JP3662763B2

JP3662763B2 - Horizontal diffusion furnace

Info

Publication number: JP3662763B2
Application number: JP05889999A
Authority: JP
Inventors: 友治勝
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000260724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板等の半導体製造用基板に対して不純物を拡散するために使用される横型拡散炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体部品の製造に使用される不純物拡散半導体基板は、半導体製造用基板であるシリコン基板に対して不純物を拡散することにより製造される。図９は、シリコン基板に対して不純物を拡散するために使用される横型拡散炉３０の一例を示す概略断面図である。この横型拡散炉３０には、全長にわたってほぼ一定の内径および外径になった円筒状の炉心管３１が水平な状態で設けられている。この炉心管３１の一方の端面は開放されており、その開放された端面が、炉心管３１の端部に嵌合された封止キャップ３２によって、気密に封止されている。封止キャップ３２には、排気口３２ａが設けられている。炉心管３１の他方の端面の軸心部には、外側に突出した管状のガス導入部３１ａが設けられており、このガス導入部３１ａから不純物ガスが導入される。
【０００３】
炉心管３１は、封止キャップ３２が嵌合された端部およびその近傍部分を除いて、ヒーター３３によって、全周にわたって覆われている。炉心管３１における封止キャップ３２が設けられた端部近傍部分、および、ガス導入部３１ａが設けられた端部は、ヒーター３３の各端部との間にそれぞれ設けられた各断熱材３４によってそれぞれ支持されており、炉心管３１は、ヒーター３３とは同心状態でほぼ水平になっている。
【０００４】
このような横型拡散炉３０では、まず、封止キャップ３２を炉心管３１の端部から取り外して、開放された炉心管３１の端面から、基板拡散用ボート２２が搬入される。基板拡散用ボート２２は、多数の半導体製造用基板であるシリコン基板２１を、水平方向に適当な間隔をあけた状態でそれぞれ垂直に保持している。基板拡散用ボート２２は、高温にて均等に加熱される炉心管３１の中央部付近にまで挿入される。その後、封止キャップ３２が炉心管３１の端部に嵌合されて、炉心管３１の開放された端面が気密に封止される。
【０００５】
このような状態になると、炉心管３１の端面に設けられたガス導入管３１ａから、不純物ガスが導入されて加熱される。これにより、炉心管３１内にて、基板拡散用ボート２２にて保持された各シリコン基板２１の表面に、不純物が熱拡散し、各シリコン基板２１の表面には、拡散層がそれぞれ形成される。炉心管３１内にて、各シリコン基板２１に対して拡散層の形成に使用されない未反応の不純物ガスは、封止キャップ３２の排気口３２ａから排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような横型拡散炉３０では、封止キャップ３２が嵌合された炉心管３１の端部近傍およびその近傍部分が、ヒーター３３によって直接加熱されないために、ヒーター３３にて高温に加熱される炉心管３１の中央部よりも低温になっている。炉心管３１内に導入された未反応の不純物ガスは、このような低温部分では、冷却されて液体状の拡散副生成物Ｐになるおそれがある。
【０００７】
炉心管３１内の低温部分にて発生した液体状の拡散副生成物Ｐを放置すると、炉心管３１の内周面に付着して固体化し、炉心管３１から容易に除去することができなくなる。また、液体状の拡散副生成物Ｐが、炉心管３１の端部と、その端部に嵌合された封止キャップ３２との間に進入して固体化すると、封止キャップ３２が炉心管３１から容易に取り外せなくなるおそれもある。
【０００８】
このような問題を解決するためには、液体状の拡散副生成物Ｐが固体化する前に、炉心管３１の内部を洗浄すればよい。しかしながら、液体状の拡散副生成物Ｐが頻繁に発生するような場合に、その発生の度に、封止キャップ３２を炉心管３１から取り外して、炉心管３１の内部を洗浄することは煩わしく、また、洗浄のために薬液等を必要とするために、経済性が損なわれるという問題がある。しかも、炉心管３１を洗浄する間は、シリコン基板２１に対する不純物の拡散作業が中断することになり、拡散作業の効率も低下することになる。
【０００９】
このような問題を解決するために、図１０に示すように、ヒーター３３から突出した炉心管３１の端部における下部周面に、下方に突出するドレン部３１ｂを設けて、炉心管３１の端部に発生する液体状の拡散副生成物Ｐを、このドレン部３１ｂから排出する横型拡散炉３０が開発されている。しかしながら、このような横型拡散炉３０でも、炉心管３１の端部に発生する液体状の拡散副生成物Ｐをドレン部３１ｂを通して完全に排出することができるものではない。
【００１０】
また、図１１に示すように、炉心管３１における端面が開放された端部に延長管３７を接続して、炉心管３１の全体をヒーター３３によって加熱する横型拡散炉３０も開発されている。このような横型拡散炉３０では、炉心管３１に接続された延長管３７内に液体状の拡散副生成物Ｐが発生するために、延長管３７を炉心管３１から取り外して洗浄すればよく、洗浄作業は簡単になる。しかしながら、このような横型拡散炉３０の場合も、延長管３７と封止キャップ３２との間に、液体状の拡散副生成物Ｐが進入して固体化すると、封止キャップ３２が延長管３７から容易に取り外すことができなくなるおそれがある。
【００１１】
特開平２−３０６６１９号公報には、炉心管内に導入された不純物ガスを加熱するためのヒーター３３とは別に、炉心管の端部を加熱するヒーターを設けて、このヒーターによって、炉心管３１の端部にて、不純物ガスが液体状の拡散副生成物Ｐになること、および、液体状の拡散副生成物Ｐが固体化することを防止するようになった横型拡散炉が開示されている。
【００１２】
しかしながら、このように、新たにヒーターを追加するためには、既存の設備に対して大幅な改造が必要になり、経済性が損なわれるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、簡潔な構成であって、炉心管内に生じる液体状の拡散副生成物を確実に除去することができる横型拡散炉を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の横型拡散炉は、炉心管の一方の端部から炉心管内に不純物ガスを導入して加熱することにより、炉心管内に配置された半導体製造用基板に不純物拡散層を形成する横型拡散炉であって、前記炉心管が水平に対して傾斜状態で配置されていることを特徴とする。
【００１５】
前記炉心管は、不純物ガスが導入される端部が下側になるように傾斜している。
【００１６】
前記炉心管における不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部には、延長管が接続されている。
【００１７】
前記延長管の端部と炉心管と端部とが、それぞれの端部に設けられたテーパー面同士をすり合わせて接続されている。
【００１８】
前記炉心管における不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部の下部周面には、液体を排出するドレン部が開口している。
【００１９】
前記延長管の下部周面には、液体を排出するドレン部が開口している。
また、本発明の横型拡散炉は、炉心管の一方の端部から炉心管内に不純物ガスを導入して加熱することにより、炉心管内に配置された半導体製造用基板に不純物拡散層を形成する横型拡散炉であって、前記炉心管には、不純物ガスが導入される端部とは反対側の端部の下部周面にドレン部が開口するとともに、炉心管の下部には、ドレン部に向かって傾斜する溝部が軸方向に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の一例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０は、例えば、半導体製造用基板であるシリコン基板２１に対して不純物を拡散するために使用されるものであり、水平に対して角度θだけ傾斜した円筒状の炉心管１１を有している。この炉心管１１は、その全長にわたってほぼ一定の内径および外径になっており、一方の端面が開放されている。炉心管１１の他方の端面は、周面と一体になっており、その軸心部には、外側に突出した管状のガス導入部１１ａが一体的に設けられている。炉心管１１内には、ガス導入部１１ａを通して、不純物ガスが導入される。
【００２２】
炉心管１１の開放された端面が設けられた端部には、封止キャップ１２が嵌合されており、炉心管１１の開放された端面が封止キャップ１２によって気密に封止されている。封止キャップ１２には、外側に向かって突出したガス排気口１２ａが、軸心に対して偏心位置に設けられている。封止キャップ１２は、炉心管１１の端部に対して着脱可能になっており、封止キャップ１２が取り外されて開放された炉心管１１の端面から、複数の半導体製造用のシリコン基板２１が水平方向に適当な間隔をあけて垂直に載せられた基板拡散用ボート２２が搬入されるようになっている。
【００２３】
炉心管１１は、封止キャップ１２が嵌合された端部およびその近傍部分を除いて、ヒーター１３によって、全周にわたって覆われている。炉心管１１は、ガス導入部１１ａが設けられた端部が下側になるように、水平に対して所定の傾斜角度θで、ヒーター１３内に配置されており、炉心管１１における封止キャップ１２が設けられた上側に位置する端部近傍部分が、ヒーター１３の端部との間に設けられた断熱材１４と、この断熱材１４と炉心管１１における下部周面との間に設けられた耐熱スペーサー１５とによって支持されるとともに、ガス導入部１１ａが設けられた下側の端部が、ヒーター１３の端部との間に設けられた断熱材１６によって支持されている。
【００２４】
このような構成の横型拡散炉１０は、次のように使用される。まず、封止キャップ１２を炉心管１１の端部から取り外して、開放された炉心管１１の端面から、多数の半導体製造用のシリコン基板２１を水平方向に適当な間隔をあけた状態でそれぞれ垂直に保持する基板拡散用ボート２２が、ヒーター１３によって、高温に均等に加熱されている炉心管１１の中央付近にまで挿入される。その後、封止キャップ１２が炉心管１１の端部に嵌合されて、炉心管１１の開放された端面が気密状態に封止される。
【００２５】
このような状態になると、ヒーター１３によって加熱された状態で、炉心管１１の端面に設けられたガス導入管１１ａから不純物ガスが導入される。炉心管１１内に導入された不純物ガスは、加熱されて気化され、炉心管１１内に配置された基板拡散用ボート２２にて保持された各シリコン基板２１の表面に熱拡散する。これにより、各シリコン基板２１の表面に拡散層がそれぞれ形成される。
【００２６】
この場合、封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部近傍およびその近傍部分は、ヒーター１３によって直接加熱されていないために、その部分の温度が、ヒーター１３にて直接加熱する部分よりも低温になっており、炉心管１１内の未反応の拡散原料が、このような低温部分において冷却されると、液体状の拡散副生成物Ｐになる。そして、炉心管１１における傾斜方向の上側に位置する端部内にて発生した液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の端部内周面に沿って下部周面に流動し、その下部周面を傾斜方向の下側に向かって流動する。これにより、液体状の拡散副生成物Ｐは、高温に加熱されている炉心管１１の中央部近傍にまで流動し、その高温部分にて気化して、各シリコン基板２１に対する不純物拡散源として再使用される。その結果、炉心管１１内には、未反応の拡散原料が冷却されることによって発生する液体状の拡散副生成物Ｐが残留するおそれがなく、炉心管１１内にて拡散副生成物Ｐが固化することが回避される。
【００２７】
なお、図２に示すように、炉心管１１の端部にフランジ部１１ｃを設けて、このフランジ部１１ｃに、フランジ部１７ａが設けられた延長管１７のフランジ部１７ａを接続して、延長管１７がヒーター（図示せず）にて直接加熱されないようになった横型拡散炉１０の場合にも、封止キャップ１２が嵌合された延長管１７の端部が上側になるように、水平に対して所定の傾斜角度θで傾斜させるようにしてもよい。この場合には、図１に示す横型拡散炉１０と同様に、延長管１７内にて未反応の拡散原料が液体状の拡散副生成物Ｐになると、その拡散副生成物Ｐが、炉心管１１の高温部分である中央部近傍にまで流動して気化される。
【００２８】
さらに、炉心管１１に延長管１７を接続する場合には、フランジ接合とせずに、図３に示すように、炉心管１１の端部内周面を、端面側になるにつれて順次拡径したテーパー面１１ｄとするとともに、延長管１７における一方の端部外周面を、炉心管１１のテーパー面１１ｄに平行なテーパー面１７ｂとして、炉心管１１のテーパー面１１ｄと延長管１７のテーパー面１７ｂとを相互にすり合わせることによって、炉心管１１と延長管１７とを接続するようにしてもよい。また、この場合には、延長管１７における他方の端部内周面を、端面側になるにつれて順次拡径したテーパー面１７ｃとするとともに、封止キャップ１２の端部外周面を、延長管１７のテーパー面１７ｃに平行なテーパー面１２ｂとして、延長管１７のテーパー面１７ｃと封止キャップ１２のテーパー面１２ｂとを相互にすり合わせることによって、延長管１７と封止キャップ１２とを接続するようにしてもよい。
【００２９】
このような構成とすることにより、炉心管１１内周面および延長管１７の内周面が、全周にわたって段差のない面一な状態になるとともに、延長管１７の内周面および封止キャップ１２の内周面も、全周にわたって段差のない面一な状態になり、液体状の拡散副生成物Ｐが発生しても、その拡散副生成物Ｐが、確実に炉心管１１の中央部付近にまで流動されることになる。
【００３０】
さらに、このように、炉心管１１と延長管１７とをテーパー面同士のすり合わせによって接続する場合には、図４に示すように、炉心管１１における内周面がテーパー１１ｄになった端部を拡径して、延長管１７における外周面がテーパー面１７ｂになった端部を挿入して、その延長管１７におけるテーパー面１７ｂが炉心管１１の拡径された端部のテーパー面１１ｄにすり合わされるように構成してもよい。
【００３１】
図５は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１１における封止キャップ１２が嵌合された端部近傍における下部周面に、液体状の拡散副生成物Ｐを排出するためのドレン部１１ｂが開口している。このドレン部１１ｂは、下方に向かって突出した状態になっている。その他の構成は、図１に示す横型拡散炉１０と同様である。
【００３２】
このような横型拡散炉１０では、炉心管１１における傾斜方向の上側に位置する端部近傍の低温部分にて、未反応の拡散原料が液体状の拡散副生成物Ｐになると、その液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の下部内周面を傾斜方向に沿って流下して、ドレン部１１ｂから排出される。従って、このような横型拡散炉１０でも、炉心管１１内に、未反応の拡散原料である拡散副生成物Ｐが残留するおそれがなく、炉心管１１内にて拡散副生成物Ｐが固化することが回避される。
【００３３】
なお、このように、炉心管１１の端部にドレン部１１ｂが設けられている場合には、図６に示すように、炉心管１１を、ドレン部１１ｂが設けられた端部が下側になるように、水平に対して傾斜させるようにしてもよい。この場合も、炉心管１１内にて液体状の拡散副生成物Ｐが発生しても、その液体状の拡散副生成物Ｐは、ドレン部１１ｂを通って炉心管１１の内部から排出される。
【００３４】
図７は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１１における開放された端面近傍の端部おける下部周面に、下方に向かって突出したドレン部１１ｂが設けられており、その端部に、延長管１７の一方の端部が接続されている。この延長管１７の下部周面における中程には、下方に突出するドレン部１７ｄが設けられており、延長管１７の下部周面には、ドレン部１７ｄに向かって傾斜した溝部１７ｅが、軸方向に沿って設けられている。延長管１７の他方の端部には、封止キャップ１２が嵌合されている。封止キャップ１２の下部周面には、下方に突出するドレン部１２ｂが設けられており、ドレン部１２ｂに向かって傾斜した溝部１２ｃが軸方向に沿って設けられている。
【００３５】
このような構成の横型拡散炉１０では、低温部である封止キャップ１２内にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、封止キャップ１２に設けられた溝部１２ｃを通ってドレン部１２ｂ内に流入して、ドレン部１２ｂから外部に排出される。また、延長管１７内にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、延長管１７の下部周面に設けられた溝部１７ｅを通って、ドレン部１７ｄ内に流入して、このドレン部１７ｄを通って外部に排出される。さらに、炉心管１１の端部内に発生した液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の端部に設けられたドレン部１１ｂを通って排出されるが、ドレン部１１ｂよりも軸方向の下方にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の中央部付近に流動して気化される。
【００３６】
図８（ａ）は、本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す概略断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。この横型拡散炉１０では、炉心管１０が水平な状態に配置されており、開放された端面は、炉心管１１の端部に嵌合された封止キャップ１２によって気密に封止されている。封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部近傍における下部周面には、下方に向かって突出するドレン部１１ｂが設けられている。また、炉心管１１における下部周面には、ドレン部１１ｂに向かって傾斜した溝部１１ｅが軸方向に沿って、炉心管１１の全長にわたって設けられている。
【００３７】
このような構成の横型拡散炉１０では、封止キャップ１２が嵌合された炉心管１１の端部の低温部にて発生する液体状の拡散副生成物Ｐは、炉心管１１の下部周面に軸方向に沿って傾斜した溝部１１ｅを通って、ドレン部１１ｂ内に流入して、ドレン部１１ｂを通って炉心管１１の外部に排出される。従って、本実施の形態の横型拡散炉１０においても、炉心管１１内に拡散副生成物Ｐが残留するおそれがない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の横型拡散炉は、このように、炉心管内に生成する液体状の拡散副生成物が、傾斜状態になった炉心管によって、あるいは炉心管に設けられた傾斜状態の溝部によって、炉心管内を流動するようになっているために、炉心管内にて確実に気化されることになり、炉心管内に残留するおそれがない。また、炉心管あるいは延長管にドレン部が設けられていると、液体状の拡散副生成物は、傾斜方向に沿って流動して、ドレン部から外部に排出されることになり、これによっても、液体状の拡散副生成物が炉心管内に残留するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の横型拡散炉の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の横型拡散炉の実施の形態の他の例を示す要部の概略断面図である。
【図３】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図４】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図５】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図７】本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の横型拡散炉の実施の形態のさらに他の例を示す要部の概略断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図９】従来の横型拡散炉の一例を示す概略断面図である。
【図１０】従来の横型拡散炉の他の例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の横型拡散炉のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０横型拡散炉
１１炉心管
１１ａガス導入部
１１ｂドレン部
１１ｄテーパー部
１２封止キャップ
１３ヒーター
１４断熱部材
１５耐熱スペーサー
１６断熱部材
１７延長管
１７ｂテーパー部
１７ｄドレン部
２１シリコン基板
２２拡散基板用ボート
Ｐ拡散副生成物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a horizontal diffusion furnace used for diffusing impurities with respect to a semiconductor manufacturing substrate such as a silicon substrate.
[0002]
[Prior art]
An impurity diffusion semiconductor substrate used for manufacturing various semiconductor components is manufactured by diffusing impurities into a silicon substrate which is a semiconductor manufacturing substrate. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a horizontal diffusion furnace 30 used for diffusing impurities with respect to a silicon substrate. This horizontal diffusion furnace 30 is provided with a cylindrical furnace core tube 31 having a substantially constant inner diameter and outer diameter over the entire length in a horizontal state. One end surface of the core tube 31 is open, and the open end surface is hermetically sealed by a sealing cap 32 fitted to the end of the core tube 31. The sealing cap 32 is provided with an exhaust port 32a. A tubular gas introduction part 31a protruding outward is provided at the axial center part of the other end face of the core tube 31, and an impurity gas is introduced from the gas introduction part 31a.
[0003]
The core tube 31 is covered over the entire circumference by the heater 33 except for the end portion where the sealing cap 32 is fitted and the vicinity thereof. In the core tube 31, the vicinity of the end portion where the sealing cap 32 is provided and the end portion where the gas introduction portion 31 a is provided are respectively provided by the respective heat insulating materials 34 provided between the end portions of the heater 33. Each of the core tubes 31 is supported, and the core tube 31 is concentric with the heater 33 and is almost horizontal.
[0004]
In such a horizontal diffusion furnace 30, first, the sealing cap 32 is removed from the end portion of the core tube 31, and the substrate diffusion boat 22 is carried in from the open end surface of the core tube 31. The substrate diffusion boat 22 holds a number of silicon substrates 21 as semiconductor manufacturing substrates vertically with appropriate intervals in the horizontal direction. The substrate diffusion boat 22 is inserted up to the vicinity of the central portion of the core tube 31 that is uniformly heated at a high temperature. Thereafter, the sealing cap 32 is fitted to the end of the core tube 31, and the open end surface of the core tube 31 is hermetically sealed.
[0005]
In such a state, an impurity gas is introduced from the gas introduction pipe 31a provided on the end face of the core tube 31 and heated. As a result, impurities are thermally diffused on the surface of each silicon substrate 21 held by the substrate diffusion boat 22 in the furnace core tube 31, and a diffusion layer is formed on the surface of each silicon substrate 21. . In the core tube 31, unreacted impurity gas that is not used for forming a diffusion layer for each silicon substrate 21 is exhausted from the exhaust port 32 a of the sealing cap 32.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a horizontal diffusion furnace 30, the vicinity of the end portion of the core tube 31 fitted with the sealing cap 32 and the vicinity thereof are not directly heated by the heater 33, so that the core is heated to a high temperature by the heater 33. The temperature is lower than the central portion of the pipe 31. The unreacted impurity gas introduced into the core tube 31 may be cooled to become a liquid diffusion byproduct P at such a low temperature portion.
[0007]
If the liquid diffusion by-product P generated in the low temperature portion in the core tube 31 is left as it is, it adheres to the inner peripheral surface of the core tube 31 and solidifies and cannot be easily removed from the core tube 31. Further, when the liquid diffusion by-product P enters between the end portion of the core tube 31 and the sealing cap 32 fitted to the end portion and solidifies, the sealing cap 32 becomes the core tube. There is also a possibility that it cannot be easily detached from 31.
[0008]
In order to solve such a problem, the inside of the core tube 31 may be cleaned before the liquid diffusion by-product P is solidified. However, when the liquid diffusion by-product P frequently occurs, it is troublesome to remove the sealing cap 32 from the core tube 31 and clean the inside of the core tube 31 each time it occurs. Moreover, since a chemical | medical solution etc. are required for washing | cleaning, there exists a problem that economical efficiency is impaired. In addition, while the core tube 31 is being cleaned, the impurity diffusion operation on the silicon substrate 21 is interrupted, and the efficiency of the diffusion operation is also reduced.
[0009]
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 10, a drain portion 31 b that protrudes downward is provided on the lower peripheral surface of the end portion of the core tube 31 that protrudes from the heater 33. A horizontal diffusion furnace 30 for discharging the liquid diffusion by-product P generated in the part from the drain part 31b has been developed. However, even in such a horizontal diffusion furnace 30, the liquid diffusion by-product P generated at the end of the core tube 31 cannot be completely discharged through the drain part 31b.
[0010]
As shown in FIG. 11, a horizontal diffusion furnace 30 is also developed in which an extension pipe 37 is connected to an end of the core tube 31 whose end face is open, and the entire core tube 31 is heated by a heater 33. In such a horizontal diffusion furnace 30, since the liquid diffusion by-product P is generated in the extension pipe 37 connected to the core tube 31, the extension pipe 37 may be removed from the core tube 31 and cleaned. Cleaning work is simplified. However, even in the case of such a horizontal diffusion furnace 30, when the liquid diffusion by-product P enters between the extension pipe 37 and the sealing cap 32 and solidifies, the sealing cap 32 extends into the extension pipe 37. There is a risk that it will not be possible to remove it easily.
[0011]
In JP-A-2-306619, a heater for heating the end of the core tube is provided separately from the heater 33 for heating the impurity gas introduced into the core tube. Disclosed is a horizontal diffusion furnace that prevents the impurity gas from becoming a liquid diffusion by-product P at the end and prevents the liquid diffusion by-product P from solidifying. .
[0012]
However, in order to add a new heater as described above, there is a problem in that the existing facilities need to be remodeled significantly and the economic efficiency is impaired.
[0013]
The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a horizontal diffusion furnace having a simple configuration and capable of reliably removing liquid diffusion by-products generated in the core tube. There is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The horizontal diffusion furnace of the present invention is a horizontal diffusion furnace in which an impurity gas is introduced into a core tube from one end of the core tube and heated to form an impurity diffusion layer on a semiconductor manufacturing substrate disposed in the core tube. The furnace core tube is arranged in an inclined state with respect to the horizontal.
[0015]
The furnace core tube is inclined so that the end portion into which the impurity gas is introduced is on the lower side.
[0016]
An extension pipe is connected to the end of the furnace core tube opposite to the end where the impurity gas is introduced.
[0017]
The end portion of the extension tube, the core tube, and the end portion are connected by joining the tapered surfaces provided at the respective end portions.
[0018]
In the lower peripheral surface of the end portion on the opposite side to the end portion where the impurity gas is introduced in the furnace core tube, a drain portion for discharging liquid is opened.
[0019]
On the lower peripheral surface of the extension pipe, a drain part for discharging liquid is opened.
The horizontal diffusion furnace of the present invention is a horizontal type in which an impurity diffusion layer is formed on a semiconductor manufacturing substrate disposed in a core tube by introducing and heating an impurity gas into the core tube from one end of the core tube. In the diffusion furnace, a drain portion is opened in a lower peripheral surface of an end portion opposite to the end portion into which the impurity gas is introduced, and the lower portion of the core tube is directed to the drain portion. The groove part which inclines in this way is provided along the axial direction.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a horizontal diffusion furnace according to the present invention. The horizontal diffusion furnace 10 is used, for example, for diffusing impurities into a silicon substrate 21 that is a semiconductor manufacturing substrate. A cylindrical furnace core tube 11 inclined by an angle θ with respect to the horizontal is used. Have. The core tube 11 has a substantially constant inner diameter and outer diameter over its entire length, and one end face is open. The other end surface of the core tube 11 is integrated with the peripheral surface, and a tubular gas introduction portion 11a protruding outward is integrally provided at the axial center portion thereof. Impurity gas is introduced into the core tube 11 through the gas introduction part 11a.
[0022]
A sealing cap 12 is fitted to the end portion of the core tube 11 where the open end surface is provided, and the open end surface of the core tube 11 is hermetically sealed by the sealing cap 12. The sealing cap 12 is provided with a gas exhaust port 12a protruding outward from the shaft center at an eccentric position. The sealing cap 12 can be attached to and detached from the end portion of the core tube 11, and a plurality of silicon substrates 21 for manufacturing semiconductors are formed from the end surface of the core tube 11 that is opened by removing the sealing cap 12. A substrate diffusion boat 22 placed vertically with an appropriate interval in the horizontal direction is carried in.
[0023]
The core tube 11 is covered over the entire circumference by the heater 13 except for the end portion where the sealing cap 12 is fitted and the vicinity thereof. The core tube 11 is disposed in the heater 13 at a predetermined inclination angle θ with respect to the horizontal so that the end portion provided with the gas introduction portion 11a is on the lower side, and the sealing cap in the core tube 11 12 is provided between the heat insulating material 14 provided between the end portion of the heater 13 and the lower peripheral surface of the core tube 11. In addition to being supported by the heat-resistant spacer 15, the lower end portion where the gas introduction portion 11 a is provided is supported by a heat insulating material 16 provided between the end portion of the heater 13.
[0024]
The horizontal diffusion furnace 10 having such a configuration is used as follows. First, the sealing cap 12 is removed from the end portion of the core tube 11, and a number of silicon substrates 21 for manufacturing semiconductors are vertically spaced from the open end surface of the core tube 11 with appropriate intervals in the horizontal direction. A substrate diffusion boat 22 held in the center is inserted by the heater 13 to the vicinity of the center of the core tube 11 that is uniformly heated to a high temperature. Thereafter, the sealing cap 12 is fitted to the end portion of the core tube 11, and the open end surface of the core tube 11 is sealed in an airtight state.
[0025]
In such a state, the impurity gas is introduced from the gas introduction tube 11 a provided on the end face of the core tube 11 while being heated by the heater 13. The impurity gas introduced into the core tube 11 is heated and vaporized, and thermally diffuses to the surface of each silicon substrate 21 held by the substrate diffusion boat 22 disposed in the core tube 11. Thereby, a diffusion layer is formed on the surface of each silicon substrate 21.
[0026]
In this case, since the vicinity of the end portion of the core tube 11 fitted with the sealing cap 12 and the vicinity thereof are not directly heated by the heater 13, the temperature of the portion is directly heated by the heater 13. When the unreacted diffusion raw material in the core tube 11 is cooled in such a low temperature portion, it becomes a liquid diffusion by-product P. Then, the liquid diffusion by-product P generated in the end portion of the core tube 11 located on the upper side in the tilt direction flows along the inner peripheral surface of the end portion of the core tube 11 to the lower peripheral surface, The surface flows downward in the inclined direction. As a result, the liquid diffusion by-product P flows to the vicinity of the central portion of the core tube 11 heated to a high temperature, vaporizes at the high temperature portion, and is re-used as an impurity diffusion source for each silicon substrate 21. used. As a result, there is no possibility that the liquid diffusion by-product P generated by cooling the unreacted diffusion raw material remains in the core tube 11, and the diffusion by-product P is formed in the core tube 11. Solidification is avoided.
[0027]
In addition, as shown in FIG. 2, the flange part 11c is provided in the edge part of the core tube 11, and the flange part 17a of the extension pipe | tube 17 in which the flange part 17a was provided is connected to this flange part 11c, and an extension pipe | tube is connected. Even in the case of the horizontal diffusion furnace 10 in which 17 is not directly heated by a heater (not shown), the end of the extension pipe 17 fitted with the sealing cap 12 is placed horizontally so that the end is on the upper side. Alternatively, it may be inclined at a predetermined inclination angle θ. In this case, as in the horizontal diffusion furnace 10 shown in FIG. 1, when the unreacted diffusion raw material becomes a liquid diffusion by-product P in the extension pipe 17, the diffusion by-product P is converted into the core tube. 11 is flowed and vaporized to the vicinity of the central portion, which is a high temperature portion.
[0028]
Further, when the extension tube 17 is connected to the core tube 11, a taper surface in which the inner peripheral surface of the end portion of the core tube 11 is gradually expanded toward the end surface side as shown in FIG. 11d, and the outer peripheral surface of one end of the extension tube 17 is a taper surface 17b parallel to the taper surface 11d of the core tube 11, and the taper surface 11d of the core tube 11 and the taper surface 17b of the extension tube 17 are mutually connected. It is also possible to connect the core tube 11 and the extension tube 17 by rubbing them together. In this case, the inner peripheral surface of the other end portion of the extension tube 17 is a tapered surface 17c that is gradually enlarged in diameter toward the end surface side, and the outer peripheral surface of the end portion of the sealing cap 12 is By connecting the tapered surface 17c of the extension tube 17 and the tapered surface 12b of the sealing cap 12 to each other as the tapered surface 12b parallel to the tapered surface 17c, the extension tube 17 and the sealing cap 12 are connected. May be.
[0029]
With such a configuration, the inner peripheral surface of the core tube 11 and the inner peripheral surface of the extension tube 17 are in a flush state with no step over the entire periphery, and the inner peripheral surface of the extension tube 17 and the sealing cap The inner peripheral surface of 12 is also flush with no step over the entire circumference, and even if a liquid diffusion by-product P is generated, the diffusion by-product P is reliably transferred to the central portion of the core tube 11. It will flow to the vicinity.
[0030]
Furthermore, when connecting the core tube 11 and the extension tube 17 by joining the tapered surfaces in this way, as shown in FIG. 4, the end portion of the core tube 11 whose inner peripheral surface is tapered 11d is formed. The end of the extended pipe 17 whose outer peripheral surface is a tapered surface 17b is inserted, and the tapered surface 17b of the extended pipe 17 is rubbed into the tapered surface 11d of the end of the core tube 11 whose diameter is increased. You may comprise so that it may match.
[0031]
FIG. 5 is a schematic sectional view showing another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention. In the horizontal diffusion furnace 10, a drain portion 11 b for discharging the liquid diffusion by-product P is opened on the lower peripheral surface in the vicinity of the end portion where the sealing cap 12 is fitted in the core tube 11. . The drain part 11b is in a state of protruding downward. Other configurations are the same as those of the horizontal diffusion furnace 10 shown in FIG.
[0032]
In such a horizontal diffusion furnace 10, when an unreacted diffusion raw material becomes a liquid diffusion by-product P in a low temperature portion near the end portion located on the upper side in the inclination direction of the reactor core tube 11, the liquid state The diffusion by-product P flows down along the inclination direction on the lower inner peripheral surface of the core tube 11, and is discharged from the drain portion 11b. Therefore, even in such a horizontal diffusion furnace 10, there is no fear that the unreacted diffusion by-product P remains in the core tube 11, and the diffusion by-product P solidifies in the core tube 11. It is avoided.
[0033]
In addition, when the drain part 11b is provided in the end part of the core tube 11 in this way, as shown in FIG. 6, the end part provided with the drain part 11b is placed on the lower side as shown in FIG. As such, it may be inclined with respect to the horizontal. Also in this case, even if a liquid diffusion by-product P is generated in the core tube 11, the liquid diffusion by-product P is discharged from the inside of the core tube 11 through the drain portion 11b. .
[0034]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention. In the horizontal diffusion furnace 10, a drain portion 11 b protruding downward is provided on a lower peripheral surface at an end portion in the vicinity of the open end surface of the core tube 11, and one end of the extension tube 17 is provided at the end portion. The ends of the are connected. A drain portion 17d that protrudes downward is provided in the middle of the lower peripheral surface of the extension pipe 17, and a groove portion 17e that is inclined toward the drain portion 17d is provided on the lower peripheral surface of the extension pipe 17 as a shaft. It is provided along the direction. A sealing cap 12 is fitted to the other end of the extension pipe 17. A drain portion 12b protruding downward is provided on the lower peripheral surface of the sealing cap 12, and a groove portion 12c inclined toward the drain portion 12b is provided along the axial direction.
[0035]
In the horizontal diffusion furnace 10 having such a configuration, the liquid diffusion by-product P generated in the sealing cap 12 that is a low temperature portion passes through the groove portion 12c provided in the sealing cap 12, and the drain portion 12b. It flows in and is discharged to the outside from the drain part 12b. Further, the liquid diffusion by-product P generated in the extension pipe 17 flows into the drain part 17d through the groove part 17e provided on the lower peripheral surface of the extension pipe 17, and this drain part 17d. It is discharged to the outside through. Further, the liquid diffusion by-product P generated in the end portion of the core tube 11 is discharged through the drain portion 11b provided at the end portion of the core tube 11, but is more axial than the drain portion 11b. The liquid diffusion by-product P generated below flows near the center of the core tube 11 and is vaporized.
[0036]
FIG. 8A is a schematic sectional view showing another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view taken along line AA of FIG. In this horizontal diffusion furnace 10, the core tube 10 is arranged in a horizontal state, and the opened end surface is hermetically sealed by a sealing cap 12 fitted to the end of the core tube 11. On the lower peripheral surface in the vicinity of the end of the core tube 11 to which the sealing cap 12 is fitted, a drain portion 11b that protrudes downward is provided. Further, a groove portion 11e inclined toward the drain portion 11b is provided on the lower peripheral surface of the core tube 11 over the entire length of the core tube 11 along the axial direction.
[0037]
In the horizontal diffusion furnace 10 having such a configuration, the liquid diffusion by-product P generated in the low temperature portion at the end of the core tube 11 fitted with the sealing cap 12 is the lower peripheral surface of the core tube 11. Then, the gas flows into the drain portion 11b through the groove portion 11e inclined along the axial direction, and is discharged to the outside of the core tube 11 through the drain portion 11b. Therefore, also in the horizontal diffusion furnace 10 of the present embodiment, there is no possibility that the diffusion by-product P remains in the core tube 11.
[0038]
【The invention's effect】
In the horizontal diffusion furnace of the present invention, the liquid diffusion by-product generated in the core tube is thus formed in the core tube by the inclined core tube or by the inclined groove provided in the core tube. Therefore, it is surely vaporized in the core tube, and there is no possibility of remaining in the core tube. In addition, when the drain part is provided in the core tube or the extension pipe, the liquid diffusion by-product flows along the inclination direction and is discharged to the outside from the drain part. There is no possibility that the liquid diffusion by-product remains in the core tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part showing another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a main part showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the main part showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the main part showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention.
8A is a schematic cross-sectional view of a main part showing still another example of the embodiment of the horizontal diffusion furnace of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 8A. is there.
FIG. 9 is a schematic sectional view showing an example of a conventional horizontal diffusion furnace.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing another example of a conventional horizontal diffusion furnace.
FIG. 11 is a schematic sectional view showing still another example of a conventional horizontal diffusion furnace.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Horizontal type diffusion furnace 11 Core tube 11a Gas introduction part 11b Drain part 11d Taper part 12 Sealing cap 13 Heater 14 Heat insulation member 15 Heat resistant spacer 16 Heat insulation member 17 Extension pipe 17b Taper part 17d Drain part 21 Silicon substrate 22 Diffusion board boat P Diffusion by-product

Claims

A horizontal diffusion furnace that forms an impurity diffusion layer on a semiconductor manufacturing substrate disposed in a furnace core tube by introducing and heating an impurity gas into the furnace core tube from one end of the core tube,
The furnace core tube is disposed in an inclined state with respect to the horizontal, with the one end where the impurity gas is introduced facing down,
The heater that superheats the core tube covers the entire circumference of the core tube except for the other end portion on the opposite side to the one end portion into which the impurity gas is introduced and the vicinity thereof. Horizontal diffusion furnace characterized by

Wherein the other end portion opposite to the one end portion of the impurity gas is introduced in the core tube, horizontal diffusion furnace according to claim 1, the extension tube is connected.

The horizontal diffusion furnace according to claim 2 , wherein an end portion of the extension tube and an end portion of the core tube are connected to each other by joining the tapered surfaces provided at the respective end portions.

Horizontal diffusion furnace according to the lower portion of the other end opposite claim 1 drain portion for discharging the liquid is open to the said one end portion in which the impurity gas is introduced in the muffle tube.

The horizontal diffusion furnace according to claim 2 , wherein a drain portion for discharging liquid is opened at a lower portion of the extension pipe.