(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納された基材を加工するための熱加工チャンバー（１０）であって、
第一領域（４４）を定義し、且つ加工すべき基材が前記加工チャンバーの前記第一領域（４４）内に挿入されそして前記第一領域（４４）から除去され得る開口部（２１）を備える、加工すべき基材が配置され得る主加工部（１２）、
前記主加工部の上に配置され、第二領域（３９）を定義し、且つ前記加工チャンバーの閉鎖端部を備える上部（１４）、
前記主加工部（１２）の前記第一領域（４４）内に配置された、前記第二領域（３９）にガスを供給するガス注入管（１８）、及び
前記第一領域（４４）を前記第二領域（３９）から分離しているガス分散板（２０）であって、前記ガス注入管（１８）が該ガス分散板（２０）内に伸びており、前記第二領域に供給されたガスを前記第一領域に流入可能にする多数の通路（４０，４２）を備えるガス分散板（２０）からなり、
前記開口部（２１）を定義した低部フランジ（１６）を更に含み、該低部フランジは前記管（１８）の下端部（２４）が据え付けられている孔（２６）を備え、
前記ガス注入管（１８）、前記ガス分散板（２０）、前記主加工部（１２）及び前記上部（１４）が全て同一材料から構成されており、且つ焼成一体化して集積アセンブリーを形成している熱加工チャンバー（１０）。
【請求項２】
前記主加工部（１２）、前記上部（１４）、前記ガス注入管（１８）及び前記ガス分散板（２０）が炭化珪素（ＳｉＣ）からなる請求項１記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項３】
前記ガス注入管（１８）が、前記加工部の前記開口部（２１）から前記加工チャンバーの前記第二領域（３９）内に伸びる管からなり、該管は前記主加工部（１２）の全長に実質的に沿って、その壁に隣接するがしかしその壁から離れて伸びている請求項２記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項４】
前記低部フランジ（１６）が炭化珪素（ＳｉＣ）からなる請求項３記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項５】
前記ガス分散板（２０）中の前記通路（４０，４２）が第一通路（４０）と第二通路（４２）とからなり、前記第二通路（４２）が前記第一通路（４０）よりも互いに接近して配置されている請求項２記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項６】
前記第二通路（４２）が前記ガス分散板（２０）の周辺部に沿って配置されている請求項５記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項７】
前記熱加工チャンバー内周の回りに伸びている内側に突き出たリッジ（２２）であって、前記ガス分散板（２０）が前記熱加工チャンバー内にそれ自体をよりかからせるエッジ（３６）を備えるリッジ（２２）を更に含む請求項１ないし３の何れか１項に記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項８】
前記リッジ（２２）に、前記管（１８）の上端部（３２）が少なくとも部分的に貫通した孔（３４）が設けられている請求項７記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項９】
前記主加工部（１２）、前記上部（１４）、前記ガス注入管（１８）及び前記ガス分散板（２０）により形成された接合部に、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法を介して施される蒸発された炭化珪素を更に含む請求項２記載の熱加工チャンバー（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に熱加工系の分野に関し、そして更に特別には、一体化ガス分散通路を有する垂直な熱加工系のための、改良された熱加工チャンバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】
熱加工炉は広く知られており、そしてアニーリング、拡散、酸化及び化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法を含む種々の半導体製造工程を実施するために、長年使用されている。その結果、これらの工程は、とりわけ得られる製品の品質及び均一性に関する工程変動性の影響に関して、良く理解されている。熱加工系は、典型的には、水平型炉又は垂直型炉の何れかを用いる。幾つかの用途において、垂直型炉は、使用中により少ない粒子を生じさせ、それ故、汚染率及びウェファー廃棄率を低減させ、容易に自動化され得、そして加工チャンバーの垂直的配向は比較的小さい設置面積で済むので、垂直型炉は少ないフロアー・スペースを要求するので好まれる。
【０００３】
水平型炉及び垂直型炉の両方は、公知の如く、線幅を１ミクロン以下に保持しつつ、所望の深さへ埋め込まれるドーパントの更なる拡散を促進するためか、又は、他の慣用の加工技術、例えば、ウェファーへの酸化物層の適用若しくはＣＶＤ法におけるウェファーへの化学的蒸気層の蒸着を実施するため、半導体ウェファーを所望の温度に加熱するように設計されている。加工すべきウェファーの均一加熱、並びにウェファーの表面全体の均一なガスの流れは、これらの工程において重要である。
【０００４】
管炉又はベル・ジャー炉のような加工チャンバーを用いる慣用の垂直型熱加工炉は、炉内の加工管を垂直位置に支持するように設計されている。このような垂直型炉も、単一のウェファーが載る昇降機駆動台か、又は加工管の内外にウェファー（群）を移動させるための適切な移送機構に加えて、複数のウェファーを保持するためのウェファー・ボート・アセンブリーの何れかを、典型的に使用している。酸化物形成又はＣＶＤ法を行うべき炉にはガス注入手段が設けられている。シリコン集積回路のための限界寸法はミクロン以下の仕様に向かって連続的に微細化しているので、ウェファー温度の均一性及びガス流の均一性、並びにウェファー毎の加工再現性に対する要求が一層厳しくなっている。
【０００５】
加工チャンバーに均一なガス流を供給する従来技術及び機構は、バッチ（ウェファー・ボート）環境のためには、管の垂直距離全体に延びる貫通孔があるガス管を含む。このような系は、ミヤシタ(Miyashita) 他により、アメリカ合衆国特許第５０２９５５４号に開示されている。単一のウェファー環境においては、ウェファー表面全体のガス分散流を制御する公知機構は、加工チャンバー中のガス流の望ましい分散を得るために、中央の通路がベル・ジャーの上部にガス流の一部を向かわせ、そしてガス流の他の部分に輻射状の要素を付加するという、クリステンセン(Christensen) に付与された、アメリカ合衆国特許第５０６２３８６号に開示された機構を含む。
【０００６】
或いは又、加工チャンバーの内壁に沿って垂直に配置された石英注入管が設けられてもよい。前記注入管には、その全距離に貫通孔が設けられていてもよいし、又は加工チャンバー内へのガス注入のために、その上部近傍に出口を設けてもよい。このような注入管により提供されたガス流パターンは、加工チャンバーの縦方向の軸に関して軸対称的ではないので、固有の渦巻き流を持つ非対照的なガス流を与える。
【０００７】
更に又、アメリカ合衆国特許第５６５３８０６号及び同第５９７６２６１号に開示されているように、ウェファー表面全体に均一にガスを分散させるために、例えば調節板のようなシャワーヘッド型のガス分散装置が用いられてもよい。このようなシャワーヘッド型のガス調節板の場合は、高温加工により生じる調節板構造の変形又は”歪み”は、ウェファー表面全体の不均一なガス分散流の原因になる。このような変形が特に問題となるのは、調節板が石英から構成されている場合である。従って、アメリカ合衆国特許第５６５３８０６号及び同第５９７６２６１号に開示されるような先行技術の設計は、シャワーヘッド・調節板に隣接した又はそれと一体化した温度制御機構を取り入れている。このような付加的な部材は、炉の設計にコスト及び煩雑さを付け加える。
【０００８】
従って、ウェファー加工系における高温加工に耐え得る単純化されたガス分散機構を提供することが本発明の目的である。垂直型熱加工炉におけるこのような機構を提供することが本発明の別の目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
収納された基材を加工するための熱加工チャンバーであって、
（ｉ）第一領域を定義し、且つ加工すべき基材が前記加工チャンバーの前記第一領域内に挿入されそして前記第一領域から除去され得る開口部を備える、加工すべき基材が配置され得る主加工部、
（ii）前記主加工部の上に配置され、第二領域を定義し、且つ前記加工チャンバーの閉鎖端部を備える上部、
（iii）前記第二領域にガスを供給するガス注入管、及び
（iv）前記第一領域を前記第二領域から分離するガス分散板
からなる熱加工チャンバーが提供される。
前記ガス分散板は、前記第二領域に供給されたガスを前記第一領域に流入可能にする多数の通路を提供する。前記ガス分散板は、前記主加工部及び前記上部を一体化して形成されている。一つの態様において、前記主加工部、前記上部、前記ガス注入管及び前記ガス分散板を含む熱加工チャンバー全体は炭化珪素（ＳｉＣ）からなる。
【００１０】
【発明の実施の形態・実施例・発明の効果】
さて図面を参照すると、図１には、本発明の原理に基づいて構成された熱加工チャンバー１０が開示されている。この熱加工チャンバー１０は、(i) 円筒状主部１２と、閉鎖端部又はドーム状冠部１４とからなるベル・ジャー１１、(ii)基部又は低部フランジ１６、(iii) ベル・ジャー１１の円筒状主部１２内に存在する注入管１８、及び(iv)円筒状主部１２とドーム状冠部１４とのほぼ接合部でベル・ジャー１１内に配置された平円盤状ガス分散板２０、からなる。注入管１８及び分散板２０は、以下に更に説明するように、ベル・ジャー１１の円筒状主部１２に加工ガスを均一に分散させるために機能する。
【００１１】
好ましい態様において、ベル・ジャー１１の円筒状主部１２及びドーム状冠部１４、低部フランジ１６、注入管１８及びガス分散板２０を構築するために炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される。加工チャンバー１０全体は、”未焼成”状態で前記成分から組み立てられ、次いで、集積アセンブリー全体を完成させるために、オーブン中で硬化又は加熱焼成される。
【００１２】
ベル・ジャー１１の円筒状主部１２及びドーム状冠部１４は、ほぼ６ミリメートル（ｍｍ）厚の炭化珪素から形成される。円筒状主部１２とドーム状冠部１４との接合部の近傍には、ベル・ジャー１１の内周の回りに伸びている内側に突き出たリッジ２２が形成されている。このリッジは、独立して形成されてもよいし、又は円筒状主部１２又はドーム状冠部１４の何れかと一体に形成されてもよい。円筒状主部１２、ドーム状冠部１４及び内側に伸びる前記リッジは、それらの未焼成状態で一体に結合され、未硬化の未焼成ベル・ジャー１１を形成する。
【００１３】
図２ないし４は、各々、加工チャンバー１０の残りの部分、すなわち、低部フランジ１６、注入管１８及びガス分散板２０、のより詳細な図を示す。図２に示されるように、前記低部フランジは炭化珪素の環状マスから構成されている。前記低部フランジの厚さは１５ｍｍ程度である。
【００１４】
低部フランジ１６には、注入管１８の低端部２４を前記低部フランジに固定するための手段を提供する、内側に突き出た突出部２３が設けられている（図３参照）。この固定手段は突出部２３中の孔２６からなり、孔２６を通って、注入管１８の低端部２４が硬化前に挿入される。孔２６は、フランジ突出部２３中の注入管１８の低端部２４の位置を確保するために、低部フランジ３０とかみ合うようにレッジ２８に設けられている。
【００１５】
注入管１８の上端部３２は、ベル・ジャー１１の内側に突き出たリッジ２２中の孔３４内に嵌合している（図１に戻って言及）。注入管１８の低端部２４が低部フランジ１６の孔２６に据え付けられ、且つ前記注入管の上端部３２がリッジ２２の孔３４に嵌合される場合は、ベル・ジャー１１の円筒状主部１２の前記低端部（ドーム状冠部１４の反対側）は、低部フランジ１６に据え付けられている。前記ベル・ジャー中の加工すべきウェファーのような基材は、前記ベル・ジャーの開口端部２１を介して、加工チャンバー１０内に挿入されてよい。
【００１６】
図１ないし４に示されるように、ガス分散板２０は、内側に突き出たリッジ２２により、ベル・ジャー１１内に配置されている。リッジ２２の内側に最も突き出たエッジ３６は、板２０に支持を与えるために、前記板の外辺部３８を越えて内側に伸びている。
【００１７】
加工チャンバーアセンブリー１０全体は、次いで、成分を一緒に溶融するために、オーブン中で加熱焼成される。蒸発された炭化珪素が、次いで、結合された部品により形成された接合部に、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法を介して施される。このような”充填材”の堆積は、加工チャンバー１０が、基材を加工するため気密の密閉された環境を提供することを確実にする。
【００１８】
イオン操作において、窒素又は酸素のようなガスが、注入管１８を通って、ベル・ジャー１１のドーム状冠部１４の内部３９に流入する。このガスは、ガス分散板２０中の通路（流路又は孔）４０，４２を通って、前記ドーム状冠部から下側に流れ、そして、前記ベル・ジャーの円筒状主部１２の内部４４内に流入する。ガス分散板２０の中心近傍の孔４０は、前記ガス分散板の周辺に沿った前記孔４２よりも、互いに一層離れて配置されている。周辺の孔４２の間のより接近した間隔は、ドーム状冠部１４の内部の周辺近傍に蓄積する傾向がある圧力の増大を軽減するように設計されている。
【００１９】
ベル・ジャー１１のドーム状冠部１４中のどのような圧力の増大も排除するために、孔４０，４２の断面積全体の合計は、注入管１８の断面積のほぼ４倍である。開示された孔４０，４２のパターンは、前記ガス分散板を通るガスの均一な流れを与える。従って、ベル・ジャー内の下側で且つ前記ガス分散板に平行に配置された、加工すべき珪素ウェファー（図示せず）のような基材は、その表面全体を均一なガス流に晒されるであろう。
【００２０】
前記ガスは、主に酸化物形成（例えば、モニター酸化物、ゲート酸化物及びマスク酸化物）のために使用される。炭化珪素構造物は、約摂氏１２５０度（℃）の温度まで安全に対処することができる。加えて、炭化珪素は、アルミニウムのような一層活性な物質と異なり、加工チャンバー内で起こる加工に対して不活性である。
【００２１】
従って、一体化ガス分散機構を有する熱加工チャンバーの好ましい態様が記載された。しかしながら、先の記載の意図に関して、この記載は単なる実施例としてのものであり、本発明は本文中に記載された特定の態様に限定されず、そして、本発明の特許請求の範囲及びそれらの同義語により定義された本発明の範囲から逸脱することなく、先の記載に関して、種々の再配列、変形及び置換が行われてよいと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理に基づいて構成された熱加工チャンバーの断面図である。
【図２】図２は、本加工チャンバーの低部フランジを示し、図１の熱加工チャンバーの、２−２線に沿って取られた断面図である。
【図３】図１の熱加工チャンバーの注入管の破断断面図である。
【図４】図４は、本加工チャンバーの一体化ガス分散板を示し、図１の熱加工チャンバーの、４−４線に沿って取られた断面図である。
【符号の説明】
１０：加工チャンバー
１１：上部（ベル・ジャー）
１２：円筒状主部
１４：ドーム状冠部
１６：低部フランジ
１８：注入管
２０：平円盤状ガス分散板
２１：開口部
２２：リッジ
２３：突出部
２４：低端部
２６，３４：孔
２８：レッジ
３２：上端部
３６：エッジ
３８：外辺部
３９：第二領域
４０：ガス流路（中心孔）
４２：ガス流路（周辺孔） ４
４：第一領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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