JP2004207601A

JP2004207601A - シリコンウェーハの熱処理方法

Info

Publication number: JP2004207601A
Application number: JP2002377029A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Morimoto; 信之森本; Tatsumi Kusaba; 辰己草場
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ₂、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施す熱処理において、環境および熱処理装置からシリコンウェーハに付着したリンにより、表層付近で比抵抗が変化するのを防止したシリコンウェーハの熱処理方法の提供。
【解決手段】高温熱処理に投入前に低温で加熱することで事前にシリコンウェーハ上に付着したリンが除去可能であり、環境および熱処理装置からシリコンウェーハ上にリンが付着してもこれを除去でき、リン汚染がなく目的の高温熱処理で表層付近の比抵抗が変化することがない。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボロンをドープしたシリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気又はアルゴン（Ａｒ）ガスを含む不活性ガス雰囲気で熱処理した際に、表層付近で比抵抗が変化するのを防止したシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハを高品質化するための熱処理として、シリコンウェーハをＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ₂、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施すことにより、デバイス特性を悪化させる要因である結晶欠陥（ＣＯＰ：ＣｒｙＳｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ）を低減あるいは消滅させる方法がよく知られている（例えば、特開昭５１−１３４０７１号公報、特開昭６０−２４７９３５号公報等）。
【０００３】
このアルゴンガス雰囲気での高温熱処理により、シリコンウェーハの比抵抗を変化させることが知られている（例えば、株式会社リアライズ社、半導体プロセス環境における化学汚染とその対策（１９９７）、６０頁）。
【０００４】
これは、環境および熱処理装置からのリンおよびボロンがシリコンウェーハ上に付着し、その状態で高温熱処理することにより、ウェーハ内部まで拡散し、その結果比抵抗を変化させてしまうものと推測されている。
【０００５】
この対策として、例えば特開２００２−１００６３４公報には、環境からのボロン汚染を防止するため、熱処理に際して９５０〜１１００℃の温度域にて雰囲気に水素ガスを含有させることが提案されている。これは、水素ガス雰囲気での高温熱処理によるボロンの外方拡散を利用して、表層の比抵抗の変化を防止したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の熱処理方法は、ボロン汚染の低減効果はあるが、リン汚染に対しての効果が確認されておらず、熱処理に際して高温領域で水素ガスを適用させることで、重金属汚染、安全性、装置コストの上昇等の問題が懸念される。
【０００７】
この発明は、Ａｒガス含有の熱処理、すなわちＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ₂、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施す熱処理において、環境および熱処理装置からシリコンウェーハに付着したリンにより、表層付近で比抵抗が変化するのを防止したシリコンウェーハの熱処理方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ａｒガス含有の熱処理でシリコンウェーハに付着したリンを表層に拡散させず、また水素ガスを用いることなく、容易にリン汚染を低減させる方法を目的に種々検討した結果、リンおよびリン化合物はボロンよりも低温で気化し易いことに着目し、熱処理炉に投入前に低温で加熱することで事前にシリコンウェーハ上に付着したリンを除去できることを確認し、目的の熱処理前にこの発明の予備加熱を適用させることにより、環境および熱処理装置からのリンがシリコンウェーハ上に付着したとしても、リン汚染のない高品質なシリコンウェーハを容易に提供することができることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわちこの発明は、ボロンをドープしたシリコンウェーハをＡｒガス雰囲気又はＡｒガスを含む不活性ガス雰囲気の高温熱処理炉内で熱処理する方法であり、前記熱処理投入前にシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去した後、該熱処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明による熱処理方法は、ボロンをドープしたシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去した後、シリコンウェーハをＡｒガス雰囲気又はＡｒガスを含むＨ₂、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気の熱処理炉内で熱処理する方法である。
【００１１】
この発明において、予備加熱は、所要の加熱炉あるいは目的の高温熱処理を行うための熱処理炉で、高温熱処理に先駆けて行う比較的低温の熱処理であり、環境および熱処理装置からシリコンウェーハ上に付着したリンが気化してこれを除去できれば、炉や加熱手段は特に限定しない。
【００１２】
具体的な予備加熱手段としては、別の加熱炉内、目的の高温熱処理炉に併設する設備内、あるいは前記高温熱処理炉内にて、赤外線ランプ加熱、抵抗加熱、高温ガスの吹きつけ等の加熱手法で、例えば３００℃から５００℃の温度にて１分間以上保持することにより、シリコンウェーハ上に付着したリンを気化飛散させてこれを除去する。
【００１３】
また、目的の高温熱処理炉外の別の加熱装置にて行ってもよいが、この場合は、リンの再付着を防止する手段を講じる必要があり、予備加熱処理炉より高温熱処理炉へ直ちに又は連続的に投入可能な構成とすることが好ましい。例えば、高温熱処理炉におけるウェーハボートの待機室やウェーハ移載室等の併設設備を利用することが望ましい。さらに、予熱加熱後、２時間以内に高温熱処理炉内へ投入するのが好ましく、２時間以上経過してしまうとウェーハ表面にリンが再付着してしまい、再度予備加熱が必要となる。従って、好ましくは予熱加熱後、１時間以内に高温熱処理を施すと良い。
【００１４】
予備加熱の処理条件は、目的のリンを気化させるのには、３００℃未満では温度が低くリンを除去することができず、５００℃超えるとリンを除去することは可能であるが、ボート待機室やウェーハ移載室を利用する場合に該装置近傍が高温となり、装置ヘの負担や重金属汚染、装置コスト損傷等の問題が発生するため、３００℃から５００℃の温度が好ましい。加熱時間は、３０秒程度ではウェーハ面内を十分に加熱することができず、完全にリンを除去するためには、少なくとも１分以上の加熱が必要であり、また５分以上の加熱では、前記装置回りが高温となり、装置に与える負担が大きくなる。
【００１５】
予備加熱の雰囲気は、別の加熱炉で行う場合、リン濃度０．０３μｇ／ｍ³以下であれば大気中、真空中、Ａｒガス中などのいずれの雰囲気でもよい、同じ高温熱処炉で行う場合は、換気中（大気中）に、あるいは真空引き中、アルゴンガス置換中に３００℃〜５００℃で１分以上保持するのがよい、
【００１６】
この発明において、目的のＡｒを含む高温熱処理は、特に限定しないが、一般的な１１００℃〜１３５０℃の温度で１時間以上保持される処理であればより好ましい。
【００１７】
この発明によるシリコンウェーハの熱処理方法は、予備加熱を施し、Ａｒを含む高温熱処理を行うことで、熱処理後のシリコンウェーハのリン濃度は、表面から１μｍ深さまでの領域の平均値が１×１０¹⁵／ｃｍ³以下となり、汚染が大きく低減され、前記高温熱処理に際して表層の比抵抗が変化するのを防止することが可能となる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
高温熱処理炉のウェーハ移載室において、ボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍの直径２００ｍｍのシリコンウェーハを、複数枚熱処理ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱によって、加熱温度を２００℃、３００℃、５００℃、５５０℃、加熱時間を３０秒、４５秒、１分間、５分間、５分３０秒と、種々の加熱条件を採用した予備加熱を終了した後、該炉の反応室に移動させて、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の高温熱処理を行つた。
【００１９】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにてリン濃度を分析した。その結果を表１に示す。表１において、○印はリン濃度が１×１０¹⁵／ｃｍ³以下であり、×印はリン濃度が１×１０¹⁵／ｃｍ³を超える場合を示している。
【００２０】
表１の結果より明らかなように、３００℃未満では温度が低くリンを除去することができず、５００℃を超えるとウェーハ移載室等の装置回りが高温になりすぎて、該装置からの重金属汚染が懸念された。また、１分未満ではリンを除去することができず、５分を超えるとウェーハ移載室等の装置回りが高温になり、装置に与える負担が大きくなることを確認した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
実施例２
実施例１の高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱にて３００℃で１分間シリコンウェーハを加熱し、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２３】
この発明による熱処理のヒートパターンは図１に示す通りであった。熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、図２に示すように表面および表層３μｍ深さまでの領域で、リン濃度は１×１０¹⁵／ｃｍ³以下であり、リン汚染がないことを確認した。
【００２４】
比較例
実施例２と同様に高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２５】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、図３に示すように表面でリン濃度は５×１０¹⁵／ｃｍ³以上であり、表層近傍の４μｍ程度までリン汚染が拡散していることが確認された。
【００２６】
実施例３
実施例１の高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱にて４００℃で１分間シリコンウェーハを加熱し、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、０．１％のＮ₂ガスを含むＡｒ／Ｎ₂雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２７】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、表面および表層１μｍ深さまでの領域でリン濃度は１×１０¹⁵／ｃｍ³以下であり、リン汚染がないことを確認した。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、ＣＯＰの低減や消滅のためのＡｒガス含有の熱処理、すなわちＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ₂、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施す熱処理において、前記熱処理投入前にシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去するため、従来、環境および熱処理装置からシリコンウェーハに付着したリンにより表層付近で比抵抗が変化する問題を解消でき、リン汚染のない高品質なシリコンウェーハを容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による熱処理のヒートパターンを示すグラフである。
【図２】この発明の実施例における熱処理を完了したシリコンウェーハのＳＩＭＳによる分析結果を示す深さとリン濃度との関係を示すグラフである。
【図３】比較例における熱処理を完了したシリコンウェーハのＳＩＭＳによる分析結果を示す深さとリン濃度との関係を示すグラフである。

Claims

ボロンをドープしたシリコンウェーハをＡｒガス雰囲気又はＡｒガスを含む不活性ガス雰囲気の熱処理炉内で高温熱処理する方法であり、前記熱処理投入前にシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去した後、該熱処理を施すシリコンウェーハの熱処理方法。
予備加熱温度が３００℃〜５００℃で１分以上保持される熱処理である請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
予備加熱完了から熱処理開始までが１時間以内である請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
高温熱処理が、１１００℃〜１３５０℃の温度で１時間以上保持される処理である請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
高温熱処理後のシリコンウェーハのリン濃度が、表面から１μｍ深さまでの領域の平均値が１×１０¹⁵／ｃｍ³以下である請求項１に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。