(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に設けたヒータにより内部を加熱する石英チューブと、
ソースガスにより液体拡散源をバブリングさせ、液体拡散源の飽和蒸気を含むソースガスをキャリアガスに合流して拡散用ガス気流とし、この拡散用ガス気流を前記石英チューブ内にその一端から導入する拡散用ガス気流導入装置と、
半導体素子用基板を配列して前記石英チューブの中に挿入するためのボートと、
前記石英チューブの他端に設けられた炉口と、
この炉口を開閉するための扉と、
前記炉口の出口側を囲う排気フードとを備えた横型拡散炉であって、
この横型拡散炉は、前記排気フードの天井部を傾斜させたことを特徴とする半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池等を含む半導体素子の製造プロセスに用いる横型拡散炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子の製造プロセスに用いる不純物拡散用横型拡散炉を図９乃至図１４に基づき説明する。なお、このような横型拡散炉としては、例えば、丸善株式会社発行、阿部孝夫、小切間正彦、谷口研二共著「電子材料シリーズ  シリコン結晶とドーピング」（昭和６１年６月２５日発行）に記載されたものがある。
【０００３】
この従来の横型拡散炉の概略全体構造は図９に示されている。この横型拡散炉において、主構成部品である石英チューブ１は、円筒状に構成されており、その外周面に石英チューブ１を加熱するためのヒータ１１、およびヒータ１１の熱を石英チューブ１に均一に伝えるための均熱管１２が円筒状に配置されている。なお、石英チューブ１の大きさは、たとえば、半導体素子用基板として１５ｃｍ角のシリコン基板３を処理する不純物拡散装置（横型拡散炉）においては、外形２５０ｍｍ程度、長さ２５００ｍｍ程度とされている。
【０００４】
石英チューブ１の一方の端部は、炉口であって、後記するボート２の出入口をなす。この炉口には、図１１、図１２から分かるように、石英扉５が上開きに取り付けられている。また、不純物拡散処理の終了後、この石英扉５を開いた際のパージガス（石英チューブ１内の残留ガス）を収集するために、石英扉５の出口側に、排気フード７が取り付けられている。なお、８は、排気フード７で収集したパージガスを排気するための排気フード排気管であって、図１４に示すように、上方隅部に接続されている。また、石英扉５の内側に位置する石英チューブ１の部分には、拡散用ガス気流のガス排気管１７が接続されている。
【０００５】
一方、石英チューブ１の他方の端部は、密閉状とされ、後記する拡散用ガス気流導入管１５ａが接続されている。
【０００６】
拡散用ガス気流導入装置は、液体拡散源１５を収容する液体拡散源容器１６、キャリヤガスを石英チューブ１内に供給するためのキャリヤガス導入管１３、液体拡散源１５をバブリングするソースガスを液体拡散源容器１６に導入するためのソースガス導入管１４、このバブリングにより液体拡散源１５の飽和蒸気をソースガスに含ませ、このソースガスをキャリアガスに合流して拡散用ガス気流とし、この拡散用ガス気流を石英チューブ１内に導入するための拡散用ガス気流導入管１５ａ等からなる。
【０００７】
一般に、液体拡散源１５としてはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）が用いられるが、これ以外の液体拡散源１５として、三ブロム化リン（ＰＢｒ3）、三ブロム化ほう素（ＢＢｒ3）といった物質も使用される。また、キャリアガスとしては窒素ガスに少量の酸素ガスを混合させたものが用いられ、ソースガスとしては少量の窒素ガスが用いられる。
【０００８】
ボート２は、図１０に図示されるごとく、石英棒を組み合わせて溶接して構成されており、シリコン基板３の底面２カ所と両側の側面を支えるように石英棒の一部に溝（図示省略）を設けた構造になっている。シリコン基板３は図１０のように、ボート２を構成する石英棒に支えられて垂直にかつ等間隔に配置されている。
トレイ４は、このボート２を石英チューブ１の炉口まで滑らせて送る手段であって、石英チューブ１の炉口と同じ高さに設置されている（図１１、図１２参照）。
【０００９】
上記のように構成された不純物拡散装置の拡散方法について説明する。
一例として、１５ｃｍ角のシリコン基板３を処理する場合、均熱管１２（この場合均熱管１２の長さは８００ｍｍ程度）の温度が８００℃から１０００℃になるようにヒータ１１により石英チューブ１を加熱する。一方、拡散用ガス気流導入装置においては、キャリアガス導入管１３からキャリアガスを流し、同時にソースガス導入管１４からソースガスを液体拡散源容器１６に流して液体拡散源１５の中でバブリングさせ、液体拡散源１５を液体拡散源容器１６部の温度での飽和蒸気圧まで溶け込ませて、液体拡散源１５の飽和蒸気を含むソースガスをキャリアガスに合流させて拡散用ガス気流を形成し、この拡散用ガス気流を石英チューブ１の中に導入する。
【００１０】
また、シリコン基板３を並列に複数枚配置したボート２は、トレイ４の上に置かれ、石英扉５を上方に開いて、トレイ４および石英チューブ１の上を滑らせて、石英チューブ１内に押し入れられ、石英チューブ１内の最も温度の高い均熱部に設置される。そして、図９のように石英扉５を閉めて石英チューブ１内を密閉し、所定時間このままの状態を保持して拡散処理を行う。
【００１１】
この拡散処理では、拡散用ガス気流は、石英チューブ１の入口側（拡散用ガス気流導入管１５ａ側）から出口側（石英扉５側）へ流れる。これにより、シリコン基板３の基板表面に不純物酸化膜層、例えば、液体拡散源１５としてＰＯＣｌ3を用いた場合はリンガラス（Ｐ2Ｏ5）層が形成され、この不純物酸化膜層から不純物原子、すなわち、液体拡散源１５がＰＯＣｌ3の場合はＰ原子がシリコン基板３中に導入され、ｎ型半導体が形成される。なお、この基板表面とは、太陽電池用シリコン基板の場合は、この拡散処理の段階では表裏面の区別がないので、いずれの面もこれに該当するが、モノシリック集積回路用基板のような場合であって、一方の面においてのみ二酸化シリコン膜をフォトエッチングし、このフォトエッチングした部分に不純物酸化膜層を形成する場合は、フォトエッチングされた側の面をいう。
【００１２】
なお、この不純物拡散処理における反応は次の通りとなる。
４ＰＯＣｌ3＋３Ｏ2→２Ｐ2Ｏ5＋６Ｃｌ2
２Ｐ2Ｏ5＋５Ｓｉ→４Ｐ＋５ＳｉＯ2
また、この拡散処理において、拡散処理に供された後の排気ガスは、ガス排気管１７から放出される。また、石英扉５からの拡散用ガス気流の漏れを防止するため、石英チューブ１内は１００Ｐａ程度の僅かな負圧とされている。したがって、石英扉５と石英チューブ１との隙間から石英チューブ１内に大気が侵入するが、この大気もガス排気管１７から排出される。
【００１３】
上記拡散処理が完了した後は、ソースガスの流通を止めて液体拡散源１５の気化を停止し、石英チューブ１への拡散用ガス気流の供給を止める。そして、石英チューブ１内をキャリアガスである窒素ガスにより十分にパージしてから石英扉５を開いてボート２をトレイ４上に引き出し冷却する。冷却されたボート２は別の場所に移動され、処理が完了したシリコン基板３をボート２から取り出し、未処理の基板を再度ボート２上にセットして、次回以降の処理を繰り返し行う。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の不純物拡散方法および不純物拡散装置においては、前述のように、石英チューブ１内には常に拡散用ガス気流が流れ、また、石英チューブ１内に石英扉５から大気が進入するように構成されている。ところが、拡散用ガス気流
中には未反応の不純物が含まれているため、大気中の水蒸気がこの不純物と反応して酸を発生することがある。その例として、液体拡散源１５がオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）である場合について、以下に説明する。
【００１５】
この場合、拡散用ガス気流中にはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）が含まれているが、このオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）と大気中の水蒸気とが反応して、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）が発生する。また、石英扉５付近で生成して付着したリンガラス（Ｐ2Ｏ5）と水蒸気が反応した場合も、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）が発生する。このリン酸は、その固体の飽和水溶液の水蒸気圧が大気の水蒸気圧の分圧よりも小さいので、潮解性があり、大気中の水蒸気と反応して扉付近でリン酸水溶液を発生する。これにより、石英扉５を上方に開いて、その下にボート２を通過させるときに、図１３に示すように、リン酸水溶液の液滴１８が石英扉５に付着する場合がある。
【００１６】
このように、従来の横型拡散炉では、処理開始時、石英扉５を上方に開いてボート２を挿入するときに、このリン酸水溶液の液滴１８が滴下する恐れがあった。また、液滴１８が、図１３における符号１９のように、シリコン基板３に滴下してシリコン基板３の基板表面を汚す場合があった。
【００１７】
また、図１４に示すように、炉口は石英扉５を開いた際にパージガスを排気するため排気フード構造となっているが、その天井部でも潮解によってリン酸水溶液の液滴２０が発生して、そこからの液だれによって、シリコン基板３の基板表面が汚される場合があった。
【００１８】
したがって、従来の装置においては、半導体素子用基板としてシリコン基板３にリン酸水溶液の液滴１８、２０が滴下することによって、シリコン基板３の基板表面が汚され、正常な処理ができなくなって、不良品を発生させるという問題があった。
【００１９】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、不良品を発生させることなく歩留まりの高い拡散処理が可能な半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉、並びに、歩留まりの高い半導体素子を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉は、外周に設けたヒータにより内部を加熱する石英チューブと、ソースガスにより液体拡散源をバブリングさせ、液体拡散源の飽和蒸気を含むソースガスをキャリアガスに合流して拡散用ガス気流とし、この拡散用ガス気流を前記石英チューブ内にその一端から導入する拡散用ガス気流導入装置と、半導体素子用基板を配列して前記石英チューブの中に挿入するためのボートと、前記石英チューブの他端に設けられた炉口と、この炉口を開閉するための扉と、前記炉口の出口側を囲う排気フードとを備えた横型拡散炉であって、この横型拡散炉は、前記排気フードの天井部に傾斜を設けている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下この発明を具体化した実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述の図９乃至図１４に記載した従来例と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略し、前記従来例と異なる点を中心に説明する。
【００２６】
実施の形態１．
実施の形態１は、上記従来例と比較すると、石英扉５の取り付け方を変えたもので、その他の点はこの従来例と同じである。以下この実施の形態１について図１および図２に基づき説明する。
図１は、半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉の全体を概略説明するための側面図であり、図２は、その炉口部分の上面図である。
【００２７】
これら図に示されるように、この実施の形態１では、石英扉５が従来のものと異なり横開きに取り付けられている。なお、その他の構成は従来のものと全く同一であるのでその説明を省略する。
【００２８】
このように構成された横型拡散炉では、拡散処理時、従来のものと同様の処理が行われる。すなわち、トレイ４上にボート２が置かれる。ボート２をトレイ４および石英チューブ１の上を滑らせて、石英チューブ１内に押し入れる。
ボート２を石英チューブ１内に設置した後、石英扉５を閉めて石英チューブ１内を密閉して拡散処理を行う。処理完了後、石英扉５を開き、ボート２をトレイ４上に引き出す。そして、ボート２を冷却した後、ボート２を別の場所に移動させる。ここで処理が完了したシリコン基板３をボート２から取り出し、未処理のシリコン基板３を再度ボート２にセットして次の処理を行う、という手順になる。
【００２９】
このような処理手順において、石英扉５を横開きとなるように構成しているため、石英扉５において潮解によってリン酸水溶液が発生していても、ボート２やシリコン基板３がボート２の下を通過することがないため、シリコン基板３の上に液だれすることはない。
【００３０】
したがって、この実施の形態１によれば、半導体素子用基板としてシリコン基板３上への液だれが防止され、シリコン基板３の不良発生が防止され、拡散処理時の歩留まりが向上する。
【００３１】
実施の形態２．
実施の形態２を図３および図４により説明する。図３は、半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉の石英チューブ１の炉口周りを示す側面図であり、図４は、その上面図である。
【００３２】
これら図に示される実施の形態２は、上記実施の形態１と比較すると、石英扉５の動作スペースの下に受け皿６を設けたものであって、その他の点は実施の形態１と同じである。
【００３３】
上記構成において、石英扉５の開位置の下に受け皿６が設けられているので、石英扉５において潮解によってリン酸水溶液が発生し、扉５を開放したときにその液が下に垂れても、受け皿６がその液を受ける構成になっている。
【００３４】
実施の形態２は、このように構成されているため、実施の形態２では、石英扉５で発生した液による液だれを容易に回収することができる。したがって、リン酸水溶液が横型拡散炉の周辺環境へ流出することを防ぎ、環境に優しい装置を構成することができる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態３を図５および図６により説明する。図５は、半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉の石英チューブ１の炉口周りを示す側面図であり、図６は、その正面図である。
【００３６】
これら図に示される実施の形態３は、上記実施の形態１と比較すると、排気フード７の天井部７ａを、一方の方へ（図６における左方向へ）傾斜させた点が実施の形態１と異なり、その他の点は実施の形態１と同じである。
【００３７】
実施の形態３は、このように構成されているため、排気フード７の天井部で発生した液体が傾斜した天井面７ａに沿って天井部の隅部に集められるため、半導体素子用基板としてのシリコン基板３を載せたボート２が炉口部を通過する際、シリコン基板３の上にリン酸水溶液の液体が滴下するのを防ぐことができる。
【００３８】
実施の形態４．
実施の形態４を図７により説明する。図７は、半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における排気フード７の正面図である。
【００３９】
この図に示される実施の形態４は、上記実施の形態３と比較すると、排気フード７の天井部７ｂを、前記傾斜の他の態様として半円形に構成した点が実施の形態３と異なり、その他の点は実施の形態３と同じである。
【００４０】
実施の形態４は、このように構成されているため、天井部７ｂで発生した液体を両側に集めることによって、半導体素子用基板としてのシリコン基板３を載せたボート２が炉口部を通過する際、シリコン基板３の上にリン酸水溶液の液体が滴下ずるのを防ぐことができる。
【００４１】
実施の形態５．
次に、実施の形態５を図８に基づいて説明する。図８は、ボート２を石英チューブ１内に設置した状態の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉の側面図である。
実施の形態５は、この図８に示されるように、石英チューブ１の石英扉５出口側の排気フード７にガス供給管９を設けたものであって、その他の構成は従来のものと同一である。
【００４２】
従来の横型拡散炉では、図９に基づき説明したように、石英チューブ１の内側がわずかに負圧に保たれており、これにより石英扉５と石英チューブ１との隙間からのシリコン基板３と接触した後の拡散用ガス気流の漏れを防止している。また、排気フード７には、本実施の形態のようなガス供給管９が設けられていない。したがって、排気フード７内は、石英扉５の隙間から石英チューブ１内に入るガスの流れと、排気フード排気管８から排気されるガスの流れによって、負圧状態になっている。このため、排気フード７内には、図８中の矢印Ｂのように、排気フード７正面の開口部から大気が流入する。この大気中に水蒸気が含まれていることにより、この水蒸気が石英扉５付近で未反応のオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）またはリンガラス（Ｐ2Ｏ5）と反応してリン酸を発生し、さらに、このリン酸が大気中の水蒸気と反応してリン酸水溶液となって結露し、シリコン基板３を汚染する原因となっていた。
【００４３】
これに対し、本実施の形態では、図８のようにガス供給管９を設け、このガス供給管９から水蒸気を含まないガスを適正な量供給することにより、排気フード７内を正圧に保っている。これにより、排気フード７正面の開口部におけるガス流れを、図８の矢印Ａのように、外向きに保つことができる。こうすることにより、排気フード７内への大気の侵入がなくなり、石英扉５部に水蒸気が触れることがなくなり、リン酸がリン酸水溶液となって結露することがなくなる。
【００４４】
ここで、ガス供給管９から供給するガスとしては、水蒸気を含まず、かつ大気中に放出しても窒息の危険性がない乾燥空気を用いるのが適切である。それ以外には、排気フード７開口部の外側に充分な換気能力があって窒息の危険性がない場合には、供給ガスとして窒素ガス等の水蒸気を含まない他のガスを用いても良い。
また、供給ガスの供給量としては、排気フード７内の圧力が正圧になって排気フード７開口部からの流速が図８中の矢印Ａの方向になるように調整すればよい。
【００４５】
本実施の形態５によれば、排気フード７にガス供給管９を設け。このガス供給管９から水蒸気を含まないガスを供給しているので、石英扉５付近でのリン酸水溶液の結露を防止することができる。したがって、半導体素子用基板としてのシリコン基板３上への液だれを防いで、不良品の発生を防止し、拡散処理の歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
また、この発明によれば、上記各実施の形態に記載した半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉により拡散処理されたシリコン基板３を用いることにより、歩留まりの高い太陽電池等を含む半導体素子の生産を行うことが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉によれば、外周に設けたヒータにより内部を加熱する石英チューブと、ソースガスにより液体拡散源をバブリングさせ、液体拡散源の飽和蒸気を含むソースガスをキャリアガスに合流して拡散用ガス気流とし、この拡散用ガス気流を前記石英チューブ内にその一端から導入する拡散用ガス気流導入装置と、半導体素子用基板を配列して前記石英チューブの中に挿入するためのボートと、前記石英チューブの他端に設けられた炉口と、この炉口を開閉するための扉と、前記炉口の出口側を囲う排気フードとを備えた横型拡散炉であって、この横型拡散炉は、前記排気フードの天井部を傾斜させたので、排気フード天井部で発生した液をボートの通過する位置とは離れた位置に集めて、排気フード天井部かたボード上の半導体素子用基板への液だれを防ぐことができる。したがって、不良品の発生を防止し、処理の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉について、その概略全体構成を説明するための側面概略図である。
【図２】  図１記載の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における炉口周りの上面概略図である。
【図３】  本発明の実施の形態２に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における炉口周りの側面概略図である。
【図４】  図３記載の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における炉口周りの上面概略図である。
【図５】  本発明の実施の形態３に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における炉口周りの側面概略図である。
【図６】  図３記載の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における排気フード部の正面概略図である。
【図７】  本発明の実施の形態４に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における排気フードの正面概略図である。
【図８】  本発明の実施の形態５に係る半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉における炉口周りの側面概略図である。
【図９】  従来の半導体素子の製造プロセス用横型拡散炉について、その概略全体構成を説明するための概略側面図である。
【図１０】  図９記載の従来の横型拡散炉において、半導体素子用基板としてのシリコン基板が配置された状態のボートの斜視図である。
【図１１】  図９記載の従来の横型拡散炉におけるボートの出し入れ時の状態説明図である。
【図１２】  図９記載の従来の横型拡散炉における拡散処理時の状態説明図である。
【図１３】  図９記載の従来の横型拡散炉において、石英扉の下にボートがあるときの状態説明図である。
【図１４】  図９記載の従来の横型拡散炉における排気フード部の概略正面図である。
【符号の説明】
１  石英チューブ、２  ボート、３  半導体素子用基板（シリコン基板）、４トレイ、５  石英扉、６  受け皿、７  排気フード、８  排気フード排気管、９  ガス供給管、１１  ヒータ、１２  均熱管、１３  キャリアガス導入管、１４  ソースガス導入管、１５  液体拡散源、１５ａ  拡散用吸入ガス導入管、１６  液体拡散源容器、  １７ガス排気管。
【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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【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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