JP6971622B2 - Manufacturing method of semiconductor wafer and semiconductor wafer - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェハの製造方法及び半導体ウェハに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor wafer and a semiconductor wafer.
半導体ウェハの製造においては、半導体ウェハのデバイス形成領域における結晶欠陥、例えばボイド欠陥を低減させる目的で熱処理が行なわれている。ボイド欠陥は、空孔が集まってできた空洞状の欠陥であり、空洞を取り囲む壁面が珪素酸化物(SiO2)からなる酸化膜で覆われている欠陥である。半導体ウェハのデバイス形成領域におけるボイド欠陥の存在は、半導体デバイスの特性に影響を与えることが知られている。 In the manufacture of semiconductor wafers, heat treatment is performed for the purpose of reducing crystal defects, for example, void defects in the device forming region of the semiconductor wafer. A void defect is a cavity-like defect formed by a collection of pores, and is a defect in which the wall surface surrounding the cavity is covered with an oxide film made of silicon oxide (SiO 2). It is known that the presence of void defects in the device forming region of a semiconductor wafer affects the characteristics of the semiconductor device.
また、半導体ウェハの熱処理は、BMD(Bulk Micro Defect)を成長させる目的でも行なわれている。BMDは、デバイスの製造プロセスにおいて金属不純物のゲッタリングサイトとして作用するため、高品質な半導体デバイスを得る上でBMDの成長は不可欠である。 Further, the heat treatment of the semiconductor wafer is also performed for the purpose of growing the BMD (Bulk Micro Defect). Since BMD acts as a gettering site for metal impurities in the device manufacturing process, the growth of BMD is indispensable for obtaining high quality semiconductor devices.
このような熱処理は、例えば、縦型式の熱処理炉を用い、アルゴン(Ar)雰囲気もしくは水素雰囲気、又はそれらの混合雰囲気中で行う。この熱処理では、処理対象の半導体ウェハを支持させる治具として、基材が炭化珪素(SiC)等の耐熱強度に優れた材料からなるものを用いることができる。この場合、熱処理は、一般にAr雰囲気中で行う。 Such heat treatment is performed, for example, using a vertical heat treatment furnace in an argon (Ar) atmosphere, a hydrogen atmosphere, or a mixed atmosphere thereof. In this heat treatment, as a jig for supporting the semiconductor wafer to be processed, a jig whose base material is made of a material having excellent heat resistance such as silicon carbide (SiC) can be used. In this case, the heat treatment is generally performed in an Ar atmosphere.
特許文献1には、熱処理工程におけるSiC製治具及び環境からシリコンウェハへの炭素汚染を防ぐための技術が記載されている。具体的には、Ar雰囲気中での熱処理の後であって、熱処理炉の石英チューブからシリコンウェハを取り出すのに先立ち、炉内の雰囲気をAr雰囲気から酸素雰囲気へと切替え、酸素雰囲気下にてSiC治具の表面に酸化膜を形成することが記載されている。
特許文献2には、シリコンを含有する光導電層及び1対の電極よりなる固体撮像素子において、光導電層と電極との間に、少なくともシリコン及びカーボンを含有する半導体層を設けた固体撮像素子が記載されている。このような構造を有する固体撮像素子は、半導体層に含まれたカーボンが電極からのキャリアの注入を抑制するため、小さな暗電流と優れた光感度とを達成する。 In Patent Document 2, in a solid-state image sensor composed of a photoconductive layer containing silicon and a pair of electrodes, a solid-state image sensor in which a semiconductor layer containing at least silicon and carbon is provided between the photoconductive layer and the electrodes. Is described. A solid-state image sensor having such a structure achieves a small dark current and excellent optical sensitivity because the carbon contained in the semiconductor layer suppresses carrier injection from the electrode.
非特許文献1には、シリコン基板中の炭素は、熱処理中に発生する酸素ドナーの形成を抑制する効果を有することが記載されている。
Non-Patent
半導体ウェハの製造過程において、その単結晶育成時における炭素等の不純物の混入は不可避である。特に、チョクラルスキー法により育成された単結晶インゴットは、炭素等の不純物の濃度がその軸方向に比較的大きなばらつきを有する可能性がある。そのため、当該インゴットからスライスされた半導体ウェハを用いて得られるデバイスの性能のばらつきを小さくするためには、デバイス製造のプロセス条件を、その製造に使用する半導体ウェハに対応したインゴットの位置に応じて変化させる必要があった。 In the process of manufacturing a semiconductor wafer, it is inevitable that impurities such as carbon are mixed in during the growth of the single crystal. In particular, the single crystal ingot grown by the Czochralski method may have a relatively large variation in the concentration of impurities such as carbon in the axial direction. Therefore, in order to reduce the variation in the performance of the device obtained by using the semiconductor wafer sliced from the ingot, the process conditions for device manufacturing are set according to the position of the ingot corresponding to the semiconductor wafer used for the manufacturing. Needed to change.
特許文献1に記載された方法は、シリコンウェハの熱処理工程において、SiC製治具の表面に酸化膜を形成することを含んでいる。こうすると、SiC製治具の繰り返しの使用に伴うSiC治具からシリコンウェハへの炭素汚染の量を低減させることが可能となる。しかしながら、熱処理工程における炭素汚染量の低減は、結晶育成時に混入した炭素濃度のばらつきを小さくする効果を有し得ない。したがって、この方法では、デバイス製造のプロセス条件を、その製造に使用するシリコンウェハに対応したインゴットの位置に応じて変化させる必要があり、デバイス製造が煩雑となる虞があった。
The method described in
特許文献2及び非特許文献1には、シリコン基板に炭素を含ませることによる性能の向上が示されている。しかしながら、炭素濃度のばらつきを小さくすることは記載されていない。
Patent Document 2 and
そこで、本発明は、上記状況に鑑み、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハの製造を可能とすることを目的とする。 Therefore, in view of the above situation, it is an object of the present invention to enable the production of a semiconductor wafer having excellent carbon concentration uniformity.
本発明の第1側面によると、半導体ウェハを、その表面から深さ方向への距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で熱処理することと、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することとを含み、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は1080乃至1220℃の範囲内の温度で行い、前記不活性雰囲気又は前記還元性雰囲気中での熱処理は、前記半導体ウェハを1130乃至1220℃の範囲内の温度に60乃至120分間維持することを含む半導体ウェハの製造方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the semiconductor wafer is heat-treated in an atmosphere containing a carbon-containing gas so that the carbon concentration reaches saturation at any position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm or less. The semiconductor wafer is heat-treated in an inert atmosphere or a reducing atmosphere prior to the heat treatment in the atmosphere containing the carbon-containing gas, and the heat treatment is performed in the atmosphere containing the carbon-containing gas. heat treatment are performed by the temperature in the range of 1080 to 1220 ° C., wherein the heat treatment in an inert atmosphere or the reducing atmosphere, maintaining the 60 to 120 minutes to a temperature in the range of the semiconductor wafer 1130 to 1220 ° C. A method for manufacturing a semiconductor wafer including the above is provided.
本発明の第2側面によると、表面から深さ方向への距離が5μmの位置におけるLSTD密度が0.1個/cm2以下であり、前記距離が2μmより小さい何れかの位置における炭素濃度が1×1016atoms/cm3以上であり、前記距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある半導体ウェハが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the LSTD density is 0.1 pieces / cm 2 or less at a position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm, and the carbon concentration at any position where the distance is smaller than 2 μm. 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and the carbon concentration at any position within the range of 2 to 30 μm is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more and the distance is greater than 30 μm. A semiconductor wafer having a carbon concentration in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at that position is provided.
本発明の第3側面によると、表面領域における炭素濃度が1×1015atoms/cm3未満であり、表面から深さ方向への距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある半導体ウェハが提供される。 According to the third aspect of the present invention, the carbon concentration in the surface region is less than 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and the carbon at any position within the depth range of 2 to 30 μm from the surface. The concentration is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more, and the carbon concentration at any position where the distance is greater than 30 μm is in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3. A semiconductor wafer is provided.
本発明によれば、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハの製造が可能となる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor wafer having excellent carbon concentration uniformity.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下の説明は、本発明を限定することを意図しない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the following description is not intended to limit the present invention.
<熱処理装置>
本発明の一実施形態に係る製造方法に使用可能な熱処理装置を、図1及び図2を参照して説明する。
<Heat treatment equipment>
A heat treatment apparatus that can be used in the production method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本発明の一実施形態に係る製造方法に使用可能な熱処理装置を概略的に示す断面図である。図2は、図1に示す熱処理装置が含むボートを概略的に示す斜視図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a heat treatment apparatus that can be used in the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a boat included in the heat treatment apparatus shown in FIG.
図1に示す熱処理装置1は、装置本体10と、ボート20と、排気装置30と、ガス供給装置40と、図示しない搬送装置とを含んでいる。
The
装置本体10は、石英炉芯管11と、SiC均熱管12と、加熱装置13と、ヒートチューブ14と、遮熱板15と、シール部材16と、蓋17と、保温装置18と、支持体19とを含んでいる。
The apparatus
石英炉芯管11は、石英炉芯管本体111とフランジ部112とを含んでいる。
石英炉芯管本体111は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。石英炉芯管本体111の頂部の壁には、後述するガス供給管41が挿入される貫通孔が設けられている。
The quartz
The quartz furnace core tube main body 111 has a tubular shape in which one opening is closed and the other opening faces downward. The wall at the top of the quartz furnace core tube main body 111 is provided with a through hole into which the
フランジ部112は、中央に円形の貫通孔113が設けられた板である。フランジ部112は、石英炉芯管本体111と、その下方の開口部で接合されている。
The
SiC均熱管12は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。SiC均熱管12は、石英炉芯管本体111を取り囲むように設置されている。SiC均熱管12は、例えば、グラファイトなどの誘導加熱が可能な材料からなる本体の表面にSiC層を設けた構造を有している。 The SiC heat soaking tube 12 has a tubular shape in which one opening is closed and the other opening faces downward. The SiC heat equalizing tube 12 is installed so as to surround the quartz furnace core tube main body 111. The SiC soaking tube 12 has a structure in which a SiC layer is provided on the surface of a main body made of a material capable of induction heating such as graphite.
加熱装置13は、SiC均熱管12を取り囲むように設置されたコイルと、コイルに高周波電流を流す電源装置とを含んでいる。加熱装置13は、SiC均熱管12の本体において渦電流を生じさせ、これにより、その内部を加熱する。 The heating device 13 includes a coil installed so as to surround the SiC heat equalizing tube 12 and a power supply device for passing a high frequency current through the coil. The heating device 13 generates an eddy current in the main body of the SiC soaking tube 12, thereby heating the inside thereof.
ヒートチューブ14は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。ヒートチューブ14は、SiC均熱管12及びコイルを取り囲むように設置されている。ヒートチューブ14の側壁は、下方の開口近傍で縮径している。ヒートチューブ14は、電磁波及び熱が装置本体10の外部へと漏洩するのを防止する。
The heat tube 14 has a tubular shape in which one opening is closed and the other opening faces downward. The heat tube 14 is installed so as to surround the SiC heat equalizing tube 12 and the coil. The side wall of the heat tube 14 is reduced in diameter in the vicinity of the lower opening. The heat tube 14 prevents electromagnetic waves and heat from leaking to the outside of the apparatus
遮熱板15は、SiC均熱管12及びヒートチューブ14の下方に設置されている。遮熱板15は貫通孔を有しており、この貫通孔には、石英炉芯管本体111が挿通されている。遮熱板15は、その下方に設置された要素を熱から保護する。
The
シール部材16は、石英炉芯管11の下方に設置されている。シール部材16は、本体161と、Oリング162及び163とを含んでいる。
The sealing
本体161は、一方の主面に、フランジ部112の外径とほぼ等しい径の凹部を有している板状体である。この凹部の底部には、溝が環状に設けられており、この溝にOリング162が設置されている。本体161は、凹部が設けられた主面が上方を向くように設置されており、この凹部には、フランジ部112が嵌め込まれている。Oリング162は、本体161とフランジ部112との間の隙間を通じたガスの流通を防止する。
The
本体161は、その凹部の中央に、貫通孔113とほぼ等しい径の貫通孔164を有している。貫通孔164は、貫通孔113とともに、ボート20等の石英炉芯管11内への搬入及び石英炉芯管11からの搬出に利用する搬出入口を構成している。また、本体161には、その外周面から貫通孔113へ通じる貫通孔が設けられている。
The
本体161の他方の主面には、環状の溝が、貫通孔164の開口を取り囲むように設けられており、この溝にOリング163が設置されている。Oリング163は、蓋17が本体161の下面に当接したときに、本体161と蓋17との間の隙間を通じたガスの流通を防止する。
An annular groove is provided on the other main surface of the
蓋17は、シール部材16の下方に設置されている。蓋17は、Oリング163の外径よりも大きな径を有している板状体である。蓋17は、図示しない搬送装置により、上下方向へ可動である。
The
保温装置18は、支持体181と複数の石英反射板182とを含んでいる。支持体181は、石英反射板182を、それらの主面が水平になり且つ互いから離間して上下方向に配列するように支持している。保温装置18は、石英反射板182が石英炉芯管本体111内の熱を反射することにより、石英炉芯管11から下方への熱の漏洩を抑制する。保温装置18は、図示しない搬送装置により、蓋17と一体に上下方向へ可動である。
The
支持体19は、保温装置18の上方に設置されている。支持体19は、ボート20を着脱可能に支持する。支持体19は、図示しない搬送装置により、蓋17及び保温装置18と一体に上下方向へ可動である。なお、支持体19は、ボート20を、その高さ方向に平行な軸の周りで回転させる回転機構を含んでいてもよい。
The
ボート20は、多数の半導体ウェハ50を、それらの主面が水平になり且つ互いから離間して上下方向に配列するように支持する。ボート20としては、例えば、SiC製又はSi製のボートを使用することができる。以下、一例として、SiCからなり、表面にシリコン酸化膜を有しているボートを使用することとする。
The
ここでは、ボート20は、図2に示すように、ベース21と、4本の支柱22と、天板23と、複数の保持部24とを含んでいる。
Here, as shown in FIG. 2, the
ベース21及び天板23は円盤状である。ベース21及び天板23は、それらの主面を正対させている。
The
支柱22は、各々の一端がベース21に固定され、各々の他端が天板23に固定されている。これら支柱22の長さ方向は、ベース21及び天板23の上記主面に対して垂直である。また、ベース21又は天板23の上記主面に対する支柱22の正射影は、略半円の弧上でほぼ等間隔に配列している。
One end of each of the
保持部24は、棒状である。保持部24は、各々の一端が支柱22の何れかに支持されている。保持部24は、各支柱22上で、上下方向に略等間隔に配列している。保持部24の長さ方向は、支柱22の長さ方向に対して略垂直である。保持部24は、各支柱22から内向きに延びている。なお、保持部24は、湾曲部又は屈曲部を有していてもよい。
The holding
ボート20は、個々の半導体ウェハ50を、4本の支柱22からそれぞれ延在している4つの保持部24上に載置させることにより、半導体ウェハ50を保持する。ボート20は、図1に示すように、ベース21が下方に位置し、天板23が上方に位置するように、支持体19によって着脱可能に支持される。
The
排気装置30は、1以上の真空ポンプと圧力調整弁とを含んでいる。排気装置30には、ガス排出管31の一端が接続されている。ガス排出管31の他端は、本体161の外周面から貫通孔113へ通じる貫通孔へ挿入されている。排気装置30は、石英炉芯管11内のガスを排気する。
The
ガス供給装置40は、不活性ガス、炭素含有ガス、水素ガス、及び酸素ガスなどのガスを収容したタンクと、排出するガスを切り替えるバルブと、ガスの流量を調整するガス流量調整装置とを含んでいる。ガス供給装置40には、ガス供給管41の一端が接続されている。ガス供給管41の他端は、石英炉芯管本体111の頂部の壁に設けられた貫通孔に挿入されている。ガス供給装置40は、不活性ガス、又は、炭素含有ガス、水素ガス、酸素ガス、若しくはそれらを不活性ガスで希釈した混合ガスを、所望の流量で石英炉芯管11内へ供給する。
The
図示しない搬送装置は、蓋17の下方に設置されている。搬送装置は、蓋17と保温装置18と支持体19とボート20とを一体に上下動させる。搬送装置は、これにより、支持体19へのボート20の着脱を可能とするとともに、蓋17とシール部材16とによる石英炉芯管11の密閉及び開放を可能とする。
A transport device (not shown) is installed below the
<半導体ウェハの製造方法>
本発明の一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法を説明する。ここでは、一例として、図1及び図2を用いて説明した熱処理装置1を使用することとする。
<Manufacturing method of semiconductor wafer>
A method for manufacturing a semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention will be described. Here, as an example, the
(熱処理前の半導体ウェハの準備)
まず、熱処理前の半導体ウェハ50を準備する。半導体ウェハ50としては、例えば、チョクラルスキー法で製造したシリコン単結晶インゴットから切り出したものを使用する。このようにして得られる半導体ウェハ50は、通常、デバイス形成領域にボイド欠陥を有している。なお、「デバイス形成領域」は、例えば、半導体ウェハ50のうち、その一方の主面からの距離が0μm乃至10μmの範囲内にある表面領域である。
(Preparation of semiconductor wafer before heat treatment)
First, the
次に、これら半導体ウェハ50をボート20に支持させ、これを、図1に示す支持体19に支持させる。続いて、図示しない搬送装置を駆動して、ボート20を、支持体19及び保温装置18とともに石英炉芯管11の内部へと搬送するとともに、蓋17をシール部材16の本体161の下面に当接させて、石英炉芯管11を密閉する。
Next, these
(第1熱処理工程)
次に、半導体ウェハ50を不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理する(第1熱処理工程)。ここでは、一例として、第1熱処理工程は、図3に示す熱処理シーケンスに沿って実施することとする。
(First heat treatment step)
Next, the
図3は、一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第1及び第2熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフである。図3において、縦軸は半導体ウェハ50の温度を示し、横軸は時間を示している。
FIG. 3 is a graph showing an example of a heat treatment sequence that can be adopted in the first and second heat treatment steps performed in the method for manufacturing a semiconductor wafer according to an embodiment. In FIG. 3, the vertical axis shows the temperature of the
図3に示す熱処理シーケンスは、第1期間S1と、第2期間S2と、第3期間S3と、第4期間S4と、第5期間S5と、第6期間S6と、第7期間S7とを含んでいる。第1期間S1乃至第3期間S3では、第1熱処理工程を行う。また、第4期間S4乃至第7期間S7では、後述する第2熱処理工程を行う。 The heat treatment sequence shown in FIG. 3 includes a first period S1, a second period S2, a third period S3, a fourth period S4, a fifth period S5, a sixth period S6, and a seventh period S7. Includes. In the first period S1 to the third period S3, the first heat treatment step is performed. Further, in the 4th period S4 to the 7th period S7, the second heat treatment step described later is performed.
第1期間S1に先立つ予備動作期間では、排気装置30を駆動して石英炉芯管11の内部空間のガスを排除する。これとともに、ガス供給装置40を駆動して、石英炉芯管11の内部に不活性ガス又は還元性ガスを導入する。予備動作期間は、石英炉芯管11の内部空間のガスが不活性ガス又は還元性ガスに置換された時点で終了する。
In the preliminary operation period prior to the first period S1, the
不活性ガスとしては、例えば、Arガスを使用することができる。また、還元性ガスとしては、例えば、水素ガス、又は、これを不活性ガスで希釈した混合ガスを使用することができる。特に、ボート20としてSiC製のボートを使用する場合は、Arガスを使用することが好ましい。
As the inert gas, for example, Ar gas can be used. Further, as the reducing gas, for example, hydrogen gas or a mixed gas obtained by diluting the hydrogen gas with an inert gas can be used. In particular, when a SiC boat is used as the
不活性ガス又は還元性ガスは、例えば、ボート20の天板23の上方における流速が33.5m/s以下となるように石英炉芯管11内へ導入することが好ましい。この流速が大きすぎる場合、ボート20の表面に設けられた酸化膜のガスによるエッチングが顕著になる。
The inert gas or reducing gas is preferably introduced into the quartz
予備動作期間に続く第1期間S1では、加熱装置13を駆動して、半導体ウェハ50を昇温させる。この加熱は、磁場コイルに高周波電力(例えば、10乃至100kHz、10乃至200kW)を印加し、SiC均熱管12に渦電流を発生させ、これにより生じたジュール熱を利用して行う。第1期間S1は、半導体ウェハ50の温度が所定の温度に、具体的には、第2期間S2において維持する範囲内の温度に到達した時点で終了する。
In the first period S1 following the preliminary operation period, the heating device 13 is driven to raise the temperature of the
第1期間S1に続く第2期間S2では、半導体ウェハ50の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第2期間S2では、半導体ウェハ50が1130乃至1220℃の範囲内の温度に維持されるように加熱を行うことが好ましく、1150乃至1200℃の範囲内の温度に維持されるように加熱を行うことがより好ましい。この温度が低すぎる場合、長い熱処理時間が必要となり、生産効率が悪くなる虞がある。また、この温度が高すぎる場合、半導体ウェハ50への汚染及びスリップ転位の発生が起こりやすくなる虞がある。
In the second period S2 following the first period S1, the temperature of the
第2期間S2では、半導体ウェハ50の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、60乃至120分間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、ボイド欠陥の消滅が不十分となる虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、半導体ウェハ50にスリップ転位が生じ易くなる虞がある。
In the second period S2, the temperature of the
第2期間S2に続く第3期間S3では、半導体ウェハ50を降温させる。第3期間S3では、石英炉芯管11の内部の雰囲気を不活性雰囲気又は還元性雰囲気に維持したまま、半導体ウェハ50を700乃至850℃の範囲内の温度まで降温させることが好ましく、700乃至800℃の範囲内の温度まで降温させることがより好ましい。なお、第3期間S3乃至第5期間S5を省略して、第6期間S6を第2期間S2に続けることも可能である。ただし、上記の温度まで降温させることにより、半導体ウェハ50の表面荒れを防ぐことができる。
In the third period S3 following the second period S2, the temperature of the
上述した第1熱処理工程は省略することも可能である。ただし、この第1熱処理工程を行うことで、デバイス形成領域のボイド欠陥を低減させることができる。 The above-mentioned first heat treatment step can be omitted. However, by performing this first heat treatment step, void defects in the device forming region can be reduced.
(第2熱処理工程)
第2熱処理工程では、以下に説明するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で半導体ウェハ50を、その表面から深さ方向への距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように熱処理する。
(Second heat treatment step)
In the second heat treatment step, as described below, the carbon concentration of the
まず、第3期間S3に続く第4期間S4において、石英炉芯管11の内部の排気を継続したまま、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へと導入するガスを、不活性ガス又は還元性ガスから、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスへと切り替える。これにより、半導体ウェハ50を取り巻く雰囲気を不活性雰囲気又は還元性雰囲気から炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替える。
First, in the fourth period S4 following the third period S3, the gas introduced into the inside of the quartz
炭素含有ガスは、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、及び炭化水素の少なくとも1つを含んだガスである。炭素含有ガスは、一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。また、炭素含有ガスとして炭化水素を単独で使用する場合には、後述する第3熱処理工程を行うことが好ましい。 The carbon-containing gas is, for example, a gas containing at least one of carbon monoxide, carbon dioxide, and a hydrocarbon. The carbon-containing gas preferably contains at least one of carbon monoxide and carbon dioxide. When a hydrocarbon is used alone as the carbon-containing gas, it is preferable to carry out the third heat treatment step described later.
炭素含有ガスは、例えば、不活性ガスで希釈してなる混合ガスとして、石英炉芯管11の内部へと導入することが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、Arガスを使用することができる。
The carbon-containing gas is preferably introduced into the quartz
この混合ガスに占める炭素含有ガスの割合は、1乃至20体積%の範囲内にあることが好ましく、1乃至15体積%の範囲内にあることがより好ましい。この割合が小さすぎると、半導体ウェハ50に導入される炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。また、この割合が大きすぎると、半導体ウェハ50の表面にSiOC膜が形成されることにより炭素濃度が飽和濃度に達しない虞があるのに加え、熱処理後の洗浄でSiOC膜を除去することが困難となり、製造プロセスが煩雑となる可能性がある。
The ratio of the carbon-containing gas to the mixed gas is preferably in the range of 1 to 20% by volume, and more preferably in the range of 1 to 15% by volume. If this ratio is too small, the carbon concentration introduced into the
混合ガス又は炭素含有ガスは、例えば、ボート20の天板23の上方における流速が2.2m/s以上となるように石英炉芯管11内へ導入することが好ましい。流速が小さすぎる場合、石英炉芯管11の内部空間でガスが停滞しやすくなり、半導体ウェハ50に導入される炭素濃度の均一性が低下する可能性がある。
The mixed gas or the carbon-containing gas is preferably introduced into the quartz
また、ガス供給装置40による混合ガス又は炭素含有ガスの石英炉芯管11の内部への導入及び排気装置30による石英炉芯管11の内部の排気は、石英炉芯管11の内部における炭素含有ガスの分圧が、例えば、1.0×103乃至2.0×104Paの範囲内になるように行うことが好ましく、1.0×103乃至1.5×104Paの範囲内になるように行うことがより好ましい。この分圧が低すぎる場合、炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。分圧が高すぎる場合、半導体ウェハ50の表面にSiOC膜が形成されることにより炭素濃度が飽和濃度に達しない虞があるのに加え、熱処理後の洗浄でSiOC膜を除去することが困難となり、製造プロセスが煩雑となる可能性がある。
Further, the introduction of the mixed gas or the carbon-containing gas into the inside of the quartz
第4期間S4に続く第5期間S5では、加熱装置13を駆動して、半導体ウェハ50を昇温させる。この加熱は、磁場コイルに高周波電力(例えば、10乃至100kHz、10乃至200kW)を印加し、SiC均熱管12に渦電流を発生させ、これにより生じたジュール熱を利用して行う。第5期間S5は、半導体ウェハ50の温度が所定の温度に、具体的には、第6期間S6において維持する範囲内の温度に到達した時点で終了する。
In the fifth period S5 following the fourth period S4, the heating device 13 is driven to raise the temperature of the
第5期間S5に続く第6期間S6では、半導体ウェハ50の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第6期間S6では、半導体ウェハ50のうち、その表面からの距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、半導体ウェハ50を、1080乃至1220℃の範囲内の温度に、好ましくは1100乃至1200℃の範囲内の温度に加熱する。温度が低すぎる場合、上述した理由により、炭素の飽和濃度が低くなるため、炭素濃度の均一性が低くなる虞がある。また、温度が高すぎる場合、半導体ウェハ50への汚染及びスリップ転位の発生が起こり易くなる虞がある。
In the sixth period S6 following the fifth period S5, the temperature of the
半導体ウェハの表面から厚さ方向への距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が熱処理温度での飽和に到達していたか否かは、例えば、以下の方法によって確認することができる。まず、熱処理で得られた半導体ウェハの炭素濃度を二次イオン質量分析(SIMS)法で測定して、半導体ウェハの厚さ方向における炭素濃度分布を得る。次に、その結果をもとにシミュレーションを行い、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理(最高温度到達時)における炭素濃度分布を推定する。そして、最高温度における炭素の既知の飽和濃度と、シミュレーションによって得られた炭素濃度分布との対比を行うことで、炭素濃度が熱処理温度での飽和に到達していたか否かを確認する。
なお、最高温度における炭素の既知の飽和濃度は、半導体ウェハ50を構成している材料の種類と加熱温度とによって変化する。例えば、シリコンからなる半導体ウェハ50を1100℃、1150℃、及び1200℃で加熱した場合の炭素の飽和濃度は、それぞれ、4×1016atoms/cm3、7×1016atoms/cm3、及び11×1016atoms/cm3である。
Whether or not the carbon concentration at any position where the distance from the surface of the semiconductor wafer in the thickness direction is 5 μm or less has reached saturation at the heat treatment temperature can be confirmed by, for example, the following method. First, the carbon concentration of the semiconductor wafer obtained by the heat treatment is measured by the secondary ion mass spectrometry (SIMS) method to obtain the carbon concentration distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer. Next, a simulation is performed based on the result, and the carbon concentration distribution in the heat treatment (when the maximum temperature is reached) in the atmosphere containing the carbon-containing gas is estimated. Then, by comparing the known saturation concentration of carbon at the maximum temperature with the carbon concentration distribution obtained by the simulation, it is confirmed whether or not the carbon concentration has reached the saturation at the heat treatment temperature.
The known saturation concentration of carbon at the maximum temperature varies depending on the type of material constituting the
第6期間S6では、半導体ウェハ50の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、10乃至120分間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、半導体ウェハ50にスリップ転位が生じ易くなる虞がある。
In the sixth period S6, the temperature of the
第6期間S6に続く第7期間S7では、半導体ウェハ50を降温させる。第7期間S7における半導体ウェハ50の降温速度は、例えば4℃/分とする。
In the seventh period S7 following the sixth period S6, the temperature of the
第7期間S7では、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスは、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしたままでもよく、不活性ガスへ切り替えてもよく、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへ切り替えてもよい。但し、特にボート20がSiC製である場合には、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスは、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスであることが好ましい。
In the seventh period S7, the gas introduced into the inside of the quartz
ボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚は、第1及び第2熱処理工程などを経ることにより減少する。特に、表面に酸化膜を有するSiC製のボート20は、シリコンからなる半導体ウェハ50との接触部で、以下に示すエッチング反応を生じるため、この接触部における膜厚の減少が速く進行する。
The film thickness of the oxide film provided on the surface of the
Si(S)+SiO2(S)→2SiO(V)
SiC製のボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚が減少すると、ボート20が含んでいる炭素が半導体ウェハ50を汚染し、半導体ウェハ50における炭素濃度の均一性を低下させる可能性がある。また、SiC製のボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚が減少すると、ボート20が含んでいる炭素が雰囲気中へと拡散し、雰囲気中の炭素濃度が過剰に高くなる可能性がある。
Si (S) + SiO 2 (S) → 2SiO (V)
When the film thickness of the oxide film provided on the surface of the
酸素を含んだ雰囲気中で半導体ウェハ50の降温を行うと、ボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚が増加し、その結果、その減少を抑制することができる。例えば、第7期間S7において、上記酸化膜の膜厚を10nm以上増加させることにより、この膜厚の減少を防止することができる。従って、上記問題を回避することができる。
When the temperature of the
第7期間S7において、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスに占める酸素ガスの割合は、50体積%以上であることが好ましく、100体積%であることがより好ましい。なお、酸素ガスを不活性ガスで希釈する場合、この不活性ガスとしては、例えば、Arガスを使用することができる。この割合が小さすぎる場合、ボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚の減少を十分に抑制することが難しい。
In the seventh period S7, the ratio of oxygen gas to the gas introduced into the inside of the quartz
ガス供給装置40による酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの石英炉芯管11の内部へ導入及び排気装置30による石英炉芯管11の内部の排気は、石英炉芯管11の内部における酸素ガスの分圧が、例えば、5.0×104乃至1.0×105Paの範囲内になるように行うことが好ましい。
Oxygen gas by the
ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスの、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスから、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへの切り替えは、半導体ウェハ50が1100℃未満の温度となった後に行うことが好ましい。温度が高すぎる場合、半導体ウェハ50の表面に面荒れが生じる虞がある。また、この切り替えは、炉内の温度が1000℃以下になる前に行うことが好ましい。この温度が低すぎる場合、ボート20の表面に設けた酸化膜の膜厚を増加させることが難しい。そして、石英炉芯管11の内部への酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの導入は、炉内の温度が800℃以下に低下するまで継続することが好ましい。
Mixing of the gas introduced into the inside of the quartz
半導体ウェハ50の温度が十分に低下した後、排気装置30及びガス供給装置40の動作を停止する。その後、図示しない搬送装置を駆動して、ボート20を、支持体19及び保温装置18とともに下方へ移動させて、石英炉芯管11の外部へと搬出する。更に、ボート20を支持体19から取り外し、各半導体ウェハ50をボート20から回収する。以上のようにして、半導体ウェハの製造を終了する。
After the temperature of the
<半導体ウェハ>
以上の熱処理を施した半導体ウェハ50は、以下のような特徴を有する。即ち、半導体ウェハ50は、表面から深さ方向への距離Dが5μmの位置におけるLSTD(Laser Scattering Tomography Defect)密度が0.1個/cm2以下である。ここで、LSTDとは、赤外レーザー光線を半導体ウェハ50の表面から入射し、その散乱光を検出する赤外散乱トモグラフ(LST:Laser Scattering Tomography)によって観察されるボイド欠陥である。LSTDの検出には、例えば、LSTDスキャナ(レイテックス社製MO601)を使用することができる。
なお、第1熱処理工程を省略した場合、表面から深さ方向への距離Dが5μmの位置におけるLSTD密度は、通常、上述した上限値を超える。
<Semiconductor wafer>
The
When the first heat treatment step is omitted, the LSTD density at the position where the distance D from the surface in the depth direction is 5 μm usually exceeds the above-mentioned upper limit value.
また、以上の熱処理を施した半導体ウェハ50は、BMD密度が1×109個/cm3以上である。ここで、BMD密度の測定には、例えば、IRトモグラフィー(レイテックス社製MO−441)を使用することができる。
なお、第1熱処理工程を省略した場合、BMD密度は、通常、上述した下限値を下回る。
Further, the
When the first heat treatment step is omitted, the BMD density is usually lower than the above-mentioned lower limit value.
また、以上の熱処理を施した半導体ウェハ50は、厚さ方向における炭素濃度の分布について、以下に説明する特徴を有している。即ち、以上の熱処理を施した半導体ウェハ50は、表面から深さ方向への距離Dが5μmの位置におけるLSTD密度が0.1個/cm2以下であり、距離Dが2μmより小さい何れかの位置における炭素濃度が1×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが2乃至30μmの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある。
Further, the
一例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、2×1016乃至5×1016atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は1×1016乃至4×1016atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。 According to one example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship becomes an upwardly convex curve. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 5 × 10 16 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 1 × 10 16 to 4 × 10 16 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant or monotonously decreasing within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、2×1016乃至8×1016atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は1×1016乃至5×1016atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定である。 According to another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Become. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 8 × 10 16 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 1 × 10 16 to 5 × 10 16 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
更に他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、4×1016乃至9×1016atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は2×1016乃至7×1016atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。 According to yet another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Will be. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 4 × 10 16 to 9 × 10 16 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 7 × 10 16 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant or monotonously decreasing within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
更に他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、4×1016乃至10×1016atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は2×1016乃至8×1016atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定である。 According to yet another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Will be. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 4 × 10 16 to 10 × 10 16 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 8 × 10 16 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
<効果>
上述した製造方法では、第2熱処理工程において、半導体ウェハ50のデバイス形成領域に炭素をその飽和濃度に到達するまで導入している。それ故、熱処理前の半導体ウェハ50における炭素濃度が面内で又はウェハ間でばらついていたとしても、そのばらつきは、第2熱処理工程によってキャンセルすることができる。従って、この方法によると、例えば、面内方向における炭素濃度のばらつきが小さく、デバイス形成領域における厚さ方向の炭素濃度分布のウェハ間でのばらつきが小さな半導体ウェハを製造することができる。即ち、この方法によると、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハを製造することが可能となる。
<Effect>
In the above-mentioned manufacturing method, in the second heat treatment step, carbon is introduced into the device forming region of the
また、上述した製造方法では、半導体ウェハ50を降温させる第7期間S7において、石英炉芯管11の内部へ、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスを導入すると、SiC製のボート20の表面に設けられた酸化膜の厚さが不十分になるのを抑制できる。この場合、例えば、ボート20が含んでいる炭素による半導体ウェハ50の局所的な汚染を防ぐことができる。また、この場合、ボート20が含んでいる炭素が雰囲気中の炭素濃度に及ぼす影響を小さくするか又は排除することができる。従って、この場合、炭素濃度の均一性により優れた半導体ウェハを製造することが可能となる。
Further, in the above-mentioned manufacturing method, in the seventh period S7 in which the temperature of the
なお、酸化膜の膜厚の減少を防止する効果は、ボート20から半導体ウェハ50を取り出した後に、ボート20を熱処理炉に搬入して、酸素を含んだ雰囲気中で熱処理を行なうことによっても達成される。ただし、半導体ウェハの降温時に酸化膜の形成工程を行うことは、製造効率を高める上で有効である。
また、ボート20としてSi製のボートを使用する場合、ボート表面からの炭素汚染が生じないため、酸化膜の形成工程は不要である。
The effect of preventing the film thickness of the oxide film from decreasing can also be achieved by taking out the
Further, when a Si boat is used as the
以上のように、この製造方法によれば、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハが製造される。即ち、半導体ウェハのデバイス形成領域に、管理した濃度で炭素を導入することが可能となる。そのため、炭素濃度のばらつきに起因して、半導体デバイスのVth(threshold voltage)シフト等のデバイス動作不良が発生することを防ぐことが可能である。 As described above, according to this manufacturing method, a semiconductor wafer having excellent carbon concentration uniformity can be manufactured. That is, it is possible to introduce carbon into the device forming region of the semiconductor wafer at a controlled concentration. Therefore, it is possible to prevent device malfunctions such as Vth (threshold voltage) shift of semiconductor devices from occurring due to variations in carbon concentration.
また、この製造方法では、第1熱処理工程において不活性雰囲気中での熱処理を行う。そのため、ボイド欠陥が低減され、BMDが十分に成長した半導体ウェハを得ることができる。 Further, in this manufacturing method, heat treatment is performed in an inert atmosphere in the first heat treatment step. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor wafer in which void defects are reduced and the BMD is sufficiently grown.
<製造方法の変形例>
上述した方法には、様々な変形が可能である。
例えば、上述した製造方法では、図1に示す縦型の熱処理装置1を使用しているが、ここで説明した技術は、RTP(Rapid Thermal Process)などの短時間高温熱処理への応用が可能である。
また、上述した製造方法は、以下に説明する第3熱処理工程を更に含んでいてもよい。
<Modification example of manufacturing method>
The method described above can be modified in various ways.
For example, in the above-mentioned manufacturing method, the vertical
Further, the above-mentioned production method may further include a third heat treatment step described below.
(第3熱処理工程)
第3熱処理工程では、以下に説明するように、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で半導体ウェハ50を熱処理する。第3熱処理工程を行うことで、半導体ウェハ50の表面領域に存在する炭素を半導体ウェハ50の外部へ拡散させる、即ち、外方拡散させることができる。第3熱処理工程は、省略することも可能である。ただし、半導体ウェハ50のデバイス形成領域における炭素濃度は低いことが望まれる用途では、第3熱処理工程を行うことは有利である。
(Third heat treatment step)
In the third heat treatment step, the
図4は、一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第1乃至第3熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフである。図4において、縦軸は半導体ウェハ50の温度を示し、横軸は時間を示している。
FIG. 4 is a graph showing an example of a heat treatment sequence that can be adopted in the first to third heat treatment steps performed in the method for manufacturing a semiconductor wafer according to an embodiment. In FIG. 4, the vertical axis shows the temperature of the
図4に示す熱処理シーケンスは、第1期間S1と、第2期間S2と、第3期間S3と、第4期間S4と、第5期間S5と、第6期間S6と、第7期間S7と、第8期間S8と、第9期間S9と、第10期間S10と、第11期間S11とを含んでいる。第1期間S1乃至第3期間S3では、上述した第1熱処理工程を行い、第4期間S4乃至第7期間S7では、上述した第2熱処理工程を行う。また、第8期間S8乃至第11期間S11では、以下に詳述する第3熱処理工程を行う。 The heat treatment sequence shown in FIG. 4 includes a first period S1, a second period S2, a third period S3, a fourth period S4, a fifth period S5, a sixth period S6, and a seventh period S7. The eighth period S8, the ninth period S9, the tenth period S10, and the eleventh period S11 are included. In the first period S1 to the third period S3, the above-mentioned first heat treatment step is performed, and in the fourth period S4 to the seventh period S7, the above-mentioned second heat treatment step is performed. Further, in the 8th period S8 to the 11th period S11, the third heat treatment step described in detail below is performed.
まず、第7期間S7に続く第8期間S8において、石英炉芯管11の内部の排気を継続したまま、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へと導入するガスを、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスから、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスへと切り替える。これにより、半導体ウェハ50を取り巻く雰囲気を、炭素含有ガスを含んだ雰囲気から、水素ガスを含んだ還元性雰囲気へと切り替える。
First, in the eighth period S8 following the seventh period S7, the gas introduced into the inside of the quartz
第8期間S8において、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスに占める水素ガスの割合は、20体積%以上であることが好ましく、100体積%であることがより好ましい。なお、水素ガスを不活性ガスで希釈する場合、この不活性ガスとしては、例えば、Arガスを使用することができる。この割合が小さすぎる場合、半導体ウェハ50の表面から炭素を十分に外方拡散させることが難しい。
In the eighth period S8, the ratio of hydrogen gas to the gas introduced into the inside of the quartz
ガス供給装置40による水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの石英炉芯管11の内部へ導入及び排気装置30による石英炉芯管11の内部の排気は、石英炉芯管11の内部における水素ガスの分圧が、2.0×104乃至1.0×105Paの範囲内になるように行うことが好ましい。
The introduction of hydrogen gas by the
ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスの、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスから、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへの切り替えは、半導体ウェハ50が700乃至850℃の範囲内の温度で、又は、それよりも低い温度で行うことが好ましい。このような温度で上記の切り替えを行うことにより、半導体ウェハ50の表面荒れを防ぐことができる。
Mixing of the gas introduced into the inside of the quartz
第8期間S8に続く第9期間S9では加熱装置13を駆動して、半導体ウェハを昇温させる。この加熱は、例えば、上述した第5期間S5における加熱と同様に行う。 In the ninth period S9 following the eighth period S8, the heating device 13 is driven to raise the temperature of the semiconductor wafer. This heating is performed in the same manner as the heating in the fifth period S5 described above, for example.
第9期間S9に続く第10期間S10では、半導体ウェハ50の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第10期間S10では、半導体ウェハ50の温度を、好ましくは1080乃至1220℃の範囲内の温度に、より好ましくは1100乃至1200℃の範囲内の温度に維持する。温度が低すぎる場合、半導体ウェハ50の表面から炭素を十分に外方拡散させることが難しい。温度が高すぎる場合、半導体ウェハ50への汚染及びスリップ転位の発生が起こりやすくなる虞がある。
In the tenth period S10 following the ninth period S9, the temperature of the
第10期間S10では、半導体ウェハ50の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、1分乃至2時間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、半導体ウェハ50の表面に存在する炭素を十分に外方拡散させることが困難となる虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、第2の熱処理工程で供給した炭素が必要以上に外方拡散してしまい、炭素濃度のウェハ間ばらつきの影響が再び現れる虞がある。。
In the tenth period S10, the temperature of the
第10期間S10に続く第11期間では、半導体ウェハを降温させる。第11期間S11における半導体ウェハ50の降温速度は、例えば、4℃/分とする。
In the eleventh period following the tenth period S10, the temperature of the semiconductor wafer is lowered. The temperature lowering rate of the
第11期間S11では、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスは、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしたままでもよく、不活性ガスへ切り替えてもよく、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへ切り替えてもよい。但し、特にボート20がSiC製である場合には、ガス供給装置40が石英炉芯管11の内部へ導入するガスは、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスであることが好ましい。なお、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしては、第7期間S7を参照して説明したものを使用することができる。
In the eleventh period S11, the gas introduced into the inside of the quartz
<半導体ウェハの変形例>
図4を参照しながら説明した熱処理を施した半導体ウェハ50は、厚さ方向における炭素濃度の分布について、以下に説明する特徴を有している。即ち、半導体ウェハ50は、表面領域における炭素濃度が1×1015atoms/cm3未満であり、表面から深さ方向への距離Dが2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある。
<Modification example of semiconductor wafer>
The heat-treated
一例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、2×1016乃至2×1017atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は1×1014乃至1×1015atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。 According to one example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship becomes an upwardly convex curve. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 2 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant or monotonously decreasing within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至30μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、2×1016乃至2×1017atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は1×1014乃至1×1015atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定である。 According to another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Become. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 30 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 2 × 10 16 to 2 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
更に他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至15μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、4×1016乃至2×1017atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は3×1014乃至1×1015atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。 According to yet another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Will be. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 15 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 4 × 10 16 to 2 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 3 × 10 14 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant or monotonously decreasing within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
更に他の例によれば、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Dと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Dは2乃至15μmの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、4×1016乃至2×1017atoms/cm3の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Dがゼロにおける炭素濃度は3×1014乃至1×1015atoms/cm3の範囲内にあり、距離Dが30μmを超える範囲内では、炭素濃度は、1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内でほぼ一定である。 According to yet another example, when the relationship between the distance D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is an upwardly convex curve. Will be. In this case, for example, the distance D at which the carbon concentration is maximum is in the range of 2 to 15 μm, and the maximum value of the carbon concentration is in the range of 4 × 10 16 to 2 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, in this case, for example, when the distance D is zero, the carbon concentration is in the range of 3 × 10 14 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and when the distance D is in the range of more than 30 μm, the carbon concentration is 1 ×. It is almost constant within the range of 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3.
以上の熱処理を施した半導体ウェハ50は、炭素を上述した分布で有している。即ち、上述した方法によれば、第2熱処理工程において、半導体ウェハ50のデバイス形成領域に炭素をその飽和濃度に到達するまで導入し、第3熱処理工程において半導体ウェハ50の表面から炭素を外方拡散するため、半導体ウェハ50の表面に含まれる炭素濃度が均一であり且つ過度に高くない半導体ウェハを得ることが可能となる。
The
なお、変形例に係る半導体ウェハ50に対して、第1熱処理を更に施した場合には、LSTD密度及びBMD密度は、上述した範囲内になる。
When the
<変形例の効果>
変形例に係る方法によれば、図1乃至図3を参照しながら説明した方法と同様の効果を得ることができる。加えて、この方法では、第3熱処理工程を行うため、デバイス形成領域における炭素濃度を低減することができる。従って、この方法により得られる半導体ウェハは、デバイス形成領域における炭素濃度は低いことが望まれる用途に適している。
<Effect of modified example>
According to the method according to the modified example, the same effect as the method described with reference to FIGS. 1 to 3 can be obtained. In addition, in this method, since the third heat treatment step is performed, the carbon concentration in the device forming region can be reduced. Therefore, the semiconductor wafer obtained by this method is suitable for applications in which a low carbon concentration in the device forming region is desired.
次に、本発明の具体例について説明する。
≪試験例1≫
(例1)
<半導体ウェハの準備>
チョクラルスキー法で製造したφ300mmのシリコン単結晶インゴットから、炭素濃度が等しい複数の半導体ウェハから各々がなり、互いに炭素濃度が異なる二組のウェハ群を準備した。炭素濃度の測定は、SIMS法によって行った。
Next, a specific example of the present invention will be described.
<< Test Example 1 >>
(Example 1)
<Preparation of semiconductor wafer>
From a silicon single crystal ingot of φ300 mm manufactured by the Czochralski method, two sets of wafers were prepared, each consisting of a plurality of semiconductor wafers having the same carbon concentration and having different carbon concentrations from each other. The carbon concentration was measured by the SIMS method.
具体的には、炭素濃度が5×1015atoms/cm3である20枚の半導体ウェハからなる第1ウェハ群と、炭素濃度が1×1016atoms/cm3である20枚の半導体ウェハからなる第2ウェハ群とを準備した。 Specifically, from a first wafer group consisting of 20 semiconductor wafers having a carbon concentration of 5 × 10 15 atoms / cm 3 and 20 semiconductor wafers having a carbon concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3. A second wafer group was prepared.
<半導体ウェハの熱処理>
第1ウェハ群及び第2ウェハ群の各々から10枚の半導体ウェハを抜き取り、それらを図2に示すボート20に載置した。ここで、ボート20としては、表面に50nmの厚さの酸化膜を設けたSiC製のボートを使用した。このボート20を、図1に示す熱処理装置1の石英炉芯管11の内部へ搬送し、上述した第2熱処理工程を行った。
<Heat treatment of semiconductor wafer>
Ten semiconductor wafers were extracted from each of the first wafer group and the second wafer group and placed on the
具体的には、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で半導体ウェハを1200℃まで昇温し、この温度に60分間維持した。ここで、炭素含有ガスとしてはCO2を使用し、これをArガスで希釈した。この雰囲気中のCO2含有量は1体積%であった。 Specifically, the temperature of the semiconductor wafer was raised to 1200 ° C. in an atmosphere containing a carbon-containing gas, and the temperature was maintained at this temperature for 60 minutes. Here, CO 2 was used as the carbon-containing gas, and this was diluted with Ar gas. The CO 2 content in this atmosphere was 1% by volume.
その後、半導体ウェハを600℃まで降温させ、それらを熱処理装置1の外部へと取り出した。得られた半導体ウェハを第1ロットとした。
Then, the temperature of the semiconductor wafer was lowered to 600 ° C., and they were taken out to the outside of the
同様の熱処理を、第1及び第2ウェハ群の各々の残りの10枚の半導体ウェハについても行った。得られた半導体ウェハを第2ロットとした。 The same heat treatment was performed on the remaining 10 semiconductor wafers of each of the first and second wafer groups. The obtained semiconductor wafer was used as the second lot.
(例2)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から10体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Example 2)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 10% by volume.
(例3)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から20体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Example 3)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 20% by volume.
(例4)
第2熱処理工程の熱処理温度を1200℃から1100℃に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Example 4)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature in the second heat treatment step was changed from 1200 ° C. to 1100 ° C.
(例5)
第2熱処理工程の熱処理温度を1200℃から1100℃に変更したこと以外は、例2と同様の方法で熱処理を行った。
(Example 5)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 except that the heat treatment temperature in the second heat treatment step was changed from 1200 ° C. to 1100 ° C.
(例6)
第2熱処理工程の熱処理温度を1200℃から1100℃に変更したこと以外は、例3と同様の方法で熱処理を行った。
(Example 6)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment temperature in the second heat treatment step was changed from 1200 ° C. to 1100 ° C.
(比較例1)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から0体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 1)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 0% by volume.
(比較例2)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から0.5体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 2)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 0.5% by volume.
(比較例3)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から30体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 3)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 30% by volume.
(比較例4)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から100体積%に変更したこと以外は、例1と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 4)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 100% by volume.
(比較例5)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から0.5体積%に変更したこと以外は、例4と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 5)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 4 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 0.5% by volume.
(比較例6)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から30体積%に変更したこと以外は、例4と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 6)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 4 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 30% by volume.
(比較例7)
雰囲気中のCO2含有量を1体積%から100体積%に変更したこと以外は、例4と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 7)
The heat treatment was carried out in the same manner as in Example 4 except that the CO 2 content in the atmosphere was changed from 1% by volume to 100% by volume.
(比較例8)
第2熱処理工程の熱処理温度を1200℃から1250℃に変更したこと以外は、例2と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 8)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 except that the heat treatment temperature in the second heat treatment step was changed from 1200 ° C. to 1250 ° C.
(比較例9)
第2熱処理工程の熱処理温度を1200℃から1050℃に変更したこと以外は、例2と同様の方法で熱処理を行った。
(Comparative Example 9)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 2 except that the heat treatment temperature in the second heat treatment step was changed from 1200 ° C. to 1050 ° C.
<評価>
例1乃至6及び比較例1乃至9によって得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定と、スリップ転位の確認とを行った。結果を表1に示す。
<Evaluation>
The carbon concentration of the semiconductor wafers obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 9 was measured, and slip dislocations were confirmed. The results are shown in Table 1.
(炭素濃度の測定と評価)
炭素濃度の測定は、半導体ウェハの表面から深さ方向への距離Dが15μm以下の各位置における炭素濃度をSIMS法により測定することにより行った。そして、これらの測定結果を、ウェハ群毎に平均した。なお、第1ロットと第2ロットとの測定結果は、まとめて平均した。半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を図5及び図6に示す。
(Measurement and evaluation of carbon concentration)
The carbon concentration was measured by measuring the carbon concentration at each position where the distance D in the depth direction from the surface of the semiconductor wafer was 15 μm or less by the SIMS method. Then, these measurement results were averaged for each wafer group. The measurement results of the first lot and the second lot were averaged together. The measurement results of the carbon concentration of the semiconductor wafer are shown in FIGS. 5 and 6.
図5は、例1で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフである。図6は、比較例1で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the carbon concentration of the semiconductor wafer obtained in Example 1. FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the carbon concentration of the semiconductor wafer obtained in Comparative Example 1.
図5及び図6に示すグラフは、縦軸に炭素濃度を示し、横軸に半導体ウェハの表面から深さ方向への距離Dを示している。また、各プロットは、各ウェハ群に含まれる半導体ウェハの特定の距離Dにおける炭素濃度の平均値を表している。 In the graphs shown in FIGS. 5 and 6, the vertical axis indicates the carbon concentration, and the horizontal axis indicates the distance D from the surface of the semiconductor wafer in the depth direction. Further, each plot represents the average value of the carbon concentration at a specific distance D of the semiconductor wafers included in each wafer group.
この結果に基づき、炭素が熱処理温度での飽和濃度に到達していたか否かを以下の方法によって評価した。まず、熱処理で得られた半導体ウェハの炭素濃度をSIMS法で測定して、半導体ウェハの厚さ方向における炭素濃度分布を得た。次に、その結果をもとにシミュレーションを行い、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理時(最高温度到達時)における炭素濃度分布を推定した。そして、上記最高温度における炭素の既知の飽和濃度と、シミュレーションによって得られた炭素濃度分布との対比を行うことで、半導体ウェハの表面から厚さ方向への距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に到達していたか否かを評価した。表1では、飽和濃度に到達していた半導体ウェハが得られた熱処理条件を「○」、飽和濃度に到達していた半導体ウェハが得られなかった熱処理条件を「×」で表している。なお、炭素の飽和濃度は、例えば、シリコンウェハを1200℃で加熱した場合では、11×1016atoms/cm3である。また、シリコンウェハを1100℃で加熱した場合における炭素の飽和濃度は、4×1016atoms/cm3である。 Based on this result, whether or not the carbon reached the saturation concentration at the heat treatment temperature was evaluated by the following method. First, the carbon concentration of the semiconductor wafer obtained by the heat treatment was measured by the SIMS method to obtain the carbon concentration distribution in the thickness direction of the semiconductor wafer. Next, a simulation was performed based on the results, and the carbon concentration distribution during heat treatment (when the maximum temperature was reached) in an atmosphere containing carbon-containing gas was estimated. Then, by comparing the known saturation concentration of carbon at the maximum temperature with the carbon concentration distribution obtained by simulation, the distance from the surface of the semiconductor wafer in the thickness direction is at any position of 5 μm or less. It was evaluated whether the carbon concentration had reached saturation. In Table 1, the heat treatment conditions for obtaining the semiconductor wafer having reached the saturation concentration are represented by “◯”, and the heat treatment conditions for obtaining the semiconductor wafer having reached the saturation concentration are represented by “x”. The carbon saturation concentration is, for example, 11 × 10 16 atoms / cm 3 when the silicon wafer is heated at 1200 ° C. Further, the saturation concentration of carbon when the silicon wafer is heated at 1100 ° C. is 4 × 10 16 atoms / cm 3 .
図6から明らかなように、比較例1に係る半導体ウェハには、熱処理前に第1ウェハ群と第2ウェハ群との間で生じていた炭素濃度の差、即ち、炭素濃度のばらつきが距離Dが如何様であろうと生じている。一方で、図5から明らかなように、例1に係る半導体ウェハは、距離Dが5μm以下の範囲内で、第1ウェハ群と第2ウェハ群との間に炭素濃度のばらつきは殆ど認められない。 As is clear from FIG. 6, in the semiconductor wafer according to Comparative Example 1, the difference in carbon concentration that occurred between the first wafer group and the second wafer group before the heat treatment, that is, the variation in carbon concentration is the distance. It happens no matter what D is. On the other hand, as is clear from FIG. 5, in the semiconductor wafer according to Example 1, almost variation in carbon concentration is observed between the first wafer group and the second wafer group within the range of the distance D of 5 μm or less. No.
そこで、距離Dが5μmである場合に第1ウェハ群と第2ウェハ群との間に生じている炭素濃度のばらつきを、変動係数として求めた。ここでは、以下の等式から算出した。
変動係数=標準偏差/平均値
表1に示すように、炭素が飽和濃度に到達しない加熱条件で得られた半導体ウェハの変動係数は0.5以上であるのに対し、炭素が飽和濃度に到達している加熱条件で得られた半導体ウェハの変動係数は0.5より小さかった。即ち、熱処理前に有していた炭素濃度のばらつきが解消されていることが示された。
Therefore, when the distance D is 5 μm, the variation in carbon concentration between the first wafer group and the second wafer group is obtained as a coefficient of variation. Here, it was calculated from the following equation.
Coefficient of variation = standard deviation / average value As shown in Table 1, the coefficient of variation of the semiconductor wafer obtained under heating conditions where carbon does not reach the saturation concentration is 0.5 or more, whereas carbon reaches the saturation concentration. The coefficient of variation of the semiconductor wafer obtained under the heating conditions was less than 0.5. That is, it was shown that the variation in carbon concentration that had existed before the heat treatment was eliminated.
なお、比較例9に係る半導体ウェハは、炭素が飽和濃度に到達しているにも関わらず、比較的大きな変動係数を示した。これは、第2熱処理工程の加熱温度が低すぎたことに起因すると考えられる。即ち、熱処理により導入された炭素濃度よりも、半導体ウェハに熱処理前から含まれていた炭素濃度が大きかったため、ばらつきが解消されなかったものと考えられる。 The semiconductor wafer according to Comparative Example 9 showed a relatively large coefficient of variation even though the carbon reached the saturation concentration. It is considered that this is because the heating temperature in the second heat treatment step was too low. That is, it is considered that the variation was not eliminated because the carbon concentration contained in the semiconductor wafer before the heat treatment was higher than the carbon concentration introduced by the heat treatment.
図7に、例1で得られた半導体ウェハに生じた炭素濃度のばらつきと比較例1で得られた半導体ウェハに生じた炭素濃度のばらつきとを、15μm以下の範囲内にある距離Dにおいて算出して比較した結果を示す。 In FIG. 7, the variation in carbon concentration generated in the semiconductor wafer obtained in Example 1 and the variation in carbon concentration generated in the semiconductor wafer obtained in Comparative Example 1 are calculated at a distance D within a range of 15 μm or less. The results of the comparison are shown.
図7は、例1及び比較例1に係る半導体ウェハに生じる炭素濃度のばらつきを示すグラフである。図7に示すグラフは、縦軸に第1ウェハ群と第2ウェハ群との間に生じた炭素濃度のばらつき(変動係数)を示し、横軸に距離Dを示している。 FIG. 7 is a graph showing variations in carbon concentration occurring in the semiconductor wafers according to Example 1 and Comparative Example 1. In the graph shown in FIG. 7, the vertical axis shows the variation (coefficient of variation) in carbon concentration between the first wafer group and the second wafer group, and the horizontal axis shows the distance D.
図7に示すように、例1に係る半導体ウェハは、距離Dが5μm以下の範囲内で変動係数が小さい。これに対し、比較例1に係る半導体ウェハは、距離Dが如何様であろうと比較的大きな変動係数を示している。 As shown in FIG. 7, the semiconductor wafer according to Example 1 has a small coefficient of variation within a range of a distance D of 5 μm or less. On the other hand, the semiconductor wafer according to Comparative Example 1 shows a relatively large coefficient of variation regardless of the distance D.
(スリップ転位の確認と評価)
半導体ウェハの表面へレーザー光を照射し、反射光の強度から画像データを作成し、スリップ転位の長さを測定した。表1では、各加熱条件で得られた半導体ウェハのうち、10mm以上の長さを有するスリップ転位が検出された半導体ウェハを含んでいた加熱条件を「有り」、検出されなかった加熱条件を「−」で表している。
(Confirmation and evaluation of slip dislocations)
The surface of the semiconductor wafer was irradiated with laser light, image data was created from the intensity of the reflected light, and the length of slip dislocations was measured. In Table 1, among the semiconductor wafers obtained under each heating condition, the heating conditions including the semiconductor wafers in which slip dislocations having a length of 10 mm or more were detected were “yes”, and the heating conditions not detected were “yes”. -”Is represented.
表1に示すように、比較例8に係る半導体ウェハでのみ、10mm以上の長さを有するスリップ転位が検出された。これは、加熱温度が高すぎたことに起因すると考えられる。 As shown in Table 1, slip dislocations having a length of 10 mm or more were detected only in the semiconductor wafer according to Comparative Example 8. This is considered to be due to the heating temperature being too high.
以上の結果より、例1乃至6の製造方法で得られた半導体ウェハは、そのデバイス形成領域において特に優れた炭素濃度の均一性を有していることが示された。 From the above results, it was shown that the semiconductor wafers obtained by the manufacturing methods of Examples 1 to 6 have particularly excellent carbon concentration uniformity in the device forming region.
≪試験例2≫
試験例1と同様の方法により準備した半導体ウェハに、第1及び第2熱処理工程を施した。具体的には、以下のように行った。
<< Test Example 2 >>
The semiconductor wafer prepared by the same method as in Test Example 1 was subjected to the first and second heat treatment steps. Specifically, the procedure was as follows.
(例7)
以下のことを除いて、例3と同様の方法で熱処理を行った。即ち、第2熱処理工程に先立ち、第1熱処理工程を行った。第1熱処理工程としては、具体的には、不活性雰囲気で半導体ウェハを1200℃まで昇温し、この温度に60分間維持した。ここで、不活性ガスとしてはArガスを使用した。その後、半導体ウェハを800℃まで降温させ、この状態で、半導体ウェハを取り巻く雰囲気を、不活性雰囲気から、炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替えた。
(Example 7)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 3 except for the following. That is, the first heat treatment step was performed prior to the second heat treatment step. In the first heat treatment step, specifically, the semiconductor wafer was heated to 1200 ° C. in an inert atmosphere and maintained at this temperature for 60 minutes. Here, Ar gas was used as the inert gas. After that, the temperature of the semiconductor wafer was lowered to 800 ° C., and in this state, the atmosphere surrounding the semiconductor wafer was switched from the inert atmosphere to the atmosphere containing carbon-containing gas.
(例8)
第2熱処理工程後の降温を行う雰囲気を、炭素含有ガス雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気に変更したこと以外は、例7と同様の方法で熱処理を行った。なお、雰囲気中の酸素の含有量は100体積%であった。
(Example 8)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 7 except that the atmosphere for lowering the temperature after the second heat treatment step was changed from a carbon-containing gas atmosphere to an atmosphere containing oxygen gas. The oxygen content in the atmosphere was 100% by volume.
(例9)
試験例1と同様の方法により半導体ウェハを準備し、以下のことを除いて、例6と同様の方法で熱処理を行った。即ち、第2熱処理工程に先立ち、第1熱処理工程を行った。第1熱処理工程としては、具体的には、不活性雰囲気で半導体ウェハを1200℃まで昇温し、この温度に60分間維持した。ここで、不活性ガスとしてはArガスを使用した。その後、半導体ウェハを800℃まで降温させ、この状態で、半導体ウェハを取り巻く雰囲気を、不活性雰囲気から、炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替えた。
(Example 9)
A semiconductor wafer was prepared by the same method as in Test Example 1, and heat treatment was performed by the same method as in Example 6 except for the following. That is, the first heat treatment step was performed prior to the second heat treatment step. In the first heat treatment step, specifically, the semiconductor wafer was heated to 1200 ° C. in an inert atmosphere and maintained at this temperature for 60 minutes. Here, Ar gas was used as the inert gas. After that, the temperature of the semiconductor wafer was lowered to 800 ° C., and in this state, the atmosphere surrounding the semiconductor wafer was switched from the inert atmosphere to the atmosphere containing carbon-containing gas.
(例10)
第2熱処理工程後の降温を行う雰囲気を、炭素含有ガス雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気に変更したこと以外は、例9と同様の方法で熱処理を行った。なお、雰囲気中の酸素ガスの含有量は100体積%であった。
(Example 10)
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 9 except that the atmosphere for lowering the temperature after the second heat treatment step was changed from a carbon-containing gas atmosphere to an atmosphere containing oxygen gas. The content of oxygen gas in the atmosphere was 100% by volume.
<評価>
(結晶欠陥密度の測定)
例7乃至10で得られた半導体ウェハについて、距離Dが5μmであるときのLSTD密度を測定した。ここで、LSTD密度の測定には、LSTDスキャナ(レイテックス社製MO601)を使用した。その結果、例7乃至10で得られた半導体ウェハのLSTD密度は、いずれも0.1個/cm2以下であった。
<Evaluation>
(Measurement of crystal defect density)
For the semiconductor wafers obtained in Examples 7 to 10, the LSTD density was measured when the distance D was 5 μm. Here, an LSTD scanner (MO601 manufactured by RAYTEX Corporation) was used for measuring the LSTD density. As a result, the LSTD densities of the semiconductor wafers obtained in Examples 7 to 10 were 0.1 pieces / cm 2 or less.
(BMD密度の測定)
更に、例7乃至10で得られた半導体ウェハのBMD密度を測定した。ここで、BMD密度の測定には、IRトモグラフィー(レイテックス社製MO−441)を使用した。その結果、例7乃至10で得られた半導体ウェハのBMD密度は、いずれも1×109個/cm3以上であった。
(Measurement of BMD density)
Further, the BMD density of the semiconductor wafers obtained in Examples 7 to 10 was measured. Here, IR tomography (MO-441 manufactured by RAYTEX Corporation) was used for measuring the BMD density. As a result, the BMD densities of the semiconductor wafers obtained in Examples 7 to 10 were 1 × 10 9 pieces / cm 3 or more.
これらの結果から、第2熱処理工程の実施に先立ち、第1熱処理を行うことで、半導体ウェハのデバイス形成領域におけるボイド欠陥の低減とBMDの成長とを達成できることが示された。 From these results, it was shown that the reduction of void defects and the growth of BMD in the device forming region of the semiconductor wafer can be achieved by performing the first heat treatment prior to the implementation of the second heat treatment step.
(降温時の雰囲気が品質に及ぼす影響の確認)
上記の例7乃至10と同様の各条件下で、同一の熱処理装置を用いて熱処理を繰り返し行った。そして、第1回目の熱処理後に、各ボートの酸化膜の厚さを測定した。具体的には、半導体ウェハと接触する保持部の表面における酸化膜の膜厚を測定した。その結果を表2に示す。なお、第1回目の熱処理前における酸化膜の膜厚は50nmであった。
(Confirmation of the effect of the atmosphere at the time of temperature decrease on quality)
The heat treatment was repeated using the same heat treatment apparatus under the same conditions as in Examples 7 to 10 above. Then, after the first heat treatment, the thickness of the oxide film of each boat was measured. Specifically, the film thickness of the oxide film on the surface of the holding portion in contact with the semiconductor wafer was measured. The results are shown in Table 2. The film thickness of the oxide film before the first heat treatment was 50 nm.
表2に示すように、例8及び例10で使用したボートの酸化膜は、10nm以上の厚さを維持していた。これに対し、例7及び例9で使用したボートの酸化膜は、熱処理前と比較して大幅に減少していた。なお、第2回目以降の熱処理後における酸化膜の膜厚は、第1回目の熱処理後における酸化膜の膜厚と同程度であった。
また、第2回目の熱処理に供したロットが含んでいる半導体ウェハについて、それらの炭素が飽和濃度に到達していたか否かを試験例1と同様の方法によって確認した。そして、SiC製ボート表面からの炭素汚染があった熱処理条件を「有り」、なかった熱処理条件を「−」と評価した。
As shown in Table 2, the oxide film of the boat used in Examples 8 and 10 maintained a thickness of 10 nm or more. On the other hand, the oxide film of the boat used in Examples 7 and 9 was significantly reduced as compared with that before the heat treatment. The film thickness of the oxide film after the second and subsequent heat treatments was about the same as the film thickness of the oxide film after the first heat treatment.
Further, with respect to the semiconductor wafers contained in the lots subjected to the second heat treatment, it was confirmed by the same method as in Test Example 1 whether or not their carbons had reached the saturation concentration. Then, the heat treatment conditions with carbon contamination from the surface of the SiC boat were evaluated as "yes", and the heat treatment conditions without carbon contamination were evaluated as "-".
例7及び9と同様の条件下で熱処理を繰り返した場合、半導体ウェハの炭素濃度は飽和に到達せず、例8及び10と同様の条件下で熱処理を繰り返した場合と比較して、炭素濃度の均一性が低かった。これは、以下の理由によると考えられる。
即ち、例7及び9と同様の条件下では、SiC製ボートを被覆している酸化膜の厚さが、第1及び第2熱処理工程を経ることによって薄くなったまま回復しない。それ故、第2回目以降の熱処理では、表2に示すように、SiC製ボート表面からの炭素汚染を生じる。即ち、ボートが含んでいる炭素が気相へと拡散して、雰囲気中の炭素濃度が高くなる。その結果、半導体ウェハの表面にSiOC膜が形成される。このSiOC膜は、半導体ウェハ中への炭素の拡散を妨げる。従って、例7及び9と同様の条件下では、熱処理を繰り返した場合に、半導体ウェハの炭素濃度が飽和に到達しなくなる。
When the heat treatment was repeated under the same conditions as in Examples 7 and 9, the carbon concentration of the semiconductor wafer did not reach saturation, and the carbon concentration was compared with the case where the heat treatment was repeated under the same conditions as in Examples 8 and 10. The uniformity was low. This is considered to be due to the following reasons.
That is, under the same conditions as in Examples 7 and 9, the thickness of the oxide film covering the SiC boat remains thin and does not recover by undergoing the first and second heat treatment steps. Therefore, in the second and subsequent heat treatments, as shown in Table 2, carbon contamination from the surface of the SiC boat occurs. That is, the carbon contained in the boat diffuses into the gas phase, and the carbon concentration in the atmosphere increases. As a result, a SiOC film is formed on the surface of the semiconductor wafer. This SiOC film prevents the diffusion of carbon into the semiconductor wafer. Therefore, under the same conditions as in Examples 7 and 9, the carbon concentration of the semiconductor wafer does not reach saturation when the heat treatment is repeated.
これに対し、例8と同様の条件下では、SiC製ボートを被覆している酸化膜は、第2回目の熱処理を終えた時点で、第1回目の熱処理を開始する前の時点よりも厚くなっている。また、例10と同様の条件下では、SiC製ボートを被覆している酸化膜は、第2回目の熱処理を終えた時点であっても、10nm以上の膜厚を維持している。それ故、ボートが含んでいる炭素の気相への拡散は抑制され、雰囲気中の炭素濃度が高くなることはない。その結果、熱処理を繰り返した場合であっても、半導体ウェハの表面にSiOC膜は形成されない。従って、熱処理を何回繰り返しても、半導体ウェハの炭素濃度は飽和に到達し、炭素濃度の均一性が低下することはない。 On the other hand, under the same conditions as in Example 8, the oxide film covering the SiC boat is thicker at the time when the second heat treatment is completed than at the time before the first heat treatment is started. It has become. Further, under the same conditions as in Example 10, the oxide film covering the SiC boat maintains a film thickness of 10 nm or more even after the second heat treatment is completed. Therefore, the diffusion of carbon contained in the boat into the gas phase is suppressed, and the carbon concentration in the atmosphere does not increase. As a result, the SiOC film is not formed on the surface of the semiconductor wafer even when the heat treatment is repeated. Therefore, no matter how many times the heat treatment is repeated, the carbon concentration of the semiconductor wafer reaches saturation and the uniformity of the carbon concentration does not decrease.
以上の結果より、第2熱処理工程の実施に先立ち、第1熱処理を行うことで、ボイド欠陥の低減及びBMDの成長を達成することができ、さらに、第2熱処理後の降温を酸素含有雰囲気で行うことにより、より均一性に優れた半導体ウェハの製造を達成できることが示された。 From the above results, it is possible to reduce void defects and achieve BMD growth by performing the first heat treatment prior to the implementation of the second heat treatment step, and further, the temperature is lowered after the second heat treatment in an oxygen-containing atmosphere. By doing so, it was shown that the production of a semiconductor wafer having more excellent uniformity can be achieved.
≪試験例3≫
<半導体ウェハの準備>
(例11)
以下のことを除いて試験例1と同様の方法により準備した半導体ウェハについて、第2及び第3熱処理工程を行った場合のシミュレーションを行った。
<< Test Example 3 >>
<Preparation of semiconductor wafer>
(Example 11)
Simulations were performed for semiconductor wafers prepared by the same method as in Test Example 1 except for the following, when the second and third heat treatment steps were performed.
ここでは、炭素濃度が互いに異なる四組のウェハ群を準備した。具体的には、炭素濃度が5×1015atoms/cm3である第1ウェハ群と、1×1016atoms/cm3である第2ウェハ群と、1×1015atoms/cm3である第3ウェハ群と、5×1016atoms/cm3である第4ウェハ群とを準備した。
これら第1乃至第4ウェハ群について、以下の条件で熱処理を行った。
Here, four sets of wafers having different carbon concentrations were prepared. Specifically, the first wafer group has a carbon concentration of 5 × 10 15 atoms / cm 3 , the second wafer group has a carbon concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3 , and 1 × 10 15 atoms / cm 3 . A third wafer group and a fourth wafer group having 5 × 10 16 atoms / cm 3 were prepared.
The first to fourth wafer groups were heat-treated under the following conditions.
<半導体ウェハの熱処理>
以下のことを除いて、例1と同様の方法で熱処理を行った。即ち、炭素含有ガスをCO2からCOに変更した。その後、半導体ウェハを800℃まで降温させ、この状態で水素ガスを含んだ還元性雰囲気への切替を行った後に、第3熱処理工程を実施した。
<Heat treatment of semiconductor wafer>
The heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except for the following. That is, the carbon-containing gas was changed from CO 2 to CO. Then, the temperature of the semiconductor wafer was lowered to 800 ° C., and in this state, the atmosphere was switched to a reducing atmosphere containing hydrogen gas, and then the third heat treatment step was carried out.
第3熱処理としては、具体的には、水素ガスを含んだ還元性雰囲気で半導体ウェハを1200℃まで昇温し、この温度に60分維持した。その後、半導体ウェハを600℃まで降温させ、それらを熱処理装置1の外部へと取り出した。なお、雰囲気中の水素の含有量は100体積%であった。
As the third heat treatment, specifically, the temperature of the semiconductor wafer was raised to 1200 ° C. in a reducing atmosphere containing hydrogen gas, and the temperature was maintained at this temperature for 60 minutes. Then, the temperature of the semiconductor wafer was lowered to 600 ° C., and they were taken out to the outside of the
<評価>
以上の熱処理を施した半導体ウェハにおける炭素濃度の分布を計算したシミュレーション結果を図8に示す。
<Evaluation>
FIG. 8 shows the simulation results of calculating the distribution of carbon concentration in the semiconductor wafer subjected to the above heat treatment.
図8は、試験例3で得られた半導体ウェハの炭素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。図8に示すグラフは、縦軸に炭素濃度を示し、横軸に距離Dを示している。また、各プロットは、各ウェハ群に含まれる半導体ウェハの特定の距離Dにおける炭素濃度の平均値を表している。 FIG. 8 is a graph showing the simulation results of the carbon concentration of the semiconductor wafer obtained in Test Example 3. In the graph shown in FIG. 8, the vertical axis shows the carbon concentration and the horizontal axis shows the distance D. Further, each plot represents the average value of the carbon concentration at a specific distance D of the semiconductor wafers included in each wafer group.
図8に示すとおり、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で熱処理を行なって得られる半導体ウェハは、半導体ウェハの表面領域における炭素濃度が減少している。このシミュレーションによれば、得られた半導体ウェハの表面領域における炭素濃度は1×1015atoms/cm3未満となる。加えて、距離Dが2乃至30μmの範囲内にある位置における炭素濃度は2×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある。 As shown in FIG. 8, in the semiconductor wafer obtained by heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen gas, the carbon concentration in the surface region of the semiconductor wafer is reduced. According to this simulation, the carbon concentration in the surface region of the obtained semiconductor wafer is less than 1 × 10 15 atoms / cm 3. In addition, the carbon concentration at positions where the distance D is within the range of 2 to 30 μm is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more, and the carbon concentration at any position where the distance D is greater than 30 μm is 1 × 10 14 atoms. / cm 3 or in the range of 2 × 10 16 atoms / cm 3 .
≪半導体ウェハの炭素濃度の分布≫
以上の方法で得られた半導体ウェハの特徴及び他の方法で得られた半導体ウェハの特徴について表3を参照しながら説明する。ここで、半導体ウェハA乃至Cは、炭素濃度が1×1016atoms/cm3の半導体ウェハに上述した熱処理を施したものであり、半導体ウェハDは、炭素濃度が2×1016atoms/cm3の半導体ウェハにイオン注入で炭素を注入したものである。
<< Distribution of carbon concentration in semiconductor wafers >>
The characteristics of the semiconductor wafer obtained by the above method and the characteristics of the semiconductor wafer obtained by the other method will be described with reference to Table 3. Here, the semiconductor wafers A to C are semiconductor wafers having a carbon concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3 subjected to the above-mentioned heat treatment, and the semiconductor wafer D has a carbon concentration of 2 × 10 16 atoms / cm. Carbon is implanted into the semiconductor wafer of No. 3 by ion implantation.
半導体ウェハAは、第2熱処理工程のみを施した半導体ウェハである。表3に示すように、半導体ウェハAは、以下のような特徴を有していた。即ち、半導体ウェハAは、距離Dが2μmより小さい何れかの位置における炭素濃度が1×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが2乃至30μmの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが30μmより大きい位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にあった。 The semiconductor wafer A is a semiconductor wafer that has been subjected to only the second heat treatment step. As shown in Table 3, the semiconductor wafer A has the following characteristics. That is, the semiconductor wafer A has a carbon concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more at any position where the distance D is smaller than 2 μm, and a carbon concentration at any position where the distance D is within the range of 2 to 30 μm. Was 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more, and the carbon concentration at a position where the distance D was larger than 30 μm was in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 .
半導体ウェハAの表面から深さ方向への距離Dと炭素濃度との関係を、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は上に凸の曲線となった。0≦D<2における炭素濃度は、距離Dの増加に伴って、単調増加していた。そして、2≦D≦30における炭素濃度は、距離Dの増加に伴って単調増加し、極大値まで到達した後に単調減少していた。また、30<Dにおける炭素濃度は、距離Dの増加に伴ってほぼ一定の値を維持していた。なお、30<Dにおける炭素濃度は、0≦D<2における炭素濃度よりも小さい濃度であった。 As a result of drawing the relationship between the distance D in the depth direction from the surface of the semiconductor wafer A and the carbon concentration in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line showing this relationship is on the top. It became a convex curve. The carbon concentration in 0 ≦ D <2 increased monotonically with the increase of the distance D. The carbon concentration in 2 ≦ D ≦ 30 increased monotonically with the increase of the distance D, and decreased monotonically after reaching the maximum value. Further, the carbon concentration at 30 <D maintained a substantially constant value as the distance D increased. The carbon concentration at 30 <D was smaller than the carbon concentration at 0 ≦ D <2.
また、この半導体ウェハAは、図5を参照しながら説明したように、第2熱処理工程において、炭素が飽和濃度に達するまで半導体ウェハへ導入されていることにより、距離Dが5μm以下の位置における炭素濃度のばらつきは解消されていた。 Further, as described with reference to FIG. 5, the semiconductor wafer A is introduced into the semiconductor wafer until the carbon reaches the saturation concentration in the second heat treatment step, so that the distance D is 5 μm or less. The variation in carbon concentration was eliminated.
半導体ウェハBは、第2熱処理工程の後に、第3熱処理を施した半導体ウェハである。半導体ウェハBは、以下のような特徴を有していた。即ち、半導体ウェハBは、表面領域における炭素濃度が1×1015atoms/cm3未満であり、表面から深さ方向への距離Dが2乃至30μmの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、距離Dが30μmより大きい位置における炭素濃度が1×1014乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にあった。 The semiconductor wafer B is a semiconductor wafer that has undergone a third heat treatment after the second heat treatment step. The semiconductor wafer B has the following characteristics. That is, the semiconductor wafer B has a carbon concentration of less than 1 × 10 15 atoms / cm 3 in the surface region, and the carbon concentration at any position within the range where the distance D in the depth direction from the surface is 2 to 30 μm. The carbon concentration was in the range of 1 × 10 14 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at a position of 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more and a distance D greater than 30 μm.
半導体ウェハBの表面から深さ方向への距離Dと炭素濃度との関係を横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は、D=0において極小値を示す上に凸の曲線となった。0≦D<2における炭素濃度は、距離Dの減少に伴って、急峻に減少していた。そして、2≦D≦30における炭素濃度は、距離Dの増加に伴って極大値まで単調増加し、その後単調減少していた。また、30<Dにおける炭素濃度は、距離Dの増加に伴ってほぼ一定の値を維持していた。なお、30<Dにおける炭素濃度は、D=0における炭素濃度よりも大きく且つ2≦D≦30における炭素濃度よりも小さい濃度であった。 As a result of drawing the relationship between the distance D in the depth direction from the surface of the semiconductor wafer B and the carbon concentration in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration, the line representing this relationship is D =. At 0, it became an upwardly convex curve showing a minimum value. The carbon concentration in 0 ≦ D <2 decreased sharply as the distance D decreased. Then, the carbon concentration in 2 ≦ D ≦ 30 monotonically increased to the maximum value with the increase of the distance D, and then monotonically decreased. Further, the carbon concentration at 30 <D maintained a substantially constant value as the distance D increased. The carbon concentration at 30 <D was higher than the carbon concentration at D = 0 and lower than the carbon concentration at 2 ≦ D ≦ 30.
上述した特徴を有する半導体ウェハA及びBは、他の方法で得られる半導体ウェハC及びDとは以下の点で異なる。 The semiconductor wafers A and B having the above-mentioned characteristics are different from the semiconductor wafers C and D obtained by other methods in the following points.
半導体ウェハCは、第1熱処理工程のみを施した半導体ウェハである。半導体ウェハCの0≦D<2における炭素濃度は、距離Dの減少に伴って単調減少し、約1×1015atoms/cm3に収束していた。そして、2≦D≦30及び、30<Dにおける炭素濃度は、ほぼ一定の値を維持していた。 The semiconductor wafer C is a semiconductor wafer that has been subjected to only the first heat treatment step. The carbon concentration of the semiconductor wafer C at 0 ≦ D <2 decreased monotonically with the decrease of the distance D, and converged to about 1 × 10 15 atoms / cm 3. The carbon concentration at 2 ≦ D ≦ 30 and 30 <D maintained a substantially constant value.
半導体ウェハDは、炭素のイオン注入を施した半導体ウェハである。半導体ウェハDの炭素濃度の分布を図9に示す。図9は、炭素のイオン注入を施した半導体ウェハの炭素濃度の分布を示すグラフである。図9に示すように、半導体ウェハDの表面から深さ方向への距離Dと炭素濃度との関係を、横軸を距離Dとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は0≦D≦0.35の範囲内で急峻に上に凸となる曲線であった。具体的には、0≦D<2における炭素濃度は、距離Dの増加に伴って極大値まで単調増加し、その後単調減少していた。そして、2≦D<30及び30≦Dにおける炭素濃度は、ほぼ一定の値を維持していた。なお、2≦D<30及び30≦Dにおける炭素濃度は、D=0における炭素濃度よりも小さい濃度であった。 The semiconductor wafer D is a semiconductor wafer to which carbon ions have been implanted. The distribution of the carbon concentration of the semiconductor wafer D is shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the distribution of carbon concentration in a semiconductor wafer to which carbon ions have been implanted. As shown in FIG. 9, the relationship between the distance D in the depth direction from the surface of the semiconductor wafer D and the carbon concentration is drawn in Cartesian coordinates with the horizontal axis as the distance D and the vertical axis as the carbon concentration. The line representing the relationship was a curve that was steeply convex upward within the range of 0 ≦ D ≦ 0.35. Specifically, the carbon concentration in 0 ≦ D <2 monotonically increased to the maximum value with the increase of the distance D, and then monotonically decreased. The carbon concentration in 2 ≦ D <30 and 30 ≦ D maintained a substantially constant value. The carbon concentration in 2 ≦ D <30 and 30 ≦ D was smaller than the carbon concentration in D = 0.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
半導体ウェハを、その表面から深さ方向への距離が5μm以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で熱処理することを含み、
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は1080乃至1220℃の範囲内の温度で行う半導体ウェハの製造方法。
[2]
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中の前記炭素含有ガスの含有量は1乃至20体積%の範囲内にある項1に記載の製造方法。
[3]
前記炭素含有ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素の何れかを少なくとも含んだ項1又は2に記載の製造方法。
[4]
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は、シリコン酸化膜を形成したSiC製ボートに前記半導体ウェハを支持させた状態で行い、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理後に、前記半導体ウェハ及びそれを支持する前記SiC製ボートを取り巻く雰囲気を、前記SiC製ボートの表面の前記シリコン酸化膜を維持するように、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気へと切り替えることを更に含んだ項1乃至3の何れか1項に記載の製造方法。
[5]
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することを更に含んだ項1乃至4の何れか1項に記載の製造方法。
[6]
前記不活性雰囲気又は還元性雰囲気中での熱処理は1130乃至1220℃の範囲内の温度で行う項5に記載の製造方法。
[7]
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理の後に、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で前記半導体ウェハを熱処理することを更に含んだ項1乃至6の何れか1項に記載の製造方法。
[8]
表面から深さ方向への距離が5μmの位置におけるLSTD密度が0.1個/cm 2 以下であり、
前記距離が2μmより小さい何れかの位置における炭素濃度が1×10 16 atoms/cm 3 以上であり、
前記距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×10 16 atoms/cm 3 以上であり、
前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×10 14 atoms/cm 3 乃至2×10 16 atoms/cm 3 の範囲内にある半導体ウェハ。
[9]
表面領域における炭素濃度が1×10 15 atoms/cm 3 未満であり、
表面から深さ方向への距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×10 16 atoms/cm 3 以上であり、
前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×10 14 atoms/cm 3 乃至2×10 16 atoms/cm 3 の範囲内にある半導体ウェハ。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. In addition, each embodiment may be carried out in combination as appropriate, in which case the combined effect can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by a combination selected from a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, if the problem can be solved and the effect is obtained, the configuration in which the constituent elements are deleted can be extracted as an invention.
The inventions described in the original claims are described below.
[1]
It involves heat treating the semiconductor wafer in an atmosphere containing carbon-containing gas so that the carbon concentration reaches saturation at any position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm or less.
A method for manufacturing a semiconductor wafer, wherein the heat treatment in an atmosphere containing a carbon-containing gas is performed at a temperature in the range of 1080 to 1220 ° C.
[2]
Item 2. The production method according to
[3]
Item 2. The production method according to
[4]
The heat treatment in the atmosphere containing the carbon-containing gas is performed in a state where the semiconductor wafer is supported by a SiC boat on which a silicon oxide film is formed, and after the heat treatment in the atmosphere containing the carbon-containing gas, the heat treatment is performed. The atmosphere surrounding the semiconductor wafer and the SiC boat that supports it is changed from the carbon-containing gas-containing atmosphere to the oxygen gas-containing atmosphere so as to maintain the silicon oxide film on the surface of the SiC boat. The manufacturing method according to any one of
[5]
Item 6. The production method according to any one of
[6]
[7]
Item 6. The production method according to any one of
[8]
The LSTD density at a position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm is 0.1 pieces / cm 2 or less.
The carbon concentration at any position where the distance is smaller than 2 μm is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
The carbon concentration at any position within the range of 2 to 30 μm is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
A semiconductor wafer having a carbon concentration in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at any position where the distance is greater than 30 μm.
[9]
The carbon concentration in the surface region is less than 1 × 10 15 atoms / cm 3 and
The carbon concentration at any position within the range of 2 to 30 μm from the surface in the depth direction is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
A semiconductor wafer having a carbon concentration in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at any position where the distance is greater than 30 μm.
1…熱処理装置、10…装置本体、11…石英炉芯管、12…SiC均熱管、13…加熱装置、14…ヒートチューブ、15…遮熱板、16…シール部材、17…蓋、18…保温装置、19…支持体、20…ボート、21…ベース、22…支柱、23…天板、24…保持部、30…排気装置、31…ガス排出管、40…ガス供給装置、41…ガス供給管、111…石英炉芯管本体、112…フランジ部、113…貫通孔、161…本体、162…Oリング、163…Oリング、164…貫通孔、181…支持体、182…石英反射板。 1 ... heat treatment device, 10 ... device body, 11 ... quartz furnace core tube, 12 ... SiC soaking tube, 13 ... heating device, 14 ... heat tube, 15 ... heat shield plate, 16 ... seal member, 17 ... lid, 18 ... Heat insulation device, 19 ... support, 20 ... boat, 21 ... base, 22 ... support, 23 ... top plate, 24 ... holding part, 30 ... exhaust device, 31 ... gas discharge pipe, 40 ... gas supply device, 41 ... gas Supply pipe, 111 ... Quartz furnace core tube main body, 112 ... Flange part, 113 ... Through hole, 161 ... Main body, 162 ... O ring, 163 ... O ring, 164 ... Through hole, 181 ... Support, 182 ... Quartz reflector ..
Claims (7)
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することとを含み、
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は1080乃至1220℃の範囲内の温度で行い、
前記不活性雰囲気又は前記還元性雰囲気中での熱処理は、前記半導体ウェハを1130乃至1220℃の範囲内の温度に60乃至120分間維持することを含む半導体ウェハの製造方法。 The semiconductor wafer is heat-treated in an atmosphere containing a carbon-containing gas so that the carbon concentration reaches saturation at any position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm or less .
The semiconductor wafer is heat-treated in an inert atmosphere or a reducing atmosphere prior to the heat treatment in the atmosphere containing the carbon-containing gas .
Are performed by the temperature in the range of heat treatment is 1080 to 1220 ° C. in an atmosphere containing the carbon-containing gas,
A method for producing a semiconductor wafer, wherein the heat treatment in the inert atmosphere or the reducing atmosphere comprises maintaining the semiconductor wafer at a temperature in the range of 1130 to 1220 ° C. for 60 to 120 minutes.
前記距離が2μmより小さい何れかの位置における炭素濃度が1×1016atoms/cm3以上であり、
前記距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、
前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある半導体ウェハ。 The LSTD density at a position where the distance from the surface in the depth direction is 5 μm is 0.1 pieces / cm 2 or less.
The carbon concentration at any position where the distance is smaller than 2 μm is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
The carbon concentration at any position within the range of 2 to 30 μm is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
A semiconductor wafer having a carbon concentration in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at any position where the distance is greater than 30 μm.
表面から深さ方向への距離が2乃至30μmの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が2×1016atoms/cm3以上であり、
前記距離が30μmより大きい何れかの位置における炭素濃度が1×1014atoms/cm3乃至2×1016atoms/cm3の範囲内にある半導体ウェハ。 The carbon concentration in the surface region is less than 1 × 10 15 atoms / cm 3 and
The carbon concentration at any position within the range of 2 to 30 μm from the surface in the depth direction is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more.
A semiconductor wafer having a carbon concentration in the range of 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 at any position where the distance is greater than 30 μm.
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