(57)【要約】【課題】ウエハに対して均質な熱処理を施すことが出来、かつ、金属汚染を防止した縦型熱拡散炉である半導体処理装置を提供すること。【解決手段】炉心管２の内部に雰囲気ガスを導入するガス導入口６と、炉心管２の内部でウエハを保持するウエハボート１３との間を多孔質の隔壁３により分離する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉に形成されたガス導入口から供給される雰囲気ガスにより、前記熱処理炉の内部に配置されたウエハボートに載置されるウエハに対して熱処理を施す半導体処理装置であって、
前記ガス導入口と前記ウエハボートとの間は多孔質の隔壁により分離されていることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２】
前記隔壁は、炭化珪素、アルミナあるいは石英ガラスにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを例えば１０００℃以上の雰囲気中でアニール処理する熱処理炉等の半導体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下、ウエハという）の製造工程は、概略すると、図２に一般的な概要フロー図を示すように、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法等によりシリコン単結晶を加熱炉から徐々に引上げて単結晶を成長させ（Ｓ１１）、引上げられたシリコンのインゴットをブロックに切断し、このブロックをスライスしている（Ｓ１２）。切り出されたウエハの表面はラッピング加工が施され、さらに、鏡面加工を施して鏡面を形成する（Ｓ１３）。鏡面加工後に洗浄を行い（Ｓ１４）、ウエハ表面での完全結晶層を確保するために、熱処理炉（例えば、縦型熱拡散炉）を用いて高温（１０００℃以上）雰囲気中で熱処理を行なっている（Ｓ１５）。その後、最終洗浄を行い（Ｓ１６）、ウエハが完成する（Ｓ１７）。
【０００３】
これらの製造工程のうち、熱処理炉によるウエハ熱処理は、半導体の集積度の上昇に伴い、ウエハに生じる微細な結晶欠陥が、そのウエハに形成されるトランジスタやキャパシタ等の各素子の電気的特性を損なう原因になってきているため、例えば、従来から使用されてきたＣＺ法で製造されたウエハでは、その素子活性層内の結晶欠陥密度が高いと、デバイスの製造工程で歩留低下が生じてしまう。
【０００４】
そのため、製造コストは上昇するが、熱拡散炉の内部で１０００℃を越えるＨ２雰囲気中で数時間のアニール処理を施すことによって、素子活性層内の結晶欠陥密度を減少させている。このようにアニール処理が施された水素アニールウエハやエピタキシャルウエハと呼ばれるウエハを用いることにより、集積度の高い半導体デバイスの製造工程での歩留低下率を抑えている。このように、ウエハを半導体素子の形成に適するようにするための熱処理炉によるウエハ熱処理は、通常、複数枚のウエハをウエハボートに載置した状態で熱処理が行われるバッチ方式で行われている。
【０００５】
図３は従来の縦型熱拡散炉の外観の概要を示す斜視図であり、図４は従来の縦型熱拡散炉の上部を示す部分断面図である。
【０００６】
縦型熱拡散炉５０は円筒状の形状を有し、縦型熱拡散炉５０の頂部には外部からガスを供給するガス導入管５１が連結されている。
【０００７】
実際の熱処理は、縦型熱拡散炉５０の内部に、ウエハＷが水平に載置されたボート５２を下から挿入し、外部から所定のガスをガス導入管５１を介して供給し、所定の時間の間ウエハＷをそのガスの中に晒して熱処理が行われる。つまり、ガスが供給される炉５０の上部である上室部５３にはガスの流れに対する障害物は何も存在しない構造となっているので、上室部５３に流入したガスはそのまま上室部５３を通過する。その下方の炉筒部５４では、ウエハボートに等間隔の隙間でウエハＷが保持されているので、ここでの温度は１０００℃以上に制御され、ガスはウエハＷの近傍を流れ、ウエハＷはガス雰囲気中で熱処理される。炉筒部５４の下方には、高熱が更に下方に到達しないように、複雑な形状をした反射板（不図示）が設置されている。ガスはこの部分を通過し、排気管（不図示）から炉５０の外へ排気される（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、図５に示すように、炉５０の上部に孔５６ａが孔設された隔壁５６が設けられ、この隔壁５６により炉５０の上室部５３と炉筒部５４とに分離された構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２２２９１号公報    （段落番号０００６〜００３８  図１、図９、図１０）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の縦型熱拡散炉の内部のガスの流れについて、図６に示した説明図で説明すると、従来の縦型熱拡散炉５０では、炉５０の内部の上部には障害物が存在しないため、ガスＧはガス導入管５１から供給されて上部室５３の内部に流入し、さらに直下に流れてウエハＷに対して衝突するように供給されている。その場合、ガスＧは、障害物の無い広い領域から、ウエハＧを載置したウエハボート５２等が設けられている領域に流れる。つまり、ガスＧは広い領域から狭い領域にほぼガス導入管５１から供給された流速で流入する。そのため、流れが不安定になり、ガスＧは上室部５３と炉筒部５４の上部の中で渦Ａ１、Ａ２を形成する。
【００１１】
その後、ガスＧは不安定な流れを形成したままウエハＷの面に沿って下方に流れて炉筒部５４に入る。炉筒部５４の内部でもガスＧは不安定な流れのまま進んで、炉筒部５４の内部に配置されているウエハＷを載置しているウエハボート５２等の形状にしたがって、流路の断面積が狭隘な部分では渦Ａ３を発生し、また、炉筒部５４の内部で大きく対流Ｂを起こす場合がある。
【００１２】
それらによって、ウエハＷの近傍のガスの流れが不均質になり、熱処理むらが発生する。また、大きな対流によって炉筒部５４の下方部で析出した極めて微粒子の金属汚染粒子が、炉筒部５４の上方部のウエハＷに輸送され、ウエハＷが金属汚染される場合が発生する。
【００１３】
また、特許文献１に示したように、図５で示した炉５０の上部室５３の炉筒部５４との間に、多数の孔があけられた隔壁板５６を挿入しても、隔壁板５６の直後の孔の後方（下方）ではガスＧの速度が均一でないため、ガスＧの流れの不安定性は解消されない。
【００１４】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、ウエハに対して均質な熱処理を施すことが出来、かつ、金属汚染を防止した縦型熱拡散炉である半導体処理装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段によれば、熱処理炉に形成されたガス導入口から供給される雰囲気ガスにより、前記熱処理炉の内部に配置されたウエハボートに載置されるウエハに対して熱処理を施す半導体処理装置であって、前記ガス導入口と前記ウエハボートとの間は多孔質の隔壁により分離されていることを特徴とする半導体処理装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
発明者は予てからウエハをアニール処理する熱処理炉（縦型熱拡散炉）で均質に効率よく、かつ、金属汚染が発生しないように処理を施すためには、縦型熱拡散炉の内部でのウエハに対してのガスの流れを、均等で安定した流れに形成し、かつ、ウエハの周辺で対流が生じないようにすることが重要であると考え、縦型熱拡散炉の内部でのガスの流れの制御について検討してきた。
【００１８】
その結果、今般、縦型熱拡散炉の内部を、下記に示すような構造を用いることにより、縦型熱拡散炉の内部で、ウエハに対してのガスの流れを、均等で安定したものにし、かつ、ウエハの周辺での対流の発生の防止をおこなうことができることを確認した。
【００１９】
図１は、本発明の縦型熱拡散炉の一例を示す模式断面図である。
【００２０】
縦型熱拡散炉１は、石英ガラスガラス、ＳｉＣ等の材質からなる上方が閉塞された円筒状の炉心管２により熱処理室が形成されている。炉心管２は側壁２ａに溶接によって接合された隔壁３により、上室部４と炉筒部５に分離されている。
【００２１】
隔壁３はガスＧが流通できる多孔質で、耐熱温度が１０００℃以上であり、かつ、熱膨張係数が所定値以下の部材が用いられている。それらの部材は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナあるいは石英ガラス等である。また、隔壁３は、後述するウエハボートに載置されている被処理物であるウエハＷの平面と略平行になるように炉心管２の側壁２ａに溶接されている。なお、隔壁３は１枚で形成してもよいし、所定の厚みのものを複数枚で形成してもよい。
【００２２】
炉心管２の側壁２ａには、被処理物であるウエハＷに対して熱処理を施すための所定の熱処理用ガスＧを、炉心管２の内部の上方のガス導入口６から上室部４へ導入するガス導入管７が配置されている。またガス導入管７と対向する炉心管２の側壁２ａには、熱処理用ガスＧを排出するためのガス排出口８が配置されている。なお、ガスＧはＨ２を含む還元性雰囲気ガスである。
【００２３】
また、ウエハＷへの金属汚染の対策上、ガス導入管７、上室部４の側壁２ａの材質は金属汚染の原因となるＦｅ，Ｃｕ等の金属成分が少ない高純度の石英ガラス製にすることが好ましい。
【００２４】
また、上室部４の側壁２ａの材質は、炉筒部５の側壁２ａの材質に比べて、金属汚染の原因となるＦｅ，Ｃｕともその濃度を低くすることが好ましい。
【００２５】
それらにより、ガス導入管７、上室部４の側壁２ａの材質を高純度の石英ガラス製とし、石英ガラスの純度を炉筒部５の側壁２ａの材質より、上室部４の側壁２ａの材質の方をより高くすれば、上室部４の内部で生じる上室部４の側壁２ａからの金属の汚染を防止することができる。
【００２６】
また、炉心管２の内部には、例えばステンレス製の炉床９の上に順次積層状態に構成された下部保温筒１１、上部保温筒１２およびウエハボード１３とが配置されている。
【００２７】
下部保温筒１１は、炉床９に立設され電気的に接続された４本の支柱９ａに、形成された４つの孔（不図示）がそれぞれ串刺し状に貫通された石英ガラスガラス板１４ａが所定ピッチで積層されて形成されている。
【００２８】
上部保温筒１２は、下部保温筒１１の支柱９ａと対応する位置に設けら、この支柱９ａに電気的に接続している支柱９ｂに形成された、例えば、４つの孔がそれぞれ串刺し状に貫通された石英ガラスガラス板１４ｂが所定ピッチで積層されて形成されている。
【００２９】
なお、保温筒１１、１２は熱に対する反射板の役割を果たしており、ウエハＷボード１３に収納されたウエハＷが熱処理される際に、熱が下方に逃げるのを防止するためのものである。下部保温筒１１と上部保温筒１２とに分離して設けているのは、上部保温筒１２が高温に晒されて経時変化により石英ガラスガラス板１４ａにだれが生じることがあるので、その際の交換容易性と部分的な交換による経済性のためである。
【００３０】
また、図１に示したように、挿入された状態のウエハボート１３をとり囲むように炉心管２の外周にはヒータ１５が設けられており、炉心管２とヒータ１５の外側はケーシング１６により蔽われている。
【００３１】
これらの縦型熱拡散炉の構造により、ガス導入管７から炉心管２の上部の上室部４に所定の流速で導入されたガスＧは、ガスＧの流れに対向した上室部４の底が多孔質の隔壁３で閉塞されているため、上室部４の内部に一旦滞留して加熱される。その後、隔壁３の多孔質の孔を介して染み出すように、隔壁３の全面に極めて高密度に分散して均一な流速分布で炉筒部５に流入する。この場合、隔壁３は、ウエハボートに載置されている被処理物であるウエハＷの平面と、略平行になるように炉心管２の側壁２ａに溶接されているので、隔壁３の多孔質の孔を介して染み出すように出てきたガスＧは、ウエハＷの面に対して略垂直方向に流れる。
【００３２】
炉筒部５に流入したガスＧはウエハＷの近傍を流れる。それによりウエハＷは熱処理される。そして、ガスＧは保温筒１１、１２が設置されている部分を通過し、ガス排出口８から炉心管２の外へ排気される。
【００３３】
この場合、炉筒部５の内部でのガスＧの流れは、隔壁３の全面から極めて高密度に分散して均一な流速分布で流入するので、流れの不安定性を回避することができ、炉筒部５の内部でも均一な流れを形成し、ウエハＷ近傍には均質なガスＧが流れる。それにより温度や気流が乱れがなくなり、均質な熱処理が可能となる。
【００３４】
また、炉筒部５の内部でのガスＧの流れの不安定性が回避されることによって、炉筒部５の内部での大きな対流も抑止できる。それにより、炉心管２の下方部で析出した金属汚染が発生しても、その金属汚染が炉筒部５の内部のウエハＷに移送されることがなくなる。それにより、ウエハＷが金属汚染されることを防止することができる。
【００３５】
なお、ガス導入管７の炉筒部５への流入位置は、炉心管２の側壁２ａや頂部に任意に配置することができる。また、ガス導入管７の本数については、１本でも複数本でも任意に選択することができる。その他、上述の実施の形態を発明の趣旨に沿って種々変更することが可能である。
【００３６】
また、上述の実施の形態では、水素アニールの場合について説明したが、水素アニールに限定されず、Ｎ２、Ａｒあるいは酸化性雰囲気についても適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハに対して均質な熱処理を施すことが出来、かつ、金属汚染を防止した縦型熱拡散炉等の半導体処理装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱拡散炉の一例を示す模式断面図。
【図２】半導体ウエハの製造工程の一般的な概要フロー図。
【図３】従来の縦型熱拡散炉の外観の概要を示す斜視図。
【図４】従来の縦型熱拡散炉の上部を示す部分断面図。
【図５】従来の縦型熱拡散炉の上部を示す部分断面図。
【図６】従来の縦型熱拡散炉の内部のガスの流れについての説明図。
【符号の説明】
１…縦型熱拡散炉、２…炉心管、３…隔壁、４…上室部、５…炉筒部、６…ガス導入口、７…ガス導入管、１３…ウエハボート
【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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