JPH04304624A - ウエハプロセス用縦形加熱炉 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハに対するＣ
ＶＤ，不純物拡散，表面酸化等のプロセスに用いる縦形
加熱炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ウエハプロセス用加熱炉
では高温プロセスを清浄なふん囲気内で行なう必要があ
り、ウエハを外気の遮断性に優れた石英ガラス管内に装
入した状態でこれに種々のプロセスを施すのが常である
。

【０００３】かかる加熱炉には大別して横形と縦形の２
種があるが、後者はウエハが表面をほぼ水平にした姿勢
で上下方向に多数個並べてボート等の上に保持されたウ
エハ集合体を縦方向に細長い石英ガラス管中に装入した
状態で所望のウエハプロセスを施すもので、横形と比べ
てウエハ面内の処理の均一性に優れ、かつ設置床面積が
少なくて済む特長があり、本発明はかかる縦形加熱炉に
関する。よく知られていることではあるが、図３の模式
図を参照してこの縦形加熱炉の代表的な構造の概要を以
下に簡単に説明する。

【０００４】図３（ａ）　のＣＶＤ等のプロセスに適す
る縦形加熱炉では、多数枚のウエハ１１を保持するウエ
ハ集合体１０は上下の端面が開口した石英ガラス管２０
内に熱絶縁体６０で支承された状態で装入され、かつ上
端面が閉じた外側石英ガラス管３０によって二重に取り
囲まれ、さらにこれを外側から囲む加熱体５０によりふ
つうは数百℃の範囲の温度に加熱される。両石英ガラス
管２０と３０はそれらの下端面のフランジ部で炉基部７
０により支承され、ＣＶＤ用の原料ガスを混合したガス
Ｇは炉基部７０の導入管７１から石英ガラス２０に入っ
てウエハ集合体１０との隙間を上方に流れ、外側石英ガ
ラス管３０との隙間を下方に流れた後に導出管７２から
導出される。

【０００５】図３（ｂ）　の不純物拡散や酸化等のプロ
セスに適する縦形加熱炉では、上端面が閉じた石英ガラ
ス管２０内にウエハ集合体１０が同様に熱絶縁体６０に
支承された状態で装入され、外側から炭化珪素等の均熱
管４０によって取り囲まれ、さらにこれを外側から囲む
加熱体５０によりふつうは　９００℃以上の高温に加熱
される。ウエハ１１のドープ用不純物ガスや酸素等を含
む酸化ガス用には石英ガラス管２０の上下部に導入管２
７と導出管２８がそれぞれ取り付けられており、これら
プロセス用ガスＧは炉基部７０側から導入管２７を介し
て例えば図のように石英ガラス管２０の上部に導入され
、ウエハ集合体１０との隙間を下方に向けて流れた後に
炉基部７０側の導出管２８から導出される。なお、図３
（ａ）　と（ｂ）　のいずれの加熱炉でも、石英ガラス
管２０や３０内は炉基部７０側に設けた図示しない排気
口から真空引きすることにより所望のウエハプロセスに
適する圧力に減圧される。

【０００６】かかる縦形加熱炉では、プロセス用ガスＧ
がウエハ集合体１０と石英ガラス管２０の内面との隙間
に沿って垂直方向に流れ、ウエハ集合体１０内に水平な
姿勢で保持されたウエハ１１に周縁からその全面に亘っ
てほぼ均等にプロセス用ガスＧが供給されるので、各ウ
エハ１１のプロセス条件の面内均一性が横形加熱炉の場
合よりも良好であり、例えば酸化膜付けプロセスの場合
にウエハ面内の膜厚分布をかなり均一に揃えることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエハには
フォトプロセス工程中の位置合わせ等の便宜のためその
周縁部にオリフラと通称される数ｍｍ程度の切り欠きを
設けることが多く、かかるウエハでは縦形加熱炉を用い
た場合でもその面内のプロセス条件の均一性が悪化する
問題がある。図４にこの様子を示す。

【０００８】図４は石英ガラス管２０内にウエハ１１が
装入された状態を示す。ウエハ１１は図のようにその円
形の周縁と石英ガラス管２０の内面との隙間が均一にな
るように装入されるが、切り欠き１１ａがある周縁部分
で隙間が広くなるのでプロセス用ガスの流速Ｐｗが円形
の周縁部分の狭い隙間中の流速Ｐｎより速くなり、この
ためウエハ１１の面内の図の範囲Ａでプロセス速度が高
まるので、例えば成膜プロセスでは膜厚の面内ばらつき
が増える傾向がある。若干の例を挙げると、図３（ａ）
　の加熱炉内で　８００℃の温度下のＣＶＤ法により薄
い高温酸化膜を生成した時は±５％程度，図３（ｂ）　
の加熱炉内で　８００℃の温度下のパイロジェニック法
により酸化シリコン膜を付けた時は±１０％程度の膜厚
の面内ばらつきがそれぞれ発生する。

【０００９】かかる切り欠きに基づくウエハ面内のプロ
セスの不均一性はプロセス用ガスの流速およびプロセス
温度と関係があり、一般には流速や温度を下げることに
より均一性を改善することが可能である。しかし、かか
る手段により改善できる程度はそれ程大きくなく、その
結果も不確かであり、しかも得られる効果の割りには成
膜や拡散に要するプロセス時間が長引く傾向がある。

【００１０】本発明はかかる問題点を解決して、ウエハ
面内のプロセスの均一性が切り欠きにより悪影響を受け
ないようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、冒頭に記載
のように半導体ウエハをその表面を水平にした姿勢で上
下方向に多数個並べて保持したウエハ集合体を装入して
所定のプロセスを施す縦形加熱炉において、石英ガラス
管のウエハ集合体の装入部分の断面を切り欠きを備える
ウエハの周縁と相似な内面形状に形成し、ウエハ集合体
を石英ガラス管の内面とウエハの周縁との間隔がほぼ均
等になるよう装入して石英ガラス管内にプロセス用ガス
を垂直方向に通流させた状態でウエハプロセスを施すこ
とにより上述の目的を達成する。

【００１２】なお、加熱炉が内外二重構成の石英ガラス
管を備える構造の場合は、もちろんウエハ集合体を直接
取り囲む内側石英ガラス管の方をウエハの周縁と相似な
内面形状の断面に形成することでよい。また、石英ガラ
ス管をかかる内面形状にするには、肉厚が周方向に一定
な断面をもつ通常の石英ガラス管を成形するのが最も簡
単であるが、断面のウエハの切り欠きに対応する周方向
部分を残余の部分より厚肉に構成して外面を円形に形成
した石英ガラス管の方がウエハ面内のプロセスの均一性
を高める上で若干有利である。

【００１３】

【作用】本発明は、縦形加熱炉の石英ガラス管とウエハ
集合体の隙間を流れるプロセス用ガスの流速が比較的低
くて乱流発生のレイノルズ数限界より小で、かつ隙間が
１０〜１５ｍｍで数ｍｍの切り欠きより大なので、石英
ガラス管の断面を円形から外れた異形内面にしてもプロ
セス用ガスの流れが乱れることがない点に着目して、そ
の内面を前項の構成にいうよう切り欠きをもつウエハの
周縁と相似形状に形成し、ウエハの全周縁に亘って隙間
を揃えてプロセス用ガスの流速を一定にすることにより
、ウエハ面内のプロセスの均一性を向上させるものであ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図を参照して本発明による縦形加熱炉
の実施例を説明する。図１と図２はそれぞれ図３（ａ）
　と（ｂ）　に示す加熱炉に対し本発明を適用した実施
例のウエハ集合体１０と石英ガラス管２０を含む要部を
横断面と縦断面で示すもので、縦断面は図示の都合上横
にした姿勢で示されており、横断面は縦断面のＸ−Ｘ矢
視断面，縦断面は横断面のＹ−Ｙ矢視断面にそれぞれ相
当する。なお、これらの図の図３に対応する部分には同
じ符号が示されている。

【００１５】図１は縦形加熱炉が図３（ａ）　のＣＶＤ
装置用の場合であって、その内外二重の石英ガラス管２
０と３０の内の前者の方と多数のウエハ１１からなるウ
エハ集合体１０を示す。石英ガラス管２０は図１（ｂ）
　の縦断面で示すように両端が開口された細長な管状体
であって、図の右半分であるその上部内にウエハ集合体
１０が装入される。図の左半分であるその下部はこの実
施例では大径部２２に形成され、下側開口２３のフラン
ジ２３ａを介し図３（ａ）　の炉基部７０に気密に取り
付けられてこの下側開口２３から上側開口２４に向けて
プロセス用ガスＧが流される。

【００１６】なお、ウエハ集合体１０は通例のように複
数個の支承棒１２を連結棒１３で結合したふつうは石英
ガラスからなるボート上にウエハ１１を支承棒１２に切
られた溝に嵌め込むことによりその表面を水平にした姿
勢で上下方向に多数個並べて保持させたものである。

【００１７】石英ガラス管２０は図１（ａ）　のその上
部の横断面に示すように、この実施例ではウエハ１１の
切り欠き１１ａに対応する部分を厚肉部２１に構成する
ことにより、その内面２０ａをウエハ１１の周縁と相似
な形状として両者間に例えば１０ｍｍ程度の均等な隙間
を形成し、かつその外面２０ｂが完全な円形になるよう
形成される。従って、この石英ガラス管２０を図３（ａ
）　の縦形加熱炉に組み込んだとき、その内面２０ａと
ウエハ１１の周縁の間および外面２０ｂと外側石英ガラ
ス管３０の間の隙間にプロセス用ガスＧが周方向のすべ
ての個所において一様な流速で通流される。

【００１８】この実施例による内径　１７３ｍｍの石英
ガラス管２０を組み込んだ縦形加熱炉内で、プロセス用
ガスＧとしてＨｅにより２０％に希釈したＳｉＨ４ガス
と　Ｎ２Ｏガスをそれぞれ７０ｓｃｃｍおよび　６３０
ｓｃｃｍの流率で通流させた条件で、　８００℃の温度
下のふん囲気圧０．７ｔｏｒｒの減圧ＣＶＤ法により６
インチ径のウエハ１１上に１０００Åの高温酸化膜を成
膜した時、膜厚の面内ばらつきは±３％以下で従来の±
５％に比べてばらつきが半分近くに減少する好成績が得
られた。

【００１９】図２は縦形加熱炉が図３（ｂ）　の不純物
拡散ないし酸化プロセス装置用の場合の実施例を示す。 この実施例に用いる石英ガラス管２０は図２（ａ）　の
縦断面のとおり上端面が蓋２５で閉鎖された管状体であ
り、ウエハ集合体１０が装入されるその上部の管壁の一
部が図２（ｂ）　の横断面に示すようウエハ１１の切り
欠き１１ａに合わせた平面部２６に成形され、かつその
上部と下部にプロセス用ガスＧのための導入管２７と導
出管２８がそれぞれ取り付けられる。この石英ガラス管
２０がその下部開口２３のフランジ２３ａを介して図３
（ｂ）　の炉基部７０に気密に取り付けられ、その内面
２０ａがウエハ１１の切り欠き１１ａを含む周縁と相似
形状にされ、両者間に均一な隙間が形成されるのは前の
実施例と同様であるが、この実施例では隙間を若干広い
めの１５ｍｍ程度とするのがふつうである。

【００２０】この図２の実施例による内径　１８０ｍｍ
の石英ガラス管２０を組み込んだ図３（ｂ）　の縦形加
熱炉を用い、プロセス用ガスＧとしてＨ２およびＯ２を
それぞれ毎分５および３．５リットルの流率で通流させ
た条件で、　８００℃の温度下のパイロジェニック法に
より６インチ径のウエハ１１の表面を酸化して　２５０
Åの熱酸化膜を付けた結果、その膜厚の面内ばらつきは
±５％以下で従来の±１０％と比べてばらつきが半分に
減少する好成績が得られた。

【００２１】なお、以上の実施例で述べたウエハ，　石
英ガラス管，　両者間の隙間等の寸法はあくまで例示で
あり、前述のプロセス条件の例示を含め、本発明はこれ
ら実施例に限らず種々の態様で実施することができるの
はもちろんである。

【００２２】

【発明の効果】以上のとおり本発明では、ウエハを表面
を水平にした姿勢で上下方向に多数個並べて保持したウ
エハ集合体を装入して所定のプロセスを施す加熱炉にお
いて、ウエハ集合体を囲む管状体に形成された石英ガラ
ス管の少なくともウエハ集合体の装入部分の内面を周縁
に切り欠きを備えるウエハの形状と相似形状に形成し、
ウエハ集合体を石英ガラス管の内面とウエハの周縁の間
隔がほぼ均等になるよう装入して石英ガラス管内にプロ
セス用ガスを垂直方向に通流させた状態でウエハプロセ
スを施すことによって、次の効果を得ることができる。

【００２３】（ａ）　石英ガラス管の内面とウエハの切
り欠きを含む周縁の間の隙間寸法が均一になり、隙間を
流れるプロセス用ガスの流速が全周に亘って均等化され
るので、ウエハ面内のプロセスの均一性が向上して、例
えば成膜の際の膜厚のウエハ面内のばらつきを従来の約
半分に減少させることができる。

【００２４】（ｂ）　プロセスの均一性が改善されるの
で、膜質等からの制約がとくにない限りプロセス温度や
プロセス用ガスの流量を上げることにより、プロセス速
度を向上ないしプロセス時間を短縮して縦形加熱炉の利
用効率を上げることができる。

【００２５】（ｃ）　本発明により従来と同じプロセス
速度で成膜をした場合、膜質を均質化しないしは膜質を
向上することができる。

【００２６】かかる特長を備える本発明の縦形加熱炉を
半導体装置のウエハプロセスに利用することによって、
半導体装置の品質管理レベルの改善，製造歩留まりの向
上，製造の合理化等の実効を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウエハプロセス用縦形加熱炉の実
施例の要部を示し、同図（ａ）　はその横断面図，同図
（ｂ）　は縦断面図である。

【図２】本発明の異なる実施例の要部を示し、同図（ａ
）　はその横断面図，同図（ｂ）　は縦断面図である。

【図３】本発明のウエハプロセス用縦形加熱炉全体を示
す模式構成図であり、同図（ａ）はＣＶＤ装置用，同図
（ｂ）　は不純物拡散装置用ないしは酸化装置用加熱炉
の全体構成をそれぞれ示す。

【図４】従来の縦形加熱炉の問題点を説明するための石
英ガラス管およびウエハの部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０　　　　　　ウエハ集合体 １１　　　　　　ウエハ １１ａ　　　　ウエハの切り欠きないしオリフラ２０　
　　　　　石英ガラス管 ２０ａ　　　　石英ガラス管の内面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハをその表面を水平にした姿勢
   で上下方向に多数個並べて保持したウエハ集合体を装入
   してウエハに所定のプロセスを施す加熱炉であって、ウ
   エハ集合体を囲む石英ガラスからなる管状体に形成され
   た石英ガラス管の少なくともウエハ集合体の装入部分の
   内面が周縁に切り欠きを備えるウエハの形状と相似な形
   状に形成され、ウエハ集合体を石英ガラス管の内面とウ
   エハの周縁との間隔がほぼ均等になるように装入し、か
   つ石英ガラス管内にプロセス用ガスを垂直方向に通流さ
   せた状態でウエハプロセスを施すようにしたことを特徴
   とするウエハプロセス用縦形加熱炉。
2. 【請求項２】請求項１に記載の縦形加熱炉において、加
   熱炉が内外二重構成の石英ガラス管を備え、内側の石英
   ガラス管のウエハ集合体が装入される部分の内壁が周縁
   に切り欠きを備えるウエハと相似形状に形成されること
   を特徴とするウエハプロセス用縦形加熱炉。
3. 【請求項３】請求項１に記載の縦形加熱炉において、石
   英ガラス管のウエハ集合体が装入される部分の断面のウ
   エハの切り欠きに対応する周方向部分を残余の周方向部
   分より肉厚を大に構成して石英ガラス管の外面を円形に
   形成するようにしたことを特徴とするウエハプロセス用
   縦形加熱炉。