【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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り、さらに詳しく述べる
ならば、半導体デバイス、具体的にはシリコン、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ＩＣなどに用いられるウェーハに、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
を反応ガスを用いて常圧もしくは減圧で形成するか、あ
るいは雰囲気ガスの存在下で拡散、膜質の改善、膜の平
坦化などのウェーハの熱処理を行う縦管型半導体装置製
造装置ならびにこの装置を使用する方法において、反応
ガスに起因するパーティクルによる汚染を減少する提案
に関する。
【０００２】本発明において、「反応ガス」とはガスど
うしが反応しあるいは分解して上記の皮膜または層を形
成するもの、及びガスがウェーハと反応して上記の皮膜
又は層を形成する通常の意味の反応ガスを指している。
またガスとは通常の原子、分子状のもののみならず、イ
オン又は活性（ｒａｄｉｃａｌ）状態の反応種も指して
いる。「不活性ガス」とは、上記のようなウェーハとの
反応を意図せずかつ反応に障害がないものであって、Ａ
ｒ等であるかあるいは熱処理の種類によっては窒素ガス
のようなウェーハと反応しないガスのこともある。
【０００３】
【従来の技術】本発明が関連する半導体装置製造のため
の熱処理に関しては、古くは、特開昭５３−５１１８７
号、特開昭６５−２０２８２号の発明があるが、これら
では反応管末端に設けられた排気部で温度が著しく降下
し、そのため反応により生じる膜質が著しくウェーハ上
のものとは異なり、この結果パーティクルが反応室内に
降り注いだ。
【０００４】又、１９７０年代後半から１９８０年代前
半においては、上下に可動な上部抵抗加熱炉と固定式下
部加熱炉を気密に且つ着脱自在に固定し、両炉の軸心に
設けた排気用管体の周りに下部炉に固定するとともに上
側を上部炉内空間に排気用管体を突入させ、さらに該管
体と同心状に細い反応ガス流入管を該管体内に固定し、
多数のウェーハを縦置きでセットした石英製ウェーハキ
ャリヤーを炉の中心部の排気口上方の「すのこ」に保持
した、アニコンと通称される減圧ＣＶＤ装置が多用さ
れ、膜厚のばらつきとしては±２％のすぐれた値が達成
された。しかしこの装置ではウェーハを取りだすときに
上下炉を分離すると、炉内と炉外の大きな温度差により
大きな熱風が発生してパーティクルが多量にウェーハに
付着する問題を起こした。
【０００５】これに対して、二重管型半導体製造装置は
パーティクルの低減に適する。具体的には、外管は頂部
が閉じられた炉体構造とし、頂部にガス流入管を開口す
るとともに、内外管の間の環状間隙がその上端で炉内空
間に通じるようにした二重管構造の加熱炉を用い、反応
ガスを環状間隙を経て排出させ、ほとんどのパーティク
ルを環状間隙に閉じ込めることが、本出願人が提案した
欧州特許公開公報０５３８８７４号に示されている。
【０００６】図１７は前掲欧州特許公開公報に示された
半導体製造装置によるウェーハの熱処理方法を図解して
いる。図において、１は外管１ａと内管１ｂより構成さ
れる二重反応管、２は内管１ｂ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１ａ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は加熱炉、６はウェ
ーハ保持治具、８はウェーハである。このウェーハ８は
図示の位置で保持され、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す。反応後の反応ガス
は環状流路４を下向きに流れ、排気管３から排出され
る。したがって、パーティクルの原因となる反応生成物
は、ウェーハ出し入れ空間とは隔てられた環状流路４の
管壁に付着するので、パーティクルの影響を少なくする
ことが可能になった。
【０００７】最近６４Ｍ−ＤＲＡＭでは倍ルールのコス
ト低減則を満足するために、１２インチの大口径ウェー
ハ（約２００チップ／ウェーハ）が必要になると言われ
ており（「日経マイクロデバイス」１９９２年１１月
号）、このように半導体装置の集積度がますます高くな
るにつれ、石英と熱膨張率及び付着力で差があるパーテ
ィクルの大きさを小さくかつ個数を少なくしなければな
らない。これを満足するために小バッチまたは枚葉処理
を行う必要が生じ、また設備コストの増額を抑えること
が必要になっている。
【０００８】一般に石英反応管でＣＶＤ等の処理を数十
回行なうと反応生成物が反応管内壁に数１０ミクロン程
度に厚く付着し、反応管の石英との熱膨張率の差により
剥離しパーティクルとなる。これを防止するために反応
管内壁に付着した反応生成物をプラズマにより分解し頻
繁に洗浄する必要がある。この洗浄方法は例えば特開昭
６２−１９６８２０号にて公開されており、プラズマ発
生電極を加熱用ヒーターと外管の間に常設することが知
られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図１７に示されるよう
な二重管型半導体製造装置を使用するウェーハの熱処理
方法では、ウェーハ８を内部に配置した内管１ｂ内を反
応ガスが流れるので、反応が内管１ｂ内で起こり、この
結果生成する反応生成物が多少内管１ｂ内壁に付着す
る。すなわち反応生成物はウェーハ８の配置位置で最も
活発に起こるので、不要な反応生成物が内管１ｂの内壁
に付着する。処理完了後ウェーハ８を二重反応管１から
後記機構３０−３３を駆動して取り出すときに、内管１
ｂの内壁に付着したパーティクルにより汚染される。同
様にウェーハ８を二重反応管１に挿入するときもパーテ
ィクルによる汚染が起こる。図１７において、３０は磁
石コイル、３１は外管、３２は駆動機構、３３はウェー
ハ支持昇降治具６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。
【００１０】従来の二重管反応管型装置をプラズマで洗
浄する方法では、パーティクル源が最も多く付着してい
る内管の内壁を洗浄する必要があるが、加熱炉と外管の
間に常設された洗浄用電極では、外管と内管の間にプラ
ズマが最も強く発生するので、内管内壁を十分に洗浄す
ることができず、洗浄効果が満足すべきものではない。
したがって、本発明は、二重管反応型装置を使用してウ
ェーハを処理する半導体装置の製造方法においてパーテ
ィクルによるウェーハの汚染をさらに少なくすることを
特徴とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る方法は、内
管と外管を含んでなる縦管型反応炉の下部において内管
と外管の間の環状間隔から少なくとも不活性ガスを排気
しつつウェーハを加熱炉内で反応ガスの存在下で熱処理
する半導体装置の製造方法において、前記外管内にウェ
ーハの位置もしくは該位置より上方で導入された反応ガ
スと、前記内管の上端とほぼ同じ位置もしくはより上方
に上昇移動されたウェーハとの反応を起こさせるととも
に、前記内管の下部より前記ウェーハの方向に流された
不活性ガスにより前記反応ガスの内管内への流入を阻止
することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１３】また本発明に係る半導体装置の製造装置
は、内管と外管を含んでなる縦型反応炉の下部に排気孔
を設け、内管の管壁上端とほぼ同じ位置もしくはより上
方において反応ガスを導入する反応ガス導入孔を外管に
設け、内管の下部に不活性ガス導入孔を設け、さらにウ
ェーハを内管内にて昇降自在に保持するウェーハ保持治
具を含んでなる半導体装置の製造装置において、内管の
頂部内壁との間で環状間隙を画成する部材を含んでな
り、かつウェーハが内管の管壁上端とほぼ同じ位置もし
くはより上方位置に保持された状態で、ウェーハ保持具
の載置台が縦型反応炉の底部に当接することを特徴とす
る。
【００１４】本発明法において、熱処理とは、常圧の熱
処理で拡散、酸化膜形成、減圧熱処理でＣＶＤ法により
ＷＳｉ2 ，ＴｉＳｉ2 等のシリサイド膜形成、減圧ＣＶ
Ｄ、ＳｉＨ4 ，Ｓｉ2 Ｈ 6を反応ガスとするノンドープ
もしくはドープシリコンの成長、ＨＴＯ（High Tempera
ture Oxide Film ）膜の形成、ＴＥＯＳを反応ガスとす
るＳｉＯ2 膜の形成、極薄キャパシタ膜の形成、その他
ＣＶＤ法による強誘電体、高誘電体（ＢＳＴ、ＳＴＯ、
Ｔａ2 Ｏ5 ）形成等の例が挙げられる。
【００１５】本発明においては、不活性ガスは上記機能
をもつ他に内管内を流れてその内壁に反応生成物が付着
することを妨げ、又下向きに流れる反応ガスが内管内に
流入することを妨げる。
【００１６】また、前記本発明に係る方法を行なった後
に、少なくとも外管内のウェーハの位置から上方の領域
において外管と加熱炉の中間に常設され、炉の軸方向に
延在するプラズマ発生用棒状電極を励起して洗浄を行な
うことにより、石英管を取り外さずに頻繁にその洗浄を
行い、パーティクル汚染の一層の低減を図ることができ
る。
【００１７】本発明の好ましい実施態様によると、内管
の下部よりウェーハの方向に流す不活性ガスを、内管の
頂部内壁との間で環状間隙を画成する部材、例えば、ウ
ェーハ保持治具により画成される該環状間隙を通過させ
る。
【００１８】別の好ましい実施態様によると、電気抵抗
炉の抵抗加熱ヒーターの放射光を反射する金属面をヒー
ターの外側に形成して、反射光と放射光によりウェーハ
を加熱する。さらに好ましくはウェーハとほぼ同じ高さ
に設けられた金属光沢を有する金めっき面により抵抗加
熱ヒーターからの放射光を反射してウェーハを加熱す
る。
【００１９】複数のウェーハの熱処理としてはこれらを
横置きし外管の側面から反応ガスを流入させかつ排気す
ることも可能である。又、複数のウェーハを縦置きし
て、外管の上部から反応ガスを下向きに流すことも可能
である。また、予め加熱炉を反応温度に昇温しかつ不活
性ガスをウェーハの方向に流し、続いてウェーハを加熱
炉内に上昇移動させることにより急速加熱が実現され
る。また、必要によりウェーハを予備加熱炉内で予備加
熱する；加熱炉より下方に前記予備加熱炉を同軸状にか
つ断熱遮蔽板を挟んで配置して、それぞれを反応温度及
び予備加熱温度に昇温する；ウェーハ上での反応の均一
性を高めるために、反応中にウェーハを内管内で管の中
心軸を回転軸として回転させる等の手段を採用すること
ができる。
【００２０】
【作用】請求項１及び１４記載の発明では、反応生成物
を含むガス流を内管入口の近傍で内管と外管の間の環状
流路の方向もしくは反応ガス専用排出流路の方向にそら
すことによりパーティクルがウェーハに及ぼす弊害を少
なくしている。この作用をもたらすには不活性ガスの圧
力が反応ガスの圧力より高いことが好ましい。
【００２１】しかし、不活性ガスの圧力が反応ガスの圧
力よりも多少低くとも、ウェーハ上の反応が外管の内部
空間で起こることと、不活性ガスが反応ガスの内管内へ
の流入を妨げているために、ウェーハはパーティクルの
影響を受け難い。又、本発明におけるウェーハ上反応は
単一管内反応と同じであるために、常設電極によるプラ
ズマを外管内壁に集中させることができる。これによ
り、不要な反応生成物を除去すると、二重管内管内壁の
洗浄を必要とする従来法と比べて、洗浄効果を高め、パ
ーティクルがウェーハに及ぼす影響をさらに少なくする
ことができる（請求項２、１５）。適切な大きさの環状
間隙を画成する部材、例えばウェーハ保持治具により形
成する環状間隙を不活性ガスを通過させること（請求項
３）により、反応ガスの流れをそらすと、反応ガスはほ
とんど内管内に入り込まない。
【００２２】複数のウェーハ載置形態により反応ガス流
入法を変えることによりロットの品質均一性が高められ
る（請求項８、９、１７、１８）。あらかじめ反応に適
した温度に昇温された加熱炉内にウェーハを上昇移動す
ることによりウェーハの加熱時間を短縮しサーマルバジ
ェットを少なくすることができる（請求項１０）。ま
た、予備加熱（請求項１１、１９、２０）によりウェー
ハ面上での水分除去等が可能になり、さらに、ウェーハ
の回転（請求項１３、２１）により大口径ウェーハ上の
膜厚分布を極めて均一に具体的には±１％以下にするこ
とができる。
【００２３】
【実施例】図１は本発明方法及び装置に係る一実施例を
示す。図中、１は二重反応管、１ａは外管、１ｂは内
管、２は外管１ａの頂部の反応ガス導入孔と接続する反
応ガス流入管、３は外管１ａ底部の排気孔と接続する排
気管、４は同心円状に配列された外管１ａと内管１ｂの
間に形成された環状流路、５は加熱炉、５ａは抵抗加熱
ヒーターもしくはランプ、６はウェーハ保持治具、７は
内管の不活性ガス導入孔と接続する不活性ガス流入管、
８はウェーハ、１１は遮蔽板、１２は載置台であり、そ
れぞれ図１７に示されたものに相当している。
【００２４】図１においては、加熱炉５は下端を固着し
た炉体台１８が炉体昇降部１９に固着され、さらにこの
炉体昇降部１９は内部に設けられたギアが案内棒１７と
かみ合っている。したがって、炉体昇降部１９に内蔵す
る電動機を駆動することにより炉体５が昇降し、図示の
位置に調節される。二重反応管１は図示の位置に反応管
支持部１６により案内棒１７に固定されている。一方、
ウェーハ８を図示の位置に調節するためには内管昇降部
１３が設けられている。上記の装置全体は例えば窒素を
満たした容器内に入れられており、加熱炉５を予め加熱
温度とし、ウェーハ８を徐々に上昇させる。この時必要
により排気管３から吸引を行い炉内を所定減圧にする。
また上記の装置においてはウェーハ８を図１７に示す機
構３０、３１、３２で回転させることができる。
【００２５】ウェーハ保持治具６の軸体２８の先端より
斜め上向きに数本分岐した腕部２９よりさらに垂直上方
に突出した支持体２９により１枚のウェーハ８が支えら
れている。ウェーハ８の高速・均一加熱特性を高めるた
めに支持体２９は先端が先細りに成形され、支持体８に
よるウェーハからの奪熱を少なくしている。一方、ウェ
ーハ８の端縁は、一部にファセット又はノッチがある円
弧状となっているが、腕部２９の先端を垂直上方に延長
するとともに連続円弧状として構成した環体９と面して
いる。この環体９の内面はウェーハ８の端縁と、処理前
後の装着脱着を可能にする限度の僅かな間隙と介して対
向し、一方環体９の外面は内管１ｂと対向しており、そ
の結果画成される連続した一定幅の環状間隙１０には、
不活性ガス流入管７から供給される不活性ガスが上向き
に流される。
【００２６】図２に示されるウェーハ保持治具６の別の
実施例によると、軸体２８の先端より３本の腕部２９を
斜め上向きに分岐させ、その先端に固着した環状支持台
３０のＬ字断面部にウェーハ８の周縁を載置する。この
環状支持台３０の外周面３０ａが内管の内壁と対向して
環状間隙１０（図１参照）を画成する。なお図２ではウ
ェーハ８は円形であるが、矩形、正方形であってもよ
い。正方形ウェーハの処理には通常正方形断面の内管が
使用される。さらに正方形断面の内管には円形外管が通
常使用される。
【００２７】再び図１を参照すると、ウェーハ８の上方
に配置された２０は多数の透孔を周縁部以外のほぼ全面
に開けた整風板であって、ウェーハ面での反応ガスを均
一にするものである。また必要によりウェーハ保持治具
６を回転させてさらに均一性を高めることもできる。ま
た、二重反応管１は減圧、常圧の何れの条件でもよく、
排気管３には必要によりポンプを連通してもよい。
【００２８】図１に図解される本発明法及び装置が最も
特徴とするところは、載置台１２が二重管型反応管１の
下部と当接して、反応ガスと上面で接触して膜形成など
が行われるウェーハ８は内管１ｂの上端１ｃより上方位
置に反応開始時に移動せしめられ、またウェーハ８の上
方空間よりは著しく狭い環状間隙１０を流れる不活性反
応ガスの内管１ｂ内の側に流入を妨げている。なお、載
置台１２をウェーハ保持具６と一体にしあるいは図７の
構造としてもよいことは勿論である。図示の位置にて反
応を終了後、反応ガス流入管２からのガスの流れを止め
てウェーハ８を反応管外に取り出す。したがって、ウェ
ーハ８が出し入れされる内管１ｂの内壁には反応生成物
が堆積することはなく、ウェーハ出し入れの際にウェー
ハ８がパーティクルにより汚染されることは防止され
る。上記した環状間隙１０の大きさは特に限定されず、
専ら機械加工精度により定められ、一般に２ｍｍ程度で
ある。
【００２９】図１に図解する方法及び装置はウェーハの
１枚処理法であり高速成長に適しており、ポリシリコン
をＣＶＤにより成長する場合は３０００〜１００００オ
ングストローム／ｍｉｎ程度の成長速度が達成される。
また、整流効果があるために６インチウェーハで１％程
度の膜厚分布を達成することができる。このように本発
明では高速成長と優れた膜厚分布を両立させることがで
きる。なお、従来のバッチ処理の場合の成長速度は８０
〜８００オングストローム／ｍｍ程度である。
【００３０】図３に示される本発明法及び装置の別の実
施例によると、反応ガス流入管２の先端に位置するガス
流入管出口２ａの直下に邪魔板３２を配置し、真下に向
う反応ガスの流れを弱めウェーハ面での反応ガス分布を
均一にする。邪魔板３２は図４に示されるような円板を
４本の棒３２ａにより外管１ａに固定したものである。
本発明方法は図１７に示す従来法よりもウェーハ８が上
方に位置するために、邪魔板３２や以下説明する手段に
より反応ガスを整流することがウェーハ面での反応均一
性を高めるために有効である。これに対し従来法では整
流された反応ガスが内管１ｂ内を流れる過程でガスの流
れがかなり乱されるのでこれらの整流手段はあまり有効
ではない。
【００３１】図３において、２１はウェーハ８を支える
ための円板からなるセパレータである。１枚のウェーハ
８が裏面全体でセパレータ８により支えられているの
で、裏面での反応が起こらない。この方法は、例えばＳ
ｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜等のゲート膜を７０オングストロ
ーム以下の厚さに成長するＣＶＤ成長法に有益に適用さ
れる。またこの方法はフラッシュメモリー用ゲート膜の
ようにバルクＳｉを反応させて、極薄膜を形成するとき
にも有益に適用される。例えば、Ｎ2 Ｏを反応ガスとし
てバルクＳｉを１１００℃で３０秒間酸化させることに
よりＳｉＯ2 膜を形成することができる。次に、ＳｉＯ
Ｎ膜はＳｉＯ2 膜形成後ＮＨ3 を反応ガスとして９５０
℃で４０秒間窒化させることにより形成することができ
る。これらの酸化及び窒化処理は通常常圧雰囲気で行な
い、また酸素及びＮＨ3 ガスの流量は８インチウェーハ
の場合は約５Ｌ／分とすることが好ましい。上記方法で
は邪魔板３２による整流作用によりＳｉＯ2 膜及びＳｉ
ＯＮ膜は８インチウェーハ上で膜厚分布が±１％以下と
優れた結果が得られる。ウェーハ保持治具６を１０ｒｐ
ｍ程度で回転させると、大口径ウェーハに対してより優
れた膜厚分布が得られる。以上、１枚横置きウェーハの
例を説明したが、ウェーハ８は１枚以上縦置きをするこ
ともできる。また、ウェーハ保持具は図２に示すもので
も支障がない。
【００３２】また図５に示す実施態様のように、外管１
ａの頂部中心部に幾つかの開孔１ｄを設けることにより
ガス流入管出口２ａの壁部と中央部におけるガス流速の
差を減少させ以てウェーハ面での反応ガス分布を均一に
することもできる。
【００３３】また図６に示す実施態様のように、ウェー
ハ８より上方に位置する外管１ａの上部形状を変形して
ウェーハ面での反応ガス分布を均一にすることもでき
る。
【００３４】本発明においては、図７に図解するよう
に、ホットウォール（したがって、５ａは電気抵抗加熱
によるヒータ）の下端部にランプと同様に機能を持たせ
ウェーハ面内の温度分布を均一にし、反応をさらに均一
にすることができる。図７においては、外管１ａの頂部
は平坦部１ａ′となっており、また反応ガス流入管２の
出口は外管１ａの頂部側面に開口している。なお、減圧
ＣＶＤの場合は平坦部１ａ′を厚くして大気圧により破
壊されないようにしなければならない。ヒータ５ａを備
えた加熱炉５の下端には金めっき２３を炉内空間５′に
面する側に被着した水冷ジャケット２２固定している。
ウェーハ面の水分が反応に悪影響を及ぼす場合等は、水
冷ジャケット２２の下部に接して予備加熱炉５ｄを設け
ることが好ましい。
【００３５】ヒータ５ａから放射される多種の波長をも
つ放射光が金めっき２３により反射され、ウェーハ８を
加熱するので、ウェーハ８の温度均一性は５ａがランプ
である場合と比べて良好である。また、２２、２３から
なる反射リングは内部が冷却されているので、それ自体
の温度は高まらない点ではランプ加熱と同じであるが、
ヒーターからの放射光波長は単一でないために、ウェー
ハ表面の付着膜質の種類による選択性がなく、ランプ加
熱では問題となる膜の歪みを発生させない利点がある。
【００３６】図７に図解された方法は、５００Torr程度
から常圧の圧力下で行なうＣＶＤに適する。例えばＴＥ
ＯＳとＯ3 を反応ガスとするＳｉＯ2 の成長は３６０〜
４００℃で行なうと、上記した２種の加熱機構によりウ
ェーハ８は最高温部に位置することとなり、表面反応を
伴う反応が高速成長で実現される。Ｏ3 の濃度を一般的
な４〜５％とし、その他の条件は上記のとおりとして反
応を行なうと、３０００〜６０００オングストローム／
ｍｉｎの成長速度を達成することができる。なお、大口
径ウェーハは５〜２０ｒｐｍで回転させることが好まし
い。ところで、Ｏ3 は３６０℃以下で分解するので、こ
の方法により反応前の分解を防止しＯ3濃度を高く保つ
ことが有益である。その後約４００℃でＣＶＤを行うこ
とができる。
【００３７】図７に図解された方法において、加熱炉５
内の温度が所定温度になるまで下側開放部を熱遮蔽部材
で塞ぎ、所定温度に達した後直ちに二重反応管を炉内
５′に突入させると急速加熱を実施することができる。
【００３８】この方法をさらに図８に示すように改良し
て反応温度への昇温速度を高めることができる。図８に
おいて、４０は上部加熱炉枢動昇降軸、４１は断熱遮蔽
板枢動軸、４２は冷却水入口、４３は冷却水出口、４４
は下部加熱炉、４５はヒーター、４６、４７は反射リン
グ、４８、５０は冷却水入口、４９、５１は冷却水出口
である。
【００３９】上部加熱炉枢動昇降軸４０により下部加熱
炉４４の直上に移動された上部加熱炉５の下部開放部
を、表面を金めっきした水冷ジャケット２６の両面を断
熱層２５で被覆し、その表面全体を石英被覆層２４でさ
らに被覆した断熱遮蔽板で塞ぎ、炉内５′を昇温する。
一方、二重反応管１は予備加熱炉４４で予めウェーハ表
面の水分を除くため１５０〜２００℃で加熱する。ウェ
ーハの温度が所定温度に達し予備加熱が完了したなら
ば、断熱遮蔽板を断熱遮蔽板枢動軸４１により両加熱炉
の中間より排除して上部加熱炉５を降下させて、反射リ
ング４６、４７を密接する。上部加熱炉５は予め反応温
度に加熱されているから、二重反応管１内に反応ガスを
流し、反応を開始する。この方法によると反応温度への
昇温速度を急速に高めることができる。また、反応ガス
を流し始める時点を二重反応管１の上昇移動直前とする
と、パーティクルの発生量を少なくすることができる。
【００４０】図９及び図１０に図解された方法は、環状
間隙１０をウェーハ保持治具とは別の部材２７で画成し
たものである。この部材はウェーハ保持治具６と一体に
移動し、ウェーハ８と実質的に同じ形状面積をもつ円板
２７ａを腕部材２９で案内棒２８に固接し、不活性ガス
の狭い流路を画成した部材２７（以下「不活性ガス流路
画成部材」と言う）である。加熱炉５は、金めっき５３
を内張りした水冷ジャケット５２に電気抵抗加熱による
ヒーター５ａを固定したものである。なお、図７に示す
加熱炉も図９と同様の構造にすることができる。また、
金めっき２３を施した水冷ジャケット２２は熱処理され
たウェーハ８と同じ高さに位置している。したがって、
金めっき２３、２６からの反射により炉内５′は極めて
温度分布が良好になる。なお、ウェ−ハ８は、必要によ
り図３〜６に示す反応ガス整流手段を適用して、熱処理
される。不活性ガス流路画成部材２７の長さ（Ｌ）は反
応ガスと不活性ガスの混合を妨げるためにできるだけ長
い方が好ましい。
【００４１】図９に図解されるウェーハ８が内管１ｂよ
り上方で反応せしめられる方法ではウェーハ８の裏面に
も膜が成長する。この方法はＴＥＯＳ＋Ｏ2 を反応ガス
とし、６８０〜７００℃の温度で減圧ＣＶＤによりＳｉ
Ｏ2 膜を形成する方法に好適に適用できる。また、この
方法は、ＳｉＨ4 ，Ｓｉ2 Ｈ6 を反応ガスとするＨＴＯ
膜の形成や、またＴＦＴデバイスの製造におけるＳｉ2
Ｈ6 を用いた減圧ＣＶＤ法によるアモルファスＳｉの成
長に適する。またこの方法はＬＣＤデバイスの製造にも
適する。
【００４２】図１１には、複数のウェーハを二重管の内
管上端より高い位置に保持する本発明方法及び装置の一
実施例が図解されている。図において、３３はウェーハ
横置治具、３４は反応ガス溜り、３５は反応ガス排気
管、３６は不活性ガス排気管である。反応ガス流入管２
から供給された反応ガスは外管１ａの上部垂直壁面に中
心軸に対して１２０°程度の円弧状に形成された反応ガ
ス溜り３４にて一旦再分布その後、外管１ａに１ｅとは
反対側に形成された多数の反応ガス吹出し口１ｆよりほ
ぼ平行にウェーハ８の方向に流出する。詳細な構造は図
１２に示すウェーハ横置保持具３３に横置きされた６枚
のウェーハ８の表裏面では所定の反応が起こる。その後
反応ガスは反応ガス吹出孔１ｅと反対側に１２０°程度
の円弧状に設けられた切除面１ｆから流出し、そして反
応ガス排気管３５から排出される。一方不活性ガスは図
１を参照して説明したように内管１ｂ内への反応ガスの
流入を阻止し、その後不活性ガス排気管３６から排出さ
れる。
【００４３】ウェーハ横置治具３３は、図１２に示され
るように、ウェーハ８を回転自在に保持する軸体６に着
脱自在に巻込まれた基部３３ａから分岐した３本の垂直
部３３ｂより、さらに、水平棒部３８を延在させ、その
末端を約２７０°の円弧状に連結し、連結弧の３箇所を
上向きに突出させ、その先端３９を上向きに先細りに成
形してウェーハ８の裏面を３箇所で点支持する。さらに
ウェーハ８の横ずれを防止するためにウェーハ側先端を
先細りにした突起３９を水平棒部３８に設けている。
【００４４】図１１に示されるように横置きされた全ウ
ェーハの高さとほぼ同じ厚みで反応ガスを吹き出させ、
また同様にほぼ同じ厚みで反応ガスを反応管排気管３５
に吸い込み、また必要によりウェーハ保持治具を回転さ
せると、多数のウェーハ面上での反応を均一にすること
ができる。例えばＴＥＯＳ、ＴＥＯＰ、ＴＭＢを反応ガ
スとしてＢＰＳＧを形成する場合、従来の縦形反応炉の
上下領域において反応ガスの濃度が濃くもしくは薄くな
るために、デバイスには使用不能のダミーウェーハを配
列していたが、図１１に図解される方法及び装置はダミ
ーウェーハを必要としない。同様にドープポリＳｉの成
長に本法は有用である。
【００４５】図１３に図解されているのは、例えば７６
０℃以上の温度で窒化膜を形成するのに適する方法及び
装置であって、複数のウェーハを二重管の内管上端より
高い位置に縦置きで保持し、ウェーハから不活性ガス流
路画成部材までを均熱するとともに、反応ガス吹出し器
３７をウェーハ８の直上に設け、反応ガスが反応温度に
達してからウェーハに導く方法である。なお、ウェーハ
の配列幅とほぼ同じ分布をもつように透孔３７ａを蜂の
巣状に形成すると、バッチ処理する際に好ましい処理均
一性が実現される。また均熱長さも図のようにウェーハ
８の直径よりも長くして反応の均一性を確保する。
【００４６】図１４は本発明による洗浄方法の実施例を
説明する図である。すなわち、洗浄用電極５５を外管１
ａと加熱炉５の間に炉の軸方向に設ける。洗浄用電極４
０は最小限内管１ｂより上方領域１ａｐに設ければよい
が、パーティクルを徹底的に洗浄するために加熱炉５と
同じ長さにかつ石英管にできるだけ近接して設けること
が好ましい。この洗浄用電極５５は常設することにより
洗浄が簡単かつ短時間にできるようになる。また洗浄用
電極５５は断面が円形、正方形、矩形、異形などの任意
の形状の棒状であるが、好ましくは図１５に示すように
円弧状、三角形等に折り曲げた板であり、その先端５５
ｅが石英管外管の面と接するか近接するように配置し、
先端５５ｅに面する外管内壁に高周波電流を集中させる
ことによりプラズマを発生させる。
【００４７】より好ましくは、図１６に示すように、高
周波電源５４の一方の極５４ａに接続した電極５４ａ1
〜ａ6 と、他方の極５４ｂに接続した電極５４ｂ1 〜ｂ
6 を並列に配列することが好ましい。プラズマ発生のた
めのガスとしてはＮＦ3 ，ＳＦ6 ，ＣＦ4 などを使用
し、０．５〜０．７Ｔｏｒｒに炉内を減圧し、１３．６
５ＭＨＺ、４００Ｗの高周波電力を印加して洗浄を行う
ことができる。
【００４８】
【発明の効果】請求項１記載の方法及び請求項１３記載
の装置は、６４Ｍ以上の高集積度半導体メモリやその他
の同等の高集積度半導体装置において、必要とされる
（イ）均一加熱及び（ロ）パーティクルの低減を実現す
るものである。特に（ロ）パーティクル低減に関して
は、ウェーハが出入りする内管内でできるだけパーティ
クルを発生させないようにすることにより、従来技術よ
りパーティクルの数を減少させることができる。
【００４９】請求項２、１５記載の洗浄手段によると、
（ハ）例えば２０〜３０サイクルの処理後に外管内壁を
効果的に洗浄することにより外管の内壁のパーティクル
を除去でき、さらにパーティクルの個数が少なくかつ大
きさが小さくなる。（ニ）大口径ウェーハ処理用石英管
を洗浄の都度炉から取外す必要がないので、作業が容易
であり、かつ設備の稼動率が高くなる。
【図面の簡単な説明】【図１】ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持する
本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。
【図２】ウェーハの保持治具の一実施例を示す図であ
る。
【図３】ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、
邪魔板により整流する本発明方法及び装置の一実施例を
示す図である。
【図４】整流のための邪魔板の斜視図である。
【図５】ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、
外管の出口に整流孔を設けた本発明方法及び装置の一実
施例を示す図である。
【図６】ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、
外管を整流に適した形状にした本発明方法及び装置の一
実施例を示す図である。
【図７】ウェーハを内管上端とほぼ同じ高さに保持し、
ウェーハとほぼ同じ高さの一に金メッキ反射面を設けた
本発明方法及び装置の一実施例を示す図である。
【図８】下部開放面を閉鎖して上部加熱炉を昇温し、上
部開放面を閉鎖した下部予備加熱炉で二重反応管を予備
加熱温度まで昇温する本発明方法及び装置の位置実施例
を示す図である。
【図９】ウェーハを内管上端より高い位置に保持する本
発明方法及び装置の一実施例を示す図である。
【図１０】不活性ガス流路画成部材の平面図である。
【図１１】複数のウェーハを内管上端より高い位置に横
置きで保持するともに反応ガス及び不活性ガスの排気管
を別にした本発明方法及び装置の一実施例を示す図であ
る。
【図１２】図１２に示されるウェーハ横置保持具の断面
図である。
【図１３】複数のウェーハを内管上端より高い位置に縦
置きで保持するとともにウェーハから不活性ガス流路画
成部材までを均熱する本発明方法及び装置の一実施例を
示す図である。
【図１４】反応管内の洗浄法及び装置の実施例を示す図
である。
【図１５】洗浄電極の形状を示す図である。
【図１６】洗浄電極の結線を示す図である。
【図１７】二重管型装置により半導体装置を製造する従
来方法及び装置を説明する図である。
【符号の説明】 １−二重反応管 １ａ−外管 １ｂ−内管 １ｅ−反応ガス吹出し孔 １ｆ−切除面 ２−反応ガス流入管 ３−排気管 ４−環状流路 ５−加熱炉 ５ａ−ヒーターもしくはランプ ６−ウェーハ保持治具 ７−不活性ガス流入管 ８−ウェーハ １０−環状間隙 １１−遮蔽板 １２−載置台 １７−案内棒 １８−炉体台１８ １９−炉体昇降部 ２１−セパレータ ２２−水冷ジャケット ２３−金めっき ２４−石英カバー ２５−断熱層 ２６−水冷ジャケット ２７−不活性ガス流路画成部材 ２８−軸体 ２９−腕部 ３０−環状支持台 ３２−不活性ガス流入口 ３３−ウェーハ横置治具 ３５−反応ガス排気管 ３６−不活性ガス排気管 ３７−反応ガス吹出し器 ４０−上部加熱炉枢動昇降軸 ４１−断熱遮蔽板枢動軸 ４２−冷却水入口 ４３−冷却水出口 ４４−下部加熱炉 ４５−ヒーター ４６、４７−反射リング ４８−冷却水入口 ４９−冷却水出口 ５０−冷却水入口 ５１−冷却水出口 ５４−高周波電源 ５５−洗浄用電極