JP3575567B2 - Semiconductor wafer vapor phase growth deposition method and vertical heat treatment apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、デバイスプロセスにおいて高信頼性デバイスを可能にしたゲッターリング構造を付与するため、ウェーハ裏面にポリシリコン薄膜(PBS)等を気相成長させる成膜方法に係り、縦型熱処理炉を使用して1サイクル処理の生産性を向上させることを可能にした半導体ウェーハの気相成長成膜方法と縦型熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
デバイスプロセスでの重金属汚染に対し、シリコンウェーハのデバイス活性領域の品質を改善する方法として、裏面にポリシリコンあるいは窒化珪素を成長させることにより、エクストリンシックゲッターリング(EG)効果を付与させる手法がある。
【0003】
通常、ボリシリコンまたは窒化珪素を成長させるプロセスは、縦型熱処理炉または横型熱処理炉を使用する。
縦型熱処理炉においては、複数枚のウェーハを積載するボートの1溝に対してウェーハ1枚を移載して成膜処理を実施している。
一方、横型熱処理炉においては、ウェーハの非成膜面同士を合わせて2枚重ねにして成膜処理する手法(Back to Back法)も用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、縦型熱処理炉において、処理効率の良いBack toBack法ができなかった理由としては、ボートは複数のボート支柱から構成され、ボート支柱は所定間隔で棚となる溝部を配列した細幅の部材で、このボート支柱を複数用いてウェーハの外周の複数箇所を溝部で支持することによりウェーハを載置支持するが、(A)この溝部にウェーハを2枚積載した場合、成膜プロセス中で上載せウェーハが落下することがあったこと、(B)ボートの1溝に2枚積載した際の下側ウェーハのボート支柱の溝部内の支持接触部では、膜厚が減少する、という問題があった。
【0005】
この発明は、かかる現状に鑑み、縦型熱処理炉でBack to Back方式が実現でき、ボートの1棚に2枚のウェーハを安定して載せることができかつ成膜厚みを均一にでき、生産性を向上させた半導体ウェーハの気相成長成膜方法と縦型熱処理装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
縦型熱処理炉でBack to Back方式行った際の問題点である、上載せウェーハが落下すること、ボート支柱の溝部近傍での膜厚みの減少の解消を目的に種々検討した結果、ボートの棚を形成する溝部のウェーハ接触面を、ウェーハの中心ヘ向かって下方へ傾斜する、すなわち、ウェーハの最外周部分のみ接触するよう構成することにより成膜厚みを均一にできること、ウェーハを所要角度だけ傾斜させて載置することにより上載せウェーハの落下を防止でき、目的が達成できることを知見し、この発明を完成した。
【0007】
この発明は、所定間隔で溝部を配列したボート支柱を複数使用してウェーハ支持溝部内に挿入した半導体ウェーハの外周部の複数箇所を支持し、前記の1つの溝部に1枚あるいはウェーハの非成膜面同士を合わせて2枚重ねにして挿入し、複数の半導体ウェーハを積載して縦型熱処理炉内に装入し、ウェーハ裏面に薄膜を気相成長するに際し、
(1)ボートの各溝部におけるウェーハ裏面との接触部を水平から1 °〜 20 °の下り傾斜を持たせウェーハ裏面との接触面積を低減させ、
(2)かつ各半導体ウェーハを水平から1 °〜 6 °の範囲で平行に傾斜起立させ、
生産性を向上させた半導体ウェーハの気相成長成膜方法である。
【0008】
また、この発明は、ボートの各溝部におけるウェーハ裏面との接触部を水平から1 °〜 20 °の下り傾斜を持たせウェーハ裏面との接触面積を低減させ、かつ各半導体ウェーハを水平から 1 °〜 10 °の範囲で平行に傾斜起立させたボート支柱を複数用いて、複数の半導体ウェーハを積載して熱処理炉内に装入可能にした縦型熱処理装置を併せて提案する。
【0009】
【発明の実施の形態】
縦型熱処理炉において使用されていた従来のボート支柱10は、図1のBに示すごとく、半導体ウェーハ5を載置した際に棚となる溝部11を所定間隔で配列した細幅の部材で、図2のBに示すごとく、このボート支柱10を複数図示するが、例えば3〜5本用いてボート12を形成し、半導体ウェーハ5の外周の複数箇所をボート支柱10の該溝部11で支持することにより、半導体ウェーハ5を載置支持していた。
【0010】
この発明によるボート支柱1は、図1のAに示すごとく、溝部2のウェーハ支持部領域3が水平から1〜45°の下り傾斜面を形成しており、溝部2内に挿入した半導体ウェーハ5裏面のウェーハ支持部領域3との接触面積が従来のボート支柱10の場合に比較して著しく減少し、例えば、ポリシリコン反応時にボート支柱1の溝部2のウェーハ支持領域3と半導体ウェーハ5裏面の接触面近傍に、より効率よくソースガスを導入させることが可能で、気相成膜される膜の膜厚均一性を大きく向上させることができる。
【0011】
この発明において、ボート支柱1の溝部2のウェーハ支持部領域3に形成する下り傾斜面の角度(θ)は、支持部と半導体ウェーハ5裏面の接触面積を低減させるためには少なくとも1°以上が必要であるが、該傾斜角度が大きくなると半導体ウェーハ5の支持が困難になるため45°以下とする。好ましい傾斜角度は8°から20°である。
【0012】
また、この発明は、図2のAに示す如く、例えば、半導体ウェーハ5直径方向の図面の左側ボート支柱1の溝部2位置より、中央側のボート支柱1の溝部2の位置を高位置に設置させることにより、半導体ウェーハ5を水平より1°から20°傾斜起立させており、半導体ウェーハ5を同一溝部2に非成膜面同士を合わせて2枚重ねにして挿入させても、滑りによる半導体ウェーハ5の落下を防止することができる。
【0013】
半導体ウェーハ5の傾斜角度は、半導体ウェーハ5の落下を防止するためには少なくとも1°以上が必要であるが、該傾斜角度が大きくなると成膜膜厚みのばらつきがが極めて大きくなるため、20°以下が好ましい、また、傾斜角度が10°を越えるとバラツキが5%以上となるため、より好ましい傾斜角度は1°〜10°である。
【0014】
また、図3に示すようにこの発明によるボート6にウェーハを2枚積載させかつウェーハを所要角度だけ傾斜させて載置して成膜プロセスした場合、熱処理中でのウェーハの落下を防止できかつ下側に移載した半導体ウェーハ5裏面のボート支柱1の溝部2内の接触部の膜厚減少も解消でき、縦型熱処理炉での生産性を大幅に向上させることができる。
【0015】
【実施例】
実施例1
ボート支柱溝部のウェーハ支持部領域の傾斜角度を1°、8°、20°、45°にした種々のボートを用い、酸化膜付きシリコンウェーハを各々のボート支柱溝部に1枚移載し、成膜温度620〜670℃、炉内圧力0.1〜0.8Torr、SiH4ガスの条件でポリシリコン薄膜を約1.4μm成長させた。
【0016】
その後、エリプソメーターにてウェーハの面内5点の膜厚を測定した結果を表1に示す。ボートのウェーハ支持部領域以外の面内バラツキはほぼ均一であるが、支持部領域はその傾斜角度が大きくなるにつれて該領域とそれ以外の面内との膜厚差が減少している。しかしながら該傾斜角度が大きくなるとウェーハ支持が困難になるため、好ましくは8°から20°程度がよいことがわかった。
【0017】
比較例1
ボート支柱溝部のウェーハ支持部領域の傾斜角度0°の従来のボートを使用し、実施例1と同様にポリシリコン膜を成長させ、エリブソメーターにて膜厚を測定した結果を表1に示す。ボートのウェーハ支持部領域における膜厚差は該接触部以外の領域に比較して約20%程度の膜厚低下が生じた。
【0018】
実施例2
図2Aに示すボート支柱溝部のウェーハ支持部領域の傾斜角度が8°のボートにウェーハを傾斜起立角度aが1°、3°、6°、10°、20°の種々の角度に傾斜起立させて1溝部にウェーハを2枚積載させ、実施例1と同条件でポリシリコン膜を約1.4μm成長させた。
その後、エリプソメーターにて上下積載ウェーハのウェーハ支持部以外の面内の膜厚を測定した。上下ウェーハ間の膜厚の差はみられず、また傾斜角度が10°以内であればウェーハ面内膜厚バラツキが5%以内であり、傾斜角度が10°より大きくなるとバラツキが5%を越えるため、好ましい傾斜角度は1°から10°である。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】
この発明は、縦型熱処理炉において、処理効率の良いBack toBack法を実現したもので、ボート支柱の溝部のウェーハ支持部領域に下り傾斜面を形成して、実施例に示すようにボートの各棚にウェーハを2枚積載させてかつウェーハを所要角度だけ傾斜させて載置して成膜プロセスすると、熱処理中でのウェーハの落下を防止しかつ下側に移載したウェーハ裏面のボート支柱の溝部内の接触部の膜厚減少も解消でき、縦型熱処理炉での生産性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aはこの発明による縦型熱処理装置用のボート支柱の説明図であり、Bは従来のボート支柱の説明図である。
【図2】Aはこの発明によるボートを用いた気相成長成膜方法を示す説明図であり、Bは従来のボートを用いた気相成長成膜方法を示す説明図である。
【図3】この発明によるボートを用いた気相成長成膜方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1,10 ボート支柱
2,11 溝部
3 ウェーハ支持領域
5 半導体ウェーハ
6,12 ボート[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a film forming method for vapor-phase growing a polysilicon thin film (PBS) on the back surface of a wafer in order to provide a gettering structure that enables a highly reliable device in a device process, and uses a vertical heat treatment furnace. The present invention relates to a method for vapor-phase growth and deposition of a semiconductor wafer and a vertical heat treatment apparatus, which can improve the productivity of one-cycle processing.
[0002]
[Prior art]
As a method of improving the quality of a device active region of a silicon wafer against heavy metal contamination in a device process, there is a method of growing a polysilicon or silicon nitride on a back surface to give an extrinsic gettering (EG) effect. .
[0003]
Typically, the process of growing polysilicon or silicon nitride uses a vertical or horizontal heat treatment furnace.
In a vertical heat treatment furnace, one wafer is transferred to one groove of a boat for loading a plurality of wafers to perform a film forming process.
On the other hand, in a horizontal heat treatment furnace, a method of performing film formation by stacking two non-film-formed surfaces of wafers together (back-to-back method) is also used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in the vertical heat treatment furnace, the reason why the back-to-back method with high processing efficiency could not be performed was that a boat was composed of a plurality of boat posts, and the boat posts were narrow members in which grooves serving as shelves were arranged at predetermined intervals. The wafer is placed and supported by using a plurality of boat supports to support a plurality of locations on the outer periphery of the wafer with grooves, but (A) when two wafers are loaded in the groove, the There is a problem that the loaded wafer may drop, and (B) the film thickness decreases at the support contact portion in the groove of the boat support of the lower wafer when two wafers are loaded in one groove of the boat. Was.
[0005]
In view of the above situation, the present invention can realize a back-to-back system in a vertical heat treatment furnace, stably mount two wafers on one shelf of a boat, and can make the film thickness uniform, thereby improving productivity. It is an object of the present invention to provide a method for vapor-phase growth and deposition of a semiconductor wafer and a vertical heat treatment apparatus in which the temperature is improved.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various investigations aimed at eliminating the problems of the back-to-back method performed in the vertical heat treatment furnace, such as the falling of the overlying wafer and the decrease in the film thickness near the groove of the boat support, the boat shelf was The wafer contact surface of the groove forming the groove is inclined downward toward the center of the wafer, that is, by forming only the outermost peripheral portion of the wafer to be in contact, the film thickness can be made uniform, and the wafer can be inclined by a required angle. It has been found that by placing the wafer on the wafer, the fall of the wafer placed on the wafer can be prevented and the object can be achieved, and the present invention has been completed.
[0007]
According to the present invention, a plurality of boat supports having grooves arranged at predetermined intervals are used to support a plurality of locations on the outer peripheral portion of a semiconductor wafer inserted into a wafer support groove, and one or a single wafer is not formed in the one groove. When the two film surfaces are combined and inserted in a stack, two or more semiconductor wafers are loaded and loaded into a vertical heat treatment furnace, and when a thin film is vapor-phase grown on the back surface of the wafer,
(1) The contact area with the wafer back surface in each groove of the boat has a downward inclination of 1 ° to 20 ° from the horizontal to reduce the contact area with the wafer back surface ,
(2) and parallel so inclined erected in the range of 1 ° ~ 6 ° each semiconductor wafer from the horizontal,
This is a method for vapor-phase growth of a semiconductor wafer with improved productivity.
[0008]
In addition, the present invention reduces the contact area with the wafer back surface by giving the contact portion with each wafer back surface in each groove of the boat a downward inclination of 1 ° to 20 ° from the horizontal , and reduces each semiconductor wafer by 1 ° from the horizontal . We also propose a vertical heat treatment apparatus that can load a plurality of semiconductor wafers and load them into a heat treatment furnace by using a plurality of boat supports that are tilted and erected in parallel in the range of up to 10 ° .
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The
[0010]
In the boat support 1 according to the present invention, as shown in FIG. 1A, the
[0011]
In the present invention, the angle (θ) of the downward slope formed in the
[0012]
Also, as shown in FIG. 2A, for example, the position of the
[0013]
The angle of inclination of the
[0014]
Further, as shown in FIG. 3, when two wafers are loaded on the
[0015]
【Example】
Example 1
Using various boats in which the inclination angle of the wafer support region of the boat support groove is set to 1 °, 8 °, 20 °, and 45 °, one silicon wafer with an oxide film is transferred to each boat support groove, A polysilicon thin film was grown to about 1.4 μm under the conditions of a film temperature of 620 to 670 ° C., a furnace pressure of 0.1 to 0.8 Torr, and SiH 4 gas.
[0016]
Thereafter, the results of measuring the film thickness at five points within the plane of the wafer with an ellipsometer are shown in Table 1. The in-plane variation of the boat other than the wafer support region is substantially uniform, but the thickness difference between the support region and the other surface decreases as the inclination angle increases. However, it has been found that when the tilt angle is large, it becomes difficult to support the wafer.
[0017]
Comparative Example 1
Using a conventional boat having an inclination angle of 0 ° in the wafer support region of the boat support groove, a polysilicon film was grown in the same manner as in Example 1, and the film thickness was measured using an ellipsometer. Table 1 shows the results. The difference in film thickness in the wafer support region of the boat was reduced by about 20% as compared with the region other than the contact portion.
[0018]
Example 2
The wafer is tilted upright at various angles of 1 °, 3 °, 6 °, 10 °, and 20 ° in a boat having an 8 ° tilt angle in the wafer support region of the boat support groove shown in FIG. 2A. Then, two wafers were stacked in one groove, and a polysilicon film was grown to about 1.4 μm under the same conditions as in Example 1.
Thereafter, the in-plane film thickness of the upper and lower stacked wafers other than the wafer support was measured by an ellipsometer. No difference in film thickness between the upper and lower wafers was observed, and when the inclination angle was within 10 °, the variation in the film thickness within the wafer surface was within 5%, and when the inclination angle was greater than 10 °, the variation exceeded 5%. Therefore, a preferable inclination angle is 1 ° to 10 °.
[0019]
[Table 1]
[0020]
[Table 2]
[0021]
【The invention's effect】
The present invention realizes a back-to-back method with high processing efficiency in a vertical heat treatment furnace, and forms a downwardly inclined surface in a wafer support region of a groove portion of a boat support to form a boat as shown in an embodiment. When two wafers are loaded on the shelf and the wafers are placed at a required angle, the film is deposited. This prevents the wafers from dropping during the heat treatment and prevents the wafers from being moved downward. It is also possible to eliminate a decrease in the film thickness of the contact portion in the groove, and it is possible to greatly improve the productivity in the vertical heat treatment furnace.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory view of a boat support for a vertical heat treatment apparatus according to the present invention, and FIG. 1B is an explanatory view of a conventional boat support.
FIG. 2A is an explanatory diagram showing a vapor deposition method using a boat according to the present invention, and FIG. 2B is an explanatory diagram showing a vapor deposition method using a conventional boat.
FIG. 3 is an explanatory view showing a vapor phase growth film forming method using a boat according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1,10
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