JPS6360528B2

JPS6360528B2 -

Info

Publication number: JPS6360528B2
Application number: JP53159860A
Authority: JP
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1988-11-24
Also published as: JPS5590405A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はウエツト酸素生成装置及びそれを有す
る熱処理炉に関するものである。

半導体装置等の製造における半導体薄板（ウエ
ハ）の酸化・拡散プロセスにおいては、熱酸化膜
の生成や高精度のデポジシヨン濃度、拡散の深さ
を得るために、水素（H₂）、酸素（O₂）の直接反
応によるウエツト酸素生成法（バーンニング法）
が一般に採用されている。この種のウエツト酸素
生成法としては第１図に示すようにパイロジエニ
ツク用水素燃焼機構が知られている。すなわち、
炉の石英ガラスからなる炉心管（プロセスチユユ
ーブ）１の細い尾管２に石英ガラスからなる水素
供給管３を相互のすり合せ面を介して気密状態で
挿入して、炉心管１内に水素（H₂）を供給する
ようにする。また、尾管２と平行に炉心管１の閉
塞端に枝管４を作り、この枝管４を介して炉心管
１内に酸素（O₂）を供給する。また、炉心管１
の外周には均熱管やヒータ等からなるヒータ部５
が配設され、炉心管１内の処理室６を適宜な温度
に加熱している。そして、ウエハに酸化膜を形成
する場合には、所定の温度に加熱されている処理
室６内に図示しない熱処理治具等を用いてシリケ
ンウエハを入れ、その後、枝管４から酸素を処理
室６内に供給するとともに水素供給管３から処理
室６内に水素を入れる。処理室６内が所定温度に
達していることと、水素および酸素がそれぞれ所
定の比率で処理室６内に送られることから、水素
および酸素は爆発することなく燃焼（図中炎７を
示す）して水蒸気（図中点で示す。）となり、水
蒸気を含む酸素すなわちウエツト酸素を炉心管１
の中央方向に供給し、ウエハ表面に熱酸化
（SiO₂）膜を形成させることが行なわれている。

しかし、このような機構ではつぎのような欠点
がある。

(1) 細長い炉心管は一般に直列に並んだ３本のヒ
ータＡ，Ｂ，Ｃによつて温度制御され、第２図
に示すように、その中央部は一定の温度分布と
なる。また、一定の長さに亘つて一定の温度分
布となるようにするために、両端部に位置する
ヒータＡ，Ｃによつて、炉心管の両端部は中央
部に較べてわずかに温度が高くなるように制御
される。しかし、炉心管の閉塞端部で水素と酸
素を反応させて燃焼させると、炉心管の奥は第
２図の二点鎖線で示すように部分的に温度が上
り、炉心管内の均一な温度分布が損なわれ、酸
化膜の生成が不均一となる。なお、一般的には
中央のヒータＢは一定の温度を上下動するだけ
の役割しか果たさず、炉心管の両端の温度格差
を是正する作用はしない。

(2) 安全性あるいは適正に酸化膜生成が成されて
いるか否か等を確かめるために点火（燃焼）状
態を確認する必要があるが、燃焼は炉心管内で
行なわれ、炉心管は外側をヒータ部で取り囲ま
れていることから、点火（炎７）を確認するに
は炉心管の開口部から覗かねばならない。しか
し、炉心管内にはウエハが林立状態等で挿入さ
れているため、点火（燃焼）を確認できにくい
難点がある。

(3) 水素と酸素の混合比が変化したり、処理室の
温度が低くなつて爆発が生じた場合、炉心管は
石英ガラスで形作られているため粉粉に破壊し
て周辺に飛び散り、危険であるとともに、ウエ
ハやヒータ部を破損させる欠点がある。

(4) 特に拡散炉の場合などには、反応ガスを供給
するために、炉心管の閉塞端側には尾管以外に
新に枝管を設けるのが一般的である。しかしな
がら、上述したものでは、炉心管の構造が複雑
となり、製造コストが高くなる。また、炉心管
の一端には細くて折れ易い尾管、枝管が２つも
あることから取扱いも従来の尾管だけの炉心管
に較べて面倒である。

したがつて、本発明の目的は、処理室内の温度
分布を乱すことのないウエツト酸素生成装置を有
する熱処理炉を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、点火状態が確認し
易く、かつ安全性の高いものを提供することにあ
る。

さらに、本発明の他の目的は、最も一般的な単
純な構造である閉塞端側に尾管のみを有する炉心
管すなわち反応管を使用することのできるものを
提供することにある。

このような目的を達成するための本発明の要旨
は、 (a) 被処理体を挿入するための反応管と (b) 上記反応管のまわりに設置された熱処理のた
めのヒータ部と (c) 上記反応管とは別個に設けられ、酸素及び水
素の燃焼によりウエツト酸素雰囲気を生成しか
つ上記反応管内に上記ウエツト酸素雰囲気を供
給する酸水素反応室とを有し、前記酸水素反応室は前記反応管の尾管部に接続
され、かつ前記酸水素反応室は該反応室内の所定
個所まで延在する水素ガス導入用の水素供給管
と、前記反応室内に酸素を導入するための酸素供
給管と、前記水素供給管の先端近傍を加熱するた
めに前記水素供給管先端部に配置されるヒータと
を有することを特徴とする熱処理炉にある。以下
本発明を図に示す実施例を用いて具体的に説明す
る。

第３図は本発明の一実施例であるウエツト酸素
生成装置及びそれを有する拡散炉を示す略図であ
る。同図には石英ガラスからなる気密性の容器
（ボツクス）８が示されている。この容器８は拡
散炉のドーピングボツクス９内に収容される。ま
た、前記容器８は三層構造からなり、最内層ボツ
クス１０は不純物を発生したりせず、また高温に
も耐えられることのできるように石英ガラスから
なつている。また、最外層ボツクス１１は容器内
で爆発が起きても破損しない強度を有する金属容
器、たとえばステンレスからなつている。また、
最外層ボツクス１１と最内層ボツクス１０との間
には断熱効果を高めるために石英ウール等の断熱
材が入れられ、断熱層１２を形作つている。

前記最内層ボツクス１０にはその上面および側
部に複数のパイプ１３が一体的に取り付けられて
いる。すなわち、一側壁には水素ガスを容器８内
に導入する水素供給管１４および酸素ガスを容器
８内に導入する酸素供給管１５が設けられてい
る。水素供給管１４は最内層ボツクス１０を貫通
して容器内に延び、その先端は最内層ボツクス１
０の天井の中央の下方に突出している。また、容
器８内の水素供給管１４部分には螺旋形のヒータ
１６が巻き付られ、その両端は最内層ボツクス１
０，断熱層１２、最外層ボツクス１１を貫いて容
器外に延び、図示しない所定の電源部に接続され
ている。また、このヒータ１６は外側を石英ガラ
スで被われるとともに、最内層ボツクス１０には
石英ガラスを介して溶着され、挿入部の気密性が
保たれている。また、ヒータ１６の螺旋部１７の
上部は水素供給管１４の先端部のノズル部１８の
延長上に亘つて延び、ノズル部１８の周囲を加熱
するようになつている。

また、前記ノズル部１８に対面する最内層ボツ
クス１０の天井には導管１９が設けられ、ノズル
部１８から噴き出される水素ガスと容器内に充満
する酸素ガスとの燃焼反応によつて生じた水蒸気
（図示散点で示す。）を容器８の外に酸素と共に導
くようになつている。また、燃焼による炎２０の
温度を検出するために、熱電対端子２１が炎２０
の近傍にまで容器外から侵入している。この熱電
対端子２１は内端が閉塞した最内層ボツクス１０
から延びる石英ガラスからなる保護管２２で被わ
れている。また、容器８の下部側面には容器底に
溜つた水を抜く石英ガラスからなるドレーンパイ
プ２３が取り付けられている。このドレーンパイ
プ２３にはドレーンコツク２４が設けられてい
る。また、図示しないが、被処理体を処理するた
めの反応ガス供給管が容器８に設けられている。
さらに、容器８内で燃える炎２０を容器外から観
察できるように、最外層ボツクス１１および断熱
層１２は部分的に取り除かれて観察窓２５が作ら
れている。なお、この確察窓２５には最内層ボツ
クス１０が爆発した際保護板となる耐熱性の優れ
た透明保護板を取り付けておいてもよい。さら
に、前記最内層ボツクス１０、断熱層１２は最外
層ボツクス１１から順次取り外し可能な構造とな
つている。

一方、容器８から突出した導管１９は標準型の
炉心管２６の細い尾管２７にフツ素樹脂などから
なるチユーブからなる補助導管２８を介して連結
される。なお、連結部には一般公知のこの種パイ
プを連結するコネクタ２９がそれぞれ用いられ
る。また、コネクタ２９および補助導管２８の外
周にはリボンヒータ３０が巻き付けられ、補助導
管２８内を流れる水蒸気の水滴化を防止するとと
もに常に一定温度のウエツト酸素が炉心管に供給
されるようになつている。また、図中３１は炉心
管２６を加熱するヒータ部である。

つぎに、炉心管２６にウエツト酸素を供給する
作業について説明する。ヒータ１６によつて水素
供給管１４のノズル部１８の近傍を所定温度に加
熱するとともに、容器８内に酸素供給管１５から
酸素ガスを噴射させて酸素を充満させる。また、
ノズル部１８から水素ガスを噴射させる。なお、
水素ガスおよび酸素ガスの供給量は所定比となる
ように供給する。この結果、ノズル部１８から噴
射される水素は酸素と反応して燃焼し、水蒸気を
発生する。そして、容器８内の圧力が高いことも
あつて、容器内の水蒸気と酸素と（必要に応じて
拡散不純物などの反応ガスと）とは導管１９、補
助導管２８を通つて炉心管２６内に順次供給され
る。

このような実施例によれば、つぎのような効果
を奏する。

(1) 炉心管へ供給されるウエツト酸素はリボンヒ
ータによつて常に一定温度に維持されて炉心管
に供給される。このため、炉心管の温度分布は
安定するため、品質および信頼性の優れたウエ
ハ処理が行なえ、歩留も向上する。

(2) 燃焼状態は容器の観察窓から簡単に観察でき
ることから、炉心管に確実に水蒸気が送られて
いるか否かを確認できる。したがつて、水蒸気
が行なわれていない状態でウエハ処理を行なう
ことも避けられる。

(3) 容器内で爆発が生じても、容器の最外層ボツ
クスは耐圧性で強度が大きいことから、従来の
ように容器外に石英ガラスの破片が飛び散るこ
ともない。したがつて、安全である。また、従
来のようにウエハを飛散する石英ガラス片で破
損させることもないので、歩留の低下を引き起
こすこともない。さらに、飛散する石英ガラス
片でヒータ部を破壊させることもないので、熱
処理炉装置各部の寿命も長くなり、製品の処理
コストの軽減化にも繋がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の拡散炉の炉心管へウエツト酸素
を供給するウエツト酸素生成機構を示す一部断面
図、第２図は同じく炉心管における温度分布を示
す温度曲線図、第３図は本発明に係るウエツト酸
素生成装置を有する拡散炉を示す断面図である。１……炉心管、３……水素供給管、５……ヒー
タ部、６……処理室、７……炎、８……容器、１
０……最内層ボツクス、１１……最外層ボツク
ス、１２……断熱層、１４……水素供給管、１５
……酸素供給管、１６……ヒータ、１８……ノズ
ル部、１９……導管、２０……炎、２１……熱電
対端子、２５……観察窓、２６……炉心管、２７
……尾管、２８……補助導管、３０……リボンヒ
ータ、３１……ヒータ部。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 被処理体を挿入するための反応管と (b) 上記反応管のまわりに設置された熱処理のた
めのヒータ部と (c) 上記反応管とは別個に設けられ、酸素及び水
素の燃焼によりウエツト酸素雰囲気を生成しか
つ上記反応管内に上記ウエツト酸素雰囲気を供
給する酸水素反応室とを有し、前記酸水素反応室は前記反応管の尾管部に接続
され、かつ前記酸水素反応室は該反応室内の所定
個所まで延在する水素ガス導入用の水素供給管
と、前記反応室内に酸素を導入するための酸素供
給管と、前記水素供給管の先端近傍を加熱するた
めに前記水素供給管先端部に配置されるヒータと
を有することを特徴とする熱処理炉。