(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のウェ−ハが積載可能であり、第１及び第２ガスよりなる所定の反応ガスの反応を外部と遮断させるための石英チュ−ブと、
前記石英チュ−ブの表面の前記ウェ−ハ中最下段ウェ−ハの水平位置より下部側壁に形成され、前記第１ガスを前記石英チュ−ブ内に流入させるガス流入口と、
前記第２ガスを前記ウェ−ハ中最上段のウェ−ハの上部に移動させる注入管と、
前記反応済のガスを前記外部に排出させるためのガス排出口とを有し、
前記第１ガスは窒素ガスで、前記第２ガスは水素ガスであることを特徴とする半導体装置の縦型拡散炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型拡散炉に係り、さらに詳細には熱処理工程時使用する水素ガスの流れを改善する半導体装置の縦型拡散炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、拡散炉の技術分野では縦型拡散炉が広く用いられている。従来の横型拡散炉に比し縦型拡散炉の長所は、ウェ−ハがプロセスチュ−ブの壁に触れない石英管が積載されるのでカンチレバ−やソフトランディングが求められないということ、ウェ−ハが自動的に着脱されるということ及び清浄室にできる跡が相対的に小さいという事である。
【０００３】
一方、シリコン基板とその上に形成された酸化膜の界面に結合せず残存する電荷は、配線の接触抵抗を増加させたり漏れ電流を発生させたりするなど半導体装置の特性を劣化させる。このような問題点を解決するために、従来では縦型拡散炉により合金を形成する工程中に水素ガスを用いている。常温の水素ガスは比較的高温の拡散炉に流入されると温度上昇によるエネルギで水素イオンとなる。水素イオンはシリコン基板とその上の層との界面に存する未結合電荷と反応して、未結合電荷による電気的問題を相殺する。
【０００４】
図２は従来技術における半導体装置の縦型拡散炉を示したものであり、図２（Ａ）と図２（Ｂ）において、同じ構成要素には同一の参照符号を記している。
【０００５】
これら縦型拡散炉は水素ガス及び窒素ガスを同時に縦型拡散炉内に流入させるガス流入管１１（１１ａ）、水素ガスに関連した反応を外部から遮断させる石英チュ−ブ１、石英チュ−ブ１内に積載されている多数のウェ−ハ３、石英チュ−ブ１内に積載されたウェ−ハ３を保持させるための保持部５、及び石英チュ−ブ１の内部に残っている反応済みのガスを外部に排出するガス排出口９を具備している。
【０００６】
図２（Ａ）の縦型拡散炉では、ガス流入管１１が石英チュ−ブ１の外壁に沿って垂直に配設され、頭部に設けられた拡散孔に連結されている。ガス流入管１１に導入された水素ガス及び窒素ガスは拡散炉の頭部の拡散孔を通じて縦型拡散炉内に流入される。一方、図２（Ｂ）のガス流入管１１ａは石英チュ−ブ１０の内壁に沿って垂直に配設されている。いずれの場合においても、窒素ガスと共に水素ガスはガス流入管１１或いは１１ａを通じて石英チュ−ブ内に流入される。このように、ウェ−ハ３の上部より反応ガスを導入する従来技術として、たとえば特開平７−１４７８２号公報または特開平６−３３３８６３号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の縦型拡散炉では、流入された水素ガスは積載されたウェ−ハ３の上段から下段に流れる。このとき、流入される水素ガスと窒素ガスの温度は、通常、常温であるが、拡散炉内の温度は４００℃の高温である。したがって、この温度差と重力により流入された水素及び窒素ガスは上部から下部に素速く移動して渦流を生じ、水素ガスがウェ−ハと充分に反応する時間が確保できなくなる。その結果、熱処理工程などで水素ガスを用いる目的を充分に達成できなくなるという問題が生じた。
【０００８】
また、図１に示した従来の縦型拡散炉では、水素及び窒素ガスを石英チュ−ブの上部に移動させるためにガス流入管を用いることでチュ−ブがコスト高になりチュ−ブを石英で作ることによるパ−チクルの発生などで半導体装置の歩留りが低下するという問題もあった。したがって、付加的な注入管の使用による設備の維持及び補修に多くの努力が必要とされている。
【０００９】
なお、たとえば特開平６−３１０６１１号公報または特開昭６３−４３３１６号公報には、積層されたウェ−ハの最下段の水平位置より下部にガス流入口が設けられているが、ここには上記問題点を十分に解決するための手段が開示されていない。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、ガスの渦流を抑制可能な半導体装置の縦型拡散炉を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、本発明による縦型拡散炉は、多数のウェ−ハが積載可能であり第１及び第２ガスよりなる所定の反応ガスの反応を外部と遮断させるための石英チュ−ブと、この石英チュ−ブの表面のウェ−ハ中最下段ウェ−ハの水平位置より下部側壁に形成され第１ガスを石英チュ−ブ内に流入させるガス流入口と、第２ガスをウェ−ハ中最上段のウェ−ハの上部に移動させる注入管と、反応済のガスを外部に排出させるためのガス排出口とを有し、第１ガスは窒素ガスに、第２ガスは水素ガスにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による半導体装置の縦型拡散炉の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明による半導体装置の縦型拡散炉の第１の実施の形態を示した縦断面図である。
【００１５】
第１の実施の形態における縦型拡散炉では、ガス流入口１３をガス流入管を用いずに石英チュ−ブ１の外壁に形成する。具体的には、石英チュ−ブ１内に積載された多数のウェ−ハ中最下段に位置した水平位置より下部にガス流入口１３を形成する構造になっている。なお、第１の実施の形態においても、図２に示した従来の縦型拡散炉と同じ構成要素には同一の符号により示してある。
【００１６】
このように、第１の実施の形態では従来の縦型拡散炉とは違ってガス流入管１１或いは１１ａがなく、水素及び窒素ガスをガス流入口１３を通じて反応石英チュ−ブ内に直接注入させる。水素ガスと窒素ガスの質量比は１：７であって、水素ガスが窒素ガスより軽いので、水素ガスの流れは石英チュ−ブ１の上方に、窒素ガスはガス流入口を通って石英チュ−ブの下方に流れるようになる。
【００１７】
さらに、低温（常温）状態の反応ガスが高温状態の拡散炉に流入されると熱エネルギを受けるようになって熱膨張をし、これにより水素ガスは上方に流れるようになる。そこで、水素ガスの流れは重力と反対方向なので、水素ガスが上方に移動するに掛かる時間は従来の拡散炉で流入ガスが上から下に流れる時間に比べて長くなる。
【００１８】
即ち、水素ガスとウェ−ハの反応に要する時間が延長される。したがって、反応ガスの渦流発生が効果的に抑制され、水素ガスは図１の区間Ａで安定したガス層を形成して、ウェ−ハ３との反応時間を充分に確保し得る。
【００１９】
温度４００℃、時間４０分及び流入される反応ガス（水素及び窒素ガス）の質量比に対する水素ガスの質量比が1:0.33% の条件の下で第１の実施の形態による縦型拡散炉を１６メガDRAMの合金工程時に用いた結果、半導体装置の歩留りが向上したことが判った。
【００２０】
（第２の実施の形態）
流入ガスの渦流発生を抑制する第２の実施の形態として、注入管のある図２（Ｂ）に示した従来の縦型拡散炉に図１に示したガス流入口１３をさらに具備する。このガス流入口１３は、図１に示すように、積載されたウェ−ハ中最下段ウェ−ハの水平位置より下部に位置する石英チュ−ブの外壁に形成した。
【００２１】
この際、ガス流入管１１ａを通じて水素ガスを石英チュ−ブ１内に流入させ窒素ガスは新たに設けたガス流入口を通じて石英チュ−ブ内に流入させる。水素ガスと窒素ガスとを分離して異なる注入手段を通じて石英チュ−ブ内に流入させることにより、水素ガスと窒素ガスとを共に上部から下部に流す時より渦流の発生が減少する。このように第２の実施の形態によれば、熱処理工程中に用いられる水素ガスの流れを改善することが可能となるとともに、従来の縦型拡散炉に若干の変形を加えて用い得ることが可能なので既存の縦型拡散炉を利用できるという点で経済的効果を期待できる。
【００２２】
以上、本発明による縦型拡散炉の実施の形態を図面を用いて説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、当該発明の技術分野の通常の知識を持つものにより本発明の技術的思想の範囲内での種々の変形および修正は本発明の範囲に含まれる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では従来の縦型拡散炉でガスの流入時に生じる渦流現象を根本的に防止し得る。また、ガス流入管の設置が簡単なので低コストになり、設備の維持及び管理が容易になる。さらに、従来の縦型拡散炉に若干の変更を加えて用い得るので本発明による縦型拡散炉は経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の縦型拡散炉の第１の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の縦型拡散炉である。
【符号の説明】
１    石英チュ−ブ
３    ウェ−ハ
５    保持部
９    ガス排出口
１３    ガス流入口
【図１】
0003795945.tif 000002
【図２】
0003795945.tif 000003