JP2003068665A

JP2003068665A - アンチモン拡散炉およびアンチモン拡散方法

Info

Publication number: JP2003068665A
Application number: JP2001260263A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aoki; 青木　　隆
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】アンチモンの酸化物が付着することを抑制でき
るアンチモン拡散炉、およびアンチモンの拡散方法を提
供する。【解決手段】内部にシリコン単結晶ウェーハＷが配され
る第１ゾーン１１と、内部にアンチモン拡散源Ａが配さ
れる第２ゾーン１２と、を備えた反応管１０と、排気口
２１を有し、反応管１０の第１ゾーン１１の下流側端部
に取り付けられたフロントキャップ２０と、反応管１０
の周囲に配設された加熱装置１３と、を備えるアンチモ
ン拡散炉１００において、第１ゾーン１１の下流側端部
を加熱する端部加熱装置２５を設ける。アンチモン拡散
源Ａを加熱昇華させてシリコン単結晶ウェーハＷにアン
チモンを堆積・拡散させる間、端部加熱装置２５により
第１ゾーン１１の下流側端部を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンにアンチ
モンを拡散させるためのアンチモン拡散炉及びアンチモ
ン拡散方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶ウェーハにアンチモン
（Ｓｂ）を拡散させてｎ型拡散層を形成する方法に、気
相拡散法がある。この方法は、例えば三酸化アンチモン
（Ｓｂ₂Ｏ₃）などの拡散源をシリコン単結晶ウェーハと
ともにアンチモン拡散炉内に入れ、加熱して三酸化アン
チモンを昇華させる。そして、高温に熱したシリコン単
結晶ウェーハを、アンチモンを含む雰囲気に曝すことに
よって、アンチモンを拡散させる方法である。

【０００３】アンチモン拡散炉１０１は、例えば図３に
示すように構成されており、内部にシリコン単結晶ウェ
ーハＷが配される第１ゾーン１１１およびアンチモン拡
散源Ａが配される第２ゾーン１１２を備えた石英製の反
応管１１０と、反応管１１０の周囲に設けられ、アンチ
モン拡散源Ａとシリコン単結晶ウェーハＷとをそれぞれ
加熱する加熱装置１１３と、反応管１１０において第１
ゾーン１１１の下流側端部に着脱自在に取り付けられる
フロントキャップ（front cap）１２０と、反応管１１
０のアンチモン拡散源Ａが配される側の端部に取り付け
られるリヤキャップ（rear cap）１３０とを備えてい
る。フロントキャップ１２０には排気口１２１が、また
リヤキャップ１３０にはガス供給口１３１が形成されて
おり、また加熱装置は、高周波加熱あるいは抵抗加熱等
によって加熱を行うようになっている。

【０００４】アンチモン拡散処理においては、加熱装置
１１３によって、反応管１１０内に配されたシリコン単
結晶ウェーハＷとアンチモン拡散源Ａとがそれぞれ加熱
される。そして、ガス供給口１３１から反応管１１０内
に窒素ガス等のガスが供給され、そのガスがアンチモン
拡散源Ａからシリコン単結晶ウェーハＷ方向に流通して
排気口１２１を介して排出される。この加熱とガスの流
通とによって、アンチモンが加熱昇華されるとともに、
加熱されたシリコン単結晶ウェーハＷがアンチモンを含
む雰囲気中に暴露され、シリコン単結晶ウェーハにアン
チモンが堆積・拡散される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このアンチモン拡散炉
においては、反応管１１０の第１ゾーン１１１側の下流
側端部に、アンチモンの酸化物（Sb₂O₃、Sb₂O₄ 、Sb₂O₅
、等又はこれらの複合体であり、これらを総称して以
下にSbO_x と記載する）が付着することがある。SbO_xが
反応管１１０に付着すると、SbO_xが石英に浸透して、反
応管１１０の内表面が失透してしまう。反応管１１０が
失透すると、加熱装置１１３による加熱が不均一となっ
て、拡散処理の施されたシリコン単結晶ウェーハのバッ
チ内抵抗率分布が大きくなるなどの支障を来すことがあ
る。また、SbO_xが付着した箇所では石英の熱膨張率に差
が生じるため、使用していく間に反応管が次第に脆くな
り、やがて破損する。そこで、反応管１１０の使用回数
を予め定めておき、定期交換を行うようにするなどして
いるが、破損が生じるまでの反応管１１０の使用回数に
はばらつきがある。そのため、時にはアンチモンの拡散
処理中に反応管１１０が破損して拡散処理に支障を来す
ことがあり、不都合である。また反応管１１０の交換に
も大変な手間やコストがかかる。一方、反応管に付着し
たSbO_xの小片が飛散してシリコン単結晶ウェーハに付着
すると、後のデバイス製造工程に支障を来してしまうた
め問題である。

【０００６】本発明の課題は、反応管へのアンチモンの
酸化物（SbO_x）の付着を抑制できるアンチモン拡散炉、
およびアンチモンの拡散方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】アンチモン拡散炉では、
反応管の下流側端部あるいはフロントキャップにおける
アンチモン酸化物が付着する箇所の温度が低いために、
ガスが当該箇所で冷やされ、ガスに含まれるアンチモン
が析出するものと考えられた。そして、アンチモンを析
出させずにガスを反応管から排出させることが可能であ
れば前記課題が解決できるとの知見に基き検討した結
果、本発明に至った。

【０００８】すなわち、本発明による第１の手段は、例
えば図１に示すように、内部にシリコン単結晶ウェーハ
（Ｗ）が配される第１ゾーン（１１）と、この第１ゾー
ンの上流側に、該第１ゾーンと連通した状態で設けら
れ、内部にアンチモン拡散源（Ａ）が配される第２ゾー
ン（１２）と、を備えて構成された反応管（１０）と、
排気口（２１）を有し、該第１ゾーンの下流側の端部
に、該端部を閉塞するように着脱自在に取付けられるフ
ロントキャップ（２０）と、前記反応管の前記第１ゾー
ンおよび第２ゾーンの周囲に配設され、前記シリコン単
結晶ウェーハと前記アンチモン拡散源とをそれぞれ加熱
するための加熱装置（１３）と、を備え、加熱により、
前記アンチモン拡散源からアンチモンを昇華させて前記
シリコン単結晶ウェーハに拡散させるためのアンチモン
拡散炉（１００）において、前記第１ゾーンの下流側端
部を加熱するための端部加熱装置（２５）をさらに備え
ることを特徴とする。尚、アンチモン拡散炉には、反応
管内部の下流側端部付近に、内管を備えたものであって
もよい。また、端部加熱装置は、第１ゾーンの下流側端
部とともに、フロントキャップを加熱してもよい。

【０００９】また本発明による第２の手段は、第１の手
段のアンチモン拡散炉の前記反応管の第１ゾーンにシリ
コン単結晶ウェーハを配する一方、前記第２ゾーンにア
ンチモン拡散源を配し、前記シリコン単結晶ウェーハと
前記アンチモン拡散源とを前記加熱装置によりそれぞれ
加熱するとともに、上流側から下流側にガスを流通させ
て、前記アンチモン拡散源から昇華するアンチモンを前
記シリコン単結晶ウェーハに拡散させるアンチモン拡散
方法であって、前記第１ゾーンの下流側端部を前記端部
加熱装置により加熱することを特徴とする。

【００１０】尚、第１ゾーンの下流側端部の加熱は、昇
華されたアンチモンが、第１ゾーンの下流側端部とフロ
ントキャップの排気口とを流通している間に行われるこ
とが効果的である。従って、第１ゾーン下流側端部の加
熱は、アンチモンの昇華開始から昇華終了までの間のみ
行うようにしてもよい。

【００１１】本発明によれば、アンチモン拡散炉には、
第１ゾーンの下流側端部を加熱するための端部加熱装置
が備えられる。そして、アンチモン拡散処理において、
反応管内に配したシリコン単結晶ウェーハとアンチモン
拡散源とを、加熱装置によりそれぞれ加熱するととも
に、上流側から下流側にガスを流通させる際、第１ゾー
ンの下流側端部を、端部加熱装置により加熱する。従っ
て、第１ゾーンの下流側端部が加熱されるため、反応管
を流通するガスは、第１ゾーンの下流側端部で冷やされ
ることなく、反応管外部に排出される。そのため、第１
ゾーンの下流側端部でガスに含まれているアンチモンが
析出してアンチモンの酸化物（SbO_x）となって反応管に
付着することを抑制することができる。その結果、反応
管がSbO_xの付着によって失透することを抑制することが
できる。また、反応管やフロントキャップの交換周期を
長くすることが可能となり、手間やコストを削減するこ
とができ、さらにアンチモン拡散処理中に反応管が破損
して、拡散処理に支障をきたすことも防止できる。加え
て、反応管に付着したSbO_xが飛散してシリコン単結晶ウ
ェーハに付着することも抑制できるので、好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。１．アンチモン拡散装置図一に、本実施の形態のアンチモン拡散炉１００の構成
を模式的に示す。アンチモン拡散炉１００は、主に反応
管１０と、反応管の端部に設けられるフロントキャップ
(front cap)２０と、反応管１０の周囲に配設される加
熱装置１３と、反応管１０の下流側端部の周囲に配設さ
れる端部加熱装置２５と、反応管１０の上流側端部に設
けられるリヤキャップ(rear cap)３０とにより構成され
ている。

【００１３】反応管１０は、石英製であって、ウェーハ
ボート１６に並べたシリコン単結晶ウェーハＷを内部に
配するための第１ゾーン１１と、第１ゾーン１１に連通
するように設けられる第２ゾーン１２とにより構成され
ている。第２ゾーン１２内部にはアンチモン拡散源Ａが
配されるようになっている。このアンチモン拡散源Ａと
しては、例えばるつぼ１５などの容器に入れられた三酸
化アンチモンが配される。アンチモン拡散処理の際、反
応管１０の内部には、ガスが第２ゾーン１２側から第１
ゾーン１１側の方向に流通するようになっているので、
本明細書においては、反応管１０の第１ゾーン１１側の
端部を、下流側端部とする。

【００１４】フロントキャップ２０は、サンドブラスト
加工等によって不透明に形成されている石英製のキャッ
プであって、反応管１０の下流側端部に着脱可能に備え
られる。このフロントキャップ２０には、反応管１０に
取り付けられた状態で反応管１０の内部の雰囲気を反応
管１０外部に排出することが可能な、排気口２１が形成
されている。

【００１５】加熱装置１３は、反応管１０の第１ゾーン
１１と第２ゾーン１２の周囲をそれぞれ取り巻くように
配設されている。第１ゾーン１１周囲の加熱装置１３を
第１ゾーン加熱装置１３ａ、第２ゾーン１２周囲の加熱
装置１３を第２ゾーン加熱装置１３ｂとする。これらの
加熱装置１３は、例えば抵抗加熱によって、反応管１０
の内部に配されるシリコン単結晶ウェーハＷと、アンチ
モン拡散源Ａとを、それぞれ所定の温度に加熱するよう
になっている。

【００１６】リヤキャップ３０は、反応管１０に着脱自
在に設けられるものであって、反応管１０の上流側端部
を閉塞するように設けられる。リヤキャップ３０には、
反応管１０の外部から反応管１０内にガスを流入させる
ことができるガス供給口３１が形成されている。

【００１７】端部加熱装置２５は、反応管１０の第１ゾ
ーン１１の下流側端部と、フロントキャップ２０とを加
熱するように、これらの周囲に配設される。端部加熱装
置２５は、第１ゾーン１１の下流側端部とフロントキャ
ップ２０との周囲を取り囲むように設けてもよく、第１
ゾーン１１端部の上側、下側、もしくは左右側方側、ま
たはフロントキャップ２０側のいずれの場所に設けても
よく、これらのうち任意の１箇所、あるいは複数箇所に
設けるようにしてもよい。端部加熱装置２５は、例えば
赤外線ランプ、あるいは抵抗線でもよく、また、高周波
加熱を行う装置でもよい。

【００１８】アンチモン拡散炉１００には、必要に応じ
て反応管１０の下流側端部に内管１７が設けられていて
もよい。内管１７は、例えば反応管１０の内径よりも外
形が小さくなるように形成された円筒部と、円筒部の下
流側端部に備えられる貫通孔を有する円板とによって構
成される。内管１７は、反応管１０の下流側端部と第１
ゾーン１１との間を仕切るように設けられることによ
り、反応管１０端部で冷やされた空気が反応管１０内部
に対流することを防ぎ、反応管１０内部の温度不均一に
よって発生するシリコン単結晶ウェーハのシート抵抗の
ばらつきを低減させる役割を担う。

【００１９】このアンチモン拡散炉１００で拡散処理を
行う際は、反応管１０の第１ゾーン１１内にシリコン単
結晶ウェーハＷを配するとともに、第２ゾーン１２にア
ンチモン拡散源Ａを配する。そして、第１ゾーン加熱装
置１３ａによってシリコン単結晶ウェーハＷを加熱する
一方、第２ゾーン加熱装置１３ｂによってアンチモン拡
散源Ａを加熱する。さらに、図示しないガス供給部から
のガス（例えば窒素ガス、酸素ガス等）を、リヤキャッ
プ３０のガス供給口３１から供給して、ガスを反応管１
０内部において第２ゾーン１２側から第１ゾーン１１側
の方向に流通させ、フロントキャップ２０の排気口２１
から排気させる。尚、この拡散処理を行う間、第１ゾー
ン１１の下流側端部およびフロントキャップ２０を、端
部加熱装置２５によって加熱する。

【００２０】２．アンチモン拡散方法アンチモン拡散炉１００を使用して、シリコン単結晶ウ
ェーハＷにアンチモンを拡散する方法を説明する。本発
明のアンチモン拡散方法によるアンチモン拡散は、ＦＺ
法あるいはＣＺ法等により製造されたシリコン単結晶イ
ンゴットから、面取り工程、スライス工程、ラッピング
工程、エッチング工程、ＣＶＤ法による酸化膜成長工
程、鏡面研磨工程を通して製造されたシリコン単結晶ウ
ェーハＷに対して行われる。アンチモン拡散は、このよ
うなシリコン単結晶ウェーハＷの主面全体に対して行っ
てもよい。また必要に応じて、シリコン単結晶ウェーハ
Ｗの主面にＣＶＤ酸化膜形成、フォトリソグラフィー、
エッチング等の工程を経てパターンが形成されたシリコ
ン単結晶ウェーハＷ主面の所定の領域に、アンチモンの
拡散を行ってもよい。このようなシリコン単結晶ウェー
ハＷを、ウェーハボート１６に並べて、アンチモン拡散
炉１００の反応管１０の第１ゾーン１１内に載置して、
アンチモン拡散処理を施す。尚、ウェーハボート１６に
列置されるシリコン単結晶ウェーハＷの枚数は任意であ
る。

【００２１】アンチモン拡散炉１００でアンチモンの拡
散処理を行う際は、フロントキャップ２０の着脱によ
り、反応管１０内部の第１ゾーン１１にシリコン単結晶
ウェーハＷを載置する。またリヤキャップ３０の着脱に
より第２ゾーン１２に、アンチモン拡散源Ａを載置す
る。

【００２２】そして、第１ゾーン加熱装置１３ａによっ
てシリコン単結晶ウェーハＷを約1000〜1200℃に加熱す
る一方、第２ゾーン加熱装置１３ｂでアンチモン拡散源
Ａを約800℃程度に加熱するとともに、リヤキャップ３
０のガス供給口３１から、窒素などのガスを流通させ
る。第１ゾーン１１と第２ゾーン１２の時間に対する温
度推移を図２に示す。第２ゾーン１２で加熱昇華された
アンチモンを含むガスは、第１ゾーン１１に流通して、
フロントキャップ２０の排気口２１から排気される。そ
れによってアンチモンを含む雰囲気中にシリコン単結晶
ウェーハＷが暴露され、アンチモンがシリコン単結晶ウ
ェーハＷに堆積・拡散される。所定時間経過後、流通さ
せるガスを、酸素を含んだガスに切り換えることによ
り、シリコン単結晶ウェーハＷの表面に酸化膜を形成さ
せてアンチモンの堆積を止める。その後暫くの間、加熱
装置１３による加熱を所定の時間継続して、シリコン単
結晶ウェーハＷにアンチモンを拡散させた後、加熱装置
１３を制御することにより反応炉１０の温度を低下させ
て、アンチモンの拡散処理を終了する。尚、これらの温
度、加熱時間、ガスの組成、ガスを切り換えるまでの時
間等の条件は、シリコン単結晶ウェーハＷにアンチモン
を所望の濃度および深さで拡散させるために、適宜設定
を行う。また、アンチモン拡散源として第２ゾーン１２
に配する三酸化アンチモン等の量は、アンチモンの拡散
されたシリコン単結晶ウェーハＷが所望のシート抵抗値
を示すように、適宜変更するが、シリコン単結晶ウェー
ハＷに対するアンチモンの堆積を止めた後、アンチモン
の拡散が行われている間に昇華が終了する量とすれば好
適である。

【００２３】アンチモン拡散源Ａとシリコン単結晶ウェ
ーハＷの加熱を開始して拡散処理を始めると略同時に、
端部加熱装置２５による、第１ゾーン１１の下流側端部
とフロントキャップ２０との加熱を開始する（図２参
照）。この加熱においては、第１ゾーン１１の下流側端
部を、流通するガスに含まれるアンチモンが析出しない
温度となるように加熱することが好ましい。すなわち、
第１ゾーン１１の下流側端部は、温度が500℃以上1000
℃以下となるよう加熱することが好ましい。

【００２４】また、反応管１０から排出されるガスに含
まれるアンチモンは、第２ゾーン１２に載置されるアン
チモン拡散源Ａが、加熱により昇華し始めてから、昇華
が終了するまでの間（例えば、るつぼ１５に入れられた
三酸化アンチモン等の拡散源が、全て昇華して無くなる
までの間）に、より高い濃度で含まれることとなる。従
って、端部加熱装置２５による加熱は、アンチモン拡散
源Ａの昇華開始から昇華終了までの間行うことが効果的
である。従って、端部加熱装置２５による反応管１０の
下流側端部とフロントキャップ２０との加熱は、アンチ
モンの拡散処理の開始から終了まで行ってもよく、ある
いは、アンチモン拡散源Ａの昇華開始から昇華終了まで
の間のみ、行ってもよい。

【００２５】以上のようにアンチモン拡散炉１００によ
るアンチモン拡散方法によれば、アンチモン拡散炉１０
０には端部加熱装置２５が備えられ、第１ゾーン１１の
下流側端部と、フロントキャップ２０とを加熱してい
る。従って、アンチモン拡散処理において反応管１０に
流通されるガスは、第１ゾーン１１の下流側端部あるい
はフロントキャップ２０を通過する際に冷やされること
なく反応管１０の外部に排気される。従って、アンチモ
ンがガスに含まれていても、反応管１０の下流側端部に
おいてアンチモンが析出することを抑制でき、反応管１
０やフロントキャップ２０にアンチモンの酸化物が付着
することを抑制することができる。従って、アンチモン
の酸化物付着によって反応管１０が失透したり、反応管
１０の熱膨張率に差が生じて反応管１０が破損したりす
ることを抑制できる。その結果、反応管１０の交換周期
を長くすることが可能となり、アンチモン拡散処理中に
反応管１０が破損して拡散処理に支障をきたすことも防
止できる。また、反応管１０の交換に要する手間および
コストを削減することもできる。さらに、反応管１０や
フロントキャップ２０に付着したアンチモンの酸化物が
飛散してシリコン単結晶ウェーハに付着することも防止
できるので、好適にアンチモンの拡散を行うことができ
る。

【００２６】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではない。例えば、端部加熱装置を、赤外線ラ
ンプ等によるランプ加熱とする場合、反応炉の下流側端
部を不透明に形成したり、あるいはグラファイト製など
の不透明な内管を設けるなどして、ランプ光による反応
管の加熱が効率的に行われるようにしてもよい。また、
端部加熱装置と、反応管の第１ゾーン周囲に設けられる
加熱装置とを一体化させてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、アンチモン拡散炉に
は、反応管の第１ゾーンの下流側端部に端部加熱装置が
備えられる。そして、シリコン単結晶ウェーハとアンチ
モン拡散源とを反応管内に配し、加熱装置によってそれ
らをそれぞれ加熱するとともに、反応管の上流側から下
流側にガスを流通させてアンチモン拡散源から昇華する
アンチモンをシリコン単結晶ウェーハに拡散させる際、
第１ゾーンの下流側端部を端部加熱装置により加熱す
る。従って、反応管内を流通するガスが、第１ゾーンの
下流側端部で冷やされることなく反応管外に排出される
ので、ガスに含まれるアンチモンが反応管の端部でアン
チモンの酸化物（SbO_x）となって析出することを抑制す
ることができる。その結果、反応管およびフロントキャ
ップに、SbO_xが付着することを抑制でき、反応管が失透
することを抑制できる。また、反応管が、SbO_xが付着し
た箇所で熱膨張率に差が生じて破損することを抑制でき
る。従って、反応管やフロントキャップの交換周期を長
くすることが可能となり、またアンチモン拡散処理中に
反応管が破損して、拡散処理に支障をきたすことも抑制
できる。さらに、反応管の交換に要するコストや手間を
削減することもできる。加えて、反応管に付着したSbO_x
が飛散してシリコン単結晶ウェーハに付着することも抑
制できるので、好適にアンチモンの拡散処理を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したアンチモン拡散炉の構成を示
す概略側面図である。

【図２】本発明のアンチモン拡散方法において、反応管
の第１ゾーンと、第２ゾーンと、第１ゾーンの下流側端
部の温度推移を示す図である。

【図３】従来のアンチモン拡散炉の構成を示す概略側面
図である。

【符号の説明】

１０反応管１１第１ゾーン１２第２ゾーン１３加熱装置２０フロントキャップ２１排気口２５端部加熱装置３０リヤキャップ３１ガス供給口１００アンチモン拡散炉Ｗシリコン単結晶ウェーハＡアンチモン拡散源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にシリコン単結晶ウェーハが配される
第１ゾーンと、この第１ゾーンの上流側に、該第１ゾー
ンと連通した状態で設けられ、内部にアンチモン拡散源
が配される第２ゾーンと、を備えて構成された反応管
と、排気口を有し、該第１ゾーンの下流側の端部に、該端部
を閉塞するように着脱自在に取付けられるフロントキャ
ップと、前記反応管の前記第１ゾーンおよび第２ゾーンの周囲に
配設され、前記シリコン単結晶ウェーハと前記アンチモ
ン拡散源とをそれぞれ加熱するための加熱装置と、を備
え、加熱により、前記アンチモン拡散源からアンチモンを昇
華させて前記シリコン単結晶ウェーハに拡散させるため
のアンチモン拡散炉において、前記第１ゾーンの下流側端部を加熱するための端部加熱
装置をさらに備えることを特徴とするアンチモン拡散
炉。
【請求項２】請求項１記載のアンチモン拡散炉の前記反
応管の第１ゾーンにシリコン単結晶ウェーハを配する一
方、前記第２ゾーンにアンチモン拡散源を配し、前記シリコン単結晶ウェーハと前記アンチモン拡散源と
を前記加熱装置によりそれぞれ加熱するとともに、上流側から下流側にガスを流通させて、前記アンチモン
拡散源から昇華するアンチモンを前記シリコン単結晶ウ
ェーハに拡散させるアンチモン拡散方法であって、前記第１ゾーンの下流側端部を前記端部加熱装置により
加熱することを特徴とするアンチモン拡散方法。
【請求項３】前記第１ゾーンの下流側端部の加熱を、ア
ンチモンの昇華開始から昇華終了までの間のみ行うこと
を特徴とする請求項２記載のアンチモン拡散方法。