(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横型拡散炉を用いて半導体ウェハに不純物拡散を行う半導体ウェハ処理方法において、
複数の半導体ウェハが載置された石英フォークを横型拡散炉に挿入する工程と、
上記複数の半導体ウェハを上記横型拡散炉内に残して上記石英フォークを引き抜く工程と、
上記横型拡散炉内の昇温を開始する工程と、
上記拡散炉内の温度を所定の期間、所定の拡散温度に保つ工程と、
上記横型拡散炉内の降温を開始すると同時に上記石英フォークを用いて上記複数の半導体ウェハの搬出を開始する工程と
を有する半導体ウェハ処理方法。
【請求項２】
上記石英フォークを用いて複数の半導体ウェハを引き出す速度は、５ｃｍ毎秒乃至１５ｃｍ毎秒であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ処理方法。
【請求項３】
上記石英フォーク内にガスを導入し、上記ウエハの搬出の際、上記横型拡散炉内に上記ガスを上記石英フォークから導出させる工程を含む請求項１記載の半導体ウェハ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ処理方法に関し、詳しくは、横型拡散炉を用いて半導体ウェハに不純物拡散を行う半導体ウェハ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハに対するバイポーラプロセスにおいて、コレクタ拡散領域を形成するためのＮ＋拡散は、ＰＯＣｌ３を拡散源として、横型拡散炉を用いて行われる。横型拡散炉は筒状の反応管であり、この横型拡散炉内に複数の半導体ウェハを配置し、横型拡散炉に所定の反応ガスを導入するとともに、横型拡散炉内の温度を所定の拡散温度に上昇させて拡散が行われる。横型拡散炉内への半導体ウェハの搬入及び搬出は、石英フォークを用いて行われる。
【０００３】
このような拡散処理の手順を図６に示す。まず、時刻ｔ２１において、半導体ウェハのロード（搬入）が開始される。具体的には、このロード工程においては、複数枚の半導体ウェハを石英フォーク上に載置して、石英フォークを横型拡散炉に挿入し、これにより複数枚の半導体ウェハを横型拡散炉内に搬入する。このロード工程において、横型拡散炉内の温度は９００℃に保たれる。
【０００４】
時刻ｔ２２において、ロード工程が終了すると、横型拡散炉に設けられた蓋体が閉じられ、横型拡散炉内の昇温が開始される。この昇温工程において、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の間に、横型拡散炉内の温度は、９００℃から拡散温度である９３０℃にまで、高められる。
【０００５】
時刻ｔ２３から時刻ｔ２４の間は、横型拡散炉内の温度は、９３０℃に維持される。この期間、横型拡散炉内には所定の反応ガスが導入され、これにより、横型拡散炉内に配置されている複数の半導体ウェハにおいて、所定の不純物の拡散が行われる。
【０００６】
時刻ｔ２４において、上述の拡散工程が終了すると、続いて横型拡散炉内の降温工程が開始される。この降温工程において、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までの間に、横型拡散炉内の温度は、９３０℃から９００℃まで下降される。
【０００７】
時刻ｔ２５において、横型拡散炉内の降温が終了すると、半導体ウェハのアンロードが開始される。このアンロード工程においては、石英フォークが横型拡散炉内に挿入され、この石英フォーク上に拡散処理が終了した複数の半導体ウェハを載置し、この石英フォークを横型拡散炉から引き抜くことにより複数の半導体ウェハが横型拡散炉から搬出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の横型拡散炉は、良好な昇温追従性を有しているが、横型拡散炉の降温追従性は、昇温追従性に比べて良好ではない。すなわち、図６に示す時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までの時間を一定に制御することが困難であった。ここで、降温時間が変化すると半導体ウェハにおける拡散時間が変化してしまい、したがって、製造される製品の特性にバラツキが生じてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、横型拡散炉を用いた半導体ウェハ処理において、降温追従性を向上させて拡散時間の変化をなくし、特性が均一な半導体ウェハを製造するための半導体ウェハ処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る半導体ウェハ処理方法は、横型拡散炉を用いて半導体ウェハに不純物拡散を行うものであり、複数の半導体ウェハが載置された石英フォークを横型拡散炉に挿入する工程と、上記複数の半導体ウェハを上記横型拡散炉内に残して上記石英フォークを引き抜く工程と、上記横型拡散炉内の昇温を開始する工程と、上記拡散炉内の温度を所定の期間、所定の拡散温度に保つ工程と、上記横型拡散炉内の降温を開始すると同時に上記石英フォークを用いて上記複数の半導体ウェハの搬出を開始する工程とを有する。
【００１１】
横型拡散炉の降温開始とともに半導体ウェハの搬出を開始することにより、降温追従性が向上し、半導体ウェハ毎の拡散時間の変化がなくなり、均一な特性の半導体ウェハが製造される。
【００１２】
また、上記石英フォークを用いて複数の半導体ウェハを引き出す速度は、好ましくは、５ｃｍ毎秒乃至１５ｃｍ毎秒とする。これにより、急速な搬出による半導体ウェハの反りの発生が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ウェハ処理方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明に基づく半導体ウェハ処理は、半導体ウェハ上に、例えば図１に示すようなバイポーラトランジスタを形成するプロセスの一部に適用される。図１に示すトランジスタ１は、エピタキシャル層２上に形成されたＮ＋拡散領域であるエミッタ拡散領域３、Ｐ拡散領域であるベース拡散領域４、Ｎ＋拡散領域であるコレクタ拡散領域５、及びエミッタコンタクト６、ベースコンタクト７、コレクタコンタクト８などから構成される。以下に説明する半導体ウェハ処理は、特に、コレクタ拡散領域５を形成するための不純物の拡散工程に適用される。なお、本発明は、このようなコレクタ拡散領域５の拡散のみではなく、横型拡散炉を使用するその他の拡散工程、例えばベース拡散に対しても有効である。
【００１５】
本発明を適用した半導体ウェハ処理の手順を経時的に図２に示す。まず、時刻ｔ１において、横型拡散炉への半導体ウェハのロードが開始される。図３は、このロード工程を示す図である。横型拡散炉１０は、筒状の形状を有する反応管であり、一方の端部にガス導入口１１が開設されており、他方側には、開閉自在の蓋体１２が設けられている。複数の半導体ウェハ１３は、石英フォーク１４上に載置されており、石英フォーク１４は、横型拡散炉１０の蓋体１２が解放された側から横型拡散炉１０の内部に挿入される。
【００１６】
このとき、横型拡散炉１０の内部温度は、９００℃に保たれるとともに、ガス導入口１１からは、Ｎ２ガスが導入される。そして、石英フォーク１４は、複数の半導体ウェハ１３を横型拡散炉１０内の所定の位置に設置し、これら半導体ウェハ１３を横型拡散炉１０内に残して引き抜かれる。石英フォーク１４が完全に引き抜かれると、横型拡散炉１０の蓋体１２が閉じられる。
【００１７】
続いて、図２に示す時刻ｔ２において、横型拡散炉１０内部の昇温が開始される。この昇温工程において、横型拡散炉１０内部の温度は、９００℃から９３０℃にまで高められ、時刻ｔ３において、横型拡散炉１０内の温度が９３０℃に到達した後は、この時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、横型拡散炉１０内の温度は９３０℃に維持される。この期間、横型拡散炉１０内に設置されている複数の半導体ウェハ１３において、拡散が行われる。
【００１８】
この拡散工程の状態を図４に示す。拡散工程においては、上述のとおり、横型拡散炉１０内の温度は、９３０℃に保たれており、導入口１１からは、ＰＯＣｌ３＋２Ｏ２ガスが導入される。蓋体１２には、ガス排出口１５が設けられている。この拡散工程により、複数の半導体ウェハ１３のコレクタ領域の拡散が行われる。
【００１９】
続いて、拡散工程が終了すると、図２に示す時刻ｔ４において、横型拡散炉１０内の降温が開始される。すなわち、横型拡散炉１０内の温度は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間に、９３０℃から９００℃に下降する。本発明では、時刻ｔ４において、降温工程が開始されると同時に、複数の半導体ウェハ１３を横型拡散炉１０から引き出すアンロード処理を開始する。
【００２０】
図５は、このアンロード処理を示す図である。横型拡散炉１０のガス導入口１１からは、Ｎ２ガスが導入される。また、横型拡散炉１０の降温が開始されると同時に、蓋体１２が開放し、石英フォーク１４が横型拡散炉１０内に挿入され、複数の半導体ウェハ１３をこの石英フォーク１４上に載置して、石英フォーク１４を横型拡散炉１０の外部に引き出す。
【００２１】
なお、石英フォーク１４を急速に引き抜くと、温度差により半導体ウェハ１３に反りが生じてしまうおそれがあるため、このときの石英フォーク１４の移動速度は、５ｃｍ毎秒乃至１５ｃｍ毎秒、好ましくは１０ｃｍ毎秒とする。石英フォーク１４の引き出し、すなわち半導体ウェハ１３の搬出は、図２に示す時刻ｔ６において、完了する。
【００２２】
前述のとおり、横型拡散炉１０は、昇温追従性は良好であるが、降温追従性はあまり良好ではない。そこで、以上説明したように、横型拡散炉１０の降温開始と同時に蓋体１２を開放し、半導体ウェハ１３を一定速度でアンロードすることにより、半導体ウェハ１３の拡散時間を一定に制御することができ、これにより降温追従性が向上し、拡散処理により形成される製品に特性のバラツキが生じることを防止できる。
【００２３】
なお、図４に示すごとく、石英フォーク１４内にＮ2ガス導入し、矢印Ａのように外部に導出させながら、アンロードすると、炉内のガスが攪拌されて降温追従性をより向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体ウェハ処理方法では、横型拡散炉の降温工程の開始とともに横型拡散炉の蓋体を開放し、石英フォークを横型拡散炉内に挿入して半導体ウェハの搬出を開始するので、降温追従性が向上し、半導体ウェハ毎の拡散時間の変化がなくなり、均一な特性の半導体ウェハを製造することができる。また、上記石英フォークを用いて複数の半導体ウェハを引き出す速度を５ｃｍ毎秒乃至１５ｃｍ毎秒とすることにより、半導体ウェハの反りを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用して形成される半導体ウェハ上の拡散領域を示す図である。
【図２】本発明を適用した半導体ウェハ処理の手順を経時的に示すタイミングチャートである。
【図３】半導体ウェハのロード工程を説明する図である。
【図４】半導体ウェハの拡散工程を説明する図である。
【図５】半導体ウェハのアンロード工程を説明する図である。
【図６】従来の半導体ウェハ処理の手順を経時的に示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０      横型拡散炉
１１      ガス導入口
１２      蓋体
１３      半導体ウェハ
１４      石英フォーク
【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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