(57)【要約】【課題】ウエハへの汚染物の付着が抑制されている拡散装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】反応室１と、複数ウエハ１４を保持可能な保持部２と、保持部２を反応室１内外に搬送する搬送部３と、反応室１内にプロセスガスを供給する第１及び第２ガス供給部６，３１と、第１及び第２ガス供給部６，３１によるガス供給量をそれぞれ制御する第１及び第２供給制御部５，３４とを備える。第１ガス供給部６は反応室１の他端から一端側へガス供給可能である。第２ガス供給部３１は保持部２が反応室１内に位置した場合にウエハ１４よりも他端側に配置され、他端側へガス供給可能である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する一端と、鉛直方向に交差する方向において前記一端と反対側に位置する他端とを有する反応室と、
複数のウエハを前記交差する方向において互いに間隔を隔てて保持可能に形成されている保持部と、
前記保持部を前記開口部を通じて前記反応室の内外に搬送する搬送部と、
前記反応室内にプロセスガスを供給するための第１ガス供給部および第２ガス供給部と、
前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部による前記反応室内への前記プロセスガスの供給量をそれぞれ制御するための第１供給制御部および第２供給制御部とを備え、
前記第１ガス供給部は、前記反応室の前記他端に設けられており、かつ前記一端側に向かって前記プロセスガスを供給可能に設けられており、
前記第２ガス供給部は、前記保持部が前記反応室内に位置した場合に、前記交差する方向において前記保持部に保持されるウエハよりも前記他端側に配置されており、かつ、前記他端側に向かって前記プロセスガスを供給可能に設けられている、拡散装置。
【請求項２】
前記第２ガス供給部は、前記交差する方向において前記第１ガス供給部と対向する前記搬送部の端部に設けられており、かつ前記保持部が前記反応室内に位置した場合に前記他端側に向かって前記プロセスガスを供給可能に設けられている、請求項１に記載の拡散装置。
【請求項３】
前記第２ガス供給部は、前記交差する方向において前記第１ガス供給部と対向する前記保持部の端部に設けられており、かつ前記他端側に向かって前記プロセスガスを供給可能に設けられている、請求項１または請求項２に記載の拡散装置。
【請求項４】
前記搬送部は、前記保持部が載置される表面を有し、
前記搬送部には、前記表面に接続されており、前記プロセスガスを前記反応室の外部へ排気可能な複数の排気部が形成されており、
前記排気部による前記反応室外への前記プロセスガスの排気量を制御するための排気制御部を備える、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の拡散装置。
【請求項５】
前記保持部により保持されるウエハの鉛直方向上方に設けられており、前記搬送部に向かって前記プロセスガスを供給可能に設けられている第３ガス供給部と、
前記第３ガス供給部による前記反応室内への前記プロセスガスの供給量を制御するための第３供給制御部とを備える、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の拡散装置。
【請求項６】
ウエハを準備する工程と、
前記ウエハの表面上に酸化膜を形成する工程とを備え、
前記酸化膜を形成する工程では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載に拡散装置を用いて、前記酸化膜が形成される温度に昇温された前記反応室内に前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部から酸素を含むプロセスガスを供給する、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ウエハを準備する工程と、
前記ウエハにドーパントを拡散させる工程とを備え、
前記ドーパントを拡散させる工程では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載に拡散装置を用いて、拡散可能な温度に昇温された前記反応室内に前記第１ガス供給部および前記第２ガス供給部からプロセスガスを供給する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散装置および該拡散装置を用いた半導体装置の製造方法に関し、特に横型の拡散装置および該拡散装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、縦型拡散炉または横型拡散炉は、ウエハ表面に薄膜を形成する工程またはウエハに注入されたドーパントを拡散させる工程などに用いられている。ウエハ表面に薄膜を形成する工程では、ＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術または熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術により、プロセスガス（原料ガスを含む）が供給された縦型拡散炉または横型拡散炉内においてウエハ表面上に薄膜が形成される。このようにして形成される薄膜は、たとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、多結晶シリコン膜、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＢＰＴＥＯＳ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜（リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）を含んだＳｉＯ２）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜（Ｐを含んだＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等である。
【０００３】
また、ドーパントを拡散させる工程では、第１導電型または第２導電型のドーパント（たとえばホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）など）が注入されたウエハに対し、プロセスガス（活性ガスまたは不活性ガスなど）が供給された縦型拡散炉または横型拡散炉内において加熱処理が行われて、ウエハ中にドーパントが拡散される。
【０００４】
横型拡散炉は、縦型拡散炉と比べてメンテナンス費用が安く、ランニングコストが低いという特徴を有している。しかし、従来の横型拡散炉では、拡散炉内への外気の流入などによりウエハが汚染されることなどの問題があった。この結果、従来の横型拡散炉を用いて上記のような拡散処理されたウエハには、ウエハが汚染されることに伴い少数キャリアのライフタイムが短いという問題があった。
【０００５】
特開２００１−３５１８７２号公報には、半導体ウエハを炉心管内に搬入し、また炉心管内から搬出する際に半導体ウエハが外気に触れることを防止することを目的として、プロセスガスがボートの両端に配置されたガス噴出口からボートの中央に向かって噴出される拡散装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５１８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の拡散装置において汚染物の発塵源は外気のみならず、拡散炉内または拡散炉内の表面に蓄積している汚染物も飛散して発塵源となり得る。そのため、特開２００１−３５１８７２号公報に記載の拡散装置では、プロセスガスがボートの両端に配置されたガス噴出口からボートの中央に向かって噴出されるため、飛散した汚染物がウエハに吹付けられて付着することがあった。
【０００８】
また、上記拡散装置においても従来の拡散装置と同様に、プロセス中においては炉心管の開口部と反対側に位置する上記他端から開口部へ向かってプロセスガスが供給される。炉心管内に供給されたプロセスガスは炉心管の長手方向に沿って流れるが、このときウエハはその表面が該長手方向に交差するように保持されているため、プロセスガスは開口部に達するまでにウエハとぶつかり、ウエハ近傍で乱流が生じる。その結果、従来の拡散装置では、乱流により炉心管内に堆積していた汚染物が巻き上げられ、また、乱流発生箇所の近傍にあるウエハ表面上に汚染物が付着するという問題があった。ウエハに汚染物が付着した場合、当該ウエハ上に製造される半導体装置の歩留まりが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、ウエハへの汚染物の付着が抑制されている拡散装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る拡散装置は、開口部を有する一端と、鉛直方向に交差する方向において一端と反対側に位置する他端とを有する反応室と、複数のウエハを交差する方向において互いに間隔を隔てて保持可能に形成されている保持部と、保持部を開口部を通じて反応室の内外に搬送する搬送部と、反応室内にプロセスガスを供給するための第１ガス供給部および第２ガス供給部と、第１ガス供給部および第２ガス供給部による反応室内へのプロセスガスの供給量をそれぞれ制御するための第１供給制御部および第２供給制御部とを備える。第１ガス供給部は、反応室の他端に設けられており、かつ一端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。第２ガス供給部は、保持部が反応室内に位置した場合に、交差する方向において保持部に保持されるウエハよりも他端側に配置されており、かつ、他端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウエハへの汚染物の付着が抑制されている拡散装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る拡散装置の保持部を説明するための斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る拡散装置の搬送部を説明するための斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る拡散装置の第２ガス供給部を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態１に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図５】実施の形態１に係る拡散装置を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る拡散装置の動作を説明するための模式図である。
【図７】実施の形態１に係る拡散装置を用いて拡散処理により酸化膜を形成するときの温度プロファイルの一例を示すグラフである。
【図８】実施の形態１に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図９】実施の形態１に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２に係る拡散装置の保持部を説明するための斜視図である。
【図１１】実施の形態２に係る拡散装置の搬送部を説明するための斜視図である。
【図１２】実施の形態２に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図１３】実施の形態２に係る拡散装置を説明するための図である。
【図１４】実施の形態２に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図１５】実施の形態２に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図１６】実施の形態３に係る拡散装置の保持部を説明するための斜視図である。
【図１７】実施の形態３に係る拡散装置の搬送部を説明するための斜視図である。
【図１８】実施の形態３に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図１９】実施の形態３に係る拡散装置を説明するための図である。
【図２０】実施の形態３に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図２１】実施の形態３に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図２２】実施の形態４に係る拡散装置の搬送部を説明するための斜視図である。
【図２３】実施の形態４に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図２４】実施の形態４に係る拡散装置を説明するための図である。
【図２５】実施の形態４に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図２６】実施の形態４に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図２７】実施の形態５に係る拡散装置の保持部を説明するための斜視図である。
【図２８】実施の形態５に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図２９】実施の形態５に係る拡散装置を説明するための図である。
【図３０】実施の形態５に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図３１】実施の形態５に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図３２】実施の形態５に係る拡散装置の第３ガス供給部を説明するための部分断面図である。
【図３３】実施の形態６に係る拡散装置の保持部を説明するための斜視図である。
【図３４】実施の形態６に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図３５】実施の形態６に係る拡散装置を説明するための図である。
【図３６】実施の形態６に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図３７】実施の形態６に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図３８】実施の形態７に係る拡散装置の保持部および搬送部を説明するための斜視図である。
【図３９】実施の形態７に係る拡散装置を説明するための図である。
【図４０】実施の形態７に係る拡散装置を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハの表面の汚染量と従来の拡散装置を用いて酸化膜を形成したウエハ表面の汚染量とを示すグラフである。
【図４１】実施の形態７に係る拡散装置を用いて上述した条件によりウエハ表面上に形成された酸化膜および従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜について、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示すグラフである。
【図４２】実施の形態７に係る拡散装置を用いて拡散処理（ドライブ工程）によりドーパントを拡散するときの温度プロファイルの一例を示すグラフである。
【図４３】実施の形態７に係る拡散装置を用いてドーパントが拡散されたウエハの少数キャリアのライフタイムと、比較例として従来の拡散装置を用いてドーパントが拡散されたウエハの少数キャリアのライフタイムとを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１〜図５を参照して、実施の形態１に係る拡散装置１００について説明する。図１（ａ）は被処理物としての複数のウエハ１４を保持している保持部２の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示される保持部２の長手方向から見た側面図である。図５は、拡散装置１００の構成を説明するための模式図である。なお、図５において、保持部２および搬送部３は図４と同様に斜視図として示し、それ以外は断面図として示す。
【００１５】
図５に示されるように、拡散装置１００は、反応室１（チューブ）、保持部２（ボート）、搬送部３（パドル）を主に備える拡散装置である。反応室１は、被処理物（たとえばウエハ１４）に対して拡散処理または薄膜形成処理を施すための反応室として構成されている。反応室１は、ウエハ１４、保持部２、および搬送部３を内部に収容可能に設けられている。反応室１は、開口部を有する一端と、鉛直方向に交差する方向（たとえば水平方向）において一端と反対側に位置する他端とを有している。つまり、拡散装置１００は、いわゆる横型拡散炉である。ウエハ１４、保持部２、および搬送部３の反応室１への搬入・搬出は、反応室の上記開口部を介して行われる。反応室１の上記一端に形成されている開口部には扉４（エンドリッド）が取り付けられている。扉４は、反応室内をプロセスガスで十分に満たし、長手方向に配置された複数のウエハに対し均一に成膜するために設けられている。扉４は、ウエハ１４、保持部２、および搬送部３を反応室１に搬入・搬出する際に上記開口部を開放し、ウエハ１４、保持部２、および搬送部３が反応室１内に搬入・収容された後に上記開口部の少なくとも一部を閉鎖するように設けられている。扉４は、たとえば反応室１の開口部よりも開口面積が小さく、かつ搬送部３の一部（たとえば後述する幅狭な部分）を通過可能な貫通孔が形成されていてもよい。扉４の開閉は、自動または手動である。反応室１の外部において扉４の近傍には、搬送部３と扉４との間の隙間を通って反応室１の内部から外部へリークするプロセスガスを排気するためのスカベンジャー（図示しない）が設けられている。反応室１の外部には、反応室１の内部に搬送されたウエハを加熱可能なヒータ１３が設けられている。ヒータ１３は、反応室１の周囲を囲うように複数設けられている。
【００１６】
図５に示されるように、反応室１は、その長手方向（上記交差する方向）における一端に第１ガス供給部６が接続されている。第１ガス供給部６は、プロセスガスを反応室１の内部へ供給する。プロセスガスは、たとえば原料ガスとキャリアガス（不活性ガス）との混合ガスである。第１ガス供給部６により反応室１内に供給されるプロセスガスの流量は、第１ガス供給部６と配管を介して接続された第１供給制御部５（流量コントロールユニット）によって制御されている。第１ガス供給部６は、たとえばインジェクターを含む。第１供給制御部５は、たとえばマスフローコントローラを含む。
【００１７】
図１（ａ）に示されるように、保持部２は、複数のウエハを上記交差する方向において互いに間隔を隔てて保持可能に形成されている。保持部２は、複数のウエハを保持可能に形成されている限りにおいて任意の構成を備えていればよいが、たとえば２つの柱状体がウエハの径未満の間隔を隔てて平行に接続されている。保持部２の当該柱状体には、たとえばウエハの外周端を収容可能な溝が一定の間隔を空けて複数形成されている。図１（ｂ）に示されるように、ウエハ１４は保持部２よりも鉛直方向上方に表出している領域を有しており、当該領域はウエハ１４において半導体装置が形成される領域である。
【００１８】
図２に示されるように、搬送部３は、長手方向と短手方向とを有している。搬送部３は、たとえば短手方向において一方が他方に対し幅広な部分と幅狭な部分とを含み、長手方向において当該幅広な部分と幅狭な部分とが接続された構成を有している。図４に示されるように、搬送部３の当該幅広な部分は保持部２を載置可能に設けられている。図５に示されるように、搬送部３の当該幅広な部分は搬送部３が反応室１の内部に搬送されたときに反応室１の上記他端と対向する端部を有している。搬送部３の当該端部には、複数の第２ガス供給部３１が設けられている。複数の第２ガス供給部３１は、保持部２および搬送部３が反応室１内に配置された場合に、上記他端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。
【００１９】
搬送部３の内部には、幅狭な部分から幅広な部分の上記端部まで長手方向に延びるガス配管３２が形成されている。ガス配管３２は、たとえば搬送部３の幅狭な部分における１本のガス配管と、幅広な部分における複数のガス配管とが接続された構成を有している。ガス配管３２は、搬送部３の幅広な部分において第２ガス供給部３１と、搬送部３の幅狭な部分においてガス配管３３と、それぞれ接続されている。ガス配管３３は、たとえばフレキシブルタイプの配管であり、搬送部３の動作に追従可能に設けられている。ガス配管３３を搬送部３に固定する方法（ガス配管３２とガス配管３３との接続方法）は、搬送部３からガス配管３３が脱離しない限りにおいて任意の方法で接続されていればよいが、たとえば一般的な半導体製造装置で使用されている高純度ガス配管の固定方法である、ネジ固定式または直接溶接する方法などである。ガス配管３３は、第２供給制御部３４と接続されている。第２供給制御部３４は、第２ガス供給部３１により反応室１内に供給されるプロセスガスの流量を制御する。第２供給制御部３４は、たとえばマスフローコントローラユニットである。ガス配管３２，３３は、プロセスガスに含まれるガス種毎に設けられており、たとえばそれぞれが内管および外管を有し、内管と外管とで異なるガスを流通可能に設けられている。
【００２０】
第２ガス供給部３１は、たとえばインジェクターを含む。図３に示されるように、第２ガス供給部３１は、たとえば内管３７と外管３８とを有しており、内管３７と外管３８とで２種のガスを放出可能に設けられている。このとき、ガス配管３２，３３は、２種のガスを混合させることなく第２ガス供給部３１の内管３７および外管３８まで流通可能に設けられている。第２ガス供給部３１の内管３７には、２本のガス配管３２のうちの一方が、外管３８には２本のガス配管３２のうちの他方がそれぞれ接続されている。また、第２供給制御部３４は、２種のガスのそれぞれを単独に制御可能に設けられている。なお、好ましくは第１ガス供給部６も第２ガス供給部３１と同様の構成を備えている。つまり、第１ガス供給部６は、たとえば内管および外管とを有しており、内管と外管とで２種のガスを放出可能に設けられている。
【００２１】
図４（ａ）に示されるように、第２ガス供給部３１は、搬送部３の上記端部においてたとえば３つ設けられている。図４（ｂ）に示されるように、３つの第２ガス供給部３１は、搬送部３において保持部２を載置可能に設けられている面を平面視したときに、ウエハ１４の中心と重なる位置に設けられている１つの第２ガス供給部３１と、ウエハ１４の外周よりも外側において当該１つの第２ガス供給部３１を挟むように設けられている、２つの第２ガス供給部３１とで構成されている。複数の第２ガス供給部３１は、それぞれが同等の構成（上記交差する方向における長さ、ガス供給口の大きさなど）を有している。なお、複数の第２ガス供給部３１は、それぞれが異なる構成（上記交差する方向における長さ、ガス供給口の大きさなど）を有していてもよい。また、第２ガス供給部３１が奇数個設けられている場合には、上述のように、１つの第２ガス供給部３１がウエハ１４の中心と重なる位置に設けられており、その他の第２ガス供給部３１が該１つの第２ガス供給部３１を挟んで対称に設けられているのが好ましい。また、第２ガス供給部３１が偶数個設けられている場合には、各第２ガス供給部３１がウエハ１４の中心を通る鉛直線に対して対称に設けられているのが好ましい。
【００２２】
図５に示されるように、搬送部３は、その長手方向が反応室１の長手方向と沿うように設けられており、当該方向に沿って反応室１に対して移動可能に設けられている。搬送部３は、たとえば搬送制御ユニット１１、および搬送制御ユニット１１に接続されている回転部１２を有する搬送装置１０に接続されている。搬送部３の移動距離は、搬送制御ユニット１１により回転部１２の回転量として制御されている。これにより、搬送部３は、その幅広な部分に載置された保持部２を、上記開口部を通じて反応室１の内外に搬送可能に設けられている。図５において、矢印はプロセスガスＧの流通経路を示している。
【００２３】
反応室１、保持部２、搬送部３、第１ガス供給部６、第２ガス供給部３１およびガス配管３３を構成する材料は、それぞれ高温（たとえば１３００℃以上）においても変形または変質が抑制されている任意の材料とすればよいが、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックスであってもよいし、石英（ＳｉＯ２）であってもよい。また、反応室１、保持部２、搬送部３、第１ガス供給部６、第２ガス供給部３１およびガス配管３３を構成する材料は、当該材料のウエハへの付着が許容される場合（たとえば半導体素子への当該材料の混入によるデバイス特性への影響が全く無いか軽微な場合）には、タングステン（Ｗ）などの高融点の金属材料であってもよい。反応室１、保持部２、搬送部３、第１ガス供給部６、第２ガス供給部３１およびガス配管３３の表面は、ＳｉＯ２などからなる汚染防止膜により被覆されていてもよい。
【００２４】
次に、図５および図６を参照して、拡散装置１００の動作について説明する。図６は、拡散装置１００の動作状態を説明するための模式図である。図６（ａ）はスタンバイ状態、図６（ｂ）は保持部２が搬送部３により反応室１内に搬送される途中の状態、図６（ｃ）は保持部２が搬送部３により反応室１内に搬送された後の拡散処理可能な状態を示す。  
【００２５】
図６（ａ）に示されるように、拡散装置１００がスタンバイ状態にあるときに、搬送部３の幅広な部分上に載置されている保持部２に複数のウエハ１４が保持される。このとき、保持部２および搬送部３は、反応室１の開口部から上記交差する方向に沿ってたとえば２０００ｍｍ離れた位置（スタンバイ位置）に配置されている。ウエハ１４は、任意の半導体材料で構成されていればよいが、たとえばシリコン（Ｓｉ）からなる。ウエハ１４の外径は、任意の大きさであればよく、たとえば５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。
【００２６】
次に、図６（ｂ）に示されるように、搬送部３によりウエハ１４および保持部２が反応室１内に搬送される。このとき、搬送部３による上記交差する方向への搬送速度は、たとえば６０ｍｍ／分である。これにより、保持部２は、図６（ｃ）に示されるようなウエハ１４に対し拡散処理が施されるときの所定の位置（プロセス位置）まで搬送される。保持部２は、上記スタンバイ位置から上記プロセス位置まで、たとえば３０分以上かけてゆっくり搬送される。反応室１内への保持部２の搬送が開始する前または搬送中に、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から反応室１内へのプロセスガスの供給が開始される。さらに、反応室１内への保持部２の搬送が開始する前または搬送中に、ヒータ１３による加熱が開始される。
【００２７】
図６（ｃ）に示されるように、搬送部３により反応室１内への搬送が完了した後、反応室１の炉内が拡散処理可能な温度にまで昇温されることにより、拡散処理が開始される。拡散装置１００は、図５および図６（ｃ）に示されるように反応室１内に搬送されたウエハ１４に対し、ウエハ１４の表面に酸化膜を形成するための拡散処理、およびウエハ１４に注入されたドーパントを活性化するための拡散処理などを実施することができる。
【００２８】
拡散装置１００による拡散処理のプロセス条件は、被処理物であるウエハ１４および拡散処理などに応じて適宜採用し得るが、その一例としてＳｉからなるウエハ１４の表面に酸化膜を形成するための拡散処理について説明する。図７は、拡散装置１００を用いて拡散処理により酸化膜を形成するときの温度プロファイルの一例を示すグラフである。図７の縦軸は処理温度であり、横軸は処理時間である。
【００２９】
図７を参照して、たとえば、加熱開始時点ｔ０の反応室１内の温度Ｔ０を常温（２５℃）とし、時点ｔ０のときにヒータ１３による加熱を開始する。上述のように、ヒータ１３により加熱は、反応室１内への保持部２の搬送が開始する前または搬送中に開始される。このとき、反応室１の炉内の設定温度Ｔ１はたとえば９５０℃とし、加熱開始後反応室１が温度Ｔ１に到達する時点ｔ１までヒータ１３による昇温速度はたとえば５℃／秒とする。搬送部３により保持部２を反応室１内へ搬送している間および時点ｔ０から時点ｔ１までの間、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から反応室１内に供給されるプロセスガスは、たとえば酸素（Ｏ２）ガスのみである。このとき、反応室１内に供給される酸素ガスの単位時間当たりの流量は、第１供給制御部５および第２供給制御部３４によってたとえば３Ｌ／分に制御される。
【００３０】
反応室１が目標温度に到達すると、ヒータ１３により反応室１の炉内の温度が目標温度に任意のプロセス時間（酸化膜を形成する時間（ｔ２−ｔ１））だけ保持される。酸化膜を形成する時間（ｔ２−ｔ１）は、酸化膜の膜厚等に応じて任意に設定され得るが、たとえば１００分である。時点ｔ１から時点ｔ２までの間、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から反応室１内に供給されるプロセスガスは、たとえば酸素（Ｏ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスである。このとき、反応室１内に供給される水素ガスの単位時間当たりの流量は、第１供給制御部５および第２供給制御部３４によってたとえば６Ｌ／分に制御される。また、反応室１内に供給される酸素ガスの単位時間当たりの流量は、時点ｔ１までと同様に、第１供給制御部５および第２供給制御部３４によってたとえば３Ｌ／分に制御される。
【００３１】
時点ｔ２経過後、反応室１の炉内の降温を開始する。このとき、反応室１が室温となる時点ｔ３までの降温速度はたとえば５℃／秒とする。時点ｔ２経過後、保持部２は搬送部３により反応室１の炉外へ搬送される。また、時点ｔ２経過後、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１からの水素ガスの放出が停止される。つまり、時点ｔ２から時点ｔ３までの間、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から放出されるプロセスガスは、たとえば酸素（Ｏ２）ガスのみである。このとき、反応室１内に供給される酸素ガスの単位時間当たりの流量は、時点ｔ２までと同様に、第１供給制御部５および第２供給制御部３４によってたとえば３Ｌ／分に制御される。
【００３２】
上記プロセス中において、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１は、その供給動作が同時に行われるように第１供給制御部５および第２供給制御部３４により制御される。また、たとえば水素ガスは内管３７を、酸素ガスは外管３８を、それぞれ通って反応室１内に供給される。
【００３３】
次に、図８を参照して、実施の形態１に係る拡散装置１００の作用効果について説明する。図８は、実施例として実施の形態１に係る拡散装置１００を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図８に示すウエハ表面の汚染量は、全反射蛍光Ｘ線装置（株式会社テクノス製）を用いて、ウエハ表面に対し略平行な蛍光Ｘ線を照射することにより測定した。汚染元素は、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）とした。図８の縦軸は、汚染量（単位：ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）である。図９は、実施例として実施の形態１に係る拡散装置１００を用いて上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜の同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。さらに、図９は、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜の同一ウエハ面内での膜厚均一性と、同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図９の縦軸は、膜厚均一性（単位：％）である。同一ウエハ面内での膜厚均一性は、ウエハの中心および外周４点（中心から等間隔であって外周から５ｍｍ内側に位置する点）の計５箇所の膜厚の標準偏差を平均値で割った値とした。また、同一バッチ内での膜厚均一性は、同一バッチで処理された複数枚全てのウエハの各測定箇所で測定された全ての膜厚の標準偏差を平均値で割った値とした。なお、図８に示すウエハ表面の汚染量、および図９に示す同一ウエハ面内での膜厚均一性は、保持部２において反応室１内の上記他端側に最も近い場所に保持されていたウエハに対して算出した。また、実施例および比較例の上記評価には、いずれも外径、構成材料、膜厚、および表面状態（たとえば拡散処理前の表面の汚染量など）などが同等なウエハを用いた。
【００３４】
図８に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態１に係る拡散装置１００を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、８．０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態１に係る拡散装置１００によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。
【００３５】
従来の拡散装置では、プロセス中においては拡散炉の開口部と反対側に位置する上記他端から開口部へ向かってプロセスガスが供給される。拡散炉内に供給されたプロセスガスは拡散炉の長手方向に沿って流れるが、このときウエハはその表面が該長手方向に交差するように保持されているため、プロセスガスは開口部に達するまでにウエハとぶつかり、ウエハ近傍で乱流が生じる。その結果、従来の拡散装置では、乱流により拡散炉内に堆積していた汚染物が巻き上げられ、また、乱流発生箇所の近傍にあるウエハ表面上に汚染物が付着するという問題があった。
【００３６】
これに対し、拡散装置１００は、反応室１内にプロセスガスを供給するための第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１と、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１による反応室１内へのプロセスガスの供給量をそれぞれ制御するための第１供給制御部５および第２供給制御部３４とを備えている。第１ガス供給部６は、反応室１の他端に設けられており、かつ一端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。第２ガス供給部３１は、保持部２が反応室１内に位置した場合に、交差する方向において保持部２に保持されるウエハ１４よりも他端側に配置されており、かつ、該他端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。そのため、第１ガス供給部６から上記交差する方向に沿って開口部に向かって流通するプロセスガスは、保持部２に保持されているウエハ１４から離れた位置において、第２ガス供給部３１から上記交差する方向に沿って上記他端側に向かって流通するプロセスガスとぶつかる。このときの第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１による供給量が第１供給制御部５および第２供給制御部３４により適切に制御されることにより、図５において矢印Ｇで示されるように、第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１により反応室１内に供給されたプロセスガスは主にウエハ１４の上部または下部を流通して開口部から反応室１の外部へ排気される。その結果、拡散装置１００は、ウエハ１４近傍での乱流の発生が抑制されているため、乱流発生箇所の近傍にあるウエハ１４の表面上への汚染物の付着を抑制することができる。
【００３７】
さらに、図９に示されるように、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態１に係る拡散装置１００を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は２．５％であった。つまり、実施の形態１に係る拡散装置１００は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態１に係る拡散装置１００を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は４．５％であった。つまり、実施の形態１に係る拡散装置１００は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。拡散装置１００は、上述のように従来の拡散装置と比べてウエハ１４の近傍でプロセスガスの乱流の発生が抑制されているため、該プロセスガスにより形成される酸化膜の膜厚均一性を向上することができる。また、プロセスガスは主に反応室１内においてヒータ１３に近い領域を通るため、効果的に加熱され得る。その結果、拡散装置１００は、十分に加熱されたプロセスガスをウエハ１４へ供給することができるため、該プロセスガスにより形成される酸化膜の膜厚均一性を向上することができる。
【００３８】
拡散装置１００により酸化膜が形成されたウエハ１４には、他の任意の工程が施されることにより、半導体装置が形成される。つまり、拡散装置１００におけるウエハ１４に対する拡散処理は、ウエハ１４上に形成される半導体装置の製造方法における１つの工程である。実施の形態１において、拡散装置１００を用いた半導体装置の製造方法は、ウエハ１４を準備する工程と、ウエハ１４の表面上に酸化膜を形成する工程とを備える。酸化膜を形成する工程では、拡散装置１００を用いて、酸化膜が形成される温度に昇温された反応室１内に第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から酸素を含むプロセスガスを供給する。このようにすれば、ウエハ１４は汚染が抑制されているため、該ウエハ１４上に形成された半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、図１０〜図１３を参照して、実施の形態２に係る拡散装置１１０について説明する。実施の形態２に係る拡散装置１１０は、基本的には実施の形態１に係る拡散装置１００と同様の構成を備えるが、拡散装置１００における第２ガス供給部３１に代えて上記交差する方向において第１ガス供給部６と対向する保持部２の端部に設けられている第２ガス供給部２１を備えている点で異なる。
【００４０】
図１０（ａ）は実施の形態２に係る拡散装置１１０における保持部２の斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示される保持部２の長手方向から見た側面図である。保持部２は、実施の形態１と同様に任意の構成を備えていればよいが、たとえば直方体状の枠体として構成されている。図１０（ｂ）を参照して、保持部２は、ウエハ１４を保持している鉛直方向下方に位置する部分と、当該部分よりも鉛直方向上方に位置する部分とを有している。
【００４１】
第２ガス供給部２１は、上記他端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。第２ガス供給部２１は、たとえば保持部２に保持されているウエハ１４の表面に平行な面内においてウエハ１４を囲うように複数設けられている。第２ガス供給部２１の数は、たとえば８つである。複数の第２ガス供給部２１は、たとえば鉛直方向および水平方向においてウエハ１４の中心と重なる位置に設けられている４つの第２ガス供給部２１と、当該４つの第２ガス供給部２１を挟むように設けられている（たとえば保持部２をその長手方向から見たときに４隅に設けられている）４つの第２ガス供給部２１とで構成されている。
【００４２】
保持部２の内部には、第２ガス供給部２１が設けられている端部と、当該端部と上記交差する方向において反対側に位置する端部との間に延びるガス配管（図示しない）が形成されている。ガス配管は、上記反対側に位置する端部において、ガス配管２２と接続されている。ガス配管２２は、搬送部３の幅狭な部分に沿うように設けられている。ガス配管２２は、フレキシブルタイプのガス配管２３と接続されている。ガス配管２２とガス配管２３とを固定する方法（ガス配管２２とガス配管２３との接続方法）は、互いに脱離しない限りにおいて任意の方法で接続されていればよいが、たとえば挿入固定式またはネジ固定式である。ガス配管２３は、第２供給制御部２４と接続されている。第２供給制御部２４は、第２ガス供給部２１により反応室１内に供給されるプロセスガスの流量を制御する。第２供給制御部２４は、たとえばマスフローコントローラユニットである。
【００４３】
このようにすれば、実施の形態２に係る拡散装置１１０における第２ガス供給部２１は、実施の形態１における第２ガス供給部３１と同様に、保持部２が反応室１内に位置した場合に、交差する方向において保持部２に保持されるウエハ１４よりも他端側に配置されており、かつ、該他端側に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている。そのため、実施の形態２に係る拡散装置１１０は実施の形態１に係る拡散装置１００と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
さらに、拡散装置１１０は、第２ガス供給部２１がウエハ１４の表面に平行な面内においてウエハ１４を囲むように複数設けられているため、拡散装置１００と比べて第１ガス供給部６から反応室１内に供給されたプロセスガスがウエハ１４にぶつかることをより効果的に抑制することができる。その結果、拡散装置１１０は、拡散装置１００と比べてウエハ１４の近傍で乱流が生じることをより効果的に抑制することができる。
【００４５】
図１４は、実施例として実施の形態２に係る拡散装置１１０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図１４の縦軸は、図８と同様である。図１４に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態２に係る拡散装置１１０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、６．０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態２に係る拡散装置１１０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１１０は、実施の形態１に係る拡散装置１００と比較して、ウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００４６】
図１５は、実施例として実施の形態２に係る拡散装置１１０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図１５の縦軸は、図９と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態２に係る拡散装置１１０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は２．０％であった。つまり、実施の形態２に係る拡散装置１１０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態２に係る拡散装置１１０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は４．０％であった。つまり、実施の形態２に係る拡散装置１１０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１１０は、実施の形態１に係る拡散装置１００と比較して、ウエハ１４の表面に形成された酸化膜の膜厚均一性を向上させることができることが確認された。
【００４７】
（実施の形態３）
次に、図１６〜図１９を参照して、実施の形態３に係る拡散装置１２０について説明する。実施の形態３に係る拡散装置１２０は、基本的には実施の形態１に係る拡散装置１００と同様の構成を備えるが、搬送部３には、保持部２を載置可能な表面に接続されており、プロセスガスを反応室１の外部へ排気可能な複数の排気部３５が形成されており、かつ排気部３５による反応室１外へのプロセスガスの排気量を制御するための排気制御部３６を備えている点で異なる。
【００４８】
排気部３５は、搬送部３において保持部２を載置可能に設けられている上記表面上に形成されている排気孔と、当該排気孔と接続されており搬送部３の内部を通って反応室１の外部にまで引き回されている排気管とを有している。排気部３５の排気管の少なくとも一部はフレキシブルに設けられており、当該排気管は搬送部３の動作に追従可能に設けられている。排気制御部３６は、排気部３５の排気管に接続されている。
【００４９】
なお、保持部２は、少なくとも図１に示される実施の形態１における保持部２と同様の構成を備えていればよいが、図１６に示されるように、直方体状の枠体として構成されていてもよい。
【００５０】
このようにすれば、実施の形態３に係る拡散装置１２０における第２ガス供給部３１は、実施の形態１における第２ガス供給部３１と同様の構成を備えている。そのため、実施の形態２に係る拡散装置１１０は実施の形態１に係る拡散装置１００と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
さらに、実施の形態３に係る拡散装置１２０は、プロセスガスを反応室１の外部へ排気可能な複数の排気部３５が形成されており、かつ排気部３５による反応室１外へのプロセスガスの排気量を制御するための排気制御部３６を備えているため、排気部３５および排気制御部３６によって搬送部３上に保持部２により保持されているウエハ１４の近傍におけるプロセスガスの流れをより安定化させることができる。その結果、拡散装置１２０は、拡散装置１００と比べてウエハ１４の近傍で乱流が生じることをより効果的に抑制することができる。また、図１９に示されるように、排気部３５により排気されることにより、ウエハ１４の上部からウエハ１４の近傍を流通して排気部３５に至るプロセスガスの流路Ｇが形成されるため、より効果的にウエハ１４にプロセスガスを供給することができる。その結果、拡散装置１２０によれば、ウエハ１４に対し効果的に拡散処理を施すことができる。
【００５２】
図２０は、実施例として実施の形態３に係る拡散装置１２０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図２０の縦軸は、図８と同様である。図２０に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態３に係る拡散装置１２０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、４．０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態３に係る拡散装置１２０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１２０は、実施の形態２に係る拡散装置１１０と比較して、ウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００５３】
図２１は、実施例として実施の形態３に係る拡散装置１２０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図２１の縦軸は、図９と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態３に係る拡散装置１２０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は１．５％であった。つまり、実施の形態３に係る拡散装置１２０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態３に係る拡散装置１２０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は３．５％であった。つまり、実施の形態３に係る拡散装置１２０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１２０は、実施の形態２に係る拡散装置１１０と比較して、ウエハ１４の表面に形成された酸化膜の膜厚均一性を向上させることができることが確認された。
【００５４】
（実施の形態４）
次に、図２２〜図２４を参照して、実施の形態４に係る拡散装置１３０について説明する。実施の形態４に係る拡散装置１３０は、基本的には実施の形態２に係る拡散装置１１０と同様の構成を備えるが、搬送部３には、保持部２を載置可能な表面に接続されており、プロセスガスを反応室１の外部へ排気可能な複数の排気部３５が形成されており、かつ排気部３５による反応室１外へのプロセスガスの排気量を制御するための排気制御部３６を備えている点で異なる。
【００５５】
つまり、実施の形態４に係る拡散装置１３０は、第２ガス供給部２１が設けられている実施の形態２における保持部２と、排気部３５が設けられている実施の形態３における搬送部３とを備えている。そのため、拡散装置１３０は、拡散装置１２０と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
図２５は、実施例として実施の形態４に係る拡散装置１３０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図２５の縦軸は、図８と同様である。図２５に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態４に係る拡散装置１３０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、２．０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態４に係る拡散装置１３０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１３０は、実施の形態３に係る拡散装置１２０と比較して、ウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００５７】
図２６は、実施例として実施の形態４に係る拡散装置１３０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図２６の縦軸は、図９と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態４に係る拡散装置１３０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は１．２％であった。つまり、実施の形態４に係る拡散装置１３０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態４に係る拡散装置１３０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は３．０％であった。つまり、実施の形態４に係る拡散装置１３０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１３０は、実施の形態３に係る拡散装置１２０と比較して、ウエハ１４の表面に形成された酸化膜の膜厚均一性を向上させることができることが確認された。
【００５８】
（実施の形態５）
次に、図２７〜図２９、および図３２を参照して、実施の形態５に係る拡散装置１４０について説明する。実施の形態５に係る拡散装置１４０は、基本的には実施の形態４に係る拡散装置１３０と同様の構成を備えるが、保持部２により保持されるウエハ１４の鉛直方向上方に設けられており、搬送部３に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている第３ガス供給部１７を備えている点で異なる。
【００５９】
第３ガス供給部１７は、たとえば保持部２に固定されている。第３ガス供給部１７は、保持部２に保持されているウエハ１４の表面に沿って鉛直方向上方から下方へプロセスガスを放出可能に設けられている。第３ガス供給部１７の内部にはプロセスガスを流通可能なガス配管１９が形成されており、ガス配管１９においてウエハ１４側に位置する（鉛直方向下方に位置する）外壁には複数の貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、搬送部３に形成されている排気部３５の排気孔とウエハ１４を挟んで対向するように設けられていてもよい。
【００６０】
第３ガス供給部１７は、反応室１の外部から引き回されておりプロセスガスを流通可能なガス配管と接続されている。第３ガス供給部１７は、たとえば保持部２において第２ガス供給部２１にプロセスガスを供給するためのガス配管と接続されている。第３ガス供給部１７による反応室１内へのプロセスガスの供給量は、当該ガス配管に接続されている第３供給制御部により制御されている。第３供給制御部は、たとえば第２供給制御部２４が兼ねている。
【００６１】
このようにすれば、実施の形態５に係る拡散装置１４０における第２ガス供給部２１および排気部３５は、それぞれ実施の形態４における第２ガス供給部２１および排気部３５と同様の構成を備えている。そのため、実施の形態５に係る拡散装置１４０は実施の形態４に係る拡散装置１３０と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
さらに、実施の形態５に係る拡散装置１４０は、保持部２により保持されるウエハ１４の鉛直方向上方に設けられており、搬送部３に向かってプロセスガスを供給可能に設けられている第３ガス供給部１７を備えているため、排気部３５、排気制御部３６、および第３ガス供給部１７によって搬送部３上に保持部２により保持されているウエハ１４の近傍におけるプロセスガスの流れをより安定化させることができる。その結果、拡散装置１４０は、拡散装置１３０と比べてウエハ１４の近傍で乱流が生じることをより効果的に抑制することができる。
【００６３】
図３０は、実施例として実施の形態５に係る拡散装置１４０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図３０の縦軸は、図８と同様である。図３０に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態５に係る拡散装置１４０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態５に係る拡散装置１４０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１４０は、実施の形態４に係る拡散装置１３０と比較して、拡散装置１３０よりもウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００６４】
図３１は、実施例として実施の形態５に係る拡散装置１４０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図３１の縦軸は、図８と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態５に係る拡散装置１４０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は１．０％であった。つまり、実施の形態５に係る拡散装置１４０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態５に係る拡散装置１４０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は２．５％であった。つまり、実施の形態５に係る拡散装置１４０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１４０は、実施の形態４に係る拡散装置１３０と比較して、ウエハ１４の表面に形成された酸化膜の膜厚均一性を向上させることができることが確認された。
【００６５】
（実施の形態６）
次に、図３３〜図３５を参照して、実施の形態６に係る拡散装置１５０について説明する。実施の形態６に係る拡散装置１５０は、基本的には実施の形態５に係る拡散装置１４０と同様の構成を備えるが、第２ガス供給部２１に代えて実施の形態１および実施の形態３における第２ガス供給部３１を備えている点で異なる。
【００６６】
つまり、実施の形態６に係る拡散装置１５０は、第２ガス供給部２１が設けられていない実施の形態３における保持部２と、第２ガス供給部３１および排気部３５が設けられている実施の形態３における搬送部３と、実施の形態５における第３ガス供給部１７を備えている。この場合、保持部２の内部にはガス配管２２と第３ガス供給部１７とを接続するガス配管（図示しない）が形成されており、ガス配管２２および保持部２内に形成されているガス配管を流通したプロセスガスが第３ガス供給部１７から放出される。
【００６７】
このようにしても、拡散装置１５０において第１ガス供給部６から上記交差する方向に沿って開口部に向かって流通するプロセスガスは、保持部２に保持されているウエハ１４から離れた位置において、第２ガス供給部３１から上記交差する方向に沿って上記他端側に向かって流通するプロセスガスとぶつかる。その結果、拡散装置１５０は、ウエハ１４近傍での乱流の発生が抑制されているため、乱流発生箇所の近傍にあるウエハ１４の表面上への汚染物の付着を抑制することができる。
【００６８】
また、拡散装置１５０は、排気部３５、排気制御部３６、および第３ガス供給部１７によって搬送部３上に保持部２により保持されているウエハ１４の近傍におけるプロセスガスの流れをより安定化させることができる。その結果、拡散装置１４０は、拡散装置１３０と比べてウエハ１４の近傍で乱流が生じることをより効果的に抑制することができる。
【００６９】
図３６は、実施例として実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図３６の縦軸は、図８と同様である。図３６に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、８．０×１０８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態６に係る拡散装置１５０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１５０は、実施の形態３に係る拡散装置１２０と比較して、ウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００７０】
図３７は、実施例として実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図３７の縦軸は、図９と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は１．５％であった。つまり、実施の形態６に係る拡散装置１５０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は３．５％であった。つまり、実施の形態６に係る拡散装置１５０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１５０により形成される酸化膜は拡散装置１２０により形成される酸化膜と同等の膜厚均一性を有することが確認された。
【００７１】
（実施の形態７）
次に、図３８および図３９を参照して、実施の形態７に係る拡散装置１６０について説明する。実施の形態７に係る拡散装置１６０は、基本的には実施の形態５に係る拡散装置１４０と同様の構成を備えるが、第２ガス供給部２１に加えて実施の形態１および実施の形態３における第２ガス供給部３１を備えている点で異なる。
【００７２】
つまり、実施の形態７に係る拡散装置１６０は、実施の形態５における第２ガス供給部２１が設けられている保持部２および第３ガス供給部１７と、実施の形態３における第２ガス供給部３１および排気部３５が設けられている搬送部３とを備えている。
【００７３】
このようにしても、拡散装置１５０において第１ガス供給部６から上記交差する方向に沿って開口部に向かって流通するプロセスガスは、保持部２に保持されているウエハ１４から離れた位置において、第２ガス供給部２１，３１から上記交差する方向に沿って上記他端側に向かって流通するプロセスガスとぶつかる。その結果、拡散装置１５０は、ウエハ１４近傍での乱流の発生が抑制されているため、乱流発生箇所の近傍にあるウエハ１４の表面上への汚染物の付着を抑制することができる。
【００７４】
第２ガス供給部２１および第２ガス供給部３１の上記交差する方向における長さは、プロセス条件に応じて任意に決めることができ、たとえば互いに同等であってもよいし、一方が他方よりも長くなるように設けられていてもよい。図３８に示されるように、第２ガス供給部３１は、たとえば第２ガス供給部２１よりも上記交差する方向において長く設けられていてもよい。また、第２ガス供給部３１は、たとえば第２ガス供給部２１よりも上記交差する方向において短く設けられていてもよい。第２ガス供給部２１と第２ガス供給部３１は、上記他端側（第１ガス供給部６側）に位置する端部が揃っていてもよい。
【００７５】
図４０は、実施例として実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて上述した条件により酸化膜を形成したウエハ１４の表面（酸化膜表面）の汚染量と、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いて酸化膜を形成したウエハ表面（酸化膜表面）の汚染量をそれぞれ示す。図４０の縦軸は、図８と同様である。図４０に示されるように、従来の拡散装置を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であったのに対し、実施の形態６に係る拡散装置１５０を用いて酸化膜が形成されたウエハ表面の汚染量は、６．０×１０８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。つまり、実施の形態７に係る拡散装置１６０によれば、従来の拡散装置と比べて拡散処理を施したウエハ表面の汚染を十分に抑制することができることが確認された。さらに、拡散装置１６０によれば、実施の形態３に係る拡散装置１２０と比較して、ウエハ１４の表面の汚染量を低減することができることが確認された。
【００７６】
図４１は、実施例として実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて実施の形態１において上述した条件によりウエハ１４表面上に形成された酸化膜と、比較例として上述した従来の拡散装置を用いてウエハ表面上に形成された酸化膜のそれぞれについての、同一ウエハ面内での膜厚均一性および同一バッチ内での膜厚均一性を示す。図４１の縦軸は、図９と同様である。従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は３．０％であったのに対し、実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて形成された酸化膜のウエハ面内の膜厚均一性は１．５％であった。つまり、実施の形態７に係る拡散装置１６０は、従来の拡散装置と比べてウエハ面内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。また、従来の拡散装置を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は５．０％であったのに対し、実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて形成された酸化膜のバッチ内の膜厚均一性は３．５％であった。つまり、実施の形態７に係る拡散装置１６０は、従来の拡散装置と比べてバッチ内の膜厚均一性が高い酸化膜を形成可能であることが確認された。さらに、拡散装置１６０により形成される酸化膜は、拡散装置１２０により形成される酸化膜と同等の膜厚均一性を有することが確認された。
【００７７】
実施の形態１〜実施の形態７では、拡散装置１００〜１６０による拡散処理の一例としてウエハ１４表面上への酸化膜の形成について説明し、拡散装置１００〜１６０によればその表面の汚染量および膜厚均一性を改善することができることを示した。一方、拡散装置１００〜１６０では、上述のようにウエハ１４に注入されたドーパントを拡散・活性化するための拡散処理（ドライブ工程）が実施され得る。この場合には、ウエハ１４の表面への重金属などの汚染物の付着が抑制されているため、該汚染物が熱処理によって簡単にウエハ１４中に拡散・固溶することが抑制されている。その結果、拡散装置１００〜１６０を用いて当該ウエハ１４上に形成された半導体装置では、耐圧の劣化やリーク電流の増加などの異常発生が抑制されている。
【００７８】
このような拡散処理（ドライブ工程）での汚染量の評価方法として、ライフタイムを測定する方法がある。以下、図４２および図４３を参照して、実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて拡散処理（ドライブ工程）を行って得られたウエハ１４と、従来の拡散装置を用いて同様の拡散処理を行って得られたウエハについて、ライフタイムの測定結果を説明する。
【００７９】
図４２は、拡散装置１６０を用いて拡散処理（ドライブ工程）によりドーパントを拡散するときの温度プロファイルの一例を示すグラフである。図４２の縦軸は処理温度であり、横軸は処理時間である。このとき、拡散装置１６０は、基本的には実施の形態１において酸化膜を形成するときの拡散装置１００と同様の動作を行うように制御される。具体的には、拡散装置１６０は、保持部２が搬送部３により反応室１の内部へ搬送されるとき、拡散処理（ドライブ工程）中、および保持部２が搬送部３により反応室１の外部へ搬送されるときに、第２ガス供給部２１，３１および第３ガス供給部１７がプロセスガス（たとえばＯ２およびＨ２）を放出している。反応室１の炉内の設定温度はたとえば１１００℃とし、加熱開始後反応室１の炉内が目標温度１１００℃に到達する時点ｔ１までヒータ１３による昇温速度はたとえば５℃／秒とする。このとき、反応室１内に供給される酸素ガスの単位時間当たりの流量および水素ガスの単位時間当たりの流量は、それぞれ第１供給制御部５および第２供給制御部３４によってたとえば３Ｌ／分および５Ｌ／分に制御される。拡散時間（ｔ２−ｔ１）は任意に設定され得るが、たとえば６時間である。
【００８０】
図４３は、実施例として実施の形態７に係る拡散装置１６０を用いて上述した条件によりドーパントが拡散されたウエハ１４の少数キャリアのライフタイムと、比較例として上述した従来の拡散装置（上記特許文献１に記載の拡散装置）を用いてドーパントが拡散されたウエハの少数キャリアのライフタイムをそれぞれ示す。図４３の縦軸は、少数キャリアのライフタイム（単位：μｓ）である。実施例および比較例ともに、同一バッチ内において反応室１内において第１ガス供給部６側（上段側）に配置されたウエハ、反応室１内において中央部に配置されたウエハ、反応室１内において開口部側（下段側）に配置されたウエハのそれぞれに対しライフタイムを測定した。図４３に示す少数キャリアのライフタイムは、ライフタイム測定装置（日本セミラボ株式会社製）を用いて、ウエハ表面に強力な紫外線を照射してウエハ内部の不純物を励起させ、キャリアの再結合時間を測定した。図４３の縦軸は、ライフタイム（単位：μｓ）である。図４３に示されるように、拡散装置１６０により拡散処理が施されたウエハは、反応室１内の配置位置によらず、従来の拡散装置により拡散処理が施されたウエハと比べて少数キャリアのライフタイムが３倍以上長いことが確認された。つまり、拡散装置１６０によれば、反応室１内の配置位置によらず、従来の拡散装置と比べて拡散処理（ドライブ工程）中のウエハ１４の表面への汚染物の付着を抑制することができることが確認された。なお、実施の形態１〜実施の形態６に係る拡散装置１００〜１５０を用いて拡散処理（ドライブ工程）を行っても、上述した酸化膜を形成するための拡散処理と同様に、従来の拡散装置よりもウエハ１４表面の汚染量を低減することができる。そのため、拡散装置１００〜１６０を用いて拡散処理（ドライブ工程）が施されたウエハ１４も、図４３に示す従来の拡散装置を用いて拡散処理がなされたウエハと比べて少数キャリアのライフタイムが長い。
【００８１】
拡散装置１００〜１６０によりドーパントが拡散されたウエハ１４には、他の任意の工程が施されることにより、半導体装置が形成される。つまり、拡散装置１００におけるウエハ１４に対する拡散処理は、ウエハ１４上に形成される半導体装置の製造方法における１つの工程である。この場合、拡散装置１００〜１６０を用いた半導体装置の製造方法は、ウエハ１４を準備する工程と、ウエハ１４にドーパントを拡散させる工程とを備える。ドーパントを拡散させる工程では、拡散装置１００を用いて、拡散可能な温度に昇温された反応室１内に第１ガス供給部６および第２ガス供給部３１から酸素を含むプロセスガスを供給する。このようにすれば、ウエハ１４は汚染が抑制されているため、該ウエハ１４上に形成された半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００８２】
上述した実施の形態において、酸素および水素をプロセスガスとして使用しているが、拡散装置１００〜１６０において使用され得るプロセスガスのこれに限られるものでは無い。プロセスガスは、たとえば酸素とシラン（ＳｉＨ４）であってもよい。また、ウエハ１４の表面に酸化膜を形成するための拡散処理において、ヒータ１３による反応室１内の昇温時に、第１ガス供給部６、第２ガス供給部２１，３１、および第３ガス供給部１７からプロセスガス（酸素および水素）を供給してもよい。このようにしても、ウエハ１４への汚染物の付着を抑制することが可能である。また、ウエハ１４に対する拡散処理ではなく拡散装置１００〜１６０のメンテナンス時において、図６に示す温度プロファイルの下で昇温時から第１ガス供給部６、第２ガス供給部２１，３１、および第３ガス供給部１７からプロセスガス（酸素および水素）を反応室１内に供給し、反応室１内に表出している面上（たとえば保持部２および搬送部３の表面上）に酸化膜を形成してもよい。このようにすれば、反応室１内に表出している面上に付着している汚染物が酸化膜で覆われるため、当該汚染物がプロセス中において飛散しウエハ１４に付着することを防止することができる。
【００８３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、横型の拡散炉を備える拡散装置に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００８５】
１  拡散炉、２  保持部、３  搬送部、４  蓋材、５  第１供給制御部、６  第１ガス供給部、１０  搬送装置、１１  搬送制御ユニット、１２  回転部、１３  ヒータ、１４  ウエハ、１７  第３ガス供給部、１９，２２，２３，３２，３３  ガス配管、２０  貫通孔、２１，３１  第２ガス供給部、２４，３４  第２供給制御部、３５  排気部、３６  排気制御部、３７  内管、３８  外管、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０  拡散装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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