JPH1022290A

JPH1022290A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JPH1022290A
Application number: JP16942196A
Authority: JP
Inventors: Mikio Takagi; 幹夫高木
Original assignee: F T L Kk
Current assignee: F T L Kk
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＴＰにより処理される複数枚のウェーハ均
一性を高める。【解決手段】横型又は縦型ホットウォール型加熱炉１
内にて複数枚のウェーハ８を熱処理領域５ａ前進させか
つ急速に昇温し、また熱処理領域５ａにて急速熱処理
し、その後前記熱処理領域より後退させかつ急冷する半
導体装置の製造方法において、熱処理領域に前進方向に
向かって温度が低くなる温度分布が設定さする。横型ホ
ットウォール型加熱炉内にて１枚又は複数枚のウェーハ
８を高温の熱処理領域にて急速熱処理する半導体装置の
製造方法において、第１の低温領域５ｂとは別の第２の
低温領域５ｃを、熱処理領域５ａが両低温領域の中間に
位置するように設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び製造装置に関するものである。本発明において
「半導体装置」とは、これを例示すると、シリコン、化
合物半導体などのメモリ−もしくは論理回路ＩＣ、薄膜
トランジスタ（ＴＦＴトランジスタ）ＩＣなどである。
また、「ウェーハ」とは、これを例示すると、単結晶基
板、ガラス基板などである。さらに、本発明で言う急速
熱処理とは通常RapidThermal Processing（ＲＴＰ）と
称されている技術であり、Richard B. Fair 著Rapid Th
ermal Processing（ACADEMIC PRESS INC ）に解説され
ている。この著書にも解説されているように、膜厚、不
純物濃度、拡散深さ等半導体装置の性能に関係する特性
をウェーハ面内で均一にすることが重要である。本発明
において「製造」とは、これを例示すると、（イ）ウェ
ーハに半導体物質、絶縁物質、金属、金属とシリコンの
化合物、合金、超伝導物質などの皮膜あるいは層を反応
ガスを用いるＣＶＤにより形成する方法、（ロ）ウェー
ハに半導体物質、絶縁物質、金属、超伝導物質などの皮
膜あるいは層を反応ガスと単結晶基板又は基板上の物質
との直接反応により形成する方法（例えば、バルクシリ
コン、ポリシリコンを反応して成形するＳｉＯ₂ 膜、Ｓ
ｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜などの薄膜形成、及び
ＳｉＯ₂ 膜の表面を１〜１０オングストローム窒化する
極薄窒化処理等）、（ハ）Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ₂ などを含む
雰囲気ガスの存在下で拡散、膜質の改善、膜の平坦化な
ど、（ニ）ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウムの
酸化物）、ＳＴＯ（チタン酸ストロンチウムの酸化
物）、Ｔａ₂ Ｏ₅膜などの高誘電体又は強誘電体薄膜の
膜質改善のためのアニーリング，（ホ）ＷＳｉ₂ 、Ｔｉ
Ｓｉ₂ 膜などの低抵抗化のためのアニーリング、（ヘ）
ＳｉＯ₂ 、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ膜など
の緻密化・平坦化のためのアニーリング、（ト）ＰＺＴ
（チタン酸鉛ジルコニウムの酸化物）、Ｙ−１、ＢＳＴ
などの強誘電体物質膜のアニーリング、（チ）イオンイ
ンプラーテション層の活性化などである。なお（チ）で
は不純物の広がりを極力抑えて不純物の活性化率を高め
ることが重要である。

【０００２】また本発明は、縦型及び横型ホットウォー
ル型加熱炉を使用して上記方法を実施する半導体装置製
造装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】本出願人が提案した米国特許第５３８７
５５７号（以下「米国特許」と言う）には、均熱性に優
れた縦型ホットウォール加熱炉を使用してＲＴＰを行う
二重管型半導体製造装置が開示されている。図９は米国
特許に示された半導体製造装置により１枚のウェーハを
熱処理する方法を図解している。図において、１は外管
１ａと内管１ｂより構成される石英反応管、２は内管１
ｂの底部に開口する反応ガス流入管、３は外管１ａの底
部に開口する排気管、４は同心円状に配列された外管１
ａと内管１ｂの間に形成され反応ガスを排出する環状流
路、５は電気抵抗ヒーターを使用した加熱炉、６はウェ
ーハ保持し移動させる治具（以下「治具」と言う）、８
はウェーハ、３０は磁石コイル又は永久磁石、３１は駆
動機構、３３はウェハー保持治具を遮蔽板１１、載置板
１２とともに昇降させる案内部材である。ウェーハ８は
拡散長が短い低温（例えば７５０℃）で一旦保持され、
次に図示の位置で所定の短時間保持され、内管１ｂ内を
上向に流れる反応ガスと接触して所定の反応を起こし、
反応後直ちにウェーハはウェーハ保持具６により炉下部
の低温領域に移動される。

【０００４】１５０ｍｍ直径Ｓｉウェーハにイオン注入
条件；ＢＦ２，３．０Ｅ１５／ｃｍ² ，２．３０ｋｅＶ
でイオン注入し、その後図９を参照し上述した方法で一
旦低温保持後９５０℃，２ｍｉｎアニールしたところ、
シート抵抗は約２２０Ωであり、その面内分布は±１％
以内（５枚の平均値）であった。低温保持を行わない通
常のＲＴＰ法で同様のアニールを８５０℃、１２０分で
行ったところ、シート抵抗は３１０Ωであり、同様にア
ニールを８５０℃、３０分で行ったところシート抵抗は
４００Ωであり、これらの場合シート抵抗の面内分布は
約１％であった。

【０００５】本出願人が特開平８−４５８６１号公報に
て提案したＲＴＰ法によると、低温領域と熱処理領域を
有する縦型ホットウォール型加熱炉内にて、横置きされ
た複数枚のウェーハを前記低温領域から熱処理領域に前
進させ、また前記記熱処理領域にてウェーハを急速熱処
理した後再び低温領域に戻す半導体装置の製造方法にお
いて、所望の温度より高い温度にセットされた炉にウェ
ーハを装入し、ウェーハが所望の温度に達する前にウェ
ーハを低温領域に戻すことによって加熱時間を短縮して
ＲＴＰ特性が改良することが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】その後本発明者はさら
に実験を進め、ホットウォール型加熱炉によるウェーハ
の温度分布につき考察を行った。熱処理を行う均熱領域
に複数枚のウェーハを装入すると、最初に均熱領域に入
ったウェーハと最後に均熱領域に入ったウェーハとでは
時間差が生じる。続いて均熱領域で短時間熱処理をした
後ウェーハが装入方向とは反対方向に低温領域に向かっ
て移動されると、最初に均熱領域に入ったウェーハが最
も遅く均熱領域から出、最後に均熱領域に入ったウェー
ハが最も早く均熱領域から出るので、やはり時間差が発
生する。パターンルールが０．２５μｍ（２５６Ｍ−Ｄ
ＲＡＭ）以上であり、比較的長い保持時間が許容される
場合は上記時間差は実用上の問題にはならなかったが、
より微細なパターンルールになると、高温領域における
ウェーハ間の滞留時間の差が同一ロットで処理される複
数枚のウェーハの均一性を損なって半導体装置の電気的
特性のバラツキが生じ、半導体装置の不良率が高まる。

【０００７】１枚のウェーハを熱処理する場合は、図１
０に示すようにウェーハの進行方向にほぼ垂直にウェー
ハ面を位置せしめるとウェーハ面内の均一性が実現され
るので、図１０に示すウェーハの配置・移動方法を縦型
炉及び又は横型炉で選択することが通常である。一方、
図１１に示すように１枚のウェーハの進行方向にほぼ平
行にウェーハ面を置いた場合は、前段落で説明したよう
なウェーハ不均一性の問題が１枚のウェーハ面内で起こ
る。しかし、利点としては、ウェーハを一つの治具から
他の治具に受渡す際にウェーハの治具間での受渡しが容
易であるとの点がある。

【０００８】よって、本発明は、ＲＴＰ処理において同
一ロットで処理される複数のウェーハの面内均一性を高
めることができる方法及び装置を提供することを目的と
する。さらに、本発明はウェーハ面がウェーハ進行方向
にほぼ平行な１枚ウェーハ処理ＲＴＰ法において１枚の
ウェーハの面内均一性を高めることができる方法及び装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る方法は、横型又は縦型ホットウォール型加熱炉
内にて複数枚のウェーハを熱処理領域に前進させかつ急
速に昇温し、また前記記熱処理領域にて急速熱処理し、
その後前記熱処理領域より後退させかつ急冷する半導体
装置の製造方法において、前記前進方向に向かって温度
が低くなる温度分布が設定された前記熱処理領域にて前
記複数枚のウェーハを熱処理することによって各ウェー
ハに加えられる熱量をほぼ一定にすることを特徴とする
半導体装置の製造方法（以下「第１発明方法」と言う）
であり、横型ホットウォール型加熱炉内にて１枚又は複
数枚のウェーハを高温の熱処理領域にて急速熱処理する
半導体装置の製造方法において、第１の低温領域とは別
の第２の低温領域を、前記熱処理領域が両低温領域の中
間に位置するように、設け、前記１枚又は複数枚のウェ
ーハを第１の治具により第１の低温領域にて均熱した
後、高温領域まで急速に移動させかつ昇温し、その後急
速熱処理に続いて１枚又は複数枚のウェーハを前記熱処
理温度から第２の低温領域まで急速に移動させかつ急冷
するとともに、その後、第２の治具に移し替えられた１
枚又は複数枚のウェーハを第２の低温領域にて所定温度
で均熱することを特徴とする半導体装置の製造方法（以
下「第２発明方法」と言う）であり、また、横型又は縦
型のホットウォール型加熱炉内に配置された１枚又は複
数枚のウェーハを熱処理領域に移動させかつ急速昇温
し、その後該高温領域で保持して急速熱処理する方法に
おいて、前記ウェーハの移動方向に厚さが薄くなってい
る蓄熱板を予め熱処理温度に加熱し、次に前記ウェーハ
の片面を前記蓄熱板の極近傍に配置して熱処理を行い各
ウェーハに加えられる熱量をほぼ一定にすることを特徴
とする半導体装置の製造方法（以下「第３発明方法」と
言う）である。

【００１０】さらに、上記目的を達成する本発明に係る
装置は、横型又は縦型ホットウォール型加熱炉内を複数
枚のウェーハを熱処理領域に前進させかつ該領域から急
速に後退させ、また前記熱処理領域にて複数枚のウェー
ハを保持する治具を備えた急速熱処理による半導体装置
の製造装置において、前記治具の前進方向に向かって温
度が低くなる温度分布を前記熱処理領域に設定する手段
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置（以下
「第１発明装置」と言う）であり、１枚又は複数枚のウ
ェーハを所定温度で均熱する第１の低温領域と熱処理領
域を有する横型ホットウォール型加熱炉内にて１枚又は
複数枚のウェーハを低温領域から熱処理領域に高速で移
動させる第１の治具を備えた急速熱処理による半導体装
置の製造装置において、第１の低温領域とは別の第２の
低温領域を、前記熱処理領域が両低温領域の中間に位置
するように、形成し、第２の低温領域で均熱された１枚
又は複数枚のウェーハを取りだす第２の治具を備えたこ
とを特徴とする急速熱処理による半導体装置の製造装置
（以下「第２発明装置」と言う）であり、また、ホット
ウォール型加熱炉内に配置された１枚又は複数枚のウェ
ーハを熱処理領域に移動させかつ保持する治具を備えた
半導体装置の製造装置において、前記ウェーハの移動方
向に厚さが薄くなっている蓄熱板を熱処理温度領域に備
えたことを特徴とする半導体装置の製造装置（以下「第
３発明装置」と言う）である。以下本発明を詳しく説明
する。

【００１１】第１〜第３発明方法において急速昇温と
は、ＲＴＰではない通常の炉の昇温速度である１〜１０
℃／分よりかなり急速な速度であり、現在の治具移動機
構の速度制御技術の下では具体的には１〜１０℃／ｓｅ
ｃの範囲である。急冷も同様であるが、放熱が加熱より
効率が悪いために具体的には平均速度で１〜５℃／ｓｅ
ｃの範囲である。第１〜第３発明装置においてウェーハ
の急速移動とはＲＴＰではない通常の移動速度である２
０〜２００ｍｍ／分よりかなり急速な速度であり、現在
の治具移動機構の速度制御技術の下では、具体的には５
０〜２００ｍｍ／ｓｅｃの範囲である。

【００１２】第１発明方法及び装置ならびに第３発明方
法及び装置において、Ｓｉ単結晶ウェーハの表面に形成
した物質を例えば６５０℃と言う低温でアニールするこ
ともあるから、ウェーハの低温予備保持を省略してもよ
い。一方、Ｓｉ単結晶ウェーハのＲＴＰ温度が８００℃
以上の高温の場合は、スリップラインを防止しあるいは
加工歪を除いたりするためには不純物拡散が起こり難い
７００℃以下の低温で予備保持する必要がある。又、Ｒ
ＴＰ処理後急速なＲＴＰにより生じた歪みをアニーリン
グするために熱処理後低温保持することもある。

【００１３】ＲＴＰ処理を行う高温は熱処理方法及びウ
ェーハの種類により異なるが、一般には８００℃以上〜
１１００℃以下である。例えば１０⁴ ／ｃｍ² 以上のド
ーズ量で注入された不純物を活性化する場合には９００
−９５０℃以上の熱処理が行われる。低温熱処理の例
は、上述のＳｉ単結晶ウェーハの熱処理の他に、メタル
コンタクトをとる熱処理及びＣＶＤの７００℃以下の熱
処理がある。高温における保持は不純物の拡散の深さが
半導体装置のパターンルールを基準として判断して無視
できる時間の保持を行う。

【００１４】以下、主として低温領域と熱処理（高温）
領域を備えたホットウオール型加熱炉の低温領域で複数
枚のウエーハを一旦低温に保持し、複数枚のウエーハを
熱処理領域に高速移動する方法、及びホットウオール型
加熱炉が急速熱処理を行う高温領域の他にウエーハ一旦
保持する低温領域を有する半導体製造装置について説明
する。ここで「領域」とは１枚又は複数枚のウェーハを
所定の温度に均熱するに足りる長さをもった炉の区間で
ある。なお、ウェーハが均熱される所定温度は通常当該
領域の温度であるが、本出願人が特開平８−４５８６１
号公報で提案したように高温領域の温度より低いことも
ある。

【００１５】また、本発明においてはホットウォール型
加熱炉にて公知の技術、例えば一重管、二重管などの反
応管を備えた炉構造、ウェーハ保持し炉内と無接触方式
でウェーハを前進させる治具（ウェーハを保持する台、
フォークなど）、ガスの導入口、熱処理領域と低温領域
の中間に排気口を設けるなどの技術を適宜採用すること
ができる。又、１バッチの複数枚のウェーハの両端に位
置するウェーハに生じる初期もしくは終期の異常条件
（温度不安定、ガス濃度不安定など）で処理されるウェ
ーハは捨て（dummy ）ウェーハとして、廃棄することも
できる。また、ウェーハの枚数も従来と同様であるが、
縦型装置では高さに制限が伴うので５〜１０枚、横型装
置では５００〜８００ｍｍの均熱部長さを楽にとれるた
めに１０〜２５枚がバッチ処理可能である。ウェーハの
置き方は縦方向、横方向など任意である。

【００１６】

【実施例】第１発明方法及び装置図１はこれらの発明における横型ホットウォール型加熱
炉の温度分布の一例を示すものであって、ウェーハは７
００℃の±０．５〜±１．０℃温度幅の低温領域にて保
持され均熱され、次に毎秒例えば１００ｍｍの速度で移
動して中間領域を経て急速加熱処理領域である９５０℃
の高温領域に前進せしめられる。説明を簡単にするため
に６インチウェーハは１０枚が３０ｍｍ間隔で面と面が
向かい合う対向配列され（ウェーハ前端と後端の間隔−
２７０ｍｍ）、約１００ｍｍ／ｓｅｃで高温領域（均熱
長さ４００ｍｍ）に前進するとする。この場合最初のウ
ェーハが高温領域に前進してから約３ｓｅｃ後に最後の
１０枚目のウェーハが高温領域に到達する。同様に、ウ
ェーハが高温領域から低温領域に戻されるときも約３ｓ
ｅｃの時間差が発生し、合計で６ｓｅｃの時間差とな
る。しかし、図１に示す４００ｍｍについて４℃の温度
勾配によりウェーハ間の抵抗値の差を１％以下に抑える
ことができる。なお、この時間差が小さくなるほど複数
枚ウェーハ間の温度差は小さくなる。

【００１７】ところで、９００〜１０００℃間の温度範
囲では温度が５０℃上昇するとサーマルバジェット（th
ermal budget）−補誤差関数を関数とする拡散の深さを
一定にするための時間−は約１／５倍となる。図１に示
すようにウェーハの出入れが行われる側の温度を４℃高
くし９５４℃とし最前端を９５０℃とする温度分布を設
定することにより、上記した数秒の時間差に起因するサ
ーマルバジェットの差を補償できる。

【００１８】横型ホットウォール炉は高温領域をマルチ
ゾーンにするかあるいは炉体の断熱材の厚さを変えるこ
とにより、長さが６００ｍｍ程度の高温領域に２〜３０
℃の温度勾配を設定することは容易である。

【００１９】縦型ホットウォール炉でも図１と同様に温
度分布を設定することができるが、対流により炉の上部
に熱がこもり高温になり易いので温度勾配は横型炉の場
合より小さく均熱長４００ｍｍで少なく１〜１０℃程度
である。

【００２０】第１発明方法及び装置＋蓄熱板図２は横型ホットウォール加熱炉と蓄熱板を組み合わせ
た本発明の実施例を示す。図３は図２の高温領域の断面
を石英管より内側の部分について示した図である。図中
１０は蓄熱板であって予め熱処理温度である９５０℃に
加熱されており、蓄熱板１０が均熱された後にウェーハ
８が図３にて詳しく説明する治具２０により１対の蓄熱
板１０の間に挿入され、熱処理される。治具２０には着
脱自在に支持されたウェーハ支持具１５が載置されてい
る。高温の熱処理領域５は３個のマルチゾーン５ａ₁ ，
５ａ₂ ，５ａ₃ より構成されており、それぞれが別の電
源及び制御回路で接続されているので、入口側の温度が
高くなる温度分布が設定される。温度分布は市販のオー
トプロファイラーを反応管内の障害物がない位置に挿入
し、２〜３ｃｍ／ｍｉｎの速度でゆっくりと管軸方向に
移動することにより、測定される。３５は先端に水平方
向にＮ₂ ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｏ₂ ，Ｎ₂ Ｏ，ＮＨ₃ などのガ
スが吹き出す吹出口３６をもつガス導入管である。３７
はガス排出管である。

【００２１】図２に示されているように、蓄熱板１０は
長さがウェーハ直径の約３．５倍、幅がウェーハ直径の
約１．２倍の板からなる。したがって、２枚の蓄熱板１
０の間で１枚のウェーハ８と対向させた場合は３枚のウ
ェーハを同時に加熱することができ、又蓄熱板の間で２
枚のウェーハを対向させた場合は６枚のウェーハを同時
に加熱することができる。

【００２２】図２に示された実施態様においては、ウェ
ーハ８が高温の熱処理領域５に移動する前に蓄熱板１０
を当該高温に加熱し、次いで予め低温領域５ｂで加熱さ
れたウェーハ８を蓄熱板１０の対向空間内でヒーター７
及び蓄熱板１０を熱源として加熱している。したがっ
て、９５０〜９５３℃に高温加熱された蓄熱板はこの温
度の輻射熱源としてウェーハを加熱し、ヒーター７から
の加熱と相まってウェーハ８の中心部から周辺部までを
非常に短時間で熱処理温度まで昇温する。したがって、
９５０℃までの昇温時間の各ウェーハ間の差は蓄熱板を
併用したことによりさらに縮小されるので、温度勾配は
図１の４℃より小さくすることができる。熱処理温度が
７００℃以下の場合は熱伝達は伝導支配となるが、ウェ
ーハを蓄熱板の極近傍に配置するとこれらの間に存在す
るガス層の厚さは非常に薄くなり、ガス層を介しての熱
伝導が効率的に行われる。したがって、低温熱処理の場
合もウェーハはやはり急速に熱処理温度まで加熱され
る。

【００２３】蓄熱板の寸法（最小の径、幅等を指す）は
ウェーハの大きさとほぼ同じかあるいはそれ以上の大き
さが好ましい。蓄熱板からの輻射熱の入射角度は数度か
ら約１８０°までの広い範囲にわたり、このためウェー
ハの全面が同時に均一加熱される。したがって、蓄熱板
の大きさの上限には制限がなく、ウェーハの２倍以上と
して１対の蓄熱板の間に上下に配置してもよいが、縦型
加熱炉の長さが長くなるので現実的ではない。しかし、
左右に２枚のウエーハを配置してもよい。横型加熱炉の
場合は工場の長さの制約は建屋の高さ程厳しくはないの
で、ウェーハの２倍以上の寸法の蓄熱板を使用すること
ができる。

【００２４】本発明において、蓄熱板の間にはウェーハ
は２枚まで配置することができるが、３枚となると中間
のウェーハには蓄熱板からの輻射熱は及ばないので均熱
性が優れない。

【００２５】蓄熱板は融点が処理温度より十分に高く、
半導体装置の汚染原因となる物質を放出しなければ各種
金属、セラミックを使用することができる。好ましく
は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ
Ｃ、炭素、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＷＳｉ₂ ，ＴｉＳｉ₂ などのメ
タルシリサイド、Ｗ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡｌＮ又はＢＮ等を
使用する。又、シリコン板あるいはその他の任意の材料
の表面をこれらの物質、例えばＳｉ₃ Ｎ₄ で被覆しても
よい。しかし単結晶シリコンのウェーハは高純度であり
入手や加工が容易であるので、シリコンウエーハを処理
する際の好ましい蓄熱板物質である。

【００２６】上記各種物質を選択する際には、熱処理に
よりウエーハ表面に形成される物質（例えばメタルシリ
サイド）と同一物質を蓄熱板に使用するかあるいはウエ
ーハ表面において熱処理による性質改良処理（例えばイ
オン注入後のアニール）を施される物質（例えば多結晶
シリコン）と同一物質を蓄熱板に使用することも好まし
い。

【００２７】蓄熱板はそのほぼ中心部にウェーハを蓄熱
板とほぼ平行に保持して熱処理を行うことが好ましい。
ウェーハはＲＴＰを実現するために熱処理領域と低温領
域の間を高速移動するから、上記のウェーハ配列及び保
持は蓄熱板との干渉，接触を避け、ウェーハ保持具を移
動する制御機構が簡単になるからである。蓄熱板及びウ
ェーハは縦型炉では縦置き（板の上下端縁が炉の上下方
向と一致する）とし、横型炉では縦置き又は横置き（炉
の出入り口方向と板の面方向が一致する）とすることが
好ましい。後者では蓄熱板は直立もしくは水平あるいは
これらの中間の角度で配置されるが、直立が好ましい。

【００２８】６〜８インチウェーハの厚みは通常０．６
〜０．９ｍｍである。このウェーハが熱処理領域に移動
した後のＲＴＰされる時間を２〜３分と見積もると、蓄
熱板の厚みはウエーハ間隔によって適切に調節する必要
があるが１〜１０ｍｍの範囲であれば要求される熱処理
条件に合わせることができる。しかし蓄熱板の厚みがこ
の範囲外に多少増減しても、蓄熱板を最初に室温から所
定の高温まで到達する昇温時間は約３０分程度であり、
又バッチ処理を繰返す場合は昇温時間・温度はさらに少
ないので処理効率が低下することはない。

【００２９】第２発明方法及び装置図４は横型常圧ＣＶＤ装置に第２発明方法及び装置を適
用した実施例を示す。図４ではウェーハ８は温度が例え
ば７００℃の第１の低温領域５ｂで保持され均熱されて
いる。なお、図面を見やすくするためにウェーハ８は実
寸法より大きく描いているが、十分な均熱性を確保する
ためには低温領域５ｂ及び以下説明する各領域はウェー
ハ直径を合算した寸法より多少の余裕をもっていること
が必要である。またウェーハ８は移動方向に平行に置か
れているが、移動方向に直交していてもよい。

【００３０】図において、２０ａは公知の片持ち梁機構
によりウェーハ８を保持しかつ反応管と無接触に移動さ
せる治具である。治具２０ａは先端側の厚みを薄くした
ウェーハ載置・案内治具２１に後述の制御機構を接続し
たものである。ウェーハ載置・案内治具２１ａは先端側
２１ａ′に、２枚１組のウェーハ８を縦４列横３列、合
計２４枚配列する。

【００３１】ウェーハ載置・案内治具２１ａは先端側２
１ａ′は板状からなり、後端側２１ａ′′は管体からな
り、中間では断面を円形から板形状に変化する中実の接
続部となっており、このように断面形状を変化させるこ
とによって加熱炉の直径を小さくし、移動に要する動力
も少なくしている。

【００３２】ウェーハ載置・案内治具２１ａの後端側２
１ａ′′は、その端部でカラー２２ａが焼き嵌め等によ
り固接されており、その下部に設けられた出張り部２３
ａのボルトによりチャック２５ａと接続されている。チ
ャック２５ａはウォーム２６ａとかみ合うウォ−ム歯車
２４ａを回転可能に取り付けているために、チャック２
５ａが移動するにつれてウェーハ載置・案内治具２１ａ
も炉内を前進後退する。ウォーム２６ａを両端で保持す
る保持部２７ａはウォーム歯車２８ａに固定され、ウォ
ーム２９ａの回転により矢印のように移動し、この結果
ウェーハ８が加熱炉に装入され、この際炉内ではパーテ
ィクルの原因となる摩擦が起こらないようにしている。

【００３３】図４において５ａは例えば９５０℃の温度
をもち急速熱処理を行う高温の熱処理領域である。ウェ
ーハ８は治具２０ａにより高温の熱処理領域５ａに高速
で搬送され、７５０℃から９５０℃に昇温後短時間保持
される。５ｃは好ましくは５ｂより低温例えば６５０℃
の温度をもつ第２の低温領域である。第２の治具２０ｂ
の先端側２１ｂ′は第１の治具２０ａの先端側２１ａ′
より下方のレベルに位置しており、第１の治具２０ａが
第２の低温領域５ｃまで前進した時にこれら（２１
ａ′、２１ｂ）が上下に位置する。さらに、第２の治具
２０ｂは水平方向のみならず上下に昇降可能になってお
り、このためウェーハ支持第１５を下から持ち上げるこ
とができる。なお、必要により第１の治具２０ａも昇降
式にしてもよい。第２の低温領域５ｃには治具２０ａと
同じ構造の第２の治具２０ｂが配置されている。高温の
熱処理領域５ａで急速熱処理されたウェーハ８は第２の
治具２０ｂに移し替えられて炉外に搬出される。したが
って、先頭のウェーハ８ａは最先に高温の熱処理領域５
ａに入るが、最先に高温の熱処理領域外に出るために、
他のウェーハと比較してサーマルバジェットの差異はな
く、ウェーハ間の均一性が保たれる。

【００３４】ウェーハを第１の治具１０ａから第２の治
具１０ｂに受け渡す場所は第２の低温領域５ｃもしくは
第１の低温領域５ｂあるいは高温の熱処理領域５ａ内で
ある。高温領域での受渡しは治具の一部が進入すること
による温度降下が温度の均一性を損なうこともあるか
ら、低温領域での受渡しがより好ましい。また、図４に
おいて１枚のみのウェーハを熱処理することもでき、こ
の場合ウェーハ８は水平に置くことができる。

【００３５】図５には第１の治具２０ａから第２の治具
２０ｂへの受け渡し方法が図解されている。なお、図５
の（ｃ）では各治具及びウェーハ８の位置関係が明瞭に
なるように斜線を付している。この図より分かるよう
に、第１の治具２０ａはウェーハ支持台１５の中央部で
これを支え、一方第２の治具２０ｂは、支持第１５の下
方から上昇し治具２０ａの外側でウェーハ支持台１５を
支えかつ２０ａより上のレベルに引き揚げるので、前者
から後者にウェーハが受け渡し可能になる。ウェーハ支
持台１５は４枚１列のウェーハ８を支持するものであっ
て、ウェーハ８の急速昇温特性を良好にするように各ウ
ェーハ８の縁部を３か所で把持する爪１５ａを備えてい
る。

【００３６】また、図５のウェーハ８の間に第１発明装
置及び方法に関して説明した蓄熱板を介挿することも可
能である。

【００３７】第３発明方法及び装置図６〜８には第３発明方法及び装置の実施例を示す。図
６、７に示されるようにウェーハ８は縦型ホットウォー
ル加熱炉１内の高温の熱処理領域５ａに垂直に配置され
た蓄熱板１０の間にてかつその近傍にて熱処理されてい
る。図中、１３は昇降ロッド６に固着され、ウェーハ支
持台１５を受けるアームであり、１８は複数の蓄熱板１
０の上部両端を貫通してこれらを支える梁であり、この
梁１８は垂直板１７に固定されている。

【００３８】蓄熱板１０は図８に示されるように、フッ
ク１８により一定間隔で吊下げられ、上方即ち治具６の
前進方向が細くなっている。したがって、治具６が停止
した時にはウェーハ８の先端８ｆは蓄熱板１０の間隔が
最も広い場所に位置し、蓄熱板による輻射加熱効果が最
も弱くなる。したがって、ウェーハ先端８ｆは最先に蓄
熱板１０間に入るが最も遅れて蓄熱板１０間に入る後端
８ｌとサーマルバジェットはほとんど変わらないことに
なる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとホ
ットウォール型加熱炉を使用して製造する半導体装置の
ウェーハ間のサーマルバジェットのばらつきを少なくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１発明方法及び装置における温度
分布の一例を示す図である。

【図２】本発明の第１発明方法及び装置において蓄熱
板を併用する場合の横型炉の実施例を示す図である。

【図３】図２の部分横断面図である。

【図４】本発明の第２発明方法及び装置の実施例の図
である。

【図５】本発明の第２発明方法及び装置においれウェ
ーハを治具間で受け渡す方法の説明図である。

【図６】本発明の第３発明方法及び装置に係る縦型炉
の実施例を示す図である。

【図７】図６の部分横断面図である。

【図８】図６に使用する蓄熱板の一実施例を示す図で
ある。

【図９】公知のＲＴＰ用縦型ホットウォール加熱炉を
示す図である。

【図１０】１枚のウェーハの進行方向にほぼ垂直にウ
ェーハを位置させる図である。

【図１１】１枚のウェーハの進行方向にほぼ平行にウ
ェーハを位置させる図である。

【符号の説明】

１石英反応管２反応ガス流入管３排気管４環状流路５加熱炉５ａ熱処理領域５ｂ低温領域６治具７ヒーター８ウェーハ１０蓄熱板２０治具３５ガス導入管３６吹出口３７ガス排出管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横型又は縦型ホットウォール型加熱炉内
にて複数枚のウェーハを熱処理領域に前進させかつ急速
に昇温し、また前記熱処理領域にて急速熱処理し、その
後前記熱処理領域より後退させかつ急冷する半導体装置
の製造方法において、前記前進方向に向かって温度が低
くなる温度分布が設定された前記熱処理領域にて前記複
数枚のウェーハを熱処理することによって各ウェーハに
加えられる熱量をほぼ一定にすることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項２】前記横型又は縦型ホットウォール型加熱
炉が高温の前記熱処理領域と、前記複数枚のウェーハを
所定温度に均熱することができる低温領域を有してお
り、前記複数枚のウェーハを前記低温領域にて均熱した
後急速熱処理を行い、その後再び低温領域にて均熱する
とともに、前記急速昇温と急冷を前記低温領域と前記熱
処理領域の間で行うことを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項３】対向した蓄熱板を前記温度分布が設定さ
れた熱処理領域において予め熱処理温度で加熱し、その
後１枚又は２枚のウェーハを前記蓄熱板の対向面間にて
該蓄熱板と対向させて前記熱処理温度で熱処理すること
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４】横型ホットウォール型加熱炉内にて１枚
又は複数枚のウェーハを高温の熱処理領域にて急速熱処
理する半導体装置の製造方法において、第１の低温領域
とは別の第２の低温領域を、前記熱処理領域が両低温領
域の中間に位置するように、設け、前記１枚又は複数枚
のウェーハを第１の治具により第１の低温領域にて均熱
した後熱処理領域まで移動させかつ急速に昇温し、その
後前記急速熱処理に続いて、１枚又は複数枚のウェーハ
を前記熱処理温度から第２の低温領域の温度まで急速に
移動させかつ急冷するとともに、第２の治具に移し替え
られた１枚又は複数枚のウェーハを第２の低温領域にて
均熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記第１又は第２の低温領域にて第１の
治具から第２の治具に１枚又は複数枚のウェーハを移し
替えることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項６】対向した蓄熱板を前記温度分布が設定さ
れた熱処理領域において予め熱処理温度で加熱し、その
後１枚又は２枚のウェーハを前記蓄熱板の対向面間にて
該蓄熱板と対向させて前記熱処理温度で熱処理すること
を特徴とする請求項４又は５記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項７】横型又は縦型のホットウォール型加熱炉
内に配置された複数枚のウェーハを熱処理領域に移動さ
せかつ急速昇温し、その後該熱処理領域で保持して急速
熱処理する方法において、前記ウェーハの移動方向に厚
さが薄くなっている蓄熱板を予め熱処理温度に加熱し、
次に前記ウェーハの片面を前記蓄熱板の極近傍に配置し
て急速熱処理を行い各ウェーハに加えられる熱量をほぼ
一定にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記横型又は縦型ホットウォール型加熱
炉が高温の前記熱処理領域と、前記複数枚のウェーハを
所定温度に均熱することができる低温領域を有してお
り、前記低温領域にて前記複数枚のウェーハを一旦保持
し、その後前記熱処理領域に移動させかつ急速昇温する
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項９】前記蓄熱板が、少なくとも表面において
単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＣ、
炭素、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、金属シリサイド、Ｗ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，
ＡｌＮ又はＢＮからなることを特徴とする請求項３，
６、７又は８項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記急速熱処理によりウエーハ表面に
形成される物質と同一物質を蓄熱板の少なくとも表面に
使用することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１１】ウエーハ表面において熱処理による性
質改良処理を施される物質と同一物質を蓄熱板の少なく
とも表面に使用することを特徴とする請求項９記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記蓄熱板が約１〜１０ｍｍの厚みを
もつことを特徴とする請求項９から１１までの何れか１
項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】横型又は縦型ホットウォール型加熱炉
内を複数枚のウェーハを熱処理領域に急速に前進させか
つ該熱処理領域から急速に後退させ、また前記熱処理領
域にて複数枚のウェーハを保持する治具を備えた急速熱
処理による半導体装置の製造装置において、前記治具の前進方向に向かって温度が低くなる温度分布
を前記熱処理領域に設定する手段を備えたことを特徴と
する半導体装置の製造装置。
【請求項１４】横型又は縦型ホットウォール型加熱炉
が前記熱処理領域に対向して配置された複数の蓄熱板を
さらに備えるとともに、前記治具が１枚もしくは２枚の
ウェーハを対向蓄熱板の間に搬送することを特徴とする
請求項１３記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１５】横型又は縦型ホットウォール型加熱炉
が複数枚のウェーハを所定温度で均熱する低温領域を有
し、かつ前記治具が前記複数枚のウェーハを前記熱処理
領域から低温領域に急速に前進させ、その後低温領域に
急速に後退させることを特徴とする請求項１３又は１４
記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１６】１枚又は複数枚のウェーハを所定温度
で均熱する第１の低温領域と熱処理領域を有する横型ホ
ットウォール型加熱炉内にて１枚又は複数枚のウェーハ
を低温領域から熱処理領域に高速で移動させる第１の治
具を備えた急速熱処理による半導体装置の製造装置にお
いて、第１の低温領域とは別の第２の低温領域を、前記熱処理
領域が両低温領域の中間に位置するように、形成し、第
２の低温領域で均熱された１枚又は複数枚のウェーハを
取りだす第２の治具を備え、少なくともいずれか一方の
治具が昇降可能であることを特徴とする急速熱処理によ
る半導体装置の製造装置。
【請求項１７】前記熱処理領域に複数の蓄熱板が対向
して配置されており、前記第１の治具が１枚もしくは２
枚のウェーハを対向蓄熱板の間に搬送することを特徴と
する請求項１６記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１８】第１の治具が前記第２の低温領域まで
移動可能であることを特徴とする請求項１７記載の半導
体装置の製造装置。
【請求項１９】ホットウォール型加熱炉内に配置され
た複数枚のウェーハを熱処理領域に高速で移動させかつ
保持する治具を備えた急速熱処理による半導体装置の製
造装置において、前記ウェーハの移動方向に厚さが薄く
なっている蓄熱板を熱処理温度領域に備えたことを特徴
とする半導体装置の製造装置。
【請求項２０】前記温度分布設定手段が炉のマルチゾ
ーンである請求項１３から１９までのいずれか１項記載
の半導体装置の製造装置。
【請求項２１】前記温度分布設定手段が炉体の保温材
もしくは冷却材である請求項１３から１９までのいずれ
か１項記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２２】前記蓄熱板が、少なくとも表面におい
て単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ
Ｃ、炭素、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、金属シリサイド、Ｗ，Ａｌ₂ Ｏ
₃ ，ＡｌＮ又はＢＮからなることを特徴とする請求項１
４、１７、１８及び１９の何れか１項記載の半導体装置
の製造装置。
【請求項２３】前記熱処理によりウエーハ表面に形成
される物質と同一物質を蓄熱板の少なくとも表面に使用
することを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製
造装置。
【請求項２４】前記蓄熱板が約１〜１０ｍｍの厚みを
もつことを特徴とする請求項２３記載の半導体装置の製
造装置。