(57)【要約】【課題】昇温時における半導体ウェハの中心部と外周部の温度差を低減し、結晶欠陥の発生を抑えることが出来る縦型拡散炉を提供する。【解決手段】半導体ウェハ（１３）を収納し、収納した半導体ウェハと共に回転するボート（１４）を備える。ボートを収納する炉心管（１１）の周囲にはヒータ（１７）が配置される。炉心管（１１）は、不純物を含む反応ガスを供給する反応ガス供給管（１５）と、収納された半導体ウェハの外周部に向けて冷却ガスを供給する冷却ガス供給管（１８）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを収納し、前記半導体ウェハと共に回転するボートと、
前記ボートを収納する炉心管と、
前記炉心管内の半導体ウェハを過熱するヒータと、
前記炉心管内に反応ガスを供給する反応ガス供給管と、
前記半導体ウェハに冷却ガスを供給する冷却ガス供給管と、
を具備することを特徴とする拡散炉。
【請求項２】
前記冷却ガスは不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の拡散炉。
【請求項３】
前記冷却ガス供給管は、前記ボートと前記ヒータとの間に設けられ、前記冷却ガスの排出の向きが前記炉心管の中心から前記半導体ウェハの外周方向に所定の角度だけ傾けた方向に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の拡散炉。
【請求項４】
前記冷却ガス供給管は複数のガス供給口を有しており、前記ガス供給管の上部と下部に設けられる前記ガス供給口が、中央部に設けられる前記ガス供給口より大きい事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の拡散炉。
【請求項５】
前記冷却ガスの供給は、前記ヒータによる昇温開始から所定の時間経過後に行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の拡散炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造に用いられる縦型拡散炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハを収納する炉心管の周辺にヒータを備え、半導体ウェハを回転させながら所定の処理を行う縦型拡散炉が用いられている。このような縦型拡散炉においては、半導体ウェハの収納数を多くし、拡散炉を大きくすると、ヒータの出力を高くする必要がある。縦型拡散炉の昇温時には、ヒータに近い半導体ウェハの外周部から暖められることから、半導体ウェハの中心部と外周部間の温度差が大きくなり、熱ストレスの違いによって半導体ウェハが歪むことで結晶欠陥が発生することがある。ヒータによる昇温レートを低くする解決策では、昇温に時間を要する為、スループットが低下する。
【０００３】
従って、半導体ウェハに均一に不純物ガスを供給することに加え、昇温レートを下げずに半導体ウェハを均一に加熱する技術も重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、半導体ウェハの面内において温度分布のばらつきを抑制し、結晶欠陥の発生を抑えることが出来る縦型拡散炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、収納した半導体ウェハと共に回転するボートと、前記ボートを収納する炉心管を備える。前記炉心管内の周囲には、前記半導体ウェハを過熱するヒータを備える。前記炉心管内に反応ガスを供給する反応ガス供給管と、前記半導体ウェハに冷却ガスを供給する冷却ガス供給管とを具備することを特徴とする縦型拡散炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る縦型拡散炉を示す図である。
【図２】図２は、冷却ガス供給管と半導体ウェハの位置関係を示す図である。
【図３】図３は、半導体ウェハの温度の状態を示す図である。
【図４】図４は、結晶欠陥と温度との関係を示す図である。
【図５】図５は、半導体ウェハの収納位置と不良率の関係を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る縦型拡散炉を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる縦型拡散炉を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の縦型拡散炉を示す図である。縦型拡散炉（１０）は、炉心管（１１）内に、複数の半導体ウェハ（１３）を収納するボート（１４）を有する。ボート（１４）を支持するボート受（１２）には、モータ（図示せず）により所定の回転力が与えられ、ボート（１４）は、収納された半導体ウェハ（１３）と共に回転する。炉心管（１１）内には、ドナーやアクセプタとなる所定の不純物を含む反応ガスを供給する反応ガス供給管（１５）が配置される。例えば、ボート（１４）の上部から反応ガスが供給される。
【００１０】
炉心管（１１）内には、冷却ガス供給管（１８）が配置される。冷却ガス供給管（１８）は、複数のガス供給口（１９）を有する。好ましくは、ガス供給口(１９)は、ボート（１４）に収納される隣接する各半導体ウェハ（１３）の収納位置の中間位置に配置される。冷却ガスを半導体ウェハ(１３)の表面に効率良く供給する為である。冷却ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、あるいは、アルゴン（Ａｒ）ガス等の常温の不活性ガスを用いる。半導体ウェハの昇温時においては、常温の不活性ガスを用いることによっても半導体ウェハを十分に冷却することができる。なお、冷却ガスの温度は、常温に限らず、冷却する半導体ウェハよりも温度が低ければよい。炉心管（１１）は、排気口（１６）を備える。排気口（１６）は、炉心管(１１)内に供給された反応ガス及び冷却ガスを排気する。炉心管（１１）の周囲には、ヒータ（１７）が配備される。
【００１１】
図２は、冷却ガス供給管（１８）と半導体ウェハ(１３)の位置関係を示す図である。冷却ガス供給管（１８）は、炉心管（１１）内に配置される。好ましくは、冷却ガス供給管（１８）のガス供給口(１９)が、炉心管(１１)の中心から所定の角度だけ半導体ウェハ（１３）の外周方向に傾けた方向に向くように配置される。また、ガス供給口が、外周方向に傾くように、ガス供給管を水平方向に回転可能なものとしてもよい。ガス供給口（１９）から排出される冷却ガスにより半導体ウェハ（１３）の外周部を効果的に冷却し、昇温時に半導体ウェハ(１３)の中心部と外周部間に生じる温度偏差を抑える為である。
【００１２】
図３は、半導体ウェハ(１３)の温度の状態を示す図である。横軸は縦型拡散炉の昇温開始からの時間、縦軸は半導体ウェハ(１３)に取り付けた熱電対（図示せず）の温度を示す。破線が半導体ウェハ(１３)の中心部に設置した熱電対の温度、実線が半導体ウェハ(１３)の外周部に設置した熱電対の温度を示す。図３の結果から、縦型拡散炉の昇温開始から約７分経過後に半導体ウェハ(１３)の中心部と外周部の温度差（温度偏差）が大きくなることがわかる。温度偏差が大きくなるタイミングで冷却ガスを供給し、半導体ウェハ(１３)の外周部を冷却することにより、外周部と中心部の温度差（温度偏差）を効率的に低減することが出来る。
【００１３】
図４は、半導体ウェハ(１３)に生じる結晶欠陥と温度との関係を示す図である。横軸は、半導体ウェハ(１３)の外周部（Ｅｄｇ）の温度、縦軸は半導体ウェハ(１３)の外周部と中心部との温度差（温度偏差）を示す。図中の臨界温度偏差を示す実線は、半導体ウェハ（１３）に結晶欠陥が発生する臨界の温度偏差を示す。臨界温度偏差を超えて温度偏差が生じた場合に、半導体ウェハ(１３)内に結晶欠陥が生じる。従って、冷却ガスにより、半導体ウェハ(１３)の外周部を冷却し、半導体ウェハ(１３)の中心部と外周部の温度偏差を臨界温度偏差内に抑える制御を行うことにより、半導体ウェハ(１３)内の結晶欠陥の発生を抑えることが出来る。例えば、半導体ウェハ(１３)の中心部と外周部の温度偏差が４０℃以下になるように制御する。
【００１４】
図５は、ボート上の半導体ウェハ(１３)の収納位置と不良率との関係を示す図である。横軸は半導体ウェハ(１３)の収納位置の高さ、縦軸は不良率を示す。不良率は、半導体ウェハ(１３)内に作りこまれた素子（図示せず）にリーク電流が発生した場合を不良とした。図５に示すとおり、ボート(１４)の上部（Ｔｏｐ）と下部（Ｂｔｍ）に収納された半導体ウェハ(１３)の不良率が高い。半導体ウェハ(１３)の収納枚数が多い縦型拡散炉の場合、炉心管内の温度を均一にする為に、炉心管の上部と下部のヒータの温度を高くする制御が行われる。この制御により、ボート(１４)の上部と下部に収納された半導体ウェハ(１３)の中心部と外周部の温度差（温度偏差）が大きくなったことに起因する。冷却ガスの供給量を、ボート（１４）の上部と下部で増やすことにより、温度偏差の大小に応じた温度制御が可能となる。例えば、ボート(１４)の上部と下部に設けられる冷却ガス供給管(１８)のガス供給口を中央部に設けられるガス供給口より大きくして、冷却ガスの供給量を増やすことにより、冷却効果を高めることが出来る。
【００１５】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態を示す図である。図１の第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、ボート（図示せず）に収納された半導体ウェハ（１３）の収納位置に対応して、ヒータ（１７）と半導体ウェハ（１３）の間に防熱板（２０）が配置される。防熱板（２０）は、例えば、石英で作られる。各防熱板(２０)は、所定の保持具（図示せず）で保持される。
【００１６】
本実施形態によれば、ヒータ（１７）から半導体ウェハ（１３）の外周部への直接の輻射熱が、防熱板（２０）により防護される。これにより、半導体ウェハ(１３)の外周部の温度上昇が抑えられ、半導体ウェハ（１３）の中心部と外周部の温度偏差を抑制することが出来る。これにより、半導体ウェハ（１３）内の結晶欠陥の発生を抑えることが出来る。尚、半導体ウェハ(１３)の外周への直接の輻射熱を制限する為に、半導体ウェハ(１３)の収納位置に対応した箇所の光の透過率を抑えた構成の防熱板（図示せず）により、ボート（１４）全体を取り囲む構成とすることも出来る。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００１８】
１０  縦型拡散炉、１１  炉心管、１２  ボート受、１３  半導体ウェハ、１４  ボート、１５  反応ガス供給管、１６  排気口、１７  ヒータ、１８  冷却ガス供給管、１９  ガス供給口、２０  防熱板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014143242.tif 000006
【図５】
2014143242.tif 000007
【図６】
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