(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、炭化珪素で作製された反応管と、基板を保持するための熱処理用ボートと、基板を加熱するためのヒータと、雰囲気ガスを前記反応管内に導入するために前記反応管内に挿入されたガス導入管と、前記雰囲気ガスを排気するためのガス排気管とを有する熱処理装置において、
前記ガス導入管は、前記熱処理装置内に挿入された部分は石英だけで作製されたものであって、かつ該ガス導入管の変形を防止するための保護管に覆われたものであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記保護管は、炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施されたシリコン、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭素のいずれかによって作製されたものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記保護管は、側面にスリットが形成されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の基板に熱処理を行うための熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶シリコン（以下、単にシリコンということがある）等の単結晶インゴットからウエーハを切出してから半導体デバイスを製造するまでの間には、ウエーハの加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在する。それらの工程の一つに熱処理工程がある。この熱処理工程は、ウエーハ表層での無欠陥層の形成、酸素析出物の形成によるゲッタリング層の形成、酸化膜の形成、不純物拡散等の目的で行われ、非常に重要なプロセスである。
【０００３】
このような熱処理工程で用いられる熱処理炉、例えば、酸化や不純物拡散に用いられる拡散炉（酸化・拡散装置）としては、現在、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハを水平に保持した状態で複数のウエーハを同時に熱処理する縦型の熱処理炉が主に用いられている（例えば特許文献１参照）。縦型熱処理炉では、通常、複数のウエーハを保持するための熱処理用ボートが用いられている。このような複数のウエーハに同時に熱処理を行う熱処理炉は、バッチ式の熱処理装置と言われている。
【０００４】
図３は、バッチ式の縦型熱処理装置の一例を示す概略説明図である。熱処理装置２０の反応室２１は、主にフランジ部３０と反応管３１により構成されている。なお、反応管３１は耐熱性の高い炭化珪素（ＳｉＣ）製であり、フランジ部３０は石英製となっている。反応室２１の内側には熱処理用ボート２２が設置されており、この熱処理用ボート２２に保持された複数のウエーハ２３は、反応室２１の周囲に設けられたヒータ２４によって加熱される。また、反応室２１にはガス導入管２５を介して雰囲気ガスを導入し、熱処理装置２０の上方からガスを流してウエーハ２３の周囲を通過させ、ガス排気管２６から外部に排気する。
【０００５】
このガス導入管２５の材質は炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられる。なぜなら、石英で構成した場合、１２５０℃程度の高温で熱処理を行うと、ガス導入管２５が熱によって変形し、熱処理用ボート２２に接触し破損してしまうという問題があるからである。このため、１２５０℃以上の高温熱処理を行う熱処理装置では、専ら炭化珪素（ＳｉＣ）のガス導入管が用いられている。
このようなガス導入管２５はジョイント部２８でガスポート部２７に接続され、更にガスポート部２７は不図示のガス供給源に接続される外部配管２９に接続されている。なお、ガスポート部２７は構造が複雑であり炭化珪素（ＳｉＣ）では作製が困難となるため、作製が容易な石英が用いられている。このとき、使用する雰囲気ガスは熱処理の目的によって異なるが、主としてＨ２、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ等が用いられる。また、不純物拡散の場合には、これらのガスをキャリアガスとして不純物化合物ガスを導入する。
【０００６】
しかしながら、上記のようなバッチ式熱処理装置を用いてＡｒ等の不活性ガス雰囲気で熱処理を行った場合、ウエーハに曇りが発生するという問題が発生する。また、ウエーハが鉄で汚染されるという問題も発生することが分かった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ウエーハに曇りを発生させず、鉄による汚染を低減させ、更にガス導入管が熱によって変形することが防止されている熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、炭化珪素で作製された反応管と、基板を保持するための熱処理用ボートと、基板を加熱するためのヒータと、雰囲気ガスを前記反応管内に導入するために前記反応管内に挿入されたガス導入管と、前記雰囲気ガスを排気するためのガス排気管とを有する熱処理装置において、前記ガス導入管は、前記熱処理装置内に挿入された部分は石英だけで作製されたものであって、かつ該ガス導入管の変形を防止するための保護管に覆われたものであることを特徴とする熱処理装置を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように、ガス導入管を少なくとも熱処理装置内に挿入された部分を全て石英製とすることで、従来のような炭化珪素製のガス導入管と石英製のガスポート部とのジョイント部を無くすことができ、たとえ反応管とフランジ部の隙間から空気のリークがあったとしてもリークした空気がガス導入管内に侵入することがないため、ウエーハに直接空気が接触することを抑制することができる。このため、ウエーハ表面が酸化されることを防止することができ、ウエーハ表面に曇りが生じることを防止することができる。
また、ＣＶＤコートを施さない炭化珪素の表面は、鉄等の重金属によって汚染されており、炭化珪素からなる径の細い管の内側はＣＶＤコートを行うことが困難なため、炭化珪素からなるガス導入管の内側は鉄で汚染されていると考えられる。このようなガス導入管を用いてガスを供給した場合、ガス導入管の内面に付着している鉄がガスと共に反応室内に混入し、ウエーハを鉄で汚染することになる。しかし、本発明のように、炭化珪素に比べて金属汚染の少ない石英によってガス導入管を作製すれば、従来に比べてウエーハの鉄汚染を低減することができ、デバイス作製の際に、歩留りを向上させることができる。
また、ガス導入管を石英製とすることで、熱変形を起こして熱処理用ボートに接触するという不具合を生ずる恐れがあるが、本発明では、ガス導入管は、保護管に覆われているため、たとえ石英製のガス導入管が熱により変形しても保護管によってガードされるため、ガス導入管が熱処理用ボートに接触することを防止することができ、ガス導入管や熱処理用ボートが破損することを防ぐことができる。
【００１１】
また、前記保護管は、炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施されたシリコン、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭素のいずれかによって作製されたものとすることが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このように、ガス導入管の変形を防止する保護管を、炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施されたシリコン、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭素のいずれかによって作製されたものとすれば、これらの材料は石英より熱変形に強いため、ガス導入管が熱変形することをより確実に防ぐことができ、よって熱処理用ボートとガス導入管の接触を防止することができる。
【００１３】
また、前記保護管は、側面にスリットが形成されたものとすることが好ましい（請求項３）。
【００１４】
また、上述のようにガス導入管を石英で作製すれば、従来のようにガス導入管を炭化珪素で形成した場合に比べて、ウエーハのガス導入管由来の鉄汚染はかなり低減されるものの、たとえ炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭化珪素によって作製された保護管であっても保護管の内側はＣＶＤコーティングを行うことが難しく、保護管の内側に残留する鉄が反応室内に拡散して僅かにウエーハを汚染してしまい、従来に比べて半分以下にすることはできるものの、鉄による汚染をより低レベルにすることは難しかった。しかし上記のように、保護管を側面にスリットが形成されたものとすれば、保護管の内側まで万遍なくＣＶＤコートを行うことができるので保護管からの鉄汚染を更に低減することができる。また、高純度の炭化珪素であれば、ＣＶＤコーティングを施したものと同程度に鉄汚染を低減でき、スリットを設ける必要もないが非常に高価なものとなってしまう。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、ウエーハに酸素を含んだガスが接触することを防げるため、熱処理後のウエーハ表面に曇り（酸化膜）が発生することを防止することができる。また、鉄の汚染源となっていた炭化珪素製のガス導入管を用いていないため、ウエーハの鉄不純物濃度を減少させることができる。よって、デバイス作製時の歩留りを向上させることができる。更に、石英製のガス導入管を保護管によって覆うことで熱変形することを防止しているため、ガス導入管が熱処理装置内の備品と接触して破損することを防止することができる熱処理装置となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、品質向上等の様々な目的でウエーハに熱処理を行うと、ウエーハに曇りが発生したり、鉄による汚染が発生するため、結果として、逆にその後のデバイス作製工程等で歩留りを低下させるといった問題があり、これらの問題を解決した熱処理装置の開発が待たれた。
【００１７】
本発明者は、まず、この曇りの原因について種々な検討を行った。その結果、ガス導入管とガスポート部のジョイント部から進入した空気がガス導入管を通って反応室上部から供給され、該空気中に含まれる酸素によって、ウエーハ表面に酸化膜が形成されることに起因していることが判った。
また、ＣＶＤコートが施されていない炭化珪素製のガス導入管が鉄で汚染されているため、この鉄が雰囲気ガスと共に反応室内に供給され、ウエーハ表面を汚染していたことも発見した。
【００１８】
そこで、本発明者は、熱処理の際にウエーハに曇りを発生させず、かつ鉄汚染の少ない熱処理装置とするために鋭意検討を重ねた結果、雰囲気ガスを反応管に導入するガス導入管を全て石英製とすることで曇りの発生を防止でき、更に従来ガス導入管に用いられた炭化珪素を使用しないことによって、炭化珪素由来の鉄を低減することができ、更に、石英製のガス導入管を変形防止用の保護管で覆うことで、ガス導入管が熱変形によって熱処理用ボートと接触する、という不具合を抑制することができることを発見し、本発明を完成させた。
【００１９】
以下、本発明について図１を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明における熱処理装置の一例を示す概略説明図である。
本発明に係る熱処理装置は、図１に示したように、熱処理装置１において、反応室２はフランジ部３と反応管４により構成されている。なお、反応管４は耐熱性の高い炭化珪素（ＳｉＣ）製であり、フランジ部３は石英製となっている。反応管４の内部には熱処理用ボート５が設置されており、この熱処理用ボート５にウエーハ６は保持されている。また、反応室２の周囲にはウエーハ６を加熱するためのヒータ７が設けられている。反応室２に雰囲気ガスを供給するためのガス導入管８と、排気するためのガス排気管９が設けられている。ガス導入管８は熱処理装置１の外部で不図示のガス供給源に接続される外部配管１０と接続されている。
ここで、本発明においては、ガス導入管８の材質は、熱処理装置１内に挿入された部分は石英だけで作製されており、下部がＬ字に曲がっていて石英製のフランジ部３に溶接されている。また、ガス導入管８には保護管１１ａが被せられている。
【００２０】
このような熱処理装置において、反応室は主に反応管とフランジ部によって構成されているが、この反応管とフランジ部の間は高温となるためにＯリング等が装着できず、そのため僅かに隙間が形成されてしまい、この隙間から周辺の空気が反応室内にリークする。通常、リークした空気は上方からのガス流により下方に流れガス排気管から外部に排気されるため、ウエーハと直接接触することはない。
ところが、従来の熱処理装置では、リークした一部の空気はガス導入管とガスポート部のジョイント部からガス導入管内に侵入し、反応室上部からウエーハに向かって供給される。この空気がウエーハに接触し、この空気に含まれる酸素によってウエーハ表面に酸化膜が形成され、曇りが発生する。
しかし、本発明の熱処理装置は、ガス導入管を熱処理装置内に挿入された部分を石英だけで作製したものであるため、ガス導入管にリークした一部の空気が侵入することがない。このため、ウエーハ表面に酸化膜が形成されることを抑制することができるため、ウエーハ表面に曇りが発生することも抑制することができる。
【００２１】
また、ＣＶＤコートを施していない炭化珪素は、表面が鉄等の重金属によって汚染されている。従来、使用されてきた炭化珪素製のガス導入管は、内側をＣＶＤコートすることが非常に困難であったため、管の内側が鉄で汚染されていた。このようなガス導入管を用いて雰囲気ガスを反応室内に供給した場合、ガス導入管内側面に付着していた鉄が、雰囲気ガスに混入し、ウエーハを鉄で汚染していた。
しかし、本発明では、炭化珪素に比べ、鉄などの重金属汚染が低レベルである石英のみで熱処理装置内に挿入された部分のガス導入管を作製したため、熱処理装置内の鉄不純物の濃度を従来に比べ、低下させることができ、よってウエーハの鉄汚染を抑制することができる。よって、デバイス作製時に歩留りを向上させることができる。
【００２２】
また、ガス導入管を石英製とすることで、熱変形を起こして熱処理用ボートに接触するという不具合を生ずる恐れがあるが、本発明では、ガス導入管は、保護管に覆われているため、たとえ石英製であるガス導入管が熱により変形しても保護管によってガードされるため、ガス導入管が熱処理用ボートに接触することを防止することができ、ガス導入管や熱処理用ボートが破損することを防ぐことができる。
【００２３】
また、保護管は、炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭化珪素、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施されたシリコン、炭化珪素によるＣＶＤコーティングが施された炭素のいずれかによって作製されたものとすることができる。
上記のような材料によって作製されたものを保護管として用いると、これらの材料は石英より熱変形に強いため、ガス導入管が熱変形することをより確実に防ぐことができる。よって熱処理用ボートとガス導入管の接触を防止することができる。
【００２４】
なお、図２に断面形状を示すように、保護管１１ｂを、一部にスリットが形成されたものとすることができる。
このような形状とすることで、保護管の内側まで万遍なくＣＶＤコートを行うことができ、ウエーハの鉄汚染を更に低減することができる。
【００２５】
また、このスリットは、幅をガス導入管の外径より狭くすることが望ましい。
また、保護管はガス導入管の下部のＬ字部分で支持されるようにすることが望ましい。
【００２６】
上記のような本発明の熱処理装置１を用いた熱処理方法の一例について簡単に示す。
熱処理装置１内に設置された熱処理用ボート５にウエーハ６を複数枚保持させ、反応室２の周囲に設けたヒータ７によって加熱することで、ウエーハに熱処理を行うものである。また、熱処理時においては、反応室２にはガス導入管８を介して雰囲気ガスを導入し、熱処理装置１の上方からガスを流してウエーハ６の周囲を通過させ、ガス排気管９から熱処理装置１の外部に排出する。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示したような、炭化珪素によるＣＶＤコートが施された炭化珪素製の反応管と、その反応管を支持する石英製のフランジ部を備える縦型の熱処理装置において、反応管の天板近くまで届く石英製のガス導入管（外径６ｍｍ、内径４ｍｍ）を石英製のフランジ部に溶接した。熱処理装置内に挿入された部分のガス導入管に炭化珪素によるＣＶＤコートが施された炭化珪素製の保護管（外径１２ｍｍ、内径８ｍｍ）を装着した。
この反応管に、直径３００ｍｍのシリコンウエーハを複数枚載置した炭化珪素ＣＶＤコートが施された炭化珪素製の熱処理用ボートを挿入し、５０ｌ／ｍｉｎの流量で反応室内にＡｒガスを流通させながら１２５０℃で１時間熱処理を行った。
【００２８】
熱処理後のウエーハの表面状態、鉄濃度の評価およびガス導入管の熱変形の度合いを以下に示すような手順で行った。
熱処理後、ウエーハの表面状態を、ハロゲンランプの集光灯にて観察した。
ウエーハの鉄不純物の濃度の評価を、ＳＰＶ法によって行った。
そして、１２５０℃・１時間のアニールを１００回行ってガス導入管が熱変形したかどうかを評価した。
【００２９】
実施例１のウエーハは、熱処理後の表面に、曇りの発生はなく、熱処理前の鏡面状態を維持していることが分かった。
この熱処理後のウエーハの鉄濃度を評価したところ、最大値が７×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、平均値が８×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と、比較的高い清浄度が得られていることが確認された。
さらに、アニールを１００回行ったところ、石英製のガス導入管は保護管の中に収まっており、熱変形によって熱処理用ボートに接触していないことが分かった。
【００３０】
（実施例２）
実施例１において、保護管に、図２に示すような、側面に幅４ｍｍのスリットが形成され内側にも炭化珪素によるＣＶＤコートが施されたものを使用する以外は実施例１と同様の熱処理装置を用いて、実施例１と同様の熱処理を行い、同様の評価を行った。
熱処理後のウエーハの表面状態を観察したところ、曇りの発生はなく、熱処理前の鏡面状態を維持していた。
ウエーハの鉄濃度を評価したところ、最大値が３×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、平均値が３×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と、高い清浄度が得られていることが確認された。
さらに、アニールを１００回行った後であっても、ガス導入管は保護管の中に収まっており、熱変形によって熱処理用ボートに接触していないことが分かった。
【００３１】
（比較例１）
実施例１において、石英製のフランジ部に、ガス導入管の替わりに、石英製のガスポート部を溶接し、そのガスポート部に炭化珪素ＣＶＤコートが施された炭化珪素製のガス導入管（外径６ｍｍ、内径４ｍｍ）をはめ込みによって接続した以外は実施例１と同様の熱処理装置を用いて実施例１と同様に熱処理を行い、同様の評価を行った。
比較例１の熱処理装置を用いて熱処理されたウエーハは、熱処理後の表面に外周部に強い曇りが発生した。
また、この熱処理後のウエーハの鉄濃度を評価したところ、最大値が４×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、平均値が２×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、Ｆｅ汚染濃度は高い値であった。
【００３２】
（比較例２）
実施例１において、ガス導入管を保護管によって覆わなかった以外は実施例１と同様の熱処理装置を用いて実施例１と同様に熱処理を行い、同様の評価を行った。
比較例２の熱処理装置を用いて熱処理されたウエーハは、曇りの発生はなく、熱処理前の鏡面状態を維持していた。また、ウエーハの鉄濃度も最大値が２×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、平均値が２×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と、高い清浄度が得られていた。
しかし、１２５０℃１時間のアニールを１０回行ったところ、石英製ガス導入管が熱変形してボートに接触した。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の熱処理装置の一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明における保護管の断面形状の一例を示す概略断面図である。
【図３】従来のバッチ式の縦型熱処理装置の一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…熱処理装置、  ２…反応室、  ３…フランジ部、  ４…反応管、  ５…熱処理用ボート、  ６…ウエーハ、  ７…ヒータ、  ８…ガス導入管、  ９…ガス排気管、  １０…外部配管、  １１ａ、１１ｂ…保護管、
２０…熱処理装置、  ２１…反応室、  ２２…熱処理用ボート、  ２３…ウエーハ、  ２４…ヒータ、  ２５…ガス導入管、  ２６…ガス排気管、  ２７…ガスポート部、  ２８…ジョイント部、  ２９…外部配管、  ３０…フランジ部、  ３１…反応管。
【図１】
0005109588.tif 000002
【図２】
0005109588.tif 000003
【図３】
0005109588.tif 000004