JPH02164025A - 拡散装置 - 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、半導体デバイス等の製造工程における半導
体デバイスの酸化、拡散処理等に用いられる拡散装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、半導体デバイスの製造工程において、半導体デバ
イスの酸化、不純物拡散処理には、開管法と呼ばれる方
法を用いた第２図に示すような拡散装置が使用されてい
る。

この拡散装置は、第２図に示すように、反応室２′を加
熱する炉体部ビに反応室２′が固定されている。そして
、反応室２′内へ半導体ウェハ３を装填したウェハボー
ト４を挿入し、その後反応室２′の開口部８を蓋２ａ’
により閉じる。そして、炉体部１′により反応室２′を
任意の温度まで加熱し温度を安定させた後、所定のガス
を反応室２′内に流入し拡散処理を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の拡散装置においては、装置の処理能力を向上させ
るために、炉体部１′の加熱温度を処理温度もしくは半
導体ウェハ３の結晶に損害を与えない程度の温度に設定
しておき、反応室２′内に窒素やアルゴン等の不活性ガ
スを流入した状態で、未処理の半導体ウェハ３の収納お
よび処理後の半導体ウェハ３の取り出しを行っている。

しかし、反応室２′を高温度に加熱したままでの半導体
ウェハ３の収納、取り出し時においては熱対流の影響も
あって、第３図に示すように、反応室２′の開口部８か
ら反応室２′内へ大気９の巻き込みが必ず発生する。こ
の反応室２′へ巻き込んだ大気９は、高温度になりつつ
ある、また高温度の半導体ウェハ３中に拡散していき、
大気９に含まれるナトリウム（Ｎａ）やその他の不純物
が半導体ウェハ３の表面近傍に不純物準位の領域を形成
する０例えば、ＭＯ３型電界効果トランジスタのゲート
酸化膜形成において、半導体ウェハ３に前記した不純物
準位の領域が形成されると、闇値電圧がマイナス側にシ
フトする。この状態を第４図および第５図に基づいて説
明する。

半導体ウェハ３のオリエンテーションフラット側を反応
室２′内の上部に位置させて酸化させる場合に、大気９
が反応室２′へ巻き込むと、第５図に示すように、反応
室２′内の熱対流そのままの分布で大気９による不純物
準位の領域Ａがオリエンテーションフラットａ側に大き
く形成される。

この不純物準位の領域Ａが半導体ウェハ３中に形成され
ると、第４図に示すように、不純物準位の領域Ａが大き
く形成された半導体ウェハ３のオリエンテーションフラ
ットａ側の闇値電圧ＶＴＭが、不純物準位の領域Ａが少
ないｂ側の閾値電圧ＶＴ）１より低下し、マイナス側に
シフトする。

このように、大気９により半導体ウェハ３に不純物単位
の領域Ａが形成されると、半導体ウェハ３の表面の活性
化領域の特性が不安定となり、半導体ウェハ３の歩留が
著しく低下するという問題があった。この問題を解決す
るためには、炉体部１′の温度を４００〜５００°Ｃま
で降温して、半導体ウェハ３を載せたウェハボート４の
収納、取り出しを行えばよいが、この炉体部１′の降温
時間が、拡散処理における昇温、降温時間やガス置換等
のトータル処理時間に対する割合が大きくなり、設備処
理能力が低下し、実用上困難であるという問題があった
。

したがって、この発明の目的は、設備処理能力を低下さ
せることなくＩ、半導体ウェハの大気による汚染を防止
でき、半導体ウェハの信鎖性および歩留を向上すること
のできる拡散装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕。

この発明の拡散装置は、高温拡散するための反応室と、
反応室を加熱する炉体部とを備え、反応室および炉体部
のダなくとも一方を可動とし、反応室と炉体部とを挿抜
自在とした構成としている。

〔作　用〕

この発明の構成によれば、炉体部を反応室と別個に所定
の加熱温度まで加熱する。反応室は、炉体部から分離さ
れた位置で、室温状態で半導体ウェハが収納され、その
後反応室の内部が真空引きされ所定のガスが流入される
。その後、反応室が炉体部へ挿入され、炉体師部により
加熱されて拡散処理が行われる。このとき、反応室内は
十分に所定のガスに置換されているため、半導体ウェハ
の表面の大気による汚染が極めて少なくなる。

また、拡散処理が終了したときは、反応室が炉体部から
抜去され、所定のガスを反応室内に流入させたまま反応
室の温度を室温近くまで低下させ、反応室から半導体ウ
ヱハを取り出す。このとき、半導体ウェハが十分に降温
されているため、高温で大気と接触することがなく、半
導体ウェハの大気による汚染が極めて小さくなる。また
、炉体部は、所定の加熱温度を保持している。

〔実施例〕

この発明の拡散装置の一実施例を第１図に基づいて説明
する。

この拡散装置は、第１図（ａ）〜（ｄ）に示すように、
反応室２と炉体部ｌとを備え、炉体部１を可動とし反応
室２と炉体部１とを挿抜自在としている。

炉体部ｌは、反応室２を所定の温度に加熱する。

反応室２は、半導体ウヱハ３を収納し、所定のガスが流
入され、半導体ウェハ３を高温拡散する。

４は半導体ウェハ３を装填するウェハボートを示してい
る。２ａは反応室２の蓋を示している。５は反応室２内
の排気管を示し、７は排気管５のストンプバルブを示し
、６は所定のガスを反応室２内へ供給するガス供給管を
示している。

以下、この拡散装置を用いてＭＯ３型電界効果トランジ
スタのゲート酸化処理を行う場合の作業手順を説明する
。

まず、第１図（ａ）に示すように、半導体ウェハ３をウ
ェハボート４に装填し、反応室２内にウェハボート４を
自動挿入し、その後反応室２の開口部を蓋２ａにより密
閉する。さらに、反応室２内をロークリポンプ（図示せ
ず）等により排気管５を介し１０−’Ｔｏｒｒ程度まで
真空引きする。その後、排気管５を閉じ、窒素やアルゴ
ン等の不活性ガスをガス供給管６から反応室２内へ徐々
に流入する。

そして、反応室２が不活性ガスにより大気圧になった時
点で、排気管５のストップバルブ７を開ける。ここまで
の作業により、ウェハボート４を反応室２内へ挿入した
ときに巻き込んだ大気（図示せず）は、所定のガスによ
り十分置換される。このとき、炉体部１は、反応室２と
個別にあらかじめ所定の加熱温度、すなわち処理温度の
例えば９００°Ｃに加熱している。

つぎに、同図（ｂ）に示すように、炉体部ｌを反応室２
の方向へ移動させ、反応室２を炉体部１へ挿入する。こ
のとき、反応室２内は、十分に不活性ガスに置換されて
いるため、半導体ウェハ３の表面の大気による汚染が極
めて少なくなる。そして、ウェハボート４の温度が安定
した時点で、ガス供給管６から流入される不活性ガスを
酸化性ガスに切り換える。

そして、同図（Ｃ）に示すように、炉体部１を反応室２
から徐々に引き離し、反応室２を炉体部ｌから抜去し、
反応室２の温度を低下させる。また、このとき、反応室
２内へは不活性ガスを流入したままにしている。つぎに
、同図（イ）に示すように、反応室２内に収納されたウ
ェハボート４の温度が５００“Ｃ以下の室温近くの温度
となった時点で、ウェハボート４を大気中に反応室２か
ら引き出し、半導体ウェハ３の酸化処理を完了する。こ
のとき、半導体ウェハ３の温度が十分に降温されている
ため、半導体ウェハ３が高温で大気と接触することがな
く、半導体ウェハ３の大気による汚染が極めて小さくな
る。また、炉体部１の温度は処理温度に保持されている
。

このように、この拡散装置は、炉体部１を可動として反
応室２と炉体部１とを挿抜自在としたので、炉体部ｌの
加熱温度を所定の温度に保持したままで、反応室２への
半導体ウェハ３の収納、取り出しの各操作を炉体部ｌか
ら離れた位置で行うことができる。したがって、設備処
理能力を低下させることなく、反応室２の各操作を十分
に低い温度状態で行うことができ、半導体ウェハ３の大
気による汚染を最小限に防止することができる。

この結果、半導体ウェハ３表面の活性化領域の特性の安
定を図り、半導体ウェハ３内の闇値電圧のばらつきを大
幅に改善することができ、半導体ウェハ３の信顛性およ
び歩留を向上することができる。

なお、この実施例の拡散装置においては、炉体部１を可
動として反応室２と炉体部ｌとを挿抜自在としたが、反
応室２を可動として反応室２と炉体部ｌとを挿抜自在と
してもよい。

（発明の効果］ この発明の拡散装置によれば、反応室および炉体部の少
なくとも一方を可動として、反応室と炉体部とを挿抜自
在としたので、炉体部の加熱温度を所定の温度に保持し
たままで、反応室への半導体ウェハの収納、取り出しの
各操作を炉体部から離れた位置で行うことができる。し
たがって、設備処理能力を低下させることなく、反応室
の各操作を十分に低い温度状態で行うことができ、半導
体ウェハの大気による汚染を防止することができる。こ
の結果、半導体ウェハの信鯨性および歩留を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（イ）はこの発明の一実施例を用いて酸
化処理を行った場合の作業手順を示す工程図、第２図は
従来の拡散装置の概略図、第３図は第２図の半導体ウェ
ハの収納、取り出しを説明する概略図、第４図は半導体
ウェハの闇値電圧特性を示すグラフ、第５図は第４図の
半導体ウェハ表面の不純物準位の領域を示す正面図であ
る。 ■・・・炉体部、２・・・反応室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温拡散するための反応室と、前記反応室を加熱する炉
   体部とを備え、前記反応室および炉体部の少なくとも一
   方を可動とし、前記反応室と炉体部とを挿抜自在とした
   拡散装置。