JP5641538B2 - Heat treatment method for silicon wafer - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハ(以下、単にウェーハともいう)に対して熱処理を行うシリコンウェーハの熱処理方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment method for a silicon wafer in which heat treatment is performed on a silicon wafer (hereinafter also simply referred to as a wafer).
半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハは、デバイス活性領域となるウェーハの表面近傍(以下、表層部という)において、COP(Crystal Originated Particle)やLSTD(Laser Scattering Tomography Defects)等のボイド欠陥を低減させて無欠陥とする努力が求められている。 Silicon wafers used as semiconductor device forming substrates reduce void defects such as COP (Crystal Originated Particles) and LSTD (Laser Scattering Tomography Defects) in the vicinity of the surface of the wafer that will be the device active region (hereinafter referred to as the surface layer portion). There is a need for efforts to make them defect-free.
近年、このようなシリコンウェーハを高生産性で製造する方法として、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ(以下、前記鏡面研磨された表面を研磨面ともいう)に、急速昇降温熱処理(Rapid Thermal Process:以下、単にRTPともいう)を行う技術が知られている。 In recent years, as a method of manufacturing such a silicon wafer with high productivity, at least a surface on which a semiconductor device is formed is mirror-polished (hereinafter, the mirror-polished surface is also referred to as a polished surface). A technique for performing a thermal treatment (Rapid Thermal Process: hereinafter also simply referred to as RTP) is known.
このような技術として、特許文献1には、主としてアルゴンまたはヘリウムである酸素含有ガス雰囲気(本願発明でいう不活性ガス雰囲気)中で約1175℃を超える温度において、約5000ppma未満の酸素分圧下、60秒未満の時間、ウェーハを加熱する熱処理方法が開示されている。 As such a technique, Patent Document 1 discloses that an oxygen-containing gas atmosphere (inert gas atmosphere as referred to in the present invention) that is mainly argon or helium at a temperature exceeding about 1175 ° C. under an oxygen partial pressure of less than about 5000 ppma, A heat treatment method is disclosed in which the wafer is heated for less than 60 seconds.
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、アルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス雰囲気でRTPを行うため、ウェーハの表層部のボイド欠陥を大きく低減することが可能であるが、このような不活性ガス雰囲気や水素等の還元性ガス雰囲気において、1175℃を超えるような高温下でRTPを行う場合には、前記RTP前にウェーハの研磨面に形成されている自然酸化膜の影響によりRTP後の研磨面の表面粗さが悪化するという問題がある。 However, since the method described in Patent Document 1 performs RTP in an inert gas atmosphere such as argon or helium, it is possible to greatly reduce void defects in the surface layer portion of the wafer. When RTP is performed at a high temperature exceeding 1175 ° C. in a reducing gas atmosphere such as an atmosphere or hydrogen, polishing after RTP is caused by the influence of a natural oxide film formed on the polishing surface of the wafer before RTP. There is a problem that the surface roughness of the surface deteriorates.
このような問題に対し、特許文献2には、ウェーハ表面上の自然酸化膜をフッ酸処理により除去した後、RTP装置を用いて、水素100%あるいは水素を10%以上含有するアルゴンの混合ガス雰囲気下で熱処理することで、ウェーハ表面のマイクロラフネスを小さくし、ウェーハ表面に存在するボイド欠陥をも除去することができる熱処理方法が開示されている。
In order to solve such a problem,
このような特許文献2に記載の方法は、フッ酸処理によってウェーハ表面のシリコン原子に水素が終端されるため、前記表面に自然酸化膜が形成されにくい状態となる。従って、前記RTPを行ってもウェーハ表面における表面粗さの悪化を抑制することができる。
しかしながら、ウェーハの表層部に存在するボイド欠陥をRTPで消滅させるためには、前記不活性ガス雰囲気や還元性ガス雰囲気にて、最低でも1000℃以上の高温熱処理が必要であり、このような高温下では、シリコン原子に終端された水素原子の結合が切れやすくなり、ウェーハ表面にシリコン原子が露出しやすくなる。このように露出したシリコン原子は不安定であり、他の原子と反応しやすい状態となっている。
In such a method described in
However, in order to eliminate void defects existing in the surface layer portion of the wafer by RTP, a high-temperature heat treatment of at least 1000 ° C. is required in the inert gas atmosphere or the reducing gas atmosphere. Below, the bond of the hydrogen atom terminated by the silicon atom is easily broken, and the silicon atom is easily exposed on the wafer surface. The exposed silicon atoms are unstable and are likely to react with other atoms.
そのため、例えば、前記雰囲気中に他の反応性ガス(窒素等)が存在すると、これが露出したシリコン原子と反応して結合し、更には、その結合が前記雰囲気によってエッチングされるという現象が繰り返し発生するため、ウェーハの表面形状が変化し、表面粗さが悪化するという問題がある。 Therefore, for example, when other reactive gas (such as nitrogen) is present in the atmosphere, it reacts and bonds with the exposed silicon atoms, and the bond is repeatedly etched by the atmosphere. Therefore, there is a problem that the surface shape of the wafer changes and the surface roughness deteriorates.
更に、前記雰囲気に微量の酸素が含まれている場合には、前記露出したシリコン原子と酸素が反応して、ウェーハ表面にアイランド状に酸化膜が形成され、この酸化膜は前記雰囲気によってエッチングされるが、当該エッチングされた部分には凹形状のピットが形成されてしまうという問題もある。
以上の問題は、RTPにおける熱処理温度が高くなるほどより顕著となるものであるが、その一方で熱処理温度が高くなるほど、ウェーハの表層部のボイド欠陥の消滅力が高くなるという利点を有している。
Further, when the atmosphere contains a small amount of oxygen, the exposed silicon atoms and oxygen react to form an oxide film in an island shape on the wafer surface, and this oxide film is etched by the atmosphere. However, there is a problem that concave pits are formed in the etched portion.
The above problem becomes more conspicuous as the heat treatment temperature in RTP becomes higher. On the other hand, the higher the heat treatment temperature, the higher the void defect extinction power of the surface layer portion of the wafer. .
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ボイド欠陥の消滅力が高い高温下でRTPを行っても、表面粗さの悪化を抑制することができ、更に、凹形状のピットの発生も抑制することができるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even when RTP is performed at a high temperature at which void defect annihilation power is high, deterioration of surface roughness can be suppressed. An object of the present invention is to provide a method for heat-treating a silicon wafer that can also suppress the occurrence of the above.
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハをフッ化水素系溶液により前記表面のシリコン原子を水素で終端させて、前記表面の水素終端密度を5×1014atoms/cm2以上4×10 15 atoms/cm2以下とする工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハを、不活性ガス(窒素ガスを除く、希ガスをいう。以下、同様。)雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。 The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes a silicon wafer having a mirror-polished surface on which at least a semiconductor device is formed, and a silicon atom on the surface is terminated with hydrogen using a hydrogen fluoride-based solution. The step of setting the density to 5 × 10 14 atoms / cm 2 or more and 4 × 10 15 atoms / cm 2 or less and the silicon wafer terminated with hydrogen are inert gases (referred to as rare gases excluding nitrogen gas. And the like.) A step of performing a rapid temperature raising and lowering heat treatment in which the temperature is rapidly raised and maintained in an atmosphere within a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. and then rapidly lowered.
前記水素終端密度は、1.5×1015atoms/cm2以上4.0×1015atoms/cm2以下であることが好ましい。 The hydrogen termination density is preferably 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 or more and 4.0 × 10 15 atoms / cm 2 or less.
本発明によれば、ボイド欠陥の消滅力が高い高温下でRTPを行っても、表面粗さの悪化を抑制することができ、更に、凹形状のピットの発生も抑制することができるシリコンウェーハの熱処理方法が提供される。 According to the present invention, even when RTP is performed at a high temperature with high void defect annihilation power, the deterioration of surface roughness can be suppressed, and furthermore, the generation of concave pits can be suppressed. A heat treatment method is provided.
以下、本発明の実施形態について図面等を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハをフッ化水素系溶液により前記表面のシリコン原子を水素で終端させて、前記表面の水素終端密度を5×1014atoms/cm2以上4×10 15 atoms/cm2以下とする工程と、前記水素で終端させたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、急速降温するRTPを行う工程と、を備える。
ここでいう水素終端密度は、X線光電子分光法(XPS)により、RTP前において、前記水素で終端させた研磨面を測定した値である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The silicon wafer heat treatment method according to the present invention includes a silicon wafer having a mirror-polished surface on which at least a semiconductor device is formed, and a silicon atom on the surface is terminated with hydrogen using a hydrogen fluoride-based solution. A temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere in which the density is set to 5 × 10 14 atoms / cm 2 or more and 4 × 10 15 atoms / cm 2 or less, and the silicon wafer terminated with hydrogen And a step of performing RTP for rapidly lowering the temperature after the temperature is rapidly raised and held.
The hydrogen termination density here is a value obtained by measuring the polished surface terminated with hydrogen before RTP by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
このように、フッ化水素系溶液によりシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイスが形成される研磨面のシリコン原子を水素で高密度に終端させることで、ボイド欠陥の消滅力が高い1300℃以上1400℃以下の高温下でRTPを行っても、表面粗さの悪化を抑制することができ、更に、雰囲気中に含まれる微量の酸素の影響による凹形状のピットの発生も抑制することができる。 In this way, at least 1300 ° C. or more and 1400 ° C. or less having high void defect annihilation power by terminating the silicon atoms on the polishing surface on which at least the semiconductor device of the silicon wafer is formed with hydrogen at high density with hydrogen. Even when RTP is performed at a high temperature, the deterioration of the surface roughness can be suppressed, and the generation of concave pits due to the influence of a small amount of oxygen contained in the atmosphere can also be suppressed.
すなわち、水素を高密度に終端させることにより、水素とシリコン原子との結合力を高めることができる。従って、1300℃以上1400℃以下の高温下であっても前記結合が切れにくく安定した状態となる。
そのため、雰囲気中に他の反応性ガス(窒素等)が存在しても、シリコン原子と当該反応性ガスとの結合を抑制することができるため、ウェーハの研磨面の表面粗さの悪化を抑制することができる。また、前記雰囲気に微量の酸素が含まれている場合であっても、酸素とシリコン原子との反応を抑制することができるため、凹形状のピットの発生も抑制することができる。
That is, by terminating hydrogen with high density, the bonding force between hydrogen and silicon atoms can be increased. Therefore, even at a high temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, the bond is hardly broken and is in a stable state.
Therefore, even if other reactive gases (such as nitrogen) are present in the atmosphere, bonding between silicon atoms and the reactive gas can be suppressed, so that deterioration of the surface roughness of the polished surface of the wafer is suppressed. can do. In addition, even when a small amount of oxygen is contained in the atmosphere, the reaction between oxygen and silicon atoms can be suppressed, so that generation of concave pits can also be suppressed.
前記フッ化水素系溶液により水素を高密度に終端させる方法は、周知の方法(前記溶液に少なくともウェーハの研磨面を浸漬させる方法、前記ウェーハを回転させながら前記研磨面に前記溶液をスピンコートする方法等)により行うことができる。好ましくは、前記ウェーハの研磨面を浸漬させる方法が生産性及びコスト面において好適である。
なお、本方法における水素終端密度の調整は、前記研磨面に前記溶液を接触(浸漬、スピンコート等)させる時間や前記フッ化水素系溶液の濃度を変更することで行うことができる。
前記フッ化水素系溶液の濃度や接触させる時間は、例えば、前記フッ化水素系溶液として濃度5%のフッ酸溶液(HF)を用いた場合には、接触させる時間を10分以上15分以下として行い、濃度30%のフッ酸溶液(HF)を用いた場合には、接触させる時間を3分以上7分以下として行うことが好ましい。
A method of terminating hydrogen with high density by the hydrogen fluoride-based solution is a known method (a method of immersing at least a polished surface of a wafer in the solution, or spin-coating the solution on the polished surface while rotating the wafer). Method). Preferably, the method of immersing the polished surface of the wafer is suitable in terms of productivity and cost.
The hydrogen termination density in this method can be adjusted by changing the time for bringing the solution into contact with the polishing surface (immersion, spin coating, etc.) and the concentration of the hydrogen fluoride solution.
For example, when the hydrofluoric acid solution (HF) having a concentration of 5% is used as the hydrogen fluoride solution, the contact time is 10 minutes or more and 15 minutes or less. When a hydrofluoric acid solution (HF) with a concentration of 30% is used, the contact time is preferably 3 minutes or more and 7 minutes or less.
前記水素終端密度は5×1014atoms/cm2以上1×1016atoms/cm2以下であることが好ましい。
前記水素終端密度が5×1014atoms/cm2未満である場合には、水素とシリコン原子との結合力を高めることが難しい。従って、表面粗さの悪化及び凹形状のピットの発生を抑制することが難しい。前記水素終端密度が1×1016atoms/cm2を超える場合には、前記研磨面を前記溶液に接触させる時間が長くなるため、生産性が低下し好ましくない。
前記水素終端密度は、より好ましくは、1.5×1015atoms/cm2以上4.0×1015atoms/cm2以下である。
The hydrogen termination density is preferably 5 × 10 14 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 atoms / cm 2 or less.
When the hydrogen termination density is less than 5 × 10 14 atoms / cm 2 , it is difficult to increase the bonding force between hydrogen and silicon atoms. Therefore, it is difficult to suppress the deterioration of the surface roughness and the generation of concave pits. When the hydrogen termination density exceeds 1 × 10 16 atoms / cm 2 , it takes a long time to bring the polishing surface into contact with the solution.
The hydrogen termination density is more preferably 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 or more and 4.0 × 10 15 atoms / cm 2 or less.
前記フッ化水素系溶液は、主に、フッ酸溶液(HF)、バッファードHF溶液(NH4F+HF)が含まれる。 The hydrogen fluoride-based solution mainly includes a hydrofluoric acid solution (HF) and a buffered HF solution (NH 4 F + HF).
前記RTPは、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
このような雰囲気でRTPを行うことで、ボイド欠陥の消滅力が高く、かつ、効率よく表面粗さの悪化を抑制することができる。
前記不活性ガスは、アルゴンガス(Ar)が好適に用いられる。
The RTP is preferably performed in an inert gas atmosphere.
By performing RTP in such an atmosphere, the void defect extinction power is high, and the deterioration of the surface roughness can be efficiently suppressed.
Argon gas (Ar) is preferably used as the inert gas.
前記RTPは、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持することが好ましい。
前記温度範囲が1300℃未満である場合には、ボイド欠陥の消滅力が低下すると共に、表面粗さを向上させることが難しい。前記温度範囲が1400℃を超える場合には、シリコンの融点に近くなるため、シリコンウェーハが軟化又は融解する可能性があり好ましくない。
前記温度範囲は、前記RTPを行うために使用するRTP装置(後述)としての装置寿命の観点から1300℃以上1380℃以下であることがより好ましい。
The RTP is preferably rapidly heated to a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. and held.
When the said temperature range is less than 1300 degreeC, while the annihilation power of a void defect falls, it is difficult to improve surface roughness. When the temperature range exceeds 1400 ° C., it is close to the melting point of silicon, which is not preferable because the silicon wafer may be softened or melted.
The temperature range is more preferably 1300 ° C. or higher and 1380 ° C. or lower from the viewpoint of the device life as an RTP device (described later) used for performing the RTP.
前記水素終端前のシリコンウェーハは、主に、チョクラルスキー法(以下、CZ法という)により育成したシリコン単結晶インゴットから切り出して製造される。
CZ法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法で行う。
具体的には、シリコン単結晶インゴットは、石英ルツボに充填したシリコン原料を加熱してシリコン融液とし、該シリコン融液の液面に種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら種結晶を引上げて、種結晶にネック部、クラウン部及び直胴部を結晶成長させて、その後、シリコン融液から切り離すことで育成することができる。
The silicon wafer before the hydrogen termination is manufactured by cutting out from a silicon single crystal ingot grown mainly by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method).
The silicon single crystal ingot is grown by the CZ method by a known method.
Specifically, a silicon single crystal ingot heats a silicon raw material filled in a quartz crucible to form a silicon melt, contacts the seed crystal with the liquid surface of the silicon melt, and rotates the seed crystal and the quartz crucible. The seed crystal can be pulled up to grow the neck portion, the crown portion, and the straight body portion on the seed crystal, and then separated from the silicon melt.
次に、周知の方法により、前記育成したシリコン単結晶インゴットを切り出して、少なくとも半導体デバイスが形成される表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハに加工する。
具体的には、シリコン単結晶インゴットの直胴部を内周刃又はワイヤソーによりウェーハ状に切り出し、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等の加工を行う。
Next, the grown silicon single crystal ingot is cut out by a known method and processed into a silicon wafer in which at least the surface on which the semiconductor device is formed is mirror-polished.
Specifically, a straight body portion of a silicon single crystal ingot is cut into a wafer shape with an inner peripheral blade or a wire saw, and processing such as chamfering, lapping, etching, and mirror polishing of the outer peripheral portion is performed.
図1は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるRTP装置の一例を示す断面概念図である。
図1に示すRTP装置10は、ウェーハWを収容して熱処理を施すための反応室20と、反応室20内に設けられ、ウェーハWを保持するウェーハ保持部30と、ウェーハWを加熱する加熱部40と、を備える。ウェーハWがウェーハ保持部30に保持された状態では、反応室20の内壁とウェーハWの表面(デバイス形成面)W1側とで囲まれた空間である第1空間20aと、反応室20の内壁と表面W1側に対向するウェーハWの裏面W2側とで囲まれた空間である第2空間20bとが形成される。
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing an example of an RTP apparatus applied to a silicon wafer heat treatment method according to the present invention.
An
反応室20は、第1空間20a及び第2空間20b内に雰囲気ガスFA(実線矢印)を供給する供給口22と、前記供給した雰囲気ガスFAを第1空間20a及び第2空間20bから排出する排出口26と、を備える。反応室20は、例えば、石英で構成されている。
The
ウェーハ保持部30は、ウェーハWの裏面W2の外周部をリング状に保持するサセプタ32と、サセプタ32を保持すると共に、ウェーハWの中心を軸としてサセプタ32を回転させる回転体34とを備える。サセプタ32及び回転体34は、例えば、SiCで構成されている。
The
加熱部40は、ウェーハ保持部30に保持されたウェーハWの表面W1の上方及び裏面W2の下方の反応室20外に配置され、ウェーハWを両面から加熱する。加熱部40は、例えば、複数のハロゲンランプ50で構成されている。
The
図1に示すRTP装置10を用いて、RTPを行う場合は、反応室20に設けられた図示しないウェーハ導入口より、ウェーハWを反応室20内に導入して、ウェーハWの裏面W2の外周部をウェーハ保持部30のサセプタ32上にリング状に保持し、雰囲気ガスFAを供給すると共に、ウェーハWを回転させながら、加熱部40によってウェーハWを加熱することで行う。
When RTP is performed using the
前記RTPは、400℃以下の温度範囲で保持された図1に示すようなRTP装置10の反応室20内に前記水素で終端されたシリコンウェーハを投入し、前記1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持することが好ましい。
このような温度範囲で投入することにより、前記RTPにおいて、生産性が低下するのを抑制しつつ、投入時の急激な温度変化によるスリップの発生を抑制することができる。
The RTP is charged at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower by introducing the hydrogen-terminated silicon wafer into the
By introducing in such a temperature range, in the RTP, it is possible to suppress the occurrence of slip due to a rapid temperature change at the time of introduction while suppressing the productivity from decreasing.
図2は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるRTPにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
前記RTPに用いられる熱処理シーケンスは、図2に示すように、温度T0(例えば、500℃)で保持された図1に示すようなRTP装置10の反応室20内に少なくとも半導体デバイスが形成される表面W1側が鏡面研磨され、更に、前記表面W1のシリコン原子を高密度の水素で終端させたウェーハWを設置し、前記第1空間20a及び第2空間20b内に不活性ガスを供給する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a heat treatment sequence in RTP applied to the silicon wafer heat treatment method according to the present invention.
In the heat treatment sequence used for the RTP, as shown in FIG. 2, at least a semiconductor device is formed in the
次に、温度T0(℃)から1300℃以上1400℃以下(温度T1(℃))の温度範囲まで、昇温速度ΔTu(℃/秒)で急速昇温し、その後、温度T1(℃)にて所定時間t1(秒)一定に保持した後、例えば、温度T0(℃)まで、降温速度ΔTd(℃/秒)で急速降温する。
なお、温度T0、T1は、図1に示すようなRTP装置10の反応室20内にウェーハWを設置した場合において、ウェーハ保持部30の下方に設置された図示しない放射温度計によって測定されたウェーハWの表面温度(放射温度計がウェーハWの径方向に複数配置されている場合はその平均温度)である。
Next, the temperature is rapidly increased from the temperature T0 (° C.) to a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. (temperature T1 (° C.)) at a temperature increase rate ΔTu (° C./second), and then the temperature T1 (° C.) is reached. Then, the temperature is kept constant for a predetermined time t1 (second), and then, for example, the temperature is rapidly decreased to a temperature T0 (° C.) at a temperature decrease rate ΔTd (° C./second).
The temperatures T0 and T1 were measured by a radiation thermometer (not shown) installed below the
前記RTPにおける昇温速度ΔTuは、10℃/秒以上150℃/秒以下であることが好ましい。
このような昇温速度ΔTuとすることで、前記RTPにおいて、生産性が低下するのを抑制しつつ、急速昇温時の急激な温度変化による接触痕やスリップの発生を抑制することができる。
The temperature increase rate ΔTu in the RTP is preferably 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less.
By setting such a temperature increase rate ΔTu, it is possible to suppress the occurrence of contact marks and slips due to a rapid temperature change at the time of rapid temperature increase, while suppressing the decrease in productivity in the RTP.
前記RTPにおける降温速度ΔTdは、10℃/秒以上150℃/秒以下であることが好ましい。
このような降温速度ΔTdとすることで、前記RTPにおいて、生産性が低下するのを抑制しつつ、急速降温時の急激な温度変化による接触痕やスリップの発生を抑制することができる。
The temperature drop rate ΔTd in the RTP is preferably 10 ° C./second or more and 150 ° C./second or less.
By setting such a temperature decrease rate ΔTd, it is possible to suppress the occurrence of contact traces and slips due to a rapid temperature change at the time of rapid temperature decrease, while suppressing a decrease in productivity in the RTP.
前記RTPにおける1300℃以上1400℃以下の温度範囲(温度T1(℃))における保持時間t1は、1秒以上30秒以下であることが好ましい。
このような保持時間t1とすることで、生産性が低下することなく、効率よくボイド欠陥の消滅を図ることができる。
The holding time t1 in the temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. (temperature T1 (° C.)) in the RTP is preferably 1 second to 30 seconds.
By setting the holding time t1 as described above, it is possible to efficiently eliminate void defects without reducing productivity.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。
(試験1)
CZ法によりv/G(v:引上速度、G:単結晶内の引上軸方向の温度勾配)を制御して空孔型点欠陥が存在する領域を有するシリコン単結晶インゴットを製造し、該領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ(直径300mm、面方位{100}、厚さ775μm、酸素濃度1.2〜1.3×1018atoms/cm3)を、濃度5%のフッ酸溶液にウェーハ全体を浸漬し、その後、純水洗浄して乾燥させた(水素終端処理)。その際、フッ酸溶液による浸漬時間を変化させた複数のサンプル(シリコンウェーハ)を作製した。
次に、前記複数のサンプルの各々の研磨面の水素終端密度をX線光電子分光法(XPS)により、測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limitedly interpreted by the following Example.
(Test 1)
Controlling v / G (v: pulling speed, G: temperature gradient in the pulling axis direction in the single crystal) by the CZ method to produce a silicon single crystal ingot having a region in which vacant point defects exist, A silicon wafer (diameter 300 mm, surface orientation {100}, thickness 775 μm, oxygen concentration 1.2 to 1.3 × 10 18 atoms / cm 3 ) obtained by cutting out from the region and having both surfaces mirror-polished The entire wafer was immersed in a 5% hydrofluoric acid solution, and then washed with pure water and dried (hydrogen termination treatment). At that time, a plurality of samples (silicon wafers) in which the immersion time with the hydrofluoric acid solution was changed were produced.
Next, the hydrogen termination density of each polished surface of the plurality of samples was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
次に、水素終端密度を測定した各々のサンプルに対して、図1に示すようなRTP装置10を用いて、図2に示すような熱処理シーケンスにて温度T1(℃)を変化させたRTPを行い、アニールウェーハを作製した。
具体的には、200℃で保持された反応室内に前記測定したウェーハを投入し、雰囲気として、アルゴンガス(Ar)を供給し、昇温速度75℃/秒で、温度T1(℃)を1100℃、1200℃、1300℃、1350℃と変化させて各々急速昇温し、温度T1(℃)を各々15秒間保持した後に、降温速度90℃/秒で500℃まで急速降温させた。なお、このアルゴンガス(Ar)には、反応室内に設置された酸素濃度計による測定において0.1ppm以下の非常に微量の酸素が含まれていることが分かっている。
Next, for each sample for which the hydrogen termination density was measured, an RTP having a temperature T1 (° C.) changed by a heat treatment sequence as shown in FIG. 2 using an
Specifically, the measured wafer is put into a reaction chamber maintained at 200 ° C., argon gas (Ar) is supplied as an atmosphere, and the temperature T1 (° C.) is set to 1100 at a heating rate of 75 ° C./second. The temperature was changed rapidly to 1200 ° C., 1200 ° C., 1300 ° C., and 1350 ° C., and each temperature was maintained at T1 (° C.) for 15 seconds, and then rapidly decreased to 500 ° C. at a temperature decrease rate of 90 ° C./second. The argon gas (Ar) is known to contain a very small amount of oxygen of 0.1 ppm or less as measured by an oxygen concentration meter installed in the reaction chamber.
得られたアニールウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さをAFM(Atomic Force Microscope)を用いて、RMS(測定範囲:3μm×3μm)を評価した。
また、半導体デバイス形成面における凹形状のピットの発生密度をAFM画像から算出した。
更に、ウェーハ表面から深さ5μmまでの表層部における欠陥密度に関し、LSTDスキャナ(Laser Scattering Topography Defect
Scanner)にて波長680nmで評価した。
また、参考例として水素終端処理前のウェーハの半導体デバイス形成面における表面粗さを、同様に、AFMを用いて、RMS(測定範囲:3μm×3μm)を評価した。
表1に本試験における試験条件及び評価結果を、図3に表1における水素終端密度を横軸として表面粗さを縦軸として温度T1(℃)における各々の測定値をプロットしたときのプロット図をそれぞれ示す。
RMS (measurement range: 3 μm × 3 μm) of the surface roughness of the obtained annealed wafer on the semiconductor device formation surface was evaluated using an AFM (Atomic Force Microscope).
Further, the generation density of concave pits on the semiconductor device forming surface was calculated from the AFM image.
Furthermore, regarding the defect density in the surface layer part from the wafer surface to a depth of 5 μm, an LSTD scanner (Laser Scattering Topology Defect)
(Scanner) at a wavelength of 680 nm.
Further, as a reference example, the surface roughness on the semiconductor device forming surface of the wafer before hydrogen termination treatment was similarly evaluated by RMS (measurement range: 3 μm × 3 μm) using AFM.
Table 1 shows the test conditions and evaluation results in this test, and FIG. 3 is a plot when the measured values at temperature T1 (° C.) are plotted with the hydrogen termination density in Table 1 as the horizontal axis and the surface roughness as the vertical axis. Respectively.
表1及び図3に示すように、水素終端密度を5.0×1014atoms/cm2以上とし、温度T1(℃)を1300℃以上とすることで、表面粗さ(RMS)の悪化を抑制することができ、更に、表面粗さ(RMS)が水素終端処理前よりも良化し、凹形状のピットも発生せず、かつ、欠陥密度が低いことが認められる。また、水素終端密度が1.5×1015atoms/cm2以上4.0×1015atoms/cm2以下である場合には表面粗さ(RMS)が0.10nm未満と特に良化することが認められる。 As shown in Table 1 and FIG. 3, the hydrogen termination density is set to 5.0 × 10 14 atoms / cm 2 or higher, and the temperature T1 (° C.) is set to 1300 ° C. or higher to reduce the surface roughness (RMS). Further, it can be seen that the surface roughness (RMS) is better than before the hydrogen termination treatment, no concave pits are generated, and the defect density is low. In addition, when the hydrogen termination density is 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 or more and 4.0 × 10 15 atoms / cm 2 or less, the surface roughness (RMS) is particularly improved to be less than 0.10 nm. Is recognized.
10 RTP装置
20 反応室
30 ウェーハ保持部
40 加熱部
10
Claims (2)
前記水素で終端させたシリコンウェーハを、希ガス雰囲気中、1300℃以上1400℃以下の温度範囲に急速昇温し保持した後、急速降温する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。 A silicon wafer on which at least a surface on which a semiconductor device is to be formed is mirror-polished is terminated with hydrogen in a hydrogen fluoride-based solution, and the hydrogen termination density of the surface is 5 × 10 14 atoms / cm 2 or more. A step of 4 × 10 15 atoms / cm 2 or less;
And a step of performing a rapid heating / cooling heat treatment in which the silicon wafer terminated with hydrogen is rapidly heated and held in a temperature range of 1300 ° C. to 1400 ° C. in a rare gas atmosphere and then rapidly cooled. A heat treatment method for silicon wafers.
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