JP2002093732A - 半導体ウエハの拡散装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハを拡散炉内に挿入する際に、炉
内に大気が巻き込まれるのを抑制できる半導体ウエハの
拡散装置及び半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体ウエハの拡散装置
は、半導体ウエハ５の拡散処理又は酸化処理を行う拡散
炉１と、この拡散炉の一端に設けられた、拡散炉内に不
活性ガスを導入するガス導入口３と、拡散炉の他端に設
けられた、複数の半導体ウエハを並べて載置したボード
７を挿入する挿入口１４と、拡散炉における挿入口近傍
の内壁に設けられた絞り部１３と、拡散炉の外周に配置
されたヒータ９と、を具備する。上記絞り部１３は、挿
入口１４からボード７を挿入する際に、挿入口近傍にお
ける不活性ガスの一部の流れを、挿入口近傍をカーテン
状に覆うように変えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハにお
いて拡散工程又は酸化工程に使用する拡散装置、及び、
半導体ウエハに拡散又は酸化を行う半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の半導体ウエハの拡散装置
の概略を示す構成図である。半導体ウエハの拡散装置１
００はチューブ形状を有する石英製の縦型拡散炉１０１
を備えている。拡散炉１０１は、半導体ウエハ１０５の
主面の直径より大きい内径を有している。また、拡散炉
１０１の外周部には、炉外を囲むようにヒータ１０９が
配置されている。

【０００３】拡散炉１０１の尾管側（一端）には窒素ガ
ス等の不活性ガスを矢印１０２のように炉内に導入する
ためのガス導入口１０３が設けられている。このガス導
入口１０３には不活性ガスを供給する配管（図示せず）
に接続されている。拡散炉１０１の頭管側（他端）に
は、複数の半導体ウエハ１０５を載置した石英製のボー
ド１０７を炉内に挿入するボード挿入口１１４が設けら
れている。

【０００４】ボード１０７は、複数の半導体ウエハ１０
５を所定の間隔をあけて上下に並べて載置するように構
成されている。ボード１０７の下部には図示せぬ蓋部が
取り付けられている。この蓋部は、ボード１０７を炉内
に収納することにより挿入口１１４を閉じるように構成
されている。

【０００５】次に、上記半導体ウエハの拡散装置を用い
て、酸化工程をウエハに施す手順について説明する。

【０００６】まず、ヒータ１０９により拡散炉１０１を
加熱すると共に、ガス導入口１０３から矢印１０２のよ
うに例えば窒素ガスを炉内に導入する。そして、拡散炉
１０１の内部を窒素ガスの雰囲気とすると共に、炉内の
温度を所定温度（例えば１０００℃）まで昇温する。

【０００７】この後、ボード１０７に複数の半導体ウエ
ハ１０５を載置し、このボード１０７を炉内に挿入す
る。そして、ボード１０７が完全に炉内に収納される
と、蓋部によってボード挿入口１１４が閉じられる。次
に、炉内温度が所定温度（例えば１０００℃）になるま
での間、この状態で所定時間保持する。

【０００８】次に、窒素ガスの炉内への導入を停止し、
所定濃度の酸素を含む酸化雰囲気ガスをガス導入口１０
３から炉内に導入する。この後、この状態で所定時間保
持することにより、半導体ウエハ１０５の表面に酸化処
理を施す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体ウエハの拡散装置１００では、ウエハ１０５を炉
内に挿入する際に、炉内の温度を所定温度に保持してお
いても、炉内に大気を巻き込んでしまうことにより、炉
内の温度が所定温度より低下してしまう。このため、ウ
エハに酸化処理を施す前に、炉内温度が所定温度になる
までの間、そのままの状態で所定時間保持する必要があ
る。従って、このような保持時間がかかるのでスループ
ットが悪くなる。

【００１０】また、炉内にウエハを挿入する際に巻き込
まれる大気の量も一定とは限らないので、その巻き込み
の大気量が多い場合には、拡散炉１０１の口元（ボード
挿入口１１４近傍）の温度が予定する以上に低下してし
まい、ウエハに酸化処理を施す時になっても炉内の温度
均一性が悪いことがある。これにより、ウエハ面内の温
度が不均一となり、この状態で酸化処理を行うと、ウエ
ハに形成される酸化膜の膜厚が不均一となったり、酸化
膜の膜質が低下することがある。

【００１１】また、炉内にウエハを挿入する際に大気を
巻き込むことにより、炉内にボードを挿入した後にも、
ボードに載置された複数のウエハの相互間に大気が残留
してしまう。窒素ガスは炉内を矢印１１１のように流れ
るため、特にウエハ相互間は窒素ガスで置換されにく
い。従って、ボード挿入後のウエハに酸化処理を行う時
になっても、この残留大気が残留したままとなることが
ある。この状態で酸化処理を行うと、ウエハに形成され
る酸化膜の膜厚が不均一となったり、酸化膜の膜質が低
下することがある。

【００１２】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、半導体ウエハを拡散炉内
に挿入する際に、炉内に大気が巻き込まれるのを抑制で
きる半導体ウエハの拡散装置及び半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体ウエハの拡散装置は、半導体ウ
エハの拡散処理又は酸化処理を行う拡散炉と、この拡散
炉の一端に設けられた、拡散炉内に不活性ガスを導入す
るガス導入口と、拡散炉の他端に設けられた、複数の半
導体ウエハを並べて載置したボードを挿入する挿入口
と、拡散炉における挿入口近傍の内壁に設けられた絞り
部と、拡散炉の外周に配置されたヒータと、を具備し、
上記絞り部は、挿入口からボードを挿入する際に、挿入
口近傍における不活性ガスの一部の流れを、挿入口近傍
をカーテン状に覆うように変えるものであることを特徴
とする。

【００１４】上記半導体ウエハの拡散装置によれば、ボ
ードに載置した半導体ウエハを炉内に挿入する際、挿入
口近傍の絞り部によって不活性ガスの流れを変え、挿入
口近傍をカーテン状に覆うように不活性ガスを流してい
る。このため、ウエハを炉内に挿入する時に炉内に大気
を巻き込むことを抑制することができる。また、絞り部
によって挿入口近傍をカーテン状に覆うように不活性ガ
スを流すことにより、ウエハを炉内に挿入する時に、そ
の不活性ガスによってウエハの相互間に存在する大気を
押し流して確実に置換すことができる。

【００１５】また、本発明に係る半導体ウエハの拡散装
置において、上記絞り部は拡散炉の内壁に設けられた傾
斜面であることが好ましい。また、本発明に係る半導体
ウエハの拡散装置において、上記傾斜面の傾斜角は、４
０°以上５０°以下であることが好ましい。

【００１６】また、本発明に係る半導体ウエハの拡散装
置において、上記拡散炉は管形状を有することが好まし
い。また、本発明に係る半導体ウエハの拡散装置におい
ては、上記拡散炉の挿入口の内径が、拡散炉の中央部の
内径より小さいことが好ましい。また、本発明に係る半
導体ウエハの拡散装置においては、上記拡散炉の中央部
の内径と挿入口近傍の内径との差が２ｃｍ以上であるこ
とが好ましい。

【００１７】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体ウエハを拡散炉内に挿入し、該半導体ウエハに拡散
又は酸化を行う半導体装置の製造方法であって、拡散炉
内を所定温度に昇温し、拡散炉内の一端から他端に向け
て不活性ガスを流す工程と、拡散炉の他端近傍における
不活性ガスの一部を、拡散炉の他端近傍をカーテン状に
覆うような流れに変えながら、複数の半導体ウエハを並
べて載置したボードを拡散炉の他端から拡散炉内に挿入
する工程と、を具備することを特徴とする。

【００１８】上記半導体装置の製造方法によれば、拡散
炉の他端近傍における不活性ガスの一部を、拡散炉の他
端近傍をカーテン状に覆うような流れに変えながら、ボ
ードを拡散炉内に挿入している。このため、ウエハを炉
内に挿入する時に炉内に大気を巻き込むことを抑制する
ことができる。また、挿入口近傍をカーテン状に覆うよ
うに不活性ガスを流すことにより、ウエハを炉内に挿入
する時に、その不活性ガスによってウエハの相互間に存
在する大気を押し流して確実に置換すことができる。

【００１９】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
において、上記不活性ガスの流れを変えるのは、拡散炉
における他端近傍の内壁に設けられた絞り部によること
が好ましい。また、本発明に係る半導体装置の製造方法
において、上記絞り部は拡散炉の内壁に設けられた傾斜
面であることが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態による半導体ウエハの拡散装置の概略を示す構成図で
ある。

【００２１】図１に示すように、半導体ウエハの拡散装
置１０はチューブ形状を有する石英製の拡散炉１を備え
ている。拡散炉１は、半導体ウエハ５の主面の直径より
大きい内径を有している。また、拡散炉１の外周部に
は、炉外を囲むようにヒータ９が配置されている。

【００２２】拡散炉１の尾管側（一端）には窒素ガス等
の不活性ガスを矢印２のように炉内に導入するためのガ
ス導入口３が設けられている。ガス導入口３には不活性
ガスを供給する配管（図示せず）に接続されている。拡
散炉１の頭管側（他端）には、複数の半導体ウエハ５を
並べて載置した石英製のボード７を炉内に挿入するボー
ド挿入口１４が設けられている。

【００２３】ボード７は、複数の半導体ウエハ５を所定
の間隔をあけて上下に並べて載置するように構成されて
いる。ボード７の下部には図示せぬ蓋部が取り付けられ
ている。この蓋部は、ボード７を炉内に収納することに
より挿入口１４を閉じるように構成されている。

【００２４】拡散炉１におけるボード挿入口１４の内壁
には絞り部１３が設けられている。絞り部１３とは、チ
ューブ形状の拡散炉のボード挿入口１４近傍が絞られた
部分であり、絞り部の内壁には傾斜面が形成されてい
る。傾斜面とは、絞り部より拡散炉の中央部側の内壁面
に対して傾斜していることである。この傾斜面の傾斜角
は９０°未満であれば良いが、好ましい傾斜角は４０°
〜５０°である。

【００２５】言い換えると、拡散炉１に絞り部１３を設
けることは、拡散炉１の挿入口１４近傍の内径を拡散炉
の中央部の内径より小さくすることである。拡散炉１の
中央部の内径と挿入口１４近傍の内径との差は２ｃｍ以
上であることが好ましい。

【００２６】このように拡散炉の挿入口近傍の内壁に絞
り部１３を設けることにより、挿入口１４から流れ出す
不活性ガスのうち一部の不活性ガスの流れを矢印１２の
ように変えることができる。その結果、流れが変えられ
た不活性ガスによって挿入口１４近傍をカーテン状に覆
うことができる。つまり、ボード７を炉内に挿入する
際、挿入口近傍をカーテン状に覆うように流れる不活性
ガスによってボードに載置したウエハ相互間に不活性ガ
スが流れ込み、そのウエハ相互間に残留する大気を不活
性ガスで置換することができる。

【００２７】次に、上記半導体ウエハの拡散装置を用い
て、酸化工程又は拡散工程をウエハに施す手順について
説明する。

【００２８】まず、ヒータ９により拡散炉１を加熱する
と共に、ガス導入口３から矢印２のように例えば窒素ガ
スを炉内に導入する。そして、拡散炉１の内部を窒素ガ
スの雰囲気とすると共に、炉内の温度を所定温度（例え
ば１０００℃）まで昇温する。

【００２９】この後、図１に示すように、ボード７に複
数の半導体ウエハ５を載置し、このボード７を炉内に挿
入する。この際、ガス導入口３から炉内に導入された窒
素ガスは、矢印１１，１２のように拡散炉内の尾管側
（一端）から頭管側（他端）に流されており、挿入口１
４近傍の絞り部１３の傾斜面付近を流れる窒素ガスは、
その傾斜面によって矢印１２のように流れる方向が変え
られる。つまり、拡散炉１内を流れる窒素ガスの向きを
絞り部の傾斜面によって、挿入するボード７の方向に変
え、挿入口近傍をカーテン状に覆うように窒素ガスの一
部を流している。従って、このカーテン状に流れる窒素
ガスによってウエハ挿入時に炉内に大気を巻き込むのを
抑制することができる。

【００３０】次に、ボード７が完全に炉内に収納される
と、蓋部によってボード挿入口１４が閉じられる。この
後、ガス導入口３の窒素ガスの炉内への導入を停止し、
所定濃度の酸素を含む酸化雰囲気ガスをガス導入口３か
ら炉内に導入する。次に、この状態で所定時間保持する
ことにより、半導体ウエハ５の表面に酸化処理を施す。

【００３１】上記実施の形態によれば、ボード７に載置
したウエハ５を炉内に挿入する際、挿入口１４近傍の絞
り部１３の傾斜面を流れる不活性ガスの流れをその傾斜
面によって矢印１２のように変え、挿入口近傍をカーテ
ン状に覆うように窒素ガスを流している。このため、ウ
エハを炉内に挿入する時に炉内に大気を巻き込むことを
抑制することができる。従って、所定温度に保持した炉
内温度が低下することを抑制することができ、拡散炉の
口元の保温性を高めることができる。その結果、ウエハ
を炉内に挿入した後、比較的直ぐにウエハに酸化処理又
は拡散処理を施すことができるので、従来の半導体ウエ
ハの拡散装置に比べてスループットを向上させることが
できる。

【００３２】また、炉内にウエハ５を挿入する際、炉内
に巻き込まれる大気を抑制することができるので、拡散
炉１の口元（ボード挿入口１４の近傍）の温度が低下す
るのを抑制することができる。従って、ウエハ５に酸化
処理又は拡散処理を施す時における炉内の温度均一性を
向上させることができる。これにより、ウエハ面内の温
度均一性が高められ、この状態で酸化処理を行うと、ウ
エハに形成される酸化膜の膜厚均一性を良くすることが
でき、酸化膜の膜質を向上させることができる。

【００３３】また、炉内にウエハ５を挿入する際に炉内
に大気が巻き込まれるのを防ぐことにより、炉内にボー
ド７を挿入した後に、ボード７に載置された複数のウエ
ハ５の相互間に大気が残留することを抑制することがで
きる。つまり、ガス導入口３からの窒素ガスは図１に示
すように炉内を矢印１１のように流れるため、特にウエ
ハ相互間は窒素ガスで置換されにくい。しかし、絞り部
の傾斜面によって挿入口１４近傍をカーテン状に覆うよ
うに窒素ガスを流すことにより、ウエハ５を炉内に挿入
する時に、その窒素ガスによってウエハ５の相互間に存
在する大気を押し流して確実に置換すことができる。よ
って、ボード挿入後のウエハに酸化処理を行う時に、ウ
エハ相互間に大気が残留したままとなることを抑制でき
る。従って、ウエハに形成される酸化膜の膜厚均一性を
良くすることができ、酸化膜の膜質低下を抑制すること
ができる。

【００３４】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。例えば、
絞り部１３の寸法、形状等は、前述した作用効果を奏す
るものであれば、種々変更可能である。

【００３５】また、上記実施の形態では、本発明を縦型
の拡散炉に適用しているが、本発明を横型の拡散炉に適
用することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
ウエハの拡散装置によれば、挿入口近傍の絞り部によっ
て不活性ガスの流れを変え、挿入口近傍をカーテン状に
覆うように不活性ガスを流している。したがって、半導
体ウエハを拡散炉内に挿入する際に、炉内に大気が巻き
込まれるのを抑制することができる。

【００３７】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、拡散炉の他端近傍における不活性ガスの一部
を、拡散炉の他端近傍をカーテン状に覆うような流れに
変えながら、ボードを拡散炉内に挿入している。したが
って、半導体ウエハを拡散炉内に挿入する際に、炉内に
大気が巻き込まれるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による半導体ウエハの拡散
装置の概略を示す構成図である。

【図２】従来の半導体ウエハの拡散装置の概略を示す構
成図である。

【符号の説明】

１，１０１…拡散炉 ２，１０２…矢印 ３，１０３…ガス導入口 ５，１０５…半導体ウエハ ７，１０７…ボード ９，１０９…ヒータ １０，１００…半導体ウエハの拡散装置 １１，１２，１１１…矢印 １３…絞り部 １４，１１４…ボード挿入口

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの拡散処理又は酸化処理を
   行う拡散炉と、 この拡散炉の一端に設けられた、拡散炉内に不活性ガス
   を導入するガス導入口と、 拡散炉の他端に設けられた、複数の半導体ウエハを並べ
   て載置したボードを挿入する挿入口と、 拡散炉における挿入口近傍の内壁に設けられた絞り部
   と、 拡散炉の外周に配置されたヒータと、 を具備し、 上記絞り部は、挿入口からボードを挿入する際に、挿入
   口近傍における不活性ガスの一部の流れを、挿入口近傍
   をカーテン状に覆うように変えるものであることを特徴
   とする半導体ウエハの拡散装置。
2. 【請求項２】 上記絞り部は拡散炉の内壁に設けられた
   傾斜面であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウ
   エハの拡散装置。
3. 【請求項３】 上記傾斜面の傾斜角は、４０°以上５０
   °以下であることを特徴とする請求項２記載の半導体ウ
   エハの拡散装置。
4. 【請求項４】 上記拡散炉は管形状を有することを特徴
   とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の半導体ウ
   エハの拡散装置。
5. 【請求項５】 上記拡散炉の挿入口の内径が、拡散炉の
   中央部の内径より小さいことを特徴とする請求項４記載
   の半導体ウエハの拡散装置。
6. 【請求項６】 上記拡散炉の中央部の内径と挿入口近傍
   の内径との差が２ｃｍ以上であることを特徴とする請求
   項５記載の半導体ウエハの拡散装置。
7. 【請求項７】 半導体ウエハを拡散炉内に挿入し、該半
   導体ウエハに拡散又は酸化を行う半導体装置の製造方法
   であって、 拡散炉内を所定温度に昇温し、拡散炉内の一端から他端
   に向けて不活性ガスを流す工程と、 拡散炉の他端近傍における不活性ガスの一部を、拡散炉
   の他端近傍をカーテン状に覆うような流れに変えなが
   ら、複数の半導体ウエハを並べて載置したボードを拡散
   炉の他端から拡散炉内に挿入する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 上記不活性ガスの流れを変えるのは、拡
   散炉における他端近傍の内壁に設けられた絞り部による
   ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方
   法。
9. 【請求項９】 上記絞り部は拡散炉の内壁に設けられた
   傾斜面であることを特徴とする請求項８記載の半導体装
   置の製造方法。