JPS6286829A - 半導体基板上に酸化物層を形成する方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は半導体基板上に高純度の酸化物？形成する方法
に関し、又この方法を実行するだめの装置に関する。さ
らに具体的には、本発明は汚染物質を最小にして半導体
基板上に高純度の酸化物を与える方法に関する。

Ｂ、従来技術 半導体装置の製造時には、基板上に絶縁酸化物層を与え
る事がしばしば必要である。酸化物層全形成する一つの
方法は、反応室中の酸化雰囲気中で所望の酸化物層を与
えるのに十分な時間及び温度で基板を加熱することであ
る。半導体基板の高温度酸化に関連する一つの問題は、
反応室の壁苓通して雰囲気を加熱する炉から拡散する金
属不純物を含む、酸化雰囲気中に存在する不純物が酸化
物を汚染する事である。アルカリ金属及び遷移金属によ
る半導体基板の汚染はこの分野で知られている様に有害
である。この様なアルカリ金属もしくは遷移金属の汚染
物質によって生ずる有害な効果には少数キャリアの寿命
の劣化、接合のもれの増大及び平坦な電圧帯のシフトが
含まれる。反応室を取巻く外側の室中にＨ（ｌの保護雰
囲気を与える事が提案されている。この様な提案は例え
ば英国特許出願第２０８２５８４Ａ号及び１９８３年１
月刊のジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイ
アテイ第１６０巻第１号第１９６乃至１９９頁のシュミ
ットの論文「ケイ素もしくは他の材料の無汚染高温度処
理Ｊ　（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ。

Ｓｏｃ、、Ｖｏｌ、１３０、Ｎｏ、１、ｐｐ、１９６−
１９９、Ｓｃｈｍｉｄｔｓ″Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏ
ｎ　　ＦｒｅｅＨｉｇｈ　　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　
　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　　ｏｆＳｉｌｉｃｏｎ　　ｏｒ
　　０ｔｈｅｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　”５Ｊａｎｕａ
ｒｙ　　１９８３）に開示されてｂる。

しかしながら、この様な技術は完全に満足すべきもので
はない。それはハロゲンの雰囲気に関連する水もしくは
湿気もしくはハロゲンとの反応生成物によって汚染を生
ずる傾向があるからである。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は半導体基板上に高純度の酸化物層を与え
る事にある。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は反応室中の半導体基板上に高純度酸化物層を形
成する方法に関する。特に、本発明の方法は加熱素子を
含む多重壁反応室中の酸化雰囲気の中で半導体基板を加
熱する事を含む。半導体基板は反応室の中心部に置かれ
、酸化雰囲気がこの反応室の中心部に流される。ハロゲ
ンを含む雰囲気が内部と加熱素子の中間にある反応室の
外部に流される。ハロゲンを含む雰囲気は反応室の表面
上に沿在する加熱素子の汚染物質と反応する。上記中心
部と外部に存在する反応室の内部の中間に存在する反応
室の中間部に気体の雰囲気を流す。

この気体の雰囲気が反応室の外部中に生ずるハロゲンの
反応の副生物の水を除去する。

さらに本発明は反応室中の半導体基板上に高純度の酸化
物を形成する装置に関する。本発明の装置は反応室及び
加熱素子を含む。又本発明の装置は反応室の表面に沿在
する加熱素子の汚染物質とハロゲンとを反応させる汚染
物質除去装置を含む。

汚染物質除去装置は加熱素子と反応室の中間に位置付け
られる。さらに、汚染物質除去装置中の副生成物である
水を除去する装置が与えられる。この副生成換水を除去
する装置は、汚染物質装置と反応室の中間に位置付けら
れる。

Ｅ、実施例 図面を参照するに、６重壁反応室１が示されている。反
応室１は環状の管をなし、高純度のガラス性のシリカで
構成される事が好ましい。高純度のガラス性の７リカの
管は円筒状の内壁部２、円筒状の外壁部４及び円筒状の
中間壁部３を含む。

内壁部２は各端に夫々開孔５及び６を有し、中心部７を
画定している。中心部７中に酸化雰囲気にさらされる半
導体基板８が挿入される。好ましい基板はケイ素ウェハ
である。ウェハは酸化すべき主表面を露出する様に適切
に支持される。中間壁部３の各端の内壁部２との間には
ふたが存在し、これによって内側壁部７から完全に隔離
した環状部９が与えられる。外壁部４は各端において中
間壁部３との間にふたが存在し、これによって中間壁部
３によって中間の環状部９と完全に分離した環状部１０
が形成されている。

中心部の内径の代表的な寸法は約５．０８ｃｍ乃至約２
５．４ｃｍであり、中間の環状部の２つの壁の間の間隔
は約１乃至約２ｃｍ、外部の環状部に沿う２つの壁間の
間隔は約１乃至約２ｃｍである。壁の厚さは約２乃至約
５ｍｍであり、その長さは約１．２乃至６ｍである。

反応室１のまわりには、ムライ）（Ｍｕｌｌｉｔｅ）の
商標名で市販されているケイ酸アルミニウムのセラミッ
ク、アルミナもしくはジルコニアの様なライナ１１が存
在する。このライナは温度プロフイールを平らＫし、ヒ
ータ（加熱素子）支持セラミック部材１６中の溝に支持
されている抵抗性のヒータの巻線１２から石英管をシー
ルドするのに使用される。このライナは必ずしも必要で
なく、あった方が望ましいにすぎない。外壁部及び中間
壁部が適宜ライナの機能を果す。

さらに巻線１２に加熱用の電流全流す装置、又図示され
ていないが、種々の熱電対が温度制御のために与えられ
る。

酸化剤は開孔５から導入され、長手方向に中心部７及び
基板８を通って、開孔７から排出される。

酸化剤は好ましくは乾燥酸素もしくは乾燥空気の様な酸
素を含む乾燥気体混合物及び窒素及びアルゴンの様な希
釈気体を含む乾燥酸素混合物である。

乾燥気体は殆んど水を含まず、代表的には約１０　ｐｐ
ｍもしくはそれ以下、好ましくは約ｌｐｐｍもしくはそ
れ以下の水を含むものである。

酸化剤が乾燥していて、出来るだけ純粋であるために、
この気体を分子フィルタを通過させ、続いて約９　Ｑ　
Ｏ’Ｃの炉やで加熱して存在する任意の有機物質を焼却
し、続いて約−８０℃のトラップを通過さして、依然と
して存在する水音除去する事が好ましい。

ウェハは通常約８００℃乃至約１２００℃、好ましくは
約９００℃乃至約１１００℃の温度に保持する。代表的
な値は約１０００℃である。通常、酸化は約１５分乃至
約３時間、好ましくは約１／２時間乃至約１時間にわた
って行われ、約１０００℃で約１０ＯＡ乃至約１００Ｏ
Ａの厚さの酸化物層が与えられる。

内径が約７．６２乃至１０．１６ｃｍで長さが約２゜１
ｍの中心部を有する反応室の場合、酸化剤は約１乃至約
５１／分の流量で供給される。

ハロゲンを含む雰囲気は入口１４を通って外側の環状部
を流れ、出口１５から排出される。必要とされる温度で
ハロゲンを与えるに適した任意の気体混合物が使用出来
る。その例は乾燥酸素中にＨＣｊｌを含む気体、乾燥酸
素中に塩素化炭化水素を含む気体である。代表的な塩素
化炭化水素には１、１．１　）リクロルエタン、１．１
．２　）リクロルエタン、トリクロルエチレン及びカー
ボン・テトラクロライドが含まれる。この中で好ましい
のは１．１゜１トリクロルエタンである。一般にこの気
体混合物は約１乃至１０容量チのハロゲン及び約９０乃
至９９容量チの酸素を含み、代表的なものは約５容量チ
のハロゲン及び約９５容量チの酸素を含むものである。

勿論ハロゲンと酸素の混合物も必要に応じて使用出来る
。約８００°Ｃ乃至約１１０［］’Ｃ。

代表的には約１０００°Ｃの温度で、Ｃ１２もしくは閃
光ＨＣＩが形成される。

塩素もしくは閃光ＨＣＩは炉から拡散して来るアルカリ
金属もしくは遷移金属もしくは他の金属と反応して揮発
性のハロゲン化金属になる。これ等の揮発性のハロゲン
化金属は流れている酸素を含む気体によって外側の環状
部から除去されて、これ等の金属が中間環状部及び中心
部に拡散するのを防止する。この気体混合物は約５００
　ｃｃ／分乃至約１５００／分、代表的には約７５０ｃ
ｃ／分の流量で導入する。

中間環状部は外側の環状部からの副生成物であろ水を除
去するだめの気体全流すだめのものである。この気体は
入口１６を通って流入し、出口１７を通って排出される
。流量は約５００ｃｃ／分乃至約１５００／分、代表的
には７５０　ｃｃ／分である。好ましい気体は乾燥空気
、乾燥酸素及び乾燥窒素並びにその混合体である。これ
等の気体の温度は通常約８００°Ｃ乃至約１１００°Ｃ
１代表的には約１０００’Ｃである。これ等の気体は酸
化用気体もしくはハロゲンと共に使用する酸素程完全に
乾燥している必要はなく、実質的に高純度で、代表的に
は１０ｐｐｍ以下の水を含んでいてよい。所望の乾燥度
を確実に得るために、使用すべき気体は分子フィルタを
通過させ、次約−８０°Ｃのトラップを通過させる。

この気体は外側の環状部においてハロゲン含有化合物と
酸素が反応して塩素を形成する際に発生する水が中心部
中に拡散するのを防止する。これによって乾燥酸化処理
が完全になる。

代表的な実施例を説明すると、ケイ素つニノＳを内径が
７６２乃至１０．１６ｃｍで長さが約２．１　ｍの中心
部を有する反応室中に置く。ウニノ・を１０００°Ｃの
温度に加熱する。乾燥酸素の気体を約１乃至５塁／分の
流量で約１時間反応室を通過させる。

これと同時に、約５容量チの１．１．１ト！Ｊクロルエ
タンと約９５容量チの酸素の混合物を約１０００°Ｃの
外側の環状部に約７５０ｃｃ／分の流量で通過させる。

又これと同時に乾燥酸素を約１０００°Ｃの温度にある
中間の環状部に約７５０ｃｃ／分の流量で流す。

この様にして処理したウニノ・の絶縁破壊電圧をテスト
したところ、結果の改善が見られた。代表的な絶縁破壊
電圧は約９×１０　乃至１ｏｘｉｏ６ボルト／　ｃ　ｍ
であシ、これよシ低い値はほとんど見られなかった。テ
スト値の分布は比較的密接している。

Ｆ１発明の効果 本発明の方法にによれば、ハロゲン雰囲気によシネ要な
不純物が除去されるので、半導体基板上に高純度の酸化
物層が与えられる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の方法を実施する装置の概略図である。 １・・・・３重壁反応室、２・・・・内壁部、６・・・
・中間壁部、４・・・・外壁部、５．６・・・・開孔、
７・・・・中心部、８・・・・半導体基板、９・・・・
中間環状部、１０・・・・外側環状部、１１・・・・ラ
イナ、１２・・・・ヒータ巻線、１３・・・・ヒータ支
持部材、１４．１６・・・・入口、１５．１７・・・・
出口。 出願人インつてた４プル・ビジネス・マシニング・コー
ポレーション代理人弁理士　山　　本　　仁　　朗 （外１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板を収容するための中心部と、該中心部
   の周囲をとり囲む中空の中間部と、該中間部をとり囲む
   中空の外側部と、該外側部をとり囲み、上記中心部を加
   熱するための加熱手段とを有する３重壁反応室を用いて
   、 上記中心部に半導体基板を収容して、上記加熱手段によ
   つて加熱する間に上記中心部に酸化性雰囲気を流入し、
   上記外側部にはハロゲン元素を含む雰囲気を流入し、上
   記中間部には水分を除去する性質をもつ雰囲気を流入し
   ながら上記半導体基板に酸化物層を形成する工程を有す
   る、 半導体基板上に酸化物層を形成する方法。
2. （２）上記ハロゲン元素を含む雰囲気が、乾燥酸素と塩
   素化炭化水素の混合物である特許請求の範囲第（１）項
   記載の方法。
3. （３）上記水分を除去する性質をもつ雰囲気が、乾燥空
   気、乾燥酸素または乾燥窒素である特許請求の範囲第（
   １）項記載の方法。