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JPS5949684B2 - Pretreatment method for process tube for diffusion - Google Patents
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JPS5949684B2 - Pretreatment method for process tube for diffusion - Google Patents

Pretreatment method for process tube for diffusion

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JPS5949684B2
JPS5949684B2 JP700078A JP700078A JPS5949684B2 JP S5949684 B2 JPS5949684 B2 JP S5949684B2 JP 700078 A JP700078 A JP 700078A JP 700078 A JP700078 A JP 700078A JP S5949684 B2 JPS5949684 B2 JP S5949684B2
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tube
diffusion
semiconductor wafer
process tube
silicon
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将昭 貞森
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体ウェハに不純物等を熱処理によつて拡
散を行なうために用いられる拡散用プロセスチューブの
前処理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a pretreatment method for a diffusion process tube used for diffusing impurities and the like into a semiconductor wafer through heat treatment.

半導体ウェハに不純物等を熱処理によつて拡散を行なう
間において、半導体ウェハを保持する拡散用プロセスチ
ューブ(以下、チューブという。
A diffusion process tube (hereinafter referred to as a tube) that holds a semiconductor wafer while impurities and the like are diffused into the semiconductor wafer through heat treatment.

)は、不純物をイオン化させるために一般に1000〜
1275℃の高温状態に保持される。
) is generally 1000 to 1000 to ionize impurities.
It is maintained at a high temperature of 1275°C.

このため、化学的及び熱的に安定な石英製のチューブが
通常用いられている。しかし、石英製のチューブは、そ
の軟化点温度が約1200℃と比較的低いため、炉芯材
や石英製のボート部材と融看するという欠点を有する。
このような欠点を改善するため、シリコン製、特に多結
晶シリコン製のチューブの利用が、ジヤーナルオブエレ
クトロケミカルソサエテイ(Journalofthe
eIe−ctrochemicalsociety)第
121巻、第8号、1974年8月発行において提案さ
れている。このような多結晶シリコン製のチューブは、
通常CVD(ChemicalVapourDepos
ition)法により、高純度で、かつ、ドーパント無
しで製造される。しかし、このような多結晶シリコン製
のチューブであつても、チューブ自体の、例えばP型又
はN型のドーピング不純物、クロム、銅、金等のいわゆ
るライフタイムキラーと呼ばれる重金属類は勿論、付着
している全ての汚染物質は除去されなければならない。
ところで、従来のチューブの前処理方法は、次のような
ものであつた。
For this reason, chemically and thermally stable quartz tubes are commonly used. However, since the quartz tube has a relatively low softening point temperature of about 1200° C., it has the disadvantage that it can be used as a furnace core material or a quartz boat member.
To improve these drawbacks, the use of tubes made of silicon, especially polycrystalline silicon, has been proposed in the Journal of Electrochemical Society.
eIe-Ctrochemical Society) Volume 121, No. 8, Published August 1974. Such polycrystalline silicon tubes are
Usually CVD (Chemical Vapor Depos)
tion) method with high purity and without dopants. However, even if such a polycrystalline silicon tube is used, not only do P-type or N-type doping impurities and heavy metals such as chromium, copper, and gold, which are so-called lifetime killers, adhere to the tube itself. All contaminants present must be removed.
By the way, the conventional tube pretreatment method was as follows.

まず、ヘリウム・アルコ等の希ガスでパージ(浄化)し
ながら1000℃まで昇温し、水素ガスで約1時間加熱
する。しかる後、塩酸ガスを5%含有した水素ガスでパ
ージしながら使用温度で熱処理をするものであつた。ま
た、従来の他の方法は、容積比で69%硝酸9と、49
%フッ化水素1との混合液でチューブを洗浄し、脱イオ
ン水で水洗するものであつた。前者の場合、高価な希ガ
スと、特殊構造のガスドーピング装置を用いなければな
らない欠点がある。また、良好な前処理結果を得るため
には、高純度の塩酸ガスを必要とするが、このような高
純度の塩酸ガスを得ることには困難がある。一方、後者
の場合、第1図に示すように、円筒状のチューブ1の両
端にポリエチレン製のキャップ2を取り付け、キャップ
2の一方の開口部2aからチューブ1内に前述の混合液
を導入して、いわゆるエッチング処理を行なうものであ
つて、高・ 価な装置類を必要としない。
First, the temperature is raised to 1000° C. while purging (purifying) with a rare gas such as helium or alco, and then heated with hydrogen gas for about 1 hour. Thereafter, heat treatment was performed at the working temperature while purging with hydrogen gas containing 5% hydrochloric acid gas. In addition, other conventional methods use 69% nitric acid 9 and 49% by volume.
The tube was cleaned with a mixture of 1% hydrogen fluoride and rinsed with deionized water. In the former case, there are disadvantages in that an expensive rare gas and a specially constructed gas doping device must be used. Further, in order to obtain good pretreatment results, highly purified hydrochloric acid gas is required, but it is difficult to obtain such highly purified hydrochloric acid gas. On the other hand, in the latter case, as shown in FIG. 1, polyethylene caps 2 are attached to both ends of a cylindrical tube 1, and the above-mentioned liquid mixture is introduced into the tube 1 through one opening 2a of the cap 2. This method performs a so-called etching process, and does not require expensive equipment.

しかし、例えば直径が50n程度の正方形状の半導体ウ
ェハを処理するチューブ1の寸法は、85φ×75φ×
180011程度のものであり、その重量は5〜10k
gであるが、以下に述べるようなことから良好な前処理
結果を得ることができない欠点がある。
However, for example, the dimensions of the tube 1 for processing a square semiconductor wafer with a diameter of about 50n are 85φ x 75φ x
It is about 180011 and its weight is 5-10k.
However, it has the drawback that good pretreatment results cannot be obtained due to the following reasons.

即ち、チユーブ1のエツチング処理は、3Si+4HN
03+18HF→3H,SiF6+4N0+8H20な
る化学反応によつて、それ自体を消耗させるものであつ
て、チユーブ1を損傷することがあり、またその寸法か
らして均一なエツチング効果を得ることができない欠点
がある。このような従来方法で前処理したチユーブを用
いて、半導体ウエハの熱処理を行なうと、以下で述べる
が、第2表のようになり、拡散パッチロッド毎に半導体
ウエハに対する不純物ドーピング濃度が大きくばら付く
といつた不都合がしばしば発生する。
That is, the etching process for tube 1 is 3Si+4HN.
The chemical reaction 03+18HF→3H, SiF6+4N0+8H20 consumes the tube 1, which may damage the tube 1, and also has the disadvantage that a uniform etching effect cannot be obtained due to its size. When a semiconductor wafer is heat-treated using a tube pretreated by such a conventional method, the impurity doping concentration of the semiconductor wafer will vary greatly depending on the diffusion patch rod, as shown in Table 2, as described below. Such inconveniences often occur.

即ち、第1表は、N型高比抵抗シリコン(FZ(FlO
atingZOne)法による抵抗率180〜220Ω
C!IL)の半導体ウエハの表面抵抗率(V/I(Ω・
Cln))をそれぞれ上部、中央部及び下部で測定した
ものである。
That is, Table 1 shows N-type high resistivity silicon (FZ (FlO
Resistivity 180-220Ω by the atingZOne) method
C! IL) semiconductor wafer surface resistivity (V/I (Ω・
Cln)) were measured at the top, middle and bottom, respectively.

次に、前述した混合液によつてチユーブ1を前処理し、
第1表に示したような半導体ウエハを炉温1250℃、
30時間、酸素及び窒素をそれぞれ11/分の雰囲気ガ
スで熱処理した結果は第2表に示したようになる。
Next, tube 1 is pretreated with the above-mentioned mixed solution,
Semiconductor wafers as shown in Table 1 are heated at a furnace temperature of 1250°C.
Table 2 shows the results of heat treatment for 30 hours using oxygen and nitrogen gases at 11/min each.

第2表に示したようなばら付きの生ずる原因は、既に述
べたことから明らかなように、拡散ドーパントが熱処理
によつて一旦チユーブ1自体に拡散し、即ち移行し、そ
の後の熱処理、例えば第2表の拡散パッチロッド番号4
に対する同番号5において、チユーブ1から半導体ウエ
ハに逆拡散することにあると判断される。従つて、本発
明は、前述した従来方法の欠点を解決するためになされ
たものである。本発明の目的は、シリコン製チユーブの
表面に存在する汚染物質をより十分に除去する前処理方
法を提供することにある。
As is clear from what has already been said, the reason for the variation shown in Table 2 is that the diffused dopant is once diffused into the tube 1 itself by heat treatment, that is, migrated, and the subsequent heat treatment, for example, Diffusion patch rod number 4
In the same number 5, it is determined that the diffusion occurs from the tube 1 to the semiconductor wafer. Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional methods. An object of the present invention is to provide a pretreatment method that more fully removes contaminants present on the surface of a silicon tube.

本発明の目的は、汚染物質を除去した後、更にシリコン
製チユーブ自体が汚染されないようにその表面を熱的及
び化学的に安定な物質で被覆する前処理方法を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide a pretreatment method for removing contaminants and then coating the surface of a silicon tube with a thermally and chemically stable substance to prevent further contamination of the tube itself.

このような目的を遅成するために、本発明は、半導体ウ
エハを拡散処理する拡散用シリコン製プロセスチユーブ
の前処理方法において、前記シリコン製プロセスチユー
ブをフツ化水素酸と王水とで洗浄した後、更に半導体ウ
エハを拡散処理する空間を構成する前記シリコン製プロ
セスチユーブの表面に酸化膜を形成することを特徴とす
るものである。
In order to achieve this objective, the present invention provides a pretreatment method for a silicon process tube for diffusion processing a semiconductor wafer, in which the silicon process tube is cleaned with hydrofluoric acid and aqua regia. After that, an oxide film is further formed on the surface of the silicon process tube that constitutes a space in which a semiconductor wafer is subjected to a diffusion process.

以下、本発明の一実施例を再び第1図を参照し、その前
処理の工程順に従つて説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in accordance with the order of the pretreatment steps, with reference to FIG. 1 again.

まず、第1の工程において、シリコン製チユーブ1内を
フツ化水素を1容積と、脱イオン水を3容積とする混合
液、即ち希フツ化水素酸で満たす。
First, in the first step, the inside of the silicon tube 1 is filled with a mixed solution of 1 volume of hydrogen fluoride and 3 volumes of deionized water, that is, dilute hydrofluoric acid.

これによつて、チユーブ1の表面に存在するシリコン酸
化物を溶解させ、このシリコン酸化物上に存在する汚染
物質をチユーブ1の表面から離脱させる。この工程に要
する時間は、例えば20分である。第2の工程において
、チユーブ1内を脱イオン水で約20分間洗浄する。
As a result, the silicon oxide present on the surface of the tube 1 is dissolved, and the contaminants present on the silicon oxide are separated from the surface of the tube 1. The time required for this step is, for example, 20 minutes. In the second step, the inside of the tube 1 is washed with deionized water for about 20 minutes.

これによつて、チユーブ1の表面から離脱した汚染物質
はチユーブ1の外へ排出される。なお、この洗浄によつ
てチユーブ1自体を損傷するに至ることはない。第3の
工程において、チユーブ1内に硝酸を1容積と、塩酸を
3容積とする混合液、即ち王水で、例えば1時間満たす
As a result, contaminants separated from the surface of the tube 1 are discharged to the outside of the tube 1. Note that this cleaning will not damage the tube 1 itself. In the third step, the tube 1 is filled with a mixed solution of 1 volume of nitric acid and 3 volumes of hydrochloric acid, that is, aqua regia, for example, for 1 hour.

これによつて、第2の工程で除去し得なかつた汚染物質
として残されていた重金属類を除去する。例えば、銅は
、 Cu+4HN03→CU(NO3)2+2H20+2N
02なる反応で溶解され、また金は、NNO3+3HC
1→2H20+NOCl+Cl2及びNOCI−l−C
l2+HCl+Au→HAuCl4+NOなるいずれも
周知の反応で溶解される。
This removes heavy metals that remained as contaminants that could not be removed in the second step. For example, copper is Cu+4HN03→CU(NO3)2+2H20+2N
02 reaction, and gold is dissolved in NNO3+3HC
1→2H20+NOCl+Cl2 and NOCI-l-C
12+HCl+Au→HAuCl4+NO, both of which are dissolved in a well-known reaction.

第4の工程において、第2の工程と同じように脱イオン
水でチユーブ1内を十分に洗浄する。
In the fourth step, the inside of the tube 1 is sufficiently washed with deionized water in the same manner as in the second step.

以上の処理の後、チユーブは次の半導体ウエハに対する
拡散処理に供される。第5の工程において、第2図に示
すように、十分に清浄な石英製のキヤツプ3をチユーブ
1の一端に接続し、キヤツプ3の開口部3aを介して、
図示の矢印方向から酸素ガスをチユーブ1内に導入し、
チユーブ1の外側に巻かれた加熱用のコイル4でもつて
チユーブ1を1100〜1250℃に加熱して3〜10
時間保持し、チユーブ1の内表面即ち半導体ウエハを拡
散処理する空間を構成するチユーブ1の表面に酸化膜を
形成するための工程が実施される。
After the above process, the tube is subjected to a diffusion process on the next semiconductor wafer. In the fifth step, as shown in FIG. 2, a sufficiently clean quartz cap 3 is connected to one end of the tube 1, and through the opening 3a of the cap 3,
Introducing oxygen gas into the tube 1 from the direction of the arrow shown in the figure,
The tube 1 is heated to 1100-1250°C using a heating coil 4 wound around the outside of the tube 1.
A process for forming an oxide film on the inner surface of the tube 1, that is, on the surface of the tube 1 constituting a space in which the semiconductor wafer is diffused, is performed.

これによつて、拡散処理における拡散ドーパントがチユ
ーブ1に侵入するのを抑制する。このような前処理が実
行されたチユーブ1を用いて、前述したと同じようなN
型高比抵抗シリコンの半導体ウエハを炉温1250℃、
30時間、酸素及び窒素をそれぞれ11/分の雰囲気ガ
スで一熱処理した結果は、第3表に示したようになる。
This suppresses the diffusion dopant from entering the tube 1 during the diffusion process. Using tube 1 with such preprocessing performed, N
A semiconductor wafer made of high resistivity silicon is heated at a furnace temperature of 1250°C.
Table 3 shows the results of heat treatment for 30 hours in an atmospheric gas containing oxygen and nitrogen at 11/min each.

第3表によれば、従来方法に比較し、表面抵抗(V/I
(Ω・CTn))のばら付きは、各拡散パッチロッド毎
において十分小さいことが示されている。以上説明した
ように、本発明は、シリコン製チユーブの表面等に存在
する半導体ウエハにとつて好ましくない汚染物質をフツ
化水素酸と王水で除去した後、前記チユーブ内に酸化膜
を形成するようにしたことによつて、汚染物質がチユー
ブ自体に拡散浸透することが防止でき、その結果チユー
ブの清浄度を維持向上することができ、このチユーブの
反復使用によつて汚染物質がチユーブから半導体ウエハ
に逆拡散するといつた不都合もなくすことができ、半導
体ウエハを汚染する影響も減少できる効果がある。
According to Table 3, compared to the conventional method, the surface resistance (V/I
It has been shown that the variation in (Ω·CTn)) is sufficiently small for each diffusion patch rod. As explained above, the present invention removes contaminants undesirable for semiconductor wafers existing on the surface of a silicon tube with hydrofluoric acid and aqua regia, and then forms an oxide film inside the tube. By doing so, it is possible to prevent contaminants from diffusing into the tube itself, thereby maintaining and improving the cleanliness of the tube, and by repeatedly using the tube, contaminants can be removed from the tube. The inconvenience caused by back-diffusion onto the wafer can be eliminated, and the effect of contaminating the semiconductor wafer can also be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はチユーブの概要を示す断面図、第2図は本発明
による前処理を行なう一工程を説明する図である。 1 ・・・・・・チユーブ、2,3・ ・・・・・キヤ
ツプ、4・・・・・・コイル。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of the tube, and FIG. 2 is a diagram illustrating one step of pretreatment according to the present invention. 1...tube, 2,3...cap, 4...coil.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体ウェハを拡散処理する拡散用シリコン製プロ
セスチューブの前処理方法において、前記シリコン製プ
ロセスチューブをフッ化水素酸と王水とで洗浄した後、
更に半導体ウェハを拡散処理する空間を構成する前記シ
リコン製プロセスチューブの表面に酸化膜を形成するこ
とを特徴とする拡散用プロセスチューブの前処理方法。
1. In a pretreatment method for a silicon process tube for diffusion processing a semiconductor wafer, after cleaning the silicon process tube with hydrofluoric acid and aqua regia,
A method for preprocessing a diffusion process tube, further comprising forming an oxide film on the surface of the silicon process tube constituting a space for diffusing a semiconductor wafer.
JP700078A 1978-01-24 1978-01-24 Pretreatment method for process tube for diffusion Expired JPS5949684B2 (en)

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JPS54100254A JPS54100254A (en) 1979-08-07
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