(57)【要約】【課題】熱処理前にシリコンウェーハ表面にボロンが付着していても、表面のボロンを除去でき、かつ、不活性雰囲気で高温熱処理を行っても、ウェーハ深さ方向における均一なボロン濃度のシリコンウェーハを製造できるシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】水素を主成分とする還元雰囲気中で半導体ウェーハを１０００〜１２００℃熱処理する第１の熱処理工程と、この工程の後前記半導体ウェーハを不活性雰囲気中で熱処理する第２の熱処理工程とを有する半導体ウェーハの製造方法。【選択図】　図１
2004040012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を主成分とする還元雰囲気中で半導体ウェーハを１０００〜１２００℃熱処理する第１の熱処理工程と、この工程の後前記半導体ウェーハを不活性雰囲気中で熱処理する第２の熱処理工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】
上記熱処理工程において、ボロンを添加したＰ型シリコン単結晶からなる請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの製造方法に係わり、特にボロンを添加したＰ型シリコン単結晶からなる半導体ウェーハを水素雰囲気中および不活性ガス雰囲気中で熱処理する半導体ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス用の半導体ウェーハには、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶を切断して製造されるシリコンウェーハが多く用いられている。チョクラルスキー法で単結晶を育成する際に、石英ガラスルツボから溶け出した酸素が結晶中に取り込まれることにより主に酸素析出物からなる多くの結晶欠陥が形成され、この酸素析出物が表面付近に存在する場合には、シリコンウェーハ上に形成された熱酸化膜に数Ｗ／ｃｍの高電界を印加すると、一定の確率で、偶発的にこの熱酸化膜に絶縁破壊が起きる。
【０００３】
このため、酸素析出物を除去する方法が開発されており、特開平４−１６７４３３号公報には、最初にアルゴンガス雰囲気中でシリコンウェーハを熱処理し、その後水素ガスを含んだ雰囲気中で熱処理し、さらに、これらの熱処理後シリコンウェーハ表面に熱酸化処理による酸化膜を形成する半導体デバイスの製造方法が記載されている。この記載の方法は、アルゴンガス雰囲気中における高温熱処理により、シリコンウェーハ中の格子間酸素が外方拡散し、それに伴って酸素析出物の大きさを減少させ、大部分の酸素析出物を消滅させ、次に、水素ガスを含んだ雰囲気で行うために、水素の還元効果によって、アルゴンガス雰囲気中での処理では除去されなかった残留酸素析出物を完全に消滅させて、偶発的に起きる熱酸化膜の絶縁破壊を防ぐものであるが、シリコンウェーハに付着したボロンなどの不純物の除去および深さ方向における均一な抵抗値のウェーハを製造するには有効な方法ではない。
【０００４】
すなわち、一般にシリコンウェーハにはＰ型基板とＮ型基板があるが、製造される半導体デバイスの構造に合わせ、引き上げられるシリコン単結晶は、その抵抗率を変えるために、それぞれシリコン単結晶を引き上げる際に、ボロン（Ｂ）もしくはリン（Ｐ）が添加される。これらの添加量は、所望するシリコン単結晶の抵抗に合わせて制御される。このように引き上げたシリコン単結晶から切り出されボロンもしくはリンが添加されたシリコンウェーハには、多種の結晶欠陥が内在する。
【０００５】
これら結晶欠陥が半導体デバイスを形成するウェーハ表層部に存在する場合には、電流のリークを引き起こし、歩留りを悪化させる等の問題点がある。
【０００６】
この問題の解決策として、上記公報記載の半導体デバイスの製造方法を用いることも考えられるが、この公報記載の方法では、抵抗を制御するためにボロンが添加されたＰ型シリコンウェーハを水素雰囲気で高温熱処理した場合、シリコンウェーハの表層部に存在するボロンが外部に拡散し、その結果ウェーハ表層部における抵抗値が表面側ほど高く、深さ方向に低くなるプロファイルを持つことになる。これに対して、アルゴン雰囲気で熱処理したＰ型ウェーハの場合は、ウェーハ内部からボロンを放出することはないが、熱処理前にウェーハ表面にボロンが付着している場合は、この熱処理によりボロンがウェーハ内部に拡散するが、依然としてボロン濃度はウェーハ表面ほど高く、その結果ウェーハ表面ほど抵抗値が低くなり、深さ方向にボロン濃度は低くなって抵抗値は高いプロファイルを持つことになる。このように上記公報記載の方法では、ボロンの除去ができないばかりか、シリコンウェーハの深さ方向での抵抗値を変化させてしまうという問題がある。
【０００７】
上記公報記載の方法により製造されたシリコンウェーハのように、ウェーハの深さ方向における抵抗値が変化するウェーハを用いる場合には、デバイス製造過程で不純物イオンの打ち込みを行うことで、この問題を回避してきた。
【０００８】
しかし、近年、コスト削減要求などにより、上記イオン打ち込みを廃止する場合があり、シリコンウェーハの抵抗値が深さ方向で変わっていることによる電気的な不具合が生じるようになってきた。
【０００９】
また、熱処理前のウェーハ表面にボロンが付着していなければ、アルゴン雰囲気で熱処理しても深さ方向における均一なボロン濃度のウェーハを製造することが可能である。しかし、ボロン汚染の原因は、クリーンルームに使用するＨＥＰＡフィルタおよびＵＬＰＡフィルタのガラス繊維に含まれるボロンが空気中の水分やフッ酸蒸気による溶出や、クリーンルームに使用される壁紙などの建材からの放出である。このようなクリーンルーム環境からのボロン汚染を低減するには、ボロンをトラップするケミカルフィルタ導入，ボロンフリーＨＥＰＡフィルタおよびＵＬＰＡフィルタヘの切り替えおよび建材の交換など、非常にコストがかかる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、熱処理前にボロン添加Ｐ型のシリコンウェーハ表面にボロン等の汚染物質が付着していても、表面のボロンを除去でき、かつ、不活性雰囲気で高温熱処理を行っても、ウェーハ深さ方向におけるボロン濃度が均一で表層部に欠陥のないシリコンウェーハを製造できる半導体ウェーハの製造方法が要望されていた。
【００１１】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱処理前にボロン添加Ｐ型のシリコンウェーハ表面にボロンが付着していても、表面のボロンを除去でき、かつ、不活性雰囲気で高温熱処理を行っても、ウェーハ深さ方向におけるボロン濃度が均一で表層部に欠陥のないシリコンウェーハを製造できる半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、水素を主成分とする還元雰囲気中で半導体ウェーハを１０００〜１２００℃熱処理する第１の熱処理工程と、この工程の後前記半導体ウェーハをアルゴンや窒素などの不活性雰囲気中で熱処理する第２の熱処理工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項２の発明では、上記熱処理工程において、ボロンを添加したＰ型シリコン単結晶からなる請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法であることを要旨としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法は、図１に示すような熱処理炉を用いて行なわれる。
【００１６】
まず、第１の熱処理工程として、熱処理炉１に水素供給パイプ２に設けられた水素供給バルブ３を開放して、熱処理炉１に供給口４を介して水素を供給し、さらに、ヒータ５に通電して熱処理炉１中を水素雰囲気、１０００〜１２００℃の熱処理温度に保った状態で、ボロンを添加したＰ型シリコン単結晶からなるシリコンウェーハ６が搭載されたウェーハボート７を３０秒〜５時間熱処理する。第１の熱処理工程中、熱処理炉１を通った水素ガスは、排気口８を通して外部に排出される。
【００１７】
上記第１の熱処理工程では、クリーンルーム等で保管中にウェーハ表面に付着したボロンは、水素雰囲気中で１０００〜１２００℃で熱処理することにより、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）としてウェーハ表面から除去される。一方、シリコンウェーハ６内部に添加されているボロンは、水素雰囲気中であってもほとんど拡散せず、この水素中の熱処理が終了した時点で、熱処理炉１内のシリコンウェーハ６の表面に付着しているボロンのみが除去されて、ウェーハ内部は均一なボロン濃度の状態となる。炉内温度が１０００℃未満では、十分にボロンの除去ができず、１２００℃を超えると、操炉上好ましくない。また、熱処理時間は３０秒〜５時間が好ましく、３０秒未満ではボロンをジボラン（Ｂ２Ｈ６）としてウェーハ表面から除去できず、５時間を超えると時間をかけてもボロン除去が期待できず生産性が悪い。
【００１８】
また、本第１の熱処理工程において、上記のようにボロンをジボラン（Ｂ２Ｈ６）としてウェーハ表面から除去することに加えて、シリコンウェーハ６は水素雰囲気中で熱処理がなされるので、シリコンンウェーハ６中の格子間酸素は、外方拡散して、シリコンウェーハ６表面から外部へ離脱したり、析出酸素を還元して、シリコンウェーハ６表面付近より酸素析出物を除去することができる。
【００１９】
次に、第１の熱処理工程後、第２の熱処理工程として、水素供給バルブ３を閉止して水素ガスの供給を止め、アルゴンガス供給パイプ１０に設けられたアルゴンガス供給バルブ９を開放して、不活性ガス、例えば、アルゴンガスを熱処理炉１に供給し、炉内を水素雰囲気からアルゴン雰囲気に変え、アルゴン雰囲気中１０００℃以上の温度、好ましくは、１１００℃以上の温度で、所定時間、好ましくは、５分〜２４時間熱処理を行う。炉内温度が１０００℃未満では、十分に酸素析出物の大きさを減少させ、大部分の酸素析出物を消滅させることができない。
【００２０】
処理時間は５分〜２４時間が好ましく、５分未満では酸素析出物の大きさを減少させ、大部分の酸素析出物を消滅させることができず、２４時間を超えると、生産性を低下させる。
【００２１】
上記第１の熱処理工程および第２の熱処理工程中に用いられる水素および不活性ガスの水分量は１０ｐｐｂ以下であることが好ましい。水分量が１０ｐｐｂを超えると、水分がシリコンウェーハ６の表面をエッチングし、ヘイズの悪化やピットの発生を引き起こす。
【００２２】
本アルゴンガス雰囲気中における高温熱処理により、シリコンウェーハ６中の格子間酸素が外方拡散し、それに伴って酸素析出物の大きさは減少し、大部分の酸素析出物は消滅する。
【００２３】
また、一般にアルゴン雰囲気中で熱処理すると、シリコンウェーハの表面に付着したボロンは、内部に拡散するにもかかわらず、表面に近いほどボロン濃度が高い傾向にあるが、前工程である第１の熱処理工程中にシリコンウェーハ６の表面に付着したボロンは除去されており、本第２の熱処理工程において、アルゴン雰囲気中で熱処理しても、ボロンが内部に拡散することなく、ボロン濃度が均一なシリコンウェーハ６を製造することができる。
【００２４】
上述したように本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法によれば、水素雰囲気中での熱処理により、ウェーハ表面に付着したボロンをジボラン（Ｂ２Ｈ６）としてウェーハ表面から除去すると共に、シリコンンウェーハ６中の格子間酸素は、外方拡散して、シリコンウェーハ６表面から外部へ離脱したり、析出酸素を還元して、シリコンウェーハ６表面付近より酸素析出物を除去し、さらに、アルゴンガス雰囲気中高温熱処理により、シリコンウェーハ６中の格子間酸素を外方拡散させ、それに伴って酸素析出物の大きさを減少させ、大部分の酸素析出物を消滅させることができ、かつ、シリコンウェーハ６の表面に付着したボロンは前工程で除去されており、ボロン濃度が均一で表層部に欠陥のないシリコンウェーハ６を製造することができる。
【００２５】
【実施例】
試験方法：　クリーンルームの環境内に曝露させ、シリコンウェーハ表面に１．５×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度のボロンを付着させた。このシリコンウェーハを図１に示すような熱処理炉を用い、図２に示す条件（雰囲気、時間と温度との関係を変える）にて熱処理を行った。熱処理後、サンプルウェーハの深さ方向におけるボロン濃度をＳＩＭＳにより測定した。
【００２６】
条件１（実施例）：７００〜１０００℃の間を水素雰囲気とし、その後アルゴン雰囲気に切り替えてから昇温を行い、１２００℃×１時間のアルゴン雰囲気熱処理を行う。
【００２７】
条件２（比較例）：温度シーケンスは条件１と同一とし、熱処理中の雰囲気をすべてアルゴン雰囲気とした。
【００２８】
なお、実施例、比較例共、サンプルウェーハは、同一シリコンインゴットの同一部位のものを使用した。ウェーハの抵抗値は１０Ω−ｃｍである。
【００２９】
試験結果：　結果を図３に示す。
実施例では、深さ方向において均一なボロン濃度であるのに対し、比較例ではウェーハ表面が最もボロン濃度が高く、深くなるにつれてボロン濃度が低くなり、６μｍ以降の深さでは一定濃度なプロファイルであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハの製造方法によれば、第１の熱処理工程でシリコンウェーハ表面にボロンや有機物等の汚染物質が付着していても、表面のボロンや汚染物質を除去でき、かつ、自然酸化膜も除去されるので、従来よりも低いアニール温度でＤＺ層が形成できる。更に、第２の熱処理工程によって、ウェーハ深さ方向におけるボロン濃度が均一であり、表層部に欠陥のないシリコンウェーハを製造できる半導体ウェーハの製造方法を提供することができる。
【００３１】
更に、本発明の製造方法によれば、シリコンのマイグレーションが起きてマイクロラフネスが向上し、スリップの発生が抑制でき、巣状欠陥が除去し易い等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法に用いられる熱処理炉の概念図。
【図２】実施例における熱処理条件を説明する説明図。
【図３】実施例における試験結果を示す結果図。
【符号の説明】
１　熱処理炉
２　水素供給パイプ
３　水素供給バルブ
４　供給口
５　ヒータ
６　シリコンウェーハ
７　ウェーハボート
８　排気口
９　アルゴンガス供給バルブ
１０　アルゴンガス供給パイプ
【図１】
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【図２】
2004040012.tif 000004
【図３】
2004040012.tif 000005