JPH0640544B2 - 半導体基板上に酸化物層を形成する方法 - Google Patents

半導体基板上に酸化物層を形成する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は半導体基板上に高純度の酸化物を形成する方法
に関し、又この方法を実行するための装置に関する。さ
らに具体的には、本発明は汚染物質を最小にして半導体
基板上に高純度の酸化物を与える方法に関する。
B.従来技術 半導体装置の製造時には、基板上に絶縁酸化物層を与え
る事がしばしば必要である。酸化物層を形成する一つの
方法は、反応室中の酸化雰囲気中で所望の酸化物層を与
えるのに十分な時間及び温度で基板を加熱することであ
る。半導体基板の高温度酸化に関連する一つの問題は、
反応室の壁を通して雰囲気を加熱する炉から拡散すつ金
属不純物を含む、酸化雰囲気中に存在する不純物が酸化
物を汚染する事である。アルカリ金属及び遷移金属によ
る半導体基板の汚染はこの分野で知られている様に有害
である。この様なアルカリ金属もしくは遷移金属の汚染
物質によつて生ずる有効な効果には少数キヤリアの寿命
の劣化、接合のもれの増大及び平坦な電圧帯のシフトが
含まれる。反応室を取巻く外側の室中にHCの保護雰
囲気を与える事が提案されている。この様な提案は例え
ば英国特許出願第2082384A号及び1983年1
月刊のジヤーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイ
アテイ第130巻第1号第196乃至199頁のシユミ
ツトの論文「ケイ素もしくは他の材料の無汚染高温度処
理」(J.Electrochem.Soc.、Vol.130、NO.1、pp.
196−199、Schmidt、“Contamination Free High
Temperature Treatment of Silicon or Other Materia
ls”、January1983)に開示されている。
しかしながら、この様な技術は完全に満足すべきもので
はない。それはハロゲンの雰囲気に関連する水もしくは
湿気もしくはハロゲンとの反応生成物によつて汚染を生
ずる傾向があるからである。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は半導体基板上に高純度の酸化物層を与え
る事にある。
D.問題点を解決するための手段 本発明は反応室中の半導体基板上に高純度酸化物層を形
成する方法に関する。特に、本発明の方法は加熱素子を
含む多重壁反応室中の酸化雰囲気の中で半導体基板を加
熱する事を含む。半導体基板は反応室の中心部に置か
れ、酸化雰囲気がこの反応室の中心部に流される。ハロ
ゲンを含む雰囲気が内部と加熱素子の中間にある反応室
の外部に流される。ハロゲンを含む雰囲気は反応室の表
面上に沿在する加熱素子の汚染物質と反応する。上記中
心部と外部に存在する反応室の内部の中間に存在する反
応室の中間部に気体の雰囲気を流す。この気体の雰囲気
が反応室の外部中に生ずるハロゲンの反応の副生物の水
を除去する。
さらに本発明は反応室中の半導体基板上に高純度の酸化
物を形成する装置に関する。本発明の装置は反応室及び
加熱素子を含む。又本発明の装置は反応室の表面に沿在
する加熱素子の汚染物質とハロゲンとを反応させる汚染
物質除去装置を含む。汚染物質除去装置は加熱素子と反
応室の中間に位置付けられる。さらに、汚染物質除去装
置中の副生成物である水を除去する装置が与えられる。
この副生成物水を除去する装置は、汚染物質装置と反応
室の中間に位置付けられる。
E.実施例 図面を参照するに、3重壁反応室1が示されている。反
応室1は環状の管をなし、高純度のガラス性のシリカで
構成されることが好ましい。高純度のガラス性のシリカ
の管は円筒状の内壁部2、円筒状の外壁部4及び円筒状
の中間壁部3を含む。内壁部2は各端に夫々開孔5及び
6を有し、中心部7を画定している。中心部7中に酸化
雰囲気にさらされる半導体基板8が挿入される。好まし
い基板はケイ素ウエハである。ウエハは酸化すべき主表
面を露出する様に適切に支持される。中間壁部3の各端
の内壁部2との間にはふたが存在し、これによつて内側
壁部7から完全に隔離した環状部9が与えられる。外壁
部4は各端において中間壁部3との間にふたが存在し、
これによいつて中間壁部3によつて中間の環状部9と完
全に分離した環状部10が形成されている。
中心部の内径の代表的な寸法は約5.08cm乃至約25.4cmで
あり、中間の環状部の2つの壁の間の間隔は約1乃至2
cm、外部の環状部に沿う2つの壁間の間隔は約1乃至約
2cmである。壁の厚さは約2乃至約5mmであり、その長
さは約1.2乃至3mである。
反応室1のまわりには、ムライト(Mullite)の商標名
で市販されているケイ酸アルミニウムのセラミツク、ア
ルミナもしくはジルコニアの様なライナ11が存在す
る。このライナは温度プロフイールを平らにし、ヒータ
(加熱素子)支持セラミツク部材13中の溝に支持され
ている抵抗性のヒータの巻線12から石英管をシールド
するのに使用される。このライナは必ずしも必要でな
く、あつた方が望ましいにすぎない。外壁部及び中間壁
部が適宜ライナの機能を果す。
さらに巻線12に加熱用の電流を流す装置、又図示され
ていないが、種々の熱電対が温度制御のために与えられ
る。
酸化剤は開孔5から導入され、長手方向に中心部7及び
基板8を通つて、開孔7から排出される。酸化剤は好ま
しくは乾燥酸素もしくは乾燥空気の様な酸素を含む乾燥
気体混合物及び窒素及びアルゴンの様な希釈気体を含む
乾燥酸素混合物である。
乾燥気体は殆んど水を含まず、代表的には約10ppmも
しくはそれ以下、好ましくは約1ppmもしくはそれ以下
の水を含むものである。
酸化剤が乾燥していて、出来るだけ純粋であるために、
この気体を分子フイルタを通過させ、続いて約900℃
の炉中で加熱して存在する任意の有機物質を焼却し、続
いて約−80℃のトラツプを通過さして、依然として存
在する水を除去する事が好ましい。
ウエハは通常約800℃乃至約1200℃、好ましくは
約900℃乃至約1100℃の温度に保持する。代表的
な値は約1000℃である。通常、酸化は約15分乃至
約3時間、好ましくは約1/2時間乃至約1時間にわたつ
て行われ、約1000℃で約100Å乃至約1000Å
の厚さの酸化物層が与えられる。
内径が約7.62乃至10.16cmで長さが約2.1m
の中心部を有する反応室の場合、酸化剤は約1乃至約5
/分の流量で供給される。
ハロゲンを含む雰囲気は入口14を通つて外側の環状部
を流れ、出口15から排出される。必要とされる温度で
ハロゲンを与えるに適した任意の気体混合物が使用出来
る。その例は乾燥酸素中にHCを含む気体、乾燥酸素
中に塩素化炭化水素を含む気体である。代表的な塩素化
炭化水素には1.1.1トリクロルエタン、1.1.2
トリクロルエタン、トリクロルエチレン及びカーボン・
テトラクロライドが含まれる。この中で好ましいのは
1.1.1トリクロルエタンである。一般にこの気体混
合物は約1乃至10容量%のハロゲン及び約90乃至9
9容量%の酸素を含み、代表的なものは約5容量%のハ
ロゲン及び約95容量%の酸素を含むものである。勿論
ハロゲンと酸素の混合物も必要に応じて使用出来る。約
800℃乃至約1100℃、代表的には約1000℃の
温度でCもしくは閃光HCが形成される。
塩素もしくは閃光HCは炉から拡散して来るアルカリ
金属もしくは遷移金属もしくは他の金属と反応して揮発
性のハロゲン化金属になる。これ等の揮発性のハロゲン
化金属は流れている酸素を含む気体によつて外側の環状
部から除去されて、これ等の金属が中間環状部及び中央
部に拡散するのを防止する。この気体混合物は約500
cc/分乃至約1500/分、代表的には約750cc/分
の流量で導入する。
中間環状部は外側の環状部からの副生成部である水を除
去するための気体を流すためのものである。この気体は
入口16を通つて流入し、出口17を通つて排出され
る。流量は約500cc/分乃至約1500/分、代表的
には750cc/分である。好ましい気体は乾燥空気、乾
燥酸素及び乾燥窒素並びにその混合体である。これ等の
気体の温度は通常約800℃乃至約1100℃、代表的
には約1000℃である。これ等の気体は酸化用気体も
しくはハロゲンと共に使用する酸素程完全に乾燥してい
る必要はなく、実質的に高純度で、代表的には10ppm
以下の水を含んでいてよい。所望の乾燥度を確実に得る
ために、使用すべき気体は分子フイルタを通過させ、次
約−80℃のトラツプを通過させる。
この気体は外側の環状部においてハロゲン含有化合物と
酸素が反応して塩素を形成する際に発生する水が中心部
中に拡散するのを防止する。これによつて乾燥酸化処理
が完全になる。
代表的な実施例を説明すると、ケイ素ウエハを内径が
7.62乃至10.16cmで長さが約2.1mの中心部
を有する反応室中に置く。ウエハを1000℃の温度に
加熱する。乾燥酸素の気体を約1乃至5/分の流量で
約1時間反応室を通過させる。これと同時に、約5容量
%の1.1.1トリクロルエタンと約95容量%の酸素
の混合物を約1000℃の外側の環状部に約750cc/
分の流量で通過させる。又これと同時に乾燥酸素を約1
000℃の温度にある中間の環状部に約750cc/分の
流量で流す。
この様にして処理したウエハの絶縁破壊電圧をテストし
たところ、結果の改善が見られた。代表的な絶縁破壊電
圧は約9×10乃至10×10ボルト/cmであり、
これより低い値はほとんど見られなかつた。テスト値の
分布は比較的密接している。
F.発明の効果 本発明の方法にによれば、ハロゲン雰囲気により不要な
不純物が除去されるので、半導体基板上に高純度の酸化
物層が与えられる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の方法を実施する装置の概略図である。 1……3重壁反応室、2……内壁部、3……中間壁部、
4……外壁部、5、6……開孔、7……中心部、8……
半導体基板、9……中間環状部、10……外側環状部、
11……ライナ、12……ヒータ巻線、13……ヒータ
支持部材、14、16……入口、15、17……出口。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板を収容するための中心部と、該
    中心部の周囲をとり囲む中空の中間部と、該中間部をと
    り囲む中空の外側部と、該外側部をとり囲み、上記中心
    部を加熱するための加熱手段とを有する3重壁反応室を
    用いて、 上記中心部に半導体基板を収容して、上記加熱手段によ
    つて加熱する間に上記中心部に酸化性雰囲気を流入し、
    上記外側部にはハロゲン元素を含む雰囲気を流入し、上
    記中間部には水分を除去する性質をもつ雰囲気を流入し
    ながら上記半導体基板に酸化物層を形成する工程を有す
    る、 半導体基板上に酸化物層を形成する方法。
  2. 【請求項2】上記ハロゲン元素を含む雰囲気が、乾燥酸
    素と塩素化炭化水素の混合物である特許請求の範囲第
    (1)項記載の方法。
  3. 【請求項3】上記水分を除去する性質をもつ雰囲気が、
    乾燥空気、乾燥酸素または乾燥窒素である特許請求の範
    囲第(1)項記載の方法。
JP61184388A 1985-10-10 1986-08-07 半導体基板上に酸化物層を形成する方法 Expired - Lifetime JPH0640544B2 (ja)

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US786194 1985-10-10

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JPS6286829A JPS6286829A (ja) 1987-04-21
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