JPH0364912A - Hydrogen burning oxidative diffusion furnace - Google Patents

Hydrogen burning oxidative diffusion furnace

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JPH0364912A
JPH0364912A JP20026789A JP20026789A JPH0364912A JP H0364912 A JPH0364912 A JP H0364912A JP 20026789 A JP20026789 A JP 20026789A JP 20026789 A JP20026789 A JP 20026789A JP H0364912 A JPH0364912 A JP H0364912A
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JP
Japan
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hydrogen
tube
combustion
furnace
oxygen
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JP20026789A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Hirota
正樹 廣田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH0364912A publication Critical patent/JPH0364912A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a uniform and highly reliable oxide film without causing deformation of the wall of a quartz tube for a long period by a method wherein the upstream part of the quartz tube is bent in L-shape, and hydrogen is burnt by introducing it vertically upward in the quartz tube. CONSTITUTION:A horizontal type hydrogen burning oxidative diffusion furnace, equipped with a furnace core tube 21 consisting of a quartz reaction tube having one end bent in L-shape, is composed of a uniform heat tube 22 provided surrounding the furnace core tube, heaters 24 divided into three parts and provided at the outside of the uniform heat tube 22 in the upstream, middle stream part and down stream part, a hydrogen introducing hole 23 and an oxygen introducing hole 25 provided on the edge part of a furnace core tube which is bent in L-shape, and a burning region 26 formed on the part which is bent in L-shape. In the above-mentioned fuel burning region, hydrogen is burnt under presence of oxygen, the semiconductor wafer 7 placed on a boat 6 is oxidized by the generated high temperature steam in the furnace core tube. The hydrogen and oxygen necessary for oxidation of hydrogen fuel are into the section located at vertically upper part in the furnace through introducing holes 23 and 25 respectively. According to the above-mentioned constitution, a uniform oxide film can be formed at high speed without increasing the overall length of the furnace.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、水素燃焼酸化拡散炉に係り、特にその入り目
部分の構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a hydrogen-burning oxidation diffusion furnace, and particularly to the structure of the entry portion thereof.

(従来の技術) 半導体ウェハ表面を水蒸気雰囲気中で酸化するための内
部燃焼酸化炉は、その−例を第7図に示すように、石英
製の反応管から構成された炉心管1と、その一端に付設
された尾管2と、該尾管2の下部に配設された導入管3
と、この炉心管1の外部に配設された加熱手段4とから
なり、尾管2から酸素を導入すると共に導入管3から水
素を導入し、入り口部の燃焼領域5でこれらを反応させ
て水蒸気を生成し、ボート6に載置された半導体ウェハ
7に対し、酸化を行うようにしたものである。
(Prior Art) An internal combustion oxidation furnace for oxidizing the surface of a semiconductor wafer in a steam atmosphere, as shown in FIG. A tail pipe 2 attached to one end and an introduction pipe 3 arranged at the bottom of the tail pipe 2
and a heating means 4 disposed outside the core tube 1. Oxygen is introduced from the tail tube 2 and hydrogen is introduced from the introduction tube 3, and these are reacted in the combustion zone 5 at the entrance. This system generates water vapor and oxidizes the semiconductor wafers 7 placed on the boat 6.

この装置では、燃焼領域5で水蒸気を生成する際、反応
熱が発生し、高温になるため、炉心管が変質したり、尾
管3が曲がったりするという問題があった。また、上流
の方が温度が高くなるので、上流部のウェハの酸化速度
が大きくなり、均一性が悪くなるという問題もある。
In this device, when steam is generated in the combustion zone 5, reaction heat is generated and the temperature becomes high, which causes problems such as deterioration of the core tube and bending of the tail tube 3. Further, since the temperature is higher upstream, the oxidation rate of the wafer in the upstream area increases, resulting in a problem of poor uniformity.

このような問題を解決するため、炉心管1の外部の加熱
手段を調整し、上流部の温度を低く設定するようにして
いるが、反応熱が常に一定とは限らないため、所望の温
度プロファイルを得ることは困難であった。
In order to solve this problem, the heating means outside the furnace tube 1 is adjusted to lower the temperature in the upstream part, but since the reaction heat is not always constant, the desired temperature profile cannot be achieved. It was difficult to obtain.

そこで、燃焼領域5とウェハ7との距離を長くとって反
応熱の影響を少なくするという方法、反応熱の影響を受
けやすい水素導入管3や、尾管2のテーバ部の変形を防
止するため、水素導入管3を長くする方法もとられてい
る。しかし、前者の方法では、炉心管の長さは、炉の形
状によってあらかじめ決められていることが多く、むや
みに長くすることはできないという問題があった。また
、後者の方法では、燃焼炎は軸方向に長いため、水素導
入管を伸ばしても効果は小さい上、炉心管の長さには限
界があるため、結局は燃焼点をウェハに近付けることに
なる。
Therefore, there is a method of increasing the distance between the combustion region 5 and the wafer 7 to reduce the effect of reaction heat, and to prevent deformation of the hydrogen introduction pipe 3 and the tapered part of the tail pipe 2, which are easily affected by reaction heat. Another method is to lengthen the hydrogen introduction pipe 3. However, in the former method, the length of the furnace core tube is often predetermined depending on the shape of the furnace, and there is a problem that it cannot be increased unnecessarily. In addition, in the latter method, the combustion flame is long in the axial direction, so extending the hydrogen introduction tube has little effect, and there is a limit to the length of the reactor core tube, so in the end it is necessary to move the combustion point closer to the wafer. Become.

このように、これは、現実的には、根本的は解決とはな
っておらず、効果も不十分であった。
In this way, in reality, this did not provide a fundamental solution and was insufficiently effective.

ところで、現在、半導体プロセスにおいては、大口径化
が進み、5インチ〜6インチウェハが主流となっている
。5インチ拡散炉の場合、炉心管の内径は180前後で
あるため、燃焼点と内壁との距離は短いところで90+
+v、燃焼炎の中心方向へも20cm程度しかとれない
のが現状である。
Now, in the semiconductor process, the diameter of wafers is increasing, and 5-inch to 6-inch wafers are now mainstream. In the case of a 5-inch diffusion furnace, the inner diameter of the core tube is around 180 mm, so the distance between the combustion point and the inner wall is 90+ at short distances.
+v, the current situation is that it is only possible to move about 20 cm toward the center of the combustion flame.

そこで、上述したような問題を解決すべく、第8図に示
すように、炉心管11の外部に燃焼部15を配設し、こ
の燃焼部で生成された水蒸気を炉心管1に導くようにし
た外部燃焼酸化炉が考案されている(特開昭57−19
4522号公報)。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, as shown in FIG. An external combustion oxidation furnace was devised (Japanese Patent Laid-Open No. 57-19
Publication No. 4522).

この方式では、燃焼部と炉心管とが離間して設けられて
いるため、反応熱の影響を低減することができるという
利点を有している。しかしながら、燃焼部と炉心管とを
別々のヒータで暖める必要があり、また、形状が複雑と
なるため、炉心管の洗浄や取扱が困難であり、また装置
のコストも高騰するという問題があった。
This method has the advantage that the influence of reaction heat can be reduced because the combustion section and the furnace core tube are provided apart from each other. However, it is necessary to heat the combustion section and the reactor core tube with separate heaters, and because the shape is complicated, cleaning and handling of the reactor core tube is difficult, and the cost of the equipment also increases. .

(発明が解決しようとする課題) このように従来の水素燃焼酸化拡散炉においては、内部
燃焼式では燃焼点から炉壁までの距離が小さく反応熱に
よって尾管が変形したり、炉心管が変形したりする上、
燃焼点とウェハ間の距離が近く、均一な温度プロフィー
ルを得ることができないため、酸化膜の均一性が悪くな
るという問題があった。
(Problem to be solved by the invention) As described above, in conventional hydrogen-burning oxidation diffusion furnaces, the distance from the combustion point to the furnace wall is small in the internal combustion type, and the reaction heat can deform the tail pipe or the core tube. In addition to
Since the distance between the combustion point and the wafer is close and it is not possible to obtain a uniform temperature profile, there is a problem that the uniformity of the oxide film deteriorates.

また、外部燃焼方式は、システムが複雑となる上、高価
となるという問題があった。
Furthermore, the external combustion method has problems in that the system is complicated and expensive.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、構造が簡
単で、良質の膜形成の可能な水素燃焼酸化拡散炉を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydrogen combustion oxidation diffusion furnace that has a simple structure and is capable of forming a high-quality film.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明の第1では、半導体ウェハを酸素および水
素雰囲気中で酸化拡散させる石英管を備えた横型水素燃
焼酸化拡散炉において、石英管の上流部分をL字形に曲
げ、水素を石英管内に鉛直上方に導入して燃焼させるよ
うにしている。
(Means for Solving the Problems) Therefore, in a first aspect of the present invention, in a horizontal hydrogen combustion oxidation diffusion furnace equipped with a quartz tube for oxidizing and diffusing semiconductor wafers in an oxygen and hydrogen atmosphere, the upstream portion of the quartz tube is shaped into an L-shape. The tube is bent so that hydrogen is introduced vertically upward into the quartz tube and combusted.

また、本発明の第2では、前記石英管の上流部分の一部
に断熱材を配設し、この断熱材配設領域よりも上流側に
、水素および酸素を供給して燃焼点を形成し、この燃焼
点で生成された水蒸気を前記石英管の下流側の反応部に
送るように構成すると共に、前記燃焼点の温度が前記反
応部の温度よりも低くなるように構成している。
Further, in the second aspect of the present invention, a heat insulating material is provided in a part of the upstream portion of the quartz tube, and hydrogen and oxygen are supplied upstream of the region where the heat insulating material is provided to form a combustion point. The steam generated at the combustion point is configured to be sent to the reaction section downstream of the quartz tube, and the temperature at the combustion point is lower than the temperature at the reaction section.

(作用) 上記第1の構成によれば、燃焼点から管壁までの距離が
、曲げ部分の長さと管径とを加えたものとなるため、反
応熱(燃焼熱)の影響による管壁の変質等の劣化を防止
することが可能となる。
(Function) According to the first configuration, the distance from the combustion point to the tube wall is the sum of the length of the bent portion and the tube diameter, so the tube wall is affected by the effect of reaction heat (combustion heat). It becomes possible to prevent deterioration such as alteration.

また、燃焼点とウェハ間の距離を遠くすることができる
ため、均一性の高い酸化膜の形成が可能となる。
Furthermore, since the distance between the combustion point and the wafer can be increased, it is possible to form a highly uniform oxide film.

さらに、本発明の第2では、燃焼部の周りと反応部の周
りとが断熱材を介して断熱されておりかつ反応部の温度
が燃焼部の温度よりも高くなるように構成されているた
め、燃焼部の温度によって反応部の上流部がより高い温
度となったりすることはなく、反応部の温度プロフィー
ルを均一に保つことができ、膜質が良好で均一性の高い
酸化膜の形成が可能となる。
Furthermore, in the second aspect of the present invention, the area around the combustion section and the area around the reaction section are insulated via a heat insulating material, and the temperature of the reaction section is configured to be higher than the temperature of the combustion section. , the temperature in the upstream part of the reaction part does not become higher due to the temperature of the combustion part, and the temperature profile of the reaction part can be kept uniform, making it possible to form a highly uniform oxide film with good film quality. becomes.

(実施例) 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

この内部燃焼酸化炉は、炉心管の一端をL字状に折り曲
げ、この先端から水素と酸素を鉛直上方に導入して、水
蒸気を生成し、この高温水蒸気を管内に導くようにする
ことにより、燃焼点と炉心管との距離を大きくとるよう
にしたことを特徴とするものである。
In this internal combustion oxidation furnace, one end of the core tube is bent into an L-shape, hydrogen and oxygen are introduced vertically upward from this tip to generate steam, and this high-temperature steam is guided into the tube. It is characterized by a large distance between the combustion point and the furnace core tube.

第1図に示すように、一端がL字状に折り曲げられた石
英製の反応管からなる炉心管21と、この炉心管21を
囲むように配設された均熱管22と、均熱管の外側に配
設され、上流部、中流部、下流部の3つに分割して形成
されたヒータ24と、L字状に折り曲げられた該炉心管
の端部には、水素を導入する水素導入孔23と、酸素を
導入する酸素導入孔25とが配設され、このL字状に折
り曲げられた部分に燃焼領域26が形成されるようにな
っている。
As shown in FIG. 1, there is a furnace core tube 21 consisting of a quartz reaction tube with one end bent into an L-shape, a soaking tube 22 arranged so as to surround the furnace core tube 21, and an outside of the soaking tube. The heater 24 is divided into three parts, an upstream part, a midstream part, and a downstream part, and a hydrogen introduction hole for introducing hydrogen is provided at the end of the L-shaped core tube. 23 and an oxygen introduction hole 25 for introducing oxygen are provided, and a combustion region 26 is formed in this L-shaped bent portion.

そしてこの燃焼領域では、水素が酸素の存在下で加熱さ
れて燃焼せしめられ、高温の水蒸気が生成されるように
なっており、この水蒸気が、炉心管21の内部で、ボー
ト6上に載置された半導体ウェハ7を、酸化せしめるよ
うにしたものである。
In this combustion region, hydrogen is heated and combusted in the presence of oxygen to generate high-temperature steam, and this steam is placed on the boat 6 inside the core tube 21. The processed semiconductor wafer 7 is then oxidized.

このような内部燃焼酸化拡散炉では、水素燃焼酸化に必
要な水素と酸素はそれぞれ導入孔23゜25から炉内に
導入される。
In such an internal combustion oxidation diffusion furnace, hydrogen and oxygen necessary for hydrogen combustion oxidation are introduced into the furnace through the introduction holes 23 and 25, respectively.

ここで、燃焼点と炉心管内壁との距離りは60cmとし
た。
Here, the distance between the combustion point and the inner wall of the core tube was 60 cm.

この内部燃焼酸化拡散炉を用いて、水素燃焼酸化を行っ
た結果、水素流量Xが15 (j) /l111n)、
酸化温度900℃、酸素流量20 (N /m1n)と
した場合、2000時間以上の使用に対しても変形を生
じることもなく信頼性を維持することができた。
As a result of hydrogen combustion oxidation using this internal combustion oxidation diffusion furnace, the hydrogen flow rate X was 15 (j) /l111n),
When the oxidation temperature was 900° C. and the oxygen flow rate was 20 (N 2 /m1n), reliability could be maintained without deformation even after use for more than 2000 hours.

ちなみに第7図に示した従来の横型拡散炉の場合、同様
の実験を行った結果、約200時間の使用で炉心管の変
形が生じていた。
Incidentally, in the case of the conventional horizontal diffusion furnace shown in FIG. 7, similar experiments were conducted and the furnace core tube was found to be deformed after about 200 hours of use.

この効果について考察する。Let's consider this effect.

まず、このような拡散炉に於いて、炉の中心部は、90
0℃〜1000℃程度に加熱されているため、導入部で
も800℃前後の温度になる。水素の発火点は500℃
〜600℃であるため、この温度は、燃焼には十分な温
度であり、水素は、酸素があれば完全に燃焼する。
First, in such a diffusion furnace, the center of the furnace is 90
Since it is heated to about 0°C to 1000°C, the temperature at the introduction section is also around 800°C. The ignition point of hydrogen is 500℃
˜600° C., this temperature is sufficient for combustion, and hydrogen burns completely in the presence of oxygen.

このように導入された水素は完全に燃焼しているため、
燃焼点から十分に離れた所では、炉内の平均温度に等し
くなっている。
Since the hydrogen introduced in this way is completely combusted,
At a sufficient distance from the point of combustion, it is equal to the average temperature in the furnace.

ここで、圧力が1 atfflであるとし、毎分X1の
水素が導入されたとすると、水素の燃焼熱は33゜9 
kcal/gであるため、−秒当たりの発熱量は、x 
/1344(wool/5ee) x 3380G(c
al/mol)x 2(g/mol)x 4.18(J
/cat) −210,8x (J/5ee)となる。
Here, if the pressure is 1 atffl and hydrogen is introduced at a rate of X1 per minute, the heat of combustion of hydrogen is 33°9
kcal/g, so the calorific value per second is x
/1344(wool/5ee) x 3380G(c
al/mol) x 2 (g/mol) x 4.18 (J
/cat) -210,8x (J/5ee).

そして、等温(T)であるとする領域の形状を考えると
、1 atfflでは平均自由行程は数A程度であり、
水素分子はほぼ全方向に広がっていくと考えられる。
Considering the shape of the region that is isothermal (T), at 1 atffl, the mean free path is about several A,
Hydrogen molecules are thought to spread in almost all directions.

そこで、第2図(a)に示すように、導入孔先端から半
径rの半球型を温度Tの等温度領域(燃焼領域)と考え
る。第2図(b)は燃焼点からの距離と温度との関係を
示す図である。
Therefore, as shown in FIG. 2(a), a hemispherical shape with a radius r from the tip of the introduction hole is considered to be an isothermal region (combustion region) with a temperature T. FIG. 2(b) is a diagram showing the relationship between the distance from the combustion point and the temperature.

今、燃焼が進行して平衡状態にあるとし、また実際の測
定結果から周囲温度t−1270(K)であるとする。
It is now assumed that combustion is progressing and is in an equilibrium state, and that the ambient temperature is t-1270 (K) based on actual measurement results.

そして等温度領域に単位時間当たりに留まっている水蒸
気の質量m−219,5V/T(g/see)(m−1
8n−18PV/RT、P−1,R−0゜082)とし
、反応熱Qは、 Q=mc(T−t)   (ここでCは水蒸気の比熱で
ありc−1,854(J/kg)である。)従って、T
= (Q/me)+ t このような演算式に代入し、等温度領域の温度Tが15
00に以下となるようにするためには、Va53ρでな
ければならない。このとき半径は約300Illになる
。従って導入孔よりも30ctn以上離して設計する必
要がある。但し、燃焼軸方向には多少長くなるため、さ
らに余裕を見込まなければならない。また、現実的に変
形しやすい場所は、最短距離よりは2倍以上も遠い燃焼
軸方向であるため、前述した半径「の2倍位を見積もら
なければならないと考えられている。しかし、このよう
な長い距離を従来の横型炉で実現するのは極めて困難で
ある。
The mass of water vapor remaining per unit time in the isothermal region m-219.5V/T (g/see) (m-1
8n-18PV/RT, P-1, R-0°082), and the reaction heat Q is Q=mc(T-t) (where C is the specific heat of water vapor, c-1,854(J/kg ).) Therefore, T
= (Q/me)+t Substituting into such arithmetic expression, the temperature T in the isothermal region is 15
In order to make it less than or equal to 00, Va must be 53ρ. At this time, the radius will be approximately 300 Ill. Therefore, it is necessary to design it at least 30 ctn apart from the introduction hole. However, since it will be somewhat longer in the direction of the combustion axis, additional allowance must be made. Furthermore, since the place where deformation is most likely to occur is in the direction of the combustion axis, which is more than twice as far away as the shortest distance, it is thought that it is necessary to estimate twice the radius mentioned above. It is extremely difficult to achieve long distances with conventional horizontal furnaces.

これに対し、上記構造では、炉の長さを変更することな
く、燃焼点とウェハや炉心管内壁との距離を第7図に示
した横型炉の3〜4倍大きくとることができるため、炉
心管や尾管の変形を心配することなく水素流量を上げる
ことができ、酸化速度をさらに増大せしめることが可能
となるものと考えられる。
On the other hand, with the above structure, the distance between the combustion point and the wafer or inner wall of the core tube can be made 3 to 4 times larger than in the horizontal furnace shown in FIG. 7 without changing the length of the furnace. It is believed that the hydrogen flow rate can be increased without worrying about deformation of the core tube or tail tube, and the oxidation rate can be further increased.

また、酸化速度を増大するには水素流量を増大すること
になり、さらにこの条件は厳しくなっていた。
Furthermore, increasing the oxidation rate requires increasing the hydrogen flow rate, making this condition even more severe.

このように本発明実施例の水素燃焼酸化拡散炉によれば
、炉の全長を大きくすることなく、高速で、均一な酸化
膜を形成することが可能となる。
As described above, according to the hydrogen combustion oxidation diffusion furnace of the embodiment of the present invention, it is possible to form a uniform oxide film at high speed without increasing the overall length of the furnace.

なお、本発明の変形例として、第3図に示すように、さ
らに炉心管の折り曲げ部に炉心管の水平方向に酸素を導
入する第2の酸素導入孔25sを付加するようにしても
良い。
As a modification of the present invention, as shown in FIG. 3, a second oxygen introduction hole 25s for introducing oxygen in the horizontal direction of the furnace tube may be added to the bent portion of the furnace tube.

この構造では、第2の酸素導入孔25sから水平方向に
導入された酸素によって水蒸気の温度が下がるため、炉
心管の熱負荷をさらに小さくすることが可能となる。
In this structure, the temperature of the steam is lowered by the oxygen introduced horizontally from the second oxygen introduction hole 25s, so that the thermal load on the reactor core tube can be further reduced.

また、第4図に示すように、主反応部31と導入部の縦
型部分32とを分割構造にし、着脱可能な構造としても
良い。
Further, as shown in FIG. 4, the main reaction section 31 and the vertical section 32 of the introduction section may be divided into a detachable structure.

これにより、洗浄が容易となる。This makes cleaning easier.

さらに本発明の他の実施例について説明する。Further, other embodiments of the present invention will be described.

この水素燃焼型酸化拡散炉は、均熱管42およびヒータ
43で被覆された炉心管41の一端から所定の間隔を隔
てた領域部分の外側を断熱材で被覆するようにし、この
外側部を尾管部40とし、ここで水素の燃焼を生ぜしめ
るようにすると共に、反応部から尾管と炉心管との間の
熱の伝達が伝導のみによるようにしたことを特徴とする
ものである。なお、この尾管部40は、均熱管から露呈
するようにしている。そして、他部については第7図に
示した従来例の水素燃焼式酸化拡散炉と同様の構造をな
している。
In this hydrogen-burning oxidation diffusion furnace, the outside of a region separated by a predetermined distance from one end of the furnace core tube 41 covered with a soaking tube 42 and a heater 43 is covered with a heat insulating material, and this outside portion is covered with a tail tube. 40, in which combustion of hydrogen is caused, and heat is transferred from the reaction section to the tail tube and the core tube only by conduction. In addition, this tail pipe part 40 is exposed from the soaking tube. The other parts have the same structure as the conventional hydrogen combustion type oxidation diffusion furnace shown in FIG.

この水素燃焼式酸化拡散炉は、第5図に示すように、石
英管の先端に、これと一体的に形成され一端がテーパ状
をなし酸素の導入管44を構成する尾管部40を配設す
ると共に、この導入口の近傍に先端がくるように水素導
入管としての尾管45が配設され、燃焼点Oを形成して
いる。そして反応部は石英製の反応管からなる炉心管4
1と、この炉心管41を囲むように配設された均熱管4
2と、均熱管の外側に配設され、上流部、中流部、下流
部の3つに分割して形成されたヒータ43とから構成さ
れ、尾管部との境界部の外側には断熱材48が配設され
ている。
As shown in FIG. 5, this hydrogen-burning oxidation diffusion furnace includes a tail pipe part 40 formed integrally with the quartz tube and having one end tapered and constituting an oxygen introduction pipe 44 at the tip of the quartz tube. At the same time, a tail pipe 45 as a hydrogen introduction pipe is arranged so that its tip is located near this introduction port, thereby forming a combustion point O. The reaction section is a reactor core tube 4 made of quartz.
1, and a soaking tube 4 arranged so as to surround this furnace core tube 41.
2 and a heater 43 arranged outside the heat equalizing tube and divided into three parts: an upstream part, a midstream part, and a downstream part, and a heat insulating material is provided outside the boundary with the tail pipe part. 48 are arranged.

そしてこの尾管部の燃焼領域では、水素が酸素の存在下
で加熱されて燃焼せしめられ、高温の水蒸気が生成され
るようになっており、この水蒸気が、炉心管41の内部
で、ボート46上に載置された半導体ウェハ47を、酸
化せしめるようにしたものである。
In the combustion region of the tail tube, hydrogen is heated and combusted in the presence of oxygen, producing high-temperature steam. A semiconductor wafer 47 placed thereon is oxidized.

ここで、炉心管は内径180φ、肉厚4mmとし、燃焼
点0から断熱材48までの距離Xは50cmとした。そ
して炉心管の中流部および下流部では900℃となるよ
うにヒータの設定がなされ、一方上流部のヒータは燃焼
部からの熱を考慮してやや低温となるように設定されて
いる。
Here, the furnace core tube had an inner diameter of 180φ and a wall thickness of 4 mm, and the distance X from the combustion point 0 to the heat insulating material 48 was 50 cm. The heaters in the midstream and downstream parts of the furnace tube are set to have a temperature of 900°C, while the heaters in the upstream part are set to have a slightly lower temperature in consideration of the heat from the combustion part.

この内部燃焼酸化拡散炉を用いて、水素燃焼酸化を行っ
た結果、水素流量が15 (Q /m1n) 、酸化温
度900℃、酸素流量10 (1/ff1in)とした
場合、反応部の温度プロフィールは均一であり、膜質の
極めて良好な酸化膜の形成が可能となり、また2000
時間以上の使用に対しても変形を生じることもなく信頼
性を維持することができた。
As a result of hydrogen combustion oxidation using this internal combustion oxidation diffusion furnace, when the hydrogen flow rate was 15 (Q/m1n), the oxidation temperature was 900°C, and the oxygen flow rate was 10 (1/ff1in), the temperature profile of the reaction part was is uniform, making it possible to form an oxide film with extremely good film quality, and
It was possible to maintain reliability without causing deformation even after being used for many hours.

なお、ここで水素流量と酸素流量は流量比が1.33:
1となるようにし、ストイ′キオメトリ(水素:酸素−
2=1)よりも酸素流量を多くしている。これは、未燃
焼の水素が残留すると危険であるという理由のみならず
、やや酸素過剰雰囲気で形成した酸化膜の方が絶縁耐圧
が高く不良率も低いという結果を呈するためである。こ
れは、ストイキオメトリよりも酸素流量を多くすること
により、反応に関与しない酸素分子が存在することで、
全体としての熱容量が多くなり温度上昇が抑制されるた
めであると思われる。
In addition, here, the flow rate ratio of hydrogen flow rate and oxygen flow rate is 1.33:
1, and the stoichiometry (hydrogen:oxygen-
2=1), the oxygen flow rate is increased. This is not only because it is dangerous if unburned hydrogen remains, but also because an oxide film formed in a slightly oxygen-rich atmosphere has a higher dielectric strength voltage and a lower defect rate. This is because by increasing the oxygen flow rate compared to stoichiometry, there are oxygen molecules that do not participate in the reaction.
This seems to be because the overall heat capacity increases and temperature rise is suppressed.

また、このとき燃焼領域の温度は800〜850℃であ
った。ここで燃焼によって生成せしめられた水蒸気は、
ウェハ47の存在領域に流れるに従って、徐々に加熱さ
れ、所定の温度になる。
Further, at this time, the temperature of the combustion region was 800 to 850°C. The water vapor produced by combustion here is
As it flows into the region where the wafer 47 is present, it is gradually heated to a predetermined temperature.

このように、この水素燃焼式酸化拡散炉によれば、水素
と酸素の燃焼領域を発火点よりも高く維持して、自己着
火させるようにし、かつ燃焼領域と反応部との境界部の
外側を断熱材で被覆し、燃焼時には反応部の温度よりも
低くなるように構成されているため、炉内の温度プロフ
ァイルをフラットにすることができ、バッチ内の膜厚の
均一な酸化膜の形成が可能となる。また、水蒸気温度を
ひくくすることができるため、上下の温度分布が生じに
<<、面内均一性が向上する。
As described above, according to this hydrogen combustion type oxidation diffusion furnace, the combustion region of hydrogen and oxygen is maintained higher than the ignition point to cause self-ignition, and the outside of the boundary between the combustion region and the reaction section is It is coated with a heat insulating material and is configured so that the temperature during combustion is lower than that of the reaction zone, making it possible to flatten the temperature profile inside the furnace and to form an oxide film with a uniform thickness within the batch. It becomes possible. In addition, since the water vapor temperature can be lowered, the temperature distribution in the upper and lower portions is created and the in-plane uniformity is improved.

なお、低温(800℃)程度のプロセスを行う場合には
、第6図に示すように、尾管部の周りに補助ヒータ50
を配設してもよい。このヒータは尾管部を高々700℃
程度に維持するためのものであるため、あまり大きなも
のである必要はない。
In addition, when performing a process at a low temperature (800 degrees Celsius), an auxiliary heater 50 is installed around the tail pipe as shown in FIG.
may be placed. This heater heats the tail pipe to 700℃ at most.
Since the purpose is to maintain a certain level, it does not need to be very large.

これは、低温(800℃)程度のプロセスを行う場合に
も、尾管部の温度が、水素の発火点(600℃)よりも
低くならないようにするためである。
This is to prevent the temperature of the tail pipe from becoming lower than the ignition point of hydrogen (600°C) even when performing a process at a low temperature (800°C).

なお、燃焼領域の温度をモニタするための熱電対51を
配設し、この温度が、所定の温度以下となった場合にの
み補助ヒータ5oを駆動するようにしても良い。
Note that a thermocouple 51 may be provided to monitor the temperature of the combustion region, and the auxiliary heater 5o may be driven only when this temperature falls below a predetermined temperature.

このように、尾管部に反応部のヒータとは別体として補
助し−タラ0を配設することにより、より広範囲のプロ
セスに適用することが可能となる。
In this way, by arranging the auxiliary cod 0 in the tail pipe section as a separate body from the heater of the reaction section, it becomes possible to apply it to a wider range of processes.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の第1の水素燃焼酸化拡散
炉によれば、石英管の上流部分をL字形に曲げ、水素を
石英管内に鉛直上方に導入して燃焼させるようにしてい
るため、長時間にわたって、管壁の変形もなく、均一で
信頼性の高い酸化膜の形成が可能となる。
As explained above, according to the first hydrogen combustion oxidation diffusion furnace of the present invention, the upstream portion of the quartz tube is bent into an L shape, and hydrogen is introduced vertically upward into the quartz tube and combusted. , it is possible to form a uniform and highly reliable oxide film over a long period of time without deforming the tube wall.

また、本発明の第2の水素燃焼酸化拡散炉によれば、燃
焼部の周りと反応部の周りとの境界部に断熱材が配設さ
れかつ反応部の温度が燃焼部の温度よりも高くなるよう
に構成されているため、反応部の温度プロフィールを均
一に保つことができ、膜質が良好で均一性の高い酸化膜
の形成が可能となる。
Further, according to the second hydrogen-burning oxidation diffusion furnace of the present invention, a heat insulating material is provided at the boundary between the periphery of the combustion part and the periphery of the reaction part, and the temperature of the reaction part is higher than the temperature of the combustion part. Since the temperature profile of the reaction section can be kept uniform, it is possible to form an oxide film with good film quality and high uniformity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明実施例の水素燃焼酸化拡散炉を示す図、
第2図(a)および第2図(b)はそれぞれ温度Tの等
温度領域(燃焼領域)を示す図および燃焼点からの距離
と温度との関係を示す図、第3図乃至第6図はそれぞれ
本発明の他の実施例を示す図、第7図および第8図はそ
れぞれ従来例の水素燃焼酸化拡散炉を示す図である。 1・・・炉心管、2・・・尾管、3・・・導入管、4・
・・加熱手段、5・・・燃焼領域、6・・・ボート、7
・・・半導体ウェハ、11・・・炉心管、15・・・燃
焼部、21・・・炉心管、22・・・均熱管、23・・
・水素導入孔、24・・・ヒータ、25・・・酸素導入
孔、25s・・・第2の酸素導入孔、26・・・燃焼領
域、31・・・主反応部、32・・・縦型部分、40・
・・尾管部、41・・・炉心管、42・・・均熱管、4
3・・・ヒータ、44・・・導入管、45・・・尾管、
46・・・ボート、47・・・半導体ウェハ、48・・
・断熱材、50・・・補助ヒータ、51・・・熱電対。
FIG. 1 is a diagram showing a hydrogen combustion oxidation diffusion furnace according to an embodiment of the present invention;
Figures 2(a) and 2(b) are diagrams showing the isothermal region (combustion region) of temperature T, diagrams showing the relationship between distance from the combustion point and temperature, and Figures 3 to 6, respectively. 7 and 8 are diagrams respectively showing other embodiments of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing conventional hydrogen combustion oxidation diffusion furnaces, respectively. 1... Furnace core tube, 2... Tail tube, 3... Introductory tube, 4...
... Heating means, 5... Combustion area, 6... Boat, 7
... semiconductor wafer, 11 ... furnace core tube, 15 ... combustion section, 21 ... furnace core tube, 22 ... soaking tube, 23 ...
・Hydrogen introduction hole, 24...Heater, 25...Oxygen introduction hole, 25s...Second oxygen introduction hole, 26...Combustion area, 31...Main reaction part, 32...Vertical Mold part, 40・
... Tail pipe part, 41 ... Furnace core tube, 42 ... Soaking tube, 4
3... Heater, 44... Introductory pipe, 45... Tail pipe,
46...Boat, 47...Semiconductor wafer, 48...
- Insulation material, 50... Auxiliary heater, 51... Thermocouple.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体ウェハを酸素および水素雰囲気中で酸化拡
散させる石英管を備えた横型水素燃焼酸化拡散炉におい
て、 前記石英管の上流部分をL字形に曲げ、端 部から水素を石英管内に鉛直上方に導入して燃焼させる
ようにしたことを特徴とする水素燃焼酸化拡散炉。
(1) In a horizontal hydrogen combustion oxidation diffusion furnace equipped with a quartz tube for oxidizing and diffusing semiconductor wafers in an oxygen and hydrogen atmosphere, the upstream portion of the quartz tube is bent into an L shape, and hydrogen is introduced vertically upward into the quartz tube from the end. A hydrogen-burning oxidation diffusion furnace characterized in that the hydrogen combustion oxidation diffusion furnace is introduced into the furnace for combustion.
(2)半導体ウェハを酸素および水素雰囲気中で酸化拡
散させる石英管を備えた横型水素燃焼酸化拡散炉におい
て、 前記石英管の上流部分の一部に断熱材を配 設し、この断熱材配設領域よりも上流側に水素および酸
素を供給して燃焼点を形成し、この燃焼点で生成された
水蒸気を前記石英管の下流側の反応部に送るようにする
と共に、前記燃焼点の温度が前記反応部の温度よりも低
くなるように構成されていることを特徴とする水素燃焼
酸化拡散炉。
(2) In a horizontal hydrogen combustion oxidation diffusion furnace equipped with a quartz tube for oxidizing and diffusing semiconductor wafers in an oxygen and hydrogen atmosphere, a heat insulating material is provided in a part of the upstream portion of the quartz tube, and this heat insulating material is provided. Hydrogen and oxygen are supplied upstream of the region to form a combustion point, and water vapor generated at this combustion point is sent to the reaction section downstream of the quartz tube, and the temperature of the combustion point is A hydrogen combustion oxidation diffusion furnace characterized in that the temperature is lower than that of the reaction section.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5603772A (en) * 1994-08-16 1997-02-18 Nec Corporation Furnace equipped with independently controllable heater elements for uniformly heating semiconductor wafers
WO2003041139A1 (en) * 2001-11-08 2003-05-15 Tokyo Electron Limited Thermal treating apparatus
EP2417621B1 (en) * 2009-04-06 2018-12-19 Semco Technologies S.A.S. Method for boron doping silicon wafers

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