JPH04162526A - 横型酸化拡散装置 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ５従来技術［第６図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点 ［第７図、第８図］ Ｅ４問題点を解決するための手段 Ｆ０作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第５図］ ａ、第１の実施例［第１図、第２図］ ｂ、第２の実施例［第３図］ Ｃ９第３の実施例［第４図、第５図］ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は横型酸化拡散装置、特に半導体ウニへの表面部
もしくは半導体ウェハ表面に形成された膜を酸化したり
あるいはこれ等に導電型不純物等を拡散したりするのに
用いる横型酸化拡散装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記の横型酸化拡散装置において、半導体ウ
ェハの出し入れ時における炉芯管へのエアーの巻き込み
の低減を図るため、 パックパージガスとして窒素よりも分子量の大きな不活
性ガスを炉芯管内に供給するようにし、あるいは、炉芯
管の炉口内周面にエアー巻き込み抑制環を設けたり、 あるいは、ボートの炉口側の端部に半導体ウェハより大
きなガス遮蔽板を設けたものである。

（Ｃ，従来技術）［第６図］ 半導体ウェハの酸化あるいは拡散には例えば特開昭６１
−２７９１２３号公報に示すような横型酸化拡散装置が
用いられる。ところで、横型酸化拡散装置により酸化あ
るいは拡散を行う場合において半導体ウェハの出し入れ
時におけるエアーの巻き込みにより自然酸化膜が生じ、
この自然酸化膜が酸化膜の膜厚のバラツキを生じる原因
となり、また拡散層のシート抵抗のバラツキの原因とな
る。特に、半導体ウェハの大口径化に伴ってこの問題が
重大になりつつある。

そこで、自然酸化膜の成長を可能な限り抑制するためエ
アーの巻き込みの低減を図る工夫が為されている。

第６図は従来のエアーの巻き込み防止対策を示すもので
ある。

同図において、１は例えば石英からなる炉芯管、２は該
炉芯管１の半導体ウェハを出し入れする炉口、３は炉芯
管１にガスを導入するガス導入口である。そして、従来
の第１のエアーの巻き込み防止対策は、半導体ウェハの
出し入れ時に窒素ガスをパックパージガスとしてガス導
入口３から炉芯管ｌ内に導入して酸素をパージするとい
うものであり、従来の第２のエアーの巻き込み防止対策
は、半導体ウェハ６．６、・・・を載せるボート５を搬
送するフォーク４から窒素ガスをボート５上の半導体ウ
ェハ６．６、・・・へ向けて上側に噴出させて酸素をパ
ージしながら半導体ウェハ６．６、・・・の出し入れを
するというものである。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第７図、第８
図］ しかしながら、上述したような対策をもってしてもエア
ーの巻き込みを充分に防止することはできなかった。即
ち、窒素ガスをパックパージガスとして用いても、第７
図に示すように、炉芯管ｌ全体に着目した場合には炉口
に近いところにある半導体ウェハ６程自然酸化膜の膜厚
が厚くなり、また、１枚の半導体ウェハ６に着目した場
合には、下の方が上の方より自然酸化膜の膜厚が厚くな
る傾向になることは避は得なかった。

そして、それは炉芯管１内部における酸素濃度が第８図
（内部を空にして炉口３を開放し、温度が８５０℃の場
合）に示すような不均一性を有しているからである。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、半導体ウェハの出し入れ時における炉芯管へのエ
アーの巻き込みの低減を図ることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 請求項（１）の横型酸化拡散装置は、パックパージガス
として窒素よりも分子量の大きな不活性ガスを炉芯管内
に供給するようにしてなることを特徴とする 請求項（２）の横型酸化拡散装置は、炉芯管の炉口内周
面にエアー巻き込み抑制環を設けたことを特徴とする 請求項（３）の横型酸化拡散装置は、ボートの炉口側の
端部に半導体ウェハより大きなガス遮蔽板を設けたこと
を特徴とする。

（Ｆ、作用） 請求項（１）の横型酸化拡散装置によれば、パックパー
ジガスとして窒素よりも分子量の大きな不活性ガス（例
えばアルゴンあるいはネオン）を使用するので、上昇気
流が生じにくく炉芯管内において低いところに対しても
酸素をバックパージする効果が生じる。従って、エアー
の巻き込みの低減を図ることができる。

即ち、従来において第８図に示すような酸素濃度分布（
１枚の半導体ウェハ内において下部程酸素濃度が高くな
る傾向を持つ濃度分布）をもつのは、炉芯管内で窒素ガ
スが暖められて上昇気流を起し対流が生じるのでエアー
を下側を巻き込んでいるからであるが、本横型酸化拡散
装置によれば窒素よりも分子量の大きな不活性ガスをパ
ックパージガスとして用いるため上昇気流が生じにく（
なり対流が生じに（（なる。従って、低いところに対し
てもエアーの巻き込みを阻止し酸素をバックパージする
効果が生じるので、第５図に示すように酸素濃度分布の
均一性が高くなる。

請求項（２）の横型酸化拡散装置によれば、エアー巻き
込み抑制環によりエアーの巻き込みを抑制できるので、
エアーの巻き込みによる自然酸化膜の成長を抑制できる
。

請求項（３）の横型酸化拡散装置によれば、ボートの炉
口側の端部にガス遮蔽板を設けたので、該ガス遮蔽板に
よって半導体ウェハのあるところへのエアーの侵入をき
わめて有効に阻むことができる。

従って、エアーの巻き込みによる自然酸化膜の成長を抑
制できる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第５図］ 以下、本発明横型酸化拡散装置を図示実施例に従って詳
細に説明する。

（ａ、第１の実施例）［第１図、第２図］第１図は本発
明横型酸化拡散装置の一つの実施例を示す断面図である
。

本横型酸化拡散装置は、出し入れ時に炉芯管１のガス導
入口３からパックパージガスとして窒素よりも分子量の
大きな不活性ガスであるアルゴンＡｒを供給（供給量例
えば１０ρ／ｍｆｎ）するようしたものである。

このようにすると、第２図に示すように、炉芯管１内部
における酸素濃度分布が、第８図に示す従来の場合、即
ちパックパージガスとして窒素ガスを用いた場合と比較
して均一になる。これは、窒素ガスＮ２の分子量が２８
であるのに対してアルゴンガスＡｒの分子量が４０と相
当に重く、そのため上昇気流が起きにくいためである。

従って、エアーの巻き込みを抑制でき、炉口２側自然酸
化膜を抑制できる。

また、上昇気流が起きに（いので対流が生じない。従っ
て、各半導体ウェハ６．６、・・・の面内における下部
でのエアーの巻き込みを抑制することができる。

しかして、エアーの巻き込みによる自然酸化膜の成長を
抑制し、酸化工程により形成される酸化膜の膜厚の均一
性、拡散工程により形成される拡散領域のシート抵抗の
均一性を高めることができる。

尚、アルゴンガスＡｒに代えであるいはそれと併用して
ネオンガスＮｅをパックパージガスとして用いても良い
。

（ｂ、第２の実施例）［第３図］ 第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明横型酸化拡散装置の第２
の実施例を示すもので、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ
）は炉口側から見た端面図である。

本横型酸化拡散装置は炉芯管１の炉口側端部の内周面に
エアー巻き込み抑制環７を設けたものである。

このような横型酸化拡散装置によれば、エアーがある程
度の粘性を有しかがるエアーに対してエアー巻き込み抑
制環７が有効なバリアとなるので、エアーの巻き込みを
抑制することができる。

尚、エアー巻き込み抑制環７の外径は炉芯管１の内径と
略同じである。そして、内径は半導体ウェハの出し入れ
に支障をきたさない限度で小さくした方が良い。炉芯管
１内へ侵入しようとするエアーに対するバリア効果が高
くなるからである。

（ｃ、第３の実施例）［第４図、第５図］第４図（Ａ）
、（Ｂ）は本発明横型酸化拡散装置の第３の実施例の要
部（ボート）を示すもので、同図（Ａ）はボートの側面
図、同図（Ｂ）は同図（Ｂ）を矢印に沿って見た矢視図
である。

本横型酸化拡散装置はボート５として、ボート５を炉口
側の端部（炉芯管１内に入れたときにおいて炉口側にな
る端部）に半導体ウェハよりも大きな石英からなるガス
遮蔽板５を設けたものである。

第５図は半導体ウェハ６．６、・・・を載置した本ボー
ト５を炉芯管１内に入れたときの等酸素濃度曲線図であ
る（温度８００℃）。第８図に示すものと比較して相当
にエアーの巻き込みが少な（なっていることがわかる。

即ち、炉芯管１内の酸素濃度は、もともとボートを入れ
ると炉口３側の半導体ウェハがキャッピング効果を生ゼ
しぬるため炉口３側で高く、奥に行く程薄（なりｐｐｍ
オーダーにもなる。従って、炉口３側では自然酸化膜が
厚く奥側で薄（なるのである。そのため、従来において
はボート（例えば１７０枚のウェハ収納可能）５の中の
炉口側にあたる部分に例えば５０枚というような多（の
枚数のダミーウェハを並べこのダミーウェハによってキ
ャッピング効果を生ぜしめる等の手段を講じていた。

しかるに、本横型酸化拡散装置によればボート５の炉口
３側端部に窒素６よりも大きなガス遮蔽板８を設けるの
で、該ガス遮蔽板８によってキャッピング効果を得るこ
とができ、エアーの巻き込みを抑制できる。従って、ダ
ミーウェハの枚数は少なくて済み、また、ボート５に載
せて１回の酸化あるいは拡散処理できる半導体ウェハの
枚数を、ボート５の大型化を伴うことなく、ダミーウェ
ハの枚数を少なくできた分多（できる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、請求項（１）の横型酸化拡散装置
は、半導体ウェハの出し入れ時にバックパージガスとし
て窒素よりも分子量の大きな不活性ガスを炉芯管内部に
供給するようにしてなることを特徴とするものである。

従って、請求項（１）の横型酸化拡散装置によれば、バ
ックパージガスとして窒素よりも分子量の大きな不活性
ガスを使用するので、炉芯管内において低いところに対
しても酸素をバックパージする効果が生じる。従って、
エアーの巻き込みの低減を図ることができる。

請求項（２）の横型酸化拡散装置は、炉芯管の炉口の内
周面にエアー巻き込み抑制環を設けたことを特徴とする
ものである。

従って、請求項（２）の横型酸化拡散装置によれば、エ
アー巻き込み抑制環によりエアーの巻き込みを抑制でき
るので、エアーの巻き込みによる自然酸化膜の成長を抑
制できる。

請求項（３）の横型酸、化拡散−装置は、半導体ウェハ
を載せて酸化又は拡散時に炉芯管内に収納されるボート
の炉口側の端部に半導体ウェハよりも大きなガス遮蔽板
を設けたことを特徴とするものである。

従フて、請求項（３）の横型酸化拡散装置によれば、ボ
ートの炉口側の端部にガス遮蔽板を設けたので、該ガス
遮蔽板によって半導体ウェハのあるところへのエアーの
侵入をきわめて有効に阻むことができる。

従って、エアーの巻き込みによる自然酸化膜の成長を抑
制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明横型酸化拡散装置の第１の実施例を示す
断面図、第２図は第１の実施例の場合の炉芯管内の等酸
素濃度曲線図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明横型酸化
拡散装置の第２の実施例を示すもので、同図（Ａ）は断
面図、同図（Ｂ）は端面図、第４図（Ａ）、（Ｂ）は本
発明横型酸化拡散装置の第３の実施例の要部を示すもの
で、同図（Ａ）はボートの側面図、同図（Ｂ）は同図（
Ａ）の矢視図、第５図は第３の実施例の場合における等
酸素濃度曲線図、第６図は従来例を示す断面図、第７図
は自然酸化膜の厚さの不均一性の説明図、第８図は従来
の場合の等酸素濃度曲線図である。 符号の説明 １・・・炉芯管、２・・・炉口、 ５・・・ボート、６・・・半導体ウェハ、７・・・エア
ー巻き込み抑制環、 ８・・・ガス遮蔽板。 １　　炉芯管 ６　　・半導体ワエハ （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｆｊ）第３の
案施伊１の要部 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハの出し入れ時にバックパージガスと
   して窒素よりも分子量の大きな不活性ガスを炉芯管内部
   に供給するようにしてなる ことを特徴とする横型酸化拡散装置
2. （２）炉芯管の炉口の内周面にエアー巻き込み抑制環を
   設けた ことを特徴とする横型酸化拡散装置
3. （３）半導体ウェハを載せて酸化又は拡散時に炉芯管内
   に収納されるボートの炉口側の端部に半導体ウェハより
   も大きなガス遮蔽板を設けた ことを特徴とする横型酸化拡散装置