JPH04243125A - 開管式プレデポジション拡散方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置、特に
開管式プレデポジション拡散方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン基板に対するＰ型不純物として
のガリウム（Ｇａ）拡散はサイリスタやＧＴＯのＰベー
ス層やＰエミッタ層の形成のために多く用いられている
。ガリウム拡散の方法は種々あるが、開管式ガリウムプ
レデポジション拡散方法を図３に示す。

【０００３】まず、同図（ａ）に示すように石英アンプ
ル管１内に拡散源である金属ガリウムを入れた炭化ケイ
素（ＳｉＣ）製拡散源ボート２と、石英製ボート３に載
せたシリコン基板４を挿入しておく。アンプル管１のキ
ャップ５はアンプル管口との間に隙間を持つ構成にされ
る。

【０００４】同図（ａ）に示すアンプル管セットは、同
図（ｂ）に示すように石英製炉芯管６とヒータ７を備え
る拡散炉内に挿入し、キャップ５を炉内で外しておく。 この状態で炉芯管６の一方の管口から窒素ガス（Ｎ２）
　を注入し、他方の管口から排気する前処理を所定時間
行い、拡散炉内及びアンプル管１内を窒素ガスでパージ
する。

【０００５】次に、同図（ｃ）に示すように、炉芯管６
のキャップ６Ａを開け、その開口部より石英棒を用いて
石英アンプル管１のキャップ５を該アンプル管１にセッ
トする。この後、炉芯管６の小キャップ６Ａを閉じ、さ
らに所定時間窒素ガスでパージする。

【０００６】上述のパージ後、ヒータ７の運転によって
拡散炉を所定の温度（９００〜１２００度）まで昇温し
、所定時間の熱処理を行ってシリコン基板４面へのガリ
ウム拡散を行う。この熱処理後、拡散炉が４０〜６０度
以下に冷却したときに炉内からアンプル管１を取り出し
、ガリウム拡散したシリコン基板を回収する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の開管式プレデポ
ジション拡散方法には以下のような問題があった。

【０００８】（ａ）ガリウム拡散源やシリコン基板をセ
ットしたアンプル管１を炉芯管６内に入れて拡散を行う
二重炉芯管方式となるため、シリコン基板の直径に較べ
て５０〜７０ミリメートル程度内径の大きな炉芯管６を
必要とする。このため、４インチ径のシリコン基板に拡
散するには１５０〜１７０ミリメートル以上の大口径の
炉芯管を必要とし、拡散炉や炉芯管等の設備コストが高
くなる。

【０００９】（ｂ）拡散炉が二重炉芯管方式となるため
、炉内の空気を窒素ガスで置換するための窒素ガスパー
ジが２段階で行われ、夫々の処理には１０〜２０時間を
必要とする長時間になり、ガスパージ処理のみで２０〜
４０時間も必要として拡散処理工数の大半を占めるとい
う効率の悪さがある。

【００１０】（ｃ）拡散炉が大口径になるため、運転コ
ストである電力消費量が増大する。

【００１１】本発明の目的は、上述の課題、特にガスパ
ージの時間短縮を図った拡散方式を提供することにある
。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題の解決
を図るため、拡散炉の炉芯管内にシリコン基板と不純物
拡散源をセットする拡散室を構成するノズル孔付き隔壁
と可動のキャップと、前記炉芯管内に前記隔壁側の炉芯
管口からパージ用窒素ガスを導入可能にする弁手段と、
前記炉芯管内のキャップセット位置と該炉芯管のガス排
気口を持つ炉芯管キャップとの間に窒素ガスを常時注入
する外気流入防止用ガス注入手段とを備え、前記弁手段
の開によるパージ用ガス注入と前記ガス注入手段からガ
ス注入した後に炉芯管キャップを開けて前記シリコン基
板と不純物拡散源を拡散室内にセットし、次いで可動の
キャップを拡散室構成位置にセットして前記炉芯管キャ
ップを閉じた後に所定時間のガスパージを行い、次いで
前記弁手段を閉じた後に拡散炉ヒータを運転して熱処理
を行うことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記方式になる本発明によれば、炉芯管内にガ
ス注入ノズル付き隔壁と可動のキャップセットで拡散室
を構成することで一重炉芯管構成とし、炉芯管の排気口
側にガス注入手段を設けることでガスパージ後の拡散に
ガス注入手段から排気口側へのガス流路を形成して拡散
時の外気流入を防ぐ。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す装置構成図で
ある。本実施例では従来の二重炉芯管方式に対して一重
炉芯管方式にされる。炉芯管１１は、周囲をヒータ１２
で覆われ、窒素ガスの流入経路が２系統にされる。

【００１５】一方のガス流入経路はガスパージ専用の系
統にされ、炉芯管１１の一方の口から弁手段としてのガ
スコック１３の開で注入される窒素ガスは炉芯管１１内
の隔壁１４のノズル１５を通して拡散室に吹出される。 拡散室はシリコン基板１６とガリウム拡散源１７が挿入
され、隔壁１４とガリウム蒸気閉じ込め用の可動のキャ
ップ１８で蓋される構成にされる。この拡散室を経た窒
素ガスは拡散炉キャップ１９の排気口から排気される。

【００１６】他方のガス流入経路は、窒素ガスを拡散炉
に常時流入させて外気の流入を防止する系統にされ、拡
散炉キャップ１９と拡散室との間に窒素ガス注入口を有
するガス注入管２０を有し、この注入口からの窒素ガス
を排気口から排出させることでキャップ１９の排気口か
ら流入した外気が拡散室側に流入するのを防止する。

【００１７】上述の構成において、拡散室は隔壁１４と
キャップ１８によって炉芯１１内を仕切り、拡散時にガ
リウム拡散源１７から発生するガリウム蒸気を閉じ込め
る。そして、窒素ガスパージを行うときには隔壁１４の
ノズル１５を通して窒素ガスが注入され、キャップ１８
と炉芯管１１とのわずかな隙間を通して窒素ガスの流出
があるが、拡散時にはパージ用の窒素ガスを止めるも排
気口近くの外気流入防止用の窒素ガスの流入によって外
気が拡散室に流入するのを防止する。以下、本実施例に
よる拡散手順を詳細に説明する。

【００１８】（１）図２の（ａ）に示すように、ガスパ
ージ用のコック１３を開き、窒素ガスを拡散室側へ流入
させる。同時に、外気流入防止用の窒素ガスを注入管２
０側から流入させる。これらガス注入は、例えばパージ
用は６〜１２リットル／分、外気流入防止用は１〜３リ
ットル／分にされる。この状態で炉芯管１１のキャップ
１９を外し、ガリウム拡散源１７及びシリコン基板１６
をセットしたボートを拡散室に挿入する。

【００１９】（２）図２の（ｂ）に示すように、前述の
状態からガリウム蒸気を閉じ込めるためのキャップ１８
を所定位置にセットし、拡散炉のキャップ１９を閉じる
。この状態で拡散室内を窒素ガスでパージするため数時
間例えば２〜４時間だけ窒素ガスの注入を続ける。

【００２０】（３）上述のガスパージ終了後、図２の（
ｃ）に示すように、コック１３を閉じてパージ用ガス注
入を止め、流入管２０側からのガス注入は続行させて外
気流入を防ぐ。この状態で拡散炉のヒータ１２の電源を
入れ、所定の温度（９００〜１２００度）で所定時間の
熱処理を行い、シリコン基板１６にガリウム拡散を行う
。

【００２１】（４）上述のガリウム拡散時間経過でヒー
タ１２の電源を切り、拡散炉の冷却を待ってシリコン基
板１６の回収を行う。

【００２２】以上までの処理手順によれば、拡散時には
パージ用の窒素ガスを止めるも排気口近くの外気流入防
止用の窒素ガスの注入によって外気の流入を防止する。 また、隔壁１４のノズル孔を小口径（例えば１〜３ミリ
メートル）とし、キャップ１８と炉芯管１１の内壁との
隙間も小さく（例えば１〜３ミリメートル）することに
より、シリコン基板１６の周囲には窒素ガスの流入を防
止し、ガリウム蒸気を充満させることができる。

【００２３】従って、一重炉芯管方式にしながら従来の
二重炉芯管方式と同等の拡散状態を得ることができ、ガ
リウムプレデポジション拡散を実現できる。しかも、本
実施例では窒素ガスパージには一段階でしかも直接に拡
散室にガス注入を行うため、ガスパージの時間を従来方
式に較べて大幅に短縮（約１／５）にでき、全拡散工程
の時間でも約１／２以下になり、相対的に拡散処理量を
倍増できる。また、本実施例では一重炉芯管方式となる
ため、拡散炉の口径をシリコン基板の径よりも２０〜３
０ミリメートル程度大きい内径のもので済み、従来のも
のに較べて小口径の拡散炉構成にして設備コストや電力
消費量を低くすることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、隔壁と
可動のキャップによって炉芯管内に直接に拡散室を構成
する一重炉芯管方式とするため、ガスパージが拡散室に
対して直接のガス注入になってガスパージ時間を大幅に
短縮すると共に炉芯管径の小径化ひいては拡散炉の小型
化及び低コストにする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置構成図。

【図２】実施例の拡散手順図。

【図３】従来の拡散手順図。

【符号の説明】

１１…炉芯管 １２…ヒータ １３…コック １４…隔壁 １５…ノズル １６…シリコン基板 １７…ガリウム拡散源 １８…キャップ １９…炉芯管キャップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　拡散炉の炉芯管内にシリコン基板と不
   純物拡散源をセットする拡散室を構成するノズル孔付き
   隔壁と可動のキャップと、前記炉芯管内に前記隔壁側の
   炉芯管口からパージ用窒素ガスを導入可能にする弁手段
   と、前記炉芯管内のキャップセット位置と該炉芯管のガ
   ス排気口を持つ炉芯管キャップとの間に窒素ガスを常時
   注入する外気流入防止用ガス注入手段とを備え、前記弁
   手段の開によるパージ用ガス注入と前記ガス注入手段か
   らガス注入した後に炉芯管キャップを開けて前記シリコ
   ン基板と不純物拡散源を拡散室内にセットし、次いで可
   動のキャップを拡散室構成位置にセットして前記炉芯管
   キャップを閉じた後に所定時間のガスパージを行い、次
   いで前記弁手段を閉じた後に拡散炉ヒータを運転して熱
   処理を行うことを特徴とする開管式プレデポジション拡
   散方式。