JPH0432224A

JPH0432224A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH0432224A
Application number: JP13884190A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kobayashi; 正典小林; Hitoshi Hasegawa; 長谷川　斉; Tadayoshi Yoshikawa; 忠義吉川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1992-02-04

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】〔概要〕半導体装置の製造工程において半導体基板上に熱酸化膜
を形成したり、或いはイオン注入によって基板に導入さ
れた不純物を熱拡散させる場合に用いられる熱処理炉用
の炉心管の構造に関し、（１）耐熱性に優れている。す
なわち、１２００°Ｃ以上の高温・長時間の熱処理に耐
えられる。（２）炉心管を製作するにあたっての加工性
が良い。（３）高純度の材料が得られる。（４）ヒータ
線の炉心管外部で発生した金属不純物による半導体ウェ
ハの汚染を防止できる。という以上４つの長所を兼ね備
えた炉心管の構造を提供することを目的とし、被処理物
を収納する管体を備えた熱処理装置において、該管体は
炭化ケイ素層を有する第１の筒状部材と、該筒状部材の
少なくとも一端で該筒状部材と嵌合する石英からなる第
２の部材とを具備し、熱処理時に該第１の筒状部材と該
第２の部材が接合して一体化するように構成するか、ま
たは上記炭化ケイ素層がＣＶＤ法により形成された炭化
ケイ素層であるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造工程において半導体基板上
に熱酸化膜を形成したり、或いはイオン注入によって基
板に導入された不純物を熱拡散させる場合に用いられる
熱処理炉用の炉心管の構造に関する。

近年の半導体装置の製造工程では、イオン注入等の方法
によって基板中に導入された不純物を熱拡散させるため
に高温・長時間の熱処理工程が必要となっている。この
ため、半導体装置製造工程で用いられる熱処理炉用の炉
心管には耐熱性の良い材料が求められている。

〔従来の技術〕

その点、石英（二酸化ケイ素、５ｉＯｚ）は１１００°
Ｃ程度の温度までは耐熱性を有し、また炉心管を製作す
る際の加工性も良く、比較的高純度のものを作りやすい
ため炉心管の材料として用いられていた。しかし、現在
半導体装置の製造工程において、基板中に特定の不純物
を熱拡散させるためには１２００°Ｃ以上で長時間の熱
処理工程が不可欠なため、石英製の炉心管を用いてこの
ような高温・長時間アニールを行うと、炉心管が変形し
てしまう等の問題点が生じていた。

この問題点を解決するために、石英よりもさらに耐熱性
の優れた材料としてセラミックス炭化ケイ素（ＳｉＣ）
が注目されている。セラミックスＳｉＣは約１４００℃
まで耐熱性を有しているので、熱変形の問題は解決され
炉心管の材料として石英にとって代わろうとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、セラミックスＳｉＣは、（１）アルミニウム（Ａ１）等の金属不純物を含みやす
いので石英はどの純度の高い材料が得られにくい。

（２）加工性が石英に比べて劣る（破損した場合は修理
不可能）。

（３）石英に比べて高価である。

（４）セラミックスＳｉＣ中には緻密性を高めるために
シリコン（Ｓｔ）が大量に含まれている。高温アニール
工程では、炉心管の外部に位置するヒータ線等から発生
した鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）等の金属不純物がＳｉ
Ｃ中のＳｉＯ中を拡散し、炉心管を通り抜けて炉心管内
部に設置された半導体ウェハを汚染する。

等の理由により広く用いられるには至っていない。

このため、従来の石英やセラミックスＳｉＣに代わる炉
心管の材料及び高温・長時間のアニールに耐えうる炉心
管構造が求められている。

本発明は、（１）耐熱性に優れている。すなわち、１２００°Ｃ以
上の高温・長時間の熱処理に耐えられる。

（２）炉心管を製作するにあたっての加工性が良い。

（３）高純度の材料が得られる。

（４）ヒータ線等による炉心管外部で発生した金属不純
物による半導体ウェハの汚染を防止できる。

という以上４つの長所を兼ね備えた炉心管の構造を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、被処理物を収納する管体を備えた熱処理装置
において、該管体は炭化ケイ素層を有する第１の筒状部
材と、該筒状部材の少なくとも一端で該筒状部材と嵌合
する石英からなる第２の部材とを具備し、熱処理時に該
第１の筒状部材と該第２の部材が接合して一体化するよ
うに構成する。

また、上記炭化ケイ素層をＣＶＤ法により形成する。

〔作用〕

ＣＶＤ法によるＳｉＣは石英に比べて耐熱性に優れ、１
２００°Ｃ以上の高温・長時間アニールにも充分耐えう
るので、ＣＶＤ−３ｉＣを炉心管の材料として用いれば
従来、石英製炉心管で生じていた熱変形を防ぐことがで
きる。また、ＣＶＤ−５ｉＣは高温において金属の熱拡
散係数が極めて、小さいので、ＣＶＤ−３ｉＣを炉心管
の材料に用いればヒータ線等の炉心管外部から発生した
金属不純物の半導体ウェハへの汚染を防止できる。第３
図はＣＶＤ−３ｉＣ中とＳｉ中の金属の拡散係数を示す
表である０表をみてもわかるとおりＣｖＤ−３ｉＣ中の
金属の拡散係数はＳｉ中の金属の拡散係数に比べてひじ
ょうに小さいのでヒータ線等、炉心管外部で金属不純物
が発生したとしても、ＣＶＤ−３ｉＣ中を拡散するのに
非常に長い時間を要し、実用上半導体ウェハの汚染を無
視することができる。

また、ＣＶＤ−３ｉＣ製の炉心管は、炉心管自体がセラ
ミックスＳｉＣに比べてＡ１等の金属不純物を含みにく
く高純度で作製できるので、この点からも炉心管内部に
設置された半導体ウェハへの汚染を防止することが可能
である。

また、本発明の炉心管は炉心管の中央部、すなわち、炉
心管内部では半導体ウェハが設置され、炉心管外部では
ヒータ線が設置され高温にさらされる部分には耐熱性、
耐汚染性のすぐれたＣＶＤ−３ｉＣからなる部材を用い
、炉心管端部（炉心管に半導体ウェハを挿入する端部と
反応ガスを導入する端部）のように屈曲部があり、材料
としての加工性が要求される部分には加工性のすぐれた
石英を用いている。すなわち、ＣＶＤ−３ｉＣと石英の
それぞれの材料特性における長所を充分発揮できて、か
つ材料特性の欠点を補い合うような炉心管構造にしてい
る。従って、（１）耐熱性に優れている。すなわち、１２００°Ｃ以
上の高温・長時間の熱処理に耐えられる。

（２）炉心管を製作するにあたっての加工性が良い。

（３）高純度の材料が得られる。

（４）ヒータ線の炉心管外部で発生した金属不純物によ
る半導体ウェハの汚染を防止できる。

という以上４つの課題を全て解決する炉心管を提供でき
る。

また、炉心管をセラミックスＳｉＣだけやＣＶＤ−３ｉ
Ｃだけで製作するのは加工性の点で困難を伴うが、本発
明のような構造を採用すれば中央のＣＶＤ−３ｉＣ部材
は円筒形状のため、容易に製作できる。そして、万一破
損してもこの部分のみ交換すれば引き続き炉を使用する
ことができる。

つまり、交換容品なため実用的である。

また、本発明の構造を採用すれば、ＣＶＤ−３ｉＣとヒ
ータ線とのショートを回避することができる。ＳｉＣは
導電性を有し、石英に比べて電気絶縁性が劣るので、Ｓ
ｉＣがヒータ線と接触するとショートシ炉心管を破損す
る恐れがある。その点、本発明はヒータ線とＳｉＣが接
触しないように両端部を絶縁性の優れた石英でＳｉＣを
支えている構造になっているので、もしヒータ線が炉心
管に接触したとしても、石英と接触するだけなので、シ
ョートし破損する心配はない。この際、石英部材の厚さ
を厚くすれば、さらにヒータ線とＣＶＤ−３ｉＣとのシ
ョートを防止できる。

〔実施例］第１図は本発明の炉心管の構造を示す断面図である。ヒ
ータ線の中に炉心管を入れることによって、炉心管内部
の温度を上げ、炉心管内部に設置された半導体ウェハに
さまざまな熱処理を施す。

炉心管は石英部材（２）、ＣＶＤ−３ｉＣ部材（３）、
フタ（７）から構成されており、フタ（７）を開けて炉
心管内部に半導体ウェハを設置できるようになっている
。もう一方の口からは、半導体ウェハにさまざまな膜を
成長させるために用いられるガス（６）を導入できるよ
うになっている。炉心管は中央部の円筒上のＣＶＤ−３
ｉＣ部材を両端から石英部材で支持する構成になってい
る。

ここでＣＶＤ−３ｉＣ部材としてはＣＶＤ−３ｉＣだけ
で厚さ数十〜数百μｍ程度の円筒を作製してもよいし、
機械的強度を上げるために、炭素（Ｃ）、セラミックス
ＳｉＣ、セラミックスＳｉＮ、ポリシリコン等を基体と
して用い、その外面或いは内面（もちろん両面でもよい
）にＣＶＤ−３ｉＣのコート膜を被覆・形成してもよい
。いずれにしても、炉心管中央部材にＣＶＤ−３ｉＣが
含まれていれば、耐熱性、耐汚染性に優れた炉心管を提
供できる。

次に、本発明において炉心管の中央部に位置するＣＶＤ
−３ｉＣ部材と両端部に位置する石英部材との接合方法
を説明する。接合方法については第２図に示すような方
法がある。

しまず、第２図（ａ）及び（７）は噛み合わせ方式である
。これはＣＶＤ−５ｉＣ部材と石英部材とを噛み合わせ
て接合する方法である。第１図ではこの方法を示しであ
る。まず、第２図（ａ）は熱処理前、両端の石英部材の
間にＣＶＤ−３ｔＣ部材をセットした状態を示している
。この状態では両部材の接合部にわずかな隙間がおいて
いる。

しかし、熱処理を開始するとＣＶＤ−３ｉＣ部材は高温
になり、縦方向にも横方向にも熱膨張を起しこし第２図（１）のように隙間なく石英部材に接合され
る。すなわち、熱膨張する分をみこんで方式である。こ
の方法は、ＣＶＤ−３ｉＣ部材の端部外面と石英部材の
端部内面を摩り合わせて接合する方法である。図を見て
もわかる通り、ＣＶＤ−３ｉＣ部材の端部外面及び石英
部材の端部内面にはそれぞれテーパが設けられている。

第２図（Ｊ＞）は、熱処理前、両端の石英部材の間にＣ
ＶＤ−３ｉＣ部材をセットした状態を示している。

この状態では、両部材の接合部にはわずかに隙間を残し
ておく。そして、熱処理を開始するとＣＶＤ−３ｉＣ部
材は高温になり、横方向と縦方向に熱膨張を起こす。そ
して、第２図（〆）に示すように上記テーバを介して石
英部材と接合する。

この場合も熱膨張分をあらかじめみこんで隙間を方式で
ある。これは、ＣＶＤ−３ｉＣ部材の外径よりやや大き
い内径を持つ石英部材でＣＶＤ−３ｉＣ部材の両端を支
持する方法である。尚、片方の石英部材の内壁にはスペ
ーサ８が設けられている。第２図（≦）は熱処理前、両
端の石英部材の間にＣＶＤ−３ｉＣ部材をセットした状
態を示している。この状態では両部材の間に隙間がある
。

この時、スペーサ８によってＣＶＤ−３ｉＣ部材が所定
の位置に設置されるようになっている。熱材と接合する
。この場合も熱膨張分をあらかじめみこんで隙間をつく
っておけばよい。

このような接合方法を用いれば、炉心管外部に設置され
たヒータ線等からの金属不純物が接合部を通り抜けて半
導体ウェハを汚染することを防止できる。

以上述べたような方式でＣＶＤ−３ｉＣ部材と石英部材
とを接合して炉心管を構成する。尚、接合方法はこの３
通りに限られず他の方法でもＣＶＤ−３ｉＣ部材と石英
部材が接合できればよい。

また、本発明の炉心管は横型炉でも縦型炉でも実用的に
使用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の構造を熱処理炉用の炉心管に採用すれば、金属
不純物による半導体ウェハの汚染を防止できるので、半
導体装置の信幀性向上に寄与する。

また、従来生じていた高温による炉心管の熱変形やヒー
タ線との接触によるショート・破損を防止でき、万一故
障が起きても交換が容易なので、実用的な炉心管を提供
できる。

第１図は本発明の炉心管の構造を示す断面図、第２図は
ＣＶＤ−３ｉＣ部材と石英部材との接合方法を示す断面
図、第３図はＣＶＤ−３ｉＣ中とＳｉ中の金属の拡散係
数を示す表である。

図中、：炉心管二石英部材：ＣＶＤ−３ｉＣ部材：半導体ウェハ：ヒータ線：ガス：フタ：スペーサ

【図面の簡単な説明】

ＣＶＤ−ＳｉＣ＠ＦＴ７’ｔ、わ莢音戸オｉトｔｙ＋ｓ
＠合Ａ−３大上示す＠ｉ図第図Ｕの２）ＣＶＤＳ；Ｃ部材と石英部材ｊ／ｌ撞合方法を示す断面図力？Ｉ！１（矛の１）ＣＶＤ　ＳｉＣｕ材とＥＩ芙郭利′と耐接合方法ア示わ
町面図第１２１（千の３）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理物を収納する管体を備えた熱処理装置にお
いて、該管体は炭化ケイ素層を有する第１の筒状部材と
、該筒状部材の少なくとも一端で該筒状部材と嵌合する
石英からなる第２の部材とを具備し、熱処理時に該第１
の筒状部材と該第２の部材が接合して一体化するように
構成されてなることを特徴とする熱処理装置。
（２）上記炭化ケイ素層がＣＶＤ法により形成された炭
化ケイ素層であることを特徴とする請求項（１）記載の
熱処理装置。