JP2002299273A

JP2002299273A - 半導体基板用熱処理装置

Info

Publication number: JP2002299273A
Application number: JP2001105868A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Takeda; 好郎武田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル管の交換作業能率を向上し、また操業
コストを安価に抑制することを可能にする。【解決手段】半導体基板１３を支持する支持部１４
と、支持部１４を収納する処理管１５と、処理管１５を
外囲して配置され処理管１５を加熱することによって処
理管１５内の熱処理空間１６を半導体基板１３の熱処理
に適した温度に保つ加熱手段１７と、処理管１５内に延
び半導体基板１３の熱処理のために用いられる原料ガス
を含むガスを噴射するノズル管１２とを含んで構成され
る。ノズル管１２は、処理管１５が加熱手段１７によっ
て加熱される領域である加熱領域Ｒ２の外部に延びる部
分を有し、ノズル管１２の少なくとも加熱領域Ｒ２内に
存在する部分を加熱領域Ｒ２外の部分から取外すことが
できるように連結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に被膜
形成および不純物拡散などの熱処理を行う半導体基板用
熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路および個別半導体素子な
どの半導体デバイスを製造する過程において、半導体基
板に酸化膜および窒化膜などの被膜を形成する熱処理、
ドナーまたはアクセプタとなる不純物を拡散する熱処理
が行われている。半導体基板の熱処理に用いられる従来
の半導体基板用熱処理装置は、半導体基板を支持する支
持部と、支持部を収納する処理管と、処理管内に延びて
ガスを導入し半導体基板に噴射するノズル管と、処理管
を外囲して配置され処理管を加熱するヒータとを含む構
成である。

【０００３】従来の半導体基板用熱処理装置において、
ヒータによって予め定められた温度に加熱された処理管
内に設けられる半導体基板支持部には、複数の半導体基
板が支持され、ノズル管に形成された噴出孔から半導体
基板にガスを吹付けて被膜形成および不純物拡散などの
熱処理が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板の表面に被
膜を形成するとき、半導体基板と反応させるガスとし
て、酸素と窒素との混合ガス、酸素と水素との混合ガス
および水蒸気などが、ノズル管によって処理管内に導入
され、ガスと半導体基板の表面とが反応して酸化膜およ
び窒化膜が形成される。不純物拡散、たとえば、半導体
基板であるＳｉウェハに、Ｐ型の導電型を形成するため
にＢを拡散する熱処理が行われるとき、不純物ガスとし
て、窒素、酸素およびＢＢｒ₃が処理管内に導入され
る。ＢＢｒ₃と酸素とからＢ₂Ｏ₃が形成され、Ｂ₂Ｏ₃が
Ｓｉと反応して、ＢとＳｉＯ₂とが形成され、ＢがＳｉ
ウェハ中に拡散されることによって、Ｐ型の拡散層が形
成される。

【０００５】図１０は、従来の半導体基板用熱処理装置
に備わるノズル管１の構成を簡略化して示す側面図であ
る。ノズル管１が処理管内に導入されて上方に立上がる
導入部２は、処理管がヒータによって加熱される加熱領
域Ｒ１の外に配置されるので、処理管内にあって加熱領
域Ｒ１内に位置するノズル管１の部位よりも温度が低
い。たとえば、処理管内にあって加熱領域Ｒ１内に位置
するノズル管１の部位の温度が、約８００℃であると
き、加熱領域Ｒ１外に位置する導入部２の温度は、約４
００℃である。

【０００６】したがって、不純物ガスとして、たとえば
前述のＢＢｒ₃を含むガスを使用する拡散熱処理におい
て、温度が低い導入部２をガスが通過するとき、Ｂの酸
化物が析出し易い。導入部２の内面にＢの酸化物が析出
すると、ノズル管１の素材である石英ガラス中へＢが侵
入し、導入部２の内面には、硼珪酸ガラスが形成され
る。このことによって、導入部２は、硼珪酸ガラスと石
英ガラスとの２層構造となる。

【０００７】また、導入部２は、前述のように加熱領域
Ｒ１の外に配置されるので、ヒータによる加熱の効果を
ほとんど得ることができず、また半導体基板を支持部に
取付けまたは取外しするために支持部を下降させて処理
管の封止を解放したとき、室温である外気の影響を受け
て温度が低下する。すなわち導入部２は、拡散熱処理と
半導体基板の支持部への取付け取外し作業とによって、
加熱と冷却との繰返し熱履歴を受ける。

【０００８】前述の硼珪酸ガラスと石英ガラスとは、熱
膨張係数が大きく異なり、硼珪酸ガラスの熱膨張係数
は、石英ガラスの熱膨張係数のほぼ１０倍である。した
がって、導入部２が熱履歴を受けて、膨張と収縮とを繰
返すとき、熱膨張係数の差異に基づく熱応力が発生し、
導入部２にマイクロクラックが発生することがある。さ
らに、導入部２はＬ字状に形成され、形状に起因する製
造時の応力をも有しているので、熱履歴を受けることに
よって一層大きな応力が負荷される。したがって、拡散
熱処理を繰返し実施する過程において、導入部２が劣化
することは避けられない。

【０００９】半導体基板用熱処理装置は、おおよそ４０
〜６０日ごとに処理管の洗浄が行なわれる。処理管を洗
浄するとき、ノズル管１は処理管から取外される。ノズ
ル管１を処理管から取外すとき、前述のように導入部２
は劣化しているので、導入部２において破損することが
多く、甚だしい場合には処理管の洗浄ごとにノズル管１
を交換しなければならないという問題がある。

【００１０】ノズル管１は、図１０に示すように一体に
形成されるので、破損した部位が導入部２のみであるに
もかかわらず、ノズル管１全体を交換しなければならな
い。導入部２に連なって、加熱領域Ｒ１内に位置するノ
ズル管１の部位には、支持部に支持された半導体基板に
不純物ガスを吹付ける複数の噴出孔３を有するノズル管
本体部４が形成される。ノズル管本体部４には、おおよ
そφ５ｍｍの噴出孔３が１６５〜１７０個形成され、ノ
ズル管１の価格は、大半がこの噴出孔３を形成するため
の加工に要する費用によって占められる。

【００１１】ノズル管本体部４は、加熱領域Ｒ１内に位
置するので、半導体基板を支持部に取付け取外しすると
きにも、ヒータによって加熱されるので、温度が大きく
低下することがない。またノズル管本体部４の温度は約
８００℃であり、導入部２の温度である約４００℃より
も高いので、不純物ガスが通過するときにＢの酸化物が
析出しにくい。したがって、ノズル管本体部４には、硼
珪酸ガラスが形成されることがなく、導入部２のように
硼珪酸ガラスと石英ガラスとの２層構造になることがな
い。

【００１２】ノズル管本体部４は、拡散熱処理と半導体
基板の支持部への取付け取外し作業との繰返しによる熱
履歴を受けたときの温度変化が小さく、また硼珪酸ガラ
スと石英ガラスとの２層構造にはならないので、熱履歴
を受けた場合に発生する熱応力は、導入部２に比較して
小さく、ほとんど劣化することがない。したがって、ノ
ズル管本体部４は、処理管の洗浄後も継続して使用可能
であるにもかかわらず、破損した導入部２とともにノズ
ル管１一体として交換される。このことによって、半導
体基板用熱処理装置を操業する際の消耗部品の費用が増
加し、半導体デバイスの製造コストを増大する原因とな
っている。また複雑な形状を有するノズル管１を一体と
して取外し、新しいノズル管１を取り付けるので、ノズ
ル管１の交換作業に長時間を要するという問題がある。

【００１３】本発明の目的は、ノズル管を複数の部材に
分割することによって、ノズル管の交換作業能率を向上
し、また操業コストを安価に抑制することのできる半導
体基板用熱処理装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板を
支持する支持部と、支持部を収納する処理管と、処理管
を外囲して配置され、処理管を加熱することによって処
理管内の熱処理空間を半導体基板の熱処理に適した温度
に保つ加熱手段と、処理管内に延び半導体基板の熱処理
のために用いられる原料ガスを含むガスを噴射するノズ
ル管であって、処理管が加熱手段によって加熱される領
域である加熱領域の外部に延びる部分を有し、少なくと
も加熱領域内に存在する部分を加熱領域外の部分から取
外すことができるように連結されているノズル管とを含
むことを特徴とする半導体基板用熱処理装置である。

【００１５】本発明に従えば、ノズル管は、加熱領域内
に存在する部分と加熱領域外の部分との２つの部材によ
って構成される。従来、ノズル管は、一体の部材として
構成され、劣化のたびごとに一体に交換されていたけれ
ども、ノズル管を２つの部材に分割することによって、
多数のガス噴出孔の形成された高価な加熱領域内の部材
と、簡単な構造で安価な加熱領域外の部材とに区別して
交換することができる。劣化を生じ易い安価な加熱領域
外の部材のみを交換し、高価な加熱領域内の部材を交換
することなく継続して長時間使用することが可能になる
ので、操業における消耗部品の費用を削減し、半導体デ
バイスの製造コストを低減することができる。また、多
くの場合、加熱領域内の部材をそのまま継続使用し、劣
化の頻度が高い加熱領域外の部材のみを交換することに
よって、熱処理を再開することができるので、ノズル管
の交換作業時間を短縮し熱処理の能率を向上することが
できる。

【００１６】また本発明は、ノズル管の加熱領域内に存
在する部分と加熱領域外の部分とを連結する連結部は、
加熱領域内に配置されることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、ノズル管の加熱領域内に
存在する部分と加熱領域外の部分とを連結する連結部の
位置は、加熱領域内に配置されるので、熱処理時と半導
体基板の支持部への取付け取外し作業時とにおいて、連
結部が受ける温度変化は小さくなる。また、連結部は、
加熱手段によってガスによる析出物が析出しにくい温度
に保たれるので、析出物に基づく変成が抑制される。し
たがって、連結部は、熱履歴を受けた場合の温度変化が
小さく、また発生する熱応力が小さいので、劣化が抑制
される。

【００１８】また本発明は、ノズル管の加熱領域内に存
在する部分と加熱領域外の部分とは、嵌合によって連結
されることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、ノズル管の加熱領域内に
存在する部分と加熱領域外の部分とは嵌合されるので、
簡単な構造によって相互の着脱を実現することができ、
また相互の着脱を容易かつ効率的に行うことができる。

【００２０】また本発明は、処理管の内壁には、ノズル
管を保持する保持部が設けられることを特徴とする。

【００２１】本発明に従えば、処理管にはノズル管を保
持する保持部が設けられるので、ノズル管は、支持部に
支持されている半導体基板を含む平面に対する角度がほ
ぼ９０度となる姿勢で安定に保持される。このことによ
って、ノズル管は、半導体基板に均一にガスを供給する
ことができる。

【００２２】また本発明は、前記保持部は、一対が間隔
をあけて設けられ、一対の保持部によって形成される間
隙にノズル管が挟持されることを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、一対の保持部が間隔をあ
けて設けられ、一対の保持部によって形成される間隙に
ノズル管が挟持されるので、ノズル管は、支持部に支持
されている半導体基板を含む平面に対する角度がほぼ９
０度となる姿勢で一層安定に保持される。このことによ
って、ノズル管は、半導体基板に均一にガスを供給する
ことができる。

【００２４】また本発明は、保持部は、処理管と一体に
形成されることを特徴とする。本発明に従えば、保持部
は処理管と一体に形成されるので、本来２部品から形成
される処理管と保持部とを１部品として形成することが
できる。このことによって、装置の製造工程を削減する
ことができるので、製造コストを低減することができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る半導体基板用熱処理装置１１の構成を簡略化して示す
概略断面図であり、図２は図１に示す半導体基板用熱処
理装置１１に備わるノズル管１２の構成を簡略化して示
す側面図である。

【００２６】半導体基板用熱処理装置１１は、半導体基
板１３を支持する支持部１４と、支持部１４を収納する
処理管１５と、処理管１５を外囲して配置され処理管１
５を加熱することによって処理管１５内の熱処理空間１
６を半導体基板１３の熱処理に適した温度に保つ加熱手
段１７と、処理管１５と加熱手段１７との間に配置され
て加熱手段１７が発生する熱を受けて昇温し、その輻射
熱によって処理管１５を加熱する均熱管１８と、処理管
１５内に延び半導体基板１３の熱処理のために用いられ
る原料ガスを含むガスを噴射するノズル管１２であっ
て、処理管１５が加熱手段１７によって加熱される領域
である加熱領域Ｒ２の外部に延びる部分を有し、少なく
とも加熱領域Ｒ２内に存在する部分を加熱領域Ｒ２外の
部分から取外すことができるように連結されているノズ
ル管１２とを含む。

【００２７】半導体基板１３は、熱処理によってドナー
またはアクセプタとなる不純物が導入される基板であ
り、薄い円板状の形状を有する。本実施の形態では、半
導体基板にＳｉウェハが用いられる。

【００２８】支持部１４は、ボート１９と、支持基台２
０とを含む。ボート１９は、支持基台２０上に設けら
れ、前記半導体基板１３を、図１の紙面上下方向に間隔
Ｗ１をあけておおよそ水平な姿勢で支持する。支持基台
２０の下部には、プレート部２１が形成され、また支持
部１４を上下方向に昇降移動する図示しない昇降部材が
設けられる。

【００２９】処理管１５は、石英ガラス製であり、大略
的に円筒形状を有し上部に閉口し下部に開口する。処理
管１５の下部付近には、ガスを処理管１５内に導入する
導入口２２と、処理管１５内を流動したガスが処理管１
５の外に排出される排出口２３とが形成される。本実施
の形態では、半導体基板１３を熱処理する原料ガスを含
むガスとして、窒素、酸素およびＢＢｒ₃の混合ガスを
使用した。以後、前記混合ガスをガスと略称する。

【００３０】処理管１５の下部には、開口部の周囲にフ
ランジ部２４が形成され、フランジ部２４は、支持部１
４が昇降部材によって上昇された状態で、支持基台２０
下部に形成される前記プレート部２１と当接し、処理管
１５内を封止する。処理管１５内には、半導体基板１
３、半導体基板１３を支持する支持部１４およびノズル
管１２が収納され、半導体基板１３と反応するガスが流
動し、加熱手段１７によって予め定められた温度に保た
れる熱処理空間１６が形成される。本実施の形態では、
処理管１５の素材には、半導体基板１３を熱処理するガ
スに含まれる酸素に対する耐酸化性に優れることおよび
高温に加熱された場合の内部ガスの放出量が少ないこと
などの特性を有するので、石英ガラスが素材として使用
されるけれども、これに限定されることなく、他の素材
が使用されてもよい。

【００３１】均熱管１８は、たとえば銅製であり、円筒
状の形状を有し、処理管１５と加熱手段１７との間に処
理管１５を外囲して配置される。後述の加熱手段１７に
よって処理管１５が加熱されるとき、加熱手段１７によ
って直接処理管１５が加熱されると、処理管１５内の熱
処理空間１６の温度分布にばらつきが生じ易い。したが
って、処理管１５を外囲するように加熱手段１７との間
に均熱管１８を配置し、均熱管１８を介して処理管１５
を輻射熱によって加熱し、処理管１５内の熱処理空間１
６の温度分布を均一にする。

【００３２】加熱手段１７は、たとえばカーボランダム
などからなるヒータであり、図示しない電源から電力が
供給されて発熱し、均熱管１８および処理管１５を加熱
する。均熱管１８は加熱手段１７によって加熱されて昇
温し、均熱管１８の半径方向内方に配置される処理管１
５を輻射熱によって加熱する。このことによって、処理
管１５内に形成される熱処理空間１６が、半導体基板１
３の熱処理に適した温度まで昇温され、その温度に保た
れる。ここで、円筒形状を有する加熱手段１７の半径方
向内方に形成される円柱状の空間領域であって、加熱手
段１７によって処理管１５を加熱する領域を加熱領域Ｒ
２と呼ぶ。

【００３３】ノズル管１２は、石英ガラス製であり、略
逆Ｕ字状の形状を有し、ノズル管本体２５と導入部２６
との２つの部材によって構成される。またノズル管本体
２５は、内部を上昇するガスが予熱される予熱部２７
と、内部を下降するガスを半導体基板１３に向けて矢符
４７方向に噴射する複数の噴出孔３０を有する噴出部２
８と、予熱部２７および噴出部２８に連なる横架部２９
とを含む。

【００３４】導入部２６は、Ｌ字状の形状を有し、導入
部２６の一端部３１は、前記加熱領域Ｒ２の外に延び、
さらに処理管１５の下部に形成される導入口２２を挿通
して処理管１５の外方に延びる。処理管１５の外におい
て、導入管２６の一端部３１は、ガス供給部３２に連結
される。ガス供給部３２は、半導体基板１３の熱処理に
使用される原料ガスを含むガスを貯留しノズル管１２に
供給するガス供給源３３と、ガス供給源３３からノズル
管１２に供給されるガスが搬送される通路であるガス供
給管路３４と、ガス供給管路３４に設けられてガスを圧
送するポンプ３５と、流量制御弁３６と、ガス供給管路
３４と導入管２６の一端部３１とを連結する可撓管３７
とを含む。導入口２２と導入部２６の外周面とによって
形成される間隙は、図示しないシール部材によって封止
される。

【００３５】導入部２６の他端部３８は加熱領域Ｒ２内
に延び、加熱領域Ｒ２内に存在するノズル管本体２５の
予熱部２７と取外しできるように連結されて連結部３９
を構成する。図３は図１に示すノズル管１２の連結部３
９においてノズル管本体２５から導入部２６を離脱した
状態の部分拡大断面図である。予熱部２７の一端部４０
付近の外径はｄ１は、ノズル管本体２５すなわち予熱部
２７の一端部４０付近以外の部分における外径ｄ２より
も小さく、さらに導入管２６の他端部３８の内径ｄ３よ
りもわずかに小さくなるように形成される。このことに
よって、予熱部２７の一端部４０を導入部２６の他端部
３８に挿入し、ノズル管本体２５と導入部２６とを嵌合
することができる。

【００３６】ノズル管本体２５と導入部２６とが嵌合さ
れて形成される連結部３９において、導入部２６または
ノズル管本体２５を矢符４１に示す上下方向に移動する
ことによって、導入部２６をノズル管本体２５に着脱す
ることができる。ノズル管１２の加熱領域Ｒ２内に存在
する部分であるノズル管本体２５と加熱領域Ｒ２の外に
延びる導入部２６とは、前述のように嵌合されるので、
簡単な構造によって相互の着脱を実現することができ、
また相互の着脱を容易かつ効率的に行うことができる。

【００３７】ノズル管本体２５と導入部２６とが連結さ
れる連結部３９は、加熱領域Ｒ２の上下方向のほぼ中間
に配置されるので、熱処理時と半導体基板１３の支持部
１４への取付け取外し作業時とにおいて、連結部３９が
受ける温度変化は小さい。また、連結部３９は、加熱手
段１７によってガスによる析出物が析出しにくい温度に
保たれるので、析出物に基づく変成が抑制される。した
がって、連結部３９は、熱履歴を受けた場合の温度変化
が小さく、また発生する熱応力が小さいので、劣化が抑
制される。

【００３８】また、本実施の形態では、外径ｄ１に形成
される予熱部２７の一端部４０付近の外周面４２と、導
入部２６の他端部３８付近の内周面４３とには、ブラス
ト処理が施される。ブラスト処理が施された前記外周面
４２と内周面４３とは、ノズル管本体２５と導入部２６
とが嵌合されたときに摺合わせ部を構成し、摺合わせ部
は密着性に優れるので、摺合わせ部すなわち連結部３９
からのガス漏れを防止することができる。

【００３９】図４は図１の切断面線ＩＶ−ＩＶからみた
概略断面図であり、図５は図１に示す半導体基板用熱処
理装置１１の部分拡大図である。処理管１５の内壁４４
には、処理管１５の半径方向内方に突出してノズル管１
２を保持する一対の保持部４５ａ，４５ｂが間隔をあけ
て設けられる。保持部４５ａ，４５ｂは、石英ガラス製
であり、処理管１５と一体に形成される。一対の保持部
４５ａ，４５ｂによって形成される間隙４６には、ノズ
ル管１２の予熱部２７が挟持され、ノズル管１２は重力
にほぼ平行な方向に延びて保持される。

【００４０】図６は、従来の半導体基板用熱処理装置に
備わるノズル管１と半導体基板１３との構成を簡略化し
て示す側面図である。従来の半導体基板用熱処理装置の
処理管内壁には、保持部が設けられていないので、ノズ
ル管１が処理管内において重力方向に対して傾斜するこ
とがある。処理管内において、複数の半導体基板１３は
重力に対してほぼ直交する水平な姿勢で間隔Ｗ１をあけ
て支持部に支持されている。したがって、ノズル管１が
重力方向に対して傾斜すると、ノズル管１の半導体基板
１３に対して設定されている角度θが変化する。

【００４１】ノズル管１が重力に対してほぼ平行な方向
に設けられるとき、前記角度θはほぼ９０度に設定され
るので、ノズル管１から半導体基板１３に向けて噴射さ
れるガスの噴出方向は、半導体基板１３のほぼ直径に沿
う方向である。ノズル管１が重力方向に対して傾斜する
と、角度θがほぼ９０度の設定から変化するので、ノズ
ル管１から噴射されるガスの噴出方向が変化する。ノズ
ル管１が重力方向に対して傾斜するとき、ガスは半導体
基板１３の直径に沿う方向に噴射されなくなるので、複
数の半導体基板１３に対するガスの供給が不均一にな
り、半導体基板１３の表面におけるガスとの反応にばら
つきが生じるという問題があった。

【００４２】図７は、本実施の形態の半導体基板用熱処
理装置１１に備わるノズル管１２と半導体基板１３との
構成を簡略化して示す部分拡大図である。図７（ａ）は
ノズル管１２と半導体基板１３との構成を簡略化して示
す正面図であり、図７（ｂ）はノズル管１２と半導体基
板１３との構成を簡略化して示す側面図である。

【００４３】本実施の形態では、ノズル管１２は、処理
管１５の内壁４４に設けられる一対の保持部４５ａ，４
５ｂによって形成される間隙４６に挟持されるので、ノ
ズル管１２は重力に対してほぼ平行方向に延びて安定に
保持され、また支持部１４に支持されている半導体基板
１３に対し、角度θがほぼ９０度となる姿勢に安定して
保持される。このことによって、ノズル管１２の噴出部
２８に複数形成される噴出孔３０から矢符４７方向に噴
射されるガスは、支持部１４に支持される複数の半導体
基板１３のいずれに対してもほぼ直径に沿う方向に噴射
されるので、複数の半導体基板１３に対して均一にガス
を供給することができる。

【００４４】また保持部４５ａ，４５ｂは、処理管１５
と一体に形成されるので、本来複数の部品によって形成
される処理管１５と保持部４５ａ，４５ｂとを、１部品
として形成することができる。このことによって、装置
の製造工程を削減することができるので、製造コスト低
減に寄与することができる。

【００４５】本実施の形態の半導体基板用熱処理装置１
１では、半導体基板１３の熱処理およびノズル管１２の
交換は、以下のように行われる。図８は、図１に示す半
導体基板用熱処理装置１１に備わる支持部１４が下降し
た状態を示す概略断面図である。図８に示すように支持
部１４が、昇降手段によって下降されて処理管１５から
出た状態において、熱処理すべき複数の半導体基板１３
をボート１９に間隔Ｗ１をあけてほぼ水平に取付ける。
半導体基板１３を支持部１４に取付けた後、支持部１４
を昇降手段によって上昇し、処理管１５内に下方から挿
入する。支持部１４の上昇によって、支持部１４に形成
されるプレート部２１が、処理管１５下部の開口部周辺
に形成されるフランジ部２４と密着し、処理管１５内に
形成される熱処理空間１６が封止される。

【００４６】処理管１５を加熱手段１７によって加熱す
る前に、処理管１５に形成される排出口２３から図示し
ない真空ポンプによって排気し、封止された処理管１５
内の熱処理空間１６を真空雰囲気にする。または排気と
ともに、ノズル管１２に連結されるガス供給部３２のガ
ス供給源３３におけるガスの種類を、熱処理のための原
料ガスを含むガスから不活性ガスに切換えて処理管１５
内に導入し、処理管１５内の雰囲気を不活性ガスに置換
してもよい。

【００４７】次に、加熱手段１７に通電し、加熱手段１
７によって処理管１５内の熱処理空間１６を半導体基板
１３の熱処理に適した温度に加熱し、その温度に保つ。
処理管１５内の熱処理空間１６が、半導体基板１３の熱
処理に適した温度に保たれた状態で、ガス供給部３２か
ら、ガス（窒素、酸素およびＢＢｒ₃）をノズル管１２
の導入部２６に供給する。導入部２６に供給されたガス
は、導入部２６および予熱部２７内を上昇するのにとも
なって半導体基板１３の熱処理に適した温度付近まで予
熱され、横架部２９を経て噴出部２８を下降するとき、
噴出部２８に形成される複数の噴出孔３０から半導体基
板１３に向けて噴射される。

【００４８】半導体基板１３に向けて噴射されたガス
は、半導体基板１３の表面を通過した後、処理管１５内
を下方に向けて流動し、排出口２３から処理管１５の外
部に排出される。

【００４９】予め定められた時間が経過したとき、半導
体基板１３の熱処理が終了し、支持部１４が昇降手段に
よって再び下降され、支持部１４が処理管１５から出た
状態でボート１９から熱処理の完了した半導体基板１３
が取外される。熱処理を継続して行う場合、熱処理の完
了した半導体基板１３に代えて、熱処理すべき新たな半
導体基板１３をボート１９に取付けて支持部１４を昇降
手段によって上昇し、熱処理を行う。

【００５０】前述のように加熱領域Ｒ２の外に位置する
導入部２６は、加熱領域Ｒ２内に位置するノズル管本体
２５よりも温度が低いので、ガスが導入部２６を通過す
るときＢの酸化物が析出して導入部２６内面に硼珪酸ガ
ラスが形成され、硼珪酸ガラスと石英ガラスとの２層構
造となる。また、導入部２６の加熱領域Ｒ２外に位置す
る部分は、半導体基板１３を支持部１４に取付けまたは
取外しするために支持部１４を下降させて処理管１５の
封止を解放したとき、室温である外気の影響を受けて温
度が低下する。このことによって、導入部２６は、半導
体基板１３の熱処理と支持部１４への取付け取外し作業
とによって、加熱と冷却との繰返し熱履歴を受けて劣化
する。したがって、半導体基板１３を支持部１４に取付
け取外しするとき、また処理管１５を洗浄するとき、導
入部２６は破損しやすく、破損した導入部２６は、新し
い導入部２６に交換される。

【００５１】加熱領域Ｒ２内に位置するノズル管本体２
５は、加熱手段１７によって導入部２６よりも高い温度
に加熱され、その温度に保たれるので、導入部２６に比
べて劣化しにくく、また破損することが少ない。したが
って、導入部２６が破損した場合であっても、ノズル管
本体２５は健全であり継続して使用できるので、導入部
２６のみを交換することによって、再びノズル管１２を
熱処理に使用することができる。

【００５２】導入部２６の交換は、次のように行われ
る。ガス供給部３２の流量制御弁３６を閉じてノズル管
１２へのガスの供給を止め、加熱手段１７の電源を切っ
て処理管１５の温度を下げた後、支持部１４を下降させ
た状態で、ノズル管本体２５を上方に変位させてノズル
管本体２５から導入部２６を離脱する。次に、導入部２
６からガス供給部３２の可撓管３７を離脱し、導入部２
６を処理管１５の半径方向内方に変位して処理管１５か
ら取出す。新しい導入部２６を処理管１５内に挿入し、
導入部２６の一端部３１を処理管１５の導入口２２に挿
通して可撓管３７と連結する。導入部２６の他端部３８
を予熱部２７の一端部４０と連結して導入部２６の交換
を完了する。

【００５３】導入部２６が破損したとき、従来のように
複雑な形状をしたノズル管を一体として交換することが
なく、導入部２６のみを交換することによってノズル管
１２を再使用可能な状態にすることができるので、ノズ
ル管１２の交換作業時間を短縮し熱処理の能率を向上す
ることができる。また高価なノズル管本体２５を継続し
て使用し、安価な導入部２６のみを交換することによっ
て、ノズル管１２を熱処理に再使用することができるの
で、半導体基板１３を熱処理する操業コストを節減し、
半導体デバイスの製造コストを低減することができる。

【００５４】図９は、本発明の第２の実施の形態である
半導体基板用熱処理装置５１の構成を簡略化して示す部
分断面図である。本実施の形態の半導体基板用熱処理装
置５１は、実施の第１形態の半導体基板用熱処理装置１
１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して
説明を省略する。注目すべきは、処理管１５の半径方向
内方に突出して処理管内壁４４に設けられる保持部５２
は、単独片によって構成されることである。保持部５２
は、石英ガラス製であり、重力に直交する水平断面がＬ
字状の形状を有し、処理管１５と一体に形成される。

【００５５】Ｌ字形状を有する保持部５２と処理管内壁
４４とによって形成される間隙５３に、ノズル管１２の
予熱部２７が保持される。ノズル管１２は、保持部５２
によって重力方向に対してほぼ平行に延びて保持され、
支持部１４に支持される半導体基板１３に対して設定さ
れる角度θがほぼ９０度となる姿勢で安定に保たれる。
このことによって、ノズル管１２の噴出部２８に複数形
成される噴出孔３０から噴射されるガスは、支持部１４
に支持される複数の半導体基板１３のいずれに対しても
ほぼ直径に沿う方向に噴射されるので、複数の半導体基
板１３のいずれに対しても均一にガスを供給することが
できる。また処理管１５と一体に形成される保持部５２
を単独片とすることによって、処理管１５の構造が簡素
化され、処理管１５の作成が容易になる。

【００５６】以上に述べたように、本発明の第１および
第２の実施の形態では、ノズル管本体２５と導入部２６
とが連結される連結部３９は、加熱領域Ｒ２の上下方向
のほぼ中間に配置されるけれども、これに限定されるこ
となく、連結部３９は加熱領域Ｒ２内に配置される構成
でなくてもよい。連結部３９は、少なくとも加熱領域Ｒ
２内に存在するノズル管本体２５を加熱領域Ｒ２外に延
びる導入部２６から取外すことができるように、導入部
２６の劣化を生じやすい部位よりも加熱領域Ｒ２寄りに
配置される構成であればよい。

【００５７】また導入部２６とノズル管本体２５との連
結部３９は嵌合される構成であるけれども、これに限定
されることなく、連結部３９は接続具などを用いて連結
される構成であってもよい。また、ノズル管１２を保持
する保持部が設けられる構成であるけれども、これに限
定されることなく、保持部が設けられない構成であって
もよく、この場合、たとえば導入部２６とガス供給部３
２との連結部分によってノズル管１２を支持し、ノズル
管１２の姿勢を保つ構成であってもよい。また、半導体
基板１３の熱処理は不純物拡散熱処理であるけれども、
これに限定されることなく、被膜形成熱処理であっても
よい。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、ノズル管は、加熱領域
内に存在する部分と加熱領域外の部分との２つの部材に
よって構成される。従来、ノズル管は、一体の部材とし
て構成され、劣化のたびごとに一体に交換されていたけ
れども、ノズル管を２つの部材に分割することによっ
て、多数のガス噴出孔が形成された高価な加熱領域内の
部材と、簡単な構造で安価な加熱領域外の部材とに区別
して交換することができる。劣化を生じ易い安価な加熱
領域外の部材のみを交換し、高価な加熱領域内の部材を
交換することなく継続して長時間使用することが可能に
なるので、操業における消耗部品の費用を削減し、半導
体デバイスの製造コストを低減することができる。ま
た、多くの場合、加熱領域内の部材をそのまま継続使用
し、劣化の頻度が高い加熱領域外の部材のみを交換する
ことによって、熱処理を再開することができるので、ノ
ズル管の交換作業時間を短縮し熱処理の能率を向上する
ことができる。

【００５９】また本発明によれば、ノズル管の加熱領域
内に存在する部分と加熱領域外の部分とを連結する連結
部の位置は、加熱領域内に配置されるので、熱処理時と
半導体基板の支持部への取付け取外し作業時とにおい
て、連結部が受ける温度変化は小さい。また、連結部
は、加熱手段によってガスによる析出物が析出しにくい
温度に保たれるので、析出物に基づく変成が抑制され
る。したがって、連結部は、熱履歴を受けた場合の温度
変化が小さく、また発生する熱応力が小さいので、劣化
が抑制される。

【００６０】また本発明によれば、ノズル管の加熱領域
内に存在する部分と加熱領域外の部分とは嵌合されるの
で、簡単な構造によって相互の着脱を実現することがで
き、また相互の着脱を容易かつ効率的に行うことができ
る。

【００６１】また本発明によれば、処理管にはノズル管
を保持する保持部が設けられるので、ノズル管は、支持
部に支持されている半導体基板を含む平面に対する角度
がほぼ９０度となる姿勢で安定に保持される。このこと
によって、ノズル管は、半導体基板に均一にガスを供給
することができる。

【００６２】また本発明によれば、一対の保持部が間隔
をあけて設けられ、一対の保持部によって形成される間
隙にノズル管が挟持されるので、ノズル管は、支持部に
支持されている半導体基板を含む平面に対する角度がほ
ぼ９０度となる姿勢で一層安定に保持される。このこと
によって、ノズル管は、半導体基板に均一にガスを供給
することができる。

【００６３】また本発明によれば、保持部は処理管と一
体に形成されるので、本来２部品から形成される処理管
と保持部とを１部品として形成することができる。この
ことによって、装置の製造工程を削減することができる
ので、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である半導体基板用熱処
理装置１１の構成を簡略化して示す概略断面図である。

【図２】図１に示す半導体基板用熱処理装置１１に備わ
るノズル管１２の構成を簡略化して示す側面図である。

【図３】図１に示すノズル管１２の連結部３９において
ノズル管本体２５から導入部２６を離脱した状態の部分
拡大断面図である。

【図４】図１の切断面線ＩＶ−ＩＶからみた概略断面図
である。

【図５】図１に示す半導体基板用熱処理装置１１の部分
拡大図である。

【図６】従来の半導体基板用熱処理装置に備わるノズル
管１と半導体基板１３との構成を簡略化して示す側面図
である。

【図７】本実施の形態の半導体基板用熱処理装置１１に
備わるノズル管１２と半導体基板１３との構成を簡略化
して示す部分拡大図である。

【図８】図１に示す半導体基板用熱処理装置１１に備わ
る支持部１４が下降した状態を示す概略断面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態である半導体基板用
熱処理装置５１の構成を簡略化して示す部分断面図であ
る。

【図１０】従来の半導体基板用熱処理装置に備わるノズ
ル管１の構成を簡略化して示す側面図である。

【符号の説明】

１１，５１半導体基板用熱処理装置１２ノズル管１３半導体基板１４支持部１５処理管１７加熱手段３９連結部４５ａ，４５ｂ，５２保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 7/02 Ｆ２７Ｄ 7/02 ＡＨ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 ＥＦターム(参考） 4K030 CA04 FA10 GA02 KA04 KA45 LA15 4K061 AA01 AA05 BA11 CA08 FA07 HA00 4K063 AA05 AA12 BA12 CA05 CA06 DA06 DA07 DA14 5F045 AA20 AB32 AB33 AC11 AC15 AF03 BB01 BB08 DP19 EC02 EF03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を支持する支持部と、支持部を収納する処理管と、処理管を外囲して配置され、処理管を加熱することによ
って処理管内の熱処理空間を半導体基板の熱処理に適し
た温度に保つ加熱手段と、処理管内に延び半導体基板の熱処理のために用いられる
原料ガスを含むガスを噴射するノズル管であって、処理
管が加熱手段によって加熱される領域である加熱領域の
外部に延びる部分を有し、少なくとも加熱領域内に存在
する部分を加熱領域外の部分から取外すことができるよ
うに連結されているノズル管とを含むことを特徴とする
半導体基板用熱処理装置。
【請求項２】ノズル管の加熱領域内に存在する部分と
加熱領域外の部分とを連結する連結部は、加熱領域内に配置されることを特徴とする請求項１記載
の半導体基板用熱処理装置。
【請求項３】ノズル管の加熱領域内に存在する部分と
加熱領域外の部分とは、嵌合によって連結されることを特徴とする請求項１また
は２記載の半導体基板用熱処理装置。
【請求項４】処理管の内壁には、ノズル管を保持する
保持部が設けられることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の半導体基板用熱処理装置。
【請求項５】前記保持部は、一対が間隔をあけて設けられ、一対の保持部によって形
成される間隙にノズル管が挟持されることを特徴とする
請求項４記載の半導体基板用熱処理装置。
【請求項６】前記保持部は、処理管と一体に形成されることを特徴とする請求項４ま
たは５記載の半導体基板用熱処理装置。