(57)【要約】【課題】シリコンウェーハの結晶欠陥が存在せず、シリコンウェーハ表面でボロン濃度が一定で均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造することができ、シリコンウェーハの熱処理效率が高く、製造元価を低減させることができるアニールウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハをアルゴン（Ａｒ）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約５００℃に予熱する第１熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために熱処理炉内のガス雰囲気を１００％水素ガス雰囲気に変え、約８５０℃〜１１５０℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第２熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を１００％アルゴンガス雰囲気に変え、約１２００℃に昇温させた後、温度を維持しながら約１時間熱処理する第３熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約５００℃以下に降温する降温段階とを含む。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハをアルゴン（Ａｒ）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約５００℃に予熱する第１熱処理段階と、
シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために前記熱処理炉内のガス雰囲気を１００％水素（Ｈ２）ガス雰囲気に変え、約８５０℃〜１１５０℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第２熱処理段階と、
熱処理炉内のガス雰囲気を１００％アルゴンガス雰囲気に変え、約１２００℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約１時間熱処理する第３熱処理段階と、
熱処理炉内の温度を約５００℃以下に降温する降温段階と、
を含むことを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第２熱処理段階は、前記熱処理炉内の温度を約１１００℃まで昇温させた後、前記温度を維持しながら約１０分間熱処理する、ことを特徴とする請求項１記載のアニール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】
本発明はアニールウェーハ（ａｎｎｅａｌｅｄ　ｗａｆｅｒ）を製造する方法に係り、特に素子の活性層領域を無欠陥にし、不均一な比抵抗特性を制御した高品質なアニールウェーハを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット（ｉｎｇｏｔ）を成長させた後、シリコン単結晶インゴットをスライス（Ｓｌｉｃｉｎｇ）工程とエッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程、研磨（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を経てウェーハ形態が作られる。
【０００３】
そして、シリコンウェーハにおいて、シリコン単結晶成長時に発生する結晶成長欠陥（ｇｒｏｗｎ−ｉｎ　Ｄｅｆｅｃｔ）を除去し、素子の活性層領域（Ｄｅｖｉｃｅ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｒｅｇｉｏｎ）を無欠陥にしながらシリコンウェーハの内部を高密度酸素欠陥層にするために、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で一定時間約１２００℃以上の高温熱処理を必要とする。
【０００４】
しかし、かかるアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行う場合、図１に示すように、シリコンウェーハ１０をクリーンルーム（ｃｌｅａｎ　ｒｏｏｍ）内で一定時間放置する（イ）と、ボロン（ｂｏｒｏｎ）原子がシリコンウェーハ１０の表面に吸着する。その後、シリコンウェーハを、アルゴンガス雰囲気中で一定時間約１２００℃の高温で熱処理を行う（ハ）間に、ボロン原子はシリコンウェーハの内部に浸透する。
【０００５】
その結果、図２に示すようにボロンの濃度（ｂ）は、シリコンウェーハ表面で最大であり、シリコンウェーハの表面から約５μｍまではボロン原子の拡散により不均一になる。これによりシリコンウェーハの比抵抗値（ａ）は、シリコンウェーハの表面で最小になり、シリコンウェーハの表面から約５μｍまでは不均一になるという問題点がある。
【０００６】
したがって、かかる問題点を解決するために、従来にはアニールウェーハの表面を再研磨（ｒｅ−ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するか、或いはアルゴンガス雰囲気中で高温熱処理を行う直前にシリコンウェーハをＨＦでクリーニングしてボロン原子を除去するＨＦ−クリーニング方法が使われた。
【０００７】
しかし、前記再研磨方法を用いる場合は、不均一な比抵抗層を研磨して均一な比抵抗層のみを残すので、無欠陥層ＤＺ及びＣＯＰ　Ｆｒｅｅ領域の厚さが減り、顧客の望む製品の仕様に合わせにくいという問題点がある。
【０００８】
また、ＨＦ−クリーニングを行った後にアルゴン熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度（ｂ）と比抵抗値（ａ）の特性を考察すると、図３に示すように、極めて均一であるが、この場合にはＨＦ溶液の汚染が発生する可能性がある。よって、高純粋のＨＦ溶液を必要とするという問題点がある。
【０００９】
なお、熱処理工程の外に再研磨またはＨＦクリーニング工程などの別途工程をさらに含むので、製造原価の上昇などの原因として作用するという問題点がある。
【００１０】
日本公開特許第Ｐ２００２−１００６３４Ａ号公報（２００２年４月５日公開）には、アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行う前に水素ガス（Ｈ２）をアルゴンガスに混合して熱処理を行うことにより、従来の問題点を解決することができる方法がを提示されている。
【００１１】
しかし、Ｐ２００２−１００６３４Ａ号の場合は、水素ガスの濃度が一定量を超過すると、酸素と混合して爆発する可能性があるので、水素ガスを不活性ガスであるアルゴンガスと混合して使用し、この時、水素ガスは約３〜４％以下に混合しなければならないという問題点がある。よって、水素ガスが極微量混合するが、シリコンウェーハの熱処理工程にかかる時間が長いので、アニールウェーハを製造するための熱処理工程を効率よく行うのに問題がある。
【００１２】
【特許文献１】
日本公開特許第Ｐ２００２−１００６３４Ａ号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、シリコンウェーハの結晶欠陥が存在せず、シリコンウェーハ表面でボロン濃度が一定で均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造することができ、シリコンウェーハの熱処理效率が高く、製造元価を低減させることができるアニールウェーハの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のアニールウェイポの製造方法は、シリコンウェーハをアルゴン（Ａｒ）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガス、これらを含む不活性ガスのいずれか一つのガス雰囲気中の熱処理炉で約５００℃に予熱する第１熱処理段階と、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するために前記熱処理炉内のガス雰囲気を１００％水素ガス雰囲気に変え、約８５０℃〜１１５０℃内の一定温度まで昇温させながら熱処理する第２熱処理段階と、熱処理炉内のガス雰囲気を１００％アルゴンガス雰囲気に変え、約１２００℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約１時間熱処理する第３熱処理段階と、熱処理炉内の温度を約５００℃以下に降温する降温段階とを含んでなり、特に、第２熱処理段階では前記熱処理炉内の温度を約１１００℃まで昇温させた後、前記温度を維持しながら約１０分間熱処理することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１６】
図４は、本発明に係るボロン原子除去メカニズムを示す概路図であり、また、図５および図６は、本発明のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理を示すグラフである。
【００１７】
まず、シリコンウェーハ１０を熱処理するための前段階としてクリーンルーム（ｃｌｅａｎ　ｒｏｏｍ）内に一定の時間放置する（イ）。この時、クリーンルームの内部フィルターで発生するボロン原子２０が、シリコンウェーハ１０の表面の自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ　ｏｘｉｄｅ）に吸着する。
【００１８】
本発明は、図４及び図５、図６に示すように、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガス、これらを含む不活性ガスのいずれかの一つのガス雰囲気中で約５００℃で予熱する第１熱処理段階（図５のＩ）が行われる。この時、予熱段階は約３０分位にすることが望ましい。これは、以後の工程である熱処理工程において、シリコンウェーハにスリップが発生することを防止するために行われる予熱段階である。
【００１９】
その後、シリコンウェーハ１０の表面に吸着したボロン２０を取り除くために熱処理炉内のガス雰囲気を１００％水素ガス雰囲気に変え、約８５０℃〜１１５０℃の範囲内の一定温度に昇温させながら熱処理する、第２熱処理段階（図５のＩＩ）が進む。このような第２熱処理段階を行い、水素ガスがシリコンウェーハ表面のＳｉＯ２と反応を起こし、ＳｉＯ（ｇ）とＨ２Ｏ（ｇ）を生成させるとともに自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ　ｏｘｉｄｅ）を除去する。
【００２０】
そして、図４（Ｃ）に示すように、自然酸化膜に吸着したボロン原子２０が自然酸化膜と一緒に除去され、シリコンウェーハ１０表面のボロン濃度が均一になる。上述したメカニズムは次の化学式で表現される。
【００２１】
［化学式］
ＳｉＯ２＋Ｈ２→ＳｉＯ↑＋Ｈ２Ｏ↑
【００２２】
熱処理炉内の最小温度を８５０℃にするのは、シリコンウェーハの表面においてボロン原子と吸着している自然酸化膜と水素分子との反応が円滑に行える最小温度を算定したのである。そして、熱処理炉内の最大温度を１１５０℃にしたのは、熱処理炉内の水素ガス雰囲気中で１１５０℃以上の高温では熱処理炉内の内壁から金属粒子が発生し、これによりシリコンウェーハ１０の金属汚染が発生する恐れがあるからである。
【００２３】
また、第２熱処理段階は図６に示すように、熱処理炉内の温度を約１１００℃に昇温させた後、前記温度を維持しながら約１０分間熱処理すること（図６のＩＩ）が望ましい。これはシリコンウェーハ１０の表面からボロン原子２０を充分に除去してさらに均一なボロン濃度を実現することで、シリコンウェーハ１０の表面での比抵抗値をさらに均一にすることができるからである。
【００２４】
次に、熱処理炉内のガス雰囲気を１００％アルゴンガス雰囲気に変え、約１２００℃に昇温させた後、約１時間熱処理する第３熱処理段階ＩＩＩ（ハ）を進める。これは、第２熱処理段階ＩＩでシリコンウェーハ１０の表面に吸着したボロン原子を除去した後に、１００％アルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行うのである。すなわち、シリコンウェーハ１０の内部への拡散可能性のあるボロン原子２０を予め除去した上で高温の熱処理を行うことで、シリコンウェーハ１０表面の比抵抗減少の問題を根本的に解決し、シリコンウェーハ１０において、シリコン単結晶成長時発生した結晶成長欠陥（ｇｒｏｗｎ−ｉｎ　Ｄｅｆｅｃｔ）を除去することができる。
【００２５】
最後に、熱処理炉内の温度を約５００℃以下に降温させる降温段階ＩＶを含む。
【００２６】
上述したような本発明のアニールウェーハの製造方法にて製造されたアニールウェーハ（図４（Ｄ））のボロン濃度と比抵抗値を測定してみると、図７に示すように、シリコンウェーハ１０の表面で５μｍ以内でも均一なボロン濃度（ｂ）と比抵抗値（ａ）を持ち、これによりシリコンウェーハ１０の表面からシリコンウェーハ１０内部の深さまで均一なボロン濃度（ｂ）と比抵抗値（ａ）を示すことがわかる。これから、従来のＨＦクリーニングを行った後にアルゴンガス雰囲気中で高温の熱処理を行ったアニールウェーハのボロン濃度と比抵抗値を測定したグラフ（図３）とほぼ類似していることがわかる。
【００２７】
【発明の效果】
本発明は、シリコンウェーハの結晶欠陥を無くすための熱処理工程において、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを除去するための別途工程なしに、シリコンウェーハの表面に吸着したボロンを効率よく短時間で除去し、均一な比抵抗値を持つ高品質なアニールウェーハを製造できる方法を提供した。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアルゴン熱処理によるボロン原子浸透メカニズムを示す概路図である。
【図２】従来のアルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図３】従来のＨＦクリーニング過程を経た後アルゴンガス雰囲気中で熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度を示すグラフである。
【図４】本発明によるボロン原子除去メカニズムを示す概路図である。
【図５】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理を示すグラフである。
【図６】本発明のアニールウェーハの製造方法による熱処理グラフである。
【図７】本発明によって熱処理したアニールウェーハの比抵抗及びボロン濃度グラフである。
【符号の説明】
１０　ウェーハ
１１　ＤＺ（ｄｅｎｕｄｅｄ　ｚｏｎｅ）
２０　ボロン原子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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