JPS5889827A - 半導体ウエハの清浄化装置 - 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】 この発明線半導体りエハの狭面を浄化するための熱処理
装置に係）、譬にウェハ懺−面を汚染する炭素を除くた
めに適するように改真され九半導体ウェハ熱処理装置に
関する。

例えは７リコンウエハについて半導体デバイスを形成す
る際、各機工１！にかける前にクエへ嵌面を浄化し、所
望しない不純物を除くことは常に行われている。この場
合ウェハ狭面は、シリコン又はシリコンの他酸化膜、窒
化膜、ポリシリコン膜のような選択拡散、選択酸化勢に
必要な薄膜を併せ備えているものを會む。

を除（酸処理、処理中に生成する酸化膜を除去する稀弗
酸処理の三処理と、引き続く乾燥処理とに分たれる。例
えに−代懺的な浄化工程−Ｏ一つとして、（１）トリク
ロルエチレン：煮沸、（２１アセトン：超音波洗滌、浸
漬洗滌、（３）純水：流水にょるす＼ぎ、（４Ｊｉｋ＃
ｌ容＋硝鐵ｌ容ニー煮沸、（５）純水：流水によるす＼
ぎ、（６）硝酸：煮沸、（７）純水＝ｆＩＬ水によるす
＼ぎ、（８１稀フツｌ！［（例えば水２０容＋フッ酸ｌ
容）＝２０秒浸漬、ｔｓｉ純水２流水によるす−ぎ、ａ
ｎｔ燥：違心脱水或いは高純度窒素ガス吹付けの各操作
を施すことが知られている。この工程で（１）〜（３）
の操作は脱脂を、（４１、（５）の操作は有機物分解と
酸処理を：　（６）、（７）の操作は完全な酸処理を、
（８）、（９）の操作は酸化膜除去にＴｏえる。ｉ＃　
（４１の操作に代えてアンそニヤ水と過酸化水素の混合
液処理を、又（８）の操作に代えて塩化水素水と過酸化
水素の混合液処理を組合わせて施すこともめる。このよ
うに各種操作を繰返す代シに一操作で兼ねさせる浄化工
程としてトリアルキル（ヒドロキシアル中身）アンモニ
クムハイドロキナイド（ＴＨＡＨ）を含む溶液を用いる
ものも知られている。°′このようにして清浄化された
シリコンクエバを＾速反射電子−回折でａｍすると、ダ
イヤモンド構造に基ずく回折像の他にハローがＵめられ
る。

、このハローにウェハ表向に自然に成員した極めて薄い
アモルファス薄膜に由来する−のでめる。このウェハを
加熱し乍ら電子回折像の観察を続けると、殆んどの場合
に約１０００℃で炭化シリコンの回折像が出現する。ウ
ェハ表−面のアモルファス薄膜についてＸ線電子分光分
析を行うと、酸素の鍼に炭素の存在が確かめられるから
、このような炭化シリコンの出現は轟然のことでるる。

　−いまこのようにして清浄化されたウェハにデバイス
構造を形成する丸め、酸化又は拡散の熱処理を施すとす
るー。ウニへ嫁ボートに数十枚収納され高温炉に送）込
まれる。このときクエへが反シ、このことが原因となっ
てフォトレジストの露光工程でピントずれを生じる勢の
こと０１にいように、炉内へのボート搬入は極めて徐々
になされる。このためボート内の先頭位置を占めて炉内
に送シ込まれたウェハで扛ア、モルファス薄膜中の炭素
嬬酸化して除かれ晶いが、後続するウェハでは炭素は除
かれないうちにウェハ狭面０１１！化が進み、炭素を酸
化膜中Ｋｌ＆り込ませてとソまらせ、約１０００℃で炭
化シリコンを形成させることＫなる。

このようなウェハは表面の炭化シリコンによってＭＯ８
構造をとらせるとき酸化膜の耐圧を低下させ、又酸化、
拡散の工程におかれるとき０８ｒ（ｏｘｉｄｌｍｉｍＬ
ｓｔａｃｋｉｎｇ　ｆｏｗｌｔ　）と称される積層欠陥
−発生の核を備えることになって、形成されるデバイス
の機能を蓄しく損ねる。

ウェハ表向に残され九炭素の起源を−ぺるため、最終槽
フッ酸処理以降のｐ型（１００）５−　シリコンウェハ
群についてＸ線電子分光分析を行った結果を次の第１表
に示す。勇で（１）項は稀フッ酸処塩厘後す＼がずに測
定した値、（２）項は稀７ツ酸処理後３分間純水す＼ぎ
の直−の測定値、（３）項は稀フッ酸処理後ｌＯ分間純
水す＼き０＊＊の測定値で、何れも赤面か疎水性なので
、完全に水滴を振シ切って直ちに試料室に声ツトされた
もので、Ｏｌ、ピーク値、Ｃ１ｌビーク値、Ｓ１２．ピ
ーク−値の各相対値が記載されている。

（以下余白） 第１嶽 ００．ピーク値　０．０１３　　　　　０．０４２　　
　　　０．０６０Ｃ１，＃　　　０．０１０　　　０．
００７　　　　０．００７８１、、　　＃　　　０．０
６９　　　０．０６３　　　　０．０５６第１　表（１
１項から、稀フッ酸処理で既に炭素によシ汚染されてい
ることが−められ、（２ｊ項、（３）項は純水によるす
＼ぎの関にこの炭素の大部分が異面に成長する酸化膜に
妨げられて除かれずとｙすることを示している。

供給水の比抵抗値にす＼ぎ槽内の比抵抗値が回復するま
での純水す＼ぎ時間は、テフロンＰＦム或いはボリエテ
レｙ製容器、キャリアの通常使用されている輪具につい
て１０分乃至２０分である。

懐つ１酸化膜は第１９のピーク値以上に形成されること
になる。この懺の１３）の純水す＼１１０分で生成し九
酸化膜厚は、エリプソメータで約８Ｘと測定されている
。現状で扛この状態のま〜、従って超清浄製境内でキャ
リアを毎分数千回−転して遠心脱水する乾燥装置に小ず
け九のみで使用に供しているのでるる。

陶又稀７ツ鍍処ＪｌｌＩｋＩＩｋ終純水処虐時間を銚長
すると、乾燥後に自然成長する極薄酸化膜の炭ｌ！−ｆ
は、増す傾向をとることが認められる。空気中の炭酸ガ
スを吸着”し易くするためにこのような傾向を示すもの
と思われる。第１１１！に糊定値を示したと同様のウェ
ハ、即ちｐＭ（１００）５Ωシリコンウ工ハ群について
最終槽フッａｍ垣を行っ先後、す＼ぎを施さぬもの、３
分間の純水す＼ぎを施したもの又は１０分間の純水す−
ぎを施したもののそれぞれにり枠て完全に水滴をｌｌｌ
切切て６０分分間型後Ｘ線電子分光分析を行い、結果を
第２９（４１、（５）、（６）に示す。−この茨の特徴
は各項とも＊＊を養子増加しているが、１０分間純水す
＼ぎ後６ｏ分放置し九（６）項で炭素＊ａｔ−を蓄しく
増加してｉることでるる。

（以下余白） 第２懺 ０１１Ｂピーク値　　Ｑ、０２Ｇ　　　　　０．０６Ｂ
　　　　　０．０７０Ｃｓｓ　　　Ｉ　　　　　ａ００
＄　　　　　０．００９　　　　０．０１ｇ８鳴”　　
　０．０７１　　　０．０５６　　　０．０５３第２表
から、Ｉｌ！面極薄酸化腹中の炭嵩吸看量を減少させ・
るに線、す＼ぎ時間を翅がくシ、す＼ぎ員了後に速やか
に腋化して炭素を除くことが必要となる。高度化され微
細加工の必１な半導体装置製造にろたって線機粒子の付
着も避けなけれＦｉならないので乾燥扛超清浄壌境下て
行わなくてはならない。

この発明はこのよう１ｋｍ点に立って改良暑れ、拡散や
酸化等の高温プロセスに先立つ表面清浄化のための前処
理となる半導体ウェハの清浄化装置を轡供するもので、
即ち（１）　　クリーンペンチ（１）Ｋ開口して−る鳥
速回転乾燥侠［（２）、このクリーンペンチに開口部を
有し１０００℃を越えない温度まで急速に到らせること
の出来る急速加熱専用炉（３）、及びこの乾燥装置で乾
燥した半導体９工八入プキヤリアを直ちに炉内に導入し
得るローダ（４）ｔ−備え、回転乾燥の可能な石英ガラ
スるるいは炭化ケイ素洗浄され九ウェハを高速回転で乾
燥し、直ちに急速加熱させる半導体ウェハ高温プロセス
１ｌＩＪａ埋用半導体ウェハの清浄化装置、又は（２）
高速回転乾燥装置（２）に開閉自在のシャッタ＠を設け
、回転部分に対向するｒｅｃｔａ及び心棒（ハ）、キャ
リア支持台（至）等の内部部品の表面の大部分が石英ガ
ラスるるいは炭化ケイ素磁器でるって、薬品処理及びす
すぎを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体
ウェハの清浄化装置である。

以下実施例について述べる。この装置の簡略配置図を第
１図に示す。この例はクリーンペンテ（１）に対してウ
ェハキャリア遠心脱水機構の天井面で開孔し１いる高速
回転乾燥装置（２）と、開閉するシャッタ（３）を備え
所望の時にクリーンペンチに開口出来る急速加熱専用炉
（４１か、ウェハキャリア（５）を・為速回転乾燥装置
から急速加熱専用炉に出来る丈蝮かい時間に導入出来る
ように載せる架台（６）を介在して対向配置されている
。ロー〆（７）ハ乾燥されて架台（６）上に到来し九り
エハキャリア（５）を急速加熱専用炉に−し込み加熱終
了の後再び架台（６）上にひき戻すように働く。

クリーンペンチ（１）は上部に高性能除塵用フィルタを
備えて清浄空気が直下する方式のものである。

高速回転乾燥装置（２Ｊは、第２図のように石英ガラス
製又は炭化ケイ素製ウェハーキャリア（５）を収納して
、ウェハ及び中ヤリアを共々遠心脱水する鹿動部なυを
“もり回転機構（２）を内蔵し、支柱（ハ）や回転する
キャリア支持台Ｑ４勢の部品とそれをとシまくａ＠の内
壁の表面はステンレス鋼製でろって、回転機構の上面−
がクリーンペンチに開口し、底部（至）には排水及び排
気口に）が設けられ、清浄空気諷申で乾燥されるように
なっている。ヒれを稼動さ−せるため第１図にもどって
、メインスイッチ翰、回転機構の回転針（至）、同速度
指示針（至）、タイマー（２１０）　ｔ−備えた高速回
転゛乾燥Ｍｉ１ｍ制御系子（２１１）を付属させている
。

急速加熱用炉（４１は非使用時扛６００℃に加熱されて
おり、ウェハキャリア（５）が石英ガラス炉芯管曲ぺ炉
内石英ガラスオレールり上に導入さｎると、分放置後再
び６００℃に温ｔを下げられるように、メインスイ、ツ
テ卿、電圧計部、ＩＩＩｃｔ／Ｌ計ｗ、ａｍ調順計−１
昇温用プログラム針（４７）、降温用プログラム計−１
記録針（へ）、指示ラン’ｆ（４１６）を備えた炉温制
御系子（４１０）を付属させている。又炉内雰囲気を酸
化性にする必蚤かあるので例えはａ１２累を一定流蓋で
導入するため、メインパルプ（４１１）　、ＩＩＩ節用
パルプ゛（４１２）　、フロメータ（４１３）　、切換
パルプ（４１４）　ｋ備えた雰囲気１！ｌ１１１系子（
４１５）を偽えている。

ローダ（７）は乾燥が終って架゛台（６）Ｋ置かれたキ
ャリアを炉内に一出入嘔せるためのもので、メインス１
ツテ（７１）、スタートボタン（７２）、リセットボタ
ン（７３）を備え九ローダ制御系子を付鵜させている。

前述のようにキ°ヤリアやすすぎ槽かテフロンＰＦＡや
ポリエチレン製の場合、薬品による洗浄処理後の純水す
すぎにおいて純水の比抵抗値回復時間が遅く概ね回復す
るのＫ１０〜２０分、完全には約３０分を要する。これ
はこのようなプラスチック＠は薬品の吸着が強いためで
るる。これに対し中ヤリア及びすすき楢を石英ガラスや
虜化ケイ素磁器製にす−ると、このような吸着か少なく
、同様の薬品処理後純水すすぎにおいて比抵抗の完全な
回復が偽か２〜３分でなされる。従って石英ガラスや炭
化ケイ素膜キャリア”を使えばウニ八狭面のアモルファ
ス膜形成を少くして、後の急速加熱専用炉でのウニ八角
面炭素の酸化除去が容易になるのである。

不発明では′ウニ八人ｎｏキャリアが乾燥後直ちに加熱
されるので中ヤリアがこのように石英ガラスろるいは炭
化ケイ素であること扛それらが高温で憔めて安定な物質
でｂる故、まことに好都合、である。

以下実施例の装置によしたシリコンウェーの清浄化効果
を、従来の方法によったもの−と比較してみる。使用し
九ウェハは゛ｐ形５〜７Ω傷、方位は（１００）でめる
、従来の方法はテフロンＰ？ム製キャリアを用い、浄化
工楊探一連の薬品の槽と純水の檜に拳に中ヤリアを浸漬
して行つ九。Ｍ水槽は七の底部から流純水が噴上けてウ
ニへ面に水流を沿わせ、溢れ出讐構造ですすぎがなされ
る。ここで使われた浄化の系列は、７１ｉ−壱″′１−
云（１１）リクロルエテレン゛：煮沸、（２）クセトン
処理：超音波洗滌、浸漬洗滌、（３）純水：流水す＼ぎ
、１４１１５　Ｎ水酸化アンモニウムｌ容、３０嗟過酸
化水素ｌ容、純水４容の混合液二６０℃〜８０℃ｌＯ分
、（５）純水：流水す＼ぎ１５分、（６）　３５、−塩
１１を容、３゜−過敏化水素ｌ容、純水５容の混合１１
：６０℃〜８０’ＣＩＯ分、（７１純水：ｆｌＬｌ流水
１５分、ｔ８１４９１１フツ酸燥装置を使用して行った
。ウェハは清浄さが十分に管理された鍍化炉で３００１
の厚さの酸化膜が形成され、２ｍ角のアルミ１１極管ク
エハ全面に形成、セれヤれをＭＯ８バラクタ−として鮎
縁膜耐圧め分布を―ぺ九。その結果が一３図（４）で横
軸印加電圧に耐する＃１度が縦軸に示されている。

次に檜を全部石英ガラスに換え、キャリアとして縦比ケ
イ素展を用い、上記と同じ浄化系列で同じ規格のウェハ
を処理した。ただしく３）、（５）、（７；、（９）の
純水の流水すすぎ時間は１５分から４分に短縮した。乾
燥は″′実施例の装置によった。即ちキャリアは高速回
転乾燥装置（２）で回転数３０００回／分、３０秒の遠
心脱水を′行りた後、直ちに架台（６）上に取出され、
６００℃に保たれて、かつ酸素が毎分ｌＯ〜１００１の
早さで送られている急速加熱専用炉（４）に、シャッタ
（３）をめけて關−ダ（７）により直ちに導入される。

プログラム制御によって１００℃／分で炉を昇温させ、
９００℃でｌＯ分酸化性響囲気中の熱処理を行い、次に
１００℃／分で炉を降温させ、６００℃に達した時、ロ
ーダ（７）によりキャリアが架台（６）上に戻され、室
温まで冷却される。

このウェハの表面の辰素の濃度をＸ＠電子分光法で測定
し丸。その結果線比較用として使用したエピタキシャル
成員シリフン９工／Ｓを成長装置から取出して直ちにこ
の急速加熱専用炉（２）に入れ同一条件で熱処理したも
のと同じ程度の僅かなＣ３゜ピークしか見られなかり九
。エビタ中シャル成長直後の素面は極めて清浄な面でめ
シ、これを洗浄することなく比較資料とし１使用するこ
とは受歯でめる。＊＊されたＣ１．ピークは測定装置や
一定までの環境からの汚染と考えられ、本発明の励機で
める炭素を含まない清浄面形成に実施例の装置が有効で
めることを示すものでおる。

更にこのようにして得られ九ウェハについて、上記のよ
うな方法で同一条件によ、るＭＯ８バラク！の耐圧分布
を求めたものが第３図の＠でめる。

従来方式に比し明らかに改魯され、目的を達しているこ
とが分る。

次の実施例としで、高速回転乾燥装置Ｉ（２１１２）上
面にシャッタ＠を設け、°これと槽の内面及び内部の部
品類の懺面について大部分か石英ガラスめる−は炭化ケ
イＸ磁粉でるるようにし、心棒Ｑ３ｔ）稠面ρ穴（至）
から薬品やすすぎ用の水がプログラム制御されて順次流
出出来るように改良した。薬品を檜に満たそうと思えば
排水口にノ９ルプ（至）をプログラム制御出来るように
設けれはよい。かくすれは上記多数の檜を使用する浄化
系列をこのクリーンペンチ内の債で行うことが出来、市
販リンナードライヤのように又薬品や純水すすぎを穴（
至）からの噴水方式で行うことも出来る。最終すすぎの
後上記のごとき乾燥、熱処理を行う。この装置によれば
キャリアを回転しながら薬品処理を行うので、ワエへ表
向での液の流れが早く、薬品の処理時間をすべて１／２
にしても浄化効果が変らず、処理時間を蓄しく節約出来
る。

同率装置において急速加熱専用炉線心ずしも〜ｒｏｏｏ
℃近いＳ度まで昇温する必要はなく、例えはオゾン雰囲
気でに数百度で懺面炭素を酸化除去出来るし、又プラズ
マを使った炉で扛一様の温度でＪＩＥ除去が出来る。畳
扛炭化ケイ累か形成されるｉ！度１０００℃以下の温度
で急速除化を行う炉でめれはよい。

【図面の簡単な説明】

第１図に実施例装置の簡略配置図、′１ｓ２図は高速回
転乾燥装置断面図、第３図Ｂ及びムは実施例装置を用い
たフェノ・及び比較例フェノ・について形成した各ＭＯ
Ｂバラ゛クタの耐圧分布−でるる、嬉１図で （１３・・、クリーンペンチ、（２）−・・高速回転乾
燥装置、（３）・・・急速加熱専用炉、（４）・・・ロ
ーダ、（５）・・・９エバ中ヤリア、（２）・・・心棒
、＠・・・中ヤリア支持台。 代理人　弁理士　井　上　−男 第　　２　図 第３図 印　ｈｃｌ電ノ’ｔ　　（ｖ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　クリーンベンチ（１）に開口している高速回
   転乾燥装置（２）、このクリーンペンチに開口部を有し
   １０００℃を越えない温ｆまで急速に到らせることの出
   来る急速加熱専用炉（３）、及びこ０ＩＩｉ、像装置で
   乾燥し九半導体つニへ入９キャリアを直ちに炉内に導入
   し得るローダ（４１を備え、回転乾燥の可能な石英ガラ
   スあるいは炭化ケイ素磁器裏ウェハキャリア（５）を付
   楓品として有する、洗浄されたウニ／Ｓを高速回転で乾
   燥し、直ちに急速加熱させる半導体ウェハ高温プロセス
   前処理用半導体クエへの清浄化装置◎
2. （２）　　高速回転乾燥装置（２）に開閉自在のシャッ
   タ＠を設け、回転部分に対向する狭面及び心棒（ハ）、
   キャリア支持台四等の内部部品の真向の大部分が石英ガ
   ラスるるいは炭化ケイ素磁器でるって、薬、品処理及び
   すすぎを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導
   体ウェハＯ清浄化装置。