(57)【要約】【課題】高誘電体膜の成膜プロセスにて、表面に形成される膜からの応力の影響を受けにくい熱処理装置用の構成部品等を提供する。【解決手段】複数の基板Ｗを基板保持具４１に互いに並列に保持して反応容器２内に搬入し、この反応容器２を囲むように設けられた加熱手段３により加熱しながら処理ガスを供給して基板Ｗに金属酸化物からなる高誘電体膜を成膜する熱処理装置に用いられ、前記反応容器２内に設けられる装置用の構成部品の材質が、チタンを主成分とする金属製である。【選択図】図１
2010171343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入し、この反応容器を囲むように設けられた加熱手段により反応容器内を加熱しながら当該反応容器内に処理ガスを供給して基板に金属酸化物からなる高誘電体膜を成膜する熱処理装置に用いられ、前記反応容器内に設けられる装置用の構成部品であって、
その材質がチタンを主成分とする金属であることを特徴とする熱処理装置用の構成部品。
【請求項２】
予めその表層に不働態膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置用の構成部品。
【請求項３】
装置用構成部品は、処理ガスを反応容器内に供給するためのガス供給管、基板保持具または反応容器内に設けられる温度検出部の保護管であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置用の構成部品。
【請求項４】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入し、この反応容器を囲むように設けられた加熱手段により反応容器内を加熱しながら当該反応容器内に処理ガスを供給して基板に金属酸化物からなる高誘電体膜を成膜する熱処理装置において、
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱処理装置用構成部品を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
前記高誘電体膜は、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物及びチタン酸化物の中から選択されるものであることを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の基板を基板保持具に搭載して反応容器内にて熱処理を行い、金属酸化物からなる高誘電体膜を基板に成膜するための熱処理装置に用いられる例えばガス供給管などの熱処理装置用の構成部品及びこの構成部品を用いた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ（以下、ウエハという）などの基板表面に熱処理を行う半導体製造装置として、いわゆるバッチ炉であるホットウォールタイプの縦型熱処理装置が知られている。縦型熱処理装置は、その周囲に加熱手段であるヒーターが配置された例えば石英製の縦型の反応管からなる反応容器内に、多数枚のウエハを棚状に保持した基板保持具であるウエハボートを搬入し、当該反応管内に処理ガスを供給すると共に、ヒーターにより反応管内を加熱することにより、多数枚のウエハに対して一括して熱処理を行うものである。
【０００３】
縦型熱処理装置により行われる熱処理の一つとして成膜処理があり、その中には減圧ＣＶＤや、複数種類、例えば２種類のガスを交互に供給して原子レベル、あるいは分子レベルの極薄層物を多数積層するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）等と総称される手法（以下、ＡＬＤ方式と呼ぶ）などが含まれる。
【０００４】
縦型熱処理装置の反応管の内部には、例えば原料ガスや酸化ガスなどの処理ガスを供給するためのガス供給管であるガスインジェクター（ガスノズルともいう）やウエハを保持するウエハボート、反応管内の温度を計測する熱電対などの温度検出部を納めた保護管などの各種の熱処理装置用の構成部品（以下、単に「構成部品」という）が配置されている。従来、これらの構成部品は、プリカーサや酸化ガスなどの反応ガスによる腐食や成膜される膜への不純物の混入を防止する観点から、例えば石英製のものを用いている。そして縦型熱処理装置で成膜を行うと、これら構成部品も反応管内にて処理ガスと接し、ヒーターによって加熱されることから、成膜対象のウエハのみならず、これら構成部品の表面にも膜が堆積する。
【０００５】
ところで例えばＭＯＳ-ＦＥＴのゲート酸化膜などを成膜するプロセスにおいては、半導体装置の高集積化、微細化に対応してリーク電流を低減する観点から、従来の酸化シリコン膜に替えて、アルミニウム酸化物やジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物などの金属酸化物からなり、酸化シリコンよりも誘電率の高い膜（高誘電体膜）の成膜が試みられている。
【０００６】
ところがこれらの高誘電体膜は、石英との密着性が高く、また石英と組成の等しい酸化シリコン膜とは異なり、例えば石英の１５倍〜２０倍近い線熱膨張係数を持っている。このため、既述の構成部品の表面に高誘電体が次第に堆積して累積膜厚が大きくなると、例えばウエハボートの搬入出時における反応管内及びウエハボート側の急激な温度変化により高誘電体膜から構成部品である石英部材に大きな応力が加わり、特に図４に示すように高誘電体膜の膜剥がれが起こるときに過大な応力が加わって図５に示すように石英にクラックが入り、構成部品の機械的強度が著しく低下し、早期の破損に至るおそれがあることを本発明者らは見出した。
【０００７】
ここで特許文献１には、ガスインジェクターやウエハボートなどの構成部品を炭化ケイ素製またはシリコン製とした縦型熱処理装置が記載されているが、これらの部材の線熱膨張係数は、既述の高誘電体膜の半分程度しかなく、構成部品表面に形成された高誘電体膜から受ける応力の影響を十分に低減することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２８３０７号公報：請求項１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高誘電体膜の成膜プロセスにて、表面に形成される膜からの応力の影響を受けにくい熱処理装置用の構成部品及びこの部品を備えた熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る熱処理装置用の構成部品は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入し、この反応容器を囲むように設けられた加熱手段により反応容器内を加熱しながら当該反応容器内に処理ガスを供給して基板に金属酸化物からなる高誘電体膜を成膜する熱処理装置に用いられ、前記反応容器内に設けられる装置用の構成部品であって、
その材質がチタンを主成分とする金属であることを特徴とする。
【００１１】
前記熱処理装置用の構成部品は、以下に列挙する特徴を備えていてもよい。  
（ａ）予めその表層に不働態膜が形成されていること。
（ｂ）装置用構成部品は、処理ガスを反応容器内に供給するためのガス供給管、基板保持具または反応容器内に設けられる温度検出部の保護管であること。
【００１２】
また他の発明に係る熱処理装置は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して反応容器内に搬入し、この反応容器を囲むように設けられた加熱手段により反応容器内を加熱しながら当該反応容器内に処理ガスを供給して基板に金属酸化物からなる高誘電体膜を成膜する熱処理装置において、
上述の熱処理装置用構成部品を備えたことを特徴とする。  
ここで、前記高誘電体膜は、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物及びチタン酸化物の中から選択されるものである場合が好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物からなる高誘電体膜の成膜が行われる反応容器内に置かれる熱処理装置用の構成部品を、これらの高誘電体と線膨張係数の近い、チタンを主成分とする金属製としている。このため例えばこれらの構成部品が置かれている雰囲気の温度変化に伴って当該構成部品の表面に形成された高誘電体の膜が膨張、収縮しても、これら構成部品も高誘電体の膜とほぼ同程度に膨張、収縮するので、高誘電体の膜から構成部品に働く応力を小さく抑えることができる。この結果、当該構成部品の機械的強度の低下が抑えられ、また早期の破損の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る縦型熱処理装置の縦断側面図である。
【図２】前記縦型熱処理装置のガス供給系統及び排気系統を示す説明図である。
【図３】前記縦型熱処理装置に設けられたガスインジェクターの接続状態を示す拡大縦断面図である。
【図４】石英部材の表面に堆積した高誘電体膜に膜剥がれが発生している様子を示す拡大写真である。
【図５】前記堆積した高誘電体膜の膜剥がれに伴って石英部材にクラックが発生した様子を示す拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の熱処理装置用の構成部品としてのガス供給管をなすガスインジェクターを縦型熱処理装置に適用した実施の形態について図１〜図３を参照しながら説明する。本実施の形態に係る縦型熱処理装置においては、互いに反応する複数種類のガスをウエハＷ表面に交互に吸着させ、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行う既述のＡＬＤ方式により金属酸化物からなる高誘電体膜の成膜を行う場合について説明する。
【００１６】
図１に示す縦型熱処理装置１は、ウエハＷ表面への成膜を行うための加熱炉３１を備えている。加熱炉３１内には、成膜を行うための熱処理が行われ、本実施の形態の反応容器である反応管２と、この反応管２内を加熱雰囲気とするために当該反応管２を取り囲むように設けられた加熱手段であるヒーター３とが設けられている。反応管２は上端を閉塞された外管２１内に、上下両端が開口した内管２２を格納した二重管構造となっており、これらの外管２１及び内管２２はヒーター３からの輻射エネルギーを効率的に透過できるように例えば透明な石英により構成されている。
【００１７】
ヒーター３は不図示の電力供給部から供給される電力を後述の制御部７にて制御することにより反応管２内の温度をコントロールできる。ヒーター３は、例えば加熱炉３１本体の内壁に沿って上下方向に分割して設けられており、反応管２内の処理雰囲気をこれら分割されたヒーター３に対応する複数のゾーンに分けて独立して温度コントロールをすることが可能となっている。
【００１８】
前述の外管２１及び内管２２の下端は筒状のマニホールド４５により支持されていて、このマニホールド４５の下端開口部は、蓋体４６によって塞ぐことできる。蓋体４６によるマニホールド４５の開口部の開閉は、その下方側に設けられたボートエレベータ５１を昇降させることにより行われる。図中、３２はベースプレートであり、図示しない炉本体及びマニホールド４５はこのベースプレート３２に固定されている。また、５４はボートエレベータ５１を昇降させたときの衝撃を吸収するためのスプリングである。
【００１９】
蓋体４６の中央部には回転軸５３が貫通しており、この回転軸５３の上端側には保温筒４４が接続され、またその下端側はボートエレベータ５１に設けられた回転駆動部５２と接続されている。保温筒４４は後述のウエハボート４１を支持してこれを反応管２内の所定の領域に位置させる役割と、保温筒４４の下方側の領域をヒーター３の熱から守る役割とを果たしている。保温筒４４は、ヒーター３からの熱を遮蔽するための例えば不透明の石英製の薄板からなる複数枚のフィン４４１と、例えば４本の支柱の上端、下端を天板及び底板にて固定した台座４４２と、から構成されている。台座４４２の底板は既述の回転軸５３に固定され、また支柱には、フィン４４１が上下方向に間隔をおいて配置、固定されている。
【００２０】
保温筒４４を構成する台座４４２の天板上には、ウエハＷを棚状に保持するための基板保持具であるウエハボート４１が載置されている。ウエハボート４１は、複数枚例えば１２５枚のウエハＷを棚状に保持できるように、多数の溝（スロット）が形成された例えば４本の支柱を備えており、既述の回転軸５３を回転させることにより、ウエハボート４１全体が回転し、ウエハボート４１に保持されたウエハＷを反応管２内で回転周方向に回転させることができる。
【００２１】
マニホールド４５からは排気ライン６３０が分岐して接続されており、図２に示すように、この排気ライン６３０の下流側には圧力調整部６３２を介して真空ポンプ６３１が接続されている。真空ポンプ６３１は外管２１と内管２２との間に形成される円筒状の空間を介して反応管２内を排気し、反応管２内を真空雰囲気に保つ役割を果たす。圧力調整部６３２は、例えば圧力調節弁から構成され、当該調節弁の開度を調節することにより反応管２内の圧力を調節することができるようになっている。
【００２２】
また図２に示すように当該マニホールド４５には、例えば高誘電体膜の金属ソースとなるガス状のプリカーサを供給するためのプリカーサ供給ライン６１０と、このプリカーサと反応させる酸化ガスを供給するための酸化ガス供給ライン６２０とが接続されている。プリカーサ供給ライン６１０には、上流側から順に、プリカーサの貯留部やその気化器などからなるプリカーサ供給部６１と、流量や供給圧などを調節するためのマスフローコントローラーＭＦＣ１やバルブＶ１とが設けられており、マニホールド４５の胴部を介して後述のプリカーサインジェクター４２と接続されている。
【００２３】
ここでプリカーサ供給部６１から供給されるプリカーサのとしては、例えばアルミニウム酸化物を含む高誘電体膜を成膜する場合には、例えばＴＭＡ[トリメチルアルミニウム]や３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]など、ジルコニウム酸化物を含む高誘電体膜を成膜する場合には、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]など、ハフニウム酸化を含む高誘電体膜を成膜する場合には、ＴＥＭＨＦ[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]など、チタン酸化物を含む高誘電体膜を成膜する場合には、ＴｉＣｌ４などが挙げられる。
【００２４】
また酸化ガス供給ライン６２０には、上流側から順に、酸化ガスである酸素やオゾンなどを供給するための酸素ボンベやオゾン発生装置などからなる酸化ガス供給部６２と、マスフローコントローラーＭＦＣ２やバルブＶ２とが設けられていて、マニホールド４５の胴部を介して後述の酸化ガスインジェクター４３と接続されている。
【００２５】
図１に示すように反応管２内には、本実施の形態に係る構成部品であるプリカーサインジェクター４２及び酸化ガスインジェクター４３が配設されている。プリカーサインジェクター４２と酸化ガスインジェクター４３とはほぼ同様の構成を備えているので例えばプリカーサインジェクター４２を例に挙げて説明すると、当該インジェクター４２は、先端が閉じられた細長い管状部材の管壁に多数のガス供給孔４２１を穿設した構成となっており、例えばウエハボート４１と内管２２との間の空間に、上下方向にほぼ垂直に伸びるように配設されている。
【００２６】
インジェクター４２の管壁に設けられた各ガス供給孔４２１は、ウエハボート４１に保持された各ウエハＷに対応する高さ位置にて、ウエハボート４１の側周と対向するように、例えば上下方向に１列に開口しており、各ガス供給孔４２１からウエハＷへ向けてガス状のプリカーサを供給できる。ここで「各ウエハＷに対応する高さ位置」は、各ガス供給孔４２１の高さ位置がウエハボート４１に保持された各ウエハＷの高さ位置と厳密に一致する場合に限定されず、例えばこれらの高さ位置が上下方向に数ｍｍずれていてもよいし、また例えばウエハＷ数枚毎に１つのガス供給孔４２１を設けるよう構成してもよい。
【００２７】
インジェクター４２の下端側はマニホールド４５まで伸び出している。マニホールド４５の胴部には、図３に示すように分岐管状の接続ポート４５１が設けられており、インジェクター４２はこの接続ポート４５１の高さ位置にてＬ字状に折り曲げられ、接続ポート４５１内に挿入されている。接続ポート４５１に挿入されたインジェクター４２の端部は当該接続ポート４５１から飛び出し、ジョイント管４５２を介して既述のプリカーサ供給ライン６１０の配管と接続されている。
【００２８】
具体的には、ジョイント管４５２には内部にネジ部が形成されており、また接続ポート４５１側にもこれに対応したネジ部が形成されている。そして、インジェクター４２の端部が飛び出した状態の接続ポート４５１に、プリカーサ供給ライン６１０の配管の後端部が内挿された状態のジョイント管４５２を螺合させることにより、インジェクター４２の端部とプリカーサ供給ライン６１０の配管の端部とを対向させ、両部材を接続している。図中、４５３はプリカーサインジェクター４２の後端部と接続ポート４５１との気密を保持するためのＯリングである。
【００２９】
一方、酸化ガスインジェクター４３についても上述のプリカーサインジェクター４２とほぼ同様に構成されており、またその下端部は図３に示すようにマニホールド４５に設けられた接続ポート４５１に挿入されて、ジョイント管４５２を介して酸化ガス供給ライン６２０を構成する配管と接続されている。
【００３０】
以上に説明した本実施の形態に係るプリカーサインジェクター４２及び酸化ガスインジェクター４３は、背景技術にて説明した、反応管２内での成膜に伴ってこれらインジェクター４２、４３の表面に堆積する高誘電体の膜の伸縮に起因する応力の影響を抑えるため、チタンを主成分とする金属製となっている。以下に示す（表１）は、各々酸化アルミニウム系、酸化ジルコニウム系、酸化ハフニウム系、酸化チタン系の高誘電体、純チタン及びチタン合金（チタン９６重量％、アルミニウム４重量％）の線膨張係数を示している。また、参考として従来のインジェクター４２、４３材料である石英の線膨張係数も併せて示す。なお、各材料の線膨張係数に温度依存性がある場合には、各高誘電体膜の成膜に際してインジェクター４２、４３が晒される温度範囲における平均値を示してある。
（表１）  
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【００３１】
（表１）に示したように、石英は、同表に掲げた各種の高誘電体と比較して線膨張係数が２０分の１〜１０分の１程度しかなく、温度変化に対して殆ど伸縮しないことから、この石英の表面に高誘電体の膜が堆積し、この膜が温度変化によって伸縮すると、当該膜からの応力を受けた石英にクラックが入ってしまうことは背景技術でも説明した。
【００３２】
これに対して純チタンやチタン合金は、上述の各種高誘電体との線膨張係数の違いが大きく見積もっても−１０％〜＋２５％程度の範囲であることから、これらの材料は、周囲の温度変化に応じてこれらの各種誘電体とほぼ同程度に伸縮するといった特徴を持っていることが（表１）より読み取れる。このため、上述の各インジェクター４２、４３をこれらの純チタンやチタン合金にて構成すると、反応管２内でインジェクター４２、４３の表面に高誘電体が堆積し、周囲の温度が変化した場合であっても、高誘電体の膜と一緒になってインジェクター４２、４３を伸縮させることができる。
【００３３】
このためチタンを主成分とする金属製のインジェクター４２、４３は、表面に堆積した高誘電体からの応力を殆ど受けることがないか、応力を受けたとしても、その大きさは石英製のインジェクターが受ける応力に比べて遥かに小さく、インジェクター４２、４３を構成する部材にクラックが入るといった問題が発生しにくく、機械的強度の低下や早期の破損といった事態に至るおそれも小さい。
【００３４】
このような利点に加えてチタンやチタン合金は酸素との親和力が非常に強いため、酸化雰囲気で加熱処理を行うとその表層に不働体膜が形成されることから、この不働体膜によって各インジェクター４２、４３の耐腐食性や耐酸化性を高め、また高誘電体膜へのコンタミネーションの発生も避けることができる。不働体膜は、例えば縦型熱処理装置１の使用開始前に酸化ガス供給部６２より酸素やオゾンなどの酸化ガスを供給しながら、ヒーター３により反応管２内を例えば４００℃〜７００℃程度で例えば３０分から１２０分程度加熱することなどにより形成される。ここで、プリカーサインジェクター４２には、例えばプリカーサの熱分解などにより管状部材の外壁面のみならず内壁面側にも高誘電体が堆積することが分かっており、またプリカーサインジェクター４２の内側は酸化ガスインジェクター４３側から供給された酸化ガスが到達しにくい領域でもあるので、例えばプリカーサインジェクター４２の作成時に予め酸化雰囲気での熱処理を行っておき、不働体膜の形成された状態で反応管２内に配置してもよい。また不働態膜は例えば陽極酸化処理により予め形成してもよいし、他の方法により形成してもよい。
【００３５】
また（表１）には、アルミニウムを４重量％含んだチタン合金を例示した。アルミニウムを含むチタン合金は、プリカーサによる腐食などに対する安定性が高いことを本発明者らは把握している。しかしながら、上記インジェクター４２、４３の材料として採用可能なチタン合金は（表１）に示した例に限定されるものではなく、チタンを主成分とする金属であればよい。ここで「チタンを主成分とする金属」とは、当該金属の線膨張係数が縦型熱処理装置１にて成膜される高誘電体の線膨張係数と近く、縦型熱処理装置１用の構成部品の材質を当該金属製としたときに、その表面に形成された高誘電体の膜が膨張、収縮しても、これら構成部品も高誘電体の膜とほぼ同程度に膨張、収縮することにより、高誘電体の膜から構成部品に働く応力を小さく抑えることができる効果の得られる程度にチタンを含んでいる金属をいう。例えばチタンの含有量が７０重量％以上の金属（純チタンである場合を含む）であれば、このような効果は得られるものと考えられる。
【００３６】
縦型熱処理装置１の全体構成の説明に戻ると、縦型熱処理装置１は、ヒーター３の温度制御や圧力調整部６３２の圧力調整、マスフローコントローラーＭＦＣ１、ＭＦＣ２の流量調整並びにボートエレベータ５１の昇降動作や回転駆動部５２の回転駆動動作などを制御する制御部７を備えている。制御部７は例えば図示しないＣＰＵとプログラムとを備えたコンピュータからなり、プログラムには当該縦型熱処理装置１によってウエハＷへの成膜を行うのに必要な上述の各種動作制御についてのステップ（命令）群が組まれている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００３７】
次に本実施の形態に係る縦型熱処理装置１の動作について説明する。先ず、反応管２外にて所定枚数のウエハＷをウエハボート４１に棚状に保持した後、ボートエレベータ５１を上昇させ、反応管２内にウエハＷを搬入（ロード）する。ウエハボート４１が所定の位置まで上昇してマニホールド４５の下端開口部が蓋体４６により塞がれたら、図示しないメインバルブを開き、真空ポンプ６３１により排気ライン６３０を介して反応管２内を引き切り状態とする。そしてまた反応管２内の温度は例えばウエハボート４１が搬入される前からプロセス温度、例えば２００℃〜４００℃程度に設定されている。
【００３８】
反応管２内の昇温及び排気を完了したら、所定流量のプリカーサのガスを、プリカーサインジェクター４２より例えば数秒〜数十秒間供給し、ウエハボート４１に保持されたウエハＷの表面にプリカーサの分子層を吸着させる。次いで、反応管２に供給するガスを切り替えて、所定流量の酸化ガスを、酸化ガスインジェクター４３より数秒〜数十秒間供給することにより、当該酸化ガスをウエハＷ表面に吸着しているプリカーサと反応させてウエハＷに高誘電体膜の分子層を形成する。
【００３９】
そしてこれらプリカーサを供給する工程と、酸化ガスを供給する工程とを１サイクルとして、当該サイクルを例えば数十サイクル〜数百サイクル繰り返すことにより、ウエハＷ表面に高誘電体の分子層が積層されて所望の厚さの高誘電体膜を成膜することができる。この期間中、反応管２内は圧力調整部６３２により例えば数百Ｐａ（数Ｔｏｒｒ）程度の減圧雰囲気に維持されており、ウエハボート４１は回転駆動部５２により回転している。
【００４０】
以上に説明した工程によりウエハＷの表面に所望の厚さの高誘電体膜が形成されたら、反応管２内へプリカーサ及び酸化ガスを供給するサイクルを停止し、真空ポンプ６３１による排気を停止する一方、反応管２内を例えば空気や窒素ガスでパージし、反応管２内の圧力を常圧に戻す。次いで反応管２内の温度を例えば２００℃〜４００℃程度まで下降させ、ボートエレベータ５１によりウエハボート４１を降下させて反応管２からウエハＷを搬出（アンロード）し成膜を終える。
【００４１】
縦型熱処理装置１においては、ウエハＷの搬入から搬出までの上述の熱処理が繰り返し行われることになるが、この処理の過程において反応管２内の２本のインジェクター４２、４３には高誘電体が次第に堆積して膜が形成される。そして、例えば熱処理の実行中と、ウエハＷ搬出時とで、これらインジェクター４２、４３の置かれている雰囲気の温度が変化し、この温度変化に伴って当該インジェクター４２、４３と、その表面に堆積した高誘電体の膜とが伸縮を繰り返すこととなる。また、縦型熱処理装置１を運転しているときと、これを停止したときにおいても例えば室温と数百℃の温度との間で温度変化が発生する。
【００４２】
これらの場合において本実施の形態に係るインジェクター４２、４３は、高誘電体と線膨張係数が近いチタンまたはチタン合金により構成されているので、インジェクター４２、４３とその表面の高誘電体の膜とは、ほぼ同程度に伸縮し、インジェクター４２、４３が石英で構成されている場合と比べて当該高誘電体の膜から受ける応力が小さい。
【００４３】
本実施の形態によれば以下の効果がある。本実施の形態に係る縦型熱処理装置においては、例えば酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどの高誘電体膜の成膜が行われる反応管２内に置かれる構成部品であるプリカーサや酸化ガスのインジェクター４２、４３を、これらの高誘電体と線膨張係数の近い、チタンを主成分とする金属製としている。このため例えばインジェクター４２、４３が置かれている雰囲気の温度変化に伴って当該インジェクター４２、４３の表面に形成された高誘電体の膜が膨張、収縮する場合であっても、これらのインジェクター４２、４３も高誘電体の膜とほぼ同程度に膨張、収縮するので、高誘電体の膜からインジェクター４２、４３に働く応力を小さく抑えることができる。この結果、当該構成部品の機械的強度の低下が抑えられ、また早期の破損の発生を低減することができる。
【００４４】
ここで熱処理が行われる反応管２内の雰囲気に置かれ、チタンやチタン合金により構成することで、その表面に形成される高誘電体の膜から受ける応力の影響を低減可能な構成部品は、既述のインジェクター４２、４３の例に限定されるものではない。例えばウエハＷを保持するウエハボート４１や保温筒４４の台座４４２を構成する支柱や天板、反応管２内の温度を測定するためにウエハボート４１の上段や中段、下段などに配置される熱電対などの温度検出部を納めた保護管などを、チタンを主成分とする金属製としてもよい。
【００４５】
また、構成部品が例えば図１に示すマニホールド４５内の高さ位置に置かれている場合であっても、ヒーター３による加熱の影響を受けてその表面に高誘電体の膜が形成される場合には、当該構成部品は、反応容器の熱処理雰囲気に置かれているといえる。
【００４６】
また、上述の実施の形態においてはＡＬＤ方式により単一の高誘電体からなる高誘電体膜を成膜するプロセスの例について説明したが、本発明を適用可能なプロセスはこれに限定される物ではない。例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムからなる高誘電体群から選択した複数の高誘電体の分子層を交互に積層して高誘電体膜を成膜してもよいし、ここに他の種類の高誘電体や酸化シリコンを加えて積層を行ってもよい。また、原子層や分子層を積層していくＡＬＤ方式に限らず、プリカーサと酸化ガスを連続的に供給したり、連続供給されたプリカーサを熱分解して高誘電体膜を成膜するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を行うための熱処理装置にも本発明は適用することができる。
【００４７】
そして例えば酸化アルミニウムの高誘電体膜を成膜する場合などには、例えばＳＡＰＰＨＡＬ（登録商標）などのアルミナ系の材料を、チタンやチタン合金に替えて構成部品の材料としてもよい。これら酸化アルミニウムとアルミナ系材料とにおいても双方の線膨張係数が近いので、構成部品の表面に堆積した高誘電体の膜から受ける応力を低減することが可能となる。従って一般的に、熱処理によってウエハＷ表面に成膜される高誘電体膜の線膨張係数に近い線膨張係数を持つ材料を選定し、反応管２などの反応容器の熱処理雰囲気に置かれる構成部品を構成することで、その表面に堆積する高誘電体の膜からの応力を軽減することが可能となるといえる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｗ          ウエハ
１          縦型熱処理装置
２          反応管
３          ヒーター
３１        加熱炉
４１          ウエハボート
４２          プリカーサインジェクター
４３          酸化ガスインジェクター
４４          保温筒
４５          マニホールド
７            制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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