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技術 シリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにシリコンウェーハ

出願人 株式会社SUMCO
発明者 中田嘉信伊藤亘白木弘幸
出願日 2001年6月5日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2001-170090
公開日 2002年12月20日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2002-367920
状態 特許登録済
技術分野 ウェットエッチング アニール
主要キーワード 光高温計 BMD層 加熱むら 酸素不純物 石英チューブ 赤外線照射 雰囲気ガス中 モニター用
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年12月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去して熱処理を繰り返しても石英チューブ曇りを生じにくくして長期にわたって熱処理を良好に行うことを可能にする。

解決手段

熱処理前のシリコンウェーハの表面を、HF(フッ酸)によって洗浄し、シリコンウェーハの表面のSiに結合している酸素をH(水素)と置換して、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去する。

概要

背景

CZ(チョクラスキー)法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製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°C以上の高温で短時間の急速加熱・急冷熱処理RTA)を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に過剰空孔(Vacancy)を埋設するとともに、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層無欠陥層)を均一に形成する方法が用いられている(例えば、国際公開公報 WO 98/38675に記載の技術)。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。また、他の従来技術(例えば、国際公開公報 WO 98/45507に記載の技術)として、先ず酸素雰囲気化で熱処理を行い、続けて非酸化性雰囲気下で熱処理を行うことで表面層でのDZと内部でのBMD形成を行っている。

従来、上記DZ層形成のための熱処理を行う装置としては、シリコンウェーハを石英チューブ内に設置すると共に石英チューブ内に雰囲気ガスを供給しながら外部から赤外線ランプ等を用いたランプ加熱による赤外線光線照射を行うものである。また、このような熱処理装置では、上記雰囲気ガスとして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、シリコンウェーハの表面にSixNy(窒化膜)が形成されることにより、Vacancyを注入することができ、内部のBMD密度を適度に高めることができるためである。この熱処理装置において、石英チューブ内に設置されたシリコンウェーハの温度は、石英チューブ外から光高温計等の光学式温度計を用いて測定しており、シリコンウェーハの熱処理は、この温度計の測定値に基づいて加熱温度の制御を行っている。ここで、石英チューブによってシリコンウェーハから放射される光が吸収されてしまうと、温度計がシリコンウェーハの温度を正確に測定することができなくなるので、温度計の測定精度を高めるために、石英チューブは、光の吸収の少ない無水石英によって構成されている。

概要

シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去して熱処理を繰り返しても石英チューブに曇りを生じにくくして長期にわたって熱処理を良好に行うことを可能にする。

熱処理前のシリコンウェーハの表面を、HF(フッ酸)によって洗浄し、シリコンウェーハの表面のSiに結合している酸素をH(水素)と置換して、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去する。

目的

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハ熱処理を繰り返しても石英チューブに曇りを生じにくくして長期にわたって熱処理を良好に行うことができるシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにこの前処理方法及び熱処理方法で製造されたシリコンウェーハを提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

シリコンウェーハ光線照射して熱処理を施す前に行うシリコンウェーハの前処理方法であって、熱処理前のシリコンウェーハの表面をフッ酸によって洗浄してその表面のケイ素に結合した酸素水素置換することを特徴とするシリコンウェーハの前処理方法。

請求項2

前記請求項1記載のシリコンウェーハの前処理方法によって前処理を施されたシリコンウェーハに光線を照射して熱処理を施すシリコンウェーハの熱処理方法

請求項3

熱処理を施される前のシリコンウェーハであって、表面をフッ酸によって洗浄されてその表面のケイ素に結合した酸素が水素と置換されてなることを特徴とするシリコンウェーハ。

請求項4

請求項3記載のシリコンウェーハに熱処理を施してなることを特徴とするシリコンウェーハ。

技術分野

0001

本発明は、シリコンウェーハRTA処理等の熱処理を良好に施すためのシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにこの方法で製造されたシリコンウェーハに関する。

背景技術

0002

CZ(チョクラスキー)法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製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。

0003

このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、1250°C以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理(RTA)を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に過剰空孔(Vacancy)を埋設するとともに、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層無欠陥層)を均一に形成する方法が用いられている(例えば、国際公開公報 WO 98/38675に記載の技術)。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。また、他の従来技術(例えば、国際公開公報 WO 98/45507に記載の技術)として、先ず酸素雰囲気化で熱処理を行い、続けて非酸化性雰囲気下で熱処理を行うことで表面層でのDZと内部でのBMD形成を行っている。

0004

従来、上記DZ層形成のための熱処理を行う装置としては、シリコンウェーハを石英チューブ内に設置すると共に石英チューブ内に雰囲気ガスを供給しながら外部から赤外線ランプ等を用いたランプ加熱による赤外線光線照射を行うものである。また、このような熱処理装置では、上記雰囲気ガスとして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、シリコンウェーハの表面にSixNy(窒化膜)が形成されることにより、Vacancyを注入することができ、内部のBMD密度を適度に高めることができるためである。この熱処理装置において、石英チューブ内に設置されたシリコンウェーハの温度は、石英チューブ外から光高温計等の光学式温度計を用いて測定しており、シリコンウェーハの熱処理は、この温度計の測定値に基づいて加熱温度の制御を行っている。ここで、石英チューブによってシリコンウェーハから放射される光が吸収されてしまうと、温度計がシリコンウェーハの温度を正確に測定することができなくなるので、温度計の測定精度を高めるために、石英チューブは、光の吸収の少ない無水石英によって構成されている。

発明が解決しようとする課題

0005

熱処理前のシリコンウェーハは、図4に示すように表面のSi(ケイ素)にO(酸素)がダングリングボンドによって結合してなる自然酸化膜(SiOX )が形成されている。このシリコンウェーハWに熱処理を施すと、シリコンウェーハWの表面に形成されたSiOXが昇華して石英チューブの内面に付着して皮膜を形成し、特にシリコンウェーハW近傍の内面に多く付着するので、熱処理を繰り返すうちに次第に石英チューブに不均一な曇りが発生してしまっていた。この場合、石英チューブの透明度の低下及び透明度の不均一が生じ、ランプ加熱による赤外線の透過率が低下してウェーハ表面における温度の低下が生じたり、温度分布の不均一が生じ、熱処理不足スリップの発生等の不都合が生じる場合があった。また、このため、短い周期で石英チューブの内面の洗浄を行うメンテナンスや石英チューブの交換が必要となり、スループットの低下を招いていた。

0006

さらに、石英チューブの透明度が低下して光の透過率が低下するので、温度計がシリコンウェーハWの温度を実際の温度よりも低めに測定してしまう。このようにシリコンウェーハWの温度が低めに測定されてしまうので、温度計の測定温度に基づいてシリコンウェーハWを適正温度に加熱しても、実際にはシリコンウェーハWは必要以上の高温に加熱されてしまう場合があった。また、このようにシリコンウェーハWが必要以上の高温に加熱されることで、SiOXの昇華がさらに促進されて石英チューブの曇りがひどくなってしまう。従来は、熱処理前にシリコンウェーハの表面にSC1洗浄を施して表面の酸化膜を除去していたが、この方法では単に表面の酸化膜を除去するのみであるから、洗浄を施してから熱処理を施すまでの間にシリコンウェーハの表面に再び酸化膜が形成されてしまう。

0007

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハ熱処理を繰り返しても石英チューブに曇りを生じにくくして長期にわたって熱処理を良好に行うことができるシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにこの前処理方法及び熱処理方法で製造されたシリコンウェーハを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のシリコンウェーハの前処理方法は、シリコンウェーハに光線を照射して熱処理を施す前に行うシリコンウェーハの前処理方法であって、熱処理前のシリコンウェーハの表面をフッ酸によって洗浄してその表面のケイ素に結合した酸素を水素置換することを特徴としている。このシリコンウェーハの前処理方法では、シリコンウェーハの表面をフッ酸によって洗浄してその表面のケイ素に結合した酸素を水素と置換するので、シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜が除去される。さらに、これによってシリコンウェーハの表面のケイ素には水素が結合されることとなるので、この前処理を施して酸化膜を除去した後はシリコンウェーハの表面に酸化膜が形成されにくくなる。

0009

また、このシリコンウェーハの前処理方法によって前処理を施されたシリコンウェーハに光線を照射して熱処理を施すことで、熱処理を行った際に、シリコンウェーハの表面からのSiOXの昇華が生じにくいので、石英チューブの内面にSiOXの皮膜が形成されにくくなって石英チューブに曇りが発生しにくくなる。

0010

本発明のシリコンウェーハは、熱処理を施される前のシリコンウェーハであって、表面をフッ酸によって洗浄されてその表面のケイ素に結合した酸素が水素と置換されてなることを特徴としている。このように構成されるシリコンウェーハにおいては、表面がフッ酸によって洗浄されてその表面のケイ素に結合した酸素が水素と置換されて、表面に形成された酸化膜が除去されている。さらに表面のケイ素には水素が結合されることとなるので、シリコンウェーハの表面に酸化膜が形成されにくい。

0011

また、本発明のシリコンウェーハは、上記シリコンウェーハに熱処理を施してなることを特徴としている。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。熱処理前のシリコンウェーハの表面には、図4に示すように、表面のSi(ケイ素)にO(酸素)がダングリングボンドによって結合していて酸化膜が形成されている。本実施形態にかかるシリコンウェーハの前処理方法は、この熱処理前のシリコンウェーハの表面を、HF(フッ酸)によって洗浄するものである。

0013

このようにシリコンウェーハの表面をHFによって洗浄することで、シリコンウェーハの表面のSiに結合しているOがHと置換され、シリコンウェーハの表面の酸化膜が除去される。そして、このようにして得られたシリコンウェーハW1は、図1に示すように表面のSiがHと結合しているので、洗浄後しばらくの間は表面のSiにOが結合しにくくなり、酸化膜の形成が抑制される。

0014

このシリコンウェーハW1は、従来のシリコンウェーハWと同様にして例えば図2に示す熱処理装置1によって熱処理される。このときの熱処理条件としては、例えば、1250°Cで10秒間の処理を行う。この熱処理装置1は、石英チューブ2内に支持具等を用いてその内面から離間させた状態にしてシリコンウェーハW1を設置すると共に石英チューブ2内に雰囲気ガスGを供給しながら外部から赤外線ランプ3等を用いたランプ加熱による赤外線照射を行って熱処理するものである。このシリコンウェーハW1は、表面の酸化膜が除去された状態で熱処理されるので、シリコンウェーハW1からのSiOXの昇華が生じにくく、石英チューブ2の内面にSiOXの皮膜が形成されにくくなって、熱処理を繰り返しても石英チューブ2に曇りが発生しにくくなる。

0015

このように、本実施形態にかかるシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにシリコンウェーハW1によれば、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去した状態で熱処理を施すことが可能となり、熱処理を繰り返してもシリコンウェーハW1からのSiOXの昇華が生じにくいので、石英チューブ2に不均一な曇りを生じにくくすることができる。このため、石英チューブ2の透明度の低下及び透明度の不均一を生じにくくすることができ、長期にわたって石英チューブ2のランプ加熱による赤外線の透過率を維持して、ウェーハ表面における温度の低下や温度分布の不均一をなくして良好な熱処理を行うことができる。また、石英チューブ2の光の透過率の低下が抑えられるので、光学式の温度計4によってシリコンウェーハW1の温度を正確に測定することができ、熱処理の際の温度管理を良好にして、適正な熱処理を施されたシリコンウェーハを得ることができる。

0016

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施の形態では、シリコンウェーハW1に熱処理を施す際に赤外線ランプ3を使ってシリコンウェーハW1に赤外線を照射して加熱したが、他の光線(可視光等)により加熱しても構わない。

0017

次に、本発明にかかるシリコンウェーハの前処理を施したシリコンウェーハW1における酸化膜の形成を抑制する効果を測定する試験を行った。この試験では、熱処理装置1において、HFによる洗浄直後のシリコンウェーハW1と、洗浄後時間をおいたシリコンウェーハW1のそれぞれについて、連続的に100枚熱処理(RTA処理)した後にモニター用シリコンウェーハに同様にして熱処理を施し、このモニター用シリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の厚みのばらつきσ(%)を調べた。このモニター用シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜の厚みのばらつきσ(%)は、熱処理時におけるモニター用シリコンウェーハの加熱むらを示すものであり、これは熱処理装置1の石英チューブ2に生じた光の透過率のむらによって引き起こされる。この試験では、このばらつきσ(%)の大きさから、シリコンウェーハW1から昇華したSiOXによって石英チューブ2の内面に形成された皮膜の様子を判定した。なお、この酸化膜形成のRTA処理は、dryO2雰囲気下で1250°Cで10秒間の加熱を行った。この結果を図3グラフに示す。

0018

図3からは、HFによる洗浄直後から洗浄後1時間以内のシリコンウェーハW1を100枚RTA処理した場合には、モニター用シリコンウェーハ表面に形成された酸化膜の厚みのばらつきσ(%)は1.2%であって、酸化膜の厚みにむらが少ないので、石英チューブ2の光の透過率にむらが少ないことがわかる。このことから、HFによる洗浄直後から洗浄後1時間以内のシリコンウェーハW1は、RTA処理を施してもSiOXの昇華が生じにくく、皮膜が成長しにくいことがわかる。また、HFによる洗浄後2時間以内のシリコンウェーハW1を100枚RTA処理した後では、モニター用シリコンウェーハ表面の酸化膜の厚みのばらつきσ(%)は1.3%であって、同様に酸化膜の厚みにむらが少ないことがわかる。しかし、洗浄してからさらに時間をおいたシリコンウェーハW1をRTA処理すると、モニター用シリコンウェーハ表面の酸化膜の厚みのばらつきσ(%)は洗浄直後のシリコンウェーハW1をRTA処理した場合よりも増加し、洗浄後3日経過したシリコンウェーハW1を100枚RTA処理した後のモニター用シリコンウェーハ表面の酸化膜の厚みのばらつきσ(%)は2.0%と大きく、石英チューブ2の内面に形成された皮膜が厚くなりむらが大きくなったことがわかる。このように、本発明にかかるシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにシリコンウェーハによれば、洗浄後しばらくの間はシリコンウェーハの表面に酸化膜が形成されにくく、洗浄によって酸化膜を除去してから24時間以内のシリコンウェーハ、特に洗浄後2時間以内のシリコンウェーハでは、RTA処理した際に石英チューブ2の内面に形成されるSiOXの皮膜の膜厚分布のむらが抑えられており、RTA処理した場合にSiOXの昇華が生じにくく、皮膜が成長しにくいことがわかる。

発明の効果

0019

本発明によれば、以下の効果を奏する。本発明にかかるシリコンウェーハの前処理方法及び熱処理方法並びにシリコンウェーハによれば、シリコンウェーハの表面をフッ酸によって洗浄してその表面のケイ素に結合した酸素を水素と置換するので、シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜が除去される。さらに、これによってシリコンウェーハの表面のケイ素には水素が結合されることとなるので、この前処理を施して酸化膜を除去した後はシリコンウェーハの表面に酸化膜が形成されにくくなる。このように表面の酸化膜が除去された状態のままシリコンウェーハに熱処理を施すことができるので、シリコンウェーハの表面からのSiOXの昇華が生じにくくなり、石英チューブの内面にSiOXの皮膜が形成されにくくなって石英チューブに曇りが発生しにくくなる。これにより、石英チューブの透明度の低下及び透明度の不均一を生じにくくして、熱処理を繰り返しても石英チューブのランプ加熱による赤外線の透過率を維持してウェーハ表面における温度の低下や温度分布の不均一をなくして良好な熱処理を行うことができる。また、このように石英チューブの光の透過率の低下が抑えられるので、光学式の温度計によってシリコンウェーハの温度を正確に測定することができ、熱処理の際の温度管理を良好にして、適正な熱処理を施されたシリコンウェーハを得ることができる。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明の一実施の形態にかかるシリコンウェーハの前処理を施したシリコンウェーハの表面状態を概略的に示す図である。
図2シリコンウェーハの熱処理装置の構成を概略的に示す図である。
図3本発明の実施例にかかる洗浄後のシリコンウェーハを100枚熱処理した後に熱処理を施したモニター用ウェーハに形成された酸化膜の厚さのばらつきを示すグラフである。
図4従来の熱処理前のシリコンウェーハの表面状態を概略的に示す図である。

--

0021

W1シリコンウェーハSiケイ素
O酸素H 水素

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