JP2004022987A - 縦型拡散炉および拡散方法 - Google Patents

Abstract

【課題】縦型拡散炉において、オリフラ１０ａのある複数の半導体基板１０をボ−トに積載しても反応ガスの流れを一様にし半導体基板１０に形成される酸化膜を均一にするようにする。
【解決手段】ボ−ト１に収納すべき複数の半導体基板を所定枚数ごとにオリフラ１０ａの向きを変えることによって、ボ−トの外周にオリフラが分散されオリフラによるガスの巻き込みが無くなり、ガスは一様に流れるようになる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造における半導体基板に酸化膜を形成したり、不純物を拡散する縦型拡散炉および拡散方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造においては、半導体基板に多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜や酸化膜を形成したり、不純物を拡散するのに縦型拡散炉が用いられていた。近年、半導体基板であるウェハの大型化に伴い成膜される膜厚が均一になるように種々の工夫および改善がなされてきた。
【０００３】
図５は従来の一例を示す縦型拡散炉を示す図である。従来、この種の縦型拡散炉は、図５に示すように、結晶方位を示すオリエテ−ションフラット（以下オリフラと記す）がある半導体基板１０をオリフラの向き揃えて積載する石英製のボ−ト１と、このボ−ト１を収納する炉心管２と、炉心管２内を加熱するヒ−タ３と、ボ−ト昇降装置４の上のボ−ト受け６に載せられたボ−ト１を回転させるボ−ト回転装置５と、炉心管２内に反応ガスを供給するガス導入管７と、炉心管２内の未反応ガスを排気する排気口６とを備えている。
【０００４】
図６（ａ）および（ｂ）は図５のボ−トを示す斜視図および縦断面図である。また、半導体基板を石英製のボ−トに装填する際に、図６に示すように、キャリア（図示せず）に予めオリフラ１０ａの向きを一方向に揃えた状態で収納されている。そして、付設の移載機（図示せず）によりキャリアから所定枚数の半導体基板１０を例えば５枚づつ抜きとり、ボ−ト１のロッド１ａの溝に収納しボ−ト１に半導体基板１０を満載する。その結果、ボ−ト１に積載された半導体基板１０のオリフラ１０ａの向きが一方向に揃った状態になる。
【０００５】
図７は図５の拡散炉の動作状態を示す図である。図６のように、オリフラ１０ａを一定方向に向け半導体基板を積載したボ−ト１を炉心管２に収納し、図７に示すように、ヒ−タ３により半導体基板を加熱し、ガス導入管８から酸素ガスを含むプロセガスを導入する。
【０００６】
そして、プロセスガスを炉心管２の上部から下方に流し、ボ−ト回転装置７によりボ−ト１を回転させながらプロセスガスを半導体基板に接触させ半導体基板に酸化膜を形成させる。一方、下方に流てくる未反応のプロセスガスは炉心管２の下方の排気口８から炉心管２外に排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板に均一に酸化膜を形成するために、ボ−ト２を回転させるものの、酸化処理中にオリフラがある半導体基板を積載するボ−ト１を回転させると、半導体基板の外周縁にオリフラがなす窪みがあると同じ状態になり、この窪みをなすオリフラに反応ガスが巻き込まれる。その結果、オリフラ付近に反応ガスが停留し、オリフラ付近の半導体基板の酸化膜に厚さのばらつきが生じるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、オリフラのある複数の半導体基板をボ−トに積載しても反応ガスの流れを一様にし半導体基板に形成される不純物膜を均一にすることができる縦型拡散炉および拡散方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、上下のいずれかの端から上下方向に並べて積載されるべき半導体基板の所定枚数毎に前記半導体基板のオリエンテ−ションフラットの向きをなす角度を変えて複数の前記半導体基板を収納するボ−トと、このボ−トを収納する炉心管と、炉心管内の前記半導体基板を加熱するヒ−タと、前記ボ−トを回転させる回転装置と、前記炉心管内に反応ガスを供給するガス供給管とを備える縦型拡散炉である。
【００１０】
また、前記所定枚数毎の半導体基板のオリエテ−ションフラットの向きをなす角度は一定の角度で変化することが望ましい。そして、好ましくは、前記半導体基板は、前記ボ−ドの内壁から突出する４個の突起物に支持されることである。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、オリエンテ−ションの向きが同じの複数の半導体基板を収納する複数のボ−トユニットと、それぞれのボ−トユニットに収納される前記半導体基板の前記オリエンテ−ションフラット向きを変えた状態で前記複数のボ−トユニットを積み重ねてなるボ−トと、このボ−トを収納する炉心管と、炉心管内の前記半導体基板を加熱するヒ−タと、前記ボ−トを回転させる回転装置と、前記炉心管内に反応ガスを供給するガス供給管とを備える縦型拡散炉である。
【００１２】
また、上下に積み重ねられる前記ボ−トユニットにおいて、前記半導体基板が収納される溝を有する上側の２本のボ−トユニットのロッドの先端部が入り込む孔を有するリング状枠を下側のボ−トユニットに備え、前記上側のボ−トユニットに収納される半導体基板の前記オリエンテ−ションの向きと前記下側のボ−トユニットに収納される半導体基板のオリエンテ−ションの向きを互いに異なることが望ましい。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、前記第１の特徴の縦型拡散炉および前記第２の特徴の縦型拡散炉のいずれかの縦型拡散炉を用いて、半導体基板に酸素ガスを反応させ前記半導体基板に酸化膜を形成する拡散方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態の縦型拡散炉を説明するためのボ−トを示す図である。この縦型拡散炉におけるボ−ト１は、図１に示すように、上端から下方向に並べて積載されるべき半導体基板１０の所定枚数毎に半導体基板１０のオリフラ１０ａの向きをなす角度を変えて複数の半導体基板１０を収納している。
【００１６】
具体的には、半導体基板の所定枚数を、同じオリフラの向きを、例えば５枚とすれば、図１（ｂ）に示すように、ボ−ト１の４本のロッド１ａの最も上の溝１ｃから５番目の溝１ｃに入り込むＡ部の半導体基板１０は５枚となる。そして、次段の５枚の半導体基板１０のオリフラ１０ａはその向きを変えてボ−ト１に積載する。さらに、３段目の５枚の半導体基板１０（Ｂ部）は次段のオリフラの向きと変えてボ−ト１に積載する。このように、所定枚数毎に、オリフラ１０ａの向きを変えてボ−ト１に半導体基板１０を積載する。
【００１７】
図２はボ−トに半導体基板を積載の一実施例を説明するためのボ−トの上面図である。ここで、オリフラの向きの変化について述べる。例えば、図２に示すように、オリフラ１０ａの向きが水平方向に対して０度に揃えた半導体基板１０の５枚をボ−ト１の最も上の５つの溝１ｃに積載する。次に、オリフラ１０ａの向きが水平方向に対して４５度に揃えた半導体基板１０の５枚をボ−ト１の次の溝１ｃに積載する。同様にして、オリフラ１０ａの向きと水平方向となす角度が４５度づつ変化する５枚置き毎に順次半導体基板１０をボ−ト１に積載する。
【００１８】
実際の半導体基板の装填方法は、半導体基板１０のオリフラ１０ａを一方向に揃えた状態でボ−ト１に積載してから、オリフラを揃えた５枚置きにオリフラ１０ａの向きを一定の角度にマニアルで修正する。
【００１９】
また、ボ−ト１に積載された半導体基板１０は、ボ−ド１のロッド１ａから突出する４個の突起部１ｂに支持されることが望ましい。特に、半導体基板１０を回転させるとき半導体基板１０が安定するために必要となる。さらに、突起部１ｂがオリフラ１０ａに対応する突起部１ｂは長くし、オリフラ１０ａの部分を支えることが望ましい。
【００２０】
図３（ａ）および（ｂ）は拡散炉内のガスの流れの状態を示す図である。次に、拡散炉による酸化処理の手順を説明する。まず、炉芯管内を窒素などの不活性ガスを充満させ、ヒ−タ３により所望の待機温度（７００〜８００度Ｃ）に保つ。次に、上述したオリフラの向き５枚置きに変えて半導体基板１０を積載したボ−ト１をボ−ト受け６に載せ、ボ−ト１を炉芯管内に搬入する。
【００２１】
その後、炉芯管内に酸素等のガスを供給し、炉内を処理温度に昇温する。この状態で、ボ−ト回転装置５によりボ−ト１を３乃至１０ｒｐｍで回転させながら所定時間酸化処理を行う。半導体基板に酸化膜が形成された後、供給ガスを窒素等の不活性ガスに切替え、１０分程度の熱処理の後、待機温度まで降温する。待機温度まで下がったらボ−ト２を炉芯管より搬出させ、ボ−トから半導体基板を取り出し一連の処理を終了する。
【００２２】
ここで、オリフラを同一方向に向け半導体基板をボ−トに積載して処理する従来方法に比べると、この方法は、オリフラがボ−ト１の外周に分散されており、上下に積載される半導体基板がほぼ円筒形に形成されている。このことにより、図３（ｂ）に示すように、オリフラで形成される窪みにガスが巻き込まれることなくガスの流れは一様となり、半導体基板の酸化濃度が均一となり、良好な膜厚均一性を得ることができる。
【００２３】
図４（ａ）および（ｂ）は本発明の他の実施の形態の縦型拡散炉を説明するためのボ−トを示す図である。この縦型拡散炉におけるボ−トは、図４に示すように、複数のボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃから構成されている。すなわち、背の高いボ−トを複数に等分に分割したことである。そして、それぞれのボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃに積載されている半導体基板１０のオリフラ１０ａの向きが異なっている。
【００２４】
簡単に説明するために、図面では３個のボ−トユニットで示しているが、従来のボ−トを所定枚数収納する等しい高さのボ−トユニットの数に分割すれば良い。分割されたボ−トユニット１２ａには、Ｘ方向にオリフラ１０ａの面が垂直になるように５枚の半導体基板１０が積載されている。また、ボ−トユニット１２ｂには、オリフラ１０ａの面がＸ方向から４５度傾いた状態で５枚の半導体基板１０が積載されている。さらに、ボ−トユニット１２ｃには、オリフラ１０ａの面がＸ方向に対して垂直状態で５枚の半導体基板１０が積載されている。
【００２５】
このように、オリフラ１０ａの向きが異なる半導体基板の複数枚を収納するボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積み上げてボ−トとして完成する。また、ボ−トユニットが位置ずれしないように、二本のロッド１ａの先端のピン部１３が、予め開けられたリング状枠１１の孔１４に挿入されることが望ましい。
【００２６】
なお、半導体基板１０をそれぞれのボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃに収納する場合、ウェハ移載機を使用して、オリフラが一方向に向け収納されたキャリアから必要枚数を抜き取り、それぞれのボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃに収納し、半導体基板１０を満載したボ−トユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積み重ねればリング状枠１１の孔１４とロッド１ａのピン部１３とにより自動的にオリフラの向きが設定される。前述の実施の形態のようにボ−トに積載してから、オリフラの向きを修正する必要がなく、作業が簡単に済むという利点がある。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ボ−トに収納された複数の半導体基板を所定枚数ごとにオリフラの向きを変えることによって、ボ−トの外周にオリフラが分散されオリフラによるガスの巻き込みが無くなり、ガスは一様に流れ、半導体基板の酸化濃度が均一となり、良好な膜厚均一性を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の縦型拡散炉を説明するためのボ−トを示す図である。
【図２】ボ−トに半導体基板を積載の一実施例を説明するためのボ−トの上面図である。
【図３】拡散炉内のガスの流れの状態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の縦型拡散炉を説明するためのボ−トを示す図である。
【図５】従来の一例を示す縦型拡散炉を示す図である。
【図６】図５のボ−トを示す斜視図および縦断面図である。
【図７】図５の拡散炉の動作状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　ボ−ト
１ａ　　ロッド
１ｂ　　突起部
１ｃ　　溝
２　　炉芯管
３　　ヒ−タ
４　　ボ−ト昇降装置
５　　ボ−ト回転装置
６　　ボ−ト受け
７　　ガス導入管
８　　排気口
１０　　半導体基板
１０ａ　　オリフラ
１１　　リング状枠
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　　ボ−トユニット
１３　　ピン部
１４　　孔

Claims (6)

1. 上下のいずれかの端から上下方向に並べて積載されるべき半導体基板の所定枚数毎に前記半導体基板のオリエンテ−ションフラットの向きをなす角度を変えて複数の前記半導体基板を収納するボ−トと、このボ−トを収納する炉心管と、炉心管内の前記半導体基板を加熱するヒ−タと、前記ボ−トを回転させる回転装置と、前記炉心管内に反応ガスを供給するガス供給管とを備えることを特徴とする縦型拡散炉。
2. 前記所定枚数毎の半導体基板のオリエテ−ションフラットの向きをなす角度は一定の角度で変化することを特徴とする請求項１記載の縦型拡散炉。
3. 前記半導体基板は、前記ボ−ドのロッドから内側に突出する４個の突起物に支持されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の縦型拡散炉。
4. オリエンテ−ションの向きが同じの複数の半導体基板を収納する複数のボ−トユニットと、それぞれのボ−トユニットに収納される前記半導体基板の前記オリエンテ−ションフラット向きを変えた状態で前記複数のボ−トユニットを積み重ねてなるボ−トと、このボ−トを収納する炉心管と、炉心管内の前記半導体基板を加熱するヒ−タと、前記ボ−トを回転させる回転装置と、前記炉心管内に反応ガスを供給するガス供給管とを備えることを特徴とする縦型拡散炉。
5. 上下に積み重ねられる前記ボ−トユニットにおいて、前記半導体基板が収納される溝を有する上側の２本のボ−トユニットのロッドの先端部が入り込む孔を有するリング状枠を下側のボ−トユニットに備え、前記上側のボ−トユニットに収納される半導体基板の前記オリエンテ−ションの向きと前記下側のボ−トユニットに収納される半導体基板のオリエンテ−ションの向きを互いに異なることを特徴とする請求項４記載の縦型拡散炉。
6. 請求項１および請求項４のいずれかに記載の縦型拡散炉を用いて、半導体基板に酸素ガスを反応させ前記半導体基板に酸化膜を形成することを特徴とする拡散方法。

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