JP3260245B2 - 半導体ウエーハの熱処理炉及び半導体ウエーハの熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエーハの熱処理
炉に関し、更に詳しくは半導体ウエーハの金属不純物に
よる汚染を防止する石英ガラスの炉芯管を有する半導体
ウエーハの熱処理炉に関するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体製造工程における拡散工程等では、
熱処理炉が用いられ、半導体ウエーハに対して高温熱処
理がなされる。この熱処理炉の一例を図４に基づいて説
明する。尚、図４は熱処理炉の側面断面の概略図であ
る。図に示すように、この半導体ウエーハの熱処理炉は
縦形の熱処理炉であって、高純度な石英ガラスからなる
炉芯管１と、前記炉芯管１の上部の導入口２ａから半導
体ウエーハ３を熱処理するための所定の熱処理ガスを導
入するガス導入管２と、前記炉芯管１の外周部に設けら
れ前記炉芯管１を高温に加熱するための環状ヒータ４
と、前記半導体ウエーハ３を収納したウエーハボート５
と、前記ウエーハボート５が載置される保温筒６とによ
り構成されている。特に、熱処理炉に用いられているヒ
ータ４は通常，鉄，ニッケル等からなるカンタル線によ
り形成されている。

【０００３】このように構成された熱処理炉の動作作用
について簡単に説明する。半導体ウエーハが３収納され
たウエーハボート５を炉芯管１の下方部から挿入して、
前記ウエーハボート５を保温筒６の上面に載置する。そ
して前記炉芯管１の外周部に構成したヒータ４によりジ
ュール熱を発生させて、炉芯管１の内部の半導体ウエー
ハ３を加熱すると共に、熱処理ガスをガス導入管２より
供給して半導体ウエーハ３に所定の処理を施す。尚、保
温筒６は炉芯管１の内部の温度分布を均一になすもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】前述したように、
半導体ウエーハの熱処理炉におけるヒータは、鉄、ニッ
ケル等からなるカンタル線であるため、熱処理中にヒー
タ中の鉄，ニッケル等あるいはヒータ中の不純物である
銅等が蒸発し、石英ガラスからなる炉芯管１の外壁表面
に付着して、熱処理を繰り返すうちにこれらの金属物は
炉芯管の管壁中を炉芯管の内壁に向かって拡散し、そし
て炉芯管内に析出する。また炉壁中の不純物であるアル
カリ金属が蒸発し、前述と同様炉芯管内に析出する。そ
の結果、炉芯管内部の熱処理中の半導体ウエーハが汚染
されるという技術的課題があった。また半導体ウエーハ
を炉芯管内部に挿入あるいは取り出す際、前記炉芯管の
下部開口端あるいはウエーハボートさらには半導体ウエ
ーハなどに付着して前記炉芯管内部に侵入した金属不純
物により、熱処理中の半導体ウエーハが汚染されるとい
う技術的課題があった。そこで、本発明は上記のような
従来技術の技術的課題を解決するためになされたもので
あり、半導体ウエーハへの金属汚染を防止することがで
き、半導体ウエーハの特性や信頼度を向上させた高純度
な半導体ウエーハを得ることができる熱処理炉を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた本発明に係る熱処理炉は、石英ガラスからな
る炉芯管と、前記炉芯管の内部に熱処理ガスを供給する
ガス導入管と、前記炉芯管の外周部に配置されたヒータ
とを備える半導体ウエーハの熱処理炉において、正の電
圧を印加した電極を前記炉芯管の上面中央部から炉芯管
内部に延びる石英ガラスからなる電極保護管内に配した
構成としている。

【０００６】また、本発明の半導体ウエーハの熱処理炉
は、正の電圧を印加した電極を円筒状電極とし、前記炉
芯管を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータ
を円筒状電極の外側に配した構成としている。

【０００７】更にまた、本発明の半導体ウエーハの熱処
理炉は炉芯管内部に正の電圧を印加した電極を配すると
共に、陰極を円筒状電極とし、前記炉芯管を円筒状電極
の内側に配置すると共に、前記ヒータを円筒状電極の外
側に配した構成としている。加えて、本発明の半導体ウ
エーハの熱処理炉に用いられる電極は、高温ガス処理に
よって灰分を除去した高純度カーボン材、あるいは高純
度な炭化珪素材、あるいは高純度カーボン材に炭化珪素
をコーティングしたものからなる。

【０００８】また、本発明の半導体ウエーハの熱処理方
法は、炉芯管内部に導入された半導体ウエーハを、前記
炉芯管の外周部に配置されたヒータにより加熱すると共
に、前記炉芯管内部に熱処理ガスを供給して行う半導体
ウエーハの熱処理方法において、前記炉芯管を円筒状電
極の内側に配置すると共に、前記ヒータを円筒状電極の
外側に配し、前記円筒状電極に正の電圧を印加する構成
としている。更に、本発明の半導体ウエーハの熱処理方
法は、前記炉芯管内部に配された電極に正の電圧を印加
すると共に、前記炉芯管を円筒状電極の内側に配置し、
前記ヒータを円筒状電極の外側に配し、前記円筒状電極
に負の電圧を印加する構成としている。

【０００９】

【作用】本発明の半導体ウエーハの熱処理炉には電極が
前記炉芯管内部に配されているため、熱処理を行う際、
電極に正の直流電圧を印加することにより、陽イオンか
らなる金属不純物は前記電極と反撥し、その結果炉芯管
の管壁中を炉芯管の内壁に向かって金属不純物が拡散す
ることはなく、金属不純物の炉芯管内部への析出を防止
でき、高純度の熱処理を行うことができる。

【００１０】また、電極を炉芯管の上面中央部から下方
に、つまり炉芯管内部に延びる石英ガラスからなる電極
保護管内に配しているため、管壁中を炉芯管の内壁に向
かって金属不純物が拡散するのを炉芯管の全体にわたっ
て防止できる。また炉芯管の中央部に電極が配されてい
るため、ウエーハボート、半導体ウエーハに付着した等
により炉芯管内部に侵入した金属不純物は炉芯管の内壁
方向に分散するため、半導体ウエーハを高純度に処理す
ることができる。更に、電極を円筒状電極とし、前記炉
芯管を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータ
を円筒状電極の外側に配したため、熱処理を行う際、電
極に正の電圧を印加することにより、熱処理中にヒータ
中の鉄，ニッケル等あるいは不純物である銅等が蒸発し
ても、石英ガラスからなる炉芯管の外壁表面に金属不純
物が付着することはなく、熱処理を繰り返しても炉芯管
の内壁に向かって金属不純物が拡散することはない。

【００１１】更にまた、炉芯管内部に正の電圧を印加し
た電極を配すると共に、陰極を円筒状電極とし、前記炉
芯管を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータ
を円筒状電極の外側に配したため、熱処理を行う際、炉
芯管内部に配された電極に正の電圧を印加し、円筒状電
極に負の電圧を印加することにより、金属不純物が炉芯
管内部に析出することがないばかりか、炉芯管内部に侵
入した金属不純物は炉芯管の内壁方向に分散し、しかも
高電圧の印加時に発生する虞のある放電を陰極である円
筒電極により受けることができ、ヒータ及び作業者を放
電から保護することができる。加えて、前記電極とし
て、高温ガス処理によって灰分を除去した高純度カーボ
ン材、あるいは高純度な炭化珪素材、あるいは高純度カ
ーボン材に炭化珪素をコーティングしたものを使用する
ことにより、電圧を印加した時にまれに起こる放電時に
よって電極材が蒸発したとしても不純物が少ないため、
半導体ウエーハを汚染することがない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る熱処理炉の実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。尚、図１乃至図３は
各実施例における熱処理炉の側面断面の概略図である。
各図に示すように、熱処理炉の基本構成は従来の熱処理
炉と同一構成であるため、基本的構成の説明を省略し、
本発明の特徴である構成部分について説明する。図１に
示されるように、炉芯管１の上面中央部には下方に、つ
まり炉芯管内部に延びる石英ガラスからなる電極保護管
８が形成されている。前記電極保護管８は下端部及びそ
の周壁部は密閉されており、炉芯管１の上面中央部は後
述する電極７が挿入可能に開口している。従って、前記
電極保護管８によって前記保護管８に収納された電極７
は炉芯管１の内部に露出することはない。このため、電
極材が放電によって蒸発しても、直ちに炉内に電極材が
侵入することはない。

【００１３】また電極７は円柱状をなし、炉芯管１の外
部にある電源装置（図示せず）により電圧を印加できる
ように構成されている。前記電極７の材質は高温の熱処
理温度に耐えられるものであれば特に限定されないが、
それ自体が不純物の少ないものであることが好ましく、
特に炭素材、炭化珪素材が好ましい。更に好ましくは高
温ガス処理などによって灰分を除去した高純度カーボン
材が好ましい。このような不純物の少ないものを使用す
れば、電極７に電圧を印加した時に放電が起き、その放
電によって電極７から電極材料が蒸発しても、半導体ウ
エーハが汚染されることはない。また、前記炭素材に更
に炭化珪素をＣＶＤ法によってコーティングすることに
より、より一層不純物汚染を防止することができる。

【００１４】次に、このように構成された熱処理炉の動
作作用について簡単に説明する。まず、従来の熱処理炉
と同様に、半導体ウエーハ３が収納されたウエーハボー
ト５を炉芯管１の下方部から挿入して、前記ウエーハボ
ート５を保温筒６の上面に載置する。そして前記炉芯管
１の外周部に構成したヒータ４によりジュール熱を発生
させて、炉芯管１の内部の半導体ウエーハ３を加熱する
と共に、熱処理ガスをガス導入管２より供給して半導体
ウエーハ３に所定の処理を施す。

【００１５】この加熱処理を行う際、電極７に正の直流
電圧を印加する。これにより、陽イオンからなる金属不
純物は電極７と反撥し、その結果炉芯管１の管壁中を炉
芯管１の内壁に向かって金属不純物が拡散することはな
く、金属不純物の炉芯管１内部への析出を防止できる。
また炉芯管１の上面中央部に下方に延びる石英ガラスか
らなる電極保護管８に電極が収納されているため、管壁
中を炉芯管１の内壁に向かって金属不純物が拡散するの
を炉芯管の全体にわたって防止できる。更に、半導体ウ
エーハ５を炉芯管１内部に挿入あるいは取り出す際、前
記炉芯管１の下部開口端あるいはウエーハボート５さら
には半導体ウエーハ３などに付着して前記炉芯管１内部
に侵入した金属不純物も同様に、炉芯管の内壁方向に分
散し、熱処理中の半導体ウエーハ５が汚染されることは
ない。尚、印加する電圧は処理温度、炉芯管の大きさ、
処理ガス処理の種類等のよって異なるが、高温では拡散
で移動するイオンを遮断するために高い電圧を印加する
のが好ましい。

【００１６】図２は、本発明の第２の実施例を示す図で
あって、図１に示した本発明の第１の実施例の電極を環
状に形成すると共に、石英ガラスからなる炉芯管１の外
周部に取り付けると共に、前記電極の外側にヒータを配
したことに特徴を有する。この円筒電極９は半円筒形に
２分割可能に形成され、前記炉芯管１の外周部を中心に
２分割された半円筒電極９の両者を結合することによっ
て、炉芯管の外周部に円筒状電極が取り付けられる。こ
のとき炉芯管１を加熱するヒータ４は円筒状電極の外側
に配置されるように取り付けられる。そして、前記円筒
電極９に正の直流電圧を印加することにより、熱処理中
にヒータ４から鉄，ニッケル等が蒸発しても、石英ガラ
スからなる炉芯管１の外壁表面に付着することなく、更
に熱処理を繰り返しても、これらの金属物は炉芯管１の
管壁中を炉芯管１の内壁に向かって拡散しない。

【００１７】更に、図３は本発明の第３の実施例を示す
図であって、本発明の実施例１と同様に炉芯管１の上部
に電極７を取り付け、また本発明の実施例２と同様に炉
芯管１の外周部に環状に円筒電極９が取りつけられてい
る。そして、炉芯管１の上部に取り付けられた電極７を
陽極とし、前記炉芯管１の外周部に取り付けられた円筒
電極９を陰極としている点に特徴を有する。この実施例
にあっては、前記電極７、９を陽極及び陰極としたこと
により、金属不純物が炉芯管１内部に析出しないばかり
か、炉芯管内部に侵入した不純物は炉芯管の内壁方向に
分散し、しかも高電圧の印加時に発生する虞のある放電
を陰極である円筒電極９により受けるため、高純度の熱
処理ができるほか、ヒータ及び作業者を放電から保護す
ることができる。

【００１８】次に、本発明である第１の実施例の熱処理
炉を用いて熱処理試験を行い、比較例と比較検討した。
本熱処理試験では、半導体ウエーハとして不純物のない
真性半導体であるシリコンウエーハを使用した。まず、
図１に示した電極７が付加された処理炉１の内部にウエ
ーハボート５に収納されたシリコンウエーハ３を挿入
し、熱処理ガスとしての窒素ガスをガス導入管２の導入
口２ａより１Ｌ／ｍｉｎの速さで流しながら、高純度カ
ーボンである電極７を陽極として３００Ｖの電圧を外部
に設置されている電源装置（図示せず）により印加する
と共に、炉芯管１の外周囲に取り付けられたヒータ（図
示せず）により１１００℃で１時間、シリコンウエーハ
を熱処理した。

【００１９】また、比較例として用いる炉芯管として
は、電極７及び電極保護管８を取りはずした以外は同様
の炉芯管を用い、前記実施例と同一条件下で熱処理を行
った。そして、熱処理後の両者のシリコンウエーハの不
純物濃度について測定した。その結果を表１に示す。
尚、参考として熱処理前のシリコンウエーハの不純物濃
度についても測定し、その結果も合わせて表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】この結果からもわかるように、実施例の方
が電極が付加されていない比較例よりも金属不純物濃度
が少なく、高純度のシリコンウエーハを得ることができ
る。尚、上記実施例にあっては縦型の熱処理炉を用いて
説明したが、本発明は特にこれに限定されるものではな
く、横型の熱処理炉にも当然に適用できるものである。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る半導体ウエーハの熱処理炉
及び熱処理方法は、石英ガラス炉芯管内部に電極が配さ
れその電極に正の電圧が印加されるため、熱処理中にヒ
ータ中の鉄，ニッケル等が、またヒータ中の不純物であ
る銅等が蒸発したとしても、これらの金属不純物が石英
ガラス炉芯管の管壁中を石英ガラス炉芯管の内壁に向か
って拡散し、炉芯管内部に析出することはなく、熱処理
中の半導体ウエーハへの汚染を防止でき、高純度で信頼
度の高い半導体ウエーハを得ることができる。また管壁
中に含まれる不純物であるアルカリ金属が蒸発したとし
ても、前述と同様炉芯管内に析出することがなく、熱処
理中の半導体ウエーハへの汚染を防止できる。

【００２３】また、本発明に係る半導体ウエーハの熱処
理炉は、炉芯管内部に金属不純物の析出を防止する電極
を炉芯管の上面中央部から炉芯管内部に延びる石英ガラ
スからなる電極保護管内に配したため、管壁中を炉芯管
の内壁に向かって金属不純物が拡散するのを炉芯管の全
体にわたって防止できる。

【００２４】更に、本発明に係る半導体ウエーハの熱処
理炉及び熱処理方法は、電極を円筒状電極とし、前記炉
芯管を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータ
を円筒状電極の外側に配したため、熱処理を行う際、電
極に正の電圧を印加することにより、熱処理中にヒータ
から鉄，ニッケルあるいは不純物である銅等が蒸発して
も、石英ガラスからなる炉芯管の外壁表面に金属不純物
が付着することはない。従って、熱処理を繰り返しても
炉芯管の内壁に向かって金属不純物が拡散することはな
く、熱処理中の半導体ウエーハへの汚染を防止でき、高
純度で信頼度の高い半導体ウエーハを得ることができ
る。

【００２５】更にまた、本発明に係る半導体ウエーハの
熱処理炉は、炉芯管内部に正の電圧を印加した電極を配
すると共に、陰極を円筒状電極とし、前記炉芯管を円筒
状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータを円筒状電
極の外側に配したため、熱処理を行う際、炉芯管内部に
配された電極に正の電圧を印加し、円筒状電極に負の電
圧を印加することにより、金属不純物が炉芯管内部に析
出することがないばかりか、炉芯管内部に侵入した不純
物を炉芯管の内壁方向に分散でき、しかも高電圧の印加
時に発生する虞のある放電を陰極である円筒電極により
受けることができ、ヒータ及び作業者を放電から保護す
ることができる。

【００２６】加えて、本発明に係る半導体ウエーハの熱
処理炉の電極として、高温ガス処理によって灰分を除去
した高純度カーボン、あるいは高純度な炭化珪素材、あ
るいは高純度カーボン材に炭化珪素をコーティングした
ものをを使用することにより、電圧を印加した時にまれ
に起こる放電時に蒸発したとしても不純物が少ないため
半導体ウエーハが汚染されることが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体ウエーハの熱処理炉はの第
１の実施例を示す概略側面断面図である。

【図２】本発明に係る半導体ウエーハの熱処理炉はの第
２の実施例を示す概略側面断面図である。

【図３】本発明に係る半導体ウエーハの熱処理炉はの第
３の実施例を示す概略側面断面図である。

【図４】従来例の半導体ウエーハの熱処理炉を示す概略
側面断面図である。

【符号の説明】

１ 炉芯管（石英ガラス） ２ ガス導入管 ３ 半導体ウエーハ ４ ヒータ ５ ウエーハボート ６ 保温筒 ７ 電極 ８ 電極保護管 ９ 円筒電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−277628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 511 H01L 21/205

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラスからなる炉芯管と、前記炉芯
   管の内部に熱処理ガスを供給するガス導入管と、前記炉
   芯管の外周部に配置されたヒータとを備える半導体ウエ
   ーハの熱処理炉において、 正の電圧を印加した電極を前記炉芯管の上面中央部から
   炉芯管内部に延びる石英ガラスからなる電極保護管内に
   配したことを特徴とする半導体ウエーハの熱処理炉。
2. 【請求項２】 石英ガラスからなる炉芯管と、前記炉芯
   管の内部に熱処理ガスを供給するガス導入管と、前記炉
   芯管の外周部に配置されたヒータとを備える半導体ウエ
   ーハの熱処理炉において、 正の電圧を印加した電極を円筒状電極とし、前記炉芯管
   を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記ヒータを円
   筒状電極の外側に配したことを特徴とする半導体ウエー
   ハの熱処理炉。
3. 【請求項３】 石英ガラスからなる炉芯管と、前記炉芯
   管の内部に熱処理ガスを供給するガス導入管と、前記炉
   芯管の外周部に配置されたヒータとを備える半導体ウエ
   ーハの熱処理炉において、 前記炉芯管内部に正の電圧を印加した電極を配すると共
   に、陰極を円筒状電極とし、前記炉芯管を円筒状電極の
   内側に配置すると共に、前記ヒータを円筒状電極の外側
   に配したことを特徴とする半導体ウエーハの熱処理炉。
4. 【請求項４】 前記電極は、高温ガス処理によって灰分
   を除去した高純度カーボンからなることを特徴とする請
   求項１乃至請求項３のいずれかに記載された半導体ウエ
   ーハの熱処理炉。
5. 【請求項５】 前記電極は、高純度な炭化珪素材からな
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
   記載された半導体ウエーハの熱処理炉。
6. 【請求項６】 前記電極は、高純度カーボン材に炭化珪
   素をコーティングしたことを特徴とする請求項１乃至請
   求項４のいずれかに記載された半導体ウエーハの熱処理
   炉。
7. 【請求項７】 炉芯管内部に導入された半導体ウエーハ
   を、前記炉芯管の外周部に配置されたヒータにより加熱
   すると共に、前記炉芯管内部に熱処理ガスを供給して行
   う半導体ウエーハの熱処理方法において、 前記炉芯管を円筒状電極の内側に配置すると共に、前記
   ヒータを円筒状電極の外側に配し、前記円筒状電極に正
   の電圧を印加することを特徴とする半導体ウエーハの熱
   処理方法。
8. 【請求項８】 炉芯管内部に導入された半導体ウエーハ
   を、前記炉芯管の外周部に配置されたヒータにより加熱
   すると共に、前記炉芯管内部に熱処理ガスを供給して行
   う半導体ウエーハの熱処理方法において、 前記炉芯管内部に配された電極に正の電圧を印加すると
   共に、前記炉芯管を円筒状電極の内側に配置し、前記ヒ
   ータを円筒状電極の外側に配し、前記円筒状電極に負の
   電圧を印加することを特徴とする半導体ウエーハの熱処
   理方法。