JPS6123316A - 半導体熱処理炉用構成部材 - Google Patents

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】 産遣」二９土」した１− この発明は、Ｓｉ等の半導体物質を熱処理する際に使用
される半導体熱処理炉用構成部材に関するものである。

先１匹炎ま たとえば、半導体製造用拡散炉は、均一な温度分布が必
要とされている。しかも、拡散炉は高純度のシリコン等
に対し、不純物の拡散を行なうため、通常、シリコンを
収納する炉芯管には、高純度の月１１である透明石英ガ
ラス管を使用している。そして、前記シリコンを透明石
英ガラス管の外側から加熱するのであるが、透明石英ガ
ラス管を直接加熱すると、加熱コイルからの輻射熱が直
接炉内に透過し、このため炉内の調度分布が不均一にな
りやすい。そのため、その透明な石英ガラス管の外側に
、ＳｉＣ−Ｓｉ系あるいはＳｉＣ質の均熱管を挿入し、
いわゆる二重構造とし、まず均熱管を加熱し、そこから
２次的な輻射熱を発生させ、これによって炉内を加熱し
、炉内温度分布が均一になるＪ：うにしている。

口が　′　しようとする１　　、 従来の石英ガラス製炉芯管を使用して熱処理を施した場
合、半導体素子の酸化膜中にイオン半径の小さなアルカ
リ金属イオンが存在し、これらのアルカリ金属イオンが
酸化膜中を比較的自由に移動するため、高Ｉ！度になる
と、反転層の生成や静電容最の変化等を起こして素子と
して機能しなくなる問題があった。

この問題は、高密度化した素子の場合、特に重要になる
。

半導体におけるアルカリ金属や銅にＪ：る汚染が半導体
製造のどの工程で生ずるかを調べたところ、熱処理工程
で使用される拡散炉が最も大きな因子であることがわか
った。すなわら、従来の石英ガラス製炉芯管を使用覆る
拡散炉において、石英ガラス中では、シリコン酸化膜中
と同様にアルカリ金属や銅は移動しやす（、特に高温で
は、石英ガラス炉芯管の表面から飛び出して、熱処理中
の半導体表面を汚染することがわかった。　また、Ｓｉ
Ｃ−Ｓｉ系あるいはＳｉＣ質の均熱管に含まれている不
純物に対しては、特別の考慮が払われておらず、それほ
ど高純度でないものであっても半導体製造前に酸洗浄、
ＨＣＱガスパージあるいは酸化被膜形成等への清浄化処
理を施すことににり半導体装置の性能及び歩留りへの影
響を抑えることができると考えられてきたが、半導体素
子の高集積化及びシリコンウェーハの大口径化に伴い、
均熱管から飛び出したアルカリ金属が石英ガラス炉芯管
を通過して半導体素子の性能及び歩留りを低下させるこ
とが判明し、問題となっている。

光」ト列月」覧 この発明の目的は、炉内のアルカリ金属が石英ガラス中
を通過することなく石英ガラス中に１〜ラツプされると
共に、均熱管からのアルカリ金属イオンの飛散を最小限
におさえ、高性能の半導体素子を高い歩留りで得ること
のできる半導体熱処理炉用構成部材を提供することにあ
る。

、λ」」」日１ 本発明の要旨とするところは、半導体素子を載置したウ
ェーハボートを内装して半導体素子の熱処理を行なうた
めの石英ガラス製炉芯管と、該石英ガラス製炉芯管の外
側に設けたＳｉＣ−Ｓｉ系またはＳｉＣ＊の均熱管とを
備えた半導体熱処理装置において、上記石英ガラス製炉
芯管におけるＮａ　ｓ　Ｋ％　Ｌｉのアルカリ金属の総
不純物量が２１）ｌ）１ｍ以下で、かつその粘性が１２
００℃において１０Ｉ２ボイズ以上であり、しかも上記
均熱管におけるアルカリ金属の総不純物邑が１０ｐｐｍ
以下であることを特徴とする半導体熱処理炉用構成部材
にある。

を　゛するための。

この発明は、半導体熱処理炉用構成部材の石英ガラス均
熱管（Ｓｉ　Ｃ−Ｓｉ系あるいはＳｉＣ質）の不純物量
に単に留意するだけではなく、さらに、その中でも特に
Ｎａ　、Ｋ。

１−ｉが高温において石英ガラス中を移動しやすいこと
にかんがみ、均熱管を使用することにより、均熱管を通
過するアルカリ金属を最小限にし、均熱管あるいは炉壁
から飛び出したアルカリ金属を石英ガラス中にトラップ
し、高品質の半導体素子の製造歩留りの向上をはかった
ものである。

アルカリ金属が石英ガラス中にトラップされるのは次の
ような理由によるものと思われる。

通常、石英ガラスは第１図に示すような構造になってお
り、不規則な結合状態にあって、非架橋酸素（Ａ）が存
在している。高温で移動しやすいアルカリ金属イオン＜
Ｒ）はこの非架橋酸素（Ａ）と結合している。従来の石
英ガラスには、このアルカリ金属が通常各元素について
各々１〜３　ｌ１ｌ）ＩＩＩ含まれていた。これらのア
ルカリ金属イオンが高温で使用中に移動して半導体素子
に悪影響をりえていた。

これらのアルカリ金属を強制的に脱アルカリすると、第
２図に示すようにアルカリ金属イオン（Ｒ）と結合して
いた非架橋酸素（Ａ）は非常に活発な状態（Ａ）＊にな
る。

この様な石英ガラスを半導体熱処理用部材として使用し
た場合、高温で使用しても、アルカリ金属イオンが移動
して半導体素子に悪影響をおよぼすことはない。それだ
けでなく、均熱管、および炉壁等から飛び出したアルカ
リ金属イオンは第３図に示すように、非常に活発な状態
になった非架橋酸素（Ａ）１＝に１〜ラツプされ、高温
中で使用しても移動することがなく、半導体素子に悪影
響をおよぼすことがない。

上記のように均熱管あるいは炉壁から飛び出したアルカ
リ金属を石英ガラス中にトラップするためには、石英ガ
ラス中のアルカリ金属（特に高温で移動しやすいＮａ、
に１Ｌｉ）の総不純物吊を２１）ｌ）Ｉ１１以下（好ま
しくは１゜５　ｐｐｍ以下）にする必要がある。石英ガ
ラス中のアルカリ金属が２　ｐｐｍ以上になると、前述
のような均熱管あるいは炉壁から飛び出したアルカリ金
属をトラップすることができず、半導体素子に悪影響を
与えるからである。

また、ＳｉＣは石英ガラスに比べて拡散係数が小さいた
め、ＳｉＣ又はＳｉ系あるいはＳｉＣ質の均熱管のアル
カリ金属を１０ｐｐｍ以下にすることにより、炉壁から
飛び出したアルカリ金属が均熱管を通過するには長時間
を要し、石英ガラス炉芯管にトラップされるアルカリ金
属量を最小限にする。

宋ＪＬｆＬ工ｊｌ 天然水晶を微粉砕し、１５０〜２５０＃に選別し、脱鉄
した後、浮遊選鉱法により精鉱し、さらに６０℃以上で
濃度５％のフッ化水素酸液に１０時間浸漬して精製粉に
した。これから銅とアルカリ金属を飛散させるために長
時間（１２時間）溶融して成形し、外径１００ＩＩＩ１
１肉厚３ｎ＋ｍ、長さ１８２０ｗｕｎの炉芯管と、それ
に使用するウェハーポートを得た。

これらの石英ガラスの化学分析値を表１に示す。

−〇　　− 宋１１引工３」一 実施例（１）で得られた製粉を７時間溶融してインボッ
１へをつくり、そのインゴットを１２００℃以−にの加
熱下で１０〜５０ｋＶの直流で５時間以上電解し、アル
カリ金属および銅を移動さＵ１純化された部分を成形し
て外径１００１ＩＩＩ１１１肉厚３ｍｌｌ１１長さ１８
２０ＩＩ１ｍの炉芯管ならびにぞれに使用するウェハー
ポートを得た。これらの石英ガラスの化学分析値を表１
に示す。

列（１）び（２ 前述の実施例（１）（２）と同じ形状に合成石英で成形
した炉芯管およびウェハーポートを得たく比較例１）。

また天然水晶を微粉砕して５０〜２５０＃に選別して脱
鉄した後、浮遊選別鉱法により精鉱し、フッ酸処理した
原料粉を溶融して従来の高純度石英ガラス炉芯管及びウ
ェハーボ−１〜（前述の実施例（１）（２）と同じ形状
）に成形したく比較例２）。

これらの化学分析値を表１に示１゜ 上述した実施例＜１）（２）及び比較例（１）（２＞で
得た炉芯管の内部に、半導体素子を載置したウェハーポ
ートを内装し、５ｉＱ−３ｉ系均熱管をライナー管とし
て拡散炉に取り付番プ、その均熱管内に炉芯管を挿入し
　ｌこ　。

そして前）本の均熱管は次のようにしてｌＪＩ！ｊ造し
た。

ＳｉＣ粉及びＣ粉の混合粉をセラミックスの製造におけ
る常法に従ってチューブに成型した。次に該成型体をＨ
ＣＱガス雰囲気中種々の条件下で加熱し、純化処理を行
った。つづいて純化処理された成型体に、高純度化処理
された炉内において高純度のシリコンを含浸し、Ｓ＋　
Ｃ−５ｉ系均熱管を得た。

この均熱管の数カ所からサンプリングして酸抽出−原子
吸光光度法により求めたアルカリ金属の含有量を表２に
示づ−０ これらの石英ガラス炉芯管、Ｓ；　Ｃ−Ｓ＋系均熱管を
セットし、１２５０℃に加熱して半導体素子のフラット
バンドの電圧差１△ＶＦＢ＋を調べた。これらの結果を
表−２に示す。

介Ｊレプカ」［ 以」：の様に本発明によれば、炉壁からのアルカリ金属
を均熱管中に長時間とどめ、均熱管あるいは炉壁から飛
び出したアルカリ金属を石英ガラス中にトラップするた
め、高品質の半導体素子を高い歩留りで１ｑることがで
きるのである。

また、本発明にＪ：れば、石英ガラスは網目修蝕イオン
であるアルカリ類を減することにより粘性を高めること
ができる効果も併せ持だせることができる。

さらに本発明によれば、石英ガラスは、原料粉の高純度
化処理や、長時間溶融によるアルカリの除去あるいは溶
融インゴットの電解処理等により得ることができるため
、安価に製）告することができる。

支り乳 なお、前述の実施例では、長時間の溶融とインゴット電
解による炉芯管の製造方法を示したが、本発明はこれに
限定されるものではない。

また、均熱管についてはｓｔ　ｃ−ｓｔ系を示したが、
ＳｉＣ質のものにＳｉＣをコーティングしたものでもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の石英ガラスのＷＪ造を示す説明図、第２
図はそれから脱アルカｉノを行った構造を示す説明図、
第３図はそこから飛びだしたアルカリ金属イオンが非架
橋酸素に１〜ラツプされる状態を示す説明図である。 Ａ・・・非架橋酸素 Ｒ・・・アルカリ金属イオン ＝　　１４　− 表−１ 表−２ なお、比較例１の場合は、合成石英のため、粘性が低く
、使用後１〜２ケ月で変形をきたし、使用不可能となっ
た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体素子を載置したウェーハボートを内装して半導
   体素子の熱処理を行なうための石英ガラス製炉芯管と、
   該石英ガラス製炉芯管の外側に設けたＳｉＣ−Ｓｉ系ま
   たはＳｉＣ質の均熱管とを備えた半導体熱処理装置にお
   いて、上記石英ガラス製炉芯管におけるＮａ、Ｋ、Ｌｉ
   のアルカリ金属の総不純物量が２ｐｐｍ以下で、かつそ
   の粘性が１２００℃において１０＾１＾２ポイズ以上で
   あり、しかも上記均熱管におけるアルカリ金属の総不純
   物量が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体熱
   処理炉用構成部材。