JPH0443659A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JPH0443659A
JPH0443659A JP2150028A JP15002890A JPH0443659A JP H0443659 A JPH0443659 A JP H0443659A JP 2150028 A JP2150028 A JP 2150028A JP 15002890 A JP15002890 A JP 15002890A JP H0443659 A JPH0443659 A JP H0443659A
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JP
Japan
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silicon substrate
infrared light
single crystal
semiconductor manufacturing
substrate
Prior art date
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Pending
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JP2150028A
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English (en)
Inventor
Akihiro Miyauchi
昭浩 宮内
Hironori Inoue
洋典 井上
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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〕 本発明はLSI製造工程におけるエピタキシャル成長工
程や酸化工程などにおける基板表面のインプロセスモニ
タを可能とするモニタ装置を有する半導体製造装置に関
する。
〔従来の技術〕
従来、偏光変調赤外分光法を半導体の製造装置のインプ
ロセスモニタとして適用した例はジャバーズ ジャーナ
ル オブ アプライ1ヘ フィジックス 27 (19
88年)第501頁から第505頁(Jpn、J、Ap
pl、Phys、 27 (1988) P P501
−505 )に記載されている。これは金蒸着したガラ
ス基板上に光CV D法で堆積するアモルファスシリコ
ン膜へ偏光変調赤外光を入射させ、反射赤外光をインプ
ロセスでモニタしたものである。偏光変調赤外法を用い
ることで形成中のアモルファスシリコンの膜厚や水素元
素との結合状態等についてインプロセスで知ることがで
きる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は赤外光を入射2反射させることが必要で
あるため赤外光に対する減衰係数の大きい金などの金属
薄膜をあらかじめ基板表面に蒸着させ、その上に薄膜を
形成しなければならず、LSIの製造工程へ適用できな
い問題があった。
また、基板にシリコン単結晶基板を用いる場合、基板の
温度が高くなると基板自身からの赤外発光が強くなり、
反射赤外光を測定できなくなる問題があった。
本発明の目的はシリコン単結晶基板表面に金属をあらか
じめ蒸着することなく堆積中の薄膜をインプロセスでモ
ニタできる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は高温に加熱されたシリコン単結晶基
板自身からの赤外発光を光源としてシリコン単結晶基板
表面をインプロセスでモニタできる半導体製造装置を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、シリコン単結晶基板を50
0℃以」二に加熱した3 また、高温に加熱されたシリコン単結晶基板からの赤外
光を光源とするためにシリコン単結晶基板からの赤外光
を偏光変調赤外分光した。
〔作用〕
シリコン基板表面に金属を蒸着せずに赤外光に対する減
衰係数を大きくするにはシリコン基板自身の赤外光に対
する減衰係数を大きくすればよ(1ことになる。減衰係
数にと吸収係数αには式]−に示す関係がある。
λ にニー、               ・・・(1)
4 π ここでλは波長、πは円周率である。これより減衰係数
を大きくするには吸収係数を大きくすればよいことが分
かる。赤外域における吸収はシリコン結晶中の自由キャ
リアによって生ずる。吸収係数αと自由キャリアには式
2に示す関係がある。
ここでn+Pはそれぞれ電子、正孔の密度、rnn 2
mFはそれぞれ電子、正孔の有効質量、μn;μPはそ
れぞれ電子、正孔の移動度である。
これより吸収係数を大きくするには電子あるいは正孔の
密度を大きくすればよいことが分かる。電子の密度はシ
リコン基板の温度と式3に示す関係がある。
式3より電子密度は基板温度の増加とともに急激に増加
することが分かる。結果として金属を蒸着することなく
堆積中の薄膜をインプロセスでモニタするためにはシリ
コン基板の温度を高くし、シリコン基板中の電子あるい
は正孔の密度を増加させればよいことになる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。本実
施例ではエピタキシャル成長装置内に設置されたシリコ
ン単結晶基板11の表面酸化膜をインプロセスモニタし
た。成長室12はSUS製で基板加熱装置13からの基
板加熱用赤外光を透過させるために成長室12の下部に
は厚さ15+nmの石英窓14が取り付けられている。
シリコン単結晶基板11は炭化シリコンで被覆されたグ
ラファイト製のサセプタ15の」二に盾かれる。エピタ
キシャル成長用の原料ガスはモノシランガス(S i 
114)と水素ガス(H2)である。それぞれのガスは
流量制御器19を介して成長室12内へ導入され石英製
ののガスノズル1.6から噴出される。
成長室内のガスはターボ分子ポンプ17およびロタリボ
ンブ18で耕気される。
次に赤外分光装量に関して説明する。ニクロム光源21
から発光した赤外光はハーフミラ−22で二分され、そ
れぞれ偏光子23に1つて偏光される。偏光面はシリコ
ン単結晶基板11の表面に対してそれぞれ垂直及び平行
な方向である。赤外光はチョッパ24によって70 I
I zの変調を受け、交互に臭化カリウム製の赤外窓2
5を通して成長室12内のシリコン単結晶基板11へ入
射する。
シリコン単結晶基板】1から反射した赤外光は分光器2
6で分光され、検出器27へ入射する。検出器27の出
力はロックインアンプ28でチョッパ24からの信号と
同期して増幅される。ロックインアンプ28の出力は記
録計29でスペクトルとして記録される。
上記のエピタキシャル成長装置と赤外分光装置を用いて
エピタキシャル成長工程におけるシリコン単結晶基板表
面の酸化膜をインプロセスでモニタした。RCA洗浄し
たシリコン単結晶基板(面方位(100)、p型(ボロ
ン)、比抵抗1〇−15Ω・―、4インチφ)を試料と
して用いた。
エリプソメトリ−法で測定した結果、洗浄後の表面酸化
膜厚は約1. 、5 n m であった。基板温度75
0℃、水素流量300mQ/分、成長室内圧力80Pa
で10分間、水素処理した後、基板温度と成長室内圧力
を一定にしたままモノシランガスを5 m Q /分流
して30分間、エピタキシャル成長させた。スペクトル
測定時の条材は、ロックインアンプの時定数は1秒2分
光器のスキャン速度は50nm/分、チョッパの変調周
波数は70Hzである。第2図は水素処理中のシリコン
単結晶基板11からの赤外反射スペクトルである。水素
処理時間とともに8.2μm近傍のスペクトル強度が小
さくなることが分かる。異なる表面酸化膜厚(2nm〜
20 n m)を形成したシリコン単結晶基板11のス
ペクトルを本実施例とは別に開式た結果、8.2μmの
吸収強度が酸化膜厚に比例したことから、この吸収は表
面酸化膜によるものであることが分かる。これより、水
素処理によって表面酸化膜が除去されたことが分かる。
次にエピタキシャル成長中のスペクトルと成長後のエピ
タキシャル層中の積層欠陥密度との関係を述べる。水分
濃度の異なる(0.lppm−10pp朧)モノシラン
ガスを用いてエピタキシャル成長させたとき、5 pp
m以上の水分濃度で8.2μm近傍に吸収が現れる。第
3図はこの吸収強度とエピタキシャル層中の積層欠陥密
度との関係である。吸収強度の増大にともない積層欠陥
密度は急激に増加することが分かる。これはエピタキシ
ャル成長中の基板表面に酸化膜が形成される条件下でエ
ピタキシャル成長させると積層欠陥が増加することを示
しており、本発明は高品質なエピタキシャル成長をイン
プロセスでモニタできることを示している。
次に高温のシリコン単結晶基板11からの赤外発光を光
源とするインプロセスモニタの実施例について説明する
。用いた装置を第4図に示ず。エピタキシャル成長装置
は先に記述した実施例と同じである。高温のシリコン単
結晶基板11からの赤外光はハーフミラ−22で二分さ
れ、それぞれ偏光子23へ入射する。偏光面は先の実施
例と同しである。偏光された赤外光はチョッパ24で7
01−i zの変調を受け、分光器26へ入射する。
分光された赤外光はロックインアンプ28で増幅され、
記録Δ[29に発光スペク1ヘルとして記録される。上
記のエピタキシャル成長装置と赤外分光装置を用いてエ
ピタキシャル成長工程におけるシリコン単結^h基板表
面をインプロセスでモニタした。RCA洗浄したシリコ
ン単結晶基板11 (面方位(100)、P型(ボロン
)、比抵抗】−0−15Ω・1,4インチφ)を試料と
して用いた。
エリプソメトリ−法で測定した結果、洗浄後の表面酸化
膜厚は約1. 、5 n m であった。基板温度10
00℃、水素流量300mQ/分、成長室内圧力80P
aで10分間、水素処理した後、基板温度と成長室内圧
力を一定にしたまま、モノシランガスを5mQ/分流し
て10分間、エピタキシャル成長させた。スペクトル測
定時の条件は、ロックインアンプ28の時定数は1秒2
分光器26のスキャン速度は5Qnm/分、チョッパの
変調周波数は70 II zである。第5図は水素処理
中の試料から発光スペク1ヘルである。水素処理時間と
ともに8.2μm近傍の発光スペクトル強度が小さくな
ることが分かる。先の実施例と同様にこの発光は表面酸
化膜からのものである。これより、水素処理によって表
面酸化膜が除去されたことが分かる。次にエピタキシャ
ル成長中の発光スペクトルと成長後のエピタキシャル層
中の積層欠陥密度との関係を述へる。水分濃度が異なる
(0.lppm−10ppa+)モノシランガスを用い
てエピタキシャル成長させたとき、水分濃度が5 pp
m以上で8.2μm近傍に発光ピークが現れる。第6図
はこの発光スペクトル強度とエピタキシャル層中の積層
欠陥密度との関係である。発光スペクトル強度の増大に
ともない積層欠陥密度は急激に増加することが分かる。
これは表面酸化膜が形成される条件下でエピタキシャル
成長させると積層欠陥が増加することを示しており、本
発明は高品質なエピタキシャル成長をインプロセスでモ
ニタできることを示している。
なお、本発明はエピタキシャル成長工程だけでなく酸化
膜、金属膜、高誘電膜、シリサイド薄膜などの形成工程
にも有効である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、シリコン単結晶基板の温度を500℃
以上に加熱することでシリコン単結晶基板表面に金属を
蒸着せずにシリコン単結晶基板表面をインプロセスでモ
ニタできる効果がある。
また、シリコン単結晶基板自身からの赤外発光を光源と
するので500℃以上に加熱されたシリコン単結晶基板
表面の状態をインプロセスでモニタできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のエピタキシャル成長装置と
赤外分光装置の断面図、第2図は異なる水素処理時間に
おける赤外吸収スペクトルを示す図、第3図は8.2μ
rrl における赤外吸収量とエピタキシャル層中の積
層欠陥密度との関係図、第4図は本発明の他の実施例の
エピタキシャル成長装置と赤外分光装置の断面図、第5
図は異なる水素処理時間におけるシリコン単結晶基板か
らの発光スペクトルを示す図、第6図は8.2μnl 
における発光強度とエピタキシャル層中の積層欠陥密度
との関係図である。 11・・・シリコン単結晶基板、12・・・成長室、1
3・・・基板加熱装置、14・・・石英窓、15・・・
サセプタ、16・・・ガスノズル、17・・・ターボ分
子ポンプ、18・・・ロータリポンプ、19・・・流量
制御器、20・・・反射鏡、21・・・ニクロム光源、
22・・・ハーフミラ−123・・・偏光子、24・・
・チョッパ、15・・赤外窓、26・・・分光器、27
・・・検出器、28・・・ロツ第 2 区 第1図 7.8 6.0  ε2 εム δ乙 波衰 −夏p 第 3  rr 3.1llrn  l:  h・lす6 o% lI’
8.に5  ((+’%  m q)入ン 力” ス 第4図 第 図 筬 図 82−にb・1する先尤ノ吏度

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、反応管と、この反応管内に設置されシリコン基板を
    保持するサセプタと、上記反応管の外部に設けられ、上
    記サセプタ上のシリコン基板を加熱する加熱手段と、上
    記反応管内のシリコン基板に向かつて原料としてのガス
    状化合物を導入する手段と、反応管内のガスを排気する
    手内を有し、シリコン基板上に固体薄膜を形成する半導
    体製造装置において、500℃以上に加熱、保持したシ
    リコン基板へ赤外光を入射させ、反射した赤外光をイン
    プロセスで分光解析できることを特徴とする半導体製造
    装置。 2、請求項第1項記載の半導体製造装置において、50
    0℃以上に加熱、保持したシリコン基板自身から発光さ
    れる赤外光をインプロセスで分光解析できることを特徴
    とする半導体製造装置。
JP2150028A 1990-06-11 1990-06-11 半導体製造装置 Pending JPH0443659A (ja)

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JP2150028A JPH0443659A (ja) 1990-06-11 1990-06-11 半導体製造装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994005984A1 (en) * 1992-09-03 1994-03-17 Micro Research, Inc. Method and apparatus for use of polarized light vectors in evaluating constituent compounds in a specimen
US5956144A (en) * 1992-09-03 1999-09-21 Micro Research, Inc. Method and apparatus for use of polarized light vectors in identifying and evaluating constituent compounds in a specimen
JP2011119528A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体単結晶基板の結晶欠陥評価方法
KR20220035114A (ko) 2019-07-17 2022-03-21 에스엠시 가부시키가이샤 전자밸브

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JP2011119528A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体単結晶基板の結晶欠陥評価方法
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