JP2012094807A - 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 - Google Patents

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。
【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を複数平行保持させる横型ボート３０と、平行保持させた半導体ウェーハＷへのプロセスガスＰ_Ａの直接的な接触を遮蔽すると共に、半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１の外周部近傍を通過するプロセスガスＰ_Ａのガス流速をＳＯ_１（０は含まず）、半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過するプロセスガスＰ_Ａのガス流速をＳＯ_２（０は含まず）としたときに、ＳＯ_１＜ＳＯ_２の関係を満たすように、側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前のプロセスガスＰ_Ａを整流するプロセスガス整流板４０と、を備える。
【選択図】図２

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（以下、半導体素子という）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、かつ、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、前記平行保持させた半導体ウェーハへの前記プロセスガス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上方領域の外周部近傍を通過する前記プロセスガスのガス流速をＳＯ_１（０は含まず）、前記上方領域と前記横型ボートとの間である前記半導体ウェーハの側方領域の外周部近傍を通過する前記プロセスガスのガス流速をＳＯ_２（０は含まず）としたときに、ＳＯ_１＜ＳＯ_２の関係を満たすように、前記側方領域の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスを整流す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、前記半導体ウェーハの側方領域の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部の側方領域に設けられた整流部と、を備え、前記整流部は、前記主部の側方領域の外周端から前記炉本体の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部と、前記延在部に設けられ、前記延在部を前記プロセスガスの導入方向に平行して貫通する貫通口と、を備えることが好ましい。

前記貫通口は、円環状に形成されて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、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。

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。 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に示す横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体１０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４に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見た側面を示す概念図である。 図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。 図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。 図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。 本発明の比較例に係るプロセスガス整流板の形態を示す平面（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。 本発明の他の比較例に係るプロセスガス整流板の形態を示す平面（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。 本発明の実施形態の他の態様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。 実施例及び比較例におけるウェーハ面内の測定箇所を説明するための概念図である。

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、前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの前記プロセスガスＰ_Ａ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の上方領域Ｏ_１の外周部近傍を通過する前記プロセスガスＰ_Ａのガス流速をＳＯ_１（０は含まず）、前記上方領域Ｏ_１と前記横型ボート３０との間である前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前記プロセスガスＰ_Ａのガス流速をＳＯ_２（０は含まず）としたときに、ＳＯ_１＜ＳＯ_２の関係を満たすように、前記側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスＰ_Ａを整流する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、周知の構造のもの（例えば、特開２００９−１１１０６４号に記載されているような横型ボート）が用いられ、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、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３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る。

なお、図３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、図２に示すような流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）となっているため、ガス流速が遅いプロセスガス流れ（流速ＳＯ_１）は、ガス流速が早いプロセスガス流れ（流速ＳＯ_２）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。

また、プロセスガス流れ（流速ＳＯ_１）は、重量の影響により当該ガス流れの一部に下降気流が生じるものと考えられる。

この対流及び下降気流の影響により、多くのプロセスガスが前記平行保持された半導体ウェーハＷ間に流入するため、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。従って、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のみを周知の構造の横型ボート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、横型拡散炉１に用いられる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４は、図１に示す横型拡散炉をＢ−Ｂ線で切ったときの炉本体１０内の縦断面を示す概念図である。図５は、横型ボート３０に保持しない状態での図４に示すプロセスガス整流板４０の平面（ａ）及び平面（ａ）のα方向から見た側面を示す概念図である。

プロセスガス整流板４０は、図４、５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、前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａに設けられた整流部４４と、を備える。

ここでいう半導体ウェーハＷと略同一の形状とは、主部４２が半導体ウェーハＷと直径、厚さ共に略同一であることをいう。また、ここでいう略同一とは、半導体ウェーハＷと主部４２を比較して直径及び厚さ共に、その差が５％以内であることをいう。

前記整流部４４は、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４ａと、前記延在部４４ａに設けられ、前記延在部４４ａを前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通する円環状の貫通口４４ｂと、を備えている。

すなわち、前記プロセスガス整流板４０は、主部４２により前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの前記プロセスガスＰ_Ａの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記整流部４４により前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスＰ_Ａを整流する。

なお、前記ガス流速ＳＯ_２の調整は、前記延在部４４ａに設けられた円環状の貫通口４４ｂの開口面積によって制御することができる。すなわち、開口面積を小さくすればガス流速ＳＯ_２を早くすることができ、大きくすればガス流速ＳＯ_２を遅くすることができる。

このようなプロセスガス整流板４０を用いることで、図２に示すようなガス流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）とすることができる。

図６は、図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。

図６に示すプロセスガス整流板４０Ａ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、前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａに設けられた整流部４４Ａを備え、前記整流部４４Ａは、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４Ａａと、前記延在部４４Ａａに設けられ、前記延在部４４Ａａを前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通し、前記主部４２の外周部の周縁方向に平行して形成された複数の円状の貫通口４４Ａｂと、を備える
すなわち、前記プロセスガス整流板４０Ａは、主部４２により前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの前記プロセスガスＰ_Ａの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記整流部４４Ａにより前記半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスＰ_Ａを整流する。

なお、前記ガス流速ＳＯ_２の調整は、前記延在部４４Ａａに設けられた複数の円状の貫通口４４Ａｂの開口面積によって制御することができる。

このようなプロセスガス整流板４０Ａを用いることで、図２に示すようなガス流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）とすることができる。

図７は、図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。

図７に示すプロセスガス整流板４０Ｂ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、前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１及び側方領域Ｏ_２の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａ及び側方領域Ｏ_２ａに設けられた整流部４４Ｂを備え、前記整流部４４Ｂは、前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４Ｂａ１と、前記延在部４４Ｂａ１に設けられ、前記延在部４４Ｂａ１を前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通する円環状の貫通口４４Ｂｂ1と、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４Ｂａ２と、前記延在部４４Ｂａ２に設けられ、前記延在部４４Ｂａ２を前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通する円環状の貫通口４４Ｂｂ２と、を備え、前記貫通口４４Ｂｂ1の開口面積は、前記貫通口４４Ｂｂ２の開口面積より大きいことを特徴とする。

すなわち、前記プロセスガス整流板４０Ｂは、主部４２により前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの前記プロセスガスＰ_Ａの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記整流部４４Ｂにより前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１及び側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスＰ_Ａを整流する。

このようなプロセスガス整流板４０Ｂを用いることで、図２に示すようガス流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）とすることができる。

図８は、図５に示すプロセスガス整流板４０の他の実施形態を示す平面（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。

図８に示すプロセスガス整流板４０Ｃ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、前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１及び側方領域Ｏ_２の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａ及び側方領域Ｏ_２ａに設けられた整流部４４Ｃを備え、前記整流部４４Ｃは、前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４Ｃａ１と、前記延在部４４Ｃａ１に設けられ、前記延在部４４Ｃａ１を前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通し、前記主部４２の外周部の周縁方向に平行して形成された複数の円状の貫通口４４Ｃｂ１と、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａの外周端から前記炉本体１０の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部４４Ｃａ２と、前記延在部４４Ｃａ２に設けられ、前記延在部４４Ｃａ２を前記プロセスガスＰ_Ａの導入方向に平行して貫通し、前記主部４２の外周部の周縁方向に平行して形成された複数の円状の貫通口４４Ｃｂ２とを備え、前記貫通口４４Ｃｂ１の開口面積は、前記貫通口４４Ｃｂ２の開口面積より大きいことを特徴とする。

すなわち、前記プロセスガス整流板４０Ｃは、主部４２により前記平行保持させた半導体ウェーハＷへの前記プロセスガスＰ_Ａの直接的な接触を遮蔽すると共に、前記整流部４４Ｃにより前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１及び側方領域Ｏ_２の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスＰ_Ａを整流する。

このようなプロセスガス整流板４０Ｃを用いることで、図２に示すようガス流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）とすることができる。

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

図９は、本発明の比較例に係るプロセスガス整流板の形態を示す平面（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。

図９に示すプロセスガス整流板４０Ｄは、図７に示すプロセスガス整流板４０Ｂにおいて、前記貫通口４４Ｂｂ１が貫通口４４Ｄｂ１に置き換えられた構成を備えており、前記貫通口４４Ｄｂ1の開口面積と、貫通口４４Ｂｂ２の開口面積とが略同一である。ここでいう略同一とは、当該開口面積の差が５％以内であることを示す。

このようなプロセスガス整流板４０Ｄを用いる場合には、図２に示すようなガス流速分布（ＳＯ_１＜ＳＯ_２）とすることが難しいため、図３に示すような対流を起こすことが難しいと考えられる。従って、半導体ウェーハＷ間にプロセスガスが流入する量が少なくなるため、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難しいと考えられる。

図１０は、本発明の他の比較例に係るプロセスガス整流板の形態を示す平面（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。

図１０に示すプロセスガス整流板４０Ｅは、図７に示すプロセスガス整流板４０Ｂにおいて、貫通口４４Ｂｂ１を有しない、すなわち、前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａは、前記延在部４４Ｂａ１のみで構成され、主部４２の上方領域Ｏ_１ａを通過するプロセスガスＰ_Ａを遮蔽する形態である。

このようなプロセスガス整流板４０Ｅを用いる場合には、少なくともプロセスガス整流板４０Ｅに隣接する平行保持された半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１の外周近傍には、プロセスガスＰ_Ａが流れない、すなわち、プロセスガスＰ_Ａのガス流速ＳＯ_１が０となるため、前記隣接する半導体ウェーハＷ間にはプロセスガスＰ_Ａが流入しにくくなるため、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難しいと考えられる。また、図示しないが、図７において貫通口４４Ｂｂ２を有しない、すなわち、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａは、前記延在部４４Ｂａ２のみで構成され、主部４２の側方領域Ｏ_２ａを通過するプロセスガスＰ_Ａを遮蔽する形態や、前記貫通口４４Ｂｂ１、４４Ｂｂ２の両方を有しない形態である場合でも同様の理由により、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難しいと考えられる。

前記プロセスガス整流板は、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、前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａには、前記整流部が設けられていないこと（図５及び図６に示すプロセスガス整流板４０、４０Ａであること）が好ましい。言い換えれば、前記整流部は、前記主部４２の側方領域Ｏ_２ａのみに設けられていることが好ましい。

前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａに整流部を設けた場合（例えば、図７、図８に示す整流部４４Ｂ、４４Ｃ）には、前記ガス流速ＳＯ_１が高くなる場合があり、図３に示すような下降気流が弱くなる又は発生しない場合があると考えられる。そのため、半導体ウェーハＷ間にプロセスガスＰ_Ａが流入する量が少なくなる場合があると考えられる。

更に、前記主部４２の上方領域Ｏ_１ａに設けられた整流部４４Ｂ、４４Ｃの延在部４４Ｂａ１、４４Ｃａ１に接触したプロセスガスＰ_Ａは、当該延在部４４Ｂａ１、４４Ｃａ１の上方と、前記貫通口４４Ｂｂ１、４４Ｃｂ１にガス流れが分岐されることになり、少なくともプロセスガス整流板に隣接する平行保持された半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１の外周近傍を通過するプロセスガスＰ_Ａが少なくなる場合があると考えられる。そのため、半導体ウェーハＷ間にプロセスガスＰ_Ａが流入する量が少なくなる場合があると考えられる。

従って、図５及び図６に示すプロセスガス整流板４０、４０Ａを用いることで、より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。

前記貫通口は、円環状に形成されていることが更に好ましい。すなわち、図５に示すプロセスガス整流板４０を用いることが更に好ましい。

このように、貫通口を円環状（図５に示すような貫通口４４ｂ）とすることで、複数の円状の貫通口（図６に示すような貫通口４４Ａｂ）よりも、横型ボート３０に保持された半導体ウェーハＷの側方領域Ｏ_２の外周部近傍に平均的に多くの量のプロセスガスＰ_Ａを供給することができる。

従って、図５に示すプロセスガス整流板４０を用いることで、より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、１０ｌ／ｍｉｎ以上２０ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。

前記流量が１０ｌ／ｍｉｎ未満である場合には、前記半導体ウェーハＷの上方領域Ｏ_１に供給するプロセスガスＰ_Ａの流量が少なくなるため、半導体ウェーハ間にプロセスガスＰ_Ａを流入させることが難しくなる場合がある。前記流速が２０ｌ／ｍｉｎを超える場合には、プロセスガスのガス流速が高くなるため、図３に示すような下降気流が弱くなる又は発生しない場合があり、半導体ウェーハＷ間にプロセスガスＰ_Ａが流入する量が少なくなる場合がある。

前記半導体ウェーハＷ（又は主部４２）の上方領域Ｏ_１（Ｏ_１ａ）は、前記半導体ウェーハＷ（又は主部４２）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（又は主部４２）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（又は主部４２）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（図でいうと、θ１が６０°以上１２０°以下）の領域であり、前記半導体ウェーハＷ（又は主部４２）の側方領域Ｏ_２（Ｏ_２ａ）は、前記上方領域Ｏ_１（Ｏ_１ａ）から下方のウェーハ外周部の両側領域であって、前記上方領域Ｏ_１（Ｏ_１ａ）から下方に６０°以上９０°以下（図でいうとθ２が６０°以上９０°）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３に示すような対流及び下降気流が起こりやすくなるため、多くのプロセスガス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、前記側方領域Ｏ_２（Ｏ_２ａ）から下方のウェーハ外周部の領域Ｏ_３（Ｏ_３ａ）は、前記半導体ウェーハＷ（又は主部４２）を横型ボート３０に保持する保持領域である。

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、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、本発明に係る拡散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。

図１１は、本発明の実施形態の他の態様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。

前記横型ボート３０に載置するプロセスガス整流板４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ（図１１では４０）は、図１１に示すように、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１１では単数)立てて、更に、プロセスガスＰ_Ａの導入方向と平行な方向に複数平行保持されている半導体ウェーハ間（例えば、５枚以上２０枚以下毎に（図１１では５枚毎に））に各々単数又は複数（図１１では単数）前記半導体ウェーハと平行保持させて設けてもよい。

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。

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に示すプロセスガス整流板４０（θ１＝９０°、θ２＝７５°）を用いて、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１５ｌ／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１２参考）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バラツキ（「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。

図１に示す横型拡散炉１にて、図６に示すプロセスガス整流板４０Ａ（θ１＝９０°、θ２＝７５°）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。

図１に示す横型拡散炉１にて、図７に示すプロセスガス整流板４０Ｂ（θ１＝９０°、θ２＝７５°）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。

図１に示す横型拡散炉１にて、図８に示すプロセスガス整流板４０Ｃ（θ１＝９０°、θ２＝７５°）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。

（比較例１）
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４０Ｄ（θ１＝９０°、θ２＝７５°）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。

（比較例２）
図１に示す横型拡散炉１にて、図１０に示すプロセスガス整流板４０Ｅ（θ１＝９０°、θ２＝７５°）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。

（比較例３）
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。

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。
上記実施例１〜４及び比較例１〜３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、実施例１〜４は、比較例１〜３のいずれ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。

更に、実施例４（プロセスガス整流板４０Ｃ）よりも実施例３（プロセスガス整流板４０Ｂ）、実施例３（プロセスガス整流板４０Ｂ）よりも実施例２（プロセスガス整流板４０Ａ）、更には、実施例２（プロセスガス整流板４０Ａ）よりも実施例１（プロセスガス整流板４０）が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。

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

Claims (5)

1. 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、前記平行保持させた半導体ウェーハへの前記プロセスガス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上方領域の外周部近傍を通過する前記プロセスガスのガス流速をＳＯ_１（０は含まず）、前記上方領域と前記横型ボートとの間である前記半導体ウェーハの側方領域の外周部近傍を通過する前記プロセスガスのガス流速をＳＯ_２（０は含まず）としたときに、ＳＯ_１＜ＳＯ_２の関係を満たすように、前記側方領域の外周部近傍を通過する前の前記プロセスガスを整流す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。
2. 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、前記半導体ウェーハの側方領域の外周部近傍と水平方向に平行する前記主部の側方領域に設けられた整流部と、を備え、
   前記整流部は、前記主部の側方領域の外周端から前記炉本体の内壁方向に向かって延在する板状で構成された延在部と、前記延在部に設けられ、前記延在部を前記プロセスガスの導入方向に平行して貫通する貫通口と、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。
3. 前記貫通口は、円環状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の横型拡散炉。
4. 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。
5. 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。

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