(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板加熱用の主ヒータが外側に設けられ、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、
前記反応室内に設けられ、原料が載置される原料昇華部と、
前記反応室内の前記原料昇華部の近傍に設けられ、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、
前記反応室内の前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に設けられる断熱部と、
前記反応室内の前記断熱部の外周に位置する、前記原料昇華部と前記基板処理領域と連通させる連通部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板加熱用の主ヒータを外側に有し、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、
前記反応室内には、前記ボートとともに前記反応室に対し昇降可能な、前記ボートが載置されるキャップが設けられ、
該キャップには、
原料が載置される原料昇華部と、
前記原料昇華部の近傍であって下方に位置する、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、
前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に位置する断熱部と、が設けられ、
前記反応室内の前記キャップの外周には、前記原料昇華部と前記基板処理領域とを連通させる連通部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
半導体装置を製造する方法において、
反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、
前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、
前記反応室内に載置された原料の近傍であって前記反応室内に設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、
前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記断熱部の外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体装置を製造する方法において、
複数の基板が保持されたボートをキャップに載置し、前記ボートと前記キャップとを反応室内へ挿入する工程と、
反応室内の基板処理領域にある前記ボートに保持された前記複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、
前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、
前記キャップに設けられた原料昇華部に載置された原料の近傍であって下方に位置する前記キャップに設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に位置する前記キャップに設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、
前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記キャップの外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板等の基板に酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）等の原料を昇華させて供給する基板処理装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の基板処理装置を示す概略断面図である。図に示すように、アウタ管１の外側にヒータ２が設けられ、アウタ管１の内側にインナ管３が設けられ、インナ管３内に昇降可能なキャップ４が挿入され、キャップ４にボート５が載置され、ボート５に複数の半導体基板（図示せず）が保持されている。又、アウタ管１、インナ管３の外部即ち炉外に原料昇華装置６が設けられ、原料昇華装置６に原料導入管７の一端が接続され、原料導入管７の他端はインナ管３の上部に位置しており、原料導入管７はインナ管３の内部と連通している。又、インナ管３の下部に排気管８が設けられている。
【０００３】
この基板処理装置においては、ヒータ２でボート５に保持された半導体基板を加熱するとともに、原料昇華装置６に酸化アンチモン粉末を投入して加熱すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が原料導入管７を介して半導体基板の表面に供給され、半導体基板に酸化アンチモンが拡散される。そして、排気はキャップ４で冷され、排気管８から排気される。
【０００４】
図８は特公平６−２８２４８号公報に示された他の従来の基板処理装置を示す概略断面図、図９は図８の拡大Ａ−Ａ断面図である。図に示すように、主炉芯管１１に副炉芯管１２が接続され、主炉芯管１１の外部に主炉芯管用ヒータ１３が設けられ、副炉芯管１２の外部に副炉芯管用ヒータ１４が設けられ、副炉芯管１２と副炉芯管用ヒータ１４との間に均熱用チューブ１５が設けられ、主炉芯管１１内に半導体基板１６が載置され、副炉芯管１２内に不純物ボート１７が設けられている。
【０００５】
この基板処理装置においては、主炉芯管用ヒータ１３で半導体基板１６を加熱するとともに、不純物ボート１７上に酸化アンチモン粉末を載置して、副炉芯管用ヒータ１４により酸化アンチモン粉末を加熱すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が半導体基板１６の表面に供給され、半導体基板１６に酸化アンチモンが拡散される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７に示した基板処理装置においては、原料導入管７と原料昇華装置６との接続部分においては、気密性を維持するためにＯリング等のシール部材を介し接続しているが、Ｏリングの耐熱性の問題から（通常、約１００〜３００℃）Ｏリング周辺を冷却しているので、どうしても後続部付近では原料の昇華温度を下回ってしまう。したがい、この接続部分の温度が低いから、酸化アンチモンがこの部分において再固化してしまい、反応生成物として付着するので、酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に供給することができないことがある。
【０００７】
又、図８、図９に示した基板処理装置においては、原料である酸化アンチモンは副炉芯管１２の外に配置された副炉芯管用ヒータ１４により加熱され昇華されるが、該ヒータ１４が炉外に配置されてるので、原料と該ヒータ１４とが離れて設けらており、又、原料と該ヒータ１４との間に副炉芯管１２や均熱用チューブ１５などの複数の介在物の影響で、昇華の制御性が悪くなる恐れがある。
【０００８】
又、図８、９の従来例では、炉芯管を横方向に配置した、所謂、横型装置といわれる装置形態であるので、炉内温度が影響しない様に、主炉芯管１１と副炉芯管１２とを離しても（即ち、炉芯管が長くても）、装置が設置されるクリーンルームの平面面積を考慮するのみで良く、又、図７の従来例の様に、Ｏリングを使用する接続部を設けなくても基板が載置される主炉芯管１１と原料昇華空間とを連通することができる。しかしながら、今や半導体装置の製造ラインで主流である図７に示す縦型装置（即ち反応管を垂直方向に配置）の場合では、装置が設置されるクリーンルームの高さ制限の問題により、図７に示すように炉芯管の長さを単純に垂直方向に長くすることはできなかった。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、原料の蒸気を確実に基板に供給することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、基板加熱用の主ヒータが外側に設けられ、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、前記反応室内に設けられ、原料が載置される原料昇華部と、前記反応室内の前記原料昇華部の近傍に設けられ、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、前記反応室内の前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に設けられる断熱部と、前記反応室内の前記断熱部の外周に位置する、前記原料昇華部と前記基板処理領域と連通させる連通部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
又、基板加熱用の主ヒータを外側に有し、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、前記反応室内には、前記ボートとともに前記反応室に対し昇降可能な、前記ボートが載置されるキャップが設けられ、該キャップには、原料が載置される原料昇華部と、前記原料昇華部の近傍であって下方に位置する、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に位置する断熱部と、が設けられ、前記反応室内の前記キャップの外周には、前記原料昇華部と前記基板処理領域とを連通させる連通部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
又、半導体装置を製造する方法において、反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、前記反応室内に載置された原料の近傍であって前記反応室内に設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記断熱部の外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程を有することを特徴とする
【００１３】
又、半導体装置を製造する方法において、複数の基板が保持されたボートをキャップに載置し、前記ボートと前記キャップとを反応室内へ挿入する工程と、反応室内の基板処理領域にある前記ボートに保持された前記複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、前記キャップに設けられた原料昇華部に載置された原料の近傍であって下方に位置する前記キャップに設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に位置する前記キャップに設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記キャップの外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る基板処理装置を示す概略断面図、図２は図１に示した基板処理装置の一部を示す断面図、図３は図１に示した基板処理装置の一部を示す断面図、図４は図１に示した基板処理装置の一部を示す斜視図、図５は図１に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。図に示すように、ＳｉＣからなるアウタ管（均熱管）２１の外側に基板加熱用の主ヒータ２２が設けられ、アウタ管２１の内側に石英からなる筒状のインナ管（反応管）２３が設けられ、インナ管２３内に昇降可能な石英からなるキャップ２４が挿入され、キャップ２４にボート２５が載置され、ボート２５に複数の半導体基板（図示せず）が保持されている。又、キャップ２４に原料昇華部４６および断熱部３６が設けられ、キャップ２４にヒータ部４５が着脱可能に取り付けられている。そして、ヒータ部４５のセラミックファイバからなるベース板２７にはヒータエレメント２８が設けられ、ベース板２７とヒータエレメント２８とからなる昇華用ヒータ２６はインナ管２３の内側即ち炉内に位置している。又、ベース板２７の上面にはＳｉＣからなるサセプタ２９が設けられ、ヒータエレメント２８と接続されたヒータ端子３０が絶縁体３２を介してヒータ部４５の接続フランジ３１に支持されている。又、昇華用ヒータ２６の加熱温度を測定するための熱電対３３が設けられ、熱電対３３は接続フランジ３１に支持されている。又、昇華用ヒータ２６の上部に原料昇華部４６の原料載置板３４（石英）が設けられ、原料載置板３４の外周部に複数の柱材３５（石英）が設けられ、原料載置板３４の上部空間（即ち、原料昇華空間）は基板処理領域即ちインナ管２３内の半導体基板が存在する領域と連通している。よって、原料の昇華用ヒータ２６が原料と同一空間（即ち炉内）で且つ近傍に位置する故、原料昇華における制御性の向上が図れる。又、柱材３５に断熱部３６が支持され、断熱部３６は原料昇華部４６と基板処理領域との間に位置しており、断熱部３６は石英からなる箱状部材の内に石英ウールが詰められている。ここで、インナ管２３内に、基板処理領域と原料昇華部４６とが位置しているが、基板処理領域と原料昇華部４６との間に断熱部３６を介在させているので、基板処理領域の温度の影響を防止するために基板処理領域と原料昇華部４６との間隔を十分に取らなくても、原料昇華部４６への熱影響を防止することができる。したがって、反応管の長さを極端に長くしなくても（換言すれば、基板処理領域と原料昇華部４６とを近づけても）、原料の昇華制御に影響がなく、装置の高さ増加を抑制したコンパクトな装置が実現できる。又、インナ管２３の下部にガス導入管３７が接続され、インナ管２３のアウタ管乗せ部３８に排気スリット３９が設けられ、インナ管２３の外部でかつアウタ管乗せ部３８の下部に排気リング４０が設けられ、インナ管２３の内部と排気リング４０とは排気スリット３９を介して連通しており、排気リング４０に排気管４１が接続されている。又、アウタ管乗せ部３８の上面に環状の溝４２が設けられ、溝４２の底部に開口した窒素（Ｎ２）ガス導入管４３が設けられ、インナ管２３とキャップ２４との間にＯリング４４が設けられている。尚、前述したように、アウタ管２１は均熱管としての機能を持たせるためＳｉＣから構成されているが、ＳｉＣは温度差が付くと破損し易く、又、加工も難しいので、アウタ管２１は主ヒータ２２で囲われた領域（均熱な空間）内に配置されている。又、排熱部を構成する排気リング４０等については、ＳｉＣよりも加工が容易な石英からなるインナ管２３に設けている。
【００１５】
又、原料を基板と同一空間であるインナ管２３の下部に設けているため、昇華された原料ガスはインナ管２３の下部から上方に向け流さなければならないが、インナ管、アウク管の上記構成とすることで、ガスの流れを破損等の問題がなく実現することができる。
【００１６】
つぎに、図１〜図５に示した基板処理装置の動作即ち本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、原料である酸化アンチモン粉末４７を原料載置板３４上に載置した状態で、ボート２５が載置されたキャップ２４をインナ管２３内に挿入する。つぎに、主ヒータ２２によりボート２５に保持された半導体基板を所定温度に加熱するとともに、ガス導入管３７からキャリアガスを供給するとともに、昇華用ヒータ２６により酸化アンチモン粉末４７を加熱する。すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が半導体基板の表面に供給され、半導体基板の表面に酸化アンチモンが拡散される。この場合、ガス導入管３７から導入されたガスは、インナ管２３を上昇し、インナ管２３の上端にて１８０°折り返しインナ管２３とアウタ管２１との間を流れ、排気スリット３９、排気リング４０を介して排気管４１から排気される。又、窒素ガス導入管４３を介して溝４２に窒素ガスを供給すると、アウタ管２１とインナ管２３との間から排ガスが漏れるのを防止することができる。
【００１７】
図６は半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときのヒータの加熱温度の変化を示すグラフで、(ａ)は主ヒータ２２の加熱温度の変化を示し、(ｂ)は昇華用ヒータ２６の加熱温度の変化を示す。このグラフから明らかなように、主ヒータ２２、昇華用ヒータ２６の加熱温度をそれぞれ９００℃、４５５℃とした状態から、主ヒータ２２、昇華用ヒータ２６の加熱温度を同時に上昇させ、主ヒータ２２の加熱温度を１２００℃にしたのち、昇華用ヒータ２６の加熱温度を７７５℃にする。尚、昇華用ヒータ２６の加熱温度が酸化アンチモンの昇華温度である６５６℃に達した時点では、主ヒータ２２の加熱温度が１２００℃となっている必要がある。即ち、原料ガスの昇華温度の５６５℃に達した時点で、炉内の温度が拡散温度（処理温度）に達していれば、膜質の良い処理が可能となる。一方、原料の昇華が始まっているにも拘らず、炉内が拡散温度に達していないと良好な拡散処理が行えない。そして、主ヒータ２２の加熱温度を４５分間１２００℃に保持し、昇華用ヒータ２６の加熱温度を２５分間７７５℃に保持したのち、主ヒータ２２、昇華用ヒータ２６の加熱温度を同時に下降させ、主ヒータ２２の加熱温度を９００℃に戻したのち、昇華用ヒータ２６の加熱温度を４５５℃に戻す。この場合、主ヒータ２２の加熱温度が１２００℃に保持されているときには、ガス導入管３７からキャリアガスとして流量が２ｌ／minのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給し、それ以外にときにはガス導入管３７から流量が１０ｌ／minの窒素ガスを供給する。
【００１８】
このような基板処理装置、半導体装置の製造方法においては、昇華して蒸気となった酸化アンチモンはインナ管２３内を移動して半導体基板の表面に達するので、酸化アンチモンの蒸気が冷されることがなく、又、酸化アンチモンがインナ管２３の内面等に反応生成物として付着することがなく、酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に確実に供給することができる。又、昇華用ヒータ２６が炉内の原料に近接した状態で設けられているから、原料昇華部４６の温度制御を確実に行うことができる。更に、原料昇華部４６と基板処理領域との間に断熱部３６を設けているから、主ヒータ２２によって原料昇華部４６の温度が影響を受けるのを防止することができる。又、半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときの昇華用ヒータ２６の加熱温度を酸化アンチモンの昇華温度以上の温度で制御しているから、例え、基板処理領域に達するまでに比較的低温な断熱部３６が存在していても酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に更に確実に供給することができる。即ち、昇華用ヒータ２６は６５０〜８５０℃の範囲で制御され、昇華温度の６５６℃よりも高い温度にて（図６の例では７７５℃）制御されている。これは、原料昇華部４６への基板処理領域の温度影響を抑えるために断熱部３６を配しているため、断熱部３６を基点に原料昇華部４６側の温度が低くなっており、折角、原料が昇華してもこの低温部分で再固化してしまう恐れがあるので、昇華用ヒータ２６は昇華温度より高い温度で制御した方が好ましいからである。又、ベース板２７の上面にはサセプタ２９が設けられているから、ヒータエレメント２８からの金属汚染を防止することができる。
【００１９】
又、汚染が問題にならない場合であれば、サセプタ２９は設けなくても良い。
【００２０】
尚、上述実施の形態においては、原料が酸化アンチモンである場合について説明したが、原料が他の場合にも本発明を適用することができる。又、上述実施の形態においては、半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときの主ヒータ２２の加熱温度を１２００℃としたが、基板に酸化アンチモンの蒸気を供給するときの主ヒータの加熱温度を１１５０℃以上にするのが望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法においては、原料の蒸気が冷されることがないから、原料の蒸気を基板の表面に確実に供給することができる。
【００２２】
又、原料昇華部と基板処理領域との間であって、反応室内に断熱部を設けたときには、主ヒータによって原料昇華部の温度が影響を受けるのを防止することができる。
【００２３】
又、昇華用ヒータの加熱温度を原料の昇華温度を越える温度としたときには、原料の蒸気を基板の表面に更に確実に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した基板処理装置の一部を示す断面図である。
【図３】図１に示した基板処理装置の一部を示す断面図である。
【図４】図１に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。
【図５】図１に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。
【図６】半導体基板の表面に形成された膜に酸化アンチモンを拡散するときのヒータの加熱温度の変化を示すグラフである。
【図７】従来の基板処理装置を示す概略断面図である。
【図８】従来の他の基板処理装置を示す概略断面図である。
【図９】図８の拡大Ａ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
２１…アウタ管
２２…主ヒータ
２３…インナ管
２５…ボート
２６…昇華用ヒータ
３４…原料載置板
３６…断熱部
４６…原料昇華部
【図１】
0004509433.tif 000002
【図２】
0004509433.tif 000003
【図３】
0004509433.tif 000004
【図４】
0004509433.tif 000005
【図５】
0004509433.tif 000006
【図６】
0004509433.tif 000007
【図７】
0004509433.tif 000008
【図８】
0004509433.tif 000009
【図９】
0004509433.tif 000010