(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータにより加熱される反応管内に、ウェハーが上下方向に並べてセットされるとともに、前記ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口を有する第１のインジェクターと、前記ウェハーに補充する該ウェハーの構成物質を含むガスを供給する供給口を有する第２のインジェクターを備えた縦型熱拡散装置において、
前記各インジェクターの供給口を、前記反応管内で、前記不純物と前記構成物質が加熱分解され得る温度領域で、かつ、上下方向に並べてセットされる前記ウェハーの最下端のセット位置より下側に設けた
ことを特徴とする縦型熱拡散装置。
【請求項２】
前記ウェハーは、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）ウェハーで、
前記第１のインジェクターとして、前記ＧａＡｓウェハーに拡散する不純物を含むガスとしてジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクターを備えるとともに、
前記第２のインジェクターとして、前記ＧａＡｓウェハーに補充する該ＧａＡｓウェハーの構成物質を含むガスとしてＡｓＨ3を供給するＡｓＨ3供給インジェクターを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の縦型熱拡散装置。
【請求項３】
前記各インジェクターの前記供給口近傍に、内径を小さくしてなる流速調整部を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の縦型熱拡散装置。
【請求項４】
前記各インジェクターの先端形状を先細りのテーパ形状として、前記供給口の径を、前記インジェクターの内径より小さくした
ことを特徴とする請求項１記載の縦型熱拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハーに不純物を拡散する工程で用いられる縦型熱拡散装置に関する。詳しくは、ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給するインジェクターの供給口、およびウェハーに補充する構成物質を含むガスを供給するインジェクターの供給口を、これらウェハーに拡散する不純物とウェハーに補充する構成物質が加熱分解され得る温度領域に設けることで、反応管内に付着する化合物の生成を防ぐことのできる縦型熱拡散装置に係る。また、ウェハーに拡散する物質を含むガスを供給するインジェクターの供給口を複数備えることで、反応管内においてガスをムラなく拡散できる縦型熱拡散装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の縦型熱拡散装置の構成を示す側断面図である。ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）ウェハー１は石英ボート２に水平な状態でセットされる。石英ボート２は、複数枚のＧａＡｓウェハー１を、互いに所定の間隔を開けて上下方向に並べてセット可能な構造である。
【０００３】
石英ボート２は、ヒートバリア３上に固定される。このヒートバリア３は、複数枚の断熱フィン３ａを間隔を開けて上下に並べた構造で、ヒートバリア３より下方への熱の伝達を遮断する。
【０００４】
石英ボート２およびヒートバリア３は、縦型の反応管４に入れられる。この反応管４は、上端が閉じたパイプ状のアウターチューブ４ａと、このアウターチューブ４ａより径の細いパイプ状のインナーチューブ４ｂとから構成される２重構造で、インナーチューブ４ｂの内側にＧａＡｓウェハー１がセットされた石英ボート２およびこの石英ボート２が固定されたヒートバリア３が挿入される。また、アウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂの間には、排気のための空間が形成され、このアウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂの間の空間と、インナーチューブ４ｂの内側とは、上部でつながっている。
【０００５】
反応管４の周囲には、その側面を取り囲むようにヒータ５が設けられ、石英ボート２にセットされたＧａＡｓウェハー１を加熱する。ここで、ヒータ５は、石英ボート２にセットされる複数枚のＧａＡｓウェハー１全体を加熱できるように、上下方向に並ぶＧａＡｓウェハー１の積載長より長い長さを有する。このため、ヒータ５の下端の位置は、反応管４内に入れられたヒートバリア３の途中、例えば、上から３枚目の断熱フィン３ａの付近に来るようにする。また、このヒータ５の上端の位置は、反応管４の上端より高い位置とする。
【０００６】
これにより、反応管４の内側において、ヒータ５の上下方向の位置とほぼ対応する領域が、均熱長領域となり、温度制御精度は、この均熱長領域では、設定温度の±１．０℃以内となっている。なお、反応管４の内側で、均熱長領域の外は温度制御外域となり、温度調整がされず、均熱長領域より温度が低くなっている。図５に示す反応管４では、その上端からヒートバリア３の途中、ここでは上から３枚目の断熱フィン３ａの付近までが均熱長領域、それより下が温度制御外域となる。
【０００７】
反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター６が設けられる。また、反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ＡｓＨ3（アルシン）を供給するＡｓＨ3供給インジェクター７が設けられる。
【０００８】
ジエチル亜鉛供給インジェクター６は、反応管４のインナーチューブ４ｂ内の温度制御外域にジエチル亜鉛の供給口６ａを設けている。また、ＡｓＨ3供給インジェクター７は、反応管４のインナーチューブ４ｂ内の温度制御外域にＡｓＨ3の供給口７ａを設けている。これら供給口６ａと供給口７ａは、上方へ向けてガスを放出する構造となっている。
【０００９】
ジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａからは、ジエチル亜鉛とキャリアガスとしての水素ガス（Ｈ2）が反応管４のインナーチューブ４ｂ内に供給される。また、ＡｓＨ3供給インジェクター７の供給口７ａからは、ＡｓＨ3ガスがインナーチューブ４ｂ内に供給される。そして、各インジェクター６，７から供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとしての水素およびＡｓＨ3は、インナーチューブ４ｂ内を上昇した後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の下部には、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気口８からジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ3が排気される。
【００１０】
石英ボート２およびヒートバリア３は、図示しない昇降機構により、反応管４の下部開口部より出し入れ可能な構造である。また、石英ボート２およびヒートバリア３が反応管４内に挿入されると、反応管４の内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシールドする構造が設けてある。そして、反応管４内の温度および圧力は、一定にコントロールが可能である。
【００１１】
また、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチル亜鉛を拡散するため、ＧａＡｓウェハー１がセットされる石英ボート２およびこの石英ボート２が固定されるヒートバリア３は、ＧａＡｓウェハー１の積載方向に沿った回転軸９を有し、モータ等からなる駆動機構１０により回転する構造となっている。
【００１２】
図６はジエチル亜鉛拡散シーケンスを示すグラフで、縦型熱拡散装置における処理の流れを説明する。
▲１▼  ランピングアップ：ヒータ５により、反応管４内の温度をジエチル亜鉛を拡散する温度まで上げる。
▲２▼  拡散：ランピングアップにより、反応管４内の温度がジエチル亜鉛を拡散するのに適する温度となると、ＧａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する。このとき、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をジエチル亜鉛の拡散に適する温度（例えば、６００℃）に保つ。
▲３▼  ランピングダウン：ＧａＡｓウェハー１へのジエチル亜鉛の拡散を終了した後、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をＧａＡｓウェハー１を取り出せるまで温度まで下げる。
▲４▼  ジエチル亜鉛ガス供給：ＧａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する時間分だけ、ジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａから反応管４内へジエチル亜鉛の供給を行う。このとき、キャリアガスとしてＨ2を用いる。このジエチル亜鉛を供給する時間は、例えば１０〜１２０ｓｅｃ程度である。
▲５▼  ＡｓＨ3ガス供給：ジエチル亜鉛の拡散のため加熱されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ（ヒ素）抜けを防止するために、ランピングアップ▲１▼の途中からランピングダウン▲３▼の途中まで、ＡｓＨ3供給インジェクター７の供給口７ａから反応管４内へＡｓＨ3ガスを供給する。
▲６▼  Ｎ2パージ：反応管４内へ図示しない供給口からＮ2（窒素ガス）を供給し、反応管４内のＡｓＨ3およびキャリアガスとしてのＨ2を排気口８から追放して、ＧａＡｓウェハー１を反応管４から取り出せるようにする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の縦型熱拡散装置では、以下に示す問題がある。すなわち、図７は従来の問題点を示す縦型熱拡散装置の断面図で、図７において、破線の矢印は、ジエチル亜鉛供給インジェクター６から供給されるジエチル亜鉛およびＡｓＨ3供給インジェクター７から供給されるＡｓＨ3が拡散していく流れを示している。
【００１４】
ＧａＡｓウェハー１には不純物としてジエチル亜鉛が拡散されるが、ジエチル亜鉛の拡散のため加熱されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ抜けを防止するために、ＡｓＨ3の拡散も必要である。
従来、ジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａとＡｓＨ3供給インジェクター７の供給口７ａは、反応管４内の温度制御外域で温度の低い領域に設けられるので、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3は温度の低い領域で反応管４内へ供給されることになり、十分に加熱分解されない。
【００１５】
そして、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が加熱分解されないことで、図７に破線で示すヒートバリア３の中程の領域付近に滞留し、ＡｓとＺｎの化合物が作り出され、これがヒートバリア３の一部の断熱フィン３ａに付着するという問題がある。
このヒートバリア３に付着したＡｓとＺｎの化合物がジエチル亜鉛供給インジェクター６から供給されるジエチル亜鉛以外の供給源となり、図６に▲１▼で示したランピングアップ途中から反応管４内へ蒸発し、この蒸発したＡｓとＺｎの化合物がＧａＡｓウェハー１に拡散される。
【００１６】
ヒートバリア３に付着したＡｓとＺｎの化合物の量は一定でないため、当然、蒸発する量も一定ではない。このために、ジエチル亜鉛拡散のシーケンスの実行毎のジエチル亜鉛の供給量が変化し、ρｓ（シート抵抗）が安定しないという問題がある。
【００１７】
また、ジエチル亜鉛等の不純物の供給は、一本のジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａから行っているため、、ジエチル亜鉛供給インジェクター６の周辺は、水平方向におけるジエチル亜鉛の分布が悪いという問題がある。
【００１８】
このため、ＧａＡｓウェハー１内のρｓ（シート抵抗）の面内分布（ばらつき）がジエチル亜鉛供給インジェクター６に近い程、悪化する。ＧａＡｓウェハー１は石英ボート２に上下に並べてセットされるもので、この並びの下側はＢＯＴＴＯＭ  ＺＯＮＥ、中程はＣＥＮＴＥＲ  ＺＯＮＥ、上側はＴＯＰ  ＺＯＮＥと呼ばれる。ＧａＡｓウェハー１内のρｓ分布は、このＢＯＴＴＯＭ  ＺＯＮＥにあるＧａＡｓウェハー１は悪い傾向にある。
【００１９】
これに対して、ジエチル亜鉛供給インジェクター６から離れるとジエチル亜鉛は水平方向において均一に分布されるので、ＧａＡｓウェハー１の全面に均一にジエチル亜鉛が拡散し、これにより、ＧａＡｓウェハー１内のρｓ分布は良くなる傾向がある。すなわち、ＴＯＰ  ＺＯＮＥにあるＧａＡｓウェハー１はρｓ分布が良好である。このように、ＢＯＴＴＯＭ  ＺＯＮＥのρｓの面内分布が悪化してくると、石英ボート２のチャージ枚数をフルに使用できなくなり、設備の能力が低下するという問題があった。
【００２０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ウェハーへ拡散する不純物とウェハーに補充する構成物質が化合物を生成して反応管内の例えばヒートバリアへ付着することを防ぐことが可能な縦型熱拡散装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、反応管内に不純物を効率良く分布可能な縦型熱拡散装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る縦型熱拡散装置は、ヒータにより加熱される反応管内に、ウェハーが上下方向に並べてセットされるとともに、前記ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口を有する第１のインジェクターと、前記ウェハーに補充する該ウェハーの構成物質を含むガスを供給する供給口を有する第２のインジェクターを備えた縦型熱拡散装置において、前記各インジェクターの供給口を、前記反応管内で、前記不純物と前記構成物質が加熱分解され得る温度領域で、かつ、上下方向に並べてセットされる前記ウェハーの最下端のセット位置より下側に設けたものである。
【００２２】
上述した本発明に係る縦型熱拡散装置では、ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、ＧａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛およびＧａＡｓウェハーからのＡｓ抜けを補うＡｓＨ3が、加熱分解され得る温度領域で反応管内に供給されるので、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が化合物を生成することはない。よって、例えばウェハーがセットされるボートを支持するヒートバリアに化合物が付着することを防ぐことができる。
【００２３】
そして、ヒートバリアにジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しなくなることから、反応管内においてジエチル亜鉛の供給源は、インジェクターから供給されるものだけとなる。これにより、ジエチル亜鉛の供給量が安定し、ＧａＡｓウェハーのρｓを安定させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の縦型熱拡散装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の縦型熱拡散装置の第１の実施の形態を示す側断面図である。ＧａＡｓウェハー１は石英ボート２に水平な状態でセットされる。石英ボート２は、複数枚のＧａＡｓウェハー１を、互いに所定の間隔を開けて上下方向に並べてセット可能な構造である。
石英ボート２は、ヒートバリア３上に固定される。このヒートバリア３は、複数枚の断熱フィン３ａを間隔を開けて上下に並べた構造で、ヒートバリア３より下方への熱の伝達を遮断する。
【００２８】
石英ボート２およびヒートバリア３は、縦型の反応管４に入れられる。この反応管４は、上端が閉じたパイプ状のアウターチューブ４ａと、このアウターチューブ４ａより径の細いパイプ状のインナーチューブ４ｂとから構成される２重構造で、インナーチューブ４ｂの内側にＧａＡｓウェハー１がセットされた石英ボート２およびこの石英ボート２が固定されたヒートバリア３が挿入される。また、アウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂの間には、排気のための空間が形成され、このアウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂの間の空間と、インナーチューブ４ｂの内側とは、上部でつながっている。
【００２９】
反応管４の周囲には、その側面を取り囲むようにヒータ５が設けられ、石英ボート２にセットされたＧａＡｓウェハー１を加熱する。ここで、ヒータ５は、石英ボート２にセットされる複数枚のＧａＡｓウェハー１全体を加熱できるように、上下方向に並ぶＧａＡｓウェハー１の積載長より長い長さを有する。このため、ヒータ５の下端の位置は、反応管４内に入れられたヒートバリア３の途中、例えば、上から３枚目の断熱フィン３ａの付近に来るようにする。また、このヒータ５の上端の位置は、反応管４の上端より高い位置とする。
【００３０】
これにより、反応管４の内側において、ヒータ５の上下方向の位置とほぼ対応する領域が、均熱長領域となり、温度制御精度は、この均熱長領域では、設定温度の±１．０℃以内となっている。なお、反応管４の内側で、均熱長領域の外は温度制御外域となり、温度調整がされず、均熱長領域より温度が低くなっている。図１に示す反応管４では、その上端からヒートバリア３の途中、ここでは上から３枚目の断熱フィン３ａの付近までが均熱長領域、それより下が温度制御外域となる。
【００３１】
反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ＧａＡｓウェハー１に拡散する不純物としてのジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１１が設けられる。また、反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ＡｓＨ3を供給するＡｓＨ3供給インジェクター１２が設けられる。
【００３２】
ジエチル亜鉛供給インジェクター１１は、反応管４のインナーチューブ４ｂ内において、ジエチル亜鉛が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置より下側にジエチル亜鉛の供給口１１ａを設けている。
【００３３】
また、ＡｓＨ3供給インジェクター１２は、反応管４のインナーチューブ４ｂ内において、ＡｓＨ3が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置より下側にＡｓＨ3の供給口１２ａを設けている。
【００３４】
図２はインジェクターの構成例を示す斜視図である。なお、図２ではジエチル亜鉛供給インジェクター１１を例に示しているが、ＡｓＨ3供給インジェクター１２も同じ構成を有するものである。
ジエチル亜鉛供給インジェクター１１はパイプ形状であり、反応管４内において上下方向に延在する。そして、その上端が開口して供給口１１ａとなっている。したがって、供給口１１ａからは上方に向けてガスを放出する構造となっている。
【００３５】
従来、ジエチル亜鉛の供給口およびＡｓＨ3の供給口は、反応管４内において、温度制御外域の温度の低い領域に設けられていた。このため、反応管４内に供給されるジエチル亜鉛とＡｓＨ3が加熱分解されずに化合物を生成し、ヒートバリア３の断熱フィン３ａに付着する原因となっていた。
【００３６】
そこで、第１の実施の形態では、ヒートバリア３において、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しない断熱フィン３ａの領域が、反応管４内において、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が加熱分解され得る温度となっている領域と考え、この領域にジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａとＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａを設けることとした。
【００３７】
すなわち、第１の実施の形態の縦型熱拡散装置では、ヒートバリア３の上から３枚目以上の断熱フィン３ａにはジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しないことに着目して、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａとＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａの高さを、ヒートバリア３の上から３枚目の断熱フィン３ａに合わせることとした。
【００３８】
ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａからは、ジエチル亜鉛とキャリアガスとしてのＨ2が反応管４のインナーチューブ４ｂ内に供給される。また、ＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａからは、ＡｓＨ3ガスがインナーチューブ４ｂ内に供給される。そして、各インジェクター１１，１２から供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとしての水素およびＡｓＨ3は、インナーチューブ４ｂ内を上昇した後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の下部には、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気口８からジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ3が排気される。
【００３９】
石英ボート２およびヒートバリア３は、図示しない昇降機構により、反応管４の下部開口部より出し入れ可能な構造である。また、石英ボート２およびヒートバリア３が反応管４内に挿入されると、反応管４の内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシールドする構造が設けてある。そして、反応管４内の温度および圧力は、一定にコントロールが可能である。
【００４０】
また、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチル亜鉛を拡散するため、ＧａＡｓウェハー１がセットされる石英ボート２およびこの石英ボート２が固定されるヒートバリア３は、ＧａＡｓウェハー１の積載方向に沿った回転軸９を有し、モータ等からなる駆動機構１０により回転する構造となっている。
【００４１】
第１の実施の形態の縦型熱拡散装置におけるジエチル亜鉛の拡散シーケンスは、図６で説明したものと同じであるので、以下、図６を用いて本実施の形態のジエチル亜鉛拡散の処理の流れを説明する。
▲１▼  ランピングアップ：ヒータ５により、反応管４内の温度をジエチル亜鉛を拡散する温度まで上げる。
▲２▼  拡散：ランピングアップにより、反応管４内の温度がジエチル亜鉛を拡散するのに適する温度となると、ＧａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する。このとき、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をジエチル亜鉛の拡散に適する温度（例えば、６００℃）に保つ。
▲３▼  ランピングダウン：ＧａＡｓウェハー１へのジエチル亜鉛の拡散を終了した後、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をＧａＡｓウェハー１を取り出せるまで温度まで下げる。
▲４▼  ジエチル亜鉛ガス供給：ＧａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する時間分だけ、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａから反応管４内へジエチル亜鉛の供給を行う。このとき、キャリアガスとしてＨ2を用いる。このジエチル亜鉛を供給する時間は、例えば１０〜１２０ｓｅｃ程度である。
▲５▼  ＡｓＨ3ガス供給：ジエチル亜鉛の拡散のため加熱されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ（ヒ素）抜けを防止するために、ランピングアップ▲１▼の途中からランピングダウン▲３▼の途中まで、ＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａから反応管４内へＡｓＨ3ガスを供給する。
▲６▼  Ｎ2パージ：反応管４内へ図示しない供給口からＮ2（窒素ガス）を供給し、反応管４内のＡｓＨ3およびキャリアガスとしてのＨ2を排気口８から追放して、ＧａＡｓウェハー１を反応管４から取り出せるようにする。
【００４２】
本実施の形態では、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａおよびＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａは、反応管４内でジエチル亜鉛とＡｓＨ3が加熱分解され得る温度領域に設けられるので、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ3が、加熱分解されるのに必要な高温下で反応管４に供給されることになる。よって、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が化合物を生成することはなく、ヒートバリア３に化合物が付着することを防ぐことができる。
【００４３】
そして、ヒートバリア３にジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しなくなることから、反応管４内においてジエチル亜鉛の供給源は、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１から供給されるものだけとなる。これにより、ジエチル亜鉛の供給量が安定し、ＧａＡｓウェハー１のρｓを安定させることができる。
【００４４】
図３は第１の実施の形態の縦型熱拡散装置の変形例を示す説明図である。第１の実施の形態では、反応管４にジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａを、反応管４内においてジエチル亜鉛が加熱分解され得る温度領域に設ける。また、ＡｓＨ3を供給するＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａを、反応管４内においてＡｓＨ3が加熱分解され得る温度領域に設ける。これにより、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3を加熱分解に必要な温度に加熱できるようにしたものである。そして、以下に示す変形例では、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ3がインジェクターを通過する際の速度を遅くすることで、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ3の加熱を促進するものである。
【００４５】
なお、以下の説明は、図１に示すジエチル亜鉛供給インジェクター１１を例に説明するが、ＡｓＨ3供給インジェクター１２側も同じ構成を有するものである。すなわち、図３（ａ）に示すように、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１は、その内径Ａを大きく取ってある。そして、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の、供給口１１ａの近傍に、内径が細くなるように絞りを入れてなる流速調整部１１ｂを設けたものである。
【００４６】
これにより、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するジエチル亜鉛の流れに流速調整部１１ｂのところで抵抗ができ、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するジエチル亜鉛の流速を、流速調整部１１ｂの手前で遅くすることができる。そして、流速が遅くなることから、ジエチル亜鉛がジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するのに要する時間が長くなり、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１内のジエチル亜鉛を加熱できる時間が長くなる。よって、ジエチル亜鉛を加熱分解に必要な温度まで加熱することを促進できる。
【００４７】
なお、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の内径を大きくすることで、その途中に絞りを入れることで流速調整部１１ｂを設けても、反応管４内へのジエチル亜鉛の供給の時間が長くなったり、供給量が落ちるということはない。また、流速調整部１１ｂを挟んで供給口１１ａ側の内径を小さくすると、より流速を遅くすることができる。
【００４８】
また、図３（ｂ）に示すように、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１は、その内径Ａを大きく取ってある。そして、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１は、その先端に先細り形状のテーパ部１１ｃを設けて、供給口１１ａの径Ｂを、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の内径Ａより小さくしたものである。
【００４９】
これにより、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するジエチル亜鉛の流れに供給口１１ａのところで抵抗ができ、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するジエチル亜鉛の流速を、供給口１１ａの手前で遅くすることができる。そして、流速が遅くなることから、ジエチル亜鉛がジエチル亜鉛供給インジェクター１１を通過するのに要する時間が長くなり、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１内のジエチル亜鉛を加熱できる時間が長くなる。よって、ジエチル亜鉛を加熱分解に必要な温度まで加熱することを促進できる。
なお、供給口１１ａの径は小さくせずに、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の内径を大きくすることで、相対的に供給口１１ａの径を小さくして、流速を落とす構成としたので、反応管４内へのジエチル亜鉛の供給の時間が長くなったり、供給量が落ちるということはない。
【００５０】
図４は本発明の縦型熱拡散装置の第２の実施の形態を示す平面断面図である。
ここで、第２の実施の形態の縦型熱拡散装置は、反応管４内にジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１１の本数を複数本としたもので、その他の装置全体の構成は、図１で説明した第１の実施の形態の縦型熱拡散装置とほぼ同様の構成を有する。以下、第２の実施の形態の縦型熱拡散装置を説明するにあたり、装置全体の構成は、図４に加えて図１を参照にしてその概要を説明するにとどめる。
【００５１】
ＧａＡｓウェハー１は石英ボート２に水平な状態でセットされる。石英ボート２は、図１に示すように、複数枚のＧａＡｓウェハー１を、互いに所定の間隔を開けて上下方向に並べてセット可能な構造である。そして、この石英ボート２はヒートバリア３上に固定される。
【００５２】
反応管４は縦型であり、アウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂとから構成される２重構造で、インナーチューブ４ｂの内側にＧａＡｓウェハー１がセットされた石英ボート２および図４では図示しないがヒートバリア３が挿入される。また、アウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂの間には、排気のための空間が形成される。
【００５３】
反応管４の周囲には、図４では図示しないがその側面を取り囲むようにヒータ５が設けられ、石英ボート２にセットされたＧａＡｓウェハー１を加熱する。このヒータ５は、図１で説明したように、上下方向に並ぶ複数枚のＧａＡｓウェハー１全体を加熱できるように、所定の長さを有し、かつ所定の位置に取り付けられる。
【００５４】
反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１１が複数本設けられる。第２の実施形態では、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと、第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅの２本が設けられる。
【００５５】
第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄの先端に設けられる供給口１１ａと、第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅの先端に設けられる供給口１１ａとは、水平方向に所定の間隔を開けて設けられるもので、たとえば、ＧａＡｓウェハー１の面と平行な同一水平面に、所定の間隔を開けて設けられる。
【００５６】
また、これら供給口１１ａは、反応管４内においてジエチル亜鉛が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置より下側に設ける。
【００５７】
なお、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１を設ける位置および数は、この第２の実施の形態に限定されるものではないが、その本数は反応管４内のスペースに応じて決定され、２〜４本程度が望ましい。また、隣接するジエチル亜鉛供給インジェクターの間隔は、水平方向に広範囲に分布できるように、４５度以上とすることが望ましい。
【００５８】
第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅにジエチル亜鉛を供給する主配管１３は、分岐点Ｐで第１の個別配管１４ａと第２の個別配管１４ｂに分岐している。そして、第１の個別配管１４ａが第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄにつながり、第２の個別配管１４ｂが第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅにつながっている。
【００５９】
ここで、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅのそれぞれから均一に安定したジエチル亜鉛を供給するため、分岐点Ｐから先の第１の個別配管１４ａの長さをＬ１＋Ｌ２、第２の個別配管１４ｂの長さをＬ３＋Ｌ４としたとき、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ３＋Ｌ４とすることが望ましい。
【００６０】
また、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅのそれぞれの供給口１１ａの面積の合計≦主配管１３の断面積、とすると良い。
【００６１】
反応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ＡｓＨ3を供給するＡｓＨ3供給インジェクター１２が設けられる。
【００６２】
このＡｓＨ3供給インジェクター１２は、反応管４内においてＡｓＨ3が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置より下側にＡｓＨ3の供給口１２ａを設けている。
【００６３】
第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅのそれぞれの供給口１１ａからは、ジエチル亜鉛とキャリアガスとしてのＨ2が反応管４のインナーチューブ４ｂ内に供給される。
【００６４】
また、ＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａからは、ＡｓＨ3ガスがインナーチューブ４ｂ内に供給される。そして、各インジェクター１１，１２から供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとしての水素およびＡｓＨ3は、インナーチューブ４ｂ内を上昇した後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の下部には、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気口８からジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ3が排気される。
【００６５】
石英ボート２は、図示しない昇降機構により、反応管４の下部開口部より出し入れ可能な構造である。また、石英ボート２を反応管４内に挿入すると、反応管４内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシールドする構造が設けてある。そして、反応管４内の温度および圧力は、一定にコントロールが可能である。
また、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチル亜鉛を拡散するため、石英ボート２は回転可能な構造となっている。
【００６６】
第２の実施の形態の縦型熱拡散装置において、ジエチル亜鉛の拡散シーケンスは第１の実施の形態で図６を用いて説明した流れと同様であるので、シーケンスの全体の説明は省略し、▲４▼で示すジエチル亜鉛ガス供給のステップの説明を行う。
【００６７】
すなわち、ＧａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する時間分だけ、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅのそれぞれの供給口１１ａから反応管４内へジエチル亜鉛の供給を行う。このとき、キャリアガスとしてＨ2を用いる。このジエチル亜鉛を供給する時間は、例えば１０〜１２０ｓｅｃ程度である。
【００６８】
ジエチル亜鉛供給インジェクターが１本であると、図７で説明したように、特にＢＯＴＴＯＭ  ＺＯＮＥで各ＧａＡｓウェハー１に対してジエチル亜鉛を均一に拡散できない場合があった。第２の実施の形態では、反応管４内で、水平方向に離れた２点からジエチル亜鉛が供給されることになる。
【００６９】
これにより、反応管４内に供給されたジエチル亜鉛は、水平方向においてすぐに均一に分布する。よって、ＢＯＴＴＯＭ  ＺＯＮＥであっても、ＧａＡｓウェハー１の全面に均一にジエチル亜鉛を拡散できるようになる。
【００７０】
したがって、反応管４内において、ＧａＡｓウェハー１の並びに沿って下方から上方まで、すべてのＧａＡｓウェハー１の全面にムラなくジエチル亜鉛を拡散することができ、各ＧａＡｓウェハー１のρｓを、全面で安定させることができる。そして、上下方向におけるＧａＡｓウェハー１のセット位置によらず、ρｓが安定することから、石英ボート２においてあらかじめ定められているセット可能枚数分のＧａＡｓウェハー１を全てセット可能となり、装置の稼働率をあげることができる。
【００７１】
ここで、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄには、主配管１３から第１の個別配管１４ａを経てジエチル亜鉛が供給される。また、第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅには、主配管１３から第２の個別配管１４ｂを経てジエチル亜鉛が供給される。
【００７２】
そして、第１の個別配管１４ａと第２の個別配管１４ｂの長さを等しくすることで、主配管１３から第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅの両方に均等にジエチル亜鉛を供給できる。また、各インジェクター１１ｄ，１１ｅの供給口１１ａの面積の合計を、主配管１３の断面積と同等あるいはそれ以下とすることで、ジエチル亜鉛の供給過多あるいは供給不足が発生することはない。
【００７３】
また、第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅのそれぞれの供給口１１ａおよびＡｓＨ3供給インジェクター１２の供給口１２ａは、第１の実施の形態と同様に、反応管４内において、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が加熱分解され得る温度領域に設けてある。これにより、反応管４内に供給されるジエチル亜鉛とＡｓＨ3の加熱分解が促進され、化合物の生成を抑えることができる。
【００７４】
なお、この第２の実施の形態の縦型熱拡散装置に、図３で説明したジエチル亜鉛供給インジェクター１１およびＡｓＨ3インジェクター１２の変形例を組み合わせることも可能である。第２の実施例のように、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１が２本設けられている場合でも、ジエチル亜鉛の流速を遅くできる構成を設けることで、ジエチル亜鉛の加熱が促進され、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物の生成を抑えることができる。
上述した第１および第２の実施の形態において、ウェハーの種類はＧａＡｓウェハーに限るものではない。また、ウェハーに拡散する不純物およびこのウェハーに補充する構成物質も、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ3に限るものではない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ヒータにより加熱される反応管内に、ウェハーが上下方向に並べてセットされるとともに、前記ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口を有する第１のインジェクターと、前記ウェハーに補充する該ウェハーの構成物質を含むガスを供給する供給口を有する第２のインジェクターを備えた縦型熱拡散装置において、前記各インジェクターの供給口を、前記反応管内で、前記不純物と前記構成物質が加熱分解され得る温度領域で、かつ、上下方向に並べてセットされる前記ウェハーの最下端のセット位置より下側に設けたものである。
【００７６】
上述した本発明に係る縦型熱拡散装置では、ウェハーに拡散する不純物とウェハーに補充する構成物質が、過熱分解され得る温度領域で反応管内に供給されるので、不純物と構成物質が化合物を生成し、これが反応管内に付着する、ということがない。
【００７７】
ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、ＧａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛およびＧａＡｓウェハーからのＡｓ抜けを補うＡｓＨ3が、加熱分解され得る温度領域で反応管内に供給されるので、ジエチル亜鉛とＡｓＨ3が化合物を生成することはない。よって、例えばウェハーがセットされるボートを支持するヒートバリアに化合物が付着することを防ぐことができる。
【００７８】
そして、ヒートバリアにジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しなくなることから、反応管内においてジエチル亜鉛の供給源は、インジェクターから供給されるものだけとなる。これにより、ジエチル亜鉛の供給量が安定し、ＧａＡｓウェハーのρｓを安定させることができる。
さらに、ヒートバリアにジエチル亜鉛とＡｓＨ3の化合物が付着しないということは、反応管内に供給されたジエチル亜鉛が効率良く消費されることになり、よって、ジエチル亜鉛の消費量を削減できる。
また、本発明は、前記供給口を、水平方向に間隔を開けて複数備えたものである。
【００７９】
上述した本発明に係る縦型熱拡散装置では、ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、ＧａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛は、間隔を開けて水平面に複数設けられた供給口から反応管内に供給される。
【００８０】
これにより、反応管内において、ウェハーの並びに沿って下方から上方まで、すべてのウェハーの全面にムラなくジエチル亜鉛を拡散することができ、各ウェハーのρｓを、全面で安定させることができる。そして、ウェハーのセット位置によらず、ρｓが安定することから、あらかじめ定められているセット可能枚数分のウェハーを全てセット可能となり、装置の稼働率をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱拡散装置の第１の実施の形態を示す側断面図である。
【図２】インジェクターの構成例を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の縦型熱拡散装置の変形例を示す説明図である。
【図４】本発明の縦型熱拡散装置の第２の実施の形態を示す平面断面図である。
【図５】従来の縦型熱拡散装置の構成を示す側断面図である。
【図６】ジエチル亜鉛拡散シーケンスを示すグラフである。
【図７】従来の問題点を示す縦型熱拡散装置の断面図である。
【符号の説明】
１・・・ＧａＡｓウェハー、２・・・石英ボート、３・・・ヒートバリア、３ａ・・・断熱フィン、４・・・反応管、４ａ・・・アウターチューブ、４ｂ・・・インナーチューブ、５・・・ヒータ、８・・・排気口、１１・・・ジエチル亜鉛供給インジェクター、１１ａ・・・供給口、１１ｂ・・・流速調整部、１１ｃ・・・テーパ部、１１ｄ・・・第１のジエチル亜鉛供給インジェクター、１１ｅ・・・第２のジエチル亜鉛供給インジェクター、１３・・・主配管、１４ａ・・・第１の個別配管、１４ｂ・・・第２の個別配管
【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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