JPH03185821A - 半導体処理方法およびそれに使用する処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の連続処理技術に関し、主として半導体
への不純物拡散のための処理方法および処理装置を対象
する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造プロセスで半導体ウェハに不純物を拡
散する技術については、■工業調査会発行（１９８３年
１月２０日発行）の「最近ＬＳＩプロセス技術Ｊ　Ｐ１
５０〜１５３等に記載されている。

同記載によれば拡散しようとする不純物（不純物源〉の
種類と態様によって処理方法が異なり、使用するガスや
処理炉も別個のものになる。

たとえば、半導体ウェハにリン等の不純物を拡散する際
に、従来方法ではプロセスチューブ（デボジシッン炉）
内に複数枚のウェハを収容した状態で、炉内に処理ガス
によって不純物をふくむ物質を供給し、ウェハ表面より
不純物のデポジションないし拡散を行う。その後で前記
のデポジション炉から処理済みのウェハを取り出し、別
の酸化炉にそれらのウェハを収容して酸化処理を行うこ
とにより、半導体ウェハにリン拡散領域を形成するとと
もに、その領域上にリンガラス屓を保護膜として形成す
るようにしている（第３図参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来方法及び装置を採用する場合、第１段階
での不純物デポジション作業と第２段階での酸化作業が
あり、それだけの作業工数が必要となる。また、それぞ
れの段階におけるウェハ出し入れ作業でウェハ治具が処
理炉内壁に接触し、それが原因でウェハ付着物が附加さ
れて増える。

オキシ塩化リンを不純物源とする場合、特に、処理炉内
に反応生成物が生じ易く、ウェハ治具との接触（こすり
〉による異物の発生が多い。また第１段階での不純デポ
ジション処理でウェハ表面に形成されたリンガラスは高
温（例えば１０２５℃）処理炉内では軟化しているため
にウェハに当った摺動異物が付着し易い。この付着した
異物は次の酸化処理でウェハに溶着した状態となり、あ
との工程系まで影響を及ぼし、その結果ホトレジスト外
観不良、製造後には特性および品質不良等をひき起こす
。

本発明は上記した点を克服するべくなされたものであっ
て、その目的は、不純物拡散のための作業工数を低減す
るとともに、ウェハへの付着異物を低減し、製品の信頼
性を高める半導体処理技術の提供にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、一つの反応容器内
に装填された被処理半導体に対して不純物をキャリアガ
スにより送給してデポジションを行うにあたって、上記
容器内に同時に水蒸気を含むガスを供給することにより
不純物デポジションに連続して酸化処理を行うものであ
る。

本発明はまた、一つの反応容器内に装填された被処理半
導体に対して外部より送給した不純物をデポジションな
いし拡散する装置であって、上記容器に不純物をガス状
としてキャリアガスにより供給する装置と、これに附加
して水蒸気を含むガスを供給する装置を備えるものであ
る。

本発明はさらに上記の半導体処理装置において半導体は
シリコンであり、不純物ソースとしてオキシ塩化リンを
使用するとともにキャリアガスに窒素及び酸素を使用す
るものである。

〔作用〕

上記した半導体処理方法によれば、反応容器からのウェ
ハ出入作業回数が少なくなることで、特に不純物デポジ
ション処理後のウェハ引出し作業を行わないために、ウ
ェハ付着異物が大幅に減少するとともに作業工数が半減
する。

また、上記半導体処理装置は一つの容器で不純物デポジ
ション処理装置と酸化処理装置とを兼ねることになり、
構造が簡単化し、コスト節減ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第２図により説明す
る。

第１図は半導体ウェハにリンのごとき不純物を拡散する
際に使用する処理装置を示す概略断面図であり、第２図
はその処理条件を示す曲線図である。

第１図において、ｌは処理装置の主要部であるプロセス
チューブ（反応容器）で石英ガラス等をほぼ円筒状に形
成したものであり、その内部の処理室２で主要の反応処
理がなされる。

３はヒータ（加熱コイル〉でチューブ１の外部を取り巻
いて設置され、図示されないコントローラにより電気的
に制御される。

４は供給口でチューブ１の一端（右端）にあって外部か
らの処理ガスを導入する部分である。

５は炉口でチューブの他端（左端〉に開口し、ウェハ６
を出し入れする部分であり、キャンプ８が着脱自在に取
り付けられている。

６は被処理物である半導体ウェハで、このウエハロは石
英ガラス等からなるボート７の溝に複数個組に立てられ
、互い平行に並べられてチューブ内に設置されている。

９は不純物源（ソース）であるオキシ塩化リン（ＰＯＣ
４’５）供給装置、１０は酸化膜形成用のガス供給装置
１０であって、いずれもプロセスチューブｌが設けられ
た拡散装置の外部にあって、チューブの供給口４側に設
置される。

オキシ塩化リン供給装置９はバブラ１１とキャリアガス
供給部１７とから構成されている。バブラ１１は常温で
液体の不純物源であるオキシ塩化リン１２ａを入れた液
体ソース槽１３を備え、この槽１３は恒温＃１１４によ
り所定の温度を保持するようになっている。液体ソース
槽１３には窒素（Ｎ２）等のバルブガス供給源に接続さ
れた気泡発生管１５が液中の底部で開口するように挿入
され、この管１５からの気泡によりオキシ塩化リンガス
１２ｂが生成されるようになっている。液体ソース槽１
３には処理ガス供給管１６が生威されたオキシ塩化リン
ガス１２ｂを採取できるように挿入され、この供給管１
６の他端はプロセスチューブｌの供給口４に接続される
。キャリアガス供給部１７にはキャリアガスとしての窒
素（Ｎ２−）ガスおよび酸素（Ｏｚ）ガスを供給するた
めの配管が接続されている。

一方の酸化膜形成用ガス供給装置１０には、水素（Ｈｚ
）ガスおよび窒素（Ｎ２）ガスを供給するための配管が
接続され、この水素ガスとキャリアガス供給部１７から
供給される酸素ガスを処理ガス供給管１６を介してガス
供給口４よりプロセスチューブｌ内に導入される。チュ
ーブの処理室２で水素ガスと酸素ガスが反応して水蒸気
（Ｎ２−Ｏ）を生威して酸化性雰囲気をつくるようにな
っている。

プロセスチューブ１内でオキシ塩化リンガスと酸素は、
たとえば下の反応式： ％式％ にそってＳｉウェハにリンガラス（ｐｒｏ＜’″＋Ｓｉ
Ｏ上〉を生威し、第５図に示すようにそのリン（Ｐ）不
純物がＳｉ内にドープされることになる。

次いで同じ容器内で行われる酸化により、第６図に示す
ようにリンガラス中に５ｉＯ１膜が生成され、Ｓｉ　ウ
ェハ内にＰ（リン）の拡散層が引きのばされる。

第２図において、不純物デポジションと酸化の各反応処
理が連続して行われる際の炉（プロセスチューブ）内の
処理条件を温度経過曲線で示している。

すなわち、不純物デポジションでは、ウェハ６は処理室
２内で、炉熱、プレヒート、デポジション、アフタヒー
ト、炉冷の各ステップにより行われ、これにつづく酸化
では、酸化、炉冷のステップにより行われる。

このように本発明では一つの容器内で連続して不純物デ
ポジションとその後の酸化処理を行う点に特徴をもつ技
術である（第４図を参照）。

本発明は上に述べた実施例の他に、不純物デポジション
処理にホスフィン（ＰＨ７）ガス、３臭化ホウ素（ＢＢ
ｒ７）等の他の不純物源に対しても同様に応用すること
ができる。

また、酸化処理においては、Ｈヱ０バブル方式にも同様
に応用することができる。

さらに、本発明は減圧ＣＶＤ装置、縦型処理炉や他の処
理ガスを使用する処理装置全般に対して可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので以下に
記載されるな効果を奏する。

本発明によれば、一つの処理炉内で不純物デポジション
段階を終了後にウェハ及びウェハ治具を移動することな
く、連続して酸化処理段階に入るものであるから、ウェ
ハ治具が炉内面接触して異物が付着することを抑制する
ことができる。

また、ウェハ出入時に受ける熱衝撃に起因する結晶欠陥
およびウェハ治具のウェハ保持部での損傷や異物の付着
等を低減することができる。

また、ウェハ出入作業が半減することにより、作業工数
が低減する。

さらには、不純物デポジション処理と酸化に共用炉を使
用することにより、処理炉数を削減することができると
ともに、多能炉として生産性を向上し、エネルギーの節
減にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である拡散装置の概略断面図
である。 第２図は本発明による不純物デポジションと、酸化を行
う際の炉内の処理条件を示す曲線図である。 第３図は従来技術による不純物デポジション−酸化プロ
セスの例を示すフローチャートである。 第４図は本発明による不純物デポジション−酸化プロセ
スの例を示すフローチャートである。 第５図乃至第６図は不純物デポジション−酸化時の半導
体表面の態様を示す拡大断面図である。 １・・・プロセスチューブ（拡散炉、反応容器）、２・
・・処理室３・・・ヒータ、　　４・・・処理ガス供給
口、５・・・炉口６・・・ウェハ、　７・・・ウェハ治
具、８・・・キャップ９・・・オキシ塩化リン供給装置
、１０・・・酸化膜形成用ガス供給装置、１１・・・バ
ブラ、　　１２ａ・・・オキシ塩化リン（ＰＯＣＪ３）
、　　１２ｂ・・・オキシ塩化リンガス、１３・・・液
体ソース槽、１４・・・恒温槽、　１５・・・気泡発生
管、　　１６・・・処理ガス供給管、　１７・・・キャ
リアガス供給管。 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一つの反応容器内に装填された被処理半導体に対し
   てキャリアガスにより送給した不純物のデポジションな
   いし拡散を行うにあたって、上記容器内に同時に水蒸気
   を含むガスを供給することにより不純物デポジションに
   連続して酸化処理を行うことを特徴とする半導体処理方
   法。 ２、一つの反応容器内に装填された被処理半導体に対し
   て外部より送給した不純物をデポジションないし拡散す
   る装置であって、上記反応容器に不純物をガス状として
   キャリアガスにより供給する装置と、これに附加して水
   蒸気を含むガスを供給する装置を備えることを特徴とす
   る半導体処理装置。 ３、請求項２に記載の半導体処理装置において半導体は
   シリコンであり、不純物ソースとしてオキシ塩化リンを
   使用するとともにキャリアガスに窒素及び酸素を使用す
   る。