JP2002324801A - 炉内のガスフローパターン認識方法 - Google Patents
炉内のガスフローパターン認識方法Info
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- JP2002324801A JP2002324801A JP2001129620A JP2001129620A JP2002324801A JP 2002324801 A JP2002324801 A JP 2002324801A JP 2001129620 A JP2001129620 A JP 2001129620A JP 2001129620 A JP2001129620 A JP 2001129620A JP 2002324801 A JP2002324801 A JP 2002324801A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱処理炉や反応炉といった炉内でのガスフロ
ーを容易に把握することを可能とする炉内のガスフロー
パターン認識方法を提供する。 【解決手段】 熱処理炉７内に配置したシリコンウェー
ハ２に対し、水素雰囲気中で熱処理を施し、この熱処理
後のシリコンウェーハ２の表面近傍におけるキャリア濃
度の面内分布を、ＳＰＶ法により測定する。この測定し
た面内分布（図３）に基づき、熱処理炉７内のガスフロ
ーパターンを認識する。この認識結果に基づき、熱処理
７内のガスフローパターンを制御する。
ーを容易に把握することを可能とする炉内のガスフロー
パターン認識方法を提供する。 【解決手段】 熱処理炉７内に配置したシリコンウェー
ハ２に対し、水素雰囲気中で熱処理を施し、この熱処理
後のシリコンウェーハ２の表面近傍におけるキャリア濃
度の面内分布を、ＳＰＶ法により測定する。この測定し
た面内分布（図３）に基づき、熱処理炉７内のガスフロ
ーパターンを認識する。この認識結果に基づき、熱処理
７内のガスフローパターンを制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば熱処理炉や
反応炉といった炉内のガスフローパターン認識方法に関
する。
反応炉といった炉内のガスフローパターン認識方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体単結晶基板に対し各種の熱処理を
行うための熱処理炉や、半導体単結晶基板上に気相エピ
タキシャル成長を行うための気相成長装置の反応炉とい
った炉内では、半導体単結晶基板上に所望の成分のガス
を供給するためのガスフローを形成することが一般的で
ある。このガスフローのパターン如何によっては、例え
ば熱処理による各種反応が均一に行われなかったり、半
導体単結晶基板上でエピタキシャル層が均一に形成され
なかったりする可能性があるため、炉内でのガスフロー
パターンは重要なパラメータであった。
行うための熱処理炉や、半導体単結晶基板上に気相エピ
タキシャル成長を行うための気相成長装置の反応炉とい
った炉内では、半導体単結晶基板上に所望の成分のガス
を供給するためのガスフローを形成することが一般的で
ある。このガスフローのパターン如何によっては、例え
ば熱処理による各種反応が均一に行われなかったり、半
導体単結晶基板上でエピタキシャル層が均一に形成され
なかったりする可能性があるため、炉内でのガスフロー
パターンは重要なパラメータであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、例えばシミュレーションに基づき熱処理炉や反応炉
内のガスフローパターンを推測するしかなく、ガスフロ
ーパターンを把握することが困難であった。このため、
炉の形状、ガス吹き出し口の位置、形状および口径、ボ
ートやサセプタの形状など、ガスフローパターンに関わ
る設計、あるいは、導入ガスの流量や炉内の温度など、
ガスフローパターンに関わる設定を行う際によりどころ
となるものがなかった。それゆえ、炉内でのガスフロー
パターンを容易に把握する方法が望まれていた。
は、例えばシミュレーションに基づき熱処理炉や反応炉
内のガスフローパターンを推測するしかなく、ガスフロ
ーパターンを把握することが困難であった。このため、
炉の形状、ガス吹き出し口の位置、形状および口径、ボ
ートやサセプタの形状など、ガスフローパターンに関わ
る設計、あるいは、導入ガスの流量や炉内の温度など、
ガスフローパターンに関わる設定を行う際によりどころ
となるものがなかった。それゆえ、炉内でのガスフロー
パターンを容易に把握する方法が望まれていた。
【０００４】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、熱処理炉や反応炉といった炉
内でのガスフローパターンを容易に把握することを可能
とする炉内のガスフローパターン認識方法を提供するこ
とを目的とする。
るためになされたもので、熱処理炉や反応炉といった炉
内でのガスフローパターンを容易に把握することを可能
とする炉内のガスフローパターン認識方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の炉内のガスフローパターン認識方法は、半
導体単結晶基板を炉内に配置し、所定条件で熱処理を施
し、この熱処理後の半導体単結晶基板のキャリア濃度の
面内分布を、ＳＰＶ法により測定し、この測定した面内
分布に基づき、炉内のガスフローパターンを認識するこ
とを特徴としている。前記熱処理は、例えば水素雰囲気
中で行う。
め、本発明の炉内のガスフローパターン認識方法は、半
導体単結晶基板を炉内に配置し、所定条件で熱処理を施
し、この熱処理後の半導体単結晶基板のキャリア濃度の
面内分布を、ＳＰＶ法により測定し、この測定した面内
分布に基づき、炉内のガスフローパターンを認識するこ
とを特徴としている。前記熱処理は、例えば水素雰囲気
中で行う。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る実施の形態について説明する。
係る実施の形態について説明する。
【０００７】＜測定原理の説明＞先ず、ＳＰＶ（surfac
e photo voltage；表面光電圧）法の測定原理について
説明する。図１に示すように、半導体単結晶基板として
例えばｐ型のシリコンウェーハ２に、シリコンのバンド
ギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ光５ａ（例
えば、波長λが４５０ｎｍ程度）を照射しながら、該シ
リコンウェーハ２に電圧をかけると、波長に応じた深さ
の領域Ｒ（例えば０．４μｍ程度の浅い領域Ｒ）でプラ
スとマイナスの過剰キャリアが発生し、電子３（マイナ
スのキャリア）は表面側へ移動する一方、ホール４（プ
ラスのキャリア）は空乏層２１の端へと、お互いの斥力
により移動する。この際、発生した少数キャリア（電子
３）は、シリコンウェーハ２の表面の障壁高さをδＶｓ
だけ変化させる。ＳＰＶ法では、このδＶｓ（抵抗率の
変化量）を測定し、以下の（１）式を用いて空乏層幅Ｗ
ｄを算出する。 δＶｓ＝−ｊ（δφ／ω）（１−Ｒ）ｑ（Ｗd／εs）・・・・・・（１） ここで、ｊは虚数単位、φは励起光強度、ωは励起光の
角周波数、Ｒはシリコンウェーハ２の表面の反射率、ｑ
は単位電荷量、εsはシリコンウェーハ２の誘電率であ
る。さらに、測定された空乏層２１の幅Ｗdが最大空乏
層幅Ｗmaxと仮定して、以下の式（２）を用いてキャリ
ア濃度Ｎsを算出する。
e photo voltage；表面光電圧）法の測定原理について
説明する。図１に示すように、半導体単結晶基板として
例えばｐ型のシリコンウェーハ２に、シリコンのバンド
ギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ光５ａ（例
えば、波長λが４５０ｎｍ程度）を照射しながら、該シ
リコンウェーハ２に電圧をかけると、波長に応じた深さ
の領域Ｒ（例えば０．４μｍ程度の浅い領域Ｒ）でプラ
スとマイナスの過剰キャリアが発生し、電子３（マイナ
スのキャリア）は表面側へ移動する一方、ホール４（プ
ラスのキャリア）は空乏層２１の端へと、お互いの斥力
により移動する。この際、発生した少数キャリア（電子
３）は、シリコンウェーハ２の表面の障壁高さをδＶｓ
だけ変化させる。ＳＰＶ法では、このδＶｓ（抵抗率の
変化量）を測定し、以下の（１）式を用いて空乏層幅Ｗ
ｄを算出する。 δＶｓ＝−ｊ（δφ／ω）（１−Ｒ）ｑ（Ｗd／εs）・・・・・・（１） ここで、ｊは虚数単位、φは励起光強度、ωは励起光の
角周波数、Ｒはシリコンウェーハ２の表面の反射率、ｑ
は単位電荷量、εsはシリコンウェーハ２の誘電率であ
る。さらに、測定された空乏層２１の幅Ｗdが最大空乏
層幅Ｗmaxと仮定して、以下の式（２）を用いてキャリ
ア濃度Ｎsを算出する。
【数１】 ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｎiは真性自
由キャリア濃度である。なお、ＳＰＶ法については、特
開平１０−２７０５１７号にも詳しく記載されている。
このようなＳＰＶ法によれば、シリコンウェーハ２の表
面近傍の（例えば表面から０．４μｍ程度の浅い領域
の）キャリア濃度を迅速・簡便かつ非接触で測定するこ
とができる。
由キャリア濃度である。なお、ＳＰＶ法については、特
開平１０−２７０５１７号にも詳しく記載されている。
このようなＳＰＶ法によれば、シリコンウェーハ２の表
面近傍の（例えば表面から０．４μｍ程度の浅い領域
の）キャリア濃度を迅速・簡便かつ非接触で測定するこ
とができる。
【０００８】＜測定装置の説明＞ＳＰＶ法の具体的な測
定装置としては、例えばＳＣＰ（surface charge profi
ler；ＱＣ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を用いることが
できる。図１に示すように、ＳＰＶ測定装置は、シリコ
ンウェーハ２に光を照射するための光源５と、シリコン
ウェーハ２にバイアス電圧を印加するための電圧源（図
示略）と、表面の電位障壁の変化量を測定する電位障壁
変化量測定手段６とを備えている。このうち、光源５
は、例えば波長λ＝４５０ｎｍの光を幅２ｍｍに亘って
照射可能なガリウムナイトライドＬＥＤによる発光を、
周波数４０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚでチョッピングした断続
光として、照射可能なものである。また、電位障壁抵抗
率変化量測定手段６は、光源５からの照射光５ａを透過
する透明電極６１と、シリコンウェーハ２を挟んで透明
電極６１と対向配置される基準電極６２と、電位障壁変
化量検知器６３とを備える。ここで、透明電極６１とシ
リコンウェーハ２の表面との間隔Ｋは、例えば１００μ
ｍとなるように設定されている。そして、ＳＰＶ測定に
より得られた電位障壁変化量δＶｓから、（１）式と
（２）式を用いて空乏層幅Ｗdとキャリア濃度Ｎsを算出
する。
定装置としては、例えばＳＣＰ（surface charge profi
ler；ＱＣ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を用いることが
できる。図１に示すように、ＳＰＶ測定装置は、シリコ
ンウェーハ２に光を照射するための光源５と、シリコン
ウェーハ２にバイアス電圧を印加するための電圧源（図
示略）と、表面の電位障壁の変化量を測定する電位障壁
変化量測定手段６とを備えている。このうち、光源５
は、例えば波長λ＝４５０ｎｍの光を幅２ｍｍに亘って
照射可能なガリウムナイトライドＬＥＤによる発光を、
周波数４０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚでチョッピングした断続
光として、照射可能なものである。また、電位障壁抵抗
率変化量測定手段６は、光源５からの照射光５ａを透過
する透明電極６１と、シリコンウェーハ２を挟んで透明
電極６１と対向配置される基準電極６２と、電位障壁変
化量検知器６３とを備える。ここで、透明電極６１とシ
リコンウェーハ２の表面との間隔Ｋは、例えば１００μ
ｍとなるように設定されている。そして、ＳＰＶ測定に
より得られた電位障壁変化量δＶｓから、（１）式と
（２）式を用いて空乏層幅Ｗdとキャリア濃度Ｎsを算出
する。
【０００９】＜熱処理炉の説明＞図２に示す熱処理炉７
は、いわゆる縦型炉といわれるものであり、外管７１
と、この外管７１の周囲に配された加熱手段７５と、外
管７１内の内管７２と、この内管７２内の上部にガスを
導入するためのガス導入路７３と、内管７２内の下部か
らガスを排気するための排気路７４と、を備えて概略構
成されている。従って、熱処理炉７内では、上部から下
部に流れるダウンフローが形成される。なお、内管７２
は、内径が例えば２５０ｍｍの略円筒状のものであり、
ガス導入路７３から内管７２内へのガス導入口７３ａの
口径は例えば３ｍｍである。
は、いわゆる縦型炉といわれるものであり、外管７１
と、この外管７１の周囲に配された加熱手段７５と、外
管７１内の内管７２と、この内管７２内の上部にガスを
導入するためのガス導入路７３と、内管７２内の下部か
らガスを排気するための排気路７４と、を備えて概略構
成されている。従って、熱処理炉７内では、上部から下
部に流れるダウンフローが形成される。なお、内管７２
は、内径が例えば２５０ｍｍの略円筒状のものであり、
ガス導入路７３から内管７２内へのガス導入口７３ａの
口径は例えば３ｍｍである。
【００１０】また、熱処理炉７の内管７２内には、多数
枚のシリコンウェーハ２を上下方向に所定間隔で水平に
搭載するためのボート８を配置可能となっている。ここ
で、ボート８に搭載されるシリコンウェーハ２の直径は
例えば２００ｍｍであり、ボート８は、このシリコンウ
ェーハ２を周縁部の４点で支持する。また、ボート８に
より支持されたシリコンウェーハ２どうしの上下間隔
は、例えば６ｍｍ程度である。
枚のシリコンウェーハ２を上下方向に所定間隔で水平に
搭載するためのボート８を配置可能となっている。ここ
で、ボート８に搭載されるシリコンウェーハ２の直径は
例えば２００ｍｍであり、ボート８は、このシリコンウ
ェーハ２を周縁部の４点で支持する。また、ボート８に
より支持されたシリコンウェーハ２どうしの上下間隔
は、例えば６ｍｍ程度である。
【００１１】＜熱処理の条件＞図２に示す熱処理炉７を
用い、キャリア濃度が約１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3
のボロン（硼素）を添加したｐ型のシリコンウェーハ２
に対し、水素雰囲気中１２００℃で６０分間熱処理を行
う。
用い、キャリア濃度が約１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3
のボロン（硼素）を添加したｐ型のシリコンウェーハ２
に対し、水素雰囲気中１２００℃で６０分間熱処理を行
う。
【００１２】＜測定結果＞このような条件で熱処理を行
ったｐ型のシリコンウェーハ２の表面から０．４μｍの
深さにおけるキャリア濃度（ボロン濃度）の面内分布の
測定を、ＳＰＶ測定装置を用いて行った結果を図３に示
す。ここで、図３の右部に示すゲージＧは、中央に示す
分布図Ｂ中の表示とキャリア濃度との関係を示すもので
あり、上に向かうほど（つまり、表示が濃くなるほど）
キャリア濃度が高いことを示す。図３に示すように、シ
リコンウェーハ２の表面近傍では、周縁部の方がキャリ
ア濃度が小さい。これは、シリコンウェーハ２の表面近
傍の周縁部では、ボロンの外方拡散によりボロンが気相
中に比較的多く抜け出た結果、キャリア濃度が比較的小
さくなったことを示している。このように、シリコンウ
ェーハ２の面内でキャリア濃度の分布が生じるのは、熱
処理中のシリコンウェーハ２の周縁部では周辺雰囲気の
置換が円滑に行われるのに対し、シリコンウェーハ２ど
うしの間隔が狭いため、中心部では、周辺雰囲気の置換
がさほど行われないためであると考えられる。熱処理炉
７内に供給されるガスは、大きな流れとしてはダウンフ
ローで、また、シリコンウェーハ２どうしの間隔では、
周縁部から、じわじわと中心部に拡散するような流れと
なるため、表面近傍のキャリア濃度に面内分布が生じる
結果となったと考えられる。
ったｐ型のシリコンウェーハ２の表面から０．４μｍの
深さにおけるキャリア濃度（ボロン濃度）の面内分布の
測定を、ＳＰＶ測定装置を用いて行った結果を図３に示
す。ここで、図３の右部に示すゲージＧは、中央に示す
分布図Ｂ中の表示とキャリア濃度との関係を示すもので
あり、上に向かうほど（つまり、表示が濃くなるほど）
キャリア濃度が高いことを示す。図３に示すように、シ
リコンウェーハ２の表面近傍では、周縁部の方がキャリ
ア濃度が小さい。これは、シリコンウェーハ２の表面近
傍の周縁部では、ボロンの外方拡散によりボロンが気相
中に比較的多く抜け出た結果、キャリア濃度が比較的小
さくなったことを示している。このように、シリコンウ
ェーハ２の面内でキャリア濃度の分布が生じるのは、熱
処理中のシリコンウェーハ２の周縁部では周辺雰囲気の
置換が円滑に行われるのに対し、シリコンウェーハ２ど
うしの間隔が狭いため、中心部では、周辺雰囲気の置換
がさほど行われないためであると考えられる。熱処理炉
７内に供給されるガスは、大きな流れとしてはダウンフ
ローで、また、シリコンウェーハ２どうしの間隔では、
周縁部から、じわじわと中心部に拡散するような流れと
なるため、表面近傍のキャリア濃度に面内分布が生じる
結果となったと考えられる。
【００１３】このように、シリコンウェーハ１の表面近
傍におけるキャリア濃度の面内分布をＳＰＶ法により測
定し、この測定した面内分布を図３に示すようにマッピ
ングすることにより、熱処理炉３内でのガスフローパタ
ーンを視覚的に把握できる。従って、この視覚化したガ
スフローパターンに基づき、該ガスフローパターンの態
様に関わる設計や設定を行って、炉内のガスフローを制
御することができる。さらに、視覚化したガスフローパ
ターンは、新たな炉を設計する際の参考資料となるの
で、この視覚化したガスフローパターンに基づき、新た
な炉を設計することもできる。
傍におけるキャリア濃度の面内分布をＳＰＶ法により測
定し、この測定した面内分布を図３に示すようにマッピ
ングすることにより、熱処理炉３内でのガスフローパタ
ーンを視覚的に把握できる。従って、この視覚化したガ
スフローパターンに基づき、該ガスフローパターンの態
様に関わる設計や設定を行って、炉内のガスフローを制
御することができる。さらに、視覚化したガスフローパ
ターンは、新たな炉を設計する際の参考資料となるの
で、この視覚化したガスフローパターンに基づき、新た
な炉を設計することもできる。
【００１４】なお、上記の実施の形態では、熱処理を行
う炉として縦型炉を例示したが、これに限らず横型炉で
あっても良いし、バレル型の炉であっても良い。ただ
し、いずれにしても、熱処理の際には回転等を止め、半
導体単結晶基板の向きをガス流に対して一定に保つ必要
がある。また、炉として熱処理炉を例示したが、半導体
単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長さ
せるための気相成長装置を用いても良い。
う炉として縦型炉を例示したが、これに限らず横型炉で
あっても良いし、バレル型の炉であっても良い。ただ
し、いずれにしても、熱処理の際には回転等を止め、半
導体単結晶基板の向きをガス流に対して一定に保つ必要
がある。また、炉として熱処理炉を例示したが、半導体
単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長さ
せるための気相成長装置を用いても良い。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、ガスのフローパターン
を視覚的に把握できるため、この視覚化したガスフロー
パターンに基づき、該ガスフローパターンの態様に関わ
る設計や設定を行って、炉内のガスフローを制御するこ
とができる。また、視覚化したガスフローパターンは、
新たな装置を設計する際の参考資料となるので、この視
覚化したガスフローパターンに基づき、新たな炉を設計
することもできる。
を視覚的に把握できるため、この視覚化したガスフロー
パターンに基づき、該ガスフローパターンの態様に関わ
る設計や設定を行って、炉内のガスフローを制御するこ
とができる。また、視覚化したガスフローパターンは、
新たな装置を設計する際の参考資料となるので、この視
覚化したガスフローパターンに基づき、新たな炉を設計
することもできる。
【図１】ＳＰＶ法による測定原理を説明するための模式
図である。
図である。
【図２】縦型の熱処理炉を示す正面断面図である。
【図３】ＳＰＶ法により測定したキャリア濃度の面内分
布を示す図である。
布を示す図である。
２ シリコンウェーハ ７ 熱処理炉
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体単結晶基板を炉内に配置し、所定
条件で熱処理を施し、この熱処理後の半導体単結晶基板
のキャリア濃度の面内分布を、ＳＰＶ法により測定し、
この測定した面内分布に基づき、炉内のガスフローパタ
ーンを認識することを特徴とする炉内のガスフローパタ
ーン認識方法。 - 【請求項２】 前記熱処理を、水素雰囲気中で行うこと
を特徴とする請求項１記載のガスフローパターン認識方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129620A JP2002324801A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 炉内のガスフローパターン認識方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129620A JP2002324801A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 炉内のガスフローパターン認識方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324801A true JP2002324801A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18978120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001129620A Pending JP2002324801A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 炉内のガスフローパターン認識方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002324801A (ja) |
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-
2001
- 2001-04-26 JP JP2001129620A patent/JP2002324801A/ja active Pending
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