JPH1167782A - 熱処理方法 - Google Patents
熱処理方法Info
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- JPH1167782A JPH1167782A JP24474097A JP24474097A JPH1167782A JP H1167782 A JPH1167782 A JP H1167782A JP 24474097 A JP24474097 A JP 24474097A JP 24474097 A JP24474097 A JP 24474097A JP H1167782 A JPH1167782 A JP H1167782A
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- temperature
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 界面準位密度を減少させてデバイス特性を向
上させることができる熱処理方法を提供する。 【解決手段】 熱処理容器内において被処理体に対して
所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体を、７００
℃以下の温度領域において７０℃／ｍｉｎ以上の速さで
降温させる。これにより、界面準位密度を減少させてデ
バイス特性を向上させる。
上させることができる熱処理方法を提供する。 【解決手段】 熱処理容器内において被処理体に対して
所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体を、７００
℃以下の温度領域において７０℃／ｍｉｎ以上の速さで
降温させる。これにより、界面準位密度を減少させてデ
バイス特性を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体の酸化処理やアニール処理等の熱処理方法に係
り、特に、降温方法の改良に関する。
被処理体の酸化処理やアニール処理等の熱処理方法に係
り、特に、降温方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造する場合
には、半導体ウエハやガラス基板の表面にシリコン膜や
シリコン酸化膜等の各種の成膜を施したり、或いは酸化
処理したり、各種の熱処理が施される。このような半導
体集積回路の特性を向上させる上で、中に組み込まれる
個々のトランジスタの特性を向上させることは特に重要
である。図７は半導体ウエハ表面に形成される一般的な
トランジスタの構造を示す図である。図中において、２
は例えば単結晶シリコンよりなる被処理体としての半導
体ウエハであり、この表面にソース４とドレイン６を形
成し、両者の間に、例えばＳｉＯ2 よりなるゲート酸化
膜８を介して多結晶シリコンよりなるゲート電極１０を
形成し、１つのトランジスタを形成している。このゲー
ト電極１０に、所定の電圧を印加することにより、ゲー
ト酸化膜８の下層のウエハ表面に反転層が形成されてソ
ース４とドレイン６の間を結ぶチャネル１２が発生す
る。
には、半導体ウエハやガラス基板の表面にシリコン膜や
シリコン酸化膜等の各種の成膜を施したり、或いは酸化
処理したり、各種の熱処理が施される。このような半導
体集積回路の特性を向上させる上で、中に組み込まれる
個々のトランジスタの特性を向上させることは特に重要
である。図７は半導体ウエハ表面に形成される一般的な
トランジスタの構造を示す図である。図中において、２
は例えば単結晶シリコンよりなる被処理体としての半導
体ウエハであり、この表面にソース４とドレイン６を形
成し、両者の間に、例えばＳｉＯ2 よりなるゲート酸化
膜８を介して多結晶シリコンよりなるゲート電極１０を
形成し、１つのトランジスタを形成している。このゲー
ト電極１０に、所定の電圧を印加することにより、ゲー
ト酸化膜８の下層のウエハ表面に反転層が形成されてソ
ース４とドレイン６の間を結ぶチャネル１２が発生す
る。
【０００３】このトランジスタの特性を向上させるため
には、特に、チャネルを流れる電子や正孔を円滑に流す
必要があり、そのためにはチャネル部分の電気的特性を
高く維持しなければならない。一般に、成膜処理、酸化
処理、或いは拡散処理等の熱処理を行なった場合には、
成膜中やその界面等において結晶組成に欠陥が生ずるこ
とは避け難いが、この欠陥を修復するためにアニール処
理を行なう場合がある。半導体ウエハに対して、バッチ
処理により酸化処理やアニール処理を高温で行なった時
は、処理直後の例えば８５０℃程度の高温状態のウエハ
を５℃／ｍｉｎ程度の速度で炉内で降温させ、ある程度
まで温度が下がったならば、スループットを向上させる
ためにウエハを炉内からアンロードして室温まで自然冷
却している。
には、特に、チャネルを流れる電子や正孔を円滑に流す
必要があり、そのためにはチャネル部分の電気的特性を
高く維持しなければならない。一般に、成膜処理、酸化
処理、或いは拡散処理等の熱処理を行なった場合には、
成膜中やその界面等において結晶組成に欠陥が生ずるこ
とは避け難いが、この欠陥を修復するためにアニール処
理を行なう場合がある。半導体ウエハに対して、バッチ
処理により酸化処理やアニール処理を高温で行なった時
は、処理直後の例えば８５０℃程度の高温状態のウエハ
を５℃／ｍｉｎ程度の速度で炉内で降温させ、ある程度
まで温度が下がったならば、スループットを向上させる
ためにウエハを炉内からアンロードして室温まで自然冷
却している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、デザインル
ールがそれ程厳しくなかった従来においてはそれ程問題
とはならなかったが、高集積化及び高微細化の要請が更
に厳しくなった今日においては、チャネル部分の特性の
向上が強く望まれるようになった。すなわち、従来の熱
処理方法にあっては、ゲート酸化膜８とウエハ表面との
界面部分１４、すなわちチャネル１２の上部に相当する
部分に界面準位密度の増加が起こり、このため、素子の
寿命を縮めて特性を劣化させるという問題があった。こ
の界面準位に関する問題は、ウエハをアニール処理して
も十分に解決できるものではなかった。本発明は、以上
のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案
されたものである。本発明の目的は、界面準位密度を減
少させてデバイス特性を向上させることができる熱処理
方法を提供することにある。
ールがそれ程厳しくなかった従来においてはそれ程問題
とはならなかったが、高集積化及び高微細化の要請が更
に厳しくなった今日においては、チャネル部分の特性の
向上が強く望まれるようになった。すなわち、従来の熱
処理方法にあっては、ゲート酸化膜８とウエハ表面との
界面部分１４、すなわちチャネル１２の上部に相当する
部分に界面準位密度の増加が起こり、このため、素子の
寿命を縮めて特性を劣化させるという問題があった。こ
の界面準位に関する問題は、ウエハをアニール処理して
も十分に解決できるものではなかった。本発明は、以上
のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案
されたものである。本発明の目的は、界面準位密度を減
少させてデバイス特性を向上させることができる熱処理
方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、界面準位に
ついて鋭意研究した結果、熱処理時に被処理体を高速で
降温させれば界面準位密度を小さくすることができる、
という知見を得ることにより、本発明に至ったものであ
る。本発明は、熱処理容器内において被処理体に対して
所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体を、７００
℃以下の温度領域において７０℃／ｍｉｎ以上の速さで
降温させるようにしたものである。
ついて鋭意研究した結果、熱処理時に被処理体を高速で
降温させれば界面準位密度を小さくすることができる、
という知見を得ることにより、本発明に至ったものであ
る。本発明は、熱処理容器内において被処理体に対して
所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体を、７００
℃以下の温度領域において７０℃／ｍｉｎ以上の速さで
降温させるようにしたものである。
【０００６】このように、熱処理を行なって被処理体の
温度を降温させる時に、７００℃以下の温度領域で７０
℃／ｍｉｎ以上の速さで高速降温させることにより、界
面準位密度を小さくでき、デバイスの特性を向上させる
ことが可能となる。このような熱処理は、例えばゲート
酸化膜を形成する時の酸化処理や、その後に行なわれる
アニール処理に対応し、これらの処理を行なった時に、
上述のように高速降温を行なう。
温度を降温させる時に、７００℃以下の温度領域で７０
℃／ｍｉｎ以上の速さで高速降温させることにより、界
面準位密度を小さくでき、デバイスの特性を向上させる
ことが可能となる。このような熱処理は、例えばゲート
酸化膜を形成する時の酸化処理や、その後に行なわれる
アニール処理に対応し、これらの処理を行なった時に、
上述のように高速降温を行なう。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理方法
の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発
明方法を実施するための熱処理装置を示す図、図２は被
処理体の温度変化を示す図である。まず、この熱処理装
置について説明する。ここでは被処理体である半導体ウ
エハの高速昇温及び高速降温を可能とするために、熱処
理装置として高速昇降温が可能な縦型熱処理装置を用い
ている。図示するようにこのバッチ式の縦型熱処理装置
１６は、透明な耐熱材料例えば石英よりなる有天井の且
つ底部が開口された円筒体状の処理容器１８を有してお
り、この内部には同じく石英製のウエハボート２０に上
下方向に所定のピッチで多段に配置された被処理体とし
ての半導体ウエハ２が多数枚、例えば１５０枚程度収容
可能になされている。
の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発
明方法を実施するための熱処理装置を示す図、図２は被
処理体の温度変化を示す図である。まず、この熱処理装
置について説明する。ここでは被処理体である半導体ウ
エハの高速昇温及び高速降温を可能とするために、熱処
理装置として高速昇降温が可能な縦型熱処理装置を用い
ている。図示するようにこのバッチ式の縦型熱処理装置
１６は、透明な耐熱材料例えば石英よりなる有天井の且
つ底部が開口された円筒体状の処理容器１８を有してお
り、この内部には同じく石英製のウエハボート２０に上
下方向に所定のピッチで多段に配置された被処理体とし
ての半導体ウエハ２が多数枚、例えば１５０枚程度収容
可能になされている。
【０００８】上記処理容器１８の下端開口部にはこれを
気密に開閉するフランジキャップ部２２が設けられてお
り、このキャップ部２２上に石英製の保温筒２４を介し
て上記ウエハボート２０が載置される。そして、このキ
ャップ部２２はボートエレベータ２６にアーム２６Ａを
介して連結されており、これを昇降させることにより、
ウエハボート２０に載置したウエハＷを処理容器１８に
対して挿脱可能としている。また、この保温筒２４は、
回転軸２８及び図示しない回転ベルトを介してモータ等
に連結されており、回転可能になされている。従って、
熱処理時には、ウエハボート２０と共にウエハＷを回転
して熱処理の均一性を確保するようになっている。ま
た、処理容器１８の下部には、例えばステンレススチー
ル製のマニホールド３０が設けられ、この部分から、内
部に処理ガスを導入するガス導入パイプ３２が導入され
ると共にこのパイプ３２は容器内壁に沿って上方に向か
い、その先端は容器天井部の中心に位置されている。ま
た、このマニホールド３０には、図示しない真空ポンプ
に接続された排気ノズル３４が設けられており容器１８
内を所望の真空度まで真空引きできるようになってい
る。
気密に開閉するフランジキャップ部２２が設けられてお
り、このキャップ部２２上に石英製の保温筒２４を介し
て上記ウエハボート２０が載置される。そして、このキ
ャップ部２２はボートエレベータ２６にアーム２６Ａを
介して連結されており、これを昇降させることにより、
ウエハボート２０に載置したウエハＷを処理容器１８に
対して挿脱可能としている。また、この保温筒２４は、
回転軸２８及び図示しない回転ベルトを介してモータ等
に連結されており、回転可能になされている。従って、
熱処理時には、ウエハボート２０と共にウエハＷを回転
して熱処理の均一性を確保するようになっている。ま
た、処理容器１８の下部には、例えばステンレススチー
ル製のマニホールド３０が設けられ、この部分から、内
部に処理ガスを導入するガス導入パイプ３２が導入され
ると共にこのパイプ３２は容器内壁に沿って上方に向か
い、その先端は容器天井部の中心に位置されている。ま
た、このマニホールド３０には、図示しない真空ポンプ
に接続された排気ノズル３４が設けられており容器１８
内を所望の真空度まで真空引きできるようになってい
る。
【０００９】一方、上記処理容器１８の外周には、この
側部及び天井部を覆って例えばセラミックファイバー製
断熱材よりなる円筒体状の断熱層３６が設けられてお
り、この内側には、螺旋状或いは同軸的に筒体状に配列
された加熱源としての例えば加熱ヒータ３８が高い密度
で配列されている。この加熱ヒータ３８は、例えば２ケ
イ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）を主成分とした発熱抵抗
体（カンタル社製のカンタルスーパー加熱源）よりな
り、常温では抵抗値が非常に小さく、高温になると抵抗
値が大きくなる性質を有する。この加熱ヒータ３８は、
従来のＦｅＣｒＡｌ加熱源の表面負荷が１２００℃にお
いて２Ｗ／ｃｍ2 であるのに対して１０〜３０Ｗ／ｃｍ
2 程度と非常に大きく、数倍〜１０数倍の発熱量が得ら
れ、ウエハに対して例えば５０℃／分の高温昇温が可能
となっている。
側部及び天井部を覆って例えばセラミックファイバー製
断熱材よりなる円筒体状の断熱層３６が設けられてお
り、この内側には、螺旋状或いは同軸的に筒体状に配列
された加熱源としての例えば加熱ヒータ３８が高い密度
で配列されている。この加熱ヒータ３８は、例えば２ケ
イ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）を主成分とした発熱抵抗
体（カンタル社製のカンタルスーパー加熱源）よりな
り、常温では抵抗値が非常に小さく、高温になると抵抗
値が大きくなる性質を有する。この加熱ヒータ３８は、
従来のＦｅＣｒＡｌ加熱源の表面負荷が１２００℃にお
いて２Ｗ／ｃｍ2 であるのに対して１０〜３０Ｗ／ｃｍ
2 程度と非常に大きく、数倍〜１０数倍の発熱量が得ら
れ、ウエハに対して例えば５０℃／分の高温昇温が可能
となっている。
【００１０】また、断熱層３６の下部は、断熱シール部
材４０を介して処理容器１８の下部と接合され、この下
部にはその周方向に沿ってリング状の冷却ヘッダ４２が
設けられる。この冷却ヘッダ４２には、途中に送風ファ
ン４４を介設した冷却気体導入通路４６が接続されると
共に、この冷却ヘッダ４２からは上記処理容器１８の外
周壁と断熱層３６の内壁との間隙内に延びる冷却ノズル
４８が適当数設けられており、熱処理終了後の降温時に
処理容器１８の外周壁に冷却気体を吹き付けることによ
りこれを高速で冷却してウエハを高速降温できるように
なっている。そして、この断熱層３６の天井部には、上
記冷却気体を排出する排気口５０が形成されており、こ
の排気口５０には、ウエハの熱処理時にここを閉じる開
閉可能になされたシャッタ５２が設けられる。
材４０を介して処理容器１８の下部と接合され、この下
部にはその周方向に沿ってリング状の冷却ヘッダ４２が
設けられる。この冷却ヘッダ４２には、途中に送風ファ
ン４４を介設した冷却気体導入通路４６が接続されると
共に、この冷却ヘッダ４２からは上記処理容器１８の外
周壁と断熱層３６の内壁との間隙内に延びる冷却ノズル
４８が適当数設けられており、熱処理終了後の降温時に
処理容器１８の外周壁に冷却気体を吹き付けることによ
りこれを高速で冷却してウエハを高速降温できるように
なっている。そして、この断熱層３６の天井部には、上
記冷却気体を排出する排気口５０が形成されており、こ
の排気口５０には、ウエハの熱処理時にここを閉じる開
閉可能になされたシャッタ５２が設けられる。
【００１１】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる本発明方法について説明する。図２はこの
時の半導体ウエハの温度変化を示す。半導体ウエハ２の
表面に形成されたシリコンからゲート酸化膜を形成する
ために酸化処理を行なう場合や、ウエハ２をアニール処
理する場合には、多数のウエハＷを多段に保持したウエ
ハボート２０を処理容器１８の下方よりロードして上昇
させてこの容器内に収容し、下端開口部をキャップ部２
２で密閉して容器内を気密状態とする。そして、容器内
を真空引きすると共に加熱ヒータ３８を駆動することに
より処理容器１８内を、酸化の場合には酸化処理用のプ
ロセス温度、例えば８５０℃に設定し、この容器１８内
にガス導入パイプ４２を介して処理ガス、例えば水蒸気
を導入してウエハＷの酸化処理を行なう。この時のプロ
セス圧力は、例えば７６０Ｔｏｒｒ程度である。アニー
ルの場合には、温度は例えば８５０℃に設定し、窒素ガ
スを処理ガスとして流す。この場合、プロセス圧力は７
６０Ｔｏｒｒ程度である。
て行なわれる本発明方法について説明する。図２はこの
時の半導体ウエハの温度変化を示す。半導体ウエハ２の
表面に形成されたシリコンからゲート酸化膜を形成する
ために酸化処理を行なう場合や、ウエハ２をアニール処
理する場合には、多数のウエハＷを多段に保持したウエ
ハボート２０を処理容器１８の下方よりロードして上昇
させてこの容器内に収容し、下端開口部をキャップ部２
２で密閉して容器内を気密状態とする。そして、容器内
を真空引きすると共に加熱ヒータ３８を駆動することに
より処理容器１８内を、酸化の場合には酸化処理用のプ
ロセス温度、例えば８５０℃に設定し、この容器１８内
にガス導入パイプ４２を介して処理ガス、例えば水蒸気
を導入してウエハＷの酸化処理を行なう。この時のプロ
セス圧力は、例えば７６０Ｔｏｒｒ程度である。アニー
ルの場合には、温度は例えば８５０℃に設定し、窒素ガ
スを処理ガスとして流す。この場合、プロセス圧力は７
６０Ｔｏｒｒ程度である。
【００１２】ウエハ２或いは処理容器１８の昇温に際し
ては、このＭｏＳｉ2 製の加熱ヒータ３８の単位面積当
たりの発熱量は、従来のヒータと比較して前述のように
非常に大きいので、高速で昇温することができる。この
ようにして所定の時間、酸化処理或いはアニール処理を
行なったならば、加熱ヒータ３８への給電を停止すると
共に処理ガスの供給を停止し、例えば処理ガスの供給に
代えて自然酸化膜等の発生を抑制するため及び冷却を行
なうために例えば窒素ガスをガス導入パイプから導入す
る。これと同時に、冷却気体導入通路４６及び冷却ノズ
ル４８を介して冷却空気を処理容器１８とその外周の断
熱層３６の間隙内にブロワして強制的に供給し、処理容
器１８や加熱ヒータ３８を強制的に空冷して高速でウエ
ハを降温させる。供給された冷却空気は、断熱層３６の
天井部に設けたシャッタ５２を開くことにより、系外へ
排出されることになる。
ては、このＭｏＳｉ2 製の加熱ヒータ３８の単位面積当
たりの発熱量は、従来のヒータと比較して前述のように
非常に大きいので、高速で昇温することができる。この
ようにして所定の時間、酸化処理或いはアニール処理を
行なったならば、加熱ヒータ３８への給電を停止すると
共に処理ガスの供給を停止し、例えば処理ガスの供給に
代えて自然酸化膜等の発生を抑制するため及び冷却を行
なうために例えば窒素ガスをガス導入パイプから導入す
る。これと同時に、冷却気体導入通路４６及び冷却ノズ
ル４８を介して冷却空気を処理容器１８とその外周の断
熱層３６の間隙内にブロワして強制的に供給し、処理容
器１８や加熱ヒータ３８を強制的に空冷して高速でウエ
ハを降温させる。供給された冷却空気は、断熱層３６の
天井部に設けたシャッタ５２を開くことにより、系外へ
排出されることになる。
【００１３】ウエハを高速で降温させて、略室温程度に
なったならば、ウエハをアンロードし、これを処理容器
１８から取り出す。ここで、本発明方法においては、ウ
エハ２を高速で降温させる場合、７００℃以下の温度領
域においては、１分間に７０℃以上の速さ、好ましくは
１００℃／ｍｉｎ以上の速さで降温させる。これによ
り、ゲート酸化膜８とウエハ表面との界面部分１４にお
ける界面準位密度を小さくしてデバイス特性を向上さる
ことが可能となる。図２においては、８５０℃から７０
℃／ｍｉｎの速度で降温させているが、７００℃以上で
あれば特に問題はない。
なったならば、ウエハをアンロードし、これを処理容器
１８から取り出す。ここで、本発明方法においては、ウ
エハ２を高速で降温させる場合、７００℃以下の温度領
域においては、１分間に７０℃以上の速さ、好ましくは
１００℃／ｍｉｎ以上の速さで降温させる。これによ
り、ゲート酸化膜８とウエハ表面との界面部分１４にお
ける界面準位密度を小さくしてデバイス特性を向上さる
ことが可能となる。図２においては、８５０℃から７０
℃／ｍｉｎの速度で降温させているが、７００℃以上で
あれば特に問題はない。
【００１４】以下に、この点について詳しく説明する。
図３は半導体ウエハの降温速度と界面準位密度（対数目
盛）との関係を示すグラフである。ここでは、例えば８
インチの半導体ウエハを８００℃に昇温しておき、これ
より種々の速度で降温させた時の評価を行なった。界面
準位密度は、デバイス特性を評価するための１つの指標
であり、ここでは例えば非接触ＣＶ測定装置（Ｋｅｉｔ
ｈｌｅｙ社製［Ｑｕａｎｔｏｘ］）を用いて測定してい
る。この界面準位密度は、約５×１０10以下であること
が望ましい。降温速度を５℃／ｍｉｎ（従来の方法）、
４０℃／ｍｉｎ、７０℃／ｍｉｎ及び１００℃／ｍｉｎ
と種々変更して評価を行なったところ、７０℃／ｍｉｎ
以上の降温速度でウエハを冷却すれば界面準位密度は略
５×１０10以下となって良好なデバイス特性を得られる
ことが判明した。
図３は半導体ウエハの降温速度と界面準位密度（対数目
盛）との関係を示すグラフである。ここでは、例えば８
インチの半導体ウエハを８００℃に昇温しておき、これ
より種々の速度で降温させた時の評価を行なった。界面
準位密度は、デバイス特性を評価するための１つの指標
であり、ここでは例えば非接触ＣＶ測定装置（Ｋｅｉｔ
ｈｌｅｙ社製［Ｑｕａｎｔｏｘ］）を用いて測定してい
る。この界面準位密度は、約５×１０10以下であること
が望ましい。降温速度を５℃／ｍｉｎ（従来の方法）、
４０℃／ｍｉｎ、７０℃／ｍｉｎ及び１００℃／ｍｉｎ
と種々変更して評価を行なったところ、７０℃／ｍｉｎ
以上の降温速度でウエハを冷却すれば界面準位密度は略
５×１０10以下となって良好なデバイス特性を得られる
ことが判明した。
【００１５】次に、高速降温の開始点について検討す
る。図４は高速降温開始時の温度とＣＬＴ（Ｃａｒｒｉ
ｅｒ Ｌｉｆｅ Ｔｉｍｅ：キャリア寿命）、特にＭＣ
ＬＴ（Ｍｉｎｏｒｉｔｙ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｌｉｆｅ
Ｔｉｍｅ：少数キャリア寿命）との関係を示すグラフで
ある。尚、ＭＣＬＴとは、通常ＬＴ（Ｌｉｆｅ Ｔｉｍ
ｅ）と略称し、デバイス特性を評価するための１つの指
標であり、ここではμ−ＰＣＤ法（光導電減衰法）を用
いて測定している。入炉条件は８００℃であり、１００
％濃度の酸素（Ｏ2 ）中で１０００℃にて２６分の酸化
処理を行ない、その後、各高速降温開始時の温度にて２
時間保持した後、１００℃／ｍｉｎの高速降温を行なっ
た。尚、１０００℃から高速降温開始温度までは５℃／
ｍｉｎで降温する。また、アンロード速度は１００ｍｍ
／ｓｅｃである。これによれば、高速降温開始温度が高
い程良く、７００℃〜８００℃の範囲でＭＣＬＴは良好
な結果を示しているが、高速降温開始温度が６００℃以
下になると、ＭＣＬＴは極端に低くなり、デバイス特性
が低下することが判明した。すなわち、この結果より、
デバイス特性を良好にするためには、７００℃以下の温
度領域において、高速降温させなければならないことが
判明する。
る。図４は高速降温開始時の温度とＣＬＴ（Ｃａｒｒｉ
ｅｒ Ｌｉｆｅ Ｔｉｍｅ：キャリア寿命）、特にＭＣ
ＬＴ（Ｍｉｎｏｒｉｔｙ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｌｉｆｅ
Ｔｉｍｅ：少数キャリア寿命）との関係を示すグラフで
ある。尚、ＭＣＬＴとは、通常ＬＴ（Ｌｉｆｅ Ｔｉｍ
ｅ）と略称し、デバイス特性を評価するための１つの指
標であり、ここではμ−ＰＣＤ法（光導電減衰法）を用
いて測定している。入炉条件は８００℃であり、１００
％濃度の酸素（Ｏ2 ）中で１０００℃にて２６分の酸化
処理を行ない、その後、各高速降温開始時の温度にて２
時間保持した後、１００℃／ｍｉｎの高速降温を行なっ
た。尚、１０００℃から高速降温開始温度までは５℃／
ｍｉｎで降温する。また、アンロード速度は１００ｍｍ
／ｓｅｃである。これによれば、高速降温開始温度が高
い程良く、７００℃〜８００℃の範囲でＭＣＬＴは良好
な結果を示しているが、高速降温開始温度が６００℃以
下になると、ＭＣＬＴは極端に低くなり、デバイス特性
が低下することが判明した。すなわち、この結果より、
デバイス特性を良好にするためには、７００℃以下の温
度領域において、高速降温させなければならないことが
判明する。
【００１６】次に、酸化処理時に高速降温を行なった時
のゲート電圧とキャパシタンスとの関係を評価した結果
について説明する。図５は酸化処理時の降温速度の依存
性を示すグラフであり、ゲート電極に印加する表面電圧
を変動させた時のキャパシタンスの変化を示している。
キャパシタンスの低下が大きい程、界面準位密度が小さ
くて特性として良好である。尚、降温開始温度は８００
℃である。曲線Ａは降温速度が１００℃／ｍｉｎの場合
を示し、曲線Ｂは降温速度が４０℃／ｍｉｎの場合を示
す。このグラフから明らかなように降温速度が１００℃
／ｍｉｎの曲線Ａの方が、降温速度は４０℃の曲線Ｂよ
りもキャパシタンスの落ち込みが激しくて界面準位密度
が小さく、デバイス特性が良好であることが判明する。
のゲート電圧とキャパシタンスとの関係を評価した結果
について説明する。図５は酸化処理時の降温速度の依存
性を示すグラフであり、ゲート電極に印加する表面電圧
を変動させた時のキャパシタンスの変化を示している。
キャパシタンスの低下が大きい程、界面準位密度が小さ
くて特性として良好である。尚、降温開始温度は８００
℃である。曲線Ａは降温速度が１００℃／ｍｉｎの場合
を示し、曲線Ｂは降温速度が４０℃／ｍｉｎの場合を示
す。このグラフから明らかなように降温速度が１００℃
／ｍｉｎの曲線Ａの方が、降温速度は４０℃の曲線Ｂよ
りもキャパシタンスの落ち込みが激しくて界面準位密度
が小さく、デバイス特性が良好であることが判明する。
【００１７】次に、アニール時に高速降温を行なった時
のゲート電圧とキャパシタンスとの関係を評価した結果
について説明する。図６は窒素雰囲気下においてアニー
ルした時の降温速度の依存性を示すグラフであり、ゲー
ト電圧に印加する表面電圧を変動させた時のキャパシタ
ンスの変化を示している。この場合にもキャパシタンス
の低下が大きい程、界面準位密度が小さくて特性として
良好である。尚、降温開始温度は８００℃である。ま
た、半導体ウエハとしては、図５において曲線Ｂに示さ
れる特性の劣るものを用いている。曲線Ｃは降温速度が
１００℃／ｍｉｎの場合を示し、曲線Ｄは降温速度が４
０℃／ｍｉｎの場合を示し、曲線Ｅは参考のためにアニ
ールを行なっていないもの（酸化処理のみ）を示してお
り、これは図５中の曲線Ｂに対応する。
のゲート電圧とキャパシタンスとの関係を評価した結果
について説明する。図６は窒素雰囲気下においてアニー
ルした時の降温速度の依存性を示すグラフであり、ゲー
ト電圧に印加する表面電圧を変動させた時のキャパシタ
ンスの変化を示している。この場合にもキャパシタンス
の低下が大きい程、界面準位密度が小さくて特性として
良好である。尚、降温開始温度は８００℃である。ま
た、半導体ウエハとしては、図５において曲線Ｂに示さ
れる特性の劣るものを用いている。曲線Ｃは降温速度が
１００℃／ｍｉｎの場合を示し、曲線Ｄは降温速度が４
０℃／ｍｉｎの場合を示し、曲線Ｅは参考のためにアニ
ールを行なっていないもの（酸化処理のみ）を示してお
り、これは図５中の曲線Ｂに対応する。
【００１８】このグラフから明らかなように、アニール
処理の場合にも、降温速度が１００℃／ｍｉｎの曲線Ｃ
の方が、曲線Ｄ、Ｅよりもキャパシタンスの落ち込みが
激しくて界面準位密度が小さく、デバイス特性が良好で
あることが判明する。尚、曲線ＤとＥを比較すれば、ア
ニールを行なった方がデバイス特性を改善できるが、曲
線Ｃと比べてその改善の程度はそれ程大きくないことが
判明する。尚、本実施例では、高速降温を行なうため
に、縦型の高速昇降温熱処理装置を用いて行なった場合
を例にとって説明したが、本発明にて規定した条件を実
現できるならば、どのような装置或いは方法を用いても
よいのは勿論である。また、被処理体として半導体ウエ
ハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板にも本発明方
法を適用することができる。
処理の場合にも、降温速度が１００℃／ｍｉｎの曲線Ｃ
の方が、曲線Ｄ、Ｅよりもキャパシタンスの落ち込みが
激しくて界面準位密度が小さく、デバイス特性が良好で
あることが判明する。尚、曲線ＤとＥを比較すれば、ア
ニールを行なった方がデバイス特性を改善できるが、曲
線Ｃと比べてその改善の程度はそれ程大きくないことが
判明する。尚、本実施例では、高速降温を行なうため
に、縦型の高速昇降温熱処理装置を用いて行なった場合
を例にとって説明したが、本発明にて規定した条件を実
現できるならば、どのような装置或いは方法を用いても
よいのは勿論である。また、被処理体として半導体ウエ
ハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板にも本発明方
法を適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理方
法によれば次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。被処理体に対して熱処理を施すに際して、被処
理体を７００℃以下の温度領域で、７０℃／ｍｉｎ以上
の速さで降温させるようにしたので、界面準位密度を小
さくしてデバイス特性を大幅に向上させることができ
る。
法によれば次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。被処理体に対して熱処理を施すに際して、被処
理体を７００℃以下の温度領域で、７０℃／ｍｉｎ以上
の速さで降温させるようにしたので、界面準位密度を小
さくしてデバイス特性を大幅に向上させることができ
る。
【図１】本発明方法を実施するための熱処理装置を示す
図である。
図である。
【図２】被処理体の温度変化を示す図である。
【図３】半導体ウエハの降温速度と界面準位密度（対数
目盛）との関係を示すグラフである。
目盛）との関係を示すグラフである。
【図４】高速降温開始時の温度とＭＣＬＴとの関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】酸化処理時の降温速度の依存性を示すグラフで
ある。
ある。
【図６】窒素雰囲気下においてアニールした時の降温速
度の依存性を示すグラフである。
度の依存性を示すグラフである。
【図７】半導体ウエハ表面に形成される一般的なトラン
ジスタの構造を示す図である。
ジスタの構造を示す図である。
２ 半導体ウエハ（被処理体） ４ ソース ６ ドレイン ８ ゲート酸化膜 １０ ゲート電極 １２ チャネル １４ 界面部分
Claims (4)
- 【請求項１】 熱処理容器内において被処理体に対して
所定の熱処理を施すに際して、前記被処理体を、７００
℃以下の温度領域において７０℃／ｍｉｎ以上の速さで
降温させるようにしたことを特徴とする熱処理方法。 - 【請求項２】 前記所定の熱処理は、酸化処理またはア
ニール処理であることを特徴とする請求項１記載の熱処
理方法。 - 【請求項３】 前記所定の熱処理は、ゲート酸化膜に対
する熱処理であることを特徴とする請求項１または２記
載の熱処理方法。 - 【請求項４】 前記所定の熱処理は、複数の前記被処理
体を一度に熱処理することができるバッチ式の熱処理容
器内で行なわれることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の熱処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24474097A JPH1167782A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24474097A JPH1167782A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167782A true JPH1167782A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=17123194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24474097A Pending JPH1167782A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1167782A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007018016A1 (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置、冷却ガス供給ノズルおよび半導体装置の製造方法 |
| JP2013004643A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JPWO2014123060A1 (ja) * | 2013-02-06 | 2017-02-02 | ＰＶＧ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 | 太陽電池セルの製造方法 |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP24474097A patent/JPH1167782A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007018016A1 (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置、冷却ガス供給ノズルおよび半導体装置の製造方法 |
| JPWO2007018016A1 (ja) * | 2005-08-05 | 2009-02-19 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、冷却ガス供給ノズルおよび半導体装置の製造方法 |
| US8148271B2 (en) | 2005-08-05 | 2012-04-03 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus, coolant gas supply nozzle and semiconductor device manufacturing method |
| JP5117856B2 (ja) * | 2005-08-05 | 2013-01-16 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、冷却ガス供給ノズルおよび半導体装置の製造方法 |
| JP2013004643A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JPWO2014123060A1 (ja) * | 2013-02-06 | 2017-02-02 | ＰＶＧ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 | 太陽電池セルの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |