(57)【要約】【課題】プロセスチューブの円筒軸方向への原料ガスおよびキャリアガスの流速を制御することにより、大径の半導体ウェーハにおいても、不純物拡散層の濃度および深さの面内均一性の高い拡散ウェーハを製造可能な横型拡散炉および拡散層形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる横型拡散炉１は、半導体ウェーハＷが挿入される円筒形状のプロセスチューブ２と、前記半導体ウェーハＷを加熱するヒーター４と、原料ガスおよびキャリアガスを前記プロセスチューブ２内に導入するガス導入管１０と、前記ガス導入管１０から分岐した上下内壁および両側面内壁のガス送出管１１、１２、１３、１４と、を備え、前記ガス送出管１１、１２、１３、１４は、前記プロセスチューブ２の長手方向に延在し、該長手方向に前記プロセスチューブ２の円筒軸に向けて複数の開口部を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2009194001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハが挿入される円筒形状のプロセスチューブと、
前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、
原料ガスおよびキャリアガスを前記プロセスチューブ内に導入するガス導入管と、
前記ガス導入管から分岐した上下内壁および両側面内壁のガス送出管と、を備え、
前記ガス送出管は、前記プロセスチューブの長手方向に延在し、該長手方向に前記プロセスチューブの円筒軸に向けて複数の開口部を設けたことを特徴とする横型拡散炉。
【請求項２】
前記プロセスチューブの上部内壁に配設されたガス送出管の開口部面積は、その他の箇所に配設されたガス送出管の開口部面積よりも広く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の横型拡散炉。
【請求項３】
前記プロセスチューブの上下内壁のガス送出管は、前記プロセスチューブの円筒軸を通過する鉛直面上に配設され、
前記プロセスチューブの両側面内壁のガス送出管は、前記プロセスチューブの円筒軸を通過する水平面上に配設されることを特徴とする請求項１乃至２に記載の横型拡散炉。    
【請求項４】
前記プロセスチューブは、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上の前記半導体ウェーハが挿入可能な内径を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の横型拡散炉。
【請求項５】
半導体ウェーハが挿入される円筒形状のプロセスチューブと、
前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、
オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を気化してキャリアガスで希釈したガスを前記プロセスチューブ内に導入するガス導入管と、
前記ガス導入管から分岐した上下内壁および両側面内壁のガス送出管と、を備えた横型拡散炉を用いた拡散層形成方法であって、
前記ガス送出管により前記プロセスチューブの円筒軸方向へのガス流速を制御し、前記半導体ウェーハ面内に均一な不純物拡散層を形成することを特徴とする拡散層形成方法。
【請求項６】
前記半導体ウェーハは、２００ｍｍ（約８インチ）以上の直径を有することを特徴とする請求項５に記載の拡散層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型拡散炉および拡散層形成方法に関し、特に半導体ウェーハに形成される不純物拡散層の濃度および深さの均一性を向上して、半導体の電気特性バラツキを改善する横型拡散炉および拡散層形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧素子もしくは大電力素子を搭載する半導体デバイス用の半導体基板には、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物を拡散させた高濃度領域と、その高濃度領域よりも不純物濃度の低い低濃度領域からなる２層構造の拡散ウェーハが一般的に使用される。この拡散ウェーハの製造にあたっては、以下のような処理工程例がある。例えば、ＦＺ法、あるいはＣＺ法で引上げ育成したシリコンインゴットをスライスした後、ラッピング処理あるいはエッチング処理と鏡面研磨加工を施したウェーハを準備する。そのウェーハを拡散炉内に挿入し、リン、ボロン等の不純物を含む原料ガスと、窒素、酸素等のキャリアガスとの混合ガス雰囲気下で熱処理を行い、ウェーハ表面に付着した不純物酸化膜からの拡散によりウェーハ表面に不純物拡散層を形成する（以下、導入工程と記載する）。その後、アルゴンあるいは希釈酸素等のガス雰囲気下で、上記導入工程で形成した不純物拡散層の不純物を所望の深さまで押込み拡散する（以下、拡散工程と記載する）。この拡散工程により、不純物の高濃度領域と、低濃度領域の２層構造を形成する。最後に、不純物の低濃度領域を所望の厚さに研削、研磨する。もしくは、ウェーハ厚さ方向の中央部で切断して低濃度領域を露出させ、その表面を所望の厚さに研削、研磨することで、不純物の高濃度領域と低濃度領域からなる２層構造の拡散ウェーハが製造される。
【０００３】
上記拡散工程において、不純物の高濃度領域における濃度および深さのバラツキが大きくなると、拡散ウェーハ上に形成される半導体デバイスの電気特性バラツキが大きくなり、上記半導体デバイスの製造歩留まりが低下する。このために、高濃度領域の濃度および深さの均一性を向上することが必要不可欠となる。
【０００４】
上記高濃度領域の濃度および深さの均一性を向上するには、上記導入工程において不純物拡散層の濃度および深さのバラツキを改善することが必要となる。このため、横型拡散炉内では炉内温度管理と共に、上述の原料ガスおよびキャリアガスの流速を最適に制御することが重要になる。特許文献１は、導入工程において横型拡散炉内の滞留原料ガスを効率的に排気するガス排気口を設けたことにより、ウェーハ面内での原料ガス流速を均一にして不純物拡散層の濃度および深さのバラツキを改善する技術内容である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７８６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、導入工程において横型拡散炉内に導入された原料ガスは、半導体ウェーハが設置された領域を通ってガス排気管付近まで流れ、ガス排気管から排気される。原料ガスが半導体ウェーハの設置された領域を通過する際、空気より重い原料ガスは横型拡散炉内の下方に沈む傾向がある。従って、横型拡散炉内の原料ガス濃度は半導体ウェーハの下側で濃くなる傾向があり、導入工程における半導体ウェーハ面内における不純物拡散層の濃度および深さが不均一となることから、結果的に拡散工程終了後の拡散ウェーハの製造バラツキが大きいという問題があった。さらに、半導体ウェーハの口径が大きくなると、半導体ウェーハの内周端部と中央部ではガスの到達距離の差が大きくなるので、半導体ウェーハ面内の位置に依存してガス中に含まれる不純物がガス移動中に取り込まれ、不純物拡散層の濃度および深さのバラツキはより顕著になる。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、プロセスチューブの円筒軸方向への原料ガスおよびキャリアガスの流速を制御することにより、大径の半導体ウェーハにおいても、不純物拡散層の濃度および深さの面内均一性の高い拡散ウェーハを製造可能な横型拡散炉および拡散層形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明にかかる横型拡散炉および拡散層形成方法は次のように構成されている。
【０００９】
（１）本発明にかかる横型拡散炉は、半導体ウェーハが挿入される円筒形状のプロセスチューブと、前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、原料ガスおよびキャリアガスを前記プロセスチューブ内に導入するガス導入管と、前記ガス導入管から分岐した上下内壁および両側面内壁のガス送出管と、を備え、前記ガス送出管は、前記プロセスチューブの長手方向に延在し、該長手方向に前記プロセスチューブの円筒軸方向に向けて複数の開口部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の横型拡散炉において、前記プロセスチューブの上部内壁に配設されたガス送出管の開口部面積は、その他の箇所に配設されたガス送出管の開口部面積よりも広く形成されたことが望ましい。
【００１１】
（３）上記（１）乃至（２）に記載の横型拡散炉において、前記プロセスチューブの上下内壁のガス送出管は、前記プロセスチューブの円筒軸を通過する鉛直面上に配設され、  前記プロセスチューブの両側面内壁のガス送出管は、前記プロセスチューブの円筒軸を通過する水平面上に配設されることが望ましい。
【００１２】
（４）上記（１）乃至（３）に記載の横型拡散炉において、前記プロセスチューブは、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上の前記半導体ウェーハが挿入可能な内径を有することが望ましい。
【００１３】
（５）本発明にかかる拡散層形成方法は、半導体ウェーハが挿入される円筒形状のプロセスチューブと、前記半導体ウェーハを加熱するヒーターと、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を気化してキャリアガスで希釈したガスを前記プロセスチューブ内に導入するガス導入管と、前記ガス導入管から分岐した上下内壁および両側面内壁のガス送出管と、を備えた横型拡散炉を用いた拡散層形成方法であって、前記ガス送出管により前記プロセスチューブの円筒軸方向へのガス流速を制御し、前記半導体ウェーハ面内に均一な不純物拡散層を形成することを特徴とする。
【００１４】
（６）上記（５）に記載の拡散層形成方法において、前記半導体ウェーハは、２００ｍｍ（約８インチ）以上の直径を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プロセスチューブ内部に原料ガスおよびキャリアガスを導入するガス導入管をプロセスチューブ内部の上下内壁と両側面内壁のガス送出管に分岐させ、原料ガスおよびキャリアガスをプロセスチューブの上下内壁と両側面内壁から円筒軸に向けて噴出させることにより、プロセスチューブの円筒軸方向への原料ガスおよびキャリアガスの流速を制御して、大径ウェーハにおいても、不純物拡散層の濃度および深さの面内均一性の高い拡散ウェーハを製造可能な横型拡散炉および拡散層形成方法を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる横型拡散炉および拡散層形成方法に関する実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。
【００１７】
（第一の実施の形態）
以下、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉について詳細に説明する。図１は、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１の概略構成を示す断面図である。
【００１８】
第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１は、高濃度不純物を含む原料ガスによりウェーハＷ上に不純物拡散層を形成する熱処理炉の構成を有する。リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、もしくはヒ素（Ａｓ）の不純物元素を熱拡散法によりシリコン単結晶中に導入する処理を行う（以下、導入工程と記載する）。Ｎ型不純物元素としてリン（Ｐ）を使用することが多く、第一の実施の形態においては、原料ガスとしてオキシ塩化リン（以下、ＰＯＣｌ３と記載する）を使用した構成を基に詳細を説明する。
【００１９】
第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１は、プロセスチューブ２と、フランジ部３と、ヒーター４と、拡散用ボート５と、温度センサ６と、ウェーハＷと、ガス導入管１０と、ガス送出管１１と、ガス送出管１２と、ガス送出管１３と、ガス送出管１４と、ガス排気管１５と、を備えている。
【００２０】
プロセスチューブ２は、導入工程を実行するためにウェーハＷが挿入される円筒形状密封容器である。材質は、例えば、炭素の基材に炭化珪素（以下、ＳｉＣと記載する）を被膜したもの、ＳｉＣ基材のもの、シリコン含浸ＳｉＣを基材としたもの、もしくは石英ガラスのうちいずれかを使用する。石英ガラス基材を使用する場合、熱変形を考慮して、熱拡散温度を約１２００℃以下にすることが好ましい。また、横型拡散炉１内の各主要部は、洗浄時等には取り外し可能となっている構成が好ましい。さらに、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上のウェーハＷが挿入可能な内径を有するプロセスチューブ２を使用する場合、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉の効果が最大限に発揮される。
【００２１】
ガス導入管１０は、原料ガスやキャリアガス等をプロセスチューブ２内部に導入するガス管であり、プロセスチューブ２の円筒軸と平行な方向に上記ガスを導入する。ガス導入管１０は、横型拡散炉１外部のガス供給制御装置（図示省略）に接続され、製造目的の導入工程に従って、所望のガス種類、ガス濃度およびガス流量に制御された導入ガスをＡ方向に導入する機能を有する。
【００２２】
上記導入工程に使用される原料ガスは、リン（Ｐ）を不純物とする場合、ＰＯＣｌ３である。ＰＯＣｌ３は、比重１．６５、沸点１０７℃の刺激臭のある無色液体である。不活性ガス中に気化された状態のＰＯＣｌ３は、キャリアガスとなる少量のＯ２を含むＮ２で希釈される（以下、反応ガスと記載する）。横型拡散炉１内に導入された反応ガスは、化学反応によりリンガラス（Ｐ２O５）を生成する。そして、生成されたリンガラスはＳｉ単結晶表面にリンガラス層として堆積する一方、リンガラスからリンがＳｉ単結晶中に拡散し、リンの不純物拡散層を形成する。
【００２３】
ガス排気管１５は、上記導入工程における未反応に終わった反応ガスおよび反応後の残留ガスを排気するガス管である。ガス排気管１５は、フランジ部３の中央部に近い箇所に配設されると共に、横型拡散炉１外部のガス排気装置（図示省略）に接続され、残留ガスをＤ方向に排気する機能を有する。
【００２４】
フランジ部３は、プロセスチューブ２と接合することによって、横型拡散炉１を密封する炉蓋である。フランジ部３は、構成の一部にガス排気管１５を備え、プロセスチューブ２と着脱可能な構造になっており、各主要部品の洗浄時およびウェーハ搬入出時に取り外される。
【００２５】
ヒーター４は、横型拡散炉１において、上記導入工程における不純物拡散層の形成にあたって適当な熱拡散温度（約９００〜１２００℃）までウェーハＷを加熱する機能を有する。例えば、図１では、プロセスチューブ２の外周部を円筒状に螺旋捲回して取り付けられている。
【００２６】
温度センサ６は、横型拡散炉１内部の温度を検出する機能を有する。上記導入工程における不純物拡散層を形成するために上記熱拡散温度まで加熱される際に、横型拡散炉１内部の温度を検出する機能を有する。横型拡散炉１内部が所望の熱拡散温度になるように、温度センサ６の検出温度に従ってヒーター４をヒーター制御回路（図示省略）が制御する。
【００２７】
ウェーハＷは、ヒーター４によって加熱されたプロセスチューブ２内部で不純物拡散層を形成する対象基板である。ウェーハＷは、例えば、ＦＺ法、ＣＺ法で引上げ育成したシリコンインゴットをスライスし、ラッピング処理もしくはエッチング処理を施したＳｉウェーハである。さらに、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上のウェーハＷを使用する場合、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉の効果が最大限に発揮される。
【００２８】
拡散用ボート５は、ウェーハＷをプロセスチューブ２内部に設置、保持する固定具である。拡散用ボート５の材質は、プロセスチューブ２と同様、炭素の基材に炭化珪素（以下、ＳｉＣと記載する）を被膜したもの、ＳｉＣ基材のもの、シリコン含浸ＳｉＣを基材としたもの、もしくは石英ガラスのうちいずれか１つを使用する。多数のウェーハＷを図１に示すように、横型拡散炉１の長手方向と直交する方向に直立させて並列に保持するための保持用溝部を備えている。
【００２９】
ガス送出管１１、１２、１３および１４は、ガス導入管１０から、プロセスチューブ２の上下内壁および両側面内壁に分岐したガス管である。以下、ガス送出管１１、１２、１３および１４について詳細を順次説明する。
【００３０】
ガス送出管１１は、ガス導入管１０からプロセスチューブ２の上部内壁に分岐し、プロセスチューブ２の長手方向に延在したガス管であり、該ガス管の長手方向に設けた複数の開口部をプロセスチューブ２の円筒軸に向ける。ガス送出管１１は、プロセスチューブ２の上部内壁に這うように配設され、ガス導入管１０によってＡ方向に導入された反応ガスをＢ方向に送出する。Ｂ方向に送出された反応ガスは、ガス送出管１１の長手方向に設けられた複数の開口部を経て、プロセスチューブ２の上部内壁から、プロセスチューブ２の円筒軸方向に噴出される。
【００３１】
ガス送出管１２は、ガス導入管１０からプロセスチューブ２の下部内壁に分岐し、プロセスチューブ２の長手方向に延在したガス管であり、該ガス管の長手方向に設けた複数の開口部をプロセスチューブ２の円筒軸に向ける。ガス送出管１２は、プロセスチューブ２の下部内壁に這うように配設され、ガス導入管１０によってＡ方向に導入された反応ガスをＣ方向に送出する。Ｃ方向に送出された反応ガスは、ガス送出管１２の長手方向に設けられた複数の開口部を経て、プロセスチューブ２の下部内壁から、プロセスチューブ２の円筒軸に向けて噴出される。
【００３２】
ガス送出管１３および１４は、ガス導入管１０からプロセスチューブ２の両側面内壁の２方向に分岐し、プロセスチューブ２の長手方向に延在したガス管であり、該ガス管の長手方向に設けた複数の開口部をプロセスチューブ２の円筒軸に向ける。ガス送出管１３および１４は、プロセスチューブ２の円筒軸を通過する仮想水平面（点線）上のプロセスチューブ２両側面内壁に這うように配設され、ガス導入管１０によってＡ方向に導入された反応ガスを左右に分割して送出する。左右に分割して送出された反応ガスは、ガス送出管１３および１４の長手方向に設けられた複数の開口部を経て、プロセスチューブ２の両側面内壁から、プロセスチューブ２の円筒軸に向けて噴出される。
【００３３】
以下、図１におけるＥ−Ｅ方向の断面を詳細に説明する。図２は、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１の概略構成を示す図１Ｅ−Ｅ方向断面図である。横型拡散炉１は、円筒状密封壁のプロセスチューブ２の内部に、拡散用ボート５と、温度センサ６と、ウェーハＷと、ガス送出管１１と、ガス送出管１２と、ガス送出管１３と、ガス送出管１４と、を備えている。ガス送出管１１および１２は、プロセスチューブ２の円筒軸を通過する鉛直面上に配設されており、ガス送出管１３および１４は、プロセスチューブ２の円筒軸を通過する水平面上に配設されている。図２に示す構成要件は図１に示した上述の通りであり、詳細の説明を省略する。
【００３４】
以下、ガス送出管１１に設けられた開口部について詳細に説明する。図３は、第一の実施の形態にかかるガス送出管１１を長手方向に開口部側から見た正面図である。図３に示すように、ガス送出管１１は長手方向に複数の開口部１６を備えている。図３においては、複数の開口部１６は、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４およびｄ５の間隔でガス送出管１１の長手方向に設けられ、全て同等の開口部面積を有しているが、これに限定されるものではない。開口部間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４およびｄ５は、ウェーハＷの並立間隔に基づいて設定することが好ましい。また、全て同等の開口部間隔を図示しているが、これに限定されるものではない。プロセスチューブ２長手方向のガス流速を制御するためガス導入管１０から分岐する部分のガス圧に応じて、開口部面積、もしくは開口部間隔を変化させてもよい。なお、開口部１６の形状は、楕円形状を図示しているが、これに限定されるものではない。また、ガス送出管１２、１３、１４は、ガス送出管１１と同様の管径および開口部等の構成を有するガス管である。
【００３５】
以下、図２に示す横型拡散炉１の断面図におけるガス流について詳細に説明する。ガス送出管１１、１２、１３および１４の開口部は全てプロセスチューブ２の円筒軸に向けて配設される。ガス送出管１１の開口部は、図２の下方向に向けて配設される。従って、ガス送出管１１に送出された反応ガスは、図２のＦ方向に噴出される。更に、ガス送出管１２の開口部は、図２の上方向に向けて配設される。従って、ガス送出管１２に送出された反応ガスは、図２のＧ方向に噴出される。更に、ガス送出管１３の開口部は、図２の右方向に向けて配設される。従って、ガス送出管１３に送出された反応ガスは、図２のＨ方向に噴出される。更に、ガス送出管１４の開口部は、図２の左方向に向けて配設される。従って、ガス送出管１４に送出された反応ガスは、図２のＩ方向に噴出される。
【００３６】
上述のように、各々のガス送出管１１、１２、１３および１４の開口部がプロセスチューブ２の円筒軸に向けて配設されることから、プロセスチューブ２の上下および両側面の内壁からウェーハＷの中央部に向けて反応ガスを噴出させる構成となっている。例えば、特許文献１では、プロセスチューブ２内に反応ガスを導入した後は、反応ガス流に任せてウェーハＷの設置領域を通過させる構成としていたが、第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１においては、プロセスチューブ２の上下および両側面の内壁から反応ガスをウェーハＷの中央部に向けて噴出させる。このような構成により、ガス送出管の開口部からウェーハＷの中央部までの距離を短く等距離とすることができ、プロセスチューブ２の４方向内壁から円筒軸方向への反応ガスの流速を制御する。その結果、不純物拡散層の濃度および深さの均一性を向上し電気特性バラツキの少ない半導体デバイスを形成することを可能とする。第一の実施の形態にかかる横型拡散炉は、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上の半導体ウェーハに不純物拡散層を形成する場合に上述の反応ガスの流速制御がより大きな効果を発揮する。
【００３７】
以下、拡散ウェーハ形成手順を詳細に説明する。図４は、第一の実施の形態にかかる拡散ウェーハ形成手順を示すフローチャートである。まず、ＣＺ法もしくはＦＺ法によりシリコンインゴットを引上げ育成する（ステップＳ１００）。育成したシリコンインゴットをスライスし、ラッピング処理あるいはエッチング処理を施してウェーハＷを生成する（ステップＳ１０１）。導入工程に入り、ウェーハＷを横型拡散炉１内に投入する（ステップＳ１０２）。反応ガスを横型拡散炉１内に導入する（ステップＳ１０３）。プロセスチューブ２の円筒軸方向への反応ガスの流速を制御し、リンガラスをウェーハW表面に堆積させる。一方、リンをウェーハWのＳｉ単結晶中に拡散させ、リンの不純物拡散層を形成する（ステップＳ１０４）。表面のリンガラス層を除去する（ステップＳ１０５）。不純物拡散層の濃度および深さに依存する抵抗値ρｓを測定しウェーハ面内のΔρｓ評価値を求める（ステップＳ１０６）。この不純物拡散層の濃度および深さに依存する抵抗値ρｓの測定は、主に拡がり抵抗法により実施される。次に、拡散工程に入り、不純物拡散層を所望の深さまで押し込み不純物の高濃度領域と低濃度領域を形成する（ステップＳ１０７）。ウェーハＷを所望の低濃度領域深さになるように研削、研磨する（ステップＳ１０８）。
【００３８】
以上述べたように、第一の実施の形態によれば、プロセスチューブ２に反応ガスを導入するガス導入管１０からプロセスチューブ２の上下内壁および両側面内壁のガス送出管に分岐し、これらのガス送出管から反応ガスを噴出させることにより、プロセスチューブ２の円筒軸方向への反応ガスの流速を制御する。その結果、大径ウェーハにおいても導入工程における不純物拡散層の濃度および深さの面内均一性の高い拡散ウェーハを製造することを可能とする。
【００３９】
（第二の実施の形態）
以下、第二の実施の形態にかかる横型拡散炉について詳細に説明する。図５は、第二の実施の形態にかかる横型拡散炉２０の概略構成を示す断面図である。第二の実施の形態にかかる横型拡散炉２０が第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１と異なる点は、プロセスチューブ２の上部内壁に設けられたガス送出管２１の開口部面積である。
【００４０】
図６は、第二の実施の形態にかかるガス送出管２１を長手方向に開口部側から見た正面図である。第二の実施の形態においては、プロセスチューブ２の上部内壁に配設されたガス送出管２１のみガス送出管１２、１３、１４に対して、開口部２２の開口面積が異なる。ガス送出管２１に設けられた開口部２２は、その他のガス送出管１２、１３、１４に設けられた開口部１６よりも広い開口部面積を有する。図６においては、複数の開口部２２は、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４およびｄ５の間隔でガス送出管２１の長手方向に設けられ、すべて同等の開口部面積を有しているが、これに限定されるものではない。開口部間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４およびｄ５は、ウェーハＷの並立間隔に基づいて設定することが好ましい。また、全て同等の開口部間隔を図示しているが、これに限定されるものではない。プロセスチューブ２長手方向のガス流速を制御するためガス導入管１０から分岐する部分のガス圧に応じて、開口部面積、もしくは開口部間隔を変化させてもよい。なお、開口部２２の形状は、楕円形状を図示しているが、これに限定されるものではない。その他の構成要素は第一の実施の形態にかかる横型拡散炉と同様であり、詳細の説明を省略する。
【００４１】
上述のように、導入工程に使用される原料ガスは、リン（Ｐ）を不純物とする場合、ＰＯＣｌ３である。不活性ガス中に気化された状態のＰＯＣｌ３は、キャリアガスとなる少量のＯ２を含むＮ２で希釈される（以下、反応ガスと記載する）。その後、横型拡散炉２０内部に導入される。気化されたＰＯＣｌ３を含む反応ガスは空気よりも重く、横型拡散炉２０内部で沈む傾向がある。従って、第二の実施の形態にかかる横型拡散炉２０においては、プロセスチューブ２の上部内壁に配置されたガス送出管２１の開口面積を他のガス送出管１２、１３、１４の開口面積よりも広く形成することによって、反応ガスの自重を考慮してプロセスチューブ２の上部内壁から噴出されるガスの流速を遅くする。反応ガスの自重を考慮してガス流速を遅くしておくことにより、プロセスチューブ２の円筒軸方向への反応ガスの流速を制御するという効果を狙ったものである。第二の実施の形態にかかる横型拡散炉は、直径２００ｍｍ（約８インチ）以上の半導体ウェーハに不純物拡散層を形成する場合に上述の反応ガスの流速制御がより大きな効果を発揮する。
【００４２】
以上述べたように、第二の実施の形態によれば、プロセスチューブ２にガスを導入するガス導入管１０からプロセスチューブ２の上下内壁および両側面内壁のガス送出管２１、１２、１３、１４に分岐し、かつプロセスチューブ２の上部内壁に配設したガス送出管２１の開口部のみ他のガス送出管１２、１３、１４の開口部よりも開口面積を広く形成することにより、反応ガスの自重の影響を考慮してプロセスチューブ２の円筒軸方向への反応ガスの流速を制御する。その結果、大径ウェーハにおいても導入工程における不純物拡散層の濃度および深さの面内均一性の高い拡散ウェーハを製造することを可能とする。
【００４３】
以下、第一の実施の形態および第二の実施の形態にかかる改善効果を詳細に説明する。図７は、従来例、第一の実施の形態および第二の実施の形態にかかる横型拡散炉において形成されたリンの不純物拡散層のΔρｓ評価値を示すグラフである。図４のステップＳ１０６において測定された不純物拡散層のΔρｓ評価値の測定結果を図７に示す。図７は、ガス送出管１２から噴出されるガス流速を横軸に、図４のステップＳ１０６において測定されたリンの不純物拡散層のΔρｓ評価値を縦軸にプロットしている。不純物拡散層のΔρｓ評価値は、主に拡がり抵抗法により測定される。
【００４４】
図７において、ガス送出管を設けない従来例（特許文献１）による不純物拡散層のΔρｓ評価値をマーク（□）で示す。それに対し、ウェーハＷに対して上下両側面４方向から等しい流速のガスを噴出させるガス送出管ケース（第一の実施の形態）による不純物拡散層のΔρｓ評価値をマーク（▲）で示す。更に、ウェーハＷに対して上下両側面４方向からガスを噴出させ、上部内壁のガス送出管のみ開口面積を広くしたケース（第二の実施の形態）による不純物拡散層のΔρｓ評価値をマーク（●）で示す。図７において、所定のガス流速範囲内で、マーク（□）よりもマーク（▲）、更にマーク（▲）よりもマーク（●）の方が不純物拡散層のΔρｓ評価値を低減させることができており、第一の実施の形態、更に第二の実施の形態においてより大きな改善効果が表れていることがわかる。
【００４５】
なお、第一の実施の形態および第二の実施の形態にかかる横型拡散炉においては、プロセスチューブ２の上下内壁のガス送出管はプロセスチューブ２の円筒軸を通過する鉛直面上に配設され、両側面内壁のガス送出管はプロセスチューブ２の円筒軸を通過する水平面上に配設される構成を詳細に説明したが、この配置に限定されるものではない。両側面内壁のガス送出管１３、１４は、プロセスチューブ２の円筒軸を通過する仮想水平面（図２および図５の点線）よりも上方、もしくは下方に配設される多少の自由度がある。また、両側面内壁のガス送出管１３、１４が仮想水平面よりも上方、もしくは下方に配設された場合においても、ガス送出管の開口部はプロセスチューブ２の円筒軸に向ける。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施形態において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることができる。
【００４７】
また、本発明は、特に高耐圧素子、大電力素子等が搭載される半導体デバイス用の拡散ウェーハの製造に好適であるが、その他の不純物層を有する半導体ウェーハの製造において同様に適用してもよい。なお、第一の実施の形態および第二の実施の形態においては、ＰＯＣｌ３を原料ガスとして使用した実施形態を説明したが、他のガスを用いた熱拡散処理方法の半導体ウェーハ製造に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１の概略構成を示す断面図。
【図２】第一の実施の形態にかかる横型拡散炉１の概略構成を示す図１Ｅ−Ｅ方向断面図。
【図３】第一の実施の形態にかかるガス送出管１１を長手方向に開口部側から見た正面図。
【図４】第一の実施の形態にかかる拡散ウェーハ形成手順を示すフローチャート。
【図５】第二の実施の形態にかかる横型拡散炉２０の概略構成を示す図１Ｅ−Ｅ方向断面図。
【図６】第二の実施の形態にかかるガス送出管２１を長手方向に開口部側から見た正面図。
【図７】従来例、第一の実施の形態および第二の実施の形態にかかる横型拡散炉において形成したリンの不純物拡散層のΔρｓ評価値を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４９】
１  横型拡散炉
２  プロセスチューブ
３  フランジ部
４  加熱ヒーター
５  拡散用ボート
６  温度センサ
１０  ガス導入管
１１  ガス送出管
１２  ガス送出管
１３  ガス送出管
１４  ガス送出管
１５  ガス排気管
１６  開口部
２０  横型拡散炉
２１  ガス送出管
２２  開口部
Ｗ  ウェーハ
Ａ  プロセスチューブ２へのガス導入方向
Ｂ  ガス送出管１１を経由するガス送出方向
Ｃ  ガス送出管１２を経由するガス送出方向
Ｄ  プロセスチューブ２からのガス排気方向
Ｅ−Ｅ  横型拡散炉の断面を示す矢視方向
Ｆ  ガス送出管１１を経由するガス噴出方向
Ｇ  ガス送出管１２を経由するガス噴出方向
Ｈ  ガス送出管１３を経由するガス噴出方向
Ｉ  ガス送出管１４を経由するガス噴出方向
【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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