【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボロンをドープしたシリコンウェーハをアルゴンガス雰囲気又はアルゴン（Ａｒ）ガスを含む不活性ガス雰囲気で熱処理した際に、表層付近で比抵抗が変化するのを防止したシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハを高品質化するための熱処理として、シリコンウェーハをＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ2、Ｈｅ、Ｎ2等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施すことにより、デバイス特性を悪化させる要因である結晶欠陥（ＣＯＰ：ＣｒｙＳｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）を低減あるいは消滅させる方法がよく知られている（例えば、特開昭５１−１３４０７１号公報、特開昭６０−２４７９３５号公報等）。
【０００３】
このアルゴンガス雰囲気での高温熱処理により、シリコンウェーハの比抵抗を変化させることが知られている（例えば、株式会社リアライズ社、半導体プロセス環境における化学汚染とその対策（１９９７）、６０頁）。
【０００４】
これは、環境および熱処理装置からのリンおよびボロンがシリコンウェーハ上に付着し、その状態で高温熱処理することにより、ウェーハ内部まで拡散し、その結果比抵抗を変化させてしまうものと推測されている。
【０００５】
この対策として、例えば特開２００２−１００６３４公報には、環境からのボロン汚染を防止するため、熱処理に際して９５０〜１１００℃の温度域にて雰囲気に水素ガスを含有させることが提案されている。これは、水素ガス雰囲気での高温熱処理によるボロンの外方拡散を利用して、表層の比抵抗の変化を防止したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の熱処理方法は、ボロン汚染の低減効果はあるが、リン汚染に対しての効果が確認されておらず、熱処理に際して高温領域で水素ガスを適用させることで、重金属汚染、安全性、装置コストの上昇等の問題が懸念される。
【０００７】
この発明は、Ａｒガス含有の熱処理、すなわちＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ2、Ｈｅ、Ｎ2等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施す熱処理において、環境および熱処理装置からシリコンウェーハに付着したリンにより、表層付近で比抵抗が変化するのを防止したシリコンウェーハの熱処理方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ａｒガス含有の熱処理でシリコンウェーハに付着したリンを表層に拡散させず、また水素ガスを用いることなく、容易にリン汚染を低減させる方法を目的に種々検討した結果、リンおよびリン化合物はボロンよりも低温で気化し易いことに着目し、熱処理炉に投入前に低温で加熱することで事前にシリコンウェーハ上に付着したリンを除去できることを確認し、目的の熱処理前にこの発明の予備加熱を適用させることにより、環境および熱処理装置からのリンがシリコンウェーハ上に付着したとしても、リン汚染のない高品質なシリコンウェーハを容易に提供することができることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわちこの発明は、ボロンをドープしたシリコンウェーハをＡｒガス雰囲気又はＡｒガスを含む不活性ガス雰囲気の高温熱処理炉内で熱処理する方法であり、前記熱処理投入前にシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去した後、該熱処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明による熱処理方法は、ボロンをドープしたシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去した後、シリコンウェーハをＡｒガス雰囲気又はＡｒガスを含むＨ2、Ｈｅ、Ｎ2等の不活性ガス雰囲気の熱処理炉内で熱処理する方法である。
【００１１】
この発明において、予備加熱は、所要の加熱炉あるいは目的の高温熱処理を行うための熱処理炉で、高温熱処理に先駆けて行う比較的低温の熱処理であり、環境および熱処理装置からシリコンウェーハ上に付着したリンが気化してこれを除去できれば、炉や加熱手段は特に限定しない。
【００１２】
具体的な予備加熱手段としては、別の加熱炉内、目的の高温熱処理炉に併設する設備内、あるいは前記高温熱処理炉内にて、赤外線ランプ加熱、抵抗加熱、高温ガスの吹きつけ等の加熱手法で、例えば３００℃から５００℃の温度にて１分間以上保持することにより、シリコンウェーハ上に付着したリンを気化飛散させてこれを除去する。
【００１３】
また、目的の高温熱処理炉外の別の加熱装置にて行ってもよいが、この場合は、リンの再付着を防止する手段を講じる必要があり、予備加熱処理炉より高温熱処理炉へ直ちに又は連続的に投入可能な構成とすることが好ましい。例えば、高温熱処理炉におけるウェーハボートの待機室やウェーハ移載室等の併設設備を利用することが望ましい。さらに、予熱加熱後、２時間以内に高温熱処理炉内へ投入するのが好ましく、２時間以上経過してしまうとウェーハ表面にリンが再付着してしまい、再度予備加熱が必要となる。従って、好ましくは予熱加熱後、１時間以内に高温熱処理を施すと良い。
【００１４】
予備加熱の処理条件は、目的のリンを気化させるのには、３００℃未満では温度が低くリンを除去することができず、５００℃超えるとリンを除去することは可能であるが、ボート待機室やウェーハ移載室を利用する場合に該装置近傍が高温となり、装置ヘの負担や重金属汚染、装置コスト損傷等の問題が発生するため、３００℃から５００℃の温度が好ましい。加熱時間は、３０秒程度ではウェーハ面内を十分に加熱することができず、完全にリンを除去するためには、少なくとも１分以上の加熱が必要であり、また５分以上の加熱では、前記装置回りが高温となり、装置に与える負担が大きくなる。
【００１５】
予備加熱の雰囲気は、別の加熱炉で行う場合、リン濃度０．０３μｇ／ｍ3以下であれば大気中、真空中、Ａｒガス中などのいずれの雰囲気でもよい、同じ高温熱処炉で行う場合は、換気中（大気中）に、あるいは真空引き中、アルゴンガス置換中に３００℃〜５００℃で１分以上保持するのがよい、
【００１６】
この発明において、目的のＡｒを含む高温熱処理は、特に限定しないが、一般的な１１００℃〜１３５０℃の温度で１時間以上保持される処理であればより好ましい。
【００１７】
この発明によるシリコンウェーハの熱処理方法は、予備加熱を施し、Ａｒを含む高温熱処理を行うことで、熱処理後のシリコンウェーハのリン濃度は、表面から１μｍ深さまでの領域の平均値が１×１０15／ｃｍ3以下となり、汚染が大きく低減され、前記高温熱処理に際して表層の比抵抗が変化するのを防止することが可能となる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
高温熱処理炉のウェーハ移載室において、ボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍの直径２００ｍｍのシリコンウェーハを、複数枚熱処理ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱によって、加熱温度を２００℃、３００℃、５００℃、５５０℃、加熱時間を３０秒、４５秒、１分間、５分間、５分３０秒と、種々の加熱条件を採用した予備加熱を終了した後、該炉の反応室に移動させて、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の高温熱処理を行つた。
【００１９】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにてリン濃度を分析した。その結果を表１に示す。表１において、○印はリン濃度が１×１０15／ｃｍ3以下であり、×印はリン濃度が１×１０15／ｃｍ3を超える場合を示している。
【００２０】
表１の結果より明らかなように、３００℃未満では温度が低くリンを除去することができず、５００℃を超えるとウェーハ移載室等の装置回りが高温になりすぎて、該装置からの重金属汚染が懸念された。また、１分未満ではリンを除去することができず、５分を超えるとウェーハ移載室等の装置回りが高温になり、装置に与える負担が大きくなることを確認した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
実施例２
実施例１の高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱にて３００℃で１分間シリコンウェーハを加熱し、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２３】
この発明による熱処理のヒートパターンは図１に示す通りであった。熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、図２に示すように表面および表層３μｍ深さまでの領域で、リン濃度は１×１０15／ｃｍ3以下であり、リン汚染がないことを確認した。
【００２４】
比較例
実施例２と同様に高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、アルゴンガス雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２５】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、図３に示すように表面でリン濃度は５×１０15／ｃｍ3以上であり、表層近傍の４μｍ程度までリン汚染が拡散していることが確認された。
【００２６】
実施例３
実施例１の高温熱処理炉を用い、ウェーハ移載室でボロンをドープした比抵抗１０Ωｃｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚ボートに移載した後、赤外線ランプ加熱にて４００℃で１分間シリコンウェーハを加熱し、３０分以内に該熱処理炉反応室内へ投入し、０．１％のＮ2ガスを含むＡｒ／Ｎ2雰囲気にて１２００℃、１時間の熱処理を行つた。
【００２７】
熱処理を完了したシリコンウェーハをＳＩＭＳにて分析した結果、表面および表層１μｍ深さまでの領域でリン濃度は１×１０15／ｃｍ3以下であり、リン汚染がないことを確認した。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、ＣＯＰの低減や消滅のためのＡｒガス含有の熱処理、すなわちＡｒガスあるいはＡｒ含有のＨ2、Ｈｅ、Ｎ2等の不活性ガス雰囲気にて１１００℃以上の高温熱処理を施す熱処理において、前記熱処理投入前にシリコンウェーハに予備加熱を行い該ウェーハ上に付着したリンを除去するため、従来、環境および熱処理装置からシリコンウェーハに付着したリンにより表層付近で比抵抗が変化する問題を解消でき、リン汚染のない高品質なシリコンウェーハを容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による熱処理のヒートパターンを示すグラフである。
【図２】この発明の実施例における熱処理を完了したシリコンウェーハのＳＩＭＳによる分析結果を示す深さとリン濃度との関係を示すグラフである。
【図３】比較例における熱処理を完了したシリコンウェーハのＳＩＭＳによる分析結果を示す深さとリン濃度との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer in which the resistivity is prevented from changing near the surface layer when a boron-doped silicon wafer is heat-treated in an argon gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing an argon (Ar) gas. .
[0002]
[Prior art]
As a heat treatment for improving the quality of the silicon wafer, the silicon wafer is subjected to a high-temperature heat treatment of 1100 ° C. or more in an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or Ar containing H 2 , He, or N 2 to improve device characteristics. Methods for reducing or eliminating crystal defects (COP: CryStal Originated Particles), which are factors causing deterioration, are well known (for example, JP-A-51-134071, JP-A-60-247935).
[0003]
It is known that the high-temperature heat treatment in an argon gas atmosphere changes the specific resistance of a silicon wafer (for example, Realize Co., Ltd., Chemical Contamination in Semiconductor Process Environment and its Countermeasures (1997), p. 60).
[0004]
This is presumed to be due to the fact that phosphorus and boron from the environment and the heat treatment apparatus adhere to the silicon wafer and are subjected to high-temperature heat treatment in that state, thereby diffusing into the inside of the wafer, thereby changing the specific resistance. .
[0005]
As a countermeasure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-100634 proposes that hydrogen gas be contained in an atmosphere in a temperature range of 950 to 1100 ° C. during heat treatment in order to prevent boron contamination from the environment. This is to prevent a change in the specific resistance of the surface layer by utilizing the outward diffusion of boron by a high-temperature heat treatment in a hydrogen gas atmosphere.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Although the above heat treatment method has an effect of reducing boron contamination, no effect on phosphorus contamination has been confirmed, and by applying hydrogen gas in a high temperature region during heat treatment, heavy metal contamination, safety, and equipment cost are reduced. There are concerns about such issues as rising prices.
[0007]
The present invention relates to a heat treatment containing Ar gas, that is, a heat treatment for performing a high temperature heat treatment at 1100 ° C. or more in an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or Ar containing H 2 , He, or N 2. It is an object of the present invention to provide a heat treatment method for a silicon wafer in which the specific resistance is prevented from changing near the surface layer due to phosphorus attached to the silicon wafer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted various studies for a method of easily reducing phosphorus contamination without diffusing phosphorus adhering to a silicon wafer to a surface layer by a heat treatment containing Ar gas, and without using hydrogen gas. Focusing on the fact that phosphorus compounds are easier to vaporize at a lower temperature than boron, it was confirmed that phosphorus attached to silicon wafers could be removed in advance by heating at a low temperature before being put into a heat treatment furnace. By applying the preheating of the present invention, they found that even if phosphorus from the environment and the heat treatment apparatus adhered to the silicon wafer, it was possible to easily provide a high-quality silicon wafer free of phosphorus contamination. Was completed.
[0009]
That is, the present invention is a method of heat-treating a boron-doped silicon wafer in a high-temperature heat treatment furnace in an Ar gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing an Ar gas, wherein the silicon wafer is preheated before the heat treatment. A heat treatment method for a silicon wafer, wherein the heat treatment is performed after removing phosphorus attached on the silicon wafer.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the heat treatment method according to the present invention, after preliminarily heating a boron-doped silicon wafer to remove phosphorus adhering to the wafer, the silicon wafer is heated to an Ar gas atmosphere or an Ar gas containing H 2 , He, N 2 or the like. This is a method of performing heat treatment in a heat treatment furnace in an inert gas atmosphere.
[0011]
In the present invention, the preheating is a relatively low-temperature heat treatment performed prior to the high-temperature heat treatment in a required heating furnace or a heat treatment furnace for performing a desired high-temperature heat treatment. The furnace and the heating means are not particularly limited as long as phosphorus can be vaporized and removed.
[0012]
As specific preheating means, heating such as infrared lamp heating, resistance heating, high temperature gas blowing, etc. in another heating furnace, in a facility attached to a target high temperature heat treatment furnace, or in the high temperature heat treatment furnace. By maintaining the temperature at a temperature of, for example, 300 ° C. to 500 ° C. for 1 minute or more, the phosphorus adhering to the silicon wafer is vaporized and scattered and removed.
[0013]
In addition, it may be performed in another heating device outside the target high-temperature heat treatment furnace, but in this case, it is necessary to take measures to prevent phosphorus from re-adhering. It is preferable to adopt a configuration that allows continuous feeding. For example, it is desirable to use facilities such as a waiting room for a wafer boat and a wafer transfer room in a high-temperature heat treatment furnace. Further, it is preferable that the wafer is put into a high-temperature heat treatment furnace within 2 hours after the preheating, and after 2 hours or more, phosphorus is re-adhered to the wafer surface, and the preheating is required again. Therefore, high-temperature heat treatment is preferably performed within one hour after preheating.
[0014]
The preheating treatment conditions are as follows. To vaporize the target phosphorus, the temperature is lower than 300 ° C. and the phosphorus cannot be removed, and if it exceeds 500 ° C., the phosphorus can be removed. When a chamber or a wafer transfer chamber is used, the temperature in the vicinity of the apparatus becomes high, causing problems such as burden on the apparatus, heavy metal contamination, and damage to the apparatus cost. Therefore, a temperature of 300 ° C. to 500 ° C. is preferable. In the heating time of about 30 seconds, the inside of the wafer cannot be sufficiently heated, and in order to completely remove phosphorus, heating of at least 1 minute is required. The temperature around the device becomes high, and the load on the device increases.
[0015]
When the preheating atmosphere is performed in another heating furnace, the preheating is performed in the same high-temperature heat treatment furnace, which may be any atmosphere such as air, vacuum, or Ar gas as long as the phosphorus concentration is 0.03 μg / m 3 or less. In this case, it is preferable that the temperature is maintained at 300 ° C. to 500 ° C. for 1 minute or more during ventilation (in the air), or during evacuation or argon gas replacement.
[0016]
In the present invention, the target high-temperature heat treatment containing Ar is not particularly limited, but is more preferably a treatment that is held at a general temperature of 1100 ° C. to 1350 ° C. for 1 hour or more.
[0017]
In the heat treatment method for a silicon wafer according to the present invention, the phosphorus concentration of the silicon wafer after the heat treatment is 1 × 10 15 in the region from the surface to a depth of 1 μm by performing preheating and performing a high-temperature heat treatment including Ar. / Cm 3 or less, the contamination is greatly reduced, and it is possible to prevent the specific resistance of the surface layer from changing during the high-temperature heat treatment.
[0018]
【Example】
Example 1
In the wafer transfer chamber of the high-temperature heat treatment furnace, after transferring a plurality of boron-doped silicon wafers having a specific resistance of 10 Ωcm and a diameter of 200 mm to a heat treatment boat, the heating temperature was increased to 200 ° C., 300 ° C., 500 by infrared lamp heating. C., 550.degree. C., the heating time was 30 seconds, 45 seconds, 1 minute, 5 minutes, 5 minutes and 30 seconds, and after completing the pre-heating employing various heating conditions, it was moved to the reaction chamber of the furnace, A high-temperature heat treatment at 1200 ° C. for 1 hour was performed in an argon gas atmosphere.
[0019]
The silicon wafer after the heat treatment was analyzed for phosphorus concentration by SIMS. Table 1 shows the results. In Table 1, ○ indicates that the phosphorus concentration is 1 × 10 15 / cm 3 or less, and × indicates that the phosphorus concentration exceeds 1 × 10 15 / cm 3 .
[0020]
As is clear from the results in Table 1, if the temperature is lower than 300 ° C., the temperature is low and phosphorus cannot be removed. If the temperature exceeds 500 ° C., the temperature around the apparatus such as the wafer transfer chamber becomes too high, and Heavy metal contamination was a concern. In addition, it was confirmed that phosphorus could not be removed in less than 1 minute, and that if it exceeded 5 minutes, the temperature around the apparatus such as the wafer transfer chamber would become high and the load on the apparatus would increase.
[0021]
[Table 1]
[0022]
Example 2
Using the high-temperature heat treatment furnace of Example 1, a plurality of silicon wafers each having a specific resistance of 10 Ωcm and a diameter of 200 mm which are doped with boron in a wafer transfer chamber were transferred to a boat, and then heated at 300 ° C. for 1 minute by infrared lamp heating. Was heated and charged into the heat treatment furnace reaction chamber within 30 minutes, and heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere.
[0023]
The heat pattern of the heat treatment according to the present invention was as shown in FIG. As a result of SIMS analysis of the heat-treated silicon wafer, as shown in FIG. 2, the phosphorus concentration is 1 × 10 15 / cm 3 or less in the surface and the region up to the surface layer having a depth of 3 μm. confirmed.
[0024]
Comparative Example Using a high-temperature heat treatment furnace in the same manner as in Example 2, after transferring a plurality of silicon wafers each having a specific resistance of 10 Ωcm and a diameter of 200 mm to a boat in a wafer transfer chamber, the reaction of the heat treatment furnace was performed within 30 minutes. It was put into a room and heat-treated at 1200 ° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere.
[0025]
SIMS analysis of the heat-treated silicon wafer revealed that the surface had a phosphorus concentration of 5 × 10 15 / cm 3 or more as shown in FIG. 3, and that phosphorus contamination had diffused to about 4 μm near the surface layer. Was confirmed.
[0026]
Example 3
Using the high-temperature heat treatment furnace of Example 1, a plurality of silicon wafers each having a specific resistance of 10 Ωcm and a diameter of 300 mm and doped with boron in a wafer transfer chamber were transferred to a boat, and heated at 400 ° C. for 1 minute by infrared lamp heating. Was heated and charged into the heat treatment furnace reaction chamber within 30 minutes, and heat-treated at 1200 ° C. for 1 hour in an Ar / N 2 atmosphere containing 0.1% N 2 gas.
[0027]
The silicon wafer after the heat treatment was analyzed by SIMS. As a result, it was confirmed that the phosphorus concentration was 1 × 10 15 / cm 3 or less in the surface and in the region up to the surface layer of 1 μm depth, and there was no phosphorus contamination.
[0028]
【The invention's effect】
The present invention relates to a heat treatment containing Ar gas for reducing or eliminating COP, that is, a heat treatment for performing a high-temperature heat treatment at 1100 ° C. or more in an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or Ar containing H 2 , He, or N 2 . Before the heat treatment, the silicon wafer is pre-heated to remove phosphorus adhering to the wafer, thereby eliminating the problem that the specific resistance changes near the surface layer due to phosphorus adhering to the silicon wafer from the environment and the heat treatment apparatus. It is possible to easily provide a high-quality silicon wafer without phosphorus contamination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a heat pattern of a heat treatment according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a depth and a phosphorus concentration showing a result of SIMS analysis of a silicon wafer which has been subjected to a heat treatment in an example of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a depth and a phosphorus concentration showing a result of SIMS analysis of a silicon wafer which has been subjected to a heat treatment in a comparative example.