JP5867906B2 - Intentionally contaminated wafer heat treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、高集積デバイスから有害不純物を除去する方法であるゲッタリング技術に関し、特にゲッタリング能力を評価するためにシリコンウェーハを不純物元素で故意汚染させる方法に関する。 The present invention relates to a gettering technique which is a method for removing harmful impurities from a highly integrated device, and more particularly to a method for intentionally contaminating a silicon wafer with an impurity element in order to evaluate the gettering capability.
半導体集積回路等のデバイスの高密度化、高集積化に伴い、デバイス動作の安定化が頓に望まれてきている。特にリーク電流や酸化膜耐圧等の特性値改善は重要な課題である。 As the density of devices such as semiconductor integrated circuits is increased and the integration is increased, stabilization of device operation has been desired. In particular, improvement of characteristic values such as leakage current and oxide film breakdown voltage is an important issue.
しかるに半導体集積回路の製造工程において、望まれざる重金属、例えばCu、Fe、Niといった不純物に汚染される可能性が現在においても否定できていない。これらの重金属不純物はシリコン単結晶中に固溶、あるいは析出した状態で、前述のリーク電流や酸化膜耐圧特性を著しく劣化させることが広く知られている。 However, in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits, the possibility of contamination with impurities such as undesired heavy metals such as Cu, Fe, and Ni cannot be denied. It is widely known that these heavy metal impurities significantly degrade the above-described leakage current and oxide breakdown voltage characteristics in a solid solution or precipitated state in a silicon single crystal.
これらの重金属不純物を除去する方法であるゲッタリング技術は多岐に渡って世に知られている。そのいずれの方法も、それぞれ異なる特徴を有し、除去可能な元素やその適用可能範囲といったものが存在するため、作製するデバイスの種類やその作製方法によって、最適なゲッタリング技術を持ったウェーハを使用する必要がある。 Gettering technology, which is a method for removing these heavy metal impurities, is widely known in the world. Each of these methods has different characteristics, and there are elements that can be removed and their applicable range. Therefore, depending on the type of device to be manufactured and its manufacturing method, a wafer with the optimum gettering technology can be obtained. Need to use.
しかるに、対象とするデバイスやその製造工程を定めても、それだけでは、最適ゲッタリング層を持つウェーハがどれかは判然とせず、事前に何らかの手法でゲッタリング能力を評価して、その使用ウェーハを選定する必要がある。その評価方法として、汚染が懸念される元素(有害不純物)を故意汚染し、ウェーハ内部に適当に拡散させた後、しかるべき評価を行う方法は、単純ではあるが直接的な知見が得られることから広く行われている。 However, even if the target device and its manufacturing process are determined, it is not clear which wafer has the optimal gettering layer, and the gettering capability is evaluated in advance by some method, and the wafer to be used is determined. It is necessary to select. As an evaluation method, an element that is likely to be contaminated (hazardous impurities) is intentionally contaminated and appropriately diffused inside the wafer, and then the appropriate evaluation method is simple but direct knowledge can be obtained. Has been widely practiced since.
また、ウェーハ中の不純物汚染に関連した発明として、特許文献1には、ウェーハの金属汚染量の測定方法が開示されている。その特許文献1の発明は、ホットプレート法により測定対象ウェーハの金属汚染量を測定する方法に関する発明であり、ホットプレート自体が含有している金属によって測定対象ウェーハが汚染されるのを防止するために、測定対象ウェーハとホットプレートの間に別のウェーハを介在させている。
As an invention related to impurity contamination in a wafer,
ところで、不純物元素をシリコンウェーハに故意汚染するためには、その不純物元素をシリコンウェーハ中に拡散させる熱処理工程を行う必要がある。その熱処理工程で不純物元素を拡散させる際には特別な注意を払う必要がある。例えば、一度Feの故意汚染、拡散を行った炉は、既にFeで汚染されていることになり、別の清浄なウェーハを投入すれば、自動的にFeで汚染されるため、他の元素を拡散、導入するための炉としては不適切な炉になってしまう。 By the way, in order to intentionally contaminate a silicon wafer with an impurity element, it is necessary to perform a heat treatment step for diffusing the impurity element into the silicon wafer. Special care must be taken when diffusing impurity elements in the heat treatment process. For example, a furnace that has once intentionally contaminated and diffused Fe is already contaminated with Fe, and if another clean wafer is introduced, it is automatically contaminated with Fe. It becomes an inappropriate furnace for diffusion and introduction.
これを避けるには、故意汚染ウェーハの熱処理後、何らかの手法で炉の清浄度を回復させれば良い。例えば、炉中に何も入れない状態で、1200℃の長時間熱処理を行えば、汚染元素はいずれ昇華して、系外に排出され、清浄度が元へ戻るであろう。また、汚染された炉内の部材を全て清浄な新しい部材へ交換する方法もある。しかし、どちらの方法も時間がかかり、経済的にも不利である。 In order to avoid this, after the heat treatment of the intentionally contaminated wafer, the cleanliness of the furnace may be restored by some method. For example, if heat treatment is performed at 1200 ° C. for a long time in a state where nothing is put in the furnace, the contaminating elements will eventually sublimate and be discharged out of the system, and the cleanliness will be restored. There is also a method of replacing all contaminated members in the furnace with clean new members. However, both methods are time consuming and economically disadvantageous.
他にも、方法はある。例えば、対象元素がFe、Ni、Cuの3種であれば、3つの別の炉をそれぞれ準備する方法である。汚染濃度を変えて投入したい場合には、また濃度別にそれぞれ炉を準備すればよい。この手法であれば、目的の元素の汚染は受けるものの、意図しない元素の汚染は受けずに済む。しかし、この方法もたくさんの炉を必要とするため、準備する設備が大掛かりなものにならざるを得ない。 There are other methods. For example, if the target element is three types of Fe, Ni, and Cu, it is a method of preparing three separate furnaces. If it is desired to change the concentration of contamination, furnaces may be prepared for each concentration. With this method, although the target element is contaminated, it is not necessary to be contaminated with unintended elements. However, this method also requires many furnaces, so the equipment to be prepared must be large.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、目的の不純物元素のみをシリコンウェーハに導入し、目的外の元素はシリコンウェーハに混入させず、かつ炉をできるだけ汚染しない熱処理方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a heat treatment method in which only a target impurity element is introduced into a silicon wafer, non-target elements are not mixed into the silicon wafer, and the furnace is not contaminated as much as possible. This is the issue.
上記課題を解決するために、本発明は、シリコンウェーハ表面に付着させた故意汚染元素を該シリコンウェーハである汚染対象ウェーハ中に拡散させる熱処理を行う方法であって、
前記汚染対象ウェーハの表裏面を、それぞれ別のシリコンウェーハであるダミーウェーハで、間に隙間を形成して挟み込んだ後、前記熱処理を行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for performing a heat treatment for diffusing the intentionally contaminating element adhered to the silicon wafer surface into the contamination target wafer, which is the silicon wafer,
The front and back surfaces of the wafer to be contaminated are respectively dummy wafers that are different silicon wafers, and a gap is formed between them, and then the heat treatment is performed.
本発明によれば、汚染対象ウェーハの表裏面をそれぞれダミーウェーハで挟み込んだ状態で熱処理を行う。このとき、汚染対象ウェーハとダミーウェーハの間には隙間が形成されているので(汚染対象ウェーハとダミーウェーハは直接接触していないので)、炉からダミーウェーハに仮に目的外の元素が混入されたとしても、その目的外の元素が汚染対象ウェーハに混入されるのを抑制できる。つまり、汚染対象ウェーハに目的の不純物元素のみを導入できる。また、汚染対象ウェーハとダミーウェーハの間に隙間が形成されていることで、汚染対象ウェーハの表面に付着した故意汚染元素がダミーウェーハに転写するのを防止できる。つまり、ダミーウェーハを介して汚染対象ウェーハから炉への汚染も抑制できる。 According to the present invention, the heat treatment is performed in a state where the front and back surfaces of the contamination target wafer are sandwiched between the dummy wafers. At this time, since a gap is formed between the contamination target wafer and the dummy wafer (because the contamination target wafer and the dummy wafer are not in direct contact), an unintended element was temporarily mixed into the dummy wafer from the furnace. However, it is possible to suppress the entry of elements other than the intended object into the contamination target wafer. That is, only the target impurity element can be introduced into the contamination target wafer. Further, since the gap is formed between the contamination target wafer and the dummy wafer, it is possible to prevent the intentional contamination element attached to the surface of the contamination target wafer from being transferred to the dummy wafer. That is, contamination from the contamination target wafer to the furnace can be suppressed via the dummy wafer.
また、ダミーウェーハの片面又は両面に酸化膜が形成されているのが好ましい。酸化膜によりダミーウェーハでの汚染元素の拡散が抑えられるので、炉から汚染対象ウェーハへの汚染及び汚染対象ウェーハから炉への汚染をより一層抑制できる。 Further, it is preferable that an oxide film is formed on one side or both sides of the dummy wafer. Since the diffusion of the contaminating elements in the dummy wafer is suppressed by the oxide film, the contamination from the furnace to the contamination target wafer and the contamination from the contamination target wafer to the furnace can be further suppressed.
また、汚染対象ウェーハとダミーウェーハの間に、シリコンウェーハから作られた小片を挟むことで隙間を形成するのが好ましい。これによれば、小片は、金属等に比べてクリーンなシリコンウェーハから作られているので、小片から汚染対象ウェーハに不純物が混入してしまうのを防止できる。 Moreover, it is preferable to form a gap by sandwiching a small piece made of a silicon wafer between the contamination target wafer and the dummy wafer. According to this, since the small piece is made of a silicon wafer that is cleaner than metal or the like, impurities can be prevented from being mixed into the contamination target wafer from the small piece.
また、汚染対象ウェーハとダミーウェーハの間の隙間は500μm以上とするのが好ましい。汚染対象ウェーハとダミーウェーハの間隔が狭すぎると、汚染対象ウェーハからダミーウェーハへ、又はダミーウェーハから汚染対象ウェーハへ汚染元素が拡散してしまう可能性がある。隙間を500μm以上とすることで、その拡散を効果的に防止できる。 Further, the gap between the contamination target wafer and the dummy wafer is preferably 500 μm or more. If the distance between the contamination target wafer and the dummy wafer is too narrow, there is a possibility that the contamination element will diffuse from the contamination target wafer to the dummy wafer or from the dummy wafer to the contamination target wafer. By setting the gap to be 500 μm or more, the diffusion can be effectively prevented.
以下、本発明に係る故意汚染ウェーハの熱処理方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。先ず、本発明に想到するに至るまでの考察を説明する。従来、シリコンウェーハを目的の元素で故意汚染する場合、何らかの方法にて表面に元素を塗布し、それをシリコンウェーハ内部に拡散させるために電気炉に投入し、熱処理を行っていた。しかし、この方法では、仮に電気炉が既に他の元素で汚染されていれば、その元素によってウェーハが汚染されることになり、目的元素のみをウェーハに導入することは困難である。また、電気炉が清浄であれば、その炉を故意汚染元素で汚染することになり、次回使用時に熱処理対象ウェーハを汚染することになる。 Embodiments of a method for heat treating a intentionally contaminated wafer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, considerations up to the idea of the present invention will be described. Conventionally, when a silicon wafer is intentionally contaminated with a target element, the element is applied to the surface by some method, and the silicon wafer is put into an electric furnace and diffused in order to diffuse it into the silicon wafer. However, in this method, if the electric furnace is already contaminated with another element, the wafer is contaminated by that element, and it is difficult to introduce only the target element into the wafer. Further, if the electric furnace is clean, the furnace is contaminated with intentional contaminant elements, and the heat treatment target wafer is contaminated at the next use.
これを防ぐために、別のシリコンウェーハ(ダミーウェーハ)で汚染対象ウェーハの両面を挟み込む方法が考えられる。この方法による熱処理実施の形態を図1に示す。すなわち、この方法では、図1(A)に示すように、汚染対象ウェーハ1の表面にFe等の重金属不純物3(白丸で図示)を塗布した後に、汚染対象ウェーハ1の表裏面をそれぞれダミーウェーハ21で挟み込む。その後、図1(B)に示すように、ダミーウェーハ21で挟み込まれた状態で汚染対象ウェーハ1の熱処理を行い、重金属不純物3を汚染対象ウェーハ1中に拡散させる。
In order to prevent this, a method of sandwiching both surfaces of the contamination target wafer with another silicon wafer (dummy wafer) is conceivable. An embodiment of the heat treatment by this method is shown in FIG. That is, in this method, as shown in FIG. 1A, after applying heavy metal impurities 3 (illustrated by white circles) such as Fe on the surface of the
図1の方法に関連した先行文献には、上記特許文献1があるが、特許文献1の方法はホットプレートを用いる際を対象にしており、通常のシリコンウェーハを熱処理できるような大型の電気炉は想定の範囲外である。また、電気炉を対象にこの文献の手法を適用した場合でも、故意汚染の対象元素、あるいは、炉から受ける目的外の汚染元素のいずれかがダミーウェーハを突き抜けるほど十分な拡散時間があれば、炉からの汚染と炉への汚染の両方を防ぐことはできない。図1(B)では、外部(電気炉)からの汚染原子4(黒丸で図示。以下、外因性汚染原子という)がダミーウェーハ21を突き抜けて汚染対象ウェーハ1に混入してしまっている状態を示している。また、図1(B)では、故意汚染の対象元素である重金属不純物3の一部がダミーウェーハ21側に拡散してしまっている状態を示している。つまり、重金属不純物3の汚染対象ウェーハ1への定量故意汚染が阻害されている。
Prior art related to the method of FIG. 1 includes the above-mentioned
そこで、ダミーウェーハに酸化膜を形成し、図1と同様に汚染対象ウェーハの両面をそのダミーウェーハで挟み込む方法が考えられる。この方法による熱処理実施の形態を図2に示す。すなわち、この方法では、図2(A)に示すように、シリコンウェーハ21の両面に酸化膜22を形成し、それらシリコンウェーハ21及び酸化膜22から構成されたダミーウェーハ24(酸化膜付きダミーウェーハ)で汚染対象ウェーハ1を挟み込む。その状態で熱処理を行うと、図2(B)に示すように、酸化膜22によって、重金属不純物3や外因性汚染原子4の動きを抑えることができる。そのため、図1の方法に比べて、重金属不純物3による炉の汚染(汚染対象ウェーハ1から炉への汚染)や、外因性汚染原子4による汚染対象ウェーハ1の汚染(炉から汚染対象ウェーハ1への汚染)を抑えることができる。
Therefore, a method of forming an oxide film on the dummy wafer and sandwiching both surfaces of the contamination target wafer between the dummy wafers as in FIG. 1 can be considered. An embodiment of heat treatment by this method is shown in FIG. That is, in this method, as shown in FIG. 2A, an
しかし、図2の方法も定量故意汚染を行いながら、炉の清浄度を下げない方法としては不十分である。なぜなら、炉からの汚染を想定する場合、酸化膜22をも十分突き抜けるほど高い拡散係数を持つ元素、例えばCuならば、そのCuの動きを抑えるには現実的に使用できないほどの厚い酸化膜22が必要となる。また、定量故意汚染を実施する観点からは、汚染対象ウェーハ1上の重金属不純物3は、接触しているダミーウェーハ24の酸化膜22側にも付着、拡散し、その量が無視できないことになるため、目的の汚染濃度より薄められてしまうことになるのは明らかである。
However, the method of FIG. 2 is also insufficient as a method that does not lower the cleanliness of the furnace while performing quantitative deliberate contamination. This is because in the case of assuming contamination from the furnace, an element having a diffusion coefficient high enough to penetrate through the
以上より、ダミーウェーハを汚染対象ウェーハに接触させている限りは、定量故意汚染と炉の汚染防御の2つを両方満足させる方法にはなり得ない。 From the above, as long as the dummy wafer is in contact with the wafer to be contaminated, it cannot be a method that satisfies both the quantitative intentional contamination and the furnace contamination prevention.
以上の考察を経て本発明を想到するに至り、具体的には、ダミーウェーハで汚染対象ウェーハを挟み込む際、そのダミーウェーハと汚染対象ウェーハの間にわずかな隙間を形成して熱処理を行う方法を想到するに至った。図3は、本発明の熱処理実施の形態であり、図3(A)は汚染対象ウェーハ1をダミーウェーハ24で挟み込みを行っている途中状態を示しており、図3(B)はダミーウェーハ24で挟み込まれた汚染対象ウェーハ1の熱処理を行っている状態を示している。
Through the above consideration, the present invention has been conceived. Specifically, when a wafer to be contaminated is sandwiched between dummy wafers, a method of performing a heat treatment by forming a slight gap between the dummy wafer and the wafer to be contaminated. I came up with an idea. FIG. 3 shows an embodiment of the heat treatment according to the present invention. FIG. 3A shows a state in which the
図3(A)に示すように、本発明では、表面11に重金属不純物3が塗布されたシリコンウェーハ1を汚染対象ウェーハとして用い、その汚染対象ウェーハ1の表面11及び裏面12をそれぞれダミーウェーハ24で挟み込む。このとき、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24の間にスペーサ5(小片)を設けて、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24の間に隙間6を形成する。つまり、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24とを直接接触させないようにする。ダミーウェーハ24は、シリコンウェーハ21の両面に酸化膜22が形成されたウェーハである。なお、シリコンウェーハの片面だけに酸化膜が形成されたダミーウェーハを採用しても良い。ダミーウェーハ24のサイズは、汚染対象ウェーハ1と同じサイズか汚染対象ウェーハ1よりも若干大きいサイズとする。
As shown in FIG. 3A, in the present invention, the
スペーサ5は、そのサイズや材質など目的に合えば何を使用しても良いが、熱処理に用い、定量汚染を行うという目的からは、熱処理時の温度での耐熱性はもちろん、容易に汚染対象ウェーハ1を汚染するような部材は適切ではない。したがって、スペーサ5にはシリコンウェーハの破片が好適である。これにより、熱処理時にスペーサ5が変形するのを防止できるとともに、スペーサ5から汚染対象ウェーハ1への汚染を防止できる。また、スペーサ5を介したダミーウェーハ24から汚染対象ウェーハ1への汚染や汚染対象ウェーハ1からダミーウェーハ24への汚染を抑制する観点から、スペーサ5のサイズ(平面視でのスペーサ5の面積)は小さいほうが好ましい。スペーサ5の大きさは例えば数mm2から数十mm2程度とされる。
Any
また、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24とが直接接触しないのであれば、スペーサ5の厚さ(隙間6)は小さいほうが好ましい。ただし、シリコンウェーハから作られた小片をスペーサ5としていることから、スペーサ5の厚さを小さくするにも限度がある。このことを鑑みると、スペーサ5の厚さは500μm以上とするのが好ましい。この500μmの値は、下記実施例で使用したスペーサ5の厚さ(6インチのシリコンウェーハの厚さ675μm)を元に設定された値(1枚分のシリコンウェーハ相当の厚さ)である。スペーサ5の厚さを500μm以上とすることで、シリコンウェーハから容易に所望の厚さのスペーサを作ることができる。つまり、スペーサ5の厚さ調整が容易となる。一方で、スペーサ5の厚さ(隙間6)が大きすぎると、ダミーウェーハ24を設けることによる効果が薄れてしまい、電気炉内の雰囲気ガスから直接(ダミーウェーハ24を介さないで)外因性汚染原子4が汚染対象ウェーハ1に混入してしまう。また、表面11に塗布された重金属不純物3が電気炉内に拡散してしまう。そこで、スペーサ5の厚さは10mm以内とするのが好ましい。なお、10mmの値は、インゴットから切り出したライフタイム測定用のサンプルの厚さを想定して設定した値である。
Further, if the
スペーサ5の個数は何個でも良いが、スペーサ5を介した不純物(重金属不純物3、外因性汚染原子4)の混入、転写を抑制する観点からは、スペーサ5の個数は少ないほうが良い。ただし、スペーサ5の個数が少なすぎると、ダミーウェーハ24が不安定となる。そこで、スペーサ5の個数は片面3個(両面では6個)とするのが好ましい。図4は、スペーサ5が設置された状態の汚染対象ウェーハ1の平面図を示している。なお、図4では、汚染対象ウェーハ1の表面11側を示している。図4に示すように、3個のスペーサ5を汚染対象ウェーハ1の外周付近を周方向に3等分した位置(厳密に3等分した位置でなくてもよい)に設置することで、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24の接触(スペーサ5を介した接触)を最小限に抑えることができるとともに、ダミーウェーハ24を安定させることができる。
The number of
本発明によれば、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24とはスペーサ5を介した接触のみとなり、また雰囲気ガスとの接触はスペーサ5の厚さで調節できるため、雰囲気ガスからの汚染、つまり炉からの汚染をほとんど受けることなく熱処理を実施できる。つまり、図3(B)に示すように、外因性汚染原子4のほとんどは、酸化膜22付きのダミーウェーハ24で遮断され、外因性汚染原子4の汚染対象ウェーハ1への混入を抑制できる。また、表面11に塗布した重金属不純物3で炉の雰囲気を経由して炉のチューブを汚染することもない。よって、目的の定量故意汚染と炉への汚染防御を両方満足させる熱処理が実施可能となる。
According to the present invention, the
次に、本発明の熱処理方法の工程を説明する。図5は本発明の熱処理方法の工程を示したフローチャートである。図4を参照して図5の工程を説明すると、先ず、汚染対象とするシリコンウェーハ1(汚染対象ウェーハ)を準備する(S11)。具体的には、ゲッタリング能力(インタナルゲッタリング又はエクスターナルゲッタリング)が備わっており、そのゲッタリング能力を評価するためのシリコンウェーハを汚染対象ウェーハ1として準備する。
Next, the steps of the heat treatment method of the present invention will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the steps of the heat treatment method of the present invention. 5 will be described with reference to FIG. 4. First, a silicon wafer 1 (contamination target wafer) to be contaminated is prepared (S11). Specifically, a gettering capability (internal gettering or external gettering) is provided, and a silicon wafer for evaluating the gettering capability is prepared as the
次に、S11で準備した汚染対象ウェーハ1の表面11に、Fe、Cu、Ni等の重金属不純物3を表面塗布する(S12)。次に、シリコンウェーハ21の両面又は片面に酸化膜22が形成されたダミーウェーハ24を2つ準備する(S13)。また、シリコンウェーハから作られた小片5(スペーサ)を必要な個数分、準備する(S13)。例えば片面3個のスペーサ5を用いる場合には、計6個のスペーサを準備する。
Next,
次に、汚染対象ウェーハ1、スペーサ5及びダミーウェーハ24を図3に示すようにセッティングする(S14)。すなわち、汚染対象ウェーハ1の表裏面を2つのダミーウェーハ24で挟み込む。このとき、汚染対象ウェーハ1とダミーウェーハ24の間にスペーサ5を設ける。なお、スペーサ5は、汚染対象ウェーハ1やダミーウェーハ24に接着剤等でくっつけるわけでなく、それら汚染対象ウェーハ1、ダミーウェーハ24とスペーサ5との接触面には何も付けないようにする。これにより、接着剤等に含まれた不純物が汚染対象ウェーハ1に混入するのを防止している。
Next, the
次に、S14のセッティング状態のまま汚染対象ウェーハ1、スペーサ5及びダミーウェーハ24を電気炉に投入し、その電気炉にて汚染対象ウェーハ1の熱処理を行う(S15)。なお、S14のセッティングは電気炉内で行っても良い。これにより、図3(B)に示すように、表面11に塗布した重金属不純物3が汚染対象ウェーハ1中に拡散される。
Next, the
以上の工程を経て、重金属不純物3で故意汚染された故意汚染ウェーハ10(図3(B)参照)を得ることができる。その後、その故意汚染ウェーハ10中の重金属不純物3に基づいて、故意汚染ウェーハ10(元の汚染対象ウェーハ1)のゲッタリング能力を評価する。
Through the above steps, the intentionally contaminated wafer 10 (see FIG. 3B) intentionally contaminated with the
以上説明したように、本実施形態によれば、汚染対象ウェーハの表面に塗布した重金属不純物の炉への拡散と、炉から汚染対象ウェーハへの汚染の両方を抑制できるので、異なる種類の不純物の故意汚染を同一の炉で実施できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress both diffusion of heavy metal impurities applied to the surface of the contamination target wafer to the furnace and contamination from the furnace to the contamination target wafer. Intentional contamination can be carried out in the same furnace.
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
(比較例1)
CZ法により、直径6インチ、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のSiの結晶棒を、通常の引き上げ速度(1.2mm/min)で引き上げた。この結晶棒を加工して厚さ675μmの基板ウェーハ(汚染対象ウェーハ)とし、そのまま、Feで汚染されていることが確認されている電気炉で、1000℃で1時間の熱処理を施した。その後、全反射蛍光X線法で基板ウェーハ表面のFe濃度を測定したところ、5.4×1011cm−2のFeを検出した。これは、Fe汚染されている炉中の熱処理で、炉から大量のFeの汚染を受けてしまったことを示している。なお、上記「JEIDA」は、Jaoanese Electronic Industry Development Association(日本電子工業振興協会)の略であり、JEIDAが定めた検量線に基づき酸素濃度を測定したことを示している。
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
(Comparative Example 1)
By a CZ method, a Si crystal rod having a diameter of 6 inches, an initial oxygen concentration of 14 ppma (JEIDA), and an orientation <100> was pulled at a normal pulling rate (1.2 mm / min). This crystal rod was processed into a substrate wafer (contamination target wafer) having a thickness of 675 μm, and was directly subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour in an electric furnace that was confirmed to be contaminated with Fe. Thereafter, when the Fe concentration on the surface of the substrate wafer was measured by a total reflection fluorescent X-ray method, 5.4 × 10 11 cm −2 Fe was detected. This indicates that a large amount of Fe was contaminated from the furnace by heat treatment in the furnace contaminated with Fe. Note that “JEIDA” is an abbreviation for “Jaonese Electronic Industry Development Association” and indicates that the oxygen concentration was measured based on a calibration curve defined by JEIDA.
(比較例2)
CZ法により、直径6インチ、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のSiの結晶棒を、通常の引き上げ速度(1.2mm/min)で引き上げた。この結晶棒を加工して、1枚を基板ウェーハ(汚染対象ウェーハ)とし、別の2枚のウェーハ両面にそれぞれ200nmの酸化膜を形成したものをダミーウェーハとして、基板ウェーハの両面を挟みこんだ。なお、基板ウェーハ、ダミーウェーハの厚さは675μmである。この3枚のウェーハを直接重ねたまま、Feで汚染されていることが確認されている電気炉で、1000℃で1時間の熱処理を施した。その後、全反射蛍光X線法で基板ウェーハ表面のFe濃度を測定したところ、7.0×1010cm−2のFeを検出した。これは、比較例1のように、基板ウェーハが完全に炉中に露出していないため、汚染濃度が比較例1より減少したものの、依然としてFe汚染を受けていることを示す。これは、まず、ダミーウェーハが汚染され、Fe原子がダミーウェーハを通過、拡散して、やがて、直接接触している基板をもFe汚染したと考えられ、炉からの汚染を完全に防御できたとはいえない。
(Comparative Example 2)
By a CZ method, a Si crystal rod having a diameter of 6 inches, an initial oxygen concentration of 14 ppma (JEIDA), and an orientation <100> was pulled at a normal pulling rate (1.2 mm / min). By processing this crystal rod, one substrate was used as a substrate wafer (contamination target wafer), and two wafers were formed on both sides with 200 nm oxide films as dummy wafers. . The thickness of the substrate wafer and the dummy wafer is 675 μm. The three wafers were directly stacked and heat-treated at 1000 ° C. for 1 hour in an electric furnace that was confirmed to be contaminated with Fe. Thereafter, when the Fe concentration on the surface of the substrate wafer was measured by a total reflection fluorescent X-ray method, 7.0 × 10 10 cm −2 Fe was detected. This shows that although the substrate wafer is not completely exposed to the furnace as in Comparative Example 1, the contamination concentration is lower than that in Comparative Example 1, but it still receives Fe contamination. This is because the dummy wafer was first contaminated, Fe atoms passed through and diffused through the dummy wafer, and it was thought that the substrate in direct contact was eventually contaminated with Fe, which completely prevented contamination from the furnace. I can't say that.
(実施例1)
CZ法により、直径6インチ、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のSiの結晶棒を、通常の引き上げ速度(1.2mm/min)で引き上げた。この結晶棒を加工して、1枚を基板ウェーハ(汚染対象ウェーハ)とし、別の2枚のウェーハ両面にそれぞれ200nmの酸化膜を形成したものをダミーウェーハとして、基板ウェーハの両面を挟みこんだ。なお、基板ウェーハ、ダミーウェーハの厚さは675μmである。この3枚のウェーハを重ねる際、基板ウェーハとダミーウェーハの間に675μm厚で、4×4mm2のシリコンウェーハの破片をウェーハ外周部に近い部位に3枚設置し、これをスペーサとした。当然、スペーサは基板ウェーハの両側に挟み込んで配置するダミーウェーハ2枚の間に必要なため、合計6枚のスペーサを用いている。このようにスペーサを用いて、ダミーウェーハと基板ウェーハが直接接触しないように重ね合わせた3枚のウェーハを、Feで汚染されていることが確認されている電気炉で、1000℃で1時間の熱処理を施した。なお、本実験では、汚染炉からのFe汚染を確認するための実験であるので、基板ウェーハの表面には故意汚染元素を塗布していない。
Example 1
By a CZ method, a Si crystal rod having a diameter of 6 inches, an initial oxygen concentration of 14 ppma (JEIDA), and an orientation <100> was pulled at a normal pulling rate (1.2 mm / min). By processing this crystal rod, one substrate was used as a substrate wafer (contamination target wafer), and two wafers were formed on both sides with 200 nm oxide films as dummy wafers. . The thickness of the substrate wafer and the dummy wafer is 675 μm. When the three wafers were stacked, three pieces of a 4 × 4 mm 2 silicon wafer having a thickness of 675 μm were placed between the substrate wafer and the dummy wafer at a location close to the outer periphery of the wafer, and this was used as a spacer. Naturally, since a spacer is necessary between two dummy wafers arranged on both sides of the substrate wafer, a total of six spacers are used. Thus, using the spacer, the three wafers stacked so that the dummy wafer and the substrate wafer are not in direct contact with each other in an electric furnace that has been confirmed to be contaminated with Fe at 1000 ° C. for 1 hour. Heat treatment was applied. Since this experiment is an experiment for confirming Fe contamination from the contamination furnace, no intentional contamination element is applied to the surface of the substrate wafer.
その後、全反射蛍光X線法で基板ウェーハ表面のFe濃度を測定したところ、1.7×1010cm−2のFeを検出した。これは、比較例2のように、ダミーウェーハと基板ウェーハが完全に接触してはいないため、ダミーウェーハが炉から受けた汚染が、基板ウェーハへは伝わらなかったことを示し、また、スペーサで空けた隙間が炉の雰囲気と接触していても、その雰囲気からの汚染を受けなかったことを示している。このことから、本発明は、目的である定量故意汚染と炉への汚染妨害の両方を満たす熱処理方法であることがわかった。 Thereafter, when the Fe concentration on the surface of the substrate wafer was measured by a total reflection fluorescent X-ray method, 1.7 × 10 10 cm −2 Fe was detected. This is because the dummy wafer and the substrate wafer are not completely in contact with each other as in Comparative Example 2, so that the contamination received from the furnace by the dummy wafer was not transmitted to the substrate wafer. This shows that even though the gap was in contact with the furnace atmosphere, it was not contaminated by that atmosphere. From this, it has been found that the present invention is a heat treatment method that satisfies both the purposeful quantitative intentional contamination and the prevention of contamination to the furnace.
(実施例2)
CZ法により、直径6インチ、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のSiの結晶棒を、通常の引き上げ速度(1.2mm/min)で引き上げた。この結晶棒を加工して、1枚を基板ウェーハ(汚染対象ウェーハ)とし、別の2枚のウェーハ両面にそれぞれ200nmの酸化膜を形成したものをダミーウェーハとした。この3枚のウェーハのうち、基板ウェーハの表面にFeを1×1013cm−2塗布後、これを2枚のダミーウェーハで挟むよう重ねた。この際、基板ウェーハとダミーウェーハの隙間に675μm厚で、4×4mm2のシリコンウェーハの破片をウェーハ外周部に近い部位に3枚設置し、これをスペーサとした。当然、スペーサは基板ウェーハの両側に挟み込んで配置するダミーウェーハ2枚の間に必要なため、合計6枚のスペーサを用いている。このようにスペーサを用いて、ダミーウェーハと基板ウェーハが直接接触しないように重ね合わせた3枚のウェーハを、Feで汚染されていることが確認されている電気炉で、1000℃で1時間の熱処理(以下、熱処理1と言う)を施した。
(Example 2)
By a CZ method, a Si crystal rod having a diameter of 6 inches, an initial oxygen concentration of 14 ppma (JEIDA), and an orientation <100> was pulled at a normal pulling rate (1.2 mm / min). This crystal rod was processed so that one was a substrate wafer (contamination target wafer), and a dummy wafer was formed by forming 200 nm oxide films on both surfaces of another two wafers. Of these three wafers, 1 × 10 13 cm −2 of Fe was applied to the surface of the substrate wafer, and the wafers were stacked so as to be sandwiched between two dummy wafers. At this time, three pieces of a 4 × 4 mm 2 silicon wafer having a thickness of 675 μm were placed in the gap between the substrate wafer and the dummy wafer at a location close to the outer periphery of the wafer, and this was used as a spacer. Naturally, since a spacer is necessary between two dummy wafers arranged on both sides of the substrate wafer, a total of six spacers are used. Thus, using the spacer, the three wafers stacked so that the dummy wafer and the substrate wafer are not in direct contact with each other in an electric furnace that has been confirmed to be contaminated with Fe at 1000 ° C. for 1 hour. Heat treatment (hereinafter referred to as heat treatment 1) was performed.
この熱処理1に引き続き、今度は表面がFeで汚染されていない清浄なウェーハを単体で炉中に投入し、1000℃で1時間の熱処理を施した後、全反射蛍光X線法で基板ウェーハ表面のFe濃度を測定したところ、5.4×1011cm−2のFeを検出した。これは、比較例1に示すように、汚染ウェーハ投入前の汚染濃度と変化がなく、前述のダミーウェーハを用いた熱処理1で炉が汚染されることがなかったことを示す。
Following this
これに対し、比較例1のようにダミーウェーハで挟み込む本方法を用いずに、汚染ウェーハを炉に投入後、続いて、清浄なウェーハを熱処理して、その後の表面Fe濃度を測定した場合は、1.0×1012cm−2程度のFeが検出され、汚染ウェーハの投入前(5.4×1011cm−2)よりも汚染濃度が高まったことから、ダミーウェーハによる本方法を用いなければ、炉が確実にFeで汚染されることが示された。 On the other hand, when the contaminated wafer was put into the furnace without using this method of sandwiching with a dummy wafer as in Comparative Example 1, and then the clean wafer was heat treated and the subsequent surface Fe concentration was measured. , About 1.0 × 10 12 cm −2 was detected, and the contamination concentration was higher than before the contaminated wafer was introduced (5.4 × 10 11 cm −2 ). Without it, it was shown that the furnace was reliably contaminated with Fe.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、かつ同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
1 汚染対象ウェーハ
24 ダミーウェーハ
22 酸化膜
3 重金属不純物
4 外因性汚染原子
5 スペーサ
6 隙間
10 故意汚染ウェーハ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記汚染対象ウェーハの表裏面を、それぞれ別のシリコンウェーハであるダミーウェーハで、間に隙間を形成して挟み込んだ後、前記熱処理を行うことを特徴とする故意汚染ウェーハの熱処理方法。 A method of performing a heat treatment for diffusing the intentionally contaminating element attached to the silicon wafer surface into the contamination target wafer, which is the silicon wafer,
An intentionally contaminated wafer heat treatment method, wherein the heat treatment is performed after the front and back surfaces of the contamination target wafer are sandwiched between dummy wafers, which are different silicon wafers, with a gap formed therebetween.
The method for heat treatment of intentionally contaminated wafers according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap is 500 µm or more.
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