JP2000277526A

JP2000277526A - 半導体製造装置及びそれを用いた半導体部材の製造方法

Info

Publication number: JP2000277526A
Application number: JP11080108A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ito; 正孝伊藤; Nobuhiko Sato; 信彦佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造装置及び高温処理方法の問題点
は、雰囲気ガス中の意図しない制御困難な水分及び酸素
が混入し、成膜された膜の品質を劣化させることであ
る。【解決手段】表面にシリコンを有する半導体基板を、
水素を含む還元性雰囲気ガス中で熱処理する半導体製造
装置であって、半導体基板と水素を含む還元性雰囲気ガ
スを導入するためのガス導入口との間に、水素を含む還
元性雰囲気ガス中に含まれる水分及び／又は酸素を除去
する、半導体基板とは別の除去材を有することを特徴と
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、集積回路等の電子
デバイスの製作に用いられる半導体基板の雰囲気ガス中
での高温処理に適用され、特に絶縁物上に単結晶シリコ
ン層を有する半導体基板（ＳＯＩ基板：Silicon On Ins
ulator）に用いるのに好適な半導体製造装置、及びこの
半導体製造装置を用いて半導体部材を製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部材の製造工程においては、半導
体ウエハを雰囲気ガス中で高温処理する工程が広く用い
られている。

【０００３】例えば、ＣＺ法で形成された半導体結晶中
には、欠陥の一要因となる酸素等が高濃度に含まれてい
るため、欠陥層が存在するが、半導体ウエハを高温で熱
処理することで酸素等を熱拡散により外部に放出させ、
半導体ウエハに無欠陥層を形成することが行われてい
る。

【０００４】しかしながら、1000℃に近い、あるいはそ
れ以上の高温の熱処理であるため、熱処理雰囲気中に微
量な水分や酸素が存在すると、被処理基板（例えば、シ
リコン基板）と水分や酸素が反応し、局所的にエッチン
グされる場合がある。

【０００５】これは高温熱処理中に、シリコン基板と水
及び酸素間で下記に代表される反応（１）、（２）が起
こることによるものである。

【０００６】Ｓｉ＋Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂＋ＳｉＯ …（１）２Ｓｉ＋Ｏ₂→ ２ＳｉＯ …（２）反応生成物のＳｉＯの蒸気圧は高く、雰囲気ガスと共に
運び去られ、結果として被処理物のシリコン基板は局所
的にエッチングされることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような、熱処理雰
囲気中に含まれる微量な酸素や水分によるシリコン基板
のエッチングを防止する方法が、特開平5−114596号公
報に開示されている。

【０００８】特開平5−114596号公報においては、アル
ゴン等の不活性ガスによる熱処理に際し、上式（１）、
（２）の右辺におけるシリコン酸化物（ＳｉＯ）をあら
かじめ熱処理雰囲気中に添加しておくことで、上記反応
の抑制を図り、Ｓｉウエハのエッチングを抑制しようと
するものである。

【０００９】その添加方法として、図６に示すように、
雰囲気ガス導入口にシリコン粒１１と石英粒１２を混合
させたシリコン酸化物蒸気発生源１３を設けることが開
示されている。

【００１０】しかしながら、上記公報記載の方法は、熱
処理雰囲気ガスが不活性ガスである場合には、エッチン
グ抑制の効果が期待できるものの、導入ガスに水素を含
む場合には、前述のシリコン酸化物蒸気発生源内におけ
る石英粒（ＳｉＯ₂）と水素が式（３）に示すような反
応を起こし水蒸気を発生させるため、結果として被処理
基板のシリコンはエッチングされるという問題があっ
た。

【００１１】Ｈ₂＋ＳｉＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＳｉＯ …（３）また、上記公報記載の方法にかかわらず、水素を含む雰
囲気で熱処理する場合に、熱処理炉内のガス導入管に石
英が用いられていると、導入管自体がシリコン酸化物発
生源として機能するため、ある程度シリコンのエッチン
グは抑えられるものの、やはり式（３）に示す反応によ
り水蒸気が発生してしまい、結果として被処理基板がエ
ッチングされるという問題があった。

【００１２】さらにまた、熱処理炉内部に石英等が存在
しない場合においても、水素を含む雰囲気で熱処理する
に際して、雰囲気ガス中に含まれる微量の水分、酸素に
よる被処理基板のエッチングを防止する方法が望まれて
いた。

【００１３】特に、被処理基板が、絶縁層上に単結晶シ
リコン薄膜を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基
板である場合には、ＳＯＩ層の厚さが数百nm、又はそれ
以下と薄いため、通常のシリコン基板（ポリッシュウエ
ハ、厚さは600μm以上）では問題にならないわずかなエ
ッチング量（10nm程度）であっても、このエッチングに
よるＳＯＩ層の膜厚減少、膜厚むらは、ＳＯＩ層に形成
される電子デバイスの特性に影響を与える場合がある。

【００１４】本発明の解決しようとする第１の課題は、
雰囲気ガス中に含まれる酸素、水分を除去し、熱処理に
よるシリコン基板（シリコン薄膜）のエッチングを防止
する熱処理方法、当該方法を実施する半導体製造装置、
及びそれを用いた半導体部材の製造方法を提供すること
にある。

【００１５】本発明の解決しようとする第２の課題は、
水素を含む還元性雰囲気ガスと熱処理室内の部材の構成
材料である石英とが反応して生じる水蒸気によるＳＯＩ
層のエッチング量を低減すると共に、膜厚の減少、及び
膜厚の不均一化を防止する熱処理方法、当該方法を実施
する半導体製造装置、及びそれを用いた半導体部材の製
造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
は、処理室内に配置された表面にシリコンを有する半導
体基板を、水素を含む還元性雰囲気ガス中で熱処理する
半導体製造装置において、被処理基板と前記処理室内に
導入されるガスのガス導入口との間に、雰囲気ガス中に
含まれる水分及び／又は酸素を除去する被処理基板とは
別の除去材を有することを特徴としている。

【００１７】また、本発明の半導体製造装置は、処理室
内に配置された表面にシリコンを有する半導体材料を、
水素を含む還元性雰囲気ガス中で熱処理する半導体製造
装置において、被処理基板と前記処理室内に導入される
ガスのガス導入口との間に、該ガス導入口側から、石英
を含む材料により構成される部材、及び雰囲気ガス中に
含まれる水分及び／又は酸素を除去する除去材をこの順
に有することを特徴としている。

【００１８】また、本発明は、処理室内に配置された表
面にシリコンを有する半導体材料を、水素を含む雰囲気
ガス中で熱処理する方法において、ガスの流れの上流側
に石英を含む材料により構成される部材を配置し、該部
材よりもガスの流れの下流側に水分及び／又は酸素を除
去する除去材が配置して熱処理することを特徴としてい
る。

【００１９】本発明では、雰囲気ガス中に含まれる水分
及び／又は酸素と除去材との間に化学反応を生じさせ、
水分及び／又は酸素を別の物質に変化させ、被処理基板
のエッチングを抑制あるいは制御することができる。本
発明における「除去」とは、還元性雰囲気ガスに含まれ
る水分等を完全に除去する場合はもちろん、雰囲気ガス
中の水分等を低減させることをも含むものである。

【００２０】また、雰囲気ガスと処理室内の石英とが反
応（あるいは雰囲気ガスが石英で構成される材料に接
触）し、前記雰囲気ガス中に水分が混入した場合であっ
ても、該雰囲気ガスを除去材と反応させることにより被
処理基板のエッチングを抑制あるいは制御することがで
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態を図１に示す。

【００２２】１は炉心管であり、その内部には被処理基
板（ウエハ）２、被処理基板を保持するボート３及びボ
ートを支持するヒートバリア４が配置されている。７は
水素を含む雰囲気ガスを導入するための導入口であり、
導入口７から、石英材料により形成される導入管８が配
置されている。

【００２３】符号１３は、ボート３の天板上に配置され
た水分及び／又は酸素を除去する除去材である。

【００２４】半導体製造装置を上述のように構成するこ
とで、除去材により炉内に導入されるガス中に含まれる
水分、酸素を除去することができるので、被処理基板の
水分等によるエッチング、特に被処理基板がＳＯＩ基板
である場合には、膜厚減少や膜厚むらを低減することが
できる。

【００２５】なお、水素を含む雰囲気ガス中の水分又は
酸素は、除去材１３（シリコン）との間で、次のような
化学反応を起こす。

【００２６】２Ｈ₂Ｏ＋Ｓｉ → ２Ｈ₂＋ＳｉＯ₂ …（４）Ｏ₂＋Ｓｉ → ＳｉＯ₂ …（５）また、除去材１３にカーボンを用いた場合には次の化学
反応を起こす。

【００２７】２Ｈ₂Ｏ＋Ｃ → ２Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（６）Ｏ₂＋Ｃ → ＣＯ₂ …（７）これらの化学反応により、雰囲気ガス中の水分又は酸素
は除去され、被処理基板には到達しないので、雰囲気ガ
ス中の水分及び酸素に起因するシリコンのエッチングが
防止される。

【００２８】除去材１３としては、平板上の高純度シリ
コン部材を用いることができ、単結晶シリコン基板、特
に不純物濃度の低いｐ‐基板やｎ‐基板、あるいは不純
物ドープが行われていないシリコン基板を用いることも
好ましいものである。多結晶シリコン基板、非晶質シリ
コン基板も用いることができる。

【００２９】また、除去材１３として多孔質シリコン部
材を用いることもできる。この場合、表面積が大きくな
るために一層の除去効果を得ることができる。また、ボ
ート３の上表面に高純度なポリシリコンのコーティング
層を形成したものを除去材として用いることができる。

【００３０】除去材１３には、シリコン材料以外にも、
例えばカーボンコーティング又はカーボン部材を用いる
ことができる。

【００３１】図１においては、除去材１３はボート３の
上面にのみ配置されているが、これに限定されるもので
はなく、被処理基板２と前記処理室１４内に導入される
ガス導入口７との間に除去材が配置されていれば良い。
特に、炉内でのガスの吹き出し口（導入管の先端部１
２）と除去材１３との間にガスの流れを遮るものがない
ことも好ましいものである。

【００３２】また、ボートの上表面のサイズよりも大き
な除去材をおくことも好ましいものである。

【００３３】さらに、ボート３の他の一部分又は全部の
表面にポリシリコン等を除去材としてコーティングする
こともできる。

【００３４】炉心管１、ボート３、ヒートバリア４、導
入管８の全部又は一部について、少なくとも雰囲気ガス
が接する表面（内表面を含む）の全体若しくは一部をシ
リコン又はカーボンで形成しても良い。

【００３５】導入管８の先端部１２は、処理室１４内に
導入された雰囲気ガスを除去材１３に向かって吹き付け
て、雰囲気ガスが効率よく除去材と接触するように、図
１においては、除去材１３に向かって湾曲しているが、
これに限定されるものではなく、除去材としての効果が
あれば逆方向に湾曲させることも可能である。

【００３６】導入管８の構成材料としては、水素ガスと
の反応により水蒸気を生成することのないＳｉＣにより
形成することもまた好ましいものである。熱処理におけ
る水素を含む雰囲気ガスとしては、100％の水素ガス
や、水素とアルゴン等の不活性ガスを含む混合ガスを用
いることができる。また、水素精製器を通して比較的高
純度の水素ガスを導入することも好ましいものである。

【００３７】また、水素を含む還元性雰囲気ガスによる
熱処理（水素アニール）の際のガスの流量は、表面平坦
化、不純物の外方拡散等の水素アニール処理による効果
を勘案し、毎分５リットルから20リットル程度の流量条
件で実施することができる。

【００３８】水素アニールの際の温度は、その温度の下
限は概ね300℃以上より好ましくは500℃以上、さらに好
ましくは900℃以上である。特に900℃以上1200℃以下で
行なうことが好ましい。上限はシリコンの融点以下であ
るが、1200℃以上シリコンの融点以下の温度で熱処理す
ると熱処理時間を短縮できるという場合がある。

【００３９】また、水素アニールに要する時間は、必要
な特性に応じて適宜選択されるものであるため特に制限
はないが、数秒ないし１分から10時間程度が現実的な範
囲である。

【００４０】水素アニールの際のガスの圧力は、加圧、
大気圧、減圧のいずれの雰囲気でも構わないが、大気圧
若しくは大気圧（１×１０⁵Ｐａ）以下、１×１０⁴Ｐａ
以上で行なうことが好適である。また大気圧に対して−
100mmH₂O程度の微減圧下で行なうこともより好適であ
る。

【００４１】ボート３には、ＣＶＤ成膜技術により表面
に不純物が極めて少ないコーティング層を形成した炭化
珪素により形成されているボートを用いるのが好まし
い。ヒートバリア４には、発泡石英等の耐熱材料を用い
ることができる。

【００４２】ヒーター１０は、抵抗加熱器、ランプ加熱
器、高周波加熱器等を用いることができる。枚葉式の熱
処理炉の場合は、短時間に熱処理を行なうために、ハロ
ゲンランプ等を用いたＲＴＡによることも好ましいもの
である。

【００４３】導入口７から導入された雰囲気ガスは、導
入管８を経る際に加熱され、高温になっている。例え
ば、被処理基板２を1100℃で熱処理する場合には、ボー
ト３の上部は通常1000℃以上の高温に加熱されている。
さらに、ヒーター１０の一部を独立に制御して、除去材
１３（シリコン）の温度を制御するための別の加熱手段
を設けても良い。

【００４４】なお、本発明にいう熱処理とは、アニール
処理、成膜処理、エッチング処理等を含むものである。

【００４５】被処理基板は、表面にシリコンを有する基
板であれば特に限定されるものではないが、ＳＯＩ基板
が好適である。ＳＯＩ基板は、シリコン基板に酸素をイ
オン注入した後、1300℃を超える高温で熱処理すること
で、埋込酸化膜シリコン膜を形成する酸素打ち込み法
（SIMOX：Separated by Implanted Oxygen）やウエハ貼
り合わせ法により作製されたものを用いることができ
る。

【００４６】貼り合わせ法としては、特許2608351号公
報に記載されている多孔質層上の単結晶層を別の基板上
に移設する方法（「ELTRAN（登録商標）」とも呼称され
る。T. Yonehara, K. Sakaguchi, N. Sato, Appl. Phy
s. Lett. 64（1994）, p.2108）や、特開平5-211128号
公報記載のように、表面に酸化膜を有するシリコン基板
に水素を基板全面にイオン注入し、他の基板に貼り合わ
せた後、熱処理によりイオン注入層で分離し、ＳＯＩ基
板を形成するという方法もある。もちろんこれらの方法
に限定されることなく他の方法により作製されるＳＯＩ
基板であっても構わない。

【００４７】本実施形態で説明した事項は、後述の実施
形態においても適用できることはもちろんである。

【００４８】（第２の実施の形態）第２の実施の形態を
図２に示す。

【００４９】図１と同じ構成要素には同じ符号を付して
説明を省略する。

【００５０】本実施の形態は、内管搭載部２２によって
支持された内管２１を有する。内管２１には石英又は炭
化ケイ素等の耐熱性の高い材料が用いられるのが好適で
ある。内管搭載部は矢符２３の方向に移動し、内管２１
の脱着を可能とする。内管２１の内表面には除去材２８
が配置されている。除去材２８は、内管２１の内面にポ
リシリコンのコーティング層として形成するのが好適で
ある。また、内管２１の上部には除去材２６が配置され
ている。除去材２６にはガス流路２７が形成されてい
る。除去材２６としては板状のシリコン部材にガス流路
２７を穿孔したものが用いられる。

【００５１】導入管３０から導入された雰囲気ガスは内
管２１上部に導入され、除去材２６に形成されたガス流
路２７を経て処理室１４に達する。この際、雰囲気ガス
は除去材２６の表面に接し、式（４），（５）の化学反
応が生じ、雰囲気ガス中の水分及び酸素が除去される。
また、雰囲気ガスは内管２１内において内管２１の内面
に形成された除去材２８に接触し、式（４），（５）の
化学反応が生じ、雰囲気ガス中の水分及び酸素が除去さ
れる。

【００５２】本実施の形態においては雰囲気ガスが除去
材２６のガス流路２７を通過するように形成されている
ので、雰囲気ガスと除去材２６が接触しやすく、高い除
去効果が得られる。

【００５３】また、本実施の形態においては、処理室１
４の一部を形成する内管２１の内表面が除去材２８で構
成されているため、雰囲気ガスと除去材２８の接触面積
がより大きく、そのために一層の除去効果が得られる。
さらに、本実施の形態においては、処理室１４の一部を
形成する内管２１の内表面が除去材２８で構成されてい
るため、処理室１４の内部において水分又は酸素が発生
する場合においても、それらを除去する効果が得られ
る。

【００５４】本実施の形態では除去材２６，２８にシリ
コンを用いたが、これに限らず、処理温度において水分
及び酸素を除去する効果を有する物質を広く用いること
ができる。

【００５５】また、本実施の形態では除去材２８が内管
２１の内面にポリシリコンのコーティング層として形成
された例を示したが、これに限らず、内管２１全体がシ
リコン又はカーボンで形成されている場合にも同様の効
果を奏する。

【００５６】また、除去材の配置はこれに限るわけでは
なく、例えば除去材２６の上部の空間に粒状の除去材を
充填することによって、さらに高い除去効果が得られ
る。

【００５７】さらに、本実施の形態においてはバッチタ
イプの縦型熱処理炉について述べたが、横型炉であって
も良い。

【００５８】また、枚葉式の半導体製造装置であっても
同様の効果が得られる。

【００５９】さらに、本実施の形態では高温アニール装
置について述べたが、高温成膜装置、高温エッチング装
置等であっも同様な効果が得られる。

【００６０】（第３の実施の形態）第３の実施の形態を
図３に示す。

【００６１】図２と同じ構成要素には同じ符号を付して
説明を省略する。

【００６２】２１は高温環境で化学的に安定な耐熱材料
によって形成された下部開口の有底円筒形の内管であ
り、頂部に開口部４２を有する。内管２１には表面にＣ
ＶＤコーティング膜を施した炭化ケイ素を用いるのが好
適である。

【００６３】内管２１は内管搭載部２２によって支持さ
れている。

【００６４】５６はヒートバリアであり、耐熱性が高
く、断熱性の高い発泡石英材料を用いるのが好適であ
る。ヒートバリア５６の表面は除去材５７によって覆わ
れている。除去材５７にはポリシリコンのコーティング
層を用いるのが好適である。ヒートバリア５６はヒータ
ー１０によって直接加熱される領域の外部にあるもの
の、ヒーター１０の間接的な影響により例えば処理温度
が1000℃の場合にはヒートバリア上部は500℃程度の温
度に加熱される。

【００６５】５８は除去材であり、ウェハ２を収納する
ボート３の下部に配置されている。除去材５８として
は、円板状のカーボン部材を用いるのが適当である。

【００６６】通常、被熱処理物であるウェハ２は、均熱
領域といわれる温度が正確に制御された領域に配置され
るが、除去材５８は好ましくは、均熱領域内への配置だ
が、均熱領域外に配置されても良い。

【００６７】高温処理時において、雰囲気ガスとして、
例えば水素ガスが導入口４１から内管２１の内部に導入
される。水素ガスはヒートバリア５６と内管２１の間隙
部を上方に移動する。この際、水素ガス中の水分及び酸
素は除去材５７と次の化学反応を生じる。

【００６８】２Ｈ₂Ｏ＋Ｓｉ → ２Ｈ₂＋ＳｉＯ₂ … （８）Ｏ₂＋Ｓｉ → ＳｉＯ₂ … （９）この結果、水分及び酸素は水素ガス中から除去される。

【００６９】次いで、水素ガスは処理室１４に到達し、
まず、除去材５８に接触する。除去材５７によって除去
しきれなかった水分及び酸素と除去材５８の間で次の化
学反応が生じる。

【００７０】２Ｈ₂Ｏ＋Ｃ → ２Ｈ₂＋ＣＯ₂ … （１０）Ｏ₂＋Ｃ → ＣＯ₂ … （１１）この結果、ウェハ２に対しては、より一層水分及び酸素
濃度の低い水素ガスが供給され、これらに起因するウェ
ハのエッチング現象が防止もしくは抑制される。

【００７１】また、内管２１は高温下でも化学的に安定
な炭化ケイ素で形成されているため、内管２１の内壁面
での水分及び酸素の生成が起こらないので、処理室１４
内の水分及び酸素濃度は上昇しない。

【００７２】処理室１４中の水素ガスは開口部４２から
内管２１と炉心管１の間隙部を経て排出口９から排出さ
れる。ここで、水素ガスと炉心管１の石英材料が化学反
応を起こして微量の水分及び酸素が生ずる場合がある
が、これらは水素ガスと共に排出口９から排出されるの
で、ウェハ２に対して影響を及ぼすことはない。

【００７３】本発明においては、高温処理の処理温度は
何ら限定されるものではないが、概ね1000℃以上におい
て水素雰囲気中でのウェハ２のエッチング現象の進行が
著しくなるため、この温度範囲において特に効果が大き
い。

【００７４】高温処理を繰り返して実施した後に除去材
５７の表面がＳｉＯ₂によって覆われて除去効率が低下
した場合には、ヒートバリア５６を取り出して、希フッ
酸等で洗浄すると良い。

【００７５】本実施の形態においては、除去材５８のボ
ート３の下部に配置したが、雰囲気ガスが処理室内を下
方に流れる構成の場合には、ウェハ２に対して雰囲気ガ
スの上流にあたるボート３の上部に除去材５８を配置す
るのが好ましい。

【００７６】本実施の形態においては、除去材５７，５
８にポリシリコンのコーティング層及びカーボン部材を
用いた例を示したが、何らこれに限定されるものではな
く、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコン
を含む化合物でも良い。

【００７７】また、カーボン部材はグラファイト、ダイ
ヤモンド、無定形炭素等の炭素の同素体のいずれでも良
く、さらには、炭素を含む化合物や、その他の水分・酸
素に対して除去能力を有する物質を用いた場合であって
も本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００７８】（第４の実施の形態）図４に第４の実施の
形態を示す。

【００７９】図３と同じ構成要素には同じ符号を付して
説明を省略する。

【００８０】４３は雰囲気ガスを導入する導入管、４４
は除去材４５が内部に充填された除去室、３０は除去室
４４からの雰囲気ガスを炉心管１に導入する導入管であ
り、いずれも、ＣＶＤコーティングを施した炭化ケイ素
で形成するのが望ましい。１はＣＶＤコーティングを施
した炭化ケイ素からなる炉心管である。４７はＣＶＤコ
ーティングを施した炭化ケイ素からなる隔壁であり、ガ
ス流路２７を有する。炉心管１の内部は、隔壁４７によ
って処理室１４と混合室４２に分離されている。４６は
ヒーターであり、除去室４４の内部を、例えば800℃程
度に加熱する。

【００８１】導入管４３から供給された雰囲気ガスは、
除去室４４内の除去材４５の作用によってあらかじめ水
分及び酸素が除去されてから導入管３０を経て混合室４
８に供給される。

【００８２】４９は添加ガス発生手段であり、例えば水
分（水蒸気）を発生する。添加ガス発生手段４９は、キ
ャリアガス（例えば水素ガス）に一定濃度の水分を添加
するための温度制御されたバブラーと、このキャリアガ
スの流量を制御するためのマスフローコントローラーを
含むものが用いられる。

【００８３】添加ガス発生手段４９から供給された添加
ガスは、導入管５０を経て、混合室４８に導入され、雰
囲気ガスと混合され、ガス流路２７から処理室１４へ導
入される。この時、添加ガス発生手段４９から供給する
添加ガスの濃度と流量を制御することで、処理室１４へ
供給される微量な添加ガスの濃度をコントロールするこ
とができる。また、導入管５０の少なくともヒーター１
０に加熱される部分はＣＶＤコーティングを施した炭化
ケイ素から形成されるのが望ましい。

【００８４】具体例を挙げて説明すると、導入管３０か
らは雰囲気ガスとして実質的に水分を含まない水素ガス
が10リットル／分だけ供給されるものとする。また、添
加ガス発生手段４９からは、水分を１％含んだ水素ガス
が0.01リットル／分だけ供給されるものとする。これら
が混合室４８で混合される結果、処理室１４には約10ｐ
ｐｍの微量水分を含んだ水素ガスが供給される。

【００８５】ここで、添加ガス流量の雰囲気ガス流量に
対する割合をなるべく小さくすることで、微量な添加ガ
ス（水分）の濃度を安定して制御することが容易にな
る。

【００８６】また、除去室４４、導入管３０、炉心管
１、隔壁４７、導入管４９、ボート３の部材をそれぞれ
ＣＶＤコーティングを施した炭化ケイ素によって形成す
ることで、これらの部材と雰囲気ガスとの反応による意
図しない水分の発生を防止することが可能となる。

【００８７】このようにして、処理室１４中のウェハ２
に対しては、雰囲気ガスの当初の水分含有率にかかわら
ず、制御された一定の水分濃度を含んだ雰囲気ガスが供
給されるので、ウェハ２はＨ₂Ｏ＋Ｓｉ → Ｈ₂＋ＳｉＯ … （１２）の反応により、エッチングされる。この反応は水分濃
度、処理温度、処理時間を制御することによって制御可
能であり、所望のエッチング量を得ることが可能とな
る。

【００８８】（第５の実施の形態）図５に第５の実施の
形態を示す。

【００８９】１から１４は第４の実施の形態と共通であ
る。

【００９０】５１は貫通穴を有した第１のの隔壁であ
り、上部に石英粒５３とシリコン粒５４が充填されてお
り、シリコン酸化物蒸気発生源を構成している。５２は
貫通孔を有した第２の隔壁であり、上部にシリコン粒５
４が充填されている。

【００９１】水素ガスは、導入口７から第１の隔壁５１
の上部の石英粒５３とシリコン粒５４に接触する。水素
ガスには、石英粒５３とシリコン粒５４との反応により
生じるシリコン酸化物（ＳｉＯ₂）が添加されると共
に、水素ガスと石英粒５３が接触して生じる水分が混入
する。これらのガスは隔壁５１の貫通孔を通過し、隔壁
５４上部に充填されたシリコン粒５４と接触する。この
際、ガス中の水分はシリコン粒５４と反応し除去される
ので、隔壁５２の貫通孔を経て処理室１４に供給される
雰囲気ガスには水分は含まれない。よって雰囲気ガス中
に含まれる水分に起因したウェハ２のエッチング現象が
防止される。

【００９２】以上述べた複数の実施の形態において、本
発明は被処理物である半導体材料が、絶縁物上のシリコ
ン層を有するＳＯＩ基板の場合に特段の効果を奏する
が、その理由を以下に示す。ＳＯＩ基板において意図し
ないシリコンのエッチング現象が発生すると、ＳＯＩ層
の膜厚減少と共に膜厚のばらつきを引き起こす。ＳＯＩ
層膜厚の減少とばらつきは、ここに形成される電子デバ
イス、特に完全空乏型のＦＥＴ（電界効果型トランジス
タ）の特性の均一性の劣化原因となる。しかるに、本発
明によれば雰囲気ガス中の水分及び酸素を制御してシリ
コンのエッチングをコントロールすることができるの
で、かかる不具合の発生を防止することができる。

【００９３】本発明は、被処理物である半導体材料が、
絶縁物上のシリコン層を有するＳＯＩ基板であり、前記
シリコン層の厚さが300nm以下の場合に特段の効果を奏
する。その理由を以下に示す。例えば、従来の技術を用
いてＳＯＩ基板による水素ガス100％の雰囲気中で1100
℃以上の温度で高温アニール処理を施すと、処理条件に
より異なるものの、例えば10nm程度のエッチングが生じ
る場合がある。前記シリコン層の厚さが300nm以下のＳ
ＯＩ基板は、多くの場合そのまま、あるいは犠牲酸化法
等によってさらに薄膜化してＦＥＴ等の電子デバイスの
製造に供される。その際、前述のエッチングにより生じ
た膜厚の減少やばらつきのために所望の電子デバイス特
性が得られなくなる恐れが生じる。しかるに本発明によ
れば雰囲気ガス中の水分及び酸素を制御してシリコンの
エッチングをコントロールすることができるので、かか
る不具合の発生を防止することができる。

【００９４】本発明は、被処理物である半導体材料が、
第１のシリコン単結晶基板の主面に多孔質層構造を形成
する工程と、前記多孔質構造上に単結晶シリコン層を形
成する工程と、前記単結晶シリコン層の表面に熱酸化膜
を形成する工程と、前記第１のシリコン単結晶基板の主
面と第２の基板の表面とを貼り合わせる工程と、前記多
孔質層を除去して前記単結晶シリコン層を表出させる工
程を含む方法により製作されたＳＯＩ基板である場合に
特段の効果を有する。その理由を以下に示す。前記方法
は「ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）」と称される製造方法で
ある。

【００９５】また本発明は、ＳＩＯ基板が、シリコン基
板上に多孔質層を介して非多孔質単結晶シリコン層を有
する第１の基板を用意する工程、該ｄ１の基板を絶縁層
を介して第２の基板と貼り合わせ、多層構造体を形成す
る工程、該多層構造体を該多孔質層で分離あるいは該多
層構造体から該多孔質層を除去する工程を含む工程によ
り作製された基板である場合にも特段の効果を有する。

【００９６】この方法は、日経マイクロデバイス１９９
８年１１月号７４頁から７５頁にかけての記載によれ
ば、例えば２５nmの厚さの極めて薄いＳＯＩ層が形成可
能であり、このような超薄膜のＳＯＩ層においてエッチ
ング現象が生じると、当初の膜厚に対するエッチング量
の割合が極めて大きいため、前述した品質劣化の度合い
は極めて大きいものとなる。しかるに、本発明を適用す
ることにより、このようなＳＯＩ基板に対しても品質の
劣化を伴わない高温処理が可能となる。

【００９７】同様な理由から、本発明は同じく日経マイ
クロデバイス１９９８年１１月号７４頁から７５頁にか
けての記載により50nmの厚さのＳＯＩの生産が可能とさ
れる「ＳＩＭＯＸ」、200nmの厚さのＳＯＩの生産が可
能とされる「Ｕｎｉｂｏｎｄ」とそれぞれ称されるＳＯ
Ｉ基板に適用した場合にも特段の効果を奏するものであ
る。

【００９８】

【実施例】（実施例１）図１に示した本発明の半導体製
造装置を用いて、ＳＯＩ基板を高温処理した際のＳＯＩ
層のエッチング量を、図１において除去材（シリコン）
を配置した場合と比較した。高温処理温度は1100℃、高
温処理時間は４時間、雰囲気ガスは水素ガスで、流量は
10ＳＬＭである。

【００９９】雰囲気ガスは導入口７から導入管８を経
て、炉心管１の上部から処理室１４に導入される。導入
された雰囲気ガスは炉心管１の内部を下方に流れて、排
出口９から排気される。これらの導入口７、導入管８及
び排出口９は、通常、石英材料によって炉心管１と一体
的に形成されている。

【０１００】１０はヒーターであり、通電することによ
り発熱し、ウェハ２を加熱することができる。

【０１０１】炉蓋５は、図示しないボートエレベータ機
構によって矢符１１の方向に移動することができる。ボ
ート３へのウェハ２の搭載作業は、ボート３が炉心管１
の外に出る位置まで炉蓋５が移動した状態で行われる。

【０１０２】次いで、図５の状態に炉蓋５が移動し、ボ
ート３が炉心管１内に挿入されると共に、炉蓋５がＯリ
ング６を介して炉心管１の開口部を気密封止する。

【０１０３】導入口７から雰囲気ガスを導入して炉心管
１の内部を雰囲気ガスに置換すると共に、ヒーター１０
に通電してウェハ２を所定の温度（例えば1200℃）まで
加熱することで高温処理が行われる。

【０１０４】所定の時間（例えば１時間）の経過後、ヒ
ーター１０への通電を停止してウェハ２を所定の温度ま
で冷却すると共に、導入口７から窒素ガス等の不活性な
ガスを導入して炉心管１内部の雰囲気ガスを排気する。
しかる後に炉蓋５を移動し、炉心管１の外部でボート３
上のウェハ２を取り出す。

【０１０５】結果を表１に示す。

【０１０６】

【表１】

【０１０７】この結果から、本発明によりＳＯＩ層のエ
ッチング量を従来の40％程度に減少することができる効
果が確認され、より高品質なＳＯＩ基板の製造が可能と
なった。また、複数のウェハを同時に熱処理した場合に
も、ウェハ間のエッチングのばらつきは、２ｍｍ程度で
あった。この効果は、製造方法の異なるＳＯＩ基板にお
いても同様であった。

【０１０８】図１に示す装置においては、処理室１４の
上部から水素ガスを処理室１４内に導入するので、（例
えば窒素ガスに比べて）非常に軽い水素ガスを処理室内
のガスと置換する際に置換効率が上がる。

【０１０９】また、ガスの流れの下流域には、堆積物が
生成する場合があり、処理室１４内の下部から上部へガ
スを流すと、上部に堆積したパーティクル（ゴミ）が被
処理基板に落ちてくる場合がある。しかし、処理室内の
上部から下部へガスを流すことによりそのような堆積物
の付着も防止できる。

【０１１０】導入管８には、加工が容易な石英材料を用
いているので、図６に示すようにガス導入口を炉心管の
上部に設けることなく、ガス導入口７を炉心管１の下部
に配置したまま、導入管の先端は炉心管上部に設けるこ
とができる。炉心管（とくに、ヒーター１０）の下部で
あれば、上部ほど高温になることはないので、外部から
ガスを導入する部材と導入管８との接続（継ぎ手）等に
用いられるシール材の熱による損傷を防止することがで
きる。

【０１１１】また、縦型炉の構成上、炉心管１の上部
は、床面からの高さが例えば３ｍ程度に達する場合があ
り、このような高所に導入口７を配置すると、日常の点
検や、炉心管１の脱着時の作業に不便であるが、導入口
を炉心管の下部に配置することでメンテナンス性も向上
する。なお、水素ガスを含まない雰囲気での熱処理を行
なうと、雰囲気ガス中に含まれる水分や酸素と除去材で
あるシリコンとが反応し、除去材表面が二酸化シリコン
で被覆され除去材としての効果が低減する場合がある
が、本発明においては、雰囲気ガスに水素ガスを用いる
ので、表面の二酸化シリコンは容易に除去され、除去材
としての効果を継続して得ることができる。

【０１１２】

【発明の効果】本発明では、雰囲気ガス中の微量の水分
及び酸素を除去することができるので、高温処理中の半
導体材料のエッチング量を制御可能な半導体製造装置及
び半導体部材の製造方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体製造装置の
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置の
断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の半導体製造装置の
断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の半導体製造装置の
断面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態の半導体製造装置の
断面図である。

【図６】従来技術による半導体製造装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１炉心管２ウェハ３ボート４ヒートバリア５炉蓋６Ｏリング７導入口８導入管９排出口１０ヒーター１２先端部１３除去材１４処理室２１内管２２内管搭載部２４，２５Ｏリング２６，２８除去材２７ガス流路３０，４３，５０導入管４１導入口４２開口部４４除去室４５除去材４７隔壁４８混合室５６ヒートバリア５７，５８除去材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にシリコンを有する半導体基板を、
水素を含む還元性雰囲気ガス中で熱処理する半導体製造
装置であって、該半導体基板と該水素を含む還元性雰囲
気ガスを導入するためのガス導入口との間に、該水素を
含む還元性雰囲気ガス中に含まれる水分及び／又は酸素
を除去する該半導体基板とは別の除去材を有することを
特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】表面にシリコンを有する半導体基板を、
水素を含む還元性雰囲気ガス中で熱処理する半導体製造
装置であって、該半導体基板と熱処理室内に該水素を含
む還元性雰囲気ガスを導入するためのガス導入口との間
に、該ガス導入口側から、石英を含む材料により構成さ
れる部材、及び該水素を含む雰囲気ガス中に含まれる水
分及び／又は酸素を除去する該半導体基板とは別の除去
材をこの順に有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】該除去材が、シリコンである請求項１あ
るいは２記載の半導体製造装置。
【請求項４】該除去材が、カーボン部材により構成さ
れている請求項１あるいは２記載の半導体製造装置。
【請求項５】該除去材が、前記半導体基板を支持する
部材の上に配置されている請求項１あるいは２記載の半
導体製造装置。
【請求項６】前記石英を含む材料により構成される部
材が、石英により形成された雰囲気ガス導入管である請
求項２記載の半導体製造装置。
【請求項７】該ガス導入管先端部と該除去材との間
に、ガスの流れを遮るものがないことを特徴とする請求
項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】該熱処理室内にガスを添加するガス添加
手段を有することを特徴とする請求項１あるいは２記載
の半導体製造装置。
【請求項９】該ガス添加手段により添加されるガスの
量が前記水素を含む雰囲気ガスの流量よりも少ないこと
を特徴とする請求項８記載の半導体製造装置。
【請求項１０】該添加されるガスが、水又は酸素を含
むことを特徴とする請求項８記載の半導体製造装置。
【請求項１１】前記水素を含む雰囲気ガスが、100％
水素ガス、あるいは、水素ガスと不活性ガスの混合ガス
である請求項１あるいは２記載の半導体製造装置。
【請求項１２】前記熱処理が、900℃以上シリコンの
融点以下で行われる請求項１あるいは２記載の半導体製
造装置。
【請求項１３】請求項１から１２のいずれかに記載の
半導体製造装置を用いて、半導体基板を熱処理する工程
を含むことを特徴とする半導体部材の製造方法。
【請求項１４】該半導体基板が、絶縁層上に単結晶シ
リコン層を有するＳＯＩ基板である請求項１３記載の半
導体部材の製造方法。
【請求項１５】該ＳＯＩ基板が、シリコン基板上に多孔質層を介して非多孔質単結晶シリ
コン層を有する第１の基板を用意する工程、該第１の基板を絶縁層を介して第２の基板と貼り合わ
せ、多層構造体を形成する工程、該多層構造体を該多孔質層で分離あるいは該多層構造体
から該多孔質層を除去する工程を含む工程により作製さ
れた基板である請求項１４記載の半導体部材の製造方
法。
【請求項１６】該ＳＯＩ基板が、希ガスないし水素をイオン注入した分離位置を規定する
層を内在させた第１のシリコン基材と第２のシリコン基
材とを絶縁層を介して貼り合わせた後、前記分離位置を
規定する層で分離することにより作製された基板である
請求項１４記載の半導体部材の製造方法。
【請求項１７】該ＳＯＩ基板が、単結晶シリコン基板に酸素をイオン注入し、高温で熱処
理することにより酸化シリコン層を形成することにより
作製された基板である請求項１４記載の半導体部材の製
造方法。
【請求項１８】処理室内に配置された表面にシリコン
を有する半導体材料を、水素を含む雰囲気ガス中で熱処
理する熱処理方法であって、処理室内に吹出すガスの流
れの上流側に石英を含む材料により構成される部材を配
置し、該部材よりもガスの流れの下流側に水分及び／又
は酸素を除去する除去材が配置されていることを特徴と
する熱処理方法。