(57)【要約】【課題】被拡散物に対して均一な濃度で拡散源を供給することで、均一な拡散層の形成を可能とする熱拡散装置を得ること。【解決手段】被拡散物２に拡散処理を施すための反応室１１が内部に形成された反応管１０と、反応管１０の周囲から被拡散物２を加熱するヒーター４と、ヒーター４により加熱されている被拡散物２に拡散層を形成するための拡散源を含む気体を、反応管１０へ導入するガス導入管７と、を有し、反応管１０の内部は、反応室１１と、反応室１１の周囲においてガス導入管７からの気体が流動する層状空間１３とに仕切られ、反応室１１と層状空間１３とを仕切る仕切り壁１２には、層状空間１３を通過した気体を、被拡散物２の周囲において反応室１１内へ流入させるための複数の流入口１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被拡散物に拡散処理を施すための反応室が内部に形成された反応管と、
前記反応管の周囲から前記被拡散物を加熱するヒーターと、
前記ヒーターにより加熱されている前記被拡散物に拡散層を形成するための拡散源を含む気体を、前記反応管へ導入するガス導入管と、を有し、
前記反応管の内部は、前記反応室と、前記反応室の周囲において前記ガス導入管からの前記気体が流動する層状空間とに仕切られ、
前記反応室と前記層状空間とを仕切る仕切り壁には、前記層状空間を通過した前記気体を、前記被拡散物の周囲において前記反応室内へ流入させるための複数の流入口が形成されていることを特徴とする熱拡散装置。
【請求項２】
前記層状空間は、さらに、前記反応管のうち前記ガス導入管が設けられている側の第１端部から、前記反応管のうち前記第１端部とは反対側の第２端部に向けて前記気体が流動する第１層と、前記第１層を通過した前記気体が前記流入口へ流動する第２層と、を含む層構造とされていることを特徴とする請求項１に記載の熱拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱拡散装置に関し、具体的には、半導体ウェハに拡散層を形成する拡散プロセスに使用される熱拡散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、拡散プロセスにおいては、構造が簡便であることや、一度に多くの被拡散物を処理可能であることなどから、熱拡散炉が広く用いられている。被拡散物は、ガス導入管が接続されている反応管の内部に配置される。被拡散物は、その一面が反応管の長手方向に対して平行または垂直とされた状態として、ボート上に保持される。通常、反応管の内部には、液体または気体である拡散源と、拡散源を反応管の内部へ十分行き渡らせるためのキャリアガスである不活性ガスとが、ガス導入管から導入される。
【０００３】
熱拡散では、一度に多くの被拡散物を処理することで、被拡散物の面内におけるドーパントの分布が不均一となることがある。その原因としては、被拡散物内の温度分布、拡散源の濃度分布、拡散処理において隣り合う被拡散物間における再拡散等が挙げられる。これらの要因のうち、被拡散物の温度分布、および拡散源の濃度分布の影響は大きいとされている。
【０００４】
被拡散物の温度分布は、主に、反応管内部の温度が不均一となることによって生じる。反応管内部の温度が不均一となる原因としては、熱拡散装置におけるヒーターの配置、被拡散物を反応管の内部へ搬入するときの熱移動、反応管内部へ導入されたガスによる被拡散物の冷却などが挙げられる。
【０００５】
拡散源の濃度分布は、主に、反応管の内部におけるガス流が不均一であることによって生じる。反応管の内部において、被拡散物の面内でのガス流が均一になるような構成を採用することで、拡散源を均等な濃度で分布させることができる。例えば、反応管へ導入されたガスが被拡散物に直接接触しないように、反応管の上流側のガス流を遮る位置に遮蔽板を設けると、拡散源を含むガスが直接被拡散物に接触する場合と比較して、反応管内部の長手方向について、拡散源の濃度が均一化される。
【０００６】
ドーパントの分布の悪化を抑制する手段として、例えば、被拡散物を反応管内部で回転させる技術が知られている。反応管内部には、回転機構が設けられる。基本的な構成として、反応管は、長手方向を鉛直方向とする縦向きに配置される。被拡散物は、拡散処理における落下を防止するための座繰りを持つサセプタ上に設置される。サセプタは、回転可能とされたサンプルホルダに挿入される。
【０００７】
反応管を縦置きとすることで、被拡散物は、反応管の下側から搬入および搬出がなされる。通常、拡散処理において過剰となった拡散源は、反応管内部に堆積する。特に、生産設備として使用される熱拡散装置は、反応管の定期的な洗浄が必要となる。熱拡散装置から反応管を取り出し可能とするには、熱拡散装置は、反応管の２倍以上の高さを要することとなる。このため、被拡散物を回転させる場合、被拡散物の面内におけるドーパントの分布が良好となる一方、熱拡散装置の大型化が問題となる。また、被拡散物が水平に配置されることで、反応管の内部で発生したダストが被拡散物上に落下する可能性がある。ダストの付着は、半導体の微細加工において、パターンの断線、特性不良の原因となり得る。
【０００８】
被拡散物の回転機構を採用せず、均一な拡散層を得るための手法として、例えば、反応管の円筒軸に対し上下左右にガス導入管を配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。拡散源を含むガスは、反応管内部の上下左右から被拡散物へ放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１９４００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の技術の場合、拡散源を含むガスは、反応管に対して体積が非常に小さいガス導入管を通過することで、流速が大きくされて反応管内部へ導入される。ガスの流速が大きくなることにより、ガスが十分に加熱されないまま被拡散物に到達することになると、被拡散物の冷却が起こり、均一な拡散層を得ることが困難となる。また、一般に石英を使用して構成される反応管の内部に複雑な構造のガス導入管を配置すると、特に、量産設備では、反応管やガス導入管の洗浄のための取り外しや位置調整が非常に煩雑となる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被拡散物に対して均一な濃度で拡散源を供給することで、均一な拡散層の形成を可能とする熱拡散装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被拡散物に拡散処理を施すための反応室が内部に形成された反応管と、前記反応管の周囲から前記被拡散物を加熱するヒーターと、前記ヒーターにより加熱されている前記被拡散物に拡散層を形成するための拡散源を含む気体を、前記反応管へ導入するガス導入管と、を有し、前記反応管の内部は、前記反応室と、前記反応室の周囲において前記ガス導入管からの前記気体が流動する層状空間とに仕切られ、前記反応室と前記層状空間とを仕切る仕切り壁には、前記層状空間を通過した前記気体を、前記被拡散物の周囲において前記反応室内へ流入させる複数の流入口が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱拡散装置は、拡散源を含む気体を反応室の周囲の層状空間へ流動させ、被拡散物の周囲の複数の流入口から反応室内へ流入させる。熱拡散装置は、被拡散物に対し複数の方面から拡散源を導入することで、反応管の内部へ一方向から拡散源を導入する場合に比べて、拡散源を均等な濃度で分散させることができる。これにより、熱拡散装置は、被拡散物に対して均一な濃度で拡散源を供給し、均一な拡散層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる熱拡散装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。熱拡散装置１は、反応管１０と、反応管１０の周囲に配置された複数のヒーター４を有する。反応管１０は、被拡散物２に拡散処理を施すための反応室１１が内部に形成されている。ヒーター４は、反応管１０の周囲から被拡散物２を加熱する。被拡散物２は、例えば半導体ウェハである。被拡散物２は、ボート３上に保持された状態で反応室１１内に収納される。
【００１７】
反応管１０は、その長手方向における一方の端部（第１端部）にガス導入管７が接続されている。ガス導入管７は、ヒーター４により加熱されている被拡散物２に拡散層を形成するための拡散源と、不活性ガスとを混合させたガスを、反応管１０の内部へ導入する。不活性ガスは、気体あるいは液体である拡散源を反応管１０の内部へ十分行き渡らせるためのキャリアガスとする。
【００１８】
反応管１０のうち、長手方向における第１端部とは反対側の端部（第２端部）は、反応室１１への被拡散物２の搬入および搬出のための開口とされている。扉５は、かかる開口の開閉を担う。反応管１０の内部は、扉５を閉じることにより密閉される。反応管１０の内部を減圧とするための排気機構６は、反応管１０のうち開口の近傍に設けられている。
【００１９】
反応管１０の内部は、反応室１１と、その外側の層状空間１３との二重構造とされている。仕切り壁１２は、反応管１０の内部を反応室１１と層状空間１３とに仕切る。層状空間１３は、反応室１１の周囲を取り囲む。層状空間１３には、ガス導入管７によって導入されたガスが流動する。仕切り壁１２には、複数の流入口１４が形成されている。複数の流入口１４は、層状空間１３を通過したガスを、被拡散物２の周囲から反応室１１内へ流入させる。流入口１４は、例えば仕切り壁１２の全域において点在している。
【００２０】
被拡散物２は、扉５が開かれた状態において、反応管１０の開口から反応室１１へ搬入される。反応室１１内において、複数の被拡散物２は、いずれの被拡散物２も例えば一面が反応管１０の長手方向に対して垂直となる向きとして、ボート３上に保持される。反応室１１内における被拡散物２の配置の態様は、適宜変更可能であるものとする。被拡散物２は、例えば、その一面が反応管１０の長手方向に平行となる向きとして配置されることとしても良い。
【００２１】
ガス導入管７から反応管１０の内部へ導入されたガスは、反応管１０内部の層状空間１３を通過し、各流入口１４から反応室１１内へ流入する。反応室１１内には、扉５によって閉じられた側以外の各方向の流入口１４からガスが流入する。これにより、ヒーター４により加熱されている被拡散物２に対して、拡散源を含むガスを各方面から供給する。
【００２２】
熱拡散装置１は、被拡散物２に対し複数の方面から拡散源を導入することで、反応管１０の内部へ一方向から拡散源を導入する場合に比べて、拡散源を均等な濃度で分散させることができる。これにより、熱拡散装置１は、被拡散物２に対して均一な濃度で拡散源を供給し、被拡散物２の面内において濃度および深さが均一な拡散層を形成することが可能となる。
【００２３】
また、熱拡散装置１は、反応管１０へ導入されたガスを、反応管１０の外面近傍の層状空間１３へ流動させることで、ヒーター４によって十分に加熱することが可能となる。これにより、熱拡散装置１は、拡散源を含む高温のガスを被拡散物２へ供給可能とし、被拡散物２に均一な拡散層を形成することができる。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００２５】
層状空間１３は、仕切り壁２３によって第１層２１及び第２層２２にさらに仕切られた二層構造とされている。実施の形態２にかかる熱拡散装置２０は、反応管１０の内部が、全体として、反応室１１と、その外側の第２層２２と、さらにその外側の第１層２１との三層構造とされている。
【００２６】
第１層２１では、ガス導入管７によって導入されたガスが、反応管１０の第１端部側から第２端部側へ流動する。第１層２１を通過したガスは、反応管１０の第２端部側において第２層２２へ流入する。第２層２２へ流入したガスは、各流入口１４から反応室１１内へ流入する。
【００２７】
ガス導入管７から反応管１０の内部へ導入されたガスは、第１層２１を通過する間、ヒーター４によって加熱される。第２層２２から流入口１４を経て反応室１１内へ流入するガスは、第１層２１内を反応管１０の長手方向へ一旦流動していることにより、ヒーター４によって十分に加熱されている。これにより、熱拡散装置２０は、拡散源を含む高温のガスを被拡散物２へ供給可能とし、被拡散物２に均一な拡散層を形成することができる。
【００２８】
実施の形態２にかかる熱拡散装置２０は、実施の形態１と同様に、被拡散物２に対して均一な濃度で拡散源を供給し、被拡散物２の面内において濃度および深さが均一な拡散層を形成することができる。なお、実施の形態１および２において、層状空間１３から反応室１１へガスを流入させる流入口１４は、被拡散物２に対して複数の方面からガスを供給可能であれば良く、数、位置および大きさは任意であるものとする。流入口１４は、数、位置および大きさの少なくともいずれかを、反応室１１における被拡散物２の配置の態様に応じて決定することとしても良い。
【００２９】
半導体デバイスの製造工程に熱拡散装置１および２０を適用することで、半導体ウェハについて拡散層の濃度および深さの均一性を高め、半導体デバイスの特性向上および特性不良の低減を図り得る。また、熱拡散装置１および２０を適用することで、原料ガスの減容化による原価の低減を図り得る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる熱拡散装置は、半導体ウェハに拡散層を形成する拡散プロセスに適用する場合に有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２０  熱拡散装置
２  被拡散物
３  ボート
４  ヒーター
５  扉
６  排気機構
７  ガス導入管
１０  反応管
１１  反応室
１２、２３  仕切り壁
１３  層状空間
１４  流入口
２１  第１層
２２  第２層
【図１】
2013182916.tif 000003
【図２】
2013182916.tif 000004