(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心管の一方の端部から炉心管内に不純物ガスを導入して加熱することにより、炉心管内に配置された半導体製造用基板に不純物拡散層を形成する横型拡散炉であって、
前記炉心管は、不純物ガスが導入される前記一方の端部を下側にして、水平に対して傾斜状態で配置され、
前記炉心管を過熱するヒータは、該炉心管における不純物ガスが導入される前記一方の端部とは反対側の他方の端部及びその近傍部分を除いて、該炉心管の全周を覆うことを特徴とする横型拡散炉。
【請求項２】
前記炉心管における不純物ガスが導入される前記一方の端部とは反対側の他方の端部には、延長管が接続されている請求項１に記載の横型拡散炉。
【請求項３】
前記延長管の端部と炉心管の端部とが、それぞれの端部に設けられたテーパー面同士をすり合わせて接続されている請求項２に記載の横型拡散炉。
【請求項４】
前記炉心管における不純物ガスが導入される前記一方の端部とは反対側の他方の端部の下部には、液体を排出するドレイン部が開口している請求項１に記載の横型拡散炉。
【請求項５】
前記延長管の下部には、液体を排出するドレイン部が開口している請求項２に記載の横型拡散炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板等の半導体製造用基板に対して不純物を拡散するために使用される横型拡散炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体部品の製造に使用される不純物拡散半導体基板は、半導体製造用基板であるシリコン基板に対して不純物を拡散することにより製造される。図９は、シリコン基板に対して不純物を拡散するために使用される横型拡散炉３０の一例を示す概略断面図である。この横型拡散炉３０には、全長にわたってほぼ一定の内径および外径になった円筒状の炉心管３１が水平な状態で設けられている。この炉心管３１の一方の端面は開放されており、その開放された端面が、炉心管３１の端部に嵌合された封止キャップ３２によって、気密に封止されている。封止キャップ３２には、排気口３２ａが設けられている。炉心管３１の他方の端面の軸心部には、外側に突出した管状のガス導入部３１ａが設けられており、このガス導入部３１ａから不純物ガスが導入される。
【０００３】
炉心管３１は、封止キャップ３２が嵌合された端部およびその近傍部分を除いて、ヒーター３３によって、全周にわたって覆われている。炉心管３１における封止キャップ３２が設けられた端部近傍部分、および、ガス導入部３１ａが設けられた端部は、ヒーター３３の各端部との間にそれぞれ設けられた各断熱材３４によってそれぞれ支持されており、炉心管３１は、ヒーター３３とは同心状態でほぼ水平になっている。
【０００４】
このような横型拡散炉３０では、まず、封止キャップ３２を炉心管３１の端部から取り外して、開放された炉心管３１の端面から、基板拡散用ボート２２が搬入される。基板拡散用ボート２２は、多数の半導体製造用基板であるシリコン基板２１を、水平方向に適当な間隔をあけた状態でそれぞれ垂直に保持している。基板拡散用ボート２２は、高温にて均等に加熱される炉心管３１の中央部付近にまで挿入される。その後、封止キャップ３２が炉心管３１の端部に嵌合されて、炉心管３１の開放された端面が気密に封止される。
【０００５】
このような状態になると、炉心管３１の端面に設けられたガス導入管３１ａから、不純物ガスが導入されて加熱される。これにより、炉心管３１内にて、基板拡散用ボート２２にて保持された各シリコン基板２１の表面に、不純物が熱拡散し、各シリコン基板２１の表面には、拡散層がそれぞれ形成される。炉心管３１内にて、各シリコン基板２１に対して拡散層の形成に使用されない未反応の不純物ガスは、封止キャップ３２の排気口３２ａから排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような横型拡散炉３０では、封止キャップ３２が嵌合された炉心管３１の端部近傍およびその近傍部分が、ヒーター３３によって直接加熱されないために、ヒーター３３にて高温に加熱される炉心管３１の中央部よりも低温になっている。炉心管３１内に導入された未反応の不純物ガスは、このような低温部分では、冷却されて液体状の拡散副生成物Ｐになるおそれがある。
【０００７】
炉心管３１内の低温部分にて発生した液体状の拡散副生成物Ｐを放置すると、炉心管３１の内周面に付着して固体化し、炉心管３１から容易に除去することができなくなる。また、液体状の拡散副生成物Ｐが、炉心管３１の端部と、その端部に嵌合された封止キャップ３２との間に進入して固体化すると、封止キャップ３２が炉心管３１から容易に取り外せなくなるおそれもある。
【０００８】
このような問題を解決するためには、液体状の拡散副生成物Ｐが固体化する前に、炉心管３１の内部を洗浄すればよい。しかしながら、液体状の拡散副生成物Ｐが頻繁に発生するような場合に、その発生の度に、封止キャップ３２を炉心管３１から取り外して、炉心管３１の内部を洗浄することは煩わしく、また、洗浄のために薬液等を必要とするために、経済性が損なわれるという問題がある。しかも、炉心管３１を洗浄する間は、シリコン基板２１に対する不純物の拡散作業が中断することになり、拡散作業の効率も低下することになる。
【０００９】
このような問題を解決するために、図１０に示すように、ヒーター３３から突出した炉心管３１の端部における下部周面に、下方に突出するドレン部３１ｂを設けて、炉心管３１の端部に発生する液体状の拡散副生成物Ｐを、このドレン部３１ｂから排出する横型拡散炉３０が開発されている。しかしながら、このような横型拡散炉３０でも、炉心管３１の端部に発生する液体状の拡散副生成物Ｐをドレン部３１ｂを通して完全に排出することができるものではない。
【００１０】
また、図１１に示すように、炉心管３１における端面が開放された端部に延長管３７を接続して、炉心管３１の全体をヒーター３３によって加熱する横型拡散炉３０も開発されている。このような横型拡散炉３０では、炉心管３１に接続された延長管３７内に液体状の拡散副生成物Ｐが発生するために、延長管３７を炉心管３１から取り外して洗浄すればよく、洗浄作業は簡単になる。しかしながら、このような横型拡散炉３０の場合も、延長管３７と封止キャップ３２との間に、液体状の拡散副生成物Ｐが進入して固体化すると、封止キャップ３２が延長管３７から容易に取り外すことができなくなるおそれがある。
【００１１】
特開平２−３０６６１９号公報には、炉心管内に導入された不純物ガスを加熱するためのヒーター３３とは別に、炉心管の端部を加熱するヒーターを設けて、このヒーターによって、炉心管３１の端部にて、不純物ガスが液体状の拡散副生成物Ｐになること、および、液体状の拡散副生成物Ｐが固体化することを防止するようになった横型拡散炉が開示されている。
【００１２】
しかしながら、このように、新たにヒーターを追加するためには、既存の設備に対して大幅な改造が必要になり、経済性が損なわれるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、簡潔な構成であって、炉心管内に生じる液体状の拡散副生成物を確実に除去することができる横型拡散炉を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の横型拡散炉は、炉心管の一方の端部から炉心管内に不純物ガスを導入して加熱することにより、炉心管内に配置された半導体製造用基板に不純物拡散層を形成する横型拡散炉であって、前記炉心管が水平に対して傾斜状態で配置されていることを特徴とする。
【００１５】
前記炉心管は、不純物ガスが導入される端部が下側になるように傾斜している。
【００１６】
前記炉心管における不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部には、延長管が接続されている。
【００１７】
前記延長管の端部と炉心管と端部とが、それぞれの端部に設けられたテーパー面同士をすり合わせて接続されている。
【００１８】
前記炉心管における不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部の下部周面には、液体を排出するドレン部が開口している。
【００１９】
前記延長管の下部周面には、液体を排出するドレン部が開口している。
また、本発明の横型拡散炉は、炉心管の一方の端部から炉心管内に不純物ガスを導入して加熱することにより、炉心管内に配置された半導体製造用基板に不純物拡散層を形成する横型拡散炉であって、前記炉心管には、不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部の下部周面にドレン部が開口するとともに、炉心管の下部には、ドレン部に向かって傾斜する溝部が軸方向に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の一例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０は、例えば、半導体製造用基板であるシリコン基板２１に対して不純物を拡散するために使用されるものであり、水平に対して角度θだけ傾斜した円筒状の炉心管１１を有している。この炉心管１１は、その全長にわたってほぼ一定の内径および外径になっており、一方の端面が開放されている。炉心管１１の他方の端面は、周面と一体になっており、その軸心部には、外側に突出した管状のガス導入部１１ａが一体的に設けられている。炉心管１１内には、ガス導入部１１ａを通して、不純物ガスが導入される。
【００２２】
炉心管１１の開放された端面が設けられた端部には、封止キャップ１２が嵌合されており、炉心管１１の開放された端面が封止キャップ１２によって気密に封止されている。封止キャップ１２には、外側に向かって突出したガス排気口１２ａが、軸心に対して偏心位置に設けられている。封止キャップ１２は、炉心管１１の端部に対して着脱可能になっており、封止キャップ１２が取り外されて開放された炉心管１１の端面から、複数の半導体製造用のシリコン基板２１が水平方向に適当な間隔をあけて垂直に載せられた基板拡散用ボート２２が搬入されるようになっている。
【００２３】
炉心管１１は、封止キャップ１２が嵌合された端部およびその近傍部分を除いて、ヒーター１３によって、全周にわたって覆われている。炉心管１１は、ガス導入部１１ａが設けられた端部が下側になるように、水平に対して所定の傾斜角度θで、ヒーター１３内に配置されており、炉心管１１における封止キャップ１２が設けられた上側に位置する端部近傍部分が、ヒーター１３の端部との間に設けられた断熱材１４と、この断熱材１４と炉心管１１における下部周面との間に設けられた耐熱スペーサー１５とによって支持されるとともに、ガス導入部１１ａが設けられた下側の端部が、ヒーター１３の端部との間に設けられた断熱材１６によって支持されている。
【００２４】
このような構成の横型拡散炉１０は、次のように使用される。まず、封止キャップ１２を炉心管１１の端部から取り外して、開放された炉心管１１の端面から、多数の半導体製造用のシリコン基板２１を水平方向に適当な間隔をあけた状態でそれぞれ垂直に保持する基板拡散用ボート２２が、ヒーター１３によって、高温に均等に加熱されている炉心管１１の中央付近にまで挿入される。その後、封止キャップ１２が炉心管１１の端部に嵌合されて、炉心管１１の開放された端面が気密状態に封止される。
【００２５】
このような状態になると、ヒーター１３によって加熱された状態で、炉心管１１の端面に設けられたガス導入管１１ａから不純物ガスが導入される。炉心管１１内に導入された不純物ガスは、加熱されて気化され、炉心管１１内に配置された基板拡散用ボート２２にて保持された各シリコン基板２１の表面に熱拡散する。これにより、各シリコン基板２１の表面に拡散層がそれぞれ形成される。
【００２６】
この場合、封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部近傍およびその近傍部分は、ヒーター１３によって直接加熱されていないために、その部分の温度が、ヒーター１３にて直接加熱する部分よりも低温になっており、炉心管１１内の未反応の拡散原料が、このような低温部分において冷却されると、液体状の拡散副生成物Ｐになる。そして、炉心管１１における傾斜方向の上側に位置する端部内にて発生した液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の端部内周面に沿って下部周面に流動し、その下部周面を傾斜方向の下側に向かって流動する。これにより、液体状の拡散副生成物Ｐは、高温に加熱されている炉心管１１の中央部近傍にまで流動し、その高温部分にて気化して、各シリコン基板２１に対する不純物拡散源として再使用される。その結果、炉心管１１内には、未反応の拡散原料が冷却されることによって発生する液体状の拡散副生成物Ｐが残留するおそれがなく、炉心管１１内にて拡散副生成物Ｐが固化することが回避される。
【００２７】
なお、図２に示すように、炉心管１１の端部にフランジ部１１ｃを設けて、このフランジ部１１ｃに、フランジ部１７ａが設けられた延長管１７のフランジ部１７ａを接続して、延長管１７がヒーター（図示せず）にて直接加熱されないようになった横型拡散炉１０の場合にも、封止キャップ１２が嵌合された延長管１７の端部が上側になるように、水平に対して所定の傾斜角度θで傾斜させるようにしてもよい。この場合には、図１に示す横型拡散炉１０と同様に、延長管１７内にて未反応の拡散原料が液体状の拡散副生成物Ｐになると、その拡散副生成物Ｐが、炉心管１１の高温部分である中央部近傍にまで流動して気化される。
【００２８】
さらに、炉心管１１に延長管１７を接続する場合には、フランジ接合とせずに、図３に示すように、炉心管１１の端部内周面を、端面側になるにつれて順次拡径したテーパー面１１ｄとするとともに、延長管１７における一方の端部外周面を、炉心管１１のテーパー面１１ｄに平行なテーパー面１７ｂとして、炉心管１１のテーパー面１１ｄと延長管１７のテーパー面１７ｂとを相互にすり合わせることによって、炉心管１１と延長管１７とを接続するようにしてもよい。また、この場合には、延長管１７における他方の端部内周面を、端面側になるにつれて順次拡径したテーパー面１７ｃとするとともに、封止キャップ１２の端部外周面を、延長管１７のテーパー面１７ｃに平行なテーパー面１２ｂとして、延長管１７のテーパー面１７ｃと封止キャップ１２のテーパー面１２ｂとを相互にすり合わせることによって、延長管１７と封止キャップ１２とを接続するようにしてもよい。
【００２９】
このような構成とすることにより、炉心管１１内周面および延長管１７の内周面が、全周にわたって段差のない面一な状態になるとともに、延長管１７の内周面および封止キャップ１２の内周面も、全周にわたって段差のない面一な状態になり、液体状の拡散副生成物Ｐが発生しても、その拡散副生成物Ｐが、確実に炉心管１１の中央部付近にまで流動されることになる。
【００３０】
さらに、このように、炉心管１１と延長管１７とをテーパー面同士のすり合わせによって接続する場合には、図４に示すように、炉心管１１における内周面がテーパー１１ｄになった端部を拡径して、延長管１７における外周面がテーパー面１７ｂになった端部を挿入して、その延長管１７におけるテーパー面１７ｂが炉心管１１の拡径された端部のテーパー面１１ｄにすり合わされるように構成してもよい。
【００３１】
図５は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１１における封止キャップ１２が嵌合された端部近傍における下部周面に、液体状の拡散副生成物Ｐを排出するためのドレン部１１ｂが開口している。このドレン部１１ｂは、下方に向かって突出した状態になっている。その他の構成は、図１に示す横型拡散炉１０と同様である。
【００３２】
このような横型拡散炉１０では、炉心管１１における傾斜方向の上側に位置する端部近傍の低温部分にて、未反応の拡散原料が液体状の拡散副生成物Ｐになると、その液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の下部内周面を傾斜方向に沿って流下して、ドレン部１１ｂから排出される。従って、このような横型拡散炉１０でも、炉心管１１内に、未反応の拡散原料である拡散副生成物Ｐが残留するおそれがなく、炉心管１１内にて拡散副生成物Ｐが固化することが回避される。
【００３３】
なお、このように、炉心管１１の端部にドレン部１１ｂが設けられている場合には、図６に示すように、炉心管１１を、ドレン部１１ｂが設けられた端部が下側になるように、水平に対して傾斜させるようにしてもよい。この場合も、炉心管１１内にて液体状の拡散副生成物Ｐが発生しても、その液体状の拡散副生成物Ｐは、ドレン部１１ｂを通って炉心管１１の内部から排出される。
【００３４】
図７は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１１における開放された端面近傍の端部おける下部周面に、下方に向かって突出したドレン部１１ｂが設けられており、その端部に、延長管１７の一方の端部が接続されている。この延長管１７の下部周面における中程には、下方に突出するドレン部１７ｄが設けられており、延長管１７の下部周面には、ドレン部１７ｄに向かって傾斜した溝部１７ｅが、軸方向に沿って設けられている。延長管１７の他方の端部には、封止キャップ１２が嵌合されている。封止キャップ１２の下部周面には、下方に突出するドレン部１２ｂが設けられており、ドレン部１２ｂに向かって傾斜した溝部１２ｃが軸方向に沿って設けられている。
【００３５】
このような構成の横型拡散炉１０では、低温部である封止キャップ１２内にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、封止キャップ１２に設けられた溝部１２ｃを通ってドレン部１２ｂ内に流入して、ドレン部１２ｂから外部に排出される。また、延長管１７内にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、延長管１７の下部周面に設けられた溝部１７ｅを通って、ドレン部１７ｄ内に流入して、このドレン部１７ｄを通って外部に排出される。さらに、炉心管１１の端部内に発生した液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の端部に設けられたドレン部１１ｂを通って排出されるが、ドレン部１１ｂよりも軸方向の下方にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の中央部付近に流動して気化される。
【００３６】
図８（ａ）は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１０が水平な状態に配置されており、開放された端面は、炉心管１１の端部に嵌合された封止キャップ１２によって気密に封止されている。封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部近傍における下部周面には、下方に向かって突出するドレン部１１ｂが設けられている。また、炉心管１１における下部周面には、ドレン部１１ｂに向かって傾斜した溝部１１ｅが軸方向に沿って、炉心管１１の全長にわたって設けられている。
【００３７】
このような構成の横型拡散炉１０では、封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部の低温部にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の下部周面に軸方向に沿って傾斜した溝部１１ｅを通って、ドレン部１１ｂ内に流入して、ドレン部１１ｂを通って炉心管１１の外部に排出される。従って、本実施の形態の横型拡散炉１０においても、炉心管１１内に拡散副生成物Ｐが残留するおそれがない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の横型拡散炉は、このように、炉心管内に生成する液体状の拡散副生成物が、傾斜状態になった炉心管によって、あるいは炉心管に設けられた傾斜状態の溝部によって、炉心管内を流動するようになっているために、炉心管内にて確実に気化されることになり、炉心管内に残留するおそれがない。また、炉心管あるいは延長管にドレン部が設けられていると、液体状の拡散副生成物は、傾斜方向に沿って流動して、ドレン部から外部に排出されることになり、これによっても、液体状の拡散副生成物が炉心管内に残留するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の横型拡散炉の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す要部の概略断面図である。
【図３】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図４】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図５】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図７】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図９】従来の横型拡散炉の一例を示す概略断面図である。
【図１０】従来の横型拡散炉の他の例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の横型拡散炉のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  横型拡散炉
１１  炉心管
１１ａ  ガス導入部
１１ｂ  ドレン部
１１ｄ  テーパー部
１２  封止キャップ
１３  ヒーター
１４  断熱部材
１５  耐熱スペーサー
１６  断熱部材
１７  延長管
１７ｂ  テーパー部
１７ｄ  ドレン部
２１  シリコン基板
２２  拡散基板用ボート
Ｐ    拡散副生成物
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003662763.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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