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JPH0855810A - 拡散炉 - Google Patents

拡散炉

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Publication number
JPH0855810A
JPH0855810A JP6192609A JP19260994A JPH0855810A JP H0855810 A JPH0855810 A JP H0855810A JP 6192609 A JP6192609 A JP 6192609A JP 19260994 A JP19260994 A JP 19260994A JP H0855810 A JPH0855810 A JP H0855810A
Authority
JP
Japan
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core tube
temperature
furnace
furnace core
heater
Prior art date
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Pending
Application number
JP6192609A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeaki Ide
繁章 井手
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Kyushu Ltd
Original Assignee
NEC Kyushu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Kyushu Ltd filed Critical NEC Kyushu Ltd
Priority to JP6192609A priority Critical patent/JPH0855810A/ja
Priority to US08/514,242 priority patent/US5603772A/en
Publication of JPH0855810A publication Critical patent/JPH0855810A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/12—Heating of the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】横型の拡散炉において、炉芯管６内の温度分布
の均一化を図る。 【構成】炉芯管６の外周囲に複数のヒータエレメント１
ａ〜１ｆを並べ設け、さらに、これらのヒータエレメン
ト１ａ〜１ｆで加熱される炉芯管６内の空間領域毎に温
度センサ２ａ〜２ｆを対応して配置し、これら温度セン
サ２ａ〜２ｆの温度を入力し同一温度になるようにそれ
ぞれ独立して前記空間領域の温度をＰＩＤ制御すること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を酸化ある
いは不純物拡散などの熱処理を行なう拡散炉に関し、特
に長尺な炉芯管が水平に置かれる横型拡散炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの集積化や性能向
上のためにゲート酸化膜やキャパシタ絶縁膜の薄膜化に
伴ない膜厚の均一性が要求されるようになった。また、
不純物拡散においても浅い接合面が要求されている。こ
の膜厚の均一性は、拡散炉内の温度の均一性に左右され
る。しかしながら横型拡散炉においては対流による熱放
出が炉内温度分布を左右し均一な温度分布が得らない。
例えば、真空に保った状態で炉内温度を８００°Ｃに均
熱調整した後、常圧に戻すと２０°Ｃも低下するという
問題がある。
【０００３】また、このように炉内温度がばらつく横型
拡散炉に対し種々の対策が試みられてきた。これら対策
を施した拡散炉として、例えば、特開平２−１３７２２
１号公報および特開平２−１８９２８号公報に開示され
ている。
【０００４】特開平２−１３７２２１号公報による拡散
炉は、炉芯管を包むメインヒータ以外に炉芯管の上下側
のいずれかにサブヒータもしくは冷却管を設け、炉内の
上下方向の温度差を無くしている。また、後者である特
開平２−１８９２８号公報の拡散炉は、メインヒータの
外周囲に複数のサブヒータを並べ配置し、これらサブヒ
ータをそれぞれ独立に制御し炉内の上下方向の温度差を
無くしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の拡散炉
で前者の拡散炉は、単に炉芯管の下側にサブヒータを配
設したりあるいは上側に冷却管を設けた構造であるの
で、メインヒータの加熱能力を単に制御したもので対流
によって変化する炉芯管内の温度を均一にすることは困
難である。また、後者の場合は、炉芯管の外周囲を覆う
メインヒータの外側のサブヒータで炉芯管内の温度制御
しても、これも前者と同様の作用しか期待できず炉芯管
内の温度分布を均一にすることができない。
【０００６】従って、本発明の目的は、炉内温度の均一
化を図れる拡散炉を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、複数の
半導体基板を載置するボートを収納し水平に置かれる炉
芯管と、この炉芯管の外周囲を囲むように並べ配設され
た複数のヒータエレメントと、これらヒータエレメント
のそれぞれに電流を供給する複数のヒータ電源部と、前
記ヒータエレメントのそれぞれに対応し前記炉芯管内に
設けられる複数の温度検知器と、これら温度検知器の温
度信号を入力し前記ヒータエレメントに流す前記ヒータ
電源部の電流をそれぞれ独立して制御し設定温度と一致
させるように制御する複数のＰＩＤ制御部とを備える拡
散炉である。
【０００８】また、前記温度検知器のそれぞれが前記炉
芯管内壁より等距離に配置されていることが望ましい。
【０００９】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１０】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の拡散炉
の一実施例における概略を示す縦断面図および横断面図
である。この拡散炉は、図１に示すように、半導体基板
８を載置した石英ボート７を収納する炉芯管６の周囲を
囲むように並べ配置された複数のヒータエレメント１ａ
〜１ｆと、このヒータエレメント１ａ〜１ｆに対応し炉
芯管６内の枠５に取付られる温度センサ２ａ〜２ｆと、
ヒータエレメント１ａ〜１ｆのそれぞれに電流を供給す
るヒータ電源部４ａ〜４ｆと、温度センサ２ａ〜２ｆの
検知温度のそれぞれを入力し設定温度に近ずけるように
ヒータ電源部４ａ〜４ｆの電流を制御する複数のＰＩＤ
制御部３ａ〜３ｆとを備えている。
【００１１】また、対流による温度差を正確に検知でき
るように温度センサ２ａ〜２ｆは炉芯管６の内壁より等
距離に配置されている。具体的には、図に示すように、
３つの四角形状の枠５の上下の梁に温度センサ２ａ，２
ｂと２ｃ，２ｄと２ｅ，２ｆが対に取付けられている。
もし、ヒータエレメントが炉芯管外に３分割で設けられ
ている場合は、枠形状は三角形あるいは六角形にすれば
良い。さらに、この温度センサ２ａ〜２ｆは、０．１°
Ｃまで測定できる精度の高い高温用の白金抵抗温度素子
を用いると良い。一方、炉芯管６内を加熱するヒータエ
レメント１ａ〜１ｆは、例えば、抵抗加熱体であって、
これらのヒータエレメント１ａ〜１ｆは外形寸法と加熱
性能が同じあることが望ましい。
【００１２】ＰＩＤ制御方法については、一般に知られ
ているので詳細な説明は省略するが、ここで用いられる
ＰＩＤ制御部３ａ〜３ｆは、設定温度を基準に比例動作
の制御範囲である比例帯（Ｐ）と、安定領域（設定温度
を中心に許容温度差を含む領域）での設定温度からのオ
フセットをなくす積分動作の積分時間（Ｉ）と、安定領
域への突入時の温度上昇および下降の繰返し振動を減衰
させる微分動作の微分時間（Ｄ）とを設定するタイマー
を備えている。
【００１３】そして、これらＰＩＤ制御部３ａ〜３ｆの
それぞれのタイマーに適切な時間を設定することで炉芯
管６内の温度センサ２ａ〜２ｆの置かれる空間領域の温
度を所定時間内に同一の設定温度に近ずけるように温度
制御することである。このことにより大きな炉芯管６内
の各空間領域は同一の経過時間で同じ一定温度となり従
来起きていた熱の対流もなくなる。例えば、設定温度を
８００°Ｃとし許容温度差を０．５°Ｃにすれば、安定
する時間を別にしても炉芯管６内を８００°Ｃを１°Ｃ
以内に設定することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明は、炉芯管の外周囲
に複数のヒータエレメントを並べ設け、さらに、これら
のヒータエレメントで加熱される炉芯管内の空間領域毎
に温度検知器を対応して配置し、これら温度検知器の温
度を入力しそれぞれ独立して前記空間領域の温度をＰＩ
Ｄ制御することによって、各空間領域を同一経過時間で
同じ温度にし炉内温度分布を均一にできる。その結果、
成膜される膜厚を均一にし浅い接合面が形成できるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡散炉の一実施例における概略を示す
縦断面図および横断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ ヒータエレメ
ント ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 温度センサ ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ ＰＩＤ制御部 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ ヒータ電源部 ５ 枠 ６ 炉芯管 ７ 石英ボート ８ 半導体基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の半導体基板を載置するボートを収
    納し水平に置かれる炉芯管と、この炉芯管の外周囲を囲
    むように並べ配設された複数のヒータエレメントと、こ
    れらヒータエレメントのそれぞれに電流を供給する複数
    のヒータ電源部と、前記ヒータエレメントのそれぞれに
    対応し前記炉芯管内に設けられる複数の温度検知器と、
    これら温度検知器の温度信号を入力し前記ヒータエレメ
    ントに流す前記ヒータ電源部の電流をそれぞれ独立して
    制御し設定温度と一致させるように制御する複数のＰＩ
    Ｄ制御部とを備えることを特徴とする拡散炉。
  2. 【請求項２】 前記温度検知器のそれぞれが前記炉芯管
    内壁より等距離に配置されていることを特徴とする請求
    項１記載の拡散炉。
JP6192609A 1994-08-16 1994-08-16 拡散炉 Pending JPH0855810A (ja)

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US08/514,242 US5603772A (en) 1994-08-16 1995-08-11 Furnace equipped with independently controllable heater elements for uniformly heating semiconductor wafers

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JPH0855810A true JPH0855810A (ja) 1996-02-27

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