(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーキャップを石英封入管の融着位置に融着させて前記石英封入管を封止する真空封止装置であって、
半導体基板と前記半導体基板に拡散させる不純物の拡散源とを収容する石英封入管の開口部を接続するための取付け口と、前記石英封入管の内部を前記取付け口を介して真空排気するための排気口と、を有するチャンバと、
前記インナーキャップを前記チャンバ内部で保持可能であり、前記チャンバ内部の初期位置から前記石英封入管の前記融着位置へ前記取付け口を介して前記インナーキャップを移動させることが可能なインナーキャップ保持部と、
を備え、
前記チャンバの前記排気口は、前記取付け口と前記初期位置との間に設けられていることを特徴とする真空封止装置。
【請求項２】
前記インナーキャップを前記石英封入管の前記融着位置に融着する融着装置を更に備えた請求項１に記載の真空封止装置。
【請求項３】
前記取付け口と前記初期位置との間に設けられた真空ゲージを更に備えた、請求項１又は２に記載の真空封止装置。
【請求項４】
前記チャンバは、前記インナーキャップ保持部に保持された前記インナーキャップを視認するための窓を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の真空封止装置。
【請求項５】
真空封止装置のチャンバ内の初期位置にインナーキャップを設置するステップと、
前記チャンバの取付け口に半導体基板と拡散源とを収容した石英封入管を接続するステップと、
前記チャンバの前記取付け口と前記初期位置との間に設けられた排気口及び前記取付け口を介して前記石英封入管の内部を真空排気するステップと、
前記石英封入管の内部を真空排気した後に、前記インナーキャップを前記初期位置から前記取付け口を経由し前記石英封入管内の融着位置へ移動するステップと、
前記融着位置へ移動した後に、前記インナーキャップと前記石英封入管とを融着して当該石英封入管を真空封止して封止された石英封入管を作製するステップと、を備えた、真空封止方法。
【請求項６】
真空封止装置のチャンバ内の初期位置にインナーキャップを設置するステップと、
前記チャンバの取付け口に半導体基板と拡散源とを収容した石英封入管を接続するステップと、
前記チャンバの前記取付け口と前記初期位置との間に設けられた排気口及び前記取付け口を介して前記石英封入管の内部を真空排気するステップと、
前記石英封入管の内部を真空排気した後に、前記インナーキャップを前記初期位置から前記取付け口を経由し前記石英封入管内の融着位置へ移動するステップと、
前記融着位置へ移動した後に、前記インナーキャップと前記石英封入管とを融着して当該石英封入管を真空封止して封止された石英封入管を作製するステップと、
前記石英封入管を熱処理し、前記半導体基板に前記拡散源からの不純物を拡散させるステップと、を備えた前記半導体基板の不純物拡散方法。
【請求項７】
前記不純物は亜鉛であることを特徴とする請求項６に記載の不純物拡散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空封止装置、真空封止方法及び不純物拡散方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板へ不純物を拡散する拡散方法として、半導体と拡散源とを収容した石英封入管を封止し、この石英封入管を熱処理する封管法が用いられる。この封管法において、石英封入管を封止する方法としては、以下のような方法が知られている。図６に示すように、まず、石英封入管５０３に半導体５０５と拡散源５０７とを収容した後インナーキャップ５０９を挿入し真空封止装置５０１のチャンバ５１１へ取り付ける。チャンバ５１１に接続された真空排気装置５１３により石英封入管５０３内部を真空排気し、ガスバーナ５１５により石英封入管５０３とインナーキャップ５０９とを融着させて石英封入管５０３を封止する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１５１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の方法によれば、石英封入管５０３とインナーキャップ５０９との間の隙間５１７を通じて石英封入管５０３の排気がされる。この場合、石英封入管５０３内部の到達真空度は、隙間５１７の寸法に依存する。この隙間５１７の寸法は石英封入管５０３とインナーキャップ５０９の寸法誤差によりバラつくので、上記の方法では封止された石英封入管５０３内の到達真空度に製造ロット毎のバラツキがある。このため、半導体基板においては不純物拡散深さ等がバラつき、半導体基板の特性に製造ロット毎のバラツキが生じていた。
【０００４】
そこで、本発明は、封管法で不純物拡散される半導体基板における製造ロット毎の特性のバラツキが抑えられる真空封止装置、真空封止方法及び不純物拡散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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の真空封止装置は、インナーキャップを石英封入管の融着位置に融着させて石英封入管を封止する真空封止装置であって、半導体基板と半導体基板に拡散させる不純物の拡散源とを収容する石英封入管の開口部を接続するための取付け口と、石英封入管の内部を取付け口を介して真空排気するための排気口と、を有するチャンバと、インナーキャップをチャンバ内部で保持可能であり、チャンバ内部の初期位置から石英封入管の融着位置へ取付け口を介してインナーキャップを移動させることが可能なインナーキャップ保持部と、を備え、チャンバの排気口は、取付け口と初期位置との間に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
この真空封止装置では、石英封入管の内部を真空排気する際に、インナーキャップを初期位置に位置させることにより、石英封入管内の気体は、インナーキャップに遮られることなく開口部を通じて排気口から排気される。この真空封止装置によれば、封止後の石英封入管において、石英封入管内の到達真空度の製造ロット毎のバラツキが抑えられる。
【０００７】
また、本発明の真空封止装置は、インナーキャップを石英封入管の融着位置に融着する融着装置を更に備えてもよい。
【０００８】
また、本発明の真空封止装置は、前記取付け口と前記初期位置との間に設けられた真空ゲージを更に備えてもよい。
【０００９】
このような真空封止装置では、石英封入管の内部を真空排気する際に、インナーキャップを初期位置に位置させることにより、石英封入管内部と到達真空度が検出される部位との間にインナーキャップがなく、真空ゲージによって検出される到達真空度と石英封入管内部との到達真空度との差が小さくなる。
【００１０】
また、本発明の真空封止装置は、チャンバが、インナーキャップ保持部に保持されたインナーキャップを視認するための窓を有することを特徴としてもよい。
【００１１】
このような真空封止装置によれば、窓を通してインナーキャップ保持部にインナーキャップが保持されていることが確認可能とされる。
【００１２】
また、本発明の真空封止方法は、真空封止装置のチャンバ内の初期位置にインナーキャップを設置するステップと、チャンバの取付け口に半導体基板と拡散源とを収容した石英封入管を接続するステップと、チャンバの取付け口と初期位置との間に設けられた排気口及び取付け口を介して石英封入管の内部を真空排気するステップと、インナーキャップを初期位置から取付け口を経由して真空排気された石英封入管内の融着位置へ移動するステップと、融着位置へ移動した後に、インナーキャップと石英封入管とを融着して当該石英封入管を真空封止するステップと、を備えている。
【００１３】
この真空封止方法では、石英封入管の内部を真空排気する際に、インナーキャップが初期位置にあるので、石英封入管内の気体は、インナーキャップに遮られることがなく、開口部を通じて排気口から排気される。よって、この真空封止方法では、石英封入管内の製造ロット毎のバラツキが少ない到達真空度が得られた後に、融着位置に移動したインナーキャップと石英封入管とが融着され封止される。この真空封止方法によれば、石英封入管内の到達真空度の製造ロット毎のバラツキが抑えられる。
【００１４】
また、本発明の不純物拡散方法は、真空封止装置のチャンバ内の初期位置にインナーキャップを設置するステップと、チャンバの取付け口に半導体基板と拡散源とを収容した石英封入管を接続するステップと、チャンバの取付け口と初期位置との間に設けられた排気口及び取付け口を介して石英封入管の内部を真空排気するステップと、石英封入管の内部を真空排気した後に、インナーキャップを初期位置から取付け口を経由し石英封入管内の融着位置へ移動するステップと、融着位置へ移動した後に、インナーキャップと石英封入管とを融着して当該石英封入管を真空封止して封止された石英封入管を作製するステップと、石英封入管を熱処理し、半導体基板に拡散源からの不純物を拡散させるステップと、を備えている。
【００１５】
この不純物拡散法では、石英封入管の内部を真空排気する際に、インナーキャップが初期位置にあるので、石英封入管内の気体は、インナーキャップに遮られることがなく、開口部を通じて排気口から排気される。よって、この方法では、石英封入管内のバラツキが少ない到達真空度が得られた後に、融着位置に移動したインナーキャップと石英封入管とが融着され封止される。よって、封止された石英封入管内の到達真空度の製造ロット毎のバラツキが抑えられ、石英封入管内は製造ロット毎のバラツキが少ない真空度となっている。この石英封入管を熱処理することによって半導体基板に不純物が拡散され、拡散深さ、表面キャリア濃度の製造ロット毎のバラツキが少ない拡散が行われる。
【００１６】
また、本発明の不純物拡散方法は、不純物が亜鉛であることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、封管法で不純物拡散される半導体基板における製造ロット毎の特性のバラツキが抑えられる真空封止装置、真空封止方法及び不純物拡散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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１９】
（真空封止装置の実施形態）
図１は、本実施形態に係る真空封止装置１及びそれに取付けられた石英封入管３を示す図である。真空封止装置１は、筒状部５ａを含むチャンバ５を有している。チャンバ５はその一端に設けられた石英封入管３を取付けるための筒状の取付け具７を有している。取付け具７の一端７ａには石英封入管３の開口部９を接続する取付け口１１が設けられている。チャンバ５の側壁には、排気口１３及びゲージ口１５が設けられている。排気口１３は真空排気装置１７に接続されており、チャンバ５及び石英封入管３の内部を排気するために利用される。ゲージ口１５には真空度を検出する真空ゲージ１９が接続されている。
【００２０】
真空封止装置１は、チャンバ５内部でインナーキャップ２１を保持することが可能なインナーキャップ保持部２３を備えている。インナーキャップ保持部２３はチャンバ５の他端面５ｂに挿通され軸方向に移動可能に保持されたアーム２５と、アーム２５の先端に設置されインナーキャップ２１を保持するホルダ部２６と、を有している。インナーキャップ保持部２３は、インナーキャップ２１を初期位置２９から取付け口１１を介して融着位置３１までチャンバ５内部を移動させることができる。排気口１３及びゲージ口１５は共に取付け口１１と初期位置２９との間のチャンバ５の側壁５ａに設けられている。チャンバ５は、初期位置２９に対応する側壁に設けられた窓部３３を有している。チャンバ５外部からこの窓部３３を通して内部の初期位置２９付近を視認することが可能となっている。
【００２１】
真空封止装置１は、融着位置３１に対応する位置に設けられた融着装置３７を備えている。融着装置３７としては例えばガスバーナが用いられる。融着装置３７は、インナーキャップ２１が融着位置３１へ移動された後に、石英封入管３の側面を熱することにより融着する機能を有する。
【００２２】
石英封入管３は、石英から成る。石英封入管３は、その一端が閉ざされた筒状を成しており、他端に開口された開口部９を有している。石英封入管３は、例えばフォトダイオード、発光ダイオード、半導体レーザ（レーザダイオード）といった半導体デバイスに用いられる例えばＩｎＰ、ＧａＡｓといった半導体エピ基板３８と、その半導体エピ基板３８に拡散させる例えばＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ、Ｃｄといった不純物の拡散源３９とを収容している。石英封入管３の開口部９は、真空封止装置１によってインナーキャップ２１で真空封止される。インナーキャップ２１は例えば石英から成り、石英封入管３の内径寸法よりもわずかに寸法が小さい柱状に形成されている。
【００２３】
上記の真空封止装置１による作用及び効果について説明する。従来の真空封止装置５０１（図６参照）では、排気口５１９と石英封入管５０３内部との間にインナーキャップ５０９が設置されるので、石英封入管５０３の排気は、石英封入管５０３とインナーキャップ５０９との間の隙間５１７を介してなされる。このような場合、石英封入管５０３とチャンバ５１１とは同じ到達真空度とはならず、到達真空度の差が生じてしまう。図２は、この到達真空度の差と、隙間５１７の軸方向に取った断面積（以下「開口面積」）との関係を示すグラフであり、横軸に開口面積（ｍｍ２）、縦軸に到達真空度の差（Ｔｏｒｒ）を示している。なお、図２ではグラフを見易くするため真空度の単位にＴｏｒｒを用いているが、例えば、１Ｔｏｒｒ≒１３３ＰａとしてＰａ単位に換算することもできる。図２に示すように、チャンバ５１１内の到達真空度と石英封入管５０３内の到達真空度との間には開口面積に応じた差が生じる。また、石英封入管５０３及びインナーキャップ５０９には寸法誤差があるので開口面積がバラつく。このため、真空ゲージ５２０で検出される到達真空度と石英封入管５０３内部の到達真空度との関係にもバラツキがあり、石英封入管５０３内の到達真空度に製造ロット毎のバラツキが生じていた。
【００２４】
これに比して、真空封止装置１では、排気口１３が初期位置２９と取付け口１１との間にあるので、インナーキャップ２１を初期位置２９に位置させることにより、石英封入管３内の気体が、インナーキャップ２１に遮られることなく開口部９を通じて排気口１３から排気される。このため、石英封入管３内部とチャンバ５内部との到達真空度の差は、石英封入管３やインナーキャップ２１の寸法誤差に左右されないので、真空封止装置１によれば、封止後の石英封入管３において、石英封入管３内の到達真空度の製造ロット毎のバラツキが抑えられる。
【００２５】
また、真空封止装置１では、ゲージ口１５が初期位置２９と取付け口１１との間にある。石英封入管３の内部を真空排気する際に、インナーキャップ２１を初期位置２９に位置させれば、石英封入管内部と到達真空度が検出されるゲージ口１５との間の到達真空度の差が小さくなり、石英封入管３内部の到達真空度と真空ゲージ１９で検出される到達真空度との差が小さくなる。
【００２６】
また、真空封止装置１によれば、窓部３３を通してインナーキャップ保持部２３にインナーキャップ２１が保持されていることが確認可能とされる。
【００２７】
（真空封止方法の実施形態）
以下、図３を参照し、真空封止装置１を用いて石英封入管３を真空封止する真空封止方法の実施形態について説明する。
【００２８】
まず、初期位置２９においてインナーキャップ２１をインナーキャップ保持部２３に保持させる（Ｓ１０２）。次に、石英封入管３を準備し、不純物拡散の対象となる半導体エピ基板３８及び拡散源３９を収容し、開口部９を真空封止装置１の取付け口１１に接続する（Ｓ１０４）。半導体エピ基板３８としては例えばＩｎＰエピ基板が用いられ、拡散源３９としては例えば不純物Ｚｎの拡散源であるＺｎ、ＺｎＯ、ジエチル亜鉛、ＺｎＰ２、Ｚｎ３Ｐ２が用いられる。この状態で真空排気装置１７を駆動し、石英封入管３内部及びチャンバ５内部を例えば１．３×１０−４Ｐａ（１×１０−６Ｔｏｒｒ）といった所定の真空度に到達するまで真空排気する（Ｓ１０６）。チャンバ５内部の真空度の検出は、真空ゲージ１９によりなされ、この検出値に基づいて真空排気装置１７が制御される。石英封入管３内部は、取付け口１１、チャンバ５、排気口１３を介して真空排気される。次に、インナーキャップ保持部２３を駆動し、保持したインナーキャップ２１を融着位置３１へ移動させる（Ｓ１０８）。次に、融着装置３７を駆動し、石英封入管３の融着位置３１を熱する。このことにより、石英封入管３の外壁とインナーキャップ２１とが融着されて石英封入管３が真空封止され（Ｓ１１０）、封止された石英封入管３が作製される。
【００２９】
上述した真空封止方法では、石英封入管３の内部を真空排気する際に、インナーキャップ２１が初期位置２９にあるので、石英封入管３内の気体は、インナーキャップ２１に遮られることがなく、開口部９を通じて排気口１３から排気される。よって、石英封入管３内の製造ロット毎のバラツキが少ない到達真空度が得られる。その後、融着位置３１に移動したインナーキャップ２１と石英封入管３とが融着され封止されることにより、石英封入管３内の到達真空度の製造ロット毎のバラツキが抑えられる。
【００３０】
（不純物拡散方法の実施形態）
以下、図４を参照し、半導体エピ基板３８に拡散源３９からの不純物を拡散させる不純物拡散方法の実施形態について説明する。
【００３１】
まず、上記の真空封止方法で作製された石英封入管３を準備する（Ｓ２０２）。この石英封入管３を拡散炉に投入し、例えば６００℃、１５分の熱処理を行う（Ｓ２０４）。このことにより、石英封入管３の内部に収納された拡散源３９からの不純物が半導体エピ基板３８に拡散される。
【００３２】
この不純物拡散方法では、上記の真空封止方法により真空封止した石英封入管３を準備している。石英封入管３内は製造ロット毎のバラツキが少ない到達真空度となっているので、この石英封入管３を熱処理することによって拡散深さ、表面キャリア濃度の製造ロット毎のバラツキが少ない拡散が行われる。よって、この不純物拡散方法によれば、半導体基板の特性の製造ロット毎のバラツキを抑えることができる。
【００３３】
図５は、実際に真空封止装置を用いてＩｎＰエピ基板にＺｎを拡散させた場合のＺｎ拡散深さのバラツキを説明する図であり、横軸は製造ロット番号、縦軸はＺｎ拡散深さを示している。本製造においては、１ロット毎に同封しているモニタ用ウエハから５点のサンプリング測定をしており、本図においては、測定した５点のＺｎ拡散深さの変化を示している。第１〜第２０ロットは真空封止装置５０１を用いて真空封止した石英封入管で（従来の不純物拡散方法で）不純物拡散を行い、第２１ロット以降は真空封止装置１を用いて真空封止した石英封入管で（本実施形態の不純物拡散方法で）不純物拡散を行った。図５によれば、第２１ロット以降は、それ以前のロットに比してＺｎ拡散深さの製造ロット毎のバラツキが小さくなったことが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係る真空封止装置を示す図である。
【図２】石英封入管内とチャンバ内との到達真空度の差を説明するグラフである。
【図３】真空封止方法の実施形態を示すフロー図である。
【図４】不純物拡散方法の実施形態を示すフロー図である
【図５】不純物拡散における拡散深さのバラツキを説明するグラフである。
【図６】従来の真空封止装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…真空封止装置、３…石英封入管、５…チャンバ、９…開口部、１１…取付け口、１３…排気口、１５…ゲージ口、１７…真空排気装置、１９…真空ゲージ、２１…インナーキャップ、２３…インナーキャップ保持部、２９…初期位置、３１…融着位置、３３…窓部、３７…融着装置、３８…半導体エピ基板、３９…拡散源。
【図１】
0004677732.tif 000002
【図２】
0004677732.tif 000003
【図３】
0004677732.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004677732.tif 000006
【図６】
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