JPH05343394A - Formation of thermal oxide film - Google Patents
Formation of thermal oxide filmInfo
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- JPH05343394A JPH05343394A JP17386692A JP17386692A JPH05343394A JP H05343394 A JPH05343394 A JP H05343394A JP 17386692 A JP17386692 A JP 17386692A JP 17386692 A JP17386692 A JP 17386692A JP H05343394 A JPH05343394 A JP H05343394A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板(シリコ
ンウェハ)上に、清浄なシリコン酸化膜を熱酸化法によ
って形成する方法に関し、LSI製造工程に適用し得る
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a clean silicon oxide film on a silicon substrate (silicon wafer) by a thermal oxidation method, and can be applied to an LSI manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSIの製造工程では、シリコンウエハ
に対し電気炉を用いた熱酸化やアニ―ルが多用されてい
る。その際、シリコンウエハの汚染防止のため、高純度
の石英管及びウエハ搭載用の石英ボ―トを使用し、精製
された高純度の窒素や酸素や水素を使用して、アニ―ル
や熱酸化を行う。このように電気炉の構成材料などの純
度に対しては非常な注意が払われ、対処もされているに
もかかわらず、通常、広く使用されている横型電気炉の
場合、石英管の外の精製されていない空気が下に述べる
理由によって石英管内に容易に大量に流入し、シリコン
ウエハの汚染の原因になったり、シリコンウエハ上に形
成した熱酸化膜の膜質に影響を与えたりする。2. Description of the Related Art In the manufacturing process of LSI, thermal oxidation using an electric furnace and annealing are frequently used for silicon wafers. At that time, in order to prevent contamination of the silicon wafer, a high-purity quartz tube and a quartz boat for mounting the wafer are used, and purified high-purity nitrogen, oxygen, and hydrogen are used to anneal and heat the wafer. Oxidize. In this way, in the case of the horizontal electric furnace which is widely used, the purity of the quartz tube is usually used even though great attention is paid to the purity of the constituent materials of the electric furnace. Due to the reasons described below, unpurified air easily flows into the quartz tube in a large amount, which may cause contamination of the silicon wafer or affect the quality of the thermal oxide film formed on the silicon wafer.
【0003】石英管内に空気が流入してくる経路は炉口
側しかない。ガス入口側は、石英管への継ぎ手まではガ
ス精製器からステンレス性SUS配管で接続され、かつ
継ぎ手はテフロン製で、いずれも密閉性が良好に保たれ
ており、空気は流入できない。炉口側は、通常の横型電
気炉においては、ウエハが石英管を出入りするとき、石
英キャップが開放となり、空気が石英管内に大量に入っ
てきたり、あるいはウエハが石英管内に入って石英キャ
ップが閉じているときでも、石英キャップに設けられた
ガス出口から空気が逆に入ってくる。この空気の流入の
程度は、石英管内を流れるガス流量、炉口付近に設けら
れた排気口からなるスカベンジャの排風量、石英管の石
英キャップの密閉度、スカベンジャの外側にあるSUS
製の蓋(以下、SUS板と呼ぶ)の密閉性などによって
決定される。The path through which air flows into the quartz tube is only on the furnace port side. The gas inlet side is connected to the quartz pipe from the gas purifier to the stainless steel SUS pipe up to the joint, and the joint is made of Teflon, both of which have good airtightness, and air cannot flow in. On the furnace opening side, in a normal horizontal electric furnace, when the wafer enters and leaves the quartz tube, the quartz cap is opened, and a large amount of air enters the quartz tube, or the wafer enters the quartz tube and the quartz cap is removed. Even when it is closed, air comes in reverse from the gas outlet provided in the quartz cap. The degree of inflow of this air depends on the flow rate of gas flowing in the quartz tube, the amount of exhaust air from a scavenger consisting of an exhaust port provided near the furnace opening, the degree of sealing of the quartz cap of the quartz tube, and the SUS outside the scavenger.
It is determined by the airtightness of the lid made of SUS (hereinafter referred to as SUS plate).
【0004】スカベンジャとSUS板とを使用すること
によって生じる問題点を、次に述べる。The problems caused by using the scavenger and the SUS plate will be described below.
【0005】スカベンジャの目的は、石英管の炉口から
出てくるガスの単なる排気だけではなく、石英管から出
てくるガスを、大量の空気で希釈しながら十分低濃度に
して安全な状態にしてから排気するためと、石英管から
出てくる大量の熱量を、炉のエンドステ―ション側の温
度が必要以上に上がらないようにするため、エンドステ
―ション側に捨てずにスカベンジャ側に捨てるためであ
る。炉の温度を1000℃以上に高くして、炉からの熱
量をエンドステ―ション側に捨てると、エンドステ―シ
ョン側にある石英ボ―トの出し入れ関係の装置またはそ
の一部が、高温になり、熱的変形などによって、装置の
運用上のトラブルの元になる。このため、スカベンジャ
の排風量は余り小さくできず、マ―ジンをとって十分大
きくとられる。しかも、スカベンジャの排風量調節は、
シャッタの開閉角度調節によって制御可能ではあるが、
高い制御や安定性、再現性は期待できない。The purpose of the scavenger is not only to simply exhaust the gas coming out of the furnace opening of the quartz tube, but also to dilute the gas coming out of the quartz tube with a large amount of air to a sufficiently low concentration to bring it into a safe state. After that, to exhaust the large amount of heat coming out of the quartz tube so that the temperature on the end station side of the furnace does not rise more than necessary, and not to the end station side, but to the scavenger side. Is. If the temperature of the furnace is raised to 1000 ° C or higher and the amount of heat from the furnace is discarded to the end station side, the quartz boat equipment on the end station side and parts related to it will become hot, It causes troubles in the operation of the device due to thermal deformation. Therefore, the scavenger's exhaust air volume cannot be made too small, and it can be taken sufficiently large by taking a margin. Moreover, the scavenger exhaust air volume adjustment is
Although it can be controlled by adjusting the opening and closing angle of the shutter,
High control, stability, and reproducibility cannot be expected.
【0006】SUS板は、炉口側のスカベンジャの外側
に上記の石英管からの放熱を遮蔽するためと、水素燃焼
法などによって水素を使用するような場合に水素爆発事
故が起きた場合の炉口側エリアの安全性のために、通常
使用されている。ウエハが石英管内に挿入完了して石英
キャップが閉じたとき、SUS板も閉じる。SUS板が
完全に密閉状態になったときは、スカベンジャの排風と
石英管から出てくるガス流量が等しければ流量的にはバ
ランスするが、上記の理由によってスカベンジャの排風
量の法がはるかに大きく、そのため、石英管のガス出口
の外側付近は陰圧状態になり、石英管内へスカベンジャ
側の空気が流れ込んでくる。The SUS plate is used to shield the heat radiation from the quartz tube on the outside of the scavenger on the throat side, and in the case of a hydrogen explosion accident when hydrogen is used by the hydrogen combustion method or the like. It is usually used for the safety of the oral area. When the wafer is completely inserted into the quartz tube and the quartz cap is closed, the SUS plate is also closed. When the SUS plate is completely sealed, the scavenger exhaust air flow and the flow rate of the gas coming out of the quartz tube are balanced in terms of flow rate. Since it is large, a negative pressure state is created near the outside of the gas outlet of the quartz tube, and air on the scavenger side flows into the quartz tube.
【0007】従来、石英管の外からの空気の流入を防止
するため、石英管の炉口側の斜め下に傾けた構造や、炉
口に窒素置換室を設けた構造が工夫されているが、一般
的な構造とはなっていない。また、最近、これらの欠点
を防止するため、ロ―ドロック付きの縦型炉が導入され
つつあり、急速に使用台数が伸びている。しかし、まだ
一般的には過去に広く行き渡って使用されてきた横型電
気炉が製造ラインにおいて主流であることに変わりはな
い。特に1000℃より高温の温度領域では、ウエハが
炉から出入りするとき、横型電気炉は、縦型電気炉に比
べて温度の変化が緩やかなため、ウエハに歪がはいりに
くい、という利点を持っているので、直ちに全面的に縦
型電気炉に置き換えられる状況には無い。Conventionally, in order to prevent the inflow of air from the outside of the quartz tube, a structure in which the quartz tube is inclined obliquely downward to the furnace port side and a structure in which a nitrogen substitution chamber is provided in the furnace port have been devised. , Not a general structure. In addition, recently, in order to prevent these drawbacks, a vertical furnace with a load lock is being introduced, and the number of units used is rapidly increasing. However, the horizontal electric furnace, which has been widely used in the past, is still the mainstream in the production line. Especially in the temperature range higher than 1000 ° C., when the wafer moves in and out of the furnace, the horizontal electric furnace has a merit that the temperature change is gentler than that of the vertical electric furnace, so that the wafer is less likely to be distorted. Therefore, it is not in a situation where it can be completely replaced with a vertical electric furnace immediately.
【0008】以上述べたように、石英管、石英ボ―ト、
ガスなどを非常な高純度にしているが、通常の横型電気
炉では、炉口側から石英管内に空気が容易に流入し、ウ
エハを汚染させたり、酸化膜質を劣化させたりする構造
となっており、空気が流入する時点や、空気の流入を低
減させる条件が、これまで明確でなかった。これを明確
にすることによってガス流量が決定される。As described above, the quartz tube, the quartz boat,
Although gas and other substances are of extremely high purity, in a normal horizontal electric furnace, air easily flows into the quartz tube from the furnace side, contaminating the wafer and degrading the oxide film quality. However, the time point at which the air flows in and the conditions for reducing the air flow have not been clear so far. By clarifying this, the gas flow rate is determined.
【0009】上記のガス流量が決った後、シリコン熱酸
化膜の形成方法には、電気炉へウエハを挿入するときの
ガス種、及び前洗浄の条件を決める必要がある。これ
は、シリコン基板の特性を含むシリコン熱酸化膜の特性
を評価しなければ決まらない。従来の評価法としては、
形成した酸化膜の膜厚均一性やピンホ―ル、あるいはM
OSキャパシタによる絶縁耐圧や酸化膜中のトラップや
界面特性の評価を行い、この結果を、熱酸化膜の形成方
法にフィ―ドバックする方法が一般に行われていた。し
かしながら、MOSキャパシタによる評価は、試料作り
に多くの工数がかかるため、デバイス条件へフィ―ドバ
ックするまでに時間がかかる。また、MOSキャパシタ
特性に対して電極工程の影響が出たりするので、電気炉
へウエハを挿入するときのガス種などの細かなプロセス
の水準と、MOSキャパシタ特性の対応とを明瞭にする
ことは、非常に困難であった。After the above gas flow rate is determined, the method of forming the silicon thermal oxide film needs to determine the gas species when inserting the wafer into the electric furnace and the precleaning conditions. This cannot be decided without evaluating the characteristics of the silicon thermal oxide film including the characteristics of the silicon substrate. As a conventional evaluation method,
Uniformity of thickness of formed oxide film, pinhole, or M
It has been common practice to evaluate the withstand voltage of the OS capacitor, the trap in the oxide film, and the interface characteristics, and feed back the results to the method of forming the thermal oxide film. However, since evaluation using a MOS capacitor requires a lot of man-hours for sample preparation, it takes time to feed back to device conditions. Further, since the electrode process affects the MOS capacitor characteristics, it is not possible to clarify the correspondence between the MOS capacitor characteristics and the detailed process level such as gas species when inserting the wafer into the electric furnace. Was very difficult.
【0010】[0010]
【発明の目的】石英管の外部からの空気の流入を低く抑
え、外部からの汚染混入を防止し、清浄な雰囲気で熱酸
化膜を形成し、シリコン基板のライフタイムが大きく、
かつ欠陥の少ないシリコン熱酸化膜を形成する。An object of the present invention is to suppress the inflow of air from the outside of the quartz tube, prevent contamination from entering from the outside, form a thermal oxide film in a clean atmosphere, and increase the lifetime of the silicon substrate.
And a silicon thermal oxide film with few defects is formed.
【0011】[0011]
【実施例】空気の流入を評価する方法として、石英管内
の炉口側からの各場所について露点を測定する方法や、
窒素中でベアSiウエハ上に形成される酸化膜厚を測定
する方法がある。本発明では後者の方法によって空気の
流入を評価した。電気炉内での窒素中での処理後、Si
ウエハを空気中で放置すると、時間の経過に伴ってウエ
ハ表面に空気中の酸素や水分が吸着し、エリプソメ―タ
での膜厚測定値が増加してくる。従って、以下の処理に
おいては、ウエハが電気炉から出てきた後、時間を置か
ずに、直ちに、エリプソメ―タで測定した。[Example] As a method of evaluating the inflow of air, a method of measuring the dew point at each location from the furnace opening side in the quartz tube,
There is a method of measuring the oxide film thickness formed on a bare Si wafer in nitrogen. In the present invention, the inflow of air was evaluated by the latter method. After treatment in nitrogen in an electric furnace, Si
When the wafer is left in the air, oxygen and moisture in the air are adsorbed on the surface of the wafer with the lapse of time, and the film thickness measurement value by the ellipsometer increases. Therefore, in the following processing, after the wafer came out of the electric furnace, the measurement was performed immediately with an ellipsometer without waiting time.
【0012】石英管内を流す窒素の流量が10SLM
(リットル/分)のとき、ベアSi上に形成される酸化
膜厚は、図1に示すように、石英管の炉口側に近いウエ
ハの酸化膜は180オングストロ―ム程度であり、石英
管内部に進むに従って急速に低下し、40〜50オング
ストロ―ム程度の一定の膜厚に落ちつく。このような膜
厚変化から、炉口側に近い程、流入した空気の量が多く
(以下、侵入空気と呼ぶ)、石英管内部においては、あ
る割合の空気(以下、残留空気と呼ぶ)が混入している
ことがわかる。侵入空気と残留空気とを合計したもの
を、流入空気とよぶことにする。流入空気はウエハや石
英管の汚染の原因となるので、侵入空気や残留空気によ
る酸化膜厚を無くす必要がある。ただし、図1では、ボ
―トの出し入れは900℃で、ボ―トが石英管中に入っ
た後、1000℃まで昇温・安定後1000℃60分の
アニ―ルをした。The flow rate of nitrogen flowing in the quartz tube is 10 SLM.
At (liter / min), the oxide film formed on bare Si has a thickness of about 180 angstroms on the wafer near the furnace side of the quartz tube, as shown in FIG. As it goes inside, it drops rapidly and settles down to a constant film thickness of about 40 to 50 Å. Due to such a change in film thickness, the amount of inflowing air increases toward the furnace opening side (hereinafter referred to as intruding air), and a certain proportion of air (hereinafter referred to as residual air) is generated inside the quartz tube. You can see that it is mixed. The sum of the intruding air and the residual air will be referred to as inflow air. Since the inflowing air causes contamination of the wafer and the quartz tube, it is necessary to eliminate the oxide film thickness due to the intruding air or the residual air. However, in FIG. 1, the boat was put in and out at 900 ° C., and after the boat was put into the quartz tube, the temperature was raised to 1000 ° C. and stabilized, and then annealed at 1000 ° C. for 60 minutes.
【0013】図1に示すように、侵入空気を防止するた
めには、石英管内を流すガス流量を20SLM以上に大
きくする必要があるが、詳細に見ると、侵入空気が何時
生じたか、ウエハを搭載したボ―トが石英管を出入りし
ているときか、石英管に入ってしまった後かは明らかで
はない。石英管内の窒素流量を増加すると図1に示すよ
うに、侵入空気は炉口側に押しやられて行き、かつ残留
空気も徐々に減少し、完全に流入空気が追い出されてし
まうまでの過渡的状態として、石英ボ―ト上のウエハの
位置からは、侵入空気が無くなってしまうが、炉口寄り
の石英管内には、侵入空気が残っている状態がある。こ
の侵入空気をも無くすには、石英管内のガス流量を相当
な量にまで増加する必要があるが、石英管内の温度均一
性、温度制御性の点で好ましい方法では無い。石英ボ―
ト上のウエハの酸化膜厚評価による残留空気分は、後述
するように、ボ―ト出し入れ時にも酸化されるので、ガ
ス流量を大きくしたり、エアカ―テンやSUS板の有無
だけで防止することもできない。従って、本発明では、
侵入空気の防止方法についてのみ述べる。As shown in FIG. 1, in order to prevent intruding air, it is necessary to increase the flow rate of gas flowing in the quartz tube to 20 SLM or more. It is not clear if the boat on board is in or out of the quartz tube, or after it has entered the quartz tube. When the flow rate of nitrogen in the quartz tube is increased, as shown in Fig. 1, the intruding air is pushed to the furnace side and the residual air also gradually decreases, until the inflowing air is completely expelled. As a result, the invading air disappears from the position of the wafer on the quartz boat, but the invading air remains in the quartz tube near the furnace opening. In order to eliminate this invading air, it is necessary to increase the gas flow rate in the quartz tube to a considerable amount, but this is not a preferable method in terms of temperature uniformity and temperature controllability in the quartz tube. Quartz bow
As will be described later, the residual air content in the oxide film thickness evaluation of the wafer on the wafer is oxidized even when the boat is taken in and out, so it is prevented only by increasing the gas flow rate or by the presence or absence of the air curtain or SUS plate. I can't do it either. Therefore, in the present invention,
Only the method of preventing invading air will be described.
【0014】侵入空気を防止する方法として、石英管の
炉口側のガス出口付近を窒素で充満させる方法があり、
通常、この方法は、エアカ―テンと呼ばれている。な
お、エアカ―テンといっても、空気ではなく、精製済み
の高純度窒素を使用する。図2に示すように、石英管内
の窒素流量を155SLMにし、エアカ―テンの窒素流
量を増加させると、30SLMではまだ効果が無いが、
50SLMでは侵入空気を防止できる。しかしながら、
この場合も侵入空気が起きているステップは、明らかで
はない。エアカ―テンは石英管内を直接窒素を大量に流
す方法ではないので、石英管内の温度均一性に対しては
問題を起こさない。横型電気炉は、床面積縮小のため、
通常数チュ―ブが上下に重ねて作られ、各チュ―ブ毎に
50SLMも流すと例えば4段重ねの4段炉の場合、精
製済みの高純度ガスを200SLMもエアカ―テンだけ
で流す必要があり、ガス流量を消費しすぎるという欠点
がある。As a method of preventing invading air, there is a method of filling the vicinity of the gas outlet on the furnace side of the quartz tube with nitrogen.
This method is usually called an air curtain. In addition, even though it is called air curtain, purified high-purity nitrogen is used instead of air. As shown in FIG. 2, when the nitrogen flow rate in the quartz tube is set to 155 SLM and the nitrogen flow rate of the air curtain is increased, 30 SLM is not effective yet.
50SLM can prevent invading air. However,
Also in this case, the step in which the invading air is occurring is not clear. Since air-caten is not a method of flowing a large amount of nitrogen directly in the quartz tube, it does not cause a problem with respect to temperature uniformity in the quartz tube. The horizontal electric furnace is designed to reduce the floor area,
Normally, several tubes are stacked one above the other, and if 50 SLM is flowed for each tube, for example, in the case of a four-stage 4-stage furnace, it is necessary to flow 200 SLM of purified high-purity gas only with an air curtain. However, there is a drawback that the gas flow rate is consumed too much.
【0015】次に、スカベンジャの排風量、及びSUS
板と侵入空気の関係を述べる。図3にSUS板の有無及
びスカベンジャの排風量の関係を示す。勿論、石英キャ
ップは全水準取り付けである。SUS板が無いときは、
侵入空気は無い。同一排風量でもSUS板があるとき
は、侵入空気が生じ、スカベンジャ排風量を増加させる
程、侵入空気の量が増加する。本実施例の場合、石英キ
ャップとSUS板は連結されて同時に移動し、石英キャ
ップが閉じるときに同時にSUS板も閉じるので、SU
S板有無の効果は、石英キャップが閉じたときに現れ
る。換言すれば、SUS板有りの場合、石英キャップが
閉じたときにSUS板も閉じて、スカベンジャ付近が陰
圧となり、侵入空気が急増することが判る。すなわち、
侵入空気は、石英キャップを閉じてから生じていること
が判る。Next, the exhaust air amount of the scavenger and the SUS
Describe the relationship between the plate and the invading air. FIG. 3 shows the relationship between the presence or absence of a SUS plate and the amount of scavenger exhaust air. Of course, the quartz cap is fully fitted. When there is no SUS board,
There is no invading air. If there is a SUS plate even with the same exhaust air amount, intruding air is generated, and the amount of intruding air increases as the scavenger exhaust air amount increases. In the case of the present embodiment, the quartz cap and the SUS plate are connected and move at the same time, and the SUS plate is closed at the same time when the quartz cap is closed.
The effect of the presence or absence of the S plate appears when the quartz cap is closed. In other words, in the case where the SUS plate is provided, when the quartz cap is closed, the SUS plate is also closed, a negative pressure is generated in the vicinity of the scavenger, and the intruding air is rapidly increased. That is,
It can be seen that the intruding air is generated after the quartz cap is closed.
【0016】SUS板有りのとき、侵入空気が生じるス
テップをさらに他の方法によって明らかにするため、
「ボ―ト挿入時」→「ボ―トが石英管内にセットされて
石英キャップが閉じている間」→「ボ―ト引出し時」の
3ステップに分割してガス流量を変えた結果を、図4に
示す。3ステップの窒素流量を20SLM→10SLM
→20SLMと変えた場合は、侵入空気が有り、10S
LM→20SLM→10SLMと変えた場合は、侵入空
気が無いことから、石英キャップが閉じてからでもガス
流量が少ない場合は、侵入空気が生じる。換言すれば、
侵入空気はボ―トが出入りしているときのガス流量の大
小によって決まるのでは無く、ボ―トが石英管内に石英
キャップが閉じてからのガス流量によって主として決定
される。In order to clarify the step in which the invading air is generated in the presence of the SUS plate by another method,
"When the boat is inserted" → "While the boat is set in the quartz tube and the quartz cap is closed" → "When the boat is pulled out" As shown in FIG. Nitrogen flow rate in 3 steps from 20 SLM to 10 SLM
→ When changing to 20SLM, there is intruding air and 10S
When changing from LM → 20SLM → 10SLM, there is no intruding air, so intruding air is generated even when the gas flow rate is small even after the quartz cap is closed. In other words,
The entering air is not determined by the magnitude of the gas flow rate when the boat is moving in and out, but is mainly determined by the gas flow rate after the quartz cap is closed in the quartz tube.
【0017】侵入空気の程度は、ボ―ト出し入れ時に石
英管内に流入してくる空気の量の大小も関係する。図5
に示すように、ボ―トが入って石英キャップが閉じたと
きのガス流量を20SLMにし、エアカ―テンの流量を
0SLMにしたとしても、ボ―ト出し入れ時のエアカ―
テン流量を50SLMに増加すると、侵入空気の量は減
少する。これから、ボ―トの出し入れ時の石英管内への
空気の流入を減らした方が、石英キャップが閉じた後で
の空気の追い出され方が早いことが判る。また、第2ス
テップの窒素を15SLMにすると、侵入空気が無いこ
とが判る。エアカ―テン0SLM、窒素15SLMの場
合は、図1に示すように、侵入空気があるが、ボ―ト出
し入れ時の空気の流入程度を減少させると、侵入空気が
無くなることが判る。図6は、第2ステップを窒素10
SLMにしたときは、エアカ―テンの効果はあるが、ボ
―ト出し入れ時の流量を増加させても侵入空気を無くす
ことはできないことを示している。以上の結果、ボ―ト
出し入れ時の空気が石英管内に流入しても、石英キャッ
プの閉じた第2ステップを20SLMにすると、流入し
た空気を追い出せるが、15SLMのときは、追い出す
能力が低下するものの、ボ―ト出し入れ時の流入する空
気の量を減らすことで追い出すことができ、10SLM
では、ボ―ト出し入れ時の空気流入を減らしても、石英
キャップが閉じたときに空気が入ってくることが判る。The degree of intruding air is also related to the amount of air flowing into the quartz tube when the boat is taken in and out. Figure 5
As shown in, even if the gas flow rate when the boat is inserted and the quartz cap is closed is set to 20 SLM, and the flow rate of the air carten is set to 0 SLM, the air car when loading and unloading the boat is set.
Increasing the Ten flow rate to 50 SLM reduces the amount of ingress air. From this, it can be seen that the air is expelled faster after the quartz cap is closed when the inflow of air into the quartz tube when the boat is taken in and out is reduced. Further, it can be seen that there is no invading air when the nitrogen in the second step is set to 15 SLM. In the case of the air curtain 0SLM and the nitrogen 15SLM, as shown in FIG. 1, there is intruding air, but it can be seen that intruding air disappears when the inflow degree of air at the time of putting in and out the boat is reduced. FIG. 6 shows the second step with nitrogen 10
When the SLM is used, the effect of the air curtain is obtained, but it is shown that the invading air cannot be eliminated even if the flow rate at the time of loading / unloading the boat is increased. As a result, even if the air flows in and out of the boat into the quartz tube, if the second step with the quartz cap closed is set to 20 SLM, the inflowing air can be expelled, but at 15 SLM, the ability to expel is reduced. However, it can be removed by reducing the amount of inflowing air when the boat is in and out. 10SLM
Then, even if the air inflow at the time of putting in and out the boat is reduced, it is understood that the air comes in when the quartz cap is closed.
【0018】以上の各種ガス流量と侵入空気の関係は、
水素燃焼法によるウエット酸化の場合、以下の理由によ
って水蒸気流量を余り大きくできないので特に重要とな
る。水素燃焼法の場合、水蒸気の流量を増加させるため
に水素流量を増加しすぎると、水素炎が大きくなりす
ぎ、水素吹き出し口の石英ノズル先端が短時間に変形
し、石英ノズルの交換を頻繁に実施する必要が起こり、
一方、石英ノズルの変形は水素炎の吹き出し状態を変え
ていくので、石英管内の温度分布に影響が出てくる。ま
た、水素炎が大きくなりすぎると、石英管内壁の或る場
所に水素炎が当り、そこが選択的に熔融し、穴があくと
いうトラブルを起こす。本実施例の場合、上記の理由か
ら、水素流量は、水素炎の大きさから8SLMに抑え、
合計ガス流量を、侵入空気防止上、15SLM以上にす
るために、酸素流量を11SLMにした。その結果、石
英管内では、水蒸気流量は8SLM、酸素流量は7SL
M、合計流量は15SLMとなる。図1から、合計流量
を15SLMにすることによって、侵入空気を非常に少
なくできる。また、後で述べる実施例の「O2 有」条件
では、窒素20SLM、酸素22SLMの合計22SL
Mにし、石英キャップが閉じたときの合計ガス流量を1
5SLMにした場合、図5から、ウエハ出し入れ時の
み、エアカ―テンを50SLMにすることにより、ウェ
ット酸化時における侵入空気を防止できる。The relationship between the various gas flow rates and the invading air is as follows.
In the case of wet oxidation by the hydrogen combustion method, the steam flow rate cannot be increased so much for the following reasons, which is particularly important. In the case of the hydrogen combustion method, if the hydrogen flow rate is increased too much to increase the flow rate of water vapor, the hydrogen flame becomes too large and the tip of the quartz nozzle of the hydrogen blowout port is deformed in a short time. Need to be done,
On the other hand, the deformation of the quartz nozzle changes the blowout state of the hydrogen flame, which affects the temperature distribution in the quartz tube. Further, if the hydrogen flame becomes too large, the hydrogen flame hits a certain position on the inner wall of the quartz tube, and the hydrogen flame selectively melts, causing a problem of forming holes. In the case of the present embodiment, for the above reason, the hydrogen flow rate is suppressed to 8 SLM due to the size of the hydrogen flame,
The oxygen flow rate was set to 11 SLM in order to keep the total gas flow rate at 15 SLM or more in order to prevent ingress air. As a result, the water vapor flow rate was 8 SLM and the oxygen flow rate was 7 SL in the quartz tube.
M, the total flow rate is 15 SLM. From FIG. 1, it is possible to reduce the amount of invading air by setting the total flow rate to 15 SLM. Further, under the condition of “O 2 present ” in the embodiment described later, a total of 22 SL of nitrogen 20 SLM and oxygen 22 SLM is obtained.
Set to M and set the total gas flow rate to 1 when the quartz cap is closed.
In the case of 5 SLM, as shown in FIG. 5, it is possible to prevent the invading air at the time of wet oxidation by setting the air curtain to 50 SLM only when the wafer is taken in and out.
【0019】ボ―トの出し入れ速度を増加すれば、残留
酸素による酸化膜厚が、図7に示すように、徐々に減少
することから、ボ―ト出し入れ時にも、ウエハ上に酸化
膜が形成されていることが判る。これは、空気によって
酸化されている訳で、一層清浄な雰囲気を達成するに
は、できるだけ短時間でボ―トを出し入れすることが望
ましい。しかしながら、出し入れ速度を大きくしすぎる
と、ウエハの表面と裏面、中心と外周の温度差が大きく
なり、ウエハに大きな応力が加わり、スリップなどの結
晶欠陥が発生しやすくなるため、通常構造の電気炉で
は、出し入れ時の酸化膜形成を防止することはできな
い。なお、図7は、SUS無の実施例である。As the removal speed of the boat is increased, the oxide film thickness due to the residual oxygen is gradually reduced as shown in FIG. 7, so that an oxide film is formed on the wafer even when the boat is installed and removed. It is understood that it is done. Since this is oxidized by air, it is desirable to put the boat in and out in the shortest possible time in order to achieve a cleaner atmosphere. However, if the loading / unloading speed is too high, the temperature difference between the front and back surfaces of the wafer, the center and the outer circumference becomes large, and large stress is applied to the wafer, and crystal defects such as slips easily occur. Then, it is not possible to prevent the formation of an oxide film at the time of taking in and out. Note that FIG. 7 shows an example without SUS.
【0020】残留空気による酸化膜厚は、ボ―ト出し入
れとき以外の時にも形成される。図8に示すように、第
2ステップでの熱処理温度を800℃から1100℃へ
と高くすると、この膜厚が20オングストロ―ムから約
300オングストロ―ムへと大きく増加することから、
石英キャップが閉じた後も、侵入空気の他に残留空気が
存在していることが判る。温度が800℃程度では侵入
空気及び残留空気による酸化膜厚が小さいため、あまり
明瞭な変化は無いが、1100℃程度になると残留空気
による酸化膜厚自体が大きくなる。従って、1000℃
が侵入空気と残留空気の寄与を分離して評価しやすい。The oxide film thickness due to the residual air is formed even when the boat is not taken in and out. As shown in FIG. 8, when the heat treatment temperature in the second step is increased from 800 ° C. to 1100 ° C., this film thickness is greatly increased from 20 Å to about 300 Å.
It can be seen that residual air is present in addition to the intruding air even after the quartz cap is closed. When the temperature is about 800 ° C., the oxide film thickness due to the intruding air and the residual air is small, so there is no obvious change, but at about 1100 ° C., the oxide film thickness itself due to the residual air increases. Therefore, 1000 ℃
Is easy to evaluate by separating contributions of intruding air and residual air.
【0021】以上の結果、侵入空気を防止できるガス流
量が明確となったが、以下の酸化条件においては、基本
的にガス流量を15SLM以上にして、極力侵入空気を
低減させることとするが、より一層清浄な酸化条件を実
施するため、ボ―ト出し入れ時にエアカ―テンを使用す
ることによって、侵入空気を防止できる条件を適用する
ことが望ましいことは、いうまでも無い。As a result of the above, the gas flow rate capable of preventing the intruding air was clarified. Under the following oxidizing conditions, basically, the gas flow rate is set to 15 SLM or more to reduce the intruding air as much as possible. Needless to say, it is desirable to apply conditions that can prevent invading air by using an air caten at the time of inserting and removing the boat in order to carry out even more clean oxidizing conditions.
【0022】ウエハはベアSiを購入開封後、直ちに前
洗浄し、洗浄中に電気炉をスタンバイ状態にしておき、
洗浄後時間を置かずに、熱酸化を直ちに行い、酸化終了
後、これも時間を置かずに、非接触ライフタイム評価法
によって、ライフタイムを測定した。酸化終了までには
ウエハを移しかえるとき、ピンセットでウエハ周辺に触
れるだけで、ウエハ裏面にチャックやステ―ジなどは触
れていない。工程は、前洗浄→熱酸化→ライフタイム測
定の3工程だけで、極めて短時間に結果を出した。The wafer is pre-cleaned immediately after the bare Si is purchased and opened, and the electric furnace is kept in a standby state during the cleaning.
Thermal oxidization was carried out immediately without any time after washing, and after completion of the oxidation, the lifetime was measured by the non-contact lifetime evaluation method without any time. When the wafer is transferred by the end of the oxidation, only the periphery of the wafer is touched with tweezers, and the back surface of the wafer is not touched with chucks or stages. Only three steps of pre-cleaning → thermal oxidation → lifetime measurement were performed, and the results were obtained in an extremely short time.
【0023】シリコン基板のライフタイムは、赤外レ―
ザによるキャリア注入と反射マイクロ波の減衰の時定数
測定による非接触評価法によって、レ―ザ電流を一定に
して測定した。シリコンウエハの比抵抗が増加すると、
ライフタイムは増加し、同一比抵抗の場合は、p型ウエ
ハよりもn型ウエハの方がライフタイムが大きく、ウエ
ハメ―カによってライフタイムに明らかな大小差が見ら
れたが、本実施例では、あるウエハメ―カのウエハに固
定してp型(100)3〜5Ωcm、Oi濃度9〜9.
5×1017cm-3を用いた。ウエハは、両面ミラ―の方
が裏面の仕上げ状態の影響が無いので望ましいが、本実
施例では、SLI製造で用いる片面ミラ―の通常ウエハ
を用いた。表面側から測定したライフタイムは、裏面側
から測定したライフタイムよりも8%程度大きい。裏面
SiO2 を弗酸で除去後直ちに測定すると、弗酸エッチ
前に比べて、表面側から測定したライフタイムは、60
%程度に低下し、裏面側から測定したライフタイムは、
40%程度に低下する。また、裏面SiO2 を除去した
ウエハは、ライフタイムのバラツキが増加し、再現性も
悪い。従って、本実施例は、裏面SiO2 をそのままに
し、ウエハ表面側(ミラ―側)からライフタイムを測定
した。ライフタイムが大きいウエハは、ウエハの中央部
分のライフタイムが一様に大きくなるが、ライフタイム
が小さいウエハは、周辺部分に比べて中央部分のライフ
タイムが小さくなる。ここでは、ウエハ面内分布の平均
値を実効的なライフタイムとした。The lifetime of the silicon substrate is the infrared ray
The laser current was kept constant by the non-contact evaluation method by the carrier injection by the laser and the time constant measurement of the attenuation of the reflected microwave. As the resistivity of the silicon wafer increases,
The lifetime increased, and in the case of the same specific resistance, the n-type wafer had a larger lifetime than the p-type wafer, and a clear difference in the lifetime was observed depending on the wafer manufacturer. , P-type (100) 3-5 Ωcm, Oi concentration 9-9.
5 × 10 17 cm −3 was used. A double-sided mirror is preferable because a double-sided mirror is not affected by the finished state of the back surface, but in this embodiment, a single-sided mirror normal wafer used in SLI manufacturing was used. The lifetime measured from the front side is about 8% larger than the lifetime measured from the back side. Immediately after removing SiO 2 on the back surface with hydrofluoric acid, the lifetime measured from the front surface side was 60 compared with that before etching with hydrofluoric acid.
%, The lifetime measured from the back side is
It decreases to about 40%. In addition, the wafer from which SiO 2 on the back surface is removed has an increased variation in lifetime and poor reproducibility. Therefore, in this example, the back surface SiO 2 was left as it was, and the lifetime was measured from the front surface side (mirror side) of the wafer. A wafer with a long lifetime has a uniformly long lifetime in the central portion of the wafer, whereas a wafer with a short lifetime has a shorter lifetime in the central portion as compared with the peripheral portion. Here, the average value of the in-plane distribution of the wafer was taken as the effective lifetime.
【0024】ウエハが石英管内に入って石英キャップか
閉じた後、ウエハを酸化するときは、侵入空気を防止ま
たは低減するために、ドライ酸化のときはO2 のみで2
0SLM、ウエット酸化のときは前述の通りH2 を8S
LM、O2 を11SLMにした。酸化温度は800〜1
100℃、酸化時間を1〜4時間とした。電気炉内にウ
エハを挿入するときのガス雰囲気として、窒素のみの場
合を「O2 無」、窒素希釈の酸素の場合を「O2 有」、
酸素のみの場合を「O2 流」と呼ぶことにする。実施例
として、「O2 無」は窒素20SLM、「O2 有」は窒
素20SLMと酸素2SLMの混合、「O2 流」は酸素
20SLMとし、この3水準を比較した。熱酸化の前洗
浄は、Siウエハの洗浄法として一般的に知られてい
る、「アンモニア・過酸化水素水」→水洗→「塩酸・過
酸化水素水」→水洗→「弗酸処理の有無」→水洗の工程
の中で、弗酸処理の工程を入れた洗浄を「HF有無」、
省略した条件を「HF無」とする。HF有の場合は、前
洗浄後のウエハ表面は疎水性である。一方、HF無は塩
酸・過酸化水素水→純水洗浄で終了しているので、ウエ
ハ表面は親水性である。また、熱酸化後の水素アニ―ル
の有無は、ドライ酸化、ウェット酸化ともに同一処理内
での水準を振ることによって、ライフタイムの測定値に
は影響がないことを確認したので、以下の実施例のライ
フタイムの水準による差は、界面準位密度の変化をみて
いるのではないと考えられる。After the wafer enters the quartz tube and the quartz cap is closed, when the wafer is oxidized, only O 2 is used for dry oxidation in order to prevent or reduce intruding air.
In case of 0 SLM and wet oxidation, H 2 is 8S as described above.
LM and O 2 were set to 11 SLM. Oxidation temperature is 800-1
The temperature was 100 ° C. and the oxidation time was 1 to 4 hours. As the gas atmosphere at the time of inserting the wafer into an electric furnace, when the only nitrogen "O 2 No", the case of oxygen diluted with nitrogen 'O 2 present ",
The case of only oxygen will be referred to as "O 2 flow". As an example, “no O 2 ” is nitrogen 20 SLM, “O 2 is present” is a mixture of nitrogen 20 SLM and oxygen 2 SLM, and “O 2 flow” is oxygen 20 SLM. Pre-cleaning for thermal oxidation is generally known as a cleaning method for Si wafers, "ammonia / hydrogen peroxide solution" → water cleaning → "hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution" → water cleaning → "presence or absence of hydrofluoric acid treatment" → In the process of washing with water, the cleaning including the process of hydrofluoric acid was performed with or without "HF".
The omitted condition is “without HF”. When HF is present, the wafer surface after pre-cleaning is hydrophobic. On the other hand, in the case of no HF, the cleaning is completed by washing with hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution → pure water, so the wafer surface is hydrophilic. In addition, it was confirmed that the presence or absence of hydrogen anneal after thermal oxidation did not affect the measured value of lifetime by changing the level in the same process for both dry oxidation and wet oxidation. It is considered that the difference due to the level of lifetime in the example does not refer to the change in interface state density.
【0025】図9に、ドライ酸化の酸化時間60分の1
つの実施例を示す。O2 流とO2 無とを比較すると、酸
化温度が1000℃以下では、ライフタイムはほぼ同一
であるが、1100℃では、O2 流のライフタイムは1
000℃以下のデ―タの延長線上にあり、ライフタイム
の劣化はなかった。一方、O2 無は、1100℃では、
ライフタイムが急速に劣化し、O2 流との差異が極めて
顕著になる。ライフタイム劣化の原因としては、窒素の
みの雰囲気でボ―ト挿入と1100℃までの昇温がなさ
れ、1100℃での温度が安定した後、酸素20SLM
に切り替わるまでの間に、1100℃において、Six
Oy Nz の薄い膜が形成されるか、あるいは蒸気圧の高
いSiOが形成されて、シリコン表面に微細な有れが生
じることが原因と考えられる。実際、ベアSiの窒素中
のみでのアニ―ルの場合、1000℃までは表面荒れは
生じないが、1100℃では表面有れが生じ、ライフタ
イムの低下との相関が考えられる。また、O2 有は、O
2 流と同等の結果を示している。FIG. 9 shows that the oxidation time of dry oxidation is 1 / 60th.
Two examples will be given. Comparing the O 2 flow and the O 2 non-existence, the lifetime is almost the same at an oxidation temperature of 1000 ° C. or lower, but at 1100 ° C., the O 2 flow has a lifetime of 1 or less.
It was on the extension line of the data below 000 ° C, and the lifetime was not deteriorated. On the other hand, if there is no O 2 at 1100 ° C,
The lifetime deteriorates rapidly, and the difference from the O 2 flow becomes extremely remarkable. The cause of the lifetime deterioration is that after inserting the boat and raising the temperature to 1100 ° C in an atmosphere containing only nitrogen, and the temperature at 1100 ° C is stabilized, oxygen 20 SLM is used.
Si x at 1100 ° C until switching to
It is considered that a thin film of O y N z is formed, or SiO having a high vapor pressure is formed, so that fine irregularities are generated on the silicon surface. In fact, in the case of annealing bare Si only in nitrogen, surface roughness does not occur up to 1000 ° C., but surface roughness occurs at 1100 ° C., which is considered to correlate with a decrease in lifetime. Also, if O 2 is present,
The result is equivalent to the second stream.
【0026】酸化温度800℃では、HF無とHF有の
ライフタイムとはほぼ同程度であるが、酸化温度が高く
なるに従って、HF無に対してHF有は、ライフタイム
の増加が著しく、1100℃までこの傾向は同じであ
る。以上の結果、HF有の条件が良い。HF無は、前述
のとおり、前洗浄後の表面が親水性で、「アンモニア・
過酸化水素水」及び「塩酸・過酸化水素水」の洗浄中に
Siウエハ上に生じた低級なシリコン酸化物が、熱酸化
を終了した後のライフタイムの低下要因となっている。
原因としては、低級な酸化物の中には、高純度であると
はいっても、薬品中に含まれる不純物が取込まれてお
り、これが、ライフタイム低下の原因と考えられる。弗
酸処理が行われたウエハは、この不純物が取り去られる
ため、ライフタイムが増加するものと考えられる。この
実施例からは、O2 無よりもO2 流の方が、HF無より
もHF有の方が、ライフタイムが大きく良好である。At an oxidation temperature of 800 ° C., the lifetimes of HF-free and HF-free are almost the same, but as the oxidation temperature rises, the lifetime of HF-free significantly increases with respect to HF-free. This tendency is the same up to ° C. As a result, the condition with HF is good. As mentioned above, without HF, the surface after pre-cleaning is hydrophilic and
The low-grade silicon oxide generated on the Si wafer during the cleaning with the “hydrogen peroxide solution” and the “hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution” is a factor that reduces the lifetime after the thermal oxidation is completed.
As a cause, the impurities contained in the chemicals are taken into the low-grade oxide even though it is of high purity, and this is considered to be the cause of the decrease in lifetime. It is considered that the lifetime of the wafer treated with hydrofluoric acid is increased because the impurities are removed. From this example, towards the O 2 O 2 flow than free will, who HF chromatic than HF-free is, the lifetime is significantly better.
【0027】図10に、ドライ酸化の他の実施例を示
す。酸化時間は全て60分であるが、酸化後に水素処理
をしている。この実施例の場合、酸化温度が900℃以
下では、O2 流とO2 無のライフタイムはほぼ同一であ
るが、1000℃以上で、O2流のライフタイムの劣化
は無く、むしろ増加する場合が見られたが、O2 無の場
合は、急速にライフタイムが劣化する。O2 流、HF有
の効果に対しては、この実施例も図9の実施例と同様で
あるが、1000℃ですでに各々の差異が大きく生じて
いる点が異なる。FIG. 10 shows another embodiment of dry oxidation. The oxidation time is all 60 minutes, but hydrogen treatment is carried out after the oxidation. In the case of this embodiment, when the oxidation temperature is 900 ° C. or lower, the lifetimes of the O 2 flow and the O 2 -free are almost the same, but when the oxidation temperature is 1000 ° C. or higher, the lifetime of the O 2 flow is not deteriorated but rather increased. In some cases, the lifetime was rapidly deteriorated in the absence of O 2 . This example is similar to the example of FIG. 9 with respect to the effect of the O 2 flow and HF, except that the respective differences are already large at 1000 ° C.
【0028】HF有とHF無の酸化膜厚差(オングスト
ロ―ム(A)単位)は、酸化温度と酸化時間とを変えた
とき、下に示すように、ほぼ同一である。HF有とHF
無の水準を別々に酸化しても、ライフタイムの測定値に
明瞭な有意差が見られるが、もともとライフタイムの測
定値そのもののバラツキが大きいので、有意差をより明
確にするため、HF有とFH無のウエハを同一ボ―ト内
で隣り合う溝に交互に置いて同時に酸化し、明瞭に有意
差があることを確認した。 酸化温度800℃の場合 酸化時間 30分 60分 120分 240分 酸化膜厚(A) +1.04 +1.15 +0.74 +0.12 酸化温度900℃の場合 酸化時間 30分 60分 120分 240分 酸化膜厚(A) +0.29 −0.11 −0.23 −0.75 酸化温度1000℃の場合 酸化時間 30分 60分 120分 240分 酸化膜厚(A) −0.38 +3.34 −2.25 −2.68 酸化温度1100℃の場合 酸化時間 30分 60分 120分 240分 酸化膜厚(A) −0.35 −2.19 −3.11 −2.23The difference in oxide film thickness with HF and without HF (Angstrom (A) unit) is almost the same when the oxidation temperature and the oxidation time are changed, as shown below. With HF and HF
There is a clear significant difference in the measured values of the lifetime even if the non-standard levels are separately oxidized. However, since there are large variations in the measured values of the lifetime in the first place, HF is added to clarify the significant difference. Wafers without and FH were alternately placed in adjacent grooves in the same boat and simultaneously oxidized, and it was confirmed that there was a clear significant difference. Oxidation temperature 800 ° C Oxidation time 30 minutes 60 minutes 120 minutes 240 minutes Oxide film thickness (A) +1.04 +1.15 +0.74 +0.12 Oxidation temperature 900 ° C Oxidation time 30 minutes 60 minutes 120 minutes 240 minutes Oxide film thickness (A) +0.29 -0.11 -0.23 -0.75 When oxidation temperature is 1000 ° C Oxidation time 30 minutes 60 minutes 120 minutes 240 minutes Oxide film thickness (A) -0.38 +3.34 -2.25 -2.68 When oxidation temperature is 1100 ° C Oxidation time 30 minutes 60 minutes 120 minutes 240 minutes Oxide film thickness (A) -0.35 -2.19 -3.11 -2.23
【0029】O2 流とO2 有は、図中に示すように、ラ
イフタイムはほぼ同程度である。O2 流は、ボ―トイン
中にも酸化膜が形成され続けるので、ドライ酸化による
酸化膜の均一性に対しては、O2 有の方が有利である。
上記の実施例では、熱酸化は、膜厚均一性を良好にする
ため、いずれも酸化温度に対してボ―ト出し入れの時の
炉内温度を100〜200℃低くして昇降温の方法を取
った。このため、O2流、O2 有、O2 無の間で、熱酸
化膜の膜厚均一性はいずれも良好で差が無かった。しか
しながら、処理時間の短縮のため、石英ボ―トの出し入
れ時の炉内温度を熱酸化温度と同一あるいは同程度にし
た場合、ボ―ト挿入の工程でボ―トが石英管内の所定の
位置まで入ったとき、石英管の炉口側の温度が最も低下
する。ボ―トの位置での温度でみると、石英管内の奥側
の温度低下はほとんど無く、炉口側で温度が数10℃低
下する。特にカンチレバ―方式やソフトランディング方
式の場合、石英管内に石英フォ―クやSiCフォ―クが
入るので、炉口側の温度低下が著しい。この状態のまま
10〜20分かかって、低下した部分の温度が上昇して
きて温度が安定するまでの間、酸化が継続されるので、
O2 流の場合、石英管内奥側と手前側で、実質的な酸化
時間、あるいは見方を変えれば、実質的な酸化温度が異
なることになる。O2 無では、この問題は無いが、上記
の表面荒れなどの欠陥の問題がある。O2 有は、ボ―ト
挿入時の温度低下、及び温度安定の間に、酸化膜が僅か
形成されるのみであるため、酸化膜均一性に効果が大き
い。ここでは、O2 有として、窒素希釈の例を示した
が、不活性ガスによる希釈でも同様である。As shown in the figure, the lifetimes of the O 2 flow and the O 2 existence are almost the same. Since the oxide film continues to be formed in the boat in the O 2 flow, the presence of O 2 is more advantageous for the uniformity of the oxide film by dry oxidation.
In the above-mentioned Examples, in order to improve the film thickness uniformity, thermal oxidation is performed by raising or lowering the temperature by lowering the furnace temperature at the time of loading / unloading the boat by 100 to 200 ° C. with respect to the oxidation temperature. I took it. Therefore, O 2 flow, O 2 Yes, between the O 2 free, film thickness uniformity are both good difference in thermal oxide film was not. However, in order to reduce the processing time, if the temperature inside the furnace during the loading and unloading of the quartz boat is set to the same or about the same as the thermal oxidation temperature, the boat will be inserted at the predetermined position in the quartz tube during the step of inserting the boat. The temperature at the furnace mouth side of the quartz tube is the lowest when the temperature goes up. As for the temperature at the position of the boat, there is almost no temperature drop inside the quartz tube, and the temperature drops a few tens of degrees Celsius at the furnace mouth side. In particular, in the case of the cantilever method or the soft landing method, since the quartz fork or the SiC fork enters the quartz tube, the temperature drop on the furnace port side is remarkable. It takes 10 to 20 minutes in this state, and the oxidation is continued until the temperature of the lowered part rises and the temperature stabilizes.
In the case of the O 2 flow, the substantial oxidation temperature is different between the inner side and the inner side of the quartz tube if the substantial oxidizing time or the viewpoint is changed. Without O 2 , this problem does not occur, but there is a problem of defects such as the above surface roughness. The presence of O 2 has a great effect on the uniformity of the oxide film because only a small amount of the oxide film is formed during the temperature drop at the time of inserting the boat and the temperature stabilization. Here, an example of diluting nitrogen with O 2 is shown, but the same applies to diluting with an inert gas.
【0030】図11に、ウェット酸化の1000〜11
00℃の実験例を示す。ウェット酸化のガス流量は、汚
染防止を考慮し、水素を8SLM、酸素を11SLMに
し、水素燃焼後の合計ガス流量を15SLMにした。こ
れは、すでに水素燃焼法において侵入空気を防止するた
めのガス組成比に関して説明した理由による。ドライ酸
化と同様、O2 無は、1000℃ではO2 流及びO2 有
に比べて同程度かあるいはライフタイムが劣り、110
0℃では、O2 無は急速に劣化する。従って、ウェット
酸化においても、ドライ酸化と同様と考えてよい。FIG. 11 shows the results of wet oxidation 1000 to 11
An experimental example at 00 ° C. is shown. The gas flow rate of the wet oxidation was set to 8 SLM for hydrogen and 11 SLM for oxygen, and the total gas flow rate after hydrogen combustion was set to 15 SLM in consideration of pollution prevention. This is for the reason already explained regarding the gas composition ratio for preventing the invading air in the hydrogen combustion method. As with dry oxidation, O 2 free the poor comparable or lifetime as compared to 1000 ° C. In O 2 flow and O 2 Yes, 110
At 0 ° C, no O 2 is rapidly deteriorated. Therefore, the wet oxidation may be considered to be similar to the dry oxidation.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明によれば、電気炉外部からの侵入
空気を低減して清浄な雰囲気で酸化し、酸化前のシリコ
ンウエハ上には、前洗浄に用いられる薬品中に含まれる
不純物汚染が残留しないようにするため、前洗浄の最終
工程においてウエハ表面は疎水性に保たれ、かつ電気炉
内で昇温されて酸化が始まるまでの、ボ―ト挿入時、及
び昇温時に、すでに熱酸化膜を形成し始めることによっ
て、シリコン表面の荒れを防止する工程を取ることによ
り、シリコン基板上に清浄な熱酸化膜が形成され、か
つ、シリコン基板のライフタイムが向上し、シリコン基
板特性の劣化を防止できる。According to the present invention, the air entering from the outside of the electric furnace is reduced to oxidize in a clean atmosphere, and the silicon wafer before oxidation is contaminated with impurities contained in the chemicals used for precleaning. The surface of the wafer is kept hydrophobic in the final step of the pre-cleaning process, and the temperature is already raised in the electric furnace until oxidation starts, and when the boat is inserted and the temperature is raised. By starting the formation of a thermal oxide film, a step of preventing the roughness of the silicon surface is taken, a clean thermal oxide film is formed on the silicon substrate, the lifetime of the silicon substrate is improved, and the silicon substrate characteristics are improved. Can be prevented from deteriorating.
【0032】本発明をLSIの熱酸化法に適用すれば、
熱酸化膜の欠陥が低減でき、不純物混入を低減できるの
で、デバイス特性の向上やLSIの歩留り向上ができ
る。When the present invention is applied to the thermal oxidation method of LSI,
Since defects in the thermal oxide film can be reduced and impurities can be reduced, it is possible to improve device characteristics and yield of LSI.
【図1】本発明の説明に供する、石英管内窒素ガス流量
依存性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the nitrogen gas flow rate dependency in a quartz tube, which is used for explaining the present invention.
【図2】本発明の説明に供する、エアカ―テン用窒素ガ
ス流量依存性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the nitrogen gas flow rate dependency for an air curtain, which is used for explaining the present invention.
【図3】本発明の説明に供する、スカベンジャ排風速依
存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing scavenger exhaust air velocity dependency, which is used for explaining the present invention.
【図4】本発明の説明に供する、3ステップ窒素ガス流
量依存性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the 3-step nitrogen gas flow rate dependency used for explaining the present invention.
【図5】本発明の説明に供する、3ステップ窒素ガス・
エアカ―テンガス流量依存性を示す図である。FIG. 5 is a three-step nitrogen gas for explaining the present invention.
It is a figure which shows the air curtain gas flow rate dependence.
【図6】本発明の説明に供する、3ステップ窒素ガス・
エアカ―テンガス流量依存性を示す図である。FIG. 6 is a three-step nitrogen gas for explaining the present invention.
It is a figure which shows the air curtain gas flow rate dependence.
【図7】本発明の説明に供する、ボ―ト速度依存性を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing the boat speed dependency, which is used for explaining the present invention.
【図8】本発明の説明に供する、空気流入量温度依存性
を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing temperature dependency of an air inflow amount, which is used for explaining the present invention.
【図9】本発明の説明に供する、ドライ酸化とライフタ
イムの関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between dry oxidation and lifetime for explaining the present invention.
【図10】本発明の説明に供する、ドライ酸化とライフ
タイムの関係(水素アニ―ル有り)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between dry oxidation and lifetime (with hydrogen anneal) used for explaining the present invention.
【図11】本発明の説明に供する、ウェット酸化とライ
フタイムの関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between wet oxidation and lifetime for explaining the present invention.
Claims (2)
熱酸化によって形成する方法において、上記シリコン基
板に対し、前洗浄工程の最終エッチング工程において弗
酸系のエッチャントによる工程を行った後、上記シリコ
ン基板を電気炉に挿入する工程における雰囲気を、酸素
を窒素または不活性ガスで希釈した雰囲気とすることを
特徴とする熱酸化膜の形成方法。1. A silicon oxide film is formed on a silicon substrate.
In the method of forming by thermal oxidation, after the silicon substrate is subjected to a step using a hydrofluoric acid-based etchant in the final etching step of the pre-cleaning step, the atmosphere in the step of inserting the silicon substrate into an electric furnace is changed to oxygen. A method for forming a thermal oxide film, characterized in that the atmosphere is diluted with nitrogen or an inert gas.
基板を熱酸化またはアニ―ルする方法において、電気炉
の石英管外の空気が石英管内に流入するのを防止させる
べく、石英管内のガス流量、石英管の炉口付近のガス流
量、排気量を調節することを特徴とする熱酸化またはア
ニ―ル法。2. A method of thermally oxidizing or annealing a silicon substrate in a semiconductor device manufacturing process, in order to prevent air outside a quartz tube of an electric furnace from flowing into the quartz tube, a gas flow rate in the quartz tube, A thermal oxidation or anneal method characterized by adjusting the gas flow rate and exhaust volume near the furnace opening of a quartz tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17386692A JPH05343394A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Formation of thermal oxide film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17386692A JPH05343394A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Formation of thermal oxide film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343394A true JPH05343394A (en) | 1993-12-24 |
Family
ID=15968589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17386692A Pending JPH05343394A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Formation of thermal oxide film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343394A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1058301A1 (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-06 | Canon Sales Co., Inc. | Method for modifying the surface of a substrate on which an insulating film is to be formed |
| US6900144B2 (en) * | 2000-03-31 | 2005-05-31 | Canon Sales Co., Inc. | Film-forming surface reforming method and semiconductor device manufacturing method |
| KR100468665B1 (en) * | 1997-05-16 | 2005-08-29 | 삼성전자주식회사 | Oxide film formation method |
| JP2005327938A (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Ebara Corp | Method for polishing thin film formed on substrate |
-
1992
- 1992-06-08 JP JP17386692A patent/JPH05343394A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468665B1 (en) * | 1997-05-16 | 2005-08-29 | 삼성전자주식회사 | Oxide film formation method |
| EP1058301A1 (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-06 | Canon Sales Co., Inc. | Method for modifying the surface of a substrate on which an insulating film is to be formed |
| US6900144B2 (en) * | 2000-03-31 | 2005-05-31 | Canon Sales Co., Inc. | Film-forming surface reforming method and semiconductor device manufacturing method |
| JP2005327938A (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Ebara Corp | Method for polishing thin film formed on substrate |
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