JPH0582040U

JPH0582040U - 半導体熱処理用装置

Info

Publication number: JPH0582040U
Application number: JP2284592U
Authority: JP
Inventors: 祐子伊東; 芳明佐野; 和之 ▲猪▼口
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1993-11-05
Anticipated expiration: 2007-04-10
Also published as: JP2581093Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】良質の薄膜形成や良質な結晶成長に有効な装
置を提供する。【構成】熱処理用装置の構成は、半導体素子を形成に
用いるガスを熱分解する熱分解部１０、半導体素子を形
成するための被熱処理体を熱処理する処理部１２、熱分
解部と処理部を連通させる連通部１４を具えている。連
通部１４は、熱処理部１０および処理部１２をそれぞれ
独立して温度制御できるガスの流路断面積および流路長
とを有する細管と、この細管の周りを覆う太管と、細管
と太管との間に真空室を具えおり、真空室には耐熱材料
が充填されている。連通部１４がこのような構造を有し
ているため、熱分解部の炉管および処理部の炉管内温度
を独立に温度制御できる。また、連通部を流れるガスの
温度低下が少なく、二重構造のため機械的強度も大きい
ため、ＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法に適用するならば、良質
の薄膜形成や良質な結晶成長を行える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、半導体素子の製造に用いる半導体熱処理用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体素子の製造工程の中で、絶縁膜形成および配線金属の成膜に化学気相成長法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、略してＣＶＤ法と呼ぶ。）が一般的に実用化されている。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの化合物半導体の結晶成長工程には、有機金属化学気相成長法（ＭｅｔａｌーＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、略してＭＯＣＶＤ法と呼ぶ。）が実用化されている。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などのイオン注入後の活性化熱処理に砒素圧を印加する方法がある。これらの方法では、モノシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、およびアルシン（ＡｓＨ₃）などの反応性ガスを熱分解して半導体素子の形成に必要なガスまたは反応生成物を得る。ここで、この反応性ガスを熱分解する部分を熱分解部と呼ぶ。熱分解部と半導体形成のために被処理体である半導体素子の処理を行う部分（以下、処理部と呼ぶ。）は同一の反応炉内であることが多い。この時、処理部温度の制御性及び熱分解反応の制御性が半導体素子の性能を左右する要因となる。

【０００３】半導体素子の形成に必要なガスの供給方法として、砒素（Ａｓ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）などの固体の加熱による蒸発を用いることもある。ここでは、Ａｓ（砒素）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）などの固体を固体ソースと呼び、固体ソースの蒸発を行う部分を熱分解部と呼ぶ。固体ソースの蒸発を行う熱分解部の温度の制御性も半導体素子の性能を左右する要因となるが、熱分解部と処理部は同一の反応炉であることが多い。

【０００４】処理部にガスを供給する前段にキャリアガス加熱部を独立に設けたものとしては、特開平３ー１２５４３３に開示されているものがある。しかし、この加熱部は、処理部の温度勾配を低減するためキャリアガスを予備的に加熱することが目的であって、反応性ガスの熱分解や固体ソースの蒸発についての要件は何ら記載されていない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように、従来の熱処理用装置の構造は、半導体素子の形成のために用いるガスを得るための熱分解部と被処理体の熱処理を行う処理部とが一体化しているため各々の温度を独立に制御させることができないという問題点があった。この考案の目的は、半導体素子の形成のために用いるガスを得るための熱分解部に要する温度制御と半導体素子の形成のための被処理体の熱処理を行う処理部に要する温度制御とを独立に行うことができる半導体熱処理用装置を提供することにある。

【０００６】ガス形成のための熱処理部と半導体素子形成のための処理部とを接続する連通部でこれを流れるガスの温度低下をできるだけ抑制した半導体熱処理用装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この目的の達成を図るため、この考案の半導体熱処理用装置の構造によれば、次のような特徴を有している。半導体素子の形成に用いるガスを熱分解または固体ソースの加熱により形成し、かつ、この半導体素子を形成するために被熱処理体を処理温度に保持できる熱処理用の炉において、熱処理用装置は、ガスを得るための熱分解部と被処理体を熱処理するための処理部と熱分解部および処理部を連通させる連通部を具えている。連通部は、熱分解部および処理部をそれそれ独立して温度制御できるガスの流路断面積および流路長を有しており、連通部の外周囲に真空室を具えていることを特徴とする。

【０００８】また、この考案の実施にあたり、好ましくは、連通部の真空室に、耐熱材料を封入してあるのが良い。また、この考案の好適実施例においては、半導体熱処理用装置を縦型とし、熱分解部を処理部の上部に設置し、熱分解部へのガス導入を熱分解部の下方にある連通部の真空室を通して行うのが良い。

【０００９】

【作用】

この考案の構成によれば、半導体熱処理用装置は熱分解部と処理部が各々独立しているため、各炉内を別々に温度制御できる。熱分解部と処理部との間の接続を行っている連結部の外周囲に真空室を具えており、また、この真空室は所要に応じ耐熱性を有する材料が充填されている。このため、後述する実験データからも理解できるように接続部の温度低下が少ないことから熱分解部おいて形成した原子ガスの接続部における析出がない。

【００１０】また、縦型半導体熱処理用装置の構造では、ガス供給管を熱分解部の下部に取りつけたことから、ガス導入部を上部に取りつけた従来の構造よりも熱分解部の放熱が少なく、熱分解部の温度を均一に制御できる。

【００１１】また、この考案によれば、連通部が二重構造になっているため耐強度性の増大にもつながる。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案の半導体熱処理用装置の実施例の構造について説明する。しかしながら、説明に用いる各図は、これらの発明が理解できる程度に、各構成の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにすぎない。なお、この実施例では、反応ガス供給制御部、排ガス処理装置の他、ガス、温度、および圧力をコントロールする装置については、直接この考案の説明に供するものでないためこれらの図示と説明とを省略してある。

【００１３】このような熱分解部と処理部とを分離独立した型の半導体熱処理用装置に必要な条件は、熱分解部から処理部に到達するまでの部分で温度低下が小さいこと。熱分解部の温度を一定に保つことができ、かつ、温度分布が均一であること。処理部の被処理体を設置した部分の温度を均一に保つことができ、かつ、分布が均一であることなどである。このうち条件は、熱分解または固体ソースの蒸発の制御性を左右する重要な要素である。また、条件を満足するために反応炉を縦型にする場合が多い。また、は、熱分解によって形成した原子ガスが温度の低下によって固体として析出することを回避するために必要な条件であり、また、を満足するためには、熱分解部と処理部を接近させて設置する方法が採用されている。

【００１４】〈第１実施例〉先ず、第１実施例として、図１に半導体熱処理用装置の断面図を示している。この考案の半導体熱処理用装置は、半導体素子の形成に用いるガスを熱分解するための熱分解部１０、処理部１２およびこれら熱分解部１０と処理部１２とを結ぶ連通部（接続部とも称する。）１４を具えている（図１）。また、熱分解部１０、処理部１２、連通部１４は炉管でつながっており、炉管の材質は、例えば石英を使用する。また、熱分解部１０はその外周囲に個別のヒータ１６を具えており、一方、処理部１２は、その外周囲に個別のヒータ１７を具えている。これらヒ−タ１６および１７によって熱分解部１０および処理部１２を各々独立に加熱する。

【００１５】次に、図２の（Ａ）に、連結部１４の部分のみを拡大した断面図を示す。図２の（Ａ）から理解できるように、連通部１４は、熱分解部１０と処理部１２を結ぶ細管２０が通り、細管２０内をガスが通過する構造になっている。図２の（Ｂ）にＩーＩ線の断面図を示す。この連通部１４は、ガスが流れる通路になっており、熱分解部１０内および処理部１２内における温度制御を独立して行い得るよう設計されている。例えば、この細管の内径寸法は、０．６ｃｍおよび外径寸法を１．０ｃｍとする。また、この細管２０の長さＬを、例えば、２０ｃｍとする。

【００１６】次に、細管２０の周囲を覆うやや太い太管２１は、例えば内径３．６ｃｍ、外径４．０ｃｍとする。また、細管２０と太管２１の間には、真空室（真空封止部とも称する。）２４を設けてあり、所要に応じてこの真空２４内には断熱材料、例えば、石英ウールの材料を充填する。また、容積としては、例えば、熱分解部１０を約０．２リットル（直径６．４ｃｍ、高さ６ｃｍ）および処理部１２を約１０リットル（直径１５ｃｍ、高さ５７ｃｍ）とするのが好適である。ただし、上述した寸法および容積は一例であって何らこの考案を特定するものではなく、この考案を達成し得る寸法及び容積であれば他の値であってもよい。

【００１７】次に、熱処理部１０と処理部１２の独立性について説明をする。図３は、熱分解部の温度と処理部部の温度を測定した実験データを示している。尚、この考案の実施例では、ガスとして窒素ガスを用い、ガス流量は１リットル／分、室温は２０℃の条件で行っている。また、炉内の実測温度は熱分解部１０および処理部１２のそれぞれの室内のほぼ中央付近で測定を行っている。ヒータ温度は熱処理部ヒータ１６と処理部ヒータ１７の温度を測定している。図３からも理解できるように、熱分解部１０を室温（２０℃）から８００℃に昇温すると、処理部１２の炉管内温度が１０数度高くなる（実測値では１５．６℃）。しかし、処理部１２の目標温度を１００℃以上に設定すれば図３からも理解できるように、熱分解部１０の温度になんら影響されずに処理部１２内温度を一定に独立制御できる。熱分解部を８００℃に保持している場合、処理部１２のヒータ１７の温度を９６．０℃にセットしておけば処理部１２の目標温度１００℃が達成できる。一方、熱分解部１０の炉管温度は、目標温度を８００℃に設定すれば処理部１２を室温から８００℃に昇温した場合でも何ら影響されることなく一定に独立して保持できる。

【００１８】次に、接続部すなわち連通部１４における温度低下について説明する。この考案によれば、熱分解部１０および処理部１２を結ぶ連通部１４は、材料に石英を用いているため耐熱性にすぐれており、また、反応性ガスの流れる細管２０の周囲は真空２４であるため、熱伝導率はきわめて小さくなる。また、細管２０と太管２１の間に所要に応じて充填された石英ウール（図示せず）が連通部１４の輻射熱による放熱を防止する作用をする。また、連通部１４の細管内径が０．６ｃｍと十分細く、１リットル／分で窒素ガスを流した場合、ガス流速に換算すると５９ｃｍ／秒（１０００／６０πｒ²式から導かれる。）と速く、接続部の長さ２０ｃｍの細管を０．４秒以下（計算値では約０．３４秒）で通過する。従って、連通部１４における温度低下は実質的に無視できる。

【００１９】次に、連通部１４の機械的強度について説明する。細管２０の外径は１ｃｍのものが４ｃｍになったため機械的強度は大きくなり熱処理用装置内の炉管の交換、または、洗浄の際に破損しにくいという利点がある。

【００２０】〈第２実施例〉次に、縦型の半導体熱処理用装置の実施例について説明する。図４は、この考案の説明に供する半導体熱処理用装置の断面図を概略的に示している。図４から理解できるように、熱分解部１０は、半導体素子形成のための処理部１２の上部に位置しており、それぞれの部分は連通部１４によって接続されている。そして、この連通部１４にガス導入口を設けてある。図示例では、このガス導入口の管１８は、連通部１４の細管２０の空間を通り、熱分解部１０と連通した構造になっている。また、熱分解部１０、処理部１２、連通部１４は、炉管によってつながっている。この炉管の材質は、例えば石英とする。次に、熱分解部１０と処理部１２は、各々加熱ヒータ１６および１７でそれぞれ覆われており、それぞれの炉内温度を独立に制御できるようになっている。ガス導入口を形成している管１８から流入したガスは、熱分解部１０に送られ、ここで高温に加熱され熱分解された後、連通部の細管２０を通って処理部１２に達し、その後ガスは、処理部１２の下部から排気される。この時、ガス導入管１８は熱分解部１０の下部に接続されているため従来の熱処理炉に比べて上部から逃げやすかった熱の放出が抑制できる。また、この考案の構造によれば、第１実施例の場合と同様に、ガス導入管１８および連通部１４の細管２０を太管２１で覆い、ガス導入管１８、細管２０および太管２１の間は真空室２４となるように真空封止されている。また、所要に応じてこの真空内には、耐熱材料を充填する。このような縦型の半導体熱処理用装置においては、第１実施例と同様に細管２０内と太管２１外の間の熱伝導率は小さく、熱輻射による放熱も少ない。また、熱分解部１０で加熱された高温のガスが流れる細管２０とガス導入管１８が隣接しているにもかかわらず、細管２０とガス導入管１８の間は真空になっているため熱伝導率が小さく、従って、連通部１４での温度低下は抑制できる。上述したのは、反応性ガスを用いた半導体熱処理用装置の場合であるが、熱分解部１０で砒素（Ａｓ）などの固体ソ−スを蒸発させる型の熱処理炉においても同様の効果が得られる。この場合、固体ソースの熱分解部１０への充填はガス導入管１８を通して行われるため固体ソースの追加補充のために炉心管を装置からはずす必要はない。また、第１実施例と同様に熱分解部１０と素子処理部１２は接続部が二重構造のため機械的強度が増大することにもなる。尚、上述した実施例では、細管の管径を０．６ｃｍとしたが、好ましくは０．３ｃｍ〜２．０ｃｍ程度の範囲内の適当な値とするのが良い。また、この管径は、ガスの流量長との関係で設計に応じて任意に定めれば良い。

【００２１】

【発明の効果】

上述した説明からも理解できるように、この考案の半導体熱処理用装置の構造によれば、熱分解部と処理部の各々独立したヒーターを具えた炉管で構成され、熱分解部の炉管から処理部の炉管へのガス流路は十分細い管であるので、炉管内温度が独立に制御でき、従って、各部の温度制御性は高い。また、接続部を流れるガスの温度低下が少ないため、熱分解部において形成した原子ガスの接続部における析出がない。

【００２２】また、縦型半導体熱処理用装置の構造では、ガス導入管を熱分解部の下部にとりつけたことから、ガス導入管を上部に取りつけた従来の構造よりも熱分解部のガス導入部からの放熱が少なく、熱分解部の温度をより均一にできる。この構造でも、接続部を流れるガスの温度低下は少ない。また、連通部は二重構造になっているため機械的強度が大きいことが期待できる。

【００２３】このような構造を備えた半導体熱処理用装置をＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法に適用するならば、良質の薄膜形成や良質の結晶成長に有効な装置を提供できる。また、半導体基板のイオン注入後の活性化熱処理に用いるならば、被処理体の温度分布を均一に保ちながら最適な砒素圧を安定に供給でき、優れた活性化熱処理を実現する装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案に供する半導体熱処理用装置の断面図
である。

【図２】（Ａ）は図１の連通部を説明するための拡大図
であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【図３】各部炉管内の温度分布を示すデータである。

【図４】この考案に供する縦型半導体熱処理用装置の断
面図である。

【図５】従来の反応炉を説明する図である。

【符号の説明】

１０：熱分解部１２：処理部１４：連通部（接続部）１６：熱分解部のヒータ１７：処理部のヒータ１８：ガス導入口１９：ガス排出口２０：細管２１：太管２２：ガス流路２４：真空室

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】削除

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の形成に用いるガスを反応性
ガスの熱分解または固体の加熱により形成し、かつ、こ
の半導体素子を形成するために被熱処理体を処理温度に
保持できる半導体熱処理用装置において、該熱処理用装置は、前記ガスを得るための熱分解部と前
記被処理体を熱処理するための処理部と該熱分解部およ
び処理部を連通させる連通部を具えており、該連通部
は、前記熱分解部および処理部をそれぞれ独立して温度
制御できる前記ガスの流路断面積および流路長を有して
おり、該連通部の外周囲に真空室を具えていることを特
徴とする半導体熱処理用装置。
【請求項２】請求項１に記載の真空室に、耐熱材料を
封入してあることを特徴とする半導体熱処理用装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体熱処理用装置を
縦型とし、該熱分解部を該処理部の上方に設置し、該熱
分解部の下方から該熱分解部にガスを導入する導入管を
具えており、該導入管のうち該熱分解部に隣接した部分
と該連通部の外周囲に真空室を具えていることを特徴と
する半導体熱処理用装置。
【請求項４】請求項３に記載の真空室に、耐熱材料を
封入してあることを特徴とする半導体熱処理用装置。