(57)【要約】【課題】  表面からバルク層まで、深さ方向の比抵抗が均一なシリコンウェーハおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  ボロンがドーパントとされたＰ型のシリコンウェーハを、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃に１時間保持して熱処理する。また、熱処理されたシリコンウェーハを移載室から搬出した後、次に熱処理されるシリコンウェーハが移載室に投入するまでのウェーハボートが移載室に待機する待機時間を２時間以内とする。この結果、Ｐ型シリコンウェーハの表面のＮ型不純物濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。この結果、表面からバルク層まで比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハを得ることができる。【選択図】図１
2005333090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上の熱処理されたＰ型シリコンウェーハにおいて、
ＢＭＤ密度が５×１０７個／ｃｍ３以上であり、表面から５μｍまでの深さ範囲のＮ型不純物の濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるＰ型シリコンウェーハ。
【請求項２】
上記Ｎ型不純物がリン、砒素のうちの少なくともいずれか１つである請求項１に記載のＰ型シリコンウェーハ。
【請求項３】
上記熱処理は、縦型炉内に上記Ｐ型シリコンウェーハを投入し、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して行う請求項１または請求項２に記載のＰ型シリコンウェーハ。
【請求項４】
比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコンウェーハを、縦型炉内に投入し、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持するＰ型シリコンウェーハの熱処理方法において、
縦型炉内で熱処理されたシリコンウェーハを移載室のウェーハボートから搬出した後、次に熱処理されるシリコンウェーハをウェーハボートに移載するまでのウェーハボートが移載室に待機する待機時間が２時間以内であるＰ型シリコンウェーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＰ型シリコンウェーハおよびその熱処理方法、詳しくは比抵抗の大きいＰ型シリコンウェーハおよびその熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の普及により、高周波用途として、比抵抗の大きい（１０Ω・ｃｍ以上）Ｐ型シリコンウェーハの需要が高まっている。この高比抵抗のＰ型シリコンウェーハを得るためには、ドープされる不純物の濃度を低濃度にして作製する。Ｐ型シリコンウェーハの場合、不純物として、例えばボロンがドープされている。このときのボロン濃度は、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【０００３】
比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコンウェーハにおいては、ドーパント濃度と比抵抗の関係は、ほぼ完全に逆比例の関係を有する。すなわち、Ｐ型のドーパント濃度の低下に伴い、比抵抗が増大する関係を有している。したがって、高周波製品に使用される比抵抗の大きいＰ型シリコンウェーハにおいては、深さ方向の比抵抗を均一にすることは重要である。
このような、シリコンウェーハの表面近傍の比抵抗の均一化を図る技術は、例えば特許文献１に記載の先行技術文献に開示されている。この特許文献には、シリコンウェーハの表面をＨＦ液で洗浄して、この後、アルゴンガス雰囲気で熱処理を行うことにより、表面近傍の比抵抗の均一化を図る技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表ＷＯ０１−０７３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｐ型シリコンウェーハは、製造工程において、ＣＯＰなどの低減のために熱処理された後、出荷されている。しかし、この熱処理を行う縦型熱処理装置の縦型炉において、移載室内のウェーハボートには不純物が蓄積しやすい。この不純物の１つにＮ型不純物が含まれる。Ｎ型不純物は、移載室の雰囲気中に存在している。そして、このＮ型不純物は、移載室内のウェーハボートまたは移載中のＰ型シリコンウェーハ表面に付着してしまう。しかも、熱処理前の移載室においてウェーハボートの滞在時間が長いほど、Ｐ型シリコンウェーハはＮ型不純物に汚染されやすい。よって、Ｐ型シリコンウェーハは、その表面からＮ型不純物に汚染される。そして、このＮ型不純物が、ボロンのドーパント濃度を相殺する。これにより、Ｐ型シリコンウェーハは、表面からバルク層への深さ方向の比抵抗が不均一になってしまう。
そこで、本願発明者は、縦型炉において、熱処理されたＰ型シリコンウェーハを移載室から搬出した後、次に熱処理されるシリコンウェーハが移載室に投入するまでのウェーハボートの待機時間を短時間にするように管理し、Ｐ型シリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気で熱処理を行うことで、表面から深さ方向の比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハが得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
この発明は、アルゴンガス雰囲気で熱処理されたＰ型シリコンウェーハであって、表面からバルク層への深さ方向の比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハおよびそ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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上の熱処理されたＰ型シリコンウェーハにおいて、ＢＭＤ密度が５×１０７個／ｃｍ３以上であり、表面から５μｍまでの深さ範囲のＮ型不純物の濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるＰ型シリコンウェーハである。
比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコンウェーハは高周波製品に用いられる。このＰ型シリコンウェーハには、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のボロン（Ｐ型ドーパント）がドープされている。
また、下記のアルゴンガス雰囲気で熱処理を行うと、ＢＭＤ密度が５×１０７個／ｃｍ３以上のＰ型シリコンウェーハとなる。
【０００８】
請求項１に記載のＰ型シリコンウェーハにあっては、ボロンがドーパントとされたＰ型シリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気で熱処理する。このときの熱処理は、１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して処理される。高周波デバイス用途の比抵抗の高いシリコンウェーハの特性を損ねないためには、Ｐ型シリコンウェーハの表面からＮ型不純物の濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする必要がある。通常、アニールされたシリコンウェーハにおける上記Ｎ型不純物の汚染の現象は、表面から５μｍ以内の深さ範囲に発生する。Ｎ型不純物濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越えると、形成されるデバイスによっては特性が変化し、目標のデバイス特性が得られなくなってしまう。そこで、上記熱処理を施すことにより、表面からバルク層への深さ方向の比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハを得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記Ｎ型不純物がリン、砒素のうちの少なくともいずれか１つである請求項１に記載のＰ型シリコンウェーハである。
Ｐ型シリコンウェーハ中に含まれるＮ型不純物としては、リン、砒素などの５Ｂ族元素のうちの少なくとも１つである。
【００１０】
請求項２に記載のＰ型シリコンウェーハにあっては、Ｎ型不純物はリン、砒素のうちの少なくとも１つである。Ｐ型シリコンウェーハにＮ型不純物が何らかの原因で表面に付着する。そして、このＰ型シリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気で熱処理すると、Ｐ型（ボロン）のドーパント濃度を相殺して表面比抵抗を変化させる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記熱処理は、縦型炉内に上記Ｐ型シリコンウェーハを投入し、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して行う請求項１または請求項２に記載のＰ型シリコンウェーハである。
熱処理は縦型炉を使用して実施される。熱処理は、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に保持して実施される。１１００℃未満であると、アニール後のシリコンウェーハ表面のＣＯＰが低減するなどの改善の効果が得られ難い。１３００℃を越えると、スリップが発生しやすい。
【００１２】
請求項３に記載のＰ型シリコンウェーハにあっては、縦型炉において、Ｐ型シリコンウェーハを、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して熱処理する。このアルゴンガス雰囲気での熱処理により、シリコンウェーハの表面近傍のＣＯＰを低減することができる。また、このような熱処理を施すことにより、これまで製造が不可能であった表面から５μｍ以内の深さ範囲のＮ型不純物濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。そして、表面から深さ方向の比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハを得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコンウェーハを、縦型炉内に投入し、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持するＰ型シリコンウェーハの熱処理方法において、縦型炉内で熱処理されたシリコンウェーハを移載室のウェーハボートから搬出した後、次に熱処理されるシリコンウェーハをウェーハボートに移載するまでのウェーハボートが移載室に待機する待機時間が２時間以内であるＰ型シリコンウェーハの熱処理方法である。
【００１４】
請求項４に記載のＰ型シリコンウェーハの製造方法にあっては、縦型炉を使用した熱処理は以下のようにして行われる。まず、縦型熱処理装置の外に設けられたウェーハ容器から略１００枚のＰ型シリコンウェーハを、縦型炉に連通する移載室に配設されたウェーハボートに移載する。次いで、Ｐ型シリコンウェーハが移載されたウェーハボートを縦型炉に投入する。この後、縦型炉においてウェーハボートに搭載されたＰ型シリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して熱処理する。この熱処理の後、ウェーハボートを移載室に取り出す。さらに、移載室内でウェーハボートを冷却する。冷却後、ウェーハボートからＰ型シリコンウェーハをウェーハ容器に移載し、このウェーハ容器を移載室の外へ搬出して一連の熱処理を完成させる。
さまざまな検討を行った結果、縦型炉に連通する移載室において、ウェーハボートはＮ型不純物に汚染されやすい。また、このウェーハボートに搭載されたＰ型シリコンウェーハも、Ｎ型不純物に汚染されやすいことを発見した。
そこで、熱処理されたＰ型シリコンウェーハを移載室から搬出した後、次に熱処理されるＰ型シリコンウェーハをウェーハボートに移載するまでのウェーハボートが移載室に待機する待機時間を検討した結果、これを２時間以内とする。これにより、ウェーハボートは、移載室内において、Ｎ型不純物に汚染されにくくなる。したがって、アニール後において、ゲッタリング能力が高く、表面が高結晶性（ＣＯＰなし）のＰ型シリコンウェーハを得るととともに、高周波デバイス用途の比抵抗の高いＰ型シリコンウェーハを得ることができる。待機時間を２時間以内とするために、例えば、移載室にタイマーなどを用いて管理する。またはプロセスによる管理として、高スループットのウェーハ移載機使用により移載時間の短縮、ウェーハ未処理が１時間以上に渡る場合にはボートを炉内に保管するなどの方法が有効である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ボロンの不純物がドーパントとされたＰ型シリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気で熱処理する。このときの熱処理は、１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して処理される。このような処理を施すと、Ｐ型シリコンウェーハの表面から５μｍ以内の深さ範囲にＮ型不純物の汚染が見られない。Ｐ型シリコンウェーハ表面の不純物濃度評価を行っても、Ｎ型不純物の濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。具体的な製造方法としては、熱処理されたＰ型シリコンウェーハを移載室のウェーハボートから搬出する。そして、熱処理されるＰ型シリコンウェーハが移載室に投入するまで、ウェーハボートが移載室で待機する時間を２時間以内とする。これにより、表面からバルク層への深さ方向の比抵抗が均一なＰ型シリコンウェーハを得ることができる。
【実施例】
【００１６】
以下、この発明の一実施例を、図１〜図４を参照して説明する。
最初に、Ｐ型シリコンウェーハ１１の加工工程について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により育成されたシリコンインゴットからスライスしたシリコンウェーハ１１を準備する。このシリコンウェーハ１１には、ボロンがドープ（濃度１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）されている。
次に、図１（ｂ）に示すように、スライスされたＰ型シリコンウェーハ１１は面取り工程で、その周縁部が面取り用の砥石を用いて所定形状に面取りされる。その結果、Ｐ型シリコンウェーハ１１の周縁部は、断面が所定の丸みを帯びた形状に成形される。
次いで、図１（ｃ）に示すように、ラッピング工程において、ラップ盤により面取りウェーハについてのラップ加工を施す。
そして、次の図１（ｄ）に示すエッチング工程では、ラップドウェーハを所定のエッチング液（混酸またはアルカリ＋混酸）に浸漬し、ラップ加工での歪み、面取り工程などの歪みなどを除去する。この場合、通常片面で２０μｍ、両面で４０μｍ程度をエッチングする。
その後、図１（ｅ）に示すように、必要に応じＰ型シリコンウェーハ１１にドナーキラー熱処理工程を施す。
次いで、図１（ｆ）に示すように、このＰ型シリコンウェーハ１１の表面に鏡面研磨を施す。
そして、図１（ｇ）に示す洗浄工程を実施する。洗浄工程には、ＳＣ１洗浄およびＳＣ２洗浄を備えたＲＣＡ洗浄である。ＳＣ１洗浄には、アンモニア水溶液（ＮＨ４ＯＨ）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）との混合液が使用される。ＳＣ１洗浄により、Ｐ型シリコンウェーハ１１表面の有機物（パーティクル）が除去される。
また、ＳＣ２洗浄の洗浄液は、塩酸水溶液（ＨＣｌ）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ）と水（Ｈ２Ｏ）との混合液が使用される。ＳＣ２洗浄により、Ｐ型シリコンウェーハ１１表面の金属不純物が除去される。この後、Ｐ型シリコンウェーハ１１を完成させる。
さらに、図１（ｈ）に示すように、Ｐ型シリコンウェーハ１１をアルゴンガス雰囲気で熱処理（アルゴンアニール）する。
熱処理工程は下記に詳細に説明する。
最後に、図１（ｉ）に示すように、洗浄および乾燥してＰ型シリコンウェーハ１１を完成させる。
【００１７】
次に、Ｐ型シリコンウェーハ１１の熱処理方法について詳細に説明する。
図２は、熱処理を行う縦型熱処理装置の全体構成を示す。これは、通常の縦型熱処理装置である。本発明に係る縦型熱処理装置は、加熱手段であるヒータ１３と、その内側に略円筒状のプロセスチューブ１４（縦型炉）とを備えている。プロセスチューブ１４は、石英ガラス製である。また、上記プロセスチューブ１４の下部には、プロセスチューブ１４に連通して画成された移載室１５が配設されている。そして、略１００枚のシリコンウェーハを水平に保持して搭載する縦型のウェーハボート１２が配設されている。このウェーハボート１２は、移載室１５からプロセスチューブ１４内に投入されるように設けられている。
【００１８】
次に、Ｐ型シリコンウェーハ１１の熱処理方法について説明する。
図１に示すように、まず、移載室１５において、ウェーハボート１２にＰ型シリコンウェーハ１１を複数枚（略１００枚）移載する。次に、Ｐ型シリコンウェーハ１１が移載されたウェーハボート１２を、プロセスチューブ１４内に投入する。このプロセスチューブ１４内において、アルゴンガス雰囲気で１１００〜１３００℃の温度に１時間保持してＰ型シリコンウェーハ１１を熱処理する。
この後、プロセスチューブ１４からウェーハボート１２を移載室１５に取り出す。そして、移載室１５内でウェーハボート１２を室温まで冷却する。冷却後、移載室１５の外にＰ型シリコンウェーハ１１を取り出して、熱処理工程を完成させる。次に、熱処理を行うＰ型シリコンウェーハ１１を投入するまで、移載室１５内においてウェーハボート１２を待機させる。ウェーハボート１２から熱処理後のＰ型シリコンウェーハ１１を搬出した時から次に熱処理を行うＰ型シリコンウェーハ１１を投入するまでの時間を待機時間とする。
【００１９】
この移載室１５において、以下の現象が確認される。すなわち、移載室１５での待機中にＰ型シリコンウェーハ１１がＮ型不純物に汚染される現象である。
図３は、移載室１５内においてウェーハボート１２を待機させて、熱処理されたＰ型シリコンウェーハ１１が搬出された後、次に熱処理されるＰ型シリコンウェーハ１１がウェーハボート１２に装入されるまでのウェーハボート１２の待機時間と、Ｐ型シリコンウェーハ１１表面のドーパント濃度（ボロン）のバラツキとの関係を示すグラフである。Ｎ型不純物は、移載室１５で待機中のウェーハボート１２上に蓄積したり、移載室１５の雰囲気を汚染したりする。そして、このような雰囲気中で移載されたＰ型シリコンウェーハ１１には、プロセスチューブ１４内で熱処理中において、表面にＮ型不純物が拡散される。この図３のグラフから、時間の経過とともに、ドーパント濃度の低下が著しくなってしまう結果となる。また、移載室１５において待機時間が長いほどＰ型シリコンウェーハ１１はＮ型不純物に汚染されやすくなってしまう。
【００２０】
上記問題を解消するために、アルゴンガス雰囲気で熱処理する場合には、熱処理前の移載室１５でのウェーハボート１２の待機時間を短くし、速やかに熱処理を実施する必要がある。
そこで、ウェーハボート１２が移載室１５に待機する待機時間を管理する。図３に示すグラフの結果により、ドーパント濃度のばらつきを１５％以下に抑えるために、ウェーハボート１２が移載室１５に待機する待機時間を２時間以内とする。この待機時間を２時間以内とするために、例えば、移載室１５にタイマーを設けるなどして管理する。
ウェーハボート１２が移載室１５に待機する待機時間を２時間以内に管理し、上記熱処理を行うことにより、表面から５μｍ以内のＮ型不純物の濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下のＰ型シリコンウェーハ１１を得ることができる。また、ボロンの外方拡散による落ち込みがないＰ型シリコンウェーハ１１を得ることができる。さらに、このＰ型シリコンウェーハ１１のＢＭＤ密度は５×１０７個／ｃｍ３以上である。この結果、表層部とバルク層との比抵抗が均一なアニール後のＰ型シリコンウェーハ１１を得ることができる。
【００２１】
次に、本発明であるアルゴンガス雰囲気でＰ型シリコンウェーハ１１の熱処理についての実験結果を報告する。
上述の図１（ａ）〜（ｉ）の各工程を経て作製されたＰ型シリコンウェーハ１１の表面から深さ方向のリンの濃度を測定した。なお、ウェーハボート１２が移載室１５に待機する待機時間を２時間以内として、上記熱処理を行った。
また、従来例として、待機時間が２時間を越えた後、図１（ｈ）に示すアルゴンガス雰囲気での熱処理を行ったＰ型シリコンウェーハ１１のリンの濃度も同時に測定した。この結果を図４のグラフに示す。
以上の実験の結果より、Ｐ型シリコンウェーハ１１を、アルゴンガス雰囲気で１１００℃〜１３００℃の温度に１時間保持して熱処理すると、Ｐ型シリコンウェーハ１１の表面から５μｍ以内のリンの汚染がみられない。この結果、表面からバルク層へのＰ型のドーパント濃度が均一なＰ型シリコンウェーハ１１を得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施例に係るＰ型シリコンウェーハの製造フローを示す工程図である。
【図２】この発明の一実施例に係るＰ型シリコンウェーハの熱処理を行う縦型熱処理装置の構成を示す正面図である。
【図３】この発明の一実施例に係るウェーハボートの待機時間とドーパント濃度（ボロン）のばらつきとの関係を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施例に係るＰ型シリコンウェーハの表面からの深さ位置とリンの濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１１  シリコンウェーハ。
【図１】
2005333090.tif 000003
【図２】
2005333090.tif 000004
【図３】
2005333090.tif 000005
【図４】
2005333090.tif 000006