JPH0594980A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、薄膜形成もしくは熱処理を行う基板
の温度変動を低減すると共にその制御性を向上し、信頼
性・制御性の高い膜形成を含む熱処理を実現し得る熱処
理装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、薄膜形成もしくは熱処理を行う基板
１を加熱するための発熱体３と、該基板１の雰囲気を維
持する熱処理室２と、該基板１を処理するために該熱処
理室２内へ導入する処理ガス４と、該基板１の前方もし
くは後方に配置した該処理ガス４の温度を制御する予熱
体５ａ，５ｂとから成る熱処理装置において、該予熱体
５ａ，５ｂが該処理ガス４のガス流の向きを変化する構
成になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の薄膜形成工程を
含む熱処理を、基板の前方もしくは後方に処理ガスの温
度を制御する予熱体を配置することにより、高い信頼性
と制御性を維持しながら実現するための熱処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子デバイス製造過程では複数回の薄膜
形成を含む熱処理工程を必要とする。例えば、Ｓｉを用
いたＭＯＳ（metal oxide semiconductor ）デバイス製
造におけるゲート酸化膜形成の基本的な工程を考えた場
合、ゲート酸化膜を形成するために下地Ｓｉ表面を熱酸
化する工程や、ゲート電極膜の堆積と電極膜中不純物を
活性化するために焼鈍する工程等が必要である。デバイ
スの微細化に伴いこれらの工程における熱処理の信頼性
・制御性の更なる向上に対する要望は極めて高く、熱処
理中の基板温度の精細な制御はその根幹を成すものと考
えられる。

【０００３】これらの工程には通常石英管を熱処理室と
した電気炉が用いられる。すなわち、その石英管の一端
からは基板を処理するための窒素や酸素、シランガス等
の処理ガスを供給できるようになっており、また、他方
の管端は排気や基板の出し入れ口として開管もしくは扉
がついた構成になっていることが多い。熱処理室である
石英管内に挿入された通常複数枚の平行・等間隔に並べ
られた基板は、その石英管の周りを取り囲むように設置
された発熱体から発生する輻射光によって所要の温度に
加熱された後、処理ガスが処理ガス導入系より熱処理室
へ導入されることによってこれら基板の熱処理が実行さ
れる。しかしながら、処理ガス導入系から導入された処
理ガスは、基板が配置されている熱処理室内の温度分布
がほぼ均一な高温領域まで、低温領域を経由して直接基
板へ導入されるため、低温の、しかも、流速によって変
動する温度の処理ガスが基板表面へ供給されることにな
り、気相反応の精細な制御が不可能であった。すなわ
ち、処理ガスの流速が高速な場合は基板表面の温度低下
が著しく、一方低速な場合は基板を通過した処理ガスが
低温領域で冷却されそれが逆流して再び基板表面温度を
変動させるため、極めて深刻な問題となっていた。特
に、保守や占有面積の効率化のために小形化された縦型
熱処理装置等の熱処理装置では、この処理ガス温度の変
動に伴う基板表面近傍の温度変動が大きく、実用上極め
て大きな問題であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様に従来技術で
は、熱処理室内へ導入された処理ガスが直接基板表面へ
供給されるため、当該基板の表面温度が変動し、当該基
板の膜形成を含む熱処理を信頼性・制御性高く実現する
ことが困難であった。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、薄膜形成もしくは熱処理を行う基板の温度変動を低
減すると共にその制御性を向上させ、信頼性・制御性の
高い膜形成を含む熱処理を実現し得る熱処理装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこの様な課題を
解決するものであり、基板の前方もしくは後方に、処理
ガスのガス流の向きを変化させ、処理ガスの温度を制御
する予熱体を配置すること特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明は、基板の温度変動を軽減すると共にそ
の制御性を向上できることから、温度変動やその制御性
不良に伴う膜厚や不純物拡散分布等の勿動等の悪影響を
低減することが可能であり、極めて高品質の薄膜形成を
含む熱処理を信頼性高く実現できる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

【０００９】本発明の実施例として、ＭＯＳ形成工程の
内、Ｓｉ基板上へ熱酸化膜を形成する工程を例に、本発
明の熱処理装置の構成とその利用方法について説明す
る。

【００１０】図１は、本発明に係わる熱処理装置の一実
施例を示す概略構成図である。同図において、１は薄膜
形成もしくは熱処理を行う基板、２は基板の雰囲気を維
持する熱処理室、３は基板を加熱するための発熱体、４
は基板を処理するために熱処理室内へ導入される処理ガ
ス、５ａ、５ｂは基板の前方もしくは後方に配置された
処理ガスの温度を制御する予熱体である。

【００１１】即ち、熱処理室２は、それらの周囲を覆う
ように設置されている電熱体等の発熱体３からの輻射光
を透過できる溶融石英等の材料で構成され、外界と独立
にその雰囲気を制御できる構成になっている。Ｓｉ等の
基板１を熱処理室２内へ設置し、所要の温度へ発熱体３
の輻射光によって昇温した後、窒素や酸素等の処理ガス
４を処理ガス導入系（図示省略）から導入することによ
って酸化膜形成等の膜形成を含む熱処理を行う。

【００１２】本実施例では、基板１の前方である処理ガ
ス４が導入さる側の熱処理室２内に、この処理ガス４の
ガス流の向きを変化させる構成を有した、例えばＳｉや
ＳｉＣ、石英等の処理ガス４と反応し難いか、もしくは
反応しても基板１の膜形成を含む熱処理に対して障害と
ならない、熱容量の大きな材料で構成された予熱体５ａ
を設置してあるため、処理ガス４は基板に到達する前に
発熱体３からの輻射光で加熱されている予熱体５ａによ
って所要の温度まで制御性良く昇温・保持されることに
なる。このため、基板１へ到達する処理ガス４の温度は
安定し、基板１の温度、特に表面温度の変動を軽減する
と共にその制御性を向上することができることから、高
精度な熱処理を信頼性高く実現することができた。この
様に、処理ガス４のガス流の向きを変化させる構成は、
処理ガス導入系から導入された処理ガス４の予熱体５ａ
内経由時間を増大させる効果を有し、効率的に処理ガス
４の温度を所要の温度へ昇温できる。しかもこの予熱体
５ａは、基板１に供給される処理ガス４のガス流の流れ
を適切に制御する作用も同時に有することから、処理ガ
ス４を均一に基板１へ供給すること等が可能になり、熱
処理制御性を更に向上させることができた。さらにま
た、基板１の後方にも予熱体５ｂを付加すれば、特に処
理ガス４の流速が低速の場合に、基板１を通過した処理
ガス４が基板１後方の低温領域で冷却されそれが逆流し
て再び基板１の表面温度を変動させる悪影響を軽減する
ことが可能となり、熱処理制御等の効果をより一層向上
することができる。従来装置では、処理ガスが、基板が
配置されている熱処理室内の温度分布がほぼ均一な高温
領域まで、低温領域を経由して直接基板へ導入されるた
め、低温の、しかも、流速によって変動する温度の処理
ガスが基板表面へ供給されることになり、気相反応の精
細な制御が不可能であったが、この様に、基板１の前方
もしくは後方にも予熱体５ａ、５ｂを用いることによ
り、基板１における処理ガス４の温度等の均一化を図
り、基板１の温度、特に表面温度の変動を軽減すると共
にその制御性を向上し、しかも処理ガス４の流れを精細
に制御することが可能になり、熱処理の信頼性を飛躍的
に向上することができた。

【００１３】以上述べた実施例はゲート酸化膜形成工程
を例に説明したものであるが、これ以外にもエピ膜形成
や拡散熱処理等の各種の薄膜形成や熱処理に本発明が適
用できることは言うまでもない。また、予熱体を複数個
使用した装置構成や、基板を動径方向に複数枚並べた装
置構成、さらには、熱処理室を横型にした装置構成の場
合でも本発明が適用できることは当然可能であり、本発
明の主旨を逸脱するものではない。

【００１４】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明により極めて高
品質の薄膜形成を含む熱処理を信頼性高く実現できる。

【００１５】本発明は、高品質のゲート酸化膜形成を始
めとして、様々な高品質エピ膜形成や拡散熱処理等を信
頼性高く実現する上で非常に有効である。したがって、
本発明を実施することによる工業上の利点は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱処理装置の１実施例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１…基板、２…熱処理室、３…発熱体、４…処理ガス、
５ａ，５ｂ…予熱体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜形成もしくは熱処理を行う基板を加
   熱するための発熱体と、該基板の雰囲気を維持する熱処
   理室と、該基板を処理するために該熱処理室内へ導入さ
   れる処理ガスと、該基板の前方もしくは後方に配置され
   た該処理ガスの温度を制御する予熱体とから成る熱処理
   装置において、該予熱体が該処理ガスのガス流の向きを
   変化させる構成になっていることを特徴とする熱処理装
   置。