TWI303087B - - Google Patents

Description

1303087 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於退火晶圓之硼污染消滅方法。更詳細 爲關於：爲了防止由於晶圓表面的電氣特性的變化所致的 裝置（半導體元件）的產品率降低原因之高溫退火處理時 的硼附著物往晶圓內部擴散，在退火處理前所進行的晶圓 表面之硼污染消滅方法。 【先前技術】 裝置的集成度一變高，矽晶圓表面附近的結晶缺陷 會大爲影響裝置的產品率。因此，沒有結晶缺陷的高品質 石夕晶圓乃被需求著。此種晶圓在以往一般係使用幕晶成長 方法。近年來，在惰性氣體環境下高溫處理（退火處理） 矽晶圓’以去除表面附近的結晶缺陷之稱爲退火晶圓的晶 圓正被開發中。 但是’退火處理之缺點，可舉以下各點。在退火處 理前的晶圓表面形成自然氧化膜，另外，存在來自晶圓所 暴露的環境或者退火處理前所進行的晶圓淸洗用的化學處 理的硼附著物（例如，bf3或b2o3等）。伴隨在惰性氣 體環境下的退火處理，硼附著物擴散於晶圓內部，表面附 近的硼濃度增加。其結果變成接近裝置的主動區域之表面 的電氣特性改變’裝置的產品率降低。在晶圓製作階段中 ，要完全防止硼對於晶圓表面的附著，事實上即爲困難， 乃期望硼污染的消滅方法，即伴隨退火處理之晶圓表面附 -5- 1303087 (2) 近的硼濃度增加的防止方法。 爲了使晶圓表面附近的硼濃度維持一定，而且，去 除結晶缺陷，在日本專利特開2002- 1 00634號公報中，揭 示對於矽晶圓，藉由進行以含有氫氣之環境的熱處理，在 自然氧化膜被去除前，去除附著硼，之後，藉由在惰性氣 體環境以進行熱處理之技術。環境中的氫氣濃度，以由 0.1 %至***下限値的約4%以下爲適當。但是，即使利用 此技術，退火處理過的晶圓表面之硼濃度與塊材（bulk) 中的濃度相比，依然有變高的傾向，不一定能滿足要求。 【發明內容】 本發明所欲解決之課題在於提供：有鑑於上述背景 ，可使晶圓的表面和塊材中的硼濃度幾乎相等的伴隨晶圓 的退火處理的硼污染消滅方法。 [解決課題用手段] 即依據本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法，其特 徵爲：在表面形成自然氧化膜，另外，來自環境或者退火 處理前化學處理之硼附著的矽晶圓之退火處理時，於氫氣 對於惰性氣體的混合率爲5%至100%的混合氣體環境下進 行升溫，去除含硼之自然氧化膜後，在惰性氣體環境下予 以退火處理。 如上述般，在日本專利特開2002_10〇634號公報中 ，雖然揭示：藉由進行含氫氣環境的熱處理，以去除自然 -6 - 1303087 (3) 氧化膜前，先去除附著硼，之後，藉由惰性氣體環境以進 行熱處理之技術，但是含氫氣環境中的氫氣濃度，以由 0.1 %至***下限値的約4%以下爲適當。此係以不需要提 高熱處理爐的氣密性之密封構造或防爆設備，以使用長壓 爐爲前提之故。因此，關於氫氣濃度在5 %以上的氣體， 完全未檢討到。另外，熱處理的溫度範圍爲9 0 0〜1 1 0 〇 °c ’此推測係由兼顧自然氧化膜的餓刻速度和附著硼的氣化 、飛散所決定。 本發明者們就不限定氫氣濃度，對於惰性氣體和氫 氣的混合氣體進行檢討，結果知道，在氫氣混合率爲5 % 以上的混合氣體環境下進行升溫後，於惰性氣體環境下進 行退火處理，則可獲得晶圓的表面硼濃度和塊材中的硼濃 度幾乎成爲相等之期望的結果。氫氣混合率如低於5 %， 則晶圓的表面硼濃度與塊材中的硼濃度相比，變得極高， 電阻率大爲改變。更好之氫氣混合比爲10%至30%。 第1圖之（a)〜（c)係表示藉由本發明之退火晶圓之硼 污染消滅方法，在去除含硼之自然氧化膜後，於惰性氣體 環境下進行退火處理之過程的模型圖。第1 ( a )圖係退 火爐投入前的硏磨拋光晶圓的剖面模型圖，在表面形成自 然氧化膜，於氧化膜表面以及氧化膜中存在硼。（b )係 退火爐投入後的升温階段。氬氣和氫氣的混合環境下，氧 化膜全體被去除之故，表面以及氧化膜中的硼被去除。（ c )係升溫完了，到達退火溫度的階段。在惰性氣體環境 下被處理的晶圓表面，並不存在氧化膜以及附著硼。 -7- 1303087 (4) 另外，在本發明中，可以在70(TC至120CTC進行混 合氣體環境下的升溫時的處理溫度。 【實施方式】 以下，說明本發明之實施形態。第2圖係時序地顯 示升溫、退火處理以及附隨工程的溫度、氣體組成等之參 數的工程圖之一例。 說明第2圖。此處，惰性氣體係使用氬氣。首先， 在70 0 °C將晶圓投入退火爐，只使用氬氣進行吹洗。接著 ，在特定比率的氬氣和氫氣的混合氣體環境下，以5 °C / 分的速度升溫至120(TC。之後，設爲只爲氬氣的環境， 以1 200 °C進行1小時的退火處理。以-3 °C /分，降溫至 700°C後，由退火爐取出晶圓。 以下，舉實施例而具體敘述本發明，本發明並不受 限於這些實施例。 [實施例1] 使用由藉由CZ法（柴可拉斯基法）所上拉成者的矽 錠進行切片並予以硏磨（1 〇〇 )面方位的拋光晶圓（PW ) ，電阻率 200Qcm、氧氣濃度（1E15 atom/cm3)、直徑 2 0 0mm的P型矽晶圓。晶圓以SC-1 (氨、過氧化氫、水的 混合液）淸洗2次，鹽酸淸洗後，投入退火爐。此晶圓放 置潔淨室的時間爲約1星期，在晶圓表面形成自然氧化膜 ，以硼附著物存在的狀態提供測試。依據第2圖的工程’ -8- 1303087 (5) 進行退火處理，關於升溫工程，則使用氫氣對於氬氣的混 合率5%的混合氣體。 關於所獲得的退火晶圓，藉由擴展電阻法（SR法） 調查晶圓表面附近的深度方向的硼濃度以及電阻率的變化 。另外，藉由二次離子質量分析法（SIMS法）調查晶圓 表密附近的深度方向的硼濃度的變化。 [實施例2] 利用氫氣對於氬氣的混合率25%的混合氣體予以升 溫以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退 火晶圓進行測量。 [實施例3] 利用氫氣對於氬氣的混合率5 0 %的混合氣體予以升 溫以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退 火晶圓進行測量。 [實施例4] 利用氫氣100%予以升溫以外，與實施例1同樣地進 行退火處理，就所獲得的退火晶圓進行測量。 [比較例1] 利用氫氣對於氬氣的混合率1%的混合氣體予以升溫 以外，與實施例1同樣地進行退火處理，就所獲得的退火 -9- 1303087 (6) 晶圓進行測量。 第3圖〜第7圖係顯示實施例1〜4以及比較例 利用S R法所調查的晶圓深度方向的硼濃度分布、電 分布。第8圖則顯不使晶圓表面砸濃度（Cs)和塊材 硼濃度（CB )的比（Cs/CB )對應氫氣濃度之曲線。 ，第9圖顯示將C s和CB各對應氫氣混合率所描繪 線。 由這些結果，升溫時的混合氣體中的氫氣混合 在5 %以上，知道在Cs和CB之間沒有大的差異。關 阻率也是同樣。另外，由第9圖，混合氣體中的氫氣 率如爲1 〇至3 0 %，則在C s和C b之間幾乎沒有差， 此範圍爲更好的氫氣混合率之範圍。另一方面，氫氣 率如低於5%，則Cs和CB相比，則變得極爲高，得 阻率大爲改變。由此，爲了達成本發明之目的，升溫 混合氣體中的氫氣混合率需要5 %以上，更好爲1 0至 〇 實施例1〜4以及比較例1的利用SIMS法所調 晶圓深度方向的硼濃度分布與以上述的S R法所調查 濃度分布的結果顯示相同傾向。另外，混合氣體中的 混合率25 %的樣本，其硼濃度分布最平直，知道更好 氫氣混合率50 %以上時，表面硼濃度有減少傾向，混 體中的更好的氫氣混合率與1 〇至3 0 %之上述結果也 1的 阻率 中的 另外 的曲 率如 於電 混合 知道 混合 知電 時的 3 0% 查的 的硼 氫氣 。在 合氣 一致 -10- 1303087 (7) [發明效果] 如以上敘述般，如依據本發明，在表面形成自然氧 化膜，另外，來自環境或者退火處理前化學處理之硼附著 的矽晶圓之退火處理時，於氫氣對於惰性氣體的混合率爲 5%至100%的混合氣體環境下進行升溫，去除含硼之自然 氧化膜後，在惰性氣體環境下予以退火處理，藉此，不會 產生退火晶圓的表面和塊材中的硼濃度差。其結果爲，晶 圓表面的電氣特性沒有變化，可以確實而且有效防止裝置 的產品率降低。 【圖式簡單說明】 第1圖係藉由本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法的 工程模型圖。 第2圖係實施本發明之退火晶圓之硼污染消滅方法用 的工程圖之一例。 第3圖係實施例1的以s R法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第4圖係實施例2的以S R法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第5圖係實施例3的以S R法所調查的晶圓深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第6圖係實施例4的以SR法所調查的晶111深度方向 的硼濃度分布、電阻率分布° 第7圖係比較例1的以S R、法所§周查的晶圓丨朵度方向 -11 - (8) 1303087 的硼濃度分布、電阻率分布。 第8圖係使晶圓表面硼濃度（C s )和塊材中的硼濃度 (CB )的比與氫氣混合率對應的曲線。 第9圖係使晶圓表面硼濃度（Cs )和塊材中的硼濃度 (C b )各對應氫氣混合率所描繪之曲線。 -12-

Claims (1)

1303087 月h日修(裝)正替換Μ 拾、申請專利範圍 第92 1 23975號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國97年1月11日修正 1· 一種退火晶圓之硼污染消滅方法，其特徵爲： 在表面形成自然氧化膜，另外，來自環境或者退火 處理前化學處理之硼附著的矽晶圓之退火處理時，於氫氣 對於惰性氣體的混合率爲5%至50%的混合氣體環境下進 行升溫，去除含硼之自然氧化膜後，在惰性氣體環境下予 以退火處理，前述升溫乃包含自700°C至1 200°C升溫矽晶 圓之工程，經由前述升溫，令對於容積中之硼濃度CB而 言之晶圓表面之硼濃度Cs之比Cs/CB爲0.90〜1 · 10者。 2·如申請專利範圍第1項記載之退火晶圓之硼污染 消滅方法’其中，在混合氣體環境下的升溫時的處理溫度 爲 700 至 1200 °C。 3 ·如申請專利範圍第丨項或者第2項記載之退火晶圓 之硼污染消滅方法，其中，在氫氣對於惰性氣體的混合率 爲10%至3 0%之混合氣體環境下進行升溫。