JPH07183232A - 気相成長用炉芯管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャリアガスの流れを均一にし、しかも炉芯
管の内側においてキャリアガスの温度分布を均一にし
て、不純物層の厚さや濃度を均一にすることができ、し
かも低コストで容易に製造することができる気相成長用
炉芯管を提供する。 【構成】 中空の管形状の炉芯管本体を備え、ガスを導
くための少なくとも４本の通路をそれぞれ炉芯管本体の
外側にその外周面に沿って形成し、各通路の一端と炉芯
管本体の一端を互いに連通させる気相成長用炉芯管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相成長用炉芯管に関
する。

【０００２】

【従来の技術】気相成長用炉芯管は、半導体ウエハの表
面に不純物を拡散する際に用いられる。このタイプの炉
芯管は、不純物を含むキャリアガス（拡散用ガスともい
う）、たとえばＯ_２（酸素）ガスやＮ_２（窒素）ガスを
導入するための１本の導入管を備えている。もしくは、
この炉芯管は半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する際
に用いられる。

【０００３】導入管によって導入されたキャリアガス
は、炉芯管内に設定された半導体ウエハの表面を通るこ
とにより、表面に不純物を拡散させる。

【０００４】また、前述の炉芯管とは別に、二重管型炉
芯管が提案されている。図１２を参照すると、この二重
管型炉芯管は、内管２１および外管２２を備えている。
内管２１は外管２２に同軸状に内挿されており、内管２
１と外管２２の間に筒状流路２３が形成されている。キ
ャリアガスは、矢印２４に沿って筒状流路２３を流れて
内管２１の内側に導入される。キャリアガスは、筒状流
路２３を通る時に予熱される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の１本
の導入管を有する炉芯管においては、１本の導入管から
キャリアガスが導入されて、半導体ウエハのところを通
り、炉芯管に設けられた排気管側に流れるため、炉芯管
内において均一なキャリアガスの流れを得がたい。した
がって、半導体ウエハ間では拡散された不純物層の厚さ
や濃度がばらつく結果となり、半導体ウエハの品質の向
上が図れないという問題がある。

【０００６】しかも、導入管によって炉芯管内に導入さ
れるキャリアガスの温度が常温であり炉芯管内の温度よ
り低いので、炉芯管内の温度分布が不均一になり易い。
それによって、半導体ウエハの歩留りが悪化するという
問題がある。

【０００７】また、前述の二重管型炉芯管においては、
炉芯管として使用し得る比較的太い石英ガラス管を２本
用意する必要がある。この比較的太い石英ガラス管の製
造においてはクラック発生の問題が生じ易く、それを防
ぐためには炉芯管の全体のコストが高くなるという問題
がある。

【０００８】しかも、筒状流路２３において、キャリア
ガスの流れに乱流が生じ易い。そのため、半導体ウエハ
の表面に形成される不純物層の厚さや濃度がばらつき易
い。そのため、半導体ウエハの品質の向上が図れないと
いう問題がある。

【０００９】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、キャリアガスの流れを均一にし、
しかも炉芯管の内側においてキャリアガスの温度分布を
均一にして、不純物層の厚さや濃度を均一にすることが
でき、しかも低コストで容易に製造することができる気
相成長用炉芯管を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本願の第一発明は、中空の管形状の炉芯管本体を
備え、ガスを導くための少なくとも４本の通路をそれぞ
れ炉芯管本体の外側にその外周面に沿って形成し、各通
路の一端と炉芯管本体の一端を互いに連通させたことを
特徴とする気相成長用炉芯管を要旨とする。

【００１１】また、本願の第二発明は、中空の管形状の
炉芯管本体の外側に少なくとも４本の中空の管形状のガ
ス導入管を備え、各ガス導入管の一端と炉芯管本体の一
端を互いに連通させ、各ガス導入管の所定の部分を炉芯
管本体の外周面に沿って配置したことを特徴とする気相
成長用炉芯管を要旨とする。

【００１２】また、本願の第三発明は、中空の管形状の
炉芯管本体と、中空の管形状のガス導入手段とを備え、
炉芯管本体をガス導入手段に同軸状に内挿し、炉芯管本
体の外周面とガス導入手段の内周面との間に少なくとも
４本の通路を形成して、炉芯管本体の外周面とガス導入
手段の内周面を少なくとも４箇所において密接させ、各
通路の一端と炉芯管本体の一端を互いに連通させたこと
を特徴とする気相成長用炉芯管。を要旨とする。

【００１３】

【実施例】第一実施例 本発明の第一実施例による気相成長用炉芯管について説
明する。

【００１４】この気相成長用炉芯管は、縦型炉に備えら
れている。縦型炉は、例えば半導体用の熱処理炉であ
る。

【００１５】図１を参照すると、この気相成長用炉芯管
１は、少なくとも４本のガス導入管２、炉芯管本体３お
よびキャップ４から構成されている。図示例において
は、ガス導入管２の数は、２４本である。なお、図１に
おいては、ガス導入管２などの寸法が誇張して示されて
おり、実際の寸法と異なっている。

【００１６】ガス導入管２、炉芯管本体３およびキャッ
プ４のそれぞれの材質は、石英ガラスである。

【００１７】炉芯管本体３には挿入管（図示せず）が挿
入されている。この挿入管には温度測定器具（図示せ
ず）、たとえば棒状の熱伝対測温計が挿入できるように
なっている。 炉芯管本体３は、中空の円管であり、上
下方向の直線に沿った形状である。炉芯管本体３の寸法
については、従来の炉芯管、たとえば前述の二重管型炉
芯管の内管と同様の寸法に設定することができる。図示
例においては、炉芯管本体３の外周の直径は、２５０ｍ
ｍである。

【００１８】キャップ４は、球面の一部分に沿って曲が
った円板形状の部材であり、炉芯管本体３の上端に固定
されている。

【００１９】キャップ４には、ガス導入管２と同じ数の
円形の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔は、炉
芯管本体３と同心の円周に沿って互いに等間隔に形成さ
れており、それぞれ上下方向に貫通している。図示例に
おいては、貫通孔の数は２４個であり、炉芯管本体３の
内周面に近い位置に形成されている。貫通孔の位置は、
球面状のキャップのより外周側に形成されることが好ま
しい。このことにより、より均一なガス流を得ることが
できる。

【００２０】各ガス導入管２は、中空の円管である。

【００２１】各ガス導入管２の一端２ａは、キャップ４
の各貫通孔に挿入されており、レーザーによってキャッ
プ４に溶接されて固定されている。各ガス導入管２の一
端２ａは、キャップ４の凹状の下面において下向きに開
口している。

【００２２】各ガス導入管２は、キャップ４の凸状の上
面から上方に立ち上がって、略Ｕ字形を上下方向に逆さ
にした形状に沿って半径方向に延びる形状の曲線部分２
ｂと、この曲線部分２ｂからさらに直線に沿って下方に
向かって延びるような形状の所定の部分２ｃを有してい
る。

【００２３】この所定の部分２ｃは、炉芯管本体３の外
周面に沿って配置されている。所定の部分２ｃは、炉芯
管本体３の外周面に接触しているか、あるいは炉芯管本
体３の外周面から外側に間隔をおいて離れている。図示
例においては、炉芯管本体３の外周面から外側に向かっ
て１ｍｍの間隔をおいて離れている。この間隔は、でき
る限りせまいほうが好ましい 炉芯管本体３の内側には、多数の半導体ウエハを載せた
ウエハボ―ト５が収容されるようになっている。また、
縦型炉は、気相成長用炉芯管を支持するためのベース６
を備えている。気相成長用炉芯管１はベース６に固定さ
れている。また、気相成長用炉芯管１の外側には、加熱
手段（図示せず）が配置されている。気相成長用炉芯管
１は、加熱手段によって加熱される。

【００２４】縦型炉は、気相成長炉芯管１を除いて、従
来と同様の構成にすることができる。例えば、ウエハボ
ート５、ベース６および加熱手段は、従来と同様のもの
を採用できる。

【００２５】半導体ウエハがたとえばシリコンウエハで
ある場合、不純物たとえばリンを含むキャリアガスであ
るＯ_２ガスやＮ_２ガスが、ガス供給手段（図示せず）に
よって各ガス導入管２の他端に導入され、矢印７に沿っ
てガス導入管２の内側を流れ、ガス導入管２の一端を経
てキャップ４および炉芯管本体３の内側に導入される。
ガス供給手段は、従来と同様のものを採用できる。

【００２６】このように、少なくとも４本のガス導入管
２によってキャリアガスがほぼ整流された状態でキャッ
プ４および炉芯管本体３の内側に導入されるので、導入
されたキャリアガスは、多数の半導体ウエハにほぼ均一
に行きわたる。しかも、隣接する半導体ウエハの隙間の
空間にも均一にキャリアガスが行きわたる。したがっ
て、各半導体ウエハの表面には、均一で良質なリンの拡
散層が形成されることになる。このあとキャリアガスは
排出口（図示せず）を通って炉芯管本体３から排出され
る。

【００２７】しかも、キャリアガスは、ガス導入管２の
内側をながれる時に予熱される。そのため、炉芯管本体
３およびキャップ４の内側においてキャリアガスの温度
分布が均一になる。キャリアガスが充分に予熱されるよ
うに、ガス導入管２の寸法が設定される。図示例におい
ては、ガス導入管２の外周の直径は、８ｍｍであり、内
周の直径は、６ｍｍであり、軸線に沿った長さは、１０
００ｍｍである。

【００２８】キャップ４の貫通孔は、たとえばレ―ザ―
加工により形成される。レ―ザ―加工による場合、開口
部分に欠けやバリ等が残らず、不純物を含むキャリアガ
スが炉芯管本体３およびキャップ４の内側にスム―ズに
導入される。

【００２９】次に、図２ないし図６を参照して、気相成
長用炉芯管１の製造方法について説明する。

【００３０】まず、円管素材２´、炉芯管本体３および
キャップ４をそれぞれ別々に用意する。

【００３１】円管素材２´は、直線に沿った形状の中空
の円管であり、後述のようにキャップ４に固定された後
で折り曲げられてガス導入管２を構成するものである。
つまり、円管素材２´はガス導入管２の材料であり、ガ
ス導入管２と対応する部分には同じ符号が付してある。

【００３２】その後、図２および図３に示すように、キ
ャップ４の各貫通孔に各円管素材２´の一端２ａを上方
から挿入して、各円管素材２´の一端２ａをキャップ４
の凹状の下面において下向きに開口させる。そして、レ
ーザーによって円管素材２´とキャップ３を互いに溶接
して固定する。

【００３３】その後、図４に示すように、キャップ４を
炉芯管本体３の上端の上に配置し、レーザーによってキ
ャップ４と炉芯管本体３を互いに溶接して固定する。

【００３４】その後、図５および図６に示すように、円
管素材２´を折り曲げて、曲線部分２ｂおよび直線部分
２ｃを形成する。その結果、円管素材２´が前述のガス
導入管２を構成する。

【００３５】このようにして、気相成長用炉芯管１が製
造される。

【００３６】次に、表１を参照して、この気相成長用炉
芯管１の製作難度、製造コスト、膜均一性について、前
述の従来の二重管型炉芯管と比較して順に説明する。

【００３７】

【表１】 まず、製作難度について説明する。この第一実施例の気
相成長用炉芯管１は、前述の従来の二重管型炉芯管と比
較して、製作過程においてクラックが発生しにくい。し
たがって、表１に示すように、この第一実施例の気相成
長用炉芯管１の製作は、前述の従来の二重管型炉芯管の
製作と比較して容易である。

【００３８】なお、表１に示すように、この第一実施例
の気相成長用炉芯管１の製作難度は、隣接するガス導入
管２の接続部分の間隔によって異なり、その間隔が０．
１ｍｍ以上の場合に特に容易である。

【００３９】次に、製造コストについて説明する。この
第一実施例においては、各ガス導入管２が炉芯管本体３
より細いので、表１に示すように、太管（炉芯管本体３
の太さ以上の太さの管）の数は、１本（炉芯管本体３）
である。それに対して、前述の従来の二重管型炉芯管の
太管（内管２１の太さ以上の太さの管）の数は、２本
（内管２１および外管２２）である。ガス導入管２は太
管と比較して安価に製造することができるので、従来の
二重管型炉芯管と比較して、製造コストを低くすること
ができる。

【００４０】次に、被膜の膜均一性について説明する。
この第一実施例においては、前述のように少なくとも４
本のガス導入管２によってキャリアガスがほぼ整流され
るので、表１に示すように、拡散層の膜均一性は、前述
の従来の二重管型炉芯管と比較して良好である。隣接す
るガス導入管２の接続部分の相互の間隔がガス導入管２
の直径以下の場合に、特に良好である。

【００４１】第二実施例 図７を参照して、本発明の第二実施例による気相成長用
炉芯管について説明する。

【００４２】この気相成長用炉芯管の構成は、キャップ
１０を除いて、前述の第一実施例の気相成長用炉芯管の
構成と同様であるので、その説明は省略する。図７にお
いては、前述の第一実施例のものと同様のものに、それ
と同じ符号を付す。

【００４３】キャップ１０は、炉芯管本体３の上端の上
に配置されている。キャップ１０と炉芯管本体３は、レ
ーザーによって互いに溶接されて固定されている。キャ
ップ１０は、炉芯管本体３の上端を塞ぐような形状であ
り、ほぼ円板形状である。

【００４４】キャップ１０の円板部分には、ガス導入管
２と同じ数の円形の貫通孔が形成されている。それらの
貫通孔は、炉芯管本体３と同心の円周に沿って互いに等
間隔に形成されており、それぞれ上下方向に貫通してい
る。図示例においては、貫通孔の数は２４個であり、炉
芯管本体３の内周面に近い位置に形成されている。

【００４５】各ガス導入管２の一端２ａは、キャップ１
０の各貫通孔に挿入されており、レーザーによってキャ
ップ１０に溶接されて固定されている。各ガス導入管２
の一端２ａは、キャップ１０の下面において下向きに開
口している。

【００４６】第三実施例 図８ないし図１１を参照して、本発明の第三実施例によ
る気相成長用炉芯管について説明する。

【００４７】図１０および図１１を参照すると、この気
相成長用炉芯管１１は、炉芯管本体１２、ガス導入手段
１３およびキャップ１４から構成されている。

【００４８】炉芯管本体１２ガス導入手段１３およびキ
ャップ１４のそれぞれの材質は、石英ガラスである。

【００４９】炉芯管本体１２は、前述の第一実施例の炉
芯管本体と同様の構成である。

【００５０】ガス導入手段１３は、中空の管形状であ
る。その軸線方向の長さは、炉芯管本体１２と同じであ
る。ガス導入手段１３の断面形状は、円周を半径方向に
起伏させて波形にしたような形状、いわゆる花形の形状
である。

【００５１】炉芯管本体１２は、ガス導入手段１３に同
軸状に内挿されている。炉芯管本体１２の外周面とガス
導入手段１３の内周面は、少なくとも４箇所の密接部１
３ａにおいて互いに軸線方向の全長にわたって密接して
いる。それらの密接部１３ａは、円周方向に等間隔に設
けられている。図示例においては、密接部１３ａの数
は、８箇所である。

【００５２】隣接する密接部１３ａの間において、ガス
導入手段１３の内周面が軸線方向の全長にわたって炉芯
管本体１２の外周面から半径方向に離れており、ガス導
入路１５が形成されている。ガス導入路１５は、ガスを
導入するための通路であり、炉芯管本体１２の外周面に
沿って等間隔に形成されている。図示例においては、ガ
ス導入路１５の数は８本である。

【００５３】キャップ１４は、中空の管形状であり、そ
の断面形状は、ガス導入手段１３の断面形状に対応して
いる。キャップ１４の上端は閉じており、下端は開口し
ている。キャップ１４の下端とガス導入手段１３の上端
は、レーザーによって互いに溶接されて固定されてお
り、路芯管本体１２の内側とガス導入路１５は、キャッ
プ１４を介して互いに連通している。

【００５４】キャリアガスは、ガス供給手段（図示せ
ず）によって各ガス導入路１５の下端に導入され、ガス
導入路１５を上方に向かって流れ、矢印１６に沿ってキ
ャップ１４を介して炉芯管本体１２の内側に導入され
る。

【００５５】ところで、本発明は前述の第一実施例ない
し第三実施例に限定されるものではない。

【００５６】例えば、炉芯管本体、ガス導入管、キャッ
プ、ガス導入手段などの形状は、前述の形状に限らず、
その他の形状でもよい。また、それらの材質も、石英ガ
ラスに限らず、その他の材質でもよい。

【００５７】また、前述の第一実施例の製造方法に限ら
ず、その他の製造方法によって気相成長用炉芯管を製造
してもよい。例えば、前述の第一実施例の製造方法にお
いて、円管素材をキャップに固定する前に折り曲げ、そ
の後でキャップに固定してもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、ガスを導くための少な
くとも４本の通路をそれぞれ炉芯管本体の外側にその外
周面に沿って形成し、各通路の一端と炉芯管本体の一端
を互いに連通させるので、炉芯管本体の内側に半導体ウ
エハを収容し、キャリアガスを各通路の他端から一端に
向かって流し、さらにその一端を経て炉芯管本体の内側
に導入することができ、この場合、キャリアガスの流れ
が、少なくとも４本の通路によって整流されるので、複
数の半導体ウエハおよび半導体ウエハ間の隙間の空間に
均一にキャリアガスが行きわたり、複数の半導体ウエハ
の不純物層の厚さや濃度が均一で良質な拡散層が得ら
れ、半導体ウエハの品質向上を図れる。

【００５９】また、炉芯管本体の外側に配置された少な
くとも４本の中空管状のガス導入管を備えるので、前述
の二重管型炉芯管と比較して炉芯管の製作が容易であ
る。しかも、各ガス導入管を炉芯管本体より細くするこ
とができる。この場合、前述の二重管型炉芯管と比較し
て製造コストを安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例による気相成長用炉芯管を
備えた縦型炉を部分的に示す断面図。

【図２】キャップおよび円管素材を示す平面図。

【図３】図２に示したキャップおよび円管素材のＡ−Ａ
断面図。

【図４】キャップ、円管素材および炉芯管本体を示す断
面図。

【図５】図１に示した気相成長用炉芯管を示す断面図。

【図６】図５に示した気相成長用炉芯管を示す斜視図。

【図７】本発明の第二実施例による気相成長用炉芯管を
示す断面図。

【図８】炉芯管本体を示す断面図

【図９】ガス導入手段を示す断面図

【図１０】本発明の第三実施例による気相成長用炉芯管
を示す断面図

【図１１】図１０に示した気相成長用炉芯管のＢ−Ｂ断
面図。

【図１２】従来の二重管型炉芯管を示す断面図

【符号の説明】

１，１１ 気相成長用炉芯管 ２ ガス導入管 ３，１２ 炉芯管本体 ４，１４ キャップ ５ ウエハボート １３ ガス導入手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空の管形状の炉芯管本体を備え、ガスを
   導くための少なくとも４本の通路をそれぞれ炉芯管本体
   の外側にその外周面に沿って形成し、各通路の一端と炉
   芯管本体の一端を互いに連通させたことを特徴とする気
   相成長用炉芯管。
2. 【請求項２】中空の管形状の炉芯管本体の外側に少なく
   とも４本の中空の管形状のガス導入管を備え、各ガス導
   入管の一端と炉芯管本体の一端を互いに連通させ、各ガ
   ス導入管の所定の部分を炉芯管本体の外周面に沿って配
   置したことを特徴とする気相成長用炉芯管。
3. 【請求項３】中空の管形状の炉芯管本体と、中空の管形
   状のガス導入手段とを備え、炉芯管本体をガス導入手段
   に同軸状に内挿し、炉芯管本体の外周面とガス導入手段
   の内周面との間に少なくとも４本の通路を形成して、炉
   芯管本体の外周面とガス導入手段の内周面を少なくとも
   ４箇所において密接させ、各通路の一端と炉芯管本体の
   一端を互いに連通させたことを特徴とする気相成長用炉
   芯管。