(57)【要約】 【課題】  複数の半導体ウエハ間において、不純物の拡散の進行度合が均一化された半導体装置を製造することができる半導体装置の製造装置を提供する。【解決手段】  複数枚の半導体ウエハ２７を、ウエハ支持手段２４によって気密な処理空間２８内で予め定める並び方向に相互に間隔ｄ１をあけて、かつ被処理面２７ａを露出させた状態で配置する。また不純物を含む混合ガスを噴出する複数の噴出口３１を、半導体ウエハ２７の並び方向と同じ方向に、半導体ウエハ２７の間隔ｄ１に等しい間隔ｄ２で、混合ガス供給手段３０によって混合ガスが供給される混合ガス噴出体２３に形成する。【選択図】      図１
2007329437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて被処理面を露出させた状態で支持するウエハ支持手段と、
不純物を含む混合ガスを噴出し、前記ウエハ支持手段によって支持される各半導体ウエハの前記間隔に等しい間隔をあけて前記予め定める並び方向に沿って複数の噴出口が形成される混合ガス噴出体と、
前記混合ガス噴出体に前記混合ガスを供給する混合ガス供給手段とを備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記各噴出口は、前記ウエハ支持手段に支持される各半導体ウエハの間に臨んで設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記各噴出口は、半導体ウエハの中心軸線に向かって前記混合ガスを噴出することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
混合ガスは、さらに酸素と不活性ガスとを含み、
噴出口は、半導体ウエハの噴出口に近い側の端部付近の領域と、噴出口と反対側の端部付近の領域とにおける半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合が、予め定める時間経過時において略均一になるように設定される酸素流量比で、混合ガスを噴出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて被処理面を露出させた状態で配置するウエハ配置工程と、
半導体ウエハの前記間隔に等しい間隔をあけて前記予め定める並び方向に沿って形成される複数の噴出口から不純物を含む混合ガスを噴出し、不純物を半導体ウエハに拡散させる不純物拡散工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置を備えることを特徴とする安定電圧供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置および製造方法、半導体装置、ならびに安定電圧供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハなどの半導体ウエハに対して、半導体ウエハ中にドナーまたはアクセプタとなる不純物を拡散させることによって、半導体装置を製造している。半導体ウエハに不純物を拡散させて半導体装置を製造する装置として、横型拡散装置が提案されている。
【０００３】
図５は、第１の従来技術である横型拡散装置１の概略的な構成を示す断面図である。横型拡散装置１では、石英ガラス製の反応管２を、軸線がほぼ水平となる状態で使用する。複数の半導体ウエハ３は、反応管２の軸線にほぼ垂直な姿勢で、相互間で一定の間隔をあけて、収容治具４に支持される。収容治具４に支持される半導体ウエハ３は、反応管２の開口部を閉じる蓋５を外して、反応管２内に出し入れすることができる。反応管２の軸線方向の一端側には、噴出口６が設けられ、不純物を含む混合ガスを反応管２内に導入することができる。反応管２の周囲には、ヒータ７が設けられ、反応管２内に収容した半導体ウエハ３を加熱することができる。反応管２の蓋５側には、噴出口６から導入される反応ガスを排気するための排気口８が形成される。
【０００４】
第１の従来技術の横型拡散装置１では、反応管２の軸線方向の一端側に設けられる噴出口６から不純物を含む混合ガスが導入され、加熱されて、反応管２に収容される半導体ウエハ３の表面部に不純物が拡散される。ここで、第１の従来技術の横型拡散装置１では、反応管２の軸線方向に一方向から混合ガスが供給されるので、反応管２中における混合ガスの流れを制御することが困難という問題がある。反応管２中における混合ガスの流れを制御することができず、反応管２中における混合ガスの流れが不均一となると、処理される複数枚の半導体ウエハごとに、不純物の拡散の進行度合が異なる、という問題が生じる。
【０００５】
このような問題に鑑み、第１の従来技術の横型拡散装置１に比べて反応管中における混合ガスの流れを制御しやすい縦型拡散装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
図６は、第２の従来技術である縦型拡散装置１１の概略的な構成を示す断面図である。縦型拡散装置１１では、石英ガラス製の反応管１２を、軸線がほぼ鉛直となる状態で使用する。複数の半導体ウエハ３は、反応管１２の軸線にほぼ垂直な姿勢で、相互間で一定の間隔をあけて、収容治具１３に支持される。収容治具１３で保持される半導体ウエハ３は、反応管１２の底部から出し入れすることができる。反応管１２の底部には、ボート１４が配置され、収容治具１３を支持する。また反応管１２内には、反応管１２の軸線方向に延び、複数の噴出口１５を有するガス導入管１６が設けられ、不純物を含む混合ガスを反応管１２内に導入することができる。反応管１２の周囲には、ヒータ７が設けられ、反応管１２内に収容した半導体ウエハ３を加熱することができる。反応管１２の底側には、噴出口１５から導入される反応ガスを排気するための図示しない排気口が形成される。排気口は、ボート１４を介して排気管１７に接続される。排気管１７は、反応管１２内のガスを、反応管１２外に排出する。さらに第２の従来技術の縦型拡散装置１１では、排気されたガスの濃度を検知する排ガス濃度検知手段１８を備え、排ガス濃度検知手段１８の検知結果に応じて、排気管１７からのガスの排出流量を調整することができる。
【０００７】
排気管１７からのガスの排出流量が調整されない場合、排気管１７と接続される排気口付近においてガスの流速が大きくなることによって、排気口が形成される反応管１２の底部付近と、底部と反対側の反応管１２の頂部付近とでのガスの流れが異なる。これによって、底部付近で支持される半導体ウエハ３と、頂部付近で支持される半導体ウエハ３との間で、不純物の拡散の進行度合が異なる。
【０００８】
第２の従来技術の縦型拡散装置１１では、排気管１７からのガスの排出流量が調整されるので、排気口付近においてガスの流速が大きくなることを防止でき、底部付近に支持される半導体ウエハ３と、頂部付近に支持される半導体ウエハ３との間における不純物の拡散の進行度合を均一化することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１３５１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体ウエハに不純物が拡散される半導体装置は、たとえばレギュレータＩＣなどの安定化電源に使用される大電流出力型のＰＮＰトランジスタとして用いられる。ＰＮＰトランジスタにおいては、電流増幅率ｈＦＥのばらつきが、個々のトランジスタ間で小さくなることが望まれる。電流増幅率ｈＦＥのばらつきを個々のトランジスタ間で小さくするためには、半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合のばらつきを低減する必要がある。
【００１１】
第２の従来技術の縦型拡散装置１１は、排気口１６からのガスの排出流量を調整することによって、排気口１６付近においてガスの流速が大きくなることを防止し、複数の半導体ウエハ３間における不純物の拡散の進行度合を均一化することができる。しかしながら、上記のようなレギュレータＩＣなどの安定化電源に使用される半導体装置の製造においては、不純物の拡散の進行度合のばらつきをさらに低減することが望まれる。第２の従来技術の縦型拡散装置１１では、不純物の拡散の進行度合のばらつきを低減することができない。
【００１２】
本発明の目的は、複数の半導体ウエハ間において、不純物の拡散の進行度合が均一化された半導体装置を製造することができる半導体装置の製造装置および製造方法、半導体装置、ならびに安定電圧供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて被処理面を露出させた状態で支持するウエハ支持手段と、
不純物を含む混合ガスを噴出し、前記ウエハ支持手段によって支持される各半導体ウエハの前記間隔に等しい間隔をあけて前記予め定める並び方向に沿って複数の噴出口が形成される混合ガス噴出体と、
前記混合ガス噴出体に前記混合ガスを供給する混合ガス供給手段とを備えることを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００１４】
本発明に従えば、複数枚の半導体ウエハは、ウエハ支持手段によって、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて、かつ被処理面を露出させた状態で配置される。また不純物を含む混合ガスを噴出する複数の噴出口は、半導体ウエハの並び方向と同じ方向に、半導体ウエハの間隔に等しい間隔で、混合ガス供給手段によって混合ガスが供給される混合ガス噴出体に形成される。このように半導体ウエハの配置位置と噴出口の配置位置とが設定されると、噴出口は、複数枚の半導体ウエハ間で略均一に混合ガスを供給することができる。ここで「複数枚の半導体ウエハ間で略均一に混合ガスを供給することができる」とは、半導体ウエハと半導体ウエハとの間に供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力が、各半導体ウエハ間で略同じ条件となるように、混合ガスを処理空間内に供給することができることを意味する。
【００１５】
また本発明は、前記各噴出口は、前記ウエハ支持手段に支持される各半導体ウエハの間に臨んで設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持される各半導体ウエハの間に臨んで設けられるので、各噴出口から噴出される混合ガスは、隣合う２枚の半導体ウエハの間に正確にかつ確実に供給される。逆に、噴出口が半導体ウエハを臨んで設けられる場合などのように、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持された各半導体ウエハの間に臨んで設けられない場合、噴出口から噴出された混合ガスは、半導体ウエハに向けて噴出されることによってその流れが大きく変化する。これによって、混合ガスが各半導体ウエハに略均一に供給されないおそれがある。
【００１７】
これに対して、本発明において、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持された各半導体ウエハの間に臨んで設けられ、混合ガスが隣合う２枚の半導体ウエハの間に供給されるので、複数枚の半導体ウエハに供給される混合ガスの均一性を、一層高めることができる。
【００１８】
また本発明は、前記各噴出口は、半導体ウエハの中心軸線に向かって前記混合ガスを噴出することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、各噴出口が、半導体ウエハの中心軸線に向かって混合ガスを噴射するので、半導体ウエハの面内において半導体ウエハに供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力を略均一にすることができる。
【００２０】
また本発明は、混合ガスは、さらに酸素と不活性ガスとを含み、
噴出口は、半導体ウエハの噴出口に近い側の端部付近の領域と、噴出口と反対側の端部付近の領域とにおける半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合が、予め定める時間経過時において略均一になるように設定される酸素流量比で、混合ガスを噴出することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、半導体ウエハの噴出口に近い側の端部付近の領域における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合（以下「一端部での拡散度合」という場合がある）と、噴出口と反対側の端部付近の領域における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合（以下「他端部での拡散度合」という場合がある）とが、予め定める時間経過時において略均一になるような酸素流量比で、酸素と不活性ガスと不純物ガスとを含む混合ガスが噴出口から噴出される。たとえば、酸素流量比を低減し、不純物、酸素および半導体ウエハの構成材料の反応速度を小さくすることによって、予め定める時間経過時における一端部での拡散度合と他端部での拡散度合との差を低減し、一端部での拡散度合と他端部での拡散度合とを略均一にすることができる。
【００２２】
また本発明は、複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて被処理面を露出させた状態で配置するウエハ配置工程と、
半導体ウエハの前記間隔に等しい間隔をあけて前記予め定める並び方向に沿って形成される複数の噴出口から不純物を含む混合ガスを噴出し、不純物を半導体ウエハに拡散させる不純物拡散工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２３】
本発明に従えば、ウエハ配置工程において、複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて配置する。また不純物拡散工程において、半導体ウエハ同士の間隔に等しい間隔で予め定める並び方向に形成される複数の噴出口から酸素と不純物と不活性ガスとを含む混合ガスを噴出し、不純物を半導体ウエハに拡散させる。不純物拡散工程において半導体ウエハと同じ間隔かつ並び方向で形成される複数の噴出口から混合ガスを噴出することによって、噴出口から半導体ウエハに供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力を、複数枚の半導体ウエハ間で略均一とすることができる。
【００２４】
また本発明は、前記本発明の半導体装置の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体装置である。
【００２５】
本発明に従えば、半導体装置は、前記作用を達成する半導体の製造方法によって製造される。
【００２６】
また本発明は、前記本発明の半導体装置を備えることを特徴とする安定電圧供給装置である。
【００２７】
本発明に従えば、安定電圧供給装置は、前記作用を達成する半導体装置を備えることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、複数枚の半導体ウエハは、ウエハ支持手段によって、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて、かつ被処理面を露出させた状態で配置される。また不純物を含む混合ガスを噴出する複数の噴出口は、半導体ウエハの並び方向と同じ方向に、半導体ウエハの間隔に等しい間隔で、混合ガス供給手段によって混合ガスが供給される混合ガス噴出体に形成される。このように半導体ウエハの配置位置と噴出口の配置位置とが設定されると、噴出口は、複数枚の半導体ウエハ間で略均一に混合ガスを供給することができる。これによって、複数枚の半導体ウエハ間における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合を略均一にすることができる。したがって各半導体ウエハの品質の均一化を図ることが可能となる。
【００２９】
また本発明によれば、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持される各半導体ウエハの間に臨んで設けられるので、各噴出口から噴出される混合ガスは、隣合う２枚の半導体ウエハの間に正確にかつ確実に供給される。逆に噴出口が半導体ウエハを臨んで設けられる場合などのように、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持された各半導体ウエハの間に臨んで設けられない場合、噴出口から噴出された混合ガスは、半導体ウエハに対して噴出されることによってその流れが大きく変化する。これに対して、本発明では、複数の各噴出口がウエハ支持手段に支持された各半導体ウエハの間に臨んで設けられ、混合ガスが隣合う２枚の半導体ウエハの間に正確にかつ確実に供給されるので、複数枚の半導体ウエハに供給される混合ガスの均一性を、一層高めることができる。これによって、複数枚の半導体ウエハ間における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合の均一性を、一層高めることができる。したがって半導体ウエハを大量生産する場合の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３０】
また本発明によれば、各噴出口が、半導体ウエハの中心軸線に向かって混合ガスを噴射するので、半導体ウエハの面内において半導体ウエハに供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力を略均一にすることができる。このように、半導体ウエハの面内における混合ガスの供給量を略均一にすることができると、半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合を、半導体ウエハの面内において略均一にすることができる。換言すれば、半導体ウエハの面内において、一部分の不純物の拡散の進行度合に対し、他部分の拡散の進行度合が異なることがなくなる。したがって該半導体ウエハを複数個に分割する場合に、分割された各チップの不純物の拡散の進行度合を略均一化することができる。
【００３１】
また本発明によれば、半導体ウエハの噴出口に近い側の端部付近の領域における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合（以下「一端部での拡散度合」という場合がある）と、噴出口と反対側の端部付近の領域における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合（以下「他端部での拡散度合」という場合がある）とが、予め定める時間経過時において略均一になるような酸素流量比で、酸素と不活性ガスと不純物ガスとを含む混合ガスが噴出口から噴出される。たとえば、酸素流量比を低減し、不純物、酸素および半導体ウエハの構成材料の反応速度を小さくすることによって、予め定める時間経過時における一端部での拡散度合と他端部での拡散度合との差を低減し、一端部での拡散度合と他端部での拡散度合とを略均一にすることができる。これによって、半導体ウエハの面内において拡散度合が均一である半導体装置を製造することができる。該半導体ウエハを複数個に分割する場合に、前記一端部において分割された各チップの不純物の拡散の進行度合と、前記他端部において分割された各チップの不純物の拡散の進行度合とを略均一化することができる。
【００３２】
また本発明によれば、ウエハ配置工程において、複数枚の半導体ウエハを、気密な処理空間内で予め定める並び方向に相互に間隔をあけて配置する。また不純物拡散工程において、半導体ウエハ同士の間隔に等しい間隔で予め定める並び方向に形成される複数の噴出口から酸素と不純物と不活性ガスとを含む混合ガスを噴出し、不純物を半導体ウエハに拡散させる。不純物拡散工程において半導体ウエハと同じ間隔かつ並び方向で形成される複数の噴出口から混合ガスを噴出することによって、噴出口から半導体ウエハに供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力を、複数枚の半導体ウエハ間で略均一とすることができる。また半導体ウエハに供給される混合ガスの流量を複数枚の半導体ウエハ間で略均一にすることができると、複数枚の半導体ウエハ間における半導体ウエハへの不純物の拡散の進行度合を略均一にすることができる。
【００３３】
また本発明によれば、半導体装置は、前記効果を達成する半導体の製造方法によって製造されるので、不純物の拡散の進行度合にばらつきがなく、電気特性が略均一である半導体装置を得ることができる。
【００３４】
また本発明によれば、安定電圧供給装置は、前記効果を達成する半導体装置を備えることができるので、不純物の拡散の進行度合にばらつきがなく、電気特性が略均一である半導体装置を備える安定電圧供給装置が得られる。このような安定電圧供給装置は、半導体装置の電気特性が略均一であるので、基準電圧の安定性が向上し、一層安定した電圧を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体装置の製造装置２１の要部を炉心管の軸線を含む仮想平面で切断して見た断面図である。以下の説明は、半導体装置の製造方法についての説明をも含む。本実施の形態における半導体装置の製造装置２１は、炉心管２２の軸線がほぼ鉛直な状態で使用される縦型拡散装置である。前記ほぼ鉛直は、鉛直を含む。半導体装置の製造装置２１は、炉心管２２と、ガス導入管２３と、ウエハ支持手段２４と、ＳｉＣライナー管２５と、ヒータ２６とを含んで構成される。縦型拡散装置である本実施の形態の半導体装置の製造装置２１は、横型拡散装置に比べて炉心管２２内の温度均一性に優れるので、複数枚の半導体ウエハ２７間での不純物拡散の進行度合、および半導体ウエハ２７面内における不純物拡散の進行度合を均一化することができる。
【００３６】
炉心管２２は、中空円筒状の周壁２２ａと周壁２２ａの上端に設けられた天壁２２ｂとを有し、周壁２２ａおよび天壁２２ｂによって実質上密閉され、大気と気密に区画された気密な処理空間２８を規定する。このような炉心管２２は、たとえば石英ガラスから形成することができる。ただし石英ガラスだけに必ずしも限定されるものではない。
【００３７】
ウエハ支持手段２４は、炉心管２２内を周壁２２ａに沿って天壁２２ｂに向けて上方に延びている。ウエハ支持手段２４には、予め定める並び方向である上下方向に、等間隔に設定される間隔ｄ１をあけて支持プレートが設けられており、この支持プレートに処理すべき半導体ウエハ２７が載置される。これによって、半導体ウエハ２７は、処理空間２８内に、炉心管２２の軸線方向に平行な予め定める並び方向に、相互に間隔ｄ１をあけて支持される。またウエハ支持手段２４は、半導体ウエハ２７の不純物を拡散させるべき面である被処理面２７ａが露出される状態で、半導体ウエハ２７を支持する。本実施の形態では、半導体ウエハ２７は、直径が１２．５ｃｍの円板状形状を有する。また本実施の形態では、半導体ウエハ２７としてシリコンウエハが用いられる。以下、半導体ウエハ２７をシリコンウエハ２７という場合がある。
【００３８】
炉心管２２は、円筒状の形状を有するＳｉＣライナー管２５に覆われ、ＳｉＣライナー管２５の外側には、環状の加熱手段であるヒータ２６が配設されている。ヒータ２６によって炉心管２２が加熱されるときに、ヒータ２６によって直接炉心管２２が加熱されると、炉心管２２内の処理空間２８内の温度分布にばらつきが生じ易い。したがって本実施の形態では、炉心管２２を外囲するようにヒータ２６との間にＳｉＣライナー管２５を配置し、ＳｉＣライナー管２５を介して炉心管２２を輻射熱によって加熱する。これによって、炉心管２２内の処理空間２８での温度分布を均一にすることができる。
【００３９】
加熱ヒータ２６は、炉心管２２の下端部から上端部までその軸線方向に延び、炉心管２２の外部から炉心管２２内を加熱する。炉心管２２内にてシリコンウエハ２７に不純物としてのボロン（Ｂ）を拡散させる場合、炉心管２２内は、たとえば９５０〜１０８０℃に設定される。以下、ヒータ２６によって加熱される炉心管２２内において半導体ウエハ２７に不純物を拡散させることを、「熱処理」という場合がある。
【００４０】
ガス導入管２３は、フランジ２９を介して混合ガス供給手段３０から供給されたガスを噴出する混合ガス噴出体である。本実施の形態では、ガス導入管２３は、炉心管２２内の処理空間２８上部にまで延び、この処理空間２８の上部において幾分水平方向に延びる。しかる後ガス導入管２３は、ウエハ支持手段２４の側面に沿って処理空間２８の下部にまで延びる。
【００４１】
ガス導入管２３は、たとえば石英ガラスによって形成される。石英ガラスは、酸素に対する耐酸化性に優れること、および高温に加熱された場合の内部ガスの放出量が少ないことなどの特性を有するので好ましい。ガス導入管２３を形成する材料としては、これに限定されることなく、耐熱性を有する他の材料が用いられてもよい。ガス導入管２３は、ウエハ支持手段２４の側面に沿って処理空間２８の下部にまで延びる部分と、シリコンウエハ２７のガス導入管２３に近い側の端部とが近接して設けられることが好ましい。
【００４２】
図２は、ガス導入管２３を拡大して示す正面図である。図３は、ガス導入管２３に形成される噴出口３１とシリコンウエハ２７の位置関係とを示す正面図である。図４は、ガス導入管２３に形成される噴出口３１の中心軸線と、シリコンウエハ２７の位置関係とを示す断面図である。図１、図２、図３および図４（ａ）では、ガス導入管２３に形成される噴出口３１の位置をガス導入管２３の周方向に関してずらして記載する。また図４（ｂ）は、図１に示す切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図であり、ガス導入管２３およびシリコンウエハ２７のみを示す図である。
【００４３】
ガス導入管２３には、ウエハ支持手段２４の側面に沿って処理空間２８の下部にまで延びる部分に、複数の噴出口３１が設けられる。本実施の形態において、噴出口３１は、ウエハ支持手段２４によって保持可能なシリコンウエハ２７の枚数と同じ個数が設けられる。噴出口３１は、その直径が、前述のシリコンウエハ２７が配置される間隔ｄ１よりも小さく形成される。噴出口３１は、シリコンウエハ２７が配置される間隔ｄ１に等しい間隔ｄ２をあけて、シリコンウエハ２７の並び方向と同じ方向に並んで設けられる。
【００４４】
さらに噴出口３１は、図３に示すように、ウエハ支持手段２４に支持された各シリコンウエハ２７の間に臨んで設けられる。本実施の形態では、予め定める並び方向における噴出口３１の中心位置３１ａと、予め定める並び方向における隣合う２枚のシリコンウエハ２７の中心位置同士から等しい距離を有するシリコンウエハ２７間の中央位置３２とが、予め定める並び方向に関して一致するように、複数の噴出口３１が設けられる。
【００４５】
また噴出口３１は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、噴出口３１の中心軸線３１ａが、シリコンウエハ２７の中心軸線２７ｂと直交するように形成される。ただし噴出口３１の中心軸線３１ａとシリコンウエハ２７の中心軸線２７ｂとは、互いにねじれの位置に存在しない。このように噴出口３１が形成されることによって、各噴出口３１は、シリコンウエハ２７の中心軸線２７ｂに向かって混合ガスを噴出することができる。
【００４６】
以上のような噴出口３１を備えるガス導入管２３と、ガス流入口およびフランジ２９を介して配管接続される混合ガス供給手段３０は、不活性ガス送給管３３と、酸素送給管３４と、不純物ガス送給管３５と、不活性ガス供給部３６と、酸素供給部３７と、不純物ガス供給部３８と、流量制御弁３９とを備える。混合ガス供給手段３０は、不活性ガスと、酸素と、不純物ガスとを含む混合ガスをガス導入管２３に供給する。
【００４７】
不活性ガス送給管３３は、窒素などの不活性ガスをガス導入管２３に送給する。酸素送給管３４は、酸素をガス導入管２３に送給する。不純物ガス送給管３５は、シリコンウエハ２７に拡散させるべき不純物の元素を含む不純物ガスをガス導入管２３に送給する。
【００４８】
不活性ガス供給部３６は、不活性ガスを貯留する容器とポンプとを備え、不活性ガス送給管３３に配管接続される。酸素供給部３７は、酸素を貯留する容器とポンプとを備え、酸素供給管３４に配管接続される。不純物ガス供給部３８は、不純物ガスを貯留する容器とポンプとを備え、不純物ガス供給管３８に配管接続される。
【００４９】
本実施の形態では、不純物の元素を含む不純物ガスとして、不純物であるボロン（ホウ素、Ｂ）の元素を含む三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）が用いられる。また不活性ガスとして窒素（Ｎ２）が用いられる。したがって図１においては、不純物ガス供給部３８をＮ２供給部３８と記載している。
【００５０】
以下、不活性ガス送給管３３、酸素送給管３４および不純物ガス送給管３５を総称し、これらを単に「ガス送給管３０ａ」という場合がある。また不活性ガス供給部３６、酸素供給部３７および不純物ガス供給部３８を総称し、これらを単に「ガス供給部３０ｂ」という場合がある。また不活性ガス、酸素および不純物ガスの混合ガスまたは不活性ガス、酸素および不純物ガスのうち不特定のガスを、単に「ガス」という場合がある。
【００５１】
ガス送給管３０ａとガス供給部３０ｂとの間には、それぞれガス送給管３０ａを通して送給されるガスの流量を制御するための流量制御弁３９が配設されている。したがって、不活性ガス送給管３３に配設されている流量制御弁３９を制御することによって、不活性ガスの送給量を調整することができる。また酸素送給管３４に配設されている流量制御弁３９を制御することによって、酸素の送給量を調整することができる。また不純物ガス送給管３５に配設されている流量制御弁３９を制御することによって、不純物ガスの送給量を調整することができる。このようにして、不活性ガス、酸素および不純物ガスの流量を、それぞれ独立して制御することができる。
【００５２】
炉心管２２の底面部には、炉心管２２内の処理空間２８に導入されたガスを排出するガス排出手段である図示しない排気口が形成される。排気口は、フランジ２９を介して排気管４０と接続され、処理空間２８に導入されたガスを排気管４０によって炉心管２２外に排出する。
【００５３】
本実施の形態の半導体装置の製造装置２１では、次のようにして不純物をシリコンウエハ２７に拡散させる。まずウエハ配置工程において、ウエハ支持手段２４によってシリコンウエハ２７を支持させる。これによって、複数枚のシリコンウエハ２７が予め定める並び方向に相互に間隔ｄ１をあけて配置される。次に、炉心管２２の底部に形成される排気口と接続される排気管４０から図示しない真空ポンプによって処理空間２８内のガスを排気し、封止された炉心管２２内の処理空間２８を真空雰囲気にする。または処理空間２８を真空雰囲気にする代わりに、排気とともにガス導入管２３に連結される不活性ガス送給管３３から窒素を導入し、炉心管２２内の雰囲気を窒素雰囲気に置換してもよい。
【００５４】
次いで不純物拡散工程において、ヒータ２６に通電し、ヒータ２６によって炉心管２２内をシリコンウエハ２７の熱処理に適した温度、たとえば９５０〜１０８０℃に加熱し、炉心管２２内の温度をその温度に保つ。炉心管２２内がシリコンウエハ２７の熱処理に適した温度に保たれると、ガス供給部３０ｂから窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）および三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）を、ガス送給管３０ａを介してガス導入管２３に供給する。ガス導入管２３に供給されたガスは、ガス導入管２３内を通過する間にシリコンウエハ２７の熱処理に適した温度付近にまで予熱され、複数の噴出口３１からシリコンウエハ２７に向けて噴出される。
【００５５】
このとき、ＢＢｒ３とＯ２とからＢ２Ｏ３が形成され、Ｂ２Ｏ３がシリコンウエハ２７を構成するＳｉと反応して、ＢとＳｉＯ２とが形成され、Ｂがシリコンウエハ２７中に拡散されることによって、Ｂの不純物拡散層であるＰ型の拡散層が形成される。このような不純物拡散工程においては、具体的には、次のような反応で拡散が進行する。
２ＢＢｒ３＋３／２Ｏ２  →  Ｂ２Ｏ３＋３Ｂｒ２                   …（１）
Ｂ２Ｏ３＋３／２Ｓｉ  →  ２Ｂ＋３／２ＳｉＯ２                   …（２）
【００５６】
不純物拡散工程では、Ｏ２と、ＢＢｒ３のＢと、シリコンウエハ２７のＳｉとが反応し、シリコンウエハ２７の表面部にＢ２Ｏ３とＳｉＯ２とを含むボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ層）が形成される。このＢＳＧ層が均一な組成および厚みで形成されないと、Ｂをシリコンウエハ２７に均一に拡散させることができない。
【００５７】
本実施の形態では、複数枚のシリコンウエハ２７は、ウエハ支持手段２４によって、気密な処理空間２８内で予め定める並び方向に相互に間隔ｄ１をあけて、かつ被処理面２７ａを露出させた状態で配置される。また不純物を含む混合ガスを噴出する複数の噴出口３１は、半導体ウエハ２７の並び方向と同じ方向に、シリコンウエハ２７の間隔ｄ１に等しい間隔ｄ２で、混合ガス供給手段３０によって混合ガスが供給されるガス導入管２３に形成される。このようにシリコンウエハ２７の配置位置と噴出口３１の配置位置とが設定されると、噴出口３１は、複数枚のシリコンウエハ２７間で略均一に混合ガスを供給することができる。また混合ガスを複数枚のシリコンウエハ２７間で略均一に供給することができると、シリコンウエハ２７の表面部に形成されるＢＳＧ層を、複数枚のシリコンウエハ２７間において、均一な組成および厚みで形成することができる。これによって、複数枚のシリコンウエハ２７間におけるシリコンウエハ２７への不純物の拡散の進行度合を略均一にすることができる。したがって各シリコンウエハ２７の品質の均一化を図ることが可能となる。
【００５８】
さらに本実施の形態では、複数の各噴出口３１がウエハ支持手段２４に支持される各シリコンウエハ２７の間に臨んで設けられる。具体的には、予め定める並び方向における噴出口３１の中心位置３１ａと、予め定める並び方向における隣合う２枚のシリコンウエハ２７の中心位置同士から等しい距離を有するシリコンウエハ２７間の中央位置３２とが、予め定める並び方向に関して一致するように、噴出口３１が設けられる。このような位置に噴出口３１が設けられると、各噴出口３１から噴出される混合ガスが、隣合う２枚のシリコンウエハ２７の間に正確にかつ確実に供給される。これによって噴出口３１から噴出され各シリコンウエハ２７に供給される混合ガスの均一性を、一層高めることができる。これによって、複数枚のシリコンウエハ２７間における不純物の拡散の進行度合の均一性を、一層高めることができる。したがってシリコンウエハ２７を大量生産する場合の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５９】
また半導体装置は、１枚のシリコンウエハ２７が分割されて複数個が得られるので、複数枚のシリコンウエハ２７間において不純物が均一に拡散されていることだけでなく、シリコンウエハ２７の面内において、不純物が均一に拡散されることが求められる。本実施の形態では、噴出口３１の中心軸線３１ａが円板状のシリコンウエハ２７の中心軸線２７ｂと直交するように、噴出口３１が設けられ、各噴出口３１がシリコンウエハ２７の中心軸線２７ｂに向かって混合ガスを噴射するように構成される。これによって、各噴出口３１が、シリコンウエハ２７の中心軸線に向かって混合ガスを噴射するので、シリコンウエハ２７の面内においてシリコンウエハ２７に供給される混合ガスの流量、組成比、温度および圧力を略均一にすることができる。このように、シリコンウエハ２７の面内における混合ガスの供給量を略均一にすることができると、シリコンウエハ２７への不純物の拡散の進行度合を、シリコンウエハ２７の面内において略均一にすることができる。換言すれば、シリコンウエハ２７の面内において、一部分の不純物の拡散の進行度合に対し、他部分の拡散の進行度合が異なることがなくなる。したがって該シリコンウエハ２７を複数個に分割する場合に、分割された各チップの不純物の拡散の進行度合を略均一化することができる。
【００６０】
また本実施の形態では、ガス導入管２３の鉛直方向下向きに延びる部分に噴出口３１が形成されるので、鉛直方向下向きに送給されている混合ガスが、噴出口３１の中心軸線３１ａの延びる方向に噴出される。したがって、混合ガスの噴出方向は、噴出口３１から円板状のシリコンウエハ２７の中心に向かう方向よりもやや下側のシリコンウエハ２７に向かう方向となり、混合ガスをシリコンウエハ２７に向けて供給することができる。
【００６１】
さらにシリコンウエハ２７の面内において不純物を均一に拡散させるために、噴出口３１から噴出される混合ガスは、シリコンウエハ２７の噴出口３１に近い側の端部付近の領域と、噴出口３１と反対側の端部付近の領域とにおけるシリコンウエハ２７への不純物の拡散の進行度合が、予め定める時間経過時において略均一になるように設定される酸素流量比であることが好ましい。ここで、予め定める時間とは、シリコンウエハ２７への不純物の拡散を実施する時間であり、たとえば１５分間以上３５分間以下である。
【００６２】
シリコンウエハ２７の面内における不純物の拡散の進行度合を略均一にする方法としては、たとえば、酸素流量比を低減し、不純物、酸素および半導体ウエハの構成材料の反応速度を小さくすることが挙げられる。これによって、シリコンウエハ２７の面内における不純物の拡散の進行度合の差を低減することができ、シリコンウエハ２７の面内における不純物の拡散の進行度合を略均一にすることができる。
【００６３】
シリコンウエハ２７へのボロン拡散は、上記式（１）および（２）のように進行するけれども、式（１）で示す反応の速度が大きいので、シリコンウエハ２７と混合ガスとが接触した時点で、反応が進行する。したがって、噴出口３１から混合ガスを噴出する段階が、反応の律速段階となる。シリコンウエハ２７の面内において均一なＢＳＧ層を形成するためには、式（１）の反応速度を小さくすることによって、シリコンウエハ２７の面内に均一に混合ガスを供給することが必要である。
【００６４】
式（１）の反応速度を小さくするためには、混合ガス中のＯ２の流量比を小さくすることが挙げられる。混合ガス中Ｏ２の流量比は、混合ガスの流量と、混合ガスにおけるＯ２の組成比とから算出することができる。またＮ２とＯ２との組成比によって混合ガス中のＯ２の流量比を定めてもよい。混合ガス中におけるＮ２、Ｏ２およびＢＢｒ３の組成比は、流量制御弁３９を制御することによって調整することができる。
【００６５】
本実施の形態では、Ｏ２の組成比を、不活性ガスのＮ２に対して０．５体積％以下とする。これによって、混合ガス中のＯ２の流量比を小さくすることができ、式（１）の反応速度を小さくすることができる。
【００６６】
また本実施の形態では、Ｎ２を３Ｌ／分（３０００ｃｍ３／分）以上４Ｌ／分（４０００ｃｍ３／分）以下で供給し、Ｏ２を１０ｃｃ／分（１０ｃｍ３／分）以上２０ｃｃ／分（２０ｃｍ３／分）以下で供給し、ＢＢｒ３を１００ｍｇ／分以上１５０ｍｇ／分以下で供給する。混合ガスの供給流量が上記のように定められると、各ガスの供給流量比が好適であり、シリコンウエハ２７の噴出口３１に近い側の端部付近の領域と、噴出口３１と反対側の端部付近の領域とにおける反応のタイムラグを最小とすることができ、シリコンウエハ２７への不純物の拡散の進行度合と略均一にすることができる。
【００６７】
ここで、上記のような混合ガスの供給流量で１００枚のシリコンウエハ２７に対して不純物を拡散させ、ＢＳＧ層を形成したときのシート抵抗は、平均値が１２．７１３Ω／□であり、標準偏差が０．１１３３Ω／□であり、平均値に対する標準偏差の比（標準偏差／平均）が０．００８９であった。このように、上記混合ガスの供給流量でシリコンウエハ２７に対して不純物を拡散させると、複数枚のシリコンウエハ２７間においても不純物の拡散の進行度合が略等しくなることがわかる。
【００６８】
Ｏ２の供給流量が１０ｃｃ／分未満であると、またＢＢｒ３の供給流量が１００ｍｇ／分未満であると、Ｎ２の供給流量との関係にもよるけれども、反応領域が噴出口３１から離れた領域となり、シリコンウエハ２７にＢＳＧ層が形成できなくなるおそれがある。Ｏ２の供給流量が２０ｃｃ／分を超えると、またＢＢｒ３の供給流量が１５０ｍｇ／分を超えると、式（１）の反応速度が大きくなり、シリコンウエハ２７の噴出口３１に近い側の端部において大部分の反応が完了してＢＳＧ層が厚くなるので、シリコンウエハ２７の面内において均一なＢＳＧ層を形成することができない。
【００６９】
以上のような供給流量でシリコンウエハ２７に向けて噴出されたガスは、シリコンウエハ２７の表面部を通過した後、炉心管２２内を下方に向けて流動し、排気口を介して排気管４０から炉心管２２の外部に排出される。
【００７０】
ガスの噴出後から予め定められた時間が経過したとき、シリコンウエハ２７の熱処理を終了する。熱処理が終了すると、シリコンウエハ２７を取外す。継続して熱処理する場合、熱処理の完了したシリコンウエハ２７に代えて、熱処理すべき新たなシリコンウエハ２７をウエハ支持手段２４に取付け、熱処理を開始する。
【００７１】
以上のような本実施形態の半導体装置の製造装置２１では、シリコンウエハ２７および噴出口３１の配置が好適に設定されるので、複数枚のシリコンウエハ２７間における不純物の拡散の進行度合を均一化することができる。また噴出口３１の中心軸線３１ａの方向および混合ガス中の酸素流量比が好適に設定されるので、シリコンウエハ２７の面内において不純物の拡散の進行度合を均一化することができる。
【００７２】
このような半導体装置の製造装置２１は、上記の構成に限定されることなく、種々の変更が可能である。
【００７３】
本実施の形態の半導体装置の製造装置２１で製造された半導体装置を用いるトランジスタでは、図５に示す横型拡散装置によって得られた半導体装置を用いるトランジスタに比べて、電流増幅率ｈＦＥのばらつきを低減することができた。
【００７４】
電流増幅率ｈＦＥのばらつきは、複数のトランジスタについて電流増幅率ｈＦＥを求めたときに得られた電流増幅率ｈＦＥの最小値（ｈＦＥｍｉｎ）に対する電流増幅率ｈＦＥの最大値（ｈＦＥｍａｘ）の比率（ｈＦＥｍａｘ／ｈＦＥｍｉｎ）によって評価した。（ｈＦＥｍａｘ／ｈＦＥｍｉｎ）が小さいほど、電流増幅率ｈＦＥのばらつきが小さいといえる。本実施の形態の半導体装置の製造装置２１で得られたトランジスタは、（ｈＦＥｍａｘ／ｈＦＥｍｉｎ）が１．８であった。また図５に示す横型拡散装置によって得られたトランジスタは、（ｈＦＥｍａｘ／ｈＦＥｍｉｎ）が４．０であった。
【００７５】
また電流増幅率ｈＦＥのばらつきを、電流増幅率ｈＦＥの平均値（ａｖｅ．）に対する電流増幅率ｈＦＥの標準偏差（σ）の比率（σ／ａｖｅ．）によっても評価した。（σ／ａｖｅ．）が小さいほど、電流増幅率ｈＦＥのばらつきが小さいといえる。本実施の形態の半導体装置の製造装置２１で得られたトランジスタは、（σ／ａｖｅ．）が０．０３であった。また図５に示す横型拡散装置によって得られたトランジスタは、（σ／ａｖｅ．）が０．１であった。
【００７６】
本実施の形態の半導体装置の製造装置によって得られた半導体装置は、たとえばトランジスタとして用いられる場合、電流増幅率ｈＦＥのばらつきが小さく、略均一な電気特性を有するので、安定電圧供給装置に好適に用いることができる。安定電圧供給装置とは、次段のＬＳＩ（Large Scale Integration）素子に、一定の基準電圧を供給する装置である。安定電圧供給装置に本実施の形態の半導体装置の製造装置によって得られた半導体装置が用いられると、半導体装置の電気特性が略均一であるので、基準電圧の安定性が向上し、一層安定した電圧を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体装置の製造装置２１の要部を炉心管の軸線を含む仮想平面で切断して見た断面図である。
【図２】ガス導入管２３を拡大して示す正面図である。
【図３】ガス導入管２３に形成される噴出口３１とシリコンウエハ２７の位置関係とを示す正面図である。
【図４】ガス導入管２３に形成される噴出口３１の中心軸線と、シリコンウエハ２７の位置関係とを示す断面図である。
【図５】第１の従来技術である横型拡散装置１の概略的な構成を示す断面図である。
【図６】第２の従来技術である縦型拡散装置１１の概略的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
２１  半導体装置の製造装置
２２  炉心管
２２ａ  周壁
２２ｂ  天壁
２３  ガス導入管
２４  ウエハ支持手段
２５  ＳｉＣライナー管
２６  ヒータ
２７  半導体ウエハ
２７ａ  被処理面
２７ｂ  半導体ウエハの中心軸線
２８  処理空間
２９  フランジ
３０  混合ガス供給手段
３０ａ  ガス送給管
３０ｂ  ガス供給部
３１  噴出口
３２  半導体ウエハ間の中央位置
３３  不活性ガス送給管
３４  酸素送給管
３５  不純物ガス送給管
３６  不活性ガス供給部
３７  酸素供給部
３８  不純物ガス供給部
３９  流量制御弁
４０  排気管
【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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