(57)【要約】【課題】評価用ウェーハの熱処理方法において、金属汚染された評価用ウェーハを熱処理しても、熱処理炉を予期せぬ汚染物質によって汚染することなくさらに、評価用ウェーハの熱処理を行っても、その後に行われる清浄な半導体ウェーハの熱処理において熱処理炉からの逆汚染を抑制することができる評価用ウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】評価用ウェーハの熱処理方法であって、少なくとも、金属汚染を評価する評価用ウェーハを準備する工程と、該評価用ウェーハを石英製の容器に収納して密閉する工程と、該容器ごと評価用ウェーハを熱処理炉内に投入して熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする評価用ウェーハの熱処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価用ウェーハの熱処理方法であって、少なくとも、
金属汚染を評価する評価用ウェーハを準備する工程と、
該評価用ウェーハを石英製の容器に収納して密閉する工程と、
該容器ごと前記評価用ウェーハを熱処理炉内に投入して熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする評価用ウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記石英製の容器は、該容器の底に形成されている凸部により前記評価用ウェーハを水平に載置できるものを使用することを特徴とする請求項１に記載の評価用ウェーハの熱処理方法。
【請求項３】
前記熱処理工程は、熱処理温度を１２００℃以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の評価用ウェーハの熱処理方法。
【請求項４】
前記容器は、一回の熱処理で使い捨てとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の評価用ウェーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価用ウェーハの熱処理方法に関し、特には、金属汚染した、若しくは、金属汚染の疑いのある半導体ウェーハを評価する際の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体は少量の不純物で大きく性能を変えることが出来るため、少量の不純物（ドーパント）をうまく制御してデバイスが作られる。しかし、予期せぬ不純物（重金属等）が少しでも入ると不良の原因となってしまう。従って、予期せぬ不純物（重金属等）の挙動やデバイスへの影響を調べることは、シリコン半導体では重要な解析である。
【０００３】
半導体ウェーハでの重金属の挙動を調べるためには、故意に金属汚染させた評価用の半導体ウェーハに洗浄や熱処理を行い、その物性を測定することが有意義である。しかしながらこのような測定を行うと多くの場合、洗浄実験では洗浄槽を汚染する危険があり、熱処理では熱処理炉を汚染する危険がある。シリコンは不純物の影響が大きいため、洗浄槽や熱処理炉が汚染されると次に入る清浄な半導体ウェーハを汚染してしまう結果となる。従って、たとえ少量の汚染でも重金属の汚染は極端に嫌われており、装置汚染の可能性の高い評価用ウェーハの特性実験を行うのは難しく、現実には故意の金属汚染実験はなかなか出来ないのが実情である。
【０００４】
特許文献１では、半導体ウェーハの表面に析出された汚染金属の量を測定することにより、当該半導体ウェーハの内部の金属汚染を評価する方法が開示されている。特には、半導体ウェーハの内部の汚染金属の拡散を促進して表面に析出させる脱ガス成分を有するウェーハケースに、半導体ウェーハを複数枚垂直に収容し、ウェーハケースからの脱ガスを促進させて、脱ガス成分を半導体ウェーハの表面に付着させ、半導体ウェーハの表面に析出された汚染金属の量を測定するという方法である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、発生させた揮発性の汚染物質をウェーハケースに閉じこめることが目的であるため、ウェーハケースの材質はフッ素樹脂製やポリプロピレン製であり、それらの耐熱温度はたかだか２００℃以下である。従って、フッ素樹脂製やポリプロピレン製のウェーハケースで２００℃以上の熱処理は不可能である。
さらに、ウェーハを複数枚載置したウェーハボートを反応容器内に収容するというバッチ式熱処理炉や、１枚ずつ水平にウェーハを載置して熱処理を行う枚様式熱処理炉では、特許文献１に記載のウェーハケースは使用できない。
【０００６】
一方、特許文献２では、合成樹脂からなる密閉袋中に部材または治具からなる試験片と半導体ウェーハと雰囲気となるガスとを封入し、該試験片と半導体ウェーハとガスを封入した密閉袋に第１の熱処理を施したのち、半導体ウェーハを密閉袋から取り出し、該半導体ウェーハに第２の熱処理を施し、半導体ウェーハの抵抗率を測定するという方法が開示されている。
【０００７】
しかし、合成樹脂からなる密閉袋も１００〜２００℃といった低温熱処理する場合にのみ使用し、１０００℃以上の高温熱処理においては、半導体ウェーハを密閉袋から取り出して熱処理を行っており、合成樹脂製の密閉袋では高温熱処理は不可能である。さらに、低温熱処理においては熱処理炉として乾燥装置を使用しており、バッチ式や枚様式熱処理炉には密閉袋を適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３８５３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、評価用ウェーハの熱処理方法において、金属汚染したあるいは、金属汚染したかもしれない評価用ウェーハを熱処理しても、熱処理炉を予期せぬ汚染物質によって汚染することなくさらに、評価用ウェーハの熱処理を行っても、その後に行われる清浄な半導体ウェーハの熱処理において熱処理炉からの逆汚染を抑制することができる評価用ウェーハの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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、評価用ウェーハの熱処理方法であって、少なくとも、金属汚染を評価する評価用ウェーハを準備する工程と、該評価用ウェーハを石英製の容器に収納して密閉する工程と、該容器ごと前記評価用ウェーハを熱処理炉内に投入して熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする評価用ウェーハの熱処理方法を提供する。
【００１１】
このように、密閉した容器ごと評価用ウェーハを熱処理することで、熱処理中には、半導体ウェーハからの汚染物質は石英製の容器内にとどまり熱処理炉を汚染することがなく、また、熱処理炉からの評価用ウェーハへの汚染も防御することができる。また、評価用ウェーハの熱処理後に通常の清浄な半導体ウェーハを熱処理しても、設備からの汚染を防ぐことができる。さらに、評価用ウェーハを収納する容器は石英製であることにより、収納容器の純度を高くすることができるため、収納容器から評価用ウェーハへの汚染を防ぐことができる。そして、熱処理炉の多くは、その構造の主要成分が石英であるため、熱処理炉が容器の成分によって汚染されてしまうことを抑制できる。
【００１２】
また本発明において、前記石英製の容器は、該容器の底に形成されている凸部により前記評価用ウェーハを水平に載置できるものを使用することが好ましい。
【００１３】
このように、評価用ウェーハを収容する石英製の容器の底に凸部が形成されていることによって、評価用ウェーハが容器の底に貼りつくことを防止できる。また、容器１つに対して評価用ウェーハを１枚、容器内に水平に載置することで、非常に簡単でコンパクトな構成となるため、一般的に使用されているバッチ式や枚葉式の熱処理炉にも投入することができる。
【００１４】
さらに本発明の熱処理工程は、熱処理温度を１２００℃以下とすることが好ましい。
【００１５】
このように、熱処理温度を１２００℃以下とすることにより、評価用ウェーハから収納容器を介して熱処理炉への汚染を防止することができる。
【００１６】
また本発明において前記容器は、一回の熱処理で使い捨てとすることが好ましい。
【００１７】
このように、評価用ウェーハの熱処理を一回行ったごとに容器を新調することで、評価用ウェーハの熱処理によって汚染した容器を使いまわすための洗浄工程が不要である。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、金属汚染された評価用ウェーハを熱処理しても、熱処理炉を予期せぬ汚染物質によって汚染することなくさらに、評価用ウェーハの熱処理を行っても、その後に行われる清浄な半導体ウェーハの熱処理において熱処理炉からの逆汚染を簡単に抑制することができる評価用ウェーハの熱処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の評価用ウェーハの熱処理方法で使用される石英製の容器の概略図である。
【図２】本発明の評価用ウェーハの熱処理方法で使用される石英製の容器内に、評価用ウェーハを収納して密閉したときの断面図である。
【図３】半導体ウェーハの不良部分を示す概略図と画像で、（Ａ）は清浄な半導体ウェーハで、（Ｂ）は故意に金属（Ｆｅ）汚染させた評価用ウェーハを熱処理した後の評価用ウェーハのものである。
【図４】汚染された評価用ウェーハの熱処理実験の前後で、同じ熱処理炉を使用して清浄な半導体ウェーハを熱処理した際のウェーハライフタイムを測定した結果の画像である。
【図５】評価用ウェーハのリーク電流値を測定するまでの手順を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上記のように、シリコン半導体は少量の不純物で大きく性能を変えることが出来るため、金属汚染による挙動や影響を調べることは、シリコン半導体において重要な解析である。
金属汚染された評価用ウェーハを洗浄する実験の場合、通常の洗浄層は配管、フィルターなどが複雑に入り組んでおり、一度、不純物で汚染されるとなかなか回復しないため、単純形状の石英ビーカーと、加熱が必要な場合はなげ込みヒータで加熱するという実験を行う。
【００２１】
しかしながら、金属汚染された評価用ウェーハの熱処理実験は洗浄実験よりも問題が深刻である。熱処理炉が汚染された場合、炉の構成部品に不純物が拡散してしまうため、完全な回復はほぼ不可能である。なぜなら、汚染物質は熱処理炉内に拡散して充満し、炉の構成材料であるボートや炉心管などに入り込んでしまうからである。従って、汚染物質は炉の構成材料内部にまで入り込んでしまうため、炉心管を洗浄しても、汚染を取り切るのはほぼ不可能であった。
【００２２】
また、通常に熱処理を行う半導体ウェーハへの逆汚染を防ぐために、汚染実験専用の熱処理炉を使用して熱処理実験を進める場合もあるが、その場合でも以下のような問題点がある。
Ｂ元素の影響を調べるための評価用ウェーハに対して、その前の熱処理実験でＡ元素に汚染してしまった実験専用の熱処理炉を使用して熱処理実験を行うと、Ｂ元素調査用の評価用ウェーハがＡ元素によって逆汚染し、Ｂ元素の影響を正確に評価できなくなってしまう。従って、汚染実験専用の熱処理炉を用意するというのも根本的な解決策ではない。そのため、任意の元素で汚染した評価用ウェーハを熱処理しても、次の熱処理の時には熱処理炉からの汚染がない処理方法というのが理想的である。
【００２３】
そこで、本発明者が鋭意研究した結果、金属汚染を評価する評価用ウェーハを石英製のシャーレ形状の容器に収納して密閉して、容器ごと熱処理することで、熱処理炉を汚染することなく熱処理実験をでき、さらに、評価用ウェーハの熱処理後に行われる清浄な半導体ウェーハの熱処理や、違う元素に汚染された評価用ウェーハの熱処理において、熱処理炉からの逆汚染を抑制することができることに想到し、本発明を完成させた。
【００２４】
以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、金属汚染を評価する評価用ウェーハを準備する。この金属汚染を評価する評価用ウェーハは、例えば、シリコン半導体ウェーハを、影響を調べたい金属元素で故意に汚染させたものを使用することができる。また、故意に金属汚染させた半導体ウェーハでなくても、製造途中で金属汚染したかもしれない半導体ウェーハを評価用ウェーハとして使用できる。
すなわち、本発明において、評価対象とされる「金属汚染を評価する評価用ウェーハ」とは、故意に汚染させる等により、金属汚染されたことが既知であるものに限らず、金属汚染されたことが未知であり、金属汚染の評価をする必要があるウェーハを含む。従って、測定の結果、現実には汚染されていない場合もあり得る。
【００２５】
つぎに、図１に示すような石英製の容器１に、図２に示すように、金属汚染を評価する評価用ウェーハＷを収納して、ふた２をすることで密閉する。
この石英製の容器１は、容器の底３に形成されている複数の凸部４により評価用ウェーハＷを水平に載置できるものを使用することができる。
図２のように、凸部４によって評価用ウェーハＷを水平に支持することで、熱処理後に評価用ウェーハが容器の底に貼りつくことを防止できる。また、容器１つに対して評価用ウェーハを１枚、容器内に水平に載置することで、非常に簡単でコンパクトな構成となるため、一般的に使用されているバッチ式や枚葉式の熱処理炉にも投入することができる。
【００２６】
そして、評価用ウェーハが収納された石英製の容器ごと熱処理炉内に投入し、評価を行うための熱処理を行う。この熱処理工程は、熱処理温度を１２００℃以下とすることができる。本発明においては、収納容器を密閉した高純度の容器とすることで、熱処理炉や収納容器から評価用ウェーハへの汚染を防止すると同時に、評価用ウェーハから収納容器を介して熱処理炉への汚染を防止することができる。
【００２７】
熱処理のために投入する熱処理炉の種類としては、バッチ式や枚様式の熱処理に適用することでき、さらには、図１に示すようなシャーレ形状の石英製の容器が透明であることにより、輻射熱の伝導が良くなり、フラッシュアニール等の輻射加温の熱処理炉にも応用できる。
【００２８】
容器ごと熱処理をするには、厳密には熱処理炉に直接ウェーハを投入した場合に比べて、石英製容器にウェーハを収納して投入した場合の方が、熱容量が増えるために温度上昇は遅くなり下降も遅くなるが、適宜温度調節を行うことで評価用ウェーハに予め設定された温度変化を与えることはできる。
【００２９】
また、上記のような金属汚染された評価用ウェーハの熱処理を行った後の容器は、一回で使い捨てとすることが好ましい。
このように、評価用ウェーハの熱処理を一回行ったごとに容器を新調することで、評価用ウェーハの熱処理によって汚染した容器を使いまわすための洗浄工程が不要となる。
また、実験熱処理を一回目の汚染された評価用ウェーハとは違う元素で汚染させた評価用ウェーハで行う場合、一度汚染してしまった容器をいくら洗浄しても汚染を取りきるのはほぼ不可能であるため、影響を調べたい元素とは違う元素で評価用ウェーハが汚染された容器により汚染されてしまうという問題があるが、容器を使い捨てとすることで、連続して違う金属元素で汚染された評価用ウェーハを熱処理した場合でも、容器からの逆汚染を確実に防止することができる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明の評価用ウェーハの熱処理方法であれば、密閉した容器ごと評価用ウェーハを熱処理するため、熱処理中には、半導体ウェーハからの汚染物質は石英製の容器内にとどまり熱処理炉を汚染することがなく、また、熱処理炉からの評価用ウェーハへの汚染も防御することができる。また、評価用ウェーハの熱処理後に通常の清浄な半導体ウェーハを熱処理しても、設備からの汚染を防ぐことができる。さらに、評価用ウェーハを収納する容器は石英製であることにより、収納容器の純度を高くすることができるため、収納容器から評価用ウェーハへの汚染を防ぐことができる。そして、熱処理炉の多くは、その構造の主要成分が石英であるため、熱処理炉が容器の成分によって汚染されてしまうことを抑制できる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施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）
まず、比較のため、清浄な半導体ウェーハ全体のリーク電流値を図５に示す手順に沿って測定する。
図５（１）のようにシリコンウェーハを準備し、（２）のようにＰ型ドーパントをドープしたポリシリコンをシリコンウェーハの表面に成長させ、フォトリソグラフィーにより（３）のようにエッチングを行い、（４）において拡散熱処理を行い、（５）のようにリーク電流値を測定した。その結果、図３（Ａ）のようにＸ印のついた不良部分はほとんどなかった。
【００３２】
次に、清浄な半導体ウェーハの半分に故意にＦｅ含有の薬液に浸漬して、汚染された評価用ウェーハを準備した。
そして、大気下で金属汚染した評価用ウェーハ１枚を石英製容器に収納して密閉した。
この容器ごと枚葉式熱処理炉に投入して熱処理を行った。熱処理条件は酸素、窒素の混合雰囲気下、１０００℃、３０分間である。このように熱処理した後、故意に金属汚染させた評価用ウェーハのリーク電流値の測定を、上記図５と同様にして行った。
その結果、汚染させた場所はリーク電流値が増えており、図３（Ｂ）のようにＸ印のついた不良部分が多くみられた。
【００３３】
実施例１のように本発明の評価用ウェーハの熱処理方法で、枚様式熱処理炉を使用して金属汚染された評価用ウェーハを１０００℃という高温で熱処理することができた。
【００３４】
（実施例２）
清浄なシリコンウェーハに枚様式熱処理炉で酸素雰囲気下、１０００℃、１時間の熱処理を行い、ウェーハライフタイム（ＷＬＴ）を測定（測定器：ＳＥＭＩＬＡＢ  ＷＴ−８５）した。その結果、図４（Ａ）のようになった。
次に、本発明の熱処理方法で、清浄な半導体ウェーハの半分に故意にＦｅ含有の薬液に浸漬して、汚染された評価用ウェーハ１枚を大気下で石英製容器に収納して密閉し、容器ごと枚葉式熱処理炉に投入して、酸素雰囲気下、１０００℃、１時間の熱処理実験を行った。
そして、同じ枚様式熱処理炉を使用して、別の清浄なシリコンウェーハに酸素雰囲気下、１０００℃、１時間の熱処理を行い、ウェーハライフタイムを測定した。その結果、図４（Ｂ）のようになった。
【００３５】
図４（Ａ）と図４（Ｂ）の画像の結果から、金属汚染された評価用ウェーハの熱処理の前後の清浄な半導体ウェーハに対する熱処理において、ウェーハライフタイムにあまり変化が見られないことが分かる。従って、熱処理炉からの汚染が少なく、すなわち、熱処理炉への汚染も少ないことが容易にわかる。この結果は、本発明の評価用ウェーハの熱処理方法によれば、清浄なウェーハの熱処理で使用する熱処理炉を使用して、熱処理炉を汚染することなく、汚染ウェーハの熱処理実験を行うことができることを証明している。
【００３６】
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】
【００３７】
１…石英製の容器、  ２…石英製容器のふた、  ３…石英製容器の底、
４…凸部、  Ｗ…評価用ウェーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014110373.tif 000006
【図５】
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