JPH04184923A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体デバイスの製造プロセスで用いられる成膜
装置として、省スペース化、省エネルギー化、被処理物
である半導体ウェハの大口径化等への対応が容易である
こと等の理由から、縦型の成膜装置が開発されている。

このような縦型成膜装置は、石英等からなる円筒状の反
応管をほぼ垂直に配設し、その周囲を囲繞する如く加熱
用ヒータを設けた構成とされている。また、被処理物で
ある半導体ウェハは、石英等からなるウェハボートに垂
直方向に棚積み配列された状態で、上記反応管内にその
下方の開口部から昇降機構によってロードされる。

上述したような成膜装置を利用し、多数の半導体ウェハ
に対して減圧ＣＶＤ法等によって成膜処理を行う場合、
１枚の半導体ウェハの面内における膜厚や同一処理ロッ
ト内での膜厚を均一化することが重要である。そこで、
成膜ガスを反応管の下方から供給する際に、反応管の内
壁と半導体ウェハとの間隙を狭めてガス供給流速を高め
、半導体ウェハの面方向への拡散速度を速くすることに
より、膜厚の面内方向に対する均一性を高めることが行
われている。

ところで、例えばＰやＢ等をドープした８１膜等を上記
縦型成膜装置によって形成する場合には、成膜用のＳｔ
を含むガスと、ＰやＢ等を含むドープ用のガスとを別個
に反応管の下方から供給することが行われているが、こ
の方法では反応管内に導入されるドープ用ガスの下流側
、すなわち上方に配置された半導体ウニ／１に形成され
る膜中のドープ量か減少する等、ドープ濃度が不均一に
なりやすいという問題かあった。

そこで、ドープ元素を含む非成膜ガスの導入管を反応管
内に垂設すると共に、棚積み配列された半導体ウェハの
面方向に複数のノズルを開口し、配列位置によるドープ
濃度の不均一を解消することが行われている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したような成膜装置において、ドー
プ濃度の均一性を高めるために、ドープ元素を含む非成
膜ガスの導入管を反応管内に垂設すると、反応管の内壁
と半導体ウェハとの間隙が部分的に不均一となってしま
い、反応管の下方から供給する成膜ガスの流れに乱れが
生じると共に、流速が低下してしまうという問題がある
。

このように、成膜ガスの流れに乱れか生じたり、流速か
低下すると、上述したように１枚の半導体ウェハの面内
における膜厚や同一処理ロット内での膜厚か不均一にな
ってしまうため、ドープ濃度の均一性を高めた上で、膜
厚自体の均一性も確保することが強く求められている。

本発明は、このような課題に対処するべくなされたもの
で、例えばドープ元素を含む非成膜ガスの拡散濃度の均
一性を高めた上で、膜厚の均一性も確保する等、熱処理
条件の均一性を高めることを可能にした熱処理装置を提
供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の熱処理装置は、所定の間隔で棚積み配
列された複数の被処理物が収容される反応管と、この反
応管を囲繞する如く設けられた加熱機構と、前記反応管
内に設けられたガス導入管とを具備する熱処理装置にお
いて、前記ガス導入管は、前記反応管の内壁に凹状に少
なくとも一つ設けられ、かつ前記被処理物の配列方向に
沿わせたガス導入管収容部内に配置されていることを特
徴とするものである。

（作　用） 本発明の熱処理装置において、ガス導入管例えばドープ
元素等を含む非成膜ガスの導入管は、反応管の内壁に凹
状に設けられたガス導入管収容部内に配置されている。

このため、多数の被処理物に対するガスの拡散濃度の均
一性を確保した上で、反応管の内周面と各被処理物との
間隙をほぼ均一に保つことができ、導入ガスの供給流速
を層流状態を保ちつつ十分速く設定することができる。

よって、導入ガスの拡散濃度の均一性と、例えば膜厚の
均一性とを同時に満足させることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

この実施例の縦型成膜装置は、第１図および第２図に示
すように、はぼ垂直に配設された反応管１を有しており
、この反応管１は例えば石英からなる外筒２と、この外
筒２内に同心的に収容された例えば石英からなる内筒３
とから構成された二重管構造となっている。

上記外筒２および内筒３は、ステンレス等からなるマニ
ホールド４によって保持されていると共に、ベースプレ
イド５に固定されている。そして、上記反応管１を囲繞
する如く加熱用ヒータ６等が設置されて反応炉本体が構
成されている。

また上記内筒３には、その内壁に対して凹状に、すなわ
ち内筒３の外周面から断面形状が外側に突設された略半
円筒形状のガス導入管収容部３ａが反応管の長手方向に
挿通されて設けられており、このガス導入管収容部３ａ
は内筒３の内側に向けて開放されている。

上記反応管１の開口部、すなわちマニホールド４下端部
の開口部は、ステンレス等からなる円盤状のキャップ部
７により、気密封止部材例えば図示を省略したＯリング
を介して密閉されるよう構成されている。

上記キャップ部７のほぼ中心部には、回転軸８が挿通さ
れている。この回転軸８の下端は図示を省略した回転機
構に接続されており、上端はターンテーブル９に固定さ
れている。

また、ターンテーブル９の上方には、反応管１の内筒３
と所定の間隙を保持して保温筒１０か設置されており、
保温筒１０上には多数の半導体ウェハ１１が所定のピッ
チで積層収容された、例えば石英からなるウェハボート
１２が搭載されている。これらウェハボート１２、保温
筒１０、ターンテーブル９およびキャップ部７は、図示
を省略した昇降機構例えばボートエレベータにより反応
管１内に一体となってロード・アンロードされる。

マニホールド４の下部には、上方すなわちウェハボート
１２方向に向けて曲折されたＬ字状の成膜ガス導入管１
３が配設されている。この成膜ガス導入管１３は、その
ガス吐出口１３ａがウェハボート１２に収容された半導
体ウェハ１１の近傍に達するように垂設されており、上
記ガス吐出部１３ａは半導体ウェハ１１の配列方向に向
けて開口されている。上記成膜ガス導入管１３からは、
５ｔ（ＯＣ２Ｈ５）　４等の成膜用の処理ガスか導入さ
れる。

また、上記した内筒３の外側に突設させたガス導入管収
容部３ａ内には、例えばＰやＢ等のドープ元素を含む有
機化合物を含有するドープ用ガス等の非成膜ガスを反応
管１内に導入する非成膜カス導入管１４が収容されてい
る。この非成膜カス導入管１４は、Ｌ字形状を有してお
り、マニホールド４の下部に配設されている。

上記非成膜ガス導入管１４は、ウェハボート１２に収容
された各半導体ウェハ１１の面方向に向けて所定の間隔
で開口された複数のガス吐出口１４ａを有しており、各
半導体ウェハ１１に対して均一に非成膜ガスを供給する
ように配置されている。

このように、各半導体ウェハ１１に対するドープ濃度の
均一性を向上させる上で、ウェハボート１１と平行とな
るように内筒３内に収容することか必要な非成膜ガス導
入管１４を、内筒３の外周面から突設させたガス導入管
収容部３ａ内において、内筒３の内周面の外側に垂設し
ているため、内筒３の内周面と各半導体ウェハ１１との
間隙をほぼ均一に保つことができる。

すなわち、上記非成膜ガス導入管１４を内筒３内に設置
した上で、内筒３の内周面と各半導体ウェハ１１との間
隙を均一かつ狭小とすることができる。

そして、マニホールド４の上部、すなわち外筒２の下部
側には、図示を省略した真空ポンプ等の排気系に接続さ
れた排気管１５が、外筒２と内筒３との間隙から処理ガ
スを排出するよう設置されている。

上記構成の縦型成膜装置では、例えば以下のようにして
、ドープド５ｔ（ｈ膜等の成膜処理が行われる。

すなわちます、ヒータ６により例えば７００℃程度の加
熱状態にある反応管１内に、その下方開口部からボート
エレベータ等により半導体ウエノ＼１１を収容したウェ
ハボート１２をロードする。

次に、反応管１内を所定の真空状態まで排気した後に、
成膜ガス導入管１３から成膜用ガス例えば５ｔ（ＯＣ２
Ｈ５）　４を含むガスを内筒３内に導入すると共に、非
成膜ガス導入管１４に各半導体ウェハ１１の面方向に向
けて設けられた複数のガス吐出口１４ａから　ＰやＢ等
のドープ元素を含む有機化合物を含有するドープ用処理
ガスを導入し、半導体ウェハ１１の表面にＰやＢ等がド
ープされた５ｔ（ｈ膜を成膜する。

ここで、内筒３の内周面と各半導体ウエノ１１１との間
隙は、十分に狭めた上で、その均一性が確保されている
ため、成膜ガスの流入速度を層流状態を維持しつつ十分
に速く設定することかでき、よって各半導体ウェハ１１
の面内における膜厚や同一処理ロット内での膜厚の均一
性を高めることができる。

そして、各半導体ウエノ＼１１上に形成する各Ｓｉ膜に
対するドープ濃度は、各半導体ウエノ＼１１の面方向に
向けて開口された複数のガス吐出口１４ａを有する非成
膜ガス導入管１４からドープ用ガスを供給しているため
、均一化することができる。

上述したように、この実施例の縦型成膜装置においては
、非成膜ガス導入管１４を内筒３の外側に突設させた非
成膜ガス導入管収容部３ａ内に配置することによって、
ドープ用ガス等の非成膜ガスを各半導体ウェハ１１に対
して均一に供給することを可能とした上で、内筒３の内
周面と各半導体ウェハ１１との間隙の狭小性および均一
性を確保することを可能としている。

これにより、複数の半導体ウェハ１１に対して面内の膜
厚が均一な膜を形成することができると共に、各層に対
するドープ濃度も均一化することが可能となる。

なお、上記実施例では、本発明を成膜装置に適用した例
について説明したが、拡散、加熱、酸化等のいずれのガ
スを導入する熱処理装置にも適用できることは説明する
までもないことである。また、上記実施例では、ガス導
入管収容部３ａ内に非成膜ガス導入管１４を収容した例
について説明したか、ガス導入管であればいずれのもの
を用いてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、例
えばドープ元素を含む非成膜ガス流の拡散濃度の均一性
を高めた上で、成膜した膜の膜厚均一性を確保すること
が可能となる。よって、多数の被処理物に対して均一な
処理条件で熱処理を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦型熱処理装置を示す横断
面図、第２図は第１図の縦断面図である。 １・・・・・・反応管、２・・・・・・外筒、３・・・
・・・内筒、３ａ・・・・・・ガス導入管収容部、４・
・・・・・マニホールド、６・・・・・加熱用ヒータ、
７・・・・・・キャップ部、１１・・・・・・半導体ウ
ェハ、１２・・・・・・ウェハボート、１３・・・・・
・成膜ガス導入管、１３　ａ　ｓ　１４　ａ・・・・・
・ガス吐出部、１４・・・・・・非成膜ガス導入管、１
５・・・・・・排気管。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の間隔で棚積み配列された複数の被処理物が収容さ
   れる反応管と、この反応管を囲繞する如く設けられた加
   熱機構と、前記反応管内に設けられたガス導入管とを具
   備する熱処理装置において、 前記ガス導入管は、前記反応管の内壁に凹状に少なくと
   も一つ設けられ、かつ前記被処理物の配列方向に沿わせ
   たガス導入管収容部内に配置されていることを特徴とす
   る熱処理装置。