(57)【要約】【課題】水素ガスまたはアルゴンなどの不活性ガス中、あるいはその混合ガス中で行われるボイド性欠陥の低減のための高温熱処理において、ウェーハ表面に面荒れが発生し易い問題、特にウェーハの外周部に顕著に発生する面荒れを低減できる半導体ウェーハの熱処理方法の提供。【解決手段】一般的なバッチ式炉において、ウェーハ間の距離Ｄｗと水素などのガス流速Ｖｇとを所要範囲に制御することにより、ボイド状欠陥の低減を行うと同時にウェーハ外周部の面荒れを効果的に低減でき、新たな工程を付加することなく簡単に実施できる。【選択図】　　　　図２
2004014618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中に保持して熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ）と、ウェーハ外径（Ｒｗ），炉反応管内径（Ｒｔ），ガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）で規定されるガス流速（　Ｖｇ：ｓｌｍ／ｃｍ２：　Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））　）とを制御してウェーハ外周部における面荒れを低減する半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中に保持して熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ、但し５≦Ｄｗ）と、ウェーハ外径（Ｒｗ），炉反応管内径（Ｒｔ），ガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）で規定されるガス流速（　Ｖｇ：ｓｌｍ／ｃｍ２：　Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））　）とを制御してウェーハ外周部における面荒れを低減する半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項３】
複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中に保持して熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ）と、ウェーハ外径（Ｒｗ），炉反応管内径（Ｒｔ），ガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）で規定されるガス流速（　Ｖｇ：ｓｌｍ／ｃｍ２：　Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））　但しＶｇ≧０．０２　ｓｌｍ／ｃｍ２）とを制御してウェーハ外周部における面荒れを低減する半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項４】
熱処理が、１０００℃〜１３００℃、１時間以上である請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【請求項５】
ウェーハ間隔とガス流速の関係が、　Ｄｗ　＜　−７．１Ｌｎ（Ｖｇ）　−２．３　（但しＬｎ：　ｌｏｇｅ自然対数）なる式を満足する条件で熱処理する請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体ウェーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコンウェーハの熱処理、特にウェーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅させる熱処理において、顕著に見られるウェーハ外周部における面荒れ（Ｈａｚｅ）を、ウェーハ間の距離Ｄｗとガス流速Ｖｇとを所要範囲に制御することにより、低減させた半導体ウェーハの熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造に使用されるシリコンなどの半導体ウェーハは、デバイスの歩留まりを低下させる微小な結晶欠陥や表面の荒れなどがないことが要求される。
【０００３】
微小な結晶欠陥として、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥や微小酸素析出物と呼ばれる欠陥があり、これはＬＳＴＤ、ＣＯＰ、ＦＰＤ等とも呼ばれ、いずれも同じ内壁に酸化物が存在するボイド状の欠陥である。
【０００４】
かかる欠陥を低減する方法として、水素雰囲気で１２００℃、約１時間程度の高温熱処理する水素アニール法が提案されている。
【０００５】
また、前記欠陥を有するシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で酸素外方拡散熱処理、例えばアルゴン雰囲気中、約１０００℃〜１３００℃で、約１時間程度の高温熱処理を行うことにより、水素雰囲気中で酸素外方拡散熱処理した場合と同様に、ウェーハ表面近くの欠陥が小さくしてウェーハ表面の欠陥が低減するアルゴンアニール法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
水素ガスまたはアルゴンなどの不活性ガス中の高温熱処理は、上記の表面欠陥の改善に極めて有効な方法であるが、一方でシリコンウェーハ表面に面荒れ（Ｈａｚｅ）が発生し易い問題を有している。特にシリコンウェーハの外周部に発生し易く、半導体デバイスの歩留まりを低下させる。
【０００７】
そこで、この面荒れの原因と考えられるガス中のＨ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２、Ｃ等の不純物を除去してガスの純度改善を図り、熱処理する方法が提案されている。これによってシリコンウェーハの面荒れの表面全体の平均レベルは改善できるが、ウェーハ外周部のそのレベルは高いままであるという問題が残っている。
【０００８】
さらに、当該高温熱処理後にウェーハ表面を再研磨する方法も提案されているが、これは工程が増えて煩雑であるとともに、問題の面荒れ部分を除去するとともにボイド性欠陥が消えた結晶欠陥のフリー領域をも除去していまい、デバイス歩留まりを劣化させることになる。
【０００９】
この発明は、水素ガスまたはアルゴンなどの不活性ガス中、あるいはその混合ガス中で行われるボイド性欠陥の低減のための高温熱処理において、ウェーハ表面に面荒れが発生し易い問題、特にウェーハの外周部に顕著に発生する面荒れを低減することを目的とし、また新たな工程を付加することなく簡単な方法で容易に前記面荒れを低減できる半導体ウェーハの熱処理方法の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、簡単な方法で容易に前記面荒れを低減できる方法を目的に種々検討し、当該高温熱処理を実施するのに一般的なバッチ式炉で特にガスが直接当たる頻度が高いシリコンウェーハ外周部に面荒れが多いことに着目し、さらに鋭意検討した結果、ウェーハ間の距離Ｄｗと水素などのガス流速Ｖｇとを所要範囲に制御することにより、ボイド性欠陥の低減を行うと同時にウェーハ外周部の面荒れを効果的に低減できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわち、この発明は、複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中に保持して熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ）と、ウェーハ外径（Ｒｗ），炉反応管内径（Ｒｔ），ガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）で規定されるガス流速（　Ｖｇ：ｓｌｍ／ｃｍ２：　Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））　）とを制御してウェーハ外周部における面荒れを低減することを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法である。
【００１２】
また、この発明は、複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中、例えば、１０００℃〜１３００℃、１時間以上保持する条件のバッチ式炉で熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ、但し５≦Ｄｗ≦２０）と、ウェーハ外径（Ｒｗ），炉反応管内径（Ｒｔ），ガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）で規定されるガス流速（　Ｖｇ：ｓｌｍ／ｃｍ２：　Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））　但しＶｇ≧０．０２　ｓｌｍ／ｃｍ２）とを制御、例えばウェーハ間隔とガス流速の関係が、　Ｄｗ　＜　−７．１Ｌｎ（Ｖｇ）　−２．３　なる式（但しＬｎ：　ｌｏｇｅ自然対数）を満足する条件で、制御してウェーハ外周部における面荒れを低減することを特徴とする半導体ウェーハの熱処理方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明は、シリコンウェーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅させる熱処理を行う、例えばバッチ式炉において、ガスが直接当たる頻度が高いシリコンウェーハ外周部に発生する面荒れを、ウェーハ間の距離Ｄｗと水素などのガス流速Ｖｇとを所要範囲に制御することにより低減するものである。
【００１４】
この発明において、結晶欠陥を消滅させる熱処理は、公知の方法であって、水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気にて、１０００℃〜１３００℃、１時間以上保持する条件で行われるものである。特に、ウェーハ外周部に発生する面荒れは、１１００℃以上の熱処理において発生しやすい。
【００１５】
この発明において、熱処理に使用する熱処理炉は、図１に示すバッチ式炉が一般的であり、雰囲気ガスは縦型の反応管１の場合、反応管１上側の導入口２から導入されて同下部の排気口３から排気される。反応管１内では、立設配置される柱状治具４に設けた溝にウェーハ５のエッジを支持させて、水平にウェーハ５を支持し、該溝間隔を適宜設定することで一定間隔で多数のウェーハ５を積層配置する構成からなる。なお、反応管が横型であっても基本的機構は縦型と同様である。
【００１６】
この治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ：ｍｍ）は、炉の大きさと一回で熱処理されるウェーハ数との生産効率から適宜選定されることになるが、発明者らは、ウェーハ間の距離と反応管１内のガス流速の選定によって、熱処理されるウェーハ５外周部における面荒れの発生度合いが大きく異なることを知見した。
【００１７】
すなわち、ウェーハ５外周部における面荒れは、ガス流れにより影響され、このガス流れは主にガス流速とウェーハ間隔によって決定され、発明者らは実験により、図２に示すごとく、ガス流速とウエーハ間隔に関して適正な条件を選択することにより、シリコン基板外周部まで、面荒れレベルを改善することが可能であること知見した。
【００１８】
ここでガス流速Ｖｇは、図１の如く反応管に流すガス流量（Ｆｇ：ｓｌｍ）と熱処理されるウェーハ半径（Ｒｗ）と反応管内径（Ｒｔ）を用いて下記式で定義される。
Ｖｇ＝Ｆｇ／（π（Ｒｔ２−Ｒｗ２））（　ｓｌｍ／ｃｍ２）
【００１９】
治具に保持される各ウェーハ間の距離（Ｄｗ）は、治具への自動移載を可能にするため５ｍｍ以上は必要であり、面荒れレベルを良好に保つためには上記のガス流速Ｖｇの式を満足する流速であればいずれの速度でもよい。一方、面荒れレベルと生産性とを考慮すると、各ウェーハ間の距離は２０ｍｍ以下が好ましい。また、外径３００ｍｍのウェーハの場合、図２から明らかなごとく２５ｍｍを超えるとガス流速が遅くなりすぎて、熱処理本来の目的の結晶欠陥の改善効果が得られ難くなることから２０ｍｍ以下が好ましい。
【００２０】
また、ガス流速Ｖｇは、熱処理本来の目的の結晶欠陥の改善効果を得るには少なくとも０．０２　ｓｌｍ／ｃｍ２以上の流速が必要であるが、０．３４　ｓｌｍ／ｃｍ２を超えるとウェーハ間の距離（Ｄｗ）を５ｍｍ以下にする必要があり、治具への自動移載が不能となるため、０．３　ｓｌｍ／ｃｍ２以下が好ましい。
【００２１】
従って、好ましくはウェーハ間隔Ｄｗとガス流速Ｖｇの関係が、
Ｄｗ　＜　−７．１Ｌｎ（Ｖｇ）　−　２．３　（但しＬｎ：ｌｏｇｅ）なる式を満足する条件で熱処理することにより、熱処理による結晶欠陥の改善効果を何ら疎外することなく、ウェーハ外周部における面荒れを低減することが可能となる。
【００２２】
要するに、この発明の熱処理方法は、複数の半導体ウェーハを水素ガスまたは不活性ガスあるいはその混合ガス雰囲気中、例えば、水素ガス中、１２００℃、１時間保持する条件のバッチ式炉で熱処理するに際し、治具に保持される各ウェーハ間の距離Ｄｗ（但し５≦Ｄｗ）と、ガス流速Ｖｇ（但し０．０２≦Ｖｇ≦０．３　ｓｌｍ／ｃｍ２）とを、　Ｄｗ　＜　−７．１Ｌｎ（Ｖｇ）　−２．３　（但しＬｎ：ｌｏｇｅ）なる式を満足する条件で、制御してウェーハ外周部における面荒れを低減するものである。
【００２３】
【実施例】
図１に示すバッチ式炉を用い、外径３００ｍｍのｐ−シリコンウェーハに、１００％水素ガスまたは１００％アルゴンガス中で、１２００℃に１時間保持する熱処理を施した。この際、治具に保持される各ウェーハ間の距離Ｄｗを６．３５ｍｍ〜２５．４ｍｍの範囲で変化させ、また反応管内の平均ガス流速Ｖｇを０．０１ｓｌｍ／ｃｍ２〜０．３４ｓｌｍ／ｃｍ２で変化させて実施した。
【００２４】
熱処理後に各ウェーハの外周部における面荒れとウェーハ表面のＬＰＤ数の測定を行った。面荒れは、外周部１０ｍｍ幅の部分について面検機（ＳＰ１，ＤＷＮモード）を使用して測定し、０．１５ｐｐｍを超える場合を不良×、０．１５ｐｐｍ以下を良品○とした。また、表面ＬＰＤ数は、１００個を超える場合を不良×、１００個以下を良品○とした。測定結果を表１に示す。また、前記測定結果をガス流速Ｖｇとウェーハ間隔Ｄｗとの関係を図２のグラフに表す。
【００２５】
さらに、ウェーハ間の距離Ｄｗを１１ｍｍ、ガス流速Ｖｇを０．１５ｓｌｍ／ｃｍ２とした本発明実施番号１０のウェーハの面検機評価結果を模式的に示す図３Ａのとおり、面荒れが全く発生していない。ところが、ウェーハ間の距離Ｄｗを２２ｍｍ、ガス流速Ｖｇを０．０７６ｓｌｍ／ｃｍ２とした比較例実施番号１３のウェーハの面検機評価結果を模式的に示す図３Ｂのとおり外周部のみならず、斜線で示す面荒れ部分がウェーハ全面に認められる。また、ウェーハ間の距離Ｄｗを９．５ｍｍ、ガス流速Ｖｇを０．２２ｓｌｍ／ｃｍ２とした比較例実施番号７のウェーハの面検機評価結果を模式的に示す図３Ｃのとおり、斜線で示す面荒れ部分が外周部に認められる。
【００２６】
【表１】
2004014618.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
この発明によると、水素ガスまたはアルゴンなどの不活性ガス中、あるいはその混合ガス中で行われるボイド状欠陥の低減のための高温熱処理において、ウェーハ間の距離Ｄｗとガス流速Ｖｇとを所要範囲に制御することにより、新たな工程を付加することなく、ウェーハの外周部に顕著に発生する面荒れを簡単に低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは熱処理に使用するバッチ式炉のガス流れを示す説明図であり、Ｂは隣接するウェーハ間のガス流れを示す拡大説明図であり、Ｃは反応管上部から見た説明図である。
【図２】ガス流速Ｖｇとウェーハ間隔Ｄｗとの関係を示すグラフである。
【図３】実施例におけるウェーハの面検機評価結果を模式的に示すため面荒れとして評価される箇所を斜線で表示したウェーハの説明図であり、Ａはこの発明の熱処理方法による場合、Ｂ、Ｃは比較例の場合である。
【符号の説明】
１　反応管
２　導入口
３　排気口
４　柱状治具
５　ウェーハ
【図１】
2004014618.tif 000004
【図２】
2004014618.tif 000005
【図３】
2004014618.tif 000006