(57)【要約】前表面と後表面と、ウエハの前表面上に配置されており実質的に全ての径方向幅に亘って延在している酸化物層と、を有する単結晶シリコンウエハをアニールする方法が開示される。当該方法は、酸素を含む雰囲気を有するアニールチャンバー内でウエハをアニールすることを含む。当該方法は、ウエハがアニール処理において酸化物層を維持するように、予定値よりも高い値で水の分圧を維持することも含む。アニールした前表面は、ホウ素とリンを実質的に有さない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前表面と後表面と、ウエハの前表面上に配置されており実質的に全ての径方向幅に亘って延在している酸化物層と、を有する単結晶シリコンウエハをアニールする方法であって：
酸素を含む雰囲気を有するアニールチャンバー内でウエハをアニールし； 
ウエハがアニール処理において酸化物層を維持するように、予定値よりも高い値で水の分圧を維持し、アニールした前表面がホウ素とリンを実質的に有さないように、酸化物層が約５ナノメートルの最大厚さと約０．５ナノメートルの最小厚さを有すること、
を含む、単結晶シリコンウエハのアニール方法。
【請求項２】
雰囲気が、水素と不活性ガスを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
雰囲気が、少なくとも約０．５％の水素を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
不活性ガスが、アルゴンである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
雰囲気が、約１ｐｐｍ〜約５ｐｐｍの酸素を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アニール工程の間においてシリコンウエハピッチが、１０ｍｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
シリコンウエハを、約９００℃〜約１０５０℃の間の温度でアニールする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
シリコンウエハを、約１０００℃の温度でアニールする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
シリコンウエハを、少なくとも約１０分間アニールする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
シリコンウエハを、約３０分間アニールする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
不活性ガスから本質的に成る雰囲気下において第１前記アニールとは別の第２アニールを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第２アニールを、約１１５０℃〜約１２５０℃の間の温度で行う、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
温度を、１２００℃で１時間保持する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
不活性ガスから本質的に成る雰囲気下において温度を４５０℃まで傾斜低下する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
アニールチャンバー内のガス流量が、１分当たり約２０標準リットルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ウエハが、Ｐ型ウエハである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ウエハの直径が、少なくとも４００ｍｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前表面と後表面と、ウエハの前表面上に配置されており実質的に全ての径方向幅に亘って延在している酸化物層と、を有する単結晶シリコンウエハを製造する方法であって：
酸素と水素と不活性ガスとを含む雰囲気を有するアニールチャンバー内でウエハをアニールし；
ウエハがアニール処理において酸化物層を維持して、アニールした前表面がホウ素とリンを実質的に有さないように、水素と酸素の量を制御することによって予定値よりも高い値で水の分圧を維持すること、
を含む、単結晶シリコンウエハの製造方法。
【請求項１９】
雰囲気が、少なくとも約０．５％の水素を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
雰囲気が、約１ｐｐｍ〜約６ｐｐｍの酸素を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
アニール工程の間においてシリコンウエハピッチが、１０ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
シリコンウエハを、約９００℃〜約１０５０℃の間の温度でアニールする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
シリコンウエハを、約１０００℃の温度でアニールする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
シリコンウエハを、少なくとも約２０分間アニールする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
不活性ガスから本質的に成る雰囲気下において第１前記アニールとは別の第２アニールを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
第２アニールを、約１１５０℃〜約１２５０℃の間の温度で行う、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
温度を、１２００℃で１時間保持する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
不活性ガスから本質的に成る雰囲気下において温度を４５０℃まで傾斜低下する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ウエハが、Ｐ型ウエハである、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
ウエハの直径が、少なくとも４００ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示の分野は、半導体ウエハ処理に関し、より具体的には、半導体ウエハのアニールに関する。
【発明の概要】
【本発明が解決しようとする課題】
【０００２】
半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハは、しばしばドーパントを含む。これらのドーパント、例えば、ホウ素及びリンなどは、ウエハを汚染させる可能性がある。例えば、ホウ素及びリンがウエハの能動素子領域（又はデバイス活性領域）中に存在する場合に、許容できない抵抗率変化が生じる可能性がある。アニールは、ウエハの頂層における能動素子領域中にホウ素及びリンを導入し得る。この開示の目的のために、ウエハの頂層は、ウエハの頂の１０ミクロンである。場合によっては、抵抗率変化は、ウエハを、Ｐ型からＮ型のウエハに変化させる可能性さえある。この問題に対する従来技術の解決策は、確実に又は満足のいくように、ホウ素とリンの汚染物をウエハから除去しない。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの要旨では、前表面と後表面と、ウエハの前表面上に配置されており実質的に全ての径方向幅に亘って延在している酸化物層と、を有する単結晶シリコンウエハをアニールする本発明の方法が開示される。本発明の方法は、酸素を含む雰囲気を有するアニールチャンバー内でウエハをアニールすることを含む。本発明の方法は、また、ウエハが、アニール処理において酸化物層を維持するように、予定値よりも高い値で水の分圧を維持することを含む。酸化物層は、アニールした前表面がホウ素とリンを実質的に有さないように約５ナノメートルの最大厚さと約０．５ナノメートルの最小厚さを有する。
別の要旨では、前表面と後表面と、ウエハの前表面上に配置されており実質的に全ての径方向幅に亘って延在している酸化物層と、を有する単結晶シリコンウエハを製造する本発明の方法が開示される。本発明の方法は、酸素と水素と不活性ガスとを含む雰囲気を有するアニールチャンバー内でウエハをアニールすることを含む。本発明の方法は、また、ウエハが、アニール処理において酸化物層を維持して、アニールした前表面がホウ素とリンを実質的に有さないように、水素と酸素の量を制御することによって予定値よりも高い値で水の分圧を維持することを含む。
【０００４】
本発明の開示の上述した態様に関して記載される特徴の様々な改良が存在する。更なる特徴もまた、本発明の開示の上述した態様に組み入れられ得る。これらの改良及び追加的な特徴は、個別に又は任意の組み合わせで存在してよい。例えば、本発明の開示の説明される全ての実施形態に関して以下に記載される様々な特徴が、本発明の開示の上述した全ての態様に、単独で又は任意の組み合わせで組み入れられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、水の分圧、温度、酸素と酸化物層の間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
この実施形態では、１以上のウエハは、従来のチョクラルスキー結晶成長法によって成長した単結晶インゴットからスライスされている単結晶シリコンウエハである。このような方法、並びに標準的なシリコンのスライス、ラッピング、エッチング及び研磨の技術が、例えば、１９８９年、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ出版、Ｆ．Ｓｈｉｍｕｒａの「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」に開示されている。
【０００７】
各々のウエハは、一般的には、様々な所望の特性をウエハに与えるように１以上のドーパントを含む。具体的には、各々のウエハは、典型的には、Ｐ型ウエハ（即ち、周期表の第３族からの元素、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム及びインジウム、最も典型的には、ホウ素によりドープされたウエハ）である。他の種類のウエハは本発明の開示の範囲内に入ることに留意されたい。結晶を引き上げ結晶からウエハをスライスする前に、溶融シリコンにドーパントを添加することによってこのドープを行ってよい。ウエハは、典型的には、約１オーム・ｃｍよりも大きい抵抗率を有し、いくつかの実施形態では、１０オーム・ｃｍよりも大きい抵抗率を有する。各々のウエハは、典型的には、少なくとも２００ｍｍ、少なくとも３００ｍｍ、少なくとも４００ｍｍ、又はいくつかの実施形態では、少なくとも４５０ｍｍの直径を有する。
【０００８】
各々のウエハは、予定厚さの酸化物層を有する。いくつかの実施形態では、酸化物層は、約６〜約１０オングストロームの厚さであり、化学的に形成されている。「清浄な」化学的酸化物は、従来の方法を用いることによって、例えば、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２、ＳＣ１、ＳＣ２、オゾン又はＨＦ／Ｈ２Ｏ２を用いることによって成長し得る。他の実施形態では、酸化物層は、熱的に成長してよく、約１０オングストローム未満の厚さであってよい。
【０００９】
バッチ処理における複数のウエハの標準的なアニールの間に、各々のウエハ上の酸化物層は、ウエハの中心からよりもウエハの縁から更に急速に蒸発する。蒸発する間に、汚染物は、ウエハの縁においてウエハ内に拡散する可能性があり、一方で、ウエハの中心において汚染物は、拡散するのではなく、中心において酸化物層とともに蒸発する。この問題は、ウエハピッチを増加させることに伴って増える。アニール処理は、単一のウエハ又はバッチ／複数のウエハの処理であってよいことに留意されたい。
【００１０】
図１は、水の分圧、温度、酸素と酸化物層の間の関係を示す。図１のグラフにおいて、Ｙ軸は、分圧ＰＯ（単位：トール）であり、上側のＸ軸は、セルシウス度における温度であり、下側のＸ軸は、ケルビン度における温度である。酸化ラインは、グラフの上側左からグラフの下側右まで対角線上に延在しており、酸化物層がウエハ上に残るかどうか示す。所定の酸素含有量（１ｐｐｍ、５ｐｐｍ及び１０ｐｐｍ）もまたグラフ上にプロットされている。酸化ラインより上の条件では、酸化物層はウエハ上に維持される。酸化ラインより下の条件では、ウエハが酸化物を有さないように酸化物層は除去される。グラフは、ウエハ上の酸化物層を維持するように分圧Ｐｏの臨界値又は予定値を得るために用いられ得る。
【００１１】
本発明の開示の１つの実施形態によれば、ＡＳＭ  Ａｍｅｒｉｃａ社から入手可能なＡ４１２垂直炉などの従来のアニール炉のアニールチャンバー内において、ウエハを適切にアニールする。ウエハをアニールする適切な処理は、第１アニールと第２アニールを含む。第１アニールは、事前加熱したアニールチャンバー内にウエハを挿入することを含む。ウエハは、アニール工程の間のピッチ、例えば、少なくとも５ｍｍ、又は少なくとも約７ｍｍ、又は更に、少なくとも約１０ｍｍのピッチを有してよいことに留意されたい。
【００１２】
チャンバーを、約４００℃〜約７５０℃の間、例えば、約４５０℃の温度まで適切に事前加熱する。ウエハを挿入した後に温度を１０分〜３０分間安定にして、後に、約５８５℃〜約１０５０℃の間まで昇温する。温度傾斜率は、１度／分〜１５度／分の間であってよく、典型的には、その率は、更に高い温度で更に低い。１つの実施形態において、第１アニールの間に温度を約１０００℃まで昇温して、その温度で一定に保持する。第１アニールは、少なくとも約１０分間、少なくとも約２０分間、約２０分間〜約４０分間の間、又は例示的な実施形態において約３０分間行ってよい。
【００１３】
任意の特定の理論に拘束されないが、主にアルゴン雰囲気下において、ウエハ上の酸化物層は、約１０５０℃よりも大きい温度で完全に除去されると考えられる。水素と酸素は、約５８５℃よりも低い温度で水を形成するように自然に反応しない。従って、アニール温度は、適切には、約５８５℃〜約１０５０℃の間、約８００℃〜約１０５０℃の間、約９００℃〜約１０５０℃の間、又は１つの例示的な実施形態では、約１０００℃である。
【００１４】
ウエハをチャンバーに挿入するときに、雰囲気は、不活性ガスのみ、例えば、１００％のアルゴン又はヘリウムを初期に含む。傾斜昇温の間に、水の分圧を制御し、従って酸化物層を維持するように、水素を雰囲気に導入する。水の分圧を制御し、従って、酸化物層を維持するように、酸素もまた雰囲気に導入する。１つの実施形態では、温度が約６００℃に到達すると、水素を導入し、温度が約８００℃に到達すると、酸素を導入する。水素と酸素は、第１アニールの時間中ずっとチャンバー内に流れる。
【００１５】
水素と酸素の量は、酸化物層厚さを維持するのに充分であるが、更に厚い酸化物層を成長するのに充分ではない。図１のグラフは、ウエハ上に酸化物層を維持するように分圧Ｐｏの臨界値又は予定値を得るために用いることができる。その値から、水素と酸素の適切な量を求めることができる。水素は過剰に用いてよいが、酸素含有量は、示される水蒸気の量を形成するのに充分である必要がある。
【００１６】
１つの実施形態において、雰囲気が少なくとも約５％の水素であり、又は少なくとも約１％、又は１つの例では、約３％の水素となるように、充分な水素を導入する。少なくとも約１ｐｐｍ、又は約１ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、又は約５ｐｐｍの酸素がアニールチャンバー雰囲気内にあるように、充分な量の酸素を導入する。１つの例では、チャンバー雰囲気内の水として、反応器内への合計ガス流量は、１分当たり約２０標準リットルであり、酸素流量は、５ｐｐｍの酸素の酸素含有量を達成するように約０．１ｍｌ／分である。
【００１７】
第１アニールが完了した後に、温度は、第２アニールのために傾斜昇温してよい。１つの実施形態において、温度は、１分当たり１５度と同じ高さの割合で傾斜昇温してよいが、しかし、更に典型的には、１分当たり１０度未満の割合で、又は１分当たり約１度と同じ低さの割合で傾斜昇温してよい。第２アニールの間に雰囲気が約１００％の不活性ガスになるように、第２アニールに対する傾斜昇温中に水素と酸素の流れを止める。第２アニールに関して、温度は、約１０５０℃よりも大きい温度、例えば、１１５０℃〜１２５０℃の間、又は別の例において約１２００以上の温度に到達する。適切には、第２アニール時間は、少なくとも約３０分又は約１時間である。この第２アニールは、典型的には、第１アニールと同じチャンバーで行い、あるいは、別のチャンバーで行ってよい。
【００１８】
第２アニールの後に、傾斜昇温率とほとんど同様又はそれ未満の率で温度を傾斜低下させる。炉が約３００℃〜５００℃の範囲、例えば、約４５０℃の温度に到達するまで、傾斜低下を続ける。傾斜低下する間のチャンバー雰囲気は、適切には、約１００％の不活性ガス、例えば、アルゴンである。
【００１９】
分圧の制御は、酸化物層の厚さの制御をもたらす。１つの実施形態では、第１アニールにおいて、酸化物層が約５ナノメートルの最大厚さ及び約０．５ナノメートルの最小厚さを有して、アニールした前表面がホウ素及びリンを実質的に有さないように、ウエハは酸化物層を維持する。別の実施形態では、第１アニールにおいて、酸化物層が１００％以下で異なる最大厚さと最小厚さを有するように、ウエハは酸化物層を維持する。これは、アニール後にホウ素とリンを実質的に有さないウエハの前表面をもたらす。
【００２０】
第１アニールの許容誤差は、約＋／−２５℃であってよく、又はいくつかの実施形態では＋／−５℃未満であってよい。第１アニール温度における時間は、除去する必要がある表面ドーパント濃度の量に依存するが、一般的には、少なくとも５分であり、多くとも１時間である。第１アニールの温度は、少なくとも９００℃であり、多くとも１０７５℃であってよい。第１アニールの水素含有量は、５０ｐｐｍよりも多くてよく、更に９９％よりも多くてよい。酸素含有量は、シリコン酸化物層を維持するように図１に示す量を超えるが、第１アニール工程の間に成長する酸化物が５０オングストロームを超えず、又はいくつかの実施形態では、２０オングストロームさえ超えないように、酸素含有量を制御すべきである。
【００２１】
このアニール処理により製造される各々のウエハは、ウエハの頂層における能動素子領域（電気的活性層）においてホウ素とリンを実質的に有さない。ウエハは、また、ウエハの頂層において平坦なドーピングプロファイルを有する。上述したように、酸化物層の実質的な成長なしに、ウエハ上の酸化物層を維持できる分圧よりわずかに高い分圧で、アニール炉雰囲気中の水を維持するように、酸素と水素の量を慎重に制御する（第１アニール工程が完了して全てのホウ素とリンを表面から除去するまで）。第２の更に高い温度工程は、酸素又は水を用いず、この酸化物層を完全に除去して、平らな酸素不存在シリコン表面を残す。
【実施例】
【００２２】
アニール処理の１つの実施例を記載する。これは単なる１つの例であり、多くの他の例がこの開示の範囲内に入ることに留意されたい。約４５０℃の炉挿入温度でウエハをアニール炉に挿入する。ウエハを挿入するときに、炉雰囲気は１００％のアルゴンである。炉の温度を、１０℃／分の傾斜率で約６００℃まで（傾斜昇温中に）昇温する。炉の内側の雰囲気が９７％のアルゴン及び３％の水素であるように、傾斜昇温中にチャンバーに水素を導入する。温度が昇温し続けて８００℃に到達すると、炉雰囲気中における酸素を約５ｐｐｍで維持する。温度を約１０００℃まで昇温し、次いで、温度を第１のアニール又は保持期間の間に約１０００℃で約３０分間保持する。この第１アニールにおいて、酸素は約５ｐｐｍで維持され、分圧は約０．００２トールである。
【００２３】
第１アニールが完了した後に、温度を更に昇温させる。温度が昇温しているときに、約１０２５℃で酸素流れを止め、次いで、約１０５０℃で水素流れを止める。第２の保持期間又はアニールにおいて、温度は約１２００℃に到達するまで昇温し続けて、そこで温度を約６０分間保持する。雰囲気が約１００％のアルゴンになるように、第２アニール中に水素又は酸素を導入しない。第２アニールを完了した後に、温度を約３００分間に亘って約４５０℃まで傾斜低下させる。
【００２４】
本発明又は好ましい実施形態の要素を導入する場合に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び「ｓａｉｄ」は、１以上の要素があることを意味することが意図される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｈａｖｉｎｇ」は、包含的であり、記載されている要素以外の追加的な要素であってよいことを意味することが意図される。
【００２５】
様々な変化が、本発明の開示の範囲から逸脱せずに、上述した装置及び方法においてなされ得るように、上述した記載に含まれ添付図面に示される全ての事柄が、説明するためのものとして解釈すべきであり制限する意味でないということが意図される。
【図１】
2014505353.tif 000003
【国際調査報告】
2014505353.tif 000004
2014505353.tif 000005