CN101552185B - 半导体处理用的反应管和热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体处理用的反应管和热处理装置。隔开间隔以层叠状态收纳多个被处理体并在减压条件下对上述被处理体实施热处理的半导体处理用的反应管通过电绝缘性且耐热性材料一体地形成。该反应管包括：圆筒形的侧壁，其在下端具有用于相对于上述反应管装载及卸载上述被处理体的装载口；和圆形的顶壁，其闭塞上述侧壁的上端并且与上述侧壁的轴方向正交，内表面形成为平面状，上述顶壁在外表面侧的周边区域具有沿着上述侧壁形成的环状槽。

Description

半导体处理用的反应管和热处理装置

技术领域

本发明涉及使内部为减压气氛来对被处理体进行处理的半导体处理用的反应管和使用该反应管的热处理装置。在此，所谓的半导体处理是指，通过在如半导体晶片或LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)那样的FPD(Plat Panel Display：平板显示器)用的玻璃基板等的被处理体上，按照规定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等，在该被处理体上制造包括半导体器件或者与半导体器件连接的配线、电极等的结构物而实施的各种处理。

背景技术

作为半导体制造装置之一的立式热处理装置(立式炉)例如如图12所示构成为，将搁板状保持多枚半导体晶片(以下称为晶片)的晶片舟145搬入到在下部具备排气口105的立式的石英制的反应管101内，通过盖体143a将反应管101内闭塞，在通过加热器102对反应管101内进行加热时，向反应管101内供给处理气体，进行规定的热处理。气体的供给结构虽然具备各种类型，但是在该例中，在反应管101的外周设置纵长的气体供给通道106，并从此经由穿通设置在反应管101的管壁上的孔107向反应管101内供给气体。

作为利用立式热处理装置进行的热处理之一，具有在减压气氛下进行的处理，作为该示例具有CVD(Chemical Vapor Deposition，化学汽相淀积)，ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)或者锻烧等，在进行这些热处理时，能够使用上述的立式热处理装置。

如果反应管101的内部被减压，则由于在反应管101的外部和内部的压力差，在反应管101产生朝向内侧的应力。于是，在反应管101的侧壁与封闭端部的接合部产生应力集中，如果集中的应力达到破坏应力则反应管会爆缩(由于内外的压力差导致反应管101向内侧破裂)。为了防止上述情况的发生，在现有技术的反应管中，将封闭端部形成为向着外侧弯曲的圆穹顶(dome)形状，通过圆穹顶形状的圆角(roundcorner)对集中的应力进行分散。

因此，在现有技术中的反应管101内进行热处理的情况下，如图13所示，经由圆穹顶形状内的空间103向反应管101的上端侧放出晶片W的热，从而晶片W的中央附近的温度降低。另外，从反应管101的侧壁供给的处理气体并没有全部迅速地流入晶片W的处理区域120，而是有一部分的处理气体流入上部空间103。但是，由于上部空间103按照圆穹顶状扩展，所以通过的处理气体的流速变缓慢，其结果上部空间103中的处理气体的滞留时间变长，气体的分解相比处理区域120得到促进。因此，对于积载在晶片舟145的晶片W中接近上部空间103的晶片W来说，由于进行分解后的气体通过晶片W的周边部，所以晶片W的周边部的成膜速度变快，使晶片W上的面内均匀性恶化。另外，在接近上部空间103的晶片W上，由于进行分解后的气体通过晶片W的周边部，所以该部位的晶片W的平均膜厚，相比其下方侧区域的晶片W的平均膜厚变大，从而存在晶片之间的膜厚的均匀性也恶化的问题。

为了应对上述问题，在现有技术中已知的热处理装置为，在晶片舟之上设置隔热件，能够抑制从上端侧的晶片W放出的热量(日本特开2004-111715号公报(专利文献1：0030段、图1))。在该热处理装置中，能够通过隔热件防止上部侧的晶片的温度发生变化，但是不能够防止气体滞留在上部空间，因此，在专利文献1中，难以消除晶片间的膜厚均匀性恶化的问题。另外，需要将晶片舟延长隔热件的长度的量，会导致装置大型化，由于附着在隔热件上的反应生成成分与隔热件的热膨胀收缩系数不同，其有可能从隔热件上剥离从而成为颗粒，并且由于热冲击也可能导致隔热件破损。

发明内容

本发明的目的在于提供封闭端壁平坦并且即使减压也不会爆缩的反应管、以及通过使用该反应管能够进行均匀性高的热处理的热处理装置。

本发明的第一观点提供一种半导体处理用的反应管，其通过电绝缘性且耐热性材料一体地形成，隔开间隔以层叠状态收纳多个被处理体，并在减压条件下对上述被处理体实施热处理，该半导体处理用的反应管包括：圆筒形的侧壁，其在下端具有用于相对于上述反应管装载及卸载上述被处理体的装载口；和圆形的顶壁，其闭塞上述侧壁的上端并且与上述侧壁的轴方向正交，内表面形成为平面状，上述顶壁在外表面侧的周边区域具有沿着上述侧壁形成的环状槽。

本发明的第二观点提供一种半导体处理用的热处理装置，其包括：方应管，其隔开间隔以层叠状态收纳多个被处理体，并在减压条件下对上述被处理体实施热处理；按照包围上述反应管的方式设置的加热器；在上述反应管内保持上述被处理体的基板保持件；与上述反应管连接并向上述反应管内供给处理气体的气体供给系统；和与上述反应管连接并用于对上述反应管内进行真空排气的气体排气系统，其中，上述反应管通过电绝缘性且耐热性材料一体地形成，上述反应管具备：圆筒形的侧壁，其在下端具有用于相对于上述反应管装载及卸载上述被处理体的装载口；和圆形的顶壁，其闭塞上述侧壁的上端并且与上述侧壁的轴方向正交，内表面形成为平面状，上述顶壁在外表面侧的周边区域具有沿着上述侧壁形成的环状槽。

附图说明

图1是用于说明本发明第一实施方式所涉及的半导体处理用的热处理装置1的结构的大致截面图。

图2是表示图1所示的热处理装置1的反应管的立体图。

图3A、图3B是表示本实施方式的封闭端部30的形状的立体图及截面图。

图4是用于说明热处理装置1的处理体的流动的示意图。

图5是用于说明第一实施方式的封闭端部30的变形方式的图。

图6是用于说明本发明的第二实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置11的结构的大致截面图。

图7是用于说明本发明的第三实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置12的结构的大致截面图。

图8是用于说明本发明的第四实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置13的结构的大致截面图。

图9A～图9D是表示本发明的其他实施方式涉及的封闭端部30的形状的图。

图10A、图10B是表示使用本发明涉及的实施例和比较例的实验结果的曲线图。

图11A～图11C是表示在强度分析模拟中使用的、本发明的实施方式涉及的不同形状的顶壁的图。

图12是表示现有技术的热处理装置的大致截面图。

图13是用于说明现有技术的热处理装置100的处理气体的流动的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在下面的说明中，对于具有大致相同的结构和功能的构成要素标注相同的符号，只在必要的情况下进行重复说明。

<第一实施方式>

图1是用于说明本发明第一实施方式所涉及的半导体处理用的热处理装置1的结构的大致截面图。如图1所示，该热处理装置1包括例如由隔热件构成的筒状体21；和沿着筒状体21的内壁面在圆周方向设置的加热器22。在筒状体21的内侧，设置有由电绝缘性且耐热性材料例如石英一体地形成的、大致圆筒形状的反应管3。该反应管3的水平截面的形状为正圆形，一端侧(在本实施方式中为下端侧)作为炉口(搬入口)41而开口，并且另一端侧(在本实施方式中为上端侧)为平面状闭塞的封闭端部30。在炉口41的周边部形成有凸缘(flange)42，通过利用晶片舟升降机43a能够升降的盖体43对该炉口41进行开闭。此外，在本实施方式中，反应管3为石英制，但是反应管3也可以由其他的电绝缘性且耐热性材料例如Si(硅)或者SiC(碳化硅)形成。

在盖体43上，设置有收纳有多个板状体46a的隔热单元46和旋转轴44，该旋转轴44通过借助盖体43安装在晶片舟升降机43a上的作为驱动部的电动机M进行旋转。在旋转轴44的上部设置有作为基板保持件的晶片舟45，通过该晶片舟45能够搁板(棚状)状保持多枚例如125枚作为基板的晶片W。因此，就该晶片舟45来说，通过盖体43的升降而被搬入搬出反应管3，通过电动机M的旋转而与旋转轴44一同旋转，能够同时对多枚晶片W进行热处理。

另外，在保持在晶片舟45上的晶片W被搬入反应管3内并保持在进行热处理的处理区域10时，晶片W的侧部与反应管3的侧壁内表面的距离、以及晶片舟45的顶板45a与封闭端部30的内表面的距离所成为，按照处理气体的流速变快并且在各晶片上能够均匀地进行热处理的方式被保持在尽可能狭窄的位置的状态。此外，如后述的图4所示，在本实施方式中，晶片舟45的顶板45a与封闭端部30的内表面之间的距离h1，与晶片W的侧部与反应管3的圆筒形的侧壁3a之间的距离h2(例如10mm)相同或者比该距离小。另外，在本实施方式中，虽然距离h2为10mm，但是对应反应管的形状等的要素，也可以将距离h2设定在10mm～35mm的范围内。

如图2所示，在反应管3的侧壁3a，沿着反应管3的侧壁3a的外表面设置有构成气体供给单元的一部分的扁平的纵长的箱状的气体供给通道60。在气体供给通道60的与处理区域10对应的侧壁3a的区域，形成有与反应管3内连通的气体喷出孔61。在本实施方式中，经由该气体供给通道60和气体喷出孔61向反应管3内供给处理气体，气体喷出孔61按照能够将处理气体快速地供给到处理区域10的整个区域的方式，沿着铅直方向按照大致一定的间隔形成多处例如10处。此外，在本实施方式中虽然将气体喷出孔61配置为一纵列，但是也可以配置为多列例如两纵列。

在凸缘42内，沿半径方向形成有例如7条气体流路73，各气体流路73的一端侧在凸缘42的根部分与气体供给通道60连接。另外，各气体流路73的另一端侧例如与7条的气体供给管65连接，这些气体供给管65例如分别与各不相同的气体供给源连接。在图1中，作为一个例子，例示了二氯二氢硅(SiH2Cl2)以及氨(NH3)的各气体源70、71。气体供给管具备包括阀和流量调整部等的气体供给设备组72。另外，在反应管3的下部，设置有成为排气口的排气端口5，在该排气端口5连接有排气管53。在排气管53上设置有具有蝶形阀等的压力调整部52以及作为真空排气单元的真空泵51。

下面，参照图3A、图3B对于反应管3的封闭端部30的详细情况进行说明。此外，在图3B中，为了清楚明了地表示封闭端部30的形状的特征，使得一部分的部件成为不可看到的状态。如图3A、图3B所示，封闭端部30具备构成闭塞面的圆形的顶壁31，其闭塞反应管3的另一端并且与反应管3的轴方向正交而内表面形成为平面状。顶壁31在全部的半径方向截面中，以反应管3的轴为中心具有对称形状，优选具有相同的对称形状。该顶壁31的上表面(外表面)的中央区域形成有圆形状的圆形凹部32，在顶壁31的上表面的周边区域，设置有沿着反应管3的圆筒形的侧壁3a形成为环状的环状槽部34。因此，在圆形凹部32和环状槽部34之间成为环状凸部35。环状凹部32的侧面形成为向上方且向外方倾斜，圆形凹部32的纵截面形状成为倒梯形形状。环状槽部34的内方侧面形成为向上方且向内方倾斜。环状槽部34的外方侧面形成为向上方且向外方倾斜。按照与圆形凹部32的底部的壁厚相比环状槽部34的底部的壁厚较薄的方式形成。

由于环状槽部34的外方侧面倾斜，所以顶壁31的该部分(环状槽部34的外方角部之下的部分)具有比环状槽部34的底部的壁厚还大的壁厚。在顶壁31的外周侧的周边，按照沿着圆周方向形成为环状的方式延长反应管3的圆筒形的侧壁3a，形成在垂直方向延伸的立起部37。该立起部37的端部延长至比环状凸部35的上表面还高的位置，形成从其端部向着顶壁31的中心方向按照90度的角度弯曲而水平延伸的上缘部38。立起部37的上缘部38在顶壁31的外表面侧位于最上方。

接着，对于热处理装置1的作用进行说明。首先，将125枚晶片W保持在晶片舟45上，使用晶片舟升降机43a将其搬入反应管3内，并通过盖体43将反应管3密闭，通过真空泵51将反应管3内减压为例如27Pa(0.2Torr)。通过加热器22将反应管3内加热至预先设定的处理温度例如600℃。再者，控制该处理温度，以使反应管3内的晶片W为一定的温度(设定温度的1～2％以内，即600℃±5℃)。但是，也可以按照在反应管3内形成温度梯度的方式调节加热器22。

接着，操作气体供给设备组72，从气体源70、71将各种作为处理气体的例如SiH2Cl2气体以及NH3气体等的处理气体经由气体供给管65以及气体流路73导入气体供给通道60。该处理气体在气体供给通道60内被加热的同时上升，并且从气体喷出孔61流入反应管3内，在晶片W和反应管3的内壁之间的狭小间隙中向下方侧流动，从该间隙向着晶片W的中心部扩散，在晶片W的表面形成硅氮化膜。之后，包含未反应的处理气体和副生成物等的气体通过真空泵51被从反应管3的下部的排气口5排出。按照上述的顺序进行一系列的成膜处理。

在热处理装置1中，如图4所示，由于顶壁31形成为平面形状，所以能够使晶片舟45的顶板45a和封闭端部30的内表面的距离h1与晶片W的侧部和侧壁3a之间的距离h2相同，或者h1更小。因此，能够进行设定使得封闭端部30和顶板45a之间的处理气体的流速变快，能够防止处理气体滞留在晶片舟45的上方。

由于上述的热处理是在减压气氛下进行的，所以会在反应管3的外部和内部产生压力差，由于该压力差在反应管3的侧壁3a以及顶壁31产生向着反应管3的内侧的应力。由于侧壁3a成为圆管，所以，应力因该形状而被分散，在该反应管3的侧壁3a该应力中作用于侧壁3a的应力成为应力集中得以缓和的状态。相对于此，封闭端部30由于顶壁31为平面状，所以朝向内侧的应力没有分散，而是受到向着图5所示的箭头A方向的应力。由于该应力向着下方拉顶壁31，相伴于此在与顶壁31接合的侧壁3a的上端产生向着反应管3的中央的应力。

但是，在本实施方式中，由于环状槽部34之下的顶壁31的厚度L3比顶壁31的其他部分薄，所以应力集中在该环状槽部34，因此，在侧壁3a上端作用于直径方向内方侧(箭头B方向)的应力、即侧壁3a的上端被向内方侧拉引的应力被降低。并且，作用于环状槽部34的箭头B方向的应力将要在环状槽部34的外方角部集中。但是，在该角部，形成有从环状槽部34的底部向上方、外方倾斜的面，该部分的壁厚变大。因此，分散将要集中在角部的应力，能够防止在环状槽部34内产生局部的应力集中。

另外，向斜下方且向外方作用的应力在环状槽部34的倾斜面附近有一定程度集中，所以通过与该环状槽部34连接且向上方延伸的立起部37和上缘部38，能够进一步有效的将集中于该倾斜面附近的应力分散。即，如果对于侧壁3a作用向着外侧膨胀地变形的应力，则使侧壁3a延伸而形成的立起部37按照倒向反应管3内的中央部的方式变形。于是，立起部37以及上缘部38形成为圆环状，因此形成与使应力从外侧向内侧均匀地作用于圆环的情况相同的变形，立起部37与上缘部38排斥该变形，通过这时产生的排斥力分散应力，由此，能够抑制侧壁3a的变形。

按照上述的各理由，在本实施方式的热处理装置1中，由于在封闭端部30的顶壁31，在上表面的周边区域形成有环状沟槽34，所以在对反应管3内进行减压时，作用于顶壁31的与反应管3的轴方向交差的从外侧向内侧的应力被分散。并且由于使环状槽部34的外方角部的壁厚比环状槽部34内的其他部位的壁厚大，所以施加在环状槽部34的外方角部的应力被分散。结果，即使使反应管3的封闭端部30的顶壁31平坦，也能够防止在对反应管3内进行减压时产生爆缩。

根据本实施方式的热处理装置1，通过使用该反应管3，能够消除在封闭端部30为圆穹顶形状的情况下形成的不需要的空间，在封闭端部30和顶板45a之间流动的处理气体的流速变快，能够防止处理气体滞留在晶片舟45的上方而促进处理气体的分解。由此，尤其能够对于上部侧的晶片W进行面内均匀性高的热处理，能够提高保持在晶片舟45上的全部的晶片W的面内均匀性，能够提高各晶片W间的膜厚的均匀性。还具有能够抑制装置的高度的效果。

<第二实施方式>

图6是用于说明本发明的第二实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置11的结构的大致截面图。如图6所示，热处理装置11具有：在封闭端部80的中央部设置有大直径的气体喷出口63的反应管8；和伸长至反应管8的顶点部的气体供给通道62。在这样的热处理装置11中，通过使封闭端部80的顶壁81平坦，能够使晶片舟45的顶板45a与顶壁81的间隔按照处理气体的流速变快的方式变狭小，所以能够尽快供给从气体喷出口63供给的处理气体，并使之不滞留在处理区域10的上部。因此，第二实施方式的热处理装置11能够起到与第一实施方式的热处理装置1相同的作用、效果。进而，能够提高对于晶片W的处理速度。再者，在本实施方式中，虽然在反应管8内设置有一个气体喷出口63，但是，例如，也可以在反应管8的侧壁8a按照与气体供给通道62连通的方式与第一实施方式同样地设置气体喷出口61。

<第三实施方式>

图7是用于说明本发明的第三实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置12的结构的大致截面图。如图7所示，在热处理装置12中，具备：上端闭塞下端开口的石英制的外管19；两端开口的直管状的石英制的内管29；和对外管19和内管29的下部侧进行支承的歧管(manifold)47，反应管9构成为由外管19和内管29构成的双重管结构。歧管47的下端开口部相当于晶片舟45的搬入搬出口。

在歧管47插入有多个气体导入管，这些气体导入管(73、76)在内管29的内侧从水平方向向垂直方向折曲，气体导入口朝向上方。在图7中，为了方便只画出了两根气体导入管73、76。另外，在歧管47，设置有向外管19和内管29之间的间隙开口的排气管53。因此，气体被供给到内管29的下部，在内管29内上升，进而通过外管19和内管29之间的间隙下降，从排气管53排出。外管19相当于本发明的反应管，封闭端部90上部的顶壁91成为与第一实施方式的顶壁31相同的结构。

在上述结构的热处理装置12中，由于反应管9的外管19的封闭端部90具有与第一实施方式的封闭端部30相同的结构，所以能够将封闭端部90形成为平面形状。因此，能够缩小晶片W的处理区域10的上部空间，上升至晶片舟45的上方的处理气体滞留在上部空间的时间变短，迅速地流入外管19及内管29之间的间隙。因此，由于能够抑制处理气体从上部空间向着处理区域的再扩散，所以，能够抑制对于接近晶片舟45的上端的晶片W的热处理相比位于其下部侧的晶片W得到促进的问题，例如，能够抑制成膜速度变快的问题，能够期待提高晶片W间的处理的均匀性。另外，对于晶片舟45的上端附近的晶片W，能够抑制周边的成膜比中心部的成膜大的问题，结果，能够进行面内均匀性高的热处理。进而，相比使用现有技术的圆穹顶形状的外管的情况，能够降低高度。

<第四实施方式>

图8是用于说明本发明的第四实施方式涉及的半导体处理用的热处理装置13的结构的大致截面图。如图8所示，该热处理装置13是第三实施方式的变形例，在内管29的上部开口端侧，设置有向着内管的中心轴水平延伸的翅部29a。此外，由于其他的部分与第三实施方式相同，所以在图8中，只示出热处理装置13的上部。在这样的热处理装置13中，将封闭端部90的顶壁91与翅部29a之间缩窄，能够加快在其间流动的处理气体的流速，进而，能够通过翅部29a防止活性成分从反应管9的上部空间下降。因此，与第三实施方式的热处理装置12相比，能够进一步实现其作用和效果。

<其他的实施方式>

上面，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，能够进行各种各样的变更。图9A～图9D是以在第一实施方式中使用的反应管3的顶壁31为代表，表示本发明的其他实施方式涉及的封闭端部30的形状的图。例如，如果9A所示，也可以是不弯曲立起部37的上端部的结构。在这种情况下，虽然不能够得到弯曲立起部37有的优点，但是由于与上表面平坦的顶壁相比能够得到较大的强度，所以也能够防止反应管3的爆缩。另外，如图9B所示，取代通过倾斜面将壁厚变大，也可以将环状槽部34的外方角部形成为直角。在这种情况下，虽然不能够得到基于外方角部的厚的壁厚的优点，但是能够通过设置环状槽部34以及立起部37得到应力分散作用，相比上表面平坦的顶壁能够得到大的强度，所以能够防止方应管3的爆缩。此外，虽然在图9B的结构中将立起部37弯曲，但是也可以并不弯曲。

另外，如图9C所示，取代将环状槽部34的外方侧面单纯地倾斜，可以附加阶梯形状使之倾斜。在这种情况下，也能够得到与单纯地倾斜的侧面同等的作用、效果，与上表面平坦的顶壁相比能够得到大的强度，所以能够防止方应管3的爆缩。从上述的实施方式可知，问题在于从顶壁31作用在侧壁3a的应力，所以在本发明的实施方式中，能够分散该应力即可。因此，如图9D所示，作为本发明的其他的实施方式，即使只按环状槽部34形成顶壁31，也能够使作用在该顶壁31的应力分散，相比上表面平坦的顶壁能够得到大的强度。这种情况下，使得环状槽部34的外方侧面倾斜，使得环状槽部34的外方角部之下的部分的壁厚增大，由此，能够提高强度，能够进一步有效地防止反应管3的爆缩。

<实验>

参照图10A、图10B对于为了确认本发明的效果而进行的实验进行说明。

首先，作为实施例，使用第一实施方式涉及的热处理装置1，在以下的处理条件下对晶片供给六氯乙硅烷(Si2Cl6)气体85ml、氨(NH3)气体425ml、乙烯(C2H4)气体1800ml，进行碳添加硅氮化膜的成膜处理。将处理压力设定在27Pa(0.2Torr)，将处理温度设定在600℃。另外，作为比较例，使用在图12中所示的现有技术中的热处理装置100，在于实施例相同的条件下进行成膜处理。在晶片舟45、145中，在所选择的5个槽缝(スロツト)中，保持试验用的晶片W，对每个晶片W从碳添加硅氮化膜的平均厚度求得成膜速度，并且求得对膜厚的面内均匀性。此外，在进行实际的热处理之前，测定处理区域10、120的温度分布，按照各晶片W的温度为一定的方式调整加热器。

图10A、图10B是表示这些实验结果的曲线。图10A是纵轴表示成膜速度、横轴表示晶片舟45上的晶片W的保持位置(槽缝位置)的曲线图，槽缝位置的1号表示最上级的槽缝位置。图10B是纵轴表示成膜的面内均匀性、横轴与图10A同样表示槽缝位置的曲线图。任一曲线图都是，连接“●”的线La、Lc表示使用热处理装置1的实施例，连接“■”的线Lb、Ld表示使用现有技术的热处理装置100的比较例。如图10A、图10B所示，在比较例的情况下，对于在晶片舟145的上部附近的晶片W，成膜速度相比位于其下方侧的晶片W变大，而成膜的面内均匀性恶化。相对于此，在实施例的情况下，在包含位于晶片舟45的上部附近的晶片W的全部的晶片W中，成膜速度以及面内均匀性一定，所以，不只面内均匀性良好，其面间均匀性也良好。因此，能够证明，与上端为圆穹顶型的反应管101相比，上端为平面形状的反应管3能够进行均匀性高的热处理。

<模拟>

接着，参照图11A～图11C对于用于分析将应力施加在本发明的顶壁31之时的顶壁31的强度的模拟进行说明。

首先，对于在第一实施方式中使用的在图11C表示的反应管3进行模拟，因此，对于反应管3进行真空排气使内部为一定的真空状态，通过在反应管3的外部和内部生成的压力差使应力作用在反应管3上，对于应力如何作用于顶壁31进行分析。对于将环状槽部34的外方侧面的倾斜和立起部37的上缘部38除去后的图11所示的反应管3进行同样的模拟。进而，对于将反应管3的环状槽部34的外方侧面的倾斜除去并且将环状槽部34的底面的壁厚加厚后的图11B所示的反应管3进行同样的模拟。

图11A所示的反应管3的情况下，如果产生向着反应管3的内部的应力，则通过环状槽部34，侧壁3a被顶壁31向着径向内方侧拉引的力变弱，能够抑制侧壁3a的变形，并且，在应力最为集中的侧壁3a与顶壁31的接合部T1的应力也成为19.84[MPa]左右，所以与上表面平坦的顶壁相比，能够在顶壁31得到大的强度，能够防止反应管3的爆缩。进而，在图11B所示的反应管3的情况下，将环状槽部34的壁面的壁厚加厚，所以能够将应力最为集中的侧壁3a与顶壁31的接合部T2处的应力也抑制在12.55[MPa]左右。另外，虽然由于将环状槽部34的壁厚加厚，与图11A所示的反应管3相比，侧壁3a被向径向内方侧拉引的力变强，但是通过立起部37与上缘部38能够进一步强化抑制侧壁3a的变形。因此，图11B所示的反应管3相比图11A所示的反应管3能够在顶壁31得到大的强度。能够进一步有效地防止反应管3的爆缩。

在图11C所示的反应管3的情况下，将环状槽部34的底部的壁厚变薄并且在外方角部设置倾斜面，所以在使应力集中在环状槽部34的同时，能够利用该倾斜面使应力分散。能够将应力最为集中的在侧壁3a与顶壁31的接合部T3处的应力抑制在4.80[MPa]左右。因此，能够进一步强化抑制侧壁3a的变形。因此，能够判断出，图11C所示的反应管3相比图11A、图11B所示的反应管3能够在顶壁31得到大的强度，能够进一步有效地防止反应管3的爆缩。

根据本发明的实施方式涉及的反应管，在封闭端部，在外表面侧的周边区域形成有环状槽，所以在对反应管内进行减压时，能够分散与反应管的轴方向交差的从外侧向内侧作用于闭塞端的应力。另外，由于使得环状槽中的外方角部的壁厚比该槽内其他部位的壁厚大，所以施加在该槽的外方角部的应力被分散。结果，即使使反应管的封闭端部平坦，也能够防止在对反应管内进行减压时产生爆缩。另外，通过使用该反应管，能够消除在闭塞端为圆穹顶形状的情况下形成的不必要的空间，所以，在反应管的闭塞端和基板之间流动的处理气体的流速变快，能够降低在反应管的上部处理气体的分解相比其下方侧过渡进行的问题，由此，对于上部侧的基板能够改善膜厚的门内均匀性，并能够改善上部侧的基板与位于其下部侧的基板之间的面间均匀性。并且，能够起到抑制装置的高度。

Claims (18)

1.一种半导体处理用的反应管，其由电绝缘性且耐热性材料一体地形成，并隔开间隔以层叠状态收纳有多个被处理体，在减压条件下对所述被处理体实施热处理，其特征在于，包括：

圆筒形的侧壁，其在下端具有用于相对于所述反应管装载及卸载所述被处理体的装载口；和

圆形的顶壁，其闭塞所述侧壁的上端并且与所述侧壁的轴方向正交，内表面形成为平面状，所述顶壁在外表面侧的周边区域具有沿着所述侧壁形成的环状槽，

所述环状槽之下的顶壁的厚度比顶壁的其他部分薄，

所述环状槽的外方角部的壁厚比所述环状槽内的其他部位的壁厚大，

用于保持晶片的晶片舟的顶板与所述顶壁的内表面之间的距离，和被保持在所述晶片舟的晶片的侧部与所述反应管的侧壁之间的距离相同，或者比该距离小，

被保持在所述晶片舟的晶片的侧部与所述反应管的侧壁之间的距离设定在10mm～35mm的范围内。

2.如权利要求1所述的反应管，其特征在于：

所述顶壁在所述周边区域的最外部具有沿着所述侧壁形成的环状的立起部。

3.如权利要求2所述的反应管，其特征在于：

所述立起部的上缘部向着内方侧弯曲。

4.如权利要求3所述的反应管，其特征在于：

所述立起部的上缘部向着内方侧弯曲90度。

5.如权利要求3所述的反应管，其特征在于：

所述立起部的上缘部在所述顶壁的外表面侧位于最上方。

6.如权利要求1所述的反应管，其特征在于：

所述环状槽的外侧侧面向外方且向上方倾斜，由此，在所述环状槽的所述外方角部提供更大的壁厚。

7.如权利要求6所述的反应管，其特征在于：

所述环状槽的所述外侧侧面随着台阶部而倾斜。

8.如权利要求1所述的反应管，其特征在于：

所述顶壁在外表面侧的中央区域具有中央凹部，在所述中央凹部与所述环状槽之间形成有环状凸部。

9.如权利要求8所述的反应管，其特征在于：

所述环状槽的内侧侧面从底面向内方且向上方倾斜，所述中央凹部的外侧侧面向外方且向上方倾斜。

10.一种半导体处理用的热处理装置，其特征在于，包括：

反应管，其隔开间隔以层叠状态收纳有多个被处理体，在减压条件下对所述被处理体实施热处理；

加热器，其以包围所述反应管的方式设置；

基板保持件，在所述反应管内保持所述被处理体；

气体供给系统，其与所述反应管连接并向所述反应管内供给处理气体；和

气体排气系统，其与所述反应管连接并用于对所述反应管内进行真空排气，其中，

所述反应管由电绝缘性且耐热性材料一体地形成，

所述反应管具备：圆筒形的侧壁，其在下端具有用于相对于所述反应管装载及卸载所述被处理体的装载口；和

圆形的顶壁，其闭塞所述侧壁的上端并且与所述侧壁的轴方向正交，内表面形成为平面状，所述顶壁在外表面侧的周边区域具有沿着所述侧壁形成的环状槽，

所述环状槽之下的顶壁的厚度比顶壁的其他部分薄，

所述环状槽的外方角部的壁厚比所述环状槽内的其他部位的壁厚大，

用于保持晶片的晶片舟的顶板与所述顶壁的内表面之间的距离，和被保持在所述晶片舟的晶片的侧部与所述反应管的侧壁之间的距离相同，或者比该距离小，

被保持在所述晶片舟的晶片的侧部与所述反应管的侧壁之间的距离设定在10mm～35mm的范围内。

11.如权利要求10所述的热处理装置，其特征在于：

所述顶壁在所述周边区域的最外部具有沿着所述侧壁形成的环状的立起部。

12.如权利要求11所述的热处理装置，其特征在于：

所述立起部的上缘部向着内方侧弯曲。

13.如权利要求12所述的热处理装置，其特征在于：

所述立起部的上缘部向着内方侧弯曲90度。

14.如权利要求12所述的热处理装置，其特征在于：

所述立起部的上缘部在所述顶壁的外表面侧位于最上方。

15.如权利要求10所述的热处理装置，其特征在于：

所述环状槽的外侧侧面向外方且向上方倾斜，由此，在所述环状槽的所述外方角部提供更大的壁厚。

16.如权利要求15所述的热处理装置，其特征在于：

所述环状槽的所述外侧侧面随着台阶部而倾斜。

17.如权利要求10所述的热处理装置，其特征在于：

所述顶壁在外表面侧的中央区域具有中央凹部，在所述中央凹部与所述环状槽之间形成有环状凸部。

18.如权利要求17所述的热处理装置，其特征在于：

所述环状槽的内侧侧面从底面向内方且向上方倾斜，所述中央凹部的外侧侧面向外方且向上方倾斜。

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