JP2012074664A

JP2012074664A - 横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法

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Publication number: JP2012074664A
Application number: JP2010266462A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Kaneko; 忠義金子; Tetsuo Sato; 哲郎佐藤
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】横型拡散炉が煩雑化することなく、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる横型拡散炉、半導体ウェーハの熱処理方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る横型拡散炉１は、炉本体１０と、炉口１０ｂを閉塞する閉塞体１５と、炉本体１０内を加熱する加熱体２０と、半導体ウェーハＷを立ててプロセスガスの導入方向と平行な方向に複数平行保持させる横型ボート３０と、プロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスの前記半導体ウェーハＷへの直接的な接触を遮蔽すると共に、半導体ウェーハＷを横型ボート３０に平行保持させた際、横型ボート３０より上方に位置する半導体ウェーハＷの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域毎に変化させるプロセスガス整流板４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法に関し、特に、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法に関する。

高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載する半導体デバイスに用いられる半導体ウェーハには、裏面側にリン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物を高濃度に拡散させた高濃度不純物拡散層（以下、単に拡散層という）を有し、表面側（半導体デバイス形成面側）に低濃度の不純物を含む低濃度不純物層（以下、非拡散層という）を有する２層構造からなる拡散ウェーハが使用されている。

拡散ウェーハは、例えばＦＺ法やＭＣＺ法で引上げたシリコン単結晶インゴットをスライスして、ラッピングあるいはエッチングを施したウェーハを、横型拡散炉に投入し、リン、ボロン等の不純物を含むドープガスと、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、表裏面に拡散層源を形成する（以下、これをデポ拡散という）。その後、アルゴンあるいは希釈酸素等のガス雰囲気下で、デポ拡散で形成した拡散層源の不純物を所望の拡散層深さまで押込み拡散する（以下、これをスランプ拡散という）。最後に、形成した拡散層の一方を除去して所望の非拡散層深さに研削、研磨する、又は、ウェーハの厚さ方向の中央部（非拡散層）で切断して非拡散層を露出させ、その表面を所望の非拡散層深さに研削、研磨することで、拡散ウェーハが製造される。

ここで、ウェーハ間あるいはウェーハ面内において非拡散層深さにバラツキがあると、この非拡散層に形成される半導体デバイスの耐圧値あるいは電流駆動能力にバラツキが生じ、半導体デバイスの製造歩留まりが低下する。このため、ウェーハ間あるいはウェーハ面内における非拡散層深さの高精度化が強く要求されている。この非拡散層深さの高精度化を図るためには、拡散ウェーハでの加工工程（研削、研磨等）における加工精度の向上が必要とされることはもちろんであるが、その非拡散層の下層に位置する拡散層深さをウェーハ間あるいはウェーハ面内において均一に形成することが最も重要な課題となっており、様々な技術が開示されている。

特許文献１には、拡散ウェーハの拡散層深さバラツキの低減を簡便に実現させることを目的として、複数の拡散ウェーハを横型プロセスチューブ内に載置し、このプロセスチューブの外周部を円筒状に囲繞する発熱体により前記プロセスチューブ内を加熱する横型拡散炉を用いた拡散ウェーハの熱処理において、前記拡散ウェーハの中心が前記発熱体の内径中心より下方に位置し、前記内径中心を基準点とした前記拡散ウェーハの中心位置をＹとして、−１０ｍｍ≦Ｙを満たすように前記拡散ウェーハを載置し熱処理を施す技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、熱処理に使用されるドープガスやキャリアガスなどのプロセスガス流れについて考慮されているものではなく、拡散層深さをウェーハ間あるいはウェーハ面内において均一に形成するには限界があるものであった。

そこで、特許文献２には、反応ガスの流れ及び半導体基板の熱分布を均一にするために、半導体基板を積載したボートの一端がボート支持棒の一端で支持され、かつ反応管内壁に接することなく反応管内に保持され、導入された反応ガスがボートの周辺から流れ込みかつ流出する構造を有する横型拡散炉が開示されている。

また、特許文献３には、半導体製造用拡散炉の炉心管内でのガスの流れを均一にして、炉心管内の半導体ウェーハの温度分布及び形成する膜厚を均一にするために、炉心管内のガスを透孔に通過させてガスの流れを整流させる整流板を炉心管内に設けた半導体製造用拡散炉が開示されている。

しかしながら、これら特許文献２、３に記載の技術は、反応ガスの流れを半導体ウェーハの外周部全体で均一にすることを目的とするものであるが、半導体ウェーハは、横型ボートに立ててプロセスガス導入口から導入されるプロセスガスの導入方向と平行な方向に該半導体ウェーハを複数平行保持させて熱処理するため、前記平行保持された半導体ウェーハ間に前記プロセスガスが流入しにくいという問題があった。従って、半導体ウェーハの中心部と外周部とで、拡散層深さのばらつきが生じる問題があった。

そこで、特許文献４には、横型ボートに平行保持された半導体ウェーハ間にプロセスガスを流入させて拡散層深さの面内均一性を図るために、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横型拡散炉が開示されている。

特開２００９−６４８５１号公報特開平２−２７１５２３号公報特開平５−２３４９２３号公報特開２００９−１９４００１号公報

しかしながら、特許文献４に記載された技術は、複数の開口部を設けたガス送出管を新たに設ける必要があり、また、横型ボートに平行保持された半導体ウェーハ間にプロセスガスがうまく流入するように前記ガス送出管の開口部の位置を調整しなければならず横型拡散炉が煩雑化する問題があった。また、特許文献４に記載された技術は、プロセスチューブ内に導入するガス導入管からプロセスチューブの円筒軸方向に平行して、及び前記ガス送出管の開口部から前記プロセスチューブの円筒軸方向に向けて２方向からプロセスガスを導入するため、プロセスチューブ内でプロセスガスが対流する場合があり、拡散層深さを面内均一に制御するには限界があるものであった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、横型拡散炉が煩雑化することなく、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る横型拡散炉は、水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口が設けられ、他側に炉口が設けられた炉本体と、前記炉口を閉塞する閉塞体と、前記炉本体内を加熱する加熱体と、前記炉本体内に水平状態に載置され、半導体ウェーハを立てて前記プロセスガス導入口から導入されるプロセスガスの導入方向と平行な方向に前記半導体ウェーハを複数平行保持させる横型ボートと、前記横型ボートの前記プロセスガス導入口側に単数又は複数立てて前記半導体ウェーハと平行保持させて設けられ、前記プロセスガス導入口から導入されるプロセスガスの前記平行保持させた半導体ウェーハへの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記半導体ウェーハを横型ボートに平行保持させた際、前記横型ボートより上方に位置する前記半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域毎に変化させるプロセスガス整流板と、を備えることを特徴とする。

前記プロセスガス整流板は、前記横型ボートに平行保持させる半導体ウェーハと略同一の形状で構成された主部と、前記主部を前記横型ボートに立てて前記半導体ウェーハと平行保持させた際、前記横型ボートより上方に位置する前記主部の外周部に設けられ、前記特定領域毎にプロセスガスのガス流速を変化させる流速変化部と、を備えることが好ましい。

前記プロセスガス整流板は、複数立てて用いることが好ましい。

本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、前記横型拡散炉を用いて前記半導体ウェーハを熱処理することが好ましい。

前記熱処理はデポ拡散であることが好ましい。

本発明によれば、横型拡散炉が煩雑化することなく、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法が提供される。

本発明の実施形態に係る横型拡散炉の半導体ウェーハを載置した状態での横断面を示す概念図である。図１に示す横型拡散炉のＡ−Ａ線で切ったときの炉本体内の縦断面及び半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速が前記外周部近傍の特定領域毎に異なる態様を示す概念図である。図１に示す横型拡散炉のＡ−Ａ線で切ったときの炉本体内の縦断面及び半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速が前記外周部近傍の特定領域毎に異なる他の態様を示す概念図である。本発明における発明の効果のメカニズムを説明するための概念図である。図１に示す図２に記載のプロセスガスの流速分布となる横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体内の縦断面を示す概念図である。横型ボート３０に保持しない状態での図５に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見たプロセスガス整流板４０の側面（ｂ）を示す概念図である。図１に示す図３に記載のプロセスガスの流速分布となる横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体内の縦断面を示す概念図である。横型ボート３０に保持しない状態での図７に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見たプロセスガス整流板４０の側面（ｂ）を示す概念図である。図２に示す流速分布とするためのプロセスガス整流板４０の他の態様の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見た側面（ｂ）を示す概念図である。本発明におけるウェーハ上方領域Ｏ_１及びウェーハ側方領域Ｏ_２における好ましい具体的態様を説明するための概念図である。実施例及び比較例におけるウェーハ面内の拡散層深さの測定箇所を示す概念図である。

以下、本発明に係る横型拡散炉及びそれを用いた半導体ウェーハの熱処理方法について、実施の形態及び実施例を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る横型拡散炉の半導体ウェーハを載置した状態での横断面を示す概念図である。図２は、図１に示す横型拡散炉のＡ−Ａ線で切ったときの炉本体内の縦断面及び半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速が前記外周部近傍の特定領域毎に異なる態様を示す概念図である。

本発明に係る横型拡散炉１は、図１、２に示すように、水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口１０ａが設けられ、他側に炉口１０ｂが設けられた炉本体１０と、前記炉口１０ｂを閉塞する閉塞体１５と、前記炉本体１０内を加熱する加熱体２０と、前記炉本体１０内に水平状態に載置され、半導体ウェーハＷを立てて前記プロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスＰ_Ａの導入方向と平行な方向に前記半導体ウェーハＷを複数平行保持させる横型ボート３０と、前記横型ボート３０の前記プロセスガス導入口１０ａ側に単数又は複数（図１では複数）立てて前記半導体ウェーハＷと平行保持させて設けられ、前記プロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスＰ_Ａの前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記半導体ウェーハＷを横型ボート３０に平行保持させた際、前記横型ボート３０より上方に位置する前記半導体ウェーハＷの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域（図２の例ではウェーハ上方領域Ｏ_１及びウェーハ側方領域Ｏ_２）毎に変化させる（図２の例ではウェーハ上方領域Ｏ_１のガス流速が遅く、ウェーハ側方領域Ｏ_２のガス流速が早い）プロセスガス整流板４０と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明でいう外周部近傍とは、前記半導体ウェーハＷの外周端から炉本体１０の内壁方向に向かって３０ｍｍまでの前記横型ボート３０より上方に位置する領域である。

炉本体１０及び閉塞体１５は、周知の構造のものが用いられ、例えば、シリカガラス（ＳｉＯ_２）で構成されている。

加熱体２０は、例えば、炉本体１０内の所定領域の外周部を円筒状に囲繞するように設けられている。

横型ボート３０は、例えば、特開２００９−１１１０６４号に記載されているような構造のものが用いられ、例えば、シリカガラス（ＳｉＯ_２）で構成されている。

図３は、図１に示す横型拡散炉のＡ−Ａ線で切ったときの炉本体内の縦断面及び半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速が前記外周部近傍の特定領域毎に異なる他の態様を示す概念図である。

本発明に係る横型拡散炉１の他の態様としては、図３に示すように、前記横型ボート３０より上方に位置する前記半導体ウェーハＷの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域（図３の例ではウェーハ上方領域Ｏ_１及びウェーハ側方領域Ｏ_２）毎に変化させる（図３の例ではウェーハ上方領域Ｏ_１の流速が早く、ウェーハ側方領域Ｏ_２の流速が遅い）プロセスガス整流板４０を備える。

本発明に係る横型拡散炉１は、上述したような構成を備えているため、横型拡散炉が煩雑化することなく、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる。

図４は、本発明における発明の効果のメカニズムを説明するための概念図であり、（ａ）は図２に示す流速分布である場合、（ｂ）は図３に示す流速分布である場合をそれぞれ説明するものである。

なお、図４では、説明を簡便にするために、炉本体１０、閉塞体１５、加熱体２０及び横型ボート３０等を省略している。

本発明に係る横型拡散炉１は、上述したような構成を備えているため、前記半導体ウェーハＷの外周部近傍のそれぞれの特定領域を通過するプロセスガスの流速ＳＯ_１、ＳＯ_２がそれぞれ異なるものとなる（図４参照）。この場合、ガス流速が遅いプロセスガス流れ（図４（ａ）では流速ＳＯ_１、図４（ｂ）では流速ＳＯ_２）は、ガス流速が早いプロセスガス流れ（図４（ａ）では流速ＳＯ_２、図４（ｂ）では流速ＳＯ_１）の方向に取り込まれるように対流が生じると考えられる。

この対流が横型ボート３０に平行保持された半導体ウェーハ間に流入する形となり、結果、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができると考えられる。

また、本発明に係る横型拡散炉１は、前述したようなガス送出管等を新たに設ける必要がなく、プロセスガス整流板４０のみを横型ボート３０の前記プロセスガス導入口１０ａ側に半導体ウェーハＷと平行保持させるだけで足りるため横型拡散炉が煩雑化することもない。

次に、プロセスガス整流板４０について具体的態様を説明する。

図５は、図１に示す図２に記載のプロセスガスの流速分布となる横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体内の縦断面を示す概念図である。図６は、横型ボート３０に保持しない状態での図５に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見たプロセスガス整流板４０の側面（ｂ）を示す概念図である。

また、図７は、図１に示す図３に記載のプロセスガスの流速分布となる横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体内の縦断面を示す概念図である。図８は、横型ボート３０に保持しない状態での図７に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見たプロセスガス整流板４０の側面（ｂ）を示す概念図である。

プロセスガス整流板４０は、図５から図８に示すように、横型ボート３０に平行保持させる半導体ウェーハＷと略同一の形状で構成された主部４２と、前記主部４２を前記横型ボート３０に立てて前記半導体ウェーハＷと平行保持させた際、前記横型ボート３０より上方に位置する前記主部４２の外周部に設けられ、前記特定領域毎（図２、３の例ではウェーハ上方領域Ｏ_１及びウェーハ側方領域Ｏ_２）にプロセスガスのガス流速を変化させる流速変化部４４とを備える。

前記流速変化部４４は、前記主部４２を前記横型ボート３０に立てて前記半導体ウェーハＷと平行保持させた際、前記横型ボート３０より上方に位置する前記主部４２の外周端から炉本体１０の内壁方向に向かって半円状に延在する板状で構成された延在部４４ａと、前記延在部４４ａを前記プロセスガスの導入方向に平行して貫通し、前記プロセスガスを通過させて前記プロセスガスのガス流速を半導体ウェーハＷの前記外周部近傍の特定領域毎に調整する調整口４４ｂ１、４４ｂ２を備える。

なお、前記ガス流速の調整は、前記延在部４４ａに設けられた調整口４４ｂ１、４４ｂ２の開口面積によって容易に制御することができる。

前記プロセスガス整流板４０は、例えば、シリカガラス（ＳｉＯ_２）で構成されている。

本発明に係る横型拡散炉１は、前記半導体ウェーハＷの外周部近傍におけるウェーハ上方領域Ｏ_１のプロセスガスのガス流速を遅く、ウェーハ側方領域Ｏ_２のガス流速を早くすることが好ましい。すなわち、図２に示す流速分布にすることが好ましい。

このように、ウェーハ上方領域Ｏ_１のプロセスガスのガス流速を遅くすることにより、前記説明した図４（ａ）における対流に加え、重量の影響により前記ウェーハ上方領域Ｏ_１を低速のガス流速で通過するプロセスガスに下降気流が生じ、更に、多くのプロセスガスを、横型ボート３０に平行保持された半導体ウェーハ間に流入させることができると考えられる。従って、このような構成とすることにより、更に、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる。

図９は、図２に示す流速分布とするためのプロセスガス整流板４０の他の態様の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見た側面（ｂ）を示す概念図である。

前記流速変化部４４は、図９に示すように、前記主部４２を前記横型ボート３０に立てて前記半導体ウェーハＷと平行保持させた際、前記横型ボート３０より上方に位置する前記主部４２の外周端から炉本体１０の内壁方向に向かって前記平行保持する半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２に平行する前記主部４２の外周部のみに半円状に各々延在する板状で構成された延在部４４ｃと、前記延在部４４ｃを前記プロセスガスの導入方向に平行して貫通し、前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２のみを通過するプロセスガスのガス流速のみを調整する調整口４４ｄを備えていることが好ましい。

以上の構成とすることで、ウェーハ上方領域Ｏ_１を通過するプロセスガスのガス流速を調整することが無いため、更に、ウェーハ上方領域Ｏ_１を通過するプロセスガスのガス流速を遅くすることができるため、多くのプロセスガスを横型ボート３０に平行保持された半導体ウェーハ間に流入させることができる。従って、このような構成とすることにより、更に、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる。

前記プロセスガス導入口１０ａから導入されるプロセスガスＰ_Ａの流量は、１０リットル／ｍｉｎ以上２０リットル／ｍｉｎ以下であることが好ましい。

前記流量が１０リットル／ｍｉｎ未満である場合には、半導体ウェーハＷの外周部近傍を通過するプロセスガスＰ_Ａのガス流速が小さい（ガス流量が小さい）ため、横型ボート３０のプロセスガス導入口１０ａ側に平行保持された半導体ウェーハＷと炉口１０ｂ側に平行保持された半導体ウェーハＷとで供給されるプロセスガスＰ_Ａ量に差が生じ、ウェーハ間において拡散層深さのバラツキが発生する場合がある。前記流速が２０リットル／ｍｉｎを超える場合には、大量のプロセスガスＰ_Ａを使用することとなるため製造コストが増加する場合がある。

図１０は、本発明におけるウェーハ上方領域Ｏ_１及びウェーハ側方領域Ｏ_２における好ましい具体的態様を説明するための概念図である。

前記ウェーハ上方領域Ｏ_１は、前記半導体ウェーハＷを横型ボート３０に設置した際における半導体ウェーハＷの中心点Ｏを通過する垂線Ｈ_Ｌの中心点Ｏより上方の上方線と半導体ウェーハＷの外周部との交点Ｗｐからウェーハ外周部の外周両方向に向かって、３０°以上６０°以下（図１０でいうと、θ１が６０°以上１２０°以下）の領域であり、前記ウェーハ側方領域Ｏ_２は、前記ウェーハ上方領域Ｏ_１から下方のウェーハ外周部の両側領域であって、前記ウェーハ上方領域Ｏ_１から下方に６０°以上９０°以下（図１０でいうとθ２が６０°以上９０°以下）の領域であることが好ましい。

このような構成とすることで、図４に示すような対流が起こりやすくなるため、多くのプロセスガスＰ_Ａを前記平行保持された半導体ウェーハＷ間に効率よく流入させることができ、半導体ウェーハＷの中心部にも多くのプロセスガスを供給することができるため好ましい。

なお、図１０に示す前記ウェーハ側方領域Ｏ_２から下方のウェーハ外周部の領域Ｏ_３は、前記半導体ウェーハＷを横型ボート３０に保持する保持領域である。

前記プロセスガス整流板４０は、図１に示すように、複数枚、好ましくは、２枚以上６枚以下、前記横型ボート３０の前記プロセスガス導入口１０ａ側に立てて前記半導体ウェーハＷと平行保持させることが好ましい。

このような構成とすることで、確実に、前記横型ボート３０より上方に位置する前記半導体ウェーハＷの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域毎に変化させることができるため好ましい。なお、前記平行保持させるプロセスガス整流板４０が６枚を超える場合には、横型ボート３０に保持できる半導体ウェーハＷの数が少なくなるため、生産性が低下する場合がある。

本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、上述した横型拡散炉１を用いて前記半導体ウェーハを熱処理することを特徴とする。

本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、デポ拡散に適用することができる。

デポ拡散は、ＦＺ法やＭＣＺ法で引上げたシリコンインゴットをスライスして、ラッピング処理あるいはエッチング処理を施したウェーハを、前述したような横型拡散炉１内に投入し、リン、ボロン等の不純物を含むドープガスと、窒素、酸素等のキャリアガスとの混合ガス（プロセスガス）雰囲気下で、１１００℃以上１２００℃以下で熱処理する方法である。

また、本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、スランプ拡散にも適用することができる。

スランプ拡散は、デポ拡散を行ったウェーハに対して、アルゴンガス等の不活性ガス（プロセスガス）雰囲気下で、１２００℃以上１３４０℃以下で熱処理を行う方法である。

本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、このような構成を備えることで、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造することができる。

前記熱処理は、デポ拡散であることが好ましい。

拡散ウェーハの拡散層深さの面内均一性は、デポ拡散において形成する拡散層源の面内均一性に大きく依存される。従って、本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法を、デポ拡散処理に適用することで、中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が高い拡散ウェーハを製造する上で最も高い効果を得ることができる。

また、本発明に係る半導体ウェーハの熱処理方法は、例えば、半導体ウェーハに酸化膜を形成する酸化膜形成熱処理にも適用することもできる。

酸化膜形成熱処理は、半導体ウェーハを上述したような横型拡散炉内に投入し、酸化性ガス雰囲気下で例えば１１００℃で熱処理する方法である。

このような構成を備えることで、半導体ウェーハの表面に形成する酸化膜の膜厚を高精度に制御することができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。

（実施例１）
ＭＣＺ法で育成したＮ型、面方位＜１００＞、直径１２５ｍｍ、抵抗１９〜２４Ω・ｃｍ、厚さ１．０ｍｍのラッピング処理後のシリコンウェーハ５０枚を１ロットとして、各シリコンウェーハの拡散層深さが２２５±５μｍ狙いとなるように、デポ拡散を行った。

デポ拡散では、図１に示す横型拡散炉１にて、図５、６に示すプロセスガス整流板４０を図１に示すように横型ボート３０のプロセスガス導入口１０ａ側に４枚立てて平行保持すると共に、横型ボート３０に１ロット分、シリコンウェーハを平行保持して、酸素、窒素およびオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の混合ガス雰囲気下で、当該混合ガスのガス流量を１５リットル／ｍｉｎとし、１１３０℃の温度で４時間熱処理を行って、ウェーハの両面に高濃度のリン不純物の含有層（拡散層源）を形成した。なお、ここで用いたプロセスガス整流板４０の材料はシリカガラスで行った。

そして、デポ拡散を行ったウェーハの両面に生成したリンガラス層を除去した後に、周知の方法により、前記デポ拡散を行った１ロットすべてを１バッチで、酸素をアルゴンで希釈したガス雰囲気下、１２５０℃の温度で前記拡散層深さが２２５±５μｍとなるように熱処理時間を調整してスランプ拡散を行った。

次に、得られた拡散ウェーハの拡散層深さをＳＲ（Spreading Resistance）法により測定した。

ここで、面内の測定箇所は、ウェーハ中心部、同心円上の外周部４箇所の計５箇所（図１１参考）とし、前記５箇所で計測した拡散層深さの最大値から最小値を減算した値をそのウェーハ面内の拡散層深さバラツキとし、１ロット（５０枚）における面内拡散層深さバラツキ分布（ＭＡＸ値、ＭＩＮ値、ＡＶＥ値）を算出した。また、ウェーハ中心部と外周部４箇所との半径方向拡散層深さの差（「外周部１」における拡散層深さから「中心部」における拡散層深さを減算した値、「外周部２」における拡散層深さから「中心部」における拡散層深さを減算した値、「外周部３」における拡散層深さから「中心部」における拡散層深さを減算した値及び「外周部４」における拡散層深さから「中心部」における拡散層深さを減算した値の計４つ値）を算出し、その後、前記算出した４つの値の平均値を算出してこれをウェーハ毎の半径方向拡散層深さバラツキとし、これの１ロット（５０枚）における半径方向拡散層深さバラツキ分布（ＭＡＸ値、ＭＩＮ値、ＡＶＥ値）を算出した。

なお、前記外周部４箇所における具体的な測定位置は、「外周部１」、「外周部２」、「外周部３」では、それぞれウェーハ外周から５ｍｍの位置、「外周部４」では、オリフラから５ｍｍの位置を測定した。

（実施例２）
図１に示す横型拡散炉１にて、図７、８に示すプロセスガス整流板４０を用いて、その他は実施例１と同様な方法にて、デポ拡散及びスランプ拡散を行った。

得られた拡散ウェーハの拡散層深さをＳＲ（Spreading Resistance）法により実施例１と同様な条件で測定して、実施例１と同様な算出方法により１ロット（５０枚）における面内拡散層深さバラツキ分布（ＭＡＸ値、ＭＩＮ値、ＡＶＥ値）及び半径方向拡散層深さバラツキ分布（ＭＡＸ値、ＭＩＮ値、ＡＶＥ値）を算出した。

（実施例３）
図１に示す横型拡散炉１にて、図９に示すプロセスガス整流板４０を用いて、その他は実施例１と同様な方法にて、デポ拡散及びスランプ拡散を行った。

（比較例１）
流速変化部４４が設けられていない主部４２のみで構成されたプロセスガス整流板を用いて、その他は実施例１と同様な方法にて、デポ拡散及びスランプ拡散を行った。

上記実施例１〜３及び比較例１における面内拡散層深さバラツキ分布及び半径方向拡散層深さバラツキ分布についてまとめて表１に示す。

表１に示すように、上述したプロセスガス整流板４０を使用して行った実施例１〜３は、流速変化部４４が設けられていないプロセスガス整流板を使用して行った比較例１よりも中心部と外周部を含むウェーハ面内の拡散層深さの面内均一性が向上することが認められた。

また、図５、６に示すプロセスガス整流板４０を用いて行った実施例１は、図７、８に示すプロセスガス整流板４０を用いて行った実施例２よりも拡散層深さの面内均一性が更に向上することが認められた。

更に、図９に示すプロセスガス整流板４０を用いて行った実施例３は、図５、６に示すプロセスガス整流板４０を用いて行った実施例１よりも拡散層深さの面内均一性が更に向上することが認められた。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・炉本体
２０・・・加熱体
３０・・・横型ボート
４０・・・プロセスガス整流板

Claims

水平状態に配置され、一側にプロセスガス導入口が設けられ、他側に炉口が設けられた炉本体と、
前記炉口を閉塞する閉塞体と、
前記炉本体内を加熱する加熱体と、
前記炉本体内に水平状態に載置され、半導体ウェーハを立てて前記プロセスガス導入口から導入されるプロセスガスの導入方向と平行な方向に前記半導体ウェーハを複数平行保持させる横型ボートと、
前記横型ボートの前記プロセスガス導入口側に単数又は複数立てて前記半導体ウェーハと平行保持させて設けられ、前記プロセスガス導入口から導入されるプロセスガスの前記平行保持させた半導体ウェーハへの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記半導体ウェーハを横型ボートに平行保持させた際、前記横型ボートより上方に位置する前記半導体ウェーハの外周部近傍を通過するプロセスガスのガス流速を前記外周部近傍の特定領域毎に変化させるプロセスガス整流板と、
を備えることを特徴とする横型拡散炉。
前記プロセスガス整流板は、前記横型ボートに平行保持させる半導体ウェーハと略同一の形状で構成された主部と、
前記主部を前記横型ボートに立てて前記半導体ウェーハと平行保持させた際、前記横型ボートより上方に位置する前記主部の外周部に設けられ、前記特定領域毎にプロセスガスのガス流速を変化させる流速変化部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の横型拡散炉。
前記プロセスガス整流板は、複数立てて用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の横型拡散炉。
請求項１乃至３いずれかに記載の横型拡散炉を用いて前記半導体ウェーハを熱処理することを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法。
前記熱処理はデポ拡散であることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハの熱処理方法。