JPH01160008A - 拡散炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体基板を熱処理するのに使用する拡散炉に関し、 該拡散炉の冷却速度を向上して、半導体基板の使用能率
を向上させることを目的とし、半導体基板を挿入して位
置決めしてある反応管を取り囲んで設けられている加熱
炉の端部上面と反対側の端部下面とにそれぞれ貫通穴を
設け、該貫通穴をパイプで繋ぎ、冷却器を通して加熱炉
と反応管との間に介在するガスを循環させ冷却させる機
構を備えて拡散炉を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は冷却速度を向上した拡散炉に関する。

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体集積回路はシリコン（Ｓｔ）
のような単体半導体あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）
のような化合物半導体を被処理基板とし、これに他種原
子の拡散技術、ｌ膜形成技術、写真蝕刻技術（フォ１ヘ
リソグラフィ）などを用いて製造されている。

こ＼で、拡散技術は半導体基板の結晶格子中に他種の原
子を侵入させて、導電型や比抵抗などバルクの性質を変
える技術であって、被処理基板上に不純物原子層を形成
した後、熱処理を行って不純物原子を内部に拡散させて
半導体領域を形成したり、被処理基板に対して不純物イ
オンのイオン注入を行った後、熱処理して活性化させ半
導体領域を形成することが行われているが、このような
不純物原子の拡散や活性化アニール（焼鈍）処理には拡
散炉が使用されている。

また、半導体デバイスにおける層間絶縁用の材料として
は使用する半導体の酸化物を使用することが多いが、こ
の製法としては被処理基板を大気中あるいは酸素（０□
）雰囲気中で加熱することが行われている。

このように拡散技術や薄膜形成技術には拡散炉を使用し
て被処理基板を加熱することが行われている。

〔従来の技術〕

上記のように不純物イオンの拡散や薄膜の形成には拡散
炉を使用して熱処理が行われているが、多くの場合、被
処理基板は多数あり、これをバスゲットに搭載して炉中
に位置決めされている。

こ−で、製品の信顛性の確保および特性の均一化のため
には拡散炉の中の温度分布が良く、均熱領域が広いこと
が必要である。

そのために断熱材を厚く被覆して炉の保温が良い構造と
なっている。

然し、これがため、加熱後の冷却速度が極めて遅いと云
う問題がある。

例えば、シリコン（Ｓｉ）基板への二酸化シリコン（５
ｉＯｚ）層の形成は９００℃程度の熱処理により行われ
ているが、処理が終わっても、そのま＼取り出すと発生
歪により基板割れが起こる。

そこで、これを防くには８００〜７００℃まで徐冷した
後に取り出すことが必要である。

然し、保温特性の優れた拡散炉では降温速度が２°Ｃ／
分程度と極めて遅いために、温度を１００℃下げるのに
５０分を要すると云う問題がある。

この問題を避けるために炉内温度を強制的に下げる構造
が採られている。

第２図は拡散炉の従来構造の一例を示す側断面図であっ
て、石英などからなる反応管１の一端には窒素（Ｎ２）
などの不活性ガスや酸素（０□）ガスなどを供給する給
気口２があり、他端には排気口３を備えたフランジ４が
Ｏリング５を介して反応管１に固定されている。

また、反応管１の反対位置にはステンレスなどからなる
キャンプ６を備えたカンチレバー７がその先に５ｉ０２
などからなるバスゲット８に被処理基板９を載置して搭
載されており、熱処理が終わった後はＯリング５を介し
て固定されていたカンチレバー７を引き出すことにより
被処理基板９を取り出すようになっている。

こ＼で、反応管１の加熱はこれを囲んで設けられている
加熱炉１０により行われているが、この加熱炉１０の外
側には充分に保温材が設けられており、また加熱炉１０
の端部と反応管１との間にはは断熱材１１が充填されて
いて保温が行われている。

さて、従来は被処理基板９の加熱が終わった後に被処理
基板９の徐冷速度を早めるために加熱炉１０の一部が穴
開けされており、これよりダクト１２が屋外に伸びて排
気されるようになっている。

そして加熱が終わった後はコック１３を開けてファン１
４を回し、ラジェータなどの冷却器１５を通して排気す
るように構成されている。

こ＼で、拡散炉が第２図に示すように一個の均熱領域か
らなる場合はそれ程ではないが、温度の異なる均熱領域
が複数個ある多段炉の場合は各段の炉体ごとに断熱材で
分離されているため、各炉体ごとにダグｌ−。冷却器お
よびファンを設ける必要があり、煩雑でまた屋外にまで
導くために、多くのスペースを要する点が問題であった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように拡散炉を使用する場合に加熱処理が終
わった後で、被処理基板の冷却速度を早めるために加熱
炉を穴開けしてダクトを設け、反応管と加熱炉との間に
ある加熱空気を強制排気することが行われているが、長
いダクトを必要とするために多くのスペースをとること
が問題であった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は半導体基板を所定の温度に加熱して熱処理
するのに使用する拡散炉において、前記半導体基板を挿
入して位置決めしてある反応管を取り囲んで設けられて
いる加熱炉の端部上面と反対側の端部下面とにそれぞれ
貫通穴を設け、該貫通穴をパイプで繋ぎ、冷却器を通し
て加熱炉と反応管との間に介在するガスを循環させ冷却
させる機構を備えた拡散炉の使用により解決することが
できる。

〔作用〕

本発明は今まで反応管を取り囲んで設けられている加熱
炉に貫通穴を設け、屋外にまでダクトを通じて加熱炉と
反応管との間にある空気を強制排気していたのを改め、
加熱炉の両端に貫通穴を設け、これをダクトで繋いで循
環させるようにしたものである。

こ−で、空気の循環は対流だけでも差し障りないが、冷
却速度を高めるためにはファンなどの強制循環機構を設
けると効果的である。

このようにすると従来のようにダクトを天井に這わせて
室外に導く必要がないので僅かのスペース増で目的を達
成することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る拡散炉の構造を示す側断面図であ
り、従来と異なる点は加熱炉１０の下端にも貫通穴を設
け、ダクト１６で両端の貫通穴を連絡して冷却器１５で
冷却しながら循環させる点が異なっている。

なお、冷却を効率的に行うにはダクト１６の中に循環機
構１７を設けるとよい。

ここで、循環機構１７としては例えばダクト１６にファ
ンを設けて強制循環させてもよく、アスピレータを設け
て吸引してもよく、また圧縮空気をダクト１６の一端か
ら注入して他端で放出するようにしてもよい。

なお、加熱炉１０と反応管１との間の空気は９００℃程
度の高温に加熱されていることから冷却器１５を使用す
ることが必要で、本実施例の場合にはラジェータを使用
した。

このように、被処理基板への熱処理が終わった後はコッ
ク１３を開ぎ、循環機構１７を動作させると、被処理基
板９の冷却速度が向上するので、反応炉１よりの取り出
しを早く行うことができ、これにより拡散炉の使用効率
を向上することができる。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、従来のようにスペースをとること
なく、被処理基板の冷却を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る拡散炉の構造を示す側断面図、 第２図は拡散炉の従来構造を示す側断面図、である。 図において、 １は反応管、　　　　　　８はバスケット、９は被処理
基板、　　　１０は加熱炉、１１は断熱材、　　　　　
１２．１６はダクト、１３はコック、　　　　　　１４
はファン、１５は冷却器、　　　　　１７は循環機構、
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体基板を所定の温度に加熱しつゝガスを通じ、該
   半導体基板を熱処理するのに使用する拡散炉において、 被処理基板（９）を挿入して位置決めしてある反応管（
   １）を取り囲んで設けられている加熱炉（１０）の端部
   上面と反対側の端部下面とにそれぞれ貫通穴を設け、該
   貫通穴をダクト（１６）で繋ぎ、冷却器（１５）を通し
   て加熱炉（１０）と反応管（１）との間に介在するガス
   を循環させ冷却させる機構を備えてなることを特徴とす
   る拡散炉。