JPH10209140A - 半導体製造装置およびそれによるウエハの加熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボートに載置したウエハに加熱処理を施す場
合に、ウエハの面内で均一に加熱処理し得る半導体製造
装置、およびその装置によるウエハの加熱処理方法を提
供すること。 【解決手段】 ウエハ１１を載置した石英ボート１２が
挿入さる石英チューブ１３の外周側にヒータ１５が設け
られ、石英ボート１２が占める面積に対応する石英チュ
ーブ１３の天井部分の厚さを石英ボート１２の容積に見
合うように増大させ熱容量を均等化させて半導体製造装
置１０とする。この様な装置１０で加熱処理することに
より、ヒータ１５による天井部からの加熱と、底部から
石英ボート１２を経る加熱とがバランスされるので、石
英ボート１２上で立てて並べられるウエハ１１に対して
上下方向に均一な加熱処理が可能となり、面内で均一に
加熱処理されたウエハ１１が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に関
するものであり、更に詳しくはウエハに対して熱酸化、
不純物の拡散、またはＣＶＤ膜の緻密化等を行なう場合
においてウエハを加熱処理するための半導体製造装置お
よびそれによるウエハの加熱処理方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化および高集積化に伴
い動作電圧の低下、信号処理の高速化が益々進んでお
り、そのために、ＭＯＳトランジスタの絶縁膜の薄膜
化、およびその薄膜のウエハ面内における均一性の向上
が必要になっている。従って、使用する半導体製造装置
も新規には均一性が得られ易い縱型半導体製造装置が設
置され、６インチウエハ用に設計されている従来の横型
半導体製造装置では処理し得ない８インチウエハの加熱
処理に使用されている。すなわち、半導体製造装置内の
温度は上下方向で異なり易いが、縱型半導体製造装置で
はウエハは水平な姿勢として４点支持され積み上げられ
るので、熱はウエハ面内では均一に伝達され易いに対し
て、横型半導体製造装置ではウエハはボートの溝内に立
ててほぼ垂直な姿勢として並べられるので、ウエハ面内
での細緻な均一性を得難い。しかし、横型半導体製造装
置は現在も使用されており、特に６インチウエハを処理
するラインでは横型半導体製造装置が主流となってい
る。

【０００３】図２は従来から使用されている半導体製造
装置２０を示し、図２のＡはその縦断面図、図２のＢは
図２のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図であ
る。図２のＡにおいて、石英ボート１２に載置されたウ
エハ１１は石英チューブ１３’内で加熱処理されるが、
石英チューブ１３’の左端には処理ガス導入管１６が設
けられ、右端は冷却ゾーン２２から不活性ガスゾーン２
５に続く石英チューブ２１に接続されている。冷却ゾー
ン２２には排気管２３が設けられ、排気管２３の右方に
は冷却ゾーン２２と不活性ガスゾーン２５とを分離する
ための不活性ガス導入管２４が設けられている。

【０００４】石英チューブ１３’内のウエハ１１は、石
英チューブ１３’の外周側に軸心を共有させて設置され
ているヒータ１５によって加熱されるが、ヒータ１５と
石英チューブ１３’との間には、同じく軸心を共有させ
た石英または炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる均熱管１４
が設けられている。

【０００５】ちなみに、図３は使用されている石英ボー
ト１２を示す図であり、図３のＡは平面図、図３のＢは
側面図、図３のＣは拡大正面図である。 ウエハ載置部
は全長８９６ｍｍ、幅１４４ｍｍとされ、４本の桁材１
２Ｂ、１２Ｂ’に形成されている溝１２Ｃ、１２Ｃ’に
さし込まれて１８０枚の６インチのウエハ１１が一列に
並べられる。

【０００６】上記の半導体製造装置２０によって、ウエ
ハ１１の表面を熱酸化させて絶縁膜を形成させる場合を
例に取ると、図４は熱酸化時における石英チューブ１
３’内の温度プログラムを示すが、熱酸化は、一般には
８００℃〜９５０℃の中温度で加熱処理される。図２へ
戻り、不活性ガスゾーン２５からウエハ１１が石英ボー
ト１２と共に温度７００℃に保持された石英チューブ１
３’内へ搬入され、ヒータ１５によって加熱されると共
に、処理ガス導入管１６からＨ₂ ガスとＯ₂ ガスが導入
される。ヒータ１５の熱は均熱管１４によって均一化さ
れ、石英チューブ１３’を経てウエハ１１およびボート
１２に伝達される。加熱は昇温速度５℃／分で８５０℃
まで昇温される。８５０℃で１７分間保持された後、ウ
エハ１１とボート１２は石英チューブ１３’内で３℃／
分の降温速度で冷却される。そして、７００℃まで冷却
された後、冷却ゾーン２２を経て、不活性ガスゾーン２
５へ搬出される。しかし、前述したように従来の半導体
製造装置２０では、ウエハ１１の面内、すなわち、石英
ボート１２上にほぼ垂直に立てられたウエハ１１の上部
と下部とで均一性を得難く、形成される絶縁膜の厚さも
下部で薄く、上部で厚くなる。

【０００７】なお、熱酸化炉、拡散炉内での温度の均一
性に関して、特開平３ー２３３９２７号公報に係る「半
導体装置の製造装置」には、冷えた材料ガスが熱酸化
炉、拡散炉としての石英チューブ内へ導入されることに
よって温度が不均一になることを避けるために、材料ガ
スの導入路を石英チューブと加熱手段との間に導いて、
材料ガスを石英チューブへ導入する前に予備加熱するよ
うにした熱酸化炉、拡散炉が開示されているが、本発明
は同様な半導体製造装置２０について、材料ガスの予備
加熱以外の手段によって均熱化をはかるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
半導体製造装置でウエハを加熱処理して熱酸化させる場
合、ほぼ垂直に立てられているウエハの面内での均一性
が得られないのであるが、このことは熱酸化の場合だけ
でなく、同様に加熱処理して不純物を拡散させ電極を形
成させる場合、得られたＣＶＤ膜を加熱処理して緻密化
させる場合においても均一性が得られない。

【０００９】本発明は上記の問題に鑑みてなされ、ボー
トに載置したウエハを加熱処理する場合に、ウエハの面
内において均一に熱処理され得る半導体製造装置、およ
びそれによるウエハの加熱処理方法を提供することを課
題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は請求項１お
よび請求項３の構成によって解決されるが、その解決手
段を実施の形態によって例示すれば、図１は実施の形態
による半導体製造装置１０を示し、図１のＡはその縦断
面図、図１のＢは図１のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方
向の断面図であるが、石英チューブ１３の天井部におい
て、底部の石英ボート１２が占める面積に対応する部分
の厚さを石英ボート１２の容積に見合う容積だけ増大さ
せている。このような半導体製造装置１０を使用するこ
とによって、石英チューブ１３の外周側に設置されたヒ
ータ１５による石英チューブ１３の天井部からの加熱
と、底部からの石英ボート１２を経る加熱とがバランス
し、石英ボート１２上にほぼ垂直方向に立てて並べられ
るウエハ１１はその上部と下部とが均等に加熱処理され
る。

【００１１】以下、本発明の半導体製造装置およびそれ
による加熱処理方法の実施の形態について図面を参照し
て具体的に説明する。

【００１２】図１は本実施の形態による半導体製造装置
１０を示し、図１のＡは縦断面図、図１のＢは図１の
［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。その構成は図２
に示した従来例の半導体製造装置２０の構成と基本的に
は同様であるが、異なるところは、本実施の形態の半導
体製造装置１０においては石英チューブ１３の天井部が
厚くされていることにある。

【００１３】すなわち、本発明者は従来例の半導体製造
装置２０によって熱処理する場合におけるウエハ１１の
面内不均一性について種々検討を重ねた結果、ウエハ１
１を載置する石英ボート１２の熱容量が大きく、ヒータ
１５の下方からの熱をかなり吸収するので、石英チュー
ブ１３’内のウエハ１１の温度に対する影響を無視し得
ないことを見出したのである。従って、図１に示す本実
施の形態の半導体製造装置１０においては、石英ボート
１２の占める面積に対応する石英チューブ１３の天井部
分の厚さを、石英ボート１２の容積に見合うように増大
させて厚肉部１３Ｔを形成させている。この増大は、既
存の半導体製造装置については、後加工によって石英チ
ューブ１３の天井部に石英を溶着肉盛りすればよく、本
実施の形態の半導体製造装置１０の厚肉部１３Ｔにおけ
る肉盛り容積は図３に示した石英ボート１２の容積に相
当する７４２ｃｍ³ としている。すなわち、このように
して石英ボート１２の熱容量に相当する熱容量を石英チ
ューブ１３の天井部に与えたものとしている。

【００１４】本実施の形態による半導体製造装置１０は
以上のように構成されるが、例えばこれによってウエハ
１１を熱酸化させ絶縁膜を形成させる場合の作用は加熱
の均一性を除き前述した従来例の半導体製造装置２０の
場合と基本的には同様である。

【００１５】ウエハ１１を載置した石英ボート１２が不
活性ガスゾーン２５から７００℃に維持された石英チュ
ーブ１３内へ搬入される。次いでＨ₂ ガスとＯ₂ ガスと
が導入されると共に図４に示す温度プログラムに従って
８５０℃、１７分間の加熱処理が行われた後、７００℃
まで冷却されて不活性ガス２５へ搬出される。この時ヒ
ーター１５による石英チューブ１３の天井部側からの加
熱と、底部からの石英ボート１２を経る加熱とがバラン
スされるので、石英ボート１２上に立ててほぼ垂直な姿
勢として並べられているウエハ１１は上下方向に均等に
加熱され、絶縁膜の厚さが面内で均一なウエハ１１が得
られる。

【００１６】なお、このような石英ボート１２の熱容量
と石英チューブ１３の天井部の熱容量とをバランスさせ
てウエハ１１の面内における加熱処理の均等化をはかる
方法は、低温度からの中温度の領域における加熱処理、
特に短時間の加熱処理は有効である。と言うのは、例え
ば１１００℃以上の高温度で加熱処理をする場合には、
かえって石英チューブ１３内が均一な温度になり易いか
らである。

【００１７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００１８】例えば本実施の形態においては、既存の半
導体製造装置について、石英チューブ１３の天井部の厚
さを増大させる方法として石英の溶着肉盛りを例示した
が、簡便には水ガラスをコーティングすることも可能で
あり、また、肉盛り部分に相当する面積と厚さを有する
石英の曲面板を石英チューブ１３と均熱管１４との間に
挿入し固定するようにしてもよい。

【００１９】また本実施の形態においては、石英チュー
ブ１３の天井部の所定面に対して石英７４２ｃｍ³ に相
当する肉盛りを行い厚さの増大を行なって厚肉部１３Ｔ
を形成させたが、これはあくまで使用されている石英ボ
ート１２の占める面積形状と実容積に対応するものであ
り、石英ボート１２の占める実容積が変わる場合は、肉
盛りの面積と厚さ、すなわち容積もそれに応じて変更さ
れるべきである。

【００２０】また本実施の形態においては、石英チュー
ブ１３の外周側に石英の肉盛りを施して厚肉部１３Ｔを
形成させたが、内周側に肉盛りをしてもよく、また外周
側と内周側との両側に肉盛りをしてもよい。

【００２１】また本実施の形態においては、半導体製造
装置１０を横型の装置として例示したが、横型以外の装
置であってもウエハをボートに載置して加熱処理する装
置は本発明の半導体製造装置に含まれる。

【００２２】また本実施の形態においては、熱酸化を図
４に示すように８５０℃で行なったが、この熱酸化は８
００℃〜９５０℃の中温度領域で行ない得る。また本実
施の形態においては、本発明の半導体製造装置として、
ウエハを熱酸化し絶縁膜を形成させる熱酸化装置を例示
したが、この熱酸化装置以外に、同様に熱処理してＣＶ
Ｄ膜を緻密化させるアニール装置や、不純物を拡散させ
て電極を形成させる拡散装置も含まれる。

【００２３】また本実施の形態においては、ウエハを熱
酸化させて絶縁膜を形成させる場合に、石英チューブ１
３内へ反応ガスとしてＨ₂ ガスとＯ₂ ガスとを供給した
が、反応ガスないしは処理ガスは、これらに限られるこ
とはなく、熱酸化の場合には例えば０₂ ガスとＨＣｌガ
スとを供給してもよく、これらと同時にＮ₂ ガスやアル
ゴン（Ａｒ）ガスを供給してもよい。すなわち、通常的
に使用されているガスが供給される。勿論、不純物の拡
散、ＣＶＤ膜の緻密化においても、使用されるガスの種
類に限定されないことは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、次に記載するような効果を奏する。

【００２５】熱酸化装置、不純物拡散装置、アニール装
置などの半導体製造装置について、石英チューブ内に搬
入される石英ボートの占める面積に対応する天井部分に
おける厚さを石英ボートの容積に見合うように増大させ
て熱容量にバランスさせ、石英チューブの天井部からの
加熱と、底部から石英ボートを経る加熱とをバランスさ
せているので、石英ボートに立てて並べられるウエハに
対して上下方向に均等に加熱処理し得る。

【００２６】また石英ボートの熱容量に相当する熱容量
を天井部に与え、石英チューブの天井部からの加熱と、
底部からの石英ボートを経る加熱とをバランスさせた半
導体製造装置を使用することにより、通常では均一に加
熱処理され難い半導体製造装置によっても、面内におい
て均一に加熱処理されたウエハが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による半導体製造装置を示す図であ
り、Ａは縦断面図、ＢはＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方
向の断面図である。

【図２】従来例の半導体製造装置を示す図であり、Ａは
縦断面図、ＢはＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面
図である。

【図３】同装置に使用される石英ボートを示す図であ
り、Ａは平面図、Ｂは側面図、Ｃは拡大正面図である。

【図４】ウエハを熱酸化させて絶縁膜を形成させる場合
における石英チューブ内の温度プログラムである。

【符号の説明】

１０……実施の形態による半導体製造装置、１１……半
導体ウエハー、１２……石英ボート、１３、１３’……
石英チューブ、１３Ｔ……厚肉部、１４……均熱管、１
５……ヒーター、１６……処理ガス導入管、２０……従
来例の半導体製造装置、２２……冷却ゾーン、２３……
排気管、２４……不活性ガス導入管、２５……不活性ゾ
ーン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハに対して熱酸化、不純物の拡散、
   または形成されたＣＶＤ膜の緻密化等の加熱処理を施す
   ための、外周側に加熱手段を設けた半導体製造装置にお
   いて、 前記ウエハを載置する石英ボートが底部に装入される石
   英チューブの天井部の前記石英ボートが占める面積に対
   応する部分の厚さが前記石英ボートの容積に見合うよう
   に増大されており、 前記加熱手段による前記石英チューブの天井部からの加
   熱と、その底部からの前記石英ボートを経る加熱とがバ
   ランスされて、前記石英ボート上にほぼ垂直方向に立て
   て並べられる前記ウエハが上下方向に均等に加熱処理さ
   れることを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記石英チューブの前記天井部の厚さの
   増大が既存の前記半導体製造装置について後加工して行
   われたものであることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体製造装置。
3. 【請求項３】 ウエハを載置する石英ボートが底部に装
   入される石英チューブの外周側に加熱手段が設けられ、
   かつ前記石英ボートが占める面積に対応する前記石英チ
   ューブの天井部分の厚さが前記石英ボートの容積に見合
   うように増大された半導体製造装置を使用し、 熱酸化、不純物の拡散、または形成されたＣＶＤ膜の緻
   密化等の加熱処理を前記石英ボート上にほぼ垂直方向に
   立てて並べられる前記ウエハに対して上下方向に均等に
   施すことを特徴とするウエハの加熱処理方法。