(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理雰囲気が上下方向に３段以上のゾーンに分割された反応容器内の各ゾーンに基板を配置し、反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う方法において、
複数の基板を基板保持具に棚状に配置して反応容器内に搬入する工程（１）と、
前記反応容器内における各ゾーンを加熱手段により加熱して各ゾーンを当該ゾーンに対応する第１のプロセス温度まで昇温する工程（２）と、
次いで、最上段のゾーンと、最上段のゾーン及び最下段のゾーンの間の中間ゾーンとについて、各ゾーンに対応する第１のプロセス温度から、各ゾーンに対応する第２のプロセス温度まで降温させる工程（３）と、を備え、
前記工程（３）を行っているときに、反応容器内に処理ガスを導入して基板に対して熱処理を行い、
前記中間ゾーンにおける第１のプロセス温度と第２のプロセス温度との温度差は、前記最上段のゾーンにおける第１のプロセス温度と第２のプロセス温度との温度差よりも小さいことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
前記工程（３）において、前記中間ゾーンについては、第１のプロセス温度から、当該ゾーンに対応する第２のプロセス温度まで降温させることに代えて、第１のプロセス温度のまま温度が維持されることを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対して熱処理を行う熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスである成膜プロセスの一つにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)と呼ばれる処理がある。この手法は反応管内に処理ガスを導入して化学的気相反応により半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の表面に成膜するものである。このような成膜プロセスをバッチで行う装置の一つとして縦型熱処理装置がある。この装置は、筒状のマニホ−ルドの上に設けられた縦型の反応管と、この反応管を囲むように設けられたヒ−タと、マニホ−ルドを通じて突入されたガス導入管と、マニホ−ルドに接続された排気管とを備えて構成されており、このような装置ではウエハボ−トと呼ばれる保持具に多数枚のウエハを棚状に保持させてマニホ−ルドの下端の開口部から反応管内に搬入させて成膜処理が行われる。
【０００３】
具体的には例えば層間絶縁膜である窒化シリコン膜を成膜する場合、０．１〜１Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下、ウエハを処理温度例えば７６０℃まで加熱し、この加熱雰囲気を維持した状態で、成膜ガスであるアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスとを導入して成膜を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の装置にて上述の条件でウエハの成膜を行うと、ウエハの中央部の膜厚が周縁部よりも薄くなる傾向がある。この理由については次のように考えられる。つまり上述のいわゆるバッチ炉と呼ばれる縦型熱処理装置では、ウエハを処理温度まで昇温させる過程では、ウエハの周囲側に位置するヒ−タにより加熱されることとなり、ウエハの周縁部における単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度の昇温速度が中央部よりも早くなり、この周縁部の温度が中央部よりも高くなる。また上述の装置では、成膜ガスはガス導入管により反応管内に導入され、ウエハボ−トに保持されているウエハには成膜ガスがウエハの周縁側から供給されることになるので、成膜ガスの濃度はウエハの周縁部の方が中央部よりも高くなってしまう。
【０００５】
このようにウエハの周縁部と中央部との間に生じた温度差及び成膜ガスの濃度差により、温度及び成膜ガスの濃度の高いウエハの周縁部の方が中央部に対して成膜反応が促進され、ウエハの中央部の膜厚は周縁部よりも薄くなり、膜厚の面内均一性が悪化していると推察される。このような膜厚の面内均一性は、３００ｍｍウエハ等の大口径のウエハや、膜厚７０ｎｍ以上の厚い膜を形成する場合により悪くなるので、問題となる。
【０００６】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板を熱処理するにあたり、面内均一性の高い処理を行うことのできる熱処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱処理雰囲気が上下方向に３段以上のゾーンに分割された反応容器内の各ゾーンに基板を配置し、反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う方法において、
複数の基板を基板保持具に棚状に配置して反応容器内に搬入する工程（１）と、
前記反応容器内における各ゾーンを加熱手段により加熱して各ゾーンを当該ゾーンに対応する第１のプロセス温度まで昇温する工程（２）と、
次いで、最上段のゾーンと、最上段のゾーン及び最下段のゾーンの間の中間ゾーンとについて、各ゾーンに対応する第１のプロセス温度から、各ゾーンに対応する第２のプロセス温度まで降温させる工程（３）と、を備え、
前記工程（３）を行っているときに、反応容器内に処理ガスを導入して基板に対して熱処理を行い、
前記中間ゾーンにおける第１のプロセス温度と第２のプロセス温度との温度差は、前記最上段のゾーンにおける第１のプロセス温度と第２のプロセス温度との温度差よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
ここでプロセス時の温度を一定にすると、例えば成膜処理であれば周縁部の膜厚が中央部よりも大きくなったりあるいは逆に小さくなったりし、その程度は反応容器内のゾーンに応じて変わることもある。一方反応容器内を昇温する工程においては、基板の周縁部における単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくなるので、周縁部の温度が中央部よりも高くなり、逆に降温工程では基板の周縁部における単位面積当たりの放熱量が中央部よりも大きくなるので、周縁部の温度が中央部よりも低くなる。そこで温度を移行させながら処理ガスを導入し、基板面内に温度分布を持たせて、その温度分布と、プロセス中の温度を一定にしたときの面内の例えば膜厚分布とが影響し合うようにすれば、結果として面内均一性の高い処理を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず図１により本発明方法を実施する縦型熱処理装置の一例について説明する。図１中１は、例えば石英で作られた内管１ａ及び外管１ｂよりなる二重管構造の反応管であり、反応管１の下部側には金属製の筒状のマニホ−ルド２が設けられている。
【００１２】
前記内管１ａは上端が開口されており、マニホ−ルド２の内方側にて支持されている。外管１ｂは上端が塞がれており、下端がマニホ−ルド３の上端に気密に接合されている。この例では、内管１ａ、外管１ｂ及びマニホ−ルド２により反応容器が構成されている。２１はベ−スプレ−トである。
【００１３】
前記反応管１内には、例えば図２に示すように、多数枚例えば１７０枚程度の基板をなすウエハＷが各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持具であるウエハボ−ト１１に棚状に載置されており、このウエハボ−ト１１は蓋体１２の上に保温筒（断熱体）１３を介して保持されている。前記蓋体１２は、ウエハボ−ト１１を反応管１内に搬入、搬出するためのボ−トエレベ−タ１４の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマニホ−ルド２の下端開口部、即ち反応管１とマニホ−ルド２で構成される反応容器の下端開口部を閉塞する役割を持つものである。なお図２中１５はウエハボ−ト１１に対してウエハＷの移載を行うための移載ア−ムである。
【００１４】
マニホ−ルド２には、成膜ガス（処理ガス）及びパ−ジガスを内管１ａの内方側に供給するためのガス導入管３１，３２が周方向に複数本配列して設けられており、成膜ガスが夫々のガス導入管３１，３２から反応容器内に導入されるようになっている。これらガス導入管３１，３２は例えば石英管よりなり、例えばガス導入管３１は前記石英管をマニホ−ルド２の外部から内部に突入し、その先端部を上方に屈曲して構成され、ガス導入管３２は前記石英管をマニホ−ルド２の外部から内部に突入して構成される。これらガス導入管３１，３２の内の１本あるいは２本以上はパ−ジガスとしての窒素ガス（Ｎ2 ガス）の導入管及び成膜ガスの導入管を共用するものである。なお処理ガスとして成膜ガスの他、酸素を内管１ａ内に導入してもよい。
【００１５】
前記ガス導入管３１，３２は夫々開閉バルブＶ１，Ｖ２を介して成膜ガス例えばＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガス及びＮＨ3 ガスのガス供給源（図示せず）に接続されており、前記開閉バルブＶ１，Ｖ２は制御部５により、予め入力されている成膜処理時における成膜ガス導入のプログラムに基づいて開閉のタイミングが制御され、これにより成膜ガスの導入のタイミングが制御されるようになっている。また前記マニホ−ルド２には、内管１ａ及び外管１ｂの間に開口するように排気管２２が接続されており、図示しない真空ポンプにより反応容器内が真空引きされるようになっている。
【００１６】
前記反応管１の側周囲にはこれを取り囲むように加熱手段であるヒ−タ４が設けられている。このヒ−タ４は例えば発熱抵抗体により構成されており、前記制御部５により、予め入力されている成膜処理の温度プロファイルに基づいて温度制御が行われるようになっている。ところで反応管内の熱処理雰囲気は上から下に向かって複数例えば３個のゾーン（領域）６（６ａ，６ｂ，６ｃ）に分割されており（温度制御領域が分割されているという意味である）、またヒータ４についてもこれら３個のゾーンに対応してつまりこれらの３個のゾーン６ａ，６ｂ，６ｃの温度制御を夫々行うように３個のヒータ４（４ａ，４ｂ，４ｃ）に分割されている。制御部５は図１では便宜上１個のブロックで記載してあるが、実際には各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃ毎に図示しない温度コントローラが設けられ、これら温度コントローラが各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃに対応して設けられた図示しない温度検出部の温度検出信号に基づいて各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃの供給電力を制御するように構成されている。
【００１７】
次に上述の装置にて行われる本発明の熱処理方法について、窒化シリコン膜を成膜する場合を例にして図３に基づいて説明する。先ず例えば１７０枚の被処理体であるウエハＷをウエハボ−ト１１に搭載し、ボ−トエレベ−タ１４を上昇させることにより、例えば６００℃の加熱雰囲気の反応管１内に下端開口部より搬入し、蓋体１２によりマニホ−ルド２の下端開口部つまり反応容器のウエハ搬入出口を気密に封止する（ロ−ド工程）。次いで例えば６００℃の加熱雰囲気下で図示しない真空ポンプにより排気管２２を通じて反応容器内を真空引きする（安定工程）。
【００１８】
続いて反応管１内の各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃの温度を夫々ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃにより一旦第１のプロセス温度例えば７７０℃程度の温度まで加熱した後（第１の昇温工程）、予め決定された温度プロファイルに基づいて温度制御を行いながら、成膜ガスとしてＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスとＮＨ3 ガスとを夫々ガス導入管３１，３２から内管１ａ内に導入し、これにより圧力を０．２５Ｔｏｒｒとした状態でウエハＷの表面に窒化シリコン膜を形成する（プロセス工程）。この際成膜ガスを内管１ａ内に導入し、外管１ｂの内部を排気管２２にて排気することにより成膜ガスが反応管１内に行き渡り、ウエハボ−ト１１に搭載されているウエハＷの表面に満遍なく窒化シリコン膜が形成されることになる。
【００１９】
ここで各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃは、いずれも同様の温度制御がなされるが、後述のように相互に異なる温度制御を行ってもよい。
【００２０】
本発明ではプロセス工程にてウエハＷの温度制御を行うと共に、この温度制御に合わせて成膜ガスを間欠的に導入することに特徴があり、例えばプロセス工程では、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃの温度が第１のプロセス温度と第１のプロセス温度よりも低い第２のプロセス温度の間、具体的には７６０℃前後の温度例えば７５０℃〜７７０℃の範囲で昇温と降温とを繰り返すように温度制御がされており、降温時に成膜ガスが導入されるようになっている。
【００２１】
具体的なプロセスとしては、例えば図４に示すように、各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃにより加熱して昇温工程にて一旦各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを第１のプロセス温度である７７０℃程度まで昇温した後、第１のプロセス温度よりも低い第２のプロセス温度例えば７５０℃程度まで各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃによる加熱を抑制して例えば２３分程度で降温し、降温開始と同時に、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガス及びＮＨ3 ガスを夫々１００ｓｃｃｍ，１０００ｓｃｃｍの流量で導入し（温度以降工程）、次いでこれら成膜ガスの導入を停止した状態で、再び７７０℃程度まで例えば４分程度で昇温する（第２の昇温工程）。次に再び前記成膜ガスを導入しながら、７５０℃程度まで例えば２３分程度で降温し、続いて前記成膜ガスの導入を停止した状態で、再び各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを７７０℃程度まで例えば４分程度で昇温する（追加の温度移行工程）。次に再び前記成膜ガスを導入しながら、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを７５０℃程度まで例えば２３分程度で降温し（温度移行工程）、続いて前記成膜ガスの導入を停止した状態で、再び各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを７７０℃程度まで例えば４分程度で昇温する（追加の温度移行工程）。そして再び前記成膜ガスを導入しながら、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを７５０℃程度まで例えば２３分で降温する。つまりこのプロセスでは、降温開始時に前記成膜ガスの導入を開始し、昇温開始時（降温終了時）に前記成膜ガスの導入を停止する。
【００２２】
なおこの実施の形態では、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃはヒ−タ４により所定の温度まで加熱されるが、プロセス工程における所定の温度制御は、既述のように制御部５により、当該制御部５に入力されている温度プロファイルに基づいて、各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃによる加熱温度を制御することにより行われる。また成膜ガスの導入開始及び導入停止は、開閉バルブＶの開閉により行われ、この開閉バルブＶの開閉制御は、既述のように制御部５により行われる。
【００２３】
こうして所定の窒化シリコン膜の成膜が終了した後、前記成膜ガスの導入を停止して、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃの温度を６００℃程度まで降温すると共に（降温工程）、成膜時に成膜ガスを導入していたガス導入管３１，３２の内の例えば２本からパ−ジガス例えばＮ2 ガスを導入し、反応容器内を常圧に戻す。そしてボ−トエレベ−タ１４を降下させて反応容器の下端の搬入出口を開き、ウエハボ−ト１１を反応容器から搬出する（アンロ−ド工程）。
【００２４】
このような実施の形態によれば、プロセス工程にてウエハＷの表面温度を、昇温と降温とを繰り返すように温度制御し、降温時に成膜ガスを導入しているので、形成される窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を高めることができる。
【００２５】
つまり既述のように、ウエハＷの昇温工程では、ウエハの周縁部における単位面積当たりの吸熱量が中央部よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度が中央部よりも高くなる。ここで膜の成長速度は成膜時の温度が高い程早くなることから、ウエハＷを所定の温度に昇温した後、直ちに成膜ガスを導入して成膜を行うと、既述の成膜ガスのウエハ面内における濃度分布と合わせると、例えば図５に示すようにウエハの中央部の膜厚は周縁部よりも薄くなってしまう。ここで図５は、前記縦型熱処理装置において、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを所定の温度例えば７６０℃に昇温した後、直ちに成膜ガスを導入して、ウエハＷの温度を前記温度に維持した状態で窒化シリコン膜の成膜を行った場合の、形成された窒化シリコン膜のウエハ面内の膜厚分布を示す特性図である。
【００２６】
一方ウエハＷの降温時では、ウエハの周縁部における単位面積当たりの放熱量が中央部よりも大きくなるので、ウエハの周縁部の温度の降温速度が中央部よりも早くなり、例えば図６（ウエハＷを７７０℃程度から７５０℃程度まで降温させた場合の、ウエハ面内の温度分布）に示すように、周縁部の温度が中央部よりも低くなる。
【００２７】
従って各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを第１のプロセス温度まで昇温させた後、第２のプロセス温度まで降温させ、この降温時に成膜ガスを導入して成膜を行えば、ウエハＷの中央部より周縁部の方が温度が低いという降温工程におけるウエハＷの温度分布と、ウエハＷの中央部より周縁部の方が成膜ガスの濃度が高くなるという成膜ガスの濃度分布との影響により、例えば図７に示すように成膜された膜の膜厚はウエハＷの面内においてほぼ均一になると推察される。ここで図７は、前記縦型熱処理装置において、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを第１のプロセス温度に昇温した後、第２のプロセス温度まで降温させたときに成膜ガスを導入して、窒化シリコン膜の成膜を行った場合の、形成された窒化シリコン膜のウエハ面内の膜厚分布を示す特性図である。
【００２８】
上述のように本実施の形態では、窒化シリコン膜を形成する場合、第１のプロセス温度を７７０℃、第２のプロセス温度を７５０℃とし、これらの温度差を２０℃としたが、成膜温度は窒化シリコン膜の膜質に影響を与えるため成膜温度範囲には制限があるが、第１のプロセス温度と第２のプロセス温度の差は４０℃程度以下に設定すれば支障はない。
【００２９】
従って支障のない一定の成膜温度範囲で温度移行工程と追加の温度移行工程とを繰り返すことが望ましく、このようにして成膜を行なうと、必要な膜質特性を維持しながら、良好な膜厚の面内分布を得ることができる。このため本発明は例えば口径が３００ｍｍのウエハに対して成膜を行う場合や、７０ｎｍ以上の厚さの膜を成膜する場合に特に有効であり、これらの場合においても膜厚の高い面内均一性を確保することができる。
【００３０】
実際に本発明の効果を確認するために、ウエハボ−ト１１に１７０枚の８インチサイズのウエハＷを搭載し、上述の縦型熱処理装置にて上述のプロセスに従って窒化シリコン膜を形成したところ、図８及び図９に示す結果が得られた。成膜ガスとしてはＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスとＮＨ3 ガスとを用い、図４に示す温度プロファイルに従って各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃの温度を制御しながら、降温時にＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを１００ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で夫々導入し、０．２５Ｔｏｒｒのプロセス圧力の下、１５０ｎｍの厚さを目標として窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜の膜厚の面内分布と、窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性とを測定した。また上述の縦型熱処理装置にてウエハ表面の温度を７６０℃に維持した状態で成膜ガスを連続的に導入して窒化シリコン膜を形成した場合についても同様の実験を行った。この場合成膜ガスの流量は、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガス１００ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ガス１０００ｓｃｃｍとし、プロセス圧力は０．２５Ｔｏｒｒとした。
【００３１】
この結果を図８及び図９に各々示す。窒化シリコン膜の膜厚のばらつき度は図８に、窒化シリコン膜の膜厚の面内分布は図９に夫々示す。温度制御を行った場合を□、温度制御を行わない場合を○として夫々示す。図８の窒化シリコン膜の膜厚のばらつき度では、ウエハボ−ト１１の上から７番目，４６番目、８５番目、１２４番目、１６３番目のウエハＷをサンプリングし、これらのウエハＷに形成された窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を膜厚測定機（Ellipsometer）により測定した。
【００３２】
この結果、温度制御を行った場合には、温度制御を行わない場合よりも膜厚のばらつき度の値が低く、当該値は低い方が面内均一性が高いことを示しているので、プロセス工程時に温度制御を行ない、降温時に成膜ガスを導入することにより形成される窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を高めることができることが確認された。
【００３３】
また図９の窒化シリコン膜の膜厚の面内分布は、前記ウエハボ−ト１１上の上から１２４番目のウエハＷをサンプリングし、図１０のウエハＷの平面図に示すように、ウエハＷの直径上の径方向の５か所の位置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）の窒化シリコン膜の膜厚を測定した。ここでＣはウエハＷの中心、Ａ及びＥはウエハＷの外縁から５ｍｍ内側の位置、Ｂ及びＤはウエハＷの外縁から５２．５ｍｍ内側の位置とした。
【００３４】
この結果、温度制御を行わない場合には窒化シリコン膜の膜厚は中央部において周縁部よりも２．９１〜３．４８ｎｍ程度薄くなることが認められたのに対し、温度制御を行った場合には窒化シリコン膜の膜厚は０．３６ｎｍ程度のばらつきはあるもののほぼ一定であることが認められ、プロセス工程時に温度制御を行ない、降温時に成膜ガスを導入することにより、形成される窒化シリコン膜の膜厚の面内均一性を高めることができることが確認された。
【００３５】
以上において本発明では、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃを第１のプロセス温度まで昇温する第１の昇温工程を行い、次いで第２のプロセス温度まで降温させながら成膜ガスを導入して成膜を行う降温工程を実施すればよく、必ずしも温度移行工程と追加の温度移行工程とを繰り返す必要はないが、温度移行工程と追加の温度移行工程と降温工程とを繰り返して行うと、より高い膜厚の均一性を確保することができる。
【００３６】
さらに本発明では、窒化シリコン膜の成膜に限らず、ポリシリコン膜、ＴＥＯＳによるシリコン酸化膜、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜等の成膜に適用することができる。また、ＣＶＤ成膜プロセス以外のドライ酸化、ウェット酸化、ＨＣｌ酸化等の酸化膜の成膜にも適用できる。
【００３７】
なお上記の実施の形態において、反応管１内の各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃに対して同様の温度制御を行う例を示したが、各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃに対して各ヒータ４ａ，４ｂ，４ｃにより各々異なる温度制御を行ってもよい。
【００３８】
次に本発明の他の実施の形態について図１１を参照しながら説明する。図１１は成膜ガスとしてＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスとＮＨ3 ガスとを用いてウエハＷ表面上に窒化シリコン膜を成膜する際の各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃ内の時間と温度との関係を示す図である。図１１に示すように各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃに割り当てられる第１のプロセス温度が互いに異なり、また各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃに割り当てられる第２のプロセス温度も互いに異なるように制御部５における温度プロファイルが設定されている。例えば上段のゾーン６ａにおける第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々７６５℃及び７３２℃となっており、中段のゾーン６ｂにおける第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々７７０℃及び７５７℃となっている。また下段のゾーン６ｃにおける第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々８００℃及び７５７℃となっている。
【００３９】
いずれのゾーン６ａ，６ｂ，６ｃにおいても、先ず第１のプロセス温度まで昇温され（昇温工程）、その後成膜ガスが導入される温度移行工程に入り第２のプロセス温度まで降温される。温度移行工程では、いずれのゾーン６ａ，６ｂ，６ｃも降温され、この降温中に成膜ガスが導入されてウエハＷの表面に均一な窒化シリコン膜が形成される。この場合更に続けて第２のプロセス温度から第１のプロセス温度まで更に温度を昇温させ（追加の温度移行工程）、その後第１のプロセス温度から第２のプロセスまで降温させてもよい。また中段ゾーン６ｂでは、温度を一定とした場合に、ウエハＷの周縁部と中央部とにおいて成膜される膜の膜厚の差が非常に小さいので、温度移行工程における温度変化の傾斜（第１のプロセス温度と第２のプロセス温度との差）は、上段ゾーン６ａ及び下段ゾーン６ｂにおける温度変化の傾斜よりもかなり小さくなっている。
【００４０】
このように各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃ間において互いに温度制御を行う場合、処理ガスは反応容器内にて下から上昇していくので上段のゾーン６ａにおいては高温となっており、このため例えば上段のゾーン６ａを比較的低温で温度制御し、下段のゾーン６ｃを比較的高温で温度制御している。そして温度を一定とした場合にウエハＷの周縁部と中央部とにおいて成膜される膜の膜厚の差を予め把握しておき、膜厚の差に応じて温度変化の傾斜を決めているので、各ウエハＷ内での窒化シリコン膜の均一化を図ることができると共に各ゾーン６ａ，６ｂ，６ｃ間においてもウエハＷ表面に成膜される窒化シリコン膜の均一化を図ることができる。
【００４１】
更に本発明の他の実施の形態について図１２を参照しながら説明する。図１２は、成膜ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5Ｏ）4）を用いてウエハＷ表面上にシリコン酸化膜を成膜する際の各ゾーン内の時間と温度との関係を示す図である。この方法においては、熱処理雰囲気を５段のゾーンに分割し、これに対応してヒータ４についても５段に分割し、分割されたヒータにより夫々各段のゾーンに対して異なる温度制御が行われている。なお説明の便宜上５段に分割された各ゾーンに対して上段側から順に６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃを夫々割り当てることにする。
【００４２】
各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度については、１段目のゾーン（最上段）６ａの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々６９９℃及び６７２℃であり、２段目のゾーン６ａｂの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々６９２℃及び６７４℃であり、３段目のゾーン６ｂの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々６８５℃及び６７３℃であり、４段目のゾーン６ｂｃの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々６７５℃及び６７５℃であり、５段目のゾーン６ｃの第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は夫々６６２℃及び６８５℃である。このようにこの実施の形態では、第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度は、各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃ間で互いに異なっている。
【００４３】
図１２に示すように、いずれのゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃにおいても、先ず第１のプロセス温度まで昇温され（昇温工程）、その後ＴＥＯＳが導入される温度移行工程に入る。この温度移行工程では、５段目のゾーン６ｃでは第１のプロセス温度から第２のプロセス温度まで昇温され、４段目のゾーン６ｂｃでは第１のプロセス温度から第２のプロセス温度まで等温保持され、１〜３段目のゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂでは第１のプロセス温度から第２のプロセス温度まで降温される。
【００４４】
この場合各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃにおいて更に続けて第２のプロセス温度から第１のプロセス温度まで温度を移行させ（追加の温度移行工程）、その後第１のプロセス温度から第２のプロセス温度まで温度を移行させてもよい（温度移行工程）。その後各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃは温度保持工程に入る。
【００４５】
ここで最下段である５段目のゾーン６ｃでは、温度制御を行わない場合にはウエハの周縁部よりも中央部の方が成膜される膜の膜厚が高くなる傾向があるため、他のゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃにおける温度制御と異なり、温度移行工程では温度を上昇させている。また４段目のゾーン６ｂｃでは、温度一定の場合にウエハＷの周縁部と中央部において成膜される膜の膜厚の差が非常に小さいので、温度移行工程では等温保持している。
【００４６】
このように各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃ間において互いに異なる温度制御を行うことにより、つまり各ゾーンに応じた適切な第１のプロセス温度及び第２のプロセス温度を設定することにより各ウエハＷにおけるシリコン酸化膜の均一化を図ることができると共に各ゾーン６ａ，６ａｂ、６ｂ，６ｂｃ、６ｃ間においてもウエハＷ表面に成膜されるシリコン酸化膜の均一化を図ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板に成膜するにあたり、高い膜厚の面内均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための縦型熱処理装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】前記縦型熱処理装置の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明方法にて窒化シリコン膜を形成するときの、温度と時間との関係を示す特性図である。
【図４】窒化シリコン膜成膜時の温度と時間との関係を示す特性図である。
【図５】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関係を示す特性図である。
【図６】温度とウエハ上の位置との関係を示す特性図である。
【図７】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関係を示す特性図である。
【図８】窒化シリコン膜の膜厚の面内ばらつき度とウエハボ−ト上のウエハの位置との関係を示す特性図である。
【図９】窒化シリコン膜の膜厚とウエハ上の位置との関係を示す特性図である。
【図１０】ウエハ上のサンプリング箇所を説明するための平面図である。
【図１１】窒化シリコン膜の成膜時の温度と時間との関係を示す特性図である。
【図１２】シリコン酸化膜の成膜時の温度と時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
Ｗ          半導体ウエハ
１          反応管
１ａ        内管
１ｂ        外管
２          マニホ−ルド
３          ガス導入管
４（４ａ、４ｂ、４ｃ）  ヒ−タ
５          制御部
Ｖ          開閉バルブ
【図１】
0004553227.tif 000002
【図２】
0004553227.tif 000003
【図３】
0004553227.tif 000004
【図４】
0004553227.tif 000005
【図５】
0004553227.tif 000006
【図６】
0004553227.tif 000007
【図７】
0004553227.tif 000008
【図８】
0004553227.tif 000009
【図９】
0004553227.tif 000010
【図１０】
0004553227.tif 000011
【図１１】
0004553227.tif 000012
【図１２】
0004553227.tif 000013