JPS61198048A - 拡散炉の汚染検査方法 - 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〕 この発明は、各種の半導体装置を製造する際に利用され
る拡散炉の汚染検査方法に関し、更に詳しくは、一導電
型決定不純物ケ拡散するための拡散炉が反対導電型決定
不純物により汚染されているか検査する方法に関するも
のであるう〔発明の概要〕 この発明は、拡散すべき不純物により決定される導電型
と同じ導電型を有する半導体ウニ／・を拡散炉に入れて
不純物ｆＮをセットレないで熱処理することによりウェ
ハに炉内の残留不純物乞拡散さぞ、しかる後ウェハに反
対導電型決定不純物の拡散層が形成されているか調べる
ようにしたものである。この発明によると、素子形成の
ための拡散処理とは独立に前もって拡散炉の汚染の有無
を判別することができる。

〔従来の技術〕

従来、拡散処理のモニタ法としては、拡散すべき不純物
により決定される導電型とは反対の４［型ン有する半導
体ウェハに拡散処理？施し、このウェハについて拡散層
の抵抗率（又はシート抵抗）、拡散深さ、不純物プロフ
ィール等を調べる方法が採られていた。

一例’４Ｎ型決定不純物（ドナー）の拡散について説明
すると、第４図に示すように、破線ｌのレイルの不純物
濃度を有するＰ型ウェハにアンチモン、ヒ素等のドナー
を曲線２のように拡散するつそして、第５図に示すよう
に、Ｐ型ウェハ１０の表面ＶＣ形成されたＮ型拡散層１
２について四探針法ＶＣより抵抗率又はシート抵抗を測
定する。ここで、四探針法は、４個の探針１４．〜１４
ｄ馨試料面に一列状に当て、探針１４１及び１４ｂの間
に定電流源１６ｉ接続し、探針１４ｅ及び１４ｄの間に
電圧計１８ヲ接続して電圧ン測定するもので、それ自体
公知である。

また、第６図に示すように、Ｎ型拡散層１２ケ有するＰ
型つェハ１０ヲ角度研摩して研摩面にＰＮ接合乞露呈嘔
せ、この研摩面にスティンエッチ法を適用して電気化学
的反応によりＰ型とＮ型を判別することによりＮ型拡散
）−１２の拡散深さく又は接合深さ）ン測定する。ここ
で、スティンエッチ法は、フッ酸水溶液中に微量の硝酸
を加えたエッチ液で光を当てながらエッチすることによ
抄Ｐ型層のみンこげ茶色に染めるもので、それ自体公知
である。

さらに、第７図に示すように、Ｎ型拡散層１２ン有する
Ｐ型ウェハ１０の角度研摩面に並列的に２個の探針を当
てて矢印入方向の広がり抵抗分布ン測定する。広がり抵
抗は、探針の接触半径の近傍の微小な領域の抵抗率に依
存し、ＰＮ接会部では空乏層のため無限大となる。この
ように広がり抵抗分布ン測定することにより不細物プロ
フィールを知、ることかできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

、へ 上記した従来法によると、拡散すべき不純物とは反対の
導電型を与える不純物によって拡散炉が汚染されている
か判別できない不都合があった。

すなわち、＠４図の例において、拡散炉がポロン、アル
ミニウム等のＰ型決定不純物（アクセクタ）によって汚
染されていると、曲線２のようにドナー乞拡散する際に
曲線３又は３′のようにアクセプタがＰ型ウェハの表面
に低濃度で拡散される。

曲線３のようにアクセプタが拡散された場合、表面から
深さハのところにＰＮ接合が形成される。一方、アクセ
プタ汚染がなかったか、極くわずかであったときは、表
面から深式ｘｂ　のところにＰＮ接合が形成される。通
常、ｘａとｘｂの差は微小であるため、第５図乃至第７
図のような方法では汚染の有無７判別できなかった。

また、曲線３′のよ′うにアクセプタが拡散された場合
には、アクセプタがドナーによって完全にマスクされて
しまうため、アクセプタ汚染がなかった場合と全く区別
がつかなかった。

上記のようにアクセプタで汚染された拡散炉を用いてＰ
型ウェハにいわゆる埋込層形成のためのドナー拡散を実
施し、しかる後にＰ型ウェハの表面にＮ型層をエピタキ
シャル成長させると、このときの不純物濃度分布Ｆｉ第
８図に例示したようになる。第８図において、表面から
深さｘａ　までの区間ＥＰＩはエピタキシャル成長した
区間であり、直線４はウェハ内Ｐ型層の不純物濃度レイ
ルを、曲線５はドナーの濃度分布を、曲線６はアクセプ
タの濃度分布ンそれぞれ示す。

埋込層形成のためのドナー拡散時にウェハにはドナーと
共に炉内残留のアクセプタも拡散される。

そして、エピタキシャル成長時の熱処理によってウェハ
中のドナー及びアクセプタがエピタキシャル成長層中に
拡散される（いわゆるオートドーピング）。このため、
表面から深さｘｌ　及びｘ２０区間には、オートドーピ
ングにより不所望のＰ型層が形成される。なお、表面か
ら深さｘ４　のところには、Ｎ型埋込層とウェハ内Ｐ型
層とのＰＮ接合が形成されるつ 第８図に示したように、エピタキシャル成長層中にオー
トドーピングによりＰ型層が形成された場合、この後エ
ピタキシャル成長層を用いてトランジスタ等の素子Ｚ形
成しても七〇累子は不良品となる。

このような不良発生馨未然に防止するため、工ビタキシ
ャル成長処理が終った段階で、オートドーピングによる
Ｐ型層の有無馨調べることも可能であるが、これでは、
前処理として拡散及びエピタキシャル成長が必要であっ
て、手続的に複雑である欠点乞免れない。

〔問題点ケ解決するための手段〕

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたものであって、素子形成のための拡散処理とは独立
に前もって拡散炉の汚染の有無を判別することを目的と
するものである。

すなわち、この発明による拡散炉の汚染検査方法は、一
導電型決定不何物（例えばドナー）を拡散するための拡
散炉が反対導電型決定不純物（例えばアクセプタ）によ
って汚染されているか判別するための方法であって、次
の（ａｌ〜ｆｄ）のようなステップＺ含んでいる。

（ａ）一導電型決定不純物（例えばドナー）を拡散する
ための拡散炉に、一導電型を有する半導体ウェハ（例え
ばＮ型ウェハ）Ｚ挿入する。

ｔｂ）拡散炉に不純物源をセットしない状態において炉
内の残留不純物χウェハに拡散すべくウェハを熱処理す
る。

（ｃｊ拡散炉から熱処理されたウェハ乞取出す。

（ｄ）取出されたウェハに一導電型とは反対の導電型を
決定する不純物（例えばアクセプタ）の拡散層が形成さ
れているか調べる。

〔作用〕

この発明の方法によれば、拡散炉に不純物源をセットし
ないでウェハを熱処理するので、ウェハには、炉内の残
留不純物のみが拡散される。この場合、炉内の残留不純
物として例えばアクセプタが存在したのであれば、ウェ
ハにはＰ型拡散層が形成されるので、このＰ型拡散層を
広がり抵抗測定法等により検知することにより拡散炉が
アクセプタで汚染嘔れていることケ容易に知ることがで
きる。

〔実施例〕

第１図は、この発明による半導体ウェハの熱処理工程を
示すものである。

拡散炉は、石英管加と、これを取囲むように設けられた
第１及び第２のヒータρ及び冴とχ七々えている。石英
管圏内には、第２のヒータ冴に対応する部分にウェハホ
ルダがで保持された半導体ウェハ公が配置されると共に
、第１のヒータηに対応する部分に固体不純物源側が配
置されるようになっている。この例では、不純物源とし
て固体を使用する拡散炉を示すが、不純物源として液体
又は気体を使用する拡散炉であってもこの発明を実施し
うろこと勿論である。

ここで、上記拡散炉がドナー拡散用のものであるとして
この発明の一実施例を述べると、上記拡散炉には、半導
体ウェハ四として、例えばシリコンからなるＮ型ウェハ
を挿入する。そして、５ｂ２ｏ３等の固体不純物源側は
セットしないでおく。この場合、不純物乞入れる容器も
炉内に置かない方が好ましい。

次に、固体不純物源３０をセットしない状態において、
それをセットした場合と同様の温度・時間条件でＮ型ウ
ェハ２８ヲ熱処理し、該ウェハ中に炉内の残留不純物乞
拡散嘔せる。この場合、炉内の残留不純物として、アン
チモン、ヒ素等のドナーと、ゼロン、アルミニウム等の
アクセプタとが混在したのであれば、第２図に示すよう
に、ドナーは曲ｗＩ彫の如く、アクセプタは曲線３４の
如くそれぞれＮ型つェハ公中に拡散されろうなお、第２
図において、破＃あは、Ｎ型ウェハあのドナー濃度しイ
ルン示す。

上記のようなドナー拳アクセゾタ拡散の結果、Ｎ型つェ
ハＺには、表面から深嘔ｘ１１までの区間にＮ型層が形
成され、このＮ型層から深さＸ１２までの区間にＰ型層
が形成される。

次に、第７図に関して前述したような広がり抵抗測定法
によりＮ型つェハ脂の広がり抵抗を測定すると、第３図
に示すような広がり抵抗分布が得られ、深’ｉ！　Ｘｌ
ｌ及びＸ１２の区間にＰ型層が存在することヶ検知でき
る。従って、このような場合は、拡散炉がアクセプタで
汚染されているものとして、使用中止、石英管の洗浄又
は交換等の種々の対策をとることができる。

なお、上記のように熱処理したＮ型つエノ＼についてＰ
型層の存在が検知されなかったときは、上記拡散炉はア
クセプタ汚染が殆どないものとして素子形成のための拡
散処理に供することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、拡散すべき不純物に
より決定される導電型と同じ導電型？有する半導体ウェ
ハな拡散炉に入れて不純物源をセットしないで熱処理す
ることにより炉内の残留不純物をウェハに拡散層せ、し
かる後ウェハに反対導電型決定不純物の拡散層が形成さ
れているか調べるようにしたので、素子形成のための拡
散処理とは独立に前もって拡散炉の汚染の有無を判定す
ることができる。

従って、汚染した拡散炉を用いて大量の不良品を発生嘔
ぜたり、拡散後にエピタキシャル成長等の他の処理を無
駄に実施したりすることがなくなる効果がある。また、
汚染ありと判定された拡散炉については、石英管等を洗
浄するか、交換するなどして消浄な状態で拡散処理に供
することができ、拡散炉の有効利用が可能となる効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による半導体ウェハの熱処理工程２
示す拡散炉の断面図、 第２図及び第３図は、上記熱処理工８ｗ経た半導体ウェ
ハの不純物濃度分布及び広がり抵抗分布をそれぞれ示す
グラフ、 第４図は、従来の拡散モニタ法を説明するための不純物
濃度分布図、 第５図、第６図及び第７図は、それぞれ四探針法、ステ
ィンエッチ法及び広がり抵抗測定法を説明するためのウ
ェハ断面図、 第８図は、アクセプタ汚染があった場合におけるエピタ
キシャル成長後の不純物濃度分布を示すグラフであろう 銀・・・石英管、η、２４・・・ヒータ、が・・・ウェ
ハホルダ、あ・・・半導体ウェハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）一導電型決定不純物を拡散するための拡散炉に、
   一導電型を有する半導体ウェハを挿入するステップと、 （ｂ）前記拡散炉に不純物源をセットしない状態におい
   て前記拡散炉内の残留不純物を前記半導体ウェハに拡散
   すべく前記拡散炉により前記半導体ウェハを熱処理する
   ステップと、 （ｃ）この熱処理ステップの後、前記拡散炉から前記半
   導体ウェハを取出すステップと、 （ｄ）前記拡散炉から取出された半導体ウェハに前記一
   導電型とは反対の導電型を決定する不純物の拡散層が形
   成されているか調べるステップとを含む拡散炉の汚染検
   査方法。