JP2016072292A - 拡散炉及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブ内のガスの流れに、偏り又は乱れが生じることを低減させた拡散炉を提供する。【解決手段】半導体ウェハを搬入するための第１の開口を有するチューブと、第１の開口に対向して設けられ、チューブ内に第１のガスを導入する複数のインジェクターと、複数のインジェクターが導入する第１のガスの流量を制御するマスフローコントローラと、第１の開口の蓋をするエンドリッドと、エンドリッドに設けられ、チューブ内の第１のガスを含む気体をチューブの外部へ排出する複数の排気配管と、複数の排気配管が排出する第１のガスを含む気体の流量を制御する排気ファンと、チューブの外周に設けられ、チューブ内を加熱及び保温するヒーターとを備えていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、拡散炉及び半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置の製造において、半導体ウェハの表面に薄膜（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）を形成し、半導体素子構造を形成するために、拡散炉が用いられている。また、半導体装置の製造において、半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させるためにも、拡散炉が用いられている。

従来の拡散炉は、チューブと、チューブ内にガスを導入するガス導入部と、ガス導入部に対向し、チューブ内のガスを排気する排気手段と、チューブ内であって、ガス導入部の近くに配置された複数の整流板とを備えている（例えば、特許文献１）。

従来の半導体装置の製造において、半導体ウェハはチューブ内であって、整流板と排気手段との間に置かれる。半導体ウェハは、チューブ内のガスに暴露されることによって、半導体ウェハの表面に薄膜を形成したり、半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させたりする。

特開２００５−２７６９９３号公報

このような拡散炉にあっては、整流板はガス導入部の近くに配置されるため、整流板と半導体ウェハとの間に距離があると、整流板と半導体ウェハとの間で、ガスの流れに、偏り又は乱れなどが生じる。また、排気手段が有する排気口が大きい場合、チューブの中心と外周では排気速度、すなわちガスの流速が異なるため、さらに、チューブ内のガスの流れに、偏り又は乱れなどが生じてしまうという問題点があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、チューブ内のガスの流れに、偏り又は乱れが生じることを低減することができる拡散炉を提供することを目的とする。

本発明にかかる拡散炉は、半導体ウェハを搬入するための第１の開口を有するチューブと、第１の開口に対向して設けられ、チューブ内に第１のガスを導入する複数のインジェクターと、複数のインジェクターが導入する第１のガスの流量を制御するマスフローコントローラと、第１の開口の蓋をするエンドリッドと、エンドリッドに設けられ、チューブ内の第１のガスを含む気体をチューブの外部へ排出する複数の排気配管と、複数の排気配管が排出する第１のガスを含む気体の流量を制御する排気ファンと、チューブの外周に設けられ、チューブ内を加熱及び保温するヒーターとを備えていることを特徴とする。

本発明にかかる拡散炉は、インジェクターを複数備えているので、チューブ内の複数箇所にガスを放出することができ、チューブ内にガスを均一に放出することができる。また、排気配管を複数備えているので、チューブ内のガスの排気速度、すなわちガスの流速を均一にすることができる。これにより、チューブ内でのガスの流れに偏り又は乱れが生じることを低減することができる。

本発明にかかる実施の形態１の拡散炉の構成を概略的に示す断面図である。 本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のエンドリッドの周辺部の構成を概略的に示す拡大図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のガス吹き出しリング１５の構成を概略的に示す拡大図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す製造フロー図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する時間と温度の関係を示した図である。 本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の一部であって、図４のステップＳ１内に追加される製造フロー図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する拡散炉の断面図であって、酸化膜の面内に薄い箇所があった場合の図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する拡散炉の断面図であって、酸化膜の面内に厚い箇所があった場合の図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法を説明する時間と温度の関係を示した図である。 本発明にかかる実施の形態２の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図である。 本発明にかかる実施の形態３の拡散炉の構成を概略的に示す断面図である。 本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図である。

実施の形態１．
本発明にかかる実施の形態１の拡散炉の構成を説明する。図１は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉の構成を概略的に示す断面図である。本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、横型の拡散炉を例として示す。図１において拡散炉は、図１の右側に位置して半導体ウェハを搬入するための第１の開口を有するチューブ１と、図１の左側に位置して第１の開口に対向して設けられ、チューブ１内に第１のガスを導入する複数のインジェクター６と、複数のインジェクター６が導入する第１のガスの流量を制御するマスフローコントローラが装填された流量コントロールボックス５とを備えている。そして、第１の開口の蓋をするエンドリッド１４と、エンドリッド１４に設けられ、チューブ１内の第１のガスを含む気体をチューブ１の外部へ排出する複数の排気配管１１及び１７と、複数の排気配管１１及び１７が排出する第１のガスを含む気体の流量を制御する排気ファン１０と、チューブ１の外周に設けられ、チューブ１内を加熱及び保温するヒーター７とを備えている。第１の開口は、図１では、チューブ１とエンドリッド１４の境界に示される。

さらに、図１において拡散炉は、エンドリッド１４に設けられ、半導体ウェハである製品ウェハ９及びダミーウェハ８を載せたボート２をチューブ１内に搬入するパドル３と、そして、第１の開口に設けられ、第３のガス配管１６から供給される第３のガスを外周から中心に向かって放出するガス吹き出しリング１５と、複数のインジェクター６に第１のガスを供給する第１のガス供給管４とを備えている。また、図１において、矢印でチューブ１内のガスの流れ１８を示している。パドル３は、図１におい右又は左に可動でき、さらに可動速度も変更可能になっている。

製品ウェハ９は、２５枚を１ロットとして４ロット、すなわち１００枚をボート２に載せ、その両側に、ダミーウェハ８を１２枚ずつボート２に載せている。なお、製品ウェハ９の１ロットの枚数は特に限定されるものではなく、ボート２に載せる製品ウェハ９のロット数も、特に限定されるものではない。また、ダミーウェハ８の枚数も特に限定されるものではない。製品ウェハ９を並べたときの製品ウェハ９のそれぞれのロットとロットとの間隔、ロット内の１枚ずつの間隔も特に限定されるものではない。ダミーウェハ８を並べたときの１枚ずつの間隔も特に限定されるものではない。これらは、本発明の実施の形態１にかかる拡散炉を使用して製造する半導体装置の条件によって、適宜決められるものである。ここで、４ロット分であって１００枚の製品ウェハ９をまとめて、製品ウェハ群と呼ぶことにする。

製品ウェハ９が、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して製造される半導体装置の実際の製品となる。ダミーウェハ８は、チューブ１内及び製品ウェハ９間のガスの流れを微調整し、ガスの流れをスムーズにするためにあり、実際の製品としての半導体装置にはならない。また、ダミーウェハ８には、チューブ１内、特に製品ウェハ群の保温性及び均熱性を向上させる役割もある。

インジェクター６には、第１の吹き出し口が設けられており、第１の吹き出し口からチューブ１内に第１のガスを放出している。インジェクター６は、図１では３本が示されているが、その本数は複数であればよく、チューブ１の内径などの設計により、適宜決められるものである。また、第１のガス供給管４は、図１ではインジェクター６と同じ本数である３本が示されているが、インジェクター６と同じ本数で、複数のインジェクター６それぞれに対応して設ける必要はなく、１本の第１のガス供給管４としてもよい。すなわち、１本の第１のガス供給管４から複数のインジェクター６に枝分かれする形となり、１本の第１のガス供給管４から流量コントロールボックス５に装填されたマスフローコントローラの制御によって第１のガスが複数のインジェクター６に供給されてもよい。

流量コントロールボックス５は、内部に、第１のガス供給管４からインジェクター６に供給される第１のガスの流量を制御するマスフローコントローラ及びテーパー管を、複数のインジェクター６のそれぞれに対し、備えている。すなわち、流量コントロールボックス５の内部には、マスフローコントローラ及びテーパー管がインジェクター６の本数と同じ数だけ備えられている。したがって、流量コントロールボックス５に装填されたマスフローコントローラは、複数のインジェクター６から導入されるそれぞれの第１のガスの流量を、制御できるようになっている。すべてのインジェクター６から導入されるそれぞれの第１のガスの流量が同じでもよい場合は、複数のインジェクター６から導入されるそれぞれの第１のガスの流量をそれぞれ制御せず、マスフローコントローラを１つとして、複数のインジェクター６から導入される第１のガスの流量をまとめて制御してもよい。具体的には、１本の別のガス供給管に１台のマスフローコントローラを取り付け、マスフローコントローラの下流側で複数のインジェクター６に１本の別のガス供給管が接続されるように１本の別のガス供給管から分岐するようにしてもよい。

ヒーター７は、図１では複数からなっているが、チューブ１内を加熱及び保温できる個数及び形状であればよい。

図２は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のエンドリッド１４の周辺部の構成を概略的に示す拡大図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ方向から見た図を表している。図２を用いて、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のエンドリッド１４の周辺部の構成を説明する。図２（ａ）においてエンドリッド１４には、複数の排気配管１１及び１７が設けられている。排気配管１１と１７との間には、としての排気ファン１０が設けられており、排気配管１１及び１７は複数あるので、排気ファン１０も複数ある。排気配管１１と１７との間には、排気ファン１０が設けられている場合を説明したが、排気ファン１０ではなく、排気ポンプであってもよい。また、排気配管１１と１７との間でなくてもよく、排気配管１１及び１７がチューブ１の外部へ排出する第１のガスを含む気体の流量を調節することができる位置にあればよい。

排気ファン１０は複数あるので、複数の排気配管１１及び１７がチューブ１の外部へ排出するそれぞれの第１のガスを含む気体の流量、すなわちそれぞれの排気速度が制御されている。すべての排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出するそれぞれの第１のガスを含む気体の流量が同じでもよい場合は、排気ファン１０を１つとして、排気ファン１０が複数の排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出する第１のガスを含む気体の流量をまとめて制御してもよい。具体的には、複数の排気配管１１及び１７の下流側を１本の別の排気配管に合流させ、別の排気配管に１台の排気ファンを取り付けるようにしてもよい。

ここで、排気配管１１と１７との違いは、拡散炉使用時に、チューブ１の外部にある排気配管か、又は内部にある排気配管かであって、エンドリッド１４を介して接続されている。排気配管１１は、拡散炉使用時には、チューブ１の外部にあり、排気配管１７は、拡散炉使用時にはチューブ１の内部にある。そのため排気配管１７は、高温、例えば１３００℃に耐えうる材料からなる。それは、石英、セラミック、例えば窒化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などである。製品ウェハ９にすでに半導体素子構造が形成されている場合であって、拡散炉使用時に、製品ウェハ９の半導体素子の特性への影響が皆無又は軽微であると考えられる場合は、タングステンなどの高融点の金属単体材料を使用してもよい。また、これら金属単体材料から作られた排気配管１７の表面に、石英などからなる汚染防止膜を形成してもよい。

排気配管１１は、排気配管１７と同じ材料からなってもよく、違う材料からなってもよい。上述したように、拡散炉使用時に、チューブ１の内部にある排気配管１７が高温に耐えうる材料からなっていればよい。

図２（ｂ）においてエンドリッド１４には、製品ウェハ９及びダミーウェハ８を載せたボート２をチューブ１内に搬入するパドル３が通る開口が形成されている。エンドリッド１４には、エンドリッド１４に形成された開口の周囲に沿って、第２のガス配管１３と、第２のガス配管１３に接続する第２のガス供給管１２とが設けられている。第２のガス配管１３には、エンドリッド１４に形成された開口を通るパドル３に向かって第２のガスを放出する第２の吹き出し口が設けられている。すなわち、エンドリッド１４には、エンドリッド１４が有する開口に向かって第２のガスを放出するガス吹き出し手段として、第２のガス配管１３と第２のガス吹き出し口が設けられている。第２のガスは、エンドリッド１４が有する開口から、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐために放出されている。図２（ｂ）においては、第２の吹き出し口は複数であって、５つ設けられているが、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐことができるだけの第２のガスを放出できるような構造になっていればよい。

ここで、第２のガス供給管１２の先には、マスフローコントローラ及びテーパー管を備えた流量コントロールボックスが備えられており、第２のガス供給管１２へ供給される第２のガスの流量が制御されている。

図３は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のガス吹き出しリング１５の構成を概略的に示す拡大図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面を表している。図３を用いて、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のガス吹き出しリング１５の構成を説明する。ガス吹き出しリング１５には、第３のガスを外周から中心に向かって放出する第３の吹き出し口が設けられており、第３の吹き出し口に第３のガス配管１６が接続されている。第３のガスは、チューブ１の第１の開口から、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐために放出されている。第３の吹き出し口は、図３（ｂ）において、凹状の溝として形成し、溝の幅Ｌ１は１ｍｍ程度としたが、ボート２をチューブ１内に搬入するときに、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐことができるだけの第３のガスを吹き出せる構造となっていればよく、ガス吹き出しリング１５内に複数の第３のガス配管１６が埋め込まれた構造でもよい。また、ここで、溝の幅Ｌ１は１ｍｍ程度としたが、十分な吹き出し量を確保できるのであれば、１ｍｍ以上でも、１ｍｍ以下でもよい。

ここで、第３のガス配管１６の先には、マスフローコントローラ及びテーパー管を備えた流量コントロールボックスが備えられており、第３のガス配管１６へ供給される第３のガスの流量が制御されている。

チューブ１、ボート２、パドル３、インジェクター６、エンドリッド１４及びガス吹き出しリング１５は、排気配管１７と同様に、高温、例えば１３００℃に耐えうる材料からなる。それは、石英、セラミック、例えば窒化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などである。製品ウェハ９にすでに半導体素子構造が形成されている場合であって、拡散炉使用時に、製品ウェハ９の半導体素子の特性への影響が皆無又は軽微であると考えられる場合は、タングステンなどの高融点の金属単体材料を使用してもよい。また、これら金属単体材料からなる部材の表面に石英などからなる汚染防止膜を形成してもよい。

次に、本発明の実施の形態１にかかる拡散炉の使用方法及び動作について説明しながら、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する。半導体ウェハの表面に薄膜を形成する場合として、常圧下でシリコンからなる半導体ウェハの表面に酸化膜を形成し、半導体装置を製造する場合を例として説明する。一般的に、常圧下で半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する方法としては、水素と酸素を反応させて酸化膜を得るウェット酸化方法と、半導体ウェハの基材と酸素を反応させて酸化膜を得るドライ酸化方法とがある。どちらの方法も、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉のチューブ１内のガスに半導体ウェハを暴露することによって酸化膜が得られ、半導体装置が製造される。本発明の実施の形態１では、本発明の効果が最も奏されるドライ酸化方法を用いて常圧下で半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する方法を例として説明する。

図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す製造フロー図である。本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法は、図４に示されたステップＳ１からステップＳ６によって構成される。図５は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する時間と温度の関係を示した図である。図５の温度は、拡散炉のチューブ１内の温度を示す。

まず、図４を用いて、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を簡単に説明する。図４のステップＳ１において、第１のガス、第２のガス、第３のガスの種類の選択などの拡散炉の設定を行う。次に、ステップＳ２において、パドル３に半導体装置の元となる半導体値チップのパターンが配設された製品ウェハ９及びダミーウェハ８を載せたボート２を載せ、ステップＳ３において、パドル３に載せたボート２を拡散炉のチューブ１内へ搬入する。その後、ステップＳ４において、拡散炉のチューブ１内のガスに製品ウェハ９を暴露することによって半導体ウェハの表面に酸化膜を形成し、ステップＳ５において、パドル３に載せたボート２をチューブ１内から搬出する。最後に、ステップＳ６において、製品ウェハ９を冷却する。製品ウェハ９は、すべての半導体プロセス工程を経た後、ダイシングされて半導体チップとなり、アセンブリ工程を経て半導体装置となる。

次に、図４と図５の関係について説明する。図４のステップＳ３と、図５のＴ１とが対応しており、Ｔ１は、ステップＳ３を行っている間の時間とチューブ１内の温度と関係を示している。同様に、図４のステップＳ４と図５のＴ２、図４のステップＳ５と図５のＴ３が対応している。

次に、図４に示されたステップＳ１からステップＳ６の詳細をそれぞれ説明していく。また、それに対応する図５に示されたＴ１からＴ３についても説明する。まず、ステップＳ１では、第１のガス、第２のガス、第３のガスの種類の選択などの拡散炉の設定を行う。具体的にここでは、拡散炉の設定として、以下のような設定を行った。まずは、第１のガスとしては酸素を選択し、第２のガス及び第３のガスとしては窒素を選択した。複数のインジェクター６から放出される第１のガスとしての酸素は、それぞれ同じ値の毎分１０リットルを放出することとした。ヒーター７を温度増加レートを毎秒５℃として、チューブ１内を９００℃に加熱し、９００℃を１時間保てるように設定し、その後の温度低下レートを毎秒５℃と設定した。その他、第２のガス及び第３のガスの流量を設定した。さらに、排気ファン１０による排気配管１７から排出する気体の流量、すなわち排気速度を、複数の排気ファン１０それぞれに対し同じ値で設定した。

次に、図４のステップＳ２では、ボート２にシリコンからなる半導体ウェハである製品ウェハ９及びダミーウェハ８を載せ、ボード２をパドル３に載せる。このとき、すでにインジェクター６から第１のガス、第２のガス配管１３から第２のガス、第３のガス配管１６から第３のガスが放出されている。排気ファン１０も稼働しており、排気配管１１及び１７から第１のガス、第２のガス、第３のガス及び大気が排出されている。

その後、図４のステップＳ３では、パドル３に載せたボート２を拡散炉のチューブ１内に搬入する。同時にヒーター７が稼働し、チューブ１内の加熱を始める。ボート２は、毎分６０ｍｍ程度の速度でチューブ１内に３０分程度の時間をかけて搬入する。ボート２がチューブ１の中央部に到達したあと、ボート２の搬入を停止し、ボート２の温度安定化のために５分程度放置する。ボート２がチューブ１の中央部に到達したとき、エンドリッド１４はチューブ１の第１の開口の蓋をする。そして、ボート２がチューブ１の中央部に到達したとき、チューブ１内はステップＳ１で設定した９００℃になっている。ステップＳ３を行っている間の時間とチューブ１内の温度と関係を表している図５のＴ１は、３０分程度の時間をかけてヒーター７を稼働することでチューブ１内の加熱し、チューブ１内の温度を９００℃にしていることを示している。

ステップＳ３を行っている間も、インジェクター６から第１のガス、第２のガス配管１３から第２のガス、第３のガス配管１６から第３のガスが放出されており、排気ファン１０も稼働している。第２のガスは、エンドリッド１４の開口、すなわちパドル３が通っているところからチューブ１内に大気が巻き込まれるのを防いでいる。また、第３のガスもチューブ１内に大気が巻き込まれるのを防いでいる。そして、排気配管１１及び１７からは第１のガス、第２のガス、第３のガス及び大気が排出されている。

次に、図４のステップＳ４では、拡散炉のチューブ１内のガスに製品ウェハ９を暴露することによって製品ウェハ９の表面に酸化膜を形成する。ステップＳ４を行っている間も、インジェクター６から第１のガス、第２のガス配管１３から第２のガス、第３のガス配管１６から第３のガスが放出されており、排気ファン１０も稼働している。第２のガスは、エンドリッド１４の開口、すなわちパドル３が通っているところからチューブ１内に大気が巻き込まれるのを防いでいる。また、第３のガスもチューブ１内に大気が巻き込まれるのを防いでいる。そして、排気配管１１及び１７からは第１のガス、第２のガス、第３のガス及びチューブ１内に巻き込まれた大気を排出している。

ステップＳ４では、ヒーター７によって９００℃に保温されたチューブ１内で、製品ウェハ９のシリコンと、チューブ１内に放出されている第１のガスとしての酸素とが反応し、製品ウェハ９の表面に酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される。図５のＴ２は、このときチューブ１内の温度が常に９００℃であることを示している。

次に、図４のステップＳ５では、パドル３に載せたボート２を拡散炉のチューブ１内から搬出する。同時にチューブ１内の温度を下げ始める。ボート２は、ステップＳ３と同様に、毎分６０ｍｍ程度の速度でチューブ１内から３０分程度の時間をかけて搬出する。図５のＴ３は、３０分程度の時間をかけて、チューブ１内の温度を図４のステップＳ３開始前の温度に戻していることを示している。

ステップＳ５を行っている間も、インジェクター６から第１のガス、第２のガス配管１３から第２のガス、第３のガス配管１６から第３のガスが放出されており、排気ファン１０も稼働している。

最後に、図４のステップＳ６では、製品ウェハ９を３０分程度放置して冷却する。そして、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を得る。

ここで、第１のガス、第２のガス、第３のガスの種類の選択は、製品ウェハ９の材料、どのような方法を用いて製品ウェハ９の表面にどのような膜を形成するかなどによって異なるものである。また、その放出される流量も、適宜決定されるものである。排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出される第１のガスを含む気体の流量も、適宜決定されるものである。そして、複数のインジェクター６から放出されるそれぞれの第１のガスの流量は、それぞれ異なってもよいものであり、排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出されるそれぞれの第１のガスを含む気体の流量もそれぞれ異なってよいものである。ヒーター７によるチューブ１の加熱及び保温温度も、適宜決定されるものであり、温度増加レート、保温温度及び温度低下レートは一例に過ぎない。

また、第１のガス、第２のガス、第３のガスを放出するタイミング及び排気ファン１０を稼働するタイミングも、製品ウェハ９の材料、どのような方法を用いて製品ウェハ９の表面にどのような膜を形成するかなどによって異なり、上記に限られるものではない。そして、第１のガス、第２のガス、第３のガスの放出を止めるタイミング及び排気ファン１０の稼働を止めるタイミングも、適宜決定されるものである。また、製品ウェハ９を冷却する時間も適宜決定されるものである。

本発明の実施の形態１では、拡散炉を以上のような構成としたことにより、インジェクター６を複数備えているので、チューブ１内の複数箇所にガスを放出することができ、チューブ１内にガスを均一に放出することができる。また、排気配管１１及び１７を複数備えているので、チューブ１内のガスの排気速度、すなわちガスの流速を均一にすることができる。これにより、チューブ１内でのガスの流れに偏り又は乱れが生じることを低減することができる。

また、第２のガスをエンドリッド１４が有する開口に向かって放出することにより、チューブ１内に大気を巻き込まれることを低減することができる。

そして、第３のガスを外周から中心へ放出する吹き出しリングのチューブの第１の開口に設けることにより、チューブ１内に大気を巻き込まれることをさらに低減することができる。

また、本発明の実施の形態１では、半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の面内の厚み（膜厚）の均一性が向上した半導体装置を得ることができる。さらに、半導体装置は一度にたくさん製造されるが、それぞれの酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでること、すなわちここでは、製品ウェハ群内で、製品ウェハ９それぞれの表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでることを減らすことができる。

図６は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図である。製品ウェハ９の表面に酸化膜を形成するとき、すなわち図４のステップＳ４のときのチューブ１内における製品ウェハ９の位置と、製品ウェハ９の表面に形成された酸化膜の面内の膜厚のばらつきとの関係を示している。図６の屈曲線Ｃ１は、従来の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合であり、屈曲線Ｃ２は本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合を示している。

図６において、従来の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合、屈曲線Ｃ１が示すように、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚ばらつきは、インジェクター側、すなわち、チューブ内にガスを放出する側が、高くなっている。膜厚ばらつきが高いということは、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚が均一でなく、厚い箇所と薄い箇所の差が激しいということである。また、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚ばらつきは、排気配管側、すなわち、チューブ内のガスをチューブの外部へ排出する側であって、半導体ウェハが搬入されてくる側も高くなっている。これは主に、チューブ内のガスの流れに、偏り又は乱れなどが生じているためである。特に、インジェクター側が高くなっているは、インジェクター側のガスの流速が速くなっているからであると考えられる。排気配管側が高くなるのは、チューブ内に大気が巻き込まれ、ガスの流れにさらに乱流が起きること、また、大気による酸化膜の形成も起きてしまうためであると考えられる。

そして、図６において、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合、屈曲線Ｃ２が示すように、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚ばらつきは、屈曲線Ｃ１に比べて、低くなっている。すなわち、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚の均一性が向上している。そして、膜厚ばらつきのチューブ１内における製品ウェハ９の位置分布がフラットに近くなっており、製品ウェハ群内で、それぞれの製品ウェハ９の表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきに差がでることを減らすことができている。

本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、チューブ１内でのガスの流れに偏り又は乱れが生じること、さらに、チューブ１内に大気が巻き込まれることを低減させている。したがって、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚の均一性が向上させることができる。また、製品ウェハ群内で、製品ウェハ９それぞれの表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでることを減らすことができる。

ここで、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、さらに、複数のインジェクター６はそれぞれ、チューブ１内に挿入できる長さが調節可能であり、複数の排気配管１７も同様にそれぞれ、チューブ１内に挿入できる長さが調節可能であるという特徴がある。すなわち、半導体ウェハである製品ウェハ９及びダミーウェハ８と複数のインジェクター６のそれぞれとの距離と、製品ウェハ９及びダミーウェハ８と複数の排気配管１７のそれぞれとの距離が調節可能である。

図７は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の一部であって、図４のステップＳ１内に追加される製造フロー図である。本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法のステップＳ１内に追加される製造工程を説明する。図７に示されたステップＳ１１において、複数のインジェクター６のそれぞれのチューブ１内に挿入できる長さを調節し、ステップＳ１２において、複数の排気配管１７のそれぞれのチューブ１内に挿入できる長さを調節する。すなわち、ステップＳ１１において、製品ウェハ９及びダミーウェハ８と複数のインジェクター６のそれぞれとの距離を調節し、ステップＳ１２において、製品ウェハ９及びダミーウェハ８と複数の排気配管１７のそれぞれとの距離を調節する。これらの調節は、半導体ウェハに形成する酸化膜の膜厚に応じて行う。

図７におけるステップＳ１１及びステップＳ１２は、半導体装置の製造方法のうち、図４のステップＳ１において実施する工程であって、拡散炉をメンテナンスしたあとに実施したり、また、繰り返し拡散炉を使用して半導体装置を製造し、拡散炉の条件が経時変化した場合などに実施したりする。すなわち、拡散炉のチューブ１内のガスに半導体ウェハを暴露する半導体装置の製造方法において、半導体ウェハをチューブ１内に搬入する前に行う。そして、ステップＳ１１とステップＳ１２との順序は、入れ替わってよいものである。

図８は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する拡散炉の断面図であって、酸化膜の面内に薄い箇所があった場合の図である。図９は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を説明する拡散炉の断面図であって、酸化膜の面内に厚い箇所があった場合の図である。図８に示される拡散炉は、複数のインジェクター６のうち１本が、チューブ１内に挿入される長さが長くなっており、また、複数の排気配管１７のうち１本も、チューブ１内に挿入される長さが長くなっている。図９に示される拡散炉は、複数のインジェクター６のうち１本が、チューブ１内に挿入される長さが短くなっており、また、複数の排気配管１７のうち１本も、チューブ１内に挿入される長さが短くなっている。

図７のステップＳ１１及びステップＳ１２の詳細について、図８及び図９を用いて説明する。図７のステップＳ１１及びステップＳ１２は、本発明の実施の形態１にかかる拡散炉をメンテナンスした後、繰り返し拡散炉を使用して半導体装置を製造する前などに、条件出しとして条件出し用の半導体ウェハの表面に酸化膜を形成し、形成された酸化膜の厚みを見てから行う。

ここではこのとき、まず、半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが他の箇所の厚みよりも薄く、膜厚が均一でなかった場合を例として説明する。図８に示されるように、複数のインジェクター６のうち、酸化膜の厚さが薄かった箇所に近い一番上のインジェクター６のチューブ１内に挿入される長さを長くし、そして同じ長さ分、複数の排気配管１７のうち、酸化膜の厚さが薄かった箇所に近い一番上の排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを長くする。すなわち、上部の酸化膜の厚さが薄かった場合、酸化膜の厚さが薄かった箇所に近いインジェクター６及び排気配管１７を同じ距離分、製品ウェハ９及びダミーウェハ８に近付ける。なお、ここでは、複数のインジェクター６から放出される第１のガスの流量は変えず、複数の排気配管１７からチューブ１の外部へ排出される第１のガスを含む気体の流量も変えていない。

半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが薄かったことから、チューブ１内のうち、上部のガスの流れが、他の箇所に比べて遅かったことが考えられる。本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、上述したようにインジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを変えることによっても、チューブ１内のガスの流れを均一にすることができるので、上述のようにインジェクター６及び排気配管１７の長さを調節した。したがって、半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の面内の膜厚の均一性が向上した半導体装置を得ることができる。また、製品ウェハ群内で、製品ウェハ９それぞれの表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでることを減らすことができる。

ここでは、半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが薄かったことに対して、チューブ１内のうち、上部のガスの流れを速くすれば解決できると判断し、インジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを長くしたが、上部側の酸化膜の厚さが薄くなっている原因によっては、インジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを短くすることも考えられる。

次に、半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが他の箇所の厚みよりも厚く、膜厚が均一でなかった場合を例として説明する。図９に示されるように、複数のインジェクター６のうち、酸化膜の厚さが厚かった箇所に近い一番上のインジェクター６のチューブ１内に挿入される長さを短くし、そして同じ長さ分、複数の排気配管１７のうち、酸化膜の厚さが厚かった箇所に近い一番上の排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを短くする。すなわち、上部の酸化膜の厚さが厚かった場合、酸化膜の厚さが厚かった箇所に近いインジェクター６及び排気配管１７を同じ距離分、製品ウェハ９及びダミーウェハ８から遠ざける。なお、ここでは、複数のインジェクター６から放出される第１のガスの流量は変えず、複数の排気配管１７からチューブ１の外部へ排出される第１のガスを含む気体の流量も変えていない。

半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが厚かったことから、チューブ１内のうち、上部のガスの流れが、他の箇所に比べて速かったことが考えられる。本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、上述したようにインジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを変えることによっても、チューブ１内のガスの流れを均一にすることができるので、上述したようにインジェクター６及び排気配管１７の長さを調節した。したがって、半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の面内の膜厚の均一性が向上した半導体装置を得ることができる。また、製品ウェハ群内で、製品ウェハ９それぞれの表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでることを減らすことができる。

ここでは、半導体ウェハの表面に形成された酸化膜の面内のうち、拡散炉のボートに装填された半導体ウェハにおいて、上部側の酸化膜の厚さが厚かったことに対して、チューブ１内のうち、上部のガスの流れを遅くすれば解決できると判断し、インジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを短くしたが、上部の酸化膜の厚さが厚くなっている原因によっては、インジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを長くすることも考えられる。

本発明にかかる実施の形態１の拡散炉は、上記で示した調節方法を用いて、半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の局所的な膜厚調節を行うことができるものである。

なお、上記で示した調節方法においては、インジェクター６及び排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さを同じ長さ分、長くしたり短くしたりしているが、インジェクター６と排気配管１７とで調節する長さが異なっていてもよい。もちろん、複数のインジェクター６及び複数の排気配管１７のうち、どのインジェクター６及び排気配管１７を調整してもよく、調整する本数も１本に限ることはない。

また、上記で示した調節方法においては、複数のインジェクター６から放出される第１のガスの流量は変えず、インジェクター６のチューブ１内に挿入される長さのみを変えたが、複数のインジェクター６から放出される第１のガスの流量も同時に変えてもよい。このときもちろん、複数のインジェクター６から放出されるそれぞれの第１のガスの流量がそれぞれ異なるように変えてもよい。また、同様に、複数の排気配管１７からチューブ１の外部へ排出される第１のガスを含む気体の流量も変えずに、排気配管１７のチューブ１内に挿入される長さのみを変えたが、複数の排気配管１７からチューブ１の外部へ排出されるそれぞれの第１のガスを含む気体の流量を同時に変えてもよい。このときもちろん、複数の排気配管１７からチューブ１の外部へ排出されるそれぞれの第１のガスを含む気体の流量がそれぞれ異なるように変えてもよい。これら流量の調節によって、さらに半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の局所的な膜厚の微調節が行える。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１とは、拡散炉の使用例が異なる。

本発明の実施の形態１では、半導体装置の製造において、シリコンからなる半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する場合に拡散炉を使用することを例として拡散炉の使用方法を説明し、半導体装置の製造方法を説明したが、拡散炉は、半導体装置の製造において、半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させるためにも使用される。本発明の実施の形態２では、半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させる場合に拡散炉を使用することを例として、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法を説明する。

本発明にかかる実施の形態２の拡散炉の構成は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉と同一である。本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法とほぼ同じであり、図４を用いて簡単に説明すると、図４のステップＳ４がステップＳ４´として、製品ウェハ９内のドーパントの活性化となり、ステップＳ１からステップＳ３、ステップＳ５及びステップＳ６は同じである。ただし、ステップＳ１における拡散炉の設定に関しては、拡散炉の設定を行うことに変わりはないが、異なる設定値となるものもある。

図１０は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法を説明する時間と温度の関係を示した図である。ここでは、図１０のＴ６と、図４のステップＳ３とが対応しており、Ｔ６は、ステップＳ３を行っている間の時間とチューブ１内の温度と関係を示している。図１０のＴ７は図４のステップＳ４に代わるステップＳ４´と、図１０のＴ８は、図４のステップＳ５と対応している。

本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法は、図４を用いて説明する。図４のステップＳ１では、第１のガス、第２のガス、第３のガスの種類の選択などの拡散炉の設定を行うが、具体的に本発明の実施の形態２では、拡散炉の設定として、以下のような設定を行った。ただし、本発明の実施の形態１で示した設定と異なるところのみを示す。第１のガスとしては窒素を選択した。そして、ヒーター７は、チューブ１内を１０００℃に加熱し、１０００℃を１時間保てるように設定した。その他の設定は、本発明の実施の形態１と同様である。

本発明の実施の形態１と同様に、次は、図４のステップＳ２及びステップＳ３の工程を行う。本発明の実施の形態１と同様であるため説明は省略するが、ヒーター７の設定は、チューブ１内を１０００℃に加熱するようにしているので、ボート２がチューブ１の中央部に到達したとき、チューブ１内はステップＳ１で設定した１０００℃になっている。ステップＳ３を行っている間の時間とチューブ１内の温度と関係を表している図１０のＴ６は、３０分程度の時間をかけてヒーター７を稼働することでチューブ１内の加熱し、チューブ１内の温度を１０００℃にしていることを示している。

その後、図４のステップＳ４に代わるステップＳ４´において、製品ウェハ９内のドーパントの活性化を行う。拡散炉のチューブ１内のガスに製品ウェハ９を暴露することによって行うことは、本発明の実施の形態１と同じである。この間も本発明の実施の形態１と同様に、インジェクター６から第１のガス、第２のガス配管１３から第２のガス、第３のガス配管１６から第３のガスが放出されており、排気ファン１０も稼働している。

ここでは、ヒーター７によって１０００℃に保温されたチューブ１内で、製品ウェハ９内に取り込まれているドーパントを活性化させている。図１０のＴ７は、このときチューブ１内の温度が常に１０００℃であることを示している。

次は、本発明の実施の形態１と同様に、図４のステップＳ５及びステップＳ６の工程を行う。本発明の実施の形態１と同様であるため説明は省略する。そして、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置を得る。

ここで、本発明の実施の形態１と同様に、第１のガス、第２のガス、第３のガスの種類の選択は、製品ウェハ９の材料、ドーパントの種類などによって異なるものであることは言うまでもない。また、その放出される流量も、適宜決定されるものである。排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出される第１のガスを含む気体の流量も、適宜決定されるものである。そして、複数のインジェクター６から放出されるそれぞれの第１のガスの流量は、それぞれ異なってもよいものであり、排気配管１１及び１７からチューブ１の外部へ排出されるそれぞれの第１のガスを含む気体の流量もそれぞれ異なってよいものである。ヒーター７によるチューブ１の加熱及び保温温度も、適宜決定されるものである。

また、本発明の実施の形態１と同様に、第１のガス、第２のガス、第３のガスを放出するタイミング及び排気ファン１０を稼働するタイミングも、製品ウェハ９の材料、どのような方法を用いて酸化膜を形成するかなどによって異なり、上記に限られるものではない。そして、第１のガス、第２のガス、第３のガスの放出を止めるタイミング及び排気ファン１０の稼働を止めるタイミングも、適宜決定されるものである。また、製品ウェハ９を冷却する時間も適宜決定されるものである。

本発明の実施の形態２では、製品ウェハ群内で、製品ウェハ９内のそれぞれのドーパントが活性化され、製品ウェハ９それぞれの表面からドーパントが移動した距離、すなわち製品ウェハ群内で、半導体装置内のドーパンドのそれぞれの拡散の深さの間に差がでることを減らすことができる。

図１１は、本発明にかかる実施の形態２の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図である。製品ウェハ９内のドーパントを活性化させるとき、すなわち図４のステップＳ４に代わるステップＳ４´のときのチューブ１内における製品ウェハ９の位置と、製品ウェハ９内のドーパントの拡散の深さとの関係を示している。図１１の屈曲線Ｃ６は、従来の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合であり、屈曲線Ｃ７は本発明の実施の形態１にかかる拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合を示している。図１１内の横点線は、屈曲線Ｃ６に対する横軸の基準軸である。

図１１において、従来の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合、屈曲線Ｃ６が示すように、半導体装置内のドーパンドの拡散の深さは、インジェクター側、すなわち、チューブ内にガスを放出する側が、浅くなっている。また、排気配管側、すなわち、チューブ内のガスをチューブの外部へ排出する側であって、半導体ウェハが搬入されてくる側も浅くなっている。半導体装置内のドーパンドの拡散の深さは、製品ウェハ９内のドーパントを活性化させるときのチューブ１内のガスの流れ及び温度に依存する。インジェクター側が浅くなっているのは、１０００℃のチューブ内に導入される常温状態のガスの流速がインジェクター側では速くなっていることにより、ガスの流れに乱流が起きやすく、また、常温状態のガスの乱流によるチューブ内の冷却効果があるためであるあると考えられる。排気配管側が浅くなるのは、チューブ内に大気が巻き込まれ、ガスの流れに乱流が起きること、また、大気の乱流によるチューブ内の冷却効果があるためであると考えられる。

そして、図１１において、本発明の実施の形態２にかかる拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合、屈曲線Ｃ７が示すように、半導体装置内のドーパンドの拡散の深さは、屈曲線Ｃ６に比べて、製品ウェハ９の位置分布がフラットに近くなっている。すなわち、製品ウェハ群内で、それぞれの半導体装置内のドーパンドの拡散の深さの間に差がでることを減らすことができている。

本発明にかかる実施の形態２の拡散炉は、チューブ１内でのガスの流れに偏り又は乱れが生じること、さらに、チューブ１内に大気が巻き込まれることを低減させている。したがって、製品ウェハ群内で、それぞれの半導体装置内のドーパンドの拡散の深さの間に差がでることを減らすことができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、本発明の実施の形態１又は本発明の実施の形態２と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態３は、本発明の実施の形態１又は本発明の実施の形態２とは、ガス吹き出しリングの構成が異なる。本発明にかかる実施の形態３の拡散炉のガス吹き出しリングは、拡散炉のチューブ内に搬入される半導体ウェハをボートにすべて並べたとき、ボートを覆うことができるだけの大きさがある。

図１２は、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉の構成を概略的に示す断面図である。図１２において拡散炉は、第１の開口に設けられ、第３のガス配管２６から供給される第３のガスを外周から中心に向かって放出するガス吹き出しリング２５を備えている。本発明にかかる実施の形態１の拡散炉の構成を概略的に示していた図１は、製品ウェハ９及びダミーウェハ８がチューブ１内にすでに搬入されており、エンドリッド１４がチューブ１の蓋をしていたが、図１２は、製品ウェハ９及びダミーウェハ８がチューブ１内に搬入される前であって、エンドリッド１４がチューブ１の蓋をまだしていない状態で、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉の構成を概略的に示している。

本発明にかかる実施の形態３の拡散炉は、本発明にかかる実施の形態１及び本発明にかかる実施の形態２の拡散炉の第３のガス配管１６から供給される第３のガスを外周から中心に向かって放出するガス吹き出しリング１５が、第３のガス配管２６から供給される第３のガスを外周から中心に向かって放出するガス吹き出しリング２５となったのみであり、その他の構成は、本発明にかかる実施の形態１及び本発明にかかる実施の形態２の拡散炉と同じである。

図１２に示すように、ガス吹き出しリング２５には、第３のガスを外周から中心に向かって放出する第３の吹き出し口が設けられており、第３の吹き出し口に第３のガス配管２６が接続されている。第３のガスは、チューブ１の第１の開口から、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐために放出されている。第３の吹き出し口は、図１２では、横方向に９箇所、ガス吹き出しリングの内周に沿った溝を形成することで設けられている。ボート２をチューブ１内に搬入するときに、チューブ１内に大気が巻き込まれるのを防ぐことができるだけの第３のガスを吹き出せる構造となっていればよく、第３の吹き出し口の数に制限はない。また、溝の幅にも制限はない。

そして、ガス吹き出しリング２６は、図１２に示すように、拡散炉のチューブ１内に搬入される半導体ウェハであって製品ウェハ９及びダミーウェハ８をボート２に並べたとき、ボート２を覆うことができるだけの大きさがある。すなわち、ガス吹き出しリング２６の長さは、拡散炉のチューブ１内に搬入される複数の半導体ウェハを並べたときのその複数の半導体ウェハが占める並べた方向の長さ以上ある。

ここで、第３のガス配管２６の先には、マスフローコントローラ及びテーパー管を備えた流量コントロールボックスが備えられており、第３のガス配管２６へ供給される第３のガスの流量が制御されている。

ガス吹き出しリング２５は、ガス吹き出しリング１５と同様に、高温、例えば１３００℃に耐えうる材料からなる。それは、石英、セラミック、例えば窒化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化アルミ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などである。製品ウェハ９にすでに半導体素子構造が形成されている場合であって、拡散炉使用時に、製品ウェハ９の半導体素子の特性への影響が皆無又は軽微であると考えられる場合は、タングステンなどの高融点の金属単体材料を使用してもよい。また、これら金属単体材料から作られたガス吹き出しリング２５の表面に、石英などからなる汚染防止膜を形成してもよい。

本発明にかかる実施の形態１及び本発明にかかる実施の形態２の拡散炉のガス吹き出しリング１５と比べて、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉のガス吹き出しリング２６は、長さが長くなる分、重量が重くなるため、ガス吹き出しリング２６の材料に強度の低い、例えば石英が用いられた場合は、補強材としてガス吹き出しリング２６の外周に金属製のカバー等を取り付けてもよい。また、ガス吹き出しリング２６の下に、台座を設けるなどしてもよい。

本発明にかかる実施の形態３の拡散炉は、本発明の実施の形態１で述べたように半導体ウェハの表面に薄膜を形成するために用いてもよく、本発明の実施の形態２で述べたように半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させるために用いてもよい。本発明にかかる実施の形態３の拡散炉の使用方法及び動作は、ガス吹き出しリング１５をガス吹き出しリング２６に、第３のガス配管１６を第３のガス配管２６に置き換えて考えればよく、本発明にかかる実施の形態１及び本発明にかかる実施の形態２の拡散炉と同じであり、説明を省略する。

本発明の実施の形態３では、拡散炉を以上のような構成としたことにより、本発明の実施の形態１及び本発明の実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、チューブ１内に大気を巻き込まれることをさらに低減することができる。これにより、チューブ１内のガスの流れに、偏り又は乱れなどが生じることをさらに低減させている。

また、本発明の実施の形態３では、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を半導体ウェハの表面に酸化膜を形成するために用いた場合、半導体ウェハの表面に形成される酸化膜の面内の膜厚の均一性がさらに向上した半導体装置を得ることができる。そして、製品ウェハ群内で、それぞれの製品ウェハ９の表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきの間に差がでることをさらに減らすことができる。

本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を半導体ウェハ内に取り込まれたドーパントを活性化させるために用いた場合、製品ウェハ群内で、それぞれの半導体装置内のドーパンドの拡散の深さの間に差がでることをさらに減らすことができる。

図１３は、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を使用して半導体装置を製造したとき効果を説明する概略図であり、拡散炉を半導体ウェハの表面に酸化膜を形成するために用いた場合の効果を説明する。図１３は、製品ウェハ９の表面に酸化膜を形成するときのチューブ１内における製品ウェハ９の位置と、製品ウェハ９の表面に形成された酸化膜の面内の膜厚のばらつきとの関係を示している。図１３の屈曲線Ｃ２は、本発明にかかる実施の形態１の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合であり、屈曲線Ｃ１１は本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合を示している。

図１３において、本発明にかかる実施の形態３の拡散炉を使用して半導体装置を製造した場合、屈曲線Ｃ１１が示すように、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚ばらつきは、屈曲線Ｃ２に比べて、低くなっている。すなわち、半導体装置の酸化膜の面内の膜厚の均一性がさらに向上している。そして、膜厚ばらつきのチューブ１内における製品ウェハ９の位置分布がフラットに近くなっており、製品ウェハ群内で、それぞれの製品ウェハ９の表面に形成される酸化膜の膜厚ばらつきに差がでることをさらに減らすことができている。これは本発明の実施の形態１に比べて、チューブ１内のガスの流れに、偏り又は乱れなどが生じることをさらに低減させているからである。

本発明の実施の形態１及び本発明の実施の形態３では、常圧下において半導体ウェハの表面にドライ酸化方法を用いて酸化膜を形成した。これは、本発明の効果が最も奏される半導体装置の製造方法を例として説明したからであり、半導体ウェハの表面にＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌｅ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＢＰＴＥＯＳ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌｅ Ｏｒｔｈｏ Ｓｌｉｃａｔｅ）膜、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜を形成するために本発明にかかる拡散炉を使用してもよいし、シラン（Ｓｉｌａｎｅ、水素化珪素）と酸素とを反応させて酸化膜を得る成膜方法を用いて半導体ウェハの表面に酸化膜を形成するために、本発明にかかる拡散炉を使用してもよい。したがって、チューブ１内を減圧してもよい。

また、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態３では、横型の拡散炉を例として説明した。これは、パワー半導体装置を製造するのに用いられる主流の拡散炉が横型であり、本発明の効果が最も奏される拡散炉が横型であるからであり、縦型の拡散炉に本発明を適用してもよい。

なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ チューブ、２ ボート、３ パドル、４ 第１のガス供給管、５ 流量コントロールボックス、６ インジェクター、７ ヒーター、８ ダミーウェハ、９ 製品ウェハ、１０ 排気ファン、１１，１７ 排気配管、１２ 第２のガス供給管、１３ 第２のガス配管、１４ エンドリッド、１５，２５ ガス吹き出しリング、１６，２６ 第３のガス配管、１８ ガスの流れ。

Claims (10)

1. 半導体ウェハを搬入するための第１の開口を有するチューブと、
   前記第１の開口に対向して設けられ、前記チューブ内に第１のガスを導入する複数のインジェクターと、
   前記複数のインジェクターが導入する前記第１のガスの流量を制御するマスフローコントローラと、
   前記第１の開口の蓋をするエンドリッドと、
   前記エンドリッドに設けられ、前記チューブ内の前記第１のガスを含む気体を前記チューブの外部へ排出する複数の排気配管と、
   前記複数の排気配管が排出する前記第１のガスを含む気体の流量を制御する排気ファンと、
   前記チューブの外周に設けられ、前記チューブ内を加熱及び保温するヒーターと、
   を備えている拡散炉。
2. 前記複数のインジェクターは、
   それぞれ、前記チューブ内に挿入される長さが調節可能であること
   を特徴とする請求項１に記載の拡散炉。
3. 前記複数の排気配管は、
   それぞれ、前記チューブ内に挿入される長さが調節可能であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の拡散炉。
4. 前記エンドリッドに設けられ、前記エンドリッドが有する開口に向かって第２のガスを放出するガス吹き出し手段を、
   さらに備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の拡散炉。
5. 前記第１の開口に設けられ、第３のガスを外周から中心に向かって放出するガス吹き出しリングを、
   さらに備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の拡散炉。
6. 前記マスフローコントローラは、
   前記複数のインジェクターから導入されるそれぞれの前記第１のガスの流量を、制御すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の拡散炉。
7. 前記排気ファンは、
   前記複数の排気配管が前記チューブの外部へ排出するそれぞれの前記第１のガスを含む気体の流量を、制御すること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の拡散炉。
8. 前記ガス吹き出しリングの長さが、
   前記チューブ内に搬入される複数の半導体ウェハを並べたときの前記複数の半導体ウェハが占める並べた方向の長さ以上であること
   を特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の拡散炉。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の拡散炉を使用する半導体装置の製造方法。
10. チューブ内のガスに半導体ウェハを暴露する半導体装置の製造方法において、
    前記半導体ウェハを前記チューブ内に搬入する前に、
    前記半導体ウェハと、前記ガスを前記チューブ内に導入する複数のインジェクターのそれぞれとの距離を、前記半導体ウェハに形成する薄膜の膜厚に応じて調節する工程と、
    前記半導体ウェハと、前記チューブ内の前記ガスを含む気体を外部へ排出する複数の排気配管のそれぞれとの距離を、前記半導体ウェハに形成する前記薄膜の膜厚に応じて調節する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。

Images