JPH0927488A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題と解決手段】 反応管内をパージガスでパージす
る場合に、反応管内に不純物が蓄積しないようにする熱
処理装置を提供する。反応管（１）に接続されたガス導
入口（２）からガスを導入し、反応管（１）に接続され
た排気管（３）から排気し、反応管（１）を加熱して反
応管（１）内に載置された半導体基板を熱処理する熱処
理装置において、排気管（３）を反応管（１）内の熱処
理温度とほぼ等しい温度に加熱されるように配設したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置に係
り、特に、反応管に接続されたガス導入口からガスを導
入し、前記反応管に接続された排気管から排気し、前記
反応管を加熱して前記反応管内に載置された半導体基板
を熱処理する熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の熱処理装置を示す。図４に
おいて、符号１は半導体基板を処理する円筒状の反応管
を示し、反応管１の下部側面にはガス導入管２と排気口
３が配設されている。反応管１の内部には半導体ウエハ
を載置するためのボート４と、ボート４の底部に保温筒
５が配設され、反応管１の底部開口部には密閉用のシー
ル部６が取り付けられている。反応管１の均熱性を保つ
ために、反応管１の外側壁を囲うように均熱管７が配設
され、均熱管７の周りにはヒーター８が設置されてお
り、ヒータ８の周りには断熱材９が設置されている。半
導体基板を反応管１内のボート４に水平にセットして熱
処理が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の熱処理装置で処
理を行う場合、反応管１内のボート４を含めた炉の清浄
度を保つため、定期的に（例えば１０回の熱処理につき
１回）ＨＣｌを含むガス等のパージガスを用いてパージ
を行っている。

【０００４】しかしながら、ＨＣｌ等のパージガスによ
るパージにより除去された不純物は、均熱管７によって
均熱に制御されている領域以外の低温部の領域、例えば
排気口３、保温筒５やその周辺の反応管１内壁等、に吸
着したりあるいは反応成生物として付着したりする。こ
のため、半導体ウエハの熱処理の際にこれらの吸着物や
付着物が放出され、半導体ウエハの熱処理における汚染
の原因となるという問題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、反応管内をパージガスでパージする
場合に、反応管内に不純物が蓄積しないようにする熱処
理装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、反応管に接続されたガス導入口からガス
を導入し、前記反応管に接続された排気管から排気し、
前記反応管を加熱して前記反応管内に載置された半導体
基板を熱処理する熱処理装置において、前記排気管を前
記反応管内の熱処理温度とほぼ等しい温度に加熱される
ように配設したことを特徴とする。

【０００７】また、前記反応管の外周には温度を均一化
するための均熱管と加熱するためのヒータとが配設され
ており、前記排気管は前記均熱管および前記ヒータに囲
まれて配設されていることを特徴とする。

【０００８】また、前記排気管が前記反応管に接続され
る排気口は、前記反応管の上方部に形成されていること
を特徴とする。

【０００９】また、前記排気管は、前記反応管の外側壁
部に密接して配設されていることを特徴とする。

【００１０】また、前記ガスは前記反応管内を洗浄する
ためのＨＣｌとキャリアーガスとの混合ガスであり、前
記排気管からは前記混合ガスにより洗浄された排気物が
排出されることを特徴とする。

【００１１】排気管を反応管内の熱処理温度とほぼ等し
い温度に加熱されるように配設したので、例えばこＨＣ
ｌパージ等のパージガスを用いて反応管内をパージする
際に、反応管内における排気口のような不純物を蓄積し
やすい部位は反応管内の処理温度とほぼ同じ温度となる
ので、低温にならないようにすることが可能となるの
で、排気管に不純物や反応物が付着して蓄積することを
防止する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施例について説明する。本発明の第１実施例について説
明する。図１において、反応管１の下部側面にはガス導
入管２が配設されている。排気口１１が反応管１の頂部
内側に設けられ排気管３は反応管１の頂部に上方へ立設
されている。反応管１の内部には半導体ウエハを載置す
るためのボート４と、ボート４の底部に保温筒５が配設
され、反応管１の底部開口部には密閉用のシール部６が
取り付けられている。

【００１３】反応管１の均熱性を保つために、反応管１
の外側壁および頂部外壁を囲うように均熱管７が配設さ
れている。均熱管７の周りにはヒータ８が設置されてお
り、ヒータ８は反応管１の外側壁のみならず頂部外壁の
周りにも配設され、さらに、排気管３の外周囲にも配設
されている。ヒータ８の外部には断熱材９が配設されて
いる。均熱管７、ヒータ８および断熱材９で囲まれた反
応管１の内部は温度が均一的な均熱部が形成されてい
る。

【００１４】本実施例では、排気管３を反応管１の頂部
に設置し排気管３の全体を反応管１内の処理温度とほぼ
同温度に加熱するようにした。また、反応ガスの流れを
制御するためガス導入管２は反応管１の下部に設けられ
ている。

【００１５】ＨＣｌ等のパージガスによる反応管１内部
等を等パージする際、パージガスは反応管１の下部側面
にあるガス導入管２から導入され、反応管１の頂部には
立設された排気管３から排出される。

【００１６】次に、本実施例による実験結果について説
明する。本実施例の熱処理装置を用いＨＣｌパージ（キ
ャリアガス：Ｏ2 、ＨＣｌ体積比：３％、温度：１２０
０℃、時間：１２時間）を行った後、ＨＣｌパージから
の処理回数を振り（１回目（１ｒｕｎ）、７回目（７ｒ
ｕｎ）、１５回目（１５ｒｕｎ）について）１２００
℃、Ａｒ１００％雰囲気中で１時間熱処理し、ＳＰＶ法
によりライフタイムの評価を行った。比較のため図４の
従来装置を用い同条件でＨＣｌパージ、熱処理を行っ
た。サンプルはＦｚ法によって作製された直径６インチ
のＰ型（比抵抗：２．０〜６．０Ω・ｃｍ）である。

【００１７】結果を図５に示す。図５において、Ｔはボ
ート４のトップ（ｔｏｐ）を示しＢはボトム（ｂｏｔｔ
ｏｍ）を示す。

【００１８】従来の熱処理装置を使用した場合、ＨＣｌ
パージ直後、ボート位置依存性があり、すなわちボート
４のトップに比べてボトムではライフタイムが短く（ｔ
ｏｐ>>ｂｏｔｔｏｍ）となっている。また、処理回数を
重ねるとトップの方が短くなりボトムの方はわずかに長
くなる。

【００１９】一方、本実施例による熱処理装置を用い処
理した場合には処理回数を重ねるとわずかに短くなる
が、ボート位置依存性も無いこと、すなわちボート４の
トップとボトムとでライフタイムはほぼ等しいことがわ
かる。

【００２０】本実施例の構成によれば、排気管３は反応
管１の頂部にヒータ８によって囲まれて配設されてお
り、排気管３への近傍の温度は反応管１内の処理温度と
ほぼ同温度に加熱することが可能であるので、不純物等
が排気口１１やその周辺の反応管１内壁等に吸着したり
あるいは反応成生部として付着したりすることを防止す
ることができる。

【００２１】また、ガス導入管２を反応管１の下部に設
け排気管３を反応管１の上部に設けたので、反応ガスの
流れは反応管１の上部にある排気口１１へ向かい、反応
管１の下部にある保温筒５やその周辺の反応管１内壁等
に不純物が吸着したり反応成生部が付着したりすること
を防止することができる。

【００２２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。本実施例では、ガス導入管２は反応管１の下部に設
けられ、反応管１の内部中央部の高さ位置まで延びてい
る。反応管１の均熱性を保つために、反応管１の外側壁
を囲うように均熱管７が配設され、均熱管７の周りには
ヒーター８が設置され、ヒータ８の外部には断熱材９が
配設されている。均熱管７、ヒータ８および断熱材９で
囲まれた反応管１の内部は温度が均一的な均熱部が均熱
管７、ヒータ８および断熱材９で囲まれた反応管１の内
周側部の近傍は温度が均一的な均熱部が形成されてい
る。

【００２３】本実施例では、排気口１１は反応管１の側
部中央部内側に設けられ、排気管３は均熱部が形成され
ている反応管１の側部中央部に取り付けられており、反
応管１内の排気口１１はガス導入管２の反応管１内の端
部とほぼ同じ高さ位置にあり、排気管３から反応管１内
のガスが管外に排気される構造となっている。排気管３
の排気口１１近傍の部分は均熱管７、ヒータ８および断
熱材９で囲まれた均熱部として処理温度と同温度に加熱
されるようになっており、排気管３はＬ字状に折れ曲が
り図示しない排気系へ接続されている。

【００２４】次に、本実施例による実験結果について説
明する。本実施例の熱処理装置を用い、上述の場合と同
様にＨＣｌパージ（キャリアガス：Ｏ2 、ＨＣｌ体積
比：３％、温度：１２００℃、時間：１２時間）後、Ｃ
ｚ法によって作製した直径６インチＰ型ウェーハ（比抵
抗：４．６〜６．０Ω・ｃｍ）を１２００℃、Ａｒ：Ｈ
2 ＝１：１雰囲気中で９０分熱処理し４ＭＤＲＡＭを試
作した。

【００２５】相対歩留まりについての測定結果を図４に
示す。ＨＣｌパージからの処理回数（ｒｕｎ）、ボート
位置（ｔｏｐ，ｂｏｔｔｏｍ）について、本実施例と図
４に示す従来の場合とについて比較した。

【００２６】本実施例による熱処理装置によって処理し
たウェーハはＨＣｌパージからの処理回数、ボート位
置、いずれの条件でも一定の歩留り保っているが、比較
のため同一ロットに編成した従来装置によって処理した
ウェーハは処理回数とともにｔｏｐの条件は低下し、ｂ
ｏｔｔｏｍ条件では常に低歩留りである。

【００２７】また本試作と同一バッチで処理したＨＣｌ
パージ直後のウェーハの表面不純物を全反射蛍光Ｘ線分
析装置（ＴＲＥＸ）によって評価した。この結果を図７
に表１として示す。従来装置ではＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｕが検出されたが、本実施例による装置では処理しない
洗浄のみの（未処理）ウェーハと同レベルのＦｅ、Ｃｕ
等しか検出されないことが確認された。

【００２８】本実施例の構成によれば、排気管３を均熱
管７、ヒータ８および断熱材９で囲まれた均熱部が形成
されている反応管１の側部中央部に取り付けたので、排
気管３への近傍の温度は反応管１内の処理温度とほぼ同
温度に加熱することが可能であるので、不純物等が排気
口１１やその周辺の反応管１内壁等に吸着したりあるい
は反応成生部として付着したりすることを防止すること
ができる。

【００２９】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。本実施例では、ガス導入管２は反応管１の下部に設
けられている。反応管１の均熱性を保つために、反応管
１の外側壁を囲うように均熱管７が配設され、均熱管７
の周りにはヒーター８が設置され、ヒータ８の外部には
断熱材９が配設されている。

【００３０】本実施例では、排気口１１は反応管１の頂
部内側に設けられ、排気管３は反応管１の頂部外壁と側
部外壁と密着させて反応管１の側壁と一体化させ側壁に
沿って延設し、反応管１の下方部から外部に取り出され
る構造となっている。反応管１の側壁および排気管３は
均熱管７、ヒータ８および断熱材９で囲まれている。

【００３１】次に、本実施例による実験結果について説
明する。本実施例の熱処理装置によってＨＣｌパージ
（キャリアガス：Ｏ2 、ＨＣｌ、体積比：５％、温度：
１２００℃、時間：１４時間）を行った。この後Ａｒ：
Ｈ2 ＝９：１の雰囲気中で１２００℃２時間の熱処理を
し、ＴＲＥＸによって表面不純物の評価を行った。図８
に表２として評価結果を示す。比較のため従来装置によ
ってＨＣｌパージ→熱処理（雰囲気、時間、温度は同
じ）したウェーハと未処理ウェーハも評価した。用いた
試料はＣｚ、直径６インチＮ型である。

【００３２】従来装置ではＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕが検
出されたが、本実施例による熱処理装置によって処理さ
れたウェーハは未処理ウェーハと同レベルであることが
確認された。

【００３３】本実施例の構成によれば、排気管３を反応
管１の頂部外壁と側部外壁と密着させて反応管１の側壁
と一体化させて側壁に沿って延設し、均熱管７、ヒータ
８および断熱材９で囲むように配設したので、排気管３
への近傍の温度は反応管１内の処理温度とほぼ同温度に
加熱することが可能であり、不純物等が排気口１１やそ
の周辺の反応管１内壁等に吸着したりあるいは反応成生
部として付着したりすることを防止することができる。

【００３４】以上説明したように、従来装置ではＨＣＬ
パージ直後で特にボート４の底部（ｂｏｔｔｏｍ）にお
いて不純物、歩留り、ライフタイムが悪いことからＨＣ
ｌパージによって除去された不純物が反応管１内下部の
低温部（排気管内部）に吸着あるいは反応生成物として
付着し本体処理の際、放出され拡散し被処理ウェーハを
汚染していると考えられる。

【００３５】これに対して、本発明の第１実施例乃至第
３実施例では、不純物を蓄積しやすい排気管３、排気口
１１を処理温度と同じ温度に加熱可能であるようにした
ので、ＨＣｌパージによって反応管内部で除去された不
純物は付着、吸着すること無く管外へ放出される。従っ
て、被処理ウェーハを汚染することはない。

【００３６】なお、実施例では４ＭＤＲＡＭに応用した
例を示したが、より集積度の高いデバイス（例えば１６
ＭＤＲＡＭ）や他の熱酸化膜を有する各種デバイスのウ
ェーハ熱処理に適用することができ、その他本発明の要
旨を逸脱しない範囲で変形可能である。

【００３７】なお、ガス導入管２から反応管１へ導入さ
れるガスとしては、ＨＣｌと（Ｏ2，ＣＯ，ＣＯ2 ，Ｎ2
，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ）のうち少なくとも一つか
らなる混合ガスでＨＣｌの体積比が３％以上であるもの
等がある。また、反応管１内を還元性雰囲気にする場合
には、Ｈ2 を含むＮ2 ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ
のうち少なくとも一つから成る混合ガスであってＨ2 の
体積比が３％以上の混合ガスあるいはＨ2 １００％のガ
スが用いられ、また反応管１内を還不活性雰囲気にする
場合には、還不活性雰囲気としてＮ2 ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ｋｒ，Ｘｅのうち少なくとも一つからなる混合ガス
が用いられる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、 排気管を反応管内の熱処理温度とほぼ等しい温
度に加熱されるように配設したので、反応管内における
排気口のような不純物を蓄積しやすい部位は反応管内の
処理温度とほぼ同じ温度にし、より低温なならないよう
にすることが可能になるので、排気管に不純物や反応物
が付着して蓄積することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置の第１実施例を示す概略縦
断面図。

【図２】同第２実施例を示す概略縦断面図。

【図３】同第３実施例を示す概略縦断面図。

【図４】従来の熱処理装置を示す概略横断面図。

【図５】第１実施例による装置と従来の装置を用いた場
合の実験比較結果を示す図。

【図６】第２実施例による装置と従来の装置を用いた場
合の実験比較結果を示す図。

【図７】第２実施例による装置と従来の装置を用いた場
合の実験比較結果を示す表。

【図８】第３実施例による装置と従来の装置を用いた場
合の実験比較結果を示す表。

【符号の説明】

１ 反応管 ２ ガス導入管 ３ 排気管 ４ ボート ５ 保温筒 ６ シール ７ 均熱管 ８ ヒータ ９ 断熱材 １０ ヒータ １１ 排気口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管に接続されたガス導入口からガスを
   導入し、前記反応管に接続された排気管から排気し、前
   記反応管を加熱して前記反応管内に載置された半導体基
   板を熱処理する熱処理装置において、 前記排気管を前記反応管内の熱処理温度とほぼ等しい温
   度に加熱されるように配設したことを特徴とする熱処理
   装置。
2. 【請求項２】前記反応管の外周には温度を均一化するた
   めの均熱管と加熱するためのヒータとが配設されてお
   り、前記排気管は前記均熱管および前記ヒータに囲まれ
   て配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱
   処理装置。
3. 【請求項３】前記排気管が前記反応管に接続される排気
   口は、前記反応管の上方部に形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】前記ガスは前記反応管内を洗浄するための
   ＨＣｌとキャリアーガスとの混合ガスであり、前記排気
   管からは前記混合ガスにより洗浄された排気物が排出さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。