TW583725B - Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Description

583725 五、發明說明（1) 之技術^^ =:明：關於使氧化銻(Sb2 03 )等之原料昇華而供給到半 :1置等的基板之基板處理裝置及半導體裝置的製造方 法考。 2 7為顯示白知的基板處理裝置之概略剖面圖。如圖中 於外管j的外侧設置加熱器2，於外管丨的内側設置 3方、内内插入可升降的蓋子4，蓋子4上載置有板 ，於板J才5上則載置著複數的半導體基板（未圖示）。 R，\於外.管1 :内管3的外部（即於爐外）設置原料昇華裝置 其，7 ^導入官7的一端則連接到原料昇華裝置Θ，原料導 内df係安置於内管3的上部，原料導入管7係與 二±卜其/v通。又’於内管3的下部言史置有排氣管8。 於此基板處理裝詈Φ。口。 導雜I丄置中以加熱态2對載置於板材5上之半 V月豆基板進行加執之同主， t 6 ψ it r .,…、之门—將虱化銻粉末投入原料昇華裝 罝ο甲進订加熱，則氢仆 曰 料導X $7 A U ^ 會幵華，氧化銻的蒸汽經由原 柯V入官7而供給到半導舻其 半導俨其&+ 二千V脰基板的表面，使氧化銻擴散於 出。 排乳表夏子4處冷卻，自排氣管8排 圖8為顯示特公平6 R 9

卞 Z8248唬公報中所+夕盆如从盆 理凌置的概略剖面圖，0 '、八 勺土 阁所-认七咏 圖9為圖8的放大之A-A剖面圖c 圖所不，於主爐芯管i !礓 彳叫回 ,,... 連接有副爐芯管1 2，於主、擔# 的外部設置有主爐芯管用、B 1 Z万、主爐心 哼詈右石丨丨瞻#其丄i 力…口口 1 3 ，於副爐芯管1 2的 …’於副爐芯管12與副爐芯管

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583725 五、發明說明（2) 器1 4之間設置有均熱用細長管丨5，於主 * 半導體基板1 6，於副爐芯管丨2内設置有:=官1 1内載置著 在此基板處理裝置中，以主燐芯管 f質板材1 7。 基板16進行加熱，並同時將氧化銻粉 ^、扣“對+導體 上，經由副爐芯管加熱器14將氧化銻粉：：雜質板材" 會進行昇華，使氧化銻的蒸汽供給到半 ϋ其'，則氧化銻 面，而氧化銻則擴散至半導體基板16中。土板16的表 發明所欲解決之锞顳 然而’於圖7所示之基板處理妒晉φ 與原料導入管7的連接部分，為；維；氣=料=置6 等之密封構件而連接著，由於〇 山 係通過0環 100〜3 0 0 °C)，係使0環的周邊冷卻著、，…、性的問常約 附近處之原料的昇華溫度下降:因 /使得後續部位 較低，會導致氧化銻在此卹/ U而’由於此部分的溫度 竿乂 m s V双虱化銻在此部位發生再固化的产你，山又 作為反應生成物而附著，合古道A ^ n y 由於係 到半導體基板的表面的情；有¥致乳化録的蒸汽無法供給 又’於圖8、圖9所示之基板處理裝 由於配置於副爐芯管12外面之副爐芯管加敎匕錄 昇華，因該加熱器14係配置於爐★ :::= = 及均熱用細長管15等之複熱器14有副爐芯管12 性會有變差的顧慮旻數的介在物的影響’昇華的控制 又，於圖8、9之習知你1击 v 1 ,中’係將爐管以橫方向配詈夕所 謂的橫型裝置之裝置形態又：万门配置之所 故為了不影響爐内的溫度，即

583725 明（3) 爐芯管11與副爐芯管丨2分離開（亦即將爐芯管作成 ’亦只須考慮無塵室的平面面積即可，又，如圖7白 五、發明說明（3) 使將主"血心，&，1 i兴則總巧官1 z 離w、別、外府 較長）’亦只須考慮無塵室的平面面積即可，又，如圖7的 習知例般’即使不設置使用〇環的連接部，載置著基板的 ΐ ，管1丨與原料昇華空間亦可相通。然而，於現今之半 導心& ^的製造生產線之主流的圖7所示之縱型裝置（亦即 :^應ΐ配置於垂直方向）的情況中，由於設置裝置之無 =的呵度限制的問題，無法如圖7所示般地將爐芯管的 長度f純地往垂直方向加長。 乂 ϋ明係用以解決上述的問題者，以提供可將原料的蒸 古、、i =也彳’、、°到基板之基板處理裝置及半導體裝置的製造 方法為目的。 手段 有主=!明為-種基板處理裝f，其係具 基板進行^熱處理者Ϊ二、經由該主加ΐ器對反應室内的 置昇華用加埶哭盥原料二】2上述反應室内設置有用以載 係設置於上述原料昇華部的近旁 士。2加熱器 對上述原料加熱，使其昇華。 、、上述幵華用加熱器 此情況下，亦i太μ、+、 I 、χ、 Τ 了在上迷原料昇華部與其w r* 之上述反應室内設置絕熱部。 ” 土板處理區域之間 此情況下’亦可將上述昇華用加埶 超過原料的昇華溫度。 °。的加熱溫度作成為 此情況下，以於上述主加熱器 處理時的溫度*，使上述昇華用加：：^到上述基板進行 ___ …、口口勺溫度可達到用以

C:\2D-CODE\91-O9\9111552].ptd 583725 五、發明說明（4) 使上述原料昇華時之㈤择 加熱器亦可。 恤度，來控制上述主加熱器與昇華用 此情況下，以於上诚 基板的溫度可達到處if，相進行昇華溫度日寺，使上述 用加熱器亦可。 皿度，來控制上述主加熱器與昇華 此情況下，上述昇装 於上述底板的上面載f二，s、器含有底板與加熱器元件， 又，於半導體裝置的ΐ =污染防止用載置器亦可。 行··於反應室内對基拓衣仏方法中，係以下述諸步驟來進 體導入上述反應室内I ^加熱器加熱之步驟；將載體氣 昇華用加熱器使載置於^二，經由設置於上述反應室内之 驟；及使上述昇華之％ ^反應至内之原料進行昇華之步 此情況下，亦可到基板之步驟。 過設置於原料昇華區域盥=具有··使上述昇華之原料，越 給到上述基板處理區域、二^處理區域之間之絕熱部，供 -〈步驟。 此情況下，上述昇華步驟， 曰+ 溫度作成為超過上述原二二i使上述昇華用加熱器的加埶 此情況下，上述昇華：：幵華溫度亦可。 … 到上述基板進行處理時=係方、上述主加熱器的溫度達 溫度須達到用以使上述％ 幵華用加熱器的 此情況下，於經由上時之溫度亦可。 華之溫度時，λ述基板：J:=述原料達到進行昇 可。 /撒度亦已到達上述處理溫度亦 發明之實施形熊

C:\2D-0)DE\91-09\91115521.ptd 第9頁 583725 五、發明說明（5) 圖1為顯示本發明之基板處理裝置的概略剖面圖；圖2為 顯不圖1所示之基板處理裝置的一部份的剖面圖；圖3為顯 不圖1所示之基板處理裝置的一部份的剖面圖；圖4為顯示 圖1所示之基板處理裝置的一部份的侧視圖；圖5為顯示圖 1所示之基板處理裝置的一部份的側視圖。如圖中所示， @ S i C所構成之外管（均熱管）2 1的外侧設置有基板加熱 用的主加熱器2 2，於外管2 1的内側設置有由石英所構成之 圓筒狀的内管（反應管）2 3，於内管2 3内插入有可升降的由 石英所構成之蓋子24，於蓋子24載置有板材25，於板材25

上則載置著複數的半導體基板（未圖示）。又，於蓋子2 4處 設置有原料昇華部46及絕熱部36，於蓋子24處裝設有可裝 卸之加熱為部4 5。而且，於加熱器部4 5之由陶竟纖維所構 成之底板2 7設置有加熱器元件2 8，由底板2 7與加熱器元件 2 8所構成之昇華用加熱器2 6係安置於内管2 3的内側（即反 應=内）。又，於底板27的上面，設置有由SiC所構成之載 置器29，與加熱器元件28相連接之加熱器端子3〇係介著絕 ，體32支撐於加熱器部45之連接用凸緣31。又，為了測量 幵華用加熱裔26之加熱溫度設有熱電偶33，熱電偶33係由 連接用凸、味3 1所支撑著。又，昇華用力口熱器2 6的上部，設 置有原料昇華部46的原料載置板34 (石英），原料載置板34 之外周部設有複數之柱材35(石英）原料載置板34的上部空 間（即，原料昇華空間）係與基板處理區域亦即内管23内的 半基板之存在區域相連通。藉此，昇華用加熱器與 原料係在同-空間（亦即反應室内）且為近旁之故，可圖提

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升原料昇華之控制性。 撐，絕熱部36係位於原^絕熱部36係受到柱材35的支 絕熱部3 6係於由石英所椹=華部4 6與基板處理區域之間， 塞著。此處，於内管2^允成之箱狀構件的内部以石英棉填 46，由於基板處理區域金原：f :::區域與原料昇華部 ⑼，故為了防止基板處理區： 之間介著有絕熱部 理區域與原料昇華部46之，H ，即使基板處 屌枓曰μ加，ρ 之間隔未充分隔開，亦可防止對於 原科汁举部4 6的熱之影響。因而，座其 ώ、# m么山 而 反應官的長度即使不作 ^長（換吕之，即使基板處理區域與原料昇華部46互相 f近），對於原料再華的控制亦無影響’可抑制裝置的高 度之增加/得以實現裝置的小型化。又’内管23的下部連 接有氣體導入管3 7，於内管2 3的外管放置部3 8處設置有排 氣縫隙39，於内管23的外部且為外管放置部38的下部設置 有排氣環40，内管23的内部與排氣環4〇係透過介著排氣縫 隙39而連通，於排氣環40處連接有排氣管41，又，於外管 放置部3 8之上面設置有環狀之溝4 2於溝槽4 2的底部設置有 開口之氮氣（N2)導入管43，於内管23與蓋子24之間設置有 0環4 4。又，如上述般’為了使外管2 1具有作為均熱管的 機能係以S i C所構成，而S i c於受到溫度差的影響之下易於 破損，且難以加工，故外管2 1係配置於以主加熱器2 2.所圍 成的區域（均熱的空間）内。又，構成排熱部之排氣環4 〇等 係設置於較SiC容易加工之由石英所構成之内管23處。 又，由於原料係設置於與基板同一空間之内管2 3的下 部，故昇華之原料氣體只能自内管2 3的下部往上方流動，

583725 五、發明說明（7) 由於係作成為上述構成的内管、外管，故沒有氣流破損等 之問題而得以實現。 其次，就圖1〜圖5所示之基板處理裝置的動作，亦即對 於本發明之半導體裝置之製造方法加以說明。首先，將原 料之氧化銻粉末4 7載置於原料載置板3 4上之狀態下，將載 置於板材25之蓋子24插入内管23内。接著，經由載置於板 材2 5之半導體基板加熱到既定的溫度，並自氣體導入管3 7 供給載體氣體，同時經由昇華用加熱器2 6將氧 加熱，如此使氧化錄昇華，使氧化錄的蒸汽體 基板的表面，使氧化銻擴散到半導體基板的表面。此情況 I ’自氣體導入管37導入之氣體，會使内管23上昇，於内 管2 3的上端作1 8 0 折回，於内管2 3與外管2 1之間漭動， 透過排氣縫隙39、排氣環40自排氣管41排氣。又透、尚’ 氣（Μ導入管43對溝槽42供給氮氣，則可防止 ^ 内管23‘之間的排氣之洩漏。 曰r & ” 圖6為顯示於半導體基板的表面之氧化銻擴 器的加熱溫度之變化的曲線。（a)為顯示主加熱界=[ 熱溫度之變化、（b)為顯示昇華用加熱器2 6 、二、 口 變化。由此圖可得知：於使主加熱器22、 ° A 度。之

2 6的加熱溫度分別作成為9 〇 〇艽、4 5 5之狀辦加熱裔 加熱為2 2、昇華用加熱器2 6的加熱溫度同時上曰後使一 熱器2 2的加熱溫度作成為丨2 〇 〇。〇之後，將昇汁，使主乂 的加熱溫度作成為775 t。又，昇華用加熱器用加熱器2 度於達到氧化銻的昇華溫度6 5 6 °C之時，主Λ也加熱溫 牙主加熱器22的加

叫725 五、發明說明（8) 熱溫度必須成為 度之656。〇時到12〇〇°C。亦即，於達到原料的昇華溫 則可進行膜質良好的處理。另度(處理溫 =爭^已^，若，導體基板未方面’無論原料的 鈿仃良好的擴散處理。因此，須使主^放溫度，則無法 7=°。。保持45分鐘，使昇華用加熱；26=加；溫度 7 7 5 C保持2 5分猝七μ …、6的加熱溫度於 的加熱溫度同時里下：’使主加熱為22、昇華用加熱器26 後，使昇基田降，/使主加熱器22的加熱溫度降回 情況下ΛΛ 器26的加熱温度降回到455。。。此 氣體導入管37將°:、=的加熱溫度保持於之時，自 ’八d ’將虱乳（紅）以流量2L /分蛉 亦自〜氣體導人管37將氮氣以流量1 GL/分供°給。’令 成ΪΪ if板處理裝置、半導體裝置之製：方法中，昇華 面:往内管23内移動到達半導體基板的表 等不合m 不會ί卻、且氧化銻於内管23的内面 供妗曰’：怎生成物附著，而可將氧化銻的蒸汽確實地 二:ν體基板的表面。又’昇華用加熱器26，由於係 近於反應室内的原料之狀態設置著，故可確實地進行 華部46的溫度控制。再者，由於在原料昇華部46與 ^反處理區域之間設置有絕熱部36，可防止因於主加熱器 22之對於原料昇華部46的溫度之影響。又，氧化銻於半導 =基板的表面進行擴散時的昇華用加熱器26之加熱溫度係 工制於氧化銻的昇華溫度以上的溫度，故即使於例如在達 到基板處理區域之前，有比較低溫的絕熱部3 6存在，亦可

C:\2D>CODE\9l -09\911]5521.ptd 第13頁 583725 發明說明（9) 使氧化銻的瘵汽更確實地供給到半導體基板的表面。亦 即，將昇華用加熱器26控制於65〇〜85〇。〇的範圍，以 華溫度之6 5 6 °C高的溫度（於圖6的例中為775。〇來控制乂。 其理由在於，為了抑制對於原料昇華部46的基板處理區域 的，度影響而配置絕熱部3 6之故，以絕熱部3 6為基點於原 料升華部4 6的一側之溫度會變低，刻意地經昇華的原料於 此低溫部分會有再固化的顧慮，故以將昇華用加熱器2 6控 制於較昇華溫度為高的溫度為佳。又，由於在底板2 7的上 面設置有載置器2 9 ’故可防止來自加熱器元件2 8的金屬污 染。 又’於不會發生污染的情況，亦可不設置載置器2 9。 又’於上述的實施形態中，就原料為氧化銻之情況作了 說明’惟，於其他的原料之情況，本發明亦可適用。又， 於上述實施形態中，係使氧化銻擴散至半導體基板的表面 時的主加熱器22的加熱溫度作成為丨2〇〇它，惟，於供給氧 化銻的蒸八到基板時的主加熱器的加熱溫度以作成為11 5 0 °C以上為佳。 · 發明之效杲

於本發明之基板處理裝置、半導體裝置之製造方法中， 由於原料的蒸汽不會冷卻，故可使原料的蒸汽確實地供給 到基板的表面。 元件編號說明 1, 21 外管 2, 22 (主）加熱器

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第14頁 583725 五、 發明說明 (10) 3, 23 内 管 4, 24 蓋 子 5, 25 板 材 6 原 料 昇 華 裝 置 7 原 料 導 入 管 8 排 氣 管 11 主 爐 芯 管 12 副 爐 芯 管 13 主 爐 芯 管 用 加 熱器 14 副 爐 芯 管 加 熱 器 15 均 熱 用 細 長 管 16 半 導 體 基 板 17 雜 質 板 材 21 外 管 22 主 加 孰 器 23 内 管 24 蓋 子 25 板 材 26 昇 華 用 加 孰 器 27 底 板 28 加 熱 器 元 件 29 載 置 器 30 加 埶 器 端 子 31 連 接 用 凸 緣

C:\2D-CODE\91-O9\91115521.ptd 第15頁 583725 五、發明說明（11) 32 絕 緣 體 33 熱 電 偶 34 原 料 載 置 板 35 柱 材 36 絕 数 部 37 氣 體 導 入 管 38 外 管 放 置 部 39 排 氣 縫 隙 40 排 氣 環 41 排 氣 管 42 溝 槽 43 氮 氣 導 入 管 44 0環 45 加 孰 器 部 46 原 料 昇 華 部 47 氧 化 銻 粉 末

C:\2D-CODE\91-O9\91115521.ptd 第16頁 583725 圖式簡單說明 圖1為顯示基板處理裝置的剖面圖； 圖2為顯示圖1所示之基板處理裝置的一部份的剖面圖； 圖3為顯示圖1所示之基板處理裝置的一部份的剖面圖； 圖4為顯示圖1所示之基板處理裝置的一部份的側視圖； 圖5為顯示圖1所示之基板處理裝置的一部份的側視圖。 圖6(a)、（b)為顯示在半導體的表面形成的膜上氧化銻 擴散時的加熱器的加熱溫度的變化之曲線圖。 圖7為顯示習知的基板處理裝置之概略剖面圖。 圖8為顯示習知的其他之基板處理裝置之概略剖面圖。 圖9為圖8的放大A-A剖面圖。

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Claims (1)

1. 583725 六、申請專利範圍 1 · 一種基板處理裝置，其係具 器，經由該主加熱器對反應室内的^力σ熱用的主加熱 其特徵在於，係於上述反應室内^ ^ ^，行加熱處理者； 以載置原料的原料昇華部，上曰 外華用加熱器與用 述原料昇華部的近旁，經由上^ = 用力σ熱器係設置於上 加熱，使其昇華。 、 a幵華用如熱器對上述原料 2·如申請專利範圍第丨項之基 述原料歼華部與基板處理區 处衣置，其中係於上 絕熱部者。 間的上迷反應室内設置有 3·如申請專利範圍第2項之基 述幵華用加熱器的加熱溫度作成為二理裝置，其中係將上 者。 為超過肩料的昇華溫度 4 ·如申請專利範圍第】項之義 上述主加熱器的溫度達到處理二反处理裝置，其中係以於 上述主加熱器及昇華用加熱器，使土板時的溫度後，控制 度達到上述原料昇華時之溫度。 边汁華用加熱器的溫 5. 如申請專利範圍第^項之基板 上述原料達到進行昇華的溫度時，4置’其中係以於 到處理溫度的方式，來控制，上述基板的溫度可達 器。 加熱器與昇華用加熱 6. 如申請專利範圍第！項之基板處理 昇華用加熱器係含有底板與加熱器衣置，其中，上述 面載置有金屬污染防止用藝署哭 於上述底板的上 7· -種半導體裝置之製造方；：其特… /、符敛在於，係具有下 、第18頁 C:\2D-CODE\91-O9\91115521.ptd 583725 六、申請專利範圍 述諸步驟：於反應室内對基板以主加熱器加熱之步驟；將 載體氣體導入上述反應室内之步驟；經由設置於上述反應 室内之昇華用加熱器使載置於上述反應室内之原料進行昇 華之步驟；及使上述昇華之原料擴散到基板之步驟。 8. 如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其 中係更進一步具有，使上述昇華之原料，越過設置於原料 昇華區域與基板處理區域之間之絕熱部，供給到上述基板 處理區域之步驟。 9. 如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其 中上述昇華步驟，係使上述昇華用加熱器的加熱溫度作成 為超過上述原料的昇華溫度。 1 0.如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其 中上述昇華步驟，係於上述主加熱器的溫度達到上述基板 進行處理時的溫度後，使上述昇華用加熱器的溫度須達到 用以使上述原料昇華時之溫度。 Π .如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其 中係於經由上述昇華步驟使上述原料達到昇華溫度時，上 述基板的溫度亦已到達上述處理溫度。

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