JP2013182916A - Thermal diffusion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱拡散装置に関し、具体的には、半導体ウェハに拡散層を形成する拡散プロセスに使用される熱拡散装置に関する。 The present invention relates to a thermal diffusion device, and more particularly to a thermal diffusion device used in a diffusion process for forming a diffusion layer on a semiconductor wafer.
従来、拡散プロセスにおいては、構造が簡便であることや、一度に多くの被拡散物を処理可能であることなどから、熱拡散炉が広く用いられている。被拡散物は、ガス導入管が接続されている反応管の内部に配置される。被拡散物は、その一面が反応管の長手方向に対して平行または垂直とされた状態として、ボート上に保持される。通常、反応管の内部には、液体または気体である拡散源と、拡散源を反応管の内部へ十分行き渡らせるためのキャリアガスである不活性ガスとが、ガス導入管から導入される。 Conventionally, in a diffusion process, a thermal diffusion furnace has been widely used because of its simple structure and the ability to process many objects to be diffused at one time. The material to be diffused is disposed inside the reaction tube to which the gas introduction tube is connected. The diffused material is held on the boat in a state where one surface thereof is parallel or perpendicular to the longitudinal direction of the reaction tube. Usually, a diffusion source that is a liquid or a gas and an inert gas that is a carrier gas for sufficiently spreading the diffusion source to the inside of the reaction tube are introduced into the reaction tube from the gas introduction tube.
熱拡散では、一度に多くの被拡散物を処理することで、被拡散物の面内におけるドーパントの分布が不均一となることがある。その原因としては、被拡散物内の温度分布、拡散源の濃度分布、拡散処理において隣り合う被拡散物間における再拡散等が挙げられる。これらの要因のうち、被拡散物の温度分布、および拡散源の濃度分布の影響は大きいとされている。 In thermal diffusion, the dopant distribution in the surface of the diffused material may become non-uniform by processing many diffused materials at a time. The causes include temperature distribution in the diffused material, concentration distribution of the diffusion source, re-diffusion between adjacent diffused materials in the diffusion process, and the like. Among these factors, the influence of the temperature distribution of the diffused material and the concentration distribution of the diffusion source is considered to be large.
被拡散物の温度分布は、主に、反応管内部の温度が不均一となることによって生じる。反応管内部の温度が不均一となる原因としては、熱拡散装置におけるヒーターの配置、被拡散物を反応管の内部へ搬入するときの熱移動、反応管内部へ導入されたガスによる被拡散物の冷却などが挙げられる。 The temperature distribution of the diffused material is mainly caused by uneven temperature inside the reaction tube. The reason why the temperature inside the reaction tube is uneven is that the arrangement of the heater in the heat diffusion device, the heat transfer when the diffusion object is carried into the reaction tube, and the diffusion object due to the gas introduced into the reaction tube Cooling.
拡散源の濃度分布は、主に、反応管の内部におけるガス流が不均一であることによって生じる。反応管の内部において、被拡散物の面内でのガス流が均一になるような構成を採用することで、拡散源を均等な濃度で分布させることができる。例えば、反応管へ導入されたガスが被拡散物に直接接触しないように、反応管の上流側のガス流を遮る位置に遮蔽板を設けると、拡散源を含むガスが直接被拡散物に接触する場合と比較して、反応管内部の長手方向について、拡散源の濃度が均一化される。 The concentration distribution of the diffusion source is mainly caused by the non-uniform gas flow inside the reaction tube. By adopting a configuration in which the gas flow in the surface of the object to be diffused becomes uniform inside the reaction tube, the diffusion source can be distributed at an even concentration. For example, if a shielding plate is installed at a position that blocks the gas flow upstream of the reaction tube so that the gas introduced into the reaction tube does not directly contact the diffused material, the gas containing the diffusion source directly contacts the diffused material. Compared with the case where it does, the density | concentration of a diffusion source is equalized about the longitudinal direction inside a reaction tube.
ドーパントの分布の悪化を抑制する手段として、例えば、被拡散物を反応管内部で回転させる技術が知られている。反応管内部には、回転機構が設けられる。基本的な構成として、反応管は、長手方向を鉛直方向とする縦向きに配置される。被拡散物は、拡散処理における落下を防止するための座繰りを持つサセプタ上に設置される。サセプタは、回転可能とされたサンプルホルダに挿入される。 As a means for suppressing the deterioration of the dopant distribution, for example, a technique of rotating the diffused object inside the reaction tube is known. A rotation mechanism is provided inside the reaction tube. As a basic configuration, the reaction tube is arranged in a vertical direction in which the longitudinal direction is the vertical direction. The object to be diffused is placed on a susceptor having a countersink for preventing a fall in the diffusion process. The susceptor is inserted into a rotatable sample holder.
反応管を縦置きとすることで、被拡散物は、反応管の下側から搬入および搬出がなされる。通常、拡散処理において過剰となった拡散源は、反応管内部に堆積する。特に、生産設備として使用される熱拡散装置は、反応管の定期的な洗浄が必要となる。熱拡散装置から反応管を取り出し可能とするには、熱拡散装置は、反応管の2倍以上の高さを要することとなる。このため、被拡散物を回転させる場合、被拡散物の面内におけるドーパントの分布が良好となる一方、熱拡散装置の大型化が問題となる。また、被拡散物が水平に配置されることで、反応管の内部で発生したダストが被拡散物上に落下する可能性がある。ダストの付着は、半導体の微細加工において、パターンの断線、特性不良の原因となり得る。 By placing the reaction tube vertically, the diffused material is carried in and out from the lower side of the reaction tube. Usually, an excessive diffusion source in the diffusion process is deposited inside the reaction tube. In particular, a thermal diffusion device used as a production facility requires periodic cleaning of the reaction tube. In order to be able to take out the reaction tube from the heat diffusing device, the heat diffusing device needs to be at least twice as high as the reaction tube. For this reason, when rotating a diffused object, while distribution of the dopant in the surface of a diffused object becomes favorable, the enlargement of a thermal-diffusion apparatus becomes a problem. In addition, since the diffused material is disposed horizontally, dust generated inside the reaction tube may fall on the diffused material. The adhesion of dust can cause pattern disconnection and poor characteristics in semiconductor microfabrication.
被拡散物の回転機構を採用せず、均一な拡散層を得るための手法として、例えば、反応管の円筒軸に対し上下左右にガス導入管を配置する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。拡散源を含むガスは、反応管内部の上下左右から被拡散物へ放出される。 As a technique for obtaining a uniform diffusion layer without adopting the rotating mechanism of the diffused material, for example, a technique has been proposed in which gas introduction pipes are arranged vertically and horizontally with respect to the cylindrical axis of the reaction pipe (for example, patents) Reference 1). The gas containing the diffusion source is released from the top, bottom, left, and right inside the reaction tube to the object to be diffused.
特許文献1の技術の場合、拡散源を含むガスは、反応管に対して体積が非常に小さいガス導入管を通過することで、流速が大きくされて反応管内部へ導入される。ガスの流速が大きくなることにより、ガスが十分に加熱されないまま被拡散物に到達することになると、被拡散物の冷却が起こり、均一な拡散層を得ることが困難となる。また、一般に石英を使用して構成される反応管の内部に複雑な構造のガス導入管を配置すると、特に、量産設備では、反応管やガス導入管の洗浄のための取り外しや位置調整が非常に煩雑となる。 In the case of the technique disclosed in Patent Document 1, the gas including the diffusion source passes through the gas introduction tube having a very small volume with respect to the reaction tube, so that the flow velocity is increased and the gas is introduced into the reaction tube. If the gas reaches the diffusion object without being sufficiently heated due to an increase in the gas flow rate, the diffusion object is cooled, and it becomes difficult to obtain a uniform diffusion layer. In addition, when a gas introduction pipe with a complicated structure is arranged inside a reaction pipe generally made of quartz, it is very difficult to remove and adjust the position of the reaction pipe and gas introduction pipe for cleaning, especially in mass production facilities. It becomes complicated.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被拡散物に対して均一な濃度で拡散源を供給することで、均一な拡散層の形成を可能とする熱拡散装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a thermal diffusion device capable of forming a uniform diffusion layer by supplying a diffusion source with a uniform concentration to an object to be diffused. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被拡散物に拡散処理を施すための反応室が内部に形成された反応管と、前記反応管の周囲から前記被拡散物を加熱するヒーターと、前記ヒーターにより加熱されている前記被拡散物に拡散層を形成するための拡散源を含む気体を、前記反応管へ導入するガス導入管と、を有し、前記反応管の内部は、前記反応室と、前記反応室の周囲において前記ガス導入管からの前記気体が流動する層状空間とに仕切られ、前記反応室と前記層状空間とを仕切る仕切り壁には、前記層状空間を通過した前記気体を、前記被拡散物の周囲において前記反応室内へ流入させる複数の流入口が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a reaction tube in which a reaction chamber for performing diffusion treatment on a diffusion object is formed, and the diffusion object from the periphery of the reaction tube. And a gas introduction pipe for introducing a gas including a diffusion source for forming a diffusion layer in the diffusion object heated by the heater into the reaction tube, and the reaction tube Is partitioned into the reaction chamber and a laminar space in which the gas from the gas introduction pipe flows around the reaction chamber, and the partition wall that divides the reaction chamber and the laminar space includes the lamellar space. A plurality of inlets are formed for allowing the gas that has passed through the space to flow into the reaction chamber around the diffused material.
本発明によれば、熱拡散装置は、拡散源を含む気体を反応室の周囲の層状空間へ流動させ、被拡散物の周囲の複数の流入口から反応室内へ流入させる。熱拡散装置は、被拡散物に対し複数の方面から拡散源を導入することで、反応管の内部へ一方向から拡散源を導入する場合に比べて、拡散源を均等な濃度で分散させることができる。これにより、熱拡散装置は、被拡散物に対して均一な濃度で拡散源を供給し、均一な拡散層を形成することができる。 According to the present invention, the thermal diffusion device causes the gas containing the diffusion source to flow into the layered space around the reaction chamber, and flows into the reaction chamber from the plurality of inlets around the diffusion target. The thermal diffusion device can disperse the diffusion source at a uniform concentration by introducing diffusion sources from multiple directions to the object to be diffused, compared to the case where the diffusion source is introduced from one direction into the reaction tube. Can do. Thereby, the thermal diffusion apparatus can supply a diffusion source with a uniform concentration to the object to be diffused, and form a uniform diffusion layer.
以下に、本発明にかかる熱拡散装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a thermal diffusion device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。熱拡散装置1は、反応管10と、反応管10の周囲に配置された複数のヒーター4を有する。反応管10は、被拡散物2に拡散処理を施すための反応室11が内部に形成されている。ヒーター4は、反応管10の周囲から被拡散物2を加熱する。被拡散物2は、例えば半導体ウェハである。被拡散物2は、ボート3上に保持された状態で反応室11内に収納される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the thermal diffusion device according to the first embodiment of the present invention. The thermal diffusion device 1 includes a
反応管10は、その長手方向における一方の端部(第1端部)にガス導入管7が接続されている。ガス導入管7は、ヒーター4により加熱されている被拡散物2に拡散層を形成するための拡散源と、不活性ガスとを混合させたガスを、反応管10の内部へ導入する。不活性ガスは、気体あるいは液体である拡散源を反応管10の内部へ十分行き渡らせるためのキャリアガスとする。
The
反応管10のうち、長手方向における第1端部とは反対側の端部(第2端部)は、反応室11への被拡散物2の搬入および搬出のための開口とされている。扉5は、かかる開口の開閉を担う。反応管10の内部は、扉5を閉じることにより密閉される。反応管10の内部を減圧とするための排気機構6は、反応管10のうち開口の近傍に設けられている。
In the
反応管10の内部は、反応室11と、その外側の層状空間13との二重構造とされている。仕切り壁12は、反応管10の内部を反応室11と層状空間13とに仕切る。層状空間13は、反応室11の周囲を取り囲む。層状空間13には、ガス導入管7によって導入されたガスが流動する。仕切り壁12には、複数の流入口14が形成されている。複数の流入口14は、層状空間13を通過したガスを、被拡散物2の周囲から反応室11内へ流入させる。流入口14は、例えば仕切り壁12の全域において点在している。
The inside of the
被拡散物2は、扉5が開かれた状態において、反応管10の開口から反応室11へ搬入される。反応室11内において、複数の被拡散物2は、いずれの被拡散物2も例えば一面が反応管10の長手方向に対して垂直となる向きとして、ボート3上に保持される。反応室11内における被拡散物2の配置の態様は、適宜変更可能であるものとする。被拡散物2は、例えば、その一面が反応管10の長手方向に平行となる向きとして配置されることとしても良い。
The diffused
ガス導入管7から反応管10の内部へ導入されたガスは、反応管10内部の層状空間13を通過し、各流入口14から反応室11内へ流入する。反応室11内には、扉5によって閉じられた側以外の各方向の流入口14からガスが流入する。これにより、ヒーター4により加熱されている被拡散物2に対して、拡散源を含むガスを各方面から供給する。
The gas introduced into the
熱拡散装置1は、被拡散物2に対し複数の方面から拡散源を導入することで、反応管10の内部へ一方向から拡散源を導入する場合に比べて、拡散源を均等な濃度で分散させることができる。これにより、熱拡散装置1は、被拡散物2に対して均一な濃度で拡散源を供給し、被拡散物2の面内において濃度および深さが均一な拡散層を形成することが可能となる。
The thermal diffusion apparatus 1 introduces a diffusion source from a plurality of directions to the object to be diffused 2, so that the diffusion source has a uniform concentration compared to the case where the diffusion source is introduced into the
また、熱拡散装置1は、反応管10へ導入されたガスを、反応管10の外面近傍の層状空間13へ流動させることで、ヒーター4によって十分に加熱することが可能となる。これにより、熱拡散装置1は、拡散源を含む高温のガスを被拡散物2へ供給可能とし、被拡散物2に均一な拡散層を形成することができる。
Further, the heat diffusion device 1 can be sufficiently heated by the heater 4 by causing the gas introduced into the
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2にかかる熱拡散装置の概略構成を示す図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the thermal diffusion device according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be omitted as appropriate.
層状空間13は、仕切り壁23によって第1層21及び第2層22にさらに仕切られた二層構造とされている。実施の形態2にかかる熱拡散装置20は、反応管10の内部が、全体として、反応室11と、その外側の第2層22と、さらにその外側の第1層21との三層構造とされている。
The layered
第1層21では、ガス導入管7によって導入されたガスが、反応管10の第1端部側から第2端部側へ流動する。第1層21を通過したガスは、反応管10の第2端部側において第2層22へ流入する。第2層22へ流入したガスは、各流入口14から反応室11内へ流入する。
In the
ガス導入管7から反応管10の内部へ導入されたガスは、第1層21を通過する間、ヒーター4によって加熱される。第2層22から流入口14を経て反応室11内へ流入するガスは、第1層21内を反応管10の長手方向へ一旦流動していることにより、ヒーター4によって十分に加熱されている。これにより、熱拡散装置20は、拡散源を含む高温のガスを被拡散物2へ供給可能とし、被拡散物2に均一な拡散層を形成することができる。
The gas introduced into the
実施の形態2にかかる熱拡散装置20は、実施の形態1と同様に、被拡散物2に対して均一な濃度で拡散源を供給し、被拡散物2の面内において濃度および深さが均一な拡散層を形成することができる。なお、実施の形態1および2において、層状空間13から反応室11へガスを流入させる流入口14は、被拡散物2に対して複数の方面からガスを供給可能であれば良く、数、位置および大きさは任意であるものとする。流入口14は、数、位置および大きさの少なくともいずれかを、反応室11における被拡散物2の配置の態様に応じて決定することとしても良い。
As in the first embodiment, the
半導体デバイスの製造工程に熱拡散装置1および20を適用することで、半導体ウェハについて拡散層の濃度および深さの均一性を高め、半導体デバイスの特性向上および特性不良の低減を図り得る。また、熱拡散装置1および20を適用することで、原料ガスの減容化による原価の低減を図り得る。
By applying the
以上のように、本発明にかかる熱拡散装置は、半導体ウェハに拡散層を形成する拡散プロセスに適用する場合に有用である。 As described above, the thermal diffusion device according to the present invention is useful when applied to a diffusion process for forming a diffusion layer on a semiconductor wafer.
1、20 熱拡散装置
2 被拡散物
3 ボート
4 ヒーター
5 扉
6 排気機構
7 ガス導入管
10 反応管
11 反応室
12、23 仕切り壁
13 層状空間
14 流入口
21 第1層
22 第2層
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記反応管の周囲から前記被拡散物を加熱するヒーターと、
前記ヒーターにより加熱されている前記被拡散物に拡散層を形成するための拡散源を含む気体を、前記反応管へ導入するガス導入管と、を有し、
前記反応管の内部は、前記反応室と、前記反応室の周囲において前記ガス導入管からの前記気体が流動する層状空間とに仕切られ、
前記反応室と前記層状空間とを仕切る仕切り壁には、前記層状空間を通過した前記気体を、前記被拡散物の周囲において前記反応室内へ流入させるための複数の流入口が形成されていることを特徴とする熱拡散装置。 A reaction tube in which a reaction chamber for performing diffusion treatment on the object to be diffused is formed;
A heater for heating the diffused material from the periphery of the reaction tube;
A gas introduction pipe for introducing a gas including a diffusion source for forming a diffusion layer in the diffusion object heated by the heater into the reaction pipe,
The inside of the reaction tube is partitioned into the reaction chamber and a layered space in which the gas from the gas introduction tube flows around the reaction chamber,
A partition wall that partitions the reaction chamber and the layered space is formed with a plurality of inflow ports for allowing the gas that has passed through the layered space to flow into the reaction chamber around the diffused material. A thermal diffusion device characterized by the above.
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2012
- 2012-02-29 JP JP2012043818A patent/JP2013182916A/en active Pending
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