JP2000100884A - シリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法 - Google Patents

シリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハの再結合ライフタイムを測定
する前に、縦型熱処理炉を用いて９５０℃〜１０５０℃
で酸化膜を形成する前処理を行うにあたって、信頼性の
高い測定が行えるようにすること。 【解決手段】 酸化膜形成後、熱処理炉内を不活性ガス
雰囲気下で例えば６５０℃まで降温し、その後ウエハを
取り出す。これによって１２インチサイズもの大口径ウ
エハであってもスリップを抑制できる。そして少なくと
もウエハボ−トを熱処理炉から搬出する間は熱処理炉内
に酸素ガスを供給することにより、再結合ライフタイム
の測定値のばらつきが抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板の再
結合ライフタイムを測定する前に行う前処理の方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンウエハ（以下ウエハという）中
に結晶欠陥が存在したり、ウエハが金属不純物で汚染さ
れると再結合ライフタイムが減少し製品の特性に悪影響
を及ぼすため、ウエハの再結合ライフタイムを測定する
必要性が高まっている。再結合ライフタイムとはシリコ
ンに電子などのキャリアを注入したときに過剰キャリア
の濃度が再結合により例えば１／ｅに減少するまでの時
間である。このような再結合ライフタイムを測定する手
法として、μ−ＰＣＤ法によりウエハ全体（バルク）に
ついて測定する手法がある。この方法は、ウエハにマイ
クロ波を照射し、続いてウエハにより反射されたマイク
ロ波のパワ−をサンプリングして記録装置に取り込み、
パワ−の減衰曲線から再結合ライフタイムを測定する手
法である。この場合、そのまま測定すると表面における
再結合が律速になってバルクの情報が見えなくなるた
め、表面に酸化膜を形成して表面の再結合を抑制するこ
とが必要になる。０．５ｍｍ厚以上のウエハについて数
ｍｓまでの再結合ライフタイムを測定するためには、低
界面準位密度（Ｄｉｔ＜１０10／ｃｍ2 ・ｅＶ）の酸化
膜を形成するよう９５０℃〜１０５０℃の加熱雰囲気下
で熱酸化を行う。
【０００３】このような熱酸化膜を多数のウエハに一度
に形成するためには、例えば縦型の熱処理炉を利用する
ことができ、この場合多数枚のウエハを保持具に棚状に
保持して熱処理炉の例えば下方側から搬入し、熱処理を
行う。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】上述の再結合ライ
フタイムの測定は、ウエハに対する前処理条件つまり酸
化膜の形成条件により測定値がばらつき、ウエハが持つ
本来のライフタイムを把握しにくいという課題がある。
特に縦型熱処理炉を用いた場合、測定値が熱処理炉から
のウエハの搬出温度に左右され、また保持具におけるウ
エハの保持位置によって、つまり保持具の上部、中央
部、下部のいずれの位置に保持されているかによって測
定値がばらつくという課題がある。
【０００５】ところで一般に熱処理を行った後は、熱処
理炉内を不活性ガス雰囲気としており、本発明者はこの
ような方法でウエハを搬出するにあたって測定値にばら
つきの少ないレシピを検討したところ、後述のように熱
処理を行った後、熱処理炉の温度が８００℃以上であれ
ば、ウエハの保持位置に左右されずにウエハが持つ本来
のライフタイムを測定できることを見いだした。一方ウ
エハサイズが８インチまでの大きさであれば、８００℃
でウエハを熱処理炉から搬出してもスリップが起こらな
いが、ウエハサイズが１２インチもの大きさになると、
搬出時にウエハが高温雰囲気から急激に冷やされたとき
に面積が大きいため大きな熱応力を受けてスリップが発
生する場合がある。なおスリップとは、熱歪みにより生
じる微細な結晶欠陥である。
【０００６】そこで熱処理炉を７００℃以下に降温した
後、ウエハを搬出すればスリップの発生防止に効果があ
る。しかしながら、この場合にはその原因は明らかでは
ないが、保持具の上部に保持されていたウエハの再結合
ライフタイムが不合格になり、保持具の下部に保持され
ていたウエハの再結合ライフタイムの例えば１／５にも
なってしまう。ここで不合格になったウエハは、窒素ガ
ス雰囲気で同様の熱処理を再度行うとライフタイムが正
常な値に復帰するため、金属汚染や本来の結晶欠陥では
なく、見掛け上、短いライフタイムになっていることは
あきらかである。
【０００７】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、その目的とするところは、ウエハに対
して再結合ライフタイムの測定を行うにあたって、信頼
性の高い測定値が得られるように前処理を行うことにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
の再結合ライフタイムを測定する前に行う前処理方法に
おいて、複数のシリコン基板を保持具に棚状に保持して
縦型の熱処理炉内に搬入する工程と、前記熱処理炉内を
酸素雰囲気下で９５０℃〜１０５０℃に加熱してシリコ
ン基板に酸化膜を形成する工程と、その後前記熱処理炉
内を不活性ガス雰囲気下で降温する工程と、前記熱処理
炉内が６００℃〜７００℃の範囲の中の所定の温度にな
ったときに前記保持具を熱処理炉から搬出する工程と、
少なくとも前記保持具を熱処理炉から搬出するときには
熱処理炉内に酸素ガスを供給する工程と、を含むことを
特徴とする。酸素ガスを供給するタイミングは、例えば
熱処理炉の降温が終了した後、熱処理炉を開放する前で
あってもよい。この場合熱処理炉の開放は、熱処理炉内
が不活性ガスから酸素ガスに置換された後が好ましい。
なお酸素ガスを供給するタイミングは、熱処理炉の開放
直後であってもよい。
【０００９】このような方法によれば、シリコン基板の
再結合ライフタイムを正確に測定することができ、特に
１２インチサイズ以上の大きさのウエハの場合、７００
℃以下の温度で熱処理炉から搬出することがスリップの
発生を抑える上で好ましいことから、有効な前処理方法
である。
【００１０】更に他の発明は、シリコン基板の再結合ラ
イフタイムを測定する前に行う前処理方法において、複
数のシリコン基板を保持具に棚状に保持して縦型の熱処
理炉内に搬入する工程と、前記熱処理炉内を酸素雰囲気
下で９５０℃〜１０５０℃に加熱してシリコン基板に酸
化膜を形成する工程と、その後前記熱処理炉内が８００
℃以上の所定の温度になったときに前記保持具を熱処理
炉から搬出する工程と、を含み、酸化膜を形成した後、
保持具を熱処理炉内から搬出するまでの間は熱処理炉内
を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする。
【００１１】この方法でも、シリコン基板の再結合ライ
フタイムを正確に測定することができ、特に８インチサ
イズ以下の大きさのウエハの場合には、この温度で搬出
してもスリップのおそれがないので、降温の時間が短く
て済み、高いスル−プットで処理を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の前処理方法の実施
の形態に用いられる縦型熱処理装置を示す概観斜視図で
あり、図２は縦型熱処理装置を示す断面図である。この
装置は縦型熱処理炉１と、保持具であるウエハボ−ト２
と、このウエハボ−ト２を昇降させるボ−トエレベ−タ
３とを備えている。
【００１３】縦型熱処理炉１は、例えば石英よりなる二
重構造の反応管４１、この反応管４１を囲むように設け
られた抵抗発熱体などからなるヒ−タ４２などからな
り、反応管４１の底部にはガス供給管４３及び排気管４
４が接続されていて、反応管４１の外管４１ａからガス
穴４０を介して内管４１ｂの中にガスが流れるようにな
っている。４５は均熱用容器である。
【００１４】ウエハ−ボ−ト２は、例えば天板２１及び
底板２２の間に複数の支柱２３を設け、この支柱２３に
上下方向に形成された溝にウエハＷの周縁を挿入して保
持し、こうして複数のウエハＷを棚状に保持するように
構成されている。なおウエハボ−ト２としては、支柱２
３にリング状のトレイを上下方向に配列し、各トレイに
ウエハを保持するタイプのものを用いてもよい。ウエハ
ボ−ト２は、縦型熱処理炉１の下端の開口部５を開閉す
る蓋体５１の上に設けられた保温筒５２の上に載置され
ている。蓋体５１はボ−トエレベ−タ３に設けられてお
り、ボ−トエレベ−タ３が昇降することにより、熱処理
炉１に対してウエハボ−ト２の搬入出が行われる。
【００１５】次に上記の縦型熱処理装置を用いて行う本
発明の実施の形態である、シリコン基板の再結合ライフ
タイム測定の前処理方法について図３を参照しながら述
べる。先ずシリコン基板である１２インチサイズ（直径
３００ｍｍ）のウエハＷを搬送ア−ム２０（図１参照）
によりウエハボ−ト２に受け渡し、棚状に保持させる。
一方熱処理炉１内は例えば６５０℃の加熱雰囲気となっ
ており、不活性ガス例えば窒素ガスが供給されている。
そして時刻ｔ１にボ−トエレベ−タ３を上昇させてウエ
ハボ−ト２を熱処理炉１内に搬入し、蓋体５１により前
記開口部５を閉じる。時刻ｔ２にて熱処理炉１内を例え
ば平均昇温速度１０℃／分で例えば９５０℃まで昇温
し、その後時刻ｔ３にて（詳しくはウエハＷの温度が９
５０℃に安定した後）熱処理炉１内に乾燥した酸素ガス
を供給して、例えば常圧下で例えば数十分間酸化処理を
行い、ウエハＷに例えば数十ｎｍの厚さの酸化膜を形成
する。
【００１６】次いで時刻ｔ４にて酸素ガスの供給を止
め、窒素ガスを供給しながら例えば平均降温速度５℃／
分で例えば６５０℃まで降温する。時刻ｔ５にて熱処理
炉１内の温度は６５０℃に維持され、しばらくしてウエ
ハＷの温度が安定する。そして例えばウエハの温度が安
定した後の時刻ｔ６にて酸素ガスを熱処理炉１内に供給
し、酸素ガスにより窒素ガスを置換する。この置換は例
えば数分で終了し、その後酸素ガスを熱処理炉１内に供
給しながらボ−トエレベ−タ３を降下させて熱処理炉１
の下端の開口部５を開き、ウエハボ−ト２を熱処理炉１
の外に搬出する。なおこのようにして酸化膜が形成され
たウエハＷは、その後既述のμ−ＰＣＤ法によりウエハ
全体（バルク）について再結合ライフタイムを測定す
る。
【００１７】上述の実施の形態によれば、ウエハボ−ト
２の上部、中央部及び下部のいずれの保持位置のウエハ
Ｗであっても再結合ライフタイムの測定値が正常であっ
た。正常であったとは、ここでは酸化膜形成後、降温プ
ロセスから搬出プロセスに至るまで窒素ガス雰囲気とし
かつ８００℃になったときに搬出するレシピで取り出し
たウエハについての再結合ライフタイムと比較し、その
再結合ライフタイムと同等あるいはそれ以上の結果を得
ているという意味である。「発明が解決しようとする課
題」の項で述べたように６５０℃もの低い温度に降温さ
せてウエハＷを搬出すると、ウエハボ−ト２の上部に保
持されたウエハＷつまりウエハＷ群の中で後から熱処理
炉１から外に出たウエハＷの再結合ライフタイムの測定
値が見掛け上小さくなるが、本発明の手法では後述の実
験結果から分かるように少なくともウエハボ−ト２を熱
処理炉１から搬出する工程において酸素ガスを熱処理炉
１内に流すことにより、そのような問題つまり再結合ラ
イフタイムの測定に対するいわばノイズの発生を防止で
きる。この点のメカニズムは明確ではないが、このよう
なプロセスを行うことにより、６５０℃もの低い温度で
ウエハを取り出すことができるので、結果として１２イ
ンチサイズのウエハに対して適用すれば、スリップの発
生を抑制しながら再結合ライフタイムの測定を正確に行
うことができ、実用上の効果が大きい。
【００１８】ここで酸化処理が終了した後酸素ガスをど
のタイミングで供給すれば効果が得られるのかを調べる
ために次のような試験を行った。
【００１９】実施例１；上述の実施の形態の方法のよう
にして熱処理炉から取り出した。
【００２０】実施例２；ウエハボートを降ろし始めたと
きつまり蓋体を開いて熱処理炉を開放し始めたとき（図
３の時刻ｔ７）に酸素ガスの供給を開始した。
【００２１】実施例３；熱処理炉が降温中であり、熱処
理炉内が７５０℃になったときから（図３の時刻ｔ５よ
りも前の時点から）それ以降酸素ガスを供給した。
【００２２】比較例１；酸化処理後（図３中の時刻ｔ４
以後）は窒素ガスを供給し、ウエハを搬出するときも酸
素ガスを供給せずに窒素ガス雰囲気のままとした。
【００２３】比較例２；酸化処理後も酸素ガスを熱処理
炉内に供給し、ウエハボートを熱処理炉から搬出し終わ
るまでの間酸素ガスを供給し続けた。即ち図３中の時刻
ｔ４から以降酸素ガスを流し続けた。
【００２４】比較例３；酸化処理後、降温過程の間（図
３中の時刻ｔ４〜ｔ５）酸素ガスを供給し、熱処理炉内
が６５０℃になったときに酸素ガスの供給を止め、窒素
ガスの供給に切り替えて窒素ガス雰囲気とし、ウエハの
搬出も窒素ガス雰囲気のまま行った。
【００２５】各プロセスにより取り出されたウエハに対
して再結合ライフタイムを測定し、その測定値の中で最
も悪い値について評価したところ図４に示す結果が得ら
れた。なおここではＰ型半導体のライフタイムを測定
し、８００℃の温度でウエハを搬入、搬出した場合（酸
化処理後はウエハを搬出するに至るまで熱処理炉内を窒
素ガス雰囲気とする）のウエハの再結合ライフタイムの
測定値を１００として、この測定値に対する相対値をラ
イフタイム評価指数として示している。
【００２６】この結果から分かるようにウエハボートを
熱処理炉から搬出するときに熱処理炉内に酸素ガスを供
給することにより、窒素ガス雰囲気で降温ウエハボート
の搬出を行いかつ搬出時の温度が８００℃である場合の
ウエハの再結合ライフタイムと同等あるいはそれ以上の
測定値が得られ、信頼性の高い評価を行うことができ
る。ただし６５０℃にて窒素ガス雰囲気で搬出した場
合、ウエハボートの上部側のウエハについての再結合ラ
イフタイムが短く、その対策としてこの方法が有効であ
るため、ウエハボートを搬出するときに酸素ガスを供給
するといっても、酸素ガスの供給のタイミングは、ウエ
ハボートの上部側のウエハが熱処理炉内に位置している
ときにそれらウエハに酸素ガスが触れるようなタイミン
グでなければならない。
【００２７】しかしながら酸素ガスを供給するタイミン
グは熱処理炉内がウエハの搬出温度例えば６５０℃まで
降温した後、蓋体を開けるよりも数分〜十数分前に酸素
ガスを供給して熱処理炉内を窒素ガスから酸素ガス雰囲
気に置換し、次いで蓋体を開いてウエハボートを搬出す
る方が、効果的である。酸素ガスの供給は熱処理炉の降
温中に行う必要はなく、熱処理炉の降温中までも酸素ガ
スの供給を行うと比較例２から分かるように再結合ライ
フタイムは見掛け上低くなってしまう。ただし熱処理炉
の降温中であっても実施例３に示すように熱処理炉内の
温度が７５０℃まで下がっていれば、８００℃で搬出す
る場合と同等の結果が得られるので、熱処理炉の降温途
中から酸素ガスを供給し始めた場合でも、本特許の権利
範囲から外れるものではない。なお比較例２として、酸
化処理後以降、酸素ガスを流し続けた場合の結果を示し
てあるが、この場合でも、不活性ガス雰囲気でウエハボ
ートを搬出する場合に比べて効果がある。
【００２８】以上において再結合ライフタイムの結果が
悪いウエハは、図３の温度プロファイルと同一のプロフ
ァイルで再度熱処理しかつその熱処理は窒素ガス雰囲気
とした場合、評価指数は１００あるいはそれ以上に復帰
することから、ウエハの汚染や本来の結晶欠陥ではない
ことが分かっている。
【００２９】更にウエハボートの搬出温度を５００℃、
６００℃、７００℃、８００℃とし、その他は図３に示
すレシピと同一のレシピで処理を行ったところ、各搬出
温度におけるウエハのライフタイム評価指数は図５に示
す通りであった。この結果から分かるように、ウエハボ
ートの搬出時に酸素ガスを供給する手法は、ウエハボー
トの搬出温度が６００℃以上であれば有効であることが
分かる。即ちこの方法によればウエハボートの搬出温度
を低くできるので、スリップを抑えるためになるべく低
い温度で搬出したり、大口径のウエハ例えば１２インチ
サイズ以上の大きさのウエハに対して再結合ライフタイ
ムを測定する場合特に有効である。
【００３０】また本発明の他の方法の実施の形態につい
て図６を参照しながら説明すると、この方法は、ウエハ
ボートの搬入、搬出時の熱処理炉内の温度を８００℃と
した点、酸化処理終了後つまり時刻ｔ４以降は熱処理炉
内を窒素ガス雰囲気とし、その雰囲気のままウエハボー
トを搬出した点以外は図３のレシピと同じである。この
ような前処理を行ったＰ型半導体のウエハに対して再結
合ライフタイムを測定したところ、最も短い再結合ライ
フタイムであっても３００〜４００μｓであり、合格範
囲であった。更にまたウエハボートの搬入、搬出温度を
９５０℃、７５０℃、７００℃、６５０℃に設定して処
理を行ったウエハについて再結合ライフタイムを測定
し、ライフタイム評価指数を求めたところ図７に示す結
果が得られた。
【００３１】ただしウエハボートの搬入、搬出温度が８
００℃のウエハの再結合ライフタイムの値を１００とし
ている。この結果から不活性ガス雰囲気でウエハの搬出
を行う場合には、８００℃以上であれば、信頼性の高い
再結合ライフタイムの測定を行うことができる。この方
法は高温でウエハを搬出してもスリップの発生が実質な
い８インチサイズ以下のウエハに対して適用することが
好ましい。ところで以上の説明ではウエハの搬入温度と
搬出温度とを同じにしているが、ウエハの搬入温度は再
結合ライフタイムの測定結果に影響のないことを把握し
ており、従ってその温度については適宜設定すればよ
い。
【００３２】本発明では、不活性ガスとしては窒素ガス
に限られずヘリウムガスやアルゴンガスであってもよい
し、縦型熱処理炉としては、熱処理炉の上端が搬入出口
になっているタイプのものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】 本発明によれば、ウエハに対して再結
合ライフタイムの測定を行うにあたって、信頼性の高い
測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法に用いられる縦型熱処理装置の一例
を示す概観斜視図である。
【図２】本発明方法に用いられる縦型熱処理装置の一例
を示す概略断面図である。
【図３】本発明方法の一実施の形態を示す作用説明図で
ある。
【図４】本発明方法と比較方法とのライフタイム評価指
数を対比して示す説明図である。
【図５】ウエハの搬出温度とライフタイム評価指数との
関係を示す説明図である。
【図６】本発明方法の他の実施の形態を示す作用説明図
である。
【図７】ウエハの搬出温度とライフタイム評価指数との
関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 縦型熱処理炉 ２ ウエハボ−ト Ｗ ウエハ ３ ボ−トエレベ−タ ４１ 反応管 ５ 開口部 ５１ 蓋体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳野 史朗 宮崎県宮崎郡清武町大字木原1112 コマツ 電子金属株式会社宮崎工場内 Ｆターム(参考） 4M106 AA01 CB11 DH56 DJ40

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板の再結合ライフタイムを測
    定する前に行う前処理方法において、 複数のシリコン基板を保持具に棚状に保持して縦型の熱
    処理炉内に搬入する工程と、 前記熱処理炉内を酸素雰囲気下で９５０℃〜１０５０℃
    に加熱してシリコン基板に酸化膜を形成する工程と、 その後前記熱処理炉内を不活性ガス雰囲気下で降温する
    工程と、 前記熱処理炉内が６００℃〜７００℃の範囲の中の所定
    の温度になったときに前記保持具を熱処理炉から搬出す
    る工程と、 少なくとも前記保持具を熱処理炉から搬出するときには
    熱処理炉内に酸素ガスを供給する工程と、を含むことを
    特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前
    処理方法。
  2. 【請求項２】 酸素ガスを供給するタイミングは、熱処
    理炉の降温が終了した後、熱処理炉を開放する前である
    ことを特徴とする請求項１記載のシリコン基板の再結合
    ライフタイム測定の前処理方法。
  3. 【請求項３】 熱処理炉の開放は、熱処理炉内の不活性
    ガスが酸素ガスにより置換された後に行われることを特
    徴とする請求項１または２記載のシリコン基板の再結合
    ライフタイム測定の前処理方法。
  4. 【請求項４】 酸素ガスを供給するタイミングは、熱処
    理炉の開放直後である請求項１記載のシリコン基板の再
    結合ライフタイム測定の前処理方法。
  5. 【請求項５】 シリコン基板は、１２インチサイズ以上
    の大きさのウエハであることを特徴とする請求項１、
    ２、３または４記載のシリコン基板の再結合ライフタイ
    ム測定の前処理方法。
  6. 【請求項６】 シリコン基板の再結合ライフタイムを測
    定する前に行う前処理方法において、 複数のシリコン基板を保持具に棚状に保持して縦型の熱
    処理炉内に搬入する工程と、 前記熱処理炉内を酸素雰囲気下で９５０℃〜１０５０℃
    に加熱してシリコン基板に酸化膜を形成する工程と、 その後前記熱処理炉内が８００℃以上の所定の温度にな
    ったときに前記保持具を熱処理炉から搬出する工程と、
    を含み、 酸化膜を形成した後、保持具を熱処理炉内から搬出する
    までの間は熱処理炉内を不活性ガス雰囲気とすることを
    特徴とするシリコン基板の再結合ライフタイム測定の前
    処理方法。
  7. 【請求項７】 シリコン基板は、８インチサイズ以下の
    大きさのウエハであることを特徴とする請求項６記載の
    シリコン基板の再結合ライフタイム測定の前処理方法。
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