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JP3313635B2 - Method for removing contaminated metal and method for treating bound product - Google Patents
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JP3313635B2 - Method for removing contaminated metal and method for treating bound product - Google Patents

Method for removing contaminated metal and method for treating bound product

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JP3313635B2
JP3313635B2 JP34780297A JP34780297A JP3313635B2 JP 3313635 B2 JP3313635 B2 JP 3313635B2 JP 34780297 A JP34780297 A JP 34780297A JP 34780297 A JP34780297 A JP 34780297A JP 3313635 B2 JP3313635 B2 JP 3313635B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、汚染金属の除去方
法及び結合生成物の処理方法、特に半導体装置の製造工
程に適用することが可能な方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for removing contaminant metals and a method for treating bonded products, and more particularly, to a method applicable to a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】CZ−Si基板表層部の結晶晶質改善を
目的として、ベアSi基板を水素或いはArガス雰囲気
中で熱処理を施した基板が利用されている。しかしなが
ら、これらの熱処理基板は熱処理を施さない基板に比べ
て金属汚染量(特にCu、Fe)が多いという問題があ
る。金属汚染量は熱処理雰囲気ガスの組成に依存するこ
とも明らかになっており、Ar雰囲気での熱処理の方が
水素雰囲気での熱処理に比べて金属汚染量が少ない。
2. Description of the Related Art For the purpose of improving the crystal quality of the surface layer of a CZ-Si substrate, a substrate obtained by subjecting a bare Si substrate to a heat treatment in a hydrogen or Ar gas atmosphere is used. However, these heat-treated substrates have a problem that the amount of metal contamination (particularly, Cu and Fe) is larger than that of a substrate that is not heat-treated. It has also been clarified that the amount of metal contamination depends on the composition of the gas in the heat treatment atmosphere, and the heat treatment in an Ar atmosphere is smaller than the heat treatment in a hydrogen atmosphere.

【0003】また、熱処理炉を多重管構造にして各管間
の空隙に不活性ガスを給排することにより、炉壁を透過
する重金属を排気して基板の金属汚染を防止する装置も
実用化されているが、不活性ガスはキャリアガスとして
機能するものであり、十分に金属汚染を防止できていな
い。金属の汚染源については明確にはなっていないが、
ヒーター等炉心管外部の金属が炉壁を透過してくる場
合、或いは炉材中に不純物として含まれる金属が拡散し
てくる場合などは、金属酸化物として熱処理ガスに混入
することが考えられる。また、Si基板から放出された
酸素原子/分子が金属原子と結合して金属酸化物を形成
することも考えられる。
[0003] Further, a device for preventing a metal contamination of a substrate by exhausting heavy metal permeating through the furnace wall by supplying and discharging an inert gas into a space between each tube by forming a heat treatment furnace into a multi-tube structure has been put into practical use. However, the inert gas functions as a carrier gas and does not sufficiently prevent metal contamination. Although the source of metal contamination is not clear,
When metal outside the furnace tube such as a heater permeates the furnace wall, or when metal contained as an impurity in the furnace material diffuses, it is conceivable that the metal is mixed into the heat treatment gas as a metal oxide. It is also conceivable that oxygen atoms / molecules released from the Si substrate combine with metal atoms to form a metal oxide.

【0004】また、成膜装置やエッチング装置において
は、処理槽、搬送室或いはロードロック室の内壁は金属
材料例えばアルミニウムにより形成され、その内壁は研
磨された後に金属酸化膜やSiCでコーティングされて
いる。この金属酸化膜やSiCにより、処理槽等の壁面
からゴミ、特に重金属が放出されて基板表面に付着する
ことを防止するようにしている。しかしながら、その雰
囲気制御については、被処理基板表面のSiや金属の自
然酸化防止を目的とした残留酸素や残留H2 Oの制御に
重点が置かれているに留まり、処理槽内壁より放出され
る重金属を基板から積極的に遮蔽及び除去することを意
図した雰囲気制御は行われていない。
In a film forming apparatus or an etching apparatus, an inner wall of a processing tank, a transfer chamber or a load lock chamber is formed of a metal material such as aluminum, and the inner wall is polished and then coated with a metal oxide film or SiC. I have. This metal oxide film or SiC prevents dust, particularly heavy metals, from being released from the wall surface of the processing tank and adheres to the substrate surface. However, the control of the atmosphere focuses on the control of residual oxygen and residual H 2 O for the purpose of preventing natural oxidation of Si and metal on the surface of the substrate to be processed, and is released from the inner wall of the processing tank. There is no atmosphere control intended to actively shield and remove heavy metals from the substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、微
量の重金属汚染が半導体装置、特にトランジスタ等の能
動素子の素子特性及び信頼性に影響を及ぼすことが認識
されているにも拘らず、従来は汚染金属が半導体基板に
到達することを十分に防止できているとはいえなかっ
た。
As described above, although it has been recognized that trace amounts of heavy metal contamination affect the device characteristics and reliability of semiconductor devices, particularly active devices such as transistors, Conventionally, it has not been possible to sufficiently prevent the contamination metal from reaching the semiconductor substrate.

【0006】本発明は、上記従来の問題に対してなされ
たものであり、汚染金属が被処理基板に到達することを
防止することが可能な汚染金属の除去方法等を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a method of removing a contaminated metal capable of preventing the contaminated metal from reaching a substrate to be processed. I do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る汚染金属の
除去方法は、被処理基板の汚染原因となる汚染金属が被
処理基板に到達する前に該汚染金属を正イオン化させ、
この正イオン化した汚染金属を希ガスと反応させて結合
生成物として排出することを特徴とする(発明Aとす
る)。
According to the present invention, there is provided a method for removing a contaminated metal according to the present invention, wherein the contaminated metal causing the contamination of the substrate is positively ionized before reaching the substrate.
The method is characterized in that the positively ionized contaminated metal is reacted with a rare gas and discharged as a combined product (invention A).

【0008】被処理基板としては特にSi等の半導体基
板、汚染金属としては特にFe或いはCu、希ガスとし
ては特にKr或いはXeがあげられる。後述するよう
に、FeやCu等の汚染金属を正イオン化することによ
りKrやXe等の希ガスとの結合エネルギーが大きくな
り、結合生成物を形成しやすくなる。そこで、予め汚染
金属を正イオン化してKrやXe等の希ガスと反応させ
ることにより、汚染金属を希ガスとの結合生成物として
容易に排出することができ、被処理基板が汚染金属によ
って汚染されることを防止することができる。したがっ
て、半導体装置の製造工程に適用した場合に、半導体装
置の素子特性及び信頼性の向上をはかることができる。
A substrate to be processed is a semiconductor substrate such as Si, a contaminant metal is Fe or Cu, and a rare gas is Kr or Xe. As will be described later, by positively ionizing a contaminant metal such as Fe or Cu, the binding energy with a rare gas such as Kr or Xe is increased, and a bond product is easily formed. Therefore, by contaminating the contaminated metal in advance and reacting it with a rare gas such as Kr or Xe, the contaminated metal can be easily discharged as a combined product with the noble gas. Can be prevented. Therefore, when applied to the semiconductor device manufacturing process, the element characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved.

【0009】なお、希ガスを供給する際には、少なくと
も希ガスを含むガスを供給すればよい。すなわち、希ガ
スの単独ガスの他、希ガスと他のガスとの混合ガス、例
えばO2 、N2 O、O3 、原子状酸素、励起状態O2
励起状態O原子といった酸化性ガスの単独ガス或いはこ
れらの2種類以上の混合ガスと希ガスとの混合ガスを用
いてもよい。また、被処理基板に施される処理として
は、酸化処理、拡散処理、成膜処理、エッチング処理等
があげられる。
When supplying a rare gas, a gas containing at least a rare gas may be supplied. That is, in addition to a single rare gas, a mixed gas of a rare gas and another gas, for example, O 2 , N 2 O, O 3 , atomic oxygen, excited state O 2 ,
A single gas of an oxidizing gas such as an excited state O atom or a mixed gas of a mixed gas of two or more of these and a rare gas may be used. Examples of the treatment performed on the substrate to be processed include an oxidation treatment, a diffusion treatment, a film formation treatment, and an etching treatment.

【0010】汚染金属を正イオン化させる方法として
は、大きく別けて以下の二つの方法があげられる。第1
の方法は、被処理基板を内部に保持する保持容器に汚染
金属の正イオン化を促進させる材料を形成し、これに汚
染金属を通すことによって汚染金属の正イオン化を促進
させるものである。
[0010] The method for positively ionizing a contaminated metal is roughly classified into the following two methods. First
In the method, a material for promoting the positive ionization of the contaminated metal is formed in a holding container holding the substrate to be processed therein, and the contaminated metal is passed through the material to promote the positive ionization of the contaminated metal.

【0011】汚染金属の正イオン化を促進する材料の他
に正イオン化を抑制する材料を積層するようにしてもよ
く、この場合には正イオン化を抑制する材料よりも上層
側(被処理基板が保持されている側)に正イオン化を促
進する材料が形成されていることが好ましい。
[0011] In addition to the material for promoting the positive ionization of the contaminated metal, a material for suppressing the positive ionization may be laminated. In this case, the upper side of the material for suppressing the positive ionization (the substrate to be processed is held). It is preferable that a material that promotes positive ionization is formed on the side where the ionization is performed.

【0012】前記保持容器としては、被処理基板に所定
の処理が施される処理容器(処理室、反応室等)、被処
理基板を待避する待避用容器(ロードロック室等)、被
処理基板を収納する搬送可能な収納容器等があげられ
る。これらの保持容器を用いる場合には、容器の内壁に
正イオン化を促進する材料を形成しておく。また、これ
らを用いて本発明を実施する場合には、例えば容器内に
希ガスを含むガスを導入した状態で汚染金属と希ガスと
を反応させて結合生成物を生成し、容器内を真空排気す
る際に結合生成物の排出を行うようにする。また、前記
保持容器には容器壁が多重構造となったもの、例えば複
数の中空構造の管(反応管や均熱管)を多重管構造とし
たようなものも含まれる。この場合には、少なくとも一
つの容器壁(管)の内壁に汚染金属の正イオン化を促進
する材料を形成しておき、正イオン化を促進する材料が
形成された容器壁よりも内側(例えば管と管との間)に
希ガスを含むガスを流すことにより汚染金属と希ガスと
を反応させ、反応によって生じた結合生成物の排出を行
うようにする。
As the holding container, a processing container (a processing chamber, a reaction chamber, etc.) for performing a predetermined processing on a substrate to be processed, an evacuation container (a load lock chamber, etc.) for evacuating the substrate to be processed, a substrate to be processed, And a transportable storage container for storing the same. When these holding containers are used, a material that promotes positive ionization is formed on the inner wall of the container. Further, when the present invention is carried out using these, for example, a contaminated metal and a rare gas are allowed to react with each other in a state where a gas containing a rare gas is introduced into the container to generate a bond product, and the inside of the container is evacuated. At the time of exhausting, the combined product is discharged. Further, the holding vessel includes a vessel having a multi-layered vessel wall, for example, a vessel having a plurality of hollow-structured tubes (a reaction tube and a soaking tube). In this case, a material that promotes the positive ionization of the contaminated metal is formed on the inner wall of at least one container wall (tube), and the inner side (for example, the tube and the tube) of the container wall on which the material that promotes the positive ionization is formed. By flowing a gas containing a rare gas through the space between the pipes), the contaminated metal and the rare gas are reacted with each other, and the combined products generated by the reaction are discharged.

【0013】第2の方法は、被処理基板に汚染金属が到
達する前に汚染金属に対して所定の方法でエネルギーを
供給(光や粒子の照射(光ビームや粒子ビームの照射
等)、電場の印加(高周波電場の印加等))して汚染金
属の正イオン化を促進させるものである。特に、汚染金
属のイオン化ポテンシャルよりも高くかつ希ガスのイオ
ン化ポテンシャルよりも低いエネルギーレベルを有する
光を照射すれば、汚染金属を選択的にイオン化すること
ができ、効率的に結合生成物を生成することができる。
In the second method, before the contaminated metal reaches the substrate to be processed, energy is supplied to the contaminated metal by a predetermined method (irradiation of light or particles (irradiation of light beam or particle beam, etc.); (Application of a high-frequency electric field or the like) to promote the positive ionization of the contaminated metal. In particular, irradiation with light having an energy level higher than the ionization potential of the contaminant metal and lower than the ionization potential of the noble gas allows the contaminant metal to be selectively ionized and efficiently generates a bond product. be able to.

【0014】本発明に係る結合生成物の処理方法は、被
処理基板の汚染原因となる汚染金属と希ガスとの反応に
より生成され排出された結合生成物に所定の処理を施す
ことにより汚染金属と希ガスとを解離させ、解離した希
ガスを前記結合生成物の生成に再使用することを特徴と
する(発明Bとする)。
In the method for treating a bonded product according to the present invention, a predetermined process is performed on a discharged bonded product generated by a reaction between a contaminated metal causing a contamination of a substrate to be processed and a rare gas, thereby contaminating the contaminated metal. And the noble gas are dissociated, and the dissociated noble gas is reused for the generation of the combined product (invention B).

【0015】結合生成物を汚染金属と希ガスとに解離す
るには、結合生成物を所定の温度又は所定のガス雰囲気
で処理すればよい。具体的には、被処理基板に対する処
理を行う処理部以降の経路に少なくとも結合生成物を含
むガスを供給し、結合生成物を所定の温度又は所定のガ
ス雰囲気で処理することにより、汚染金属と希ガスとを
解離させればよい。所定の温度は、処理部における処理
温度よりも高い温度であることが好ましい。また、所定
のガス雰囲気としては、還元性雰囲気、酸化性雰囲気、
窒化反応性雰囲気、ハロゲン化反応性雰囲気等があげら
れるが、これらの雰囲気で加熱処理を行うことがより好
ましい。また、結合生成物を所定の温度又は所定のガス
雰囲気で処理する際に、さらに高周波電場を印加するよ
うにしてもよい。
In order to dissociate the bond product into the contaminant metal and the rare gas, the bond product may be treated at a predetermined temperature or a predetermined gas atmosphere. Specifically, a gas containing at least a binding product is supplied to a path after the processing unit that performs processing on the substrate to be processed, and the binding product is treated at a predetermined temperature or a predetermined gas atmosphere, thereby contaminating the contaminated metal. What is necessary is just to dissociate with a noble gas. The predetermined temperature is preferably higher than the processing temperature in the processing unit. The predetermined gas atmosphere includes a reducing atmosphere, an oxidizing atmosphere,
A nitriding reaction atmosphere, a halogenation reaction atmosphere, and the like can be given, and it is more preferable to perform the heat treatment in these atmospheres. Further, when the combined product is processed at a predetermined temperature or a predetermined gas atmosphere, a high-frequency electric field may be further applied.

【0016】前記発明Bによれば、例えば先に示した発
明Aの方法によって生成、排出された結合生成物を再解
離し、再解離した希ガスを回収して再び結合生成物の生
成、排出に循環使用することができ、希ガスの無駄をな
くして有効利用をはかることができる。特に、KrやX
eは高価であることから、このような再利用によりコス
トの低減をはかることができる。
According to the invention B, for example, the combined product generated and discharged by the method of the above-described invention A is redissolved, the re-dissociated rare gas is recovered, and the generation and discharge of the combined product are performed again. The gas can be recycled and used effectively, and the rare gas can be efficiently used without waste. In particular, Kr and X
Since e is expensive, the cost can be reduced by such reuse.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】まず、具体的な実施形態について
説明する前に、希ガスと汚染金属との相互作用等につい
て説明する。ここでは、CZ−Si基板表層部の結晶晶
質改善を目的としたベアSi基板の熱処理における金属
汚染(特にCu、Fe)をモチーフにして、電荷的に中
性な金属原子、金属正イオン及び金属酸化物と一連の希
ガス原子(Ne、Ar、Kr、Xe)との相互作用につ
いて、abinitio(非経験的)分子軌道法計算に
より、理論化学的観点から考察する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing a specific embodiment, an interaction between a rare gas and a contaminated metal will be described. Here, the metal contamination (especially Cu, Fe) in the heat treatment of the bare Si substrate for the purpose of improving the crystal quality of the surface layer portion of the CZ-Si substrate is used as a motif, and a neutral metal atom, positive metal ion and The interaction between a metal oxide and a series of rare gas atoms (Ne, Ar, Kr, Xe) will be discussed from a theoretical and chemical viewpoint by ab initio (ab initio) molecular orbital calculation.

【0018】計算手法としては、Hartree−Fo
ck(ハートリーフォック)波動関数を単一参照電子配
置関数として、この波動関数に対し電子相関効果を1、
2電子励起クラスター展開法に3電子励起配置からの摂
動補正を加えたCCSD(T)(CCSD:Coupl
ed Cluster Calculation wi
th Single Single and Doub
le)レベルで評価する手法を採用した。基底関数に
は、O及びNe以外の原子に対してはHay、Wadt
らの有効内殻ポテンシャル(ECP:Effectiv
e Core Potential)近似によるspl
it−valence基底関数を用い、O及びNeには
Dunning−Hayのsplit−valence
基底関数を用いた。この計算レベルで種々の結合生成物
に対する平衡構造や結合エネルギー等のmolecul
ar propertiesを計算して比較した。以下
に、その結果を示す。
As a calculation method, Hartree-Fo
Assuming that the ck (Hartley Fock) wave function is a single reference electron configuration function, the electron correlation effect on this wave function is 1,
CCSD (T) (CCSD: Coupl) obtained by adding perturbation correction from the three-electron excitation configuration to the two-electron excitation cluster expansion method
ed Cluster Calculation wi
the Single Single and Doub
le) A method of evaluating at the level was adopted. The basis functions include Hay, Wadt for atoms other than O and Ne.
Effective core potential (ECP: Effective)
e Core Potential) spl
Dunning-Hay split-valley is used for O and Ne using the it-valance basis function.
Basis functions were used. At this calculation level, the molecular structure such as equilibrium structure and binding energy for various binding products
The ar properties were calculated and compared. The results are shown below.

【0019】(A)一連の希ガス原子は、中性Cu、F
e原子とは殆ど化学結合的相互作用をもたない。従っ
て、弾性/非弾性衝突を起こすだけで、金属中心クラス
ターを形成することはない。
(A) A series of rare gas atoms are neutral Cu, F
It has almost no chemical bonding interaction with the e atom. Therefore, only elastic / inelastic collisions occur, but no metal center cluster is formed.

【0020】(B)一連の希ガス原子は、いずれも金属
正イオン 1Cu+6Fe+ と結合生成物を形成する。
ただし、その結合力は希ガスの種類に大きく依存する。
計算結果を図7に示した。
(B) Each of the series of rare gas atoms forms a bond product with the metal positive ions 1 Cu + and 6 Fe + .
However, the bonding strength greatly depends on the type of the rare gas.
The calculation results are shown in FIG.

【0021】NeからXeまで原子番号の増加と共に結
合力は増大し、重希ガス原子ほど金属正イオンと強く結
合することがわかる。この原因は、Mulliken
(マリケン)電子密度解析結果によれば、重希ガスにな
るにしたがって結合の電子状態が変化するためであるこ
とがわかる。金属−希ガス間の重なり電荷は、重希ガス
原子ほど原子軌道間の重なりが増大している。これに伴
い、重希ガス原子ほど金属正イオン上の正電荷が希ガス
原子の方へ移動することが全電子密度の変化からわか
る。これらは、希ガス−金属正イオン間の結合が重希ガ
スほど共有結合的性質を強めて結合力を増大させること
を示している。これは、フロンティア軌道理論から説明
できる。例えば、 1Cu+ イオンの場合の結合生成は、
1Cu+ の最低空位原子軌道(LUAO:Lowest Unocc
upied Atomic Orbital)である4s軌道と希ガス原子の
最高被占原子軌道(HOAO:Highest Occupied Atomi
c Orbital )である2p〜5p軌道間の軌道相互作用に
よる軌道混合が生じ、これによる安定化によって生じ
る。図6に示した軌道相関図からわかるように、希ガス
原子のHOAOエネルギー準位はNeからXeまで順に
高くなって 1Cu+ のLUAO準位に近づき、この順に
軌道相互作用が強くなる。さらに、 1Cu+6Fe+
では結合力に明らかな差があることも図6からわかる。
1Cu+6Fe+共にLUAOは4s軌道であり、軌
道エネルギーはそれぞれ−0.2372,−0.242
4hartree(1hartree=27.211e
V)と、0.005hartreeだけ 6Fe+ の方が
低く、希ガスのHOAO軌道群とのエネルギー差は 6
+ の方が小さい。しかしながら、 1Cu+ では4s電
子が0個であるのに対し、 6Fe+ では1個存在してい
る(3d軌道以下が占有され尽くしている点は共通して
いる)。このため、結合形成にかかわる軌道における電
子間反発相互作用は 6Fe+ の方が大きくなり結合力は
弱くなる。なお、実験的には、Cr+ 、Co+ イオンが
複数の希ガス原子に囲まれたクラスターを形成すること
が観測されている(J. of Phys. Chem., vol.95,10600
(1991) )。
It can be seen that the bonding force increases with increasing atomic number from Ne to Xe, and that the heavy noble gas atoms are more strongly bonded to metal positive ions. This is because Mulliken
(Mulliken) According to the electron density analysis result, it is understood that the electronic state of the bond changes as the heavy rare gas is reached. In the overlap charge between the metal and the rare gas, the overlap between the atomic orbitals increases as the heavy rare gas atom. Along with this, it can be seen from the change in the total electron density that the positive charges on the metal positive ions move toward the rare gas atoms as the heavy rare gas atoms. These indicate that the bond between the rare gas and the metal cation increases the covalent property as the heavy noble gas increases the bonding force. This can be explained from the frontier orbit theory. For example, the bond formation for 1 Cu + ion is
1 Cu + lowest vacancy atomic orbital (LUAO: Lowest Unocc)
4s orbital, which is an upied atomic orbital, and the highest occupied atomic orbital of a rare gas atom (HOAO: Highest Occupied Atomi)
c Orbital) orbital mixing due to orbital interaction between 2p to 5p orbitals, which is caused by stabilization. As can be seen from the orbital correlation diagram shown in FIG. 6, the HOAO energy level of the rare gas atom increases in order from Ne to Xe, approaches the 1 Cu + LUAO level, and the orbital interaction becomes stronger in this order. In addition, 1 Cu + and 6 Fe +
FIG. 6 also shows that there is a clear difference in the bonding force.
LUAO has 4s orbitals in both 1 Cu + and 6 Fe + , and the orbital energies are -0.2372 and -0.242, respectively.
4 hearttree (1 hearttree = 27.211e
And V), 0.005hartree only 6 Fe + it is low, the energy difference between HOAO orbital group of the rare gas is 6 F
e + is smaller. However, while 1 Cu + has 0 4s electrons, 6 Fe + has 1 electron (commonly, 3d orbitals and less are occupied and exhausted). Therefore, electron repulsion interaction in trajectories involved in bond formation bonding force becomes larger in the 6 Fe + is weakened. It has been experimentally observed that Cr + and Co + ions form a cluster surrounded by a plurality of rare gas atoms (J. of Phys. Chem., Vol. 95, 10600).
(1991)).

【0022】(C)一連の希ガス原子は、いずれも金属
酸化物CuO、FeOと結合生成物を形成する。ただ
し、その結合力は希ガスの種類に大きく依存する。計算
結果を図8及び図9に示す。
(C) Each of the series of rare gas atoms forms a bond product with the metal oxides CuO and FeO. However, the bonding strength greatly depends on the type of the rare gas. The calculation results are shown in FIGS.

【0023】まず、CuO、FeOの特徴を見ておく。
CuO、FeOはそれぞれ2重項、7重項が基底状態で
ある。電子密度解析の結果、電荷の分極はCuOよりも
FeOの方が大きく、FeOはCuOよりもクーロン結
合的性格を帯びている。希ガス−金属間の重なり電荷は
CuOの方が強いものの、結合エネルギーはFeO>C
uOとなっているのは、金属酸化物においてクーロン結
合性が結合力にかなりの寄与をしていることを示してい
る。これらの金属酸化物は一連の希ガス原子と金属−希
ガス間に結合を有する結合生成物を形成し、NeからX
eまで原子番号の増加と共に結合力は増大し、重希ガス
原子ほど金属酸化物と強く結合することがわかる。この
原因は前述の金属正イオンの場合と同じく、重希ガスに
なるにしたがって結合の電子状態が変化するためであ
る。すなわち、金属−希ガス間の重なり電荷は、重希ガ
ス原子ほど原子軌道間の重なりが増大し、これに伴い重
希ガス原子ほど正に分極した金属上の正電荷が希ガス原
子の方へ移動する。金属正イオンの場合と異なるのは、
結合エネルギーがFeOの場合に極端に小さいことであ
る。このため、Fe−希ガス結合距離は5オングストロ
ーム以上と極めて大きな値となり、室温でも結合状態が
有限の寿命を持つか否か怪しい。
First, the characteristics of CuO and FeO will be considered.
In CuO and FeO, the doublet and the sevent are in the ground state, respectively. As a result of the electron density analysis, the polarization of the charge is larger in FeO than in CuO, and FeO has a Coulomb-coupling property compared to CuO. Although the overlapping charge between the rare gas and the metal is stronger in CuO, the binding energy is FeO> C
The fact that uO is used indicates that Coulomb bonding significantly contributes to the bonding force in the metal oxide. These metal oxides form a bond product having a series of noble gas atoms and a bond between the metal and the noble gas.
It can be seen that the bonding force increases as the atomic number increases up to e, and that the heavy noble gas atoms bond more strongly to the metal oxide. This is because, as in the case of the metal positive ions described above, the electronic state of the bond changes as the gas becomes heavy and rare gas. In other words, the overlap charge between the metal and the rare gas is such that the overlap between the atomic orbitals increases as the heavy rare gas atom increases. As a result, the positive charge on the metal that is more positively polarized as the heavy rare gas atom moves toward the rare gas atom. Moving. The difference from the metal positive ion is
That is, the binding energy is extremely small in the case of FeO. Therefore, the Fe-rare gas bonding distance is an extremely large value of 5 Å or more, and it is doubtful whether the bonding state has a finite life even at room temperature.

【0024】次に、金属の正イオン化を促進させる物質
についてSiO2 を例にとり、どのような条件のSiO
2 が金属の正イオン化に有効であるかを考察する。Si
2 中の金属原子拡散の決定因子の一つとして、SiO
中の金属の固溶限が調べられている(Journal Electroc
hemical Society vol.133 p.1242 1986 )。これによれ
ば、SiO2 中では金属原子は1価の陽イオンとなるた
め、固溶限は1価の陽イオンの飽和濃度に等しいとされ
ている。また、H2 O等の不純物が存在しない場合に
は、この飽和濃度が低下するとされている。SiO2
で金属原子が1価の陽イオンとなる過程においては、イ
オン化に伴い解放される電子がエネルギー的に安定化さ
れる程度が重要であるが、この点に議論はなかった。こ
の解放電子の安定化はこの電子を受容する準位、すなわ
ちアクセプター準位に依存し、安定化される金属量はこ
の準位の濃度、すなわちアクセプター濃度に依存する。
したがって、SiO2 中のアクセプター準位及び濃度を
変化させれば、金属原子の1価陽イオン化過程を制御す
ることが可能である。このことを、以下簡単に説明す
る。
Next, the substance which promotes the positive ionization of metal will be described with reference to SiO 2 as an example.
Consider whether 2 is effective for positive ionization of metals. Si
One of the determinants of metal atom diffusion in O 2 is SiO 2
The solid solubility limits of metals in metals have been investigated (Journal Electroc
chemical Society vol.133 p.1242 1986). According to this, metal atoms are monovalent cations in SiO 2 , so that the solid solubility limit is equal to the saturated concentration of monovalent cations. It is also stated that the saturation concentration is reduced when no impurities such as H 2 O are present. In the process of converting a metal atom into a monovalent cation in SiO 2 , it is important to stabilize the energy released by ionization in terms of energy, but this was not discussed. The stabilization of the released electrons depends on the level accepting the electrons, that is, the acceptor level, and the amount of the stabilized metal depends on the concentration of this level, that is, the acceptor concentration.
Therefore, it is possible to control the monovalent cation ionization process of metal atoms by changing the acceptor level and the concentration in SiO 2 . This will be briefly described below.

【0025】金属原子Mの陽イオン化には、真空中では
イオン化ポテンシャルEion 、SiO2 中ではEion
γ(γはSiO2 の比誘電率)のエネルギーが必要であ
る。しかし、真空中とは違いSiO2 中では、イオン化
反応“M→M+ +e- ”で生じたM+ は、SiO2 中の
負に分極したO- との間の相互作用エネルギー(主とし
てクーロン引力)Ebindだけ安定化される。さらに、S
iO2 中にアクセプター準位が存在する場合には、“M
→M+ +e- ”で生じたe- は、このアクセプター準位
にトラップされてEelecだけ安定化される。
The cation of the metal atom M is the ionization potential E ion in a vacuum, E is in SiO 2 ion /
Energy of γ (γ is the relative dielectric constant of SiO 2 ) is required. However, in SiO 2 Unlike in vacuum, ionization reaction "M → M + + e - " - interaction energy (mainly Coulomb attraction between the at M + is generated, and negatively polarized in the SiO 2 O ) Only E bind is stabilized. Furthermore, S
When an acceptor level exists in iO 2 , “M
→ M + + e - "in the resulting e -, the acceptor level to be trapped it is only stabilized E elec.

【0026】上記過程を、SiO2 中が電気的に中性な
金属Mの理想ガス(濃度[Mgas ]atoms/m3 )で満た
されているモデルで考えてみる。上述のように、アクセ
プター準位が存在すれば、金属原子Mの陽イオン化が促
進され、金属MはほとんどがM+ の形でSiO2 中に存
在することになる。SiO2 中のe- の飽和濃度を[e
- ]electrons /m3 とすると、SiO2 中のM+ の飽
和濃度[Mox + ]atoms /m3 は、 [Mox + ][e- ]/[Mgas ]=(2πme kT/h23/2 ×
exp(-Eint /kT) と表すことができる。ここで、me は電子の質量、kは
ボルツマン定数、Tは温度、hはプランク定数である。
全相互作用エネルギーEint は、アクセプターを全く含
まないSiO2 の場合には、 Eint =Eion /γ−Ebind と表せる。ここで、γはSiO2 の比誘電率であり、お
よそ3.9程度である。一方、十分なアクセプターを含
む場合には、 Eint =Eion /γ−Ebind−Eelec となり、Eelecだけ安定化が大きくなる。電気的中性条
件により、[Mox + ]=[e- ]なので、結局、 [Mox + ]=[Mgas1/2 (2πme kT/h23/4 × e
xp(-Eint /2kT) と表すことができる。
The above process will be considered with a model in which SiO 2 is filled with an ideal gas of an electrically neutral metal M (concentration [M gas ] atoms / m 3 ). As described above, the presence of the acceptor level promotes the cationization of the metal atom M, and the metal M is present mostly in the form of M + in SiO 2 . The saturation concentration of e − in SiO 2 is [e
-] When electrons / m 3, the saturation concentration of M + in the SiO 2 [M ox +] atoms / m 3 is, [M ox +] [e -] / [M gas] = (2πm e kT / h 2 ) 3/2 ×
It can be expressed as exp (-E int / kT). Here, me is the mass of electrons, k is Boltzmann's constant, T is temperature, and h is Planck's constant.
The total interaction energy E int can be expressed as E int = E ion / γ-E bind in the case of SiO 2 containing no acceptor. Here, γ is the relative dielectric constant of SiO 2 , which is about 3.9. On the other hand, when a sufficient acceptor is included, E int = E ion / γ-E bind -E elec , and the stabilization is increased by E elec . The electrically neutral condition, [M ox +] = [ e -] So, after all, [M ox +] = [ M gas] 1/2 (2πm e kT / h 2) 3/4 × e
It can be expressed as xp (-E int / 2kT).

【0027】CuとFeの場合を例示する。まず、金属
Mの理想ガスの飽和濃度[Mgas ]は、温度kT(J)
での飽和蒸気圧をP(Pa)とすると、[Mgas ]=P
/kTと表せる。Pは、 log(P)=5.006+A+B/T+Clog T+D/
3 と近似できる。融点以下の温度において、Cuでは
(A、B、C、D)=(9.123、−17748、−
0.7317、なし)、Feでは(A、B、C、D)=
(7.100、−21723、0.4536、−0.5
846)である。これらのパラメータのうち、アレニウ
ス型依存性を与えるのは主にBであり、CuとFeでは
そえぞれ−1.529、−1.872eVである。
The case of Cu and Fe will be exemplified. First, the saturation concentration [M gas ] of the ideal gas of the metal M is determined by the temperature kT (J).
[M gas ] = P where the saturated vapor pressure at
/ KT. P is log (P) = 5.006 + A + B / T + Clog T + D /
T 3 and can be approximated. At temperatures below the melting point, (A, B, C, D) = (9.123, -17748, −) for Cu.
0.7317, none), (A, B, C, D) =
(7.100, -21723,0.4536, -0.5
846). Among these parameters, B mainly gives Arrhenius-type dependence, and Cu and Fe are -1.529 and -1.872 eV, respectively.

【0028】第1イオン化ポテンシャルEion は、Cu
とFeで各々7.726eV、7.902eVであり、
相互作用エネルギーEbindとして、図8に示した2原子
分子CuOとFeOの結合エネルギーをとれば、各々
1.977eV、2.567eVである。さらに、Si
2 中のアクセプター準位の例として、Si−O(非架
橋酸素欠陥:NBO)を考え、これが電子を捕獲した場
合の安定化エネルギーをEelecとすると、2.24eV
である。
The first ionization potential E ion is Cu
And Fe are 7.726 eV and 7.902 eV, respectively.
Taking the binding energy of the diatomic molecule CuO and FeO shown in FIG. 8 as the interaction energy E bind , they are 1.977 eV and 2.567 eV, respectively. Furthermore, Si
Examples of the acceptor level in O 2, Si-O (non-bridging oxygen defects: NBO) thinking, When this stabilization energy in the case of capturing electrons and E elec, 2.24 eV
It is.

【0029】以上を用いると、 [Mox + ]=(kT)-1/2(2πme kT/h23/4 10
(5.006+A)/2c/2×exp[-{Eint -k(B+D/T2 )ln10}/2k
T] となる。前指数因子はC〜−0.5であることを考慮す
るとほぼT0 となり、温度に依存しないとしてよい。ま
た、指数因子は室温以上ではD/T2 が無視できるの
で、 exp[-{Eint -kB ln10}/2kT] でよく近似できる。
[0029] With the above, [M ox +] = ( kT) -1/2 (2πm e kT / h 2) 3/4 10
(5.006 + A) / 2 T c / 2 × exp [-{E int -k (B + D / T 2 ) ln10} / 2k
T]. Considering that the pre-exponential factor is C to -0.5, it is approximately T 0 and may be independent of temperature. Furthermore, exponential factor since negligible D / T 2 is above room temperature, exp - may be approximated by [{E int -kB ln10} / 2kT].

【0030】結局、[Mox + ](atoms/m3 )は、Cu
とFeで各々おおよそ次のようになる。アクセプターが
ないときには、 [Cuox + ]〜 1.5×1029×exp(-1.763/kT) [Feox + ]〜 1.5×1028×exp(-1.885/kT) となる。アクセプター準位としてNBOが十分にあると
きには、 [Cuox + ]〜 1.5×1029×exp(-0.643/kT) [Feox + ]〜 1.5×1028×exp(-0.765/kT) となる(ただし、ここでkTはeV単位)。
After all, [M ox + ] (atoms / m 3 ) is Cu
And Fe, respectively, are approximately as follows. When there is no acceptor, [Cu ox + ] to 1.5 × 10 29 × exp (-1.763 / kT) [Fe ox + ] to 1.5 × 10 28 × exp (-1.885 / kT). When NBO is sufficient as the acceptor level, [Cu ox + ] 〜1.5 × 10 29 × exp (−0.643 / kT) [Fe ox + ] 〜1.5 × 10 28 × exp (-0.765 / kT) Here, kT is in eV.

【0031】600〜1000℃での[Mox + ](atom
s/cm3 )を図10に示す。これは、アクセプタが存在
しない場合には、約1000℃以上の熱処理時にはpp
mオーダーの重金属しか固溶しない、すなわち陽イオン
化できないことを示しているとともに、2eV程度の電
子捕獲による安定化を示すアクセプタ濃度が十分高い場
合には、10-3〜1mol %程度の金属が陽イオン化でき
ることを示している。参考までに、アモルファスSiO
2 のモル濃度はおよそ2.2×1022mol /cm3 であ
る。
[M ox + ] (atom) at 600 to 1000 ° C.
s / cm 3 ) is shown in FIG. This is because when no acceptor is present, the pp
This indicates that only heavy metals of the order of m can form a solid solution, that is, cannot be cationized, and when the acceptor concentration, which indicates stabilization by electron capture of about 2 eV, is sufficiently high, about 10 -3 to 1 mol% of the metal is positively ionized. It shows that it can be ionized. For reference, amorphous SiO
The molar concentration of 2 is approximately 2.2 × 10 22 mol / cm 3 .

【0032】次に、アクセプタ準位による電子捕獲時の
安定化エネルギーEelecが変化した場合の固溶限の変化
をCuを例にして図11に示す。ただし、アクセプタ濃
度が十分高い場合を想定している。図11より、アクセ
プタ準位による電子捕獲時の安定化エネルギーが大きい
ほど、金属の固溶限すなわち陽イオン化濃度が高くなる
ことがわかる。
Next, FIG. 11 shows the change of the solid solubility limit when the stabilization energy E elec at the time of electron capture by the acceptor level changes, taking Cu as an example. However, it is assumed that the acceptor concentration is sufficiently high. FIG. 11 shows that the larger the stabilization energy at the time of electron capture by the acceptor level, the higher the solid solubility limit of the metal, that is, the positive ionization concentration.

【0033】アモルファスSiO2 のモル濃度と、現在
の半導体製造プロセスにおいて汚染源となっている重金
属の典型的な濃度がおおよそ1015(atoms/cm3 )以
上であることを考慮すると、[Mox + ]>1×10
15(atoms/cm3 )、すなわち、 (kT)-1/2(2πme kT/h23/4 10(5.006+A)/2c/2×e
xp[-{Eint -k(B+D/T2 )ln10}/2kT] >1×1015int =Eion /γ−Ebind−Eelec を満たす温度Tとアクセプタ準位による電子捕獲時の安
定化エネルギーEelecの範囲内において、金属が陽イオ
ン化できることがわかる。
Considering that the molar concentration of amorphous SiO 2 and the typical concentration of heavy metal which is a polluting source in the current semiconductor manufacturing process are about 10 15 (atoms / cm 3 ) or more, [M ox + ]> 1 × 10
15 (atoms / cm 3), i.e., (kT) -1/2 (2πm e kT / h 2) 3/4 10 (5.006 + A) / 2 T c / 2 × e
xp [- {E int -k ( B + D / T 2) ln10} / 2kT]> 1 × 10 15 electron capture by the temperature T and the acceptor level satisfying E int = E ion / γ- E bind -E elec It can be seen that the metal can be cationized within the range of the stabilization energy E elec at the time.

【0034】なお、現在用いられているSiO2 で最も
高い電荷捕獲欠陥を有するのはプラズマCVD(化学的
気相成長法)で形成した、いわゆるP−CVD SiO
2 である。テトラエトキシシラン(Si(OC25
4 )とO2 を用いた最も一般的なP−CVD SiO2
膜を電子スピン共鳴法(ESR)で分析した結果では、
不純物(主としてC)起因の不対電子欠陥(〜6×10
17cm-3)以外のSiO2 起因の欠陥は主として三つで
あった。非架橋酸素ホールセンター(Si−O……O−
Si)と過酸化ラジカル(Si−O−O……−Si)に
起因する欠陥濃度が〜1.3×1017cm-3、Eセンタ
ー(Si……Si)に起因する欠陥濃度が〜4×1017
cm-3であった(なお、上記各Siの端はバックボンド
となっている。)。また、非架橋ホールセンターの種々
の形態に対するエネルギー準位を図12に示した(J. A
ppl. Phys. vol68 p.1212 (1990))。しかしながら、こ
の膜にフッ素を添加したP−CVD SiO2 膜或いは
熱酸化SiO2 膜では、いずれの欠陥も1×1013以下
であった。すなわち、SiO2 の電荷捕獲欠陥準位の種
類や濃度は、成膜法により制御可能であることがわか
る。
The highest charge trapping defect among currently used SiO 2 is the so-called P-CVD SiO formed by plasma CVD (chemical vapor deposition).
2 Tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 )
4) the most with O 2 general P-CVD SiO 2
When the film was analyzed by electron spin resonance (ESR),
Unpaired electron defects caused by impurities (mainly C) (up to 6 × 10
Defects due to SiO 2 other than 17 cm −3 ) were mainly three. Non-crosslinked oxygen hole center (Si-O ... O-
Si) and peroxide radicals (Si-O-O ...... -Si ) defect concentration due to the ~1.3 × 10 17 cm -3, the defect concentration to 4 due to the E Center (Si ...... Si) × 10 17
cm -3 ( note that the ends of each of the above Sis are back bonds). In addition, FIG. 12 shows the energy levels of various forms of the non-crosslinked hole center (J. A.
ppl. Phys. vol68 p.1212 (1990)). However, in the P-CVD SiO 2 film or the thermally oxidized SiO 2 film obtained by adding fluorine to this film, any defect was 1 × 10 13 or less. That is, it can be seen that the type and concentration of the charge trapping defect level of SiO 2 can be controlled by the film formation method.

【0035】以下、図面を参照して本発明の実施形態を
説明する。まず、第1の実施形態として横型拡散炉を例
にとり、図1を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a horizontal diffusion furnace will be described as an example of the first embodiment with reference to FIG.

【0036】2重管構造の拡散炉100は、口径が異な
る2本の中空円筒体の石英管101、102が長手方向
に沿って遊嵌状態にはめ合わされており、他にこの2本
の石英管101、102を内包するように配置された均
熱管103と、この均熱管103の外面に配設されたヒ
ーターからなる電気炉104とを備えている。
The diffusion furnace 100 having the double tube structure has two hollow cylindrical quartz tubes 101 and 102 having different diameters fitted in a loosely fitted state along the longitudinal direction. A heat equalizing tube 103 is provided so as to include the tubes 101 and 102, and an electric furnace 104 including a heater is provided on the outer surface of the heat equalizing tube 103.

【0037】石英管101、102は溶融石英製で、内
方の石英管101には拡散処理が施されるSi基板10
6をその内部に収容可能な冶具107が設けられてい
る。均熱管103は、重金属の正イオン化を抑制する材
料例えばSiC又はSiN製で、その内表面には重金属
の正イオン化を促進する材料例えばSiO2 (先に説明
した条件を満たすようなSiO2 )が被覆されており、
均熱管103壁面からのガス放出や重金属による基板の
汚染が防止されるようになっている。また、内方の石英
管101、内方の石英管101と外方の石英管102と
の間及び外方の石英管102と均熱管103との間に
は、ガス流108a、108b及び108cが供給され
るようになっている。さらに、内方の石英管101と外
方の石英管102との間には炉管に沿って少なくとも1
本の熱電対105が設けられている。
The quartz tubes 101 and 102 are made of fused quartz, and the inner quartz tube 101 is a Si substrate 10 on which a diffusion process is performed.
A jig 107 capable of accommodating therein 6 is provided. Liner tube 103 is a material suppressing example SiC or manufactured SiN positive ions of heavy metals, are materials such as SiO 2 on its inner surface to facilitate the positive ions of heavy metals (SiO 2 that satisfies the conditions described above) Coated,
Outgassing from the wall surface of the soaking tube 103 and contamination of the substrate by heavy metals are prevented. Further, gas flows 108a, 108b and 108c are provided between the inner quartz tube 101, between the inner quartz tube 101 and the outer quartz tube 102, and between the outer quartz tube 102 and the soaking tube 103. It is being supplied. Furthermore, there is at least one space between the inner quartz tube 101 and the outer quartz tube 102 along the furnace tube.
A thermocouple 105 is provided.

【0038】このように構成された熱処理炉を用い、S
i基板106にソース及びドレイン層形成等の不純物拡
散工程を施す場合は、例えばBF2 をイオン注入したS
i基板106を冶具107に載せて内方の石英管101
内に収容し、内方の石英管101内を1気圧のN2 雰囲
気にし、電気炉104によってSi基板106を800
〜1000℃に加熱して所望の拡散長が得られる時間熱
処理を行う。内方の石英管101と外方の石英管102
との間及び外方の石英管102と均熱管103との間に
は、0.2気圧のO2 ガスと0.8気圧のKrガスとの
混合ガスを10slmの流量で給排させた。
Using the heat treatment furnace configured as described above,
If the i substrate 106 subjected to the impurity diffusion process such as source and drain layers formed, for example, BF 2 ions are implanted S
The i-substrate 106 is placed on a jig 107 and the inner quartz tube 101
And the inside of the inner quartz tube 101 is set to an N 2 atmosphere of 1 atm.
Heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. to obtain a desired diffusion length. Inner quartz tube 101 and outer quartz tube 102
, And between the outer quartz tube 102 and the soaking tube 103, a mixed gas of 0.2 atm O 2 gas and 0.8 atm Kr gas was supplied and discharged at a flow rate of 10 slm.

【0039】この熱処理を施したSi基板を気相分析法
フレームレス原子吸光法で分析したところ、5×1015
atoms/cm3 のFeと1.5×1015atoms
/cm3 のCuが検出された。この金属不純物濃度は、
従来の熱処理ガスを用いた熱処理での値(5×1016
toms/cm3 のFe、3×1016atoms/cm
3 のCu)に比較して1桁以上低いものであった。
[0039] Analysis of the Si substrate subjected to the heat treatment in the gas phase analysis method flameless atomic absorption spectrometry, 5 × 10 15
atoms / cm 3 Fe and 1.5 × 10 15 atoms
/ Cm 3 of Cu was detected. This metal impurity concentration is
The value in the heat treatment using the conventional heat treatment gas (5 × 10 16 a
toms / cm 3 Fe, 3 × 10 16 atoms / cm
3 was lower by one digit or more than that of Cu).

【0040】なお、内方の石英管101と外方の石英管
102との間と、外方の石英管102と均熱管103と
の間に給排するガスの組成は同一である必要はなく、ま
た混合ガスである必要はない。例えば、外方の石英管1
02と均熱管103との間には0.5気圧のO2 ガスと
0.5気圧のN2 ガスとの混合ガスを10slmの流量
で給排し、内方の石英管101と外方の石英管102と
の間には0.5気圧のKrガスと0.5気圧のN2 ガス
との混合ガスを10slmの流量で給排した場合、或い
は、外方の石英管102と均熱管103との間には0.
8気圧のO2 ガスと0.2気圧のN2 ガスとの混合ガス
を10slmの流量で給排し、内方の石英管101と外
方の石英管102との間には1気圧のXeガスのみを1
0slmの流量で給排した場合にも、ほぼ同様の金属不
純物遮蔽効果が得られた。
The composition of the gas supplied and discharged between the inner quartz tube 101 and the outer quartz tube 102 and that between the outer quartz tube 102 and the soaking tube 103 need not be the same. It need not be a mixed gas. For example, the outer quartz tube 1
02 and the soaking tube 103, a mixed gas of 0.5 atm O 2 gas and 0.5 atm N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and the inner quartz tube 101 and the outer quartz tube 101 are supplied and discharged. If the fed exhaust a mixed gas of N 2 gas of Kr gas and 0.5 atm 0.5 atm at a flow rate of 10slm between the quartz tube 102, or quartz tube 102 of the outer and soaking tube 103 Between 0 and 1.
A mixed gas of 8 atm O 2 gas and 0.2 atm N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and 1 atm Xe is supplied between the inner quartz tube 101 and the outer quartz tube 102. Only gas 1
In the case of supplying and discharging at a flow rate of 0 slm, almost the same metal impurity shielding effect was obtained.

【0041】次に、第2の実施形態として縦型酸化炉を
例にとり、図2を参照して説明する。2重管構造の酸化
炉200は、口径が異なる2本の中空円筒体の石英管2
01、202が長手方向に沿って遊嵌状態にはめ合わさ
れており、他にこの2本の石英管201、202を内包
するように配置された均熱管203と、この均熱管20
3の外面に配設されたヒーターからなる電気炉204と
を備えている。
Next, a vertical oxidation furnace will be described as a second embodiment with reference to FIG. The oxidation furnace 200 having the double tube structure is composed of two hollow cylindrical quartz tubes 2 having different diameters.
01 and 202 are fitted in a loose fit state along the longitudinal direction. In addition, the heat equalizing tube 203 disposed so as to include the two quartz tubes 201 and 202 and the heat equalizing tube 20 are provided.
3 and an electric furnace 204 comprising a heater disposed on the outer surface.

【0042】石英管201、202は溶融石英製で、内
方の石英管201には酸化処理が施されるSi基板20
6をその内部に収容可能な冶具207が設けられてい
る。均熱管203は、重金属の正イオン化を抑制する材
料例えばSiC又はSiN製で、その内表面には重金属
の正イオン化を促進する材料例えばSiO2 (先に説明
した条件を満たすようなSiO2 )が被覆されており、
均熱管203壁面からのガス放出や重金属による基板の
汚染が防止されてるようになっている。内方の石英管2
01の上蓋頂部には、内方の石英管201と外方の石英
管202との間に供給されたガス流209aが内方の石
英管201内に均等に供給されるように、複数個の細孔
208が設けられている。また、外方の石英管202と
均熱管203との間にはガス流209bが供給されるよ
うになっている。さらに、外方の石英管202と均熱管
203との間には、炉管に沿って少なくとも1本の熱電
対205が設けられている。
The quartz tubes 201 and 202 are made of fused quartz, and the inner quartz tube 201 is a silicon substrate 20 to be oxidized.
A jig 207 capable of accommodating therein 6 is provided. Liner tube 203 is a material suppressing example SiC or manufactured SiN positive ions of heavy metals, are materials such as SiO 2 on its inner surface to facilitate the positive ions of heavy metals (SiO 2 that satisfies the conditions described above) Coated,
Outgassing from the wall of the soaking tube 203 and contamination of the substrate by heavy metals are prevented. Inner quartz tube 2
A plurality of gas flows 209a supplied between the inner quartz tube 201 and the outer quartz tube 202 are provided on the top of the upper lid 01 so that the gas flow 209a is uniformly supplied into the inner quartz tube 201. A pore 208 is provided. Further, a gas flow 209b is supplied between the outer quartz tube 202 and the soaking tube 203. Further, at least one thermocouple 205 is provided between the outer quartz tube 202 and the soaking tube 203 along the furnace tube.

【0043】このように構成された熱処理炉を用い、S
i基板206にゲート絶縁膜としてSiO2 膜の形成等
の酸化工程を施す場合は、例えば以下のようにして行
う。ゲート絶縁膜を形成するに十分清浄なSi表面を得
るための前処理を施したSi基板206を冶具207に
載せ、内方の石英管201及び内方の石英管201と外
方の石英管202との間に1気圧のN2 ガスを給排しな
がら予め650℃の均熱状態まで加熱保持された内方の
石英管201内に収容する。Si基板206が熱処理炉
200内の雰囲気と同一温度に達した後、内方の石英管
201及び内方の石英管201と外方の石英管202と
の間に1気圧のO2 ガスを給排し、電気炉204によっ
てSi基板206を800〜1200℃に加熱して所望
の酸化膜厚が得られる時間酸化処理を行う。この際、外
方の石英管202と均熱管203との間には、0.2気
圧のO2 ガスと0.8気圧のKrガスとの混合ガスを1
0slmの流量で給排させた。
Using the heat treatment furnace configured as described above,
When performing an oxidation process such as formation of a SiO 2 film as a gate insulating film on the i-substrate 206, the process is performed as follows, for example. A Si substrate 206 that has been subjected to a pretreatment for obtaining a sufficiently clean Si surface to form a gate insulating film is placed on a jig 207, and an inner quartz tube 201 and an inner quartz tube 201 and an outer quartz tube 202 are placed. While supplying and discharging 1 atm of N 2 gas, the inside is housed in the inner quartz tube 201 which has been heated and held to a uniform temperature of 650 ° C. in advance. After the temperature of the Si substrate 206 reaches the same temperature as the atmosphere in the heat treatment furnace 200, O 2 gas at 1 atm is supplied to the inner quartz tube 201 and between the inner quartz tube 201 and the outer quartz tube 202. Then, the silicon substrate 206 is heated to 800 to 1200 ° C. by the electric furnace 204 to perform an oxidation process for a time to obtain a desired oxide film thickness. At this time, a mixed gas of 0.2 atm O 2 gas and 0.8 atm Kr gas is placed between the outer quartz tube 202 and the soaking tube 203.
Supply and discharge were performed at a flow rate of 0 slm.

【0044】この熱処理を施したSi基板を気相分析法
フレームレス原子吸光法で分析したところ、5×1015
atoms/cm3 のFeと1.5×1015atoms
/cm3 のCuが検出された。この金属不純物濃度は、
従来の熱処理ガスを用いた熱処理での値(5×1016
toms/cm3 のFe、3×1016atoms/cm
3 のCu)に比較して1桁以上低いものであった。
[0044] Analysis of the Si substrate subjected to the heat treatment in the gas phase analysis method flameless atomic absorption spectrometry, 5 × 10 15
atoms / cm 3 Fe and 1.5 × 10 15 atoms
/ Cm 3 of Cu was detected. This metal impurity concentration is
The value in the heat treatment using the conventional heat treatment gas (5 × 10 16 a
toms / cm 3 Fe, 3 × 10 16 atoms / cm
3 was lower by one digit or more than that of Cu).

【0045】なお、内方の石英管201と外方の石英管
202との間と、外方の石英管202と均熱管203と
の間に給排するガスの組成は同一である必要はなく、ま
た混合ガスである必要はない。例えば、外方の石英管2
02と均熱管203との間には0.5気圧のO2 ガスと
0.5気圧のN2 ガスとの混合ガスを10slmの流量
で給排し、内方の石英管201と外方の石英管202と
の間には0.5気圧のKrガスと0.5気圧のO2 ガス
との混合ガスを10slmの流量で給排した場合、或い
は、外方の石英管202と均熱管203との間には0.
4気圧のO2 ガスと0.6気圧のXeガスとの混合ガス
を10slmの流量で給排し、内方の石英管201と外
方の石英管202との間には1気圧のO2 ガスのみを1
0slmの流量で給排した場合にも、ほぼ同様の金属不
純物遮蔽効果が得られた。
The composition of the gas supplied and discharged between the inner quartz tube 201 and the outer quartz tube 202 and between the outer quartz tube 202 and the soaking tube 203 need not be the same. It need not be a mixed gas. For example, the outer quartz tube 2
02 and the discharge feed a mixed gas of N 2 gas of O 2 gas and 0.5 atm 0.5 atm at a flow rate of 10slm between the soaking tube 203, the inside of the quartz tube 201 and the outer side of When a mixed gas of 0.5 atm Kr gas and 0.5 atm O 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm between the quartz tube 202 and the quartz tube 202 and the soaking tube 203 at the outer side Between 0 and 1.
The O 2 gas and 0.6 atm mixed gas of Xe gas of 4 atm discharge feed at a flow rate of 10 slm, O 1 atm between the inside of the quartz tube 201 and an outer quartz tube 202 2 Only gas 1
In the case of supplying and discharging at a flow rate of 0 slm, almost the same metal impurity shielding effect was obtained.

【0046】次に、第3の実施形態を図3を参照して説
明する。本実施形態は、複数の処理装置が連結された処
理装置システム及び各処理装置間における基板搬送シス
テムの雰囲気制御等について示したものである。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows a processing apparatus system in which a plurality of processing apparatuses are connected, an atmosphere control of a substrate transfer system between the processing apparatuses, and the like.

【0047】処理装置システム300は、大きく分けて
半導体処理装置301とこれに接続される収納容器30
2とから構成されており、半導体処理装置301は処理
室303とロードロック室304とから構成されてい
る。処理室303とロードロック室304とは、ゲート
バルブ305によって連結されている。また、ロードロ
ック室304と収納容器302とは、これらの間に設け
られたゲートバルブ306からなるクラスターツール構
造、このゲートバルブ306に連結された接続手段30
7及び収納容器302の側壁面に設けられた扉308を
介して連結可能になっている。以下、上記装置のより詳
細な構成について説明する。
The processing apparatus system 300 is roughly divided into a semiconductor processing apparatus 301 and a storage container 30 connected thereto.
The semiconductor processing apparatus 301 includes a processing chamber 303 and a load lock chamber 304. The processing chamber 303 and the load lock chamber 304 are connected by a gate valve 305. Further, the load lock chamber 304 and the storage container 302 have a cluster tool structure including a gate valve 306 provided therebetween, and the connection means 30 connected to the gate valve 306.
7 and a door 308 provided on the side wall surface of the storage container 302. Hereinafter, a more detailed configuration of the above device will be described.

【0048】半導体処理装置301は、基板に対して酸
化処理、拡散処理、熱処理、成膜処理或いはエッチング
処理を行う装置である。以下、処理室303及びロード
ロック室304それぞれの詳細な説明を行う。
The semiconductor processing apparatus 301 is an apparatus that performs an oxidation process, a diffusion process, a heat treatment, a film formation process, or an etching process on a substrate. Hereinafter, each of the processing chamber 303 and the load lock chamber 304 will be described in detail.

【0049】処理室303は処理容器309によって気
密状態に保たれ、この容器309内には被処理基板31
1を載置する載置台310が設けられている。処理容器
309は、金属材料例えばアルミニウム合金により形成
されている。アルミニウム合金により形成された内壁
は、研磨されたのち表面に酸化膜が形成され、その表面
には重金属の正イオン化を抑制する材料例えばSiC又
はSiNが、さらにその表面には重金属の正イオン化を
促進する材料例えばSiO2 (先に説明した条件を満た
すようなSiO2 )が被覆されており、壁面からのガス
放出や重金属による基板311表面の汚染を防止するよ
うに構成されている。特に、重金属については、重金属
の正イオン化を抑制する材料からなる層が重金属の拡散
を抑制するとともに、重金属の正イオン化を促進する材
料からなる層が壁面から処理容器309内へ重金属が放
出された場合の重金属の除去効率を向上させている。
The processing chamber 303 is kept airtight by a processing container 309, and the substrate 31 to be processed is contained in the container 309.
There is provided a mounting table 310 on which the mounting table 1 is mounted. The processing container 309 is formed of a metal material, for example, an aluminum alloy. The inner wall made of an aluminum alloy is polished and then an oxide film is formed on the surface, and a material for suppressing the positive ionization of heavy metals, such as SiC or SiN, is further promoted on the surface. materials such as SiO 2 to (SiO 2 that satisfies the conditions described above) is covered, and is configured to prevent contamination of the substrate 311 surface by outgassing and heavy metals from the wall. In particular, with respect to heavy metals, a layer made of a material that suppresses positive ionization of heavy metals suppressed diffusion of heavy metals, and a layer made of a material that promoted positive ionization of heavy metals released heavy metals into the processing chamber 309 from the wall surface. In this case, the efficiency of heavy metal removal is improved.

【0050】載置台310の載置面に対向した位置に
は、複数のプロセスガスを混合し供給するためのシャワ
ーヘッド312が設けられている。このシャワーへッド
には、基板311の処理を行う複数のプロセスガスを供
給する複数のガス供給手段313が、それぞれに接続さ
れた配管途中の開閉バルブ314を介して接続されてい
る。また、処理容器309の底面には排気口315が設
けられ、外部に設けられた排気手段316(例えばロー
タリーポンプとターボ分子ポンプとの組み合わせ)によ
り、処理容器309内を数Torr〜1×10-8Tor
rの所定の真空度に真空排気するようになっている。
At a position facing the mounting surface of the mounting table 310, a shower head 312 for mixing and supplying a plurality of process gases is provided. A plurality of gas supply units 313 for supplying a plurality of process gases for processing the substrate 311 are connected to the shower head via opening / closing valves 314 in the middle of the pipes connected to the respective gas. Further, an exhaust port 315 is provided on the bottom surface of the processing container 309, and the inside of the processing container 309 is several Torr to 1 × 10 by exhaust means 316 (for example, a combination of a rotary pump and a turbo molecular pump) provided outside. 8 Tor
The vacuum evacuation is performed to a predetermined degree of r.

【0051】なお、処理室303においてプラズマアシ
ストの処理、例えばエッチング処理或いは成膜処理を行
う場合には、処理容器309は電気的に接地され、載置
台310は下部電極として例えば100KHz〜500
KHzの高周波電場がマッチング回路を介して印加され
るとともに、シャワーヘッド312は上部電極として例
えば13.56MHzの高周波電場がマッチング回路を
介して印加される様になっている。
When plasma-assisted processing such as etching or film formation is performed in the processing chamber 303, the processing vessel 309 is electrically grounded, and the mounting table 310 is used as a lower electrode, for example, at 100 kHz to 500 kHz.
A high frequency electric field of KHz is applied through a matching circuit, and a high frequency electric field of 13.56 MHz, for example, is applied to the shower head 312 as an upper electrode through the matching circuit.

【0052】以上の様に構成された処理室303と隣接
するロードロック室304とは、被処理体の搬入時に自
動的に開くゲートバルブ305によって連結可能となっ
ている。
The processing chamber 303 configured as described above and the adjacent load lock chamber 304 can be connected to each other by a gate valve 305 that opens automatically when a workpiece is loaded.

【0053】ロードロック室304は気密構造をしてお
り、内部には基板311を搬送し、隣接した処理室30
3の載置台310上に基板311を載置する搬送手段3
17が設けられている。搬送手段317は、ロードロッ
ク室304の底部に磁気レールによりシールされ、回
転、上下動、X軸又はY軸駆動可能な駆動軸をもって外
部に設けられた駆動手段318と連結されている。この
駆動手段318の駆動力により、搬送手段317は、前
進、後退、回転、上下の動きを行うことができるように
なっている。
The load lock chamber 304 has an airtight structure, in which the substrate 311 is transferred,
Transport means 3 for mounting the substrate 311 on the third mounting table 310
17 are provided. The transport means 317 is sealed by a magnetic rail at the bottom of the load lock chamber 304, and is connected to a drive means 318 provided outside with a drive shaft capable of rotating, moving up and down, and driving in the X-axis or Y-axis. By the driving force of the driving unit 318, the transporting unit 317 can move forward, backward, rotate, and move up and down.

【0054】ロードロック室304内へは、外部に設け
られたガス供給手段319よりXe或いはKrを含有す
る不活性ガス(例えばN2 やAr)又はXe或いはKr
を含有するクリーンエアが、開閉バルブ320及びロー
ドロック室304内に設けられたフィルター321を介
して供給される様になっている。このフィルター321
には、ガスのシャワーヘッドと同様の細かな穴を多数開
口したものや、細かな焼結体に形成された多孔質体を用
いることができる。
An inert gas (for example, N 2 or Ar) or Xe or Kr containing Xe or Kr is supplied into the load lock chamber 304 from a gas supply means 319 provided outside.
Is supplied through an opening / closing valve 320 and a filter 321 provided in the load lock chamber 304. This filter 321
For example, a porous body formed with a large number of fine holes similar to a gas shower head or a fine sintered body can be used.

【0055】ロードロック室304の底部には、排気口
322及びバルブ323を介して排気手段324(例え
ばターボポンプとロータリーポンプ)が設けられてい
る。この排気手段324により、ロードロック室304
は、大気圧から所定の真空度、例えば数10Torr〜
1×10-5Torrに真空排気される。ロードロック室
304は、例えばアルミニウム合金で形成され、内壁は
研磨の後に酸化膜コーティングされ、その表面には重金
属の正イオン化を抑制する材料例えばSiC又はSiN
が、さらにその表面には重金属の正イオン化を促進する
材料例えばSiO2 (先に説明した条件を満たすような
SiO2 )が被覆されており、壁面からのガス放出や重
金属による汚染が防止されるようになっている。これら
の被覆層の作用は、前記処理容器309における作用と
同様である。
At the bottom of the load lock chamber 304, exhaust means 324 (for example, a turbo pump and a rotary pump) is provided via an exhaust port 322 and a valve 323. This exhaust means 324 allows the load lock chamber 304
Is a predetermined degree of vacuum from atmospheric pressure, for example, several tens Torr to
The chamber is evacuated to 1 × 10 −5 Torr. The load lock chamber 304 is formed of, for example, an aluminum alloy, the inner wall is coated with an oxide film after polishing, and the surface thereof is made of a material for suppressing positive ionization of heavy metals, for example, SiC or SiN.
But is covered, contamination by outgassing and heavy metals from the wall surface is prevented (SiO 2 that satisfies the conditions described above) material such as SiO 2 promotes positive ions of heavy metals and more its surface It has become. The function of these coating layers is the same as the function in the processing container 309.

【0056】以上の様に構成されたロードロック室30
4と隣接する接続手段307とは、ゲートバルブ306
を介して連通可能になっており、接続手段307には収
納容器302が接続可能に連結されている。
The load lock chamber 30 configured as described above
4 and the connecting means 307 adjacent to the gate valve 306
And the storage container 302 is connected to the connection means 307 so as to be connectable.

【0057】次に、接続手段307と収納容器302の
構成について説明する。ロードロック室304の側壁に
設けられた開閉可能なゲートバルブ306には、収納容
器302に設けられた扉308が接続手段307によっ
て接続されている。この接続手段307には、ロードロ
ック室304内に設けられた搬送手段317が基板31
1を保持して搬送可能な空間が通路として設けられてい
る。また、この接続手段307は気密に構成されてお
り、ゲートバルブ306と扉308との開口により形成
される連通空間を外部から隔離して気密なクリーン空間
を形成する様になっている。
Next, the configuration of the connection means 307 and the storage container 302 will be described. A door 308 provided on the storage container 302 is connected to a gate valve 306 provided on the side wall of the load lock chamber 304 by a connecting means 307. The connecting means 307 is provided with a transport means 317 provided in the load lock chamber 304.
A space capable of holding and transporting 1 is provided as a passage. Further, the connection means 307 is airtightly configured so that a communication space formed by the opening of the gate valve 306 and the door 308 is isolated from the outside to form an airtight clean space.

【0058】接続手段307にはXe或いはKrを含有
する不活性ガス(例えばN2 やAr)又はXe或いはK
rを含有するクリーンエアが供給される様になってい
る。また、接続手段307の非可動部分は例えばアルミ
ニウム合金で形成され、内壁は研磨の後に酸化膜コーテ
ィングされ、その表面には重金属の正イオン化を抑制す
る材料例えばSiC又はSiNが、さらにその表面には
重金属の正イオン化を促進する材料例えばSiO2 (先
に説明した条件を満たすようなSiO2 )が被覆されて
いる。これらの被覆層の作用は処理容器309における
作用と同様である。
The connecting means 307 is provided with an inert gas containing Xe or Kr (for example, N 2 or Ar) or Xe or Kr.
Clean air containing r is supplied. The non-movable part of the connection means 307 is formed of, for example, an aluminum alloy, the inner wall is coated with an oxide film after polishing, and a material for suppressing positive ionization of heavy metals, such as SiC or SiN, is further formed on the surface. materials such as SiO 2 promotes positive ions of heavy metals (SiO 2 that satisfies the conditions described above) is coated. The function of these coating layers is the same as the function in the processing container 309.

【0059】収納容器302は気密構造をしており、内
部には複数の基板を収納可能なカセット325とこれを
保持する保持手段326が設けられている。収納容器3
02、カセット325及び保持手段326は例えばアル
ミニウム合金で形成されており、内壁或いは冶具表面は
研磨の後に酸化膜コーティングされ、その表面には重金
属の正イオン化を抑制する材料例えばSiC又はSiN
が、さらにその表面には重金属の正イオン化を促進する
材料例えばSiO2 (先に説明した条件を満たすような
SiO2 )が被覆されており、壁面からのガス放出や重
金属による汚染が防止されている。これらの被覆層の作
用は処理容器309における作用と同様である。
The storage container 302 has an airtight structure, and is provided with a cassette 325 capable of storing a plurality of substrates and holding means 326 for holding the cassette. Storage container 3
02, the cassette 325 and the holding means 326 are made of, for example, an aluminum alloy, the inner wall or the surface of the jig is coated with an oxide film after polishing, and the surface thereof is made of a material for suppressing positive ionization of heavy metals, for example, SiC or SiN.
There are further on the surface coating material such as SiO 2 promotes positive ions of heavy metals (SiO 2 that satisfies the conditions described above), is prevented from contamination by outgassing and heavy metals from the wall surface I have. The function of these coating layers is the same as the function in the processing container 309.

【0060】収納容器302の側壁面には、開閉可能で
閉じた状態で気密な機構を有する扉308が設けられて
いる。この収納容器302は、半導体処理装置301と
は切り離して、内部の雰囲気とクリーン度を保って搬送
可能な構造となっている。収納容器302内は、この容
器302の搬送に際して、Xe或いはKrを含有する不
活性ガス(例えばN2 、Ar)又はXe或いはKrを含
有するクリーンエアを充満させた常圧状態でもよいし、
前記ガスによる減圧雰囲気でもよい。
On the side wall surface of the storage container 302, a door 308 which can be opened and closed and has an airtight mechanism in a closed state is provided. The storage container 302 has a structure that can be transported separately from the semiconductor processing apparatus 301 while maintaining the internal atmosphere and cleanliness. The inside of the storage container 302 may be in a normal pressure state filled with an inert gas containing Xe or Kr (for example, N 2 , Ar) or clean air containing Xe or Kr when transporting the container 302.
A reduced pressure atmosphere by the gas may be used.

【0061】収納容器302の上部には、開口327を
有する開閉バルブ328が、配管により収納容器302
内のフィルター329に接続されている。開閉バルブ3
28は、外部のガス供給手段(例えばガス供給手段31
9)から収納容器302内へXe或いはKrを含有する
不活性ガス又はXe或いはKrを含有するクリーンエア
を供給する時にのみ開けられる。収納容器302の下側
には排気口330を介してバルブ331が接続され、こ
のバルブ331には開口332が設けられている。バル
ブ331は収納容器302内の真空排気を行う時にのみ
開けられる。この真空排気は、外部に独立して設けられ
た排気手段(例えば排気手段324)を開口332に接
続することによって行われる様になっている。
An opening / closing valve 328 having an opening 327 is provided above the storage container 302 by piping.
Connected to a filter 329 in the inside. Open / close valve 3
28 is an external gas supply means (for example, gas supply means 31
It is opened only when the inert gas containing Xe or Kr or the clean air containing Xe or Kr is supplied into the storage container 302 from 9). A valve 331 is connected to the lower side of the storage container 302 via an exhaust port 330, and the valve 331 has an opening 332. The valve 331 is opened only when evacuating the storage container 302. The evacuation is performed by connecting an evacuation means (e.g., evacuation means 324) independently provided outside to the opening 332.

【0062】収納容器302は、複数の未処理の基板3
11を収納した状態で扉308が閉じられ気密な状態と
される。収納容器の内部は、所定の真空度まで真空引き
された後、Xe或いはKrを含有する不活性ガス又はX
e或いはKrを含有するクリーンエアが導入され、所定
の真空度に維持される。
The storage container 302 contains a plurality of unprocessed substrates 3
The door 308 is closed in a state where 11 is stored, and the airtight state is established. After the inside of the storage container is evacuated to a predetermined degree of vacuum, an inert gas containing Xe or Kr or Xe
Clean air containing e or Kr is introduced and maintained at a predetermined degree of vacuum.

【0063】以上のように構成された基板の搬送システ
ムについて、以下その動作を説明する。複数の基板31
1を収納したカセット325を内部に保持した収納容器
302は、扉308を閉じて内部のクリーン度を例えば
クラス1に保った状態で自動搬送ロボットにより搬送さ
れ、ロードロック室304に隣接して設けられた接続手
段307に隣接して載置される。
The operation of the substrate transport system configured as described above will be described below. Multiple substrates 31
The storage container 302 holding the cassette 325 storing therein the container 1 is conveyed by the automatic conveyance robot in a state where the door 308 is closed and the cleanness of the inside is maintained, for example, in class 1, and is provided adjacent to the load lock chamber 304. It is placed adjacent to the connected connecting means 307.

【0064】ロードロック室304内は排気手段324
により真空排気され、その後ガス供給手段319によ
り、Xe或いはKrを含有する不活性ガス又はXe或い
はKrを含有するクリーンエアが所定の圧力に到達する
までロードロック室304内に供給される。続いて、ゲ
ートバルブ306及び扉308が開口してロードロック
室304と収納容器302が連通し、内部が共通のXe
或いはKrを含有する不活性ガス又はXe或いはKrを
含有するクリーンエア雰囲気とされる。次に、ロードロ
ック室304内の搬送手段317が移動し、収納容器3
02内のカセット325から基板311を取り出し、ロ
ードロック室304内へ搬送する。
The inside of the load lock chamber 304 is provided with exhaust means 324.
After that, the gas supply means 319 supplies the inert gas containing Xe or Kr or the clean air containing Xe or Kr into the load lock chamber 304 until the pressure reaches a predetermined pressure. Subsequently, the gate valve 306 and the door 308 are opened to allow the load lock chamber 304 and the storage container 302 to communicate with each other.
Alternatively, the atmosphere is an inert gas containing Kr or a clean air atmosphere containing Xe or Kr. Next, the transfer means 317 in the load lock chamber 304 moves, and the storage container 3
The substrate 311 is taken out from the cassette 325 in the cartridge 02 and is transported into the load lock chamber 304.

【0065】次に、ゲートバルブ306が閉口し、ロー
ドロック室304内が所定の真空度、例えば1×10-3
Torrへ真空排気される。次に、ゲートバルブ305
が開口し、搬送手段317の保持する基板311は処理
室303内の載置台310の上に載置される。
Next, the gate valve 306 is closed, and the inside of the load lock chamber 304 has a predetermined degree of vacuum, for example, 1 × 10 −3.
It is evacuated to Torr. Next, the gate valve 305
Is opened, and the substrate 311 held by the transfer means 317 is placed on the placement table 310 in the processing chamber 303.

【0066】搬送手段317がロードロック室内へ退避
した後、ゲートバルブ305が閉口し、処理室303内
は所定の真空度まで真空排気される。次に、プロセスガ
スが処理室303内に供給される、加熱処理が施され
る、或いはプラズマが励起される等、基板311に対し
て所定のプロセスが実行される。
After the transfer means 317 retreats into the load lock chamber, the gate valve 305 is closed, and the inside of the processing chamber 303 is evacuated to a predetermined degree of vacuum. Next, a predetermined process is performed on the substrate 311 such as supplying a process gas into the processing chamber 303, performing a heat treatment, or exciting plasma.

【0067】所定のプロセスが終了した処理室303内
は真空排気され、続いてXe或いはKrを含有する不活
性ガス又はXe或いはKrを含有するクリーンエア雰囲
気に置換される。その後、ゲートバルブ305を開口し
て、基板311を搬送手段317によりロードロック室
304内に搬出する。
After the predetermined process is completed, the inside of the processing chamber 303 is evacuated and then replaced with an inert gas containing Xe or Kr or a clean air atmosphere containing Xe or Kr. After that, the gate valve 305 is opened, and the substrate 311 is carried out into the load lock chamber 304 by the carrying means 317.

【0068】さらに、ゲートバルブ305を閉じて、ロ
ードロック304内をXe或いはKrを含有する不活性
ガス又はXe或いはKrを含有するクリーンエア雰囲気
に置換する。その後、ゲートバルブ306を開けて、搬
送手段317により基板311を収納容器302内に保
持されたカセット325の所定のスロットに戻す。
Further, the gate valve 305 is closed to replace the inside of the load lock 304 with an inert gas containing Xe or Kr or a clean air atmosphere containing Xe or Kr. After that, the gate valve 306 is opened, and the substrate 311 is returned to a predetermined slot of the cassette 325 held in the storage container 302 by the transfer means 317.

【0069】以上の様にして搬送システムは動作する
が、この動作を順次枝葉ごとにカセット325より取り
出して繰り返すことで、カセット325内のすべての基
板311についての処理が行われる。
The transport system operates as described above. By repeating this operation for each branch and leaf sequentially from the cassette 325, the processing for all the substrates 311 in the cassette 325 is performed.

【0070】一連の処理が終了すると、ゲートバルブ3
06は閉じられ、半導体処理装置301が気密な状態に
戻されるとともに、収納容器302の扉308も閉じら
れて、収納容器302は気密なXe或いはKrを含有す
る不活性ガス又はXe或いはKrを含有するクリーンエ
ア雰囲気に保たれる。
When a series of processing is completed, the gate valve 3
Reference numeral 06 is closed, the semiconductor processing apparatus 301 is returned to an airtight state, the door 308 of the storage container 302 is also closed, and the storage container 302 contains an inert gas containing Xe or Kr or Xe or Kr. Is maintained in a clean air atmosphere.

【0071】処理の終了した複数の基板311を収納し
た収納容器302は、Xe或いはKrを含有する不活性
ガス又はXe或いはKrを含有するクリーンエア雰囲気
に維持されたまま、次の工程の半導体製造装置又は半導
体検査装置へと搬送されてゆく。
The storage container 302 storing the processed substrates 311 is maintained in an inert gas containing Xe or Kr or in a clean air atmosphere containing Xe or Kr, and is subjected to the next step of semiconductor manufacturing. It is transported to the device or semiconductor inspection device.

【0072】以上の様に動作する基板の搬送システム
は、半導体基板への処理が行われている時以外は常時、
Xe或いはKrを含有する不活性ガス(例えばN2 、A
r)又はXe或いはKrを含有するクリーンエア雰囲気
に維持されている。したがって、搬送システムは、全工
程を通して基板を外部環境のゴミ、ホコリ、コンタミネ
ーションから保護するのみならず、重金属汚染の遮蔽効
果を有する一連の処理を行うことができる。
The substrate transfer system that operates as described above always operates except when processing is performed on the semiconductor substrate.
Inert gas containing Xe or Kr (eg, N 2 , A
r) or a clean air atmosphere containing Xe or Kr. Therefore, the transport system can perform not only the substrate from dust, dust, and contamination in the external environment but also a series of processes having a shielding effect of heavy metal contamination throughout the entire process.

【0073】なお、本実施形態では、ロードロック室3
04には1つの処理室303しか接続されていなかった
が、半導体基板に複数種の処理を逐次行うべく、複数の
処理室303をロードロック室304に接続するように
してもよい。
In this embodiment, the load lock chamber 3
Although only one processing chamber 303 is connected to 04, a plurality of processing chambers 303 may be connected to the load lock chamber 304 in order to sequentially perform a plurality of types of processing on the semiconductor substrate.

【0074】また、収納容器302内の圧力は製造工程
に最適な設定とすることができ、例えばXe或いはKr
を含有する不活性ガス又はXe或いはKrを含有するク
リーンエア雰囲気で減圧して、予め接続するロードロッ
ク室の圧力(例えば1×10-3Torr)に一致させる
ことも可能である。
The pressure inside the storage container 302 can be set to an optimum value for the manufacturing process. For example, Xe or Kr
It is also possible to reduce the pressure in an inert gas containing Xe or a clean air atmosphere containing Xe or Kr to match the pressure (for example, 1 × 10 −3 Torr) of the load lock chamber connected in advance.

【0075】逆に、Xe或いはKrを含有する不活性ガ
ス又はXe或いはKrを含有するクリーンエア雰囲気を
大気圧よりも陽圧に設定して大気の収納容器302内へ
の混入を防止し、ロードロック室との接続に先立って収
納容器302内を減圧して大気圧により近づけた後、ロ
ードロック室と連通することも可能である。
Conversely, the inert gas containing Xe or Kr or the clean air atmosphere containing Xe or Kr is set at a positive pressure higher than the atmospheric pressure to prevent the air from entering the storage container 302 and to load the atmosphere. Prior to connection with the lock chamber, it is also possible to reduce the pressure inside the storage container 302 and bring it closer to the atmospheric pressure, and then communicate with the load lock chamber.

【0076】次に、第4の実施形態として横型LPCV
D炉を例にとり、図4を参照して説明する。2重管構造
の横型LPCVD炉400は、口径が異なる2本の中空
円筒体の石英管401、402が長手方向に沿って遊嵌
状態にはめ合わされており、他にこの2本の石英管40
1、402を内包するように配置された均熱管403
と、この均熱管403の外面に配設されたヒーターから
なる電気炉404とを備えている。
Next, as a fourth embodiment, a horizontal LPCV
This will be described with reference to FIG. 4 taking a furnace D as an example. In a horizontal LPCVD furnace 400 having a double-tube structure, two hollow cylindrical quartz tubes 401 and 402 having different diameters are fitted in a loosely fitted state along the longitudinal direction.
Heat equalizing tubes 403 arranged so as to include 1, 402
And an electric furnace 404 including a heater disposed on the outer surface of the heat equalizing tube 403.

【0077】石英管401、402は溶融石英製で、内
方の石英管401には多結晶シリコン膜堆積処理が施さ
れるSi基板406をその内部に収容可能な冶具407
が設けられている。均熱管403は重金属の正イオン化
を抑制する材料例えばSiC又はSiN製で、その内表
面に重金属の正イオン化を促進する材料例えばSiO2
(先に説明した条件を満たすようなSiO2 )が被覆さ
れており、均熱管403壁面からのガス放出や重金属に
よる基板の汚染が防止されるようになっている。また、
内方の石英管401、内方の石英管401と外方の石英
管402との間及び外方の石英管402と均熱管403
との間にはガス流408a、408b及び408cが供
給されるようになっている。さらに、内方の石英管40
1と外方の石英管402との間には、炉管に沿って少な
くとも1本の熱電対405が設けられている。
The quartz tubes 401 and 402 are made of fused quartz, and the inner quartz tube 401 has a jig 407 capable of accommodating therein a Si substrate 406 on which a polycrystalline silicon film is deposited.
Is provided. The soaking tube 403 is made of a material that suppresses the positive ionization of heavy metals, such as SiC or SiN, and has a material that promotes the positive ionization of heavy metals, such as SiO 2 , on its inner surface.
(SiO 2 that satisfies the conditions described above) is coated so that gas emission from the wall surface of the soaking tube 403 and contamination of the substrate by heavy metals is prevented. Also,
Inner quartz tube 401, between inner quartz tube 401 and outer quartz tube 402, and outer quartz tube 402 and soaking tube 403
Are supplied with gas flows 408a, 408b and 408c. Furthermore, the inner quartz tube 40
At least one thermocouple 405 is provided between the first quartz tube 402 and the outer quartz tube 402 along the furnace tube.

【0078】このように構成された横型LPCVD炉を
用い、Si基板406に多結晶シリコン膜堆積工程を施
す場合は、例えば次のようにして行う。ゲート酸化膜が
形成されたSi基板406を冶具407に載せて、窒素
雰囲気中で620℃に保たれた内方の石英管401内に
搬送する。そして、LPCVD法により、99.999
9%以上の純度のSiH4 雰囲気中、圧力30Paのも
とで、電気炉404によってSi基板406を620℃
程度の温度に加熱し、所望の多結晶シリコン膜厚が得ら
れる時間成膜を行う。この際、内方の石英管401と外
方の石英管402との間及び外方の石英管402と均熱
管403との間には、0.2気圧のO2ガスと0.8気
圧のKrガスとの混合ガスを10slmの流量で給排さ
せるとともに、遮蔽すべき金属のイオン化ポテンシャル
よりも高いエネルギーレベルを有する光照射411を行
う。これにより、遮蔽の対象となる金属はイオン化され
るが、照射光のエネルギーレベルより高いイオン化ポテ
ンシャルを有する成分、例えばKrやXeの不活性ガス
はイオン化されない。したがって、遮蔽の対象となる金
属元素のみを選択的にイオン化(共鳴イオン化)するこ
とができ、効率的に金属重希ガス結合生成物を形成で
き、かつこれを横型LPCVD炉400外に除去するこ
とができる。
When a polycrystalline silicon film deposition process is performed on the Si substrate 406 using the horizontal LPCVD furnace configured as described above, the process is performed, for example, as follows. The Si substrate 406 on which the gate oxide film is formed is placed on a jig 407 and transferred into the inner quartz tube 401 maintained at 620 ° C. in a nitrogen atmosphere. Then, 99.999 by the LPCVD method.
The Si substrate 406 is heated at 620 ° C. by the electric furnace 404 under a pressure of 30 Pa in an atmosphere of SiH 4 having a purity of 9% or more.
Then, the film is heated to about the temperature, and a film is formed for a time to obtain a desired polycrystalline silicon film thickness. At this time, between the inner quartz tube 401 and the outer quartz tube 402 and between the outer quartz tube 402 and the soaking tube 403, 0.2 atm O 2 gas and 0.8 atm A mixed gas with Kr gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and light irradiation 411 having an energy level higher than the ionization potential of the metal to be shielded is performed. Thereby, the metal to be shielded is ionized, but components having an ionization potential higher than the energy level of the irradiation light, for example, an inert gas such as Kr or Xe are not ionized. Therefore, only the metal element to be shielded can be selectively ionized (resonant ionization), and a metal heavy rare gas bonding product can be efficiently formed, and this can be removed outside the horizontal LPCVD furnace 400. Can be.

【0079】好適な光照射手段は、内方の石英管401
と外方の石英管402との間及び外方の石英管402と
均熱管403との間に、単一振動数のコヒーレントな光
を照射する手段(好ましくは、実質的に単一の振動数を
有するレーザ光、例えば紫外レーザ光を発振することの
できるレーザ光発振手段)を有する。また、複数種の金
属元素を遮蔽除去するためには、レーザ光発振手段と、
このレーザ光発振手段により発振されたレーザ光の照射
光度(照射強度)を可変する光度(光強度)可変手段と
を用いる。光度(光強度)可変手段を有する波長可変光
照射手段を採用すると、レーザ光の照射光度を可変する
ことによってフラグメントイオンと分子イオンとの割合
を調節することができ、いわゆるソフト/ハードイオン
化の調節が可能になる。そして、光強度を適宜に選択
し、イオン化ポテンシャルが同一或いは近接しているが
分子量の異なる成分を含有する照射対象気体に光照射す
ることにより、各成分のイオン化を明瞭に分離すること
ができる。この波長可変手段としては、色素レーザ(D
ye laser)及びYAGレーザをあげることがで
きる。なお、色素レーザを採用する場合には、発振され
る光の波長が長過ぎて必要なエネルギーレベルが得られ
ないので、周波数を整数倍に変換する機構、例えば周波
数逓倍器を設けることが望ましい。
A preferable light irradiation means is an inner quartz tube 401.
Means for irradiating a single-frequency coherent light between the outer quartz tube 402 and the outer quartz tube 402 and the soaking tube 403 (preferably, a substantially single-frequency , For example, a laser light oscillating means capable of oscillating an ultraviolet laser light). Further, in order to shield and remove a plurality of types of metal elements, a laser light oscillation means,
Light intensity (light intensity) varying means for varying the irradiation intensity (irradiation intensity) of the laser light oscillated by the laser light oscillation means is used. When the wavelength variable light irradiation means having the light intensity (light intensity) variable means is adopted, the ratio between the fragment ions and the molecular ions can be adjusted by changing the irradiation light intensity of the laser light, and so-called soft / hard ionization adjustment Becomes possible. By appropriately selecting the light intensity and irradiating the irradiation target gas containing components having the same or close ionization potentials but different molecular weights with light, the ionization of each component can be clearly separated. As this wavelength variable means, a dye laser (D
and a YAG laser. When a dye laser is used, the wavelength of the emitted light is too long to obtain a necessary energy level. Therefore, it is desirable to provide a mechanism for converting the frequency to an integral multiple, for example, a frequency multiplier.

【0080】好適な波長可変光照射手段は、多光子イオ
ン化法(Multi-Photon Ionization:MPI)に基づく
構成を有する。このMPI法の特徴の一つは、照射光の
波長によってイオン化する原子/分子の種別を選択する
ことができることである。これは、気体原子/分子はそ
れぞれ固有のイオン化ポテンシャルを有しているので、
イオン化ポテンシャルがhν(hはプランクの定数、ν
は照射光の振動数)よりも低い原子/分子がイオン化さ
れ、イオン化ポテンシャルがhνよりも高い原子/分子
はイオン化が困難になるという現象に依存する。したが
って、照射対象気体に照射される光は単一振動数のコヒ
ーレントな光であることが望ましい。MPIの原理に基
づくと、気体分子を励起してイオン化するには三種の態
様、すなわち、非共鳴MPI(Non Resonant MPI:NR
MPI)、共鳴二光子イオン化(Resonant Two-Photon
Ionization:R2PI)及び二光子共鳴イオン化(Two
Photon Resonant Ionization:TPRI)がある。
A preferable wavelength tunable light irradiation means has a configuration based on multi-photon ionization (MPI). One of the features of the MPI method is that the type of atom / molecule to be ionized can be selected according to the wavelength of irradiation light. This is because each gas atom / molecule has its own ionization potential,
The ionization potential is hν (h is Planck's constant, ν
Depends on the phenomenon that atoms / molecules lower than the frequency of irradiation light) are ionized, and atoms / molecules having an ionization potential higher than hν are difficult to ionize. Therefore, it is desirable that the light irradiated to the irradiation target gas be coherent light having a single frequency. According to the principle of MPI, there are three modes for exciting and ionizing gas molecules, namely, non-resonant MPI (NR).
MPI), Resonant Two-Photon
Ionization: R2PI) and two-photon resonance ionization (Two
Photon Resonant Ionization (TPRI).

【0081】NRMPIでは、多数の光子エネルギーを
瞬間的に原子/分子に与えることにより、原子/分子を
そのエネルギーの基底準位から一挙にイオン化ポテンシ
ャルにまで励起する。したがって、NRMPIを採用す
る波長可変光照射手段においては、高エネルギーのレー
ザ光発振手段が必要になる。換言すると、このNRMP
Iを採用する場合には、エネルギーレベルの高い、すな
わち短い波長のレーザ光を照射することが必要になる。
したがって、遠紫外域に及ぶレーザ発振器を必要とする
ことがある。
In NRMPI, a large number of photon energies are instantaneously applied to atoms / molecules to excite the atoms / molecules from the ground level of the energy to an ionization potential at once. Therefore, in the wavelength tunable light irradiation means employing NRMPI, high energy laser light oscillation means is required. In other words, this NRMP
When I is adopted, it is necessary to irradiate a laser beam having a high energy level, that is, a laser beam having a short wavelength.
Therefore, a laser oscillator extending to the far ultraviolet region may be required.

【0082】R2PIにおいては、ある光子が原子/分
子を基底準位から中間状態(基底準位とイオン化ポテン
シャルとの中間に存在する準位:Intermediate State)
に励起する。この中間状態は準安定状態であり、励起さ
れた原子/分子は一定の減衰率βで中間状態から基底準
位に戻る。そこで、照射光の光度(光強度)を適正に大
きくすることにより、中間状態に励起した原子/分子が
減衰率βで基底状態に戻る原子/分子よりも多い場合に
は、照射光によって照射対象気体原子/分子のほとんど
が中間状態に励起されることになる。この間に第2の光
子が照射されると、この原子/分子はさらに励起され
て、イオン化ポテンシャルを越えるエネルギーを得てイ
オンになる。したがって、原子/分子のイオン化ポテン
シャルよりも低いエネルギーレベルの照射光を照射して
も、原子/分子は効率良くイオン化される。
In R2PI, a certain photon moves an atom / molecule from the ground level to an intermediate state (a level existing between the ground level and the ionization potential: Intermediate State).
To excite. This intermediate state is a metastable state, and the excited atoms / molecules return to the ground level from the intermediate state at a constant decay rate β. Therefore, by appropriately increasing the luminous intensity (light intensity) of the irradiation light, when the number of atoms / molecules excited to the intermediate state is larger than the number of atoms / molecules returning to the ground state at the attenuation rate β, the irradiation target is irradiated with the irradiation light. Most of the gas atoms / molecules will be excited to an intermediate state. If a second photon is irradiated during this time, this atom / molecule is further excited and gains energy exceeding the ionization potential to become an ion. Therefore, even if irradiation light having an energy level lower than the ionization potential of the atoms / molecules is irradiated, the atoms / molecules are efficiently ionized.

【0083】TPRIでは、2個以上の光子エネルギー
を原子/分子にほとんど同時に与えて、この原子/分子
を基底状態から中間状態に励起する。このプロセスで
は、イオン化効率はR2PIよりも低い。このTPRI
を採用するときには、低レベルレーザすなわち長波長レ
ーザで充分であるが、出力を大きくする必要がある。
In TPRI, two or more photon energies are applied almost simultaneously to an atom / molecule to excite the atom / molecule from a ground state to an intermediate state. In this process, the ionization efficiency is lower than R2PI. This TPRI
Is adopted, a low-level laser, that is, a long-wavelength laser is sufficient, but the output needs to be increased.

【0084】本発明においては、非共鳴MPI、共鳴二
光子イオン化及び二光子共鳴イオン化のいずれの方式を
も採用することができ、それぞれの方式の特性を考慮し
て、遮蔽の対象となる金属元素のイオン化に応じた適切
な方式が採択される。
In the present invention, any of non-resonant MPI, resonant two-photon ionization, and two-photon resonance ionization can be adopted. In consideration of the characteristics of each system, the metal element to be shielded is used. An appropriate method is adopted according to the ionization of

【0085】上記多結晶シリコン膜の堆積を施したSi
基板を気相分析法フレームレス原子吸光法で分析したと
ころ、5×1015atoms/cm3 のFeと1.5×
1015atoms/cm3 のCuが検出された。この金
属不純物濃度は、従来の熱処理ガスを用いた熱処理での
値(5×1016atoms/cm3 のFe、3×1016
atoms/cm3 のCu)に比較して1桁以上減少し
ている。また、この多結晶シリコン膜中の酸素濃度は、
SIMS分析にて検出限界(1×1018個/cm3 )以
下と、非常に低い値が得られた。
The Si on which the polycrystalline silicon film is deposited
When the substrate was analyzed by gas phase analysis flameless atomic absorption spectrometry, it was found that 5 × 10 15 atoms / cm 3 Fe and 1.5 × 10 15 atoms / cm 3.
10 15 atoms / cm 3 of Cu was detected. This metal impurity concentration is a value obtained by a conventional heat treatment using a heat treatment gas (5 × 10 16 atoms / cm 3 Fe, 3 × 10 16 atoms / cm 3 ).
atom / cm 3 of Cu). The oxygen concentration in this polycrystalline silicon film is
In the SIMS analysis, a very low value of less than the detection limit (1 × 10 18 / cm 3 ) was obtained.

【0086】なお、内方の石英管401と外方の石英管
402との間及び外方の石英管402と均熱管403と
の間に給排するガスの組成は同一である必要はなく、ま
た混合ガスである必要はない。例えば、外方の石英管4
02と均熱管403との間には0.5気圧のO2 ガスと
0.5気圧のN2 ガスとの混合ガスを10slmの流量
で給排し、内方の石英管401と外方の石英管402と
の間には0.5気圧のKrガスと0.5気圧のN2 ガス
との混合ガスを10slmの流量で給排した場合、或い
は、外方の石英管402と均熱管403との間には0.
8気圧のO2 ガスと0.2気圧のN2 ガスとの混合ガス
を10slmの流量で給排し、内方の石英管401と外
方の石英管402との間には1気圧のXeガスのみを1
0slmの流量で給排した場合にも、ほぼ同様の金属不
純物遮蔽効果が得られた。
The composition of the gas supplied and discharged between the inner quartz tube 401 and the outer quartz tube 402 and between the outer quartz tube 402 and the soaking tube 403 need not be the same. It does not need to be a mixed gas. For example, the outer quartz tube 4
02 and the soaking tube 403, a mixed gas of 0.5 atm O 2 gas and 0.5 atm N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and the inner quartz tube 401 and the outer quartz tube 401 are discharged. When a mixed gas of 0.5 atm of Kr gas and 0.5 atm of N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm between the quartz tube 402 and the outer quartz tube 402 and the soaking tube 403. Between 0 and 1.
A mixed gas of 8 atm of O 2 gas and 0.2 atm of N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and 1 atm of Xe is supplied between the inner quartz tube 401 and the outer quartz tube 402. Only gas 1
In the case of supplying and discharging at a flow rate of 0 slm, almost the same metal impurity shielding effect was obtained.

【0087】なお、遮蔽の対象となる金属元素のイオン
化手段は光照射に限定されることはなく、例えば粒子ビ
ームの照射や高周波電場の印加等でもよい。次に、第5
の実施形態として横型LPCVD炉を例にとり、図5を
参照して説明する。
The means for ionizing a metal element to be shielded is not limited to light irradiation, but may be, for example, particle beam irradiation or application of a high-frequency electric field. Next, the fifth
A horizontal LPCVD furnace will be described as an example of the embodiment with reference to FIG.

【0088】2重管構造の横型LPCVD炉500は、
口径が異なる2本の中空円筒体の石英管501、502
が長手方向に沿って遊嵌状態にはめ合わされており、他
にこの2本の石英管501、502を内包するように配
置された均熱管503と、この均熱管503の外面に配
設されたヒーターからなる電気炉504とを備えてい
る。
A horizontal LPCVD furnace 500 having a double tube structure is
Two hollow cylindrical quartz tubes 501 and 502 having different diameters
Are fitted in a play-fit state along the longitudinal direction, and are further disposed on the outer surface of the heat equalizing tube 503 disposed so as to include the two quartz tubes 501 and 502. And an electric furnace 504 including a heater.

【0089】石英管501、502は溶融石英製で、内
方の石英管501にはシリコン窒化膜堆積処理が施され
るSi基板506をその内部に収容可能な冶具507が
設けられている。均熱管503は重金属の正イオン化を
抑制する材料例えばSiC又はSiN製で、その内表面
に重金属の正イオン化を促進する材料例えばSiO
2(先に説明した条件を満たすようなSiO2 )が被覆
されており、均熱管503壁面からのガス放出や重金属
による基板の汚染が防止されるようになっている。ま
た、内方の石英管501、内方の石英管501と外方の
石英管502との間及び外方の石英管502と均熱管5
03との間にはガス流508a、508b、508cが
供給されるようになっており、かつ内方の石英管501
と外方の石英管502との間には炉管に沿って少なくと
も1本の熱電対505が設けられている。
The quartz tubes 501 and 502 are made of fused quartz, and the inner quartz tube 501 is provided with a jig 507 capable of accommodating therein an Si substrate 506 on which a silicon nitride film is deposited. The heat equalizing tube 503 is made of a material that suppresses the positive ionization of heavy metals, for example, SiC or SiN, and has a material that promotes the positive ionization of heavy metals, for example, SiO 2 on its inner surface.
2 (SiO 2 that satisfies the above-described conditions) is coated to prevent gas emission from the wall surface of the soaking tube 503 and contamination of the substrate by heavy metals. Further, the inner quartz tube 501, the inner quartz tube 501 and the outer quartz tube 502, and the outer quartz tube 502 and the soaking tube 5
03, gas flows 508a, 508b, and 508c are supplied, and an inner quartz tube 501 is provided.
At least one thermocouple 505 is provided between the quartz tube 502 and the outer side along the furnace tube.

【0090】このように構成された横型LPCVD炉を
用い、Si基板506にシリコン窒化膜堆積工程を施す
場合は、例えば次のようにして行う。ゲート多結晶シリ
コン膜を形成したSi基板506を冶具507に載せ
て、窒素雰囲気中で400℃に保たれた内方の石英管5
01内に搬送する。そして、SiH2 Cl2 10scc
m、NH3 100sccmの雰囲気の下で700℃まで
昇温し、LPCVD法により所望のシリコン窒化膜厚が
得られる時間の成膜を行う。なお、反応圧力は、15P
aである。この際、内方の石英管501と外方の石英管
502との間及び外方の石英管502と均熱管503と
の間には、0.2気圧のO2 ガスと0.8気圧のKrガ
スとの混合ガスを10slmの流量で給排させるととも
に、遮蔽すべき金属のイオン化ポテンシャルよりも高い
エネルギーレベルを有する光照射を行う。これにより、
遮蔽の対象となる金属はイオン化されるが、照射光のエ
ネルギーレベルより高いイオン化ポテンシャルを有する
成分、例えばKrやXeの不活性ガスはイオン化されな
い。したがって、遮蔽の対象となる金属元素のみを選択
的にイオン化(共鳴イオン化)することができ、効率的
に金属重希ガス結合生成物を形成でき、かつこれを横型
LPCVD炉500外に除去できる。
When the silicon nitride film deposition step is performed on the Si substrate 506 using the horizontal LPCVD furnace configured as described above, for example, the following is performed. The Si substrate 506 having the gate polycrystalline silicon film formed thereon is placed on a jig 507, and the inner quartz tube 5 maintained at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere.
01. And, SiH 2 Cl 2 10 scc
m, the temperature is raised to 700 ° C. in an atmosphere of 100 sccm of NH 3 , and a film is formed by LPCVD for a time to obtain a desired silicon nitride film thickness. The reaction pressure is 15P
a. At this time, between the inner quartz tube 501 and the outer quartz tube 502 and between the outer quartz tube 502 and the soaking tube 503, O 2 gas of 0.2 atm and 0.8 atm of A mixed gas with Kr gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and light irradiation having an energy level higher than the ionization potential of the metal to be shielded is performed. This allows
The metal to be shielded is ionized, but a component having an ionization potential higher than the energy level of the irradiation light, for example, an inert gas such as Kr or Xe is not ionized. Accordingly, only the metal element to be shielded can be selectively ionized (resonant ionization), and a metal heavy rare gas bonding product can be efficiently formed and can be removed outside the horizontal LPCVD furnace 500.

【0091】このようにして、横型LPCVD炉500
外に除去された金属重希ガス結合生成物を含むガス51
8aは分解処理室511に導入される。分解処理室51
1は、例えば口径が異なる2本の中空円筒体の石英管5
12、513が長手方向に沿って遊嵌状態にはめ合わさ
れており、他にこの2本の石英管512、513を内包
するように配置された均熱管514と、この均熱管51
4の外面に配設されたヒーターからなる電気炉515と
を備えている。
Thus, the horizontal LPCVD furnace 500
Gas 51 containing metal heavy rare gas binding products removed to the outside
8a is introduced into the decomposition processing chamber 511. Decomposition chamber 51
1 is a quartz tube 5 of, for example, two hollow cylindrical bodies having different diameters.
12 and 513 are fitted in a loose fit state along the longitudinal direction. In addition, a heat equalizing tube 514 arranged so as to include the two quartz tubes 512 and 513 and a heat equalizing tube 51 are provided.
4 and an electric furnace 515 composed of a heater disposed on the outer surface.

【0092】内方の石英管512内には、石英管512
内部でのガス流を蛇行させガスの滞留時間を増加させる
ことを主たる目的とした遮蔽冶具516が設けられてい
る。均熱管514は重金属の正イオン化を抑制する材料
例えばSiC又はSiN製で、その内表面には重金属の
正イオン化を促進する材料例えばSiO2 が被覆されて
いる。また、内方の石英管512と外方の石英管513
との間及び外方の石英管513と均熱管514との間に
はガス流518b、518cが供給されるようになって
おり、かつ内方の石英管512と外方の石英管513と
の間には炉管に沿って少なくとも1本の熱電対517が
設けられている。
In the inner quartz tube 512, there is a quartz tube 512.
A shielding jig 516 is provided mainly for the purpose of meandering the gas flow inside and increasing the residence time of the gas. The soaking tube 514 is made of a material that suppresses the positive ionization of heavy metals, for example, SiC or SiN, and has an inner surface coated with a material that promotes the positive ionization of heavy metals, for example, SiO 2 . In addition, the inner quartz tube 512 and the outer quartz tube 513
And between the outer quartz tube 513 and the soaking tube 514 are supplied with gas flows 518b, 518c, and the inner quartz tube 512 and the outer quartz tube 513 are connected to each other. At least one thermocouple 517 is provided therebetween along the furnace tube.

【0093】金属重希ガス結合生成物を含むガス518
aは、還元性のガス(例えばH2 、H2 とH2 Oとの混
合ガス、COとCO2 との混合ガス)と不活性ガス(例
えばN2 、He、Ne、Ar、Kr、Xe)との混合ガ
スのガス流と予め混合されるか、或いは個別のガス供給
系統により、内方の石英管512内に導入される。石英
管512、513及び均熱管514は、電気炉515に
より金属重希ガス結合生成物の還元/分解に必要な温
度、例えば200〜1000℃に保たれている。この温
度は除去すべき金属の酸化物生成自由エネルギーと還元
性のガスの組成によって決定される。この還元/分解処
理により、除去されるべき重金属元素は石英管512、
513、均熱管514或いは遮蔽冶具516に捕獲され
る。一方、分解処理室511から排出されるガスからは
重金属元素が除去されているため、所望のガス成分の分
離精製処理を施すのみで、再度横型LPCVD炉500
内の内方の石英管501、内方の石英管501と外方の
石英管502との間或いは外方の石英管502と均熱管
503との間に供給することができる。
Gas 518 containing metal heavy rare gas combination product
a is a reducing gas (eg, H 2 , a mixed gas of H 2 and H 2 O, a mixed gas of CO and CO 2 ) and an inert gas (eg, N 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe) ) Or is introduced into the inner quartz tube 512 by a separate gas supply system. The quartz tubes 512 and 513 and the soaking tube 514 are maintained at a temperature required for reduction / decomposition of the heavy metal rare gas bonding product, for example, 200 to 1000 ° C. by an electric furnace 515. This temperature is determined by the free energy of oxide formation of the metal to be removed and the composition of the reducing gas. The heavy metal elements to be removed by this reduction / decomposition treatment are quartz tubes 512,
513, captured by the soaking tube 514 or the shielding jig 516. On the other hand, since the heavy metal element is removed from the gas discharged from the decomposition processing chamber 511, the horizontal LPCVD furnace 500 is again subjected only to the separation and purification of the desired gas components.
It can be supplied inside the inner quartz tube 501, between the inner quartz tube 501 and the outer quartz tube 502, or between the outer quartz tube 502 and the soaking tube 503.

【0094】このようにしてシリコン窒化膜堆積を施し
たSi基板を気相分析法フレームレス原子吸光法で分析
したところ、5×1015atoms/cm3 のFeと
1.5×1015atoms/cm3 のCuが検出され
た。この金属不純物濃度は、従来の熱処理ガスを用いた
熱処理での値(5×1016atoms/cm3 のFe、
3×1016atoms/cm3 のCu)に比較して1桁
以上減少している。また、このシリコン窒化膜中の酸素
濃度は、SIMS分析にて検出限界(1×1018個/c
3 )以下と、非常に低い値が得られた。
The Si substrate on which the silicon nitride film was deposited in this manner was analyzed by a gas phase analysis method using a flameless atomic absorption spectroscopy. As a result, 5 × 10 15 atoms / cm 3 of Fe and 1.5 × 10 15 atoms / cm 3 were measured. cm 3 of Cu was detected. This metal impurity concentration is a value obtained by a conventional heat treatment using a heat treatment gas (5 × 10 16 atoms / cm 3 of Fe,
Compared with 3 × 10 16 atoms / cm 3 of Cu), it is reduced by one digit or more. The oxygen concentration in this silicon nitride film was determined by SIMS analysis as the detection limit (1 × 10 18 / c).
m 3 ) or less, very low values were obtained.

【0095】なお、内方の石英管501と外方の石英管
502との間及び外方の石英管502と均熱管503と
の間に給排するガスの組成は同一である必要はなく、ま
た混合ガスである必要はない。例えば、外方の石英管5
02と均熱管503との間には0.5気圧のO2 ガスと
0.5気圧のN2 ガスとの混合ガスを10slmの流量
で給排し、内方の石英管501と外方の石英管502と
の間には0.5気圧のKrガスと0.5気圧のN2 ガス
との混合ガスを10slmの流量で給排した場合、或い
は、外方の石英管502と均熱管503との間には0.
8気圧のO2 ガスと0.2気圧のN2 ガスとの混合ガス
を10slmの流量で給排し、内方の石英管501と外
方の石英管502との間には1気圧のXeガスのみを1
0slmの流量で給排した場合にも、ほぼ同様の金属不
純物遮蔽効果が得られた。
The composition of the gas supplied and discharged between the inner quartz tube 501 and the outer quartz tube 502 and between the outer quartz tube 502 and the soaking tube 503 need not be the same. It does not need to be a mixed gas. For example, the outer quartz tube 5
02 and the soaking tube 503, a mixed gas of 0.5 atm O 2 gas and 0.5 atm N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and the inner quartz tube 501 and the outer When a mixed gas of 0.5 atm Kr gas and 0.5 atm N 2 gas is supplied and exhausted at a flow rate of 10 slm between the quartz tube 502 and the quartz tube 502 and the soaking tube 503 at the outside. Between 0 and 1.
A mixed gas of 8 atm O 2 gas and 0.2 atm N 2 gas is supplied and discharged at a flow rate of 10 slm, and 1 atm of Xe is supplied between the inner quartz tube 501 and the outer quartz tube 502. Only gas 1
In the case of supplying and discharging at a flow rate of 0 slm, almost the same metal impurity shielding effect was obtained.

【0096】なお、分解処理室511における金属重希
ガス結合生成物の分解処理は還元処理に限定されること
はなく、酸化物生成自由エネルギーの大きな金属を除去
する場合には、金属重希ガス結合生成物よりも安定な金
属酸化物として除去する酸化処理を行ってもよい。この
場合、金属重希ガス結合生成物を含むガスは、酸化性の
ガス(例えば、O2 、N2 O、O3 、原子状酸素、励起
状態O2 、励起状態O原子の単独ガス或いはこれらの2
種類以上の混合ガス)と不活性ガス(例えば、N2 、H
e、Ne、Ar、Kr、Xe)との混合ガスと予め混合
されるか、或いは個別のガス供給系統により、内方の石
英管512内に導入される。石英管512、513及び
均熱管514は、電気炉515により金属重希ガス結合
生成物の酸化/分解に必要な温度、例えば200〜10
00℃に保たれている。この温度は除去すべき金属の酸
化物生成自由エネルギーと酸化性のガスの組成によって
決定される。また、金属重希ガス結合生成物の結合エネ
ルギーが比較的小さい場合には、前段階の酸化、拡散、
熱処理、膜堆積、ドライエッチング等の各処理を半導体
基板に施す処理部分での処理温度よりも高温の雰囲気に
保持するだけでも良い。
The decomposition treatment of the heavy metal and rare gas binding products in the decomposition treatment chamber 511 is not limited to the reduction treatment. An oxidation treatment for removing metal oxides that are more stable than bond products may be performed. In this case, the gas containing the metal heavy rare gas bonding product may be an oxidizing gas (for example, O 2 , N 2 O, O 3 , atomic oxygen, excited state O 2 , an excited state O atom alone gas or these gases). 2
Or more mixed gases) and an inert gas (eg, N 2 , H
e, Ne, Ar, Kr, and Xe), or is introduced into the inner quartz tube 512 by a separate gas supply system. The quartz tubes 512 and 513 and the soaking tube 514 are heated at a temperature required for oxidation / decomposition of the heavy metal rare gas bonding product by the electric furnace 515, for example, 200 to 10
It is kept at 00 ° C. This temperature is determined by the free energy of oxide formation of the metal to be removed and the composition of the oxidizing gas. If the binding energy of the heavy metal rare gas bonding product is relatively small, oxidation, diffusion,
It is only necessary to keep the atmosphere at a temperature higher than the processing temperature in the processing part where each processing such as heat treatment, film deposition and dry etching is performed on the semiconductor substrate.

【0097】さらに、除去すべき金属の酸化物と同等の
生成自由エネルギー、典型的には酸化物生成自由エネル
ギーの1/10以上を有する金属化合物が存在する場合
には、それらの反応を促進させるガスを混合し、例えば
窒化反応性雰囲気或いはハロゲン化反応性雰囲気等の反
応性雰囲気での分解処理を行ってもよい。また、これら
還元、酸化或いは反応性雰囲気での分解処理を促進する
ために、分解処理室511に高周波電場を印加してもよ
い。高周波電場を印加した場合には、電気炉515によ
る加熱温度を低下させることができる。
Further, when there is a metal compound having a free energy of formation equivalent to that of the oxide of the metal to be removed, typically 1/10 or more of the free energy of oxide formation, the reaction is promoted. The gas may be mixed, and the decomposition treatment may be performed in a reactive atmosphere such as a nitriding reactive atmosphere or a halogenating reactive atmosphere. Further, a high-frequency electric field may be applied to the decomposition treatment chamber 511 in order to promote the reduction, oxidation, or decomposition treatment in a reactive atmosphere. When a high-frequency electric field is applied, the heating temperature of the electric furnace 515 can be reduced.

【0098】以上、各実施形態について説明したが、本
発明はこれらの各実施形態に限定されるものではなく、
その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施
可能である。
Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
Various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明によれば、予め汚染金属を正イオ
ン化して希ガスと反応させることにより、汚染金属を希
ガスとの結合生成物として容易に排出することができ、
被処理基板が汚染金属によって汚染されることを防止す
ることができる。
According to the present invention, the contaminant metal is positively ionized in advance and reacted with the noble gas, whereby the contaminant metal can be easily discharged as a combined product with the noble gas.
The substrate to be processed can be prevented from being contaminated by the contaminated metal.

【0100】また、本発明によれば、汚染金属と希ガス
との結合生成物を再解離させ、再解離した希ガスを回収
して再び結合生成物の生成、排出に使用することによ
り、希ガスの有効利用をはかることができる。
Further, according to the present invention, the combined product of the contaminated metal and the rare gas is redissolved, and the redissolved rare gas is recovered and used again for producing and discharging the combined product. The gas can be used effectively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示した図であり、本
発明を横型拡散炉に適用した場合について示した図。
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention, showing a case where the present invention is applied to a horizontal diffusion furnace.

【図2】本発明の第2の実施形態を示した図であり、本
発明を縦型酸化炉に適用した場合について示した図。
FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is a view showing a case where the present invention is applied to a vertical oxidation furnace.

【図3】本発明の第3の実施形態を示した図であり、本
発明を複数の処理装置が連結された処理装置システム及
び各処理装置間における基板搬送システムに適用した場
合について示した図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a processing apparatus system in which a plurality of processing apparatuses are connected and a substrate transfer system between the processing apparatuses. .

【図4】本発明の第4の実施形態を示した図であり、本
発明を横型LPCVD炉に適用した場合について示した
図。
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, and is a view showing a case where the present invention is applied to a horizontal LPCVD furnace.

【図5】本発明の第5の実施形態を示した図であり、本
発明を横型LPCVD炉及び分解処理装置に適用した場
合について示した図。
FIG. 5 is a view showing a fifth embodiment of the present invention, and shows a case where the present invention is applied to a horizontal LPCVD furnace and a decomposition apparatus.

【図6】金属イオンと希ガスとの軌道相関図について示
した図。
FIG. 6 is a diagram showing an orbital correlation diagram between a metal ion and a rare gas.

【図7】金属イオンと希ガスとの結合エネルギー等につ
いて示した図。
FIG. 7 is a diagram showing the binding energy and the like between a metal ion and a rare gas.

【図8】金属酸化物の結合エネルギー等について示した
図。
FIG. 8 is a graph showing the binding energy and the like of a metal oxide.

【図9】金属酸化物と希ガスとの結合エネルギー等につ
いて示した図。
FIG. 9 is a diagram showing the binding energy and the like between a metal oxide and a rare gas.

【図10】Cu及びFeイオンのSiO2 中の飽和濃度
について示した図。
FIG. 10 is a diagram showing the saturation concentration of Cu and Fe ions in SiO 2 .

【図11】アクセプタ準位による電子捕獲時の安定化エ
ネルギーが変化した場合の固溶限の変化をCuについて
示した図。
FIG. 11 is a diagram showing a change in solid solubility limit of Cu when the stabilization energy at the time of electron capture by the acceptor level changes.

【図12】非架橋酸素ホールセンターの種々の形態に対
するエネルギー準位について示した図。
FIG. 12 shows energy levels for various forms of a non-crosslinked oxygen hole center.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…拡散炉 101、201、401、501、512…内方の石英
管 102、202、402、502、513…外方の石英
管 103、203、403、503、514…均熱管 104、204、404、504、515…電気炉 105、205、405、505、517…熱電対 106、206、406、506…Si基板 107、207、407、507…治具 108a〜108c、209a〜209b、408a〜
408c、508a〜508c、518b〜518c…
ガス流 200…酸化炉 208…細孔 300…処理システム 301…半導体処理装置 302…収納容器 303…処理室 304…ロードロック室 305、306…ゲートバルブ 307…接続手段 308…扉 309…処理容器 310…載置台 311…被処理基板 312…シャワーヘッド 313、319…ガス供給手段 314、320、328…開閉バルブ 315、322、330…排気口 316、324…排気手段 317…搬送手段 318…駆動手段 321、329…フィルター 325…カセット 326…保持手段 327、332…開口 323、331…バルブ 400、500…LPCVD炉 411…光照射 518a…金属重希ガス結合生成物を含むガス 511…分散処理室 516…遮蔽治具
100: diffusion furnace 101, 201, 401, 501, 512 ... inner quartz tube 102, 202, 402, 502, 513 ... outer quartz tube 103, 203, 403, 503, 514 ... soaking tube 104, 204, 404, 504, 515: electric furnaces 105, 205, 405, 505, 517: thermocouples 106, 206, 406, 506: Si substrates 107, 207, 407, 507: jigs 108a to 108c, 209a to 209b, 408a to
408c, 508a to 508c, 518b to 518c ...
Gas flow 200 Oxidation furnace 208 Micropore 300 Processing system 301 Semiconductor processing apparatus 302 Storage container 303 Processing chamber 304 Load lock chamber 305, 306 Gate valve 307 Connection means 308 Door 309 Processing container 310 ... Mounting table 311 substrate to be processed 312 shower head 313, 319 gas supply means 314, 320, 328 opening / closing valve 315, 322, 330 exhaust port 316, 324 exhaust means 317 transport means 318 driving means 321 329 Filter 325 Cassette 327 Holding means 327 332 Opening 323 331 Valve 400 500 LPCVD furnace 411 Light irradiation 518a Gas containing metal heavy rare gas bonding product 511 Dispersion processing chamber 516 Shielding jig

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/68 H01L 21/68 A (56)参考文献 特開 昭62−244459(JP,A) 特開 平5−144802(JP,A) 特開 平8−124871(JP,A) 特開 平7−78775(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/22 501 H01L 21/324 H01L 21/68 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 21/68 H01L 21/68 A (56) References JP-A-62-244459 (JP, A) JP-A-5-144802 (JP, A) JP-A-8-128471 (JP, A) JP-A-7-78775 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21 / 22 501 H01L 21/324 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被処理基板の汚染原因となる汚染金属が被
処理基板に到達する前に該汚染金属を正イオン化させ、
この正イオン化した汚染金属を希ガスと反応させて結合
生成物として排出することを特徴とする汚染金属の除去
方法。
1. A method according to claim 1, wherein the contaminating metal causing the contamination of the substrate to be processed is positively ionized before reaching the substrate.
A method for removing a contaminated metal, comprising reacting the positively ionized contaminated metal with a rare gas and discharging the contaminated metal as a combined product.
【請求項2】被処理基板の汚染原因となる汚染金属が正
イオン化されて希ガスと反応することにより生成され排
出された結合生成物に所定の処理を施すことにより汚染
金属と希ガスとを解離させ、解離した希ガスを前記結合
生成物の生成に再使用することを特徴とする結合生成物
の処理方法。
2. The method according to claim 1, wherein the contaminant metal causing the contamination of the substrate to be processed is positive.
The contaminated metal and the noble gas are dissociated by subjecting the bound product generated and discharged by being ionized to react with the noble gas to a predetermined treatment, and the dissociated noble gas is reused for generating the bound product. A method for treating a binding product, comprising:
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