(57)【要約】【課題】ウェーハ内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、イントリンシック・ゲッタリング能力を高めることが可能なシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】急熱急冷が可能なＲＴＡ炉を用い、自然酸化膜より厚い３０Å〜１００Åの酸化膜が形成されたシリコンウェーハを、窒素ガスの雰囲気下で熱処理することで、酸化膜を窒化して窒化酸化膜とし、シリコンウェーハの表面からシリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。これにより、ウェーハ内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、イントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ３０Å〜１００Åの酸化膜が形成されたシリコンウェーハを、急熱急冷が可能なＲＴＡ炉を用い、窒素ガスの雰囲気下で熱処理することで、前記酸化膜を窒化して窒化酸化膜とし、前記シリコンウェーハの表面から該シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入するシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はシリコンウェーハの製造方法、詳しくは窒素ガスの雰囲気下、シリコンウェーハをＲＴＡ炉により急熱急冷することで、シリコンウェーハの内部に金属不純物のゲッタリングサイトとなる空孔を形成するシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハへのデバイス形成においては、熱処理による成膜工程やドライ洗浄など相当数のプロセスを繰り返して最終デバイス製品となる。このようなプロセスでは、シリコンウェーハ中に様々な金属不純物を取り込んでしまい、デバイス特性の劣化につながることは周知である。
そこで、デバイスプロセスでの金属汚染をデバイス活性層から除去するため、シリコンウェーハの内部に酸素析出物を成長させ、酸素析出物により金属不純物を捕獲するイントリンシック・ゲッタリング法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、１００ｐｐｍ未満の酸素が混入された窒素ガスの雰囲気下、シリコンウェーハにＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉を用いた急速加熱急速冷却を施し、シリコンウェーハ表面にシリコン窒化酸化膜を形成するシリコンウェーハの製造方法が開示されている。このように、ＲＴＡ時、窒素ガスに１００ｐｐｍ未満の微量の酸素を混入するため、雰囲気ガスに窒素ガスのみを使用して得られたシリコン窒化膜の場合に比べて、これを酸化したシリコン窒化酸化膜の膜厚を厚くすることができる。その結果、窒素と反応するシリコン原子数が増加し、ウェーハ内部に注入可能な空孔量が増加する。よって、比較的低温でも効率的にウェーハ内部に空孔を注入することができ、その後の熱処理において、シリコンウェーハの表層に高品質のＤＺ層と、ウェーハ内部に適度に高いＢＭＤ密度を有したシリコンウェーハを製造することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のシリコンウェーハの製造方法では、雰囲気ガスに窒素ガスのみを使用した場合に比べて、シリコン窒化膜（シリコン窒化酸化膜）を厚くすることは可能である。しかしながら、酸素の混入量が非常に微量であるので、この酸素混入によるシリコン窒化膜の膜厚の増加はわずかしかなく、その膜厚の制御が難しかった。その結果、空孔濃度のバラつきが大きく、シリコンウェーハのイントリンシック・ゲッタリング能力を十分に得ることができなかった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、ＲＴＡ炉を用い、自然酸化膜より厚い酸化膜が形成されたシリコンウェーハを、窒素ガスの雰囲気下で熱処理することにより、酸化膜を窒化して窒化酸化膜とし、シリコンウェーハの表面からシリコンウェーハの内部に空孔を注入すれば、シリコンウェーハの内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、シリコンウェーハのイントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができることを知見し、この発明を完成させた。酸化膜の厚さを自然酸化膜より厚くしたのは、シリコンウェーハ表面の窒化による空孔形成の効果を十分に得るためである。
この発明は、ウェーハ内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、イントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができるシリコンウェーハの製造方法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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、厚さ３０Å〜１００Åの酸化膜が形成されたシリコンウェーハを、急熱急冷が可能なＲＴＡ炉を用い、窒素ガスの雰囲気下で熱処理することで、前記酸化膜を窒化して窒化酸化膜とし、前記シリコンウェーハの表面から該シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入するシリコンウェーハの製造方法である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、まず、ＲＴＡ炉を用い、自然酸化膜より厚い３０Å〜１００Åの酸化膜が形成されたシリコンウェーハに対して、窒素ガスの雰囲気下で熱処理する。このように、シリコンウェーハを窒化熱処理する前に、窒化酸化膜のベースとなる自然酸化膜より厚肉な酸化膜をウェーハ表面に形成するようにしたので、窒化酸化膜の十分な膜厚を確保することができる。これにより、シリコンウェーハの内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、金属不純物に対するイントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができる。
また、酸化膜付きのシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気で熱処理して酸化膜を窒化するので、従来、多用されてきたアンモニア（ＮＨ３）ガス雰囲気での窒化熱処理の課題であった、アンモニア分解時に生じる水素（Ｈ）のエッチング作用を原因とした酸化膜の薄膜化現象を解消することができる。
【０００９】
ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉とは、ハロゲンランプなどのランプ熱源からの熱により、加熱温度が１１００℃〜１３５０℃、加熱時間が１秒以上６０秒以下の熱処理で、短時間の急速加熱・急冷（３３℃／秒以上７０℃／秒以下の昇温または降温）を行う炉である。
窒素ガスとは、窒素１００％のガスである。
酸化膜としては、シリコン酸化膜などを採用することができる。
【００１０】
酸化膜の形成方法としては、例えば常温酸化熱処理、高圧酸化熱処理、プラズマ陽極酸化処理、分圧酸化、塩酸添加酸化、ＴＣＡ（トリクロエタン）添加酸化、ＤＣＥ（ジクロルエチレン）添加酸化処理などを採用することができる。
具体的な酸化膜の形成方法としては、例えば、ＲＴＡ炉による窒化熱処理の前に、同じＲＴＡ炉を使用し、酸化性ガス（酸素など）の雰囲気下で、５００℃〜１３５０℃で１秒〜６０秒、酸化熱処理する方法を採用することができる。
【００１１】
酸化膜は、自然酸化膜の厚さ（１５Å程度）を超えた厚さの酸化膜をいう。酸化膜の厚さが３０Å未満では、酸化膜ひいては窒化酸化膜が薄すぎて、シリコンウェーハ表面の窒化による空孔形成の効果を十分に得ることができない。また、１００Åを超えれば、熱処理雰囲気中の窒素がウェーハへ拡散し難くなる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハを窒化熱処理する前に、窒化酸化膜のベースとなる自然酸化膜より厚肉な酸化膜をウェーハ表面に形成するようにしたので、窒化酸化膜の十分な膜厚を確保することができる。その結果、シリコンウェーハの内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、金属不純物に対するイントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができる。
また、酸化膜付きのシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気で熱処理し、自然酸化膜より厚肉な酸化膜を窒化するので、アンモニアガス雰囲気での窒化熱処理の課題であった、ＮＨ３の分解時に生じた水素のエッチング作用による酸化膜の薄膜化現象を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
次に、この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの製造方法を詳しく説明する。
まず、急熱急冷が可能な赤外線ランプを光源としたＲＴＡ炉を用い、酸素ガス（酸素１００％）の雰囲気下、１０００℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、シリコンウェーハに自然酸化膜より厚い、厚さ３０Åのシリコン酸化膜を形成する。シリコンウェーハには、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から得られた、直径３００ｍｍ、初期酸素濃度１０．０×１０１７／ｃｍ３、比抵抗１０Ω・ｃｍのものを使用する。
【００１５】
次いで、シリコンウェーハを炉内から取り出すことなく酸化熱処理に連続し、窒化熱処理を行う。具体的には、酸素ガスの炉外への排出後、シリコンウェーハを窒素ガス（窒素１００％）の雰囲気下、１１７５℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、ウェーハ表面からシリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。
このとき、加熱温度、加熱時間、冷却速度のパラメータとして空孔分布および窒素分布が形成される。加熱温度が高ければ空孔および窒素の濃度（形成密度）は高まり、加熱時間が長ければ空孔および窒素の拡散長は長くなり、ウェーハ内部に空孔および窒素が拡散（注入）され、冷却速度が速ければウェーハ内部に拡散した空孔および窒素が凍結される。
【実施例２】
【００１６】
次に、この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの製造方法を詳しく説明する。
まず、急熱急冷が可能な赤外線ランプを光源としたＲＴＡ炉を用い、酸素ガス（酸素１００％）の雰囲気下、１０５０℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、シリコンウェーハに自然酸化膜より厚い、厚さ４０Åのシリコン酸化膜を形成する。その他の条件は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。
【実施例３】
【００１７】
次に、この発明の実施例３に係るシリコンウェーハの製造方法を詳しく説明する。
まず、急熱急冷が可能な赤外線ランプを光源としたＲＴＡ炉を用い、酸素ガス（酸素１００％）の雰囲気下、１１００℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、シリコンウェーハに自然酸化膜より厚い、厚さ５５Åのシリコン酸化膜を形成する。その他の条件は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。
【実施例４】
【００１８】
次に、この発明の実施例４に係るシリコンウェーハの製造方法を詳しく説明する。
まず、急熱急冷が可能な赤外線ランプを光源としたＲＴＡ炉を用い、酸素ガス（酸素１００％）の雰囲気下、１１５０℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、シリコンウェーハに自然酸化膜より厚い、厚さ７５Åのシリコン酸化膜を形成する。その他の条件は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。
【実施例５】
【００１９】
次に、この発明の実施例５に係るシリコンウェーハの製造方法を詳しく説明する。
まず、急熱急冷が可能な赤外線ランプを光源としたＲＴＡ炉を用い、酸素ガス（酸素１００％）の雰囲気下、１１７５℃（急熱速度５０℃／秒）、炉内圧力は常圧で１０秒間熱処理し、シリコンウェーハに自然酸化膜より厚い、厚さ９０Åのシリコン酸化膜を形成する。その他の条件は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの内部に空孔および窒素を注入する。
【００２０】
窒化熱処理の加熱温度が高いほど、シリコンウェーハ内部の空孔および窒素の濃度を高くできるが、スリップが発生し易くなるので、酸化熱処理の温度は、実施例１ないし実施例４のように窒化熱処理の温度よりも低い温度に設定するか、実施例５のように窒化熱処理の温度と同じ温度に設定するのが好ましい。
【００２１】
このように、シリコンウェーハの窒化熱処理の前に、シリコン窒化酸化膜のベースとなる自然酸化膜より厚肉なシリコン酸化膜をウェーハ表面に形成するようにしたので、シリコン窒化酸化膜の十分な膜厚を確保することができる。その結果、シリコンウェーハの内部における空孔濃度のバラつきを抑制し、例えばデバイス形成工程の熱処理時における金属不純物に対するイントリンシック・ゲッタリング能力を高めることができる。
また、酸化膜付きのシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気で熱処理し、自然酸化膜より厚肉な酸化膜を窒化する。これにより、従来、多用されたアンモニアガス雰囲気での窒化熱処理の課題であった、ＮＨ３の分解時に発生した水素のエッチング作用による酸化膜の薄膜化現象を解消することができる。
さらに、酸化膜として、シリコンウェーハを酸化熱処理して得られたシリコン酸化膜を採用したので、シリコンウェーハへの酸化膜形成と、この酸化膜の窒化熱処理との連続処理が可能になる。