JPS60131807A

JPS60131807A - ウエツト酸素雰囲気生成装置

Info

Publication number: JPS60131807A
Application number: JP10458284A
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: 1985-07-13

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生成装置に関し、特に酸化処理ま
たは拡散処理を行なう炉心管内にウェット酸素を供給す
る装置に関するものである。たとえば、熱処理技術に関
してはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｔｅ−ｇｒａｔｅｄ
　Ｃ１ｒｃｕｉ　ｔｓ　（Ｊ　、　ＡＩ　ｌ　１ｓｏｎ
著）の４８頁〜５０頁に紹介されている。

半導体装置等の製造における半導体薄板（ウェハ）め酸
化・拡散プロセスにおいてをま、熱酸イヒ膜の生成や高
精度のデポジション濃度、拡散の深さを得るために、水
素（Ｈｉ、酸素（０，）の直接反応によるウェット酸素
生成法（）く−ンニング法）が一般に採用されている。

この種のウニ・ノド酸素生成法としては第１図に示すよ
うにノ（イロジ工ニック用水素燃焼機構が知られて℃・
る。すなわち、炉の石英ガラスからなる炉心管（プロセ
スナ二−１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℃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（０，）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、ウエノ・に酸化
膜を形成する場合には、所定の温度に加熱されて（・る
処理室６内に図示しない熱処理治具等を用℃・てシ１）
コンウェハ奪入れ、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内忙水
素を入れる。処理室６内が所定温度忙達していることと
、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（−中央７゛を示す）して水蒸気（図中点で示ｔ。

）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、ウェハ表面に熱酸化（Ｓｉ
０＊　）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。

　Ｓ　パ（１）　細長い炉心、誉は一般に一列に並べだ３采のヒ
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Ａ、Ｃによって、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１いう
カ、否ヵ、等編棒ぶめ、えあ１点火（燃焼）状態を確ｉ
す逮必袂があるが、燃焼は炉心管内で付層われ、炉心管
はｉ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？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、ウエノ１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、反応ガスを供ぃ給す
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。しかしなか、ら、上述した
ものでは、炉心管の構造が竺雑となり、製造コスト、が
高くなる。また、炉心管の−、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゛も従来０尾管グー
炉′６管７較″′倒である。

したが？て、本発明の目的は、処理室内の温度分布を乱
すことのないウニご卜酸素生成装置及びそれを有する熱
処理炉な提供するこザある。

また・±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、最も一般セな単純な
構造である閉塞端側に導管のみを有する炉心管を使用す
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に本発明の一実□施例は
、気密性の容器と、この容器内に酸素を供給する酸素供
給機構と、前記ｉ器内に水素噴出ノズルを突出するとた
もに水素噴出ノズルに水素を供給する水素供給機構と、
少なくとも水素噴出ノズルの先端、部周辺−城を加熱す
るヒータ７などの加熱手段と、前記水素噴出ノズルの先
端部で反応生成された水蒸気と酸素とを熱処理炉の炉心
管等に導く導管とを有するものであって、以下本発明を
図に示す実施例を用いて具体的に説−する。

１第３図は本発明の一実施例であ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。同図忙は
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忙石英ガラスから
なっている。また、最外層ボックス１１会実容器内で爆
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１
１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１Ｏ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
、−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が設げられている。

水素供給管１４は最内層ボックス１ｏを貫通して容器内
に延び、その先端は最内層ボックス１ｏ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
は最内層ボックスエｏｏ。

断熱層１２．最外層ボックス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、
最内層ボックス１ｏ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１
８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釦なっている。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ックス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った水を抜く石
英ガラスからなるドレーンバイブ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に設げられている
。

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ｙｔ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の近傍を所定温度忙加熱するとともに、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、水蒸気を発生ス
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、っ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クエハ処理が行なえ、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。したがって、水蒸気が行なわれていない状
態でウェ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。

（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。

なお、本発明は前記実施例に限定されない。また、この
ウェット酸素生成装置は他の機器にも簡単に取り付けて
使用することができる。

【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を示す温度曲線図、第３図
は本発明に係本ウェット酸素生成装置を示す断面図であ
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
・・・最内層ボンクス、１１・・・最外層ボックス、１
２・・・断熱層、１４・・・水素供給管、１５・・・酸
素供給管、１６・・・ヒータ、１８・・・ノズル部、１
９・・・導管、２０・・・炎、２１・・・熱電対端子、
２５・・・観察層、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】１Ｊａ）耐熱性部材により形成された生成室と（ｂ）上
記生成室の内部忙水素ガスを導入するためのガス導入管
と（Ｃ）上記生成室に酸素ガスを導入するためのガス導入
手段と（ｄ）上記生成室内での酸水素化合反応を促進するため
の反応補助手段と（ｅ）上記反応により生成した水蒸気を送出するための
送出孔よりなるウェット酸素雰囲気生成装置。