JPS632315A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理方法に関し、′特に−定温度に保たれ
た熱処理炉で一度にｆＪｌ、数枚の基板を均一に熱処理
する際の基板間の熱処理の均一性を向上させる方法に関
する。

〔従来の技術〕

一定温度に保たれた熱処理炉で一度に複数枚の基板を熱
処理する場合には、従来は例えば第２図に示す如き熱処
理炉を用いて行っている。当該熱処理炉で熱処理する手
順の一例は次の通υである。

まず、予め発熱体２を発熱せしめて炉芯管１の温度を所
望の温度に設定すると共に、気体尋人管１１から所望の
気体を炉芯管１内に導入する。

次に、ボート３に並べられた基板４を炉芯管１の入口（
第２図の右側）から反応管１内に搬送し、所望の位置に
置く。続いて当該場所に所望の時間放置し熱処理を行っ
た後に、ボート３に並べられた基板４を炉芯管１の入口
まで搬送し外に引出すことにより熱処理を終了する。当
該熱処理炉はボート３を横方向に搬送することから、横
型炉とも呼ばれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

当該熱処理炉で複数枚の基板を一度に同じ条件で熱処理
するためには、炉芯管１内のボート３が置かれる位置の
温度が一定に保たれることが必要であシ、通常第３図に
示す如き温度分布に設定される。しかしながら、予め第
３図の如き温度分布に設定した後に、例えばボート３に
Ｓｉ基板を並べ当該熱処理炉を用いて酸化を行うと、形
成される酸化膜の厚さはボート３に並べられた基板の位
置によシ異り、第４図に示す如く炉の奥で厚く入口側で
薄くなシ、基板間の膜厚のパラつきは２０％にもおよぶ
。従って、精密な膜厚コントロールが場末される場合に
は大きな問題であった。

従来、精密な膜厚コントロールを行う場合には、−度に
処理する基板の枚数を少し、基板を並べる範囲を狭くす
ることＫよシ対処していたが、基板の口径が４インチか
ら６インチ、８インチと大口径化すると共に上記した膜
厚差が大きいという問題点はむしろ顕著となシ、−度に
処理する枚数が極めて少くなってしまうという欠点を有
していた。

また、膜厚のバラつきを改善するべく、経験的に従来は
基板４の並べられたボート３を炉芯管１に出し入れする
時間を２０〜３０分と長くとることも行われているが、
これをさらに長くすることは熱処理に要する総時間が長
くなることから得策とる言えない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の熱処理方法は炉内の温度分布を一定とする第１
の温度設定条件と半導体基板の並べられたボートの挿入
による温度低下ｔｆｃ補正するべく第１の温度設定条件
のうち炉の入口付近のみの温度を高めた第２の温度設定
条件とを選択できる定温熱処理炉を用、予め第２の温度
設定条件に設定された熱処理炉内に半導体基板の並べら
れたボートを挿入完了した時点で第１の温度設定条件に
設定し直し、第１の温度設定条件で所望時間熱処理を行
うことを特徴とする。

第４図に示したように酸化膜厚が炉芯管の奥の方で厚く
入口側で薄くなる原因は、炉内で温度ムラが生じたため
と本発明者は考えた。即ち、温度は炉芯管の奥の方が高
く、入口側で低くなったために酸化膜厚に影響が現われ
たものと推定した。

しかし、予め第３図に示す如き温度分布を設定したのに
第４図の如き結果になる点を本発明者は徨種の実験を行
い原因を追求した結果、基板を並べたボートを炉芯管内
に挿入する際に基板やボートの熱吸収によシー時的に炉
の入口側の温度が低下することをつきとめた。即ち、予
め第３図に示す如く、炉芯管内の温度分布が一定に設定
されたとしても、炉芯管内にボートを挿入することが温
度分布をくずしてしまい、入口側の温度を低下させる結
果、第４図の如き酸化膜厚のムラとなって現れるもので
ある。

Ｓｉ基板を酸化する時間が長い場合には、炉の入口側の
温度がやがて回復するために形成される酸化膜の厚さは
炉の奥と入口とで大きな差は生じない。しかし、酸化時
間が短い場合には、炉の入口側の低下した温度が最初の
設定温度まで回復する前に酸化処理が終了してしまうこ
とから、炉の奥と入口側との酸化膜厚差が極めて大きく
なるものと考えられる。特に、基板が４インチから６イ
ンチ、８インチと大口径化するに伴い、基板の厚みが増
すこと、さらにボートも大型化することが熱吸収量を増
大させるために、上記した炉の入口側の温度低下をよ）
顕著に生ぜしめるものと考えられる。

以上の実験および検討から、炉芯管内の場所による酸化
膜厚のムラを小さくするには、基板を並べたボートを炉
内に入れたことによる炉の入口側の温度低下分を見込ん
で、予め炉の入口側の温度を高めに設定すれば良いと本
発明者は考えた。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する図でｐ）シ、図に於て曲線Ａ
、Ｂはボートや基板を炉内に入れる前に予め設定され得
る温度分布を示している。本発明になる熱処理方法は、
まず、予め炉の温度分布を炉の入口側の温度を高くシ、
温度分布カニ曲＆ｔＢとなるよって設定しておく。この
状態で基板を並べたボートを炉内に搬送し、所望の位置
に入れ終った時点で炉の温度分布をｌ線ＡＩＣなるよう
に設定し直す。ボートを入れ終った時点では炉の入口側
の温度が低下するため炉内の温度分布は曲線Ａに近い状
態になる。従って、以降面＃ＪＡの温度分布が維持され
、当該状態で所望熱処理した後にボートを炉外に引き出
し熱処理を終了する。

ボートを入れる前に入口側の温度を何度高く設定してお
くかはボートや基板の吸熱量あるいは炉の発熱体部の熱
容量、さらには熱処理する温度の高さに依存するため予
め実験を行う必要がある。

発明者の実験では３０〜５０℃で良い結果を得た。

なお、酸化膜厚の炉内場所によるムラは、大口径の熱処
理炉の場合に特に顕著でアシ、この原因として１つは前
記したボートのおしこみによる炉入口側の温度低下があ
げられるが、この他にも炉内の熱せられた気体が大量に
炉芯管入口から流出することがあげられる。この場合に
は、炉芯管の入口部に炉内の熱せられた気体の大量流出
を防止するためのキャップを設けることが効果がある。

第５図は当該キャップを具備した他の熱処理炉の構造を
示している。図に於て、第２図と同記号は同一機能を有
する物を示している。当該熱処理炉による本発明を適用
しての熱処理の手順は次の通シである。

まず、炉芯管キャップ５全取けけた状態で予め炉の温度
分布を第１図に曲線Ｂで示すように炉の入口側の温度を
高く設定しておく。次に、炉芯管キャップ５を取はずし
、基板を並べたボート３を炉の入口におき、炉芯管キャ
ップ５を再び取けける。次に炉芯管キャップ５に設けら
れた穴５１からおしこみ棒６を用いてボート３を炉芯管
内の所望の位置に搬送した後、炉の温度分布を第１図に
曲線Ａで示したようになるように設定し直す。以下、第
１図で説明した手順で熱処理を行う。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、予め熱処理炉の入口付近
の温度を高めておくことによシ、炉芯管の奥と入口側と
での酸化膜厚の差を例えば１００±５１と極めて小さく
することが出来た。また再現性も±３％におさめること
が出来た。

本発明になる手法を用いれば、従来に比べ膜厚差を約１
７６と大幅に改善することが出来、また、基板の並べら
れたボートを５分程度の短い時間で炉芯管内に搬送して
も酸化膜厚のムラを小さくおさえることが出来るため、
熱処理に要する総時間を短縮出来る効果も持っている。

さらに、炉芯管キャップを具備した熱処理炉に本発明を
適用することによシ、８インチウェハーにおいても酸化
膜厚のムラを例えば１００±ｓＸにすることが出来た。

以上述べたように１本発明を用いることによシ基板間の
酸化膜厚のムラを極めて小さく出来る。

また、酸化膜厚のムラが少いことは各基板に加わる総熱
量も同じと考えられることから、例えば不純物をイオン
打込みされた基板を熱処理する場合には拡散深さや層抵
抗のムラを少くする効果もある。

なお、上記説明では本発明を横型炉に適用した場合を例
にとυ説明したが、基板を上下方向に搬送する縦型炉に
対しても適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する熱処理炉の温度分
布図、第２図は熱処理炉の概略の断面構造図、第３図は
熱処理炉の温度分布を説明するだめの温度分布図、第４
図は熱処理炉で形成された酸化膜の厚さと炉内での位置
との関係を示すグラフ、第５図は他の熱処理炉の概略の
断面構造図である。 １・・・・・・炉芯管、２・・・・・・発熱体、３・・
・・・・ボート、４・・・・・・基板、５・・・・・・
炉芯管キャップ、６・・・・・・おしこみ棒。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 （奥ン　　　　が／）美力゛らの距★色　　　　（〉、
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉内の温度分布を一定とする第１の温度設定条件と半導
   体基板の並べられたボートの挿入による温度低下量を補
   正するべく前記第１の温度設定条件のうち炉の入口付近
   のみの温度を高めた第２の温度設定条件とに選択できる
   定温熱処理炉を用い、予め第２の温度設定条件に設定さ
   れた熱処理炉内に半導体基板の並べられたボートを挿入
   完了した時点で第１の温度設定条件に設定し直し、第１
   の温度設定条件で所望時間熱処理を行うことを特徴とし
   た熱処理方法。