JP3435111B2 - Semiconductor wafer heat treatment equipment - Google Patents

Semiconductor wafer heat treatment equipment

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JP3435111B2
JP3435111B2 JP35581599A JP35581599A JP3435111B2 JP 3435111 B2 JP3435111 B2 JP 3435111B2 JP 35581599 A JP35581599 A JP 35581599A JP 35581599 A JP35581599 A JP 35581599A JP 3435111 B2 JP3435111 B2 JP 3435111B2
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reaction
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眞嗣 南
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株式会社半導体先端テクノロジーズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ熱処
理装置に係り、特に、少数キャリアのライフタイムを劣
化させることなく半導体ウェハに熱処理を施すための熱
処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment apparatus, and more particularly to a heat treatment apparatus for heat-treating a semiconductor wafer without degrading the lifetime of minority carriers.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造過程では、半導体ウェ
ハに熱処理が施されることがある。このような熱処理
は、例えば、半導体ウェハの表面にシリコン酸化膜を形
成するために行われる。
2. Description of the Related Art In the process of manufacturing a semiconductor device, a semiconductor wafer may be subjected to heat treatment. Such heat treatment is performed, for example, to form a silicon oxide film on the surface of the semiconductor wafer.

【0003】図16は、半導体ウェハに熱処理を施すた
めの従来の反応管の透視図を示す。従来の反応管は、そ
の内部にウェハボート8を収納することができる。ウェ
ハボート8には、複数の半導体ウェハ12が水平姿勢で
多段に保持される。反応管には、その内部の空間に反応
ガスを導くための反応ガス導入管7、およびその内部空
間から反応ガスを排出させるための反応ガス排気口5が
設けられている。
FIG. 16 is a perspective view of a conventional reaction tube for heat-treating a semiconductor wafer. The conventional reaction tube can house the wafer boat 8 therein. A plurality of semiconductor wafers 12 are horizontally held on the wafer boat 8 in multiple stages. The reaction tube is provided with a reaction gas introduction tube 7 for introducing the reaction gas into the internal space and a reaction gas exhaust port 5 for exhausting the reaction gas from the internal space.

【0004】反応ガス導入管7は、ウェハボート8の上
部から反応管の内部に反応ガスを供給することができ
る。反応管の上部には、反応ガスを均等に内部空間に分
配するためのシャワーヘッド14が設けられている。シ
ャワーヘッド14を通過した反応ガスは、シリコンウェ
ハ12の周囲を通過して、反応管の下部に設けられてい
る反応ガス排出口5から排気される。
The reaction gas introducing pipe 7 can supply the reaction gas from the upper portion of the wafer boat 8 to the inside of the reaction pipe. A shower head 14 is provided above the reaction tube to evenly distribute the reaction gas into the internal space. The reaction gas that has passed through the shower head 14 passes around the silicon wafer 12 and is exhausted from the reaction gas discharge port 5 provided in the lower portion of the reaction tube.

【0005】反応管には、また、その内部の温度を監視
するための熱電対16,17,18を備えている。熱電
対16は、反応管の上端部近傍の温度が検出できるよう
に設けられている。熱電対17は、反応管の中央部近傍
の温度が検出できるように設けられている。また、熱電
対18は、反応管の下端部近傍の温度が検出できるよう
に設けられている。
The reaction tube is also equipped with thermocouples 16, 17 and 18 for monitoring the temperature inside. The thermocouple 16 is provided so that the temperature near the upper end of the reaction tube can be detected. The thermocouple 17 is provided so that the temperature near the center of the reaction tube can be detected. Further, the thermocouple 18 is provided so that the temperature near the lower end of the reaction tube can be detected.

【0006】従来の反応管は、熱処理の際に所定の温度
に加熱される。例えば、半導体ウェハ12にシリコン酸
化膜を成膜するための熱処理の際には、反応管が所定の
酸化膜生成温度に加熱される。この状態で反応管の内部
に反応ガスを導入すると、半導体ウェハ12に適正に熱
処理を施すことができる。
The conventional reaction tube is heated to a predetermined temperature during heat treatment. For example, during the heat treatment for forming a silicon oxide film on the semiconductor wafer 12, the reaction tube is heated to a predetermined oxide film generation temperature. When the reaction gas is introduced into the reaction tube in this state, the semiconductor wafer 12 can be appropriately heat-treated.

【0007】半導体ウェハに熱処理を施す装置として
は、例えば、特開平6−216056号公報に開示され
るように、上述した反応管の周囲に冷却ガスを導くこと
のできるものが知られている。このような装置によれ
ば、半導体ウェハに熱処理を施した後に、反応管と、そ
の内部に収納されている半導体ウェハとを速やかに冷却
することができる。従って、このような熱処理装置によ
れば、半導体ウェハの熱処理を効率的に行うことができ
る。
As an apparatus for heat-treating a semiconductor wafer, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-216056, there is known an apparatus capable of introducing a cooling gas around the above-mentioned reaction tube. According to such an apparatus, after the semiconductor wafer is subjected to the heat treatment, the reaction tube and the semiconductor wafer housed therein can be cooled rapidly. Therefore, according to such a heat treatment apparatus, the heat treatment of the semiconductor wafer can be efficiently performed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図17は、上記の手法
(冷却ガスで反応管を冷却する手法)で熱処理された半
導体ウェハについて、少数キャリアのライフタイムを測
定した結果を示す。より具体的には、図17(A)はそ
のライフタイムの平均値、最少値、最大値、偏差、およ
び中央値を示す。また、図17(B)はライフタイムの
分布を表すヒストグラムを示す。更に、図17(C)は
ライフタイムの累積分布を百分率で表した図を示す。
FIG. 17 shows the result of measuring the minority carrier lifetime of a semiconductor wafer heat-treated by the above method (method of cooling a reaction tube with a cooling gas). More specifically, FIG. 17A shows the average value, minimum value, maximum value, deviation, and median value of the lifetime. Further, FIG. 17B shows a histogram showing the distribution of lifetime. Further, FIG. 17C shows a diagram in which the cumulative distribution of lifetime is expressed in percentage.

【0009】上記の手法による熱処理が施されると、半
導体ウェハに含まれている少数キャリアのライフタイム
は、図17に示すように平均値で127.8μsec程度
となる。この値は、熱処理前のライフタイムに比して著
しく短く、また、半導体ウェハに対する通常の要求値
(例えば350μsec)に比しても短い時間である。こ
のように、半導体ウェハに対する熱処理は、半導体ウェ
ハに含まれている少数キャリアのライフタイムを短縮す
る場合がある。
When the heat treatment by the above-mentioned method is performed, the lifetime of the minority carriers contained in the semiconductor wafer becomes about 127.8 μsec on average as shown in FIG. This value is significantly shorter than the lifetime before the heat treatment, and is also a shorter time than the usual required value for a semiconductor wafer (for example, 350 μsec). As described above, the heat treatment on the semiconductor wafer may shorten the lifetime of the minority carriers contained in the semiconductor wafer.

【0010】半導体装置が適正に機能するためには、少
数キャリアが十分なライフタイムを有していることが必
要である。従って、半導体装置の機能を安定に確保する
ためには、少数キャリアのライフタイムを短縮すること
のない手法で半導体ウェハを熱処理することが必要であ
る。
In order for the semiconductor device to function properly, it is necessary that the minority carriers have a sufficient lifetime. Therefore, in order to stably secure the function of the semiconductor device, it is necessary to heat treat the semiconductor wafer by a method that does not shorten the lifetime of minority carriers.

【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、少数キャリアのライフタイムを短
縮することなく半導体ウェハに熱処理を施すことのでき
る半導体ウェハ熱処理装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer heat treatment apparatus capable of performing heat treatment on a semiconductor wafer without shortening the lifetime of minority carriers. To aim.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記の目的を達成するため、反応管の中に反応ガスを導
いて半導体ウェハに熱処理を施す半導体ウェハ熱処理装
置であって、長手方向に所定間隔毎に複数の半導体ウェ
ハを保持する反応管と、前記反応管の内部に保持されて
いる半導体ウェハに冷却ガスを吹き付けるために設けら
れ、前記反応管の長手方向に伸びるガス噴出部を備える
冷却ガス導入管と、前記反応管の内部に導かれた冷却ガ
スを排気するために前記冷却ガス導入管と対向する位置
に設けられ、前記反応管の長手方向に伸びるガス排出部
を備える冷却ガス排出管と、を備え、前記ガス噴出部
は、冷却ガスの供給源に近い側から遠い側に向けて徐々
に大きくなるように設けられた複数の冷却ガス噴出孔を
備え、前記ガス排出部は複数の冷却ガス排出孔を備える
ことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is
In order to achieve the above object, a semiconductor wafer heat treatment apparatus for guiding a reaction gas into a reaction tube to perform heat treatment on a semiconductor wafer , wherein a plurality of semiconductor wafers are provided at predetermined intervals in the longitudinal direction.
A reaction tube that holds c and is held inside the reaction tube
It is provided to blow the cooling gas to the semiconductor wafer.
And a gas ejection portion extending in the longitudinal direction of the reaction tube.
The cooling gas introduction pipe and the cooling gas introduced inside the reaction pipe.
Position facing the cooling gas introduction pipe for exhausting gas
And a gas discharge part provided in the reaction tube and extending in the longitudinal direction of the reaction tube.
And a cooling gas discharge pipe,
Gradually increases from the side closer to the cooling gas supply source to the side farther away.
Multiple cooling gas ejection holes
The gas discharge unit may include a plurality of cooling gas discharge holes .

【0013】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の半導体ウェハ熱処理装置であって、前記複数の冷却
ガス排出孔は、冷却ガスの排気口に近い側から遠い側に
向けて徐々に大きくなるように設けられていることを特
徴とする。
The invention according to claim 2 is the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the plurality of cooling gas discharge holes are gradually extended from a side closer to a cooling gas exhaust port to a side farther from the exhaust port. It is characterized in that it is provided to be large.

【0014】また、請求項3記載の発明は、請求項1ま
たは2記載の半導体ウェハ熱処理装置であって、前記冷
却ガス噴出孔は、前記反応管に保持される複数のウェハ
のそれぞれと対応する位置に設けられており、前記冷却
ガス排出孔は、前記反応管に保持される複数のウェハの
それぞれと対応する位置に設けられていることを特徴と
する
Further, the invention according to claim 3 is the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1 or 2 , wherein:
The degassing gas ejection holes are formed on the plurality of wafers held in the reaction tube.
It is provided at the position corresponding to each of the
The gas discharge holes are provided for the plurality of wafers held in the reaction tube.
It is characterized in that it is provided at the position corresponding to each
To do .

【0015】また、請求項4記載の発明は、請求項1乃
至3の何れか1項記載の半導体ウェハ熱処理装置であっ
て、前記反応管の一端から、その内部に前記反応ガスを
導入する反応ガス導入管と、前記反応ガス導入管のガス
噴出孔と前記反応管の内部空間との間に介在するシャワ
ーヘッドと、前記シャワーヘッドの全面に形成されたシ
ャワーヘッド孔とを備え、前記シャワーヘッド孔は、前
記反応管の中心部から周縁部に向かって徐々に大きくな
るように形成されていることを特徴とする
The invention according to claim 4 is the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the reaction gas is introduced into the reaction tube from one end thereof.
Reaction gas introduction pipe to be introduced and gas of the reaction gas introduction pipe
Shower interposed between the ejection hole and the internal space of the reaction tube
-The head and the shroud formed on the entire surface of the shower head.
A shower head hole, the shower head hole
Gradually increase from the center of the reaction tube to the periphery.
It is characterized in that it is formed as .

【0016】請求項5記載の発明は、反応管の中に反応
ガスを導いて半導体ウェハに熱処理を施す半導体ウェハ
熱処理装置であって、反応管の内部に保持されている半
導体ウェハに冷却ガスを吹き付けるための冷却ガス導入
管と、反応管の内部に導かれた冷却ガスを排気するため
に、前記冷却ガス導入管と対向する位置に設けられる冷
却ガス排出管と、前記反応管の一端から、その内部に前
記反応ガスを導入する反応ガス導入管と、前記反応ガス
導入管のガス噴出孔と前記反応管の内部空間との間に介
在するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドの全面に
形成されたシャワーヘッド孔とを備え、前記シャワーヘ
ッド孔は、前記反応管の中心部から周縁部に向かって徐
々に大きくなるように形成されていることを特徴とす
。また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至5の何
れか1項記載の半導体ウェハ熱処理装置であって、前記
冷却ガスとして、酸素、オゾン、および水蒸気の少なく
とも1つを含むガスを用いることを特徴とする。
According to the invention of claim 5, the reaction is carried out in a reaction tube.
Semiconductor wafer that guides gas and heat-treats it
Heat treatment equipment, which is a semi-heat treatment device
Introduce cooling gas to spray cooling gas on conductor wafer
To exhaust the cooling gas introduced inside the tube and reaction tube
The cooling gas provided at a position facing the cooling gas introduction pipe.
From the exhaust gas exhaust pipe and one end of the reaction pipe,
The reaction gas introducing pipe for introducing the reaction gas, and the reaction gas
Between the gas ejection hole of the introduction tube and the inner space of the reaction tube,
The existing shower head and the entire surface of the shower head
And a shower head hole formed in the shower head.
The saddle hole gradually moves from the center of the reaction tube to the peripheral edge.
Characterized by being formed so as to become larger
It The invention according to claim 6 is the same as that of claims 1 to 5.
The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1,
As a cooling gas, low in oxygen, ozone, and water vapor
Both are characterized by using a gas containing one.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that elements common to each drawing are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0018】実施の形態1.図1は、本発明の実施の形
態1の半導体ウェハ熱処理装置の主要部を表す断面図を
示す。本実施形態の熱処理装置は反応管11を備えてい
る。反応管11の周囲は、円筒状のヒータ1で囲まれて
いる。ヒータ1の底部には空気供給口2が設けられてい
る。また、ヒータ1の上部には冷却器9を介してブロワ
ー10が接続されている。
Embodiment 1. 1 is a sectional view showing a main part of a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. The heat treatment apparatus of this embodiment includes a reaction tube 11. The circumference of the reaction tube 11 is surrounded by the cylindrical heater 1. An air supply port 2 is provided at the bottom of the heater 1. A blower 10 is connected to the upper part of the heater 1 via a cooler 9.

【0019】ヒータ1と反応管11との間の空間には、
ブロワー10を回転させることにより冷却空気を貫流さ
せることができる。従って、本実施形態の熱処理装置に
よれば、ブロワー10を回転させることにより、反応管
11を強制的に冷却することができる。尚、冷却器9お
よびブロワー10は、空気供給口2側に設けてもよい。
In the space between the heater 1 and the reaction tube 11,
By rotating the blower 10, cooling air can flow through. Therefore, according to the heat treatment apparatus of the present embodiment, the reaction tube 11 can be forcibly cooled by rotating the blower 10. The cooler 9 and the blower 10 may be provided on the air supply port 2 side.

【0020】反応管11の内部には、キャップ4に搭載
されたウェハボート8が挿入されている。ウェハボート
8は、図示しないボートエレベータにより、反応管11
の内部に挿入され、また、その内部から引き出される。
ウェハボート8が反応管11に挿入されると、反応管1
1の開口部はキャップ4によって閉塞される。
Inside the reaction tube 11, a wafer boat 8 mounted on the cap 4 is inserted. The wafer boat 8 is provided with a reaction tube 11 by a boat elevator (not shown).
It is inserted inside and is pulled out from inside.
When the wafer boat 8 is inserted into the reaction tube 11, the reaction tube 1
The opening of 1 is closed by the cap 4.

【0021】図2は、反応管11を拡大して表した斜視
図を示す。反応管11は、その内部にウェハボート8を
収納することができる。ウェハボート8には、複数の半
導体ウェハ12が水平姿勢で多段に保持される。反応管
11には、その内部空間に反応ガスを導くための反応ガ
ス導入管7、およびその内部空間から反応ガスを排出さ
せるための反応ガス排気口5が設けられている。
FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the reaction tube 11. The reaction tube 11 can house the wafer boat 8 therein. A plurality of semiconductor wafers 12 are horizontally held on the wafer boat 8 in multiple stages. The reaction tube 11 is provided with a reaction gas introduction tube 7 for introducing the reaction gas into the inner space thereof and a reaction gas exhaust port 5 for discharging the reaction gas from the inner space thereof.

【0022】反応ガス導入管7は、ウェハボート8の上
部から反応管の内部に反応ガスを供給することができ
る。反応管の上部には、反応ガスを均等に内部空間に分
配するためのシャワーヘッド14が設けられている。シ
ャワーヘッド14には、その全面にシャワーヘッド孔が
設けられている。反応管11の内部に反応ガスが均一に
導入されるように、シャワーヘッド孔は、シャワーヘッ
ド14の中心部から周縁部に向かって徐々にその開口径
が大きくなるように設けられている。シャワーヘッド1
4を通過した反応ガスは、シリコンウェハ12の周囲を
通過して、反応管11の下部に設けられている反応ガス
排出口5から排気される。
The reaction gas introducing pipe 7 can supply the reaction gas from the upper portion of the wafer boat 8 to the inside of the reaction pipe. A shower head 14 is provided above the reaction tube to evenly distribute the reaction gas into the internal space. The shower head 14 is provided with a shower head hole on the entire surface thereof. The shower head hole is provided such that the opening diameter thereof gradually increases from the central portion of the shower head 14 toward the peripheral portion thereof so that the reaction gas is uniformly introduced into the reaction tube 11. Shower head 1
The reaction gas that has passed through 4 passes through the periphery of the silicon wafer 12 and is exhausted from the reaction gas discharge port 5 provided in the lower portion of the reaction tube 11.

【0023】反応管11は、また、冷却ガス導入管6お
よび冷却ガス排出管3を備えている。冷却ガス導入管6
は、反応管11の内部をウェハボート8に沿って上下方
向に延在するガス噴出部を有している。冷却ガス導入管
6のガス噴出部には、ウェハボート8に保持されている
半導体ウェハ12の位置と対応するように、複数の冷却
ガス噴出孔13が設けられている。冷却ガス排出管3
は、反応管11の内部をウェハボート8に沿って上下方
向に延在するガス排出部を有している。冷却ガス排出管
6のガス排出部には、ウェハボート8に保持されている
半導体ウェハ12の位置と対応するように、複数の冷却
ガス排出孔15が設けられている。
The reaction tube 11 also includes a cooling gas introduction tube 6 and a cooling gas discharge tube 3. Cooling gas introduction pipe 6
Has a gas ejection portion extending vertically inside the reaction tube 11 along the wafer boat 8. A plurality of cooling gas ejection holes 13 are provided in the gas ejection portion of the cooling gas introduction pipe 6 so as to correspond to the position of the semiconductor wafer 12 held by the wafer boat 8. Cooling gas exhaust pipe 3
Has a gas discharge portion extending in the vertical direction inside the reaction tube 11 along the wafer boat 8. A plurality of cooling gas discharge holes 15 are provided in the gas discharge portion of the cooling gas discharge pipe 6 so as to correspond to the position of the semiconductor wafer 12 held by the wafer boat 8.

【0024】冷却ガス噴出孔13および冷却ガス排出孔
15は、何れも、反応管11の内部を冷却ガスが均一に
流通するように、反応管11の底部側から上部側に向か
って徐々にその開口径が大きくなるように設けられてい
る。冷却ガス噴出孔13から供給される冷却ガスは、半
導体ウェハ12を直接的に冷却した後、冷却ガス排出孔
15から排出される。従って、本実施形態の熱処理装置
によれば、半導体ウェハ12を反応管11の内部で直接
的に冷却することができる。
The cooling gas ejection holes 13 and the cooling gas discharge holes 15 are gradually formed from the bottom side to the upper side of the reaction tube 11 so that the cooling gas uniformly flows inside the reaction tube 11. It is provided so that the opening diameter is large. The cooling gas supplied from the cooling gas ejection hole 13 directly cools the semiconductor wafer 12, and then is discharged from the cooling gas discharge hole 15. Therefore, according to the heat treatment apparatus of this embodiment, the semiconductor wafer 12 can be directly cooled inside the reaction tube 11.

【0025】反応管11は、その内部の温度を監視する
ための熱電対16,17,18を備えている。熱電対1
6は、反応管の上端部近傍の温度が検出できるように設
けられている。熱電対17は、反応管の中央部近傍の温
度が検出できるように設けられている。また、熱電対1
8は、反応管の下端部近傍の温度が検出できるように設
けられている。熱電対16,17,18による測定の結
果は、ヒータ1の制御などに用いられる。尚、反応管1
1に組み込む熱電対の本数は3本に限定されるものでは
なく、ヒータ1の制御方式等に応じてより多数の熱電対
を装着してもよい。
The reaction tube 11 is equipped with thermocouples 16, 17 and 18 for monitoring the temperature inside. Thermocouple 1
6 is provided so that the temperature near the upper end of the reaction tube can be detected. The thermocouple 17 is provided so that the temperature near the center of the reaction tube can be detected. Also, thermocouple 1
8 is provided so that the temperature near the lower end of the reaction tube can be detected. The results of the measurement by the thermocouples 16, 17, 18 are used for controlling the heater 1 and the like. The reaction tube 1
The number of thermocouples incorporated in one is not limited to three, and a larger number of thermocouples may be attached depending on the control method of the heater 1.

【0026】本実施形態の熱処理装置では、ヒータ1を
発熱させることにより半導体ウェハ12を所定の温度に
加熱することができる。また、その状態で反応管11の
内部に反応ガスを供給することで半導体ウェハ12に所
定の熱処理を施すことができる。具体的には、例えば、
ヒータ1により反応管11の内部を900℃程度に加熱
して、反応管11の中に反応ガスとして水蒸気や酸素を
供給することで、半導体ウェハ12の表面にシリコン酸
化膜を形成するための熱処理を行うことができる。
In the heat treatment apparatus of this embodiment, the semiconductor wafer 12 can be heated to a predetermined temperature by heating the heater 1. Further, by supplying a reaction gas into the reaction tube 11 in this state, the semiconductor wafer 12 can be subjected to a predetermined heat treatment. Specifically, for example,
Heat treatment for forming a silicon oxide film on the surface of the semiconductor wafer 12 by heating the inside of the reaction tube 11 to about 900 ° C. by the heater 1 and supplying water vapor or oxygen as a reaction gas into the reaction tube 11. It can be performed.

【0027】また、本実施形態の熱処理装置は、上記の
如く、ヒータ1と反応管11との間に冷却ガスを流通さ
せることにより反応管11を効率的に冷却し、かつ、反
応管11の内部に冷却ガスを流通させることにより半導
体ウェハ12を直接的に冷却することができる。このた
め、本実施形態の装置によれば、熱処理の過程で加熱さ
れた半導体ウェハ12を、熱処理の終了後に速やかに冷
却することができる。
Further, in the heat treatment apparatus of the present embodiment, as described above, the cooling gas is circulated between the heater 1 and the reaction tube 11 to efficiently cool the reaction tube 11, and The semiconductor wafer 12 can be directly cooled by circulating the cooling gas inside. Therefore, according to the apparatus of this embodiment, the semiconductor wafer 12 heated in the heat treatment process can be quickly cooled after the heat treatment is completed.

【0028】熱処理の終了後に、半導体ウェハ12を速
やかに冷却することは、半導体ウェハ12に含まれる少
数キャリアのライフタイムが短くなるのを防ぐ上で重要
である。この点、本実施形態の熱処理装置は、少数キャ
リアのライフタイムの短縮を抑制しつつ、所望の熱処理
を効率的に実行し得るという優れた効果を有している。
It is important to cool the semiconductor wafer 12 immediately after the heat treatment in order to prevent the minority carriers contained in the semiconductor wafer 12 from having a short lifetime. In this respect, the heat treatment apparatus of the present embodiment has an excellent effect that the desired heat treatment can be efficiently performed while suppressing the reduction of the minority carrier lifetime.

【0029】本発明の効果の根拠.以下、半導体ウェハ
12に含まれる少数キャリアのライフタイムに影響する
因子を見つけ出すために行った種々の実験の結果に基づ
いて、半導体ウェハ12の冷却速度が少数キャリアのラ
イフタイムに大きな影響を与えることを説明する。
Grounds for the effects of the present invention. Hereinafter, based on the results of various experiments conducted to find out factors that affect the minority carrier lifetime included in the semiconductor wafer 12, the cooling rate of the semiconductor wafer 12 has a great influence on the minority carrier lifetime. Will be explained.

【0030】表1は、上記目的の実験において、試料を
作成するために用いられた熱処理条件の一覧を示す。表
1に示す条件に従う熱処理は、シリコン単結晶の面上に
50nm程度の膜厚でシリコン酸化膜を有する半導体ウェ
ハに対して施される。以下、上記の熱処理が施される前
の半導体ウェハを「処理前ウェハ」と称し、また、上記
の熱処理が施された後の半導体ウェハを「処理後ウェ
ハ」と称す。
Table 1 shows a list of heat treatment conditions used for preparing the samples in the above-mentioned experiment. The heat treatment according to the conditions shown in Table 1 is performed on a semiconductor wafer having a silicon oxide film with a film thickness of about 50 nm on the surface of a silicon single crystal. Hereinafter, the semiconductor wafer that has not been subjected to the above heat treatment will be referred to as a “preprocessed wafer”, and the semiconductor wafer that has been subjected to the above heat treatment will be referred to as a “processed wafer”.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】表1において、「Push Temp.」は半導体ウ
ェハ12を反応管11の中に挿入する際の管内温度を示
す。「Anneal Temp.」および「Anneal Time」は半導体
ウェハ12が反応管11の内部に保持される際の管内温
度、およびその保持時間を示す。また、「Pullout Tim
e」は半導体ウェハ12を反応管11の中から引き出す
際の管内温度を示す。尚、条件B-01〜B-03におけるAn
neal Temp.は、−2.5℃/minの速度で管内温度を7
00℃からそれぞれの表示温度に降温させたことを表し
ている。
In Table 1, "Push Temp." Indicates the temperature inside the tube when the semiconductor wafer 12 is inserted into the reaction tube 11. “Anneal Temp.” And “Anneal Time” indicate the temperature inside the tube when the semiconductor wafer 12 is held inside the reaction tube 11, and the holding time thereof. Also, "Pullout Tim
“E” indicates the temperature inside the tube when the semiconductor wafer 12 is pulled out from the reaction tube 11. It should be noted that An in conditions B-01 to B-03
neal Temp., the temperature inside the pipe is 7 at a speed of -2.5 ° C / min.
This means that the temperature was lowered from 00 ° C. to each display temperature.

【0033】実験1.小数キャリアのライフタイムが劣
化する原因としては、サーマルドナーの影響が考えられ
る。このため、小数キャリアのライフタイムと、サーマ
ルドナーとの関係を確認するための実験を行った。
Experiment 1. The cause of the deterioration of the minority carrier lifetime is considered to be the influence of the thermal donor. Therefore, an experiment was conducted to confirm the relationship between the minority carrier lifetime and the thermal donor.

【0034】図3は、処理前ウェハと、条件B-01、B-
02またはB-03で熱処理された処理済みウェハとを試料
としてシート抵抗を測定した結果を示す。シート抵抗
は、各試料の表面に形成されているシリコン酸化膜をB
HFを用いたウェット処理により除去した後に、国際電
気社製のVR−120を用いて、49point/waferの密
度で測定した。
FIG. 3 shows the unprocessed wafer and the conditions B-01 and B-.
The results of measuring the sheet resistance of the processed wafer that has been heat-treated with 02 or B-03 are shown. As for the sheet resistance, the silicon oxide film formed on the surface of each sample is
After removing by wet treatment using HF, it was measured at a density of 49 points / wafer using VR-120 manufactured by Kokusai Electric Co., Ltd.

【0035】図3に示すように、熱処理の温度を700
℃から600℃まで降温させた場合(条件B-03)、お
よびその温度を500℃まで降温させた場合(条件B-0
2)は、熱処理が施されていない場合とほぼ同等のシー
ト抵抗(約290Ω/□)を示す。一方、熱処理の温度
が700℃から400℃まで降温される場合(条件B-0
1)は、他の場合に比してシート抵抗が大きな値(約4
30Ω/□)となる。半導体ウェハ12のシート抵抗
は、サーマルドナーが発生して、キャリアがサーマルド
ナーに捕獲される状態が形成されることにより上昇す
る。従って、上記の結果は、サーマルドナーが450℃
付近の温度帯で発生したために生じたものと考えられ
る。
As shown in FIG. 3, the temperature of the heat treatment is 700
When the temperature is lowered from ℃ to 600 ° C (condition B-03) and when the temperature is lowered to 500 ° C (condition B-0)
2) shows a sheet resistance (about 290 Ω / □) which is almost the same as that when no heat treatment is applied. On the other hand, when the temperature of the heat treatment is lowered from 700 ° C to 400 ° C (condition B-0
1) has a higher sheet resistance than other cases (about 4
30Ω / □). The sheet resistance of the semiconductor wafer 12 rises due to the formation of the thermal donor and the formation of the state in which the carrier is captured by the thermal donor. Therefore, the above results show that the thermal donor is 450 ° C.
It is thought to have occurred because it occurred in the nearby temperature range.

【0036】図4は、処理前ウェハと、そのウェハを条
件B-03(熱処理温度を700℃→600℃とする条
件)で熱処理して作成した処理済みウェハとについて、
少数キャリアのライフタイムを測定した結果を示す。よ
り具体的には、図4(A)乃至図4(C)は、処理前ウ
ェハについての測定結果(ライフタイムの平均値、最少
値、最大値、偏差、および中央値)、ライフタイムの分
布、およびライフタイムの累積分布を示す。また、図4
(D)乃至図4(F)は、処理済みウェハについての測
定結果、ライフタイムの分布、およびライフタイムの累
積分布を示す。図4に示すように、条件B-03で熱処理
された処理済みウェハでは、ライフタイムに劣化は生ず
るものの、ライフタイムの最大値は依然として熱処理前
の値と同等レベルに維持される。
FIG. 4 shows an unprocessed wafer and a processed wafer prepared by heat-treating the wafer under the condition B-03 (condition that the heat treatment temperature is 700 ° C. → 600 ° C.).
The result of measuring the minority carrier lifetime is shown. More specifically, FIGS. 4 (A) to 4 (C) show the measurement results (average lifetime value, minimum value, maximum value, deviation, and median value) of unprocessed wafers and lifetime distribution. , And the cumulative distribution of lifetime are shown. Also, FIG.
4D to FIG. 4F show measurement results, lifetime distributions, and lifetime cumulative distributions of processed wafers. As shown in FIG. 4, in the processed wafer that has been subjected to the heat treatment under the condition B-03, although the lifetime deteriorates, the maximum value of the lifetime is still maintained at the same level as that before the heat treatment.

【0037】小数キャリアのライフタイムは、Semilab
社製のWT-85XAを用いて、raster2mmの範囲(2mm□の
範囲)で測定した。ライフタイムの測定機および測定範
囲は、以下の全ての試料について共通である。上記の測
定機によれば、図4に示す各種結果の他に、測定範囲内
におけるライフタイムの平面分布を得ることができる。
The lifetime of a minority carrier is Semilab
Using a WT-85XA manufactured by Co., Ltd., measurement was performed in a raster 2 mm range (2 mm □ range). The lifetime measuring device and measuring range are common to all the following samples. According to the above-mentioned measuring machine, in addition to the various results shown in FIG. 4, a planar distribution of lifetime within the measuring range can be obtained.

【0038】図5は、処理前ウェハと、そのウェハを条
件B-02(熱処理温度を700℃→500℃とする条
件)で熱処理して作成した処理済みウェハとについて、
少数キャリアのライフタイムを測定した結果を示す。図
5(A)乃至図5(F)の内容は、それぞれ図4(A)
乃至図4(F)の内容に対応している。図5に示すよう
に、条件B-02による熱処理の前後では、小数キャリア
のライフタイムが、約1200μsecから約30μsecに
急激に劣化する。
FIG. 5 shows an unprocessed wafer and a processed wafer prepared by heat-treating the wafer under the condition B-02 (condition for setting the heat treatment temperature to 700 ° C. → 500 ° C.).
The result of measuring the minority carrier lifetime is shown. The contents of FIGS. 5A to 5F are respectively shown in FIG.
4 to FIG. 4F correspond to the contents. As shown in FIG. 5, before and after the heat treatment under the condition B-02, the lifetime of the minority carrier is rapidly deteriorated from about 1200 μsec to about 30 μsec.

【0039】図6は、処理前ウェハと、そのウェハを条
件B-01(熱処理温度を700℃→400℃とする条
件)で熱処理して作成した処理済みウェハとについて、
少数キャリアのライフタイムを測定した結果を示す。図
6(A)乃至図6(F)の内容は、それぞれ図4(A)
乃至図4(F)の内容に対応している。図6に示すよう
に、条件B-01による熱処理の前後では、小数キャリア
のライフタイムが、約1200μsecから約40μsecに
急激に劣化する。
FIG. 6 shows an unprocessed wafer and a processed wafer prepared by heat-treating the wafer under the condition B-01 (condition that heat treatment temperature is 700 ° C. → 400 ° C.).
The result of measuring the minority carrier lifetime is shown. The contents of FIGS. 6A to 6F are respectively shown in FIG.
4 to FIG. 4F correspond to the contents. As shown in FIG. 6, before and after the heat treatment under the condition B-01, the lifetime of the minority carrier is rapidly deteriorated from about 1200 μsec to about 40 μsec.

【0040】図7は、図4乃至図6に示す結果から、ラ
イフタイムの平均時間に関する結果を抽出し、その結果
を対比して表した図を示す。図7に示すように、小数キ
ャリアのライフタイムは、熱処理温度の下限が500℃
または400℃である場合に、その下限が600℃であ
る場合に比して顕著に劣化している。また、そのライフ
タイムは、熱処理温度の下限が500℃である場合と、
その下限が400℃である場合とで、ほぼ同等に劣化し
ている。
FIG. 7 shows a diagram in which the results relating to the average lifetime are extracted from the results shown in FIGS. 4 to 6 and the results are compared. As shown in FIG. 7, the lifetime of the minority carrier has a lower limit of the heat treatment temperature of 500 ° C.
Alternatively, when the temperature is 400 ° C., the lower limit is remarkably deteriorated as compared with the case where the lower limit is 600 ° C. In addition, the lifetime is when the lower limit of the heat treatment temperature is 500 ° C,
When the lower limit is 400 ° C., the deterioration is almost the same.

【0041】上述の如く、半導体ウェハ12には、45
0℃程度の温度帯でサーマルドナーが発生すると考えら
れる(図3参照)。一方、小数キャリアのライフタイム
には、熱処理の下限が500℃である場合にも顕著な劣
化が生じている。従って、熱処理の前後で小数キャリア
を顕著に劣化させる原因は、サーマルドナーではないと
考えることができる。
As described above, the semiconductor wafer 12 has 45
It is considered that thermal donors are generated in the temperature range of about 0 ° C (see Fig. 3). On the other hand, the lifetime of the minority carrier is significantly deteriorated even when the lower limit of the heat treatment is 500 ° C. Therefore, it can be considered that the cause that significantly deteriorates the minority carriers before and after the heat treatment is not the thermal donor.

【0042】実験2.次に、熱処理の温度と小数キャリ
アのライフタイムとの関係を把握するために行った実験
の内容と結果とを説明する。図8は、処理前ウェハを試
料とするライフタイムの測定結果と、その処理前ウェハ
を単一の温度(A-01〜A-03、A-05、A-07〜A-09の
何れかの条件)で熱処理して作成した処理済みウェハに
ついてのライフタイムの測定結果とを対比して表した図
を示す。本実験において、各資料の熱処理は、N2雰囲
気中で実行した。
Experiment 2. Next, the contents and results of the experiment conducted to understand the relationship between the heat treatment temperature and the minority carrier lifetime will be described. FIG. 8 shows the measurement result of the lifetime of the unprocessed wafer as a sample and the unprocessed wafer at a single temperature (A-01 to A-03, A-05, A-07 to A-09). FIG. 5 is a diagram showing a comparison of the measurement result of the lifetime of the processed wafer prepared by heat treatment under the condition (1). In this experiment, the heat treatment of each material was performed in an N 2 atmosphere.

【0043】図8に示すように、熱処理の温度が700
℃である場合は、少数キャリアのライフタイムに劣化は
見られない。熱処理の温度が650℃、600℃と低下
するに伴ってライフタイムの劣化は段々と顕著となり、
その温度が550℃である場合に最も顕著となる。そし
て、熱処理の温度が更に500℃、450℃、400℃
と低下すると、再び劣化の程度が小さくなる。
As shown in FIG. 8, the temperature of the heat treatment is 700
When the temperature is ℃, the lifetime of minority carriers is not deteriorated. As the temperature of heat treatment decreases to 650 ° C and 600 ° C, the deterioration of lifetime becomes more remarkable,
It becomes most prominent when the temperature is 550 ° C. And the temperature of heat treatment is further 500 ° C, 450 ° C, 400 ° C.
And the degree of deterioration becomes smaller again.

【0044】図9は、処理前ウェハを試料とするライフ
タイムの測定結果と、その処理前ウェハをA-04〜A-06
の何れかの条件で、すなわち、ライフタイムを最も劣化
させる550℃の温度で熱処理することにより作成した
処理済みウェハについてのライフタイムの測定結果とを
対比して表した図を示す。条件A-04〜A-06は、それぞ
れ熱処理時間が相違している。従って、図9に示す測定
結果は、熱処理の時間に対するライフタイムの依存性を
示している。
FIG. 9 shows the measurement results of the lifetime of the unprocessed wafer as a sample and the unprocessed wafers A-04 to A-06.
2 is a diagram showing a comparison with the measurement result of the lifetime of the processed wafer produced by performing the heat treatment at a temperature of 550 ° C. that causes the lifetime to be most deteriorated. Conditions A-04 to A-06 have different heat treatment times. Therefore, the measurement results shown in FIG. 9 show the dependence of the lifetime on the heat treatment time.

【0045】図9に示すように、少数キャリアのライフ
タイムは、熱処理の時間が長いほど顕著に劣化する。し
かし、熱処理温度が単一温度(550℃)に固定されて
いる場合は、熱処理時間が長期化されても、処理条件B
-01〜B-03が用いられた場合のようにライフタイムが劣
化すること、すなわち、ライフタイムが20〜40μse
cの範囲に集中するように劣化することはない。また、
熱処理温度が単一温度である場合は、試料である半導体
ウェハ12の周辺部分からライフタイムの劣化が進行す
る。
As shown in FIG. 9, the lifetime of minority carriers is significantly deteriorated as the heat treatment time increases. However, when the heat treatment temperature is fixed at a single temperature (550 ° C.), even if the heat treatment time is extended, the treatment condition B
-01 to B-03 are used, the lifetime is deteriorated, that is, the lifetime is 20 to 40 μse.
It does not deteriorate to concentrate in the range of c. Also,
When the heat treatment temperature is a single temperature, the deterioration of the lifetime progresses from the peripheral portion of the semiconductor wafer 12 as the sample.

【0046】実験3.次に、劣化したライフタイムが熱
処理により回復するか否かを確認するために行った実験
について説明する。図10(A)乃至図10(C)は、
処理前ウェハを対象として少数キャリアのライフタイム
を測定した結果を示す。また、図10(D)乃至図10
(F)は、その処理前ウェハを条件B-01で熱処理した
後にライフタイムを測定した結果を示す。更に、図10
(G)乃至図10(I)は、条件B-01で処理された処
理済みウェハを条件A-09で再び熱処理した後にライフ
タイムを測定した結果を示す。
Experiment 3. Next, an experiment conducted to confirm whether the deteriorated lifetime is recovered by the heat treatment will be described. 10A to 10C,
The result of having measured the minority carrier lifetime for the unprocessed wafer is shown. In addition, FIGS.
(F) shows the result of measuring the lifetime after heat treating the untreated wafer under the condition B-01. Furthermore, FIG.
(G) to FIG. 10 (I) show the results of measuring the lifetime after the heat treatment of the processed wafer treated under the condition B-01 again under the condition A-09.

【0047】今回の実験では、図10に示すように、条
件B-01による熱処理、すなわち、熱処理温度を700
℃から400℃に降温させる条件による熱処理が行われ
ることにより少数キャリアのライフタイム(平均値)は
606μsecから26,29μsecに劣化した。以下、こ
のように劣化した後のライフタイムを「劣化後ライフタ
イム」と称す。
In this experiment, as shown in FIG. 10, the heat treatment under the condition B-01, that is, the heat treatment temperature is 700
The lifetime (average value) of the minority carriers deteriorated from 606 μsec to 26,29 μsec by performing the heat treatment under the condition of decreasing the temperature from ℃ to 400 ℃. Hereinafter, the lifetime after such deterioration is referred to as “post-deterioration lifetime”.

【0048】そして、今回の実験では、ライフタイムの
劣化した処理済みウェハに、条件A-09による熱処理、
すなわち、単一温度700℃での熱処理を施したとこ
ろ、少数キャリアのライフタイム(平均値)は、初期値
と同レベルである673.4μsecにまで回復した。ま
た、条件A-09による熱処理の後は、ライフタイムの平
面分布も、ほぼ初期の状態(処理前ウェハの状態)と同
じ分布に戻ることが確認された。
In this experiment, the processed wafer having the deteriorated lifetime was subjected to the heat treatment under the condition A-09,
That is, when heat treatment was performed at a single temperature of 700 ° C., the lifetime (average value) of minority carriers was restored to 673.4 μsec, which was the same level as the initial value. It was also confirmed that after the heat treatment under the condition A-09, the planar distribution of the lifetime returned to the same distribution as the initial state (the state of the unprocessed wafer).

【0049】このように、少数キャリアのライフタイム
は、熱処理の実行に伴って一旦劣化しても、その後適正
な熱処理を再び行うことにより初期の値にまで回復させ
ることができる。以下、劣化後ライフタイムの回復を目
的として行われる熱処理を「回復用熱処理」と称し、ま
た、回復用熱処理を受けた処理済みウェハで測定される
ライフタイムを「回復後ライフタイム」と称す。
As described above, the lifetime of the minority carriers can be restored to the initial value by performing proper heat treatment again even if the life time of the minority carrier is once deteriorated by the heat treatment. Hereinafter, the heat treatment performed for the purpose of recovering the lifetime after deterioration is referred to as “recovery heat treatment”, and the lifetime measured on the processed wafer subjected to the recovery heat treatment is referred to as “post-recovery lifetime”.

【0050】次に、回復用熱処理で用いられる温度と、
回復後ライフタイムとの関係を把握するための実験を行
った。図11は、複数の半導体ウェハについて、ライフ
タイムの初期値と、劣化後ライフタイムと、回復後ライ
フタイムとを対比して表した図を示す。図11におい
て、横軸に示される熱処理温度は、回復用熱処理で用い
られた温度である。すなわち、図11に示す回復後ライ
フタイムは、劣化後ライフタイムを、A-01〜A-03、A
-05、A-07〜A-09の何れかの条件を用いた回復用熱処
理(N2雰囲気)で回復させた後の値である。
Next, the temperature used in the heat treatment for recovery and
An experiment was conducted to understand the relationship with the post-recovery lifetime. FIG. 11 is a diagram showing the initial values of lifetimes, the lifetimes after deterioration, and the lifetimes after recovery for a plurality of semiconductor wafers in comparison. In FIG. 11, the heat treatment temperature shown on the horizontal axis is the temperature used in the recovery heat treatment. That is, the post-recovery lifetime shown in FIG.
-05, A-07 to A-09, and the value after recovery by heat treatment for recovery (N 2 atmosphere).

【0051】図11に示すように、回復用熱処理で用い
られる温度が400℃または450℃である場合は、劣
化後ライフタイムと回復後ライフタイムとの間に殆ど差
は見られない。回復用熱処理で用いられる温度が500
℃を越えると、徐々に回復の効果が生じ始め、その温度
が600℃を越える条件では、回復後ライフタイムがラ
イフタイムの初期値と同等レベルにまで回復する。上記
の実験では、また、ライフタイムの回復は、半導体ウェ
ハ12の中心部付近から進行することが確認された。
As shown in FIG. 11, when the temperature used in the heat treatment for recovery is 400 ° C. or 450 ° C., there is almost no difference between the lifetime after deterioration and the lifetime after recovery. The temperature used in the heat treatment for recovery is 500
When the temperature exceeds ℃, the effect of recovery gradually starts to occur, and under the condition that the temperature exceeds 600 ° C., the post-recovery lifetime is recovered to a level equivalent to the initial value of the lifetime. In the above experiment, it was also confirmed that the recovery of the lifetime proceeded from the vicinity of the central portion of the semiconductor wafer 12.

【0052】実験4.半導体ウェハ12の小数キャリア
は、そのウェハのシリコン部分に発生する。また、少数
キャリアのライフタイムは、シリコン部分の内部に発生
するキャリア(以下、「内部キャリア」と称す)のライ
フタイムと、シリコン部分の表面に発生するキャリア
(以下、「表面キャリア」と称す)のライフタイムとに
よって決定される。以下、熱処理に伴うライフタイムの
劣化に対して、内部キャリアが与える寄与度、および表
面キャリアが与える寄与度を把握するために行った実験
について説明する。
Experiment 4. The minority carriers of semiconductor wafer 12 occur in the silicon portion of the wafer. The minority carrier lifetime is the lifetime of carriers generated inside the silicon part (hereinafter referred to as “internal carrier”) and the carrier generated on the surface of the silicon part (hereinafter referred to as “surface carrier”). Lifetime and is determined by. Below, an explanation will be given of an experiment conducted to understand the contribution of the internal carriers and the contribution of the surface carriers to the deterioration of the lifetime due to the heat treatment.

【0053】図12は、複数の半導体ウェハについて、
ライフタイムの初期値と、熱処理後のライフタイムと、
酸化膜除去状態でのライフタイムとを対比して表した図
を示す。図12において、横軸に示される温度は熱処理
の条件(熱処理無し、または、A-01〜A-03、A-05、
A-07〜A-09、B-01、およびB-02の何れか)を表して
いる。また、「酸化膜除去状態でのライフタイム」は、
処理済みウェハの表面を覆っているシリコン酸化膜をB
HF処理で除去した直後に測定したライフタイムであ
る。
FIG. 12 shows a plurality of semiconductor wafers.
Initial value of lifetime, lifetime after heat treatment,
The figure which compared and represented the lifetime in the oxide film removal state is shown. In FIG. 12, the temperature shown on the horizontal axis is the condition of heat treatment (no heat treatment, or A-01 to A-03, A-05,
Any of A-07 to A-09, B-01, and B-02). In addition, the "lifetime when the oxide film is removed" is
The silicon oxide film that covers the surface of the processed wafer is
It is the lifetime measured immediately after removal by HF treatment.

【0054】処理済みウェハの表面がシリコン酸化膜で
覆われている場合は、シリコン部分の表面(シリコン酸
化膜との界面)に、シリコンダングリングボンドが多数
存在している。それらのシリコンダングリングボンド
は、表面キャリアを捕獲して消滅させる。このため、表
面キャリアのライフタイムは、シリコン部分とシリコン
酸化膜との境界面の状態に大きく影響される。
When the surface of the processed wafer is covered with the silicon oxide film, many silicon dangling bonds are present on the surface of the silicon portion (interface with the silicon oxide film). These silicon dangling bonds trap and eliminate surface carriers. Therefore, the lifetime of the surface carrier is greatly affected by the state of the boundary surface between the silicon portion and the silicon oxide film.

【0055】換言すると、処理済みウェハの表面がシリ
コン酸化膜で覆われている場合は、シリコン部分とシリ
コン酸化膜との境界面の状態に応じて、表面キャリアの
ライフタイムが大きく変化する。従って、この場合は、
表面キャリアのライフタイムが、ライフタイムの平均値
に対して寄与度を有している。
In other words, when the surface of the processed wafer is covered with the silicon oxide film, the lifetime of the surface carrier greatly changes depending on the state of the boundary surface between the silicon portion and the silicon oxide film. So in this case,
The lifetime of the surface carrier has a contribution to the average lifetime.

【0056】処理済みウェハの表面を覆っていたシリコ
ン酸化膜がBHF処理により除去された直後は、露出し
たシリコン部分の表面がBHFで覆われている。この場
合、シリコン部分の表面に存在するダングリングボンド
が水素によって終端(terminate)されるため、試料間
でシリコン部分の表面状態が異なっていても、表面キャ
リアのライフタイムは全ての試料においてほぼ同じにな
ると考えられる。従って、このような状況下では、表面
キャリアのライフタイムがライフタイムの平均値に与え
る寄与度は極めて小さいと考えられる。つまり、酸化膜
除去状態でのライフタイムに対して、内部キャリアのラ
イフタイムが大きな寄与度を有すると考えられる。
Immediately after the silicon oxide film covering the surface of the processed wafer is removed by the BHF processing, the surface of the exposed silicon portion is covered with BHF. In this case, since dangling bonds existing on the surface of the silicon part are terminated by hydrogen, even if the surface state of the silicon part is different between samples, the lifetime of the surface carrier is almost the same in all samples. It is believed that Therefore, under such circumstances, it is considered that the contribution of the lifetime of the surface carrier to the average lifetime is extremely small. That is, it is considered that the lifetime of the internal carrier has a large contribution to the lifetime in the state where the oxide film is removed.

【0057】図12に示すように、熱処理後(酸化膜除
去前)のライフタイム、すなわち、表面キャリアのライ
フタイムと内部キャリアのライフタイムとの双方から寄
与を受けるライフタイムには、熱処理条件の違いに応じ
た差違が生じている。一方、内部キャリアのライフタイ
ムだけが大きな寄与度を有する酸化膜除去状態でのライ
フタイムは、処理前ウェハを含む全てのウェハについて
ほぼ同じ値(150μsec〜250μsec)となってい
る。従って、熱処理に伴って生ずるライフタイムの差
は、表面キャリアのライフタイムの差、すなわち、シリ
コン部分とシリコン酸化膜との境界部分の状態の差に起
因していると考えられる。
As shown in FIG. 12, the lifetime after the heat treatment (before the removal of the oxide film), that is, the lifetime that is contributed by both the lifetime of the surface carrier and the lifetime of the internal carrier depends on the heat treatment conditions. Differences occur depending on the differences. On the other hand, the lifetime in the oxide film removed state in which only the lifetime of the internal carrier has a large contribution is approximately the same value (150 μsec to 250 μsec) for all wafers including the unprocessed wafer. Therefore, it is considered that the difference in the lifetime caused by the heat treatment is caused by the difference in the lifetime of the surface carrier, that is, the difference in the state of the boundary portion between the silicon portion and the silicon oxide film.

【0058】実験5.次に、熱処理の過程で半導体ウェ
ハ12から脱離するガスの影響と、小数キャリアのライ
フタイムとの関係を把握するために行った実験について
説明する。図14は、膜厚100nmの酸化膜を有する半
導体ウェハを試料として行ったTDS(Thermal Desorp
tion Spectrometry)の結果を示す。TDSの試料は、
シリコンウェハの表面を、いわゆるパイロ酸化(Pyro酸
化)の手法で酸化させることにより、すなわち、シリコ
ンウェハの表面を、水素と酸素とを反応させて生成した
水蒸気で酸化させることにより作成した。この際、酸化
温度は900℃とした。
Experiment 5. Next, an experiment conducted to understand the relationship between the influence of the gas desorbed from the semiconductor wafer 12 during the heat treatment and the lifetime of the minority carrier will be described. FIG. 14 shows TDS (Thermal Desorp) performed on a semiconductor wafer having a 100 nm oxide film as a sample.
shows the results of ionization spectroscopy. TDS samples are
It was prepared by oxidizing the surface of the silicon wafer by a so-called pyro oxidation (Pyro oxidation) method, that is, by oxidizing the surface of the silicon wafer with water vapor generated by reacting hydrogen and oxygen. At this time, the oxidation temperature was 900 ° C.

【0059】TDSは、電子科学社製のEMD-WA1000を用
いて、昇温レート1℃/secで試料を室温から1000
℃まで昇温させながら行った。また、本実験では、
2、NH、O、HO、H2O、およびN2をTDSの測
定元素とし、試料が昇温する過程で、それらの測定元素
に対応する脱離スペクトルの強度を測定した。
For TDS, EMD-WA1000 manufactured by Denshi Kagaku Co., Ltd. was used, and the sample was heated from room temperature to 1000 °
The temperature was raised to 0 ° C. In addition, in this experiment,
H 2 , NH, O, HO, H 2 O, and N 2 were used as TDS measurement elements, and the desorption spectrum intensities corresponding to these measurement elements were measured in the process of raising the temperature of the sample.

【0060】図13に示す脱離スペクトルには、400
℃付近に、H2の小さなスペクトルピークと、H2Oの顕
著なスペクトルピークとが認められる。ライフタイムの
劣化が水素の脱離に起因するものであれば、それらのピ
ークの前後でライフタイムに大きな差が生ずるはずであ
り、また、ライフタイムの回復には水素の存在が必要と
されるはずである。
The desorption spectrum shown in FIG.
Around ° C., a small spectral peak of H 2, and the prominent spectral peaks of H 2 O is observed. If the deterioration of lifetime is due to the desorption of hydrogen, there should be a large difference in lifetime before and after those peaks, and the existence of hydrogen is required for recovery of lifetime. Should be.

【0061】実験2の結果(図8参照)が示すように、
小数キャリアのライフタイムには、熱処理の温度が40
0℃〜450℃程度である場合には劣化が生じない。ま
た、実験4の結果(図11参照)が示すように、劣化し
たライフタイムは、N2雰囲気中での熱処理(処理温度
600℃)が行われるだけで、ほぼ初期値に回復する。
従って、ライフタイムの劣化は、シリコン部分とシリコ
ン酸化膜との境界面からの水素脱離によるものではない
と考えられる。
As shown by the results of Experiment 2 (see FIG. 8),
The lifetime of a minority carrier has a heat treatment temperature of 40
When the temperature is from 0 ° C to 450 ° C, no deterioration occurs. Further, as shown by the result of Experiment 4 (see FIG. 11), the deteriorated lifetime is restored to almost the initial value only by performing the heat treatment (treatment temperature 600 ° C.) in the N 2 atmosphere.
Therefore, it is considered that the deterioration of the lifetime is not due to the desorption of hydrogen from the boundary surface between the silicon portion and the silicon oxide film.

【0062】ライフタイム劣化原因を説明するための仮
説.少数キャリアのライフタイムτは、内部キャリアの
ライフタイム(以下、「バルクライフタイムτb」と称
す)と、表面キャリアのライフタイム(以下、「表面ラ
イフタイムτs」と称す)とを用いて、次式のように表
すことができる。 1/τ=1/τb+1/τs
Hypothesis for explaining the cause of lifetime deterioration. The lifetime τ of the minority carrier is calculated by using the lifetime of the internal carrier (hereinafter referred to as “bulk lifetime τb”) and the lifetime of the surface carrier (hereinafter referred to as “surface lifetime τs”) as follows. It can be expressed as an expression. 1 / τ = 1 / τb + 1 / τs

【0063】実験1の結果(図3および図7参照)よ
り、ライフタイムτの劣化にはサーマルドナーが影響し
ないことが確認されている。また、実験4の結果(図1
2参照)より、熱処理の実行に伴ってライフタイムτが
劣化している場合でも、バルクライフタイムτb(酸化
膜除去状態でのライフタイムに相当)には劣化が生じて
いないと考えられる。従って、ライフタイムτの劣化
は、シリコン部分とシリコン酸化膜との境界面(以下、
「Si/SiO2界面」と称す)においてキャリアが再結合に
より消滅するまでの時間、すなわち、表面ライフタイム
τsの変化に起因するものと考えられる。
From the results of Experiment 1 (see FIGS. 3 and 7), it has been confirmed that the thermal donor does not affect the deterioration of the lifetime τ. In addition, the result of Experiment 4 (Fig. 1
2), it is considered that the bulk lifetime τb (corresponding to the lifetime in the oxide film removed state) does not deteriorate even if the lifetime τ deteriorates with the execution of the heat treatment. Therefore, the deterioration of the lifetime τ is caused by the boundary surface between the silicon portion and the silicon oxide film (hereinafter,
It is considered to be due to the time until the carriers disappear at the “Si / SiO 2 interface” due to recombination, that is, the change in the surface lifetime τs.

【0064】Si/SiO2界面における表面ライフタイムτ
sに影響を及ぼす要因としては、その界面におけるシリ
コンと水素との結合状態、およびその界面におけるシリ
コンと酸素との結合状態が考えられる。実験5の結果
(図13参照)より、ライフタイムτの劣化は水素の影
響によるものではないことが確認されている。従って、
ライフタイムτが劣化する原因は、熱処理の実行に伴っ
てSi/SiO2界面においてシリコンと酸素との結合状態が
変化することと考えられる。
Surface lifetime τ at Si / SiO 2 interface
As a factor that influences s, the bonding state of silicon and hydrogen at the interface and the bonding state of silicon and oxygen at the interface are considered. From the result of Experiment 5 (see FIG. 13), it is confirmed that the deterioration of the lifetime τ is not due to the influence of hydrogen. Therefore,
It is considered that the cause of the deterioration of the lifetime τ is that the bonding state between silicon and oxygen changes at the Si / SiO 2 interface as the heat treatment is performed.

【0065】ライフタイムτの劣化がSi/SiO2界面にお
けるシリコンと酸素の結合状態の変化に起因していると
考えて、ライフタイムτの熱処理温度に対する依存性
(実験2:図8および図9参照)を、以下のモデルを用
いて定性的に説明する。
Considering that the deterioration of the lifetime τ is due to the change of the bonding state of silicon and oxygen at the Si / SiO 2 interface, the dependence of the lifetime τ on the heat treatment temperature (Experiment 2: FIG. 8 and FIG. 9). ) Is qualitatively explained using the following model.

【0066】図14は、以下の説明に用いるモデルの概
念を表す状態遷移図を示す。図14に示すように、Si/S
iO2界面においてシリコンと酸素とが結合している状態
(以下、「状態A」と称す)の状態密度をnA、両者が
分離している状態(以下、「状態B」と称す)の状態密
度をnBとする。また、状態Aから状態Bに遷移する確
率、および状態Bから状態Aに遷移する確率を、それぞ
れ温度Tの関数としてP1(T)およびP2(T)とす
る。この場合、状態Bで生じる界面トラップ密度Itr
は、次式で与えられると考えられる。尚、次式において
T1およびT2は、熱処理の開始温度、および終了温度
である。
FIG. 14 is a state transition diagram showing the concept of the model used in the following description. As shown in FIG. 14, Si / S
The density of states of the state in which silicon and oxygen are bonded at the iO 2 interface (hereinafter, referred to as “state A”) is n A , and the state where they are separated (hereinafter, referred to as “state B”) Let the density be n B. Further, the probability of transition from state A to state B and the probability of transition from state B to state A are P1 (T) and P2 (T) as functions of temperature T, respectively. In this case, the interface trap density Itr that occurs in state B
Is considered to be given by In the following equation, T1 and T2 are the starting temperature and the ending temperature of the heat treatment.

【0067】[0067]

【数1】 [Equation 1]

【0068】半導体ウェハ12の表面にシリコン酸化膜
が成膜された直後は、Si/SiO2界面に、シリコンと酸素
の良好な結合状態が形成されている。この場合、状態密
度n Aは状態密度をnBに比して高いので、Eq.1におけ
る被積分関数は正となり、界面トラップ密度Itrは熱処
理の実行に伴って増加する。従って、上記のモデルによ
れば、熱処理の実行に伴って小数キャリアのライフタイ
ムτが劣化する現象を説明することができる。
A silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor wafer 12.
Immediately after the film formation, Si / SiO2Silicon and oxygen at the interface
A good bonded state of is formed. In this case,
Degree n AIs the density of states nBSince it is higher than
And the interface trap density Itr is
It increases with the execution of reason. Therefore, according to the above model
If this is the case, the life time of minority carriers
It is possible to explain the phenomenon that the τ deteriorates.

【0069】上記のモデルにおいて、単一温度の熱処理
に対するライフタイムτの温度依存性は、遷移確率P1
(T)の温度依存性に帰着される。上記のモデルは、遷
移確率P1(T)が550℃付近で極大値を持つ分布を
有していれば、実験2の結果(図8参照)と整合する。
また、熱処理温度が徐々に降温される場合は、界面トラ
ップ密度Itrに各温度での寄与が加えられ、その値は、
熱処理温度が単一である場合に比して大きくなる。従っ
て、上記のモデルによれば、条件B-01や条件B-02でラ
イフタイムが大きく劣化する現象も説明することができ
る。
In the above model, the temperature dependence of the lifetime τ for heat treatment at a single temperature is the transition probability P1.
This results in the temperature dependence of (T). The above model is consistent with the result of Experiment 2 (see FIG. 8) if the transition probability P1 (T) has a distribution having a maximum value near 550 ° C.
Further, when the heat treatment temperature is gradually lowered, the contribution at each temperature is added to the interface trap density Itr, and its value is
The heat treatment temperature is higher than that when the heat treatment temperature is single. Therefore, according to the above model, it is possible to explain the phenomenon that the lifetime significantly deteriorates under the condition B-01 or the condition B-02.

【0070】処理温度を徐々に降温させる熱処理(条件
B-01による熱処理など)が半導体ウェハ12に施され
た後は、Si/SiO2界面でシリコンと酸素とが分離してお
り、シリコン部分の表面に形成されるシリコンダングリ
ングボンドが表面キャリアとの再結合中心として働いて
いると考えられる。この状態では、状態密度をnBは状
態密度nAに比して高いので、Eq.1における被積分関数
は負となり、界面トラップ密度Itrは熱処理の実行に伴
って減少する。従って、上記のモデルによれば、適正な
熱処理が行われることで劣化したライフタイムτが初期
値と同等の値に回復する現象を説明することができる。
このように、図14に示すモデルによれば、ライフタイ
ムの劣化に関係する種々の現象(実験結果)を適正に説
明することができる。
After the semiconductor wafer 12 is subjected to the heat treatment for gradually lowering the treatment temperature (heat treatment under the condition B-01, etc.), silicon and oxygen are separated at the Si / SiO 2 interface, and the silicon portion It is considered that the silicon dangling bond formed on the surface acts as a recombination center with the surface carrier. In this state, the density of states n B is higher than the density of states n A , so the integrand in Eq. 1 becomes negative and the interface trap density Itr decreases with the execution of heat treatment. Therefore, according to the above model, it is possible to explain the phenomenon in which the lifetime τ deteriorated by the proper heat treatment is recovered to a value equivalent to the initial value.
As described above, according to the model shown in FIG. 14, various phenomena (experimental results) related to deterioration of lifetime can be properly explained.

【0071】熱処理に伴うシリコンと酸素との乖離は、
熱処理温度の降温スピードが早くなるほど生じ難くなる
と考えられる。従って、熱処理の後に高い降温スピード
で温度が下げられるほど、少数キャリアのライフタイム
には劣化が生じ難いと考えられる。また、酸素雰囲気中
では、状態Aから状態Bへの遷移確率P1(T)に比し
て状態Bから状態Aへの遷移確率P2(T)が大きくな
る。従って、酸素が存在する雰囲気中ではシリコンと酸
素との乖離が生じ難くなり、ライフタイムの劣化が生じ
難くなると考えられる。
The difference between silicon and oxygen due to the heat treatment is
It is considered that the higher the temperature reduction rate of the heat treatment temperature, the less likely it is to occur. Therefore, it is considered that the lifetime of minority carriers is less likely to deteriorate as the temperature is lowered at a higher rate of temperature reduction after the heat treatment. Further, in the oxygen atmosphere, the transition probability P2 (T) from the state B to the state A is higher than the transition probability P1 (T) from the state A to the state B. Therefore, it is considered that the separation of silicon and oxygen is less likely to occur in the atmosphere in which oxygen is present, and the deterioration of lifetime is less likely to occur.

【0072】実験6.次に、上記の仮説の下に、ライフ
タイムの劣化を抑制するうえで好適な熱処理条件を決め
るために行った実験について説明する。本実験では、第
1乃至第3の試料を作成し、それらについて小数キャリ
アのライフタイムを測定した。
Experiment 6. Next, based on the above hypothesis, an experiment conducted to determine a heat treatment condition suitable for suppressing the deterioration of lifetime will be described. In this experiment, the first to third samples were prepared, and the minority carrier lifetime was measured for them.

【0073】第1の試料は以下の手順で作成した。先
ず、半導体ウェハ12を反応管11の中で900℃の温
度で酸化する。次に、反応管11内部の雰囲気をN2と
し、反応管11とヒータ1との間にのみ冷却ガスを導い
て半導体ウェハ12を冷却する。冷却速度は平均で15
℃/minとし、反応管11の内部温度が400℃となる
まで冷却する。上記の手順で作成した第1の試料につい
てライフタイムを測定したところ、25μsecであっ
た。
The first sample was prepared by the following procedure. First, the semiconductor wafer 12 is oxidized in the reaction tube 11 at a temperature of 900 ° C. Next, the atmosphere inside the reaction tube 11 is set to N 2, and the cooling gas is introduced only between the reaction tube 11 and the heater 1 to cool the semiconductor wafer 12. Cooling rate is 15 on average
C./min. And cooling is performed until the internal temperature of the reaction tube 11 reaches 400.degree. When the lifetime of the first sample prepared by the above procedure was measured, it was 25 μsec.

【0074】第2の試料は以下の手順で作成した。先
ず、半導体ウェハ12を反応管11の中で900℃の温
度で酸化する。次に、反応管11内部を酸素雰囲気とし
たまま、反応管11とヒータ1との間にのみ冷却ガスを
導いて半導体ウェハ12を冷却する。冷却速度は平均で
15℃/minとし、反応管11の内部温度が400℃と
なるまで冷却する。上記の手順で作成した第2の試料に
ついてライフタイムを測定したところ、128.8μse
cであった。
The second sample was prepared by the following procedure. First, the semiconductor wafer 12 is oxidized in the reaction tube 11 at a temperature of 900 ° C. Next, with the inside of the reaction tube 11 kept in an oxygen atmosphere, a cooling gas is introduced only between the reaction tube 11 and the heater 1 to cool the semiconductor wafer 12. The average cooling rate is 15 ° C./min, and cooling is performed until the internal temperature of the reaction tube 11 reaches 400 ° C. When the lifetime of the second sample prepared by the above procedure was measured, it was 128.8 μse.
It was c.

【0075】第3の試料は以下の手順で作成した。先
ず、半導体ウェハ12を反応管11の中で900℃の温
度で酸化する。次に、反応管11内部を酸素雰囲気とし
たまま、反応管11とヒータ1との間に冷却ガスを導
き、かつ、反応管11の中にもN 2の冷却ガスを導入し
て半導体ウェハ12を冷却する。冷却速度は平均で15
℃/minとし、反応管11の内部温度が400℃となる
まで冷却する。上記の手順で作成した第3の試料につい
てライフタイムを測定したところ、818.9μsecで
あった。尚、試料3についての各種の測定を図15に示
す。
The third sample was prepared by the following procedure. Destination
First, the semiconductor wafer 12 is heated in the reaction tube 11 at a temperature of 900 ° C.
It oxidizes in degrees. Next, the inside of the reaction tube 11 is made an oxygen atmosphere.
The cooling gas is introduced between the reaction tube 11 and the heater 1 as it is.
And N in the reaction tube 11 2Introduced the cooling gas of
To cool the semiconductor wafer 12. Cooling rate is 15 on average
℃ / min, the internal temperature of the reaction tube 11 becomes 400 ℃
Cool down. For the third sample created by the above procedure,
And measured the lifetime, it was 818.9 μsec.
there were. Various measurements for Sample 3 are shown in FIG.
You

【0076】上記の実験において、冷却速度は、熱電対
16〜18によるモニタ値に基づいて制御されている。
熱電対16〜18のモニタ値は半導体ウェハ12自身の
温度ではないため、試料3の作成工程における半導体ウ
ェハ12の降温速度は、試料2の作成工程における半導
体ウェハ12の降温速度に比して高速であると考えられ
る。この結果より、ライフタイムを劣化させない降温速
度の下限値は、15℃/min付近であることが判る。更
に、ライフタイムの劣化を防止するうえでは、反応管1
1の内部に冷却ガスを導くことが重要であることが判
る。
In the above experiment, the cooling rate is controlled on the basis of the monitor values by the thermocouples 16-18.
Since the monitored values of the thermocouples 16 to 18 are not the temperature of the semiconductor wafer 12 itself, the rate of temperature decrease of the semiconductor wafer 12 in the process of creating the sample 3 is higher than that of the semiconductor wafer 12 in the process of creating the sample 2. Is considered to be. From this result, it is understood that the lower limit value of the temperature lowering rate that does not deteriorate the lifetime is around 15 ° C./min. Furthermore, in order to prevent the deterioration of lifetime, the reaction tube 1
It can be seen that it is important to direct the cooling gas into the interior of 1.

【0077】本実施形態の熱処理装置は、上記の如く、
半導体ウェハ12に熱処理を施した後、ヒータ1と反応
管11との間、および反応管11の内部に冷却ガスを流
通させて半導体ウェハ12を直接的に冷却する。より具
体的には、半導体ウェハ12に酸化処理を施す場合に
は、上述した試料3の作成手順に従って半導体ウェハ1
2の冷却を行う。このため、本実施形態の熱処理装置に
よれば、小数キャリアのライフタイムを劣化させること
なく、半導体ウェハ12に適正な熱処理を施すことがで
きる。
The heat treatment apparatus of this embodiment is as described above.
After heat-treating the semiconductor wafer 12, the semiconductor wafer 12 is directly cooled by circulating a cooling gas between the heater 1 and the reaction tube 11 and inside the reaction tube 11. More specifically, when the semiconductor wafer 12 is subjected to the oxidation treatment, the semiconductor wafer 1 is processed according to the procedure for forming the sample 3 described above.
2 is cooled. Therefore, according to the heat treatment apparatus of this embodiment, the semiconductor wafer 12 can be appropriately heat-treated without deteriorating the lifetime of the minority carrier.

【0078】ところで、上記の実施形態では、反応管1
1に導く冷却ガスがN2ガスに限定されているが、冷却
ガスはこれに限定されるものではなく、酸素や水蒸気、
或いはオゾンなども冷却ガスとして用いることができ
る。これらのガスを冷却ガスとすると、シリコンと酸素
との乖離を更に防止することが可能となり、小数キャリ
アのライフタイムを更に長期化すること、場合によって
は、1msec程度のライフタイムを確保することが可能と
なる。
By the way, in the above embodiment, the reaction tube 1
Although the cooling gas that leads to 1 is limited to N 2 gas, the cooling gas is not limited to this, and oxygen, water vapor,
Alternatively, ozone or the like can be used as the cooling gas. When these gases are used as cooling gas, it becomes possible to further prevent the dissociation between silicon and oxygen, further prolonging the lifetime of the minority carrier, and in some cases securing a lifetime of about 1 msec. It will be possible.

【0079】[0079]

【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
記載の発明によれば、反応管の内部に冷却ガスを導いて
熱処理の施された半導体ウェハを直接的に冷却すること
ができる。このため、本発明によれば、半導体ウェハの
降温過程で少数キャリアのライフタイムに生ずる劣化の
程度を十分に小さく抑制することができる。また、本発
明によれば、冷却ガス噴出口の大きさを、それらの場所
に応じて変化させることにより、反応管の内部を流れる
冷却ガスの流量を均一化することができる。従って、本
発明によれば、反応管に収納される複数の半導体ウェハ
を、均一に冷却することができる。また、請求項2記載
の発明によれば、冷却ガス排出孔の大きさを、それらの
場所に応じて変化させることにより、反応管の内部を流
れる冷却ガスの流量を均一化することができる。従っ
て、本発明によれば、反応管に収納される複数の半導体
ウェハを、更に均一に冷却することができる。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. Claim 1
According to the above-described invention, the cooling gas can be introduced into the reaction tube to directly cool the semiconductor wafer that has been subjected to the heat treatment. Therefore, according to the present invention, it is possible to sufficiently reduce the degree of deterioration that occurs in the lifetime of minority carriers during the temperature decrease process of the semiconductor wafer. Also,
According to Ming, the size of the cooling gas outlets, their location
Flow inside the reaction tube by changing according to
The flow rate of the cooling gas can be made uniform. Therefore, the book
According to the invention, a plurality of semiconductor wafers housed in a reaction tube
Can be cooled uniformly. Also, claim 2
According to the invention of the
Flow inside the reaction tube by changing it depending on the location.
The flow rate of the cooling gas to be generated can be made uniform. Obey
According to the present invention, a plurality of semiconductors accommodated in the reaction tube are provided.
The wafer can be cooled more uniformly.

【0080】請求項3記載の発明によれば、反応管の内
部に導かれた冷却ガスを、半導体ウェハに対して直接吹
き付けることができる。従って、本発明によれば、半導
体ウェハを効果的に冷却して、ライフタイムの劣化を十
分に抑制することができる。
According to the invention described in claim 3, in the reaction tube
Blows the cooling gas introduced to the wafer directly to the semiconductor wafer.
You can stick to it. Therefore, according to the present invention, the semiconductor
Effectively cools the body wafer to prevent lifetime deterioration.
It can be suppressed to a minute.

【0081】請求項4または5記載の発明によれば、シ
ャワーヘッドの大きさを、反応管の中心部から周縁部に
向かって大きくすることで、反応管の内部を流れる反応
ガスの流量を均一化することができる。従って、本発明
によれば、反応管に収納される複数の半導体ウェハに対
して、均一な熱処理を施すことができる。
According to the invention of claim 4 or 5,
The size of the shower head from the center of the reaction tube to the periphery.
The reaction that flows inside the reaction tube
The gas flow rate can be made uniform. Therefore, the present invention
According to the method, a plurality of semiconductor wafers stored in the reaction tube
Then, uniform heat treatment can be performed.

【0082】[0082]

【0083】請求項6記載の発明によれば、半導体ウェ
ハの表面に酸素を豊富に供給しながら冷却工程を進める
ことができる。半導体ウェハの表面に酸素が豊富に存在
すると、シリコンと酸素との結合が乖離するのを効果的
に防止することができる。このため、本発明によれば、
少数キャリアのライフタイムが劣化するのを有効に防止
することができる。
According to the invention of claim 6, a semiconductor wafer
Continue the cooling process while supplying abundant oxygen to the surface of the c
be able to. Abundance of oxygen on the surface of semiconductor wafer
Then, it is effective to dissociate the bond between silicon and oxygen.
Can be prevented. Therefore, according to the present invention,
Effectively prevent minority carrier lifetime degradation
can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1の半導体ウェハ熱処理
装置の主要部を表す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1の半導体ウェハ熱処理
装置が備える反応管の斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a reaction tube included in the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 処理条件の異なる複数の半導体ウェハのシー
ト抵抗値を比較して表した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a comparison of sheet resistance values of a plurality of semiconductor wafers under different processing conditions.

【図4】 条件B-03で熱処理される前後で少数キャリ
アのライフタイムに関する測定を行った結果である。
FIG. 4 shows the results of measuring the minority carrier lifetime before and after heat treatment under condition B-03.

【図5】 条件B-02で熱処理される前後で少数キャリ
アのライフタイムに関する測定を行った結果である。
FIG. 5 shows the results of measuring the minority carrier lifetime before and after heat treatment under condition B-02.

【図6】 条件B-01で熱処理される前後で少数キャリ
アのライフタイムに関する測定を行った結果である。
FIG. 6 shows the results of measuring the minority carrier lifetime before and after heat treatment under condition B-01.

【図7】 処理条件の異なる複数の半導体ウェハについ
て、少数キャリアのライフタイムを比較して表した図で
ある。
FIG. 7 is a diagram comparing lifetimes of minority carriers for a plurality of semiconductor wafers having different processing conditions.

【図8】 単一温度の熱処理が施される前後で測定され
た少数キャリアのライフタイムを比較して表した図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a comparison of minority carrier lifetimes measured before and after a single temperature heat treatment.

【図9】 単一温度の熱処理に対するライフタイムの処
理時間依存性を表した図である。
FIG. 9 is a diagram showing the processing time dependence of lifetime for heat treatment at a single temperature.

【図10】 ライフタイムの初期値、劣化後ライフタイ
ム、および回復後ライフタイムを比較して表した図であ
る。
FIG. 10 is a diagram comparing and representing an initial value of lifetime, a lifetime after deterioration, and a lifetime after recovery.

【図11】 ライフタイムの回復に関する処理温度依存
性を表した図である。
FIG. 11 is a diagram showing the processing temperature dependence regarding the recovery of the lifetime.

【図12】 ライフタイムの初期値と、熱処理後のライ
フタイムと、シリコン酸化膜を除去した状態でのライフ
タイムとを比較して表した図である。
FIG. 12 is a diagram showing a comparison between an initial value of lifetime, a lifetime after heat treatment, and a lifetime in a state where the silicon oxide film is removed.

【図13】 シリコン酸化膜を備える半導体ウェハを対
象として行ったTDSの結果である。
FIG. 13 is a result of TDS performed on a semiconductor wafer provided with a silicon oxide film.

【図14】 ライフタイムの劣化原因を説明するために
仮定したモデルの概念図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram of a model assumed to explain the cause of deterioration of lifetime.

【図15】 本発明の実施の形態1の熱処理装置で処理
された半導体ウェハのライフタイムに関する測定結果で
ある。
FIG. 15 is a measurement result regarding a lifetime of a semiconductor wafer processed by the heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図16】 従来の熱処理装置が備える反応管の斜視図
である。
FIG. 16 is a perspective view of a reaction tube provided in a conventional heat treatment apparatus.

【図17】 従来の熱処理装置で処理された半導体ウェ
ハのライフタイムに関する測定結果である。
FIG. 17 is a measurement result regarding a lifetime of a semiconductor wafer processed by a conventional heat treatment apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ヒータ 2 空気供給口 3 冷却ガス排出管 5 反応ガス排気口 6 冷却ガス導入管 7 反応ガス導入管 8 ウェハボート 11 反応管 13 冷却ガス噴出孔 14 シャワーヘッド 15 冷却ガス排出孔 16〜18 熱電対 1 heater 2 Air supply port 3 Cooling gas exhaust pipe 5 Reaction gas exhaust port 6 Cooling gas introduction pipe 7 Reaction gas introduction pipe 8 wafer boats 11 reaction tubes 13 Cooling gas ejection holes 14 shower head 15 Cooling gas exhaust hole 16-18 thermocouple

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反応管の中に反応ガスを導いて半導体ウ
ェハに熱処理を施す半導体ウェハ熱処理装置であって、 長手方向に所定間隔毎に複数の半導体ウェハを保持する
反応管と、 前記反応管の内部に保持されている半導体ウェハに冷却
ガスを吹き付けるために設けられ、前記反応管の長手方
向に伸びるガス噴出部を備える冷却ガス導入管と、 前記反応管の内部に導かれた冷却ガスを排気するために
前記冷却ガス導入管と対向する位置に設けられ、前記反
応管の長手方向に伸びるガス排出部を備える冷却ガス排
出管と、を備え、 前記ガス噴出部は、冷却ガスの供給源に近い側から遠い
側に向けて徐々に大きくなるように設けられた複数の冷
却ガス噴出孔を備え、 前記ガス排出部は複数の冷却ガス排出孔を備えることを
特徴とする半導体ウェハ熱処理装置。
1. A semiconductor wafer heat treatment apparatus for introducing a reaction gas into a reaction tube to heat-treat a semiconductor wafer, the reaction tube holding a plurality of semiconductor wafers at predetermined intervals in a longitudinal direction, and the reaction tube. A cooling gas introducing pipe provided for blowing a cooling gas to the semiconductor wafer held inside the cooling pipe, the cooling gas introducing pipe having a gas ejection portion extending in the longitudinal direction of the reaction pipe, and the cooling gas introduced into the reaction pipe. A cooling gas exhaust pipe provided at a position facing the cooling gas introduction pipe for exhausting gas, the cooling gas exhaust pipe having a gas exhaust portion extending in a longitudinal direction of the reaction pipe; and the gas ejection portion having a supply source of the cooling gas. A semiconductor wafer having a plurality of cooling gas ejection holes provided so as to gradually increase from a side closer to the side toward a far side, and the gas discharge part includes a plurality of cooling gas discharge holes. Processing apparatus.
【請求項2】 前記複数の冷却ガス排出孔は、冷却ガス
の排気口に近い側から遠い側に向けて徐々に大きくなる
ように設けられていることを特徴とする請求項1記載の
半導体ウェハ熱処理装置。
2. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the plurality of cooling gas discharge holes are provided such that the cooling gas discharge holes gradually increase from a side closer to the cooling gas exhaust port to a side farther from the exhaust port. Heat treatment equipment.
【請求項3】 前記冷却ガス噴出孔は、前記反応管に保
持される複数のウェハのそれぞれと対応する位置に設け
られており、 前記冷却ガス排出孔は、前記反応管に保持される複数の
ウェハのそれぞれと対応する位置に設けられていること
を特徴とする請求項1または2記載の半導体ウェハ熱処
理装置。
3. The cooling gas ejection hole is provided at a position corresponding to each of the plurality of wafers held by the reaction tube, and the cooling gas discharge hole is provided by the plurality of wafers held by the reaction tube. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1 or 2, which is provided at a position corresponding to each of the wafers.
【請求項4】 前記反応管の一端から、その内部に前記
反応ガスを導入する反応ガス導入管と、 前記反応ガス導入管のガス噴出孔と前記反応管の内部空
間との間に介在するシャワーヘッドと、 前記シャワーヘッドの全面に形成されたシャワーヘッド
孔とを備え、 前記シャワーヘッド孔は、前記反応管の中心部から周縁
部に向かって徐々に大きくなるように形成されているこ
とを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の半導
体ウェハ熱処理装置。
4. A reaction gas introducing pipe for introducing the reaction gas into the reaction pipe from one end thereof, and a shower interposed between a gas ejection hole of the reaction gas introducing pipe and an internal space of the reaction pipe. A shower head hole and a shower head hole formed on the entire surface of the shower head, wherein the shower head hole is formed so as to gradually increase from a central portion of the reaction tube toward a peripheral portion thereof. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 反応管の中に反応ガスを導いて半導体ウ
ェハに熱処理を施す半導体ウェハ熱処理装置であって、 反応管の内部に保持されている半導体ウェハに冷却ガス
を吹き付けるための冷却ガス導入管と、 反応管の内部に導かれた冷却ガスを排気するために、前
記冷却ガス導入管と対向する位置に設けられる冷却ガス
排出管と、 前記反応管の一端から、その内部に前記反応ガスを導入
する反応ガス導入管と、 前記反応ガス導入管のガス噴出孔と前記反応管の内部空
間との間に介在するシャワーヘッドと、 前記シャワーヘッドの全面に形成されたシャワーヘッド
孔とを備え、 前記シャワーヘッド孔は、前記反応管の中心部から周縁
部に向かって徐々に大きくなるように形成されているこ
とを特徴とする半導体ウェハ熱処理装置。
5. A semiconductor wafer heat treatment apparatus for conducting a heat treatment on a semiconductor wafer by introducing a reaction gas into a reaction tube, the cooling gas introduction for blowing the cooling gas to the semiconductor wafer held inside the reaction tube. A pipe, a cooling gas discharge pipe provided at a position facing the cooling gas introducing pipe for exhausting the cooling gas introduced into the reaction pipe, and the reaction gas inside the reaction pipe from one end of the reaction pipe. A reaction gas introducing pipe for introducing a gas, a shower head interposed between a gas ejection hole of the reaction gas introducing pipe and an internal space of the reaction pipe, and a shower head hole formed on the entire surface of the shower head. The semiconductor wafer heat treatment apparatus, wherein the shower head hole is formed so as to gradually increase from a central portion of the reaction tube toward a peripheral portion thereof.
【請求項6】 前記冷却ガスとして、酸素、オゾン、お
よび水蒸気の少なくとも1つを含むガスを用いることを
特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の半導体ウ
ェハ熱処理装置。
6. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein a gas containing at least one of oxygen, ozone, and water vapor is used as the cooling gas.
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