JP5310293B2

JP5310293B2 - 半導体基板拡散炉

Info

Publication number: JP5310293B2
Application number: JP2009146334A
Authority: JP
Inventors: 重徳斎須; 直揮石川; 寛之大塚
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011003771A

Description

本発明は、半導体基板拡散炉に係わり、特にドーパントを熱拡散させるべき拡散基板（半導体基板）に均一にドーパントを拡散し得て基板のシート抵抗のバラツキを低減することを可能とする半導体基板拡散炉に関する。

一般に半導体デバイスの製造工程において、半導体基板拡散炉内にプロセスガスを噴射し、半導体基板を処理することが行われている。
この場合、図３に示すように、従来の半導体基板拡散炉１００は、拡散基板１０を搭載した拡散基板ボート１１が収納される炉芯管１に、拡散基板１０のほぼ中心部にめがけてプロセスガスを噴射させるガス噴射口２５が設けられている。
しかしながら、図３に示すように、一般に拡散基板１０は小ボート１２を介してボート１１に積載され、炉心管１内に挿入される。次に炉口扉２が閉じてプロセスが開始する。この時、ガス噴射口２５からのプロセスガス流量が少ないとプロセスガスが拡散剤を塗布した拡散基板全体に行きわたらないため、拡散基板のシート抵抗にバラツキが発生する。一方、プロセスガスを大量に供給すれば拡散基板のシート抵抗のバラツキは低減されるが、コストが増大してしまう。また、これを解消する先行技術には、炉心管にプロセスガスの噴出ノズルを基板近くにおく技術（特許文献１：特開２００４−１４００７７号公報）があるが、炉心管の構造が複雑であった。

特開２００４−１４００７７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、必要量のプロセスガスを使用して拡散基板の表面のシート抵抗が均一で、しかも拡散炉ガス噴射口側から炉口扉側にわたって拡散基板のシート抵抗を均一にできるシンプルな構造の半導体基板拡散炉を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、一端が閉塞され、他端が開放可能に設けられた炉口扉によって閉塞され、拡散基板にドーパントを熱拡散させる炉芯管と、基板を搭載し、前記炉口扉を開放することによって形成される炉芯管の基板出入口から炉芯管に出入する拡散基板ボートとを備えた半導体基板拡散炉において、前記炉芯管の一端閉塞部を気密に貫通してドーパント拡散用プロセスガス噴射ノズルを配設し、前記ボートに、該ボートに搭載される各基板に向けてプロセスガスを噴出させる一又は複数のガス案内管を配設すると共に、該ガス案内管をガス導入管を介して前記噴射ノズルと結合して、前記噴射ノズルからのプロセスガスを前記ガス案内管から各基板に噴出させるように構成したことを特徴とする半導体基板拡散炉が提供される。
本発明によれば、ボートに、該ボートに搭載される各基板に向けてプロセスガスを噴出させる一又は複数のガス案内管を配設すると共に、該ガス案内管をガス導入管を介してプロセスガスを供給するガス導入管と結合したことにより、プロセスガスが各基板に向けて確実に噴出供給され、各基板に均一にプロセスガスが流れてドーパントが拡散し、これによってシート抵抗のバラツキが低減した基板を得ることができる。また、このように各基板に確実にプロセスガスを噴出供給するので、拡散炉ガスの噴射口側から炉口扉側にわたって各基板間のシートバラツキを低減することができる。
この場合、ガス案内管を各基板の四隅に配設すると共に、これらガス案内管に各基板の四隅から中央部に向けてプロセスガスが流れるようにプロセスガス噴出口を設ければ、上記効果はより確実になる。また、前記噴射ノズルの先端部を雌型又は雄型に形成すると共に、前記ガス導入管の先端部をこの噴射ノズル先端部の雌型又は雄型と脱離可能に嵌着し得る雄型又は雌型に形成することが好ましく、これにより、雄型ガス供給菅と雌型テーパーガス噴射ノズルが炉心管内でジョイントし、プロセスガスがガス導入管ボートに流れ、拡散基板に直接供給され、拡散基板の表面に均一な被膜が形成される半導体基板拡散炉が実現される。

この場合、前記噴射ノズルの雄型又は雌型先端部と前記ガス導入管の雌型又は雄型先端部とが、それぞれテーパー形状に形成されていることが好適である。

本発明では、拡散基板に対し確実にプロセスガスを供給して均一なシート抵抗を有する拡散基板を得ることができる。

（Ａ）は本発明の一実施例に係る半導体基板拡散炉の概略斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ａの方向から見た断面図である。本発明の一実施例に係る半導体基板拡散炉の概略断面図で、（Ａ）は基板を炉芯管に挿入する前の状態、（Ｂ）は基板を炉芯管に挿入している状態、（Ｃ）は基板を炉心管に挿入完了し、炉口扉を閉じた状態を示す。従来型拡散炉の概略断面図で、（Ａ）は基板を炉芯管に挿入する前の状態、（Ｂ）は基板を炉芯管に挿入した状態、（Ｃ）は炉口扉を閉じた状態を示す。

以下、本発明に係る半導体基板拡散炉の実施形態について図１，２を参照して説明する。
図１，２に示したように、半導体基板拡散炉１００は、一端が閉塞され、他端が開放可能に設けられた炉口扉２によって閉塞され、拡散基板１０にドーパントを熱拡散させる炉芯管１と、基板１０を搭載し、前記炉口扉２を開放することによって形成される炉芯管１の基板出入口３から炉芯管１に出入する拡散基板ボート１１とを備えたものである。

この場合、上記炉芯管１の一端閉塞部４には、炉芯管１内にドーパント拡散用プロセスガスを噴射する噴射ノズル２１が該一端閉塞部を気密に貫通して配設されている。この噴射ノズル２１には、上流側からバルブ２２、マスフローコントローラー２３が介装されたプロセスガス供給管２４が連結されている。上記噴射ノズル２１の先端部は、先方に向かうに従って漸次大径になるように形成されたテーパ状の雌型先端部２１ａとして形成されている。なお、炉芯管１は、例えばシリカガラスにて形成される。

一方、拡散基板１０は、小ボート１２を介して拡散基板ボート１１に搭載されているが、該ボート１１には、各基板１０に向けてプロセスガスを噴出させるガス案内管３１が、基板１０の四隅にそれぞれ配設されており、これらガス案内管３１の先端部はそれぞれガス導入管３２に連結されている。このガス導入管３２の先端部は、先端に向かうに従って漸次小径となるテーパー状の雄型先端部３２ａとして形成され、この雄型先端部３２ａは上記した噴射ノズル２１の雌型先端部２１ａと脱離可能に嵌着されるようになっている。また、上記各ガス案内管３１には、それぞれガスを基板１０の外側（隅部）から中心部に向けて噴出する噴出口３３が形成されており、上記噴射ノズル２１の雌型先端部２１ａとガス導入管３２の先端部３２ａとが嵌着することにより、プロセスガスが噴射ノズル２１からガス導入管３２に流れ、更にこのガス導入管３２から分岐する各ガス案内管３１に流れ、上記噴出口３３から噴出して、基板１０の四隅部より中心部に向けてプロセスガスが直接噴射されるものである。なお、図中３４は、引き出し棒である。

上記実施態様では、ガス噴射ノズル２１の先端部を雌型とし、ガス導入管３２の先端部を雄型としたが、ガス噴射ノズル２１の先端部を雄型とし、ガス導入管３２の先端部を雌型としてもよい。

次に、本発明に係わる半導体基板拡散炉を用いた半導体基板の拡散方法について説明する。
図２に示すように、予めプロセスガスは、バルブ２２を開け、マスフローコントローラ２３によって流量制御され、雌型テーパーガス噴射ノズル２１より噴射している。次に、小ボート１２を介して拡散基板１０を搭載したガス導入管ボート１１を炉口３から挿入して、炉芯管１内に載置する。載置したときに雌型テーパーガス噴射ノズル２１と雄型テーパーガス導入管３２がジョイントし、プロセスガスがガス導入管３２からガス案内管３１に流れ、ガス噴出口３３から拡散基板１０へガスが噴射される。ジョイント部にはテーパーが付いているため、雌型テーパーガス噴射ノズル２１と雄型テーパーガス導入管３２の芯合わせができ、プロセスガスの漏れがない。

この時、ガスの噴射方向は拡散基板１０の四隅より中心に向かう方向である。次に、引き出し棒３４が取り出され、炉口扉２を閉じて、炉芯管１内を加熱し、拡散処理が行われる。

プロセスガスが、ガス導入管３２及びガス案内管３１を通り、ガス噴出口３３から噴射されるため、直接拡散基板１０に供給でき、効率よく拡散が行われる。また、ガス噴出口３３は拡散基板１０の四隅から拡散基板１０の中心に向かって配置されているので、プロセスガスは、拡散基板１０の全面にほぼ均一に流れ、均一なシート抵抗の拡散層を形成することができる。

なお、上述したガス噴出口３３は、同一口径としたが、必要に応じて、下流側のガス噴出口３３の口径を大きくするなど、プロセスガスの噴射量を調整してもよい。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

本発明に係わる半導体基板拡散炉である横型拡散炉を使用し、１５ｃｍ角シリコンウエハーに拡散剤を塗布し、プロセスガスを使用して拡散層を形成し、シート抵抗のバラツキを四探針法で測定し、従来例と比較した。ここで、実施例１は、図２に示した拡散炉で、噴射ノズル先端が雌型、ガス導入管の先端が雄型であり、実施例２は、噴射ノズル先端が雄型、ガス導入管の先端が雌型である。

方法：
図２に示す新型拡散炉にて温度８００℃、酸素流量１０Ｌ／ｍｉｎ．で、シート抵抗６５Ω／□を目標としてシリコンウエハーに拡散層形成を行い、サンプルは、図２に示すように、入口に９枚、炉中央に９枚、噴射ノズル側に９枚に拡散剤を塗布したシリコンウエハーを設置した。熱処理後、これら２７枚のシート抵抗のバラツキを四探針法で測定した。

比較例１は、従来の半導体基板拡散炉（図３）を用いて、実施例と同様の設定条件で行っている。また、比較例２は半導体基板拡散炉（図３）を用いて温度８００℃、酸素流量２０Ｌ／ｍｉｎ．の条件で行った。

表１は、本発明の機構を取り入れていない既存の拡散炉（図３）を使用した比較例１及び比較例２と、本発明の機構を取り入れた新型拡散炉（図２）について、１５ｃｍ角の半導体基板上に拡散層を形成した結果を比較したものである。この時、新型拡散炉及び従来型拡散炉には入口に９枚、炉中央に９枚、噴射ノズル側に９枚基板を配置して成膜処理を行った。その結果、面内ばらつき、基板間ばらつきの両項目について、改良炉のほうが良好な結果を得た。つまり、本発明によって、拡散分布の均一性の向上ができる。

以上のように、ガス導入管ボートを使用してプロセスガスを直接拡散基板に必要量供給することができる。更に、ボートのガス噴射ノズルは拡散基板四隅から中心に向かっているため、プロセスガスが均一に供給することができる。また、ボート長手方向のガス噴射ノズルは同一口径であるため、プロセスガスの流量が各々のガス噴射ノズルで一定であるため炉内長手方向の拡散基板のシートを均一にできる。更に、ガス案内管がボート側に付いているため、炉側の構造がシンプルにできる。

１炉芯管
２炉口扉
３基板出入り口
１０拡散基板
１１ボート
２１噴射ノズル
２１ａ先端部
２４プロセスガス供給管
３１ガス案内管
３２ガス導入管
３２ａ先端部
３３噴出口
１００半導体基板拡散炉

Claims

一端が閉塞され、他端が開放可能に設けられた炉口扉によって閉塞され、拡散基板にドーパントを熱拡散させる炉芯管と、基板を搭載し、前記炉口扉を開放することによって形成される炉芯管の基板出入口から炉芯管に出入する拡散基板ボートとを備えた半導体基板拡散炉において、前記炉芯管の一端閉塞部を気密に貫通してドーパント拡散用プロセスガス噴射ノズルを配設し、前記ボートに、該ボートに搭載される各基板に向けてプロセスガスを噴出させる一又は複数のガス案内管を配設すると共に、該ガス案内管をガス導入管を介して前記噴射ノズルと結合して、前記噴射ノズルからのプロセスガスを前記ガス案内管から各基板に噴出させるように構成したことを特徴とする半導体基板拡散炉。
ガス案内管を各基板の四隅に配設すると共に、これらガス案内管に各基板の四隅から中央部に向けてプロセスガスが流れるようにプロセスガス噴出口を設けた請求項１記載の半導体基板拡散炉。
前記噴射ノズルの先端部を雌型に形成すると共に、前記ガス導入管の先端部をこの噴射ノズル先端部の雌型と脱離可能に嵌着し得る雄型に形成した請求項１又は２記載の半導体基板拡散炉。
前記噴射ノズルの先端部を雄型に形成すると共に、前記ガス導入管の先端部をこの噴射ノズル先端部の雄型と脱離可能に嵌着し得る雌型に形成した請求項１又は２記載の半導体基板拡散炉。
雌型先端部及び雄型先端部をそれぞれ互いに脱離可能に嵌着するテーパ形状に形成した請求項３又は４記載の半導体基板拡散炉。