(57)【要約】【課題】構造が簡単で炉の上下方向での均一性が保たれ、さらに、使用回数が増加しても均一性にバラツキが生じない炉芯管を提供する。【解決手段】本炉芯管はこの内壁面に螺旋溝を形成し、その上部から導入されたガスが、ガスが停滞なく均一に炉体の下部まで行き渡るようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉芯管の内壁面に螺旋溝を形成し、炉芯管の上部から導入されたガスが、停滞なく均一に炉体の下部まで行き渡るようにしたことを特徴とする炉芯管。
【請求項２】
前記螺旋溝は同一溝ピッチを有することを特徴とする請求項１に記載の炉芯管。
【請求項３】
前記螺旋溝は炉芯管の上方から下方に行くに従い溝ピッチが大きくなることを特徴とする請求項１に記載の炉芯管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板の製造方法に係わり、特に半導体基板の熱処理に適する炉芯管に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体用基板の熱処理に用いられる縦型の拡散炉は、炉内に熱処理が施される半導体用基板を水平に層状に配置し、反応炉の上部または下部から、場合によってはノズル等を使用してさまざまな形で炉内にガスを挿入するといった工夫がなされている。
【０００３】
これらの目的は炉内位置による反応の不均一性を低減するためのもので、一般的には、ガス導入口の近くでは反応が速いが、そこからの距離が遠くなるに従い反応が遅くなる（小さい）ため、成膜厚さや拡散濃度の差が生じる。縦に長い縦型炉の場合、反応物を２〜４分割してその領域毎に反応ガスを供給することで、各部位の範囲内での均一性を高め、全体としての一定の均一性レベルを確保している。
【０００４】
縦型炉に限ったことではないが、実際のプロセスでは、ガスが反応物（Ｓｉウェーハ）に到達するまでの間の時間差、濃度変化、流量変化は必ず発生、残存するため、炉内全体、特に炉の上下方向での均一性は必ずしも十分でない。
【０００５】
これを解決する方策のひとつとしてノズルを用いる方式は、メンテナンス性の悪さ（非常に細く長いものが多く、取り付け取り外し時に破損しやすい）や、使用回数増加に伴ってバラツキ低減効果が低下する（堆積物がノズル内に付着し流れが悪くなることに起因）といった問題点がある。その他ガス流れの整流化用の遮蔽板や排気口の治具形状を改良したものが既存技術としてあるが、構造が複雑である。
【０００６】
なお、特許文献１には、炉芯管の上部にガス供給分散部を設け、ガスを炉芯管内に均一に供給する炉芯管が提案されているが、メンテナンス性の悪さや、使用回数増加に伴って堆積物がガス供給分散部に付着し流れが悪くなり、バラツキ低減効果が低下する問題点がある。また、特許文献２には、旋回導入管を設け、供給されるガスに旋回流を与え、酸化膜を均一にする炉芯管が提案されているが、こちらも同じくメンテナンス性の悪さや、使用回数増加に伴って堆積物が旋回導入管に付着し流れが悪くなり、バラツキ低減効果が低下する問題点がある。
【特許文献１】特開平０６−３３８６７公報（［０００６］、図１（ｄ））
【特許文献２】特開２０００−３０６８５２公報（［００１３］、［００２４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、構造が簡単で炉の上下方向での均一性が保たれ、さらに、使用回数が増加しても均一性にバラツキが生じない炉芯管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、炉芯管の内壁面に螺旋溝を形成し、炉芯管の上部から導入されたガスが、停滞なく均一に炉体の下部まで行き渡るようにしたことを特徴とする炉芯管が提供される。これにより、構造が簡単で炉の上下方向での均一性が保たれ、さらに、使用回数が増加しても均一性にバラツキが生じない炉芯管が実現される。
【０００９】
好適な一例では、前記螺旋溝は同一溝ピッチを有する。
【００１０】
また、他の好適な一例では、前記螺旋溝は炉芯管の上方から下方に行くに従い溝ピッチが大きくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係わる炉芯管によれば、構造が簡単で炉の上下方向での均一性が保たれ、さらに、使用回数が増加しても均一性にバラツキが生じない炉芯管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る炉芯管の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る炉芯管の使用状態を示す概念図、図２はその内壁面を示す概念図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明に係る炉芯管１は、例えばシリカガラス製で中空円筒形状をなし、その内壁面２には、螺旋溝３が形成されている。
【００１５】
この螺旋溝３はその溝ピッチが一定であってもよく、また、図３に示すように炉芯管１の下方に行くに従い溝ピッチが広く形成されていてもよく、あるいは溝の一部を省略され平板状にしたものであってもよい。
【００１６】
また、図４及び図５に示すように、例えば半導体プロセス用炉芯管１としては、溝幅１．０〜６．０ｍｍ、溝深さは０．５〜３．０ｍｍの範囲で、水平方向から５〜４５°下方に傾けて形成することを基本的な構造とするが、反応系や使用プロセスに応じてこの形状は最適な値を適宜設定する。化学反応ガス種では、螺旋溝の溝ピッチを一定ではなく、より下方での流れを考慮して下に行くに従い螺旋ピッチを広げる構造のほうがより効果的である。これは単純にガス流量を増やすだけでは、実際のウェーハ上へ反応する量を必ずしも一定にできないためである。
【００１７】
本実施形態の炉芯管は、上記のような構造を有するので、図１及び図６に示すような炉芯管１の使用時、炉芯管１内の気流が、内壁面２に設けられた螺旋溝３に沿って炉芯管１内の上部から停滞なく下方に流れ、ウェーハボートＢに多数搭載された半導体基板Ｗの上部及び下部に気流が均一に流れる。
【００１８】
すなわち、比較的ボートＢに近いところを流れるガスは、直接ボート（ウェーハ）に接触、反応するが、この流れは下方に降りていくに従いその流量が低下していく。そこで、ボートＢから多少離れたところ（内壁面に近い領域）を流れるガスは、螺旋溝３が設けられているので、ボートＢ上部を通過するときに抵抗なく下方まで到達し、下部のウェーハＷヘ反応するのを補う。上部で十分な流量をもつガスのうち、内壁面に近いところの流れが、螺旋溝に沿って流れて、ある一定量の流量を保持したまま炉体下方まで到達することにより、このガスの流れが、上部に対して不足気味のガスを供給し、全体としての反応均一性を得ることができる。
【００１９】
これに対して、従来のように螺旋溝がない炉芯管では、ガスの流れが管壁部とウェーハ部でほぼ同じような層流になっており、この場合炉芯管の下部に行くに従い流速が減少する領域になり、その流れ全体が乱れ、下部ではガスのウェーハに対する供給量は不十分かつ不均一になってしまう。
【００２０】
上記のように本実施形態の炉芯管によれば、構造が簡単で炉の上下方向での均一性が保たれ、さらに、使用回数が増加しても均一性にバラツキが生じない炉芯管が実現される。
【実施例】
【００２１】
（１）試験１：図２に示すような螺旋溝が形成されて本発明に係る炉芯管（実施例１）を用い、下記に示す試験方法により、半導体基板の熱処理を行い、面内バラツキ及びバッチ内バラツキを調べた。
【００２２】
１）条件：面内バラツキ    ；６インチウェーハ面内５点（中心１、外周十字４点）の
酸化
膜厚バラツキ率  ；（最大値−最小値）／（最小値）×１００（％）
半導体基板      ；シリコン６インチ、１チャージ１００枚、ガスは炉の上
方から導入、膜厚１００ｍｍ狙い
螺旋溝          ；幅３ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、角度４５°
【００２３】
２）従来例：内壁面に螺旋溝がない平板状
【００２４】
３）結果：表１に示す。  
【表１】
2005167028.tif 000003
【００２５】
表１からもわかるように、実施例１は面内バラツキが従来例１に比べて、２．１％（７．７％→５．６％）改善され、バッチ内バラツキも２．６％（１２．３％→９．７％）改善されており、上５０枚膜厚平均と下５０枚膜厚平均の膜厚差も、従来例１が７００ｎｍであるのに対して、実施例１は４００ｎｍであり、改善されている。
【００２６】
（２）試験２：下記に示す条件の他は、試験１と同様の条件（実施例２）でシート抵抗を測定する。
【００２７】
１）条件：
オキシ塩化リンデポ炉面内バラツキ；
６インチウェーハ面内５点（中心１、外周十字４点）のシート抵抗
シート抵抗      ；３０Ω／□狙い
螺旋溝          ；幅４ｍｍ、深さ２．０ｍｍ、角度４０°
【００２８】
２）従来例：ノズル方式
【００２９】
３）結果：表２に示す。  
【表２】
2005167028.tif 000004
【００３０】
表２からもわかるように、実施例２は面内バラツキ及びバッチ内バラツキともに従来例２と同等を確保している。また、実施例２は上５０枚抵抗平均と下５０枚抵抗平均の差も従来例２と同等を確保している。
【００３１】
（３）試験３：上記試験２と同様の条件で、メンテナンス直後、５回目、１０回目使用後でのバッチ内バラツキを調べた（実施例３）。
【００３２】
結果：表３に示す。  
【表３】
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【００３３】
表３からもわかるように、従来例３はバラツキ率が初回から５回目で５．６％、初回から１０回目で１４．８％に大幅に増大するのに対して、実施例３は初回から５回目で０．７％、初回から１０回目で２．３％と増加率が小さく抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る炉芯管の一実施形態の使用状態を示す概念図。
【図２】本発明に係る炉芯管の一実施形態の内壁面を示す概念図。
【図３】本発明に係る炉芯管の他の実施形態の使用状態を示す概念図。
【図４】本発明に係る炉芯管の一実施形態の内壁面を示す平面図。
【図５】本発明に係る炉芯管の一実施形態の内壁面を示す縦断面図。
【図６】本発明に係る炉芯管の一実施形態の使用状態の一部を示す概念図。
【符号の説明】
【００３５】
１  炉芯管
２  内壁面
３  螺旋溝
【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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