）に対して、炉
芯管１の炉口１ａから加熱処理領域に至る温度分布が非
常に緩やかに徐々に上昇する構造になっている。

【００１８】つぎに、この構造の加熱処理装置により半
導体ウェハを加熱処理する本発明の半導体装置の製法お
よび作用について説明をする。

【００１９】まず、加熱ヒータ２および小ヒータ３の各
々を前述の設定温度になるように、温度コントローラ５
および電力供給部６により制御し、図１（ｂ）に示され
るような温度分布にする。

【００２０】つぎに、たとえば８０ｃｍ程度の長さのボ
ート（図示せず）に立て掛けられた半導体ウェハを炉芯
管１の炉口１ａに載置し、モータの回転をギアで前後運
動に変更するボートローダ（図示せず）により、ボート
を１０ｃｍ／分程度の一定速度で炉芯管１の加熱処理領
域側に搬送する。ボートは炉芯管１内を小ヒータ３で囲
まれる部分を通って移動し、１５分程度で加熱処理領域
の中心部にセッティングされる。このときの炉口１ａを
移動し始めてからの時間に対する半導体ウェハの温度変
化は、図２に示されるように変化する。すなわち、小ヒ
ータ３により囲まれて１５０℃／１０ｃｍ程度の温度勾
配のところを１０ｃｍ／分程度の速度で進むため、図２
に示されるように、１５０℃／分程度の定率で温度上昇
をし、加熱処理領域の中心部に到達するときには所定の
９５０℃で安定した温度になっている。

【００２１】その後、炉芯管１内の温度を加熱処理する
温度、たとえば９５０℃程度の温度に維持しながら前記
半導体ウェハを所定時間、たとえば３０分程度放置し
て、熱酸化などの処理をする。

【００２２】その後、半導体ウェハを載置したボートを
一定速度で小ヒータ３部分を通って炉芯管１の炉口１ａ
に移動して取り出すことにより、半導体ウェハの加熱処
理を完了する。この加熱処理領域から炉口１ａに移動す
る際も、前述の炉芯管１の内部に入れる場合の逆になる
だけで、１５０℃／分程度の温度変化で半導体ウェハの
温度を下げることができるため、急激な温度変化をもた
らすことなく加熱処理温度から室温近くまで下げること
ができる。

【００２３】本発明の加熱処理装置によれば、被処理物
を加熱処理するための加熱ヒータの他に、加熱ヒータの
炉口側に小ヒータが数ブロックに分けて設けられてお
り、加熱処理領域から炉口にかけて徐々に温度が低くな
るように設定されているため、半導体ウェハなどの被処
理物を炉芯管の炉口から一定速度で移動させる移動機構
によって移動しても被処理物の温度が急激に変化するこ
とがない。その結果、被処理物の温度ムラが生じにく
く、特性のバラツキや部分的な不良が発生することがな
い。

【００２４】また、本発明の半導体装置の製法によれ
ば、半導体ウェハの出し入れの際に、半導体ウェハに急
激な温度変化を生じさせることなく加熱処理をすること
ができるため、半導体ウェハ面内での温度ムラの発生を
抑えることができ、結晶欠陥を防止することができる。

【００２５】図３は本発明の加熱処理装置の他の実施形
態を示す図で、縦型の拡散炉の例である。このような縦
型の加熱処理装置でも、炉口１ａ側に小ヒータ３が設け
られ、炉口１ａから加熱処理領域に至る温度勾配を緩や
かにすることにより、炉芯管１の炉口１ａから加熱処理
領域（加熱ヒータ２の中心部）に搬送する際に一定速度
の移動機構で半導体ウェハなどの被処理物を移動して
も、急激な温度変化を受けることがなく、被処理物の特
性にバラツキが生じたり、不良が発生したりすることが
ない。なお、この例では小ヒータ３が３段（ブロック）
からなっており、加熱処理領域の温度が８００℃に対し
て、第１の小ヒータ３ａが７００℃程度、第２の小ヒー
タ３ｂが５００℃程度、第３の小ヒータ３ｃが３００℃
程度に、それぞれ設定されるように構成されている。図
１と同じ部分には同じ符号を付してある。

【００２６】

【発明の効果】本発明の加熱処理装置によれば、被処理
物を加熱処理する際に、従来の一定速度で移動する被処
理物の移動機構をそのまま使用しながら、被処理物に熱
衝撃を加えることがないため、簡単な取扱で容易に加熱
処理をすることができ、しかも高性能の製品を高い歩留
りで得ることができる。そのため、半導体ウェハの熱酸
化処理、不純物拡散処理、ＣＶＤ法による膜生成、アニ
ール処理などの加熱処理を行う場合にも結晶欠陥などを
生じさせることなく半導体装置を製造することができ、
高い歩留りで高品質の半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱処理装置の一実施形態およびその
温度分布を示す図である。

【図２】図１の加熱処理装置により、半導体ウェハを加
熱のため加熱処理領域にセッティングする際の、時間に
対する半導体ウェハの温度変化の様子を示す図である。

【図３】本発明の加熱処理装置の他の実施形態の説明図
である。

【図４】従来の加熱処理装置およびその温度分布を示す
図である。

【符号の説明】

１ 炉芯管 １ａ 炉口 ２ 加熱ヒータ ３ 小ヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に被処理物を出し入れする炉口を有
   し、内部に該被処理物を収納し得る炉芯管と、該炉芯管
   の外周部に設けられ、前記炉芯管内に収納される被処理
   物を加熱処理するための加熱ヒータと、前記炉芯管の外
   周部で、前記加熱ヒータに隣接して前記炉口側に設けら
   れる小ヒータとを有し、前記小ヒータは前記加熱ヒータ
   から離れるにしたがってその温度が順次低くなるように
   設定され得る少なくとも３ブロックからなる加熱処理装
   置。
2. 【請求項２】 （ａ）請求項１記載の加熱処理装置にお
   いて、前記加熱ヒータにより前記炉芯管の加熱処理領域
   の温度が半導体ウェハを加熱処理する所定の温度になる
   ように昇温すると共に、前記小ヒータが該加熱ヒータか
   ら離れるにつれて順次低い温度になるように調整し、
   （ｂ）前記炉芯管の炉口に半導体ウェハを載置し、該半
   導体ウェハを一定速度で前記小ヒータ部分を通って前記
   炉芯管内を移動して、前記加熱処理領域にセッティング
   し、（ｃ）前記炉芯管内の温度を前記所定の温度に維持
   しながら前記半導体ウェハを所定時間放置して加熱処理
   をし、（ｄ）その後前記半導体ウェハを一定速度で前記
   小ヒータ部分を通って前記炉芯管の炉口に移動すること
   により半導体ウェハの加熱処理を行う半導体装置の製
   法。