JPH04134816A - 半導体製造装置 - 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の主要構成品である半導体デバイ
スの製造装置に関し、特にウェーハの熱処理、例えば熱
酸化膜の形成、不純物の拡散、化学気相成長（ＣＶＤ）
による膜の形成等に使用される熱処理炉に関するもので
ある。。

〔従来の技術〕

第４図、第５図は従来の熱処理炉の一構成例を、また第
６図は従来の縦型熱処理炉の一構成例を模式的に示した
側断面図であり、第５図のものは炉心管中央寄りの外部
に設けられたヒータが２分割された構造を有するもので
あり、図示の熱処理炉は一方が開口しており、ｌａは管
状の炉心管であり石英ガラス、ＳｉＣなどの材質が用い
られており、第６図に示す縦型炉にはこの内部にガスの
流れを制御するインナー管１ｂが設けられている。

２は炉心管１ａの開口を蓋するキャップ、３はウェーハ
基板、４はウェーハ基板３を保持するボート、５はこの
ボート４をロード、アンロードするためのローダ−１６
ａ〜６ｄは上記炉心管１ａを加熱し、温度均一部分を作
ることを目的とする主ヒータ−，７はヒーター間及び炉
口部（エンド領域８ｃ）の保温のための断熱材である。

次に動作を第４図ないし第６図を用いて説明する。

ウェーハ基板３はボート４で保持され、ボードローダ−
５によって通常５〜２０ａａ／ｓｉｎのスピードで炉心
管ｌａ内に挿入され、エンド領域８ｃを通って熱処理が
行われるセンター領域８ｂまで運ばれる。ヒーター６ｂ
（６ｂ及び６ｃ）は、センター領域８ｂを加熱し、ヒー
ター６ａ、６ｄはそれぞれ、センター領域８ｂの前後の
エンド領域８ａ、８ｃを加熱して、センター領域８ｂの
温度が均一になるようにする。センター領域８ｂで熱処
理されたウェーハ３は再びエンド領域８ｃを５〜２０ｃ
ｍ／ｗｉｎのスピードで通過し、炉心管１ａ外部へ引き
出される。

上記ウェーハ熱処理時、エンド領域８ｃ（炉口部）にお
いて処理温度と室温との温度差による温度傾斜が生じ、
特にヒーター６ｄに隣接する断熱材７の部分で温度の急
勾配が生じる。このエンド領域８ｃの温度勾配の急な領
域を挿入時と引き出し時の計２回通ることになる。ゆえ
に従来ではできる限りローダ−スピードを遅くして対処
してきた。

また、処理温度より低い温度にヒーター６ａ〜６ｄを設
定した炉にウェーハ３を挿入してから設定温度を上昇し
、所定の熱処理を行った後、再び処理温度を降下させ所
定の温度まで低くなった後引き出す方法が用いられてお
り、これによってエンド領域８Ｃ内の温度勾配を緩和し
て対処していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体製造方法は以上のように構成されているの
で、高温熱処理（９００〜１３００°Ｃ）を行う場合、
または６インチ（６′φ）以上の大口径半導体基板の熱
処理を行う場合、炉内への出し入れ時、炉口部分で生じ
ている温度勾配によって、大きな熱応力が生じ、スリッ
プ転位が発生してしまう問題点があった。これは炉口部
において、急勾配な温度分布となっているためで、この
温度勾配のある所に半導体基板を出し入れする時、半導
体基板の周辺と中心とで温度の上昇、下降スピードが異
なる、すなわち挿入時には中心部より周辺部が高温とな
り、一方、引き出し時には周辺部より中心部が高温とな
るためである。

このため従来上述した通り、挿入、引き出しスピードを
遅くする方法がとられているが、この方法ではボート内
のウェーへ間の受ける熱処理時間のバラツキが拡大する
こととなるため、また温度勾配のあるエンド領域８ｃに
おいて、温度勾配は一定ではなく炉口部に勾配の急な領
域があり、かつその領域は狭く、この領域を緩和しなけ
れば、ローグースピードを遅くしても、ローダ−中の振
動の影響を受けて効果が消失する、例えば５０°Ｃ／ｃ
ｉｌの温度勾配のある領域では直径１５０〜２゜Ｏｓｍ
もあるウェーハ３が前後に振動すると、特にウェハ３の
上部において移動幅が大きくなりこの領域では熱勾配の
影響が大きく効いてしまうため、根本的な対策が必要で
あった。

また、低温（約３００〜８００　’Ｃ）で挿入して、処
理温度まで上昇させて処理を行ない再び下降させて引き
出す方法では、最大温度上昇スピード２０℃／　Ｉｌｉ
　ｎ　（通常１０℃／　ｗ　ｉｎで使用）、最大温度下
降スピード５°（／５ｉｎ（通常３〜４℃／■ｉｎ）程
度であるため温度勾配としては問題ないが、上記温度制
御、特に降温に要する時間がかかり過ぎ、スループット
（単位時間当たりの処理枚数）が落ちる。さらに、低温
→高温→低温へ温度変化のため、ウェーハ３内部の酸素
析出核の成長現象を助長させ、それが欠陥となってデバ
イス領域に悪影響を与えることが懸念されるという問題
点があった。

また炉口部側の主ヒータ−６ｄの温度と室温との間には
断熱材７が介在しているのみであり、この間で炉内温度
の急狭な勾配が生じ、主ヒーターからの放熱効果が大き
いために中心部の主ヒータ−６ｂを比較的長くしてウェ
ハの熱処理領域を確保する必要があった。

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、炉心管のエンド領域８ｃ内の温度勾配の急な
炉口付近の領域での温度勾配を、エンド領域８ｃを広げ
ることなく、従って炉心管全長を大きくすることなく緩
和することのできる半導体製造（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〕 この発明に係る半導体製造装置は、炉心管の炉口部に補
助ヒータを設け、その温度を熱処理温度より低く設定す
るようにしたものである。

〔作用〕

この発明における炉口部に設置した補助ヒーターは、炉
内設定温度より低く設定されているので、室温と炉内温
度との間に中間温度の領域を作り、従来短距離で急な温
度勾配だったものが、緩和される。

〔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図及び第２図は本発明の一実施例による横型の半導
体製造装置を模式的に示した側断面図とその炉内の温度
分布を、また第３図は縦型炉に適用した実施例を模式的
に示した側断面図と炉内の温度分布を示し、第４図ない
し第６図と同一符号は同一または相当部分を示し、図に
おいて、９は主ヒータ−６ｄより炉口側に新たに設けら
れだ補助ヒーターであり、また６ｂ’は従来の主ヒータ
−６ｂに相当するものであるが、その長さは炉内の温度
均熱性を保ちつつ、従来のものと比べ短くなっている。

そのため炉口部側の主ヒータ−６ｄは炉中心側に移動し
ている。

上記補助ヒーター９の設定温度は、熱電対等により、炉
内の温度分布をとり、最も温度勾配がゆるやかになるよ
うな温度を各熱処理温度ごとに決めておくことにより、
炉内熱処理温度と補助ヒーター９間の温度勾配を常にゆ
るやかなものとすることができる。

このように本実施例によれば、炉心管１ｂ外周の炉口部
に補助ヒータを設け、その温度を炉口部における温度勾
配が最も緩和になるように設定するようにしたので、従
来例と比べ炉口部における温度勾配が１／４〜１１５と
なり、ウェーハ３挿入、引き出し時において比較的高い
温度域となるため、特に熱応力緩和に大きく作用し、よ
ってつ工−ハ３周辺及び中心のスリップ転位を抑制する
ことができる。また、主ヒータ−６ｂからの放熱及び炉
口部からの冷却作用を相殺し、炉内での温度が均一な領
域を長くする作用があり、これにより同じ温度均熱長を
得る場合でも主ヒータ−６ｂを短くすることができ、上
記補助ヒーター９を設けても、炉全体としての長さは変
わらない。

なお、上記実施例では、補助ヒーター９を１個設けたも
のを示したが、補助ヒータ９の個数はこれに限られるも
のではなく、例えば第２図のように炉心管１ａの出入口
に近い方にもう一つ補助ヒータ９′を設けてもよい、こ
の場合、新たに設けられた補助ヒータ９′の設定温度を
隣接する補助ヒータ９よりも低くすることで炉口部にお
いて、より温度勾配を緩和にすることができる。

また、第３図に示されるように縦型の熱処理炉に適用す
ることができることは言うまでもない。

Ｃ発明の効果〕 以上のように、この発明に係る半導体製造装置によれば
、補助ヒーターを炉心管の炉口部に設け、その温度を炉
口部における温度勾配が最も緩和になるように設定する
ようにしたので、ウェーハ及びボートを炉口から挿入、
引き出しする際にうける温度勾配による熱応力を緩和す
ることができ、これにより炉心管の全長を大きくするこ
となくウェーハ周辺からのスリップ転位を抑制すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による横型の半導体製造（
熱処理）装置を模式的に示す断面側面図及びその炉内温
度分布を示す図、第２図はこの発明の他の実施例による
横型の半導体製造（熱処理）装置を模式的に示す断面側
面図及びその炉内温度分布を示す図、第３図はこの発明
の他の実施例による縦型の半導体製造（熱処理）装置を
模式的に示す断面側面図及びその炉内温度分布を示す図
、第４図、第５図は従来の横型の半導体製造（熱処理）
装置を模式的に示す断面側面図及びその炉内温度分布を
示す図、第６図は従来の縦型の半導体製造（熱処理）装
置を模式的に示す断面側面図及び炉内温度分布を示す図
である。 図において、１ａは炉心管（反応容器）、１ｂはインナ
ー管、２はキャップ（ＩＦ）、３はウェーハ基板、４は
ウェーハ保持ポート、５はボートローダ−１６ａ、６ｂ
、６ｂ”、６ｃ、６ｄは主ヒータ−（加熱手段）、７は
断熱材、８ａ、８ｃはエンド領域、８ｂはセンター領域
、９．９′は補助ヒーター（補助加熱手段）を示す。 なお図中同一符号は同−又は同一部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応ガスの導入口および排出口を有する反応容器
   と、 該反応容器の被処理ウェハの出入口に設けられた断熱材
   と、 上記反応容器を覆い反応容器内の温度を所定の処理温度
   に昇温する加熱手段を有する半導体製造装置において、 上記反応容器の被処理ウェハの出入口近傍に上記加熱手
   段よりも設定温度の低い補助加熱手段を設けたことを特
   徴とする半導体製造装置。