JP3207402B2 - 半導体用熱処理装置および半導体基板の熱処理方法 - Google Patents
半導体用熱処理装置および半導体基板の熱処理方法Info
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- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用熱処理装
置および半導体基板の熱処理方法に関する。
置および半導体基板の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来の半導体用熱処理装置の全
体構成図を示す。図４に示す従来の半導体用熱処理装置
はロードロック室1および反応炉１４を備えている。ロ
ードロック室１の内部には、複数の半導体基板（Siウェ
ハ）２を平行に保持するウェハボート３が配置されてい
る。ウェハボート３の底部には反応管キャップ４が設け
られている。
体構成図を示す。図４に示す従来の半導体用熱処理装置
はロードロック室1および反応炉１４を備えている。ロ
ードロック室１の内部には、複数の半導体基板（Siウェ
ハ）２を平行に保持するウェハボート３が配置されてい
る。ウェハボート３の底部には反応管キャップ４が設け
られている。
【０００３】ロードロック室１には、ウェハボート３を
搬送するボートエレベータ５が設けられている。ロード
ロック室１と反応炉１４との間には、図示しないシャッ
ターにより開閉される反応炉入り口６が設けられてい
る。ウェハボート３は、ボートエレベータ５により反応
炉１４に搬入され、また、反応炉１４から搬出される。
反応炉入り口６は、ウェハボート３がロードロック室１
にある場合は上記のシャッターにより閉塞され、また、
ウェハボート３が反応炉１４に搬入された場合は上述し
た反応管キャップ４によって閉塞される。
搬送するボートエレベータ５が設けられている。ロード
ロック室１と反応炉１４との間には、図示しないシャッ
ターにより開閉される反応炉入り口６が設けられてい
る。ウェハボート３は、ボートエレベータ５により反応
炉１４に搬入され、また、反応炉１４から搬出される。
反応炉入り口６は、ウェハボート３がロードロック室１
にある場合は上記のシャッターにより閉塞され、また、
ウェハボート３が反応炉１４に搬入された場合は上述し
た反応管キャップ４によって閉塞される。
【０００４】ロードロック室1には窒素導入管７が接続
されている。窒素導入管７には窒素供給システム１０が
導通している。ロードロック室１には、窒素導入管７を
介して、窒素供給システム１０よりＮ2ガスを供給する
ことができる。反応炉１４には、図示しない酸化ガス供
給システムから酸化ガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏなど）を供
給することができる。
されている。窒素導入管７には窒素供給システム１０が
導通している。ロードロック室１には、窒素導入管７を
介して、窒素供給システム１０よりＮ2ガスを供給する
ことができる。反応炉１４には、図示しない酸化ガス供
給システムから酸化ガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏなど）を供
給することができる。
【０００５】従来の半導体用熱処理装置を用いて半導体
基板の酸化処理を行う場合、先ず、処理の対象であるSi
ウェハ２がしかるべき方法でウェハボート３に搬送され
る。ウェハボート３は、ロードロック室１内の雰囲気が
大気からＮ2等の不活性ガスに置換された後に反応炉１
４に搬送される。
基板の酸化処理を行う場合、先ず、処理の対象であるSi
ウェハ２がしかるべき方法でウェハボート３に搬送され
る。ウェハボート３は、ロードロック室１内の雰囲気が
大気からＮ2等の不活性ガスに置換された後に反応炉１
４に搬送される。
【０００６】Siウェハ２の温度が安定するのを待って、
Siウェハ２の昇温が開始される。Siウェハ２は、半導体
用熱処理装置が拡散CVD炉を備える場合は５〜１００℃
／min程度の速度で、また、半導体熱処理装置がＲＴＰ
（Rapid Thermal Processor)である場合は１００℃／mi
n程度の速度で目的温度（例えば９００℃）まで昇温さ
れる。
Siウェハ２の昇温が開始される。Siウェハ２は、半導体
用熱処理装置が拡散CVD炉を備える場合は５〜１００℃
／min程度の速度で、また、半導体熱処理装置がＲＴＰ
（Rapid Thermal Processor)である場合は１００℃／mi
n程度の速度で目的温度（例えば９００℃）まで昇温さ
れる。
【０００７】Siウェハ２が目的温度に到達した後、引き
続き酸化処理が行われる。酸化処理が終了すると、反応
炉１４の雰囲気が酸化ガス雰囲気から窒素雰囲気に置換
され、その状態でウェハ温度が所定の取り出し温度まで
下げられる。その後、Siウェハ２は、Ｎ2等の不活性ガ
スで満たされたロードロック室１内に取り出され、ロー
ドロック室２で十分に冷却された後しかるべき方法で半
導体用熱処理装置から搬出される。ロードロック室１を
備える半導体用熱処理装置による酸化処理は、上述した
一連の手順で行われるのが一般的である。
続き酸化処理が行われる。酸化処理が終了すると、反応
炉１４の雰囲気が酸化ガス雰囲気から窒素雰囲気に置換
され、その状態でウェハ温度が所定の取り出し温度まで
下げられる。その後、Siウェハ２は、Ｎ2等の不活性ガ
スで満たされたロードロック室１内に取り出され、ロー
ドロック室２で十分に冷却された後しかるべき方法で半
導体用熱処理装置から搬出される。ロードロック室１を
備える半導体用熱処理装置による酸化処理は、上述した
一連の手順で行われるのが一般的である。
【０００８】ここで、ロードロック室１内の雰囲気置換
速度を速めるために、真空ポンプで空気を排気する場合
もある。また真空ポンプを持たないロードロック室１を
単にパージボックスと呼ぶ場合もある。このようなロー
ドロック室１を備える半導体用熱処理装置によれば、ウ
ェハボート３が反応炉に挿入される際にその内部に大気
（より具体的には酸素）が巻き込まれることがないた
め、Siウェハ２に余分な酸化膜が形成されるのを防止す
ることができる。このため、ロードロック室１付きの半
導体用熱処理装置は、薄い酸化膜の作成に特に有利であ
るとされている。
速度を速めるために、真空ポンプで空気を排気する場合
もある。また真空ポンプを持たないロードロック室１を
単にパージボックスと呼ぶ場合もある。このようなロー
ドロック室１を備える半導体用熱処理装置によれば、ウ
ェハボート３が反応炉に挿入される際にその内部に大気
（より具体的には酸素）が巻き込まれることがないた
め、Siウェハ２に余分な酸化膜が形成されるのを防止す
ることができる。このため、ロードロック室１付きの半
導体用熱処理装置は、薄い酸化膜の作成に特に有利であ
るとされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱処理
を実際のデバイスの製造に適用すると、酸化膜作成に伴
うドーピング不純物の吸出し量の違いに起因する閾値電
圧の変化以外の問題で歩留まりが低下するという問題が
発生する。ロードロック室を用いる熱処理と、ロードロ
ック室を用いない熱処理との相違を熱処理の直後で調査
したところ、ロードロック室を用いる熱処理は、半導体
基板に含まれる小数キャリアのライフタイム、より具体
的には、小数キャリアのそれぞれがキャリアの状態を維
持する時間を著しく低下させる事実があることが実験か
ら明らかとなった。
を実際のデバイスの製造に適用すると、酸化膜作成に伴
うドーピング不純物の吸出し量の違いに起因する閾値電
圧の変化以外の問題で歩留まりが低下するという問題が
発生する。ロードロック室を用いる熱処理と、ロードロ
ック室を用いない熱処理との相違を熱処理の直後で調査
したところ、ロードロック室を用いる熱処理は、半導体
基板に含まれる小数キャリアのライフタイム、より具体
的には、小数キャリアのそれぞれがキャリアの状態を維
持する時間を著しく低下させる事実があることが実験か
ら明らかとなった。
【００１０】以下、従来の熱処理方法で処理した後に少
数キャリアのライフタイムを測定した結果について説明
する。測定器はSEMILAB社製ライフタイムスキャナーWTX
Aを用いた。直径３００ｍｍのウェハ全面を２ｍｍ角の
単位でスキャンした結果、平均値は３６．０８μｓとな
った。小数キャリアのライフタイムはSiウェハ２に鉄(F
e）等の金属不純物が混入しても減少することが知られ
ており、金属不純物の濃度は所定濃度以下（例えばFeで
換算して１０×１０10個／cm2以下）に押さえることが
必要である。その規格と同等の状態を実現するためには
小数キャリアのライフタイムが３１５μｓ以上必要であ
るといわれており、上述した測定値はその値に比べて著
しく悪い値である。
数キャリアのライフタイムを測定した結果について説明
する。測定器はSEMILAB社製ライフタイムスキャナーWTX
Aを用いた。直径３００ｍｍのウェハ全面を２ｍｍ角の
単位でスキャンした結果、平均値は３６．０８μｓとな
った。小数キャリアのライフタイムはSiウェハ２に鉄(F
e）等の金属不純物が混入しても減少することが知られ
ており、金属不純物の濃度は所定濃度以下（例えばFeで
換算して１０×１０10個／cm2以下）に押さえることが
必要である。その規格と同等の状態を実現するためには
小数キャリアのライフタイムが３１５μｓ以上必要であ
るといわれており、上述した測定値はその値に比べて著
しく悪い値である。
【００１１】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、小数キャリアのライフタイムを低
下させることのない熱処理を行い得る半導体用熱処理装
置を提供することを第１の目的とする。また、本発明
は、小数キャリアのライフタイムを低下させることなく
熱処理を行うための半導体基板の熱処理方法を提供する
ことを第２の目的とする。
めになされたもので、小数キャリアのライフタイムを低
下させることのない熱処理を行い得る半導体用熱処理装
置を提供することを第１の目的とする。また、本発明
は、小数キャリアのライフタイムを低下させることなく
熱処理を行うための半導体基板の熱処理方法を提供する
ことを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１記載の発明は、半導体基板に熱処理
を施すための反応炉と、前記反応炉と導通し得る別室
と、半導体基板を前記別室と反応炉との間で搬送する搬
送機構とを備える半導体用熱処理装置であって、前記別
室にＯ ２ ガスを導入する酸化ガス導入機構と、前記反応
炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入システムとを
備え、前記反応炉内で半導体基板に酸化処理を施した後
に、基板温度が所定温度に低下するまではその半導体基
板を不活性ガスの雰囲気で満たされた反応炉内で冷却
し、前記所定温度まで冷却された半導体基板を、Ｏ ２ ガ
スで満たされた前記別室の内部で更に冷却することを特
徴とする。
るために、請求項１記載の発明は、半導体基板に熱処理
を施すための反応炉と、前記反応炉と導通し得る別室
と、半導体基板を前記別室と反応炉との間で搬送する搬
送機構とを備える半導体用熱処理装置であって、前記別
室にＯ ２ ガスを導入する酸化ガス導入機構と、前記反応
炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入システムとを
備え、前記反応炉内で半導体基板に酸化処理を施した後
に、基板温度が所定温度に低下するまではその半導体基
板を不活性ガスの雰囲気で満たされた反応炉内で冷却
し、前記所定温度まで冷却された半導体基板を、Ｏ ２ ガ
スで満たされた前記別室の内部で更に冷却することを特
徴とする。
【００１３】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体用熱処理装置であって、前記所定温度は、Ｏ
２ ガス雰囲気による酸化の影響が無視できる温度である
ことを特徴とする。
載の半導体用熱処理装置であって、前記所定温度は、Ｏ
２ ガス雰囲気による酸化の影響が無視できる温度である
ことを特徴とする。
【００１４】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の半導体用熱処理装置であって、前記所定温
度は、７００℃であることを特徴とする。
たは２記載の半導体用熱処理装置であって、前記所定温
度は、７００℃であることを特徴とする。
【００１５】また、上記第２の目的を達成するために、
請求項４記載の発明は、半導体基板にシリコン酸化膜を
形成するための半導体基板の熱処理方法であって、酸化
ガス雰囲気中で半導体基板を所定の酸化温度に加熱して
前記シリコン酸化膜を形成する酸化ステップと、前記シ
リコン酸化膜の形成後に、基板温度が所定温度に低下す
るまで前記半導体基板を不活性ガス雰囲気中で冷却する
第１冷却ステップと、基板温度が前記所定温度に低下し
た後に、前記半導体基板をＯ２ガス雰囲気中で冷却する
第２冷却ステップと、を含むことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、半導体基板にシリコン酸化膜を
形成するための半導体基板の熱処理方法であって、酸化
ガス雰囲気中で半導体基板を所定の酸化温度に加熱して
前記シリコン酸化膜を形成する酸化ステップと、前記シ
リコン酸化膜の形成後に、基板温度が所定温度に低下す
るまで前記半導体基板を不活性ガス雰囲気中で冷却する
第１冷却ステップと、基板温度が前記所定温度に低下し
た後に、前記半導体基板をＯ２ガス雰囲気中で冷却する
第２冷却ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の半導体基板の熱処理方法であって、前記所定温度
は、Ｏ ２ ガス雰囲気による酸化の影響が無視できる温度
であることを特徴とする。
載の半導体基板の熱処理方法であって、前記所定温度
は、Ｏ ２ ガス雰囲気による酸化の影響が無視できる温度
であることを特徴とする。
【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項４ま
たは５記載の半導体基板の熱処理方法であって、前記所
定温度は、７００℃であることを特徴とする。
たは５記載の半導体基板の熱処理方法であって、前記所
定温度は、７００℃であることを特徴とする。
【００１８】また、請求項７記載の発明は、請求項４乃
至６の何れか１項記載の半導体基板の熱処理方法であっ
て、前記酸化ステップは酸化ガス雰囲気で満たされた反
応炉の中で行われ、前記第１冷却ステップは不活性ガス
で満たされた前記反応炉の中で行われ、前記第１冷却ス
テップの後に、前記反応炉の雰囲気をＯ ２ ガスに置換す
る置換ステップと、前記置換ステップの後に、前記反応
炉内の半導体基板を、Ｏ ２ ガスの雰囲気で満たされた別
室に搬送する搬送ステップと、を含み、前記第２冷却ス
テップはＯ ２ ガスで満たされた前記別室の中で行われる
ことを特徴とする。
至６の何れか１項記載の半導体基板の熱処理方法であっ
て、前記酸化ステップは酸化ガス雰囲気で満たされた反
応炉の中で行われ、前記第１冷却ステップは不活性ガス
で満たされた前記反応炉の中で行われ、前記第１冷却ス
テップの後に、前記反応炉の雰囲気をＯ ２ ガスに置換す
る置換ステップと、前記置換ステップの後に、前記反応
炉内の半導体基板を、Ｏ ２ ガスの雰囲気で満たされた別
室に搬送する搬送ステップと、を含み、前記第２冷却ス
テップはＯ ２ ガスで満たされた前記別室の中で行われる
ことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施の形態１． 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明
する。図１は本発明の実施の形態１の半導体用熱処理装
置の全体構成図を示す。本実施形態の半導体用熱処理装
置はロードロック室1および反応炉１４を備えている。
ロードロック室１の内部には、複数の半導体基板（本実
施形態ではSiウェハ）２を平行に保持するウェハボート
３が配置されている。ウェハボート３の底部には反応管
キャップ４が設けられている。
する。図１は本発明の実施の形態１の半導体用熱処理装
置の全体構成図を示す。本実施形態の半導体用熱処理装
置はロードロック室1および反応炉１４を備えている。
ロードロック室１の内部には、複数の半導体基板（本実
施形態ではSiウェハ）２を平行に保持するウェハボート
３が配置されている。ウェハボート３の底部には反応管
キャップ４が設けられている。
【００２０】ロードロック室１には、ウェハボート３を
搬送するボートエレベータ５が設けられている。ロード
ロック室１と反応炉１４との間には、図示しないシャッ
ターにより開閉される反応炉入り口６が設けられてい
る。ウェハボート３は、ボートエレベータ５により反応
炉１４に搬入され、また、反応炉１４から搬出される。
反応炉入り口６は、ウェハボート３がロードロック室１
にある場合は上記のシャッターにより閉塞され、また、
ウェハボート３が反応炉１４に搬入された場合は上述し
た反応管キャップ４によって閉塞される。
搬送するボートエレベータ５が設けられている。ロード
ロック室１と反応炉１４との間には、図示しないシャッ
ターにより開閉される反応炉入り口６が設けられてい
る。ウェハボート３は、ボートエレベータ５により反応
炉１４に搬入され、また、反応炉１４から搬出される。
反応炉入り口６は、ウェハボート３がロードロック室１
にある場合は上記のシャッターにより閉塞され、また、
ウェハボート３が反応炉１４に搬入された場合は上述し
た反応管キャップ４によって閉塞される。
【００２１】ロードロック室1には窒素導入管７、排気
管８、および酸化ガス導入管９が接続されている。窒素
導入管７には窒素供給システム１０が導通している。排
気管８には図示しない真空ポンプが導通している。ま
た、酸化ガス導入管９には、酸素供給システム１１、オ
ゾン供給システム１２、および水蒸気供給システム１３
が、それぞれ切り替えバルブ１５を介して導通してい
る。酸化ガス導入管９に導入されるガスは、切り替えバ
ルブ１５により選択することができる。反応炉１４に
は、図示しない酸化ガス供給システムから酸化ガス（Ｏ
2、Ｏ3、Ｈ2Ｏなど）を供給することができる。
管８、および酸化ガス導入管９が接続されている。窒素
導入管７には窒素供給システム１０が導通している。排
気管８には図示しない真空ポンプが導通している。ま
た、酸化ガス導入管９には、酸素供給システム１１、オ
ゾン供給システム１２、および水蒸気供給システム１３
が、それぞれ切り替えバルブ１５を介して導通してい
る。酸化ガス導入管９に導入されるガスは、切り替えバ
ルブ１５により選択することができる。反応炉１４に
は、図示しない酸化ガス供給システムから酸化ガス（Ｏ
2、Ｏ3、Ｈ2Ｏなど）を供給することができる。
【００２２】以下、図２を参照して、本実施形態の半導
体用熱処理装置を用いた熱処理の手順について説明す
る。図２は、本実施形態の熱処理の過程で実行される一
連の処理のフローチャートである。本実施形態の熱処理
では、先ず、処理の対象であるSiウェハ２がしかるべき
方法でウェハボート３に搭載される（Ｓ１００）。
体用熱処理装置を用いた熱処理の手順について説明す
る。図２は、本実施形態の熱処理の過程で実行される一
連の処理のフローチャートである。本実施形態の熱処理
では、先ず、処理の対象であるSiウェハ２がしかるべき
方法でウェハボート３に搭載される（Ｓ１００）。
【００２３】ウェハボート３が反応炉１４に挿入される
前に、ロードロック室１内の雰囲気が大気からＮ2等の
不活性ガスに置換される。上記の雰囲気置換は、ロード
ロック室１を真空引きしながらその内部に窒素を供給す
ることで行われる（Ｓ１０２）。
前に、ロードロック室１内の雰囲気が大気からＮ2等の
不活性ガスに置換される。上記の雰囲気置換は、ロード
ロック室１を真空引きしながらその内部に窒素を供給す
ることで行われる（Ｓ１０２）。
【００２４】ロードロック室１から大気が完全に追い出
され、その雰囲気が窒素に置換された後、その内部を大
気圧に保持しながらSiウェハ２の反応炉１４への挿入が
開始される（Ｓ１０４）。反応炉１４の雰囲気は、この
時点で窒素雰囲気とされている（Ｓ１０２参照）。
され、その雰囲気が窒素に置換された後、その内部を大
気圧に保持しながらSiウェハ２の反応炉１４への挿入が
開始される（Ｓ１０４）。反応炉１４の雰囲気は、この
時点で窒素雰囲気とされている（Ｓ１０２参照）。
【００２５】Siウェハ２の温度が反応炉１４の初期温度
に安定するのを待って、Siウェハ２が所定の昇温速度
で、所定の目的温度（例えば９００℃）まで昇温される
（Ｓ１０６）。
に安定するのを待って、Siウェハ２が所定の昇温速度
で、所定の目的温度（例えば９００℃）まで昇温される
（Ｓ１０６）。
【００２６】ウェハ温度が目的温度に達した後、反応炉
１４内に酸化ガスが導入され、Siウェハ２の酸化処理が
開始される（Ｓ１０８）。
１４内に酸化ガスが導入され、Siウェハ２の酸化処理が
開始される（Ｓ１０８）。
【００２７】上記の酸化処理が終了すると、反応炉１４
の雰囲気が酸化ガス雰囲気から窒素雰囲気に置換され
（Ｓ１１０）、その状態でウェハ温度が所定温度まで、
具体的には７００℃程度まで下げられる（第１段階の冷
却：Ｓ１１２）。
の雰囲気が酸化ガス雰囲気から窒素雰囲気に置換され
（Ｓ１１０）、その状態でウェハ温度が所定温度まで、
具体的には７００℃程度まで下げられる（第１段階の冷
却：Ｓ１１２）。
【００２８】第１段階の冷却が終了すると、反応炉１４
およびロードロック室１の雰囲気が窒素から酸化ガスに
置換される（Ｓ１１４）。
およびロードロック室１の雰囲気が窒素から酸化ガスに
置換される（Ｓ１１４）。
【００２９】上記の雰囲気置換が終了し、かつ、ロード
ロック室１が大気圧になったことが確認された後、Siウ
ェハ２が反応炉１４からロードロック室１に搬出される
（Ｓ１１６）。
ロック室１が大気圧になったことが確認された後、Siウ
ェハ２が反応炉１４からロードロック室１に搬出される
（Ｓ１１６）。
【００３０】以後、Siウェハ２は、酸化ガスで満たされ
たロードロック室１の中でが十分に冷却された後（第２
段階の冷却：Ｓ１１８）、ロードロック室１から搬出さ
れる。
たロードロック室１の中でが十分に冷却された後（第２
段階の冷却：Ｓ１１８）、ロードロック室１から搬出さ
れる。
【００３１】ウェハ温度が７００℃程度であれば、Siウ
ェハ２が酸化ガス雰囲気にさらされることにより生ずる
酸化反応は無視することができる。従って、上記Ｓ１１
４で反応炉１４およびロードロック室１の雰囲気が窒素
から酸化ガスに置換されても酸化膜の膜厚制御性には何
ら実質的な悪影響は及ばない。
ェハ２が酸化ガス雰囲気にさらされることにより生ずる
酸化反応は無視することができる。従って、上記Ｓ１１
４で反応炉１４およびロードロック室１の雰囲気が窒素
から酸化ガスに置換されても酸化膜の膜厚制御性には何
ら実質的な悪影響は及ばない。
【００３２】上述した一連の処理の過程でＳ１０８の酸
化処理が終了した時点で、シリコン酸化膜とシリコンと
の境界面は、SiとOとが適正に結合している酸化物（以
下、「Si-O」で表す）と、SiとOとが一部結合の切れた
状態で不完全に結合している酸化物（以下、「Si:O」で
表す）とで平衡している。半導体基板に含まれる小数キ
ャリアはSi:Oに含まれる不完全な結合部に捕獲されるこ
とにより消滅する。従って、小数キャリアのライフタイ
ムはSi:Oが少ないほど長くなる。
化処理が終了した時点で、シリコン酸化膜とシリコンと
の境界面は、SiとOとが適正に結合している酸化物（以
下、「Si-O」で表す）と、SiとOとが一部結合の切れた
状態で不完全に結合している酸化物（以下、「Si:O」で
表す）とで平衡している。半導体基板に含まれる小数キ
ャリアはSi:Oに含まれる不完全な結合部に捕獲されるこ
とにより消滅する。従って、小数キャリアのライフタイ
ムはSi:Oが少ないほど長くなる。
【００３３】酸化処理が終了した後、Siウェハ２が窒素
雰囲気中で冷却されると、シリコン酸化膜の境界面にお
いてSi:Oが増加する。従って、この場合は小数キャリア
のライフタイムが短くなる。一方、本実施形態の熱処理
のように、酸化処理の後にSiウェハ２が酸化ガスの雰囲
気中で冷却されると、シリコン酸化膜の境界面において
Si-Oが増加する。従って、この場合は小数キャリアのラ
イフタイムが長くなる。
雰囲気中で冷却されると、シリコン酸化膜の境界面にお
いてSi:Oが増加する。従って、この場合は小数キャリア
のライフタイムが短くなる。一方、本実施形態の熱処理
のように、酸化処理の後にSiウェハ２が酸化ガスの雰囲
気中で冷却されると、シリコン酸化膜の境界面において
Si-Oが増加する。従って、この場合は小数キャリアのラ
イフタイムが長くなる。
【００３４】本実施形態の熱処理方法で処理したSiウェ
ハ２について少数キャリアのライフタイムを測定した結
果、６６７．９μｓであった。尚、測定器はSEMILAB社
製ライフタイムスキャナーWTXAであり、測定は、直径３
００ｍｍのウェハ全面を２ｍｍ角の単位でスキャンする
方法で行った。上記の測定結果は、小数キャリアのライ
フタイムとして十分な値である。
ハ２について少数キャリアのライフタイムを測定した結
果、６６７．９μｓであった。尚、測定器はSEMILAB社
製ライフタイムスキャナーWTXAであり、測定は、直径３
００ｍｍのウェハ全面を２ｍｍ角の単位でスキャンする
方法で行った。上記の測定結果は、小数キャリアのライ
フタイムとして十分な値である。
【００３５】このように、本実施形態の熱処理方法によ
れば、ロードロック室１を用いつつ、小数キャリアのラ
イフタイムの対縮を十分に抑制することができる。従っ
て、本実施形態の熱処理方法によれば、少数キャリアの
ライフタイムの低減を招くことなく、優れた膜厚精度で
シリコン酸化膜を作成することができる。
れば、ロードロック室１を用いつつ、小数キャリアのラ
イフタイムの対縮を十分に抑制することができる。従っ
て、本実施形態の熱処理方法によれば、少数キャリアの
ライフタイムの低減を招くことなく、優れた膜厚精度で
シリコン酸化膜を作成することができる。
【００３６】実施の形態２． 次に、図３を参照して本発明の実施の形態２の半導体用
熱処理装置について説明する。図３は本実施形態の半導
体用熱処理装置の全体構成図を示す。尚、図３におい
て、図１に示す構成部分と同一または対応する部分には
同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
熱処理装置について説明する。図３は本実施形態の半導
体用熱処理装置の全体構成図を示す。尚、図３におい
て、図１に示す構成部分と同一または対応する部分には
同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３７】本実施形態の半導体用熱処理装置は、２つ
の反応炉１４を備えるマルチチャンバー装置である。ま
た、本実施形態の半導体用熱処理装置は、ロードロック
室１、クーリング室１６、およびウェハ搬送室１７をそ
れぞれ２つずつ備えている。ロードロック室には扉１９
が設けられており、その内部にはウェハカセット１８が
配置されている。同様に反応炉１４の内部、およびクー
リング室１６の内部にもSiウェハ２を保持するためのウ
ェハカセットが配置されている。本実施形態の半導体用
熱処理装置は、ウェハ搬送室１７を介して、ロードロッ
ク室１、反応炉１４およびクーリング室１６の相互間で
Siウェハ２を搬送することができる。
の反応炉１４を備えるマルチチャンバー装置である。ま
た、本実施形態の半導体用熱処理装置は、ロードロック
室１、クーリング室１６、およびウェハ搬送室１７をそ
れぞれ２つずつ備えている。ロードロック室には扉１９
が設けられており、その内部にはウェハカセット１８が
配置されている。同様に反応炉１４の内部、およびクー
リング室１６の内部にもSiウェハ２を保持するためのウ
ェハカセットが配置されている。本実施形態の半導体用
熱処理装置は、ウェハ搬送室１７を介して、ロードロッ
ク室１、反応炉１４およびクーリング室１６の相互間で
Siウェハ２を搬送することができる。
【００３８】半導体用熱処理装置が備える全てのチャン
バー、すなわち、反応炉１４、ロードロック室１、クー
リング室１６およびウェハ搬送室１７には、酸化ガス導
入管６および切り替えバルブ１５を介して、酸素供給シ
ステム１１、オゾン供給システム１２および水蒸気供給
システム１３が接続されている。また、それらのチャン
バーには図示しない窒素導入管を介して窒素導入システ
ムが接続されている。従って、半導体用熱処理装置は、
全てのチャンバーに対して酸化ガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ
2Ｏ）および窒素ガスを導入することができる。
バー、すなわち、反応炉１４、ロードロック室１、クー
リング室１６およびウェハ搬送室１７には、酸化ガス導
入管６および切り替えバルブ１５を介して、酸素供給シ
ステム１１、オゾン供給システム１２および水蒸気供給
システム１３が接続されている。また、それらのチャン
バーには図示しない窒素導入管を介して窒素導入システ
ムが接続されている。従って、半導体用熱処理装置は、
全てのチャンバーに対して酸化ガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ
2Ｏ）および窒素ガスを導入することができる。
【００３９】本実施形態の半導体用熱処理装置を用いた
熱処理では、ロードロック室１、ウェハ搬送室１７およ
び反応炉１４の雰囲気を全て窒素雰囲気とした状態でロ
ードロック室１から反応炉１４へSiウェハ２が搬送され
る。反応炉１４の雰囲気は、実施の形態１の場合と同様
に、Siウェハ２の酸化処理の終了後に酸化ガスから窒素
に置換される。Siウェハ２は窒素雰囲気に置換された反
応炉１４の中で所定温度（７００℃程度）まで冷却され
る（第１段階の冷却）。
熱処理では、ロードロック室１、ウェハ搬送室１７およ
び反応炉１４の雰囲気を全て窒素雰囲気とした状態でロ
ードロック室１から反応炉１４へSiウェハ２が搬送され
る。反応炉１４の雰囲気は、実施の形態１の場合と同様
に、Siウェハ２の酸化処理の終了後に酸化ガスから窒素
に置換される。Siウェハ２は窒素雰囲気に置換された反
応炉１４の中で所定温度（７００℃程度）まで冷却され
る（第１段階の冷却）。
【００４０】第１段階の冷却が終了すると、反応炉１
４、ウェハ搬送室１７、クーリング室１６およびロード
ロック室１８の雰囲気が、窒素から酸化ガスに置換され
る。上記の置換の終了後に、反応炉１４からクーリング
室１６へウェハ搬送室１７を介してSiウェハ２が搬送さ
れ第２段階の冷却が行われる。第２段階の冷却が終了し
た後、Siウェハ２はクーリング室１６からロードロック
室１へ搬出される。
４、ウェハ搬送室１７、クーリング室１６およびロード
ロック室１８の雰囲気が、窒素から酸化ガスに置換され
る。上記の置換の終了後に、反応炉１４からクーリング
室１６へウェハ搬送室１７を介してSiウェハ２が搬送さ
れ第２段階の冷却が行われる。第２段階の冷却が終了し
た後、Siウェハ２はクーリング室１６からロードロック
室１へ搬出される。
【００４１】本実施形態の熱処理によれば、実施の形態
１の場合と同様にSiウェハ２の酸化処理が終了し、ウェ
ハ温度が７００℃程度に低下した後に、Siウェハ２を酸
化ガス雰囲気中で冷却することができる。従って、本実
施形態の熱処理によれば実施の形態１の場合と同様に、
シリコン酸化膜とシリコンとの境界におけるSi:Oを減ら
して小数キャリアのライフタイムの減少を防ぐことがで
きる。
１の場合と同様にSiウェハ２の酸化処理が終了し、ウェ
ハ温度が７００℃程度に低下した後に、Siウェハ２を酸
化ガス雰囲気中で冷却することができる。従って、本実
施形態の熱処理によれば実施の形態１の場合と同様に、
シリコン酸化膜とシリコンとの境界におけるSi:Oを減ら
して小数キャリアのライフタイムの減少を防ぐことがで
きる。
【００４２】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
乃至３の何れか１項記載の発明によれば、基板が所定温
度に達するまでは反応炉内で不活性ガス雰囲気中で半導
体基板を冷却することができる。この場合、冷却過程で
酸化処理が進行しないため、酸化膜の膜厚を精度良く管
理することができる。また、基板温度が所定温度に達し
た後に、別室において、半導体基板をＯ ２ ガス雰囲気中
で更に冷却することができる。この際、シリコン酸化膜
に含まれるシリコンと酸素との不完全な結合が完全な結
合に変化するため小数キャリアのライフタイムの減少が
防止できる。
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
乃至３の何れか１項記載の発明によれば、基板が所定温
度に達するまでは反応炉内で不活性ガス雰囲気中で半導
体基板を冷却することができる。この場合、冷却過程で
酸化処理が進行しないため、酸化膜の膜厚を精度良く管
理することができる。また、基板温度が所定温度に達し
た後に、別室において、半導体基板をＯ ２ ガス雰囲気中
で更に冷却することができる。この際、シリコン酸化膜
に含まれるシリコンと酸素との不完全な結合が完全な結
合に変化するため小数キャリアのライフタイムの減少が
防止できる。
【００４３】請求項４乃至６の何れか１項記載の発明に
よれば、熱処理によりシリコン酸化膜を形成した後に、
不活性ガス雰囲気中で半導体基板を冷却することができ
る。この間、酸化処理は進行しないため、高精度な膜厚
制御が可能となる。また、基板温度が所定温度に達した
後にＯ２ガス雰囲気中で第２の冷却を行うことができ
る。この際、シリコン酸化膜に含まれるシリコンと酸素
との不完全な結合が完全な結合に変化するため小数キャ
リアのライフタイムの減少が防止できる。
よれば、熱処理によりシリコン酸化膜を形成した後に、
不活性ガス雰囲気中で半導体基板を冷却することができ
る。この間、酸化処理は進行しないため、高精度な膜厚
制御が可能となる。また、基板温度が所定温度に達した
後にＯ２ガス雰囲気中で第２の冷却を行うことができ
る。この際、シリコン酸化膜に含まれるシリコンと酸素
との不完全な結合が完全な結合に変化するため小数キャ
リアのライフタイムの減少が防止できる。
【００４４】請求項７記載の発明によれば、反応炉と別
室とを利用して、酸化ステップ、第１冷却ステップ、お
よび第２冷却ステップを効率良く行うことができる。
室とを利用して、酸化ステップ、第１冷却ステップ、お
よび第２冷却ステップを効率良く行うことができる。
【図１】 本発明の実施の形態１の半導体用熱処理装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図２】 図１に示す半導体用熱処理装置を用いて実行
される熱処理の手順を説明するためのフローチャートで
ある。
される熱処理の手順を説明するためのフローチャートで
ある。
【図３】 本発明の実施の形態２の半導体用熱処理装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図４】 従来の半導体用熱処理装置の全体構成図であ
る。
る。
１ ロードロック室 ２ 半導体基板（Siウェハ） ３ ウェハボート ４ 反応管キャップ ５ ボートエレベータ ６ 反応炉入り口 ７ 窒素導入管 ８ 排気管 ８ 酸化ガス導入管 １０ 窒素供給システム １１ 酸素供給システム １２ オゾン供給システム １３ 水蒸気供給システム １４ 反応炉 １５ 切り替えバルブ １６ クーリング室 １７ ウェハ搬送室 １８ ウェハカセット １９ ロードロック室扉
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板に熱処理を施すための反応炉
と、前記反応炉と導通し得る別室と、半導体基板を前記
別室と反応炉との間で搬送する搬送機構とを備える半導
体用熱処理装置であって、前記別室にＯ ２ ガスを導入する酸化ガス導入機構と、 前記反応炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入シス
テムとを備え、 前記反応炉内で半導体基板に酸化処理を施した後に、基
板温度が所定温度に低下するまではその半導体基板を不
活性ガスの雰囲気で満たされた反応炉内で冷却し、 前記所定温度まで冷却された半導体基板を、Ｏ ２ ガスで
満たされた前記別室の内部で更に冷却することを特徴と
する半導体用熱処理装置。 - 【請求項２】 前記所定温度は、Ｏ ２ ガス雰囲気による
酸化の影響が無視できる温度であることを特徴とする請
求項１記載の半導体用熱処理装置。 - 【請求項３】 前記所定温度は、７００℃であることを
特徴とする請求項１または２記載の半導体用熱処理装
置。 - 【請求項４】 半導体基板にシリコン酸化膜を形成する
ための半導体基板の熱処理方法であって、 酸化ガス雰囲気中で半導体基板を所定の酸化温度に加熱
して前記シリコン酸化膜を形成する酸化ステップと、 前記シリコン酸化膜の形成後に、基板温度が所定温度に
低下するまで前記半導体基板を不活性ガス雰囲気中で冷
却する第１冷却ステップと、 基板温度が前記所定温度に低下した後に、前記半導体基
板をＯ２ガス雰囲気中で冷却する第２冷却ステップと、 を含むことを特徴とする半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項５】 前記所定温度は、Ｏ ２ ガス雰囲気による
酸化の影響が無視できる温度であることを特徴とする請
求項４記載の半導体基板の熱処理方法。 - 【請求項６】 前記所定温度は、７００℃であることを
特徴とする請求項４ または５記載の半導体基板の熱処理
方法。 - 【請求項７】 前記酸化ステップは酸化ガス雰囲気で満
たされた反応炉の中で行われ、 前記第１冷却ステップは不活性ガスで満たされた前記反
応炉の中で行われ、 前記第１冷却ステップの後に、前記反応炉の雰囲気をＯ
２ ガスに置換する置換ステップと、 前記置換ステップの後に、前記反応炉内の半導体基板
を、Ｏ ２ ガスの雰囲気で満たされた別室に搬送する搬送
ステップと、を含み、 前記第２冷却ステップはＯ ２ ガスで満たされた前記別室
の中で行われることを特徴とする請求項４乃至６の何れ
か１項記載の半導体基板の熱処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29772199A JP3207402B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 半導体用熱処理装置および半導体基板の熱処理方法 |
| KR1020000054760A KR20010039898A (ko) | 1999-10-20 | 2000-09-19 | 반도체용 열 처리 장치 및 반도체 기판의 열 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29772199A JP3207402B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 半導体用熱処理装置および半導体基板の熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001118839A JP2001118839A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3207402B2 true JP3207402B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=17850326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29772199A Expired - Fee Related JP3207402B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 半導体用熱処理装置および半導体基板の熱処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3207402B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010039898A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10858738B2 (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-08 | Asm International N.V. | Wafer boat cooldown device |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3447707B2 (ja) * | 2001-03-02 | 2003-09-16 | 三菱電機株式会社 | 熱処理装置およびこれを用いた熱処理方法 |
| KR100487577B1 (ko) * | 2002-11-25 | 2005-05-06 | 주식회사 피에스티 | 반도체 제조장치 |
| KR101150772B1 (ko) * | 2005-02-22 | 2012-06-11 | 고요 써모 시스템 가부시끼 가이샤 | 반도체 열처리방법 및 반도체 열처리장치 |
| JP2012195570A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-10-11 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置及び基板処理方法 |
| JP5921181B2 (ja) * | 2011-12-19 | 2016-05-24 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法 |
| JP6002587B2 (ja) * | 2013-01-21 | 2016-10-05 | 株式会社 日立パワーデバイス | シリコン基板のライフタイム測定の前処理方法 |
-
1999
- 1999-10-20 JP JP29772199A patent/JP3207402B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-09-19 KR KR1020000054760A patent/KR20010039898A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10858738B2 (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-08 | Asm International N.V. | Wafer boat cooldown device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010039898A (ko) | 2001-05-15 |
| JP2001118839A (ja) | 2001-04-27 |
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