JPS58158914A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、結晶成長、熱酸化、ＣＶＤ膜成長等を低温で
高品質なものとして製造できる半導体製造装置に関する
。

Ｓｉの気相成長、５ｉ０２膜あるいは５ｉｓＮ４膜のＣ
ＶＤにおいて紫外線照射を行なうと、きわめて低温での
成長が可能なことはすでに良（知られている。５ｉＣ１
ａ　ｊＨ２ガス系の気相成長でＳｉを成長させる場合は
通常１１５０〜１２００℃程度の温度ｍで成長させるの
であるが、水銀ランプの紫外線照射を行うと、７８０〜
８６０°Ｃ程度の温度でも十分Ｓｉの気相成長が実現さ
れる（　Ｍ　、　Ｋｕｗａｇａｗａ、　Ｊ　、Ｎｉｓｈ
Ｎ１５ｈｉ他；　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ　
ｗｉｔｈ　ｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ、　Ｊ、
Ａｐｐｌ、　ｐｈｙｓ、　Ｖｏｌ、７．ｐｐ、１３３２
１３４１　。

１９６８　）。　７００−９００℃程度の温度でＣｖＤ
成長が行なわれている５ｉ０２膜や５ｉｓＮ４膜が、Ｈ
ｇ　＋ＳｉＨ４＋　Ｎ２０ガス系及びＨｇ　＋　Ｓｉ島
十ＮＨ３ガス系などを用いて水銀ランプの紫外線を照射
すると、１００〜２００℃程度の低温で十分に実用に耐
えるＳｉｇｈ　ＣＶ　Ｄ膜ヤ５ｉｓＮ４ＣＶ　Ｄ　＠　
カ得うレティル（たとえば、Ｊ　、　Ｐｅｔｅｒｉ　’
　Ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｈｏｔ。

−ＣＶ　Ｄ　　ｏｘｉｄｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆ
ｏｒ　ｓｅｍｉｃｏ亭ｎｄｕｃもｏｒｄｅｖｉｃｅ　ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、”ｐｅｃｂ、Ｄｉｇ、　ｏｆ　
１９８１　ＩＥＤＭ。

ｐｐ、　２４０−２４３　）　Ｊ　、Ｗ、　％ｉａｒ他
ｉ　’　Ｌｏｗ　ｔｅｓ＋＋ｐｅｒａｔｕｒｅｐｈｏｔ
ｏ　−ＣＶ　Ｄ　５ｉｌｉｃｏｎ　ｎ１ｔｒｉｄｅ：　
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　　ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｕｓ、’　５ｏｌｉｄ’　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈ、、　
ｐｐ、　１２１−１２６゜５ｓｐｔ、１９８０　）。

本発明の目的は、所要の波長の光を半導体ウェハ表面及
びガス系に照射しながら、気相成長、ＣＶＤ、熱酸化、
熱窒化等の高品質の薄膜、成長層を低温で得ることので
きる半導体製造装置に関する。

以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

シリコン系の半導体プロセスを例にとって本発明を説明
する。通常、シリコンの気相成長、熱酸化、熱窒化、５
ｉＯ２ＣＶＤ　、　５ｉ３Ｎ４ＣＶＤ　　（Ｄいずれに
おいても、シリコンウェハを所定の温度に上げておいて
、そこに所定のガスを流すことによって、所望の成長層
、薄膜を得ている。

半導体ウェハを所定の温度に上昇させて保ち、かつ反応
促進のための紫外線照射を同時にかつ均一に行える、本
発明の半導体装置の断面図の一例を第１図に示す。第１
図は、石英ガラス等で作られた矩形反応管と赤外線ラン
プ加熱により、シリコン気相成長を行う本発明の半導体
製造装置を示している。横型炉の場合の例である。

ガスの流れの方向に沿って、矩形反応管の中心に沿った
断面図になっている。第１図において、１１は石英ガラ
スの反応管、１２はシリコンウェハをのせるだめの石英
もしくはサファイアの皿、１３はシリコンウェハ、　１
４はシリコンエピタキシャル成長用の純化されたガス（
Ｈ２＋　ＳｉＣｇ、Ｈ２十５ｉＨＣｊ３　、Ｈ２＋５ｉ
Ｈ２Ｃｊ２　、Ｈ２＋　ＳｉＨ４等）、１５は赤外線ラ
ンプからの光を効率よく反射し、殆んど平行光線にする
略々放物線型の反射面、１７は２重管構造にされ内部薔
こ赤外線放射用タングステンフィラメントを持った赤外
線放射用タングステンフィラメントを持った赤外線及ヒ
紫外線放射ランプ、１９はシリコンウエノ蔦加熱用赤外
線ランプ、２０はタングステンフィラメント、１８は赤
外線及び紫外線反射面を備えた金属容器、２１は金属容
器中に設けられた金属容器水冷用の水を流すための穴、
である。さらに、左右に多数本のランプが並ぶ本発明の
装置の一部の断面図になっている。第１図の例では、シ
リコンウェハを赤外線で直接加熱する例について示しで
ある。通常、従来は皿１２の上にさらにＳｉＣコートさ
れたカーボンサセプタあるいは高純度シリコンよりなる
サセプタが置かれ、その上にシリコンウェハが置かれて
いる。もちろん、本発明ても、ＳｉＣコートカーボンサ
セプタあるいは高純度シリコンサセプタを用いてもよい
ことは、もちろんである。しかし、第１図の例に示すよ
うな赤外線加熱方式を用いる時に、サセプタを用いると
、サセプタは通常シリコンウにハより、はるかに熱容量
が大きいため、シリコンサセプタが１０５０℃〜１２０
０’ｃに加熱されると、その副射熱及び伝導熱によって
反応管１１や皿１２が非常Ｓこ高温になり、ガス系から
の反応析出物（この場合にはシリコン）が堆積して、赤
外線の透過率が、気相成長中に次第変化するという欠点
を有する。すなわち、反応管１１や皿１２の赤外線透過
率が減少するため、シリコンウェハの温度が低下すると
ともに、反応管や皿が赤外線によって、直接加熱される
ようになって、ますます反応析出物が多量に堆積し、反
応管や皿各こばかり反応生成物の堆積が進んでしまうこ
とになる。

また、当然のことであるが、サセプタ自身がらの汚染の
問題が起ってくるし、反応管の石英が高温になるとどん
どん蒸発するためシリコン成長層中への酸素混入の原因
になる。１２００℃における石英の蒸気圧は］ｆｆ”Ｔ
ｏｙｔ台ときわめて高いのである。したがって、第１図
のようにシリコンウェハを直接加熱する方式が、周囲の
温度を殆んど上昇させずに、シリコンウェハだけが高温
になるため、きわめて好ましい（もちろん第１図のよう
にシリコンウェハ皿１２にべたにのせられている場合に
は、皿１２の温度はシリコンウェハに近い温度にまで上
昇する。したがって、この場合には、皿の下側に５ｉｃ
４４などの原料ガスが流れ込まないよう番ζ皿の構造を
作る）。蒸気圧の差を考えると、皿１２は蒸気圧の少な
いサファイアの方が好ましい。第１図のように、シリコ
ンウェハを直接加熱する場合の問題点は、（１）流れ込
んでくるガスが、シリボンウェハ上に到達して始めて温
度上昇すること、その事によるシリコンウェハの冷却の
問題、＋２１シリコンウエハを均一に加熱する問題、（
３）シリコンウェハの温度の測定、という３点である。

（１）の冷いガスがシリコンウェハに直接吹きつける問
題は、第２図のように第１図１ζ示した本発明の赤外線
加熱紫外線照射炉１０のガスの上流側に抵抗加熱電気炉
２３を設けて、ガスをあらかじめ所定の温度に上げてお
けばよい。その温度は、原料ガスが反応したり、熱分解
を起し始める温度よりやや低めにしておけばよい。たと
えば５ｉＣｊｉ系ガスであれば６００〜７００°Ｃ程度
、ＳｉＨ４系ガスであれば、２００〜３００°Ｃ程度で
ある。要するに抵抗加熱炉２３てあたためられた原料ガ
スが反応したり熱分解したりして、反応管壁に析出物を
生しないぎりぎりの温度に設定すればよいのである。

所要の枚数設置し、そのシリコンウェハの温度を炉１０
て加熱して、ガスの加熱に使うことも有効である。いわ
ばダミウェハとして使°うゎけ１ある。しかし、いずれ
にしてもガスの温度は、シリコンウェハよりは低いから
、ガスが流れることにより、ガス流にさらされるウェハ
上面はどうしても冷却される。シリコンウェハ１の上面
と下面の間に温度差が生じると、ウエノ１内部にストレ
スが生じ、激しい場合には、ウエノ１表面にきわめて微
細な穴（０，１〜２μｍ程度）が開いたり、割れ目が生
じる。第１図の本発明の装置では、ウェハ下面からの赤
外線加熱と表面側からの加熱が独立に行なわれるから、
ガス流量を多くする場合には、表面側からの赤外線加熱
量を多くして、ウェハ上面下面間の温度をできるたけ小
さくすればよい。

第２の、シリコンウェハの均一加熱に対シテは、赤外線
加熱ランプ１７．１９の直径を細目に作り、第１図に示
されるように周期を短くして並べると同時に、略々放物
線形の反射面１５を設けて、平行に反射される赤外線を
多くすればよい。

たとえば赤外線加熱う・ンプ１９の直径を６〜１２酊程
度に作り、周期を１０〜２Ｏｎ程度にすると有効である
。もちろん、上面側の赤外線紫外線照射ランプ１７もで
きる限り細く設計するとよい。たタシ、後半で説明する
ようにシリコンエピタキシャル成長や熱酸化、熱窒化の
ようＩこ高い温度を必要としない、５１０２膜あるいは
Ｓｉ３Ｎ４膜のＣＶＤのような場合には、それほどラン
プの直径を細くしなくても、ランプとシリコンウェハの
距離をやや離すことによって、均一な加熱が実現される
。

第３図を用いて、シリコンウェハと等価の温度測定につ
いて述べる。赤外線加熱ランプの副射線の波長帯域が、
入力電力にもよることてはあるが、０．３μｍ程度がら
５μｍ程度まで拡がっているため、シリコンウェハ表面
温度を放射型温度計で計測するのは大変難しい。すなわ
ち、赤外線ランプからの赤外線がシリコンウェハ表面で
反射されて、放射型温度計の入力に混入してしまうから
である。熱電対をシリコンウェハに直接接触させること
は、熱電対がガス中にむき出しになり汚染の原因となっ
てまったく不可能である。細い石英管を反応管中化入れ
て、その中に熱電対をただ入れただけでは、加熱ランプ
からの赤外線によって熱電対が加熱されるがら、熱電対
が有の温度を測っているがまったく分らない。いずれに
しても、シリコンウェハの温度を正確に測ることは難し
い。ここでは、比較的゛シリコンウェハ温度に近い温度
の測定方法を、第３図を使って説明する。点線で書かれ
た１７が、第１図でシリコンウェハ表面側がら赤外線及
び紫外線を照射するランプである。多数本並列に設けら
れている。２０’は赤外線放射用タングステンフィラメ
ントの取り出し電極である。

１１．１２はそれぞれ反応管、皿である。１３はシリコ
ンウェハである。３１は、たとえば酸化物を被覆された
タングステンフィラメント（陰極）の取り出し電極であ
り、本末２本あるわけであるが、ここては１本だけ示さ
れている。３２は、紫外線発生用放電管のアノード電極
の取り出しリードである。３３、あは反応管中、皿の下
に設けられた細い石英パイプである。サファイアのパイ
プにすることもある。図示されているように、先端は気
密に封じられている。略々その先端部に、たとえば円筒
状に加工されたシリコン３５゜３６が入れられている。

表面状態は、できるたけシリコンウニノＡと近い状態に
してお（。この円筒状シリコンには細い穴が設けられて
いて、その穴の中に熱電対３７．３８の先端が挿入され
ており円筒状シリコンに密着している。この温度測定用
シリコン円筒は、シリコンウニノーにてきるかぎり近（
に配置される。ただし、シリコンウェハの赤外線による
加熱を妨げないようにする。

このよう昏こ、シリコンウェハ近傍に配置されたシリコ
ン円筒の熱電対による測定温度をソリコンウェハのモニ
タ温度とする。赤外線ランプの入力電力を制御するとき
には、このようにして測定された温度信号を入力信号と
して制御を行う。

第１図、第３図に示すようにランプは横型の反応管に垂
直、すなわちガスの流れに対して垂直に配置され、それ
が反応管の上下にガスの流れの方向化所要の本数配置さ
れている。ランプ１本、の長さや、並列に配置されるラ
ンプの本数は、同時に処理するウニｌ″一枚数及びウエ
ノ１直径等によって決まる。第４図には、このよう番こ
多数本並列に配置されたランプを、たとえば３ゾーン制
御にしたときの制御系のプロ・ツクダイアグラムを示す
。上流側、中央部、下流側とｂ）うように通常３ゾーン
制御されることがな１ｉＸ０３７．３８．３９はその３
つのゾーンを代表する温度指示を与える熱電対を示し、
空温から決まる冷接点補償された起電力が（プログラム
）温度制御器４０に入り、設定値と比較して、ランプ加
熱入力を制御する。４２は変圧器であり、４１は１００
■、２００■といったＡＣ電源である。４３、必、４５
は３ゾーンに分けられたランプ群を示す。第４図では、
シリコンウニノ）の上下のランプを同じように制御する
ように示しているが、制御系の出力端子を増やして、上
下のランプをまったく独立に制御しても・よい。あるい
は、上下のランプの入力電力をあらかじめある一定の比
率にしてオイて、３ゾーン制御にしてもよい。第１図、
第３図に示されるように、各ランプに取り出しリード電
極が設けられているわけであるから、原理的には、１本
、１本のランプを細かく制御することもてきるわけであ
る。

本発明の半導体製造装置である赤外線加熱紫外線照射炉
の特徴は、赤外線照射と紫外線照射を同時に行えてしか
も均一照射が行えることにある。第１図で、１５と示さ
れるように略々放物線面に近い反射面が周期的にガス流
方向に多数設けられている。反射面１５は、１８をアル
ミで作っておいて、その表面を平担にした後金メッキな
どした面で構成している。次に、第１図に使われている
赤外線ランプ１９と赤外線紫外線ランフ１７の構造の具
体例について述べる。

第５図ｆａｌが赤外線ランプであり、（ｂ）が赤外線紫
外線ランプである。円筒状の石英管５７内にタングステ
ンフィラメント２０が挿入された構造になっているのが
、赤外線ランプの基本構造である。石英管５７の直径は
５〜３０寵程度、その長さは５ｃｒｎ〜６０ｃｎＩ程度
のものが、それぞれの用途に応じて使われる。もちろん
もっと長いものも可能である。タングステンフィラメン
トは、これも用途に応じて、０．１〜０．５ｎ程度のタ
ングステン線を直径１ｍ程度から３ｆｌ程度のコイル状
に緻密に巻いて作成する。熱せられた時に、タングステ
ンフィラメントが、管壁に密着しないように、所要の間
隔、たとえば２〜５ｃｒｎ程度おきにモリブデンやタン
グステンの薄板からなるスペーサ５２が設けられている
。気密が保てるように、たとえば、第５図ではタングス
テンフィラメントのリード電極を外部に取り出す時、モ
リブデン等の薄板５１を介して外部にリード電極２０′
が取り出されている。このように薄板５１を設けること
により、ランプ自体が高温になっても、石英と薄板５１
の間の熱膨張の差がそれ程き′びしくは作用しない。タ
ングステンフィラメント２０と金属薄板５１の開−こは
、タングステンフィラメントよりはかなり太いが、あま
り大すぎない、たとえば１〜２ｆｌ程度の直径のタング
ステンリード２０′が挿入される。２０′か細すぎると
、流れる電流で温度上昇を起す。また、あまりに太いと
タングステンフィラメントの熱がリード線２０′を通っ
て流れるためタングステンフィラメントの温度が周辺程
下ってしまうことと、リード線の温度が上って、５１と
石英の接触部の温度が高くなって、ランプの寿命を短く
することになる。

タングステンフィラメント両端部近傍の一度がどうして
も低くなり易い。このことを防ぐためには、タングステ
ンフィラメントをコイル状に巻くときのピッチを両端部
近傍で短くしておく。すなわち、タングステンフィラメ
ントの抵抗分布を中央部は均一にして両端部近傍たけ高
くしておくのである。

次に、赤外線紫外線ランプについて説明する。

目的は、赤外線と紫外線が、シリコンウェハに同時かつ
均一に照射できれば、赤外線ランプ、紫外線ランプを２
本並行に並へてもよいわけである。しかし通常２本並列
に並べるとよほどランプからシリコンウェハまでの距離
を遠くしないと均一性は実現されない。ランプとウェハ
の距離を遠くしたのでは、加熱効率、照射効率が外線ラ
ンプ部分は、第５図ｆａｔに示されているものと同じで
ある。その外側に同心円筒状に紫外線放射用の放電管が
設けられているわけである。

５３は、酸化物を被覆したタングステンフィラメント陰
極、５４は陰極の外部へのリード線、５５はタングステ
ン板あるいはモリブデン板のリング状の陽極、５６は陽
極の外部へのリード線、５７は放電空間である。放電空
間には、それぞれ目的の波長の紫外線を放射するガスが
、１種類もしくは複数種類、０．１〜１０　Ｔｏｒｒ程
度の圧力で封し込められている。　　°゛封じ 込むガスは当然、十分純化されたものである。

それぞれのガスの発光波長は次の通りである。

アルゴン＝２１５４人、２７４５人、２７０８人、２６
４７人、２５１７入、２５１６人、キセノン：２６７７
Ａ、２６０６Ａ、２４７６人、クリプトン：　２４２８
人、２４１８人、２３７６λ、２３１６人、２２８８Ａ
、２２８３人、　水銀：２９６７人、２９２５Ａ、　　
２８９３Ａ、　２８４８Ａ、２７５３Ａ。

２６５５Ａ、　　２６５４Ａ、　　２６５２Ａ、　　２
５３７Ａ、２４６４人、２４４７人、２３９９Ａ、２２
２５人、ネオン：２６４７Ａ、ヘリウム：２９４５Ａ、
２８２９Ａ、　　２７６４Ａ、　　２７３３Ａ、２７２
３Ａ。

２５１　１Ａ１２３８５Ａ、　　２３０６Ａ、２２５３
Ａ、重水素：２４００Ａ１などである。この他のガスで
も、１５００人程度から３０００　Ａ程度の発光波長を
持つものであればよいし、発光効率を高くするために、
複数のガスを封入することもよい。放電管は、通常直流
放電で動作させるが、放電開始時たけ放電開始用のパル
ス電圧を印加する。放電状態における、放電管の電圧降
下は、形状やガスにもよるが、ＩＯＶから数ＩＯＶ程度
である。

第１図１こ示すように、十分に清浄に洗浄したウェハの
水分を完全に除去した後、石英皿あるいはサファイア皿
１２にシリコンウェハをのせて反応管１１中の所定の場
所にセットする。反応管内を一度真空に引いた後、純化
された水素ガスを流して、完全に反応管内雰囲気を純化
水素で置換する。シリコンウェハを挿入する反応管挿入
口に窒素ボックスを設け、外気と完全に遮断してウェハ
の出し入れが行える場合には、もちろん真空に引いたり
する必要はなく、十分に水素ガスを流せばよい。その状
態から、赤外線加熱−でウェハの温度を上げて、まずＨ
２中にＨＣｉを１％前後混入して、シリコンウェハ表面
ノ気相エッチを行なった後、原料ガスを流してエピタキ
シャル成長する。ガスの予熱炉は、当然温度を上げチオ
く。５ｉＣＪ４＋Ｈ２系でも、５ｉＨｎ　＋　Ｈ２系て
もいずれも、たとえば、水銀放電ランプからの紫外線照
射をしながら成長させると、いずれも従夾の成長温度ｌ
こくらべて１００℃〜２００’Ｃ低い温度でエピタキシ
ャル成長層が得られる。

ガスの流れにょるウェハ表面の温度低下が上側からの赤
外線加熱量を制御することにより、補償されるため、シ
リコンウェハの温度分布を均一に保てるため、ストレス
による影響が少なくきわめて品質の高い結晶になる。同
時に、シリコンウェハ以外高温ｌこなる部分か殆んとな
いため、反応管や皿、サセプタからの汚染が少な（、非
常に優れた結晶になる。１０１３〜１０Ｉ５ｃｒｎ−３
程度の不純物密度の結晶成長層で、キャリア寿命が数１
００μ就から数ｍ５Ｉｌｉｃのものが容易に得られる。

反応管内部からの汚染が非常に少ないわけであるから、
Ｈ２ガス、原料ガス、ドーパントカスの純化がきびしく
要求される。ガス配管系では。

リークの十分少ないパルプを使用することはもとより、
できるたけバルブジヨイントの数を減少させ、溶接でき
るところは全部溶接にする。

さらに、配管後記管全体を２００°Ｃ程度に上けて、純
化水素中で十分管壁の脱ガスを行う。配管、バルブ、フ
ィルタ類は全部金属製のものを使用する。ガスの流れ１
こよる静電気の帯電を防止するためである。配管の一部
を接地することも重要である。絶縁物性のフィルタ（た
とえは、０．２あり、ガスが流れると、反応管の静電帯
電は激しく起り、敵方Ｖ程度にはすぐに帯電する。こう
した帯電が、均一性や成長層の質の低下の原因となる。

放電が起れば当然汚染の原因となる。

反応管や皿を導電性材料で作れれば問題はないが、現在
適した材料はない。一つの解決策は、反応管内壁や皿の
表面全面に、導電性窒化膜をＣＶＤて堆積することであ
る。Ｓ　ｉｃｊ　４　＋　ＮＨ３＋Ｃ３Ｈ５＋　Ｈ２ガ
ス系のＣＶＤにより、カーボンが０．１〜５重量パーセ
ント含まれた窒化膜が堆積し、この窒化膜は導電性を示
す。こうすることにより、反応管内の帯電が防げて、均
一性、品質か向上する。ガス系としては、　ＳｉＨ４＋
ＮＨ３＋Ｃ３Ｈ，＋　Ｈ２系を用いて、導電性窒化膜を
コートすることもてきる。

第１図で、シリコンウェハは平担な皿１２の上にＯせら
れているから、シリコンウェハが加熱されると皿の温度
も上昇する。超高純度石英の光の透過率を第６図、７図
に示す。第６図は、０．１８μｍか４．０μｍまでの波
長の光に対する、２闘厚さの超高純度石英の透過率が示
されている。

３μｍ以上の長波長の光は吸収され、０．３μｍ　以下
の光も吸収される。０．３〜２．５μｍ程度の波長で透
過率が、９５９６となっているのは、吸収によるもので
はなく、反射に起因している。０．３μｍ以下の波長の
光に対する、厚さ　１ｆｌ、３鰭、５１１１＋の石英の
透過率が第７図である。　０．１７μｍ以下の波長にな
ると石英により光が吸収されるようになる様子を第７図
は示している。当然、石英が厚（なるほど透過率は低下
する。一方、１ｆｌ厚さのサファイアの光の透過率を第
８図に示す。０．３μｍ程度から５μｍ程度の波長の光
までサファイアは吸収しない。透過率の低下は反射によ
っている。０．３μｍ以下の波長の光に対しては少しず
つ吸収が増加し、Ｏ’、１５μｍ以下になると吸収は急
激に顕著になる。

シリコンウェハをのせる皿の温度が上ることが、問題に
なるときには、第９図に示すように皿に突起部を設け、
ウェハと皿との実質的な接触面積を小さくすればよいの
である。突起間の間隔が広いほど、ウェハから皿に流れ
る熱流が減少し、皿の温度上昇は少ない。しかし、間隔
があまりに広いと、高温になればシリコンもやわらかく
なっていて、変形を起し歪の重大な原因になる。このよ
うな構造にすると、皿の突起と接触部からだけ伝導熱が
流れるため、温度分布を生じ易い欠点は存在する。こう
した温度分布をきらうときには、Ｓｉ３Ｎ４をコートし
た皿を用いることになる。

次に、熱酸化膜形成について説明する。デバイスの微細
化が進むにつれ、特にＭＯ３Ｉ−ランジスタのゲート酸
化膜あるいはゲート窒化膜の厚さは薄くなって行く。ゲ
ート絶縁膜を薄くしてやらなければ、変換コンダクタン
スが大きくならず、特性が改善されないためである。１
００人程度以下の厚さの熱酸化膜を再現性よく、かつ均
一で良質に生成することは通常非常に難しい。１００Ａ
以下の酸化膜生成は、Ｍｏｔ′ｔ／ａｎｄＣａｂａｒｅ
ｒａ　ニょるｆｉｅｌｄ　ａｓｓｉｓＬｅｄ　ｄｉｆｆ
ｕｓｉｅｎ　　モデルで考えられている。すなわち、Ｓ
ｉｎ、表面に吸着した０２分子とシリコン基板の化学ポ
テンシャルが一致するように、Ｓｉ基板から０２分子に
内皮てあろうと言われている。たとえば成長中の膜厚が
、３０人、電位差が３００　ｍ　ｙとすると、こ表面が
ランダムに帯電される現象は、Ｓ　ｉｏｚ膜生成を不均
一にする重要な原因になる。本発明の赤外線加熱紫外線
照射炉では、こうしたガス流による酸化膜のランダムな
帯電現象を抑えて、ｘｏｏＡ程度あるいはそれ以□下の
薄い酸化膜でも、きわめて均一で良質な膜が生成される
。

第１図に示すようにシリコンウェハを、反応管内に挿入
する。シリコンウニ／Ｓはそれまでの工程で、たとえば
所望のゲート酸化膜を形成する部分を残してそれ以外の
ところは厚いフィールド酸化膜によって覆われている。

酸化膜形成の時には、エピタキシャル成長と異なり、皿
１２を第１図のように角度を持たせる必要はなく、反応
管壁と平行な配置でかまわない。ガス１４は、ドライ０
２である。塩酸酸化を行う時は、ドライｏ２に対して１
〜７％程度の塩化水素（ＨＣｊ　）を混入する。０２ガ
スには、Ｎ２　、Ａｒ　、　ＣＨ４、ノ１０ゲン、Ｎ２
０％ＣＯ２、ＣＯ，ハイドロカーボン、Ｈ２０等か、通
常純化ガスと言われているものでも含まれているので、
白金触媒筒、モレキューラ−シービングカーボンとゼオ
ライト系吸着剤であるゼオポートあるいはゼオノ＼−プ
の吸着筒を通してさらに不要のガス成分を除去する。Ｈ
ＣＪガスＩこも、通常水分が含まれているので、ゼオノ
＼−プ等の吸着剤で水分除去を行う。赤外線でシリコン
ウェハを８００６Ｃ〜１１００°Ｃ程度の所定の温度に
加熱し、高純度の酸化性雰囲気中でシリコン表面を酸化
する。第７図から分るように、２６０ＯＡ以下の波長の
紫外線になると、ＳｉＯ２は紫外線を吸収する。波長が
、短い程、５ｉＯｚは良く吸収する。紫外線を吸収する
と、５ｉ０２はやや導電性を帯び、る。したがって、ガ
ス流などによって５ｉ０２表面が静電的に帯電しても、
この帯電は薄い５ｉＯｚ膜を通してただちにシリコンウ
ェハに流れてしまい、シリコン基板と５ｉ０２表面の間
には化学ポテンシャルを一定にするための電位のみが存
在するようになり、５ｉ０２膜生成はきわめて均一にし
かも制御された速度で行なわれるわけである。酸化速度
を制御するために、不活性ガスＨｅ％Ａｒ％Ｘｅ等を同
時１こ流してお（ことも有効である。沸点が４．２°に
ときわめて低いＨｅは、配管系さえリークのない系にす
れば、きわめて純度の高いガスにできる。酸化直前に５
ｉ面を、ＨＣｓて気相エンチングしておくとよい。本発
明の１装置では、先にも述べたように、ウェハの上下か
ら赤外線によりウェハを加熱できるため、ウェハ内の温
度分布をきわめて少なくすることができるため、殆んど
ストレスの影響を受けない酸化が行えて、１００λ程度
以下の薄い酸化膜だけでなく、１００００００λ程のド
ライ酸化におＡｒ等の不活性ガスを混ぜた系での熱窒化
においても、本発明の赤外線加熱ｔＡ線照射炉はきわめ
て有効である。

本発明の赤外線加熱紫外線照射炉は５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ
４、等のＣＶＤにも有効である。原料ガスとなるＳｉＨ
４、Ｎ２０％ＮＨ３等のガスは、通常２２００Å以下、
特に２００ＯＡ以下の波長の紫外線を吸収して分解する
。したがって、紫外線ランプや反応管を石英より、ずっ
とこの領域で透過率の高い材料で構成すれば、直接原料
ガスを紫外線照射て分解して反応を促進することができ
る。たとえば、ＳｉＨ４＋　Ｎ２０系ガスで５ｉ０２膜
を堆積する時には、１７００λ〜２０００　Ａ程度の紫
外線照射により、Ｎ２０　＋ｈν→Ｎ２　＋　Ｏ（’Ｄ
）と分解Ｌ　、分離したＯ（酸素）が５ｉ）（４−と反
応して、５ｉＱ２が堆積する。この時の、紫外線ランプ
としてはＮ２ガス封入した放電管にするとか、Ｎｅを封
入し、ＡｓやＣ（カーボン）等を陰極にしたホローカソ
ードランプを用いればよい。

他の方法は、たとえば原料ガス中にＨｇ蒸気を混ぜてお
いて、Ｈｇランプからの紫外線（２５３７人）てＨｇを
基底状態から励起状態に縮起し、励起状態にあるＨｇと
原料ガスとの反応で目的の膜の堆積を行なうわけである
。たとえば、 Ｈｇ　＋　ｂν（２５３７人）→Ｈｇ舛Ｈｇ”　十Ｎ２
０→Ｎ２　＋　ＯにＰ）　＋　ＨｇＯ（３Ｐ）は基底状
態にある酸素であるが、この酸素とＳｉＨ４の反応によ
り、５ｉ０２が堆積する。原料ガス系は通常反応管の中
で、数Ｔｏｒｒ程度の減圧状態にする。このように、い
わば解媒の役割を果すＨｇのようなガスを封入するとき
には、本発明の紫外線放射ランプの封入ガスもＨｇ　　
にしておけば、きわめて効率のよいＨｇの励起が行なえ
るわけである。Ｓｉ３Ｎ４膜堆積のプロセスは、次のよ
うである。

Ｈｇ　＋　ｈν（２５３７人）→ＨｇＨＨｇ　十ＳｉＨ
４→ＳｉＨ３＋　Ｈ＋　ＨｇＨｇ＝　＋　ＮＨ３→ＮＨ
２＋　Ｈ＋　ＨｇＣＶＤが行えるため、それまでのプロ
セス、たとえば不純物分布や、電極としてのＡｔの存在
などに殆んどまったく影響を与えないため、きわめて好
都合である。膜質は、４００”〜４５０℃程度の温度で
のＮ２中アニールで向上する。

ＭＯＣＶ　Ｄ　　（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶ
Ｄ）にも、同様に適用できる。Ｇａ　Ａｓの成長は、（
ＣＨｓ）ｓＧａ＋　Ａ８Ｈ３＋　Ｈ２系ガスの反応によ
り刊ピタキシャル成長する。ＧａＡｓ基板表面を、Ｈｇ
、Ｈｅ、Ｄ２（重水素）　、　Ｎｅ等の放電からの紫外
線で照射しておき、上記ガス系に紫外線ランプと同一の
ガスを添加するのである。（ＣＨｓ）　ｓ　十ＮＨａ　
十Ｈ２系ガスによるＡｔＮのＭＯＣＶＤ等に対してもま
ったく同様である。

第１図では、横型の反応管のガス流に対して垂直方向に
配置されたランプを多数本ガス流方向に並べる構造につ
いて説明した。この構造でたとえば、ランプの長さを、
６（１ｍとすれば、ガス流に対して垂直方向に４インチ
ウェハを４枚並べることができ、ランプを並列に並べる
本数を多くすれば、一度Ｉこ２０〜４０枚程度の処理は
十分に行える。もちろん、もっと多くすること置した構
成にすることもできる。その−例を第１０図に示す。な
お、図中の番号は第１図と同しである。円筒状に配置さ
れた赤外線ランプ１９と赤外線紫外線ランプ（簡略に表
現しである）１７の中に、円筒状の反応管１１が挿入さ
れ、シリコンウェハ、皿が配置されている。この場合に
は、ガス流方向にランプが配列されているから、外部か
らガス流方向の温度分布を制御することはできない。ラ
ンプ設計時にタングステンフィラメントの巻き方で抵抗
分布を所望の形に設計しておくことになる。

これまでは、よこ型反応管に対して説明してきたが、本
発明の半導体製造装置がよこ型炉に限らないことはもち
ろんである。バレル型炉、ディスク型炉番こ適用できる
ことはもちろんである。その概略を第１１図、１２図に
示す。

１１１図のバレル型炉で、６３：石英ベルジャ、６１：
高純度シリコンサセプタ、６２：排気ガスである。すな
わち、石英製ベルジャ内に設けられたソリコンサセプタ
上に半導体ウェハが置かれ、石英ベルジャ外部に設けら
れた赤外線紫外線照射ランプてウェハは加熱され、かつ
紫外線により反応が促進されるのである。図示はしてい
ないが、赤外線紫外線ランプ外側には当然反射容器が設
けられている。均一性を増すために、サセプタは成長中
回転するようになされている。

第１２図のディスク型炉で、６４はＳｉＣコートされた
カーボンサセプタ、６５：同心円筒状に巻かれた高周波
コイル、６６：石英・冶具、６７：原料ガスを伏結する
ステンレス等の“配管、である、この装置も均一性を増
すために、配管６７が回転するようになされている。１
００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の高周波でカーボンサセプ
タを加熱して、ウェハ１３を加熱する。ウェハ１３は、
同時に赤外線紫外線うシブ１７により加熱され、ガス流
によるウェハ表面温度イ仕下が抑えられている。この場
合でもランプ１７の上側には、反射容器が当然設けられ
る。

ここては、第５図［ｂ）に示すように同心円筒状に赤外
線ランプと紫外線ランプとを一体化した構造を示したが
、必ずしも同心円筒状に構成する必要はない。円筒状あ
るいは楕円状の石英管の中心に仕切りめ石英板を入れて
２つに分割し、一方を赤外線ランプ、他方を紫外線ラン
プとしになっていればよいのである。

また、実施例では、石英皿、サファイア皿、シリコンサ
セプタ、カーボンサセプタ上に半導体ウェハを密着して
のせるセットの仕方だけを示したが、特に酸化、窒化、
ＣＶＤ等のときには、石英皿やサファイア皿に切り込み
を設けて、半導体ウェハを斜めに立てることもよい。半
導体ウェハ表面に赤外線及び紫外線が均一に照射サレレ
ハヨイノテアル。５ｉ０２　ＣＶ　Ｄ　’Ｐ　５ｉｓＮ
４ＣＶＤのときのように半導体ウェハ温度が、１００〜
２００℃程度で十分なとき１こは、温度差によるストレ
スの問題もそれほど厳しくないから、たとえば、第１図
で、加熱用赤外線ランプは半導体ウェハの下側にだけ設
け、上側からの半導体ウェハ表面には紫外線照射だけ行
うように紫外線ランプだけを設けた構造でもよい。温度
が低い場合には、ガス流による温度低下の問題もそれ程
はきびしくないからである。ただ、７００〜８００℃以
上の温度を要するプロセスでは、赤外線紫外線一体構造
ランプＩこしてウェハ表面の温度低下を補償しながら、
紫外線照射により反応を促進する方がより良質のものが
得られる。

以上説明してきたように本発明の半導体製造装置は、エ
ビタキ７ヤル成長、熱酸化、熱窒化、ＣＶＤ成長する半
導体ウェハ表面を加熱用の赤外線及び紫外線が均一に照
射するように、赤外線ランプと紫外線放射用紫外線ラン
プを一体構が高い。

【図面の簡単な説明】

の制御系、第５図は本発明の装置に使用されるランプの
構造でｔａ＋は赤外線ランプ、ｆｂｌは赤外線紫外線ラ
ンプ、第６図は厚さ２Ｈの超高純度石英板の光の透過率
の波長依存性、第７図は厚さ１．３．５ｍＩの超高純度
石英板の紫外光に対する透過率、第８図は厚さ１１ｎの
超高純度サファイアの光透過率の波長依存性、第９図は
突起を設けた皿、第１１図は本発明の装置を用いたバレ
ル型炉概略図、第１２図は本発明の装置を用いたディス
ク型炉の概略図である。 特許出願人 第６　図 ；１ｌｊｔｘ入（戸外） 第８図 藷／θ図 第１／図 手　　続　　補　　正　　硼 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １事■の表示　　昭和５７年特許願第４１９４３号 ２発明の名称　　半導体製造装置 ３補正をする者 「明細書の特許請求の範囲の欄」 ［明細書の発明の詳細な説明の ―」 ５補正の内容 別紙のとおり 全文訂正明細書 １、発明の名称　半導体製造装置 ２、特許請求の範囲 半導体ウェハ表面を赤外線及び紫外線が均一に照射すべ
（、一体化構造赤外線紫外線ランプを前記半導体ウェハ
表面上方に配置し、前記一体化構造赤外線、紫外線ラン
プの背後に、前記赤外線及び紫外線の反射容器を備えた
ことを特徴とする半導体製造装置。 ３、発明の詳細な説明 本発明は、結晶成長、熱酸化、ＣＶＤ膜成長等を低温で
高品質なものとして製造できる半導体製造装置に関する
。 別の気相成長、ＳｉＯ２膜あるいは５ｉｓＮ４膜のＣＶ
Ｄにおいて紫外線照射を行なうと、きわめて低温での成
長が可能なことはすでに良く知られている。５ｉ（Ｊ＋
　十Ｈ２ガス系の気相成長でＳｔを成長させる場合は通
常１１５０〜１２００°Ｃ程度の温度で成長させるので
あるが、水銀ランプの紫外線照射を行うと、７８０〜８
６０°Ｃ程度の温度でも十分Ｓｔの気相成長が実現され
る（　Ｍ、　Ｋｕｗａｇａｗａ　。 Ｊ　、　ＮｉＮ１５ｈｉｚａ他：　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ
　ｇｒｏｗｔｈ　ｗｉｔｈ　ｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａ
ｔｉｏｎ、Ｊ　、Ａｐｐｌ、ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、７．　
ｐｐ、　１３３２−１３４１　。 １９６８　）。７００〜９００°Ｃ程度の温度てＣＶＤ
成長が行なわれている５ｉＯｚ膜やＳｉ３Ｎ４膜が、珈
十ＳｉＨ４＋Ｎ２０ガス系及びＨｇ　＋　ＳｉＨ４＋Ｎ
Ｈ３ガス系などを用いて水銀ランプの紫外線を照射する
と、１００〜２００°Ｃ程度の低温で十分に実用に耐え
る５１０２ＣＶ　Ｄ膜ヤ５ｉａＮ４ＣＶＤ膜が得られテ
ィ４Ｆ（タトえば、Ｊ　、　Ｐｅｔｅｒ　；Ｌｏｗ　ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｈｏｔｏ　−ＣＶ　Ｄｏｘｉ
ｄｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ　ｌ１ｄｅｖｉｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎ、’　　Ｔｅｃｈ、Ｄｉｇ、ｏｆ　１９８１１ＥＤＭ
、　ｐｐ。 ２４０−２４３）　Ｊ、Ｗ、　Ｐｅｔｅｒ他：　’　Ｌ
ｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｈｏｔｏ−ＣＶＤ　５
ｉｌｉｃｏｎ　ｎ１ｔｒｉｄｅ：　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ　　ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、’　　５ｏｌ
ｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈ、、　ｐｐ、　１２１〜１
２６゜５ｅｐｔ、　１９８０　）。 本発明の目的は、所要の波長の光を半導体ウェハ表面及
びガス系に照射しながら、気相成長、ＣＶＤ、熱酸化、
熱窒化等の高品質の薄膜、成長層を低温で得ることので
きる半導体製造装置に関する。 以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。 ンリコン系の半導体プロセスを例にとって本発明を説明
する。通常、シリコンの気相成長、熱酸化、熱窒化、５
ｉｎ２ＣＶＤ　％５ｉａＮ４ＣＶ　Ｄ　（Ｄいずれにお
いても、シリコンウェハを所定）ｉ度に上げておいて、
そこに所定のガスを流すことによって、所望の成長層、
薄膜を得ている。 半導体ウェハを所定の温度に上昇させて保ち、かつ反応
促進のための紫外線照射を同時にかつ均一に行える、本
発明の半導体装置σ断面図の一例を第１図に示す。第１
図は、石英ガラス等で作られた矩形反応管と赤外線ラン
プ加熱により、ノリコン気相成長を行う本発明の半導体
製造装置を示している。横型炉の場合の例である。 ガスの流れの方向に沿って、矩形反応管の中心に沿った
断面図になっている。第１図において、１１は石英ガラ
スの反応管、１２はシリコンウェハをのせるための石英
もしくはザファイアの皿、１３はシリコンウェハ、１４
はシリコンエピタキンヤル成長用の純化されたガス（Ｈ
２＋５ｉＣｊｉ、Ｈ２＋　５ｉＨＣｊａ　、Ｈ２＋　５
ｉＨ２Ｃ７ｚ、Ｈ２＋ＳｉＨ＋等）、１５は赤外線ラン
プからの光を効率よく反射し、殆んど平行光線にする略
々放物線型の反射面、１７は二重管構造にされ内部１こ
赤外線放射用タングステンフィラメントを持った赤外線
及び紫外線放射ランプ、１９はシリコンウェハ加熱用赤
外線ランプ、２０はタングステンフィラメント、１８は
赤外線及び紫外線反射面を備えた金属容器、２１は金属
容器中に設けられた金属容器水冷用の水を流すための穴
である。さらに、左右に多数本のランプが並ぶ本発明の
装置の一部の断面図になっている。第１図の例では、シ
リコンウェハを赤外線で直接加熱する例につ（１）で示
しである。 通常、従来は皿１２の上にさらにＳｉＣコートされたカ
ーボンサセプタあるいは高純度シリコンよりなるサセプ
タが置かれ、その上にシリコンウエノ゛が置かれている
。もちろん、本発明でも、ＳｉＣコートカーボンサセプ
タあるいは高純度トリコンづセプタを用いてもよいこと
は、もちろんであるが、しかし、第１図の例に示すよう
な赤外線加熱方式を用いる時に、サセプタを用いると、
サセプタは通常シリコンウェハより、はるかに熱容量が
大きいため、シリコンサセプタか１０５０°Ｃ〜１２０
０°Ｃに加熱されると、その輻射熱及び伝導熱によって
反応管１１や皿１２が非常に高温になり、ガス系からの
反応析出物（この場合にはシリコン）が堆積して、赤外
線の透過率が、気相成長中に次第に変化するという欠点
を有する。すなわち、反応管１１や皿１２の赤外線透過
率が減少するため、シリコンウェハの温度が低下すると
ともに、反応管や皿が赤外線によって、直接加熱される
ようになって、ますます反応析出物が多量に堆積し、反
応管や皿にばかり反応生成物の堆積が進んでしまうこと
になる。 また、当然のことであるが、サセプタ自身からの汚染の
問題が起って（るし、反応管の石英が高温になるとどん
どん蒸発するためシリコン成長層中への酸素混入の原因
になる。１２００°Ｃにおける石英の蒸気圧は１０　”
　Ｔｏｒｒ台ときわめて高いのである。したかって、第
１図のようにシリコンウェハを直接加熱する方式か、周
囲の温度を殆んど上昇させずに、シリコンウェハたけが
高温になるため、きわめて好ましい（もちろん第１図の
ようにシリコンウェハが皿１２にへた１このせられてい
る場合には、皿１２の温度はシリコンウェハに近い温度
にまで上昇する。したかって、この場合には、皿の下側
に５ｉＣＪ＋などの原料ガスが流れ込まないように皿の
構造を作る。 蒸気圧の差を考えると、皿１２は蒸気圧の少ないサファ
イアの方が好ましい。第１図のように、シリコンウェハ
を直接加熱する場合の問題点は、（１）流れ込んでくる
ガスが、シリコンウェハ上に到達して初めて温度上昇す
ること、その事によるシリコンウェハの冷却の問題、ｆ
２１シリコンウエハヲ均一に加熱する問題、（３）シリ
コンウェハの温度の測定、という３点である。（１）の
冷いガスカンリコンウェハに直接吹きっ゛ける問題は、
第２図のように第１図に示した本発明の赤外線加熱紫外
線照射炉１０のガスの上流側に抵抗加熱電気炉２３を設
けて、ガスをあらかじめ所定の温度に上げておけばよい
。その温度は、原料ガスが反応したり、熱分解を起し始
める温度よりやや低めにしておけばよい。たとえば５ｉ
Ｃｂ系ガスであれば６００〜７００°Ｃ程度、ＳｉＨ４
系ガスであれば、２００〜３００°Ｃ程度である。要す
るに抵抗加熱炉２３であたためられた原料ガスが反応し
たり熱分解したりして、反応管壁に析出物を生じないぎ
りぎりの温度に設定すればよいのである。 第２図で、２２は排気ガスである。第２図に示すように
、抵抗加熱電気炉２３を設けるとともに、皿１２のガス
の最上流側にシリコンウェハを所要の枚数設置し、その
シリコンウェハの温度を炉１０で加熱して、ガスの加熱
に使うことも有効である。いわばダミウェハとして使う
わけである。 しかし、いずれにしてもガスの温度は、シリコンウェハ
よりは低いから、ガスが流れることにより、ガス流にさ
らされるウェハ上面はどうしても冷却される。シリコン
ウェハの上面と下面の間に温度差が生じると、ウェハ内
部にストレスが生じ、激しい場合には、ウェハ表面にき
わめて微細な穴（０，１〜２μｍ程度）が開いたり、割
れ目が生じる。第１図の本発明の装置では、ウェハ下面
からの赤外線加熱と表面側からの加熱が独立に行なわれ
るから、ガス流量を多くする場合には、表面側からの赤
外線加熱量を多くして、ウェハ上面下面間の温度をでき
るだけ小さくすればよい。 第２の、シリコンウェハの均一加熱に対しては、赤外線
加熱ランプ１７．１９の直径を細目に作り、第１図に示
されるように周期を短くして並べると同時に、略々放物
線形の反射面１５を設けて、平行に反射される赤外線を
多くすればよい。 たとえば赤外線加熱ランプ１９の直径を６〜１２１１１
程度に作り、周期を１０〜２０１１程度にすると有効で
ある。もちろん、上面側の赤外線紫外線照射ランプ１７
もできる限り細く設計するとよい。たたし、後半で説明
するようにシリコンエピタキシャル成長や熱酸化、熱窒
化のように高い温度を必要としない、　Ｓｉ０ｇ膜ある
いは５ｉａＮ４膜のＣＶＤのような場合には、それほど
ランプの直径を細くしな（でも、ランプとシリコンウェ
ハの距離をやや離すことによって、均一な加熱が実現さ
れる。 比較的高い温度を要求するプロセスの場合には、ランプ
とウェハの距離を接近させる方が、少ない電力でウェハ
を所定の温度にまで上昇させることができて有利である
。この場合には、ランプがガスの流れの方向に周期的に
設けられている構造を反映して、赤外線照射量や紫外線
照射量に周期的な変動が現われ易い。この欠点を除去す
るには、第１図や第２図で、赤外線加熱紫外線照射炉を
、反応管に沿ってゆっ（り周期的に運動させればよい。 空間的な周期は、赤外線ランプ、紫外線ランプの周期の
数倍から１０位程度あれば十分である。もちろん、これ
より長い周期でもよい。運動速度は例えばｆ　ｔａ　／
ｓｅｃ〜１００　ｔｍ　／　ｓｅｃ程度の範囲でよい。 たたし、この速度は、形成する膜の成長速度と関連して
いる。膜の成長速度が速い場合には、この運動速度も当
然速くしなければ、均一な成長は得られないことになる
。赤外線加熱紫外線照射炉の重量が軽ければ、等速度で
等周期の運動でよいか、周期運動の折り返毒し部で余分
な時間を要する場合には、周期を何段階か複数に連続的
に変えて、ウェハの各場所の赤外線及び紫外線照射量が
同しになるようにすればよい。 第３図を用いて、シリコンウェハと等価の温度測定ｌこ
ついて述べる。赤外線加熱ランプの輻射線の波長帯域が
、入力電力にもよることではあるが、０．３μｍ程度か
ら５μｍ程度まで拡がっているため、シリコンウェハ表
面温度を放射型温度計で計測するのは大変難しい。すな
わち、赤外線ランプからの赤外線がシリコンウェハ表面
で反射されて、放射型温度計の入力に混入してしまうか
らである。熱電対をシリコンウェハに直接接触させるこ
とは、熱電対がガス中にむき出しになり汚染の原因とな
ってまったく不可能である。細い石英管を反応管中に入
れて、その中に熱電対をただ入れただけでは、加熱ラン
プからの赤外線によって熱電対が加熱されるから、熱電
対が何の温度を測っているかまったく分らない。いずれ
にしても、シリコンウェハの温度を正確に測ることは難
しい。ここでは、比較的シリコンウェハ温度に近い温度
の測定方法を、第３図を使って説明する。点線で書かれ
た１７が、第１図でシリコンウェハ表面側から赤外線及
び紫外線を照射するランプである。多数本並列に設けら
れている。２０′は赤外線放射用タングステンフィラメ
ントの取り出し電極である。ｌＬ１２はそれぞれ反応管
、皿である。１３はシリコンウェハである。３１は、た
とえば酸化物を被覆されたタングステンフィラメント　
（陰極）の取り出し電極であり、本来２本あるわけであ
るが、ここでは１本だけ示されてい−る。３２は、紫外
線発生用放電管のアノード電極の取り出しリードである
。３３、あは反応管中、皿の下に設けられた細い石英パ
イプである。もちろん、ウェハ同様器の上側でもよい。 サファイアのパイプにすることもある。図示されている
ように、先端は気密に封じられている。略々その先端部
に、たとえば円筒状に加工されたシリコン３５．３６が
入れられている。表面状態は、できるだけシリコンウェ
ハと近い状態にしてあく。この円筒状シリコンには細い
穴が設けられていて、その穴の中に熱電対３７．３８の
先端が挿入されており円筒状シリコンに密着している。 この温度測定用シリコン円筒は、シリコンウェハにでき
るかぎり近くに配置される。ただし、シリコンウェハの
赤外線による加熱を妨げないようにする。このように、
シリコンウェハ近傍に配置されたシリコン円筒の熱電対
による測定温度をシリコンウェハのモニタ温度とする。 赤外線ランプの入力電力を制御するときには、このよう
にして測定された温度信号を入力信号として制御を行う
。 熱電対挿入用シリコンは必ずしも円筒である必要はなく
、矩形状、平板状でもよい。平板状の方が、ノリコンウ
ェハに近い温度を示すことになる。 第１図、第３図に示すようにラングは横型の反応管に垂
直、すなわちガスの流れに対して垂直に配置され、それ
が反応管の上下にガスの流れの方向に所要の本数配置さ
れている。ランプ１本の長さや、並列１こ配置されるラ
ンプの本数は、同時に処理するウェハ枚数及びウエノ＼
直径等によって決まる。第４図には、このように多数本
並列に配置されたランプを、たとえば３ゾーン制御にし
たときの制御系のブロックダイアダラムを示す。上流側
、中央部、下流側というように通常３ゾーン制御される
ことが多い。３７．３８．３９はその３つのゾーンを代
表する温度指示を与える熱電対を示し、室温から決まる
冷接点補償された起電力が（プログラム）温度制御器４
０に入り、設定値と比較して、ランプ加熱入力を制御す
る。４２は変圧器であり、４１は１００　Ｖ　。 ２００■といったＡＣ電源である。４３、弱、４５は３
ゾーンに分けられたランプ群を示す。第４図では、シリ
コンウェハの上下のランプを同じように制御するように
示しているが、制御系の出力端子を増やして、上下のラ
ンプをまったく独立に制御してもよい。あるいは、上下
のランプの入力電力をあらかじめある一定の比率にして
おいて、３ゾーン制御にしてもよい。ゾーン制御は３ゾ
ーン制御に限らす、もっと多くてもよい。第１図、第３
図に示されるように、各ランプに取り出しリード電極が
設けられているわけであるから、原理的には、１本、１
本のランプを細かく制御することもてきるわけである。 本発明の半導体製造装置である赤外線加熱紫外線照射炉
の特徴は、赤外線照射と紫外線照射を同時に行えてしか
も均一照射が行えることにある。第１図で、１５と示さ
れるように略々放物線面に近い反射面が周期的にガス流
方向に多数設けられている。反射面１５は、１８をアル
ミて作っておいて、その表面を平担にした後金メッキな
どした面で構成している。１５００Ａ〜３０００Ａ程度
の紫外線をも反射するには、さらにこの上にｊｋｊ　　
ＭｇＦ２をコーティングすることも有効である。次に、
第１図に使われている赤外線ランプ１９と赤外線紫外線
ランプ１７の構造の具体例について述べる。 第５図（ａ）が赤外線ランプであり、（ｂ）が赤外線紫
外線ランプである。円筒状の石英管５７内にタングステ
ンフィラメント２０が挿入された構造になっているのが
、赤外線ランプの基本構造である。石英管５７の直径は
５〜３０Ｗ程度、その長さは５ｏｎ〜６０ｃｍ程度のも
のが、それぞれの用途に応じて使われる。もちろんもつ
と長いものも可能である。たとえば１想〜２常の長さも
可能である。加熱を均一にするにはさらに細い直径のも
のが望ましい。タングステンフィラメントは、これも用
途に応じて、０．１〜０．５ｆｆ程度のタングステン線
を直径１ｎ程度から３Ｍ程度のコイル状に緻密１こ巻い
て作成する。熱せられた時に、タングステンフィラメン
トが、管壁に密着シナいように、所要の間隔、たとえば
２〜５ｃＩｎ程度おきにモリブデンやタングステンある
いはタンタル等の薄板からなるスペーサ５２が設けられ
ている。気密が保てるように、たとえば、第５図ではタ
ングステンフィラメントのリード電極を外部に取り出す
時、モリブデン等の薄板５１を介して外部にリード電極
２０′が取り出されている。 このように薄板５１を設けること膠こより、ランプ自体
が高温になっても、石英と薄板５１の間の熱膨張の差が
それ程きびしくは作用しない。タングステンフィラメン
ト２０と金属薄板５１の間には、タングステンフィラメ
ントよりはかなり太いが、あまり太すぎない、たとえば
１〜２１ｎ程度の直径のタングステンあるいはモリブデ
ンリード２０”が挿入される。２０＃か細すぎると、流
れる電流で温度上昇を起す。また、あまりに太いとタン
グステンフィラメントの熱がリード線２０＃を通って流
れるためタングステンフィラメントの温度が周辺種下っ
てしまうことと、リード線の温度が上って、５１と石英
の接触部の温度が高くなって、ランプの寿命を短くする
ことになる。 タングステンフィラメント両端部近傍の温度がどうして
も低くなり易い。このことを防ぐためには、タングステ
ンフィラメントをコイル状に巻くときのピッチを両端部
近傍で短くしておく。すなわち、タングステンフィラメ
ントの抵抗分布を中央部は均一にして両端部近傍だけ高
くしておくのである。 次に、赤外線紫外線ランプについて説明する。 目的は、赤外線と紫外線が、シリコンウェハに同時かつ
均一に照射できれば、赤外線ランプ、紫外線ランプを２
本並別に並べてもよいわけである。しかし通常２本並列
に並べるとよほどランプからシリコンウェハまでの距離
を遠（しないと均一性は実現されない。ランプとウェハ
の距離を遠くしたのでは、加熱効率、照射効率が急激に
落ちてしまう。そのため、第５図［ｂｌには赤外線ラン
プと紫外線ランプを同心円筒状に一体構成した例を示し
ている。内側の赤外線ラン。 プ部分は、第５図ｆａｔに示されているものと同じであ
る。その外側に同心円筒状に紫外線放射用の放電管が設
けられているわけである。５３は、酸化物を被覆したタ
ングステンフィラメント陰極、５４は陰極の外部へのリ
ード線、５５はタングステン板あるいはモリブデン板の
リング状の陽極、５６は陽極の外部へのリード線、５７
は放電空間である。放電空間には、それぞれ目的の波長
の紫外線を放射するガスが、１種類もしくは複数種類、
０．１〜１０　Ｔｏｒｒ程度の圧力で封し込められてい
る。封じ込むガスは当然、十分純化されたものである。 それぞれのガスの発光波長は次の通りである。アルゴン
：　２７５４Ａ、２７４５人、２７０８人、２６４７人
、２５１７人、２５１６Ａ、４セｚン：２６７７人、２
６ｏ６Ａ、２４７６人、クリプトン：　２４２８入　、
２４１８Ａ、２３７６入、２３１６人、２２８８Ａ、２
２８３Ａ、水銀＋　２９６７人、２９２５人、２８９３
人、２８４８λ、２７５３人、２６５５入、２６５４Ａ
、２６５２入、２５３７人、２４６４久、２４４７入、
２３９９人、２２２５入、ネオン：　２６４７人、ヘリ
ウム：　２９４５人、２８２９入、２７６４人、２７３
３人、２７２３入、２５１１入、２３８５人、２３０６
Ａ、２２５３Ａ、重水素：２４００Ａ、などである。こ
の他のガスでも、　　１５００Ａ程度から３ｏｏｏＸ程
度の発光波長を持つものであればよいし、発光効率を高
くするために、複数のガスを封入することもよい。放電
管は、通常直流放電で動作させるが、放電開始時だけ放
電開始用のパルス電圧を印加する。放電状態における、
放電管の電圧降下は、形状やガスにもよるが、１０■か
ら数１０■程度である。 複数ガスの混入は、一方を紫外線照射用ガス、検力をた
とえば不遺性ガスにして、紫外線照射用ガスの紫外線照
射レベルよりやや高いエネルギレベルの準安定レベルを
有する不盾性ガスを組み合わせることが特に有効である
。複数の波長の紫外線を要求する時には、それぞれ複数
個のガスを使うということも有効である。こうした、準
安定レベルや紫外線発光レベルを決めて行くには、グラ
トリアンダイアグラム（例えば、Ｓ、Ｂｏ、５Ｌｉｎ、
　　Ｊ　、Ｏ，５ｔｏｎｅｒ、　Ｊｒ、著Ａｔｏｍｉｃ
　ｅｎｅｒｇｙｂｕｅｌ　ａｎｄ　ｇｒｏｔｒｉａｎ　
ｄｉａｇｒａｍ、　　Ｎｏｒｔｈ　−Ｈｏ１ｌａｎｄＰ
ｕｂ、Ｃｏ、　１９７５年発行）　を使用すればよい。 もちろん、　Ｎｅ　、　Ａｒ等を封じたホローカソード
ランプも有効である。 赤外線ランプや紫外線ランプが直径１ｃｒＲ以下の細い
ランプに形成できる２時は、第１図のように一体構造に
構成せず−こ、両者を交互に配列して、一本おきに配列
された赤外線及び紫外線ランプからのそれぞれの光の強
度がウェハ面でほぼ均一になるように反射面を構成し、
先に述べたように、ランプの周期の１０倍程度の距離ｊ
こ亘って周期的な往復運動を与えれば、均一な成長、薄
膜形成が行える。 第１図に示すように、十分に清浄に洗浄したウェハの水
分を完全に除去した後、石英皿あるいはサファイア皿１
２１こシリコンウェハをのせて反応管１１中の所定の場
所にセットする。反応管内を一度真空Ｉこ引いた後、純
化された水素ガスを流して、完全に反応管内雰囲気を純
化水素で置換する。シリコンウェハを挿入する反応管挿
入口１と窒素ボックスを設け、外気と完全に遮断してウ
ェハの出し入れが行える場合には、もちろん真空に引い
たりする必要はなく、十分に水素ガスを流せばよい。そ
の状態から、赤外線加熱てウェハの温度を上げて、まず
Ｈ２中にＨＣＩを１％前後混入して、シリコンウェハ表
面の気相エッチを行なった後、原料ガスを流してエピタ
キシャル成長する。ガスの予熱炉は、当然温度を上げて
おく。Ｓｉ　Ｃ４４＋出系でも、ＳｉＨ４＋　Ｈ２系て
もいずれも、たとえば、水銀放電ランプからの紫外線照
射をしながら成長させると、いずれも従来の成長温度に
くらべて１００℃〜２００°Ｃ低い温度でエピタキシャ
ル成長層が得られる。 ガスの流れによるウェハ表面の温度低下が上側からの赤
外線加熱量を制御する乙とにより、補償されるため、シ
リコンウェハの温度分布を均一に保てる゛ため、ストレ
スによる影響が少な（きわめて品質の高い結晶番こなる
。同時に、シリコンウェハ以外高温になる部分が殆んど
ないため、反応管や皿、サセプタからの汚染が少なく、
非常に優れた結晶になる。１０ｕ〜１０１５α−３程度
の不純物密度の結晶成長層で、キャリア寿命が数１００
μｓｅｃから数ｒＩＬｓｅｃのものが容易に得られる。 反応管内部からの汚染が非常に少ないわけであるからｓ
　Ｈ２ガス、原料ガス、ドーパントガスの純化がきびし
く要求される。ガス配管系では、リークの十分少ないバ
ルブを使用することはもとより、できるだけバルブジヨ
イントの数を減少させ、溶接できるところは全部溶接に
する。 さらに、配管後記管全体を２００℃程度に上げて、純化
水素中で十分管壁の脱ガスを行う。配管、バルブ、フィ
ルタ類は全部金属製のものを使用する。ガスの流れによ
る静電気の帯電を防止するためである。配管の一部を接
地することも重要である。絶縁物性のフィルタ（たとえ
ば、０．２μ濯）など使ったりすると数１０万Ｖ程度の
帯電が起り、常圧中といえども局所的に放電が起こり汚
染の原因となる。配管系を全部導電性の材料で構成して
も、反応管や皿は絶縁物であり、ガスが流れると、反応
管の静電帯電は激しく起り、敵方Ｖ程度にはすぐに帯電
する。こうした帯電が、均一性や成長層の質の低下の原
因となる。 放電か起れば当然汚染の原因となる。反応管や皿を導電
性材料で作れれば問題はないが、現在適した材料はない
。一つの解決策は、反応管内壁や皿の表面全面に、導電
性窒化膜をＣＶＤで堆積することである。５ｉＣＪ４　
＋　ＮＨｓ　十Ｃ３Ｈ８＋Ｈ２ガス系のＣＶＤにより、
カーボンが０．１〜５重量重量パーセント柱た窒化膜が
堆積し、この窒化膜は導電性を示す。こうすることによ
り、反応管内の帯電が防げて、均一性、品質が向上する
。カス系トシテハ、ＳｉＨ４＋ＮＨａ　十Ｃ３Ｈ１ｌ　
＋Ｈ２系を用いて、導電性窒化膜をコートすることもで
きる。 第１図で、シリコンウェハは平担な皿１２の上にのせら
れているから、シリコンウェハが加熱されると皿の温度
も上昇する。超高純度石英の光の透過率を第６図、７図
に示す。第６図は、０．１８μｍか４．０μ溝までの波
長の光こと対する、２ｎ厚さの超高純度石英の透過率が
示されている。 ３μｍ以上の長波長の光は吸収され、０．３μｍ以下の
光も吸収される。０．３〜２．５μ溝程度の波長で透過
率が、９５％となっているのは、吸収によるものではな
く、反射に起因している。０．３μ惧以下の波長の光に
対する、厚さ１ｍ、３ｍ。 ５闘の石英の透過率が第７図である。０．１７μｍ以下
の波長になると石英により光が吸収されるようになる様
子を第７図は示している。当然、石英が厚くなるほど透
過率は低下する。一方、１ｆｉ厚さのサファイアの光の
透過率を第８図に示す。０．３μ濯程度から５μ溝程度
の波長の光までサファイアは吸収しない。透過率の低下
は反射によっている。０．３μ惜以下の波長の光に対し
ては少しずつ吸収が増加し、０．１５μｍ以下１こなる
と吸収は急激に顕著になる。 シリコンウェハをのせる皿の温度が上ることが、問題番
こなると貰マ、第９図に示すように皿に突起部を設け、
ウェハと皿との実質的な接触面積を小さくすればよいの
である。突起間の間隔が広いほど、ウェハから皿に流れ
る熱流が減少し、皿の温度上昇は少ない。しかし、間隔
があまり広いと、高温になればシリコンもやわらかくな
っていて、変形を起し歪の重大な原因になる。このよう
な構造にすると、皿の突起と接触部からだけ伝導熱が流
れるため、温度分布を生し易い欠点は存在する。こうし
た温度分布をきらうときＩこは、　５ｊｓＮａをコート
した皿を用いることになる。 次に、熱酸化膜形成について説明する。デバイスの微細
化が進むにつれ、特にＭＯＳ）ランジスタのゲート酸化
膜あるいはゲート窒化膜の厚さは薄くなって行く。ゲー
ト絶縁膜を薄（してやらなければ、変換フンダクタンス
が大きくならず、特性が改善されないためである。１０
０人程変種下の厚さの熱酸化膜を再現性よく、かつ均一
で良質に生成することは通常非常に難しい。１ｏｏＡ以
下の酸化膜生成は、Ｍｏｔｔ　　ａｎｄＣａｂａｒｅｒ
ａによるｆｉｅｌｄ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｄｉｆｆｕｓ
ｉｏｎ　モデルで考えられている。すなわち、　５ｉ（
ｈ表面に吸着した０２分子とシリコン基板の化学ポテン
シャルが一致するように、Ｓｉ基板から０２分子に向っ
て電子が５ｉ０２膜中をトンネル効果で抜ける。 このため０２分子が負に帯電してＳｉｏ２膜両端に電位
差が生じる。その電位差は、数１００　？７ＬＶ程度で
あろうと言われている。たとえば成長中の膜厚力、３０
人、電位差がａｏｏ　ｍｖとすると、この状態での酸化
膜に加わる電界強度は１０’　Ｖ／ｍである。０２−イ
オンは、この電界強度によってドリフトしてシリコン表
面に達して、シリコンと反応し５ｉｎ２を生成すると考
えられている。こうした機構で酸化膜が生成されるので
あれば、ガス流によってＳｉｏ２表面がランダムに帯電
される現象は、５ｉ０２膜生成を不均一にする重要な原
因になる。本発明の赤外線加熱紫外線照射炉では、こう
したガス流１こよる酸化膜のランダムな帯電現象を抑え
て、１００人程変種るいはそれ以下の薄い酸化膜でも、
きわめて均一で良質な膜か生成される。 第１図に示すようにシリコンウニハラ、反応管内に挿入
する。シリコンウェハはそれまでの工程で、たとえば所
望のゲート酸化膜を形成する部分を残してそれ以外のと
ころは厚いフィールド酸化膜によって覆われている。酸
化膜形成の時には、エピタキシャル成長と異なり、皿１
２を第１図のように角度を持たせる必要はなく、反応管
壁と平行な配置でかまわない。ガス１４は、ドライ０２
である。塩酸酸化を行う時は、ドライ０２に対して１〜
７９６程度の塩化水素（Ｈｅ７　’）を混入する。０２
ガスには、Ｎ２、Ａｒ、ＣＨ４、ハロゲン、Ｎ２０、Ｃ
Ｏ２、ＣＯ、ハイドロカーボン、Ｈ２０等か、通常純化
ガスと言われているものでも含まれているので、白金触
媒筒、モレキューラ−シービングカーボンとゼオライト
系吸着剤であるゼオボートあるいはゼオハープの吸着筒
を通してさらに不要のガス成分を除去する。ＨＣＩガス
にも、通常水分が含まれているので、ゼオハープ等の吸
着剤で水分除去を行う。赤外線でシリコンウェハを８０
０℃〜１１００℃程度の所定の温度に加熱し、高純度の
酸化性雰囲気中でシリコン表面を酸化する。第７図から
分るように、２６０ＯＡ以下の波長の紫外線になると、
　５ｉ０２は紫外線を吸収する。波長が、短い程、５ｉ
０２は良く吸収する。紫外線を吸収すると、ＳｉＯ２は
やや導電性を帯びる。したがって、ガス流などによって
Ｓｉｏ２表面が静電的に帯電しても、この帯電は薄い５
ｉ０２膜を通してたたちにシリコンウェハに流れてしま
い、シリコン基板とＳｉｏ２表面の間には化学ポテンシ
ャルを一定にするための電位のみが存在するようになり
、５ｉ０２膜生成はきわめて均一にしかも制御された速
度で行なわれるわけである。酸化速度を制御するために
、不活性ガスＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ等を同時番こ流しておく
ことも有効である。沸点が４．２°にときわめて低いＨ
ｅは、配管系さえリークのない系にすれば、きわめて純
度の高いガスにできる。酸化直前にＳｉ面を、ＨＣＪで
気相エツチングしておくとよい。本発明の装置では、先
にも述べたように、ウェハの上下から赤外線によりウェ
ハを加熱てきるため、ウェハ内の温度分布をきわめて少
なくすることができるため、殆んどストレスの影響を受
けない酸化が行えて、ｌＯＯ人程変種下の薄い酸化膜た
けでなく、１０００　Ａ程度までのドライ酸化において
も、またＮ２０を含んだウェット酸化憂こおいても、均
一かつ均質で、界面準位が少なく、Ｏ９Ｆなとの殆んど
ない酸化膜が生成される。 Ｎ２　十ＮＨ３系ガス、あるいはＮＨａにＨｅ、Ｘｅ。 Ａｒ等の不活性ガスを混ぜた系での熱窒化においても１
本発明の赤外線加熱紫外線照射炉はきわめて有効である
。 本発明の赤外線加熱紫外線照射炉は５ｉ０２、Ｓｌ　３
Ｎ４　、等のＣＶＤにも有効である。原料ガスとなる５
ＩＨ４ｓ　Ｎ２０、ＮＨｓ等のガスは、通常２２００Å
以下、特に２００ＯＡ以下の波長の紫外線を吸収して分
解する。したがって、紫外線ランプや反応管を石英より
、ずっとこの領域で透過率の高い材料で構成すれば、直
接原料ガスを紫外線照射て分解して反応を促進すること
ができる。たとえば、５ｊＨ４＋　Ｎ２０系ガスで５ｆ
０２膜を堆積する時には、１７６０−′″入〜２０００
　Ａ程度の紫外線照射により、Ｎ２０　＋ｈν→Ｎ２　
＋　Ｏ（ＩＤ）と分解し、分離したＯ（酸素）がＳｉＨ
４と反応して、５ｉ０２が堆積する。 この時の、紫外線ランプとしてはＮ２ガス１１人した放
電管にするとか、Ｎｅを封入し、ＡｓやＣ（カーボン）
等を陰極にしたホローカソードランプを用いればよい。 他の方法は、たとえば原料ガス中にＨｇ蒸気を混ぜてお
いて、Ｈｇランプからの紫外線（２５３７人）で珈を基
底状態から励起状態に励起し、励起状態にあるＨｇと原
料ガスとの反応で目的の膜の堆積を行なうわけである。 たとえば、珈＋ｈν（２５３７人）　−ＨｇＨ Ｈｇ舛＋Ｎ２０→Ｎ２　＋Ｏ（３Ｐ）　　＋Ｈｇｏ　（
ａｐ）は基底状態にある酸素であるが、この酸素とＳｉ
Ｈ４の反応により、５ｉ０２が堆積する。原料ガス系は
通常反応管の中で、数Ｔｏｒｒ程度の減圧状態にする。 このように、いわば解媒の役割を果すＨｇのようなガス
を封入するときには、本発明の紫外線放射ランプの封入
ガスもＨｇにしておけば、きわめて効率のよいＨｇの励
起が行なえるわけである。Ｓｉ３Ｎ４膜堆積のプロセス
は、次のようである。 Ｈｇ＋ｈν（２５３７人）→Ｈｇ共 Ｈｇ　＋　５ｉｌ（４→ＳｉＨ３＋　Ｈ十珈Ｈｇ’　＋
　ＮＨａ→ＮＨｚ＋Ｈ＋Ｈｇこのように生成されたＳｉ
Ｈ３とＮＮ２の反応でＳｉ３Ｎ４が生成される。このよ
うに光励起Ｃ’Ｖ　Ｄプロセスハ、１００℃〜２００℃
のシリコンウェハ温度テのＣＶＤが行えるため、それま
でのプロセス、たとえば不純物分布や、電極としてのＭ
の存在などに殆んどまったく影響を与えないため、きわ
めて好都合である。膜質は、　４００〜４５０’Ｃ程度
の温度でのＮ２中アニールで向上スル。 Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶ
Ｄ）　ニも、同様に適用できる。Ｇａ　Ａｓの成長は、
（ＣＨ◇３　Ｇａ　＋ＡｓＨ３＋）（２系ガスの反応に
よりエピタキシャル成長する。Ｇａ　Ａｓ基板表面を、
Ｈｇ　ｓ　Ｈｅ　ｓ　Ｄ２　（重水素）　、　Ｘｅ等の
放電からの紫外線で照射しておき、上記ガス系に紫外線
ランプと同一のガスを添−加するのである。（ＣＨρ３
　＋ＮＨ３＋Ｈ２系ガスによるＡｊＮのＭＯＣＶＤ等に
対してもまったく同様である。 第１図では、横型の反応管のガス流に対して垂直方向１
こ配置されたランプを多数本ガス流方向に並べる構造に
ついて説明した。この構造でたとえば、ランプの長さを
、６０ｏ＋＋とすれば、ガス流に対して垂直方向に４イ
ンチウェハを４枚並べることができ、ランプを並列に並
べる本数を多くすれば、一度に２０〜４０枚程度の処理
は十分に行える。もちろん、もっと多くすることも可能
である。 この方式にくらべれば、一度に処理できる枚数は減るが
、ランプをガス流方向に、円筒状に配置した構成にする
こともできる。その−例を第１０図に示す。なお、図中
の番号は第１図と同じである。円筒状に配置された赤外
線ランプ１９と赤外線紫外線ランプ（簡略に表現しであ
る）１７の中に、円筒状の反応管１１が挿入され、シリ
コンウェハ、皿が配置されている。この場合には、ガス
流方向にランプが配列されているから、外部からガス流
方向の温度分布を制御することはできない。ランプ設計
時に夕ングステンフィラメントの巻き方で抵抗分布を所
望の形に設計しておくことになる。 この円筒型の炉の場合に、成長膜等の均一性を向上させ
るには、ランプ加熱炉を周期的な往復回転運動をさせる
と有効である。その場合には、第１０図のように一体構
成のランプではなく、赤外線ランプ、紫外線ランプを交
互に配置させてもよいわけである。 これまでは、よこ型反応管に対して説明してきたが、本
発明の半導体製造装置がよこ型炉に限らないことはもち
ろんである。バレル型炉、ディスク型炉に適用できるこ
とはもちろんである。その概略を第１１図、１２図に示
す。 第１１図のバレル型炉で、６３：石英ベルジャ、６１：
高純度シリコンサセプタ、６２：排気ガスである。すな
わち、石英製ベルジャ内に設けられたシリコンサセプタ
上に半導体ウェハが置かれ、石英ベルジャ外部に設けら
れた赤外線紫外線照射ランプてウェハは加熱され、かつ
紫外線により反応が促進されるのである。図示はしてい
ないが、赤外線紫外線ランプ外側には当然反射容器が設
けられている。均一性を増すために、サセプタは成長中
回転するようになされている。 第１１図のバレル型炉は、基本的には円筒状である。し
たがって、ランプ１７が、この図では、バレル炉に巻き
付くように示されているが、このように配置しようとす
ると、サークル状のランプが必要となり作ることがやや
難しい。ランプ１７を直線状のもので配置するときには
、円筒状の反射筒、バレルに沿う形で上下に１本１本並
べることが有効である。内部のウェハ支持具が回転して
いるから、一体構造に構成されたランプではなく、細い
赤外線ランプと紫外線ランプを交互に配置することも有
効である。内部のウェハ支持具を回転させる構造では、
どうしてもリーク量が増加する。その場合には外部のラ
ンプを往復回転運動させれば、反応系内のリー。 □ りが少なくなりより優れた膜が形成できる。 第１２図のディスク型炉で、６４はＳｉＣコートされた
カーボンサセプタ、６５：同心円筒状に巻かれた高周波
コイル、６６二石英治具、６７：原料ガスを伏結するス
テンレス等の配管、である。石英治具は高温になって、
５ｔ０２の蒸発が汚染の原因になるときは、Ｓｉ３Ｎ４
等を表面に堆積させればよい。サファイアにしてもよい
。この装置も均一性を増すために、配管６７が回転する
ようになされている。１００　ＫＨｚ〜１０　ＭＨｚ程
度の高周波でカーボンサセプタを加熱して、ウェハ１３
を加熱する。ウェハ１３は、同時に赤外線紫外線ランプ
１７により加熱され、ガス流によるウェハ表面温度低下
が抑えられている。この場合でもランプ１７の上側には
、反射容器が当然設けられる。 このディスク型炉の場合も、赤外線ランプ、紫外線ラン
プを交互に並べて、ランプのピッチの１０倍程度前後の
距離にわたって周期的に往復運動させると有効である。 ここでは、第５図［ｂｌに示すよう基こ同心円筒状に赤
外線ランプと紫外線ランプとを一体化した構造を示した
が、必ずしも同心円筒状に構成する必要はない。円筒状
あるいは楕円状の石英管の中心に仕切りの石英板を入れ
て２つに分割し、　　。 一方を赤外線ランプ、他方を紫外線ランプとしてもよい
。要するに、赤外線及び、紫外線が半導体ウェハ表面を
できるだけ均一に照射するようになっていればよいので
ある。 また、実施例では、石英皿、サファイア皿、シリコンサ
セプタ、カーボンサセプタ上に半導体ウェハを密着して
のせるセットの仕方だけを示したが、特に酸化、窒化、
ＣＶＤ等のときには、石英皿やサファイア皿に切り込み
を設けて、半導体ウェハを斜めに立てることもよい。半
導体ウェハ表面に赤外線及び紫外線が均一に照射サレレ
ばヨイノテある。５ｉ０２　ＣＶ　Ｄ　ヤＳｉ３Ｎ４　
ＣＶＤのときのように半導体ウェハ温度が、１００〜２
００℃程度で十分なときには、温度差によるストレスの
問題もそれほど厳しくないから、たとえば、第１図で、
加熱用赤外線ランプは半導体ウェハの下側にだけ設け、
上側からの半導体ウェハ表面には紫外線照射たけ行うよ
うに紫外線ランプだけを設けた構造でもよい。温度が低
い場合には、ガス流による温度低下の問題もそれ程はき
びしくないからである。たＷ、　７００〜８００℃以上
の温度を要するプロセスでは、赤外線紫外線一体構造ラ
ンプにしてウェハ表面の温度低下を補償しながら、紫外
線照射により反応を促進する方がより良質のものが得ら
れる。もちろん、赤外線ランプ、紫外線ランプを交互に
配置して、均一照射ができるように構成したものであっ
てもよい。 以上説明してきたように本発明の半導体製造装置は、エ
ピタキシャル成長、熱酸化、熱窒化、ＣＶＤ成長する半
導体ウェハ表面を加熱用の赤外線及び紫外線が均一に照
射するように、構成し、低温で高品質の成長、酸化が行
えるようにしたものであり、低温プロセスを指向するＬ
ＳＩ及びＶＬＳＩの分野などきわめて価値が高い。 ４、図面の簡単な説明 第１図、第３図及び第１０図は本発明の赤外線加熱紫外
線照射炉、第２図は本発明の赤外線加熱紫外線照射炉を
用いたエピタキシャル成長炉、第４図は本発明の赤外線
加熱紫外線照射炉の制御系、第５図は本発明の装置に使
用されるランプの構造でＩａ）は赤外線ランプ、（ｂｌ
は赤外線紫外線ランプ、第６図は厚さ２ｊｌＩ１１の超
高純度石英板の光の透過率の波長依存性、第７図は厚さ
１．３．５ｆｌの超高純度石英板の紫外光に対する透過
率、第８図は厚さ１ｆｆの超高純度サファイアの光透過
率の波長依存性、第９図は突起を設けた皿、第１１図は
本発明の装置を用いたバレル型炉概略図、第１２図は本
発明の装置を用いたディスク型炉の概略図である。 特許出願人 手　　続　　補　　正　　書 号 ２発明の名称　　半導体製造装置 ３補正をする者 事伺との関係　　特許出願人 １１　所　　宮城県「Ｕ市７１工欠（番地なし）「明細
書の発明の詳細な説明の 欄」 ５補正の内容 別紙のとおり （補１の対象の−に記載した事項以外は内全文訂正明細
書 １、発明の名称　半導体製造装置 ２、特許請求の範囲 半導体ウェハ表面を赤外線及び紫外線が均一に照射すべ
（、一体化構造赤外線紫外線ランプを前記半導体ウェハ
表面上方に配置し、前記一体化構造赤外線、紫外線ラン
プの背後に、前記赤外線及び紫外線の反射容器を備えた
ことを特徴とする半導体製造装置。 ８　発明の詳細な説明 本発明は、結晶成長、熱酸化、ＣＶＤ膜成長等を低温で
高品質なものとして製造できる半導体製造装置に関する
。 Ｓｉの気相成長、Ｓｉｎ、膜あるいはＳ　ｉ　−Ｎ、膜
のＣＶＤにおいて紫外線照射を行なうと、きわめて低温
での成長が可能なことはすでに良く知られている。Ｓｉ
Ｃム＋Ｈ，ガス系の気相成長でＳｉを成長させる場合は
通常１１５０〜１２００℃一度の温度で成長させるので
あるが、水銀ランブの紫外線照射を行うど、７８０・−
８６０℃程度の温度でも十分Ｓｉの気相成長が実現され
る（　Ｍ　、　Ｋｕｗａｇａｗａ＋　Ｊ−Ｎｉｓｂｉｚ
ａｗａ他：　Ｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔ、ｈ　　　
ｗｉｔｈ　　　ｌｉｇｂも１ｒｒａｄｉａｔｉｏｎ、Ｊ
、Ａｐｐｌ　。 Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、７゜ｐｐ、１８８２二１８４１　、
１９６８　）。 ７００〜９００℃程度の温度でＣＶＤ成長が行なわれて
いるＳｉｎ、膜やＳｉ易歯膜が、Ｈｇ　−１−Ｓ　ｉ　
Ｈ４−１−Ｎ、Ｏガス系及びＨｇ　−１−Ｓ　ｉ　Ｈ４
−４−ＮＨ，ガス系などを用いて水銀ランプの紫外線を
照射すると、１００〜２００℃程度の低温で十分に実用
に耐えるｓｈｏ、　ｃＶＤｇヤ５ｉｌＮ４ＣＶ　Ｄ膜カ
ｍ　ラｔ’Ｌ−ｒイル（たとえば、Ｊ　、　Ｐｅｔｅｒ
　：　”　Ｌｏｗ　　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｈｏｔ
ｏ　−ＣＶＤ　ｏｘｉｄｅ　　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　
　ｆｏｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ’　ｄｅｖｉｃｅ
　　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　＋　”　Ｔｅｃｂ。 Ｄｉｇ、ｏｆ　１９８１　ＩＥＤＭ、　ｐｐ−２４０−
２４８）　Ｊ−Ｗ。 Ｐｅｔｅｒ他：Ｌｏｗ　　ｔｅｍｐｅｒａｆ、ｕｒｅ　
　ｐｈｏｔｏ　−ＣＶＤ８１０ｃｏｎ　　　ｎ１ｔｒｉ
ｄｅ　：　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　　　ａｎｄａｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎｓ、”ｓｏ＋ｉｄ　　５ｔａｔｅ　　Ｔ
ｅｃｈ、＋ｐｐ−１２１−１２６、５ｅｐｔ−１，９８
０）。 本発明の目的は、所要の波長の光を半導体ウェハ表面及
びガス系に照射しながら、気相成長、ＣＶＤ、熱酸化、
熱窒化等の高品質の薄膜、成長層を低温で得ることので
きる半導体製造装置に関する。 以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。 シリコン系の半導体プロセスを例にとって本発明を説明
する。通常、シリコンの気相成長、熱酸化、熱窒化、Ｓ
ｉＯ，ＣＶＤ％５ｉ−Ｎ−ＣＶＤのいずれにおいても、
シリコンウェハを所定の温度に上げておいて、そこに所
定のガスを流すことによって、所望の成長層、薄膜を得
ている。 半導体ウェハを所定の温度に上昇させて保ち、かつ反応
促進のための紫外線照射を同時にかつ均一に行える、本
発明の半導体装置の断面図の一例を第１図に示す。第１
図は、石英ガラス等で作られた矩形反応管と赤外線ラン
プ加熱により、シリコン気相：成長を行う本発明の半導
体製造装置を示している。横型炉の場合の例である。 ガスの流れの方向に沿って、矩形反応管の中心に沿った
断面図になっている。ＩＩＷＩ図において、１１は石英
ガラスの反応ＩＦ、　　ｍ２はシリコンウェハをのせる
ための石英もしくはサフｙイアの皿、１８はシリコンウ
ェハ、１４はシリコンエヒタキシャル成長用の純化され
たガス（Ｈ１＋５ｉＣｊ、、Ｈｔ＋５ｉＨＣ１−％Ｈ−
ｌ−５ｉＨ−Ｃム、Ｈ，−１−３ｉＨ，等）、１５は紫
外線赤外線ランプ１７がらの光を効率よく反射し、殆ん
ど平行光線にする略々放物線型の反射面でありその表面
には金（Ａｌｌ＞あるいはＡｊ−ＭｇＦがコーティング
されている。１７は二重管構造にされ内部に赤外線放射
用タングステンフィラメントを持った赤外線及び紫外線
放射ランプ、１９はシリコンウェハ加熱用赤外線ランプ
、２０はタングステンフィラメント、１８は赤外線及び
紫外線反射面を備えた金属容器、２１は金属容器中に設
りられた金属容器水冷用の水を流すための穴である。 さらに、左右に多数本のランプが並ぶ本発明の装置の一
部の断面図になっている。第１図の例では、シリコンウ
ェハを赤外線ランプで直接加熱する例について示しであ
る。通常、従来は皿１２の上にさらにＳｉＣコートされ
たカーボンサセプタあるいは高純度シリコンよりなるサ
セプタが置かれ、その上にシリコンウェハが置かれてい
る。もちろん、本発明でも、ＳｉＣコートカーボンサセ
プタあるいは高純度シリコンサセププタを用いてもよい
ことは、もちろんであるが、しかし、第１図の例に示す
ような赤外線ランプ加熱方式を用いる時に、サセプタを
用いると、リセプタは通常シリコンウェハより、はるか
に熱容量が大きいため、サセプタが１’０５０℃〜１２
００℃に加熱されると、その輻射熱及び伝導熱によって
反応管１１や皿１２が非常に高温になり、ガス系からの
反応析出物（この場合にはたとえばシリコン）が堆積し
て、赤外線の透過率が、気相成長中に次第に変化すると
いう欠点を有する。すなわち、反応管１１や皿１２の赤
外線透過率が減少するため、シリコンウェハの温度が低
下するとともに、反応管や皿が赤外線によって、直接加
熱されるようになって、ますます反応折′出物が多量に
堆積し、反応管や皿にばかり反応生成物の堆積が進んで
しまうことになる。 こうした、反応管壁や支持皿に反応析出物が多く現われ
るのは主として、Ｓｉのエピタキシャル成長のように非
常に高い温度を要するプロセスにおいてである。反応管
壁の冷却は、たとえば反応管を２重にして外管と内管の
間に純化されたＮ、などの不活性ガスを流すことによっ
て行える。反応管が高温になると、析出物が堆積するだ
けではなくて、反応管からの蒸発が起ること、史に、反
応管自体の遮気性が増して外部からの汚染物の混入が生
じて、クリーンプロセスにとっては大変都合が悪い。２
重管方式は一つの解を与えている。成長層を成長中にど
うしてもこうした反応析出物の問題が起る場合には、こ
うした析出物をエツチングするガスを同時に流しておく
と有効である。たａ、、えば、Ｓｉのエピタキシャル成
長の場合には、ＨＣＪガスを流しておくことにより、反
応管への析出物はエツチングされ、Ｓｉ基板上にはＳｉ
がエピタキシャル成長される。また、当然のことである
が、サセプタ自身からの汚染の問題が起ってくるし、反
応管の石英が高温になるとどんどん蒸発するためシリコ
ン成長層中への酸素混入の原因になる。１２００℃にお
ける石英の蒸気圧は１０−”Ｔｏｒｒ台ときわめて高い
のである。したがって、第１図のようにシリコンウェハ
を直接加熱する方式が、周囲の温度を殆んど上昇させず
に、シリコンウェハだけが高温になるため、きわめて好
ましい（もちろん第１図のようにシリコンウェハが皿１
２にべたにのせられている場合には、皿１２の温度はシ
リコンウェハに近い温度にまで上昇する。したがって、
この場合には、皿の下側にＳｉＣムなどの原料ガスが流
れ込まないように皿の構造を作る）。蒸気圧の差を考え
ると、皿１２は蒸気圧の少ないサファイアの方が好まし
い。第１図のように、シリコンウェハ１を直接□ 加熱する場合の問題点は、（１）流れ込んでくるガスが
、シリコンウェハ上に到達して初めて温度上昇すること
、その事によるシリコンウェハの冷却の問題、（２）シ
リコンウェハを均一に加熱する問題、（８）シリコンウ
ェハの温度の測定、という８点である。（１）の冷いガ
スがシリコンウェハに直接吹きつける問題は、第２図の
ように第１図に示した本発明の赤外線加熱紫外線照射炉
１０のガスの上流側に抵抗加熱電気炉２Ｂを設けて、ガ
スをあらかじめ所定の温度に上げておけばよい。その温
度は、原料ガスが反応したり、熱分解を起し始める温度
よりやや低めにしておけばよい。たとえば５ｉＣＬ系ガ
スであれば６００〜７００℃程度、５ｉＨ−系ガスであ
れば、２００〜３００℃程度である。要するに抵抗加熱
炉２８であたためられた原料ガスが反応したり熱分解し
たりして、反応管壁に打出物を生じないぎりぎりの温度
に設定すればよいのである。第２図で、２２は排気ガス
である。第２図に示すように、抵抗加熱電気炉２８を設
けるとともに、皿１２のガスの最上流側にシリコンウェ
ハを所Ｗの枚数設置し、そのシリコンウェハの温度を炉
１０で加熱して、ガスの加熱に使うことも有効である。 いわばダミウェハとして使うわけである。しかし、いず
れにしてもガスの温度は、シリコンウェハよりは低いか
ら、ガスが流れることにより、ガス流にさらされるウェ
ハ上面はどうしても冷却される。シリコンウェハの上面
と下面の間に温度差が生じると、ウェハ内部にストレス
が生じ、激しい場合には、ウェハ表面にきわめて微細な
穴（０，１〜２μｍ程度）が開いたり、割れ目が生じる
。第１図の本発明の装置では、ウェハ下面からの赤外線
加熱と表面側からの加熱が独立に行なわれるから、ガス
流量を多くする場合には、表面側からの赤外線加熱量を
多くして、ウェハ上面下面間の温度をできるだけ小さく
すればよい。また、ガスの上流側のウェハが冷却され易
いから、上流側のランプ照射強度を強くしておくとよい
。 第２の、シリコンウェハの均一加熱に対しては、赤外線
加熱ランプ１７．１９の直径を細目に作り、第１図に示
されるように周期を短くして並べると同時に、略々放物
線形の反射面１５を設けて、平行に反射される赤外線を
多くすればよい。たとえば赤外線加熱ランプ１９の直径
を６〜１２ｆｌ程度に作り、周期を１０〜２０ｆｌ程度
にすると有効である。もちろん、上面側の赤外線紫外線
照射ランプ１７もできる限り細く設計するとよい。ただ
し、後半で説明するようにシリコンエピタキシャル成長
や熱酸化、熱窒化のように高い温度を必要としない、Ｓ
　ｉｏ＝膜あるいはＳｉ、Ｎ、膜のＣＶＤのような場合
には、それほどランプの直径を細くしなくても、ランプ
とシリコンウェハの距離をやや離すことによって、均一
な加熱が実現される。 比較的高い温度を要求するプロセスの場合には、ランプ
とウェハの距離を接近させる方が、少ない電力でウェハ
を所定の温度にまで上昇させることができて有利である
。この′場合には、ランプがガスの流れの方向に周期的
に設けられている構造を反映して、赤外線照射量や紫外
線照射量に周期的な変動が現われ易い。この欠点を除去
するには、第１図や第２図で、赤外線加熱紫外線照射炉
を、反応管に沿ってゆっくり周期的に運動させればよい
。空間的な周期は、赤外線ランプ、紫外線ランプの周期
の数倍から１０藉程度あれば十分である。もちろん、こ
れより長い周期でもよい。運動速度は例えばｌ　ｍ　／
　ｓｅｅ〜１００ｍｙ／ｓｅｅ程度の範囲でよい。ただ
し、この速度は、形成する膜の成長速度と関連している
。 膜の成長速度が速い場合には、この運動速度も当然速く
しなければ、均一な成長は得られないことになる。赤外
線加熱紫外線照射炉の重量が軽ければ、等速度で等周期
の運動でよいか１周期運動の折り返し部で余分な時間を
要する場合には、周期を何段階か複数に連続的に変えて
、ウェハの各場所の赤外線及び紫外線照射量が同じにな
るようにすればよい。ランプ加熱炉を、ガス流方向に所
定の距離往復運動させることも、均一加熱には効果的で
ある。 第８図を用いて、シリコンウェハと等価の温度測定につ
いて述べる。赤外線加熱ランプの輻射線の波長帯域が、
入力電力にもよることではあるが、０．３μｍ程度から
５μｍ程度まで拡がっているため、シリコンウェハ表面
温度を放射型温度計で計測するのは大変難しい。すなわ
ち、赤外線ランプからの赤外線がシリコンウェハ表面で
反射されて、放射型温度計の入力に混入してしまうから
である。熱電対をシリコンウェハに直接接触させること
は、熱電対がガス中にむき出しになり汚染の原因となっ
てまったく不可能である。細い石英管を反応管中に入れ
て、その中に熱電対をただ入れただけでは、加熱ランプ
からの赤外線によって熱電対が加熱されるから、熱電対
が何の温度を測っているかまったく分らない。いずれに
しても、シリコンウェハの温度を正確に測ることは難し
い。ここでは、比較的シリコンウェハ温度に近い温度の
測定方法を、第３図を使って説明する。点線で書かれた
１７が、第１図でシリコンウェハ表面側から赤外線及び
紫外線を照射するランプである。多数本並列に設けられ
ている。２０′は赤外線放射用タングステンフィラメン
トの取り出し電極である。 １１．１２はそれぞれ反応管１皿である。１３はシリコ
ンウェハである。３１は、たとえば酸化物を被覆された
タングステンフィラメント（陰極）の取り出し電極であ
り、本来２本あるわけであるが、ここでは１本だけ示さ
れている。３２は、紫外線発生用放電管のアノード電極
の取り出しリードである。８８．８４は反応管中、皿の
下に設けられた細い石英パイプである。もちろん、ウェ
ハ同様器の上側でもよい。サファイアのパイプにするこ
ともある。図示されているように、先端は気密に封じら
れている。略々その先端部に、たとえば円筒状に加工さ
れたシリコン８５，８６が入れられている。表面状態は
、できるだけシリコンウェハと近い状態にしておく。 この円筒状シリコンには細い穴が設けられていて、その
穴の中に熱電対３７．３８の先端が挿入されており円筒
状シリコンに密着している。この温度測定用シリコン円
筒は、シリコンウェハにできるかぎり近くに配置される
。ただし、シリコンウェハの赤外線による加熱を妨げな
いようにする。このように、シリコンウェハ近傍に配置
されたシリコン円筒の熱電対による測定温度をシリコン
ウェハのモニタ温度とする。赤外線ランプの入力電力を
制御するときには、このようにして測定された温度信号
を入力信号として制御を行う。 熱電対挿入用シリコンは必ずしも円筒である必要はなく
、矩形状、平板状でもよい。平板状の方が、シリコンウ
ェハに近い温度を示すことになる。第３図では、円筒状
シリコン８５．８６中に直接熱電対を挿入する例を示し
た。この場合でも、シリコンは、空温であれば１．１μ
ｍＮ度より長い波長の光を吸収しないから、そうした長
波長の光は直接、熱電対を加熱することになって温度測
定の精度は低下する。円筒状シリコンの中に挿入される
熱電対は、たとえば０．５〜３　ｍｍ程度と細いシース
材の中に熱電対が封入されたシース型熱電対であること
が望ましい。 さらに、シース材の表置は、加熱輻射線を殆んど反射す
るものであることが望ましい。０．３〜５μｍといった
広い波長範囲で、殆んど１００％近い反射係数を示す材
料は、現在Ａｕ、Ａ！程度しかない。しかし、この両者
では高温測定には融点が低くて不十分である。１２００
℃程度までの測定であれば、１μｍ程度以上の波長の光
はよく反射するＰｔルるいはＰｉ−Ｒ）ｌをシース材に
したＰＬＲＨ熱電対が適している。 第１図、第８図に示すようにランプは横型の反応管に垂
直、すなわちガスの流れに対して垂直に配置され、それ
が反応管の上下にガスの流れの方向に所要の本数配置さ
れている。ランプ１本の長さや、並列に配置されるラン
プの本数は、同時に処理するウェハ枚数及びウエノ１直
径等によって決まる。第４図には、このように多数本並
列に配置されたランプを、たとえば３ゾーン制御にした
ときの制御系のブロックダイアダラムを示す。上流側、
中央部、下流側というように通常３ゾーン制御されるこ
とが多い。３７゜８８．８９はその３つのゾーンを代表
する温度指示を与える熱電対を示し、室温から決まる冷
接点補償された起電力が（プログラム）温度制御器４０
に入り、設定値と比較して、ランプ加熱入力を制御する
。４２は変圧器であり、４１は１００Ｖ、２００ｖトイ
ツタＡＣ電源テアル。４８．４４．４５は３ゾーンに分
けられたランプ群を示す。第４図では、シリコンウェハ
の上下のランプを同じように制御するように示している
が。 制御系の出力端子を増やして、上下のランプをまったく
独立に制御してもよい。あるいは、上下のランプの入力
電力をあらかじめある一定の比率にしておいて、３ゾー
ン制御にしてもよい。 ゾーン制御は３ゾーン制御に限らず、もっと多くてもよ
い。第１図、第８図に示されるように。 各ランプに取り出しリード電極が設けられているわけで
あるから、原理的には、１本％１本のランプを細かく制
御することもできるわけである０ 本発明の半導体製造装置である赤外線加熱紫外線照射炉
の特徴は、赤外線照射と紫外線照射を同時に行えてしか
も均一照射が行えることにある。第１図で、１５と示さ
れるように略々放物線面に近い反射面が周期的にガス流
方向に多数設けられている。反射面１５は％　１８をア
ルミで作っておいて、その表面を平担にした後金メッキ
あるいはＡＪ−ＭｇＦをコー　ティングなどした面で構
成している。１５００　Ａ〜３０００人程度の紫変種を
も反射するには、さらにこの上にＡｌ　−ＭｇＦ、をコ
ーティングすることも有効である。次に、第１図に使わ
れている赤外線ランプ１９と赤外線紫外線ランプ１７の
構造の具体例について述べる。 第５図（ａ）が赤外線ランプであり、（ｂ）が赤外線紫
外線ランプである。円筒状の石英管５７内にタングステ
ンフィラメント２０が挿入された構造になっているのが
、赤外線ランプの基本構造である。石英管５７の直径は
５〜３０絹程度。 その長さは５ｃｒＩＬ〜６０ｃＩｒＬ程度のものが、そ
れぞれの用途に応じて使われる。もちろんもっと長いも
のも可能である。たとえば１ｍ以上のものも可能である
。加熱を均一にするにはさらに細い直径のものが望まし
い。タングステンフィラメントは、これも用途に応じて
４０．１〜０．５　ｆｉ程度のタングステン線を直径１
顛程度から８１１ｎ１程度のコイル状に緻密に巻いて作
成する。熱せられた時に、タングステンフィラメントが
、管壁に密着しないように、所要の間隔、たとえば２〜
５ｃＩＩＬ程度おきにモリブデンやタングステンあるい
はタンタル等の薄板からなるスペーサ５２が設けられて
いる。気密が保てるように、たとえば、第５図ではタン
グステンフィラメントのリード電極を外部に取り出す時
、モリブデン等の薄板５１を介して外部にリード電極２
０’が取り出されている。このように薄板５１を設ける
ことにより、ランプ自体が高温になっても、石英と薄板
５１の間の熱膨張の差がそれ程きびしくは作用しない。 タングステンフィラメント２０と金属薄板５１の間には
、タングステンフィラメントよりはかなり太いが、あま
り太すぎない、たとえば１〜２Ｈ程度の直径のタングス
テンあるいはモリブデンリード２０’が挿入される。 ２０′が細すぎると、流れる電流で温度上昇を起す。ま
た、あまりに太いとタングステンフィラメントの熱がリ
ード線２０′を通って流れるｔこめタングステンフィラ
メントの温度が周辺種下ってしまうことと、リード線の
温度が上って、５１と石英の接触部の温度が高くなって
、ランプの寿命を短くすることになる。 タングステンフィラメント両端部近傍の温度がどうして
も低くなり易い。このことを防ぐためには、タングステ
ンフィラメントをコイル状に巻くときのピッチを両端部
近傍で短くしておく。すなわち、タングステンフィラメ
ントの抵抗分布を中央部は均一にして両端部近傍だけ高
くしておくのである。タングステンフィラメントの太さ
やピッチの選定も、工夫が必要である。 半導体ウェハを直接加熱する方式では、半導体のバンド
ギアツブ、以上のエネルギーを持っｔこ光でなければ、
加熱に寄与しない。シリコンであれば、室温で１゜１μ
ｍより短波長側の光である。 ウニへの温度が高（なれば、その分バンドギ７ノプは狭
くなるから、より長波長側の光も加熱に寄与するように
なる。しかし、いずれにしても、短波長側の成分を多く
含んで、石英管などを直接加熱する８μｍ程度以上の波
長の光の成分が少ない方がよい場合が多い。フィラメン
トに入る電力はたとえば一定にしても、フィラメントの
放射温度がたとえば、　８０００°に以上というように
高温側に設定されることが望ましい。 次に、赤外線紫外線ランプについて説明する。 目的は、赤外線と紫外線が、シリコンウェハに同時かつ
均一に照射できれば、赤外線ランプ、紫外線ランプを２
本並列に並べてもよいわけである。しかし通常２本並列
に並べるとよほどランプからシリコンウェハまでの距離
を遠くしないと均一性は実現されない。ランプとウェハ
の距離を遠くしたのでは、加熱効率、照射効率が急激に
落ちてしまう。そのため、第５図（ｂ）には赤外線ラン
プと紫外線ランプを同心円筒状に一体構成した例を示し
ている。内側の赤外線ランプ部分は、第５図（ａｌに示
されているものと同じである。七の′外側に同心円筒状
に紫外線放射用の放電管が設けられているわけである。 ５３は。 酸化物を被覆したタングステンフィラメント陰極、５４
は陰極の外部へのリード線、５５はタンイステン板ある
いはモリブデン板のリング状の陽極、５６は陽極の外部
へのリード線、５７は放電空間である。放電空間には、
それぞれ目的の波長の紫外線を放射するガスが、１種類
もしくは複数種類、０．１〜１０　Ｔｏｒｒ程度の圧力
で封じ込められている。封じ込むガスは当然、十分純化
されたものである。それぞれのガスの発光波長は次の通
りである。アルゴン：　２７５４人２７４５人、２７０
８人、２６４７人、２５１７人、２５１６Ａ、キセノン
：　２６７７人、　２６０６λ。 ２４７６　Ａ　、クリプトン：　２４２８ズ、　２４１
８λ１２８７６λ％２８１６入、２２８８人、２２８３
人、水銀：　２９６７人、２９２５人、２８９３人、２
８４８人２７５８人、　２６５５人、２６５４人、　２
６５２入。 ２５８７人、　２４６４人、　２４４７人、　２８９９
人。 ２２２５人、ネオン：　２６４７人、ヘリウム：２９４
５人、　２８２９＾、　２７６４　Ａ　、２７８８人。 ２７２８　Ａ　、　２５１１人、　２８８５人、　２８
０６人、２２５８　Ａ　、重水素：　２４００λ、など
である。この他のガスでも、１ｓｏｏＡ程度から８００
０λ程度の発光波長を持つものであればよいし、発光効
率を高くするために、複数のガスを封入することもよい
。放電管は、通常直流放電で動作させるが、放電開始時
だけ放電開始用のパルス電圧を印加する。放電状態にお
ける、放電管の電圧降下は、形状やガスにもよるが、ｉ
ｏｖから数１０Ｖ程度である。 複数ガスの混入は、一方を紫外線照射用ガス、他方をた
とえば不活性ガスにして、紫外線照射用ガスの紫外線照
射レベルよりやや高いエネルギレベルの準安定レベルを
有する不活性ガスを組み合わせることが特に有効である
。複数の波長の紫外線を要求する時には、それぞれ複数
個のガスを使うということも有効である。こうした、準
安定レベルや紫外線発光レベルを決めて行くには、グラ
トリアンダイアグラム（例えば、Ｓ、Ｂｏｓｋｉｎ、　
Ｊ−０，Ｓｔ、ｏｎｅｒ、　Ｊｒ、著ＡＩ、ｏｒｎｉｃ
ｅｎｅｒｇｙ　　ｂｕｅｌ　　ａｎｄ　　ｇｒｏｔｒｉ
ａｎ　　ｄｉａｇｒａｍ＋Ｎｏ　ｒ　ｔ　ｈ　−Ｈｏ目
ａｎｄ　　Ｐｕｂ、Ｃｎ、１９７５年発行）を使用すれ
ばよい。もちろん、Ｎｅ、Ａｒ等を封じたホローカソー
ドランプも有効である。 赤外線ランプや紫外線ランプが直径ＩＣｒＩＬ以下の細
いランプに形成できる時は、第１図のように一体構造に
構成せずに、両者を交互に配列して、一本おきに配列さ
れた赤外線及び紫外線ランプからのそれぞれの光の強度
がウェハ面でほぼ均一になるように反射面を構成し、先
に述へたように、ランプの周期の１０倍程度の距離に亘
って周期的な往復運動を与えれば、均一な成長、薄膜形
成が行える。 第１図に示すように、十分に清浄に洗浄したウェハの水
分を完全に除去した後１石英皿あるいはサファイア皿１
２にシリコンウェハをのせて反応管１１中の所定の場所
にセットする。反応管内を一度真空に引いた後、純化さ
れた水素ガスを流して、完全に反応管内雰囲気を純化水
素で置換する。シリコンウェハを挿入する反応管挿入口
に窒素ボックスを設け、外気と完全に遮断してウェハの
出し入れが行える場合には、もちろん真空に引いたりす
る必要はなく、十分に水素ガスを流せばよい。その状態
から、赤外線加熱でウェハの温度を゛上げて、まずＨオ
中にＨＣｊを１％前後混入して、シリコンウェハ表面の
気相エッチ本行なった後、原料ガスを流してエピタキシ
ャル成長する。ガスの予熱炉は、当然温度を上げておく
。Ｓ　１Ｃｊ４−１−　Ｈ−系でも、Ｓ　ｉＨ４＋Ｈ−
系でもいずれも、たとえば、水銀放電ランプからの紫外
線照射をしながら成長させると、いずれも従来の成長温
度にくらべて１００°Ｃ〜２００°Ｃ低い温度でエピタ
キシャル成長層がＰ４　ラれる。ガスの流れによるウェ
ハ表面の温度低下が上側からの赤外線加熱量を制御する
ことにより、補償されるため、シリコンウェハの温度分
布を均一１と保てるため、ストレスによる影響が少なく
きわめて品質の高い結晶になる。同時に、シリコンウェ
ハ以外高温になる部分が殆んどないため１反応管や皿、
サセプタからの汚染が少なく、非常に優れた結晶になる
。１０”〜ｌ　Ｑ　”　（１ｍ−’程度の不純物密度の
結晶成長層で、キャリア寿命が数１００μ弐から数ｍ５
ｅｃのものが容易に得られる。 反応管内部からの汚染が非常に少ないわけであるから、
Ｈ富ガス、原料ガス、ドーパントガスの純化がきびしく
要求される。ガス配管系では、リークの十分少ないバル
ブを使用することはもとより、できるだけバルブジヨイ
ントの数を減少させ、溶接できるところは全部溶接にす
る。 さらに、配管後記管全体を１２０°Ｃ〜２００°Ｃ程度
に上げて、純化水素中で十分管壁の脱ガスを行う。もち
ろん、系を真空に引きながら脱ガスを行つてもよい。配
管、バルブ、フィルタ類は全部金属製のものを使用する
。ガスの流れによる静電気の帯電を防止するためである
。配管の一部を接地することも重要である。絶縁物性の
フィルタ（たとえば、０．２μｍ）など使ったりすると
数１０万Ｖ程度の帯電が起り、常圧中といえども局所的
に放電が起こり汚染の原因となる。 配管系を全部導電性の材料で構成しても、反応管や皿は
絶縁物であり、ガスが流れると、反応管の静電帯電は激
しく起り、致方Ｖ程度にはすぐに帯電する。こうした帯
電が、均一性や成長層の質の低下の原因となる。放電が
起れば当然汚染の原因となる。反応管や皿を導電性材料
で作れれば問題はないが、現在適した材料はない。 一つの解決策は、反応管内壁や皿の表面全面に、導電性
窒化膜をＣＶＤで堆積することである。 ５ｉＣＲ４十ＮＨ６＋Ｃ，Ｈ，＋Ｈ，カス系ノＣｖＤニ
よす。 カーボンが０．１〜５重量重量パーセントロた窒化膜が
堆積し、この窒化膜は導電性を示す。こうすることによ
り１反応管内の帯電が防げて。 均一性、品質が向上する。ガス系としては、Ｓ　ｉＨ−
−１−ＮＨ，−１−Ｃ，Ｈ−＋Ｈ，系を用いて、導電性
窒化膜をコートすることもできる。さらに、優れｊこ成
長層を低温で得るためには次のようなプロセスで行う。 配管系の脱ガス及び反応管系の脱ガスを十分に行う。配
管系１反応系をＨＣＩガスにより十分に一清浄にした後
、カーボンの汚染を受けない洗浄をした後、シリコン表
面に数λの薄い酸化膜を形成する処理（ＨＣＪ　＋　Ｈ
，０，＋Ｈ，０高温洗浄）を行ない十分に水洗して乾燥
したリエへを反応系に′設置する。反応系内部を、真空
に引いｊこ後、ウェハに紫外線を照射し吸着している水
分を除去する。２重管の間に十分Ｎ諺ガスを流して管壁
の冷却を十分に行なった状態で、赤外線ランプ照射によ
りウェハ温度を１×１０−”　Ｔｏｒｒ以下の真空度の
状態で７５０℃〜８００°Ｃ程度の温度に３０分程度加
熱し、表面の酸化膜を完全に蒸発させる。シリコン表面
をクリーン表面にした状態で、ウェハ温度を所定の温度
にし十分に純化されたＨ−＋Ｓ　ｉＨ−、Ｈ−ｌ−５ｉ
Ｈ−ＣＩ−等のガスを供給することにより紫外線照射の
もとでＳｉのエピタキシャル成長を行う。９００’０程
度の温度で十分高品質の結晶が得られ、一層の低温化も
可能である。 第１図で、シリコンウェハは平担な皿１２の。 上にのせられているから、シリコンウェハが加熱される
と皿の温度も上昇する。超高純度石英の光の透過率を第
６図、７図に示す。第６図は。 ０．１８μｍか４．０μｍまでの波長の光に対する、２
Ｍ１ｌ厚さの超高純度石英の透過率が示されている０３
μｍ以上の長波長の光は吸収され、０．８μｍ以下の光
も吸収される。０．８〜２．５μｍ程度の波長で透過率
が、９５％となっているのは、吸収によるものではなく
、反射に起因している。 ０．８μｍ以下の波長の光に対する、厚さ１ｆｆ、３ｍ
ｇ、５ｍｍの石英の透過率が第７図である。 ０．１７μｍ以下の波長になると石英により光が吸収さ
れるようになる様子を第７図は示している。 当然、石英が厚くなるほど透過率は低下する。 一方、１ｆｆ厚さのサファイアの光の透過率を第８図に
示す。０．８μｍ程度から５μｍ程度の波長の光までサ
ン１イアは吸収しない。透過率の低下は反射によ、って
いる。０．３μｍ以下の波長の光に対しては少しずつ吸
収が増加し、０．１５μｍ以下になると吸収は急激に顕
著になる。 シリコンウェハをのせる皿の温度が上ることが１問題に
なるときには、第９図に示すように皿に突起部を設け、
ウェハと皿との実質的な接触面積を小さくすればよいの
である。突起間の間隔が広いほど、ウェハから皿に流れ
る熱流が減少し、皿の温度上昇は少ない。しかし、間隔
があまり広いと、高温になればシリコンもやわらかくな
っていて、変形を起し歪の重大な原因になる。このよう
な構造にすると、皿の突起と接触部からだけ伝導熱が流
れるため、温度分布を生じ易い欠点は存在する。こうし
た温度分布をきらうときには、　Ｓｉ、Ｎ、をコートし
た皿を用いることになる。 次に、熱酸化膜形成について説明する。デバイスの微細
化が進むにつれ、特にＭＯＳトランジスタのゲート酸化
膜あるいはゲート窒化膜の厚さは薄くなって行く。ゲー
ト絶縁膜を薄くしてやらなければ、変換コンダクタンス
が大きくならず、特性が改善されないためである。１０
０人程度量下の厚さの熱酸化膜を再現性よく、かつ均一
で良質に生成することは通常非常に難しい。１００λ以
下の酸化膜生成は、Ｍｏｔｌ、　　ａｎｄＣａｂａｒｅ
ｒａによるｆｉｅｌｄ　　ａｓｓｉｓｔｅｄ　　ｄｉｆ
ｆｕｓｉｏｎモテルで考えられている。すなわち、８４
０．　　表面に吸着したＯ８分子とシリコン基板の化学
ポテンシャルが一致するように％Ｓｉ基板からＯ２分子
に向って電子がＳｉｎ、膜中をトンネル効果で抜ける。 このため山分子が負に帯電してＳ　ｉＯ。 膜両端に電位差が生じる。その電位差は、数ｉｏｏ　ｍ
Ｖ程度であろうと言われている。たとえば成長中の膜厚
が、３０人、電位差が８００ｍＶとすると、この状態で
の酸化膜に加わる電界強度はｌＯ・ｖ／ｃＩｒＬである
。Ｏ菅−イオンは、この電界強度によってドリフトして
シリコン表面に達して、シリコンと反応し５ｉＯ−を生
成すると考えられている。こうした機構で酸化膜が生成
されるのであれば、ガス流によってＳｉＯ，表面がラン
ダムに帯電される現象は、Ｓｉｎ、膜生成を不１□１ 均一にする重要な原因になる。本発明の赤外線加熱紫外
線照射炉では、こうしたガス流による酸化膜のランダム
な帯電現象を抑えて、１００λ程度あるいはそれ以下の
薄い酸化膜でも、きわめて均一で良質な膜が生成される
。 第１図に示すようにシリコンウェハを１反応管内に挿入
する。シリコンウェハ１はそれまでの工程で、たとえば
所望のゲート酸化膜を形成する部分を残してそれ以外の
ところは厚いフィールド酸化膜によって覆われている。 酸化膜形成の時には、エピタキシャル成長と異なり、皿
１２を第１図のように角度を持たせる必要はなく、反応
管壁と平行な配置でかまわない。ガス１４は、Ｎｔ、Ａ
ｒなどの不活性ガスで希釈されたドライＯ１である。塩
酸酸化を行う時は、ドライＯ１に対して１〜７％程度の
塩化水素（ＨＣＪＩ）を混入する。０富ガスには、Ｎｔ
、Ａｒ％ＣＨ４，／Ｓロゲン、Ｎ、０１ｃｏ、％ｃｏ、
ハイドロカーボン、Ｈ，０等が、通常純化ガスと言われ
ているものでも含まれているので、白金触媒筒、モレキ
ューラーシーピングカーボシとゼオライト系吸着剤であ
るゼオポートあるいはゼオハープの吸着筒を通してさら
に不要のガス成分を除去する。ＨＣｊガスにも、通常水
分が含まれているので、ゼオハープ等の吸着剤で水分除
去を行う。赤外線でジ　　リコンウエハを８００℃〜１
１００℃程度の所定の温度に加熱し、高純度の酸化性雰
囲気中でシリコン表面を酸化する。第７図から分るよう
に、２６００Å以下の波長の紫外線になると、５ｉＯ−
は紫外線を吸収する。波長が、短い程、Ｓ　ｉＯ。 は良く吸収する。紫外線を吸収すると、Ｓｉｎ。 はやや導電性を帯びる。したがって、ガス流などによっ
て５ｉＯ−表面が静電的に帯電しても。 この帯電は薄いＳｉＯ，膜を通してただちにシリコンウ
ェハに流れてしまい、シリコン基板とＳ　ｉＯ＝　表面
の間には化学ポテンシャルを一定にするための電位のみ
が存在するようになり、Ｓｉｎ、膜生成はきわめて均一
にしかも制御された速度で行なわれるわけである。酸化
速度を制御するために、不活性ガスＨｅ、Ａｒ％Ｘｓ等
を同時に流しておくことも有効である。沸点が４．２°
にときわめて低いＨｅは、配管系さえリークのない系に
すれば、きわめて純度の高いガスにできる。酸化直前に
Ｓｉ面を、　Ｈ（Ｊで気相エツチングしておくとよい。 本発明の装置では、先にも述べたように、ウェハの上下
から赤外線によりウェハを加熱できるため、ウェハ内の
温度分布をきわめて少なくすることができるため。 殆んどストレスの影響を受けない酸化が行えて、１００
λ程度以下の薄い酸化膜だけでなく　、　１０００λ程
度までのドライ酸化においても、またＨ、０を含んだウ
ェット酸化においても、均一かつ均質で、界面準位が少
なく、Ｏ８Ｆなどの殆んどない酸化膜が生成される。 Ｈ，十ＮＨ，系ガス、あるいはＮＨ，にＨｅ　、　Ｘｅ
　。 Ａｒ等の不活性ガスを混ぜた系での熱窒化においても、
本発明の赤外線加熱紫外線照射炉はきわめて有効である
。 紫外線照射及び赤外線ランプからの輻射線によりシリコ
ン表面近傍に多量の電子・ホール対が生成されていて、
いわば金属に近い状態になっているため１表面近傍のＳ
ｉのボンドが切れ易くなっている。すなわち、光照射を
受けているＳｉ表面はきわめて活性になっている。薄い
酸化膜であれば、酸化膜中を酸素は電界によるドリフト
で移動するのであるから、酸素の供給に熱エネルギーは
必要とされない。もっばら、表面でのＳｉとの反応にお
いてエネルギーを必要とするわけであるから、うすい酸
化膜の場合には、低温で十分良質な酸化膜が形成できる
。 エピタキシャル成長の時に説明したように、あらかじめ
反応系内を真空に引いて、Ｓｉ上の酸化膜を蒸発させ、
清浄表面を出しておいてから。 酸素を流して酸化を行えば、さらに高品質の酸化膜が低
温で得られる。低温化のためには、０、−と帯電した酸
素をＳｉ表面に吸着させることも有効である。 本発明の赤外線加熱紫外線照射炉は５ｉＯ＝　、Ｓ　ｌ
　ｍ　Ｈ４、等のＣＶＤにも有効である。原料ガスとな
るＳｉＨ，、Ｎ茸０　、　ＮＨ，Ｏ，戦のガスは、通常
２２００Å以下、特に２０００λ以下の波長の紫外線を
吸収して分解する。したがって、紫外線ランプや反応管
を石英より、ずっとこの領域で透過率の高い材料で構成
すれば、直接原料ガスを紫外線照射で分解して反応を促
進することができる。たとえば、　Ｓ　１Ｈ４−１−Ｎ
−０系ガスで５ｉｎｓ膜を堆積する時には、１７００人
〜２０００人程度変種外線照射により、歯Ｏ＋ｈν→Ｎ
、−）−０（ｌＤ）と分解し、分離したＯ（酸素）がＳ
ｉＨ，と反応して、　　５ｉＯ＝が堆積する。この時の
、紫外線ランプとしてはＮ、ガスを封入した放電管にす
るとか、Ｎｅを封入し、　ＡｓやＣ（カーボン）等を陰
極にしたホローカソードランプを用いればよい。 他の方法は、たとえば原料ガス中にＨｇ蒸気を混ぜてお
いて、Ｈｇランプからの紫外線（２５ｆｌＴ人）でＨｇ
を基底状態から励起状態に励起し、励起状態にあるＨｇ
と原料カスとの反応で目的の膜の堆積を行なうわけであ
る。 たとえば。 Ｈｇ　＋ｈν（２５８７λ）→Ｈｇ中 Ｈｇ申　＋　Ｎ、Ｏ−＞　Ｎ、＋　　Ｏ（リ　）＋Ｈｇ
０（’Ｐ）は基底状態にある酸素であるが、この酸素と
Ｓｔａ、の反応により、　５ｉｎ−、が堆積する。 原料ガス系は通常反応管の中で、数Ｔｏｒｒ程度の減圧
状態にする。このように、いわば触媒の役割を果すＨｇ
のようなガスを封入するときには、本発明の紫外線放射
ランプの封入ガスもＨｇにしておけば、きわめて効率の
よいＨｇの励起が行なえるわけである。Ｓｉ、Ｎ、膜堆
積のプロセスは、次のようである。 Ｈｇ　　＋　　ｈν　（２５８７λ　）　→Ｈｇ中Ｈｇ
　−１−ＳｉＨ４→Ｓ　ｉＩＬ　＋　Ｈ＋　ＨｇＨｇ会
十ＮＨ−→比法Ｈ−１−Ｈｇ このように生成されたＳｉＨ，とＮＨ８の反応でＳｉ、
Ｎ、が生成される。このように光励起ＣＶＤプロセスは
、１００℃〜２００℃のシリコンウェハ温度でのＣＶＤ
が行えるため、それまでのプロセス、たとえば不純物分
布や、電極としてのＡＩの存在などに殆んどまったく影
響を与えないため、きわめて好都合である。膜質は、４
００〜４５０°Ｃ程度の温度での歯巾アニール−で向上
する。 Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶ
Ｄ　）にも、同様に適用できる。Ｇａ　Ａｓの成長は％
　（ＣＨ，）。 酎Ｇａ　＋ＡｓＨ，−１−Ｈ，系ガスの反応によりエピ
タキシャル成長する。Ｇａ　Ａｓ基板表面を％Ｈｇ　。 Ｈｅ％−（重水素）　、　Ｘｅ等の放電からの紫外線で
照射しておき、上記ガス系に紫外線ランプと同一のガス
を添加するのである。＜　ＣＨ，）、ＡｆＩ十ＮＨ準＋
Ｈ重系ガスによるＡＪＮのＭＯＣＶＤ等に対してもまっ
たく同様である。 第１図では、横型の反応管のガス流に対して垂直方向に
配置されたランプを多数本ガス流方向に並べる構造につ
いて説明した。この構造でたとえば、ランプの長さを、
６ｏｃＩｆｔとすれば、ガス流に対して垂直方向に４イ
ンチウェハを４枚並べることができ、ランプを並列に並
べる本数を多くすれば、一度に２０〜４０枚程度の処理
は十分に行える。もちろん、もっと多くすることも可能
である。 この方式にくらべれば、一度に処理できる枚数は減るが
、ランプをガス流方向に、円筒状に配置した構成にする
こともできる。その−例を第１０図に示す。なお１図中
の番号は第１図と同じである。円筒状に配置された赤外
線ランプ１９と赤外線紫外線ランプ（簡略に表現しであ
る）１７の中に１円筒状の反応管１１が挿入され、シリ
コンウェハ、皿が配置されている。この場合には、ガス
流方向にランプが配列されているから、外部からガス流
方向の温度分布を制御することはできない。ランプ設計
時にタングステンフィラメントの巻き方で抵抗分布をＩ
’ＮＷの形に設計しておくことになる。 この円筒型の炉の場合に、成長膜等の均一性を向上させ
るには、ランプ加熱炉を周期的な往復回転運動をさせる
と有効である。その場合には、第１０図のように一体構
成のランプではなく、赤外線ランプ、紫外線ランプを交
互に配置させてもよいわけである。 これまでは、よこ型反応管に対して説明してきたが、本
発明の半導体製造装置がよこ型炉に限らないことはもち
ろんである。バレル型炉、ディスク型炉に適用できるこ
とはもちろんである。その概略を第１１図％１２図に示
す。 第１１図のバレル型炉で、６８：石英’＜ルシャ、６１
：高純度シリコンサセプタ、６２：排気ガスである。す
なわち、石英製ベルジャ内に設けられたシリコンサセプ
タ上に半導体ウェハが置かれ、石英ベルジャ外部に設け
られた赤外線紫外線照射ランプでウェハは加熱され、か
つ紫外線により反応が促進されるのである。図示はして
いないが、赤外線紫外線ランプ外側には当然反射容器が
設けられている。均一性を増すために、サセプタは成長
中回転するようになされている。 第１１図のバレル型炉は、基本的には円筒状である。し
たがって、ランプ１７が、この図では、バレル炉に巻き
付くように示されているが、このように配置しようとす
ると、サークル状のランプが必要となり作ることがやや
難しい。ランプ１７を直線状のもので配置するときには
、円筒状の反射筒、バレルに沿う形で上下に１本１本並
べることが有効である。内部のウェハ支　　　　′持具
が回転しているから、一体構造に構成されたランプでは
なく、細い赤外線ランプと紫外線ランプを交互に配置す
ることも有効である□。内部のウェハ支持具を回転させ
る構造では、どうしてもリーク量が増加する。その場合
には外部のランプを往復回転運動させれば１反応系内の
リークが少なくなりより優れた膜が形成できる。 サセプタ６１は％Ｓｉではなく石英やサフ７１アでもよ
いことはもちろんである。 第１２図のディスク型炉で、６４はＳｉＣコートされた
カーボンサセプタ、６５：同心円筒状に巻かれた高周波
コイル、６６：石英あるいはサラ１イア治具、６７：原
料ガスを供給するステンレス等の配管、である。石英治
具は高温になって、　　Ｓｉｎ、の類１発が汚染の原因
になるときは、Ｓｉ、Ｎ、等を表面に堆積させればよい
。サファイアにしてもよい。この装置も均一性を増すた
めに、配管６７が回転するようになされている。 １００ＫＨ２〜１０ＭＨｚ程度の高周波でカーボンサセ
プタを加熱して、ウェハ１８を加熱する。ウェハ１３は
、同時に赤外線紫外線ランプ１７により加熱され、ガス
流によるウェハ表面温度−低下が抑えられている。この
場合でもランプ１７の上側には、反射容器が当然設けら
れる。 このディスク型炉の場合も、赤外線ランプ、紫外線ラン
プを交互に並べて、ランプのピッチの１０倍程度前後の
距離にわたって周期的に往復運動させると有効である。 ここでは、第５図（ｂ）に示すように同心円筒状に赤外
線ランプと紫外線ランプとを一体化した構造を示したが
、必ずしも同心円筒状に構成する必要はない。円筒状あ
るいは楕円状の石英管の中心に仕切りの石英板を入れて
２つに分割し、一方を赤外線ランプ、他方を紫外線ラン
プとしてもよい。要するに、赤外線及び、紫外線が半導
体ウェハ表面をできるだけ均一に照射するようになって
いればよいのである。 また、実施例では、石英器、サファイア皿、シリコンサ
セプタ、カーボンサセプタ上に半導体ウェハを密着して
のせるセットの仕方だけを示したが、特に酸化、窒化％
ＣＶＤ等のときには、石英器やサファイア皿に切り込み
を設けて。 半導体ウェハを斜めに立てることもよい。半導体ウェハ
表面に赤外線及び紫外線が均一に照射されればよいので
ある。ＳｉＯ，ＣＶＤや５ｉｓＮ４ＣＶＤのときのよう
に半導体ウェハ温度が。 １００〜２００’Ｏ程度で十分なときには、温度差によ
るストレスの問題もそれほど厳しくないから、たとえば
、第１図で、加熱用赤外線ランプは半導体ウェハの下側
にだけ設け、上側からの半導体ウェハ表面には紫外線照
射だけ行うように紫外線ランプだけを設けた構造でもよ
い。温度が低い場合には、ガス流による温度低下の問題
もそれ程はきびしくないからである。ｔ：だ、７００〜
８００°Ｃ以上の温度を要するプロセスでは、赤外線紫
外線一体構造ランプにしてウェハ表面の温度低下を補償
しながら、紫外線照射により反応を促進する方がより良
質のものが得られる。 もちろん、赤外線ランプ、紫外線ランプを交互に配置し
て、均一照射ができるように構成したものであってもよ
い。 以上説明してきたように本発明の半導体製造装置は、エ
ピタキシャル成長、熱酸化、熱窒化。 ＣＶＤ成長する半導体ウェハ表面を加熱用の赤外線及び
紫外線が均一に照射するように、構成し、低温で高品質
の成長、酸化が行えるようにしたものであり、低温プロ
セスを指向するＬＳＩ及びＶＬＳ　Ｉの分野などできわ
めて価値が高い０ ４、図面の簡単な説明 第１図、第８図及び第１０図は本発明の赤外線加熱紫外
線照射炉、第２図は本発明の赤外線加熱紫外線照射炉を
用いたエピタキシャル成長炉、第４図は本発明の赤外線
加熱紫外線照射炉の制御系、第５図は本発明の装置に使
用されるランプの構造で（ａ）は赤外線ランプ、（ｂ）
は赤外線紫外線ランプ、第６図は厚さ２１の超高純度石
英板の光の透過率の波長依存性、第７図は厚さ１．８．
５　＋ａ＋の超高純度石英板の紫外光に対する透過率１
Ｍ８図は厚さ１ｆｆの超高純度サファイアの光透過率の
波長依存性、第９図は突起を設けた皿、第１１図は本発
明の装置を用いたバレル型炉概略図、第１２図は本発明
の装置を用いたディスク型炉の概略図である。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一体化構造赤外線、紫外線ランプの背後に、前記赤外線
   及び紫外線の反射容器を備えたことを特徴とする半導体
   製造装置。