JPH0997766A

JPH0997766A - 横型熱処理装置

Info

Publication number: JPH0997766A
Application number: JP25163395A
Authority: JP
Inventors: Yuko Fukawa; 祐子府川; Kenji Fukui; 健次福井; Michihiro Takayama; 道寛高山; Katsuhiko Shirasawa; 勝彦白沢
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-04-08
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JP3359474B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理体における面間均一性又は面内均一性
が低下すると共に、大口径の半導体ウェハを効率よく熱
処理できないという問題があった。【解決手段】水平方向に設置された処理容器内のボー
ト上に被処理体を載置し、前記処理容器内に処理ガスを
導入しながら前記被処理体を熱処理する横型熱処理装置
において、前記処理容器内に、多数のガス噴出孔を有す
る処理ガス導入ノズルを前記処理容器の長さ方向に沿っ
て複数設けると共に、各処理ガス導入ノズル毎にガス流
量制御装置を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハ等に熱
処理を施す熱処理装置に関し、特に処理容器を水平方向
に設置した横型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び解決しようとする課題】半導体ウェハ
の表面に例えば酸化膜を形成したり、半導体ウェハ内に
不純物を拡散させる場合、熱処理装置が用いられる。こ
のような熱処理装置としては、半導体ウェハの搬入搬出
が容易で量産に適した横型熱処理装置と半導体ウェハの
回転が容易で大口径の半導体ウェハの処理に適した縦型
熱処理装置がある。

【０００３】このうち横型熱処理装置は、図３に示すよ
うに、石英製の処理容器２１を水平方向に設置したもの
である。処理容器２１の一方端にはガス導入口２１ａが
設けられ、他方端にはキャップ２２とこのキャップ２２
に形成された排気口２２ａが設けられている。また、処
理容器２１の外周部には、処理容器２１内を所定温度に
加熱するためのヒータ２３が設けられている。処理容器
２１内には、ボート２４が収容され、このボート２４上
に被処理体である半導体ウェハ２５などが起立して載置
されている。

【０００４】このような横型熱処理装置では、ヒータ２
３で加熱しながら、例えばＰＯＣｌ ₃などをガス導入口
２１ａ側からガス排気口２２ａ側へ流すことによって、
半導体ウェハ等の被処理体２５にリン（Ｐ）を拡散させ
るなどの熱処理を行うために用いる。

【０００５】ところが、この従来の横型熱処理装置で
は、被処理体２５におけるガス導入側とガス排気側にお
けるガス濃度の差が大きく、被処理体２５における熱処
理の面間均一性が悪いという問題があった。特に希薄処
理ガスを使用した場合に、下流側における処理ガスの回
り込みが悪く、全体にわたって良好な熱処理を行うこと
ができないという問題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、特開平
７−５８０４５号公報では、図４に示すように、被処理
体２５に対して斜め上方又は斜め下方に向けられた多数
のガス噴出孔２６ａを有する処理ガス導入ノズル２６
を、処理容器２１の長さ方向に沿って処理容器２１の側
部近傍に設けることが提案されている。

【０００７】ところが、この従来の横型熱処理装置で
は、処理容器２１の長さ方向に沿って多数のガス噴出孔
２６ａを有する処理ガス導入ノズル２６を設けているも
のの、この処理ガス導入ノズル２６は、処理容器２１の
側部近傍に一本しか設けていないことから、被処理体２
５における熱処理装置の面内均一性がかえって悪くなる
という問題があった。

【０００８】すなわち、この種の熱処理装置において
は、被処理体２５の面間均一性および面内均一性の双方
が良好なものであることが要求されるが、上述のように
処理容器２１の長さ方向に沿って処理ガス導入ノズル２
６を設けたとしても、面内均一性しか向上せず、ガス噴
出孔２６ａ近傍におけるガス流れの乱れによって面内均
一性は却って悪くなる。特に被処理体２５が大口径のウ
ェハになるとこの傾向は顕著になる。

【０００９】本発明は、このような従来装置の問題点に
鑑みて発明されたものであり、被処理体における面間均
一性又は面内均一性が低下することを解消した熱処理装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る横型熱処理装置では、水平方向に設置
された処理容器内のボート上に被処理体を載置し、前記
処理容器内に処理ガスを導入しながら前記被処理体を熱
処理する横型熱処理装置において、前記処理容器内に、
多数のガス噴出孔を有する処理ガス導入ノズルを前記処
理容器の長さ方向に沿って複数設けると共に、各処理ガ
ス導入ノズル毎にガス流量制御装置を設けた。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る横型熱処理装
置の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１
は、本発明に係る横型熱処理装置の一実施形態を示す図
であり、同図（ａ）は処理容器の長さ方向における断面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、
１は処理容器、２はヒータ、３は処理ガス導入ノズル、
３ｇはガス噴出孔、４はボート、５は被処理体である。

【００１２】処理容器１は、例えば石英などから成る耐
熱材料で形成されており、一端部が閉塞されて他端部が
開放された円筒状に形成されている。この処理容器１は
水平方向に横置きされる。この処理容器１内には、石英
から成るボート４が収容されており、このボート４上に
は半導体ウェハなどの被処理体５が多数枚起立して載置
されている。上記処理容器１の外周には、ヒータ２が処
理容器１と同軸上に設けられており、処理容器１内の全
体を加熱するように構成されている。

【００１３】上記処理容器１の開放端は、例えば石英な
どから成るキャップ７で閉塞され、このキャップ７には
ガス排気孔７ａが設けられている。また上記処理容器１
には、閉塞端を貫通して複数のガス導入ノズル（３ａ〜
３ｆ）が設けられている。図１に示す例では、処理容器
１内の上下部分に各１本（３ａ、３ｄ）、下方側部に２
本（３ｃ、３ｅ）、上方側部に２本（３ｂ、３ｆ）の計
６本が設けられている。また、各ガス導入ノズル３（３
ａ〜３ｆ）には、多数のガス噴出孔３ｇが設けられてい
ると共に、それぞれの処理ガス導入ノズル３には、ガス
発生源８からガスが供給される。この処理ガス導入ノズ
ル３の直径は約１０ｍｍに設定されると共に、ガス噴出
孔３ｇのピッチは被処理体５の配列ピッチと略同一にな
るように設定することが望ましい。

【００１４】図２に図１中のガス発生源を示す。このガ
ス発生源８は、窒素（Ｎ₂）ガス源９、酸素（Ｏ₂）ガ
ス源１０、バブリング槽１１で主として構成される。窒
素ガス源９部分にはマスフローコントローラ１２と電磁
バルブ１５が設けられ、酸素ガス源１０部分にはマスフ
ローコントローラ１３と電磁バルブ１６が設けられる。
また窒素ガス源９とバブリング槽１１間には、マスフロ
ーコントローラ１４と電磁弁１７が設けられる。バブリ
ング槽１１と処理ガス導入ノズル３との間には、電磁バ
ルブ１８、２１が設けられる。マスフローコントローラ
１４と電磁バルブ１７の間から分岐して電磁バルブ１９
が設けられ、電磁バルブ１８と電磁バルブ２１との間か
ら分岐して電磁バルブ２０が設けられる。さらに、バブ
リング槽１１には、恒温維持装置２２が設けられる。マ
スフローコントローラ１２、１３、１４で流量制御装置
６が構成される。なお、マスフローコントローラ１２、
１３、１４に代えて、流量計を用いてもよい。

【００１５】このようなガス発生源では、電磁バルブ１
９、２０以外の全ての電磁バルブを開き、バブリング槽
１１に例えば液体のＰＯＣｌ₃を導入して、マスフロー
コントローラ１２、１３、１４を開く。すると窒素ガス
および酸素ガスは直接処理ガス導入ノズル３に送られる
と共に、一部の窒素ガスはバブリング装置１１に送られ
て液体のＰＯＣｌ₃をバブリングして気体のＰＯＣｌ₃
が処理ガス導入ノズル３に送られることになる。この場
合、マスフローコントローラ１２、１３、１４で窒素ガ
ス９および酸素ガス１０の流量を調整できることから、
処理ガス導入ノズル３からのガス噴出量を調整できる。

【００１６】図１に示すように、処理ガス導入ノズル３
を処理容器１内に挿入して設けると、処理容器１内の長
さ方向におけるガス濃度差を抑制でき、面間分布の均一
性が図れるばかりでなく、本発明ではそれぞれの処理ガ
ス導入ノズル３にガス流量制御装置８を設けていること
から、それぞれの処理ガス導入ノズル３に供給されるガ
ス流量を調整しながら処理容器１にガスを導入すること
ができ、被処理体５における面内分布の均一性も向上さ
せることができる。

【００１７】上述のように構成した熱処理装置の動作を
説明する。まず、処理容器１のキャップ７を取り外し
て、被処理体５を処理容器１内に搬入した後に、キャッ
プ７で覆蓋する。次に、ヒータ２を駆動することによっ
て、処理容器１内を所定の温度、例えば９００℃になる
まで加熱して安定させる。次に、処理容器１内に処理ガ
ス導入ノズル３から処理ガスを導入しつつ、常圧で熱処
理、例えばリン拡散を行う。

【００１８】ここで処理ガスを発生させるためには、ガ
ス発生源８のバブリング槽１１内に貯めた液体ＰＯＣｌ
₃を加熱しつつ窒素ガスによりバブリングしてＰＯＣｌ
₃を気化させて、ガス導入ノズル３へ供給される。この
気化したＰＯＣｌ₃はガス導入ノズル３内を流れなが
ら、各ガス噴出孔３ａから噴出される。

【００１９】例えば半導体ウェハにリンを拡散させる場
合、液体ＰＯＣｌ₃を窒素ガスでバブリングして窒素ガ
ス及び酸素ガスと共に流し、ボロンを拡散する場合には
液体のＢＢｒ₃上に窒素ガスを流して窒素ガス及び酸素
ガスと共に処理容器１内へ流す。この場合、ＰＯＣｌ₃
やＢＢｒ₃は比重が大きく、処理容器１の下側に溜まり
やすくなる。これによって、半導体ウェハ内の面内に拡
散の不均一性が発生するが、本発明では複数のガス導入
ノズルごとにガス流量やガス濃度を変えることができ、
比重の大きいガスが処理容器１の下側に溜まることを防
止できる。

【００２０】また、半導体ウェハ内へリンを拡散する場
合、通常、処理容器１内に窒素ガスを流す前処理、液体
ＰＯＣｌ₃を窒素ガスでバブリングして窒素ガス及び酸
素ガスと共に処理容器１に流す拡散処理、及び処理容器
１内に窒素ガスを流す後処理の順番で行われる。前処理
から拡散処理に切り替わるとき、従来の処理容器１であ
ると処理容器１の下側からＰＯＣｌ₃を含んだガスが溜
まる。また拡散処理から後処理へ切り替わる場合はＰＯ
Ｃｌ₃を含んだガスが処理容器１の下側に残る。そこ
で、前処理から拡散処理へ切り替わるときには、処理容
器１の上部にあるものから順に、また拡散処理から後処
理へ切り替わるときには、下部にあるものから順に切り
換えればこの面内均一性を向上させることができる。

【００２１】また、ノズルに形成したガス噴出孔３ａの
向きを調整することによってガス流れをつくり、縦型炉
で半導体ウェハを回転させるのと同様の効果が得られる
と共に、各々の処理ガス導入ノズル３ごとにガス噴出孔
３ｇの位置と吸気と排気を切り換え可能にしておけば処
理容器１内のガスの流れを自由に作ることが可能にな
る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る横型熱処理
装置によれば、処理容器内に多数のガス噴出孔を有する
処理ガス導入ノズルを前記処理容器の長さ方向に沿って
複数設けると共に、各処理ガス導入ノズル毎に処理ガス
の流量制御装置を設けたことから、被処理体における面
間均一性および面内均一性の双方を向上させることがで
きると共に、大口径の被処理体でも面内均一性を向上さ
せることができ、縦型炉と横型炉の双方の特徴を具備し
た横型熱処理装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る横型熱処理装置の一実施形態を示
す図であり、同図（ａ）は長さ方向における断面図、同
図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】本発明に係る横型熱処理装置のガス発生源部分
を示す図である。

【図３】従来の横型熱処理装置を示す図である。

【図４】従来の他の横型熱処理装置を示す図である。

【符号の説明】

１・・・処理容器、２・・・ヒータ、３・・・処理ガス
導入ノズル、３ａ・・・ガス噴出孔、４・・・ボート、
５・・・被処理体、６・・・ガス流量制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白沢勝彦滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６京セラ株式会社滋賀工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向に設置された処理容器内のボー
ト上に被処理体を載置し、前記処理容器内に処理ガスを
導入しながら前記被処理体を熱処理する横型熱処理装置
において、前記処理容器内に、多数のガス噴出孔を有す
る処理ガス導入ノズルを前記処理容器の長さ方向に沿っ
て複数設けると共に、各処理ガス導入ノズル毎にガス流
量制御装置を設けたことを特徴とする横型熱処理装置。