JPH03273620A - 半導体ウエハの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１］

【産業上の利用分野】

この発明は半導体ウェハに不純物拡散等の加熱処理を施
す方法に関する。 ［０００２］

【従来の技術】

従来、半導体ウェハにアクセプタ不純物あるいはドナー
不純物などを拡散するにあたっては、図５に示すように
石英又はシリコン製の治具２に多数のウェハ１を直立さ
せて並列的に保持し、図６に示すような横型拡散炉３に
挿入するのが一般的であり、拡散炉３は、ヒータ４を有
すると共に、ウェハ挿入用開口部とは反対側端から不純
物を含むキャリアガス（０２，Ｈ２，Ｎ２等）５を流入
させるようになっているのが普通であった。その横型拡
散炉は、例えば特開昭４９−１０４５７０号に開示され
ている。 ［０００３］

【発明が解決しようとする課題】

しかし、このような従来技術によれば、ウェハを炉内に
挿入するときに、炉体内壁とウェハ治具とが接触し異物
が発生しがちである。又、炉内の温度分布が不均一性で
あることと相俟ってガスの流速分布の不均一性あるいは
乱流の発生などによってウェハ内での又はウェハ間での
素子特性に相当のばらつきが生ずる欠点がある。 ［０００４］ すなわち、ウェハを炉体内に保持するときに、ウェハ治
具が炉体内壁と接触するので、この接触面からの熱伝達
によってウェハ治具およびウェハの温度分布に差が生じ
たり、炉体内に導入された反応ガス密度が重力の影響で
炉体内の上下で差が生じ、一枚のウェハ内でバラツキが
生じたりする等の問題がある。 ［０００５］ 又、ウェハを一枚ずつ治具に立てかげる必要があり自動
化に不向きである。又、装置の占有スペースがかなり大
きいという欠点もある。 ［０００６］ 本発明の目的は上記した欠点を除去した新規な半導体ウ
ェハに対する熱処理方法を提供することにある。そして
、特に装置の複雑化を避けると共に炉管内への汚染源の
巻き込みを解消させる熱処理方法を提供するものである
。 ［０００７］

【課題を解決するための手段】

本発明の特徴とするところは、円筒状の空間がほぼ鉛直
方向に沿って存在する炉管内で複数の半導体ウェハを熱
処理するにあたり、その炉管は長手方向一端が前記複数
の半導体ウェハの挿入が可能な開口端を成し、その一端
に対し長手方向反対側の他端はガス導入口を有する閉鎖
端を成す円筒状のものが使用され、該複数の半導体ウェ
ハを、その長手方向に所定間隔を保って半導体ウェハが
係合される所定の幅の溝がそれぞれ設けられた複数の棒
状部材とそれら棒状部材を所定間隔を保つようにその棒
状部材両端を支持する部材とからなる半導体ウェハ保持
治具に対し、それぞれを上記溝に係合させることにより
長手方向に所定間隔を保つてかつそれら半導体ウェハが
互いに対向するようにその半導体ウェハの周縁部の複数
箇所において係合保持させ、前記鉛直方向に沿って存在
する炉管の開口端より上記治具を炉管内に挿入せしめ、
その治具を炉管内壁に接触させることなく、かつ前記炉
管のガス導入口より炉管内にガスを導入させ加熱処理す
ることにある［０００８］

【作用】

このような構成とすることにより炉の内壁とウェハ（ウ
ェハ治具）とを非接触にすることができ、異物の発生を
低減できる。又、ウェハはほぼ水平に保持されるので治
具から治具への一括移送がしやすく自動化に対応でき、
またウェハの大口径化にも対応できる。また、省スペー
ス、省エネルギーも達成でき、熱変形にも強い。 ［０００９］ そして特に、ウェハ挿入とは反対方向からのガス導入と
しているために、装置すなわち炉管の構造は複雑になら
ず、そして半導体ウェハ挿入時の炉管内金体への汚染源
の巻き込みを反対側からのガス流入によって阻止するこ
とが可能となる［００１０］

【実施例】

図１は本発明の実施例による拡散処理方法を示すための
全体構成を示す断面図である。そして、図２はこの発明
の実施例で用いられるウェハ保持治具を示すものである
。 ［００１１］ まず、図２において、多数の半導体ウェハ１１はほぼ等
間隔で上下の一対の保持部材１２Ａ、１２Ｂからなる保
持治具１２内に配列される。保持部材１２Ａ。 １２Ｂは互いに同様な構成で、図示の如く重ね合わせた
際にウェハ外径に相当する内径をもった円筒状部を各々
３本づつで計６本の棒状部１２Ｘにより形成するように
なっている。そして、各棒状部１２Ｘのウェハ１１に係
合すべき部分にはウェハ厚さに相当する幅の溝が切られ
ており、後述のようにウェハ１１を水平に保持してもウ
ェハが落下しないようになっている。 ［００１２］ ウェハ保持治具１２内に図２に示すように保持された多
数のウェハ１１は、図１に示すように治具１２を９０°
回転させて治具ホルダ１６に保持させることによりほぼ
水平の状態で縦方向に延在してなる石英管によって構成
された縦形拡散炉（熱処理炉）１３内に挿入される。拡
散炉１３はヒータ１４を有すると共に、ウェハ挿入とは
反対側の下方から不純物を含むキャリアガス１５を導入
するようになっている。 ［００１３］ 拡散処理にあたっては、ガス１５を炉１３内に導入する
と共にヒータ１４でウェハ１１を所定の温度に加熱する
。一方、ウェハ保持治具１２を治具ホルダ１６を用いて
炉の内壁と非接触の状態で保持する。この実施例ではこ
の非接触を利用して治具ホルダ１６を、さらに矢印ＵＬ
に示す如く上下動させ且つ矢印Ｒに示す如く回転させる
ことによりウェハ１１に上下動及び回転運動を与えるよ
うにする。このようにすると、ウェハ１１に対してヒー
タ１４の熱とガス１５中の不純物を均一に作用させるこ
とができるので、ウェハ内及びウェハ間の素子特性ばら
つきを大幅に減らすことができる。 ［００１４］ 図３及び図４は、図１の処理バッチにおいて各ウェハ毎
に多数の拡散型トランジスタを形成した場合に、１ウエ
ハ内での又は複数ウェハ間でのトランジスタの電流増幅
率ｈＦＥのばらつきを従来法による場合と対比して示し
たものである。図３によれば、１つのウェハ１１内にお
けるＹ方向に沿うｈＦＥのばらつきは破線Ａに示す従来
法による場合よりも実線Ｂで示すこの発明による場合の
方がはるかに小さいことが明らかである。また、図４に
よれば、同一処理バッチ内におけるウェハ１１間のｈＦ
Ｅのばらつきも破線Ａに示す従来の場合よりも実線Ｂに
示すこの発明による場合の方が充分小さいことが明らか
である。 ［００１５］

【発明の効果】

（１）本発明によれば、円筒状の空間がほぼ鉛直方向に
そって存在する炉管内での複数の半導体ウェハの熱処理
であるために、すなわち縦方向の空間を利用するために
、従来の横形拡散炉に較べてスペース効率がよく、省ス
ペース化を図ることができる。 ［００１６］ （２）本発明によれば、半導体ウェハ保持治具に対して
、複数の半導体ウェハのそれぞれをその半導体ウェハの
周縁部の複数箇所において接触保持させるものであるた
め、その半導体ウェハ保持治具自体は軽量なものとする
ことができ、大量のウェハチャージが可能となる。 ［００１７］ （３）上述の如く半導体ウェハ保持治具自体は軽量なも
のとすることができるがため、図１に示す如くその半導
体ウェハ保持治具を炉管内においてその炉管内壁に接触
させることなく治具ホルダ１６で半導体ウェハ保持治具
の長手方向一端部側のみを支えて加熱処理ができる。す
なわち、半導体ウェハ保持治具の片持ち支持ができる。 ［００１８］ （４）半導体ウェハ保持治具を片持ち支持であれば、当
然両持ち支持に較べて異物発生は少なくなる効果がある
。すなわち、図１に示す如く半導体ウェハ保持治具の長
手方向の他端部側は浮かしておくために、炉管内での接
触摩擦部分がなくなり、このため、異物発生は少なくな
る。 ［００１９］ （５）本発明によれば、半導体ウェハ保持治具の長手方
向に沿って所定間隔を保づて配置させ、その治具を鉛直
方向に沿って存在する炉管内にその内壁に接触させるこ
となく維持せしめるものであるため、炉体の径を小さく
でき、つまり、ヒータから炉体中心までの距離が短くで
きるためにウェハ内の温度不均一は小さくなり、均一加
熱化に近づく。 ［００２０３ （６）本発明によれば、ウェハはほぼ水平に対向保持さ
れているためにガスの流れがウェハ面に直接あたらず、
ガスの濃度、量のばらつきによる影響は小さい。このた
め、ロフト間ばらつきも小さい。 ［００２１］ （７）本発明によれば、実施例の如く複数の半導体ウェ
ハをほぼ水平に、かつそのウェハを水平面内で回転させ
るようにしているために、ガスの乱流をソフトに生じさ
せるものとなり、各ウェハ間、ウェハ内に均一にガスが
ゆきとどく。 ［００２２］ （８）本発明によれば、実施例の如く複数の半導体ウェ
ハをほぼ水平に、カリそのウェハを水平面内で回転させ
るようにしているために、ウェハ回転手段の回転に負担
をかけず均一な回転が可能となる。 ［００２３］ （９）図１に示すように半導体ウェハ保持治具の支持側
とは反対方向からのガスの流入のため、ガス流入口付近
でのガスの乱れを誘発する要因が減り、より一層各つニ
ハ間、ウェハ内へのガス均一化を図ることができる。 ［００２４］ 以上のように、この発明によれば、炉構造ないし使用治
具類を特別複雑化させることなく、ウェハ内及びウェハ
間での素子特性ばらつきを大幅に低減することができ、
各種半導体装置を高歩留で製作できる効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による拡散方法を示す炉体の断面図であ
る。

【図２】 本発明の実施例で用いられるウェハ保持治具を示す斜視
図である。

【図３】 本発明の効果を従来技術による場合と対比したウェハ所
定方向における電流増幅率のばらつきを示すグラフであ
る。

【図４】 本発明の効果を従来技術による場合と対比した同一処理
バッチ内のウェハ位置における電流増幅率のばらつきを
示すグラフである。

【図５】 従来技術におけるウェハの保持状態を示す側面図である
。

【図６】 従来技術による拡散法に用いられる炉体全体の断面図で
ある。

【符号の説明】

１１　半導体ウェハ １２　ウェハ保持治具 １３　縦型拡散炉 １６　治具ホルダ

【書類者】

図面

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】 つ１−１．幻Ｙ°方句

【図５】

【図６】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．円筒状の空間がほぼ鉛直方向に沿って存在する炉管
   内であって、その炉管内にガスを導入させながら複数の
   半導体ウエハを熱処理するにあたり、該複数の半導体ウ
   エハを、長手方向に所定間隔を保って半導体ウエハが係
   合される所定の幅の溝がそれぞれ設けられた複数の棒状
   部材とそれら棒状部材を所定間隔を保つようにその棒状
   部材両端を支持する部材とからなる半導体ウエハ保持治
   具に対し、それぞれを上記溝に係合させることによりそ
   の半導体ウエハの周縁部の複数箇所において係合保持さ
   せ、かつ治具の長手方向に沿って所定間隔を保って配置
   させ、上記治具をその鉛直方向に沿って存在する炉管内
   に、その炉管内へのガスの導入方向とは反対の方向より
   挿入せしめ、上記治具をその炉管内壁に接触させること
   なくその治具の長手方向一端部側のみで支え加熱処理す
   ることを特徴とする半導体ウエハの熱処理方法。
2. ２．加熱処理時に上記ウエハ保持治具を回転させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハ
   の熱処理方法。