JP2004072066A - アニールウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコンウェーハの結晶欠陥が存在せず、シリコンウェーハ表面でボロン濃度が一定で均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造することができ、シリコンウェーハの熱処理效率が高く、製造元価を低減させることができるアニールウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハをアルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約500℃に予熱する第1熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第2熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、温度を維持しながら約1時間熱処理する第3熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温する降温段階とを含む。
【選択図】 図5
【解決手段】シリコンウェーハをアルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約500℃に予熱する第1熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第2熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、温度を維持しながら約1時間熱処理する第3熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温する降温段階とを含む。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアニールウェーハ(annealed wafer)を製造する方法に係り、特に素子の活性層領域を無欠陥にし、不均一な比抵抗特性を制御した高品質なアニールウェーハを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット(ingot)を成長させた後、シリコン単結晶インゴットをスライス(Slicing)工程とエッチング(Etching)工程、研磨(Polishing)工程を経てウェーハ形態が作られる。
【0003】
そして、シリコンウェーハにおいて、シリコン単結晶成長時に発生する結晶成長欠陥(grown−in Defect)を除去し、素子の活性層領域(Device Active Region)を無欠陥にしながらシリコンウェーハの内部を高密度酸素欠陥層にするために、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で一定時間約1200℃以上の高温熱処理を必要とする。
【0004】
しかし、かかるアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行う場合、図1に示すように、シリコンウェーハ10をクリーンルーム(clean room)内で一定時間放置する(イ)と、ボロン(boron)原子がシリコンウェーハ10の表面に吸着する。その後、シリコンウェーハを、アルゴンガス雰囲気中で一定時間約1200℃の高温で熱処理を行う(ハ)間に、ボロン原子はシリコンウェーハの内部に浸透する。
【0005】
その結果、図2に示すようにボロンの濃度(b)は、シリコンウェーハ表面で最大であり、シリコンウェーハの表面から約5μmまではボロン原子の拡散により不均一になる。これによりシリコンウェーハの比抵抗値(a)は、シリコンウェーハの表面で最小になり、シリコンウェーハの表面から約5μmまでは不均一になるという問題点がある。
【0006】
したがって、かかる問題点を解決するために、従来にはアニールウェーハの表面を再研磨(re−polishing)するか、或いはアルゴンガス雰囲気中で高温熱処理を行う直前にシリコンウェーハをHFでクリーニングしてボロン原子を除去するHF−クリーニング方法が使われた。
【0007】
しかし、前記再研磨方法を用いる場合は、不均一な比抵抗層を研磨して均一な比抵抗層のみを残すので、無欠陥層DZ及びCOP Free領域の厚さが減り、顧客の望む製品の仕様に合わせにくいという問題点がある。
【0008】
また、HF−クリーニングを行った後にアルゴン熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度(b)と比抵抗値(a)の特性を考察すると、図3に示すように、極めて均一であるが、この場合にはHF溶液の汚染が発生する可能性がある。よって、高純粋のHF溶液を必要とするという問題点がある。
【0009】
なお、熱処理工程の外に再研磨またはHFクリーニング工程などの別途工程をさらに含むので、製造原価の上昇などの原因として作用するという問題点がある。
【0010】
日本公開特許第P2002−100634A号公報(2002年4月5日公開)には、アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行う前に水素ガス(H2)をアルゴンガスに混合して熱処理を行うことにより、従来の問題点を解決することができる方法がを提示されている。
【0011】
しかし、P2002−100634A号の場合は、水素ガスの濃度が一定量を超過すると、酸素と混合して爆発する可能性があるので、水素ガスを不活性ガスであるアルゴンガスと混合して使用し、この時、水素ガスは約3〜4%以下に混合しなければならないという問題点がある。よって、水素ガスが極微量混合するが、シリコンウェーハの熱処理工程にかかる時間が長いので、アニールウェーハを製造するための熱処理工程を効率よく行うのに問題がある。
【0012】
【特許文献1】
日本公開特許第P2002−100634A号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、シリコンウェーハの結晶欠陥が存在せず、シリコンウェーハ表面でボロン濃度が一定で均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造することができ、シリコンウェーハの熱処理效率が高く、製造元価を低減させることができるアニールウェーハの製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のアニールウェイポの製造方法は、シリコンウェーハをアルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約500℃に予熱する第1熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために前記熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第2熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約1時間熱処理する第3熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温する降温段階とを含んでなり、特に、第2熱処理段階では前記熱処理炉内の温度を約1100℃まで昇温させた後、前記温度を維持しながら約10分間熱処理することが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0016】
図4は、本発明に係るボロン原子除去メカニズムを示す概路図であり、また、図5および図6は、本発明のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理を示すグラフである。
【0017】
まず、シリコンウェーハ10を熱処理するための前段階としてクリーンルーム(clean room)内に一定の時間放置する(イ)。この時、クリーンルームの内部フィルターで発生するボロン原子20が、シリコンウェーハ10の表面の自然酸化膜(native oxide)に吸着する。
【0018】
本発明は、図4及び図5、図6に示すように、アルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれかの一つのガス雰囲気中で約500℃で予熱する第1熱処理段階(図5のI)が行われる。この時、予熱段階は約30分位にすることが望ましい。これは、以後の工程である熱処理工程において、シリコンウェーハにスリップが発生することを防止するために行われる予熱段階である。
【0019】
その後、シリコンウェーハ10の表面に吸着したボロン20を取り除くために熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃の範囲内の一定温度に昇温させながら熱処理する、第2熱処理段階(図5のII)が進む。このような第2熱処理段階を行い、水素ガスがシリコンウェーハ表面のSiO2と反応を起こし、SiO(g)とH2O(g)を生成させるとともに自然酸化膜(native oxide)を除去する。
【0020】
そして、図4(C)に示すように、自然酸化膜に吸着したボロン原子20が自然酸化膜と一緒に除去され、シリコンウェーハ10表面のボロン濃度が均一になる。上述したメカニズムは次の化学式で表現される。
【0021】
[化学式]
SiO2+H2→SiO↑+H2O↑
【0022】
熱処理炉内の最小温度を850℃にするのは、シリコンウェーハの表面においてボロン原子と吸着している自然酸化膜と水素分子との反応が円滑に行える最小温度を算定したのである。そして、熱処理炉内の最大温度を1150℃にしたのは、熱処理炉内の水素ガス雰囲気中で1150℃以上の高温では熱処理炉内の内壁から金属粒子が発生し、これによりシリコンウェーハ10の金属汚染が発生する恐れがあるからである。
【0023】
また、第2熱処理段階は図6に示すように、熱処理炉内の温度を約1100℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約10分間熱処理すること(図6のII)が望ましい。これはシリコンウェーハ10の表面からボロン原子20を充分に除去してさらに均一なボロン濃度を実現することで、シリコンウェーハ10の表面での比抵抗値をさらに均一にすることができるからである。
【0024】
次に、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、約1時間熱処理する第3熱処理段階III(ハ)を進める。これは、第2熱処理段階IIでシリコンウェーハ10の表面に吸着したボロン原子を除去した後に、100%アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行うのである。すなわち、シリコンウェーハ10の内部への拡散可能性のあるボロン原子20を予め除去した上で高温の熱処理を行うことで、シリコンウェーハ10表面の比抵抗減少の問題を根本的に解決し、シリコンウェーハ10において、シリコン単結晶成長時発生した結晶成長欠陥(grown−in Defect)を除去することができる。
【0025】
最後に、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温させる降温段階IVを含む。
【0026】
上述したような本発明のアニールウェーハの製造方法にて製造されたアニールウェーハ(図4(D))のボロン濃度と比抵抗値を測定してみると、図7に示すように、シリコンウェーハ10の表面で5μm以内でも均一なボロン濃度(b)と比抵抗値(a)を持ち、これによりシリコンウェーハ10の表面からシリコンウェーハ10内部の深さまで均一なボロン濃度(b)と比抵抗値(a)を示すことがわかる。これから、従来のHFクリーニングを行った後にアルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度と比抵抗値を測定したグラフ(図3)とほぼ類似していることがわかる。
【0027】
【発明の效果】
本発明は、シリコンウェーハの結晶欠陥を無くすための熱処理工程において、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するための別途工程なしに、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを効率よく短時間で除去し、均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造できる方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のアルゴン熱処理によるボロン原子浸透メカニズムを示す概路図である。
【図2】従来のアルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図3】従来のHFクリーニング過程を経た後アルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図4】本発明によるボロン原子除去メカニズムを示す概路図である。
【図5】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理を示すグラフである。
【図6】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理グラフである。
【図7】本発明によって熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度グラフである。
【符号の説明】
10 ウェーハ
11 DZ(denuded zone)
20 ボロン原子
【発明の属する技術分野】
本発明はアニールウェーハ(annealed wafer)を製造する方法に係り、特に素子の活性層領域を無欠陥にし、不均一な比抵抗特性を制御した高品質なアニールウェーハを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット(ingot)を成長させた後、シリコン単結晶インゴットをスライス(Slicing)工程とエッチング(Etching)工程、研磨(Polishing)工程を経てウェーハ形態が作られる。
【0003】
そして、シリコンウェーハにおいて、シリコン単結晶成長時に発生する結晶成長欠陥(grown−in Defect)を除去し、素子の活性層領域(Device Active Region)を無欠陥にしながらシリコンウェーハの内部を高密度酸素欠陥層にするために、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で一定時間約1200℃以上の高温熱処理を必要とする。
【0004】
しかし、かかるアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行う場合、図1に示すように、シリコンウェーハ10をクリーンルーム(clean room)内で一定時間放置する(イ)と、ボロン(boron)原子がシリコンウェーハ10の表面に吸着する。その後、シリコンウェーハを、アルゴンガス雰囲気中で一定時間約1200℃の高温で熱処理を行う(ハ)間に、ボロン原子はシリコンウェーハの内部に浸透する。
【0005】
その結果、図2に示すようにボロンの濃度(b)は、シリコンウェーハ表面で最大であり、シリコンウェーハの表面から約5μmまではボロン原子の拡散により不均一になる。これによりシリコンウェーハの比抵抗値(a)は、シリコンウェーハの表面で最小になり、シリコンウェーハの表面から約5μmまでは不均一になるという問題点がある。
【0006】
したがって、かかる問題点を解決するために、従来にはアニールウェーハの表面を再研磨(re−polishing)するか、或いはアルゴンガス雰囲気中で高温熱処理を行う直前にシリコンウェーハをHFでクリーニングしてボロン原子を除去するHF−クリーニング方法が使われた。
【0007】
しかし、前記再研磨方法を用いる場合は、不均一な比抵抗層を研磨して均一な比抵抗層のみを残すので、無欠陥層DZ及びCOP Free領域の厚さが減り、顧客の望む製品の仕様に合わせにくいという問題点がある。
【0008】
また、HF−クリーニングを行った後にアルゴン熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度(b)と比抵抗値(a)の特性を考察すると、図3に示すように、極めて均一であるが、この場合にはHF溶液の汚染が発生する可能性がある。よって、高純粋のHF溶液を必要とするという問題点がある。
【0009】
なお、熱処理工程の外に再研磨またはHFクリーニング工程などの別途工程をさらに含むので、製造原価の上昇などの原因として作用するという問題点がある。
【0010】
日本公開特許第P2002−100634A号公報(2002年4月5日公開)には、アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行う前に水素ガス(H2)をアルゴンガスに混合して熱処理を行うことにより、従来の問題点を解決することができる方法がを提示されている。
【0011】
しかし、P2002−100634A号の場合は、水素ガスの濃度が一定量を超過すると、酸素と混合して爆発する可能性があるので、水素ガスを不活性ガスであるアルゴンガスと混合して使用し、この時、水素ガスは約3〜4%以下に混合しなければならないという問題点がある。よって、水素ガスが極微量混合するが、シリコンウェーハの熱処理工程にかかる時間が長いので、アニールウェーハを製造するための熱処理工程を効率よく行うのに問題がある。
【0012】
【特許文献1】
日本公開特許第P2002−100634A号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、シリコンウェーハの結晶欠陥が存在せず、シリコンウェーハ表面でボロン濃度が一定で均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造することができ、シリコンウェーハの熱処理效率が高く、製造元価を低減させることができるアニールウェーハの製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のアニールウェイポの製造方法は、シリコンウェーハをアルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約500℃に予熱する第1熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために前記熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第2熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約1時間熱処理する第3熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温する降温段階とを含んでなり、特に、第2熱処理段階では前記熱処理炉内の温度を約1100℃まで昇温させた後、前記温度を維持しながら約10分間熱処理することが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0016】
図4は、本発明に係るボロン原子除去メカニズムを示す概路図であり、また、図5および図6は、本発明のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理を示すグラフである。
【0017】
まず、シリコンウェーハ10を熱処理するための前段階としてクリーンルーム(clean room)内に一定の時間放置する(イ)。この時、クリーンルームの内部フィルターで発生するボロン原子20が、シリコンウェーハ10の表面の自然酸化膜(native oxide)に吸着する。
【0018】
本発明は、図4及び図5、図6に示すように、アルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれかの一つのガス雰囲気中で約500℃で予熱する第1熱処理段階(図5のI)が行われる。この時、予熱段階は約30分位にすることが望ましい。これは、以後の工程である熱処理工程において、シリコンウェーハにスリップが発生することを防止するために行われる予熱段階である。
【0019】
その後、シリコンウェーハ10の表面に吸着したボロン20を取り除くために熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃の範囲内の一定温度に昇温させながら熱処理する、第2熱処理段階(図5のII)が進む。このような第2熱処理段階を行い、水素ガスがシリコンウェーハ表面のSiO2と反応を起こし、SiO(g)とH2O(g)を生成させるとともに自然酸化膜(native oxide)を除去する。
【0020】
そして、図4(C)に示すように、自然酸化膜に吸着したボロン原子20が自然酸化膜と一緒に除去され、シリコンウェーハ10表面のボロン濃度が均一になる。上述したメカニズムは次の化学式で表現される。
【0021】
[化学式]
SiO2+H2→SiO↑+H2O↑
【0022】
熱処理炉内の最小温度を850℃にするのは、シリコンウェーハの表面においてボロン原子と吸着している自然酸化膜と水素分子との反応が円滑に行える最小温度を算定したのである。そして、熱処理炉内の最大温度を1150℃にしたのは、熱処理炉内の水素ガス雰囲気中で1150℃以上の高温では熱処理炉内の内壁から金属粒子が発生し、これによりシリコンウェーハ10の金属汚染が発生する恐れがあるからである。
【0023】
また、第2熱処理段階は図6に示すように、熱処理炉内の温度を約1100℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約10分間熱処理すること(図6のII)が望ましい。これはシリコンウェーハ10の表面からボロン原子20を充分に除去してさらに均一なボロン濃度を実現することで、シリコンウェーハ10の表面での比抵抗値をさらに均一にすることができるからである。
【0024】
次に、熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、約1時間熱処理する第3熱処理段階III(ハ)を進める。これは、第2熱処理段階IIでシリコンウェーハ10の表面に吸着したボロン原子を除去した後に、100%アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行うのである。すなわち、シリコンウェーハ10の内部への拡散可能性のあるボロン原子20を予め除去した上で高温の熱処理を行うことで、シリコンウェーハ10表面の比抵抗減少の問題を根本的に解決し、シリコンウェーハ10において、シリコン単結晶成長時発生した結晶成長欠陥(grown−in Defect)を除去することができる。
【0025】
最後に、熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温させる降温段階IVを含む。
【0026】
上述したような本発明のアニールウェーハの製造方法にて製造されたアニールウェーハ(図4(D))のボロン濃度と比抵抗値を測定してみると、図7に示すように、シリコンウェーハ10の表面で5μm以内でも均一なボロン濃度(b)と比抵抗値(a)を持ち、これによりシリコンウェーハ10の表面からシリコンウェーハ10内部の深さまで均一なボロン濃度(b)と比抵抗値(a)を示すことがわかる。これから、従来のHFクリーニングを行った後にアルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度と比抵抗値を測定したグラフ(図3)とほぼ類似していることがわかる。
【0027】
【発明の效果】
本発明は、シリコンウェーハの結晶欠陥を無くすための熱処理工程において、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するための別途工程なしに、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを効率よく短時間で除去し、均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造できる方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のアルゴン熱処理によるボロン原子浸透メカニズムを示す概路図である。
【図2】従来のアルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図3】従来のHFクリーニング過程を経た後アルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図4】本発明によるボロン原子除去メカニズムを示す概路図である。
【図5】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理を示すグラフである。
【図6】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理グラフである。
【図7】本発明によって熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度グラフである。
【符号の説明】
10 ウェーハ
11 DZ(denuded zone)
20 ボロン原子
Claims (2)
- シリコンウェーハをアルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約500℃に予熱する第1熱処理段階と、
シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために前記熱処理炉内のガス雰囲気を100%水素(H2)ガス雰囲気に変え、約850℃〜1150℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第2熱処理段階と、
熱処理炉内のガス雰囲気を100%アルゴンガス雰囲気に変え、約1200℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約1時間熱処理する第3熱処理段階と、
熱処理炉内の温度を約500℃以下に降温する降温段階と、
を含むことを特徴とするアニールウェーハの製造方法。 - 前記第2熱処理段階は、前記熱処理炉内の温度を約1100℃まで昇温させた後、前記温度を維持しながら約10分間熱処理する、ことを特徴とする請求項1記載のアニールウェーハの製造方法。
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