JP6291341B2

JP6291341B2 - 基台をクリーニングする方法、半導体ウエハの熱処理方法、及び固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP6291341B2
Application number: JP2014098887A
Authority: JP
Inventors: 小川　俊之; 俊之小川; 信貴浮ケ谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP2015216266A; US20150325456A1; US9508571B2

Description

本発明は、基台をクリーニングする方法、半導体ウエハの熱処理方法、及び固体撮像装置の製造方法に関する。

半導体ウエハ等の熱処理を行う半導体製造装置ないし処理装置（以下、本明細書において単に「処理装置」という。）は、チャンバ内部に処理対象物を支持するための基台を備える。処理装置を使用しているうちに基台にはＦｅ等の不純物が付着し、この不純物は、半導体ウエハを熱処理する際に該ウエハを汚染する虞がある。そのため、基台に対して、付着した不純物を除去ないし低減するための処理（クリーニング）が為される。

特開平６−４８８３７号公報

本発明の目的は、半導体ウエハを熱処理するための装置における処理対象物を支持するための基台をクリーニングするのに有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は、半導体ウエハの熱処理を行う処理装置のチャンバ内で該半導体ウエハを支持するための基台をクリーニングする方法であって、炭化ケイ素を含む材料で構成された前記基台を準備する工程と、洗浄液を用いて前記基台を洗浄する工程と、酸素を含むガス雰囲気の下、前記基台の表面に酸化膜が形成されるように、前記基台に対して第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理の後、水蒸気を含むガス雰囲気の下、前記酸化膜の膜厚が厚くなるように、前記基台に対して第２の熱処理を行う工程と、を有し、前記第１の熱処理は、温度が１０００℃以上、かつ、熱処理時間が１０時間以上、の条件の下で行われ、前記第２の熱処理の後に得られた前記基台を用いて熱処理を行った場合の前記半導体ウエハのＦｅ不純物濃度は、前記第１の熱処理の後かつ前記第２の熱処理の前に得られた前記基台を用いて熱処理を行った場合の前記半導体ウエハのＦｅ不純物濃度よりも低いことを特徴とする。

本発明によれば、半導体ウエハを熱処理するための装置における処理対象物を支持するための基台をクリーニングするのに有利である。

基台の処理方法の例のフローチャートを説明する図。基台の処理方法の例を説明する図。実験結果の例を説明する図。基台の処理方法の例のフローチャートを説明する図。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る基台ＳＴのクリーニング方法の例を説明するためのフローチャートである。本実施形態に係るクリーニング方法は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の工程を含む。なお、以下では、ステップＳ１０１等を単に「Ｓ１０１」等と示す。

図２は、該クリーニング方法の各工程における基台ＳＴの態様を説明するための模式図である。図２（ａ）は、Ｓ１０１前の基台ＳＴの状態を示している。図２（ｂ）は、Ｓ１０１後かつＳ１０２前の基台ＳＴの状態を示している。図２（ｃ）は、Ｓ１０２後かつＳ１０３前の基台ＳＴの状態を示している。図２（ｄ）は、Ｓ１０３後の基台ＳＴの状態を示している。

図２（ａ）に例示されるように、基台ＳＴは、その上面に凹部ｃを有しており、これによって、処理装置での熱処理によって半導体ウエハが基台ＳＴの上面に貼りつくことを防止している。基台ＳＴは、ベース部材１を有する。部材１は、処理装置の熱処理に十分に耐えられる程度の耐熱性を有し、主に炭化ケイ素で構成されうる。また、部材１の表面には酸化膜２が形成されており、酸化膜２の表面には、例えば、Ｆｅ等の不純物３が付着している。なお、酸化膜２は、処理装置を使用しているうちに形成されたものでもよいし、該使用の前に形成されたものでもよい。

Ｓ１０１では、基台ＳＴの洗浄処理を行う。具体的には、例えば、フッ酸（２５ｗｔ％）等の洗浄液を用いて１０分間の洗浄処理を行う。これにより、図２（ｂ）に示されるように、酸化膜２を除去すると共に不純物３を除去する。このとき、不純物３のうちの一部や洗浄液の残渣が不純物４として付着する場合がある。

Ｓ１０２では、所定の熱処理装置のチャンバ内に基台ＳＴを設置し、酸素（Ｏ_２）を含むガス雰囲気の下で基台ＳＴを熱処理する。以下、本明細書において、Ｓ１０２の熱処理を「酸素熱処理」と称する。

酸素熱処理は、例えば、温度１０００［℃］以上、酸素流量１０［ｓｌｍ］以上、処理時間１０［ｈｏｕｒ］以上で為されるとよい。酸素熱処理を温度１０００［℃］以上の高温条件下で行うことによって、短時間で熱酸化膜５を形成することができる。ここでは、温度１１００［℃］、酸素流量１０［ｓｌｍ］、処理時間２０［ｈｏｕｒ］の酸素熱処理を行った。

本工程により、図２（ｃ）に示されるように、部材１の表面に熱酸化膜５が形成される。なお、酸素熱処理は、酸素を含む混合ガス雰囲気の下で為されてもよく、例えば、窒素をさらに含んでもよい。なお、この熱処理における混合ガスは水蒸気を含まない。

Ｓ１０３では、所定の熱処理装置（Ｓ１０２と同じものでもよいし、Ｓ１０２とは異なる装置でもよい）のチャンバ内に基台ＳＴを設置し、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含むガス雰囲気の下で基台ＳＴを熱処理する。以下、本明細書において、Ｓ１０３の熱処理を「水蒸気熱処理」と称する。

水蒸気熱処理は、例えば、温度１０００［℃］以上、水蒸気流量５［ｓｌｍ］以上、処理時間１０［ｈｏｕｒ］以上で為されるとよい。水蒸気熱処理を温度１０００［℃］以上の高温条件下で行うことによって、短時間で熱酸化膜５を厚くすることができる。ここでは、温度１１００［℃］、水蒸気流量５［ｓｌｍ］、処理時間２０［ｈｏｕｒ］の水蒸気熱処理を行った。

本工程により、図２（ｄ）に示されるように、熱酸化膜５をさらに厚くすることができる。なお、水蒸気熱処理は、水蒸気を含む混合ガス雰囲気の下で為されてもよく、例えば、酸素や窒素をさらに含んでもよい。

図３は、本実施形態に係るクリーニング方法の効果を説明するための実験結果を示している。本実験では、Ｓ１０１〜Ｓ１０２工程の後かつＳ１０３工程の前の状態の基台（「基台ＳＴ１」とする）と、Ｓ１０１〜Ｓ１０３工程の後の状態の基台（「基台ＳＴ２」とする）と、を用意した。そして、これら基台ＳＴ１とＳＴ２とを個別に処理装置に取り付けて、該処理装置を用いて半導体ウエハの熱処理をそれぞれ２回行った。基台ＳＴ１を取り付けた処理装置から得られた２枚の半導体ウエハを、サンプルＳＰＬ＃１１〜１２とする。基台ＳＴ２を取り付けた処理装置から得られた２枚の半導体ウエハを、サンプルＳＰＬ＃２１〜２２とする。サンプルＳＰＬ＃１１〜１２から検出されたＦｅ不純物濃度は、２×１０^１１〜４×１０^１１［ｃｍ^−３］であった。これに対して、サンプルＳＰＬ＃２１〜２２から検出されたＦｅ不純物濃度は、１×１０^１０［ｃｍ^−３］程度であり、サンプルＳＰＬ＃１１〜１２よりも低かった。

また、本実施形態では、水蒸気熱処理（Ｓ１０３）を行う。即ち、本実施形態では、酸素熱処理で酸化膜５を形成した後に、該酸化膜５の膜厚を大きくするため、水蒸気熱処理によって該酸化膜５を成長させる。酸素熱処理で形成された酸化膜５は、膜厚ばらつきが小さく、且つ、緻密な結晶構造を有するため、本実施形態によると、酸化膜５ないしその表面の一部が剥離しにくくなる。このことは、特に図２に例示されるように基台ＳＴがその表面に凹部ｃを有する構造の場合には、酸化膜５が形成されることによって生じうる応力が低減されるため、有利である。なお、ここでは凹部ｃを有する構造を例示したが、このことは、所定の形状の開口ないし溝を有する構造や、その裏面側まで貫通した貫通口を有する構造についても同様である。よって、本実施形態によると、クリーニングされた基台ＳＴを処理装置に取り付けて該処理装置を再稼働したときの、酸化膜５の剥離ないし飛散を防止することもできる。

なお、酸素熱処理（Ｓ１０２）では、緻密かつ膜厚均一性に優れる熱酸化膜５を形成することが可能である。このような工程を、水蒸気熱処理の前に行うことで、水蒸気熱処理による酸化膜の膜厚がばらつくことが低減され、良質な酸化膜を得ることができる。このような工程順によって、より高い汚染低減効果をえることが可能となる。

以上、本実施形態でクリーニングされた基台ＳＴを用いると、不純物による半導体ウエハの汚染が低減され、歩留まりの向上に有利である。また、該ウエハから得られる半導体装置の高品質化にも有利であり、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ等のセンサチップを形成する場合には、センサ性能を向上させるのに有利である。

（第２実施形態）
図４を参照しながら第２実施形態を述べる。本実施形態では、主に、水蒸気熱処理（Ｓ１０３）のみを行っている点で、前述の第１実施形態と異なる。即ち、何らかの理由で基台ＳＴの簡易なクリーニングを行う場合には、Ｓ１０１の洗浄処理やＳ１０２の酸素熱処理を省略してもよい。該理由としては、例えば、基台ＳＴに付着している不純物３が比較的少ないことや、基台ＳＴの表面に酸化膜２が予め形成されていること等が挙げられる。

酸化膜２は、第１実施形態で述べた酸化膜が好ましい。この場合、酸化膜２は、膜厚ばらつきが小さく、且つ、緻密な結晶構造を有するため、酸化膜２ないしその表面の一部は剥離しにくい。そして、第１実施形態と同様に、水蒸気熱処理を行って基台ＳＴをクリーニングする。

本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる他、基台ＳＴのクリーニング期間が短くなるため、処理装置の稼働停止期間（いわゆるダウンタイム）を短くすることができる。

（その他）
第１、第２実施形態におけるクリーニングは、例えば半年ごと等、所定の周期で為されてもよいし、定期的に行う処理装置の検査の結果が所定の基準を満たさなかった場合に為されてもよい。例えば、６か月以上１２カ月以下程度である。また、処理装置の修理等を行った場合には、Ｆｅ等の金属の他、有機物等の不純物が基台に付着する虞があるため、該修理の後に本クリーニングを行うことが望ましい。

更に、第１、第２実施形態におけるクリーニングは、基台ＳＴに対して行われたが、熱処理を行う装置の他の部材に対して行ってもよい。特に、半導体ウエハに接する部材に対して行うことが望ましい。

また、第１、第２実施形態における基台ＳＴに対する熱処理は、半導体装置に対して熱処理を行う装置に基台を設置した後に行われてもよく、その他の熱処理を行う装置で行われてもよい。半導体装置に対して熱処理を行う装置で行うことで、基台ＳＴを設置する際に付着する不純物３に対してクリーニングを行なうことができ、より汚染を低減することが可能である。更に、熱処理を行う装置の基台ＳＴ以外の部材に対しても同様の処理を行えるため、より汚染を低減することが可能である。一方、その他の熱処理を行う装置で行なうことで、半導体装置に対して熱処理を行う装置の温度条件やガス流量等の制約をうけることなくクリーニングが可能になり、より効果的な条件でクリーニングを行なうことが可能になる。なお、洗浄液による洗浄処理は、基台ＳＴの設置の前に行われる。

以上では、２つの好適な実施形態を例示したが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的等に応じて、その一部を変更してもよいし、各実施形態の一部を組み合わせてもよい。

ＳＴ：基台、１：部材、２：酸化膜、３：不純物、４：不純物、５：酸化膜。

Claims

半導体ウエハの熱処理を行う処理装置のチャンバ内で該半導体ウエハを支持するための基台をクリーニングする方法であって、
炭化ケイ素を含む材料で構成された前記基台を準備する工程と、
洗浄液を用いて前記基台を洗浄する工程と、
酸素を含むガス雰囲気の下、前記基台の表面に酸化膜が形成されるように、前記基台に対して第１の熱処理を行う工程と、
前記第１の熱処理の後、水蒸気を含むガス雰囲気の下、前記酸化膜の膜厚が厚くなるように、前記基台に対して第２の熱処理を行う工程と、を有し、
前記第１の熱処理は、温度が１０００℃以上、かつ、熱処理時間が１０時間以上、の条件の下で行われ、
前記第２の熱処理の後に得られた前記基台を用いて熱処理を行った場合の前記半導体ウエハのＦｅ不純物濃度は、前記第１の熱処理の後かつ前記第２の熱処理の前に得られた前記基台を用いて熱処理を行った場合の前記半導体ウエハのＦｅ不純物濃度よりも低い
ことを特徴とする方法。
前記第２の熱処理を、１０００℃以上の温度条件の下で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第２の熱処理を、前記水蒸気の流量が５［ｓｌｍ］以上、且つ、熱処理時間が１０時間以上の条件の下で行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
前記第１の熱処理を、前記酸素の流量が１０［ｓｌｍ］以上の条件の下で行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
前記第１の熱処理および前記第２の熱処理を行う前に、前記第１の熱処理および前記第２の熱処理を行うための装置のチャンバ内に前記基台を設置する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
前記基台を洗浄する工程では、前記洗浄液としてフッ酸を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
前記基台を洗浄する工程の後かつ前記第１の熱処理を行う工程の前では、前記基台の前記表面には不純物が付着し、
前記第１の熱処理を行う工程の後かつ前記第２の熱処理を行う工程の前では、該不純物の一部は前記酸化膜に埋まり、
前記第２の熱処理を行う工程の後では、該不純物は、前記第１の熱処理を行う工程の後かつ前記第２の熱処理を行う工程の前に比べて、より深く前記酸化膜に埋まる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
前記第２の熱処理を行う工程の後に、前記処理装置の前記チャンバ内に前記基台を設置する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
前記処理装置により前記半導体ウエハの熱処理を行う際、前記半導体ウエハは、前記処理装置の前記チャンバ内に設置された前記基台と接触する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
半導体ウエハの熱処理方法であって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法で前記基台をクリーニングする工程と、
前記基台に前記半導体ウエハを載せる工程と、
前記半導体ウエハを熱処理する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体ウエハの熱処理方法。
請求項１０に記載の方法で前記半導体ウエハを熱処理する工程と、
前記半導体ウエハに、光電変換素子を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。