JP2008227060A - アニールウエハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リンやホウ素等の導電性不純物を効率的に除去し、熱処理の前後でウエハ表層の比抵抗が変化することのない均質かつ高品質なアニールウエハを製造する方法を提供する。
【解決手段】シリコンウエハをボートに積載し、不活性ガス雰囲気の炉内に挿入する工程と、前記炉内を、酸素を含む雰囲気とし、前記ウエハおよびボートの表面を酸化する工程と、前記炉内に水素を含むガスを導入する工程と、不活性ガス雰囲気にて前記ウエハを熱処理する工程とを経て、アニールウエハを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ表層の比抵抗が均質で、高品質なアニールウエハを製造する方法に関する。

半導体デバイスの製造に用いられるシリコンウエハは、一般に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成されたシリコン単結晶から製造される。
近年、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、低温化、高集積化が進み、これに伴い、従来は問題とならなかったシリコン単結晶育成中に形成される低密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が、デバイスの特性に影響を及ぼすことが明らかとなっている。

前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、育成された単結晶中に存在する場合には、八面体ボイドを基本とした単独または複数が連結した構造であり、ウエハに加工した後に表面に露出した場合には、四角錐形状の凹状のピットとなる。そして、ウエハの鏡面研磨、洗浄を施した後、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）と呼ばれる欠陥ピットが、ウエハ表面に現われ、これが、酸化膜耐圧に影響を及ぼしていた。

従来は、ＣＺ法による単結晶育成時における徐冷によって、八面体ボイドであるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の低減化が図られてきたが、一方で、そのサイズは増加する傾向にあった。
近年、デバイスパターンの微細化がさらに進み、これに伴い、パターンサイズとの比較から、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズを無視することができなくなり、デバイス領域において、ほぼ完全にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないウエハが求められるようになってきた。

このため、先端技術であるシステムＬＳＩプロセスでは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のないエピタキシャルウエハや、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させる効果のある水素・アルゴンアニールウエハが用いられている。

しかしながら、アニールウエハを製造する場合、アルゴンガス雰囲気中でシリコンウエハを高温熱処理すると、シリコンウエハの比抵抗が変化することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。これは、ドープの際または熱処理炉等の環境からもたらされるリンやホウ素がシリコンウエハ上に付着し、その状態で高温熱処理が施されると、このリンやホウ素がウエハ内部にまで拡散し、その結果、比抵抗を変化させるものと推測される。

この対策として、例えば、特許文献１において、高温熱処理前に低温で予備加熱することにより、環境および熱処理炉等からシリコンウエハ上に付着したリンを除去し、これにより、その後の熱処理で、リン汚染によるウエハ表層付近の比抵抗の変化を防止しようとする方法が提案されている。
また、特許文献２には、熱処理炉内へのボート挿入速度を低下または停止することにより、炉口の隙間からリンを排気する方法が開示されている。
特開２００４−２０７６０１号公報 特開２００６−１１４６２９号公報 「半導体プロセス環境における化学汚染とその対策」，株式会社リアライズ社，１９９７年，ｐ．６０

しかしながら、上記特許文献１に記載されているような予備加熱装置による汚染除去方法は、生産性の低下を招き、また、コストを増大させるものであった。
また、上記特許文献２に記載されているようなボートの挿入速度を低下または停止させる方法においては、炉口部で複雑な気流が生じるため、リンを安定して除去することは困難であった。

さらに、これらの方法によっては、微量のリンやホウ素等の導電性不純物を完全に除去することはできず、熱処理の前後で、ウエハの比抵抗が変化してしまうことを抑制することは困難であるという課題を有していた。ウエハの基板抵抗が高くなると、この影響はデバイスに製造プロセスにおいて無視することができなくなるため、より効率的に、リンやホウ素等の導電性不純物を除去することができる方法が求められていた。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、リンやホウ素等の導電性不純物を効率的に除去し、熱処理の前後でウエハ表層の比抵抗が変化することのない均質かつ高品質なアニールウエハを製造する方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るアニールウエハの製造方法は、シリコンウエハをボートに積載し、不活性ガス雰囲気の炉内に挿入する工程と、前記炉内を、酸素を含む雰囲気とし、前記ウエハおよびボートの表面を酸化する工程と、前記炉内に水素を含むガスを導入する工程と、不活性ガス雰囲気にて前記ウエハを熱処理する工程とを備えていることを特徴とする。
上記製造方法によれば、ウエハ上のリンやホウ素を効果的に炉外に排出することができ、導電性不純物による汚染が防止され、また、不活性ガスや水素を含む還元性ガス雰囲気下での高温熱処理により、ウエハ表面近傍のＣＯＰ欠陥等を消滅させることができる。
前記製造方法においては、不活性ガスとして、特に、アルゴンを用いることが好ましい。

また、前記酸素を含む雰囲気とする工程においては、リンやホウ素等の導電性不純物を酸化膜中に取り込ませる観点から、５００〜８００℃の範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることが好ましい。
また、前記水素を含む雰囲気とする工程においては、前記導電性不純物を取り込んだ酸化膜を効率的に除去する観点から、８００〜１１００℃範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることが好ましい。

さらにまた、前記不活性ガス雰囲気で熱処理する工程においては、最高温度を１０００℃以上１２００℃以下とすることが好ましい。
上記範囲内の温度での高温熱処理により、前記導電性不純物を完全に炉外に排除し、かつ、ウエハ表層に存在するウエハ表面のＣＯＰ源となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥等を効果的に低減させることができる。

上述したとおり、本発明に係るアニールウエハの製造方法によれば、ウエハ上のリンやホウ素等の導電性不純物が効率的に除去され、かつ、表面から深さ数μｍまでのウエハ表層に存在するウエハ表面のＣＯＰ源となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥等を効果的に低減させることができる。
したがって、本発明によれば、熱処理前後でのウエハ表面の比抵抗の変化をより確実に抑制することができ、均質で高品質のアニールウエハを得ることができる。

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るアニールウエハの製造方法においては、まず、シリコンウエハをボートに積載し、不活性ガス雰囲気の炉内に挿入する。そして、前記炉内を、酸素を含む雰囲気とし、前記ウエハおよびボートの表面を酸化し、次に、前記炉内に水素を含むガスを導入する。その後、不活性ガス雰囲気にて前記ウエハを熱処理する。
上記のような工程を経ることにより、ウエハおよびボート等の部材表面を酸化し、酸化膜中にリンやホウ素等の導電性不純物を取り込ませ、この酸化膜を水素が含まれるガスにより除去することによって、前記リンやホウ素を効果的に炉外に排出することができる。
したがって、アルゴン等の不活性ガスや水素を含む還元性ガス雰囲気下での高温熱処理により、ウエハ表面近傍のＣＯＰ欠陥等を消滅させることができ、かつ、導電性不純物による汚染を防止することができる。

前記不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素等が挙げられるが、特に、アルゴンが好適に用いられる。

また、前記酸素を含む雰囲気とする工程においては、リンやホウ素等の導電性不純物を取り込んだ酸化膜をウエハおよびボート等の部材表面に形成させるため、５００〜８００℃の範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることが好ましい。
温度が５００℃以下、また、５分間未満の熱処理では、ウエハおよびボート等の部材表面が十分に酸化されない。
一方、熱処理温度が８００℃を超える場合、また、熱処理時間が６０分間を超える場合は、酸化膜が厚くなりすぎ、後の水素を含む雰囲気での処理によって、酸化膜中に取り込まれたリンやホウ素等の導電性不純物とともに除去することが困難となる。

また、前記水素を含む雰囲気とする工程においては、前の工程において形成された酸化膜を除去するため、８００〜１１００℃範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることが好ましい。
温度が８００℃以下、また、５分間未満の熱処理では、ウエハおよびボート等の部材表面の酸化膜を十分に除去することができない。
一方、熱処理温度が１１００℃を超える場合、また、熱処理時間が６０分間を超える場合は、ドーパントが水素による還元作用により外方拡散するため、基板表層側の抵抗値が変動するおそれがある。

また、前記不活性ガス雰囲気で熱処理する工程においては、ウエハ表面から深さ数μｍまでのウエハ表層に存在するＣＯＰおよび該ＣＯＰ源となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を効果的に消滅させるため、最高温度を１０００℃以上１２００℃以下とすることが好ましい。
前記熱処理温度が１０００℃未満の場合は、ウエハ表層に存在するＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を十分に低減させることができない。
一方、熱処理温度の最高温度が１２００℃を超える場合は、シリコンウエハの変形や亀裂を生じるおそれがあるため好ましくない。

上記のような本発明に係るアニールウエハの製造方法における具体的な熱処理工程は、下記実施例に示すようなシーケンスで行うことが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
直径３００ｍｍのＰタイプ、結晶方位＜１００＞、比抵抗約２５Ω・ｃｍのシリコンウエハをＳＣ−１洗浄した後、熱処理を施した。
炭化ケイ素製のボートに８５枚のウエハ（上下５枚はダミーウエハ）を搭載し、６００℃で、アルゴンガス雰囲気の炉芯管内に挿入した。
そして、図１に示すような温度およびガス条件下でのアニールシーケンスを経て、アニール後のウエハについて、ＳＲ法により、ウエハ表面から深さ１０μｍまでの抵抗プロファイルの評価を行った。

［比較例１］
従来の方法として、Ｐタイプシリコンウエハ（ボロンドープ）に、アルゴンガス雰囲気下、最高保持温度１２００℃で１時間、アニールを行った。
このアニール後のウエハについても、実施例１と同様にして、抵抗プロファイルの評価を行った。
図２に、上記実施例および比較例の各アニールウエハの抵抗とウエハ表面からの深さとの関係を示す。

図２に示したグラフから分かるように、従来の方法によるアニールウエハ（比較例１）は、バルク抵抗より表面の抵抗が若干高く、微量のリンによる汚染の影響があるものと推定される。
これに対して、実施例１におけるアニールウエハは、バルクと表面との抵抗値はほぼ同じであり、本発明に係る方法によれば、均質で高品質なアニールウエハが得られることが認められた。

実施例１における温度およびガス条件のアニールシーケンスを示した図である。 実施例１および比較例１の各アニールウエハの抵抗とウエハ表面からの深さとの関係を示したグラフである。

Claims (5)

1. シリコンウエハをボートに積載し、不活性ガス雰囲気の炉内に挿入する工程と、前記炉内を、酸素を含む雰囲気とし、前記ウエハおよびボートの表面を酸化する工程と、前記炉内に水素を含むガスを導入する工程と、不活性ガス雰囲気にて前記ウエハを熱処理する工程とを備えていることを特徴とするアニールウエハの製造方法。
2. 前記不活性ガスとしてアルゴンを用いることを特徴とする請求項１記載のアニールウエハの製造方法。
3. 前記酸素を含む雰囲気とする工程においては、５００〜８００℃の範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアニールウエハの製造方法。
4. 前記水素を含む雰囲気とする工程においては、８００〜１１００℃範囲内の温度で５〜６０分間の熱処理が施されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のアニールウエハの製造方法。
5. 前記不活性ガス雰囲気で熱処理する工程においては、最高温度を１０００℃以上１２００℃以下とすることを特徴とする請求項１から請求項４までに記載されたアニールウエハの製造方法。

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