(57)【要約】【課題】ウェーハ表面に拡散層を面内、及びバッチ内で均一に形成することができる横型拡散炉及びこれを用いた拡散ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】本横型拡散炉は水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口が設けられ他側に炉口が設けられた炉本体と、炉口を適宜閉塞する遮蔽体と、炉口の外周近傍に位置するように遮蔽体に設けられたリング状の排気口と、この排気口に連通し開口面積が漸減するリング状の排気路を有する。【選択図】  図１
2006278614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口が設けられ他側に炉口が設けられた炉本体と、前記炉口を適宜閉塞する遮蔽体と、前記炉口の外周近傍に位置するように前記遮蔽体に設けられたリング状の排気口と、前記排気口に連通し開口面積が漸減するリング状の排気路を有することを特徴とする横型拡散炉。
【請求項２】
前記遮蔽体は、円筒部と底板を有し炉本体の下側にわずかな間隙を設けて着脱自在に嵌合する有底円筒部材と、前記有底円筒部材に内装され、炉本体に遊嵌し、漏斗形状の排気系外側部材と、前記排気系外側部材にリング状の排気口及びリング状の排気路が形成されるように内装された中空三角錐状の排気系内側部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の横型拡散炉。
【請求項３】
前記排気路は、前記炉本体との平行線に対して３０°〜６０°の角度を有するように、開口面積が漸減することを特徴とする請求項１、又は、２に記載の横型拡散炉。
【請求項４】
請求項１から３に記載の横型拡散炉を、拡散ウェーハの製造工程におけるデポ拡散に用いることを特徴とする拡散ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は横型拡散炉及び拡散ウェーハの製造方法に係り、特に排気構造を改良した横型拡散炉及びこれを用いた拡散ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード、サイリスタ等のディスクリートデバイスに用いられる半導体基板としては、裏面側に、リン（Ｐ）、又は、ボロン（Ｂ）等の不純物を高濃度に拡散させた不純物拡散層（以下、単に拡散層という）と、不純物が拡散されていない非不純物拡散層（以下、単に非拡散層という）の２層構造からなる拡散ウェーハが一般的に用いられている。拡散ウェーハの製造にあたっては、ＦＺ法、又は、ＣＺ法等で製造されたシリコンインゴットをスライスしてウェーハ状に切断し、ラッピング処理、又は、更にエッチング処理を施したウェーハを、横型拡散炉内に投入し、リン、ボロン等の不純物を含むドープガスと、窒素、酸素等のキャリアガスとの混合ガス雰囲気下で、熱処理を行い、表裏面に拡散層源を形成させる（以下、デポ拡散という）。その後、さらに、アルゴン等の不活性雰囲気下で、デポ拡散で形成した拡散層源を所望の拡散層厚さまで拡散させる（以下、スランプ拡散という）。最後に、形成した拡散層の一方を除去して所望の非拡散層厚さまで研削、研磨する、又は、ウェーハ厚さ方向の中央部（非拡散層）を切断して非拡散層を露出させて、その表面を所望の非拡散層厚さまで研削、研磨することで、拡散ウェーハが製造される。
【０００３】
なお、この非拡散層に厚さバラツキがあると、デバイス形成時においてリーク電流等の特性に影響を及ぼすため、非拡散層の面内厚さの高精度化が要求されている。なお、非拡散層の面内厚さの高精度化を測るためには、拡散ウェーハでの研削、研磨における加工精度向上が要求されることはもちろんであるが、その非拡散層の下層にある拡散層をウェーハ面内で均一に形成することが必要不可欠であり、拡散層を形成する上での横型拡散炉の構成等、様々な技術が開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、一端にガス導入口を設けた炉心管の他端の開口を閉塞する互いに連結された平行の２枚の扉を有し、内側の扉は炉心管の管壁との間にわずかな間隙を有し、両扉の間にある炉心管の管壁に排気口が設け、外扉から外気が侵入することがあっても炉心管内での反応のための導入ガスの残りと共に排気口から排気され、内扉は外気に対する障壁となりエア・バックディフェージョンを防ぎ、ソフトランディングにより炉心管壁に無接触で被加熱物を挿入することができるような大きな開口部を設けることができる熱処理装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、横型拡散炉において、排気口に対向、離間して隔板を設け、半導体ウェーハが外気の悪影響を受けないようにした拡散炉が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の熱処理炉は、外気の影響を受けないことを目的としており、拡散層をウェーハ面内で均一に形成できる旨の記載がされておらず、示唆もされていない。
【特許文献１】特開平１−２０７９２７号公報
【特許文献２】特開平５−１０２０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーハ表面に拡散層を面内、及びバッチ内で均一に形成することができる横型拡散炉を提供することを目的とする。
【０００８】
また、ウェーハ表面に拡散層を面内、及びバッチ内で均一に形成することができる拡散ウェーハの製造方法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】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明に係る横型拡散炉は、水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口が設けられ他側に炉口が設けられた炉本体と、前記炉口を適宜閉塞する遮蔽体と、前記炉口の外周近傍に位置するように前記遮蔽体に設けられたリング状の排気口と、前記排気口に連通し開口面積が漸減するリング状の排気路を有することを特徴とする。
【００１０】
好適には、前記遮蔽体は、円筒部と底板を有し炉本体の下側にわずかな間隙を設けて着脱自在に嵌合する有底円筒部材と、前記有底円筒部材に内装され、炉本体に遊嵌し、漏斗形状の排気系外側部材と、前記排気系外側部材にリング状の排気口及びリング状の排気路が形成されるように内装された中空三角錐状の排気系内側部材とを有する。
【００１１】
また好適には、前記排気路は、前記炉本体との平行線に対して３０°〜６０°の角度を有するように、開口面積が漸減する。
【００１２】
また、本発明に係る拡散ウェーハの製造方法は、請求項１から３に記載の横型拡散炉を、拡散ウェーハの製造工程におけるデポ拡散に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る横型拡散炉によれば、ウェーハ表面に拡散層を面内、及びバッチ内で均一に形成することができる横型拡散炉を提供することができる。
【００１４】
また、本発明に係る拡散ウェーハの製造方法によれば、ウェーハ表面に拡散層を面内、及びバッチ内で均一に形成することができる拡散ウェーハの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る横型拡散炉の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る横型拡散炉の縦断面を示す概念図、図２は本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体を拡大して示す縦断面図、図３は本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体の平面図、図４は本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体の一部を切欠して示す斜視図である。
【００１７】
本願発明者は、拡散層をウェーハ面内で均一に形成するための手段として、デポ拡散処理に着目し、デポ拡散時の横型拡散炉の排気構造を改良することで、本願発明の目的を、達成することができる点を見出した。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係る横型拡散炉１は、水平状態に配置された炉本体２を有し、この炉本体２には一側にプロセスガス導入口３が設けられ、他側にウェーハボート出入り用の炉口４が設けられており、また、炉口４にはこの炉口４を適宜閉塞する石英製の遮蔽体５が設けられ、さらに、炉口４の外周近傍に位置するように遮蔽体５に設けられたリング状の排気口６と、この排気口６に連通し開口面積が漸減するリング状の排気路７が設けられている。
【００１９】
詳しくは、図２〜図４に示すように、遮蔽体５は円筒部５ａ１と底板５ａ２を有し、炉本体２の下側にわずかな間隙ｇを設けて着脱自在に嵌合する有底円筒部材５ａと、この有底円筒部材５ａに内装され、炉本体２に遊嵌し、漏斗形状の排気系外側部材５ｂと、この排気系外側部材５ｂに、リング状の排気口６及びリング状の排気路７が形成されるように内装された中空三角錐状の排気系内側部材５ｃとで構成されている。中空三角錐状の排気系内側部材５ｃと排気系外側部材５ｂ、及び、排気系外側部材５ｂと有底円筒部材５ａの底板５ａ２はそれぞれ支柱５ｄ、５ｄ’により、一体に固定されている。
【００２０】
このような構成にすることにより、遮蔽体５には炉口４の外周近傍に位置するように、リング状の排気口６が形成され、さらに、この排気口６に連通して開口面積が漸減するように、すなわち、炉本体２との平行線Ｌに対して角度θを有するリング状の排気路７が形成される。なお、この排気路７は有底円筒部材５ａの底板５ａ２を貫通する直線状排気路８を介してプロセスガスを炉本体２外に排出するようになっている。
【００２１】
上記排気路７の角度θは、炉本体２との平行線に対して３０°〜６０°の角度を有するように設けるのが好ましい。これにより、排気の流速を制御してスムーズかつバランスのよい排気が行え、半導体ウェーハのデポ拡散後の面内及びバッチ内シート抵抗のバラツキの低減を図ることができる。角度θが３０°未満の場合は排気が急激に促進され、また、角度θが６０℃を超えると、排気が緩慢になって、均一なシート抵抗にすることが困難である。
【００２２】
なお、上述した横型拡散炉を、拡散ウェーハの製造工程におけるデポ拡散に用いることが好ましい。前述したように非拡散層の面内厚さの高精度化を測るためにはその非拡散層の下層にある拡散層をウェーハ面内で均一に形成することが必要不可欠であり、拡散層をウェーハ面内で均一に形成するためには、拡散層源を面内均一に形成させることが最も重要な課題であるからである。次に、より詳しく、本発明に関わる拡散ウェーハの製造方法について説明する。
【００２３】
ＦＺ法、又は、ＣＺ法等で製造されたシリコンインゴットをスライスしてウェーハ状に切断し、ラッピング処理、又は、更にエッチング処理を施した半導体ウェーハＷにデポ拡散処理を施す。より詳しくは、図１に示すように、半導体ウェーハＷをウェーハボートＢに搭載した後、炉口４からウェーハボートＢを所望の温度（例えば、６００℃）に保持された炉本体２に挿入する。さらに、遮蔽体５を炉本体２に着脱自在に嵌合させて、下側にわずかな間隙ｇを設けて取付ける。これにより、炉口４が遮蔽体５により閉塞されるとともに、炉口４側にリング状の排気口６が位置する。
【００２４】
しかる後、プロセスガス導入口３からリン、ボロン等の不純物を含むドープガスと窒素、酸素等のキャリアガスとの混合ガスを炉本体２に供給し、炉内温度を例えば１２００℃の高温下でデポ拡散を行う。この時に供給された混合ガスは、リング状の排気口６、リング状の排気路７及び直線状排気路８を介して、常に炉本体２から排気される。高温下で所定の時間、デポ拡散を行った後、所望の温度（例えば、６００℃）まで炉内温度を低下させてウェーハボートＢを炉内から取り出すことで、デポ拡散が終了する。
【００２５】
このように排気口６をリング状に炉口４の外周部近傍に位置させるようにしたので、前記混合ガスが、炉本体２内に大量に滞留することなく、適度な量に保たれるため、半導体ウェーハのデポ拡散後の面内及びバッチ内シート抵抗のバラツキをなくして均一化を図ることができる。なお、ここでいうバッチ内とは、半導体ウェーハＷをウェーハボートＢに複数枚保持してデポ拡散を１回行う場合を１バッチといい、この１バッチ内で熱処理される複数の半導体ウェーハＷの全数におけるシート抵抗のバラツキを、バッチ内シート抵抗のバラツキという。
【００２６】
次に、デポ拡散を行った半導体ウェーハＷを、アルゴン等の不活性雰囲気下で、デポ拡散で形成した拡散層源を所望の拡散層厚さまで拡散させるスランプ拡散を行う。最後に、形成した拡散層の一方を除去して所望の非拡散層厚さまで研削、研磨、又は、ウェーハ厚さ方向の中央部（非拡散層）を切断して非拡散層を露出させて、その表面を所望の非拡散層厚さまで研削、研磨することで、バッチ内で、かつ、ウェーハ面内で、拡散層を均一に形成された拡散ウェーハを製造することができる。
【００２７】
以上のように、デポ拡散時に用いられる横型拡散炉の排気構造を改良することで、デポ拡散時の面内及びバッチ内シート抵抗のバラツキの均一化を図ることができるとともに、しいては、バッチ内で、かつ、ウェーハ面内で、拡散層を均一に形成された拡散ウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００２８】
図１に示すような横型拡散炉の排気構造を、図５に示すような遮蔽体を表１に示すような製品仕様及び炉条件で、厚さ１２００μｍの半導体ウェーハ５０枚を１ロットとして、２ロット計１００枚をウェーハボートに載置して、炉体本体のプロセスガス導入口側に１ロット（以下ロットＡという）、炉口側に１ロット（以下ロットＢという）載置してデポ拡散を行った。また、その比較例として図６に示すような外周に開口を設けたインナー隔板構造、従来例として図７に示すような有底円筒状の遮蔽体についても、同様の試験を行った。
【００２９】
得られた実施例、比較例、従来例それぞれのデポ拡散後のウェーハを１ロット４枚ずつ抜き取り、四短針測定器により各ウェーハの面内５点の抵抗率を測定した。それぞれの測定データに対して各ウェーハにおける面内における抵抗バラツキ率（％）を、｛（面内５点における最大値−面内５点における最小値）／面内５点における最小値｝×１００で算出した。また、実施例、比較例、従来例それぞれのロット内の、又は、バッチ内（ロットＡ＋ロットＢ）の抵抗バラツキ率（％）を、所定枚ウェーハ／Ｌｏｔ×｛（面内５点における最大値−面内５点における最小値）／面内５点における最小値｝×１００で算出して、それぞれ比較した。
【表１】
2006278614.tif 000003
【００３０】
結果  表２に示す。  
【表２】
2006278614.tif 000004
【００３１】
表２の結果からもわかるように、実施例の面内における抵抗バラツキは、１ロット４枚、計８枚の平均値で、２．７０（％）とバラツキが小さく均一化されている。これに対して、比較例は２．８９％と実施例に比べて若干悪化しており、従来例は４．９３％とバラツキが大きく不均一である。
【００３２】
ロット内、及び、バッチ内の抵抗バラツキ率は、実施例がウェーハロットＡで５．４９％、ロットＢで５．９９％であり、プロセスガス導入口側と炉口側とで、バラツキ率に大差はなく、ロットＡ、及び、ロットＢを含む全体のバッチ内においても、５．９９％と抵抗バラツキが良好であるのがわかる。これに対し、比較例はロットＡで７．３０％、ロットＢで６．８８％であり、プロセスガス導入口側と炉口側とで、バラツキ率に差があり、ロットＡ、及び、ロットＢを含む全体のバッチ内においても、９．５７％であり、ロット内、バッチ内でもバラツキがある。また、従来例はロットＡで９．８６％、ロットＢで８．５３％であり、プロセスガス導入口側と炉口側とで、バラツキ率により大きな差があり、ロットＡ、及び、ロットＢを含む全体のバッチ内においても、１０．１％であり、ロット全体でもバラツキがある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る横型拡散炉の断面を示す概念図。
【図２】本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体を拡大して示す縦断面図。
【図３】本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体の平面図。
【図４】本発明に係る横型拡散炉に用いられる遮蔽体の一部を切欠して示す斜視図。
【図５】本発明の実施例に係る遮蔽体の縦断面図。
【図６】（ａ）は本発明の比較例に係る遮蔽体（比較例）の縦断面図、（ｂ）はその平面図。
【図７】（ａ）は本発明の従来例に係る遮蔽体の縦断面図、（ｂ）はその平面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…横型拡散炉、２…炉本体、３…プロセスガス導入口、４…炉口、５…遮蔽体、６…排気口、７…排気路、８…直線状排気路。
【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】
2006278614.tif 000009
【図６】
2006278614.tif 000010
【図７】
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