(57)【要約】【課題】半導体基板の表面に均一な被膜が形成される半導体基板熱処理炉を提供する。【解決手段】半導体基板熱処理炉は、半導体基板Ｗを搭載した半導体基板ボート２が収納される炉芯管３と、この炉芯管３に内設され、炉芯管３にプロセスガスを噴射するガス噴射ノズル４とを有し、このガス噴射ノズル４は、少なくとも上下に配置された２個のガス噴射部４ｕ、４ｂを有する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を搭載した半導体基板ボートが収納される炉芯管と、この炉芯管に内設され、炉芯管にプロセスガスを噴射するガス噴射ノズルとを有し、このガス噴射ノズルは、少なくとも上下に配置された２個のガス噴射部を有することを特徴とする半導体基板熱処理炉。
【請求項２】
上記ガス噴射部の外側外壁と炉芯管の内壁との離間距離が、３〜７ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板熱処理炉に係わり、特に炉芯管内にプロセスガスを噴射するガス噴射ノズルを改良した半導体基板熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体デバイスの製造工程において、半導体基板熱処理炉内にプロセスガスを噴射し、半導体基板を処理することが行われている。
【０００３】
特許文献１に示され、図８に示すように、従来の半導体基板熱処理炉１１は、半導体基板Ｗを搭載した半導体基板ボート１２が収納される炉芯管１３に、半導体基板Ｗのほぼ中心部にめがけてプロセスガスを噴射させるガス噴射口１４が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、図９に示すように、一般に半導体基板Ｗの半導体基板ボート１２への搭載は、この半導体基板ボート１２に形成された基板挿入溝１２ａに半導体基板Ｗを挿入することによって行われているが、図８及び図９のＡ部に示すように、基板挿入溝１２ａの幅が半導体基板Ｗの厚さよりも大きく形成されているため、半導体基板は垂直から微少の傾きをもって搭載されている。そこで、プロセスガスが半導体基板Ｗのほぼ中心部にめがけて噴射されると、殆どが半導体基板Ｗの上方に多く下方に少ない状態でプロセスガスが流れるようになる。このため、酸化処理の場合には、基板挿入溝１２ａの反対側、すなわち炉芯管上方の半導体基板Ｗの上部の酸化膜が厚くなることが多かった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２３４９２２号公報（第２頁左欄段落番号［０００２］、第３頁左欄段落番号［０００９］、図１及び図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体基板の表面に均一な被膜が形成される半導体基板熱処理炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、半導体基板を搭載した半導体基板ボートが収納される炉芯管と、この炉芯管に内設され、炉芯管にプロセスガスを噴射するガス噴射ノズルとを有し、このガス噴射ノズルは、少なくとも上下に配置された２個のガス噴射部を有することを特徴とする半導体基板熱処理炉が提供される。これにより、半導体基板の表面に均一な被膜が形成される半導体基板熱処理炉が実現される。
【０００８】
好適な一例では、上記ガス噴射部の外側外壁と炉芯管の内壁との離間距離が、３〜７ｃｍである。これにより、プロセスガスは、半導体基板の全面にほほ均一に流れ、均一な厚さの被膜を形成することができる。また、長時間熱処理を行っても、外部からの熱的影響により、ガス噴射ノズルが変形することはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる半導体基板熱処理炉の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる半導体基板熱処理炉の概念図である。
【００１１】
図１に示すように、半導体基板熱処理炉１は、半導体基板Ｗを搭載した半導体基板ボート２が収納される炉芯管３と、この炉芯管３に内設され、炉芯管３にプロセスガスを噴射するガス噴射ノズル４とを有している。
【００１２】
上記炉芯管３は、例えば、シリカガラス製の円筒体で、一側にガス噴射ノズル４が配置され、他側には半導体基板ボート２を導入するための導入口３ａが設けられている。
【００１３】
また、ガス噴射ノズル４は、同一形状の２個のガス噴射部４ｕ、４ｂを有しており、このガス噴射部４ｕ、４ｂは、炉芯管３の上下に配置されている。
【００１４】
さらに、図２に示すように、ガス噴射部４ｕ、４ｂの外側外壁４ｕ１、４ｂ１と炉芯管３の内壁３ｂとの離間距離Ｌが、３〜７ｃｍになるように、ガス噴射ノズル４が炉芯管３に配置され、好ましくは、ガス噴射部４ｕ、４ｂの外側外壁４ｕ１、４ｂ１が、半導体基板Ｗの上端あるいは下端にほぼ対向する位置に配置されている。離間距離Ｌが３ｃｍより小さいと、ガス噴射ノズルは炉芯管に近くなるため、外部からの熱的影響を受けて変形し易く、７ｃｍを超えるとガス噴射部から噴き出されるプロセスガスが１枚目の半導体基板に当り、プロセスガスが四方に飛散してしまい、成膜効率が低下する。
【００１５】
次に本発明に係わる半導体基板熱処理炉を用いた半導体基板の処理方法について説明する。
【００１６】
図１に示すように、半導体基板Ｗを搭載した半導体基板ボート２を導入口３ａから挿入して、炉芯管３内に載置する。次に炉芯管３内を加熱し、プロセスガスをプロセスガス供給源からガス噴射ノズル４に供給し、このガス噴射ノズル４のガス噴射部４ｕ、４ｂから炉芯管３内に噴出する。
【００１７】
このプロセスガスの噴射過程において、ガス噴射は、炉芯管３の上下に配置したガス噴射部４ｕ、４ｂから行うので、プロセスガスを炉芯管３の上下均等に噴射することができる。
【００１８】
従って、図２に示すように、半導体基板Ｗは、プロセスガスの噴射により傾くことがなく、プロセスガスは整然と後方の半導体基板Ｗに向かって流れ、効率よく成膜される。また、上記離間距離Ｌが、３〜７ｃｍになるように、ガス噴射ノズル４が炉芯管３に配置され、また、ガス噴射部４ｕ、４ｂの外側外壁４ｕ１、４ｂ１が、半導体基板Ｗの上端あるいは下端にほぼ対向する位置に配置されているので、プロセスガスは、半導体基板Ｗの全面にほぼ均一に流れ、酸化処理の場合、半導体基板Ｗに均一な厚さの酸化膜を形成することができる。また、長時間熱処理を行っても、外部からの熱的影響により、ガス噴射ノズルが変形することはない。
【００１９】
なお、上述したガス噴射ノズルは、同一形状の上下１個づつのガス噴射部を設けたが、必要に応じて、下部のガス噴射部４ｂの口径を大きくする等、上下ガス噴射部のプロセスガスの噴射量を調整してもよく、また、上下１個づつに限らず、複数、または、横方向にも同一形状のガス噴射部を半導体基板に噴出したガスが接触しない位置に設けることもできる。さらに、半導体基板ボートの脚部の高さを調整して、半導体基板とガス噴射部との相対的位置を調整し、半導体基板の主要の部位に任意に当て、上下、または、左右に均等にプロセスガスが流れるようにプロセスガス噴出量を調整してもよい。
【００２０】
【実施例】
本発明に係わる半導体基板熱処理炉である横型酸化炉を使用し、直径１５０ｍｍシリコンウェーハに酸化膜を形成し、酸化膜厚さのバラツキをナノスペックで測定し、従来例と比較した。
【００２１】
方法：　ウェット酸化にて温度１１００℃で、酸化膜厚さ８０００±５００Åを目標としてシリコンウェーハに酸化膜形成を行い、サンプルは、図３に示すような設定条件で、導入口から６枚目、炉中央、噴射ノズル側６枚目にそれぞれ１枚ずつ酸化膜モニター用サンプルを設置した。熱処理後、これら３枚を抽出し、図４に示すような各点の酸化膜厚さのバラツキをナノスペックで測定した。
【００２２】
従来例は、従来の半導体基板熱処理炉（図８）を用いて、実施例と同様の設定条件で行っている。なお、実施例，従来例ともに、半導体基板ボードに対する半導体基板の保持方法としては、図４に示すように、反オリフラ部をボードに保持しオリフラ部は炉芯管上方に向けて設置した。
【００２３】
結果を図５〜図７に示す。
【００２４】
なお、従来例の結果（図６）では、炉芯管上方向（図４の２）の酸化膜厚さが比較的厚く、炉芯管下方向（図４の６→１→８→４）に向かって酸化膜が薄くなっていることが確認される。その時の縦方向の酸化膜厚さの平均厚さバラツキは、４６７Åと比較的大きい。これは、図９に示したように、プロセスガスが半導体基板のほぼ中央に当っているため、半導体基板は基板挿入溝に保持されていないその上部がプロセスガス進行方向に傾き、上方に大量のプロセスガスが流れたためと考えられる。上記従来例の結果に対して、本発明の実施例においては、図５に示すように、図６のような炉芯管下方向に厚くなる傾向がなくなり、縦方向の酸化膜厚さ平均バラツキにおいても、１１４Åまで改善された結果が確認された。また、図７は、実施例におけるオリフラに平行な横方向、図４の３、７、１、９、５に関する酸化膜厚さバラツキの結果であるが、横方向に対しても、酸化膜厚さ平均バラツキが１７６Åと良好で問題ない結果が確認された。これらの実施例の結果は、従来例と比べて、プロセスガスを半導体基板に接触させないように設けたことで、炉内上層と下層のプロセスガスの流量が均一化できたためと考えられる。
【００２５】
上記図５〜図７は、箱ひげ図と呼ばれるもので、横軸は上記測定点、縦軸は酸化膜厚さを表しており、５０％の分布範囲が該当する打撃回数を幅広の箱で示し、また、全データに順位をつけたときの真中の順位のデータである中央値は横線で、全データの平均値は黒丸で示している。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体基板熱処理炉によれば、半導体基板の表面に均一な被膜が形成できる。また、従来のように半導体基板の中央部に直接プロセスガスが当って半導体基板が振動することによるパーティクル発生が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体基板熱処理炉の概念図。
【図２】本発明に係わる半導体基板熱処理炉における半導体基板の載置状態を示す概念図。
【図３】本発明に係わる実施例の半導体基板熱処理炉の概念図。
【図４】本発明に係わる実施例の酸化膜厚さ測定点図。
【図５】本発明に係わる実施例の試験結果図。
【図６】従来例の試験結果図。
【図７】本発明に係る実施例の試験結果図。
【図８】従来の半導体基板熱処理炉の概念図。
【図９】従来の半導体基板熱処理炉における半導体基板の載置状態を示す概念図。
【符号の説明】
１　半導体基板熱処理炉
２　半導体基板ボート
３　炉芯管
３ａ　導入口
３ｂ　内壁
４　ガス噴射ノズル
４ｕ、４ｂ　ガス噴射部
４ｕ１、４ｕ２　外側外壁
Ｗ　半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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