杂质扩散方法

文档序号:7261456阅读:454来源:国知局
杂质扩散方法
【专利摘要】本发明提供一种杂质扩散方法,该方法是使用虚设的被处理基板并且使杂质相对于被处理基板所具有的被扩散部位进行气相扩散的杂质扩散方法,其具备:将前述被处理基板及前述虚设的被处理基板载置于基板载置夹具的工序;将载置有前述被处理基板及前述虚设的被处理基板的前述基板载置夹具收纳于处理装置的处理室的工序;以及,在收纳有前述基板载置夹具的前述处理室内,使杂质相对于前述被处理基板的前述被扩散部位进行气相扩散的工序,在前述气相扩散工序中,前述要进行气相扩散的杂质是硼时,使用前述虚设的被处理基板的外表面是具有不吸附硼的性质的物质的基板作为前述虚设的被处理基板。
【专利说明】杂质扩散方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请基于并要求于2012年7月30日提出的日本特许申请第2012-168724号及2013年5月13日提出的日本特许申请第2013-101309号的优先权及权益,并将该日本申请的全部内容援引于此,作为参考。
【技术领域】
[0003]本申请涉及杂质扩散方法。
【背景技术】
[0004]作为现有技术,公知有如下的热处理方法:在批量式热处理装置中,为了很好地维持热处理的面内、面间均匀性及重现性,即使是未载置被处理基板的空闲空间也使用虚设晶圆(dummy waf er )。
[0005]在这样的现有技术中,存在空闲空间时,以靠近处理气的流动方向的上游侧的状态保持产品晶圆,并使虚设晶圆保持在该产品晶圆组的非常近的下游侧。由此,具有如下优点:即使存在空闲空间时,也能够很好地维持热处理的面内、面间均匀性及重现性。

【发明内容】

_6] 发明要解决的问题
[0007]近来,随着晶体管的细微化,逐渐要求更严格地控制杂质导入量。这是因为,若晶体管的细微化推进,则即使是至今为止过于微观而不会成为问题之类的杂质导入量的微小偏差,也会作为例如功函数的变动、电阻值的变动而显著地体现出来。
[0008]在批量式热处理装置中使用虚设的被处理基板、所谓虚设晶圆是用于更严格地控制杂质导入量的有效方法之一。与未使用虚设晶圆的情况相比,使用虚设晶圆能够提高杂质导入量的面内均匀性以及批量处理单位中的多个产品晶圆间的面间均匀性。
[0009]然而,确认了如下现象:在批量式热处理装置中,在使用虚设晶圆并且使杂质例如硼进行气相扩散时,每次反复进行气相扩散时向产品晶圆导入的硼导入量虽然微量但也在增加。因此,产生了在批量处理单位之间难以获得杂质导入量的稳定性的新问题。
[0010]本发明提供一种即使使用虚设的被处理基板也能够在批量处理单位间获得杂质导入量的稳定性的杂质扩散方法。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]本发明的一个方面涉及的杂质扩散方法是使用虚设的被处理基板并且使杂质相对于被处理基板所具有的被扩散部位进行气相扩散的杂质扩散方法,其具备:将前述被处理基板及前述虚设的被处理基板载置于基板载置夹具的工序;将载置有前述被处理基板及前述虚设的被处理基板的前述基板载置夹具收纳于处理装置的处理室的工序;以及,在收纳有前述基板载置夹具的前述处理室内,使杂质相对于前述被处理基板的前述被扩散部位进行气相扩散的工序,在前述气相扩散工序中,前述要进行气相扩散的杂质是硼时,使用前述虚设的被处理基板的外表面是具有不吸附硼的性质的物质的基板作为前述虚设的被处
理基板。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]包括在本说明书中并构成本说明书一部分的【专利附图】
附图
【附图说明】了本发明的实施方案,并与以上所给出的一般性描述以及以下所给出的实施方案的详细描述一起,用于解释本发明的原理。
[0014]图1的(A)和图1的⑶是示出监控晶圆(monitor wafer)的一个制造例的截面图;
[0015]图2是示出向晶圆舟载置监控晶圆及虚设晶圆的一个载置例的截面图;
[0016]图3是示出无氧气吹扫的工艺处方(process recipe)的一例的时间图;
[0017]图4是示出有氧气吹扫的工艺处方的一例的时间图;
[0018]图5是示出硅虚设晶圆的一例的截面图;
[0019]图6是示出硅氧化物虚设晶圆的一例的截面图;
[0020]图7是示出评价例I的评价结果的图,评价例I为硅虚设晶圆、无氧气吹扫;
[0021]图8是示出评价例2的评价结果的图,评价例2为硅虚设晶圆、有氧气吹扫;
[0022]图9是示出评价例3的评价结果的图,评价例3为硅氧化物虚设晶圆、有氧气吹扫;
[0023]图10是示出评价例4的评价结果的图,评价例4为硅氧化物虚设晶圆、无氧气吹扫;
[0024]图11的⑷?图11的⑶是示出自掺杂(autodoping)的模型例的截面图;
[0025]图12是示出研究了硼气相扩散后的硅虚设晶圆的表面组成的结果的图;
[0026]图13是示出研究了硼气相扩散后的硅氧化物虚设晶圆的表面组成的结果的图;
[0027]图14是示出评价例4的工艺处方的一例的时间图;
[0028]图15是概略示出能够实施第一实施方式涉及的杂质扩散方法的立式批量式热处理装置的一例的截面图;
[0029]图16是示出使用了石英基板的虚设晶圆的一例的截面图。
【具体实施方式】
[0030]现将详细参考各实施方案,且附图中说明了其实例。在以下详细描述中,阐述了许多具体细节,以便提供对本发明的深入理解。然而,本发明可在没有这些具体细节下实施,这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。在其他情况下,未详细描述公知的方法、步骤、体系和组分,以免不必要地使各实施方案的方面难以理解。
[0031]以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是,在整个附图中,相同部分标注相同符号。
[0032](第一实施方式)
[0033]〈制作监控晶圆〉
[0034]制作模拟了产品晶圆的监控晶圆。
[0035]图1的(A)及图1的⑶是示出监控晶圆的一个制造例的截面图。[0036]首先,如图1的(A)所示,在硅基板I上形成硅氧化物膜2后,通过使用甲硅烷或乙硅烷作为原料气体的CVD法,形成膜厚约20nm的非掺杂非结晶硅膜3。
[0037]然后,如图1的(B)所示,对非掺杂非结晶硅膜3进行温度850度、氮气气氛、30分钟的退火,使非掺杂非结晶硅膜3结晶化,成为非掺杂多晶硅膜3a。这样,制作了监控晶圆MW。
[0038]在第一实施方式中,使杂质例如硼相对于监控晶圆MW的非掺杂多晶娃膜3a进行气相扩散。非掺杂多晶硅膜3a是杂质被扩散的被扩散部位。
[0039]〈清洗监控晶圆〉 [0040]在进行气相扩散之前,充分清洗监控晶圆MW。为此,首先用浓度1%的稀氟酸(HF)对监控晶圆MW进行3分钟清洗。然后,对监控晶圆MW进行10分钟水洗,充分冲掉稀氟酸。之后,对监控晶圆MW进一步进行10分钟水洗。然后,对监控晶圆MW进行10分钟旋转干燥。旋转干燥后,在10分钟内载置到晶圆舟中并收纳于热处理装置的处理室。
[0041]这样,通过在使硼进行气相扩散之前,充分清洗监控晶圆MW以及管理(自然氧化膜的生长管理)从清洗后到收纳于处理室的时间,从而提高后述监控评价中的精度以及可靠性。
[0042]<载置监控晶圆及虚设晶圆>
[0043]图2是示出向晶圆舟载置监控晶圆及虚设晶圆的一个载置例的截面图。
[0044]在第一实施方式中,制作多个监控晶圆MW。
[0045]如图2所示,在作为基板载置夹具的晶圆舟WB中沿高度方向层叠载置充分清洗后的多个监控晶圆MW。高度方向例如是相对于水平方向垂直的方向。而且,在晶圆舟WB中,除多个监控晶圆MW之外,还载置有多个虚设晶圆DW。在图2中,作为一个载置例,示出有在晶圆舟WB的上层侧载置多个监控晶圆MW,在下层侧载置多个虚设晶圆DW的例子。
[0046]这样,在晶圆舟WB中载置了多个监控晶圆MW和多个虚设晶圆DW的状态下将其收纳于处理室内,在处理室内,硼相对于监控晶圆MW各自的非掺杂多晶娃膜3a同时进行气相扩散。
[0047]〈监控晶圆评价〉
[0048]作为监控晶圆评价,进行以下4个评价。
[0049]评价例I
[0050]气相扩散温度:700°C
[0051]气相扩散时间:60分钟
[0052]虚设晶圆:硅虚设晶圆
[0053]氧气吹扫--无
[0054]用5个批量处理单位(Runl~Run5)连续进行上述条件的硼气相扩散,并对5个批量处理单位各自的非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量进行计测。而且,不更换硅虚设晶圆,但每个批量处理单位更换监控晶圆WL
[0055]评价例2
[0056]气相扩散温度:700°C
[0057]气相扩散时间:60分钟
[0058]虚设晶圆:硅虚设晶圆[0059]氧气吹扫:有
[0060]用3个批量处理单位(Runl~Run3)连续进行上述条件的硼气相扩散,并对3个批量处理单位各自的非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量进行计测。而且,不更换硅虚设晶圆,但每个批量处理单位更换监控晶圆WL
[0061]评价例3
[0062]气相扩散温度:700°C
[0063]气相扩散时间:60分钟
[0064]虚设晶圆:硅氧化物虚设晶圆
[0065]氧气吹扫:有
[0066]用3个批量处理单位(Runl~Run3)连续进行上述条件的硼气相扩散,并对3个批量处理单位各自的非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量进行计测。而且,不更换硅氧化物虚设晶圆,但每个批量处理单位更换监控晶圆MW。
[0067]评价例4
[0068]气相扩散温度:7 00°C
[0069]气相扩散时间:20分钟
[0070]虚设晶圆:硅氧化物虚设晶圆
[0071]氧气吹扫--无
[0072]用5个批量处理单位(Runl~Run5)连续进行上述条件的硼气相扩散,并对5个批量处理单位各自的非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量进行计测。而且,不更换硅氧化物虚设晶圆,但每个批量处理单位更换监控晶圆MW。
[0073]<无氧气吹扫的工艺处方>
[0074]无氧气吹扫的工艺处方的时间图的一例不于图3。
[0075]如图3所示,首先,在时刻t0,将载置有监控晶圆MW及虚设晶圆DW的晶圆舟WB收纳于处理室内。收纳时的装载温度例如为400°C。
[0076]接着,在时刻tl,处理室内的压力由大气压开始下降,将处理室内抽真空。
[0077]接着,在时刻t2,向处理室内供给的非活性气体的流量、本例中为氮气(N2)的流量是650sccm,处理室内的压力从抽真空的压力开始向9310Pa(约70Torr:以ITorr为133Pa计算)上升。
[0078]接着,在时刻t3,一旦处理室内的压力到达9310Pa,则使处理室内的温度以10°C /分钟的升温速度由装载温度400°C升温至气相扩散温度700°C。
[0079]接着,在时刻t4,一旦处理室内的温度到达700°C,则使处理室内压力由93IOPa向5998Pa(约 45.1Torr)下降。
[0080]接着,在时刻t5,一旦处理室内的压力到达5998Pa,则使杂质来源气体、本例中是三氯化硼(BCl3)气体以Isccm的流量流到处理室内。由此,开始硼气相扩散处理。
[0081]接着,在时刻t6,一旦经过了硼气相扩散的预定处理时间、本例中为60分钟,则停止三氯化硼气体的供给。由此,硼气相扩散工序结束。而且,在硼气相扩散工序结束的同时,使处理室内的压力从5998Pa开始下降,将处理室内抽真空。
[0082]接着,在时刻t7,再次向处理室内供给氮气,同时使处理室内的压力从抽真空的压力开始向133Pa(约ITorr)上升。[0083]接着,在时刻t8,一旦处理室内的压力到达133Pa,则使处理室内的温度从700°C开始向卸载温度例如400°C下降。
[0084]接着,在时刻t9,一旦处理室内的温度到达400°C,则使处理室内的压力从133Pa开始下降,并抽真空。
[0085]接着,在时刻tlO,使处理室内的压力从抽真空的压力开始向大气压上升。
[0086]接着,在时刻111,一旦处理室内的压力到达大气压,则将载置有监控晶圆MW及虚设晶圆DW的晶圆舟WB从处理室内搬出。
[0087]这样,基于无氧气吹扫的工艺处方的一例的、对监控晶圆MW进行的气相扩散处理结束。
[0088]<有氧气吹扫的工艺处方>
[0089]有氧气吹扫的工艺处方的时间图的一例不于图4。
[0090]如图4所示,有氧气吹扫的工艺处方与无氧气吹扫的工艺处方在直至时刻t6为止是相同的。时刻t6之后追加氧气吹扫处理。
[0091]首先,在时刻t6之后的时刻tl2,使处理室内的压力从抽真空的压力向133Pa上升,同时以1000sccm的流量向处理室内供给氮气。由此,处理室内被氮气吹扫。
[0092]接着,在时刻tl3,一旦经过了氮气吹扫的预定处理时间,则停止氮气的供给,同时以1000sccm的流量向处理室内供给氧气(O2)。由此,处理室内被氧气吹扫。
[0093]接着,在时刻tl4 ,一旦经过了氧气吹扫的预定处理时间、本例中为5分钟,则停止氧气供给,同时使处理室内的压力从133Pa开始下降,对处理室内抽真空。
[0094]接着,在时刻t7,再次向处理室内供给氮气,同时使处理室内的压力从抽真空的压力向133Pa(约ITorr)上升。此后的处理与无氧气吹扫的工艺处方的从时刻t8到时刻til为止的处理相同。
[0095]<硅虚设晶圆及硅氧化物虚设晶圆>
[0096]图5是示出硅虚设晶圆的一例的截面图,图6是示出硅氧化物虚设晶圆的一例的截面图。
[0097]如图5所不,对于娃虚设晶圆DW(Si),在娃基板10的外表面形成有非掺杂非结晶硅膜11。非掺杂非结晶硅膜11是例如与监控晶圆MW的非掺杂非结晶硅膜3同样地使用甲硅烷或乙硅烷作为原料气体通过CVD法而形成的膜。
[0098]而且,如图6所示,对于硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2),在硅基板10的外表面形成有娃氧化物膜12。娃氧化物膜12是使用例如TEOS (四乙氧基甲硅烷,tetraethoxysilane)作为原料气体而在硅基板10的外表面上通过CVD法而形成的膜,或者是对硅基板10的外表面进行热氧化而形成的膜。
[0099]<评价结果>
[0100]评价例I~评价例4的结果示于图7~图10。
[0101]评价例I的结果
[0102]评价例I的结果示于图7。
[0103]如图7所示,在评价例I中,从最初的批量处理单位Runl开始,至第2次的批量处理单位Run2、……、第5次的批量处理单位Run5,每进行一次硼气相扩散,非掺杂多晶硅膜3a中的硼吸收量就会增加。[0104]在图7所示的评价结果中,硼吸收量从批量处理单位Runl时的1.36X 1014atoms/cm2增加到批量处理单位Run5时的1.95X 1014atoms/cm2。
[0105]另外,在本说明书中,硼吸收量定义为每Icm2中存在的硼原子的数量。使用X射线荧光光谱法(XRF:X-ray Fluorescence analysis)测定硼气相扩散后的非掺杂多晶硅膜3a中硼的X射线荧光强度,并由测得的X射线荧光强度求出硼原子的数量。
[0106]评价例2的结果
[0107]评价例2的结果示于图8。
[0108]如图8所示,评价例2也与评价例I同样地,最初的批量处理单位Runl、第2次的批量处理单位Run2乃至第3次的批量处理单位Run3,每进行一次硼气相扩散,非掺杂多晶硅膜3a中的硼吸收量就会增加。
[0109]在图8所示的评价结果中,硼吸收量从批量处理单位Runl时的1.24X 1014atoms/cm2增加到批量处理单位Run3时的2.03 X 1014atoms/cm2。
[0110]另外,评价例I与评价例2在是否进行氧气吹扫的这点上存在不同。不进行氧气吹扫的评价例I的硼吸收量的面内均匀性是7.8%?10.2%,而进行氧气吹扫的评价例2的硼吸收量的面内均匀性是4.2%?6.4%。由该结果可知,通过进行氧气吹扫能够提高硼吸收量的面内均匀性。
[0111]而且,评价例I与评价例2在使用图5所示的硅虚设晶圆DW(Si)作为虚设晶圆DW这点上一致。如果使用硅虚设晶圆DW (Si),则存在每进行一次硼气相扩散、非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量就会增加的倾向。
[0112]以该见解为基础,将虚设晶圆DW变更为图6所示的硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2),继续评价。
[0113]评价例3的结果
[0114]评价例3的结果示于图9。
[0115]如图9所示,在将虚设晶圆DW变更为硅氧化物虚设晶圆DW (SiO2)的评价例3中,与评价例1、2相比,在最初的批量处理单位Runl、第2次的批量处理单位Run2、第3次的批量处理单位Run3中,非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量稳定。
[0116]在图9所示的评价结果中,如下所示,硼吸收量稳定。
[0117]批量处理单位Runl:3.64X 1014atoms/cm2
[0118]批量处理单位Run2:3.87 X 1014atoms/cm2
[0119]批量处理单位Run3:3.87 X 1014atoms/cm2
[0120]这样,通过将虚设晶圆DW变更为硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2),能够在批量处理单位Runl?Run3间获得杂质导入量、本例中为硼吸收量的稳定性。
[0121]而且,硼吸收量的面内均匀性是0.9%?2.7%,即使与同样进行氧气吹扫的评价例2相比也有进一步提闻。
[0122]而且,对于硼气相扩散处理的条件,虽然与评价例1、2同为700°C、60分钟,但最初的批量处理单位Runl的硼吸收量与评价例1、2相比增加约3倍。
[0123]如果考虑这样的评价例3的结果,即硼吸收量在批量处理单位间稳定并且相同气相扩散条件下硼吸收量增加,那么“在处理室内发生了由硅虚设晶圆DW(Si)引起的自掺杂,,的推测成立。[0124]图11的(A)~图11的⑶是示出自掺杂的模型例的截面图。
[0125]如图11的⑷及图11的⑶所示,在最初的批量处理单位Runl中,如果使硼进行气相扩散,则硼13吸附在硅虚设晶圆DW(Si)的表面。
[0126]接着,如图11的(C)及图11的⑶所示,如果将吸附有硼13的硅虚设晶圆DW(Si)直接用在下一个批量处理单位Run2中,则硼13的一部分从硅虚设晶圆DW(Si)的表面脱离,脱离后的硼13被导入监控晶圆的非掺杂多晶硅膜3a。
[0127]这样,除了供给到处理室内的杂质来源气体例如三氯化硼气体之外,进而加上从硅虚设晶圆DW(Si)的表面脱离的硼13,因此批量处理单位Run2中非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量比之前的批量处理单位Runl增加。
[0128]可以认为,相对于这样的由硅虚设晶圆DW(Si)引起的自掺杂,硅氧化物虚设晶圆Dff(SiO2)的表面不吸附硼,因此,不发生自掺杂。
[0129]然后,使用X射线光电子能谱法(XPS:X_ray Photoelectron Spectroscopy)研究硼气相扩散后的硅虚设晶圆及硅氧化物虚设晶圆的表面组成。
[0130]图12是示出研究硼气相扩散后的硅虚设晶圆的表面组成的结果的图,图13是示出研究硼气相扩散后的硅氧化物虚设晶圆的表面组成的结果的图。
[0131]如图12所示,硼气相扩散后的硅虚设晶圆DW(Si)的表面组成是硼83.9%、硅12.0%、氧4.1%。由此可知,硅虚设晶圆DW(Si)表面的硼:硅的比例大致是7:1,表面几乎全部被硼覆盖。
[0132]与此相对,如图13所示,硼气相扩散后的硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)的表面组成是硅34.7%、氧65.3%,未检出硼。由此可知,硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)的外表面被硅氧化物膜12覆盖,硅氧化物膜12的表面未吸附硼。也就是说,硅氧化物膜12是具有不吸附硼的性质的膜。
[0133]因此,如评价例3所示,在使硼进行气相扩散时,使用硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)作为虚设晶圆DW,从而能够抑制由于使用虚设晶圆DW而引起的自掺杂。其结果,能够得到即使使用虚设晶圆DW也能在批量处理单位间获得杂质导入量的稳定性的杂质扩散方法。
[0134]而且,对于评价例3,供给到处理室内的杂质来源气体例如三氯化硼气体中含有的硼没有因被硅虚设晶圆DW(Si)的表面吸附而消耗。因此,还可以同时获得能够使非掺杂多晶硅膜3a的各单位时间的硼吸收量增加的优点。
[0135]评价例4的结果
[0136]针对评价例4,根据评价例3的见解,对评价例3进一步进行以下的考虑(I)、(2)。
[0137]考虑(I)评价例3能够得到硼吸收量的良好的面内均匀性,那么,无氧气吹扫也能得到良好的面内均匀性吗?
[0138]考虑(2)评价例3能够增加各单位时间的硼吸收量,那么,能够缩短硼气相扩散处理时间吗?
[0139]评价例4的工艺处方的一例示于图14。
[0140]如图14所示,在评价例4中采纳上述考虑(I)及考虑(2),省略氧气吹扫,并将硼气相扩散时间缩短到20分钟。
[0141]另外,图14中的时刻tO~til与参照图3说明的时刻tO~til对应。
[0142]评价例4的结果示于图10。[0143]如图10所示,评价例4也与评价例3同样地,在批量处理单位Runl?Run5之间,非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量稳定。
[0144]具体如下。
[0145]批量处理单位Runl: 1.53 X 1014atoms/cm2
[0146]批量处理单位Run2: 1.53 X 1014atoms/cm2
[0147]批量处理单位Run3: 1.45 X 1014atoms/cm2
[0148]批量处理单位Run4: 1.47 X 1014atoms/cm2
[0149]批量处理单位Run5: 1.47 X 1014atoms/cm2
[0150]而且,硼吸收量的面内均匀性是1.1%?2.2%,即使无氧气吹扫,也与评价例3同样地得到良好的面内均匀性。
[0151]当然,不是不需要氧气吹扫,为了得到更加良好的面内均匀性,也可以像评价例3那样地进行氧气吹扫。相反,根据评价例4可以证实,例如在为了提高生产量而想缩短处理时间时,如评价例4所示,可以省略氧气吹扫。也就是说,是否进行氧气吹扫是可以适当选择的事项。
[0152]进一步地,在评价例4中,将气相扩散处理的条件相对于评价例I?3的700°C、60分钟缩短到700°C、20分钟,即气相扩散时间缩短到1/3。作为硼吸收量,在评价例4中为1.45X 1014atoms/cm2?1.53X 1014atoms/cm2,相对于气相扩散时间为60分钟的评价例
1、2的批量处理单位Runl,能够得到同等以上的值。
[0153]如果是这样的评价例4,在使硼进行气相扩散时,使用硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)作为虚设晶圆DW,因此,与评价例3同样地能够使非掺杂多晶硅膜3a的硼吸收量在批量处理单位Runl?Run5间稳定。
[0154]而且,通过使用硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2),即使省略氧气吹扫,也能够维持硼吸收量的良好的面内均匀性。
[0155]而且,由于硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)不吸附硼,因此硼不被虚设晶圆DW消耗,所以能够使各单位时间的硼吸收量提高。
[0156]因此,与使用硅虚设晶圆DW(Si)的评价例1、2相比,能够缩短用于达到期望的硼吸收量的气相扩散时间,并能够使气相扩散处理的生产量提高。而且,如上所述,如果省略氧气吹扫,则能够进一步提高生产量。
[0157](第二实施方式)
[0158]第二实施方式涉及能够实施第一实施方式的杂质扩散方法的处理装置的例子。
[0159]图15是概略示出能够实施第一实施方式涉及的杂质扩散方法的立式批量式热处理装置的一例的截面图。
[0160]如图15所示,立式批量式热处理装置(以下称为热处理装置)100具备有顶且圆筒状的外壁101。外壁101例如是石英制,外壁101的内侧是收纳多个被处理体并一并对多个被处理体实施热处理的处理室102。在本例中,作为被处理体而例示了硅晶圆这样的半导体晶圆W,在处理室102内一并对半导体晶圆W实施热处理、本例中为杂质的气相扩散处理。杂质的一例如第一实施方式所述,是硼。而且,半导体晶圆W对应第一实施方式中说明的监控晶圆丽。
[0161]外壁101的下端是开口的,在该开口连接有圆筒状的歧管103。歧管103例如是不锈钢。外壁101的下端与歧管103的上端经由O环等密封部件104连结。歧管103的下端是开口的,晶圆舟WB经由该开口被插入到处理室102的内部。晶圆舟WB例如是石英制,具有多根支柱105。支柱105中形成有未图示的沟,通过该沟一次支撑多片半导体晶圆W、例如多片硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)。由此,晶圆舟WB能够多层地载置多片例如50?150片半导体晶圆W及硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)。
[0162]晶圆舟WB通过石英制的保温筒106而载置在台子107之上。台子107被支撑在例如贯穿不锈钢制的盖部108的旋转轴109上。盖部108开闭歧管103的下端的开口。盖部108的贯通部例如设有磁性流体密封件110,气密性地密封旋转轴109,同时可旋转地支撑旋转轴109。而且,在盖部108的周边部与歧管103的下端之间,例如设有由O环构成的密封部件111,保持处理室102的内部的密封性。旋转轴109被安装在例如被晶舟升降机等升降机构(未图示)支撑的臂112的前端。由此,晶圆舟WB及盖部108等一体地在铅垂方向升降,并相对于处理室102进行插拔。
[0163]在外壁101的顶部连接有排气管113。排气管113与排气装置114连接。排气装置114被构成为包含未图示的真空泵等,将热处理中使用后的气体从处理室102的内部排出,而且,将处理室102的内部的压力调整为适合处理的压力。
[0164]在外壁101的外侧,以包围处理室102的周围的方式设有加热装置115。加热装置115将处理室102的内部的温度调整为适合处理的温度,并加热被处理体、本例中为多个半导体晶圆W。
[0165]热处理装置100具有向处理室102的内部供给热处理中使用的气体的处理气体供给机构130。
[0166]本例的处理气体供给机构130包括杂质来源气体供给源131a以及非活性气体供给源131b。杂质来源气体在本例中使用三氯化硼(BCl3)气体。另外,非活性气体使用氮气(N2)。杂质来源气体用于第一实施方式中已说明的气相扩散处理,非活性气体用作吹扫所使用的吹扫气体以及气相扩散处理中的稀释气体。
[0167]杂质来源气体供给源131a经由流量控制器(MFC) 132a及开闭阀133a连接到气体供给口 134a。同样地,非活性气体供给源131b经由流量控制器(MFC) 132b及开闭阀133b连接到气体供给口 134b。气体供给口 134a、134b被设置为分别沿水平方向贯穿歧管103的侧壁,以使被供给的气体向位于歧管103上方的处理室102的内部扩散。
[0168]热处理装置100连接有控制部150。控制部150具备例如包含微处理器(计算机)的处理控制器151,热处理装置100的各构成部的控制由处理控制器151进行。处理控制器151连接有用户界面152和存储部153。
[0169]用户界面152具备:包含为了便于操作员管理热处理装置100而用于进行指令的输入操作等的触摸面板显示器、键盘等的输入部;以及包含可视化地显示热处理装置100的运转状况的显示器等的显示部。
[0170]存储部153中存储有包含以下程序的所谓工艺处方:用于通过处理控制器151的控制来实现热处理装置100要执行的各种处理的控制程序;用于使热处理装置100的各构成部执行与处理条件对应的处理的程序。存储介质可以是硬盘、半导体存储器,也可以是⑶-R0M、DVD、闪存等便携性存储介质。而且,工艺处方也可以从其他装置例如经由专用电路适当传送。[0171]根据需要,基于来自用户界面152的操作员的指示等,从存储部153读取工艺处方,处理控制器151执行基于读到的工艺处方的处理,从而热处理装置100在处理控制器151的控制下执行被要求的处理。在本例中,热处理装置100在处理控制器151的控制下执行上述第一实施方式中说明的杂质扩散方法。在本例中,处理气体供给机构130不具有氧气供给源。因此,图15所示的热处理装置100执行基于第一实施方式中的评价例4的处理。特别是,虽然未图示,但如果使处理气体供给机构130具有氧气供给源,则能够执行基于第一实施方式中的评价例3的处理。
[0172]上述第一实施方式涉及的杂质扩散方法例如能够通过图15所示的立式批量式热处理装置100来实施。
[0173]以上根据第一、第二实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不限于上述第一、第二实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。
[0174]例如,在上述第一实施方式中,虽然具体例示了处理条件,但处理条件不限于上述具体的例示,可以适当变更。
[0175]而且,在上述第二实施方式中,虽然例示了立式批量式热处理装置,但第一实施方式涉及的杂质扩散方法也可以用立式以外的批量式热处理装置来实施。
[0176]而且,在上述第一实施方式中,作为杂质被扩散的被扩散部位、例如使杂质扩散的膜而例示了非掺杂多晶硅膜3a,但使杂质扩散的膜还可以是非掺杂非结晶硅膜,也可以是非掺杂单晶硅膜。
[0177]这样,在被扩散部位为例如硅这样的半导体材料时,半导体材料的状态可以是“非结晶”和“结晶”中的某种状态。而且,在半导体材料的状态是“结晶”时,其“结晶”可以是“单晶”,也可以是“多晶”。
[0178]而且,被扩散部位不限于非掺杂,也可以预先含有杂质。此时,对被扩散部位追加扩散杂质。
[0179]而且,被扩散部位不限于非掺杂多晶硅膜3a这样的膜,也可以将被处理基板自身例如半导体晶圆W(硅基板I)自身作为被扩散部位。
[0180]而且,在上述第一实施方式中,作为虚设晶圆DW,使用外表面被硅氧化物膜覆盖的硅氧化物虚设晶圆DW(SiO2)15但是,虚设晶圆DW不限于其外表面被硅氧化物膜覆盖。作为虚设晶圆DW,只要是其外表面被具有不吸附硼的性质的膜覆盖,则都能够得到与上述第一实施方式中论述的优点相同的优点。也就是说,在进行硼气相扩散时,即使使用虚设晶圆DW,在批量处理单位之间也能够获得杂质导入量的稳定性。
[0181]作为可构成具有不吸附硼的性质的膜的物质,除上述第一实施方式中论述的氧化物之外,例如可以列举氮化物。
[0182]作为氧化物的例子,除上述第一实施方式中论述的硅的氧化物之外,例如可以列举金属的氧化物。
[0183]作为氮化物的例子,可以列举硅的氮化物。
[0184]而且,作为虚设晶圆DW的基板,虽然在第一实施方式中使用了硅基板10,但除硅基板10之外,也可以使用SiC基板、化合物半导体基板等。此时,SiC基板、化合物半导体基板等硅以外的基板的外表面预先用具有不吸附硼的性质的膜覆盖。为此,例如,在硅以外的基板的外表面上堆积CVD硅氧化物或CVD金属氧化物等氧化物、或者CVD硅氮化物等氮化物。像这样,只要用具有不吸附硼的性质的膜覆盖硅以外的基板的外表面即可。
[0185]而且,作为虚设晶圆DW,也可以使用石英基板。图16中示出使用了石英基板的虚设晶圆DW(石英,Quartz)的一例。石英是硅的氧化物。因此,如图16所示,石英基板20的外表面是具有不吸附硼的性质的物质。所以,在使用了石英基板20的虚设晶圆DW(Quartz)中,其表面并不一定要用具有不吸附硼的性质的膜覆盖。
[0186]这样,虚设晶圆DW不只是其外表面被具有不吸附硼的性质的膜覆盖,也可以其整体例如像虚设晶圆DW(Quartz)所具有的石英基板20那样,是具有不吸附硼的性质的物质。
[0187]而且,虽然是上述第二实施方式中已说明的热处理装置,但在热处理装置中,对于处理室内的构成材料,作为代表例,除与外壁101对应的加工用管、晶圆舟WB、保温筒106等为石英制以外,也可以将处理室内的构成材料中暴露在处理室内部的外表面预先用硅氧化物或金属氧化物等氧化物、或者硅氮化物等氮化物覆盖。通过预先用上述氧化物覆盖处理室内的构成材料,能够抑制由处理室内的构成材料引起的自掺杂,能够使批量处理单位之间的杂质导入量的稳定性进一步提闻。
[0188]根据本发明,提供一种即使使用虚设的被处理基板也能够在批量处理单位之间获得杂质导入量的稳定性的杂质扩散方法。
[0189]除此之外,本发明在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变形。
【权利要求】
1.一种杂质扩散方法,其是使用虚设的被处理基板并且使杂质相对于被处理基板所具有的被扩散部位进行气相扩散的杂质扩散方法,其具备: 将所述被处理基板及所述虚设的被处理基板载置于基板载置夹具的工序; 将载置有所述被处理基板及所述虚设的被处理基板的所述基板载置夹具收纳于处理装置的处理室的工序;以及 在收纳有所述基板载置夹具的所述处理室内,使杂质相对于所述被处理基板的所述被扩散部位进行气相扩散的工序, 在所述气相扩散工序中,所述要进行气相扩散的杂质是硼时,使用所述虚设的被处理基板的外表面是具有不吸附硼的性质的物质的基板作为所述虚设的被处理基板。
2.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,对批量处理单位的多个被处理基板及所述虚设的被处理基板进行所述载置工序、所述收纳工序及所述气相扩散工序, 对于下一个批量处理单位,对后续的被处理基板及所述批量处理单位的所述虚设的被处理基板进行所述载置工序、所述收纳工序及所述气相扩散工序。
3.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,在所述气相扩散工序之后,进行氧气吹扫。
4.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,在所述气相扩散工序之后,不进行氧气吹扫,并结束处理。
5.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,所述具有不吸附硼的性质的物质是氧化物、氮化物中的任意种。
6.根据权利要求5所述的杂质扩散方法,其中,所述氧化物选自娃的氧化物、金属的氧化物中的任意种。
7.根据权利要求5所述的杂质扩散方法,其中,所述氮化物是硅的氮化物。
8.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,所述虚设的被处理基板是石英基板。
9.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,所述被处理基板的所述被扩散部位是半导体材料,在所述气相扩散工序中,使所述硼向所述半导体材料进行气相扩散。
10.根据权利要求9所述的杂质扩散方法,其中,所述半导体材料的状态是非结晶、结晶中的任意状态。
11.根据权利要求10所述的杂质扩散方法,其中,当所述半导体材料的状态是所述结晶时,所述结晶是单晶、多晶中的任意状态。
12.根据权利要求1所述的杂质扩散方法,其中,所述气相扩散中使用的杂质来源气体是二氯化硼气体。
13.一种杂质扩散方法,其是使用虚设的被处理基板并且使杂质相对于被处理基板所具有的被扩散部位进行气相扩散的杂质扩散方法,其具备: 将所述被处理基板及所述虚设的被处理基板载置于基板载置夹具的工序; 将载置有所述被处理基板及所述虚设的被处理基板的所述基板载置夹具收纳于处理装置的处理室的工序;以及 在收纳有所述基板载置夹具的所述处理室内,使杂质相对于所述被处理基板的所述被扩散部位进行气相扩散的工序, 在所述气相扩散工序中,所述虚设的被处理基板的外表面使用具有不吸附所述杂质的性质的物质 。
【文档编号】H01L21/223GK103578939SQ201310325943
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】高桥和也, 古泽纯和, 冈田充弘 申请人:东京毅力科创株式会社
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