JP2002353156A - 縦型熱拡散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＡｓウェハーにジエチル亜鉛を拡散する
縦型熱拡散装置で、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃の化合物の
生成を防ぐ。 【解決手段】 ヒータ５により加熱される反応管４内に
は、この反応管４内にジエチル亜鉛を供給するジエチル
亜鉛供給インジェクター１１の供給口１１ａと、ＡｓＨ
₃を供給するＡｓＨ₃供給インジェクター１２の供給口１
２ａが設けられる。この供給口１１ａと供給口１２ａ
は、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が加熱分解され得る温度領
域内で、かつ、上下方向に並べてセットされるＧａＡｓ
ウェハー１の最下端のセット位置より下側に設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハーに不純物
を拡散する工程で用いられる縦型熱拡散装置に関する。
詳しくは、ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給
するインジェクターの供給口、およびウェハーに補充す
る構成物質を含むガスを供給するインジェクターの供給
口を、これらウェハーに拡散する不純物とウェハーに補
充する構成物質が加熱分解され得る温度領域に設けるこ
とで、反応管内に付着する化合物の生成を防ぐことので
きる縦型熱拡散装置に係る。また、ウェハーに拡散する
物質を含むガスを供給するインジェクターの供給口を複
数備えることで、反応管内においてガスをムラなく拡散
できる縦型熱拡散装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の縦型熱拡散装置の構成を示
す側断面図である。ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）ウェハー
１は石英ボート２に水平な状態でセットされる。石英ボ
ート２は、複数枚のＧａＡｓウェハー１を、互いに所定
の間隔を開けて上下方向に並べてセット可能な構造であ
る。

【０００３】石英ボート２は、ヒートバリア３上に固定
される。このヒートバリア３は、複数枚の断熱フィン３
ａを間隔を開けて上下に並べた構造で、ヒートバリア３
より下方への熱の伝達を遮断する。

【０００４】石英ボート２およびヒートバリア３は、縦
型の反応管４に入れられる。この反応管４は、上端が閉
じたパイプ状のアウターチューブ４ａと、このアウター
チューブ４ａより径の細いパイプ状のインナーチューブ
４ｂとから構成される２重構造で、インナーチューブ４
ｂの内側にＧａＡｓウェハー１がセットされた石英ボー
ト２およびこの石英ボート２が固定されたヒートバリア
３が挿入される。また、アウターチューブ４ａとインナ
ーチューブ４ｂの間には、排気のための空間が形成さ
れ、このアウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂ
の間の空間と、インナーチューブ４ｂの内側とは、上部
でつながっている。

【０００５】反応管４の周囲には、その側面を取り囲む
ようにヒータ５が設けられ、石英ボート２にセットされ
たＧａＡｓウェハー１を加熱する。ここで、ヒータ５
は、石英ボート２にセットされる複数枚のＧａＡｓウェ
ハー１全体を加熱できるように、上下方向に並ぶＧａＡ
ｓウェハー１の積載長より長い長さを有する。このた
め、ヒータ５の下端の位置は、反応管４内に入れられた
ヒートバリア３の途中、例えば、上から３枚目の断熱フ
ィン３ａの付近に来るようにする。また、このヒータ５
の上端の位置は、反応管４の上端より高い位置とする。

【０００６】これにより、反応管４の内側において、ヒ
ータ５の上下方向の位置とほぼ対応する領域が、均熱長
領域となり、温度制御精度は、この均熱長領域では、設
定温度の±１．０℃以内となっている。なお、反応管４
の内側で、均熱長領域の外は温度制御外域となり、温度
調整がされず、均熱長領域より温度が低くなっている。
図５に示す反応管４では、その上端からヒートバリア３
の途中、ここでは上から３枚目の断熱フィン３ａの付近
までが均熱長領域、それより下が温度制御外域となる。

【０００７】反応管４のインナーチューブ４ｂの内側に
は、ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を供給するジエ
チル亜鉛供給インジェクター６が設けられる。また、反
応管４のインナーチューブ４ｂの内側には、ＡｓＨ
₃（アルシン）を供給するＡｓＨ₃供給インジェクター７
が設けられる。

【０００８】ジエチル亜鉛供給インジェクター６は、反
応管４のインナーチューブ４ｂ内の温度制御外域にジエ
チル亜鉛の供給口６ａを設けている。また、ＡｓＨ₃供
給インジェクター７は、反応管４のインナーチューブ４
ｂ内の温度制御外域にＡｓＨ ₃の供給口７ａを設けてい
る。これら供給口６ａと供給口７ａは、上方へ向けてガ
スを放出する構造となっている。

【０００９】ジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給
口６ａからは、ジエチル亜鉛とキャリアガスとしての水
素ガス（Ｈ₂）が反応管４のインナーチューブ４ｂ内に
供給される。また、ＡｓＨ₃供給インジェクター７の供
給口７ａからは、ＡｓＨ₃ガスがインナーチューブ４ｂ
内に供給される。そして、各インジェクター６，７から
供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとしての水素お
よびＡｓＨ₃は、インナーチューブ４ｂ内を上昇した
後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間
の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の下部に
は、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間
のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気口８か
らジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ₃が排気される。

【００１０】石英ボート２およびヒートバリア３は、図
示しない昇降機構により、反応管４の下部開口部より出
し入れ可能な構造である。また、石英ボート２およびヒ
ートバリア３が反応管４内に挿入されると、反応管４の
内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシールド
する構造が設けてある。そして、反応管４内の温度およ
び圧力は、一定にコントロールが可能である。

【００１１】また、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチ
ル亜鉛を拡散するため、ＧａＡｓウェハー１がセットさ
れる石英ボート２およびこの石英ボート２が固定される
ヒートバリア３は、ＧａＡｓウェハー１の積載方向に沿
った回転軸９を有し、モータ等からなる駆動機構１０に
より回転する構造となっている。

【００１２】図６はジエチル亜鉛拡散シーケンスを示す
グラフで、縦型熱拡散装置における処理の流れを説明す
る。 ランピングアップ：ヒータ５により、反応管４内の
温度をジエチル亜鉛を拡散する温度まで上げる。 拡散：ランピングアップにより、反応管４内の温度
がジエチル亜鉛を拡散するのに適する温度となると、Ｇ
ａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する。このと
き、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をジエチル
亜鉛の拡散に適する温度（例えば、６００℃）に保つ。 ランピングダウン：ＧａＡｓウェハー１へのジエチ
ル亜鉛の拡散を終了した後、ヒータ５を制御して、反応
管４内の温度をＧａＡｓウェハー１を取り出せるまで温
度まで下げる。 ジエチル亜鉛ガス供給：ＧａＡｓウェハー１へジエ
チル亜鉛を拡散する時間分だけ、ジエチル亜鉛供給イン
ジェクター６の供給口６ａから反応管４内へジエチル亜
鉛の供給を行う。このとき、キャリアガスとしてＨ₂を
用いる。このジエチル亜鉛を供給する時間は、例えば１
０〜１２０ｓｅｃ程度である。 ＡｓＨ₃ガス供給：ジエチル亜鉛の拡散のため加熱
されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ（ヒ素）抜けを防
止するために、ランピングアップの途中からランピン
グダウンの途中まで、ＡｓＨ₃供給インジェクター７
の供給口７ａから反応管４内へＡｓＨ₃ガスを供給す
る。 Ｎ₂パージ：反応管４内へ図示しない供給口からＮ₂
（窒素ガス）を供給し、反応管４内のＡｓＨ₃およびキ
ャリアガスとしてのＨ₂を排気口８から追放して、Ｇａ
Ａｓウェハー１を反応管４から取り出せるようにする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の縦型熱
拡散装置では、以下に示す問題がある。すなわち、図７
は従来の問題点を示す縦型熱拡散装置の断面図で、図７
において、破線の矢印は、ジエチル亜鉛供給インジェク
ター６から供給されるジエチル亜鉛およびＡｓＨ ₃供給
インジェクター７から供給されるＡｓＨ₃が拡散してい
く流れを示している。

【００１４】ＧａＡｓウェハー１には不純物としてジエ
チル亜鉛が拡散されるが、ジエチル亜鉛の拡散のため加
熱されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ抜けを防止する
ために、ＡｓＨ₃の拡散も必要である。従来、ジエチル
亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａとＡｓＨ₃供給
インジェクター７の供給口７ａは、反応管４内の温度制
御外域で温度の低い領域に設けられるので、ジエチル亜
鉛とＡｓＨ₃は温度の低い領域で反応管４内へ供給され
ることになり、十分に加熱分解されない。

【００１５】そして、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が加熱分
解されないことで、図７に破線で示すヒートバリア３の
中程の領域付近に滞留し、ＡｓとＺｎの化合物が作り出
され、これがヒートバリア３の一部の断熱フィン３ａに
付着するという問題がある。このヒートバリア３に付着
したＡｓとＺｎの化合物がジエチル亜鉛供給インジェク
ター６から供給されるジエチル亜鉛以外の供給源とな
り、図６にで示したランピングアップ途中から反応管
４内へ蒸発し、この蒸発したＡｓとＺｎの化合物がＧａ
Ａｓウェハー１に拡散される。

【００１６】ヒートバリア３に付着したＡｓとＺｎの化
合物の量は一定でないため、当然、蒸発する量も一定で
はない。このために、ジエチル亜鉛拡散のシーケンスの
実行毎のジエチル亜鉛の供給量が変化し、ρｓ（シート
抵抗）が安定しないという問題がある。

【００１７】また、ジエチル亜鉛等の不純物の供給は、
一本のジエチル亜鉛供給インジェクター６の供給口６ａ
から行っているため、、ジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー６の周辺は、水平方向におけるジエチル亜鉛の分布が
悪いという問題がある。

【００１８】このため、ＧａＡｓウェハー１内のρｓ
（シート抵抗）の面内分布（ばらつき）がジエチル亜鉛
供給インジェクター６に近い程、悪化する。ＧａＡｓウ
ェハー１は石英ボート２に上下に並べてセットされるも
ので、この並びの下側はＢＯＴＴＯＭ ＺＯＮＥ、中程
はＣＥＮＴＥＲ ＺＯＮＥ、上側はＴＯＰ ＺＯＮＥと
呼ばれる。ＧａＡｓウェハー１内のρｓ分布は、このＢ
ＯＴＴＯＭ ＺＯＮＥにあるＧａＡｓウェハー１は悪い
傾向にある。

【００１９】これに対して、ジエチル亜鉛供給インジェ
クター６から離れるとジエチル亜鉛は水平方向において
均一に分布されるので、ＧａＡｓウェハー１の全面に均
一にジエチル亜鉛が拡散し、これにより、ＧａＡｓウェ
ハー１内のρｓ分布は良くなる傾向がある。すなわち、
ＴＯＰ ＺＯＮＥにあるＧａＡｓウェハー１はρｓ分布
が良好である。このように、ＢＯＴＴＯＭ ＺＯＮＥの
ρｓの面内分布が悪化してくると、石英ボート２のチャ
ージ枚数をフルに使用できなくなり、設備の能力が低下
するという問題があった。

【００２０】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、ウェハーへ拡散する不純物とウェハ
ーに補充する構成物質が化合物を生成して反応管内の例
えばヒートバリアへ付着することを防ぐことが可能な縦
型熱拡散装置を提供することを目的とする。また、本発
明は、反応管内に不純物を効率良く分布可能な縦型熱拡
散装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る縦型熱拡散
装置は、ヒータにより加熱される反応管内に、ウェハー
が上下方向に並べてセットされるとともに、前記ウェハ
ーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口を有す
る第１のインジェクターと、前記ウェハーに補充する該
ウェハーの構成物質を含むガスを供給する供給口を有す
る第２のインジェクターを備えた縦型熱拡散装置におい
て、前記各インジェクターの供給口を、前記反応管内
で、前記不純物と前記構成物質が加熱分解され得る温度
領域で、かつ、上下方向に並べてセットされる前記ウェ
ハーの最下端のセット位置より下側に設けたものであ
る。

【００２２】上述した本発明に係る縦型熱拡散装置で
は、ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、Ｇ
ａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛およびＧａＡｓ
ウェハーからのＡｓ抜けを補うＡｓＨ₃が、加熱分解さ
れ得る温度領域で反応管内に供給されるので、ジエチル
亜鉛とＡｓＨ₃が化合物を生成することはない。よっ
て、例えばウェハーがセットされるボートを支持するヒ
ートバリアに化合物が付着することを防ぐことができ
る。

【００２３】そして、ヒートバリアにジエチル亜鉛とＡ
ｓＨ₃の化合物が付着しなくなることから、反応管内に
おいてジエチル亜鉛の供給源は、インジェクターから供
給されるものだけとなる。これにより、ジエチル亜鉛の
供給量が安定し、ＧａＡｓウェハーのρｓを安定させる
ことができる。

【００２４】本発明に係る縦型熱拡散装置は、ヒータに
より加熱される反応管内に、ウェハーが上下方向に並べ
てセットされるとともに、前記ウェハーに拡散する不純
物を含むガスを供給する供給口を有するインジェクター
を備えた縦型熱拡散装置において、前記供給口を、水平
方向に間隔を開けて複数備えたものである。

【００２５】上述した本発明に係る縦型熱拡散装置で
は、ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、Ｇ
ａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛は、間隔を開け
て水平面に複数設けられた供給口から反応管内に供給さ
れる。

【００２６】これにより、反応管内において、ウェハー
の並びに沿って下方から上方まで、すべてのウェハーの
全面にムラなくジエチル亜鉛を拡散することができ、各
ウェハーのρｓを、全面で安定させることができる。そ
して、ウェハーのセット位置によらず、ρｓが安定する
ことから、あらかじめ定められているセット可能枚数分
のウェハーを全てセット可能となり、装置の稼働率をあ
げることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の縦
型熱拡散装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の
縦型熱拡散装置の第１の実施の形態を示す側断面図であ
る。ＧａＡｓウェハー１は石英ボート２に水平な状態で
セットされる。石英ボート２は、複数枚のＧａＡｓウェ
ハー１を、互いに所定の間隔を開けて上下方向に並べて
セット可能な構造である。石英ボート２は、ヒートバリ
ア３上に固定される。このヒートバリア３は、複数枚の
断熱フィン３ａを間隔を開けて上下に並べた構造で、ヒ
ートバリア３より下方への熱の伝達を遮断する。

【００２８】石英ボート２およびヒートバリア３は、縦
型の反応管４に入れられる。この反応管４は、上端が閉
じたパイプ状のアウターチューブ４ａと、このアウター
チューブ４ａより径の細いパイプ状のインナーチューブ
４ｂとから構成される２重構造で、インナーチューブ４
ｂの内側にＧａＡｓウェハー１がセットされた石英ボー
ト２およびこの石英ボート２が固定されたヒートバリア
３が挿入される。また、アウターチューブ４ａとインナ
ーチューブ４ｂの間には、排気のための空間が形成さ
れ、このアウターチューブ４ａとインナーチューブ４ｂ
の間の空間と、インナーチューブ４ｂの内側とは、上部
でつながっている。

【００２９】反応管４の周囲には、その側面を取り囲む
ようにヒータ５が設けられ、石英ボート２にセットされ
たＧａＡｓウェハー１を加熱する。ここで、ヒータ５
は、石英ボート２にセットされる複数枚のＧａＡｓウェ
ハー１全体を加熱できるように、上下方向に並ぶＧａＡ
ｓウェハー１の積載長より長い長さを有する。このた
め、ヒータ５の下端の位置は、反応管４内に入れられた
ヒートバリア３の途中、例えば、上から３枚目の断熱フ
ィン３ａの付近に来るようにする。また、このヒータ５
の上端の位置は、反応管４の上端より高い位置とする。

【００３０】これにより、反応管４の内側において、ヒ
ータ５の上下方向の位置とほぼ対応する領域が、均熱長
領域となり、温度制御精度は、この均熱長領域では、設
定温度の±１．０℃以内となっている。なお、反応管４
の内側で、均熱長領域の外は温度制御外域となり、温度
調整がされず、均熱長領域より温度が低くなっている。
図１に示す反応管４では、その上端からヒートバリア３
の途中、ここでは上から３枚目の断熱フィン３ａの付近
までが均熱長領域、それより下が温度制御外域となる。

【００３１】反応管４のインナーチューブ４ｂの内側に
は、ＧａＡｓウェハー１に拡散する不純物としてのジエ
チル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１
１が設けられる。また、反応管４のインナーチューブ４
ｂの内側には、ＡｓＨ₃を供給するＡｓＨ₃供給インジェ
クター１２が設けられる。

【００３２】ジエチル亜鉛供給インジェクター１１は、
反応管４のインナーチューブ４ｂ内において、ジエチル
亜鉛が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート
２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置よ
り下側にジエチル亜鉛の供給口１１ａを設けている。

【００３３】また、ＡｓＨ₃供給インジェクター１２
は、反応管４のインナーチューブ４ｂ内において、Ａｓ
Ｈ₃が加熱分解され得る温度領域で、かつ、石英ボート
２におけるＧａＡｓウェハー１の最下端のセット位置よ
り下側にＡｓＨ₃の供給口１２ａを設けている。

【００３４】図２はインジェクターの構成例を示す斜視
図である。なお、図２ではジエチル亜鉛供給インジェク
ター１１を例に示しているが、ＡｓＨ₃供給インジェク
ター１２も同じ構成を有するものである。ジエチル亜鉛
供給インジェクター１１はパイプ形状であり、反応管４
内において上下方向に延在する。そして、その上端が開
口して供給口１１ａとなっている。したがって、供給口
１１ａからは上方に向けてガスを放出する構造となって
いる。

【００３５】従来、ジエチル亜鉛の供給口およびＡｓＨ
₃の供給口は、反応管４内において、温度制御外域の温
度の低い領域に設けられていた。このため、反応管４内
に供給されるジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が加熱分解されず
に化合物を生成し、ヒートバリア３の断熱フィン３ａに
付着する原因となっていた。

【００３６】そこで、第１の実施の形態では、ヒートバ
リア３において、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃の化合物が付
着しない断熱フィン３ａの領域が、反応管４内におい
て、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が加熱分解され得る温度と
なっている領域と考え、この領域にジエチル亜鉛供給イ
ンジェクター１１の供給口１１ａとＡｓＨ₃供給インジ
ェクター１２の供給口１２ａを設けることとした。

【００３７】すなわち、第１の実施の形態の縦型熱拡散
装置では、ヒートバリア３の上から３枚目以上の断熱フ
ィン３ａにはジエチル亜鉛とＡｓＨ₃の化合物が付着し
ないことに着目して、ジエチル亜鉛供給インジェクター
１１の供給口１１ａとＡｓＨ ₃供給インジェクター１２
の供給口１２ａの高さを、ヒートバリア３の上から３枚
目の断熱フィン３ａに合わせることとした。

【００３８】ジエチル亜鉛供給インジェクター１１の供
給口１１ａからは、ジエチル亜鉛とキャリアガスとして
のＨ₂が反応管４のインナーチューブ４ｂ内に供給され
る。また、ＡｓＨ₃供給インジェクター１２の供給口１
２ａからは、ＡｓＨ₃ガスがインナーチューブ４ｂ内に
供給される。そして、各インジェクター１１，１２から
供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとしての水素お
よびＡｓＨ₃は、インナーチューブ４ｂ内を上昇した
後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間
の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の下部に
は、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４ａの間
のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気口８か
らジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ₃が排気される。

【００３９】石英ボート２およびヒートバリア３は、図
示しない昇降機構により、反応管４の下部開口部より出
し入れ可能な構造である。また、石英ボート２およびヒ
ートバリア３が反応管４内に挿入されると、反応管４の
内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシールド
する構造が設けてある。そして、反応管４内の温度およ
び圧力は、一定にコントロールが可能である。

【００４０】また、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチ
ル亜鉛を拡散するため、ＧａＡｓウェハー１がセットさ
れる石英ボート２およびこの石英ボート２が固定される
ヒートバリア３は、ＧａＡｓウェハー１の積載方向に沿
った回転軸９を有し、モータ等からなる駆動機構１０に
より回転する構造となっている。

【００４１】第１の実施の形態の縦型熱拡散装置におけ
るジエチル亜鉛の拡散シーケンスは、図６で説明したも
のと同じであるので、以下、図６を用いて本実施の形態
のジエチル亜鉛拡散の処理の流れを説明する。 ランピングアップ：ヒータ５により、反応管４内の
温度をジエチル亜鉛を拡散する温度まで上げる。 拡散：ランピングアップにより、反応管４内の温度
がジエチル亜鉛を拡散するのに適する温度となると、Ｇ
ａＡｓウェハー１へジエチル亜鉛を拡散する。このと
き、ヒータ５を制御して、反応管４内の温度をジエチル
亜鉛の拡散に適する温度（例えば、６００℃）に保つ。 ランピングダウン：ＧａＡｓウェハー１へのジエチ
ル亜鉛の拡散を終了した後、ヒータ５を制御して、反応
管４内の温度をＧａＡｓウェハー１を取り出せるまで温
度まで下げる。 ジエチル亜鉛ガス供給：ＧａＡｓウェハー１へジエ
チル亜鉛を拡散する時間分だけ、ジエチル亜鉛供給イン
ジェクター１１の供給口１１ａから反応管４内へジエチ
ル亜鉛の供給を行う。このとき、キャリアガスとしてＨ
₂を用いる。このジエチル亜鉛を供給する時間は、例え
ば１０〜１２０ｓｅｃ程度である。 ＡｓＨ₃ガス供給：ジエチル亜鉛の拡散のため加熱
されたＧａＡｓウェハー１からのＡｓ（ヒ素）抜けを防
止するために、ランピングアップの途中からランピン
グダウンの途中まで、ＡｓＨ₃供給インジェクター１
２の供給口１２ａから反応管４内へＡｓＨ₃ガスを供給
する。 Ｎ₂パージ：反応管４内へ図示しない供給口からＮ₂
（窒素ガス）を供給し、反応管４内のＡｓＨ₃およびキ
ャリアガスとしてのＨ₂を排気口８から追放して、Ｇａ
Ａｓウェハー１を反応管４から取り出せるようにする。

【００４２】本実施の形態では、ジエチル亜鉛供給イン
ジェクター１１の供給口１１ａおよびＡｓＨ₃供給イン
ジェクター１２の供給口１２ａは、反応管４内でジエチ
ル亜鉛とＡｓＨ₃が加熱分解され得る温度領域に設けら
れるので、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ₃が、加熱分解さ
れるのに必要な高温下で反応管４に供給されることにな
る。よって、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が化合物を生成す
ることはなく、ヒートバリア３に化合物が付着すること
を防ぐことができる。

【００４３】そして、ヒートバリア３にジエチル亜鉛と
ＡｓＨ₃の化合物が付着しなくなることから、反応管４
内においてジエチル亜鉛の供給源は、ジエチル亜鉛供給
インジェクター１１から供給されるものだけとなる。こ
れにより、ジエチル亜鉛の供給量が安定し、ＧａＡｓウ
ェハー１のρｓを安定させることができる。

【００４４】図３は第１の実施の形態の縦型熱拡散装置
の変形例を示す説明図である。第１の実施の形態では、
反応管４にジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給イ
ンジェクター１１の供給口１１ａを、反応管４内におい
てジエチル亜鉛が加熱分解され得る温度領域に設ける。
また、ＡｓＨ₃を供給するＡｓＨ₃供給インジェクター１
２の供給口１２ａを、反応管４内においてＡｓＨ₃が加
熱分解され得る温度領域に設ける。これにより、ジエチ
ル亜鉛とＡｓＨ₃を加熱分解に必要な温度に加熱できる
ようにしたものである。そして、以下に示す変形例で
は、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ₃がインジェクターを通
過する際の速度を遅くすることで、ジエチル亜鉛および
ＡｓＨ₃の加熱を促進するものである。

【００４５】なお、以下の説明は、図１に示すジエチル
亜鉛供給インジェクター１１を例に説明するが、ＡｓＨ
₃供給インジェクター１２側も同じ構成を有するもので
ある。すなわち、図３（ａ）に示すように、ジエチル亜
鉛供給インジェクター１１は、その内径Ａを大きく取っ
てある。そして、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１
の、供給口１１ａの近傍に、内径が細くなるように絞り
を入れてなる流速調整部１１ｂを設けたものである。

【００４６】これにより、ジエチル亜鉛供給インジェク
ター１１を通過するジエチル亜鉛の流れに流速調整部１
１ｂのところで抵抗ができ、ジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１を通過するジエチル亜鉛の流速を、流速調整
部１１ｂの手前で遅くすることができる。そして、流速
が遅くなることから、ジエチル亜鉛がジエチル亜鉛供給
インジェクター１１を通過するのに要する時間が長くな
り、ジエチル亜鉛供給インジェクター１１内のジエチル
亜鉛を加熱できる時間が長くなる。よって、ジエチル亜
鉛を加熱分解に必要な温度まで加熱することを促進でき
る。

【００４７】なお、ジエチル亜鉛供給インジェクター１
１の内径を大きくすることで、その途中に絞りを入れる
ことで流速調整部１１ｂを設けても、反応管４内へのジ
エチル亜鉛の供給の時間が長くなったり、供給量が落ち
るということはない。また、流速調整部１１ｂを挟んで
供給口１１ａ側の内径を小さくすると、より流速を遅く
することができる。

【００４８】また、図３（ｂ）に示すように、ジエチル
亜鉛供給インジェクター１１は、その内径Ａを大きく取
ってある。そして、ジエチル亜鉛供給インジェクター１
１は、その先端に先細り形状のテーパ部１１ｃを設け
て、供給口１１ａの径Ｂを、ジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１の内径Ａより小さくしたものである。

【００４９】これにより、ジエチル亜鉛供給インジェク
ター１１を通過するジエチル亜鉛の流れに供給口１１ａ
のところで抵抗ができ、ジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー１１を通過するジエチル亜鉛の流速を、供給口１１ａ
の手前で遅くすることができる。そして、流速が遅くな
ることから、ジエチル亜鉛がジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１を通過するのに要する時間が長くなり、ジエ
チル亜鉛供給インジェクター１１内のジエチル亜鉛を加
熱できる時間が長くなる。よって、ジエチル亜鉛を加熱
分解に必要な温度まで加熱することを促進できる。な
お、供給口１１ａの径は小さくせずに、ジエチル亜鉛供
給インジェクター１１の内径を大きくすることで、相対
的に供給口１１ａの径を小さくして、流速を落とす構成
としたので、反応管４内へのジエチル亜鉛の供給の時間
が長くなったり、供給量が落ちるということはない。

【００５０】図４は本発明の縦型熱拡散装置の第２の実
施の形態を示す平面断面図である。ここで、第２の実施
の形態の縦型熱拡散装置は、反応管４内にジエチル亜鉛
を供給するジエチル亜鉛供給インジェクター１１の本数
を複数本としたもので、その他の装置全体の構成は、図
１で説明した第１の実施の形態の縦型熱拡散装置とほぼ
同様の構成を有する。以下、第２の実施の形態の縦型熱
拡散装置を説明するにあたり、装置全体の構成は、図４
に加えて図１を参照にしてその概要を説明するにとどめ
る。

【００５１】ＧａＡｓウェハー１は石英ボート２に水平
な状態でセットされる。石英ボート２は、図１に示すよ
うに、複数枚のＧａＡｓウェハー１を、互いに所定の間
隔を開けて上下方向に並べてセット可能な構造である。
そして、この石英ボート２はヒートバリア３上に固定さ
れる。

【００５２】反応管４は縦型であり、アウターチューブ
４ａとインナーチューブ４ｂとから構成される２重構造
で、インナーチューブ４ｂの内側にＧａＡｓウェハー１
がセットされた石英ボート２および図４では図示しない
がヒートバリア３が挿入される。また、アウターチュー
ブ４ａとインナーチューブ４ｂの間には、排気のための
空間が形成される。

【００５３】反応管４の周囲には、図４では図示しない
がその側面を取り囲むようにヒータ５が設けられ、石英
ボート２にセットされたＧａＡｓウェハー１を加熱す
る。このヒータ５は、図１で説明したように、上下方向
に並ぶ複数枚のＧａＡｓウェハー１全体を加熱できるよ
うに、所定の長さを有し、かつ所定の位置に取り付けら
れる。

【００５４】反応管４のインナーチューブ４ｂの内側に
は、ジエチル亜鉛を供給するジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１が複数本設けられる。第２の実施形態では、
第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと、第２
のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅの２本が設け
られる。

【００５５】第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１
１ｄの先端に設けられる供給口１１ａと、第２のジエチ
ル亜鉛供給インジェクター１１ｅの先端に設けられる供
給口１１ａとは、水平方向に所定の間隔を開けて設けら
れるもので、たとえば、ＧａＡｓウェハー１の面と平行
な同一水平面に、所定の間隔を開けて設けられる。

【００５６】また、これら供給口１１ａは、反応管４内
においてジエチル亜鉛が加熱分解され得る温度領域で、
かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１の最下
端のセット位置より下側に設ける。

【００５７】なお、ジエチル亜鉛供給インジェクター１
１を設ける位置および数は、この第２の実施の形態に限
定されるものではないが、その本数は反応管４内のスペ
ースに応じて決定され、２〜４本程度が望ましい。ま
た、隣接するジエチル亜鉛供給インジェクターの間隔
は、水平方向に広範囲に分布できるように、４５度以上
とすることが望ましい。

【００５８】第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１
１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅに
ジエチル亜鉛を供給する主配管１３は、分岐点Ｐで第１
の個別配管１４ａと第２の個別配管１４ｂに分岐してい
る。そして、第１の個別配管１４ａが第１のジエチル亜
鉛供給インジェクター１１ｄにつながり、第２の個別配
管１４ｂが第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１
ｅにつながっている。

【００５９】ここで、第１のジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター
１１ｅのそれぞれから均一に安定したジエチル亜鉛を供
給するため、分岐点Ｐから先の第１の個別配管１４ａの
長さをＬ１＋Ｌ２、第２の個別配管１４ｂの長さをＬ３
＋Ｌ４としたとき、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ３＋Ｌ４とすること
が望ましい。

【００６０】また、第１のジエチル亜鉛供給インジェク
ター１１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー１１ｅのそれぞれの供給口１１ａの面積の合計≦主配
管１３の断面積、とすると良い。

【００６１】反応管４のインナーチューブ４ｂの内側に
は、ＡｓＨ₃を供給するＡｓＨ₃供給インジェクター１２
が設けられる。

【００６２】このＡｓＨ₃供給インジェクター１２は、
反応管４内においてＡｓＨ₃が加熱分解され得る温度領
域で、かつ、石英ボート２におけるＧａＡｓウェハー１
の最下端のセット位置より下側にＡｓＨ₃の供給口１２
ａを設けている。

【００６３】第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１
１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１１
ｅのそれぞれの供給口１１ａからは、ジエチル亜鉛とキ
ャリアガスとしてのＨ₂が反応管４のインナーチューブ
４ｂ内に供給される。

【００６４】また、ＡｓＨ₃供給インジェクター１２の
供給口１２ａからは、ＡｓＨ₃ガスがインナーチューブ
４ｂ内に供給される。そして、各インジェクター１１，
１２から供給されたジエチル亜鉛、キャリアガスとして
の水素およびＡｓＨ₃は、インナーチューブ４ｂ内を上
昇した後、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４
ａの間の隙間を下方へ誘導される。そして、反応管４の
下部には、インナーチューブ４ｂとアウターチューブ４
ａの間のガスを排出する排気口８が設けられ、この排気
口８からジエチル亜鉛、水素そしてＡｓＨ₃が排気され
る。

【００６５】石英ボート２は、図示しない昇降機構によ
り、反応管４の下部開口部より出し入れ可能な構造であ
る。また、石英ボート２を反応管４内に挿入すると、反
応管４内部の熱やガスや圧力が外部に漏れないようにシ
ールドする構造が設けてある。そして、反応管４内の温
度および圧力は、一定にコントロールが可能である。ま
た、ＧａＡｓウェハー１の全面にジエチル亜鉛を拡散す
るため、石英ボート２は回転可能な構造となっている。

【００６６】第２の実施の形態の縦型熱拡散装置におい
て、ジエチル亜鉛の拡散シーケンスは第１の実施の形態
で図６を用いて説明した流れと同様であるので、シーケ
ンスの全体の説明は省略し、で示すジエチル亜鉛ガス
供給のステップの説明を行う。

【００６７】すなわち、ＧａＡｓウェハー１へジエチル
亜鉛を拡散する時間分だけ、第１のジエチル亜鉛供給イ
ンジェクター１１ｄおよび第２のジエチル亜鉛供給イン
ジェクター１１ｅのそれぞれの供給口１１ａから反応管
４内へジエチル亜鉛の供給を行う。このとき、キャリア
ガスとしてＨ₂を用いる。このジエチル亜鉛を供給する
時間は、例えば１０〜１２０ｓｅｃ程度である。

【００６８】ジエチル亜鉛供給インジェクターが１本で
あると、図７で説明したように、特にＢＯＴＴＯＭ Ｚ
ＯＮＥで各ＧａＡｓウェハー１に対してジエチル亜鉛を
均一に拡散できない場合があった。第２の実施の形態で
は、反応管４内で、水平方向に離れた２点からジエチル
亜鉛が供給されることになる。

【００６９】これにより、反応管４内に供給されたジエ
チル亜鉛は、水平方向においてすぐに均一に分布する。
よって、ＢＯＴＴＯＭ ＺＯＮＥであっても、ＧａＡｓ
ウェハー１の全面に均一にジエチル亜鉛を拡散できるよ
うになる。

【００７０】したがって、反応管４内において、ＧａＡ
ｓウェハー１の並びに沿って下方から上方まで、すべて
のＧａＡｓウェハー１の全面にムラなくジエチル亜鉛を
拡散することができ、各ＧａＡｓウェハー１のρｓを、
全面で安定させることができる。そして、上下方向にお
けるＧａＡｓウェハー１のセット位置によらず、ρｓが
安定することから、石英ボート２においてあらかじめ定
められているセット可能枚数分のＧａＡｓウェハー１を
全てセット可能となり、装置の稼働率をあげることがで
きる。

【００７１】ここで、第１のジエチル亜鉛供給インジェ
クター１１ｄには、主配管１３から第１の個別配管１４
ａを経てジエチル亜鉛が供給される。また、第２のジエ
チル亜鉛供給インジェクター１１ｅには、主配管１３か
ら第２の個別配管１４ｂを経てジエチル亜鉛が供給され
る。

【００７２】そして、第１の個別配管１４ａと第２の個
別配管１４ｂの長さを等しくすることで、主配管１３か
ら第１のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｄと第２
のジエチル亜鉛供給インジェクター１１ｅの両方に均等
にジエチル亜鉛を供給できる。また、各インジェクター
１１ｄ，１１ｅの供給口１１ａの面積の合計を、主配管
１３の断面積と同等あるいはそれ以下とすることで、ジ
エチル亜鉛の供給過多あるいは供給不足が発生すること
はない。

【００７３】また、第１のジエチル亜鉛供給インジェク
ター１１ｄと第２のジエチル亜鉛供給インジェクター１
１ｅのそれぞれの供給口１１ａおよびＡｓＨ₃供給イン
ジェクター１２の供給口１２ａは、第１の実施の形態と
同様に、反応管４内において、ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃
が加熱分解され得る温度領域に設けてある。これによ
り、反応管４内に供給されるジエチル亜鉛とＡｓＨ₃の
加熱分解が促進され、化合物の生成を抑えることができ
る。

【００７４】なお、この第２の実施の形態の縦型熱拡散
装置に、図３で説明したジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー１１およびＡｓＨ₃インジェクター１２の変形例を組
み合わせることも可能である。第２の実施例のように、
ジエチル亜鉛供給インジェクター１１が２本設けられて
いる場合でも、ジエチル亜鉛の流速を遅くできる構成を
設けることで、ジエチル亜鉛の加熱が促進され、ジエチ
ル亜鉛とＡｓＨ₃の化合物の生成を抑えることができ
る。上述した第１および第２の実施の形態において、ウ
ェハーの種類はＧａＡｓウェハーに限るものではない。
また、ウェハーに拡散する不純物およびこのウェハーに
補充する構成物質も、ジエチル亜鉛およびＡｓＨ₃に限
るものではない。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ヒータ
により加熱される反応管内に、ウェハーが上下方向に並
べてセットされるとともに、前記ウェハーに拡散する不
純物を含むガスを供給する供給口を有する第１のインジ
ェクターと、前記ウェハーに補充する該ウェハーの構成
物質を含むガスを供給する供給口を有する第２のインジ
ェクターを備えた縦型熱拡散装置において、前記各イン
ジェクターの供給口を、前記反応管内で、前記不純物と
前記構成物質が加熱分解され得る温度領域で、かつ、上
下方向に並べてセットされる前記ウェハーの最下端のセ
ット位置より下側に設けたものである。

【００７６】上述した本発明に係る縦型熱拡散装置で
は、ウェハーに拡散する不純物とウェハーに補充する構
成物質が、過熱分解され得る温度領域で反応管内に供給
されるので、不純物と構成物質が化合物を生成し、これ
が反応管内に付着する、ということがない。

【００７７】ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである
場合、ＧａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛および
ＧａＡｓウェハーからのＡｓ抜けを補うＡｓＨ₃が、加
熱分解され得る温度領域で反応管内に供給されるので、
ジエチル亜鉛とＡｓＨ₃が化合物を生成することはな
い。よって、例えばウェハーがセットされるボートを支
持するヒートバリアに化合物が付着することを防ぐこと
ができる。

【００７８】そして、ヒートバリアにジエチル亜鉛とＡ
ｓＨ₃の化合物が付着しなくなることから、反応管内に
おいてジエチル亜鉛の供給源は、インジェクターから供
給されるものだけとなる。これにより、ジエチル亜鉛の
供給量が安定し、ＧａＡｓウェハーのρｓを安定させる
ことができる。さらに、ヒートバリアにジエチル亜鉛と
ＡｓＨ₃の化合物が付着しないということは、反応管内
に供給されたジエチル亜鉛が効率良く消費されることに
なり、よって、ジエチル亜鉛の消費量を削減できる。ま
た、本発明は、前記供給口を、水平方向に間隔を開けて
複数備えたものである。

【００７９】上述した本発明に係る縦型熱拡散装置で
は、ウェハーが例えばＧａＡｓウェハーである場合、Ｇ
ａＡｓウェハーに拡散するジエチル亜鉛は、間隔を開け
て水平面に複数設けられた供給口から反応管内に供給さ
れる。

【００８０】これにより、反応管内において、ウェハー
の並びに沿って下方から上方まで、すべてのウェハーの
全面にムラなくジエチル亜鉛を拡散することができ、各
ウェハーのρｓを、全面で安定させることができる。そ
して、ウェハーのセット位置によらず、ρｓが安定する
ことから、あらかじめ定められているセット可能枚数分
のウェハーを全てセット可能となり、装置の稼働率をあ
げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦型熱拡散装置の第１の実施の形態を
示す側断面図である。

【図２】インジェクターの構成例を示す斜視図である。

【図３】第１の実施の形態の縦型熱拡散装置の変形例を
示す説明図である。

【図４】本発明の縦型熱拡散装置の第２の実施の形態を
示す平面断面図である。

【図５】従来の縦型熱拡散装置の構成を示す側断面図で
ある。

【図６】ジエチル亜鉛拡散シーケンスを示すグラフであ
る。

【図７】従来の問題点を示す縦型熱拡散装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・ＧａＡｓウェハー、２・・・石英ボート、３・
・・ヒートバリア、３ａ・・・断熱フィン、４・・・反
応管、４ａ・・・アウターチューブ、４ｂ・・・インナ
ーチューブ、５・・・ヒータ、８・・・排気口、１１・
・・ジエチル亜鉛供給インジェクター、１１ａ・・・供
給口、１１ｂ・・・流速調整部、１１ｃ・・・テーパ
部、１１ｄ・・・第１のジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー、１１ｅ・・・第２のジエチル亜鉛供給インジェクタ
ー、１３・・・主配管、１４ａ・・・第１の個別配管、
１４ｂ・・・第２の個別配管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータにより加熱される反応管内に、ウ
   ェハーが上下方向に並べてセットされるとともに、前記
   ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口
   を有する第１のインジェクターと、前記ウェハーに補充
   する該ウェハーの構成物質を含むガスを供給する供給口
   を有する第２のインジェクターを備えた縦型熱拡散装置
   において、 前記各インジェクターの供給口を、前記反応管内で、前
   記不純物と前記構成物質が加熱分解され得る温度領域
   で、かつ、上下方向に並べてセットされる前記ウェハー
   の最下端のセット位置より下側に設けたことを特徴とす
   る縦型熱拡散装置。
2. 【請求項２】 前記ウェハーは、ＧａＡｓ（ガリウムヒ
   素）ウェハーで、 前記第１のインジェクターとして、前記ＧａＡｓウェハ
   ーに拡散する不純物を含むガスとしてジエチル亜鉛を供
   給するジエチル亜鉛供給インジェクターを備えるととも
   に、 前記第２のインジェクターとして、前記ＧａＡｓウェハ
   ーに補充する該ＧａＡｓウェハーの構成物質を含むガス
   としてＡｓＨ₃を供給するＡｓＨ₃供給インジェクターを
   備えたことを特徴とする請求項１記載の縦型熱拡散装
   置。
3. 【請求項３】 前記各インジェクターの前記供給口近傍
   に、内径を小さくしてなる流速調整部を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の縦型熱拡散装置。
4. 【請求項４】 前記各インジェクターの先端形状を先細
   りのテーパ形状として、前記供給口の径を、前記インジ
   ェクターの内径より小さくしたことを特徴とする請求項
   １記載の縦型熱拡散装置。
5. 【請求項５】 ヒータにより加熱される反応管内に、ウ
   ェハーが上下方向に並べてセットされるとともに、前記
   ウェハーに拡散する不純物を含むガスを供給する供給口
   を有するインジェクターを備えた縦型熱拡散装置におい
   て、 前記供給口を、水平方向に間隔を開けて複数備えたこと
   を特徴とする縦型熱拡散装置。
6. 【請求項６】 前記ウェハーは、ＧａＡｓウェハーで、 前記インジェクターとして、ジエチル亜鉛を供給するジ
   エチル亜鉛供給インジェクターを備えたことを特徴とす
   る請求項５記載の縦型熱拡散装置。