JPH08279472A - 処理された半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱処理を行うための炉内に空気を流入させない
ための、２重の炉芯管や密閉室等の大型の設備を設ける
ことなく、炉内に流入した空気中の汚染物によってウエ
ハーを汚染させることのない、良好な性能を有する処理
された半導体基板を製造する方法を提供すること。 【構成】ボート上に半導体基板のウエハーをのせ、その
ボートを、一方に処理用ガスの供給口を有し、他方にウ
エハーをのせたボートを出し入れするための開口部を有
している熱処理炉内に導入し、処理用ガスを供給するこ
とにより処理された半導体基板を製造する方法におい
て、処理しようとするウエハーと、ウエハーをのせたボ
ートを出し入れするための開口部との間にダミーウエハ
ーを２枚以上配置して処理を行うことを特徴とする方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製造
に使用される、処理された半導体基板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程では、半導体基板、た
とえばシリコンウエハー（以後ウエハーという）を加熱
し、表面に所定の膜を形成する工程がある。近年半導体
デバイスの性能はますます高度化し、それに伴い、デバ
イスを構成する各種の膜も、より薄膜化、高純度化する
よう求められている。これらの工程には酸化炉、ＣＶＤ
炉等が用いられているが、形成する薄膜は極く微量な汚
染物によってその特性が劣化するため、その炉芯管には
石英を用いる等、高性能、高純度な部材から構成されて
いる。また、これら製造装置に使用されるガスについて
も、十分に精製され、濾過された高純度なものが使用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの装置は通常、
クリーンルームに設置されている。クリーンルーム内の
空気は高性能フィルターによって、そのほとんどの不純
物は除去されるが、微量な塵埃や水分、ガス状不純物等
を完全に除去することは極めて難しい。ウエハーをこう
した熱処理炉内に導入する場合は、まずウエハーをウエ
ハーボートに積載し、炉の開口部から炉内に導入するの
が一般的である。ところが炉開口部はウエハー導入時以
外は外部からの汚染侵入を防止するためシャッターが設
けられているが、ウエハーを導入する際はこのシャッタ
ーを開放するため、その瞬間クリーンルーム内の空気が
炉内に流入する。また、熱処理炉はウエハー導入までに
膜形成に必要な温度近くまで加熱されているため、常温
のウエハーはクラックやストレス等熱衝撃をできるだけ
受けないように非常にゆっくりと炉内に導入される。従
ってその間も炉内に空気が流入し続け、加熱された空気
中の汚染物によってウエハー表面が汚染されるという問
題がある。

【０００４】具体的には、空気中にわずかに存在する金
属不純物が炉内に流入し、加熱によってウエハー表面に
付着した場合、その後酸化膜を形成すると、その酸化膜
の絶縁性が劣化したり、ウエハーの少数キャリアーライ
フタイムが低下するという問題がある。ウエハーの少数
キャリアーライフタイムは、CCDやオートフォーカスと
いった光センサー用ICの暗電流特性等に密接な関係があ
り、この値の低下はデバイス特性の劣化を引き起こすと
言われている。また、少数キャリアーライフタイムは元
来ウエハー表面の金属汚染量と相関があることを利用
し、他のプロセスで汚染されたウエハー表面を洗浄した
際の洗浄効果のモニターとしても利用されている。少数
キャリアーライフタイムの測定には、ウエハー表面に約
300Å前後の熱酸化膜の形成が必要であるが、この熱酸
化膜形成の際、流入する空気中の汚染物によって汚染さ
れ、その値が低下したのではモニターとしての役を果た
せない。

【０００５】こうした炉内への空気の流入を防止する手
段としては、ウエハーを炉内に導入した後、十分なガス
置換を行うことが考えられるが、置換のために高価な高
純度ガスとそのための時間が大量に必要であるにもかか
わらず、炉の開口部が完全に密閉されていない限り、１
度流入した空気の置換は容易ではない。また例えば特開
平5-82461のように、ウエハーボートを第２の炉芯管で
覆い、管内を高純度なガスで置換させた後、そのまま第
１の炉内に導入する方法や、特開平5-275361のように、
ウエハーを搭載したウエハーボートと炉本体を密閉室と
し、室内を高純度なガスに置換した後、ウエハーを炉内
に導入する等が提案されている。しかしこれらの方法
は、非常に大型の設備が必要であり、また空気置換のた
めに大量な高純度ガスと時間が必要であることに変わり
はない。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、炉内に空気を流入させないために、２重の炉芯管
や密閉室等の大型の設備を設けることなく、流入した空
気中の汚染物によってウエハーを汚染させることのな
い、良好な性能を有する処理された半導体基板の製造方
法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討を
行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は次
のとおりである。 （１）ボート上に半導体基板のウエハーをのせ、そのボ
ートを、一方に処理用ガスの供給口を有し、他方にウエ
ハーをのせたボートを出し入れするための開口部を有し
ている熱処理炉内に導入し、処理用ガスを供給すること
により処理された半導体基板を製造する方法において、
処理しようとするウエハーと、ウエハーをのせたボート
を出し入れするための開口部との間にダミーウエハーを
２枚以上配置して処理を行うことを特徴とする方法。 （２）用いる熱処理炉が縦型炉であることを特徴とする
（１）記載の製造方法。

【０００８】ダミーウエハーとしては、製品用のウエハ
ーまたはそれに準ずるものが使用される。ダミーウエハ
ーはサンプルウエハーを汚染させないだけの清浄なウエ
ハーであることが必要である。ダミーウエハーが清浄で
なければ、このダミーウエハー上の汚染物によってサン
プルウエハーが汚染される危険性がある。配置するダミ
ーウエハーの枚数は２枚以上であり、３〜５枚が好まし
い。ダミーウエハーの枚数が２枚より少ない場合は、流
入してきた空気中の汚染物によってサンプルウエハーが
汚染され好ましくない。本発明におけるウエハーの膜形
成方法について、ウエハーの少数キャリアーライフタイ
ムを測定するための熱酸化膜の形成を例にして以下に述
べる。

【０００９】図１は本発明の一実施例に用いた縦型熱酸
化炉及び熱酸化方法を示す概略図である。図１に示す熱
酸化炉１は、箱型状の架台２と、架台２の上部に配置さ
れ、摂氏１０００℃程度の熱処理雰囲気を形成する図示
しないヒーターと炉芯管からなる炉本体３と、炉本体３
上部側から炉内を高純度なガス雰囲気とするための高純
度ガス導入管４と、炉本体３への外部空気混入防止のた
めに炉下部側に設けられたシャッター５と、シャッター
が左右に移動することにより開放される炉開口部からウ
エハーを炉内へ出し入れし、ウエハーが炉内で熱酸化処
理されている間は炉開放部の蓋にもなる上下に移動可能
なステージ６と、ステージ上に配置されたウエハー積載
用のウエハーボート７から構成されている。本発明にお
いて、ボートとは、半導体基板のウエハーの載置手段で
あり、通常石英でつくられている。

【００１０】熱酸化膜を形成しようとするサンプルウエ
ハー８をウエハーボート７に積載し、サンプルウエハー
の下側に２％のフッ酸で洗浄したダミーウエハー９を２
枚以上積載する。ウエハーボート７に積載するウエハー
の枚数は、例えば、２５〜５０枚である。また、積載し
たウエハーとウエハーの間隔は、例えば、５〜１０ｍｍ
である。あらかじめ酸化膜形成のために必要な温度に近
い温度に加熱され、炉内を十分不活性ガス（例えば、窒
素ガス、アルゴンガス）で充満させた炉本体のシャッタ
ーを開放し、ステージを上昇させてウエハーを炉内に導
入させる。その後再び炉内を不活性ガスで充満させた
後、熱酸化膜形成に必要な温度に調整し、必要な処理用
の酸化性ガス（例えば、酸素ガス）を導入してウエハー
表面に熱酸化膜を形成させる。

【００１１】本発明で使用する縦型酸化炉は、石英製炉
芯管を用いた半導体デバイスの製造に使用される装置を
用い、また使用する不活性ガス、酸化性ガスも半導体グ
レードの高純度ガスを用いれば良い。ウエハーを導入す
る前の酸化炉内の温度は、目的とする酸化膜形成に必要
な温度にあらかじめ調整しておくことも可能であるが、
通常酸化膜形成のための温度は1000℃付近と高温であ
り、こうした高温な雰囲気内にウエハーを導入すると、
ウエハーに熱変動によるストレスが生じ、ウエハーが変
形したり、場合によるとクラックが生じて破損する危険
がある。従ってウエハーを導入する際の酸化炉内温度
は、酸化膜形成に必要な温度に比べ２００℃程度低い状
態にしておくのが良い。

【００１２】ウエハーを酸化炉内に導入した後は、高純
度な不活性ガスを導入し、ウエハー導入時に流入したク
リーンルーム内の空気をできるかぎり炉外に放出する。
この操作により炉内に流入した空気のほとんどは炉内か
ら放出されるが、炉開口部とウエハーを炉内に導入させ
たステージとの間には、通常ガス排気のためにわずかな
隙間が存在し、そこからは常時わずかな空気が炉内に流
入するため、完全に不活性ガス雰囲気にすることはでき
ない。こうしたわずかに流入してくる空気はダミーウエ
ハーがない場合、そのまま炉内で加熱され、サンプルウ
エハー表面と接触しウエハー表面をわずかに酸化させ、
また、空気中の不純物によってウエハー表面を汚染させ
る。しかしサンプルウエハーとウエハー出し入れ用開口
部との間にダミーウエハーが配置されていると、サンプ
ルウエハー表面が空気によって酸化、あるいは汚染され
ることはなく、その結果その後の熱酸化膜形成によって
良好な膜が形成される。

【００１３】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、2重の炉芯
管や密閉室等の大型の設備を設けることなく、流入した
空気中の汚染物によって汚染を受けることなく、半導体
基板のウエハーに良好な薄膜形成が可能となり、半導体
デバイスの製造上極めて有用である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例でさらに詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるも
のではない。実施例ではCz、６インチ、面方位（１０
０）、比抵抗３〜６Ω・cmのｐ型シリコンウエハーを使
用した。熱処理用には縦型酸化炉（光洋リンドバーグ社
製、VF-２０００）を用いた。この装置は図１の構造に
準ずるものであり、ウエハーに接触するウエハーボート
や加熱用炉芯管は高純度石英製である。ウエハーは炉本
体の下から導入され、炉内ガスは上から供給される。ウ
エハーが熱酸化時に受ける流入空気による汚染量は、μ
-PCD法によるライフタイム測定（セミテックス社、Life
tech-88）によるウエハー面内分布測定により評価し
た。１枚のウエハー上でのライフタイム測定点は１３７
点とし、その平均値と標準偏差値から流入空気による汚
染の有無を判断した。また実施例で使用した超純水、フ
ッ酸などの薬品に含まれる金属不純物はいずれも１０pp
b以下であった。

【００１５】実施例１ 評価用サンプルウエハーを２重量％のフッ酸水溶液中に
1分間浸漬して洗浄した後、熱酸化炉導入用ウエハーボ
ート上に積載した。その後同じように２重量％のフッ酸
水溶液中に１分間浸漬して洗浄したダミーウエハー３枚
を、サンプルウエハーの下側に積載した。８００℃に加
熱した酸化炉内にウエハーを挿入し、十分窒素を流して
空気を追い出した後、ガスを高純度酸素ガスに切り替
え、炉内を１０００℃に昇温させウエハーを熱酸化させ
た。熱酸化後のサンプルウエハーを取り出し、ライフタ
イム値のウエハー面内分布を評価した。結果を表１に示
す。ライフタイムの面内平均値は非常に高い値を示し、
その面内分布も均一である。

【００１６】実施例２ 実施例１において、評価用サンプルウエハーの下に設置
するダミーウエハーの数を、２枚とする以外は同じ処理
で洗浄、熱拡散を行なった後、ライフタイム値の面内分
布測定を行い、結果を表１に示す。ライフタイムの面内
平均値の面内均一性は、実施例１と同様に非常に良好で
ある。

【００１７】比較例１〜２ 実施例１において、評価用サンプルウエハーの下に設置
するダミーウエハーの数を、１または０枚とする以外は
同じ処理で洗浄、熱拡散を行なった後、ライフタイム値
の面内分布測定を行ない、結果を同じく表１に示す。ダ
ミーウエハーが全くない場合ライフタイム値は非常に低
く、流入空気により汚染を受けていることがわかる。ダ
ミーウエハーが１枚の場合は、平均値の値はダミーウエ
ハーが０の場合に比べると回復しているが、実施例１に
比べ低く、また面内の均一性も悪い。ウエハー面内の一
部が流入空気によって汚染されたものと考えられる。

【００１８】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に用いた縦型熱酸化炉及び熱
酸化方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 熱酸化炉 ２ 架台 ３ 炉本体 ４ ガス導入管 ５ シャッター ６ ステージ ７ ウエハーボート ８ サンプルウエハー ９ ダミーウエハー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボート上に半導体基板のウエハーをのせ、
   そのボートを、一方に処理用ガスの供給口を有し、他方
   にウエハーをのせたボートを出し入れするための開口部
   を有している熱処理炉内に導入し、処理用ガスを供給す
   ることにより処理された半導体基板を製造する方法にお
   いて、処理しようとするウエハーと、ウエハーをのせた
   ボートを出し入れするための開口部との間にダミーウエ
   ハーを２枚以上配置して処理を行うことを特徴とする方
   法。
2. 【請求項２】用いる熱処理炉が縦型炉であることを特徴
   とする請求項１記載の製造方法。