(57)【要約】【課題】同時に熱処理される複数の半導体ウェハにおいて均一性に優れた処理を実現する熱処理装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】熱処理装置１０は、横型炉の構成である。所定枚数の半導体ウェハＷａｆは、支持ボートＢＴ１に装填され、フォークＦＫ１の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ１に相当時間かけて搬入される。プロセスチューブＣＨＢ１は、半導体ウェハＷａｆの搬入出側から末端に亘って材厚Ｔ１を異ならせてある。ここでは、石英部材であって、チューブ内へのウェハ搬入出側Ａ１から末端Ｅ１に亘って、材厚Ｔ１が大きな厚みから小さな厚みに移行するような構成となっている。プロセスチューブＣＨＢ１の内壁径はウェハ搬入出側Ａ１から末端Ｅ１に亘ってほぼ等しくされている。【選択図】　　図１
2004111410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に載置された半導体ウェハが挿入され、かつ反応ガスが導入される処理室として、前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って材厚を異ならせたプロセスチューブを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記プロセスチューブの内壁径は前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘ってほぼ等しくされていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
支持部材に載置された半導体ウェハが挿入され、かつ反応ガスが導入される処理室として、前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って室内径を異ならせたプロセスチューブを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
複数の半導体ウェハがそれぞれボートの溝に導き入れられボートと共に、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する方法に関し、
前記半導体ウェハの搬入出側の材厚が大きく末端に向って材厚を小さくした所定温度範囲のプロセスチューブに、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導入する搬入工程と、
前記プロセスチューブ内においてガス供給が伴う前記半導体ウェハへの熱処理工程と、
前記プロセスチューブから、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導出する搬出工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数の半導体ウェハがそれぞれボートの溝に導き入れられボートと共に、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する方法に関し、
前記半導体ウェハの搬入出側の室内径が大きく末端に向って室内径を小さくした所定温度範囲のプロセスチューブに、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導入する搬入工程と、
前記プロセスチューブ内においてガス供給が伴う前記半導体ウェハへの熱処理工程と、
前記プロセスチューブから、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導出する搬出工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記［請求項４］または［請求項５］に記載の半導体装置の製造方法を用いて実現されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの成膜工程に係り、特に縦型または横型の熱処理炉に関する成膜時に派生する堆積膜を伴う熱処理装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化炉、拡散炉等を伴う熱処理装置は、所定温度範囲に設定されるプロセスチューブ内に複数の半導体基板（ウェハ）が配列された形態で収容される。プロセスチューブ内では基板表面に原料となるガスを供給し、温度とガスの流量の制御によって複数ウェハを同時に熱処理する。すなわち、化学反応により成膜する、あるいは基板内に不純物を導入し拡散させるといった工程がなされる。半導体装置製造において広く適用され、重要な技術となっている。
【０００３】
半導体装置製造に利用される熱処理装置には、プロセスチューブやヒータを横に配置した横型熱処理炉と、プロセスチューブやヒータを縦に配置した縦型熱処理炉とがある。今日では縦型熱処理炉が主流となっているが、より大量のウェハを同時処理する横型熱処理炉を用いて生産しているラインも少なくない。
【０００４】
上記のような熱処理装置においては、複数ウェハを相当時間かけて搬入出するため、プロセスチューブ内で温度差が発生する。急激な温度差の生じた領域の処理ウェハには異常反応、パーティクル発生の懸念がある。また、堆積膜の膜質（結晶状態等）が異なる場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の熱処理装置では、プロセスチューブ内で温度差が発生し、処理ウェハに対し異常反応、パーティクル発生の悪影響が心配される。対策としてプロセスチューブ内に補助チューブを設置し、温度差の解消、内部温度の均一化を図る手法もあるが、成膜される膜質の均一化は困難である。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、同時に熱処理される複数の半導体ウェハにおいて均一性に優れた処理を実現する熱処理装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の［請求項１］に係る熱処理装置は、
支持部材に載置された半導体ウェハが挿入され、かつ反応ガスが導入される処理室として、前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って材厚を異ならせたプロセスチューブを有することを特徴とする。
【０００８】
上記本発明の［請求項１］に係る熱処理装置によれば、半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って材厚を異ならせたプロセスチューブを用いることにより、プロセスチューブ自体で内部各方面における温度差を小さくする方向に調整することができる。
【０００９】
なお、本発明の［請求項２］に係る熱処理装置は、
前記プロセスチューブの内壁径は前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘ってほぼ等しくされていることを特徴とする。見かけ上変わらず、半導体ウェハの搬入出の容易性が得られる。
【００１０】
上記本発明の［請求項３］に係る熱処理装置は、
支持部材に載置された半導体ウェハが挿入され、かつ反応ガスが導入される処理室として、前記半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って室内径を異ならせたプロセスチューブを有することを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の［請求項３］に係る熱処理装置によれば、半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って室内径を異ならせたプロセスチューブを用いることにより、プロセスチューブ自体で内部各方面における温度差を小さくする方向に調整することができる。
【００１２】
本発明の［請求項４］に係る半導体装置の製造方法は、
複数の半導体ウェハがそれぞれボートの溝に導き入れられボートと共に、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する方法に関し、
前記半導体ウェハの搬入出側の材厚が大きく末端に向って材厚を小さくした所定温度範囲のプロセスチューブに、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導入する搬入工程と、
前記プロセスチューブ内においてガス供給が伴う前記半導体ウェハへの熱処理工程と、
前記プロセスチューブから、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導出する搬出工程と、
を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の［請求項５］に係る半導体装置の製造方法は、
複数の半導体ウェハがそれぞれボートの溝に導き入れられボートと共に、半導体ウェハをプロセスチューブ内で熱処理する方法に関し、
前記半導体ウェハの搬入出側の室内径が大きく末端に向って室内径を小さくした所定温度範囲のプロセスチューブに、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導入する搬入工程と、
前記プロセスチューブ内においてガス供給が伴う前記半導体ウェハへの熱処理工程と、
前記プロセスチューブから、所定時間かけて前記半導体ウェハの配列を導出する搬出工程と、
を具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の［請求項６］に係る半導体装置は、
前記［請求項４］または［請求項５］いずれかに記載の半導体装置の製造方法を用いて実現されることを特徴とする。膜厚均一性に優れた半導体装置の量産に寄与する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。熱処理装置１０は、横型炉の構成である。所定枚数の半導体ウェハＷａｆは、支持ボートＢＴ１に装填され、フォークＦＫ１の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ１に相当時間かけて搬入される。プロセスチューブＣＨＢ１内は、周囲のヒーターＨＴ１によって所定温度範囲の熱処理環境になっており、ウェハＷａｆは熱処理され、成膜や不純物導入など実質的な処理工程がなされる。
【００１６】
上記プロセスチューブＣＨＢ１は、半導体ウェハＷａｆの搬入出側から末端に亘って材厚Ｔ１を異ならせてある。ここでは、石英部材であって、チューブ内へのウェハ搬入出側Ａ１から末端Ｅ１に亘って、材厚Ｔ１が大きな厚みから小さな厚みに移行するような構成となっている。すなわち、図中のプロセスチューブＣＨＢ１の材厚は確実にＴ１ａ＞Ｔ１ｅとなっている。プロセスチューブＣＨＢ１の内壁径はウェハ搬入出側Ａ１から末端Ｅ１に亘ってほぼ等しくされている。
【００１７】
例えば、支持ボートＢＴ１を伴う半導体ウェハＷａｆの配列は、所定温度範囲にされたプロセスチューブＣＨＢ１の、材厚が大きい搬入出側Ａ１から所定時間かけて搬入される。ウェハＷａｆの配列先端は材厚の小さい末端Ｅ１側に置かれる。プロセスチューブＣＨＢ１内において反応ガス供給が伴うウェハＷａｆへの成膜工程がなされる。その後、ウェハＷａｆの配列は再び搬入出側Ａ１から所定時間かけて搬出される。プロセスチューブＣＨＢ１の搬入出側Ａ１は材厚が大きい分だけ熱容量が大きく、チューブ内の温度差を小さくする方向に働く。
【００１８】
上記第１実施形態及び一例の方法によれば、半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って材厚を異ならせたプロセスチューブＣＨＢ１を有することにより、プロセスチューブ自体で処理領域内一端側から他端側の各方面における温度差が小さくなる方向に調整することができる。これにより、同時に処理する半導体ウェハに対し、膜質等、均一性が改善される。例えば、ポリシリコン層をＣＶＤ形成する場合、チューブ内前方または後方いずれの被処理ウェハに対しても安定した抵抗値の成膜がなされ、均一化され易い。また、パーティクルの削減に寄与する。
【００１９】
なお、上記第１実施形態においては横型炉の構成を示したが、これに限らず、縦型炉の熱処理装置に採用してもよい。
図２は、本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。熱処理装置２０は、縦型炉の構成である。所定枚数の半導体ウェハＷａｆは、支持ボートＢＴ２に装填され昇降機構の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ２に相当時間かけて搬入される。プロセスチューブＣＨＢ２内は、周囲のヒーターＨＴ２によって所定温度範囲の熱処理環境になっており、ウェハＷａｆは熱処理され、成膜や不純物導入など実質的な処理工程がなされる。
【００２０】
上記プロセスチューブＣＨＢ２は、半導体ウェハＷａｆの搬入出側から末端に亘って材厚Ｔ２を異ならせてある。ここでは、石英部材であって、チューブ内へのウェハ搬入出側Ａ２から末端Ｅ２に亘って、材厚Ｔ２が大きな厚みから小さな厚みに移行するような構成となっている。すなわち、図中のプロセスチューブＣＨＢ２の材厚は確実にＴ２ａ＞Ｔ２ｅとなっている。プロセスチューブＣＨＢ２の内壁径はウェハ搬入出側Ａ２から末端Ｅ２に亘ってほぼ等しくされている。
【００２１】
例えば、支持ボートＢＴ２を伴う半導体ウェハＷａｆの配列は、所定温度範囲にされたプロセスチューブＣＨＢ２の、材厚が大きい搬入出側Ａ２から所定時間かけて搬入される。ウェハＷａｆの配列先端は材厚の小さい末端Ｅ２側に置かれる。プロセスチューブＣＨＢ２内において反応ガス供給が伴うウェハＷａｆへの成膜工程がなされる。その後、ウェハＷａｆの配列は再び搬入出側Ａ２から所定時間かけて搬出される。プロセスチューブＣＨＢ２の搬入出側Ａ２は材厚が大きい分だけ熱容量が大きく、チューブ内の温度差を小さくする方向に働く。
【００２２】
上記第２実施形態及び一例の方法においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、プロセスチューブＣＨＢ２の材厚を変化させた構造を用いることにより、プロセスチューブ自体で処理領域内一端側から他端側の各方面における温度差が小さくなる方向に調整することができる。これにより、同時に処理する半導体ウェハに対し、膜質等、均一性が改善される。また、パーティクルの削減に寄与する。
【００２３】
図３は、本発明の第３実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。熱処理装置３０は、横型炉の構成である。所定枚数の半導体ウェハＷａｆは、支持ボートＢＴ３に装填され、フォークＦＫ３の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ３に相当時間かけて搬入される。プロセスチューブＣＨＢ３内は、周囲のヒーターＨＴ３によって所定温度範囲の熱処理環境になっており、ウェハＷａｆは熱処理され、成膜や不純物導入など実質的な処理工程がなされる。
【００２４】
上記プロセスチューブＣＨＢ３は、半導体ウェハＷａｆの搬入出側から末端に亘って室内径φ３を異ならせてある。ここでは、石英部材によるチューブ内へのウェハ搬入出側Ａ３から末端Ｅ３に亘って、室内径φ３が大きな径から小さな径に移行するような構成となっている。すなわち、図中のプロセスチューブＣＨＢ３の室内径は確実にφ３ａ＞φ３ｅとなっている。これに伴い、支持ボートＢＴ３は水平が保たれるように載置部の傾斜に合わせた脚部ＳＴが構成される。
【００２５】
例えば、支持ボートＢＴ３を伴う半導体ウェハＷａｆの配列は、所定温度範囲にされたプロセスチューブＣＨＢ３の、室内径の大きい搬入出側Ａ３から所定時間かけて搬入される。ウェハＷａｆの配列先端は室内径の小さい末端Ｅ３側に置かれる。プロセスチューブＣＨＢ３内において反応ガス供給が伴うウェハＷａｆへの成膜工程がなされる。その後、ウェハＷａｆの配列は再び搬入出側Ａ３から所定時間かけて搬出される。プロセスチューブＣＨＢ３の搬入出側Ａ３は室内径が大きい分だけ熱容量が大きく、チューブ内の温度差を小さくする方向に働く。
【００２６】
上記第３実施形態及び一例の方法によれば、半導体ウェハの搬入出側から末端に亘って室内径φ３を異ならせたプロセスチューブＣＨＢ３を有することにより、プロセスチューブ自体で処理領域内一端側から他端側における温度差が小さくなる方向に調整することができる。これにより、同時に処理する半導体ウェハに対し、膜質等、均一性が改善される。例えば、ポリシリコン層をＣＶＤ形成する場合、チューブ内前方または後方いずれの被処理ウェハに対しても安定した抵抗値の成膜がなされ、均一化され易い。また、パーティクルの削減に寄与する。
【００２７】
なお、上記第３実施形態においては横型炉の構成を示したが、これに限らず、縦型炉の熱処理装置に採用してもよい。
図４は、本発明の第４実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。熱処理装置４０は、縦型炉の構成である。所定枚数の半導体ウェハＷａｆは、支持ボートＢＴ４に装填され昇降機構の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ４に相当時間かけて搬入される。プロセスチューブＣＨＢ４内は、周囲のヒーターＨＴ４によって所定温度範囲の熱処理環境になっており、ウェハＷａｆは熱処理され、成膜や不純物導入など実質的な処理工程がなされる。
【００２８】
上記プロセスチューブＣＨＢ４は、半導体ウェハＷａｆの搬入出側から末端に亘って室内径φ４を異ならせてある。ここでは、石英部材によるチューブ内へのウェハ搬入出側Ａ４から末端Ｅ４に亘って、室内径φ４が大きな径から小さな径に移行するような構成となっている。すなわち、図中のプロセスチューブＣＨＢ４の室内径は確実にφ４ａ＞φ４ｅとなっている。
【００２９】
例えば、支持ボートＢＴ４を伴う半導体ウェハＷａｆの配列は、所定温度範囲にされたプロセスチューブＣＨＢ４の、室内径の大きい搬入出側Ａ４から所定時間かけて搬入される。ウェハＷａｆの配列先端は材厚の小さい末端Ｅ４側に置かれる。プロセスチューブＣＨＢ４内において反応ガス供給が伴うウェハＷａｆへの成膜工程がなされる。その後、ウェハＷａｆの配列は再び搬入出側Ａ４から所定時間かけて搬出される。プロセスチューブＣＨＢ４の搬入出側Ａ４は室内径の大きい分だけ熱容量が大きく、チューブ内の温度差を小さくする方向に働く。
【００３０】
上記第４実施形態及び一例の方法においても、第３実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、プロセスチューブＣＨＢ４の室内径を変化させた構造を用いることにより、プロセスチューブ自体で処理領域内一端側から他端側の各方面における温度差が小さくなる方向に調整することができる。これにより、同時に処理する半導体ウェハに対し、膜質等、均一性が改善される。また、パーティクルの削減に寄与する。
【００３１】
上記各実施形態及び方法によれば、製品への影響が懸念される搬入、搬出において費やされる時間は長くても、プロセスチューブの形状により熱容量が調整されるので、製品への影響は少なくできる。これにより、同時に処理する半導体ウェハに対し、膜質等、均一性が改善される。また、急激な温度差が生じないためパーティクルの削減に寄与する。半導体装置においては、膜厚均一性に優れた高信頼性の半導体装置の量産に寄与する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プロセスチューブの厚さを異ならせる、あるいは室内径を異ならせることにより、プロセスチューブ自体で一端側から他端側の温度差をなくする方向に調整することができる。これにより、同時に処理される半導体ウェハの均一性が改善され、パーティクルも削減され、高信頼性の半導体装置の量産に寄与する。この結果、同時に熱処理される複数の半導体ウェハにおいて均一性に優れた処理を実現する熱処理装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る熱処理装置の要部を示し、側面方向断面の概略図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０…熱処理装置
ＢＴ１，ＢＴ２，ＢＴ３，ＢＴ４…石英製ボート部材
ＣＨＢ１，ＣＨＢ２，ＣＨＢ３，ＣＨＢ４…プロセスチューブ
ＦＫ１，ＦＫ３…フォーク
ＨＴ１，ＨＴ２，ＨＴ３，ＨＴ４…ヒーター
Ｗａｆ…半導体ウェハ
【図１】
2004111410.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004111410.tif 000006