JPS6028136B2 - 炉心管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウェーハへの不純物デポジションに適し
た炉芯管に関する。

従来、半導体ウェーハに不純物をデポジションして、し
かる後拡散する方法として、たとえばポロンナイトライ
ド（ＢＮ）を用いてシリコンウェーハにｐ型不純物を拡
散するとき、ボート上にｐ型不純物源であるボロンナィ
トラィドのウェーハ（表面を若干酸化したもの）とシリ
コンのウェーハとを面対向させて配置し、この状態でボ
ートを石英管に挿入し、この後、石英管を外周より加熱
することによって、石英管内に酸化ボロン（弦０３）ふ
ん圏気を作り、これによりシリコンウェーハにポロン酸
化物をデポジションするとともにシリコンゥェーハ表面
に高不純物濃度の薄い拡散層をつくり、しかるのち、酸
化ボロンを含まないふん囲気中でシリコンウェーハ内部
へ、ボロン不純物を再拡散する方法が知られている。

このデポジション工程のとき、石英管の一端から不活性
ガス（Ｎ２）を送り込み、これによりシリコンゥェーハ
の表面が酸化されないようにしている。

ところで、このような方法に使用される加熱装置は石英
管が加熱時に開放状態となるものであり、しかも一端か
ら不活性ガスを送り込むようにしたものであるため、石
英管内の長手方向の温度分布が不均一になり、ボート上
に整列されたシリコンウェーハは、その置かれた位置に
よって不純物導入量が異なり、シリコンウェーハ表面の
比抵抗にばらつきが生じる。

これを解決するための方法として、石英管内を減圧また
は真空にする手段を有する加熱装置を用い、減圧または
真空にした石英管内に半導体ウェーハと不純物源（ＢＮ
）とを相対向して配置し、それを加熱することによって
不純物を含んだガスが均一に半導体ウェーハ表面に到達
するようにした閉管法が本願出願人によって提案された
。しかし、このような閉管法では高不純物濃度領域を得
るためにデボジション時に１０００３０程度の高温熱処
理をするため、とくにシリコンウェーハ表面から局部的
にシリコン原子が蒸発し、シリコンウェーハ表面が荒れ
る。

また前記シリコン原子の蒸発によって、ボロンナィトラ
ィド表面が黒灰色に変化し、つぎのデポジション時に使
用できなくなる。さらにデポジション後、シリコンウェ
ーハ表面にポロン酸イ幻物以外の異物が付着し、エッチ
ング除去することが困灘な汚れを生じるなどの問題があ
り、このシリコンウェーハ表面の荒れや汚れは後の工程
およびその工程を経てできた半導体装置の歩留りが低下
することが明らかになった。

したがって、シリコンウェーハ表面の荒れや汚れを防止
するためにその表面に保護膜を形成することが望まれた
。そこで、本発明はかかる保護膜形成に適し、かつ半導
体ウェーハ等の被加熱処理物体の出し入れが極めて楽な
炉芯管を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、円筒状の炉芯管で
あって、一端にキャップ取付け可能な被加熱処理物体を
出し入れするための関口部が設けられ、他端に先細構造
の排気口が設けられ、かつ上記関口部近傍の炉芯管側部
にガス導入口が設けられて成ることを特徴としている。

以下、実施例を使用して詳細に説明する。第１図は半導
体ウェーハおよび不純物源等の被加熱処理体が石英管内
に挿入された状態を示す本発明の加熱装置であり、第２
図ａ〜ｄはその加熱装置に用いた不純物拡散法の過程に
おける半導体ゥェーハの構造を示す。

まず第１図において、この加熱装置はヒータを含む拡散
炉１に石英ガラスまたはシリコンなどからなる炉芯管２
がはめこまれており、この炉芯管２の一端には取りはず
し可能なキャップ３や装着されるような開□部７が設け
られている。そのキャップ３の一部には後述するボート
を移動させる引き出し棒４を通す穴５が設けられている
。また炉芯管２の他端には炉芯管２内を減圧および真空
にするための先の細い排気口６が形成され、これは真空
ポンプ（図示しない）につながっている。さらに炉芯管
２の排気口６と反対側の関口部７の近傍であってその炉
芯管２の側部にガス導入口８が形成されている。また前
記穴５は前記炉芯管２内を減圧および真空にしても外気
がはいりこまないように設計されている。このように、
特に炉芯管２の構造はキャップ３自身にガス導入口を取
り付けるようにしたものではなく、このガス導入口が独
立して設けている。

このため、キャップ３は極めて簡単な構造とすることが
できる。それゆえ、キャップ３の取りはずしが楽になり
、作業性が極めてよくなる。しかも、排気口６は第１図
から明らかなように炉芯管２の他端の径が細くなって、
その炉芯管２の中心部分に位置している。このため、炉
芯管２内部を均一、かつ迅速に減圧せしめることができ
る。また、本発明によれば、被処理物出し入れ時に炉芯
管壁に付着した反応物の如き異物（特に排気口近くにた
まりやすい）をまき上げることがないため被処理物（具
体的には半導体ウェーハ）表面にその異物が付着して問
題となることがない。からに、排気口は炉芯管を先細構
造をなして形成されたものであるため、異物は排気口近
傍の炉芯管曲部に集り、排気口内に入りこむ異物量を少
なくしてくれる。このため、排気系の故障要因を少なく
してくれる効果も期待できる。このような本発明の炉芯
管は減圧中での半導体ウェーハの加熱処理に極めて通し
たものである。

なお、前記炉芯管２内に入れられるボート９は石英ガラ
スおよびシリコン製の細長に形成された支持体であって
、このボート９上にはシリコンウヱーハ１０と拡散不純
物源となるボロンナィトラィド（ＢＮ）ウェーハ１１が
それぞれ複数個、適当に配置され。つぎに上記した加熱
装置を用いてのシリコンゥェーハ１川こボロン不純物を
デポジションおよび拡散する方法を以下に説明する。

まず、シリコンウェーハ１０と表面がわずか酸化された
ボロンナィトラィド・ウェーハ１１を載直した前記ボー
ト９を炉芯管２の開□端７の近傍に入れ、その開ロ端７
をキャップ３で封止し、真空ポンプで前誌排気口６から
炉芯管２内を減圧および真空にする。

つぎに前記引き出し棒４によって炉芯管２内の均熱部に
前記ボート９を移動させ１０００午Ｃ以下の低温でシリ
コンウェーハ１０の表面にボロンナイトラィド・ウェー
ハ１１表面の酸化ボロン（Ｂ２０３）をデポジションし
て第１のポロンシリケートガラス膜１２を形成する〔第
２図ａ参照〕。

この場合、低温ふん園気中のデポジションであるためシ
リコンウェーハ１０からシリコン原子の蒸発はおこなわ
れない。つぎにガス導入口８から低温・減圧ふん囲気の
炉芯管２内に徴量の酸素または酸素とアルゴン、窒素、
ヘリウムなどの不活性ガスとの混合ガスを流し込み、シ
リコンウェーハ１０の表面に薄い（１０００Ａ程度）熱
酸化膜（Ｓｉ０２）１３を形成する〔第２ｂ参照〕。な
お、酸化膜１３は前記第１ポロンシリケートガラス膜１
２上に気相成長法で形成してもよい。この酸化膜１３の
厚さは後述の高温中のデポジション時にポロン原子が通
過できるように選定する。しかるのち、前記酸素または
混合ガスの供Ｖ給を止め、炉芯管２内を高温（１１００
ｑｏ程度）・減圧状態にし、シリコンウェーハ１０の前
記酸化膜１３表面にボロンナィトラィド・ウェーハ１１
表面の酸化ボロン（Ｂ０３）をデポジションして、第２
のポロンシリケートガラス膜１４を形成するとともに、
前記第１ポロンシリケートガラス膜１２のボロン不純物
と前記酸化膜１３を通して拡散する前記第２ポロンシリ
ケートガラス膜１４のボロン不純物とによって、シリコ
ンウェーハ１０の表面層にボロン不純物の浅いｐ型高濃
度拡散層１５を形成する〔第２図ｃ参照〕。

つぎに炉芯管２内を常圧にもどし前記引き出し棒４によ
りボート９を炉芯管２の関口端７に引き寄せてキャップ
３をはずし、ボート９を取り出す。

そしてシリコンウェーハ１０のみを抽出し、ウェーハ表
面の第１および第２ポロンシリケートガラス膜および酸
化膜をエッチング除去する。このシリコンウェーハ１０
を酸化性ふん囲気の拡散炉内に入れ、シリコンウェーハ
１０の表面層に形成された前記ｐ型高濃度拡散層１５の
ボロン不純物を再拡散し、所望のｐ型半導体領域１６を
形成する〔第２図ｄ参照〕。このとき同時に熱酸化膜１
７がシリコンウェーハ１０表面に形成される。

上記万法においてデポジション工程を同一炉管内で連続
しておこなっているが低温・減圧中でのデポジション工
程および高温・減圧中でのデポジション工程を別な炉体
中でおこなってもよい。

また前記低温・減圧中および高温・減圧中でのデポジシ
ョン工程において、徴量の酸素または酸素と不活性ガス
の混合ガスを供Ｖ給すれば、とくに高温デポジション時
にボロンナィトラィドウェーハ表面に酸化ボロン（Ｂ２
０３）が生成され、そのボロンナィトラィドウェーハ表
面の酸化ボロンの減少を押え、ボロンナィトライドウェ
ーハ自身から酸化ボロン以外の物質の蒸発を防止できる
。またシリコンウエーハおよびボロンナイトライドウェ
ーハをあらかじめ石英管内に封止し、それを炉芯管内に
入れ、減圧下でのデポジションおよび拡散をするアンプ
ル拡散法にも適用することができる。なお上記方法にお
いては、シリコンウェーハについて説明したがゲルマニ
ウムなどの半導体ウェーハへの不純物拡散法にも応用で
きる。

また不純物源としてボロンナィトラィドの他にりん、イ
ンジウム、アルミニウムなどの金属窒化物およびその金
属酸化物を使用する場合にも適用できる。以上説明した
ように本発明の加熱装置を用いた半導体ウェーハへの不
純物拡散法を用いれば、初めに半導体ウヱーハ表面から
その半導体原子の蒸発がおこらない低温ふん囲気で酸化
不純物のガラス膜および酸化膜を形成しているので、そ
れらの膜が保護膜となって高温・減圧中での基体半導体
原子の蒸発がそれらの膜によって防止できる。また、半
導体ウェーハと接している酸化不純物のガラス膜および
酸化膜上の酸化不純物のガラス膜および酸化膜上の酸化
不純物のガラス膜の両方から不純物原子が半導体ウヱー
ハ表面にデポジションされるので前記酸化膜があっても
精度のよい高濃度拡散層が形成できる。さらに高温・減
圧中のデポジション時に半導体ウェーハ上に酸化膜があ
るため、半導体ゥェーハ表面に外部から直接異物が付着
することがないなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱装置の略断面図、第２図ａ〜ｄは
本発明の加熱装置を使用した不純物デポジションから拡
散までの過程における半導体ゥェーハの一部断面図であ
る。 １…・・・拡散炉、２……炉芯管、３…・・・キャップ
、４……引き出し棒、５…・・・引き出し棒を通すため
の穴、６……排気口、７……開口部、８……ガス導入口
、９・・・・・・ボート、１０・・・・・・シリコンウ
エーハ、１１……ボロンナイトライド・ウエーハ、１２
……第１ポロンシリケートガラス膜、１３……薄い酸化
膜、１４……第２ポロンシリケートガラス膜、１５・・
・・・・ｐ型高濃度拡散層、１６・・・…ｐ型半導体領
域、１７・・・・・・熱酸化膜。 第１図第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状の炉芯管であつて、一端にキヤツプ取付け可
   能な被加熱処理物体を出し入れするための開口部が設け
   られ、他端に先細構造の排気口が設けられ、かつ上記開
   口部近傍の炉芯管側部にガス導入口が設けられて成るこ
   とを特徴とする炉芯管。