JPS60122799A

JPS60122799A - 半導体ウエハの熱処理方法

Info

Publication number: JPS60122799A
Application number: JP10458184A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Sasaki; 保佐々木; Masamoto Akeyama; 明山　正元
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1985-07-01
Also published as: JPH0372599B2

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】本発明はウェット酸素雰囲気中での酸化処理または拡散
処理を行なう技術に関するものである。

たとえば、熱処理技術に関してはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　（Ｊ、　Ａ
１１ｉｓｏｎ著）の４８頁〜５０頁に紹介されている。

半導体装置等の製造圧おける半導体薄板（ウェハ）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
のデポジション濃度、拡散の深さを得るために、水素（
Ｈ２）、酸素（０，）の直接反応によるウェット酸素生
成法（）ぐ−ンニング法）が一般に採用されている。こ
の種のウェット酸素生成法としては第１図に示すように
ノくイロジェ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（プロセスチュ
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内忙水素（Ｈ２）を供給するようにする。また１
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（０２）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、ウェ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コンウェハを入れ、
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かも処理室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
む酸素すなわちウェット酸素を炉心管１の中央方向に供
給し、ウエノ・表面に熱酸化（Ｓｔ、、）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によって温度制御され、第２図で示すように
、その中央部は一定の温度分布となる。

また、一定の長さに亘って一定の温度分布となるように
するために１両端部に位置するヒータＡ９Ｃによって、
炉心管の両端部は中央部処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５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、炉心管内にはウェ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
が低くなっ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、ウェ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。

したがって、本発明の目的は、処理室内の温度分布を乱
すことのないウェット酸素中での熱処理技術を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は１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。

このような目的を達成するために本発明は１反応管の外
部で酸素および水素を燃焼させることにより、ウェハ等
への悪影響を除去することのできる熱処理方法にある。

第３図は本発明の一実施例で使用するウェット酸素生成
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（ボックス）８が示
されている。この容器８は拡散炉のドーピングボックス
９内に収容される。

また、前記容器８は三層構造からなり、最内層ボックス
１０は不純物を発生したすせず、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っている。また
、最外層ボックス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
っている。また。

最外層ボックス１１と最内層ボックス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を形作っている。

前記最内層ボックス１０にはその上面および側部に複数
のバイブ１３が一体的に取り付けられている。すなわち
、−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１
５が設けられている。

水素供給管１４は最内層ボックス１０を貫通して容器内
に延び、その先端は最内層ボックス１０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が巻き付けられ、その両端
は最内層ボックス１０゜断熱層１２．最外層ボックス１
１を貫いて容器外に延び１図示しない所定の電源部に接
続さねて（・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、最内層ボックス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。抜だ、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の延長上に亘って延び、ノ
ズル部１８の周囲を加熱するようになっている。

また、前記ノズル部１８に対面する最内層ボックス１０
の天井釦は導管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
反応によって生じた水蒸気（図中散点で示す。）を容器
８の外に酸素と共に導くようになっている。また、燃焼
圧よる炎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ックス１０かも
延びる石英ガラスからなる保睡管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った水を抜く石
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にはドレーンコック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一最外層
ボックス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、この観察窓２５には
最内層ボックス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、
前記最内層ボックス１０．断熱層１２は最外層ボックス
１１から順次取り外しが可能な構造となっている。

一方、容器８から突出した導管１９は標準型の炉心管２
６の細い尾管２７にフッ素樹脂などからなるチューブか
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埋１＼０イブを連結するコネクタ２
９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ェ
ット酸素が炉心管に供給されるようになっている。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にウェット酸素を供給する作業につ
いて説明する。ヒータ１６によって水素供給管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内忙酸素供給管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って、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を通って炉心
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ェット酸素はリボンヒータ
によっ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ェハ処理が行なえ１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ねているか否かを
確認できる。したがって、水蒸気が行なわれていない状
態でウエノ・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、容器の最外層ボックス
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。したがって
、安全である。また、従来のようにウェハな飛散する石
英ガラス片で破損させるコトモナいので１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。

（４）炉心管は尾管な有する標準品を使用することがで
きることから、設備費も安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の拡散炉の炉心管へウェット酸素を供給す
るウェッ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な示す温度曲線図、第３図
は本発明に使用するウェット酸素生成装置及びそれを有
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、１０・・
・最内層ボックス％　１１・・・最外層ボックス、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、２
０・・・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。、／− 代理人　弁理士　高　橋　明　夫　（；＼−９

Claims

【特許請求の範囲】

１、半導体ウニ・・をウェット酸素雰囲気中で熱処理す
るにあたり、反応管の外部で酸素および水素を化合させ
た後、上記反応管に導入することを特徴とする半導体ウ
エノ・の熱処理方法。