JPH0669145A - 半導体装置製造用の石英製装置 - Google Patents

半導体装置製造用の石英製装置

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JPH0669145A
JPH0669145A JP5060342A JP6034293A JPH0669145A JP H0669145 A JPH0669145 A JP H0669145A JP 5060342 A JP5060342 A JP 5060342A JP 6034293 A JP6034293 A JP 6034293A JP H0669145 A JPH0669145 A JP H0669145A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体装置を製造する際に用いられ
る炉心管、ウェハボート、スティック等の石英製装置に
関し、変形し難く、かつ、外部の金属汚染を十分に抑制
することを目的とする。 【構成】半導体ウェハWの周囲の雰囲気に触れる第一の
石英層2と、前記第一の石英層2に含有される量よりも
少ない水酸基を含み、前記雰囲気に接しない部分に形成
される第二の石英層3とを有すことを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造用の石
英製装置及び半導体装置の製造方法に関し、より詳しく
は、半導体装置を製造する際に用いられる炉芯管、ウェ
ハボート、スティック等の石英製装置と、これを用いた
半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置の高集積化が進むに
つれてデバイス特性の劣化の原因となる汚染を排除した
製造プロセスが要求されている。半導体装置の製造工程
の雰囲気として、Na、Kなどのアルカリ金属や、Fe、Cr
等の遷移金属などによる金属汚染のない清浄な雰囲気が
必要となる。
【0003】特に、約900℃以上の熱処理工程では、
汚染金属を含む雰囲気に半導体ウェハが曝されるとその
金属が半導体ウェハ中に導入され易くなるので、その半
導体ウェハを用いて作製される半導体デバイスの特性を
劣化させることになる。したがって、熱処理工程で用い
られる治具の材料は、特に高純度のものが求められ、含
有される金属の不純物量の低減が急務となっている。
【0004】半導体装置の基板となる半導体ウェハの熱
処理工程やその表面の膜の成長工程においては、石英や
SiC製の治具が用いられ、その材料も同様に不純物の含
有量を少なくする必要がある。成膜装置、加熱装置など
に用いられる炉芯管として、例えば図7(A),(B) に示す
ような円筒状の石英管cがあり、その内部には、半導体
ウェハwが搭載された石英製のウェハボートbを収容す
る構造となっている。
【0005】そのような石英管c、ウェハボートbとな
る石英を製造する方法には、酸素・水素炎熔融法と
電気熔融法がある。これらの方法は、天然に産出される
硅石や硅砂を原料とする点では同じである。酸素・水素
炎熔融法により形成された石英は、耐熱性が劣り、熱に
より変形し易い。その欠点を解決するために開発された
方法が電気熔融法であり、この方法により形成される石
英は耐熱性に優れている。
【0006】これは、電気熔融法により形成された石英
に含有される水酸基(OH基)の量が、酸素・水素炎熔
融法による石英のそれよりも少ないからである。その詳
細は、例えば‘工業材料’昭和49年7月号(日刊工業新
聞社刊)、”NEW GLASS” No.14. 1987 (ニューガラス
フォーラム)において報告されている。上記した2つの
方法は、天然に産出される硅石や硅砂を原料としている
ので、その中に含まれる汚染元素の量が多く、それらの
元素の外部への放出を抑える必要がある。
【0007】その手段として、電気熔融法により形成さ
れた硬質の管の内周面に、気相成長法により高純度の合
成石英層を形成してなる石英ガラス管が、例えば特開昭
55−126542号公報、特開平3−84922号公
報において提案されている。合成石英層により不純物の
内部拡散を防止しようとするものである。また、特開昭
63−236723号公報においては、電気熔融法によ
り形成された石英管の外周に、アルミニウム元素を含む
表面層を形成した構造が提案されている。その表面層に
より外部からの不純物の侵入を阻止しようとするもので
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、合成石英層
は、不純物の含有量が少ない一方でOH基の含有量は多
く、粘性が小さくて耐熱性に劣っているので、高熱に曝
されると他の部材に融着するといった不都合がある。本
発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、
変形し難く、金属汚染物の内部への拡散や外部への放出
を十分に抑制でき、しかも、高温下での他の部材との融
着が生じない半導体装置製造用の石英製装置を提供す
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図2、
4に例示するように、半導体ウェハWの周囲の雰囲気に
触れる第一の石英層2、6、9、24と、前記第一の石
英層2、6、9、24に含有される量よりも少ない水酸
基を含み、前記雰囲気に接しない部分に形成される第二
の石英層3、5、8、22とを有すことを特徴とする半
導体装置製造用の石英製装置により達成する。
【0010】または、図5、8に例示するように、半導
体ウェハWに接触する部分に形成される第一の石英層6
と、前記半導体ウェハWに接触しない部分に形成され、
水酸基の含有量が前記第一の石英層6よりも少ない第二
の石英層5とを有することを特徴とする半導体装置製造
用の石英製装置により達成する。または、前記第一の石
英層2、6、9、24に含まれる水酸基は100ppm 以
上であって、前記第二の石英層3、5、8、22に含ま
れる水酸基は30ppm 以下であることを特徴とする半導
体装置製造用の石英製装置。
【0011】または、前記第一の石英層2、6、9、2
4は酸素水素炎熔融法により形成され、前記第二の石英
層3、5、8、22は電気熔融法により形成されている
ことを特徴とする半導体装置製造用の石英製装置によっ
て達成する。または、図2、4に例示するように、前記
第二の石英層3は管状に形成され、前記第一の石英層2
は前記第二の石英層3の内周面に形成されていることを
特徴とする半導体装置製造用の石英製装置により達成す
る。
【0012】または、図5に例示するように、前記第二
の石英層5は、半導体ウェハWを搭載する形状を有し、
その表面が前記第一の石英層6により覆われていること
を特徴とする半導体装置製造用の石英製装置により達成
する。または、図8に例示するように、前記第二の石英
層8は棒状に形成され、その表面が前記第一の石英層9
により覆われていることを特徴とする半導体装置製造用
の石英製装置により達成する。
【0013】または、図4、図5、8に例示するよう
に、前記第一の石英層2、6、9、24と前記第二の石
英層3、5、8、22の間には、気相成長法により形成
されて水酸基の含有量が前記第一の石英層よりも多い第
三の石英層7、10、23を有することを特徴とする半
導体装置製造用の石英製装置により達成する。または、
前記第三の石英層7、10、23の水酸基が200ppm
以上であることを特徴とする半導体装置製造用の石英製
装置により達成する。
【0014】
【作 用】本発明によれば、半導体ウェハWに面する側
の第一の石英層のOH基の含有量を多くして、その反対
側の第二の石英層のOH基の含有量を少なくしているの
で、この構造では、変形が生じ難く、かつ、第一の石英
層を通して放出される不純物の量が大幅に低減する。こ
れは、OH基の含有量によって汚染物の拡散量が制限さ
れるためである。
【0015】また、内面を高純度の合成石英層により形
成した場合のように、管内に収納するウェハバスケット
が高温下で管内壁面に融着することはない。さらに、第
一の石英層と第二の石英層との間に、第三の石英層を介
在させ、そのOH基の量を第一の石英層よりも多くして
いる。これにより、外部から侵入して第一の石英層に到
達する不純物の量を第三の石英層により捕捉させる。こ
れにより第一の石英層への不純物の拡散が防止され、不
純物の放出量がさらに低減する。
【0016】
【実施例】実施例の説明に先立ち、酸素・水素炎熔融
法、電気熔融法、合成石英法の各々の方法により形
成した石英に含まれるOH基と金属不純物放出量を調べ
た結果を説明する。酸素・水素炎熔融法により形成され
た石英ではOH基の含有量が約200ppm以上になる。
また、電気熔融法によれば、石英中のOH基の含有量が
30ppm 以下と少なくなる。さらに、気相成長法による
合成石英では、数百〜数千ppm の範囲で多量のOH基を
含む。
【0017】酸素・水素炎熔融法により形成された石英
と、電気熔融法により形成された石英について、それぞ
れの金属不純物含有量を調べたところ、表1に示すよう
な結果が得られ、有意差がない。
【0018】
【表1】
【0019】次に、酸素・水素炎熔融法と電気熔融法に
よる2種類の石英について、高温熱処理時に放出される
金属不純物量を調べる。その遷移金属の放出量の調査
は、例えば図1に示すようにして行う。まず、シリコン
基板Xの表面に窒化シリコン膜Yを形成し、その窒化シ
リコン膜Yに試料の石英板Zを接触させた状態で、シリ
コン基板X及び石英板Zを例えば1100℃の窒素雰囲
気中に6時間おく。これにより、石英板Z中の不純物を
窒化シリコン膜Yに放出させる。
【0020】次に、フッ酸溶液により窒化シリコン膜Y
を溶かし、そのフッ酸溶液に含まれる金属元素を原子吸
光分析装置により分析する。調査結果は表2のようにな
り、OH基の含有量が少ない電気熔融石英からFe、Cr、
Ni、Cu等の遷移金属が多量に放出され、また、OH基の
多い酸素水素炎熔融石英から放出される金属不純物量は
非常に少ないことが明らかになった。
【0021】
【表2】
【0022】OH基の少ない石英は、SiとOとの結合が
強くて耐熱性の点で優れているにもかかわらず、実際の
熱処理工程では半導体ウェハに対する金属汚染源となる
ことが分かる。また、遷移金属の含有量によって耐熱性
や不純物放出量を決定することはできないことも、表
1、表2から明らかである。このように、石英製造方法
の違いによって高温熱処理下での汚染金属放出量に違い
が見られるのは、石英中の金属不純物がOH基に何らか
の形で捕捉されてその石英中における拡散速度が遅くな
ることに起因すると考えられる。
【0023】(a)本発明の第1実施例の説明 図2(A) は、本発明の第1実施例を示す装置の側方の断
面図、図2(B) はその正面図である。これらの図におい
て符号1は、成膜装置やアニール装置等に用いられる横
型の炉芯管で、この炉芯管1は二層構造の石英層2,3
からなり、その内側の石英層2は、酸素・水素炎熔融法
により形成されて100ppm 以上のOH基が含まれ、ま
た、外側の石英層3は、例えば電気熔融法により形成さ
れて30ppm 以下のOH基を含有している。
【0024】酸素・水素炎熔融法は、酸素と水素を供給
しながら火炎により硅砂、硅石などを熔融する方法であ
り、その酸素と水素によってOH基が多く含有されるこ
とになる。これに対して、電気熔融法は、真空雰囲気中
で硅砂、硅石などをヒーターにより熔融する方法であ
り、原理的にOH基の含有量が少い。上記した炉芯管1
が、半導体装置形成用の成膜装置や加熱装置に使用され
る場合には、その周囲がヒータHによって囲まれ、その
中には半導体ウェハWを搭載したウェハボート4が置か
れることになる。
【0025】以上のような炉芯管1によれば、外側の石
英層3内にはOH基が少なく、しかも、Fe,Cu,Cr,Ni 等
の金属が表1に示すような量で含有されているので、そ
の金属は内側の石英層2に拡散するおそれがあるが、内
側の石英層2では多量のOH基によりそれらの金属が何
らかの形で捕捉され、拡散速度が遅くなって炉芯管1内
部空間に放出される量が低減される。
【0026】このため、上記したような炉芯管1を用い
た成膜装置やアニール装置等によれば、半導体ウェハW
の汚染が十分に抑制される。特に、ヒータHのヒータ線
材から炉芯管1の壁を拡散して炉芯管1の内部空間に侵
入してくる金属不純物は、金属の拡散定数が小さい内側
の石英層2内で捕捉されるために、実質的な汚染ブロッ
ク効果を有する。
【0027】また、外側の石英層3はOH基が少なく、
例えば1100℃の温度でも軟化しないので、半導体装
置製造プロセスで炉芯管1自体が変形することはない。
なお、二層構造の炉芯管を形成する方法としては、内径
と外形が1mm程度の差がある径の異なる2つの石英管を
使用し、一方の石英管を他方の石英管の中にはめ込んだ
後に、バーナー等によりそれらを熔かして一体化する方
法や、OH基の少ない石英管の内部に硅砂、硅石等の粉
体を塗布し、これを酸素・水素の雰囲気中で熔融させる
方法等がある。
【0028】次に、上記した二層構造の石英板から放出
される金属の量を分析した結果を示す。その分析は、表
2を分析する際に使用した汚染検出用ウェハ、即ち、窒
化シリコン膜Yで覆われたシリコン基板Xを使用する。
そして、図3に示すように、厚さ4mmの電気熔融石英層
1 と厚さ1mmの酸素水素炎熔融石英層q2 からなる二
層構造の試料Qを3枚用意し、第一と第二の試料Qの酸
素水素熔融石英層q2 により第1の汚染検出用ウェハを
挟み、さらに、第二と第三の試料Qの電気熔融石英層q
1 によって第2の汚染検出用ウェハを挟んで、これらを
1100℃の窒素雰囲気に6時間放置した。
【0029】そして、2枚の汚染検出用ウェハの窒化シ
リコン膜Yを別々なフッ酸溶液中に溶かし、それらを原
子吸光分析したところ、表3に示す結果が得られた。
【0030】
【表3】
【0031】これによれば、石英管の外側を電気熔融石
英層とし、その内側を酸素水素炎熔融石英層とすれば、
耐熱性に優れ、内部に放出する金属量が少ない炉芯管が
得られる。しかも、ヒータのような炉芯管から放出され
る金属をもブロックする効果があり、半導体装置製造プ
ロセスに適用する場合の効果は大きい。なお、電気熔融
法による石英層3の厚みを増やすにつれて、炉芯管1の
耐熱性が向上する。
【0032】(b)本発明の第2実施例の説明 図4(A),(B) は、本発明の第2実施例を示す石英管の構
造を示す側断面図と正断面図である。図において符号2
1は、成膜装置やアニール装置等に用いられる横型の炉
芯管で、この炉芯管21は三層構造の石英層22,2
3,24から構成されている。最も外側の一層目の石英
層22は、電気熔融法により形成されて30ppm 以下の
OH基が含有され、また、最も内側の三層目の石英層2
4は、酸素・水素炎熔融法により形成されて100ppm
以上のOH基が含まれている。さらに、それらの石英層
22,24の間に挟まれる二層目の石英層23は、気相
成長法により形成された合成石英層であって三層目の石
英層24よりも多い200ppm 以上のOH基が含有され
ている。気相成長法による合成石英を形成する場合は、
反応ガスとして例えばSiCl4 、O2及びH2を使用する。
【0033】以上のような炉芯管21によれば、第一実
施例と同様に、最も内側の石英層24では多くのOH基
を含むために、その中で汚染金属が何らかの形で捕捉さ
れ、炉芯管21の内部空間に放出される量が減少する。
また、電気熔融石英層22から拡散する金属不純物、或
いは炉のヒータ線材等のような炉芯管21の外からその
中を拡散する金属不純物は、OH基を多量に含んだ二層
目の合成石英層23中でその拡散速度が低下するため
に、管内への汚染元素の放出量が第一実施例に比べて低
減する。
【0034】なお、合成石英層23中のOH基の含有量
が多いほど、その効果が著しい。本実施例のように三層
構造の石英層を用いて形成された炉芯管は、耐熱性に優
れるとともに、半導体ウェハに対して実質的な意味でク
リーンであるという特徴を有する。 (c)本発明の第3実施例の実施例の説明 図5(A) は、図2に示すウェハバスケット4の正面図、
図5(B) は、その破線部分を正面から見た部分断面図、
図5(C) は、その側部断面図である。
【0035】炉芯管1に収納されるウェハバスケット4
は、略U字状の枠体4aを間隔をおいて平行に複数個並
べ、それぞれの枠体4aの底部と両側部を図示しない棒
状の橋絡部によって繋いで一体化したものである。ま
た、その底部には足4bが設けられ、また、枠体4aの
内向側(ウェハWに最も近い側)には、半導体ウェハW
を支持する突起4cと溝4dが形成されている。
【0036】このウェハバスケット4は、基体となる石
英層5とその周囲を覆う外側の石英層6の二層から構成
されている。基体となる石英層5は、電気熔融法により
形成された石英材からなり、OH基の含有量が30ppm
以下と少なくて数百℃以上の温度で軟化しないように構
成されている。また、被覆用の石英層6は、酸素水素炎
熔融法により形成された石英材からなり、100ppm 以
上のOH基が含まれるように構成されている。
【0037】このようなウェハバスケット4を使用すれ
ば、第1実施例と同様に、天然の石英に含まれるFe、Cu
等の重金属は、外側の石英層6に含まれる多量のOH基
によって捕捉されるために外部に漏れにくくなり、外側
の石英層6に直接接触する半導体ウェハWの汚染量が大
幅に低減する。この場合の熱変形は、基体となる石英層
5によって防止される。
【0038】なお、基体となる石英層5と被覆用の石英
層6との間に、図5(D),(E) に示すように、中間層とし
て気相成長法による合成石英層7を介在させることによ
り、不純物の放出をさらに抑制するようにしてもよい。 (d)本発明の第4実施例の説明 図6(A) は、半導体装置を製造する際に使用する石英製
の作業棒を示す実施例である。
【0039】作業棒は、芯部をなす石英層8と、その全
体を被覆する石英層9から構成されている。芯部の石英
層8は、OH基の含有量が例えば30ppm 以下と少なく
て数百℃の温度下で軟化しないように、電気熔融法によ
り形成される。被覆用の石英層9は、OH基を例えば1
00ppm 以上に多く含ませる酸素・水素炎熔融法により
形成される。
【0040】このような作業棒6を使用すれば、上記実
施例と同様に、Fe、Cuなどの金属の外に漏れる量が抑制
され、半導体ウェハWの汚染量を大幅に低減できる。な
お、芯部の石英層8と被覆用の石英層9との間に、図6
(B) に示すような合成石英層10を介在させてもよ
い。、合成石英層10は、被覆用の石英層9よりもOH
基が多い。
【0041】(e)本発明のその他の実施例の説明 半導体装置の製造工程で使用される上記以外の石英装置
に関しても、石英装置の基体となる部分の石英層を電気
熔融法により形成してOH基を少なくし、また、半導体
ウェハに面する側(ウェハに最も近い側)の石英層を酸
素水素炎熔融法により形成してそのOH基を多くし、そ
の基体を覆うような層構造にする。
【0042】これによれば、熱による変形を抑え、か
つ、半導体ウェハへの不純物の導入が低減される。な
お、中間層として合成石英を介在させてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体ウェハに面する側の第一の石英層のOH基の含有量を
多くして、その反対側の第二の石英層のOH基の含有量
を少なくしている。したがって、第一の石英層に含まれ
る金属が何らかの形でOH基に捕捉されることになり、
その第一の石英層を通して放出される不純物の量を十分
に少なくして、半導体ウェハの汚染量を十分に低減でき
る。しかも、第二の石英層はOH基が少ないために粘性
が高く、熱による石英製品の変形を抑制できる。
【0044】さらに、その中間層としてOH基の多い合
成石英を用いれば、その効果はさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】石英層からの汚染物放出量の調査方法の一例を
示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の第1実施例の不純物放出量の調査状態
を示す断面図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す断面図である。
【図5】本発明の第3実施例を示す正面図と部分断面図
である。
【図6】本発明の第4実施例を示す断面図である。
【図7】従来装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1、21 炉芯管 2、24 石英層(酸素・水素炎熔融石英層) 3、22 石英層(電気熔融石英層) 23 石英層(合成石英層) 4 ウェハバスケット 5、8 石英層(電気熔融石英層) 6、9 石英層(酸素・水素炎熔融石英層) 7、10 合成石英層 W 半導体ウェハ H ヒーター
フロントページの続き (72)発明者 奥井 芳子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウェハ(W)の周囲の雰囲気に触れ
    る第一の石英層(2、6、9、24)と、 前記第一の石英層(2、6、9、24)に含有される量
    よりも少ない水酸基を含み、前記雰囲気に接しない部分
    に形成される第二の石英層(3、5、8、22)とを有
    すことを特徴とする半導体装置製造用の石英製装置。
  2. 【請求項2】半導体ウェハ(W)に接触する部分に形成
    される第一の石英層(6)と、 前記半導体ウェハ(W)に接触しない部分に形成され、
    水酸基の含有量が前記第一の石英層(6)よりも少ない
    第二の石英層(5)とを有することを特徴とする半導体
    装置製造用の石英製装置。
  3. 【請求項3】前記第一の石英層(2、6、9、24)に
    含まれる水酸基は100ppm 以上であって、前記第二の
    石英層(3、5、8、22)に含まれる水酸基は30pp
    m 以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の半
    導体装置製造用の石英製装置。
  4. 【請求項4】前記第一の石英層(2、6、9、24)は
    酸素水素炎熔融法により形成され、前記第二の石英層
    (3、5、8、22)は電気熔融法により形成されてい
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置製
    造用の石英製装置。
  5. 【請求項5】前記第二の石英層(3)は管状に形成さ
    れ、前記第一の石英層(2)は前記第二の石英層(3)
    の内周面に形成されていることを特徴とする請求項1、
    3又は4記載の半導体装置製造用の石英製装置。
  6. 【請求項6】前記第二の石英層(5)は、半導体ウェハ
    (W)を搭載する形状を有し、その表面が前記第一の石
    英層(6)により覆われていることを特徴とする請求項
    2、3又は4記載の半導体装置製造用の石英製装置。
  7. 【請求項7】前記第二の石英層(8)は棒状に形成さ
    れ、その表面が前記第一の石英層(9)により覆われて
    いることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の半
    導体装置製造用の石英製装置。
  8. 【請求項8】前記第一の石英層(2、6、9、24)と
    前記第二の石英層(3、5、8、22)の間には、気相
    成長法により形成されて水酸基の含有量が前記第一の石
    英層よりも多い第三の石英層(7、10、23)を有す
    ることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は
    7記載の半導体装置製造用の石英製装置。
  9. 【請求項9】前記第三の石英層(7、10、23)の水
    酸基が200ppm 以上であることを特徴とする請求項8
    記載の半導体装置製造用の石英製装置。
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