JPS633446B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ この発明は半導体ウエハに不純物拡散等の加熱
処理を施す方法に関する。

［背景技術］ 従来、半導体ウエハにアクセプタ不純物あるい
はドナー不純物などを拡散するにあたつては、第
１図に示すように石英又はシリコン製の治具２に
多数のウエハ１を直立させて並列的に保持し、第
２図に示すような横型拡散炉３に挿入するのが一
般的であり、拡散炉３は、ヒータ４を有すると共
に、ウエハ挿入用開口部とは反対端側から不純物
を含むキヤリアガス（O₂、H₂、N₂等）５を流入
させるようになつているのが普通であつた。横型
拡散炉の例として特開昭49−104570号がある。

しかし、このような従来技術によれば、ウエハ
を炉内に挿入するときに、炉体内壁とウエハ治具
とが接触し異物が発生しがちである。又、炉内の
温度分布が不均一であることと相挨つてガスの流
速分布の不均一性あるいは乱流の発生などによつ
てウエハ内での又はウエハ間での素子特性に相当
のばらつきが生ずる欠点がある。

すなわちウエハを炉体内に保持するときに、ウ
エハ治具が炉体内壁と接触するので、この接触面
からの熱伝達によつてウエハ治具およびウエハの
温度分布に差が生じたり、炉体内に導入された反
応ガス密度が重力の影響で炉体内の上下で差が生
じ、一枚のウエハ内でバラツキが生じたりする等
の問題である。

又、ウエハを一枚ずつ治具に立てかける必要が
あり自動化に不向きである。又、装置の占有スペ
ースがかなり大きいという欠点もある。

［発明の目的］ 本発明の目的は上記した欠点を除去した新規な
半導体ウエハに対する熱処理方法を提供すること
にある。

［発明の概要］ 本発明の代表的なものの概要は下記のとおりで
ある。すなわち、円筒状の空間がほぼ鉛直方向に
沿つて存在する炉管内で複数の半導体ウエハを熱
処理するにあたり、該複数の半導体ウエハを半導
体ウエハ保持治具に対し、それぞれをその半導体
ウエハの周縁部の複数箇所において接触保持さ
せ、かつ治具の長手方向に沿つて所定間隔を保つ
て配置させ、その鉛直方向に沿つて存在する炉管
内において、上記治具をその炉管内壁に接触させ
ることなくその治具の長手方向一端部側で支え加
熱処理することを特徴とする。

このような構成とすることにより炉の内壁とウ
エハ（ウエハ治具）とを非接触にすることができ
異物の発生を低減できる。又、ウエハはほぼ水平
に保持されるので治具から治具への一括移送がし
やすく自動化に対応でき、またウエハの大口径化
にも対応できる。

さらに省スペース、省エネルギーも達成でき、
熱変形にも強い。

そしてさらに、ウエハは加熱処理時に回転動が
与えられたため、各ウエハ、ウエハ内に均一にガ
スがゆきとどく。

［実施例］ 第３図は、この発明の一実施例で用いられるウ
エハ保持治具を示すもので、多数の半導体ウエハ
１１はほぼ等間隔で上下の一対の保持部材１２
Ａ，１２Ｂからなる保持治具１２内に配列され
る。保持部材１２Ａ，１２Ｂは互いに同様な構成
で、図示の如く重ね合わせた際にウエハ外径に相
当する内径をもつた円筒状部を各々３本づつで計
６本の棒状部１２Ｘにより形成するようになつて
いる。そして、各棒状部１２Ｘのウエハ１１に係
合すべき部分にはウエハ厚さに相当する幅の溝が
切られており、後述のようにウエハ１１を水平に
保持してもウエハが落下しないようになつてい
る。

ウエハ保持治具１２内に第３図に示すように保
持された多数のウエハ１１は、第４図に示すよう
に治具１２を90゜回転させて治具ホルダ１６に保
持させることによりほぼ水平の状態で縦方向に延
在してなる石英管によつて構成された縦形拡散炉
（熱処理炉）１３内に挿入される。拡散炉１３は
ヒータ１４を有すると共に、下方から不純物を含
むキヤリアガス１５を導入するようになつてい
る。

拡散処理にあたつては、ガス１５を炉１３内に
導入すると共にヒータ１４でウエハ１１の所定の
温度に加熱する。一方、ウエハ保持治具１２を治
具ホルダ１６を用いて炉の内壁と非接触の状態で
保持する。この実施例ではこの非接触を利用して
治具ホルダ１６を、さらに矢印ULに示す如く上
下動させ且つ矢印Ｒに示す如く回転させることに
よりウエハ１１に上下動及び回転運動を与えるよ
うにする。このようにすると、ウエハ１１に対し
てヒータ１４の熱とガス１５中の不純物を均一に
作用させることができるので、ウエハ内及びウエ
ハ間の素子特性ばらつきを大幅に減らすことがで
きる。

第５図及び第６図は、第４図の処理バツチにお
いて各ウエハ毎に多数の拡散型トランジスタを形
成した場合に、１ウエハ内での又は複数ウエハ間
でのトランジスタの電流増幅率h_FEのばらつきを
従来法による場合と対比して示したものである。
第５図によれば、１つのウエハ１１内におけるＹ
方向に沿うh_FEのばらつきは破線Ａに示す従来法
による場合よりも実線Ｂで示すこの発明による場
合の方がはるかに小さいことが明らかである。ま
た、第６図によれば、同一処理バツチ内における
ウエハ１１間のhFEのばらつきも破線Ａに示す従
来の場合よりも実線Ｂに示すこの発明による場合
の方が充分小さいことが明らかである。

［効果］ (1) 本発明によれば、円筒状の空間がほぼ鉛直方
向に沿つて存在する炉管内での複数の半導体ウ
エハの熱処理であるために、すなわち縦方向の
空間を利用するために、従来の横型拡散炉に較
べてスペース効率がよく、省スペース化を図る
ことができる。

(2) 本発明によれば、半導体ウエハ保持治具に対
して、複数の半導体ウエハのそれぞれをその半
導体ウエハの周縁部の複数箇所において接触保
持させるものであるため、その半導体ウエハ保
持治具自体は軽量なものとすることができ、大
量のウエハチヤージが可能となる。

(3) 上記の如く半導体ウエハ保持治具自体は軽量
なものとすることができるがため、第４図に示
す如くその半導体ウエハ保持治具を炉管内にお
いてその炉管内壁に接触させることなく治具ホ
ルダ１６で半導体ウエハ保持治具の長手方向一
端部側のみを支えて加熱処理ができる。すなわ
ち、半導体ウエハ保持治具の片持ち支持ができ
る。

(4) 半導体ウエハ保持治具の片持ち支持であれ
ば、当然両持ち支持に較べて異物発生は少なく
なる効果がある。すなわち、本発明によれば、
第４図に示す如く半導体ウエハ保持治具の長手
方向の他端部側は浮かしておくために、炉管内
での接触摩擦部分がなくなり、このため、異物
発生は少なくなる。

(5) 本発明によれば、半導体ウエハ保持治具の長
手方向に沿つて所定間隔を保つて配置させ、そ
の治具を鉛直方向に沿つて存在する炉管内にそ
の内壁に接触させることなく維持せしめるもの
であるため、炉体の径を小さくでき、、つまり、
ヒーターから炉体中心までの距離が短くできる
ためにウエハ内の温度不均一は小さくなり、均
一加熱化に近づく。

(6) 本発明によれば、ウエハはほぼ水平に対向保
持されているためにガスの流れがウエハ面に直
接あたらず、ガスの濃度、量のばらつきによる
影響は小さい。このため、ロツト間ばらつきも
小さい。

(7) 本発明によれば、実施例の如く複数の半導体
ウエハをほぼ水平に、かつそのウエハを水平面
内で回転させるようにしているために、ガスの
乱流をソフトに生じさせるものとなり、各ウエ
ハ間、ウエハ内に均一にガスがゆきとどく。

(8) 本発明によれば、実施例の如く複数の半導体
ウエハをほぼ水平に、かつそのウエハを水平面
内で回転させるようにしているために、ウエハ
回転手段の回転に負担をかけず均一な回転が可
能となる。

以上のように、この発明によれば、炉構造ない
し使用治具類を特別複雑化させることなく、ウエ
ハ内及びウエハ間での素子特性ばらつきを大幅に
低減することができ、各種半導体装置を高歩留で
製作できる効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術（横型拡散）におけるウエ
ハの保持状態を示す側面図、第２図は、従来技術
に使用される炉体の断面図、第３図は、この発明
の一実施例で用いられるウエハ保持治具を示す斜
視図、第４図は、この発明の実施例による拡散法
を示す炉体の断面図、第５図及び第６図は、この
発明の効果を従来技術による場合と対比して定量
的に示すグラフである。 １１……半導体ウエハ、１２……ウエハ保持治
具、１３……縦型拡散炉、１６……治具ホルダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の空間がほぼ鉛直方向に沿つて存在す
   る炉管内で複数の半導体ウエハを熱処理するにあ
   たり、該複数の半導体ウエハを半導体ウエハ保持
   治具に対し、それぞれをその半導体ウエハの周縁
   部の複数箇所において接触保持させ、かつ治具の
   長手方向に沿つて所定間隔を保つて配置させ、そ
   の鉛直方向に沿つて存在する炉管内において、上
   記治具をその炉管内壁に接触させることなくその
   治具の長手方向一端部側で支え加熱処理すること
   を特徴とする半導体ウエハの熱処理方法。 ２ 加熱処理時に上記ウエハ保持治具を回転させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体ウエハの熱処理方法。