JPH02135727A - 熱処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置を製造するための熱処理装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程においては、半導体つエバ（以下
、ウェハと称す）に対する拡散、酸化。

アニール、ＣＶＤなどの処理のために熱処理が行われる
。第４図はこのような熱処理に用いられる従来の熱処理
装置を示す断面図であり、図において、（１）は円筒形
のヒーターで、その軸は水平方向になっている。（２）
はヒーターの内側に設けられた円筒形の反応管、口１は
反応管（２１の一端に設けられた開口部で、図示しない
、開閉可能な蓋が設けられている。４〕は反応管（２）
の他端に設けられたガス導入口、（５）は反応管（２１
の開口部（３）近辺に設けられたガス排出口、（６）は
反応管（′２Ｊ内で熱処理が行われるウェハ、（刀は多
数のウェハ（６）をその面が鉛直になるようにして互に
間隔をあけ、且つ平行な状態にして収納するボート、Ｂ
）はウェハ（６）を収納したボートｍを支持して反応管
（２１の中へ送り込むための送り込み具としてのボート
支持具である。このような熱処理装置は、ヒーター（１
）、反応管（′２の軸が水平になっているので横形炉と
呼ぶ。

次に動作について説明する。先ず、ヒーター（１）で反
応管（′２Ｉを高温にする。その反応管（２）の中ヘボ
−ト支持具矧を用いて、開口部（３）からウェハ（６）
を収納したボート（７）を入れて蓋（図示せず）を閉じ
、ガス導入口（イ）から反応管（２）内へ原料ガスなど
を供給する０反応済みのガスはガス排出口（５１から排
出する。ところで上記のような横形炉ではウェハ（６）
相互間の隙間（９）でガスの対流が起り、ウェハ（６）
の、図において上下間で温度差が生じるため、ウェハ（
６）上に形成される１ｕｌｌ（図示せず）の厚さや拡散
される不純物（図示せず）の濃度がウェハ（６）面内で
不均一になる傾向があった。また、ボート（７）を反応
管（２Ｊ内へ送り込む時に、内部の熱せられたガスが矢
印Ａのように流出し、外気が矢印Ｂのように流入するた
め反応管（２）内の酸素濃度を低く保つことが困難とな
り、例えば、ウェハ（６）がシリコンの場合、その表面
に２０〜３０人程度のシリコン酸化膜（図示せず）を形
成してしまう（以下、この現象を巻き込み酸化と呼ぶ）
という問題があった。

第５図はこれらの問題を解決するために用いられる従来
の熱処理装置を示す断面図で、ヒーター（１）２反応管
（２）はそれらの軸が鉛直方向になるよう配置され、開
口部β）が反応管（ａの下端部に設けられている。ボー
ト（７）はウェハ（６）を水平にして収納するようにな
っている。ボート支持具（８１は鉛直に配置された板状
の固定部（８１）と、水平に配置された板状の可動部（
８２）とから成り、可動部（８２）は固定部（８１）に
沿って、図において上下方向に移動可能となっている。

ａωは上記各部を一体的に支持するシャーシである０以
上に示した熱処理装置は、ヒーター（１）１反応管（２
の軸が鉛直方向になっているので縦形炉と呼ぶ。

この縦形炉の動作について説明する。ウェハ（６）を収
納したボートＣ７）をボート支持具（８Ｉの可動部（８
２）に載せ、可動部〈８２）を図において上方に動かし
て開口部（３）から高温に加熱された反応管（２１の中
へ送り込み、ウェハ（６）は水平の状態に置かれて熱処
理される。ウェハ（６）相互間の隙間（９）も水平にな
るので、そこでの対流は起こりに＜＜、ウェハ（６）面
内の温度分布は均一となり、従って、形成される膜（図
示せず）の厚さや拡散される不純物の均一性が向上する
。また、反応管（ａの開口部（３）の開口面ば水平なの
で、ボート（７）を反応管（２）内へ送り込む時に同時
に流れ込む外気の量は少なく、ボート（７）を送り込む
時に予め反応管（２）内へ不活性ガスを流しておくこと
により流人外気は更に少なくなり、そのため、巻き込み
酸化の膜厚を１０〜２０人程度にすることができる。

しかし、縦形炉においては、ボート（７）の送り込み時
に低温の外気の流入が少ないために、この時の開口部（
３）付近の、図において上下方向の温度勾配は急峻であ
る。第６図は開口部（３）からの距離に対する温度分布
の一例を示すグラフであり、この例では、縦形炉の方が
横形炉に比べて約４倍程温度勾配が大きいことが分かる
。そのため、縦形炉の場合は、ウェハ（６）は反応管（
２）へ送り込まれる時に急激な温度変化を受ける。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の熱処理装置は以上のように構成されているので、
横形炉の場合はウェハを反応管の中へ送り込む時に多量
の外気が流入して、巻き込み酸化のためにウェハの表面
に厚い酸化膜が形成されるなどの問題があり、また、縦
形炉の場合は、上記外気の流入が少なくなるものの、や
はり、ウェハ相互間の隙間の空気などが一緒に入り込み
、かなりの厚さの酸化膜が形成され、しかも、ウェハの
送り込み時における開口部付近の温度勾配が急峻なため
、ウェハが急激な温度変化を受けて結晶欠陥が生じたり
、熱歪みによって破損したりすることがあり、これを避
けるためにウェハの送り込み速度を下げると生産性が低
下するなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、巻き込み酸化によるウェハの表面の酸化膜の
厚さが低減できると共に、ウェハ送り込み時の開口部付
近の温度勾配を緩和することにより、ウェハの結晶欠陥
の発生などが防止できる熱処理装置を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る熱処理装置は、縦形炉において反応管の
下側にウェハを収納する容器を設け、この容器内に、ウ
ェハを反応管の中へ送り込む送り込み具を設けると共に
、上記容器には給気口を、そして反応管にはその上部の
ガスを排出する排気口を設けたものである。

〔作　　用〕

この発明における熱処理装置においては、ウェハの反応
管内への送り込みは給気口から不活性ガスを供給しなが
ら行うので、反応管内へは外気が殆ど混入しない、また
、同時に反応管上部のガスを排気口から排出するので、
反応管下端部の開口部から入った不活性ガスはその温度
を上げながら反応管内を上昇し、反応管上部を経由して
排出され、そのため、反応管内の温度勾配が緩やかにな
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による熱処理装置を示す断面図
であり、図において、（１）〜００１　。

（８１）、　＋８２）は第５図の従来例と同様であるの
でこれらの説明は省略する。（ＩＩ）はウェハ（６）を
収納する容器として反応管（２の下側に設けられた石英
ガラス製のパージ管で、その中にボート支持具（８１が
設けられている。（１２）はパージ管（１１）の底部に
設けられた給気口、（１３）は反応管（（２）の上部に
設けられた排気口である。第２図はパージ管（１１）の
斜視図で、その側壁（ｌ　ＩＡ）　、　（ｌ　ＩＢ＞は
２つに分割可能となっていて、一方（Ｉ　Ｉｎ）が支持
材（１４）に支持されて移動可能となっている。

次に動作について説明する。パージ管（１１）か２分割
されて開いた状態で、ウェハ（６）を収納したボート（
７）がボート支持具（８）に載せられた後、パージ管（
１１）が閉じられると共に反応管（２１の盈（図示せず
）が開かれ、給気口（１２）から、例えば室温のような
低温の不活性ガスが供給されて排気口（１３）から高温
になった不活性ガスが排出される。パージ管（１１〉と
反応管（２）の中が不活性ガスで置換された後でボート
支持具（８）によりボー？−（７１が反応管（２］内に
上げられて図示しない蓋が閏じられる。なお、排気口（
ＩＢ）からの不活性ガスの排出流量は給気口（１２）か
らの供給流量と同じかそれ以下にする。そうしないと、
反応管（２）内が負正になって外気混入の虞れが生じる
からである。ウェハ（６）の熱処理が終わると、閉じら
れたパージ管（１１）に給気口（１２）から不活性ガス
が供給されて反応管（２１の蓋（図示せず）が開かれ、
ボート支持具８）によりボート（７）がパージ管（１１
）内に下ろされる。ウェハ（６）の温度が下がった時点
でパージ管（１１）が開かれてボート（刀が取り出され
る。以上のようにして熱処理が行われるので、ボート（
′７）はウェハ（６）相互間の隙間（９）まで不活性ガ
スで置換されて反応管（１１）内へ送り込まれる。従っ
て、外気の混入は殆どなく、巻き込み酸化の影響は極め
て少ないので、酸化膜（図示せず）の厚さを自然酸化膜
の厚さと同等の１０Å以下にすることができる。また、
反応管（２１の開口部（３）から入った不活性ガスは、
その温度を上げながら反応管（２］内を上昇しその上部
を経由して排気口（１３）から排出されるので、反応管
（２＋内の温度勾配は緩やかになり、ウェハ（６）が反
応管（ａ内に送り込まれる時に急激な温度変化を受ける
ことはない。

なお、上記実施例では、パージ管（１１）の側壁（ＩＩ
Ａ）、　（１１１１１を２分割して一方（１１［１）を
支持材（１４）により移動させたが、２分割した側壁（
ＩＩＡ）、　（ｆｉｌｌ）相互をヒンジで連結して開閉
するようにしてもよいし、また、パージ管（１１）を石
英ガラス製としたか、金属に石英ガラスを内張すしたよ
うな複合体を用いてもよい２更に、排気口（１３）は反
応管（２１の上部に設けたが、第３図のようにこれを反
応管（２）の下部に設けて、反応管（２１の内側に内管
（１５）を設けてその開口部（３Ａ）がパージ管（１１
）とつながるようにし、反応管（２上部のガスが反応管
（２と内管（１５）の間を下降して排気口（１３）から
排出されるよっにしてもよい。第３図では排気口（１３
）がガス排出口を兼ねている。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、縦形炉において反応管
の下側にウェハを収納する容器を設け、この容器から反
応管内へのウェハの送り込みは容器に設けた給気口から
不活性ガスを供給しながら行うので、反応管内へは外気
か殆ど混入せず、そのため巻き込み酸化によるウェハ表
面の酸化膜の厚さを薄くすることができる。また、上記
不活性ガスの供給と同時に反応管に設けた排気口から反
応管の上部のガスを排出するので、開１１部から入った
不活性ガスはその温度を上げながら反応管内を上昇して
排出され、そのため、反応管の温度勾配が緩やかになり
、従って、ウェハが反応管内に送り込まれる時に急激な
温度変化を受けて結晶欠陥など発生するのが防止される
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による熱処理装置を示す断
面図、第２図は第１図の熱処理装置のパージ管を示す斜
視図、第３図はこの発明の他の実施例による熱処理装置
を示す断面図、第４図、第５図はそれぞれ従来の熱処理
装置を示す断面図、第６図は温度分布を示すグラフであ
る。 図において、（１）はヒーター、（２）は反応管、（６
）はウェハ、（８）はボート支持具、（ＩＩ）はパージ
管、（１２）は給気口、（１３）は排気口である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　　大　岩　増　雄 第２図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　筒形のヒーターをその軸が鉛直方向になるよう配置し
   、このヒーターの内側に設けられた反応管の中にその下
   端部から半導体ウェハを送り込んで水平に置き熱処理す
   るものにおいて／上記反応管の下側にこれと接して上記
   半導体ウェハを収納する容器を設け、この容器内に上記
   半導体ウェハを上記反応管の中へ送り込む送り込み具を
   設けると共に、上記容器に給気口を設け、かつ、上記反
   応管にその上部のガスを排出する排気口を設けたことを
   特徴とする熱処理装置。