JP2000077342A - Method and apparatus for manufacturing epitaxially grown semiconductor wafer having protective layer - Google Patents
Method and apparatus for manufacturing epitaxially grown semiconductor wafer having protective layerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、保護層を有するエ
ピタキシャル成長した半導体ウェーハを製造するための
方法に関する。また、本発明は、この方法を実施するた
めの装置に関する。[0001] The present invention relates to a method for producing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer. The invention also relates to an apparatus for performing the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体工業において、エピタクシーは、
単結晶の基板、例えばシリコン上での単結晶の層の成長
であると理解されている。この被覆装置は、一般に基板
をエピタクシー反応器中でプロセスガスに晒すことによ
り、化学的気相析出（”化学蒸着”またはＣＶＤ）を用
いて行なわれる（欧州特許出願公開第０７１４９９８号
明細書Ａ２）。プロセスガスは、注入ガス、例えばトリ
クロロシランおよびキャリヤーガス、例えば水素からな
るガス混合物である。基板上で成長する層は、金属また
は有機の汚染物、粒子および酸素を有さず、基板と比較
して殆んど結晶欠陥を有していない。2. Description of the Related Art In the semiconductor industry, epitaxy is
It is understood to be the growth of a single crystal layer on a single crystal substrate, for example silicon. The coating apparatus is generally performed using chemical vapor deposition ("chemical vapor deposition" or CVD) by exposing the substrate to a process gas in an epitaxy reactor (EP-A-0 714 998 A2). ). The process gas is a gas mixture consisting of an injection gas, for example trichlorosilane, and a carrier gas, for example hydrogen. The layers grown on the substrate are free of metal or organic contaminants, particles and oxygen and have few crystal defects compared to the substrate.
【０００３】このほぼ完全な表面は、疎水性で酸化に敏
感であり、粒子によって簡単に汚染される。殊に、ウェ
ーハの包装および輸送に関連して、この表面特性は望ま
しいものではない。[0003] This nearly perfect surface is hydrophobic and susceptible to oxidation and is easily contaminated by particles. This surface property is undesirable, especially in connection with wafer packaging and transport.
【０００４】この理由から、エピタクシー後に親水性の
保護層、例えばＳｉＯ２層が製造される。この場合に
は、一般に、一連のアルカリ性、酸性および中性の最も
純粋な水浴から構成されている所謂ＲＣＡ法が使用され
る（W. Kern, Semiconductor International; April 19
84, 第９４〜９９頁参照）。この種の連続浴によって、
エピタキシャル成長したシリコンウェーハの薄層は、部
分的に水和されたＳｉＯ ２に酸化される。また、この層
は、一般に長い貯蔵の間に大気中に存在する炭素化合物
によって表面の汚染を阻止する。例えばフッ化水素酸水
溶液中へのオゾンの吹き込みによって親水性の保護層を
製造するためのさらに開発された方法は、米国特許第５
５６７２４４号明細書中に記載されている。[0004] For this reason, after epitaxy, hydrophilic
Protective layer, eg SiO2A layer is manufactured. In this case
Is generally a series of alkaline, acidic and neutral most
The so-called RCA method consisting of a pure water bath is used
(W. Kern, Semiconductor International; April 19
84, pages 94-99). With this kind of continuous bath,
The thin layer of the epitaxially grown silicon wafer
Fractionally hydrated SiO 2Is oxidized. Also this layer
Are carbon compounds that are generally present in the atmosphere during long storage
Prevents contamination of the surface. For example, aqueous hydrofluoric acid
A hydrophilic protective layer is created by blowing ozone into the solution.
A further developed method for manufacturing is disclosed in US Pat.
No. 567244.
【０００５】しかし、湿式化学的処理剤から、この処理
剤が汚染源であることは、公知である。それというの
も、この処理剤は、ガスと比較可能な純度で得ることが
できないからである。従って、湿式化学的処理剤は、前
記のエピタキシャル表面を、殊に粒子によって汚染し、
また有機化合物によっても汚染する。However, it is known from wet chemical treatments that this treatment is a source of contamination. This is because this treating agent cannot be obtained in a purity comparable to that of gas. Therefore, the wet chemical treatment contaminates the epitaxial surface, in particular by particles,
It is also contaminated by organic compounds.
【０００６】また、湿式化学的酸化とともに、例えば酸
素またはオゾンのような酸化作用するガスを用いて、エ
ピタキシャル成長した基板の表面は、所謂酸化炉中で親
水化されてもよい。更に、保護層、例えば酸化物層、窒
化物層またはオキシ窒化物層をエピタキシャル成長した
かまたは極性化された基板上に所謂ＣＶＤ被覆反応器中
で析出するための種々の方法は、公知である。この場合
には、例えばシランおよび酸素またはテトラエチルオル
トケイ酸塩およびオゾンのようなガス混合物が使用され
る（欧州特許第０４３６１８５号明細書Ｂ１）。酸化炉
およびＣＶＤ被覆反応器の構造および機能形式は、当業
者に公知であり、本発明の対象ではない。[0006] The surface of the substrate epitaxially grown may be hydrophilized in a so-called oxidation furnace by using an oxidizing gas such as oxygen or ozone together with wet chemical oxidation. Furthermore, various methods are known for depositing a protective layer, for example an oxide, nitride or oxynitride layer, on an epitaxially grown or polarized substrate in a so-called CVD coating reactor. In this case, a gas mixture is used, for example silane and oxygen or tetraethyl orthosilicate and ozone (EP 0 436 185 B1). The construction and functioning of the oxidation furnace and the CVD coating reactor are known to those skilled in the art and are not the subject of the present invention.
【０００７】一般に、直径２００ｍｍ以下を有するエピ
タキシャル成長したシリコンウェーハは、別々の湿式化
学的処理法で親水化され；これとは異なり、２００ｍｍ
よりも大きい直径を有するウェーハは、保護層の製造の
ために気相中でかまたは化学的気相析出で高価な酸化に
施こされる。しかし、有利に本発明の範囲内で既に純度
の理由から好ましい方法は、保護層をガス状試薬の作用
によって製造することにある。In general, epitaxially grown silicon wafers having a diameter of less than 200 mm are hydrophilized by a separate wet chemical treatment;
Wafers with larger diameters are subjected to expensive oxidation in the gas phase for the production of the protective layer or by chemical vapor deposition. However, a method which is preferably within the scope of the invention, already for reasons of purity, consists in producing the protective layer by the action of gaseous reagents.
【０００８】上記方法の場合には、保護層のエピタクシ
ーと保護層の製造との一般的な空間的および時間的分離
は、欠点をまねく。エピタクシー層は、高純度の不活性
ガス雰囲気下で製造されるので、エピタクシー反応器の
放電および純粋な空間内でも別個の酸化炉またはＣＶＤ
被覆反応器への移送は、汚染を生じさせる。費用のかか
る通風技術および高度の作用する空気フィルターを用い
て運転される最も高度な種類の純粋な空間内であって
も、露出された半導体ウェーハは汚染される。それとい
うのも、例えばヒトのような汚染源は、排除され得ない
からである。In the case of the above-mentioned method, the general spatial and temporal separation between the epitaxy of the protective layer and the production of the protective layer leads to disadvantages. Since the epitaxy layer is produced under a high-purity inert gas atmosphere, the discharge of the epitaxy reactor and a separate oxidation furnace or CVD even in pure space.
Transfer to the coating reactor creates contamination. Exposed semiconductor wafers are contaminated, even in the most sophisticated types of pure space operated with costly ventilation techniques and sophisticated working air filters. For example, contamination sources such as humans cannot be excluded.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、公知技術水準と比較して低い粒子数および僅かな金
属汚染を有する、保護層を有するエピタキシャル成長し
たシリコンウェーハを製造することにあった。The object of the present invention was therefore to produce epitaxially grown silicon wafers having a protective layer with a low particle count and low metal contamination compared to the prior art. .
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この課題は、次の処理過
程： ａ）エピタクシー反応器に半導体ウェーハを中央の最も
純粋な室から装入し、 ｂ）半導体ウェーハ上の１つ以上のエピタキシャル層を
エピタクシー反応器中で析出させ、 ｃ）エピタキシャル成長した半導体ウェーハを中央の最
も純粋な室中に移し、 ｄ）酸化炉またはＣＶＤ被覆反応器にエピタキシャル成
長した半導体ウェーハを装入し、この酸化炉中またはＣ
ＶＤ被覆反応器中で表面酸化または化学的気相析出によ
って保護層を製造させ、 ｅ）エピタキシャル成長し保護層を備えた半導体ウェー
ハを中央の最も純粋な室中に移すことによって特徴付け
られている、保護層を有するエピタキシャル成長した半
導体ウェーハを製造するための方法によって解決され
る。The object of the present invention is to provide a process comprising the steps of: a) loading a semiconductor wafer into an epitaxy reactor from a central purest chamber; b) one or more epitaxial wafers on the semiconductor wafer. Depositing the layers in an epitaxy reactor; c) transferring the epitaxially grown semiconductor wafer into a central, purest chamber; d) charging the epitaxially grown semiconductor wafer into an oxidation furnace or a CVD coating reactor. Medium or C
Characterized in that a protective layer is produced by surface oxidation or chemical vapor deposition in a VD coating reactor, e) by epitaxially growing and transferring the semiconductor wafer with the protective layer into a central, purest chamber, The problem is solved by a method for producing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer.
【００１１】また、前記課題は、中央の最も純粋な室に
少なくとも１つのエピタクシー反応器、少なくとも１つ
の酸化炉及び／又は少なくとも１つのＣＶＤ被覆反応器
が接続されていることを特徴とする、保護層を有するエ
ピタキシャル成長した半導体ウェーハを製造するための
装置に関する。The object is also characterized in that at least one epitaxy reactor, at least one oxidation furnace and / or at least one CVD coating reactor are connected to the central purest chamber. The present invention relates to an apparatus for manufacturing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】即ち、組み込まれた処理、即ち保
護層のエピタクシーと製造オルガノポリシロキサンとの
空間的分離なしに処理することにより、僅かな金属汚染
および低い粒子数を生じることが見い出された。空間的
な結合は、反応器および／または炉が接続されている最
も純粋な室を介して行なわれている。最も純粋な室は、
１つの純粋な空間と比較して著しく減少された容積を有
し、排気されかつ最も純粋な不活性ガスで洗浄されるこ
とができ；それによって非酸化性で粒子を含まない不活
性ガス雰囲気が得られる。また、例えばヒトのような汚
染源は排除される。最も簡単な処理経過は、例えば浴の
ような湿式化学的処理ステーション、化学薬品および純
粋空間面を節約する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION It has been found that incorporated processing, ie, processing without epitaxy of the protective layer and spatial separation of the produced organopolysiloxane, results in low metal contamination and low particle counts. Was. The spatial coupling takes place via the purest chamber to which the reactor and / or the furnace are connected. The purest room is
It has a significantly reduced volume compared to one pure space and can be evacuated and flushed with the purest inert gas; whereby a non-oxidizing and particle-free inert gas atmosphere is obtained. can get. Also, sources of contamination such as humans are excluded. The simplest processing sequence saves wet chemical processing stations such as baths, chemicals and pure space.
【００１３】本発明による方法は、前記位置で実施され
る一連の処理過程からなる。即ち、最初に１個以上の半
導体ウェーハが適当な乾燥台上に準備される。次に、こ
のウェーハは、入口を通じて中央の最も純粋な室中に移
される。この最も純粋な室には、少なくとも１つのエピ
タクシー反応器、１つ以上の酸化炉および／または化学
的気相析出のための１つ以上のＣＶＤ被覆反応器が接続
されている。また、１つ以上の測定室は、それぞれ測定
装置、例えば層厚測定装置、抵抗測定装置または粒子測
定装置と接続されていてよい。測定装置の測定結果は、
一般にエピタキシャル層または保護層の品質を試験する
ために使用される。The method according to the invention comprises a series of processing steps performed at said location. That is, first, one or more semiconductor wafers are prepared on a suitable drying table. The wafer is then transferred through the entrance into the central purest chamber. Connected to this purest chamber are at least one epitaxy reactor, one or more oxidation furnaces and / or one or more CVD coating reactors for chemical vapor deposition. In addition, one or more measuring chambers may each be connected to a measuring device, for example a layer thickness measuring device, a resistance measuring device or a particle measuring device. The measurement result of the measuring device is
It is commonly used to test the quality of an epitaxial or protective layer.
【００１４】引続き、この装置は、閉鎖され、排気さ
れ、高純度の不活性ガス、例えば窒素で洗浄され、場合
によっては再び排気され、かつ洗浄され、したがって、
最後に非酸化性で粒子を含まない不活性ガス雰囲気が全
装置中を支配することになる。次に、半導体ウェーハ
は、１つの装置、例えば輸送装置によってエピタクシー
反応器中に移され；この反応器は閉鎖され、公知技術水
準により１つ以上のエピタキシャル層が析出される。Subsequently, the device is closed, evacuated and flushed with a high-purity inert gas, for example nitrogen, and possibly again evacuated and flushed,
Finally, a non-oxidizing, particle-free inert gas atmosphere will dominate the entire system. The semiconductor wafer is then transferred by one device, for example a transport device, into an epitaxy reactor; the reactor is closed and one or more epitaxial layers are deposited according to the prior art.
【００１５】エピタクシーは、好ましくはシラン、モノ
クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランおよ
び四塩化ケイ素の群からの１つ以上のガスの分解によっ
て６００℃〜１２００℃の温度および１ミリトル〜１０
３トルの圧力で実施される。特に好ましいのは、注入ガ
スとしてのトリクロロシラン、不活性キャリヤーガスと
しての水素、１０００℃〜１１５０℃の温度および７５
０トルの圧力である。The epitaxy is preferably carried out by decomposition of one or more gases from the group of silane, monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and silicon tetrachloride at a temperature between 600 ° C. and 1200 ° C. and between 1 millitorr and 10 millitorr.
Performed at a pressure of 3 torr. Particularly preferred are trichlorosilane as the injection gas, hydrogen as the inert carrier gas, a temperature of 1000 ° C to 1150 ° C and 75 ° C.
0 Torr pressure.
【００１６】引続き、１つ以上のエピタキシャル層を備
えたシリコンウェーハは、１つ以上の酸化物層、窒化物
層またはオキシ窒化物層、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、
ＳｉＯＸＮＹＨＺ、ＳｉＸＮＹＨＺまたはＳｉ３Ｎ４に
よって保護される。そのために、エピタキシャル成長し
た半導体ウェーハは、輸送装置を用いてエピタクシー反
応器から中央の最も純粋な室中に移され、引続き表面酸
化または化学的気相析出によって保護層を発生させる炉
または反応器中に装入される。Subsequently, the silicon wafer provided with one or more epitaxial layers may be provided with one or more oxide, nitride or oxynitride layers, for example SiO 2 , SiO x ,
SiO X N Y H Z, is protected by the Si X N Y H Z, or Si 3 N 4. For this purpose, the epitaxially grown semiconductor wafers are transferred from the epitaxy reactor by means of a transport device into the central purest chamber and subsequently in a furnace or reactor in which a protective layer is generated by surface oxidation or chemical vapor deposition. Will be charged.
【００１７】保護層は、酸化炉中での表面酸化によっ
て、好ましくは酸素、水蒸気、オゾンまたはこれらのガ
スの混合物を用いて発生される。特に好ましくは、保護
層をラピドサーマルオキサイド（ＲＴＯ）炉中で酸素を
用いて高められた温度で発生されることである。The protective layer is generated by surface oxidation in an oxidation furnace, preferably using oxygen, steam, ozone or a mixture of these gases. Particularly preferably, the protective layer is generated in a rapid thermal oxide (RTO) furnace at elevated temperatures using oxygen.
【００１８】また、好ましいのは、ＣＶＤ被覆反応器中
での化学的気相析出を用いての保護層の製造、殊にテト
ラエチルオルトケイ酸塩、シラン、二窒素モノオキシ
ド、窒素またはアンモニアの群からの１つ以上のガスの
分解による窒化物層およびオキシ窒化物層の製造であ
る。Also preferred is the production of the protective layer using chemical vapor deposition in a CVD coating reactor, especially from the group of tetraethylorthosilicate, silane, dinitrogen monoxide, nitrogen or ammonia. The production of a nitride layer and an oxynitride layer by the decomposition of one or more gases.
【００１９】表面が最初に疎水性で酸化に敏感であった
エピタキシャル成長した半導体ウェーハに保護層を備え
た後、特許の保護が請求された装置に純粋な空間用空気
を通風することができ、ウェーハは、乾燥台と一緒に純
粋な室の入口を通して個人的に取り出すことができる。After providing a protective layer on the epitaxially grown semiconductor wafer, whose surface was initially hydrophobic and susceptible to oxidation, pure space air could be ventilated to the claimed device, Can be taken out personally through the entrance of the pure chamber together with the drying table.
【００２０】[0020]
【実施例】図１のａ）には、本発明による装置が示され
ている。純粋な室１は、中央ユニットを形成し、この中
央ユニットには、少なくとも１つのエピタクシー反応器
２，酸化炉３またはＣＶＤ被覆反応器３が接続されてい
る。また、１つ以上の測定室４には、それぞれ測定装
置、例えば層厚測定装置、抵抗測定装置または粒子測定
装置が接続されていてよい。更に、純粋な室１は、少な
くとも１つの入口５および少なくとも１つの出口６、な
らびに真空および不活性ガス雰囲気を得るための装置を
備えている（図１のａ）には、図示されていない）。FIG. 1a shows an apparatus according to the invention. The pure chamber 1 forms a central unit, to which at least one epitaxy reactor 2, an oxidation furnace 3 or a CVD coating reactor 3 is connected. A measuring device, for example, a layer thickness measuring device, a resistance measuring device, or a particle measuring device may be connected to one or more measuring chambers 4. Furthermore, the pure chamber 1 is provided with at least one inlet 5 and at least one outlet 6, and devices for obtaining a vacuum and an inert gas atmosphere (not shown in FIG. 1a). .
【００２１】例えば、所謂”減圧ＣＶＤ反応器”また
は”大気圧ＣＶＤ反応器”のような公知技術水準による
全種のエピタクシー反応器が接続されていてよく；例え
ば”プラズマ強化ＣＶＤ反応器”または”オゾン室”の
ような公知技術水準による保護層を製造するための全種
の酸化炉およびＣＶＤ被覆反応器が考えられる。前記装
置は、原理的に純粋な室条件下または不活性ガス条件下
で実施することができる全種の被覆を製造するため、例
えば殊にマイクロエレクトロニック構造素子を製造する
際に使用される層の組合せを製造するために適してい
る。All types of epitaxy reactors according to the prior art, such as, for example, the so-called “vacuum CVD reactors” or “atmospheric pressure CVD reactors”, can be connected; for example, “plasma-enhanced CVD reactors” or All types of oxidation furnaces and CVD coating reactors for producing protective layers according to the prior art, such as "ozone chambers" are conceivable. The device is suitable for producing all kinds of coatings which can be carried out in principle under purely room conditions or under inert gas conditions, for example, especially for the layers used in the production of microelectronic components. Suitable for producing combinations.
【００２２】図１のｂ）には、半導体ウェーハをエピタ
クシー７後に、および／または酸化８による保護層の製
造後に、中央の純粋な室を用いて外部接触なしに、即ち
高純度の不活性ガス雰囲気なしに放置し、個々の測定装
置に移すことができることが示されており、この場合に
は、測定９は、強制的に実施すべきではない。FIG. 1 b) shows that after the epitaxy of the semiconductor wafer and / or after the production of the protective layer by oxidation 8, a central pure chamber is used without external contact, ie with high-purity inert gas. It has been shown that it can be left without a gas atmosphere and transferred to individual measuring devices, in which case measurement 9 should not be forced.
【図１】ａ）は、保護層を有するエピタキシャル成長し
た半導体ウェーハを製造するための本発明による装置の
略図。ｂ）は、半導体ウェーハを個々の測定装置に移す
ことができる経過を示す略図。FIG. 1a is a schematic view of an apparatus according to the invention for producing an epitaxially grown semiconductor wafer with a protective layer. b) Schematic showing the course in which a semiconductor wafer can be transferred to individual measuring devices.
１ 純粋な室、 ２ エピタクシー反応器、 ３ 酸化
炉、 ４ 測定室、５ 入口、 ６ 出口、 ７ エピ
タクシー、 ８ 酸化、 ９ 測定1 Pure chamber, 2 Epitaxy reactor, 3 Oxidation furnace, 4 Measuring chamber, 5 inlets, 6 outlets, 7 Epitaxy, 8 Oxidation, 9 Measurement
Claims (7)
半導体ウェーハを製造するための方法において、 ａ）エピタクシー反応器に半導体ウェーハを中央の最も
純粋な室から装入し、 ｂ）半導体ウェーハ上の１つ以上のエピタキシャル層を
エピタクシー反応器中で析出させ、 ｃ）エピタキシャル成長した半導体ウェーハを中央の最
も純粋な室中に移し、 ｄ）酸化炉またはＣＶＤ被覆反応器にエピタキシャル成
長した半導体ウェーハを装入し、この酸化炉中またはＣ
ＶＤ被覆反応器中で表面酸化または化学的気相析出によ
って保護層を製造させ、 ｅ）エピタキシャル成長し保護層を備えた半導体ウェー
ハを中央の最も純粋な室中に移すことを特徴とする、保
護層を有するエピタキシャル成長した半導体ウェーハを
製造するための方法。1. A method for manufacturing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer, comprising: a) charging a semiconductor wafer into an epitaxy reactor from a central purest chamber; E) depositing the epitaxial layers in an epitaxy reactor; c) transferring the epitaxially grown semiconductor wafer into the central purest chamber; d) charging the epitaxially grown semiconductor wafer into an oxidation furnace or CVD coating reactor; In this oxidation furnace or C
E) producing a protective layer by surface oxidation or chemical vapor deposition in a VD coating reactor, e) transferring the epitaxially grown semiconductor wafer with the protective layer into a central, purest chamber. A method for producing an epitaxially grown semiconductor wafer having:
ラン、トリクロロシランおよび四塩化ケイ素の群からの
１つ以上のガスの分解によってエピタクシーを実施す
る、請求項１記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the epitaxy is carried out by decomposition of one or more gases from the group of silane, monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and silicon tetrachloride.
リトル〜１０３トルの圧力でエピタクシーを実施する、
請求項１または２記載の方法。In 3. 600 ° C. temperature and 1 millitorr to 10 3 torr pressure to 1200 ° C. implementing the epitaxy,
The method according to claim 1.
これらのガスの混合物を用いての表面酸化によって保護
層を製造させる、請求項１記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein the protective layer is produced by surface oxidation using oxygen, water vapor, ozone or a mixture of these gases in an oxidation furnace.
トケイ酸塩、シラン、二窒素モノオキシド、窒素または
アンモニアの群からの１つ以上のガスの分解により、化
学的気相析出を実施する、請求項１記載の方法。5. The method of claim 1, wherein the chemical vapor deposition is carried out in a CVD coating reactor by decomposition of one or more gases from the group of tetraethylorthosilicate, silane, dinitrogen monoxide, nitrogen or ammonia. The method of claim 1.
半導体ウェーハを製造するための装置において、中央の
最も純粋な室に少なくとも１つのエピタクシー反応器お
よび少なくとも１つの酸化炉及び／又は少なくとも１つ
のＣＶＤ被覆反応器が接続されていることを特徴とす
る、保護層を有するエピタキシャル成長した半導体ウェ
ーハを製造するための装置。6. An apparatus for producing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer, wherein at least one epitaxy reactor and at least one oxidation furnace and / or at least one CVD coating reaction are provided in a central, purest chamber. An apparatus for producing an epitaxially grown semiconductor wafer having a protective layer, wherein the apparatus is connected.
上の測定室が中央の最も純粋な室に接続されている、請
求項６記載の装置。7. The device according to claim 6, wherein one or more measuring chambers, each having one measuring device, are connected to the central purest chamber.
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