JP2008016652A - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコンウェーハに施すＲＴＡ熱処理の低温化又は短時間化を図り、シリコンウェーハのスリップの発生を抑制すると共に、ＮＨ３を使用することなく、シリコンウェーハ内部に空孔を形成し、高品質なシリコンウェーハを製造する方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施す工程を有するシリコンウェーハの製造方法であって、前記雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度の酸素を混入させたものを用いて熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【選択図】図１
【解決手段】少なくとも、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施す工程を有するシリコンウェーハの製造方法であって、前記雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度の酸素を混入させたものを用いて熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理して内部に空孔を形成し、ゲッタリング能力を付与するシリコンウェーハの製造方法に関する。
ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して製作されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、１２５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に高濃度の熱平衡の原子空孔（Ｖａｃａｎｃｙ：以下、単に空孔と称す）を形成し、急冷により凍結すると共に、この後の熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ又は無欠陥層）を均一に形成する方法が用いられている（特許文献１参照）。そして、上記ＤＺ層形成後に、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内部の欠陥層として酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するＢＭＤ層を形成する工程が採用されている。このようにして得られるシリコンウェーハは、図２のように表面にＤＺ層７、内部にＢＭＤ層８を有する。
また、他の従来技術（例えば、特許文献２）として、先ず酸素雰囲気下で熱処理を行い、続けて非酸化性雰囲気下で熱処理を行うことでシリコンウェーハ表面にＤＺ層と内部にＢＭＤ層の形成を行っている。なお、従来、空孔形成のための熱処理においては、雰囲気ガスとしてＮ２（窒素）が主に用いられている。すなわち、高温でＮ２が分解され、シリコンウェーハ表面にＳｉｘＮｙ（窒化膜）が形成されることにより、空孔を注入するものである。
しかしながら、上記シリコンウェーハの熱処理技術では、以下のような課題が残されている。従来は、例えば空孔形成のための熱処理を施す際に、Ｎ２を主とした雰囲気ガス中で熱処理が行われるが、この場合、十分な熱処理効果を得るために１２５０℃以上かつ１０ｓｅｃ以上の熱処理が必要であった。
このため、シリコンウェーハには、高温の熱処理により、サセプタ又は支持ピン等と接触する部分からスリップが発生してしまい、割れ等の原因になる不都合があった。また、熱処理前のシリコンウェーハ表面は、少なからず酸化されて自然酸化膜が形成されているが、上記熱処理が施されるため表面の自然酸化膜が高温で昇華してしまい、表面が荒れるという不都合があった。
そこで、特許文献３では、シリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する熱処理工程の雰囲気ガスをＮ２が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス（ＮＨ３等）を含む雰囲気ガスとすることを提案している。これにより、Ｎ２の場合よりも低い熱処理温度又は短い熱処理時間でも窒化ガスが分解されてシリコンウェーハ表面を窒化し、内部に空孔を注入することができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができると共に、その後の熱処理で十分なＤＺ層と内部に適度に高いＢＭＤ密度を有した高品質なウェーハを得ることができるとしている。
この場合、窒化ガスはＮＨ３を含んだ窒化ガスが好適に用いられ、ＮＨ３が分解して生じた水素がシリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。
しかしながら、有害なＮＨ３を供給するための設備が必要となり、設備コストが増大してしまう。従って、ＮＨ３を使用することなく、ＮＨ３を含んだ窒化ガスを使用した場合と同様の品質が得られるシリコンウェーハの製造方法が望まれていた。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハに施すＲＴＡ熱処理の低温化又は短時間化を図り、シリコンウェーハのスリップの発生を抑制すると共に、ＮＨ３を使用することなく、シリコンウェーハ内部に空孔を形成し、高品質なシリコンウェーハを製造することができる方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施す工程を有するシリコンウェーハの製造方法であって、前記雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度の酸素を混入させたものを用いて熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。
このように、ＲＴＡ熱処理の際、雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度という微量の酸素を混入させることにより、シリコンウェーハ表面に厚い酸窒化膜を形成することができる。そして、酸窒化膜が厚く形成されるので、窒素と反応するシリコン原子数が増加し、結果としてシリコンウェーハ内部に注入できる空孔量が増加するので、雰囲気ガスにＮＨ３等の有毒ガスを用いず、比較的低温であっても効率的にシリコンウェーハ内部に空孔を注入することができる。これにより、その後の熱処理でシリコンウェーハの表層に十分なＤＺ層と内部に適度に高いＢＭＤ密度を有した高品質なウェーハを製造することができる。
また、窒素ガスに１００ｐｐｍ未満の濃度という微量の酸素を混入させるだけなので、工程が簡単である。さらに、有害なＮＨ３を使用しないので、従来のＲＴＡ熱処理用の炉を使用することができ、設備コストがかからない。従って、双方の面でコスト削減が図れる。
この場合、前記窒素ガス雰囲気中に混入させる前記酸素の濃度を１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍにすることが好ましい（請求項２）。
このように、窒素ガス雰囲気中に混入させる前記酸素の濃度を１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍにすることにより、シリコンウェーハ表面に形成される酸窒化膜の厚さがＮ２ガスによる窒化膜より十分に厚く形成でき、空孔を注入して酸素析出を促進させることができる。
このように、窒素ガス雰囲気中に混入させる前記酸素の濃度を１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍにすることにより、シリコンウェーハ表面に形成される酸窒化膜の厚さがＮ２ガスによる窒化膜より十分に厚く形成でき、空孔を注入して酸素析出を促進させることができる。
また、前記熱処理の温度を１１００℃以上１２５０℃以下とし（請求項３）、前記熱処理の時間を１秒〜６０秒とすることができる（請求項４）。
このように、本発明では、熱処理温度を１１００℃以上１２５０℃以下とし、熱処理時間を１秒〜６０秒といったＮ２のみの場合より、比較的低温、短時間とすることができ、シリコンウェーハにおけるスリップの発生を抑制すると共に十分にシリコンウェーハの内部に空孔を注入でき、適度に高密度のＢＭＤ層を得ることができる。
このように、本発明では、熱処理温度を１１００℃以上１２５０℃以下とし、熱処理時間を１秒〜６０秒といったＮ２のみの場合より、比較的低温、短時間とすることができ、シリコンウェーハにおけるスリップの発生を抑制すると共に十分にシリコンウェーハの内部に空孔を注入でき、適度に高密度のＢＭＤ層を得ることができる。
また、本発明では、前記熱処理前の前記シリコンウェーハの酸素濃度を９ｐｐｍａ〜１２ｐｐｍａとすることが好ましい（請求項５）。
このように、熱処理炉に投入する前のシリコンウェーハの酸素濃度が９ｐｐｍａ〜１２ｐｐｍａであれば、ＲＴＡ熱処理により適度な酸素析出量が得られ、スリップが少なく、その後の熱処理によって、シリコンウェーハの表層には十分なＤＺ層、そしてシリコンウェーハの内部には適度に高密度のＢＭＤ層を有した高品質のシリコンウェーハを得ることができる。
このように、熱処理炉に投入する前のシリコンウェーハの酸素濃度が９ｐｐｍａ〜１２ｐｐｍａであれば、ＲＴＡ熱処理により適度な酸素析出量が得られ、スリップが少なく、その後の熱処理によって、シリコンウェーハの表層には十分なＤＺ層、そしてシリコンウェーハの内部には適度に高密度のＢＭＤ層を有した高品質のシリコンウェーハを得ることができる。
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法であれば、ＲＴＡ熱処理工程の雰囲気ガスとして有害なＮＨ３を使用することがないので、設備コストを増大させることなく、比較的低温でシリコンウェーハ表面を酸窒化し、内部に空孔を注入することができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができると共に、その後の熱処理でシリコンウェーハの表層に十分なＤＺ層と内部には適度に高密度のＢＭＤ層を有した高品質なシリコンウェーハを得ることができる。
図３は、熱処理炉に雰囲気ガスとして窒素ガス又はＮＨ３とＡｒの混合ガスを供給してシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理した場合のシリコンウェーハ表面に形成される窒化膜の厚さとシリコンウェーハの中心からの距離の関係を表すグラフである。
本発明者は、図３のグラフから、ＲＴＡ熱処理の際、雰囲気ガスとしてＮＨ３とＡｒの混合ガスを用いると、シリコンウェーハのガス供給側から排出側にかけて窒化膜の厚さが２６Å〜２８Åとほぼ一定に形成されるのに対して、ＲＴＡ熱処理の際、雰囲気ガスとしてＮ２ガスを用いると、雰囲気ガスの流れに対してウェーハ面内の垂直な方向では、シリコンウェーハ表面に形成される窒化膜の厚さは１２Å〜１４Åとほぼ一定であるが、雰囲気ガスが流れる方向に沿った方向では、シリコンウェーハのガス供給側から排出側にかけて窒化膜が厚くなる現象が発生することを発見し、シリコンウェーハの表面のガス排出側に形成された窒化膜を調査した。その結果、酸窒化（ＳｉＮｘＯｙ）膜が形成されていることが判明し、以下に説明する図１のように、ガス排出側の微量の酸素リークが原因であると推定した。
さらに、酸窒化膜の形成された領域は酸素析出量が多く、ＢＭＤのサイズが小さくなることが分かった。従って、より多くの空孔が注入されていることが分かった。
さらに、酸窒化膜の形成された領域は酸素析出量が多く、ＢＭＤのサイズが小さくなることが分かった。従って、より多くの空孔が注入されていることが分かった。
そこで、本発明者はＲＴＡ熱処理工程の雰囲気ガスに窒素ガスを使用し、積極的に極微量の酸素を混入させることにより、厚い酸窒化膜を形成することでウェーハ内に十分な空孔量を注入し、その後の熱処理でシリコンウェーハの表層部に十分なＤＺ層とシリコンウェーハ内部に高いＢＭＤ密度を形成することができることを見出し本発明を完成させた。
以下、本発明についての実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
先ず、図１に本発明で使用されるＲＴＡ用の熱処理炉の一例を示す。この熱処理炉は実質的に従来のものと同様のものを使用できる。熱処理炉１は、シリコンウェーハ６の搬入口をふさぐための蓋９、雰囲気ガスを供給するためのガス供給口２、雰囲気ガスを排出するためのガス排出口３、シリコンウェーハ６を載置するためのサセプタ４とシリコンウェーハ６を加熱するランプ５を具備している。蓋９と熱処理炉１の隙間からは微量の酸素がリークしてしまう。雰囲気ガスとしてはＮ２（窒素）を用いて、そこに１００ｐｐｍ未満の微量のＯ２（酸素）を混入させる。
この熱処理炉１によりシリコンウェーハ６にＲＴＡ熱処理を施すには、サセプタ４にシリコンウェーハ６を載置した後、ガス供給口２から上記雰囲気ガス（Ｎ２／微量Ｏ２）をシリコンウェーハ６の表面上に供給した状態で、熱処理温度を１１００℃〜１２５０℃かつ熱処理時間を１秒〜６０秒の範囲で、短時間の急速加熱・急冷の熱処理を施す。
図４は温度が１２００℃、時間が１０秒というＲＴＡ熱処理をした後のシリコンウェーハ表面上に形成された窒化膜又は酸窒化膜（黒）を表した図で、（Ａ）は窒素ガス雰囲気に酸素を混入させなかった場合、（Ｂ）は酸素を２５ｐｐｍ混入させた場合、（Ｃ）は酸素を５０ｐｐｍ混入させた場合の結果である。
上記のように、雰囲気ガスとしてＮ２（窒素）を用いて、これに１００ｐｐｍ未満の濃度という微量のＯ２（酸素）を混入させることにより、Ｎ２のみの図４（Ａ）に比べて、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、シリコンウェーハ６の表面に厚い酸窒化膜を形成することができる。すなわち、微量のＯ２の存在により反応を促進することができ、熱処理を低温化できると共に、酸窒化膜が厚く形成されることにより、窒素と反応するシリコン原子数が増加し、結果としてシリコンウェーハ内部に注入できる空孔量が増加するので、雰囲気ガスにＮＨ３等の有毒ガスを用いず、効率的にシリコンウェーハ内部に空孔を注入することができる。
これにより、その後の熱処理でシリコンウェーハの表層に十分な厚さのＤＺ層７と内部に適度に高密度のＢＭＤ層８を有した高品質なウェーハを製造することができる。
なお、図２は最終的に製造したいシリコンウェーハの概略図であり、このシリコンウェーハ６は、表層にＤＺ層７、内部にＢＭＤ層８を有している。
なお、図２は最終的に製造したいシリコンウェーハの概略図であり、このシリコンウェーハ６は、表層にＤＺ層７、内部にＢＭＤ層８を有している。
一方、窒素ガス雰囲気に酸素を混入させなかった図４（Ａ）では、ガスの下流側でわずかな窒化膜が形成されているだけであった。すなわち、Ｎ２ガスのみでは、１２００℃ではシリコンウェーハの窒化反応があまり進行しないことが分かる。
次に、Ｏ２の適切な混入量と熱処理時間を調査するため、Ｏ２混入量と熱処理時間を振ったテストを行った。図５は、窒素ガス雰囲気に混入させる酸素の量を０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍまで変化させたときの酸素析出量を表すグラフであるが、窒素ガス雰囲気に混入させる酸素の濃度を１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍとすることにより、酸素析出熱処理を行った後のシリコンウェーハの酸素析出量が特に増加している。また、１２００℃、６０秒で十分に酸素析出量が得られることが分かる。すなわち、従来、Ｎ２のみの雰囲気では、１２５０℃以上が必要とされたが、本発明では１２５０℃以下でも十分な析出を得ることができる。
また、１００ｐｐｍ以上の濃度で酸素を窒素ガス雰囲気に混入させた場合、シリコンウェーハ表面に酸化膜（ＳｉＯ２）が形成され、シリコンウェーハ内に空孔ではなく格子間シリコンが注入されて、酸素析出量が抑制されてしまうことになるが、窒素ガス雰囲気に１００ｐｐｍ未満という微量の濃度の酸素を混入させることによって、シリコンウェーハ６の表面に厚い酸窒化膜を形成することができるので、酸素析出量が抑制されることもない。
また、雰囲気ガスとしてＮＨ３等の有毒ガスを用いた場合には、パージ等に時間もかかり、工程が長時間化するという問題が生じていたが、本発明は、窒素ガス雰囲気に１００ｐｐｍ未満の濃度という微量のＯ２を混入させるだけで、有毒ガスを使用していないので、工程が簡単で、パージ等の時間が節約できる。さらに、ＮＨ３等の有害なガスを使用しないので、従来のＲＴＡ熱処理用の炉を使用することができ、別途特別な装置が不要であり、設備コストがかからない。従って、双方の面でコスト削減が図れる。
そして、上記のようにＲＴＡ熱処理時の温度は１１００℃〜１２５０℃とするのが好ましく、また、ＲＴＡ熱処理時の時間を１秒〜６０秒とすることで、スリップの発生を抑制すると共に効率的にシリコンウェーハ内部に空孔を注入でき、適度に高密度のＢＭＤ層８を得ることができる。従来のように高温熱処理では、空孔と格子間シリコンが同時に発生し、ＲＴＡ熱処理で注入される空孔が格子間シリコンと対消滅してしまい、実際に析出に貢献する空孔の密度が低下してしまう。しかし、本発明ではＲＴＡ熱処理時の温度を１１００℃〜１２５０℃としているので、スリップの発生を防止できるとともに、格子間シリコンの発生を抑制でき、効率的にシリコンウェーハ内部に空孔を注入することができる。
また、熱処理炉１に投入する前のＲＴＡ熱処理前のシリコンウェーハの酸素濃度を９ｐｐｍａ〜１２ｐｐｍａとすることが好ましい。このようなシリコンウェーハに、窒素ガス雰囲気に微量の酸素を混入させるという本発明のＲＴＡ熱処理を施せば、酸素析出熱処理後の酸素析出量が２ｐｐｍａ〜５ｐｐｍａとすることができ、スリップが少なく、その後の熱処理によりシリコンウェーハ６の表層に十分なＤＺ層７と内部には適度に高密度のＢＭＤ層８とを有した高品質なウェーハが得られる。
なお、酸素析出量は、ＲＴＡ熱処理後で酸素析出熱処理前のシリコンウェーハの酸素濃度Ｏｉ（格子間酸素）と酸素析出熱処理後のシリコンウェーハの残存Ｏｉとの差から求めることができる。
本実施形態では、ＢＭＤ密度を測定するため、酸素析出熱処理として３段熱処理（１段目６００℃／２時間、２段目８００℃／４時間、３段目１０００℃／１６時間）を施しているが、ウェーハ加工工程の後のデバイス製造工程における熱処理にともなって、シリコンウェーハ６の表層にＤＺ層７、内部にＢＭＤ層８が形成されればよい。
本実施形態では、ＢＭＤ密度を測定するため、酸素析出熱処理として３段熱処理（１段目６００℃／２時間、２段目８００℃／４時間、３段目１０００℃／１６時間）を施しているが、ウェーハ加工工程の後のデバイス製造工程における熱処理にともなって、シリコンウェーハ６の表層にＤＺ層７、内部にＢＭＤ層８が形成されればよい。
以下、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
雰囲気ガスとして窒素ガスに混入させる酸素の濃度を０ｐｐｍより大きく１００ｐｐｍ未満の範囲で変化させ、さらにＲＴＡ熱処理温度が１２００℃で、ＲＴＡ熱処理時間を１０秒、３０秒、６０秒の熱処理をシリコンウェーハに施した。その後、酸素析出熱処理を施し、酸素析出熱処理の前後での残存Ｏｉの量を測定することにより、酸素析出量を調査した。
（実施例１）
雰囲気ガスとして窒素ガスに混入させる酸素の濃度を０ｐｐｍより大きく１００ｐｐｍ未満の範囲で変化させ、さらにＲＴＡ熱処理温度が１２００℃で、ＲＴＡ熱処理時間を１０秒、３０秒、６０秒の熱処理をシリコンウェーハに施した。その後、酸素析出熱処理を施し、酸素析出熱処理の前後での残存Ｏｉの量を測定することにより、酸素析出量を調査した。
その結果が図５である。窒素ガス雰囲気中に混入させる酸素の濃度が１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍの範囲で酸素析出量が増加していることがわかる。また、ＲＴＡ熱処理時間が長い程、酸素析出量が多くなることがわかる。特に、混入量６０ｐｐｍ、１２００℃、６０秒でＮ２のみの場合に比べて、３倍もの析出量を得ることができる。
（実施例２）
雰囲気ガスとして窒素ガスに２５ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
雰囲気ガスとして窒素ガスに２５ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
ＲＴＡ熱処理によりシリコンウェーハの表面に形成された酸窒化膜をＸＲＴで観察したところ（図４（Ｂ）参照）、シリコンウェーハのほぼ全体に酸窒化膜が形成されていることがわかる。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ｂ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果、図６のようになった。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ｂ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果、図６のようになった。
（実施例３）
雰囲気ガスとして窒素ガスに５０ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
雰囲気ガスとして窒素ガスに５０ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
ＲＴＡ熱処理によりシリコンウェーハの表面に形成された酸窒化膜をＸＲＴで観察したところ（図４（Ｃ）参照）、シリコンウェーハのほぼ全体に酸窒化膜が形成されていることがわかる。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ｃ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果、図６のようになった。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ｃ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果、図６のようになった。
（実施例４）
熱処理炉に投入前の酸素濃度が１１．３ｐｐｍ〜１１．７ｐｐｍのシリコンウェーハに対し、雰囲気ガスとして窒素ガスに４０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を３０秒とした。
熱処理炉に投入前の酸素濃度が１１．３ｐｐｍ〜１１．７ｐｐｍのシリコンウェーハに対し、雰囲気ガスとして窒素ガスに４０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍの濃度の酸素を混入させ、ＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を３０秒とした。
その結果が、図８である。酸素を４０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ混入させた場合、図８（Ａ）より残存Ｏｉが約６．２ｐｐｍａ〜８．３ｐｐｍａの範囲であることから、酸素析出量が３ｐｐｍ〜５．５ｐｐｍの範囲で面内は均一であることがわかる。さらに、図８（Ｂ）より、実施例ではシリコンウェーハ表面から約８０μｍの深さ付近で空孔の注入量が多いことがわかる。
（比較例１）
雰囲気ガスとして窒素ガスのみで、ＲＴＡ熱処理温度を１２００℃、ＲＴＡ熱処理時間を１０秒、３０秒、６０秒という熱処理をシリコンウェーハに施した。
その後、酸素析出熱処理を施し、酸素析出量を調査した。
雰囲気ガスとして窒素ガスのみで、ＲＴＡ熱処理温度を１２００℃、ＲＴＡ熱処理時間を１０秒、３０秒、６０秒という熱処理をシリコンウェーハに施した。
その後、酸素析出熱処理を施し、酸素析出量を調査した。
その結果、酸素析出はごく微量で、図５を参照すると、雰囲気ガスが窒素のみ（混入酸素量＝０ｐｐｍ）より、酸素を１００ｐｐｍ未満の濃度で混入させたほうが、酸素析出量が多いことがわかる。
（比較例２）
雰囲気ガスとして窒素ガスのみで、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
雰囲気ガスとして窒素ガスのみで、ＲＴＡ熱処理をシリコンウェーハに施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
ＲＴＡ熱処理によりシリコンウェーハの表面に形成された酸窒化膜をＸＲＴで観察したところ、図４（Ａ）のようになり、シリコンウェーハのガス排出側にわずかな窒化膜が形成されていることがわかる。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ａ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果は、図６のようになった。
また、３段熱処理後、シリコンウェーハの内部に形成されるＢＭＤ層は図７（Ａ）のようになり、ＢＭＤ密度を測定した結果は、図６のようになった。
図４のシリコンウェーハ表面上に形成された窒化膜又は酸窒化膜を（Ａ）〜（Ｃ）で見比べると、雰囲気ガスが窒素ガスのみであるとガス排出側にリークによると思われる酸窒化膜がわずかに形成されるだけだが、（Ｂ）、（Ｃ）のように窒素ガスに微量に酸素を混入させれば、シリコンウェーハ全面に厚い酸窒化膜が形成される。
図６は窒素ガス雰囲気に酸素を混入させなかった場合（比較例２）、酸素を２５ｐｐｍ混入させた場合（実施例２）、酸素を５０ｐｐｍ混入させた場合（実施例３）にＲＴＡ熱処理（温度１２００℃、時間１０秒）を行い、３段熱処理後のＢＭＤ密度を測定した結果をまとめたグラフである。
図６においてＢＭＤ層のＢＭＤ密度を見比べると、雰囲気ガスが窒素のみの場合、ガス排出側が、約３．０×１０９／ｃｍ３という密度で、異常に高密度になっているが、それ以外の部分では、約０．８×１０９／ｃｍ３〜約１．５×１０９／ｃｍ３である。しかし、微量酸素を窒素ガスに混入させたほうが、ＢＭＤ密度が約２．０×１０９／ｃｍ３〜約４．０×１０９／ｃｍ３となり、高密度のＢＭＤ層が得られ、面内でほぼ均一となっていることが分かる。
図７は図６の測定の際、ウェーハ断面を観察したもので、ＢＭＤ（黒い斑点）のサイズと密集度が確認できる。（Ａ）は窒素ガス雰囲気に酸素を混入させなかった場合（比較例２）、（Ｂ）は酸素を２５ｐｐｍ混入させた場合（実施例２）、（Ｃ）は酸素を５０ｐｐｍ混入させた場合（実施例３）である。
図７を参照すると、雰囲気ガスが窒素のみの（Ａ）より、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させた（Ｂ）、（Ｃ）のＢＭＤサイズのほうが小さく、ＢＭＤがより密集していることがわかる。
図７を参照すると、雰囲気ガスが窒素のみの（Ａ）より、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させた（Ｂ）、（Ｃ）のＢＭＤサイズのほうが小さく、ＢＭＤがより密集していることがわかる。
従って、ＲＴＡ熱処理の際、雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度という微量の酸素を混入させることにより、シリコンウェーハ表面に厚い酸窒化膜を形成することができ、効率的にシリコンウェーハ内部に空孔を注入することができる。また、その後の熱処理により、ＢＭＤサイズが小さく、適度に高密度のＢＭＤ層を有した高品質なウェーハを製造することができる。
（比較例３）
雰囲気ガスとしてＮ２ガスのみ、Ａｒガスのみ、ＮＨ３とＡｒの混合ガス、ＮＨ３とＮ２の混合ガスのそれぞれでシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
雰囲気ガスとしてＮ２ガスのみ、Ａｒガスのみ、ＮＨ３とＡｒの混合ガス、ＮＨ３とＮ２の混合ガスのそれぞれでシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を１０秒とした。
次に、その後の熱処理で形成されるＢＭＤ層を調査するため、３段熱処理を施し、ＢＭＤ密度を測定した。
実施例３と比較例３でのＢＭＤ密度の測定結果を表１に示す。雰囲気ガスがＮ２のみ及びＡｒのみであるとＢＭＤ密度は５×１０８／ｃｍ３が限界であるが、窒素ガスやアルゴンガスとＮＨ３の混合ガスであれば、２×１０９／ｃｍ３という高密度のＢＭＤ層が形成され、さらに、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させるという本発明は、従来技術である有毒なＮＨ３を雰囲気ガスに使用したときと同じ２×１０９／ｃｍ３という高密度のＢＭＤ層を形成することができる。従って、本発明ではＮＨ３のような有害なガスを雰囲気ガスとして使用しなくても、低温、短時間の熱処理で、適度に高密度のＢＭＤ層を有する高品質のシリコンウェーハを得ることができる。
（比較例４）
熱処理炉に投入前の酸素濃度が１１．３ｐｐｍ〜１１．７ｐｐｍのシリコンウェーハに対し、雰囲気ガスに窒素ガスを使用して、ＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を３０秒とした。
熱処理炉に投入前の酸素濃度が１１．３ｐｐｍ〜１１．７ｐｐｍのシリコンウェーハに対し、雰囲気ガスに窒素ガスを使用して、ＲＴＡ熱処理を施した。
このとき、ＲＴＡ熱処理条件は、温度１２００℃で、時間を３０秒とした。
図８は（実施例４）と（比較例４）の結果をまとめたもので、（Ａ）は残存Ｏｉの量とシリコンウェーハの中心からの距離の関係を表したグラフで、（Ｂ）はＢＭＤ密度とシリコンウェーハ表面からの深さの関係を表したグラフである。
雰囲気ガスがＮ２のみの場合は、図８（Ａ）を参照すると、残存Ｏｉが約９ｐｐｍａ〜１０ｐｐｍａであり、初期酸素濃度が約１１ｐｐｍであることから、酸素析出量は１ｐｐｍａ〜２ｐｐｍａとなり、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させたときより、酸素析出量が少ないことがわかる。また、図８（Ｂ）から、ＢＭＤ密度も、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させたときより、低いことがわかる。一方、実施例では、面内均一な酸素析出が得られ、かつ、深さ方向では、表面層の直下に高密度のＢＭＤ層が得られ、高いゲッタリング効果が期待できる。
雰囲気ガスがＮ２のみの場合は、図８（Ａ）を参照すると、残存Ｏｉが約９ｐｐｍａ〜１０ｐｐｍａであり、初期酸素濃度が約１１ｐｐｍであることから、酸素析出量は１ｐｐｍａ〜２ｐｐｍａとなり、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させたときより、酸素析出量が少ないことがわかる。また、図８（Ｂ）から、ＢＭＤ密度も、窒素ガス雰囲気に微量酸素を混入させたときより、低いことがわかる。一方、実施例では、面内均一な酸素析出が得られ、かつ、深さ方向では、表面層の直下に高密度のＢＭＤ層が得られ、高いゲッタリング効果が期待できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…熱処理炉、 ２…ガス供給口、 ３…ガス排出口、 ４…サセプタ、
５…ランプ、 ６…シリコンウェーハ、
７…表層（ＤＺ層）、 ８…内部（ＢＭＤ層） ９…蓋。
５…ランプ、 ６…シリコンウェーハ、
７…表層（ＤＺ層）、 ８…内部（ＢＭＤ層） ９…蓋。
Claims (5)
- 少なくとも、雰囲気ガス中でシリコンウェーハにＲＴＡ熱処理を施す工程を有するシリコンウェーハの製造方法であって、前記雰囲気ガスとして窒素ガスを用い、これに１００ｐｐｍ未満の濃度の酸素を混入させたものを用いて熱処理をすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 前記窒素ガス雰囲気中に混入させる前記酸素の濃度を１５ｐｐｍ〜９０ｐｐｍにすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記熱処理の温度を１１００℃以上１２５０℃以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記熱処理の時間を１秒〜６０秒とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記熱処理前の前記シリコンウェーハの酸素濃度を９ｐｐｍａ〜１２ｐｐｍａとすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
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