JPS6058608A - 熱処理炉 - 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】 〔技術分野〕 本発明は熱処理技術、特に細長の反応管を水平方向に配
置したいわゆる横型熱処理技術であって、たとえば半導
体装置製造における気相化学成長技術、拡散技術等に利
用して有効な技術に関する。

〔背景技術〕

半導体装置の製造における気相化学成長（ＣＶＤ）にあ
っては、たとえば、電子材料誌１９７９年１１月号７２
〜７７頁「減圧ＣＶＤ技術」あるいは同誌１９８２年別
冊７７頁１−ＣＶＤ・エピタキシャル装置１＃」にも記
載されているように、反応ガス効率および生産性の高い
横型の減圧ＣＶＤ装置が使用されている。この減圧ＣＶ
Ｄ装置は細長の反応管内に半導体薄板（ウェハ）を所定
間隔に垂直に立てたボート（治具）を入れた後、反応管
内を減圧するとともに処理ガスを反応管内に送り込み、
反応管の外側に配設したヒータ（抵抗加熱ヒータ）によ
る加熱を利用して化学反応を起こさせて、ウェハの表面
に所望の被膜を形成する装置である。また、反応管は管
の前部、中央部、後部の温度モニタによる加熱によって
反応管の深さ方向（管軸方向）の温度管理がなされるよ
うになっている。

ところで、このような減圧ＣＶＤ炉では下記のようにウ
ェハ内における生成被膜の膜厚ばら・つきが多（、半導
体製造歩留に低下を来たすことが本発明者によってあき
らかとされた。

すなわち、前記減圧ＣＶＤ炉でウェハの表面にナイトラ
イド被膜を形成した（処理温度７７０〜８３０Ｃ）とこ
ろ、ウェハ内の膜厚は上部のみが犬となる傾向を示した
。たとえば、１００鶴φのウェハの場合に＆工中心高さ
部分でＩ！１４５３Ａ。

部は中央部および下部よりも７ＯＡＱｉｌ後厚くなる。

このような膜厚の大幅な不均一（たとえば±２〜３％）
は反応管の上下方向の温度不均ブによると考えられる。

この結果、このようなウェハは写真製版工程での寸法制
御が困難になり、素子パターンの微細化にとって好まし
くない。また、生産性向上の目的でウェハの大口径化が
図られているが、ウェハ径がさらに大きくなると、ウェ
ハ上下間の膜厚差はさらに大きくなり、その弊害はさら
に大きくなる。

〔発明の目的〕 本発明の目的は反応管の上下方向の温度コントロールが
可能ブエ熱処理炉を提供することによって被処理物にお
ける均一な熱処理化を目的とすることにある。

本発明の前記ならびに七のほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、反応管の外周部に配設されかつ反応管の管軸
方向に沿つ℃それぞれ独立制御される複数のヒータにあ
つｔｌこれらヒータは上下が分離され、上部および下部
のヒータはそれぞれ独立して制御される構造とすること
により、反応管の上部および下部［おけるＣＶＤ膜の生
成速度を均一とし、ウェハ内の膜厚の均一化を達成する
ものである。

〔実施例〕

″第１図は本発明の一実施例による減圧ＣＶＤ炉の要部
を示す断面図、第２図は同じくヒータを示す斜視図であ
る。

この減圧ＣＶＤｆは横型炉であつ℃、石英管からなる反
応管１を有している。この反応管１は水平方向に延在し
、一端は開口してボート２の出入口となり、他端は細い
尾管３となっている。反応管ｌの開口部はパツキン４を
介してキャップ５が気密的に取り付けられている。また
、反応管１の開口側にはガスコントローラ６から処理ガ
ス７が送り込まれる。たとえば、この実施例ではボート
２に垂直に立てられたシリコンからなるウェハ８の表面
にナイトライド膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成することから
、処理ガスとして、ＳｉＨ，（Ｊ、（ジクロルシラン）
およびＮＨ，（アンモニア）あるいはＳｉＨ，（モノシ
ラ／）およびＮＨ，が反応管１内に送り込まれる。

一方、尾管３は真空排気系に接続され、反応管１内は０
．５Ｔｏｒｒ程度に維持される。

また、反応管１の外周にはヒータ９とし℃抵抗加熱ヒー
タが配設されている。このヒータ９は第２図にも示すよ
うに、反応管１の上部を加熱する上部ヒータ１０および
反応管１の下部を加熱する下部ヒータ１１とからなって
いる。また、上、下部ヒータ１０，１１はともに前部１
２，１３、中央部１４，１５、後部１６．１７からなる
各ゾーンの加熱出力を自由に制御できるゾーン加熱ｉＪ
Ｊ能な構造となっている。また、反応管１の上部および
下部には各ゾーンの温度を検出する熱封１８がそれぞれ
３個ずつ配設されている。これら熱電対１８による温度
情報は前記ヒータ９の各部を制御する温度コントローラ
１９にフィードバックされるようになっている。なお、
第１図中における温度コントローラ１９とヒータ各部と
の結線は実線で、温度コントローラ１９と熱電対１８と
の結線は二点鎖線で示しである。

このような減圧ＣＶＤ炉でｉｏｏｍφのウェハ８の表面
にＳｉ、Ｎ４膜を形成した場合、熱処理温度を７７０〜
８２０Ｃ程度に制御し、かつ下部ヒータ１１の加熱出力
を上部ヒータ１０の加熱出力よりもわずかに大きくして
、反応管１の上下方向における温度分布を略均−として
ＣＶＤ処理を行なうと、ボート２上に垂直に立ったウェ
ハ８の表面には略均−な厚さのＳｉ、Ｎ、膜が形成され
る。たとえば、１００藤φのウェハの中央部の高さの膜
厚が１４５３Ａ、下部および上部の膜厚は１４５７＾と
極めて均一な厚さとなるＳｉ、Ｎ４膜が形成できた。

〔効果〕

（１）本発明の熱処理炉は反応管の深さ方向（管軸方向
）の温度コントロールが行なえることからウェハ相互に
おける熱処理効果の均一化という効果が得られる。

（２）本発明の熱処理炉は反応管の上下方向の温度コン
トロールが行なえることから、ウェハ内における上下方
向におげろ熱処理効果が均一化されるという効果が得ら
れる。

（３）上記（２）より、反応管内に垂直に立った状態で
処理されるウェハの上下方向における熱処理効果の均一
化からウェハの大口径化においても均一な熱処理が行な
え、歩留が向上するという効果が得られる。

（４）上記ｆｉｌ〜（３）により、被処理物相互および
被処理物内容部分におい℃均一な処理が行なえ、かつ被
処理物の大径化も可能となるため、歩留向上。

生産性増大から、熱処理コストの低減化という相乗効果
が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、反応管の上
下方向の温度コントロールは前記実施例では二段である
が、さらに多段としてより高精度な温度コントロールを
行なえば、大口径ウェハの処理に最適となる。また、ヒ
ータは抵抗加熱ヒータに限定されるものではなく、他の
ヒータ、たとえばランプヒータでも同様な効果が得られ
る。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である減圧ＣＶＤ技術に適
用した場合についで説明したが、それに限定されるもの
ではな（、たとえば、拡散技術、エピタキシャル技術、
アニール技術、デンシファイ技術等、少なくとも被処理
物を均一加熱する技術に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による減圧ＣＶＤ炉の概要を
示す要部断面図、 第２図は同じくヒータを示す斜視図である。 １・・・反応管、２・・・ボート、３・・・尾管、４・
・・パツキン、訃・・キャップ、６・・・ガスコントロ
ーラ、７・・・処理ガス、８・・・ウェハ、９・・・ヒ
ータ、１ｏ・・・上部ヒータ、１１・・・下部ヒータ、
１２．１３・・・前部ヒータ、１４．１５・・・中央部
ヒータ、１６．１７・・・後部ヒータ、１８・・・熱電
対、１９・・・温度コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管状の反応管と、この反応管の外周部に配設される
   ゾーン加熱可能なヒータと、を有する熱処理炉であって
   、前記ヒータは反応管の上下方向各部の温度制御が可能
   なヒータとなっていることを特徴とする熱処理炉。 ２、前記ヒータは反応管の上部を加熱する上部ヒータと
   、反応管の下部を加熱する下部ヒータと、からなってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱処理
   炉。