(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を熱処理する方法であって、少なくとも、前記熱処理される基板の両面を該基板から金属不純物を吸収する吸収用ウェーハで重ねて挟んだ状態で熱処理し、
前記熱処理される基板を、ボロンを添加したシリコンウェーハとし、前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりもボロンを高濃度に添加したシリコンウェーハとすることを特徴とする基板の熱処理方法。
【請求項２】
前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりも重金属に対する固溶度が高いウェーハとすることを特徴とする請求項１に記載の基板の熱処理方法。
【請求項３】
前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりも厚いウェーハとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の熱処理方法。
【請求項４】
前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板の厚さをＷ１（μｍ）、前記吸収用ウェーハの厚さをＷ２（μｍ）、前記吸収用ウェーハのボロン濃度を［Ｂ］（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）として、
２．９×１０−１８×［Ｂ］−１≧Ｗ１／Ｗ２
を満たす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３のいずれか一項に記載の基板の熱処理方法。
【請求項５】
前記吸収用ウェーハの前記熱処理される基板を挟む側の面を、鏡面とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の基板の熱処理方法。
【請求項６】
前記熱処理を、半導体デバイスを作製する工程におけるデバイス熱処理とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の基板の熱処理方法。
【請求項７】
前記熱処理されるシリコンウェーハの両面を前記吸収用ウェーハで挟んだ状態で熱処理することにより、前記シリコンウェーハの銅濃度を１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の基板の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高集積デバイスを作製するための高い能力を持った基板の熱処理方法、特に有害な金属不純物を除去するゲッタリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等のデバイスの高密度化、高集積化に伴い、デバイス動作の安定化が頓に望まれてきている。特にリーク電流や酸化膜耐圧等の電気特性値の改善は重要な課題である。
【０００３】
しかるに半導体集積回路の製造工程において、望まれざる重金属、例えばＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉといった不純物に汚染される可能性が現在においても否定できていない。これらの重金属不純物はシリコン単結晶中に固溶した状態で、前述のリーク電流や酸化膜耐圧特性を著しく劣化させることが広く知られている。
【０００４】
これらの重金属不純物を除去する方法であるゲッタリング技術は、多岐に渡って世に知られている。例えば、特許文献１には、ゲート酸化膜上にポリシリコン層を形成して、当該ポリシリコン層に汚染元素をゲッタリングする方法が記載されている。
【０００５】
また、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法ではウェーハ内部の酸素析出物に重金属を析出させる方法であり、また、ＥＧ（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法の代表例である裏面多結晶シリコン膜（ＰＢＳ：Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  Ｂａｃｋ  Ｓｅａｌ）は、ウェーハ裏面に不純物を閉じこめるもので、そのゲッタリングに有効な熱処理の直後であれば、対象の不純物をデバイス領域ではない領域に留めることができ、デバイスの安定動作に大いに役立つ方法である。
しかし、そのいずれの方法も、デバイスを形成するシリコンウェーハのデバイス領域以外の部分に、不純物を一時的に移動させる手法であり、根本的に重金属不純物を対象シリコンウェーハの系外に除去してはいない。
【０００６】
しかるに、昨今実施されている、より高集積化されたデバイスを作製するには、何度も熱処理を加える必要があり、上記、ゲッタリングに有効な熱処理後に、その温度以上の高温で熱処理を行う必要があることも少なくない。この場合、いずれのゲッター手法を用いたとしても、ゲッター層中に一時的に閉じこめられていた重金属不純物は、ウェーハ内部に再放出され、場合によってはデバイス領域に侵入することがありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１００８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な方法で、重金属不純物を基板の系外に除去し、後工程における基板のデバイス領域の再汚染を防止できる熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、基板を熱処理する方法であって、少なくとも、前記熱処理される基板の両面を該基板から金属不純物を吸収する吸収用ウェーハで挟んだ状態で熱処理することを特徴とする基板の熱処理方法を提供する。
【００１０】
このように、金属不純物を吸収する吸収用ウェーハで挟んだ状態で基板を熱処理することにより、基板中の金属不純物が拡散して吸収用ウェーハに吸収されるため、金属不純物を基板外へ簡易な方法で効果的に除去できる。従って、後工程の熱処理等の際にデバイス形成領域がゲッタリングした金属不純物で再汚染される心配もない。また、吸収用ウェーハで挟むのみなので、熱処理される基板の状態、熱処理の条件、タイミング等に関わらず、金属不純物除去が可能で、デバイス熱処理を兼ねて、本発明の熱処理方法を行うことができ、効率よく金属不純物除去ができる。また、吸収用ウェーハで挟んだ状態であれば、炉内雰囲気や、接触する装置からの基板への汚染を吸収用ウェーハで防ぐこともできる。
以上より、本発明の熱処理方法によれば、簡易な方法で、熱処理される基板の外へ金属不純物を効率的に除去して、金属不純物濃度が非常に低い基板とすることができる。
【００１１】
このとき、前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりも重金属に対する固溶度が高いウェーハとすることが好ましい。
このように、熱処理される基板よりも重金属に対する固溶度が高いウェーハを吸収用ウェーハとすることで、吸収用ウェーハが金属不純物をより効率的に吸収することができ、基板の金属不純物濃度をより効果的に低減できる。
【００１２】
このとき、前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりも厚いウェーハとすることが好ましい。
このように、熱処理される基板よりも厚いウェーハを吸収用ウェーハとすることで、熱処理される基板よりも全体として重金属を固溶する能力は高くなり、金属不純物を効果的に吸収することができる。
【００１３】
このとき、前記熱処理される基板及び／又は前記吸収用ウェーハを、シリコンウェーハとすることができる。
本発明の熱処理において、熱処理される基板及び／又は吸収用ウェーハをシリコンウェーハとすることができる。
【００１４】
このとき、前記熱処理される基板を、ボロンを添加したシリコンウェーハとし、前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板よりもボロンを高濃度に添加したシリコンウェーハとすることが好ましい。
このように、熱処理される基板よりもボロンを高濃度に添加したシリコンウェーハを吸収用ウェーハとすることで、重金属に対する固溶度が高くなり、熱処理される基板の金属不純物を効率的に吸収することができる。
【００１５】
このとき、前記吸収用ウェーハを、前記熱処理される基板の厚さをＷ１（μｍ）、前記吸収用ウェーハの厚さをＷ２（μｍ）、前記吸収用ウェーハのボロン濃度を［Ｂ］（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）として、２．９×１０−１８×［Ｂ］−１≧Ｗ１／Ｗ２を満たすシリコンウェーハとすることが好ましい。
このような、上記式を満たす厚さ及びボロン濃度のシリコンウェーハを吸収用ウェーハとすることで、熱処理される基板との金属不純物に対する固溶度の差を十分に大きくでき、基板中の銅濃度等を効果的に低減できる。
【００１６】
このとき、前記吸収用ウェーハの前記熱処理される基板を挟む側の面を、鏡面とすることが好ましい。
このような、吸収用ウェーハの基板を挟む側の面を鏡面とすることで、基板との密着度が高まり、より効率的に金属不純物を吸収することができる。
【００１７】
このとき、前記熱処理を、半導体デバイスを作製する工程におけるデバイス熱処理とすることが好ましい。
このように、本発明の熱処理をデバイス熱処理を兼ねて行うことで、半導体デバイス作製工程中に汚染された金属不純物についても、効果的に除去できる。
【００１８】
このとき、前記熱処理されるシリコンウェーハの両面を前記吸収用ウェーハで挟んだ状態で熱処理することにより、前記シリコンウェーハの銅濃度を１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
このように、シリコンウェーハに本発明の熱処理を施すことで、その銅濃度を１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と十分に低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の熱処理方法によれば、簡易な方法で、熱処理される基板外へ金属不純物を効率的に除去して、金属不純物濃度が非常に低い基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の熱処理方法を用いた熱処理中の基板内の金属不純物の動きを説明するための説明図である。
【図２】本発明の熱処理方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の熱処理方法を用いた熱処理中の基板内の金属不純物の動きを説明するための説明図である。図２は、本発明の熱処理方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
【００２２】
本発明の熱処理方法では、まず図２（ａ）に示すように、熱処理される基板の両面を当該基板から金属不純物を吸収する吸収用ウェーハで挟み、図２（ｂ）に示すように、吸収用ウェーハで挟んだ状態で熱処理を行う。
このように本発明の熱処理を行うことで、図１に示すように、熱処理される基板１１内の金属不純物１０が拡散して、拡散した金属不純物が基板１１表面にまで到達すると、基板１１の両面を挟む吸収用基板１２、１２’により吸収される。これにより、基板１１内部の金属不純物１０は基板１１の外に除去される。このように吸収される金属不純物１０としては、例えば、銅や鉄等の金属不純物が吸収される。特に、除去対象元素が銅である場合、銅は熱処理中に基板の表面直下ではなく、その表面上に集積する性質があるため、本発明の熱処理方法によって、より効果的に除去できる。
【００２３】
このとき、本発明の熱処理方法により金属不純物を除去可能な基板としては、特に限定されず、例えば、図２（ａ）に示すようなシリコンウェーハを熱処理することができる。この場合、吸収用ウェーハもシリコンウェーハを用いることが好ましい。本発明の熱処理方法では、基板と吸収用ウェーハを密着させた状態で熱処理を行うため、基板と吸収用ウェーハを同材質であるシリコンウェーハとすることで、吸収用ウェーハから基板への不純物汚染等の心配が少ない。従って、熱処理する基板がシリコンウェーハ以外のものである場合にも、基板と同材質の吸収用ウェーハを用いることが好ましい。
【００２４】
吸収用ウェーハとしては、熱処理される基板よりも重金属に対する固溶度が高いウェーハとすることが好ましい。
このような、重金属に対する固溶度が高いウェーハであれば、熱処理される基板から金属不純物を効率的に吸収することができ、除去可能な金属不純物量も多くなる。
【００２５】
また、吸収用ウェーハとしては、熱処理される基板よりも厚いウェーハとすることが好ましい。
このように、熱処理される基板と固溶度の同じ材質のウェーハを用いた場合でも、より厚いウェーハの方が重金属を固溶する能力が高く（ウェーハ全体として重金属を固溶できる量が多い）、吸収用ウェーハとして好適であり、厚さを調節するのみで、熱処理される基板から吸収用ウェーハへの重金属の吸収を多くできるため、効率的に金属不純物を吸収できる熱処理をより簡易な方法で実施できる。このときの吸収用ウェーハの厚さとしては、熱処理される基板の厚さの４．５倍以上であることが好ましい。このような厚さであれば、熱処理される基板及び吸収用ウェーハとして、同一条件の材質を用いた場合でも、厚さの調節のみで、例えば銅濃度を一桁以上低減することができ、金属不純物濃度低減効果を十分に得ることができる。
【００２６】
また、熱処理される基板がボロンを添加したシリコンウェーハの場合には、吸収用ウェーハを、熱処理される基板よりもボロンを高濃度に添加したシリコンウェーハとすることが好ましい。
このように、熱処理される基板より高濃度にボロンを添加したシリコンウェーハを吸収用ウェーハとすることで、吸収用ウェーハの特に銅に対する固溶度が基板よりも大きくなり、効率的に熱処理される基板の金属不純物を吸収することができる。この場合、例えば吸収用ウェーハの抵抗率が熱処理される基板の抵抗率の１／１０００以下になるようなボロン濃度の差があれば、基板の銅濃度を十分に吸収して低減することができる。また、本発明において、このような抵抗率の異なるボロンドープシリコンウェーハ同士を密着させて熱処理する場合でも、銅等の金属不純物の拡散速度の方が、ボロンよりもはるかに大きいため、熱処理される基板に吸収用ウェーハからボロンが拡散して抵抗率が変動することもほとんどない。
【００２７】
このとき、吸収用ウェーハを、熱処理される基板の厚さをＷ１（μｍ）、吸収用ウェーハの厚さをＷ２（μｍ）、吸収用ウェーハのボロン濃度を［Ｂ］（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）として、
２．９×１０−１８×［Ｂ］−１≧Ｗ１／Ｗ２
を満たすシリコンウェーハとすることが好ましい。
このような、上記式を満たすボロン濃度と厚さの関係を有するシリコンウェーハを吸収用ウェーハとすれば、熱処理される基板をデバイス作製用のシリコンウェーハとして問題とならない程度の銅濃度（１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）まで低減することが可能となる。基板と吸収用ウェーハの厚さが同じ場合には、吸収用ウェーハのボロン濃度が６．９×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（抵抗率０．００５５Ωｃｍ）以下であれば、銅濃度１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の汚染された基板についても、１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の銅濃度まで低減することができる。
【００２８】
また、吸収用ウェーハの熱処理される基板を挟む側の面を鏡面とすることが好ましい。
このように熱処理される基板の両面を鏡面で挟めば、吸収用ウェーハと熱処理される基板との密着度が高くなり、より効率的に金属不純物を吸収用ウェーハに吸収することができる。特に、熱処理される基板の両面が鏡面である場合には好適である。ただし、鏡面でなく、吸収用ウェーハの基板を挟む側の接触面に多少の凹凸があったとしても、接触している部分から金属不純物の吸収が可能である。
【００２９】
このような、本発明の熱処理としては、熱処理される基板両面を吸収用ウェーハで挟んだ状態で熱処理するのみなので、様々の熱処理を伴う工程に適用することができ、また本発明の熱処理と多様な熱処理を兼ねた熱処理として実施することもでき、例えば高集積半導体デバイスを作製する工程におけるデバイス熱処理の際に実施することができる。
このように、本発明の熱処理方法は、デバイス熱処理を行う際にも実施可能であるため、半導体デバイス作製工程中に汚染された基板についても、金属不純物除去が可能である。また、本発明の熱処理方法は、半導体デバイス作製工程後の熱処理や、デバイス作製工程前のウェーハ加工の際の熱処理等にも適用可能である。
【００３０】
また、本発明の熱処理雰囲気としても、特に限定されず、本発明における熱処理実施時には、熱処理される基板は、吸収用ウェーハで挟まれて保護されているため、熱処理時の雰囲気ガスの影響で基板表面の形態が変化する場合はほとんどない。
【００３１】
本発明の熱処理の温度としては、特に限定されないが、本発明の熱処理される基板及び吸収用ウェーハがシリコンウェーハであって、吸収用ウェーハの方が熱処理される基板より重金属に対する固溶度が大きいものの場合には、２５０〜５００℃の温度範囲が好ましい。金属不純物である銅は低温ほどウェーハ同士の固溶度の差がより大きくなるため、５００℃以下の低温が好ましく、また、このような低温であれば、熱処理後に吸収用ウェーハを熱処理された基板から容易に外すことができる。一方、２５０℃以上であれば、金属不純物の拡散が十分に生じるため、吸収用ウェーハへの吸収がより効率的に行われる。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、熱処理された基板両面から吸収用ウェーハを外すことができる。
吸収用ウェーハを外すタイミングとしては、熱処理直後でなくともよく、吸収用ウェーハで挟んだ状態であれば、熱処理された基板を汚染等から保護できるため、基板搬送等も挟んだ状態で行うこともできる。
【００３３】
以上のような、本発明の熱処理方法によれば、簡易な方法で、熱処理される基板外へ金属不純物を効率的に除去して、金属不純物濃度が非常に低い基板とすることができる。
【実施例】
【００３４】
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）
ＣＺ法により、ボロンを添加して、直径１５ｃｍ（６インチ）、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、方位＜１００＞の単結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げて、この単結晶棒を加工して、ボロン濃度１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、抵抗率１０Ωｃｍのｐ−シリコンウェーハとした。このウェーハ裏面にＣｕを１×１０１３ｃｍ−２ほど塗布し、１０００℃で５分の熱処理を施し、ウェーハ内にＣｕを汚染拡散させた。このＣｕで汚染されたウェーハからサンプルを切り出し、化学分析を実施したところ、Ｃｕ濃度は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ほどであった。
【００３５】
この分析に使用しなかった部位の汚染されたシリコンウェーハの両面を、ボロン濃度８．５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、抵抗率０．０１Ωｃｍのｐ＋シリコンウェーハ（吸収用ウェーハ）２枚で挟み、４００℃で１時間ほど窒素雰囲気下で熱処理した。
この挟まれて熱処理されたシリコンウェーハを化学分析したところ、Ｃｕ濃度は検出下限値（１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下となり、Ｃｕ濃度が初期の汚染状態に比べ、はるかに低減されたことがわかる。
【００３６】
（実施例２）
ＣＺ法により、ボロンを添加して、直径１５ｃｍ（６インチ）、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、方位＜１００＞の単結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げて、この単結晶棒を加工して、ボロン濃度１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、抵抗率１０Ωｃｍのｐ−シリコンウェーハとした。このウェーハ裏面にＣｕを１×１０１３ｃｍ−２ほど塗布し、１０００℃で５分の熱処理を施し、ウェーハ内にＣｕを汚染拡散させた。このＣｕで汚染されたウェーハからサンプルを切り出し、化学分析を実施したところ、Ｃｕ濃度は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ほどであった。
【００３７】
この分析に使用しなかった部位の汚染されたシリコンウェーハの両面を、ボロン濃度１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、抵抗率１０Ωｃｍのｐ−シリコンウェーハ（吸収用ウェーハ）２枚で挟み、４００℃で１時間ほど窒素雰囲気下で熱処理した。
この挟まれて熱処理されたシリコンウェーハを化学分析したところ、Ｃｕ濃度は３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ほどとなり、吸収用ウェーハとの固溶度の差がなかったため、実施例１よりはＣｕ濃度低減効果が少なかったが、初期の汚染状態に比べてＣｕ濃度が低減はされていた。
【００３８】
（比較例）
ＣＺ法により、ボロンを添加して、直径１５ｃｍ（６インチ）、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、方位＜１００＞の単結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げて、この単結晶棒を加工して、ボロン濃度１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、抵抗率１０Ωｃｍのｐ−シリコンウェーハとした。このウェーハ裏面にＣｕを１×１０１３ｃｍ−２ほど塗布し、１０００℃で５分の熱処理を施し、ウェーハ内にＣｕを汚染拡散させた。このＣｕで汚染されたウェーハからサンプルを切り出し、化学分析を実施したところ、Ｃｕ濃度は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ほどであった。
【００３９】
この分析に使用しなかった部位の汚染されたシリコンウェーハを、そのまま４００℃で１時間ほど窒素雰囲気下で熱処理した。この熱処理されたシリコンウェーハの化学分析を実施したところ、Ｃｕ濃度は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３ほどで、初期の汚染状態のＣｕ濃度と変わらなかった。
【００４０】
なお、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。
【符号の説明】
【００４１】
１０…金属不純物、  １１…基板、  １２、１２’…吸収用ウェーハ。
【図１】
0005440126.tif 000002
【図２】
0005440126.tif 000003