JPS622616A - 半導体ウエハ−の熱処理方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はＩＣ等の半導体装置を製造する際に行なわれる
半導体ウェハーの熱処理方法に関し、特に大口径の半導
体ウェハーに対する熱処理、或いは保温ＩＮ域の短い加
熱炉による熱処理に適用されるものである。

〔発明の技術的背景〕

ＩＣ等の半導体装置の製造には、半導体ウェハー表面に
熱酸化膜を形成する工程や、不純物を熱拡散する工程等
の熱処理工程が多数含まれている。

これらの熱処理工程は夫々の処理に適した加熱炉を用い
て行なわれるが、以下の説明では不純物拡散炉における
熱処理を例に述べる。

第１図は不純物拡散炉の説明図である。同図において、
１は石英製の炉管である。該炉管の一端には半導体ウェ
ハーの出入口２が設けられ、他端には不純物ガス導入す
るためのガス入口３が設けられている。また、炉管１の
外周には加熱ヒータ４が設けられている。該ヒータ４は
入口側ヒータ４１、中央部ヒータ４２、ガス入口側ヒー
タ４３の三つの部分に分割され、夫々独立に動作するよ
うになっている。

上記第１図の拡散かを用いてｔｏｏｏ℃で不純物拡散を
行なう場合、従来は次のようにして行なわれていた。

即ち、まず加熱ヒータ４１〜４３を全て８００℃に設定
して作動させ、第２図の曲線Ｂで示す炉内温度分布を得
る。図示のように、炉管中央部の均熱領域は中央部ヒー
タ４２の設定温度である８００℃となり、その両側では
外側に向って徐々に温度が低下する勾配をもった温度分
布となる。この場合、入口側ヒータ４１に対応した温度
勾配部分は保ｍ領域と称され、半導体ウェハーを炉内に
導入する上で重要な役割を有している。即ち、このよう
な温度勾配領域を通過して均熱領域に導入されるから、
室温状態から著しい高部状態に移行する際に生じる熱ス
トレスを緩和することができる。

次いで、ウェハー出入り口２から上記の温度分布状態に
ある炉管内（均熱領域）に半導体ウェハーを導入した後
、炉管内の温度を実処理温度である１０００℃まで昇温
する。続いてガス人口３から不純物ガスを導入して熱拡
散処理を行なった後、前記の曲線Ｂの温度分布状態にま
で降温し、処理済みの半導体ウェハーを取出す。このよ
うに、炉管内の温度が実処理温度よりも低い状態で半導
体ウェハーの出入れを行なうことは、半導体ウェハーが
大口径であったり、また拡散炉における前記保温領域が
短い場合に特に必要とされるもので、次の理由によるも
のである。

第一に、半導体ウェハーを高温炉内に移行する際に生じ
る熱ストレスはウェハーの径が大きい程、また通過領域
における温度勾配が大きい程大きくなるから、保温領域
における温度勾配をできるだけ小さくする必要があるか
らである。

第二に、保温領域の温度勾配を小さくしようとすれば保
温領域を長くしなければならないが、保温領域の長さは
炉の特性との関係で決まるため、任意に設定できる自由
度はない。このため、ウェハー出入れ時の均熱領域の温
度を実処理温度よりも大幅に低くして保ｍ領域の温度勾
配を小さくしているのである。

〔背景技術の問題点〕

上記のように、従来の熱処理方法では特に保温領域の短
い加熱炉を用いる場合や大口径の半導体ウェハーを処理
する場合に、ウェハー出入れ時の炉内温度を実処理温度
よりも大幅に低くしているため、次のような問題があっ
た。

第一の問題は、ウェハーを炉内に導入してから実処理温
度に昇温するための時間、また処理後にウェハー取出し
に先立って炉内温度を降温するための時間が長くなり、
熱処理炉の生産性が低下することである。

第二の問題は、実処理後にもウェハーを炉内に長時間滞
留させておくことになるため、不純物拡散に適用した場
合には形成された不純物領域の温度プロファイルが変化
し、トランジスタ特性等に悪影響を及ぼすことである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱処理炉へ
ウェハーを出入れする際の炉内の保温領域における温度
勾配を小さく維持してウェハーの熱ストレスを緩和し、
且つ均熱領［１ｉ度を高くして実処理温度に昇温する時
間および実処理後の降場に要する時間を短縮できる半導
体ウェハーの熱処理方法を提供する・ものである。

〔発明の概要〕

本発明による半導体ウェハーの熱処理方法は、一端にウ
ェハー出入れ口を有し外周に加熱ヒータを設けた管状の
加熱炉であって、実処理を行なう際には中央部に温度一
定の均熱領域および該均熱領域に向って温度勾配を有す
る前記ウェハー出入れ口側の保温領域が形成される加熱
炉内を用い、該加熱炉の前記均熱領域内に半導体ウェハ
ーを導入して半導体装置の製造に必要な熱処理を行なう
方法であって、前記半導体ウェハーを出入れする際には
、前記保温領域から前記均熱領域の少なくとも一部に１
って温度勾配が形成される温度分布になるように炉内を
加熱することを特徴とするものである。

上記本発明の方法では、ウェハーの出入れ時に均熱領域
も温度勾配領域として用いるため、保温領域が短い場合
にも温度勾配を小さく維持でき、従ってその分だけ均熱
領域温度を高く設定した状態で半導体ウェハーの炉内へ
の出入れを行なうことが可能となる。

〔発明の実施例〕

第１図の不純物拡散炉を用いた熱拡散に対し、次のよう
にして本発明を適用した。

まず、ウェハー出入れ口側ヒータ４１の加熱温度を８０
０℃に設定し、中央部ヒータ４２及びガス入口側ヒータ
４３の加熱温度を９００℃に設定して炉管１を加熱する
ことにより、第２図に曲線Ａで示す炉内温度分布を得た
。図から明らかなように、この場合には温度傾斜を有す
る部分が均熱領域の一部にまで及んでいるため、均熱領
域における定温部の温度が曲線Ｂに示す従来の場合より
１００℃高いにもかかわらず、従来よりも小さい温度傾
斜が得られる。これは、従来の場合と異なり、ウェハー
出入れ口側ヒータ４１の温度を他のヒータ４２．４３よ
りも低くしたことによるものである。

この曲線Ａに示す温度分布においてシリコンウェハーの
出入れを行ない、実処理温度１０００℃で不純物拡散を
行なった。

上記の実施例で不純物の熱拡散処理を施したウェハーに
ついて、熱スｉ〜レスによる欠陥発生状況を調べ、これ
を従来の場合と比較したところ、両者間に有意差は認め
られなかった。しかし、ウェハー内に形成された不純物
領域の拡散プロファイルに与える影響については、上記
実施例の方が従来よりも小さいことが分った。

他方、第２図の温度分布でウェハーを炉内に導入した後
、実処理温度１０００℃まで昇温するに要する時間、並
びに実処理終了後に第２図の温度分布まで降温するに要
する時間を比較したところ、下記第１表に示す結果を得
た。なお、実施例および従来例の何れについても、昇温
速度は５℃／１ｎ、降温速度は２℃７ｍ１ｎとした。

第　　１　　表 この結果から明らかなように、上記実施例では加熱炉内
の温度をウェハーの出入れ温度と実処理温度の間で昇濃
し、或いは降温するに要する時間を従来方法の場合の１
／２に短縮できる。従って、炉の生産性を著しく向上す
ることができる。

（発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、半導体装置の製
造に不可欠な熱処理工程を実施するに当り、半導体ウェ
ハーを熱処理炉へ出入れする際の炉内像ｍ！１ｉｉｉに
おける温度勾配を小さく維持してウェハーの熱ストレス
を緩和し、且つ均熱領域温度を高くして実処理温度に昇
温する時間および実処理後の降温に要する時間を短縮で
きる等、顕著な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は半導体装置を製造する際の不純物拡散に用いら
れる熱拡散炉の説明図であり、第２図は本発明の一実施
例および従来例における炉内の温度分布を比較して示す
線図である。 １・・・炉管、２・・・ウェハー出入れ口、３・・・ガ
ス入口、４・・・加熱ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端にウェハー出入れ口を有し外周に加熱ヒータを設け
   た管状の加熱炉であつて、実処理を行なう際には中央部
   に温度一定の均熱領域および該均熱領域に向って温度勾
   配を有する前記ウェハー出入れ口側の保温領域が形成さ
   れる加熱炉内を用い、該加熱炉の前記均熱領域内に半導
   体ウェハーを導入して半導体装置の製造に必要な熱処理
   を行なう方法であつて、前記半導体ウェハーを出入れす
   る際には、前記保温領域から前記均熱領域の少なくとも
   一部に亙って温度勾配が形成される温度分布になるよう
   に炉内を加熱することを特徴とする半導体ウェハーの熱
   処理方法。