(57)【要約】不純物の密度を低減し、熱応力なく基板の電気特性の均一性を改善するための、複数のウェハを処理する装置および方法。ウェハは、化学処理され、封止された反応チューブにおいてヒ素過圧下で調整された温度プロフィールによりウェハを加熱するように加熱処理される。温度プロフィールは、封止された反応チューブを含む炉内のそれぞれのゾーンの温度を調整する。ウェハの不純物は、溶解され、ウェハの内部から外部へ外方拡散される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一に分布した不純物を内部に有する複数のウェハ・スライスを処理する方法であって、
前記複数のウェハ・スライスを含む反応チューブ内に所定量のヒ素をロードすることと、
前記複数のウェハを前記反応チューブ内にロードして、前記反応チューブを真空下で封止することと、
複数のゾーンを有しうる炉内に前記反応チューブをロードすることと、
前記複数のウェハ・スライスの前記不純物が前記複数のウェハ・スライスの内側部分から外側部分へ拡散されるように、所定の温度プロフィールにより前記炉内の前記ゾーンの温度を調整することと、
前記反応チューブから前記複数のウェハ・スライスを取り外すことと、
前記不純物を含む前記複数のウェハ・スライスの前記外側部分を除去するように、前記複数のウェハ・スライスを研磨することと
を含む複数のウェハ・スライスを処理する方法。
【請求項２】
前記複数のウェハ・スライスを処理する前に、前記複数のウェハ・スライスを化学エッチングすることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学エッチングが、酸化剤および錯化剤のうち少なくとも１つにより行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のウェハ・スライスをウェハ・スライス・ホルダー上にロードすることと、
前記ウェハ・スライス・ホルダーを前記反応チューブ内にロードすることと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェハ・スライス・ホルダーは複数のスロットを含み、各スロットはウェハ・スライスを垂直位置に保持する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ウェハ・スライスは屈曲したウェハ縁端部を有し、前記スロットは前記ウェハ・スライスの前記屈曲ウェハ縁端部の曲率に合致した曲率を形成する固有の半径を有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のウェハ・スライスが、ｎ型ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ｐ型ＧａＡｓ、および半絶縁性ＧａＡｓのうち少なくとも１つから生成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記温度プロフィールは、前記ゾーンのうちの１つのゾーンにおいて、半導体材料の溶融温度未満である第１の温度で前記炉を第１の継続時間維持することと、前記ゾーンのうちの別のゾーンにおいて、前記第１の温度未満である第２の温度で前記炉を第２の継続時間維持することとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の温度は、前記複数のウェハ・スライスを構成する半導体材料の溶融温度の０．８〜０．９倍である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の温度は、前記第１の温度の０．３５〜０．８０倍である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の継続時間は、１〜５０時間である請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の継続時間は、１〜５０時間である請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応チューブ内の前記複数のウェハ・スライスのそれぞれは、前記研磨されたウェハ・スライスの厚さの１．２〜１．５倍の厚さ範囲を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応チューブ内にロードされた前記所定量のヒ素は、前記複数のウェハ・スライスを構成する半導体材料の化学量論的組成を保つための適切な蒸気圧を維持するに足る量を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応チューブは、石英チューブである請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ヒ素を前記反応チューブ内にロードした後であって前記反応チューブを前記炉内にロードする前に、残留水分およびガスのうち少なくとも一方を除去するように前記反応チューブを排気することと、
前記排気ステップ後に前記反応チューブを封止することと
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記排気ステップにおいて、前記反応チューブは、約１×１０−５トルの真空レベルまで排気され、この真空レベルが封止ステップによって維持される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
表面領域下方に不純物を有する複数の基板を処理する方法であって、
前記基板を化学処理することと、
基板ホルダーに前記複数の基板をロードすることと、
反応チューブ内に前記基板ホルダーをロードすることと、
前記反応チューブ内に所定量のヒ素をロードすることと、
残留水分およびガスのうち少なくとも一方を除去するように、前記反応チューブを排気することと、
前記反応チューブを真空下で封止することと、
前記石英アンプルのいくつかの位置において温度を調整するための複数の熱ゾーンを有する炉内に、前記封止された反応チューブをロードすることと、
不純物の溶解と前記溶解不純物の前記基板の前記表面領域への拡散とを行うために、前記封止された反応チューブを特定の温度プロフィールで加熱することと、
前記封止された反応チューブを冷却することと、
前記反応チューブから前記複数の基板を取り外すことと、
前記不純物を含む前記表面領域部分を除去するように、前記複数の基板を研磨することと
を含む複数の基板を処理する方法。
【請求項１９】
前記封止された反応チューブが、９５０〜１１００℃まで加熱され、１〜５０時間の範囲で一定時間保持される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の基板が、複数のウェハ・スライスである請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の基板が、ｎ型ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＡｓ、および半絶縁性ＧａＡｓのうち少なくとも１つから生成される請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記反応チューブ内にロードされた前記所定量のヒ素が、前記複数の基板を構成する半導体材料の化学量論的組成を保つための適切な蒸気圧を維持するに足る量を有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
ライト・ポイント・ディフェクトを低減させるために複数のウェハ・スライスを処理する装置であって、
ゾーン炉と、
前記ゾーン炉内の反応チューブと、
前記反応チューブ内に所定量のヒ素を配置することができる前記反応チューブ内のヒ素貯留部と、
前記処理のために複数のウェハ・スライスを保持することができる前記反応チューブ内のウェハ・スライス・ホルダーと、
前記ゾーン炉内の各ゾーンの温度を温度プロフィールによって調整するように、前記反応チューブを取り囲む複数の加熱素子と
を含む装置。
【請求項２４】
前記複数の加熱素子のそれぞれが、本質的に環状である請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記反応チューブ内に配置される前記所定量のヒ素は、高温においてヒ素過圧をもたらして、前記複数の被処理ウェハ・スライスを構成する半導体材料の化学量論的組成を保つのに適切な蒸気圧を維持するに足る量を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記温度プロフィールは、前記複数の被処理ウェハ・スライス内のライト・ポイント・ディフェクトの一因となる不純物が前記複数のウェハ・スライスの外側部分に拡散されるように、作成される請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記ウェハ・スライス・ホルダーは、複数のスロットを有し、各スロットは、被処理ウェハ・スライスを垂直位置に保持する請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記被処理ウェハ・スライスは、屈曲したウェハ縁端部を有し、前記スロットは、前記屈曲ウェハ縁端部の曲率に合致した曲率を形成する固有の半径を有する請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記装置は、ｎ型ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ｐ型ＧａＡｓ、および半絶縁性ＧａＡｓのうち少なくとも１つから生成される複数のウェハ・スライスを処理するために利用される請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記反応チューブは、封止可能な開口端と閉口端とを有し、前記ヒ素貯留部は、前記反応チューブの前記開口端近傍にある請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記反応チューブは、石英チューブである請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
半導体材料の処理方法であって、
高温においてヒ素過圧をもたらす所定量のヒ素を、前記半導体材料を含む反応チューブ内にロードすることと、
炉内に前記反応チューブをロードすることと、
前記半導体材料の不純物が前記半導体材料の外側部分へ外方拡散されるように、前記炉内のそれぞれのゾーンの温度を温度プロフィールによって調整することと、
前記反応チューブから前記半導体材料を取り外すことと、
不純物を含む前記半導体材料の外側ゾーン部を除去するように、前記半導体材料を研磨することと
を含む方法。
【請求項３３】
前記半導体材料がウェハである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
表面汚染物を除去するように化学エッチングによって前記半導体材料を処理することを更に含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
ホルダー上に前記半導体材料をロードすることと、
前記反応チューブ内に前記ホルダーをロードすることと、
前記反応チューブを封止することと
をさらに含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ホルダーは複数のスロットを含み、各スロットは半導体材料を垂直位置に保持する請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料の処理に関する。より詳細には、本発明は、半導体材料内の不純物および／または不良を低減させる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＩＣ）は、ウェハなどの半導体基板上に形成される。ウェハ内およびウェハ表面近傍の結晶特性の質は、重要な役割を果たす。特に、電気特性はＩＣデバイスにとって極めて重要であり、そのような電気特性は、基板内および基板表面近傍の結晶不良および／または不純物の影響を受ける。例えば、光電子ＩＣの応用例に使用される半導体性ヒ化ガリウム（「ＧａＡｓ」）材料ならびに超高速ディジタル回路に使用される半絶縁性ＧａＡｓ材料は、不純物の混入および不良の均一な分布について厳しい管理を要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体材料では、望ましくない不純物、およびバルク材料内でのヒ素沈殿物などの不良の存在が、基板における高密度ライト・ポイント・ディフェクト（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔｓ：ＬＰＤ）の一因となる。こうしたヒ素沈殿物の寸法は、５００〜２０００Åに及ぶ。バルク材料内の不純物／不良から形成される、表面、表面近傍および界面におけるこの高密度ＬＰＤは、ウェハ加工の様々な段階中に生成される。具体的にいうと、かなりのＬＰＤが、ウェハ処理から形成されるウェハ・スライスの研磨面上に見られる。ＬＰＤは、ウェハ・スライスの表面における顕微的不均一性の一因となっている。こうした表面および表面近傍の不良は、エピタクシー層上の顕微的表面不良の形成につながる。例えば、転位によるヒ素および不純物のゲッタリングが、不良や不純物のない大領域ならびにウェハ・スライスにおける大小のヒ素クラスタによって囲まれたひどく無秩序なコア領域を生じさせることがある。こうしたひどく無秩序なコア領域は、様々なサイズでウェハ・スライスに存在し、高密度ＬＰＤの基礎を形成する。ウェハ・スライス上のこうしたＬＰＤは、様々なレーザ光拡散技術および高輝度照明装置によって容易に検知される。不純物／不良は、ウェハ・スライスから作成される最終的なＩＣデバイスの性能、特性および歩留りに影響を及ぼす。
【０００４】
インゴットの結晶成長後の高温熱処理によってインゴットをアニーリングすることは、ウェハ生成プロセスの標準的な部分となっている。しかし、インゴットのアニーリングは、インゴットから作製されるウェハ・スライスにおけるＬＰＤ密度の低減または材料の均一性の改善には効果的でない。事実、インゴットのアニーリングは、高熱応力のために転位密度が増えるという短所を有する。高温の熱処理は、高熱応力が原因で結晶の化学量論的組成を劣化させて、転位密度が増大させるおそれがある。さらに、高温処理がこうしたヒ素沈殿物および不純物クラスタの再分布を主に伴うことから、インゴットのアニーリングは顕微的均一性を改善するのに効果的ではない。上記のインゴットから作られるウェハ・スライスなどの基板は、依然として高密度の不純物／不良を含んでいる。従って、電気特性の均一性を改善する一方で高密度ＬＰＤを低減する装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のいくつかの態様は、ウェハ・スライスや他のタイプの基板など、半導体材料内の不純物を低減させるための装置および方法に関する。本発明の一実施形態は、ＬＰＤ密度を低減し、かつ熱応力低減によって基板の電気特性の均一性を改善するための、ＧａＡｓウェハ・スライスのマルチ・ウェハ熱処理（ＭＷＴＴ）法に関する。
【０００６】
そのプロセスは、封止されたアンプルにおいてヒ素過圧下で、調整された温度プロフィールにより、ウェハ・スライスを化学処理しウェハ・スライスを熱処理する連続的なステップを含む。一態様では、ＭＷＴＴ法は、ウェハ・スライス内のヒ素沈殿物および他の不純物を溶解する段階と、溶解されたヒ素沈殿物および他の不純物が、ウェハ・スライスの表面および表面近傍または外側ゾーン部への拡散を調整する段階と、を含む。
【０００７】
特に、本発明は、そのウェハ・スライスが内側ゾーン部および外側ゾーン部を含み、不純物の少なくとも一部が内側ゾーン部に位置する、不純物を有する複数のウェハ・スライスを処理する方法を含み、この方法は、前記複数のウェハ・スライスを含む反応チューブ内に所定量のヒ素をロードし、複数のゾーンを有しうる炉内に前記反応チューブをロードし、前記複数のウェハ・スライスの前記不純物が前記複数のウェハ・スライスの内側部分から外側部分へ拡散されるように、所定の温度プロフィールにより前記炉内の前記ゾーンの温度を調整し、前記反応チューブから前記複数のウェハ・スライスを取り外し、前記不純物を含む前記複数のウェハ・スライスの前記外側部分を除去するように、前記複数のウェハ・スライスを研磨することを含む。
【０００８】
本発明の別の態様では、表面領域下方に不純物を有する複数の基板を処理する方法が、前記基板を化学処理し、基板ホルダーに前記複数の基板をロードし、反応チューブ内に前記基板ホルダーをロードし、前記反応チューブ内に所定量のヒ素をロードし、残留水分およびガスのうち少なくとも一方を除去するように、前記反応チューブを排気し、前記反応チューブを真空下で封止し、前記石英アンプルのいくつかの位置において温度を調整するための複数の熱ゾーンを有する炉内に、前記封止された反応チューブをロードし、不純物の溶解と前記溶解不純物の前記基板の前記表面領域への拡散とを行うために、前記封止された反応チューブを特定の温度プロフィールで加熱し、前記封止された反応チューブを冷却し、前記反応チューブから前記複数の基板を取り外し、前記不純物を含む前記表面領域部分を除去するように、前記複数の基板を研磨することを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、ライト・ポイント・ディフェクトを低減させるために複数のウェハ・スライスを処理する装置が、ゾーン炉と、前記ゾーン炉内の反応チューブと、前記反応チューブ内に所定量のヒ素を配置することができる前記反応チューブ内のヒ素貯留部と、前記処理のために複数のウェハ・スライスを保持することができる前記反応チューブ内のウェハ・スライス・ホルダーと、前記ゾーン炉内の各ゾーンの温度を温度プロフィールによって調整するように、前記反応チューブを取り囲む複数の加熱素子と、を含む。
【００１０】
最後に、本発明のさらに別の態様では、半導体材料の処理方法が、高温においてヒ素過圧をもたらす所定量のヒ素を、前記半導体材料を含む反応チューブ内にロードし、炉内に前記反応チューブをロードし、前記半導体材料の不純物が前記半導体材料の外側部分へ外方拡散されるように、前記炉内のそれぞれのゾーンの温度を温度プロフィールによって調整し、前記反応チューブから前記半導体材料を取り外し、不純物を含む前記半導体材料の外側ゾーン部を除去するように、前記半導体材料を研磨することを含む。
【００１１】
以下の詳細な説明がよりよく理解され、また同技術分野への本発明の貢献がよりよく理解されるように、本発明に見合ったいくつかの特徴をかなり大まかに概説してきた。勿論、以下に述べるような、添付の特許請求の範囲の主題を構成する、本発明に見合った更なる特徴もある。
【００１２】
これに関し、本発明に見合った少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下に述べられまたは図面に示された詳細な構造および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明に見合った方法および装置は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施、実行されることが可能である。また、本明細書で使用される表現法および専門用語ならびに以下に含まれる要約は、説明のためのものであり、限定するためのものではないことを理解されたい。
【００１３】
そのようなものとして、当業者であれば、本発明の様々な目的を実行するための他の構造、方法およびシステムの設計の基本として、この開示が基づく概念を容易に利用することができることを理解するであろう。従って、本発明に見合った方法および装置の趣旨および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲がこのような同等の構造も含むと見なすことが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の各実施形態は、半導体材料内の不純物を低減させるための装置および方法を対象としたものである。一実施形態では、半導体材料は、ウェハ・スライスなど多数の基板の形を取り、その実施形態は、III-V族またはII-VI族の単結晶化合物のウェハ処理に関する。II-VI族およびIII-V族の単結晶化合物は、通常１×１０−３〜１０９Ωｃｍの広範囲の抵抗性を持つ半導体ということができる。約１×１０７Ωｃｍより高い抵抗性を有するII-VI族およびIII-V族の単結晶化合物は、半絶縁体と称される。II-VI族およびIII-V族の化合物に応じて、単結晶形態は、その非ドープまたは真性状態において、あるいはドープ状態において、半絶縁性であることができる。ドープ状態にある単結晶形態例は、クロムまたは炭素をドーパントとして有するＧａＡｓ、あるいは鉄をドーパントとして有するリン酸インジウム（ＩｎＰ）を含む。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ウェハ・スライス内の不純物を低減する方法は、マルチ・ウェハ熱処理（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｗａｆｅｒ−ｔｈｅｒｍａｌ−ｔｒｉａｔｍｅｎｔ：ＭＷＴＴ）法と呼ばれうる。ＭＷＴＴ法は、封止された反応チューブ内の真空下におけるウェハ・スライスの化学処理およびウェハ・スライスの熱処理を含む。一実施形態では、反応チューブは石英アンプルである。説明のために、石英、融解石英、および融解シリカという用語は同義的に使用されることがあり、これら全ては、融解シリカ（ＳｉＯ２）によって作られた材料の群全体を指す。その実施形態において、ウェハ・スライスは、ある決まった方法で反応チューブ内に配置される。ウェハ・スライスは、ＬＰＤの低減を目的としてヒ素沈殿物および不純物を溶解するために、所定の温度プロフィール・プログラムによりヒ素過圧下において熱的に処理される。ＬＰＤという用語は、基板表面、またはレーザ光分散装置（例えば、ＴＥＮＣＯＲ Ｓｕｒｆｓｃａｎ（登録商標））によって或いは例えば５０，０００ルクスを越える光度による高輝度拡散光照明の照射によって検知されうる面における分散された輝点として称されうる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に基づく、ウェハ・スライス１０５内の不純物および／または不良を低減するための多数のウェハ・スライス１０５を処理する装置の断面図を示す。この装置は、炉１００、ライナー１０２、炉蓋１１４、炉１００内の反応チューブ１０３、多数の加熱素子１０１、ヒ素貯留部１０８、およびウェハ・スロット１０９を有するウェハ・スライス・ホルダー１０６を含む。ウェハ・スライス・ホルダー１０６は、ウェハ・スライスを処理のために保持することができる。一実施形態において、被処理ウェハ・スライス１０５は、ウェハ・スロット１０９内において最小接触となる垂直方向の自由位置で保持される。これらのウェハ・スロット１０９は、ウェハ・スライス１０５のウェハ縁端外形の曲率に合致するように組み込まれた一定の半径を有する。ウェハ・スライス・ホルダー１０６は、補強のために複数の支点１０７と共に設けられてもよい。
【００１７】
作動中に、ウェハ・スライス１０５とともに、所定量のヒ素元素１２０が反応チューブ１０３内にロードされる（積み込まれる）必要がある。一実施形態では、反応チューブ１０３内に積み込まれた所定量のヒ素１０２は、ウェハ・スライス１０５を形成する半導体材料の化学量論的組成を保持するための適度なヒ素蒸気圧を維持するのに十分である。好ましい実施形態では、所定量のヒ素１２０が、反応チューブ１０３内のヒ素貯留部１０８の内部またはその上に配置され、ヒ素貯留部１０８は、反応チューブ１０３の開口端近傍、または炉１００の他の場所の温度とは異なる温度下で調整可能な任意の場所の近くに配置される。別の実施形態では、ヒ素貯留部１０８は反応チューブ１０３に接続されることが可能であり、必要に応じてヒ素蒸気が反応チューブ１０３に供給される。
【００１８】
反応チューブ１０３は、好ましくは石英チューブであり、ウェハ・スライス１０５およびヒ素元素１２０が反応チューブ１０３内にロードされた後に、封止されることが必要とされる。一実施形態では、〜１×１０−５トール（ｔｏｒｒ）の真空レベルまでチューブが排気され、真空下での石英チューブ１０３の封止は、石英プラグ１０４を高温火炎で溶融することによって行われる。次いで、ウェハ・スライス１０５およびヒ素元素１２０を内側に有する封止された反応チューブ１０３が、支持部１１０上において石英ライナー１０２を有する炉１００内にロードされる。次いで、炉１００の各端部に炉蓋１１４が取り付けられる。
【００１９】
加熱素子１０１は、反応チューブ１０３を取り囲み、炉１００内部のいろいろなゾーンの温度を温度プロフィールにより調整する。本発明の一実施形態によれば、こうした加熱素子１０１は、群をなして配置され、封止された反応チューブ１０３に隣接し、３つの温度ゾーン１１１、１１２、１１３に配置される。簡略化のため、ここでは、３つの温度ゾーン１１１、１１２、１１３のみが示される。非常に厳密な温度調整が必要な場合には、３つ以上の温度ゾーンが使用されることに留意されるべきである。一実施形態では、熱処理プロセスに関する温度を上げるために、それぞれの温度ゾーン１１１、１１２、１１３に電力が供給される。通常、初期の加熱段階および冷却段階における温度は、熱処理プロセス中にウェハ・スライス１０５のウェハ表面のいかなる部分上にも過剰量のヒ素が沈積されないように、調整される。ヒ素の凝縮は、例えばウェハ・スライス１０５の一部を含むゾーン１１２、ウェハ・スライス１０５の別の一部を含むゾーン１１３、およびヒ素元素１２０を含むゾーン１１１などの温度ゾーンにおける示差温度を保持することによって、調整される。
【００２０】
図１に示す装置およびそれに類似した装置によって行うことができるＭＷＴＴ法は、従来の高温処理には付きものの化学量論的組成の悪化および高熱応力という不利点を克服する。ＭＷＴＴ法は、ウェハ・スライスの化学処理およびウェハ・スライスの熱処理を含み、それによってヒ素沈殿物および不純物クラスタを溶解し、溶解種をウェハ・スライスのコアからウェハ・スライスの表面および表面近傍部分に拡散させる。次いで、ウェハ・スライスの外側領域は、続くウェハ処理段階において除去される。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態による、ウェハ・スライスなどの多数の基板内の不純物／不良を溶解して再分布するためのＭＷＴＴ法を示す。ステップＰ２００では、インゴットが、多数のウェハ・スライスに薄切りされ、各ウェハ・スライスは適切なウェハ・スライス所定厚さを有する。一実施形態では、適切なウェハ・スライスが、５００μｍから１２００μｍまでの範囲に及ぶ。ステップＰ２１０では、ウェハ・スライスにおいて縁端部の研削が行われ、ウェハ・スライスは所要の直径までエッジの研削がなされ、本発明のいくつかの実施形態によれば、その直径が５０ｍｍから１５０ｍｍまでとなりうる。
【００２２】
次いで、ステップＰ２２０では、ウェハ・スライスの上部表面状態のみに影響を及ぼす化学処理が行われる。化学処理は、バルク特性に影響を及ぼしうるあらゆる外部／表面汚染物質を取り除く際ばかりではなく、高温処理技術の下で溶解された不純物をゲッターしうる表面状態を作る際にも重要である。これによって、表面に弊害をもたらすおそれのある不純物を取り除くことができ、切断面および面近傍の状態が保持される。一実施形態では、酸化剤および錯化剤を含む薬品を用いて化学エッチングが数回に分けられて行われる。例えば、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが１：１：１の割合で使用することができる。
【００２３】
ステップＰ２３０では、化学処理されたウェハ・スライスが反応チューブ内にロードされ、次いでそれが炉内にロードされる。ウェハ・スライスをロードするプロセスは、続く熱処理プロセス中にヒ素過圧をもたらす所定量のヒ素をロードすることも含むが、後の段落でより詳細に図３に関して述べる。ウェハ・スライスが適切にロードされた後、ステップＰ２４０では、所定の温度プロフィールを介して、ウェハ・スライスの熱処理が適量のヒ素を有する封止された反応チューブ内で行われる。典型的な温度プロフィールを有する熱処理の説明的実例が、後の段落で図４に関してより詳細に説明される。
【００２４】
ステップＰ２４０のウェハ・スライスの熱処理において、ＬＰＤの低減およびバルク材料の均一性の改善には、熱処理プロセスの時間および温度が重要である。一実施形態では、ＬＰＤの低減は、ウェハ・スライスのコア領域を含む内側ゾーン領域内の溶解種の再分布調整によって決まる。さらに、熱処理プロセスの時間および温度は、ウェハ・スライスの厚さによって決まる。溶解された不純物は、高温のウェハ・スライスのコアから一方の端部（つまり、ウェハの表面近傍）へ外方拡散されるので、溶解種の濃度勾配が確立される。ゾーン領域内の温度プロフィールおよび表面状態を調整することによって、溶解種が、ウェハ・スライスの表面およびウェハ・スライスの表面近傍を含むウェハ・スライスの外側ゾーン領域に集積される。
【００２５】
不良およびひどく無秩序な領域を形作る不純物を低減させるために、異なる半導体材料から作られるバルク基板の不純物／不良を溶解して再分布するように、特定のパラメータを有する熱処理プロフィールが設計される。当然、熱処理プロフィールが材料の遷移温度（つまり、融解温度）より大きいはずがない。熱処理プロセスは、こうした不純物／不良をより小さいサイズで再分布したり別の位置にできるようにするための効果的な温度プロフィールの設計が必要であるばかりではなく、こうした不純物／不良を基板から完全に取り除く際に大きな影響を及ぼす、別のプロセスおよび基板パラメータの調整も、必要である。ＬＰＤ低減の実現およびバルク材料の電気的な均一性の改善のために、様々な温度プロフィールが開発されている。温度プロフィールは、炉内のいくつかのゾーンに対しそれぞれの温度を作ることを可能にし、それによってヒ素沈殿物および不純物クラスタがヒ素過圧下で効果的に溶解される。ヒ素沈殿物および他の不純物の溶解後、温度プロフィールによってウェハ・スライスの冷却がさらに調整され、過量のヒ素および他の不純物が、ウェハ・スライスの内側ゾーン部からウェハ・スライスの外側ゾーン部へ外方拡散される。
【００２６】
ステップＰ２５０では、特定の温度プロフィールによる熱処理後、ウェハ・スライスが炉からアンロードされる（取り外される）。ステップＰ２６０では、化学エッチング・プロセスと研磨プロセスとの組合せを使用して、ウェハ・スライスの前面領域および裏面領域からウェハ・スライスの外側ゾーン部が除去される。このプロセスでは、従来の研磨スラリを利用して、指定されたウェハ厚さ領域に達するまで、所定量の材料を除去することができる。一実施形態では、出発ウェハ・スライスが、最終的に必要なウェハ・スライスの厚さの１．２〜１．５倍の範囲の厚さを有する。ステップＰ２７０では、ウェハ・スライスを洗浄して残留研磨液を全て除去する。これによって、非常に低いＬＰＤを有する鏡のように滑らかなウェハ表面を持つウェハ・スライスが得られる。
【００２７】
ステップＰ２８０では、レーザ光拡散技術によってウェハ・スライスの検査が行われる。表１は、ＭＷＴＴ法を経た研磨済ウェハ・スライスのＬＰＤの数、およびＭＷＴＴ法を経なかった研磨済ウェハ・スライスのＬＰＤの数を示す。データは、ＭＷＴＴ法によって得られた、鏡のように滑らかな研磨済ウェハの利点を立証している。ウェハ・スライスの検査は、閾値０．１１μｍ２および０．３μｍ２のＴＮＣＯＲ  Ｓｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）６２２０によって行われる。０．１１μｍ２の場合、ＭＷＴＴ法を経たウェハ・スライスのＬＰＤ数は３００未満であり、ＭＷＴＴ法を経なかったウェハ・スライスのＬＰＤ数は１０００を上回る。０．３μｍ２の場合、ＭＷＴＴ法を経たウェハ・スライスのＬＰＤ数は１００未満であり、ＭＷＴＴ法を経なかったウェハ・スライスのＬＰＤ数は５００を上回る。
表１ 研磨済ウェハのＬＰＤ数
【００２８】
【表１】
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先に述べた本発明のいくつかの実施形態は、ウェハ・スライスのコアなどの内側ゾーン部から、ウェハ・スライスの表面および表面近傍などの外側ゾーン部への不純物拡散に関するが、炉の構成要素の配置およびウェハ・スライスの位置ならびに温度プロフィールが変更され、ウェハ・スライスの内側円部に相当する内側ゾーン部から、ウェハ・スライスの縁端部に相当する外側ゾーン部へ不純物を拡散させることもできることにも留意されるべきである。この場合、ウェハ・スライスの前面および裏面を研摩する代わりに、ウェハ・スライスから不純物を除去するための縁端部の研削加工が引き続いて行われる。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態による、被処理ウェハ・スライスを炉内にロードするプロセスを示す。ステップＰ３００では、清浄な環境下で、好ましくは石英からなるウェハ・スライス・ホルダーまたはウェハ・スライス・キャリアの上に、ウェハ・スライスがロードされる。一実施形態では、ウェハ・ホルダーは、いかなる誘導熱応力も取り除くように設計されている。この実施形態では、ウェハ・スライス・ホルダーは、熱処理サイクル中に寸法安定性が得られる低熱膨張率を有する。本発明の一実施形態によれば、ウェハ・スライス・ホルダーの構成は、最小接触となる垂直位置においてウェハを保持するために、ウェハ・スライスとホルダー材料との間における熱膨張率の不整合から生ずる応力が低減されるように、構築される。また、ウェハ・スロットは、高温でも自由位置を維持するように充分な厚さ許容度を有する必要がある。
【００３０】
次いでステップＰ３１０では、石英製ウェハ・スライス・ホルダーが、好ましくはやはり石英製の反応チューブ／ボートにロードされる。一実施形態では、石英チューブは、熱処理中に均一な熱分布を提供するように設計されている。ステップＰ３２０では、高温でヒ素過圧を提供するために、石英チューブ内部に規定量のヒ素元素が配置される。高温で、ヒ素は、蒸気となって、石英チューブ内に圧力を及ぼし、特定の温度である量のヒ素が加えられると過圧が実現される。この過圧によって、ヒ素原子がウェハ・スライスから失われることが防止されて、化学量論比が保たれ、ＧａＡｓ基板が処理された場合に、Ａｓに対するＧａの比がほぼ１：１となる。
【００３１】
ステップＰ３３０では、ウェハ・スライスおよびヒ素を有する石英チューブが真空ポンプによって排気され、残留水分およびガスの全てが除去される。一実施形態では、約１×１０−５トルの真空レベルまで石英チューブを排気する。ステップＰ３４０では、真空レベルを維持するために石英チューブが石英蓋によって封止される。最後に、ステップＰ３５０では、封止された石英チューブ組立体がゾーン炉内にロードされる。ゾーン炉は、炉のそれぞれのゾーンにおいて正確な温度調整を行うことができる。従って、石英チューブのそれぞれ異なる位置における温度を調整することができる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による、ウェハ・スライス内の不純物を溶解し再分布するための温度プロフィール（例えば、３５０〜８００℃または１０００℃）により、炉内の温度調整を行うプロセスを示す。封止された石英チューブは、特定の温度プロフィールにより加熱され、加熱処理中のヒ素蒸気圧を調整する。ステップＰ４００では、ピーク温度まで炉を加熱し、ステップＰ４１０では、このピーク温度を一定時間維持する。一実施形態では、封止された石英チューブを９５０〜１１００℃まで加熱して１〜５０時間の範囲で一定時間維持し、溶解および外方拡散を引き起こす。例えば、石英アンプルなどの封止された反応チューブにおいてヒ素過圧下でウェハ・スライスを約１０００℃まで加熱処理して、バルク基板内の不純物を溶解し、過剰の不純物をウェハ・スライスの外側ゾーン領域へ外方拡散させる。
【００３３】
別の例では、炉の加熱素子に対して電力を入力し、ウェハ・スライスを構成するＧａＡｓ（Ｔｍ≒１２３８℃）などの半導体材料の溶融温度未満のピーク温度まで炉を加熱する。次いで、ピーク温度を２時間を越えて維持する。一実施形態では、ピーク温度は、半導体材料の溶融温度の０．８〜０．９倍である。
【００３４】
ステップＰ４２０では、例えば単に電源を切って炉が中間温度まで冷却することによって、所定時間内で中間温度まで炉が冷却される。一実施形態では、ウェハ・スライスに対する熱応力および熱衝撃を低減させるために、封止された石英チューブをゆっくりと冷却する。温度の均衡状態を達成するために、中間温度を一定時間、例えば２時間以上維持する。中間温度は、例えば、ピーク温度の０．３５〜０．８倍であってもよい。一実施形態では、炉が室温に達する際に炉から石英チューブを取り外し、石英チューブからウェハ・スライスを取り外して続く処理を行う。
【００３５】
先に述べた本発明のいくつかの実施形態は、本発明の原理をよく理解するために述べられた単なる実行可能な例であることを強調しておく。これらの実施形態は、全てを網羅するものでもないし、開示した形に本発明を限定するものでもない。本発明の趣旨および原理から逸脱することなく上記の実施形態を変更し修正することができる。例えば、ＭＷＴＴ法と同じ概念をｎ型基板、ｐ型基板、および半絶縁性基板に適用することができる。こうした変更および修正は全て本発明の範囲に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による、ウェハ・スライス内の不純物を溶解させ再分布させるための、多数のウェハ・スライスを処理する装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態よる、多数のウェハ・スライス内の不純物を低減させるプロセスを示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による、多数の被処理ウェハ・スライスを炉内にロードするプロセスを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による、ウェハ・スライス内の不純物を溶解させ再分布させるために温度プロフィールにより炉内の温度を調整するプロセスを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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