JP2006114629A - アニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハ - Google Patents
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Abstract
【課題】熱処理中に、ウェーハが導電性不純物により汚染されて、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化するのをより確実に防止することが可能なアニールウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】アニールウェーハを製造する方法であって、少なくとも、半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、不活性ガスを炉内に導入しつつボートを挿入し、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部に到達した後、半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管とシャッターとの隙間を所定時間維持し、その後、炉心管をシャッターにより閉塞することを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
【選択図】図１
【解決手段】アニールウェーハを製造する方法であって、少なくとも、半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、不活性ガスを炉内に導入しつつボートを挿入し、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部に到達した後、半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管とシャッターとの隙間を所定時間維持し、その後、炉心管をシャッターにより閉塞することを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ウェーハ表面のＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）及び該ＣＯＰ源となるもの等で、表面から数μｍの深さの半導体ウェーハ表層に存在するＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥等を効果的に消滅させたアニールウェーハの製造方法に関し、より詳しくは、アルゴン等の不活性ガスや水素等の還元性ガス雰囲気下での高温熱処理により表面近傍のＣＯＰ欠陥等を消滅させ、且つ導電性不純物による汚染を防止することで、高品質なアニールウェーハを製造する方法に関する。
今日の半導体デバイスの製造に用いられる半導体ウェーハは、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により製造されたシリコンからなるものである。そして、デバイスプロセスは、低温化、高集積化が進み、これまで問題とならなかった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することが明らかとなっている。
かかるＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥は、その形状が結晶内部に存在する場合には、八面体ボイドを基本とした単独もしくは複数個連結された構造であり、ウェーハの状態に加工した後に表面に露出した場合には、四角錐形状の凹形状のピットとなる。そして、ウェーハヘ切り出した後、鏡面研磨、ウェ一ハ洗浄を施して表面に現われる欠陥ピットであるＣＯＰが、酸化膜耐圧に影響を及ぼしていた。
従来、ＣＺ法による単結晶育成時の徐冷により、八面体ボイドであるＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥の低減が図られてきたが、一方でそのサイズの増加を招くことになった。デバイスパターンの微細化が更に進み、パターンサイズに比べてＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥サイズが無視できなくなり、デバイス領域において、ほぼ完全にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥の存在しないウェーハが求められるようになった。
そこで、先端の６４ＭＤＲＡＭプロセスでは、Ｇｒｏｗｎ ｉｎ欠陥のないエピタキシャルウェーハや、あるいは表面近傍のＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥の消滅効果のある水素・アルゴンアニールウェーハが量産され用いられている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
しかしながら、アニールウェーハを製造する場合、アルゴンガス雰囲気中でシリコンウェーハを高温熱処理すると、シリコンウェー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）。これは、環境および熱処理炉等からのリン又は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ためと推測されている。
この対策として、例えば特許文献３では、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、ボロンを除去し、ウェーハ表層の比抵抗が変化するのを防止したものである。
また、特許文献４では、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ェーハ上に付着した燐（リン）を除去し、これにより、その後の熱処理で、リン汚染によりウェーハ表層付近の比抵抗が変化するのを防止する方法が紹介されている。
しかしながら、アニールウェーハを製造するのにこれらの方法を用いても、熱処理中に、ウェーハが燐などの導電性不純物により汚染されて、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化してしまうことを確実に防止することはできなかった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、熱処理中に、ウェーハが導電性不純物により汚染されて、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化するのをより確実に防止することが可能なアニールウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決されるためになされたもので、少なくとも、支持部材により支持されたボートに半導体ウェーハを載置し、該半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入し、製品となる半導体ウェーハを、ヒーターの加熱により長手方向に均一な温度分布を有する炉心管内の均熱部に配置し、前記炉心管をシャッターにより閉塞し、前記半導体ウェーハを熱処理して、アニールウェーハを製造する方法であって、前記半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、不活性ガスを炉内に導入しつつボートを挿入し、前記製品となる半導体ウェーハの全てが前記均熱部に到達した後、前記半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して前記炉心管と前記シャッターとの隙間を所定時間維持し、その後、前記炉心管をシャッターにより閉塞することを特徴とするアニールウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。
ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物の一部は、半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に蒸発し、炉外に放出される。ところが、ボート挿入時に蒸発しきれなかった導電性不純物は、熱処理中にウェーハ周辺部へと拡散していくなどして製品となる半導体ウェーハの比抵抗を変化させる。そこで、本発明では、半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部に到達した後、半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管とシャッターとの隙間を所定時間維持する。これにより、炉心管をシャッターにより完全に閉塞する前に僅かな隙間を残し、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を、十分に蒸発させ、炉心管とシャッターの隙間から導電性不純物を炉外に排出する。このように、本発明では、支持部材等に付着した導電性不純物を熱処理前に十分に除去し炉外に排出するので、熱処理中にウェーハが導電性不純物に汚染される恐れが少なく、そのため、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化するのをより確実に防止することができ、所望品質のアニールウェーハを得ることができる。
また、ウェーハ上に付着した導電性不純物を除去するのに、従来のように、熱処理前に、予備加熱する工程を付加したり、予備加熱用の加熱炉などを準備する必要もない。また、予備加熱用の加熱炉などの併設設備を高温にさらすこともない。そのため、従来よりも生産性が向上し、低コストで高品質のアニールウェーハを製造することができる。
また、ウェーハ上に付着した導電性不純物を除去するのに、従来のように、熱処理前に、予備加熱する工程を付加したり、予備加熱用の加熱炉などを準備する必要もない。また、予備加熱用の加熱炉などの併設設備を高温にさらすこともない。そのため、従来よりも生産性が向上し、低コストで高品質のアニールウェーハを製造することができる。
また、本発明のアニールウェーハの製造方法では、前記炉心管を、縦型とすることができる（請求項２）。
縦型炉では、特に、ボートの支持部材に付着した導電性不純物が、ボートのボトム付近に載置した半導体ウェーハを汚染することが問題であった。すなわち、支持部材は、汚染面積が大きい、温度が上がらない、蒸発したガスが抜け難いなどの理由で、導電性不純物の大部分が除去されずに付着したままで炉内に挿入されていた。しかし、本発明のアニールウェーハの製造方法によれば、熱処理前に、炉心管をシャッターで閉塞する前に、支持部材に付着した導電性不純物を十分に蒸発させ、炉外に排出するので、熱処理中に、ボートのボトム付近に載置した半導体ウェーハが、導電性不純物で汚染されるのをより確実に防止することができる。
また、本発明のアニールウェーハの製造方法では、前記製品となる半導体ウェーハを挿入する際の均熱部の温度を、５００℃以上９００℃以下とするのが好ましい（請求項３）。
このように、製品となる半導体ウェーハを挿入する際の均熱部の温度を、５００℃以上９００℃以下とすることにより、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を、より確実に蒸発させることができる。これにより、導電性不純物が十分に除去され、熱処理中の、ボートやその支持部材から半導体ウェーハへの導電性不純物の転写や、半導体ウェーハ表面から内部への拡散を防止できる。したがって、導電性不純物による汚染の少ない高品質の半導体ウェーハをより確実に得ることができる。
また、本発明のアニールウェーハの製造方法では、前記半導体ウェーハの熱処理を、８００℃以上１３５０℃以下の温度で、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、水素ガスのいずれか１以上を含む雰囲気中で行なうのが好ましい（請求項４）。
熱処理前に導電性不純物を除去し、その後に半導体ウェーハを上記条件で熱処理することにより、熱処理前後で抵抗率の変化がほとんどないことに加え、表層近傍にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥がほとんど無い高品質のアニールウェーハを得ることができる。
また、本発明のアニールウェーハの製造方法では、前記熱処理する半導体ウェーハを、直径２００ｍｍ以上のシリコンウェーハとすることができる（請求項５）。
近年、汎用的に集積回路に利用されているウェーハは、直径２００ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハである。そのため、より簡単かつ確実に、高品質なアニールウェーハを製造できる方法が強く求められている。本発明は、このような直径２００ｍｍ以上のシリコンウェーハを熱処理して、アニールウェーハを製造するのに適した方法である。
また、本発明のアニールウェーハの製造方法では、前記熱処理する半導体ウェーハを、１×１０13〜１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度の窒素を含むものとするのが好ましい（請求項６）。
このように、窒素濃度が１×１０13〜１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である半導体ウェーハは、Ｇｒｏｗｎ ｉｎ欠陥が縮小しており、熱処理により、表層近傍のＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥を消滅させ易いものである。したがって、これを熱処理することにより、表層近傍にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥が無い高品質のアニールウェーハをより確実に得ることができる。
このような本発明のアニールウェーハの製造方法で製造したアニールウェーハ（請求項７）は、表面から深さ３μｍまでの部分の燐の濃度が５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であるものとすることができる（請求項８）。そのため、本発明のアニールウェーハは、熱処理前後のウェーハの比抵抗の変化がほとんどなく、極めて高品質である。
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部に到達した後、半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管とシャッターとの隙間を所定時間維持するので、熱処理前に、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を十分に除去することができる。そして、導電性不純物を除去した後に、炉心管をシャッターにより閉塞し、半導体ウェーハを熱処理している。そのため、熱処理中に、ウェーハが導電性不純物により汚染される恐れが少なく、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化するのをより確実に防止することができる。これにより、高品質のアニールウェーハを製造することができる。
以下、本発明について説明する。
本発明者は、アニールウェーハ製造のための高温熱処理前に、３００〜５００℃の予備加熱等を施して、ウェーハ表面の導電性不純物を除去したとしても、その後の熱処理により、熱処理前後で、ウェーハ表面、特に周辺部の抵抗率が変化することに注目し、その原因について鋭意研究を行った。その結果、本発明者は、リン等の導電性不純物は、半導体ウェーハ表面だけでなく、ボートや支持部材等のウェーハ治具にも付着しており、これが、熱処理中にウェーハ周辺部に拡散してゆき、抵抗率を変化させていることを見出した。
本発明者は、アニールウェーハ製造のための高温熱処理前に、３００〜５００℃の予備加熱等を施して、ウェーハ表面の導電性不純物を除去したとしても、その後の熱処理により、熱処理前後で、ウェーハ表面、特に周辺部の抵抗率が変化することに注目し、その原因について鋭意研究を行った。その結果、本発明者は、リン等の導電性不純物は、半導体ウェーハ表面だけでなく、ボートや支持部材等のウェーハ治具にも付着しており、これが、熱処理中にウェーハ周辺部に拡散してゆき、抵抗率を変化させていることを見出した。
すなわち、熱処理を終えてボートが炉心管から取り出される際に、ボートや支持部材等の熱で、炉外設備の樹脂部材、ファンのグリースなどから有機燐等が浮遊し、設備内に充満する。その後、ボートや支持部材等の温度が下がると、設備内に浮遊していた有機燐等がボートや支持部材に付着する。ボートや支持部材等に付着した有機燐等の一部は、ボートを炉心管内に挿入する際に蒸発し、炉外に排出される。ところが、特に、支持部材は、汚染面積が大きい、温度が上がらない、蒸発したガスが抜け難いなどの理由で、有機燐等の大部分が除去されずに付着したままで炉内に挿入されていた。そして、ボート挿入時に蒸発しきれなかった有機燐等は、熱処理中にウェーハ周辺部へと拡散していき、熱処理前後でウェーハの抵抗率を変化させていたのである。そのため、ボートを炉心管に挿入する際に十分に有機燐等が除去されたボートのトップ部付近に載置したウェーハは、ほとんど有機燐等で汚染されていなかったが、支持部材に近いボートのボトム部付近（挿入口側）に載置したウェーハは、有機燐等で激しく汚染されていたのである。
そこで、本発明者は、半導体ウェーハ表面、ボート、支持部材等に付着した燐等の導電性不純物をより確実に除去するためには、ボートを炉心管内に挿入して、シャッターにより完全に閉塞する前に、炉心管とシャッターの間に僅かな隙間を残し、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を、十分に蒸発させ、炉心管とシャッターの隙間から炉外に排出すれば良いことに想到し、本発明を完成させた。
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明のアニールウェーハの製造方法の一例を示す概略説明図である。
図１（ａ）は、ボートに半導体ウェーハを載置する前の状態を示す図である。
この熱処理炉１０は、支持部材１１により支持されたボート１２と、ボート１２を挿入する縦型の炉心管１３と、炉心管１３を閉塞するためのシャッター１４と、炉心管１３を加熱するヒーター１６と、ヒーター１６からの熱を炉心管１３に均等に行き渡らせるための均熱管１７と、炉心管１３内にガスを導入するためのガス導入管１８と、炉心管１３の外にガスを排気するガス排気管１９を具備する。
図１は、本発明のアニールウェーハの製造方法の一例を示す概略説明図である。
図１（ａ）は、ボートに半導体ウェーハを載置する前の状態を示す図である。
この熱処理炉１０は、支持部材１１により支持されたボート１２と、ボート１２を挿入する縦型の炉心管１３と、炉心管１３を閉塞するためのシャッター１４と、炉心管１３を加熱するヒーター１６と、ヒーター１６からの熱を炉心管１３に均等に行き渡らせるための均熱管１７と、炉心管１３内にガスを導入するためのガス導入管１８と、炉心管１３の外にガスを排気するガス排気管１９を具備する。
例えばこのような熱処理炉を用いて、本発明では以下のようにアニールウェーハを製造する。
先ず、支持部材１１により支持されたボート１２に半導体ウェーハ２０を載置する（図１（ｂ））。この時、ボート１２の上側から約５枚、及び下側から約１０枚は、製品とはしないダミーウェーハとし、このボート１２の上側及び下側に載置したダミーウェーハの間に、製品となる半導体ウェーハを載置するようにする。これにより、製品となる半導体ウェーハにスリップを発生させることなく均等に熱処理することができる。
尚、熱処理に用いる半導体ウェーハとしては、例えば、近年、汎用的に集積回路に利用されている直径２００ｍｍ以上、特には３００ｍｍ以上のシリコンウェーハが挙げられる。
先ず、支持部材１１により支持されたボート１２に半導体ウェーハ２０を載置する（図１（ｂ））。この時、ボート１２の上側から約５枚、及び下側から約１０枚は、製品とはしないダミーウェーハとし、このボート１２の上側及び下側に載置したダミーウェーハの間に、製品となる半導体ウェーハを載置するようにする。これにより、製品となる半導体ウェーハにスリップを発生させることなく均等に熱処理することができる。
尚、熱処理に用いる半導体ウェーハとしては、例えば、近年、汎用的に集積回路に利用されている直径２００ｍｍ以上、特には３００ｍｍ以上のシリコンウェーハが挙げられる。
次に、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する（図１（ｃ））。
本発明では、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に、Ａｒ等の不活性ガスをガス導入管１８より炉内に導入しつつボート１２を挿入し、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部２１に到達した後、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２の挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管１３とシャッター１４との隙間２２を所定時間維持する。
ここで、均熱部２１とは、炉心管１３内で、ヒーター１６の加熱により長手方向に均一な温度分布を有する部分である。
本発明では、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に、Ａｒ等の不活性ガスをガス導入管１８より炉内に導入しつつボート１２を挿入し、製品となる半導体ウェーハの全てが均熱部２１に到達した後、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２の挿入速度を減速及び／又は一時停止して炉心管１３とシャッター１４との隙間２２を所定時間維持する。
ここで、均熱部２１とは、炉心管１３内で、ヒーター１６の加熱により長手方向に均一な温度分布を有する部分である。
このように本発明では、炉心管をシャッターにより完全に閉塞する前に僅かな隙間を残し、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を、十分に蒸発させ、炉心管とシャッターの隙間から炉外に放出している。これにより、支持部材等に付着した導電性不純物を熱処理前に十分に除去できるので、熱処理中にウェーハが導電性不純物に汚染される恐れが少ない。このため、熱処理中に、導電性不純物が、ウェーハボートやその支持部材から半導体ウェーハへ転写したり、半導体ウェーハ表面から内部へ拡散する恐れが少なく、熱処理前後でウェーハの比抵抗が変化するのをより確実に防止することができ、所望品質のアニールウェーハを得ることができる。
また、ウェーハ上に付着した導電性不純物を除去するのに、従来のように、熱処理前に、予備加熱する工程を付加したり、そのための装置を準備する必要もない。また、予備加熱用の加熱炉などの併設設備を高温にさらすこともない。そのため、従来法よりも生産性が向上し、低コストで高品質のアニールウェーハを製造することができる。
また、ウェーハ上に付着した導電性不純物を除去するのに、従来のように、熱処理前に、予備加熱する工程を付加したり、そのための装置を準備する必要もない。また、予備加熱用の加熱炉などの併設設備を高温にさらすこともない。そのため、従来法よりも生産性が向上し、低コストで高品質のアニールウェーハを製造することができる。
この場合、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２を、例えば１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で炉心管１３内に挿入していき、炉心管１３とシャッター１４との隙間２２が１０〜１００ｍｍの時に、半導体ウェーハ２０を載置したボート１２の挿入速度を例えば、１０〜１００％未満（１０ｍｍ／ｍｉｎ〜１００ｍｍ／ｍｉｎ）、特には２５〜７５％（２５ｍｍ／ｍｉｎ〜７５ｍｍ／ｍｉｎ）にまで減速及び／又は一時停止させる。この状態で、炉心管１３とシャッター１４との隙間２２を、維持するのが良い。これにより、支持部材等に付着した導電性不純物を十分に蒸発させ、導電性不純物をより確実に炉外へ排出することができる。尚、生産性及び排出効果を考慮すると、隙間２２を維持する時間は、３０分以下とするのが良い。
本発明では、炉心管を閉じる直前にだけボートの挿入速度を減少あるいは停止するだけなのでそれ程生産性を悪化させることはない。また、炉心管とシャッターとの間は、僅かな隙間があるだけの状態で、不活性ガスを流通しつつ、所定時間維持するので、炉心管内の不純物が排出され易く、外気を吸入するような問題も生じない。
本発明では、炉心管を閉じる直前にだけボートの挿入速度を減少あるいは停止するだけなのでそれ程生産性を悪化させることはない。また、炉心管とシャッターとの間は、僅かな隙間があるだけの状態で、不活性ガスを流通しつつ、所定時間維持するので、炉心管内の不純物が排出され易く、外気を吸入するような問題も生じない。
また、この時、製品となる半導体ウェーハを挿入する際の均熱部２１の温度を、５００℃以上９００℃以下とするのが好ましい。これにより、ウェーハ表面、ボート、ボートの支持部材などに付着した導電性不純物を、より確実に蒸発させることができる。また、このような温度であれば、ウェーハ挿入時に、ウェーハにスリップ転位等が発生するという問題も生じない。
尚、Ａｒ等の不活性ガスの炉内への導入量としては、１５〜３０Ｌ／ｍｉｎとするのが良い。
尚、Ａｒ等の不活性ガスの炉内への導入量としては、１５〜３０Ｌ／ｍｉｎとするのが良い。
次に、炉心管１３をシャッター１４により閉塞し、半導体ウェーハ２０を熱処理する（図１（ｄ））。
この熱処理は、例えば、８００℃以上１３５０℃以下の温度で、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、水素ガスのいずれか１以上を含む雰囲気中で行なう。この熱処理により、熱処理前後で抵抗率の変化が少ないことに加え、表層近傍にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥がほとんど無い高品質のアニールウェーハを得ることができる。
この熱処理は、例えば、８００℃以上１３５０℃以下の温度で、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、水素ガスのいずれか１以上を含む雰囲気中で行なう。この熱処理により、熱処理前後で抵抗率の変化が少ないことに加え、表層近傍にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥がほとんど無い高品質のアニールウェーハを得ることができる。
この時、熱処理する半導体ウェーハを、１×１０13〜１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度の窒素を含むものとするのが良い。このような半導体ウェーハは、Ｇｒｏｗｎ ｉｎ欠陥のサイズが縮小しており、熱処理により、表層近傍のＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥を消滅させ易い。したがって、熱処理により、表層近傍にＧｒｏｗｎ ｉｎ欠陥が無い高品質のアニールウェーハをより確実に得ることができる。
そして、熱処理後、炉心管１３からボート１２を取り出す（図１（ｅ））。
このような本発明の方法により製造されたアニールウェーハは、表面から深さ３μｍまでの部分の燐の濃度が５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、特には、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、さらには１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、熱処理後の燐による汚染が極めて少ない。そのため、熱処理前後でウェーハの比抵抗の変化がほとんどなく、極めて高品質なアニールウェーハである。
このような本発明の方法により製造されたアニールウェーハは、表面から深さ３μｍまでの部分の燐の濃度が５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、特には、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下、さらには１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、熱処理後の燐による汚染が極めて少ない。そのため、熱処理前後でウェーハの比抵抗の変化がほとんどなく、極めて高品質なアニールウェーハである。
尚、炉心管１３からボート１２を取り出した後、アニールウェーハをボート１２から回収し（図１（ａ））、再び、ボート１２に、次の半導体ウェーハを載置することで（図１（ｂ））、熱処理を繰り返すことができる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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）
図１に示す手順に従って直径２００ｍｍのシリコンウェーハの熱処理を行った。この熱処理に用いたシリコンウェーハは、Ｐ型（ボロンドープ）で、比抵抗が８〜１２Ωｃｍ、面方位が（１００）であり、また、窒素濃度は、８×１０1３ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であった。
先ず、支持部材１１により支持されたボート１２にシリコンウェーハ２０を５０枚載置した（図１（ａ）、（ｂ））。この時、ボート１２の上側から５枚、及び下側から１０枚は、製品とはしないダミーウェーハとし、ボート１２の上側及び下側に載置したダミーウェーハの間に、製品となるシリコンウェーハを載置した。ボート１２のウェーハ載置部の長さは９４５ｍｍであった。
次に、シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入した（図１（ｃ））。すなわち、均熱部２１の温度が７００℃に設定された炉内に、ガス導入管１８より２０Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを導入しつつ、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で挿入した。そして、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２が５０ｍｍとなった時点で、１分間、一時停止し、その後、ボート１２を挿入速度５０ｍｍ／ｍｉｎで挿入し、炉心管１３をシャッター１４により閉塞した。尚、炉心管１３とシャッター１４の隙間が１００ｍｍとなった時点で製品となるシリコンウェーハの全てが、約９００ｍｍの長さの均熱部２１に到達しており、また、ボート及び支持部材は、ほとんど炉内に挿入された状態であった。そして、ボート１２の挿入の一時停止及びその後の減速した挿入速度により、製品となるシリコンウェーハの全てが均熱部２１にあり、かつ、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２がある状態を、２分間維持した。
次に、シリコンウェーハ２０を熱処理した（図１（ｄ））。熱処理温度は、１２００℃で、アルゴンガスを含む雰囲気中で熱処理を行なった。
そして、熱処理後、炉心管１３からボート１２を取り出した（図１（ｅ））。
（実施例１）
図１に示す手順に従って直径２００ｍｍのシリコンウェーハの熱処理を行った。この熱処理に用いたシリコンウェーハは、Ｐ型（ボロンドープ）で、比抵抗が８〜１２Ωｃｍ、面方位が（１００）であり、また、窒素濃度は、８×１０1３ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であった。
先ず、支持部材１１により支持されたボート１２にシリコンウェーハ２０を５０枚載置した（図１（ａ）、（ｂ））。この時、ボート１２の上側から５枚、及び下側から１０枚は、製品とはしないダミーウェーハとし、ボート１２の上側及び下側に載置したダミーウェーハの間に、製品となるシリコンウェーハを載置した。ボート１２のウェーハ載置部の長さは９４５ｍｍであった。
次に、シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入した（図１（ｃ））。すなわち、均熱部２１の温度が７００℃に設定された炉内に、ガス導入管１８より２０Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを導入しつつ、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で挿入した。そして、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２が５０ｍｍとなった時点で、１分間、一時停止し、その後、ボート１２を挿入速度５０ｍｍ／ｍｉｎで挿入し、炉心管１３をシャッター１４により閉塞した。尚、炉心管１３とシャッター１４の隙間が１００ｍｍとなった時点で製品となるシリコンウェーハの全てが、約９００ｍｍの長さの均熱部２１に到達しており、また、ボート及び支持部材は、ほとんど炉内に挿入された状態であった。そして、ボート１２の挿入の一時停止及びその後の減速した挿入速度により、製品となるシリコンウェーハの全てが均熱部２１にあり、かつ、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２がある状態を、２分間維持した。
次に、シリコンウェーハ２０を熱処理した（図１（ｄ））。熱処理温度は、１２００℃で、アルゴンガスを含む雰囲気中で熱処理を行なった。
そして、熱処理後、炉心管１３からボート１２を取り出した（図１（ｅ））。
熱処理後のアニールウェーハの比抵抗を測定した結果、製品となるウェーハとしては一番上側であるボートのトップ部に載置したウェーハも、製品となるウェーハとしては一番下側であるボートのボトム部に載置したウェーハも、比抵抗が８〜１２Ωｃｍであり、熱処理前後でほとんど変わらず、熱処理中の燐による汚染が極めて少ないことが判った。ＳＩＭＳにより測定した燐濃度のプロファイルを図２に示す。図２にある通り、実施例１では、表面から深さ３μｍのところまでほぼフラットなプロファイルを示し、ＳＩＭＳの検出下限２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となっていることが判る。このように、本発明の方法により、極めて高品質なアニールウェーハが得られることが判る。
尚、図２中、例えば１Ｅ＋１４は、１×１０１４を示す。
尚、図２中、例えば１Ｅ＋１４は、１×１０１４を示す。
（実施例２）
シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に（図１（ｃ））、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で挿入し、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２が２５ｍｍとなった時点で、ボート１２を挿入速度２５ｍｍ／ｍｉｎで挿入し、炉心管１３をシャッター１４により閉塞したことを除いて、実施例１と同様の方法でアニールウェーハを製造した。尚、製品となるシリコンウェーハの全てが均熱部２１にあり、かつ、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２がある状態が、１分間維持された。
実施例１と同様に、ボトム部でも、トップ部でも、比抵抗が８〜１２Ωｃｍであった。このことから、熱処理前後でほとんど変わらず、熱処理中の燐による汚染が極めて少ないことが判った（比抵抗、ＳＩＭＳプロファイル共、実施例１と同様の結果だった）。このように、本発明の方法により、極めて高品質なアニールウェーハが得られることが判る。
シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に（図１（ｃ））、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で挿入し、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２が２５ｍｍとなった時点で、ボート１２を挿入速度２５ｍｍ／ｍｉｎで挿入し、炉心管１３をシャッター１４により閉塞したことを除いて、実施例１と同様の方法でアニールウェーハを製造した。尚、製品となるシリコンウェーハの全てが均熱部２１にあり、かつ、炉心管１３とシャッター１４の隙間２２がある状態が、１分間維持された。
実施例１と同様に、ボトム部でも、トップ部でも、比抵抗が８〜１２Ωｃｍであった。このことから、熱処理前後でほとんど変わらず、熱処理中の燐による汚染が極めて少ないことが判った（比抵抗、ＳＩＭＳプロファイル共、実施例１と同様の結果だった）。このように、本発明の方法により、極めて高品質なアニールウェーハが得られることが判る。
（比較例１）
シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に（図１（ｃ））、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で挿入し、一時停止及び減速を行わなかったことを除き、実施例１と同様の方法でアニールウェーハを製造した。
熱処理後のアニールウェーハの比抵抗を測定した結果、ボートのトップ部に載置したウェーハは、熱処理後の比抵抗が、８〜１２Ωｃｍであり、熱処理前後でほとんど変わらないものの、ボトム部では、ウェーハ周辺部の比抵抗が２５Ωｃｍ以上であった。すなわち、ボトム部では、熱処理中にウェーハ周辺部が激しく燐で汚染されていることが判る。尚、このウェーハの燐濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、表面から深さ３μｍまでの濃度が１１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となっていた。
シリコンウェーハ２０を載置したボート１２を炉心管１３内に挿入する際に（図１（ｃ））、ボート１２を１００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で挿入し、一時停止及び減速を行わなかったことを除き、実施例１と同様の方法でアニールウェーハを製造した。
熱処理後のアニールウェーハの比抵抗を測定した結果、ボートのトップ部に載置したウェーハは、熱処理後の比抵抗が、８〜１２Ωｃｍであり、熱処理前後でほとんど変わらないものの、ボトム部では、ウェーハ周辺部の比抵抗が２５Ωｃｍ以上であった。すなわち、ボトム部では、熱処理中にウェーハ周辺部が激しく燐で汚染されていることが判る。尚、このウェーハの燐濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、表面から深さ３μｍまでの濃度が１１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となっていた。
尚、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、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。
１０…熱処理炉、 １１…支持部材、 １２…ボート、 １３…炉心管、
１４…シャッター、 １６…ヒーター、 １７…均熱管、
１８…ガス導入管、 １９…ガス排気管、
２０…半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）、
２１…均熱部、 ２２…炉心管とシャッターとの隙間。
１４…シャッター、 １６…ヒーター、 １７…均熱管、
１８…ガス導入管、 １９…ガス排気管、
２０…半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）、
２１…均熱部、 ２２…炉心管とシャッターとの隙間。
Claims (8)
- 少なくとも、支持部材により支持されたボートに半導体ウェーハを載置し、該半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入し、製品となる半導体ウェーハを、ヒーターの加熱により長手方向に均一な温度分布を有する炉心管内の均熱部に配置し、前記炉心管をシャッターにより閉塞し、前記半導体ウェーハを熱処理して、アニールウェーハを製造する方法であって、前記半導体ウェーハを載置したボートを炉心管内に挿入する際に、不活性ガスを炉内に導入しつつボートを挿入し、前記製品となる半導体ウェーハの全てが前記均熱部に到達した後、前記半導体ウェーハを載置したボートの挿入速度を減速及び／又は一時停止して前記炉心管と前記シャッターとの隙間を所定時間維持し、その後、前記炉心管をシャッターにより閉塞することを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
- 前記炉心管を、縦型とすることを特徴とする請求項１に記載のアニールウェーハの製造方法。
- 前記製品となる半導体ウェーハを挿入する際の均熱部の温度を、５００℃以上９００℃以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアニールウェーハの製造方法。
- 前記半導体ウェーハの熱処理を、８００℃以上１３５０℃以下の温度で、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、水素ガスのいずれか１以上を含む雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアニールウェーハの製造方法。
- 前記熱処理する半導体ウェーハを、直径２００ｍｍ以上のシリコンウェーハとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアニールウェーハの製造方法。
- 前記熱処理する半導体ウェーハを、１×１０13〜１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度の窒素を含むものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアニールウェーハの製造方法。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法で製造されたアニールウェーハ。
- 請求項７に記載のアニールウェーハであって、表面から深さ３μｍまでの部分の燐の濃度が５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とするアニールウェーハ。
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