JPH08288232A

JPH08288232A - 半導体熱処理炉ガス制御治具

Info

Publication number: JPH08288232A
Application number: JP10896495A
Authority: JP
Inventors: Junichi Matsushita; 純一松下; Katsuhiro Chagi; 勝弘茶木; Atsushi Yoshikawa; 淳吉川
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体基板の熱処理炉内の配置の差異によら
ず、複数の基板を均一に処理でき、表面状態が良好で差
がなく均一に処理できるように処理ガスを均一に整流さ
せる半導体熱処理炉ガス制御治具の提供。【構成】複数の半導体基板をボートにセットして装入
して熱処理する熱処理炉の炉芯管内に、該炉芯管の処理
ガス導入口側端部に炉芯管と同心状で且つ炉芯管内壁と
所定の間隙を有して着脱自在に配設され、該半導体基板
より大径であって、該炉芯管内に導入される処理ガス流
を制御して均一な流れを保持して流通排気可能とするこ
とを特徴とする半導体熱処理炉ガス制御治具。前記炉心
管内壁との間隙が、該炉芯管内壁と外周部との間隙であ
って５〜１００ｍｍであり、且つ、前記炉芯管のガス導
入口と該ガス導入口に最も近接する先端部とが５〜１０
０ｍｍの距離を有することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体熱処理炉ガス制御
治具に関し、詳しくは、半導体熱処理炉内に配設して、
半導体基板を熱処理する際の処理ガスの流れを制御し、
効率的に半導体基板表面状態を良好に均一に熱処理でき
る半導体熱処理炉ガス制御治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンウエハ等の半導体基
板をボートなどにセットして炉心管内に装入し、処理ガ
スを導入して昇温加熱して熱処理をする方法が行われて
いる。これら熱処理のための熱処理炉としては、従来、
半導体基板を垂直に横方向に複数並列させる横型熱処理
炉が多く用いられ、一度に処理できる基板数を増やすた
めに、炉内にできるだけ長い均熱帯域長が得られるよう
に種々の工夫が提案されている。例えば、特開昭５４−
１１０４５８号公報には、横型の熱処理炉において、ガ
ス導入口側に石英ガラス製等のバッファを設け、導入さ
れるガスの流速を減じ、供給ガスを暖め緩やかな流れと
して炉内に供給するように構成とした熱処理炉が提案さ
れている。また、実開昭６２−１３４２３２号公報に
は、横型の熱処理炉で、ガス導入口側に複数の貫通孔を
有するバッファ板を設け、ガスの流れを制御する熱処理
炉が提案されている。近年、従来の横型熱処理炉に替わ
り、炉心管の一方が断熱材で包囲されているため、炉全
体のサイズに比して均熱域長を長くできる利点があり、
半導体基板を複数縦方向に水平に並列する縦型熱処理炉
が半導体基板の熱処理に用いられるようになっている。
縦型熱処理炉を用いた熱処理においては、従来、導入さ
れるガスが処理される基板に直接あたらないように、複
数のダミーウエハをボートにセットして熱処理を行って
いる（図２参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
縦型熱処理炉でダミーウエハを用いる方法では、導入さ
れた処理ガスがウエハボートの天板またはダミーウエハ
にぶつかるまでその流れは制御されることがなく、それ
らにぶつかった後も乱流となり、ガス導入管が接続され
た側の炉心管の隅部で渦を形成するなど均一な流れを得
ることが難しかった。そのため、ボートの上部にセット
されたウエハと下部にセットされたウエハとで表面粗さ
や拡散濃度などの面状態等が異なり、熱処理で均一的に
ウエハが得られないという問題点がある。また、炉芯管
に導入された処理ガスの流れが均一でないため、被処理
ウエハがセットされている部分まで処理ガスが下降した
場合も、同一の高さにおいて、例えばウエハの右側の流
速と、左側の流速が異なるなど、１枚のウエハの面内に
おいても面状態が異なり均質なウエハが得られない等の
問題もある。

【０００４】また、従来の横型熱処理炉における上記特
開昭５４−１１０４５８号公報で提案された複数孔を有
するバッファ板を設置する方法を、縦型熱処理炉に適用
した場合は、結局、中央部付近の孔から出たガスが、縦
型炉においてはボートの天板またはウエハにあたってし
まい、結局乱流を形成することになる。また、上記提案
の他の実施例にあるように、バッファ板の外周から均一
にガスを導出する場合は、ウエハが炉心管と同心に設置
されておらず、また、炉内でヒーターからの熱による対
流が生じ、ウエハの外周全域にわたって均一なガスの流
れを形成できない。更に、バッファ板がボートと離れた
位置に設置されるため、バッファ板を通過したガスは、
結局、端部に配置されたウエハ表面にぶつかり、乱流を
形成し、均一なガス流れを得ることが困難である。本発
明は、上記のような半導体基板の熱処理において、処理
ガスの流通の問題から、基板の熱処理が均一に行えない
という現状に鑑み、複数のウエハの面状態を均一に熱処
理することを目的とする。発明者らは、上記目的のた
め、横型及び縦型の双方の熱処理炉における熱処理ガス
の流通状態を鋭意検討した結果、所定のガス制御治具の
配設することにより炉内に均一なガス流通が得られるこ
とを見出し、本発明を完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
半導体基板をボートにセットして装入して熱処理する熱
処理炉の炉芯管内に、該炉芯管の処理ガス導入口側端部
に炉芯管と同心状で且つ炉芯管内壁と所定の間隙を有し
て着脱自在に配設され、該半導体基板より大径であっ
て、該炉芯管内に導入される処理ガス流を制御して均一
な流れを保持して流通排気可能とすることを特徴とする
半導体熱処理炉ガス制御治具が提供される。上記本発明
の半導体熱処理炉ガス制御治具において、前記炉心管内
壁と外周部との間隙が５〜１００ｍｍであり、前記炉芯
管のガス導入口と該ガス導入口に最も近接する先端部と
が５〜１００ｍｍの距離を有することが好ましい。ま
た、前記ガス制御治具の形状が、円盤、円筒体または皿
状であることが好ましく、また、そのガス制御治具が、
単一部材または２以上の部材の組合せで構成されること
が好ましい。更に、前記部材が、ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆さ
れたＳｉ−ＳｉＣ、Ｓｉまたは石英ガラスで形成されて
いることが好ましい。なお、本発明において、炉芯管内
の均一な流れとは、乱流や渦を生ずることなくほぼ層流
を保持して流通することをいう。

【０００６】

【作用】本発明は上記のように構成され、ガス制御治具
は、ボートにセットされる半導体基板より大径であり、
熱処理炉において処理ガス導入口側端部に、炉芯管と同
心状に、且つ、ガス制御治具外周と炉心管内壁との間隙
が所定となるように着脱自在に配設でき、処理ガスをそ
の間隙を介して流入させ得ることから、炉芯管内の内壁
全周に亘り均一なガス流することができ、即ち、ほぼ層
流状態を維持して炉芯管排出口に導くことができ、半導
体基板表面を均一に熱処理することができる。また、本
発明のガス制御治具は、処理ガスの炉芯管内へのガス導
入口と被熱処理半導体基板との中間に配設可能で、半導
体基板より大径であるため、整流されたガス流が再合流
して被処理半導体基板にぶつかることにより発生する乱
流を防止することができ、よりガス流の均一化を向上さ
せることができる。本発明の半導体基板熱処理ガス制御
治具は、円盤、円筒体、皿状の簡単な形状なものでよ
く、また、単一体でも２以上の部材を組合せてもよく、
従来から用いられている炉芯管内のウエハボート上また
はボート端部に容易に配設することができる。更に、ボ
ートの端部にセットされた基板であっても、中央部にセ
ットされた基板とほぼ同じガス条件で熱処理されるた
め、従来必要であったダミーウエハを省略することが可
能であり、熱処理炉を効率的に使用でき、生産性も向上
する。

【０００７】本発明において、炉芯管のガス導入口側端
部に配設するガス制御治具は、ボートにセットする被熱
処理半導体基板より大径であり、且つ、炉芯管内壁全周
と所定の間隙を有するように同心状に配設可能なもので
あればよい。通常、一般的な炉芯管の断面形状の円形に
合わせ円盤、円筒体、円柱体、皿状の形態のものを用い
ることができ、単一体でもよく、また、配設条件により
２以上の部材を組合せて配設することができる。炉芯管
内壁とガス制御治具外周部との間隙は、通常、５〜１０
０ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍである。間隙が上記
範囲内であれば、導入された処理ガスは、その全周に亘
り均一な間隙を通過して炉芯管内壁に沿って流下するた
め炉芯管全周に均一なガス流を形成させることができ
る。この場合、ガス制御治具は半導体基板より大径であ
り、処理ガスが半導体基板に直接ぶつかることがない。
また、本発明のガス制御治具は、ガス導入口側に配設さ
れ、その導入口との距離を処理ガス流が偏流しないよう
に所定の距離、好ましくは５〜１００ｍｍ、より好まし
く２０〜８０ｍｍとすることにより、処理ガスの流れを
偏らせることなく、均等に上記の炉芯管内壁とガス制御
治具とが形成する間隙方向に流通させることができる。

【０００８】上記のように半導体基板の熱処理炉の炉芯
管内に配設する本発明のガス制御治具は、基本的には半
導体を汚染する物質あるいはガスを放出せず、高温に耐
え、ある程度の強度を有する材料であれば、特に制限さ
れるものでない。好ましくは、ＳｉＣをＣＶＤ法によっ
て被覆したシリコン含浸ＳｉＣ（ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆Ｓ
ｉ−ＳｉＣ）、けい素（Ｓｉ）、石英ガラス等により形
成される。水素等の還元雰囲気中で熱処理を行うための
熱処理炉においては、ボートをＳｉ製にするとともに、
ガス制御治具もＳｉ系製とすることにより高品質のウエ
ハを製造することができ好ましい。また、ガス制御治具
を、直径０．１ｍｍ以上の気泡を１ｃｍ³ 当たり１００
０個以上含む石英ガラスや、相対密度３０％以下で、開
気孔を有するセラミックスで形成する場合は、ガスの整
流効果を得ることができ、ガス流量が全体にわたりほぼ
均一とすることができ好ましい。

【０００９】本発明のガス制御治具は、熱処理炉の縦
型、横型のいずれでも配設できる。縦型熱処理炉におい
ては、通常、上部に配置されるガス導入口の下方のボー
ト天板周囲より炉芯管内壁方向に周部を張り出す形態で
炉芯管と同心状に配設する。また、横型熱処理炉におい
ては、ガス導入口側に同様に、所定の距離を有し、且つ
ボートにセットされる半導体基板径より大径で、炉芯管
径と同心状にして炉芯管内壁全周と均一な間隙が形成さ
れるように、ボート端部を利用する等して配設すること
ができる。この場合も、処理ガスが横方向に均等に流通
し、各半導体基板表面が均一なガス流で処理され、均一
に熱処理された表面状態の基板を得ることができる。更
に、本発明のガス制御治具は、導入処理ガスを制御して
炉芯管全周域に導き、且つ均一な流れで流通させるた
め、炉芯管内の配置された位置によらず均一な処理ガス
が、各被処理半導体基板の外周部からほぼ均一に廻り込
み、半導体基板面内の表面粗さを均一な状態処理するこ
とができる。また、処理ガス中に含まれる不純物は、ガ
ス制御治具にトラップし、蓄積されるため、半導体基板
の不純物汚染低減効果もある。しかも、本発明のガス制
御治具は、必要に応じて交換可能であり、処理条件に応
じて最良のガス制御治具を適宜選択して用いることがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例によ
り制限されるものでない。図１は、本発明の半導体熱処
理炉ガス制御治具の一実施例を縦型熱処理炉に配設した
一例を示す断面説明図（ａ）及び平面説明図（ｂ）であ
る。図１において、複数の半導体ウエハ１がセットされ
たボート２が、炉心管３内に装入されている。ボート２
の上部にはＣＶＤ−ＳｉＣコートしたＳｉ−ＳｉＣ製の
肉厚の円筒体ガス制御治具４が、炉心管３とウエハ１と
同心状に載置されている。また、炉心管３の上部中央に
処理ガス導入口５が、下部には処理ガス排出口６が設け
られている。この場合、ガス制御治具４と炉心管３の全
内壁面とが所定の間隔（ｄ）を形成するように、また、
ガス制御治具４の上端平面と処理ガス導入口５下端部と
が、所定の距離（Ｈ）となるように、ガス制御治具４の
径と厚さを適宜選択して設定することができる

【００１１】実施例１全長８００ｍｍのＳｉ製ボートに、直径１５０ｍｍのシ
リコンウエハを８０枚セットし、ボート上部に外形２２
０ｍｍ、内径１８０ｍｍ、高さ３０ｍｍのＳｉ製円筒体
を配設し、次いで内径２５０ｍｍ、高さ１０００ｍｍの
石英ガラス製の上部中央部にガス導入口５を有する炉心
管に装入して、上記図１と同様に熱処理炉を構成した。
この場合の間隙（ｄ）は全周に亘って幅１５ｍｍであ
り、距離（Ｈ）は２５ｍｍであった。このようにした熱
処理において、処理ガスとして水素ガスを７．５リット
ル／分の流量で導入し１２００℃で６０分熱処理した。
処理されたウエハの表面粗さ状態（ヘイズレベル）を光
散乱測定装置を用いて測定した。その結果、ヘイズレベ
ルが平均して０．６〜０．８ｐｐｍであり、ガス制御治
具を配設しない０．９〜１．２ｐｐｍに比し、著しく表
面状態が良好となることが確認された。

【００１２】

【発明の効果】本発明のガス制御治具は、半導体基板の
熱処理炉に配設して用い、熱処理条件に応じて適宜選択
することにより、その全外周部と炉心管の内壁とを所定
の間隙で、且つ、ガス導入口とは所定の距離を保持する
ようにでき、処理ガスを炉芯管の全周域に均等に導き、
且つ、その間隙から内壁に沿って均一に流通させること
ができ、炉芯管内に配置された複数の各被処理半導体基
板の表面を均一に処理し、均一で良好な表面状態のウエ
ハを得ることができる、また、１枚のウエハ表面状態も
均等にすることができる。また、ダミーウエハを省略す
ることもできるため、炉の均熱長を有効に利用すること
が可能となり、ウエハの生産性向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体熱処理炉ガス制御治具の一実施
例を縦型熱処理炉に配設した一例を示す断面説明図
（ａ）及び平面説明図（ｂ）である。

【図２】従来の熱処理炉の一例の断面説明図である。

【符号の説明】

ｄガス制御治具と炉芯管内壁との間隙Ｈガス制御治具と処理ガス導入口との距離１ウエハ２ボート３炉芯管４ガス制御治具５処理ガス導入口６処理ガス排出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の半導体基板をボートにセットして
装入して熱処理する熱処理炉の炉芯管内に、該炉芯管の
処理ガス導入口側端部に炉芯管と同心状で且つ炉芯管内
壁と所定の間隙を有して着脱自在に配設され、該半導体
基板より大径であって、該炉芯管内に導入される処理ガ
ス流を制御して均一な流れを保持して流通排気可能とす
ることを特徴とする半導体熱処理炉ガス制御治具。
【請求項２】前記炉心管内壁との間隙が、該炉芯管内
壁と外周部との間隙であって５〜１００ｍｍであり、且
つ、前記炉芯管のガス導入口と該ガス導入口に最も近接
する先端部とが５〜１００ｍｍの距離を有する請求項１
記載の半導体熱処理炉ガス制御治具。
【請求項３】形状が、円盤、円筒体または皿状である
請求項１または２記載の半導体熱処理炉ガス制御治具。
【請求項４】単一部材または２以上の部材の組合せで
構成される請求項１、２または３記載の半導体熱処理炉
ガス制御治具。
【請求項５】前記部材が、ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆された
Ｓｉ−ＳｉＣ、Ｓｉまたは石英ガラスで形成されている
請求項１〜４のいずれか記載の半導体熱処理炉ガス制御
治具。