JPS62131522A - 半導体熱処理装置 - 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］ 本発明は、半導体装置の製造に適用する熱処理装置に関
し、特に、半導体基板（以下、ウェハという）を熱処理
炉に収容して、ガス流を送りこみウェハ面に薄膜を気相
成長させる装置において。

ウェハの全面に均一な処理をすることができる。ように
した熱処理装置に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体熱処理炉は、一般に第７図のような横形炉
が使用されている。これは、外面にヒーター（２）が付
設され、後端が大気に開放された石英管（１）の中に、
サポート（３）に列設載置した被処理ウェハ（４）を収
容し５石英管（１）の前端から反応ガスを送りこんで、
ウェハ（４）の面に接触させ。

所望の熱処理を行うものである。

かかる熱処理炉にあっては、均一な品質の製品を得るた
めには、反応ガスがウェハの全面にできるだけ均一に接
触することが必要である。特に、近年のウェハの大型化
や、デバイスの高集積度による微細化等に対応するため
に、より広範囲にわたって均一な処理ができる装置が要
求され、これを実現するために、既にいくつかの提案が
なされている。

たとえば、特開昭６０−８６８２２号公報（発明の名称
「半導体薄膜気相成長装置」）には、第８図示のように
、石芙管（１）のガス導入口側に多数の小孔を設けた複
数枚の拡散板（５）（６）を、それぞれの小孔の位相を
異ならせて設置し、流入するガス流を乱流化して、ウェ
ハ面への接触を改善する手段が記載されている。

また、実開昭５９−５２６２３号公報（考案の名称「減
圧ＣＶＤ装置」）には、多数の反応ガス導入管を、反応
室の壁に平均に分布させた装置が開示されている。

さらに、特開昭５９−２００４１５号公報（発明の名称
「半導体処理装置」）には、第９図示のように、反応室
の上部に多数の小孔を設けたガス導入管（７）を配置し
て、ガス流をシャワー状に供給する装置が開示されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点コ 」二連各先行手段は、それぞれに効果のあるものと理解
されるが、装置がかなり複雑になること。

及びそれに伴いガス中に混入する不純物の鼠が増えるこ
と、さらには上記各手段によっても、充分に均一なガス
流が得られず、得られた薄膜にすし状のムラが発生する
こと等の問題がある。

特に最近、製造プロセスの自動化を図るために、サポー
トに被処理ウェハを載置して、熱処理炉の開口端から挿
入するようにした装置が実用化されている（たとえば、
ＱＵＡＲＴＺ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＭＡＴＥ
−ＲＩＡＬＳ　ＩＮＣ，の商品名″ＡＴＯＭＯ８ＣＡＮ
″）が、このような装置でも、前記各先行手段と同様の
問題がある。

本発明者等は、上述問題点を解決するために、熱処理炉
の内部のガス流がどのような状態で流れるかを解明し、
それに対応し得る手段を講じることとした。

観察によると、ウェハやそのサポートが装填されていな
いときの、熱処理炉内部のガス流は、第５図及び第６図
に模式的に示す状態であり、左方から炉内に流入したガ
スの状態は、大別して３段階に変化する。

第１領域（１）は、小径の管から大径の炉内に導入され
たガスが、膨張し層流化する段階であり。

次の第２領域（ＩＩ）は、加熱されたガスが上昇しなが
ら管の末端側へ流れる段階であり、最後の第３段ｇｆｆ
（ｍ）は、矢印流線で示す高温ガスの高速流と、スマッ
ジングで示す低温ガスの滞留層との二層に分離した状態
が生じる段階である。

第３段階における滞留層は、炉の末端が大気中に開放さ
れている場合は、外気の巻きこみによって生じ、また、
末端に一部にガス放出口を設けた蓋を設置して閉塞され
ている場合は、第５図示のように、炉壁に近いガス流は
炉壁から熱を供給され、高温ガスとして上昇し、一方、
中心部のガス流は温度が低下して下降気流となり、滞留
層を生じる。

この現象は、熱処理炉内のガス流について、一般的に見
られるものであり、二つに分離したガス層は、−見不安
定な状態に感じられるが、気象における温暖前線と同様
で、比較的安定した定常流である。

この安定性が崩れる主な要因は、炉壁の近辺で発生する
乱流の影響である。したがって、熱処理炉の直径を充分
に大きくして、乱流の影響がウェハ装填部に及ばないよ
うにすれば、安定させることは可能であるが、装置の大
型化に伴うコスト上の不都合があり、また、ウェハを装
填した状態では、ウェハ自体やそのサポート手段により
発生する乱流の影響を防止することはできない。

本発明は、これらの問題を合理的に解決した半導体熱処
理炉を提供するものである。

し問題点を解決するための手段］ 本発明は、ウェハを熱処理炉に支持するためのサポート
に、ガスを吸引する機能を付加することにより、列設し
て装填されている各ウェハの間にガスの下降気流を発生
させ、ウェハ面が安定したガス流に接触するようにした
ものである。

すなわち、従来のサポートは、ウェハを熱処理炉内に単
に出し入れし、かつ、支持する手段にすぎないものであ
ったが、本発明は、排気装置に連接した中空構造のサポ
ートによりウェハを熱処理炉内に支持し、熱処理に際し
て、排気装置を駆動してサポートの上面からガスを吸引
することにより、ウェハ面に沿うガス流を強制的に生じ
させるようにしたものである。

［作用］ ウェハを載置して支持するサポートの」二面から、ガス
を吸引すると、熱処理炉の上部を流れる高温ガス流がサ
ポートに向かって吸引されるため、ガスが列設されたウ
ェハの間を下降し、ウェハ面に安定したガス流が得られ
る。

［実施例コ 第１図は１本発明装置の基本構成を示す概略図である。

末端が大気に開放された石英管（１０）の外周面に、ヒ
ーター（１１）を付設して熱処理炉を形成し、熱処理用
ガスを左方の小径部（１２）から炉内に導入する。

石英管（１０）の開放端から、複数個の被処理ウェハ（
１４）を列設して載置したのサポート（１３）を石英管
（１０）内に挿入して、ウェハ（１４）をガス流に接触
させる。

かかる構成の半導体熱処理炉は、前記のとおり周知であ
るが、従来の装置における片持式サポートは、単にウェ
ハを載置して熱処理炉内に出し入れするだけの機能を果
すものにすぎなかった。

本発明では第１図示のように、サポート（１３）を中空
構造として適宜の真空装置に連接し、ウェハ（１４）を
載置する部分から熱処理炉内のガスを吸引するようにし
である。このために、石英管（１０）の上部を通過する
高温のガス流は、矢印の流線で示すように、サポート（
１３）に列設載置されたウェハ（１４）の間を下降して
、サポート（１３）の中空部に吸引される。

この高温ガスの下降流は、小径部（１２）から供給され
るガス量とサポート（１３）の吸気址とのバランスによ
り、比較的安定した定常流となる。

したがって各被処理ウェハ（１４）は、その全面にわた
って安定したガス流にｍ呈され、きわめて効率のよい薄
膜成長効果を得ることができる。

第２図、第３図及び第４図は、それぞれサポート（１３
）の１実施例を示す斜視図である。

第２図示のサポート（１５）は、石英等の素材番こより
、倒立かまぼこ状の断面を有する中空構造に形成したも
ので、被処理ウェハ（１４）を載置する部分には、長方
形の吸気孔（１６）が開設してあり、各ウェハ（１４）
を該吸気孔（１６）の縁に載置して保持する。

このため、吸気孔（１６）の縁には、ウェハ（１４）の
位置決め及び姿勢保持のために、所要ピッチの溝を刻設
することが望ましい。

また、第３図示のサポート（１７）は、同じく石英等の
素材を管状に形成し、該管の先端所要部を切除し、該切
除部（１８）を上記第２図示装置における吸気孔（１６
）と同様な、ウェハ載置部とするものである。この場合
、被処理ウェハの面に沿うガスの下降流を確保するため
に、切除部（１８）に面する管部の端面ば、下部を残し
て蓋（１９）により閉塞しておくことが望ましい。

また、第４図示のサポートは、複数本の石英等の管状素
材（２０）を平行に配置し、それぞれ所要ピッチで切欠
き部（２１）を形成し、該切欠き部（２１）をウェハ載
置並びにガス吸気孔とするものである。

この場合も、被処理ウェハの面に沿うガスの下降流を生
じさせることができる。

切欠き部（２１）は、ウェハの面に沿って切除した場合
は、管面に長方形の孔が形成されるが、この代りに管面
に多数の小孔を設け、ウェハの保持手段は、別に管状素
材の外面に適宜突設するようにしてもよい。

［発明の効果］ （１）熱処理炉の上部を通過する高温のガス流が、被処
理ウェハの面に沿って下降するように、強制吸引するの
で、ウェハの全面にわたって均一な薄膜成長処理ができ
る。

（２）処理効率が高く、処理時間を短縮することができ
る。

（３）構成がシンプルで、容易に実施をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した半導体熱処理装置の構成を示
す断面図、第２図、第３図及び第４図は、それぞれ本発
明のウェハ支持サポートを示す斜視図、第５図は熱処理
炉内のガス流の状態を示す模式図、第６図は同じくガス
流を示す模式立体図、第７図より第９図はそれぞれ従来
装置の概要を示す断面図である。 （１）・・・石英管、　　　　　（２）・・・ヒーター
、（３）・・・ウェハサポート、（４）・・・被処理ウ
ェハ。 （５）　（６）・・・拡散板、　　　（７）・・・ガス
ノズル、（１０）・・・石英管、　　　　（１１）・・
・ヒーター、（１３）・・・中空サポート、　　（１４
）・・・被処理ウェハ、（１５）・・・サポート、　　
　（１６）・・・吸気孔、（１７）・・・管状サポート
、　　（１８）・・・吸気孔、（１９）・・・蓋。　　
　　　　（２０）・・・管状素材、（２１）・・・切欠
き部６ （以　上）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）末端が開放され、外周面にヒーターが付設された
   熱処理炉内に、サポートに列設して載置した被処理半導
   体基板を前記開放端から挿入し、該熱処理炉に処理用ガ
   スを送りこむようにした半導体熱処理装置において、前
   記サポートを、中空構造として吸気手段に接続するとと
   もに、前記サポートの被処理基板を載置する部分に熱処
   理炉内のガス流を吸引する吸気孔を形成してなる半導体
   熱処理装置。
2. （２）中空管状をなすサポートの、所要長さの先端部を
   、その下部を弦月状に残して切除し、該弦月状部に被処
   理基板を載置するようにした特許請求の範囲第（１）項
   に記載の半導体熱処理装置。