JPH0661323A - 半導体の熱処理方法及び熱処理装置並びに半導体の評価方法 - Google Patents

半導体の熱処理方法及び熱処理装置並びに半導体の評価方法

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JPH0661323A
JPH0661323A JP20782392A JP20782392A JPH0661323A JP H0661323 A JPH0661323 A JP H0661323A JP 20782392 A JP20782392 A JP 20782392A JP 20782392 A JP20782392 A JP 20782392A JP H0661323 A JPH0661323 A JP H0661323A
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JP
Japan
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semiconductor
heat treatment
vapor pressure
semiconductor substrate
lifetime
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JP20782392A
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English (en)
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Takamitsu Nagara
高光 長良
▲高▼ ▲高▼濱
Takashi Takahama
Atsushi Hiraiwa
篤 平岩
Masami Ozawa
正実 小沢
Yuzuru Oji
譲 大路
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】半導体基板を熱処理装置熱処理部から取り出す
際、半導体基板雰囲気中に極微量の水分を添加する。そ
の添加は、ドライガスライン流量計1と水分添加ライン
流量計2のガス流量の調節と恒温槽3の温調を行ない、
両ラインのガスを混合することにより可能である。 【効果】半導体及び製造装置における汚染や欠陥等の評
価を確実なものとし、半導体基板及び半導体製造装置に
対して高精度な品質検査を可能にする製造方法が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造に係
り、特に、半導体及び製造装置における汚染や欠陥等の
評価に対して好適な熱処理方法及び熱処理装置並びに評
価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板内に存在する結晶欠陥や重金
属等は半導体の禁制体内に深い準位(deep level)を形成
するため、キャリアライフタイムは短くなる。その結
果、PN接合のリーク電流が増大する。また、これら結
晶欠陥や重金属はゲート酸化膜の耐圧劣化をもたらす原
因ともなる。そのため、半導体基板のキャリアライフタ
イムの測定は、半導体基板や半導体製造装置及び半導体
装置の品質を管理していく上でも不可欠なものである。
【0003】従来、半導体のキャリアライフタイムを測
定する方法としては、大別して接触法と非接触法があ
る。前者は電極付けを必要とするため、迅速性が無く、
品質管理には不適当である。他方、後者は電極付けが不
要で迅速性に優れ、品質管理に適している。非接触法の
一つにジャーナル オブ アプライド フィジックス第
30巻(1959年)第1054頁から第1060頁
(Journal of AppliedPhysics Vol.30(195
9)pp1054−1060)において論じられている
マイクロ波光導電減衰法がある。本方法は、非破壊法で
あり、且つ、簡便に測定できるため、半導体装置製造の
品質管理に用いることが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に示したマイ
クロ波光導電減衰法により測定したライフタイム測定値
τM は、半導体基板内部の欠陥や重金属等によって左右
されるバルクのライフタイムτBと半導体基板表面の状
態によって左右される表面のライフタイムτSの合成値
である。これらの関係は数1で示される。
【0005】
【数1】
【0006】従来技術では表面のライフタイムτSをτS
≪τB 以外の条件下で一定に保つことが容易でなかっ
た。このため、同一処理を施した複数の半導体基板で表
面のライフタイムτSが同等値を持たず、τMに違いが生
じ、バルクのライフタイムτBの相対比較が出来なかっ
た。したがって、半導体基板内部の欠陥や重金属汚染等
の有無が定性的にも判断出来ないという問題があった。
【0007】本発明の目的は、表面のライフタイムτS
とバルクのライフタイムτBの関係をτS≪τB以外と
し、且つ、表面のライフタイムτS を一定値に保ち、バ
ルクのライフタイムτBの影響をライフタイム測定値τM
で得ることが出来る半導体基板の熱処理方法及び熱処理
装置を提供すると共に半導体基板の評価方法を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的の達成は、半導
体基板を熱処理装置で熱酸化し、半導体基板を熱処理装
置内部から取り出す際、或いは酸化膜の付いた半導体基
板を熱処理装置で熱処理後、熱処理装置内部から取り出
す際に熱処理装置内部の処理ガスを非酸化性ガス
(N2 ,Ar等)とし、前記ガス中に極微量の水分を添
加するなどして前記熱処理装置内部の水蒸気圧を制御す
ることにより可能である。
【0009】また、上記方法で形成した半導体基板をマ
イクロ波光導電減衰法によりライフタイムを測定し、そ
のライフタイム測定値から半導体基板の汚染や欠陥等の
評価を可能とする。これにより半導体基板及び半導体製
造装置の品質管理も行なえる。さらに、上記方法で形成
し、評価した半導体基板を他の半導体製造装置で処理を
行ない、再度評価することにより処理した半導体製造装
置が半導体基板に与える汚染や欠陥等をも評価すること
が可能である。
【0010】
【作用】通常、半導体基板の表面には表面準位が多く存
在している。そして、この表面準位の存在が表面のライ
フタイムτS に影響を与えている。そこで半導体基板表
面に安定な膜を形成し、更に半導体基板表面と膜との間
に生じる界面準位を減少させることにより表面のライフ
タイムτS は長くなると考えた。その方法の一つは半導
体基板を熱酸化し、表面に熱酸化膜を形成することであ
る。ここで、半導体基板をシリコン基板にたとえて以下
説明する。
【0011】従来、熱酸化したシリコン基板の界面準位
密度が多いことは古くから提唱されている。しかし、ジ
ャーナル オブ エレクトロケミカル ソサイエティー
第127巻(1980年)第2072頁から第208
2頁(Journal ofElectrochemical Society Vol.
127 (1980)pp2072−2082)で論じられ
ているように、H2Oを用いたウェット酸化を行なった
場合、H2OはSiO2中を拡散し、Si−SiO2界面
においてSiOHやSiHという形にも変化すると考え
る。さらに、ジャーナル オブ エレクトロケミカル
ソサイエティー 第118巻(1971年)第1463
頁から第1468頁(Journal ofElectrochemical Socie
ty Vol.118,(1971)pp1463−146
8)に論じられているように、N2 アニール雰囲気中の
水蒸気圧が増加することにより、界面準位密度は減少す
ると考える。逆に水蒸気圧が減少することにより、界面
準位密度は増加すると考える。
【0012】以上のことから熱酸化を実施する熱処理装
置内部に極微量の水分が存在することにより界面準位密
度は減少する。界面準位密度の減少は表面のライフタイ
ムτS を増加させる。しかし、これを実現させるにはシ
リコン基板を熱酸化した後、熱処理装置内部から取り出
すとき或いはシリコン基板の冷却時に実施することが重
要である。これは上記でも述べたように、シリコン基板
を取り出すとき或いは冷却時において低水蒸気圧雰囲気
でのアニールが実施されるため界面準位密度の減少につ
ながるからである。
【0013】
【実施例】〈実施例1〉本発明の一実施例にシリコン基
板の熱酸化法を取り上げて説明する。また熱処理装置に
は拡散炉を用いた。図1は、拡散炉内部へ供給する処理
ガス中の水蒸気圧を制御するための配管図である。その
制御方法は、ドライガスライン流量計1と水分添加ライ
ン流量計2のガス流量の調節と恒温槽3の温調を行な
い、両ラインのガスを混合することにより可能である。
また、混合ガス中の水蒸気圧は微量水分濃度計4により
常にモニタし、水蒸気圧に換算している。
【0014】図2は、シリコン基板周辺雰囲気を処理ガ
スのみとするために用いた密閉型拡散炉の概略図であ
る。本拡散炉は、外管9と内管10からなる二重管構造
となっており、内管10は処理ガス導入口11と処理ガ
ス排気口12を有する密閉構造になっている。
【0015】表1は、熱酸化工程での処理ガス及び水分
添加の推移を示したものである。挿入時及び引出時の処
理ガスはN2ガスとし、熱酸化時の処理ガスをO2ガスと
した。尚、シリコン基板周辺雰囲気を処理ガスのみに制
御するため挿入時及び引出時の前後に前パージ及び後パ
ージを設けた。また、水分は前パージから後パージまで
添加し、処理ガス中の水蒸気圧は常に一定とした。
【0016】
【表1】
【0017】図1,図2の装置及び表1の方法で処理ガ
ス中の水蒸気圧をパラメータとして熱酸化を行ない、ラ
イフタイムτM 及び界面準位密度を測定した。この時の
熱処理温度は1000℃とし、使用したシリコン基板は
P型,10Ω・cmである。また、形成された酸化膜厚
は、約30nmである。その結果を図3及び図4に示
す。図3は、処理ガス中の水蒸気圧とライフタイムτM
の関係である。図4は、処理ガス中の水蒸気圧と界面準
位密度の関係である。この図より、処理ガス中の水蒸気
圧が増加するに伴いライフタイムτM は増加し、界面準
位密度は減少することがわかった。
【0018】したがって、処理ガス中の水蒸気圧を1P
a以上にすることにより、Si−SiO2界面の界面準
位密度は減少し、それに伴いライフタイムτMは増加す
る。
【0019】次に表1の水分添加において、処理ガス中
の水分添加の推移を変えて熱酸化を行なった。その水分
添加の推移を表2に示す。シーケンス1は前パージ及び
挿入時のみ水分を添加、シーケンス2は酸化時のみ水分
を添加、シーケンス3は引出時及び後パージのみ水分を
添加した。水分添加時における処理ガス中の水蒸気圧は
すべて50Paである。また、O2ガス及びN2ガスの切
り替えは表1と同様である。
【0020】
【表2】
【0021】表3は上記3種のシーケンスで熱酸化を行
なったライフタイム測定値τM 及び界面準位密度の測定
結果である。この表より、挿入時もしくは熱酸化時のみ
に水分の添加を行なった場合はライフタイム測定値τM
が非常に短く、界面準位密度が高くなる。しかし、引出
時のみに水分の添加を行なった場合はライフタイム測定
値τM が長くなり、界面準位密度は低下していることが
わかった。したがって、処理ガス中への水分の添加は必
ずしも熱処理中に行う必要は無く、シリコン基板を熱処
理装置内部から引出すときに行えば良い。
【0022】
【表3】
【0023】本実施例によれば熱処理装置内部の水分を
制限することにより表面のライフタイムτSを最大値で
安定化させることができ、ライフタイム測定値τMをバ
ルクのライフタイムτB として得ることが出来る。ま
た、水蒸気圧の発生方法は今回用いたバブラー方式に限
らず、H2ガスとO2ガスを燃焼してH2O を発生させる
方法を用いても良い。
【0024】〈実施例2〉本発明の一実施例に光アッシ
ャレジスト除去装置における熱酸化シリコン基板へのダ
メージ評価を取り上げて説明する。本装置はシリコン基
板を約300℃に加熱し、O3(オゾン)雰囲気中で光
(波長185nm及び254nm)を照射し、シリコン
基板上のレジストを除去するものである。
【0025】評価用試料としては、熱酸化後、シリコン
基板周辺雰囲気を1000Paの水蒸気圧に制御して取
り出したシリコン基板を用いた。このときの酸化膜厚は
約50nmである。また、シリコン基板はP型,10Ω
・cmを使用した。
【0026】評価方法は、まず試料の少数キャリアライ
フタイムを測定した後、光アッシャレジスト除去装置で
処理を行ない、再度少数キャリアライフタイムを測定し
た。このときのライフタイム測定法はマイクロ波光導電
減衰法を用いた。
【0027】図5は、処理時間とライフタイムの関係を
示す。この図より、光アッシャレジスト除去装置で処理
した場合、処理時間の増加と共にライフタイム測定値が
減少すること分かった。したがって、光アッシャレジス
ト除去装置は半導体基板にダメージを与えていることが
判明した。
【0028】本実施例によれば半導体製造装置が半導体
基板に与えるダメージを評価できるという効果がある。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、半導体及び製造装置に
おけるライフタイム測定を利用した汚染や欠陥等の評価
を確実なものとし、半導体基板及び半導体製造装置に対
して高精度な品質検査を可能にする製造方法が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の処理ガス中の水蒸気圧を制
御するための装置概略図。
【図2】本発明の一実施例で用いた密閉型拡散炉の側断
面図。
【図3】処理ガス中の水蒸気圧とライフタイムの関係を
示した特性図。
【図4】処理ガス中の水蒸気圧と界面準位密度の関係を
示した特性図。
【図5】光アッシャレジスト除去装置で処理した熱酸化
膜付Si基板のライフタイム依存性を示す特性図。
【符号の説明】
1…ドライガスライン流量計、2…水分添加ライン流量
計、3…恒温槽、4…微量水分濃度計、5…ドライO2
ガスライン、6…ドライN2ガスライン、7…処理ガス
用流量計、8…超純水。
フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼濱 ▲高▼ 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 平岩 篤 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小沢 正実 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大路 譲 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体の熱処理方法において、前記半導体
    を熱処理装置熱処理部から取り出すとき、前記半導体の
    周辺の雰囲気を1Pa〜5×103Pa の水蒸気圧に制
    御することを特徴とする熱処理方法。
  2. 【請求項2】水蒸気発生装置と水蒸気圧モニタ装置を持
    った熱処理装置であって、半導体が置かれている熱処理
    装置内水蒸気圧を前記水蒸気圧モニタ装置によりモニタ
    し、その情報を前記水蒸気発生装置にフィードバックす
    る手段を設け、前記水蒸気圧を1Pa〜5×103Pa
    に制御することを特徴とする半導体の熱処理装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の熱処理方法を用いて製造
    した半導体を他の製造装置で処理を行ない、前記他の製
    造装置が前記半導体に与えるダメージをライフタイム測
    定により評価することを特徴とする半導体の評価方法。
JP20782392A 1992-08-04 1992-08-04 半導体の熱処理方法及び熱処理装置並びに半導体の評価方法 Withdrawn JPH0661323A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997025738A3 (en) * 1996-01-05 1997-09-18 Univ Yale A water vapor annealing process
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KR20020059455A (ko) * 2001-01-06 2002-07-13 고미야 히로요시 열처리 장치, 열처리 방법 및 반도체 장치 제조 방법
JP2008529277A (ja) * 2005-01-26 2008-07-31 東京エレクトロン株式会社 単分子層堆積方法および装置

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Effective date: 19991005